従来比８倍以上の強靭性、２０倍の分解性・再利用性を達成 生体触媒を利用した資源循環可能なポリマー材料～酵素反応によるポリマーの分解と再利用・アップサイクル～
科学技術振興機構（JST）令和６年１０月３０日
大阪大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）
従来比８倍以上の強靭性、２０倍の分解性・再利用性を達成
生体触媒を利用した資源循環可能なポリマー材料
～酵素反応によるポリマーの分解と再利用・アップサイクル～
ポイント
- 生分解性ポリマーに特異な分子設計を施すことにより、従来の８倍以上の強靭（じん）性（安定性と長寿命化）の向上と２０倍の分解性・再利用性の向上を実現。
- これまでのポリマーの分子・材料設計では、さらなる強靭化が困難であった。また靭性が向上すると生分解性や再利用性が低下する課題があった。
- 環境負荷の低い生体触媒を利用した靭性・分解性・再利用性を実現する技術による、資源循環型社会の実現に期待。
大阪大学 大学院理学研究科の大学院生のＬｉｕ Ｊｉａｘｉｏｎｇさん（博士後期課程）、髙島 義徳 教授、以倉 崚平 特任助教（常勤）、山岡 賢司 特任助教（常勤）ら、大学院工学研究科の宇山 浩 教授、菅原 章秀 助教ら、共栄社化学株式会社の研究者らの研究グループは、生分解性ポリマーに特異な分子設計・材料設計を施し、従来の８倍もの材料の強靭性（安定性と長寿命化）を実現しました。また、得られた生分解性ポリマーにおいては、生体触媒であるリパーゼを用いた酵素触媒分解、２０倍の分解速度向上、ポリマー材料の再構築を実現し、当材料を循環させることに成功しました。分解後の低分子量体が互いに結合していく再重合によるリサイクルが可能なだけでなく、別種のポリエステルや無機ポリマーを分子レベルで組み込む共重合によるアップサイクルを実現しました。
これまでに生体触媒のリパーゼを用いたポリ（ε－カプロラクトン）（ＰＣＬ）の酵素触媒分解および再重合は宇山教授より報告されていました。この生体触媒技術を活用しつつ、かつ社会実装に適した分子量の高いＰＣＬにて、分解性と強靭性、さらにはリサイクルを両立するためには、ＰＣＬ自身の分子設計・材料設計を改良する必要がありました。
今回、研究グループは、「紐が輪を貫通した構造」を持つ可動性架橋を生分解性ポリマーへ導入することに成功し、３Ｒ（強靭性によるＲｅｄｕｃｅ、再成形性によるＲｅｕｓｅ、酵素触媒分解・再重合によるＲｅｃｙｃｌｅ）に加えて、分解物に新たな価値を付与するアップサイクルを実現しました。これにより、使用後のポリマー材料が、廃棄物でなく、再利用・さらなる価値の付与が可能な資源として再定義されることで、資源循環における新たな視点・価値を提供するゲームチェンジャーとなることが期待されます。
本研究成果は、２０２４年１０月３０日（水）（日本時間）にＣｅｌｌ Ｐｒｅｓｓ「Ｃｈｅｍ」に公開されます。
本研究は、ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「分解・劣化・安定化の精密材料科学」研究領域（ＪＰＭＪＣＲ２２Ｌ４）から支援を頂き、九州大学 ネガティブエミッションテクノロジー研究センター 高原 淳 特任教授（研究総括）の指導の下で実施しました。また、文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究「水圏機能材料」のプロジェクトから支援を頂き、東京大学 大学院工学系研究科 加藤 隆史 教授（領域代表）の指導の下で実施しました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（９９７ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Exploring Enzymatic Degradation, Reinforcement, Recycling and Upcycling of Poly(ester)s-Poly(urethane) with Movable Crosslinks”
- ＤＯＩ：10.1016/j.chempr.2024.09.026
＜お問い合わせ先＞
-
＜研究に関すること＞
髙島 義徳（タカシマ ヨシノリ）
大阪大学 大学院理学研究科 教授
Tel：06-6850-5447 Fax：06-6850-5447
E-mail：takasimachem.sci.osaka-u.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
E-mail：crestjst.go.jp -
＜報道担当＞
大阪大学 理学研究科 庶務係
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E-mail：ri-syomuoffice.osaka-u.ac.jp科学技術振興機構 広報課
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