東京科学大学と理化学研究所は，物質の界面に存在する分子の挙動を高感度で解析できる新しい分光分析法「ギャップ制御赤外吸収分光法」を開発した（ニュースリリース）。
2つの物質が接する界面では，摩擦，接着，化学反応など，物質内部（バルク）とは異なる特有の現象が起こる。これらの現象は界面にあるごくわずかな分子の挙動によって支配されており，界面現象の振る舞いを理解することは，新しい機能を持つ材料を設計する上で極めて重要となっている。
しかし，界面に存在する分子は極めて少数であるため，その分子由来の信号はバルクの大量の分子の信号に埋もれてしまい，界面分子の信号だけを選択的に観測することは非常に困難だった。従来の和周波発生（SFG）分光法などは高い感度を持つものの，非常に高価で複雑な装置が必要な上，界面の分子の向きは分かっても，現象を支配している界面領域全体の厚さを定量的に評価することはできなかった。
そのため，より安価で，かつ界面領域の厚みまで含めた，界面現象の全体像を正確に捉えることができる新しい分析手法が求められていた。
今回の研究では，物質の界面に存在する分子の挙動を高感度で解析できる新しい分光分析法，ギャップ制御赤外吸収分光法を開発した。この手法は，既存の減衰全反射赤外吸収（ATR-IR）分光光度計に，マイクロメータ，圧電アクチュエータなどの試料との距離を精密に制御する単純な機構を追加するという，比較的安価で簡易な作業のみで実現できる。
この手法を用いて，撥水性を持つPDMS（シリコーン樹脂の一種）や親水性の自己組織化膜（SAMs）など，性質の異なる様々な表面の解析を行なった結果，それぞれの界面における水分子の水素結合状態について，既存の界面選択的な分析手法であるSFG分光法やSEIRAS法で得られるものと同様の結果が得られることを確認した。
さらに，この手法は界面に存在する水分子由来の信号のみを捉えることで，界面近傍に形成される水分子層の厚さをナノメートル単位で定量的に評価することが可能。例えば，親水性の水晶表面では，その溶液のpHの違いによって，界面に形成される水分子層の厚さが3.2nmから5.8nmへと変化することを明らかにした。
研究グループは，この研究は多様な分野における界面の科学的理解を深化させ，未来の機能性材料の設計に大きく貢献することが期待されるとしている。
