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

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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。