国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院工学研究科の堀 克敏 教授の研究グループ、大手化学メーカー日本ゼオン株式会社、および名古屋大学発ベンチャー株式会社フレンドマイクローブは共同研究によって、エレクトロニクスをはじめとする様々な産業分野に大きな便益をもたらすことが期待されているカーボンナノチューブ（CNTs）を微生物によって効率的に分解する新手法を開発しました。炭素からできている無機物のCNTsは環境中では生分解されないと考えられてきましたが、今回の結果はその考えを覆すものとなりました。また、これまで環境中に放出された場合の影響が充分に解明されておらず、早急な対応策の策定が産業化の大きな課題でしたが、今回の研究成果により活路が見出された結果となりました。
堀教授らはShewanella 属の細菌を利用した単層カーボンナノチューブ注5)（SWCNTs）の効率的な生物学的分解法を開発しました。新手法では、Shewanella 属がもつ無酸素条件下でFe(III)をFe(II)に還元し、有酸素条件下でO2をH2O2に還元することでフェントン反応を効率的に誘導する能力を利用しています。この研究では、その特性を利用して、SWCNTsの連続的かつ長期にわたる分解を実現しました。この新しいアプローチは、SWCNTsの環境へのリスクを軽減し、廃棄物処理や環境バイオレメディエーションにおける新しい可能性を提供するものです。Shewanella 属によるこの分解技術は、より幅広い環境条件下でのCNTsの安全な処理方法として期待されます。
本研究成果は、2023年11月30日付国際学術雑誌「Frontiers in Microbiology」にオンライン掲載されました。
・微生物によるカーボンナノチューブ(CNTs)注1)の持続的分解を世界で初めて報告した。
・分解に使用したShewanella 属注2)とフェントン反応注3)に用いられる鉄は環境中に広く存在することから、本研究から、広範囲な環境条件下でCNTｓの分解が可能であることが示唆された。
・カーボンナノチューブ含有製品の廃棄物処理や環境バイオレメディエーション注4)における手法開発に役立つことが期待される。
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掲載誌: Frontiers in Microbiology
タイトル: Long-term continuous degradation of carbon nanotubes by a bacteria-driven Fenton reaction
著者: Seira Takahashi, Katsutoshi Hori
DOI： 10.26434/chemrxiv-2023-rcjv5
URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2023.1298323/full
注1)カーボンナノチューブ：
カーボンナノチューブは、炭素原子が六角形の格子状に配列して構成されるナノスケールのチューブ状の構造物です。その直径はナノメートル単位で、非常に強い力学的特性、優れた熱伝導率、特異な電気的特性を持ちます。これらの特性から、材料科学、ナノテクノロジー、電子工学など多岐にわたる分野で応用されています。
注2)Shewanella 属：
Shewanella 属は、シュエネラ属とも呼ばれ、主に水中環境に存在する細菌の一群です。これらの細菌は、酸素不足の環境で金属イオンを電子受容体として利用することができる特徴を持ちます。この能力は、環境汚染のバイオレメディエーションやバイオエネルギーの生成などに応用される可能性があります。
注3)フェントン反応：
フェントン反応は、過酸化水素と鉄イオン（Fe2+またはFe3+）を反応させることにより、強力な酸化剤であるヒドロキシルラジカルを生成する化学反応です。この反応は、有機物の酸化分解や有害物質の無害化に使用されます。環境工学や廃水処理などで重要な役割を果たしています。
注4)環境バイオレメディエーション：
環境バイオレメディエーションは、微生物、植物、菌類などの生物学的プロセスを利用して、汚染された土壌や水の浄化を行う技術です。有害な化学物質や重金属を分解または無害化することで、環境の回復を図ります。持続可能な環境修復手法として重要視されています。
注5)単層カーボンナノチューブ:
単層カーボンナノチューブは、単一の炭素原子層から成るカーボンナノチューブです。極めて軽量でありながら、強度や熱伝導性、電気伝導性に優れる特徴を持っています。これらの特性から、ナノエレクトロニクス、エネルギー貯蔵、複合材料などの分野で広く研究されています。
大学院工学研究科 堀 克敏 教授
https://www.chembio.nagoya-u.ac.jp/labhp/life3/index.html
