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

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。

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。