2013 Fiscal Year Research-status Report
DNAナノ粒子複合体を用いたレアメタルイオンの回収
| Project/Area Number |
25410195
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | Okayama University of Science |
|---|
Principal Investigator |
山田 真路 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (80443901)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | DNA / 金属ナノ粒子 / レアメタルイオン / グリーン化学 / 環境材料 / 有機-無機ハイブリッド体 / 金属イオン回収 / 重金属イオン |
|---|
| Research Abstract |
精密加工工場からの排水には様々な希少金属イオン (レアメタルイオン) が含まれている。そこで、本研究課題ではレアメタルイオンを回収する方法として、産業廃棄物として処分されているサケ (鮭) 白子DNA を利用し、排水中に含まれているレアメタルイオンを回収する方法を提案した。特に本研究課題における戦略としては、磁性を有した金属ナノ粒子表面にDNAを担持し、水中でレアメタルイオンを集積したDNA担持ナノ粒子を磁石により集積する事とした。
初年度は計画通りDNA担持ナノ粒子の作製を中心に研究を行い、作製したDNA担持ナノ粒子の基礎物性を評価することとした。その結果、塩化鉄と酢酸ナトリウムをある条件下、オートクレーブ中で反応させると粒状のマグネタイトを合成できることが示唆された。また、合成したマグネタイトを走査型電子顕微鏡 (SEM) により観察したところ直径約 200 nm の均一な球状であることが確認された。そこで、DNAを担持する方法として申請者が以前報告したDNAとシランカップリング剤を複合化したDNA-無機ハイブリッド体を用いることとした。具体的にはマグネタイト表面に存在する水酸基を介してDNA-無機ハイブリッド体を固定した。DNAを担持したDNA担持ナノ粒子を臭化エチジウムまたはSYBR Green(R)で染色後、蛍光顕微鏡で観察したところ強い蛍光を示すことから、マグネタイト表面にDNAが担持されていることが示唆された。また、DNA担持ナノ粒子がインターカレーション機能を有することから、DNAが二重らせん構造を有していることも示唆された。一方、DNA担持ナノ粒子を水酸化ナトリウム水溶液中で加熱し加水分解することによりDNAの固定量を定量したところ、ナノ粒子 1 gあたり、約 18 mgであった。
以上の事から、当初の目的である磁性体の表面にDNAを担持したDNA担持ナノ粒子の合成に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の初年度における計画は、DNA担持ナノ粒子の作製とその基礎物性の評価である。その結果、研究実績の概要に示した通り、DNA担持ナノ粒子を調製することが出来たため、本研究計画の80 ％は達成出来たと考えられる。残りの20 %は生化学的な安定性の評価や他のシランカップリング剤によるDNAの固定化である。他のシランカップリング剤によるDNAの固定化は数多くあるシランカップ剤から当研究課題に適した試薬を探索するには時間がかかる。そこで、新規なシランカップリング剤の探索および合成は本研究課題の2年目と同時に遂行したいと考えている。特に、初年度に作製したDNA担持ナノ粒子は 1 gあたり 18 mg と比較的多くのDNAが固定されているため、「DNA担持ナノ粒子によるレアメタルイオンの集積」という本研究課題を大筋で遂行するには十分な量である。そこで、本研究課題は初年度に調製することが出来たDNA担持ナノ粒子を中心に研究を進めていきたいと考えている。
また、生化学的な安定性のようなDNA担持ナノ粒子の物性評価も研究課題の2年目と同時に遂行したいと考えている。ただ、時間経過を伴った生化学的な安定性評価は当システムで評価することは物理的に難しいことが予想される。その場合は、既にDNA-無機ハイブリッド体を評価した結果を学術論文として公表しているため、この値を用いたいと考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2年目は初年度に作製したDNA担持金属粒子を用い、レアメタルイオンの回収を行う。当課題で回収するレアメタルイオンはランタンやイットリウム、インジウムなど10種類程度に限定する予定である。また、レアメタルイオンの濃度としてはサブ ppb から数 ppm レベルを想定している。レアメタルイオンの検出は、比色試薬を用い、UV-Visスペクトル測定により行う予定である。それとともに回収したナノ粒子をキレート剤等により洗浄することによってレアメタルイオンをDNAから分離し、DNA修飾ナノ粒子の再利用も試みる。複数の金属イオンおよび妨害イオン存在下におけるレアメタルイオンの回収も行うため誘導体化した金属イオンを高速液体クロマトグラフィーにより分離定量することも行うことを予定している。最後に示した分離定量以外は既に当研究室で確立した手法があるためその方法を本研究課題にも利用したいと考えている。分離定量に関しては、測定条件を探索するのに時間がかかるため当研究課題の2年目後期、もしくは3年目前期に行いたいと考えている。
3年目以降は、2年目に調製した機能性ナノ粒子に担持したDNA素材によるレアメタルイオンの回収を行いたいと考えている。具体的には、DNA修飾ナノ粒子はレアメタルイオンによってナノ粒子表面のDNA同士が架橋し凝集体を形成することが考えられる。そのため、光特性を有したナノ粒子を用いた場合は、吸収 (蛍光) 強度や吸収 (蛍光) 波長が変化することが期待される。そこで、UV-Visおよび蛍光スペクトルによってDNA修飾ナノ粒子により回収したレアメタルイオンを定量する予定である。
以上の事から、当研究課題は順調に研究が進めば3年間で一定の成果を出すことが可能であると思われる。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
購入予定であった「高速液体クロマトグラフ・グラジエントシステム一式」及び「クロマト用消耗品」が当初の予定額より低くなったため。
当研究課題で用いるシランカップリング剤の多くは輸入品である。近年の原油価格の高騰に従い、これらの試薬の価格が上がっている。また消費税率のアップも関係している。そのため、繰り越された予算は主に、試薬購入等の消耗品費としたい。
|
Research Products
(7 results)
