【本学研究者情報】

〇多元物質科学研究所　准教授　髙井（山下）千加
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 約20秒で、ナノメートルサイズ（以下、ナノ粒子。ナノは10億分の1）の粒子表面の"ちょっとした違い"を検出する方法を提案しました。
• 時間領域核磁気共鳴（TD-NMR）^（注1）という、溶媒のプロトン緩和時間^（注2）の変化割合によって粒子の分散媒との相性を分析できる手法を用いました。
• 緩和時間変化から、ナノ粒子表面に導入した官能基^（注3）の"ちょっとした長さの違い"を見ることができました。

【概要】

私たちの身の回りでは化粧品や医薬品、塗料、電気製品など様々な用途にナノ粒子が使われています。しかしナノ粒子は凝集しやすいため、ナノ粒子が持つ機能性を最大限生かすためには、分散制御が必要です。凝集を防ぐポイントは、粒子の界面にあります。つまり、粒子界面の"ちょっとした違い"を知ることで、凝集を防ぐ方法がわかり、ナノ粒子の本来の特徴を生かした材料創製に繋がります。粒子界面の"ちょっとした違い"を知る方法は、多く報告されていますが、大掛かりな装置が必要なうえに時間がかかり、日々の品質管理手法として使うにはハードルが高いことが課題です。

東北大学多元物質科学研究所の高井（山下）千加准教授らの研究グループは、時間領域核磁気共鳴（TD-NMR）を用いた分析手法により、ナノ粒子界面の僅かな違いを短時間で数値化することに成功しました。本評価法は試料の前処理が不要で、そのまま装置にセットすれば、約20秒で測定が完了します。

ナノテクノロジー技術は着実に進歩し、ナノ粒子をどのように利用し製品化につなげるかといった実用化に焦点が移行しています。実用化を推進させるためには、凝集状態の制御や構造制御技術などの技術開発が重要です。本研究成果は研究開発だけでなく、ナノ粒子からなる高機能材料品質管理での活躍など、ナノ粒子実用化の一助となると期待されます。

本研究成果は、2024年8月5日付けで科学誌Advanced Powder Technologyにオンライン掲載されました。

【用語解説】

注1. 時間領域核磁気共鳴（TD-NMR）
核磁気共鳴（NMR）は、強い磁場の中に試料を置き、核スピンの向きを揃えた分子にパルス状のラジオ波を照射して核磁気共鳴させた後、分子が元の安定状態に戻る際に発生する信号を検知して、分子構造などを解析する手法。化学、物理学、生物学、医学、農業、食品、バイオテクノロジー、医薬品、高分子など、様々な分野で使用されている．NMRには、高分解能NMRと低分解能（低磁場）NMRの2種類がある。低磁場NMRを時間領域核磁気共鳴（TDNMR, time domain NMR）とも呼ぶ。試料中の分子の物理的性質を評価するために用いられる。装置は永久磁石を用いており、卓上型で冷媒の必要がない。高分解能NMRシステムに比べてはるかに安価で、設置環境の要求も少ないため、研究所だけでなく工場でも使用にも適している。

注2. 緩和時間
NMRで試料に磁場を印加して非平衡状態にした後、磁場印加を止めて平衡状態に戻ることを緩和と言う。非平衡状態から平衡状態に戻るまでの時間が緩和時間

注3. 官能基
有機化合物の中にある特定の構造を持つ原子団のこと。有機化合物の性質や反応性を特徴づける。水酸基（－OH）、カルボシキル基（－COOH）などがある。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
准教授　高井（山下）千加
TEL: 058-293-2584
Email: chika.takai.a1*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所 広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）