2016 Fiscal Year Annual Research Report
木材および竹パルプ由来新規セルロースナノファイバー形態：セルロース・ナノアネモネ
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16H04956
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
近藤 哲男 九州大学, 農学研究院, 教授 (30202071)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | セルロース / セルロース・ナノアネモネ / 竹セルロースナノファイバー / 水中カウンターコリジョン（ACC）法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者が発明したトップダウン型ナノ化法である水中カウンターコリジョン（ACC）法は、種々のセルロース原料からシングルナノファイバーを与える。ACCナノ化は、繊維還元性末端側からの優先的サブフィブリル化により生じる。そこで、本研究では、まず、木材および竹パルプを原料として、ACC処理条件の制御により、還元性末端だけがサブフィブリル化された新規な形態・イソギンチャク（アネモネ）状「セルロース・ナノアネモネ」の創製が可能かどうか検討した。
まず、酸素を欠乏させた溶存酸素培養下で酢酸菌が産生するマイクロビアル（バクテリア）セルロースペリクル（ゲル状膜）にACC法を適用すると、片末端が顕著にフィブリル化したイソギンチャク様のセルロースナノファイバー（セルロース・ナノアネモネ）が得られた。一方、通常好気培養で産生されたペリクルでは、この形態は認められなかった。さらに、竹パルプ原料とするACCナノ化ではアネモネ状形態は見られたが、木材パルプ由来では認められなかった。この違いが何に起因するものなのか、検討する必要がある。
次に、バクテリア由来のセルロース・ナノアネモネ分散水の粘度に着目し、変形に対する応答と緩和挙動について検討した。セルロース・ナノアネモネ分散水は、酢酸菌通常培養ペリクル由来のナノファイバー分散水同様、一定の歪みによって粘度が低下し、その後回復するチキソ性を示した。
さらに、せん断力が負荷されている状態での繊維の絡み合いを可視化したところ、セルロース・ナノアネモネが数本集まったクラスター様の形態で分散して存在していた。すなわち、せん断力が加わった状態では、クラスター形成するもののクラスター間での架橋は生じていなかった。これらのせん断力に対する応答はセルロース・ナノアネモネの構造特性に起因していると考えられるが、その詳細については今後の検討課題である。
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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
本年度の研究計画は、「１）木材および竹からのセルロース・ナノアネモネ創製とアネモネ触手に由来する特異物性の解析」であったが、明確な成果を得るまでには至らなかった。
しかし、小項目である「1)-1 ACC法による木材および竹からのナノアネモネ化は可能か？」について、木材および竹からのセルロース・ナノアネモネ創製のためのACCの処理条件の検討を行った結果、竹パルプからはセルロース・ナノアネモネが形成されることを明らかにした。
また、「1)-2 アネモネ触手部分での結晶構造は？」については、TEMによるバクテリア由来のセルロース・ナノアネモネの結晶構造を制限視野電子回折による回折像により検討した結果、もともとのIα結晶構造（幹の部分）がナノアネモネ触手部分ではIβ結晶構造に変態しており、一つのナノファイバー中の幹とアネモネ部分とで異なる結晶構造をなしている可能性を見出した。
その他の「1)-3 ACC法によるアネモネ触手部分の疎水性の向上の有無はあるのか？」については、次年度に持ち越すこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のように、アネモネ触手に由来する特異物性の解析の一つである「ACC法によるアネモネ触手部分の疎水性の向上の有無はあるのか？」の検討として、得られたバクテリアおよび竹パルプ由来セルロース・ナノアネモネの両親媒性発現を確認する。これは、ACC処理により水中に分散したセルロースナノファイバー（CNF）が両親媒性を示すことが研究代表者らにより示唆されているからである。そのため、ACC前後のそれぞれのCNF懸濁水と疎水性有機溶媒とを混合し、種々の条件での乳化の状態を動的ならびに静的に比較・検討する。
次に、官能基のナノアネモネ触手還元性先端への集積導入を検討する。
本申請課題では、各原料由来のナノアネモネ触手還元性先端にチオール基、アジ基、シッフベースによるフェニルヒドラゾン基の導入を検討することになっている。さらに、末端アジ基からの環化付加反応および、アセチレン修飾タンパク質とのクリックケミストリーによるタンパク質担持へと展開する。平成29年度は、まずシッフベースによるフェニルヒドラゾン基の導入を検討し、その結果をもとに、さらなる検討を実施する。
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