海洋環境中での高分子完全有機リサイクルを実現する時限生分解性高分子の開発

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H04311
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 粕谷 健一 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (60301751)
• 研究分担者: 橘 熊野 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60504024)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 海洋生分解性 / トリガー / 時限分解

研究実績の概要

本課題では，生分解性高分子の実用性を高めるため，海洋環境において分解開始時期および分解速度が 完全に制御された 「時限生分解性高分子:TBP」創出を目指す。本研究課題では「潜在的生分解性高分子:PBP」を基盤材料として，分解開始時期制御トリガーシステムを利用し，材料の分解開始時期制御の実現を目指す。さらに材料の分解速度制御に関しては， 海洋環境中の生分解性高分子表面に形成されるバイオフィルム(Plastisphere)の菌叢構造と材料分解速度(これに関わるメタデータ)とを，統計解析することにより相関を見出す。最終的には，PBPに対して得られる基盤情報を反映させ，海洋環境で有機リサイクルを実現するTBPを創製することを目的に進められた。
様々な海洋環境におけるPBP(潜在的生分解性高分子)のスクリーニングを行い、脂肪族ポリエステルがこれに相当することを見出した。これらのPBPに対して有効な，生物製剤トリガーを海洋より見出した。バイオスティムレーション型の生分解性トリガーとして利用可能な低分子化合物を見出すことができた。PBPへの非生物学的トリガーであるジスフィルド結合導入を行ったポリマーの生分解速を実海洋環境で評価した。生分解性高分子は，1)分解酵素によって加水分解され，その後， 2)分解物は微生物により無機化されることによりことにより分解が完了する。一方，実環境中ではこれら 1)および 2)は，材料近傍に形成されたバイオフィルムの中で，進行する複雑な過程であるが，　実環境中での分解速度制御を実現するために，この複雑系の相関関係を，Plastisphere-メタゲノム, およびメタトランスクリプトーム解析を通して明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Evaluation of the effect of the number of methylene units in poly(ω-hydroxyalkanoate)s on their biodegradability (2024)
  • 著者名/発表者名: Tsutsuba Toyokazu、Sawanaka Yuta、Suzuki Miwa、Inagaki Kana、Arai Kana、Okaniwa Syusuke、Torii Junko、Tachibana Yuya、Kasuya Ken-ichi
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 222 ページ: 110701～110701
  • DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2024.110701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbial decomposition of biodegradable plastics on the deep-sea floor (2024)
  • 著者名/発表者名: Omura Taku、Isobe Noriyuki、Miura Takamasa、Ishii Shun’ichi、Mori Mihoko、Ishitani Yoshiyuki、Kimura Satoshi、Hidaka Kohei、Komiyama Katsuya、Suzuki Miwa、Kasuya Ken-ichi、Nomaki Hidetaka、Nakajima Ryota、Tsuchiya Masashi、Kawagucci Shinsuke、Mori Hiroyuki、Nakayama Atsuyoshi、Kunioka Masao、Kamino Kei、Iwata Tadahisa
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 ページ: 568
  • DOI: 10.1038/s41467-023-44368-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enzymatic degradation mechanism of the lamellar stacking structures of poly([R]-3-hydroxybutyrate-co-[R]-3-hydroxyvalerate) fibers (2024)
  • 著者名/発表者名: Kimura Naotaka、Kabe Taizo、Kimura Satoshi、Kasuya Ken-ichi、Iwata Tadahisa
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 219 ページ: 110607～110607
  • DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2023.110607
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disubstituted cyclohexane monomers as biodegradable building block: Evaluation of biodegradability of polyesters containing cyclohexane ring (2023)
  • 著者名/発表者名: Tachibana Yuya、Tsutsuba Toyokazu、Sakata Masaru、Kasuya Ken-ichi
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 217 ページ: 110516～110516
  • DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2023.110516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of marine biodegradation of an aliphatic polyester using endospores (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Miwa、Tachibana Yuya、Soulenthone Phouvilay、Suzuki Tomoya、Takeno Hiroyuki、Kasuya Ken-ichi
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 215 ページ: 110466～110466
  • DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2023.110466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Biobased Polyamides Containing a Bifuran Moiety and Comparison of Their Properties with Those of Polyamides Based on a Single Furan Ring (2023)
  • 著者名/発表者名: Arai Kota、Tsutsuba Toyokazu、Wasano Tatsuya、Hirose Yuka、Tachibana Yuya、Kasuya Ken-ichi
  • 雑誌名: ACS Applied Polymer Materials 巻: 5 ページ: 3866～3874
  • DOI: 10.1021/acsapm.3c00525
  • 査読あり
• [学会発表] Difference between plastics that degrade in the ocean and those that do not. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi KASUYA
  • 学会等名: The 13th SPSJ International Polymer Conference (IPC 2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 高分子材料の分解制御技術 (2024)
  • 著者名/発表者名: 粕谷健一
  • 総ページ数: 291
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781317953
• [備考] 群馬大学大学院理工学府 環境調和型材料科学研究室
  • URL: https://sites.google.com/gunma-u.ac.jp/greenpolymergunmalab/home