2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K05634
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
下村 政嗣 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 教授 (10136525)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平井 悠司 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (30598272)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオミメティクス / ウバウオ / 吸盤 / 吸着 / ナノフィラメント |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では水中でも可逆的かつ素早く吸脱着可能なウバウオの吸盤に着目、人工的に模倣材料を作製することでその吸脱着メカニズムを材料科学的に解明するとともに、水中でも可逆的に吸脱着可能なウバウオ模倣接着材料を開発することを目的としている。令和３年度は作製した吸盤模倣材料の吸着力測定とともに有限要素法によって構造パラメータを検証、それらの結果をまとめ学術論文として投稿、掲載された。論文投稿時の議論や追実験、有限要素法シミュレーションなどによって吸着に関する理解が深まり、さらなる機能付加の可能性が生まれた。具体的にはウバウオ模倣材料に強い吸着力が生じるのは、脱着時に剥離開始点(界面)にかかる応力が材料全体に分散、剥離開始点が変形できないことで剥離が生じ辛くなる、結果として吸着力が強くなっていると考えている。そのため微細構造に異方性を導入し、応力分散方向にも異方性をもたせることで、ある方向には強く吸着するが、他方からはすぐに剥がせるなど、実応用の際の利便性も高めることが可能となると推測された。その他にも、応力分散させるにはなるべく硬い毛状構造であるほうがよいため、電気鋳造法を利用した金属毛状構造の作製や、ウバウオと同じように粘液用の物質での模倣材料の作製と吸着力測定なども行い、さらなる機能性の向上や吸着メカニズムの理解を図った。本研究の成果は学術論文だけでなく、国内外の学術会議でも発表し、特に第70回高分子討論会においては研究成果を発表した学生が優秀ポスター賞を受賞するなど、広く認められる成果であった。
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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
当初予定されていた模倣構造作製および有限要素法シミュレーションによるウバウオの吸着メカニズムの解明については、査読付き学術論文に掲載が決定したことからもおおよそ完了したと考えられる。一方で、令和３年度も新型コロナウィルスの影響でサンプル採集や学外研究者のもとに伺うことが出来ず、実施予定であった魚類サンプルのナノスーツ法観察を行うことが出来なかった。したがって、研究室で行える研究については当初の予定通り進展しているが、一部研究項目については進めることが出来なかったため、申請研究全体の進捗状況としては「おおむね順調に進捗している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度の研究成果によって、ウバウオ吸盤の吸着メカニズムの理解が深まり、強い吸着力のみならず、その吸着力を制御することが可能であることが示された。したがって、令和４年度はその理解が正しいのかを検証するため、ウバウオ模倣材料中に使用している微細構造に異方性をもたせ、実際に吸着力の異方性が生じるかを確認する。さらに応力分散や作製手法をより簡便かつ効果的に行うため、これまでの毛状構造から他の三次元構造に変えることも検討する。具体的には微粒子を利用したインバースオパール構造などを利用し、微細構造材料として光架橋性樹脂などを用いることで、簡便に微細構造に異方性をもたせられるようにする。また、現状においては水中での接着には時間がかかっているため、ウバウオのように表面にも微細構造を導入することで、迅速かつ強力な吸着を可能にできないかも検討する。その他、一部実施していた生分解性高分子や、より環境に優しいセルロース材料などを利用した吸着材料の作製についても研究を進めていく。そして今後の社会情勢にもよるが、これまでに実施できなかった生物サンプルの採集とナノスーツ法観察によって水棲生物の吸盤のナノ・マイクロ構造を観察し、液中吸脱着に求められる構造・材料要素を抽出・整理し、様々な分野に適用可能な接着材料の多様化・最適化を図るとともに、最終年度であることから、ウバウオを始めとした生物の吸着について総合的なコンセプトを提案する。
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Research Products
(6 results)
