光触媒の医学応用の学理と技術開発の研究

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 14050083
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 窪田 吉信 横浜市立大学, 医学研究科, 教授 (10106312)
• 研究分担者: 中井川 昇 横浜市立大学, 附属病院, 准教授 (00237207)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2006
• キーワード: 高機能光触媒 / がん治療 / ストレス応答タンパク / ナノ粒子 / Hsp90

研究概要

生体や細胞を具体的な対象として光触媒の機能を最大限に引き出す応用やそのために特化した新しい高機能光触媒を開発し、光触媒の医学や医療の応用と実用化の手法を探ることを目的とした。特に医療への応用に特化した高機能光触媒の開発とその細胞への効果のメカニズムの検討を行った。その結果、
1.医療機器への応用検討では、光触媒を軟性材料に薄膜化コートし、さらに抗菌金属をも付着させる方法を開発し、これを自己導尿用の医療カテーテルに応用し抗菌効果、防汚効果などの利点が得られることを実証した。
2.疾患治療への応用検討では、
(1) TiO_2微粒子を金粒子に付着させ、癌細胞に強制的に導入し、光照射により抗腫瘍効果を得る方法を開発した。
(2)ヒトへの血管内投与が可能な光触媒微粒子を開発するためTiO2表面をPAAで修飾した微粒子を作成し、生体内での光触媒反応とその効果などを解析した。その結果、開発したTiO_2-PAAナノ粒子は血管内で凝集せず体内に分布し、安全に投与できることがわかった。またこれを用い、光触媒反応による抗腫瘍効果が認められることを確認した。
(3)同じTio_2-PAAナノ粒子を用いて、この粒子の表面の化学反応基を利用して蛍光物質をTiO_2上に結合させることができた。これを用いてTiO_2ナノ粒子の細胞への付着性などを分析できた。
(4)さらに同じ研究戦略でTiO_2微粒子表面をポリエチレンイミンで化学修飾させることに成功し、これによる殺細胞効果の増強を確認できた。
3.光触媒反応の生体や細胞への効果のメカニズムの検討では、
(1) TiO_2光触媒と光照射により、がんにともなう新生血管の形成抑制が認められることを明らかとした。
(2)また細胞内のストレス応答タンパクであるHsP蛋白の量的変動が著明に認められることを明らかとした。その中で特にHsP90は特異的に減少することがわかりTiO_2光触媒反応によるラジカルの発生による抗腫瘍効果の発現の機序として注目する結果であった。

研究成果

• [雑誌論文] Visible light・active nitrogen・doped TiO_2 thin films prepared by DC magnetron sputtering used as a photocatalyst. (2008)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, et al.
  • 雑誌名: Renewable Energy 33 ページ: 227-281
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-sterilization using silicone catheters coated with Ag and TiO_2 nanocomposite thin film. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yao Y, et al.
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research Part B : Applied Biomaterials (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of Ti02-polyacrylic acid dispersions with potential for molecular recognition. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kanehira K, et al.
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces B : Biointerfaces (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visible light-active nitrogen-doped TiO_2 thin films prepared by DC magnetron sputtering used as a photocatalyst. (2008)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, Takahashi T, Nezuka T, Takahashi K, Nakashima T, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Renewable Energy 33(2) ページ: 277-281
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] YSelf-sterilization using silicone catheters coated with Ag and TiO_2nanocomposite thin film. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yao Y, Ohko Y, Sekiguchi Y, Fujishima A, Kubota
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Materials Research Part B Applied Biomaterials (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Self-sterilizing catheters with titanium dioxide photocatalyst thin films forclean intermittent catheterization : Basis and study of clinical use. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi Y, et al.
  • 雑誌名: International Journal of Urology 14・5 ページ: 426-430
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dependence of target-substrate distance on crystallographic and optical properties of W0_3 films prepared by reactive radio frequency magnetron sputtering. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi T, et al.
  • 雑誌名: Thin Solid Films 515 ページ: 6567-6671
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of photocatalytic activity of TiO_2 thin films prepared in various Ar/O_2 ratio and sputtering gas pressure. (2007)
  • 著者名/発表者名: Biswas S, et al.
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 25 ページ: 912-916
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Annealing Effect on structural. morphological, and optical properties of reactive sputtered W03 films for mediated heterogeneous photocatalyst. (2007)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, et al.
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 25 ページ: 1029-1033
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and photocatalytic activity of TiO_xN_y/CdS heterojunctions. (2007)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, et al.
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 25 ページ: 1188-1192
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-sterilizing catheters with titanium dioxide photocatalyst thin films for clean intermittent catheterization : Basis and study of clinical use. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi Y, Yao YY., Ohko Y, Tanaka K, Ishido T, Fujishima A, Kubota Y
  • 雑誌名: International Journal of Urology 14(5) ページ: 426-430
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dependence of target-substrate distance on crystallographic and optical properties of WO3 films prepared by reactive radio frequency magnetron sputtering. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi T, Prabakar K, Hossain MF, Kubota Y, Fujishima, A
  • 雑誌名: Thin Solid Films 515 ページ: 6567-6571
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Study of photocatalytic activity of TiO_2 thin films prepared in various Ar/02 ratio and sputtering gas pressure. (2007)
  • 著者名/発表者名: Biswas S, Prabakar K, Takahashi T, Nakashima T, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 25 ページ: 912-916
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Annealing effect on structural, morphological, and optical properties of reactive sputtered WO3 films for mediated heterogeneous photocatalyst. (2007)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, Takahashi T, Takahashi K, Nezuka T, Nakashima T, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 25(4) ページ: 1029-1033
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optimization and deposition of CdS thin films as applicable to TiO2/CdS composite catalysis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, et al.
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 24・4 ページ: 1613-1617
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of nitrogen on the photocatalytic activity of TiO_xN_y thin films. (2006)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, et al.
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 24・4 ページ: 1156-1160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sputtering pressure dependent photocatalytic properties of TiO_2 thin films. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi T, et al.
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 24・4 ページ: 1161-1165
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光触媒を利用した抗がん剤の副作用を低減する方法の検討 (2006)
  • 著者名/発表者名: 窪田 吉信, 他
  • 雑誌名: Bio Industry 23・5 ページ: 54-59
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effect of nitrogen on the photocatalytic activity of TiOxNy thin films. (2006)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, Takahashi T, Nezuka T, Nakashima T, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 24(4) ページ: 1156-1160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Sputtering pressure dependent photocatalytic properties of TiO_2 thin films. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi T, Prabakar K, Nezuka T, Yamazaki T, Nakashima T, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 24(4) ページ: 1161-1165
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Abnormal sperm morphology caused by defects in Sertoli cells of Cnot7 knockout mice. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ogawa T, et al.
  • 雑誌名: Archives of histology and cytology 67・4 ページ: 307-314
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光触媒を利用した排水環境ホルモン様物質の分解処理技術 (2004)
  • 著者名/発表者名: 姚 燕燕, 他
  • 雑誌名: 環境浄化技術 3・5 ページ: 47-51
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Abnormal sperm morphology caused by defects in Sertoli cells of Cnot7 knockout mice. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ogawa T, Ito C, Nakamura T, Tamura Y, Yamamoto T, Noda T, Kubota Y, Toshimori K
  • 雑誌名: Archives of histology and cytology 67(4) ページ: 307-314
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optimization and deposition of CdS thin films as applicable to TiO_2/CdS composite catalysis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Prabakar K, Takahashi T, Nakashima T, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology A 24(4) ページ: 307-314
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Gradient liquid chromatography of leucine-enkephalin peptide and its metabolites with electrochemical detection using highly boron-dopeddiamond electrode. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ivandini T A, et al.
  • 雑誌名: Journal of chromatography B, Analytical technologies in the biomedical and life sciences 791 ページ: 63-72
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocatalytic decomposition of estrogens in aquatic environment by reciprocating immersion of TiO_2-modified polyftetrafluoroethylene mesh sheets. (2003)
  • 著者名/発表者名: Nakashima T, et al.
  • 雑誌名: Journal of photochemistry and photobiology A : Chemistry 160 ページ: 115-120
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of copper ions 0n the formation of hydrogen peroxide from photocatalytic titanium dioxide particles. (2003)
  • 著者名/発表者名: Cai R, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 219 ページ: 214-218
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multicolour photochromism of TiO2 films loaded with silver nanoparticles. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ohko Y, et al.
  • 雑誌名: Nature Materials 2 ページ: 29-31
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光触媒の抗菌・防かび性能の評価法 (2003)
  • 著者名/発表者名: 窪田 吉信
  • 雑誌名: 工業材料 160 ページ: 115-120
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Gradient liquid chromatography of leucine-enkephalin peptide and its metabolites with electrochemical detection using highly boron-doped diamond electrode. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ivandini TA, Sarada BV, Terashima C, Rao TN, Tryk DA, Ishiguro H, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of chromatography. B, Analyticaltechnologies in the biomedical and life sciences 79 ページ: 63-72
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Photocatalytic decomposition of estrogens in aquatic environment by reciprocating immersion of TiO_2-modified polytetrafluoroethylene mesh sheets. (2003)
  • 著者名/発表者名: Nakashima T, Ohko Y, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of photochemistry and photobiology A : Chemistry 160 ページ: 115-120
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of copper ions on the form ation of hydrogen peroxide from photocatalytic titanium dioxide particles. (2003)
  • 著者名/発表者名: Cai R, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 219 ページ: 214-218
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multicolour photochromism of TiO_2 films loaded with silver nanopaarticles. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ohko Y, Tatsuma T, Fujii T, Naoi K, Niwa C, Kubota Y, Fujishima A
  • 雑誌名: Nature Materials 2 ページ: 29-31
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Properties of TiO_2-Polyacrylic Acid Dispersions with Potential for Molecular Recognition
  • 著者名/発表者名: Kanehira K, Banzai T, Ogino C, Shimizu N, Kubota Y, Sonezaki S
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces B : Biointerfaces (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] St Titanium dioxide/polymer hybrid nano-particles as new, biocompatible photocatalytic materials for medicine and biology. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: 14^<th> China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'14)
  • 発表場所: Nanjing, P. R. China
  • 年月日: 2007-11-16
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Study on the application of photocatalysis to cancer treatment using Titanium Dioxide/Polymer Hybrid nano-particles. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: 13^<th> China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'13)
  • 発表場所: Qingdao, P. R. China
  • 年月日: 2006-08-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Reduction of Hsp90 and Akt Kinase expression during exposure to oxidative stress induced by photo-excited TiO_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: Yao Y
  • 学会等名: 13^<th> China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'13)
  • 発表場所: Qingdao, P. R. China
  • 年月日: 2006-08-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Reduction of Hsp90 and Akt Kinase expression during exposure to oxidative stress induced by photo-excited TiO_2. (2006)
  • 著者名/発表者名: Yao Y
  • 学会等名: 13^<th> China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'13)
  • 発表場所: Qingdao, P. R. China
  • 年月日: 2006-08-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Study on the application of photocatalysis to cancer treatment using titanium dioxide nano-particles. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: The 11^<th> International Charles Heidelberger Symposium on Cancer Research
  • 発表場所: Phitsanulok, Thailand
  • 年月日: 2006-01-27
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Study on the application of photocatalysis to cancer treatment using titanium dioxide/polymer hybrid particles. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: 12^<th> China・Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'12)
  • 発表場所: Suzhou, P. R. China
  • 年月日: 2005-12-09
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Quantitative assessment of Hsp90, Hsp70 and Hsp60 expression during exposure to oxidative stress induced by photoexcited TiO_2. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yao Y
  • 学会等名: 12^<th> China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'12)
  • 発表場所: Suzhou, P. R. China
  • 年月日: 2005-12-09
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Study on the application of photocatalysis to cancer treatment using titanium dioxide/polymer hybrid particles. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: 11<th> China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'12)
  • 発表場所: Suzhou, P. R. China
  • 年月日: 2005-12-09
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Quantitative assessment of Hsp90, Hsp70 and Hsp60 expression during exposure to oxidative stress induced by photoexcited TiO_2. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yao Y
  • 学会等名: 10^<th> China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materia ls & Molecular Electronics (SIEMME'12)
  • 発表場所: Suzhou, P. R. China
  • 年月日: 2005-12-09
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] 化学修飾酸化チタンとアドリアマイシンのハイブリッドナノ粒子による光触媒効果の検討 (2005)
  • 著者名/発表者名: 三好代志子
  • 学会等名: 第64回日本癌学会総会
  • 発表場所: 札幌, 日本
  • 年月日: 2005-09-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] 化学修飾酸化チタンナノ粒子を用いる光触媒癌治療の開発 (2005)
  • 著者名/発表者名: 窪田吉信
  • 学会等名: 第64回日本癌学会総会
  • 発表場所: 札幌, 日本
  • 年月日: 2005-09-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Degradation of Estrogen Substance in Water by TiO_2-Pliotocatalysis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yao Y
  • 学会等名: 11th China・Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'11)
  • 発表場所: Kunming, P. R. China
  • 年月日: 2004-11-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Degradation of estrogen substance in water by TiO_2-photocatalysis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yao Y
  • 学会等名: 11^<th> China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials & Molecular Electronics (SIEMME'11)
  • 発表場所: Kunming, P. R. China
  • 年月日: 2004-11-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Medical applications of TiO_2 photocatalysis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: 4^<th> International Workshop on the Utilization and Commercialization of Photocatalytic Systems, Coatings for Clean Surfaces and Water and Air Purification Methods
  • 発表場所: Saarbrucken, Germany
  • 年月日: 2004-10-11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Medical applications of TiO_2 photocatalysis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: 4^<th> International Workshop on the Utilization and Commercialization of Photocatalytic Systems, Coatings for Clean Surfaces and Water and Air Purification Methods
  • 発表場所: Saarbrucken, German
  • 年月日: 2004-10-11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] 光触媒の医学・医療への応用について (2004)
  • 著者名/発表者名: 窪田吉信
  • 学会等名: 第69回日本泌尿器科学会東部総会
  • 発表場所: 東京, 日本
  • 年月日: 2004-09-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Trial of the application of TiO_2 coated gold particles to loco-regional cancer treatment. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: The 15^<th> International Congress on Anti-CancerTreatment
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2004-02-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Trial of the application of TiO_2 coated gold particles to loco-regional cancer treatment. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: The 15^<th> International Congress on Anti-Cancer Treatment
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2004-02-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Degradation of estrogen substance in water by TiO_2-photocatalysis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y
  • 学会等名: 8^<th> IUMRS International Conference on Advanced Materials
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2003-10-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 身近なナノテク 酸化チタン・酸化亜鉛を知る (2007)
  • 著者名/発表者名: 石橋賢一, 窪田吉信 編著
  • 総ページ数: 353
  • 出版者: 日経BP社
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 光触媒 基礎・材料開発・応用(橋本和仁、大谷文章、工藤昭彦 編著) (2005)
  • 著者名/発表者名: 窪田吉信, 姚 燕燕, 大古善久
  • 総ページ数: 1088
  • 出版者: エヌ・ティー・ エス
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より