鱼类のウロコのキラキラ光を外部磁场を変えることで制御
―キラキラの元物质を疑似的なフォトニック结晶としてとらえて光干渉を解明―
生体内で光の屈折率を制御して光反射をうまくコントロールすることで、生存淘汰などに最适の“见え方”ができるよう生き物たちが工夫していることは、これまで多くの研究报告がなされてきました。光利用を可能にしている物质として第一の候补になっているものが、地球上全ての生物の顿狈础の成分でもある核酸塩基の1つ、グアニンです。しかし、肝心のこのグアニンが生物の体内で形成するグアニン结晶の特异な结晶构造などの物理化学的特性はよく理解されていませんでした。
国立大学法人広島大学ナノデバイス?バイオ融合科学研究所の岩坂正和教授、国立大学法人山口大学大学院创成科学研究科 工学系学域の浅田裕法教授らの研究チームは、魚をキラキラさせる原因である非常に小さい鏡（グアニン結晶板）を磁場で操作し、これまで謎に包まれていた魚の体表の強い輝きの説明に成功しました。このグアニン結晶板が単に光を反射するだけでなく、ある程度透明性も有することに着目し、水に囲まれた空間で鏡が周期的に配列することがキラキラを起こす本当の原因であることを明らかにしました。
これまで、われわれ人类は人工的に光を利用する工夫をいろいろと行ってきました。その一方で、自然界の生物も太阳光を上手に利用することはよく知られています。生物がつくる材料の机能をまねる技术は、バイオミメティクスと呼ばれる研究分野で最近盛んに开発されています。例えば、鱼や昆虫などの动物が体表の色を体の一部の周期构造でうまく光を反射させてつくりだすことは、构造色として知られています。そこで生物が光を上手に使う様子を详しく调べることで、疾病の影响を受ける细胞の活动を光で详しく调べることができる新しい技术に结びつくのではないかと考えました。
今回、鱼の体表にあるキラキラの原因物质であるグアニン结晶と呼ばれる材料に着目した理由は、この结晶が自然界での生存淘汰?生物进化の过程で选ばれた大変効率よく光を制御できる物质とみなされているからです。身近な自然?水族馆などにおいても、鱼の集団による光の强さや色あいのダイナミックな変化を、泳いでいる鱼の集団の动きで见ることができます。この现象もヒントに、水中でのグアニン结晶の集まりを浮いた状态で磁场で制御し、光强度の変化が反射のみでなく光干渉とよばれる仕组みに依存することをつきとめました。
グアニン结晶板の厚みは100ナノメートル程度と非常に薄いため、医疗用细胞イメージング技术の际の狭い空间での光制御に最适です。今回の报告では、たくさんのグアニン结晶板が水中に浮游した状态に磁场をかけ2倍程度にまでキラキラを强めることができました。このグアニン结晶板を细胞の近くに手镜のようにおけば、细胞から分泌される疾病の兆しをすばやく立体的にキラリと见つけることができそうです。今后、がんなどの病気の进行を迅速に调べる新しい方法に结びつくことが期待されます。
本研究は、国立研究开発法人科学技术振兴机构の戦略的创造研究推进事业チーム型研究（颁搁贰厂罢）「新たな光机能や光物性の発现?利活用を基轴とする次世代フォトニクスの基盘技术」研究领域（北山研一総括）の研究课题「鱼のバイオリフレクターで创るバイオ?光デバイス融合技术の开発」の一环として広岛大学の岩坂正和教授および山口大学の浅田裕法教授の共同研究で行われたものです。
本研究成果は、平成30年11月19日、英国科学誌「Scientific Reports」（オンライン版）に掲載されました。
発表论文
- 著 者：Masakazu Iwasaka* Hironori Asada * Corresponding author（責任著者）
- 論文題目：Floating photonic crystals utilizing magnetically aligned biogenic guanine platelets （磁場配向した生物由来グアニン結晶による浮遊型フォトニック結晶）
- 掲載雑誌：Scientific Reports
- 顿翱滨：10.1038/蝉41598-018-34866-虫
- 鲍搁尝： （外部リンクへ）