Development of a Spraying System by Selective Deposition toward Advanced Plant Production
| Project/Area Number |
20K05188
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
レンゴロ ウレット 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10304403)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 微粒子 / 液滴 / エアロゾル / 植物 / 移動 / 葉 / 水 / 輸送 / 表面 / 蒸発 / 沈着 / 脱離 / 疎水性 / 超音波洗浄 / 肥料 / 噴霧 / 微細化 / ナノ粒子 / ミスト |
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| Outline of Research at the Start |
環境と食料生産とを両立させるには、肥料の供給を抑制することが求められている。しかし、肥料の散布（投入）方法の高度化に関する研究はほとんど行われておらず、投入量の最適化ならびにその散布効率向上に関する研究は遅れている。
本応募研究では、肥料の微粒化（ナノ粒子化）を行い、その微粒子のキャリアとしてナノメーターとマイクロメーター・スケールの帯電液滴群を用いることで、肥料が植物に選択的に沈着される散布システムの開発を行う。
高い選択性と沈着力を持つ散布システムの開発と育成実験に基づく評価により、植物の成長を促進しつつ、吸収されない肥料成分を最小化する食料生産体系の構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
微粒化された肥料のエアロゾル（液滴群として）を植物葉に高い効率で沈着させることが大きな課題の一つである。本年度では、植物葉の表面および内部における微粒子と液滴（またはバルク液体）の輸送について検討を行った。電気電子工学・光学系の岩井研究室と連携しながら、【研究１】蛍光微粒子を用いた液体を含む物質の輸送を「可視化」する解析、【研究２】2つの近赤外波長を用いたスペクトル領域光干渉断層計システム (SD‐OCT)を用いて、室温での蒸発過程を断面画像化と定量分析が可能な手法の開発、を行った。
【研究１】では、モデルとしてタバコの葉およびセルロース繊維のような多孔質媒体中に流れる液体に蛍光微粒子を混入させておいて、その液体の輸送を「可視化」した。葉のような媒体中においてマイクロリットル液体輸送のためのトレーサとして蛍光微粒子の使用を試みた。画像解析を用いて葉の各部位に存在する蛍光粒子分布をマッピングすることにより、液体の広がりと浸透を可視化できることを示した。また、本可視化法によりある部位に意図的に挿入させた数十から数百ナノメーターの微量不純物も検出することができることも確認した。
【研究２】では、植物（生体組織）に局在する水分量を定量的に測定する方法は確立されていないことから、岩井研究室では2つの近赤外波長を用いたスペクトル領域光干渉断層計システム (SD‐OCT) を開発した。光源の波長は水にほとんど吸収されない1060 nmと1470 nmを用いた。この2波長OCTを用いて光散乱による蒸発過程も伴う水の輸送を測定する可能性を示した。SD-OCTは、これまで観測されたことのない現象を可視化し、定量的に分析するための非常に実用的なツールであることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
植物表面に沈着し、内部における微粒子と液体（水）の物質輸送における解析手法は準備できている。次の主な課題としては、植物に向けてエアロゾルとして微粒子および液滴群を散布することが可能にするシステムの開発することになる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度における主な課題としては、微粒子および液滴群のエアロゾル化を行い、そのエアロゾルを植物表面に向けて高い効率で散布および沈着させるシステムの構築である。
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Report
(3 results)
Research Products
(29 results)
