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生物化学テロにおける効果的な除染法の開発実施予定期間：平成18年度～平成20年度研究代表者：瀬戸康雄（警察庁科学警察研究所法科学第三部）Ｉ．概要(1)エアロゾル、液体、粉末状の生物化学剤（化学剤、生物毒素、微生物）に対する除染技術の評価方法を確立し、organophosphorushydrolase（OPH）を活用した神経ガス分解法を含めた既存除染技術の性能を検証する。(2)生物化学剤と特異的に結合する分子認識素子を設計し、吸着・除去する技術を開発する。(3)光触媒機構に基づく変性・分解素子を設計し、短時間で生物化学剤を不活性化する技術を開発する。1．研究の目的サリン事件、郵便物炭疽菌事件以来、生物化学剤を用いたテロは顕在化した。テロに対処する危機管理において、危険物質の検知・モニタリング、解毒処置・治療が重要となるが、被害の最小化を目的とした危険物質からの防護、除染を的確に実施することも重要である。現状では、化学剤からの防護には活性炭防毒マスクや防護服が、その分解には湿式除染剤が用いられる。また、細菌からの防護にはHEPAフィルターが、その殺菌・消毒にはアルデヒド、電磁波、酸化剤等が用いられる。しかし、除染剤は毒性・環境負荷が大きく、除染完了までに長時間を要し、効果の持続性がない等の深刻な問題点が指摘できる。すなわち、既存除染剤の効果は無害な一般物質にまで作用し（非特異的）効率は低く、テロ事案発生時の事後管理を適切に行えるとは言い難く、一刻も早く効果的な生物化学剤の除染システムを構築することが必要である。テロ現場においては、物性の幅広い生物化学剤を想定しなければならず、現状の除染技術の性能を遙かに凌ぐ、新規の危険物除去・解毒システムを構築することが必須である。本課題は、テロ現状を客観的に分析し、学術的・実践的観点から生物化学剤の効果的な除去・解毒技術の開発を目指すものであり、ミッションと経験、基盤技術、製品実用化実績を有する産学官機関が協力し、最先端技術を活用して包括的な除染技術の開発を実施し、テロ対処現場に除染素材を供給し危機管理に的確に対応せしめ、安全・安心な社会の構築を目指す。2．国内外の研究状況、提案にいたる準備・調査等についてa.国内外の研究状況除染は防衛分野で実践されており主に次亜塩素酸塩が用いられ、感染症対策分野では種々の殺菌・消毒法が活用されている。これら除染技術は生体に対して毒性が高く対象物と生体との選択性が低く、扱うものに中毒症状を起こし、低毒性の除染剤の登場が待ち望まれている。また、一部の剤を対象として有効性が検証されているに過ぎず、物性の幅広い生物化学剤に対して網羅的に有効性を検証する必要がある。最近、毒性を低減した除染剤が市販されたが、高価であり、除染に長時間を要する。一方、神経ガス分解酵素の活用法等も検討されている。なお、既存の除染技術は欧米諸外国で開発されたものであり、我が国は受動的に利用する傾向が顕著である。b.提案にいたる準備・調査等生物化学剤の効果的な除染技術の必要性は近年真剣に叫ばれているが、我が国では研究開発のみならず調査も十分になされていない。これは、評価方法が不整備である、科学的に評価する機関がない、技術開発に展望を持てない等のためである。科学警察研究所（科警研）は、平成17年度より科学技術振興調整費産学官共同研究の効果的な推進プロジェクトにおいて「化学剤・生物毒素の一斉現場検知法の開発」、戦略的創造研究推進事業の先進的統合センシング技術プロジェクトにおいて「全自動モバイル型生物剤センシングシステム」と題して、生物化学剤の現場検知技術開発を実施中である。また、(独)産業技術総合研究所（産総研）バイオニクス研究センター（RCAB）と千葉大学は、特異な糖鎖を化学合成し、腸管出血性大腸菌O-157の産するベロ毒素や狂牛病異常プリオン蛋白質を簡便に検出する方法を考案している。検知技術は対象毒素の分子認識に基づくものであり、開発で培われた計測技術及び知識を有効に活用し、危険物の選択的な吸着・除去に応用することが可能となれば、除染効率は格段に向上する。一方、光触媒は酸化チタン等の表面に吸着した物質を光エネルギー活性化で生成した活性酸素により分解するものであり、我が国は基礎・応用技術開発において世界をリードし、除菌、浄化技術として実用化が達成され市場も拡大傾向にある。しかし、光触媒の生物化学剤に対する除染能力は未知数であり、反応効率の低い既存光触媒技術をテロ対処に応用しても短時間で有効に剤を除染できる可能性は低い。海外においても酸化チタン粒子が除菌素材として活用されつつあるが、生物化学剤に対する機能の有無の検証は十分されていない。3．研究内容生物化学剤は物性的に多様であり、ガス性の窒息剤、血液剤、揮発性の神経ガス、びらん剤、難揮発性の生物毒素、細菌、ウィルス、リケッチアに分類できる。また、発散状況によって、エアロゾルの吸入・皮膚透過による摂取、飲食による摂取、粉末として散布されたエアロゾルの吸入・皮膚透過による摂取が考えられる。一つの技術ですべての生物化学剤に対応できるオールマイティーな除染技術を構築する代わりに、生物化学剤の種類と散布状況に応じて適切な除染方法を別々に構築し、組み合わせて現場で活用する戦略がテロ対応に適切であろう。本研究では、以下の3つのサブテーマに分割して技術開発し、統合して除染システムを構築し実用化する。（1）標品を用いて除染効果の評価法を構築し、既存の除染技術を検証する。（2）生物化学剤と特異的に結合する分子認識素子を設計し、捕捉し不活性化・除去する技術を開発する。（3）光触媒機構に基づく酸化力による変性・分解素子を用いた生物化学剤の除染技術を開発する。a.除染技術評価方法の構築と既存除染技術の検証（サブテーマ1）科警研で使用が認められている生物化学剤標品を用いて、除染効果の検証を行う。化学剤の分解・吸着等の無毒化、生物毒素の変性・吸着等の無毒化、微生物の死滅・吸着等の不活性化の定量的評価方法を構築する。生物化学剤を除染剤とともに密閉容器内に入れ、定期的にサンプリングして、化学剤の残存量は抽出ガスクロマトグラフィー（GC）-質量分析（MS）法、GC法により、分解状況はMS法等により測定する。生物毒素の残存量は分光光度法、ELISA法等により、失活状況は表面プラズモン共鳴（SPR）法、酵素活性測定法等により測定する。細菌、ウィルスの残存量は培養試験、リアルタイムPCR法等により、殺菌状況はカルチャープレート、プラーク形成法により測定する。確立した除染評価方法を用いて、既存の除染剤である次亜塩素酸、アルデヒド類、酸化剤、吸着剤に関して、残存量と処理時間、毒性、環境負荷を指標として、除染効果を評価する。各除染方法の長所、短所を抽出・特徴化して、本研究で開発する除染技術に要求される項目を絞り込む。特に、神経ガスに対しては解毒酵素OPH活用し、神経ガス分解活性を向上させたOPH変異酵素を設計、作製する。b.新規特異的生物化学剤吸着技術の開発（サブテーマ2）生物化学剤のみを特異的選択的に認識して結合・吸着・不活性化し、テロ現場から速やかに除去する除染技術を開発する。まず、生物剤の毒性・感染機構に基づく、標的分子や宿主細胞への結合機構を解明する。多くの生物毒素や細菌、ウィルスは宿主特有の糖複合体を認識・結合し毒性を発揮するが、この感染原理を材料工学的に応用して生物剤に特異的に結合する糖複合体を検索・候補分子の設計を行い、効率的な合成戦略を開発する。糖複合体以外の分子認識素子として、ファージディスプレイ法を用いて対象の生物剤に結合する機能性蛋白質（ペプチド）を設計する。また、コンビナトリアル化学合成法により、結合特性の高い核酸アプタマーや分子鋳型素子を調製する。候補の分子認識素子について、モノリス担体の支持体への高密度な固定化を行い、有効な吸着用素材を製造し、吸着性能を検証する。また、糖複合体結合フラーレンナノカプセルによる除染技術を開発し、除染能を検証する。c.新規生物化学剤光触媒型除染技術の開発（サブテーマ3）毒性が低く選択的に危険物を解毒・分解するシステムとして、効果の持続性に優れ安価・経済的である、光触媒材料の酸化チタン光触媒を選択する。本研究では、過剰な酸素を持つペルオキソチタン系コーティング剤を選択し、光触媒反応の初期速度を加速することができる材料の最適化を行う。また、酸化チタン超微粒子の表面積、結晶性、吸着性の向上等によって基本的な反応速度や吸着による初期除去能力を向上させた材料を合成する。さらに、窒素及び炭素ドープ法により高い量子効率を与える可視光応答型光触媒を開発する。また、無機支持体を検索・素材選択し、除染効果を検証する。防護服素材の表面に最適化された酸化チタン塗布剤を密着性よくコーティングし、除染効果を検証する。現場で強制的に光を照射する条件下で効率よく反応するエアロゾル素材やフィルター素材として光触媒材料を加工・合成し、実用的な除染装置を設計し、試作器の性能を検証する。4．政策目標の達成への寄与、経済社会への波及効果について本研究で得られる成果は、テロ現場での被害者への適切な救急救命処置に寄与し、感染後の早期処置としてのみならず、テロ、災害現場での対処に当たる初動措置関係者の個人防護、テロ・災害発生後の現場復旧に携わる活動に資する。すなわち、従来にない生物化学剤の画期的な除去・解毒システムが確立され、テロ発生時における危機管理の的確な対応が達成できる。また、生物化学剤以外に、有害化学物質や感染症病原体に対しても効果的な浄化・消毒法として、労働衛生、環境、公衆衛生、医療分野への応用が可能であると考えられる。5．研究終了後の実用化等に向けた自立的な取組について本研究で創製される除染技術は、既存技術と組み合わせて、テロ現場を意識した総合的な除染システムとして活用することを提案する。素材の安全性を確認し、警察機動隊に試験的に提供してテロ現場に実装して有効性を検証する。また、他の初動措置隊への導入を試み有効性を広範囲に検証する。最終的に、企業へ技術移転し、本成果の民間への普及を目指す。6．生命倫理・安全面への配慮について本研究では、実剤を用いて除染技術の開発・評価・検証を行うが、特定物質の使用に当たっては、経済産業大臣の認可のもと、所内規程「特定物質の管理及び使用に関する規程」に基づいて、有害性ガス実験施設において取扱の訓練を受けた研究員が安全上の諸注意を遵守する。また、生物剤の使用に当たっては、所内規程「科学警察研究所病原微生物等完全管理規程」に基づいて、バイオハザート実験施設において生物剤取扱の訓練を受けた研究員が安全上の諸注意を遵守する。7．具体的な達成目標（ミッションステートメント）99%以上の効率で生物化学剤を除染する技術を開発する。水中の生物毒素、微生物は20分以内に除去する。蒸気の化学剤、浮遊する生物毒素、微生物は60分以内に解毒・分解する。粉末の生物毒素、微生物、液体の化学剤は30分以内に分解する。8．実施体制について氏名所属機関・職名提案課題における役割◎瀬戸康雄科学警察研究所法科学第三部部付主任研究官研究代表者、サブテーマ1責任者大森毅科学警察研究所法科学第三部室長サブテーマ1参画者金森美江子科学警察研究所法科学第三部主任研究者サブテーマ1参画者柘浩一郎科学警察研究所法科学第三部主任研究官サブテーマ1参画者大沢勇久科学警察研究所法科学第三部研究員サブテーマ1参画者岸慎太郎科学警察研究所法科学第三部研究員サブテーマ3参画者漆畑裕司科学警察研究所法科学第三部非常勤研究員サブテーマ1,2参画者佐藤啓太科学警察研究所法科学第三部非常勤研究員サブテーマ2,3参画者駒野明香科学警察研究所法科学第三部非常勤研究員サブテーマ2,3参画者安田二朗科学警察研究所法科学第一部室長サブテーマ1参画者藤浪良仁科学警察研究所法科学第一部研究員サブテーマ1参画者黒崎