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長岡技術科学大学の教員による講義

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色素のナノ粒子の薄膜を使い、手軽に汚染をチェック!

汚染の検出は難しい!

 病院や工場の跡地や排水に水銀や鉛といった有害物質が含まれていることがあります。土壌汚染や水質汚染を調べるのが難しいのは、数千万分の1%といったppbレベルの量を検出しなければならないからです。例えば2008年に問題となった汚染米にしても、有害物質のカドミウムより、これによく似た亜鉛を多く含んでいるため、高度な機器を使って分析する必要がありました。しかし、どうしても時間と費用がかかることから、もっと簡易的な検出方法として有機化合物の色素を使うことが考えられています。

ナノ粒子で手軽に検査

 それが、色素をナノ粒子の薄膜にすることで人間の目に映る2~3マイクロメートルにシグナルが凝縮されて、結果的に感度を上げて微量の有害物質を検出することができるという検査方法です。
 この方法は、試薬量も少なく、どんな試薬でも使えることから汎用性も高いのです。さすがに機器分析の方が精度は上ですが、明らかに汚染されていない土壌や水を除くための事前の検査としてならば、十分に役目を果たすことができます。また現在、アジア各地の井戸がヒ素に汚染されていることが問題となっていますが、そうした井戸水の検査も手軽にできるようになります。さらに膜の形状を漏斗(ろうと)のようにして、その中を水が通るようにすれば、日常的なモニタリングも可能です。

製品化までのハードル

 通常、有機物の色素は光に弱い性質があります。道路沿いに掲げられた看板の文字が何年かすると褪色(たいしょく)してしまうのはそのためです。しかしナノ粒子にすることで褪色しにくくなります。問題は薄膜の作成が難しいことです。無機物と違って有機物は結合する力が弱く、帯電しやすいという欠点もあるので、性能の安定した薄膜を大量生産することが難しく、製品化のネックとなっています。
 しかし、有機物ならではの長所もあることから、有機化合物の色素で薄膜を作る技術自体には、かなりのニーズがあると考えられているのです。

この学問が向いているかも 分析化学


工学部/工学研究科 物質材料工学専攻 准教授
高橋 由紀子 先生

先生がめざすSDGs
メッセージ

 どんなものもきちんとした使い方をしないと、機能を発揮することができません。先人の知恵を最大限に生かし何かを作ることは、それ自体に喜びがあります。特に色素は単純に美しく、機能性の高さからも魅力的な物質です。
 土壌や水の汚染は過去の出来事ととらえている人が多いですが、現在進行形の問題です。火力発電の増加は水銀やヒ素を含んだ石炭の使用量増加を意味しますし、以前地中に埋めた有害物質が漏出する可能性もあります。元素は消えてなくなるものではないのです。色素を用いた環境汚染を分析する研究に取り組んでいます。

先生の学問へのきっかけ

 子どもの頃から、色がついたもの、小さいものが好きで、小さな折り鶴をピンセットで折ったりしていました。大学では分析化学と錯体(さくたい)化学が専門で、その後、産業技術総合研究所へ移りました。ある日所属していた部門全体が「膜」を専門に研究開発することに方針変更し、それまで、水中の分子やイオンを対象としてきましたが、その日からは「膜の研究を!」となりました。そもそも小さな分子では膜を作ること自体が難しく、そこで悩んで考え出したのが色素ナノ粒子からなる「高感度イオン試験紙ナノ薄膜試験紙」でした。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

ゼラチン製造会社技術開発部/センサー製造海外技術営業/X線検査機開発/科学機器販売営業/教育用ソフトウェア開発/電力会社技術/市役所土木/金属加工生産技術

※夢ナビ講義はそれぞれの先生の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

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