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2016 Fiscal Year Annual Research Report

自己組織化を利用した昆虫の鱗粉構造模倣低摩擦表面材料の開発

Research Project

Project/Area Number 26712028
Research InstitutionChitose Institute of Science and Technology

Principal Investigator

平井 悠司  千歳科学技術大学, 理工学部, 講師 (30598272)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
Keywords昆虫ミメティクス / 摩擦 / 自己組織化 / 鱗粉
Outline of Annual Research Achievements

平成28年度の研究目標は、シュリンクフィルム表面にナノスケールの金属膜をスパッタリングすることで形成可能な自己組織化リンクル構造を金属表面に転写し、マダラシミの模倣表面を作製、摩擦力を測定することであった。しかしながら他の研究者から、ワックスなどの分泌物による影響があるのではないか、マダラシミの表面物性をもっとしっかりと解析する必要がある、との指摘を受け、今一度詳細なマダラシミ鱗片の解析を行った。鱗片をクロロホルムやヘキサンで洗浄し、その前後の表面を赤外分光法や水滴の接触角を利用して測定した結果、洗浄の前後で赤外スペクトルや水滴の接触角に変化はなく、特にワックスなどは分泌していないことが明らかとなった。さらに、マダラシミはワックスなしでも微細構造のみで超撥水性を発現していることを確認した。これまでは鱗片表面に形成している溝構造の周期にのみ着目していたが、溝の深さや鱗片の大きさとの相関性についても調査を行なった。その結果、鱗片の溝の高さは根元から徐々に高くなり、鱗片の大きさが大きくなるほど比例して深くなっていることが明らかとなった。これらのことは生物がどのように鱗片を形成させているか、その重要な指針となると考えられる。さらに、マダラシミの表面にはゴミがあまり付着していないことにも着目した。微細構造上における付着防止機能を測定するための指標として海洋付着生物で付着による汚損が大きな問題となっているフジツボを、飼育しながら付着試験を行うための人工気象器を導入し実験系の構築を行った。本研究の成果は解説記事として1件、書籍で1編、国際会議の招待講演1件、ポスター発表1件、国内会議での口頭発表4件(うち招待講演2件、依頼講演2件)を行い、情報の発信にも務めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

マダラシミの鱗片に関して十分な知見を得ていたと考えていたが、発表の際に表面にワックスがあるのかどうか、また、溝構造の深さのばらつきはあるのかなど、さらに詳細な情報を得ることが必要であると指摘されたため、模倣構造を作製する前に再度詳細な解析を行う必要が出てしまった。詳細な解析は終えられたものの、模倣構造の作製については後回しになってしまったため、従来の予定からすると研究の進捗は遅れてしまっている。ただし、生物のマルチファンクション性を確かめるため、機能の一つとして物質の付着防止機能に着目、付着防止機能を測る指標として、マダラシミには直接関係はしていないものの、社会的にその付着防止が必要とされている海洋付着生物の珪藻やフジツボなどを、すでに研究室内で飼育する方法が確立しており、さらにこれらの研究に関しては共同研究者との間で議論することが可能なネットワークも形成しているため、加速度的に成果を上げられると期待される。

Strategy for Future Research Activity

マダラシミの鱗片に関して、その表面の構造的特徴、ワックスなどを分泌しているか、摩擦力と微細構造の関係性については十分な知見が得られているため、今後原著論文や図書として執筆作業を再度行い、発表していく。また模倣材料の作製に注力するとともに、その模倣材料の機能を並行して測定していく。機能としては摩擦力の低減効果や、マダラシミも表面にはゴミがあまり付着していないことから、なんらかの付着防止機能を有している可能性もあるため、付着防止機能についても評価を行う。まずはシュリンクフィルムを用いて簡易的に溝模倣構造を作製、その摩擦力とフジツボなどの付着防止性を評価する。その際、マダラシミはワックスを分泌はしていないが、もしかすると表面にはワックス層と呼ばれる低摩擦性の分子層がある可能性もあるため、作製した模倣構造の表面を修飾することで、どのような特性になるかも調査する。その際、表面を修飾する方法については金とチオールの結合を利用した方法や、アルキルシランカップリング法などがすでに我々の技術で可能なため、それらの方法を利用、どのような分子、または官能基を表面に持つと効果があるかも調査する。これらの研究で得られた知見をもとに、アルミなどの一般的な金属表面にもエッチングなどによってマダラシミ模倣表面を作製していく。また、微細構造と摩擦の関係性を網羅的に調査するために、現在研究室で有している生物、例えばサメ肌などの体表構造を模倣したり、シリコン樹脂などに転写したサンプルを作製し、その機能測定も行なっていく。このようにして得られた知見に関しては、その機能が多岐に渡ることから、関連する研究者らと密に議論を行なって理解を深めていくとともに、最終年度であることから、早急に成果として発表し、まとめる。

  • Research Products

    (8 results)

All 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] 原子間力顕微鏡を用いたマダラシミ鱗片表面の摩擦力測定2016

    • Author(s)
      奥田直人、平井悠司、下村政嗣
    • Journal Title

      表面科学

      Volume: 37 Pages: 369-373

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] AFM friction measurements of the insect scale surface2016

    • Author(s)
      Yuji Hirai
    • Organizer
      5th Nagoya Biomimetics International Symposium (NaBIS)
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学 (愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-10-20 – 2016-10-21
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 昆虫の体表面摩擦力測定2016

    • Author(s)
      平井 悠司、奥田 直人、斉藤 直輝、小川 貴弘、町田 龍一郎、野村 周平、大原 昌宏、長谷山 美紀、下村 政嗣
    • Organizer
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      北海道教育大学旭川校 (北海道旭川市)
    • Year and Date
      2016-09-22 – 2016-09-24
  • [Presentation] マダラシミ鱗粉の摩擦特性2016

    • Author(s)
      平井 悠司、奥田 直人、斉藤 直輝、小川 貴弘、町田 龍一郎、野村 周平、大原 昌宏、長谷山 美紀、下村 政嗣
    • Organizer
      第65回高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川大学 横浜キャンパス (神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [Presentation] Friction measurements of firebrat scale surfaces2016

    • Author(s)
      Naoto Okuda, Yuji Hirai, Ryuichiro Machida, Syuhei Nomura, Masahiro Ohara, Masatsugu Shimomura
    • Organizer
      16th International Conference on Organized Molecular Films (ICOMF16) - LB16
    • Place of Presentation
      Helsinki (Finland)
    • Year and Date
      2016-07-25 – 2016-07-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] バイオミメティクス ~生物表面の観察から材料作製2016

    • Author(s)
      平井 悠司
    • Organizer
      新しい原子分子組織化物質・材料創出に向けた光・量子ビーム応用技術調査専門委員会
    • Place of Presentation
      定山渓ビューホテル (北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-06-25 – 2016-06-25
    • Invited
  • [Presentation] 自己組織化とバイオミメティクス2016

    • Author(s)
      平井 悠司
    • Organizer
      2016年度日本海水学会第67回年会
    • Place of Presentation
      登別グランドホテル (北海道登別市)
    • Year and Date
      2016-06-09 – 2016-06-10
    • Invited
  • [Book] インスツルメンテーションの視点からみたバイオミメティクス2016

    • Author(s)
      平井 悠司、奥田 直人
    • Total Pages
      308
    • Publisher
      ㈱シーエムシー・リサーチ

URL: 

Published: 2018-01-16  

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