未利用バイオマス成分から機能材料の創出
大学院農学研究院・大学院農学院 教授
浦木
うらき
康光
やすみつ
（農学部森林科学科）
専門分野 ： 森林化学，高分子科学
研究のキーワード ： 機能性物質，ナノテクノロジー，バイオリファイナリー，リグニン HP アドレス ： http://www.agr.hokudai.ac.jp/fres/forchem/
何を目指しているのですか？
森は、自然の恵みの宝庫です。そこで育まれた樹木は、人類の貴重な資源です。特に、 石油などの化石資源に依存し、多くの環境問題を引き起こした人類は、環境に調和した森 林資源に目を向け、有効に利用しなければなりません。近年、生物資源はバイオマスと呼 ばれ、これを余すことなくエネルギーや物質として使う仕組みのことをバイオリファイナ リーと定義されています。森林科学科では、木材を有効に利用するための研究グループが あり、私はそこで、木材を化学的に総合利用するバイオリファイナリーの確立を目指して います。
太くて節などの欠点がない良質材は、家具や建築資材として利用されます。しかし、化 学的なバイオリファイナリーでは良質材ではなく、健全な森林を育成するために行う除・ 間伐時に排出される木材や、建築用には利用できない虫食い材などの低質木材を原料とし て使います。この原料から、石油に代わる液体燃料の開発や、医薬・プラスチックなどの 人類に有用な材料を創出することを目的としています。したがって、私達の研究の成果は、 木材の付加価値を高め、最終的には、林業・林
産業の活性化に繋がると考えています。
具体的に は 、 ど ん な 材料を 開発し て い る
のですか？
木材などは、木質バイオマスとも呼ばれ、そ の代表的な構成成分であるセルロースは、紙や 衣類の原料として利用されています。その一方
で、セルロース成分を木材から取り出す時、リグニンという他の主要な構成成分もその副 産物として大量に得られます。しかし、現在、この物質は燃料以外に利用されていません。
出身高校：北海道旭川東高校 最終学歴：北海道大学大学院理学研究科
環境系／マテリアル
図１ 広葉樹のリグニン(A)および針葉樹のリグニン (B)から作製した炭素繊維
図２ インドネシアの学生と活性炭を作っている様子(A)。電気を用いないで活性炭を製造するための装置の模式図(B)。 作った活性炭で川の水を浄化した様子(Cの上段)。川の水のバクテリアが活性炭処理で減少した様子(Cの下段)。
― 138 ― ― 139 ―
私は、この物質から炭素繊維や、環 境汚染物質を速やかに除去する繊維 状活性炭の開発、さらに、基本的に は石鹸のような活性を持ちながら、 ある種の有用な酵素の活性を高める 物質の開発など、リグニンを機能性 物質に変換する研究を進めていま す。
また、セルロースから微細繊維（ナノファイバー）や、もう一つの重要な構成成分であ るヘミセルロースという多糖類を発酵原料に変換する研究も行っており、全てが産業化で きるようになると木質バイオマスのバイオリファイナリーが達成できると考えています。 これらの研究は、有機化学、高分子化学を基礎としていますが、テーマにより生化学や ナノテクノロジーも必要であり、実験に使用する機器も広範囲に及びます。例えば、有機 化学で用いる核磁気共鳴装置や赤外分光光度計（顕微鏡付き）、材料の微細構造を観察する 電子顕微鏡や原子間力顕微鏡、さらに、抗体－抗原反応などの生体間相互作用の解析装置 などです。
次に何を目指しますか？
私達の研究室で開発しているリグニンの炭素繊維は、まだまだ強度が弱く、航空宇宙産 業では使えません。そこで、飛行機やロケットなどで使用できる炭素繊維の開発が夢です。
また、木材は軽量・高強度の材料として有名ですが、この機能がどのようにして発現し ているのか、不明な点が多く残されています。私は、木材の形成過程を模倣した人工細胞 壁を開発して、この理由を解明したいと思っています。さらに、人工細胞壁が動物細胞を 培養するための足場や、個々の細胞を閉じ込めた細胞機能分析用アレイとして利用できる ような、新たな材料開発の研究を始めています。
参考書
(1) 中村太士・小池孝良編著，『森林の科学－森林生態系科学入門』，朝倉書店（2005） (2) 北海道大学大学院農学院編，『Agricultural Sciences for Human Sustainability－
Meeting the Challenges of Food Safety and Stable Food Production－』，海青社（2012） (3) 浦木康光・幸田圭一・山田竜彦，「両親媒性リグニン誘導体の秘められた機能とその活
用」『機能材料』，32巻２号，pp.42-47，シーエムシー出版（2012）
図３ 簡易移動窯を用いた製炭実習。炭材の立て込み(A)、窯への火 入れ直後(B)
図４ 人工細胞壁の骨格となるハニカム状セルロースの作製
― 138 ― ― 139 ―
