海洋付着生物に学ぶ天然高分子複合素材の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750709
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 大川 浩作 信州大学, 繊維学部, 助手 (60291390)
• キーワード: 海洋付着生物 / バイオミメティック / 水溶性高分子 / 構造解析 / 機能繊維材料 / タンパク質複合繊維 / 生分解特性 / 表面科学

研究概要

付着生物由来の接着物質の付着機構解明と工学利用を可能にするため、種々の海産二枚貝の接着タンパク質の化学合成および接着特性に関する研究を展開した。本年度は、海産無脊椎動物由来の材料の性質を分子レベルで解明する。海産生物由来繊維の分子構造を明らかにし、高分子化学的視点から用途開発を可能にするため、以下の研究を行った。
(1)イガイ足糸繊維タンパク質の分析
足糸を形成する繊維素タンパク質を全て同定し、各々の構成タンパク質がどのように配置され、繊維の強度向上にどのように寄与しているかという問題に取り組むため、はじめに、足糸を形成するタンパク質の生化学的分析を行った。その結果、足糸は、少なくとも8種類の前躯体タンパク質から形成される複雑なタンパク質複合繊維であることが明らかになった。
(2)足糸タンパク質のアミノ酸配列の決定
8種類の前躯体タンパク質のうち、最大高分子量のタンパク質の精製およびアミノ酸配列分析を行った。このタンパク質は、10残基のペプチドが繰り返して配列する構造タンパク質の一つであることを明らかにした。このタンパク質はポリフェノール性タンパク質の一つであると考えられる。10残基のうち2残基は、構造不明なアミノ酸であったが、他の分析結果から、少なくとも一つには糖鎖が結合していることが明らかになった。
(3)イガイ類足糸を模倣した高強度繊維材料の開発
海洋接着タンパク質はコラーゲンと複合して高次階層構造を形成し、極めて強い物理的強度と安定な化学的・生化学的特性を持つ。接着タンパク質と天然多糖の複合材料系を研究し、バイオミメティックな繊維材料の作成を試みた。イガイ足糸を模倣した高強度繊維の開発のため、イガイの足糸形成機構に基づき、ポリペプチドの分子を設計し、実際に、合成、繊維化、機械的特性の評価を行った。

研究成果

• [文献書誌] 大川浩作: "水溶液界面における高分子複合体形成による多目的新素材の創成"接着. 46(2). 70-75 (2002)
• [文献書誌] K.Ohkawa: "Preparing of chitosan-poly(acrylic acid) composite fibers by self-assembly at an aqueous solution interface"Tex. Res. J.. 72(2). 120-124 (2002)
• [文献書誌] Y.Takahashi: "Water-soluble polypeptides at aqueous interface produce extensible silk-like fiber"Macromol. Rapid Commun.. 23(9). 540-543 (2002)
• [文献書誌] K.Nagaya: "Attachment strengh of an adhesive nuisance mussel, Limnoperna fortunei, against water flow"Biofouling. 17(1). 263-274 (2002)
• [文献書誌] Y.Matsui: "Effectiveness of anti-fouling coatings and water flow in controlling attachment of the nuisance mussel Limnoperna fortunei"Biofouling. 18(2). 137-148 (2002)
• [文献書誌] H.Yamamoto: "Encyclopedia of Surface and Colloid Science"A. Hubbard. Ed., Marcel Dekker, Inc., NY(USA). 14 (2002)
• [文献書誌] K.Ohkawa: "Biopolymers, Vol.7"A. Steinbuchel & S. R. Fahnestock, Eds., Wiley-VCH, Weinheim, Germany. 32 (2002)