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ナノ粒子をシェル層とする界面機能集積型コア・シェルハイブリッド微粒子の創製
本研究は、ポリマー微粒子の表面を無機ナノ粒子シェル層で被覆したコア・シェル微粒子の開発に関する研究です。コアポリマーとして合成高分子、天然高分子を用い、シェル無機ナノ粒子としてシリカ、ダイヤモンド、セリア、SiCなどを組み合わせることが可能です。さらにハイブリッド微粒子の表面を有機分子で化学修飾することもできるため、多様なハイブリッド微粒子を作製することが可能です。このコア・シェルハイブリッド微粒子は、精密研磨用砥粒、化粧品や薬品、機能性食品分野、反射防止材、触媒担体など様々な分野への応用が期待できます。
| 研究機関・所属 | 熊本大学 大学院自然科学研究科 物質生命化学講座 |
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| 氏名・職名 | 高藤 誠 准教授 |
| 研究テーマ名 | 界面機能集積型コア・シェル微粒子による環境低負荷ハイブリッド研磨剤 |
| 応用想定分野 | 超精密研磨用砥粒、天然高分子複合微粒子、化粧品用パウダー |
技術紹介
本研究では、ポリマー微粒子の表面に無機ナノ粒子のシェル層を形成させた界面機能集積型コア・シェル微粒子の開発を行っています。コア微粒子材料として、ポリスチレンやポリメタクリル酸メチルなど合成高分子、セルロースやキトサンなどの天然高分子を用い、シェル層無機ナノ粒子としてシリカ、ダイヤモンド、窒化珪素、チタニア、セリアなどを組み合わせることが可能です。微粒子化条件を制御することで、コア・シェル微粒子の界面構造（シェル微粒子の密度、形状、種類など）や化学構造（疎水性、親水性など）をカスタムメイドに制御することが可能です。
この技術を使って作られる微粒子は精密研磨用スラリー、分析/分離用カラム充填剤、導電性粒子、化学反応触媒 、光拡散材料、化粧品や塗料等の複合微粒子として新たな機能を発揮させる目的に使えると考えています。
ポリスチレンコア・ナノシリカシェル複合微粒子
セルロースをコアとするコア・シェル複合微粒子面
現在、１）コア・シェル微粒子の材料の組合せのバリエーション化、２）量産化技術の確立、３）用途開発についての検討を進めています。以下のサンプルを提供可能（予定も含め）です。
合成ポリマーをコアとするコア・シェル微粒子
天然ポリマーをコアとするコア・シェル微粒子
セルロースをコアとするコア・シェル複合微粒子面
従来技術との比較
ナノ粒子をシェル層とするコア・シェル微粒子はこれまでにも報告されているが、その多くは静電相互作用や水素結合などの分子間相互作用を用いてシェルナノ粒子をコア粒子界面に固定化するものです。従来技術と比較した本技術の特徴は以下に記しています。
- １）
- シェルナノ粒子を物理的にコア粒子に埋め込む材料設計を行っており、シェルナノ粒子が脱落しにくい。また、合成ポリマーコアの場合、共有結合による固定化を併用しており、シェルナノ粒子は強固にコア粒子界面の固定化されています。
- ２）
- ワンポットでコア・シェル微粒子を作製する技術であり、粒子径や強度特性の制御も容易です。
- ３）
- コアポリマー、シェルナノ粒子の選択肢が広く、様々な組合せのコア・シェル微粒子への展開が可能です。
特許出願状況
- 特開2012-56073
- 研磨材
- 特開2011-1258
- 鈴構造粒子及び鈴構造粒子の製造方法
- 特開2010-209180
- 表面にディンプルを有する粒子の製造方法及び表面にディンプルを有する粒子
- 特開2010-138302
- 複合粒子の製造方法及び複合粒子
- 特開2009-083027
- 研磨方法
- 特開2008-101080
- 多糖類微粒子及びその製造方法
- 特開2008-013716
- 複合粒子およびその製造方法、ならびに研磨液
- 特開2004-149732
- セルロース微粒子の水分散体および該水分散体からなる微細加工品の洗浄
研究者からのメッセージ
私どもは、合成ポリマー、天然ポリマーからの微粒子作製、無機材料とのハイブリッド化微粒子の開発を行うとともに、微粒子の界面修飾による機能化に関する研究を行っております。本研究では、無機ナノ粒子をシェル層とするコア・シェル微粒子の作製とその機能化を目指した研究・開発を行います。材料の組合せや複合化法により、微粒子界面の物理的・化学的構造を精密に制御し、多様な界面特性をもつコア・シェルハイブリッド微粒子をカスタムメイドに作製することを目指しています。微粒子は多種多様な分野に応用されており、目的に応じた材料やサイズのものが利用されています。本研究で開発する界面構造・界面特性を精密に制御したコア・シェル微粒子を用いることで、機能の高度化や新機能の発現が期待されることから、様々な分野への応用展開ができると考えています。
発表論文：
- 1.
- Facile and versatile method for preparing core-shell microspheres with controlled surface structures based on silica particles-monolayer.
A. Uchimura, S. Kubota, S. Yamada, T. Wakiya, M. Takafuji, T. Shirosaki, S. Nagaoka, H. Ihara.
Materials Chemistry and Physics, Vol.129, pp.871-880, 2011. - 2.
- "A facile preparation method for self-assembled monolayers with silica particles on polystyrene-based microspheres"
H. Ihara, S. Kubota, A. Uchimura, Y. Sakai, T. Wakiya, M. M. Rahman, S. Nagaoka, M. Takafuji.
Materials Chemistry and Physics, Vol.114, pp.1-5, 2009
