超エコで実用高トルクを有する光合成バイオ・メカニカル複合モーターの先駆的研究開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25630444
• Research Institution: Ube National College of Technology
• Principal Investigator: 藤田 和孝 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10156862)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島袋 勝弥 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (70618446) ; 三留 規誉 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (90431981)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 光合成運動微生物の培養 / 光合成運動微生物の好波長 / 光合成運動微生物の遊泳速度 / 微生物単体の推進力 / 微生物群体の推進力 / モーター

Outline of Annual Research Achievements

H27年度は、対象とする光合成運動微生物は，クロロゴニウムとボルボックスに絞り検討した。特にボルボックスは、障害物に当たっても来光方向に向かう運動を変えないことが判明した。ボルボックスは、約5000個の体細胞からなり、それぞれの細胞にある2本の鞭毛の全てを共動させて来光方向に向かうため、より大きなエネルギーを効率よく取り出せると考えられ、対象はボルボックスに絞った。このボルボックスについて、管路で一方向から光を当て光の方向を変えていくと、１群体を一周させられることが、また180°離れた2方向から光を当てそれぞれ光の方向を変えると2群体を同時に一周させられることを実験的に確認した。
さらに、直径50mmのシャーレー中に180度離れた方向に2枚の透明フィンを入れ、フィンの片側にボルボックスを引寄せる光を当てることにより、ボルボックスがフィンを押し、フィンを回転させることに成功した。
また、H26年度は微生物単体の推進力をSPMで測定できたと判定したが、H27年度の初期にこの測定結果には微生物自体が測定に用いるレーザー光を遮るため大きな誤差を生じていることが分かり、ほぼ1年間を掛け、測定に用いるレーザー光強度と測定値を示す同光強度を同時に取得し、真の推進力を抽出した。
以上より、群体としてフィンを回転させ、歯車装置の起動トルクを上回る原動装置の設計製作は、単体の推進力も得て行うため、1年遅らせることにした。現在、これらのデータを用いて、歯車装置の起動トルクを上回る適切な群体数、フィン形状・大きさ・枚数・材質を考案し、装置の設計・試作・測定を繰返している。H28年度後期には、歯車装置と組合せ、超エコで実用高トルクを有する光合成バイオ・メカニカル複合モーターの開発に漕ぎ着ける予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

H26年度は微生物単体の推進力をSPMで測定できたと判定したが、H27年度の初期にこの測定結果には微生物自体が測定に用いるレーザー光を遮るため大きな誤差を生じていることが分かり、H27年度のほぼ1年間を掛け、測定に用いるレーザー光強度と測定値を示す同光強度を同時に取得し、真の推進力を抽出した。
以上より、群体としてフィンを回転させ、歯車装置の起動トルクを上回る装置の設計製作は、単体の推進力も得て行うため、1年遅らせることにした。現在、これらのデータを用いて、歯車装置の起動トルクを上回る適切な群体数、フィン形状を考案し、装置の設計試作測定を繰返しており、やや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

歯車装置の起動トルクを上回る光合成運動微生物駆動源装置の設計製作は、適切な群体数、フィン形状、軸受け装置を考案し、これらの設計試作測定を繰返すことにより、達成する。これを用い、H28年度後期には、歯車装置と組合せ、超エコで実用高トルクを有する光合成バイオ・メカニカル複合モーターの開発に漕ぎ着ける予定である。

Causes of Carryover

SPMを用いて測定できたと考えていた微生物の推進力の測定値には微生物自体が測定に用いるレーザー光を遮るため大きな誤差を含むことをH27年度当初に見出した。そこでH27年度には、測定に用いるレーザー光強度と測定値を示す同光強度を同時に取得し、真の推進力を抽出した。この成功に約1年間を要した。このためH27年度に光合成微生物群体でフィンの回転は確認した原動装置の詳細な設計・製作・測定・発表は次年度に行うこととした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

H27年度に、光合成微生物群体を光により誘導することで、フィンを回転させられることは確認できた。この回転原動装置の適切な材質・フィン形状・大きさ、群体の構成数等の詳細な設計・試作・測定・発表は次年度に行うこととした。未使用額はその試作と完成品作製経費、および歯車装置の制作費に充てる。

Research Products

• [Presentation] ボルボックスの遊泳速度解析 (2016)
  • Author(s): 渡部菜摘, 若林十雲, ダラ_リズキ_イスナイニ_アルマダニ, 植木紀子, 若林憲一, 藤田和孝, 島袋勝弥, 三留規誉
  • Organizer: 化学工学会学生発表会
  • Place of Presentation: 福岡大学七隈キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-08 – 2016-03-08