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2022 年度 実績報告書

海洋生物の水中接着物質解析に基づく新たな材料開発へのアプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 21H04741
研究機関一般財団法人電力中央研究所

研究代表者

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)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2025-03-31
キーワードフジツボ / コケムシ / 付着生物 / 水中接着 / 幼生
研究実績の概要

本研究は海洋生物が実現している水中接着に着目し、生物が産する水中接着物質の詳細解析により水中接着メカニズムを解明し、水中接着模倣や付着防止などへの新たな応用の道を拓くことを目的としている。当該年度は、昨年度に引き続き、解析用の試料の収集とともに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:昨年に引き続き、フジツボ等の水中接着物質発現解析に向けて、アカフジツボ、タテジマフジツボおよびフサコケムシ幼生を付着前から付着変態直後まで発達段階毎に固定し、RNA抽出を行った。
2)水中接着物質の物性解析:昨年に引き続き、アカフジツボキプリス幼生の分泌されたセメントタンパク質の回収を継続した。また、照明の位置やカメラの設定を調整することでキプリス幼生の探索行動を長時間撮影することが可能となり、撮影した動画を解析した結果、付着率の高い表面と付着率の低い表面では探索行動に差が生じていた。今後は着生に至るまでの行動を詳細に撮影、解析することで、表面の極性の違いと付着行動の関係を明らかにし、付着防止材料の開発に役立つ知見が得られるものと思われる。
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接着防止効果に着目し、ポリマーグラフトシリカナノ粒子(SiNP)を調製し、簡単なディップコーティング法によって最表面に親水性スルホベタインメタクリレート (MAPS)のブラシ状構造を作製した。フジツボキプリス幼生への付着をAFMによって調査した結果、ポリ(MAPS)-g-SiNPコーティング表面は、海水中で18日間キプリス幼生に対して極めて低い付着力を維持し、両性イオンポリマー-g-SiNPコーティング表面の有効な防汚特性を示すことが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナウィルスの影響により、サンプリングを予定通りに実施することが困難であったため、試験生物の採集に影響が生じた。それに伴い、幼生の接着実験などにも遅れが見られた。また、予定していた学会への参加等も制限されてしまったため、進捗状況については「やや遅れている」とした。
但し、生物の飼育開始には遅れが生じたものの、2022年夏頃からは予定通り生物採集を実施することが出来たことから、付着生物を用いたRNA調整や接着タンパク質の回収サンプルを十分量確保することが可能となった。加えて、キプリス幼生の探索行動を長時間撮影することが可能となったことから、極性等が異なる表面上での探索行動や接着物質放出などの詳細な行動解析から水中接着プロセスの理解が進むと考えられる。
材料設計についても、飼育環境下のキプリス幼生を用いた材料への付着力測定実験が行えるようになったため、所期の成果を得られつつある。

今後の研究の推進方策

各種付着生物の飼育環境整備および観察系、実験系の整備が出来たため、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および材料設計と材料の評価を順次行っていく予定である。
1)水中接着様式解析:調整したRNAサンプルについて、次世代シーケンサーを用いた発現解析を実施し、フジツボ類およびコケムシ類の水中接着に関する発現系の解明を目指す。加えて、フジツボ類やコケムシ類以外の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の実施を計画している。また、フジツボ幼生の接着物質中にはアルギニンやリジンの含量が高いことが知られている。よって、リジルオキシダーゼが接着時の架橋に関与している可能性が考えられる。リジルオキシダーゼ阻害剤存在下でのフジツボ幼生の接着アッセイを行うことで、接着物質の固化へのリジルオキシダーゼの関与を調べる予定である。
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を十分量収集し、加水分解後にマススペクトル測定を行い、セメントの架橋状況等を調査する。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ポリマーブラシによる材料設計と付着生物幼生の接着力解析を進め、他項目の成果から得られる水中接着プロセスに基づく、新しい材料設計を進展させる予定である。加えて、これまでの知見を活用し、試験片などのコーティングを行い、フィールドでの浸漬試験を行うことで、実海域での付着状況の観察も実施する予定である。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 4件、 招待講演 7件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of molecular weight distribution on the thermal adhesion of polystyrene and PMMA brushes2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hayato、Aoki Yujin、Nonaka Kensuke、Yamada Norifumi L.、Kobayashi Motoyasu
    • 雑誌名

      Polymer

      巻: 264 ページ: 125561~125561

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2022.125561

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Revision of Japanese Watersipora based on microscopic morphology and molecular data2023

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Kubo, Masato Hirose
    • 雑誌名

      Bryozoan Studies 2022

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Faint chemical traces of conspecifics delay settlement of barnacle larvae2022

    • 著者名/発表者名
      Kitade Shiori、Endo Noriyuki、Nogata Yasuyuki、Matsumura Kiyotaka、Yasumoto Ko、Iguchi Akira、Yorisue Takefumi
    • 雑誌名

      Frontiers in Marine Science

      巻: 9 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fmars.2022.983389

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] フジツボやイガイ類等の付着生物から考える海の変化2022

    • 著者名/発表者名
      野方靖行
    • 雑誌名

      月刊海洋

      巻: 54 ページ: 610~617

  • [雑誌論文] Characterization of Hydration Water Bound to Choline Phosphate-Containing Polymers2022

    • 著者名/発表者名
      Shiomoto Shohei、Inoue Kaito、Higuchi Hayato、Nishimura Shin-nosuke、Takaba Hiromitsu、Tanaka Masaru、Kobayashi Motoyasu
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 23 ページ: 2999~3008

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.2c00484

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高分子ブラシによる樹脂表面の機能化と課題2022

    • 著者名/発表者名
      小林元康
    • 雑誌名

      成形加工

      巻: 34 ページ: 402-405

  • [雑誌論文] 高分子ブラシによる表面機能化の動向2022

    • 著者名/発表者名
      小林元康
    • 雑誌名

      日本ゴム協会誌

      巻: 95 ページ: 235-240

  • [学会発表] キプリス幼生の一時付着力における海水溶存性着生誘起フェロモンの影響2023

    • 著者名/発表者名
      本田琉将、佐藤亮太、小林元康、頼末武史、野方靖行
    • 学会等名
      2023年度日本付着生物学会
  • [学会発表] SAM基板上におけるフジツボ探索挙動の動画解析2023

    • 著者名/発表者名
      浅野祥大、渡邉純平、室崎喬之、野方靖行、下村政嗣、平井悠司
    • 学会等名
      2023年度日本付着生物学会
  • [学会発表] 生物の有する機能性水中接着表面2023

    • 著者名/発表者名
      平井悠司
    • 学会等名
      粘着研究会 第186回例会
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物に学ぶ微細構造による高機能化2023

    • 著者名/発表者名
      平井悠司
    • 学会等名
      2023年第1回ナノインプリント技術研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] フジツボやイガイ類等の付着生物から考える海の変化2022

    • 著者名/発表者名
      野方靖行
    • 学会等名
      令和4年度水産環境保全委員会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] フジツボ類における海水溶存性着生誘起フェロモンの濃度依存性と種特異性に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      北出汐里、遠藤紀之、野方靖行、松村清隆、安元剛、井口亮、頼末武史
    • 学会等名
      2022年度日本プランクトン学会・日本ベントス学会合同大会
  • [学会発表] 海水系統設備の防汚等、海生生物対策技術2022

    • 著者名/発表者名
      野方靖行
    • 学会等名
      火力原子力発電技術協会 火原協大学講座
    • 招待講演
  • [学会発表] Growth behaviors of marine benthic diatoms on the surfaces with micro dimple arrays2022

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Murosaki, Taiki Kishigami, Yuji Hirai, Yasuyuki Nogata
    • 学会等名
      The 39th International Conference of Photopolymer Science and Technology(ICPST-39)
    • 国際学会
  • [学会発表] 海洋生物の付着基質選択性と付着制御技術2022

    • 著者名/発表者名
      室﨑喬之, 渡邊純平, 平井悠司, 野方靖行
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] 付着生物の付着基質選択性 -表面官能基の種類,面積率,及び幾何的パターンに関して-2022

    • 著者名/発表者名
      室﨑喬之, 渡邊純平, 岸上大輝, 平井悠司, 野方靖行
    • 学会等名
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] Revision of Japanese Watersipora based on microscopic morphology and molecular data2022

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Kubo, Masato Hirose
    • 学会等名
      International Bryozoology Association 19th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 表面官能基パターニング基板上におけるフジツボキプリス幼生の付着評価2022

    • 著者名/発表者名
      渡邊純平, 三上 恵, 室崎喬之, 野方靖行, 下村政嗣, 平井悠司
    • 学会等名
      第71回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 異なる表面官能基でマイクロパターン化されたSAM基板上でのフジツボ付着評価2022

    • 著者名/発表者名
      渡邊純平, 室﨑喬之, 野方靖行, 下村政嗣, 平井悠司
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] 表面微細構造上における付着珪藻の増殖挙動2022

    • 著者名/発表者名
      室﨑喬之, 渡邊純平, 平井悠司, 野方靖行
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Investigation of the larval surface recognition abilities of barnacles on the surfaces with several patterned surface functional groups2022

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Watanabe, Takayuki Murosaki, Yasuyuki Nogata, Masatsugu Shimomura, Yuji Hirai
    • 学会等名
      Chitose International Forum on Science & Technology 2022 (CIF 22)
  • [学会発表] 表面官能基の幾何学的なパターンがフジツボキプリス幼生の着生に与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      渡邊純平, 室﨑喬之, 野方靖行, 下村政嗣, 平井悠司
    • 学会等名
      日本付着生物学会 50 周年記念シンポジウム
  • [学会発表] Barnacle Settlements on the Dot-patterned SAM surfaces2022

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Watanabe, Takayuki Murosaki, Yasuyuki Nogata, Masatsugu Shimomura, Yuji Hirai
    • 学会等名
      MNC 2022, 35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] スルホベタイン型ポリマーグラフト化シリカ微粒子による表面改質と接着2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木遥也, 小林元康
    • 学会等名
      第31回ポリマー材料フォーラム
  • [学会発表] キプリス幼生の付着力と表面化学2022

    • 著者名/発表者名
      小林元康
    • 学会等名
      日本付着生物学会50周年記念シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] ポリマーグラフト化シリカ微粒子コート膜における生体キプリスの付着力測定2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤亮太, 野方靖行, 小林元康
    • 学会等名
      第71回高分子学会討論会
  • [学会発表] Surface Characterization Tool for Marine Fouling by Cypris-immobilized Scanning Probe Microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, R. Satoh
    • 学会等名
      The 39th International Conference of Photopolymer Science and Technology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スルホベタイン型ポリマーグラフト化微粒子の薄膜形成と表面改質2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木遥也, 小林元康
    • 学会等名
      2022年度繊維学会年次大会
  • [学会発表] 示差走査熱量測定によるコリンホスフェート型ポリマーブラシの水和水の評価2022

    • 著者名/発表者名
      井上飛翔, 塩本昌平, 田中賢, 小林元康
    • 学会等名
      第71回高分子年次大会
  • [学会発表] カルシウム塩がコリンホスフェート型ポリマーブラシの水和構造に与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      小宮拓海, 小林元康
    • 学会等名
      第71回高分子年次大会
  • [図書] "Anti-Biofouling Effects against Sessile Organisms of Soft Materials" in Biomimetics, -Connecting Ecology and Engineering by Informatics-2022

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Murosaki
    • 総ページ数
      340
    • 出版者
      Jenny Stanford Publishing
    • ISBN
      9789814968102

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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