| 研究課題/領域番号 |
19H02009
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17050:地球生命科学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
川野 潤 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (40378550)
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| 研究分担者 |
鈴木 道生 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (10647655)
豊福 高志 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭技術開発プログラム), 主任研究員 (30371719)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
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| キーワード | バイオミネラリゼーション / 可視化 / 炭酸カルシウム / 非晶質相 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
貝殻やサンゴなどの生体鉱物には複雑で美しい組織を示すものが多く、生物活動に不可欠な機能が反映されている。近年、それらの生体内部で非晶質相を経由して鉱物形成が行われている可能性が注目され始めたが、その詳細は不明である。本研究は、生体内を模したゲル状物質内で炭酸カルシウムの合成実験を行い、蛍光試薬を用いてゲル内のpHおよびイオン濃度を可視化することで非晶質相の形成条件を明らかにするとともに、計算機シミュレーションを用いて有機物とイオンの相互作用を定量化することにより、従来vital effectとして現象論的に捉えられてきた生体鉱物形成プロセスを物理化学的に解明しようとするものである。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、生体内を模したゲル状物質内で炭酸カルシウムの合成実験を行い、蛍光プローブを用いてゲル内における炭酸カルシウム形成環境のpHおよびイオン濃度を可視化することにより、生体鉱物形成プロセスを物理化学的に理解することを目指した。その結果、ゲル状物質内でイオンが拡散して炭酸カルシウムが形成する過程におけるpH変化を捉えることに成功し、場所によるpH変化の傾向の違いが、形成する結晶の形態の違いに影響を及ぼしていることを示唆した。さらにこの手法を共焦点システムに適用して形成した結晶周囲の局所的なpH変化を捉えることに成功し、多形や形態の違いを局所的な環境変化と関連付けて議論することを可能とした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究において、ゲル状物質内で結晶が形成する局所的な環境変化を蛍光プローブを用いて可視化する手法を確立できた。このことにより、(1) 結晶多形や形態の違いが生じる要因を、個々の結晶の形成条件と関連づけて議論することが可能になった。(2) 蛍光プローブを用いた可視化手法が、水溶液中だけでなく、ゲル状物質内での反応などに幅広く利用できることが示された。以上により、生体鉱物やその他の結晶形成メカニズムの理解を促進させるのみならず、材料の評価や新素材の開発に利用することで、新たな知見をもたらすことができると期待できる。
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