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Vol. ５
No. 2
生物規範工学
Engineering Neo-Biomimetics
文部科学省科学研究費新学術領域
「生物多様性を規範とする革新的材料技術」
CONTENTS
文部科学省科学研究費新学術領域
「生物多様性を規範とする革新的材料技術」
************************************************************************
1) 巻頭言
・まちづくりも生物規範工学のフィールドに
赤池学（ユニバーサルデザイン総合研究所） ······················································· 7
2) 産業界からのメッセージ：
・１０月が来るたびに思う事
山
英数（富士フイルム株式会社） ·································································· 10
3)
研究紹介
【2016 年 10 月 20 日(木)-21 日(金)】
5th Nagoya Biomimetics International Symposium (NaBIS)
・プログラム ·········································································································· 14
要旨集
＜October 20th (Thu), 2016＞
・ Smart Interfacial Materials from Super-Wettability to Binary Cooperative
Complementary Systems
Prof. Lei Jiang (Chinese Academy of Sciences, China) ··································· 20
・ Biomass Waste-Derived Carbon Nanostructures and Their Metal Oxide
Composites for Waste Water Treatment Applications
Prof. Raju Gupta (IIT Kanpur, India) ································································· 22
・ Biomimetic Structural Colors Inspired by Bird Feathers
Prof. Michinari Kohri (Chiba Univ., Japan) ······················································· 24
・ Nature Inspired Nanosurfaces and Beyond
Prof. Hyuneui Lim (KIMM, South Korea) ·························································· 26
・ Anti-sticking Properties of Self-lubricating Organogels (SLUGs) Inspired by
Slug's Skin
Dr. Chihiro Urata (AIST, Japan) ······································································· 28
・ Bio-inspired Adhesion and Locomotion of Soft Objects
Prof. Animangsu Ghatak (IIT, Kanpur, India) ···················································· 30
1
・ Sliding Friction on Shape-Tunable Wrinkles
Dr. Takuya Ohzono (AIST, Japan) ···································································· 32
・ X-ray CT Observation of Living Things
Mr. Takashi Kushibiki (Shimadzu Corporation, Japan) ····································· 34
＜October 20th (Thu), 2016＞
・ Water and its Affinity to Hydrophobic Surfaces
Prof. Thomas J. McCarthy (UMass, Amherst, USA) ······································· 35
・ AFM Friction Measurements of The Insect Scale Surface
Prof. Yuji Hirai （Chitose Institute of Science and Technology, Japan） ······· 37
・ Mechanically Tunable Adhesion/Friction of PDMS wrinkles
Prof. Krishnacharya （IIT, Kanpur, India） ······················································ 39
・ Particle Stabilized Soft Dispersed Systems as a Platform Towards Adhesive
Materials
Prof. Syuji Fujii （Osaka Institute of Technology, Japan） ····························· 41
・ Effect of Fibrous Skeleton at Clingfish Suction Pad
Prof. Takayuki Kurokawa （Hokkaido Univ., Japan） ······································ 43
・ Thermal Management Using Diatom Shells
Prof. Hirotaka Maeda （NITech, Japan） ························································ 45
・ Biomimetic Liquid Manipulation on Structured Surfaces
Prof. Daisuke Ishii (NITech, Japan)··································································· 47
・ CATECHOL Batteires: Improvement of Battery Performances by Catechol and
its Deriveative Adhesive Molecules
Prof. Haeshin Lee （KAIST, Korea） ······························································· 49
＜Poster＞
・ Building of a Database Promoting Conceptions on Biomimetics Based on SEM
Images of Insects
S. Nomura, T. Ogawa, M. Haseyama and K. Kozaki ········································ 52
・ X-ray micro CT Observation for Internal Structure of Insects
Y. Nakase, S. Nomura, M. Edahiro and T. Kuchibiki ········································ 53
2
・ The origin of colour of a petal:subcellular structural change during the flowering
from buds in a buttercup
Y. Yamahama, T. Shimozawa, S. Yoshioka, D. Ishii, H. Fudouzi, H. Kubo, M.
Shimomura, Y. Takaku, K.-i. Kimura, Y. Uozu, and T. Hariyama ····················· 54
・ Wettability of Snail s Shells with Hydrophilic Treatment
R. Yamagishi, H. Maeda, T. Yokota, Y. Matsuo, T. Kasuga ····························· 55
・ Peripheral Coding of Sex-pheromone Blend by Male-specific Odorant
Receptors in Moth
H. Mitsuno, T. Sakurai, R. Kanzaki ··································································· 56
・ Inducible de Novo Biosynthesis of Isoflavonoids in Soybean Leaves by
Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae) Derived Elicitors: Tracer
Techniques Aided by High Resolution LCMS.
R. Nakata, N. Yoshinaga, M. Teraishi, Y. Okumoto, N. Mori ··························· 57
・ Cellular Active Touch Sensing of Substrate Rigidity
T. Kobayashi and M. Sokabe ············································································ 58
・ Serendipity-Oriented Bio-TRIZ Database
Y. Isono, T. Yamauchi, H. Kobayashi and T. Kobayashi ··································· 59
・ Non-iridescent Structural Coloration of The Inner Feathers of Japanese
Blue-colored Species
G. Morimoto ······································································································ 60
・ Development of Self-assembled Antifouling Surfaces Against Barnacles
T. Murosaki, Y. Nogata, Y. Hirai, M. Shimomura ············································· 61
・ Functional Analysis and Surface Modification of Hierarchical Microstructures of
Diatom Silica Cell Walls
Y. Maeda, Y Niwa, D. Kisailus, T. Yoshino and T. Tanaka ······························· 62
®
・ The NanoSuit method to observe the living mammalian tissue and cell
Y. Takaku, M. Shimomura, T. Hariyama ··························································· 63
・ Sponge as a Potential Model of Biomimetics: New perspective
R. Tsubaki ········································································································· 64
3
・ Analysis on Social Implementation of Biomimetics Technology in Japan in The
Global Perspective
R. Kohsaka, Y. Uchiyama, Y. Fujihira ······························································· 65
・ Superhydrophobic Coatings Showing Excellent Durability to Harsh
Environmental Conditions
L. Wang, C. Urata, T. Sato, M. W. England and A. Hozumi ···························· 66
・ Key Materials for Biomimetic Surfaces: Potential of Functionalized Synthetic
Janus Clay Nanoplatelets
M. W. England, T. Sato, L. Wang, C. Urata, and A. Hozumi ··························· 67
・ Ionic Liquids-Infused Transparent Organogels: Their Unique Optical and
Chemical Properties
T. Sato, L. Wang, C. Urata, M. W. England, A. Hozumi ·································· 68
【2016 年 11 月 10 日(木)-11 日(金)】
科学研究費「生物規範工学」公開講演会ならびに全体会議
・プログラム ·········································································································· 69
要旨集
＜１１月１０日(木) 14:30-16:50 科学研究費「生物規範工学」公開講演会＞
・山本昌仁（株式会社たねや） ·············································································· 71
・山本浩司（ニイガタ株式会社） ·········································································· 72
・石田倫也（一般財団法人
大阪科学技術センター(OSTEC)） ······························ 73
・アリの敵・味方識別ケミカルセンサの機能性とロバストネス
尾崎まみこ（神戸大学） ··················································································· 74
・アブラムシのリキッドマーブル技術に学ぶ粘接着剤の創出
藤井秀司（大阪工業大学） ··············································································· 76
・バイオミメティクス世界動向： Biomimexpo などフランスの活動
齋藤彰（大阪大学） ························································································· 78
4
＜１１月１１日(金) 科学研究費「生物規範工学」全体会議＞
・ A01-1 班：バイオミメティクス・データベース構築
―2012-2016 年度成果のとりまとめ
A01-1 班野村周平（国立科学博物館） ·························································· 80
・ B01-1 班
B01-1 班
生物規範界面デザイン: トライボロジー界面の創製
大園拓哉（産業技術総合研究所） ··················································· 82
・機能的サブセルラー表面構造の形成過程と学理
B01-2 班針山孝彦（浜松医科大学） ····························································· 84
・生物規範設計：生物規範階層ダイナミクス
B01-3 班細田奈麻絵（物質・材料研究機構） ················································ 86
・生物規範環境応答・制御システム
B01-4 班森直樹（京都大学） ······································································· 88
・生物規範メカニクス・システムにおける動的力学ロバストネス
B01-5 班劉浩（千葉大学） ··········································································· 90
・社会的インプリケーティングによる生物規範工学体系化への挑戦
C01 班石田秀輝（東北大学・地球村研究室） ·················································· 92
4) トピックス (PEN より)
・暮らし方を見直す
−利便性追求により失われつつある物事−
東北大学大学院環境科学研究科古川柳蔵 ··························································· 95
・連続コラム沖永良部島から考える『心豊かに暮らすということ』
I 新しいテクノロジー･サービス価値
地球村研究室、東北大学石田秀輝 ·································································· 99
・タマムシ色の微妙で重要な工夫
大阪大学生命機能研究科吉岡
伸也 ································································· 101
5) 国内外研究動向紹介
・平成 28 年 8 月 4 日(木)
科学研究費「生物規範工学」公開講演会に参加して
津守不二夫（九州大学） ··················································································· 106
5
・平成 28 年 8 月 4 日(木)
科学研究費「生物規範工学」公開講演会(1 日目 8/4)に参加して
安井隆雄（名古屋大学） ·················································································· 108
・平成 28 年 8 月 5 日(金)
生物規範工学全体会議に参加して
北條賢（神戸大学） ·························································································· 110
・平成 28 年 9 月 8 日(木)
16-2 バイオミメティクス研究会「バイオミメティクスにおける生物機能解析と工学的
応用」開催報告（JASIS2016）
椿玲未（海洋研究開発機構） ············································································· 112
・平成 28 年 9 月 23 日(金)
第 67 回コロイド及び界面化学討論会「コロイド・界面化学が拓くバイオミメティク
ス」開催報告
椿玲未（海洋研究開発機構） ············································································· 114
・平成 28 年 10 月 20 日(木)∼21 日(金)
5th Nagoya Biomimetics International Symposium
椿玲未（海洋研究開発機構） ············································································· 117
6)
新聞・報道 ········································································································ 121
7)
アウトリーチ活動 ······························································································ 125
8)
各種案内 ··········································································································· 128
6
（１）巻頭言
7
巻頭言
評価委員からのメッセージ
まちづくりも生物規範工学のフィールドに
ユニバーサルデザイン総合研究所所長赤池学
私たちが提起してきた「生物規範工学」の、環境や社会、経済に対する貢献
の可能性を整理しようとする時、その貢献フィールドとその関係性やアプロー
チを、いかに捉えるかが重要であると考えている。
多くの環境学や経済学のテキストでは、「経済」「社会」「環境」が、トレード
オフを伴う、三項対立の構造として定義されてきた。しかし、実際は、「環境」
と「社会」、そして「経済」には、プライオリティがあり、「経済」は「社会」
に内包され、
「社会」は「環境」に内包される、同心円的なスキームで語られる
べきものである。
このような正しい世界観の認識に立ち返った時、「生物規範工学」の可能性に
は、四つのアプローチが存在するものと捉えている。
第一は、
「BIO-USED 生物資源や生物生産物の機能性を活用するテクノロジ
ー」である。経済性の観点から、その多くを地下資源に依存し、アカデミック・
アドバンストなアプローチで創製されてきた材料や素材、薬剤を、改めて生物
資源に代替する技術開発である。カイコの繭の機能性を生かしたシルクタンパ
ク製品、オイル生産微生物によるバイオ燃料生産、ヤママユガの休眠ホルモン
を用いた抗がん剤の開発などだ。自然資本主義経営が台頭してきたなかで、こ
れまでバイオテクノロジーとして捉えられてきた技術開発に、生物規範工学は
新たなミッションや価値を与えられるものと考えている。
第二は、
「BIO-MIMIC 生物の形態や構造を模倣するテクノロジー」である。
原料は地下資源であっても、生物の省資源、省エネルギーな生産プロセス、そ
して合理的な形態や構造を人工物が採用することで、革新的な材料設計やデザ
インに結実することは、これまで多くの研究者やエンジニアたちが実証してき
た領域である。身近なところでは、古くは、野生ゴボウの実に学んだマジック
テープや、サメの肌に学んだ競泳用スピード水着から始まり、蓮の葉にヒント
を得た超撥水技術、昆虫の翅の構造色に学んだ塗装技術、カタツムリの殻を模
8
倣した防汚技術、フクロウとカワセミに学んだ新幹線技術などがある。今後は、
台頭するナノテクノロジーとのシナジーのなかで、革新的な新素材が数多く生
み出されていくだろう。これからの課題は、そうした材料創製において、生物
が形にしてきたように、軽元素を材料に、常温、常圧で製造するプロセスを併
せて開発して欲しいと願っている。
そして、第三は、
「BIO-INSPIRED 生物の設計思想を応用するテクノロジー」
である。東京工業大学は今、タマムシの構造色発色に着想を得た電磁波の屈折、
干渉を利用することで、全く新しい原理のレーザー装置開発にチャレンジして
いる。生物の形態や構造を模倣するのではなく、生物の開発思想そのものを人
工物に取り入れようという技術開発だ。オジギソウにヒントを得た内視鏡、シ
ロアリのアリ塚に学んだエコハウス、ホタルの発光メカニズムに学んだ微生物
検知システム、昆虫の分散型神経機構を応用したロボテクスモビリティなどが
挙げられる。これまで、一つの中枢だけで、運動を制御してきた自動車やロボ
ットは、分散型の CPU と、モーター、アクチュエーターを組み合わせることで、
画期的な省エネ性能と、新たな挙動を獲得することが可能となるはずだ。
最後に提起したいのは、
「BIO-GUIDED 自然界の循環に寄り添うテクノロジ
ー」の重要性である。社会への貢献を意図した、現行モダンテクノロジーの自
然との共生や近自然化を図り、自然生態系や生物多様性に配慮したものづくり
だ。米飼料、養鶏、鶏糞、米栽培を循環させる、エコフィードに基づく「玄米
たまご生産」、多自然のメカニズムに配慮した「近自然工法によるまちづくり」、
野鳥や蝶の「エコロジカルネットワーク」などだ。日鐵住金建材は、これまで
土砂崩れ防止のために採用されてきた、斜面をコンクリートで覆い固める「フ
レーム工法」を、
「ノンフレーム工法」に改めた。斜面に、樹木の縦根と横根を
模倣した金属バーとワイヤーを基盤整備することで、時間と共に植生や生物多
様性が回復するという、森の多面的価値を規範とした土木技術だ。
さらに、筑波大学が進めている、
「アポトーシスに学ぶ都市再生」の研究があ
る。住宅のリファームにおいて、改築だけでなく、減築があるように、まちづ
くりにおいて、計画された「細胞死」を取り入れようという工学である。
今後の生物規範工学において、こうした建築や土木、都市工学の研究者や実
践者を組織化していくことも、大きな役割だと考えている。巨大な生命体とし
て「まち」を捉え直すことで、それは持続可能な国土と国家の実現に結実する
ものと確信している。
9
（２）産業界からのメッセージ
10
１０月が来るたびに思う事富士フイルム株式会社 R＆D 統括本部生産技術センター長山﨑英数今年は暑さ続きで、汗かきの私は、９月になっても半袖シャツを好んで着て
いた。１０月になって、やっと、長袖シャツが有難いと実感できる秋が到来し
た。さて、毎年１０月は、ノーベル賞の受賞者が発表される時期である。今年
も、大変うれしいことに、日本人科学者の大隅先生が、ノーベル賞を受賞され
ました。３年連続で日本人が受賞する快挙に、技術者の端くれとしてとても誇
らしく、元気をいただいた。大隅先生は、会見で「“役に立つ”という言葉が社会をダメにしている」と仰
った。このお言葉は、企業内 R&D 部門の技術戦略を立案する私たちも、しっか
り受け止めるべき示唆に富んだものであると共感させていただいた。企業の経済活動は、生物に似ているところがあると思う。恐竜は、隕石落下
等のさまざまな劇的環境変化に順応できず大量絶滅したと言われている。一方
で、この劇的環境変化に順応できたものが生き残り、現在のさまざまな生物の
営みにつながっている。一時代を築いてきた大企業も、市場の大きな変化に順
応できなければ、恐竜と同じ道を辿ることになる。では、企業が恐竜の道を辿らず進化し成長し続けるためには、何が必要なの
か？この問いに対する解がすぐ見つかるようなら、誰も苦労はしない。経営
の立場からの考察は、その道のプロにお任せするとして、この紙面では、凡
人の私が、会社の進化/成長に貢献できると信じて推進するテーマで苦しいとき
に励みにしている思いと、大隅先生のお言葉に共感できた背景について紹介さ
11
せていただく。その思いは、「将来、革新を生む開発テーマは、大抵、着手段階で少数意見」
である。私は、毎年１０月が来るたびに、この思いが、ノーベル賞の受賞テー
マと符合するか、確認させていただきながら、毎年、勇気をいただいている。これまでの経験上、多数の方が容易に「役に立つ」と予想できるテーマは、
短期間で役に立ったとしても、革新につながるケースは少ないように思う。一
方で、着手段階で、「そんなことができる？」「役に立つ？」などの懐疑的な意
見が出るテーマの方が前者よりも、将来、革新につながるケースが多いように
思う。競争が激しくなる中、さまざまな現場で、効率や成果が問われている。短期
で成果を求められるほど、効率を追求すればするほど、
“役に立つ”か否かで開
発テーマが選別される傾向が強くなる。会社のためにと行ったテーマ選別が、
狙いに反して、将来、会社を救うかもしれない技術革新の貴重な芽を摘み取る
恐れがある。将来が読みにくい程、変化が激しくなる程、この構図にならない
工夫の重要性が増してくる。弊社は、主力商品であった写真フイルムが激減する大きな環境変化に直面し
ながら、第二の創業を果たすことができた。これは、稀有な経営者の存在と短
期で“役に立つ”ものだけでなく少数意見も取り入れて構築してきた多様な技
術力が良い結果につながったのではないかと思う。生物多様性を規範とする本プロジェクトにおいては、下村先生をはじめとす
る先生方の強いリーダーシップと産官学の密な連携による粘り強い取り組みを
通じて構築していく多様な技術力が、将来、必ず革新につながって行くと思う。
その実現に少しでも貢献できるように、私も微力ながらがんばって行きたい。 12
（３）研究紹介
13
5th Nagoya Biomimetics International Symposium
(NaBIS)
--------------------------------
October 20th (Thu.)-21th (Fri.), 2016
-------------------------------Nagoya institute of Technology (NITech)
Main Hall, First Floor, No. 4 Building
Gokiso, Showa-ku, Nagoya 466-8555, Japan
-------------------------------Organized by
Nagoya Institute of Technology
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
主催：名古屋工業大学、国立研究開発法人産業技術総合研究所
Co-organized by
Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity, Ministry of Education, Culture,
Sports, Science and Technology (MEXT, Japan)
共催：文部科学省科学技術研究費補助金（新学術領域）「生物規範工学」
Cooperation by
Research Group on Biomimetics of The Society of Polymer Science (Japan)
NBCI at a glance
協賛：高分子学会バイオミメティクス研究会、NBCIバイオミメティクス分科会
--------------------------------
エンジニアリングネオバイオミメティクスを指向した表面・界面，材料に関する最先端の研究を展開
している国内外の第一線の研究者を招き講演会を開催する。また、産学官をはじめ、異分野領域に所
属する研究者、技術者の交流の場として広く開放する。
Since 2012, Grant in Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Leader: Prof. Masatsugu
Shimomura (Chitose Institute of Science and Technology)) has organized Nagoya Biomimetics
International Symposium (NaBIS) to provide the world community with opportunities to meet and
discuss most updated topics, in particular, surface/interface and materials, in engineering
neo-biomimetics. We have pleasure in announcing that the 5th NaBIS will be held in Nagoya from
October 20th through 21th, 2016. We look forward to having the pleasure welcoming you to the 5th
NaBIS.
14
PROGRAM
***************************************************************************
October 20 th (Thu)
11:00-11:05 Opening Remarks
Prof. Masatsugu Shimomura (Chitose Institute of Science and Technology, Japan)
＜Chair： Dr. Atsushi Hozumi＞
11:05-12:05 Plenary Talk 1
Prof. Lei Jiang (Chinese Academy of Sciences, China) ······················································· 20
Smart Interfacial Materials from Super-Wettability to Binary Cooperative Complementary
Systems
12:05-13:00 Lunch
＜Chair：Dr. Chihiro Urata＞
13:00-13:30 Invite Talk 1
Prof. Raju Gupta (IIT Kanpur, India) ····················································································· 22
Biomass Waste-Derived Carbon Nanostructures and Their Metal Oxide Composites for Waste
Water Treatment Applications
13:30-14:00 Invite Talk 2
Prof. Michinari Kohri (Chiba Univ., Japan)·········································································· 24
Biomimetic Structural Colors Inspired by Bird Feathers
14:00-14:30 Invite Talk 3
Prof. Hyuneui Lim (KIMM, South Korea) ············································································· 26
Nature inspired nanosurfaces and beyond
14:30-15:00 Invite Talk 4
Dr. Chihiro Urata (AIST, Japan) ··························································································· 28
Anti-sticking properties of self-lubricating organogels (SLUGs) inspired by slug's skin
15:00-15:15 Break
＜Chair：Dr. Matt W. England＞
15:15-15:45 Invite Talk 5
Prof. Animangsu Ghatak (IIT, Kanpur, India) ······································································ 30
Bio-inspired Adhesion and Locomotion of Soft Objects
15:45-16:15 Invite Talk 6
Dr. Takuya Ohzono (AIST, Japan) ······················································································· 32
Sliding Friction on Shape-Tunable Wrinkles
15
16:15-16:45 Invite Talk 7
Mr. Takashi Kushibiki (Shimadzu Corporation, Japan) ······················································ 34
X-ray CT Observation of Living Things
16:45-18:00 Poster session
18:30
Banquet
th
October 21 (Fri)
＜Chair：Dr. Atsushi Hozumi＞
10:00-11:00 Plenary Talk 2
Prof. Thomas J. McCarthy (UMass, Amherst, USA) ························································ 35
Water and its Affinity to Hydrophobic Surfaces
＜Chair：Dr. Tomoya Sato＞
11:00-11:30 Invite Talk 8
Prof. Yuji Hirai （Chitose Institute of Science and Technology, Japan） ·························· 37
AFM friction measurements of the insect scale surface
11:30-12:00 Invite Talk 9
Prof. Krishnacharya （IIT, Kanpur, India） ········································································· 39
Mechanically Tunable Adhesion/Friction of PDMS wrinkles
12:00-13:00 Lunch
＜Chair：Dr. Liming Wang＞
13:00-13:30 Invite Talk 10
Prof. Syuji Fujii （Osaka Institute of Technology, Japan） ················································ 41
Particle stabilized soft dispersed systems as a platform towards adhesive materials
13:30-14:00 Invite Talk 11
Prof. Takayuki Kurokawa （Hokkaido Univ., Japan） ······················································· 43
Effect of Fibrous Skeleton at Clingfish Suction Pad
14:00-14:30 Invite Talk 12
Prof. Hirotaka Maeda （NITech, Japan） ·········································································· 45
Thermal Management using Diatom Shells
14:30-14:50 Break
16
＜Chair： Prof. Syuji Fujii＞
14:50-15:20 Invite Talk 13
Prof. Daisuke Ishii (NITech, Japan)······················································································ 47
Biomimetic Liquid Manipulation on structured surfaces
15:20-15:50 Invite Talk 14
Prof. Haeshin Lee （KAIST, Korea） ·················································································· 49
CATECHOL Batteires: Improvement of Battery Performances by Catechol and its Deriveative
Adhesive Molecules
15:50-16:00 Closing remarks
Dr. Atsushi Hozumi (AIST, Japan)
17
Poster Session
***************************************************************************
th
October 20 (Thu)
16:45-18:00
1.
Building of a Database Promoting Conceptions on Biomimetics
Based on SEM Images of Insects ···························································································· 52
a
b
b
c
S. Nomura , T. Ogawa , M. Haseyama and K. Kozaki
a
b
c
( National Museum of Nature and Science, Hokkaido University, Osaka University)
2.
X-ray micro CT Observation for Internal Structure of Insects ·············································· 53
a
a
b
b
Y. Nakase* , S. Nomura , M. Edahiro and T. Kuchibiki
a
b
( National Museum of Nature and Science, Shimadzu Corporation)
3.
The origin of colour of a petal:
subcellular structural change during the flowering from buds in a buttercup ······················ 54
a
b
c
d
e
b
Y. Yamahama , T. Shimozawa , S. Yoshioka , D. Ishii , H. Fudouzi , H. Kubo , M.
f
a
g
h
a
Shimomura , Y. Takaku , K.-i. Kimura , Y. Uozu , and T. Hariyama*
a
b
c
( Hamamatsu Universtiy School of Medicine, Hokkaido University, Tokyo University of
d
e
f
Science, Nagoya Institute of Technology, National Institute of Materials Science, Chitose
g
h
Institute of Science and Technology, Hokkaido University of Education, Daikoku-cho,
Tsurumi-ku, Yokohama)
4.
Wettability of Snail s Shells with Hydrophilic Treatment ························································ 55
a
a
a
b
a
R. Yamagishi , H. Maeda* , T. Yokota , Y. Matsuo , T. Kasuga
a
b
( Nagoya Institute of Technology, Hokkaido University)
5.
Peripheral coding of sex-pheromone blend by
male-specific odorant receptors in moth ················································································ 56
H. Mitsuno, T. Sakurai, R. Kanzaki
(The University of Tokyo)
6.
Inducible de novo biosynthesis of isoflavonoids in soybean leaves by Spodoptera litura
(Lepidoptera: Noctuidae) derived elicitors: Tracer techniques aided by high resolution LCMS.
··················································································································································· 57
R. Nakata, N. Yoshinaga, M. Teraishi, Y. Okumoto, N. Mori*
(Graduate School of Agriculture, Kyoto University)
7.
Cellular Active Touch Sensing of Substrate Rigidity ······························································ 58
a
b
T. Kobayashi* and M. Sokabe
a
( Dep. Integrative Physiol., Nagoya University Grad. Sch. Med.)
8.
Serendipity-Oriented Bio-TRIZ Database················································································ 59
a
b
c
a
Y. Isono , T. Yamauchi , H. Kobayashi and T. Kobayashi
a
b
c
（ Nagasaki University, Niigata University, Osaka University）
18
9.
Non-iridescent structural coloration of the inner feathers of
Japanese blue-colored species ···································································································60
G. Morimoto
(Yamashina Institute for Ornithology)
10. Development of self-assembled antifouling surfaces against barnacles ··································61
a
b
c
c
T. Murosaki* , Y. Nogata , Y. Hirai , M. Shimomura
a
b
c
( Asahikawa Medical University, Central Research Institute of Electric Power Industry,
Chitose Institute of Science and Technology)
11. Functional analysis and surface modification of hierarchical
microstructures of diatom silica cell walls ··················································································62
a
a
b
a
Y. Maeda , Y Niwa , D. Kisailus , T. Yoshino and T. Tanaka*
a
b
( Tokyo University of Agriculture and Technology, University of California)
®
12. The NanoSuit method to observe the living mammalian tissue and cell ··································63
a
b
a
Y. Takaku* , M. Shimomura , T. Hariyama
a
b
( Hamamatsu University School of Medicine, Chitose Institute of Science and Technology)
13. Sponge as a Potential Model of Biomimetics: New perspective ···············································64
R. Tsubaki
(Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology)
14. Analysis on social implementation of biomimetics technology in
Japan in the global perspective···································································································65
a
a
b
R. Kohsaka* , Y. Uchiyama , Y. Fujihira
a
b
( Tohoku University, Muroran Institute of Technology)
15. Superhydrophobic Coatings Showing Excellent Durability to
Harsh Environmental Conditions ·································································································66
L. Wang, C. Urata, T. Sato, M. W. England and A. Hozumi*
(AIST)
16. Key Materials for Biomimetic Surfaces:
Potential of Functionalized Synthetic Janus Clay Nanoplatelets ··············································67
M. W. England, T. Sato, L. Wang, C. Urata, and A. Hozumi*
(AIST)
17. Ionic Liquids-Infused Transparent Organogels:
Their Unique Optical and Chemical Properties ··········································································68
T. Sato, L. Wang, C. Urata, M. W. England, A. Hozumi*
(AIST)
19
Dr. Lei Jiang, Prof.
Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of
Sciences, Beijing 100190, China
School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing
100191, China
E-mail: [email protected]
•
•
Address: Zhongguancun East Road 29#, 100190 Beijing, P.R. China
Telephone: +86-10-82621396
Education & Professional Experience
1983-1987 Solid state physics, Jilin University, China, B.S. Major: Physics
1987-1990, Jilin University, China, M.S. Major: Physical chemistry
1990-1994, Jilin University,China & The University of Tokyo, Japan, Ph. D. Major: Physical chemistry
1994-1996, Akira Fujishima’s group in The University of Tokyo
1996-1999, Hashimoto’s project, Kanagawa Academy of Sciences and Technology
1999-2015, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Science
2008-Present, School of Chemistry and Environment, Beijing University of Aeronautics and Astronautics
2015-Present, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences
AWARDS AND HONORS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
In 2001 won the “Excellent Youth Funds” of National Natural Science Funding Committee.
In 2003 won the “Prize for the Excellent Supervisor of Ph. D. Students in CAS”.
In 2003 won the “Youth Innovation Prize of BSF”
In 2005 won the second-class prize of the “State Natural Science Award”.
In 2011 won the “TWAS Prize in Chemistry”.(The Academy of Sciences for the developing world)
In 2013 won the Advanced Science and Technology Award of "THE HO LEUNG HO LEE FUNDATION"
In 2014 won The MRS Mid-Career Researcher Award (Materials Research Society, USA t)
In 2014 won Thomson Reuters China Citation Laureates, Highly Cited Researcher Award (Chemistry) , Highly
Cited Researcher Award ( Material Science), International Citation Impact Award.
9. In 2016 won UNESCO Medal "For Contribution to the Development of Nanoscience and Nanotechnologies"
10. In 2016 won Nikkei Asia Prize.
Selected Publications
•
Gao, X. F.; Jiang, L. Water-repellent legs of water striders. Nature 2004, 432, 36-36.
•
Zheng, Y. M.; Bai, H.; Huang, Z. B.; Tian, X. L.; Nie, F. Q.; Zhao, Y.; Zhai, J.; Jiang, L. Directional water
collection on wetted spider silk. Nature 2010, 463, 640-643.
•
Chen, H.; Zhang, P.; Zhang, L.; Liu, H.; Jiang, Y.; Zhang, D.; Han, Z.; Jiang, L. Continuous directional water
transport on the peristome surface of Nepenthes alata. Nature 2016, 532, 85-89.
•
Ju, J.; Bai, H.; Zheng, Y.; Zhao, T.; Fang, R.; Jiang, L. A multi-structural and multi-functional integrated fog
collection system in cactus. Nat. Commun. 2012, 3, 1247.
•
Li, K.; Ju, J.; Xue, Z.; Ma, J.; Feng, L.; Gao, S.; Jiang, L. Structured cone arrays for continuous and effective
collection of micron-sized oil droplets from water. Nat. Commun. 2013, 4, 2276.
•
Feng, L.; Li, S. H.; Li, Y. S.; Li, H. J.; Zhang, L. J.; Zhai, J.; Song, Y. L.; Liu, B. Q.; Jiang, L.; Zhu, D. B.
Super-hydrophobic surfaces: From natural to artificial. Adv. Mater. 2002, 14, 1857-1860.
•
Tian, Y.; Su, B.; Jiang, L. Interfacial Material System Exhibiting Superwettability. Adv. Mater. 2014, 26,
6872-6897.
•
Sun, T. L.; Wang, G. J.; Feng, L.; Liu, B. Q.; Ma, Y. M.; Jiang, L.; Zhu, D. B. Reversible switching between
superhydrophilicity and superhydrophobicity. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 357-360.
•
Feng, X. J.; Feng, L.; Jin, M. H.; Zhai, J.; Jiang, L.; Zhu, D. B. Reversible super-hydrophobicity to
super-hydrophilicity transition of aligned ZnO nanorod films. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 62-63.
•
Su, B.; Tian, Y.; Jiang, L. Bioinspired Interfaces with Superwettability: From Materials to Chemistry. J. Am.
Chem. Soc. 2016, 138, 1727-1748.
20
Smart Interfacial Materials from Super-Wettability
to Binary Cooperative Complementary Systems
Lei Jiang*a,b
a
Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences,
Beijing 100190, China
b
School of Chemistry and Environment, Beihang University, Beijing 100191,
China
* E-mail: [email protected]
Learning from nature and based on lotus leaves and fish scale, we developed superwettability
system:
superhydrophobic,
superoleophobic,
superhydrophilic,
superoleophilic surfaces in air and superoleophobic, superareophobic, superoleophilic,
superareophilic surfaces under water [1]. Further, we fabricated artificial materials with
smart switchable super-wettability [2], i.e., nature-inspired binary cooperative
complementary nanomaterials (BCCNMs) that consisting of two components with
entirely opposite physiochemical properties at the nanoscale, are presented as a novel
concept for the building of promising materials [3-4].
The smart super-wettability system has great applications in various fields, such as selfcleaning glasses, water/oil separation, anti-biofouling interfaces, and water collection
system [5].
The concept of BCCNMs was further extended into 1D system. Energy conversion
systems that based on artificial ion channels have been fabricated [6]. Also, we
discovered the spider silk’s and cactus's amazing water collection and transportation
capability [7], and based on these nature systems, artificial water collection fibers and
oil/water separation system have been designed successfully [8].
Learning from nature, the constructed smart multiscale interfacial materials system not
only has new applications, but also presents new knowledge: Super wettability based
chemistry including basic chemical reactions, crystallization, nanofabrication arrays
such as small molecule, polymer, nanoparticles, and so on [9].
Reference:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
(a) Adv. Mater. 2014, 26, 6872-6897.. (b) J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 1727-1748.
Adv. Mater. 2008, 20 (15), 2842-2858.
Pure Appl. Chem. 2000, 72 (1-2), 73-81.
Small. 2015, 11, 1071-1096.
Adv. Mater. 2011, 23 (6), 719-734.
(a)Chem. Soc. Rev. 2011, 40 (5), 2385-2401; (b) Acc. Chem. Res. 2013, 46 (12), 2834-2846; (c) Adv. Mater. 2010, 22 (9), 1021-1024. (d) ACS
Nano 2009, 3 (11), 3339-3342; (e) Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (22), 5296-5307;
(a) Nature 2010, 463 (7281), 640-643; (b) Nat Commun 2012, 3, 1247.
(a) Nat Commun 2013, 4, 2276; (b) Adv. Mater. 2010, 22 (48), 5521-5525.
(a) Chem. Soc. Rev. 2012, 41 (23), 7832-7856; (b) Nat. Commun. 2015, 6, 6737. (c) Adv. Funct. Mater. 2011, 21 (17), 3297-3307; (d) Adv. Mater.
2012, 24 (4), 559-564; (e) Nano Research 2011, 4 (3), 266-273; (f) Soft Matter 2011, 7 (11), 5144-5149; (g Soft Matter 2012, 8 (3), 631-635; (h)
Adv. Mater. 2012, 24 (20), 2780-2785; (i) Adv. Mater. 2013, 25 (29), 3968-3972; (j) J. Mater. Chem. A 2013, 1 (30), 8581-8586; (k) Adv. Mater.
2013, 25 (45), 6526-6533
21
Dr. Raju Kumar GUPTA,
Department of Chemical Engineering,
Center for Nanosciences and Center for Environmental
Science and Engineering,
Indian Institute of Technology Kanpur, India
E-mail: [email protected]
•
•
•
•
Telephone: +91-5122596972
Fax: +91-5122590104
Website: http://www.iitk.ac.in/che/rkg.htm
Address: Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Kanpur, Kanpur-208016, U.P., India
Education & Academic Background
2001-2005 B.Tech, Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Roorkee, India
2006-2010 PhD, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, National University of Singapore,
Singapore
2010-2011 Research Fellow, School of Materials Science and Engineering, Nanyang Technological University,
Singapore
2015 Guest Researcher, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Nagoya, Japan
2012-present Assistant Professor, Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Kanpur,
India
Awards: INSPIRE faculty award 2013 by DST, India; IEI Young Engineer Award 2014 by The Institution of
Engineers, India; IAAM Young Scientist Award 2014 at International Smart Materials and Surfaces Conference,
Bangkok, Thailand
Recent Publications
•
A. Tyagi, K. M. Tripathi, N. Singh, S. Choudhary and R. K. Gupta, “Green synthesis of carbon quantum dots
from lemon peel waste: Applications in sensing and photocatalysis” RSC Advances, 6, 72423-72432, 2016.
•
N. Singh, K. Mondal, M. Misra, A. Sharma and R. K. Gupta, “Quantum dot sensitized electrospun
mesoporous titanium dioxide hollow nanofibers for photocatalytic applications” RSC Advances, 6, 48109 48119, 2016.
•
Prateek, V. K. Thakur and R. K. Gupta, “Recent progress on ferroelectric polymer based nanocomposites for
high energy density capacitors: Synthesis, dielectric properties and future aspects” Chemical Reviews, 116,
4260 - 4317, 2016.
•
K. M. Tripathi, A. Tyagi, M. Ashfaq and R. K. Gupta, “Temperature dependent, shape variant synthesis of
photoluminescent and biocompatible carbon nanostructures from almond husk for applications in dye
removal” RSC Advances, 6, 29545 - 29553, 2016.
•
A. Tyagi, K. M. Tripathi and R. K. Gupta, “Recent progress on micro-scale energy storage devices and future
aspects”, Journal of Materials Chemistry A, 3, 22507-22541, 2015.
•
V. K. Thakur, M. K. Thakur and R. K. Gupta, “Graft copolymers of Natural Fibers for Green Composites”,
Carbohydrate Polymers, 104, 87-93, 2014.
•
V. K. Thakur, M. K. Thakur and R. K. Gupta, “Review: Raw Natural Fibers Based Polymer Composites”,
International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 19, 256-271, 2014.
•
V. K. Thakur, M. K. Thakur and R. K. Gupta, “Rapid Synthesis of Graft Copolymers from Natural Cellulose
Fibers”, Carbohydrate Polymers, 98, 820-828, 2013.
•
V. K. Thakur, M. K. Thakur and R. K. Gupta, “Graft Copolymers from Cellulose: Synthesis, Characterization
and Evaluation”, Carbohydrate Polymers, 97, 18-25, 2013.
22
Biomass Waste-Derived Carbon Nanostructures and Their
Metal Oxide Composites for Waste Water Treatment
Applications
Narendra Singh,a,b Ankit Tyagi,a Mrinmoy Misra,a Kumud Malika Tripathia and
Raju Kumar Gupta*a,b
a
Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Kanpur,
Kanpur-208016, UP, India
b
Center for Nanosciences and Center for Environmental Science and Engineering,
Indian Institute of Technology Kanpur, Kanpur-208016, UP, India
*
E-mail address: [email protected]
There is large amount of biomass waste available around us. There is a need to recycle
or conversion of theses waste materials into useful products because it will reduce the
demand for new sources. Recycling these waste materials will also cut down the cost
and efforts of transport and production otherwise these wastes would be lost in landfill
sites. The potential of carbon nanostructures from biomass waste for environmental
applications has not been fully utilized yet. In the first part of the presentation, I will
talk about various carbon nanostructures obtained from different types of biomass
wastes. The morphology and the size of the carbon nanostructures can be tailored
through varying process conditions. Utilization of such carbon nanostructures as well as
their metal oxide composites as adsorbents/photocatalysts for waste water treatment
applications will be presented.
Industrialization has resulted in different types of pollutions such as water and air
pollution which is serious threat for our environment. Waste water contains both
organic and inorganic pollutants which can cause serious disorder for human, animal
and aquatic lives. Greater attention has been given in developing techniques to
remove/degrade in particular organic pollutants to abate their harmful effects.
Photocatalysis is one of most prominent processes for water purification which uses
low cost photocatalysts harnessing solar energy with limited regeneration cycle. TiO2 is
well known photocatalyst to degrade pollutants. However, TiO2 still requires
modifications with other nanomaterials because the excitons created under the UV light
rapidly recombine in 10-100 picosecond and absorb only ultraviolet part of sun light
due to wide bandgap. In the second part of the presentation, our recent results on
enhancing photocatalytic activity of TiO2 nanofibers for degradation of organic
compounds through sensitization with quantum dots, doping with! transition metals and
functionalization with metal nanoparticles will be presented. !
23
Dr. Michinari KOHRI, Assoc. Prof.
Graduate School of Engineering,
Chiba University
E-mail: [email protected]
•
•
•
•
Telephone: +81 (0)43-290-3393
Fax: +81 (0)43-290-3393
Website: http://chem.tf.chiba-u.jp/gacb03/saito/toppu.html
Address: 1-33 Yayoi-cho, Inage-ku, Chiba, 263-8522, Japan
Education & Academic Background
2002 Graduated from Graduate School of Engineering, Tohoku University
2004 Master of Engineering, Graduate School of Engineering, Tohoku University
2007 Doctor of Engineering, Graduate School of Engineering, Tohoku University
2007 Research Assistant Professor, IMRAM, Tohoku University
2008 Assistant Professor, Graduate School of Engineering, Chiba University
2012.8-11 Visiting Researcher, University Lyon 1, France
2015- Associate Professor, Graduate School of Engineering, Chiba University
Award: Presentation Award (The Chemical Society of Japan, 2012)
The Selected Lectures by Young Chemists (The Chemical Society of Japan, 2013)
The Award for Encouragement of Research in Polymer Science (The Society of Polymer Science, 2013)
Recent Publications
•
*M. Kohri and A. Kawamura, Colorless polydopamine coatings for creating functional interfaces, Polymer
science: research advances, practical applications and educational aspects (Eds. A. Mendez-Vilas
and A. Solano-Martín), Formatex Research Center, 2016, 159-168.
•
*M. Kohri, Y. Nannichi, T. Taniguchi, and K. Kishikawa, Biomimetic non-iridescent structural color materials
from polydopamine black particles that mimic melanin granules, J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 720-724.
•
*M. Kohri, Y. Nannichi, H. Kohma, D. Abe, T. Kojima, T. Taniguchi, and K. Kishikawa, Size control of
polydopamine nodules formed on polystyrene particles during dopamine polymerization with carboxylic
acid-containing compounds for the fabrication of raspberry-like particles, Colloids Surf. A: Physicochem.
Eng. Aspects, 2014, 449, 114-120.
•
H. Kohma, K. Uradokoro, *M. Kohri, T. Taniguchi, and K. Kishikawa, Hierarchically structured coatings by
colorless polydopamine thin layer and polymer brush layer, Trans. Mat. Res. Soc. Jpn., 2014, 39, 157-160.
•
*M. Kohri, H. Kohma, K. Uradokoro, T. Taniguchi, and K. Kishikawa, Fabrication of colored particles
covered by dye-bearing colorless polydopamine layer, J. Colloid Sci. Biotechnol., 2014, 3, 337-342.
•
*M. Kohri, H. Kohma, Y. Shinoda, M. Yamauchi, S. Yagai, T. Kojima, T. Taniguchi, and K. Kishikawa, A
colorless functional polydopamine thin layer as a basis for polymer capsules, Polym. Chem., 2013, 4,
2696-2702.
•
*M. Kohri, Y. Shinoda, H. Kohma, Y. Nannichi, M. Yamauchi, S. Yagai, T. Kojima, T. Taniguchi, and K.
Kishikawa, Facile synthesis of free-standing polymer brush films based on a colorless polydopamine thin
layer, Macromol. Rapid Commun., 2013, 34, 1220-1224.
•
*M. Kohri, A. Kobayashi, H. Fukushima, T. Kojima, T. Taniguchi, K. Saito, and T. Nakahira, Enzymatic
miniemulsion polymerization of styrene with a polymerizable surfactant, Polym. Chem., 2012, 3, 900-906.
•
H. Fukushima, *M. Kohri, T. Kojima, T. Taniguchi, K. Saito, and T. Nakahira, Surface-initiated enzymatic
vinyl polymerization: synthesis of polymer-grafted silica particles using horseradish peroxidase as catalyst,
Polym. Chem., 2012, 3, 1123-1125.
24
Biomimetic Structural Colors Inspired by Bird Feathers
Michinari Kohri*a, Ayaka Kawamuraa, and Gen Morimotob
a
b
Chiba University, 1-33 Yayoi-cho, Inage-ku, Chiba 263-8522, Japan
Yamashina Institute for Ornithology, 115 Konoyama, Abiko, Chiba 270-1145, Japan
E-mail: [email protected]
The beautiful structural colors in bird feathers are some of the brightest colors in nature,
and some of these colors are created by arrays of melanin granules that act as both
structural colors and scattering absorbers. Inspired by the color of bird feathers, highvisibility structural colors have been created by altering four variables: size, blackness,
refractive index, and arrangement of the nano-elements. To control these four variables,
we developed a facile method for the preparation of biomimetic core-shell particles
with melanin-like polydopamine (PDA) shell layers. The size of the core-shell particles
was controlled by adjusting the core polystyrene (PSt) particles’ diameter and the PDA
shell thicknesses. The blackness and refractive index of the colloidal particles could be
adjusted by controlling the thickness of the PDA shell. The arrangement of the particles
was controlled by adjusting the surface roughness of the core-shell particles. This
method enabled the production of both iridescent and non-iridescent structural colors
from only one component. This simple and novel process of using core-shell particles
containing PDA shell layers can be used in basic research on structural colors in nature
and their practical applications.
25
Dr. Hyuneui Lim
Department of Nature-Inspired Nanoconvergence Systems,
Nano Convergence and Manufacturing Systems Research Division,
Korea Institute of Machinery & Materials
E-mail: [email protected]
•
•
•
•
Telephone: +82 (42)868-7106
Fax: +82 (42)868-7933
Website: http://www.kimm.re.kr
Address: 156 Gajeongbuk-Ro, Yuseong-gu, Daejeon, 34103, KOREA
Education & Academic Background
1993 Graduated from Department of Chemistry, Sookmyung Women’s University, Seoul, Korea
1996 Master of Science, Analytical Chemistry, Korea University, Seoul, Korea
Thesis: Study on the Analysis of Germanium by Hydride Generation- Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission
spectrometry
2002 Doctor of Science, Analytical Chemistry, Korea University, Seoul, Korea
Dissertation: Surface Modification and Characterization of Various Polymers
1997-2001Researcher, Basic Science Institute, Korea University, Seoul, Korea
1997- 2001 Part time lecturer, Dept. of Chemistry, Korea University, Seoul, Korea
2002 Post-Doctorial Research Fellow, Korea Institute of Science & Technology, Seoul, Korea
2002-2003 Post-Doctorial Research Fellow, College of chemistry, University of California at Berkeley, CA, USA
2003-present Principal Researcher, Korea Institute of Machinery & Materials, Daejeon, Korea
2005-2009 Adjunct Professor, Medical School, Korea University, Seoul, Korea
2008 Visiting Scholar, Material Science & Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA
2011-2017 Professor, Department of Nanobiotechnology, University of Science & Technology, Daejeon, Korea
2012-2016 Adjunct Professor, Department of Mechatronics engineering, Korea University, Daejeon, Korea
Award: 2005 First Outstanding Young Researcher Award of KIMM (Korea Institute of Machinery & Materials)
2008 Best Paper Nominee Award of ISNIT (International Symposium of Natured-Inspired Technology) 2008
2012 Award from chair of National Research Council of Science and Technology
2014 Prize from Prime Minister of KOREA Goverment
2015 Bio Engineering Award of KSME( The Korea Society of Mechanical Engineers)
2016 Award from Korea Foundation for the Advancement of Science and Creativity in NanoKorea 2016
Recent Publications
•
S.-C. Park, N. Kim, S. Ji, H. Lim*, “Fabrication and characterization of moth-eye mimicking nanostructured
convex lens”, Microelectronic Engineering, 158, 35-40 (2016).
•
H.-W. Park, S. Ji, D. S. Herdini, H. Lim*, J.-S. Park, K.-B. Chung*, “Antireflective conducting nanostructures
with an atomic layer deposited an AlZnO layer on a transparent substrate”, Applied Surface Science, 357,
2385-2390 (2015).
•
I.D. Jung, M.C. Lee, H. Lim, E. Smela, J.S. Ko*, “Microbumpers maintain superhydrophobicity of
nanostructured surfaces upon touch”, Applied Surface Science, 349, 705-714 (2015).
•
J. Park, Y. Lee, J. Hong, Y. Lee, M. Ha, Y. Jung, H. Lim, S. Y. Kim, H. Ko*, “Tactile-Direction-Sensitive and
Stretchable Electronic Skins Based on Human-Skin-Inspired Interlocked Microstructures”, ACS Nano, 8(12),
12020-12029 (2014).
•
J. Kim, J.-H. Jeon, H.-J. Kim, H. Lim, I.-K. Oh*, “Durable and water-floatable ionic polymer actuator with
hydrophobic and asymmetrically laser-scribed reduced graphene oxide paper electrodes”, ACS Nano, 8(3),
2986-2997 (2014).
•
S. Ji, K.Song, T.-B. Nguyen, N. Kim, H. Lim*, “Optimal Moth Eye Nanostructures Array on Transparent
Glass Towards Broadband Antireflection”, ACS Applied Materials & Interfaces, 5, 10731-10737 (2013).
•
J. Park, J. Park, H. Lim*, H.-Y. Kim*, “Shape of a large drop on a rough hydrophobic surface”, Physics of
Fluids, 25, 022102-022102-13 (2013)
26
Nature inspired nanosurfaces and beyond
Hyuneui Lim
Department of Nature-Inspired Nanoconvergence Systems,
Nano Convergence and Manufacturing Systems Research Division,
Korea Institute of Machinery & Materials
156 Gajeongbuk-Ro, Yuseong-gu, Daejeon, 34103 KOREA,
E-mail: [email protected]
Recently, the nature inspired functional surfaces have great attention in industrial and
research fields. Nature inspired surfaces provide a lot of amazing properties such as
water resistance of the strider leg, fog capture of the Namib beetle back, photonic
crystal color of the morph-butterfly wing, antireflection of the moth eye, antifogging of
the mosquito eye, dry adhesion of the gecko foot, low friction of the snack skin, etc.
Very interesting feature of the functional surfaces in nature is the hierarchical structures
with adapted chemical composition to maximize their role. Here, I will demonstrate the
nature inspired nanostructured surfaces which exhibit the superhydrophobic and
antireflective property, bactericidal property, dew collection property, and anti-icing
property, etc. Even though we have a long way to go for realization of nature’s wisdom,
these nanosurfaces will conduct the advanced function and sustainability in technology.
Figure 1. (a) Self-cleaning effect of a lotus leaf, (b )superhydrophobic glass, and (c)
SEM image of nanostrcutres on glass surface
Figure 2. (a) Antireflective property, (b) bactericidal property and (c) anti-icing
property of nanostructured glass surface
27
Dr. Chihiro URATA (Senior researcher)
Structural Materials Research Institute
National Institute of Advanced Industrial Science And Technology
(AIST)
E-mail: [email protected]
•
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Telephone: +81 (0)52-736-7594
Fax: +81 (0)52-736-7406
Website: https://unit.aist.go.jp/smri/en/group/asichem.html
Address: 2266-98, Anagahora, Shimoshidami, Moriyama, Nagoya, Aichi 463-8560, Japan
Education & Academic Background
2006 Graduated from Department of Applied Chemistry, School of Advanced Science and Engineering, Waseda
University
2008 Master of Engineering, Department of Applied Chemistry, Graduate School of Advanced Science and
Engineering, Waseda University
2011 Doctor of Engineering, Department of Applied Chemistry, Graduate School of Advanced Science and
Engineering, Waseda University
2011-2015 Durable Material Group, Material Research Institute for Sustainable Development, National Institute of
Advanced Industrial Science And Technology (AIST)
2015- Advanced Surface and Interface Chemistry Group, Structural Materials Research Institute, National Institute
of Advanced Industrial Science And Technology (AIST)
Research focus
Mesoporous nanoparticles, inorganic-organic materials, surface treatment, anti-fouling coatings
Selected publications
•
C. Urata, G. J. Dunderdale, M. W. England, A Hozumi, “Self-lubricating organogels (SLUGs) with
exceptional syneresis-induced anti-sticking properties against viscous emulsions and ices” J. Mater. Chem.
A 3(24), 12626-12630 (2015).
•
C. Urata, B. Masheder, D. F. Cheng, D. F. Miranda, G. J. Dunderdale, T. Miyamae, A Hozumi, “Why Can
Organic Liquids Move Easily on Smooth Alkyl-terminated Surfaces?” Langmuir 30 (14) 4049 (2014).
•
C. Urata, B. Masheder, D. F. Cheng, A. Hozumi, “Unusual Dynamic Dewetting Behavior of Smooth
Perfluorinated Hybrid Films: Potential Advantages over Conventional Textured and Liquid-Infused
Perfluorinated Surfaces”, Langmuir 29 (40), 12472-12482 (2013).
•
C. Urata, B. Masheder, D. F. Cheng, A. Hozumi, “A thermally stable, durable and temperature-dependent
oleophobic surface of a polymethylsilsesquioxane film”, Chem. Commun. 49, 3318-3320 (2013).
•
J. Park, C. Urata, B. Masheder, D. F. Cheng, A. Hozumi, “Long perfluoroalkyl chains are not required for
dynamically oleophobic surfaces” Green Chem. 15 (1), 100-104 (2013).
•
C. Urata, B. Masheder, D. F. Cheng, A. Hozumi “How To Reduce Resistance to Movement of Alkane Liquid
Drops Across Tilted Surfaces Without Relying on Surface Roughening and Perfluorination”, Langmuir 28
(51), 17681-17689 (2013).
•
D. F. Cheng, C. Urata, B. Masheder, A. Hozumi, “A Physical Approach To Specifically Improve the Mobility
of Alkane Liquid Drops”, J. Am. Chem. Soc. 134 (24), 10191-10199 (2012).
•
D. F. Cheng, C. Urata, M. Yagihashi, A. Hozumi, “A Statically Oleophilic but Dynamically Oleophobic
Smooth Nonperfluorinated Surface”, Angew. Chem. Int. Ed.124 (12), 3010-3013 (2012).
•
C. Urata, D. F. Cheng, B. Masheder, A. Hozumi, “Smooth, transparent and nonperfluorinated surfaces
exhibiting unusual contact angle behavior toward organic liquids”, RSC Advances 2 (26), 9805-9808 (2012).
•
C. Urata, H. Yamada, R. Wakabayashi, Y. Aoyama, S. Hirosawa, S. Arai, S. Takeoka, Y. Yamauchi, K.
Kuroda, “Aqueous Colloidal Mesoporous Nanoparticles with Ethenylene-Bridged Silsesquioxane
Frameworks”, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 8102.
28
Anti-sticking properties of self-lubricating organogels (SLUGs)
inspired by slug's skin
Chihiro Urata1, Gary Dunderdale1, Matt England1, and Atsushi Hozumi*1
1
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
2266-98, Anagahora, Shimo-Shidami, Moriyama-ku, Nagoya 463-8560, Japan
Corresponding author: [email protected]
Keywords: bio-inspired surfaces, organogel, secretion, syneresis, anti-stick prperties
Functional coatings with outstanding surface properties, such as liquid-repellency and low-friction/adhesion,
have been commonly prepared by combining textured surfaces with long-chain perfluorinated compounds
[1]. However, the chemical and physical effects of the LPFCs on human health and environment have been
viewed lately with suspicion [2]. In addition, once such artificial surfaces are physically and chemically degraded, they permanently lose their surface properties. In contrast, some living things sustain their surface
properties through secretion of waxes or mucus. Here, we report on novel coatings inspired by such biological metabolism [3]. To realize long-lasting surface properties, we have particularly focused on the syneretic
phenomenon of organogels, which were prepared by cross-linking reaction of 2 types of silicones under Pt
catalyst, and several guest organic fluids (Scheme 1). As compatibility between guest fluids and polymer matrixes (cross-linked polydimethylsiloxane) is decreased to a certain critical point which is induced by the chemical and/or physical effects, the guest liquids begins to gradually leach out to the outmost organogel surface. Thanks
to this self-lubricating property, adhesion of various objects was effectively reduced, resulting in the anti-sticking properties. In addition,
by using a reactive organic fluids, nano/micro-architectures showing
superhydrophobicity were spontaneously formed on the upmost surScheme1. Conceptual image of this study.
face of organogel.
We first confirmed syneresis of
guest fluids from the organogels and their
anti-sticking surface properties. Viscous
emulsions flowed on the syneretic organogel surface more freely than that of
non-syneretic organogel surface (Figures
A and B). For the purpose of anti-icing
applications, we tuned the critical incompatibility point of our organogels, which
exhibit reversible thermo-responsive secretion nature (Figure C). In this case, the
syneresis gradually begins when the temperature is cooled (< 0°C) and the synereFigure. Organogels and their surface properties. Anti-stick behavior of viscous
liquids (mayonnaise, liquid glue, ketchup, honey, and worcester source) on (A) a
sis fluids returns back into the organogel
syneretic and (B) a non-syneretic organogel sheets. (C) Sliding motion of an iceagain by heating to room temperature.
pillar at -15 °C on the thermo-responsive organogel coated petri dish. (D) SpontaThanks to this smart surface property, an
neously formed superhydrophobic surface on the organogel. (Inset images are a
water droplet on the organogel surface and SEM image of superhydrophobitized
ice-pillar formed on the organogel at organogel). (E)Cross-sections of the organogels after the superhydrophobization
15°C easily slid off without any external
and regeneration of the superhydrophobic surface on the cross-sectional surface).
force. Moreover, we have successfully
demonstrated regeneration of superhydrophobicity artificially mimicking lotus leaves using noctadecyltrichlorosilane as an active guest fluids (Figure D and E). Our strategy, established here, undoubtedly shows great potential for application in dynamic, multifunctional, and self-recovering coatings.
References
1. T.-S. Wong, T. Sun, L. Feng and J. Aizenberg, MRS Bull., 38, 366 (2013).
2. Y. Zushi, J. N. Hogarh, S. Masunaga, Clean Technol. Environ. Policy, 14, 9 (2012).
3. C. Urata, G. J. Dunderdale, M. England, and A. Hozumi, J. Mater. Chem. A., 3, 12626 (2015).
29
Dr. Animangsu GHATAK, Prof.
Department of Chemical Engineering, Indian Institute
of Technology Kanpur
•
•
•
•
•
E-mail: [email protected]
Telephone: +91 (0)512-259-7146
Fax: +81 (0)22-217-8577
Website: http://home.iitk.ac.in/~aghatak/
Address: Department of Chemical Engineering, Indian Institute
of Technology Kanpur, India, UP 208016
Education & Academic Background
1994 B. Tech., IIT Kharagpur
1998 M. Tech., IIT Kanpur
2003 PhD, Lehigh University, PA
2003-2004 Post Doctoral Research at Cambridge University, UK & Harvard University
2004-2009 Assistant Professor, Dept. of Chemical Engg., IIT Kanpur
2009-2014 Associate Professor, Dept. of Chemical Engg. IIT Kanpur
2011-2012 Visiting Scientist, Leibniz-Institute for New Materials, Saarbrucken & Max Planck Institute
for Polymer Chemistry, Mainz, Germany
2014-present Professor, Dept. of Chemical Engg. IIT Kanpur
2016-present Associate Dean Industrial Collaboration, IIT Kanpur,
Award 2006 Young Engineer Award of the Indian National Academy of Engineering.
Recent Publications
•
Sengupta Ghatak, A., Ghatak, A. Precipitant-less Crystallization of Protein Molecules Induced by High
Surface Potential, Cryst. Grow. Des., 2016, Vol 16, pp 5323-5329.
•
Mondal, S., Phukan, M. and Ghatak, A., Estimation of solid-liquid interfacial tension using curved surface of
a soft solid. Proc. Nat. Acad. Sci., 2015, Vol 112(41), pp 12563-12568.
•
Chaudhury, M. K., Chakrabarti, A. and Ghatak, A. Adhesion-induced instabilities and pattern formation in
thin films of elastomers and gels. Eur. Phys. J. E, 2015, Vol 38(7), pp 1-26.
•
Mondal, S. and Ghatak, A. Rolling of an elastomeric cylinder: a Marangoni like effect in solid. Extreme
Mechanics Letters, 2015, Vol 3, pp 24-35.
•
Das, S., Laha, S. and Ghatak, A. Co-operative effect of closely spaced intruding objects puncturing into a
soft solid. Soft Matter, 2014, Vol 10(32), pp 6059-6067.
•
Ghatak, A. Peeling off an adhesive layer with spatially varying topography and shear modulus. Physical
Review E, 2014, Vol 89, pp 032407-1--032407-9.
•
Majumder, A., Mondal, S., Tiwari, A. K., Ghatak, A. and Sharma, A., Direction specific adhesion induced by
subsurface liquid filled microchannels, Soft Matter, 2012, Vol 8, pp. 3228-3233.
•
Arul, E. P. and Ghatak, A. Control of adhesion via internally pressurized subsurface microchannels,
Langmuir, 2012, Vol 28(9), pp. 4339-4345.
•
Arul Ed. P. and Ghatak, A. Bio-inspired design of a hierarchically structured adhesive. Langmuir, 2009, Vol.
25(1), pp. 611-617.
•
Majumder, A., Ghatak, A. and Sharma, A., Microfluidic adhesion induced by sub-surface micro-structures.
Science, 2007, Vol. 318, pp. 258-261.
•
Ghatak A., Mahadevan, L., Chung, J. Y., Chaudhury, M. K. and Shenoy, V. Peeling from a biomimetically
patterned thin elastic film Proceedings of Royal Society, London, Ser. A. 2004, Vol. 460, pp. 2725-2735.
30
Bio-inspired Adhesion and Locomotion of Soft Objects
Animangsu Ghatak
Department of Chemical Engineering
Indian Institute of Technology Kanpur
India 208016
Email: [email protected]
While most man-made adhesives are uniformly thin layer of glue, natural adhesives at
the feet of different arthropods and vertebrates are highly patterned and hierarchically
structured. These adhesives show strong adhesion on variety of surfaces as well as
excellent reusability. These adhesives are not susceptible to contamination by dirt and
they are self cleaning. It is now known that the patterns on the surface of these adhesive
layers have significant effect on their adhesion. In addition these naturally occurring
adhesives also have sub-surface structures like the network of fluid filled micro-vessels
and air pockets. Inspired by these natural adhesive materials, we have generated model
adhesives decorated with micro-pattern on surface which show that crack propagates on
such adhesive surface with intermediate arrests and initiation, in contrast to continuous
propagation on smooth adhesive surfaces. We have extended these ideas by generating
sub-surface fluid filled microstructures within the adhesive layers which too show
significant enhancement in adhesion in peel experiments. In particular, we have shown
that when these embedded microchannels are filled with a wetting liquid, it alters the
solid-liquid interfacial tension leading to bulging deformation of the adhesive in the
vicinity of the channel. In addition, the effective compliance of the adhesive too
becomes different. We have used the coupled effect of spatially varying topography and
deformability of the adhesive to generate strong adhesion, adhesive strength varied over
large range, direction specific adhesion, load dependent adhesion and adhesive with
ability to absorb shock and adhesive with very weak adhesion, all accomplished without
altering the rheology or chemical character of the adhesive material. In adhesion to
adhesion, interaction of soft solid and liquid is interesting also for limbless locomotion.
We have explored this possibility by enabling an elastomeric cylinder to roll on a
substrate by release of small quantity of a solvent like chloroform and toluene which
swells the crosslinked network of the elastomer. By creating an asymmetric effect via
differential swelling of the cylinder, we have shown that it is possible to drive the
cylinder even up an inclined plane. In fact, its velocity increases, within a range of angle
of inclination. The rolling motion can be used to pull and push tiny objects.
31
Dr. Takuya OHZONO, Group Leader
Research Institute for Sustainable Chemistry, National
Institute of Advanced Industrial Science and Technology
(AIST)
E-mail: [email protected]
•
•
•
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Telephone: +81 (0)29-861-2865
Fax: +81 (0)29-861-0000
Website: https://unit.aist.go.jp/ischem/en/en/teams/index.html
Address: Cntr.5 1-1-1 Higashi, Tsukuba 305-8565, Japan
Education & Academic Background
1995
1997
2000
2000-2001
2001-2007
2007-2010
2010-2014
2014-2015
2015-
Graduated from School of Bioscience and Biotechnology, Tokyo Institute of Technology
Master of Engineering, School of Bioscience and Biotechnology, Tokyo Institute of Technology
Doctor of Engineering, Tokyo Institute of Technology
Postdoctoral Researcher, Mechanical Science and Engineering Lab., Surface properties group,
National Institute of Standards and Technology (NIST), US
Researcher, Frontier Research System, RIKEN Institute, Japan
Researcher, Nanotechnology Research Institute (Kansai), National Institute of Advanced
Industrial Science and Technology (AIST), Japan
Group Leader, Soft Mechanics Group, Nanosystem Research Institute (NRI), AIST, Japan
R&D Division, Industrial Science and Technology Policy and Environment Bureau, Ministry of
Economy (METI), Japan
Group Leader, Dynamic Functional Materials Group, Research Institute for Sustainable
Chemistry, AIST, Japan
Award: 2013 Honda Memorial Young Researcher Award.
Recent Publications
•
K. Suzuki, T. Ohzono, “Wrinkles on a Textile-Embedded Elastomer Surface with Greatly Variable Friction”
Soft Matter 12, 6176, 2016.
•
K. Suzuki, Y. Hirai, M. Shimomura, T. Ohzono, “Tunable Friction Through Microwrinkle Formation on a
Reinforced Rubber Surface” Tribol Lett 60, 24, 2015.
•
T. Ohzono, T. Yamamoto, J. Fukuda, “Liquid Crystalline Chirality Balance for Vapours” Nat. Commun. 5,
3755, 2014.
•
K. Suzuki, Y. Hirai, T. Ohzono, “Oscillating Friction on Shape-Tunable Wrinkles” ACS Appl. Mater. Interface,
6, 10121, 2014.
•
T. Ohzono, Y. Hirai, K. Suzuki, M. Shimomura, N. Uchida, “Reinforced Shape-Tunable Microwrinkles
Formed on a Porous-Film-Embedded Elastomer Surface”, Soft Matter, 10, 7165, 2014.
•
T. Ohzono, K. Suzuki, T. Yamaguchi, N. Fukuda “Tunable Optical Diffuser Based on Deformable Wrinkles”
Adv. Opt. Mater. 1 374, 2013.
•
T. Ohzono, Y. Takenaka, J. Fukuda, “Focal conics in a smectic-A liquid crystal in microwrinkle grooves”
Soft Matter 8, 6438, 2012.
•
T. Ohzono, J. Fukuda, “Zigzag line defects and manipulation of colloids in a nematic liquid crystal in
microwrinkle grooves” Nat. Commun., 3, 701, 2012.
•
T. Ohzono, H. Monobe, “Microwrinkles: Shape-tunability and applications” J. Colloid. Interface. Sci., 368, 1,
2012.
•
H. Monobe, T. Ohzono, H. Akiyama, K. Sumaru, Y. Shimizu, “Manipulation of Liquid Filaments on
Photoresponsive Microwrinkles” ACS Appl. Mater. Interface, 4, 2212, 2012.
•
T. Ohzono, H. Monobe, K. Shiokawa, M. Fujiwara, Y. Shimizu, “Shaping liquid on a micrometre scale using
microwrinkles as deformable open channel capillaries” Soft Matter, 5, 4658, 2009.
32
Sliding Friction on Shape-Tunable Wrinkles
Takuya Ohzonoa*and Kosuke Suzukia,(Present: Kobe Univ.)
a
Research Institute for Sustainable Chemistry, AIST
E-mail: [email protected]
The excellent performance of soft-microstructures on living surfaces in terms of their adhesion and
friction has attracted considerable attention, as these are key elements in many tribological applications. The
enhanced adhesion and reversible control of gripping in living surfaces are attributed to the deformation of the
soft-microstructures in the attachment surface (e.g., seta, spatula, hexagonal cell, and fingerprint). Herein, we
consider a system, in which a soft-microstructure is dynamically tunable, to further explore the possibility of
dynamic controlling of, e.g., friction, adhesion, and lubrication. As a model system of the shape-tunable softmicrostructures found in living systems, the buckling-induced wrinkles are attracted attention, which is
generated on a compressed elastomer having a hard top layer. The wrinkles show a wide variety of
periodically-undulated structures, depending on the material, while also allowing the alignment direction of the
grooves (or crests) and the sinusoidal shape to be varied.
On this point of view here we show recent results of friction experiments on two different wrinkled
surfaces; wrinkles on a polyimide (PI) film atatched to a polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer with the
wrinkle wavelength of hundreds of micrometers: PI-system [1], and those on a PDMS surface, underneath
which a microporous film is embedded to harden the surface effectively, with the wrinkle wavelength of tens
of micrometers: PDMS-system [2,3]. In both cases the anisotropic wrinkles can be induced by adding strain
and the amplitude are tunable in a certain range. The main difference of two experimental systems is the scale
of the wrinkle periodicity. Using an indentor for the friction tests as the counter slider having a round shape
with the diameter of 1 mm for PI-system or of 5 mm for PDMS one, different frictional results are expected on
two wrinkle systems because the size of the indentor is comparable to that of the wrinkle periodicity for the PI
wrinkles and is much larger for the PDMS wrinkles.
The main results of the normal-load-dependent average friction forces on the wrinkled and the flat
surfaces are shown in Figure 1. On the PI surface the friction force increases (~+20%) when the surface is
wrinkled (Figure 1a). On the other hand, the friction decreases on the PDMS surface (~-20%) when the surface
is wrinkled (Figure 1b). On the PI wrinkles, the indenter tip can be stacked between the crests of wrinkles
during the sliding and expect the resistance from one crest ahead to lay over it. This may be explained by socalled Coulombic interlocking and/or the elastic plowing mechanism [1]. On the PDMS wrinkles, however, the
indenter must make contacts with multiple wrinkle crests. Consequently, the total area of contacts decreases
and the stick-slip event becomes easy to occur, leading to reduction of friction through the Bowden-Tabor’s
adhesive friction model [3]. Recently, we also found that wrinkles on a textile-embeded PDMS surface greatly
reduce the contact area resulting in fairly reduced friction [4]. We believe that these results will be helpful to
design the tribologically-tunable surfaces of soft composite materials toward engineering applications.
We thank KAKENHI (Grant No. 24120003) for their supports.
[1] K. Suzuki, Y. Hirai, T.
Ohzono, ACS Appl. Mater.
Interface, 6, 10121, 2014.
[2] T. Ohzono, Y. Hirai, K.
Suzuki, M. Shimomura, N.
Uchida, Soft Matter, 10, 7165,
2014.
[3] K. Suzuki, Y. Hirai, M.
Shimomura, T. Ohzono, Tribol.
Lett. 2015.
[4] K. Suzuki, T. Ohzono, Soft
Matter
2016.
DOI:
10.1039/C6SM00728G (Open)
Figure 1. Average friction force Fav vs. normal load P on wrinkled and
unrwrinkled (flat) surfaces. (a) PI-surface. (b) PDMS-surface.
33
X-ray CT Observation of Living Things
Takashi Kushibiki
Non-Destructive Inspection Business Unit,
Analytical & Measuring Instruments Division,
Shimadzu Corporation,
1, Nishinokyo Kuwabara-cho, Nakagyo-ku, Kyoto 604-8511, Japan,
E-mail:[email protected]
Recently, developing and manufacturing products based on biomimetics has
attracted further attention with the rapid progress of nanotechnology. In particular,
X-ray CT systems that are capable of observing internal structures non-destructively
are especially useful in observing soft tissue and areas that are difficult to observe using
an optical microscope. This lecture presents several examples of X-ray capabilities
using insects and fish, as seen below.
1) Structural observations of soft tissues
2) Observations of parasites existing inside insects
3) Structural observation of an internal skeleton of a fish
4) Structural observation of a fish and molding using a 3D printer
5) Observation of an insect encased in amber
Figure3. VR images of the head of a
piranha
Figure1. VR images of a horned
beetle
Figure 2. MPR images of a wasp
where parasites exist
Figure 4. VR image of scales on a
shark
Figure 5. A scale of the shark which
is molded by using a 3D printer
34
Figure 6. VR image of a
Staphylinidae encased in amber
Prof. Thomas J. McCarthy
Polymer Science and Engineering Department
University of Massachusetts
E-mail: [email protected]
•
•
•
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Telephone: +1 (413) 577-1512
Fax: +1 (413) 577-1510
Website: http://www.pse.umass.edu/tmccarthy/siteindex.html
Address: 120 Governors Drive, Amherst, MA 01003 U.S.A.
Education & Academic Background
University of Massachusetts, Amherst, Chemistry, B.S. 1978
Massachusetts Institute of Technology, Organic Chemistry, Ph.D. 1982
Assistant Professor, University of Massachusetts, Amherst, June 1982 - August 1986
Associate Professor, University of Massachusetts, Amherst, September 1986 - August 1991
Professor, University of Massachusetts, Amherst, September 1991 - present
Head, Polymer Science and Engineering, July 2000 - October 2003
Guest Professor, Changchun Institute of Applied Chemistry, September 2005 – present
Visiting Professor, Kyushu University, October 2014 - December 2014
Notable Awards
Society of Polymer Science, Japan, "SPSJ International Award" (2015)
ACS Colloids and Surfaces Division, Langmuir Lecture (2006)
Arthur K. Doolittle Award (1996)
NSF Presidential Young Investigator Award (1986-1991)
National Science Foundation Graduate Fellow (1978-1981)
Recent Publications
•
S. Fujii, T. J. McCarthy, "Sulfone-Containing Methacrylate Homopolymers: Wetting and Thermal
Properties", Langmuir 2016, 32, 765-771.
•
L. Wang, T. J. McCarthy, "Covalently Attached Liquids: Instant Omniphobic Surfaces with
Unprecedented Repellency", Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 244-248.
•
L. Wang, T. J. McCarthy, "Capillary Bridge - Derived Particles with Negative Gaussian Curvature",
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015, 112, 2664-2669.
•
Y. Wang, T. J. McCarthy, "Dip-Coating Deposition on Chemically Patterned Surfaces: A Mechanistic
Analysis and Comparison with Topographically Patterned Surfaces", Langmuir 2014, 30,
2419-2428.
L. Wang, T. J. McCarthy, "Shear Distortion and Failure of Capillary Bridges. Wetting Information Beyond
Contact Angle Analysis", Langmuir 2013, 29, 7776-7781.
•
•
P. Zheng, T. J. McCarthy, "A Surprise from 1954: Siloxane Equilibration Is a Simple, Robust, and
Obvious Polymer Self-Healing Mechanism", J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2024-2027.
•
J. W. Krumpfer, T. J. McCarthy, "Dip-Coating Crystallization on a Superhydrophobic Surface: A
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Million Mounted Crystals in a 1 cm Array", J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5764-5766.
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P. Bian, T. J. McCarthy, “Polymerization of Monomer-Based Ferrofluids”, Langmuir 2010, 26,
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•
A. Hozumi, T. J. McCarthy, “Ultralyophobic Oxidized Aluminum Surfaces Exhibiting Negligible
Contact Angle Hysteresis”, Langmuir 2010, 26, 2567-2573.
35
Water and its Affinity to Hydrophobic Surfaces
Pei Bian, Ting Dong, Minchao Zhang and Thomas J. McCarthy*
Polymer Science and Engineering Department
University of Massachusetts
Amherst, Massachusetts 01003, U.S.A.
Email: [email protected]
The words, "hydrophobic" and "hydrophilic" are used in common everyday language
as well as in technical publications; in fact, one of them is used in the title of this
abstract. Scientists and other technical personnel often try to quantify surface properties
using these words, sometimes with prefixes such as "super", "ultra", or even
"perfectly." Several topics will be presented in this talk that may include: (1) A
discussion about water and its aggregation state in different media and at interfaces, (2)
The evaporation/condensation equilibrium and how topographic features near to but on
either side of the Concus-Finn Inequality can drive the equilibrium in either direction,
(3) An alternative explanation of the "Cheerios Effect" that uses floating objects of
variable density that do not exhibit liquid/solid/vapor contact lines, (4) The "bouncing"
of water drops from "superhydrophobic" surfaces that contain defects of controlled
size, shape and orientation (Figure 1 shows a frame from a high speed videotape
recording of a drop that has reflected from a surface containing two defects), (5) The
sorption and permeation of water into and through the "hydrophobic" material, PDMS
(Figure 2 shows a photograph of two membrane-capped (exact same composition, but
different thickness) vials at the same temperature.
Figure 2. Two silicone membranes that
enclose vials containing water (liquid and
vapor at the same temperature (and vapor
pressure. The membrane on the left (a) is
thinner than the one on the right (b) and
allows permeation to occur fast enough to
prevent condensation.
Figure 1. A frame of a high speed
videotape of a water drop that was bounced
on a surface of patterned wettability.
36
Dr. Yuji Hirai, Lecture
Chitose Institute of Science and Technology
E-mail: [email protected]
•
•
•
Telephone: +81 (0)123-27-6068
Fax: +81 (0)123-27-6068
Address: 758-65, Bibi, Chitose 066-8655, Japan
Education & Academic Background
2006 Graduated from Department of chemistry, Faculty of Science, Hokkaido University
2008 Master of Science, Graduate School of Science, Hokkaido University
2010 Doctor of Engineering, Tohoku University
2010-2013 Assistant Professor, IMRAM, Tohoku University
2013- Lecture, Chitose Institute of Science and Technology
Recent Publications
•
T. Tayagaki, Y. Hoshi, Y. Hirai, Y. Matsuo, and N. Usami, “Modulated surface nanostructures for enhanced
light trapping and reduced surface reflection of crystalline silicon solar cells”, Japanese Journal of Applied
Physics, 55, 052302 (2016)
•
K. Suzuki, Y. Hirai, M. Shimomura, T. Ohzono, “Tunable friction through microwrinkle formation on a
reinforced rubber surface”, Tribology Letters, 60, 1-6 (2015)
•
Y. Hirai, N. Yanagi, and M. Shimomura, “Preparations of the Artificial Plastron Device by Self-Organized
Honeycomb-Patterned Films”, e-J. Surf. Sci. Nanotech., 13, 90-92 (2015)
•
Y HIRAI, M. NATSUISAKA, T. MASHIKO, M. KANAHARA, Y. SAITO, H. YABU, M. SHIMOMURA and K.
TSUJII, “Effect of Microgravity on the Formation of Honeycomb patterned Films by Dissipative Processes”,
International Journal of Microgravity Science Application, 31, 3-10 (2014)
•
T. Ohzono, Y. Hirai, K. Suzuki, M. Shimomura and N. Uchida, “Reinforced shape-tunable microwrinkles
formed on a porous-film-embedded elastomer surface”, Soft Matter, 10, 7165-7169 (2014)
•
K. Suzuki, Y. Hirai, and T. Ohzono, “Oscillating Friction on Shape-Tunable Wrinkles”, ACS Applied Materials
& Interface, 6, 10121-10131 (2014)
•
D. Ishii, H. Horiguchi, Y. Hirai, H. Yabu, Y. Matsuo, K. Ijiro, K. Tsujii, T. Shimozawa, T. Hariyama, M.
Shimomura, “Water transport mechanism through open capillaries analyzed by direct surface modifications
on biological surfaces”, Scientific Reports, 3, 3024 (2013)
•
H. Yabu, Y. Saito, Y. Hirai, S. Fujinami, K. Nakajima, T. Nishi, M. Shimomura, “Self-assembled porous
templates allow pattern transfer to poly(dimethyl siloxane) sheets through surface wrinkling”, Polymer
Journal, 44(6), 573-578 (2012)
37
AFM friction measurements of the insect scale surface
Yuji Hirai
Chitose Institute of Science and Technology,
E-mail:[email protected]
Topography
[µm]
Friction force image
Groove period (µm)
Friction and wearing are great subjects for saving energy and mechanical parts.
Especially, reducing surface frictions by surface nano and micro textures attracts much
attention due to their possibilities in recent
(b) III
(c) V
years(1). Friction and wearing are also problems (a) I
for living animals, such as insects(2). Therefore,
10 µm
we focused on Firebrat, which live in narrow
space, for learning how to reduce surface (d)
frictions, because their surfaces probably
evolved for protections from wearing over a
IV V
I II
period of many years. In this report, we
III
observed body surfaces of firebrats by using (e) 3
field emission scanning electron microscope
2.5
(FE-SEM), and measured surface frictions by
2
using colloidal-probe atomic force microscope
1.5
(AFM) for investigations of relationship
1
between their surfaces and frictions.
0.5
Fig. 1(a-c) shows FE-SEM images of a firebrat.
0
They are covered by scales with periodic groove
A
B
C
D
E
I
II
III
IV
V
structures over the whole body. Although the
Location
lengths of the groove periods were almost Fig. 1 (a-c) FE-SEM images of firebrat scale
uniform within each scale, they seemed to vary surfaces. (d) A photograph of a firebrat. (e) A graph
of groove periods and their standard deviations.
between scales on the anterior regions of the
Probe diameter (µm)
body, particularly around the head (Fig. 1(e)).
ϕ = 2.0
ϕ = 3.5
ϕ = 6.6
Fig. 2 shows topographies and friction force
0
images obtained by AFM. Comparing friction
force images obtained by 3 types of different
1.68
diameter colloidal probes, friction was higher in
case of same size of a groove period and a
188
diameter of colloidal probe (2.0 µm diameter) at
the bottom of grooves. These results suggest
-21
firebrat scales avoid high friction with specific Fig. 2 Topographies and friction force images of
structures by their irregular periodic groove
firebrat scale surfaces. Scanning areas were
15 x 15 µm.
structures. Detail analysis will be discussed.
[nN]
(1)Wang, X., Kato, K., Adachi, K. & Aizawa, K., Tribology International, 36, 189-197 (2003).
(2)Varenberg, M. & Gorb, S. N., Advanced Materials, 21, 483-486 (2009).
38
Dr. KRISHNACHARYA, Prof.
DEPARTMENT OF PHYSICS
INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY KANPUR
E-mail: [email protected]
•
•
•
•
Telephone: +91 (0)512-259-7968
Fax: +91 (0)512-259-0914
Website: http://www.iitk.ac.in/new/dr-krishnacharya
Address: Southern Lab - 201, IIT Kanpur, Kanpur - 208016, INDIA
Education & Academic Background
1998 - 2000 Master of Science in Physics from Department of Physics, Banaras Hindu University, India
2001 - 2003 Master of Technology from Department of Physics, IIT Delhi, India
2004 - 2007 Doctor of Philosophy from Max-Planck Institute, Gottingen, Germany
2007 - 2009 Postdoctoral Fellow at University of Pennsylvania, Philadelphia, USA
2009 - Assistant Professor, Department of Physics, IIT Kanpur, India
Award: 2010 Department of Atomic Energy (DAE) Young Scientist Research Award, India
Recent Publications
•
Krishnacharya, J. Zhou and S. Yang “Tunable open-channel microfluidics on soft poly(dimethylsiloxane)
(PDMS) substrates with sinusoidal grooves” Langmuir 25, 12794 (2009)
•
S. Yang, Krishnacharya and P.-C. Lin “Harnessing surface wrinkle patterns in soft matter” Advanced
Functional Materials 20, 2550 (2010)
•
S. Vajpayee, Krishnacharya, S. Yang, C.-Y. Hui and A. Jagota “Adhesion selectivity using rippled surfaces”
Advanced Functional Materials 21, 547 (2011)
•
C. Jin, Krishnacharya, S. Vajpayee, S. Yang, A. Jagota and C.-Y. Hui "Adhesive contact between a rippled
elastic surface and a rigid spherical indenter: from partial to full contact" Soft Matter 7, 10728 (2011)
•
J. Barman, D. Swain, B. M. Law, R. Seemann, S. Herminghaus and Krishnacharya "Electrowetting Actuated
Microfluidic Transport in Surface Grooves with Triangular Cross Section" Langmuir 31, 1231 (2015)
•
J. Barman, A. K. Nagarajan and Krishnacharya "Controlled electro-coalescence/non-coalescence on
lubricating fluid infused slippery surfaces" RSC Advances 5, 105524 (2015)
•
J. Barman, A. K. Nagarajan and Krishnacharya "Electrowetting on dielectrics on lubricating fluid based
slippery surfaces with negligible hysteresis" J. Adhes. Sci. Technol.
(2016) (DOI:
10.1080/01694243.2016.1205245)
•
R. Pant, P. K. Roy, A. K. Nagarajan and Krishnacharya "Slipperiness and stability of hydrophilic surfaces
coated with a lubricating fluid" RSC Advances 6, 15002 (2016)
•
P. K. Roy, R. Pant, A. K. Nagarajan and Krishnacharya "Mechanically Tunable Slippery Behavior on Soft
Poly(dimethylsiloxane)-Based Anisotropic Wrinkles Infused with Lubricating Fluid" Langmuir 32, 5738
(2016)
•
S. K. Garg, D. P. Dutta, J. Ghatak, Krishnacharya, D. Kanjilal, T. Som " Tunable wettability of Si through
surface energy engineering by nanopatterning" RSC Advances 6, 48550 (2016)
•
R. Pant, S. K. Ujjain, A. K. Nagarajan and Krishnacharya "Enhanced Slippery Behavior and Stability of
Lubricating Fluid Infused Nanostructured Surfaces" accepted in Eur. Phys. J.: Appl. Phys. (2016)
39
Mechanically Tunable Adhesion/Friction of PDMS wrinkles
Pritam Kumar Roy, Reeta Pant and Krishnacharya*
Department of Physics, Indian Institute of Technology Kanpur
Kanpur - 208016, India
E-mail: [email protected]
Polydimethylsiloxane (PDMS) is one of the most important polymer to fabricate
structures showing mechanically tunable properties. Mechanically tunable surface
wrinkles can be fabricated on PDMS substrates by exploiting 1D bucking instability.
Wrinkles dimensions can very precisely be controlled, from hundreds of nanometers
upto hundreds of microns by manipulating various experimental parameters. Due to
their mechanically tunable morphology, the wrinkles are found very useful in may
surface or interfacial applications including adhesion, friction and slip. In this
presentation, I will demonstrate in details how the mechanical tunable morphology of
winkle can be used to result into reversibly tunable adhesion, friction and slippage.
40
Dr. Syuji FUJII, A/Prof.
Department of Applied Chemistry
Faculty of Engineering
Osaka Institute of Technology
E-mail: [email protected]
•
•
•
•
Telephone: +81 (0)6-6954-4274
Fax: +81 (0)6-6957-2135
Website: http://www.oit.ac.jp/chem/cherry/4_lab/
Address: 5-16-1 Omiya, Asahi-ku, Osaka 535-8585, Japan
Education & Academic Background
1998 Graduated from Department of Chemical Science and Engineering, Faculty of Engineering, Kobe University
2000 Master of Engineering, Graduate School of Science and Technology, Kobe University
2003 Doctor of Engineering, Graduate School of Science and Technology, Kobe University
2003 Scientific Researcher, Faculty of Engineering, Kobe University
2003-2004 Research Fellow of School of Life Sciences, University of Sussex, UK
2004-2006 Research Associate of Department of Chemistry, University of Sheffield, UK
2006-2013 Lecturer, Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Osaka Institute of Technology
2013- Associate Professor, Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Osaka Institute of Technology
2013 Part-time Lecturer, Graduate School of Engineering, Kyushu Institute of Technology
2014 Part-time Lecturer, Institute for Materials Chemistry and Engineering, Kyushu University
Award: 2013 Incentive Award of Division of Colloid and Surface Chemistry, CSJ
2012 Nature Industry Award, OSTEC
2012 Young Scientist Award, Kansai Division, The Society of Polymer Science, Japan
Recent Publications
•
S. Fujii, S. Yusa, Y. Nakamura "Stimuli-responsive liquid marbles: controlling structure, shape, stability and
motion" Adv. Funct. Mater. (2016) in press
•
M. Paven, H. Mayama, T. Sekido, H.-J. Butt, Y. Nakamura, S. Fujii “Light-driven delivery and release of
materials using liquid marbles” Adv. Funct. Mater. 26, 3199–3206 (2016)
•
S. Fujii, S. Sawada, S. Nakayama, M. Kappl, K. Ueno, K. Shitajima, H.-J. Butt, Y. Nakamura
“Pressure-Sensitive Adhesive Powder” Mater. Horiz. 3, 47-52 (2016)
•
S. Nakayama, S. Hamasaki, K. Ueno, M. Mochizuki, S. Yusa, Y. Nakamura, S. Fujii “Foams Stabilized with
Solid Particles Carrying Stimuli-responsive Polymer Hairs” Soft Matter 12, 4794-4804 (2016)
•
S. Fujii, K. Akiyama, S. Nakayama, S. Hamasaki, S. Yusa, Y. Nakamura “pH- and temperature-responsive
aqueous foams stabilized by hairy latex particles” Soft Matter 11 (3), 572-579 (2015)
•
K. Ueno, G. Bournival, E. J. Wanless, S. Nakayama, E. C. Giakoumatos, Y. Nakamura, S. Fujii “Liquid
Marble and Water Droplet Interactions and Stability” Soft Matter 11, 7728-7738 (2015)
•
S. Nakayama, S. Yusa, Y. Nakamura, S. Fujii “Aqueous Foams Stabilized by Temperature-Sensitive Hairy
Polymer Particles” Soft Matter 11, 9099-9106 (2015)
•
K. Ueno, S. Hamasaki, E. J. Wanless, Y. Nakamura, S. Fujii "Microcapsules fabricated from liquid marbles
stabilized with latex particles" Langmuir 30(11), 3051–3059 (2014)
•
S. Fujii, H. Hamasaki, H. Abe, S. Yamanaka, A. Ohtaka, E. Nakamura, Y. Nakamura “One-step synthesis of
magnetic iron-conducting polymer-palladium ternary nanocomposite microspheres and their use as
recyclable catalyst” J. Mater. Chem. A. 1(14), 4427-4430 (2013)
•
S. Fujii, Y. Yokoyama, Y. Miyanari, T. Shiono, M. Ito, S. Yusa, Y. Nakamura “Micrometer-sized gold-silica
Janus particles as particulate emulsifiers” Langmuir 29, 5457−5465 (2013).
•
S. Fujii, M. Kappl, H.-J. Butt, T. Sugimoto, Y. Nakamura “Soft Janus colloidal crystal film” Angew. Chem. Int.
Ed. 51, 9809-9813 (2012)
41
Particle stabilized soft dispersed systems
as a platform towards adhesive materials
S. Fujii1*, S. Sawada1, S. Nakayama1, M. Kappl2, K. Ueno1, K. Shitajima1
H.-J. Butt2, Y. Nakamura1
1
Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering
Osaka Institute of Technology, Omiya, Asahi-ku, Osaka, 535-8585, Japan
2
Polymer Physics Group, Max-Planck Institute for Polymer Research
E-mail: [email protected]
Pressure-sensitive adhesives (PSAs) are viscoelastic polymer materials that display
an instantaneous adhesion to solid surface via van der Waals force (without covalent
bonding) upon application of a light contact pressures. PSAs are commonly applied in
a form of a thin layer on a substrate or spray droplets. Liquid marbles, which are
typically millimeter-sized liquid droplets stabilized by adsorbed relatively hydrophobic
solid particles at gas-liquid interfaces. Using the liquid marble technology, it is
possible to treat liquid as a non-sticky powder. Here, we propose dry “PSA powder”,
which consists of sticky PSA core covered by hard particles shell and shows non-sticky
character in its state and appears adhesion by prescribed shearing stress, fabricated
based on liquid marble technique.
Hydrophobic CaCO3 nanoparticles were used as a liquid marble stabilizer. Poly(nbutyl acrylate) (PBA) particles were synthesized by soap-free emulsion polymerization
with ammonium persulfate. Individual ‘liquid
marbles’ were prepared by rolling an aqueous
droplet of PBA latex over dried CaCO3 powder.
The powder immediately coated the PBA latex
droplet and rendered it both hydrophobic and
non-wetting. The liquid marble shapes were
near-spherical/oblong and the volume decreased
keeping their shapes on time scales of several
hours at 25 °C due to slow water evaporation.
After drying, CaCO3 nanoparticle-coated PBA
microspheres were obtained, which are also nonwetting (non-sticking) to any substrates. This
1
Schematic representation of pressurenon-sticking behavior indicates that soft PBA Figure
sensitive adhesion powder consisting of particles with
component is covered with hard CaCO3 soft sticky polymer core and hard nanoparticle shell
morphology. After application of shearing stress,
nanoparticles and PBA does not contact with the adhesion property appeared because of outflow of inner
polymer from the hard particles shell. Digital
substrates. Interestingly, tack property appeared soft
images of such PSA materials are also shown. The PSA
after kneading the CaCO3 nanoparticle-coated shows no adhesion in its original form and flows like a
powder. Only after application of shear stress it shows
PBA microspheres using fingers. The structure its adhesion nature. Adhesion is induced by rapture of
the nanoparticle coating on the powder and outflow of
and adhesion properties will be presented.
inner soft polymer.
42
Dr. KUROKAWA Takayuki
Faculty of Advanced Life Science Hokkaido University, Japan
Global Station for Soft Matter, GI-CoRE, Hokkaido University, Japan
E-mail: [email protected]
•
•
•
•
•
Telephone: +81 (0)11-706-9018
Fax: +81 (0)11-706-9018
Website: http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g2/index_e.html
Address: Kita-ku Kita10 Nishi8 Sapporo, Hokkaido, Japan 060-0810
Education & Academic Background
B.A. Science, 2000 Department of Biological Sciences, School of Science, Hokkaido University, Japan
Master, Science, 2002 Division of Biological Sciences, Graduate School of Science, Hokkaido University, Japan
Ph.D, Science, 2005 Division of Biological Sciences, Graduate School of Science, Hokkaido University, Japan
2006 – 2007 Post-doctoral fellow in Riken, Japan
Created long-fibered amyloid, and analyzed morphology of amyloid fibrils.
2007 – 2009 Assistant professor in Department of Life Sciences in Faculty of Science Hokkaido University, Japan
Analyzed effect of water content on mechanical property of DN gel.
2009 – 2013 Assistant professor in Creative Research Institution Hokkaido University, Japan
Created functional tough gels, and analyzed mechanical property and surface friction of gels such as
Double-Network gel and other tough gels.
2013 - Associate professor in Faculty of Advanced Life Science Hokkaido University, Japan
Award:
Award for Encouragement of Research in Polymer Science, the Society of Polymer Science, Japan (2009)
Hokkaido University President's Award for Research Excellence for AY2014 (2015)
Hokkaido University President's Award for Research Excellence for AY2015 (2016)
Recent Publications
•
Oppositely Charged Polyelectrolytes Form Tough, Self-Healing, and Rebuildable Hydrogels, Luo, Feng;
Sun, Tao Lin; Nakajima, Tasuku; Takayuki Kurokawa; Yu Zhao; Koshiro Sato; Abu Bin Ihsan; Xufeng Li;
Honglei Guo and Jian Ping Gong, Advanced Materials Volume: 27 Issue: 17 Pages: 2722-+, 2015
•
Mechano-actuated ultrafast full-colour switching in layered photonic hydrogels, Youfeng Yue, Takayuki
Kurokawa, Md Anamul Haque, Tasuku Nakajima, Takayuki Nonoyama, Xufeng Li, Itsuro Kajiwara and Jian
Ping Gong, Nature Communications Volume: 5, 2014
•
Proteoglycans and Glycosaminoglycans Improve Toughness of Biocompatible Double Network Hydrogels,
Zhao, Yu; Nakajima, Tasuku; Yang, Jing Jing; Takayuki Kurokawa; Jian Liu; Jishun Lu; Shuji Mizumoto;
Kazuyuki Sugahara; Nobuto Kitamura; Kazunori Yasuda; A. U. D. Daniels and Jian Ping Gong, Advanced
Materials Volume: 26 Issue: 3 Pages: 436-442, 2014
•
Physical hydrogels composed of polyampholytes demonstrate high toughness and viscoelasticity, Tao Lin
Sun, Takayuki Kurokawa, Shinya Kuroda, Abu Bin Ihsan, Taigo Akasaki, Koshiro Sato, Md. Anamul Haque,
Tasuku Nakajima and Jian Ping Gong, Nature Materials Volume: 12 Issue: 10 Pages: 932-937, 2013
•
Super tough double network hydrogels and their application as biomaterials, Haque, Md. Anamul;
Kurokawa, Takayuki; Gong, Jian Ping, Polymer Volume: 53 Issue: 9 Pages: 1805-1822, 2012
•
Lamellar Bilayers as Reversible Sacrificial Bonds To Toughen Hydrogel: Hysteresis, Self-Recovery,
Fatigue Resistance, and Crack Blunting, Haque, M. Anamul; Kurokawa, Takayuki; Kamita, Gen; Gong, Jian
Ping, Macromolecules Volume: 44 Issue: 22 Pages: 8916-8924, 2011
•
True Chemical Structure of Double Network Hydrogels, Tasuku Nakajima, Hidemitsu Furukawa, Yoshimi
Tanaka, Takayuki Kurokawa, Yoshihito Osada and Jian Ping Gong, MACROMOLECULES Volume: 42
Issue: 6 Pages: 2184-2189, 2009
•
Mechanically strong hydrogels with ultra-low frictional coefficients, D. Kaneko, T. Tada, T. Kurokawa, J.!P.
Gong and Y. Osada, ADVANCED MATERIALS Volume: 17 Issue: 5 Pages: 535-+, 2005
43
Effect of Fibrous Skeleton at Clingfish Suction Pad
Takayuki Kurokawa1, Gento Shinohara2, Chanchal Kumar Roy3, Daniel R. King1,
Tao Lin Sun1, Jian Ping Gong1
1
Laboratory of Soft & Wet Matter, Faculty of Advanced Life Science, Hokkaido
University, Sapporo, Japan
2
Department of Zoology, National Museum of Nature and Science, Tsukuba, Japan
3
Laboratory of Soft & Wet Matter, Graduate School of Life Science, Hokkaido
University, Sapporo, Japan
E-mail:[email protected]
This paper presents an improved adhesive system from a composite structure
consisting of a polyampholyte hydrogel and glass fiber, inspired by the suction pad of
the Aspasmichthys ciconiae. Clingfishes, a family of fish which includes A. ciconiae,
have a suction pad on their pelvis, which allows for adhesion onto rocks in streams. It is
expected that strong adhesion can be achieved in water when we mimic the essential
structure of the suction pad. The suction pad of A. ciconiae consists of a brush-like
skeleton and mucus. The mucus around the brushy fibers interfaces with the surface
and is soft enough to achieve large area of contact. However, independently the mucus
does not possess sufficient modulus to sustain adhesion. The brushy fibers increase the
modulus of the system, which ultimately allows for
sufficient adhesion. Therefore, it may be possible to
improve adhesion by further decreasing the compliance of
the adhesive structure1). Generally speaking, a trade-off
exists between contact area and modulus in an adhesive;
as modulus increases, contact area decreases at the same
compression pressure. Thus, to develop an advanced
suction pad requires a system exhibiting anisotropic
compliance to achieve good contact in compression and
strong adhesion and resistance to deformation in stretch. It
is thought that the vertical fiber skeleton could offer a
substantial increase in modulus to the mucus while
undergoing stretching. Here, we demonstrated the effect
of using an optimized composite modulus on the adhesion
strength by utilizing polyampholyte hydrogel-glass fiber
composites.
1
Figure. SEM images0
of suction
pad on pelvis of clingfish.
0
1) Bartlett, M. D.; Croll, A. B.; King, D. R.; Paret, B. M.;
Irschick, D. J.; Crosby, A. J. Adv. Mater.2012, 24, 1078-1083.
44
Dr. Hirotaka MAEDA
Department of Life Science and Applied Chemistry
Field of Advanced Ceramics
Nagoya Institute of Technology
E-mail: [email protected]
•
•
•
•
Telephone: +81 (0)52-735-5198
Fax: +81 (0)52-735-5198
Website: http://ebm.web.nitech.ac.jp
Address: Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya 466-8555, Japan
Education & Academic Background
2001 Graduated from Faculty of Engineering, Nagoya Institute of Technology
2003 Master of Engineering, Graduate School of Engineering, Nagoya Institute of Technology
2006 Doctor of Engineering, Nagoya Institute of Technology
2006-2011 Assistant Professor, Graduate School of Environmental Studies, Tohoku University
2011-2014 Assistant Professor, Center for Innovative Young Researchers, Nagoya Institute of Technology
2015- Associate Professor, Department of Frontier Materials, Nagoya Institute of Technology
Award: 2013 The Ceramic Society of Japan Award for Advancements in Ceramic Science and Technology
Recent Publications
•
H. Maeda, T. Abe, E. H. Ishida T. Kasuga, “Structure control of calcium silicate hydrate gels for dye removal
applications”, Journal of the American Ceramic Society, 99, 2493-2496 (2016).
•
H. Maeda, S. Lee, T. Miyajima, A. Obata, K. Ueda, T. Narushima, T. Kasuga, “Structure and
physicochemical properties of CaO-P2O5-Nb2O5–Na2O glasses”, Journal of Non-Crystalline Solids,432,
60-64 (2016).
•
H. Maeda, K. Kato, T. Kasuga, “Adsorption behavior of proteins on calcium silicate hydrate in Tris and
phosphate buffer solutions” Materials Letters, 167, 112-114 (2016).
•
H. Maeda, T. Kasuga, “Bioactive Ceramics Coatings”, in Part II Surface Modification, “Advances in Metallic
Biomaterials” Processing and Applications, Springer Series in Biomaterials Science and Engineering Vol. 4,
pp. 103-126, edited by M. Niinomi, T. Narushima and M. Nakai, Springer (2015).
•
T. Oine, H. Maeda, T. Tsuzuki, M. Nakayama, T. Kasuga, “Relationship between electrical conductivities
and structure of hybrid materials derived from mixtures of zinc phosphate glasses with different
phosphate-chain lengths and benzimidazole”, Journal of Solid State Electrochemistry, 19, 907-912 (2015)
•
H. Maeda, “Tuning of calcium silicate ceramics for environment-friendly material applications” Journal of the
Ceramic Society of Japan, 122, 591-595 (2014).
•
H. Maeda, Y. Kurosaki, T. Nakamura, M. Nakayama, E. H. Ishida, T. Kasuga, “Control of chemical
composition of hydrogrossular prepared by hydrothermal reaction”, Materials Letters, 131, 132-134 (2014).
45
Thermal Management using Diatom Shells
Hirotaka Maeda*a, Yoshiaki Maedab, Yosuke Egashiraa, Tsuyoshi Tanakab and
Toshihiro Kasugaa
a
Field of Advanced Ceramics, Nagoya Institute of Technology,
Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya, 466-8555, Japan
b
Institute of Engineering, Tokyo Univeristy of Agriculture and Technology,
2-24-16, Naka-cho, Koganei, Tokyo, 184-8588, Japan,
E-mail:[email protected]
Differential Pore Volume / cm 3 g-1
Diatoms are one of unicellular photosynthetic microorganisms and its shells have
unique micro/mesoporous structure consisting of biosilica. Many researches for biofuel
applications by utilizing diatoms have been published. Reuse as a porous biosilica after
biofuel applications would play an important role in reduction of waste materials
because large amounts of diatoms are needed to produce biofuels. On the other hand,
water is one of key materials for thermal management due to its high specific heat. The
introduction of mesopores into the materials leads to adsorption spontaneously of water
vapor considering the prediction based on the Kelvin equation of capillary
condensation. We expect that diatom shells have a potential for condensation of water
vapor into mesopores. Fistulifera solaris was used as diatoms. The green diatoms had
small specific surface area and mesopore volume. The diatom shells were prepared by
thermal treatment to remove their organic matters. The prepared diatom shells showed
around 100 m2/g of specific surface area and a narrow pore size distribution curve (Figs.
1 and 2). As a result, the shells indicated a higher water vapor adsorption capacity than
the green diatoms. To evaluate their thermal properties, the shells were coated on the
silicon substrate. The humidification for adsorption of water vapor into the mesopores
caused enhancement of their thermal transfer properties. The diatom shells adsorbed
water vapor into the mesopores would have a possibility as reuse of biosilica for
thermal manegement applications.
Fig. 1. Surface morphology of the diatom
shells after the heat treatment.
0.04
0.02
0
3
10
20
Pore Diameter
/ nm of the diatom
Fig. 2. Pore size distribution
curves
shells ( ) before and ( ) after the heat treatment.
46
Dr. Daisuke ISHII, Assoc. Prof.
Graduate school of Engineering
Nagoya Institute of Technology (NITech)
E-mail: [email protected]
•
•
•
Telephone: +81 (0)52-735-5254
Fax: +81 (0)52-735-5254
Address: Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya, 466-8555, Japan
Education & Academic Background
2006
Dr. Eng., Tokyo Institute of Technology
2006-2007
Special Postdoctoral Researcher: Frontier Research System, RIKEN Institute
2007-2008
Special Postdoctoral Researcher: Center for Intellectual Property Strategies, RIKEN Institute
2008-2012
Assistant Professor: WPI-AIMR, Tohoku University
2012-2015
Assistant Professor: Center for Innovative Young Researcher, NITech
2015-present Associate Professor: Graduate school of Engineering, NITech
Award: 2013 Young Investigator Award, BAMN2013
Recent Publications
•
D. Ishii, H. Yamasaki, R. Uozumi, E. Hirose “Does the kinorhynch have a hydrophobic body surface?
Measurement of the wettability of a meiobenthic metazoan” R. Soc. Open Sci., Accepted (Sep. 13, 2016).
•
S. Ito, D. Ishii “Overwritable Liquid Selective Open Channel” Surf. Interf. Anal., 2016, DOI 10.1002/sia.6109.
•
I. Ohta, Y. Takaku, H. Suzuki, D. Ishii, Y. Muranaka, M. Shimomura, T. Hariyama “Dressing living organisms
in a thin polymer membrane, a NanoSuit, for FE-SEM observation” Microscopy, 2014, 63(3), 295-300.
•
M. Tani, D. Ishii, S. Ito, T. Hariyama, M. Shimomura, K. Okumura “Capillary rise on legs of a small animal
and on artificially textured surfaces mimicking them” PLoS ONE, 2014, 9(5), e94341.
•
D. Ishii, M. Shimomura “Preparation of Biomimetic High Adhesive Superhydrophobic Polymer Pillar
Surfaces with Crown-Like Metal Microstructures”, J. Nanosci. Nanotechnol., 2014, 14, 7611-7613.
•
H. Suzuki, Y. Takaku, I. Ohta, D. Ishii, Y. Muranaka, M. Shimomura, T. Hariyama “In-Situ Preparation of
Biomimetic Thin Films and Their Surface Shield Effect for Organisms in High Vacuo”, PLoS ONE, 2013,
8(11), e78563.
•
D. Ishii, H. Horiguchi, Y. Hirai, H. Yabu, Y. Matsuo, K. Ijiro, K. Tsujii, T. Shimozawa, T. Hariyama, M.
Shimomura “Water transport mechanism through open capillaries analyzed by direct surface modifications
on biological surfaces”, Sci. Rep., 2013, 3, 3024.
•
Y. Takaku, H. Suzuki, I. Ohta, D. Ishii, Y. Muranaka, M. Shimomura, T. Hariyama “A thin polymer membrane,
nano-suit, enhancing survival across the continuum between air and high vacuum” Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 2013, 110(19), 7631-7635.
•
D. Ishii, M. Shimomura “Invisible Gates for Moving Water Droplets: Adhesive Force Gradients on a
Superhydrophobic Surface” Chem. Mater., 2013, 25(3), 509-513.
•
D. Ishii, M. Shimomura “Facile preparation of ordered convex and concave metallic layers molded from air
pocket arrays” Mater. Lett., 2013, 96, 218-220.
•
D. Ishii, M. Shimomura “Wettability of Biomimetic Metal-Dome and Polymer-Pillar Hybrid Structured
Surfaces Regulated by the Metal-Dome Density” Trans. Mater. Res. Soc. Jpn., 2012, 37(4), 537-539.
•
D. Ishii, A. Takahashi, M. Shimomura “Biomimetic Hydrophilic–Hydrophobic Hybrid Polymer Structured
Surfaces Having Both Superhydrophobicity and Strong Water Microdroplet Adhesion” Chem. Lett., 2012,
41(10), 1276-1278.
•
D. Ishii, H. Yabu, M. Shimomura “Micro Droplet Transfer between Superhydrophobic Surfaces via a High
Adhesive Superhydrophobic Surface” Commun. Comput. Inform. Sci., 2010, 52(2), 136-142.
•
D. Ishii, H. Yabu, M. Shimomura “Novel Biomimetic Surface Based on a Self-Organized Metal-Polymer
Hybrid Structure” Chem. Mater., 2009, 21(9), 1799-1801.
•
D. Ishii, H. Yabu, M. Shimomura “Selective metal deposition in hydrophobic porous cavities of
self-organized honeycomb-patterned polymer films by all-wet electroless plating” Col. Surf. A, 2008,
313-314, 590-594.
47
Biomimetic Liquid Manipulation on structured surfaces
Daisuke Ishii
Nagoya Institute of Technology,
Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya, 466-8555, Japan,
E-mail: [email protected]
Biomimetic materials” have now attracted worldwide attentions because of
their unique surface properties, e.g. anti-fouling, anti-reflectance, drag reduction,
superhydrophobicity, etc. These surface properties will provide many kinds of
environmentally conscious materials. Self-assembly and self-organization are
other key words of the eco-friendly manufacturing procedures. We have
fabricated superhydrophobic metal-polymer hybrid surfaces having strong
adhesive force to water droplet, in mimicry of surfaces of gecko feet and lose
petals by using self-organization process and simple metal plating. The hybrid
surface was composed of two independent microstructures, hydrophobic
hexagonally polymer pillar array and hydrophilic metal microdomes. Density of
the metal microdomes in the hybrid films was precisely changed from 0 to 30 %
by temperatures of the catalytic solution in the electroless plating processes.
Adhesion property of the hybrid film to water droplets was adjusted by density of
the metal domes. Figure 1 schematically shows water droplet transfer between
superhydrophobic surfaces by using the hybrid surface possessing different
adhesion properties. This is the first example of the water droplet transfer from a
superhydrophobic surface to a superhydrophobic surface.
(a)
High-adhesion
Touch
Transfer
Pull up
Touch
Pull up
Middle-adhesion
Low-adhesion
(b)
(c)
(1) Low adhesion
(2) Middle adhesion
(3) High adhesion
155°
Low-adhesion surface
100µm
100µm
HIgh-adhesion surface
150°
Middle-adhesion surface
100µm
Fig. 1. (a) Schematic models of water droplet transfer. (b) SEM images of the superhydrophobic hybrid surfaces having
different adhesive forces of water droplet. (c) CCD images of water droplet transfer from the superhydrophobic surface
to the superhydrophobic surface.
48
Haeshin Lee, Ph.D.
(Last update: April, 2016)
Curriculum Vitae
Associate Professor,
Department of Chemistry, KAIST Institute NanoCentury
Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST)
Phone: 042-350-2849
[email protected]
http://sticky.kaist.ac.kr
Education
Ph.D. Biomedical Engineering, Northwestern University, June 2008 (Advisor Phillip B.
Messersmith)
B.S. Biological Sciences, Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST),
Mar. 1993 - Feb. 1997.
Research and Academic Career
Korea Adhesive and Interface Society, Academic Board Members (2015 ~)
Bio-Therapeutic Delivery Society, Academic Board Members (2015 ~)
Post-doc Fellow, Department of Chemical Engineering, MIT (Advisor Robert S. Langer
& Daniel G. Anderson), 2008
Researcher, Department of Biochemistry and Molecular Biology, The University of
Chicago, Feb. 2002 – Aug. 2003
Researcher, Department of Biological Sciences, Korea Advanced Institute of
Science & Technology May 2000 – Jan. 2002; Oct. 1997 – Apr. 1998
Research Assistant, Department of Biological Science, Gwang-Ju Institute Science &
Technology (GIST), March 1997 – Nov. 1997
Book Chapter
Kyuri Kim, Seonki Hong, Haeshin Lee ‘Mussel-inspired adhesive biomaterials’ Ch12
Vol 1, in Handbook of Biomimetics and Bioinspiration. pp 273-291
(http://dx.doi.org/10.1142/9789814354936_0012) 2014.
Haeshin Lee, Phillip B. Messersmith, ‘Bio-inspired nano-materials for a new
generation of medicine’ Edited by Tuan Vo-Dinh in Nanotechnology in Biology and
Medicine, Chapter 3, CRC Press, ISBN 0849329493, 2007 (Jan, 24th)
Awards and Honors
1. KAIST Excellence in Research (우수연구상) (2015), KAIST Collaborative Award (공
동연구상, 2013년), KAIST Pioneering New Knowledge Award (신지식인상, 2012
년), KAIST Excellence in Teaching (2010, 2011, and 2014)
2. POSCO Chung-Am Award (청암 학술상) (2011년)
3. Top 100 Science Stories Discover Magazine, 2008, January
4. NASA Inventor Award (2008년)
5. The Future-leading Scientist Award (미래과학자상) 2007, The Ministry of Science
and Education (과학기술부)
6. Graduate Student Award, Materials Research Society Meeting, Boston, 2007
49
7. Richard W. Jones best poster award, 2007, BME, Northwestern University
Publications (Current citations: ~ 10,500 times, H-index = 42)
1.
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Mihyun Lee, S. H. Lee, I-K. Oh, Haeshin Lee, “Microwave-accelerated rapid, chemical
oxidant-free, material-independent surface chemistry of poly(dopamine)” Small 2016, accepted
S. Ma. Haeshin Lee, Y. Liang, Feng Zhou* ‘Astringent mouthfeel as a consequence of
lubrication failure’ Angew. Chemie. Int. Ed. 2016, 55, online
(http://dx.doi.org/10.1002/anie.201601667)
Mikyung Shin, K. Kim, W. Shim, J. W. Yang, Haeshin Lee “Tannic acid as a degradable
mucoadhesive compound” ACS Biomaterials Sci. & Eng. 2016, 2, 687-696
(http://dx.doi.org/10.1021/acsbiomaterials.6b00051)
Sang Hyeon Hong, S. Hong, M.-H. Ryou, J. W. Choi, Sung Min Kang*, Haeshin Lee*
“Sprayable ultrafast surface modification” Adv. Mater. Interfaces 2016, online
(http://dx.doi.org/10.1002/admi.201500857)
M. Kim, J.-S. Kim, Haeshin Lee, Jae-Hyung Jang* “Polydopamine-decorated sticky, waterfriendly, biodegradable polycarprolactone cell carriers” Macromol. Biosci. 2016 online
(http://dx.doi.org/10.1002/mabi.201500432)
Sang Hyeon Hong, M. Shin, J. Lee, J. H. Ryu, S. Lee, J. W. Yang, W. D. Kim, Haeshin Lee,
“STAPLE: stable alginate gel prepared by linkage exchange from ionic to covalent bonds” Adv.
Healthcare Mater. 2016, 5, 75-79 (http://dx.doi.org/10.1002/adhm.201400833)
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Chanoong Lim, J. Huang, Sunjin Kim, H. Zeng*, Haeshin Lee*, D. S. Hwang*
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Kyueui Lee, E. Prajatelistia, D. S. Hwang, Haeshin Lee* “Role of dopamine chemistry in the
formation of mechanically strong mandibles of Grasshoppers” Chem. Mater. 2015, 27, 6478
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Ji Hyun Ryu, Seonki Hong, Haeshin Lee, “Bio-inspired adhesive catechol-conjugated chitosan
for biomedical applications: A mini review” Acta Biomaterialia 2015, 27, 101-115.
Seongwoo Ryu, Byung Gon Kim, Jang Wook Choi, Haeshin Lee “Highly oriented carbon
nanotube sheets for rechargeable lithium oxygen battery electrodes” J. Nanosci. Nanotech.
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Shazid Md. Sharker, S. M. Kim, J. E. Lee, K. H. Choi, G. Shin, S. Lee, K. D. Lee, J. H. Jeong,
Haeshin Lee*, Sung Young Park “Functionalized biocompatible WO3 nanoparticles for
triggered and targeted in vitro and in vivo photothermal therapy” J. Control. Rel. 2015, 217,
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Hui-Lian Che, In-Ho Bae, K. S. Lim, In Taek Song, Haeshin Lee, D. Lee, W. J. Kim, M.-H.
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the suppression of post-angioplasty restenosis, J. Biomed. Nanotech.”. 2015, accepted.
50
CATECHOL Batteires: Improvement of Battery Performances
by Catechol and its Deriveative Adhesive Molecules
Haeshin Leea,b
a
Department of Chemistry,
Center for Nature-inspired Technology
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Daejeon, Republic of Korea
b
E-mail: [email protected]
Catechol, the key adhesive molecule in marine mussels, is the side chain moiety of
3,4-dihydroxy-l-phenylalanine called DOPA in mussel adhesive proteins. From the first
finding of DOPA in early 80s, catechol has been extensively studied by incorporating
into various polymeric backbones for wet-resistant adhesives. Mostly, their applications
have been biomaterials, biosensors, and bio/nano-technologies. In this presentation,
catechol and its derivative molecules such as catecholamines and norepinephrine can be
used in energy storage systems such Li-ion, Li-air, and Li-S batteries. For siliconcontaining anodes in Li-ion batteries, catechol-conjugated natural polymers for
example, alginate-catechol and poly(acrylic acid)-catechol effectively act as anode
glues to prevent the well-known mechanical failures caused by volume
expansion/shrinkage repeats during charging/discharging cycles. Furthermore,
catechol-containing nanoparticles quenches reactive oxygen species (ROS)
continuously generated in Li-air batteries. In general, the ROS species in the battery
systems decrease overall lifetime of Li-air batteries by non-specific corrosive reactions.
For Li-S batteries, oligo-sulfide shuttles have been problems to decrease lifetime of the
batteries, which can be prevented by catechol-containing molecules.
51
Building of a Database Promoting Conceptions on Biomimetics
Based on SEM Images of Insects
Shûhei Nomuraa, Takahiro Ogawab, Miki Haseyamab and Koji Kozakic
a
b
Department of Zoology, National Museum of Nature and Science,
Amakubo 4-1-1, Tsukuba-shi, Ibaraki 305-0005 Japan
E-mail:[email protected]
Graduate School of Information Science and Technology, Hokkaido University,
N-14, W-9, Sapporo, Hokkaido 060-0814 Japan
c
E-mail: [email protected], [email protected]
The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University,
8-1 Mihogaoka, Ibaraki, Osaka 567-0047 Japan
E-mail: [email protected]
An image database for promoting conceptions on biomimetics is built up on the basis
of the accumulated SEM images of insect microstructures. The data unit of the database
is formed from a SEM photo of various kind of insect microstructure and the text data
on the sample and the SEM image. The text data is comprised from two excel seats
including the following 28 items: 1) sample no., 2) depository, 3) classification, 4)
order, 5) family, 6) Japanese name, 7) genus, 8) species, 9) subspecies, 10) sex, 11)
locality, 12) date, 13) collector, 14) habitat, 15) method, 16) ecological keywords, 17)
size, 18) position, 19) camera, 20) coating, 21) responsibility, 22) photographer, 23)
image file nos. (range), 24) note, 25) image file no., 26) magnification, 27) position,
28) data division.
From the accumulated SEM images, the ones desired by researchers can be retrieved
via an image retrieval platform. This platform visualizes the SEM images according to
their visual similarities. We can also retrieve images similar to uploaded query images.
After searching similar images, conceptions on biomimetics can be found by examining
the text data attached to the retrieved similar images.
About Corresponding Author:
Dr. Shûhei NOMURA
Senior Curator
Department of Zoology,
National Museum of Nature and Science (NMNS)
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)29-853-8901
Fax: +81 (0)29-853-8998
Address: Amakubo 4-1-1, Tsukuba-shi,
Ibaraki, 305-0005 JAPAN
Figure 1. Interface of the image
retrieval platform. 1) selection of
database, 2) navigation window, 3)
uploaded query image, 4) similar
image retrieved by the platform, 5)
text data attached to the selected
image.
Education, Academic Backgrownd
1990 Doctor of Agriculture, Kyushu University
1990 Assistant Professor, Kyushu University
1995- Curator, National Science Museum, Tokyo
2007- Senior Curator, National Museum of Nature and Science
Publications
1) Yin, Z.-w., S. Nomura and M.-j. Zhao, Zootaxa, 3222, 61-68 (2012).
2) Bekchiev, R., P. Hlavac and S. Nomura, Zookeys, 340: 21-42 (2013).
3) Nomura, S. and R. A. B. Leschen, The Coleopterists Bulletin, 69: 121-152.
52
X-ray micro CT Observation for Internal Structure of Insects
Yuta Nakase*a, Shûhei Nomuraa and Masami Edahirob, Takashi Kushibikib
a
Department of Zoology, National Museum of Nature and Science,
Amakubo 4-1-1, Tsukuba-shi, Ibaraki 305-0005 Japan
b
Shimadzu Corporation,
1 Nishinokyo Kuwabara-cho, Nakagyo-ku, Kyoto, 604-8511, Japan,
E-mail: [email protected]
X-ray computed microtomography (micro CT) observations were performed to
obtain detailed three-dimensional images of a wasp parasitized by strepsiptera
and eyes of 2 species of beetles. Internal structure of insects has been observed by
destructive methods, such as dissection or sliced section preparation. It is difficult
to make sliced sections of beetles that have hard exoskeletons and soft internal
structure. However, by using micro-CT easily enabled non-destructive
observation internal structure of hard beetles. In this study, non-destructive 3D
sampling on a wasp parasitized by strepsiptera and eyes of 2 species of beetles
(horned beetle and brentid weevil) were conducted by a micro-focused X-ray CT,
SHIMADZU inspeXio SMX-100CT and inspeXio SMX-225CT HR. The sample
was stained by iodine 1 in ethanol 99 solution for contrast enhancement.
Digestive organ and sting of the wasp, strepsipteran male puparium, and female,
internal structure of eyes were recognized in the reconstructed three-dimensional
images. While the thin portions such as wing film and fine hairs on wasp body
were lacked in the reconstructed three-dimensional images.
About Corresponding Author:
Dr. Yuta NAKASE
Research Assistant Staff
Department of Zoology,
National Museum of Nature and Science (NMNS)
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)29-853-8901
Fax: +81 (0)29-853-8998
Address: Amakubo 4-1-1, Tsukuba-shi,
Ibaraki, 305-0005 JAPAN
Education, Academic Backgrownd and Awards
2014 Doctor of Human and Environmental Study, Kyoto University
2015- Research Assistant Staff, National Museum of Nature and Science (NMNS)
Publications
1) Y. Nakase, K. Suetsugu, Plant Species Biology, 31(2), 148-152 (2016).
2) K. Juzova, J Straka, Y. Nakase, Zool. Jour. Linn. Soc., 174, 228-243 (2015).
3) Y. Nakase, M. Kato, Zool Sci., 30(4), 331-336 (2013).
53
The origin of colour of a petal: subcellular structural change
during the flowerig from buds in a buttercup
Y. Yamahamaa, T. Shimozawab, S. Yoshiokac, D. Ishiid, H. Fudouzi e, H. Kubob,
M. Shimomuraf, Y. Takakua,, K.-i. Kimurag, Y. Uozuh, and T. Hariyama*a
a
Hamamatsu Universtiy School of Medicine, Handayama, Higashiku, Hamamatsu,
431-3192, bHokkaido University, Kita10-Nishi 8, Kita-ku, Sapporo, 060-0810,
c
Tokyo University of Science, Yamazaki, Noda, 278-8510, dNagoya Institute of
Technology, Gokisho-cho, Showa-ku, Nagoya, 466-8555, eNational Institute of
Materials Science, Sengen, Tsukuba, 305-0047, fChitose Institute of Science and
Technology, Bibi, Chitose, 066-8655, gHokkaido University of Education, Ainosato, Kita-ku, Sapporo, 002-8501, and hDaikoku-cho, Tsurumi-ku, Yokohama,
230-0053
E-mail:[email protected]
Ultraviolet light is an important component for animal vision and is used as a signal
source by a wide variety of surface reflection of animals and plants. We here
investigated the detailed correlation between the optical properties and the subcellular
morphology of the petal of Ranunculus japonicus. Ultraviolet reflection was observed
at the front side of the petal except the nectar guide area. Ultra-structural observations
revealed the existence of three main layers at the front side: single layered cells
containing carotenoid pigments, pyramidal vascular zone and starch layer, however, the
region which showed no ultraviolet reflection such as the nectar guide area and the
back side possessed no starch layer. We will discuss the origin of the ultraviolet
reflection and the high reflection with metallic luster by the simple optical method and
the subcellular components in the petal.
About Corresponding Author:
Dr. Takahiko HARIYAMA, Prof.
Dept. of Biology, Hamamatsu Universtiy School of Medicine.
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)53-435-2317
Fax: +81 (0)53-435-2317
Website: http://www2.hama-med.ac.jp/w1d/biology
/hariyama/hariyama.html
Address: 1-20-1, Handayama, Higashi-ku, Hamamatsu 431-3192, Japan
Figure1. The petal of
Ranunculus japonicus
shows the bright
reflection caused by the
subcellular structures.
Education, Academic Background
1983 Research Associate, Research Center for Applied Information Sciences, Tohoku University
2001 Associate Professor, Department of Biology, Faculty of Medicine, Hamamatsu University School
of Medicine
2004 Professor, Department of Biology, Faculty of Medicine, Hamamatsu University School of
Medicine
Publications
1) Y. Takaku et al., PNAS 110(19), 7631-7635 (2013).
2) D. Stavenga et al., Plos One, 7(11), e49743 (2012).
3) D. Stavenga et al., Phil. Trans. R. Soc. B, 366, 709-723 (2011).
4) A. Ugolini et al., Biol. Buuu. 219. 72-79 (2010)
54
Wettability of Snail’s Shells with Hydrophilic Treatment
Ryota Yamagishia, Hirotaka Maeda*a, Takeshi Yokotaa, Yasutaka Matsuob,
Toshihiro Kasugaa
a
Nagoya Institute of Technology,
Gokiso, Syowa-ku, Nagoya, 466-8555, Japan,
b
Hokkaido University,
N21W10, Kita-Ward, Sapporo, 001-0020, Japan
E-mail:[email protected]
Snail’s shells have self-cleaning properties, such as no attachment of oil droplets on
the surface in water. The droplet behavior on their surface is one of key factors for
developing their antifouling properties. The surface of snail’s shells has three types of
grooves with the different pitch, 10, 100 and 500 μm (Fig. 1). In our previous work,
water droplets showed an exceedingly spreading on the shells, even though they
indicated 85 ± 5 o of the contact angle. We also found that water droplets penetrated
between the grooves with the pitch of 10 μm accompanying with the water spreading.
Water droplets have been reported to easily penetrated between roughness due to
hydrophilic properties (N. A. Patankar (2004)). In this work, the droplet behaviors on
snail’s shells coated with Al and Al2O3 were investigated to clarify the influence of the
chemical compositions on the penetration of the droplet. The spreading lengths of the
droplet on the shells coated with Al were smaller than that on the shells coated with
Al2O3. The droplet observation using CCD camera showed that the shells coated with
Al were more easily penetrated between grooves than other sample due to high surface
free energy of Al. Contact angle hysteresis of the droplet on the shells coated with Al
increased with increasing the contact time. On the other hand, the shells coated with
Al2O3 indicated the almost same as contact angle hysteresis of the droplet,
independently of the contact time. These results implied that the chemical composition
caused controlling the penetration of the droplet into the grooves of the shells, leading
to change in the water spreding length.
About Presentation Author
10 μm
20 μm
Mr. Ryota Yamagishi
Department of Frontier Materials
Graduate School of Engineering
Nagoya Instisute of Technology
100 μm
500 μm
200 μm
Fig. 1. The SEM images of snail’s shell.
E-mail: [email protected]
Tele phone: +81 (0)52-735-5198
Fax: +81 (0) 52-735-5198
Website: http://ebm.web.nitech.ac.jp/PB/top.html
Address: Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya 466-8555, Japan
55
Peripheral coding of sex-pheromone blend by
male-specific odorant receptors in moth
Hidefumi Mitsuno, Takeshi Sakurai, Ryohei Kanzaki
Research Center for Advanced Science and Technology,
The University of Tokyo,
Komaba, Meguro-ku, Tokyo, 153-8904, Japan,
E-mail: [email protected]
Male moths detect the conspecific female-emitted sex pheromone components and
their blend ratios. We previously revealed that five sex pheromone receptors of several
moth species are narrowly tuned to respective sex pheromone components. However, it
remains unknown how male moths detect the blend ratio with these receptors.
Therefore, we tried to identify the receptors for main and minor sex pheromone
components in moth species, Nokona pernix, that utilizes two pheromone components
(blend ratio, 9 : 1). We cloned putative sex pheromone receptor genes, NpOR1 and
NpOR3 from N. pernix. By oocyte voltage clamping, we demonstrated that NpOR1 or
NpOR3 selectively responded to major or minor components, respectively. Also, these
receptors dose-dependently responded to each corresponding component with similar
detection limit and EC50. We conclude that the cloned genes encode sex pheromone
receptors that are narrowly tuned to their respective components. Furthermore, by using
two-color in situ hybridization with RNA probes against the sex pheromone receptor
genes (Figure1), we found that the proportions of ORNs expressing each sex
pheromone receptor are correlated with the ratios of the components they detect in the
pheromone blend. This correlation suggests an optimal adaptation of population ratios
of ORNs to the blend ratios of the conspecific sex pheromone in the antennae of male
moths. Understanding of this detection mechanism might lead to the development of
biomimetic chemical sensor for detecting gases composed of several components.
About Author:
Dr. Hidefumi MITSUNO
Research Center for Advanced Science and Technology,
The University of Tokyo
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)3-5452-5198
Fax: +81 (0)3-5452-5197
Address: 4-6-1, Komaba, Meguro-ku, Tokyo 153-8904, Japan
Education, Academic Backgrownd and Awards
2009 Ph.D., Agriculture, Kyoto University
2007 Project researcher, RCAST, The University of Tokyo
2015- Assistant professor, RCAST, The University of Tokyo
Publications
1) M. Termtanasombat, et al., J. Chem. Ecol., (2016) doi:10.1007/s10886-016-0726-7.
2) H. Mitsuno et al., Biosens. Bioelectron., 65, 287-294 (2015).
3) H. Mitsuno et al., Eur. J. Neurosci., 28, 893-902 (2008).
56
Inducible de novo biosynthesis of isoflavonoids in soybean leaves
by Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae) derived elicitors:
Tracer techniques aided by high resolution LCMS.
Ryu Nakata1, Naoko Yoshinaga1, Masayoshi Teraishi1, Yutaka Okumoto1, Naoki Mori1 *
1
Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kitashirakawa, Sakyo, Kyoto,
Kyoto 606-8502, Japan
E-mail:[email protected]
Isoflavonoids are a characteristic family of natural products in legumes known to
mediate a range of plant-biotic interactions. For example, in soybean (Glycine max:
Fabaceae) multiple isoflavones are induced and accumulate in leaves following attack
by Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae) larvae. To quantitatively examine
patterns of activated de novo biosynthesis, soybean (Var. Enrei) leaves were treated
with a combination of plant defense elicitors present in S. litura gut content extracts
and L-α-[13C9, 15N]phenylalanine as a traceable isoflavonoid precursor. Combined
treatments promoted significant increases in 13C-labeled isoflavone aglycones (daidzein,
formononetin and genistein), 13C-labeled isoflavone 7-O-glucosides (daidzin, ononin
and genistin), and 13C-labeled isoflavone 7-O-(6’’-O-malonyl-β-glucosides)
(malonyldaidzin, malonylononin and malonylgenistin). In contrast levels of 13C-labeled
flavones and flavonol (4’,7-dihydroxyflavone, kaempferol and apigenin) were not
significantly altered. Curiously, application of fatty acid-amino acid conjugate (FAC)
elicitors present in S. litura gut contents, namely N-linolenoyl-L-glutamine and Nlinoleoyl-L-glutamine, both promoted the induced accumulation of isoflavone 7-Oglucosides and isoflavone 7-O-(6’’-O-malonyl-β-glucosides), but not isoflavone
aglycones in the leaves. These results demonstrate that at least two separate reactions
are involved in elicitor-induced soybean leaf responses to the S. litura gut contents: one
is the de novo biosynthesis of isoflavone conjugates, induced by FACs, and the other is
the hydrolysis of the isoflavone conjugates to yield isoflavone aglycones. Gut content
extracts alone displayed no hydrolytic activity.
About Corresponding Author:
Dr. Naoki Mori, Prof.
Applied Life Sciences, Graduate School of Agriculture,
Kyoto Universityy
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)75-753-6307
Address: 2-1-1, Katahira, Aoba-ku, Sendai 980-8577, Japan
Education, Academic Backgrownd and Awards
1996 Doctor of Agriculture, Kyoto University
1997 Assistant Professor, Kyoto University
2007 Associate Professor, Kyoto University
2016 Professor, Kyoto University
Publications
1) J. Yan,T. Aboshi, N. Mori, G. Jander, G. The Plant Cell, 27, 1-14 (2015).
2) N. Yoshinaga et al., PNAS, 105, 18058-18063 (2008).
57
Cellular Active Touch Sensing of Substrate Rigidity
Takeshi Kobayashi*a and Masahiro Sokabeb
a
Dep. Integrative Physiol., Nagoya University Grad. Sch. Med.,
65 Tsurumai, Showa-ku, Nagoya, 466-8550, Japan,
E-mail:[email protected]
Cell motility, spreading, proliferation and differentiation are critically influenced
by the substrate rigidity. Cells adhere to the substrate via adhesion molecules and
recognize their mechanical environment at those adhesion sites. To sense
substrate rigidity, cells apply traction forces to cell–substrate adhesions via actin
stress fibers (SFs) and measure mechanical responses of the substrate. The supramolecular complex of SF/focal adhesion (FA)/mechanosensitive ion channel
(MSC) may represent an ideal device to execute this task. MSCs located in or
near FAs would convert the substrate-rigidity dependent stress generated in the
FA into the level of cytoplasmic Ca2+ concentration via a local activation of the
MSCs. By such active touch sensin
mechanisms,
cells
could
detect
mechanical properties (e.g., stiffness and
viscosity)
of
their
surrounding
environments, including neighboring
cells and substrates.
About Corresponding Author:
Dr. Takeshi KOBAYASHI
FIGURE Rigidity sensing by
SF/FA/MSC complex.
(A) Actively generated contractile
forces in SF pull the substrate:
tension in the SF/FA complex may
depend on the substrate rigidity.
(B) Spontaneous Ca2+ oscillations on
a rigid (upper) and a soft (lower)
substrate. Rigidity sensing is much
more vigorous on the border
between rigid and soft substrates
during durotaxis (middle).
Department of Integrative Physiology
Nagoya University Graduate School of Medicine
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)52-744-2055
Fax: +81 (0)52-744-2058
Website: http://www.med.nagoya-u.ac.jp/physiol2/
Address: 65 Tsurumai, Showa-ku, Nagoya 466-8550, Japan
Education, Academic Backgrownd and Awards
1997 Doctor of Science, University of Tokyo
2010 Assistant Professor, Nagoya University Graduate School of Mediicine
2015- Lecturer, Nagoya University Graduate School of Mediicine
Publications
1) T. Kobayashi, M. Sokabe, Curr Opin Cell Biol. 22(5), 669-676 (2010).
2) K. Maeda et al., Sci Rep, 6, 22288 (2016).
58
Serendipity-Oriented Bio-TRIZ Database
Isono Yutaa, Yamauchi Takeshib, Kobayashi Hidetoshic and Kobayashi Torua
a
Nagasaki University, Japan,
b
Niigata University, Japan,
c
Osaka University, Japan,
E-mail:[email protected]
We developed a Bio-TRIZ database. This is the database that applies biological
engineering to TRIZ database. Why we did so? If we might think about engineering
from the perspective of biology, we could discover the new idea. In a famous story,
Velcro has been invented from the nature of a burdock. In another story, waterrepellent fabric has been invented from the nature of a lotus leaf. Based on these
examples, we developed the Bio-TRIZ database for engineers. However, we have
implemented the Bio-TRIZ database as a relational database, so that we could not
search the biological function with a flexible style nor add the new data to the database
easily. In order to solve these problems, we focus on the Linked Open Data (LOD) that
has attracted attention in recent years. LOD consists of subject-predicate-object.
Therefore, we can search the biological function flexibly and add the new data to the
database easily at any time. And we developed prototype. This prototype can search in
several ways. For example “Search from Elements”, “Search from Function” and
“Search from TRIZ” like Fig 1. The details will be available in poster session. Like this,
engineers can search free style, so by combining Bio-TRIZ and LOD, we aim to
support engineers in a more serendipity directional.
About Corresponding Author:
Mr. Isono Yuta, Prof.
I’m researching of LOD. For example “Automatic
LOD Conversion System For Tweet Data
Associated with Tourist Spots“.
Information Technology, Engineering,
Nagasaki University.
E-mail: [email protected]
Website: http://yuta-isono.com
Address: 1-14, Bunkyo-machi, Nagasaki 852-8521, Japan
Education, Academic Backgrownd and Awards
Fig 1 Bio-TRIZ resource description
framework scheme
2015 Bachelor of Information Technology, Engineering, Nagasaki University
2016 Young Scientist Award (LOIS)
2017 Expected to graduate with Master of Information Technology, Engineering,
Nagasaki University
59
Non-iridescent structural coloration of the inner feathers of
Japanese blue-colored species
Gen Morimotoa
a
Yahmashina Institute for Ornithology,
E-mail:[email protected]
Non-iridescent blue is a common coloration of bird feathers. Birds show diversity in
their coloration, and “structural coloration” is a common color-producing mechanism.
This mechanism is different from pigment coloration. In addition, iridescent and noniridescent structural color could be produced via different mechanisms. The present
study focused on non-iridescent structural color, such as matted blue, in bird feathers.
The hypothesis of this study was that similarly colored species have similar inner
feather structures for color production. I observed and compared the barb
nano/microstructure of the blue feathers of some Japanese bird species using optical
and scanning electron microscopy (SEM). The results suggested that some species
showed similar inner feather structures, which could be the basis for producing blue
structural colors.
About Corresponding Author:
Dr. Gen MORIMOTO, Resercher.
Division of Avian Conservation,
Yahmashina Institute for Ornithology
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)4-7182-1107
Fax: +81 (0)4-7182-4342
Website: http://www.yamashina.or.jp
Address: Konoyama115, Abiko, Chiba 270-1145, Japan
Education, Academic Backgrownd
2007 Doctor of Science, Rikkyo University
2007- Visiting researcher, Toho University
2008 Postdoctoral research fellow, Rikkyo University
2011 Supprt researcher, National museum of nature and science, Japan.
2011 Supprt researcher, Yamashina Institute for Ornithology
2014 Researcher, Yamashina Institute for Ornithology
Publications
1) G. Morimoto, Journal of the Japan Society of Color Material, 89(6), 1-7 (2016).
2) G. Morimoto, Y. Takahashi, K Tsurui, Japanese Journal of Ecology, 65(1), 39-46
(2015).
3) T. Ueta, G. Fujii, G. Morimoto et al. EPL (Europhysics Letters), 107(3),
34004.(2014) .
4) G. Morimoto, N. Yamaguchi, K. Ueda. Journal of ethology, 24(3), 261-266. (2006).
60
Development of self-assembled antifouling surfaces against
barnacles
T. Murosaki*a, Y. Nogatab, Y. Hiraic, M. Shimomurac
a
b
Asahikawa Medical University,
Central Research Institute of Electric Power Industry
and c Chitose Institute of Science and Technology,
Midorigaoka-Higashi, Asahikawa 078-8510, Japan
E-mail : [email protected]
Barnacles are popular marine sessile organisms, and their strong adhesion causes
serious fouling problems. To prevent submerged artificial surfaces (ship hulls,
fishnets and intake channels) from the fouling of barnacles, tributyltin (TBT) based
antifouling paints have been used. However, TBT shows highly toxic to marine
life, therefore development of environmentally-friendly antifouling materials is
required. Recently, self-assembled honeycomb-structured porous films have been
developed by casting a mixed solution of hydrophobic polymer and amphiphilic
copolymer under humid conditions (Figure 1).
In this study, we investigated antifouling properties of self-assembled
honeycomb-structured porous surfaces and several microstructured surfaces,
which made based on honeycomb-structured film against settlement of barnacles
in laboratory environment. In the results, honeycomb-structured surfaces reduced
the barnacle settlements compared to other surfaces. Furthermore, the antifouling
effect of honeycomb-structured surfaces was increased with the increasing pore
size of honeycomb.
About Corresponding Author:
Dr. Takayuki MUROSAKI
Department of Chemistry,
Asahikawa Medical University
20μm
Figure 1. The SEM image
of self-assembled
honeycomb-structured
porous film
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)166-68-2728
Website: http://www.asahikawa-med.ac.jp/dept/ge/chemical/
Address: 2-1-1-1, Midorigaoka-Higashi, Asahikawa 078-8510, Japan
Education, Academic Backgrownd
2009 Ph. D., Graduate School of Science, Hokkaido University
2009 - 2012 Postdoctoral fellow, Faculty of Advanced Life Science, Hokkaido University
2012 - 2014 Research assistant, Tohoku University WPI Advanced Institute for Materials Research
2014 Research Fellow, Chitose Institute of Science and Technology
2014 - Present Assistant Professor, Department of Chemistry, Asahikawa Medical University
Publications
1) N. Ahmed, T. Murosaki et al., Biofouling, 30 (3), 271 - 279 (2014).
2) N. Ahmed, T. Murosaki et al., Soft Matter, 7 (16), 7281 - 7290 (2011).
3) T. Murosaki et al., Biofouling, 25 (4), 313 - 320 (2009).
61
Functional analysis and surface modification of hierarchical
microstructures of diatom silica cell walls
Yoshiaki Maedaa, Yuta Niwaa, David Kisailusb, Tomoko Yoshino
and Tsuyoshi Tanaka*a
a
Division of Biotechnology and Life Science, Institute of Engineering, Tokyo
University of Agriculture and Technology, 2-24-16, Naka-cho, Koganei, Tokyo
184-8588, Japan,
b
Department of Chemical and Environmental Engineering, University of
California, Riverside, Room 343 Materials Science and Engineering Building,
Riverside, California 92521, United States
E-mail:[email protected]
Diatoms create hierarchical micro- and nano-structured silica cell walls, called
frustules. Diatom frustules have a large surface area due to the highly ordered
porous microstructures, and it can be advantageous as a solid-phase support
materials in a number of biotechnological applications such as biocatalytic
carreirs, drug delivery, bioassays and biosorption process. Because controle of the
surface propertis of the frustules is one of the key technologies for such
applications, we established a diatom-cell surface display technique, in which
novel frustule-associated proteins were identified from genome infomation of a
marine diatom Fistulfiera solaris, and the identified proteins were genetically
modified in order to display desired proteins on the frustules. As a demonstration,
we displayed a TiO2-associated peptide on the frustules to create the composite of
photocatalytic TiO2 and diatom
frustules. Interaction between About Author:
TiO2 and the engi-neered
Yoshiaki Maeda,
frustles was investigated, and Dr.
Division of Biotechnology and Life Science,
increase in TiO2-deposition Institute of Engineering,
Tokyo University of Agriculture and Technology
with the aid of the peptide E-mail: [email protected]
+81 (0)42-388-7021
display
was
confirmed. Telephone:
Fax: +81 (0)42-385-7713
http://web.tuat.ac.jp/~biomol/indexeng.html
Although crystalization of TiO2 Website: (Prof.
Tanaka’s Lab Website)
on the frustules at room Address: 2-24-16, Naka-cho, Koganei, Tokyo 184-8588, Japan
temperature was not achieved, Education, Academic Backgrownd and Awards
Doctor of Engineering, Tokyo University of Agriculture and Technology
thermal anealing of the 2010
2010-2013 Postdoctoral Fellow, City University of New York, Hunter College
2013-2015 Research Associate, Tokyo University of Agriculture and Technology
composites at 500 °C resulted 2015- Assistant Professor, Tokyo University of Agriculture and Technology
in the generation of highly Publications
1) Y. Maeda, T. Tateishi, Y. Niwa, M. Muto, T. Yoshino, D. Kisailus, T. Tanaka,
catalytic anatase nanocrystals.
Biotechnology for Biofuels, 9, 10 (2016)
62
The NanoSuit® method to observe the living mammalian
tissue and cell
Yasuharu Takaku*a, Masatsugu Shimomurab and Takahiko Hariyama a
a
Departments of Biology, Hamamatsu University School of Medicine, 1-20-1
Handayama, Higashi-ku, Hamamatsu 431-3192, Japan,
b
Departments of Bio- and Material Photonics, Chitose Institute of Science and
Technology, 758-65 Chitose, Hokkaido 066-8655, Japan
E-mail: [email protected]
Although field-emission scanning electron microscopy (FE-SEMs) has proven very
useful in life science related research, the high vacuum required (10-3-10-7 Pa) precludes
direct observations of living organisms and often produces unwanted structural changes.
However, we have earlier described a method that allows the investigator to keep a
variety of multicellular organisms alive in the high vacuum environment of the electron
microscope by encasing the organisms in a thin, vacuum-proof suit, the “NanoSuit®”.
We further improved the technique and applied it to excised wet tissues as well as
single cells for observations by FE-SEM with a Surface Shield Enhancer (SSE) solution.
The SSE based NanoSuit affords a much higher barrier to gas and/or liquid than the
older type of the NanoSuit did and seeing that it provides exceedingly more detailed
images.
About Corresponding Author:
Dr. Yasuharu Takaku, Ph.D.
Hamamatsu University School of Medicine
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)53-435-2351
Fax: +81 (0)53-435-2351
Address: 1-20-1 Handayama, Hamamatsu, 431-3192, Japan
Figure 1. (A-D) A living Drosophila
larva was exposed to high vacuum
with electron beam irradiation for 60
min. (F-I) Prior to SEM observation,
a different larva (light micrograph in
F) was placed in the observation
chamber without electron beam
irradiation for 60 min. (E, J) TEM
images, respectively. Takaku, Y. et al.
Proc. Natl. Acad. Sci. 2013, 110(19),
7631-7635.
Education, Academic Backgrownd and Awards
2001-2003 Postdoctoral Fellow, The Japan Society for Promotion of Science
2004-2005 Assistant Professor, Horizontal Medical Research Organization, Kyoto University
2006-2010 Postdoctoral Fellow, National Institute of Genetics
2011-2014 Postdoctoral Fellow, Hamamatsu University School of Medicine
2014- Assistant professor, Hamamatsu University School of Medicine
Publications
1) Takaku Y, Suzuki H, Ohta I, Tsutsui T, Matsumoto H, Shimomura M, Hariyama T,
Proc. Bio. Sci. 282(1802), pii: 20142857 (2015).
2) Takaku Y, Hwang JS, Wolf A, Boettger A, Shimizu H, David CN, Gojobori T, Sci.
Rep. 3573, Published online (DOI: 1038/srep03573) (2014)
3) Takaku Y, Suzuki H, Ohta I, Ishii D, Muranaka Y, Shimomura M, Hariyama T,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110(19): 7631-7635 (2013).
63
Sponge as a Potential Model of Biomimetics: New perspective
Remi Tsubaki*a
a
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology,
2-15 Natsushima, Yokosuka, Kanagawa, 237-0061, Japan,
E-mail:[email protected]
Circulatory system is essential to distribute gas and nutrient throughout
body for all organisms. Sponges completely lack specialized organ, however,
have vast network of water-filled channel, called “aquiferous system” instead
(Fig. 1). They continuously flow ambient water through a vast aquiferous system
inside their body, and feed suspended organic particles by filtering water. Despite
its critical importance, there are few studies on the sponge aquiferous system and
thus its fundamental information still remains unclear. Their dependence on the
canal system suggests that the sponge canal system should be optimized for
efficient water transportation, which would potentially serve as a model system
for designing a water transportation system with high energy efficiency. To
elucidate how sponges accomplish efficient water transportation, I investigated
the physical structure of sponge canal network and flagella of collar cells which
generate water flow. Through our research, several distinct features were found
with respect to network robustness.
About Corresponding Author:
Dr. Remi TSUBAKI
Research and Development Center for Marine Bioscience
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)46-867-9661
Fax: +81 (0)46-867-9645
Website: http://jamstec.go.jp/
Address: 2-15, Natsushima, Yokosuka, Kanagawa, 237-0061, Japan
Fig. 2 Reconstructed 3D image of
sponge. Blue structure indicates
the aquiferous system.
Education, Academic Backgrownd and Awards
2013 Ph. D. (Human and Environmental Studies), Kyushu University
2013- Postdoctral researcher, Forestry and Ferest Product Research Institute
2014- Postdoctral researcher, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technlog
Publications
1) R. Tsubaki, M. Kato, PLOS ONE e108885 (2014)
2) R. Tsubaki et. al., Zoological Science, 31(9), 789-794 (2014)
3) R. Tsubaki, M. Kato, Moleculer Phylogenetics and Evolution, 58, 97-104 (2012)
64
Analysis on social implementation of biomimetics technology in
Japan in the global perspective
Ryo Kohsaka*a, Yuta Uchiyamaa, Yoshinori Fujihirab
a
Tohoku University, bMuroran Institute of Technology
E-mail:[email protected]
Moving to the next step of biomimetics technology from R&D to social
implementation is a global challenge. In the implementation step, understanding
accurate trends of the social implementation and developing appropriate strategies are
urgent issue. In this study, we analyzed trends of relevant scientific paper publications
and patent applications. In order to grasp the characteristics of a global trend of
biomimetics, trends of scientific paper publications and patent applications in
biomimetics and other emerging technologies were compared. Specifically, trends of
scientific paper publications and patent applications are analyzed based on the dataset
from the annual report of the Japan Patent Office (2015). In the analysis, we focused on
Japan, the USA, European, China and Korea. As a result of the analysis, shares of paper
publications and patent applications of Japan in the global context are clarified, and
trends of emerging technologies including biomimetics in the countries are identified.
In ratios of number of paper publications to patent applications, agriculture
technologies and biomimetics is higher than other emerging technologies. However,
compared with the USA, European and China, Japan’s share of paper publications in
agriculture technologies and biomimetics is lower. One of the issues in Japan is
facilitating R&D and paper publications in the fields including biomimetics.
About Corresponding Author:
Dr. Ryo KOHSAKA, Associate Prof.
Graduate School of Environmental Studies,
Tohoku University
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 22 752 2235
Fax:
+81 22 752 2236
Website: http://www.4kbro.com/Pages/default.aspx
Address: Aoba, 468-1, Aramaki, Aoba-ku, Sendai, 980-0845, Japan
Education, Academic Backgrownd and Awards
2008 -12 Associate Professor at Graduate School of Economics, Nagoya City University
2006 -2008 UNEP SCBD (Portfolio: Agricultural and Forest Biodiversity, Sustainable Use)
2004 – 2005 Programme Coordinator/ Post Doc. Univ. Tokyo Chuo Univ.
2000 –2004 Research Fellow at the Institute of Forestry Economics, Freiburg, Germany
1997- 1998 Project Officer at the Regional Environmental Centre for Central and Eastern
Europe (REC) in Szentendre, Hungary.
Award ) Honoured as REC Life Fellow 2000
Publications
1) R. Kohsaka, Y. Fujihira, R. Furukawa, T. Yamauchi, H. Kobayashi, D. Ishii, Y.
Uchiyama, Sustainable Management. 15, 98-112. (2016) (in Japanese)
2) R. Kohsaka, Y. Fujihira, Y. Uchiyama, Kurume University Journal of
Commercial Science. 2016, 21, 53-68. (in Japanese)
65
Superhydrophobic Coatings Showing Excellent Durability to
Harsh Environmental Conditions
Liming Wang, Chihiro Urata, Tomoya Sato, Matt W. England and
Atsushi Hozumi*
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST),
2266-98, Anagahora, Shimo-shidami, Nagoya 463-8560, Japan,
E-mail: [email protected]
Artificial superhydrophobic surfaces with static contact angles (θS) larger than 150°
have attracted much attention due to their practical applications in a variety of
engineering fields. However, conventional superhydrophobic surfaces generally lack
durability against harsh conditions, such as UV-ozone oxidation, acid/base or organic
solvent treatments, resulting in the severe limitations on their practical uses. Therefore,
the development of superhydrophobic surfaces showing long-term durability to harsh
environmental conditions has been strongly demanded.
We have recently developed novel organogels, which we have named “Selflubricating organogels (SLUGs)”, showing stimulus-responsive multiple-liquid
repellency as a result of the syneresis effect. In this study, we report a new class of
filaments-covered superhydrophobic coatings showing super-anti-weathering properties
based on cross-linked polydymethylsiloxane (PDMS) elastomers infused with silicone
oils and a reactive organosilane (propyltrichlorosliane (PTCS)).
We used two types of infused liquid, unreactive silicone oils and PTCS, and mixed
them thoroughly with PDMS precursors. After curing, transparent silicone elastomers
were formed. By exposing them to air, hydrolysis and polycondensation reactions of
PTCS with moisture took place on the surfaces, resulting in the formation of
hierarchical textured surfaces (Figure (a) and (b)). The surfaces displayed not only
superhydrophobicity, but also great resistance to photo-oxidation by 172 nm vacuum
UV (VUV) light. After several hours VUV irradiation, the superhydrophobic surfaces
became temporally superhydrophilic, but they showed a complete recovery of
superhydrophobicity within several hours under ambient conditions.
a
Dr. Liming WANG.
b
200 µm
Postdoc in National Institute of Advanced Industrial
Science and Technology (AIST),Nagoya.
E-mail:[email protected]
Telephone: +81 080-7804-1948
Address: 2266-98, Anagahora, Shimo-shidami, Nagoya
463-8560, Japan
20 µm
Education, Academic Backgrownd and Awards
Figure (a) SEM image of a PDMS elastomer
surface after formation of micro/nano
filaments on the top. (b) Magnified image of
(a).
2011 Doctor of Polymer Chemistry and Physics, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese
Academy of Sciences, Polymer Chemistry and Physics, 2011
2011- 2016 Postdoctoral Research Fellow in Department of Polymer Science and Engineering, University of
Massachusetts, Amherst
2016. 5 - Current: Postdoctoral Researcher in National Institute of Advanced Industrial Science and
Technology (AIST),Nagoya
Publications
1) L. Wang, T. J. McCarthy, Angewandte Chemie-International Edition, 55, 244-24 (2016).
2) L. Wang, T. J. McCarthy, PNAS, 112, 2664-2669 (2015).
3) L. Wang, T. J. McCarthy, Langmuir, 29, 15299-15304 (2013).
66
Key Materials for Biomimetic Surfaces:
Potential of Functionalized Synthetic Janus Clay Nanoplatelets
Matt W. England, Tomoya Sato, Liming Wang, Chihiro Urata,
and Atsushi Hozumi*
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST),
2266-98, Anagahora, Shimoshidami, Nagoya 463-8560, Japan
E-mail: *E-mail:[email protected]
Synthetic nano-clay platelets have gained significant attention in materials science as
functional additives in composite materials, as they can improve or tune properties at
relatively low concentrations. Specifically, aminopropyl (AMP)-functionalized 2:1
phyllosilicate platelets have been shown form composites with drug molecules, proteins,
and various polymers, which have shown improved properties, such as toughness and
resistance to high temperatures, and bestowed new properties, such as anti-fogging,
anti-biofouling, and self-healing. Preparation of such functional clays is a key factor in
obtaining biomimetic materials. However, typical synthetic clays only have a single
functional group, or randomly ordered poly-functional surfaces. Using a modified
ethanolic sol-gel synthesis, we have synthesized ‘Janus’ platelets by first forming selfassembled single-sided 1:1 AMP-functionalized template platelets (width = 50-320 nm,
d001 ≈ 1.32 nm) which enable the addition of different functional groups on the opposite
side (2:1), via a subsequent sol-gel reaction with various selected silane molecules.
These include AMP/Thiol platelets (d001 = 1.62 nm), which can form a stable
platelet/polymer hydrogel with polyvinylpyrrolidone (PVP), and AMP/C6 platelets (d001
= 1.78 nm), which can disperse in oil and water, and form stable Pickering emulsions.
These ‘Janus’ platelets offer greater selectivity in composite creation, with hundreds of
potential iterations for improving properties using various functional groups.
About Corresponding Author:
Dr. Matt W. ENGLAND,
Advanced Surface and Interface Chemistry Group, National Institute of Advanced
Industrial Science and Technology (AIST),
E-mail: [email protected]
Telephone: +81-52-736-7388
Fax: +81-52-736-7406
Website: https://unit.aist.go.jp/smri/en/group/asichem.html
Address: 2266-98, Anagahora, Shimo-shidami, Nagoya 463-8560, Japan
Education, Academic Backgrownd and Awards
2014 - Doctor of Chemistry, University of Bristol
Publications
1 M. W. England et al., J. Nanosci. Nanotechnol.,16(9), 9166-9172 (2016).
2) M. W. England et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, , 8(7), 4318–4322 (2016)
3) M. W. England et al., Chem. Eur. J., 21(25), 9008–9013 (2015).
67
Ionic Liquids-Infused Transparent Organogels:
Their Unique Optical and Chemical Properties
Tomoya Sato, Liming Wang, Chihiro Urata, Matt. W. England, Atsushi Hozumi*
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
E-mail:[email protected]
Stimuli-responsive materials, which sometimes shown in biosystems, have recently
attracted much attentions because of their unique properties. In particular, thermoresponsive materials showing marked changes in their chemical/physical properties are
becoming important for practical applications, such as drug delivery systems, anti-X
(X: bio-fouling, icing/snowing, adhesion and so on) surfaces, temperature sensors and
smart windows.
Herein, we report novel thermo-responsive organogels, showing unusual reversible
and repeatable optical properties, which were prepared by simply combining a
polyurethane (PU) base material and ionic liquids (ILs) under appropriate conditions.
We also studied the reversibility/durability of their optical properties using repeated
thermal stress tests.
The Figure 1 shows changes in the optical properties of a typical PU-based
organogel (PU-IL gel, PU with 25 wt% hydrophobic IL) before and after heating. The
PU-IL gel with high transparency became reversibly and repeatedly opaque when
heated at 100 °C. Judging from optical microscopy and UV-Vis spectroscopy, this
unusual property
was probably caused by the micro phase separation of PU and
hydrophobic IL,
as well as an increased mismatch of refractive indices of
the PU matrices and IL
at higher temperatures. In addition, their thermoresponsive properties, which were found to occur between 60 and 120 °C, were
repeatable/durable after several tens of thermal stimulation cycles.
Hydrophobic IL
PU-IL gel
N
=
N
F
F F
O
S
N
O
S
F
F F
D
R.T.
100 oC
-D
Figure 1. Thermo-responsive organogels
before and after heating.
About Corresponding Author:
Dr. Tomoya Sato
Researcher, Department of Materials and Chemistry
Structural Materials Research Institute,
Advanced Surface and Interface Chemistry Group,
National Institute of
Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
E-mail: [email protected]
Telephone: +81 (0)52-736-7615
Fax: +81 (0)52-736-7594
Website: https://unit.aist.go.jp/smri/ja/group/asichem.html
Address: 2266-98 Anagahora, Shimoshidami, Moriya, Nagoya 463-8560, Japan
Education, Academic Backgrownd and Awards
2015 Ph. D. Department of Applied Chemistry, Kyushu University, Japan
2015- National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
68
科学研究費「生物規範工学」公開講演会ならびに全体会議
日
場
時
所
：
：
２０１６年１１月１０日(木)−１１日(金)
ラコリーナ近江八幡（滋賀県近江八幡市北之庄町 615-1）
■１１月１０日(木)■
公開
科学研究費「生物規範工学」
公開講演会
「紅葉の琵琶湖畔で語るバイオミメティクスの未来」
13:00-14:30 エクスカーション（ラコリーナツアー）
※一人５００円徴収します。
14:30-14:35 開会の挨拶
下村政嗣先生（千歳科学技術大学）
14:35-14:50 山本昌仁様（たねやグループ CEO） ........................................................71
「自然に学ぶ、ラコリーナ近江八幡がめざすもの」
14:50-15:05 山本浩司様（ニイガタ株式会社） .............................................................72
「生物に学ぶ新たな中小企業のモノづくり」
15:05-15:20 石田倫也様（大阪科学技術センター（OSTEC）） ......................................73
「自然の叡智を活用した研究を支援：大阪科学技術センターの活動」
15:20-15:40 尾崎まみこ先生（神戸大学） ...................................................................74
「アリの敵・味方識別ケミカルセンサの機能性とロバストネス」
15:40-16:00 藤井秀司先生（大阪工業大学） ................................................................76
「アブラムシのリキッドマーブル技術に学ぶ粘接着剤の創出」
16:00-16:10
休
憩
16:10-16:50 斎藤彰先生（大阪大学） ...........................................................................78
「バイオミメティクス世界動向： Biomimexpo などフランスの活動」
16:50
17:30
閉会の挨拶
仁連孝昭先生（アスクネイチャー・ジャパン理事長
滋賀県立大学名誉教授）
懇親会（非公開）
日牟禮茶屋（滋賀県近江八幡市宮内町日牟禮ヴィレッジ）
参加費：7,000 円
69
非公開
科学研究費「生物規範工学」
9:00- 9:05 開催挨拶
全体会議
下村政嗣
9:05- 9:35 A01 班野村周平（国立科学博物館） ........................................................80
「A01-1 班：バイオミメティクス・データベース構築
―2012-2016 年度成果のとりまとめ」
9:35- 9:50 質疑応答
9:50-10:20 B01-1 班大園拓哉（産業技術総合研究所） ..............................................82
「B01-1 班生物規範界面デザイン: トライボロジー界面の創製」
10:20-10:35 質疑応答
10:35-11:05 B01-2 班針山孝彦（浜松医科大学） .......................................................84
「機能的サブセルラー表面構造の形成過程と学理」
11:05-11:20 質疑応答
11:20-11:50 B01-3 班細田奈麻絵（物質・材料研究機構） ..........................................86
「生物規範設計：生物規範階層ダイナミクス」
11:50-12:05 質疑応答
12:05-13:00 昼食
13:00-13:30 B01-4 班森直樹（京都大学） .................................................................88
「生物規範環境応答・制御システム」
13:30-13:45 質疑応答
13:45-14:15 B01-5 班劉浩（千葉大学） .....................................................................90
「生物規範メカニクス・システムにおける動的力学ロバストネス」
14:15-14:30 質疑応答
14:30-15:00 C01-1 班石田秀輝（東北大学・地球村研究室） .......................................92
「社会的インプリケーティングによる生物規範工学体系化への挑戦」
15:00-15:15 質疑応答
15:15-15:50 総括班評価委員会からの総評と事後評価対応
15:50-16:00 新学術２期目提案について
閉会
70
71
72
73
所属班：B01-4班
所属機関：国立大学法人神戸大学大大学院理学研究科
氏名：尾
まみこ
所属機関住所：〒 657-85-1 兵庫県神戸市灘区六甲台町1-1
e-mail：[email protected]
研究キーワード：アリ,化学コミュニケーション,匂いセンサ,ロバストネス
アリの敵・味方識別ケミカルセンサの機能性とロバストネス
Functionality and robustness in friend-foe discrimination
by a particular type of chemosenser in the Japanese
carpenter ant.
1. はじめに
クロオオアリは日本在来の代表的なアリ種で 1 頭の女王とその子供たちで統制のとれたコ
ロニー社会を形成している。働きアリのコロニー帰属性は体表に分泌される 18 種類の炭化
水素混合物の匂いによって識別できる。アリは、巣仲間（味方）とそれ以外（敵）を区別し
て行動学的危機管理スイッチを「容認」と「排撃」の間で切り替える。そのために、コロニ
ー毎に特異的な体表炭化水素混合物の匂いの違いを識別する化学センサを持っている。
今回は、多成分で構成される匂いパターンの識別センサの規範となるこのアリの感覚子を
とりあげ、新規に見出されたサブセルラー構造に基づく特徴的な作動性について、特に、ロ
バストネスを保証する驚くべき工夫に着眼して順を追って解説する。
１）炭化水素感受性錐状感覚子の微細立体構造：センサに格納される 100 個以上の受容神経
の受容突起は相互に連絡しているように見える。
２）差分検出器としての機能性：コロニー臭が経日的に変化しても、当該感覚子は同じコロ
ニーに属する同巣仲間の匂いに対しては不感化されており、異巣、異種のアリの匂いに
対しては激しく応答する。
３）感覚子応答パターンのルール：単一化学物質に対して、複数個の神経が応答する。個々
の炭化水素の構造的特徴の違いによって、応答パターンが変化する。おそらく刺激強度
の違いによって、関与する個々の神経の応答の強さだけでなく関与する神経の数（種類）
も変化すると考えられる。
74
４）炭化水素刺激（構成成分の混合パターン）と感覚子の応答パターンの相関関係は、おそ
らく自己の炭化水素混合パターンに依存した相対的なものである。
５）ロバストネス保持のためのセルフクリーニングの重要性：セルフクリーニングを怠ると
感覚子が常時暴露される自己の炭化水素の混合パターンは変わらないが量が増す。その
結果、異種は「敵」だが、同種は（異巣の相手であっても）「味方」という誤った判断
がみられるようになる。
６）ロバストネス強化のための接触嗅感覚：当該感覚器は嗅覚器であるが実際には味覚同様
に接触感覚器のような使われ方をしていると考えられる。
Fig.1 SEM and TEM images (A-C) and 3D model of basiconic sensillum in C. japonicas (D).
参考文献
(1) Ozaki, M.; Wada-Katsumata, A.; Fujikawa, K.; Iwasaki, M.; Yokohari, F.; Satoji, Y.;
Nisimura T.; Yamaoka R. Science, 2005, 309, 311-314.
(2) Ozaki M.; Hefetz A. Insects 2014, 5, 722-741.
謝辞
SEM、TEM 撮影にご協力くださった福岡大学岩崎雅行博士、SFB-SEM 撮影とモデル構築
にご協力くださった生理学研究所の村田和義、宮崎直幸両博士、電気生理学的応答について
示唆を頂いた福岡大学横張文男博士に感謝いたします。
75
所属班：公募班
所属機関：大阪工業大学
氏名：藤井秀司
所属機関住所：〒５３５-８５８５
大阪府大阪市旭区大宮５−１６−１
e-mail：[email protected]
研究キーワード：微粒子、リキッドマーブル、ドライリキッド、粘接着剤
アブラムシのリキッドマーブル技術に学ぶ粘接着剤の創出
Synthesis of Adhesive Materials Based on LIquid Marble
Engineering
アブラムシの中に、自ら排出する蜜の液滴表面を固体ワックス粒子で覆うことで基材に濡
(1)
れ広がらないミリメートルサイズの液滴であるリキッドマーブルを作製するものがいる。ま
た、液滴のサイズを数十ミクロンメートルサイズまで小さくしたリキッドマーブルの集合体
(2)
は粉末として振る舞い、ドライリキッドと呼ばれている。この生物が持つ技術を利用するこ
(3)
とで、液体の粉末化が実現可能になり、ハンドリングが容易になることが期待できる。これ
までに講演者らは、リキッドマーブルの内部液に粘着性高分子を用いた粉体状粘着剤の創出
(4)
に成功している。
ところで 2 液混合型接着剤は、接着に先
立ち粘調な 2 液を混合する必要があり、入
り組んだ空間への導入が困難である等の問
題を有している。本研究では、エポキシ樹脂
と硬化剤を内部液とするドライリキッドを
作製し、流動性に富んだパウダー形態での 2
液混合型接着剤の創出に取り組んだ(Fig. 1)。
ミキサーを用い、エポキシモノマー水溶液
または硬化剤水溶液を液相、表面疎水化シリ
カ粒子を安定化剤とし、9/1 (w/w)の混合比
で撹拌し、ドライリキッドを作製した。
Figure 1 (a,b) Schemes and (c,d) optical
photographs illustrating two-powder mixing
type adhesive (a,c) before and (b,d) after
application of shear stress.
76
生成ドライリキッドの混合物の安息角を傾斜法により評価した結果、52 と測定され、2 種
のドライリキッドを混合しても反応は起こらず、高い流動性を示すことが明らかになった
(Fig. 1c)。ドライリキッドをスライドガラス間で押しつぶしたところ、内部液の漏出が観察
され、2 液が混合することを確認した。次いで、作製したドライリキッドをスライドガラス
間に挟んで応力を加え, 24 時間静置した後に, 重りを吊り下げることで粉末状接着剤の接着
-2
力を評価した。その結果, 押しつぶした系では 98.0 Nm 、すりあわせた系では 4.2 kNm
-2
以上の接着力が測定された。この結果は、十分に粉末状接着剤に応力を印加することで内部
液が良好に混合し、接着力が発現することを意味している (Fig. 1b,d)。また、粉末状接着剤
-2
は 6 ケ月経過後も良好な流動性を有し、混合後 3.8 kNm の接着力を示し、保存安定性に優
れることを確認した。
以上の結果から, 微細空間への輸送および応力により接着力の発現が可能であり保存安定
性に優れた, 粉体化 2 液混合型接着剤の創出に成功したと言える。
References
(1) a) Akimoto, S. Insecta Matsumuran A 1983, 27, 37-106. b) Pike, N. et al., Proc.
R. Soc. Lond. B 2002, 269, 1211-1215.
(2) a) Dieter, S.; Franz-Theo, S.; Helmut, B. US3393155A, 1968. b) Hasenzahl, S.;
Gray, A.; Walzer, E.; Braunagel, A. SÖFW-J. 2005, 131, 2-8.
(3) a) Aussillous, P.; Quéré, D. Proc. R. Soc. A 2006, 462, 973-999. b) Fujii, S.;
Yusa, S.; Nakamura, Y. Adv. Funct. Mater. 2016, 10.1002/adfm.201603223.
(4) Fujii, S.; Sawada, S.; Nakayama, S.; Kappl, M.; Ueno, K.; Shitajima, K.; Butt, H.-J.;
Nakamura, Y. Mater. Horiz. 2016 , 3, 47-52.
77
所属機関：
大阪大学大学院工学研究科 / 理研 SPring-8
氏名：
齋藤彰
所属機関住所：（阪大）〒565-0871 大阪府吹田市山田丘2-1
e-mail：
[email protected]
研究キーワード：表面、光、ナノ構造、X線、応用
バイオミメティクス世界動向： Biomimexpo などフランスの活動
World Trends in Biomimetics: French Activities such as
Biomimexpo
バイオミメティクス（BM）は工学であり、学術的成果が「使えるか」「どう使うか」のみ
ならず、教育の連携に至るまで、社会との接点は本質的課題である。まして背後には「持続
可能性」「生物多様性」を軸に、エネルギー・環境という人類の将来に直結する喫緊のテー
マが横たわる。こうした総合視野において、欧州は我が国の遥か先を進んでおり、その動向
は我々にさまざまな示唆を与え得る。
2016 年 7 月 1 日（金）9:30∼22:30、2 日（土）10:00∼17:30、パリに程近い古都 Senlis
(1)
（サンリス）市で、１つの教訓的なイベント Biomimexpo が開かれた。概略はすでに本学
(2)
術領域 News Letter に記した通りだが、本稿では重要部の重複はあえて行いつつ、補足を
記す。
中核組織 CEEBIOS（セビオス：Centre Européen d'Excellence en Biomimétisme de
Senlis）と Senlis 市は、各々BM 産学官コンソーシアムと地主で、市が譲渡された 10 ha の
仏陸軍跡地を提供して 2012 年、組織が発
足した。本 Expo はフランス初の、本格的
な BM 展示・講演会である。その内容は衝
撃であった。
共催・後援には官産学の並みいる組織が
連なり、鄙の古都ながら千人近い参加者が
集まった。構成も特徴的で、中高生と親を
含む一般市民から学術、企業人まで多様で
ある。市と CEEBIOS をまたぐ運営はコン
サル会社 NewCorp Conseil が行い、本
Expo も仕切り役である（以後、人名の敬
Fig.1 Minister Barbara Pompili, giving a talk
with fervor.
称は略す）。
78
7 月 1 日朝、Senlis 市長 Pascale Loiseleur の開会挨拶に、環境・エネルギー・海洋省
Barbara Pompili 生物多様性担当大臣の 15 分近い熱弁が続く（図 1）。行事を通じ、主な司
会は上記 NewCorp Conseil 理事 Alain Renaudin である。続く開会プレナリーは登壇者 5
人が、個別発表を挟み、活発なパネル討論と質疑応答を１時間続けた。議題は「生物多様性、
持続可能な成長への発想と技術革新の源」で、5 人は産官学から適切に程よい均衡で配置さ
れた。専門的内容のみ短いプレゼンを設け、弛緩したパネル討論も避け、最後に約 15 分聴
衆と対話時間を作る等、本 Expo はこのセッションに限らず全般にバランス感覚に優れてい
た。初日午前は続いて異業種大手 4 社（ガス事業、化粧品、3D 技術、建設）から「産業の
BM 紹介」各 30 分で、各社複数名が登壇した。
昼休み後、2 会場のパラレル発表が 2 コマ（講演は計 20 件）続いた。中でも出色の題「BM
と建築・都市・農業」は、「モノ偏重で単発」な日本に欲しい総合視野である。採光・循環
から水利・気候・エネルギー効率まで、生物・生態系を総合的に見る感覚に加え、農業まで
結ぶ視線はさすがである。他のテーマは先端研究、教育などにわかれ、パラレル終了後は翌
日まで、全て総合セッションである。最後は「生物から学び、どう生物多様性にお返しする
か」の題で、19 時から軽食、20 時から晩餐である。ここまでは少し専門家向け、2 日目は
一般市民向けであった（2 日目は CEEBIOS の取組み、BM の一般的な紹介、エネルギー問
題、最後は海洋利用）。
2 日間で講演 40 件超、並行して展示約 30 件、CEEBIOS 施設見学が行われた。会場は講
演・展示ともほぼ大講堂１棟に集約し、壁は多様な生物の美麗大判パネルで覆い、展示は製
品・研究・書籍ブースと屋外テント約 10 件である。CEEBIOS では地場の中小企業参画も進
み、メディア戦略も目立つ（放送・出版の後援）。あえて欠点は、言語が全ての文書・会場、
口頭まで仏語のみの点である。しかし日本でセミコン JPN やナノテク展は英語か、と考えれ
ば上記も自然な流れであろう。むしろ先端・学際の分野も自言語のみで構築できる強さと文
化の体力は、参考になった。
その後筆者は 10 月初旬、CEEBIOS 定例会議（材料系）に演者として招かれ、続いて仏政
府主催の BM 公開討論会も聴講した（いずれもパリ）。前者では上記 A.Renaudin と次回 Expo
の日程（確定）・方針を話すと共に、国際協力の可能性を示唆され、後者では BM 先進国な
りの苦労や狙い、様々な工夫も垣間見ることができた。BM では引き続き、視野の短長期に
よらず欧州、特にこの国の動向には目が離せないと強く感じている。
参考文献
(1) https://biomimexpo.wordpress.com
(2) 齋藤彰, "Biomimexpo 2016 (7/1 2, France) 参加報告",新学術 "生物規範工学" News
Lett. Vol.5 (1) p.86-87 (2016) (URL
http://biomimetics.es.hokudai.ac.jp/wordpress/wp-content/
uploaded_media/2016/08/889adda1435c3ffcc2f1ec51d476d6e12.pdf )
79
所属班：A01-1班
所属機関：国立科学博物館動物研究部
氏名：野村周平
所属機関住所：〒305-0005 茨城県つくば市天久保4-1-1
e-mail：[email protected]
研究キーワード：データベース、SEM画像、生物多様性、画像検索、
オントロジー
A01-1 班：バイオミメティクス・データベース構築
―2012-2016 年度成果のとりまとめ
Part A01-1: Database Building for Biomimetics -Summary
of Works in 2012-2016
1. A01-1 班研究の概要
当研究計画班においては、以下のような研究内容を主眼として、2012-2016 年度の５年
間にわたって、研究を継続してきた。すなわち、バイオミメティクスを推進する工学系研究
者に「気づき」をもたらす可能性のある生物構造に関するデータを収集し、初学者でも容易
に必要な情報を取り出すことのできるデータベースを構築する、ということである。そのた
めに、当班は大きく生物系と情報系に分かれ、生物系は昆虫を担当する野村小班と、鳥類を
担当する山崎小班、ならびに魚類を担当する篠原小班である。情報系は画像検索を担当する
長谷山小班と、オントロジーを担当する溝口小班とに分かれて、それぞれ研究内容を分担し
た。ただし、後２年度（2015-2016）において、山崎小班は B01-5 班へ異動した。
最終年度である 2016 年度の提出数はまだ確定していないが、生物系から情報系へ提出し
たＳＥＭ画像件数は前４年度（2012-2015）で、総計約 25,100 件に上った。この内訳は、
昆虫約 19,000 件、鳥類約 1,500 件、魚類約 4,600 件である。これらの画像データは長谷
山小班へ提出され、バイオミメティクス画像検索基盤の基礎データとして使用されている（図
１）。
また、生物の適応についてまとめたテキストファイルの整備を進め、これまでに約 500 分
類群（昆虫約 250、鳥類約 160、魚類約 190）の処理を終えた。これらのテキストデー
タについては、オントロジー担当の溝口小班へ提出され、オントロジーによるキーワード探
索（図２）の基礎データとなっている。
80
当班ではバイオミメティクス画像検索基盤の領域内での試用機会を増やす取り組みを行う
とともに、オントロジーによるキーワード検索の機能を援用して、より効率的な発想支援の
ツールとしての実用化をめざしている。
２．論文数など
事後評価のフォーマットを意識した論文数などのとりまとめについては、調査を実施中で
あるので、その結果は本講演以降報告を行う。ただ、１０月７日現在、領域ウェブサイトに
搭載されている業績数の合計については、以下のような数字が出ている。国際雑誌論文 21
件（うち査読有り 21 件）、国内雑誌論文 24 件（うち査読有り 21 件）、国際発表 33 件、国
内発表 87 件、著書 29 件。国際学会における招待講演、および基調講演各１件、アウトリー
チ活動 13 件、メディア報道など 40 件。
３．アウトリーチ活動
本班では、研究成果を広く発信するため、また、若手研究者の育成に資するため、アウト
リーチ活動を積極的に行った。前回の全体会議で報告したように、2016 年度には、一般向
け書籍の発行と国立科学博物館における企画展を実施した。この２件には、Ａ01-1 班の全小
班のみならず、領域全体から、多くの研究者の参加と協力を頂いた。企画展の入場者数は、
約２２万人に上った（前回講演要旨と数字が違っているので、訂正させていただきたい）。
Fig.1. Biomimetics Image Retrieval Platform. A:
selected SEM data of a dragonfly; B: retrieved
SEM data of a cicada; C: ecological keywords.
81
Fig.2. Website
Searching
by
Ontology.
of Keyword
Biomimetic
所属班：B01-1班
所属機関：国立研究開発法人産業技術総合研究所
氏名：大園拓哉、（発表：大園拓哉、小林元康）
所属機関住所：〒305-8565 つくば市東１−１−１
e-mail：[email protected]
研究キーワード：摩擦、潤滑、防汚、表面
B01-1 班
生物規範界面デザイン: トライボロジー界面の創製
B01-1：Design of Biologically-Inspired Surfaces with
Tribological Properties
1. はじめに
柔らかく変形可能な凹凸構造のある生物表面
は多い。しかし、元来、その構造と摩擦などの
トライボロジーに関する性質が、どのように結
びついているのかは一部の例（ヤモリの接着機
能等）を除き自明ではない。その解明のために
Fig.1 Shape-tunability of wrinkles.
は、各個別の生物系をしらみ潰しに調査し、その活
動環境（例えば水中なのか空気中なのか等）や力学的機能（相互作用力の程度等）を解明し
ていく地道な戦略が有効であろう。一方で、その柔らかく変形可能な凹凸構造という特徴を
一般化し、抽象化したモデル系においてそのトライボロジー機能に対するより一般的な理解
とその機能のチューニングの指針を得ることも、工学的目的においては有効である。そのモ
デル表面として、自己組織化によって作成できる表面シワ構造を活用し、摩擦挙動や防汚機
能を調査してきている。今回は、そのシワ構造や、摩擦させるもう一方の表面などの形状を
変えることで、これまで分かってきたこと
(1-2)
を含めて進捗状況を紹介し、また班内でより共
同的に取り組んでいる防汚機能解明への取組状況にも触れる。
2. シワ表面での摩擦の結果例
ここでは、柔部材表面が側方圧縮ひずみによって座屈を起こすことで発生した自己組織化
凹凸構造をシワ（Fig.1）として扱う。この構造は動植物表面でも定常/非定常的に関わらず
見られる構造であり、印加ひずみの状態に応じた形状可変性が大きな特徴である。この表面
をモデル表面としてその摩擦挙動を調査している。
82
主な定性的結果として、詳細な部分で違
いはあるが、リンクルの周期が摩擦させる
圧子のサイズと同程度の場合は、リンクル
(1)
によって摩擦が上がる（System 1）が、
圧子のサイズが大きい場合は、リンクルに
(2)
よって摩擦が下がる（System 2）という
結果が得られた（Fig. 2）。この結果は、
対向する摩擦面に対して適切な相対サイ
ズを選択することで、平均の摩擦力をリン
クル構造の有無で数 10%程度、上げ下げ
可能であることが示唆される。更に最近、
織物を利用したシワ構造にで摩擦力が
Fig. 2. Contact-state-dependent frictional systems
and average friction force Fav vs. normal load P on
wrinkled and unrwrinkled (flat) surfaces. (left)
System 1. (right) System 2.
(3)
10 倍変わる系も開発している。すなわ
ち、摩擦性能をスイッチングできる表面として、構造可変リンクルのトライボロジー分野で
の応用可能性を示している。当日は、上記を含んだ班全体の概要説明と、一部の個別成果を
紹介する予定である。
３．高分子電解質で被覆した表面の流体摩擦抵抗
魚類の体表はムコ糖タンパクなどの高分子
50
汚性などの機能を果たし遊泳特性にも影響を
与えていると考えられている。本研究ではブ
ラシ状高分子電解質で被覆された超親水性表
面を調製した。その表面における水の流体抵
抗は撥水性表面より大きいことが明らかにな
Gap
0.1 mm
Torque
Polymer
Brush
H2O
Torque, µNm
40
電解質の粘膜で覆われており、生体防御や防
30
20
10
0
撥水性電解質
表面ブラシ表面
Fig. 3. Rotation torque of the polyelectrolyte
brush plate bound with water at 298 K.
った。また、座屈法によりしわ構造を与えると、水中防汚性が低下する傾向が認められた。
参考文献
(1) Suzuki, K., Hirai, Y., Ohzono, T., ACS Appl. Mater. Interface, 2014, 6,
10121-10131.
(2) Suzuki, K., Hirai, Y., Shimomura, M., Ohzono, T., Tribol. Lett. 2015, 60, 24.
(3) Suzuki, K., Ohzono, T., Soft Matter. 2016, 12, 6176.
謝辞
本研究は、科研費新学術領域「生物規範工学」（No.24120003）の支援の下、行われた。
83
所属班：B01-2 班
所属機関：浜松医科大学
氏名：針山孝彦
所属機関住所：〒431-3192 静岡県浜松市東区半田山1-20-1
e-mail：[email protected]
研究キーワード：サブセルラー、モスアイ、ロバストネス
機能的サブセルラー表面構造の形成過程と学理
Functional subcellular-size surfce structure ‒ Formation
process and Scientific principle
1. はじめに
昆虫の網膜レンズ表面に見られる微小なナノニップルの集積
は、蛾の眼の表面で発見されモスアイ構造と呼ばれ、光の反
射を防ぐことが知られている(Fig.1)。また、昆虫のクチクラは、
表皮細胞層に分泌物が集積することによって形成されているこ
とが知られているが、最外層のサブセルラー・サイズ構造が如
何に形成され、光の反射防止以外のどのような機能をもってい
Fig.1 Nipple arrays on the
cornea of D. melanogaster.
るかは知られていなかった。
２．モスアイ構造の新たな機能：滑落性
類似のナノパイル構造はセミの翅の表面など昆虫の多様な表面に存在していることを見い
だし(Fig.2)、このサブセルラー・サイズ構造が光の反射を防ぐだけでなく、高い撥水性を示
すとともに、汚れが付きにくいセルフクリーニングの特性（防汚性）といった多機能性を有
することを発見した。また、天敵であるアリがセミを攻撃している様子を見てみると、この
翅の上をうまく歩けないことが観察された。アリを含め、滑
らかな垂直面を歩行することができる昆虫の肢の先端には、
footpad と呼ばれる特殊なクチクラ構造があり接着性を創出
している。しかし、モスアイ構造は footpad による接着性を
阻害し、滑落性といった機能を有することがわかった。そこ
Fig.2 Nanopile structure on
the wings of large brown
cicada, G.nigrofuscata.
で、モスアイ構造を模倣したモスアイフィルムを利用し、
様々な昆虫に対する滑落性の行動実験をしたところ、調べた
84
すべての昆虫で滑落性が示された。このことは、モスアイフィルムの害虫防除への応用の
可能性を示唆している。無反射表面として発見されたサブセルラー・サイズ構造は、多機能
性を有している。
３．モスアイ構造の形成メカニズム
遺伝学的解析が可能なキイロショウジョウバエの Cornea(レンズ)（Fig.1）は、エンベロ
ープ、エピクチクラ、プロクチクラの 3 層よりなり、ニップル構造はエンベロープとエピク
チクラ層で形成される。ニップル形成過程には、レンズ形成細胞の表層には多数の微絨毛が
存在し、微絨毛の間の細胞膜からエクソサイトーシスにより、クチクラ形成のための材料物
質が分泌され、細胞外の材料物質は、微絨毛の先端に集積しエンベロープを形成する。その
後エピクチクラ層の形成とともに自己組織的にニップル構造の形成が進行し、続いてプロク
チクラ層がつくられることが、3 次元 TEM 再構成技術を駆使することからわかった。
４．モスアイ構造の乱れの可視化と定量化
生物の自己組織化過程は、細胞内にある柔らかな材料を用いて常温常圧下で行われるから、
必然的に熱揺らぎの影響を受けてしまう。例えば規則的な微細構造が引き起こす発色現象（構
造色）をもつ生物においても、詳細に観察すると構造の乱れや欠陥が無数に存在していた。
クマゼミの翅などでは、ニップルの配列がアモルファス状に乱れていることを発見した。こ
のような配列の乱れはなぜモスアイ効果を始めとする機能に影響を与えないのだろうか？ニ
ップルの配列乱れを評価する方法の一つとして、ボロノイ分割を用いた解析を考え、配列の
乱れが機能に影響を与えていないか検討した（Fig.3）。その結果、乱れは昆虫の種によって
異なり、例えばクマゼミの翅の反射率が実験値として 0.1%程度であり、モスアイ構造がな
い場合の反射率（およそ８％）と比べ
て十分に低いことがわかった。すなわ
0.6
完全にち、クマゼミの翅で観察されたニップ
ランダム ΔS / <S>
ルの配列は、結晶のように完全ではな
いという意味で「いい加減」ではある
0.4
アブラゼミ 0.3
クマゼミオオタバコガ
0.2
が、散乱が問題となるような度合いで
0.1
はないという意味では「良い加減」な
のである。モスアイ構造の多機能性や
面積の標準偏差/平均値
0.5
完全結晶 0.0
0
100
200
300
400
500
step number
Fig.3 Evaluation of irregularity using a computer
simulated dot pattern and Voronoi diagram. Data for
スという視点を見つけることができた。 three insect species are superimposed.
構造の乱れに対する機能のロバストネ
85
86
87
所属班：B01-4班
所属機関：京都大学農学研究科応用生命科学専攻
氏名：森直樹
所属機関住所：〒606-8502 京都市左京区北白川追分町
e-mail：[email protected]
研究キーワード：化学受容，聴覚センサ
生物規範環境応答・制御システム
Functional analysis of subcellular structures in Insects
and Plants
1. 昆虫 -昆虫相互作用
2 成分系フェロモンブレンドを利用するヒメアトスカシバ（Nokona pernix）から PR 遺
伝子を単離し、アフリカツメガエル卵母細胞を用いて成分選択性を解析した。NpOR1、
NpOR3 はそれぞれ EZ 体、ZZ 体に特異的に応答することが分かった。また、in situ ハイブ
リダイゼーションを用いて、触角における局在様式を明らかにし、PR の選択性と局在様式（嗅
覚受容細胞の割合）に基づき検出モデルを構築した。
4 成分系フェロモンブレンドを利用するキマエホ
ソバ（Eilema japonica）から、 RNAseq によりオ
ス優勢的に発現する PR 候補遺伝子を単離した。
RNAseq による遺伝子発現量解析の結果、触角にお
いて各候補遺伝子が異なる割合で発現していること
が分かった（Fig. 1）。現在、卵母細胞を用いた機能
解析を進めている。
クロオオアリのゲノム・トランスクリプトーム解析から、嗅覚
受容体(OR) 396 遺伝子を同定し、メス(働きアリ)に多く発現する
110 の Or 遺伝子群を見出した。次に、連続ブロック表面走査型電
子顕微鏡（SBF-SEM）を用いて、
Fi g. 2 3D reconstructed sensory neurons in a cuticular
hydrocarbon sensor.
88
当該センサの内部微細構造の 3D モデルを構築した（Fig.2）。センサ内部には 100 本以上の
受容神経から伸びる感覚突起が束になって格納されており、隣り合う突起が瘤状の構造部分
で互いに接しているように見えた。また、クロオオアリ触角からはイネキシンが検出され、
神経細胞間での電気的なカップリングの存在が示唆された。
2. 昆虫 -植物相互作用
きのこ栽培用の原木の害虫であるカミキリムシにおいて，特定周波数の振動に対する行動
反応の閾値を得た．また，超磁歪素子を用いた振動発生装置の試作機を用いて室内評価試験
をおこなったところ，本種は振動によって歩行の停止等の行動反応をひきおこした．現在，
振動による行動制御効果の野外実証試験をおこなっているところである．
果樹の害虫であるチャバネアオカメムシの肢に内在する弦音器官２種，腿節内弦音器官な
らびに膝下器官を特定した．両者とも少数の感覚細胞からなり，構造から振動受容性の特徴
(1)
を持つ．これらの弦音器官は，他種のカメムシやセミにも存在した．
3. 環境適応
ネムリユスリカ幼虫同様優れた乾燥耐性能力を有するネムリユスリカ由来培養細胞（Pv11）
を用いて、その常温保存技術法の確立を行なった。Pv11 は高濃度のトレハロース溶液
（600mM）で 48 時間の前処理の後、ゆっくり乾燥することで、増殖可能な状態での 251
(2)
日の常温乾燥保存に成功した。しかしながら、現時点では、この簡便な常温保存技術は他の
昆虫由来培養細胞への適用はできない。乾燥および再水和に伴い大きな酸化ストレスが発生
し DNA 損傷を誘導することが判明した。そこで、ある程度 DNA 損傷が生じても修復し、致
死しない昆虫培養細胞(Sf9)にネムリユスリカ由来の乾燥耐性関連遺伝子（例：トレハロース
輸送体遺伝子）を導入し、乾燥耐性付与を試みている。
参考文献
1. Nishino H, Mukai H, Takanashi T. Chordotonal organs in hemipteran
insects: unique peripheral structures but conserved central organization
revealed by comparative neuroanatomy. Cell Tiss Res. in press
2. Watanabe, K., Imanishi, S., Akiduki, G., Cornette, R., Okuda, T. Air-dried
cells from the anhydrobiotic insect, Polypedilum vanderplanki, can survive
long term preservation at room temperature and retain proliferation
potential after rehydration. Cryobiology, 73: 93-98, 2016
89
所属班：B01-5班生物規範メカニクス•システム
所属機関：千葉大学工学研究科
氏名：劉浩
所属機関住所：〒263-8522千葉市稲毛区弥生町1-33
e-mail：[email protected]
研究キーワード：生物マルチスケール・メカニクス・システム，生物規
範細胞，生物規範飛行，バイオミメティクス、ロバストネス
生物規範メカニクス・システムにおける動的力学ロバストネス
Bioinspired M echanical System s
B01-5 班では，1)生物マルチスケール・メカニクス・システムの学理探求と、生物の「動
き」に及ぼす「サブセルラー・サイズ」構造が生み出す細胞メカニクスと生物飛行メカニクス
の解明、2)生物規範細胞ミクロメカニクス・システムにおける、細胞の動的力学挙動の発現メ
カニズムおよび制御技術の確立を目指したメカノバイオミメティクスと、細胞メカノタクシス
の制御・機構・応用の取り組み、3)生物規範飛行マクロメカニクス・システムにおける、昆虫
飛行の羽ばたき翼の力学と神経系・行動制御を統合する生物飛行統合力学・神経制御シミュレ
ータの構築と、翼表面サブセルラー・サイズ構造がもたらすフルーイド・メカニクス効果の解
明、4)幹細胞のメカノバイオミメティックスを活用した新たな細胞運動操作材料の開発と、生
物を規範した飛行ロボットや風力発電を含む流体機械の開発を目的とした、バイオミメティク
ス・デザインの創出を目指してきた。過去５年間に得られた主な成果の中、とくに明らかにし
てきた生物規範メカニクス・システムにおける動的力学ロバストネスについて報告する。
1)生物マルチスケール・メカニクス・システム：
生物運動の最適化のスケーリング法則に関して、魚類遊泳の実験と大規模な力学シミュレー
ションを遂行し、生物遊泳の運動や力学特性及びエネルギー交換などを統合的に解析した。さ
らに遊泳の波打ち運動を横波、自由遊泳時の前進運動を縦波とそれぞれ定義し、横波運動エネ
ルギーから縦波運動エネルギーへの変換率に対して波動エネルギー数(wave energy number)
を導入した。これら解析と考察の結果により、生物遊泳は、(1)従来の流体力学スケーリング
法則で説明できない、2)最大機械効率ではなく、如何に効率よく横波運動エネルギーから縦波
運動エネルギーへ変換すること、すなわち最小移動コストを選択していることを明らかにした。
現在はこの最小 CoT メカニズムの細胞運動と生物飛行へ適用を行い学理「生物マルチスケー
ル•メカニクス」の確立を目指している。
90
2)生物規範細胞ミクロメカニクス・システム：
細胞運動の制御と力覚検知メカニズムのメカノバイオミメティックス研究については、(1)
生体組織の曲率を感知する細胞運動の発見、(2)非一様な弾性場を運動する細胞には牽引応力
の顕著なゆらぎが発生する細胞運動波の実証、(3)アクティブタッチ仮説の検証とアクティ
ブタッチを担う MS チャネルの同定、(4)アクティブタッチ・システムによる重力感知などを
実施し細胞運動の制御と力覚検知のロバストネスについても検討した。
3)生物規範飛行マクロメカニクス・システム：
生物規範メカニクス・システムにおける昆虫羽ばたき飛行の「動的力学ロバストネス」、と
くに生物羽ばたき翼の運動•形態•変形（動き）のロバストネス原理について、(1)昆虫や鳥の
翼羽ばたき運動（能動的な動き）における、「翼振動速度と前進速度」の比がある狭い範囲に
入る羽ばたき翼運動のロバストネス、(2)昆虫羽ばたき飛行の関節飛翔筋がもたらす外骨格の
受動的変形のロバストネス、(3)４枚翅昆虫の翼形態（前翅・後翅）における「前翅だけで十
分な揚力を発生する」ことが可能である翼形態のロバストネス、(4)昆虫翼の羽ばたき運動に
起因する翼変形（受動的な動き）における、翼構造と関係なく、その「相対的な捻りや曲げ」
が同じ規則に従う、空気力学性能と飛行安定性のロバストネス、(5)自然環境乱流中の昆虫羽
ばたき飛行における胴体姿勢の受動的な「動き」がもたらす飛行制御のロバストネスなどのメ
カニズムを明らかにした。
4)バイオミメティクス・デザイン：
バイオミメティクス・デザインへの応用技術として、(1)iPS 細胞のフリーダーフリー分散培
養におけるフィーダーフリー弾性率可変基材によるマトリゲル上培養系を遥かに上回る正常
な高速増殖率の達成、(2)生物柔軟翼の受動的変形機能を規範とした柔軟伸縮皺フィルム人工
翼の開発とロバストな空気力学性能を実現する２枚翼ハチドリ規範型飛行ロボットの開発、
(3) 鳥翼を規範とした、風向と風況の変動に強い高性能かつロバストなマイクロ風車用ロータ
の開発など多くの成果が上げられている。
本分野の次世代若手育成についても、 CIMTEC2012,
ISABMEC2012;
ICBME2013,
APISAT2013,
IEEE-CME2012,
USTBME2013;
WCB2014,
ISABMEC2014; APBiomech2015, WBMDI2015，日本機械学会年次大会やバイオ講演会
など国外内研究集会やバイオミメティクス関連 OS を企画し、領域内の若手研究者を招待講演
者にして若手育成に積極的に推進してきた。
参考文献：
H. Liu, S. Ravi, D. Kolomenskly, H. Tanaka. Biomechanics and biomimetics in
insect-inspired flight systems. Phil. Trans. R. Soc. B, dx.doi.org/10.1098/rstb.2015.
0390. 2016.
91
所属班：C0-1
所属機関：合同会社
地球村研究室
東北大学名誉教授
氏名：石田秀輝
所属機関住所：〒 891-9222 鹿児島県大島郡知名町徳時910
e-mail：[email protected]
研究キーワード：バックキャストライフスタイル、オントロジー、標準語彙、Linked Open Data
社会的インプリケーティングによる生物規範工学体系化への挑戦
Creation of the Biologically Inspired Engineering
implicated in the Society
１．持続可能社会に求められるバイオミメティクス
持続可能な社会創成とは、工業化によって自然や共同体から離脱した個(人)をあらためて
自然や共同体につなぎ直すということである。それは、例えばエアコンをエコなエアコンに
置き換えるというような、置き換えのテクノロジーでは達成できず、ライフスタイルそのも
1)
のを再設定し、それに必要なテクノロジーを社会へ投入することが必須である。同時に生
活者は、潜在意識として自然や楽しみを求めており、また一方では産業革命以降の地下資源
エネルギー型のテクノロジーが現在の危機的な地球環境問題を生み出していることを考えれ
ば、完璧な循環を最も小さなエネルギーで駆動する自然を範とするバイオミメティクスは持
続可能社会創成には極めて重要なテクノロジー領域である。
２．バイオミメティクス社会実装のためのシステム
厳しい地球環境制約の中で心豊かなライフス
タイルをバックキャスト手法で描き、それに必
要なテクノロジーを抽出し、自然の中にその機
能を探し、サステイナブルというフィルターを
通してリ・デザインすることにより、テクノロ
ジーが生み出されることは、本プロジェクトの
2)
中で検証された。ただ、それにはいくつかの個
人的な能力に負うことが不可避であり、これを
汎用化することが社会実装には重要である。そ
のシステム化の基本的な考え方は以下のよう
である。
Fig.1 System flow of the Biomimetics
1)
バックキャスト思考で描かれたライフスタイルに含まれる機能や要素を抽出する。
2)
バックキャストライフスタイルが描けない場合でもライフスタイルを検索し、求める機
92
能や要素を逆引きできるようにする。
3)
得られた機能や要素から求めるテクノロジーを抽出する。
３．ライススタイルから求められる機能や要素を見つける
インスピレーションおよびオントロジー工学によるアプローチを行い、ともに機能や要素
を導き出すことが可能であることを明らかにしたが、汎用化という視点ではオントロジーに
よる方法が優位であると判断している。本法では、バックキャスト手法で描かれたライフス
タイルの行為分解木を作成することで、求められる機能や要素を明らかにすることが可能で
ある。
４．標準語彙から求めるライフスタイルを見つける
一方では、バックキャスト思考でライフスタイルを描くことは相当のトレーニングが必要
であり、フォーキャスト思考で解に到達することも社会実装化に求められる。そのため、90
歳ヒアリングで得られた『制約の中で豊かさを見つけた』ライフスタイルの行為分解木から
標準語彙を見つけ、標準語彙から求めるライフスタイル(行為分解木)を見つけることも可能
である。また、心豊かな暮らしを構成する 70 の要素と標準語彙を関連付けることでライフ
スタイルやテクノロジー展開の発想支援ツールとしての可能性も見えてきた。
５．機能や要素から求められるテクノロジーを見つける
Bio-Triz による問題解決手法の開発で得ら
れたデータを RDF 形式で整理することで、問
３）４）
題思考(要素矛盾)
あるいは機能思考の異な
るルートから解を探索することが出来、一方
だけでは見つからなかったことが、他のルー
トからも見つけることが可能となった。また、
RDF 形式でデータを整理することで、これま
でつながらなかったデータ同士をつなげるこ
とができ、これまで探索できなかったデータ
をさまざまな側面から探索できる可能性が見
えてきた。
Fig.2 Uncover an answer by linked open data
参考文献
(1)
石田秀輝,
光り輝く未来が沖永良部島にあった！,
ワニブックス
2015
(2)
Emile H. Ishida, Ryuzo Furukawa, Nature Technology, Springer 2013
(3) 西山聖，横田裕貴，山内健，坪川紀夫，小林秀敏，深見一弘，作花哲夫，尾形幸生，Bio-TRIZ
を導入した高分子ゲルバイオリアクターの開発, 高分子論文集,70, 7, 331-336 (2013)
(4) 山内健，網田英里子，鈴木貴司，為末真吾，三俣哲，坪川紀夫，小林秀敏,バイオ TRIZ を活用
した酵素複合導電性高分子の作製とバイオセンサへの応用, 材料試験技術，60，3，159-163（2015）
93
（４）トピックス（PEN より）
94
FEATURES
連載第 1 回
暮らし方を見直す
−利便性追求により失われつつある物事−
東北大学大学院環境科学研究科古川柳蔵
これが進行すれば、地球環境全体における生態系の循環や
1. 進行する地球環境の劣化
安定的な気候の維持ができなくなる可能性がある。気候変
将来、私たちは厳しい環境制約を受けることになる [1]。
動が起こり、豪雨や干ばつによる影響で、これまでの安定
近年、最も深刻な問題は、巨大な都市空間が先進国から新
した食料供給が途絶えるリスクが高まる。地球上の食料生
興国へ拡大し、新興国では田舎から都会に人々が流入し始
産地域で頻繁に豪雨や干ばつが起これば、地球上の食料消
めていることである。エネルギーや資源を大量に使用し、
費地域への食料供給は不足する。このようなことが数年継
環境負荷を与える暮らし方が、先進国から新興国の都市へ
続して生じると、急激な食料不足になる地域が発生する。
と広がっている。その結果、近代技術を用いた暮らし方が
特に、食料生産を他の地域に頼る都市化した国家は危機的
普及し、新興国では、エネルギーや資源の消費と廃棄が急
状況に陥る。生物多様性の劣化は、地球全体に大きな問題
増している。さらに悪影響として、中国の北京周辺地域で
を引き起こす可能性が高い。
は、微小粒子状物質「PM2.5」が問題になるなど、新興国
において大気汚染が深刻な新たな問題として発生してい
では、なぜ、私たちは地球環境の劣化を止めることができ
る。
ないのか。近年、地球環境問題が国際会議で取り上げられ、
企業は様々な解決策を考え、数多くのエコプロダクツが登
近年の新興国の急成長は、資源・エネルギーを輸入に頼っ
場し、エネルギー消費型の暮らしを緩和する方向に向かっ
ている国々にとって脅威となる。地球に存在する限られた
た。しかし、いまだ解決にはほど遠い状況である。おそら
資源の配分問題が浮上するからである。これは、日本にとっ
く、暮らしの一部である自動車、家電製品などの部分を最
ては極めて深刻な問題である。新興国は、巨大な国の人口
適にする技術のイノベーションだけでは解決が困難なので
を養うために、エネルギーや資源の獲得が国家戦略に位置
ある。さらに全体最適な状態に落ち着くために、これまで
づけられ、先進国では、拡大する都市空間の人々の生活を、
の技術のイノベーションだけでなく、視点を大きく転換し、
地球上のエネルギーや資源だけで維持することができない
有限な地球資源を前提として、私たちの暮らしの最小単位
という重大な問題に気づき始めた。
である暮らし方（ライフスタイル）を変革するイノベー
ションを起こさなければならないところまで来ているので
PEN July 2014
95
23
ある。
なるので、暮らし方を変えなければならなくなる。日本で
食料生産ができなくなれば、暮らし方を変えなければなら
なくなる。最近では東日本大震災の影響を受けたとは言え、
福島第一原発の事故により、福島の人々は人為的にこれま
2. なぜ、暮らし方が変革されないのか
での暮らし方を維持できなくなっている。これも暮らしの
私たちは戦後のイノベーションと高度経済成長によって便
周囲の自然環境が変わってしまったからである。
利な暮らしやすい社会を構築してきた。その間、暮らし方
の見直しをしないまま約 100 年間が経過しようとしてい
る。なぜ、暮らし方を見直そうとしないのだろうか。戦後、
3. 自然環境が変化することなく利便性追求により失われた
一から社会を立て直すことに、がむしゃらになり、暮らす
物事
のが精一杯だったからだろうか。誰かに便利な暮らし方を
進められたからだろうか。絶え間なく便利なものが提供さ
90 歳ヒアリングを進めるうちに、日本人は、現代人が想
れる暮らしは素晴らしいことであり、それ自体、悪いこと
像する以上に長い時間を費やして、自然と共に生きる方法
ではないので、それを否定することもなかったからだろう
を試行錯誤してきたことがわかってきた。そして、この狭
か。これらはそれぞれ正しいと思われるが、もう一つ重要
い地域の特別な環境の中で最も心豊かな暮らし方にたどり
な理由が存在する。暮らし方のかたちは自然環境に依存す
つき、それを後世に伝えるしくみまで地域ごとに築きあげ
るということである。
てきたことが明らかとなった。
これまで日本の各地域における戦前の暮らし方の調査を
しかし、それが、現在の高齢者の脳裏に刻み込まれたまま、
行ってきた。この調査を「90 歳ヒアリング」と呼んでい
消えてしまう可能性が高い。戦後に生まれた世代は、利便
る [2]。90 歳前後の高齢者にヒアリングを行い、暮らし方
性を追求した新しいものや技術が海外から導入され、その
のかたちを明らかにする手法である。本手法は、2013 年
良さに夢中になって、さらに新しい便利なものを生み出し
グッドデザイン賞で、グッドデザイン・ベスト 100 に選
てきた。そのおかげで現代社会は確かに便利な世の中に
ばれ、特別賞「グッドデザイン・未来づくりデザイン賞」
なったのである。しかし、それと引き換えに、自然と共に
を受賞した。90 歳前後の高齢者は、戦前（1941 年以前）
心豊かに暮らす多くの方法が失われつつある。そして、エ
に 20 歳以上であり、一家を支えた経験のある方々である。
ネルギー・資源を大量に消費する環境負荷をより与えてし
彼らは自動車や家電製品などが普及し始めて便利な社会に
まう暮らし方へと完全に転換してしまおうとしている。
なる前の暮らし方を経験している上に、制約の中で如何に
心豊かに暮らすかを知っている人々である。
この重大なことはあまり知られていない。唯一、気がつい
ているのが、これらの貴重な知恵や技術が記憶に残ってい
たとえば、かつては、
「結（ゆい）
」というしくみを使って、
る現在 90 歳程度の人々である。
「なぜ私たちに聞きにこ
茅葺屋根の葺き替えを集落の住民で協力して行ってきた。
ないのか」と 90 歳の人々は嘆いている。私たちは低環境
さらに、この結がどの程度楽しかったのか、どの程度地域
負荷で心豊かな暮らしのかたちを、後世に伝えることを
の絆を強めることにつながったのか、という心の豊かさと
怠っているのである。今すぐに、日本各地で 90 歳の人々
の関係まで 90 歳前後の高齢者にヒアリングすることによ
に昔の話を聞きに行かなければならない。
り知ることができる。これまでに 300 人を越える 90 歳前
後の高齢者へヒアリングを重ねてきた。地域は、青森県、
では、戦前の暮らし方とはどのようなものか、1 例を紹介
秋田県、岩手県、宮城県、山形県、石川県、埼玉県、栃木県、
したい。
東京都、大阪府、滋賀県、奈良県、三重県、兵庫県、広島
県、島根県、高知県、鹿児島県、鹿児島県沖永良部島、米
＜戦前の暮らし−奈良県在住 92 歳女−＞（2013 年 9 月
国・ロサンゼルスである。そこから見えてきた最も大事な
ヒアリング実施）
ことは、暮らし方のかたちは自然環境に依存するというこ
とである。
『井戸端会議が人と人との繋がりをするのにね、大事な場
やと思うわ。昔は一つの家の並びで井戸一つやろ。そこに
24
逆に言えば、自然環境が変わらない限り、その暮らし方の
皆、水無しで生活でけへんから皆こう寄って、そこで皆も
かたちが持続可能で心豊かなものであれば、変える必要が
ろもろのな話をした中で、やっぱりその長屋や通りの親し
ないということになる。日本から森が消えると、水がなく
みというのが湧いたわけやけど。今日ではそんな出て喋っ
PEN July 2014
96
てたら呑気にあんなに喋ったるでっていうようなもんや
ら、ああいう井戸端会議的な、そういう繋がりの方がね、
ね。そういうようなやっぱり人の意識というんかね、それ
温かみがあると思います。人情の温かみて言うんかな。そ
も変わりましたな。そんで何か人との繋がりを持とうと思
ういうものがあるように思いますわ。まだこの辺やから、
うと、今までだったら自然にスーッと寄ったものが消えて、
うちらでも、よう私らこの年になったから畑でもちょっと
何というのか自分が求めやんとそういう場ができないと
野菜もんでも、よう作らへんようになったけど、やっぱり
いう事ですわ。で、よう皆、本読んでも新聞読んでも、何
皆農家だから、これちょっと食べって言ってな、持って
か皆 60 歳過ぎて、これから第二の人生歩こうと思ったら
来てくれはりますわね。やっぱりそういうものの繋がりが
自分から、色んな自分に合う場を探せと、ほんだらそれは
まだ私なんか残ってるわけやな、まあやっぱり温かみがま
老いの道やて書いてあるから、とにかく今は自分で求めよ、
だ失われてないわ、と思いますねんけど。
』
昔は自然にそういう寄る場っていうもの、それがほんまに
消えてしもうてね。いわゆるサークルとか市の方で公民館
ここで語られていることは、戦後に水道が整備され、便利
で、ああいう公共の建物の所でそういう自分で、自分はこ
な水利用ができるようになった結果、井戸端会議が減り、
ういう道を歩いたら老い先、幸せに、自分自身で何て言う
人情や人に対する温かみを感じる機会が減ったことを残念
んかな自分の世界っていうものを築ける、っていう人らは、
に思っているということである。自分から進んで人に会っ
寄って一つの公共の場を借りて、そういうものを求めては
てやりたいことを実現できる人は、今の便利な世の中でも
りますわな、で自分の求める物、満足感を持ってはる。そ
人と繋がりを公民館なので持つことができるが、そこまで
やけど、そこでは行ける人は良いけど、そんなん寄った者
できない人には人と繋がりを持つことができなくなってし
は皆それぞれ自分で、その分もちろんこういう事をすれば、
まったことを指摘している。昔なら、全ての人が水汲みを
これから充実して生きられるって、考えられる人はいいけ
するので、誰でも人との繋がりを井戸端の雰囲気でつくる
ど、その他の人達は皆、家でなんぼ一人になったかて一人
ことができたが、井戸端の空間が失われた結果、繋がれな
で引っ込んではりますわな、やっぱりそういう人こそ、何
い人が増えてしまったのである。
かもっとこう、そういう井戸端会議やったら気楽に行ける
んねけど、ああいう公共の建物で自分の生きる満足を探し
2009 年から 2011 年にかけて、筆者らの研究グループは、
ている人のいうたら、何て言うんかな。かなり勉強もした
宮城県に在住の 90 歳前後の人々に対する 90 歳ヒアリン
人でないとそういう考え方持つ機会ていうの、よう見つ
グを 65 名以上継続して実施してきた。それらは詳細にヒ
けはらしませんわな。せやからそういう人はなんぼでも
アリングメモとして保存され、時間をかけてヒアリングメ
そういう所いろいろ視野を広げていかはるけど、そやから
モを繰り返し読み込んだ。90 歳ヒアリングメモを分析し
それをようせん人をどうするかっていう事が、私は何とた
た結果、およそ 70 種類の暮らし方や価値観、すなわち暮
くさん色んな市町村いたかて競争で何々教室やとか作って
らし方のかたちが抽出された [3]。
はるけどね、そやけどそんなんより、やっぱり私らやった
これらは、現代社会にあっては多くのものが失われつつあ
90 歳ヒアリングの実施先の風景（左）
、洗濯などを行う水場（右）
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25
る価値観である。多くの現代人にとっては、その価値観に
懐かしさを感じると思う。それは日本人が長い期間にわ
たって築き上げてきた持続可能な社会には不可欠な暮らし
方だからではなかろうか。
＜戦前の暮らしから比較して、現在失われつつある物事＞
次稿より、持続可能で心豊かな暮らし方について、さらに
具体的に分析する。
References：
[1] 古川柳蔵著、
『環境制約下におけるイノベーション−
力を持ち始めた環境ニーズ−』
、東北大学出版会、183p
（2010）
[2] 古川柳蔵、佐藤哲著、
『90 歳ヒアリングのすすめ−日
本人が大切にしたい暮らしの知恵をシェアしよう−』
、日
経 BP 社、188p（2012）
[3] 石田秀輝、古川柳蔵著、
『地下資源文明から生命文明へ
人と地球を考えたあたらしいものつくりと暮らし方のか・
た・ち
ネイチャー・テクノロジ－』
、東北大学出版会、
164p（2014）
26
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連続コラム　沖永良部島から考える　『心豊かに暮らすということ』
I　新しいテクノロジー･サービス価値
（合）地球村研究室　代表社員、東北大学　名誉教授　石田秀輝
1. 沖永良部島に移住する
2014 年 3 月末、東北大学を退職し、奄美群島の沖永良部島に移住した。沖永良部島は、九州本島から南へ 536km（沖
縄本島の北 60km）に位置する、周囲約 50 ㎞のサンゴ礁が隆起した島である。2 つの町からなり、人口は合わせて約 1
万 3 千人ほど、おもな島の収入はサトウキビ、ジャガイモ、花卉などの 1 次産業であり、観光にはあまり積極的ではな
い歴史を持っている。1609 年薩摩藩の侵攻により薩摩の直轄領となるまでは、琉球の北山王国に属し、今でもその文
化を濃く残している。
この島を始めて訪れたのは 1998 年。当時は会社勤めをしていて、今でもそんな有難いルールがあるかどうかは定かで
はないが、会社の福利厚生でリフレッシュ休暇制度というのがあった。45 歳になった社員は全員、その年のうちに 1
週間の休暇を取り、家族と旅行に行かねばならないというルールで、会社からはかなりの額の旅行費用の負担まであった。
その休暇制度を使って、鹿児島から離島伝いに沖縄まで出かけようというのが我が家の計画であった。その島巡りのな
かで、どういう訳か、沖永良部島に嵌まってしまった。以来 16 年間、毎年 3 ～ 4 回は島に出かけ、島人（しまんちゅ）
に勧められるままに夕日が美しく見える小さなジャングルを手に入れ、10 年前にはそこに「風の家」というコンセプト
で小さな庵『酔庵』を建て、そして今年から住人になることにした。
どうして沖永良部島なのか？　必ずと言ってよいほど聞かれる質問である。当初は、自分でもその答えがわからず、酒
（黒糖焼酎 - 奄美群島のみに製造が認められている）が旨く、人が好いからと答えていた。無論これは間違いなく正解で
ある。初めて飲んだ、サトウキビを原料にした黒糖焼酎は、ほのかに甘い香りがし、その香りが妙に忘れられず、飽き
ることなく今でも毎日のように楽しんでいる。島人は笑顔が豊かで、本当の仲間になるにはきっと色々とあるのだろう
けれど、お節介で、親切で、それは都会暮らしの人には信じられないほどである。小学生はもちろん、高校生でも、我々
のような大和（本土）から来た人と会うと立ち止まって大きな声で挨拶してくれ、
こちらが驚いてしまうこともよくある。
島に来ると、毎晩酔っ払っていて、ついぞ空など見たこともなかったが、ジャングルを手に入れ、そこで島人らと一杯
やりながら見た空の圧倒的な迫力は今でも忘れられない。星が落ちてくるのではないかと思うほどの数で、どれが天の
川かさえ解らなくなってしまいそうだった。流れ星はビュンビュン落ちてきて、とても願い事をする余裕もない。海は
20 年前の沖縄が残っているという、高い交通費にも拘らず、多くの経験豊富なダイバーたちがやって来る。ほぼ毎月、
東京から潜りにやって来るというダイバーもいるくらいだから、海も相当に上質なのだろう。自然が豊かで、ハブも居
らず安全で、酒が旨く、笑顔あふれる素敵な島であることは、間違いないのだが、最近この島に惹かれている理由がやっ
とわかってきた。
2. 確かな未来は懐かしい過去にある
何故沖永良部島に惹かれるのか？　詳細は改めて紹介するが、心豊かな暮らし方のかたちを考えるために、一つの手法
として 90 歳ヒアリングを続けている。
『便利になったけど今の人たちは可哀想だねぇ、昔の方が楽しかったねぇ』とい
う 90 歳前後のお年寄りたちから、昔の暮らしを引き出し、それを改めて整理しようというプロジェクトである。すで
に海外 2 か所、国内 14 か所で 300 人近い方々から貴重なお話を伺い、それから得られた暮らしのためのキーワードは、
まさに『確かな未来が懐かしい過去にある』ことを確信させるが、その懐かしい過去が沖永良部島には、まだ、色濃く残っ
ていたのである。私が、この島に惹かれ続けたのは、どうやらこれだったことが最近わかってきた。私はこれから、こ
の島で『確かな未来がなつかしい過去にある』ことを具体的に体感し、そこから現実解としてのビジネスや研究課題を
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夏の海は鮮やかです
生み出す『間抜けの研究』を開始しようと思っている。ライフスタイルに関わる今までの我々の研究から、多くの人が
自立型のライフスタイルを望んでいるにも関わらず、現実のテクノロジーやサービスは、快適性･利便性を追及する依
存型ライフスタイルを助長するものばかりである。これも、コラムの中で詳しく説明しようと思っているが、この自立
と依存の間にある『間』が完全に抜け落ちているのである。だから、
『間抜けの研究』が必要であり、ここは新しいビジ
ネスの宝庫でもある。この『間』の部分に新しい可能性が山ほど眠っているのに、多くの企業やあるいは研究者は、従
来型の『依存』価値に固執し、少子高齢化でますます小さくなるパイをみんなで奪い合い、まさに消耗戦に陥っている
ように見えてくる。
3. 新しいテクノロジーやサービス価値の創出に向けて
何故、このようなアプローチを考えなければならないのか ?　それは、現在の延長に新しいテクノロジーやサービス、
あるいは企業価値が存在できないのではと思い始めたからである。2011 年 3 月 11 日に起こった東日本大震災は、最
先端だと信じていたテクノロジーが自然の前では、何とも弱いものであることを我々に自覚させた。知の集積が文化で
あり、テクノロジーの集積が文明であるなら、まさに音を立てて崩れ落ちる文明の崩壊を、目の当たりにしたのである。
では自然とテクノロジーやサービスはどのような関係にあるべきか、そもそもテクノロジーやサービスはどのような役
割を持っているのか、改めて考えてみる必要がある。
紀元前 200 ～ 800 年頃、
人類史に多くの影響を与えた思想家がインドに、
ギリシャに、
インドに次々と生まれた。ヤスパー
スはこの時代を枢軸の時代と呼び、現代の文明がこの時代に強く影響を受けているとした [1]。だが、その賞味期限は、
そろそろ切れ掛かっているのではないのだろうか ?　大思想家と言えど、
『どれほどの数の人間をこの地球上に養うこと
が出来るのか』などが真剣に議論される時代が来るなど予想だにしなかっただろう。文明が地下から化石エネルギーを
掘り出し、あっという間に使い切り、地球温暖化や資源、エネルギーの枯渇など、たくさんのリスクを生み出し、
『地球
環境問題が文明崩壊の危機を招く』など予想だにしなかっただろう。
枢軸の時代に基盤が創られた現代文明（物質文明）は、そろそろ賞味期限を迎えている。今、我々が考えなくてはなら
ないことは、
『限られた資源やエネルギーで心豊かに暮らすことが出来る＜あたらしいものつくりや暮らし方のかたち＞
であり、そのためには従来の延長でなく、大きく足場を変えることが重要なのである。それこそが、新しい文明創出（私
はこれを『生命文明』と呼んでいます）に繋がり、それこそが、次の世代にしっかりと手渡さなければならない新しい
価値観なのだと思う。
Reference：
[1] カール･ヤスパース、歴史の起源と目標、理想社（1964）
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FEATURES
寄稿
タマムシ色の微妙で重要な工夫
大阪大学生命機能研究科吉岡伸也
昆虫の翅や鳥の羽根が持つ鮮やかな色は、光の波長サイズ
そこにいろいろな要素を付け加えて実現されている。その
の微細構造によって生み出されている。構造色と呼ばれる
バリエーションが豊富なことが、古くから研究されてきた
その色の仕組みは、色を生み出す構造が周期的である場合
構造色がいまだに注目を集め、毎年多くの論文が発表され
には理解しやすい。コンパクトディスクのトラックや宝石
ている理由の一つだろう。ここでは、構造色の代表例であ
オパールの微小球ように、等間隔で並んだ物体から散乱さ
るタマムシに注目して、その微妙だけれど重要な発色
れた光は、特定の波長の光で強め合う干渉を起こす。その
の工夫について紹介したい。
波長選択反射の結果として色がつくのである。しかし、実
際の生物が発色に利用する構造は、周期的なものばかりで
タマムシが発色に利用する微細構造は多層膜構造である
はない。モルフォチョウの青い翅では不規則な構造要素が
（図 1）[1]。多層膜構造は、積層した膜の屈折率と厚さの
発色に役立っているし、一見すると全くランダムな構造が
組み合わせによって、様々な波長依存性の光学特性を実現
色を生みだすカミキリ虫もいる。さらには、光の波長より
できる。そのため、光学薄膜は幅広い光学部品に応用さ
もずっと大きな形状が発色に効いているケースや、色素と
れてきた。特に、ある波長で反射率を高くする設計には、
の協調によって効果的に色を生み出す種類もいる。生物の
1/4 波長スタック（Quarter Wave Stack、QWS）と呼ばれ
構造色は、光の干渉を発色の基礎原理として利用しつつ、
るデザインがよく知られている。この構造をモデルにしな
がら、タマムシの多層膜干渉について考えてみよう。QWS
構造では、全ての層が同じ光学距離を持ち、その距離は反
射率を高くしたい波長（λ p とする）の四分の 1 になるよ
うに積層される。光学距離は屈折率×厚さで、たとえば、
500nm の波長を反射させる QWS 構造を屈折率が 2.2 と 1.5
の材質でつくる場合には、それぞれの層の厚さは 57nm
（=500/4/2.2）と 83nm（=500/4/1.5）になるように交互
に積層する。
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7
図 1 タマムシの多層膜構造。
（a）電子顕
微鏡写真 [1] 。黒く写っている部分の屈折
率が高く（）
、明るい部分の屈折率が低
い（）ことは実験的に確かめられている
[2]。写真中の白線は 500nm。
（b）画像解析
によって得られた各層の平均的な厚さ。
（c）
反射スペクトル。黒線は（b）の構造に基づ
く計算結果。灰色の線は一番目と三番目の
低屈折率層（厚さ 141 と 138nm の層）を
厚さ 101nm にして計算した場合の計算結
果で、位相調整機能が失われ、黒線の強い
反射ピークは凹みに変わってしまう。屈折
率の値は文献 [2] に報告された値を用いて
いる。波長 550nm において複素屈折率の
実部はそれぞれ 1.56 と 1.68 である。
図 2a は QWS 構造を基本にして、タマムシの構造色を模
片道が四分の一波長なので、往復だと半波長、すなわち位
すために試作した二種類の基板である。片方は鮮やかな緑
相に換算するとπずれる（波長が λ p の光を考えた）
。反射
色だが、もう一つはほとんど黒にしか写っていない。実は
と伝搬の二つの位相のずれを足し合わせると、合計で 2 π
これらの基板は、
ほとんど同じ多層膜構造を持っている（図
になるから、反射波の位相は 0 である。もう一つ内側の界
2b）
。黒の基板は、
低屈折率層（層）と高屈折率層（
面からの反射を考えると、今度は
層）
層から
層に入射す
を交互に 15 層重ねた QWS 構造で、それぞれの層の厚さ
る場合の反射なので位相のずれは 0 となり、伝搬の位相差
は光学距離がおよそ 136nm になるように調節してある。
は
この数字を 4 倍して得られる波長（およそ λ p =550nm）で
なので、反射波の位相 0 である。このようにして、一つ一
反射率が高くなるはずだった。しかし、ほとんど黒く写っ
つ確かめていくと、一番外側の表面で反射された光だけが
てしまったように、実際には反射率は低く、スペクトルに
位相πを持ち、内部から反射されてきた光は全て位相 0 を
は λ p で凹みができてしまっている（図 2c）
。一方、右側の
持っている（図 2b）
。すなわち、最も外側の表面で反射さ
基板は一番上の
れた光と内部の界面で反射された光では、打ち消し合う干
層が、内側に比べて二倍の厚さである
点が左側の基板との唯一の違いである。こちら基板はタマ
層と
層の往復なので 2 πである。合計すると 2 π
渉が起きてしまっている。
ムシに似た鮮やかな緑色を持ち、反射スペクトルには明確
な反射ピークが表れている。このように一番上の層の厚さ
この打ち消し合いを深刻にしているのは、一番外側の表面
は、層構造全体の光学特性に支配的な影響を持っているの
が最も大きな振幅反射率を持っていることである。実はタ
だ。
マムシの多層膜構造を形成する二種類の材質は、あまり大
きな屈折率差を持っていない。実験によって決定された屈
QWS 型の周期構造を持つ左側の基板は、なぜ光をうまく
折率（の実数部）は、波長 550nm において 1.56 と 1.68
反射しないのだろうか？ちょっと面倒なのだが、反射され
であり、その差は 0.12 でしかない [2]。図 2 の基板ではタ
る光の位相を一つ一つ調べてみよう。光は垂直に入射する
マムシに似せるため、比較的近い値を持つ材料（ =1.62
と考えて、鞘翅の一番外側の表面に達したときの波の位相
と
を 0 として基準にとる。表面で反射される光を考えると、
いて表面での振幅反射率（空気と
屈折率 1 を持つ空気から、それよりも高い屈折率を持つ
ると、その値は膜構造内部の反射率（層と
層に光は入射するので、屈折率の大小関係から反射光の位
よりもおよそ 6 倍も大きい。したがって、波長 λ p での光
相は逆転する。すなわち、入射光に対して反射光の位相は
の干渉は、大きな振幅を持つ表面から反射された波に、逆
πである。次に、一つ内側の界面で反射される光を考える。
位相の小さな波が複数足し算されているような具合になっ
その界面は
ている。この打ち消し合いが反射スペクトルに凹みが表れ
層と
層の間の境界なので、反射による位
相のずれはやはりπである。それに加えて
層を往復距
離だけ伝搬することによる位相のずれがある。その距離は、
8
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102
=1.76）を選んで作製してある。フレネルの公式を用
る理由である。
層の界面）を計算す
層の界面）
図 2 タマムシに似せた多層膜構造を持つ基板の（a）写真、
（b）構造、
（c）反射スペクトル（理論）
。低屈折率層には Al2O3（ =1.62、厚さ
84nm）
、高屈折率層に Y2O3（
＝ 1.76、厚さ 79nm) を用いた。右側の
基板では、一番上の低屈折率層が内部の倍の厚さ（168nm）を持ってい
る。基板には光学密度の高い ND フィルターを用いた。
それではこの打ち消し合いを解消するにはどうしたらよい
nm 厚い。この厚みが位相を調節する働きを持つのではな
のか。一つの簡単な方法は、図 2b 右のように、一番外側
いかと考え、次のような解析を行った。一番目と三番目の
の層だけを二倍に厚くすることである。厚くなることで、
厚さ（
内部から反射される光に、伝搬の位相πが新たに加わるの
の層が持つ追加分の厚みを Δ = + -2 計算する。そして、
で、表面で反射した光と位相を一致させることができる。
その厚みが引き起こす位相のずれをピーク波長（570nm）
その結果、図 2 右の基板は波長 λ p でスペクトルピークを
で計算すると、4π Δ ⁄λ p =0.87π の位相変化となり、期待
持ち、鮮やかな色を呈するのだ。打ち消し合いの問題を解
通りに打ち消し合いをほぼ解決していることが分かった。
決するもう一つの方法は、一番外側の層を
三番目よりも深い層から反射された光に関しては、少し厚
層にするこ
とであるが、この方法はタマムシとは状況が違ってしまう。
と
とする）から平均値
を差し引いて、二つ
くなった一番目と三番目の層が位相を調整するので、表面
で反射された光と位相がほぼ一致するのである。もし、
さて、問題はタマムシである。図 1b の多層膜構造と実験
と
の厚さが
と同じであったなら、打ち消し合いによっ
から決定された屈折率の値 [2] を用いて反射スペクトルを
てスペクトルには凹みが出てしまう（図 1c の灰色）
。こ
計算すると、図 1c の黒線のスペクトルが得られる。明瞭
れは位相の調整がなくなり、黒い基板と似たような状況に
な反射ピークがあり、実験から得られたスペクトルもおよ
なってしまうからだ。
そ似た形状を持つ [1]。実際タマムシは鮮やかな緑色に見
えるだから、この一致は当然のことだろう。しかし、電子
膜の微妙な厚さの違いに注目する上の解析は、電子顕微鏡
顕微鏡写真では一番外側の層が二倍の厚さを持っているよ
写真の質に影響されるだろう。上の議論の再現性を確かめ
うには見えない。上述の打ち消し合いの問題は起きていな
るため、鞘翅の異なる場所から準備した切片や、異なる個
いのだろうか。このような疑問を抱きながら、もう一度タ
体から準備した試料においても同じ解析を行った。その結
マムシの多層膜構造を観察すると一番目と三番目の
果、確かに表層付近の三層が内部よりも厚く、位相を調節
が、深い部分にある
層
層に比べて厚いことに気が付いた。
する働きを持っていることが分かった [3]。この位相調節
五番目より深い層から平均の厚さを計算すると =101nm
効果は、斜入射の反射スペクトルにおける特徴的な形状か
という値になる。確かに一番目と三番目の層の方が、数十
らも確かめることができる。図 3 は s 偏光と p 偏光で測
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図 3 反射スペクトルの角度依存性 [1]。
（a）は s 偏光、
（b）は p 偏光の測定結果。θ-2θ スキャンと呼ばれる配
置での測定結果で、入射角度 θ の値を右側に記してい
る。
定した反射スペクトルの角度依存性である。s 偏光で角度
顕微鏡で観察すると、表面には無数の穴があって、およそ
が大きくなるにつれて、反射ピークが徐々に短波長シフト
反射鏡と呼べるような状況ではない。さらに鞘翅全体は湾
するのは、玉虫色と呼ばれる多層膜干渉の一般的な特
曲してしるので、マクロなサイズみると、鏡と言うよりは
徴である。p 偏光では反射率がどんどん小さくなっていく
拡散反射板に近くなる。生物が長い進化の過程で得た構造
が、これは、入射角度がブリュースター角度に近づくため
色は、何かの目的に最適化されているはずだ。それは、波
に、表面での反射率がどんどん下がるからだ。そして注目
長選択反射を利用した種内のコミュニケーションなのか、
してほしいのは、p 偏光でさらに角度が大きくなったとき
あるいは木の葉の緑色に似せて隠ぺいする役割なのか、そ
（入射角度 75 度）
、スペクトルに凹みが現れることである。
れともその両方か。生物が構造色に利用する微細構造は、
この特徴は、位相調整効果の裏返しとして説明ができる。
その目的を達するのに必要な部分はコストをかけてでも
入射角度がブリュースター角度よりも大きくなると、フレ
きっちりと作る。一方で、きっちりとしていなくても良い
ネルの振幅反射係数の符号は逆転する。θが小さいときに
部分は適当に作ってしまう。巧妙だけれどもいい加減でも
は、表面と内部から反射した光は強めあう干渉を起こして
あるのだ。このような視点で眺めると、構造色はまだまだ
ピークを作っていたのに、角度が大きくなると表面から反
分からないことばかりである。
射された光の位相だけが逆転してしまうために、打ち消し
合いになってしまったのだ。
References：
タマムシの多層膜構造を形成する材質は、あまり大きな屈
[1] Phase-adjusting layers in the multilayer reflector of
折率差を持っていない。このことは、反射の波長幅を狭く
a jewel beetle , S. Yoshioka, S. Kinoshita, H. Iida, and T.
して色を鮮やかにする目的に適している。一方、屈折率差
Hariyama, J. Phys. Soc. Jpn. 81, 054801(2012).
が小さいことは、多層膜内の界面の反射係数を小さくして
[2] Direct determination of the refractive index of natural
しまうために、相対的に表面反射の寄与が大きくなる。こ
multilayer systems, S. Yoshioka and S. Kinoshita, Phys.
れが、表面反射光と位相を合わせる必要性が生じた理由で
Rev. E 83, 051917 (2011).
ある。その調節を、タマムシは表層付近の層を少しだけ厚
[3] Elucidation and reproduction of the iridescence of
くすることで実現している。タマムシは薄膜光学をとても
a jewel beetle, S. Yoshioka, S. Kinoshita, H. Iida, and T.
よく知っているかのようだ。
Hariyama, Proc. SPIE 8480, 848005(10pages) (2012).
一方、タマムシの多層膜構造は欠陥だらけでもある。図 1
に示すように界面は完全に平滑ではないし、一つの層が二
つに分離するような欠陥も散見される。そもそも、鞘翅を
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（５）国内研究動向紹介
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所属班：公募班
所属機関：九州大学大学院工学研究院機械工学部門
氏名：津守不二夫
科学研究費「生物規範工学」公開講演会に参加して
８月４日（木），北海道大学創成科学研究
棟５階大会議室において科学研究費「生物規
範工学」公開講演会が開催された．この講演
会のプログラムは５件の科学研究費「生物規
範工学」公募班の研究者の講演，および，海
外からの１件の招待講演であった．参加者も
５６名と盛況であった．また，講演だけでな
くその後の議論も活発なものであり，講演者
への重要な指摘も多数あり，非常に有益な講
演会となった．
公募班からの講演は下記の通りである；
図１：公開講演会案内．
① 北海道大学の山本拓矢先生による「環状両親媒性高分子によるベシクル構築と
ゲスト包摂による物性変化」，②東京農工
大学の前田義昌先生による「珪藻が生産す
る多孔質バイオシリカに基づくバイオミメ
ティクス」，③名古屋大学の安井隆雄先生
による「ナノワイヤ構造体によるセミの翅
の物理的防御機構の模倣」，④九州工業大
学の玉川雅章先生による「サイトカイン濃
度勾配による好中球の液中内運動機構とそ
106
図２：講演会場風景．
の応用」，そして，⑤九州大学の津守不二
夫の「磁性粒子分散柔軟材料を用いた人工
繊毛の開発」である。
アカデミックな世界にとってディスカッ
ションは常に重要なものである．特に講演
者にとっては，ストレートな指摘ほど身に
なるものであり，これが生物規範工学領域
図３：Dr. Leschen と日本語によ
る解説を加える野村先生．
内部での「当たり前」の姿なのであるが，
外部から聴講した一般の参加者は驚いたのではないであろうか．
招待講演はニュージーランド Dr. Richard Leschen (Landcare Research,
New Zealand Arthropod Collection) による
Coleoptera Cuticles: from
Calcium deposition to Attachment Structures であった．この講演では多数
の美しい昆虫写真に魅了されるとともに，同時に座長を務める国立科学博物館の
野村周平先生から，昆虫の日本語名等も含めた解説も交えてもらえた．他分野か
ら集まった研究者や一般の参加者にとってはこのあたりの専門英語はなじみが
薄いこともあり大変理解の助けになった．
筆者は聴講によりさまざまな分野の研究に刺激を受けるとともに，講演会後に
も参加した研究者から多くの助言・コメントをいただくことができた．今後の研
究活動にも大いに役立つ実り多い講演会であった．
107
所属班 :公募班
所属機関 :名古屋大学
氏名 :安井隆雄
大学院工学研究科
化学・生物工学専攻
科学研究費「生物規範工学」公開講演会
(1 日目 8/4)に参加して
2016 年 8 月 4 日 (木 ) 5 日 (金 )に北海道大学 (札幌市 )にて、公開講演会およひ
全体会議か
開催された。本稿て
は、公開講演会 1 日目 (8/4 開催 )について報
告を行う。
・「環状両親媒性高分子によるベシクル構築とゲスト包摂による物性変化」北海
道大学山本拓矢先生
環状高分子によるベシクル構築とその物性評価についての発表があった。直鎖高
分子ベシクルはゲスト分子を包接すると熱安定性が大きく低下するのに対し、環
状高分子ベシクルはゲスト分子を包接すると温度安定性の減少率が小さいとい
う利点が報告された。また、環状高分子により LB 膜の作製についての報告もあ
った。
・「珪藻が生産する多孔質バイオシリカに基づくバイオミメティクス」東京農工
大学前田義昌先生
珪藻についてのご説明から始まり、天然のバイオシリカを基礎として表面に機能
性分子を付与する内容のご発表があった。それは、表面にある珪殻タンパク質の
遺伝子組み換えにより TiO 2 結合ペプチドを結合させ、Ti 含有培地で培養して Ti
の固定化を行い、最終的に加熱処理によって TiO 2 結晶を担持したバイオシリカ
の構築について報告された。
・「ナノワイヤ構造体によるセミの翅の物理的防御機構の模倣」名古屋大学安井
隆雄
108
セミの翅の物理的防御機構の説明より始め、これまでに開発したナノワイヤ構造
体に基づいたセミの翅の構造の模倣を行ったことについて報告した。
・「サイトカイン濃度勾配による好中球の液中内運動機構とその応用」九州工業
大学玉川雅章先生
好中球の血流中から幹部への移動する機能 (走化性 )についてのご説明があった。
一般的には、濃度勾配のある液体中では、微粒子に濃度マランゴニ効果による界
面張力が生じることが知られている。しかしながら、血液中を運動する好中球の
駆動機構が同一のものであるかどうかは解明されていない。本発表では、膜面で
の濃度勾配の時間変化と膜面上での濃度分布について画像解析による結果につ
いてのご報告があった。
・
「磁性粒子分散柔軟材料を用いた人工繊毛の開発」九州大学津守不二夫先生
微小流路で液体を押すために人工繊毛を、柔らかい材料＋磁性粒子で作製する内
容のご報告があった。繊毛が流れを起こすメカニズムとしては、非対称 (有効打
+回復打 )の動きが引き起こしており、磁石の回転で人工繊毛の動きを模倣でき
たことを報告した。また、位相をずらしたメタクロナル波を生み出すため、人工
繊毛作製時に外部磁場を印加して、方向を変えた人工繊毛を作製し、位相がずれ
た動きが再現可能であることを報告した。また、繊毛の動きは 3 次元的な動き
であり、ドメインを増やした人工繊毛も開発中であることが報告された。
・
「 Coleoptera Cuticles: from Calcium deposition to Attachment Structures」
Landcare Research, New Zealand Arthropod Collection D r . R i c h a r d
Leschen
甲虫が自身の体表への微粒子の付着を、受動的あるいは能動的に妨げていること
のご説明があった。多くの種は、フィルム状やセメント状の分泌液・油性分泌物
を甲虫の分泌腺から生み出していることがわかっているが、その分泌・付着の正
確なメカニズムが甲虫に対して特徴付けされていない現状のご発表があった。本
発表では、外殻に着目した調査結果が報告された。
109
所属班 : B01-4 班
所属機関: 神戸大学理学研究科生物学専攻
氏名: 北條賢
生物規範工学全体会議に参加して
2016 年 8 月 4 日 (木 )̶ 5 日 (金 )にかけて、北海道大学創成科学研究棟 5 階の大
会議室にて科学研究費「生物規範工学」全体会議が開催された。4 日午前の公開
講演会に引き続き、4 日の午後から 5 日のお昼まで各班員の進捗状況が報告され
た。ここでは 5 日午前の講演について、その内容を紹介したい。
B01-4 班からはまず、東京大学の光野先生よりガ類フェロモンブレンドの受
容機構について、発現する受容体の比率に基づくブレンド検出を示唆する報告が
なされた。続いて筆者が、クロオオアリ体表炭化水素混合物の差分検出機構につ
いて受容体とセンサ内部構造に着目した結果を報告した。京都大学の森先生から
は昆虫 -植物間及び微生物 -植物間の相互作用を媒介する様々なメカニズムが報
告された。最後に農業・食品産業技術総合研究機構の奥田先生からネムリユスリ
カの乾燥耐性機構を追求することで常温保存可能な培養細胞の作成に至る過程
の報告があった。いずれの発表も生物学者から生物機能のメカニズムが丁寧に解
説され、生物の設計図として工学的にも発展することが期待された
B01-5 班からは千葉大学の劉先生より生物の飛行や遊泳と運動エネルギーに
ついて発表があった。九州大学の木戸秋先生からは細胞の運動と培養環境の力学
場の関係についてメカノシグナルの動的特性に着目した研究成果が、名古屋大学
の小林先生から細胞が場の特性や重力を感知するメカニズムに関する報告があ
った。東京大学の安藤先生からは昆虫の羽ばたき飛行における外骨格デザインと
運動を生み出す仕組みについて報告があった。いずれも生物の構造やそれに伴う
運動が様々な環境に応答する力学が体系的に示され、生物と工学の連続性が感じ
られる大変興味深い発表であった。
C01 班からの報告ではまず、東北大学の石田先生から C 班の活動の全体象と
110
自然・バイオミメティクス・ライフスタイルのつながりについての取り組みが紹
介された。東北大学の古川先生からはライフスタイルの評価方法やテクノロジー
がライフスタイルを変えるかについて、続いて東北大学の岸上先生、須藤先生か
らはオントロジー工学を用いてライフスタイルの問題点を抽出し、解決策を見出
す過程が、北上市の口内地区をモデルに報告された。新潟大学の山内先生からは
生物情報のデータベースからものづくりの問題点・解決策を効果的に導き出す技
術についての報告があった。いずれの発表も、私たちの生活とバイオミメティク
スの関係性について現状と課題が具体的に詳しく報告された。
最終年度の全体会議ということもあり、どの発表者からも豊富な実験データと
充実した議論が報告されていた。また、各発表の節々に模倣すべき生物の多様な
能力が具体的に紹介され、本領域の魅力を十分に実感できる会議であった。
111
2016.9.8. 16-2 バイオミメティクス研究会
「バイオミメティクスにおける生物機能解析と工学的応用」
開催報告（ JASIS2016）
日時 : 2016 年 9 月 8 日
場所: 幕張メッセ国際会議場
公募班：海洋研究開発機構
椿玲未
2016 年 9 月 7 日 -9 日に開催された JASIS(Japan Analytical and Scientific
Instruments Show)カンファレンス「バイオミメティクスにおける生物機能解
析と工学的応用」において、下村領域代表ほか、領域メンバー７名を含む 9 名
が講演を行った。
開会（下村領域代表）
講演に先立ち、下村領域代表から、日本最大の科学機器
の展示会である JASIS においてバイオミメティクスの
セッションを設けた意義と、簡単な趣旨の説明がなされ
た。
「バイオミメティクスと分析評価技術」（島津製作所
竹内誠治氏・安居嘉秀氏）
島津製作所のイメージング質量顕微鏡やマイクロフォ
ーカス X 線 CT などの最新の計測機器について説明があ
った。領域メンバーと連携して、従来は観察や定量化が
困難であった生物の構造や化学物質の分布等を示した
多くの研究事例についてご紹介があった。
「ナノスーツ法が拓く走査電子顕微鏡の新展開」（浜松医科大学
まず生物観察と顕微鏡開発の歴史を概観した後、生物を
生きたまま電子顕微鏡で観察できる画期的なナノスー
ツ法についてご紹介いただいた。ナノスーツ法開発初期
は昆虫の観察にとどまっていたが、ヒトの培養細胞や植
物などにもその応用先は広がってきていることをご紹
介いただいた。
「構造色材料の電子顕微鏡観察」（帝人広瀬治子）
モルフォ蝶の翅の構造色から着想を得て帝人が開発し
たモルフォテックスと、構造色フィルムについての紹介
があった。これらの製品開発の中で、電子顕微鏡や分光
光度計が果たす役割についてもわかりやすくご説明頂
いた。
112
針山孝彦）
「 X 線マイクロフォーカス CT による海綿動物の水路解析」
（海洋研究開発機構椿玲未・出口茂）
X 線マイクロフォーカス CT 装置をバイオミメティクス
研究に用いた事例として、海綿動物の水路のネットワー
ク構造解析の紹介があった。 CT から得られたデータを
可視化に用いるのみにとどまらず、入力データとして活
用することの重要性が強調された。
「生体微量成分の組成分析−
ハスモンヨトウ食害によりダイズに誘導される化学成分−」
（京都大学森直樹）
生態系の複雑な機能と食糧問題の紹介を通じて、害虫管
理の重要性とその難しさをご紹介いただいた。効果的な
害虫管理手法の開発に向け、化学分析はもちろんのこと、
葉の硬さなどの物理的な指標も吟味する必要があると
指摘された。
「貝殻模倣素材の強度試験」（京都工芸繊維大学中健介）
貝殻が炭酸カルシウムと少量のタンパク質から構成さ
れる有機無機バイブリッド材料である。貝殻を模倣した
材料開発と、開発した材料の強度試験の手法と結果が報
告された。
「バイオミメティック表面材料のトライボロジー」
（工学院大学小林元康）
生物が環境中で思い通りに動き回ることができる背景
には、それぞれの環境に適した体表面の摩擦制御機構が
ある。特に水生生物では、体表面の高分子電解
ブラシが摩擦低減に大きな役割を果たしていることが
知られており、それを模倣した材料開発について紹介さ
れた。
「構造色材料の分光分析」（物質・材料研究機構不動寺浩）
構造色材料評価のためには、分光分析は必要不可欠であ
る。様々な構造色材料の開発と分光分析の手法について
紹介され、特に変形により色が変わる構造色ゴム材料に
ついては応用面での期待が高く、フロアからも多くの質
問があがった。
JASIS での開催ということもあり、バイオミメティクス
研究会メンバー以外の参加者も非常に多く、バイオミメティクスの注目度の高さ
を感じさせた。
113
2016.9.23.
第 67 回コロイド及び界面化学討論会
「コロイド・界面化学が拓くバイオミメティクス」
開催報告
日時 : 2016 年 9 月 23 日（討論会二日目）
場所: 北海道教育大学旭川校
公募班：海洋研究開発機構
椿玲未
2016 年 9 月 22-25 日に北海道教育大学旭川校で開催された第 67 回コロイド
及び界面化学討論会において「バイオミメティクスにおける生物機能解析と工学
的応用」が開催された。セッションオーガナイザーは下村領域代表と海洋機構の
出口茂氏が務め、領域メンバー 9 名を含む 10 名が講演を行った。
開会（下村領域代表）
講演に先立ち、下村領域代表から簡単な趣旨の説明がなされた。
【基調講演】「自己組織化とバイオミメティクス」
講演者産業総合技術研究所山口智彦
自己組織化研究の歴史を概観した後、熱力学的視点とメカ
ニズム的視点の双方から自己組織化を捉える重要性を強
調された。
【依頼講演】「フナムシに学ぶ液体輸送デバイス」
講演者名古屋工業大学石井大佑
フナムシは肢の表面にある微細突起構造を利用して、肢末
端から体まで自発的に水を輸送している。この微細突起構
造を模倣した液体輸送デバイスの開発と、形状の異なる突
起構造における水輸送機能比較などの説明があった。
【依頼講演】「フジツボが教える防汚表面材料」
講演者旭川医科大学室崎喬之
近年海洋生物の付着を防ぐための表面材料の開発が活発
化している。本講演では自己組織化ハニカム状微細構造表
面を用いた材料のすぐれた防汚性能が紹介され、更に防汚
効果を評価に付着生物の行動解析も取り入れることの重
要性も指摘された。
【依頼講演】「コロイド結晶薄膜による構造色材料の新展開」
講演者物材機構不動寺浩
常温常圧下で成膜する構造色材料を開発し、構造色の鞘翅
を持つことを知られるタマムシの表皮構造を模倣したタ
マムシレプリカの表面に塗装した。この模倣タマムシは実
際のタマムシと非常に類似した光学特性を示すことが確
認され、この材料の有用性が示された。
114
【依頼講演】「モスアイ構造の乱れと光学効果」
講演者東京理科大吉岡伸也
蛾の複眼やセミの翅表面などで見られる微小な突起子が配列し
た構造はモスアイと呼ばれ、光の反射防止や防汚機能などを示す
ことが知られている。この構造は生物の自己組織化によって形作
られるため完全に規則的な配列ではないが、それでも規則的な配
列と比べても遜色ないほどの十分な光反射防止を示すことが紹
介された。
【依頼講演】「海綿動物に学ぶ水輸送システム」
講演者海洋研究開発機構椿玲未
海綿動物は体内に水を輸送するためのネットワークが張り巡ら
されている。発生時のこの水路の自己組織化的形成プロセスの紹
介と、そのネットワーク特性が紹介された。
【依頼講演】「昆虫の体表面摩擦力測定」
講演者千歳科学技術大学平井悠司
摩擦低減は産業的に大きな課題であり、近年は鮫肌に代表される
ような表面微細構造に注目が集まりつつある。本講演では畳など
の細い隙間に入り込み生活している無翅昆虫のシミ類に着目し、
その表面微細構造の詳細な観察および摩擦力測定をおこなった
結果が報告された。
【一般講演】「バイオミメティック高分子『ポリドーパミン』を
基盤とする新規材料」
講演者千葉大学桑折道済
イガイ等の二枚貝類は足糸と呼ばれる接着器官を持ち、水
中での接着を可能にしている。この足糸を模倣して作られ
たポリドーパミンは昨今注目を集めており、その材料開発
の新展開と応用可能性が紹介された。
「コロイドを使うバイオミメティクス：アリマキから学ぶリキッドマーブル材料」
講演者大阪工大藤井秀司
アブラムシの一種であるアリマキは、自ら排出する蜜を固
体ワックス粒子で覆うことにより液体を団子状にして保
存することが知られている。このような固体微粒子に覆わ
れた液滴から着想を得て、応力印加により粘着性を示すリ
キッドマーブルを人工的に開発し、その構造や接着機能解
析について説明があった。
115
「 Anti-X 機能を備えたバイオミメティクス： SLUGs (Self-libricating
Organogels)」
講演者穂積篤
生物が防汚などの機能を維持し続ける背景には体表面は
自己修復機能がある。そこで生物体表の自己修復機能から
着想を得て、外部からのダメージに対して自己修復可能な
離漿現象を利用したバイオミメティクス材料 SLUGs が紹
介された。
本シンポジウムは従来のコロイドおよび界面化学討論会の枠には収まらないシ
ンポジウムであったにもかかわらず、学際的なバイオミメティクス研究への関心
は本討論会でも高く、会場には多くの聴衆が詰めかけた。
116
5th Nagoya Biomimetics International Symposium
日時： 20-21 Oct. 2016
場所：名古屋工業大学
公募班：海洋研究開発機構
椿玲未
NaBIS は今年で 5 回目を迎え、6 名の海外からの招待講演者を含む 16 題の口頭
発表と 17 題のポスター発表が行われた。
各分野をリードする研究者が一堂に会し、2 日間にわたって闊達な議論が交わさ
れた。
Smart interfacial materials from superwettability to binary cooperative
complementary systems
講演者： Prof. Lei Jiang (Beihang Univ.)
21 世紀に入ってから急激に発展した超撥水研究の流れを概観し、自然界にはナ
ノからマイクロに至る広いスケールでの超撥水機構
があることを様々な具体例を挙げて紹介された。さ
らに液体分離や空気中からの集水などの重要な課題
に対して超撥水材料が有望であることを説明し、講
演者等が開発した Binary Cooperative
Comprlementary Nanomaterials について紹介さ
れた。
Biomass wastes-derived carbon nanostructures and their metal oxide
composites for waste water treatment applications
講演者： Prof. Raju Gupta
生物由来の廃棄物に含まれるカーボンナノ材料が十
分に活用されていない現状を説明し、その分離抽出
技術が紹介された。そして抽出されたカーボンナノ
材料の活用事例として酸化チタンの光触媒作用を利
用した浄水技術が紹介された。
Biomimetic structural colors inspired by bird feathers
講演者： Dr. Michinari Kohri
鳥類の鮮やかな構造色はメラニンが形成する粒子構
造に起因する。そこで講演者等は鳥類のメラニンに
よる構造色から着想を得て、ポリスチレン粒子をポ
リドーパミンで被覆した粒子を作成し、ポリドーパ
ミン被膜の厚さを制御することによってさまざまな
色の発現に成功したという成果を報告した。
117
Nature inspired nanosurface and beyond
講演者： Dr. Hyuneui Lim
超撥水やセルフクリーニング、自己修復な様々な機
能性を実現している生物の体表面についてレビュー
し、それらを模倣した人工の機能性表面の作成手法
や性能評価の結果が紹介された。
Anti-sticking properties of self-lubricating organogels (SLUGs) inspired
by slug's skin
講演者： Dr. Chihiro Urata
ナメクジなどの生物は、体表から絶えず分泌されて
いる粘液によって防汚機能を実現している。講演者
等はこの粘液による防汚機能に着想を得て、離漿に
よって液成分が染み出すオルガノゲルを開発し、そ
の性能評価を行った結果高い防汚機能が確認された
ことが報告された。
Sliding friction on shape-tunable wrinkles
講演者： Dr. Takuya Ohzono
生物表面における摩擦制御には体表の変形によるし
わの形成が関わっているケースが少なくはない。そ
こで講演者等は異なる間隔のしわを形成する材料を
作成、トライボロジーに与える影響を検証し、トラ
イボロジー制御可能な表面開発への応用可能性を展
望した。
X-ray CT observation of living things
講演者： Mr. Takashi Kushibiki
はじめに X 線 CT システムの概要を説明した後、本
領域メンバーが提供した生物サンプルを実際に X 線
CT で撮影し三次元再構築した像を紹介され、生物
の構造解析における非破壊観察の重要性が強調され
た。
Water and its affinity to hydrophobic surfaces
講演者： Thomas J. McCarthy
接触角の測定におけるヒステリシスの重要性を指摘
するなど、著者らのこれまでの超撥水性に関わる広
範な研究が紹介された。
118
AFM friction measurements of insect scale surface
講演者： Dr. Yuji Hirai
狭い隙間を素早く移動するというシミの特性の着目
し、著者らは低摩擦を実現するような体表構造があ
るのではないかと考えた。電子顕微鏡や原子間力顕
微鏡などを用いて微細構造や摩擦力を測定した結果、
体の部位によって異なる結果が得られたことが報告
された。
Mechanically tunable adhesion/friction of PDMS wrinkles
講演者： Prof. Krishnacharya
力を加える方向や強さを変化させることで、 PDMS
上に形成されるしわの間隔だけでなくパターンも制
御できることが示された。そしてそのしわパターン
の違いが摩擦力に与える影響についても紹介され、
しわ制御によって摩擦力制御可能な材料への応用に
ついて議論された。
Particle stabilized soft dispersed systems as a platform towards adhesive
materials
講演者： Prof. Syuji Fujii
アリマキという昆虫は、排出した蜜をワックス粒子
で被覆することにより、団子のような状態で虫こぶ
内に貯蔵する。この機能を模倣し、保管時は非粘着
状態だが、練るなどの圧力を加えると粘着力を発揮
する「リキッドマーブル」を開発した。
Effect of fibrous skeleton at clingfish suction pad
講演者： Prof. Takayuki Kurakawa
ウバウオは岩礁域の岩などに引っ付いて暮らす体長
数センチ程度の底生魚である。ウバウオの腹鰭は付
着生活に適応したと考えられるブラシ状の特殊な形
態を持つが、その機能についてはこれまで知見がな
かった。そこで講演者らはウバウオの腹鰭を模した
構造を作成し、その機能を解析した。
119
Thermal manegement using diatom shells
講演者： Prof. Hirotaka Maeda
昨今バイオ燃料として珪藻類が注目を集めており研
究が進んでいるが、その廃棄物であるバイオシリカ
の有効利用についての研究は乏しい。講演者らは珪
藻殻の多孔構造に注目し、熱管理システムに応用で
きる可能性を示した。
CATECHOL batteries: Improvement of battery performances by catechol
and its deriveative adhesion molecules
講演者： Dr. Haeshin Lee
イガイの足糸に含まれるカテコール化合物に関する
研究が近年盛んに行われている。講演者らは特殊な
酸化条件下はカテコールは即時的な接着を可能にす
ることを解明し、それを利用して作られた自己接着
する注射針などが紹介された。
120
15
（６）新聞・報道
121
【新聞・報道】
総括班
(1) 日経産業新聞（ 2016 年 6 月 27 日）
朝刊１面
進化の扉バイオミメティクス上において、生命力こそ
突破力、技術革新模倣からという見出しで、清水建設、シャープ、帝人
など、国内企業のバイオミメティクスへの取り組みが紹介されました。
(2) 日経産業新聞（ 2016 年 6 月 28 日）
朝刊 3 面２７日に引き続き、進化の扉バイオミメティクス下にお
いて、生物学 x 工学で技術という見出しで、群れのバイオミメティクス、
日産、の紹介があり、バイオミメティクス・データベースの重要性について
NBCI バイオミメティクス分科会主査を務める日立製作所の宮内昭浩氏（総
括班産学連携 G）からのコメントと、北陸先端大学溝口理一郎教授（ A01
班）からの国際標準化提案についての紹介が掲載されました。
(3) 化学経済（ 2016 年 8 月 1 日）
特集「バイオミメティクスの新たな展開」において、下村領域代表、平坂雅
男高分子学会事務局長（総括班評価 G）、宮内昭浩 NBCI バイオミメティク
ス分科会主査（産学連携 G）の記事をはじめとし、産業界におけるバイオミ
メティクスの取り組みが紹介されました。
・バイオミメティクスの現状と将来展望
下村政嗣
・ NBCI バイオミメティクス分科会の活動とバイオミメティクスの実用化
に向けての課題
宮田明，宮内昭浩
・バイオミメティクスの国際標準化の動き
平坂雅男
・バイオミメティクス技術を活用したコンクリートの美観向上技術 −「ア
ート型枠」の開発（清水建設）
辻埜真人
・蛾の眼（モスアイ）の構造を応用した低反射フィルム − 連続製造プロセ
スの開発−（三菱レイヨン）
編集部
・超多層フィルム「 MLF」積み重ねた技術の結晶（帝人デュポンフィル
ム）
編集部
(4) NHK 総合テレビ（ 2016 年 10 月 16 日）
日曜討論「ノーベル賞 3 年連続受賞どう育てるニッポンの科学技術」にお
いて、総括班評価グループの亀井信一先生（三菱総合研究所）が出演されま
した。番組の内容は、「日本人が 3 年連続でノーベル賞を受賞。ニッポンの
科学技術の水準をどうみるか？世界に認められる研究をどう生み出すか？
ノーベル賞受賞者や各界の有識者が徹底討論します。」で、出演者は、江崎
玲於奈、上山隆大、亀井信一、佐藤大吾、寺門和夫、柳沢幸雄でした。
http://www4.nhk.or.jp/touron/x/2016-10-16/21/3408/1543299/
A01 班
(1) 日経産業新聞（ 2016 年 6 月 28 日）
朝刊 3 面２７日に引き続き、進化の扉バイオミメティクス下にお
いて、生物学 x 工学で技術という見出しで、群れのバイオミメティクス、
日産、の紹介があり、バイオミメティクス・データベースの重要性について
122
NBCI バイオミメティクス分科会主査を務める日立製作所の宮内昭浩氏（総
括班産学連携 G）からのコメントと、北陸先端大学溝口理一郎教授（ A01
班）からの国際標準化提案についての紹介が掲載されました。
(2) 化学経済（ 2016 年 9 月 1 日）
「発想支援型検索と異分野連携がもたらす可能性」について
長谷山美紀先生（ A01 班）の研究成果が紹介されました。
B01-2 班
(1) 中日新聞（ 2016 年 7 月 29 日）
「人間が利用生物模倣技術」生物の仕組みをものづくりに応用する「バイ
オミメティクス（生物模倣技術）」について針山孝彦先生（ B01-2 班）の研
究成果が紹介されました。
(2) 化学経済（ 2016 年 8 月 1 日）
特集「バイオミメティクスの新たな展開」において、下村領域代表、平坂雅
男高分子学会事務局長（総括班評価 G）、宮内昭浩 NBCI バイオミメティク
ス分科会主査（産学連携 G）の記事をはじめとし、産業界におけるバイオミ
メティクスの取り組みが紹介されました。
・バイオミメティクスの現状と将来展望
下村政嗣
・ NBCI バイオミメティクス分科会の活動とバイオミメティクスの実用化
に向けての課題
宮田明，宮内昭浩
・バイオミメティクスの国際標準化の動き
平坂雅男
・バイオミメティクス技術を活用したコンクリートの美観向上技術 −「ア
ート型枠」の開発（清水建設）
辻埜真人
・蛾の眼（モスアイ）の構造を応用した低反射フィルム − 連続製造プロセ
スの開発−（三菱レイヨン）
編集部
・超多層フィルム「 MLF」積み重ねた技術の結晶（帝人デュポンフィル
ム）
編集部
B01-3 班
(1) 中日新聞（ 2016 年 10 月 11 日）
「簡単に自己修復ができ透明で曇らない環境を作り出す自己修復型透明防
曇膜を開発」した件について、穂積篤先生（ B01-3 班）の研究成果が掲載
されました。
(2) 日経産業新聞（ 2016 年 10 月 13 日）
「ガラス表面の曇りを防ぐ産総研、ゲル状皮膜で覆う」件について、穂積
篤先生（ B01-3 班）の研究成果が掲載されました。
(3) 日本経済新聞（ 2016 年 10 月 25 日）
「曇り防止、水滴・傷に強く、産総研が技術、ガラスにゲル皮膜」の件につ
いて、穂積篤先生（ B01-3 班）の研究成果が掲載されました。
123
(4) CBC ラジオ（ 2016 年 11 月 2 日）
曇りを防ぐゲル皮膜開発の件について、穂積篤先生（ B01-3 班）が CBC ラ
ジオに電話出演されました。
公募班
(1) El Hormiguero（スペイン）（ 2016 年 7 月 6 日）
藤井秀司先生（公募班）
光駆動型微小物体運搬技術について、スペインのテレビ番組でデモを行いま
した。
(2) 読売テレビ（ 2016 年 8 月 27 日）
「そこまで言って委員会 NP」
最近のクマ出没被害のニュースを入り口に、生物多様性の議論について、香
坂玲先生（公募班）が出演されました。
124
(1)
（７）アウトリーチ活動
125
【アウトリーチ活動報告】
(1) 2016 年 9 月 3 日 (土 )∼ 4 日 (日 )にあしびの郷ちな（鹿児島県大島郡知名町
瀬利覚）にて「第 7 回沖永良部シンポジウム『孫が大人になった時にも光り
輝く美しい島つくり』」が開催されました。
http://suianjuku.com/symposium2016/
(2) 2016 年 9 月 8 日 (木 )に幕張メッセ国際会議場 106 会議室にて「 16-2 バ
イオミメティクス研究会バイオミメティクスにおける生物機能解析と工
学的応用」が開催されました。
趣旨：バイオミメティクスは生物を規範とする工学であり、新たな技術開発
のプラットフォームとして着目されています。ナノテクノロジーの進歩とと
もに、その基盤となる生物の形態観察や機能の解析は新たな局面を迎えてい
ます。さらに、その機器分析による生物の形態観察や機能解析が工学的応用
に新たな展開をみせています。本研究会では、 JASIS (Japan Analytical &
Scientific Instruments Show) 2016 に併設される JASIS コンファレンス
として、バイオミメティクスについて機能解析の観点から深掘りするととも
に、最近のバイオミメティクスの研究成果を報告いたします。
(3) 2016 年 9 月 14 日 (水 )∼ 16 日 (金 )に神奈川大学横浜キャンパスにて「第 65
回高分子討論会」が開催され、S14.生物模倣による新規機能性材料・次世代
型プロセスの創成セッションが企画されました。
http://main.spsj.or.jp/tohron/65tohron/theme.html#tokutei
(4) 2016 年 9 月 22 日 (木 )∼ 24 日 (土 )に北海道教育大学旭川校にて「第 67 回
コロイドおよび界面化学討論会」が開催され、 23 日（金）にシンポジウム
1 コロイド・界面化学が拓くバイオミメティクスのセッションが企画され
ました。
http://colloid.csj.jp/div_meeting/67th/program_j.html#S79
(5) 2016 年 10 月 10 日 (月 )∼ 13 日 (木 )に札幌コンベンションセンターにて
「 AsiaNANO 2016 : Asian Conference on Nanoscience and
Nanotechnology」が開催されました。
本領域の協賛事業で、国武豊喜先生（総括班）が基調講演をされました。
http://asianano2016.org
(6) 2016 年 10 月 17 日 (月 )に産業技術総合研究所臨海副都心センター別館
11 階会議室にて「 16-3 バイオミメティクス研究会国際標準化から見たバ
イオミメティクスの国際動向」が開催されました。
趣旨：2011 年にドイツから提案されたバイオミメティクスの国際標準化は、
ドイツ提案の３つの国際標準が発効し、本年 9 月 28∼ 29 日にベルリンで開
催される国際委員会において日本から提案した Knowledge infrastructure
of biomimetics が討論されます。今回の研究会は、標準化国際委員会の報告
と、標準化発効後の動向について考えてみます。また、７月にフランスで開
催されたバイオミメティクスの展示会の報告もいたします。
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(7) 2016 年 10 月 1 日 (土 )∼ 2017 年 3 月 4 日 (土 )に北海道大学総合博物館 /1
階「知の交流」にて「バイオミメティクス・市民セミナー 2016 年度後期」
が開催されます。
バイオミメティクス (Biomimetics)は、生物模倣技術と訳します。
「カの口を模倣した痛くない注射針」「サメの皮膚を模倣した水抵抗の少
ない水着」「ヤモリの指先を模倣した粘着テープ」、さまざまな分野での新
技術の応用と商品開発がなされています。
生物は、5 億年の自然選択によって、人が頭で考えるデザインよりも優れた
デザインを獲得しています。
博物館には多くの生物標本が収蔵されていますが、標本を工学者の設計デザ
インの視点から見直すとどうなるでしょう。
生物学者では解けなかった自然の造形美の意味が解き明かされるかもしれ
ません。そして生物のデザインからアイディアを得て新しい技術が生まれる
かもしれません。
動植物の持つ能力や形・機能などの特性を把握し、そこからヒントを得て人
工的に設計・合成・製造するのが「生物規範工学」です。
生物学と工学と博物館を結ぶ、バイオミメティクス市民セミナーでは、生物
学者と工学者が、新しい視点で生物の見方を紹介します。
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（８）各種案内
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「生物多様性を規範とする革新的材料技術」ニュースレター Vol. ５ No. 2
発行日 201６年１１月４日
発行責任者下村政嗣（千歳科学技術大学）
編集責任者穂積篤（国立研究開発法人産業技術総合研究所）
制作
「生物規範工学」領域事務局
北海道大学電子科学研究所内
〒 001-0021 札幌市北区北２１条西１０丁目
電話 011-706-9360 FAX 011-706-9361
URL http://biomimetics.es.hokudai.ac.jp/index.html
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