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B01-2班

27年度の実施計画

1) 自己組織的作成方法による高輝度表面構造の作成:

H26年度までに成功したオパール粒子の3次元構造体への集積技術を拡大して表面積の大きな材料表面にも適応可能にする。そのために、支持基板の素材特性と表面形状を検討し、集積する粒子との適合性を確立(不動寺、石井)する。作成した高輝度反射材の光学的特性を吉岡が測定し、針山が生物制御技術に落とし込む。この研究の中で色素増感太陽電池作製技術への応用に資する。

2) 生物の形態形成の観察と工業化への検討:

これまでに蛹から成虫脱皮する際に、細胞内アクチン繊維を細胞骨格とする微絨毛の出現と、細胞外分泌物のナノ構造体の形成に密接な関係があることがわかった(木村・下村・針山)。H27年度は、3D-SEMやNanoSuit®法を駆使して分泌物の構造体と微絨毛の位置関係を明らかにする。また、細胞外分泌物の濃度分布にも注目し、生物のサブセルラー・サイズの自己組織化現象がどのタイミングでどのように開始・継続されるかを、透過型電子顕微鏡の立体構築機能と遺伝子制御技術と併用して解析する。

3) 生物の厳密ではない構造が持つ緻密な機能についての解析:

robustnessをもっているともいえる良い意味での厳密ではない生物のデザイン・機能性は、つまり、「ある範囲の不規則性は無反射性などの機能の障害にはならない」ことを意味し、有力な工学的設計指針になると考えられる。これまでに知られていない他の生物の多様な光学的機能について同様の解析を試み、“厳密ではない構造”の知見を収集する。そのために、A01班がもつ生物データベースに基づきサブセルラー・サイズ内に隠れている普遍性について調査(石井・下村・針山)し、種によらない普遍性を探り、その“構造的乱れ・ゆらぎ”に大きく影響を受けない“機能安定性”の起源を物理学的・数学的学理によって明らかにする(吉岡・久保)。また、多機能性についても研究を促進する。

27年度の実績報告概要

1) 生物表面のサブセルラーサイズ光学システムを模倣した自己組織化構造色作成 タマムシのクチクラは表角皮の多層膜干渉によって発色している。タマムシをマスターピースとしてレプリカを作製し、自己組織的にブラック反射構造を形成するコロイド粒子懸濁液に浸漬してタマムシモデルを作製した。野外に置くことで、タマムシが種内コミュニケーションに構造色を用いていることを証明することに成功した。また、3次元構造体への集積技術を拡大して表面積の大きな材料表面に適応可能とした。
2)生物のサブセルラーサイズ構造の自己組織化による形態形成過程解明 ショウジョウバエ野生型の複眼を形成する個眼の角膜レンズ表面にサブセルラーサイズの微小パイル構造パターンがある。遺伝子操作実験により、遺伝子とその産物によって細胞外の分泌物の集積が制御されていることがわかった。透過型顕微鏡トモグラフなどの解析からパイルパターンの直下に存在する微絨毛周辺に物質の集積を示す電子密度の高い部分と、発生に伴うパターンの経時変化が観察され、細胞外物質の形態形成と強い関連があることが強く示唆された。
3) 「“厳密ではない構造”だけど、緻密な機能」を実現し、かつ多機能性を保有している構造の発見 蛾の複眼表面には、光の波長以下の規則的に配列した突起構造が存在し、乱れのない規則配列構造により無反射性を獲得していると考えられてきた。しかし、そのモスアイ構造において、突起の配列には秩序性が欠落した箇所が無数に存在しているにもかかわらず高い反射防止効果があることが確認され、物理数学的解析を行い、この配列の乱れがあっても反射率は低く維持されることが確かめられた。また、この構造は、無反射性だけでなく、自浄作用(防汚)、昆虫などの滑落性など多機能性を保有していることを実験的に確認することに成功し、市販のモスアイフィルムにも同様の機能があることが示された。

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