(57)【要約】【課題】可視光応答型の光触媒の性能を従来よりも高精度で評価することができる光触媒性能評価方法を提供する。【解決手段】可視光１を照射することにより光触媒作用を示す可視光応答型の光触媒２の性能を評価する方法に関する。１本鎖ＤＮＡ３を含有するＤＮＡ溶液４に前記光触媒２を接触させて前記可視光１を照射した後、前記１本鎖ＤＮＡ３の塩基配列と相補的な塩基配列を有する相補的１本鎖ＤＮＡ５を前記ＤＮＡ溶液４に添加し、ハイブリダイゼーションにより生成される２本鎖ＤＮＡ６を定量する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を照射することにより光触媒作用を示す可視光応答型の光触媒の性能を評価する方法であって、１本鎖ＤＮＡを含有するＤＮＡ溶液に前記光触媒を接触させて前記可視光を照射した後、前記１本鎖ＤＮＡの塩基配列と相補的な塩基配列を有する相補的１本鎖ＤＮＡを前記ＤＮＡ溶液に添加し、ハイブリダイゼーションにより生成される２本鎖ＤＮＡを定量することを特徴とする光触媒性能評価方法。
【請求項２】
前記１本鎖ＤＮＡ及び前記相補的１本鎖ＤＮＡのいずれか一方にエネルギードナーを結合させ、他方にアクセプターを結合させて、前記２本鎖ＤＮＡが発する蛍光の強度を測定して前記２本鎖ＤＮＡを定量することを特徴とする請求項１に記載の光触媒性能評価方法。
【請求項３】
前記エネルギードナーが蛍光性希土類金属錯体であることを特徴とする請求項２に記載の光触媒性能評価方法。
【請求項４】
前記１本鎖ＤＮＡ及び前記相補的１本鎖ＤＮＡのいずれか一方にビオチン及びストレプトアビジンを介して前記エネルギードナーを結合させることを特徴とする請求項２又は３に記載の光触媒性能評価方法。
【請求項５】
前記アクセプターがシアニン系有機色素であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の光触媒性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光応答型光触媒の光触媒性能評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建材等から放散されるホルムアルデヒドや揮発性有機化合物等による居住空間の空気質汚染が大きな社会問題となっている。このような居住空間における空気質汚染を浄化するための手段の一つとして、従来の光触媒のように紫外光に応答するだけでなく、可視光波長領域の光にも応答する可視光応答型光触媒が注目されている。すなわち、居住空間を構成する建材等に可視光応答型光触媒を使用し、蛍光灯等から光を照射することで汚染物質を分解除去する仕組みである。可視光応答型光触媒としては、例えば窒素ドープ型酸化チタンが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
このため、可視光応答型光触媒の光触媒性能をできるだけ正確に測定する方法の開発が望まれている。従来、可視光応答型光触媒の性能を評価する手段としては、主にメチレンブルーの酸化分解による濃度変化を測定する方法が用いられてきた（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４０２８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８３７９０号公報
【特許文献３】特許第３４９８７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、メチレンブルーは可視光に対して耐光性がなく、光によって直接分解してしまう。また、青色光をよく吸収するため、この分のエネルギーは光触媒に伝達されない。すなわち、メチレンブルーの酸化分解による濃度変化を測定する方法は、精度が高くないので、可視光応答型光触媒の性能評価方法として適切とはいえない。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、可視光応答型の光触媒の性能を従来よりも高精度で評価することができる光触媒性能評価方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光触媒性能評価方法は、可視光を照射することにより光触媒作用を示す可視光応答型の光触媒の性能を評価する方法であって、１本鎖ＤＮＡを含有するＤＮＡ溶液に前記光触媒を接触させて前記可視光を照射した後、前記１本鎖ＤＮＡの塩基配列と相補的な塩基配列を有する相補的１本鎖ＤＮＡを前記ＤＮＡ溶液に添加し、ハイブリダイゼーションにより生成される２本鎖ＤＮＡを定量することを特徴とするものである。
【０００８】
前記光触媒性能評価方法において、前記１本鎖ＤＮＡ及び前記相補的１本鎖ＤＮＡのいずれか一方にエネルギードナーを結合させ、他方にアクセプターを結合させて、前記２本鎖ＤＮＡが発する蛍光の強度を測定して前記２本鎖ＤＮＡを定量することが好ましい。
【０００９】
前記光触媒性能評価方法において、前記エネルギードナーが蛍光性希土類金属錯体であることが好ましい。
【００１０】
前記光触媒性能評価方法において、前記１本鎖ＤＮＡ及び前記相補的１本鎖ＤＮＡのいずれか一方にビオチン及びストレプトアビジンを介して前記エネルギードナーを結合させることが好ましい。
【００１１】
前記光触媒性能評価方法において、前記アクセプターがシアニン系有機色素であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＤＮＡが可視光応答型の光触媒の光触媒作用により変性するだけであり、可視光そのものに対しては耐光性を有し、かつ可視光を吸収しにくいことによって、可視光応答型の光触媒の性能を従来よりも高精度で評価することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る光触媒性能評価方法の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）は可視光照射時の概略斜視図である。
【図２】本発明に係る光触媒性能評価方法の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は可視光照射後の概略斜視図である。
【図３】（ａ）は光触媒に接触していないＤＮＡ溶液の蛍光発光スペクトルであり、（ｂ）は光触媒に接触しているＤＮＡ溶液に関する可視光照射時間と蛍光強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明に係る光触媒性能評価方法は、可視光１を照射することにより光触媒作用（光触媒活性）を示す可視光応答型の光触媒２の性能を評価する方法であり、以下の第１工程、第２工程及び第３工程を経る。
【００１６】
まず第１工程では、図１に示すように、１本鎖ＤＮＡ３（ＤＮＡプローブ）を含有するＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させる。
【００１７】
ここで、１本鎖ＤＮＡ３としては、例えば、１０〜５０塩基を有するものを用いることができる。１本鎖ＤＮＡ３の塩基配列は特に限定されない。図１に示すように１本鎖ＤＮＡ３の３’末端又は５’末端にはビオチン９を結合させておくことが好ましい。これにより、後述のエネルギードナー７で標識したストレプトアビジン１０をビオチン９に強力に結合させることができる（図２（ｃ）参照）。ＤＮＡ溶液４は、１本鎖ＤＮＡ３を溶媒に分散させることによって調製することができる。溶媒としては、水を用いることが好ましい。水は、ＤＮＡ溶液４を無色透明にして可視光を吸収しにくくすることができ、しかも光触媒２自体及び光触媒２が固定化される基材１１を侵食したり化学変化させたりしにくく、廃棄時の環境への悪影響も小さいからである。ＤＮＡ溶液４における１本鎖ＤＮＡ３の濃度は０．１〜１０μｇ／２０μｌであることが好ましい。ＤＮＡ溶液４中で１本鎖ＤＮＡ３を安定的に保持するため、バッファー（緩衝液）等を適宜ＤＮＡ溶液４に添加してもよい。
【００１８】
また、性能評価の対象である可視光応答型の光触媒２としては、例えば、酸化チタンの酸素原子サイトの一部を窒素原子で置換した窒素ドープ型酸化チタンや、これに助触媒として白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム等の白金族金属、ＮｉＯｘ、ＲｕＯｘ、ＰｈＯｘ等を担持させたもの等を用いることができる。光触媒２の形態としては、例えば、（１）光触媒２のみを粉末状（微粒子状も含む。以下同じ。）にしたもの、（２）光触媒２を基材１１の表面に塗装により薄膜として固定化（複合化）したもの、（３）光触媒２が固定化された基材１１を粉砕して粉末状にしたもの等を挙げることができる。基材１１は、透明でも不透明でもよく、例えば、窓材、壁紙、建材、天井材、床材等に用いられるガラス、紙、繊維、木材、セラミックス、金属等の建築物の内装材を用いることができる。なお、ＤＮＡ溶液４を一定時間接触させることができれば、基材１１の形状は、平面状に限定されるものではなく、例えば曲面状や凹凸状であってもよい。そのため、このような基材１１に固定化される光触媒２の形状も特に限定されるものではない。
【００１９】
また、ＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させる手段は、光触媒２の形態に応じて使い分けることができる。すなわち、光触媒２が粉末状である場合（上記（１）（３）の場合）には、図１（ａ）に示すように透明な容器１２にＤＮＡ溶液４を入れ、さらに粉末状の光触媒２を入れて撹拌することによって、ＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させることができる。また、光触媒２が平面状である場合（上記（２）の場合）には、図１（ｂ）に示すように、上下に開口を有する透明な筒体１３の下部開口縁１４を平面状の光触媒２に密着させて水密にした後、筒体１３の上部開口１５からＤＮＡ溶液４を入れることによって、ＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させることができる。また、光触媒２が平面状である場合（上記（２）の場合）には、上記のような筒体１３を用いることなく、ＤＮＡ溶液４を直接、平面状の光触媒２にスポイト等で滴下したり、スプレー等で吹き付けたり、ロール等で塗布したりしてもよい。
【００２０】
次に第２工程では、図１に示すようにＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させた状態で、ＤＮＡ溶液４を通して光触媒２に可視光１を照射する。可視光１の照射中にＤＮＡ溶液４をスターラー等で撹拌すると光触媒２の沈降を抑制することができ、光触媒２の性能評価の精度をより高めることができる。
【００２１】
ここで、可視光１は波長４００〜７６０ｎｍ程度であり、可視光１の光源１６としては、例えば、蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤランプ、太陽光等を用いることができる。特に室内空間に設置される内装材等の基材１１に固定化された光触媒２を想定してその性能を評価する場合には、紫外光の光量が少ない蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤランプ等の室内照明用の光源１６を用いることが好ましい。さらに安価に光触媒２の性能評価を行うためには、市販の蛍光灯を用いることが好ましい。また可視光１の照度は、５００〜１００００ｌｘであることが好ましく、５００〜３０００ｌｘであることがより好ましい。可視光１の照度が５００ｌｘ以上であることによって、光触媒２の性能評価にかける時間を短くすることができる。また可視光１の照度が１００００ｌｘ以下であることによって、実際の生活環境（すなわち可視光応答型の光触媒２の通常の使用環境）に近付けることができると共に、可視光１を照射する箇所の温度を上昇しにくくして、基材１１等が光熱によって変色することを抑制することができる。また、可視光１の照射時間は１〜５時間程度であることが好ましい。なお、厳密に可視光１による光触媒２の性能を評価するためには、光源１６から微弱に発生している紫外線（例えば波長４００ｎｍ未満の紫外線）を紫外線カットフィルター等を通して除去してもよい。さらに内装材として設置された基材１１に固定化された光触媒２の性能を施工現場で評価する場合には、窓等に暗幕等を設けて、入射する太陽光を遮断することも好ましい。
【００２２】
上記のような第２工程では、可視光１が照射された光触媒２の光触媒作用により１本鎖ＤＮＡ３が変性して変性ＤＮＡとなる。ここで、１本鎖ＤＮＡ３の変性とは、一次構造（塩基配列）ではなく二次構造が破壊されることを意味し、この１本鎖ＤＮＡ３の塩基配列と相補的な塩基配列を有する相補的１本鎖ＤＮＡ５と水素結合により２本鎖ＤＮＡ６を生成できなくなった状態を意味する。上記のように、１本鎖ＤＮＡ３は、光触媒２の光触媒作用により変性するだけであり、メチレンブルーとは異なって、可視光１そのものに対しては耐光性を有し、かつ可視光１を吸収しにくいものである。しかもＤＮＡ溶液４は、光触媒２が存在しない状態では可視光１を照射しても退色することはなく、可視光１など特定の波長領域の光も吸収しにくい。よって、１本鎖ＤＮＡ３の変性の程度と光触媒２の性能との間には次のような相関関係が認められる。すなわち、性能の良い光触媒２ほど光触媒作用が強いので、変性ＤＮＡの量は多くなり、変性しなかった非変性ＤＮＡの量は少なくなる。逆に性能の悪い光触媒２ほど光触媒作用が弱いので、変性ＤＮＡの量は少なくなり、非変性ＤＮＡの量は多くなる。
【００２３】
その後、第３工程では、可視光１を照射した後のＤＮＡ溶液４を回収し、図２（ａ）に示すようにＤＮＡ溶液４に相補的１本鎖ＤＮＡ５を添加して混合する。相補的１本鎖ＤＮＡ５の添加は、まず相補的１本鎖ＤＮＡ５を水等の溶媒に分散させて相補的ＤＮＡ溶液を調製し、次にこの相補的ＤＮＡ溶液を可視光照射後のＤＮＡ溶液４に添加して行うことができる。
【００２４】
１本鎖ＤＮＡ３の３’末端にビオチン９を結合させている場合には、相補的１本鎖ＤＮＡ５の５’末端にはあらかじめアクセプター８を結合させて標識しておくことが好ましい。逆に、１本鎖ＤＮＡ３の５’末端にビオチン９を結合させている場合には、相補的１本鎖ＤＮＡ５の３’末端にはあらかじめアクセプター８を結合させて標識しておくことが好ましい。アクセプター８は、蛍光色素であるシアニン系有機色素であることが好ましく、特にＣｙ５（GE Healthcare社の登録商標）であることが好ましい。これにより、アクセプター８と後述のエネルギードナー７とが近接した状態でエネルギードナー７が励起されると、このエネルギードナー７からアクセプター８へ蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ：Fluorescence resonance energy transfer）が起こり、アクセプター８が励起されて蛍光を発する。
【００２５】
次に、図２（ａ）に示すように相補的１本鎖ＤＮＡ５が添加されたＤＮＡ溶液４を３７〜４２℃で５〜３０分間加熱した後、３０分間〜３時間かけて室温（１５〜３０℃）に戻すことによって、図２（ｂ）に示すようにハイブリダイゼーション（Hybridization）を行う。光触媒作用により変性した１本鎖ＤＮＡ３と相補的１本鎖ＤＮＡ５とは、２本鎖ＤＮＡ６を生成しないが、光触媒作用により変性しなかった１本鎖ＤＮＡ３と相補的１本鎖ＤＮＡ５とは、ハイブリダイゼーションにより二重らせん構造をとって２本鎖ＤＮＡ６を生成する。よって、２本鎖ＤＮＡ６の生成量と光触媒２の性能との間には次のような相関関係が認められる。すなわち、性能の良い光触媒２ほど変性した１本鎖ＤＮＡ３の量が多くなるので、２本鎖ＤＮＡ６の生成量は少なくなる。逆に性能の悪い光触媒２ほど変性した１本鎖ＤＮＡ３の量は少なくなるので、２本鎖ＤＮＡ６の生成量は多くなる。このように、ハイブリダイゼーションによる２本鎖ＤＮＡ６の生成量を指標として、可視光応答型の光触媒２の性能を従来よりも高精度で評価することができるものである。なお、図２（ｂ）では２本鎖ＤＮＡ６のみを図示し、２本鎖ＤＮＡ６を生成することができない変性した１本鎖ＤＮＡ３や相補的１本鎖ＤＮＡ５は図示省略している。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、ハイブリダイゼーションを行った後のＤＮＡ溶液４に１本鎖ＤＮＡ３と等モルとなるようにエネルギードナー７を添加し、室温（１５〜３０℃）で１０分間〜２時間放置する。エネルギードナー７は、蛍光性希土類金属錯体であることが好ましく、特にユーロピウムの錯体（Ｅｕ（III）錯体）やテルビウムの錯体であることが好ましい。このようなエネルギードナー７は、あらかじめストレプトアビジン１０に結合させて標識しておき、この状態でＤＮＡ溶液４に添加することが好ましい。ストレプトアビジン１０は、ビオチン９に強力に結合する特性を有しているので、あらかじめ１本鎖ＤＮＡ３にビオチン９を結合させておけば、このビオチン９にストレプトアビジン１０を容易に結合させることができる。そしてこのストレプトアビジン１０にはエネルギードナー７が結合しているので、１本鎖ＤＮＡ３にビオチン９及びストレプトアビジン１０を介してエネルギードナー７を結合させることができる。ストレプトアビジン１０は、分子量が６万程度であり、１本鎖ＤＮＡ３及び相補的１本鎖ＤＮＡ５に比べて非常に大きい。そのため、先にストレプトアビジン１０を１本鎖ＤＮＡ３のビオチン９に結合させてからハイブリダイゼーションを行おうとすると、巨大なストレプトアビジン１０が立体的な障害となって、２本鎖ＤＮＡ６の生成が妨げられるおそれがある。そこで、上記のようにハイブリダイゼーションを行って２本鎖ＤＮＡ６を生成させた後に、エネルギードナー７で標識されたストレプトアビジン１０をＤＮＡ溶液４に添加するようにしている。
【００２７】
その後、ハイブリダイゼーションにより生成された２本鎖ＤＮＡ６を定量する。上記のように１本鎖ＤＮＡ３及び相補的ＤＮＡ５にそれぞれエネルギードナー７及びアクセプター８を結合させていれば、２本鎖ＤＮＡ６の定量は、２本鎖ＤＮＡ６が発する蛍光の強度を測定することによって行うことができる。２本鎖ＤＮＡ６が生成されると、図２（ｃ）に示すようにエネルギードナー７とアクセプター８とが近接した状態となる。この状態でエネルギードナー７に応じた励起光を照射してエネルギードナー７を励起すると、この励起されたエネルギードナー７からアクセプター８へ蛍光共鳴エネルギー移動が起こる。その結果、アクセプター８が励起されて蛍光を発するので、この蛍光強度を測定すれば、２本鎖ＤＮＡ６を定量することができる。図２（ｃ）では２本鎖ＤＮＡ６を生成することができない変性した１本鎖ＤＮＡ３や相補的１本鎖ＤＮＡ５は図示省略しているが、この場合にはエネルギードナー７とアクセプター８とは近接せず離間した状態となる。この状態ではエネルギードナー７を励起してもアクセプター８への蛍光共鳴エネルギー移動が起こりにくいので、アクセプター８も蛍光を発しにくくなる。このように、蛍光強度は、ハイブリダイゼーションによる２本鎖ＤＮＡ６の生成量に対応しているので、蛍光強度が小さいほど光触媒２の性能が高く、蛍光強度が大きいほど光触媒２の性能が低いと評価することができる。このように、蛍光強度を指標として、正確に２本鎖ＤＮＡ６の生成量を定量することができ、可視光応答型の光触媒２の性能をさらに高精度で評価することができるものである。なお、蛍光強度の測定は、光源、分光器、検出器等を備えて形成された通常の分光蛍光光度計を用いて行うことができる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２９】
可視光応答型の光触媒２として、窒素ドープ型酸化チタンを用いた。具体的には、酸化チタン（石原産業（株）製「ＳＴ−０１」）をアンモニア雰囲気中において６００℃で焼成することによって粉末状の光触媒２を調製した。次にこの光触媒２を水中にゾル状に分散させることによって分散液を調製した。そして、この分散液をガラスの基材１１にスプレー塗装し、２００℃で３０秒間焼き付けて、ＴｉＯ２の膜厚が１μｍとなるような基材１１（ＴｉＯ２コートあり）を作製した。また、比較例として、上記の分散液をスプレー塗装していないガラスの基材１１（ＴｉＯ２コートなし）を用意した。
【００３０】
ＤＮＡ溶液４は、３’末端にビオチンが結合した２２塩基を有する１本鎖ＤＮＡ３（和光純薬工業（株）、塩基配列：３’Ｂｉｏ−ＣＴＧＴＴＣＡＴＧＡＣＧＣＡＧＡＴＡＣＣＡＧ５’）を１μｇ／２０μｌとなるように水に分散させることによって調製した。
【００３１】
上記のＤＮＡ溶液４の１０ｍｌをスポイトでＴｉＯ２ありの基材１１及びＴｉＯ２なしの基材１１の表面に滴下し、照度１０００ｌｘの蛍光灯を１〜８時間照射した。
【００３２】
その後、滴下したＤＮＡ溶液４から２μｌを回収し、この回収液に相補的１本鎖ＤＮＡ５を含有する相補的ＤＮＡ溶液を添加して混合した（図２（ａ）参照）。相補的ＤＮＡ溶液は、５’末端にアクセプター８としてシアニン系有機色素（Ｃｙ５）が結合した２２塩基を有する相補的１本鎖ＤＮＡ５（和光純薬工業（株）、塩基配列：５’Ｃｙ５−ＧＡＣＡＡＧＴＡＣＴＧＣＧＴＣＴＡＴＧＧＴＣ３’）を１μｇ／２０μｌとなるように水に分散させることによって調製した。
【００３３】
次に、相補的１本鎖ＤＮＡ５が添加されたＤＮＡ溶液４を４０℃で１５分間加熱した後、１時間かけて室温（２０℃）に戻すことによって、ハイブリダイゼーションを行った（図２（ｂ）参照）。
【００３４】
次に、ハイブリダイゼーションを行った後のＤＮＡ溶液４に１本鎖ＤＮＡ３と等モルとなるようにエネルギードナー７として蛍光性希土類金属錯体（Ｅｕ（III）錯体）を添加し、室温（２０℃）で１時間放置した後（図２（ｃ）参照）、蛍光強度を測定した。エネルギードナー７は、あらかじめストレプトアビジン１０に結合させて標識したもの（（株）パーキンエルマージャパン、製品名「Eu-W1024 labeled Streptavidin」、品番「ＡＤ００６２」）を水溶液の状態で添加した。
【００３５】
図３（ａ）は、ＴｉＯ２コートなしの基材１１（ガラスのみ）に滴下したＤＮＡ溶液４の蛍光発光スペクトルである。Ｅｕ（III）錯体の発光によりＣｙ５の増感発光が起こり、Ｃｙ５の最大発光波長である６６９ｎｍにおいて大きなピークが現れていることが分かる。波長６６９ｎｍにおける発光強度を１としている。なお、図３（ａ）において励起光の強度スペクトルは省略している。
【００３６】
図３（ｂ）は、ＴｉＯ２コートありの基材１１に滴下したＤＮＡ溶液４に関する可視光照射時間と、波長６６９ｎｍにおける蛍光強度との関係を示すグラフである。可視光を照射していないとき（照射時間が０時間のとき）の発光強度を１としている。蛍光灯の照射時間が長くなるにつれて１本鎖ＤＮＡ３の変性が進むため、２本鎖ＤＮＡの生成量が減少し、波長６６９ｎｍにおけるＣｙ５の発光強度が小さくなっていることが分かる。この結果から、本発明に係る光触媒性能評価方法によれば、可視光応答型の光触媒２の性能を従来よりも高精度で評価することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００３７】
１  可視光
２  光触媒
３  １本鎖ＤＮＡ
４  ＤＮＡ溶液
５  相補的１本鎖ＤＮＡ
６  ２本鎖ＤＮＡ
７  エネルギードナー
８  アクセプター
９  ビオチン
１０  ストレプトアビジン
【図１】
2013169533.tif 000003
【図２】
2013169533.tif 000004
【図３】
2013169533.tif 000005