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バイオ分子からグリーンな
新機能高分子物質を開発しています

金子研究室 KANEKO Laboratory
教授:金子 達雄(Kaneko Tatsuo)

E-mail:
[研究分野]
高分子合成、天然物化学、ソフトマター
[キーワード]
ゲル、液晶、生体分子、バイオプラスチック、多糖類、パターニング、高性能高分子

研究を始めるのに必要な知識・能力

 有機化学や高分子化学の分野の学生さんは研究を始めやすいと思いますが、今まで電気工学、機械工学、生物学の学生さんも立派に学位を取得してきた実績があり、心配はいりません。どの分野の学生さんでも修学に対する強いモティベーションが必要です。

この研究で身につく能力

 金子研究室には2つの研究の軸があります。一つ目は生体分子の重合による高性能バイオプラスチックの開発で、二つ目は天然物由来高分子の化学修飾・加工による新機能材料の開発です。どちらのテーマにおいても、各種分子構造がどんな物性を誘導するのかという構造物性相関について徹底的に教わることが出来ます。またテクニカルには構造解析に関する基礎的な分光学的技術(NMR、IR、UV-vis)、成型加工法、熱力学的物性の評価方法が身に付きます。ただ、テーマにより少し異なり、一つ目のテーマの場合では化学合成法、重合方法など、二つ目のテーマでは抽出方法、ゲル作成方法なども習得できます。その他テーマにより、X 線回折、CD、蛍光、クロマトグラフィー、顕微鏡観察法など、より特殊な技術を習得出来ます。

【就職先企業・職種】 化学メーカー、自動車関連、材料全般、食品関連、化粧品関連など

研究内容


図1 放線菌由来分子から作成した偏光蛍光性材料

図2 世界初のバイオポリイミド

図3 ラン藻由来高分子「サクラン」の超保水の様子

 本研究室では多官能性バイオ分子をナノからマクロなレベルで階層的に構造制御することで、環境適応型材料を開発することを目指し、以下の研究を行っています。

1.アミノ酸を用いた新機能高分子の開発

 我が国ではフェニルアラニンはPET 樹脂と同レベルの規模(数十万トン/ 年)で微生物生産され、価格は高性能プラスチックよりも安価である上、生産量のさらなる拡大も十分可能です。例えば、放線菌由来の芳香族アミノ酸の一種で、芳香環に機能性置換基が存在する3- アミノ-4- ヒドロキシ安息香酸から分子配向性と偏光蛍光性を示す芳香族バイオポリマーを合成しました(図1)。このように、金子研では種々の芳香族アミノ酸を用いてポリマーを合成し、新しい機能性材料を開発する研究を遂行しており、2013年より日本国内の最大規模のプロジェクトであるCOI ストリームに参画し新しいアミノ酸由来ポリアミドの合成に力を注いでいます。

2.多官能性分子の重合と新構造高分子の合成

 ファイトモノマー(植物由来モノマー)には、石油化学では合成の難しい多官能性の複雑な構造の分子が多く含まれます。ノーベル賞学者のフローリーは多官能性分子から高分岐型高分子が形成される理論を示しています。高分岐鎖とは樹木のように多数の枝を持つ分子鎖構造であり、周りの環境変化を鋭敏に感知し材料に新機能を与える素晴らしい分子建築の概念です。天然分子の形から教わる新奇高分子ナノデザインは無限にあります。金子研ではこれらを実際に合成し高機能グリーン材料を開発する以下の内容のALCA(代表者)およびCREST(分担者)という国家プロジェクトを遂行しています。
ALCA) 4- アミノ桂皮酸の微生物生産とこれを用いて世界初のバイオポリイミド(図2)を合成する研究
CREST) 3- アミノ-4- ヒドロキシ安息香酸の微生物生産と史上最高性能の耐熱性であるバイオポリベンズイミダゾールの合成を行う研究

3.高性能微生物生産型高分子の機能化

 バイオ高分子の最も効率の良い生産方法は、微生物に直接高分子を作らせることです。金子研では大気中の二酸化炭素を固定し、酸素を放出する光合成微生物の一種であるラン藻からバイオ高分子を取り出し環境低負荷型材料を開発することを目標としています。その中で、日本固有のバイオマスであるスイゼンジノリが作る「サクラン」を発見し、その抽出と材料化を進めてきた結果、超保水剤(図3)として実用化に至りました。現在、分子構造解析などの最先端研究を展開しています。

主な研究業績

  1. Md. A. Ali, N. Tandon, T. Kaneko, Simultaneous hardening/ductilizing effects of cryogenic nanohybridization of biopolyamides with montmorillonites, ACS Omega, 2(12), 9103-9108 (2017).
  2. T. -T. Huang, C. -L. Tsaia, S. Tateyama, T. Kaneko, G. -S. Liou, Highly Transparent and Flexible Biobased Polyimide/TiO2 and ZrO2 Hybrid Films with Tunable Refractive Index, Abbe Number, and Memory Properties, Nanoscale, 8, 12793-12802 (2016)
  3. T.Kaneko, H.T.Tran, D.J.Shi, M.Akashi, Environmentally-Degradable, High-performance Plastics from Phenolic Phytomonomers, Nature Mater. 5(12), 966-970 (2006)

使用装置

各種NMR(1H、13C、多核相関法、固体法など)
高分解能赤外分光装置、紫外可視分光、円二色性分光
SEC-MALLS、HPLC、PDA、LC-MS、GPC
GC-MS、熱分解GC、紫外線LED アレイ、SEM、TEM
DSC、TMA、TG-DTA、レオメータ、引っ張り試験機

研究室の指導方針

社会で即戦力として活躍できるよう国際展開力を持つ人材になるための基本的マナー、考え方、物事の進め方を指導することから始めます。また週一回、個別議論の場を作り、定期的に研究成果をまとめて発表する機会も与えます。また、情報習得能力を培うために雑誌会における発表も重視しています。最近では、多くの企業が英語を使う能力では無く「度胸」を持つ学生を欲しています。金子研ではその度胸を身に付けられるよう留学生と気楽に接する機会を多く作ります。これにより本当の会話力が自然と身に付きます。皆で楽しく成長していきましょう。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/~kaneko

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