東京理科大学 理学部第一部 応用化学科 大塚研究室にようこそ

大塚研究室はコロイド・界面化学を基盤とし生体機能性材料の研究を行っています。 ここでは研究室の活動内容や研究風景の公開を行っています。

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果実の皮成分と炭酸水で高機能なハイドロゲルを創製 ～環境負荷を低減しつつ、医療分野に応用可能な材料～(2023/04/18)

東京理科大学大学院理学研究科化学専攻の手島涼太氏(修士課程1年)、同大学理学部第一部応用化学科の大澤重仁助教(現 東京女子医科大学先端生命医科学研究所 特任助教)、大塚英典教授、 同大学薬学部薬学科の河野弥生客員准教授、花輪剛久教授、同大学先進工学部マテリアル創成工学科の菊池明彦教授の研究グループは、低メトキシ化ペクチンと炭酸カルシウム(CaCO3)をベースとしたゲルにおいて、 CO2供給源として炭酸水を利用することで、精密な圧力・温度制御を必要としない簡便なハイドロゲルの調製法の確立に成功しました。 また、今回作製されたハイドロゲルは、内部に秩序の高い架橋構造が形成されていること、透明性、強度、生体適合性の面で優れていることなど、構造と物性の詳細についても明らかにしました。 本研究をさらに発展させることで、医療材料としての利用だけでなく、食料廃棄物の1つである果皮の成分と環境負荷の大きなCO2から高機能材料を調製したという観点から、食料問題・環境問題などSDGsの達成への貢献が期待されます。 本研究成果は、2023年2月16日にアメリカ化学会が発行する国際学術誌「ACS Omega」にオンライン掲載されました。

■東京理科大学公式プレスリリース
プレスリリース：果実の皮成分と炭酸水で高機能なハイドロゲルを創製 ～環境負荷を低減しつつ、医療分野に応用可能な材料～(2023/04/18)

プレスリリース：複数の金属元素を有するナノ材料の新規合成法の開発に成功 ～金属錯体モノマーの共重合化により、高分子金属錯体の構造予測や制御が可能に～(2022/06/21)

東京理科大学理学部第一部応用化学科の大塚英典教授、大澤重仁助教らの研究グループは、亜鉛錯体モノマーと白金錯体モノマーをそれぞれ調製した後、それらを共重合化することで側鎖に2種類の異なる金属錯体を有する高分子化合物の合成に成功しました。また、2種類の金属錯体モノマーの混合比を調節することで、高分子金属錯体中の構造予測や金属組成比の制御が可能であることが示唆されました。さらに、DNA鎖をテンプレートに、高分子金属錯体をレゴブロックとして使用して凝集させ、亜鉛と白金を含有する金属錯体ナノ粒子を作製することにも成功しました。本研究をさらに発展させることで、複数の金属元素を有する金属ナノ材料を安定的に調製できるようになり、優れた触媒活性を有する材料開発の促進が期待されます。 複数の金属元素を有する高分子化合物は触媒材料として非常に有用であり、その合成法が模索されてきました。本研究グループは、多くの金属元素と安定的に錯形成するジピコリルアミン(DPA)を配位子としたモノマーを準備し、金属元素とモノマーを反応させて種々の金属錯体モノマーを調製した後、共重合化することで、形成された高分子金属錯体の構造予測や金属組成比の制御を実現できる方法を検討しました。 研究の結果、調製した亜鉛錯体モノマーと白金錯体モノマーにおいては、モノマーの混合比が反応比とほぼ等しくなることを見出し、混合比を調整することで目的の高分子金属錯体が合成可能であることを実証しました。また、今回使用した亜鉛錯体と白金錯体にはDNA鎖と結合する性質があり、この性質を利用した金属錯体ナノ粒子を作製することにも成功しました。異なる複数の金属元素を有するナノ粒子は、単一金属のみで構成されたナノ粒子よりも触媒活性などの面で優れた性質を有していることが知られています。本研究で開発された方法は、多様な金属元素から構成されたナノ粒子を安定的に調製する新規合成法としての貢献が期待されます。 本研究の成果は、2022年4月1日に国際学術誌「Chemical Communications」にオンライン掲載されました。

■東京理科大学公式プレスリリース
プレスリリース：複数の金属元素を有するナノ材料の新規合成法の開発に成功 ～金属錯体モノマーの共重合化により、高分子金属錯体の構造予測や制御が可能に～(2022/06/21)

プレスリリース：銅錯体の局所濃縮状態により、過酸化水素の分解とヒドロキシルラジカルの生成の効率化に成功～ 高分子鎖の性質を利用した新たな抗菌剤設計への応用に期待～(2021/07/27)

東京理科大学理学部第一部応用化学科の大澤重仁助教、大塚英典教授らの研究グループは、側鎖に銅錯体を有する高分子化合物を合成し、この物質が過酸化水素の分解反応とヒドロキシルラジカルの生成反応に対し、高い触媒活性を示すことを明らかにしました。本研究をさらに発展させることで、含有金属が少量かつ高い抗菌性を有する抗菌剤の開発につながると期待されます。 過酸化水素は銅との酸化還元反応により分解し、ヒドロキシルラジカルを発生します。ヒドロキシルラジカルは活性酸素種の1つで、酸化力が強いことが特徴です。脂質、タンパク質、DNAなどの多くの生体分子と反応することができるので有用性が高く、注目が集まっています。そのため、過酸化水素の分解を促進し、ヒドロキシルラジカルを効率よく発生させる銅錯体の研究開発が広く行われてきました。 過酸化水素と銅錯体を混合すると、過酸化水素分子と銅錯体による反応中間体が形成され、酸化還元反応が促進されることが知られています。特に、過酸化水素分子1つに対して複数の銅錯体が作用した、銅複核系の反応中間体を形成することが、高い触媒活性を得るための鍵となります。これを実現するためには、溶液中で銅錯体同士が密集し、頻繁に衝突する必要があります。 そこで、当研究グループは高分子化合物の側鎖に銅錯体を導入すれば、銅錯体が溶液中で拡散することを抑制でき、局所的に濃度の高い状態を作り出せるのではないかと考えました。検討を進めた結果、今回合成した高分子化合物が、過酸化水素の酸化還元反応に対して高い触媒活性を示すことを実証しました。また、今回のような分子設計を行えば、少量の銅錯体でも過酸化水素の分解反応を促進できることも明らかにしています。銅は人間の必須元素でもあるので、より安全な抗菌剤開発への応用が期待されます。 本研究成果は、2021年7月22日に国際学術雑誌「Macromolecular Rapid Communications」にオンライン掲載されました。

■東京理科大学公式プレスリリース
プレスリリース：銅錯体の局所濃縮状態により、過酸化水素の分解とヒドロキシルラジカルの生成の効率化に成功～ 高分子鎖の性質を利用した新たな抗菌剤設計への応用に期待～(2021/07/27)

プレスリリース：軟骨細胞の足場材となる新たなハイドロゲルの簡便な合成手法の確立に成功 ～軟骨の再生医療への応用に期待～(2020/04/03)

東京理科大学理学部第一部応用化学科の大塚英典教授、大澤重仁助教らの研究グループは、再生医療用の軟骨細胞を培養する際の足場となる、新たなハイドロゲル(高分子の鎖が形成するネットワークが水などの液体を含んだもの)を開発し、簡便に合成する手法を確立しました。 生体内では、細胞はさまざまな物質から形成される細胞外基質(extracellular matrix: ECM)を足場として増殖するため、体外で細胞培養を行う際も、足場となる材料が必要となります。近年、ECMを模倣した材料として、相互侵入高分子網目構造(interpenetrating polymer network: IPN)と呼ばれる、複数の高分子が互いに絡み合って多重の網目構造を形成するハイドロゲルが、注目されています。 本研究では、キトサン／ポリエチレングリコール／自己会合性ペプチドからなる相互侵入高分子網目ハイドロゲル(以後、IPNゲル）を細胞足場材料として開発しました。さらに研究グループは、ペプチドが自律的に繊維状の構造を形成する現象(自己組織化）と、それに続くキトサンとポリエチレングリコールの共有結合形成によって、IPNゲルを、one-pot(単一の反応容器内)で簡便に合成する技術を確立しました。実際、今回開発したIPNゲルは足場材料として適した構造を持ち、かつ軟骨細胞がIPNゲルを足場として自律的に増殖することも確認されました。 高齢化の進む現代社会おいて、関節疾患は増加傾向にありますが、損傷した軟骨は自然に修復することはないため、再生医療の発展に高い期待が寄せられています。自分の細胞を利用した再生医療は、免疫拒絶反応が起こるリスクもないという点でも、極めてニーズが高い医療分野です。 本研究で開発された新しい細胞足場材料の合成技術は、今後、軟骨再生医療の進展において重要な役割を果たすことが期待されます。

■東京理科大学公式プレスリリース
プレスリリース：軟骨細胞の足場材となる新たなハイドロゲルの簡便な合成手法の確立に成功 ～軟骨の再生医療への応用に期待～(2020/04/03)

Journal of Applied Polymer ScienceのCover Pictureに選出(2020/02/12)

本学 理学研究科 化学専攻 博士後期課程3年 石川 昇平、理学部第一部 応用化学科 大澤 重仁助教、大塚 英典教授らによる生分解性インジェクタブルゲルに関する論文がWiley社『Journal of Applied Polymer Science』誌の表紙とカバーストーリに選出されました。 現代の高齢化加速社会において、体の動きを担う骨・関節などの「運動器」に障害が起こる「ロコモティブシンドローム」が深刻な課題となり、特に関節置換手術は患者さんの大きな負担となっています。著者らは、切開等の施術の必要がなく関節軟骨欠損部に直接細胞注入し、軟骨再生を可能とする細胞移植材料を開発しました。そうした内容が編集部に評価され、掲載誌のFront Coverとして選出されました。

■東京理科大学公式ホームページにて紹介
本学大学院生及び教員らの論文がWiley社『Journal of Applied Polymer Science』誌の表紙とカバーストーリーに選出