| Project/Area Number |
22K04809
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
斎藤 恭一 早稲田大学, 理工学術院, 客員上級研究員(研究院客員教授) (90158915)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
常田 聡 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30281645)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | ウイルス / 捕捉 / 柿タンニン / タンニン酸 / ヨウ素 / 放射線グラフト重合法 / ナイロン繊維 / 不織布 / 不活性化 / 接ぎ木高分子鎖 / 繊維 / N-ビニルピロリドン / 放射線グラフト重合 / ウイルス捕捉 / 不織布フィルター |
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| Outline of Research at the Start |
新型コロナウイルスは、エンベロープ（外被膜）とその上にコロナ（王冠）状の突起タンパク質をもつ、直径が100 nmの球状の粒子である。植物ポリフェノールに属する柿タンニンが突起タンパク質に結合する、そしてヨウ素がエンベロープを構成する脂質二重膜を破壊する能力があることに本研究は注目する。これらの２つの物質を、イソギンチャクの触手のような高分子鎖の集合体（相）に固定して、ウイルスを多層で、すなわち三次元で捕捉する不織布状の材料を本研究では作製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
繊維に付与したグラフト（接ぎ木）鎖がイソギンチャクの触手のような高分子鎖の集合体を形成することに着目し，本研究ではウイルスを三次元で捕捉する繊維を作製する。ウイルスと相互作用して捕捉する化学構造として柿タンニン（PT）とタンニン酸（TA）を選び，グラフト鎖に固定した。比較のため，４級アンモニウム塩基を有するビニルモノマー（ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド，VBTAC）と親水性モノマー（N-ビニルピロリドン，NVP）を共グラフト重合した繊維を作製し，TAを固定した。新型コロナウイルスを使った実験は費用の点から困難であるので，同様の構造をもつA型インフルエンザウイルスを使って実施した。
放射線グラフト重合法を適用して，市販のナイロン繊維を基材（出発材料）としてグリシジルメタクリレート（GMA）をグラフト重合した繊維にPTまたはTAを固定した。さらに，VBTACとNVPを共グラフト重合した繊維にTAを固定した。
本研究で作製した繊維の抗ウイルス活性は，JIS L 1922「繊維製品の抗ウイルス性試験方法」に準じて評価した。抗ウイルス活性値（Mv）を次式から算出した。
Mv = log（Va/Vc）
ここで，VaおよびVcは，それぞれ標準布および繊維のウイルス感染価である。抗ウイルス活性値が大きいほど，その繊維の抗ウイルス作用が強いことを意味する。上記のように作製した繊維の抗ウイルス活性を調べた結果，GMAグラフト重合繊維にPTを固定した繊維もTAを固定した繊維も抗ウイルス活性をほとんど示さなかった。一方，VBTAC/NVP共グラフト重合繊維にTAを固定した繊維は抗ウイルス活性値が４を超えた。４級アンモニウム塩基をもつグラフト鎖が正電荷をもつので，互いの静電的反発力でグラフト鎖が伸長し，その伸長によってウイルスのグラフト鎖相への侵入が促されると推察される。
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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
新型コロナウイルスは，エンベロープ（外被膜）とその上にコロナ（王冠）状のタンパク質をもつ，直径100 nmの球状粒子である。本研究では，ウイルスを捕捉する化学構造として柿タンニンとタンニン酸を選び，グラフト高分子鎖に固定した。柿タンニンは植物ポリフェノールに属し，４種類のカテキンの重合体（平均分子量 11 kDa）である。柿タンニンはタンパク質との凝集作用によってウイルスの活性を著しく低減させることがノロウイルスやインフルエンザウイルスを使って実証されてきた。
本研究では，不織布フィルターへの応用を想定し，市販のナイロン繊維（繊維径 約50μm）を基材に採用して，放射線グラフト重合法によってグラフト鎖を繊維に付与した。まず，ボビン（繊維の集合体）にガンマ線を照射（照射量：20 kGy）し，繊維にラジカルをつくった。つぎに，そのラジカルを開始点としてエポキシ基を有するビニルモノマー（GMA）をグラフト重合させた。そのエポキシ基と柿タンニンとの反応によって，PT含有率1.8%の柿タンニン固定繊維を得た。一方，四級アンモニウム塩基をもつビニルモノマー（VBTAC）と親水性モノマー（NVP）の共グラフト重合繊維にタンニン酸を固定して，TA含有率18%のタンニン酸固定繊維を得た。
本研究で作製した繊維の抗ウイルス活性は，宿主細胞（イヌ腎臓由来細胞）にウイルス（A型インフルエンザウイルス）を感染させ，培養後，遠心分離によって細胞残渣を除去したウイルス懸濁液を使用して評価した。柿タンニン固定繊維とタンニン酸固定繊維とともに，標準布，ナイロン繊維，およびGMAグラフト繊維についても同様に評価した。その結果，柿タンニン固定繊維の抗ウイルス活性値は0.1という小さな値であったのに対して，タンニン酸固定繊維は抗ウイルス活性値4.3という大きな値を示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
放射線グラフト重合法には，基材（出発材料）の材質や形状を幅広く選択できる，そして基材のガラス転移温度より低い温度でラジカルを保存できるという利点がある。こうした利点を生かし，私たちの研究グループは，これまで，ポリエチレン製多孔性中空糸膜を基材としてタンパク質精製用のイオン交換多孔性中空糸膜やナイロン製繊維を基材として放射性セシウム除去用の不溶性フェロシアン化コバルト担持繊維を作製してきた。これらの材料は実用にまでに至っている。
放射線グラフト重合によって形成された高分子鎖の重量はグラフト重合に伴う基材の重量増加から容易に算出できる。一方，グラフト鎖の分子量分布や伸縮特性についての知見は不足している。それは，基材からのグラフト鎖の単離が難しいこととグラフト鎖の形成部位が基材の内部と外部に共存することに因る。
本研究で捕捉の対象である新型コロナウイルスは，エンベロープとその上にコロナ状のタンパク質をもつ，直径100 nmの球状粒子である。柿タンニンやヨウ素といったウイルスと相互作用する化学物質が報告されてきた。そこで，それをナイロン繊維に放射線グラフト重合によって付与した高分子鎖上に固定することには本研究は成功している。本年度のウイルス不活性化の試験結果から，ただ固定するだけでは不十分であり，グラフト鎖を伸長させてウイルスを包含する構造をもたせる必要があると示された。本年度，用いた芳香族の四級アンモニウム塩基をもつビニルモノマーVBTACに代えて，24年度には脂肪族の四級アンモニウム塩基をもつビニルモノマー（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）を繊維にグラフト重合し，比較検討する。ビニルモノマーの試薬として値段が1/10であるので，ウイルス捕捉用繊維の製造コストの点で有利である。
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