感熱応答性ナノ高分子ハイドロゲル微粒子のダイナミクスとミクロ環境変化

热敏纳米聚合物水凝胶颗粒的动力学和微环境变化

• 批准号: 17034041
• 负责人: 岩井 薫
• 金额: $ 2.56万
• 依托单位: Nara Women's University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17034041/
• 关键词: 感熱応答性高分子; 高分子ゲル微粒子; 蛍光ラベル; 熱相転移; ミクロ環境; 顕微分光法; レーザートラッピング

さまざまな機能性高分子が創造され,実用化されているが,現在,外界からの熱刺激に応答機能を持つ感熱性高分子として最も注目を浴びているのはN-イソプロピルアクリルアミドポリマー(PNIPAM)とその仲間であろう。架橋構造を持つPNIPAMハイドロゲルは,相転移温度(約34℃)を境に低温側で膨潤,高温側で収縮するという興味深い性質を示す。近年,このような性質をもつ感熱応答性高分子ハイドロゲル微粒子が注目されている。私たちは,感熱応答性高分子の水溶液やハイドロゲルの応答挙動ならびに蛍光ラベル法によるミクロ環境の研究を展開してきた。本研究では,蛍光ラベルした感熱応答性ナノ高分子ハイドロゲル微粒子を種々の条件で合成し,その感熱応答挙動やミクロ環境変化を種々検討すると共に,増原研(A01班)との共同研究のもと,顕微鏡下,レーザー光によるゲル微粒子の光圧トラッピングおよびその分光蛍光測定により,感熱応答性ハイドロゲルの単一微粒子のダイナミクスとミクロ環境変化の解明を試み,以下の研究成果を得た。(1)蛍光プローブでラベルした感熱性高分子ゲル微粒子の合成とその応答挙動の研究においては,数種の蛍光プローブでラベルしたPNIPAMに加えて類似構造をもつ数種の高分子ハイドロゲル微粒子を合成し,その感熱応答挙動ならびに応答に伴うミクロ環境の変化を検討した。また,これらのゲル微粒子系では,数℃の温度変化で蛍光強度が数倍から約10倍大きくなることから蛍光性温度センサーとしての応用を示した。(2)単一ゲル微粒子のレーザートラッピングとその蛍光分析の研究においては,顕微鏡下,蛍光プローブでラベルしたPNIPAMに加えて類似構造をもつ数種の高分子ハイドロゲル微粒子の光圧トラッピングおよびその蛍光測定に成功した。いずれの系においても蛍光極大波長における蛍光強度は,トラッピングレーザーの照射時間に対して,ゲル微粒子がトラップされることにより段階的に増加する様子が認められた。PNIPAMハイドロゲル微粒子のトラップ直後の蛍光強度の増加には,溶液温度約32℃を境に顕著な差異が認められるとともに,トラップ光強度依存性が認められた。

已经创建了多种功能聚合物并将其用于实际使用，但是目前最受欢迎的热敏聚合物具有响应外界的热刺激的功能，是N-异丙基丙烯酰胺聚合物（PNIPAM）及其对应物。带有交联结构的PNIPAM水凝胶在低温侧表现出有趣的肿胀特性，并在相变温度（约34°C）的高温侧收缩。近年来，具有此类特性的热敏聚合物水凝胶细颗粒吸引了人们的注意。我们一直在研究使用荧光标记方法的热敏聚合物和水凝胶的水溶液以及微环境的响应行为。在这项研究中，在各种条件下合成了荧光标记的热敏纳米聚合物水凝胶细颗粒，并检查了热反应行为和微环境的各种变化。根据与梅根研究研究所（A01）的联合研究，我们试图通过使用显微镜和光谱测量测量结果和获得以下研究结果的激光光的光热量捕获凝胶细颗粒的光热量捕获凝胶细颗粒，并通过显微凝胶细颗粒的光热量捕获凝胶细颗粒，并获得了以下研究结果。 （1）在研究用荧光探针标记的热敏聚合物凝胶颗粒的合成，除了用几种荧光探针标记的PNIPAM外，还研究了几种具有相似结构的聚合物水凝胶颗粒，还合成了相似的结构，并研究了与响应相关的微敏感性响应和对微环境的变化。此外，这些凝胶颗粒系统具有荧光温度传感器的应用，因为荧光强度增加了几次到大约10倍，温度变化为几个摄氏摄氏度。 （2）在研究单个凝胶微粒的激光捕获及其荧光分析中，除了在显微镜下用荧光探针标记的PNIPAM之外，几种聚合物水凝胶微粒具有相似结构的光：在这两个系统中，随着凝胶颗粒相对于捕获激光的辐射时间，凝胶颗粒被困在最大荧光波长下的荧光强度逐渐增加。在大约32°C的温度下，观察到PNIPAM水凝胶颗粒诱捕后立即荧光强度的增加，并且观察到陷阱的光强度依赖性。