2014 Fiscal Year Annual Research Report
不凍タンパク質とイオンの協同効果による氷スラリー流中の氷粒子成長の高度制御
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24360081
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
萩原 良道 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (50144332)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲田 孝明 独立行政法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (60356491)
角田 直人 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (70345437)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 結晶成長 / 氷スラリー流 / 協同効果 / マイクロスケール伝熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小型分散高効率熱交換システムの開発や食品材料などの保存法開発に極めて有効である、微細な氷粒子を多数含む水（氷スラリー）の流れにおける氷粒子の長期間安定化を最終目標とし、氷スラリー流に添加したイオンと不凍タンパク質の影響を解明することを目的とする。最終年度である平成26年度は、以下の結果を得た。
1.顕微鏡のステージ上の微細流路に冬ガレイ由来不凍タンパク質を含む氷スラリーを導入し、氷粒子の形状変化と速度の計測を行った。その結果、氷スラリー流に冬ガレイ由来不凍タンパク質を添加しない場合と比較して、氷粒子の一時的な移動速度上昇と氷の融解の大幅な遅れが得られた。これらは、氷スラリー流の安定化に大いに寄与する。
2.微細流路内の氷スラリーに関して、蛍光分子であるイソチオシアン酸フルオレセインを標識した不凍タンパク質の濃度場計測を行った。その結果，氷粒子成長時のみならず、氷粒子融解時にも不凍タンパク質が氷界面に吸着している可能性を明らかにした。このことは、熱的準平衡状態にある氷への不凍タンパク質の長期間吸着と同様の現象が熱的に非平衡である氷スラリー流においても生じることを示唆している。
3.不凍タンパク質の一部であるポリペプチドを用いた一方向凝固実験を行ったところ、濃度をあげることにより、不凍タンパク質と同様の効果があることを明らかにした。さらに、ポリペプチド水溶液を短時間加熱することにより、氷成長抑制効果が増すことを明らかにした。このポリペプチドは不凍タンパク質の安価な代替物質として有望である。
4.分子動力学シミュレーションを行い、氷水界面近傍のイオンの拡散係数が、界面から離れたイオンのそれに比較して低いことを明らかにした。そのことを踏まえて、界面に吸着した不凍タンパク質とイオンの近傍の水分子を調べたところ、両方の水和殻に含まれる水分子の運動が停滞することを明らかにした。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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