2020 Fiscal Year Research-status Report
近赤外光によるガン治療を志向したヤヌス型複合希土類光触媒の創成
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20K15979
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| Research Institution | Hyogo University of Health Sciences |
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Principal Investigator |
川島 祥 兵庫医療大学, 薬学部, 助教 (60775724)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 光触媒 / 光物性 / 希土類 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、様々な特性を有する希土類ナノ結晶を合成し、それらを直接結合させることで、2つの顔を持つかのような異方的な構造 (ヤヌス型構造) を形成することを目指して研究を行った。
当初の計画では、単体のナノ結晶の光物性の評価の後、異なるナノ結晶を複合させた材料の検討の予定であったが、研究を進める中で、生成したナノ結晶がさらに結合し、複雑に分岐した高次構造を形成する様子が観察され、細孔構造について頻度高く測定を行う必要が生じた。そこで、反応温度や合成時間を変えた希土類ナノ結晶を作製し、その構造と光物性の評価を行うとともに、比表面積・細孔分布測定装置を導入して、合成したナノ結晶の吸着等温線を測定した。その結果、反応時間を長くすることでヒステリシスループが観測され、単体のナノ結晶が結合した高次構造の形成が示唆された。また合成時の溶媒を変えることで、平面構造が形成していることが示唆され、特徴的な吸着等温線が観測された。
次に、光触媒活性の評価を希土類ナノ結晶について行った。水溶液中での分散性を向上させるために、塩酸により表面修飾剤を除去し、親水化させた試料を用いた。クマリン水溶液に希土類ナノ結晶を加え、キセノンランプを用いて光照射し、一定時間ごとに溶液を採取してHPLCにより定量することで光触媒活性を評価した。クマリンはOHラジカルと反応することで7-ヒドロキシクマリンを生成することから、OHラジカルの生成量を定量することができる。反応時間を変えたナノ結晶において、クマリンの分解量に大きな差は見られなかったが、7-ヒドロキシクマリンの生成量はばらつきがあり、構造との相関を今後評価していく必要あると考えている。また発光特性についても評価を行い、Euの2価による光吸収と発光増強の可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ感染の拡大に伴い、実験が停止していたこともあり、目標としている状況からは遅れている。一方で、反応時間の差による高次構造の形成が示唆されたことから、今後行う予定であった計画を先に達成することができた。また比表面積・細孔分布測定装置を導入することができたことにより、細孔構造の測定を即座に行うことが可能となり、複雑なネットワーク構造を形成するために最適な温度や時間を評価するとともに、光触媒活性や発光特性の変化に与える影響についても検討可能となったことから、順調ではないものの、やや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
単体のナノ結晶が結合した高次構造の形成が示唆されたことから、先にこれらの構造の評価を「比表面積・細孔分布測定装置」により行う。またそれとともに、当初の計画であった単体のナノ結晶の光物性の評価を進めていく。作製したナノ結晶の表面修飾剤の脱離は実施できており、クマリン色素の蛍光法によるOHラジカルの測定を通じて、光触媒活性を評価しているところである。また複数の希土類元素の混合による発光特性の変化も検討を進めており、発光特性と光触媒活性の成果より、異なるナノ結晶の複合化を進めていく予定である。作製した複合体は発光や光触媒といった光物性の評価とともに、X線での評価、電子顕微鏡での構造の確認、および比表面積や細孔構造の評価を組み合わせることで、複合化するナノ結晶の組み合わせや割合、加熱条件の最適化を行い、各種希土類ナノ結晶が効率的にエネルギーの吸収、受け渡し、光触媒反応といったエネルギー移動ができるように検討する。
最終年度では、当初の計画通り、アップコンバージョン光触媒活性としての評価を行い、近赤外光を用いた光触媒反応を試みるとともに、ナノ複合体の有する細孔構造を活用した特性の評価を行う。具体的には、単体の球状ナノ結晶とは異なり、微細な細孔構造を有することで、内部に有機分子を積極的に取り込むことが期待できることから、色素分子を用いて、ナノ複合体の内部への分子の吸着量を定量し、さらに取り込んだ分子に対する光触媒分解の過程を拡散反射測定により追跡することも計画している。このように、早期に複雑な高次構造の評価を行うことにより、現在研究を進めている新規ヤヌス型ナノ複合体のさらなる応用展開の可能性を模索していきたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
研究の進行に伴い、「比表面積・細孔分布測定装置」を令和２年度中に導入する必要がでてきたことから、前倒し支払請求を行い、装置の購入を行った。残った助成金については、必要な試薬と器具の購入に使用する予定である。
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