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2022 年度 実績報告書

酸性ウレアーゼと骨粉を用いた地盤材料の環境配慮型バイオセメンテーション

研究課題

研究課題/領域番号 22H01581
配分区分補助金
研究機関北海道大学

研究代表者

川崎 了  北海道大学, 工学研究院, 教授 (00304022)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード酸性ウレアーゼ / 骨粉 / リン酸カルシウム化合物 / バイオセメンテーション / 地盤材料
研究実績の概要

初年度となる令和4年度は,①微生物由来の酸性ウレアーゼの探索,②リン酸カルシウム化合物(CPC)室内析出試験,③小型容器を用いた地盤材料の室内固化試験,について実施した。得られた主な成果の概要は,次のとおりである。
①微生物由来の酸性ウレアーゼの探索:自然の植物や自家製の漬物の糠床などを対象としたウレアーゼ活性を有する乳酸菌の分離・単離試験を実施し,単離した菌株の遺伝子解析(16S rRNA遺伝子)を行った。その結果,糠床から乳酸菌と同定された4菌株を単離することに成功したが,いずれもウレアーゼ活性が非常に低いことがわかった。このため,引き続きウレアーゼ活性が高い乳酸菌の探索を行いながら,単離した4菌株のウレアーゼ活性を高める方策について検討を実施した。
②リン酸カルシウム化合物(CPC)室内析出試験:CPCの析出および結晶化に適した条件について検討するため,試験管を用いた室内CPC析出試験を実施した。また,リン酸源に関しては,高価な試薬に比べて安価な代替品(例えば,食品廃棄物である動物や魚の骨など)の適用性について検討を行った。さらに,CPC析出物のXRD分析を実施した。その結果,リン酸源としては,動物(牛と豚)の骨粉およびマグロの骨が適用可能であることがわかった。また,尿素の濃度が高くなるほど,CPCの析出量が増加する傾向が見られた。さらに,XRD分析より,CPCの結晶としてBrushiteやMonetiteが析出することがわかった。
③小型容器を用いた地盤材料の室内固化試験:市販の酸性ウレアーゼ試薬を用いて,CPCによる地盤材料の室内固化試験を内径2cmのシリンジを用いて実施した。その結果,固化した供試体の針貫入試験によって得られた推定一軸圧縮強さ(推定UCS)は,尿素の添加割合に対応して増加する傾向が見られ,最大の推定UCSとしては試験開始から3週間後に約2 MPaとなることがわかった。

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

令和4年度における研究の目的,実施計画,経費などの策定が適切であったこと,また,期待された研究成果が概ね順調に得られたこと,さらに,研究代表者に健康上の問題が発生しなかったことなどが,主な理由として考えられる。

今後の研究の推進方策

当初計画のとおり,令和5年度においては,①微生物由来の酸性ウレアーゼの探索,②リン酸カルシウム化合物(CPC)室内析出試験,③小型容器を用いた地盤材料の室内固化試験,の3項目について実施する。

  • 研究成果

    (47件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 6件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 11件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] アテネ大学(ギリシャ)

    • 国名
      ギリシャ
    • 外国機関名
      アテネ大学
  • [国際共同研究] ジャフナ大学(スリランカ)

    • 国名
      スリランカ
    • 外国機関名
      ジャフナ大学
  • [国際共同研究] 東南大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      東南大学
  • [雑誌論文] Interfacial biosilica coating of chitosan gel using fusion silicatein to fabricate robust hybrid material for biomolecular applications2023

    • 著者名/発表者名
      Kasun Godigamuwa, Kazunori Nakashima, Sota Tsujitani, Ryo Naota, Ilham Maulidin, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry B

      巻: 11 ページ: 1654-1658

    • DOI

      10.1039/D2TB02581G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of humic acid on microbial induced carbonate precipitation for organic soil improvement2023

    • 著者名/発表者名
      Meiqi Chen, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Environmental Science and Pollution Research

      巻: 30 ページ: 15230-15240

    • DOI

      10.1007/s11356-022-23157-8

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Soil improvement using calcium phosphate compounds as a novel sustainable method: A review2023

    • 著者名/発表者名
      Maksym Avramenko, Kazunori Nakashima, Chikara Takano, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      International Journal of GEOMATE

      巻: 24(101) ページ: 68-75

    • DOI

      10.21660/2023.101.g12142

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Naturally derived cements learned from the wisdom of ancestors: A literature review based on the experiences of ancient China, India and Rome2023

    • 著者名/発表者名
      Zhan Su, Zhen Yan, Kazunori Nakashima, Chikara Takano, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 16(2) ページ: 603

    • DOI

      10.3390/ma16020603

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of reaction conditions on EICP-treated desert aeolian sand2022

    • 著者名/発表者名
      Linyu Wu, Linchang Miao, Satoru Kawasaki, Hengxing Wang
    • 雑誌名

      KSCE Journal of Civil Engineering

      巻: 26 ページ: 2662-2674

    • DOI

      10.1007/s12205-022-1585-0

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Durability Improvement of the Biocemented Sand by Fiber Reinforce MICP Method Towards Coastal Erosion Protection2022

    • 著者名/発表者名
      Md Al Imran, Kazunori Nakashima, Niki Evelpidou, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 15(7) ページ: 2389

    • DOI

      10.3390/ma15072389

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Beachrock formation mechanism using multiproxy experimental data from natural and artificial beachrocks: Insights for a potential soft engineering method2022

    • 著者名/発表者名
      Giannis Saitis, Anna Karkani, Eleni Koutsopoulou, Konstantinos Tsanakas, Satoru Kawasaki, Niki Evelpidou
    • 雑誌名

      Journal of Marine Science and Engineering

      巻: 10(1) ページ: 87

    • DOI

      10.3390/jmse10010087

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Polymer-assisted enzyme induced carbonate precipitation for non-ammonia emission soil stabilization2022

    • 著者名/発表者名
      Zhen Yan, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 8821

    • DOI

      10.1038/s41598-022-12773-6

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Solubilization and aggregation control of silica-polymerizing enzyme fused with a removable soluble protein2022

    • 著者名/発表者名
      Hidetoshi Oguri, Kazunori Nakashima, Kasun Godigamuwa, Junnosuke Okamoto, Yudai Takeda, Fumiyoshi Okazaki, Masafumi Sakono, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      巻: 133(3) ページ: 222-228

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2021.11.012

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] State-of-the-Art Review on Engineering Uses of Calcium Phosphate Compounds: An Eco-Friendly Approach for Soil Improvement2022

    • 著者名/発表者名
      Maksym Avramenko, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 15(19) ページ: 6878

    • DOI

      10.3390/ma15196878

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Feasibility of bacterial-enzyme induced carbonate precipitation technology for stabilizing fine-grained slope soils2022

    • 著者名/発表者名
      Sivakumar Gowthaman, Takashi Iki, Aoi Ichinohe, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 雑誌名

      Frontiers in Built Environment

      巻: 8 ページ: 1044598

    • DOI

      10.3389/fbuil.2022.1044598

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Densification of sandy soil using geopolymer-modified microbial induced carbonate precipitation2022

    • 著者名/発表者名
      H. M. R. A. Bandara, B. W. C. E. Bandara, T. H. K. Nawarathna, S. Gowthaman, K. Nakashima, S. Kawasaki
    • 学会等名
      The 13th International Conference on Sustainable Built Environment - 2022 (ICSBE 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Metal biosorption process under strongly acidic condition2022

    • 著者名/発表者名
      Chikara Takano, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Hideki Aoyagi
    • 学会等名
      The 27th Symposium of Young Asian Biological Engineers’ Community (YABEC2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Prospects and merits of using calcium phosphate compounds for soil improvement: A review2022

    • 著者名/発表者名
      Maksym Avramenko, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      The Twelveth International Conference on Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Naturally derived cements for construction and building materials learned from the wisdom of ancestors: A literature review2022

    • 著者名/発表者名
      Su Zhan, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      The Twelveth International Conference on Geotechnique, Construction Materials and Environment (GEOMATE 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Biomineralization Grouting for Beach Sand Cemented with MICP2022

    • 著者名/発表者名
      Lutfian Rusdi Daryono, Sonoko Aoki, Masanao Kano, Mimori Miyanaga, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      2022 Annual National Conference 26th PIT HATTI (The 26th Indonesian Society for Geotechnical Engineering (ISGE) Annual Conference)
  • [学会発表] Metal biosorption process under low pH conditions for E-waste recycling and polluted water treatment2022

    • 著者名/発表者名
      Chikara Takano, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Hideki Aoyagi
    • 学会等名
      15th Asian Congress on Biotechnology
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of Adhesion Property of Mussel Foot Protein by Fusing Soluble Protein2022

    • 著者名/発表者名
      Anju Pilakka Veedu, Kazunori Nakashima, Takahiro Sato, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      19th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering (APCChE) Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] Metal biosorption process under strongly acidic conditions: A part of sustainable metal recycling system2022

    • 著者名/発表者名
      Chikara Takano, Koichi Murayama, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Hideki Aoyagi
    • 学会等名
      International Union of Microbiological Societies
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional modification of mussel adhesive protein for the control of adhesion and aggregation property2022

    • 著者名/発表者名
      Anju Pilakka Veedu, Kazunori Nakashima, Takahiro Sato, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      European Federation of Biotechnology (EFB) Spring 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Bio-cementation of demolition waste and recycled aggregates for sustainable pavement construction2022

    • 著者名/発表者名
      W. M. Nabris, J. P. Roshan, S. Gowthaman, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      The 3rd Edition of Advancements in Geotechnical Engineering from Research to Practice (AGERP): International Workshop on Biogeotechnics
    • 国際学会
  • [学会発表] Developing a new soil improvement technology using calcium phosphate bio-cement derived from bone waste2022

    • 著者名/発表者名
      M. M. S. Ahamed, M. Y. M. Husny, Sivakumar Gowthaman, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      The 3rd Edition of Advancements in Geotechnical Engineering from Research to Practice (AGERP): International Workshop on Biogeotechnics
    • 国際学会
  • [学会発表] Coir fiber reinforced EICP-based bio-cementation for the production of low-cost sand bricks2022

    • 著者名/発表者名
      R. Dinoth, P. Purushalini, S. Gowthaman, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      The 3rd Edition of Advancements in Geotechnical Engineering from Research to Practice (AGERP): International Workshop on Biogeotechnics
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸性鉱山廃水中の金属を選択的に回収する細菌の獲得2022

    • 著者名/発表者名
      岩間蒼平,髙野 力,中島一紀,青柳秀紀,川﨑 了
    • 学会等名
      日本生物工学会 2022 年北日本支部シンポジウム(北見)
  • [学会発表] 強酸性条件下でのバイオソープションによる水圏の汚染重金属除去の検討2022

    • 著者名/発表者名
      岩間蒼平,髙野 力,中島一紀,川﨑 了,青柳秀紀
    • 学会等名
      第74回日本生物工学会大会(オンライン)
  • [学会発表] キチンと融合タンパク質を複合化した重金属イオン吸着材料の作製2022

    • 著者名/発表者名
      重政友貴,中島一紀,青木孝祐,髙野 力,川﨑 了
    • 学会等名
      第74回日本生物工学会大会(オンライン)
  • [学会発表] 耐酸性細菌を用いた強酸性条件下での金属吸着プロセス2022

    • 著者名/発表者名
      髙野 力,中島一紀,川﨑 了,青柳秀紀
    • 学会等名
      第74回日本生物工学会大会(オンライン)
  • [学会発表] セルロースとタンパク質からなる新たな金属イオン吸着材料2022

    • 著者名/発表者名
      中島一紀,青木孝祐,東郷佑樹,Wilson Mwandira,高野 力,川﨑 了
    • 学会等名
      資源・素材2022(福岡)
  • [学会発表] 中和処理を不要とする新規な金属リサイクルプロセスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      髙野 力,中島一紀,川﨑 了, 青柳秀紀
    • 学会等名
      資源・素材2022(福岡)
  • [学会発表] MICP 法により固化した繊維補強海浜砂の耐久性2022

    • 著者名/発表者名
      鹿野政直,中島一紀,川﨑 了,青木園子
    • 学会等名
      資源・素材2022(福岡)
  • [学会発表] 北海道の高速道路のり面におけるMICP法による現場固化試験2022

    • 著者名/発表者名
      古泉広夢,Sivakumar Gowthaman ,川﨑 了,中島一紀,高橋亮介
    • 学会等名
      資源・素材2022(福岡)
  • [学会発表] 黄銅鉱微粒子凝集のための融合タンパク質の分子デザインと機能評価2022

    • 著者名/発表者名
      菅原駿平,中島一紀,石渡悠介,廣吉直樹,川﨑 了
    • 学会等名
      資源・素材2022(福岡)
  • [学会発表] MICP法の現場適用に向けた検討2022

    • 著者名/発表者名
      青木園子,大村萌美,川﨑 了
    • 学会等名
      資源・素材2022(福岡)
  • [学会発表] 北海道の地盤固化における EICP 法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      一戸碧生,古泉広夢,中島一紀,川﨑 了
    • 学会等名
      2022年度資源・素材学会北海道支部春季講演会(札幌,ハイブリッド)
  • [学会発表] ファージディスプレイ法を用いたカルサイト・アラゴナイト結合ペプチドの探索2022

    • 著者名/発表者名
      今村沙弥香,菅原駿平,五十嵐健輔,中島一紀,川﨑 了
    • 学会等名
      2022年度資源・素材学会北海道支部春季講演会(札幌,ハイブリッド)
  • [学会発表] 酸性ウレアーゼと骨粉を用いたバイオセメンテーション2022

    • 著者名/発表者名
      熊本悠汰,中島一紀,川﨑 了
    • 学会等名
      2022年度資源・素材学会北海道支部春季講演会(札幌,ハイブリッド)
  • [学会発表] 機能性シリカ重合酵素を用いたシリカ-ポリスチレン複合材料の作製2022

    • 著者名/発表者名
      黒滝智子,中島一紀,直田 亮,川﨑 了
    • 学会等名
      2022年度資源・素材学会北海道支部春季講演会(札幌,ハイブリッド)
  • [学会発表] 酵素反応を用いた炭酸カルシウム析出における有機酸の影響2022

    • 著者名/発表者名
      志鎌海綺,中島一紀,酒井 仁,川﨑 了
    • 学会等名
      2022年度資源・素材学会北海道支部春季講演会(札幌,ハイブリッド)
  • [学会発表] 自然に学ぶ現地の微生物を用いた地盤固化試験(オンライン招待講演)2022

    • 著者名/発表者名
      川﨑 了
    • 学会等名
      日本学術振興会 産学協力研究委員会「レジリエントインフラのための次世代建設材料の創成」R023委員会 第9回会議<オンライン開催>
    • 招待講演
  • [学会発表] Influence of Humic Acid on Bacterial Response and Microbial Induced Carbonate Precipitation2022

    • 著者名/発表者名
      Meiqi Chen, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2022 (Chiba)
  • [学会発表] 炭酸カルシウムのバイオミネラリゼーションにおける有機酸の影響2022

    • 著者名/発表者名
      志鎌海綺、中島一紀、川﨑 了
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会(千葉)
  • [学会発表] 自然に学ぶ地盤材料の固化技術(オンライン招待講演)2022

    • 著者名/発表者名
      川﨑 了
    • 学会等名
      酵素工学研究会第87回講演会(京都)<ハイブリッド開催>
    • 招待講演
  • [図書] Organic-Inorganic Hybrid Green Materials for Soil Improvement. In: Baskar, C., Ramakrishna, S., Daniela La Rosa, A. (eds) Encyclopedia of Green Materials2022

    • 著者名/発表者名
      Thiloththama Hiranya Kumari Nawarathna, Sivakumar Gowthaman, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      Springer, Singapore
    • ISBN
      978-981-16-4921-9
  • [備考] 北海道大学大学院工学研究院環境循環システム部門資源生物工学研究室

    • URL

      https://bre.eng.hokudai.ac.jp/

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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