2013 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity |
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24120005
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
細田 奈麻絵 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (50280954)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和田 健彦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20220957)
穂積 篤 独立行政法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (40357950)
浦田 千尋 独立行政法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (40612180)
前田 浩孝 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20431538)
重藤 暁津 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (70469758)
松尾 保孝 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90374652)
北島 博 独立行政法人森林総合研究所, その他部局等, 研究員 (70353662)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | バイオミメティク / エレクトロニクス実装 / 昆虫 / 生物模倣 / 表面 / 接合 / DNA / ハイブリッド皮膜 |
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| Research Abstract |
本研究では、生物のサブセルラーサイズ構造の階層性に起因する動的特性を材料・分子科学の視点から解明し、実装技術への応用を目指している。本年度は要素技術開発（固体間界面、表面、内部構造）を推進した。
(固体間界面):前年度の昆虫の接着性に関する研究の成果を基に、接着機構の設計・製造・測定を行い繰り返し接着が可能な接着構造体の開発に成功した。実装技術への移転を行うため、生体親和性材料を担持する基板として広範に用いられているポリジメ チルシロキサン (以下PDMS)や石英と，金属電極材料のCuならびにTiの大気圧低 温混載接合を実現した．低環境負荷な接合手法として，真空紫外光照射補佐を適 用したvapor-assisted法を用い，プロセス条件を明確化した．
（表面）:層状構造を有する透明ハイブリッド皮膜の層間に，防錆剤であるTTAを高濃度で挿入することにより，１）ダメージを受けた箇所の自己補修/修復，２）表面機能が低下した場合，最表面層の剥離，除去による表面機能の回復，３）層間に導入されたトリルトリアゾール分子による長期にわたる防錆機能維持，という，生物の機能維持メカニズムを人工表面に導入することが可能となり，これまでにない優れた耐食性能を実現することができた。
本成果に関しては，「生物の機能維持メカニズムを模倣した高性能防錆皮膜の開発」というタイトルで，第２回ネイチャー・インダストリー・アワード特別賞（2013.11.20）を穂積 篤が受賞した。浦田千尋が平成25年度の表面技術若手研究者の若手奨励賞を授与した。
（内部構造）：外部刺激によりDNA結線の形成と解離を実現する、外部刺激応答性人工核酸の開発にも取り組み、ホウ酸とpH変化を外部刺激とする可逆的なハイブリダイゼーション形成・解離システムの構築に成功した。研究論文は優秀な論文として2件選ばれた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、サブグループにより要素技術開発を行い、生物の機能維持メカニズを模倣したこれまでにない高性能防錆皮膜の開発、昆虫の脚を模倣した接合機構の設計、電導性官能基を導入した人工核酸モノマーユニットの合成と基礎的物性測定に成功し、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度まで各サブグループにより要素技術開発を行って来たが、全体が融合した体制で開発した生物規範による要素技術をエレクトロニクス実装への技術移転に着手する。融合とはB01-3班のみならず新学術領域の研究班間の融合も含むものである。特に、生物規範となる生物自体の研究はA01-1班とB01-4班と連携し、接着性と関連する表面形状の影響についてはB01-1班と連携しながら推進する。生物モデル以外の研究に関しては班内で融合しながら下記の内容を推進する。
１）セルフアライメント用の電子基板を設計・製作する。２）開発した層状皮膜を電子基板に応用するための設計・製作・特性試験を行う。また、これと平行し、昨年度開発した層状化合物の層間に、各種機能性ゲスト分子（防錆剤、UV吸収剤、はっ水／はつ油剤等）を安定に導入する技術を開発するとともに、その機能（導入した分子の安定性や放出挙動の調査）を評価する。３）微細結線については、引き続き要素技術開発を継続する。具体的には電極上の一本鎖DNA(A)とマイクロワイヤー(微細毛配線)の先端の相補的な一本鎖DNA(B)を上下方向で接近させてハイブリダイゼーションさせた二重らせんDNAにシスプラチンを結合させ、化学的に還元することでDNA上にプラチナワイヤーを析出させ、電極とマイクロワイヤー間の電気的接合を形成させる。電極とマイクロワイヤー間の導電性とプラチナの析出量との相関を調べることで最適な還元を求める。４）周期的な表面凹凸が熱伝達に及ぼす影響を調査する。５）研究過程で新たに発見した水中接着についても具体的な水中接着機構のプロトタイプを製作し、接着性の評価を行う。
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[Journal Article] PNA-NLS conjugates as single-molecular activators of target sites in double-stranded DNA for site-selective scission2013
Author(s)
Aiba, Yuichiro; Hamano, Yuya; Kameshima, Wataru; Araki, Yasuyuki; Wada,Takehiko; Accetta, Alessandro; Sforza, Stefano; Corradini, Roberto; Marchelli, Rosangela; *Komiyama, Makoto
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Journal Title
Org. Biomol. Chem
Volume: 11
Pages: 5233-5238
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Double Helices of a Pyridine-Appended Zinc Chlorophyll Derivative2013
Author(s)
Shinozaki, Yoshinao; Richards, Gary; Ogawa, Keizo; Yamano, Akihito; Ohara, Kazuaki; Yamaguchi, Kentaro; Kawano, Shin-ichiro; Tanaka, Kentaro; Araki, Yasuyuki; Wada,Takehiko; and Otsuki, Joe
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 135
Pages: 5262-5265
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Water transport mechanism through open capillaries analyzed by direct surface modifications on biological surfaces2013
Author(s)
Ishii, D; Horiguchi, H; Hirai, Y; Yabu, H; Matsuo, Y; Ijiro, K; Tsujii, K; Shimozawa, T; Hariyama, T; Shimomura, M
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Journal Title
SCIENTIFIC REPORTS
Volume: 3
Pages: 3024-3024
DOI
Peer Reviewed
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