【材料】セシウムを検出する蛍光プローブを開発、クラウンエーテルを使用し選択的に取り込むよう調節 /物質・材料研究機構

"NIMS、固体表面や生物中のセシウムの分布を蛍光で可視化できる超分子を開発"

物質・材料研究機構(NIMS)は12月20日、固体表面や生物中におけるセシウムの分布を蛍光により可視化できる「超分子」材料を開発したと発表した。

成果は、NIMS 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 超分子ユニットの森泰蔵博士研究員とジョナサン・ヒルMANA研究者らの研究グループによるもの。
研究の詳細な内容は、2013年1月に科学雑誌「Science and Technology of Advanced Materials」オンライン版に掲載される予定だ。

東日本大震災に伴う福島第一原子力発電所事故により多くの放射性物質が飛散し、福島県を初めとする広い地域が汚染された。
事故直後は放射性ヨウ素同位体である「ヨウ素-131」が検出されたものの、半減期が約8日と短いため徐々に減少し、
現在は半減期の長い放射性セシウム同位体が検出されている。

一方、「セシウム-137」は半減期が約30年と比較的長いため、今後も主な放射線源として存在し続けるだめ、問題視されている。
そのため、政府も放射性物質により汚染された地域の除染を計画・実施しており、すでにさまざまな除染技術が開発されてきたが、
それらを導入するにしても、もし放射性セシウムの分布を可視化することができれば、作業の効率向上を実現できることから、
さらなる汚染物質の削減につながることが期待されていた。

こうした可視化を目指し、文部科学省は航空機によるスクリーニングを実施し、広い範囲での空間線量率の分布状況、
放射性セシウムの沈着状況を調査しており、また自治体や民間などが空間線量計などを用いて各地域の放射線量の測定も行っている。
ちなみに放射線量は均一に分布するのではなく、放射性物質が集積し、局所的に放射線量が高くなったホットスポットが存在することが知られている。
しかし従来の放射線測定器では、このホットスポットを特定するのは容易ではなかった。

そこで現在、産学官が協力し放射性物質を可視化するカメラの研究開発が進められており、これまでにも、空間線量の高低を測定できる
東芝製の「ポータブルガンマカメラ」や宇宙航空研究開発機構の「超広角コンプトンカメラ」を基に、放射性物質の分布状況を可視化できるカメラが開発されてきた。

しかし、これらのカメラは高価なため、広く一般で使用することはできない。また、既存の放射線測定器よりも分解能が高く、
数100〜数mの空間にある放射性物質の分布を可視化するのには適しているが、それより小さな領域で使用するには不向きだ。

数cmから数μmのごく狭い領域の放射性物質、特に放射性セシウムの広がりを目で確認できれば、安全で、安心した生活を送ることができる。
セシウムは通常自然界には多く存在しないため、放射性セシウムでなくとも、セシウムそのものを見つけることが汚染物質の検出に有効であると考えられるためだ。

そうした中でNIMSが開発したのが、「超分子相互作用」を利用してセシウムを検出する蛍光プローブだ。画像1に示されているように、
この蛍光プローブはセシウム存在下のみで緑色の蛍光を発する。固体表面に存在するセシウム粒子の位置を目で確認でき、
汚染された箇所のみを取り除くことができるというわけだ(画像2)。

このプローブは、蛍光を発する「フェノール誘導体」に「エチレングリコール鎖」を介して「ニトロベンゼン」が接続された分子構造を有している。
環状につながったエチレングリコール鎖は「クラウンエーテル」と呼ばれ、その径に応じたナトリウムやカリウムなどの金属イオンを内包することが知られている。

こうしたクラウンエーテルのように、構造に応じてほかの物質と相互作用する分子のことを超分子と呼ぶ。今回の蛍光プローブのエチレングリコール鎖の長さは
セシウムを選択的に取り込むように調節されている。また、セシウムを内包した時のみ、フェノール誘導体は緑色の蛍光を発する仕組みだ。

（つづく）

画像1。セシウムを検出する蛍光プローブの分子構造と蛍光メカニズムおよび蛍光スペクトル
http://news.mynavi.jp/news/2012/12/21/191/images/001l.jpg
画像2。土壌中やろ紙上のセシウムを可視化
http://news.mynavi.jp/news/2012/12/21/191/images/002l.jpg

マイナビニュース 2012/12/2
http://news.mynavi.jp/news/2012/12/21/191/

独立行政法人物質・材料研究機構プレリリース
セシウムの存在位置をミリメートル以下の精度で可視化
汚染廃棄物の大幅削減やセシウム拡散挙動の把握へ期待
http://www.nims.go.jp/news/press/2012/12/p201212200.html

>>1のつづき

セシウムとよく似た化学的性質を示すが、イオン径の異なるナトリウムやカリウムの場合、画像1にあるように蛍光プローブは緑色ではなく
青色の蛍光を示すことがわかっている(写真は緑というより水色に見えるが、スペクトル的には緑色の範疇に入る)。
つまり、今回の蛍光プローブはセシウムを選択的に内包し緑色の蛍光を発することが明らかになったのである。

具体的な検出法を示したのが画像2だ。セシウムを含む土壌に蛍光プローブのアルコール溶液を噴霧し紫外線を照射すると、セシウムを含む土壌だけが緑色に光る。
緑色の蛍光により土壌中の汚染箇所を容易に目で見て特定でき、汚染された土壌のみを簡単に除去できることができたという。
これにより、汚染廃棄物の削減が期待できるというわけだ。

また、ろ紙の上に散布された数mmから数100μmのセシウム粒子も同様の手法で緑色の蛍光を示し、その位置を視覚的に特定できることがわかった。
つまり、数cmから数μmのごく狭い範囲に分布するセシウムを可視化することができたのである。

スギ花粉などの粒径40μm以上の粒子であれば目視が可能だ。10cm2の土壌に付着した粒径40μmのセシウム-137を可視化できれば、
居住禁止区域に相当する300〜3万kBq/m2の放射線濃度を検出できる計算になる。

さらに、実験では植物中におけるセシウムの蓄積挙動の観察も行われた。ひまわりの切り花を炭酸セシウム水溶液に数日間浸してから真空凍結乾燥して、
その茎断面に蛍光プローブのアルコール溶液を噴霧し紫外線を照射すると、緑色に発光した(画像3)。

水や炭酸カリウム水溶液に浸したひまわりは緑色の蛍光を示さかったという。つまり、蛍光プローブを用いることで、ひまわりが吸収したセシウムの分布を目で観察できたのである。
放射性でないセシウムでも、同様の手法で拡散・蓄積挙動を視覚化可能だ。

画像4に示されているように、測定スケールに応じて航空機によるモニタリングや放射線量測定器、放射性物質を可視化できるカメラ、
そして今回の研究で開発された蛍光プローブを使い分けることで、放射性セシウムによる汚染状況をより細かく把握することができるようになる。

また、蛍光プローブとNIMSで開発したセシウム吸着材とを組み合わせることで、除染作業の効率化が期待されるという。
特に、蛍光プローブは数cm以下の小さな領域におけるセシウムの分布状況を把握するのに適している。

さらに、放射性でないセシウムを用いることで土壌や食品、生体などの試料中におけるセシウムの分布状況を安全かつ視覚的にも観察可能であり、
これによりセシウムの拡散・蓄積過程の解明につながることが期待されると研究グループはコメントしている。

（おしまい）

画像3。ひまわりの茎中のセシウムの分布を可視化
http://news.mynavi.jp/news/2012/12/21/191/images/003l.jpg
画像4。スケールに即した測定方法でセシウム分布を把握する
http://news.mynavi.jp/news/2012/12/21/191/images/004l.jpg

蛍光福島市民

ああーこんな物発明したら日本から日本人いなくなっちゃう

懐かしいなクラウンエーテル。学生んとき作ったわ。

×存在し続けるだめ
○存在し続けるため

地べたが燦燦と輝いたら嫌な気分になるなw

少なくとも東日本に住めないのがはっきりする
よく今でも福島に住んでると思う

事故以前なら放射線管理区域で技師でも制限を受ける被曝なのに

土中の鉱物結晶内に入り込んだCsが、出てきてエーテルと結合するものなのだろうか？

早いとこ、福島の田んぼの土でやってみるべし！

これぶちまけたら･･･言い訳できんよな

NHK
http://www3.nhk.or.jp/news/html/20121220/k10014336441000.html
「研究チームによりますと、１キログラム当たり１０００ベクレル以上の放射性セシウムなら、
肉眼で確認できるということです」

化学的手法で1000Bq/kgが検出できるなんてありえない話なんだが、どこから出てきたんだこの話。

Cs137で1000Bq/kgは0.3ppb程度か
精度のある定量じゃなければ検出出来るようなものは他にもあるのでは

局所的に濃度が高くなってるから…ということなのかも知れんが、
それにしても土壌中には非放射性のCsがppmオーダーで含まれてるんだぜ？
原理的に放射性Csと非放射性Csの区別ができないのに、
そのバックグラウンドの中でどうやって放射性Csを検出するんだっての。

‥つまり、ppbオーダーで光るんなら、
全世界どこに撒いてもよく光るってことになるな

んだ。

それとも1000Bq/kgオーダーのβ線で発光する‥とは読めないよな、この記事だと

「試薬はセシウムを吸着した上で、β線で発光する」
別に吸着する必要もなさげだしなぁ

物材研の発表は全部クソ。
今までモノになった研究はゼロ。
絵に描いたような税金泥棒集団。

検出感度は・・・

http://news.mynavi.jp/news/2012/12/21/191/images/001l.jpg

おまえら、ちゃんと蛍光スペクトル見てみろよ。
こんなにブロードなピークな上に
カリウムとセシウムとでそんなに離れてない。

ppbレベルのセシウムの蛍光なんか
土壌中に圧倒的大量にあるカリウムの蛍光に埋もれてしまって
絶対に判別不可能だろｗ

>>19
確かにｗ
ナトリウムバックグラウンドとも区別できないんじゃないか？

人の目で判断する訳じゃないから

>>21
「肉眼で確認できる」と>>11に書いてあるわけだが。

分光器使ったとしても、こんなにブロードな発光スペクトルじゃあ
NaやKの強大なバックグラウンドからピーク分離できるとは思えんが。

なんか、実験の仕方がことごとく卑怯なんだよな。
実際の汚染土壌は使わずに、都合のいい条件ばかりで行ってる。

>http://news.mynavi.jp/news/2012/12/21/191/images/003l.jpg
>水や炭酸カリウム水溶液に浸したひまわりは緑色の蛍光を示さかった
とか言うわりには、炭酸カリウム水溶液の写真だけ見せないｗ

>ろ紙の上に散布された数mmから数100μmのセシウム粒子も同様の手法で緑色の蛍光を示し
実際の汚染土壌中で、
セシウム塩だけがこんな巨大なサイズで固まってるなんてありえるか？
セシウムイオンは粘土質の結晶層間に侵入しやすいらしいんだが・・・

そもそもクラウンエーテルの時点で人体に有害じゃ・・・

>>23
＞炭酸カリウム水溶液の写真だけ見せない　

大して色の違いがないから見せられなかったのかもな。

オートラジオグラフィーの結果を見てみると、
土壌中の放射性Csが不均一に分布してるのは確からしい。
そういった濃集・局在化を考慮すれば1000Bq/kgが見えると主張してるのかもしれないが、
それにしてもどんな計算で出てきた値なのかさっぱり分からん。

粘土鉱物の結晶層間に入ってるCsがこの試薬と相互作用できるのかも疑問だね。

まあそこらへんの検討なんて何もやってないんだろうな。

結局のところ、単に0.3ppb濃度のセシウムなら光って見えるってだけなのかな
そして、実用性はまるでないと

>>12>>26
Cs-137の1000Bq/kgは0.3pptだよな？
Csを均一にその濃度含む試料だったら、他の妨害イオンを全く含まないとしても絶対に検出は無理。
Csを1％含浸させた0.03μgの粒子1個が目視確認できたから1kgの媒質中では1000Bq/kg相当、
とかのアホな計算ならありうる。
実際の土壌試料での検出はほぼ100％無理。

そのうち消え去るなこの研究

紫外線を照射しなくても発光するようにできないか？

Pm-147使った夜光塗料の放射能は10GBq/kg〜1TBq/kgのオーダーみたいだな。
1kBq/kgで光らせるのは無理じゃないか？

核戦争起きるからはよ

>>16
紫外線とあるからβ線で発光するわけじゃないようだが

つーかこれってクラウンエーテルじゃなくね？
クラウンエーテルって環状エーテルだろ確か

http://news.mynavi.jp/news/2012/12/21/191/images/001l.jpg

・グラフの縦軸単位を書かない
(ノイズレベルからすると、セシウムの発光強度だけ何倍かに増大されてて、
カリウムと区別が出来ると見せかけてそう)

・グラブ線や矢印のカラーを黄緑色(可視光波長なら560nmくらい)にして
　「カリウムとは明確に違う緑色なんだ」という誤解へ誘導
(本当は、504nmのシングルピークはターコイズブルー)

>>19や>>23も含めて
素人を騙す小手先テクニック満載のクソみたいな発表だなｗ

こうでもしないと研究を続けられないんだろうけどさ

>>33
言われてみれば確かにセシウムのノイズレベルが大きめだね。よく気づいたな。
横軸が420nmあたりの中途半端な波長で始まってるのは何でだろう？
差異が大きく見える部分を切り出したのか？

ルビジウムとの識別はどうするつもりだろうか。
土壌中の平均濃度
Rb: 70mg/kg
Cs: 5.4mg/kg

>>33
＞ 504nmのシングルピークはターコイズブルー
ここらへんもうちょっと解説希望。
504nmの単色光であれば青色というより緑色のカテゴリに入る気がするけど…

いや、クラウンエーテルじゃないだろこれ。
オリゴエチレングリコールの両末端にニトロベンゼンとトリスフェノール？結合させただけじゃねーか。
環状か非環状かで、イオンの捕集能はかなり違ってくる。

>>36
スレタイが間違ってるんだろ。マイナビのタイトルと本文は間違ってない。

>>1 が無能って事でおｋ？

まあ★持ちは専門家じゃないからミスもあるさ
ミスを糾弾するより多少間違っててもいいからこのスレみたいな多少なりとも専門的なスレをもっと立ててくれる事を応援したい

超分子相互作用　って分子間相互作用？
単にキレートしてるだけじゃん。

分子内Quenchだろ。　ニトロ基は強力なquencher
FRETより近距離のDexter electron transferによる消光
だから、キレートに伴う分子の変形のような2nm以下の
変形を検出できる。セシウムで緩やかにquencherが接触するから
高エネルギー準位から励起されたエネルギーが流出して
青の蛍光を削ったんだと思う。
だからNaやkよりCs蛍光の絶対値はむしろ小さいんじゃないか？

>>40
なるほど、勉強になります。

【医学】がん治療:新たな発光物質開発　体を傷つけず細胞観察/大阪大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1357812623/
自然界にある「光るたんぱく質」を組み合わせた新たな発光物質を、大阪大の永井健治（たけはる）教授の研究チームが開発した。
自ら明るく光るため、体を傷つけずに体内の小さながん細胞などを観察できるという。
特定の細胞を光らせる技術は、ノーベル化学賞を受賞した下村脩氏がオワンクラゲから見つけた「緑色蛍光たんぱく質」が研究で広
く使われているが、光らせるために有害な紫外線を当てる必要があり、生体への影響が課題だった。

研究チームは、光るサンゴの仲間「ウミシイタケ」から抽出した発光たんぱく質に、蛍光たんぱく質をつなぎ合わせて新たな発光
物質を開発、「ナノランタン」と名付けた。ウミシイタケの発光たんぱく質が自ら発光し、この光を受けて蛍光たんぱく質が光る。
紫外線がなくても明るく光るという。

ナノランタンをがん細胞に取り付けてマウスに移植したところ、体内のがん細胞が自ら光り、体毛を通して観察できた。
動き回るマウスでも、光る様子を動画で撮影できた。

永井教授は「がん細胞に限らず体内のさまざまな組織を光らせることができるので、病気の原因を調べたり、新薬の効き目を確かめ
たりする研究に活用できる」と話している。

毎日新聞　2013年01月05日　11時39分
http://mainichi.jp/select/news/20130105k0000e040160000c.html

Nat Commun.
「Luminescent proteins for high-speed single-cell and whole-body imaging.」
http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n12/full/ncomms2248.html

ナノランタンを組み込んだがん細胞をマウスに移植すると、がん細胞だけが緑色に光った
http://mainichi.jp/graph/2013/01/05/20130105k0000e040160000c/001.html

>>35
それって、ルビジウムの心配する以前に、土壌中には非放射性のセシウムのほうが圧倒的に多くね？

>>43
その非放射性セシウムより非放射性ルビジウムはさらに多いけどどーすんのって話。
まあ放射性セシウムと非放射性セシウムの区別がつかない時点で終わってるけど。

>>40
＞青の蛍光を削ったんだと思う　

Wikipediaには
「フェルスター機構とデクスター機構ともに、色素の吸収スペクトルと蛍光スペクトルの形は変わらない」
と書いてあるんだがどうなの？
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%88%E5%85%89

とにかく早く放射性物質の回収技術実用化そして運用を。
何ができた発表がいくらあってもそれだけじゃ意味が無い。

論文来た。
http://iopscience.iop.org/1468-6996/14/1/015002

論文ざっと見てみたが1000Bq/kgなんていう数字はどこにもなさそう。
検出限界は理想条件で推定1ppm、とは書いてあるが。
1ppmならCs-137で3.2GBq/kgだからえらい違いだ。
どうもsuppl. infoにもっと情報があるっぽいが、動画しか見当たらない。謎。

セシウムとルビジウムは区別できるみたいだな。
置換基を変えればルビジウム選択性にもなるのか。

カリウム/セシウム比を10^6まで上げてもなおピーク波長シフトが認められるのは意外。
でもピーク波長がカリウムオンリーの値に漸近する様子がないのは何故なんだろ。