2021 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of high-performance biomass plastic with biodegradation initiation function and controlled biodegradation rate
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19H00908
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岩田 忠久 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30281661)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 生分解性プラスチック / バイオマスプラスチック / 繊維 / フィルム / 微生物産生ポリエステル / 生分解性脂肪族ポリエステル / 酵素内包 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、非生分解プラスチックによるごみ問題が解決すべき課題として取り上げられている。生分解性プラスチックは解決策の一つとして取り上げられているが、耐熱性や強度などの物性に乏しいことから真の実用化には至っていない。また、使っているときは分解せず、使用後、環境中に流出したら分解が始まる生分解開始機能の付与や、目的の速度で分解する生分解速度制御技術の開発が望まれている。
本年度は、微生物が糖や植物油から生合成する生分解性ポリエステルの一つであるポリヒドロキシアルカノエート（PHA）を用いて、高強度・高伸縮性繊維の開発を行うとともに、その生分解性の評価を行った。さらに、生分解開始機能として、生分解性脂肪族ポリエステルであるポリブチレンサクシネート（PBS）やポリブチレンサクシネートアジペート（PBSA）にリパーゼを内包させ、その生分解性について検討を行った。
PHAを融点以下の温度で溶融紡糸を行ったのち、室温で延伸することにより高強度・伸縮性繊維の開発に成功した。播磨SPring-8の放射光を用いて、繊維の伸縮過程をリアルタイムで測定することにより、高強度と伸縮性は分子鎖がランダムコイル構造から平面ジグザグ構造に変化することにより発現することを明らかにした。さらに、東京湾の海水を用いて、これらの繊維の分解試験を行ったところ、延伸前の繊維より延伸後の繊維の方が分解が速いことがわかった。さらに、繊維表面には桿菌と球菌の両方が集積していることもわかった。
PBSやPBSAにリパーゼを内包させたフィルムを作製した。このフィルムを小さく切った後、バッファーに浸漬したところ、PBSはほとんど分解しなかったが、PBSAは24時間で十分分解することがわかった。今後は、親善環境水（河川水、池水、海水）を用いて分解が生じるかどうかを検討中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
PHAは非常に熱分解が生じやすく、これまで溶融紡糸繊維の作製は非常に難しく、その成功例は我々のグループのみである。今回我々が開発した融点より低い温度で、熱分解が生じない温度で溶融紡糸を行う方法は画期的であり、非常に大きな前進と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
新たに開発した溶融紡糸法をPHAのみならず、他の生分解性脂肪族ポリエステルにも応用し、高強度・伸縮性繊維の開発を行う。さらに、放射光を用いて分子鎖構造、結晶構造、高次構造の解析を行い、物性発現機構を解明する。
酵素内包生分解性プラスチックの作製には酵素を内包させることが必要である。これまで酵素をアクリルゲルなど取り込むことにより、高耐熱性化を行ってきた。今後は、生分解性を有するポリマーゲルあるいはマイクロビーズにより酵素を固定化することを検討する。
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