| 研究課題/領域番号 |
21K12226
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分63010:環境動態解析関連
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| 研究機関 | 群馬工業高等専門学校 (2022-2023)
福島工業高等専門学校 (2021) |
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研究代表者 |
羽切 正英 群馬工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (70435410)
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| 研究分担者 |
加島 敬太 小山工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (90710468)
間中 淳 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90413757)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 分析デバイス / 目視定量 / 重金属 / 環境分析 / 比色法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
溶態重金属を簡単な操作で定量分析する技術を開発することは，社会や産業の持続可能な発展や水圏の保護にむけた恒久的課題である。本研究では生化学的分析や臨床検査などに用いられるマイクロプレートに発色機能層を固定化し，水を『すくい取る』というワン・モーションだけで液中の微量有害金属を定量できる電力不要の分析デバイスを開発する。また，開発したデバイスについてラボ実験およびフィールド実験によって評価を行う。本研究を通じ，機器や電源を要さず色覚や修練度に依らない高精度の分析手法・分析デバイスを開発することで，世界中のだれもが安全な水を確保できる持続可能な社会の実現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本課題では，水を『すくい取る』というワン・モーションで液中の微量有害金属を定量できる電力不要の分析デバイスの開発を目指している。具体的には液中の有害金属イオン種と反応する発色層をマイクロプレートのウェル内に形成し，プレートで水を掬ことで金属イオンを検知できるデバイスを開発する。この発色層は発色剤・妨害剤（発色抑制剤）によって構成され，意図的に妨害剤を添加することによって発色を抑制することで特定濃度以上でのみ発色するよう工夫される。この様な仕組みにより，色調ではなく色のON/OFFによって，また検体を掬うだけでイオン濃度の定量分析が可能となる。
その実現のため，これまでに(1)マイクロプレートの小容量ウェル内における化学分析で有害重金属を定量する際の分析能についての基礎的検討，(2)金属イオン濃縮能と金属イオン検知発色能を併せ持つ生体高分子素材の不溶化層（発色層）を形成する手法の開拓，ならびに(3)一定以上の特定イオン濃度で発色する仕組みの構築について，実験的な検討を行った。その結果，(1)マイクロプレートのウェル内で水道水質基準レベルの溶態六価クロム，銅の分析が可能であることを検証し，(2)水溶性バイオポリマーを基材としたイオン検知発色層の構築が達成され，(3)一定以上の銅イオン濃度で発色する比色分析の仕組みを構築できた。
一方，これらデバイス化にあたっては，マイクロプレートのウェル底部への固定化方法，指示薬の変質の防止方法等，課題が多いことが明らかとなった。またバイオポリマーを活用したイオン濃縮系の構築についてはさらなる検討が必要である。現在，目的達成のため，種々の検討を継続して進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
マイクロプレートの小容量ウェル内に金属イオンの定量試薬を固定化したデバイスによって，十分な定量分析が可能であることを明らかにし，結果を学会・論文等で発表した。生体高分子と比色定量指示薬の組み合わせからなるイオン検知発色層の検討については，分担者との連携によって順調に成果が得られている。一方で，色の有無によるON/OFF型比色検出系のデバイス化については検討中の状態にある。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの検討で得られた，発色の有無によるON/OFF型重金属イオン比色検出系のデバイス化を進める。また，得られたデバイスをフィールド実験等に適用する。このほか，令和5年度までに得られた結果の論文化を進める。
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