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最新の海洋生分解性プラスチックの研究開発動向 淺田 元子(著/文) - テクノシステム
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最新の海洋生分解性プラスチックの研究開発動向 プラごみ・MPsの現状と対策

工業・工学
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B5判
348ページ
定価 40,000円+税
ISBN
978-4-924728-87-5   COPY
ISBN 13
9784924728875   COPY
ISBN 10h
4-924728-87-X   COPY
ISBN 10
492472887X   COPY
出版者記号
924728   COPY
Cコード
C3050  
3:専門 0:単行本 50:工学・工学総記
出版社在庫情報
不明
初版年月日
2021年5月25日
書店発売日
登録日
2021年5月19日
最終更新日
2021年5月19日
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紹介

2050年には魚の量をプラスチックごみの量が上回る、という報告がなされ、深刻な課題となっている海洋プラスチックごみ・マイクロプラスチック問題。
現在、プラスチックの使用量の削減および、プラスチック代替技術の研究開発や海洋生分解性を有する新素材開発が求められています。
そこで、この課題についての我が国と世界の取組みの現状や、最新の技術研究について、わかりやすく解説します。
これからのSDGsを目指す社会をつくる、すべての企業や研究者に読んでほしい一冊です!

目次

第1章 課題となる海洋プラスチックごみと
マイクロプラスチック汚染の現状 

第1節 海洋プラスチック問題とプラスチック資源循環
岸村 小太郎
1. 海洋プラスチック問題とマイクロプラスチック
1.1 産業界における海洋プラスチック問題への取組み
1.1.1 日本プラスチック工業連盟の取組み
(1) 樹脂ペレット漏出防止
(2) 海洋プラスチック問題の解決に向けた宣言活動
1.1.2 化学業界の取組み:海洋プラスチック問題対応協議会(JaIME)
1.1.3 クリーン・オーシャン・マテリアル・アライアンス(CLOMA)
1.1.4 廃棄プラスチックをなくす国際アライアンス
(AEPW:Alliance to End Plastic Waste)
1.2 マイクロプラスチックの問題
1.2.1 マイクロプラスチックに関する規制
1.2.2 マイクロプラスチックに関する研究
2. 我が国の取組みとプラスチック資源循環戦略
2.1 プラスチック資源循環戦略
2.2 プラスチック資源循環戦略に基づく施策
2.2.1 リデュースの徹底
2.2.2 効果的・効率的で持続可能なリサイクル
(1) リユース・リサイクル可能な製品設計
(2) プラスチック資源の回収・リサイクルの拡大と高度化
(ⅰ) 家庭から排出されるプラスチック資源の回収・リサイクル
<市町村による分別回収>
<事業者による分別回収>
(ⅱ) 事業者から排出されるプラスチック資源の回収・リサイクル
(ⅲ) 効率的な回収・リサイクルの基盤整備
2.2.3 再生素材やバイオプラスチックなど代替素材の利用促進
(1) 再生素材の利用促進
(2) バイオプラスチックへの代替促進
<主な基本方針>
2.2.4 分野横断的な促進策
3. プラスチックに係る資源循環の促進等に関する法律案
(1) 基本方針の策定
(2) 個別の措置事項
①環境配慮設計指針の策定
②ワンウェイプラスチックの使用の合理化
③市区町村の分別収集・再商品化の促進
④製造・販売事業者等による自主回収の促進
⑤排出事業者の排出抑制・再資源化の促進
4. 今後の展望と期待
4.1 海洋プラスチック問題
4.2 リサイクルの推進
4.3 バイオプラスチック
4.3.1 バイオマスプラスチック
4.3.2 生分解性プラスチック
4.4 評価される業界の行動

第2節 海洋プラスチックごみ対策に向けての包装技術の最新動向
    -循環型社会に向けた包装の新潮流-
森 泰正
1. 循環型社会とは
1.1 エレン・マッカーサー財団の報告書のインパクト
1.2 循環型社会に向けた消費財メーカー,リテール業界の動き
1.2.1 P&Gのサステナビリティ戦略 「Ambition 2030」
1.2.2 コカ・コーラの環境戦略「廃棄物ゼロ社会」
(“World Without Waste”2018年発表)
1.2.3 ネスレ
1.2.4 ウォルマート
1.3 循環型社会に向けた化学メーカーの動き
2. プラスチックの新たな再生技術
2.1 メカニカル(マテリアル)リサイクルの現状と課題
2.2 新リサイクル技術の展望と課題
2.2.1 解重合法(モノマーリサイクル)
(1) Ioniqa Technologies
(2) Loop Industries
(3) IBM
(4) Gr3n
(5) 解重合法のまとめ
2.2.2 熱分解法
(1) BASF
(2) SABIC
(3) LyondellBasell
(4) Dow
(5) 熱分解法のまとめ
2.2.3 溶剤精製法
(1) P&G
(2) ユニリーバ
2.2.4 海洋プラスチック汚染の解決策:「循環型社会」の構築
3. 循環型社会における生分解性樹脂

第3節 海洋プラスチックごみの現状と今後の課題
内田 圭一
1. はじめに
1.1 レジ袋有料化の効果とは
1.2 世界で取り組まれているプラスチックごみ対策
1.3 なぜプラスチックごみの問題なのか
1.3.1 プラスチックごみが魚の量を上回る?
1.3.2 身近に迫るプラスチックごみ問題
1.4 マイクロプラスチックとは
2.実態調査
2.1 これまで行われてきた調査
2.2 東京海洋大学練習船による調査の概要
2.2.1 目視観測による漂流ごみ調査
2.2.2 ニューストンネット(Neuston net)によるマイクロプラスチック調査
2.2.3 底びき網漁業による海底ごみ調査
2.2.4 調査の拡大
3. 実態調査の結果
3.1 マクロサイズの漂流ごみ
3.2 マイクロプラスチック
3.2.1 日本周辺はマイクロプラスチックのホットスポット
3.2.2 人間の生活圏から最も離れた海域からも
3.2.3 マイクロプラスチックのない海はない
3.2.4 長期保存される海底のプラスチックごみ
4. 異なる調査方法
4.1 漂流ごみの目視観測
4.2 マイクロプラスチック調査
4.3 海底ごみの調査
5.消えたプラスチック
5.1 分解
5.2 生物による取り込み
5.3 マイクロ化し海底に沈積
5.4 マイクロ化せずに海底に蓄積
6. 海洋プラスチックごみ問題の将来
6.1 増加する海洋プラスチックごみ
6.2 海洋中のプラスチックごみが増えることによる問題
7. 海外との連携
8. 海洋プラスチックごみ問題の解決に向けて
8.1 回収の可能性
8.2 より小さなものへ
8.3 実態調査の普及には
8.4 我々にできること
8.4.1 回収
8.4.2 代替え
8.4.3 減らす

第4節 マイクロプラスチックの分析/計測技術
藤 里砂
1. マイクロプラスチックの概要
2. マイクロプラスチックの分析前処理
3. マイクロプラスチックの分析/計測手法
4. 分析事例
4.1 河川から採集したマイクロプラスチックのFT-IRによる定性分析
4.2 海洋生物から採集したマイクロプラスチック
5. まとめ

第5節 水中におけるマイクロプラスチックの高感度検出のための
    蛍光指示薬の開発
権 正行,田中 一生,中條 善樹
1. 海洋汚染におけるマイクロプラスチックと認識戦略
2. 元素ブロックの概念や有機-無機ハイブリッドおよびPOSSについて
3. 発光性POSSネットワークによるシリカ微粒子のサイズ識別
4. 発光性POSSネットワークによるマイクロプラスチックのサイズ識別
5. まとめ



第2章 木質バイオマスおよび微生物由来による生分解性プラスチック 

第1節 生分解性高機能バイオプラスチックの創製と評価
淺田 元子
1. プラスチック利用の現状と問題点
2. バイオマス由来プラスチックの意義
3. 水蒸気爆砕を用いた木質バイオマス構成成分の分離
4. アセトン可溶性成分(低分子量リグニン)を原料としたリグニンエポキシ樹脂硬化物の製造
5. 亜塩素酸不溶性成分(ホロセルロース)を原料としたセルロース
ナノファイバーの製造とバイオプラスチック補強材としての利用
6. 今後の課題と展望

第2節 微生物による芳香族化合物の分解と生分解性プラスチックへの転換
張 傛喆
1. バイオプラスチックへの変換
2. 芳香族化合物の分解
3. 単環芳香族化合物の分解
4. 多環芳香族炭化水素(PAHs)の分解
4.1 アルキルフェノール
4.2 アルキルフェノールの分解菌
4.3 代謝経路と酵素
5. バイオプラスチック
5.1 芳香族化合物の分解による生分解性バイオプラスチックの生成
5.2 単環芳香族炭化水素からのPHA生産
5.3 多環芳香族炭化水素からのPHA生成
6. 芳香族化合物存在下におけるPHA生成タンパク質の応答
7. まとめ

第3節 微生物が担うプラスチックの炭素循環への入り口
紙野 圭,三浦 隆匡,内野 佳仁,山口 薫,髙橋 幹男
1. プラスチックの問題における微生物の役割
1.1 環境中に見られる素材の炭素循環
1.2 炭素循環の視点からの木質素材とプラスチック
1.3 環境中での行く末を決める鍵のステップとしての微生物による分解
1.4 プラスチックの問題に対する経済と連動した環境への取組み
1.5 生分解性プラスチックとその生分解性評価の重要性
2. 微生物の解析の実際
2.1 環境における生分解の解析に用いられる菌叢の解析
2.2 メタ16S解析の流れ
①サンプリングとDNA抽出
②シーケンスライブラリーの調製とシーケンス
③リードの前処理
④系統アサインメント
⑤多様性解析
2.3 メタ16S解析の実際
2.4 メタ16S解析の計画
2.5 実海域でのサンプル採取の実際
2.6 生分解性評価の基盤情報として重要な菌量の見積もり
2.7 生分解性菌叢の特定に必要な微生物株の解析
2.8 新規素材開発の基盤としての微生物の情報



第3章 海洋生分解性プラスチックの課題と展開 

第1節 海洋生分解性プラスチックに関する国際規格の動向
小川 玲奈
1. 国際規格発行の背景
1.1 EU Open-BIOプロジェクト
1.1.1 プロジェクトの概要
1.1.2 プロジェクトの狙いと試験の概要
1.1.3 プロジェクトの成果と課題
(1) フィールド評価
(2) 実験室評価
(3) 化学物質としての安全性評価
1.2 ASTMインターナショナルの動向
1.2.1 ASTM D 6691
1.2.2 ASTM D 6692(2010年取り下げ)
1.2.3 ASTM D 7473
2. 2020年前半に発行されたISO規格
2.1 ISO 22766
2.2 ISO 22403
3. 今後の国際規格への影響が予想される動向
3.1 欧州委員会による開放環境におけるプラスチックの生分解性に関する勧告
3.1.1 生分解性ポリマーの定義
3.1.2 勧告
3.1.3 開放環境における生分解性プラスチックの利用について
3.1.4 開放環境における生分解性の考え方
3.1.5 認証に関する勧告
3.1.5.1 規格の開発フレームワーク
3.1.5.2 認証シナリオの比較
3.1.5.3 認証の低コスト化のために
3.1.5.4 認証の適用範囲
3.2 日本における海洋生分解性に関する調査

第2節 深海微生物による生分解性プラスチックの分解性と
海洋プラ問題の未来への模索
加藤 千明,佐藤 駿佑,榎 牧子,亀山 豊
1. 海洋におけるプラスチックごみ問題
1.1 海洋プラスチックごみのほとんどは深海へ蓄積
1.2 生分解性プラスチックの開発と海洋分解性
2. 生プラの深海微生物による分解性
2.1 生プラを分解する深海微生物の探索
2.2 微生物が生産する植物性バイオプラスチックPHBHを分解する深海微生物の探索
3. 海岸でのマイクロプラスチック(MPs)調査
3.1 NPO法人による「うみの環境しらべ隊」活動と,結果
3.2 FT-IRを用いた海岸漂着プラスチックの評価
4. 持続可能な未来社会実現への模索
4.1 SDGsに向けてのアクション

第3節 海洋生分解性プラスチックを実現するための技術開発
粕谷 健一,鈴木 美和,橘 熊野
1. 海洋にあふれるプラスチックごみ
2. 生分解性プラスチックとは
3. 生分解性プラスチックの酵素分解性と環境分解性
4. 生分解性プラスチックの課題とそれを克服するための技術コンセプト
5. 海洋環境中での生分解性プラスチックの生分解機構
6. 生分解性プラスチックの一次構造と生分解性との相関
7. 生分解性プラスチックに分解開始スイッチング機能を組み込む
8. 生分解性プラスチックの生分解速度を制御する
9. 海洋環境におけるプラスティスフィア制御による生分解性プラスチック分解速度制御
10. 海洋生分解性プラスチック社会実装までの課題と実現可能性

第4節 安価かつ身近な海洋生分解性バイオマスプラスチックの材料
宇山 浩
1. 海洋生分解性プラスチックとは
2. 天然素材を利用した高分子材料開発
3. デンプン含有生分解性プラスチック
4. 海洋生分解性バイオマスプラスチックの開発に向けて
5. まとめ

第5節 自己生分解性を有する酵素内包ポリ乳酸の開発
黄 秋源,木村 聡,岩田 忠久
1. はじめに
2. ポリ乳酸
3. プロテイナーゼK
4. 溶媒キャスト法によるPLLAへのプロテイナーゼKの内包
5. 熱混錬法によるプロテイナーゼK内包型PLLAの作製
6. プロテイナーゼKの固定化
7. 生分解スイッチ機能としての酵素
8. まとめ

第6節 海洋生分解性プラスチック開発・導入普及ロードマップ
本節は,経済産業省公開の以下のページより転載いたしました。
 https://www.meti.go.jp/press/2019/05/20190507002/20190507002.html
第1章 本ロードマップの役割と意義
1. 地球規模の海洋プラスチックごみ問題への対応
(1) 経緯
(2) 日本国政府の取組
(3) 産業界の取組
(4) 経済産業省の取組
2. 生分解性プラスチックの役割
(1) 代替素材導入の必要性
(2) 本ロードマップの位置付け

第2章 海洋生分解性プラスチックの開発・導入普及に向けた課題と対策
1. 基本的考え方
(1) 技術課題の解決に向けて
(2) 国内外の市場導入・普及に向けて
2. 技術開発・導入普及の具体的方向性
(1) 実用化された新素材の社会実装化(“MBBP1.0”)
<導入普及に向けた課題と対策>
①-1 海洋生分解性機能に係る共通の技術評価手法の確立
[課題]
[対策]
[施策]
①-2 海洋生分解性プラスチックの規格・標準化
[課題]
[対策]
[施策]
①-3 海洋中のマイクロプラスチックの測定方法の開発と標準化
[課題]
[対策]
[施策]
①-4 生分解性機能の向上
[課題]
[対策]
[施策]
②-1 供給能力の拡大
[課題]
[対策]
[施策]
②-2 生産コストの改善
[課題]
[対策]
[施策]
③ 需要創出・市場開拓
[課題]
[対策]
[施策]
④ 識別表示の整備,分別回収・処理に係る検討
[課題]
[対策]
[施策]
(2) 複合素材の技術開発による多用途化(“MBBP2.0”)
<技術開発に向けた課題及び対策>
① 機能性充塡材の技術開発
[課題]
[対策]
[施策]
(3) 革新的技術・素材の研究開発(“MBBP3.0”)
<研究開発に向けた課題及び対策>
①-1 革新的技術・素材の創出に向けた海洋生分解メカニズムの解明
[課題]
[対策]
[施策]
② 新たな微生物の発見
[課題]
[対策]
[施策]
③ スイッチ機能の付与
[課題]
[対策]
[施策]
④ 漁具の代替素材導入検討(水産庁との連携)
[課題]
[対策]
[施策]

第3章 各論 (技術ロードマップ)
1. 実用化された新素材の社会実装化(“MBBP1.0”)
(1) 評価手法の確立
(2) 生産プロセスの改善
(3) 原料調達の多様化
2. 複合素材の技術開発による多用途化(“MBBP2.0”)
(1) 成形加工技術の開発・他材料との混合(コンパウンド化)による機能性材料の開発
① 成形加工技術の開発
② 他材料との混合(コンパウンド化)
3. 革新的技術・素材の研究開発(“MBBP3.0”)
(1) 海洋生分解メカニズムの科学的理解
(2) 新規プラスチックの設計,開発
(3) 海洋生分解性コントロールの機能の開発



付録 各種プラスチック材料の接触角
石井 淑夫
1. 接触角
2. 臨界表面張力
3. 表面自由エネルギーの解析
3.1 Fowkesの式からの拡張
3.2 表面自由エネルギーの色々な解析法
-ポリアクリル酸エステルとアクリル酸共重合体の表面張力と界面張力-
(1) 拡張 Fowkesを用いた提案
(2) Wuの提案
(3) Good-Girifalcoの提案
(4) 斎藤の提案
3.3 酸-塩基相互作用による界面エネルギーの評価
3.4 高分子の表面エネルギーに関するその他のデータ
4. ジアルキルフタレートとステアリン酸
4.1 可塑剤,ジアルキルフタレートの表面張力
4.2 ステアリン酸の接触角
5. ポリアセチレン
5.1 ポリアセチレン
5.2 プラズマ重合アセチレン
6. ポリエチレン,ポリプロピレン,パラフィン
6.1 ポリエチレン上の水滴の接触角
6.2 水中における表面ポリエチレンに対するニトロベンゼンの接触角
6.3 極性液体で決められたプラスチックの臨界表面張力
6.4 エタノール水溶液を用いて決定した非分散力成分
6.5 固体表面のぬれに対する気水界面上の不溶性単分子膜の膜圧の効果
6.6 結合エネルギーに対する極性成分の測定
6.7 ある固体表面から他の表面への液体の移動
6.8 液体との相互作用に対するポリマーの表面の荷電の効果
6.9 クロム酸処理した低密度ポリエチレンからつくられた膜の接触角
7. ポリエチレングリコール,ポリプロピレングリコール
7.1 ポリエチレングリコール,ポリプロピレングリコールおよびそのメチルエーテルの同族体の表面張力-分子量依存性とメチル基効果
[表面張力の分子量依存性]
8. ポリエチレンテレフタレート
8.1 ポリエチレンテレフタレートに対する紫外線照射効果
9. ポリスチレン
9.1 ポリスチレンの炭化水素中における水の接触角
9.2 プラズマ処理により親水化されたポリスチレン表面の経時安定性
10. ナイロン
10.1 ナイロン等の表面自由エネルギーの分散力成分と非分散力成分などの分析
10.2 固体/溶融液体界面の表面張力および接触角の決定
11. ポリメチルメタクリレートなど
11.1 溶媒を用いてつくったポリメチルメタクリレート膜の表面特性
12. ポリウレタン
12.1 ポリウレタンの表面の性質と血液適合性との関係
13. ゴム類
13.1 柔軟な材料上の接触角ヒステリシス
13.2 シンジオタクティック1,2-ポリブタジエン(PBD)の前進接触角
13.3 ブタジエン/酸素混合膜のプラズマ重合
13.4 シス-トランスブタジエンの表面酸化
13.5 シリル化したガラス表面上のポリイソブチレンの接触角
13.6 ポリイソブチレンの接触角
13.7 ポリブタジエンの空気中および窒素雰囲気中での接触角θの経時変化
14. ポリビニルアルコール,ポリ塩化ビニル,ポリ塩酸ビニルなど
14.1 ポリビニルアルコールの臨界表面張力
14.2 親水性高分子の表面特性
15. 含フッ素高分子
15.1 含フッ素高分子の接触角
15.2 ポリテトラフルオロエチレンの表面張力,接触角,Good-Girifalcoの相互作用パラメータφ
15.3 ポリテトラフルオロエチレン等の接触角など
15.4 ポリマーの表面張力の分析
15.5 温度依存性
15.6 ポリエチレン上のフッ化炭素のプラズマ重合
16. ポリジメチルシロキサン,他
16.1 ポリジメチルシロキサンの接触角
17. 生体高分子
17.1 接触角測定によって求められる生体高分子の表面化学的性質
18. 共重合体
18.1 エチレン-アクリル酸共重合体
18.2 エチレン-ビニル酸共重合体
18.3 ポリスチレンを一成分とするジブロック共重合体
18.4 スチレン-メチルメタクリレート共重合体
18.5 スチレン-2-ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体
18.6  4-ビニルピリジンをグラフトしたスチレン- ブタジエン-スチレン三共重合体 (SBS-g-VP)
18.7 テトラフルオロエチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体
18.8 ポリシロキサンをグラフトしたフッ素ポリマー
18.9 パーフルオロエーテルで修飾したシリコーン
18.10 ポリジメチルシロキサン-b-エチレンオキサイド多重ブロック共重合体

索引

著者プロフィール

淺田 元子  (アサダ チカコ)  (著/文

徳島大学 大学院社会産業理工学研究部 生物資源産業学域 准教授 博士(工学)

石井 淑夫  (イシイ トシオ)  (著/文

鶴見大学 名誉教授 学術博士

岩田 忠久  (イワタ タダヒサ)  (著/文

東京大学 大学院農学生命科学研究科 生物材料科学専攻 教授 博士(農学)

内田 圭一  (ウチダ ケイイチ)  (著/文

東京海洋大学 学術研究院 海洋資源エネルギー学部門 准教授 博士 (情報学

内野 佳仁  (ウチノ ヨシヒト)  (著/文

独立行政法人製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジーセンター 主査 博士 (農学)

宇山 浩  (ウヤマ ヒロシ)  (著/文

大阪大学 大学院工学研究科 教授 工学博士

榎 牧子  (エノキ マキコ)  (著/文

東京海洋大学 学術研究院 海洋資源エネルギー学部門 准教授 博士(農学

小川 玲奈  (オガワ レイナ)  (著/文

株式会社三井物産戦略研究所 技術・イノベーション情報部 インダストリーイノベーション室 シニアプロジェクトマネージャー 博士(工学)

粕谷 健一  (カスヤ ケンイチ)  (著/文

群馬大学 大学院理工学府 分子科学部門 教授 博士(工学)

加藤 千明  (カトウ チアキ)  (著/文

NPO法人チームくじら号 代表 農学博士

紙野 圭  (カミノ ケイ)  (著/文

独立行政法人製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジーセンター 室長 博士(理学)

亀山 豊  (カメヤマ ユタカ)  (著/文

一般社団法人生物多様性アカデミー 主席研究員

岸村 小太郎  (キシムラ コタロウ)  (著/文

三井化学株式会社 ESG推進室 アドバイザー

木村 聡  (キムラ サトシ)  (著/文

東京大学 大学院農学生命科学研究科 生物材料科学専攻 技術専門職員

権 正行  (ゴン マサユキ)  (著/文

京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 助教 博士(工学)

佐藤 駿佑  (サトウ シュンスケ)  (著/文

東京海洋大学 学術研究院 海洋資源エネルギー学部門 技術補佐員 博士(海洋科学)

鈴木 美和  (スズキ ミワ)  (著/文

群馬大学 食健康科学教育研究センター 助教 博士(理工学)

髙橋 幹男  (タカハシ ミキオ)  (著/文

独立行政法人製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジーセンター 課長

橘 熊野  (タチバナ ユヤ)  (著/文

群馬大学 大学院理工学府 分子科学部門 准教授 博士(工学)

田中 一生  (タナカ イッセイ)  (著/文

京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 教授 博士(工学)

張 傛喆  (チャン ヨンチョル)  (著/文

室蘭工業大学 大学院環境創生工学系専攻 教授 博士(農学)

中條 善樹  (チュウジョウ ヨシキ)  (著/文

京都大学 名誉教授 工学博士

黄 秋源  (ホワン チウヤン)  (著/文

東京大学 大学院農学生命科学研究科 生物材料科学専攻

藤 里砂  (フジ リサ)  (著/文

株式会社島津製作所 分析計測事業部 スペクトロビジネスユニット

三浦 隆匡  (ミウラ タカマサ)  (著/文

独立行政法人製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジーセンター 主任 博士 (農学)

森 泰正  (モリ ヤスマサ)  (著/文

株式会社パッケージング・ストラテジー・ジャパン 取締役社長

山口 薫  (ヤマグチ カオル)  (著/文

独立行政法人製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジーセンター 主査 博士(農学)

上記内容は本書刊行時のものです。