水・光・天然高分子を用いる生分解性機能材料の創成と実用化

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13556057
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 大川 浩作 信州大学, 繊維学部, 助手 (60291390)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 浩之 信州大学, 繊維学部, 教授 (60021151)
• Keywords: 光化学反応 / バイオミメティック / 水溶性高分子 / ヒドロゲル / 機能材料 / 複合繊維 / 生分解特性 / 環境科学

Research Abstract

タンパク質、ポリアミノ酸、多糖、DNAおよびそれらの複合素材を用い、高付加価値な高分子の利用形態である、繊維、ゲル、フィルムおよびカプセルの水系における形成反応について、天然高分子、水、光の3成分のみから形成される複合系の研究を行った。これらの構造は、加水分解酵素、および環境内微生物によって、水と二酸化炭素まで分解される「生体・生態系内調和型」である。下記に示すように、地球環境保全材料あるいは生体内薬物投与担体などへの応用を目指した研究を展開した。
1.光架橋性天然高分子化合物の合成と繊維化
側鎖に光反応性基を有する天然多糖あるいは合成ポリアミノ酸を分子設計し、実際に、水系の合成法を確立した。得られた高分子化合物の光架橋反応について基礎研究を行い、さらに、水溶液界面からの複合繊維形成に成功した。試作した繊維の光架橋反応による高強度化について実験を行った。その結果、例えば、桂皮酸を用いてしたキトサン、あるいは、クマリンを側鎖に有するポリリシンから作成した複合繊維は、光架橋反応によって2-3倍に強度上昇することを明らかにした。この結果によって、本申請課題である光・水を利用する天然高分子材料系が構築できることが明らかになった。
2.多糖複合カプセルによる薬物徐放材料
生理活性物質を内包した多糖複合カプセルを作成し、内包物質の酵素加水分解による薬物徐放系の開発を行った。例として、(i)徐放性の電荷・分子量依存性の解明し、(ii)基質タンパク質およびタンパク質分解酵素をカプセルに内包し、タンパク質分解酵素の作用によって低分子量化した基質がカプセル外へと放出される系を構築した。この系の構築によって、タンパク質分解酵素の活性調節機構を利用し、二価金属、脂肪酸、あるいはATPなどの生体成分の添加によって、薬物徐放が高度に制御される系へと発展可能であることが示された。例えば、低分子化して生理活性を持つタンパク質として、抗菌作用を持つもの(例えばラクトフェリンなど)を利用すれば、抗菌活性を持つ徐放系のデザインの基礎知見となる。

Research Products

• [Publications] 大川浩作: "水溶液界面における高分子複合体形成による多目的新素材の創成"接着. 46(2). 70-75 (2002)
• [Publications] K.Ohkawa: "Preparing of chitosan-poly (acrylic acid) composite fibers by self-assembly at an aqueous solution interface"Tex. Res. J.. 72(2). 120-124 (2002)
• [Publications] Y.Takahashi: "Water-soluble polypeptides at aqueous interface produce extensible silk-like fiber"Macromol. Rapid Commun.. 23(9). 540-543 (2002)
• [Publications] M.Yamada: "UV-irradiated DNA matrixes selectively bind endcrine disruptors with a planar structure"Environ. Sci. Technol.. 36(5). 949-954 (2002)
• [Publications] M.Yamada: "Preparation and characterization of DNA films induced by UV irradiation"Chem. Eur. J.. 8(6). 1407-1412 (2002)
• [Publications] M.Yamada: "UV-Irradiated DNA matrix selectively accumulates heavy metal ions"Bull. Chem. Soc. Jpn.. 75(7). 1627-1632 (2002)
• [Publications] K.Ohkawa: "Self-assembling fibers formed at aqueous solution interfaces"Proceeding of International Conference for Inauguration of SOTSEA. 327-330 (2002)
• [Publications] M.Hachisu: "Silk-like poly (amino acid) fibers formed by self-assembly at aqueous solution interfaces"Proceedings of 2^<nd> International Conference on Advanced Fiber/Textile Materials. 70 (2002)
• [Publications] Y.Kuboe: "Quinone cross-linked polysaccharide hybrid fiber"Proceedings of 2^<nd> International Conference on Advanced Fiber/Textile Materials. 77 (2002)
• [Publications] H.Yamamoto: "Encyclopedia of Surface and Colloid Science"A.Hubbard.Ed., Marcel Dekker, Inc., NY(USA). 14 (2002)
• [Publications] K.Ohkawa: "Biopolymers, Vol.7"A.Steinbuchel & S.R.Fahnestock, Eds., Wiley-VCH, Weinheim, Germany. 32 (2002)