Structure and dynamics of supramolecules investigated by contrast variation neutron scattering

コントラスト変調中性子散乱法を用いて調べた超分子の構造とダイナミクス

遠藤 仁

Endo, Hitoshi

ポリロタキサン(PR)とは、超分子の一種で、直鎖高分子を環状分子が貫いた構造を持つ。本研究においては、直鎖高分子としてポリエチレンオキサイド(PEG)を、環状分子としてシクロデキストリン(CD)を用いたPRに対してコントラスト変調中性子散乱法を適用し、その構造を中性子小角散乱によって、ダイナミクスを中性子スピンエコー法によって決定した。中性子を散乱のプローブとして用いた場合、重水素と軽水素との散乱コントラストの差を利用したコントラスト変調実験が容易に実現できる。本研究では、PEG及びCDを部分重水素化することで、PRの軸の部分(重水素化CDと軽水素化PEGの組合せ)あるいは環状分子部分(軽水素化CDと重水素化PEGの組合せ)だけの散乱シグナルを観測した。さらに軸部分も環状分子部分も軽水素化した試料からの散乱シグナルを加えることで、軸部分と環状分子との交差相関関数を抽出し、その構造とダイナミクスの詳細を検証した。

Polyrataxane (PR) is a new category of supermolecular assemblies in which a linear polymer (polyethylene glycol(PEG)) penetrates a few hundreds ring molecules (-cyclodextrin (CD)) and the axial polymer is terminally-modified with sterically-bulky compounds in order not to allow the ring molecules to escape from the string. We have investigated the structure and dynamics of PR by means of contrast variation small-angle neutron scattering (SANS) and contrast variation neutron spin echo (NSE) experiments. With neutrons as probe, contrast variation techniques based on hydrogen/deuterium replacement can be used to modify the visibility of different component in the system. In order to study the properties of CD threaded into PEG, partially deuterated CD and PEG were synthesized for the preparation of PR with protonated CD and deuterated PEG (CD visible) and PR with deuterated CD and protonated PEG (PEG visible). SANS and NSE experiments were performed for these two materials and additional fully protonated PR, then the obtained scattering intensities were decomposed into the partial scattering functions for each components. The detailed analyses of each partial scattering function led to reveal the structure and dynamics of CD and PEG in PR with nanoscopic temporal-spatial resolution.