2011 Fiscal Year Annual Research Report
バイオマス系完全分散ナノフィブリルの創製と環境対応型材料への変換
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21228007
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
磯貝 明 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (40191879)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 忠久 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (30281661)
和田 昌久 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (40270897)
五十嵐 圭日子 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (80345181)
木村 聡 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教 (00420224)
齋藤 継之 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教 (90533993)
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| Keywords | セルロース / ナノフィブリル / TEMPO / 触媒酸化 / バイオマス / キチン / ナノ材料 / ミクロフィブリル |
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| Research Abstract |
今年度は、高結晶性ナノフィブリル構造を有するバイオマス多糖として、木質系セルロース、各種再生セルロース、各種キチンを素材とした。
基礎研究分野としては、(1)塩素系の共酸化剤をもちない中性条件での電解TEMPO触媒酸化による完全分散化ナノセルロースの調製条件の確立とその機構解析、(2)多糖の損傷の少ないホロセルロースを完全溶解させて、多角度光散乱法を組合わせた溶質排除クロマトグラフィー分析により、木質系セルロースミクロフィブリル表面にリグニンを介したヘミセルロースの分岐構造が存在していることの証明、(3)TEMPO酸化セルロースナノフィブリルフィルムの高い酸素バリア性を陽電子消滅法による微小空隙構造解析、(4)TEMPO酸化セルロースの重合度とナノフィブリルの長さの関係の確立、(5)各種キチンナノフィブリルの形態および機能的差異の総合的な比較検討等を行った。これらの基礎的知見は、本研究の主題であるバイオ系ナノ素材の先端機能材料への応用展開に必要不可欠である。
応用展開分野としては、(1)セルロース系およびキチン系ナノフィブリルフィルムの乾燥状態での著しく高い酸素バリア性の発現条件の解明、(2)バイオ系ナノフィブリルのマウスへの経口投与実験から食後インスリン分泌抑制効果などの有効な生理活性が見出されたこと、(3)バイオ系ナノフィブリル表面の化学修飾によって、疎水性のマトリックス高分子中でのナノ分散性の向上とナノ充填効果の発現、(4)バイオ系ナノフィブリル分散液から、超高比表面積を有するエアロゲル、高強度ヒドロゲルへの材料展開手法の確立、(5)バイオ系ナノフィブリルへの効率的な触媒用金属ナノ粒子の担持体の調製、(6)バイオ系ナノフィブリル交互多層構造フィルムの調製と反射防止効果の発現、(7)エアフィルター用ナノネットワーク構造の簡便な製造方法確立など、バイオ系ナノ材料の応用展開に向けて貴重な知見を得ることができた。
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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
基礎分野では、木質系セルロースミクロフィブリル表面に分岐構造があることを証明できた。この結果は、木質系セルロースの利用においても、また植物学的にも意義がある。応用分野では、ナノ充填材としての効果、生理活性機能、エアロゲル・ヒドロゲルへの展開、触媒・エアフィルター・光反射防止機能など、バイオ系なの素材として予期しない優位性が見出され、先端機能材料への応用展開の道を開くことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
基礎分野としては、セルロース系バイオナノ材料調製法としては、申請者らが独自に見出したTEMPO触媒酸化反応の特異性に依存している。しかし、TEMPOは還元型、ラジカル型、酸化型と反応系内で変態するため、系内での存在比率やセルロースとの吸着寿命、触媒的に繰り返す反応が何回まで可能なのか、不活性化するとすればその機構など、TEMPO触媒酸化反応そのものに、従来の説では説明できない現象をいくつか見出しており、これらの解明が、より効率的でグリーンなプロセスの確立に貢献できると考える。応用展開分野研究では、電池、触媒、建築用複合材料分野の方々との共同研究により、これらの分野への展開を図る必要がある。
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