両親媒性複雑液体の圧力誘起構造相転移とそのダイナミクス・カイネティクス

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640377
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 瀬戸 秀紀 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60216546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小穴 英廣 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20314172) ; 長尾 道弘 東京大学, 物性研究所, 助手 (90301150) ; 武田 隆義 広島大学, 総合科学部, 教授 (70034593)
• Keywords: 中性子小角散乱 / 中性子スピンエコー / セミミクロ構造 / 両親媒性 / マイクロエマルジョン / 圧力誘起構造相転移 / リン脂質人工モデル膜系 / インターデジテイション相

Research Abstract

界面活性剤や脂質など親水基、疎水基の双方を持つ両親媒性分子は、水や油を混合して特徴的長さが数十〜数百オングストローム程度のセミミクロ構造を形成する。この中でイオン性界面活性剤AOT、重水、デカンからなる系は室温常圧でwater-in-oil droplet構造となるが、温度上昇、圧力上昇により同様の構造相転移(希薄droplet相では2相分離)が見られる。そこで本研究では、この系の温度変化と圧力変化の要因を、中性子小角散乱と中性子スピンエコー法を用いて詳細に調べた。これにより、膜の弾性係数は温度上昇によってほとんど変化しないのに対して、圧力では増大する事が分かった。この結果は、膜の構造変化のミクロな要因が温度、圧力により違うという描像を裏づける。我々はこの結果をWurgerらによるミクロスコピックなモデルを用いて解析し、圧力により界面活性剤の疎水基間の相互作用が増大する事を示した。
次に我々は非イオン性界面活性剤C_<12>E_5と重水、オクタンからなる系を取り上げ、温度、圧力による構造変化の様子を調べた。そして非イオン性界面活性剤の場合にはイオン性界面活性剤とは違い、温度と圧力の効果が逆になることを示した。また高圧で六方晶的構造が現れるという結果を得た。
更に我々はリン脂質であるDPPCの水溶液系の構造の圧力・エタノール濃度依存性を、中性子小角散乱とX線小角散乱により調べた。この結果、L_α相、P_β相、L_βI相に挟まれる温度、圧力領域に、膜の繰り返し周期が通常の2倍程度の大きさになる新しい構造を見いだした。そして二分子膜の膜厚がゲル相と同じで水の領域のみが拡大していることから、この構造を「膨潤ゲル相」と名付けた。

Research Products

• [Publications] S.Komura, T.Takeda, H.Seto, M.Nagao: "Dynamical fluctuation of cylindrical micelles and membranes in binary and ternary amphiphilic microemulsion systems"Lecture Notes in Physcs. 601. 302-311 (2002)
• [Publications] Y.Kawabata, H.Seto, M.Nagao, T.Takeda: "Temeperature-and Pressure-dependences of Shape Fluctuations in a Ternary Microemulsion System"Journal of Neutron Research. 10. 131-136 (2002)
• [Publications] T.Kanaya, N.Takahashi, K.Nishida, K.Kaji, H.Seto, M.Nagao, Y.Kawabata, T.Takeda: "Neutron Spin Echo Studies on Poly(Vinyl Alcohol) Gel in a Mixture of Dimethyl Sulfoxide and Water"Journal of Neutron Research. 10. 149-153 (2002)
• [Publications] Y.Kawabata, M.Nagao, H.Seto, S.Komura, T.Takeda, D.Schwahn: "Neutron Spin Echo Studies on the Effects of Temperature and Pressure in a Ternary Microemulsion"Applied Physics A. 74. S534-S536 (2002)
• [Publications] T.Takeda, H.Seto, Y.Kawabata: "Development of spin flippers with steady current for a TOF-NSE spectrometer at a pulsed spallation neutron source"Applied Physics A. 74. S177-S179 (2002)
• [Publications] K.Yoshida, T.Yamaguchi, M.Nagao, Y.Kawabata, H.Seto: "Slow Dynamics ofn-Butoxyethanol-Water Mixture by Neutron Spin Echo Technique"Applied Physics A. 74. S386-S388 (2002)
• [Publications] H.Seto, H.Nobutou, N.Yamada, T.Takeda, D.Ihara, M.Nagao, K.Inoue: "A swollen gel phase of DPPC aqueous solution with small amount of ethanol observed at moderate pressure and temperature"Journal of Applied Crystallography. (in press). (2003)
• [Publications] M.Naoao, H.Seto, M.Shibayama, N.Yamada: "Small-angle neutron scattering study of droplet density dependence of the water-in-oil droplet structure in a ternary microemulsion"Journal of Applied Crystallography. (in press). (2003)
• [Publications] T.Takeda, N.Yamada, H.Seto, Y.Kawabata: "Development of spin flippers with steady current for the TOF-NSE spectrometer"Physica B. (in press). (2003)