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深海環境での微生物機能を用いたコンクリート材の耐久性向上に向けて

研究課題

研究課題/領域番号 23K22965
補助金の研究課題番号 22H01696 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分24020:船舶海洋工学関連
研究機関東京海洋大学

研究代表者

牧田 寛子  東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (40553219)

研究分担者 高橋 恵輔  香川大学, イノベーションデザイン研究所, 特命教授 (00972126)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2026年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2025年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2024年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
キーワードセメント系材料 / 海洋環境 / 微生物機能 / 深海底 / 深海 / 耐久性 / コンクリート
研究開始時の研究の概要

インフラの老朽化の問題は世界中で喫緊の問題となっている。この問題は, インフラの耐用年数毎に生じるが, 経済的な損失を考えると, より耐久性のある材料を用いることや, 修復や再生が容易にできる材料の開発が重要な課題である。そこで本研究では, 海洋環境(特に深海環境)に着目し, その場に生息する微生物の機能を用いて, インフラ材料の耐久性を向上させる方法やメカニズムを解明することを目的とする。

研究実績の概要

今年度は、深海環境でのセメント系材料の物理化学的変化や生物学的影響を明らかにするために、実環境へ浸漬していた様々な組成・配合のセメントペーストおよびモルタル試験体を回収した。また比較のために実施していた室内の海水水槽へ浸漬していた試験体の回収および新たな試験体の浸漬実験を開始した。浸漬実験に使用したセメントペースト試験体の一部は、フライベルク工科大学のBier教授の指導のもと作成した。浸漬した試料の回収後、電子顕微鏡による観察や、回収した試験体からセメント系材料存在環境下を好む微生物の単離培養を試みた。さらに実験室内で実施したセメントペースト試験体の浸漬実験にて、微生物の持つ機能によって、溶液中のpHや各種イオンがどのように変化するかを調査し、セメント系材料に対する微生物学的な影響の評価手法の確立を試みた。
昨年度までに試験体からの微生物DNAの採取・抽出手法を検討していたが、今年度も引き続き検討を実施した。また、セメント系材料にもたらされる微生物機能を深く理解するために、電子顕微鏡観察手法の確立、微生物の持つ機能(炭酸塩やバイオフィルムの形成能)の確認手法の検討、そして熱重量示差熱分析(TG-DTA)の技術習得に努めた。
これまでの成果を議論し発展させるために、2023年6月にフライベルク工科大学にて、国際ワークショップ「Workshop on Carbonation and Micro-structure」を開催し、今後の課題の確認や更なる協力体制を確立した。研究成果の一部は学会にて発表し、そのうち2件でポスター賞および優秀発表賞を受賞した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度の目標であった、実環境等に浸漬した試験体の回収、浸漬前後の物理化学的な変化の確認、や熱重量示差熱分析(TG-DTA)手法技術の習得、次世代シーケンサー等を用いた微生物叢の確認や電子顕微鏡による観察手法を確立し、いくつかの試料についてそれらの解析を実施することができた。さらに、回収した試験体からセメント系材料存在環境下を好む微生物の単離培養に成功した。

今後の研究の推進方策

今後は、これまでに回収した実環境に浸漬していた試験体について、電子顕微鏡、X線回折装置(XRD)や熱重量示差熱分析(TG-DTA)等を用いて浸漬前後の物理化学的な変化の詳細を明らかにする。また、微生物学的な影響を確認するために、単離に成功した微生物を用いた室内実験にて、機能遺伝子の確認、電子顕微鏡による観察、バイオフィルムや炭酸塩形成等の確認、微生物が産生したバイオフィルムの構造解析手法や特性評価手法を確立する。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件) 備考 (4件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] フライベルク工科大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] ルンデ環境センター/ベルゲン大学(ノルウェー)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] TU Bergakademie Freiberg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Runde Environmental Centre(ノルウェー)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Utilization of cement-based materials for deep sea infrastructure2023

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Takahashi, Mari Kobayashi, Yuichiro Kawabata, Takafumi Kasaya, Mitsuyasu Iwanami, Toshiro Yamanaka, Shun Nomura, Hiroko Makita
    • 雑誌名

      2023 IEEE Underwater Technology (UT)

      巻: - ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/ut49729.2023.10103374

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In-Situ Deep-Sea Monitoring of Cement Mortar Specimen at a Depth of 3515 m and Changes in Mechanical Properties after Exposure to Deep Sea Condition2022

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Keisuke、Kawabata Yuichiro、Iwanami Mitsuyasu、Kobayashi Mari、Kasaya Takafumi、Yamanaka Toshiro、Nomura Shun、Makita Hiroko
    • 雑誌名

      Journal of Advanced Concrete Technology

      巻: 20 号: 3 ページ: 254-266

    • DOI

      10.3151/jact.20.254

    • ISSN
      1346-8014, 1347-3913
    • 年月日
      2022-03-29
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] セメント系材料表面から単離した海洋性細菌のバイオフィルム形成能及びその機能の解明2024

    • 著者名/発表者名
      惟村晴太郎, 鈴木華, 三平将貴, 三木良太朗, 山中寿朗, 高橋恵輔, 笠谷貴史, 杉村誠, 牧田寛子
    • 学会等名
      海と地球のシンポジウム2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Research on the ecology and utilization of marine microbes2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Makita
    • 学会等名
      University of Bergen, Centre for Deep Sea Research Seminar
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Assessment of the impact of biofilms formed by marine microorganisms on cementitious materials2023

    • 著者名/発表者名
      Seitaro Koremura, Yugo Nojima, Hana Suzuki, Masaki Sanpei, Hiroko Makita
    • 学会等名
      Workshop on Carbonation and Micro-structure 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Biofilm formation potential and function on cementitious materials surfaces immersed in deep-sea2023

    • 著者名/発表者名
      Yugo Nojima, Hana Suzuki, Seitaro Koremura, Hiroko Makita, Keisuke Takahashi
    • 学会等名
      Workshop on Carbonation and Micro-structure 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Carbonate minerals formed on the surface of cementitious materials by marine microorganisms2023

    • 著者名/発表者名
      Hana Suzuki, Yugo Nojima, Hiroko Makita
    • 学会等名
      Workshop on Carbonation and Micro-structure 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 機械学習を用いた深海環境における微生物機能の解明2023

    • 著者名/発表者名
      惟村晴太郎, 野島佑悟, 鈴木華, 三平将貴, 牧田寛子
    • 学会等名
      第20回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] セメント系材料表面における深海微生物のバイオフィルム形成能及びその機能の解明2023

    • 著者名/発表者名
      野島佑悟, 鈴木華, 惟村晴太郎, 牧田寛子, 高橋恵輔
    • 学会等名
      第20回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 海洋性細菌によりセメント系材料表面に形成される炭酸塩鉱物について2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木華, 野島佑悟, 牧田寛子
    • 学会等名
      第20回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Biofilm formation ability of marine microorganisms on cementitious material surfaces and their functions2023

    • 著者名/発表者名
      Yugo Nojima、Hana Suzuki、Seitaro Koremura、Masaki Sampei、Ryotaro Miki、Keisuke Takahashi、 Toshiro Yamanaka、Takafumi Kasaya、Hiroko Makita
    • 学会等名
      The 36th JSME & The 13th ASME
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Carbonate minerals formed on the surface of cementitious materials derived from marine bacteria and their functions2023

    • 著者名/発表者名
      Hana Suzuki, Yugo Nojima, Toshiro Yamanaka, Keisuke Takahashi, Hiroko Makita
    • 学会等名
      The 36th JSME & The 13th ASME
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Invitation to research on microorganisms inhabiting deep-sea environments2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Makita
    • 学会等名
      TU Bergakademie Freiberg's seminar series for students and researchers
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 深海におけるセメント系材料の長期暴露試験と様々な原位置実験による力学挙動の把握2023

    • 著者名/発表者名
      笠谷貴史, 山中寿朗, 野村瞬, 高橋恵輔, 小林真理, 川端雄一郎, 岩波光保, 迫井裕樹, 松本朗, 昇悟志, 牧田寛子, 後藤慎平, 安井万奈
    • 学会等名
      海と地球のシンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 深海底における微生物によるコンクリートの劣化と修復2022

    • 著者名/発表者名
      牧田寛子
    • 学会等名
      レジリエントインフラのための次世代建設材料創成委員会第9回会議「レジリエントインフラ構築に向けた微生物による地盤・コンクリートの固化・自己治癒技術の開発の現状と展望」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 深海環境でセメント系材料に影響を与える微生物とその機能の解明2022

    • 著者名/発表者名
      野島佑悟, 鈴木華, 三平将貴, 三木良太朗, 牧田寛子, 高橋恵輔
    • 学会等名
      資源・素材学会 関東支部 第19回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 海洋環境中のセメント系材料への微生物が与える物理化学的な変化の解明2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木華, 野島佑悟, 牧田寛子
    • 学会等名
      資源・素材学会 関東支部 第19回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 深海環境でセメント系材料に影響を与える微生物とその機能の解明2022

    • 著者名/発表者名
      野島佑悟, 鈴木華, 三平将貴, 三木良太朗, 牧田寛子, 高橋恵輔
    • 学会等名
      資源・素材2022(福岡)-資源・素材関連学協会合同秋季大会-
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Research on the ecology of marine microorganisms and their utilization2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Makita
    • 学会等名
      TU Bergakademie Freiberg's seminar series for students and researchers
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 【受賞・表彰】第20回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会において優秀ポスター賞を受賞

    • URL

      https://www.kaiyodai.ac.jp/faculty/graduate/news/detail/12023_1.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 【受賞・表彰】海と地球のシンポジウム2023において学生優秀発表賞を受賞

    • URL

      https://www.g2.kaiyodai.ac.jp/marine-ai/news/202404101624.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 東京海洋大学 産学・地域連携推進機構 研究者総覧データベース_牧田寛子

    • URL

      https://olcr.kaiyodai.ac.jp/db/profile.php?yomi=MAKITA,Hiroko

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 海洋大News&Topics:『第19回「資源・素材・環境」技術と研究の交流会』優秀ポスター賞受賞

    • URL

      https://www.kaiyodai.ac.jp/topics/news/202210180947.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Workshop on Carbonation and Micro-structure 20232023

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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