高圧条件下における混合溶媒系の臨界普遍性と隠れた長距離相互作用の解明

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本研究では、4000気圧の高圧条件下におけるソフトマター（有機溶媒を含む混合溶液系）の基礎的な物性解明を目指している。その中で2022年度は、以下の研究計画を遂行した。(i)高圧環境下での溶液構造を観察するための光散乱システムの構築：「竹田理化株式会社」「株式会社テクメイション」の2社が設計・製作した高圧セル内部にレーザー光（波長532nm、強度500mW）を透過させ、内部の試料の状態を反映した信号（透過光）を検出するためのセットアップを作成した。この状態で、高圧セルの内部を3000気圧まで安定に保つことができることも確認した。(ii)大気圧下での光散乱実験：(i)の研究計画の最中（2022年10月頃）に、高圧セルに圧力を送り込むためのポンプが故障し、修理に半年以上を要することが判明した。そのため、高圧環境下での光散乱実験を中断し、大気圧下のみでの光散乱実験を行った。まず、166kbpの長鎖DNA（T4 DNA）に多価イオン（スペルミジン）を添加した溶液を測定したところ、温度変化に伴い構造相転移（coil/globule転移）を起こすことが光散乱データから確認できた。次に、3-メチルピリジンなどの有機溶媒水溶液にイオンを添加した溶液では、温度変化に伴い相分離を起こすことが確認できた。(iii)高圧環境下における小角中性子散乱実験：2022年度に引き続き、日本原子力研究開発機構（茨城県東海村）の小角中性子散乱装置（SANS-U）に高圧セルのシステムを組み込み、高圧環境下におけるソフトマターのナノ構造の解明を進めた。試料として、特にタンパク質を溶解させた溶液を用いた。実験の結果、大気圧から1500気圧までの圧力環境ではタンパク質の形状を正しく測定できることが確認できた。