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» 2021年06月08日 15時00分 公開

甲殻類最強といわれるヤシガニのハサミの内部構造を解明医療技術ニュース

物質・材料研究機構は、非常に硬く、挟む力が強いヤシガニのハサミの構造を3次元で可視化し、大きな力がかかっても壊れないハサミの内部構造を解明した。軽量で強靭な材料を開発する上で有用なヒントとなり得る研究成果だ。

[MONOist]

 物質・材料研究機構(NIMS)は2021年5月24日、非常に硬く、挟む力が強いヤシガニのハサミの構造を3次元で可視化し、内部構造を明らかにしたと発表した。沖縄美ら島財団との共同研究による成果だ。

 日本国内では、沖縄県周辺のみに生息するヤシガニは、ハサミが非常に硬い。甲殻類最強といわれる把持力(挟む力)は、体重の90倍以上に相当するという。研究チームは、体重約1kgのヤシガニのハサミについて、内部組織と構造を調べた。

キャプション 検体に用いた体重1070gのヤシガニ(クリックで拡大) 出典:NIMS

 一般的に生物や植物の体表は、クチクラと呼ばれる丈夫な膜(角皮)で保護されている。ヤシガニのハサミを光学顕微鏡で観察したところ、表面側から厚さが約0.25mmの外クチクラ、約0.04mmの中間層、約2.2mmの内クチクラで構成されていることが分かった。

キャプション ヤシガニのハサミの内部構造の模式図(クリックで拡大) 出典:NIMS

 次に走査電子顕微鏡を用いて、ハサミを破断させた面と研磨した面を観察した。内クチクラは、縦に走る亀裂に沿った細孔管が存在し、それと直角な方向に比較的細い管や細孔が存在する多孔質構造となっていた。一方、外クチクラは細孔などは存在せず、密な積層構造だった。これらの形態から、ヤシガニのハサミが極めて優れた靭性(ねばり強さ)を持ち、瞬間破壊することのない壊れ方をすることが分かる。

キャプション ヤシガニのハサミの破断面と研磨面(クリックで拡大) 出典:NIMS

 続いて、直交配置型収束イオンビーム―走査型電子顕微鏡複合装置により、組織を3次元表示した。その結果、厚さ約0.25mmの外クチクラに高さ約2.5μmの薄い層が約100枚積層したねじれ合板構造が観察された。このねじれた積層構造により、一部の層が壊れても外クチクラ全体が一気に壊れることがない仕組みになっている。内クチクラ層には、ねじれ構造は観察されなかった。

キャプション 外クチクラにおける3次元組織解析の結果(クリックで拡大) 出典:NIMS

 ハサミ断面の硬さは、外クチクラで鋼鉄並みの約250HV、内クチクラでマグネシウム合金並みの50〜65HVであり、外クチクラと内クチクラでは5倍の硬度変化があった。

 今回の研究結果から、薄くて硬い外側の層と、硬さは外側の5分の1程度ながら、多孔質構造の厚みを持つ内側の層により、ヤシガニのハサミが強靭さと軽さを併せ持つことが明らかになった。

キャプション さまざまな動物群における体重1kgでの単位体重あたりの最大力の比較 出典:NIMS

 一般的に硬い材質は壊れやすい。しかし、ヤシガニのハサミは大きな力がかかっても壊れず、その理由は謎だった。今回、ヤシガニのハサミの組織や構造が明らかになったことは、軽量で強靭な材料を開発する上で有用なヒントとなる可能性がある。また、大把持力を持つ極細径鉗子など、小型医療機器への展開も期待されるとしている。

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