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2016 年度 実績報告書

クライオ顕微二次イオン質量分析が拓く木質科学の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 25252032
研究機関名古屋大学

研究代表者

福島 和彦  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (80222256)

研究分担者 松下 泰幸  名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (60335015)
青木 弾  名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (80595702)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2018-03-31
キーワードCryo-TOF-SIMS / リグニン / 微量分析 / 定量分析 / ケミカルマッピング
研究実績の概要

飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)によって不均一な生体組織あるいは複合材料中における微量成分の定性的な分布評価が可能である。申請者はこれまでに、急速凍結させた試料を連続的に切削することにより、細胞(細胞壁)内にあるがままに存在するあらゆる構成成分の三次元分布を、分子レベルで可視化する複合装置(クライオTOF-SIMS/SEM システム)を世界に先駆けて開発してきた。本研究ではこの解析法をさらに発展させ、木質バイオマスを構成する成分の定量性の向上と、特定構成成分周囲の環境情報(各種成分の存在状態解析)をも評価できる次世代分析技術の確立を目的とする。
平成25-26年度までの本プロジェクト前半においては、微量成分の定量評価、二次イオン発生機構、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)による量的評価、およびTOF-SIMSデータの統計学的解析について検討した。平成27-28年度ではこれまでに確立された分析手法を駆使して、以下2項目に重点的に取り組んだ。得られた結果については各種学会ならびに国際誌にて発表した。
1) 樹木組織中微量成分のケミカルマッピング: 樹木中微量成分のケミカルマッピングを達成するため、抽出実験を行い、各種抽出成分を単離・精製した。得られた化合物についてTOF-SIMS分析およびそれら化合物水溶液のcryo-TOF-SIMS分析を行い、標品スペクトルを得た。さらにそれら化合物が植物中でどのような分布状況にあるのかを可視化した。
2) バイオマス変換における固液反応過程の追跡: 水溶液系を凍結してそのまま分析できるcryo-TOF-SIMSは、固液反応などの不均一系における各種成分の挙動追跡に適用することが可能である。木質バイオマスの主要用途であるパルプ化について、蒸解パルプの洗浄工程を詳細に追跡し、添加薬剤の働きを明らかにした。

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

研究計画の後半では、微量成分への応用ならびに分析の三次元化、そして様々な応用展開を目指す。H28年度では以下の2項目を重点的に推進した。
1) 樹木組織中微量成分のケミカルマッピング
2) バイオマス変換における固液反応過程の追跡
実績概要に記載したように、植物中微量成分に関する興味深いマッピングデータが得られ、それらの成果について多数の論文発表が達成できたことから、順調に進展しているものと判断した。

今後の研究の推進方策

当初の計画に沿い、応用展開として様々な樹木中微量成分の時空間配置を可視化し、植物生理学的な役割を解明する。さらに各種の状態・物性解析との複合化を目指して、研究を推進する。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Determination of inorganic element distribution in freeze-fixed stem of Al2(SO4)3-treated Hydrangea macrophylla by cryo-TOF-SIMS and ICP-AES2017

    • 著者名/発表者名
      P. Zheng, T. Ito, D. Aoki, S. Sato, M. Yoshida, Y. Sano, Y. Matsushitaa, K. Fukushimaa, K. Yoshida
    • 雑誌名

      Holzforschung

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1515/hf-2016-0149

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Behavioural analysis of a nonionic detergent in the kraft pulp washing process using cryo-time-of-flight secondary ion mass spectrometry and cryo-scanning electron microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K. Tokugawa, D. Aoki, R. Asai, Y. Matsushita, M. Ishiguro, Y. Noda, K. Fukushima
    • 雑誌名

      J. Wood. Sci.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1007/s10086-017-1618-3

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Translocation of 133Cs administered to Cryptomeria japonica wood2017

    • 著者名/発表者名
      D. Aoki, R. Asai, R. Tomioka, Y. Matsushita, H. Asakura, M. Tabuchi, K. Fukushima
    • 雑誌名

      Sci. Total Environ.

      巻: 584-585 ページ: 88-95

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2017.01.159

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of distribution of wood extractives in Gmelina arborea by gas chromatography and time-of-flight secondary ion mass spectrometry2017

    • 著者名/発表者名
      B. Mangindaan, Y. Matsushita, D. Aoki, S. Yagami, F. Kawamura, K. Fukushima
    • 雑誌名

      Holzforschung

      巻: 71 ページ: 299-305

    • DOI

      10.1515/hf-2016-0129

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bio-based polymer from ferulic acid by electropolymerization2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsushita, A. Nakamura, D. Aoki, S. Yagami, K. Fukushima
    • 雑誌名

      BioResources

      巻: 11 ページ: 9789-9802

    • DOI

      10.15376/biores.11.4.9789-9802

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In planta localization of stilbenes within Picea abies phloem2016

    • 著者名/発表者名
      T. Jyske, K. Kuroda, J.-P. Suuronen, A. Pranovich, S. Roig-Juan, D. Aoki, K. Fukushima
    • 雑誌名

      Plant Physiol.

      巻: 172 ページ: 913-928

    • DOI

      10.1104/pp.16.00990

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Distribution of coniferin in freeze-fixed stem of Ginkgo biloba L. by cryo-TOF-SIMS/SEM2016

    • 著者名/発表者名
      D. Aoki, Y. Hanaya, T. Akita, Y. Matsushita, M. Yoshida, K. Kuroda, S. Yagami, R. Takama, K. Fukushima
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 6 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1038/srep31525

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Chemical mapping of wood extractives distribution in Gmelina arborea using time-of-flight secondary ion mass spectrometry2017

    • 著者名/発表者名
      B. Mangindaan, Y. Matsushita, D. Aoki, S. Yagami, F. Kawamura, K. Fukushima
    • 学会等名
      第67回日本木材学会大会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-19
  • [学会発表] Cryo-TOF-SIMSを用いたライラック樹幹中におけるシリンギンの分布と細胞壁リグニン形成との相関2017

    • 著者名/発表者名
      奥村若葉、青木弾、松下泰幸、吉田正人、佐野雄三、福島和彦
    • 学会等名
      第67回日本木材学会大会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-19
  • [学会発表] Visualization of resin distribution in impregnated wood under different relative humidity by TOF-SIMS2017

    • 著者名/発表者名
      P. Zheng, D. Aoki, T. Miki, Y. Enomoto-Rogers, K. Fukushima, S. Tanaka, M. Seki
    • 学会等名
      第67回日本木材学会大会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-19
  • [学会発表] Distribution of Salicifoline in freeze-fixed stem of Magnolia kobus by cryo-TOF-SIMS2016

    • 著者名/発表者名
      W. Okumura, D. Aoki, Y. Matsushita, M. Yoshida, K. Fukushima
    • 学会等名
      Biological Mass Spectrometry Symposium 2016
    • 発表場所
      Nihonbashi Life Science Building(Tokyo)
    • 年月日
      2016-10-14 – 2016-10-15
    • 国際学会
  • [学会発表] 木材における顕微レベルでの化学成分分析2016

    • 著者名/発表者名
      青木弾
    • 学会等名
      第46回木材の化学加工研究会シンポジウム
    • 発表場所
      山形テルサ(山形県山形市)
    • 年月日
      2016-09-29 – 2016-09-30
    • 招待講演
  • [学会発表] Analyses of freeze-fixed plant samples by cryo-TOF-SIMS2016

    • 著者名/発表者名
      D. Aoki, Y. Matsushita, K. Kuroda, and K. Fukushima
    • 学会等名
      SISS-18
    • 発表場所
      成蹊大学(東京都武蔵野市)
    • 年月日
      2016-07-21 – 2016-07-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cellular distribution of olivil 4,4’-di-O-β-D-glucopyranoside in Ginkgo biloba by the cryo-TOF-SIMS/SEM system2016

    • 著者名/発表者名
      T. Akita, D. Aoki, Y. Matsushita, M. Yoshida, S. Yagami, and K. Fukushima
    • 学会等名
      SISS-18
    • 発表場所
      成蹊大学(東京都武蔵野市)
    • 年月日
      2016-07-21 – 2016-07-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemical mapping of coniferin and mono/di-saccharides in freeze-fixed Ginkgo biloba by cryo time-of-flight secondary ion mass spectrometry2016

    • 著者名/発表者名
      D. Aoki, Y. Hanaya, T. Akita, Y. Matsushita, M. Yoshida, K. Kuroda, S. Yagami, R. Takama, K. Fukushima
    • 学会等名
      International Conference on Polyphenols 2016
    • 発表場所
      Vienna
    • 年月日
      2016-07-11 – 2016-07-15
    • 国際学会
  • [図書] あて材の科学~樹木の重力応答と生存戦略~2016

    • 著者名/発表者名
      石栗太、高部圭司、藤井智之、船田良、山本浩之、横田信三、福島和彦他
    • 総ページ数
      350(138-144)
    • 出版者
      海青社

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公開日: 2018-01-16  

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