2013 Fiscal Year Research-status Report
微生物によって形成されるテルル化ビスマスナノ粒子を用いた高効率熱電素子製造
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25550068
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
池 道彦 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40222856)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
惣田 訓 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30322176)
黒田 真史 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20511786)
大石 佑治 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20571558)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 熱電素子 / テルル / ビスマス / バイオプロダクション |
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| Research Abstract |
Bi2Te3合成に有望な金属代謝微生物を用いたBi2Te3合成を試みた。まず、これまでにCdSeやCdTeといった半導体ナノ粒子の合成例が多く報告されている真菌Fusarium oxysporumを用い、1.5 mMの亜テルル酸ナトリウム (Na2TeO3) とニトリロ三酢酸によってキレート化された1.0 mMの塩化ビスマス (BiCl3) を含む培地中で、テルル化ビスマス合成を試みた。96時間の培養後、培地は黒色を呈し、40-50 nmの粒子が透過型顕微鏡 (TEM) で観察された。しかし、エネルギー分散型X線 (EDS) 分析ではBiのピークが検出されなかったことから、生成した粒子はBi2Te3ではなくTe (0)であることが示唆された。続いて、3種の亜テルル酸還元細菌Stenotrophomonas maltophilia TI-1株、Ochrobactrum anthropi TI-2株、O. anthoropi TI-3株、及び2種の亜セレン酸還元細菌Pseudomonas stutzeri NT-I株、P. aeruginosa RB株を用いたBi2Te3合成を試みた。各細菌株は液相のTeのほぼ全量を48時間かけて固相へ移動させ、また、液相のBiの40-60%を120時間かけて固相へ移動させ、黒色沈殿を生成した。TEM観察により、これら各菌株によって生成した沈殿物中には約200-500 nmの三ツ矢型の結晶および約50 nmの粒子が存在することが確認された。さらに、O. anthoropi TI-2株、 O. anthoropi TI-3株が合成した一部の粒子のTeとBiの原子数比はBi2Te3の化学両論比に近く、わずかではあるもののBi2Te3が生成された可能性が示唆された。
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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
当初の計画通り、半導体ナノ粒子合成やテルル代謝について報告されている微生物を用いてBi2Te3合成を検討し、Bi2Te3合成微生物の取得を達成したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規にTe代謝細菌を単離することにより、さらに有望なBi2Te3合成細菌の探索を進めつつ、これまでに得られているBi2Te3合成細菌O. anthoropi TI-2株、及びO. anthoropi TI-3株については、pHや温度等の培養条件や、Te及びBi濃度や添加のタイミングを変えることで、Bi2Te3合成の効率化を検討する。高純度のBi2Te3粒子を得た後、超音波破砕、ドデシル硫酸ナトリウム等の界面活性剤、熱処理等の組み合わせにより細胞を溶解し、粒子のみを取り出す方法を検討する。生成する粒子の平均粒子径を動的光散乱法により、結晶構造をX線回折によりそれぞれ調べて特徴付け、特徴的なBiogenic Bi2Te3粒子を焼結によりペレット化し、熱伝導度、電気伝導度及び熱電特性を測定することで、熱電材料としての性能を評価する。また、電界放出形走査電子顕微鏡による微細構造観察等を行うことで、より詳細に解析する。続いて、pHやDOをリアルタイムで計測・制御できる培養装置（ジャーファーメンター）を用いてTe2-生成微生物を培養し、Bi2Te3粒子連続生産を試みる。通気量と撹拌速度を変化させ、Te(IV)還元反応に大きく影響し得る酸素供給の最適化を行う。また、リアクター槽内への培地の流入/流出速度を変化させることにより、微生物及び生成したBi2Te3粒子の槽内滞留時間を制御し、微生物の粒子生成活性と生成した粒子の粒子径等の性状への影響を検討する。これらの検討を通じて、Bi2Te3粒子の連続合成を実証するとともに生産性を最大化する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
概ね計画通り使用している。
H25年度の残額4,305円は、微生物培養試薬等の消耗品の購入に充てる。
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Research Products
(3 results)
