日本科学協会が"今"やっていること

　こんにちは。科学振興チームです。
　本日は、2021年度「ナノ多孔体孔内でのガス吸着制御及び化学反応を用いた呼気ガス分析法の研究」という研究課題で笹川科学研究助成を受けられた、東北工業大学大学院工学研究科の浅沼　光吾さんからのお話をお届けします。

＜浅沼さんより＞
　2021年度笹川科学研究助成にてご支援いただきました、浅沼光吾と申します。助成時は東北工業大学大学院工学研究科の博士後期課程2年生で、「多孔質ガラスの孔表面に特定のガスと選択的に反応する固体物質を担持させた化学センサのガス吸着性と反応性の違い」について研究を行っていました。採択通知をいただいた時はとても嬉しく、研究を評価していただけたことを指導教員も心から喜んでいたことを今でも覚えています。

「多孔質ガラス（図1）」というのは多孔体の一種で、身近なもので例えるとスポンジのような無数の小さな穴が空いた物質になります。多孔体が持つ小さな穴の中・空間表面は特異な化学反応を発現する場であるため、多孔体は様々な分野で応用研究が活発に行われるほど注目されている物質です。


　笹川科学研究助成によりご支援いただいた期間では、多孔質ガラス基板上にカルボニル化合物との反応性をもち、反応の前後で色の変化を可視化できる検出試薬（アミン）を穴の空間表面に固定した化学センサを作製し、化学センサとアセトン、アセトアルデヒドとの反応や吸着性の違いを明らかにすることを目的として研究を行っていました。ターゲットガスに選定したアセトンとアセトアルデヒドは類似した分子構造を持っていますが水分子との反応性が異なり、この反応性の違いが多孔質ガラスという水溶媒の反応場をコントロールできる物質を用いることで顕在化できないかとの発想を抱いて研究をすすめました。これら物質はヒトの息にも極微量ながら含まれており、アセトンは糖尿病患者の息にppmオーダー、アセトアルデヒドはがん患者の息にppbオーダーと健常者に比べ、数十から数百倍高い濃度となることが報告されている気体です。当時所属していた研究室では、他にも様々な疾患と関連性のあるガスを簡易的に検出するための化学センサを開発しており（図2）、中でもケトン・アルデヒド類は屋内外で環境基準が設けられていることもあり注目されていましたが、反応の選択性という点で制約がありました。検出試薬に用いたアミンは、ガスクロマトグラフィ質量分析において、ケトン・アルデヒド類を分析する際の前処理法に用いられる物質ですが、意外にもホルムアルデヒドやアセトアルデヒドのような、各々のアルデヒドとの反応性の違いについて研究されている報告は数少なく、助成研究によりアセトンとアセトアルデヒドの反応性や吸着性の違いが明らかになった時は研究時の着想が実証されたこともあり、またガス分析手法における一つの知見ともなり得るため非常に嬉しく感動しました。


　現在、私はフィールドサービスエンジニアとして研究や分析に携わる人々をサポートする立場として日々研鑽を積んでいます。具体的には、液体クロマトグラフ質量分析計（LC/MS）という分析機器を担当しており、LC/MSはLC部分でカラムと呼ばれる表面修飾された多孔体などが充填された箇所で、物質の吸着・相互作用の違いを利用してサンプルに含まれる成分を分離し、単離した物質を光学検出器と質量分析計で測定するという装置であり、医薬品系・産業・食品・環境計測など、幅広い分野で用いられています。研究当時は取り扱ったことのない装置ではありましたが、成分を分離し測定するといった部分は当時の研究と共通しており、他にも機器と分析サンプルが接する箇所において特定のサンプルだけが金属吸着する場合があるなど、トラブルに対して物質表面での吸着に関する知識を活かせ、目視で捉えることが困難なミクロな研究を行い培った経験を役立てることができています。

　末筆ではございますが、笹川科学研究助成に採択していただいた日本科学協会に心より感謝申し上げます。笹川科学研究助成では、化学センサの中でも非常に基礎的な研究である私の研究を評価していただき、研究遂行のためのご支援をしていただきました。研究助成への応募を考えている方は是非積極的に、笹川科学研究助成への応募にチャレンジしてほしいと思います。



　日本科学協会では過去助成者の皆様より、研究成果や近況についてのご報告をお待ちしております。最後までお読みいただき、ありがとうございました。