マルチコア構造をせん断誘起するゲル繊維合成法の開発

摘要

自然界、生体内には多様なフィラメントが存在する。生物や植物などが保有する構造を模倣するバイオミメティクスは、時として高機能性材料を開発するヒントとなるのみでなく、多様な進化の履歴を有する生物が淘汰されずに現在に至った理由の片鱗を垣間見せる。サイエンスの視点で語れば、多くの場合にその構造の合理性は界面化学や構造力学で興味を引くものである。本稿のトピックとした細い繊維構造について例を挙げれば、指先に密集した「毛」のファンデルワールス力を巧みに操って垂直な壁や天井を忍者のごとく闊歩するャモリや、静電反発のある固体表面へ自らの接着を可能とする単細胞生物のナノファイバーの発現などが挙げられる。細菌細胞の表層にはリン酸基やカルボキシ基が多くの場合存在し、細菌が生息する通常の水環境では細胞自体が負に帯電している。負電荷を有する表面との間にはエネルギー障壁があり鞭毛運動やブラウン運動だけでは細菌細胞は表面まで到達できない。しかし、細菌周囲のイオン強度によってはエネルギー障壁の外側数ナノメートルの位置にエネルギー極小となる領域が現れ、細菌表面の接着性ナノファイバーは表面に到達し、接着を果たした細菌細胞はやがて増殖し固体表面にバイオフィルムを形成していく。