ナノペーパーの形成と機能を司る統計的流動の深化

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セルロースナノファイバーから構成されるナノペーパーは，プリンティッドエレクトロニクスの基板としても盛んに扱われてきた．導電性インクのインクジェット描画では微量の水性インクがナノペーパーに着滴するので短時間に乾燥する．このため，水とナノペーパーとの相互作用に関しては，濡れ性に注目する以外は，導電性インク配線の電気抵抗の小ささに注目することが一般的である．これに対し，紙ベース分析デバイスの構成要素として活用する際には，インクジェット描画時よりも多くの水分により長い時間接触する場面が想定される．そして，実際にインクジェット描画よりも長時間多くの水に接触すると，ナノペーパーは次第に膨潤してゲル化する．乾燥状態のナノペーパーは無色透明であり，それは水にぬれた状態でも同様である．したがって，水中にナノペーパーが置かれた状態で膨潤してゲル化することがわかっても，ゲル化の過程を知ることは容易ではない．なぜなら，ナノペーパーの膨潤により出現するハイドロゲルと水との境界は目視で確認できないからである．そこで本研究では，一粒子追跡（Single Particle Tracking）に基づく顕微鏡動画データ解析によりゲル化の挙動を明らかにした．ブラウン運動するプローブ粒子を微量添加しておくことで，ナノペーパー膨潤型ハイドロゲルの存在領域を一般化拡散係数の指数低下により検出・定量評価することができる．この方法によりナノペーパーが水に濡れた際にセルロースナノファイバーで構成されるハイドロゲルが現れる基本的な過程を明らかにすることができた．