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2014 年度 実施状況報告書

光触媒デバイスを用いた口腔内バイオフィルム予防の機構解明と実用検証

研究課題

研究課題/領域番号 26670901
研究機関筑波大学

研究代表者

楊 英男  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (50561007)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード光触媒デバイス / バイオフィルム / Ag/Ag3PO4-TiO2 / 口腔衛生 / 反応機構
研究実績の概要

光により励起される光触媒の酸化還元力や超親水性の発現などを医学や医療に関連する周辺領域への応用の可能性を探り、実用化を検討することは光機能材料の持つ能力を有効に引出し、安全で豊かな環境の創造に役立つ重要な研究と考えられている。そこで、本研究は光ファイバーへの光触媒のコーティング技術を確立し、安全で耐久性に優れた光触媒膜光ファイバー材料を用いて、口腔内バイオフィルムと光触媒の相互作用による活性種の生成とその同定を行うことによって、光触媒を用いたバイオフィルム処理のメカニズムを明らかにする。さらに、本材料を利用して、口腔内バイオフィルム抑制デバイスを作製し、実用化に向けての実証を目的とする。
H26年は、本研究室開発したAg/Ag3PO4-TiO2新規光触媒材料を用いて、XRD, SEM,TEM,EDS XPS,PLなど新規材料解析に欠かさない手法を駆使し、材料の特性解析を行った。その結果、開発したAg/Ag3PO4-TiO2 新規光触媒材料は、従来の材料に比べ格段に高い光触媒活性を持つ原因が明らかになった。このような組み合わせにより、TiO2本来持つ長所を伸ばしたうえ短所を克服し、安定かつ耐久性のある高い光活性を持つことが可能になった。
また、材料への最適コーティング条件を検討することによって、400℃、2時間焼結と三層塗膜が最も良い条件であることが明らかになった。さらに、その材料の反応機構を検討した結果、正孔(h+)の他、スーパーオキサイドアニオン(・O2-)、ヒドロキシラジカル(・OH)を発生した酸化還元反応が処理のメカニズムであることが解明された。

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

H26年は、本研究室開発したAg/Ag3PO4-TiO2新規光触媒材料を用いて材料の特性解析を行い、開発した材料は従来の材料に比べ格段に高い光触媒活性を持つ原因が明らかになった。また、材料への最適コーティング条件を検討することによって、安定かつ耐久性のある高い光活性を持つ材料の実現が可能になった。それは次年度のソフト材料へコーティング条件の検討・実施に参考となる。さらに、その材料の反応機構の解析により、処理のメカニズムも明らかになった。

今後の研究の推進方策

26年度に得られた新規光触媒材料の特性解明と膜のコーティング条件の最適効果に関する知見を基に、シリコン光ファイバーを担体として光触媒膜をコーティングする方法を探索する。
また、細胞を用いて、光触媒膜をコーティングしたシリコン光ファイバーの医用材料毒性試験をについて評価する。
口腔内から採集したバイオフィルムを培養し、人工歯型を用いて、開発した材料によるバイオフィルム抑制効果を検証する。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (13件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Degradation of microcystin-LR by highly efficient AgBr/Ag3PO4/TiO2 heterojunction photocatalyst under simulated solar light irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Wang, X., Utsumi, M., Yang, Y. N., Li, D. W., Zhao, Y., Zhang, Z., Feng, C., Sugiura, N., Cheng, J. J.
    • 雑誌名

      Applied Surface Sciences.

      巻: 325 ページ: 1-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photocatalytic degradation of recalcitrant organic pollutants in water using a novel cylindrical multi-column photoreactor packed with TiO2-coated silica gel beads.2015

    • 著者名/発表者名
      Li, D. W., Zhu, Q., Han, C., Yang, Y. N., Jinag, W. Z., Zhang, Z. Y.
    • 雑誌名

      Journal of Hazardous Materials

      巻: 285 ページ: 398-408

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photocatalytic removal of Microcystin-LR by advanced WO3-based nanoparticles under simulated solar light2015

    • 著者名/発表者名
      Zhao, C., Liu, Y. G., Feng, C. P., Zhang, Z. Y., Sugiura, N., Yang, Y. N.
    • 雑誌名

      The Scientific World Journal (Nanomaterials and Nanodevices)

      巻: 2015 ページ: 1-9

    • DOI

      doi:10.1155/2015/720706

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Degradation of Rhodamine B by Highly Efficient Photocatalyst TiO2-Ag/Ag+ under Simulated Sunlight Irradiation2014

    • 著者名/発表者名
      Yang, Y. N., Zhu, Q., Li, D. W., Hu, X. H.
    • 雑誌名

      Advanced Materials Research

      巻: 1051 ページ: 112-116

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improving anaerobic methane production from ammonium-rich piggery waste in a zeolite-fixed bioreactor and evaluation of ammonium adsorbed on zeolite A-3 as fertilizer2014

    • 著者名/発表者名
      Yu, C., Li, D. W., Wang, Q. H., Zhang, Z. Y.,Yang, Y. N
    • 雑誌名

      International Journal of Waste Resources

      巻: 160 ページ: 1-8

    • DOI

      doi:10.4172/2252-5211.1000160

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A novel double-cylindrical-shell photoreactor immobilized with monolayer TiO2-coated silica gel beads for photocatalytic degradation of Rhodamine B and Methyl Orange in aqueous solution2014

    • 著者名/発表者名
      Li, D., Zheng, H., Wang, Q., Wang, X., Jiang, W., Zhang, Z. Y., Yang, Y. N.
    • 雑誌名

      Separation and Purification Technology

      巻: 123 (26) ページ: 130-138

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 太陽光を利用した活性汚泥の可溶化促進及び光メタン発酵システムの開発2014

    • 著者名/発表者名
      楊 英男
    • 雑誌名

      再生と利用

      巻: 39(144) ページ: 82-86

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Photocatalytic Cytotoxic effect of Ag/Ag3PO4-TiO2 Particles to Hela Cells2015

    • 著者名/発表者名
      Yang, Y. N., Hu, X. H., Wang, X. L., Kawazoe, N.
    • 学会等名
      The 5th Asian Biomaterials Congress (ABMC5 2015)
    • 発表場所
      Chientan Youth Activity Center, Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-05-06 – 2015-05-09
  • [学会発表] Promotional Photocatalytic Activity of Novel Ag/Ag3PO4/TiO2 Thin Film on Glass Substrate for Decomposition of Recalcitrant Organic Waste under Solar Light2015

    • 著者名/発表者名
      Zhu, Q., Li, D.W., Hu, X., H. Yang, Y. N.
    • 学会等名
      49th JSWE Annual Meeting
    • 発表場所
      Kanazawa University, Japan
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [学会発表] Preparation and Characterization of Highly Efficient Visible-Light-Driven Ag/Ag3PO4-TiO2Photocatalyst for Degradation of Rhodamine B Solution2015

    • 著者名/発表者名
      Hu, X. H., Zhu, Q., Kawazoe, N., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      49th JSWE Annual Meeting
    • 発表場所
      Kanazawa University, Japan
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [学会発表] Synthesization of Ni-TiO2Nanocomposite Photocatalyst by Sol-gel Coating for Rhodamine B Degradation underVisible Light Irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      6.Song, Y. Y., Gu, Z. B., Zhu, Q., Li, D.W., , Hu, X. H., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      49th JSWE Annual Meeting
    • 発表場所
      Kanazawa University, Japan
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [学会発表] Enhanced Photocatalytic Disinfection of E.coli using Ag/Ag3PO4/TiO2Photocatalytic Reactor under LED Irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Xiao, R. D., Zhu, Q., Hu, X. H., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      49th JSWE Annual Meeting, March 16-18
    • 発表場所
      Kanazawa University, Japan
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [学会発表] Application of Refractory Wastewater Treatment by Developing PEGm-TiO2 Coated Glass Beads Technology2015

    • 著者名/発表者名
      Gu, Z. B., Zhu, Q., Li, D.W., Hu, X. H., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      49th JSWE Annual Meeting
    • 発表場所
      Kanazawa University, Japan
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [学会発表] 光触媒を用いた水中病原性微生物の不活化評価2015

    • 著者名/発表者名
      田中 絵里,楊 英男, 張 振亜
    • 学会等名
      第49回日本水環境学会年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
  • [学会発表] Enhancement of Photocatalysis and Ultrasonication Synergy for Treating Refractory Organic Wastewater by Using PEGm-TiO2 Coated Glass Beads2014

    • 著者名/発表者名
      Gu, Z. B., Li, D. W., Hu, X. H., Zhu, Q., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      International Symposium on Agriculture Education for Sustainable Development
    • 発表場所
      University of Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-14
  • [学会発表] Synthesization of Ni/TiO2 Nanocomposite Photocatalyst for Water Purification under Solar Light2014

    • 著者名/発表者名
      Song, Y. Y, Li, D. W., Zhu, Q., Hu, X. H., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      International Symposium on Agriculture Education for Sustainable Development
    • 発表場所
      University of Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-14
  • [学会発表] Novel Ag/Ag3PO4/TiO2 Thin Film on Glass Substrate for Efficient Decomposition of Recalcitrant Organic Waste under Solar Light2014

    • 著者名/発表者名
      Zhu, Q., Hu, X. H., Li, D. W., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      International Symposium on Agriculture Education for Sustainable Development
    • 発表場所
      University of Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-14
  • [学会発表] Photocatalytic Disinfection of E. coli in Surface Water by Ag/Ag3PO4/TiO2 Coated on the Substrate under LED Irradiation.2014

    • 著者名/発表者名
      Xiao, R. D., Hu, X. H., Zhu, Q., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      nternational Symposium on Agriculture Education for Sustainable Development
    • 発表場所
      University of Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-14
  • [学会発表] Characterization of Visible-Light-Driven Ag/Ag3PO4-TiO2 Photocatalyst.2014

    • 著者名/発表者名
      Hu, X. H., Zhu, Q., Yang, Y. N.
    • 学会等名
      International Symposium on Agriculture Education for Sustainable Development, Tsukuba
    • 発表場所
      University of Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-14
  • [学会発表] Degradation of Rhodamine B by Highly Efficient Photocatalyst TiO2-Ag/Ag+ under Simulated Sunlight Irradiation.2014

    • 著者名/発表者名
      Yang, Y. N.*, Zhu, Q., Li, D. W., Hu, X. H.
    • 学会等名
      2014 International Conference on Green Materials and Environmental Engineering
    • 発表場所
      Hong Kong, China
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-22
  • [産業財産権] 光触媒、塗膜および殺菌デバイス2014

    • 発明者名
      楊 英男
    • 権利者名
      楊 英男
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2014-189980
    • 出願年月日
      2014-09-18

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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