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カチオン吸着性微細藻類カプセルによる金属イオンの制御

研究課題

研究課題/領域番号 19K06347
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分41050:環境農学関連
研究機関都城工業高等専門学校

研究代表者

高橋 利幸  都城工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (50453535)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード水圏バイオマス利用 / 微細藻類 / バイオソープション / 元素分析 / 吸着等温線 / サイトメトリー / バイオマス / バイオリアクター / リサイクル技術 / グリーンケミストリー
研究開始時の研究の概要

工場などからは多量の重金属類を含む無機系排水が生じる。従来の重金属排水処理では、凝集沈殿剤を用いて重金属類を沈殿させ、重金属含有スラッジとして廃棄してきたが、広い設置スペース、厳格化する排水規制値など既存設備は時代の要望に対応できなくなっている。
微細藻類は、食品、化学製品、環境浄化やバイオ燃料など広い分野で活用できる生物資源として近年注目が高い。本研究では、新規重金属処理法として、負電荷の細胞表面を有する微細藻類を使い易くカプセル化したカチオン吸着材を開発し、処理水質の向上、省スペース性や低メンテナンス性など、期待される規格を満たす環境低負荷型の新規水質処理法を提案する。

研究実績の概要

本研究では、化学的な凝集沈殿法に替わる重金属類の回収法として、微細藻類による生物吸着を用いた方法の開発を目的にした。過年度の藻類含有カプセル(アルギン酸カプセル)を使った吸着実験では、カプセル素材自体の影響が反応初期に強く出る可能性が示された。さらに、微細藻類への金属吸着処理後に、微細藻類の細胞状態の変化が起こることが分かった。
上記を踏まえ、昨年度は微細藻類のクロロフィル由来の自家蛍光を利用して、藻類細胞の状態の変化を評価する方法を開発した。しかし、藻類の自家蛍光だけでは、把握できる情報が限られる。そのため、今年度は、同じく藻類細胞の状態変化を評価する方法であるが、特定の生体分子と反応する蛍光色素を利用した方法を検討した。植物や微細藻類の場合は、光合成色素などの自家蛍光物質が観察目的の蛍光色素の蛍光観察を邪魔したり、観察フィルターが重複するため、実質的に観察できない波長が生じる等の場合がある。また、藻類細胞には細胞膜の上に細胞壁があるため、細胞へ透過できる分子の分子サイズや分子極性は動物細胞より複雑になる。実際に、培養細胞等の動物細胞では透過する蛍光色素でも、藻類細胞では観察に使用できない色素が複数知られている。したがって、藻類の自家蛍光に無干渉(または低干渉)で、かつ、藻類の細胞膜や細胞壁を容易に透過できる蛍光試薬が必要である。今回、細胞透過性が高く、藻類細胞のクロロフィル蛍光の観察に邪魔にならない蛍光色素を選択し、その適用濃度や処理法を検討した。今年度の検討の結果、微細藻類を当該蛍光試薬で標識後、蛍光顕微鏡観察、自動セルカウンター法やフローサイトメトリー法などで藻類細胞を観察・評価可能な蛍光試薬を選定できた。現在、研究成果の一部を論文発表用にデータ整理中である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

令和5年度に新型コロナウイルス感染症関連の規制の多くが撤廃されたものの、所属機関内では当該規制とコロナ禍前の対応が並行実施されるようになり、業務過多となった。その結果、予定通りの研究の進行が困難であった。

今後の研究の推進方策

これまでの研究を通して、微細藻類の生理状態により、金属イオン吸着以外の挙動が起きることが明らかになり、また、目的である吸着だけに反応を安定化させる方法もおおむね検討がついた。さらに、微細藻類の細胞状態の変化を評価・把握できる手法を複数確立した。
一方、現在までの微細藻類の細胞状態変化の評価は、評価法を確立するために、微細藻類の状態変化が起き得ると想定されるモデルケースで実験を行っており、金蔵イオン吸着処理条件とは異なる操作・実験環境での評価である。今後、金属イオンの吸着処理と微細藻類の状態変化の関連性を明らかにする必要がある。また、微細藻類に一度吸着した金属イオンを脱離させる方法を検討する。

報告書

(5件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Method for Stress Assessment of Endosymbiotic Algae in Paramecium bursaria as a Model System for Endosymbiosis2022

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takahashi
    • 雑誌名

      Microorganisms

      巻: 10(6) 号: 6 ページ: 1248-1248

    • DOI

      10.3390/microorganisms10061248

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Usefulness of a microalgal biorefinery in conversion to chemical products and recent technology in automatic evaluation of microalgae2021

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takahashi
    • 雑誌名

      Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry

      巻: 27 ページ: 100410-100410

    • DOI

      10.1016/j.cogsc.2020.100410

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNA選択的検出法を用いた鉄鋼スラグへの微生物吸着挙動と吸着微生物によるスラグ誘導性pH上昇への緩衝作用の評価2020

    • 著者名/発表者名
      高橋 利幸
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 106 号: 12 ページ: 961-972

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2020-026

    • NAID

      130007946218

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Potential of an Automated- and Image-Based Cell Counter to Accelerate Microalgal Research and Applications2020

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takahashi
    • 雑誌名

      Energies

      巻: 13 号: 22 ページ: 6019-6019

    • DOI

      10.3390/en13226019

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] スラグ表面への微生物付着挙動の定量解析と微生物付着の効果2020

    • 著者名/発表者名
      高橋利幸
    • 雑誌名

      材料とプロセス

      巻: 33 ページ: 168-168

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Routine Management of Microalgae Using Autofluorescence from Chlorophyll2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takahashi
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 24 号: 24 ページ: 4441-4441

    • DOI

      10.3390/molecules24244441

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 微細藻類の培養素材としての鉄鋼スラグの利用検討2024

    • 著者名/発表者名
      高橋利幸
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第187回春季講演大会 評価・分析・解析部会 シンポジウム「鉄鋼スラグの新機能開発を志向した諸反応の評価・分析および解析」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 鉄鋼スラグによる沿岸域環境改善に及ぼすバイオフィルムの役割の可能性とその分析技術2021

    • 著者名/発表者名
      平井信充,小川亜希子,甲斐穂高,幸後健,高橋利幸
    • 学会等名
      令和3年度KOSENフォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] スラグ上への微生物吸着とバイオフィルム形成により誘導されるスラグの特性変化2021

    • 著者名/発表者名
      高橋利幸
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第 181 回春季講演大会 評価・分析・解析部会 シンポジウム「化学的または生物学的処理によるスラグの機能変化とその評価・分析」
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 藻類の増殖、凝集およびクロロフィル含有量に対するジャスモン酸の影響2020

    • 著者名/発表者名
      東森悠斗, 高橋利幸
    • 学会等名
      第30回 日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 材料上への微生物吸着挙動とバイオフィルム形成により誘導される材料特性2020

    • 著者名/発表者名
      高橋利幸
    • 学会等名
      第30回 日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 微細藻類バイオリファイナリーへの植物ホルモン・ジャスモン酸の利用2020

    • 著者名/発表者名
      東森 悠斗, 高橋 利幸
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業 第10回CSJ化学フェスタ2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] スラグ上のバイオフィルムの定量評価とその効果2020

    • 著者名/発表者名
      高橋利幸
    • 学会等名
      一般社団法人日本鉄鋼協会 第180回秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] スラグ表面への微生物付着挙動の定量解析と微生物付着の効果2020

    • 著者名/発表者名
      高橋利幸
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会第179回春季講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Technology, Development for An Environmental Improvement and An Organic Material Production Using Non-edible Microalgae2019

    • 著者名/発表者名
      T. Takahashi
    • 学会等名
      Nature's 150th Anniversary Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 海洋研究に対するバイオフィルムプロジェクトマップ2019

    • 著者名/発表者名
      幸後健、兼松秀行、甲斐穂高、小川亜希子、平井信充、高橋利幸
    • 学会等名
      令和元年度 全国高専フォーラム OS11「工業高専と商船高専の特徴を活かした海洋研究の新たな展開」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物ホルモン処理した微細藻類の凝集・増殖挙動2019

    • 著者名/発表者名
      東森悠斗, 高橋利幸, 小林高臣
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業 第9回CSJ化学フェスタ2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 微細藻類バイオマスの増殖技術へのセルロースの活用2019

    • 著者名/発表者名
      高橋利幸、小林高臣
    • 学会等名
      第29回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] Monitoring Artificial Materials and Microbes in Marine Ecosystems: Interactions and Assessment Methods2020

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takahashi (Editor)
    • 総ページ数
      411
    • 出版者
      Bentham Science Publishers
    • ISBN
      9789811437236
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/read0138112

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
  • [備考] Researchgate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Toshiyuki-Takahashi-2

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
  • [備考] Researchgate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Toshiyuki_Takahashi6

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-12-25  

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