Investigation of rheological properties of hetero-colloidal suspensions toward the prediction of transport phenomena in soil and water environments

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本研究は，農村工学的な物質輸送の予測・制御技術の高度化に資するため，異符号に帯電した無機・有機コロイドからなる混合懸濁液のレオロジー特性を，粒子間相互作用の観点から明らかにすることを目的としている．この目的を達成すべく，モデル系としてシリカ粒子とリゾチームを用いて研究を行っている．その過程で，リゾチームの最大吸着量がシリカ粒子間の相互作用を理解するための重要なカギであるとの着想を得た．そこで，令和元年度には，リゾチームを含むナノサイズを持つ粒子の最大吸着量を支配する要因について研究を行った．主な成果は以下の通りである．既往研究において，ポリアミドアミンデンドリマー（PAMAM）の最大吸着量を既存の理論モデルが過小評価することが指摘されており，この原因として，吸着に伴うPAMAMの変形が理論モデルでは表現されていないことが推測された．そこで，帯電した基板上に存在する変形前後のPAMAM間の相互作用を有限要素法を用いて計算することで，変形の影響を調べた．その結果，変形後を仮定した半球状粒子間の静電反発ポテンシャルが，変形前を仮定した球状粒子間の静電反発ポテンシャルに比べて小さいことが見出された．このことから，PAMAMは吸着に伴って変形することで互いに近づいて吸着できるようになり，最大吸着量が増加するものと結論付けた．昨年度までの研究から，リゾチームのシリカ表面への吸着において，吸着したリゾチームが表面拡散することが最大吸着量を決める要因の一つとして考えられた．そこで，水晶振動子マイクロバランスを用いて吸着量の時間変化を測定した．ここでは，吸着が進行しリゾチームの吸着速度が著しく減少した後も，共振周波数の緩やかな減少が観察された．このことは，シリカ表面がリゾチームにある程度覆われた後も，表面拡散によって空いた表面が作られ，そこに新たなリゾチームが吸着することを示唆している．