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2017 Fiscal Year Annual Research Report

カーボンナノチューブの生分解性の解明と制御

Research Project

Project/Area Number 17H02742
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

張 民芳  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60518330)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsカーボンナノチューブ / カーボンナノ材料 / 生分解 / 免疫細胞 / 近赤外光吸収法
Outline of Annual Research Achievements

CNTは堅牢な構造を持っているため、生体内で分解されにくく、実用化する際に安全上の懸念が非常に大きい。本研究では、申請者が開発した近赤外光吸収法を改良し、細胞内と生体組織内のCNT量の測定方法を確定し、免疫細胞と実験動物を用いてCNTの生分解性能を定量的に評価する。平成29年度は本研究計画した通り進展し、目標とした成果が得られた。
1)酵素(MPO)によるCNTの生分解性の解明
好中球由来酵素(MPO)を用いて、単層と多層CNTの分解率を調べた。まずは酸化処理した分散剤なしのCNT水分散液を作製した。CNTの分散液に酵素MPOと微量の過酸化水素水を添加し、37℃で1-3日間反応させた。 光吸収測定により、CNTの量の経時変化を測定した。その結果、単層CNTは24時間で約50%が減少、多層CNTは約10%が減少したことが分かった。 また、異なった分散剤(BSAやPEGなど)で分散したCNTにも調べたが、CNTの表面に付着している分散剤が酵素の作用を阻害し、分解率が低くなったことが分かった。
2)免疫細胞内CNTの生分解性の解明
まず、申請者らが開発したCNHの細胞取り込み量の測定方法である近赤外光吸収法を再検討し、CNTの細胞内取り込み量の測定方法を確定した。この測定方法を国際標準化機構ISO/TC229に提案し、NWIPとして登録された。次に、免疫細胞(Raw264.7、THP-1)と初代細胞(マウスのKupffer細胞)を用いて、CNT/BSAを細胞に取り込ませて、光吸収測定法を用いて細胞内のCNTの量の経時的な変化を測定した。免疫細胞内CNTの量の経時変化から、CNTが生分解されることを定量的に確認できた。また、CNTを取り込んだ細胞の生存率や、活性酸素の発生量についても経時的に測定した。その結果、CNTが生分解されることで、細胞への毒性が低下する可能性があることが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

平成29年度は本研究計画した通り進展し、目標とした成果が得られた。この成果は、2017年9月に、FNTG学会および産総研プレスリリースの発表を行った。また、本研究開発したCNTの細胞内取り込み量の測定方法を国際標準化機構ISO/TC229に提案し、NWIPとして登録された。

Strategy for Future Research Activity

今までの研究は順調に進んでいるため、今後も計画通り研究を進めて行く予定である。

  • Research Products

    (9 results)

All 2018 2017

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Size-dependent cell uptake of carbon nanotubes by macrophages: A comparative and quantitative study2018

    • Author(s)
      Minfang Zhang, Mei, Yang, Takahiro Morimoto, Naoko Tajima, Kayo Ichiraku, Katsuhide Fujita, Sumio Iijima, Masako Yudasaka, Toshiya Okazaki
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 127 Pages: 93-101

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2017.10.085

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantication of Carbon Nanotubes Taken up by Macrophage Cells Using Optical Absorption Method2018

    • Author(s)
      Minfang Zhang,y Mei Yang, Masako Yudasaka, Toshiya Okazaki
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 16 Pages: 93-96

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2018.93

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Significance of Optimization of Phospholipid Poly(Ethylene Glycol) Quantity for Coating Carbon Nanohorns to Achieve Low Cytotoxicity2017

    • Author(s)
      Maki Nakamura, Yoshio Tahara, Shinsuke Fukata, Minfang Zhang, Mei Yang, Sumio Iijima, Masako Yudasaka
    • Journal Title

      BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN

      Volume: 90 Pages: 662-666

    • DOI

      10.1246/bcsj.20170003

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hypochlorite Degrades 2D Graphene Oxide Sheets Faster than 1D Oxidised Carbon Nanotubes and Nanohorns2017

    • Author(s)
      Leon Newman, Neus Lozano, Minfang Zhang, Sumio Iijima, Masako Yudasaka, Cyrill Bussy and Kostas Kostarelos
    • Journal Title

      npj 2D Materials and Applications

      Volume: 39 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1038/s41699-017-0041-3

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Biodegradation Rate of Carbon Nanotube Depending on Diameters2018

    • Author(s)
      張民芳、鄧引梅、楊梅、中島 秀朗、湯田坂雅、飯島澄男、岡崎俊也
    • Organizer
      FNTG学会,東京大学
  • [Presentation] カーボンナノチューブの生分解2018

    • Author(s)
      張民芳
    • Organizer
      第10回ナノカーボン実用化推進研究会,東京大学
    • Invited
  • [Presentation] Quantification of Carbon Nanotubes Uptaken by Macrophage Cells Using Optical Absorption Method2017

    • Author(s)
      張 民芳、楊 梅、湯田坂 雅子、岡崎 俊也
    • Organizer
      11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 免疫細胞によるカーボンナノチューブの取り込みと生分解2017

    • Author(s)
      張民芳
    • Organizer
      ナノカーボンバイオシンポプログラム
  • [Presentation] Uptake and biodegradation of CNTs by macrophage2017

    • Author(s)
      張民芳、楊梅、湯田坂雅、岡崎俊也
    • Organizer
      FNTG学会、京都大学、2017/09/13

URL: 

Published: 2018-12-17  

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