生体活性紙

バイオアクティブペーパーは、食品や水中の様々な汚染物質を識別できる紙ベースのセンサーです。2009年に初めて開発されて以来、バイオアクティブペーパーの研究は継続されており、2011年には5年間で総額750万カナダドルの助成金を獲得しました。^[1]バイオセンサー段階の段階で開発されており、農薬の検出は可能ですが^[2]、毒素の除去や不活性化はまだできません。しかし、潜在的な危険物質を検出する能力は、人間の健康と安全のために応用可能です。^[3]バイオアクティブペーパーの利点は、シンプルで持ち運びやすく、使い捨てで、安価であることです。^[4]

発達

バイオアクティブペーパーは、研究者、産業界、大学、パートナー、学生からなるコンソーシアムであるカナダのセンチネルバイオアクティブペーパーネットワークによって開発されました。^[1]このネットワークは、オンタリオ州ハミルトンのマクマスター大学が主催し、科学ディレクターのロバート・ペルトン博士とマネージングディレクターのジョージ・ローゼンバーグ博士が率いています。

マクマスター大学のジョン・ブレナンと彼の研究チームは、抗体、酵素、アプタマー、バクテリオファージの組み合わせに基づく汚染物質検出バイオセンサーを紙の構造に印刷することで、生物活性紙を作成する方法を開発した。^[1]これらの組み合わせは、病原体やその他の汚染物質に付着し、検出可能な反応を生じます。 生物学的に活性な化学物質は「インク」の形をしており、既存の製紙および高速印刷プロセスを使用して、紙の表面または内部に印刷、コーティング、または含浸させることができる。 このインクは異なる層にコーティングされる。 このインクは、通常のコンピュータのプリントカートリッジに見られるものと似ているが、生体適合性を持たせる特別な添加物が加えられている。

これは、生体適合性のあるシリカナノ粒子をまず紙に塗布し、次に酵素を含む別のインクを塗布することで作られます。バイオインクは、紙上のシリカに閉じ込められた酵素の薄膜を形成します。^[5] 紙が毒素にさらされると、サンプル中の毒素の量に応じてインクの分子の色が変化します。

バイオアクティブペーパーはまだ一般公開されていませんが、商品化に近づいています。バイオアクティブペーパーは保存期間も長く、研究者によると、適切に保管すれば少なくとも2ヶ月は有効に使用できるとのことです。

アプリケーション

バイオアクティブ紙の現在の用途の1つは、アセチルコリンエステラーゼや神経ガスを検出できるため、バイオテロや食品の安全性に応用できます。^[3]この進歩により、バイオアクティブ紙は軍隊や包装産業の関心を引く製品となっています。^[3]バイオアクティブ紙のさらなる用途開発が進められていますが、現在、バイオアクティブ紙の使用と研究には、紙ベースの生物学的検定またはサンプル調整用の紙ベースの分析装置、食品および水質監視のための病原体検出、包装および建設産業における偽造およびカウンターテンパリング、抗菌紙を使用した病原菌の不活性化の4つの主要な分野があります。^[5]

食中毒

米国では毎年約7,600万件の食中毒が発生し、32万5,000人以上の入院と5,000人以上の死亡につながっています[Mead et al., 1999]。これらの疾患のほとんどは、カンピロバクター、サルモネラ、大腸菌O157:H7、リステリア・モノサイトゲネスによって引き起こされます。その結果、これらの病原体に関連する年間医療費は現在70億米ドルを超えています。消費者教育と食品中の確実かつ簡便な病原体検出を組み合わせることで、これらの疾患の発生頻度を大幅に削減する最善の方法となります。

最新の開発では、食品を洗浄した後でも農薬を検出できるようになりました。この革新は、安価なため食品に禁止されている農薬を使用している可能 性のある発展途上国にとって大きなメリットとなります。

水質汚染

発展途上国では、水質が疑わしい場合が多く、地元住民は飲料水を得るために、不衛生な布などを使うといった原始的なろ過システムを試みざるを得ません。しかし、この方法は明らかに信頼性が低く、特に洪水などの自然災害の後には、飲用に安全な水になることはほとんどありません。小さな容器の水に浸すだけで​​病原菌を除去し、水が安全に使用できるかどうかを色で知らせてくれる、生物活性紙の利点を考えてみてください。

健康管理

生体活性紙のもう1つの潜在的な用途としては、ウイルスを積極的に結合し、フィルターの表面にそれらを固定してフィルターの細孔を通過するのを防ぎ、医療従事者を保護するフェイスマスクの作成が含まれます。

パッケージ

特定の成分を容易に検査できるため、包装業界ではバイオアクティブ紙の利用が注目されています。特に、企業は偽造品や改ざんの検出手段としてバイオアクティブ紙の利用を検討しています。^[4]その他の用途としては、微生物の検出や抗菌作用が期待されています。^[4]

参考文献

1. 「バイオアクティブペーパー研究、バイオアクティブペーパー開発のための追加資金を獲得」PaperMoney 2011年3月1日. 2018年3月1日閲覧。
2. カヴルク、ムラト;オザルプ、ヴェリ・ジェンギズ。オクテム、フセイン・アヴニ (2013)。 「農薬定量用ポータブル生物活性紙ベースセンサー」。化学における分析法のジャーナル。2013 : 1–8 .土井: 10.1155/2013/932946。PMC 3736481。PMID  23971002。 
3. Pelton, Robert (2009). 「バイオアクティブペーパーは診断のための低コストプラットフォームを提供する」. TrAC Trends in Analytical Chemistry . 28 (8): 925– 942. doi :10.1016/j.trac.2009.05.005. PMC 7127295. PMID 32287534  . 
4. Kong, Fanzhi; Hu, Yim Fun (2012). 「生体分子固定化技術による生体活性紙の製造」.分析化学および生体分析化学. 403 (1): 7– 13. doi :10.1007/s00216-012-5821-1. PMID  22367243. S2CID  25919168.
5. Zhao, Zhengyang; Tian, Junfei; Wu, Zhangxiong; Liu, Jian; Zhao, Dongyuan; Shen, Wei; He, Lizhong (2013-08-28). 「酵素固定化メソポーラスシリカナノロッドを紙に埋め込むことによる生体活性紙の酵素安定性の向上」Journal of Materials Chemistry B. 1 ( 37): 4719– 4722. doi :10.1039/c3tb20953a. ISSN  2050-7518. PMID  32261154.

• Hossain, SMZ; Luckham RE; Smith, AM; Lebert, JM; Davies, LM; Pelton, R.; Filipe, CDM; Brennan, JD「ゾルゲル法バイオインクの圧電インクジェット印刷を用いた神経毒検出用生体活性紙センサーの開発」Anal. Chem., 2009年、掲載予定。
• Jabrane, T.;Dube M.; Mangin, PJ「紙表面へのバクテリオファージの固定化：カチオン性プレコート層の効果」PAPTAC第95回年次会議、モントリオール、2009年、pp 311-315。
• Pelton, R. 「バイオアクティブペーパー - 診断のための低コストプラットフォーム」Trends Anal. Chem. 2009年、掲載予定。
• Zhao, WA; Ali, MM; Aguirre, SD; Brook, MA; Li, YF「金ナノ粒子比色プローブを用いた紙ベースのバイオアッセイ」Anal. Chem., 2008, 80 (22): 8431-8437.
• Zhao, W.; Brook, MA; Li, YF「金ナノ粒子ベースの比色バイオセンシングアッセイの設計」ChemBioChem、2008、9（15）、2363-2371。
• Zhao, W.; Chiuman, W.; Lam JCF; Mcmanus, SA; Chen, W.; Cui, Y; Pelton, R.; Brook, MA; Li, Y.「金ナノ粒子上でのDNAアプタマーの折り畳み：コロイド化学からバイオセンサーへ」J. Am. Chem., 2008, 130 (11): 3610-3618.