Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
最終的にインクジェットプリンタでの吐出を考慮し、作製される粒子はできるだけ小さいことが望ましい。そのため、条件を変えてコア粒子を作製した。作製時の条件とそれぞれの粒子径をTable（1）-2に、またTEM像を図（1）-48に示した。

Table (1) -2 SV粒子の作製

St (g)	VBC (g)	KPS (g)	回転数 (r.p.m.)	粒子径 (nm)
SV1	2.85	0.15	0.10	300	365.0
SV2	2.70	0.30	0.10	300	367.7
SV3	2.85	0.15	0.15	300	336.0
SV4	2.85	0.15	0.10	400	338.4

TEM像から、粒子径の揃った単分散な粒子が得られたことが分かる。

今回は、粒子径を小さくするために、モノマー比 $ ^{23)} $ 、開始剤量 $ ^{24)} $ 、回転数を変化させることで粒子核数の増加を期待した。

Table (1)-2からもわかるように、期待されるような粒子径の減少は見られなかった。当研究室で行われた研究で平均粒子径が245 nmの粒子がインクジェットプリンタで吐出できることが確認されている。そのため、作製するコア粒子はこの粒子径に近いことが望ましい。

そこで、さらなる粒子径の減少を目指し、SV1の系に界面活性剤を31.3 mg加えて同様にSV粒子を作製した。得られた粒子のTEM像を図(1)-49に示した。

得られた粒子の粒子径を動的光散乱(DLS)によって測定したところ、213.8 nmであり、インクジェットプリンタでの吐出が可能だと思われる粒径となった。このコア粒子は粒子表面に官能基を導入し、粒子表面を反応場として使用するため、本来であれば清浄な表面を有する粒子を作製することが望ましい。しかし、インクジェットプリンタでの吐出を考慮し、必要最小限の界面活性剤を加えることで、小さい粒子径を有し、また表面を反応場として使える粒子を作製した。今後のセンシングインク作製においては、SDSを加えたこの粒子を用いた。

図(1)-48 SV粒子の作製

左上：SV1 右上：SV2 左下：SV3 右下：SV4
図(1)-49 SDSを用いたSV粒子の作製

### ii. 光iniferter基の導入（SVDC粒子）

SV粒子表面には、VBC由来のクロロメチル基が存在し、NaDCと反応させることでクロロメチル基のClとNaDCのNaとが脱離する脱塩反応が起こり、ポリマー中のClの一部がジチオカルバメート基で置換される。この反応によって、粒子表面に光iniferter基であるジエチルジチオカルバメート基を固定化させた。

Inifter基の導入を元素分析によって追跡した結果をTable（1）-3に示す。

Table (1)-3 SVDC粒子の作製

N (wt%)	C (wt%)	H (wt%)
SV粒子	0.000	90.25	7.567
SVDC粒子	0.037	90.42	7.678

反応前後でiniferrer基由来のN元素の存在比が増加し、これらは定量範囲外の値であるものの、iniferrer基が粒子に存在していることを示唆している。

粒子へのiniferrer基固定化量の定量はiniferrer化試薬のUV吸収からの算出が最も適しており、反応前後のNaDC濃度の減少量を算出し、さらに、粒子の比重を1 g/cm³と仮定し、DLSにて測定した水中粒径から全粒子表面積を求め、iniferrer化試薬の減少量を全粒子表面積で割り、求めた粒子表面のiniferrer固定化量は3.2 units/nm²であった。従って、十分量のリビングラジカル重合の開始点が導入されたことが示された。

また、得られたSVDC粒子の粒子径を、DLSによって測定したところ、230.3 nmであった。TEM像を図(1)-50に示す。
図1-50 SVDC粒子

### iii. ヘア鎖の導入（SVM粒子）

## フーリエ変換赤外分析法(FT-IR)による粒子の分析

IR測定では、2300～2400 cm $ ^{-1} $ 、および667 cm $ ^{-1} $ の波数には空気中の炭酸ガスによる吸収が、また1300～1950 cm $ ^{-1} $ と3500～3900 cm $ ^{-1} $ 付近にはH $ _{2} $ O分子の吸収が現れる。これを考慮して各試料のスペクトルについて検討した。

SV粒子、SVDC粒子、SVM粒子のIRスペクトルを図(1)-51に示す。SV粒子およびSVDC粒子のスペクトルでは、炭素鎖やベンゼン環由来の吸収ピークが確認された。SVDC粒子において、iniferrerに由来するC-S、C=S、C-Nの結合ピークは検出されなかった。これは試料中のiniferrer量が圧倒的に少なく、 $ H_{2}O $ に由来する吸収ピークに隠れてしまったためであると考えられる。

SVM粒子のスペクトルには、エステル基に帰属される結合ピークが1710 cm^{-1}に明確に現れており、カルボキシル基を有するmethacrylic acid (MAA)の導入が確認された。

図(1)-51 各粒子のIRスペクトル
## 動的光散乱（DLS）による粒径の測定

まず、本研究で取り上げているヘア粒子の光散乱における特徴を述べたい。動的光散乱法では、粒子のブラウン運動に由来する散乱強度のゆらぎから流体力学的粒径が導出される。コアシェル粒子には、硬質なコア部と溶媒を取り込んでゲル状に膨潤したシェル部があり、構造的不均質性を有する。そのため、両者の間で光散乱の様子が異なり、動的光散乱法による粒径の測定値には必然的に不正確性が伴う。

Poly(N-isopropyl acrylamide)（PNIPAM）へア粒子に関するTsujiらの先行研究においても、同様の問題が記述されている。彼らは、静的光散乱法によるヘア粒子の解析ではヘア層による光散乱は起こらない、と述べている $ ^{25)} $ 。そのため、静的光散乱の実験では、ヘア粒子の粒径はコア部分の大きさとして解析される。そこで、ヘア鎖の広がりを含めた粒径を測定するためには、粒子のダイナミクスから解析を行うことが有効であり、動的光散乱法が適していると判断した。ただし、拡散係数を解析する過程においても、Einstein-Stokesの式から粒径を得る際にも、コア部とヘア部の構造的不均質性のためにヘア粒子の排除体積の範囲を明確に得ることは困難である。しかし、粒子状態の変化を知ることができ、相対的なサイズを比較することが可能であるため、Tsujiらは動的光散乱法より求められる粒径を流体力学的半径として扱う、と結論づけている。

本研究においても、粒径の絶対値に対する信憑性は低いものの、相対的な粒子の状態変化については十分議論が可能であると判断し、動的光散乱法による粒径解析を採用することとした。SV粒子、SVDC粒子、SVM粒子の粒径をTable（1）-4に示す。

SVDC粒子に比べてヘア鎖を導入したSVM粒子は明らかな粒径の増大を確認することができた。これにより、IRの結果と同様にMAAの導入が確認された。

Table (1) -4 SVM粒子の作製

SV粒子	SVDC粒子	SVM粒子
213.8nm	230.3 nm	393.5nm

## TEMによるヘア粒子の観察

本研究の結果について考察する前に、Tsujiら $ ^{26)} $ が作製したPNIPAMへア鎖を導入したヘア粒子のTEM像を図(1)-52に示す。TEM像から、ヘア鎖と思われる吸着斑が確認される。

図(1)-52 PNIPAMへア粒子 $ ^{26)} $
ここで、本研究で作製したPMAAヘア鎖を導入したヘア粒子（SVM粒子）のTEM像を図(1)-53に示す。Tsujiらが作製したPNIPAMヘア粒子はヘア鎖が基板に吸着した状態で乾燥している様子が確認できる。これはPNIPAMが基板に対する強い固定化能を持っているため、水溶媒中で立体安定効果により膨潤していたPNIPAMヘア鎖がその膨潤状態を保ちながら乾燥し、乾燥過程で強く基板に吸着したためであると考えられる。

一方、本研究で作製したSVM粒子はTEM像からヘア鎖を確認することができなかった。SVM粒子はヘア鎖にカルボキシル基由来の負電荷を持ち、水溶媒中で静電反発によって膨潤している。しかしながらヘアがTEM像から確認できない理由としては、1)ヘア鎖の密度が確認できるほど十分ではない、2)立体安定効果を膨潤メカニズムとするPNIPAMなどのポリマーは乾燥過程においても（乾燥しきる直前まで）膨潤状態を維持できるが、静電反発を膨潤メカニズムとするMAAのようなポリマーは乾燥過程において（乾燥しきる直前まで）膨潤状態を維持できない、などが挙げられる。Iniferter基の導入量がTsujiらの先行研究と同様の値をとったことから、1)の理由である可能性は低いように思う。しかしながら、2)の理由についても推測にすぎず、この点については、今後ポリマー種によるヘア鎖のTEMによる見え方などの検討が必要である。

図1-53 SVM粒子
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）

SVM 粒子表面には、MAA 由来のカルボキシル基が存在し、アミノ基を持ったN-1-naphthylethylenediamine（N-1-ナフチルエチレンジアミン）（NEDA）とカップリングさせることでヘア鎖に検査試薬を固定化させた（SVMN粒子）。

SVMおよびSVMN粒子の元素分析の結果をTable（1）-5に示す。反応前後でNEDA由来のN元素の存在比が増加し、これらは定量範囲外の値であるものの、NEDAが粒子に存在していることを示唆している。

Table (1) -5 SVMN粒子の作製

N (wt%)	C (wt%)	H (wt%)
SVM粒子	0.052	86.09	7.308
SVMN粒子	0.316	88.30	7.362

また、得られたSVMN粒子の粒子径をDLSにより測定したところ、273.6 nmであった。TEM像を図(1)-54に示す。

また、SVMおよびSVMN粒子のIRスペクトルを図(1)-55に示す。SVM粒子のスペクトルには、エステル基に帰属される結合ピークが1710 cm $ ^{-1} $ に明確に現れていたが、SVMN粒子では、このピークの強度が減少し、アミド基のC=0伸縮振動由来のピークが1650 cm $ ^{-1} $ に現れた。このことからも、SVM粒子にNEDAが導入されたことが示唆された。

粒子へのNEDA固定化量の定量はNEDAのUV吸収から反応前後のNEDA濃度の減少量を算出し、仕込み粒子が全て反応に使われたと仮定すると、NEDA導入量は $ 2.55\times10^{-4} $ mol/g SVM粒子であった。

図1-54 SVMN粒子
図(1)-55 SVM、SVMN粒子のIRスペクトル

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）

### a. インク基板粒子の開発（SA粒子） $ ^{27} $ -29

カチオン性コア/シェル粒子はミニエマルション重合によって、作製した。インクジェットプリントにおけるインクの開発において、粒径制御は非常に重要なファクターである。使用するインクジェットプリンタのノズルは粒径が大きいほど目詰まりを起こしやすくなる。したがって、大きな粒子は基板として不適切であり、小さな粒子ほど印刷しやすくなる。

一般的にインクジェットプリントに適した粒径は200～300 nmと言われている。通常のスチレン系コア粒子の乳化重合法による作製では、300 r. p. m. の回転数においておよそ300 nmになることが報告されており、より適した粒径の基盤とするためミニエマルション重合による粒径の制御を行った。

一般の乳化重合における構成成分はモノマー、乳化剤、水、重合開始剤である。重合開始剤は原則として水溶性である。したがって、重合開始剤ラジカルは水相で生じる。この系における粒子核は次の2つ機構によって生じる。1つは水中で生じ、オリゴラジカルに育ったものが析出し、これらが集まって粒子核になる機構である。そして、もう一方はオリゴラジカルがミセルに侵入し、ミセル内で重合が起こり、核が生成される機構である。乳化重合では、核あるいは重合初期の微粒子中にラジカルは複数存在できない。そのため粒子中のラジカル数は0または1となる。水相で発生したラジカルは重合の場への侵入頻度は粒子数増加とともに減少する。ラジカル数が1である期間の長さが、成長反応を続ける時間に相当し、重合度に比例する。乳化重合系の模式図を図(1)-56に示した。
図(1)-56 乳化重合系におけるモノマー油滴とミセルの模式図

乳化重合でモノマー油滴が粒子核になりえない理由はその数が少ないためである。モノマー油滴がサブミクロンやそれ以下のサイズになれば、油滴の全表面積が膨大になり、水相で生成するラジカルが効率良く油滴に入る環境が整う。これがミニエマルション重合の原理である。方法として超音波などで強いせん断力をかけることでモノマー油滴を微細化する。すると、乳化剤分子は微細化したモノマー油滴表面に集められ、系内にはフリーのミセルは存在しなくなる。これにより、モノマー油滴が粒子の核となり、各モノマー油滴がポリマー粒子へと重合される。

水相中で油滴が存在する場合、オストワルド熟成が生じる。オストワルド熟成とは、過飽和の溶液から析出した微粒子の大きさに差があるとき、時間経過につれ、小さな粒子が消滅し、大きな粒子が次第に大きくなる現象を指す。そこでミニエマルション重合では、オストワルド熟成を防ぐため、モノマー油滴にはハイドロフォーブという難水性物質を加える。粒子の起源に加え、ミニエマルション重合が乳化重合と大きく異なる点は、重合中モノマーが水相を経由して重合場に拡散する必要がない点である。ミニエマルション重合系では、モノマーのみでなく、モノマーに溶解したものもその場で重合・固化される。この重合の模式図を図(1)-57に示す。

図(1)-57 ミニエマルション重合の模式図

DLS によって測定した粒径は $ 181.4 \pm 33.9 \, nm $ であった。印刷に利用したノズル径は $ 21 \, \mu m $ である。一般的に粒径がノズル径の 10 分の 1 以下のサイズならば印刷が可能になると言われており、作製した SA 粒子は十分に小さく、印刷に適したサイズに制御できたと言える。

次に SA 粒子の TEM 像を図(1)-58 に、粒子分散液を図(1)-59 に示す。
図(1)-58 SA 粒子の TEM 像

図1-59 SA 粒子分散液

図(1)-58を見るときれいな球形の粒子を作製できたことがわかる。重合は水溶媒系で行った。したがって、コア/シェル型の粒子が作成される場合、疎水的なスチレン相がコアに、親水的なAEMH相がシェル側となる。また、図(1)-59に示した粒子は分散性が高く、表面の電荷による静電斥力が粒子の分散安定性に寄与していると考えられる。

### b. 試薬の固定化

### i. SAZ 粒子の評価

Zincon は中性領域において、464 nm に吸収を持つ褐色の液体である。この Zincon (aq) と作製した SA 粒子ラテックスを混合すると、桃色のラテックスへ変化する。これは、Zincon が SA 粒子との相互作用により固定化されたことを示す。このラテックスの画像を図(1)-60 に示す。また、ラテックスを 24 時間攪拌後、遠心装置によって限外濾過を行った。このろ液を図(1)-61 に示す。

図 $ (1) $ -60 SAZ粒子

図(1)-61 限外濾過後のろ液

このろ液は無色透明である。また、ろ液の464 nmにおける吸光度は0であることから、0.1 mMで混合したZinconは全て修飾できたことがわかる。これより、粒子に対して10 nmol / mg (polymer)の割合で色素を固定化できたことがわかる。

続いて得られたSAZ粒子のTEM像を図(1)-62に示す。
図(1)-62 SAZ粒子のTEM像

図(1)-62を見ると、きれいな球状の粒子が存在しており、目立った凝集がないこともわかる。以上より、ZinconをSA粒子に修飾することができたと言える。

### ii. SAX粒子の評価

SAX粒子においてもSAZ粒子と同様にによる修飾の有無を確認する。Xylenol orangeはpH6.3以下において440 nmに吸収を持ち、黄色を示す。このラテックスを図(1)-63、ろ液を図(1)-64に示す。同様に24時間攪拌した後に限外濾過を行い、ろ液の吸光度を測定した。すると440 nmにおいて吸光度は0であり、すべてXylenol orangeが修飾できたことがわかる。

図1-63 SAX粒子

図(1)-64 限外濾過後のろ液

次に、SAX粒子のTEM像を図(1)-65に示す。

図(1)-65 SAX粒子のTEM像
TEM像を見ると目立った凝集は見られず、粒子はきれいな球形であることがわかる。また、同様にDLSによって粒径を測定したところ、176.5 ± 30.7 nmとなった。このデータからも粒子は安定して分散状態を保っていることがわかる。

### c. 溶液系での応答

### i. SAZ 粒子の溶液中での銅イオンセンシング $ {}^{30)}-^{32)} $

銅は展性、延性、加工性に富み、古代から人間に知られた金属で、熱伝導性、電気伝導性にも富み、現在でもさまざまな用途に用いられており、重要な金属の一つである。慢性的な毒性は低いが、過去に鉱毒被害を起こした事例もあり、水質検査の項目に設定されている。また、イオン化傾向の差よりアルミ容器や亜鉛メッキ製品鉄製品などを腐食させる原因となる。健康被害としては、人体に蓄積されないため、慢性毒性は低いが、急性毒性として腹痛、吐き気、肝臓障害などが現れる。このため、環境基準は WHO により 2.0 mg/L = 32 μM と設定されている。

Zincon は亜鉛、銅の比色分析試薬として、開発された。酸性溶液中では赤～赤紫色、中性～微アルカリ性で黄～橙黄色となり、強アルカリ性では紫色となる。pH 5～9 で Co(II)、Cu(II)、Hg(II)、Ni(II) と、pH 8.5～9.5 で Zn(II) と 1:1 の錯体を作って青色を呈する。銅錯体では $ \lambda_{max}=600\ nm $ 、 $ \varepsilon=1.9\times10^{4} $ 、亜鉛錯体では $ \lambda_{max}=620\ nm $ 、 $ \varepsilon=2.3\times10^{4} $ である。したがって、pH を 5～9 の領域で、青色の呈色を確認することで銅の存在を確かめることができる。

金属イオンセンシングを行う色素は修飾されると pKa が変化し、キレート能が低下する場合がある。そのため Zincon が粒子に修飾されたのちにおいても、銅への配位能を失わずに、濃度に応答した呈色を示すか、本研究におけるセンシングインクのコンセプトを確認する必要がある。以上より液体中での SAZ 粒子の銅イオンへの応答を測定した。また、至適な pH を決定するため、pH を振り分けて応答を確認した。図(1)-66 にその応答を示す。

pH blank 5 μM 10 μM 25 μM 50 μM 100 μM 1 mM 10 mM

図(1)-66 SAZ粒子の各pHにおける濃度応答の比較
図(1)-66を見るとどのpHにおいても、濃度に応答した呈色が見られていることがわかる。また、pHが高いほど、低濃度域における応答が強く現れていることも確認でき、応答は中性領域が最も適していると考えられる。ここで、pH6.0における濃度による溶液の色変化を、DCAを用いて解析した。

グラフを図(1)-67に示す。DCAは色を光解析する系列はa*とした。これは、桃色のラテックスが徐々に青へと呈色をシフトさせるため、a*の値が徐々に小さくなっていくためである。解析したデータはIGOR pro(WaveMetrics 社)を用いて近似曲線を作製した。

図(1)-67 pH6.0における銅オン濃度とSAZ粒子の呈色の関係

図(1)-67を見ると、シグモイド型曲線近似に沿った応答であることがわかる。溶液系においても濃度に応答することがわかった。これより、イオン交換による修飾はキレート能を低下させないと推測でき、他の色素の関しても同様に修飾することで、様々なイオン種を測定することが可能であると思われる。

### ii. SAX粒子の液体中での鉛イオンセンシング $ ^{30} $ 、 $ ^{31} $

鉛は柔らかく加工しやすい金属であるため、ヨーロッパでは、有史以来水道管として使用されてきたが、鉛中毒は古来より知られていた。江戸時代の歌舞伎役者などが鉛含有化粧品を使用して中毒となった例もある。水中の鉛は低濃度では排斥されるが、0.5 mg/L以上の高濃度になると蓄積され、5～10 mg/日で数週間摂取すると中毒症状が現れる。特にイオン化傾向が高いため、日本のような硬度の低い水における水道管には適さない。鉛の人への暴露経路は、食物、飲料水、大気、たばこ等である。鉛の1日摂取量は0.1～0.5 mgで、実際に消化管から吸収されるのは10％程度である。水からの鉛摂取量は1日当たり0.02 mgと推定されている。人体からの鉛の排泄は主として尿、糞便からなされ、毛髪、汗、皮膚脱落および乳汁から少量排泄される。しかし、1日当たりの摂取量が0.5～1 mgを超えると、排泄量を上回って体内に蓄積されると言われている。このようにして体内に摂取された鉛は最終的には骨に沈着する。そのため体内の鉛の90％が骨に含ま
れている。

急性毒性としては嘔吐、腹痛、下痢、血圧降下、乏尿、昏睡などが報告されており、可溶性鉛塩の経口致死量は10 gと言われている。慢性毒性としては赤血球中のデルタアミノレブリン酸脱水酵素（ALA-D）阻害が、血液中鉛濃度0.1～0.2 mg/L付近から見られる。

また、高濃度の中毒症状は、貧血、消化管の障害、神経系の障害等である。血液中鉛濃度が0.4～0.5 mg/Lを超えて長時間暴露された場合に障害がみられる。このため環境基準をWHOが0.01 mg/L = 48 nMと非常に低い値で定めており、検出が求められている。

本研究では、重金属イオンの検出に用いられるXylenol orangeを採用することにした。pH<6.3で黄色、pH>6.5で淡紅色となる。鉛イオンと反応して使用できるのは酸性領域であると言われ、重金属がXylenol orangeに配位すると、黄色から赤紫色、青紫色へと変化する。この色変化により鉛イオンを定量する。

SAZ粒子と同様に、最適pHおよびキレート能の確認のため、溶液系での鉛イオンへの応答を測定した。この応答を図(1)-68に示す。

pH blank 50 nM 500 nM 1 $ \mu $ M 10 $ \mu $ M 100 $ \mu $ M 1 mM

図(1)-68 SAX粒子の各pHによる濃度応答の比較

図(1)-68を見ると、どのpHにおいても濃度応答を示していることがわかる。したがってSAZ粒子同様、修飾後においてもキレート能を失っていないと思われる。しかし、blankにおける各pHにおける発色が変化していることが見受けられる。これは、pHによって、Xylenol Orange(XO)自体の呈色が変化したためだと思われる。XOはpH 6.3以下において黄色、pH6.8以上において紫色を示す。鉛イオンとキレートすると黄色→赤紫という呈色の変化を生じる。OFF-ON型の応答をより顕著にするためには、色変化が大きいほうが、評価を容易に行うことができる。最終的に紙基盤上への印刷を行い、センシングすることを目的としているため、pHは酸性領域に合わせる方が本研究の目的を達成させやすいと考えられる。また、特にpH 4.5～5.5の間において発色が強いと思われる。
X0の鉛イオン検出における最適pHは、4.8～5.2と報告されている。このデータとほぼ一致した結果となったことから、SAX粒子におけるセンシングはpH5.0付近が最も適していると思われる。

### d. 紙基盤上での応答

i. SAZ 粒子の紙基盤上における銅イオンセンシング $ ^{33)} $

最終的に流路上で応用するため、紙基盤上において応答を得る必要がある。液体中を紙基盤上で再現するため流路に用いるろ紙上に印刷し、その応答をDCAによって解析した。

銅イオンセンシングはSAZ粒子を用いて行った。Zinconは銅イオンと配位することで青色の呈色をする。これより、元の粒子の色が桃色であることからa*の減少値をとることでその応答を見ることができる。したがって、反応前後でのa*値の差をとり、解析を行った。Table（1）-6に濃度と色変化の関係を示す。

Table (1)-6 SAZ粒子の硝酸銅濃度とセンシングエリアの色変化

Concentration ( $ \mu $ M)	Color change
1000	☐
100	☐
50	☐
10	☐
5	☐
blank	☐

Table (1)−6を見ると硝酸銅濃度が高くなるほど、桃色の呈色が弱くなっていることがわかる。これは、SAZ粒子が銅濃度に応答し、青側への色変化が生じているためであると思われる。しかし、溶液中と同様の明瞭な反応は得られず、目視での応答はやや測定しづらい結果となった。

この応答における。DCAの結果を図(1)-69に濃度の対数値と色変化の関係をグラフとして示す。
図(1)-69 SAZ粒子の各銅イオン濃度における応答

図(1)-69を見ると、濃度に応じた応答を示していることがわかる。作製したフィッティングカーブの検量線からS/N比を取ることで検出限界を決定した。S/N比とは、signal to noise ratio、つまり信号とノイズの比率から、その測定の精度を示す、主に情報工学において用いられる指標である。このS/N比は、blankにおける平均値とその標準偏差の3倍の値を足した値である。このS/N比の値を検量線に挿入することで検出限界が決定される。分析値の分布よりばらつき度合いは標準偏差と平均偏差によって定義される。一般に繰り返し測定時の値のばらつき度合い(振幅平均)の見積もりは標準偏差σとして式(1)-10に示される。

$$ \sigma=\sqrt{\frac{\sum_{x=1}^{i}(x_{i}-\bar{x})^{2}}{n-1}} $$

ここで $ \bar{x} $ はn個の測定値 $ x_{i} $ に対する平均値である。n-1 で割る不偏平均 (4)-2 乗偏差 (不偏分散) の平方根でもって標準偏差とする。十分な頻度の一群のデータは、平均値を頂点として、左右対称の正規分布またはガウス分布で表される。

この時、母集団の約68%は平均から±σ以内に収められる。同様に±2σ内には約95%が、そして±3σには99.7%が収まる。(図(1)-70)

S/N比は

$$ \mathbf{y}=blank+3\sigma_{blank} $$

である。したがって、この99.7%の確かさを持って、blankにおける信号分布に測定対象が検出されない最大の濃度が検出限界の定義となっているのである。つまり、blankと「有意に異なる」信号を与える最低量、または濃度と考えることができる。
図(1)-70 ガウス分布に描かれる標準偏差の定義

以上より S/N 比を検量線に挿入して得られた検出感度は 41.0μM となった。銅イオンの環境基準は 32 μM であることから SAZ 粒子による銅イオン検出において環境基準を満足しなかったが、紙基盤上において定量的な測定、コンセプトの確認をすることができたといえる。

### ii. SAX粒子の紙基盤上における鉛イオンセンシング

続いて作製したSAX粒子インクを用いて鉛イオンセンシングにおける結果を考察する。Table(1)-7にそれぞれの濃度における呈色を示す。

Table (1)-7 ディップフローセンシングにおけるSAX粒子の塩化鉛濃度とセンシングエリアの色変化

Concentration ( $ \mu $ M)	Color change
1000	☑
100	☑
10	☑
1	☑
0.5	☑
blank	☑

Table (1)-7を見ると濃度に応答して黄色から赤紫へのX0由来の呈色の変化がみられる。ディップフローセンシングにおける濃度と呈色の変化における解析結果を図(1)-71に示す。
図(1)-71 SAZ粒子の各鉛イオン濃度におけるディップフローセンシング応答

この解析結果を見ると、濃度に応答した色変化を見ることができる。検量線より求めた検出限界は、48 μMであった。環境基準は48 nMであることから十分な感度を得ることができなかったと言える。しかし、現在販売されているMerck社製鉛検出デバイスMerckoquant $ ^{®} $ では検出限界が25 mg/L = 120 μMであることから、開発した鉛検出チップは市販の検出キットよりも高感度に鉛を測定できると言える。

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）

a. 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

作製したインクの様子を図(1)-72に示す。

図(1)-72 作製したインクの様子

作製したインクは1日経過しても沈殿物や浮遊物は生じず、可塑剤は粒子内に内包し切れていると予想される。そこで、さらなるPst-PVPコア/シェル粒子における内包部位及び漏れの確認を行った。試薬がコアシェル粒子のどの部位に内包されているかで漏れやすさが変化してくる。疎水性のコアの部位に入っていれば漏れにくいが、親水性のシェルの部位であると疎水性の試薬とは相互作用が弱いため漏れやすいと考えられる。そこで、エタノールとTHFを用いて内包部位の確認
を行った。エタノールとPVP-PStコアシェル粒子を混ぜるとPVPは膨潤するがPStは膨潤しない。一方THFはPVPもPStも膨潤する。膨潤した個所に内包されている試薬は漏れてくるため、エタノールの場合に試薬が漏れてこなければ親水性のシェルではなく疎水性のコアに試薬が内包されていることになる。そのため、エタノールとTHFを粒子に混合し、遠心ろ過後のろ液を見ることで、どの部位に試薬が内包されているのかを評価した。ろ液の様子を図(1)-73に示す。

エタノール

図(1)-73 ろ液の様子

THFはフィルターが溶けたため、下に溜まった液に粒子が垂れた。milli-Qとエタノールのろ液の色はどちらも透明であり、クロモイオノフォアはろ液に出てきていないことが分かった。milli-Qではコアシェル粒子のコアもシェルも膨潤しない。そのため、milli-Qではクロモイオノフォアが出てこないため透明であったと言える。一方、エタノールではシェルのPVPのみが膨潤する。そのため、クロモイオノフォアがシェルのPVPの部位に内包されていた場合、エタノールにクロモイオノフォアは溶けるため、膨潤して溶け出したクロモイオノフォアによってろ液に色がつくことが予想される。しかし、今回ろ液に色は付かなかった。よって、クロモイオノフォアはコアシェル粒子のコアの部分に内包されていると考えられる。この理由であるが、本研究で使用している試薬は疎水性が非常に高い。そのため、親水性のシェルではなく疎水性のコアに内包されたと思われる。
（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

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

### a. 亜硝酸イオンセンシングペーパーの作製

まず、一つ目のコアシェル粒子を用いた亜硝酸イオンセンシングペーパーの性能を調べた。亜硝酸イオンを含むサンプル(NaNO_{2}水溶液)をサンプルエリアに滴下し、浸透させた。センシングエリアの色変化は目視で観察できた。色変化はサンプルを滴下して、5分後にスキャナーを用いて記録した。

検査試薬のナノ粒子への内包の効果を評価した。ナノ粒子への内包を行わない場合(N-1bインク)、センシングエリアの色変化にはむらが確認された。これは、サンプルがセンシングエリアに流れてきた際に検査試薬がサンプルとともに流れてしまうためであると考えられる。一方、検査試薬をナノ粒子へ内包させた場合(N-1インク)はセンシングエリアの色変わりにはむらがなく、均等に起こった。これはナノ粒子がろ紙のセルロース繊維に吸着し、これによりサンプルが流れてもナノ粒子がその影響を受けなかったためであると考えられる。検査試薬のナノ粒子への内包により、センシングエリアの色むらは改善されたものの、色変化はナノ粒子への内包を行わない場合よりも強度が弱くなることが確認された。

今回、スルファニルアミド(N-2インク)はナノ粒子への内包を行わなかった。これは、反応部位で亜硝酸イオンと反応した生成物をサンプルの流れに伴いセンシングエリアへと到達させるためである。

スキャナーを用いて記録した色変化について、デジタルカラー分析を行った結果、検量線を作製できた(図(1)-74)。この検量線を用いて、サンプル中の亜硝酸イオン濃度の定量を行うことができる。

図(1)-74 デジタルカラー分析による亜硝酸イオン分析のための検量線（コアシェル粒子）
次に、二つ目に作製した“ヘア粒子”型亜硝酸イオンセンシングインクの性能を調べるため、亜硝酸イオンを含むサンプル（ $ NaNO_{2} $ 水溶液）をサンプルエリアに滴下し、浸透させた。センシングエリアの色変化は目視で観察できた。色変化はサンプルを滴下して、5分後にスキャナーを用いて記録した。

スキャナーを用いて記録した色変化について、デジタルカラー分析を行い、検量線を作成した。その結果、コアシェル粒子（図(1)-74）に比べ、ヘア粒子（図(1)-75）の方が、色変化が急激に起こる濃度域が低濃度であり、検出下限が低いことが判った。

この原因として、コアシェル粒子と比べ、検査試薬が粒子表面に固定化されているため、色変化が観察されやすい、ということが考えられる。また、ヘア鎖が架橋されておらず、柔軟性を持っているため、検査対象物質が検査試薬に触れ、反応しやすい、ということも挙げられる。

WHOのガイドラインによれば、亜硝酸イオンの水質基準は $ 6.5\times10^{-5}\ M $ である。即ち、 $ \log\left[NO_{2}^{-}\right] $ が-5から-4で急激に変化しているヘア粒子を用いることで、明確にこの基準を満たすか否かを知ることができる。

よって、この亜硝酸イオンセンシングインクの開発に成功したといえる。同時に、ヘア粒子は、ナノ粒子化による試薬耐久性の向上、色ムラの改善といった特性を持つことに加え、コアシェル粒子に比べより高感度な粒子といえる。

図(1)-75 デジタルカラー分析による亜硝酸イオン分析のための検量線（ヘア粒子）

b. ラテラルフローイムノセンシングペーパーの作製

ラテラルフローイムノアツセイを行うに当たり、紙基板および界面活性剤の最適化を行った。様々なタイプのろ紙があるが、その主な違いはポアサイズ（孔径）と水が流れる速度である。異なる物理特性を持った数種類のろ紙・界面活性剤を用い、金粒子でラベル化した抗体の流れ方を観察した。その結果、1 μmのポアサイズを持ったろ紙、界面活性剤として1% (w/v) PVPを用い、6 cm/10 minの流速で抗体を含む溶液を流す時が最適であると判断し、以後これを用いて実験を行っ
た。

紙基板上でのマイクロ流路を作製するパターンはイムノアッセイに必要な3つの条件を満たすように設計した。まず一点目は分析対象となる抗原と抗体の複合体が流れやすい流路にすることである。流路が狭すぎる場合にはコンジュゲートエリアの出口やテストライン、コントロールラインにおいて抗原と抗体の複合体が詰まる現象が生じてしまう。二点目は、金ナノ粒子によってラベル化された抗体が十分に結合できるようなコンジュゲートエリアの大きさにすることである。最後に三点目として、実際に分析に用いることができる検体量を多くし、アッセイの感度を増加させるため、アブソーバントエリアをデザインすることである。

インクのキャリア一として用いた水には特に試薬は加えなかった。また、テストラインの最適化を行う際には、IgG抗体インクの濃度(200~2440 mg/l)および印刷回数(12~60 times)を変化させて評価を行った。結果として、色変化がもっとも強く表れた1220 mg/lの濃度が最適であると判断した。

図(1)-76 インクジェットを用いたヒトIgGのイムノクロマトアッセイ

作製したヒトIgGセンシングペーパーの性能を調べるため、0.01-5 mg/lの濃度(溶媒：PBS(pH=7.4))のヒトIgGサンプル20 μlを用いてサンドウィッチアッセイを行った。ヒトIgGのポジティブサンプルおよびネガティブサンプルを用い、サンプルを滴下して20分後に得られた色変化を図(1)-76示す。ポジティブサンプルを用いた場合には、テストラインおよびコントロールラインで色変化が確認された。テストラインにおける色変化は、分析対象であるヒトIgGが金ナノ粒子でラベル化された抗体と結合し、その複合体がサンプルの毛細管現象によりテストラインまで流れたことを意味している。しかし、異なるセンシングペーパーにおいて金ナノ粒子によってラベル化された抗体を一定量流すことはできなかった。そのため、テストラインとコントロールラインの色変化の強度の比をとることで、ヒトIgGの濃度に応じた検量線を作製した(図(1)-77)。図(1)-77よりインクジェットプリント技術を用いたイムノセンシングペーパーにおいて、誤差の小さい検量線を描くことができ、ヒトIgGの定量への応用が期待される結果となった。
図(1)-77 256ビットカラースケールを用いたヒトIgG分析のための検量線

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

### a. 流路の評価

モノマー組成、開始剤の割合、UVの照射時間、疎水性バリア幅は、実際に食品用色素である赤色2号水溶液を流路に流し、バリア効果を確認することで最適化した。その結果、次の条件が最適と結論づけた。

$$ \begin{aligned}& モノマ一 & アクリル酸 & オクタデシル :1,10- デカンジオールジアクリレート =7:3\ (w/w)\\& 開始剤 & ベンジルジメチルケタール &\left(15\ wt\%\right)\\&UV 照射 &600\ mW/cm^{2}、365\ nm、60 秒間 \\& 疎水性バリア幅 &1.0\ mm\end{aligned} $$

上記の条件で作成した流路に、赤色二号水溶液を流したところ、漏れや詰まりがなく、水溶液が流れることが確認された（図（1）-78）。色素溶液は流路内のみを流れ、流路外や裏面に漏れでいない。同様のことが断面図からも確認できる。疎水性バリアが紙の内部まで形成されていることが判る。
図(1)-78 UVインクにより作製したマイクロ流路（上段：左・表面、右・裏面 下段：断面）

## pHセンシング

センシングエリアに、pH指示薬3種（ブロモチモールブルー、チモールブルー、メチルレッド）を内包させたコアシェル粒子を印刷し、種々のpHのバッファをサンプルエリアに滴下したところ、pHに応じた色変化が観察された。

これを亜硝酸イオンセンシングペーパーと同様、スキャナーで取り込み、デジタルカラー分析を行ったところ、図(1)-79のようにpHに応じた色指標の変化が観察された。

この結果から、UVインクにより作製された流路も、ポリスチレンのトルエンによるエッチングにより作製された流路と同様に、マイクロ流体センシングデバイスとして応用可能であると言える。

これより、UVインクによる流路の作製は、従来のトルエンによるエッチングによる方法と比べ、有機溶媒を用いず、ディップコーティングなどの作業が不要であることから、従来の方法に代わるより良い流路作製方法として期待される。

図(1)-79 デジタルカラー分析によるpH分析のための検量線
### b. 流路幅の検討

赤色溶液滴下後の流路を図(1)-80に示す。0.5 mmでは流路ができないことは確認できており、0.6 mmから1.3 mmまでの流路では均等に流路が流れていることが確認できる。この染色された部分の幅をデジタル顕微鏡で測定し、実際の流路幅とした。これと印刷した時点での流路幅を比較したものが図(1)-80である。横軸が印刷した流路幅、縦軸が実際に測定した流路幅を示している。印刷後、UVインクが完全に硬化する前に一部が流路側にしみこむため、実際の流路幅は印刷した時点より減少している。また、ほぼ直線の近似がとれており、実際の流路幅は印刷時の約0.8倍になるといえる。

図(1)-80 赤色溶液を流した流路（流路幅の検討）と実測値との比較

### c. 裏面の透過率変化の検討

次に、透過率を変化させたときの裏面と、この断面をデジタル顕微鏡で撮った写真を図(1)-81に示す（写真の例は裏面の透過率が70％のもの）。断面図の赤く染色された部分の厚さを測定し、透過率との関係をプロットしたものが図(1)-81である。横軸が透過率、縦軸が厚さを示している。透過率を上げるほど染色される部分の厚さは増し、相関が得られていることがわかる。
図(1)-81 透過率と厚さの比較および画像（左：裏面画像、右：断面図）

### d. 表面カバーが施された流路の作製

作製した流路に赤色溶液を滴下したものを図(1)-82に示す。左図のように表面カバーされた流路では赤色は表面に見えておらず、一方で赤色溶液は全体に行き届いていることが確認できる。また、この流路の断面をデジタル顕微鏡で撮影したものが右図である。表面および裏面がともに染色されておらず、紙の内部を赤色溶液が進んでいることが確認できる。この結果から、水の蒸発を軽減できる流路を作製できたといえる。

図(1)-82 赤色溶液を流した表面カバーされた流路とその断面図
## 3 ）鉛センシングペーパー作製法の開発

サンプル5回滴下後の様子を図(1)-83に示す。

図(1)-83 鉛イオンセンシングの紙上での色変化

鉛濃度に応じた色変化を目視で確認することができ、特に $ 3\times10^{-5} $ Mの以降でより明瞭に目視で判別できた。そこで、より定量的な測定を行うために、デジタルカラーアナリシスで評価を行った。図(1)-84に鉛濃度とR値の関係を示す。

図(1)-84 濃度と R 値の関係

今回はRGB法でのR値で最も良好な相関を得られたため、R値で鉛イオンセンシングを行った。R値は濃度に応じて変化し、検出下限は $ 8.1\times10^{-6} $ Mとなった。比較実験として粒子ではなくフィルムを用いた場合の検出下限は $ 1.1\times10^{-5} $ Mであり、粒子を用いることで感度が向上することがわかった。これは粒子のほうが鉛サンプルと接触する面積が大きく、より効率的にイオン交換を行えたためだと考えられる。また、粒子がサンプルによって流されてしまうことはなかった。この理由として、粒子により色素の固定化する上で、インクの粘度調整にグリセリンではなくエチレングリコールを利用した効果もあったと考えられる。エチレングリコールはグリセリンよりも沸点が低く、乾きやすい。そのため、余計な水分などが蒸発し、紙としっかり物理吸着したことが考えられる。
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

### a. ラベル化剤の合成

i. 合成したBHHCT−Eu^{3+}の吸収・蛍光スペクトル測定

合成したBHHCT - $ Eu^{3+} $ の吸収・蛍光スペクトルを測定した。その結果を図(1)-85に示す。これより、配位子の励起ピークは335 nm、蛍光ピークは613 nmと判った。

図(1)-85 BHHCT-Eu^{3+}の蛍光・吸収スペクトル

### ii. THPMPによる分散安定性向上の評価

本研究では、アミノ基修飾の際、APSだけでなく分散性維持のためにTHPMPを共重合させた。そこで、DLSを利用し、ラベル化時に晒される塩濃度の溶液条件下（PBS, pH7.4, 10 mM）で、どのような分散性を取るか確認を行った。評価は、最初のステップの金にシリカコーティングした粒子を利用して行った。DLSによる粒径の測定結果を下に示す。図(1)-86の横軸は粒径、縦軸は散乱強度を示している。THPMP無の粒子では、塩濃度による凝集が確認できるが、THPMP有では凝集が確認されない。これより、THPMPは分散安定性の向上に大きく貢献していることが分かる。

THPMP無の粒子の粒子径

20632.3±28180.0 nm

THPMP有の粒子の粒子径

149.9±52.3 nm
図(1)-86 分散安定性評価（左THPMP有、右THPMP無）

### iii. 色素コーティング回数の最適化

本研究では感度を高めるために、色素のコーティングを複数回行った。その評価をTEM、DLS、吸収スペクトル、蛍光スペクトルにより行った。

## 【TEM】

撮像したTEM像を図(1)-87～図(1)-92に示す。アミノ基修飾前の1層目、3層目、5層目を比較すると、層数が多くなるに連れ、表面が粗くなっていることが分かる。これは、シリカネットワーク中の色素或いはアミノ基末端の脆い部分が、TEM試料作製における乾燥中に破壊されたためであると考えられる。

APSを用いて、シリカ粒子表面を荒くし、より広い表面積を得る、という報告がある $ ^{34)} $ 。これによると、シリカ粒子の表面に、APSをTEOSと共に共重合させシェルを合成し、乾燥させると表面が粗くなる(図(1)-93)。その度合いは、APSの量が多ければ多いほど、大きくなるという。APSはTEOSと異なり、シリカ元素に結合しているひとつの手がアミノプロピル基になっており、加水分解を経て重縮合できる手は3つしか無い。このため、シリカネットワークを形成した場合、その部分が欠陥サイトとなる。ここで、溶媒を蒸発させ乾燥させると、その欠陥部分が壊れ、その結果表面が粗くなるという。

今回の場合もこれと同様の現象が生じたと考えられる。すなわち、コーティング回数を増やすに連れて、未反応のAPS或いはAPS-BHHCT-Eu $ ^{3+} $ 由来の欠陥部位が増え、表面が粗くなっていく。また、その後のアミノ基修飾を行うと、粒径が30 nmほど大きくなり、表面が粗くなる。粒径の大幅な増大は、APS、TEOS、THPMPに由来するシリカシェルの重合である。また、表面粗さは、前述と同じ理屈であると考えられる。
図(1)-87 色素層コーティング1回（アミノ基修飾前）

図(1)-88 色素層コーティング1回（アミノ基修飾後）

図(1)-89 色素層コーティング3回（アミノ基修飾前）
図(1)-90 色素層コーティング3回（アミノ基修飾後）

図(1)-91 色素層コーティング5回（アミノ基修飾前）

図(1)-92 色素層コーティング5回（アミノ基修飾後）
図(1)-93 APSとシリカ粒子の表面粗さ $ ^{34)} $

## 【DLS】

粒度分布のデータと、粒径を図(1)-94～図(1)-96に示す。アミノ基修飾を行うと、粒径が40 nm 程度大きくなる。これは前述のとおり、APSそして共に共重合させているTEOS、THPMPによるものであると考えられる。それぞれ、色素層のコーティング回数を増やしても、あまり粒径に変化が出ず、凝集ピークも観察できないことが分かる。これは、色素を結合させたシランカップリング剤であるAPS-BHHCT-Eu³⁺がシラノール基となり、Si-O-Si結合を形成できる手が3本しか無いために、実際にはほぼ単層或いは数分子層しか粒子表面に重合しないためであると思われる。その後、同時に共重合させている極めて少量のTEOSが結合し、色素層に対して蓋をするような形で重合反応が起きる。このために、非常に薄い層しか形成されず、粒度分布に大きな変化が見られないと考えられる。

Table(1)-8 アミノ基修飾前後および色素コーティング回数による粒径の評価

Before - NH $ _{2} $ coating	After - NH $ _{2} $ coating
1 layer	128 $ \pm $ 28 nm	172 $ \pm $ 38 nm
3 layers	152 $ \pm $ 38 nm	191 $ \pm $ 43 nm
5 layers	156 $ \pm $ 34 nm	177 $ \pm $ 36 nm
図(1)-94 色素層コーティング1回での個数換算分布（左修飾前、右修飾後） in Milli-Q

図(1)-95 色素層コーティング3回での個数換算分布（左修飾前、右修飾後） in Milli-Q

図(1)-96 色素層コーティング5回での個数換算分布（左修飾前、右修飾後） in Milli-Q
## 【蛍光スペクトル】

蛍光スペクトルを測定し、コーティング回数との相関を評価した。測定した蛍光スペクトルを図(1)-97に示す。コーティング回数が増えると、蛍光が増大していることがわかる。この時の粒子の濃度は、540 nmの吸収ピークが同じになるように濃度調整を行なっているため、凝集状態の変化により若干の差はあると考えられるが、ほぼ等しい。このため、この蛍光強度比は、そのまま粒子1個辺りの蛍光強度比を示しているといえる。

実際にピークである613 nmの蛍光強度を比較すると、以下のようになる。

$$ 1\mathrm{~\textemdash~}3\mathrm{~\textemdash~}5\mathrm{~\textemdash~l a y e r~(s)~}=\mathrm{~}1.00\mathrm{~\textemdash~}1.66\mathrm{~\textemdash~}2.91 $$

そのまま、線形の関係にならないのは、反応系に投入したAPS-BHHCT-Eu $ ^{3+} $ が全量粒子に結合しないためであると考えられる。色素層のコーティングを重ねてゆくと、末端が色素となる部分が増え、粒子表面の足場となるSi-OHの量が減る。このために、結合できる色素量がだんだんと減ってゆくと考えられる。

次に、アミノ基修飾前後での蛍光スペクトルの比較を行った。その蛍光スペクトルを図(1)-98に示す。色素層を1層コーティングしたものでは、修飾前後で蛍光強度が1.3倍ほど大きくなった。この現象は、色素層に対して、更にシリカシェルをコーティングすることで、色素の回転運動が抑制され、輝度が向上したためであると考えられる。 $ ^{35)-39} $

図(1)-97 色素層コーティング回数と蛍光スペクトル
図(1)-98 色素層1層に対するアミノ基修飾前後の吸収スペクトル

上記の検討により、最適化した粒子のTEM像と吸収・蛍光スペクトルを図(1)-99に示す。TEM像より、177±36 nmの分散性の良い均一なコアシェル構造を持ったナノ粒子が合成できたことが判る。また、吸収スペクトルと蛍光スペクトルより、金ナノ粒子由来の540 nm付近の吸収(黒い実線)と、ユウロピウム錯体由来の615 nm付近の蛍光(赤い実線)、双方が存在することが確かめられた。吸収ピークはシャープであり、金ナノ粒子が凝集していないことがこのことからも確かめられた。また、蛍光ピークもほぼBHHCT単体とほぼ同様である。

図(1)-99 合成したラベル化剤の吸収・蛍光スペクトルとTEM像
### b. イムノアツセイ

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

最適化した5層コーティングのナノ粒子を用いて、Salmonella Typhimuriumに対してイムノアッセイを行ったところ、濃度に応答した蛍光強度が得られた。（図(1)-100）このことから、今回合成したナノ粒子は、Anti-Salmonellaにラベル化可能で、幅広く応用可能なイムノアッセイのためのラベル化剤であるといえる。

LODは以下のように得られた。

### LOD $ 2.2 \times 10^{3} $ cfu/mL

ここで得られた検出下限2.2×10³ cfu/mLは、他の吸光、発光ELISA、QDイムノアツセイ、光ファイバを利用したイムノアツセイなど、高感度なラベル化剤・測定方法を利用したイムノアツセイの検出下限と比較しても優れている。

このことから、今回合成したラベル化剤は、モデル抗原のみならず、Salmonella Typhimurium のような細菌分析応用でも、非常に高感度かつ迅速測定を可能にする、優れたラベル化剤であるといえる。

Table(1)-9 先行研究で行われたイムノアッセイでの検出下限

Detection Methods	Platforms	LOD (cfu/mL)	Types	ref
免疫磁気分離法ELISA	Magnetic bead-Ab Ab-HRP	$ 10^{5}-10^{6} $	Sandwich	40)
化学発光アレイIA	Ab array (Ab-HRP)	$ 10^{6}-10^{7} $	Sandwich	41)
化学発光ELISA	Ab-HRP	$ 10^{4}-10^{5} $	Sandwich	42)
フロー化学発光アレイ	Ab array (Ab-HRP)	3 x $ 10^{6} $	Sandwich	43)
蛍光多重分析アレイ	Ab-Cy5	8 x $ 10^{4} $	Sandwich	44)
量子ドットIA	Ab-QD	$ 10^{4} $	Sandwich	45)
FRET利用光ファイバ	Ab-Alexa Fluor 546/594	$ 10^{3} $	Direct	46)
CNT利用ELISA	Ab/SWCNTs/HRP	$ 10^{3} $	Direct	40)
Ab-HRP	$ 10^{6} $	Direct	40)
CNT利用ELISA	Ab/SWCNTs/HRP	$ 10^{4} $	Sandwich	40)
Ab-HRP	$ 10^{6} $	Sandwich	40)
図(1)-100 Salmonella Typhimuriumに対するイムノアッセイ

### ii. ラテラルフローイムノアッセイ

## ブロッキング剤の検討

検討はBSA（Bovine Serum Albumin）、PVP（Polyvinylpyrrolidone）、PVA（Polyvinyl alcohol）、Caseinの1％溶液（in PBS Buffer，pH7.4，0.1 M）の4種で行った。それぞれ、ブロッキングを行い、Mouse IgGのポジティブサンプル（ $ 10^{4} $ ng/mL）とネガティブサンプル（0 ng/mL）を測定した。

図(1)-101より、BSA、PVP、PVAはかなり非特異吸着が多く、メンブレン全体が紫色（金ナノ粒子の吸光色）に染まっていることが分かる。しかしながら、Caseinではその傾向がなく、メンブレンは比較的白い。また、ネガティブサンプルを流した時、PVAやPVPではかなりTest lineが呈色してしまっているが、Caseinではそれが見られない。

このことから、この系において最も優れたブロッキング剤はCaseinであると結論づけた。

図(1)-101 ブロッキング剤の検討