放射線検出のための新しいカラーフォーマー(注1)材料の開発【産技助成Vol.59】

独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
埼玉大学大学院理工学研究科


放射線を検出し、高い感度で発色する新しい機能性色素材料を開発
この色素を利用し、放射線照射の有無が一目で判定できる
高感度放射線検出ラベルを実現した

【新規発表事項】　
独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ技術開発機構）の産業技術研究助成事業（予算規模：約50億円）の一環として、埼玉大学大学院理工学研究科の講師、太刀川達也氏は、放射線等、高エネルギー電磁波検出のための新しいカラーフォーマー材料の開発をしました。
本技術は、わずかな量の放射線に対しても、高い反応性で無色体から発色体に変化する新規のカラーフォーマー材料の合成とその固相化を研究したものです。人間が全身に被爆しても臨床的症状が見られないγ線線量200mSv（シーベルト）(注3)をさらに下回る100mSvでの検出を可能にしました。これは人間の健康管理にも使用できるレベルであり、放射線照射施設での作業員の健康安全管理のためのインジケーターとして利用することにより、作業員の健康安全管理に役立ちます。
また、この技術は電子線、X線、γ線、粒子線などの放射線を利用するさまざまな分野で利用可能であり、滅菌や血液照射などに用いる医療分野、ゴムやプラスチックの着色・強化等に用いる工業分野、ジャガイモの発芽防止や品種改良に用いる農業分野、非破壊検査等の様々な産業分野において、被照射物への放射線の照射の有無を確認するインジケーター（検知器）として利用できます。また、非破壊検査での放射線透過写真フィルムへの応用も期待されます。

(注1)：機能性色素のひとつ。それ自体は無色だが、顕色財と出会うことによって発色する。本研究ではカルバモイル基保護基を有するフェノキサジン系カラーフォーマーを材料に用いた。
(注3)：Sv（シーベルト）は人体が放射線にさらされる（被爆）大きさの単位。 SvはGrの値に放射線の種類ごとに定められた放射線荷重係数をかけて算出する。


１．研究成果概要
現在、電子線、X線、γ線、粒子線などの放射線は、多くの産業分野で利用されています。そのため、人体の放射線被爆の監視や被照射物への照射確認等について、低線量の放射線検出がきわめて重要となっています。本研究では、100mSvのγ線を視覚により検出できる実用的な固体ラベルの開発を目標に、放射線照射に対して高い反応性で無色体から発色体に変化するカラーフォーマー材料を創製しました。
フェノキサジン系カラーフォーマー、カルバモイル基で保護されたフェノキサジン系カラーフォーマー、フェナジン系カラーフォーマーを中心に40種近くの新規カラーフォーマーを合成し、γ線照射による発色能を評価。その結果、フェナジン系カラーフォーマーの0.25mM濃度のアセトニトリル溶液において、100Gyの照射で約5の吸光度変化を示すことを見出しました。ジヒドロフェナジン系カラーフォーマーは同条件の照射で吸光度変化が約0.1であることから、目標であった1Gy以下で視認可能な発色系の実現が可能と考えられます。
また、ジヒドロフェナジン系カラーフォーマーの固相化をめざし、光硬化性樹脂中へカラーフォーマーを分散させることを考え、分散媒体としてBis（3,4-epoxy-cyclohexylmethyl）adipate（resinB）を用いて作製した試料で、放射性照射による発色を確認しました。


２．競合技術への強み
1）高感度：200mSvのγ線を視識できる放射線検出ラベルをアセトニトリル溶液として実現。これは従来品の1,000倍の感度であり、これまで感度が低すぎて色素線量計を利用できなかった分野での実用が可能となります。また、人間の健康管理にも使用できるレベルまで感度を上げられたことは、革新的な成果といえます。
2）高い安定性：新規開発のカラーフォーマー材料は冷暗所で保存すれば約1か月発色せず、保存性に優れています。
3）取り扱いが容易：固相化することで、従来の液相系にあった液漏れなどの懸念がなく、容易に取り扱うことができます。
4）高い安全性：引火性や毒性が低く、安全性が高まっています。
5）環境負荷を低減：固相あるいは水溶液の検出ラベルでは、従来の液相系にあった有機溶媒を使用することによる廃液処理にかかる環境負荷がなくなります。


３．今後の展望
現在、われわれの研究グループでは高感度に発色するカラーフォーマー材料を無色のまま感度を落とさずに固相化する事に課題があります。それは固相化は実現したものの固相化の際、紫外光などにより発色したり、目視で確認できる発色感度が予想されたものより低い等です。うまく固相化できれば、より感度が上がると考えており、研究をすすめています。今後は、この技術分野に明るい異分野の企業・研究機関の方々とも連携し、共同研究を進めたいと考えています。
カラーフォーマー材料は光強度パターンを色の濃淡として感じることから、本研究のコンセプトを応用すればナノパターニングの感光物質として応用でき、周期的に色の濃淡構造をもつ光学材料を実現する革新的な材料となる可能性があります。またこの材料は、電子線や重粒子線(注5)などの電磁波以外の放射線にも応用でき、Ｘ線や電子線リソグラフィー（電子線描画によるナノレベルのパターンニング）や放射線治療の分野への応用展開も期待できます。さらに、媒体をゲル化することにより、ガン治療に用いられる重粒子線の三次元検出への展開も望めます。

(注5)加速器から得られる重粒子線は、放射線療法のひとつとしてガン治療に用いられている。病巣部に効果を集中できることから、X線や陽子線に比べて治療効果が高く、また副作用も少ない。


４．参考
成果プレスダイジェスト：埼玉大学講師 　太刀川 達也氏