名古屋市立大学 大学院薬学研究科・薬学部

コロイド・高分子物性学

スタッフ

  • 山中 淳平
    山中 淳平
    [教授]
  • 奥薗 透
    奥薗 透
    [准教授]
  • 豊玉 彰子
    豊玉 彰子
    [講師]

教育・研究

  • 荷電コロイド系の相転移・相分離の研究
  • コロイド単結晶化の研究
  • コロイド固定ゲルの材料応用
  • コロイド系の結晶化に関する重力の影響

研究概要

直径100nm程度のコロイド微粒子が液体に分散した「コロイド分散系」を主な研究対象とし、微粒子の自己組織化による規則配列(結晶)構造や、高分子ゲルで固定したコロイド系を用いた新規材料・物理化学センサーの創成など、コロイド・高分子系の構造形成および材料応用に関する研究を行っています。

コロイド系は原子・分子系と同様に、相分離や結晶化などの相挙動を示します(図1)。コロイド粒子は光学顕微鏡によりその場・実時間観察が可能で、また粒子間相互作用の制御も容易です。このためコロイド系は相挙動のモデル系として有用で、超高圧・高温などの極端な環境に対応する条件を実験室で簡単に再現できます。電荷を持った荷電コロイド系を用いて、結晶化をはじめとする相転移や相分離の基礎研究を行っています。

[図1] 荷電コロイドの結晶化模式図
[図1] 荷電コロイドの結晶化模式図

コロイド結晶の格子面間隔は通常100nmオーダーで、可視光をBragg回折するため、「フォトニック結晶」として光学材料応用が期待されています。コロイド結晶は一般にmmサイズ以下の微結晶が集合した多結晶体ですが、本研究室ではpH勾配や温度勾配を利用した新規な成長手法を開発し、共同研究者とともに、世界最大級であるcmサイズの大型・高品質のコロイド結晶の作成に成功しています(図2)。

[図2](a)コロイド結晶の光学顕微鏡像 (b)高分子ゲルで固定したコロイド結晶 (c)国際宇宙ステーションで作成したコロイド結晶
[図2]
(a)コロイド結晶の光学顕微鏡像
(b)高分子ゲルで固定したコロイド結晶
(c)国際宇宙ステーションで作成したコロイド結晶

また、コロイド結晶を高分子ゲルにより固定化した自立材料を作成しています。高分子ゲルは弾性を持っているため、ゲルの厚さ(つまり、内部に固定したコロイド結晶の繰り返し間隔)を変化させることで、回折波長のチューニングが可能となります(図3)。これを利用することで、次世代光学素子やセンサーへの応用を目指しています。これまでに、宇宙航空研究開発機構(JAXA)他との共同研究として、国際宇宙ステーションの微小重力環境での結晶成長実験を行っています。また、国内外の大学、JSTなどの公的機関や企業と共同で、光学素子や様々な物理化学センサーとしての実用化を目指した研究をすすめています。

[図3] ゲル固定コロイド結晶を使った回折波長チューニング
[図3] ゲル固定コロイド結晶を使った回折波長チューニング

連絡先

〒467-8603 名古屋市瑞穂区田辺通3-1
名古屋市立大学 大学院薬学研究科 創薬生命科学専攻
コロイド・高分子物性学分野

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薬学研究科広報委員会