スーパーマイクロプラスチックのその場計測を可能にする海洋観測機の開発

• 研究課題/領域番号: 21H01554
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分24020:船舶海洋工学関連
• 研究機関: 芝浦工業大学
• 研究代表者: 小池 義和 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (30251672)
• 研究分担者: 二井 信行 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (10508378) ; 松尾 繁樹 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (20294720) ; 長澤 純人 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (30400279) ; 荒川 久幸 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (40242325) ; 西川 宏之 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40247226) ; ラジャゴパラン ウママヘスワリ 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40270706) ; 李 素潤 芝浦工業大学, 工学部, 助教 (80837336) ; 横井 秀樹 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (90251636) ; 張 暁賓 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40647111)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2023年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2021年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 海洋マイクロプラスチック / 海洋観測システム / ガラス球 / レーザースペックル / 蛍光分析 / イメージセンサ / メッシュフィルタ / 姿勢推定 / 海洋観測 / マイクロプラスチック / フリーフォール型 / 光学計測 / MEMS

研究開始時の研究の概要

海洋に存在する350μm以下の微粒子の分析を、その場計測で可能にする観測方法及び観測機の実現を目指す。海洋のマイクロプラスチック（MP）は世界的な問題である。しかし、既存の観測方法は海面に浮遊している350μm以上のプラスチックが対象である。これは350μm以下のスーパーマイクロプラスチック（SMPs）を効率的にその場で分析できる方法がないためである。本研究は、分野を横断する工学分野の研究者が海洋観測の研究者とチームをつくり、深度1000mまでの350μm以下の微粒子を、その場計測可能とする光学検出機構の実現、及び市販の高度な分析が適用可能となる入出機構を備えた海洋観測機の実現を目指す。

研究成果の概要

本研究では、海洋に存在する350μm以下の微粒子（スーパーマイクロプラスチック、SMPs）の分析を、その場計測で可能にする観測方法及び観測機の実現を目指す。本研究ではガラス球の観測機をSMPsの観測に拡張することを目指した。研究成果として、申請で提案した「ガラス球二球を用いた透過、前方散乱による海洋に浮遊する微粒子分布の観測」、及び「ガラス球内部に設置した分析器へ、海水の連続供給による分離、分析」を行い、SMPsの観測に成功している。また、SMPsを想定した標準試料を用いて蛍光観察と電磁石で動作するデバイスを構築し、SMPsと他の微粒が分離可能なデバイスを構築して、動作を確認している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで測定が困難であった、海洋の深さ方向のSMPsを含めた海洋浮遊微粒子の分布を明らかにするために、ガラス球からなるフリーフォール型海中無人探査機をベースに海洋の微粒子のその場計測システム、大別してマイクロ光学系と高圧サンプリング・分析システム、そしてSMPsの正確な分布を取得するために海中のガラス球に封入可能な位置推定装置の開発を目指した。海中その場分析が実現されることで、MPsの環境負担の把握だけでなく、海中生物由来の新しい酵素の発見も可能となり、化学、製薬等への大きな貢献も期待できる。