セルロースの基本単位である二糖を使って、光で切断できるマイクロ繊維を開発

2024年9月10日

岐阜大学

セルロースの基本単位である二糖を使って、 光で切断できるマイクロ繊維を開発

【本研究のポイント】

・水中で自己集合しマイクロ繊維を形成する二糖誘導体を開発しました。

・マイクロ繊維を形成している二糖誘導体の分子集合様式を原子レベルで解明しました。

・構築したマイクロ繊維は光照射によって切断できることを実証しました。

【研究概要】

　岐阜大学大学院 自然科学技術研究科 生命科学・化学専攻の奥村 美央瑠さん(令和５年度修了生)、大富 拓さん(令和３年度修了生)、工学部 化学・生命工学科の池田 将 教授らの研究グループと、岐阜大学 糖鎖生命コア研究所 (iGCORE) の山口 英利子 研究員、河村 奈緒子 助教、安藤 弘宗 教授らの研究グループは、マイクロ繊維を形成する二糖誘導体を分子設計•合成し、名古屋大学大学院 理学研究科の河野 慎一郎 講師、山形大学大学院 有機材料システム研究科の片桐 洋史 教授、株式会社リガクの佐藤 寛泰氏と共同で、マイクロ繊維を形成している二糖誘導体の分子集合様式を原子レベルで解明しました。さらに、得られたマイクロ繊維に光を照射することで切断できることを実証しました。

　本研究成果は、学術雑誌「Communications Materials」†に、日本時間2024年9月10日にオンライン版 (Open Access) で発表されました。

†Communications Materialsは、ネイチャー・ポートフォリオが提供する選りすぐりのオープンアクセス・ジャーナルで、材料科学の全分野における高品質な論文・総説・論評を出版します (出版社HPから引用：最終確認日2024年9月9日) 。

【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202409096055-O6-KJ7kqa6G】

図1　研究概要 セルロース〔多糖〕の基本単位であるセロビオース〔二糖〕を誘導化したcellobiose(oNB)2-pNB分子は、水溶液中で自己集合しマイクロ繊維を形成します。本研究では、マイクロ繊維を形成しているcellobiose(oNB)2-pNB分子の集合様式を原子レベルで解明し、さらに得られたマイクロ繊維が光照射によって切断できることを実証しました。

【研究背景】

　生物にとって重要なエネルギー源となるブドウ糖 (グルコース〔単糖〕) が、直線的に繋がったセルロース〔多糖〕は、地球上で最も多く存在する炭水化物です。植物質のおよそ三分の一がセルロースでできているとも言われます。セルロースを含めた糖鎖は、タンパク質、核酸と同じ生体分子ですが、その分子構造の多様性に特徴があります。例えば、糖鎖の連結様式には位置や配向がそれぞれ複数あり、グルコースだけに限定した二糖でさえ11種類もの可能性があります (図2) 。これは、同じアミノ酸を２分子連結したジペプチドでは、基本的に１種類の可能性しかないこととの大きな違いです。さらに、核酸やタンパク質は分岐構造をほとんど持ちませんが、糖鎖は分岐していることが一般的です。糖鎖の構成単位となる単糖には複数のキラル中心注1 や環状構造体も存在するので、グルコースに制限しない二糖以上の糖鎖ともなると、その可能性は膨大なものになることが容易に想像できます。このような糖鎖を選択的に作り分ける合成化学、さらに糖鎖分子を望みの機能や構造をもった材料に組み立てる分子集合化学の進展は、挑戦的な学術課題の１つといえます。