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Fabrication of organic-inorganic hybrid materials by biomimetic mineralization in peptide hydrogel

Research Project

Project/Area Number 16K18250
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Composite materials/Surface and interface engineering
Research InstitutionShinshu University (2018)
Tokyo University of Science (2016-2017)

Principal Investigator

Murai Kazuki  信州大学, 繊維学部, 助教(特定雇用) (30756268)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsペプチドハイドロゲル / ミネラリゼーション / 炭酸カルシウム / 有機無機複合材料 / 自己組織化 / 有機ー無機複合材料 / 機能性ペプチド
Outline of Final Research Achievements

Biomineralization is fabrication process for biominerals having hierarchically organized structures at nanoscale under a mild condition. In this study, we investigated the mechanisms of nucleation and selective crystal growth of the calcium carbonate mineralized in the peptide hydrogel having self-supplied ability utilizing enzyme-like hydrolysis activity on urea. Hydrolysis reaction rate on urea of the peptide was decreased with the increase of the elastic modulus of the peptide gel. In a system with a low degree of cross-linking between the peptide networks, the mineralized calcium carbonate has nanofiber-like morphology, which was similar to the peptide network. Moreover, morphology of the mineralized calcium carbonate changed to a combination of nanofibers and sheet-like structure by increase of degree of cross-linking. These results suggest that the nanostructure of the mineralized calcium carbonate is greatly influenced by the mechanical properties of the peptide gel.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究はペプチドの自己組織化を利用した3次元反応場およびミネラル源の自己供給能を付与したテンプレート上で炭酸カルシウムのミネラリゼーションを行い、無機物質の核形成および選択的結晶成長機構について検討した。このバイオミネラリゼーションの基礎的知見は、生物が一般的に行なっているバイオミネラルの構築機構の基礎原理を明らかとするのみならず、生物に倣う環境調和型製造プロセスによる機能性材料創製のためにも重要な知見である。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Superhydrophobic Surfaces on Phase-separated Nanostructures of Polystyrene/Polymethyl Methacrylate Films Fabricated by the Double-spray Technique2018

    • Author(s)
      Watanabe Satoshi、Fujisaki Motoharu、Murai Kazuki、Matsumoto Mutsuyoshi
    • Journal Title

      Journal of Oleo Science

      Volume: 67 Issue: 9 Pages: 1101-1105

    • DOI

      10.5650/jos.ess18061

    • NAID

      130007479586

    • ISSN
      1345-8957, 1347-3352
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    • Author(s)
      村井一喜
    • Journal Title

      C & I Commun.

      Volume: 43 Pages: 29-32

    • NAID

      40021626065

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    • Author(s)
      Murai Kazuki、Yamamoto Yusuke、Kinoshita Takatoshi、Nagata Kenji、Higuchi Masahiro
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. B

      Volume: 5 Issue: 28 Pages: 5539-5548

    • DOI

      10.1039/c7tb01118k

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    • Author(s)
      Murai Kazuki、Kurumisawa Kazuya、Nomura Yoshihiro、Matsumoto Mutsuyoshi
    • Journal Title

      ChemMedChem

      Volume: 12 Issue: 19 Pages: 1595-1599

    • DOI

      10.1002/cmdc.201700358

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      磯辺寛人、村井一喜、鳥越幹二郎、松本睦良
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      第66回高分子討論会
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  • [Presentation] 多機能性ペプチドハイドロゲル中での生体模倣型ミネラリゼーションによる炭酸カルシウムの形成2017

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      村井一喜、船水陽介、松本睦良
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      村井一喜、友添崇、堀場啓太郎、野村義宏、松本睦良
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      船水陽介、村井一喜、松本睦良
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    • Place of Presentation
      横浜市開港記念会館
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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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