柔軟性を制御したＰｄ担持ナノゲル触媒固定化膜リアクターの作製

• Project/Area Number: 13J05206
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 瀬戸 弘一 九州大学, 工学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: パラジウム触媒 / 高分子ゲル粒子 / 多孔質モノリス / 鈴木カップリング反応 / 流通式リアクター / ナノゲル粒子 / 膜リアクター / Pd触媒

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAm)をベースとした高分子ゲル材料の開発を行った。NIPAm高分子は水溶液中で温度に応答して膨潤・収縮する。この高分子のもつ特性を上手く活用して特異なナノ形状に制御し、触媒としての機能について検討を行った。
NIPAm高分子は界面活性剤存在下で高温にて重合すると自発的に収縮した形をとり、マイクロゲル粒子(GPs)を形成する。さらに濃度を上げてバルクに近い状態で、高温で重合すると多孔質モノリスが得られる。三級アミノ基をゲルに導入することで、パラジウム(Pd)イオン吸着能を付与した。このGPsに担持させたPdナノ粒子は2-3nmのナノ形状を有した。
GPsの基本的な性質を制御して、触媒活性との相関について調べた。本研究のGPsは、NIPAAmに架橋剤モノマーを加えることでゲルの性質を明確に特徴づけている。架橋剤の濃度を5-30%と変化させた上で、鈴木カップリング反応に対する触媒活性を検討した。すると、架橋剤の密度が増加するほど活性が高まり、触媒の寿命も顕著に増大することがわかった。架橋密度を制御したGPs内部ではPdナノ粒子が著しく安定であった。
Pd担持GPsをシリカ膜に固定化したリアクターを作製した。流通型リアクターとして反応を検討したところ、長期において安定な触媒活性を示した。また、高い触媒活性をもつGPsを機能性材料のビルディングブロックとして用いることで、多孔質モノリスリアクターも開発できた。このモノリスリアクターは高い通液性をもち、ゲル特性を活かしつつPdナノ粒子を触媒として担持したリアクターとして機能した。
以上のように、担体となる高分子ゲルの物性によって触媒活性を自在にコントロールして、グリーンケミストリーを実現することを可能にした。本研究は、新しい化学反応プロセスを可能にする高分子ゲル材料の設計指針となった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of glycosaminoglycan mimetics using glycopolymers (2016)
  • Author(s): Yoshiko Miura, Tomohiro Fukuda, Hirokazu Seto, Yu Hoshino
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: 48 Issue: 3 Pages: 229-237
  • DOI: 10.1038/pj.2015.110
  • NAID: 40020748728
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Inhibition of Bacterial Adhesion on Hydroxyapatite Model Teeth by Surface Modification with PEGMA-Phosmer Copolymers (2016)
  • Author(s): Xinnan Cui, Yuki Koujima, Hirokazu Seto, Tatsuya Murakami, Yu Hoshino, and Yoshiko Miura
  • Journal Title: ACS Biomater. Sci. Eng Volume: 2 Issue: 2 Pages: 205-212
  • DOI: 10.1021/acsbiomaterials.5b00349
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Glycopolymer Nanotechnology (2016)
  • Author(s): Yoshiko Miura, Yu Hoshino, Hirokazu Seto
  • Journal Title: Chemical Review Volume: 116 Issue: 4 Pages: 1673-1692
  • DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00247
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis of well-controlled glycopolymers bearing oligosaccharides and their interactions with influenza viruses (2016)
  • Author(s): Masanori Nagao, Yuuki Kurebayashi, Hirokazu Seto, Tomonari Tanaka, Tadanobu Takahashi, Takashi Suzuki, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: - Issue: 6 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1038/pj.2016.14
  • NAID: 40020837329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polymer nanogel particles as basic catalysts for Knoevenagel condensation in water (2016)
  • Author(s): Hirokazu Seto, Kenta Imai, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: - Issue: 8 Pages: 897-904
  • DOI: 10.1038/pj.2016.44
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Membrane reactor immobilized with palladium-loaded polymer nanogel for continuous-flow Suzuki coupling reaction (2015)
  • Author(s): Hirokazu Seto, Tamami Yoneda, Takato Morii, Yu Hoshino, Yoshiko Miura, Tatsuya Murakami
  • Journal Title: AIChE Journal Volume: 61 Issue: 2 Pages: 582-589
  • DOI: 10.1002/aic.14653
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Label-free Detection of Antigen Protein Using a Metal Mesh Device Surface-modified by an Antibody (2015)
  • Author(s): Hirokazu Seto, Seiji Kamba, Takashi Kondo, Yuichi Ogawa, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 31 Issue: 3 Pages: 173-176
  • DOI: 10.2116/analsci.31.173
  • NAID: 130004827468
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 合成高分子と天然高分子の融合 - 精密重合法による生体機能性高分子材料の展開 (2015)
  • Author(s): 三浦 佳子, 星野 友, 瀬戸 弘一
  • Journal Title: 化学 Volume: 70 Pages: 70-71
• [Journal Article] Metal mesh device sensor immobilized with a trimethoxysilane-containing glycopolymer for label-free detection of proteins and bacteria (2014)
  • Author(s): Hirokazu Seto, Seiji Kamba, Takashi Kondo, Makoto Hasegawa, Shigeki Nashima, Yoshinobu Ehara, Yuichi Ogawa, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 6 Issue: 15 Pages: 13234-13241
  • DOI: 10.1021/am503003v
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Novel detection technique for particulate matter in air using metal mesh device sensors. (2014)
  • Author(s): Hirokazu Seto, Seiji Kamba, Takashi Kondo, Yuichi Ogawa, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: (印刷中) Issue: 4 Pages: 408-410
  • DOI: 10.1246/cl.131040
  • NAID: 130004868042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Signal amplified two-dimensional photonic crystal biosensor immobilized with glyco-nanopanicles. (2014)
  • Author(s): Yuhei Terada, Wakana Hashimoto, Tatsuro Endo, Hirokazu Seto, Tatsuya Murakami, Hideaki Hisamoto, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry B Volume: (印刷中) Issue: 21 Pages: 3324-3332
  • DOI: 10.1039/c4tb00028e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Affinity separation of lectins using porous membranes immobilized with gtycopolymerbrushes containing mannose or N-acetyl-D-glucosamine. (2013)
  • Author(s): Yutaro Ogata, Hirokazu Seto, Tatsuya Murakami, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Membranes Volume: 3 Issue: 3 Pages: 169-181
  • DOI: 10.3390/membranes3030169
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biotinyiation of silicon and nickel surfaces and detection of streptavidin as biasensor. (2013)
  • Author(s): Hirokazu Seto, Chie Yamashita, Seiji Karnba, Takashi Kondo, Makoto Hasegawa, Mitsuhiro Matsuno, Yuichii Ogawa, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Langmuir Volume: 29 Issue: 30 Pages: 9457-9463
  • DOI: 10.1021/la401068n
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Syntheses of sulfated glycopolymers and analyses of their BACE-l inhibitory activity. (2013)
  • Author(s): Yuri Nishimura, Hiroki Shudo, Hirokazu Seto, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters Volume: 23 Issue: 23 Pages: 6390-6395
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2013.09.057
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polymer-modified gold nanoparticles via RAFT polymerization : a detailed study for a biosensing application. (2013)
  • Author(s): Masaki Takara, Masayuki Toyoshima, Hirokazu Seto, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: 5 Issue: 3 Pages: 931-939
  • DOI: 10.1039/c3py01001e
  • Peer Reviewed
• [Presentation] パラジウム触媒担持リアクターを目指した多孔質モノリスの作製および物性評価 (2016)
  • Author(s): 松本 光, 瀬戸 弘一, 星野 友, 三浦 佳子
  • Organizer: 第81回化学工学会年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2016-03-13
• [Presentation] パラジウム触媒を担持した多孔質モノリスリアクターの作製 (2016)
  • Author(s): 松本 光, 瀬戸 弘一, 星野 友, 三浦 佳子
  • Organizer: 第18回化学工学会学生発表会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2016-03-05
• [Presentation] ハイドロゲル微粒子の触媒としての利用 (2015)
  • Author(s): 瀬戸 弘一, 秋吉 孝則, 星野 友, 三浦 佳子
  • Organizer: 第32回九州コロイドコロキウム
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-11-20
• [Presentation] 反応場を制御したゲル粒子中のパラジウム触媒 (2015)
  • Author(s): 瀬戸 弘一, 秋吉 孝則, 星野 友, 三浦 佳子
  • Organizer: 第47回化学工学会秋季大会
  • Place of Presentation: 北海道
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Pd微粒子触媒の安定性を向上させるナノゲル担体の設計 (2015)
  • Author(s): 秋吉 孝則, 瀬戸 弘一, 星野 友, 三浦 佳子
  • Organizer: 第47回化学工学会秋季大会
  • Place of Presentation: 北海道
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] 架橋密度を制御したPd担持ナノゲル触媒の活性評価 (2015)
  • Author(s): 秋吉 孝則, 瀬戸 弘一, 星野 友, 三浦 佳子
  • Organizer: 第52回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州
  • Year and Date: 2015-06-27
• [Presentation] 糖鎖高分子を利用したタンパク質分離材料の開発 (2015)
  • Author(s): 瀬戸 弘一, 澁谷 誠, 星野 友, 三浦 佳子
  • Organizer: 第64回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 北海道
  • Year and Date: 2015-05-27
• [Presentation] ナノゲル粒子担体の架橋密度が異なるPd固定化触媒の作製 (2015)
  • Author(s): 秋吉孝則、米田玉弥、瀬戸弘一、星野 友、三浦佳子
  • Organizer: 第17回化学工学会学生発表会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 糖鎖高分子を利用したタンパク質吸着材料の開発 (2014)
  • Author(s): 瀬戸 弘一・澁谷 誠・星野 友・三浦 佳子
  • Organizer: 第28回日本吸着学会研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道
  • Year and Date: 2014-12-05 – 2014-12-07
• [Presentation] Pd-supported polymer nanoparticle immobilized silica membrane type reactor (2014)
  • Author(s): Tamami Yoneda, Takato Morii, Hirokazu Seto, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Organizer: The 27th International Symposium on Chemical Engineering
  • Place of Presentation: Kuala Lumpur
  • Year and Date: 2014-12-05 – 2014-12-07
• [Presentation] 塩基性高分子ナノゲル触媒の開発 (2014)
  • Author(s): 瀬戸 弘一・米田 玉弥・星野 友・三浦 佳子
  • Organizer: 第63回 高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 固定化パラジウム触媒活性へのナノゲル担体組成の影響 (2014)
  • Author(s): 米田 玉弥・ 森井 崇人・瀬戸 弘一・星野 友・三浦 佳子
  • Organizer: 化学工学会 第46回秋季大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [Presentation] 金属メッシュデバイスを利用した空気中の粒子状物質の検出 (2014)
  • Author(s): 瀬戸 弘一・ 神波 誠治・ 近藤 孝志・星野 友・ 三浦 佳子
  • Organizer: 化学工学会 第46回秋季大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [Presentation] シリカ系バイオマテリアルの開発を目指したQCMによる分子間相互作用の測定 (2013)
  • Author(s): 瀬戸 弘一
  • Organizer: 第7回QCM研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-08-28
  • Invited
• [Presentation] 生体分子を固定した金属メッシュデバイスセンサーの開発 (2013)
  • Author(s): 瀬戸 弘一
  • Organizer: ソフト界面の精密構造制御による新規バイオマテリアルの創成
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2013-08-09
  • Invited
• [Presentation] Pdを担持させたナノゲルによるリアクターの検討 (2013)
  • Author(s): 米田 玉弥、森井 崇人、瀬戸 弘一、星野 友、三浦 佳子
  • Organizer: 第50回 化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2013-07-06
• [Presentation] 樹状高分子をプラットホームとした生体分子が吸着する表面および吸着しない表面 (2013)
  • Author(s): 瀬戸 弘一, 國府島 由紀, 星野 友, 三浦 佳子
  • Organizer: 第62回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢
• [Presentation] 糖鎖高分子固定化金属メッシュデバイスセンサーによるタンパク質の検出 (2013)
  • Author(s): 瀬戸 弘一、神波 誠治、近藤 孝志、長谷川 慎、小川 雄一、星野 友、三浦 佳子
  • Organizer: 第45回化学工学会秋季大会
  • Place of Presentation: 岡山
• [Presentation] Pdを担持させたナノゲル固定化膜リアクターの触媒活性の検討 (2013)
  • Author(s): 米田 玉弥、森井 崇人、瀬戸 弘一、星野 友、三浦 佳子
  • Organizer: 第45回化学工学会秋季大会
  • Place of Presentation: 岡山
• [Presentation] 金属メッシュデバイスセンサーの開発および微量物質の検出 (2013)
  • Author(s): 瀬戸 弘一
  • Organizer: 化学工学会九州支部セミナー
  • Place of Presentation: 熊本
• [Presentation] Preparation of metal mesh device sensor for detection of particulate matters in air (2013)
  • Author(s): Hirokazu Seto, Seiji Kamba, Takashi Kondo, Yuichi Ogawa, Yu Hoshino, Yoshiko Miura
  • Organizer: MRS Fall Meeting 2014
  • Place of Presentation: アメリカ ボストン
• [Book] Glycopolymers in Biosensing Applications. in Glycopolymer Code: Synthesis of Glycopolymers and their Applications (2015)
  • Author(s): Yoshiko Miura, Hirokazu Seto
  • Total Pages: 13
  • Publisher: Royal Society of Chemistry
• [Remarks] 九州大学大学院工学研究院化学工学部門 三浦研究室ホームページ
  • URL: http://www.chem-eng.kyushu-u.ac.jp/lab9/
• [Remarks] 九州大学大学院 工学研究院 化学工学部門 三浦研究室ホームページ
  • URL: http://www.chem-eng.kyushu-u.ac.jp/lab9/
• [Remarks] 九州大学大学院工学研究院 化学工学部門 三浦研究室ホームページ
  • URL: http://www.chem-eng.kyushu-u.ac.jp/lab9/