木化の力学的意義：植物細胞壁モデルの人工木化の解析

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今年度は木材から単離したセルロースミクロフィブリル（CMF）から，CMFゲルを作製し，その内部に人工リグニンを十分に堆積させるための詳細な実験条件を検討した．CMFゲルは木材本来のミクロフィブリルの形状および結晶性を有していることは確認済みである．人工リグニンは基質（今回はコニフェリルアルコール），酵素（ホースラデッシュペルオキシダーゼ）および過酸化水素水を混ぜることで簡単に作製可能である．しかし，ゲル外部で人工リグニンを反応させると，重合と凝集によって巨大なリグニン粒子が形成されるため，緻密なネットワーク構造を持つゲルの内部にその粒子が侵入することができなくなる．そこで，本研究ではエタノールを用いることで，リグニンの重合と凝集（とくに凝集）を阻害した．上記の原料をエタノール水溶液に溶解させ，ゲルを十分に浸漬させた．この時点では液は透明である．その後，低圧下でエタノールを優先的に蒸発させることで，ゲル内部でリグニンの堆積が可能となった．この工程を繰り返すことでゲル内部に徐々にリグニンを堆積させることができ，その様子が電子顕微鏡で観察された．ゲルを使用することの利点は簡便に力学試験に供することができることであり，ゲル中のリグニン量と引張特性の関係が明らかになった．また，リグニン量の増加とともに，ゲルの含水率が低下することも確認されている．同時に，本実験によって樹木の成長応力発生要因の一つとされるリグニン膨潤仮説についても重要な示唆が得られた，