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

2016 年度 実績報告書

• 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, 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 / 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、本研究では安全で耐久性に優れた光触媒膜の製作、またそれ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バイオフィルム生成の抑制効果の検討及び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。
本研究室が開発したP/Ag2O/Ag/Ag3PO4/TiO2新規光触媒材料をもとに、耐久性が優れているPEG修飾したP/Ag2O/Ag/Ag3PO4-TiO2新規光触媒材料を開発した。その新規光触媒材料は、最適割合条件で従来の材料に比べ高い光触媒活性と耐久性を持つことが確認できた。H28年度は、前年度開発したP/Ag2O/Ag/Ag3PO4/TiO2光触媒材料をもとに、さらに光活性の高いAg/Ag2O/BiPO4/Bi2WO6新規光触媒材料を開発した。本材料を用いて殺菌効果を検討し、108CFU/mlの大腸菌が30分以内で完全死滅したとの大変優れた結果が得られた。
さらに、材料への最適コーティング条件と反応機構を解明したことによって、デバイスの作成試みた。口腔内から採集したバイオフィルムの培養を行い、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討した結果、十分な殺菌効果があることが明らかになった。今後の実用化に向け貴重な情報を得られた。
この一年間の研究成果は国際誌4本登載、特許１本、国際学会9件、国内学会9件の実績が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Influence of cell size on cellular uptake of gold nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, X., Hu, X., Li, J., Adriana C. Mulero Russe, Kawazoe, N., Yang, Y. N. Chen, G
  • 雑誌名: Biomaterial Science 巻: 4 ページ: 970-978
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Manipulating cell nanomechanics using micropatterned surfaces (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, X., Hu, X., Kawazoe, N., Yang, Y. N. Chen, G.
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 26 ページ: 7634-7643
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Morphological and mechanical properties of osteosarcoma microenvironment cells explored by atomic force microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: 8.Wang, X., Yang, Y. J., Hu, X., Kawazoe, N., Yang, Y. N. Chen, G.
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 32 ページ: 1177-1182
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An alternative anaerobic treatment process for treatment of heavy oil refinery wastewater containing polar organics. (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y., Wang, Q., Li, M., Yang, Y. N., He, W., Yan, G., Guo, S.
  • 雑誌名: Biochemical Engineering Journal 巻: 105 ページ: 44-51
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Development of Highly Efficient Visibal-light-driven P/Ag/Ag2O/Ag3PO4/TiO2 Photocatalyst (2017)
  • 著者名/発表者名: Yang, Y. N.
  • 学会等名: Shanghai University International Cooperation Symposium
  • 発表場所: Shanghai University, Shanghai, China
  • 年月日: 2017-03-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhanced bactericidal activity of Escherichia coli with a novel TiO2 based composite synthesized by a hydrothermal method (2017)
  • 著者名/発表者名: Liu, N., Zhu, Q., Negishi, N., Yang, Y. N.
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム2017
  • 発表場所: 国立法人物質材料研究機構千現地区、茨城県つくば
  • 年月日: 2017-01-20
• [学会発表] Preparation of Ag-Based Bi2WO6 Thin Film with Enhanced Photocatalytic Activity for Degradation of Wastewater (2017)
  • 著者名/発表者名: Ma, Q. S., Hu, X. H., Yang, Y. N.
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム2017
  • 発表場所: 国立法人物質材料研究機構千現地区、茨城県つくば
  • 年月日: 2017-01-20
• [学会発表] Comparing the Water Splitting Efficiency of Photocatalytic Composite Prepared Under Different Calcination Temperature by Hydrothermal Method (2017)
  • 著者名/発表者名: Nagai, D., Zhu, Q., Yang, Y. N.
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム2017
  • 発表場所: 国立法人物質材料研究機構千現地区、茨城県つくば
  • 年月日: 2017-01-20
• [学会発表] Physico-chemical Properties of Visible Light-responsive TiO2-based Nanophotocatalyst with Silver Dopant and Improved Photocatalytic Ability by Hydrothermal Method. (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhu, Q., Hu, X. H., Stanislaus, M.S., Yang, Y. N
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム2017
  • 発表場所: 国立法人物質材料研究機構千現地区、茨城県つくば
  • 年月日: 2017-01-20
• [学会発表] Photodynamic therapy for cancer cells by TiO2 based nano photosensertizer (2017)
  • 著者名/発表者名: Hu, X. H., Wang X. L., Zhu, Q., Zhang, N., Kawazoe N., Yang, Y. N.
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム2017
  • 発表場所: 国立法人物質材料研究機構千現地区、茨城県つくば
  • 年月日: 2017-01-20
• [学会発表] 可視光利用型新規光触媒材料の研究開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 楊 英男
  • 学会等名: 第14回環境研究シンポジウム
  • 発表場所: 一橋大学、東京都、千代田区
  • 年月日: 2016-11-22
• [学会発表] Development of Highly Efficient Visibal-light-driven TiO2 Photocatalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang, Y. N., Hu, X. H., Zhang, N., Stanislaus, M.S.
  • 学会等名: The 12th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XII)
  • 発表場所: Changsha, China
  • 年月日: 2016-10-14 – 2016-10-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Improvement of silver modified TiO2 solar-light-driven photocatalyst by hydrothermal method (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhu, Q., Hu, X. H., Mishma, S. S., Yang, Y. N.
  • 学会等名: 68th SBJ Annual Meeting
  • 発表場所: Toyama International Conference Center,ANA Crowne Plaza Toyama, Toyama, Toyama-city
  • 年月日: 2016-09-28 – 2016-09-30
• [学会発表] Inactivation of Escherichia coli using P/Ag/Ag2O/Ag3PO4/TiO2 photocatalyst under LED irradiation (2016)
  • 著者名/発表者名: Liu, N., Zhu, Q., Xiao, R. D., Yang, Y. N.
  • 学会等名: 68th SBJ Annual Meeting
  • 発表場所: Toyama International Conference Center,ANA Crowne Plaza Toyama, Toyama, Toyama-city
  • 年月日: 2016-09-28 – 2016-09-30
• [学会発表] Development of P/Ag/Ag2O/Ag3PO4/TiO2 thin film modified by polyethylene glycol for water treatment (2016)
  • 著者名/発表者名: Ma, Q. S., Dong, Z. T., Zhu, Q., Hu, X. H., Yang, Y. N.
  • 学会等名: 68th SBJ Annual Meeting
  • 発表場所: Toyama International Conference Center,ANA Crowne Plaza Toyama, Toyama, Toyama-city
  • 年月日: 2016-09-28 – 2016-09-30
• [学会発表] Effect of Hydrothermal Treatment on Physico-chemical Properties of Visible Light-responsive P/Ag/Ag2O/Ag3PO4/TiO2 Photocatalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhu, Q., Hu, X. H., Stanislaus, M.S., Yang, Y. N.
  • 学会等名: The 9th Korea-China-Japan Graduate Student Forum
  • 発表場所: Chungnam National University,Daejeon, Korea
  • 年月日: 2016-09-20 – 2016-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of experiment conditions on the inactivation of Escherichia coli using P/Ag/Ag2O/Ag3PO4/TiO2 photocatalyst under LED irradiation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Liu, N., Zhu, Q., Negishi, N., Yang, Y. N.
  • 学会等名: Ag-ESD Symposium 2016
  • 発表場所: University of Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of P/Ag/Ag2O/Ag3PO4/TiO2 Solar-light-driven Photocatalyst by Hydrothermal Method (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhu, Q., Hu, X. H., Stanislaus, M.S., Yang, Y. N.
  • 学会等名: Ag-ESD Symposium 2016
  • 発表場所: University of Tsukuba,Tsukuba, Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesization of PEG Modified P/Ag/Ag2O/Ag3PO4/TiO2 Photocatalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Dong, Z. T., Zhu, Q., Hu, X. H., Yang, Y. N.
  • 学会等名: Ag-ESD Symposium 2016
  • 発表場所: University of Tsukuba,Tsukuba, Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] Optimization of H2 and O2 Generation in Water-splitting Process by P/Ag/Ag2O/Ag3PO4/TiO2 photocatalyst under Solar Light (2016)
  • 著者名/発表者名: Hu, X. H., Shen, H. X., Zhu, Q., Yang, Y. N.
  • 学会等名: Ag-ESD Symposium 2016
  • 発表場所: University of Tsukuba,Tsukuba, Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation of Ag-based Bi2WO6 Thin Film on Glass Substrate with Enhanced Photocatalytic Activity for Decomposition of Organic Dye (2016)
  • 著者名/発表者名: Ma, Q. S., Hu, X. H., Zhu, Q., Yang, Y. N.
  • 学会等名: Ag-ESD Symposium 2016
  • 発表場所: University of Tsukuba,Tsukuba, Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
  • 国際学会
• [学会発表] Comparing the Water Splitting Efficiency by Using Different Temperature of Hydrothermal Synthesis of Photocatalytic Composite Under Solar Light (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagai, D., Zhu, Q., Shen, H. X., Yang, Y. N.
  • 学会等名: Ag-ESD Symposium 2016
  • 発表場所: University of Tsukuba, Tsukuba, Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
  • 国際学会
• [産業財産権] 可視光で利用できる光触媒 (2016)
  • 発明者名: 楊英男、呼小紅
  • 権利者名: 楊英男、呼小紅
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-218918
  • 出願年月日: 2016-11-09