大阪大学大学院理学研究科 中畑雅樹助教、ドイツ ハイデルベルク大学物理化学研究所 田中求教授（京都大学大学院医学研究科 客員教授）らの国際共同研究グループは、飛躍的に高い有毒イオン選択・捕捉機能を兼ね備えた水環境浄化システムを開発しました。これは、植物内で有毒重金属イオンを選択的に捕捉することで植物や水環境を守るタンパク質に着想を得て、新しい高分子材料を設計し、これを超高集積化することによって実現しました。

SDGs Goal 6に「安全な水とトイレを世界中に」とあるように、清潔な水や公衆衛生は急速な人口増加と都市化が進む世界において解決すべき重要な課題です。現在広く用いられているのは、材料内の小さな孔にイオンを吸着させたり、水中のイオンと材料内に含まれるイオンを交換したりすることで水をきれいにするタイプの水浄化材料です。しかしこの水浄化材料では、標的となる有害な重金属イオンを水中の無害なイオンから選り分ける機能と、少ない材料で多くのイオンを捕まえる機能とを両立させることが困難でした。

今回、中畑助教らは、有毒な金属イオンを選択的に捕捉して植物を守るファイトケラチンと呼ばれるタンパク質に着目し、この構造にヒントを得た人工高分子材料を合成しました。さらに、田中教授らは自己組織化技術を駆使してこの高分子およそ10の17乗（10億のさらに1億倍）分子にあたる材料を3ミリリットルの容積に超高集積化することに成功しました。これによってこれまでの材料では実現できなかった有毒イオンを選択的にかつ大量に捕捉するという機能を実現することができました。試験的に開発した水浄化システムは、3ミリリットルに集積した材料がその100倍の容積（300ミリリットル）の産業排水レベルのカドミウムイオンを1時間でWHOが定める飲料水レベルまで除去する、という非常に高い水浄化機能を示しました。

本研究成果は、2024年7月11日(木)17時（日本時間）に英国科学誌「Nature Communications」(オンライン)に掲載されました。

 

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• 大阪大学理学研究科高分子科学専攻高分子精密科学研究室（橋爪研究室）
  
  

〈共同リリース機関HP〉 

• 京都大学
  https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2024-07-31