2017 Fiscal Year Research-status Report

リグニンの分子形状を相溶ブレンド薄膜中で浮かび上がらせ可視化する

Research Project

Project/Area Number	16K14955
Research Institution	Gifu University
Principal Investigator	寺本好邦岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (40415716)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	リグニン / ブレンド / 薄膜 / 走査型プローブ顕微鏡 / 分子形状 / 可視化
Outline of Annual Research Achievements	リグニンは木材中で非常に複雑でランダムな三次元網目構造をとっており，その構造については未だ不明瞭な点が多い。これまで，リグニンの分子構造を見積もるために，数多くの研究がなされてきたが，リグニンの全体像をダイレクトに表したものはない。一方，合成高分子を，相溶するポリマーマトリックス（PM）中に分散させて原子間力顕微鏡（AFM）で観察することで，孤立した単分子鎖の明確な位相像を得た例がある。そこで本研究では，粉砕とセルラーゼ処理を施した木粉から溶媒抽出して得られるリグニン（CEL）の分子の形に関する新しい情報を得るために相溶ブレンドを構築し，ブレンド中で単離リグニンを浮き立たせてAFMで直接観察することを試みた。ヒノキとユーカリの<0.2 mm径の木粉を脱脂し，ボールミルで種々の時間粉砕し，定法によりCELを抽出した。CELはGPCで分子量とその分布を，動的光散乱（DLS）により粒子径を評価した。CELは，ポリ(N-ビニルピロリドン)系PMと，DMSOを共通溶媒として溶液キャストしてブレンドした。AFM観察では，ブレンド溶液をマイカ上でスピンキャストした試料を用いた。 GPCとDLSのデータは，いずれもCELの溶液中での凝集を示唆した。ブレンドのAFM像では，CEL含有率が低下するにつれて島状ドメインの面積が減少した。AFMで観察されたドメインを円近似し，面積から算出した直径から，ボールミル粉砕時間の増加に伴ってドメインサイズが減少する様子が観られた。観察された各ドメインのアスペクト比を評価したところ，樹種による差異が観られ，それが粉砕時間に伴い減少する様子が観察された。以上のことから，CELをPMに埋め込んでAFM観察することによって，木材中のリグニンの樹種による特徴や粉砕による構造変化を，従来法とは違う観点からモルホロジー的に評価可能であることが示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ブレンドのスピンキャスト薄膜のAFM観察に集中的に取り組んだ結果，計画通り相溶ブレンド中に分散した単離リグニン分子と考えられるドメインが明瞭に観察され，画像解析によって形状を定量できたため。
Strategy for Future Research Activity	観察されたドメインが単離リグニン分子1分子であるかを確認するための検討を続ける。別途，リグニンと相溶する他のポリマーの探索を続けるとともに，スピンキャスト以外の薄膜の調製にも着手する。