| 研究課題/領域番号 |
15K13289
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
田村 厚夫 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (90273797)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 環境調和材料 / リサイクル / レアメタル / レアアース / ペプチド / ナノ材料 / 人工設計 |
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| 研究実績の概要 |
レアメタルは希少かつ鉱山が地球上の一部地域に集中して偏在化しているため、昨今、価格高騰や輸出規制が問題となっている。一方、原発事故で大きな社会問題となっている放射性元素についてレアメタルを含む金属イオンの回収が喫緊の課題となっている。そこで、これらのメタルを選択的に検出し回収する全く新規のリサイクル技術を開発することを目的とする。
この分子システムは、１）結合、２）検出、３）選択、４）センシング、５）回収、の5段階から構成される。本年度は、主として１）２）を中心に完成させ、この結果を既存技術の補完または克服に起用させることで、最終的に５）への橋渡しとする。標的とするレアメタル（アース）として用いた金属は、その有用性と深刻度より、ディスプロシウム、ネオジム、白金、パラジウム、ユーロピウム、ホルミウム、ツリウム、インジウムおよびセシウムとした。また、金で成功しているメタル結合に伴ってあたかもリトマス紙が酸性度を検知するかのごとく呈色することで容易に目的金属の有無を検出するセンシングシステムを作るため、新たに白金をターゲットとした。ペプチド設計では、2種類の基本骨格を用いた。即ち、24アミノ酸残基からなるαへリックス型の金属イオン結合型人工設計ペプチド、および12残基からなる環状ペプチドである。
この結果、αへリックス型の人工設計ペプチドについて、金イオン共存化で結晶化させることに成功し、より高密度での金を回収する道筋を見出した。また、設計した環状ぺプチドについて、パラジウムと選択的に結合することが判明したが、水に対する溶解度が低いため測定に困難が伴った。そこで、溶解性を高め、さらに結合性を高める狙いで新設計の環状ペプチドを再設計した。この結合性を評価する実験を行った所、白金に対して最も強く結合し、またネオジムとの結合性も高いことが明らかになった。
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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
この分子システムは、１）結合、２）検出、３）選択、４）センシング、５）回収、の5段階から構成される。当初の予定では、本年度では、１）から４）までに達成を目指していたが、これらは概ね達成し、一部早めに５）へ到達することができたため。
詳細としては、まず順調な点として５）の回収に際して、人工設計ペプチド分子がレアメタル（金）と共に結晶化する条件を新たに発見した。このことは、単なるアモルファス状のペプチド-メタル複合体よりも、より高密度にメタルを含有する形態を取ること、即ち高効率で回収する道筋を見出したものである。
一方、不十分な点としては、３）の選択制に於いて、新たに設計した環状ペプチドが白金（レアメタル）やネオジム（レアアース）との選択的結合を行うことは良いのだが、一般メタルであるニッケルとも結合することが判明した。本研究では、目的レアメタル（アース）のみ高い選択性での回収を目指すものであるため、このニッケルとの結合性を下げる必要がある。
以上のように、一部未達成の部分もあるが、既に最終段階の５）について有力な発見もあったため、総合的にはおおむね順調と判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、項目３）の選択性のさらなる向上、および５）の回収システムの完成に近づくために手法の開発を行う。
選択性については、上記の通り設計した環状ペプチドについて、レアメタルである白金とネオジムに加えて、一般金属のニッケルとも結合してしまう点の改良が必要となる。この際、設計物では水に対する溶解度が低く、構造解析や定量的解析が困難であった。そこで、環状ペプチド外部のアミノ酸配列を改良することで、溶解度が高く、かつ内部のアミノ酸を置換することで結合性の違いを生み出すよう新設計を行うこととする。これにより、メタルに対する結合の定量的解析を、滴定型熱量測定による厳密な熱力学測定を行うことで達成する。また、高い濃度で核磁気共鳴測定を行うことにより、原子レベルでの詳細な構造解析を行うことで、より精緻な設計を継続することとする。
さらに５）のシステムとして、担体との相互作用を改良することによる吸着強化を行う。つまり、ペプチド分子を担体と結合させ安定な素材とするため、安定性の向上による再利用可能性の獲得を行う。この際、分光測定を高い温度で行うこと、また熱力学的測定を行うことで、分子間相互作用によるへリックスの安定化と環状ペプチドの安定なナノチューブ化を目指す。
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