Pore-size-dependent structure of intermediate water in hydrogels of cellulose and agarose

セルロースおよびアガロースハイドロゲルにおける中間水の細孔径依存的構造

紅 裕介*; 関根 由莉奈   ; 南川 卓也 ; 高原 裕大*; 深澤 倫子*

Beni, Yusuke*; Sekine, Yurina; Nankawa, Takuya; Takahara, Yuta*; Ikeda-Fukazawa, Tomoko*

多糖類ハイドロゲル中の水の構造に対する細孔サイズの影響を調べるため、カルボキシメチルセルロースナノファイバー(CMCF)の凍結架橋ハイドロゲルおよび従来のアガロースハイドロゲルについて示差走査熱量測定(DSC)を行った。凍結架橋CMCFゲルは、一般的なアガロースゲルと比較して約200倍の細孔サイズを有する。DSC解析の結果、CMCFゲルとアガロースゲルの間で中間水の相対量に顕著な差が認められた。中間水はゲルの物理化学的特性に大きく関与することが知られており、本結果はゲル材料の機能設計および応用において重要な知見を与える。

To investigate the effects of pore size on the water structure in polysaccharide hydrogels, differential scanning calorimetry was applied to freeze cross-linked carboxymethyl cellulose nanofiber (CMCF) and agarose hydrogels. Water was classified into bound, free, and two types of intermediate water. The melting point of 1st intermediate water, associated with hydrogen bonding to bound water, showed similar water-content dependence in both hydrogels, indicating minimal pore-size effects. In contrast, the relative amount of 2nd intermediate water differed significantly between CMCF and agarose hydrogels and depended on the specific surface area of pore walls. These results demonstrate that 2nd intermediate water plays a key role in determining hydrogel physicochemical properties.