2015 Fiscal Year Annual Research Report
金属ナノアロイ分散カーボン薄膜電極の開発と腸疾患糖マーカーの一括測定への応用
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26288074
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| Research Institution | Saitama Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丹羽 修 埼玉工業大学, 先端科学研究所, 教授 (70392644)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉岡 恭子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 主任研究員 (50358321)
加藤 大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 主任研究員 (80533190)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気化学 / ナノアロイ / カーボン薄膜 / スパッタリング / 腸疾患マーカー / 糖類検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、腸疾患マーカーの非標識での高感度、かつ簡便な検出を目的とし、高い電極触媒活性を有する合金ナノ粒子（ナノアロイ）が分散したハイブリッド型のカーボン薄膜電極を開発する。前年度、共スパッタ法によりニッケルと銅の合金系のナノアロイが分散したカーボン薄膜を開発し、糖の測定を行い、ニッケルと銅の最適な組成比を見出した。平成27年度は、まず、最適化したニッケル/銅組成比のナノアロイが埋め込まれたカーボン薄膜電極を用いて、フローインジェクション法によって、糖の連続測定を行い安定性を評価した。ニッケルと銅の合金薄膜では、最初の感度は高いが、連続測定により感度は、急激に低下する。これに対して、ニッケル/銅のナノアロイ埋め込みカーボン薄膜電極では、感度の低下が起き難く活性が維持されることが分かった。以上の結果を元に高速液体クロマトグラフィー検出器としての評価を開始した。
一方、ナノ粒子の電気化学的な触媒活性は、粒子表面の酸化状態で大きく変化することが知られている。ナノアロイの主成分であるニッケルナノ粒子を電気化学的、或いは、UV/オゾン処理することで、ナノ粒子表面の酸化状態を変化させ、ＸＰＳによる表面結合状態の変化と電気化学的な活性変化について調べた。その結果、酸化していないニッケルナノ粒子表面に水酸基が導入されると腸疾患マーカーの糖類に対して高い活性が得られることが確認された。しかしながら、更に電気化学処理やUV/オゾン処理を行ってナノ粒子表面の金属の酸化が進むと、活性が低下することが分かり、ナノ粒子表面を適度な酸化状態に保持することが感度を維持するために必要なことが分かった。また、金とニッケルとカーボンの共スパッタによるナノアロイの検討を開始したが、その過程で、金ナノ粒子が埋め込まれたカーボン膜電極は、砒素イオンの測定において、優れた特性が得られることを見出した。
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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
昨年度、構造把握と感度の最適化を行ったニッケル／銅のナノアロイ分散カーボン薄膜電極について、ニッケルと銅の合金薄膜に比べ、腸疾患糖類マーカーの連続的な測定に対して極めて優れた安定性を示すことを見出した。また、活性のメカニズムに関して、ナノアロイの酸化処理を行い、活性と表面結合組成の関係を調べ、水酸基の大きな寄与を明らかにした。更に糖類マーカー一括測定に向け、高速液体クロマトグラフィー検出器としての評価を開始した。以上の様に平成27年度の目標に対して、全て、検討を行い、多くは結果が得られている。更に成果を論文投稿中であり、計画に対して概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、最終年度のため、開発した電極を高速液体クロマトグラフィー装置に組み込んで、数種類の腸疾患マーカーの同時定量を実証する（既に平成27年度に検討を開始している）。更に、ニッケル／金系のナノアロイとの感度や活性、安定性の比較検討を行う。更に新規構造としてコアセル型のナノアロイを作製し、触媒活性や感度の比較検討を行う。最終年度なので、結果の資料化、論文化なども進める。
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| Causes of Carryover |
研究代表者が、10月1日付けで産業技術総合研究所から埼玉工業大学に異動したため備品費の一部を次年度に繰り越し、埼玉工大にて平成28年度初頭に調達することにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越額とほぼ同等な額により電気化学特性評価装置を導入する。
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Research Products
(8 results)
