分解産物の精密解析と生物環境への影響評価

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Precision Degradation of Polymer and Polymeric Material
• Project/Area Number: 20H05735
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 沼田 圭司 京都大学, 工学研究科, 教授 (40584529)
• Project Period (FY): 2020-10-02 – 2023-03-31
• Keywords: 高分子精密分解

Outline of Annual Research Achievements

高分子材料の分解を研究するに際して、ポリオレフィンなどと同様に結晶性を有し、階層構造を形成する高分子を第一のモデル高分子材料として検討した。化学合成の簡便性や分子鎖の修飾性なども考慮して、生分解性が幅広く研究されている結晶性ポリエステルをモデル高分子の一つとした。非晶性の高分子としては、天然ゴムおよび合成ゴムからモデル高分子を二種類選んだ。これは、タイヤをはじめとしたゴム材料の分解物（摩耗粉や抗酸化剤などの添加物）が世界的に注目されており、その周辺研究をすることで産業的にも重要な知見を導けると考えたためである。上記のモデル高分子に加えて、易分解性の高分子素材を複数用意し、比較試料として用いている。いくつかの研究結果から、分解物の分子量が環境毒性および細胞毒性に影響がある可能性が高く、対応するサンプルを複数用意した。環境毒性試験のモデル生物について、ハイスループット性なども考慮して、再度検討した。複数種類の試験結果から、いくつか同様の傾向の結果が出てきており、来年度の前半で論文として公開することを予定している。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究で用いる高分子の設計や評価対象となる化学構造を確定すると共に、昨年度開始した試験法に加えて、新規の試験法を併用することで、一定の成果が得られたため。結果の詳細は、来年度、論文として発表する。また、SPring-8を利用した時系列的な試験結果も出始め、全体的に繰り上げて研究が進展しているため。

Strategy for Future Research Activity

分解産物の物理化学的解析と生物アッセイを組み合わせることで、生物への毒性を生じる形態を明らかにする。分解産物の解析は、電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）、原子間力顕微鏡（AFM）などを用いた形態観察、広角X線散乱による結晶性および構造評価、赤外分光による二次構造や表面構造解析、質量分析やゲル浸透クロマトグラフィによる分子量および分子量分布評価を行う予定であるが、分子量と官能基を中心とした評価となっている。一方で、生体への影響評価として、神経細胞（ラット副腎髄質褐色腫細胞 PC-12）を用いた、分解産物の毒性アッセイや、分解産物が自然環境へ与える影響として、オオミジンコに加えて、新たなモデル系を立ち上げる。分解速度や、分解産物の特性により、生物に与える影響を評価することができてる。同時に、いくつかの新規のモデル生物を利用した毒性試験を併用しており、一定の傾向が確認できるようになってきた。毒性や生育阻害などの急性部分を中心に成果をまとめ、今年度後半で細胞内代謝の過程をラマン顕微鏡や、液体クロマトグラフィー質量分析法（LC/MS/MS）などにより追跡する。