2018 Fiscal Year Annual Research Report
Microbial production of elastic polymers with ordered structure
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17H01902
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
松本 謙一郎 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80360642)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大井 俊彦 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (40223713)
佐藤 敏文 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80291235)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | バイオベースプラスチック / 海洋分解性 / ブロック共重合体 / 自己組織化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微生物産生ポリエステル（PHA)は、糖や脂質などの様々なバイオマスから合成可能であり、プラスチック材料として利用できる高分子である。加えて、海洋分解性を有する数少ないプラスチックの一つであり、近年の海洋のプラスチック汚染に対する関心の高まりを受けて、注目されている。PHAはすでに産業利用されている材料であるが、さらなる用途拡大のためには、物性の拡張が必要とされていた。ポリマー材料の構造と物性は、モノマーユニットの構造およびそれらが重合される際のモノマー配列によって大きく影響される。二種類のポリマーを貼り合わせた構造を有するブロック共重合体は、2つのポリマーの物性を併せ持つ有用な物性を示すことから、合成高分子分野で盛んに合成されている。一方、PHAをブロック化させることは困難であり、これまで成功例はなかった。
研究代表者の研究グループでは、特殊なPHA合成系を構築することにより、ブロック配列を有するPHAの生合成に初めて成功した。本手法では、二種類以上のモノマー前駆体の混合物を組換え大腸菌の培地に添加してポリマー合成を行う。すると、大腸菌内で自発的にある特定の配列でポリマーが重合されブロック共重合体が合成される。本研究課題では、この特異なポリマー合成系に対し、合成機構の解明と材料生産への応用の２つの側面から取り組んだ。
合成機構の解明では、モノマーが重合される速度を知るために、インビトロ系による酵素活性測定を実施した。研究代表者は、PHAの共重合の解析方法を初めて構築した。本手法を用いて、これまでに複数のポリマー合成系について酵素活性測定を行い、興味深い結果を得ることができた。加えて、ポリマーをフィルムに加工して、熱的・機械的性質の測定も行った。ブロック配列を有しない従来型のPHAとは異なる物性を示すことを確認できた。
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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
最も重要な目標としている材料開発の研究内容において、期待通りのポリマーフィルムが得られているため、概ね順調に進展していると言える。一方で、ポリマーの構造解析については、まだ技術的な課題が残っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
材料開発については、ポリマーの組成によって物性が変化するため、種々の組成のポリマーを合成し、構造・物性相関を明らかにする。加えて、高分子材料は、ポリマーの熱履歴によっても物性が変化する。これは、ブロック共重合体の相分離構造や、各相の結晶化などがある一定の温度域で促進されるためである。そのため、上記の組成だけでなく、熱処理条件も加えて、ポリマー物性に与える影響を評価する。
ポリマー構造の解析については、NMRによる分析は精密且つ容易であるが、近接する分子同士の構造しか解析できない制限がある。そこで、より大局的な構造を解析することをこころみる。今年度まではポリマーの部分加水分解による構造解析を試みたが、明確な結果は得られていない。そこで、来年度はポリマー構造特異的に分解する手法の開発に取り組む。
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