高分子と炭酸カルシウムの高次積層化によるバイオミネラル型有機/無機複合体の構築

聚合物与碳酸钙高阶层合构建生物矿物型有机/无机复合材料

基本信息

批准号：
10875188
负责人：
加藤隆史
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

自然界における真珠や貝殻などのバイオミネラルにおいては,無機結晶と生体高分子が精緻な積層構造を形成し,これが強靭さや独特の光沢を発現している。このようなナノレベルでの精密構造を人工的に構築できれば,環境低負荷の新しい高性能/高機能材料が得られると考えられる。本研究においては,天然高分子のキチンやキトサンの薄膜あるいは繊維上に,炭酸カルシウム飽和水溶液から,均一な炭酸カルシウム薄膜を形成させ,有機高分子/無機複合薄膜を作製することに成功した。形成する無機薄膜の均一な厚みは,条件により0.6μmから1.0μmまでに制御することができた。すなわち,炭酸カルシウム水溶液中に,ポリアクリル酸・ポリアスパラギン酸などのカルボキシル基含有高分子がある一定濃度存在する場合,カルボキシル基と相互作用可能な官能基を有する高分子固体マトリクス上に炭酸カルシウムの薄膜が形成することを見出した。さらに,高分子と炭酸カルシウム薄膜の形成を交互に行うことにより,積層した有機/無機薄膜を作製できた。炭酸カルシウムには,カルサイト・アラゴナイト・バテライトの三種の結晶形(多形)があるが,天然真珠を構成しているのはアラゴナイトである。このアラゴナイトは人工的に形成させるのは最も困難である。先に述べた薄膜形成系においても,得られたのはカルサイトとバテライトの薄膜のみであった。しかし,さらにマグネシウムイオンを添加することで,アラゴナイトの薄膜を形成することにも成功した。生体から抽出したタンパク質ではなく,このような単純な高分子や無機イオンの相互作用で,多形が制御された炭酸カルシウムの薄膜が形成した例はなく,新しいマテリアルの構築手法として意義が大きいと考えている。

在诸如珍珠和贝壳之类的天然生物矿物质中，无机晶体和生物聚合物形成了精细的层压结构，表达了强度和独特的光泽。如果可以在纳米水平上人为地构建这样的精确结构，则认为将获得具有低环境影响的新的高性能/高性能材料。在这项研究中，碳酸钙薄膜是由天然聚合物几根或壳聚糖薄膜上的碳酸钙水溶液形成的，并成功生产了有机聚合物/无机复合薄膜。根据条件，可以将形成的无机薄膜的均匀厚度从0.6μm到1.0μm控制。换句话说，发现当碳酸钙水溶液中存在一定浓度的含羧基的聚合物，例如聚丙烯酸或聚天冬氨酸时，在具有与羧基相互作用的功能性的聚合物固体基质上形成了碳酸钙薄膜。此外，通过形成聚合物和碳酸钙薄膜，可以产生层压有机/无机薄膜。碳酸钙具有三种晶体形式（多态性）：方解石，aragonite和vataterite，但后者是构成天然珍珠的一种。该库矿是最难人为形成的。在上述薄膜形成系统中，仅获得方解石和接头薄膜。但是，通过添加镁离子，它也成功地形成了后代薄膜。没有例子是由这种简单的聚合物或无机离子而不是从活生物体中提取的蛋白质控制的碳酸钙薄膜和多态性的碳酸钙薄膜，我们认为这对于建造新材料的方法具有很大的意义。