Synthesis of Photocatalytic Materials with Mechano-Bactericidal Effects and Elucidation of Their Bacteria Treatment Mechanisms in Water
| Project/Area Number |
23K25027
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| Project/Area Number (Other) |
22H03773 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
根岸 信彰 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 上級主任研究員 (90270694)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
王 正明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 上級主任研究員 (10356610)
堀江 祐範 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (30514591)
楊 英男 筑波大学, 生命環境系, 教授 (50561007)
黒崎 直子 千葉工業大学, 先進工学部, 教授 (60337706)
根本 直樹 千葉工業大学, 先進工学部, 准教授 (60633386)
灘 浩樹 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (90357682)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
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| Keywords | 水資源・水システム / 環境配慮設計 / 遺伝毒性・生態毒性 / ナノ構造作製 / 結晶成長 / メカノ殺菌 / アラゴナイト / ナノニードル / 光触媒酸化チタン / 水浄化 / 光触媒 / 浄水 |
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| Outline of Research at the Start |
アラゴナイト針状晶癖による水中細菌に対するメカノ殺菌効果、光触媒との組み合わせによる水中細菌処理の相乗効果の発現、長期使用で劣化した針状晶癖を自己修復する可能性を元に、①ナノニードルによる水中メカノ殺菌の機構解明、②水中細菌処理に最適化されたナノニードルモデル構造体の合成、③メカノ殺菌効果による途上国向けの光触媒水処理技術に向けた研究を実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
アラゴナイト針状晶癖による水中細菌に対するメカノ殺菌効果、光触媒との組み合わせによる水中細菌処理の相乗効果の発現、長期使用で劣化した針状晶癖を自己修復する可能性を元に、①ナノニードルによる水中メカノ殺菌の機構解明、②水中細菌処理に最適化されたナノニードルモデル構造体の合成、③メカノ殺菌効果による途上国向けの光触媒水処理技術に向けた研究を実施する。
今年度までに、①の研究ではPCRを用いたメカノ殺菌された細菌から溶出したDNAが水中溶出することを確認し、確かにナノニードルによる細胞の破砕が起きていることを明らかにすることが出来た。一方、死細胞の数との定量性に問題があることから、ナノニードル表面をFE-SEMにより観察したところ、多くの原形質がナノニードルに吸着していることを発見した。さらに、アラゴナイトナノニードルの基礎毒性試験並びに動物実験の結果から、アスベストのような形態毒性を一切持たないことを見出し、アラゴナイトナノニードルを飲料水浄化で使用しても全く問題がないことを確認した。②の研究では、ナノニードル合成時の温度が炭酸カルシウムアラゴナイト及びカルサイト結晶の析出量の違いを決定づけることを発見した。すなわち、炭酸カルシウム結晶化時の温度が室温以下だとカルサイトが多く、60℃程度の高温だとアラゴナイト析出が支配的となることが分かった。また、温度と光触媒効果のどちらが結晶化に大きく貢献しているのかを調べたところ、光触媒効果の方が結晶化速度が大きいことを確認した。光触媒反応によるアラゴナイトナノニードル合成を含め世界初の発見と思われる。③の研究では、水処理に最適化されたシステム設計に必要な光触媒セラミックの形状制御を行い、最も活性の高くなる光触媒の形状を見出すことに成功した。
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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
ほぼ提案書に記載した通りの成果が得られているが、水処理システム設計の部分では光触媒形態制御やナノニードルの量産化に結びつく技術の部分で予定より多く成果が出ているものもあった。
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| Strategy for Future Research Activity |
アラゴナイトの基礎毒性評価についてはほぼ結果が出揃ったことから、論文化して飲料水と使用する場合の安全性について発表を行う。ナノニードルによる原形質のPCRによる評価では、特定の試薬を用いる必要があることから、これを一般的なTOC計で置き換えることで測定の容易性を上げることを目的とし、PCRとTOCデータの相関性について検討を行う。これも結果が纏まったところで論文発表する。また、細菌種もグラム陰性菌だけでなくより細胞膜が丈夫とされるグラム陽性菌まで種類を拡げ、あらゆる筋腫にメカノ殺菌が対応可能か検討を行う。アラゴナイトナノニードルの連続的な合成方法を見出したことから、セラミック光触媒の形状で最適な構造体の合成に取り掛かったことから、この上にナノニードルの固定化を図り、連続的なメカノ殺菌の実現を図ることでナノニードル構造体の合成と実証にも使用可能なシステム設計の両者を同時進行で進める。一方、実証化を進める上で重要となる長期に渡るメカノ殺菌を保証する水組成を見出すことで、メカノ殺菌能を維持できる水マトリクスの下限濃度（重炭酸並びにカルシウムイオン）の決定を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
