Bottom-Up Nanostructuring of Cellulose for Creating Functional Biomedical Materials

点击翻译按钮获取中文摘要

令和3年度は、セルロースの溶媒かつ加水分解触媒であるリン酸を適切に用いることで、セルロース素材をボトムアップ的にナノ構造化できることを見出した。本年度は、まずナノ構造の制御を検討した。リン酸によるろ紙の溶解・加水分解を45 °Cで20時間行った場合には、重合度が8前後のセロオリゴ糖が生成され、その後の自己集合化によりナノスパイク構造をマイクロ繊維表面で形成した。一方で、温度を25 °Cに低下させた場合には、加水分解反応によるセロオリゴ糖の生成がほとんど起こらず、長鎖のセルロースのままであった。さらに貧溶媒である水を添加することで自己集合化を誘起した結果、長鎖セルロースがマイクロ繊維の間隙でナノ繊維ネットワーク構造を形成した。したがって、ナノスパイク構造の形成には、分子量が低いオリゴマーであることが必須であることがわかった。長鎖セルロースは溶解性が低いため水添加時に溶液のバルクで均一核生成するのに対して、セロオリゴ糖は溶解性が比較的高いために均一核生成が起こりづらく、マイクロ繊維の表面で不均一核生成してナノスパイク構造を形成するものと推察される。続いて、医用材料への応用可能性を探るため、銀ナノ粒子との複合化を検討した。当初は予め調製された銀ナノ粒子を複合化する予定であったが、種々検討の結果、興味深いことにセロオリゴ糖ナノスパイクが銀イオンを還元する作用があり、結果として銀ナノ粒子を合成できることを見出した。具体的には、ナノスパイク化セルロースを硝酸銀水溶液に浸漬させた状態で加熱処理を行うだけで、粒径の比較的揃った銀ナノ粒子が合成された。解析の結果、重合度の比較的低いセロオリゴ糖の還元末端が銀イオンを還元していることが示唆された。得られた銀ナノ粒子複合材料は高い殺菌活性を示した。