Control of natural protein-assembly toward thermally conductive materials

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。

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。