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．

我们使用两轴微力传感器构建了测量生物微观表面摩擦力的系统，缩小了测试条件，并使用实际模仿生物表面微观结构的纳米级凹槽基板进行了摩擦力评估。。在构建系统时，我们还开发了专用探针。在开发探针时，我们选择了探针材料并测量了接触角，选择了陶瓷材料，因为陶瓷材料在材质上是中性的，并且具有较高的亲水性。当我们评估多维纳米级沟槽基底在空气中的摩擦力时，我们发现摩擦力仅在一定尺寸的不平坦表面上减小。这被认为是因为凹凸表面上存在的微观水转变为cassie-baxter状态或Wenzel状态，并且表面和探针之间的粘附状态不连续地变化。事实上，根据所用表面的接触角测试，发现摩擦力低的表面具有大的接触角，这表明微观表面上的水可能处于cassie-baxter状态。卡西-巴克斯特状态是一种拒水状态，接触角大，水不会进入微观凹槽，抑制探针和微观表面之间出现的水弯月面的影响，从而减少摩擦。认为力量下降了。我们还构建了生物微表面拒水功能的三维模型，并在学术会议上做了报告。此外，我还撰写并提交了一篇关于与生物体微观表面相关的生物体生成力的论文。