Fabrication of Powdered Pressure-Sensitive Adhesives Based on the Habits of Aphids

Abstract

現在から 30 億年以上前に地球上に生物が生まれ，3 億年 前に昆虫が既に存在していたことが知られている 。さらに， 恐竜が栄えたジュラ紀 （約 2 億 130 万年前～約 1 億 4500 万年 前） および白亜紀 （約 1 億 4500 万年前～ 6600 万年前） を 通じて昆虫，植物が爆発的に多様化した。その後，大絶滅が 起きたものの，生き残った生物は現在の姿へと進化してきた。 ちなみに，現在の我々に近い「ヒト」であるホモ＝サピエン スが誕生したのは， "わずか"数十万年前である。生物は， 生き残り子孫を残すため，何億年という単位の時間をかけて， 環境に適応して高効率化，省エネルギー化を可能にする精密 な「かたち」や巧妙な「しくみ」を物理・化学の法則に基づ き構築してきた。このような生物が有する形態・構造とそれ らが生み出す機能，および生物が構築したプロセスに倣いモ ノづくりを行うことを， 「バイオミメティックス （生物模倣技 術） 」または「バイオミミクリー」などという。これまでに， バイオミメティックスにより，オナモミの構造から面ファス ナー，カワセミのくちばしの形から新幹線の先頭車両の形状， サメ肌のリブレット構造から水着，蚊の口吻から痛みのない 注射針等が開発されている。また，生物が構築したシステム に倣い，シロアリのアリ塚から自然空調システム，オジギソ ウの屈曲運動から先端可動式内視鏡が開発されている。 さらに， 落ち葉のデザインを取り入れた汚れの目立ちにくいカーペッ トも作製されている。その他，バイオミメティックスから生 み出された製品，技術については成書を参考にされたい 。 このようなバイオミメティックスが世界的に注目を集める中， より積極的に生物と人類が構築してきた工学を結び付けて新 規材料，技術を創出し持続可能な社会の構築を目指す「生物 規範工学」という考え方が提案され，我が国において，科学 研究費補助金 新学術領域研究「生物多様性を規範とする革 新的材料技術」が立ち上がり，この領域では生物学者，工学 者が協同し，研究を推進している 。 本稿では，昆虫であるアブラムシ （アリマキ） が有する液体 粉体化技術・プロセス （リキッドマーブル作製技術） を規範と し，界面化学，高分子化学を学術基盤として粉体状の粘着剤 の創出を行った研究について解説する 。 2 ．リキッドマーブルとは リキッドマーブルとは，疎水的な表面を有する固体粒子が 気液界面に吸着することで気中にて安定化された液滴であり， 通常サブミリメートルからセンチメートルサイズの直径，数 マイクロリットルから数千マイクロリットルの体積を有する （図 1） 。リキッドマーブルは，分子レベルの界面活性 剤では安定化が困難な Liquid-in-Gas 型分散体である。粒子の 界面吸着現象は，界面自由エネルギーを駆動力としている。 すなわち，気液界面に粒子が吸着していない （粒子が気中に 存在する） 状態と比べ，界面に粒子が吸着した状態の方が， エネルギー的に安定であるため，粒子の界面への吸着が起き る。界面自由エネルギーがドライヴィングフォースとして働 くため，リキッドマーブル作製は大量の電力・磁力を必要と しない。 界面に吸着した真球状粒子の吸着エネルギー，つまり球状 の粒子を気液界面から剥がし気相に移動させるために必要な エネルギー （ΔG） は，以下の式のように表すことができる 。 （ ） 2 2 cos 1 θ π γ − = ∆ a G gl ここで，γ gl は気液界面の表面張力，a は粒子半径，θは （粒子 表面と気液界面がなす液相側の） 接触角である。この式から， 粒子径，気液界面張力が大きく，接触角が 90° に近いほど吸 着エネルギーは大きいことが理解できる。サブミクロンメー トルサイズ以上の微粒子が適切な接触角で吸着した際の吸着 エネルギーは非常に高く，一度界面に吸着した粒子は，界面 からの脱離が起こりにくい。 アブラムシの蜜輸送技術に倣った粉体粘着剤の創出 藤井 秀司 a ，中村 吉伸 a ，秋元 信一 b a 大阪工業大学 工学部 応用化学科 （〒 535-8585 大阪府大阪市旭区大宮 5-16-1） b 北海道大学 農学研究院 昆虫体系学研究室 （〒 060-8589 北海道札幌市北区北 9 条西 9 丁目）