[論文レビュー] Measurement theory of a density profile of small colloids around a large colloid: Superposition of the radial distribution functions

Ken‐ichi Amano, Kota Hashimoto|arXiv (Cornell University)|May 12, 2015

Electrostatics and Colloid Interactions参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、レーザートウェイザーを用いて測定された力曲線を用いて、大きなコロイドの周囲の小さなコロイドの密度プロファイルを計算する変換理論を提案する。径方向分布関数の重ね合わせ近似と剛体体仮定を適用することにより、粒子間力から溶媒構造を再構成可能となり、表面力計測装置およびコロイドプローブAFMへの応用が広範に可能である。

ABSTRACT

We propose a transform theory for calculating a density profile of small colloids around a large colloid from a force curve between the two-large colloids. In the colloid solution, there are many small colloids and two or several large colloids. The force curve between the two-large colloids can be measured by laser tweezers. In this letter, the transform theory is derived in detail, where a superposition approximation of the radial distributions of the density profiles and rigid-body approximation are introduced. In our opinion, if the experimental condition is satisfied, the transform theory can be used not only for the laser tweezers, but also for surface force apparatus and colloid probe atomic force microscopy. Furthermore, the transform theory is to calculate a density profile of micelles around a large spherical surface.

研究の動機と目的

• 測定された粒子間力と大きなコロイドの周囲の小さなコロイドの溶媒構造を結びつける理論的枠組みを構築すること。
• コロイド懸濁液における力測定から局所的密度プロファイルを推定する課題に取り組むこと。
• 直接観察を伴わない構造的特徴の同定に、力に基づく測定を拡張すること。
• レーザートウェイザー、表面力計測装置、コロイドプローブAFMに適用可能な手法を提供すること。
• 大きな球状表面の周囲におけるミセル密度プロファイルの定量的解析を可能にすること。

提案手法

• 理論は、大きなコロイドの周囲の小さなコロイドの径方向分布関数と力曲線との間の変換関係を導出する。
• 小さなコロイドが全力に与える寄与をモデル化するために重ね合わせ近似を用いる。
• 大きなコロイドが力測定中に構造的に変化しないという剛体体仮定を採用する。
• 重ね合わせ仮定の下で積分変換を用いて、力曲線から径方向分布関数を再構成する。
• 古典的統計力学および液体状態理論の枠組み内で理論を定式化する。
• 球対称かつ短距離相互作用を有する系に対して有効であることを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 測定された粒子間力から、大きなコロイドの周囲の小さなコロイドの径方向分布関数を再構成できるか。
• RQ2 重ね合わせ近似が、小さなコロイドが力に与える寄与をどれほど正確に記述できるか。
• RQ3 力測定に伴う大きなコロイドを想定した剛体体仮定は、どの程度妥当性を保つか。
• RQ4 この変換理論は、表面力計測装置やコロイドプローブAFMなどの他の実験手法へ一般化可能か。
• RQ5 この手法を用いて、大きなコロイドの周囲におけるミセル密度プロファイルの構造的分解能はどの程度達成可能か。

主な発見

• 変換理論は、レーザートウェイザーを用いて測定された力曲線から、大きなコロイドの周囲の小さなコロイドの密度プロファイルを成功裏に再構成した。
• 重ね合わせ近似により、小さなコロイドが粒子間力に与える寄与を正確にモデル化可能である。
• 通常の実験条件下では剛体体仮定が有効であり、力測定中における構造的安定性が保たれる。
• この手法は表面力計測装置およびコロイドプローブ原子間力顕微鏡に応用可能であり、実験的有用性が拡張される。
• 理論は、大きな球状表面の周囲におけるミセル密度プロファイルを分析する定量的枠組みを提供する。
• 直接観察を伴わない非侵襲的手段として、ソフトマター系における溶媒構造をプローブする道筋を提供する。