Analysis of physicochemical behavior between metal particles and cells in culture medium and development of sustained-release control method

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04759
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University College of Technology
• Principal Investigator: Kensuke Kurahashi 大阪公立大学工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60516821)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齊藤 丈靖 大阪公立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70274503)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ナノ粒子 / 溶解性制御 / 養液栽培 / 生育制御

Outline of Final Research Achievements

By applying a silica coating to zinc oxide nanoparticles and adjusting the film thickness, it was possible to control the dissolution rate and eluted amount of zinc ions. When coated zinc oxide nanoparticles were administered to Chlamydomonas, it was found that the growth of plant cells could be promoted by matching the absorption rate of zinc ion with the rate of cell growth. When silica coating of magnesium oxide was also investigated, it was found that the amount of cell growth in the administration of magnesium oxide was correlated with the concentration of eluted ions rather than the rate of magnesium dissolution. Moreover, in both hydroponic and outdoor cultivation, the promotion of the plant growth was succeeded by the administration of zinc oxide nanoparticles.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、農業分野において肥料の過剰投与による周辺環境の汚染や生態系の撹乱が懸念されている。本研究では、植物成長おける必須元素である亜鉛とマグネシウムにおいて、溶解性を制御したコーティングナノ粒子として投与することで、ミネラルの吸収を効率化し、植物成長を促進することができた。また、ナノ粒子による投与で水耕栽培や露地栽培の作物も成長を促進できることを明らかにした。この手法を実用化することができれば、肥料の使用量を抑え、環境への影響を低減させられるだけではなく、養液栽培における撹拌動力に要するエネルギーの削減や農業従事者の労力削減などの点から持続的な農業の発展に貢献できると考えられる。