可視光応答型光触媒―金属ナノコンポジットの開発と応用

可见光响应光催化剂——金属纳米复合材料的开发与应用

• 批准号: 10F00083
• 负责人: 楠元 芳文
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kagoshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10F00083/
• 关键词: 可視光応答; ナノ複合体; 金属ナノ粒子; 光触媒; がん治療; ハイパーサーミア; がん細胞; 太陽電池; 可視光応答型光触媒; ドーピング; ガン治療

可視光で応答する光触媒-金属ナノコンポジットおよび磁性ナノ粒子-金属ナノコンポジットの開発とがん治療への応用に重点的に取り組んだ。1ナノメートルは10億分の1メートルのことであり、粒子の大きさがナノメートルを単位として測定されるような小さなものをナノ粒子、それらの複合体をナノコンポジットなどと呼ぶ。銀Agと酸化チタンTiO_2からなるナノコンポジットや金AuとTiO_2からなるナノコンポジット、さらには酸化チタンの結晶内部に鉄(Fe)を1～10%入れた(ドープという)鉄ドープ酸化チタンに銀Agを付けたナノコンポジットを合成し、詳しくそれらの性質を調べた。そして、がん細胞としてヒーラ細胞(ヒト子宮頸部がん細胞)を用いて、細胞死滅活性を調べた。これらの研究から、光触媒(酸化チタンおよび鉄ドープ酸化チタン)に光を照射して発生する活性酸素(OHラジカルなど)によるがん細胞死滅効果と、金や銀が光を吸収して(プラズモン吸収という)発生する熱によるがん細胞死滅効果が協同的に作用してがん細胞死滅効率が飛躍的に向上することを発見した。そして、詳しい仕組みの詳細を明らかにした。なお、金や銀のナノ粒子のように光を照射して発生する熱で温度を上昇させて、がん細胞を死滅させて治療することをハイパーサーミアという。酸化鉄のような磁性ナノ粒子に交流磁場を印加することで、温度を上昇させてがん細胞を死滅させることも出来る。これもハイパーサーミアという。薄い金で覆ったFe_3O_4ナノキューブを合成し、特性を詳しく調べた。そして、ヒーラ細胞に対するがん細胞死滅を調べた。交流磁場を印加することにより酸化鉄により発生する熱と金が光を吸収して発生する熱の協同効果によってがん細胞を100%死滅させることができることを発見した。仕組みも含めて詳しく考察した。Fe_3O_4とTiO_2からなるナノコンポジットでは,光を照射して発生する活性酸素(TiO_2から発生)と交流磁場を印加することにより酸化鉄により発生する熱との協同効果も発見した。Fe_3O_4以外のγ-Fe_2O_3やα-Fe_2O_3についても交流磁場によるハイパーサーミアを見いだした。一方、太陽電池についても調べた。TiO_2,Fe_2O_3,ZnOに金を付けた薄膜結晶を用いて作製した太陽電池は金を付けない場合より太陽電池としての効率が向上することを見いだした。可視光を吸収させるための色素を使用しない太陽電池の開発へ繋がる成果である。

我们专注于开发响应可见光的光催化剂-金属纳米复合材料和磁性纳米粒子-金属纳米复合材料及其在癌症治疗中的应用。一纳米等于十亿分之一米，尺寸以纳米为单位的小颗粒称为纳米颗粒，它们的复合材料称为纳米复合材料。银Ag和氧化钛TiO_2制成的纳米复合材料，金Au和TiO_2制成的纳米复合材料，以及铁掺杂氧化钛中银-Ag的纳米复合材料，其中在氧化钛晶体内部添加1％至10％的铁（Fe）（称为掺杂）。我们合成了 0 的纳米复合材料并详细研究了它们的性能。然后使用 HeLa 细胞（人类宫颈癌细胞）作为癌细胞来研究细胞杀伤活性。这些研究表明，光催化剂（氧化钛和铁掺杂氧化钛）受到光照射时产生的活性氧（OH自由基等）具有杀死癌细胞的作用，并且金和银吸收光（等离子体吸收）。研究人员发现，产生的热量（称为“热”）的癌细胞杀伤作用以协同方式发挥作用，大大提高了癌细胞的杀伤效率。随后详细的机制被揭晓。热疗是一种使用金或银纳米颗粒进行光照射来升高温度并杀死癌细胞的治疗方法。对氧化铁等磁性纳米颗粒施加交变磁场也可以提高温度并杀死癌细胞。这也称为高热。合成了覆盖薄金的Fe_3O_4纳米立方体并对其性能进行了详细研究。然后他们研究了海拉细胞中癌细胞的杀伤作用。研究发现，通过施加交变磁场，通过氧化铁产生的热量和金吸收光产生的热量的协同作用，癌细胞可以100%被杀死。我们已经详细考虑了该机制。在由Fe_3O_4和TiO_2组成的纳米复合材料中，我们还发现光照射产生的活性氧（由TiO_2产生）与施加交变磁场时氧化铁产生的热量之间的协同效应。除Fe_3O_4外，γ-Fe_2O_3和α-Fe_2O_3也发现了由交变磁场引起的高温。同时，我们还研究了太阳能电池。我们发现使用添加金的TiO_2、Fe_2O_3和ZnO薄膜晶体制造的太阳能电池比不添加金的太阳能电池具有更高的效率。这一结果将导致不使用染料吸收可见光的太阳能电池的发展。

项目成果

Controlled mesoporous self-assembly of ZnS microsphere for photocatalytic degradation of Methyl Orange dye

• DOI: 10.1016/j.jphotochem.2010.06.008
• 发表时间: 2010-12-15
• 期刊: JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY A-CHEMISTRY
• 影响因子: 4.3
• 作者: Muruganandham, M.;Amutha, R.;Abdulla-Al-Mamun, Md.
• 通讯作者: Abdulla-Al-Mamun, Md.

A Comparative Study of Plasmon-Induced Charge Separation of TiO_2, Fe_2O_3 or ZnO Photocell Films Loaded with Gold Nanoparticles

负载金纳米粒子的TiO_2、Fe_2O_3或ZnO光电池薄膜等离激元诱导电荷分离的比较研究

• 发表时间: 2011
• 作者: J.P.Rabatho;W.Tongamp;J.Kato;K.Haga;Y.Takasaki;A.Shibayama;楠元芳文;楠元芳文
• 通讯作者: 楠元芳文

Enhanced Cancer Cell (HeLa) Killing Efficacy of Mixed Alpha and Gamma Iron Oxide Superparamagnetic Nanoparticles under Combined AC (Alternating Current) Magnetic-field and Photoexitation

混合 α 和 γ 氧化铁超顺磁性纳米粒子在交流（交流）磁场和光激发相结合下增强癌细胞 (HeLa) 杀伤功效

• 发表时间: 2011
• 期刊: IIUM Engineering Journal : Special Issue on Biotechnology
• 作者: K.Edalati;Z.Horita;A.Yamamoto;T.Ishihara;Zenji Horita;Md.Shariful Islam;Md.Abdulla-Al-Mamun;Md.Shariful Islam;Md.Shariful Islam
• 通讯作者: Md.Shariful Islam

Synergistic Cell-killing by Magnetic and Photoirradiation Effects of Neck-structured α-Fe_2O_3 against Cancer (HeLa) Cells

颈结构 α-Fe_2O_3 的磁和光辐射协同杀伤癌细胞 (HeLa)

• DOI: 10.1246/cl.2011.773
• 发表时间: 2011
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: K.Edalati;Z.Horita;A.Yamamoto;T.Ishihara;Zenji Horita;Md.Shariful Islam;Md.Abdulla-Al-Mamun;Md.Shariful Islam
• 通讯作者: Md.Shariful Islam

Cytotoxicity and cancer (HeLa) cell killing efficacy of aqueous garlic (Allium sativum) extract

• DOI: 10.3329/jsr.v3i2.6557
• 发表时间: 2011-01-01
• 期刊: J. Sci. Res
• 作者: Islam, M.;Kusumoto, Y.;Al-Mamun, M.A.
• 通讯作者: Al-Mamun, M.A.