コロイド・高分子系の相挙動と新規材料の創成

　ナノ粒子・微粒子や、高分子・ゲルなどのソフトマテリアルは、医薬領域で重要であるほか、自己組織化や非平衡現象のモデル系として、また様々な素子や物理化学センサーの材料として有用です。
　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。

　　　　 ゲルで固定したコロイド結晶

　平成２５年１２月２日～平成２６年３月３１日、文部科学省 「情報ひろば」で名古屋市立大学の企画として、研究室のコロイド結晶関係の展示を行いました。（[資料１]ー[資料３]）

【資料１】コロイド結晶の光学材料応用を目指して（PDF）

【資料２】ようこそコロイド結晶の世界へ！動画で見るコロイド結晶の原理と応用　基礎編（mp4）

【資料３】ようこそコロイド結晶の世界へ！動画で見るコロイド結晶の原理と応用　応用編（mp4）

【資料４】研究室紹介（新4A向け）（PDF）

 

研究課題

１．荷電コロイド系の相転移/相分離の研究
(Phase transition and phase separation of charged colloids)

　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。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。

　　　　　　コロイド結晶の模式図と顕微鏡像

2.コロイド単結晶化の研究
(Single crystal growth of charged colloids)　

　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。

　　　　　　　光の選択反射（Bragg回折）

3.コロイド固定ゲルの材料応用
(Gelーimmobilization of colloids and their material applications）　

　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、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、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るほか、医薬領域への応用を目指したさまざまなゲルの特性を研究しています。

　　　　　　　　　　　　　高分子ゲルで固定したコロイド結晶

・JAXA　「きぼう」利用テーマ　「レーザー光回折による微小重力下でのコロイド結晶の構造解析と粒子間相互作用の研究」に参加しています。
　⇒宇宙ステーション・きぼう　広報・情報センター

・平成27年度　短時間微小重力実験（航空機実験）に採択されました。

その他、過去に行ったプロジェクトは、以下の通りです。

・平成19年度　JSTイノベーションプラザ東海
育成研究課題
「高品質コロイド単結晶を用いた分光素子および超小型分光光度計の開発

・きぼう利用フォーラムにおける研究会
「コロイドマテリアル研究会～微粒子で光をデザインする～
国際宇宙ステーションにおける日本の実験棟「きぼう」における実験を通して、
新しい材料の創成を目指しています。