Control of natural protein-assembly toward thermally conductive materials

控制导热材料的天然蛋白质组装

基本信息

批准号：
21K05182
负责人：
澤田敏樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

様々な電気・電子機器やデバイスにとって、許容限度温度以上への上昇を抑える放熱は近年益々重要な技術課題となっている。本研究では、熱界面材料としての有機系高分子に着目し、天然由来のタンパク質を素材とした集合体の熱伝導性を評価し、その高熱伝導化を図るとともにその機構を理解することを目指した。シルクタンパク質に着目し、様々な由来のカイコの繭糸の熱拡散率を温度波熱分析法により評価した。その結果、由来によって熱拡散率の値は異なっており、タンパク質のアミノ酸配列や二次構造といった違いが熱伝導性に確かに寄与することがわかった。さらに、シルクフィブロインを抽出して溶解させ、様々な条件下で集合化させてフィルム調製した。フィルムを延伸配向させるため有機溶媒に浸漬させた結果フィルムはやや膨潤する様子が観察され、赤外吸収スペクトル測定から二次構造が変化しており、βシート構造リッチになることがわかった。また、浸漬させたフィルムを10％から30％まで延伸した結果、二次構造に大きな変化は見られないまま延伸されることがわかった。それらの熱拡散率を測定した結果、調製直後のフィルムの厚さ方向の熱拡散率は5×10-8 m2 s-1程度であったが、有機溶媒への浸漬によってその値は3倍近く上昇した。その一方で延伸させた際には、延伸に応じて熱拡散率は低下し、30％延伸させた際にはオリジナルのフィルムと同定度であった。これは、延伸によってタンパク質は確かに配向するものの、厚さ方向の分子間相互作用がより弱くなったためと考えられる。またリゾチーム結晶を調製し、様々な結晶形をもつ結晶の熱拡散率を測定した。ここでは、マイクロ温度波熱分析法を利用して測定しており、タンパク質結晶の熱拡散率は結晶形や測定方向によって異なる可能性を見いだした。

对于各种电气和电子设备和设备，近年来，防止温度高于允许极限的热量升高已成为越来越重要的技术问题。在这项研究中，我们将重点放在有机聚合物作为热界面材料上，并评估了由天然衍生的蛋白质制成的组件的导热率，旨在提高其导热率并了解机制。通过温度波热分析，评估了各种起源的蚕茧线的热扩散性。结果，热扩散率的值取决于原点，发现诸如氨基酸序列和蛋白质的二级结构等差异无疑有助于导热率。另外，在各种条件下提取，溶解并组装丝纤维蛋白以制备膜。将膜浸入有机溶剂中以进行拉伸和方向，观察到膜略微膨胀，从红外吸收光谱测量值中，发现二级结构已经改变，导致了丰富的β-β-片结构。此外，由于将沉浸膜从10％扩展到30％，因此发现该膜在二次结构上没有任何重大变化。测量了这些膜的热扩散性，并在制备后立即在膜的厚度方向上的热扩散率约为5×10-8 m2 S-1，但是当浸入有机溶剂中时，该值将近三倍。另一方面，当拉伸时，热扩散率会响应拉伸而降低，当延伸30％时，该膜被确定为原始膜。这被认为是因为伸展肯定将蛋白质定向，但是厚度方向的分子间相互作用变得更弱。还制备了溶菌酶晶体，并测量具有各种晶体形式的晶体的热扩散率。在这里，测量是使用微温波热分析进行的，发现蛋白质晶体的热扩散率可能取决于晶体形状和测量方向。