うねる高分子鎖を初めて可視化～高分子セグメントの熱揺らぎを捉えた

世界のエネルギー消費の約3割はモビリティー輸送に起因します。モビリティーの低燃費化に向けた構造部材の軽量化はSDGs実現に向けた重要な課題であり、軽量化には異種材料を適材適所での組み合わせを可能にする高性能な接着技術が求められます。九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門／次世代接着技術研究センターの田中 敬二 主幹教授／センター長、東京科学大学 物質理工学院 応用化学系の佐藤 浩太郎 教授らは、科学技術振興機構（JST） 未来社会創造事業 大規模プロジェクト型「界面マルチスケール4次元解析による革新的接着技術の構築」を遂行しています。接着技術の革新には、接着界面の現象を分子レベルで明らかにし、精密に制御・最適化することが必要です。したがって、従来の界面高分子鎖の統計的理解を刷新し、接着界面の本質に迫るための1分子鎖レベルでの界面高分子鎖の描像の解明が求められていました。

本研究では、界面分子鎖1本の運動を分子レベルで初めて直接可視化し、非平衡挙動の存在を見いだしました。九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 森田 修治 大学院生、盛満 裕真 助教、次世代接着技術研究センター 山本 智 教授、工学研究院 応用化学部門の田中 敬二 主幹教授、および東京科学大学 物質理工学院 応用化学系の谷崎 志帆 博士、久保 智弘 助教、佐藤 浩太郎 教授らの研究グループは、原子間力顕微鏡（AFM）を用いて、固体表面上に存在する高分子鎖の運動を直接観察しました。その結果、1本の界面分子鎖の中に、熱活性セグメントと過渡的な吸着によって運動が抑制されるセグメント（熱抑制セグメント）が共存しており、それらが固体表面との相互作用に依存した非平衡挙動を示すことを明らかにしました。

本成果は、「界面分子鎖は一様な運動性を持つ」という従来の考え方を刷新し、「界面分子鎖は、セグメントごとに独立した分子運動を有し、吸脱着を繰り返す非平衡系である」という新たな分子描像を提供することにより、異種材料接着剤の性能向上に向けた分子設計を加速させることが期待されます。

本研究成果は、米国科学雑誌「Journal of the American Chemical Society」のACS Editors' Choiceに選出されており、同誌のオンライン版に2026年3月11日（日本時間）に掲載されました。