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2019 年度 実績報告書

生分解開始機能を有し、生分解速度も制御された高性能バイオマスプラスチックの創製

研究課題

研究課題/領域番号 19H00908
研究機関東京大学

研究代表者

岩田 忠久  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30281661)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード生分解性プラスチック / ポリ乳酸 / 高分子多糖類
研究実績の概要

本研究では、生分解性プラスチックに焦点を当て、使用中は分解せず、廃棄されたときに分解が開始する「生分解性開始機能」の付与と、「生分解性の速度を自在にコントロール」するための構造的因子の解明と材料設計を行うことを目的とした。
(1)「生分解開始機能付与」に関する研究として、酵素内包生分解性プラスチックの創製を行った。ポリ乳酸は通常の環境である土壌や河川水などでは分解せず、コンポストの条件下でのみ分解する。これは自然環境中にポリ乳酸を分解する微生物(および分泌する分解酵素)が存在しないからである。そこでポリ乳酸に、ポリ乳酸を分解する能力を有するカビ由来のアラニン分解酵素であるProteinase-Kをポリ乳酸内部に包埋させた分解酵素内包ポリ乳酸を創製した。その際、溶融混錬法により材料成形を行うことを想定し、あらかじめProteinase-Kを高分子樹脂に包埋し、耐熱性をあげることを検討した。その結果、ポリ乳酸の溶融温度である約200℃で10分間処理しても失活しない固定化酵素の開発に成功した。この固定化酵素をポリ乳酸内部に熱混錬内包させ、分解実験を行ったところ、約20日間で約15%近く分解させられることがわかった。
(2)「生分解性の速度の制御」に関する研究として、高分子多糖類エステル誘導体の脱エステル化に着目した材料設計を行った。多糖類は、分子鎖中に存在する水酸基をエステル基などで化学修飾することにより熱可塑性を発現するが、化学修飾の割合が増すと置換基の立体障害により生分解性が消失する。しかし、化学修飾されたエステル基を、塩基やアルカリなどにより脱離させれば、再度生分解性は復活する。今年度は、予備実験として様々な置換度を有する多糖類エステル誘導体を合成し、環境水を用いたBOD試験を行った。その結果、置換度により生分解性の速度がコントロールできることが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

生分解性開始機能の開発として試みた酵素内包生分解性プラスチックの開発については、本当に熱に強い酵素が作れるかどうかが最大のポイントであった。今年度、高分子樹脂に酵素を固定化することにより耐熱性に優れた酵素を開発することができ、当初考えていた計画をはるかに超える成果を得ることができるとともに、今後の発展性に寄与できる様々な基礎的知見を得すことができた

今後の研究の推進方策

「生分解性開始機能」については、ポリ乳酸以外に他の生分解性プラスチックと分解酵素を用いて、様々な酵素内包生分解性プラスチックを検討する。さらに、pHスイッチなどを検討する。一方、「生分解性速度の制御」については、結晶の配列を中心とした高次構造に焦点を当て、研究を遂行する。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019 その他

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 今、生分解性プラスチックにもとめること!ー生分解性繊維の観点からー2019

    • 著者名/発表者名
      岩田忠久
    • 学会等名
      繊維学会夏季セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 生分解性バイオマスプラスチックの今と未来2019

    • 著者名/発表者名
      岩田忠久
    • 学会等名
      日本化学会CSJフェスタ
    • 招待講演
  • [学会発表] High Performance Biomass-based Biodegradable Plastics from Microbial Polyesters and Polysaccharide Ester Derivatives2019

    • 著者名/発表者名
      Tadahisa Iwata
    • 学会等名
      APS-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高性能な生分解性バイオマスプラスチックの開発2019

    • 著者名/発表者名
      岩田忠久
    • 学会等名
      第13回 技術開発フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] 生分解性バイオマスプラスチックにおける構造・物性・生分解性の相関2019

    • 著者名/発表者名
      岩田忠久
    • 学会等名
      高分子分析セミナー
    • 招待講演
  • [備考] 東京大学大学院農学生命科学研究科生物材料科学専攻高分子材料学研究室

    • URL

      http://www.fp.a.u-tokyo.ac.jp/lab/polymer/

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公開日: 2021-01-27  

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