NEDO 若手研究グラント平成23年度採択テーマから産学連携のための研究紹介

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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粒子の創製

 本研究は、ポリマー微粒子の界面を無機ナノ粒子で修飾したコア・シェル微粒子の開発に関する研究です。材料の組合せにより多様なハイブリッド粒子を作製することが可能であり、表面を有機分子で化学修飾することで機能を界面に集積することが可能です。得られるコア・シェルハイブリッド微粒子は二次凝集のない分散性に優れた複合材であり、化粧品や薬品、機能性食品分野をはじめとする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
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

 本研究は、ポリマー微粒子の界面を無機ナノ粒子で修飾した界面機能集積型コア・シェル微粒子の開発に関する研究です。コアとなるポリマー粒子として、ポリスチレンなどの合成高分子、キトサンやセルロースなどの天然高分子を用い、シェルとしてシリカ、チタニア、セリアなどの無機ナノ粒子を組み合わせることで、多様なコア・シェル微粒子をカスタムメイドに作製することが可能です。無機ナノ粒子の界面特性や微粒子化条件を制御することで容易(ワンポット)にコア・シェル微粒子を作製することが可能であり、コア・シェル微粒子の表面を有機分子で化学修飾することで界面に機能を集積することができます。得られるコア・シェル微粒子は、二次凝集のない分散性に優れた複合材であり、粒子界面の物理的形状や化学的特性を付与することが可能です。(下図は、コア・シェルハイブリッド粒子の作製法の一例です)

 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。

コア・シェル微粒子の電子顕微鏡写真(コア:ポリスチレン、シェル:コロイダルシリカ)
a)コア・シェル微粒子、b)断面、c)表面、d)断面

従来技術との比較
特許出願状況
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およびポリマー微粒子や無機微粒子の界面修飾による機能化に関する研究、開発を行っております。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.
"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
2.
"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.

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