2019 Fiscal Year Annual Research Report
材料表面精密制御によるフジツボ接着メカニズムの解明と抗付着材料の開発
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18H01645
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
平井 悠司 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 講師 (30598272)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野方 靖行 一般財団法人電力中央研究所, 環境科学研究所, 上席研究員 (10371535)
室崎 喬之 旭川医科大学, 医学部, 助教 (40551693)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フジツボ / 防汚 / 自己組織化単分子膜 / フィールド実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は工学系と生物系研究者の異分野連携によって海洋付着生物であるフジツボの付着メカニズム解明を通して抗付着材料を開発することを目的としており、令和元年度は下記の研究について検討した。昨年度は自己組織化を用いて作製された微細構造表面に金をスパッタし、自己組織化単分子膜を利用して各種官能基を表面に提示、フジツボ幼生の付着実験を行った。その結果、用いた微細構造より表面官能基のほうがフジツボ付着に与える影響が大きいことが明らかとなり、フジツボの付着抑制には表面官能基が非常に重要だということが示唆された。今後はさらに多種多様な微細構造表面において付着試験を行い、微細構造上におけるフジツボ幼生の付着行動を詳細に解析することで付着メカニズムの解明を目指すとともに、表面微細構造によっても付着抑制効果が表れるのかどうかを調査する。さらに昨年度はフィールド実験に用いるための高機能サンプル基板作製法の確立を目指し、特に付着抑制効果が高かった架橋ポリビニルアルコール基板表面への微細構造導入法を確立、再現性良くサンプルを作製することができるようになった。今後は微細構造の種類を変えてラボにてその付着抑制効果を確認するとともに、大面積化の検討も行う。
一方で、これまで利用してきたフジツボの付着実験系ではパラメータが少し違う程度のサンプル基板間の付着性の違いを理解することは困難であったため、新規実験系の構築も行った。具体的には実験に用いるサンプル基板を５枚準備して箱型に組み立てることで、これまで用いてきたシリコーンウェルを利用しなくて良くなり、直接サンプル基板間の付着性を比較、評価できるようになった。今後はこの手法も用いることで、より明確にフジツボの付着性を評価可能となり、更なる知見が得られると考えている。
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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
上述の通り、申請時のスケジュール通りに進んでいる研究項目も多く、おおむね順調に進展していると考えられる。昨年度はフジツボ幼生の分泌する接着タンパク質の各種官能基への接着性をフジツボの付着率と併せて評価する予定であったが、フジツボ幼生が分泌する接着性タンパク質であるフットプリントが容易に脱落してしまうことが示唆され、どの程度基板に付着、残存しているかを定量化することができなかった。そのため一部の研究項目に遅れは出ているものの、研究室における付着実験において基板の効果をより明確に比較、調査するための新規実験法の開発に成功したため、今後はより正確にサンプル表面への付着性評価が行え、加速度的に成果が得られると考えている。さらに付着抑制効果の高かった架橋ポリビニルアルコール表面に微細構造を導入する手法を確立することができたため、付着抑制効果以外の機能の付加も可能であると考えられる。一方でこれまで用いてきたフィールド実験系が使えなくなってしまったため、今後は新たなフィールドの開拓が必要ではあるが、すでにフィールド実験をするための知見があるため、フィールドが確定し次第すぐに準備を行う予定である。
昨年度は微細構造表面へのフジツボ幼生付着評価および架橋ポリビニルアルコール表面の実験室並びにフィールドにおける付着性評価についての成果をまとめ、それぞれ原著論文として報告した。またフジツボの付着実験を行うためのサンプル作製の過程において、微細加工加硫ゴム表面が優れた物性を示したため、その結果をまとめて原著論文として報告した。今後も得られた成果を積極的に報告していく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は新たに開発した実験系を軸に、より精密にフジツボ幼生と表面微細構造及び表面官能基の関係を調査していく。特に研究項目「マイクロパターン化された自己組織化単分子膜基板上におけるフジツボの接着性評価」について集中的に研究を進め、フジツボ付着期幼生がどの程度基板表面の官能基のサイズを認識しているかを調査するとともに、表面官能基が狙い通りにマイクロパターン化されているのか、タンパク質吸着等により可視化する。また表面微細構造のフジツボ幼生の付着に与える影響については、より精密に任意のパラメータのみを独立して制御して微細構造を作製、更に表面官能基を自己組織化単分子膜で調整することで、表面微細構造のどのような因子がフジツボの付着に影響するのかを明確に抽出、抗付着材料開発のための指針とする。
一方で、作製した抗付着材料サンプルを用いたフィールド実験の検討も進めていく。特に付着抑制効果が高かった架橋ポリビニルアルコール基板に微細構造を形成させ、実海洋条件下において微細構造がどのように影響するのかを調査する。さらにこれまでは環境への負荷が懸念される有機チタン系架橋剤を利用していたため、クエン酸などの環境中へ放出しても全く問題のない架橋剤を利用し、さらに前回フィールド試験で課題となった耐久性を向上させるために各種フィラーを添加して基板を作製する。フィラーについてもできるだけ環境に配慮し、珪藻殻やセルロースナノクリスタルなど、環境中において完全無害な材料を利用する。また、耐久性の高い材料として現在も防舷材などとして利用されている加硫ゴム表面に微細構造を形成させ、すでに利用されている海洋治具類の高機能化も検討し、得られた知見の社会還元にも力を入れる。
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Research Products
(13 results)
