2014 Fiscal Year Research-status Report
均一系触媒を内包したシリカナノカプセルの新規調製法に関する研究
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25420818
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松根 英樹 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10380586)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノカプセル / シリカ / 触媒 / 酵素 / 回収・分離プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，均一系触媒などの機能性分子を中空構造をもつナノ構造体の中に内包させる方法論の確立とそれにより得られる複合体のユニークな構造に由来する特性を明らかにすること，ならびにその工学的な応用法を検討することを目的とする．
平成26年度は，金属錯体触媒のシリカナノカプセルへの内包を研究代表者らが提案した新規調製法を用いて行うことで，開発した金属錯体触媒とシリカナノカプセルとの複合材料について物性評価と特徴の明確化を前年度に引き続き行うこと，ならびに新たに生体関連物質を新規内包物として本手法を適用し，方法論の確立と機能評価を行うことを課題とし，実施した．まず金属錯体触媒とシリカナノカプセルとの複合体について詳細に検討した．その結果，特に壁材の材料組成を変えて細孔径を制御できること，さらには，カプセル膜を透過する反応物をその特性によって明確に区別できることが分かった．これは金属触媒の活性劣化を抑えつつ分離・回収の効率を飛躍的に向上させることにつながるため，工業プロセスの効率化ならびに新しいプロセスの開拓が期待される．さらに親水性物質のシリカへの内包は，当初想定していた戦略では困難であることが示唆されたため，新たな方法に方針を転換することで内包法の指針が得られた．こうした調製法でも当初想定した酵素等の親水性機能性分子を劣化させずに簡便にシリカナノ構造体中に閉じ込めて複合化できることおよび得られた複合体が機能を発現できることが示された．その結果，バイオプロセスへの適用が期待される．また，カプセルの壁材の原料としてシランカップリング剤を混在して用いるとシリカ自身にも機能性を付与できることがわかった．さらに，ナノカプセルと生体関連物質を複合化させると，このユニークな構造の特性を活かしてバイオプロセスならびに医学的治療法へ応用が期待されるため，今後，実証して検証することを計画している．
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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
当初，平成25年度は金属錯体触媒のシリカカプセルへの内包法の確立と知見の収集，それを発展させて，平成26年度は開発した金属錯体触媒とシリカカプセルとの複合体の詳細な評価と特徴付けを行うこと，前年度に得た方法論を発展させて酵素等の親水性物質の内包することを目標としていた．それに対して，シリカナノカプセル内包金属錯体触媒は反応物と定量的に反応しつつ，容易に分離回収ができること，さらには，新たにシリカ膜の構造を制御する方法を見出し，それを利用することで反応物の選択性が期待できることがわかった．ナノ複合体調製のための条件について広範なデータを収集することができ，再現性良く均質な構造体を得ることができるようになった．さらには，その方法論を元にして親水性物質の内包に発展させることができた．以上のことを踏まえると当初の計画どおり研究が進行しているため，現状はおおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題であるシリカナノカプセル内への均一触媒内包法を発展させて，酵素に代表される生体関連物質をカプセルの空間内に封印できれば，従来に比べて利便性や耐久性の向上が期待される．この複合材料は全く新しいプロセスで作製され，新しい構造を有しているため，これまでに無かった機能の発現や利用法が開拓できることが期待される．特に，バイオプロセスや医学的治療などにおける応用が考えられ，工学的に極めて重要と考えられる．
これまで本研究課題であるシリカナノカプセル内への均一触媒内包法の行程の見直しや改善のためのデータ収集を行い本手法の確立をおこなってきた．しかし，内包物に関しては特定のものに限定されているため，本研究成果として汎用性と応用性を実証することにまだまだ課題があると考える．そこで今後は，これまでに得られた複合化法の知見を元に多様な物質に方法論を適用し，当該年度に引き続いてシリカカプセルへの内包と機能化を推進していく．それによって，本法の汎用性を向上させるとともに，これまでに無い新しい新機能性複合材料を構築する．特に，機能性の生体関連物質に対して本新規法によるシリカカプセルの内包へ展開するとともに機能評価を行う．同時に，得られた複合材料の応用方法を提案し，自ら実証していくことで，本法で得られた新規複合材料の特性や優位性を明らかにする．医薬品の製造や病気治療を目指した新規複合材料を創製し，その応用性を評価および実証する．以上のようにして，最終年度である平成27年度では本研究課題の意義や優位性を実際に示して本研究の総括を目指して研究を推進していくとともに，得られた機能性材料の応用展開によって本研究課題を発展させていくことで，工学的な分野への貢献を果たす．
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| Causes of Carryover |
当初計画していた高価な酵素を使用して実証する前に方法論の確立を目的とした予備実験として他の安価な親水性物質および研究室に保管してある酵素で代用して行うことでデータ収集に専念した．その結果，当該年度は予想より経費の使用がおおむね順調に研究が進展し，目標を達成することができた．次年度は特異な反応に合わせて酵素等の高価な試薬と消耗品を大量に用いて実証する必要性があると予想されたため，予算を次年度に繰り越して利用することを研究実施過程で計画した．そのため年度初めの使用計画との間に差が生じ，次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本研究を希少かつ重要な医薬品の製造プロセスなどに応用することを実証することを目的としている．利用予定の酵素等の生体関連物質は希少で高価であるが消耗品であるため，大量に使用することが予想され，それらの購入を計画している．また，研究目的に合わせた小型設備の購入が必要と考えられ，その購入を計画している．それとともに本課題を通じて得られた研究成果を国際的な学会や論文での発表を計画しており，そのための経費を計上する．
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