| Project/Area Number |
23K26969
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| Project/Area Number (Other) |
23H02276 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 40020:Wood science-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
和田 昌久 京都大学, 農学研究科, 教授 (40270897)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 聡 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 技術専門職員 (00420224)
小林 加代子 京都大学, 農学研究科, 助教 (00806416)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
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| Keywords | セルロース / 磁場配向 / X線回折 / ヘミセルロース |
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| Outline of Research at the Start |
セルロース微結晶は磁気異方性を有するので磁場配向することが知られているが、磁場強度と配向度との関係など分かっていないことも多い。一方、セルロース以外の多糖の磁場配向は試みられてこなかった。そこで本研究では、セルロース、キチン、ヘミセルロースなどの多糖の微結晶を調製し、それらの磁場配向挙動を明らかにする。そして、微結晶の磁場配向とX線回折を組み合わせることにより、精度の高い結晶構造解析手法を確立することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はセルロース、マンナン、キトサンなどの多糖微結晶の磁場配向挙動を明らかにするとともに、それらの多糖微結晶の構造を解析することを目的としている。
セルロースI型微結晶をポリマーマトリックス中で磁場配向させたナノコンポジットを調製し、セルロース微結晶の配向度と力学特性の関係を明らかにした。特に、永久磁石で発生可能な低磁場においても、セルロース微結晶はそれなりに配向し、補強効果があることが分かった。
マンナン微結晶の磁場配向挙動を明らかにした。粉砕した象牙ヤシの胚乳をアルカリ水溶液に浸漬してマンナンを抽出し、溶解・再生によってマンナンI型微結晶を調製した。その微結晶表面にカルボキシ基を導入した後、微結晶懸濁液を超伝導磁石で発生させた水平磁場下でキャストすることによりマンナンI型微結晶を配向させた。X線回折によってマンナンI型微結晶の配向挙動を評価した結果、三次元配向が達成され、結晶軸と磁化軸の関係を明らかにすることができた。
多糖微結晶の構造解析のため、一軸配向した繊維試料のX線回折図（繊維図）を解析するプログラムの開発に取り組んだ。そして、無水型キトサンの熱膨張挙動を解析した。ズワイガニの腱から調製した水和型キトサンを高温水蒸気処理することで無水型に転移させた。無水型キトサンの温度を変化させながらそれぞれの温度での繊維図を記録した。そして、繊維図から回折ピークの面間隔を算出して単位格子を精密化する開発したプログラムを用いて温度に伴う面間隔の変化を解析した。その結果、無水キトサンにおける熱膨張挙動に異方性があることを明らかにした。
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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
セルロース微結晶では磁場配向技術を用いて異方性を有するナノコンポジットを調製し、力学特性を評価することができた。モーゼ効果により高磁場で均一なナノコンポジットが調製できない問題に直面したが、永久磁石で発生できる低磁場において当初の想定以上の補強効果が確認できた。また、マンナン微結晶では磁場配向挙動を解析することができた。多糖微結晶の構造解析のためのプログラミングでは、バックグラウンド推定の方法を検討中である。しかし、逆格子リマッピングした繊維図からピークの分離と面間隔の算出、単位格子の精密化までは進行しており、おおむね予定通りといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
サイズの大きな微結晶が分散した懸濁液を調製できれば、磁場配向できることが明らかとなった。そこで、分子量の単分散化、微結晶表面への電荷の導入などの方法により、それぞれの多糖微結晶において良分散性の懸濁液を調製することに引き続き注力していきたい。多糖微結晶の構造解析に関しては、近年提案されている種々のバックグラウンド推定アルゴリズムを逆格子リマッピングした繊維図に適用して強度を抽出できるようにしたい。そして、抽出した強度データを用いて構造解析を実施し、解析結果を強度の抽出方法にフィードバックして改良するようにしたい。
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