Cellulose nanocrystal-based materials: from liquid crystal self-assembly and glass formation to multifunctional thin films

2014年1月10日 NPG Asia Materials 6, e1 (2014) doi:10.1038/am.2013.69


セルロースは、古くから衣服や紙などの原料として利用されてきた再生可能な生体高分子だが、最近、この高分子のナノ結晶体が材料科学者たちの間で再び注目されている。綿や木材などの酸加水分解によって作られるセルロースナノファイバーは、複合材料や化粧品、医療用デバイスへの応用が期待されている材料である。このたび、Jan LagerwallおよびLennart Bergström率いるスウェーデンと韓国の共同研究チームは、セルロースナノ結晶が自己集合によって、長距離秩序とらせん超構造を持つ「キラルネマチック」液晶相を形成することについて概説している。研究チームは、ナノセルロースと他のロッド状ナノ粒子(ナノチューブなど)の振る舞いを比較することで、ナノセルロースで起こり得る競争的なゲル化について検討するとともに、こうしたゲル化によって形成されるのは液晶相ではなくガラス相であると述べている。ナノセルロースは、キラルネマチック配列から機械的・光学的に興味深い特性を示すだけでなく、その液晶懸濁液からは薄膜の加工も可能であり、今回の概説ではこうした薄膜の形成過程と応用の可能性についても論じられている。

Jan P F Lagerwall, Christina Schütz, Michaela Salajkova, JungHyun Noh, Ji Hyun Park, Giusy Scalia & Lennart Bergström

Biomaterials: Nanocellulose in order
Cellulose, a renewable biopolymer used throughout history, in particular to make clothing and paper, has recently attracted the interest of materials scientists in its nanocrystalline form. These nanofibers — produced by the acid hydrolysis of for instance cotton or wood — show promise for use in composites, cosmetics and medical devices. A Sweden-South Korea-based team led by Jan Lagerwall and Lennart Bergström now review the self-assembly of cellulose nanocrystals into a “chiral nematic” liquid-crystalline phase, which exhibits long-range ordering and adopts a helical superstructure. They compare the behavior of nanocellulose to other rod-like nanoparticles, such as nanotubes, and discuss the competitive gelation that can occur, which yields a glassy — rather than liquid-crystalline — phase. Through its chiral nematic arrangement, nanocellulose is endowed with interesting mechanical and optical properties. Furthermore, its liquid-crystalline suspensions can be processed into thin films, whose development and potential applications are discussed.


NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)