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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

公募研究

研究領域生物多様性を規範とする革新的材料技術
研究課題/領域番号 25120510
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関千歳科学技術大学

研究代表者

KARTHAUS Olaf  千歳科学技術大学, 総合光科学部, 教授 (80261353)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2013年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード高分子 / 粒子 / 相分離 / 表面構造 / 乳化 / 生物模倣 / 高分子相分離 / 高分子微粒子 / 乳化剤 / 花粉 / 耐久性 / スポロポレニン
研究実績の概要

花粉のバイオミメティクスについて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、花粉の外壁を破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製: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、基盤に塗布し、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(単分子シリカ粒子、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。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (18件) (うち招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Growth of Micro-Ikebana on a Floating Substrate: A Method to Monitor Local Supersaturation Levels2015

    • 著者名/発表者名
      Viktor Fischer, Olaf Karthaus
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 17 号: 10 ページ: 6695-6699

    • DOI

      10.1039/c4cp04799k

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of Electrically Conducting Self-Organized Micro-Hybrid Structures2015

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus, Takuya Okamoto, Chihiro Okajima
    • 雑誌名

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      巻: 13 号: 0 ページ: 19-22

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2015.19

    • NAID

      130004933826

    • ISSN
      1348-0391
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pollen-Mimetic Multiphase Polymer Microparticles2015

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus, Akihiro Kikukawa, Pacal Acker, Philipp Polzin
    • 雑誌名

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      巻: 13 号: 0 ページ: 204-206

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2015.204

    • NAID

      130005066300

    • ISSN
      1348-0391
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Biomimetic surfaces of semiconducting metal oxides2014

    • 著者名/発表者名
      Kousuke Orita, Olaf Karthaus
    • 雑誌名

      Proc. SPIE, Bioinspiration, Biomimetics, and Bioreplication

      巻: 9055 ページ: 905515-905515

    • DOI

      10.1117/12.2044945

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Pollen biomimetics: Preparation of Polymer Microparticles with Self-Organized Surface Structures2015

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus, Pascal Acker, Philipp Polzin
    • 学会等名
      日本化学会
    • 発表場所
      日本大学(船橋市)
    • 年月日
      2015-03-25 – 2015-03-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase separated polymer microparticles as pollen biomimetics2015

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus, Pascal Acker, Philipp Polzin
    • 学会等名
      SPIE Smart Structures
    • 発表場所
      Town & Country Resort and Convention Center (San Diego, USA)
    • 年月日
      2015-03-07 – 2015-03-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Wrinkle Structures on Polymer Microparticles - Pollen Biomimetics -2015

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus、宮浦 一樹、Philipp Polzin、Pascal Acker、菊川 明寛
    • 学会等名
      高分子学会、北海道支部会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2015-01-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 2-D Microstructures: Monitoring local supersaturation levels2014

    • 著者名/発表者名
      Viktor FISCHER, Olaf KARTHAUS
    • 学会等名
      高分子学会討論会
    • 発表場所
      長崎大学(長崎市)
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Crystallization on a Floating Substrate: A Key to Monitor Local Supersaturation Levels2014

    • 著者名/発表者名
      Viktor FISCHER, Olaf KARTHAUS
    • 学会等名
      Korea Japan Joint Forum 2014
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 高分子マイクロ粒子を用いた花粉のバイオミメティクス2014

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus, Pascal Acker, Philipp Polzin
    • 学会等名
      第二回物質と光作用シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2014-09-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 花粉の耐久性とバイオミメティクス2014

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus, Pascal Acker, Philipp Polzin
    • 学会等名
      第55回花粉学会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2014-09-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能性生体材料 – スポロポレニン2014

    • 著者名/発表者名
      野崎智成, 上野 ちはる, Olaf Karthaus
    • 学会等名
      高分子学会北海道支部 Summer University
    • 発表場所
      定山渓ビューホテル(札幌市)
    • 年月日
      2014-08-29 – 2014-08-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Phase Separated Polymer Microparticles as Pollen Biomimetics2014

    • 著者名/発表者名
      O. Karthaus, S. Nakajima, S. Mori、P. Polzin
    • 学会等名
      Bunsentagung (Annual Meeting of the German Society for Physical Chemistry)
    • 発表場所
      Hamburg University (Hamburg, Germany)
    • 年月日
      2014-05-29 – 2014-05-31
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 人工花粉の作製2014

    • 著者名/発表者名
      中島照尉, P. Polzin, O. Karthaus
    • 学会等名
      第48回高分子学会北海道支部研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学、札幌
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Phase Separated Polymer Microparticles as Pollen Biomimetics2014

    • 著者名/発表者名
      O. Karthaus, M. Kashiwao, S. Nakajima, S. Mori, P. Polzin
    • 学会等名
      Trends in Naotechnology
    • 発表場所
      東京ビッグサイト、東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of Phase Separated Polymer Particles as Pollen Biomimetics2014

    • 著者名/発表者名
      O. Karthaus, P. Polzin
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学、名古屋
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 花粉を真似た材料2014

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus
    • 学会等名
      バイオミメティクス・市民セミナー
    • 発表場所
      北海道大学、札幌
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase Separated Polymer Microparticles as Pollen Biomimetics2014

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus, Shoji Nakajima, Shinosuke Mori, Philipp Polzin
    • 学会等名
      Bunsentagung 2014
    • 発表場所
      Hamburg University, Hamburg, Germany
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of Phase-Separated Micrscopic Beads of Polymer Blends as Models for Biomimetic Particles2013

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus, Yuji Kiyono
    • 学会等名
      Korea-Japan Joint Forum
    • 発表場所
      Sea Cloud Hotel, Busan, Korea
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of Artificial Opal by the Sol-Gel Process2013

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Komukai, Olaf Karthaus
    • 学会等名
      Chitose International Forum
    • 発表場所
      千歳科学技術大学、北海道千歳
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis and Function of Phase Separated Polymer Microparticles2013

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus
    • 学会等名
      高分子学会討論会
    • 発表場所
      金沢大学、金沢
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Pollen biomimetic with phase separated polymer microparticles2013

    • 著者名/発表者名
      Olaf Karthaus
    • 学会等名
      Guest Lecture
    • 発表場所
      Wien University, Wien, Austria
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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