Development of novel bio-based solidification technique inspired by natural and artificial organic/inorganic interfaces

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03627
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Nakashima Kazunori 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50540358)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川崎 了 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00304022) ; 五十嵐 健輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (90759945)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: バイオセメント / 天然高分子 / イガイ接着タンパク質 / 刺激応答性

Outline of Final Research Achievements

We focused on the adhesive interface between natural or artificial inorganic and organic materials, and worked on the development of the following two fundamental techniques: (1) high-strength biocement incorporating organic-inorganic hybrids, and (2) hybrid solidification combining mussel adhesion protein and silica polymerizing enzyme, to develop a novel concept of bio-based solidification. In part 1, a hybrid biocement combining natural polysaccharides (chitin and cellulose nanofibers) and a fusion protein that promotes calcium carbonate deposition on the surface of these materials was developed. In part 2, adhesion control of mussel adhesion protein and biosilica formation at the material interface were successfully achieved.

Free Research Field

生物工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

建造物やインフラなどの建設には固化材料としてセメントやコンクリートが用いられる。しかしながら，セメントクリンカーの製造プロセスでは，それに必要なエネルギー生産と石灰石からの脱炭酸により大量のCO2が排出されることになる。CO2排出を可能な限り削減すると同時に，従来のセメントに代わる革新的な固化材料および技術の開発が急務である。自然界および人工の接着界面のバイオ分子には無機固体に結合するための秘密が隠されている。本研究では，その界面に隠されたバイオ分子の秘密を解き明かし，従来法を凌駕する環境負荷の小さい次世代型固化技術の開発に挑戦することを目的とした。