天然および人工の有機・無機接着界面から発想する新たなバイオベース固化技術の創出

基于天然和人工有机/无机粘合界面创建新型生物基固化技术

基本信息

批准号：
21H03627
负责人：
中島一紀
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

2022年度は，研究目的である(A)有機-無機ハイブリッドを組み込んだ高強度バイオセメント，および(B)粒子凝集と鉱物化のコントロールが可能なインテリジェントバイオ固化，を達成するため，下記の項目(1)～(3)について検討を行った。(1) 機能性タンパク質を用いた天然高分子とバイオセメントのハイブリッド化：　機能性天然高分子であるセルロースナノファイバー（CNF）のバイオセメントへの応用を検討した。CNFを添加することにより。バイオセメント反応で生成するカルサイトの結晶のサイズが極めて小さくなり，多数生成することが明らかとなった。そこで，CNFに結合し，炭酸カルシウムを集積する機能がある人工タンパク質を作製したところ，CNFは人工タンパク質を非常に高い効率で吸着し，バイオセメント反応で生成するCaCO3結晶のサイズが大きくなることが分かった。(2) バイオセメントにおける有機酸添加が鉱物モルフォロジーに及ぼす影響：　有機酸として生体内の代謝過程で生成するホスフォエノールピルビン酸を添加した系では，完全にアモルファスのCaCO3が得られた。一方，クエン酸を添加した系では通常のカルサイトとは大きく異なり，非常に微小なカルサイト結晶が凝集したCaCO3が得られた。(3) 可溶性イガイ接着タンパク質の作製：　イガイ接着タンパク質は本来不溶性タンパク質として発現されるが，タンパク質のフォールディングをサポートするシャペロンタンパク質と超親水性タンパク質を融合して発現することで可溶性に発現することに成功した。また，イガイ接着タンパク質を用いた有機高分子と無機鉱物の複合化に成功した。

2022财年，我们将重点关注以下项目（我们考虑了1）至（3）。（1）利用功能性蛋白质杂交天然聚合物和生物水泥：我们研究了功能性天然聚合物纤维素纳米纤维（CNF）在生物水泥中的应用。通过添加CNF。已经清楚的是，生物水泥反应中产生的方解石晶体的尺寸变得极小，并且它们大量产生。因此，当我们创造出具有与CNF结合并积累碳酸钙功能的人工蛋白质时，我们发现CNF以极高的效率吸附人工蛋白质，并且生物水泥反应中产生的CaCO3晶体的尺寸增大了。 (2)在生物水泥中添加有机酸对矿物形态的影响：在添加磷酸烯醇丙酮酸的体系中获得完全无定形的CaCO3，磷酸烯醇丙酮酸是生物体代谢过程中作为有机酸产生的。另一方面，在添加柠檬酸的体系中，得到了与普通方解石显着不同的CaCO3，其中极小的方解石晶体聚集。 (3)可溶性贻贝粘附蛋白的产生：贻贝粘附蛋白最初以不溶性蛋白质的形式表达，但通过将支持蛋白质折叠的伴侣蛋白与超亲水性蛋白质融合，可以以可溶性形式表达。我们还成功地利用贻贝粘附蛋白创造了有机聚合物和无机矿物质的复合材料。