Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

生分解性プラスチック / 分解開始スイッチ機能 / 生分解速度制御 / 繊維 / BOD生分解試験 / バイオマスプラスチック / フィルム / 微生物産生ポリエステル / 生分解性脂肪族ポリエステル / 酵素内包 / 自己分解 / ポリカプロラクトン / リパーゼ / 溶融混錬 / 酵素分解性 / 生分解性開始機能 / 生分解性速度制御 / 構造解析 / ポリ乳酸 / 高分子多糖類 / 生分解性制御 / 高性能部材

現在、非生分解プラスチックによるごみ問題が解決すべき課題として取り上げられている。生分解性プラスチックは解決策の一つとして取り上げられているが、耐熱性や強度などの物性に乏しいことから真の実用化には至っていない。また、使っているときは分解せず、使用後、環境中に流出したら分解が始まる生分解開始機能の付与や、目的の速度で分解する生分解速度制御技術の開発が望まれている。
本年度は、微生物が糖や植物油から生合成する生分解性ポリエステルの一つであるポリヒドロキシアルカノエート（PHA）を用いて、高強度・高伸縮性繊維の開発を行うとともに、その生分解性の評価を行った。さらに、生分解開始機能として、生分解性脂肪族ポリエステルであるポリブチレンサクシネート（PBS）やポリブチレンサクシネートアジペート（PBSA）にリパーゼを内包させ、その生分解性について検討を行った。
PHAを融点以下の温度で溶融紡糸を行ったのち、室温で延伸することにより高強度・伸縮性繊維の開発に成功した。播磨SPring-8の放射光を用いて、繊維の伸縮過程をリアルタイムで測定することにより、高強度と伸縮性は分子鎖がランダムコイル構造から平面ジグザグ構造に変化することにより発現することを明らかにした。さらに、東京湾の海水を用いて、これらの繊維の分解試験を行ったところ、延伸前の繊維より延伸後の繊維の方が分解が速いことがわかった。さらに、繊維表面には桿菌と球菌の両方が集積していることもわかった。
PBSやPBSAにリパーゼを内包させたフィルムを作製した。このフィルムを小さく切った後、バッファーに浸漬したところ、PBSはほとんど分解しなかったが、PBSAは24時間で十分分解することがわかった。今後は、親善環境水（河川水、池水、海水）を用いて分解が生じるかどうかを検討中である。

バイオベースプラスチック / 生分解性プラスチック / フィルム / 繊維 / 酵素分解性 / キシラン / ポリ乳酸 / 微生物産生ポリエステル / バイオマス / ヘミセルロース / 天然多糖類 / プラスチック / 機械的物性 / 生分解性 / バイオマスプラスチック / 多糖類 / エステル誘導体 / キシラン誘導体 / 結晶核剤 / 大型放射光 / バイオベース高分子 / 生分解性高分子 / ナノファイバー / 化学修飾 / 球晶観察

本研究では、非可食系バイオマスから新規なバイオベースプラスチックの合成と環境中で分解する生分解性プラスチックの高性能化を目的とした。木材から抽出されるヘミセルロースの一つであるキシランをエステル化することによりプラスチック材料化に成功した。さらに、キシランエステルが生分解性ポリエステルであるポリ乳酸に対し、非常に優れた結晶核剤効果を示すことを見出した。一方、生合成した超高分子量バイオポリエステルを用いて、高強度フィルムや繊維の作製に成功すると共に、分子鎖構造と結晶構造を大型放射光のＸ線回折により解析を行った。さらに、酵素分解性速度が結晶化度や分子鎖構造により制御できることを見出した。

生分解性ポリエステル / ポリ乳酸 / プロテナーゼ-K / フィルム / ナノファイバー / 酵素包括 / 酵素分解 / 生分解性開始スイッチ / プラズマ処理 / アクリル酸修飾 / 非食系バイオマス / 生分解性開始システム / ヘミセルロース / エステル誘導体

土壌や川などの自然環境中において、分解酵素が存在しないために生分解が生じないポリ乳酸に、使用中は分解せず、使用後は分解が開始する機能を持たせるために、ポリ乳酸分解能力を有するタンパク質分解酵素の一つであるプロテナーゼ-Kを包摂させた酵素・ポリ乳酸複合材料の創製を試みた。
複合材料化に先立ち、有機溶媒に対する酵素の活性能力を検討したところ、通常のフィルム作製に用いるクロロフォルム溶液に対しては、1週間程度浸漬しても活性が落ちないことがわかった。そこで、所定の酵素を含んだポリマー溶液を調整し、溶媒を揮発させることにより、酵素包括ポリ乳酸フィルムを作製した。さらに、エレクトロスピニング法を用いて、酵素包括したナノファイバーの作製も併せて行った。
酵素包括したフィルムと酵素未包括をそれぞれバッファーに入れ、重量減少と操作型電子顕微鏡(SEM)により分解挙動を測定した。その結果、酵素未包括フィルムは全く分解が進行しないのに対し、酵素包括フィルムは、最初の立ち上がりはゆっくりであるが、分解が進行することがわかった。SEMで分解途中のフィルム表面を観察すると、表面から酵素が遊離したと思われる小さな穴が観察されるとともに、内部に向かって分解が進行している様子も観察された。本研究により、使用後、水中に投入すると分解が開始する複合材料の作製に成功した。