藻類培養装置の作製 〜空気と二酸化炭素の混ぜ方〜

藻類培養装置の作製である。

微細藻類の培養には、

1. 栄養（培地＆空気）
2. 温度
3. pH
4. 光

5. 攪拌方法

が重要であると述べた。

本日は栄養の「空気」について

微細藻類の培養には、培養液に空気を導入する（通気する）。通常の空気でもよいが、より増殖をよくするためには、二酸化炭素を混ぜた空気を導入し、炭酸固定の効率をよくするのである。

当研究室では二酸化炭素濃度を１％に上げた空気を導入している。

ではどうやって二酸化炭素濃度をあげるのかというと、空気と100%二酸化炭素をガス混合用流量計というものを使って混ぜるのである。

こちらがガス混合用流量計である。これはアナログ式だがデジタル式もある。２つのガラス管が付いている。ここで流量を測定している。コフロック（KOFLOC）という会社が有名である。

この図のように、３つの出入り口がある。下の２つが入り口で、片方から空気、もう片方から二酸化炭素を入れる。空気はただのエアポンプで図の右側にあるものである。水槽用に安価に売られている。

二酸化炭素は炭酸ボンベを使っていて、こちらは専門の業者から購入し、高圧ガスの管理が必要なので、取り扱いに注意が必要である。

また、ガスが漏れないようにシールテープというものをまいてネジを締める。図のネジは付属品ではない。日本ピスコ（PISCO）から購入したものである。
http://www.pisco.co.jp/

ピスコにはいろいろな種類の継手、コネクタが売られている。これらを購入して、パズルのように流路を組んでいくのである。

太めならば直径8 mm、細めならば6 mmのチューブをつないで流路を組んでいる。これらの流路はすべて自作である。

このように、うまく流路を組んで空気を藻類に導入している。二酸化炭素の導入は少し大変なので、最初は空気の導入で良いかもしれない。

ペリスタポンプで人工いくら作製

分子生物学の授業では、アルギン酸を使った人工いくらを配っている。アルギン酸は、藻類から取られる多糖である。食品の増粘剤などに用いられている。

アルギン酸はカルシウム溶液に触れると重合し、いくらのような膜を作る。アルギン酸は不溶性で、一般に「アルギン酸」と言ったときにはアルギン酸ナトリウムを指す。

アルギン酸溶液をカルシウム溶液に垂らしてたくさんのいくら・ゼリーを作ろうとしたのだが、分子生物学の授業は１５０人近くである。とても大変。

ということで、ペリスタポンプを使って作製した。

ペリスタポンプは商品名である。
http://www.atto.co.jp/products/perista
一般名は、チューブポンプだが、研究業界では大ヒット商品なので、商品名が一般名のように使われている。

原理としては、要するに、ローターが回転しながらチューブをひたすらぐりぐり押しつぶして、溶液を押し出していくのである。
https://www.tacmina.co.jp/products/pump/tube/pdf/index-pdf-01.pdf
当然、チューブは劣化するので消耗品である。タンパク質の精製でも使う人も多いかもしれない。

今回は動画のような感じでアルギン酸いくら・ゼリーの作製に使ってみた。こんな風に、研究室では工作のようなことを行うこともある。

写真の撮り方を学ぶ。no.2

Instagramを始めてから、当環境バイオテクノロジー研究室の学生に写真の撮り方・加工などを教わっている。前のブログ記事でも紹介したFoodieというアプリをすでにたくさん使っている。

せっかくなので、Foodie以外のスマホアプリも使ってみた。

いろいろとオススメの写真アプリがあるようだけれど、ピクチュアというアプリを使ってみた。ネットでオススメ写真加工アプリと調べたら割と上位に出てきた。
ピクチュア

ミニチュア化写真アプリというジャンルまで出来てきているようだが、写真などの画像をおもちゃのようにミニチュア化したイメージに加工してくれるアプリである。

ただのスーパーボールを掬うゲーム機を加工してみるとこんな感じの写真が撮れた。なんかきらきらしていてそれっぽいが、実際はただのゲーム機である。直接アプリで写真を撮り、加工してしまったので、加工前の写真がなくてすみません・・・

上下にぼかしを入れるのが特徴なのだろうか？また、色彩がより濃くなっているように感じる。こうするとミニチュア風に見えるのだろうか。

バスとか建物を撮影して加工すると下のような感じである。

ミニチュア風というのかな💦？一風変わった写真を撮れることは確かである。。。

無料で使えるアプリなのだけど、アプリ内でプロフェッショナル版への有料アップグレードがある。また、広告がたくさん出てくる。無料アプリなのだから当然なのだけれど、やや操作性を落としている感は否めない。仕方ないとは思うけれど。

他にも続々と画像の加工アプリがあるみたいなので、いろいろと試していきたいと思う。

【シリーズ】藻類培養装置の作製 〜微細藻類の培養って需要あるの？〜

我々の環境バイオテクノロジー研究室では、シアノバクテリアやユーグレナ、シアニディオシゾンなど、微細藻類の研究を行っている。

当然ながら、これらの生物を培養することが研究室では必須である。

研究室に入れば最初から培養装置があるのだけれど、現在でも培養方法の工夫を一つのテーマとして進めている。

また、前職の理化学研究所では、自分のセンターに微細藻類をメインとして研究している人はいなかった。最初は植物の研究をしようと思って理化学研究所にいったのだけれど、徐々に微細藻類に戻ってきた。

植物研究は時間もかかるし、スペースなどもたくさん必要である。さきがけなどで個人型研究を進めていた身としては、微細藻類は結果も割と早く出るし、省スペース・低コストで研究ができるメリットがあった。

そうはいっても、全く何もないところから培養装置を組み立てていくのは非常に大変であった。そこで、何度かに渡って、「藻類培養装置の作製」について書いていこうと思う。

需要あるのか？という懸念もあるが、実際には藻類用インキュベータなんていうものも売り出されているのが現在である。

また、藻類の培養技術は、実は錚々たる企業が特許を出願し続けている。

「藻類培養」と少し特許の出願・取得を検索しただけで、

（株）IHI、旭化成（株）、鹿島（株）、新日鉄住金（株）、昭和電工（株）、キャノン電子（株）、三菱重工（株）、三菱マテリアル（株）、（株）デンソー、（株）東芝、東京電力（株）

と超有名企業が出てくる。ちなみにこれはこの３、４年で公開になった特許の話である。過去の話ではない。

ということで、それなりに需要があると信じ、また、学生にとっても意外な就職が開けるのではないかと思い、藻類培養装置の作製法について公開していきたいと思う。

微細藻類を培養するために制御することとしては、
1. 栄養（培地＆空気）
2. 温度
3. pH
4. 光
5. 攪拌方法
などが挙げられる。特に4.の光が光合成をする微細藻類に特徴的であり、このため、培養する試験管・フラスコ・培養槽の形を考えることも重要なのである。

培地については別の記事に書いてあるので、そちらを参照してほしい。

次回からは、空気と二酸化炭素の混ぜ方などについて記載していきたいと思う。

人工イクラの作製。。

そういえば、子供のころ何が好きだったかといえば、「イクラ」だった。白いご飯にイクラを乗せて食べるのが何よりも好きで、ご飯３杯くらい食べることもあった。今も好きであるけれど。

イクラは当然鮭の卵であるが、実際には鮭だけではなく鱒の卵なんかも食べるらしい。イクラは魚から取れるものであるが、人工のイクラも作れる。人工イクラは食品としても売られている。

この人工イクラをどうやってつくるかというと、アルギン酸という糖を使うのである。

アルギン酸は、褐藻（例えば昆布）などの藻類から取れる多糖である。これらは食品添加物として実際に売られているし、食品にも使われている。増粘剤、ゲル化剤として使われている。
アルギン酸Wikipedia

アルギン酸ナトリウム塩を水に溶かして、アルギン酸水溶液を作製する。濃度は1%~5%くらいでよい。なかなか溶けないので、辛抱強く攪拌するか、軽く熱をかける。

また、カルシウムの水溶液（塩化カルシウムや乳酸カルシウム）を別に作製する。こちらは１０％くらいの濃度で作製する。

作ったアルギン酸水溶液をピペットで吸って、カルシウム水溶液に滴下していったのが下の動画である。

このように、カルシウム水溶液にアルギン酸が触れると、アルギン酸カルシウムが形成され、人工的な膜を作って球状になる。

ちなみにアルギン酸水溶液に青色が着いているが、これはフィコシアニンという食用色素である。フィコシアニンは別の記事に書いているが、シアノバクテリアや紅藻から取れる食用の青色色素である（藻類から取れる食品添加物のコラボである）。アルギン酸は白色なので色はない。

このように、藻類は食品そのものとしてだけではなく、さまざまな食品添加物を合成することもできる。食品添加物というと、なんか化学合成で体に悪いイメージがあるが、このように藻類から天然の食品添加物を取ることもできるのである。

科学の実験としても面白いので、物事を多面的に捉え、いろいろな分野に応用して欲しいと考えている。

クロロフィルキャンドルの作製

前回のフィコシアニンキャンドルに続いて、手作りキャンドル第２弾は、「クロロフィルキャンドル」である。

クロロフィルという物質は聞いたことがあるだろうか？高校の生物では習うはずである。日本語にすると、「葉緑素」であり、こちらの方が馴染みがあるかもしれない。光合成をするための色素である。

ちなみに学生実習でもクロロフィルはキーワードの一つで、光合成に関連する色素の種類について、自分で調べてレポートを書くことになっている。

前回は蝋にフィコシアニンを混ぜて手作りキャンドルを作製した。

蝋はワックスという炭化水素（炭素Cと水素H）の鎖がついたエステル（-COO-）という化合物である。これは脂溶性すなわち水に溶けない物質である。要するに油・油脂である。

そこに水溶性の青色色素を混ぜたので、混ざらずに青いフィコシアニンボールができて、それはそれで面白いものになった。

今回はクロロフィルを混ぜる。クロロフィルは、スピルリナという食用のシアノバクテリアから取りました。スピルリナタブレットに少し塩を入れながらすりつぶし、エタノール（アルコール）を入れると抽出できます。

クロロフィルは、フィコシアニンと違い、脂溶性物質、すなわち水に溶けない。また、フィコシアニンはタンパク質であったが、クロロフィルはタンパク質ではない。

ということで、クロロフィルは蝋と混ぜることができる。

こんな感じでクロロフィルを用いて蝋を着色することができた。

ちなみに上に乗っているのはフィコシアニンをアルギン酸という物質で固めたものなのだが（別の記事でアルギン酸は扱います）、ビジュアル的になんかいまいちでした💦。

一応動画も載せておきます。。

ということで、同じ色素といっても水に溶けるものもあれば溶けないものもある。このように、光合成生物は、多様な色素を使って光を集めて、光合成のエネルギー源としている。

生物学的な側面だけではなく、色素は見た目を綺麗にするという効果を持つため、商品としての価値も高い。

基礎から応用まで、非常に興味深いのが色素である。

微細藻類のいろいろな培養方法を試してみたが・・

当環境バイオテクノロジー研究室では、シアノバクテリア、ユーグレナ、シアニディオシゾンなどの微細藻類の研究を行っている。

微細藻類の培養には、植物インキュベーターというものを用いている。うちの研究室では、トミー精工やパナソニックなどの植物インキュベータなどを用いている。これらを用いて、温度や光強度を制御している。また、自作で流路を作製し、二酸化炭素を足した空気を送り込んで微細藻類を培養している。
人工気象器（植物インキュベーター）

植物インキュベーターによる培養では、厳密に温度や光強度などの培養条件を制御できる。一方で、応用展開を考えた場合、必ずしもこれらのパラメータがすべて厳密に制御できるとは限らない。むしろ、スケールアップすればするほど制御できない部分が出てくるのである。

また、大量に培養する際に、巨大な植物インキュベーターを作るのはコストがかかる。

そこで、応用展開に向けて培養法そのものを開発していく必要がある。

実用化されている微細藻類では、野外のプールで培養されていることが多い。オープンポンド（開放池）やレースウェイなどと呼ばれる培養系で培養されることが多い。

そのほかにもプラスチックバック、いわゆるビニール袋のようなものに入れて微細藻類を培養したり、展示パネルのように固体にくっつけて培養するなどの方法で培養しているベンチャー企業もある。

しかし、このように色々な方法があるということは、裏を返すと最適な培養方法が見つかっていない、培養方法そのものに研究の余地があるとも言える。

微細藻類の場合、他の発酵に用いる微生物と異なる点は、光を要求することである。産業に用いる場合、できれば少ない容量の培養系で高密度に育つようにしたいのであるが、育てば育つほど培養液が濃くなり、光が届かなくなってしまう。この光が届かないことが律速となり、増殖が止まってしまうのが微細藻類の難しさである。

現在では、できる限り浅いプールなどで培養するであるが、そこが浅い分容積が稼げず、広大な敷地が必要となってしまう。

そこで環境バイオテクノロジー研究室でも色々な培養方法の開発を行っている。

写真はプラスチックチューブで培養した図である。内径は６mmである。

これは単細胞性シアノバクテリアであるシネコシスティスの培養の様子である。左上に写っているのがチューブポンプと言って、チューブを連続的にこすることによって中の液を移動させるポンプである。全長５mくらいのチューブで培養してみた。

左端に見える温浴で一部の細胞を最適温度である３０度に温めて、全体を循環させている。また、その部分には１％の二酸化炭素を含む空気を導入し、光合成を促進させている。

光がよく当たるように、こんな風にチューブを窓にかけてみた。これで光合成がよく働きたくさん増えるはず・・・であった。

が、実際にやってみると、ポンプの力が弱く、ところどころで細胞が溜まってしまっていた。ポンプの力を強くすれば可能かもしれないが、あまりにも大量のエネルギーを投入したのでは、環境技術の意味がなくなってしまう。

ということで、やってはみたものの、研究室レベルではチューブ培養はあまりうまくいかなかった。ただし、今回はチューブポンプを使ったが、攪拌に自然エネルギーなどを使えればよいかもしれない。川沿いにある水車が良い例である。川の流れの力を利用して、水車を回転させる。このようにうまく組み合わせれば、少ないエネルギーで十分に攪拌できるかもしれない。

ということで、この培養法の開発はあまりうまくはいかなかったのであるが、当研究室ではこのような研究も行っている。新しい培養系の開発を行ってみたい学生も大歓迎である。

フィコシアニンキャンドルの作製

工作室シリーズの今回はフィコシアニンキャンドルの作製である。

まずフィコシアニンとは何かと言うと、青色の色素である。そんな色素の名前を言われても知らないよ、という人がほとんどである。しかし、有名なソーダ味のアイスである「ガリガリ君」の名前を出すと、ほとんどすべての人がガリガリ君を知っている。そして、あの青色がフィコシアニンですというと、「そうか、食べたことあるんだ・・」となる。

このフィコシアニンはスピルリナというラン藻から抽出されている天然の色素タンパク質である。色素というとなんとなく化学合成で体に悪いイメージがあり、特にあのようなくっきりとした青色なので、きっと良くないと思うかもしれないが、こちらは長い食経験もあり、かつタンパク質なので、体に悪いことはない。むしろ、健康効果が学術論文レベルでは報告されている。

フィコシアニンは綺麗な青色なのでわかりやすく、学生実習にも利用している。タンパク質の濃縮や分光光度計の利用、SDS-PAGEなどを行っている。

話が逸れたが、今回はこのフィコシアニンを使ってキャンドル（ろうそく）を作ってみた。

手作りキャンドルは、材料が100円ショップなどでも売っているくらいメジャーである。

キャンドルは、ロウソクというだけあり、蝋（ろう）を固めて作るものである。蝋は英語で言うとWax（ワックス）である。

蝋は、動物や植物から取られた油脂を含むこともあるが、主には石油から合成されている。炭化水素（炭素と水素だけなからなる物質）を持つエステル（-COO-という結合を持つ化合物）である。

蝋は室温では固まっているが、熱をかけると液体になる。そこで一旦熱で溶かしてから、上記のような耐熱性の容器に入れて固めるのである。その際には、火がつくような芯となる部分を入れておく。芯の部分も手作りキャンドルコーナーには必ず売っている。

蝋を溶かしてキャンドルを作るのだが、それだけでは面白くないので、色をつけたり飾りを入れたりする。キャンドル作りのプロもいるくらいである。

私の場合プロではないので、何をしたかというと、上述したフィコシアニンを入れてみた。このフィコシアニンは、シアニディオシゾンという紅藻から抽出したものである。

蝋は脂溶性であり、フィコシアニンは水で抽出した水溶性のタンパク質である。蝋の上からたらすと、蝋とは混ざらずに、上のように球形になって青いフィコシアニンのボールができた。

完全に蝋が固まる前に、フィコシアニンを滴下してみた。その後、スマホでタイムラプスの写真を撮ったのが上の動画である。タイムラプスとは、一定時間ごと（２、３秒ごと？）に写真を撮ってそれらをつなげて動画にすることである。

そうすると、フィコシアニンのボールが徐々に沈んでいく様子を撮影することができた。

いや、だからなんだと言われても困るのだけれど笑。。

と、このように、青色色素フィコシアニンは、食用として使われるだけでなく、手作りキャンドルの材料としても利用できるのである。現在、フィコシアニンの利用法を考えているところである。良いアイデアは大募集中です。

※火を使う場合には、火事や火傷に十分ご注意ください。

コハク酸結晶の作製

新しいブログカテゴリーとして、「工作室シリーズ」を作ることをふと思い立った。

私の出身は分子生物学である。現在も分子生物学解析を進めている。

分子生物学は目に見えないミクロなものを解析するものである。サザンブロット・ウエスタンブロット、リアルタイムPCRなどなど、目には見えない微小なものを可視化しながら分子メカニズムを解明する学問である。

一方、最近では、コハク酸やフィコシアニン生産などを始めとするバイオテクノロジーも進めている。これらは環境に資するものづくりである。

とはいえ、まだまだコハク酸などの有機酸生産量は少ないため、目に見える形まで到達していないのが現状ではあるが。

現在は遺伝子改変や培養条件を変化させることでコハク酸などの有用物質生産を行っている。コハク酸の場合であれば、溶液中のコハク酸濃度を高速液体クロマトグラフィーなどで定量している。

これはあくまで溶液中のコハク酸量であって、実際にコハク酸そのものを精製するところまでは至っていない。

しかし、生産量が増えた場合を想定し、その後のプロセスを開発しておくことも非常に重要である。

コハク酸を精製する方法はいろいろあり、その精製法についても、いろいろな企業がさまざまな方法の特許を出願・取得している。微細藻類の培養法も少し調べれば、錚々たる企業がたくさんの特許を出願・取得していることがわかる。過去の話ではなく、現在進行形である（こういうことからも分かるが、研究室での体験が社会で役に立たないなんていうのはとても信じられないし、信じない方が良い）。

コハク酸の精製法の一つが「再結晶」である。高校の実験でやった人もいるかもしれない。

再結晶そのものはとても簡単で、コハク酸の飽和溶液を作り、一旦熱することでより溶解させ、その後冷やしていくことで、コハク酸を析出させるのである。

この再結晶で作ったのが写真のコハク酸結晶である。これは微細藻類由来ではなく、購入したコハク酸の粉末で作ったものである。

10%程度のコハク酸溶液を作製し、一旦８０〜９０℃に熱して溶解させ、その後徐々に冷やしていった。

しかし、、、難しい。

溶液に針金や糸などを垂らしておくのだけれど、全然同じように結晶ができない。出来る時と出来ない時がその時の偶然によるので、計算できない。上の写真は比較的うまくいった例であるが、うまくいかないのも多数あった。

そもそも１０％溶液を作ったが、その濃度で適切なのかわからない。もっと過剰にした方が良いのだろうか。

また、一度大きくなってきた結晶をさらに大きくしようとして放置しておくと、反対に溶液に溶解してしまうということもあった。

口でいうのは簡単なのだけれど、やってみるととても難しいことがよくわかった。

「結晶学」という教科書があるくらいで、それは研究分野であるらしい。なんで結晶が出来ていくかというのはとても難しくて、かなりの勉強が必要そうだった。経験則でうまく作れる人がいるかもしれない。

結晶作りが上手い人がいたら、ぜひコメント欄にご意見をください！

ということで、こういう新しい結晶作りにもチャレンジしています。工作室っぽいので、工作室シリーズとしてブログで紹介していきます。過去のブログ記事も一部工作室シリーズのラベルに移しました。

※溶液を熱する場合には火事ややけどの危険を伴いますので、必ず安全を確保した上で実験をお願いします。

写真の撮り方を学ぶ。

11月は明治大学生田キャンパスにおいて、学園祭である生明祭（いくめいさい）が開催された。それに合わせ、環境バイオテクノロジー研究室初のOG会が開催された。現在研究室を離れたのが女子だけであるため、「OG会」という名前になっている（ちなみに最近はだいぶ男子も増えた。来年は果たしてどういう男女比になっていることだろう・・）。

開催場所は最寄りの小田急線生田駅の近くにある「駅」という居酒屋。明大生にはお馴染みなのだけれど、「駅」という名前は、ブラウザで検索しにくい（笑）。

飲み会はやはり学生と話をする大事な機会であると実感。この間のブログにも書いたのだけど、最近インスタグラムを始めている。最初はインスタグラムを始めて、単に写真を載せていたのだけれど、ただスマホで写真をとって載せるのではないらしい。「綺麗に加工してから写真を載せる」らしい。

てっきり上手な人は良いカメラを持っていたり、自然光を使うなどの撮影法に工夫をするのだと思っていた。ところが、写真を撮る・加工するアプリを使うのが当然とのことを教えてもらった。そうなんだ・・・

教えてもらったものは、Foodie（フーディー）という食べ物を撮影して加工するアプリだった。
Foodieとは
写真を撮影することもできるし、すでに撮影した写真を加工することもできる。こうして撮影する写真の色彩・陰影などを変えることで劇的に綺麗になるらしい。知らなかった・・・世の中知らないことがたくさんある。その後調べてみたら、インスタをやるならばFoodieは常識のようであった。。

ということで、せっかくなので生明祭で食べた写真をいろいろと加工してみた。まずはバドミントン部のワッフル（生クリーム付き）の写真を使ってFoodieで加工してみた。

上がFoodieで加工したもの、下がスマホで撮影した元画像である。

うーん、上の方が綺麗。。なんかプロっぽい写真になる（いや、プロに失礼かもしれない）。淡い色がそれっぽい。知らなかった・・・こうやってインスタなどにアップしていたとは・・・メカラウロコ。

続いては吹奏楽部のフレンチトースト。。

上がFoodieで加工したもの、下が元の画像である。上の画像はやや淡くしすぎたかもしれない💦。しかし、色々と面白いなあと関心。無料アプリなのがすごい。というか、ソフトウェアは、すごいものがどんどん無料になっていく。ソフトウェアビジネスってどうするんだろう。ビジネスの側面も非常に気になる。

リンガフランカ（フットサルサークル）のベビーカステラもこんな感じ。上のFoodieの画像の方が明らかに綺麗に映っている。

ということで、学生からいっぱい教えてもらいながら、SNSを進めている次第である。。時代についていくのってとても大変。全部についていく必要はないのだろうけれど、面白いものはどんどん挑戦していきたいと思っている。