2018 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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| Project Period (FY) |
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 / バクテリアナノセルロース / 水中カウンターコリジョン（ACC）法 / タイムラプス共焦点走査型レーザー顕微鏡観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水中カウンターコリジョン(ACC)法は、条件により、片側がシングルナノファイバー、反対側に顕著にフィブリル化した片末端を有する非対称セルロースナノファイバー「セルロース・ナノアネモネ」を与える。これは、ACC法による天然セルロース繊維のナノ微細化の際、高圧水が還元性末端から侵入し、グルカンシート間の分子間相互作用の切断が途中で中断されるためと考えられる。本年度は、前年度得られたセルロース・ナノアネモネ中のイソギンチャク状触手における還元性末端に導入されたフェニルヒドラジンを蛍光プローブとし、共焦点走査型レーザー顕微鏡によるタイムラプス観察から、セルロース・ナノアネモネの水中における動態挙動を可視化するとともに、運動速度を解析した。その結果、水中でのセルロース・ナノアネモネの状態が、その乾燥状態（電子顕微鏡観察図）同様にフレキシブルになっていることを明らかにした。
原料としては、酢酸菌由来のセルロースをモデル原料として用いた。酢酸菌を通常の培養および溶存酸素下条件で培養することにより得られたペリクルをACC処理 (200 MPa、30 pass)に供し、0.01% (w/w)ナノファイバー分散水を調製した。溶存酸素下条件で培養したペリクルをACC処理したナノフィブリルはセルロース・ナノアネモネを与えるが、通常培養ペリクル由来では、シングルナノファイバーのみを与えることを、上記のフェニルヒドラジンを蛍光プローブに加え、ファイバー全体の蛍光プローブであるカルコフロールホワイトとの二重染色により、まず明らかにした。
そののち、共焦点走査型レーザー顕微鏡によるタイムラプス観察から、顕著なブラウン運動が認められ、その挙動から流体力学直径を算出・評価したところ、水中でもセルロース・ナノアネモネが透過電子顕微鏡で見られたように、枝部を広げて存在してい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・ナノアネモネの水中における動態挙動が、共焦点走査型レーザー顕微鏡によるタイムラプス観察によりin situでの可視化が可能となったことが今後の研究展開に大きな寄与をする。これまで、形態観察が透過電子顕微鏡や原子間力顕微鏡であったことから、乾燥試料としてしか可視化ができていなかった。本年度の成果として、in situでの可視化が可能となったことから、定量的な運動性の解析が可能になるとともに、その他のキャラクタリゼーションも容易になってくるものと期待される。その一つが、次年度予定している非対称セルロースナノフィブリル「セルロース・ナノアネモネ」分散水の可視化を伴う粘弾性挙動解析である。
以上のように、今後のさらなる展開を容易にするという観点から、「おおむね順調に進展している」と進捗状況を判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度では、昨年度の引き続き、ACC法によるダウンサイズによるナノアネモネ化が、なぜ繊維途中で終わるのか、その理由を検討するため、一本のナノファイバー中の部位の違いによる結晶構造の変化を電子回折により検討する。平成30年度で、水中でのセルロース・ナノアネモネの状態が、その乾燥状態（電子顕微鏡観察図）同様にフレキシブルになっていることを明らかにしたことから、この非対称セルロースナノフィブリル分散水の粘弾性挙動について、通常培養ペリクルのACC法により得られる対称セルロースナノファイバー分散水と比較し、繊維同士の相互作用に由来するチキソトロピー性発現の観点から検討する。
１）ナノアネモネ化が、なぜ繊維途中で終わるのか？：
TEMによる制限視野電子回折を一本ファイバー中の部位ごとに行い、その回折像をもとにする繊維組織構造の変化を検討する。その結果を用いて、ACC処理の衝突エネルギーの及ぼす範囲を検討する。試料調製においては、還元性末端への銀修飾処理後の試料を凍結乾燥、そのままTEM測定に供する。
２）非対称セルロースナノフィブリル「セルロース・ナノアネモネ」分散水の粘弾性挙動：
まず、セルロース・ナノアネモネ分散液の粘弾性挙動をはじめとした特性解析を行ったのち、アネモネ末端への他の官能基の導入も検討するとともに、それに由来した生物触手のような他の物質の水中でのナノ・トラップ（ユニークな吸着・脱着機能発現）の検討をする。
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