Development of in-situ continuous monitoring methods of marine particles using holography and laser spectroscopy
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21H01557
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24020:Marine engineering-related
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
高橋 朋子 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋生物環境影響研究センター), 研究員 (20806301)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 周平 京都大学, 地球環境学堂, 准教授 (00378811)
Lindsay Dhugal 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究開発プログラム), 主任研究員 (80344282)
Liu Zonghua 東京大学, 生産技術研究所, 特任研究員 (90844449)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
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| Keywords | 深海粒子 / ラマン分光分析 / コヒーレント反ストークスラマン散乱 / ホログラフィ / マイクロプラスチック |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、深海のマイクロ・ナノサイズ粒子を長期モニタリングするシステム開発のた
め、「深海運用型装置による粒子濃度の解明」「サブミクロン粒子測定への挑戦」を行う。深海粒子は貴重な栄養源である一方、近年マイクロプラスチックが問題視され、深海粒子の空間、時間分布・変化の詳しい調査が必要である。本研究では、ラマン分光分析・ホログラフィ画像を手法の軸とし、連続モニタリング装置を開発・運用するとともに、流路の中でサブミクロンスケールの粒子を測定する手法を提案する。本研究により深海粒子の分布について空間・時間分解能の圧倒的な向上が期待でき、栄養塩循環への新たな知見や汚染のコントロールにつながる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、深海のマイクロ・ナノサイズ粒子を長期モニタリングするシステム開発のため、「深海運用型装置による粒子濃度の解明」「サブミクロン粒子測定への挑戦」の２つのテーマで研究を進める。
「深海運用型装置による粒子濃度の解明」では、ホログラフィ（光学画像撮影法）とラマン分光分析（化学分析法）の統合による自動測定手法を提案している。
昨年度までに製作した試作装置の運用試験データをもとにシステムを改良した。具体的には、装置の外側に出ていた光ファイバ入り耐圧管が壊れやすいことがネックだったため、光ファイバ部分がない構造にしロバスト性・メンテナンス性を向上させ、全体のサイズ・重量も小型化した。また、遠隔操縦ロボットなど外部から電源を供給してリモートで内部CPU制御ができるモードと、電池を本体につなげ完全スタンドアロンで動くモードと、どちらでも動かせるようにした。さらに、ラマン分光分析の海中応用の基礎検討として、深海運用型ラマン分光分析装置を開発・1000m以深で連続運用して、液体二酸化炭素などを安定的に測定し、海中化学センシング技術としての新たな可能性を示した。
「サブミクロン粒子測定への挑戦」では、英国サウサンプトン大学に出張し、光学画像・コヒーレント反ストークスラマン散乱顕微鏡（CARS）・二光子励起自家蛍光・蛍光を、近い画角で同時ではないが（CARSと二光子励起自家蛍光は同時）続けて測定できるシステムを構築し、この４つのイメージデータをソフトウェアでずれ補正して重ね合わせる手法を開発した。
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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
「深海運用型装置による粒子濃度の解明」では、順調に装置の開発が進んでいる。
「サブミクロン粒子測定への挑戦」では、セットアップの制約から流路を流れる粒子について、同時に光学画像やCARS光などを取得することが困難であることがわかったが、測定装置をもつ英国サウサンプトン大学の協力研究相手と議論を重ね、同時ではないが続けて測定を行い、ソフトウェアで2次元的にずれたイメージを補正して重ね合わせられる手法を開発した。本年度は静的なターゲットについて実装でき、この手法は、動的でずれがより大きな手法に対しても原理的に実装できるため、計画目標に対して十分な成果を出すことができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
「深海運用型装置による粒子濃度の解明」では、実海域試験を今後複数回予定しているため、試験→改良のプロセスを繰り返して技術のブラッシュアップのち、統括ができる見込みである。
「サブミクロン粒子測定への挑戦」では、開発した手法で、自然に存在する形態に近いものとして、バイオフィルムがついた様々な種・サイズのマイクロ・サブミクロンプラスチックや植物・動物プランクトンについて、静的・動的な状態で測定を行い、手法の有効性を最終検証する。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
