2021 Fiscal Year Annual Research 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 |
本研究では、「深海での浮遊粒子を深海その場でイメージング計測する手法の開発」を目的とし、手法の基礎検討を行った。プランクトンやマイクロプラスチック（以下、MP）など微小粒子の迅速な種別分類・物質同定のため、高解像度のラマン分光分析派生技術であるコヒーレント反ストークスラマン散乱分析（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering；以下、CARS）などを応用した。以下が本研究全体で得られた成果である：
- CARSによるラインスキャニングで、流路内の粒子をトラップせずに高速で流れている状態で化学・形状・濃度情報を同時に取得
-大きさ数十マイクロメートルの代表的なMP（ポリスチレン、アクリル、ポリエチレン）について、従来研究よりも高速な流速で、選択的にイメージング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MPと緑藻を同スピードの流速で分類
- ホログラフィと自発ラマン散乱を組み合わせ3次元空間を浮遊する粒子の形状・化学分析に成功し、光学画像とラマン派生分光分析統合の実現性が高いことを示した
最終年度では、コロナ禍影響で予定していた英国サウサンプトン大学出張がかなわなかったが、同大と協力してデータ解析に注力し、動的な粒子の化学イメージから静止イメージの推定、形状と化学情報を統合した機械学習による粒子判別精度の向上を行った。これまで粒子の化学計測では静止粒子や流れの制御により整列した粒子を計測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。本研究により今までサンプリング分析しか化学計測方法がなかった粒子を海中その場にて分析できる可能性を示し、今後現場計測に応用することで圧倒的に高い空間・時間的分解能での粒子の動的分布調査につながり、海洋の物質循環の理解や海洋汚染の現状把握の貢献が期待できる。
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