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2012 年度 実績報告書

ノイズ解析ナノフィッシング法の開発と高分子一本鎖ダイナミクス研究への応用

研究課題

研究課題/領域番号 22550189
研究機関東北大学

研究代表者

中嶋 健  東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (90301770)

研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2013-03-31
キーワード原子間力顕微鏡 / 高分子一本鎖 / ノイズ解析 / ポリスチレン / ポリイソピルアクリルアミド / 共通貧溶媒性
研究概要

本研究では、研究代表者が開発してきた原子間力顕微鏡を基礎に据えた高分子一本鎖のナノフィッシング(高分子一本鎖伸長)技術を改良し、ノイズ解析ナノフィッシング技術として昇華させるとともに、それを高分子一本鎖のダイナミクス研究に応用した。それによって、高分子物理学の中でも理論主導で実験的確証の少ない「高分子一本鎖の物理学」を実験主導の学問として確立することを目指した。
より具体的には、揺動散逸定理の一表現として、溶媒の中に置かれた「探針+高分子一本鎖」の系が溶媒分子から感じる揺動力をスペクトル解析することで高分子鎖の見かけのバネ定数や摩擦係数に関する情報を取得することを目論んだ。原子間力顕微鏡装置外部に設置した高速デジタイザボードによるデータ収録とオフラインでの解析という測定を行い、ナノフィッシング時に得られた信号のノイズ解析を行った。基板と接触時、高分子鎖がランダムコイル状態になっている時、高分子鎖が伸び切り鎖近傍の状態にある時、そして結合破断が生じカンチレバーが自由な状態に戻った時ではそれぞれパワースペクトル密度(PSD)が異なることが分かった。
高分子としては、ポリスチレンや水溶系の温度感応性ポリマーであるポリイソピルアクリルアミドを主に用いた。前者についてはバネ定数と摩擦係数から求まる緩和時間の分子量依存性を求めるところまで実験を進めることができ、Kirkwoodモデルが実験結果を最もよく再現することを発見した。また後者については前年度の水中での温度依存性に続き、共通貧溶媒性についても検討を行った。どちらの場合も溶液レベルの測定では貧溶媒、良溶媒とはっきり分かっている状態でも、一本鎖レベルの応答では100%貧溶媒での応答、あるいはその逆とはならず、分子個々の個性が表れることを発見した。その理由はまだ解明されていないが、現在これらの結果について三報の論文を投稿準備中である。

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて その他

すべて 学会発表 (8件) (うち招待講演 3件)

  • [学会発表] Relaxation Time of a Single Polymer Chain Measured by Dynamic Nanofishing

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima
    • 学会等名
      14th International Association of Colloid and Interface Scientists, Conference (IACIS2012)
    • 発表場所
      Sendai, Japan
  • [学会発表] Nanofishing of Single Polymer Chain XII

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima, T. Nishi
    • 学会等名
      第61回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      横浜、神奈川
  • [学会発表] Nano-palpation AFM -From Single Polymer Chain to Viscoelastic Surfaces-

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima, D. Wang, S. Fujinami, H. Liu, X. B. Liang, M. Ito and T. Nishi
    • 学会等名
      International Symposium on Polymer Physics (PP’2012)
    • 発表場所
      Chengdu, China
  • [学会発表] Recent Progress in Nano-palpation AFM - From Viscoelastic Surfaces to Single Polymer Chains -

    • 著者名/発表者名
      Ken Nakajima, Xiaobin Liang, So Fujinami, Hao Liu, Makiko Ito, Dong Wang
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Bilateral Polymer symposium 2012 (JTBPS 2012)
    • 発表場所
      Kita-kyusyu, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] ポリイソプロピルアクリルアミド鎖のナノフィッシング

    • 著者名/発表者名
      梁 曉斌、中嶋 健
    • 学会等名
      第60回レオロジー討論会
    • 発表場所
      名古屋、愛知
  • [学会発表] AFM-based Nano-palpation Technique -From Single Polymer Chain to Viscoelastic Surfaces-

    • 著者名/発表者名
      Ken Nakajima
    • 学会等名
      BIT’s 2nd Annual World Congress of Nanoscience and Nanotechnology (nano-S&T 2012)
    • 発表場所
      Qingdao, China
    • 招待講演
  • [学会発表] Nano-Palpation AFM Studies on Different Levels of Polymer Heterogeneity

    • 著者名/発表者名
      Ken Nakajima, Dong Wang, Hao Liu, Makiko Ito, So Fujinami
    • 学会等名
      Korea-Japan Joint Symposium 2012 (KJJS 2012)
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 招待講演
  • [学会発表] Study of stretching a single poly (N-isopropylacrylamide) chain in mixed Solvent of water/methanol

    • 著者名/発表者名
      Xiaobin Liang, Ken Nakajima, Francoise M. Winnik
    • 学会等名
      The 20th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM20)
    • 発表場所
      Okinawa, Japan

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公開日: 2014-07-24  

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