磁性体含有単分散性粒子の合成および磁場を利用した配列制御に関する研究

磁性体を含有する複合粒子は、外部磁場による操作が可能であるため、診断薬用担体やホルモン等の微量物質の分析や分離回収に用いられる。分析の精度及び回収効率の向上のためには、粒子が高い磁化を持つことに加え、粒子個々のサイズ、形状及び磁性体含有率が均一であることが求められる。また、この条件を満たす粒子は、自己組織化を利用した配列化が可能であり、フォトニック結晶をはじめとする次世代光学デバイスへの応用も考えられる。昨年度の研究で、単分散シリカ粒子の表面にマグネタイトをヘテロ凝集させ、その上からシリカの保護層をコーティングすることで単分散磁性複合粒子の合成に成功し、さらにこれらの手順を交互に繰り返すことで、磁化の高い複合粒子を合成できることを見出した。しかし、合成手順が煩雑で時間がかかるという問題があった。本年度はその粒子合成プロセスの簡略化を検討し、生成粒子の均一性や磁気特性を損なうことなく、粒子合成に掛かる時間を4割程度削減することが可能となった。作製した粒子は磁気応答性を持ち、サブミクロンサイズで単分散であるため、自己組織化を利用した規則配列構造の形成を検討した。粒子濃度5wt%の粒子懸濁液に親水性のガラス基板を垂直に浸し、これを1μm/sの速度で引き上げることでガラス基板上に規則配列構造を形成させることに成功した。同条件においてネオジム磁石による磁場作用下でも規則配列構造を形成することが可能であった。磁場作用下で作製した配列構造の一部は、クラックの走る方向が変化しているものもあり、磁場によって粒子の配向性を制御できることが示唆された。配向性をより高度に制御できれば、広範囲で規則的な配列構造の形成など、デバイス開発に有用な配列技術につながると考えられる。

磁性体を含有する複合粒子は、外部磁場による操作が可能であるため、診断薬用担体やホルモン等の微量物質の分析や分離回収に用いられる。分析の精度及び回収効率の向上のためには、粒子が高い磁化を持つことに加え、粒子個々のサイズ、形状及び磁性体含有率が均一であることが求められる。また、この条件を満たす粒子は、自己組織化を利用した配列化が可能であり、フォトニック結晶をはじめとする次世代光学デバイスへの応用も考えられる。昨年度の研究で、単分散シリカ粒子の表面にマグネタイトをヘテロ凝集させ、その上からシリカの保護層をコーティングすることで単分散磁性複合粒子の合成に成功し、さらにこれらの手順を交互に繰り返すことで、磁化の高い複合粒子を合成できることを見出した。しかし、合成手順が煩雑で時間がかかるという問題があった。本年度はその粒子合成プロセスの簡略化を検討し、生成粒子の均一性や磁気特性を損なうことなく、粒子合成に掛かる時間を4割程度削減することが可能となった。作製した粒子は磁気応答性を持ち、サブミクロンサイズで単分散であるため、自己組織化を利用した規則配列構造の形成を検討した。粒子濃度5wt%の粒子懸濁液に親水性のガラス基板を垂直に浸し、これを1μm/sの速度で引き上げることでガラス基板上に規則配列構造を形成させることに成功した。同条件においてネオジム磁石による磁場作用下でも規則配列構造を形成することが可能であった。磁場作用下で作製した配列構造の一部は、クラックの走る方向が変化しているものもあり、磁場によって粒子の配向性を制御できることが示唆された。配向性をより高度に制御できれば、広範囲で規則的な配列構造の形成など、デバイス開発に有用な配列技術につながると考えられる。