現在、低コストで高効率的なオイル生産をめざして生物学・農学面からの実証研究が先行する中、複雑化した緑藻類の培養過程の解明に必要な計測評価技術が必要と考える。そこで、オイル産生緑藻類の高増殖・量産化効果を検証する計測評価技術として、電気電子分野の計測装置を活用した交流インピーダンス計測法を提案する。第一段階として、クロレラ培養の増殖過程における周波数特性について評価・議論し、本計測技術の定量解析への適用性について検証した。
BBM培地で培養したクロレラを、ステンレス電極を有した計測容器に3種類の濃度希釈した100mℓを抽出しインピーダンス計測装置を用いて、コールコールプロットを計測・評価した。典型例として、6倍希釈培地（図1）では、ZRの最小抵抗が12.3Ω、最大値が1135Ωの明確な半円軌跡を描く。
3種類の培養濃度した培地液は10Hz~10kHzの低周波帯において、第4象限で規則的なインピーダンス軌跡を示した(図2)。クロレラ培養液の濃度増加と共に、ZRの抵抗は6倍希釈では1380Ω、3倍希釈では784Ω、原液では207Ωを示し、濃度が増加するとZRは減少した。これは、高誘電率で粘性のある培地液が低周波電界のローレンツ力に起因した振動運動に応答した現象と関係していると推測する。また周波数特性は簡単なCR等価回路によってモデル化でき、緑藻類培養の微視的挙動との関連性を議論する。
低周波帯における3種類の培養液の濃度依存性によるZRと分光吸光度（λ=690nm）特性の関係を調べた（図3）。培養液の濃度増加に伴うZRの減少特性は分光吸光度の増加傾向と対応することから、コールコールプロットで得られた抵抗の減少はクロレラ個体数の増加を意味している。このことから、低周波帯におけるインピーダンス計測の巨視的パラメータZRと分光吸光度を評価することで、クロレラ培養の増殖特性の定量化が可能な計測法と言える。
緑藻類の高増殖・量産化を検証する計測法として、交流インピーダンス計測技術を提案し、クロレラ培養の増殖過程における周波数特性に適応して特性評価を行った。3種類の培養液の濃度差による周波数特性は10Hz~10kHzの低周波帯において規則性を示し、濃度の増加に伴って抵抗値が減少した。さらに分光吸光度は個体数の増加と共にスペクトル強度が増加し、低周波帯における抵抗特性と良い一致を示した。結果として、交流インピーダンス計測法は緑藻類の増殖・量産特性の定量解析に適用できる有用な計測技術である。
論文
「オイル産生緑藻類の交流インピーダンス計測」(2019)『電気学会論文誌A』139(7)p.333-334.
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