2015 Fiscal Year Annual Research Report
希土類金属の高効率分離を目的とした細胞表層設計に基づいた新規吸着剤の開発
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14J03735
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
細樅 侑貴穂 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 大腸菌 / 希土類金属 / 吸着 / バイオソープション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は大腸菌細胞膜上の官能基の化学修飾を行った。その結果、希土類金属に対して高い親和性を有するジグリコールアミド酸骨格(DGA)の化学修飾により、大腸菌の希土類金属への選択性およびその吸着容量を改善することに成功した。しかし、今回の化学修飾法において、反応条件が大腸菌細胞にとって厳しい条件であるため、最終的に得られる吸着剤の量が少量となる問題が生じた。そこで、本年度は、細胞膜のリン脂質との相互作用を利用した、官能基の新たな修飾法に着目した。DGAを導入した脂質誘導体を、細胞と接触させ、脂質部分と細胞膜の相互作用により、細胞膜に官能基を固定化する。温和な条件で、短時間かつ簡便に細胞表層に目的官能基を修飾することが可能である。この手法は細胞に刺激を与えないため、細胞膜を痛めることなく、リサイクル可能なイオン交換体を創成できると考える。
具体的には、まず複数のDGAを有する脂質誘導体1を合成した。大腸菌と脂質誘導体1を水溶液中にて懸濁して、洗浄した。その後、一晩凍結乾燥して、脂質誘導体1が修飾された大腸菌を吸着剤として得た。各種希土類金属を含むモデル水相を調製し、化学修飾大腸菌および未修飾大腸菌を用いて、吸着率に対するpHの影響を検討した。DGAを化学修飾した大腸菌の場合、pH 3付近で希土類金属の吸着率が１になる一方、一般金属の吸着率はほとんど上がらず、希土類への高い選択性が得られた。しかし、脂質誘導体1を修飾した大腸菌では、修飾の有無で、吸着傾向における大きな変化は見られなかった。これより、脂質誘導体1が、大腸菌表面に効率的に修飾されていない可能性が示唆された。このような結果になった要因として、脂質誘導体1と大腸菌細胞膜のアニオン-アニオン静電反発、ならびに細胞膜と相互作用する脂質鎖が１本であるため、脂質誘導体が細胞膜上で安定に保持できなかったことを考察した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は、細胞膜のリン脂質との相互作用を利用した官能基の新たな修飾法に着目し、レアメタルの高効率分離材の開発のために献身的に努力した。具体的には、脂質性の高分子に、希土類金属認識能を有するジグリコールアミド酸骨格の官能基を導入した。この脂質誘導体を、細胞と接触、その脂質部分と細胞膜との相互作用により、細胞膜に官能基を固定化し、温和な条件で、短時間かつ簡便、均一に細胞表層に目的官能基を修飾することを目指した。この手法は化学修飾のように細胞に刺激を与えないため、細胞膜を痛めることなく、リサイクル可能なイオン交換体を創成できると考えられる。しかしながら、脂質誘導体と大腸菌細胞膜のアニオン-アニオン静電反発、ならびに細胞膜と相互作用する脂質鎖が１本であるため、脂質誘導体が細胞膜上で安定に保持できないという問題点も浮上した。今後は、その改良によって、さらなるレアメタル高効率分離材の開発を目指している。
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| Strategy for Future Research Activity |
大腸菌細胞膜上の化学修飾による吸着剤の表面設計
○希土類金属高選択性官能基の化学修飾法の確立
細胞膜に導入しやすい分子を静電反発を解消することで開発する。具体的には、ジグリコールアミド酸骨格を導入した脂質性高分子にカチオン性の高分子を用いる。この分子を用いて細胞表層設計に基づいた新規バイオ吸着剤の開発を行い、再利用可能かつ希土類金属への高い選択性を有する吸着剤の目指している。
○化学修飾大腸菌による希土類金属の吸着性能評価
・ 吸着実験条件の最適化および吸着特性の検討
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