群馬県立前橋女子高校

１．研究の背景と目的
骨格透明標本とは、標本が生きている時の状態のま
ま骨格を観察できる標本である。しかし、作成には有害な薬品や高価な実験器具を多用する。そこで、家庭でもで き る 骨 格透 明 標 本の王 佳妮

矢田 梨々香４．結果・考察[１]固定液を変更する
ホルマリンの代用品を探す<９９．５％エタノール>
安全性〇 値段〇 手軽さ〇 再現度◎

作製方法に ついて研究・十分に代用がすることにした。

可能であった。固定と脱水が一度２．仮説にできるため、作

安全性の高い薬品を使用すると、薬品の扱いが容易になるため、より簡単に標本を作製することができる。

業の短縮につな
がった。

エタノール

・ホルマリンでは保存中に試料の黄変が見られたが、３．実験の方法

エタノールを使用した場合にはそれが見られなか一般的に用いられている骨格透明標本の作成方法のった。

中から、危険な薬品や高価な実験器具を使用する過程→固定のメカニズムがホルマリンと異なるため。

を安全で簡単な方法に代替して実験を行った。

【一般的な骨格透明標本の作成手順】[２]染色液を変更する

１．固定-１日[ホルマリン]

アリザリンレッドの代用品を探す

２．水分除去-１日[55％エタノール][１]でホルマリンの代用に成功したため、エタノ

３．水分除去-１日[９９．５％エタノ－ル]

４．たんぱく質分解-1 日 [KOH１％]

ールとホルマリンそれぞれで実験を行った。染色剤の溶媒には 0.1％NaOH 水溶液を使用した。

５．染色-３０分[KOH１%＋アリザリンレッド]

６．脱色-３日[KOH１%]

７．透明化-２日[グリセリン９０％１：KOH１％３]

８．透明化-２日[グリセリン９０%１：KOH１％１]

アリザリンレッドと９．透明化-２日[グリセリン 90％３：KOH１％１]

同じように使用でき

１０．保存[グリセリン＋チモール]る。

※成功の定義は、予備実験で使用した、富士フィルム
が販売しているキットと同じくらい骨格を観察できるものとした。

<クリサジン>
安全性△ 値段× 手軽さ× 再現度◎

しかし、値段や安全性の面から、家庭でクリサジン

骨格透明標本を作成する際に使用するには適していないと考えられる。

<サフラニン・酢酸オルセイン・食紅>＜飽和 NaHCO3 水溶液＞

安全性〇 値段〇 手軽さ× 再現度×

安全性◎ 値段◎ 手軽さ〇 再現度〇

［サフラニン、酢酸オルセイン］

KOH 水溶液と比べ脱色期

試料が染まりすぎてしまい、骨格が観察できない。

間の調整が難しい。

→細胞の核が染まってしまっている。

→弱塩基であるため、反応に時間がかかる・差が出やすいと考えられる。
飽和 NaHCO3 水溶液[４]保存方法を変更する
サフラニン
［食紅］

酢酸オルセイン[食紅]

グリセリン＋チモールの代用品を探す<レジン>

試料が染まらない。

安全性〇 値段△ 手軽さ〇 再現度〇

→たんぱく質を染める作用がきれいに樹脂封入することができた。

ないと考えられる。

→外気と接しない状態に食紅保てるため腐敗しにく

サフラニン、酢酸オルセイン、食紅のいずれにおい

く、レジンで保存可能だても濃度変化による違いはなかった。骨格を染色すと考えられる。

るには、特定の化学構造が必要だと考えられる。

しかし、標本全体を固め

レジン

るにはかなりの量のレジ[３]脱色液を変更するンが必要になる。

１％KOH 水溶液の代用品を探す<0.1％NaOH 水溶液>
安全性△ 値段△ 手軽さ〇 再現度◎

５．結論
透明骨格標本作成手順のほとんどにおいて、高価で危険な薬品を用いずとも代用できる。しかし、染色剤は身十分に代用が可能であった。KOH

近で安価な薬品での代用は難しい。

と同じ１％では濃度が高すぎて、0.1％NaOH 水溶液

タンパク質がとけてしまった。

６．参考文献→NaOH は KOH よりもタンパク質・透明骨格標本作成キット

を溶かす作用が高いと考えら

4 匹用)

れる。

・ゆめいろ骨格堂

しかし、NaOH も強塩基であるため、安全な薬品とはいいがたい。

富士フィルム1 キット(ヒメダカ

和光純薬株式会社

・グリセリン浸透法による生物標本の作成
愛知県立中山高等学校

小野榮子

家庭でも作製できる透明骨格標本の作り方
氏名：王 佳妮 矢田 梨々香
学校名：群馬県立前橋女子高校
1．研究の概要
この研究の目的は、従来の方法より簡易で安全な透明骨格標本の作製方法を見つけ、体系化することである。実験の結果、従来の方法のうち、「固定、脱水、脱色、透明化、保存」の工程においては、危険な薬品や高価な実験器具の使用を大幅に削減することに成功した。
しかし、「染色」の工程における染色剤だけは目的を満たす代替品の発見に至らなかった。
最終的には、染色剤を除き、薬局で簡単に購入できる薬品で各工程を完全に置換することが可能になった。
今後は、より安価な染色剤を探すとともに、透明骨格標本を誰でも作れるほど簡単で安全な方法を確立させていきたい。

2．問題提起、研究目的
生物の骨に強い興味があり、個人でもできて魅力的な実験について調べたところ、透明骨
格標本というものを知った。透明骨格透明標本は、標本に軟組織を透明化し骨格周辺に残すことで、生きていたときの骨格配置のまま観察することが可能な骨格標本である。また、標本作製過程では様々な薬品のはたらきを学ぶことができ、インテリアとして販売されているなど、見ていて楽しい骨格標本である。しかし、作製方法について調べてみると、監督者がいないと使用できないような危険な薬品や高価な薬品、実験器具を使用する過程が多く、とても素人が過程で作成することができないと判明した。だが、工夫次第で監督者が必要な薬品などを使用しなくても透明骨格標本を作製することが可能なのでは、と考えた。そこで、私達はより安全で安価に透明骨格標本を作製する手法を確立し、実験施設を利用しなくても、より多くの人が透明骨格標本づくりを楽しめるようにしたいと考えた。
研究の目標としては、透明骨格標本を中学生が夏休みに自由研究で作製することが可能なほどに安全で簡単に作製する方法を確立することである。このように設定した理由としては、作製期間を二週間程度にしたいのと、高校以上の専門的な知識がなくても工程を理解し標本を作製することを可能にしたかったからである。

3．研究方法参考文献に関しては、関係のある場所ごとに（1）のように示した。

ゆめいろ骨格堂(1)のホームページに記載されている透明骨格標本の作製の仕方「1.固定、2.水分除去、3.タンパク質分解、4.染色、5.脱色、6.透明化、7.保存」を基本とした。

1

＜従来の方法＞(1)1.固定－1 日（ホルマリンに漬ける）
2.水分除去－2 日（無水エタノールに漬ける）＊水分除去 1 日目は無水エタノールを 2 倍希釈したものを使用する。
3.タンパク質分解－1 日（1％KOH 水溶液に漬ける）
4.染色－30 分（1％KOH 水溶液 100ml＋アリザリンレッドｓ0.02g に漬ける）
5.脱色－3 日（1％KOH 水溶液に漬ける）
6.透明化－6 日（グリセリンと 1％KOH 水溶液を混ぜたものに漬ける）＊2 日ごとにグリセリンの濃度を上げた溶液に交換する。
7.保存（グリセリン＋チモールの液体に漬けて、瓶詰めする）
この中で、家庭で扱うことが危険な薬品、高価な薬品、機材などを使用する過程をについて検討し、置き換えることができないか実験を行った。試料には主に小アジを使用した。
実験は各工程の薬品を代替する形でおこなった。この実験は数値化が困難で、対照実験を安定して執り行うのが困難であるため、この方法を使用した。また、代替する薬品の「安全で安価」の基準の一つとして、「薬局で購入可能」と定義した。
（1）固定・水分除去［ホルマリンの代替の検討］
ここでは”＜従来の方法＞1.固定、2.水分除去”について検討した。
固定の過程において使用するホルマリンは国が劇物として指定しており、家庭では入手が困難であるため代替方法を探求することにした。
この工程では次の２つのことを目的に行われる。
〇細胞間に架橋反応を起こし、その後の工程で試料が身崩れを起こさないようにする。
〇試料内の水分を取り除く。
の参考文献よりエタノールもホルマリンと仕組みは異なるが、固定作用がある。そこ（４)で、無水エタノールのみで、試料を固定・水分除去できるかについて調べた。

[方法]
容器に皮を取り除いた試料を入れ、ホルマリンの代替として、無水エタノールを試料が完全に漬かるまで入れ、1 日漬け試料を固定・水分除去する。
”3.タンパク質分解 4.染色

5.脱色

6.透明化”これらについては、従来の方法と同様に行った。
その後グリセリン 100ml にチモールを 1〜2 滴加えた溶液と試料を瓶詰めし、保存する。
（2）タンパク質分解・脱色［1％KOH 水溶液の代替の検討］
ここでは、“＜従来の方法＞3.タンパク質の分解、4.染色、5.脱色”について検討した。
タンパク質分解の工程は、染色をしやすくするために、試料の余分なタンパク質を除去す

2

るために行う。また、脱色の工程では、試料に付着した余分な色素を取り除くために行う(１)。
ここで使用される水酸化カリウム水溶液は、家庭で入手しにくく、さらに強塩基性であるため危険な試薬である。そのため、この試薬の代替の検討を行った。
NaOH 水溶液、NaHCO3 水溶液を 1％KOH 水溶液の代わりとして使用できるかを調べた。
NaOH 水溶液は苛性ソーダとして購入でき、KOH 水溶液と同じ強塩基である。NaHCO3 水
溶液は重曹としてより安価で購入でき、弱塩基で KOH 水溶液や NaOH 水溶液に比べるとはるかに安全である。
1

試料に無水エタノールを使用して固定・水分除去を行った。その後、1％NaOH 水溶液、0.1％NaOH 水溶液、溶け残るまで NaHCO3 を混ぜた飽和 NaHCO3 水溶液でそれぞれ 1 日、タンパク質分解をする。各溶液は試料が漬かる程度入れるものとする。1％
NaOH 水溶液はこの時点で試料が溶けてしまったため、以降の作業は行っていない。
そして、アリザリンレッド s0.02g の溶媒として再び、0.1％NaOH 水溶液、飽和
NaHCO3 水溶液それぞれ 100ml を使用し、染色する。そして 0.1％NaOH 水溶液、飽和 NaHCO3 水溶液に再び試料を完全に浸し、脱色する。”＜従来の方法＞6.脱色 7.保存”については従来と同様に行った。

2飽和 NaHCO3 水溶液の適切な脱色期間を調べた。①と同様に“固定、水分除去、タンパク質分解、染色”を行う。その後、脱色期間を 1 日、2 日、3 日、5 日、7 日、12 日、
14 日、21 日、28 日に設定し、飽和 NaHCO3 水溶液に試料を漬けた。その後“透明化、保存”については①と同様に行う。

（3）染色［アリザリンレッド s の代替の検討］＜1＞この工程では、硬骨を染めるために行う。(１)アリザリンレッド s の代替として、まず生物の授業でよく知られているサフラニン、酢酸オルセインをアリザリンレッド s の代替として使用可能か調べるために以下の実験を行った。
[方法]
無水エタノールで固定・水分除去を行い、”3.タンパク質分解”は従来と同じように行い、原液、2 倍希釈、10 倍希釈にしたサフラニンと酢酸オルセインで試料を完全に浸し、染色する。その後、”5.脱水

6.透明化

7.保存”については従来と同様に行った。

＜2＞＜1＞でサフラニンと酢酸オルセインがアリザリンレッドｓの代替と使用できないことが分かったため、アリザリンレッドｓと化学構造が似ているものを独自で調べ（５）、クリサ
ジン、キニザリン、アントラルフィン、ヒドロキシアントラキノンをアリザリンレッドｓの代替として使用可能を調べるために以下の実験を行った。

3

［方法］
①骨を染める作用があるかを調べるために、まず試料を三枚おろしにし、骨を露出させる。
そして、骨を露出させた試料を直接 0.1％NaOH 水溶液にそれぞれの物質を 0.02g 溶かした混合液に完全に浸す。
ここで、クリサジン、キニザリン、アントラルフィンのみ骨を染める作用があることが判明したため、この 3 つを用いて以下の実験を行った。
②無水エタノールで試料を固定・水分除去し、（2）と同様に、0.1％NaOH 水溶液でタンパク質分解を行い、0.1％NaOH 水溶液 100ml に各物質を 0.02g 溶かし、染色する。その後、脱色し、透明化を行い保存する。
＊以下はそれぞれ調べた中(５)で出てきた化学構造式である。この 5 つの物質はすべてヒド
ロキシアントラキノンと同じ構造を持つ部分があるため、この 5 つで比較してみた。
アリザリンレッドｓ

アントラルフィンヒドロキシアントラキノン

キニザリン

クリサジン

（4）保存［保存方法の代替の検討］
保存に使用するチモールという薬品は、目や皮膚に重篤な刺激性を持っており、家庭で使用するには危険である。

4

（６)

の参考文献をもとにレジンを使用して作製できるかを調べるために以下の作業を行った。
[方法]
試料が入る大きさのシリコン容器にレジンを 1mm の厚みで、全体的に入れ、硬化する。
その後、その上に試料をのせ、10 滴ほど入れ硬化し、試料が完全にレジンで埋まるまでこの作業を繰り返す。この際、レジンの温度が上がりすぎないように、注意する。
レジンが熱くなっていたら、冷めるまで放置してから、作業を開始する。
（5）全体を通した手法の検討
以上の実験から、代用できると判明した方法、薬品を用いて、作製できるか検討する。
[方法]
1

無水エタノールで 1 日試料を固定する。

2

飽和 NaHCO3 水溶液に一日漬け、タンパク質分解を行う。

3

アリザリンレッドｓ0.02ｇを飽和 NaHCO3 水溶液 100ml に溶かし、その溶液に一晩漬ける。

4

飽和 NaHCO3 水溶液に 14 日漬け、脱色を行う。

5

グリセリンと飽和 NaHCO3 水溶液の混合液に 6 日漬ける。
(最初の 2 日は 1：3、その後の 2 日は 1：1、最後の 2 日は 3：1 の割合になるように混合液を作成する。)

6

レジンを用いて保存する。

4．結果
今回の実験では、富士フィルムが販売している(２)透明標本作製キットを用いて作製した透明骨格標本と同程度のものができたところを成功とした。
（1）固定・水分除去［ホルマリンの代替の検討］
無水エタノールでも十分固定ができ、問題なくその後の作業を進めることができた。
しかし、30℃を超える気温で作製すると、以降の処理においてタンパク質が必要以上に分解され適さない。しかし、無水エタノールを使用する利点として、完成した透明骨格標本を比べると、ホルマリンで作製したものには試料が黄変してしまうのが見られたが、エタノー
ルで作製したものには見られなかった。そのため、ホルマリンよりも透明度が高いものを作製する事が可能であった。また、無水エタノールは脱水も一度に行うことができるため、作業の短縮ができた。

5↓ホルマリンで固定した試料(黄変）↓エタノールで固定した試料（2 ）［1％KOH 水溶液の代替］
以下は 1％KOH 水溶液の代用として、0.1％NaOH 水溶液、飽和 NaHCO3 水溶液を用いて作製した際の pH と必要な脱色期間を表にまとめたものである。
使用薬品

脱色期間 PH

１％KOH 水溶液

3日

13.0

0.1％NaOH 水溶液

3日

12.7

飽和 NaHCO3 水溶液 14 日

8.0

NaOH 水溶液：1％KOH 水溶液と同じように使用することができた。1%だと濃度が高す
ぎて試料が溶けてしまうため、0.1%まで濃度を下げる必要があった。完成したものを比べても特に差はなかった。
1%KOH 水溶液と 0.1%NaOH 水溶液の pH を測定したところ、1%KOH 水溶液は pH13.0
で、0.1％NaOH 水溶液は pH12.7 であった。両者とも pH に大きな差がないため、このような結果になったと考えられる。苛性ソーダとして売られているため、KOH よりは手に入れやすいと考えたが、いずれも強塩基性であるため安全とは言い難い。
NaHCO3 水溶液：飽和濃度で十分代用できた。その他の濃度については実験を行っていないため分からない。飽和にした理由は、濃度を測定する手間が省けるからである。KOH
水溶液と比べ、方法（2）②の実験から、14 日間未満の脱色期間では思うように脱色されず、
14 日以上脱色期間を延ばしても大きな変化や利点は得られなかった。よって、脱色期間は14 日間が適切であった。内臓や筋肉が多い部分の透明度が低かった。
以下の表は脱色期間をそれぞれ設定した日数漬け、保存まで作業を進めてから観察したも
のである。

6

脱色期間

備考

1日

うっすらと骨を観察できるが、標本として不十分

2日

１日と同様

3日

1 日と同様4日

1 日と同様

5日

尾の付近の透明度が上がり、内側の骨が観察しやすくなった。

7日

背骨も観察できるようになってきたが透明になりきっていない。

12 日

7 日と比べ、より透明度が上がった。

14 日

透明度が上がり、標本として十分作製できた

21 日

14 日と比べ大きな差はなかった。

28 日

14 日と同様大きな変化はなかった。

↓1 日（脱色期間）↓5 日（脱色期間）↓7 日（脱色期間）↓14 日（脱色期間）

7

(3 ）［アリザリンレッドｓの代替］
酢酸オルセイン・サフラニン：いずれの濃度でも染まりすぎてしまい、骨格を全く観察できなかった。代用品として使用できない。
※以降より表示する写真はすべて脱色を終えた段階の試料である。
↓酢酸オルセインで染色した試料↓サフラニンで染色した試料

キニザリン・アントラルフィン：骨を直接漬けて色がついた。しかし、標本として作製した
際、脱色をすることができず、骨格を観察するに至らなかった。
↓キニザリンで染色した試料↓アントラルフィンで染色した試料

8

ヒドロキシアントラキノン：骨を直接染色剤に漬けても色がつかなかった。試料に全く浸透していなかった。
↓ヒドロキシアントラキノンで染色した試料

クリサジン：骨を直接漬けて色がついた。標本として作製した際にもアリザリンレッドｓと同様に作製することができた。また、完成したものを見比べると、アリザリンレッドｓよりも赤い色味で染まった。
↓クリサジンで染色した試料（4 ）保存の代替
レジンを一度に硬化すると、標本が白濁してしまう。また、標本そのものが折れ曲がり、本来の標本の骨格配置では無くなってしまう。レジンを数滴ずつ硬化するのを繰り返して樹脂封入することで、そのような問題は解決することができた。
瓶のように割れる危険性がなく、手にとって様々な角度で観察できる。手間がかかってし
まうが、この保存方法は骨格を観察するのに非常に有効だと考えた。
腐敗については、はっきりと言えないが、少なくとも室温に放置して２年経ったものはまだ腐敗、劣化等の問題は確認されていない。
（5）全体を通した手法の検討
十分に作製することが可能であった。
従来の方法より時間はかかってしまうが、20,000 円（２）ほどするところを 5,000 円ほどにコストを抑えることができ、安全性も家庭で作製するには十分安全といえるほど高めることができた。
9↓全体を通して確立した手法によって作製した標本(透明化段階)

以下の表は今回の実験で代替したものを✕、△、◯、◎の四段階で評価したものである。
なお、評価の基準は、従来の方法と比べ、代替したものを使用することで、✕：悪化した、△：大きな変化がない、◯：改善した、◎：非常によく改善したということを表す。

操作

本来の薬品

変更した薬品

安全性

値段

手軽さ

再現度

固定

ホルマリン 10 倍希釈

無水エタノール

◯

◯

◯

◎

0.1％NaOH 水溶液

△

△

◯

◎

飽和 NaHCO3 水溶液

◎

◎

◯

△

サフラニン・酢酸オルセイン

◯

◯

✕

✕

クリサジン 0.02g

△

✕

✕

◯

△

△

✕

✕

◯

△

◯

◯

タンパク質分解
1％KOH 水溶液
脱色

染色

アリザリンレッドｓ
キニザリン・アントラルフィン
ヒドロキシアントラキノン 0.02g

保存グリセリン+チモール

レジン

5 ．考察
（1 ）固定・水分除去［ホルマリンの代替の検討］
ホルマリンの代わりに無水エタノールを代用した際、試料の黄変が見られなかったのは、
４)よりホルマリンは細胞間に架橋反応を起こして固定するが、無水エタノールはタンパク質を沈殿させて固定をするため、固定のメカニズムの違いから、このような違いが見られると考えられる。
また 30℃を超える気温で作製に適さないのは、無水エタノールはホルマリンよりも固定能力が劣るためだと考えられる。

10

（2）［1％KOH 水溶液の代替］
NaOH 水溶液：1%KOH 水溶液と 0.1%NaOH 水溶液の pH を測定したところ、1%KOH
水溶液は pH13.0 で、0.1％NaOH 水溶液は pH12.7 であった。両者とも pH に大きな差がな
いため、このような結果になったと考えられる。
NaHCO3 水溶液：KOH 水溶液と比べ、pH8.0 と低く、弱い塩基性であるため、このような結果になったと考えられる。pH が低くても、脱色期間を延ばすことで、従来と同じように作製することが可能だと考察する。
（3）［アリザリンレッドｓの代替］
酢酸オルセイン・サフラニン：骨格が全く観察できなかったのは、核まで染まってしまい、脱色ができなかったからだと考えられる。
キニザリン・アントラルフィン：骨が染まったのに観察できなかったのは、核やその他の細胞部分が染まってしまっているためだと考えられる。
ヒドロキシアントラキノン：骨を染める作用がそもそもなかったと考えられる。この実験
で、他の構造と比べてヒドロキシ基が唯一、1 つである。陽イオンに対しての結合が弱いことが原因ではないかと考えた。
クリサジン：似た化学構造を持つ染色剤(５)であるため、染めることができたと考えられる。
しかし、どうしてこれらの染色剤を用いたときに、脱色しても骨格だけに色が残るのかについては、この実験で明確になっていない。
（4）保存の代替
レジンは硬化する際に熱が発生するため、その熱によって標本のタンパク質が熱変性をおこすことで白濁したと考えられる。そのことに気をつけ、熱が上がりすぎないように気をつければ、十分有効な保存方法だと考えられる。
（5）全体を通した手法の検討置換したものをすべて組み合わせても、問題なく作製することが可能であったため、各工程を変えたことによる悪影響はないと考えられる。

6．結論
透明骨格標本作成における染色以外の工程において、薬局で購入可能な薬品を使用し、専門的な実験器具を使用しなくても二週間以内の作製が可能になり、家庭でも作製できるほど安全で簡単な方法を発見することができた。しかし、染色剤はアリザリンレッドｓよりも安価でなおかつ骨格の染色、観察に適しているものを見つけるのは難しい。
今後の展望として、アリザリンレッドｓの代替品となる染色剤を発見したい。また、この実験をしたことのない人たちに、今回の研究で確立した手法を用いて、実際に透明骨格標本を作製してもらい、作製経験のない人でも簡単に家庭で透明骨格標本を作製できるよう、作

11

製方法により改良を重ねていきたい。

7. 参考文献（1）ゆめいろ骨格堂 http://yumeirokokkakudo.kamihata.net/（2）透明骨格標本作成キット

1 キット(ヒメダカ４匹用) 富士フィルム

和光純薬株

式会社
（3）グリセリン浸透法による生物標本の作成 愛知県立中山高等学校 小野榮子https://www.toray-sf.or.jp/awards/education/pdf/h16_10.pdf（4）固定液の違いによる免疫染色への影響 愛媛大学病院 病理診断科 今井美奈,片山英司,
明賀さつき,池内五十鈴,水野洋輔,北澤理子
https://cyehime.webnode.jp/_files/200000059-dfa0ee098a/S4.pdf（5）Chrysazin 117-10-2 | 東京化成工業株式会社
https://www.google.com/search?q=%E3%82%AF%E3%83%AA%E3%82%B5%E3%82%
B8%E3%83%B3&rlz=1CASFKO_enJP948JP948&oq=%E3%82%AF%E3%83%AA%E3%82%B5%E3%82%B8%E3%83%B3&aqs=chrome..69i57j69i59l2.4698j0j15&sourceid=chrome&ie=UTF-8&safe=active&ssui=on（6）畑中 恒夫(2013) 透明骨格標本の樹脂封入法について 千葉大学教育学部研究紀要
第 61 巻 421～425 頁
https://opac.ll.chiba-u.jp/da/curator/900116875/13482084_61_421.pdf

8．謝辞
本研究に終始熱心にご指導いただいた前橋女子高校の佐藤晃子先生、山口滉太先生、堀口裕
先生、岩佐倫希先生、武倫夫先生。また、ならびに GIYSE プログラムを通じてご指導いた
だいた東京農工大学の佐藤友久先生、片桐浩司先生。他にも多くの方々の助言や厚いご協力により、本研究を行うことができました。深く御礼申し上げます。最後に、本研究に必要不可欠な存在であった小アジ、めだかや金魚に心からの感謝の意を表明します。

12

びゅんびゅんごまにおけるねじれの力
前橋女子高校SS探究 ２年 有馬瑠那 遠藤七海
１. 背景と研究の目的
遠心分離は、密度の差を利用し、物質を分離する。そのため、目的の遠心力を出すことで、特定の物質を分離することができる。多くの検査、研究には、遠心分離機を使う操作がある。しかし、遠心分離機は高価で、電気がないと使えないという課題がある。それらを解決するのがびゅんびゅんごま(以下、こまとする)の原理を使った遠心分離機だ。よって、こまの遠心力が形状の違いで、どのように変化するかを調べることとした。
２. 原理
遠心力 RCF(×g)は、回転半径 r(cm)、1分間当たりの回転数 N(rpm)を使い、以下のように表せる。
２−8

𝑅𝐶𝐹 = 1118 × ｒ × 𝑁 × 10

よって、回転半径が同じであれば、遠心力は、1分間当たりの回転数(以下、回転数と略す)に依存する。
３.【 実験Ⅰ】条件と仮説紐の本数が多いほど、回転数が大きくなるという仮説を立てた。こまの紐の本数を変え、回転数の最大値と変化を調べた。
４. 実験Ⅰ
図1[こま]
写真1[実験装置]

厚さ 2.0mm
紐 70.0cm
・おもり 1kg、紐 テグス
こまの片側を柱に固定し、もう片側に1kgのおもりをつける。このとき、ねじれの幅を固定するために滑車の手前に棒を入れておく。
こまを12回転させ、 回転数を算出する。
６. 結果

回転数の最大値の平均値は、図1のようになった。
また、一元配置分散分析によって、それぞれの回転数の最大値には、有意差が認められた。回転数の変化は図2のようになった。
７. 考察
回転数の最大値の平均値は、紐の本数が多いほど大きくなった。これは、力のモーメントによるものではなく、紐が解けようとする力（以下、ねじれの力とする）が大きくなったからだと考える。
また、誤差が小さくなったのは、人為的要因を可能な限り排除した装置であったためだと考えられる。起こった誤差については、手の離し方だと考えられる。
８. 【実験Ⅱ】仮説と変える条件
実験Ⅰの結果は紐のねじれの力によるものだと仮説を立て、実験Ⅱを始めた。力のモーメントが関係ないことを示すため、厚紙は外し、条件は実験Ⅰと同様、紐の本数とする。
９. 準備するもの[実験装置]
・おもり 1kg
・柱 ・棒・スタンド ・こま紐の状態を再現するために、こまを固定し、糸を垂らす。
10. 実験と解析の方法
スタンドの上部にこまを固定し、垂らした糸におもりをつける。前回の実験と同様に測定
し、回転数を算出する。
写真2
11. 結果回転数の変化は図3のようになった。
12. 考察
図2と図3を比較すると、グラフの形状が非常に近くなった。このことから、回転数の変化は紐のねじれの力に依存しているとわかる。
周期に注目すると、2本の周期は8本の周期の2倍
になった。

1

13. 今後の展望
2本の周期が8本の周期の2倍になった理由は解明できていない。私達は、ねじったときの紐の半径が、2本と8本で1:2の関係になっていると考えている。これからはその原因を調べ、ねじれについて、研究していきたい。
14. 参考文献
・M. Saad Bhamla “Paperfuge: An ultra-low cost,hand-powered centrifuge inspired by themechanics of a whirligig toy” 2016
・himacサイエンス機器 ｢遠心理論と遠心力計算｣
https://www.himac-science.jp/useful/centrifugation/centrifugation.html

2⾓柱の強度について
１序論

動機
正多⾓柱の強度についての研究発表を⾒て⾓の数が多いほど重さに耐えられることを知った。そこで、⾓の数が同じ⾓柱において、底⾯の形状を変えた時に強度に差があるのか知りたいと思ったため今回の実験を⾏った。尚、強度とは重さに対する潰れやすさ（耐荷重）と定義した。
仮説
⾓の数が同じため、すべての⾓柱の強度は同じになると予想した。

群⾺県⽴前橋⼥⼦⾼等学校 SS探 ２年 押本 和佳⼦

測定⽅法
１ 装置を準備する
２ ゴム製おもりに4000g分のペットボトルを吊 るす
３ 約30秒ごとに、100gずつおもりを吊るしていく
４ ⾓柱の形が崩れたときの重さを記録する（５つの柱体それぞれ6回ずつ測定を⾏う）

２実験⽅法

実験道具‧準備‧正⼗⼆⾓柱、六⾓星柱、⼗字柱で実験を⾏うが六⾓星柱、⼗字柱については下記の通りセロテープの留める位置を⼆通りにする。
１ マークシートを12.9cm×8.25cmにする
２ ⻑い辺(12.9㎝)を三等分し、⼗⼆等分に折る
３ の部位をセロテープで留める

３結果

※
※

‧ゴム製おもり（500g）、⾦属製おもり（100g）‧ペットボトル（５L分）‧トートバック‧ベニア板（15cm×10cm）（40cm×30cm）‧釣り⽷、（直径0.520mm）、割り箸
測定装置の準備
１各板の中⼼に⼗字を書き、中⼼に⽳を開ける
２釣り⽷を割り箸に結び付け、上の板に通す
３⽷を⾓柱、下の板の順に通す
４⽷の下端にゴム製おもりを結び付ける

同じ英⽂字間ではTukey(1%)で有意差がない （n=6）
エラーバーはS.E.

⾓柱の潰れ⽅は、すべての⾓柱において同様で、重りによって側⾯が歪み始め、側⾯が折れると同時に底⾯の形がくずれていった。
仮説に対して強度は⼀定にならず、⼗字が最も強く
なった。

４考察

六⾓星柱、⼗字柱ともにセロテープを留める位置の違いでは統計的な差はなかった。
同⼀のマークシートを⽤いたため側⾯積、辺の数はすべての⾓柱で同値だが、強度は⼀定にならなかった。また底⾯積、体積は、正⼗⼆⾓柱は六⾓星柱と⽐べて約２倍あるが、それぞれの⾓柱の強度に⼤きな差は⾒られなかった。
⼒が加わる⾯積は同じ（⾓周が同じ）ため、『応⼒度✕⾯積＝抵抗⼒』より強度は変わらないはずである。しかし本実験では座屈がはたらいていたため、⾓柱の種類の違いによって、結果に差が出たと考えた。
オイラーの公式の座屈荷重より座屈は⾼さと断⾯積により変わることが分かった。そこで座屈の影響を⼩さくして追加実験を⾏うことにした。

追加実験

２種類の⾼さ（8.25cm、1.0cm）の正⼗⼆⾓柱、六⾓星柱、⼗字柱を⽤いて、強度に差があるかどうかを⽐較する。
仮説は、⾼さが⾼い⽅は底⾯の形状の違いによる強度の差がある。⾼さが低い⽅は底⾯の形状の違いによる強度の差がない。

５実験⽅法

実験道具
‧正⼗⼆⾓柱、六⾓星柱、⼗字柱を⽤いるが六⾓
星柱、⼗字柱のセロテープの留める位置は⾕側
他は前実験同様（釣り⽷の直径は0.520mm、0.620mm）
測定⽅法
１ 装置を準備する
２ ゴム製おもりに7000g(8000g)分のおもりを吊るす
３ 約30秒ごとに、500gずつおもりを吊るしていく
４ ⾓柱の形が崩れたときの重さを記録する（６つの柱体それぞれ6回ずつ実験を⾏う）

６結果

は分散分析で有意差があるとは⾔えないことを⽰す（ ）エラーバーはS.E.
※ n.s.
n=6※

仮説の通りとなった。

７考察

⾼さ1cmでは有意差がなかったことから、⾼さ8.25cmで⽣じた有意差は座屈のはたらきによるものだと考えられる。データ数が少ないため結果は正確なものとは⾔えないが、座屈がはたらかなくなれば式の通り強度は⼀定になると思われる。

８まとめ

⾓の数が同じ（12⾓）の⾓柱において、底⾯の形状を変えた時に強度は⼀定にならない。これは座屈のはたらきの可能性が⾼い。

９今後の展望‧⾓柱の側⾯の座屈を起こりづらくしたときの各⾓
柱の潰れ⽅の違いを調べる。これにより座屈のはたらく⽅向を⽰したい。
‧ハート型のような正多⾓柱でない⾓柱では潰れ⽅に違いがあるか調べてみたい。
‧３Dプリンターを⽤いた実験を⾏う
1

０参考⽂献

‧⽥⼝技術⼠事務所. 製品設計知識. ⻑柱の座屈計算【両端固定－
中空⻑⽅形】

https://seihin-sekkei.com/calculation-tool/buckling-calculator/fixed-end
/
.
18

※
※

同じ英⽂字間ではTukey(5%)で有意差がない （n=6）
エラーバーはS.E.

‧つり⼈ 釣り⽷の結び⽅！ どれが最強？ 基本の結び 個を強度実験も交えて解説
https://web.tsuribito.co.jp/beginner/fishing-knot-howtotie‧建築学⽣が学ぶ構造⼒学. 応⼒とは？1分でわかる意味と種類、
記号、計算法http://kentiku-kouzou.jp/zairiki-ouryoku.html‧建築学⽣が学ぶ構造⼒学. 耐⼒とは？1分でわかる意味、単位、
降伏点、求め⽅、引張強さ、記号、強度
http://kentiku-kouzou.jp/struc-tairyokukyoudonituite.html‧建築学⽣が学ぶ構造⼒学. 鋼材の基準強度とは？1分でわかる意
味、F、許容応⼒度との関係
http://kentiku-kouzou.jp/koukouzou-kouzaikijunkyoudo.html

ニンニクの臭いはリンゴで消えるのか
前橋女子高校 科学部 伏木和香 本多佑衣 大門すみれ 張本博加

1.序論
ニンニクには強い香りがあり、食べた後も臭いが強く残る。インターネット上の通説ではニンニクの食後、リンゴを食べると臭いが軽減するというものが多くある
が、科学的には証明されていない。そこでニンニクの臭み成分であるアリシンが、リンゴを加えることによって減少することを確かめ、定量的にこれを証明することを目的とした。

④Bufferでにんにく液を1倍、2倍に希釈する
4-MP:ニンニク液 = 3mL: 800μLの割合で4-MPを加える⑤5分間スターラーで撹拌し、4-MPを反応させる (図1)⑥セルに試料3mLを入れる(図2)⑦分光光度計(324nm)で4-MPの吸光度を測定(２)リンゴジュースを加えたときのすりおろしニ

2.仮説①アリシンは時間経過とともに減少する②リンゴの何らかの成分が作用することでニンニ クに含まれるアリシンが減少する③リンゴジュースを加えて測定したときのほうが 吸光度の減少割合が小さくなる⇒アリシンが減少

ンニ

ク中のアリシン測定実験
ニンニクに加えるリンゴは、すりおろしたリンゴを用いることを考えたが、酸化が激しく、扱いが難しかったた
め、リンゴジュースを用いることにした。
【手順】
実験(１)の手順③まで同じ操作を行った後③にんにく液とリンゴジュースを2:1、1:1、1:2 の体積割合で混ぜ、スターラーで撹拌する

3.目的・方法
ニンニクの臭いを定量化するため、臭いの原因であるアリシンに着目した。本研究は、時間経過による試料中のアリシンの減少量を、4-MP（4メルカプトピリジン）を介して分光光度計を用いて測定したものである。
4−MPはアリシンと反応し、アリシンと反応せずに残った4-MPが吸光度として現れる。
よって、リンゴがアリシンと反応すると仮定したとき、ア
リシンと反応する4−MPの量が少なくなるため、ニンニ
クのみの時と比べて吸光度の減少割合(＝グラフの傾き)は小さくなる。
また、先行研究を参考にし、実験を行った。
(１)すりおろしニンニク中のアリシン測定実験
まず、時間経過によってニンニクのアリシンが減少することを測定する。この結果がリンゴを加えたときに対する基準となる。
【手順】①ニンニクをすりおろす②すりおろしにんにく1gに対して、リン酸
Buffer10mLの割合でニンニク液に加え、スター ラー
で撹拌する(なお、この割合は予備実験に よって適していると判断した)
図１
図２⑤4-MP:ニンニク液 = 3mL: 800μLで4-MPを加える⑤5分間スターラーで撹拌し、4-MPとアリシンを 反応させる⑥セルに試料3mLを入れる⑦分光光度計(324nm)で4-MPの吸光度を測定⑧(0時間の値)-(x時間の値)で吸光度の変化量を計算
以下、リンゴジュースなし(ニンニクのみ)の手順をリン
ゴ無し、リンゴジュースを加えた手順をリンゴありとす
る。

4. 結果
（1）すりおろしニンニク中のアリシン測定実験の結果と考察
結果は次のグラフ１のようになった。４−MPの吸光度の減少は間接的にアリシンの減少を表している。

グラフ１(x軸：計測開始からの経過時間［h ］、
y軸：吸光度[abs,324 nm] )③コーヒーフィルター、ろ紙で濾過③ニンニク液を遠心分離(12000rmpで10分間)

上のグラフは4-MPの時間経過による吸光度(ニンニ
ク2倍、n=7)と(ニンニク1倍、n=7)を表している。時間経過とともに吸光度が減少していることが分かる。よって仮説①が立証といえる。
（2）リンゴジュースを加えたときのすりおろしニンニク中のアリシン測定実験
結果の吸光度から、計測時間ごとの吸光度の減少量を求めた。以下のグラフ2 のようになった。なお、グラフ
2は１回目の実験による結果である。

倍率(ニンニク：リンゴ)

1：2

1：1

2：1

リンゴ無し

0.00320.0045-

リンゴあり①0.0031n.s.

0.0124

リンゴあり②n.s.

n.s.

0.0008

リンゴあり③n.s.

0.0006n.s.

0.00910.0182n.s.

(ニンニク：buffer)

リンゴあり④

数字は近似値線の傾き、n.s.は回帰検定で有意差なし、-は測定結果なしを示す。
結果の表より、太字になっているいくつかの傾きでは、リンゴありの方が、リンゴ無しよりも傾きが小さいことがわかった。よって、にんにくにリンゴを加えると、匂いが軽減される傾向があると考えられる。

6.今後の展望・実験回数を増やすことで、傾きの比較を正確に行えるようにし、より信憑性のある結果を出す。
・傾きを算出する時点における有効な実験結果を 増やす。
・リンゴ以外でニンニク臭を減らす効果があると 言われる食品でも同様の実験を行う。

7.参考
ギョウジャニンニクの変異と選抜 3.Allicinの 定量と個体変異について(北陸作物学会報 鈴木正一・後藤秀幸)
BIOTIMES-バイオタイムズ-バッファー（緩衝液）の作り方(https://research-supporters.com/bufferpreparation/)

ニンニクのにおいを消してくれる”食べ合わせ” がある！？(ウェザーニュース 2018/12/15)(https://weathernews.jp/s/topics/201812/040185/)
グラフ２

5.考察
実験（１）と実験（２）の測定結果から、計測開始時の吸光度を基準にし、計測時間ごとの吸光度の減少量を求め、リンゴなしとリンゴありの吸光度の減少割合（グラフの近似値線の傾き）を算出した。

2回目以降の計測結果も含めた近似値線の傾き(表1)と、リンゴ無しの近似値線の傾きを比較すると以下の表のようになった。