Approach to new material development based on underwater adhesive substance analysis of marine organisms

基于海洋生物水下粘附物质分析的新材料开发途径

基本信息

批准号：
21H04741
负责人：
野方靖行
金额：
$ 26.54万
依托单位：
Central Research Institute of Electric Power Industry
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04741/
关键词：
付着生物水中接着フジツボコケムシ生物模倣材料幼生

项目摘要

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。

该研究重点关注海洋生物实现的水下粘附，通过对生物产生的水下粘附物质的详细分析，阐明水下粘附机理，为水下粘附模仿和粘附预防等新应用开辟道路。继去年之后，今年我们采集了样本进行分析，并利用饲养的无柄幼虫进行了粘附实验和观察。 1）水下附着模式分析：延续去年，为了分析藤壶等水下附着物质的表达，我们固定了红藤壶、脊椎动物藤壶、芦苇幼虫从附着前到附着变态后各发育阶段，并提取RNA。 2）水下粘附物质的物理性质分析：继去年之后，我们继续采集红藤壶幼虫分泌的胶结蛋白。此外，通过调整照明位置和摄像机设置，可以长时间记录鲤鱼幼虫的探索行为。对捕获的视频进行分析的结果发现，鲤鱼幼虫在具有高附着率和低附着率的表面上存在行为差异。将来，通过详细拍摄和分析导致附着的行为，我们将能够阐明表面极性差异与附着行为之间的关系，并为防粘材料的开发获得有用的知识。 3）基于水下粘附过程的材料设计：针对去年获得的两性离子的抗粘附效果，我们制备了聚合物接枝二氧化硅纳米粒子（SiNPs），并使用简单的浸涂方法在其最外表面涂覆了亲水性磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯.（MAPS）刷状结构被制造出来。通过AFM研究了对藤壶Cypris幼虫的粘附力，结果表明，聚(MAPS)-g-SiNP涂层表面在海水中18天仍保持极低的粘附力，并且两性离子聚合物-g-SiNPs结果发现，涂层表面表现出有效的防污性能。