Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ヘミセルロース / キシラン / グルコマンナン / カードラン / 架橋 / ゲル / 多糖 / 化学架橋 / ヒドロゲル / オルガノゲル / 桂皮酸 / フィルム

高分子多糖類を原料とした高強度材料の開発を目的とし、植物由来のヘミセルロースであるキシランやグルコマンナン、微生物産生のカードランの化学架橋による高強度化を試みた。とくに、カードランの化学架橋により、小さな力で変形可能で、90％以上の圧縮後も破断されない上、元の形に回復するという特性を持った、非常に変形性に富む柔らかくしなやかな自立ヒドロゲルが得られた。またヒドロゲル中の多糖水酸基をエステル化することで、有機溶媒中で膨潤可能なオルガノゲルを得ることにも成功した。多糖由来の柔らかくて強い材料の開発につながると期待される。

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。