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ナノスーツの開発~~高真空環境下で生命維持~~浜松医科大学*,名古屋工業大学**,東北大学***
針山孝彦*,高久康春*,鈴木浩司*,太田勲*,石井大佑**,村中祥悟*,下村政嗣***

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 生物表面の微細構造の観察/解析に,走査型電子顕微鏡が有効な機器として用いられている。電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)では,試料を高倍率・高分解能で観察するために高真空環境(10-5?10-7Pa)に曝さなければならない。生物をそのまま高真空の試料室に入れれば,体内の水分やガスなどが奪われて体型そのものはもちろん微細構造もたやすく変形してしまう。そのため生きたままの生物の観察は不可能だと考えられてきた。
 私たちは,その固定概念を払拭し,生物がもつ真空耐性を増強する技術を検討した。網羅的な解析の末,特定の虫(ショウジョウバエなど)の幼虫が体表にもつ粘性物質(ECS)に電子線またはプラズマ照射することで形成できる50~100 nmのナノ薄膜が,超高真空下でも体内の水分やガスの放出を抑制する表面保護効果を生みだすことを見いだした。一方,ECSをほとんどもたない生物(ボウフラなど)を直接FE-SEM観察すると高真空による変形が起こり死ぬ。ショウジョウバエ幼虫のECSの成分分析を行い,類似した化学官能基をもつ溶剤の中から,生体適合性という観点から食品添加物にも指定されている界面活性剤(Tween20)をECS模倣物質として用いた。ボウフラ表面に1%Tween20をごく薄く塗布しFE-SEMで観察すると,高真空下でも活動し微細構造を観察できた。観察後,ボウフラ体表をTEM観察すると,Tween20で被覆したものにはショウジョウバエの幼虫と同様に薄膜が形成されていた。ナノスーツで保護されたボウフラは,FE-SEM観察後,飼育水に戻すと蚊に成長した。著者らは,全身を覆って生物を保護するこの革新的な薄膜構造を「ナノスーツ」と呼ぶことにした1)。「ナノスーツ」を用いれば,これまでの「生きた状態に類似した死んだ生物の微細構造」ではなく,「生きた状態のさまざまな生物試料の微細構造」を動的観察できるようになる。
 ECSを模倣した物質としてTween 20を選定したが,その後,多様な有機分子を用いてナノスーツ形成が可能であることを確認した。現在は,これらの物質の単体,あるいは組み合わせ,また導電性物質などを付与することで,すべての生物の個体・器官・組織・細胞,あるいは非生物のWet materialなどに適用できる「ナノスーツ」開発を目指している。本手法は,生物学,農学や医学などの生命科学分野での発展のみならず,近年世界的に注目されているバイオミメティックス(生物模倣技術)をはじめとする「ものづくり」の分野への著しい発展にも大きく貢献できるだろう。

参考文献

  1. Y. Takaku, A. Suzuki, I. Ohta, D. Ishii, Y. Muranaka, M. Shimomura, T. Hariyama : “A thin polymer membrane, nanosuit,enhancing survival across the continuum between air and high vacuum,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA., Vol. 110, No.19, pp. 7631-7635(2013)

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