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スポットライトリサーチ

微生物細胞に優しいバイオマス溶媒 –カルボン酸系双性イオン液体の開発–

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第129回のスポットライトリサーチは、金沢大学理工研究域生理活性物質工学研究室黒田 浩介(くろだ こうすけ)助教です。

未利用バイオマスは、次世代エネルギーとして大変期待されています。黒田さんが所属していた金沢大学化学反応工学研究室(髙橋憲司教授)では、イオン液体,超臨界流体,プラズマ,マイクロ波などを活用することによる未利用バイオマスの有効利用を目指した研究が行われています。黒田さんは最近、新規なイオン液体を開発することで、細胞膜にダメージを与えずにバイオマスを溶解させることに成功しました(トップ画像は論文から出典)。

Kosuke Kuroda, Heri Satria, Kyohei Miyamura, Yota Tsuge, Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi,

”Design of Wall-Destructive but Membrane-Compatible Solvents”

J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 16052-16055 DOI:10.1021/jacs.7b08914

プレスリリースを拝見したことがきっかけで、スポットライトリサーチへの寄稿を依頼しました!それではインタビューをどうぞ。

Q1. 今回のプレスリリース対象となったのはどんな研究ですか?

現在、ガソリンの代替品として注目される「バイオエタノール」はトウモロコシなどの食料品から作られており、食糧難を招くおそれがあるとされています。そこで、草や木、紙コップや割り箸などの植物バイオマスからバイオエタノールを作ることが求められています。しかし、植物バイオマスからエタノールを生産するための「バイオマスの溶媒」は微生物に対する毒性が強く、溶媒を除去するのに大きなエネルギーを必要としています。そのため、エタノールを作れば作るほど、エネルギー収支がマイナスになるという大きな問題がありました。

今回本研究グループは、新しいバイオマス溶媒「カルボン酸系双性イオン液体」を開発することで、セルロースを溶解しながら微生物への毒性を極限まで下げることに成功しました。これにより、高濃度の溶媒中で微生物を利用することが可能となるため、エタノール生産にかかるエネルギーコストを格段に下げることが可能になり、これまでエネルギー収支がマイナスとなっていた、植物バイオマスからのバイオエタノールの実用化に近づくことができました。

 

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

全てのセルロースの溶媒は、微生物に対して毒性が高いことが知られており、それよりもはるかに脆弱な細胞膜へダメージを与えないでセルロースを溶解することは不可能とされていました。それでも我々は、イオン液体と細胞膜との相互作用を考えながら最適なイオン液体の構造を探索したところ、上図に示すようなカルボン酸系双性イオン液体が有用であることが分かりました。

私がPh.D.を取得した東京農工大学の大野・中村研究室で学んだ、イオン液体合成技術・相互作用の解析と、その後の金沢大学の髙橋・仁宮研究室での微生物発酵を上手く融合できた、20代での集大成とも言える成果となりました。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

研究自体は非常に上手く進行したのですが、論文のタイトルと実験量の多さについては大変でした。論文のタイトルは、「エタノールを上手く作れた」というところにフォーカスするか、それとも「新規イオン液体」というところにフォーカスするかなど、とても悩みました。そんなときに、東京大学の五十嵐圭日子先生に「小さくいくな、もっと広くいけ!」とアドバイスをいただき、最終的に「Design of Wall-Destructive but Membrane-Compatible Solvents」というタイトルになりました。

実験量としては、本当にたくさんの実験を行いました。論文に載っているデータは実際の1/10にも満たないと思います。昨年度博士前期課程を修了した宮村恭平くんと、2017年9月にPh.D.を取得したHeri Satria博士の頑張りが実を結んでほっとしています。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

私は、イオン液体の面白さをもっともっと見つけて発信したいと思っています。「イオン液体」、耳にしたことがある人も多いかと思いますが、イオン液体の評判は「どうせ高いんでしょ?」といったものが多いのです。そして、(最近は大きく値段が下がってきているものもありますが、)確かに溶媒としては高いものが多いのが現状です。しかし、それを補ってあまりある魅力がイオン液体にはあります。それはイオン液体の構造のデザイン性の高さです。今回の研究でも、イオン液体のアニオンとカチオンを共有結合で結んであげるだけで、イオン液体は全く違う顔を見せてくれました。そのようにしてイオン液体の表情を上手く変えてあげることで、イオン液体に“しか”できないアプリケーションがいくつも生み出されています。イオン液体の構造は理論上無限に近いので、まだまだ誰にも見せていないイオン液体の顔があるはずです。それを見つける楽しみを続けていきたいと思っています。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

イオン液体はセルロース溶媒の他にも、電池の電解質や酵素の反応場、抽出溶媒など、本当に多くの分野で使われています。皆様のサイエンスの発展に対してお手伝いできることがあるかもしれません。もしご興味があれば、共同研究など大歓迎です。一緒に楽しいことしましょう!

連絡先;kkuroda at staff.kanazawa-u.ac.jp (atを@に置き換え願います)

研究者の略歴

名前:黒田浩介(くろだ こうすけ)

現在の所属:金沢大学 理工研究域 生理活性物質工学研究室

現在の研究テーマ:新しいイオン液体の開発およびバイオマス利用

【略歴】
2012年4月〜2014年9月 日本学術振興会 特別研究員(DC1)
2014年9月 東京農工大学 博士後期課程 生命工学専攻 修了 (大野弘幸・中村暢文研究室) 博士(工学)取得
2014年10月〜2017年9月 特任助教 金沢大学 理工研究域 自然システム学類 化学反応工学研究室 (髙橋憲司研究室)
2015年10月〜現在 助教 金沢大学 理工研究域 自然システム学類 生理活性物質工学研究室
【webページ】
http://ionicliquid.w3.kanazawa-u.ac.jp

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