2017 Fiscal Year Research-status Report
粒子間摩擦力の制御による対称性に優れた正四面体型荷電コロイド粒子会合体の構築
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17K04990
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
山中 淳平 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 教授 (80220424)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥薗 透 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 准教授 (10314725)
豊玉 彰子 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (50453072)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コロイド / 会合体 / クラスター / 微粒子 / 荷電粒子 / 静電相互作用 / 構造形成 / 凝集 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究実施計画に従い、下記の（１）、（２）項を検討した。
(1)粒子表面の高分子修飾による摩擦力の制御：粒径500nmのシリカ粒子を用い、表面にビニル基を導入した後、ポリアクリルアミド（PAAm）鎖をラジカル重合し、表面修飾を行った。遠心法により精製し、水分散系とした。また、ポリアクリル酸（PAAc）を共重合させることで、高分子鎖にも負電荷を導入することとした。様々なPAAm /PAAcを持つ粒子を作成して実験に用いた。また、シランカップリング剤を用いて、表面に正荷電のアミノ基を導入したシリカ粒子も合成した。いずれもゼータ電位測定により表面電荷数を評価した。
(2)対称性に優れた正四面体型会合体の作成と分級：正負粒子を混合してクラスターを作成した。PAAm /PAAc比を最適化することで、目標とする正４面体型のクラスターの作成に成功した。この他、ポリスチレン粒子系を用いて塩濃度や電荷数の最適化を行った。またブラウン動力学を用いた計算機しミュレーションにより、電荷数の最適条件を検討し、実験結果を定性的に説明出来る結果を得た。さらに、電場および遠心を用いた分級を検討している。また、オーストラリア中性子科学技術機構（ANSTO）との共同研究として、中性子散乱実験によるクラスターの構造解析を実施し、現在データ解析中である。
なお、申請時に、本研究は国際宇宙ステーションにおける微小重力実験へ展開する予定であることを記載したが、本年度、JAXAとの共同研究として、別途、会合に対する微小重力の影響を検討し、29年12月に実施された審査会で、宇宙実験に進んで良いとの評価を得た。
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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
当初の予定を達成出来たほか、JAXA宇宙実験プロジェクトへの展開、および ANSTO との共同研究に繋がったことなど、初年度にこれまで想定していなかった進展が得られたことから、標記の評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、正四面体会合体の最適化に加えて、遅くとも年度後半には、研究計画書に記載したクラスターの自己集合による高次構造の構築の検討を開始する予定である。高分子の貧溶媒（ポリアクリルアミドの場合はエタノール等）を媒体に添加した、また複合体形成を利用する等の方法で、クラスター同士を自己集合させる。正４面体クラスターの場合、炭素原子間の結合に似た、一重、二重および三重結合が可能である。これらの基本的な結合様式が生成する条件を調査したのち、高次構造の構築を目指す。正４面体クラスターがすべて一重結合した構造は数種類あり、その一つがダイヤモンド構造である。構造全体をゲルで固定し、共焦点顕微鏡などで観察する。また一方向成長（貧溶媒の拡散など）による大型構造の形成を検討する。1mm程度の構造が生成すればレーザー散乱法で構造を決定できる。
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