生物表面に存在する微細構造の変形と接着/摩擦機能を同時に評価できるシステムの開発

开发可同时评估生物表面微结构变形和粘附/摩擦功能的系统

基本信息

批准号：
22K03805
负责人：
上杉薫
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03805/
关键词：
生物微細構造摩擦接着力計測生物表面微小構造接着力濡れ性

项目摘要

2軸微小力センサを用いて，生物微細表面の摩擦力測定用システムを構築し，試験条件を絞り込み，実際に生物表面の微小構造を模倣したナノメートルスケール溝基板を用いた摩擦力評価を行った．システム構築に際しては専用のプローブも開発した．プローブ開発に際しては，プローブ材料の選定や接触角測定を行い，材質的にニュートラルで親水性が比較的高いものとして，セラミック製のものとした．大気中にて複数の寸法のナノメートルスケール溝基板の摩擦力評価を行った所，あるサイズの凹凸表面にてのみ摩擦力の低下が確認された．これは，凹凸表面に存在する極微小の水分が，cassie-baxter状態，もしくはWenzelの状態に移行し，表面とプローブ間の接着状態が不連続的に変化するためであると考えられる．実際，使用した表面の接触角試験によると，摩擦力が小さかった表面に関しては，接触角が大きいことが分かり，微小表面上での水分がcassie-baxter状態にある可能性が示唆されている．cassie-baxter状態とはすなわち，接触角が大きく撥水的な状況であり，微細溝内に水分が入り込まず，プローブ‐微小表面間に発生する水のメニスカスの影響が抑えられたことにより，摩擦力が低下したと考えられる．また，生物微小表面の撥水機能に関する3次元モデルを構築し，学会発表を行った．更に，生物微小表面に関係した，生物の発生力に関する論文執筆を進め，論文投稿した．

我们使用两轴微型传感器，构建了一个系统，用于测量微生生物表面的摩擦力，缩小测试条件，并使用纳米尺度的凹槽底物评估了摩擦力，实际上模仿了生物表面的微观结构。构建系统时，我们还开发了专用的探测器。开发探针时，我们选择了探针材料和测量的接触角，并将陶瓷材料作为中性且相对高度的亲水性。当我们评估大气中多个维度的纳米尺度凹槽底物的摩擦力时，仅在一定尺寸的不均匀表面上证实了摩擦力的降低。这被认为是因为存在不均匀的表面上的非常小的水分移至卡西式 - 巴克斯特状态或温泽尔状态，从而导致表面和探针之间的粘附不连续变化。实际上，所使用的表面的接触角测试表明，对于低摩擦力的表面，接触角度很大，这表明小表面上的水分可能位于卡西 - 巴克斯特状态。卡西牌状态是在这种情况下，接触角度很大且驱动剂，并且由于水分未进入细凹槽，并且在探头和微表面之间产生的水弯板的影响也降低了。此外，在会议上构建并介绍了微生物表面水依赖性功能的三维模型。此外，我一直在撰写有关与微曲面相关的生物的发育能力的论文，并提交了我的论文。