Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
### i. コア粒子の作製(SV粒子)

コア粒子となるSt（styrene）-VBC（4-vinylbenzylchloride）共重合体微粒子（SV粒子）はpotassium persulfate（KPS）を開始剤とする乳化重合法によって作製した。

攪拌棒、冷却管、セラムラバー、攪拌シールを取り付けた200 mL四つ口丸底フラスコに、モノマーとしてstyrene（St）、4-vinylbenzylchloride（VBC）、必要に応じて界面活性剤としてsodium dodecyl sulfate（SDS）、溶媒として水を入れ、70 ℃で300 r.p.m.にて攪拌した。所定温度の恒温槽中で30分間窒素置換を行ったのち、開始剤を水に溶解させたものを注射器で系内に添加した。その後、さらに30分間窒素置換を行い、重合反応を24時間行った。重合終了後の粒子分散液は13500 r.p.m.、10～25 min（粒子径により異なる）、15 ℃の条件で遠心分離を行い、上澄みをデカンテーションにより除去した後、下層の粒子を水で再分散させる操作を4回繰り返して精製した。得られた粒子分散液は遮光し、4 ℃で保存した。

### ii. 光inifter基の導入(SVDC粒子)

グラフト重合の開始点となるN,N-diethyldithiocarbamate（DC）基を微粒子表面に導入するため、SV粒子のクロロメチル基をsodium N,N-diethyldithiocarbamate trihydrate（NaDC）と置換させる改質反応を行った。

200 mL三つ口丸底フラスコにSV粒子を固形分で2.0 g入れ、全量が70 gとなるように水を加えた。この反応容器に攪拌棒、攪拌シールを取り付け水冷下200 r.p.m.で攪拌した。NaDC 0.74 gを30 gの水に溶解させ、系内に少しずつ加えた。その後、室温にて24時間反応させた後、13500 r.p.m.、10～25 min（粒子径により異なる）、15 ℃の条件で遠心精製を4回行った。このようにして、表面にリビングラジカル重合の開始点であるiniferter基を有するSVDC粒子を得た。得られた粒子分散液は遮光し、4 ℃で保存した。

### iii. ヘア鎖の導入（SVM粒子）

表面にiniferter基を有するSVDC粒子を用いて、UV照射によるリビングラジカル重合によってmethacrylic acid（MAA）をグラフト導入した。

専用の反応容器にSVDC粒子を固形分で0.5 g、MAAを2.0 g入れ、全量が400 gとなるように水を加えた。反応容器にUVランプ、リービッヒ冷却管、セラムラバーを取り付け、スターラー攪拌下にて30分間窒素置換を行った。使用したUV装置は内部照射型であり、反応容器中心部からUVを放射するため、効率的な光反応が可能である。

窒素雰囲気下、室温にて400 Wの高压UVランプで所定時間UV照射をした。重合中は光源から熱が放出されるため、水銀ランプ周囲に冷却水を流して系内の温度を一定に保った。重合後の粒子分散液は13500 r.p.m.、25～30 min（粒子径により異なる）、15 ℃の条件下で遠心精製を4回行った。この粒子をSVM粒子とした。得られた粒子分散液は遮光し、4 ℃で保存した。
iv. ヘア粒子への亜硝酸イオン検査試薬の固定化（NEDA固定化粒子～SVMN粒子）

ヘア鎖が持つカルボキシル基と検査試薬の持つアミノ基との縮合反応を用いて、ケミカルセンシングインクの作製を行った。

① 粒子の分散液を凍結乾燥し、溶媒を完全に除去した。その後、10 mg/mLになるようにpH 6.8 リン酸バッファーを加えた。

② EDC $ 1.5 \times 10^{-2} $ M溶液、NHS $ 3.75 \times 10^{-3} $ M溶液、NEDA $ 3.0 \times 10^{-3} $ M溶液をpH 6.8リン酸バッファーを用いて作製した。

③ SVM分散液1 mL、EDC溶液2 mL、NHS溶液2 mL、NEDA溶液10 mLを混合し、4 h攪拌した。

④ 反応後の粒子分散液は13200 r.p.m.、10～25 min、20 ℃の条件下で遠心精製を6回行った。得られた粒子をSVMN粒子とし、粒子分散液を亜硝酸イオンセンシングインクとした。得られたセンシングインクは遮光し、4 ℃で保存した。

また、ヘア粒子の有効性を調べるために、アシェル型のナノ粒子に分析試薬を内包したインクとの比較を行った。具体的には、ポリスチレンコア/ポリビニルピロリドンシェルをもつコアシェル粒子に、アルキル化により疎水化させたN-1-ナフチル-N,N-ジオクタデシルエチレンジアミンを内包させたインクを作製した。

① アルキル化したN-1-ナフチルエチレンジアミン 12.0 mgをTHF 40 mLに溶解させた。

② ポリスチレンコア/ポリビニルピロリドンシェルを持つコアシェル粒子(38% w/w) エマルション1051.9 mg、水100 mL、THF 60 mLを300 mLナスフラスコに取り、攪拌した。ここに①を徐々に滴下した。

③ エバポレーターでTHFおよび水を減圧除去した。得られた濃縮液を水でメスアップして10 mLとした。これを亜硝酸イオンセンシングインクとする。得られたセンシングインクは遮光し、4 ℃で保存した。

3）マルチセンシングインクの作製（イオン交換型コア・シェルナノ粒子）

本研究では、イオン交換法を利用することで、様々な色素の固定化が可能な汎用性の高いナノ粒子インクを開発した。これにより、より簡便にマルチセンシングチップを作製できる。

a. イオン交換法を利用した色素の固定化が可能なポリマーナノ粒子

本研究において開発する粒子は、コア層に疎水的なpolystyrene（PSt）、シェル層に親水的でカチオン性のpoly(2-aminoethyl methacrylate hydrochloride)（PAEMH）を持つコアシェル型の形状
である。作製された粒子は表面に正電荷を持つため、粒子間に静電斥力が生じている。このため、分散安定性が高い粒子となる。また、作製にミニエマルション重合を用いることで小さい粒径に制御することができ、インクジェット応用に適した基盤技術となる。図(1)-10にその模式図を示す。

図(1)-10 カチオン性コア/シェル粒子の模式図

一般的に比色分析に用いられる色素は、水溶性を向上させるために、スルホン化によって、スルホン酸ナトリウム塩となっている場合が多い。カチオン性シェルは塩化アンモニウム部位を持つため、イオン交換法による多様な色素の固定化が可能となる。

イオン交換法は、ラテックスと色素を混合・攪拌を行うだけで、固定化できるため、非常に簡便かつ迅速に行える修飾法であると言える。図(1)-11にイオン交換法の模式図を示す。

図(1)-11 イオン交換による色素の固定化

また、この修飾方法を用いれば、一つの粒子基盤を用いて、様々な色素を固定化することができる。したがって、マルチセンシングに向けたインクを作製が可能である。

よって、本粒子は多くの色素を固定化でき、マルチセンシングに適した形状である。また、色素が表面に存在するため、発色が見やすくなり、応答を得やすいと言える。カチオン性コアシェル粒子の特徴を以下にまとめ、その模式図を図(1)-12に示す。

## 作製上の特徴

● 一段階で作製することができる

● イオン交換による粒子への色素の修飾が可能

⇒混合・攪拌だけで修飾できる。また、有機溶媒を要さず、環境負荷が小さい。

● 幅広く色素を選択することができる
## 構造上の特徴

● 表面に色素が存在している

● 分散安定性が高い

図(1)-12 カチオン性コア/シェル粒子のマルチセンシング能

### b. インク基板粒子の開発（SA粒子）

カチオン性コア/シェル粒子は、モノマーを2-aminoethyl methacrylate hydrochloride (AEMH)、styrene（St）、界面活性剂CTMA-Cl、開始剤をV-59とするミニエマルション重合法によって作製した。モノマー比はAEMH：St=1：4（w/w）とした。

作製した粒子を以後SA粒子とする。図(1)-13にモノマー、界面活性剤、開始剤の構造を示す。そして、透過型電子顕微鏡(TEM)または動的光散乱法(DLS)による粒径の測定により、この粒子の形状と粒径の観察を行った。

図(1)-13 SA粒子作製のための試薬

### c. 試薬の固定化

作製した粒子にイオン交換法を用いて色素を固定化した。マイクロチューブに固形分率1 wt%の粒子のラテックスと、0.1 mMとなるように純水で希釈した色素水溶液を1：1（v/v）で混合し、24 h攪拌を行い、センシングインクとした。修飾する色素として、銅イオン検出試薬Zincon、鉛イオン検出試薬Xylenol Orange(XO)を設定した。Zinconを修飾した粒子をSAZ粒子、XOを修飾した粒子をSAX粒子とした。図(1)-14にZinconおよびXOの構造を示す。
図(1)-14 修飾試薬の構造

このSAZ粒子とSAX粒子それぞれを評価した。

### i. SAZ粒子の評価

まず、限外濾過による色素の固定化度合いの評価を行った。方法として、作製したインクを限外濾過用マイクロチューブに入れ、5500r.p.mで攪拌し、ZinconのpH6.8における吸収波長である464 nmにおけるろ液の吸光度を測定した。また、固定化後の粒子の状態を測定するためにTEMを用いて形状、粒径の変化を測定した。

### ii. SAX粒子の評価

限外濾過による色素の固定化度合いの評価を行った。方法として、作製したインクを限外濾過用マイクロチューブに入れ、5500r.p.mで攪拌し、XOの吸収波長である440nmにおけるろ液の吸光度を測定した。また、固定化後の粒子の状態を測定するためにTEMおよびDLSを用いて形状、粒径の変化を測定した。

### d. 溶液系での応答

溶液系において、pHおよび測定対象の濃度を変化させて、測定における至適pHおよびその呈色を確認した。

### i. SAZ粒子の溶液中での銅イオンセンシング

吸光度測定用のマイクロプレートのウェルに、作製したインクをピペットマンを用いて滴下した。インクに各pHの0.05 M酢酸/酢酸ナトリウムバッファーを加え、各濃度のサンプルを滴下し、よく攪拌した。5 min後の呈色の変化を、スキャナーを用いて画像データとして取り込み、解析した。解析にはDigital Color Analysis(DCA)を用いて色変化を定量的に測定した。図(1)-15に本実験の操作を示す。pHは3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0に振り分け、サンプルの濃度は銅(Ⅱ)イオン0 μM、5 μM、10 μM、25 μM、50 μM、100 μM、1 mM、10 mMに設定した。
図(1)-15 溶液系での応答の確認

### ii. SAX粒子の溶液中での鉛イオンセンシング

吸光度測定用のマイクロプレートのウェルに作製したインクを、ピペットマンを用いて滴下する。インクに各pHの0.05 M酢酸/酢酸ナトリウムバッファーを加え、各濃度のサンプルを滴下し、よく攪拌する。5 min後呈色の変化をスキャナーを用いて画像データとして、取り込み解析する。解析にはDigital Color Analysis(DCA)を用いて色変化を定量的に測定した。図(1)-15に本実験の操作を示す。pHは3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0に振り分け、サンプルの濃度は鉛（Ⅱ）イオン0 nM、50 nM、500 nM、1 μM、10 μM、100 μM、1 μMに設定した。

### e. 紙基盤上での応答

## 紙基盤上において

### i. SAZ粒子の紙基盤上における銅イオンセンシング

### ii. SAX粒子の紙基盤上における鉛イオンセンシング

を行った。作製した粒子をインクジェットプリンタにおける適した組成に調整し、インクとする。この際、インク：エチレングリコール=9：1の体積比で混合した。これをセンシングインクとする。センシングインクをカートリッジにシリンジとシリンジ針を用いて注入した。センシングインクを3 mm平方のパターンで15 layersまで重ねて印刷した。作製したチップをサンプル溶液に浸し、インクの呈色の変化をスキャナーを用いて画像データとして、取り出した。このデータを同様に解析した。この実験の概要を図(1)-16に示す。
図(1)-16 紙基盤上での応答

4）鉛イオンセンシングインクの作製（イオン選択性オプトード型コア・シェルナノ粒子）

本研究では、イオン交換をベースとしたイオン選択性オプトードの原理を用いたセンシングインクを開発した。イオン選択性オプトードの原理を用いることで、目的のイオンと結合する試薬と色変化を生じる試薬を別々に選択することが可能となる。本研究では、鉛イオンのセンシングインクを開発した。

### a. イオン交換型イオン選択性オプトードの応答機構 $ ^{14)} $

イオン選択性電極の応答は、油水界面での電荷分離による膜電位の寄与に支配される。この原理に基づいて中性イオノフォアをオプトードに応用する際には、イオノフォアのイオン抽出の際に劇的に色変わりするクロモイオノフォアを油相中に存在させる。従ってオプトードの応答は油相に存在する検出素子全体の量に依存する。Simonら $ ^{15)} $ はその検出素子にプロトンの着脱によって色変化するプロトン選択性クロモイオノフォアを用いたオプトードの開発をした。ここではこのオプトードの応答機構と理論式について述べる。

中性イオノフォア（L）とプロトン選択性クロモイオノフォア（C）とアニオン添加剤（R $ ^{-} $ ）に基づくオプトードの応答機構は図(1)-17に示す通りである。

図(1)-17 イオン交換モデル
まず、中性イオノフォアと目的カチオン（I^{+}）が錯形成すると同時に、カチオン性色素（CH^{+}）は脱プロトンし中性となる。イオン-イオノフォア錯体は水相へ分配された脂溶性アニオン添加剤とイオン対を形成し、油相に抽出される。

プロトンの着脱によって吸収スペクトルが変化するクロモイオノフォアとしてETH5418（図(1)-18）を用いることとする。ETH5418は長いアルキル鎖を有しているため、非常に疎水性が高い物質である。

図（1）-18 ETH5418

イオノフォアとしてはlead ionophore IV(図(1)-19)を用いる。

図(1)-19 Lead ionophore IV

このイオノフォアは籠の形をしており、その籠の内部に鉛イオンが収まるような形で配位する。このイオノフォアは鉛に対してだけでなく、カドミウムに対しても高い選択性を示してしまう。

アニオン添加剤として用いるNaTFPBの構造を図(1)-20に示す。

図（1）-20 NaTFPB
### b. イオン交換型イオン選択オプトードポリマーナノ粒子の作製

先行研究ではポリ塩化ビニル粒子を利用してイオン選択オプトードを作製していた $ ^{16)} $ 。このポリ塩化ビニル粒子の粒径は13 μmであり、これはインクジェットプリンタを用いて印刷することができる粒径(200～300 nm)をはるかに超えている。そのため、インクジェットプリンタで印刷することができる245 nmのポリスチレン(PSt)コア/ポリビニルピロリドン(PVP)シェル粒子(PSt：PVP = 64：36)を利用してセンシングインクを作製した。

クロモイオノフォアETH5418 1.81mg、イオノフォアlead ionophore IV 6.70mg、アニオン添加剤NaTFPB 2.50mg、可塑剤であるDIDP 3.64mg、THF 20mlを混ぜて溶解させ、これをA液とした。ここでDIDPの構造を図(1)-21に示す。

図(1)-21 DIDPの構造

ポリスチレンコア/ポリビニルピロリドンシェルを持つコアシェル粒子(38% w/w)エマルションを519.5mg、milli-Q 50ml、THF 30mlをナスフラスコに入れてよく攪拌し、これをB液とした。B液を激しく攪拌し、その上から滴下漏斗を用いて20分以上かけてA液をゆっくり滴下した。

この混合溶液をロータリーエバポレーターにかけTHFを除去した。さらに全重量が10 g（固形分率が約2%）になるまで水を除去した。
（２）水質多検体モニタリングのための “オールインクジェットプリント技術による” ケミカルセンシングペーパーの作製

本研究では三種類のインクジェットプリンタを使用した。使用したインクジェットプリンタの仕様をTable(1)-1に示す。

Table(1)-1 使用したインクジェットプリンタの仕様

プリンタ	特徴	ノズル	最小吐出量 [pL]
PicoJet-2000 (Microjet)	Inkjet dispensing system (piezo)	Single ink reservoir 1 nozzle / printhead	20-180 (depending on head)
DMP-2831 (Dimatix)	Material inkjet printer (piezo)	Single ink reservoir 16 nozzles / printhead	1-10 (depending on head)
PX-101 (Epson)	Office printer (piezo)	5 ink reservoirs 59-180 nozzles / printhead	3

1）インクジェット技術を用いた亜硝酸イオンセンシングペーパーおよびラテラルフローイムノセンシングペーパーの作製法の開発

本研究では、紙基盤上でのマイクロ流路の作製法 $ ^{7)} $ を利用し、亜硝酸イオンセンシングおよびイムノセンシングが同一紙基盤上で行えるセンシングペーパーの開発を行った。

### a. 亜硝酸イオンセンシングペーパーの作製

### i. 流路の作製

図(1)-22 インクジェットプリンタを用いた亜硝酸イオンセンシングペーパーの作製
センシングを行うためのマイクロ流路を紙基板に作製した。ろ紙(Filter Paper ADVANTEC 5C)を1.7 wt% ポリスチレン溶液（溶媒：トルエン）に2時間浸漬させ、室温で乾燥させた。得られた疎水性のポリスチレン包括ペーパーをインクジェットプリンタ（PicoJet-2000）のステージ上に置き、トルエンを吐出することで親水性のパターンを作製した。スポットにつき10発のトルエン液滴を、スポット間を150 μmとして吐出することで疎水性ペーパーのポリスチレンを除々に溶解・除去し、本来のろ紙としての親水性部位を決まったところにだけパターンニング再露出させた（図(1)-22）。このようにして、マイクロ流路および反応部位、センシングエリアを作製した。

### ii. 亜硝酸イオンセンシング

次に、作製した流路上で亜硝酸イオンセンシングを行うために二種類の方法で試薬の印刷を行った。一つ目は、ナノ粒子をベースとしたN-1インク（もしくは粒子を用いていないN-1bインク）をセンシングエリアに、N-2インクを反応部位に、それぞれインクジェットプリンタ（PicoJet-2000）を用いて印刷した（図(1)-23）。二つ目は、ヘア粒子をベースとしたインクをセンシングエリアに、グリース反応に必要な検査試薬であるスルファニルアミド（クエン酸溶液）を反応部位に印刷した。このようにして、亜硝酸イオンセンシングペーパーを作製し、亜硝酸イオンを含むサンプルを流すことで、色変化を観察した。

図(1)-23 亜硝酸イオンセンシングペーパー
b. ラテラルフローイムノセンシングペーパーの作製

i. イムノセンシングの原理

図(1)-24 ラテラルフローイムノセンシングの概略図

イムノセンシングは、抗原抗体反応を利用した分析法のことである。その反応の特異性の高さから、高感度・高選択的な分析法として知られている。このイムノセンシングと、簡便な検出手法であるペーパークロマトグラフィーとを組み合わせた、ラテラルフローイムノセンシングは特別な機械などを必要としない最も簡便な測定法のひとつである。一般的なラテラルフローイムノセンシングは検体採取部（Sample Pad）、標識粒子塗布部（Conjugate Pad）、固相化メンブレン（Membrane）、吸収部（Absorbent Pad）の各構成部品を重ねて連結したマルチパッド構造になっている（図(1)-24）。固相化メンブレンにはリファレンス部（Control Line）と判定部（Test Line）があるが、これらは反応前は全くの無着色状態である。以下に測定の手順を説明する。

① サンプルパッドに滴下されたサンプルは、コンジュゲートパッドへと流れていく。そこでサンプル中の特定の物質（抗原）は、それを認識するラベル化された抗体（一次抗体）と抗原抗体反応を起こし、結合する。

② ラベル化された抗原抗体複合体を含むサンプルは毛细管現象によりメンブレン中を流れていき、判定部に到達する。判定部にはこの抗原抗体複合体に対して特異的に反応する第二の抗体（二次抗体）が固定化されている。そのためここで、抗原はラベル化された抗体およびメンブレン上のそれによってサンドイッチ状に結合される。つまり、サンプル中に特定の物質（抗原）が含まれている場合、この判定部が着色する。
③ レファレンスラインには一次抗体を認識する抗体が固定化されており、抗原と反応していない抗体がここで反応する。

このラインが着色すれば、コンジュゲートパッドに含まれている抗体がそこまで運ばれたことを示すので、判定が正確に行われたことが示される。

④ アブソーベントパッドはメンブレンを流れてきた検体を吸い取って、反応液をさらに継続的にクロマト移動させる。

### ii. 作製方法

環境水中の農薬などの分析を行うために、インクジェット技術を用いたラテラルフローイムノセンシングペーパーの作製法を検討した。その際、基盤としてろ紙を使用し、モデル分析としてhuman IgG抗体を検出する「シングルパッド」のイムノクロマトグラフィーの製造を行った。ろ紙に親水性パターンを作製する方法は上記と同様に行い、異なる点としては、まず、テストラインおよびコントロールラインのみを作製した。次に、その2つのライン上に、イムノセンシングインクを印刷した。その後、すべてのマイクロ流路をトルエンの印刷により完成させた。完成したマイクロ流路を含むろ紙をBSA溶液(溶媒：PBSバッファー)に1時間浸漬させることで、ブロッキングを行い、乾燥させた後にPVP水溶液をサンプルエリアおよびコンジュゲートエリアにスポットした。最後に、作製した流路にてイムノセンシングの有効性を確認するため、金ナノ粒子でラベル化したヒトIgG抗体を用いて、コンジュゲートエリアに抗体をスポットした。このヒトIgGを用いたイムノアッセイのためには、ヒトIgG(コントロールライン)、ヒトIgG抗体(テストライン)、金ナノ粒子でラベル化したヒトIgG抗体（コンジュゲートエリア）をインクとして用いた（図(1)-25）。

図(1)-25 インクジェットプリンターを用いたラテラルフローイムノセンシングペーパーの作製
2）UVインクを利用したインクジェットプリント技術によるマイクロ流路の作製法の開発

（２）－１）のセンシングペーパーの作製法には揮発性有機化合物であるトルエンが使われており、環境に対して課題があった。そこで、揮発性有機溶媒を用いない環境に優しい流路の作製法を考案した。

### a. UVインクによる流路の作製法

UV照射によって重合し、疎水性のバリアを形成できる揮発性有機溶媒を含まないインク（UVインク）を開発した。開発したUVインクは、疎水性のモノマーと光重合開始剤から構成されるインクである。その構成は、モノマーとしては、アクリル酸オクタデシルと1,10-デカンジオールジアクリレートが7:3（w/w）の混合物を用い、開始剤としてはベンジルジメチルケタールをモノマー比15%（w/w）で利用した（図(1)-26）。このUVインクを濾紙(Filter Paper ADVANTEC 5C)上にインクジェットプリンタにより印刷し、その後UVランプを照射することでモノマーを重合させる。これにより、疎水性のバリアを形成させ、流路を作製する。

図(1)-26 UVインクの構成

### b. UVインクを用いた流路の作製方法

濾紙にUVインクを、オフィス用インクジェットプリンタ（PX-101）を用いて、まず表面に流路の壁を描くように印刷した。その後、UV（600 mW/cm²、365 nm）を60秒間照射した。次に裏面からの漏れを防ぐために、濾紙の裏面にも流路全体をカバーするような長方形の図形を印刷した。そして同様にUV照射を行い、疎水性のバリアを作製した（図(1)-27）。

図(1)-27 UVインクによるマイクロ流路の作製

図２ UVインクによるマイクロ流路の作製
### c. 流路の評価

食品用色素である赤色2号水溶液を流路に流すことで、流路のバリア性の評価を行った。また、ブロモチモールブルー、チモールブルー、メチルレッドをコアシェル粒子に内包したpH指示薬を印刷し、pHを変化させたサンプルを流すことで、センシングペーパーとしての有用性を評価した。

### d. 流路幅の検討

流路幅の検討を行うために、図(1)-28のような流路を濾紙にUVインクで、インクジェットプリンタ（PX-101）を用いて印刷した。これは、中央に円形のサンプル注入口があり、ここから放射状に8本の流路（0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，1.3 mm）が伸び、各流路の端部に円形の反応スポットが位置する形状である。この流路を印刷した後すぐに、UVを照射した。また、裏面には流路全体をカバーするような円形の図形を印刷し、UV照射を行った。作製後、赤色二号水溶液を流し、実際に流れた流路幅をデジタル顕微鏡により測定した。

図(1)-28 流路幅の検討

### e. 裏面の透過率変化の検討

通常流路の作製時に、流路は完全な黒色として印刷設定しているが、その黒色の透過率(印刷の濃さ)を変化させた場合の検討を行った。透過率の変化は、表面は正方形の縁、裏面はそれを十分にカバーできる大きさの正方形の形状で印刷し、その中央部の透過率を0%(完全な黒色)から10%ずつ増やすことで黒色を薄くし、100%(印刷されていない状態)まで変化させた(図(1)-29)。作製後、赤色2号水溶液を滴下し、染色した厚さをデジタル顕微鏡により観察した。

図(1)-29 透過率の検討
### f. 表面カバーが施された流路の作製

流路上の表面にカバーを施して水の蒸発を軽減できるような流路の作製を行った。図と同様の形状の図形を用いたが、流路幅は1.0mmと均一とし、その流路上に透過率を上げたドーナツ型の図形を印刷した。また、裏面もdと同様の円形を用いたが、こちらも透過率を上げて印刷した（図(1)-30）。できた流路に、赤色2号水溶液を滴下し、流れた流路の断面をデジタル顕微鏡で観察した。

図(1)-30 表面カバーされた流路の作製

## 3 ）鉛センシングペーパー作製法の開発

セクション（1）-3）で作製したインクを利用して、図(1)-31のような流路をもつ鉛センシングペーパーを開発した。流路印刷はセクション（2）-2）の方法で作製した。ただし、表面の透過率は0%、裏面の透過率は35%にした。インクジェットプリンタ（DMP-2831）を用いてセンシングインクを図(1)-31の中央の部分に印刷し、鉛イオンセンシングチップペーパーを作製した。次に、このセンシングペーパーの評価を行った。バッファー希釈(MES-TMAOH：50 mM-100 mM、pH 5.2)で作製した鉛サンプルをDropping areaに20 μ1×5回滴下した。

図(1)-31 実験に用いた流路のデザイン

## 4 ）新規蛍光ナノ粒子型ラベル化剤を用いたイムノセンシング技術の開発

より高感度なイムノセンシングを行うために、蛍光ナノ粒子型ラベル化剤を開発した。現在、イムノアッセイのためのラベル化剤として、蛍光色素内包シリカナノ粒子が着目されている。これは蛍光色素内包シリカナノ粒子が、高感度かつ迅速測定が可能で、ラテラルフローイムノアッセイへ応用可能であるためである。しかしながら、未だ蛍光や発光ELISAに比べると感度の点で劣る。そこで本研究では、この蛍光シリカナノ粒子を改良することで、より高感度な測定を実現し
た。

### a. 新規ナノ粒子型ラベル化剤

提案するラベル化剤の模式図を図(1)-32に示す。このラベル化剤のポイントは下の3点である。

① 金ナノ粒子をコアとして用いること

金ナノ粒子をコアとして用いることで、多量に色素を固定化してもシリカナノ粒子の形態が崩れることがない。また、LFIAへの応用を考えた場合、目視でControl line（＝テストの終了）が確認でき、Test lineの半定量的な濃さを判別できることは大きなメリットとなる。

② ユウロピウム錯体（BHHCT−Eu^{3+}）を色素として用いること

ユウロピウム錯体は非常にストークスシフトが大きい色素である。このため、多量の色素を固定化し、色素濃度が高くなっても濃度消光を起こしづらい $ ^{17)-20} $ 。

また、用いる配位子であるBHHCTは、非常に高輝度であり、アミノ基と反応し硫酸アミド基を容易に形成することができるクロロ硫酸基を有している。ナノ粒子の高輝度化に、色素の漏れを防ぐ共重合法を用いるのは非常に重要であるため、この色素を選択した。

## ③ デンドリマーをリンカーとして用いること

デンドリマーをリンカーとして用いることで、分散性を維持したまま、高いラベル化効率でラベル化を行うことができる $ ^{21} $ 。

図(1)-32 ラベル化剤のデザイン

図1-33 BHHCT

### b. ラベル化剤の合成

上記で提案したラベル化剤の合成を行った。（図1-32）

① クエン酸還元法を用い、粒径約30 nmの金ナノ粒子を合成した。

② 金ナノ粒子表面にシリカシェルをコーティングした。まずPEG（ポリエチレングリコール）鎖
を金ナノ粒子表面に修飾した後、TEOS（tetraethoxysilane）をモノマーとしシリカシェルを合成した。

③ ユウロピウム錯体内包シリカシェルをコーティングした。ユウロピウムリガンドであるBHHCT（4,4'-bis(1",1",1",2",2",3",3"-heptafluoro-4",6"-hexane-dion-6"-yl)chlorosulfo-o-terphenyl）（図(1)-33）を合成により得た。これをAPS（3-aminopropyl-triethoxysilane）と結合させ、ユウロピウムイオンを配位させ、ユウロピウム錯体-シランカップリング剤複合体であるAPS-BHHCT-Eu³⁺を得た。その後、これをTEOSと共に共重合させることで、ユウロピウム錯体内包シリカシェルを合成した。この操作を5回繰り返すことによって、多量のユウロピウム錯体を固定化した。

④ アミノ基修飾を行った。APSを不活性の負電荷を持つTHPMP（3-(trihydroxysilyl)propylmethylphosphonate）と共に共重合させるさせることで、分散性を維持したままアミノ基修飾を行った。

⑤ 抗体への結合を行った。多官能基性のデンドリマーをリンカーとして用いた。PAMAM (poly(amido amine)-succinamic acid) デンドリマー第2世代をNHS (N-hydroxysuccinimide) によって活性化した後、まずナノ粒子表面のアミノ基とこれを結合させた。その後、抗体のアミノ基と残ったスクシンイミド基を結合させた。

このような手順を踏んで新規ナノ粒子型ラベル化剤を作製した。その際検討事項として、

i. 合成したBHHCT−Eu^{3+}の吸収・蛍光スペクトル測定

ii. THPMPによる分散安定性向上の評価

iii. 色素コーティング回数の最適化

を行った。
図(1)-34 ナノ粒子ラベル化剤の合成方法

### c. イムノアツセイ

### i. Salmonella Typhimuriumに対するイムノアッセイ

水質モニタリングのための応用としてSalmonella Typhimurium（ネズミチフス菌）に対し、マイクロプレート上でサンドイッチイムノアッセイを行った。サンプルとして熱処理されたSalmonella Typhimurium、抗体としてAnti-Salmonella antibodyを用いた。まずAnti-salmonellaを96穴マイクロプレート上に物理吸着した後、ブロッキング剤（Bovine serum albumin）、サンプル、ラベル化抗体を順にインキュベートすることによってイムノアッセイを行った。その後、マイクロプレートリーダーによって蛍光検出（励起：335 nm、蛍光：618 nm）を行った。

### ii. ラテラルフローイムノアッセイ

Mouse IgGをモデル抗原とし、ラテラルフローイムノアッセイを行った。まずニトロセルロース上にテストラインとしてAnti-mouse IgGを、コントロールラインとしてMouse IgGをインクジェットプリンタ（DMP-2831）を用いて印刷した。その後アブソーバントパッド、サンプルパッド、そしてラベル化抗体を固定化したコンジュゲートパッドを重ねることによってラテラルフローイムノアッセイを構築した。サンプルを流し、UVランプとデジタルカメラ、フィルタを用いて蛍光シグナルを撮影した。その後、色表現法のひとつであるRGBのうち、R（Red）の値を利用することによって蛍光シグナルの数値化を行ったところ良好な結果を得た。
## （３）環境検査のための安価な水質検査トータルシステムの開発

## 1 ）デジタルカラーアナリシスを用いた定量分析法

本研究では、作製したチップでの半定量測定を目視で行ったほか、より客観的かつ定量的な判定をするためにデジタルカラーアナリシス(DCA)を行った。そこで、DCAを行うにあたり前提知識となる事項について解説する。

### a. デジタルカラーアナリシス

デジタルカラーアナリシス(DCA)とは、吸光光度分析などの従来の光学的手法に代わる、新しい光学分析手法である。デジタルカラーアナライザーやデジタルカラーメーターを用いることによって色を測定し、色を数値に変換することによって分析情報を取り出す。色をデジタル情報として扱うことにより、半定量的な分析しかできなかった比色分析でより精密な測定が可能となるため、このDCAは従来の光度分析よりも有益な分析手法であるといえる。基本的なコンセプトを図(1)-35に示す。測定した色に由来する複雑なスペクトルから、よりシンプルなデジタル情報を読み取る。

図(1)-35 DCAのコンセプト $ ^{22)} $

### b. 分析方法

本研究で用いた二つの分析法について説明する。

### i. RGB (Red, Green, Blue)

光とは、可視領域の全ての波長が混合したものであり、混合の割合によって様々な色が作り出される。これを波長ごとの光のエネルギーに分解したものをスペクトルと呼ぶ。スペクトルは最も正確に、かつ完全に色の情報を表しているデータであり、これを基に色を様々な方法で数値化したり、記号化したりすることができる。このスペクトルを基にした色の表現方法の中で最もよく使われるのが、3つの値を1組とした数値で表す方法である。このような3つの要素のことを色の三属性といい、構成する3つの値を三刺激値と呼ぶ。RGB法は色スペクトルの赤、緑、青の三原色
の組み合わせによる色を数値化する方法である。光のない状態（Black）にR、G、Bの色光を加えていくと、その割合によりあらゆる色が表現できる。R、G、Bの量が等しく最大に混合されたときの光がWhiteの光である。この考え方を加法混色という（図(1)-36）。

図(1)-36 RGB（加法混色）

### ii. CIE表色系 (CIE 1976 L*a*b*)

RGB法は三刺激値によって色は3次元直交座標の中の1点で表すことが出来る。しかし、三刺激値が装置の特性に依存してしまうという問題点がある。これを改善する為に、国際照明委員会（CIE）は定義した均等色空間の一つがCIE 1976 L*a*b*である。知覚と装置の違いによる色差を測定するために定められた。ある色と他の色の色差は、(1)-1式によって表すことができる。L*a*b*座標の概念図およびa*b*グラフを図(1)-37に示す。

$$ \Delta\mathrm{E}^{*}=\sqrt{\left(\Delta\mathrm{L}^{*}\right)^{2}+\left(\Delta\mathrm{a}^{*}\right)^{2}+\left(\Delta\mathrm{b}^{*}\right)^{2}} $$

(a)

(b)

図(1)-37 CIE 1976 L*a*b* ((a) 概念図、(b) a*b*グラフ)
## 2 ）イムノケミカルマルチセンシングチップの開発

本研究では、一つの紙基板上で化学センシングおよび生化学センシングを同時に行えるイムノケミカルセンシングペーパーを開発した。これにより、試料を一度注入するだけで、同時に多項目の検査を行うことができる。さらに、流路の作製からセンシング試薬の印刷までを、全て同一のインクジェットプリンタで行った。これにより、一台のインクジェットプリンタで簡便に多項目測定ができる汎用性の高いイムノケミカルマルチセンシングペーパーが作製可能であることを実証した。

### a. イムノケミカルセンシングペーパーの作製法

本研究では、化学センシングのパラメーターの一例としてpHセンシングを、多項目生化学センシングの一例としてマウスIgGセンシングとヒトIgGセンシングの二種類のセンシングを行った。（図(1)-38）流路はセクション（2）-1）の方法によりインクジェットプリンタ（PicoJet-2000）で作製した。まず、親水性のイムノセンシングインクがラインから広がらないように、イムノセンシング用のテストラインおよびコントロールラインのみをエッチングし、その後そこにイムノセンシングインクを印刷した。そして、イムノセンシング用の流路の残りの部分をエッチングして完成させ、プロッキング処理をした。次に化学センシング用の流路をエッチングして完成させ、センシングエリアにpHセンシングインクを印刷した。最後に、金ナノ粒子でラベル化した抗体をコンジュゲートエリアにスポットした。なお、用いるpHセンシングインクはセクション（1）-1）と同様のものを作製して用いた。

図(1)-38 イムノケミカルマルチセンシングペーパー

### b. イムノケミカルセンシングペーパーの評価

作製したイムノケミカルセンシングペーパーを評価するために、センシング対象が含まれたサンプルを滴下した。用いたサンプルは、ヒトIgGとマウスIgGを共に含むpH6.0とpH9.0の溶液、ヒトIgGとマウスIgGのどちらかしか含まないpH6.0の溶液の計4種類である。
## 3 ）多項目水質センシングチップの開発

本研究では、一つの紙基板上で同時に多項目の化学センシングを行えるマルチセンシングチップを開発した。これにより、サンプルを一度注入するだけで、簡単に、同時に多項目のイオンの測定を行うことができる。さらに、試薬の印刷もインクジェットプリンタで行えるため、容易に作製でき、且つ簡便に同時多項目の水質検査ができる汎用性の高いマルチセンシングチップを作製可能であることを示す。

### a. 色素溶液を使った簡易的なセンシングペーパーの開発

今までのセンシング法では、センシング色素を粒子に内包することで試薬の安定性の向上や色ムラの防止などを行い、より正確なセンシングを行った。しかし、粒子に内包しなくてもセンシング色素は目的のイオンに反応するため、色素を単にバッファーに溶解した簡易的な試薬でも測定は可能であるといえる。そこで本研究では、色素をただ溶解させた溶液を用いてセンシングを行い、より簡易的な測定も行えることを示す。簡易的なセンシングの例として、ホウ素センシングペーパーを作製した。

流路の作製はセクション（2）－2）で開発したUVインクを用い、それをインクジェットプリンタ（DMP-2831）で紙の表面のみに印刷することで流路を作製した。そして、ホウ素の存在下で色変化を起こす色素であるAzomethine H(図(1)-39)をpH 7.5のリン酸バッファーに溶解し、それを流路のセンシングエリアに印刷することでホウ素センシングペーパーを作製した。

図1-39 Azomethine H

### b. マルチセンシングチップの開発

今までの研究を統合し、目視で色変化が観察可能なイオン(およびpH)を選択し、図(1)-40に示すような一度に多項目のイオンを測定できるマルチセンシングチップを作製した。センシング項目は、 $ Cu^{2+} $ ， $ BO_{3}^{3-} $ ， $ Cd^{2+} $ ， $ Ca^{2+} $ ， $ Pb^{2+} $ ， $ F^{-} $ ，pHの七種類である。セクション（2）-2）の流路の作製方法を用い、図(1)-41の手順で、中心部から8方向に進む形状をした流路(流路幅1.0mm)をインクジェットプリンタ（PX-101）により作製した。そして、その先にこれらのイオンに対応した検査試薬を印刷した。使用した検査試薬は順に、Zincon（セクション（1）-3）による粒子内包（SAZ粒子）、Azomethine H（色素溶液）、Xylenol orange（セクション（1）-3）による粒子内包（SAX粒子）、Phthalein Complexone（色素溶液）、ETH5418-lead ionophore IV（セクション（1）
- 4) による粒子内包)、Alfusone（色素溶液）、Bromocresol Purple-Bromothymol Blue-Cresol Red(セクション（1）-1) による粒子内包)である。なお、Phthalein Complexone は $ Ca^{2+} $ に応答する色素であり、 $ Na_{2}B_{4}O_{7}-NaOH $ バッファー(pH10.5) に溶解した。また、Alfusone は $ F^{-} $ に応答する Lanthanum(Ⅲ)-Alizarin Complexone を含んだフッ素センシング用に調整された色素であり、水に溶解して用いた。図(1)-42 にそれらの構造を示す。

図(1)-40 マルチセンシングチップ

図(1)-41 マルチセンシングチップ作製手順

図(1)-42 センシング色素の構造（左：Phthalein Complexone、右：Lanthanum(Ⅲ)-Alizarin Complexone）

c. マルチセンシングチップの評価

作製したセンシングチップの評価を行った。上のb.で作製した3つのチップのサンプル注入口にそれぞれ3種類のサンプルを滴下した。滴下したサンプルは、サンプルA（pH：5.2, $ \mathrm{Cd(NO_{3})_{2}} $ ：1 mM, $ H_{3}BO_{3} $ ：10 mM, $ \mathrm{Cu(NO_{3})_{2}} $ ：1 mM, $ CaCl_{2} $ ：100 mM, $ \mathrm{Pb(NO_{3})_{2}} $ ：1 mM）とサンプルB（pH=5.2, NaF：10 mM）であり、バッファーはtetramethylammonium hydroxide 2-N-morpholinoethanesulfonic acidを用いた。そして、それぞれの検査試薬の色変化を目視で確認できるか確認した。
## 4 ）ヒ素センシングペーパーの開発

現在、発展途上国ではヒ素汚染が深刻となっており、簡易的にヒ素を測定できる方法が求められている。そこで本研究では、基板としてろ紙を用いることで、低コストで使い捨てが可能であり、持ち運び・使用が簡単、そして外部機器・電源が不要といった特徴を持つヒ素検査紙基板チップを作製した。

### a. 七素

現在、世界人口の約1/3が高度の水質汚染下で暮らしている。特に、水質管理された水道が普及しておらず井戸水を飲料水として利用している地域は、常に水質汚染の危険にさらされている。中でもバングラデシュなどの発展途上国では有害金属であるヒ素による井戸水の汚染が深刻である。したがって、水質検査をする上で特にヒ素を検出することは重要である。ヒ素は硫化物、ヒ化物、酸化物などとして様々な鉱山に随伴して産出され、自然界で広く分布する元素である。また、他元素とヒ化物などの化合物を作りやすく、更に分離しにくいために、鉱石類を原料とする多くの金属、無機工業製品中には、微量のヒ素が常に不純物として混入する。高度に精製された金属材料中にも微量のヒ素が不純物として混入するが、金属中のヒ素は不純物として有害な場合が多い。ヒ素化合物は有毒なものが多いので食品中や水道水中への混入は厳しく制限されている。一般的に環境水中のヒ素の検出にはICP-MSなどの大型分析機器を用いるが、分析機器の設置された場所は限られていること、またコストや手間がかかることなどを考慮に入れると、ヒ素汚染の深刻な発展途上国のような地域ではより簡易的に判定できる体制が望まれる。

### b. ヒ素の比色分析法

### i. Merck法

ろ紙を用いる最も一般的な方法であり、この方法に基づくキットも市販もされている。

As(Ⅲ)を含む塩酸あるいは硫酸性溶液に金属亜鉛を反応させると、ヒ素はアルシンガス(AsH_{3})として揮発する。発生したAsH_{3}を臭化第二水銀(HgBr_{2})を浸したろ紙に接触させるとろ紙が黄色～黄褐色に色変化する。一連の化学反応を式(1)-2～(1)-5に示す。

$$ \mathrm{Zn~+~2H^{+}~\rightarrow~H_{2}\uparrow~+~Zn^{2+}} $$

$$ As\left(\mathrm{III}\right):\mathrm{As}_{2}\mathrm{O}_{3}+6\mathrm{H}_{2}\rightarrow2\mathrm{AsH}_{3}\uparrow+3\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} $$

$$ \mathrm{AsH_{3}~+~2HgBr_{2}\longrightarrow2HBr~+~AsH\left(HgBr\right)_{2}} $$

$$ \mathrm{AsH_{3}+3HgBr_{2}\rightarrow3HBr+As\left(HgBr\right)_{3}} $$

ろ紙の色変化の程度を調べることでヒ素を定量することができる。このとき、溶液中のヒ素は $ \mathrm{As}(\mathrm{III}) $ でなければならない。 $ \mathrm{As}(\mathrm{V}) $ のヒ素はヨウ化カリウムと塩化第一スズで $ \mathrm{As}(\mathrm{III}) $ に還元しておく。試料溶液中に銅など還元されやすい重金属が多量に共存すると $ AsH_{3} $ の発生が妨げられるので、
蒸留法などによりあらかじめヒ素を重金属から分離しておく必要がある。

反応時間は2009年発売の最新のキットを用いると、20 minであり、更にヒ素の検出下限は0.005 mg/Lである。

Merck法に基づく分析法のメリットとしては、次のことが挙げられる。

① 分析内容易

② ヒ素の検出下限が低い

しかし、次に挙げるようなデメリットもある。

① 有害な AsH_{3} の発生

② 有害なHgBr_{2}の使用

③ インクジェットプリンタに応用できない金属粉末の使用そこで、本研究では次の方法によりヒ素分析を行う。

### ii. $ NaBH_{4} $ 法

既存の大型分析機器を使用しないヒ素分析法は、水素発生源(以下、水素発生試薬と示す)として、金属と酸を用いた。この方法は金属を用いない分析法であり、インクジェットプリンタを用いた応用が可能ではないかと考えている。

なぜなら、インクジェットプリンタで試薬を吐出する際に、水に不溶の金属のように試薬の粒径が大きいとプリンターで試薬を吐出することが困難なためである。更に、試薬である金属は空気中で不安定なために、試薬印刷後にろ紙上で酸化されてしまう可能性がある。試薬が酸化すると反応が起こらなくなってしまう。

この方法の仕組みは、還元剤である$\mathrm{NaBH_{4}}$の水の還元により水素を発生させ、発生した水素が試料溶液中のヒ素と反応し、$\mathrm{AsH_{3}}$を発生させるというものである。$\mathrm{AsH_{3}}$はろ紙に含ませた$\mathrm{AuCl_{3}}$を還元し色を発する。

NaBH_{4}は還元剤の中では強い方ではないが、酸性もしくは中性条件下であると分解して水素を発生させる。一連の化学反応式を(1)-6～(1)-9に示した。

$$ \mathrm{NaBH_{4}~+~2H_{2}O~\rightarrow~4H_{2}~+~NaBO_{2}} $$

$$ As\left(\text{Ⅲ}\right):As_{2}O_{3}+6H_{2}\rightarrow2AsH_{3}\uparrow+3H_{2}O $$

$$ As\left(V\right):H_{3}AsO_{4}+4H_{2}\rightarrow AsH_{3}\uparrow+4H_{2}O $$

$$ AsH_{3}+2AuCl_{3}+3H_{2}O\longrightarrow2Au+6HCl+H_{3}AsO_{3} $$

ろ紙上に滴下した黄色の $ AuCl_{3} $ がAuへ還元され、水中のヒ素濃度に応じて茶色く色変化する。

この方法で用いる発色試薬はAuCl_{3}であり、他の方法に比較して環境に大きな害を与えず、さらにインクジェットプリンタで印刷可能な試薬のみ扱っている点で大きなメリットがある。したがって、この方法を用いてヒ素センシングチップを作製する。
### c. ヒ素センシングペーパーの作製方法

実際に、簡易的にヒ素が測定可能なヒ素検査紙基板チップを作製する。

① セクション（2）－ 1）の方法によりインクジェットプリンタ（PicoJet-2000）でろ紙上に流路を作製する。

② 図(1)-43に示したように、作製した流路の周りに幅2.3 mmの細くカットしたろ紙を用いて囲い(壁)を作製した。細くカットしたろ紙は両面テープを使って4枚重ねた。また、壁に用いたろ紙はポリスチレンでディップコーティングしたものである。

③ 作製した流路に水素発生試薬を滴下し乾燥させた。用いた試薬および滴下位置は図(1)-43に示す。また、滴下した試薬の量は、シュウ酸、NaBH_{4}溶液共に1μLである。

④ 発色試薬である $ AuCl_{3} $ を4 mm×4 mmカットしたろ紙に70 μL滴下し30 min. 乾燥させた。

⑤ ④のろ紙を16 mm×14 mmにカットしたろ紙(ポリスチレンでディップコーティングしたもの)に3.5 mm×3.5 mmの両面テープを用いて貼り、これを②の流路に蓋として両面テープで貼り付けた。（図(1)-44）

⑥ センシングエリアに100 mg/Lのヒ素の試料溶液を4μL滴下し、30 min. 放置後蓋を取り、ろ紙の色変化を確認した。

図(1)-43 作製するチップのモデル

図(1)-44 ヒ素センシングペーパーの作製手順
## 4 ．結果及び考察

（１）ポリマーナノ粒子を用いた化学的および生化学的に応答するインクジェットプリント用センシングインクの開発

1）pHセンシングインクの作製（コア・シェルナノ粒子）

今回、色素をナノ粒子へ含有させるために色素にアルキル鎖を導入した。その効果を確認するために、漏れの評価を行った。図(1)-45にブチルチモールブルー(BTB)をナノ粒子に含有した溶液（ろ過前）とのBTBにアルキル鎖をつけずにナノ粒子を内包させようとした場合の限外濾過のろ液、およびBTBにアルキル鎖を導入してからナノ粒子に内包させた場合の限外濾過のろ液の写真を示す。アルキル化させない場合はろ液が染色されており、色素が漏れていることがわかる。一方、アルキル化させた場合は透明なろ液が得られたため、アルキル鎖を導入して疎水化させたBTBはナノ粒子から漏れ出ないことが確認できた。また、同様にアルキル鎖を導入したチモールブルー(TB)でもナノ粒子から漏れ出ないことを確認した。

また、作製した3種類のナノ粒子分散液を混合した結果、図(1)-46のように緑色になったことを確認した。このようにpHセンシングインクを作製できた。今後pHセンシングを行う際はこのインクを用いることとする。

(a)

(b)

(c)

図(1)-45 BTBの漏れテスト、(a) BTBをナノ粒子に含有した溶液(ろ過前)、(b) BTBをナノ粒子に含有した時のろ液、(c) アルキル化したBTBをナノ粒子に含有した時のろ液

図(1)-46 調整後のインク
2）亜硝酸イオン(N02-)センシングインクの作製（コア・シェルナノ粒子、ヘアナノ粒子）

a. ポリスチレンコア/ポリビニルピロリドンシェルポリマー粒子

研究開発方法でも述べたように、ポリスチレンコア/ポリビニルピロリドンシェルポリマー粒子を用いたケミカルセンシングインクの作製は有機溶媒を用いて容易に行うことができる。TEMにより亜硝酸イオン検査試薬（アルキル化したNEDA）の内包前後の粒子を観察した（図(1)-47）。

図(1)-47 ポリスチレンコア/ポリビニルピロリドンシェルポリマー粒子を用いたケミカルセンシングインク（左：内包前 右：後）

用いたポリスチレンコア/ポリビニルピロリドンシェルポリマー粒子はALDRICHより購入した市販品で、平均粒径は245 nmである。検査試薬内包前のTEM像を見てもわかるように、その粒径には大きなばらつきがあることが分かる。本研究において、検討は行っていないが、粒径によるセンシングへの影響、ろ紙への吸着能の差異などがあるとすれば、それらの条件については考慮しづらい粒子であったと言えるだろう。

TEM像からは検査試薬内包前後で粒子の形状等にあまり大きな変化は見られない。しかし、内包前からひとつひとつの粒子の大きさなどにはばらつきがあり、内包前後での変化について議論するのは困難である。

### b. ヘア粒子

### i. コア粒子の作製（SV粒子）

本研究では、単分散な反応性微粒子を安定に作製する方法として、乳化重合法を採用した。乳化重合法は安定な高分子微粒子が得られる、重合時の温度制御が容易、水系で扱われるなど、多くの利点を持ち、工業的にも広く利用されている重合法である。