Terahertz dynamics of water before and after water shedding from reverse micelles

逆ミセルからの水流出前後の水のテラヘルツダイナミクス

村上 洋

Murakami, Hiroshi

ナノメートルスケールの微小液滴を保持する逆ミセルは、水の構造・ダイナミクスに及ぼす空間拘束効果を調べるだけでなく、その微少液滴中に蛋白質などを可溶化することができるため、細胞類似環境下での生体高分子や水の状態を調べるために有用な系である。一方、THz分光によりピコ秒領域の水の集団的運動を調べることができる。本研究では、THz時間領域分光を用いた温度変化測定のために、溶媒と溶液試料を同時に温度制御できる装置を開発し測定を行った。液体水では、その拡散的運動に起因する10ps程度の時定数が水の融点付近まで温度減少と共に徐々に増加するのに対して、半径5nm程度の逆ミセル中の水では、285Kまで急激な増加を示す。これは、水の協同的運動が逆ミセルの空間拘束により阻害されることに起因する運動のスローダウンと考えられる。さらに、その温度以下で逆ミセルからの水流出が起こり、時定数の温度依存性が液体水と同様の振る舞いを示し、流出水は水の特性を回復することが明らかになった。

Picosecond relaxation dynamics of water before and after water shedding from reverse micelles are studied using temperature-dependent terahertz time-domain spectroscopy measurements to clarify the confinement effect of the reverse micelle on the dynamics of water. Before water shedding, the relaxation process due to the collective motion of bulk-like water in the core of the reverse micelle exhibits a considerable slowing down in comparison with that in liquid water as the temperature decreases. This is attributed to the confinement effect of reverse micelles. Moreover, the time constant abruptly drops at the water shedding, and its temperature behavior is similar to that of liquid water afterwards. These results demonstrate that the water extracted from the reverse micelle attains the property of liquid water by reduction in the confinement imposed on the motion of the water.