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体表ナノ構造は水中で接着力・摩擦力を低減するか？：生物模倣材料を用いた検証

体表纳米结构会减少水中的粘附力和摩擦力吗？

基本信息

批准号：
21K06252
负责人：
広瀬裕一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of the Ryukyus
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06252/
关键词：
ナノ構造水棲生物表面物性バイオミメティクス生物汚損

项目摘要

本研究は生物体表のナノ構造の水中における機能を検証することを目的としており、水棲無脊椎動物に認められるナノ構造を模倣した合成材料を利用して、水中における表面物性の実測を通して、ナノ構造の機能性を明らかにするものである。空気中ではナノ構造表面の接着力が平滑面よりも小さいことから、昆虫体表に見られるナノスケールのニップルアレイ構造には防汚機能があると推定されている。水棲生物の体表からもニップルアレイ構造は知られているが、水中での接着力は空気中よりも小さいため、同様な機能があるかどうか検証されていなかった。本研究ではナノスケールのニップルアレイ構造を持つ合成材料モスマイトを用いて、水中におけるナノ構造表面の吸着力・接着力の計測を行い、水中においてもナノ構造表面の吸着力・接着力はともに平滑面よりも有意に小さいことを明らかにした。従って、体表にナノ構造を持つ生物では、泥の粒子など微小なゴミの付着が低減されていると考えられる。これについては論文発表（2021年度）を行い、2022年度には国際学会での発表と国内学界での招待講演を行なっている。2022年度はナノ構造表面上の摩擦力計測を目的として、２軸力センサを用いた計測装置の開発を進めた。当初、シリコーンゴム球をプローブとした計測装置を試作し、これをもとに機械的ノイズを低減する改良を繰り返し、現在のセラミック球をプローブとした改良型計測装置に至っている。本装置を用いて、周期構造（後述）を材料に予備的な計測に成功しており、周期サイズやプローブサイズによって摩擦力が異なることがわかってきた。また水棲生物体表のナノ構造の模倣材料としてナノスケールの褶曲の周期構造を作成し、摩擦力計測への利用をはじめた。さらに同材料をバイオアッセイに利用する準備を進めている。

This study aims to demonstrate the functional properties of biological surface structures in water, to identify structures in aquatic invertebrates, to mimic structures, to utilize synthetic materials, and to measure surface properties in water. In the air, the adhesion force of the surface of the structure is smooth, and the surface of the insect is visible. The surface structure of aquatic organisms is known to be in the middle of the water, and the adhesion force in the water is small in the air. The same function is in the middle of the water. In this study, the absorption force and adhesion force of the surface of the structure in water are measured. The absorption force and adhesion force of the surface of the structure in water are intentionally small. The structure of the surface of the body is very small, and the particles of the mud are very small. This paper is published in 2021, and in 2022, it is published in the International Society and hosted by the domestic academic community. 2022 - 2022 Development of friction force measurement device for structural surface and 2-axis force measurement At first, the measurement device was tested, and then the mechanical measurement device was improved. This device successfully measures the friction force of the material prepared by using the periodic structure (described later). Imitation materials for the structures of aquatic organisms, creation of periodic structures for folds, and utilization of friction force measurements The same materials are available for further preparation.