Materials surface design to inactivate coronaviruses by focusing on spike proteins

令和4年度は以下の4項目に関して研究を遂行した。(a) 新型コロナウイルススパイクタンパク質の受容体結合部位を有する融合タンパク質（以下単に融合タンパク質）の定量方法の確立：融合タンパク質を定量するためには、TiO2表面から容易に溶液中に脱離するものと表面に強く吸着して溶液中に脱離しないものの両者を分析する必要があった。いずれの融合タンパク質も、定量分析自体はELISA法により行うことが可能であった。(b) 光照射に伴う融合タンパク質不活化挙動の把握：二段階熱酸化法により作製した炭素含有アナターゼ型TiO2膜表面に播種した融合タンパク質へ紫外光を照射したところ、回収される融合タンパク質の量が減少した。SiO2表面上では紫外光照射に伴う減少は観察されていないことから、TiO2の光触媒活性に伴う融合タンパク質不活化が強く示唆される。(c) 計算材料学的手法によるTiO2のバンドギャップの精密評価方法の確立：密度汎関数法を用いた平面波-擬ポテンシャル法電子状態計算プログラムVASPおよび全電子混合基底法を基礎とした第一原理計算プログラムTOMBOにより、炭素・窒素の熱力学的に安定な存在状態におけるルチル型TiO2のバンドギャップを評価した。その結果、炭素および窒素の添加によりルチル型TiO2のバンドギャップエネルギーは2.0 eV付近まで低下することが分かった。(d) スパッタリング法による窒素添加TiO2膜の作製：令和3年度に導入した反応性スパッタリング装置を用いて、窒素導入TiO2膜の作製に成功した。導入する窒素分圧を変化させることで窒素の化学状態が変化することを見出した。XPS分析より、プラズマガス中の窒素分圧上昇に伴い窒素の存在状態が酸素置換サイトから侵入型サイトへ変化することを示した。

令和4年度は以下の4項目に関して研究を遂行した。(a) 新型コロナウイルススパイクタンパク質の受容体結合部位を有する融合タンパク質（以下単に融合タンパク質）の定量方法の確立：融合タンパク質を定量するためには、TiO2表面から容易に溶液中に脱離するものと表面に強く吸着して溶液中に脱離しないものの両者を分析する必要があった。いずれの融合タンパク質も、定量分析自体はELISA法により行うことが可能であった。(b) 光照射に伴う融合タンパク質不活化挙動の把握：二段階熱酸化法により作製した炭素含有アナターゼ型TiO2膜表面に播種した融合タンパク質へ紫外光を照射したところ、回収される融合タンパク質の量が減少した。SiO2表面上では紫外光照射に伴う減少は観察されていないことから、TiO2の光触媒活性に伴う融合タンパク質不活化が強く示唆される。(c) 計算材料学的手法によるTiO2のバンドギャップの精密評価方法の確立：密度汎関数法を用いた平面波-擬ポテンシャル法電子状態計算プログラムVASPおよび全電子混合基底法を基礎とした第一原理計算プログラムTOMBOにより、炭素・窒素の熱力学的に安定な存在状態におけるルチル型TiO2のバンドギャップを評価した。その結果、炭素および窒素の添加によりルチル型TiO2のバンドギャップエネルギーは2.0 eV付近まで低下することが分かった。(d) スパッタリング法による窒素添加TiO2膜の作製：令和3年度に導入した反応性スパッタリング装置を用いて、窒素導入TiO2膜の作製に成功した。導入する窒素分圧を変化させることで窒素の化学状態が変化することを見出した。XPS分析より、プラズマガス中の窒素分圧上昇に伴い窒素の存在状態が酸素置換サイトから侵入型サイトへ変化することを示した。