新規キチンナノファイバーの調製とそのナノ構造解析および応用展開

新型甲壳素纳米纤维的制备、纳米结构分析及应用开发

• 批准号: 09F09318
• 负责人: 磯貝 明
• 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 JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09F09318/
• 关键词: キチン; ナノファイバー; ナノ材料; TEMPO触媒酸化; 脱アセチル化

本研究は、キチンを由来とする新規バイオナノファイバーの調製と特性解析に関するものである。これまでにイカの甲を由来するβ-キチンにpH4程度の弱酸性下で機械処理を加えると、幅4nm、長さ数ミクロンの結晶性ナノファイバーに分散できることを見出している。しかし、本手法はβ-キチンでのみ成功しており、安価で入手しやすいα-キチン(甲殻類の外骨格等)では難しいことが判明していた。そこで本研究では、上記分散手法とナノファイバー表面の改質技術とを組み合わせることによって、汎用なα-キチンを出発とするナノファイバー材料を開発することを目的とした。本年度は、α-キチンの脱アセチル化について詳細な検討を行った。アルカリ濃度や温度等の条件を精査したところ、α-キチン試料を33%水酸化ナトリウムに90℃で2時間浸漬するだけで、結晶性ナノファイバーの表面を選択的に脱アセチル化できることが判明した。この処理では、α-キチン試料の結晶サイズ及び結晶化度に変化はなく、脱アセチル化により生じたアミノ基のみ増量しており、収率も85%以上と高いものであった。この表面改質されたα-キチン試料に弱酸性下で機械処理を加えたところ、幅6～7nm、長さ100～400nm程度のナノファイバー単位に分散させることに成功した。本工程で得られたα-キチンナノファイバーには、従来法では解消することができなかったナノファイバー間の凝集はほとんど見られず、ナノファイバー単位で安定に水に分散する。さらに、キチン生来の構造を活かしてナノファイバー化しているため、キチンの有する生体適合性や抗菌性等のバイオ材料としての強みを失っておらず、生活物資等の構造材用途だけでなく、医療用途または食品添加物等への展開が期待できる。例えば、この新規キチンナノファイバーのフィルムは、従来のキチン系フィルム材料よりも優れた機械特性を有することが判明した。

这项研究涉及从甲壳素衍生的新型生物纳米纤维的制备和表征。迄今为止，我们发现，从鱿鱼壳中提取的β-甲壳素在pH 4左右的弱酸性条件下进行机械处理时，可以分散成宽度为4纳米、长度为数微米的结晶纳米纤维。然而，这种方法仅对β-几丁质成功，并且发现很难使用廉价且容易获得的α-几丁质（例如甲壳类动物的外骨骼）。因此，本研究的目的是以通用α-甲壳素为原料，结合上述分散方法和纳米纤维表面改性技术，开发纳米纤维材料。今年，我们对α-甲壳素的脱乙酰化进行了详细的研究。在检查碱浓度和温度等条件后发现，只需将α-甲壳素样品在90℃的33%氢氧化钠中浸泡2小时即可选择性地脱乙酰化晶体纳米纤维的表面。在此处理中，α-甲壳素样品的晶体尺寸或结晶度没有变化，只是脱乙酰生成的氨基量增加，收率高达85%以上。当这种表面修饰的α-甲壳素样品在弱酸性下进行机械处理时，它成功地分散成宽度为6至7 nm、长度为100至400 nm的纳米纤维单元。该过程中获得的α-甲壳素纳米纤维几乎没有表现出传统方法无法解决的纳米纤维之间的聚集，并且纳米纤维稳定地分散在水中。此外，由于甲壳素利用其天然结构制成纳米纤维，因此不会失去其作为生物材料的优点，例如甲壳素的生物相容性和抗菌性能，预计将其用作食品添加剂等。例如，这种新型甲壳素纳米纤维薄膜被发现比传统的甲壳素基薄膜材料具有优异的机械性能。

项目成果

Chitin Nano-Dispersions and Nano-Structured Films

甲壳素纳米分散体和纳米结构薄膜

• 发表时间: 2011
• 作者: Yimin Fan;Tsuguyuki Saito;Hayaka Fukuzumi;Akira Isogai
• 通讯作者: Akira Isogai