2016 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis and application of spherical colloids with visible rotational motion
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15K17734
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柳島 大輝 東京大学, 生産技術研究所, 特任研究員 (00716699)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | コロイド / 合成 / 回転 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
通常球状の物体の回転運動を顕微鏡により観察することは困難である。回転運動を可視化するためには粒子の回転対称性を破る必要がある。本研究は直径数ミクロの微粒子（コロイド）の重心、形状等に影響を与えることなく「回転運動を捕捉可能なコロイド」の合成を目的とした。
当初は高分子素材(PMMA)を使う予定であった。当研究室ではPMMAコロイドの合成に成功しており、「コアシェル」合成も手掛けていた。コアシェル合成では核（コア）となる微粒子の上に膜（シェル）を成長させることにより二重の同心球構造が得られる。各々に微量の蛍光剤を添加することにより核と膜を別々に観察することが可能である。コアが中心からずれている粒子を作成できれば回転を検出できる。しかしPMMAコアシェル粒子は合成条件によらず同心球構造を有することが明らかになった。この原因は、シェルが液体的に振舞わないことにあった。そこで申請者は液体素材であるTPMの使用に思い至った。TPMは単分散の液滴を形成することで知られコロイド合成へも幅広く応用されている。まず蛍光コア粒子を作り、この上に同じ物質でシェルを形成させ、シェルには異なった塗料剤を付与。コアとシェルは同じ材質であるため接触角がゼロ度であり、結果コアは常にシェルの表面に接するよう自発的に形成される。イメージ通りの合成に成功した。
当初、液中近接した粒子間の流体を介した動的な回転結合の研究を目的としていたが、他にも様々な応用の可能性がある。液中で流れるコロイドの並進運動は周囲の流れ速度を反映するが、速度勾配の情報を得ることは困難である。回転を可視化可能なコロイドを用いることで粒子にかかっている回転力、つまり速度勾配の測定が可能となる。これは、「世界最小のせん断力測定器」といえる。従って従来の方法では困難であった、細菌や微生物の回り等の「局所的な流れ場」の測定にも応用が可能と思われる。
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