Dynamic hierarchical structure of dielectric relaxation of ice in frozen aqueous solutions and hydration

冷冻水溶液中冰介电弛豫和水化的动态分级结构

• 批准号: 22K03559
• 负责人: 新屋敷 直木
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Tokai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03559/
• 关键词: 誘電緩和; 氷; 水溶液; 水和; 不凍水; 結晶構造; 高分子; タンパク質

(A)温度履歴の影響に関する研究：冷却時の温度履歴が氷の誘電緩和及び結晶構造に与える影響を調べた。球状タンパク質の牛血清アルブミン(BSA)を用い、「急冷」、「-5℃でアニール」、「5 degree／hourで冷却」でそれぞれ冷却したBSA水溶液の氷の緩和を123～273 Kの温度範囲、10mHz～10MHzの周波数域で観測した。この温度履歴の変化によって氷の緩和はほとんど変化しないが、氷の緩和の低周波側の界面分極が大きく変化した。ポリビニルピロリドン（PVP）水溶液の濃度と冷却速度を変化させX線回折測定を行い、PVP水溶液中の氷の結晶構造を調べた。PVP濃度50wt.%以上の水溶液では氷が形成されない。またPVP濃度40wt.%以下では hexagonal ice が観測された。40～50wt.%の濃度範囲では冷却速度によって結晶構造が変化し、低冷却速度では hexagonal ice が、高冷却速度では cubic ice が観測された。(B)溶質濃度の低い水溶液のBDS測定：溶質濃度10wt.%のポリイソプロピルアクリルアミド（PNIPAM）マイクロゲルの誘電分光測定を行った。まず、マイクロゲルの体積相転移温度を含む288～323Kの範囲で氷結していない重水を用いた水溶液における水とPNIPAMの分子運動を観測し、軽水と重水における分子運動を比較した。これらの結果を1報の論文および1件の国際会議で発表した。氷結した10wt.% PNIPAMマイクロゲル水溶液の氷の緩和を観測し、同じ濃度のゲル（ゼラチン）、ランダムコイル高分子（PVP）、球状タンパク質（BSA）水溶液と比較し、高分子の構造の違いが氷の緩和に与える影響を確認した。

(A)Study on the influence of temperature variation: induction relaxation and crystal structure modulation of temperature variation during cooling Spherical bovine serum albumin (BSA) is used in the temperature range of 123~273 K and in the frequency range of 10mHz~10MHz. The temperature variation of the temperature profile is different from that of the temperature profile. The concentration and cooling rate of PVP aqueous solution were changed, and the crystal structure of PVP aqueous solution was adjusted. PVP concentration 50wt.% The above aqueous solution is formed into a mixture. PVP concentration 40wt.% The following is a summary of the results of this study. 40~50wt.% The concentration range is the cooling rate, the crystallization structure, the low cooling rate, the hexagonal ice, and the high cooling rate, the cubic ice. (B)BDS determination of solute concentration and low concentration aqueous solution: solute concentration 10wt.% The method of electro-optical spectroscopy for the determination of the concentration of impurities in organic matter is described. The temperature range of the phase shift of water and PNIPAM is from 288 K to 323K. The results of this paper were presented at an international conference.氷结した10wt.% Comparison of aqueous solutions of PVP and BSA with different concentrations of PNIPAM, and confirmation of the influence of polymer structure on relaxation

项目成果

Sathyabama Institute of Sci. and Tech.(インド)

萨迪亚巴马科技研究所（印度）

Research Group of Molecular complex System

分子复杂系统研究组