マイクロカプセルを介した化学物質の新たな環境動態の解明と評価

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01166
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 鑪迫 典久 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (40370267)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石橋 弘志 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (90403857) ; 寺崎 正紀 岩手大学, 人文社会科学部, 教授 (10363904) ; 堀江 好文 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (60785137) ; 山岸 隆博 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境リスク・健康研究センター, 主任研究員 (30379333) ; 山室 真澄 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80344208)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 難水溶性物質 / 試験困難物質 / 生態毒性 / マイクロプラスチック / ミジンコ / メダカ

Outline of Annual Research Achievements

マイクロカプセル（MC）とは、芯材に様々な化学物質を封入した微細な粒子状物質を指す。カプセルに封入された化学物質は、化学物質本来の化学構造から推定される環境動態とは異なる動きを示し、欧州ではマイクロプラスチックと同等に規制対象となっている。本年度はカプセルの水中挙動や生体内動態をより正確に把握するために、市販のMC製品/製剤からカプセルのみを精製することを試みたが、フィルターろ過や遠心分離によってカプセルだけを抽出することが夾雑物（界面活性剤、安定化剤など）や比重が近いなどの影響で難しかった。そこで、当初の計画に従いMCの合成を試みた。
マイクロカプセルの生態毒性を調べることを目的としているため、ミジンコやメダカが摂食できる大きさのカプセルを作成することが必須であったため、アルギン酸などによる比較的大型のカプセルではなく、小さい粒子を形成できてかつ生態影響が少ないと思われる基材として、生分解性を有するキャリア粒子として，乳酸・グリコール酸共重合体（PLGA）を基材とした。外殻にはやはり生態影響の少ないPVA（ポリビニルアルコール）を選び、MC合成装置を用いて、2剤の界面張力を応用したカプセルの合成方法を検討した。
2剤の濃度、流速、送液圧力、流路径などについての検討を行い、直径20～50μmのカプセルの合成に成功した。ただし、PLGA内部に薬剤（農薬または発色剤）を混合したところ、界面張力が変化するため、更なる条件検討が必要になっている。
カプセル合成に使用しているMC合成装置が海外製のため、その交換部品の入手がコロナの影響で輸入が難しく、代替品の検討などを行ったが、代替品ではうまくいかなかった。そのため一時期合成に着手できずに計画の進捗が遅れてしまった。現在部品の一部は入手でき合成できるようになったが、今後納期が未定の部品もあるため工夫して研究を継続している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

カプセル製剤を用いて、ミジンコやメダカ仔魚を用いたMCの急性毒性試験の実施およびその生態影響を検出は可能である。また、溶液中のMC数を血球計算盤と光学顕微鏡だけではなく、粒子計測装置（PITA04）を用いて計測する方法を会得した。カプセルの個数だけではなく、その大きさと数についてのヒストグラムの作成が可能になった。超音波などを用いてカプセル破壊し、その心材成分を取り出す方法などについても可能になった。
さらに微小サイズのMCを合成できる装置を使い様々な種類のMCを合成できるようになった。ただし、心材と壁材に使われる化学物質間の相互界面張力差によってMCが合
成されるため、心材と壁材の組み合わせにより合成条件を細かく検討する必要があるが、必要な交換部品の一部が、海外製品のため、コロナの影響で輸入が難しくなり一時装置を動かすことができなかった。また、合成に関する共同研究者が離れており（岩手県）、当方（愛媛県）の装置を使うために移動する必要があったが、コロナによって県外者の移動禁止措置が取られていたため思うように共同研究者と交流ができなかった。

Strategy for Future Research Activity

MC合成装置の交換部品や消耗品等の入手が徐々に動き出しているため、まずMCが安定的に合成できるような環境を整備する。また、合成条件もさらに検討し、生態毒性試験を実施するために必要な量のMCの合成を積極的推進する。また、試験生物の維持管理にも力を入れて、常に生物試験ができるような状況を整備する。共同研究者との情報交流および人的交流を密にして、常に発生する問題の解決を迅速に行えるようにする。
MCの環境リスクを評価するためには、影響評価（生態毒性）と曝露評価（環境中濃度）を知ることが必要であるが、MC化によって化学物質の特性が大きく変化することによって、環境中挙動が変化し、環境リスクも変化するエビデンスを明らかにする。より明確にリスク評価をすることが重要であり、そのためMC化によって毒性が大きく変わると思われる化学物質を芯剤としてMCを合成し、環境リスク評価に資するための方策を考える。揮発性で難水溶性の化学物質がその候補物質として考えられる。
また、リスク評価に必要な環境中濃度については、生産量と環境中半減期などからの推測が考えられるが、揮発性で環境中での検出頻度が低い香料などが野生生物の油脂中から検出されるかなどを検証することによってMCの環境中影響を推察できるかもしれない。現在野外のシジミなどの貝類から揮発成分が検出されており、共同研究者とそれらとMCの関係を明らかにするための実証実験を行う予定にしている。
室内での生態毒性と環境中濃度のデータを合わせることにより、MCの環境中でのリスク評価を行うことができる。その結果は海外誌に投稿予定である。