ゲルを用いた金属イオンセンサーの開発に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655285
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 鈴木 淳史 横浜国立大学, 環境情報研究院, 教授 (90162924)
• Keywords: スマートゲル / 金属イオンセンサー / 体積相転移 / 膨潤化 / 表面パターン / 網目構造 / キレート結合 / キネティクス

Research Abstract

本研究では、各種の材料作製プロセスにより放出される排液中のイオンの中でも、特に金属イオンに注目し、簡易かつ高感度のゲルセンサーを開発するために、金属イオン濃度と温度変化に応答して、不連続かつ可逆的に体積変化するハイドロゲルを合成し、以下の点を明らかにした。
1.高分子ゲルの合成:熱応答性のN-イソプロピルアクリルアミド(NIPA)とアクリル酸ナトリウム(SA)からなる共重合ゲルを、NIPAとSA量の比を変化させ、ガラス製のキャピラリーを用いて円柱状に合成した。また、原子間力顕微鏡(AFM)用に、厚さ100μm以下の板状のゲルを2枚のガラス板の隙間に合成した。このようにして、金属イオンとキレーションを形成することのできる刺激応答性ゲルを合成した。
2.金属イオン存在下でのゲルの膨潤曲線の測定:鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、鉛、アルミニウムの各種金属イオン水溶液中での膨潤曲線(体積-温度曲線)の測定を倒立型位相差顕微鏡と顕微鏡用デジタルカメラシステムを用いて行なった。金属イオン濃度を変化させ、高分子ゲルの体積相転移並びにキネティクスを測定し相図を決定した。相転移の実験、理論と比較して、巨視的形状に及ぼす金属イオンの効果を考察した。
3.原子間力顕微鏡(AFM)によるゲルの表面構造と外部環境変化に伴う構造変化の評価:原子間力顕微鏡(AFM)を用い、合成した各種のディスク状ゲル表面のサブミクロン〜数ナノメートルサイズの微視的構造を液中タッピングモードで直接観察した。得られた実験結果を基に、ゲルの表面構造の階層性について評価し、ゲルの構造と外部環境変化の影響、局所的な収縮相の安定性、サブミクロンサイズの表面構造変化が生み出す形態変化の原理と機能に果たす役割について考察した。