株式会社有機ナノエレクトロニクス研究所

２段階ナノ分裂法は、新しく見出だした物理現象“自発的ナノ分裂”を応用した、独自のナノ粒子合成法です。

高分子を有機溶媒（オイル）に溶かし、ソープフリー条件下で、O/W (Oil in Water) 乳液を形成します。次に、液滴の表面張力がゼロとなるような組成で、水に可溶な貧溶媒を混合します。瞬間的に表面張力が消失することにより、液滴は不安定化して、ひとりでに均一なナノ液滴に分裂します（自発的ナノ分裂）。ナノ分裂に伴って、均一な高分子ナノ粒子が形成されます。

この手法の応用として、均一で安定なナノ乳液を作製することもできます。

極小サイズ

２段階ナノ分裂法の最大の特徴は、極小サイズの高分子ナノ粒子を合成できる点です。通常の高分子ナノ粒子のサイズは１００ナノメートル以上であり、従来の技術では５０ナノメートル以下のサイズの粒子を合成することは困難でした。２段階ナノ分裂法を用いると、３０ナノメートル以下の高分子ナノ粒子を大量に合成することが可能で、最小サイズは１０ナノメートル以下です。ガラス基板上に粒子を塗布して、原子間力顕微鏡（AFM）を用いて表面形状を測定することで小さい粒子のサイズを評価しています。右の写真は１０ナノメートルの高分子ナノ粒子の原子間力顕微鏡イメージです。

精密制御

２段階ナノ分裂法は単に小さい粒子を合成出来るだけではなく、極めて高い精度でサイズを制御することが可能です。サイズの制御は、粒子の合成に用いる溶液の濃度を調整することによって行います。右のグラフに示したように、溶液濃度と粒子サイズの間には非常に規則的な関係があり、濃度を低くすると粒子サイズが低下します。５０ナノメートル以下の粒子を、１０ナノメートル単位で制御して合成することが出来ます。原子間力顕微鏡による評価によると、サイズのばらつきは±５ナノメートル程度です。

単分散

２段階ナノ分裂法は、ターゲットとなるサイズの粒子を、高い歩留りで合成できることも大きな利点の一つです。２段階ナノ分裂法は、合成に伴う粒子の凝集が非常に少なく、多くのケースで８０％以上の高い歩留りが得られています。材料によっては１００％近い合成効率が確認されています。右の図は、合成後のナノ粒子分散液のサイズを動的光散乱装置で測定した結果を示しています。チャートからは、ターゲット粒子のみが確認されており、凝集のない単分散試料が得られたことを示しています。

高汎用性

２段階ナノ分裂法は、溶媒間の相互作用を利用してナノ粒子を合成します。高分子材料の物性はナノ粒子の形成には直接関与しません。これは、２段階ナノ分裂法が過去のナノ粒子合成法と本質的に異なるポイントです。そのため、溶媒の適性さえ合えば、材料の種類を問わずナノ粒子を合成することが出来ます。さらに、合成されるナノ粒子のサイズは合成に用いる溶液の濃度だけで決まり、高分子材料の種類には依存しません。写真は、３種類の全く性質の異なる材料から合成されたナノ粒子分散液を示しています。これらは、同じ濃度の溶液（1 mg/mL）から調製されたためすべて同じ粒子サイズ（３０ナノメートル）となっています。

長期安定性

２段階ナノ分裂法は、界面活性剤等の安定剤は一切使用しませんが、合成したナノ粒子は高い安定性を示します。それは、特殊な技術により、ナノ粒子に高いゼータ電位を持たせているからです。右図は、ポリスチレンナノ粒子（濃度2mg/mL）を長期保管して、粒子サイズの時間変化を調べたものです。６ヶ月に亘る長期保管にもかかわらず、粒子サイズにはほとんど変化がなく、凝集体の形成も認められませんでした。２段階ナノ分裂法によって合成されたナノ粒子は、高い安定性を示すことが確認されました。