2014 Fiscal Year Research-status Report
微生物の代謝反応が誘導する金属の腐食機構を応用した発電システムの開発に関する研究
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25420771
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
宮野 泰征 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60466589)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 微生物腐食 / アノード / カソード / マクロセル / 電位 / 共焦点レーザー顕微鏡 / ＣＯＣＲＭ / バイオフィルム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非生物系での検討結と並行し、生物的環境で微生物腐食機構を効率的に再現するための検討を行った。電極反応の効率化を実現する化学物質、反応条件を幾つか選定し、その生産/消費に関連した生化学的機能を持つ微生物を数種類選定した。微生物の活動レベルと電極反応の相関について検討し、電極反応の向上に寄与する微生物付着条件について検討した。電極反応（金属の溶解反応）の効率的再現下での、微生物の付着挙動、バイオフィルム構造について解析し、「金属と生物細胞の相互作用」に関する新知見を獲得した。
①電極反応の向上に寄与する培養条件の導出：微生物腐食機構の効率的再現に寄与する可能性の高い微生物を選定し、それらの微生物をアノードとカソードの各反応容器に効率的に配置しマクロセルの形成にむけた検討を行った。リアルタイムで電極反応をモニタリングしながら、微生物の活動レベルの電極応答を解析し、電極間の反応が活性に導かれる培養条件の探索を行った。
②電極反応を支持する化学的条件および生物的条件に関する検討：電極反応はアノードでの鉄イオンの溶解と、カソードでの電子の消費（たとえばH2の発生など）によって進展するものと予想される。26年度は主にアノード反応について、COCRM法等の新しい観察手法を基に新規知見を獲得した。
③電極反応とバイオフィルムの相互作用の解明：電極反応が発現、維持、消滅と推移する過程で成長するバイオフィルムの構造を共焦点レーザー顕微鏡で詳細に検討した。電極表面の金属溶解と微生物付着の相関に関する検討を詳細に行った。また、電極反応に生物が関与した場合（生物系）とモデル実験（非生物系）における電極反応の挙動の違いについても検討した。
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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
申請者は、微生物腐食の誘発因子の研究に取組む過程で、微生物腐食を原理とする発電システム（電池）開発の着想を得ており、研究開始時には既に予備実験に着手していた。特に、微生物存在環境では金属の腐食電位の変動等については、測定を定常できる環境も整っている。26年度に新規に導入した電気化学的装置により、さらに研究の内容を充実できると考えている。
電位変動が起きている金属（電極）表面の金属溶解と微生物反応の相関は、微生物腐食の分野では大きな関心を集める研究領域として注目されていた。申請者は、研究経歴の中で様々な金属表面上における微生物挙動のin-situ可視化技術に関する研究に着手しており、この技術がアノード極における微生物挙動の解析について大いに役にたったと実感している。前年度、課題としていたアノード反応に関する検討を、今年度は充実させることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
微生物の活動レベルと電極反応の相関について検討し、電極反応の効率的再現を目的に、微生物の代謝挙動（反応物質の生成/消費）と電極反応の相関を速度論的、定量的な観点から解明していきたいと考えている。
科研申請書にも記載があるように、本研究は微生物腐食を発電システムの機構に応用することを目的とした新規の研究課題として位置付ける一方、ラボ環境にマクロセルとして再現した微生物腐食モデルを対象に基礎的な電気化学的解析を試みるという研究の実態も考慮し、「金属と生物細胞の相互作用」に関する研究基盤の確立に向けた新規知見取得に取り組んでいく所存である。
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| Causes of Carryover |
研究計画の遂行と研究内容の充実には電気化学測定装置の充実が不可欠と判断された。しかし、必要とされる装置は高額なため、購入を二ヶ年計画（1年目本体、2年目オプション装置）で実施することとした。次年度使用が生じた部分は、装置購入費用以外に必要な研究遂行経費である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
装置の導入にあたり、本年度はデモ実験を繰り返し行い、十分な時間を使い、基礎データの取得と購入を計画する装置の選定を行った。27年度分に配分されていた助成金は、ほぼ装置購入費用として使用される予定である。したがって、生じた次年度使用額は研究遂行上妥当な額と考えている。
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Research Products
(6 results)
