ウイルス捕捉・濃縮用の人工骨基材ナノフィルターの開発

ウイルスは、細菌と比べ1～2桁小さい20～300nmの大きさであり、目の細かなフィルターによる物理的捕捉は極めて困難である。しかし、ウイルスなどのナノサイズの物質を目詰まりせずに効果的に除去するセラミックフィルターの設計・製造には、原料の選択と加工方法が重要な課題であった。通例、ウイルスは汚染水や飛沫中で帯電しており、静電吸着効果を有するフィルターにより、効果的な補足・濃縮が可能である。この性質を利用し、通電電極上にウイルスを吸着させる機器が市販されているが、外部電源の確保が不可欠である。骨の構成成分であるヒドロキシアパタイト(HAp)は、六方晶の結晶構造を持ち、結晶のa面とc面にそれぞれ Ca2+ と PO43-イオンが多数存在するため、広いpH域でa面は正、c面は負に帯電する。また、合成プロセスの制御により、a面またはc面を選択的に優先成長できる。本研究では、HApの異方性帯電特性を利用し、結晶の優先配向面が制御された（a面が成長した）HAp針状粒子がセラミック多孔体上に担持された、電源フリーかつ熱処理による再利用が可能なセラミック静電フィルターの設計を目的とした。強度と機能を満たすフィルターの製造には、多くのプロセスパラメータの最適化が必要であったが、詳細な検討により、多孔質SiC基材の表面にHApをコーティングしたフィルターを作製に成功した。汚染水浄化フィルターとしての有効性の調査は、バクテリアおよびウイルスで汚染された液中から、それらの除去性能を調査することにより検証した。大腸菌の濾過試験では、濾液に検出可能な濃度の大腸菌が含まれていないことが、また、ヒトコロナウィルス229Eの濾過試験では、99.998%のウイルスが除去されたことが確認された。この結果から、HAp担持フィルターの汚染水浄化用途への適用可能性が示された。濾過試験はトロント大学との共同で行われた。

ウイルスは、細菌と比べ1～2桁小さい20～300nmの大きさであり、目の細かなフィルターによる物理的捕捉は極めて困難である。しかし、ウイルスなどのナノサイズの物質を目詰まりせずに効果的に除去するセラミックフィルターの設計・製造には、原料の選択と加工方法が重要な課題であった。通例、ウイルスは汚染水や飛沫中で帯電しており、静電吸着効果を有するフィルターにより、効果的な補足・濃縮が可能である。この性質を利用し、通電電極上にウイルスを吸着させる機器が市販されているが、外部電源の確保が不可欠である。骨の構成成分であるヒドロキシアパタイト(HAp)は、六方晶の結晶構造を持ち、結晶のa面とc面にそれぞれ Ca2+ と PO43-イオンが多数存在するため、広いpH域でa面は正、c面は負に帯電する。また、合成プロセスの制御により、a面またはc面を選択的に優先成長できる。本研究では、HApの異方性帯電特性を利用し、結晶の優先配向面が制御された（a面が成長した）HAp針状粒子がセラミック多孔体上に担持された、電源フリーかつ熱処理による再利用が可能なセラミック静電フィルターの設計を目的とした。強度と機能を満たすフィルターの製造には、多くのプロセスパラメータの最適化が必要であったが、詳細な検討により、多孔質SiC基材の表面にHApをコーティングしたフィルターを作製に成功した。汚染水浄化フィルターとしての有効性の調査は、バクテリアおよびウイルスで汚染された液中から、それらの除去性能を調査することにより検証した。大腸菌の濾過試験では、濾液に検出可能な濃度の大腸菌が含まれていないことが、また、ヒトコロナウィルス229Eの濾過試験では、99.998%のウイルスが除去されたことが確認された。この結果から、HAp担持フィルターの汚染水浄化用途への適用可能性が示された。濾過試験はトロント大学との共同で行われた。