２５年度の実施計画

（1）高分子微粒子の精密合成・評価

■ 微粒子の精密合成：　予備実験において、一種類の親水的表面を有する高分子微粒子で、リキッドマーブルおよび泡、両気液分散系の安定化が可能であることを見出している。申請者が10年以上の研究蓄積を有する乳化重合、分散重合【例えば、申請者ら J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16808; J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7882】を駆使し、水への濡れ性が異なる高分子（ポリビニルピロリドン、ポリ（メタクリル酸ジエチルアミノエチル）等）が表面に吸着したポリスチレン粒子の精密合成を行う。水への濡れ性が異なる高分子の表面吸着量が低い場合には、シード乳化重合、シード分散重合を駆使し、粒子表面に積極的に導入する。

■ 微粒子の精密評価：　生成粒子の粒子径、形状、化学組成について、レーザー回折式粒度分布測定装置（現有設備）、電子顕微鏡（現有設備）、元素分析装置（現有設備）を用いて評価する。特に、水の濡れ性に大きく関与する粒子表面化学について、X線光電子分光装置（現有設備）、接触角計（購入予定）を用いて詳細に評価する。

（2）微粒子集合体の表面凹凸構造の制御

高分子微粒子の水分散体を乾燥させることで、表面凹凸を有する粒子集合体を作製する。乾燥方法（自然乾燥、フリーズドライ、スプレードライ）および、その条件（温度、湿度、分散体固形分濃度）と得られる表面凹凸構造の相関を明らかにする。粒子集合体が形成する凹凸を、レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡を使用して3次元画像化し、表面粗さを数値化する。サブミクロンメートルサイズ～ミリメートルサイズの表面凹凸を有する粒子集合体の作製を行う。特に、微粒子集合体の表面凹凸の形状評価・数値解析について、界面化学を専門とする連携研究者である村上良博士（甲南大学）と連携して推進する。

得られた結果を基にして、微粒子表面化学、乾燥条件と粒子集合体形状の相関関係を明らかにする。また、得られた結果を取りまとめ、学会発表、論文投稿を行う。

２５年度の実施報告

本研究では、サブセルラーサイズの高分子微粒子からなる集合体を作製することで凹凸を形成し、その形状が生み出す撥水性を活かし、リキッドマーブル（Water-in-Air型気液分散系）の安定化を実現する。さらに、リキッドマーブル内部に泡が分散した多相気液分散系（Air-in-Water-in-Air型分散系）の構築、さらに多孔質高分子材料の創出を行い、材料化学分野へ研究を展開することを目的としている。平成25年度は、下記2項目について検討を行った。

(1)     高分子微粒子の精密合成・評価

乳化重合、分散重合を駆使し、水への濡れ性が異なる高分子（ポリビニルピロリドン、ポリ（メタクリル酸ジエチルアミノエチル）、ポリエチレングリコール）が分散安定剤として表面に吸着したポリスチレン粒子の精密合成を行った。電子顕微鏡、X線光電子分光装置、接触角計を用いて粒子表面化学をコロイド化学、濡れの科学の観点から評価した。その結果、上記分散安定剤が粒子表面に吸着したサブミクロンからミクロンメートルサイズの単分散性に優れる高分子微粒子の生成を確認した。さらに、シード乳化重合、シード分散重合を駆使し、粒子表面の親水性疎水性バランスのコントロールにも成功した。

(2)     微粒子集合体の表面凹凸構造の制御

高分子微粒子の水分散体の乾燥方法（自然乾燥、フリーズドライ）および、その条件（温度、湿度、分散体固形分濃度）が、得られる粒子集合体の状態、表面凹凸構造に与える影響について検討を行った。その結果、フリーズドライ法から得られる微粒子集合体は、かさ密度が低く適度な流動性を示し、一方自然乾燥法からは、粒子が緻密に詰まった粒子集合体が形成されることを明らかにした。レーザー顕微鏡、走査型電子顕微鏡を使用し、粒子集合体が形成する表面凹凸は数十ミクロンメートルレベルであることを明らかにした。当該項目は、界面化学を専門とする連携研究者である村上良博士（甲南大学）と連携して推進した。

２６年度の実施計画

 

平成26年度も、当該新学術領域研究のメンバーとの連携を通じて、「生物規範工学」の学理の体系化に努める。自然界で観察される微粒子の界面吸着現象をコロイド化学、高分子化学の観点から研究することで、生物規範工学の科学の確立推進に力を注ぐ。具体的には、下記2点について研究を推進する。

（1）高分子微粒子表面への水の濡れ性評価：微粒子集合体が形成する表面凹凸構造が、撥水性に与える影響を精査する。粒子表面への水の濡れ性は、粒子の気液界面における吸着エネルギーと相関しているため、気液分散体の安定性を評価する上で重要な因子である。本課題では、凹凸構造を有する粒子集合体表面における水の濡れ性を接触角測定を行うことで評価し、単一粒子表面の濡れ性と比較する。

（2）気液分散体の安定化と機能性材料の創出：高分子微粒子のみを安定化剤として利用し、リキッドマーブルおよびその内部に泡が分散したAir-in-Water-in-Air型多相気液分散体を作製する。申請者が開発したドロップレットローラー【申請者ら Soft Matter 2010, 6, 635】、およびフォームカラム【申請者ら Langmuir 2006, 22, 7512】を使用し、様々な条件（温度、湿度）で、気液分散体の安定性を評価する。さらに、多相気液分散体から水を蒸発させることで、多孔質高分子材料を合成する。上記の分散体、機能性材料の構造評価、および比表面積等の物性評価を、電子顕微鏡、BET装置を用いて行う。

得られた結果を取りまとめ、学会発表、論文投稿を行う。平成25年度、平成26年度で取得する基礎的データを有機的に繋げることで、生物規範工学に立脚した真に使えるコロイド材料開発の実現に向けた足掛かりとしたい。

２６年度の実施報告

平成26年度は、下記2項目について検討を行った。

1.   高分子微粒子表面への水の濡れ性評価

微粒子集合体が形成する表面凹凸構造が、撥水性に与える影響を精査した。粒子表面への水の濡れ性は、粒子の気液界面における吸着エネルギーと相関しているため、気液分散体の安定性を評価する上で重要な因子である。その結果、凹凸構造を有する粒子集合体表面における水の接触角が、単一粒子表面における接触角より大きくなることが明らかになった。これは、粒子集合体上の水滴にピン止め効果が働き、準安定Cassie-Baxter状態を取っていることを意味している。当該項目は、界面化学を専門とする連携研究者である村上良博士（甲南大学）と連携して推進した。

2.   気液分散体の安定化と機能性材料の創出

一種類の高分子微粒子のみを安定化剤として利用し、リキッドマーブルおよびその内部に泡が分散したAir-in-Water-in-Air型多相気液分散体の作製に成功した。さらに、多相気液分散体から水を蒸発させることで、多孔質高分子粒子材料の合成にも成功した。上記の分散体、機能性材料の構造評価、および比表面積等の物性評価を、電子顕微鏡、BET装置を用いて行った。