水の特異的協同運動性-液体からガラス状態の水溶液

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19540429
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 新屋敷 直木 東海大学, 理学部, 教授 (00266363)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 水 / 水溶液 / ガラス転移 / 過冷却液体 / 緩和現象 / 複素誘電率 / 協同運動 / Johari-Goldstein relaxation

研究概要

アルコール等の低分子量物質からタンパク質までの多様な物質の様々な含水率の水溶液で,80～300Kの温度域,1mHz～30GHzの周波数域の複素誘電率を観測した。その結果,全ての水溶液のガラス転移温度付近で溶質と水分子の協同的運動による主緩和と,水の局所的運動による副緩和が観測された。単純な液体の混合系で得られた理論的解釈を,アルコールや合成高分子水溶液に適用し,さらに複雑な水和タンパク質へと拡張した。これらの結果により,水溶液中の主緩和と副緩和が分子複雑系の緩和現象の不可分な動的階層構造である事を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Recent Progress in understanding relaxation in complex systems (2010)
  • 著者名/発表者名: K.L. Ngai, S. Capaccioli, N. Shinyashiki, M. Shahin Thayyil
  • 雑誌名: J. Non-Cryst. Solids 356(11-17) ページ: 535-541
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resolution of some current Problems in soft matter physics by combining data from adiabatic calorimetry and dynamical measurements (2010)
  • 著者名/発表者名: K.L. Ngai, S. Capaccioli, M. Shahin Thayyil, N. Shinyashiki
  • 雑誌名: J. Therm. Anal. Calorim 99 ページ: 123-138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glass Transitions in Aqueous Solution of Protein (Bovine Serum Albumin) (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shinyashiki, W. Yamamoto, A. Yokoyama, T. Yoshinari, S. Yagihara, R. Kita, K.L. Ngai, S. Capaccioli
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 113 ページ: 14448-14456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water and Protein Dynamics in Protein-Water Mixtures Studied by Dielectric Techniques (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Papagiannopoulos, P. Pissis, A. Kyritsis, N. Shinyashiki, S. Yagihara, W. Yamamoto, T. Yoshinari
  • 雑誌名: Proceedings of The 8th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances 25(3) ページ: 207-214
• [雑誌論文] 水溶液中で高分子はどのように振舞うか? (2009)
  • 著者名/発表者名: 八木原晋, 新屋敷直木, 喜多理王
  • 雑誌名: 高分子 58巻,2月号 ページ: 65-69
  • 査読あり
• [雑誌論文] The glass transition and dielectric secondary relaxation of fructose-water mixtures (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shinyashiki, M. Shinohara, Y. Iwata, T. Goto, M. Oyama, S. Suzuki, W. Yamamoto, S. Yagihara, T. Inoue, S. Oyaizu, S. Yamamoto, K.L. Ngai, S. Capaccioli
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 112(48) ページ: 15470-15477
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broadband dielectric study on water-concentration dependence of the primary and secondary processes for triethyleneglycol-water mixtures (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Sudo, N. Shinyashiki, Y. Arima, S. Yagihara
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 78 ページ: 011501-1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Protein "Glass" Transition and the Role of the Solvent (2008)
  • 著者名/発表者名: K.L. Ngai, S. Capaccioli, N. Shinyashiki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 112 ページ: 3826-3832
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal Secondary Relaxation of Water in Aqueous Mixtures, in Nano-Confinement, and in Hydrated Proteins (2008)
  • 著者名/発表者名: K.L. Ngai, S. Capaccioli, N. Shinyashiki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings Vol.982 ページ: 14-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proceedings of The 5th International Workshop on Complex Systems (2008)
  • 著者名/発表者名: Anna Spanoudaki, Naoki Shinyashiki, Apostolos Kyritsis, Polycarpos Pissis
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings Vol.982 ページ: 125-130
  • 査読あり
• [雑誌論文] さまざまな時空間領域におけるタンパク質と水のダイナミクス (2007)
  • 著者名/発表者名: 八木原晋, 新屋敷直木, 喜多理王
  • 雑誌名: 生物物理 47(5) ページ: 302-308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of Water in Partially Crystallized Polymer/Water Mixtures Studied by Dielectric Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Shinyashiki, M. Shimomura, T. Ushiyama, T. Miyagawa, S. Yagihara
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 111(34) ページ: 10079-10087
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Johari-Goldstein β-relaxation of water (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Capaccioli, K.L. Ngai, N. Shinyashiki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 111(28) ページ: 8197-8209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relaxation Processes of Water in the Liquid to Glassy States of Water Mixtures Studied by Broadband Dielectric Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Shinyashiki, S. Sudo, S. Yagihara, A. Spanoudaki, A. Kyritsis, P. Pissis
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens. Matter 19(20) ページ: 205113
  • 査読あり
• [学会発表] Local and Non-Cooperative Character of Water Relaxation in Aqueous Glass-Forming Systems (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Capaccioli, K.L. Ngai, S. Ancherbak, D. Prevosto, P.A. Rolla, N. Shinyashiki
  • 学会等名: XII International Workshop on Complex Systems
  • 発表場所: Andalo, Trento (Italy)
  • 年月日: 20100315-20100318
• [学会発表] Dielectric Secondary Relaxation of Water-Fructose Mixtures under Pressure (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Ancherbak, S. Capaccioli, D. Prevosto, Shahin M. Thayyil, P.A. Rolla, N. Shinyashiki
  • 学会等名: XII International Workshop on Complex Systems
  • 発表場所: Andalo, Trento (Italy)
  • 年月日: 20100315-20100318
• [学会発表] フルクトース水溶液のガラス転移と誘電緩和の濃度および温度依存性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山本航, 藁谷大和, 岩田由紀乃, 喜多理王, 新屋敷直木, 八木原晋
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 20100300
• [学会発表] 液体からガラスまでの部分的に氷結したタンパク水溶液の誘電緩和 (2009)
  • 著者名/発表者名: 吉成豪夫, 山本航, 疋田由貴, 横山漢女, 新屋敷直木, 喜多理王, 八木原晋
  • 学会等名: 第19回日本MRS学術シンポジウム, The Materials Research Society of Japan
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20091200
• [学会発表] 広帯域誘電分光法によるリゾチーム水溶液のガラス転移 (2009)
  • 著者名/発表者名: 疋田由貴, 吉成豪夫, 山本航, 新屋敷直木, 喜多理王, 八木原晋
  • 学会等名: 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] タンパク質水溶液のダイナミックス (2009)
  • 著者名/発表者名: 新屋敷直木
  • 学会等名: 日本食品科学工学会第56回大会、日本食品科学工学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] Dynamic Crossover of Water Relaxation in cryoprotectant mixtures at very high pressure (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Ancherbak, S. Capaccioli, D. Prevosto, Shahin M. Thayyil, P.A. Rolla, N. Shinyashiki
  • 学会等名: 6th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
  • 発表場所: Roma
  • 年月日: 20090830-20090905
• [学会発表] Water and Protein Dynamics in Protein-Water Mixtures Studied by Dielectric Techniques (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Papagiannopoulos, P. Pissis, A. Kyritsis, N. Shinyashiki, S. Yagihara, W. Yamamoto, T. Yoshinari
  • 学会等名: The 8th International Conference on Electromagnetic Wave Interaction with Water and Moist Substances, Helsinki University of Technology
  • 発表場所: Helsinki
  • 年月日: 20090601-20090605
• [学会発表] DIELECTRIC Relaxations and glass transitions in partially crystallized aqueous solution s of protein (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shinyashiki, T. Yoshinari, W. Yamamoto, A. Yokoyama, Y. Hikita, S. Yagihara, R. Kita, K.L. Ngai, S. Capaccioli
  • 学会等名: 6th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
  • 発表場所: Roma. INVITED
  • 年月日: 2009-09-05
• [学会発表] Resolution of some current problems in soft matter physics by adiabatic calorimetry (2008)
  • 著者名/発表者名: K.L. Ngai, S. Capaccioli, M. Shahin Thayyil, N. Shinyashiki
  • 学会等名: The 4th International Symposium on the New Frontiers of Thermal Studies of Materials, The Japan Society of Calorimetry and Thermal Analysis
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20081130-20081202
• [学会発表] Glass transitions and dielectric relaxations of poly (vinyl pyrrolidone) / 1-propanol mixtures (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Okishima, A. Shimada, W. Yamamoto, N. Shinyashiki, R. Kita, S. Yagihara, A. Spanoudaki, A. Kyritsis, P. Pissis
  • 学会等名: The 4th International Symposium on the New Frontiers of Thermal Studies of Materials, The Japan Society of Calorimetry and Thermal Analysis
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20081130-20081202
• [学会発表] Glass transitions and dielectric relaxations of poly (vinyl pyrrolidone)-chloroform mixtures (2008)
  • 著者名/発表者名: E. Nambu, K. Yoneda, W. Yamamoto, N. Shinyasiki, S. Yagihara, R. Kita, A. Spanoudaki, A. Kyritsis, P. Pissis
  • 学会等名: he 4th International Symposium on the New Frontiers of Thermal Studies of Materials, The Japan Society of Calorimetry and Thermal Analysis
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20081130-20081202
• [学会発表] Glass transitions and dielectric relaxations of poly (vinyl pyrrolidone)-water mixtures (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Nozue, W. Yamamoto, N. Shinyashiki, R. Kita, S. Yagihara
  • 学会等名: The 4th International Symposium on the New Frontiers of Thermal Studies of Materials, The Japan Society of Calorimetry and Thermal Analysis
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20081130-20081202
• [学会発表] Glass transitions and dielectric relaxations of bovine serum albumin water mixture (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshinari, W. Yamamoto, A. Yokoyama, N. Shinyashiki, S. Yagihara, R. Kita, K.L. Ngai, S. Capaccioli
  • 学会等名: The 4th International Symposium on the New Frontiers of Thermal Studies of Materials, The Japan Society of Calorimetry and Thermal Analysis
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20081130-20081202
• [学会発表] Glass Transitions and Dielectric Relaxations Observed in Partially Crystallized Protein-Water Mixtures (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shinyashiki, A. Yokoyama, W. Yamamoto, S. Yagihara, K.L. Ngai, S. Capaccioli
  • 学会等名: 5th International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and Its Applications
  • 発表場所: Lyon
  • 年月日: 20080800
• [学会発表] Broadband dielectric study on fructose-water mixtures from liquid to glass as a function of concentration (2008)
  • 著者名/発表者名: W. Yamamoto, Y. Waragai, Y. Iwata, R. Kita, N. Shinyashiki, S. Yagihara
  • 学会等名: 5th International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and Its Applications
  • 発表場所: Lyon
  • 年月日: 20080800
• [学会発表] Dielectric Spectroscopy on Propylene Glycol/Poly(Vinyl Pyrrolidone) Solutions: Polymer and Solvent Dynamics in Hydrogen-Bonding Systems (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Spanoudaki, N. Shinyashiki, A. Kirytsys, P. Pissis
  • 学会等名: The 5th International Workshop on Complex Systems, Institute of Fluid Science
  • 発表場所: Tohoku University
  • 年月日: 20070900
• [学会発表] アモルファスおよび氷結状態のフルクトース水溶液の誘電緩和 (2007)
  • 著者名/発表者名: 岩田由紀乃、篠原雅也、後藤辰也、尾山三樹夫、新屋敷直木、八木原晋、井上敏文、小柳津新一、山本敏
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20070900
• [学会発表] 広帯域誘電分光法によるPVP溶液のガラス転移 (2007)
  • 著者名/発表者名: 島田篤史, 周奏換, 若出純也, 須藤誠一, 新屋敷直木, 八木原晋
  • 学会等名: 日本物理学会第62回年次大会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20070900
• [備考]
  • URL: http://www.sp.u-tokai.ac.jp/~rgms/indj01.html