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自然界には、歯・骨や、貝殻・真珠など極めて精緻な構造を有する生物が作るバイオミネラルが存在している。本研究では、優れた光学的・機械的性質を有する新規有機/無機複合材料を得ることを目的として、バイオミネラリゼーションにならい、有機高分子による炭酸カルシウムの結晶成長制御を試みた。
まず、炭酸カルシウム結晶を過飽和水溶液から成長させる過程において、水溶性高分子を存在させて結晶成長におよぼす影響を調べた。その結果、水溶性高分子として、カルボキシル基を有するポリアクリル酸やポリアスパラギン酸・ポリグルタミン酸、リン酸基を有するDNAなどを用いると、パテライトの球状微結晶集合体結晶や、異方的に伸張した特異なカルサイト結晶などが得られることがわかった。
さらに、キチン・キトサンやセルロースなどの不溶性高分子の薄膜をマトリクスとして、ポリアクリル酸・ポリグルタミン酸などのカルボキシル基を有する水溶性高分子の存在下、炭酸カルシウムの結晶成長を行うと、カルサイトあるいはバテライト結晶が薄膜状に成長することを見い出した。厚みは約1μmあるいはそれ以下の均一な薄膜となった。これらをくり返すことにより、有機/無機積層薄膜が得られた。このような不溶性マトリクスのコーティングを、キチン繊維上において行うと、同様に薄膜状結晶が繊維を覆うように形成することがわかった。このような無機薄膜が得られるのは、水溶性高分子が、不溶性高分子と相互作用することにより、その界面近傍に高濃度で存在してカルシウムイオンと相互作用を行う濃縮効果、さらには、一部は結晶上面に吸着して厚み方向の結晶成長を阻害する効果などによるためであると考えている。
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