Creation of photonic crystal polymer-based ubiquitous analysis device for radionuclides

• Project/Area Number: 23K23272
• Project/Area Number (Other): 22H02004 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 塚原 剛彦 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (10401126)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2025: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2024: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 高分子フォトニック結晶 / 核種分離 / 高感度計測 / 分析 / マイクロデバイス / フォトニック結晶 / 金属イオン / センシング / 機能性ポリマー

Outline of Research at the Start

自己組織化により配列させたナノ粒子を機能性ポリマーゲルで被覆した高分子フォトニック結晶フィルムを作製することにより、わずか1滴の試料量で、いつでもどこでも手軽に放射性核種の有無を色変化として計測することができる革新的スクリーニング分析法の技術と方法論を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

コアシェル型高分子フォトニック結晶を合成する手法を確立すると共に、その特性を評価した。具体的には、エマルジョンラジカル重合法を用いて、コアシェル型ポリマーの合成を行った。コア剤としてスチレンを、モノマーとしてビニルピロリドン(VP)またはアクリル酸-アクリルアミド(AAm)を、重合開始剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム(APS)を添加した水溶液をそれぞれ用いた。三つ口フラスコに超純水、スチレンモノマー、APSを投入し、Arガス雰囲気下、74℃で数時間良く攪拌することでポリスチレン(PS)コア粒子を合成した。このコア溶液に、イオン性界面活性剤、VPまたはAAm、5 mol%の架橋剤Methylenebisacrylamide及び開始剤としてアゾビスシアノ吉草酸を投入し、さらに5時間反応を継続することにより、PSコアがVPまたはAAｍポリマーシェルで被覆されたコアシェル型ナノ粒子が合成された。合成したナノ粒子の微構造やサイズを、核磁気共鳴分光(NMR)、全反射式赤外分光(ATR-FTIR)、電子顕微鏡(SEM)、粒径分布測定等によって同定した。また、合成した個々の共重合ポリマーの水溶液中での転移温度(LCST=Lower CriticalSolution Temperature)を調べると共に、これらLCSTに対する溶液性状（金属イオンの種類・濃度、酸濃度など）の影響を評価した。さらに、ポリイミドテープを用いてガラス基板上に矩形型のダム構造を作製し、そのダム構造内に合成したコアシェル型ナノ粒子懸濁液を滴下・乾燥させることで、自己組織化的にフォトニック結晶ポリマー(PCP)を作製した。FT-IR測定及びDLS測定により、約250 nmの粒径を持つコアシェル型ナノ粒子が合成できたことを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画通り、コアシェル型ナノ粒子の合成に成功している。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、コアシェル型高分子フォトニック結晶膜を基板上に集積する手法を確立すると共に、金属イオンセンシング能を評価する。