生物は高分子、脂質など天然素材を用いて微小空間を創り出し、そこで天然のものづくりを行っている。無機物(バイオミネラル)の生成と成長においても、このような微小空間において精密な制御のもとに、階層構造を有する有機無機ハイブリッド構造体が生み出されている。われわれは、このような「微小空間におけるものづくり」に触発され、W/O型ミニエマルションにおけるナノサイズの水滴(ナノ水滴)に着目し、それらを微小反応場と捉えて、ナノスケールでユニークな構造と機能を有するマテリアルの創製を行った。
まず、遠心分離によってナノ水滴を集積させた後、静置することでナノ水滴間における物質移動と融合を試みた。その結果、ナノ水滴の集積化度が高いほどミネラル形成が促進された。また、反応時間、水滴の混合比などによって、ミネラルの生成が変化することがわかった。透過型電子顕微鏡(TEM)による形状観察から、最初に球状の結晶が生成し、時間とともにコーン状へと成長することがわかった。続いて、ナノ水滴内で重合を行ったところ、ミネラルを内封したハイブリッド粒子が得られた。次に、このハイブリッド粒子を基板上に塗布して乾燥させたところ、粒子同士が密に充填されることで、ミネラルがナノ分散したハイブリッド粒子膜を得ることができた。
つぎに、モノマーを油相としてナノ水滴を集積させ、モノマーを重合することでナノサイズの独立孔を有するポーラス構造体が得られた。これらのポーラス構造体をトルエンに浸漬したところ、独立孔は白濁していたが、連通孔は光の散乱が抑えられて透明になった。続いて、連通孔のポーラス構造体中でのものづくりとして、塩化金酸溶液を用いて金ナノ粒子（AuNPs）の生成を行った。構造体は生成したAuNPsの局在表面プラズモン共鳴に由来する薄紫色を呈することを見出した。
We developed a miniemulsion templating method to prepare porous polymeric membranes. First, water nanodroplets were suspended in an oil phase by using a nonionic and polymeric surfactant to form a water-in-oil (W/O) miniemulsion. After the nanodroplets accumulated by centrifugation, a small amount of monomer was added as an oil phase to resuspend the water nanodroplets in a monomer phase. Then, photopolymerization of the monomer phase was conducted to generate pores in the polymeric matrix. The size of the nanodroplets was tuned by the surfactant concentration to control the pore size of the membranes. We could produce pore morphologies such as closed-cellular, open-cellular, and bicontinuous structures by tuning the volume fraction of the nanodroplets. Alternatively, nanodroplets were accumulated by centrifugation, and then further surfactants were added to the monomer to suppress the coalescence of nanodroplets. This enabled us to generate a highly porous open-cellular structure while maintaining the size and spherical shape. Next, HAuCl4 was reduced by using the surfactant displayed at the inner surface of the pore wall as the reducing agent. Gold nanoparticles were produced in the inner pores of the polymeric membrane, showing coloration derived from local surface plasmon resonance.

申請種類 : 福澤基金研究補助