Small-angle neutron scattering studies of chemical reaction and reaction-induced self-assembly

化学反応と反応に誘起された自己集合体の中性子小角散乱による研究

田中 宏和; 小泉 智; 橋本 竹治; 黒崎 一裕*; 大前 仁*; 小林 四郎*

Tanaka, Hirokazu; Koizumi, Satoshi; Hashimoto, Takeji; Kurosaki, Kazuhiro*; Omae, Masashi*; Kobayashi, Shiro*

酵素重合により人工合成されたセルロースの自己集合過程を、小角中性子散乱を用いたその場・時分割測定により、観察した。得られた結果は以下の通りである。(1)反応溶液中で集合構造を形成している酵素の集合体の、なめらかな表面上あるいは表面近くに位置する酵素の特別な反応サイトにおいて、セルロース分子は合成される。(2)合成されたセルロース分子は、拡散律速凝集により凝集体を形成し、結晶化してフィブリルとなる。(3)フィブリルはさらにフィブリル同士で凝集体を形成し、それらが、反応時間の経過とともになめらかな酵素集合体の表面上に堆積して、表面フラクタルの次元を2から2.3へ増加させる。

We have investigated a self-assembling process of cellulose artificially synthesized via enzymatic polymerization by means of in-situ and time-resolved small-angle neutron scattering (SANS). The results elucidated the following: (1) cellulose molecules were synthesized at a special reaction site of the enzyme (cellulase) located on or near the smooth surface of the self-assembled enzymes formed in the reaction medium; (2) the synthesized molecules associated themselves via diffusion-limited aggregation (DLA) and crystallized into fibrils and (3) the fibrils formed the aggregates, which had the surface fractal dimension D increasing from 2 to 2.3 with the reaction time, on the smooth surface of the enzyme aggregates.