柿タンニンとヨウ素を共固定したウイルス三次元捕捉場をもつ不織布フィルターの作製
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22K04809
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
斎藤 恭一 早稲田大学, 理工学術院, 客員上級研究員(研究院客員教授) (90158915)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
常田 聡 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30281645)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | ウイルス / 不活性化 / 接ぎ木高分子鎖 / 繊維 / 柿タンニン / ヨウ素 / N-ビニルピロリドン / 放射線グラフト重合 / ウイルス捕捉 / 不織布フィルター / 放射線グラフト重合法 |
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| Outline of Research at the Start |
新型コロナウイルスは、エンベロープ（外被膜）とその上にコロナ（王冠）状の突起タンパク質をもつ、直径が100 nmの球状の粒子である。植物ポリフェノールに属する柿タンニンが突起タンパク質に結合する、そしてヨウ素がエンベロープを構成する脂質二重膜を破壊する能力があることに本研究は注目する。これらの２つの物質を、イソギンチャクの触手のような高分子鎖の集合体（相）に固定して、ウイルスを多層で、すなわち三次元で捕捉する不織布状の材料を本研究では作製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
柿タンニンとヨウ素を繊維や不織布に安定固定し，脂質二重膜からなるエンベロープとその上に突起タンパク質をもつウイルスを捕捉・不活性化させることを研究の目的にしている。柿タンニンにはタンパク質を捕捉する働きが，ヨウ素には脂質二重膜に反応して破壊する働きがある。
市販のナイロン繊維に放射線を照射してラジカルをつくり，N-ビニルピロリドン（NVP）を接ぎ木（グラフト）した。NVPの有するケトン基はポリフェノールに属する柿タンニンと水素結合できる。また，NVP２分子がヨウ素１分子と錯体を形成する。したがって，ナイロン繊維に接ぎ木されたNVP高分子鎖には柿タンニンもヨウ素も固定できる。
接ぎ木NVP高分子鎖を伸長させて，高分子鎖間に空間をつくって柿タンニン（平均分子量：11 kDa）やウイルス（コロナウイルスの直径100 nm）が侵入しやすくする必要がある。そこで，本年度は”湿気によって伸長する接ぎ木NVP高分子鎖”の作製をめざした。そのために，プラス電荷およびマイナス電荷をもちうるビニルモノマーとして，それぞれビニルベンジルトリメチルアンモニウクロライド（VBTAC）およびビニルスルホン酸ナトリウム（VS）をNVPと共グラフト重合した。
線量20 kGyでガンマ線を照射したナイロン繊維を，0.6 Mと0.6 Mの混合モル比1:1のNVP/VBTAC溶液（溶媒：水）に40℃で反応時間３時間まで反応させたところ，重量増加率25％（陰イオン交換基密度0.60 mmol/g）の繊維が得られた。一方，0.6 Mと0.6 Mの混合モル比1:1のNVP/VS溶液（溶媒：水）に40℃で反応時間５時間まで反応させたところ，重量増加率38％（陽イオン交換基密度0.25 mmol/g）の繊維が得られた。次年度は，得られた繊維に柿タンニンやヨウ素を固定し，インフルエンザウイルスの不活性化の性能を評価する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の最終目標はウイルスを捕捉・不活性化する繊維の開発である。ウイルスを捕捉するために，ウイルス表面の突起タンパク質への結合能をもつ柿タンニンを使う。また，ウイルスを不活性するために，ウイルスの脂質二重膜の破壊能をもつヨウ素を使う。そこで，放射線グラフト重合法を適用して繊維の表面に柿タンニンとヨウ素を固定できる高分子鎖を接ぎ木する。
接ぎ木高分子鎖をつくるのに好都合なビニルモノマーがN-ビニルピロリドン（NVP）である。NVPはケトン基をもつので，ポリフェノールに属する柿タンニンと水素結合を介して結合する。一方，NVPはヨウ素と錯体を形成する。NVP高分子鎖を繊維に接ぎ木するだけでなく，荷電性ビニルモノマーを共に接ぎ木することによって，湿気中で高分子鎖間が伸びて空間をつくる工夫をした。ウイルス捕捉・不活性用の繊維の作製時に柿タンニンが，使用時にウイルスが高分子鎖に侵入できるようになる。
荷電性ビニルモノマーとして，それぞれビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド（VBTAC）あるいはビニルスルホン酸ナトリウム（VS）を選択した。これらのモノマーとNVPとの混合水溶液をグラフト重合の仕込み液とした。市販のナイロン繊維に20 kGyの線量でガンマ線を照射してラジカルをつくり，仕込み液に投入した。
共グラフト重合反応を実施するにあたり，仕込み液中の２つのモノマーのモル比，照射繊維に対する液量，反応温度，そして反応時間を変えた。例えば，VBTACとNVPの共グラフト重合では，0.6 Mと0.6 Mの混合モル比1:1のNVP/VBTAC水溶液に40℃で反応時間３時間まで反応させたところ，重量増加率25％（陰イオン交換基密度0.60 mmol/g）の繊維が得られた。これらの共グラフト重合での反応条件は，ウイルス捕捉・不活性化用繊維の大量製造するときに好ましい範囲にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
反応条件を変えて作製した重量増加率の異なるNVP/VBTACおよびNVP/VS共グラフト重合繊維に，柿タンニンやヨウ素の量を変えて固定する。まず，柿タンニン水溶液に繊維を浸漬させて柿タンニンを繊維に固定する。つぎに，ヨウ化カリウム（KI）水溶液にヨウ素（I2）溶かした液に繊維を浸漬させてヨウ素を固定する。
コロナウイルスを使った捕捉・不活性化の評価のための試験は施設の都合から実施できない。さらに，予算の都合から，コロナウイルスを使った試験は実施できない。そこで，インフルエンザウイルス水溶液を使ってウイルスの捕捉・不活性化の性能を一般財団法人 日本繊維製品品質技術センターに委託して評価する予定である。また，研究分担者（常田 聡）が実施する繊維の抗菌試験結果を踏まえて，ウイルスの捕捉・不活性化のメカニズムを明らかにしたい。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
