生物規範界面デザイン

• Project Area: Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity
• Project/Area Number: 24120003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 大園 拓哉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 機能化学研究部門, 研究グループ長 (40344030)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平井 悠司 千歳科学技術大学, 理工学部, 専任講師 (30598272) ; 黒川 孝幸 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 准教授 (40451439) ; 小林 元康 工学院大学, 先進工学部, 教授 (50323176) ; 野方 靖行 一般財団法人電力中央研究所, 環境科学研究所, 主任研究員 (10371535)
• Project Fiscal Year: 2012-06-28 – 2017-03-31
• Project Status: Granted(Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥143,390,000 (Direct Cost : ¥110,300,000、Indirect Cost : ¥33,090,000); Fiscal Year 2016 : ¥24,570,000 (Direct Cost : ¥18,900,000、Indirect Cost : ¥5,670,000); Fiscal Year 2015 : ¥23,270,000 (Direct Cost : ¥17,900,000、Indirect Cost : ¥5,370,000); Fiscal Year 2014 : ¥26,520,000 (Direct Cost : ¥20,400,000、Indirect Cost : ¥6,120,000); Fiscal Year 2013 : ¥32,890,000 (Direct Cost : ¥25,300,000、Indirect Cost : ¥7,590,000); Fiscal Year 2012 : ¥36,140,000 (Direct Cost : ¥27,800,000、Indirect Cost : ¥8,340,000)
• Keywords: トライボロジー / 自己組織化 / 環境材料 / 高分子構造・物性 / 海洋生態 / 微細構造形成 / ゲル / 付着生物 / 高分子薄膜

Outline of Annual Research Achievements

平成26年度の計画は、対応する生物学からの知見を得るための調査等に加え、作製した構造のトライボロジー評価を様々な状態に拡張、その構造・可変性の相関を調査、加えて表面材料の海洋付着制御の試みであった。これらに対し以下の検討を行い、次年度に繋がる成果を得た。
　１．自己組織化を利用して作製されたピラー構造を柔らかい基材に埋め込むことで、通常のリンクル構造では得られなかった摩擦刺激耐性を有するリンクル構造作製に成功。　２．アルミニウムの薄膜を自己組織化ハニカム構造表面に形成させ、柔らかい基材に埋め込むことで、圧縮ひずみによって表面にリンクル構造を形成、アルミニウムの厚みによってその周期を制御可能とした。　３．ハイドロゲル表面に異方的な溝構造を形成し、表面パターンの有無およびパターンと摩擦運動方向の相関について検討。表面パターンが存在すると水中での摩擦において、運動方向に関係なく摩擦力が上昇することを明らかにした。　４．ポリイミドフィルム表面にポリアニオンをグラフトすることで超親水性フィルムを安定に調製する方法を確立、その親水性シワ表面が防汚性に与える影響を水中油滴接触角測定により評価。また、超親水性表面における水の流体抵抗の評価を、回転レオメーターで試みた。　５．従来試験を行っていたフジツボ幼生に加え、新たに付着珪藻5種についての培養を可能とし、付着珪藻を用いた防汚性能試験体制を整えた。また、班メンバーから提供されたハニカム構造表面やピラー表面への舟形珪藻類の静水下での付着試験を実施、10や15ミクロンの凹凸では問題なく付着珪藻の付着を確認。　６．人工表面構造と生物の構造や機能比較のために、A, B班の連携によって、生物（海洋、昆虫）のサンプリングを行った。今後のサンプル表面状態の観察や物理化学的（トライボロジー）評価に向けたサンプルの取り扱い手法の検討を開始。

Current Status of Research Progress

Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上記の成果により、今後更に作製した表面構造のトライボロジー評価を様々な状態に拡張しており、また、特に表面構造の海洋付着制御のための知見も得られており、本年度の目標を概ね達成している。更に、派生的な成果（キラルガスセンシング法）も得られている。一方で、当該の研究計画班は材料科学を中心とした研究者のみで構成されていたため、A01-1班との合同サンプル採集は行ってはいたものの、生物学へのアプローチやその知見の取り入れ等が必ずしも十分ではなかった。よって上記のように新規材料の開発に関しては著しい進捗が認められたが、生物の機能解明や、機能要素の抽出が十分とは言えず、この点は今後の中心的な課題である。

Research Output

• [Journal Article] 形状可変な柔らかいしわの上での液体と摩擦 (2015)
  • Author(s): 大園拓哉、鈴木航祐
  • Journal Title: トライボロジスト Volume : 60 Pages : 190-197
• [Journal Article] 新規外来フジツボPerforatus perforatusの日本への侵入確認およびリアルタイムPCR法を用いた検出方法について (2015)
  • Author(s): 野方靖行、吉村えり奈、佐藤加奈、加戸隆介、岡野桂樹
  • Journal Title: Sessile Organisms Volume : 32 Pages : 1-6
  • DOI: 10.4282/sosj.32.1
• [Journal Article] Friction of Hydrogels with Controlled Surface Roughness on Solid Flat Substrates (2014)
  • Author(s): Shintaro Yashima, Natsuko Takase, Takayuki Kurokawa, Jian Ping Gong
  • Journal Title: Soft Matter Volume : 10 Pages : 3192-3199
  • DOI: 10.1039/C3SM52883A
• [Journal Article] Prolonged morphometric study of barnacles grown on soft substrata of hydrogels and elastomers (2014)
  • Author(s): Nafees Ahmed, Takayuki Murosaki, Takayuki Kurokawa, Akira Kakugo, Shintaro Yashima, Yasuyuki Nogata, Jian Ping Gong
  • Journal Title: Biofouling Volume : 22;30(3) Pages : 271-9
• [Journal Article] Oscillating Friction on Shape-Tunable Wrinkles (2014)
  • Author(s): Kosuke Suzuki*, Yuji Hirai, and Takuya Ohzono*
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume : 6 Pages : 10121-10131
  • DOI: 10.1021/am5010738
• [Journal Article] A liquid crystalline chirality balance for vapours (2014)
  • Author(s): Takuya Ohzono*, Takahiro Yamamoto & Jun-ichi Fukuda
  • Journal Title: Nature Communications Volume : 5 Pages : 3735-3735
  • DOI: 10.1038/ncomms4735
• [Journal Article] Reinforced shape-tunable microwrinkles formed on a porous-film-embedded elastomer surface (2014)
  • Author(s): T. Ohzono*, Y. Hirai, K. Suzuki, M. Shimomura and N. Uchida
  • Journal Title: Soft Matter Volume : 10 Pages : 7165-7169
  • DOI: 10.1039/C4SM00942H
• [Journal Article] 魚の体表に学ぶ防汚性：高分子電解質ブラシによるアプローチの動向 (2014)
  • Author(s): 小林元康
  • Journal Title: PEN Volume : 5 Pages : 24-28
• [Journal Article] 可変リンクルによる光透過-拡散のスイッチング (2013)
  • Author(s): 大園拓哉、鈴木航佑、山口智彦、福田伸子
  • Journal Title: 高分子論文集 Volume : 70 Pages : 179-184
• [Journal Article] 空気抵抗低減用のサメ肌模倣リブレット表面構造の“ 耐久性” が実際の旅客機の翼で試されている －バイオミメティクス研究開発の長期動向を垣間見る－ (2013)
  • Author(s): 大園拓哉
  • Journal Title: PEN Public Engagement with Nanobased NEWSLETTER Volume : 4 Pages : 34-35
• [Journal Article] Tunable Optical Diffuser Based on Deformable Wrinkles (2013)
  • Author(s): Takuya Ohzono, Kosuke Suzuki, Tomohiko Yamaguchi, Nobuko Fukuda
  • Journal Title: Advanced Optical Materials Volume : 1 Pages : 374-380
  • DOI: 10.1002/adom.201300128
• [Journal Article] ラメラ構造二重膜を有するハイドロゲルの光学的および力学的特性 (2013)
  • Author(s): 黒川孝幸、ムハンマド アナムル ハック、グン 剣萍
  • Journal Title: 高分子論文集 Volume : 70 Pages : 309-316
• [Journal Article] 海の生き物に学ぶ低環境負荷型抗付着材料の創製 －フジツボに対するハイドロゲルの抗付着効果－ (2013)
  • Author(s): 黒川 孝幸、グン 剣萍、室﨑 喬之、野方 靖行
  • Journal Title: PEN News Letter Volume : 3 Pages : 3-8
• [Journal Article] 天然高分子ゲル上におけるフジツボの着生挙動 (2013)
  • Author(s): 室﨑 喬之、野口 隆矢、野方 靖行、グン 剣萍
  • Journal Title: 高分子論文集 Volume : 70 Pages : 326-330
• [Presentation] 自己組織化微細構造を利用した低摩擦表面の作製/ Preparations of low frictional surfaces by using self-organized microstructures (2015)
  • Author(s): 平井 悠司
  • Organizer: nano tech 2015, NEDOナノテクセミナー
  • Place of Presentation: 東京ビックサイト
  • Year and Date: 2015-01-30
• [Presentation] 耐久性サメ肌模倣材料の作製と摩擦の測定 (2015)
  • Author(s): 佐藤 杏希、平井 悠司、小池 智、黒川 孝幸、下村 政嗣
  • Organizer: 49th 高分子学会北海道支部冬季研
  • Place of Presentation: 北海道大学 学術交流会館
  • Year and Date: 2015-01-26
• [Presentation] 海洋付着生物による諸問題とその対策 (2015)
  • Author(s): 野方靖行
  • Organizer: 新化学技術推進協会（JACI）ライフサイエンス技術部会・材料分科会「バイオミメティックスの産業展開と海外動向」
  • Place of Presentation: JACI
  • Year and Date: 2015-01-13
• [Presentation] フィルム貼付PDMS表面のシワ上における摩擦の形状変化による制御 (2014)
  • Author(s): 鈴木航祐（産総研NRI），平井悠司（千歳科技大総合光科学），大園拓哉（産総研NRI）
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学 名古屋市
  • Year and Date: 20140328-20140328
• [Presentation] 生体類似機能を有するヒドロゲル (2014)
  • Author(s): 黒川孝幸
  • Organizer: 高分子学会医用高分子研究会
  • Place of Presentation: 首都大サテライトキャンパス 新宿
  • Year and Date: 20140314-20140314
• [Presentation] 生命科学におけるハイドロゲルの機能 (2014)
  • Author(s): 黒川孝幸
  • Organizer: 先進的医療福祉技術セミナー
  • Place of Presentation: 札幌アスペンホテル 札幌市
  • Year and Date: 20140312-20140312
• [Presentation] Fabrication of biomimetic hierarchical microstructures by using self-organization processes (2014)
  • Author(s): Aki Sato, Yuji Hirai, Mitsuyoshi Matsunaga, Takuya Ohzono, Masatsugu Shimomura
  • Organizer: SPIE Smart Structures/NDE
  • Place of Presentation: Town & Country Resort and Convention Center （アメリカ,San Diego, CA ）
  • Year and Date: 20140310-20140310
• [Presentation] Preparation of Deformable Hierarchical Microstructures for Superhydrophobic Surfaces (2014)
  • Author(s): Yuji Hirai, Aki Sato,Takuya Ohzono, Mitsuyoshi Matsunaga,Masatsugu Shimomura
  • Organizer: Energy Materials Nanotechnology (EMN) spring meeting
  • Place of Presentation: Red Rock Casino, Resort & Spa （アメリカ Las Vegas, NV）
  • Year and Date: 20140301-20140301
• [Presentation] 自己組織化によるハニカム構造の形成とその応用 (2014)
  • Author(s): 平井 悠司
  • Organizer: 数学協働プログラム ワークショップ 表面微細構造の学理の探求:低環境負荷材料の創造に向けて
  • Place of Presentation: 北海道大学 札幌市
  • Year and Date: 20140223-20140223
• [Presentation] Dynamic friction on submillimeter-sized wrinkles (2014)
  • Author(s): Kosuke Suzuki, Yuji Hirai and Takuya Ohzono
  • Organizer: Joint international symposium on “Nature-inspired Technology (ISNIT) 2014” and “Engineering Neo-biomimetics V”
  • Place of Presentation: 北海道大学 札幌市
  • Year and Date: 20140213-20140213
• [Presentation] Shape-Tunable Microwrinkles for Liquid Manipulation and Optical Diffuser (2014)
  • Author(s): Takuya Ohzono* andKosuke Suzuki
  • Organizer: Joint international symposium on “Nature-inspired Technology (ISNIT) 2014” and “Engineering Neo-biomimetics V”
  • Place of Presentation: 北海道大学 札幌市
  • Year and Date: 20140213-20140213
• [Presentation] Fabrications of the hierarchical polymer structures inspired by a shark skin surface (2014)
  • Author(s): Aki Sato, Yuji Hirai,Takuya Ohzono, Mitsuyoshi Matsunaga,Masatsugu Shimomura
  • Organizer: Joint international symposium on “Nature-inspired Technology (ISNIT) 2014” and “Engineering Neo-biomimetics V”
  • Place of Presentation: Conference hall, Hokkaido University （札幌市）
  • Year and Date: 20140212-20140212
• [Presentation] サメ肌模倣階層構造の作製と濡れ性評価 (2014)
  • Author(s): 佐藤 杏希、平井 悠司、大園 拓哉、松永 光由、下村 政嗣
  • Organizer: 2013年度 北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学 札幌市
  • Year and Date: 20140128-20140128
• [Presentation] 生きたまま、観る ―電顕の新しい使い方― (2014)
  • Author(s): 平井悠司
  • Organizer: ナノテクノロジープラットフォーム 新技術説明会
  • Place of Presentation: JST東京本部別館ホール
  • Year and Date: 2014-12-04
• [Presentation] 自己組織化を利用した生物模倣階層構造の作製と表面摩擦の測定 (2014)
  • Author(s): 平井 悠司
  • Organizer: 「生物規範工学」・海洋研究開発機構合同講演会
  • Place of Presentation: 国際海洋環境情報センター（GODAC）
  • Year and Date: 2014-11-28
• [Presentation] フジツボ類の多彩な着生場所選択性 (2014)
  • Author(s): 野方靖行
  • Organizer: 「生物規範工学」・海洋研究開発機構合同講演会
  • Place of Presentation: 国際海洋環境情報センター（GODAC）
  • Year and Date: 2014-11-28
• [Presentation] 自己組織化を利用したサメ肌模倣構造の作製と物性の評価 (2014)
  • Author(s): 佐藤 杏希、平井 悠司、大園 拓哉、松永 光由、下村 政嗣
  • Organizer: 成形加工シンポジア'14
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2014-11-15
• [Presentation] 自己組織化を利用した耐久性マイクロリンクル構造の作製 (2014)
  • Author(s): 平井悠司、大園拓哉、鈴木航祐、下村政嗣
  • Organizer: 成形加工シンポジア'14
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2014-11-14
• [Presentation] 自己組織化を利用した階層構造の作製とその表面物性評価 (2014)
  • Author(s): 平井 悠司、佐藤 杏希、大園 拓哉、下村 政嗣
  • Organizer: 第６３回 高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] 形状可変リンクルによる摩擦制御 (2014)
  • Author(s): 鈴木航祐、平井悠司、大園拓哉
  • Organizer: 第６３回 高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] 自己組織化を利用した高分子多孔質構造の作製とその応用 (2014)
  • Author(s): 平井悠司、下村政嗣
  • Organizer: 日本機械学会 2014年度 年次大会
  • Place of Presentation: 東京電機大学
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] 傾斜した超撥水・超親水パターン化基板上における濡れ挙動の解析 (2014)
  • Author(s): 平井 悠司, 眞山 博幸, 松尾 保孝, 下村 政嗣
  • Organizer: 第65回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 東京理科大学神楽坂キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-05
• [Presentation] ナノスーツ法を用いた電子顕微鏡観察 (2014)
  • Author(s): 浅岡 栞、平井 悠司、室崎 喬之、下村 政嗣
  • Organizer: 2014年度 北海道高分子若手研究会
  • Place of Presentation: 定山渓ビューホテル
  • Year and Date: 2014-08-29
• [Presentation] 自己組織化を利用した耐久性サメ肌模倣構造の作製 (2014)
  • Author(s): 佐藤 杏希、平井 悠司、大園 拓哉、下村 政嗣
  • Organizer: 2014年度 北海道高分子若手研究会
  • Place of Presentation: 定山渓ビューホテル
  • Year and Date: 2014-08-29
• [Presentation] サブミリメートルサイズの シワ上で生じる摩擦力の振動 (2013)
  • Author(s): 鈴木航祐（産総研NRI），平井悠司（千歳科技大総合光科学），大園拓哉
  • Organizer: 第23回「非線形反応と協同現象」研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学 札幌市
  • Year and Date: 20131207-20131207
• [Presentation] Shape-tunable microwrinkles (2013)
  • Author(s): 大園拓哉、鈴木航祐
  • Organizer: ICBME2013
  • Place of Presentation: シンガポール大学 （シンガポール Lower Kent Ridge Road ）
  • Year and Date: 20131205-20131205
• [Presentation] 自己組織化を利用したサメ肌模倣階層構造表面の作製 (2013)
  • Author(s): 平井 悠司、佐藤 杏樹、松永 光由、大園 拓哉、下村 政嗣
  • Organizer: 第33回表面科学学術講演会・第54回真空に関する連合
  • Place of Presentation: つくば国際会議場 つくば市
  • Year and Date: 20131127-20131127
• [Presentation] リンクル（しわ）とバイオミメティクス (2013)
  • Author(s): 大園拓哉
  • Organizer: 北海道大学総合博物館 バイオミメティクス・市民セミナー
  • Place of Presentation: 北海道大学 札幌市
  • Year and Date: 20131102-20131102
• [Presentation] 可変リンクル構造による可調光拡散板 (2013)
  • Author(s): 大園拓哉、鈴木航祐
  • Organizer: 産総研 オープンラボ
  • Place of Presentation: 産総研 つくば市
  • Year and Date: 20131031-20131031
• [Presentation] Hierarchical microstructures for Anisotropic Superhydrophobic Surfaces Prepared by using Self-Organization Processes (2013)
  • Author(s): Yuji Hirai, Aki Sato, Mitsuyoshi Matsunaga, Takuya Ohzono, Masatsugu Shimomura
  • Organizer: International Soft Matter Conference 2013
  • Place of Presentation: the University La Sapienza （Roma, イタリア）
  • Year and Date: 20130917-20130917
• [Presentation] Controllable partial wetting on microwrinkle surfaces (2013)
  • Author(s): 大園拓哉
  • Organizer: WTC world tribology congress
  • Place of Presentation: Torino Olympic congress center (イタリア、トリノ)
  • Year and Date: 20130913-20130913
• [Presentation] トポロジカルパターンを有するハイドロゲルの摩擦と潤滑 (2013)
  • Author(s): 八島慎太郎、山本徹朗、中島祐、黒川孝幸、龔剣萍、Antoine Chateauminois
  • Organizer: 第62回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢大学 金沢市
  • Year and Date: 20130912-20130912
• [Presentation] 自己組織化を利用したサメ肌模倣階層構造の作製 (2013)
  • Author(s): 佐藤 杏希、平井 悠司、大園 拓哉、松永 光由、下村 政嗣
  • Organizer: 2013年度北海道高分子若手研究会
  • Place of Presentation: ホテル山渓苑 北海道 札幌市
  • Year and Date: 20130830-20130830
• [Presentation] 自己組織化高分子構造を利用したバイオミメティック材料 (2013)
  • Author(s): 平井 悠司
  • Organizer: 情報科学用有機材料第142委員会 A部会（液晶材料）第128回 B部会（インテリジェント有機材料）第119回 C部会（有機光エレクトロニクス）第55回 合同研究会
  • Place of Presentation: PORTA（ポルタ）神楽坂 新宿区
  • Year and Date: 20130719-20130719
• [Presentation] In-situ Direct Observation of Friction Interface Between Hydrogel and Glass -Effect of Surface Pattern- (2013)
  • Author(s): T. Kurokawa, T. Yamamoto, S. Yashima, A. Chateauminois, J. P. Gong
  • Organizer: Gordon Research Conference Adhesion, Science
  • Place of Presentation: Mount Holyoke College （アメリカ、MA,South Hadley）
  • Year and Date: 20130715-20130715
• [Presentation] Fabrication of Deformable Hierarchical Microstructures by using Self- Organization Processes (2013)
  • Author(s): Aki Sato, Yuji Hirai,Takuya Ohzono, Mitsuyoshi Matsunaga,Masatsugu Shimomura
  • Organizer: 14th Chitose International Forum on Photonics Science and Technology (CIF14)
  • Place of Presentation: Chitose Institute of Science and Technology （千歳市）
  • Year and Date: 20130708-20130708
• [Book] トライボロジスト (2015)
  • Author(s): 平井 悠司、下澤 楯夫、下村 政嗣
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 日本トライボロジー学会
• [Book] 生物模倣技術と新材料・新製品への応用 (2014)
  • Author(s): 大園拓哉
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 生物模倣技術と新材料・新製品への応用 (2014)
  • Author(s): 大園拓哉
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 発電所海水設備の汚損対策ハンドブック (2014)
  • Author(s): 野方靖行
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 恒星社厚生閣
• [Book] 発電所海水設備の汚損対策ハンドブック (2014)
  • Author(s): 野方靖行
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 恒星社厚生閣
• [Book] 発電所海水設備の汚損対策ハンドブック (2014)
  • Author(s): 坂口勇・野方靖行
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 恒星社厚生閣
• [Book] 発電所海水設備の汚損対策ハンドブック (2014)
  • Author(s): 野方靖行
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 恒星社厚生閣
• [Book] 発電所海水設備の汚損対策ハンドブック (2014)
  • Author(s): 野方靖行
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 恒星社厚生閣
• [Book] 発電所海水設備の汚損対策ハンドブック (2014)
  • Author(s): 坂口勇・野方靖行
  • Total Pages: 9
  • Publisher: 恒星社厚生閣
• [Remarks] 産総研 研究成果発表データベース[RRP-DB]
  • URL: http://rrpdb.db.aist.go.jp/RRPDB/system/Koukai.Top
• [Remarks] 生物規範工学領域ＨＰ
  • URL: http://biomimetics.es.hokudai.ac.jp/
• [Remarks] 産総研成果発表ＨＰ
• [Patent(Industrial Property Rights/JSPS)] キラリティ測定方法及びキラリティ測定装置
  • Inventor(s): 大園拓哉、福田順一
  • Industrial Property Rights Holder: 産業技術総合研究所
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2013-161373
  • Filing Date: 2013-08-02
  • Application Year: 2013