2016 Fiscal Year Annual Research Report
海洋ナノ微生物資源の高精度探査に向けた現場型AFM技術の開発
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26289330
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西田 周平 東京大学, 生産技術研究所, 特任講師 (90463900)
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2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 走査型プローブ顕微鏡 / 海洋探査 / 微生物 / 現場分析装置 / ナノテクノロジー / 海中探査機 / 海底熱水活動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、平成27年度までに開発した海中原子間力顕微鏡（海中AFM）の実証試験を引き続き実施し、1)海中AFMの要素技術および海洋調査船・海中探査機への実装技術の高度化を行い、さらに2)実海域における海洋ナノ微生物の測定および評価手法の検討を行った。
1)海中AFMの要素技術および海洋調査船・海中探査機への実装技術の高度化においては、まずメンブランフィルターによる観察試料の吸引濾過・固定機構が深海の圧力下で安定的に動作するよう、配管の小径化や短縮によるデッドボリュームの縮小化およびメンブランフィルター径の最適化を行った。また、自己検知型カンチレバーの変位検出を行うためのブリッジ回路を改良し低雑音化を図った。また海中AFMを海中探査機へ実装技術として、免震ゲルおよびバネを組み合わせた振動抑制機構を考案した。これらの高度化により海中AFMシステムをより効率的かつ効果的に運用することに成功した。
2)実海域における海洋ナノ微生物の測定および評価手法の検討においては、平成27年度までの成果による海中AFMの基盤技術を実用化レベルに引き上げ、浅海・深海両方を含む様々な海洋計測の現場においてデータの取得を行った。深海試験においては、国立研究開発法人海洋研究開発機構および海洋エンジニアリング株式会社の有する無人探査機を活用し、海中から採取した微小試料を搭載したを海中AFMを用いてその場で観察した。この結果、伊豆小笠原海域の水深約600ｍの海底熱水活動近傍において、探針試料アプローチと安定的撮像に成功した。また浅海試験においては、鹿児島湾たぎり海域の海底熱水活動近傍において、水深50mにおける海中AFM撮像を行い、安定的な運用に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
海中原子間力顕微鏡（海中AFM）を実海域において運用するために海中AFMの要素技術および海洋調査船・海中探査機への実装技術の高度化を行い、浅海・深海両方を含む様々な海洋計測の現場においてデータの取得を行った。高度化の過程では、観察試料の採取・固定機構の最適化や、自己検知型カンチレバーの変位検出回路、免震ゲルおよびバネを組み合わせた振動抑制機構など、海中AFMをより効率的かつ効果的に運用するための新規技術の開発に成功した。また開発したこれらの技術を応用し、浅海・深海両方の現場環境において積極的にデータ取得を行い、海中AFMを安定的に運用することに成功した。これらの成果は国際会議・学会国際ワークショップ等において積極的に発表を行い、高い評価を受けることができた。以上の理由から、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は本年度までに開発した海中AFMをベースに要素技術のさらなる高度化を図る。具体的には、自己検知型カンチレバー先端にカーボンナノワイヤーやウィスカー等を取り付けることにより探針の先鋭化を図り、海中AFMの解像度を更に向上を図る。これに並行して3次元リニアスキャナーを導入することにより、撮像範囲の拡大と安定的なスキャンを実現する予定である。また、浅海・深海等の様々な実海域における撮像試験を引き続き積極的に実施する。得られた撮像データは、海洋微生物専門家やデータサイエンスの専門家と積極的に連携し、人工知能等の機械学習も念頭においたデータ解析手法の検討を行い、海洋ナノ微生物に関するデータベースの構築に向けた枠組みづくりを行う。
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| Causes of Carryover |
本研究は海中原子間力顕微鏡の開発にあたり、装置開発と浅海および深海における実海域試験をさらに推し進めるために研究期間を3年から4年に延長しており、全研究期間に渡り円滑に研究活動と成果発表活動を遂行する目的で、初年度に一括交付を受けた学術研究助成基金補助金を次年度も使用する必要があるため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度については、カンチレバーやケーブル類を購入するための物品費、成果発表のための費用、実験補助者を雇用するための費用等を合計して、学術研究助成基金助成金を2,500千円使用する予定である。
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[Presentation] Underwater Atomic Force Microscope2016
Author(s)
Shuhei Nishida, Naoki Matsubara and Teruo Fujii
Organizer
24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM24)
Place of Presentation
Hawaii, USA
Year and Date
2016-12-15
Int'l Joint Research
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