2015 Fiscal Year Research-status Report
ラプラス圧による繊維中のナノ孔の圧壊とその孔径制御
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15K05624
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
武野 明義 岐阜大学, 工学部, 准教授 (70227049)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 紳矢 岐阜大学, 工学部, 助教 (40377700)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | クレーズ / ラプラス圧 / ナノ多孔 / 気体透過性 / 液体透過性 / ボイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子材料は、その成形方法に関わらず若干の微細孔を含むことは避けられない。しかし、物質中の微細孔は、その表面張力により自己収縮する力が働いている（ラプラス圧）。例えば水面付近の泡の内圧は、ほぼ１気圧だが、直径20nmの泡では２８６気圧に達する。高分子中の微細孔も大きな力で縮小しようとしているはずであり、この力を利用して従来樹脂に溶融混錬できなかった酵素などの薬剤を閉じ込めることを可能にする。本研究では高分子のクレージングを利用してナノ多孔化したフィルムを利用する。初年度の目的は、孔径の制御であり二つの方法が考えられる。
１．クレージングによりナノ孔を形成する際に孔径を制御する。
２．クレーズ相のヒーリング（回復）により孔径を制御する。
今回は、両方の方法で検討するとともに、研究中に第３の方法を追加した。
３．クレージングしたフィルムに一定張力下でアニールし、孔径を拡大する。
3番目の方法は、温度と張力を加えることで生じたナノ孔をさらに拡大する単純な方法である。１．について、多孔化の諸条件を系統的に実験し、フィルム断面の走査型電子顕微鏡写真および液体透過率と気体透過率の差より求めた値から、孔径を20 nmから30 nm付近でコントロールできた。さらに小さな値については、評価が難しいが２．の方法を用いて気体透過性が完全に失われ閉孔することを確認できた。逆にさらに大きな孔径にするために、３．の方法を使用し、50-60 nmに拡大した。注目すべき点は、孔径を拡大し固定するような熱固定を行っても再度温度をヒーリング温度以上に挙げることで閉孔することである。このことは、残留応力によりクレーズが熱緩和することとヒーリングが異なることを示唆している。孔径制御に関しては引き続き検討を進めさらに制御範囲を拡大する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
クレージングを利用した孔径の制御に関する基礎的データの収集は順調に進んでおり、新たに多孔化後にアニールして孔径をコントロールする手法を取り入れたため、大幅に気体透過性に優れたフィルムが得られた。さらに、次年度以降に予定している薬剤の担持に関しても試験的に実験を開始し、良好な結果を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
「１．クレージングによるボイド径とヒーリング効果」に関して、さらに制御範囲を広げることを目指す。また、「２．クレーズのボイド径制御と薬剤担持」を開始する。今年度の研究結果からナノ孔間の連結により形成される経路のつながり（曲路率）にも変化が現れることが分かったので検討項目に加える。
初年度の結果を参考に、１．について各温度における熱収縮を測定し、内部構造を評価する。これらの結果と光学顕微鏡によるクレーズ相の消失、ＳＥＭによるボイド径の評価や気体透過性の結果を合わせて、径の制御および縮小プロセスを検討する。次の点に注目する。
（１）ボイド径分布に従いラプラス圧の効果が表れるため、この点が諸物性の転移と相関するか。
（２）ボイド径が10nm付近に達した場合に、バルクの強度を超えるため、この点で力学物性に変化が見られるか。
目的２．の薬剤の浸透についても検討する。導入したい粒子や分子に比べ大きな孔を作る必要がある。次に、目的分子を浸透させる。このままでは、洗浄により溶出してしまうため、クレーズ相をヒーリングし、孔径を縮小し溶出を防ぐ。コーティングに比べ耐久性が高いと期待できる。
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| Causes of Carryover |
次年度に予定している試薬が高額であるため、本年度中に節約および器具の再利用に努めた。これにより、次年度は余裕を持って実験が可能である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は、ナノ多孔への薬剤の担持を予定している。比較的高額な薬剤が多いが、可能な限り適用薬剤を増やす。
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Research Products
(5 results)
