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2021 Fiscal Year Research-status Report

Elucidation of accumulation mechanism of cellulose nanofibers at oil-in-water emulsion interface and its application for the production of a novel hollow nanoparticles

Research Project

Project/Area Number 21K05175
Research InstitutionTomakomai National College of Technology

Principal Investigator

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

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田島 健次  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00271643)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsナノフィブリル化セルロース / バクテリアセルロース / シランカップリング剤 / ピッカリング乳化
Outline of Annual Research Achievements

酢酸菌が作るナノフィブリル化バクテリアセルロース(NFBC)は均一な繊維幅で繊維長が15 μm以上の超高アスペクト比な繊維としての特長を持つ。現在、医薬や生体へ応用可能なCNFとして注目される一方、さらなる機能化のための配向制御や構造体を構築する技術の欠如が課題として残っている。そこで申請者はNFBCを用いたピッカリング乳化が発現可能となれば、乳化剤としてだけでなく、球状の液液界面に沿ったNFBCの三次元組織化が達成できると考えた。そこで本申NFBCによるピッカリング乳化機構の解明と乳化現象を活用した新しい概念に基づく新規中空ナノ粒子の合成を目的とした。
本申請ではエマルジョン形成に伴うNFBC集合状態、ミセル粒径と安定化制御に関する新知見を取得し、中空ナノ粒子の構造設計にフィードバックすることで構造最適化を図る。製剤・樹脂との複合化による特性評価を通じ、その有用性を実証し、ナノ繊維ネットワークが作る多孔性ナノ粒子を創製する。
初年度は乳化技術の構築とそのメカニズムの解明について検討を行った。ホモジナイザーを用いてNFBC水分散液と中鎖脂肪酸トリグリセリドを用いてピッカリングエマルジョンを形成させ、油/水比、NFBC濃度、ホモジナイザー出力/照射時間等をパラメータとして安定な乳化条件とその油滴粒径制御を検討した。現時点では数日安定なピッカエマルジョンが得られておらず、NEBC表層の疎水性制御を実施した。主にシランカップリング剤を用いてナノ繊維構造を有する表層化学修飾法を構築することが可能となった。次年度はこれら表層化学修飾NFBCライブラリーを使用して、ピッカリング乳化技術の達成を目指す。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上述のとおり、ホモジナイザー下でNFBC水分散液とトリグリセリドを用いてピッカリングエマルジョンの形成を試みたが、油/水比、NFBC濃度、ホモジナイザー出力/回転時間等により、長時間安定なピッカリングエマルジョンの形成に至っていない。そこで、NFBCそのものでの乳化に加え、NFBC表層を疎水化した変性NFBCを合成し、これら変性NFBCによる乳化を検討することとした。変性剤としてシランカップリング剤を使用することで、ナノ繊維としての特長を消失することなく、NFBC表面を特定の有機官能基に改質できることが明らかになった。今後はこれらナノファイバーを使用して乳化機構の解明を進める予定である。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降も当初の計画どおりに研究を遂行する予定である。

  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Book (4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Reinforcing Poly(methyl methacrylate) with Bacterial Cellulose Nanofibers Chemically Modified with Methacryolyl Groups2022

    • Author(s)
      Kono Hiroyuki、Tsujisaki Haruto、Tajima Kenji
    • Journal Title

      Nanomaterials

      Volume: 12 Pages: 537~537

    • DOI

      10.3390/nano12030537

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 核磁気共鳴スペクトルによる多糖類の構造化学的研究2022

    • Author(s)
      甲野裕之
    • Journal Title

      キチン・キトサン研究

      Volume: 28 Pages: 22~32

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Facile Post-Carboxymethylation of Cellulose Nanofiber Surfaces for Enhanced Water Dispersibility2021

    • Author(s)
      Kono Hiroyuki、Tsukamoto Eiki、Tajima Kenji
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 6 Pages: 34107~34114

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c05603

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Elucidation of substituent distribution states for carboxymethyl chitosan by detailed NMR analysis2021

    • Author(s)
      Kono Hiroyuki、Kato Taisetsu
    • Journal Title

      Carbohydrate Polymer Technologies and Applications

      Volume: 2 Pages: 100175~100175

    • DOI

      10.1016/j.carpta.2021.100175

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] シランカップリング剤によるナノフィブリル化微生物セルロースの表層疎水処理と樹脂との複合化2021

    • Author(s)
      辻崎晴人, 宇野大輝, 岸本亮太, 甲野裕之, 松島徳雄, 田島健次
    • Organizer
      セルロース学会第28回年次大会
  • [Presentation] Surface modification of cellulose nanofiber using silane coupling agent for poly(methyl methacrylate) reinforcement2021

    • Author(s)
      Hiroyuki Kono
    • Organizer
      The 21st Chitose International Forum of Science and Technology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 表層疎水化微生物セルロースナノファイバーによる樹脂の高強度化2021

    • Author(s)
      甲野裕之
    • Organizer
      令和3年度 JST新技術説明会
    • Invited
  • [Book] Proceedings Chitose International forum 212022

    • Author(s)
      Hiroyuki Kono
    • Total Pages
      Web(6 pages)
    • Publisher
      Chitose Institute of Science and Technology
  • [Book] セルロースナノファイバー 研究と実用化の最前線2021

    • Author(s)
      矢野 浩之、磯貝 明、北川 和男
    • Total Pages
      896
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860437510
  • [Book] NMRによる有機材料分析とその試料前処理、データ解釈2021

    • Author(s)
      執筆者:59名、技術情報協会
    • Total Pages
      676
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861048609
  • [Book] 【水】と機能性ポリマーに関する材料設計,最新応用2021

    • Author(s)
      執筆者:63名、エヌ・ティー・エス
    • Total Pages
      927
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784861048531
  • [Remarks] 国際会議招待講演のProceedings (I-4)

    • URL

      https://www.chitose.ac.jp/cif

URL: 

Published: 2022-12-28  

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