名古屋工業大学 名古屋工業大学名古屋工業大学 名古屋工業大学 大学院工学研究科大学院工学研究科大学院工学研究科大学院工学研究科 物質工学専攻物質工学専攻物質工学専攻物質工学専攻 准教授 准教授 准教授 准教授 石井石井 大佑石井石井 大佑大佑大佑 浜松医科大学 浜松医科大学 浜松医科大学 浜松医科大学 医学部医学部医学部医学部 人間総合学科人間総合学科人間総合学科人間総合学科 教授 教授 教授 教授 針山針山針山針山 孝彦孝彦孝彦孝彦
自己支持性有機薄膜
細胞外物質を模倣して形成した “ナノスーツ”の表面保護効果生物の構造や機能、生産プロセスなどから着想を得て、 新しい技術の開発やものづくりに活かそうとする概念 蓮の葉 蓮の葉の凹凸構造 ロータス効果 Planta (1997) 202 応用例 ヨーグルトの蓋 傘 タブレットのフィルム バイオミメティクス バイオミメティクスバイオミメティクス バイオミメティクス
生物の表面構造の応用はあらゆる科学技術に応用できる！ 蛾の複眼 ヤモリの⾜の裏 蓮の葉 透過性 濡れ性 光学特性 ⼒学特性 Adv. Mater. 2012, 24, 1078–1083 Proc. R. Soc. B 2006 273 Planta (1997) 202 生物の表面の多機能性 生物の表面の多機能性 生物の表面の多機能性 生物の表面の多機能性
・電子線は空気を通過できない ↓ ・被写体を高真空下に配置する ↓ ・脱気や水分蒸発に伴い変化する 生命体や含水有機物は観察できない → 無機物や乾燥試料の観察に特化 FE-SEMのモデル図 高分解能電子顕微鏡観察 高分解能電子顕微鏡観察高分解能電子顕微鏡観察 高分解能電子顕微鏡観察
ECS 0 min 60 min 10-6 Paの高真空環境下で体積収縮し死滅 ウジ（ショウジョウバエの幼生） 300µm 300µm 高真空下での生物 高真空下での生物高真空下での生物 高真空下での生物
既存のソフトマテリアルの電子顕微鏡観察 既存のソフトマテリアルの電子顕微鏡観察既存のソフトマテリアルの電子顕微鏡観察 既存のソフトマテリアルの電子顕微鏡観察 イオン性液体塗布 原理：導電性かつ不揮発性の イオン性液体で試料被覆 • ⻑所：⾼真空下でも観察可能 • 短所：生物にとって毒性の試薬 であるため動的観察不可 環境・低真空SEM •原理：低真空下電⼦顕微鏡観察 •⻑所：凍結乾燥や⾦属被覆等の 試料の前処理が不要 •短所：低真空のため⾼解像度の 観察や解析が不可能 技術課題： 生物の生命と構造を高真空下で維持し、 動きや反応を高解像度観察可能にする。
生体試料の直接観察 生体試料の直接観察生体試料の直接観察 生体試料の直接観察 網羅的に多種の⽣物を 電子顕微鏡観察 ↓ ほとんどの生物は 体積収縮して死滅 ↓ 細胞外分泌物（ECS）を もつ生物の観察に成功 ショウジョウバエ幼虫 実体顕微鏡下の動き FE-SEM内で、何も処理しなくても動いている
電子線重合により形成されたナノスーツ 電子線重合により形成されたナノスーツ 電子線重合により形成されたナノスーツ 電子線重合により形成されたナノスーツ ・ECSをもつ生物に電子線照射するとナノ薄膜が形成 ・電子線照射しないとナノ薄膜は形成せず体積収縮 200nm 200nm 100µm 100µm 300µm 300µm 300µm 300µm
プラズマ重合により形成されたナノスーツ プラズマ重合により形成されたナノスーツ プラズマ重合により形成されたナノスーツ プラズマ重合により形成されたナノスーツ + PTF ・ECSをもつ生物にプラズマ照射するとナノ薄膜が形成 200nm 100µm 300µm 300µm Tween20 Hydrophilic ECS TW20 O-H (alcohol) C-H (alkyl) C=O (carbonyl) C-O (alcohol)
ナノスーツ法による微細構造観察 ナノスーツ法による微細構造観察 ナノスーツ法による微細構造観察 ナノスーツ法による微細構造観察 Tween20の電子線重合により形成されたナノスーツ で保護された⽣物は⾼解像度電⼦顕微鏡観察可能！ 0.5 mm ボウフラ （チカイエカの幼生） FE-SEM 高真空（10-5-10-7 Pa）
PEG鎖を有する OH基を複数を有する OH基を単数を有する OH基と二重結合を有する ナノスーツを形成可能な分子の分類 ナノスーツを形成可能な分子の分類 ナノスーツを形成可能な分子の分類 ナノスーツを形成可能な分子の分類
従来技術による生体適合性膜形成の課題 従来技術による生体適合性膜形成の課題 従来技術による生体適合性膜形成の課題 従来技術による生体適合性膜形成の課題 技術課題：生体適合性物質（水溶性物質）の膜形 成ができない。 ＜従来技術＞ ・プラズマ重合法 重合するには官能基が必要。 ⇒生体適合性物質（水溶性物質）は、プラズマ処理で分解してしまうため、膜形 成ができない。 ・固相膜硬化法 刺激により硬化する官能基が必要。 ⇒生体適合性物質（水溶性物質）は硬化せず、膜形成ができない。
原料（⽣体適合性物質等） 膜形成（重合） １）塗布 ２）プラズマ重合 ３）薄膜形成 （手段）・プラズマ照射条件の調整 ・酸化により形成されるＣＯＯＨ基やＯＨ基の重合の利⽤ ⇒重合基がない⽔溶性物質の架橋反応を進⾏させることに成功 プラズマ重合膜ナノスーツの作製法 プラズマ重合膜ナノスーツの作製法 プラズマ重合膜ナノスーツの作製法 プラズマ重合膜ナノスーツの作製法
（効果） １．生体適合性物質（水溶性物質）膜形成が可能 ２．水系合成が可能（有機溶媒などの環境破壊物質の使用低減） ３．プラズマ照射条件により材料設計が可能 ・バリア性（⾼い重合密度、結晶様、原⼦レベル空間⼩） ・接着性（重合密度の低いゲル様、原⼦レベル空間⼤） ・傾斜組成により、機能性を付与（界面はゲル様、表面は結晶様） ４．複雑形状、大型、微小形状（ナノ）へも対応可能 ⇒適用範囲の広い機能性皮膜を実現 照射面から被照射面に かけて重合密度の勾配 プラズマ照射面 ナノスーツの内部構造と機能 ナノスーツの内部構造と機能ナノスーツの内部構造と機能 ナノスーツの内部構造と機能 照射時間で 膜厚制御 プラズマ照射 疎水性（気固界面で形成） ・疎水性官能基による撥水性、親油性 ・高い分子密度によるガスバリア性 ・高い分子間相互作用による力学特性 親水性（固液界面で形成） ・親水性官能基による親水性、撥油性 ・低い分子密度による膨潤性 ・低い分子密度による化学種吸着性 ・反応性官能基への環境応答分子修飾 疎水性官能基（アルキル鎖など） 親水性官能基（水酸基など）
性能 製法 生体 適合性 ガスバ リア性 接着 性 原料選 択性 基板選択性 耐環境性 原料の 保管性 気相 ・液相 プラズマ 重合法 × × × △ × 平滑⾯かつチャン バー内である必要 × 有機溶媒使用 × ガスボ ンベ・ 非酸素 固相 硬化法 ○ ○ △ △ 〇 複雑形状で幅広い 寸法に対応 △ 有機溶媒使用 が多い × 熱や光 等の遮 蔽容器 本発明 ◎ ◎ ○ ○ 〇 複雑形状で 幅広い寸法に対応 〇 水系溶媒使用 ◎ 常温常 圧下で は不活 性 従来技術である気相・液相プラズマ重合法および固相硬化法 新技術の特徴・従来技術との比較 新技術の特徴・従来技術との比較新技術の特徴・従来技術との比較 新技術の特徴・従来技術との比較
ナノスーツ観察法（生きたまま真空中で高解像度電子顕微鏡観察）が 可能となったのは？ ・ガスバリア性、生体適合性に優れた膜の形成 ⇒この特徴を活かして他へ展開 １．薬剤シート 絆創膏、キズの縫合代替、手術にも使用可能 想定される 想定される想定される 想定される用途用途用途 その１用途 その１その１その１ ・ 薬剤塗布後にプラズマ照射することで被膜を形成することも可能 ・ 生体適合性物質を用いる事で体内からの除去が不要に ・ 薬剤濃度の勾配を利用することで経時的な効果が可能に
２．ドラッグデリバリーシステム用被膜 低毒性、安定性、外部応答性 ３．建材・食品・皮膚等の表面保護膜 接着・環境ホルモンの問題を同時に解決 酸素も菌も通さない：腐らないトマト（食品包材） 腐⾷防⽌：さびないボディ（⾃動⾞塗装） 環境ホルモン：アレルギ－対策（壁の塗装） 皮膚障害 の予防 酸化腐食防止 想定される 想定される想定される 想定される用途用途用途 その２用途 その２その２その２ ・ 薬剤濃度の勾配を利用することで経時的な効果が可能に ・ 被膜の硬度を調節することでカプセル保持能力を制御可能 ・ 被膜表裏の性質の違いがあるので密着性とバリア性を併せ持つ
・生体適合膜としての課題： → 生物体内への使用に関して評価する必要がある 実用化に向けた課題 実用化に向けた課題 実用化に向けた課題 実用化に向けた課題 ・成膜技術の課題： → 大気圧プラズマを用いた膜形成を確立し、 成膜プロセスの方法の拡充 ・事業化の課題： → 照射プラズマの安定性と膜機能との相関を精査 ・酸化防止被膜としての課題： → JIS規格に則した膜の水蒸気透過性を定量測定中
企業への期待 企業への期待企業への期待 企業への期待 • 未解決の含水量制御については、大気圧プラ ズマ技術により克服できると考えている。 • ガスバリア性被膜の解析技術を持つ、企業と の共同研究を希望。 • また、製薬を開発中の企業、医療材料分野へ の展開を考えている企業には、本技術の導入
■生物の電子顕微鏡観察法の基本特許生物の電子顕微鏡観察法の基本特許生物の電子顕微鏡観察法の基本特許生物の電子顕微鏡観察法の基本特許 高真空の走査型電子顕微鏡内において、生きて 動く生物試料の観察を可能とする電子顕微鏡と 観察技術 PCT/JP2012/072982 PCT/JP2012/072982 PCT/JP2012/072982 PCT/JP2012/072982 日本、米国、欧州、中国、韓国、インドに移行 日本、米国、欧州、中国、韓国、インドに移行 日本、米国、欧州、中国、韓国、インドに移行 日本、米国、欧州、中国、韓国、インドに移行 基礎出願 基礎出願 基礎出願 基礎出願((((特願特願特願2011特願201120112011--197685--197685197685197685 2011.9.92011.9.92011.9.9）2011.9.9））） 基礎出願 基礎出願 基礎出願 基礎出願((((特願特願特願201特願2012012201222--044383--044383044383044383 2011.9.92011.9.9）2011.9.92011.9.9））） ■蒸発抑制膜の基本特許蒸発抑制膜の基本特許蒸発抑制膜の基本特許蒸発抑制膜の基本特許 多種の化合物のプラズマ重合により 高真空下での水分蒸発抑制などの 表面保護効果を有する被膜の作製法 PCT/JP2013/074141 PCT/JP2013/074141PCT/JP2013/074141 PCT/JP2013/074141 基礎出願（特願 基礎出願（特願基礎出願（特願 基礎出願（特願2012201220122012----197927197927197927197927 2012.9.7)2012.9.7)2012.9.7)2012.9.7) 基礎出願 基礎出願基礎出願 基礎出願（（特願（（特願特願201特願201320120133-3---008440000844008440084400 20120120120133....43344....124121212)))) 観察法の改良技術 観察法の基本技術 応用技術 基幹技術 ■含水物の電子顕微鏡観察法の応用特許含水物の電子顕微鏡観察法の応用特許含水物の電子顕微鏡観察法の応用特許含水物の電子顕微鏡観察法の応用特許 高真空の走査型電子顕微鏡内において、 含水状態の生物試料の観察を可能とする 電子顕微鏡観察用保護剤とキットと観察技術 材料の基本技術 特願 特願 特願 特願2014201420142014---179660-179660179660179660（（（（2014.9.3)2014.9.3)2014.9.3)2014.9.3) 基礎出願（特願 基礎出願（特願 基礎出願（特願 基礎出願（特願201420142014-2014--014910-014910014910 2014.1.29)014910 2014.1.29)2014.1.29)2014.1.29) 本技術に関する知的財産権 本技術に関する知的財産権 本技術に関する知的財産権 本技術に関する知的財産権
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