陽電子消滅寿命測定法および熱分析を用いた生体高分子ゲルの膨潤過程の解析  [in Japanese] Analysis of Swelling Process of Biopolymer Gel by Positron Annihilation Lifetime Measurement and Differential Scanning Calorimetry  [in Japanese]

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Author(s)

    • 三町 博子 MIMACHI Hiroko
    • 大阪大学大学院工学研究科 Department of Sustainable Energy and Environmental Engineering, Graduate School of Engineering, Osaka University
    • 秋山 庸子 AKIYAMA Yoko
    • 大阪大学大学院工学研究科 Department of Sustainable Energy and Environmental Engineering, Graduate School of Engineering, Osaka University
    • 武田 真一 TAKEDA Shin-ichi
    • 大阪大学大学院工学研究科 Department of Sustainable Energy and Environmental Engineering, Graduate School of Engineering, Osaka University
    • 泉 佳伸 IZUMI Yoshinobu
    • 大阪大学大学院工学研究科 Department of Sustainable Energy and Environmental Engineering, Graduate School of Engineering, Osaka University
    • 西嶋 茂宏 NISHIJIMA Shigehiro
    • 大阪大学大学院工学研究科 Department of Sustainable Energy and Environmental Engineering, Graduate School of Engineering, Osaka University

Abstract

生体高分子の膨潤過程における生体高分子と水との相互作用について, 陽電子消滅寿命測定 (PALS) と示差走査熱量測定 (DSC) を用いて調べた。生体高分子としてさまざまな濃度のゼラチンを用いた。含水したゼラチン中の水の束縛状態を調べるため, DSC曲線から得られる融解エンタルピーの値から, 全含水量に対する結合水, 自由水の重量%を求めた。その結果, ゼラチン濃度の増加に伴って結合水は増加し, 自由水は減少することが定量的に確かめられた。水の束縛状態の変化はゼラチンの網目構造に起因すると考えられるため, さまざまな濃度のゼラチンの自由体積空孔半径について, 陽電子消滅寿命測定の結果をPATFIT-88プログラムを用いて解析することによって調べた。その結果, 乾燥ゼラチンの自由体積空孔半径は純水のそれよりも小さく, 含水していくにつれて徐々に大きくなり, 純水の自由体積空孔半径に近づくことがわかった。これらの結果より, 膨潤過程において, 水分子がゼラチン分子のヘリックス構造中に入り込み, ヘリックス構造を押し広げていくと考えられ, それゆえに低い含水率においては水が網目に束縛された状態で存在し, 高い含水率においてはヘリックス構造の広がりによって自由水が増加したと考えられる。

<I>Interaction between biopolymer and water in swelling process of biopolymer gel was examined using positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) and differential scanning calorimetry (DSC) . Gelatin gels with different concentrations were used for biopolymer gel. To examine into water structure in gelatin gel, the weight percentages of bound water and free water against total water in gelatin gels were calculated from fusion enthalpy of DSC curves. Accompanied with increase of gelatin concentration, the percentage of bound water increased and the percentage of free water decreased. Since water structure change results from network structure of gelatin gel, free volume hole radii of gelatin gels with different concentrations were characterized with positron annihilation lifetime spectra using PATFIT-88 program. Free volume hole radius of dried gelatin was smaller than that of pure water, and free volume hole radius of gelatin gel increased with increase of water content approaching the value of pure water. It indicates that water molecules penetrate into helix structure of gelatin, and helix structure was stretched by water molecules in the swelling process. Therefore, water molecules were strongly bound to gelatin molecules at lower water content, but free water increased at higher water content as a result of stretch of helix structure</I>.

Journal

  • RADIOISOTOPES

    RADIOISOTOPES 55(9), 525-531, 2006

    Japan Radioisotope Association

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