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» 2020年03月04日 15時00分 公開

医療技術ニュース:ナノサイズの空間に閉じ込められた水が示す、不思議な性質を解明

京都大学は、ナノサイズの空間に閉じ込められた水が示す、不思議な性質を解明した。通常の氷とは異なる特殊な構造、高いプロトン伝導性、水と氷の状態の境目が不明瞭となる現象を観測した。

[MONOist]

 京都大学は2020年2月18日、ナノサイズの空間に閉じ込められた水が示す、不思議な性質を解明したと発表した。通常の氷とは異なる特殊な構造や、高いプロトン伝導性、水と氷の状態の境目が不明瞭となる現象を観測した。同大学大学院理学研究科 教授の北川宏氏らの研究成果だ。

キャプション 研究のイメージ図(クリックで拡大) 出典:京都大学

 研究チームは、金属イオンや有機分子をパーツとして組み上げる、ボトムアップ法で作成する合成ナノチューブに着目。直径約1nmで、形状がそろった疎水性の内部空間を持つナノチューブの結晶をボトムアップ法で作成し、その内空間に水を取り込ませることに成功した。

キャプション ボトムアップ法による合成ナノチューブの合成(クリックで拡大) 出典:京都大学

 ナノチューブ内の水の構造をX線回析で観察したところ、4つの水分子の塊と8つの水分子の塊が、規則正しく交互に繰り返したような特殊な構造になっていることが分かった。これは、通常の氷の構造とは異なる。

キャプション 研究で観察された、疎水性のチューブの中の低温における水分子のネットワーク構造(クリックで拡大) 出典:京都大学

 また、ナノチューブ内では、水素イオン(プロトン)が高速で動き、高い伝導性を持つことを確認した。さらに、ナノチューブ内の水には明確な氷点がなく、水と氷の状態の境目が不明瞭となる現象を観察した。

キャプション 通常の水と疎水性のナノチューブの中の水の違い(クリックで拡大) 出典:京都大学

 今回の研究成果で、疎水性のナノサイズ空間における水分子の不思議な性質について、実験的に実証された。生体内の膜タンパク質が持つ高い物質輸送性能への理解が深まるほか、高効率な水の浄化膜や高機能な燃料電池など、有用な材料開発への貢献が期待される。

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