溶媒分画したリグニンポリマーによる純粋なナノ粒子の形成とその生体適合性の評価

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Int J Biol Macromol.2021 May;183:660-667. S0141-8130(21)00921-1. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.04.149.Epub 2021-05-03.

溶媒分画したリグニンポリマーによる純粋なナノ粒子の形成とその生体適合性の評価

Formation of pure nanoparticles with solvent-fractionated lignin polymers and evaluation of their biocompatibility.

Jae Hoon Lee
Keoho Kim
Xuanjun Jin
Tae Min Kim
In-Gyu Choi
Joon Weon Choi

PMID: 33957201 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.04.149.

抄録

本研究では，リグニンの特性（主に分子量，官能基，内部結合）がナノ粒子形成に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。まず、市販のクラフトリグニン(KL)から順次溶媒抽出により5種類のリグニン画分(M1460-12,900)を得た。リグニン画分の官能基と内部結合を調べたところ，それぞれの画分は異なるレベルと比率で構成されていた。次に，異なる画分（F1，F2，F3，F4，F5）を用いて，異なる透析前濃度（1，2，4，6 mg mL THF）でナノ沈降法により球状リグニンナノ粒子（i.d. 193-1039 nm）を合成した。その結果、より大きな粒子は、低分子量でフェノール基含有量の高いリグニン画分（KL-F1およびF2）から構成されており、一方、より高分子量でフェノール基含有量の低い画分（KLF4およびF5）からは、小さくても不均一な粒子が生成されることがわかった。粒子のゼータ電位値はいずれも-35mVを超えていた。生のクラフトリグニンから得られたナノ粒子は、顕著な細胞毒性、血液毒性、過敏症などを示さなかった。本研究により、リグニンの分子量および水酸基含有量が、ナノ粒子の特性と高い相関関係にあることが明らかになった。本発明のクラフトリグニンナノ粒子は、様々なポリマーベースのナノテクノロジーに利用できる可能性がある。

This study aimed to determine the effects of lignin characteristics (mainly molecular weight, functional groups, and internal linkages) on nanoparticle formation. First, five different lignin fractions (M 1460-12,900) were obtained from commercial kraft lignin (KL) by sequential solvent extraction. Functional groups and internal linkages were determined in lignin fractions, each fraction consisting of different levels and ratios. Second, spherical lignin nanoparticles (i.d. 193-1039 nm) were synthesized by nanoprecipitation at different pre-dialysis concentrations (1, 2, 4, and 6 mg mL THF) with the different fractions (F1, F2, F3, F4, and F5). The study revealed that larger particles consisted of lignin fractions of lower molecular weight and higher phenolic group content (KL-F1 and F2), while smaller but non-uniform particles were produced from fractions of higher molecular weight and lower phenolic group content (KLF4 and F5). Every zeta potential value of the particle exceeded -35 mV. The nanoparticles from raw kraft lignin exhibited no significant cytotoxicity, hemotoxicity, and hypersensitivity. This study revealed that molecular weight and hydroxyl group content in the lignin highly correlated with nanoparticle properties. The present kraft lignin nanoparticles have potential for use in various polymer-based nanotechnology.