2023 Fiscal Year Annual Research Report
ウィルスや環境負荷物質の高速高選択濃縮を可能とする高特性鉄ナノ粒子磁性ビーズ開発
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21H03628
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (90312652)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 俊 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30706809)
横山 幸司 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (00911158)
上高原 理暢 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (80362854)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 鉄ナノ粒子 / 水溶液中合成 / 錯体構造制御 / 磁性ビーズ / ウィルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体材料向けに表面が清浄であり、無機被膜等により耐試薬性・耐腐食性を有し、抗体等付着と高分散性のために表面の特性制御(官能基や電位など)がなされた金属鉄ナノ粒子を開発する事で、ウィルスや環境負荷物質の高速高選択濃縮を可能とする高特性鉄ナノ粒子磁気ビーズ開発することを目的としている。
2023年度は、水溶液中において鉄錯体が難還元性の酸化物や水酸化物を形成せずに安定に存在しつつ還元剤で還元可能な条件を、錯生成定数を用いた計算予測とESI-TOF-MS等の機器分析を用いて予測した。表面の汚染は、反応場となる水溶液中の電位を水素ガス飽和条件と合成される鉄ナノ粒子の電気二重層／表面官能基制御により抑制した。表面官能基制御による均質被膜形成を通じて耐腐食性及び耐試薬性を付与し、その上で、目的とするウィルス等を選択的に付着可能な抗体や官能基を付与する。これらを総合的に行う事で、ウィルスや環境負荷物質の高速・高選択濃縮を可能とする高特性鉄ナノ粒子磁気ビーズを開発した。
具体的には、合成した試料の表面官能基制御による耐試薬性・耐腐食性のためのSi等無機被膜形成技術を、水溶液反応を利用しての開発を促進した。本開発により、金属鉄ナノ粒子の表面が徐々に酸化される反応を抑制し、金属鉄ナノ粒子表面に被膜の足場となる官能基を付着可能な表面電位制御と官能基制御、および各種無機被膜を形成する技術を開発した。
更に、合成した金属鉄ナノ粒子ビーズがウィルス等と接触するためには高い分散性を有する必要があることを考慮し、再分散性担保のための表面電位制御技術開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究開発により、ウィルスや環境負荷物質の高速・高選択濃縮を可能とする高特性鉄ナノ粒子磁気ビーズの合成法の基本技術が開発出来た。
特に、合成した試料の表面官能基制御による耐試薬性・耐腐食性のためのSi等無機被膜形成技術を、水溶液反応を利用しての開発が可能となった。本開発により、金属鉄ナノ粒子の表面が徐々に酸化される反応を抑制し、金属鉄ナノ粒子表面に被膜の足場となる官能基を付着可能な表面電位制御と官能基制御、および各種無機被膜を形成する技術が開発できた。
更に、合成した金属鉄ナノ粒子ビーズがウィルス等と接触するためには高い分散性を有する必要があることを考慮し、再分散性担保のための表面電位制御技術開発を開発出来た。
以上を考慮し、上記区分を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
溶液中において鉄錯体が難還元性の酸化物や水酸化物を形成せずに安定に存在しつつ還元剤で還元可能な条件を、錯生成定数を用いた計算予測とESI-TOF-MS等の機器分析を用いて予測する。表面の汚染は、反応場となる水溶液中の電位を水素ガス飽和条件と合成される鉄ナノ粒子の電気二重層／表面官能基制御により抑制する。表面官能基制御による均質被膜形成を通じて耐腐食性及び耐試薬性を付与し、その上で、目的とするウィルス等を選択的に付着可能な抗体や官能基を付与する。これらを総合的に行う事で、ウィルスや環境負荷物質の高速・高選択濃縮を可能とする高特性鉄ナノ粒子磁気ビーズを開発する。
研究期間内に4stepの研究開発を相互補完的に行い、目的を達成するために必須な要素を明らかにする事で、本研究の目的を達成する。
本年度は、前年度までの成果を踏まえ、合成された試料の特性を担保しつつ、対象物と選択的に相互作用しうる表面官能基および抗体を材料表面上に形成することで、(4-1) ウィルス濃縮用材料の開発、および、(4-2) 環境負荷物質等の濃縮用材料の開発、を行う。
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