生物材料設計学分野

京都大学大学院 農学研究科 森林科学専攻 生物材料工学講座
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生物材料中セルロースの物性の解明

木材を主とした生物材料のアルカリ処理と形状解析

様々な生物材料

当研究室では、セルロースミクロフィブリルをアルカリ処理すると非晶化に伴うエントロピー弾性力により軸方向に収縮することを明らかにしました。 これに基づき、木材やそれを解繊処理した仮道管単体、リグニンやヘミセルロースなどのマトリクス成分の少ないラミー繊維を対象として、様々な濃度や温度でアルカリ処理した際の寸法変化と 試料中セルロースの結晶化度変化との対応関係を調べています。 これら一連の実験から、木材の組織構造・マトリクス成分の有無・セルロースミクロフィブリルの配向が寸法変化やセルロース結晶構造にどのような影響を及ぼしているのかを調べています。

具体的な実験としては、X線回折装置を用いたセルロースの結晶化度測定、FT-IRを用いた構成分子とその構造解析、 光学顕微鏡やFE-SEM(走査型電子顕微鏡)を用いた視覚観察、 ロードセルやDMA(動的特性測定装置)を用いた力学特性解析を行っています。

熱処理やアルカリ処理に伴うセルロースの運動性の解析

固体NMR

従来、セルロースの結晶性の評価にはX線回折法やFT-IR法が用いられてきました。 しかしアルカリ処理時には結晶構造が変化することから、結晶性について正確に知るためには構造変化にも対応した結晶性の評価が必要となります。 私たちは結晶性をより正確に解析するための方法として、固体13C NMRを用いた結晶性の解析を行っています。

またNMRにおける緩和時間を測定することで、さまざまな濃度や温度での処理がセルロース分子の運動性に与える影響を調べています。 生物材料に対するアルカリ処理の影響とも関連し、最もミクロな領域での処理の影響を調べています。


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