環境調和型高分子の力学特性制御とデバイス展開

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軽く強い材料として高分子/フィラー複合材料が着目されている。フィラーとの界面には吸着層と呼ばれるバルク高分子とは異なる運動性を示す領域が存在することが指摘されているが、その形成機構の知見は十分でない。我々はこれまでに固体界面へのDNA鎖の初期吸着過程を原子間力顕微鏡(AFM)観察に基づき評価し、DNA鎖は溶液中の持続長や回転半径を保持したまま固体に吸着すること、およびDNA鎖が十分に長い場合は、先行して部分的に吸着した鎖に、他の鎖が絡むことで吸着が促進される協同吸着が生じることを明らかにした。そこで本年度は、固体上におけるDNA鎖吸着層形成過程を視覚的に理解することを明らかにすることを目的とした。種々の制限酵素を用いることで、分子量の異なるDNA鎖を調製した。基板としてマイカを用い、DNA溶液を所定時間マウントし、超純水で洗浄した後、AFM観察に供した。長い鎖においては、所々で重なり合っている鎖が確認され、短い鎖においては、重なり合っている鎖は観察されにくかった。これは、DNA鎖が十分に長い場合は絡み合いを伴う協同吸着が進行し重なり合った状態で吸着すると考えることで説明できる。さらに吸着時間を増加させた場合は、界面を覆う吸着鎖の密度の増加が観測された。長い鎖においては、吸着層の厚さは均一ではなく、所々で周辺より厚い凝集体の形成が確認された。この凝集体の形成機構として、吸着した鎖同士の凝集と、新たな鎖が先行して吸着した鎖の間の空いているマイカ表面を縫うように吸着する機構(橋架け吸着)が存在すると考えられる。これらの凝集体は吸着時間の増加に伴い成長し、広く界面を覆った。短い鎖の場合は、凝集体の周りの吸着鎖が過疎化し、また凝集体の成長は比較的遅かった。これは、吸着した鎖同士の凝集は進行するものの、吸着点を十分に形成できないために、橋架け吸着が進行にしくいと考えることで説明できる。