硝子体はコラーゲンとヒアルロン酸ナトリウムからを主成分とする希薄なゲルで，ポリマーの割合は約1〜2％で残りは水です。したがって，希薄ポリマーネットワーク内で大量の水が維持されます。硝子体は，レンズと網膜の間にあり，眼の全体積の80％を占め，眼球の形状を維持，外部の機械的衝撃の吸収，目の恒常性維持，レンズ位置調節が主な機能です。硝子体の外観は透明であるため，硝子体は均一な組織と見なされてきましたが，その構造・機能はまだ未解明な部分が多いのが現状です。硝子体は複雑な構造をしており，その中で非常に柔軟なヒアルロン酸ナトリウムが，コラーゲンの半剛性ネットワークによって織り込まれていると考えられています。しかしながら，硝子体が実際にゲルネットワークであることを検証するために，硝子体ゲルの動力学と相平衡特性に関する研究は行われてきませんでした。いくつかの疾患は，硝子体の複雑な構造の変化に影響を与えます。硝子体の分解は，後部硝子体剥離，硝子体出血，網膜剥離などの多くの疾患を引き起こす可能性があります。硝子体の機能の根底にある原理の探索では，その物理化学的特性を明らかにし，理解することが重要であり，これは硝子体疾患のメカニズムのより深く理解するためにも重要です。我々は，この目的のために，主に豚硝子体を用いて研究を行っています。その一例として，硝子体から散乱された光のダイナミクスの観察から，コラーゲン繊維ネットワークのメッシュに充填されたヒアルロン酸ナトリウムを含むゲル系の密度ゆらぎを記述するための理論を構築しました。コラーゲンとヒアルロン酸ナトリウムのダイナミクスは，光散乱測定から得られたゆらぎの2つの緩和モードを上手く説明します。実験から得られたコラーゲンの拡散係数は，水溶液中の拡散係数に非常に近く，硝子体が膨潤状態にあることを示唆しています。拡散係数は，散乱光がサンプリングされた硝子体の位置（表面または中央部）に依存することも明らかになりました。ヒアルロン酸ナトリウムとコラーゲンの不均一な分布と硝子体の殻構造が示唆されました。

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Example of the ultra-structure of the bio-related hydrogel: Schematic diagram of adult vitreous ultra-structure depicting the relationship between hyaluronic acid molecules and collagen fibrils.

中性高分子および高分子電解質から構成されるブロック共重合体と高分子電解質と反対電荷を有する界面活性剤が水中で形成するコロイド複合体の相挙動とミクロ構造の研究を行っています。我々は，リビングラジカル重合により合成した中性高分子としてPNIPAm，高分子電解質として負の電荷を有するPAAから成るジブロック共重合体PNIPAm-b-PAAと正の電荷を有する界面活性剤DTABが形成するコロイド複合体の水中における相挙動とミクロ構造の研究を行っています。DTABとPNIPAm-b-PAA(α = 0.75)との電荷比Z = [DTAB]/[ PNIPAm-b-PAA]が電荷比の臨界値Z_Cより低い場合(Z < Z_C)，複合体は単独のDTABミセルに数本のPNIPAm-b-PAAが結合した状態で存在する (Fig. 3a) のに対し，Z_C < Zである場合，複合体はコアシェル構造を有することが明らかとなりました。コアはPAAブロックと結合したDTA+ミセル間の距離が約38 Åで密に詰まった構造をしており，この距離は電荷比Zに依存しないことが明らかとなりました。また，複合体のコロナ（シェル）は感温性高分子PNIPAmにより構成され，PNIPAm鎖の相転移温度以下(T < T_C)では，膨潤し，その立体効果により水中で安定に分散することが明らかとなりました。 このコロイド複合体は，DNAが4種類のコアヒストン（H2A，H2B，H3，H4）から成るヒストン8量体に巻き付いて形成するヌクレオソームの物理化学的の解明のためのモデル化合物として，DNAの物理化学の発展に取り組んでいます。

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Figure 1 Chemical structures of PNIPAm-b-PAA and DTAB.
Figure 2 Phase diagram obtained for the system of PNIPAm-b-PAA/DTAB/water at c = 0.4 wt% with the degree of neutralization of PAA block α = 0.75.
Figure 3 Structure of PNIPAm-b-PAA/DTAB complexes for (a) Z < Z_C and Z > Z_C proposed by SANS.

様々な疎水化水溶性高分子中で，疎水性末端基を有するテレケリック誘導体は，水中で形成する花型ミセル凝集体が，臨界濃度以上で粘弾性流体を与える性質が注目されています。我々は，末端にオクタデシル基を有するテレケリック疎水化PNIPA (HM-PNIPAm)（図a）の動的性質を，応力緩和測定および動的光散乱測定により検討しています。HM-PNIPAMは希薄状態で星形の花型ミセル(flower-like micelle)を形成し，ある閾値濃度を超えると花型ミセルが高分子鎖により連結したネットワーク(micelle network)を形成します（図b）。高分子濃度がある閾値以上では，系は粘弾性体を形成し，動的光散乱測定から，その動的構造には2つの緩和ステップが観測されます。速い緩和は波数ベクトルの二乗q²に比例する拡散モード，遅い緩和は波数ベクトルとはほとんど無関係です。応力緩和の終端時間 τ_Rと遅い動的構造因子 τ_Sの遅いモードは，花型ミセル凝集体のオクタデシル基のミセル中への滞留時間によって制御されると考えられます。これらの結果は，弾性率と滞留時間によって特徴付けられる準濃厚溶液の理論をMaxwell粘弾性媒体に拡張した，いわゆる2流体モデルにより説明することができます（図c）。

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(a) Chemical structure of HM-PNIPAM (M_w = 20000)
(b)Schematic illustration of micelle network of HM-PNIPAM.
(c) Normalized inverse characteristic times as a function of q² in reduced unit for 50 - 300 mg mL^-1 of HM-PNIPAM at 20°C. The lines are calculated with the values D_eff, D_coll and τ_R obtained by DLS and rheology measurements. Circle (square) symbols correspond to the slow (fast) mode.