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2017 年度 実施状況報告書

セルロースナノファイバー表層への分子認識機能付与とその作用機序

研究課題

研究課題/領域番号 16K05802
研究機関苫小牧工業高等専門学校

研究代表者

甲野 裕之  苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (70455096)

研究分担者 田島 健次  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00271643)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードセルロースナノファイバー / 疎水化 / シクロデキストリン / 固体NMR
研究実績の概要

酢酸菌の旋回培養法によって合成したセルロースナノファイバー(CNF)を大量合成し、その分子構造、および動的ダイナミクスを固体NMR法により解析した。その結果、通常の静地培養法によって合成したセルロースと異なり、二結晶成分の存在比が逆転することを明らかになった。これはセルロース分子鎖が結晶化する過程で培養条件が影響を及ぼしていることを示唆するもので、この特異な現象を次年度明らかにする予定である。次に合成したCNFを有機化学的手法により、シクロデキストリン(CD)表層グラフト化を検討した。CNF水酸基にスペーサーとしてジエポキシ化合物を作用させ、アルカリ条件下で効率良くCNF表層のみを選択的にCDグラフト化可能であることを明らかにした。さらに水系溶媒下でのCNF表層疎水化についても検討を行なった。弱酸性水溶液にCNFを分散させ、低分子シリル化合物を加えると、酸性条件下でCNF表層水酸基のみがシリルエーテル化することを確認した。特にメチルトリメトキシシランを用いた場合にCNF表層の疎水性が増大した。これらCDグラフト化CNF、表層疎水化CNFの官能基導入量について固体NMR、FTIR等で定量し、XRDによる結晶構造解析を実施した。また分子認識能、ゲスト化合物選択性、疎水性、溶媒分散性等の各種物性評価を実施した結果、CNF表層への官能基置換制御が可能となり、同時に材料として最適な反応条件を見出すに至った。

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

平成29年度には「CDをグラフト化したCNFの合成とその分子認識能評価」「CNFの表層疎水化法の確立」を計画していた。CDグラフト化についてはグラフト化法を見出し、CD導入量の最適化条件を明らかにすることができた。また表層疎水化についてもシリル化合物を用いて、水系で疎水化を達成でき、CNFの特徴である分散性を損なうことなく疎水化CNFを合成するに至っている。よって当初の計画どおりに研究成果が得られている。

今後の研究の推進方策

最終年度であるH30年度は計画どおり、CNFの自己組織化について検討を実施する。また酢酸菌CNFについては通気攪拌培養を適用すると結晶構造に大きな違いが見られた。この発見はセルロース生合成における結晶成長に関して新たな知見をもたらす可能性を持ち、並行してCNF培養条件と結晶成長について検討を実施していきたい。

  • 研究成果

    (41件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Two-dimensional NMR data of a series of methylcellulose with different degrees of substitution2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kono
    • 雑誌名

      Data in Brief

      巻: in Press ページ: -

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.dib.2018.04.009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Two-dimensional NMR data of a water-soluble β-(1→3, 1→6)-glucan from Aureobasidium pullulans and schizophyllan from Schizophyllum commune2017

    • 著者名/発表者名
      Kono Hiroyuki、Kondo Nobuhiro、Hirabayashi Katsuki、Ogata Makoto、Totani Kazuhide、Ikematsu Shinya、Osada Mitsumasa
    • 雑誌名

      Data in Brief

      巻: 15 ページ: 382~388

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.dib.2017.09.067

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] One-Step Production of Amphiphilic Nanofibrillated Cellulose Using a Cellulose-Producing Bacterium2017

    • 著者名/発表者名
      Tajima Kenji、Kusumoto Ryo、Kose Ryota、Kono Hiroyuki、Matsushima Tokuo、Isono Takuya、Yamamoto Takuya、Satoh Toshifumi
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 18 ページ: 3432~3438

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.7b01100

    • 査読あり
  • [雑誌論文] NMR spectroscopic structural characterization of a water-soluble β-(1 → 3, 1 → 6)-glucan from Aureobasidium pullulans2017

    • 著者名/発表者名
      Kono Hiroyuki、Kondo Nobuhiro、Hirabayashi Katsuki、Ogata Makoto、Totani Kazuhide、Ikematsu Shinya、Osada Mitsumasa
    • 雑誌名

      Carbohydrate Polymers

      巻: 174 ページ: 876~886

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.07.018

    • 査読あり
  • [学会発表] バクテリアを用いた両親媒ナノセルロースの合成とその応用2018

    • 著者名/発表者名
      田島健次、楠元領、石井亨、上西将斗、小瀬亮太、甲野裕之、松島得雄、磯野拓也、山本拓矢、佐藤敏文
    • 学会等名
      セルロース学会第25回年次大会
  • [学会発表] ナノフィブリル化バクテリアセルロースの表層疎水化2018

    • 著者名/発表者名
      宇野大輝、岸本亮太、甲野裕之、松島徳雄、磯野拓也、佐藤敏文、田島健次
    • 学会等名
      セルロース学会第25回年次大会
  • [学会発表] プロピルセルロースの詳細な置換基分布解析2018

    • 著者名/発表者名
      沼田純、岸本亮太、甲野裕之
    • 学会等名
      セルロース学会第25回年次大会
  • [学会発表] 水溶性黒酵母由来β-グルカンの高次構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之、近藤修啓、平林克樹、尾形慎、池松真也
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 水熱処理した黒酵母βグルカン(KBG)について2018

    • 著者名/発表者名
      近藤修啓、平林克樹、甲野裕之、戸谷一英、尾形慎、池松真也
    • 学会等名
      第116回精糖技術研究会年次大会
  • [学会発表] 苫小牧高専における高専間連携研究の推進2018

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      高等専門学校機構第一ブロック研究交流会
    • 招待講演
  • [学会発表] ノ二オン系セルロース誘導体を用いた土壌フッ素濃度検出剤の開発2018

    • 著者名/発表者名
      岸本亮太、藤田彩華、甲野裕之、深浦仁美、高木泰憲、若杉玲子、庄司良
    • 学会等名
      第52回高分子学会北海道支部冬季研究発表会
  • [学会発表] 糖ジアミンを有するらせんポリアミドの合成とその高次構造2018

    • 著者名/発表者名
      松山亜由、小林三郎、甲野裕之、磯野拓也、佐藤敏文、橋本久穂
    • 学会等名
      第52回高分子学会北海道支部冬季研究発表会
  • [学会発表] ナノフィブリル化バクテリアセルロースの選択的表層疎水化2018

    • 著者名/発表者名
      宇野大輝, 岸本亮太, 甲野裕之, 松島得雄, 磯野拓也, 佐藤敏文, 田島健次
    • 学会等名
      第52回高分子学会北海道支部冬季研究発表会
  • [学会発表] 置換基分布解析によるセルロースエーテル合成機構の解明2018

    • 著者名/発表者名
      沼田純、岸本亮太、藤田彩華、甲野裕之
    • 学会等名
      第52回高分子学会北海道支部冬季研究発表会
  • [学会発表] セルロースエステルの詳細な置換基分布状態の解明2018

    • 著者名/発表者名
      小林詢汰、岡千夏、岸本亮太、藤田彩華、甲野裕之
    • 学会等名
      第52回高分子学会北海道支部冬季研究発表会
  • [学会発表] セルロース研究へのいざない2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      日本化学会北海道支部室蘭・苫小牧地区化学講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] セルロース誘導体を構成するモノマー組成の決定2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      第56回NMR討論会
  • [学会発表] バイオマスを機能性材料へ~木質および水産廃棄物の活用2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      北海道科学大学-北海道立総合研究機構協働セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural and Mechanical Characterization of Bacterial Cellulose Composite Hydrogels2017

    • 著者名/発表者名
      Yukari Numata, Hiroyuki Kono, Minato Tsuji, Kenji Tajima
    • 学会等名
      The 4th International Cellulose Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] NMR characterization of methylcellulose: Chemical shift assignment and mole fraction of monomers in the polymer chains2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kono
    • 学会等名
      The 4th International Cellulose Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] NMR characterization of cellulose acetate: mole fraction of monomers in cellulose acetate determined from carbonyl carbon resonances2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kono, Chinatsu Oka
    • 学会等名
      The 4th International Cellulose Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 高温高圧水処理によるβ-グルカンからのオリゴ糖生成2017

    • 著者名/発表者名
      河角 奨太、甲野 裕之、尾形 慎、戸谷 一英、池松 真也、近藤 修啓、平林 克樹、長田 光正
    • 学会等名
      化学工学会第49回秋季大会
  • [学会発表] NMR による酢酸セルロースの詳細な置換基分布解析2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      第66回高分子討論会
  • [学会発表] 黒酵母由来β-グルカンの水熱処理によるオリゴ糖生成2017

    • 著者名/発表者名
      長田光正, 河角奨太, 甲野裕之, 尾形慎, 戸谷一英, 池松真也, 近藤修啓, 平林克樹
    • 学会等名
      日本応用糖質科学会平成29年度大会(第66回)
  • [学会発表] 水熱処理した黒酵母由来βグルカンを基質としたゲンチオビオースの酵素生産方法について2017

    • 著者名/発表者名
      近藤修啓, 平林克樹, 甲野裕之, 尾形慎, 戸谷一英, 池松真也, 長田光正
    • 学会等名
      日本応用糖質科学会平成29年度大会(第66回)
  • [学会発表] 水熱処理した黒酵母由来β-グルカンの分子構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之, 近藤修啓, 平林克樹, 尾形慎, 戸谷一英, 池松真也, 長田光正
    • 学会等名
      日本応用糖質科学会平成29年度大会(第66回)
  • [学会発表] 多糖の誘導体化とその構造・機能相関の解明2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      第31回 キチンキトサン学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] セルロースエステルを構成するモノマーモル分率決定法2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      第31回 キチンキトサン学会大会
  • [学会発表] カルボキシメチルセルロースの詳細な置換基分布状態の解明2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      第31回 キチンキトサン学会大会
  • [学会発表] One-step production of nano-fibrillated cellulose via a bottom-up process using a bacterium2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Kusumoto, Ryota Kose, Hiroyuki Kono, Tokuo Matsushima, Toshifumi Satoh, Kenji Tajima
    • 学会等名
      5th EPNOE International Polysaccharide Conference 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 酢酸セルロース分子鎖を構成するモノマー組成の決定2~アセトン可溶性とモノマー組成の関係2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      セルロース学会第24回年次大会
  • [学会発表] 熱可塑性・生分解性を有するセルロース混合エステルの合成2017

    • 著者名/発表者名
      大塚彩音、清水祐一、甲野裕之
    • 学会等名
      セルロース学会第24回年次大会
  • [学会発表] バクテリアセルロース複合体ハイドロゲルの構造および物性に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      沼田ゆかり、甲野裕之、辻みなと、田島健次
    • 学会等名
      セルロース学会第24回年次大会
  • [学会発表] EDTAグラフト化セルロースの合成と重金属凝集特性2017

    • 著者名/発表者名
      藤田彩華,貝沢野矢,甲野裕之,坂入信夫
    • 学会等名
      セルロース学会第24回年次大会
  • [学会発表] 核磁気共鳴法によるセルロースおよび誘導体の精密構造・機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 学会等名
      セルロース学会第24回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノフィブリル化バクテリアセルロースの大量生産とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      小瀬亮太、砂川直輝、田原功太郎、楠元領、大場淳矢、松島得雄、甲野裕之、磯野拓也、佐藤敏文、田島健次
    • 学会等名
      セルロース学会第24回年次大会
  • [学会発表] 酢酸セルロース分子鎖を構成するモノマー組成の決定~完全均一系での置換状態2017

    • 著者名/発表者名
      岡千夏、藤田彩華、甲野裕之
    • 学会等名
      セルロース学会第24回年次大会
  • [学会発表] 主鎖に糖ジオール骨格とアゾベンゼンを有するポリマーの合成と糖ジオール骨格による光異性化反応の違い2017

    • 著者名/発表者名
      小林三朗、甲野裕之、磯野拓也、佐藤敏文、橋本久穂
    • 学会等名
      第66回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 多糖を用いた重金属イオン凝集剤の合成2017

    • 著者名/発表者名
      藤田彩華、貝沢野矢、佐藤理久、甲野裕之、坂入信夫
    • 学会等名
      第66回高分子学会年次大会
  • [学会発表] NMRによるアルキルセルロース誘導体の構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之、藤田彩華
    • 学会等名
      第66回高分子学会年次大会
  • [図書] 核磁気共鳴法によるセルロースおよび誘導体の精密構造・機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      甲野裕之
    • 総ページ数
      1
    • 出版者
      セルロース学会
    • ISBN
      1342730X

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公開日: 2018-12-17  

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