Study of Wetting Phenomena on Polymer Brush Surface Based on Energy Dissipation

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ひとつの側鎖内にカチオンとアニオンの両方の官能基を有する双性イオン高分子を固体表面に固定化すると、その表面は高い親水性を示すようになる。これまでに本研究では、水は高分子中に浸透し、高分子と水からなる微細な薄膜が表面に形成されることを報告してきた。この濡れ減少に伴って、高分子は水和しており、その水和状態を明らかにすることは重要な課題である。そこで本研究では、ホスホベタイン型、カルボキシベタイン型、スルホベタイン型、およびアミンオキサイド型の双性イオン高分子の水和組成を示差走査熱量計(DSC)により測定した。含水させたホスホベタイン型双性イオン高分子は他の双性イオン高分子より比較的多くの水分子を強く束縛し、不凍水・中間水の量が多いことが明らかになった。種々の双性イオン高分子の水和組成を比較した論文は学術誌に現在投稿中である。また、ノニオン性高分子の膨潤挙動を観察するために、医療用高分子として実用化されているポリ(2-メトキシエチルアクリレート)を基板表面にグラフトし、周波数変調型原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いて基板断面方向の物質密度変化を観察した。非水溶性であるこのノニオン性高分子は、水中ではわずかしか膨潤していないことが可視化された。これは双性イオン高分子とは異なる点であった。意外なことに、同じ化学組成の高分子鎖であっても鎖末端が存在しないグラフト高分子の場合は、溶媒中に高分子鎖が拡散し、伸びきり鎖長に近い膨潤膜厚に達することを明らかにした。当初目的としていたエネルギー散逸からの膨潤の理論構築には至らなかったが、このように直接、高分子のトポロジーと膨潤との関係が明瞭に可視化された例は極めて珍しく、ソフトマテリアル界面の理解に貢献する結果が得られた。この結果と生体応との関係を議論する発表、ならびに論文の投稿に向け現在準備を行っている。