特開 2024-11991 脱炭酸システム、ハイドロゲルおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011991

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】脱炭酸システム、ハイドロゲルおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C12N 1/12 20060101AFI20240118BHJP

   C12N 1/00 20060101ALI20240118BHJP

   C12N 11/04 20060101ALI20240118BHJP

   B01J 20/24 20060101ALI20240118BHJP

   B01J 20/28 20060101ALI20240118BHJP

   B01J 20/30 20060101ALI20240118BHJP

【ＦＩ】

C12N1/12 C

C12N1/00 R

C12N11/04

B01J20/24 B

B01J20/28 A

B01J20/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022114386

(22)【出願日】2022-07-15

(71)【出願人】

【識別番号】507256968

【氏名又は名称】並木 禎尚

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】並木 禎尚

【テーマコード（参考）】

4B033

4B065

4G066

【Ｆターム（参考）】

4B033NA11

4B033NB43

4B033NB61

4B033NB68

4B033NC01

4B033ND04

4B033ND20

4B033NG04

4B033NH10

4B033NJ10

4B065AA83X

4B065AC09

4B065AC14

4B065BC46

4B065BC48

4B065BC50

4B065CA02

4B065CA56

4G066AA02D

4G066AC01C

4G066AC06B

4G066AE20D

4G066BA28

4G066CA12

4G066CA46

4G066DA07

4G066FA03

4G066FA27

4G066FA36

4G066FA38

4G066FA40

(57)【要約】

【課題】ゲルの腐蝕を抑えつつ、ゲル内に微細藻類を内包させても光合成を効率よく行うことができるハイドロゲルを提供する。
【解決手段】微細藻類を含有し、アルカリ性を示すハイドロゲルであって、当該ハイドロゲル内で前記微細藻類が細胞分裂して形成されたコロニーが内包されている。ハイドロゲルには、蓄光物質、磁性物質が内包されていてもよい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

微細藻類を含有し、アルカリ性を示すハイドロゲルであって、
当該ハイドロゲル内で前記微細藻類が細胞分裂して形成されたコロニーが内包されているハイドロゲル。

【請求項2】

更に、蓄光物質および磁性物質の少なくとも一方を有する請求項１に記載のハイドロゲル。

【請求項3】

水面に浮くように、気泡を内包させた請求項１に記載のハイドロゲル。

【請求項4】

前記ハイドロゲルは、グルコマンナンおよび／又は蒟蒻粉を含む請求項１に記載のハイドロゲル。

【請求項5】

前記ハイドロゲルは、有害物質を吸着する請求項１に記載のハイドロゲル。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか記載のハイドロゲルと、
前記ハイドロゲルを浮遊または分散させる、水系媒体とを含み、
前記ハイドロゲルに含まれる微細藻類に光を照射して光合成をさせ、酸素を産生すると共に、炭素化合物を合成する脱炭酸システム。

【請求項7】

光照射により、微細藻類が光合成を行なうハイドロゲルの製造方法であって、
前記微細藻類、ゲル成分および水系媒体を混合する工程Ａと、
前記工程Ａの後、ゲル化する工程Ｂと、
前記微細藻類の培養成分をゲル内に取り込む工程Ｃと、
前記ゲルをアルカリ性とする工程Ｄとを有し、
工程Ｃ、Ｄは、それぞれ独立に、工程Ａ、工程Ｂの少なくともいずれか、および／又は工程Ｂ後に行うハイドロゲルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、微細藻類を用いた脱炭酸システム、光合成を行うハイドロゲルおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地球温暖化を防止するために、ＣＯ_２を削減するための脱炭酸システムの技術開発が急務となっている。ＣＯ_２回収技術として、特許文献１には、大気中の空気から化学反応によりＣＯ_２を吸収する吸収部と、気体のＣＯ_２を化学反応により取り出す処理部を備えるＣＯ_２回収システムが提案されている。また、特許文献２には、電気化学反応によってＣＯ₂含有ガスからＣＯ₂を分離するＣＯ_２回収システムが提案されている。

【0003】

二酸化炭素は、植物による光合成によって酸素と炭素に分解される。大気中の酸素全体の凡そ半分は、光合成を行うことができる微細藻類により産生されている。この微細藻類は、光合成により、糖、脂質、タンパク質などの有機物を産生する。微細藻類を用いた二酸化炭素の固定・有機物の産生は、地球温暖化、食料飢饉対策の一つとして期待されている。非特許文献１には、微細藻類であるChlamydomonasdebaryanaNIES-2212をアルギン酸ゲルに内包させ、ゲル内において増殖すると共に、トリアシルグリセロール(TAG)が産生されることが報告されている。非特許文献１の方法によれば、二酸化炭素の分解、脂質の産生が可能であり、脱炭酸技術、食料生産の点で期待される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１８１４５１号公報

【特許文献2】特開２０２２－０７２９７７号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Plant Cell Physiol. 61(1): 158－168 (2020)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ゲルを用いた微細藻類による脱炭酸技術は、微細藻類単体を用いる場合に比べて、回収が容易であり、管理しやすいというメリットを有する。その一方で、ゲル自体が腐蝕するという新たな問題がある。また、ゲルに微細藻類を内包させても光合成を効率よく行うことができる技術が重要となる。

【0007】

本開示は上記背景に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ゲルの腐蝕を抑えつつ、ゲル内に微細藻類を内包させても光合成を効率よく行うことができるハイドロゲルおよびその製造方法、並びにこのハイドロゲルを用いた脱炭酸システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の課題を解決すべく鋭意検討を重ね、以下の態様において、本開示の課題を解決し得ることを見出し、本開示を完成するに至った。
［１］： 微細藻類を含有し、アルカリ性を示すハイドロゲルであって、
当該ハイドロゲル内で前記微細藻類が細胞分裂して形成されたコロニーが内包されているハイドロゲル。
［２］： 更に、蓄光物質および磁性物質の少なくとも一方を有する［１］に記載のハイドロゲル。
［３］： 水面に浮くように、気泡を内包させた［１］または［２］に記載のハイドロゲル。
［４］： 前記ハイドロゲルは、グルコマンナンおよび／又は蒟蒻粉を含む［１］～［３］のいずれかに記載のハイドロゲル。
［５］： 前記ハイドロゲルは、有害物質を吸着する［１］に記載のハイドロゲル。
［６］： ［１］～［５］のいずれか記載のハイドロゲルと、
前記ハイドロゲルを浮遊または分散させる、水系媒体とを含み、
前記ハイドロゲルに含まれる微細藻類に光を照射して光合成をさせ、酸素を産生すると共に、炭素化合物を合成する脱炭酸システム。
［７］： 光照射により、微細藻類が光合成を行なうハイドロゲルの製造方法であって、
前記微細藻類、ゲル成分および水系媒体を混合する工程Ａと、
前記工程Ａの後、ゲル化する工程Ｂと、
前記微細藻類の培養成分をゲル内に取り込む工程Ｃと、
前記ゲルをアルカリ性とする工程Ｄとを有し、
工程Ｃ、Ｄは、それぞれ独立に、工程Ａ、工程Ｂの少なくともいずれか、および／又は工程Ｂ後に行うハイドロゲルの製造方法。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、ゲルの腐蝕を抑えつつ、ゲル内に微細藻類を内包させても光合成を効率よく行うことができるハイドロゲルおよびその製造方法、並びにこのハイドロゲルを用いた脱炭酸システムを提供できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る。ハイドロゲルの一例を示す模式的説明図。

【図2】第１実施形態に係る混合撹拌装置の一例を示す模式的説明図。

【図3】実施例１のハイドロゲルの写真。

【図4】実施例２のハイドロゲルの写真。

【図5】実施例３のハイドロゲルの写真。

【図6】実施例４のハイドロゲルの写真。

【図7】実施例５で用いた小型密閉装置の模式図。

【図8】実施例５のハイドロゲル：暗室下、CO₂濃度の経時的変化を示すグラフ。

【図9】実施例５のハイドロゲル：光照射下、CO₂濃度の経時的変化を示すグラフ。

【図10】実施例６、７のハイドロゲル：光照射前後の溶存酸素量をプロットしたグラフ。

【図11】実施例８で用いた小型密閉装置の模式図。

【図12】実施例８のハイドロゲル、比較例１のＣＯ_２濃度の経時的変化を示すグラフ。

【図13】実施例１のハイドロゲルに対し、LED光源３０００ルクスを１日８時間の割合で７日間照射した後の写真。

【図14】実施例１０のハイドロゲル：暗室下、CO₂濃度の経時的変化を示すグラフ。

【図15】実施例１０のハイドロゲル：光照射下、CO₂濃度の経時的変化を示すグラフ。

【図16】実施例１２のハイドロゲルの写真。

【図17】実施例１０のハイドロゲルを３０時間撹拌した後の写真。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本開示の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本開示の範疇に含まれることは言うまでもない。また、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、実際のものとは一致しない。各実施形態は任意に組み合わせてもよい。

【0012】

［第１実施形態］
第１実施形態に係るハイドロゲルは、微細藻類を含有する、アルカリ性を示すゲルである。本ハイドロゲルは、ゲル内の微細藻類が、ハイドロゲル内で細胞分裂し、これによりコロニーが形成される。即ち、ハイドロゲルを作製後、経時的に、微細藻類がハイドロゲル内で細胞分裂してコロニーを形成する。本明細書において「微細藻類」とは、光合成を実行できる、葉緑体を含む原核性微生物もしくは真核性微生物を意味する。

【0013】

微細藻類はクラミドモナスおよび例えば２つの明瞭な細胞の単純性多細胞光合成微小生命体であるボルボックス等の微小生命体等、細胞分裂の後、ほどなく姉妹細胞から分離する単細胞生物を含む。「微細藻類」にはクロレラ、パラクロレラおよびドナリエラも含まれる。本明細書において「コロニー」とは、ハイドロゲル内で形成された細胞集団をいう。微細藻類が細胞分裂し、増殖することにより細胞数が増加してコロニーが形成される。また、コロニーは、ゲル形成直後には観測できないが、時間経過共に、例えば数日後に、顕微鏡または目視で確認することができる。また、光合成により発生した酸素による気泡を顕微鏡または目視で確認することができる。

【0014】

微細藻類の好適例として、スピルリナ（Spirulina、以下ＳＰＬともいう）、クロレラ、ユーグレナが例示できる。ＳＰＬとして、スピルリナ・プラテンシス（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ ｐｌａｔｅｎｓｉｓ）、スピルリナ・マキシマ（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ ｍａｘｉｍａ）、スピルリナ・サブサルサ（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ ｓｕｂｓａｌｓａ）などを用いることができるが、スピルリナ・プラテンシスが例示できる。ＳＰＬとは、微細藻類の一種であり、藍藻類のユレモ目アルスロスピラ属に属する。ＳＰＬは、タンパク質、ビタミン、ミネラルなどの有用成分が含まれており、栄養補助食品として用いられている。また、青色食品着色料、臨床検査試薬としても用いられている。

【0015】

本ハイドロゲルは、ハイドロゲル内において微細藻類が生存している時期が少なくともあるゲルをいう。即ち、（ｉ）ハイドロゲル内において微細藻類が生存しているゲル、（ｉｉ）ハイドロゲル内において微細藻類が生存していた時期があり、生存していた時に形成されたコロニーを有する、死滅した微細藻類を含むゲル、および（ｉｉｉ）前記（ｉ）と（ｉｉ）が共存しているゲルを含む。

【0016】

本ハイドロゲルにおいて、微細藻類が光合成により酸素を産生するためには、ハイドロゲル内の微細藻類が生存している必要がある。上記（ｉ）のハイドロゲルは、ゲル内で微細藻類が生命活動を維持することが可能なゲルであり、生命活動している微細藻類に光照射することにより光合成が行われ、酸素を産生すると共に、有機化合物を合成する。炭素化合物は、炭素を含む有機化合物であり、タンパク質、脂質、糖などの炭水化物等が例示できる。

【0017】

光量・照射波長等は、光合成を行うことができればよく、ゲルの置かれた環境に応じて調整すればよい。例えば、光量を５００～１００００ルクスとすることができる。照射方法は、連続照射、断続照射、明暗サイクルを交互に行う（例えば１２時間毎）方法が例示できる。温度は例えば１５～４５℃とすることができる。

【0018】

図１に、ハイドロゲルの一例を示す模式的説明図を示す。第１実施形態のハイドロゲル１はビーズ状のゲルであり、三次元網目構造２内に、微細藻類３、培養成分４および水５を含有する。なお、同図には説明の便宜上、コロニーは図示していない。三次元網目構造２は、ハイドロゲル１の骨格を成すものであり、公知の技術を制限無く利用できる。例えば、架橋構造を有する高分子鎖を用いることができる。ハイドロゲル１の主たる成分は水である。ハイドロゲル１の形状は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲であればよく任意である。ハイドロゲルの主溶媒は水であるが、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で他の溶媒を含むことができる。なお、培養成分４は、微細藻類３が生存中は必須であるが、上記（ｉｉ）のハイドロゲルの場合には含まれていなくてもよい。上記（ｉ）および（ｉｉｉ）のハイドロゲルは培養成分４が必要である。ハイドロゲル内への培養成分の取り込み方法としては、ハイドロゲルの製造時に原料として用いる方法、ハイドロゲルを浮遊および／又は分散させる水系媒体中に培養成分を含有させ、ハイドロゲル内に供給する方法、およびこれらを組み合わせる方法が例示できる。

【0019】

三次元網目構造２は特に限定されず、適宜、選定できる。一例として、蒟蒻（蒟蒻粉）、グルコマンナン、ガラクトマンナン、寒天、ゼラチン、アガロース、カラギナン、グアーガム、キサンタンガム、グアー豆酵素分解物、ローカストビーンガム、トリブロックコポリマー、環動ゲル、ナノコンポジットゲル、ダブルネットワークゲル、ポリアンフォライトゲル、卵白を用いたタンパク質ゲルが例示できる。また、特開２０１７－１７１６１７号公報や、T. Nojima、T. Iyoda、“Water-Rich Fluid Material Containing Orderly Condensed Proteins”、Angewandte Chemie 56、1308-1312、(2017)等に記載のゲルを利用することも可能である。

【0020】

また、国際公開２０１６／０２７３８３号に記載のポリアンフォライトゲル、K. Haraguchi、et al.、”A Unique Organic-Inorganic Network Structure with Extraordinary Mechanical, Optical, and Swelling/De-swelling Properties”, Adv. Mater. 14, 1120-1124 (2002)に記載のナノコンポジェットゲル、Y. Okumura, et al., “The Polyrotaxane Gel: A Topological Gel by Figure-of-Eight Cross-links”, Adv. Mater. 13, 485-487 (2001)に開示の環動ゲル、J. P. Gong、et al., “Double-Network Hydrogels with Extremely High Mechanical Strength”, Adv. Mater. 15, 1155-1158 (2003)のダブルネットワークゲル、H. J. Zhang、et al., “Tough Physical Double-Network Hydrogels Based on Amphiphilic Triblock Copolymers”, Y. Adv. Mater. 28, 4884-4890 (2016)のトリブロックコポリマーを用いたダブルネットワークゲル、T. Sakai, et al, “Design and Fabrication of a High-Strength Hydrogel with Ideally Homogeneous Network Structure from Tetrahedron-like Macromonomers”, U.I.Chang. Macromolecules， 41， 5379-5384 (2008)のテトラＰＥＧゲル等を用いることができる。

【0021】

ハイドロゲルの機械的強度を高める観点からは、ダブルネットワークゲルが好ましい。ダブルネットワークゲルは、２種の違う要素を組み合わせて形成されたゲルである。例えば、ベースとなる網目構造に他の高分子鎖が絡みついている、複数の網目構造からなる構造や、ベースとなる網目構造と、他の高分子鎖が互いに架橋している構造が挙げられる。３種以上の違う要素を組み合わせて形成されたゲルも好適に用いられる。

【0022】

複数の高分子鎖を用いる場合、それぞれの高分子鎖が網目構造である必要は無く、全体として網目構造が構築されていればよい。

【0023】

経済性の観点からは、ゲル成分として安価な蒟蒻、グルコマンナン、寒天、ゼラチン、カラギナン、ローカストビーンガム、キサンタンガムなど、もしくはこれらの混合物の使用が好ましい。これらのうちでもグルコマンナンや蒟蒻がより好ましい。グルコマンナンは、腸で消化されない水溶性食物繊維（複合多糖類）であり、蒟蒻芋から精製されるものである。これを水または温水に溶解し、アルカリを加え、加熱すると、食物繊維が不溶性食物繊維に変化することにより凝固する。これが食用の蒟蒻であり、その約９７％が水分である。グルコマンナンは、水を吸収し、３０分で約１０倍、６時間で約１５０倍程度に膨張する。この性質を利用して、ゲル化剤、品質改良剤、増粘剤、保湿剤、吸収剤などとして、広い分野で利用されている。

【0024】

本ハイドロゲルは微細藻類が死滅しない温度においてゲルを作製する必要がある。例えば、グルコマンナンのゲルは、通常８０℃以上でゲル化する工程を含むが、このような温度にすると微細藻類が死滅してしまう。このため、グルコマンナンを用いてハイドロゲルを作製する場合には、例えば、８０℃以上の温度でゲル化させる場合よりもグルコマンナン粉の量を１．５～８倍とし、且つ温度を２０～４５℃としてゲル化工程を行う。その結果、生存した微細藻類を内包したハイドロゲルを得ることができる。

【0025】

本発明者が検討を重ねた結果、ゲル成分として、例えば、アルギン酸カルシウムを用いる場合に比べて、グルコマンナンは弾力性に優れることがわかった。また、グルコマンナンは、せん断に対して崩れにくい特性を有しており、撹拌などの外力に対する耐性をより効果的に高められることがわかった。

【0026】

蒟蒻は、保存可能期間を延ばす観点から、化学的にシュウ酸やシュウ酸カルシウム、不快な臭気（蒟蒻臭）の原因となるアミン類などの成分などを除去した無臭蒟蒻、もしくは蒟蒻から精製した蒟蒻マンナンを原料とすることがより好ましい。蒟蒻マンナンの精製は、例えば、小笠原至玄、他２名、“コンニャクマンナンを支持体とする電気泳動法の試み”、生物物理化学、Vol.31、No.3、1987（第155-158）を参照することができる。

【0027】

培養成分４としては、公知の培養液の成分を用いることができる。培養成分は、用いる微細藻類に応じて適宜選択すればよい。ＳＰＬの場合には、例えば、ＳＯＴ培養液（J.Ferment.Technol.、48、361－367、1970）、Zarroukの培地(Soong、 P. ; "Production and Development of Chlorella and Spirulina in Taiwan"、 Algae Biomass Production and Use、 North Holland Biomedical Press、 pp. 97-113 (1980))(https://www.jstage.jst.go.jp/article/kakoronbunshu1975/22/1/22_1_56/_pdf/-char/ja)が例示できる。ＳＯＴ培養液とは、蒸留水１００ｍｌ当たり、ＮａＨＣＯ₃が１．６８ｇ Ｋ₂ＨＰＯ₄が５０ ｍｇ、ＮａＮＯ₃が２５０ ｍｇ、Ｋ₂ＳＯ₄が１００ｍｇ、ＮａＣｌが１００ｍｇ、ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏが２０ｍｇ、ＣａＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏが４ｍｇ、ＦｅＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏが１ｍｇ、Ｎａ₂ＥＤＴＡが８ｍｇ、Ａ5溶液が０．１ｍＬ配合されている培養液をいう。また、前記Ａ5溶液は、蒸留水１００ｍL当たり、Ｈ₃ＢＯ₃が２８６ｍｇ、ＭｎＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏが２５０ｍｇ、ＺｎＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏが２２．２ｍｇ、ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏが７．９ｍｇ、Ｎａ₂ＭｏＯ₄・２Ｈ₂Ｏが２．１ｍｇが配合されている溶液である。

【0028】

ハイドロゲルのサイズは目的に応じて選定できる。光合成を効率的に行う観点から、水面に浮遊できるサイズが好ましい。

【0029】

第１実施形態のハイドロゲル１の製造方法は、少なくとも微細藻類３、ゲル成分および水系媒体を混合する工程Ａと、工程Ａの後、ゲル化する工程Ｂと、微細藻類の培養成分をゲル内に取り込む工程Ｃと、ゲルをアルカリ性とする工程Ｄとを有する。工程Ｃ、Ｄは、それぞれ独立に、工程Ａ、工程Ｂの少なくともいずれか、および／又は工程Ｂ後に行うことができる。即ち、工程Ｃは、工程Ａと同時、工程Ｂと同時、或いは工程Ｂの後のいずれか、または任意の組合せで行うことができる。工程Ｄも同様である。

【0030】

ハイドロゲルの製造に際して微細藻類が生存できる環境で行うことが重要である。温度の上限は５０℃以下であることが好ましく、４５℃以下であることがより好ましく、４０℃以下であることが更に好ましい。ゲル化の下限温度は０℃越えの温度である。

【0031】

工程Ａは、ハイドロゲルの構成成分を混合する工程である。例えば、微細藻類を含む培養液に、ゲル成分を投入して混合する。効率よく混合できればよく、公知の方法を用いることができる。
ゲル成分としてグルコマンナンを用いる場合には、熱水工程を用いる場合よりもグルコマンナン濃度を高めにすることにより容易に作製できる。例えば、グルコマンナン濃度を４～６ｇ／１００ｍＬとすることができる。グルコマンナンを用いる場合には、ゲル成分として水酸化ナトリウムを添加しｐＨを１０程度に調整した炭酸水素ナトリウムを加える。水酸化ナトリウムを添加した炭酸水素ナトリウムを加えることにより、食物繊維が不溶性食物繊維に変化して凝固する。なお、アルカリ剤は凝固の目的を達成できればよく、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム等を含め種々の化合物、混合物を用いることができる。

【0032】

工程Ｂは、ゲル化する工程である。工程Ａ、Ｂの製造方法は特に限定されず、公知の方法により製造できる。例えば、図２に示すような混合撹拌装置により製造できる。
図２の混合撹拌装置１００は、第１収容容器１０１と、第２収容容器１０２と、反応場であるマイクロ流路１０３と、図示しない制御装置を主な構成として備えている。第１収容容器１０１は、注射器型の容積可変体１０を電動ステージ１１に固定して構成されている。容積可変体１０は、円筒状のシリンジ１５と、シリンジ１５の円筒内部において摺動可能に嵌入されるプランジャ１６を有する。容積可変体１０において、シリンジ１５の円筒内壁と、プランジャ１６の先端面において区画される空間の容積は、プランジャ１６をシリンジ１５に対して移動させることにより変化させることができる。

【0033】

シリンジ１５は、電動ステージ１１の非可動面にシリンジサポート１２、１３を介して固定されている。プランジャ１６は、電動ステージ１１によりプランジャ１６の摺動方向に移動可能なプランジャサポート１４により支えられている。シリンジ１５に、例えば、微細藻類および微細藻類の培養液を投入する。

【0034】

第２収容容器１０２は、第１収容容器１０１と同じ構成を有し、注射器型の容積可変体２０を電動ステージ２１に固定して構成されている。容積可変体２０は、円筒状のシリンジ２５と、シリンジ２５の円筒内部において摺動可能に嵌入されるプランジャ２６を有する。シリンジ２５は、電動ステージ２１の非可動面にシリンジサポート２２、２３を介して固定されている。プランジャ２６は、電動ステージ２１によりプランジャ２６の摺動方向に移動可能なプランジャサポート２４により支えられている。シリンジ２５に、例えば、グルコマンナン粉などのゲル成分を投入する。

【0035】

マイクロ流路１０３は、流体のミキシングを促進させる役割を担う。マイクロ流路１０３は、第１収容容器１０１と第２収容容器１０２のそれぞれと、流体が出入り可能に配管等を介して接続されている。第１収容容器１０１とマイクロ流路１０３とを接続する配管には、三方活栓１０４が設けられている。三方活栓１０４は、３方向に流体の出入口を有し、所望の２つの出入口だけを開通できる手動弁である。三方活栓１０４において、第１の出入口は第１収容容器１０１に接続され、第２の出入口はマイクロ流路１０３に接続されている。また、三方活栓１０４の第３の出入口は、流体を流入する流入口として使用される。三方活栓１０４の開通方向の切り換えは、制御装置による制御可能な駆動機構により実行してもよく、手動により実行してもよい。シリンジ１５、２５の内容物を、加圧法により混合撹拌することにより、効率的にゲルを作製することができる。

【0036】

次いで、例えば射出することによりゲルを所望の形状とし、必要に応じてｐＨを調整してフィルターを用いてゲルを取り出すことができる。

【0037】

ハイドロゲルを塊として得、ミキサーなどで解砕してもよい。この場合、解砕条件により、サイズの分布や形状（多角多面体の形状等）を調整することができる。複数の多角多面体が連なる形状や不整形であってもよい。また、糸こんにゃく製造機などを用いて装置の細孔から押し出す方法により製造してもよい。糸状のものを切断して円柱状のハイドロゲルを製造してもよいし、ミキサー等で解砕することにより、形状分布のあるハイドロゲルを得ることもできる。また、アルカリ凝固時に成形して、球型など様々な形状に設計してもよい。更に、シート状のゲルとしてもよい。

【0038】

ハイドロゲルのｐＨはアルカリ性とする。アルカリ性の度合いは、用いる微細藻類の生存に適した値にすればよい。ハイドロゲルをアルカリ性とすることにより、他の微生物の繁殖・生存・カビの発生を防ぐことができ、ゲルの腐敗を抑制することができる。このため、ＣＯ_２固定化を、生産性を高めつつ実現できる。また、ハイドロゲル内へのＣＯ_２の溶解量・溶解速度を高めることができ、光合成を効率よく行うことができる。ＳＰＬの場合には、ｐＨ８．５以上、１１．０以下が好ましく、８．５～１０．５がより好ましい。

【0039】

微細藻類をハイドロゲル内に内包させることにより、微細藻類そのものに比べて取り扱い性を格段に向上させることができる。例えば、微細藻類そのものを回収する場合、微細藻類を濾過できるサイズのフィルターで濾過・回収すると、目詰まりしやすく、メンテナンスに手間がかかるという問題がある。一方、微細藻類をゲル内に内包させることにより、目の粗いフィルターで濾過・回収が可能となり、培養液の交換などのメンテナンスを格段に向上させることができる。また、微細藻類そのものに比べ、微細藻類が水分を大量に含むゲル中に固定されているため、短時間の乾燥にも耐え、取扱いも容易である。

【0040】

第１実施形態に係る脱炭酸システムは、水系媒体に本ハイドロゲルを浮遊、分散または沈殿させる。水系媒体は、本ハイドロゲルの腐蝕を効果的に防ぐ点から、アルカリ性であることが好ましい。特に、微細藻類としてＳＰＬを用いる場合には、ＳＰＬの良好な生育、増殖能、光合成能を向上させ、生存期間を延ばすためにアルカリ性水溶液、特に、炭酸水素ナトリウムを含む水溶液とすることが好ましい。水系媒体は、水、培養成分が含まれた水、各種添加剤が含まれた水、培養槽、池の水などが例示できる。各種添加剤は、例えば、防腐剤、溶媒分子、イオン、低分子、抗生物質、ヌクレオチド、ヌクレオシド、核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、炭水化物、脂質、脂肪酸、コレステロール、代謝物等の任意の化学分子又は生化学分子である。なお、本ハイドロゲルは、水系媒体で用いることが好ましいが、ゲルが乾燥しないように湿度を高めた（調湿した）ドライ系で用いることを排除するものではない。

【0041】

水系媒体に分散または浮遊させた本ハイドロゲルに、太陽光、ＬＥＤ光、蛍光灯、紫外線ランプ等の光を照射してハイドロゲル内に含まれる微細藻類に光合成を行わせる。微細藻類の光合成により、酸素が産生されると共に、炭素化合物が合成される。光合成を効率的に行うために、水系媒体にＣＯ_２とＯ_２を適切な濃度になるようにエアポンプなどで送気することが好ましい。空気を送気する方法の他、上記特許文献１、２などの方法により回収したＣＯ_２をＯ_２と共に送気してもよい。本脱炭酸システムは、開放形で行っても、密閉容器内で行ってもよい。

【0042】

本開示のハイドロゲルによれば、ゲルの比重を調整することにより水に浮遊させることができるので水資源を有効活用でき、濁水であっても光の届きやすい水面にゲルを集積させることができる。他の微生物・真菌などによるゲルの腐敗・分解、せん断力による崩壊を防ぐことができるので、場所を選ばず、環境適応性が高いというメリットを有する。本開示のハイドロゲルを大量培養技術、例えば、立体的微細藻類培養（閉鎖形培養法、開放形培養方法）と組み合わせることにより、ＣＯ_２を効率よく固定化することができる。また、例えば、上記特許文献１、２のＣＯ_２回収技術と組み合わせることにより、効率的な脱炭酸システムを実現できる。大規模な培養施設の他、公園の池等で本ハイドロゲルを利用することもできる。微細藻類の種類に応じて、有害物質除去用のハイドロゲルとしても好適に利用できる。例えば、ＳＰＬを用いる場合、ホウ素原子、放射性物質、重金属などを吸着する作用があるため、これらを除去するためのハイドロゲルとしても好適に用いることができる。

【0043】

［第２実施形態］
次に、第１実施形態とは異なるハイドロゲルの一例について説明する。

【0044】

第２実施形態に係るハイドロゲルは、ハイドロゲル内に蓄光物質を含有する点を除き、第１実施形態のハイドロゲルと同様である。蓄光物質は、ハイドロゲル内の微細藻類に対して毒性を示す物質でなければよい。蓄光物質とは、光を吸収すると電子が励起状態となり、励起状態の電子は、光が除去された後もすぐに基底状態に下がらず、まず準安定状態に変わってからまた基底状態へと戻りつつ光を放出する物質である。光合成を誘起する光を放出する蓄光物質を用いることにより、遮光された後にも微細藻類の光合成を行うことが可能となる。蓄光物質は、暗い領域で短時間および長時間光放出の維持が可能であり、蓄光物質によって光放出時間の調節が可能である。

【0045】

蓄光物質としては、アルミン酸ストロンチウム系顔料、硫化亜鉛、珪酸マグネシウム、珪酸ストロンチウムが例示できる。市販品としては、Ｎ夜光ルミノーバシリーズ（Gシリーズ、ＧＬＬシリーズ、ＢＧシリーズ、ＢＧＬシリーズ、以上根元特殊化学社製）、アルファ・ベガ（エルティーアイ社製）が例示できる。蓄光物質は、三次元網目構造２によって空間的な移動が束縛されている。蓄光物質の保持力を強化する観点からは、架橋構造を密とすることが好ましい。

【0046】

第２実施形態のハイドロゲルによれば、第１実施形態のハイドロゲルの効果に加え、遮光中にも光合成を行うための光源を提供できるというメリットを有する。例えば、日中、太陽光線を吸収した蓄光物質が、夜間に準安定状態から基底状態へと戻る際に放出する光によって、夜間あるいは暗室環境下でも光合成を継続することができる。

【0047】

［第３実施形態］
第３実施形態に係るハイドロゲルは、ハイドロゲル内に磁性物質（磁性粉）を含有する点を除き、第１実施形態のハイドロゲルと同様である。

【0048】

磁性粉は、ハイドロゲル中にあり、磁力集積手段によって集積可能な磁性を有するという条件を満たすものであればよい。また、粒子径が小さくても高い磁気誘導特性を有する磁気異方性の高い材料が好ましい。磁性粉の好ましい材料としては、鉄粉、ステンレス粉、酸化鉄粉（マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、マグヘマイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）、一酸化鉄（ＦｅＯ））、コバルト粉、ニッケル粉、ガドリニウム粉、鉄－ケイ素系合金粉、鉄－ニッケル系合金粉、鉄－コバルト系合金粉、鉄－ケイ素－アルミニウム合金粉、もしくはニッケル－亜鉛系、マグネシウム－亜鉛系、マンガン－亜鉛系のフェライト粉、窒化鉄、コバルト白金クロム合金、バリウムフェライト合金、マンガンアルミ合金、鉄白金合金、鉄パラジウム合金、コバルト白金合金、鉄ネオジウムボロン合金、及びサマリウムコバルト合金等が挙げられる。また、複写機等で用いられている磁性トナ－等を利用してもよい。なお、磁性ナノ粒子表面の耐食性を向上させるため、表面を各種酸化金属などで被覆してもよい。これらの粒子は、耐食性を向上させるために非磁性分子によって被覆してもよい。例えば、高分子ポリマー被覆磁性マイクロ粒子、樹脂被覆磁性マイクロ粒子やシリカ被覆磁性マイクロ粒子などを用いてもよい。磁性粉は、入手容易性の観点から鉄粉や酸化鉄粉が好ましい。

【0049】

磁性粉の平均粒径は目的に応じて適宜設計し得るが、取り扱い容易性の観点から平均粒子径が１～５００μｍの磁性粉が好ましく、１０～２００μｍがより好ましく、２０～１００μｍが更に好ましい。平均粒子径が５５～１００μｍの磁性粉を用いることにより、迅速な磁気分離性、経済性、取り扱い上の安全性を高めることができる。なお、磁性粉としてナノ粒子を排除するものではない。即ち、磁性粉として、１種類もしくは複数種のナノ粒子を単独で又は他のサイズの粒子と併用して用いてもよい。ナノ粒子を用いることで、比表面積を大きくし、三次元網目構造との相互作用を高めることができる。磁性粉のサイズは、ゲルの特性等を考慮して適宜選定することができる。

【0050】

磁性粉の含有量は、磁性粉の磁力に応じて適宜設計できる。例えば、ハイドロゲルの質量に対して０．０１～０．２５倍程度とする。

【0051】

磁性粉は、三次元網目構造によって空間的な移動が束縛されている。磁性粉の保持力を強化する観点からは、吸着を目的とする物質やイオンの出入りを妨げない範囲で、架橋構造を密とすることが好ましい。

【0052】

ハイドロゲルがアルカリ性を示すことにより、磁性粉として鉄粉を用いる場合、錆びを防止することができる。

【0053】

磁力集積手段としては公知の技術を適宜用いることができる。適用する液体の量に応じて、適切な磁力集積手段を用いればよい。比較的少量の液体に対しては、スペースを取らない観点からマグネティックセパレーター（株式会社Noritake製）等が好ましい。また、大量の液体に対して本実施形態に係る物質回収システムを利用する場合には、強力な磁場を発生できる超電磁磁石等が好適である。

【0054】

磁力集積手段として、磁力のＯＮ－ＯＦＦ可能な機能と、移動機構を備えたものを用いることもできる。また、永久磁石とシールド手段とによって磁力のＯＮ－ＯＦＦを制御することも可能である。さらに、永久磁石等を用いてハイドロゲル１をまず回収し、その後、より強力な電磁石、超電導磁石等によりハイドロゲル１を回収し、次いで、電磁石や超電導磁石等の磁力をオフすることにより、ハイドロゲル１を分離することも可能である。

【0055】

コンパクトなマグネットセパレーターも好適に用いられる。例えば、MDK-4(-U)、MDK-6(-U)、MDK-8(-U)、MDK-12(-U)、MDK-18(-U)、MDK-24(-U)、以上株式会社Noritake製等を好適に用いることができる。そのほか、ダイカ社株式会社製のダイアバーＤＢ１、ＤＢ２、ＤＢ３、ダイアグリッドDGS-200、DGS-250、DGS-300、DGH-200、DGH-250、DGH-300、ダイアコーナーDCH-100、DCH-150、DCH-200、DCH-250、DCH-300、DCH-350、DCH-400、DCS-100、DCS-150、DCS-200、DCV-100、DCV-150、DCV-200、DCV-250、ダイアセルフDAS(AMS)、ダイアローターDRP-200、DRP-250、DRP-300、DRP-400、DRP-500、ダイアキャノンDKP-80、DKP-90、DKP-100、DKP-150、ダイアスラーDSY-25、DSY-32、DSY-40、DSY-50、DSI-25、DSI-40、DSI-50、DST-25、DST-40、DST-50、DST-60、DSH-40、DSH-50、DSH-60、DSH-70、DSH-80、DSH-100などのマグネットセパレーターも好適に用いられる。

【0056】

永久磁石を用いる場合には、特に限定されるものではないが、一例として、フェライト、Ｎｅ－Ｆｅ－Ｂ合金、サマリウム－コバルト合金を挙げることができる。強力な磁力を要する場合には、Ｎｅ－Ｆｅ－Ｂ合金が好ましい。磁力集積手段は、電磁石や超電導磁石等を用いる場合にも、磁石の磁力線に指向性を付与させるために、シールド手段を設けることが有効である。磁力集積手段を海水による腐食などから適切に保護するために、必要に応じて磁石等をケーシング内に密封する。

【0057】

ハイドロゲルは、大半が水分であることから、焼却処理、フィルタープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、スクリュープレス脱水機、真空脱水機、遠心脱水機により減容化することが可能である。

【0058】

［第４実施形態］
第４実施形態に係るハイドロゲルは、ハイドロゲルに内包されている気泡の量を調整している点を除き、第１実施形態のハイドロゲルと同様である。

【0059】

ゲルに対する気泡の調整は限定されないが、例えば、ゲル作製時にＣＯ_２ガスを注入し、ゲル作製後に光照射により光合成を行い、ゲル内に酸素ガスを発生させる方法が例示できる。

【0060】

光合成を効率的に行うためには、ハイドロゲルが水面上に浮遊していることが理想である。気泡を内包させて浮力を調整することにより、ハイドロゲルのサイズ・形状の設計自由度を高めることができる。
＜＜実施例＞＞

【0061】

以下、実施例に基づき、本開示を詳細に説明するが、本開示は実施例に限定されない。本実施例中、特に断り書きが無い場合には、部は質量部を、％は質量％を表す。実施例および比較例で使用した材料を以下に示す。

【0062】

（実施例１）
ＳＰＬ（Spirulina platensis NIES-39）を含む培養液１００ｍＬを濾紙でろ過し、ＳＰＬを得た。得られたＳＰＬを新たなＳＯＴ培養液６ｍＬ（血球計算盤を用いて６×１０^６菌体／mLに調整）に分散させた後、第１シリンジ（テルモ製１０ｍＬ）に入れた。

【0063】

第２シリンジ（１０ｍＬ）にグルコマンナン０．３ｇを加えた。これら２つのシリンジを、図２に示す混合撹拌装置に設置し、加圧法により２５℃で半凝固させたゲルを作製した。

【0064】

室温で１時間放置後、シリンジポンプ（ヒュージョンタッチ6000（高圧注入吸引/1本架/タッチパネル、株式会社アイシス）を用いて、１００ｍＬの容器に入れたＳＯＴ培養液７０ｍＬ（ＮａＯＨ水溶液を用いてあらかじめｐＨ１０．５に調整）を３７℃において恒温マグネットスターラー装置で攪拌しながら、当該ゲルを培養内に４ｍＬ／分の速度で射出し、攪拌を続けた。アルカリを強めた培養液内での当該加温・攪拌操作により、ゲルが崩壊しないレベルまで凝固させた。２０分後、電動ピペッターを用いて、ＳＯＴ培養液を取り除き、新たなＳＯＴ培養液７０ｍＬ（ｐＨ８．６）を加え、同様の攪拌を３０分間続けた。攪拌後、ステンレス製メッシュ状のフィルターを用いてゲルを取り出した。得られたゲルを図３に示す。

【0065】

（実施例２）
第２シリンジに、グルコマンナン０．３ｇに加えて、蓄光パウダー（N夜光、Gシリーズ、緑、アルミン酸塩系、根元特殊化学社製）０．０６ｇを加えた以外は、実施例１と同様にしてＳＰＬを含む第１シリンジ、蓄光パウダー入りグルコマンナンを含むシリンジを用意した。

【0066】

これら２つのシリンジを、図２に示す混合撹拌装置に設置し、実施例１と同様の方法によりシリンジ内の内容物を混合してゲルを得、実施例１と同様の方法により、ゲルを取り出した。得られたゲルに、１００００ルクスの光を１分照射した後、暗室での像を図４に示す。同図に示すように、畜光性ゲルが得られることを確認した。

【0067】

（実施例３）
第２シリンジに、グルコマンナン０．３ｇに加えて、鉄粉０．２ｇを加えた以外は、実施例１と同様にしてＳＰＬを含む第１シリンジ、鉄粉入りグルコマンナンを含むシリンジを用意した。次いで、これら２つのシリンジを、図２に示す混合撹拌装置に設置し、実施例１と同様の方法によりシリンジ内の内容物を混合してゲルを得、実施例１と同様の方法により、ゲルを取り出した。得られたゲルを、ｐＨ８．６のＳＯＴ培養液を含むチューブに入れ、チューブ外部から磁石を近づけたところ、図５に示すように、ゲルが磁石により集積することを確認した。

【0068】

（実施例４）
第２シリンジに、グルコマンナン０．３ｇに加えて、更に、ＣＯ_２ガス２ｍＬを加えた以外は、実施例１と同様にしてＳＰＬを含む第１シリンジ、ＣＯ_２ガス入りグルコマンナンを含むシリンジを用意した。次いで、これら２つのシリンジを、図２に示す混合撹拌装置に設置し、実施例１と同様の方法によりシリンジ内の内容物を混合してゲルを得た。その後、１００００ルクスの光を照射しながら、ゲル内でのＳＰＬの光合成により、ゲル内にＯ_２ガスを発生させ、発泡ゲルを作製した。その後、室温で１時間放置後、シリンジポンプを用いて実施例１と同様の方法によりゲルを取り出した。得られたゲルをｐＨ８．６のＳＯＴ培養液にいれたところ、図６に示すように、ゲルが水面に浮遊することを確認した。

【0069】

（実施例５）
以下の方法により、CO₂濃度測定用小型密閉装置（ウェットタイプ）を作製し、実施例１のハイドロゲルによるＣＯ_２濃度・Ｏ_２濃度を経時的に測定した。
１．３Ｌの樹脂製の密閉容器の内部に、内外の空気の出入りを遮断して気密性を保ったまま、内部のＣＯ_２濃度を測定できる装置を開発した。図７に、小型密閉装置の模式図を示す。小型密閉装置５０は、気密性容器５１を有する。気密性容器５１の内部には、１００ｍＬの樹脂製の容器５２、エアポンプ５３、ＣＯ_２測定装置５４、小型ファン５５および角形樹脂製容器５６を設置した。角形樹脂製容器５６の内部に容器５２を格納し、エアポンプ５３、ＣＯ_２測定装置５４を積載した。

【0070】

角形樹脂製容器５６には、多数のスリットや穴が設けられており、容器５２内外の空気が自由に連通するように構成されている。容器５２にはSPLとアルカリ性培養液を入れた。そして、エアポンプ５３に接続したシリコンゴム管５８の先端を、容器５２の底内部に位置するように設置した。シリコンゴム管５８により、エアポンプから、気密性容器５１内の空気を容器５２に送気した。

【0071】

次いで、気密性容器５１の蓋部に電源アダプター用のＤＣジャック５７を設置した。端子周辺には気密性を保持するためシリコンコーキング処理を施した。密閉シールにより密閉容器内外の空気の流通を遮断した。更に、エアポンプ５３、小型ファン５５、ＣＯ_２測定装置５４、それぞれと電源アダプター用端子間に配線を施し（不図示）、直流５Ｖを供給できるように設計した。小型ファン５５は気密性容器５１内部の空気を循環させるため、また、ＣＯ_２測定装置５４のＣＯ_２濃度表示部の結露による曇りを防ぐために設置した。

【0072】

気密性容器５１の中に、アネロパウチ・ＣＯ_２（三菱ガス化学社製）１パックを、容器５２内部にアルカリ性培養液のＳＯＴ培地５０ｍＬおよび実施例１のゲル１２グラムを、それぞれ入れ、気密性容器５１の蓋を閉めて密封し、ＣＯ_２濃度を経時的に測定した。

【0073】

最初の２４時間は暗室内で遮光し、６時間ごとにＣＯ_２濃度を記録した。その結果を図８に示す。同図に示すように、経時的にＣＯ_２濃度が上昇し、２４時間後には凡そ０．７％になることを確認した。

【0074】

２４時間経過後、気密性容器５１外部から１００００ルクスの光を照射し、ＣＯ_２測定装置５４により、１５分ごとにＣＯ_２濃度を測定した。その結果を図９に示す。図９より、照射開始から徐々にＣＯ_２濃度が低下し、凡そ７．５時間後ぐらいにＣＯ_２濃度が０．１％となることを確認した。

【0075】

（実施例６、７）
実施例１および実施例２で作製したハイドロゲル３．５ｇを、それぞれ１／４に希釈したＳＯＴ培地２５ｍLおよびマグネティックスターラーバーを３０ｍＬシリンジに入れ、実施例６、７のハイドロゲルをそれぞれ得た。シリンジのピストン挿入部に溶存酸素計のセンサー（HANNA社製）を挿入し、周囲をゴムパッキンで密封した。更に、注射針装着部をシリンジキャップで密栓し、スターラーバーをスターラー装置で攪拌した。その後、暗室内で１０分間１００００ルクスの光を照射し、照射前後の溶存酸素量を記録した。結果を図１０に示す。

【0076】

図１０より、実施例７のゲルでは光照射OFF後４０分程度、溶存酸素濃度が１３０％程度に保たれること、実施例６のゲルでは光照射OFF直後より溶存酸素濃度が低下することを確認した。蓄光剤を含有するゲルでは、光照射OFF後も蓄光剤の発光により光合成を続けたものと考えられる。

【0077】

（実施例８）
次に、ＣＯ_２濃度測定用小型密閉装置（ドライタイプ）を作製し、実施例１のハイドロゲルによるＣＯ_２濃度を経時的に測定した。
０．６Ｌの樹脂製密閉容器の内部に、内外の空気の出入りを遮断し気密性を保ったまま、内部のＣＯ_２濃度を測定できる装置を開発した。小型密閉装置６０は、気密性容器６１、気密性容器６１の内部に設置されるＣＯ_２測定装置６２、小型ファン６３、ゲル用トレイ６４、アネロパウチ・ＣＯ_２（三菱ガス化学社製）６５を有する。気密性容器６１の中に実施例１のハイドロゲル６グラムを入れ、蓋を閉めて装置を密封し、ＣＯ_２濃度を経時的に記録した。

【0078】

（比較例１）
実施例１のハイドロゲルを入れないこと以外は実施例８と同様の方法により、装置を密閉し、ＣＯ_２濃度を経時的に記録した。

【0079】

図１２に、実施例８および比較例１の測定結果を示す。図１２より、実施例８のハイドロゲルは光合成によりＣＯ_２濃度が減少していることを確認した。

【0080】

図１３に、実施例１のハイドロゲルにＬＥＤ光源３０００ルクスを１日８時間の割合で７日間照射した後のハイドロゲルの写真を示す。同図の点線囲み線に示すように、多数のコロニーが確認された。また、光合成による気泡も多数観測されることを確認した。

【0081】

（実施例９）
第２シリンジに、グルコマンナン０．３ｇに加えて、更に、Ｃ_３Ｆ_８ガス１．５ｍＬを加えた以外は、実施例４と同様にしてＳＰＬを含む第１シリンジ、Ｃ_３Ｆ_８ガス入りグルコマンナンを含むシリンジを用意した。次いで、これら２つのシリンジを、図２に示す混合撹拌装置に設置し、実施例１と同様の方法によりシリンジ内の内容物を混合してゲルを得た。室温で１時間放置後、シリンジポンプを用いて、１００ｍＬの容器に入れたＳＯＴ培養液７０ｍＬ（ＮａＯＨ水溶液を用いてあらかじめｐＨ１０．５に調整）を（３７℃で）恒温マグネットスターラー装置で攪拌しながら、当該ゲルを培養内に４ｍＬ／分の速度で射出した。２０分後、電動ピペッターを用いて、ＳＯＴ培養液を取り除き、新たなＳＯＴ培養液７０ｍＬ（ｐＨ８．６）を加え、同様の攪拌を３０分間続けた。攪拌後、ステンレス製メッシュ状のフィルターを用いてゲルを取り出した。得られたゲルをｐＨ８．６のＳＯＴ培養液アルカリ性水溶液にいれたところ、ゲルが水面に浮遊することを確認した。

【0082】

（実施例１０）
実施例１で作製したゲルに対し、２ヶ月間、ＬＥＤ光源３０００ルクスを１日８時間の割合で照射し、育成した。培地液の交換は１週間に１度行った。２か月後に前記ゲル４．５ｇを取り出し、実施例５と同様の実験を行った。その結果を図１４に示す。同図に示すように、経時的にＣＯ_２濃度が上昇し、６時間後に凡そ０．６％となることを確認した。

【0083】

また、６時間経過後、気密性容器５１外部から１００００ルクスの光を照射し、ＣＯ_２測定装置５４により、１５分ごとにＣＯ_２濃度を測定した。その結果を図１５に示す。図１５より、照射開始から徐々にＣＯ_２濃度が低下し、凡そ７．５時間後ぐらいにＣＯ_２濃度が０．１％となることを確認した。
２か月ゲル内のＳＰＬを生育したハイドロゲルに対し、送気に伴うせん断力を１３．５時間持続的に加えてもゲルは崩壊せず、ＣＯ_２を低減する光合成能を維持できることを確認した。

【0084】

（実施例１１）
ＳＯＴ培養液を、ＮａＯＨ水溶液により予めｐＨ１０．５に調整した点、およびグルコマンナンに代えてコンニャク精粉（ＪＡぐんま製）を用いた点以外は、実施例１と同様の方法により、ゲルを得た。コンニャク製粉を用いたハイドロゲルを作製できることを確認した。

【0085】

（実施例１２）
グルコマンナンに代えて、３％アルギン酸ナトリウム４ｍLを用いた以外は、実施例１と同様の方法によりゲルを作製した。シリンジポンプ（ヒュージョンタッチ6000（高圧注入吸引/1本架/タッチパネル、株式会社アイシス）を用いて、１００ｍLの容器に入れた０．１M塩化カルシウム水溶液７０ｍLをマグネットスターラー装置で攪拌しながら、当該ゲルを培養内に４ｍL／分の速度で射出し、攪拌を続けた。５分後、ステンレス製メッシュ状のフィルターを用いてゲルを取り出した。得られたゲルを図１６に示す。

【0086】

（実施例１３）
実施例１０で作製したゲルを５０ｍL遠沈管に入れ、SOT培地１５ｍLを加え、回転撹拌機（AS ONE社TUBE ROTATOR TR―350）に遠沈管を装着し、１３．５回転／分のスピードで３０時間の攪拌を行い、ゲルの形状について観察を行った。その結果、ゲルは崩壊せず、安定であることを確認した。結果を図１７に示す。

【産業上の利用可能性】

【0087】

本開示のハイドロゲルは、ＣＯ_２削減のための脱炭酸システムとして好適に用いられる。また、本開示のハイドロゲル内の微細藻類の光合成により得られた炭素化合物は、タンパク質、脂質等の栄養補助食品、機能性食品、医薬品として利用できる。また、肥料、有害物質除去剤としても利用できる。

【符号の説明】

【0088】

１ ハイドロゲル
２ 三次元網目構造
３ 微細藻類
４ 培養成分
５ 水
１０ 容積可変体
１１ 電動ステージ
１２ シリンジサポート
１４ プランジャサポート
１５ シリンジ
１５、２５ シリンジ
１６ プランジャ
２０ 容積可変体
２１ 電動ステージ
２２ シリンジサポート
２４ プランジャサポート
２５ シリンジ
２６ プランジャ
５０ 小型密閉装置
５１ 気密性容器
５２ 容器
５３ エアポンプ
５４ ＣＯ_２測定装置
５５ 小型ファン
５６ 角形樹脂製容器
５７ DCジャック
５８ シリコンゴム管
６０ 小型密閉装置
６１ 気密性容器
６２ ＣＯ_２測定装置
６３ 小型ファン
６４ ゲル用トレイ
１００ 混合撹拌装置
１０１ 第１収容容器
１０２ 第２収容容器
１０３ マイクロ流路
１０４ 三方活栓

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】