バイオエアロゾルの対流圏広域拡散:気球搭載蛍光粒子カウンターの開発と観測への応用

• Project/Area Number: 07J11919
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Environmental dynamic analysis
• Research Institution: Prefectural University of Kumamoto
• Principal Investigator: 山田 丸 Prefectural University of Kumamoto, 環境共生学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2009: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2007: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: バイオエアロゾル / 気球 / 蛍光 / 大気環境 / 微生物 / パーティクルカウンター / 黄砂 / エアロゾル / 中国 / 気球観測 / 蛍光粒子

Research Abstract

本研究では大気中の蛍光粒子をリアルタイムでカウントする蛍光粒子カウンターの開発を行った。さらにその応用として大気中の微生物粒子(バイオエアロゾル)の濃度計測を試みた。バイオエアロゾル計測では、代謝活動時に生成されるNADHを対象の蛍光分子として、実験・評価を行った。本研究のもう一つの目的として、気球に搭載可能なものにするため、小型、軽量、バッテリー駆動のシステムを設計した。開発では既存の光散乱式粒子カウンターの光源、光検出器を適切なものに変更し、また蛍光のみを検出する光学系を設計した。加えて、電波でデータを転送するシステムを構築した。
実験ではPSL蛍光粒子、およびHADH、微生物、、黄砂を粒子化した試料を用いた。PSL蛍光粒子およびNADHでは、粒子数濃度を精度良く計測できることが確認された。黄砂粒子からは蛍光を検出しなかった。微生物を用いた計測試験では十分な蛍光シグナルを検出できなかった。そこで、各種試料の蛍光強度の計測を行い検討した。結果として、微生物の蛍光強度は非常微弱であり、本研究で開発した装置では微生物に対しては十分なS/N比が得られなかったと考えられる。ただし、ある種の有機物を検出可能とし、従来のエアロゾル粒子カウンターでは計測できなかった新たなパラメーターを取得することに成功した。今後、本研究を発展させることで、野外観測において有効なツールとなると考えられる。
一方で、中国の黄砂発源地において気球を用い、バイオエアロゾルの観測を実施した。観測では、大気中に浮遊する黄砂粒子の1割程度がその表面に微生物を付着させており、微生物の付着は鉱物種によらないということを明らかにした。黄砂とバイオエアロゾルの混合状態に関する研究はこれまでになく、今回得られた成果は、黄砂バイオエアロゾルの挙動に関する理解にとどまらず、多くの分野で波及効果をもたらす結果であると思われる。

Research Products

• [Journal Article] 黄砂発生源域におけるバイオエアロゾル観測の試み:係留気球観測と個別粒子分析 (2010)
  • Author(s): 山田丸, 他3名
  • Journal Title: エアロゾル研究 25 Pages: 13-22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 能登半島珠洲市上空における黄砂バイオエアロゾルの直接採集および分離培養・同定 (2010)
  • Author(s): 小林史尚, 他8名
  • Journal Title: エアロゾル研究 25 Pages: 23-28
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 黄砂バイオエアロゾルに含まれる耐塩細菌群の種組成解析 (2010)
  • Author(s): 牧輝弥, 他9名
  • Journal Title: エアロゾル研究 25 Pages: 35-42
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mixture of Kosa(Asian dust)and bioaerosols detected in the atmosphere over the Kosa particles source regions with balloon-borne measurements (2009)
  • Author(s): Iwasaka, Y., Shi, G.-Y., Yamada, M., 他7名
  • Journal Title: Air Qual.Atmos.Health 2 Pages: 29-38
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-range transport of fluoride in East Asia monitored at Noto Peninsula, Japan (2009)
  • Author(s): Yang, X.-Y., 他8名
  • Journal Title: Sci.Total Environ. 407 Pages: 4681-4686
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hygroscopic mineral dust particles as influenced by chlorine chemistry in the marine atmospher (2009)
  • Author(s): Tobo, Y., Zhang, D., Nakata, N., Yamada, M., 他3名
  • Journal Title: Geophys. Res. Lett. 36
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mixture of Kosa (Asian dust) and bioaerosols detected in the atmosphere over the Kosa particles source regions with balloon-borne measurements, Possibility of long-range transport (2009)
  • Author(s): Iwasaka, Y., Shi, G.-Y., Yamada, M., 他7名
  • Journal Title: Air Qual. Atmos. Health 2 Pages: 29-38
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ecophysiological analysis of halobacteria in bioaerosol (2008)
  • Author(s): Maki, T., Susuki, S., Kobayashi, F., Kakikawa, M., Yamada, M., 他7名
  • Journal Title: J. Echotechnology Res. 13 Pages: 309-313
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phylogenetic diversity and vertical distribution of a halobacterial community in the atmosphere of an Asian dust (KOSA) source region, Dunhuang City (2008)
  • Author(s): Maki, T., Susuki, S., Kobayashi, F., Kakikawa, M., Yamada, M., 他8名
  • Journal Title: Air Qual. Atmos. Health 1 Pages: 81-89
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dustborne microorganisms in the atmosphere over an Asian dust source region, Dunhuang (2008)
  • Author(s): Kakikawa, M., Kobayashi, F., Maki, T., Yamada, M., 他6名
  • Journal Title: Air Qual. Atmos. Health 1 Pages: 195-202
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (2008)
  • Author(s): Iwasaka, Y., Li, J. M., Shi, G. -Y., Kim, Y. S., Matsuki, A., Trochkine, D., Yamada, M., 他3名
  • Journal Title: Mass transport of background Asian dust revealed by balloon-borne measurement : dust particles transported during calm periods by westerly westerly from Taklamakan desert, in Advanced Environmental Monitoring(Springer) Pages: 121-135
• [Journal Article] Ecophysiological analysis of halobacteria in bioaerosol (2008)
  • Author(s): Maki, T., Susuki, S., Kobayashi, F., Kakikawa, M., Yamada, M., その他6名
  • Journal Title: Journal of Ecotechnology Research 13 Pages: 209-313
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 黄砂発生源におけるバイオエアロゾル拡散に関する研究 (2007)
  • Author(s): 小林史尚, 柿川真紀子, 山田丸, 陳彬, 石廣玉, 岩坂泰信
  • Journal Title: エアロゾル研究 22 Pages: 218-227
  • NAID: 10021918588
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 大気バイオエアロゾル検出に向けた小型粒子カウンターの開発 (2010)
  • Author(s): 山田丸
  • Organizer: 第4回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2010-03-14
• [Presentation] Microscopic analysis of individual bioaserosols collected in the boundary layer over Asian dust source with tethered balloon (2009)
  • Author(s): 山田丸
  • Organizer: 18^<th> International Conference on Nucleation & Atmospheric Aerosols
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2009-08-11
• [Presentation] 敦煌における対流圏バイオエアロゾルの個別観察 (2009)
  • Author(s): 山田丸
  • Organizer: 第3回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2009-01-11
• [Presentation] 気球を用いた対流圏バイオエアロゾル観測:粒子数濃度計測とバイオエアロゾル混合状態の分析 (2008)
  • Author(s): 山田丸
  • Organizer: 第49回大気環境学会年会
  • Place of Presentation: 金沢市
  • Year and Date: 2008-09-18
• [Presentation] Dissusion of bioaerosols linked with mineral particles in the boundary layer over a desert area of the Northwest China (2008)
  • Author(s): YAMADA Maromu
  • Organizer: IGAC 10th International Conference
  • Place of Presentation: Annecy, France
  • Year and Date: 2008-09-11
• [Presentation] Development of a particle ounter for bioaerosols measurements (2008)
  • Author(s): YAMADA Maromu
  • Organizer: International Aerosol Symposium
  • Place of Presentation: Kanazawa, Japan
  • Year and Date: 2008-08-21
• [Presentation] 気球を用いた対流圏バイオエアロゾルの拡散に関する研究 (2008)
  • Author(s): 山田丸
  • Organizer: 第25回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • Place of Presentation: 金沢市
  • Year and Date: 2008-08-20
• [Presentation] Mineral particles in the boundary layer over a desert area of the northwest China : number concentration and mixture state with microorganisms (2008)
  • Author(s): YAMADA Maromu
  • Organizer: 5th Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) Annual Meeting
  • Place of Presentation: Busan, Korea
  • Year and Date: 2008-06-17
• [Presentation] 黄砂発生源上空のエアロゾル粒子の性状と大気鉛直構造 (2008)
  • Author(s): 山田 丸
  • Organizer: 第2回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本市
  • Year and Date: 2008-01-12
• [Presentation] Mobile bioaerosol particle counter: development and perspective (2007)
  • Author(s): Maromu YAMADA
  • Organizer: The 3rd International Workshop on Asian Dust and Ocean Ecosystem
  • Place of Presentation: Shangrila, China
  • Year and Date: 2007-10-24
• [Presentation] 気球搭載型バイオエアロゾルサンプラーの開発 (2007)
  • Author(s): 山田 丸
  • Organizer: 日本気象学会2007年度秋季大会
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2007-10-16
• [Presentation] 大気バイオエアロゾル測定に向けたパーティクルカウンターの開発 (2007)
  • Author(s): 山田 丸
  • Organizer: 大気環境学会
  • Place of Presentation: 岡山市
  • Year and Date: 2007-09-05
• [Presentation] Existence of background dust in the free troposphere over an Asian dust source region (2007)
  • Author(s): Maromu YAMADA
  • Organizer: The Fifth Asian Aerosol Conference
  • Place of Presentation: Kaohsiung, Taiwan
  • Year and Date: 2007-08-28
• [Book] 黄砂 (2009)
  • Author(s): 岩坂泰信
  • Total Pages: 342
  • Publisher: 古今書院