pKaが大きく可逆変化するナノゲルの設計法の探求と高効率エネルギー変換材料化

• 研究課題/領域番号: 15H05486
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 高分子化学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 星野 友 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40554689)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円); 2017年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2016年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2015年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: ナノゲル / プロトンインプリント / pKa / 温度応答性 / 温度差電池 / pKa変化 / ナノ粒子 / pKa制御 / 温度応答ゲル / ゲル粒子

研究成果の概要

本研究では、pKaが変化するナノゲルの生成原理を解明し、大きなpKa変化を示すナノゲルを設計・合成・単離する方法を探求する事を目的とした。さらにプロトンポンプの様に高効率のエネルギー変換機能を有し、安価で安定な超機能材料を実現することを目指した。平成２７年は、大きなpKa変化を生じるナノゲルの生成メカニズムを解明した。平成２８年は、疎水性のtertbutylacrylamideや架橋剤の導入により、pKaを変化させられることがわかった。平成２９年は、ナノゲルのpKa変化を利用した温度差電池の開発行い適切な酸化還元種を添加することで300mV近い電位差を生成可能であることが明らかとなった。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Irvine(米国)
• [雑誌論文] Wide-range pKa tuning of proton imprinted nanoparticles for reversible protonation of target molecules via thermal stimuli (2017)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Yu、Miyoshi Takaaki、Nakamoto Masahiko、Miura Yoshiko
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. B 巻: 5 号: 46 ページ: 9204-9210
  • DOI: 10.1039/c7tb02107k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and Preparation of Thermo-Responsive Vinylamine-Containing Microgel Particles for Reversible Absorption of Carbon Dioxide (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yue, K. Imai, Y. Miura, Y. Hoshino
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 49
  • NAID: 40021272574
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of Hydrophobic Modifications and Phase Transitions of Polyvinylamine Hydrogel Films on Reversible CO2 Capture Behavior: Comparison between Copolymer Films and Blend Films for Temperature‐Responsive CO2 Absorption (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yue, K. Imai, C. Yamashita, Y. Miura, Y. Hoshino
  • 雑誌名: Macromol. Chem. and Phys 巻: 218 号: 8
  • DOI: 10.1002/macp.201600570
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design of Synthetic Polymer Nanoparticles that Facilitate Resolubilization and Refolding of Aggregated Positively Charged Lysozyme (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Nakamoto, Tadashi Nonaka, Kenneth J Shea, Yoshiko Miura, Yu Hoshino
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 138 号: 13 ページ: 4282-4285
  • DOI: 10.1021/jacs.5b12600
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Minimization of Synthetic Polymer Ligands for Specific Recognition and Neutralization of a Toxic Peptide (2015)
  • 著者名/発表者名: Haejoo Lee, Yu Hoshino, Yusuke Wada, Yuka Arata, Atsushi Maruyama, Yoshiko Miura
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 137 号: 34 ページ: 10878-10881
  • DOI: 10.1021/jacs.5b05259
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Tuning pKa of Bronsted Acids in Temperature-Responsive Hydrogel Particles by Proton- and Ion-Imprinting Strategy (2018)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino
  • 学会等名: 255th ACS National Meeting & Exposition
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Design of Synthetic Polymer Nanoparticles that Function as Molecular Chaperones (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino
  • 学会等名: Asian International Symposium-Natural Products Chemistry, Chemical Biology/Biofunctional Chemistry and Biotechnology-
  • 発表場所: 慶応大学
  • 年月日: 2017-03-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] タンパク質を模倣したナノゲル粒子のpKa制御と機能開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: 日本化学会第97 春季年会特別企画講演生命化学が先導する分子機能創成の最先端：生体機能・生体分子を超えるためのアプローチ
  • 発表場所: 慶応大学
  • 年月日: 2017-03-16
  • 招待講演
• [学会発表] Tuning pKa Value of Bronsted Acids in Hydrogel Nanoparticles by Ion Imprinting Strategy (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino, Toshiki Jibiki, Takaaki Miyoshi, Masaaki Nakamoto Yoshiko Miura
  • 学会等名: Gelsympo 2017
  • 発表場所: 日大
  • 年月日: 2017-03-07
  • 国際学会
• [学会発表] Thermo-Electrochemical Cell Development by Using Temperature Responsive Nanogel (2017)
  • 著者名/発表者名: Benshuai Guo, Fan Gao, Teppei Yamada, Yoshiko Miura, Yu Hoshino
  • 学会等名: The 15th Pacific Polymer Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of reversible salt absorption efficiency of temperature responsive gel particle composite membrane (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Moribe, Naoki Gondo, Masahiko Nakamoto, Yu Hoshino and Yoshiko Miura
  • 学会等名: 2017 Kyushu-Seibu/Pusan-Gyeongnam Joint Symposium on High Polymers(18th) and Fibers(16th)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of Composition of Gel Particles on the Immobilization of Carbonic Anhydrase (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryutaro Honda, Tomohiro Gyobu, Hideto Shimahara, Yoshiko Miura, Yu Hoshino
  • 学会等名: 2017 Kyushu-Seibu/Pusan-Gyeongnam Joint Symposium on High Polymers(18th) and Fibers(16th)
  • 国際学会
• [学会発表] タンパク質を模倣したナノゲル粒子の 分子認識機能設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: 第１６２回 東海高分子研究会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質の様な動的機能を有する 合成ナノ粒子の設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: 高分子学会関西支部若手会
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質を模倣した ナノゲルの機能設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: ゲルワークショップ イン 松山
  • 招待講演
• [学会発表] Thermo-Electrochemical Cell Development by Using Temperature Responsive Nanogel (2017)
  • 著者名/発表者名: Benshuai Guo, Fan Gao, Teppei Yamada, Yoshiko Miura and Yu Hoshino
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] 低温排熱により再生可能な脱塩用ナノゲル膜の塩 収着量の大容量化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森部 十徳、権藤 直樹、仲本 正彦、星野 友、三浦 佳子
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] 炭酸脱水酵素固定化ゲル粒子の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本田 竜 太朗、行部 智洋、島原 秀登、星野 友、三浦 佳子
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] 両イオン性ゲル粒子における タンパク質を模倣した可逆的なpKa制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 地曵 俊紀, 仲本 正彦, 星野 友, 三浦 佳子
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] タンパク質の様な動的機能を有する ハイドロゲルナノ粒子の設計 ~汎用性モノマーを用いた分子認識材料の設計~ (2017)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: 高分子同友会
  • 招待講演
• [学会発表] 温度応答性ゲル粒子からなる可逆脱塩材料の設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森部十徳, 権藤直樹, 仲本正彦, 星野友, 三浦佳子
  • 学会等名: 第54回化学関連支部合同九州大会
• [学会発表] pKa の異なるゲル粒子を積層させた薄膜のCO2 透過流束の律速段階の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本田竜太朗、行部智洋、渡邉猛、今村和史、山下知恵、谷口育雄、星野友、三浦佳子
  • 学会等名: 第54回化学関連支部合同九州大会
• [学会発表] Tuning pKa of Bronsted acids in stimuli responsive nanogel particles by proton- and ion-imprinting strategy for reversible capture of target molecules (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino
  • 学会等名: Affinity 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 低温排熱の高効率回収を実現する ゲル相転移駆動型の温度差電池の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 星野 友、郭本帥、高帆、山田鉄兵、君塚信夫、三浦佳子
  • 学会等名: 第66回高分子学会年次大会
• [学会発表] Development of Protein-Mimic Nanoparticles for Effective CO2 Separation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino
  • 学会等名: 23rd iCeMS International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Design of Synthetic Polymer Nanoparticles with Dynamic Functions as Enzymes (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino, Masahiko Nakamoto, Yoshiko Miura
  • 学会等名: The 11th SPSJ International Polymer Conference
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Active Proton Transport by Liquid Membrane of Temperature-Responsive Nanogel Particles (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Miyoshi, M. Nakamoto, Y. Hoshino, Y. Miura
  • 学会等名: The 11th SPSJ International Polymer Conference
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2016-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Hydrogel Films Consisting of Enzyme-Mimic Nano Gel Particles for Energy Efficient CO2 Separation (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino
  • 学会等名: IWAMSN2016
  • 発表場所: ベトナム
  • 年月日: 2016-11-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アミン含有ゲル粒子フィルムによる二酸化炭素分離技術 (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: 一般財団法人石炭エネルギーセンター「先進的CO2分離回収技術」勉強会
  • 発表場所: 一般財団法人石炭エネルギーセンター
  • 年月日: 2016-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] 省エネルギーのCO2分離の為のナノゲル塗布膜の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: 第10回中四国若手CE合宿
  • 発表場所: 山口
  • 年月日: 2016-09-28
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質の様な動的機能を有するハイドロゲルナノ粒子の設計 (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: 第６５回 高分子討論会
  • 発表場所: 神奈川大学
  • 年月日: 2016-09-14
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質の様な機能を有する材料を汎用性のプラスチック原料から合成できるか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 学会等名: 東京工業大学生命理工学融合セミナー
  • 発表場所: 東工大
  • 年月日: 2016-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Nanogel Membranes for CO2 Separation (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Hoshino, T. Gyobu, K. Imamura, I. Taniguchi, and Y. Miura,
  • 学会等名: AMS10
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2016-07-27
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Nanogel Particles for Capture and/or Release of Target Molecules/Ions (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino
  • 学会等名: CIMTEC 2016
  • 発表場所: ペルージャ
  • 年月日: 2016-06-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Protein-mimic strategies to design hydrogel particles that reversibly captures target ions (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino, Mengchen Yue, Takaaki Miyoshi, Yoshiko Miura
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honoruru USA
  • 年月日: 2015-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Synthetic Polymer Nanoparticles that Recognize Target Biomacromolecules and Ions (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino
  • 学会等名: 9th International Symposium on Nanomedicine (ISNM) 2015 Mie University
  • 発表場所: 三重大学
  • 年月日: 2015-12-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高効率な二酸化炭素分離の為のアミン含有ゲル粒子フィルムの大容量化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 星野 友、今村和史、山下知恵、Yue Mengchen、 浜崎央、三浦佳子
  • 学会等名: 第４７回化学工学会 秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] Development of Temperature-Responsive Microgel Films for Reversible CO2 Absorption (2015)
  • 著者名/発表者名: 星野 友
  • 学会等名: I2CNER INTERNATIONAL WORKSHOP on Recent Progress on Membrane Separation and CO2 Capture
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-07-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Energy Efficient CO2 Absorbents Consisting of Temperature-responsive Microgel Particles (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Hoshino
  • 学会等名: 98th Canadian Chemistry Conference and Exhibition
  • 発表場所: Ottawa, Canada
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Supra-materials Nanoarchitectonics (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Manaka, Takashi Funaki, Takurou N. Murakami, Naohiro Kameta, Yu Hoshino
  • 総ページ数: 346
  • 出版者: ELSEVIER
• [図書] タンパク質の様な機能を有する高分子ナノ粒子の設計原理 ～プラスチック抗体・酵素の実現を目指して～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 生命化学研究レター
• [図書] タンパク質の脱凝集を促進するプラスチックシャペロン (2016)
  • 著者名/発表者名: 仲本正彦、三浦佳子、星野 友
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: Bioscience & Industry
• [図書] CO2可逆吸収材料「アミン含有ゲル粒子」のCO2選択透過膜のへの応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野友、行部智洋、今村和史、谷口育雄、三浦佳子
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: ケミカルエンジニヤリング
• [図書] 凝集したタンパク質を巻き戻すプラスチックシャペロン (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野友
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 化学と工業
• [図書] コンバーテック (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下知恵、三浦佳子、星野友
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 株式会社 加工技術研究会
• [図書] ケミカルエンジニヤリング (2015)
  • 著者名/発表者名: 権藤直樹、仲本正彦、三浦佳子、星野友
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 化学工業社
• [産業財産権] 電解液および発電装置 (2017)
  • 発明者名: 星野友、郭本帥、山田鉄兵、高帆
  • 権利者名: 九州大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-028444
  • 出願年月日: 2017-02-17