2016 Fiscal Year Annual Research Report
Biomimetics based on the functional structure and the formation process of organisms
| Project Area | Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity |
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| Project/Area Number |
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 千歳科学技術大学, 理工学部, 教授 (10136525)
不動寺 浩 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点光機能分野 コロイド結晶材料グループ, グループリーダー (20354160)
久保 英夫 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50283346)
石井 大佑 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60435625)
木村 賢一 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (80214873)
吉岡 伸也 東京理科大学, 理工学部物理学科, 准教授 (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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| Outline of Annual Research Achievements |
1)生物表面のサブセルラーサイズ光学システムを模倣した自己組織化構造色作成
タマムシのレプリカを用い、自己組織的にブラック反射構造を形成するコロイド粒子懸濁液に浸漬してモデルを作製した。行動実験から、タマムシが種内コミュニケーションに構造色を用いていることを検証した。3次元構造体への集積技術を拡大して表面積の大きな材料表面に適応可能とし、市場展開のための用途調査中である。多層膜干渉膜材料とモスアイ構造を組み合わせることで、滑落性や防汚性などの多機能性をもった表面光学材料として活用できる。
2)生物のサブセルラーサイズ構造の自己組織化による形態形成過程解明
ショウジョウバエ野生型の複眼を形成する個眼の角膜レンズ表面に微小パイル構造パターンがある。遺伝子操作実験により、遺伝子とその産物によって細胞外分泌物の集積が制御されていることがわかった。パイルパターンの直下に存在する微絨毛周辺に物質の集積を示す電子密度の高い部分と、発生に伴うパターンの経時変化が観察され、細胞外物質の形態形成と強い関連があることが示唆され、複眼表面に形成されるナノニップル構造とその起源となるアクチン微絨毛の構造的・数量的関係が見えた。
3)「“厳密ではない構造”だけど、緻密な機能」を実現し、かつ多機能性を保有している構造の発見
蛾の複眼表面には、光の波長以下の規則的に配列した微小パイル構造が存在し、乱れのない規則配列構造により無反射性を獲得していると考えられてきたが、生物の詳細な観察結果と、ボロノイ分割等の数学的解析法によって、突起の配列には秩序性が欠落した箇所が無数に存在していることが解明され、乱れがあっても反射率は低く維持されることが確かめられた。また、無反射性だけでなく、自浄作用(防汚)、滑落性など多機能性があることを実験的に確認することに成功し、市販のモスアイフィルムにも同様の機能があることが示された。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] A Modified ‘NanoSuit(R)’ Preserves Wet Samples in High Vacuum: Direct Observations on Cells and Tissues in Field-Emission Scanning Electron Microscopy2017
Author(s)
Yasuharu Takaku, Hiroshi Suzuki, Hideya Kawasaki, Isao Ohta, Daisuke Ishii, Satoshi Hirakawa, Takami Tsutsui, Haruko Matsumoto, Sayuri Takehara, Chinatsu Nakane, Kana Sakaida, Chiaki Suzuki, Yoshinori Muranaka, Hirotoshi Kikuchi, Hiroyuki Konno, Masatsugu Shimomura, Takahiko Hariyama
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Journal Title
Royal Society Open Science
Volume: 4
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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