2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of a chemical imaging method of marine particles using optical sensing techniques
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18K13934
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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, 超先鋭研究開発部門(超先鋭技術開発プログラム), Young Research Fellow (20806301)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | コヒーレント反ストークスラマン散乱 / マイクロプラスチック / 動的粒子化学イメージング / 海中粒子測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はこれまでに得られた成果をまとめ、以下のポイントを論文発表した：
- コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）により、水環境でよく見られる代表的なマイクロプラスチック（ポリスチレン、アクリル、ポリエチレン）について、40マイクロメートル程度のサイズで流路内を4mm/sで流れる状態で選択的に検出することに成功
- 二光子励起自家蛍光信号とＣＡＲＳ光の同時取得によりマイクロプラスチックと緑藻（イカダモ）を同スピードの流れの中で同時分類することに成功
- 提案手法により流路内の粒子をトラップすることなく、流れている状態で化学情報と形状情報両方を同時に取得できることがわかった
これまで粒子の化学計測では静止した粒子を測定したり流れをコントロールして粒子を整列させて計測したりする方法が主だったが、自由に流れる粒子を測定できる本手法は画期的である。３年目も英国サウサンプトン大学で客員研究員として現地に滞在して、上記論文発表のための実験を行った。よって、ＣＡＲＳを用いた提案手法のProof of Conceptを示し、成果として発表するところまで達成できた。また、流路を流れる粒子に対してＣＡＲＳと光学ビデオ画像を同時取得する方法として、ホログラフィを導入できる可能性を検討し、3次元空間を浮遊する粒子について高い空間・時間分解能で動画として取得できることがわかった。さらに、ホログラフィと自発ラマン散乱を組み合わせることで、浮遊粒子の形状・化学分析ができることを論文として発表し、ホログラフィとＣＡＲＳと統合する実現性が高いことを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
3年目で、ラインスキャニングに深さ方向のスキャニングを同期させてXYZスキャニングを行い、流路内に広がる様々な大きさの粒子を3次元的に測定、また光学画像と組み合わせる方法を検討・実験する予定だった。しかし、コロナ影響により共同研究先の英国サウサンプトン大学での実験に大幅な制限を受け、実施することができなかった。よって本年度は、実績に記載の通り、光学画像手法として検討しているホログラフィをＣＡＲＳに導入できる可能性を、ホログラフィと自発ラマン散乱の統合で検討した。また、これまでに得られたＣＡＲＳ化学イメージから、粒子数（濃度）と粒子の詳しい特徴（化合物、形状、サイズ、速度）を解析する方法を検討し、球状の粒子について推定することに成功した。
ゆえに、計画をしていた3次元測定の実装には至らなかったため、当初の計画からはやや遅れているが、英国へ渡航が可能となったら迅速に現地で実験ができる状態まで準備を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ＸＹＺ方向のスキャニングによる3次元計測、ＣＡＲＳと光学画像の同時取得を目指し、流路の工夫や、画像と化学情報の同時取得・解析の手法について検討する。共同研究先の英国への渡航が可能となった場合には現地にて実験を行い、提案手法の最終評価を行う。
渡航ができない場合には、国内で模擬的なセットアップで実験を行い、提案手法の評価・総括を行う。
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| Causes of Carryover |
現在までの進捗状況・今後の研究の推進方策に記載の通り、本年度はコロナ影響により予定していた英国サウサンプトン大学での研究に大幅な制限が発生し、予定していた実験ができなかった。よって、次年度に行う実験と準備のために繰り越しが必要である。使用計画は、今後の研究の推進方策に記載の通りである。
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