プロープ顕微鏡と時空間分解蛍光測定の融合:水/高分子固体界面のダイナミクス計測

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本研究では、走査プローブ顕微鏡技術とパルスレーザー計測技術を融合することで、水と接触した高分子界面のダイナミクスを高い時空間分解能で明らかにすることを目標としてきた。本年度は、中性子反射率(NR)測定および走査フォース顕微鏡測定を用いて、種々の貧溶媒と接したポリメタクリル酸メチル(PMMA)界面の構造と力学物性を深さの関数として明らかにした。NR測定に基づき種々の貧溶媒との界面におけるPMMAの構造を評価することに成功した。液体と接触することで高分子固体の表面(界面)がどの程度の厚みで膨潤し、また、高分子の密度変化がどのような関数で表現できるかを明らかにした。液中フォースカーブ測定に基づき、種々の貧溶媒と接触したPMMA界面の弾性率を評価することに成功した。その結果、弾性率は膜の膨潤状態に依存することが明らかとなった。液体分子によって可塑化した界面の厚みはNR測定の結果とよく対応していた。エステル交換反応をもちいて蛍光色素でラベルしたPMMAを合成した。パルスレーザーとストリークカメラを用いた時間・空間分解蛍光測定システムを構築し、表面にのみ蛍光プローブ層を導入した試料を用いた水中蛍光寿命測定について検討した。その結果、貧溶媒と接触したPMMA界面では、空気界面と比較して、比較的小さなスケールの分子運動も速くなることが明らかとなった。