| Project/Area Number |
20H00433
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
上高原 浩 京都大学, 農学研究科, 教授 (10293911)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増田 誠司 近畿大学, 農学部, 教授 (20260614)
吉永 新 京都大学, 農学研究科, 准教授 (60273489)
田中 義正 長崎大学, 先端創薬イノベーションセンター, 教授 (90280700)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥37,570,000 (Direct Cost: ¥28,900,000、Indirect Cost: ¥8,670,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | バイオマス / セルロース / ヘミセルロース / リグニン / 植物細胞壁 / ジブロックコポリマー / ブロックコポリマー |
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| Outline of Research at the Start |
植物細胞壁は主にセルロース・ヘミセルロース・リグニンからなるが、これら三成分の分子特性・分子間相互作用について統合的に考察できれば、これまでにない機能性材料を創造できるのではないかと考えられる。本研究では特に研究の進んでいないヘミセルロースに焦点を当て、セルロース・ヘミセルロース・リグニンの分子特性を研究者独自の研究手法であるジブロックコポリマーを用いて研究する。本研究により、針葉樹・広葉樹・草本植物の三成分の分子間相互作用の違いが植物細胞壁構造に与える影響が明らかになり、高機能材料開発にも繋がると期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究期間４年の３年目である２０２２年度は、これまでの研究成果を踏まえ、研究計画に沿って下記実験を行なった。
1. 針葉樹であるカラマツのみならず、広葉樹であるシラカバ、イネ科植物であるモウソウチクの鋸屑について、メチル化反応を行い、植物種の違いによる成分分離の違いを検討し、樹種により成分分離状況や各成分の物性が異なることがわかった。
2. 細胞壁中の化学成分であるヘミセルロースとリグニンとの間に化学結合が存在し、Lignin-Carbohydrate Complex （LCC )と呼ばれている。このLCCのモデル化合物として、コンニャクグルコマンナンと磨砕リグニン間をアジド-アルキンクリック反応を鍵反応としてリグニン-グルコマンナン複合体を合成した。
3. メチルセルロースの分子末端に細胞接着性ペプチドを導入したジブロック型セルロース誘導体を合成した。この化合物を用い動物細胞の培養を行ったところ、細胞がシート状に成長すること、温度刺激に応じて、その細胞シートを回収できることを見出した。
4. 細胞壁構成成分ではないが、植物の生育に重要な役割を果たしている樹皮に焦点を当てた研究も行った。植物抽出成分、特にシラカバ樹皮中に多く含まれるベツリンの誘導体化を行なった。
細胞壁構成全成分の分子特性に関する知見を着実に蓄積できた。また、全自動マイクロウェーブペプチド合成装置を木質材料の反応へ応用する端緒を得た。これらの研究成果の一部を取り纏め、２件の特許を出願し、招待講演２件を含む５件の学会発表を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
植物種の違いにより、メチル化物の物性が異なることが判明した。また、細胞壁構造の特性を利用した材料開発にも成功している。木材から得られたエーテル化物は、市販の同様なエーテル化材料と比較して、高い性能を有していることが判明した。このように、概ね、計画通り順調に本研究の目的を達成しつつあるから。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.メチル化、エチル化に続き、最終年度である2023年度はカラマツ、ブナ、モウソウチク鋸屑のプロピル化、ブチル化を行い、セルロース、リグニン、ヘミセルロース画分の分離能の違いを明らかにする。
2.リグニンとヘミセルロースからなるブロックコポリマーについて、引き続き合成研究を継続し、溶解性、熱的性質等の物性を調べ、木材由来の分離画分の物性と比較検討し、LCC構造が木材エーテル化物の物性に与える影響を検討する。
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