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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Approach to new material development based on underwater adhesive substance analysis of marine organisms

Research Project

Project/Area Number 21H04741
Research InstitutionCentral Research Institute of Electric Power Industry

Principal Investigator

野方 靖行  一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 上席研究員 (10371535)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 広瀬 雅人  北里大学, 海洋生命科学部, 講師 (10809114)
平井 悠司  公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (30598272)
室崎 喬之  旭川医科大学, 医学部, 助教 (40551693)
小林 元康  工学院大学, 先進工学部, 教授 (50323176)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Keywordsフジツボ / コケムシ / 付着生物 / 水中接着 / 幼生
Outline of Annual Research Achievements

飼育した付着生物幼生を用いた付着実験や観察を実施した。
1)水中接着様式解析:カメフジツボはウミガメやガザミに付着する寄生性フジツボである。ウミガメやカニの甲羅は親水性であり、カメフジツボの幼生は親水性表面への付着性に優れていると考えられる。そこで、カメフジツボのキプリス幼生を用いて、極性の異なるプラスチック板を用いた付着実験と共に、一定期間飼育後の剥離力測定を実施した。その結果、フジツボキプリスの付着率や剥離力は、材料間で大きな差は見られなかった。一方、変態直後の幼稚体では、疎水性プラスチック上の付着個体の剥離が多く観察されたことから、キプリス幼生時に生産するセメントタンパク質の付着力は疎水性表面への付着力が弱い可能性が示唆された。
2)水中接着物質の物性解析:アカフジツボキプリス幼生のセメントタンパク質の固化メカニズムの解明を目指し、分析用のセメントタンパク質の収集を継続した。また、リジルオキシダーゼ阻害剤であるβアミノプロピルニトリル(BAPN)を用い、アカフジツボキプリス幼生の付着実験を行った。その結果、BAPNの濃度依存的に付着率の低下が観察された。
3)水中接着プロセスに基づく材料設計:昨年度得られた双性イオンによる付着防止効果に着目し、表面開始制御ラジカル重合を用いて調製したポリメタクリル酸ブチルグラフト化シリカ微粒子(BuMA)、およびN基末端スルホベタイン型モノマー(MAPS)グラフト化シリカ微粒子poly(MAPS)(粒径125 nm)をガラス基板に塗布し、紫外光で架橋させ、ブラシ構造を付与した基板を得た。タテジマフジツボキプリス幼生を用いた付着力測定では、日齢7日目のキプリス幼生の一時付着力は、疎水性poly(BuMA)表面では15.5μNを示し、親水性poly(MAPS)表面では2μN以下と低い値であり、表面の極性の違いにより一時付着力に違いが見られた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

予定していた幼生からのセメント関連発現遺伝子解析およびセメント加水分解物のマススペクトル解析に時間を要しており、計画していた実験結果を得られていないものの、サンプルの準備等は終了しており、今年度中に解析が実施できる見込みである。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、予定している付着実験、接着物質固化プロセス解析に向けた実験を順次行っていく。
1)水中接着様式解析:調整したRNAサンプルについて、ナノポアシーケンスによる発現解析を検討し、フジツボ類およびコケムシ類の水中接着に関連する発現遺伝子からその機能の解析を行う。また、フジツボ類やコケムシ類とともに水中接着を実現している他分類群の生物についても、発現遺伝子やタンパク質の相動性解析を計画している。
2)水中接着物質の物性解析:アカフジツボキプリス幼生からのセメントタンパク質が十分量収集できたことから、加水分解後にLC-MS/MS分析を行い、セメントの架橋状況等を調査する。加えて、フジツボ幼生等の付着直後にリジルオキシダーゼ阻害剤のマイクロインジェクション実験を行い、セメントの固化に与える影響を評価し、セメント固化と付着に関する関係を評価する。また、極性の異なる表面上での一時接着タンパク質の残存状況や表面残存時の物性等を各種機器分析等により解析する。
3)水中接着プロセスに基づく材料設計:引き続き双性イオンによる表面解析と付着生物幼生の接着力解析を進めると共に、実海域において浸漬実験を行い付着防止能の評価を行う。特に、付着抑制が期待されるこのブラシ微粒子はポリ塩化ビニル板に固定化できることも確認でき、新たにカルボキシベタイン型モノマー(GLBT)を有するブラシ微粒子も合成し、親水性表面基板が得られている。これらは今後、実海水における浸漬実験に用いる予定である。誘起フェロモンが含まれる海水中ではキプリス幼生の活動が活発になり、一時付着力が増大する傾向は認められたが、実験誤差を超える有意な差が認められた測定例は限定的であった。引き続き検討を行う予定である。一方、ドーパミン骨格を有する新たな水中接着性ポリマーの精密合成を試みたが、重合反応の効率が低く、分子構造の再検討を行っている。

  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Measurement of the Adhesion Force of a Living Sessile Organism on Antifouling Coating Surfaces Prepared with Polysulfobetaine-Grafted Particles2023

    • Author(s)
      Takeuchi Kanae、Sato Ryota、Nogata Yasuyuki、Kobayashi Motoyasu
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 39 Pages: 17984~17992

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c02686

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 海水系統設備の防汚等、海生生物対策技術 汚損対策概論①発電所取水設備と汚損問題概論2023

    • Author(s)
      野方靖行
    • Journal Title

      火力原子力発電

      Volume: 74 Pages: 405~411

  • [Presentation] 末端アジド化ポリマーグラフト化微粒子コーティング表面におけるキプリス幼生の一時付着力測定2024

    • Author(s)
      本田琉将、瀧口耀士、頼末武史、野方靖行、小林元康
    • Organizer
      2024年度日本付着生物学会研究集会
  • [Presentation] 海洋プラスチックゴミからフジツボが剥離する際に生成されるマイクロプラスチックの評価方法の検討2024

    • Author(s)
      浅野祥大, 齊藤涼, 野方靖行, 平井悠司
    • Organizer
      2024年度日本付着生物学会総会・研究集会
  • [Presentation] 生物の表面微細構造に学ぶ機能性材料2024

    • Author(s)
      平井悠司
    • Organizer
      第2回ARB調査専門委員会
    • Invited
  • [Presentation] Analysis of barnacle larvae exploration behaviors on substrates modified with different surface functional groups2023

    • Author(s)
      Shota Asano, Takayuki Murosaki, Yasuyuki Nogata, Masatsugu Shimomura, Yuji Hirai
    • Organizer
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2023 (KJF2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] anti-fouling Surface Prepared by Polyelectrolyte-grafted Nano-particles and Photo Crosslinking2023

    • Author(s)
      Motoyasu Kobayashi
    • Organizer
      The 40th International Conference of Photopolymer Science and Technology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The settlement behaviors of sessile organisms on the surfaces with patterned functional groups2023

    • Author(s)
      Takayuki Murosaki, Jumpei Watanabe, Yuji Hirai, Yasuyuki Nogata
    • Organizer
      The 40th International Conference of Photopolymer Science and Technology
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Antifouling Surface Design Against Cypris Larva by Polyelectrolyte-grafted Silica Nanoparticles2023

    • Author(s)
      M. Kobayashi, R. Honda, Y. Nogata
    • Organizer
      The 13th SPSJ International Polymer Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface Modification and Adhesion by Sulfobetaine-containing Polymer-grafted Nanoparticles2023

    • Author(s)
      M. Kobayashi
    • Organizer
      EURADH & WCARP2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生物に学ぶ水中防汚機能と表面グラフトポリマー2023

    • Author(s)
      小林元康
    • Organizer
      第72回高分子学会年次大会
    • Invited
  • [Presentation] 異なるSAM基板上におけるフジツボ幼生の探索挙動解析2023

    • Author(s)
      浅野祥大, 室崎喬之, 野方靖行, 下村政嗣, 平井悠司
    • Organizer
      2023 Summer University in Hokkaido & 北海道高分子若手会
  • [Presentation] 異なる表面官能基を修飾させた基板上でのフジツボ幼生の接着挙動解析2023

    • Author(s)
      浅野祥大, 室崎喬之, 野方靖行, 下村政嗣, 平井悠司
    • Organizer
      第72回高分子討論会
  • [Presentation] スルホベタイン含有ブラシ微粒子によるポリプロピレンの親水化2023

    • Author(s)
      小林元康, 鈴木遥也
    • Organizer
      2023年繊維学会秋季研究発表会

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Published: 2024-12-25  

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