| 研究課題/領域番号 |
22K14927
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分40020:木質科学関連
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
高田 昌嗣 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (00872988)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | バイオマス / リグニン / 発色団間距離 / 加溶媒分解 / 超・亜臨界流体処理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リグニンの蛍光特性に着目し、樹種や抽出法の選択で調製した多様なリグニンから、多彩な発光特性の創出に成功してきた。その中で、メディアである溶媒やポリマーの選択によりリグニン発色団間距離が接近すると、エネルギー移動に起因する消光が認められた。将来的な実用化に向け、高い発光強度の実現には発色団の高濃度化が求められるが、現段階では発色団同士の接近に伴い消光するという課題がある。そこで超(亜)臨界溶媒処理等の熱化学処理を用いた加溶媒分解による、発色団周りへの溶媒構造の導入に着目した。発色団間距離の分子レベルでの立体化学的制御により、高濃度条件下でも優れた発光特性を示す発光材料の創製を目指す。
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| 研究実績の概要 |
リグニン発色団同士の距離を制御する手法として、超(亜)臨界溶媒処理等の熱化学処理によるバイオマスの加溶媒分解に着目した。処理過程でリグニンの結合開裂が生じると同時に、リグニン分子内に溶媒由来の構造が導入され、分子の溶媒への親和性を高めることで、高い脱リグニンが達成される。つまり加溶媒分解を活用し、立体化学的に発色団同士の距離を引き離し、さらに導入する溶媒構造の違いにより発色団間距離、つまり発光特性を制御できると考えた。そこで、本研究の目的は、熱化学処理による加溶媒分解をリグニン抽出法として用い、リグニン分子内への化学構造の導入による発色団間距離の制御、すなわち高濃度条件下での発光特性の制御を可能にすることである。 本年度は、溶媒をフェノールに限定し、フェノール構造の導入形態について、処理温度や処理時間の影響も含めて議論した上で、リグニン構造が発光特性に及ぼす影響について研究を進めた。スギ(Cryptomeria japonoca)辺材及びブナ(Fagus crenata)辺材から調製した脱脂木粉を用い、フェノールと一緒にインコネル-625製のバッチ反応管に封入し、塩浴で処理を行った。得られた可溶部から溶媒であるフェノールを除去するために、貧溶媒を用いた滴下法でリグニン由来物を単離した。得られたリグニン由来物をジメチルスルホキシド(DMSO)に溶解させ、フォトルミネッセンススペクトルを測定した結果、いずれも明瞭な蛍光が得られた。なお、フェノール単体ではほとんど蛍光は認められず、この傾向がリグニンに起因することが示唆された。また、反応時間（230℃/10,30,60分）の違いでは発光特性の違いが認められなかった一方、反応温度（230,250,270℃/30分）や樹種では明瞭な違いが認められた。現在フェノール導入量と分子量が発光特性に及ぼす影響の観点から研究を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度は、研究機関の異動に伴う、装置のセットアップに時間を要したため、当初の予定より遅れていたが、本年度はさらにリグニン分析装置や、発光特性評価のセットアップが進んだため、研究を推進することができた。次年度は、濃度消光の影響に関して、大量の試料を短時間で正確に解析できる装置群のセットアップを進めており、研究を加速させる準備が整ったと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和6年度は、引き続き亜臨界フェノール処理で得られたリグニン由来物の詳細な構造解析及び発光特性解析を進める。具体的には、得られた各種リグニン由来物に対し、高次構造を意識した多角的なアプローチで構造解析を行う。例えば、二次元核磁気共鳴分析及び化学分解法を用いた基本骨格・結合様式の解析に加え、31P NMRを用いたフェノール由来水酸基量分析からのフェノール導入量の推定法を確立する。さらに、 動的光散乱法による粒径分布、フーリエ変換型赤外分光を用いた分子振動状態評価による会合体形成評価に加え、Rose-Bengal Dye法、フィルムの接触角等によ る親水性の評価を検討する。
フェノールで得られた知見を、さまざまな官能基構造を有するその他のフェノール類に適用することで、リグニン構造が発光特性に及ぼす影響を網羅的に解析していく。
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