チタニアナノ粒子チタニアナノ粒子の粒子のサイズ・結晶面サイズ・結晶面を結晶面を制御する制御する技術する技術大阪大学接合科学研究所特任准教授大原智大阪大学接合科学研究所特任研究員譚振権、振権、山本和広 1 ２１世紀２１世紀の世紀の科学と科学と技術デバイス機能デバイス機能ナノデバイスナノファブリケーションファブリケーションナノ加工ナノ加工組立構造組立構造空白の空白のの技術・技術・学問空白空白の技術技術・・学問ナノ材料ナノ素子材料のアセンブリー素子のアセンブリーのアセンブリーのアセンブリーナノナノ材料素子不均一系ののの不均一系不均一系の不均一系自己組織化自己組織化材料機能ナノ材料ナノ材料プロセッシング材料構造材料構造ナノテクノロジー均一系の均一系の自己組織化物性物質化学構造化学構造合成２０世紀２０世紀の世紀の科学と科学と技術阿尻雅文, 化学工学, 66, p.554, (2002). 半導体特性のサイズ半導体特性のサイズ依存性のサイズ依存性 2 テーラーメイドセラミックスナノクリスタルサイズ・形状サイズ・形状（形状（結晶面）結晶面）等制御したナノクリスタル等制御したナノクリスタル（有機分子の有機分子の部分キャッピング部分キャッピング）キャッピング）セラミックス（セラミックス（セリア（セリア（CeO2））：機能）：機能の機能の宝庫 →機能向上機能向上＋機能向上＋新機能創製 (111) (100) (100) nuclei b b J. Zhang et al., Adv. Mater., 19, p.203, (2007). 3 3D&超高分解能超高分解能TEM 超高分解能 K. Kaneko et al., Nano Lett., 7, p.421, (2007). 4 OSC / µ mol O2 g -1 Oxygen storage capacity （触媒性能）触媒性能） 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 cubic (100) CeO 2 irregular CeO 2 150℃ 200℃ temperature / ℃ 400℃ J. Zhang et al., Nano Lett., 11, p.361, (2011). 5 チタニア（チタニア（ TiO2 ）ナノ粒子ナノ粒子の粒子の応用 6 (001)TiO2クリスタルの合成法クリスタルの合成法 using inhibitor generally (001) Facet grow fast Stop (001) Facet growth Inhibitor (surfactants, counter ions2) using HF as inhibitor ! HF HF HF highly hazardous to human! 1µm Other lowly toxic reagents should H. G. Yang et al., Nature, 453, p.638, (2008). be found to synthesize (001) TiO2. 7 TiO2ナノクリスタルの構造制御ナノクリスタルの構造制御 Fluorine compound stirring Ti precursor solution Control parameters: acid species, acid concentration, Ti species, Ti concentration, reaction temperature, reaction time, Adictives (surfactant, counter ion, seed, etc.) 8 (001)TiO2ナノシート SEM TEM 5 nm Z. Tan et al., RSC Advances, 3, p.19268 (2013). 9 光触媒の光触媒の超高機能化 Z. Tan et al., RSC Advances, 3, p.19268 (2013). 10 従来技術とその従来技術とその問題点とその問題点チタニアナノ粒子の結晶面制御は非常に難しく、これまでは主に結晶面制御キャッピング剤として危険性の高いフッ酸が使用されていた。新技術の新技術の特徴・特徴・従来技術との従来技術との比較との比較フッ酸を使用せずにチタニア（アナターゼ型）ナノ粒子の結晶面制御（(001)面制御）を実現した。合成した世界最小(001)面チタニア（アナターゼ型）ナノシートは世界最高の光触媒性能を示した。 11 想定される想定される用途される用途光触媒、太陽電池、二次電池等の環境・エネルギー分野。上記以外に、チタニアは紫外線や超音波を照射するとラジカルを発生するため、医療や生体といった分野や用途に展開することも可能。 12 本研究で本研究で目指すナノ目指すナノ粒子放射線療法の戦略すナノ粒子/ 粒子/放射線療法のピンポイント狙い撃ち強度変調放射線治療 IMRT 戦略：（１）ナノ粒子によるラジカル発生量の向上（２）分子標的化・治療の同時達成 ⇒ 難治性がんの治療効果向上 13 放射線励起可能なナノ放射線励起可能なナノ粒子なナノ粒子の粒子の探索過酸化チタンナノ過酸化チタンナノ粒子チタンナノ粒子（粒子（←チタニア粒子表面チタニア粒子表面を粒子表面を過酸化処理）過酸化処理）過酸化チタンナノ粒子が放射線励起により大量のラジカルを生成することを見出した放射線励起による活性酸素種(ラジカル)の生成水中完全分散過酸化チタンナノ過酸化チタンナノ粒子チタンナノ粒子吸光度(=ラジカル生成量) << 水熱合成反応によるナノ粒子構築 >> 様々なナノ粒子を構築可能・サイズ・形状制御・結晶面・表面制御・液中分散制御 ⇒ ラジカル生成量増大過酸化チタンナノ粒子含有量ラジカル生成量が10倍線量の低減を可能に！ 10 nm 放射線で励起可能 ⇒ ラジカル生成を確認 ⇒ マウスに対する血管投与では毒性が無いことを確認 X線照射量 [Gy] すい臓には腸が近接するため高線量の照射困難！線量不足が治癒に導けない原因！特願2010 特願20102010-032055, PCT/JP2011/53348 14 ナノ粒子ナノ粒子/ 粒子/放射線併用による放射線併用による腫瘍治療効果による腫瘍治療効果（B）処置後43日における腫瘍の比較 Control PAATiOx IR PAATiOx + IR 腫瘍体積 (mm3) （A）腫瘍体積の変化放射線照射後日数 (日) ⇒ ナノ粒子/放射線併用による腫瘍治療効果が確認された 15 実用化に実用化に向けた課題けた課題今後、チタニアナノシートのサイズダウン（20nm→10nm以下）を検討し、機能の更なる高性能化を行っていく。企業への企業への期待への期待チタニアナノ粒子を開発中の企業や、チタニアナノ粒子を取り扱う企業には、本技術の導入が有効と思われる。 16 本技術に本技術に関する知的財産権する知的財産権 • 発明の名称：アナターゼ型酸化チタン粒子の製造方法およびアナターゼ型酸化チタン粒子 • 出願番号：特願2013-126006 • 出願人：大阪大学 • 発明者：大原智、譚振権 17 お問い合わせ先わせ先大阪大学産学連携本部総合企画推進部ＴＥＬ０６－６８７９－４２０６ＦＡＸ０６－６８７９－４２０８ e-mail contact＠uic.osaka-u.ac.jp 18