Production of biofibers in liquid marbles containing microorganisms as gas-phase microreactors

• Project/Area Number: 18K04830
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
• Research Institution: Nara National College of Technology
• Principal Investigator: Naoe Kazumitsu 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (00259912)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 正直 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80193655) ; 澤井 淳 神奈川工科大学, 応用バイオ科学部, 教授 (80288216)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: リキッドマーブル / バクテリアナノファイバー / マイクロリアクター / バイオフィルム

Outline of Final Research Achievements

The novel production system of biofibers was developed using liquid marbles containing microorganisms. It was demonstrated that safe, large-scale, and high-speed production of bacterial cellulose fibers is possible by using liquid marbles of stearate microparticles as microbial culture media. In addition, it was shown that the produced fiber has a different microstructure and higher water holding than the conventional one.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

微生物培養によるバクテリアナノセルロースの生産は、植物由来のセルロースとは異なり、高温高圧処理や危険な化学薬品処理を必要としないため、安全に高純度のナノセルロースを得ることができる。本研究成果は、安全なリキッドマーブル集合体を微生物培養場として利用することにより、安全で、大量かつ、高速でバクテリアナノセルロースの生産が可能となることを示しており、本技術の実用化が進めば、低環境負荷グリーンナノ材料の一層の普及につながる。

Research Products

• [Journal Article] Stearate Liquid Marbles for Bacterial Cellulose Production: Influence of the Liquid Marble Interface on Bacterial Cellulose Properties (2022)
  • Author(s): Yamakawa Kureha、Hirobe Airi、Honjo Satoshi、Higashio Koko、Sawai Jun、Naoe Kazumitsu、Imai Masanao
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 126 Issue: 3 Pages: 1611-1622
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c08597
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of Biocompatible Liquid Marbles Stabilized by Food-Grade Stearate Microparticle for Aerobic Bacteria Cultivation (2020)
  • Author(s): Tanaka Shoma、Okano Hiroaki、Matsuda Nobuyuki、Sawai Jun、Naoe Kazumitsu、Imai Masanao
  • Journal Title: Applied Biochemistry and Biotechnology Volume: - Issue: 4 Pages: 1684-1694
  • DOI: 10.1007/s12010-020-03299-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ステアリン酸塩マイクロ粒子リキッドマーブルの量産技術に関する基礎的検討 (2023)
  • Author(s): 青木盛悟, 直江一光
  • Organizer: 第25回化学工学会学生発表会（オンライン）, N04
• [Presentation] ステアリン酸塩リキッドマーブルの調製条件による産生バクテリアセルロースへの影響 (2023)
  • Author(s): 本條悟史, 澤井 淳, 今井正直, 直江一光
  • Organizer: 化学工学会第88回年会(東京農工大学工学部), PA138
• [Presentation] Stearate Liquid Marbles for Bacterial Cellulose Production: Preparation conditions of Bacterial Cellulose (2022)
  • Author(s): Satoshi Honjo, Airi Hirobe, Kazumitsu Naoe, Masanao Imai, and Jun Sawai
  • Organizer: 19th Asia Pacific Confederation of Chemical Engineering (APCChE) Congress (Kuala Lumpur, Malaysia), Paper ID: 1109
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ステアリン酸塩リキットマーブルでのバクテリアセルロース産生に対するコア体積の影響 (2022)
  • Author(s): 本條悟史, 澤井 淳, 今井正直, 直江一光
  • Organizer: 第54回化学工学会秋季大会(信州大学工学部), PC340
• [Presentation] ステアリン酸塩マイクロ粒子リキッドマーブルで産生したバクテリアセルロースの特性 (2022)
  • Author(s): 広部愛莉, 山川紅葉, 東尾瑚子, 澤井淳, 直江一光, 今井正直
  • Organizer: 第24回化学工学会学生発表会（オンライン）, H11
• [Presentation] ステアリン酸塩マイクロ粒子リキッドマーブルで産生したバクテリアセルロースの産生条件 (2022)
  • Author(s): 本條 悟史, 澤井淳, 直江一光, 今井正直
  • Organizer: 第24回化学工学会学生発表会（オンライン）, H10
• [Presentation] ステアリン酸塩マイクロ粒子リキッドマーブルを用いた酢酸菌によるバクテリアセルロースの産生 (2021)
  • Author(s): 山川紅葉, 東尾瑚子, 澤井淳, 直江一光, 今井正直
  • Organizer: 第23回化学工学会学生発表会(オンライン), J05
• [Presentation] Preparation of Liquid Marbles Stabilized by Stearate Microparticles for Bioencapsulation (2019)
  • Author(s): Tanaka, S., Matsuda, N., Okano, H., Naoe, K., and Imai, M.
  • Organizer: 14th Asian Conference of Biotechnology, P2-121
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Properties of liquid marbles stabilized by stearate microparticles for microreactors (2019)
  • Author(s): Tanaka, S., Matsuda, N., Okano, H., Naoe, K., and Imai, M.
  • Organizer: 5th European Congress of Applied Biotechnology, P28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preparation of liquid marbles stabilized by stearate microparticles (2018)
  • Author(s): Tanaka, S., Matsuda, N., Okano, H., Naoe, K., and Imai, M.
  • Organizer: 23nd International Congress of Chemical and Process Engineering (CHISA), P1.93
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ステアリン酸塩マイクロ粒子リキッドマーブルの調製とその特性 (2018)
  • Author(s): 田中咲磨, 岡野浩明, 松田信之, 直江一光, 今井正直
  • Organizer: 第50回化学工学会秋季大会, PA224