2013 Fiscal Year Annual Research Report
花粉表面の構造解析と自己組織化を利用した機能性マイクロ粒子のデザイン
Publicly Offered Research
| Project Area | Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity |
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| Project/Area Number |
25120510
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
KARTHAUS Olaf 千歳科学技術大学, 総合光科学部, 教授 (80261353)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 高分子相分離 / 高分子微粒子 / 乳化剤 / 花粉 / 耐久性 / 生物模倣 / スポロポレニン / 表面構造 |
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| Research Abstract |
花粉のバイオミメティクスについての平成25年度の研究は主に次の二つに大別される。
①花粉の分析：合計１２種類の花粉の耐久性や蛍光の特徴を分析した。種類によって花粉は300-400℃まで形状を保持することがわかった。花粉に紫外線、可視光の光を照射すると、強い蛍光を発光することもわかった。蛍光性は加熱すると減少するが、300-350℃までは蛍光性が観察できた。さらに、分析からわかったことは、花粉の外壁材料（スポロポレニンという化合物、分子構造はまだ不明）は熱に強く、含まれる蛍光物質も非常に耐久性があるということである。しかし、超高水圧のウェットジェットミルの噴射の条件を制御すること（水圧、噴射時間）で、花粉の外壁を開けることが可能になることがわかった。
②花粉と構造の似た高分子微粒子の作成：ポリスチレンとポリメチルメタクリル酸の有機溶媒と水を用いて乳化状態を作り出し、基板に塗布し、ポリマーブレンドの混合粒子を作製した。使用する乳化剤（ポリビニルアルコール、キトサン、グアルガムなど）によって微粒子の相分離構造が違ってくる。「ヤヌス粒子」（それぞれ高分子の相は半球）、「ラズベリー粒子」（高分子粒子の表面に小さい相分離構造がある）などのモルフォロジーの作製に成功した。粒子の平均直径は高分子濃度で制御できることもわかった。エンプラのポリスルフォンを用いたポリスチレンブレンド粒子やポリメチルメタクリル酸粒子と非常に微小なラズベリー粒子が作製できることがわかった。非常に微小な表面構造になる理由はポリスルフォンの表面エネルギーが小さいことによると考えられる。さらに、乳化状態の水溶液に独自に合成した無機材料（単分散シリカ粒子、金のナノコロイド）と既成の無機材料（酸化チタンナノ結晶）を分散し、高分子微粒子の表面に無機材料を吸着させることにも成功した。
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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
同年度計画書に示した(1)「乳化重合」法を用いた人工花粉を作製：これは作製にはいたらなかった。理由は、作製した粒子が１ミクロン以下にしかならず小さすぎたためである。
計画(2)オイル層にある２つのポリマーを含む乳化剤による相分離構造を持つマイクロ粒子の作製：研究実績での報告の通り、良い成果を得ている。
計画(3)目的にあわせた不溶性のマイクロ粒子（直径5-50μm）作製：購入を目指したが達成できなかった。
計画(4)酸化チタンのナノ粒子コーティングに成功した。
計画(5)のイメージングも計画通りであった。
計画(6)のイメージデータベース作成は準備段階である。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずはじめに、表面構造を持つマイクロ粒子のライブラリをいくつかの方法で設立したいと考える。
（１）オイル層にある２つのポリマーを含む乳化剤による相分離構造を持つマイクロ粒子を作製する。溶媒蒸発の間に相分離が生じ、1-50μmのサイズの粒子が作られる。溶媒、乳化剤、高分子のタイプ、濃度比によってディンプル構造が作られる。耐久性のあるマイクロ粒子を作るためには、ポリカーボネートやポリスルホン、ポリアミド酸、またポリヘキシルチオフォンのような導電性高分子をスクリーニングする必要がある。
（２）不溶性のマイクロ粒子（直径5-50μm）をポリアニリンパッチでコーティングし、粒子の表面を花粉の表面のように構造化する。
（３）その他の機能的な表面作製の方法は、有機または無機のナノ結晶やナノ粒子で表面処理することである。手法（２）にも近いが、我々は酸化チタンのナノ結晶で多孔質ポリマーフィルムをコーティングすることに成功した。この方法でも直径5-50μmのマイクロ粒子からコーティングを始めるつもりである。
（４）様々な方法（１）～（３）で作製した粒子を光学顕微鏡や電子顕微鏡でイメージングする。
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[Presentation] 花粉を真似た材料2014
Author(s)
Olaf Karthaus
Organizer
バイオミメティクス・市民セミナー
Place of Presentation
北海道大学、札幌
Year and Date
20140503-20140503
Invited
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