2024年02月, 日本分析化学会北海道支部, 北海道分析化学奨励賞　　　　　　　　　　　　　　　

Development of an internal two-stage upflow anaerobic reactor integrating biostimulation strategies to enhance the degradation of aromatic compounds in wastewater from purified terephthalic acid and dimethyl terephthalate manufacturing processes
Kyohei Kuroda, Maho Takai, Takeo Sekiguchi, Tomoya Ikarashi, Hazuki Kurashita, Meri Nakajima, Masaru K. Nobu, Masashi Hatamoto, Takashi Yamaguchi, Yuki Nakaya, Hisashi Satoh, Masahito Yamauchi, Masayoshi Yamada, Takashi Narihiro
Water Research, 121762, 121762, Elsevier BV, 2024年05月, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌）

Physicochemical parameters affecting the adhesion of ciprofloxacin-resistant Escherichia coli to activated sludge
Yuki Nakaya, Natsumi Nagahashi, Reiko Hirano, Yusuke Ishizuka, Hisashi Satoh
Water Science & Technology, 2024年05月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
研究論文（学術雑誌）

Solid-phase fluorescence: Reproducibility and comparison with the solution states
Yuki Nakaya, Ayaka Tomita, Hiroshi Yamamura
Talanta, 2024年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
研究論文（学術雑誌）

Growth of the Nitrosomonas europaea cells in the biofilm and planktonic growth mode: Responses of extracellular polymeric substances production and transcriptome
Mamoru Oshiki, Takahiro Saito, Yuki Nakaya, Hisashi Satoh, Satoshi Okabe
Journal of Bioscience and Bioengineering, Elsevier BV, 2023年11月, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌）

A simple and rapid method for detecting fecal pollution in urban rivers by measuring the intrinsic β-D-glucuronidase activity of Escherichia coli
Mohomed N.M. Shayan, Yuna Tanaka, Reiko Hirano, Yuki Nakaya, Hisashi Satoh
Water Research, 246, 120689, 120689, Elsevier BV, 2023年11月, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌）

Analysis of Unamplified 16S rRNA of Ammonia-Oxidizing Bacteria in Activated Sludge by Spectrophotometry Using Gold Nanoprobes
Meri Nakajima, Reiko Hirano, Yuki Nakaya, Hisashi Satoh
ACS ES&T Water, American Chemical Society (ACS), 2023年08月23日, ［査読有り］
研究論文（学術雑誌）

Tracing morphological characteristics of activated sludge flocs by using a digital microscope and their effects on sludge dewatering and settling
Yuki Nakaya, Jinming Jia, Hisashi Satoh
Environmental Technology, 45, 4042, 4052, Informa UK Limited, 2023年08月04日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
研究論文（学術雑誌）

Quantification of organic fluorophores in absorbing media by solid-phase fluorescence excitation–emission matrix (SPF-EEM) spectroscopy of modeled mixtures containing bovine serum albumin (BSA) and colorants
Yuki Nakaya, Ayaka Tomita, Kosuke Ochiai, Hiroshi Yamamura
Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 285, 121885, 121885, Elsevier {BV}, 2023年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Highly sensitive and homogeneous detection of unamplified RNA based on the light scattering properties of gold nanoparticle probes
Hisashi Satoh, Meri Nakajima, Reiko Hirano, Yuki Nakaya
Biosensors and Bioelectronics: X, 12, 100249, 100249, Elsevier {BV}, 2022年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）

Elucidation of the biodegradation pathways of bis(2-hydroxyethyl) terephthalate and dimethyl terephthalate under anaerobic conditions revealed by enrichment culture and microbiome analysis
Kyohei Kuroda, Takashi Narihiro, Yuki Nakaya, Taro Q.P. Noguchi, Ryota Maeda, Masaru K. Nobu, Yuki Ohnishi, Yasuhiro Kumaki, Tomoyasu Aizawa, Hisashi Satoh
Chemical Engineering Journal, 450, 137916, 137916, Elsevier BV, 2022年12月, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, With the globally rising usage of plastics, including polyethylene terephthalate (PET), the environmental risk that disposal of waste plastics to landfills and discharge of microplastics to the marine environment pose have also increased. For example, observation of animal ingestion of fragmented waste plastics (micro-and nano-plastics) has driven awareness for the need of proper environmental risk assessment. In evaluating the biodegradability of PET-derived byproducts and their precursors, most work has focused on hydrolytic enzymes and aerobic or-ganisms that possess such genes, but only few reports on biodegradation in the absence of oxygen (i.e., anaerobic) are available. Here, to elucidate the fate of PET-derived materials under anaerobic environments, a sludge -derived microbial community was cultured with bis(2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET) as a model sub-strate for byproducts of PET degradation and dimethyl terephthalate (DMT) as a potential environmental pollutant discharged from the PET manufacturing process. Metagenome-and metabolome-informed microbiome analyses identified anaerobic BHET and DMT degradation pathways, uncultured organisms affiliated with Spi-rochaetota and Negativicutes predominant in the BHET-fed cultures, and Methanomethylovorans and Trepone-ma_G predominant in the DMT-fed cultures. Metagenomic analyses newly identified three BHET-degrading and two DMT-degrading enzymes from the genomes of Spirochaeota. In addition, the Negativicutes in the BHET enrichment cultures possessed genes for acetogenically metabolizing EG and/or ethanol. Overall, this study successfully established anaerobic BHET-and DMT-degrading microbial consortia and newly proposed these degradation mechanisms under anaerobic conditions. This study indicated that the cultivation, microbiome, and metabolome analyses can be powerful tools for elucidating consortia capable of degrading plastics-associated waste compounds and the relevant metabolic mechanisms.

Separate determination of arsenite and arsenate in groundwater samples by simple analytical methods
Koji Matsunaga, Yuki Nakaya, Hisashi Satoh
Water Supply, 22, 10, 7635, 7642, {IWA} Publishing, 2022年10月01日, ［査読有り］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract

We investigated the interaction of As(III) with As(III)-binding DNA aptamers (Ars-3). The binding of Ars-3 to As(III) was investigated using an Ars-3 sequence and a few control DNA sequences. As a result, we conclude that Ars-3 cannot bind As(III) and As(III) can adsorb onto gold nanoparticles with selectivity. However, the As(III) concentration could be determined by a simple As(III) analysis method using Ars-3, and we measured the As(III) and As(V) concentrations separately in As(III)/As(V) mixed samples in ultrapure water and groundwater using a simple analytical method for As(III) and As(V), respectively. As(III) in the sample was measured by a simple As(III) analytical method using DNA aptamers and gold nanoparticles, and As(V) in the sample was measured by a simple As(V) analysis method using cerium oxide nanoparticles and fluorescence-labeled DNA. We can measure As(III) and As(V) concentrations in ultrapure water and groundwater in the simple analytical method for As(III) and As(V), separately.

Gas Cell Infrared and Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopic Studies for Organic-Inorganic Interactions in Adsorption of Fulvic Acid on the Goethite Surface Generating Carbon Dioxide.
Yuki Nakaya
Applied spectroscopy, 75, 9, 1114, 1123, SAGE Publications, 2021年02月18日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
研究論文（学術雑誌）, The generation of carbon dioxide (CO₂) from Nordic fulvic acid (FA) solution in the presence of goethite (α-FeOOH) was observed in FA–goethite interaction experiments at 25–80 ℃. CO₂ generation processes observed by gas cell infrared (IR) spectroscopy indicated two steps: the zeroth order slower CO₂ generation from FA solution commonly occurring in the heating experiments of the FA in the presence and absence of goethite (activation energy: 16–19 kJ mol^–1), and the first order faster CO₂ generation from FA solution with goethite (activation energy: 14 kJ mol^–1). This CO₂ generation from FA is possibly related to redox reactions between FA and goethite. In situ attenuated total reflection infrared (ATR-IR) spectroscopic measurements indicated rapid increases with time in IR bands due to COOH and COO^– of FA on the goethite surface. These are considered to be due to adsorption of FA on the goethite surface possibly driven by electrostatic attraction between the positively charged goethite surface and negatively charged deprotonated carboxylates (COO^–) in FA. Changes in concentration of the FA adsorbed on the goethite surface were well reproduced by the second order reaction model giving an activation energy around 13 kJ mol^–1. This process was faster than the CO₂ generation and was not its rate-determining step. The CO₂ generation from FA solution with goethite is faster than the experimental thermal decoloration of stable structures of Nordic FA in our previous report possibly due to partial degradations of redox-sensitive labile structures in FA.

Three dimensional excitation-emission matrix fluorescence spectroscopy of typical Japanese soil powders
Yuki Nakaya, Satoru Nakashima, Mihoko Moriizumi, Masahiro Oguchi, Shinsuke Kashiwagi, Nobuyuki Naka
SPECTROCHIMICA ACTA PART A-MOLECULAR AND BIOMOLECULAR SPECTROSCOPY, 233, PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD, 2020年06月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Front face fluorescence spectroscopy of typical Japanese soil powders (soil A: Typic Hapludand; soil H: Typic Hydraquent; soil Y: Typic Paleudult) has been conducted. Three dimensional excitation-emission matrix fluorescence spectra of the 100 wt% soils showed similar fluorescence patterns to each other. The fluorescence patterns were similar between the soil samples and their residues after extraction by NaOH solution for 60 min. In order to examine fluorescence extinction from a view point of whiteness of the soils, the soil powders were mixed with white and black diluents (Al2O3 and Fe3O4) and fluorescence spectra of the mixtures were measured at 450 nm excitation. At low levels of dilution with Al2O3 (2-100 wt% of A: 50-100 wt% of H and Y), the fluorescence intensities increased with dilution. At high levels of dilution with Al2O3, the fluorescence intensities decreased with dilution. On the other hand, fluorescent intensities decreased by dilution with Fe3O4. These results suggested inner filter effect-like fluorescence extinction by (1) large amount of blackish organic compounds giving high total carbon value and (2) blackish non-fluorescent mineral compounds. In order to correct the fluorescence intensities of the mixtures containing the sample soils and the diluents, we preliminary applied a correction method based on the Kubelka-Munk theory using diffuse reflectance. The corrected fluorescence intensities of samples with white diluents (Al2O3) were described by a simple fluorescence response model having saturation values. (C) 2020 Elsevier B.V. All rights reserved.

Evaluation of kinetic competition among formation and degradation processes of dissolved humic-like substances based on hydrothermal reactions measured by ultraviolet-visible spectroscopy
Yuki Nakaya, Satoru Nakashima, Takahiro Otsuka
GEOCHEMICAL JOURNAL, 53, 6, 407, 414, Geochemical Society of Japan, 2019年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Hydrothermal decolorization (color loss) of Nordic fulvic and humic acid solutions at 80-180 degrees C for 0-600 hours was traced by ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy. These changes were considered to be due to degradation of humic-like chemical structure and represented by decreases in absorbance at 254 nm (UV254). The temperature dependence of their apparent rate constants obtained by the first order reaction model was well described by the Arrhenius equation giving activation energies of 87.6 and 101 kJ mol(-1) for degradation of fulvic and humic acids, respectively. The degradation rates of humic substances were slower than the formation rates of humic-like substances by the Maillard-type browning reaction, suggesting that humic-like substances can be preserved in the aquatic environments, where their formation (browning) and degradation (decolorization) processes are occurring together. By extrapolation to 15 degrees C of the Arrhenius equation, 99-1980 years of time scales for these processes were estimated. A time scale of changes in UV254 in natural aquatic environments estimated by kinetic analyses on Ago Bay bottom sediments (18 years) were closer to the formation time scales of humic-like substances.

Spectroscopic Study of Effects of Goethite Surfaces on the Simulated Maillard Reaction Forming Humic-like Substances
Yuki Nakaya, Katsuya Okada, Yudai Ikuno, Satoru Nakashima
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 16, 411, 418, Surface Science Society Japan, 2018年10月06日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, Progress of the simulated Maillard reaction for 0.1 mol L-1 glycine and ribose mixture solution at 80 degrees C for 0-7 days forming humic-like substances in the presence/absence of goethite was examined by ultraviolet-visible (UV-VIS) spectroscopy. 254 nm and 420 nm absorption intensities for the product solutions with goethite increased faster than for those without goethite, indicating enhancement of the reaction progress in the presence of goethite in several days at 80 degrees C. Adsorption onto goethite of reactants of the reaction were directly monitored by attenuated total reflection infrared (ATR-IR) spectroscopy with thin layers of goethite on the ATR crystal (ZnSe). IR spectral changes with time for the reactant solution (0.1 mol L-1 glycine and ribose mixture solution) on the goethite layer suggested fast adsorption within a few hours at room temperature of oxygenated components of glycine onto positively charged goethite surface. In situ heating ATR-IR kinetic measurements of humic-goethite interfaces will be useful for examining mechanisms of surface processes leading to reaction enhancement.

Nondestructive Spectroscopic Tracing of Simulated Formation Processes of Humic-Like Substances Based on the Maillard Reaction
Yuki Nakaya
Applied Spectroscopy, 72, 8, 1189, 1198, SAGE Publications, 2018年08月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The formation processes of humic-like substances have been simulated by heating a glycine and ribose mixed solution (0.1 mol L⁻¹) at 80 ℃ using the Maillard reaction. Ultraviolet–visible (UV–Vis), three-dimensional excitation emission spectroscopy and size exclusion liquid chromatography succeeded in quantitatively tracing increases of the products during the heating of glycine and ribose mixed solution (0.1 mol L⁻¹). Two-dimensional correlation spectroscopic analyses suggested that a band area around 280 nm ( UV₂₈₀) and 254 nm absorbance ( UV₂₅₄) can be used as measures of the formation of furfural-like intermediates and humic-like products, respectively. They were monitored using in situ UV–Vis spectroscopy with the original heatable liquid cell at 60–80 ℃. Kinetic analyses of the obtained data gave activation energies of 91.4–96.6 kJ mol⁻¹. These nondestructive measurements by an in situ spectroscopic method did not require any additional procedures including drying or extracting the solution and they can be effectively used for direct tracing of the reaction progress and/or decomposition.

In Situ IR Transmission Spectroscopic Observation and Kinetic Analyses of Initial Stage of the Maillard Reaction as a Simulated Formation Process of Humic Substances
Yuki Nakaya, Satoru Nakashima
Chemistry Letters, 45, 10, 1204, 1206, The Chemical Society of Japan, 2016年10月05日, ［査読有り］, ［筆頭著者］, ［国内誌］
英語, 研究論文（学術雑誌）, The Maillard reaction is one of the dominant processes forming humic substances in natural waters affecting environmental pollution. In this study, we succeeded in quantitatively following decreases of starting materials (glycine and ribose) of the Maillard reaction by in situ infrared (IR) transmission spectroscopic observations with an original heatable liquid cell. The obtained kinetic parameters extrapolated to a typical Earth's surface aquatic environments (15 degrees C) indicate the half-life of around 2 years for the decrease of these components as the first step for the formation of humic substances.

マルチオミクス解析による好気的p-トルイル酸分解機構の解明
高井麻帆, 中屋佑紀, 佐藤久, 相沢智康, 大西裕季, 熊木康弘, 成廣隆, 黒田恭平, 日本水環境学会年会講演集, 58th, 2024年

石狩川水系における水量・水質の両面を考慮した河川の流況特性
山田朋人, 佐藤久, 中屋佑紀, 一般財団法人北海道河川財団 研究所紀要（ⅩⅩⅩⅣ）, 2023年05月

特集 水環境分野における機械学習の活用「機械学習による活性汚泥フロック形態の認識」　　　　　　　　　　　　　　　
佐藤久, 中屋佑紀, 水環境学会誌, 2023年3月, 88, 91, 2023年03月

金ナノ粒子プローブを用いた簡易核酸分析法の反応機構の検証
廣井楓夏, 三浦篤志, 黒田恭平, 成廣隆, 中屋佑紀, 佐藤久, 日本分析化学会年会講演要旨集(Web), 72nd, 2023年

PCRフリーの金ナノ粒子プローブを用いたメタン生成アーキアと寄生性超微小細菌の迅速定量技術の開発
半田久純, 中島芽梨, 中屋佑紀, 佐藤久, 黒田恭平, 成廣隆, 日本水環境学会年会講演集, 57th, 2023年

金ナノ粒子プローブを用いたメタン生成アーキアと寄生性超微小細菌の迅速定量
半田久純, 中島芽梨, 中屋佑紀, 佐藤久, 成廣隆, 黒田恭平, 下水道研究発表会講演集, 60th, 2023年

特集 分析化学のSDGs「簡易水質分析」　　　　　　　　　　　　　　　
佐藤久, 中屋佑紀, ぶんせき, 2022, 1, 454, 459, 2022年11月
記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）

家畜糞尿の嫌気性消化によるメタンガス生成効率の安定化に向けた メタボローム解析
中屋佑紀, 佐藤久, 公益財団法人岩谷直治記念財団 岩谷科学技術研究助成（研究報告書）2021年度, 21-4841, 2022年

高い細菌吸着能を持つ高機能活性汚泥フロックの開発
中屋佑紀, 佐藤久, 公益財団法人JFE21世紀財団 2022年度 技術研究報告書, 2022年

金ナノ粒子プローブを用いた下水中アンモニア酸化細菌数のモニタリング—第59回下水道研究発表会講演集
佐藤 久, 半田 久純, 中島 芽梨, 中屋 佑紀, 下水道研究発表会講演集, 59, 367, 369, 2022年
日本下水道協会, 日本語

初年次基礎科目の数学における作問課題の実践
中屋 佑紀, 大阪大学高等教育研究, 9, 51, 57, 2021年03月, ［査読有り］, ［筆頭著者, 責任著者］
日本語, 記事・総説・解説・論説等（大学・研究所紀要）

2D19 入学前通信教育の拡張について
黒木和雄, 菅波昌広, 西脇純一, 中屋佑紀, 工学教育研究講演会講演論文集(Web), 2021, 2021年

二次元相関分光法を活用した腐植物質生成模擬過程の分光学的追跡
中屋 佑紀, 中嶋 悟, 森泉 美穂子, 日本地球化学会年会要旨集, 64, 276, 276, 2017年

本研究では，グリシン・リボース混合水溶液(0.1 mol/l)のメイラード反応により生成した模擬腐植物質のバッチ加熱実験試料(80℃，0-168時間)を紫外可視分光法，三次元蛍光分光光度法，サイズ排除クロマトグラフィーにより測定し，それぞれのスペクトル，クロマトグラムの時間変化の相関を二次元相関分光法により解析した．また，独自の分光セルを用いた紫外可視その場分光観測(60, 65, 70, 75, 80℃，5分ごとに測定，計144時間)により，反応を速度論的に解析し，活性化エネルギーを見積もることができた．

, 一般社団法人日本地球化学会, 日本語

図説日本の温泉 : 170温泉サイエンス
日本温泉科学会, 5-3 汐の湯温泉 p.123
朝倉書店, 2020年, 9784254160758, ix, 194p, 図版[4]p, 日本語, ［分担執筆］

物理学Ⅰ　　　　　　　　　　　　　　　
北海道大学（全学共通科目）
2024年04月 - 現在

広域水環境工学特論　　　　　　　　　　　　　　　
北海道大学大学院工学院
2022年04月 - 現在

公務員試験対策講座（国家公務員試験総合職工学の試験内容のうち水環境分野）　　　　　　　　　　　　　　　
北海道大学工学部
2022年03月 - 現在

英語中級 英語で学ぶ世界の水・環境・衛生の科学　　　　　　　　　　　　　　　
北海道大学
2021年04月 - 現在

環境工学実験Ⅰ　　　　　　　　　　　　　　　
北海道大学 工学部
2021年04月 - 現在

物理学実験（非常勤）　　　　　　　　　　　　　　　
大阪工業大学
2017年04月 - 2020年03月

数学基礎Ⅰ（非常勤）　　　　　　　　　　　　　　　
藍野大学
2018年04月 - 2019年08月

2024年01月 - 現在
International Humic Substances Society　　　　　　　　　　　　　　　

2023年07月 - 現在
International Water Association　　　　　　　　　　　　　　　

2023年01月 - 現在
土木学会　　　　　　　　　　　　　　　

2022年04月 - 現在
日本分析化学会　　　　　　　　　　　　　　　

2021年04月 - 現在
日本水環境学会　　　　　　　　　　　　　　　

天然有機物の非抽出・非破壊分析を可能にする固体EEM分光法の新規開拓
科学研究費助成事業
2024年06月28日 - 2028年03月31日
中屋 佑紀
日本学術振興会, 挑戦的研究(開拓), 北海道大学, 24K21328

In-situ固体EEM分析による自律制御型浄水膜ろ過システムの開発
科学研究費助成事業
2023年04月01日 - 2027年03月31日
山村 寛, 角田 貴之, 中屋 佑紀
日本学術振興会, 基盤研究(B), 中央大学, 23K26237

In-situ固体EEM分析による自律制御型浄水膜ろ過システムの開発
科学研究費助成事業
2023年04月01日 - 2027年03月31日
山村 寛, 角田 貴之, 中屋 佑紀
日本学術振興会, 基盤研究(B), 中央大学, 23H01543

AIを利用した画像分析に基づく下水処理活性汚泥の簡易迅速性能診断法の発展途上国への展開　　　　　　　　　　　　　　　
第１０回研究助成金
2023年12月 - 2025年11月
公益財団法人ヒロセ財団, 研究代表者, 競争的資金

オキシデーションディッチ法強靭化のための汚泥の主要な細菌機能解明と簡易分析の適用　　　　　　　　　　　　　　　
2024年度 下水道の防災・減災、強靱化と活用に関する研究等助成金
2024年11月 - 2025年10月
公益信託下水道振興基金, 研究代表者, 競争的資金

下水中溶存有機物・細菌に着目した水質分析による雨天時浸入水発生箇所と規模の推定　　　　　　　　　　　　　　　
2024年度研究助成
2024年10月 - 2025年09月
一般財団法人建設物価調査会, 研究代表者, 競争的資金

活性汚泥の沈降｢過程｣に着目した動画解析による終沈出水中SS濃度を決定づける新規ﾊﾟﾗﾒｰﾀｰの探索　　　　　　　　　　　　　　　
国内研究助成2024年度
2024年10月 - 2025年09月
公益財団法人クリタ 水・環境科学振興財団, 萌芽的研究a, 研究代表者, 競争的資金

ポストPCR時代を見据えた宿主認識分子の検出に基づく病原体センサーの開発
科学研究費助成事業
2023年06月30日 - 2025年03月31日
佐藤 久, 齋藤 伸吾, 中屋 佑紀
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 23K17767

持続可能な小規模水道システム実現のための新しい水質センシング技術の開発
科学研究費助成事業
2021年04月05日 - 2025年03月31日
佐藤 久, 山田 俊郎, 山村 寛, 黒田 恭平, 齋藤 伸吾
Legionella pneumophilaと結合できるDNAアプタマーを選抜した。選抜は、ポリマー増強キャピラリー過渡的等速電気泳動法（PectI）を用いておこなった。PectIでは、微生物の細胞は移動の初期に過渡的等速電気泳動（tITP）の原理に基づき、狭い単一ピークとなる。tITP積層モードが完了した後プロセスはキャピラリーゾーン電気泳動（CZE）モードに移行し、PectIにおけるピークの分離を行う。分離された単一ピークは、泳動バッファー中に添加されたポリエチレンオキサイド（600,000）（PEO）の効果により、CZEモードの間ずっと維持される。このようにして特異的な結合親和性を有するDNAアプタマーを獲得できる。
今年度は新規のLegionella pneumophila結合DNAアプタマーについて、PectI選抜法によるシングルラウンド選抜と、類似配列群に分けるクラスタリング法とディープラーニングを用いた定量的処理に基づく大規模NGS解析によって選抜することができた。この選抜システムで獲得できたDNAアプタマーの配列は、先行研究における、従来のCell-SELEXで選抜されたDNAアプタマーと比較して低い解離定数および速度定数を持っており、平衡論的、反応速度論的にLegionella pneumophilaと高い結合能を持ったDNAアプタマーを獲得できた。すなわち、先行研究で選抜されたDNAアプタマーよりもLegionella pneumophilaと特異的に結合し、安定した複合体を形成するアプタマーであると考えられ、我々が目標としているバイオセンサーの開発に適したDNAアプタマーを選抜できたと言える。
日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 21H04568

積雪寒冷地域の大都市・札幌の水環境保全のための下水由来汚染の定量的観測　　　　　　　　　　　　　　　
公益財団法人大林財団 研究助成
2024年04月 - 2025年03月
公益財団法人大林財団, 研究代表者, 競争的資金

AI を活用した活性汚泥ズーム画像のディープラーニングによる物理的処理性能の迅速診断法の開発　　　　　　　　　　　　　　　
令和６年度(2024年度) 前田記念工学振興財団研究助成
2024年04月 - 2025年03月
公益財団法人前田記念工学振興財団, 研究代表者, 競争的資金

蛍光染色とスペクトル分析に基づく活性汚泥性能の推定手法の開発　　　　　　　　　　　　　　　
2023年度研究助成
2023年12月 - 2024年11月
一般財団法人フソウ技術開発振興基金, 研究代表者

AI を活用した画像分析による下水処理活性汚泥の細菌吸着能力診断技術の開発　　　　　　　　　　　　　　　
2023年度（特別募集）研究助成金
2023年11月 - 2024年10月
公益財団法人 天野工業技術研究所, 研究代表者

革新的微生物モニタリング技術の開発と適用：アジアの水系感染症根絶への挑戦
科学研究費助成事業
2020年10月27日 - 2024年03月31日
佐藤 久, 齋藤 伸吾, 山村 寛, 丁 青, 中屋 佑紀
本年度は、マイクロプレートリーダーを用いた簡易微生物測定法を開発した。測定手順は以下の通りである。市販の一般細菌用培地にサンプル水180μLを添加した。これを6ウェルマイクロプレートの各ウェルに添加した。マイクロプレートを37℃に設定したマイクロプレートリーダーにセットし、10分毎にウェルの波長630nmの吸光度を分析しながら24時間培養した。
一般細菌数の異なる2つのサンプルをn=5でマイクロプレートリーダーにより吸光度の経時変化を測定した。一般細菌数77 CFU/mLのサンプルでは、大体10から20時間で対数増殖によるサンプルの濁りが開始した。これに対し、15 CFU/mLのサンプルでは、10から40時間で対数増殖が見られた。n=5のとき、サンプル量は合わせて900 μLであり、平均すると1ウェルに入っている細菌数は2から3個である。必ずしも均等にウェルに入っているとは限らないため、0または1個しか細菌が存在しないウェルが生じると考えられる。これにより、細菌濃度が低いサンプルでは誤差が大きくなると考えられる。そこで、0から5時間で対数増殖が見られたら10点、5から10時間で対数増殖が見られたら9点という様にデータをスコア化し、細菌数と比較した。1~100CFU/mLにおいて、スコアと細菌数との間に相関関係が見られた。公定法では陰性であったにもかかわらず、本法で陽性だったサンプルも存在した。これは寒天培地上ではコロニーを作らないが、液体培地中では増殖する細菌種がいることが理由と考えられる。すなわち本法では、公定法では見落とす飲料水の細菌汚染をも検出できることが示唆された。
日本学術振興会, 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B)), 北海道大学, 20KK0090

下水処理場に簡易に導入できる動画解析に基づく活性汚泥沈降性の新規評価手法の開発　　　　　　　　　　　　　　　
2023年度ノーステック財団「研究開発助成事業」若手研究人材育成事業（若手研究人材・ネットワーク育成補助金（タレント補助金））
2023年08月 - 2024年03月
公益財団法人北海道科学技術総合振興センター, 研究代表者, 競争的資金

静止画像のディープラーニングによる認識を使った下水処理活性汚泥の性能の迅速診断システム開発の試み　　　　　　　　　　　　　　　
公益財団法人 萩原学術振興財団 第3回研究助成
2023年04月 - 2024年03月
研究代表者, 競争的資金

北海道特有の気候に着目した融雪季河川水質の網羅的調査　　　　　　　　　　　　　　　
第37回（令和4年度）寿原記念財団研究助成
2023年04月 - 2024年03月
研究代表者, 競争的資金

反応場をナノサイズにした高感度病原性微生物センサーの開発
科学研究費助成事業
2021年07月09日 - 2023年03月31日
佐藤 久
今年度は光導波路分光装置を用いて、下水を処理する活性汚泥中の硝化細菌（AOB）のRNA量を測定することに成功した。本手法ではAOBの16S rRNA（AOB-RNAと称す）と特異的に結合する2種類のDNA（プローブDNAと称す）を金ナノ粒子で修飾したAu-プローブと、活性汚泥から抽出したRNAをMgCl2を含むバッファー溶液に添加したものを試料とした。プローブDNAはAOB用のPCRプライマー（CTO189f A/B/CとRT1r）の塩基配列を参考に設計した。都市下水を処理する活性汚泥（A処理場またはB処理場）からRNAを抽出し、AOB-RNA濃度を上述のプライマーを用いて定量的逆転写PCR（RT-qPCR）により定量した。A処理場の活性汚泥またはNitrosomonas europaeaを添加した活性汚泥中のAOB-RNA濃度を測定した。活性汚泥から抽出したAOB-RNA濃度も、N. europaeaを添加した活性汚泥から抽出したAOB-RNA濃度（▲）も、RT-qPCRで測定した濃度と同程度であった。これより本手法では1.8×10の2乗から1.3×10の7乗 copies/μLの範囲で、RT-qPCRで定量した濃度に対する誤差27%から240%でAOB-RNAを定量可能であることがわかった。このように先行研究に比べて定量下限値が極めて低くなった理由として、全細菌とAOBでは使用するプローブDNAの塩基配列が異なりハイブリダイズした際の16S rRNAの立体構造や金ナノ粒子の位置関係が異なること、光導波路分光装置では金ナノ粒子の近接によってシグナル（散乱光）が増強されたことが考えられる。
日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 21K18737

固体EEM分析による膜ファウリング物質のIn-situ定量法の開発
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
2020年04月01日 - 2023年03月31日
山村 寛, 中屋 佑紀, 丁 青
固体試料分析では，光源から入射する励起光のうち，固体試料中の色度成分に吸収されたり，散乱する光を除いた光量が有効照射量として試料に到達する．また，試料から放射された蛍光のうち，試料中で再吸収されたものを除いた光が有効蛍光量として検出される．このような，励起光の吸収・散乱および蛍光の再吸収が，固体試料の蛍光分析における，蛍光強度減衰（クエンチング）現象の主因とされる．BSAの蛍光強度は，濃度の増加に伴って，蛍光強度が飽和する対数増殖曲線を描いた．飽和曲線は，試料の色度によって異なり，色度が増加するほど，飽和蛍光強度が低下する傾向が観察された．これは，色度成分による励起光の吸収が蛍光強度に影響したものと推測する．
励起光の吸光度をK-M関数により算出した結果，蛍光強度とK-M関数（280 nm）の積が，質量%濃度に対して線形的な関係になることを発見した．これにより，蛍光強度とK-M関数の積から，任意成分の質量％濃度が推定可能になった．
K-M関数は，分光光度計を用いて測定した拡散反射率を利用したが，励起光の散乱は，蛍光測定時のレイリー散乱光にも同様に反映されると考える．着色粉末試料と酸化アルミニウム板のレイリー散乱光強度から拡散反射率を算出した結果，BSA濃度が20wt%以上において，図2と同様の線形関係が得られた．低濃度域では，レイリー散乱光の強度が低いため，散乱光の検出が難しかったものと考える．
以上の結果より，SPF-EEMのうち，蛍光強度とレイリー散乱を利用することで，簡易かつ高精度に，任意の固体蛍光物質を定量できる可能性が示された.
日本学術振興会, 基盤研究(B), 中央大学, 20H02288

堆積物の非破壊分析と模擬実験との比較による腐植物質生成・分解過程の速度論的研究
科学研究費助成事業 若手研究
2020年04月01日 - 2023年03月31日
中屋 佑紀
腐植物質に関連する物質循環や環境汚染などの時間スケールは，腐植物質自身の生成や分解の時間スケールに関連していると考えられる．腐植物質の生成や分解には微生物・酵素の活動や，無機物との相互作用を伴う化学的な過程が含まれているが，本研究では特に化学的な過程に注目して模擬実験による速度論的追跡を行っている．
今年度は，腐植物質生成模擬過程の反応物としてのグリシン・リボース混合水溶液と鉄水酸化物ゲーサイトとの有機無機相互作用を，連続的な紫外可視分光測定によって調べた．グリシン・リボース混合水溶液のゲーサイト存在下での褐変過程を追跡したところ，褐変過程は１次反応速度式により近似でき，見かけの反応速度定数が得られた．これは，ゲーサイトを添加しない系での褐変過程に比べて早く進む反応であった．反応速度の温度依存性から活性化エネルギーを検討したところ，ゲーサイトが反応の活性化エネルギーを下げ褐変を促進させる触媒のように作用している可能性が示唆された．
一方，堆積物試料を非抽出で直接観測する方法として，固体三次元蛍光分光法を土壌試料に適用することを試みた．その結果，土壌の黒色度によって蛍光消光が起こっている可能性が示唆された．そこで，蛍光消光が発生する試料であっても蛍光物質の濃度を定量することができるような指標を検討するため，ウシ血清アルブミン（BSA）粉末に様々な濃度で顔料を添加した模擬蛍光試料での蛍光強度と拡散反射率を追跡した．その結果，蛍光極大強度と励起波長での吸光度の積が蛍光物質の濃度に比例する可能性が示唆され，これは土壌試料に対しても一部適用可能であった．
日本学術振興会, 若手研究, 大阪大学, 20K19958

石狩川水系における水量・水質の両面を考慮した河川の流況特性　　　　　　　　　　　　　　　
北海道河川財団令和4年度研究助成
2022年04月 - 2023年03月
山田 朋人,佐藤 久,中屋 佑紀

H-NMR分光法による都市河川の有機物組成の縦断的調査　　　　　　　　　　　　　　　
令和4年度 河川基金助成事業 若手研究者（一般的助成）
2022年04月 - 2023年03月
公益財団法人 河川財団, 研究代表者, 競争的資金

「美しい都市河川を守る」～河川環境保全のための病原性・薬剤耐性遺伝子モニタリングに有用な有機物フィンガープリントの探索～　　　　　　　　　　　　　　　
研究助成
2022年04月 - 2023年03月
公益財団法人大林財団, 北海道大学大学院工学研究院, 研究代表者, 競争的資金

家畜糞尿の嫌気性消化によるメタンガス生成効率の安定化に向けたメタボローム解析　　　　　　　　　　　　　　　
第48回（2021年度）岩谷科学技術研究助成
2022年04月 - 2023年03月
公益財団法人岩谷直治記念財団, 北海道大学大学院工学研究院, 研究代表者, 競争的資金

⾼い細菌吸着能を持つ⾼機能活性汚泥フロックの開発　　　　　　　　　　　　　　　
2022年度技術研究助成
2022年01月 - 2022年12月
公益財団法人JFE21世紀財団, 北海道大学大学院工学研究院, 研究代表者, 競争的資金

細菌吸着能力に着目した高機能活性汚泥フロックの開発　　　　　　　　　　　　　　　
2021年度研究助成
2021年12月 - 2022年11月
一般財団法人フソウ技術開発振興基金, 北海道大学大学院工学研究院, 研究代表者, 競争的資金

その場分光観測による腐植物質生成模擬過程の速度論的追跡
科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
2018年04月25日 - 2020年03月31日
中屋 佑紀
グリシン・リボース水溶液の褐変反応による腐植様物質の生成模擬過程の時間スケールを代表する指標として褐変過程の半増期を用い，高濃度・低濃度（ゲーサイト添加有・無）での結果をアーレニウスの式により低温へ外挿し，15℃での半増期を見積もると，最小で5年，最大で2000年程度となった．これは英虞湾水底堆積物の蛍光強度増加（腐植様物質増加に対応）の数十年の時間スケールと調和的であった．本研究で開発した水熱その場分光測定システムは様々な反応条件でのメイラード様反応に適用でき，腐植様物質生成時間スケールのより詳細な理解につながると考えられる．
一方，腐植物質などの有機物とゲーサイトなどの無機物が共存する系を直接観測する方法として，三次元蛍光分光法を土壌試料に適用することを試みた．粉体状態での蛍光分光測定ではアルカリ抽出などの前処理なく腐植化度を評価することができ，土壌や有機質廃棄物の分析での活用が広まりつつあるが，有機物の濃度が高い土壌・堆積物試料では，黒色の有機物による蛍光の再吸収が起こる可能性がある．そこで本研究では，全炭素・窒素量の異なる3種類の粉体土壌試料（黒ボク土，灰色低地土，黄色土），およびそれらのアルカリ抽出残渣，アルミナ・マグネタイト粉末による希釈試料を用意し，蛍光スペクトルおよび可視反射スペクトルを測定し，試料の黒色に由来する蛍光消光効果を検討した．
その結果，土壌の種類によって，アルカリ抽出による有機物減少やアルミナ希釈による試料の白色化により，蛍光強度が大きくなる場合と，蛍光強度が小さくなる場合の両方があることがわかった．このような試料のL*値（白さ）による蛍光強度の減少メカニズムを理解することは，土壌粉体の蛍光スペクトルを定量的に理解するうえで重要であり，さらなる検討が必要である．
日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 大阪大学, 18J10249

【高大接続】高校生への研究プレゼン指導　　　　　　　　　　　　　　　
2017年04月 - 2020年04月
講師
セミナー・ワークショップ
大阪大学SEEDSプログラム
研究発表のためのプレゼンテーションセミナー（4月開催）

【高大接続】大阪大学ミニ・オープンキャンパスin福岡　　　　　　　　　　　　　　　
2018年07月15日
講師
大阪大学 高等教育・入試研究開発センター
大阪大学ミニ・オープンキャンパスin福岡 https://chega.osaka-u.ac.jp/event/20180522974/

シリーズ「生成AIの教育研究活動」① 演題「生成AIの教育研究活動①事例共有と問題提起」　　　　　　　　　　　　　　　
2024年05月28日
その他
学会・研究会等
北海道大学大学院教育推進機構 高等教育研修センター、オープンエデュケーションセンター（共催）

大阪大学FFP10周年記念シンポジウム「新しい時代の博士人材をどう育成するか？ ――プレFDを中心に――」 セッション「プログラム修了生によるSoTLの取組」 発表題「数学における作問課題を題材としたSoTL実践記」　　　　　　　　　　　　　　　
2024年02月22日
その他
大会・シンポジウム等

第29回衛生工学シンポジウム 企画セッション「ハカセになろう！」　　　　　　　　　　　　　　　
2022年11月04日
その他
大会・シンポジウム等
北海道大学

JSPS特別研究員申請セミナー「博士課程学生のキャリアにおける日本学術振興会特別研究員の意義」　　　　　　　　　　　　　　　
2022年03月10日
その他
学会・研究会等
北海道大学大学院工学院

2022年07月 - 現在
大阪大学若手FD研究会 代表

2017年03月 - 現在
FFPアルムナイアカデミー会員
https://www.tlsc.osaka-u.ac.jp/ffp_alumni/

2024年09月
全学教育科目に係る授業アンケートにおけるエクセレント・ティーチャーズ（令和５年度）
担当授業である「英語演習 中級：英語で学ぶ世界の水・環境・衛生の科学」のアンケート結果が理系・外国語演習区分において上位2件に該当したため、北海道大学高等教育推進機構により当該表彰を受けた。
https://www.high.hokudai.ac.jp/wp-content/uploads/2024/09/R5_exteachers.pdf

2024年06月
月刊下水道令和６年6月号 寄稿「活性汚泥の「顔」認証～機械学習による活性汚泥の画像診断の試み～」 月刊下水道, vol.47, No.7（2024年6月号）「明日につなぐ下水道研究」特集

2024年02月
北海道大学技術支援・設備共用コアステーション 研究支援人材広報誌Specialist４号 寄稿 SPECIALIST INTERVIEW 2「PET原料製造廃水処理リアクターの処理能力監視へのNMR法の適用 」
https://cosmos.gfc.hokudai.ac.jp/wp/wp-content/uploads/2024/03/SPECIALIST_vol4.pdf

2024年01月
月刊下水道令和６年１月号 寄稿「下水道機能拡張：公衆衛生情報収集システムとしての価値」 月刊下水道, vol.47, No.1（2024年１月号）「未来へのブレイクスルー ――若いパワーで切り拓け！」特集

2022年08月
北海道大学大学院工学研究院・工学院広報誌「えんじにあRing」特集「フロンティアを切り拓く新しい力」寄稿「川や水処理施設の水質を多角的に分析する」
https://www.eng.hokudai.ac.jp/engineering/e429/feature/feature02.php

2020年03月
FFP（未来の大学教員養成プログラム）特別座談会（インタビュー）
https://www.tlsc.osaka-u.ac.jp/ffp_voice/2020/03/ffp.html

2017年03月
大阪大学未来の大学教員養成プログラム 修了
https://www.tlsc.osaka-u.ac.jp/ffp/