| 研究課題/領域番号 |
19H00908
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分35:高分子、有機材料およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
岩田 忠久 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30281661)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)
2023年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2022年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2021年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2020年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2019年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
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| キーワード | 生分解性プラスチック / 分解開始スイッチ機能 / 生分解速度制御 / バイオマスプラスチック / BOD生分解試験 / 生分解開始機能 / フィルム / 多糖エステル誘導体 / 生分解性脂肪族ポリエステル / 酵素内包 / 繊維 / 微生物産生ポリエステル / 自己分解 / ポリカプロラクトン / リパーゼ / 溶融混錬 / 酵素分解性 / 生分解性開始機能 / 生分解性速度制御 / 構造解析 / ポリ乳酸 / 高分子多糖類 / 生分解性制御 / 高性能部材 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現在、石油資源の枯渇、難分解性プラスチックによる環境汚染など、プラスチックに関連する諸問題の解決が期待されている。本研究では、バイオマスから生産されるバイオマスプラスチックであり、微生物が分泌する分解酵素により二酸化炭素と水にまで完全に生分解する「生分解性バイオマスプラスチック」を研究対象とし、その高性能化に関する研究を遂行する。本研究では特に、「生分解性」に焦点を当て、使用中は分解せず、廃棄されたときに分解が開始する「生分解性開始機能」の付与と、「生分解性の速度を自在にコントロール」するための構造的因子の解明と材料設計を行い、高性能な生分解性バイオマスプラスチックを創製することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
現在、使っているときは分解せず、使用後、環境中に流出したら分解が始まる生分解開始機能の付与や、目的の速度で分解する生分解速度制御技術の開発が望まれている。
本年度は、以下にあげる3つの項目について研究を遂行した。
１）酵素内包生分解性プラスチックの開発：生分解性プラスチックと言えども、自身を分解できる分解微生物が環境中に存在しなければ決して分解は生じない。本年度は、様々な生分解性脂肪族ポリエステルにリパーゼを内包した酵素内包生分解性プラスチック開発した。この酵素内包生分解性プラスチックは環境中で物理的に崩壊した場合、崩壊面に露出した酵素が水に触れ、分解を開始する、生分解開始機能も有していることを実験的に証明した。さらに本年度は、フィルムのみならず、マイクロビーズへの酵素内包へと展開した。
２）高分子多糖類エステル誘導体の脱エステル化に着目した材料設計：多糖類は、分子鎖中に存在する水酸基をエステル基などで化学修飾することにより熱可塑性を発現するが、化学修飾の割合が増すと生分解性が消失する。しかし、化学修飾されたエステル基を、塩基やアルカリなどにより脱離させれば、再度生分解性は復活する。今年度は、海水が弱アルカリ性（pH=7.5～8.2）であることに着目し、生分解性プラスチック表面に多糖エステルをコーティングした材料を創製し、海水に浸漬することで一定時間後に分解が開始するかを検証した。その結果、設計通り、海水に浸漬すると分解が始まることを証明することができ、論文を投稿するに至った。
３）生分解速度の制御に関する研究：本年度は、ラメラ結晶の配向性が生分解性に及ぼす影響を解明するため、延伸倍率の異なるフィルムを作製し、その酵素分解速度を測定した。その結果、ある延伸倍率までは分解速度が遅くなるが、それ以上になると逆に分解速度が速くなることがわかった。その原因については、今後の検討課題である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
生分解開始機能の開発は、基礎および応用の両面から現在最も求められている機能であり、今年度は２つの生分解開始機能を開発できたことから、非常に大きな前進と考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は最終年度となることから、これまで開発した生分解開始機能をマイクロビーズや繊維に組み込めるかの実証を行う。さらに、新たに静水圧変化を利用した生分解開始機能の検討を行う。また、結晶配向度が生分解速度に及ぼす影響を、大型放射光を用いた構造解析の観点から検討する。
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