2013 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity |
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24120004
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| Research Institution | Hamamatsu University School of Medicine |
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Principal Investigator |
針山 孝彦 浜松医科大学, 医学部, 教授 (30165039)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下村 政嗣 東北大学, 原子・分子材料科学高等研究機構, 教授 (10136525)
不動寺 浩 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端フォトニクス材料ユニット, 研究員 (20354160)
久保 英夫 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50283346)
石井 大佑 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60435625)
木村 賢一 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (80214873)
吉岡 伸也 大阪大学, 生命機能研究科, 助教 (90324863)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 生物表面構造 / 自己組織化 / サブセルラーサイズ / 構造色 / 太陽電池 / 「いいかげん（好い加減）」 / 極限生物 / NanoSuit法 |
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| Research Abstract |
自己組織化現象としての形態形成時に、基盤のように現れるアクチン繊維構造と超微細構造が関係をもっている可能性が高いことが示された。例えば、モスアイ構造のニップルの形成について透過型電子顕微鏡で微細構造を観察するとニップルの下に微絨毛がありその周辺にレンズ物質の集積らしき電子密度の高い部分が観察された。また脚先の網状構造についても同様の検討を進め、モスアイと同様に形態形成時における微絨毛の重要性が明らかになってきた。一方、モスアイの集光などに関して、これまで規則性の高いナノパイル構造が重要とされてきたが、われわれは実際の昆虫複眼に、ナノパイルの配列には異なる度合いの欠陥・乱れ、つまり規則性と不規則性を共存させた系が存在していることを見いだし、これらの欠陥、あるいは“いいかげんさ”に基づいた理論的解析により、１．ある範囲の不規則性は無反射性能の障害にはならない。２．サイズにはあまり依存することはなく、表面構造の深さが無反射特性に本質的に重要である。３．さらに、例えばフラクタル構造のような自己相似的な表面形状は、角度依存性を改善する、ということがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
生物の生産プロセスの研究において、「①クチクラなどの生物の細胞が分泌した物質の自己組織化には微絨毛のようなテンプレートを必要とする②マイクロリンクルなどのように発生段階で形と強度の局在が生じる際の力の変化による③物質あるいは周辺環境の偏りと相互作用によるチューリングパターンによる。」という3つの形成機構の解明が残されているが、経時的観察により、形態形成の微細構造の大量の基礎的データを取得することができた。一方、モスアイ構造など生物がもつ集光のための表面構造に「いいかげんさ」が存在していることを発見し、物理・数学的に「いいかげんさ」が許容される背景を解析でき、工学利用に発展できることを明らかにしたことは特筆に値する。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果を発展させ、「サブセルラーサイズ効果」を生み出している生物の表皮の形成の仕組みを学び、その仕組みを模した工学的モデルの作成を継続する。生物表皮の超微細構造解析には、既存の3D-SEMと生物学的計測法の一つとして、日本発で世界的に評価されているがまだ一般に使用されていない「生きたまま、あるいは生きている状態をそのまま反映して電子顕微鏡観察する」NanoSuit法を適用していく。ショウジョウバエの遺伝的修飾によるクチクラ形成異常の解析では強いツールとなり、形態学的にナノパイル構造と基盤となる細胞の構造の関係を明確にできる可能性は高いと考えている。陸生生物がもつ眼の高い集光能力に関してはこれまでと同様に研究を続け、同時に、深海性生物や植物など、特に集光能力を上げている生物にも解析の視点を広げて、多様な光学的機能解明を進める。一方、生物の「てきとうなつくり」の高機能性がわかってきた。工学的ものづくりを意識し、どの程度の「てきとうさ」までの許容が可能か、適当なものづくりという新しい発想をどのように現実のものづくりに適用していくかなどの検討を数学・物理学および工学的に行う。A01班のデータを利用し、B01全体との連絡を図り、プロダクトの社会的貢献をC01と共に推進を図る。
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Research Products
(47 results)
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[Journal Article] Production of Colored Pigments with Amorphous Arrays of Black and White Colloidal Particles2013
Author(s)
Takeoka, Y., Yoshioka, S., Takano, A., Arai, S., Nueangnoraj, K., Nishihara, H., Teshima, M., Ohtsuka, Y. and Seki, T.
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 52
Pages: 7261-7265
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Formation of footpad during the pupal development in a fruit fly, Drosophila melanogaster
Author(s)
Kimura, K-I., Minami, R., Sato, C., Yamahama, Y., Hariyama, T.
Organizer
Joint international symposium on "Nature-inspired Technology (ISNIT) 2014" and "Engineering Neo-biomimetics V”
Place of Presentation
Hokkaido University
Invited
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