(57)【要約】【課題】物体が液体から受ける表面抵抗を低減する手段を提供する。【解決手段】水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質によりその表面の一部又は全部が被覆されており、液体との接触により生じる表面抵抗が低減された物体、及び物体と液体との接触により生じる表面抵抗を低減する方法であって、該物体の表面の一部又は全部に水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質を含む被覆を形成する方法。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質によりその表面の一部又は全部が被覆されており、液体との接触により生じる表面抵抗が低減された物体。
【請求項２】
物体と液体との接触により生じる表面抵抗を低減する方法であって、該物体の表面の一部又は全部に水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質を含む被覆を形成する方法。
【請求項３】
液体との接触により生じる物体の表面抵抗を低減するための被覆剤であって、水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質を含む被覆剤。
【請求項４】
液体との接触により生じる物体の表面抵抗の低減剤であって、水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質を含む低減剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体が液体から受ける表面抵抗を低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全ての物体は流体中を移動する際に抵抗を受けるが、気体中に比べて非常に大きな抵抗が働く水中で魚類は驚異的な遊泳能力を示す。これは、主として魚類の持つ流線型の体形や遊泳方法によるものと考えられ、魚類の体形や遊泳法による表面抵抗低減効果の研究は多くの研究機関でとり行われてきた。
【０００３】
一方、魚体の表面全体は粘液物質（本明細書において「体表面粘質物」と呼ぶ）に覆われている。この物質は防御的機能、凝集機能、浸透圧調節機能、潤滑化機能、接着機能などの生物学的機能を担っているものと考えられており、そのなかでも細菌やカビなどの微生物あるいは寄生虫の魚体内への侵入を阻止する生体防御機能は魚類の生存に本質的に重要なものである。魚類における体表面粘質物の主要成分はシアル酸含有糖タンパク質であることが明らかにされている。その主要な構成糖はシアル酸及びＮ−アセチルガラクトサミンであり、Ｎ−アセチルグルコサミン、ガラクトース、フコースなど魚種により多様な糖鎖構造の存在も明らかにされている。例えば、ウナギの体表面粘質物ではシアル酸含有糖タンパク質（ＳＡ−糖タンパク質）の糖鎖はＮ−アセチルノイラミン酸とＮ−アセチルガラクトサミンとが結合したＮｅｕＡｃα２→６ＧａｌＮＡｃから主に構成され、この二糖がＴｈｒ／Ｓｅｒ残基のＯＨ基とＯ−配糖体結合をとる（総説として、浅川牧夫，　日本水産学会誌，　６２，　ｐｐ．２９１−２９２，　１９９６；　及び浅川牧夫，　化学と生物，　３０，　ｐｐ．２６７−２６９，　１９９２）。しかしながら、従来、魚類における体表面粘質物が表面抵抗低減に関与しているか否かについては研究成果が示されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための手段】
本発明は、液体と物体が接触した際に発生する表面抵抗を低減する手段を提供することにある。本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、水棲生物体表面粘質物の主要成分である糖タンパク質を支持体表面に被覆することにより、液体との接触により生じる表面抵抗を顕著に低減できることを見出した。本発明は上記の知見を基にして完成されたものである。
【０００５】
すなわち、本発明は、水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質によりその表面の一部又は全部が被覆されており、液体との接触により生じる表面抵抗が低減された物体を提供するものである。この発明の好ましい態様によれば、該糖タンパク質がウナギの体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質である上記の物体；該糖タンパク質がシアル酸含有糖タンパク質である上記の物体が提供される。
【０００６】
別の観点からは、本発明により、物体と液体との接触により生じる表面抵抗を低減する方法であって、該物体の表面の一部又は全部に水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質を含む被覆を形成する方法が提供される。さらに別の観点からは、液体との接触により生じる物体の表面抵抗を低減するための被覆剤であって、水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質を含む被覆剤；液体との接触により生じる物体の表面抵抗の低減剤であって、水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質を含む低減剤が本発明により提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明により提供される物体は、水棲生物体表面粘質物に含まれる１種又は２種以上の糖タンパク質によりその表面の一部又は全部が被覆されており、液体との接触により生じる表面抵抗が低減されていることを特徴としている。物体の種類は液体との接触により表面抵抗を生じるものであれば特に限定されない。例えば、低分子有機化合物又は高分子有機化合物を含む有機物、ガラスや金属などの無機物、又はそれらの混合物を含む任意の物質を含む物体を用いることができる。また、物体は成型品又は非成型品のいずれであってもよく、構造体や支持体などであってもよい。弾性体又は非弾性体のいずれでもよい。本明細書で用いる「物体」の用語をいかなる意味においても限定的に解釈してはならない。
【０００８】
水棲生物の種類は特に限定されないが、例えば、魚類のほか、貝類、クジラなどの水棲哺乳類動物、海藻類などを例示することができる。水棲生物の生息環境は淡水又は海水のいずれであってもよい。これらのうち、魚類が好ましい（以下、本明細書において魚類に由来する体表面粘質物を「魚類体表面粘質物」と呼ぶ場合がある）。また、「体表面」という用語は、例えば外側から視認可能な鱗の部分のほか、鰓、あるいは食道、胃、腸管などの消化管の表面など、外界の淡水又は海水と接触可能なあらゆる部分を意味しており、いかなる意味においても限定的に解釈してはならない。以下、本発明の典型例として、魚類体表面粘質物を用いる場合について具体的に説明するが、本発明の範囲は魚類体表面粘質物を用いる場合に限定されることはない。
【０００９】
魚類から採取される魚類体表面粘質物には、鱗の退化したネズミゴチ、ドジョウ、ウナギ、ヒイラギ、ヌタウナギなどの魚では３５〜４５重量％（乾燥重量）、マアジ、ショウワギス、マハゼ、アユ、フナでは８〜１９重量％程度の糖タンパク質が含まれている。本発明に用いられる糖タンパク質としては、淡水魚又は海水魚のいずれの魚類体表面粘質物に含まれる糖タンパク質を用いてもよい。魚類体表面粘質物に含まれる糖タンパク質としては、魚類から魚類体表面粘質物を分離・採取した後、適宜の精製手段で糖タンパク質を主成分として含む分画として調製したもののほか、容易に入手可能な適宜のタンパク質や糖タンパク質を原料として用いて、化学的又は生物学的修飾により魚類体表面粘質物に含まれる糖タンパク質と完全又は実質的に同一な糖タンパク質として調製したものであってもよい。また、魚類体表面粘質物に含まれる糖タンパク質のタンパク質部分をコードする遺伝子を用いて遺伝子工学の手法により該タンパク質部分を微生物で発現させ、それを化学的に糖修飾して得られたものでもよい。
【００１０】
本発明に用いられる糖タンパク質としては、実質的に単一の物質として精製されたものであってもよいが、複数の物質の混合物を用いてもよい。魚類体表面粘質物に含まれる糖タンパク質は、通常、Ｏ−配糖体結合型の糖鎖を有するムチン型の糖タンパク質であり、その種類は特に限定されないが、例えば、構成糖としてシアル酸及び／又はＮ−アセチルガラクトサミンを含む糖タンパク質を好ましく用いることができる。その他の糖として、Ｎ−アセチルグルコサミン、ガラクトース、及びフコースなどからなる群から選ばれる糖が結合していてもよい。糖タンパク質の分子量は特に限定されないが、例えば、約５０万〜１００万程度である。例えば、ウナギの体表面粘質物に含まれる糖タンパク質では、糖タンパク質１分子あたり約５００〜６００本の糖鎖（ＮｅｕＡｃα２→６ＧａｌＮＡｃ）が結合しているが、糖タンパク質１分子あたりの糖鎖の数は１００〜数千個、好ましくは２００〜１０００個程度である。
【００１１】
魚類体表面粘質物に含まれる糖タンパク質を化学的又は生物学的に修飾したものも、本発明の所望の効果を達成できるものである限り、その使用を制限されることはない。本明細書において用いられる「魚類体表面粘質物に含まれる糖タンパク質」という用語には、魚類体表面粘質物に含まれる天然由来の糖タンパク質と同一の化学物質のほか、それと類似構造の修飾体も包含される。例えば、ウナギの体表面粘質物に含まれる糖タンパク質はヒツジ顎下腺の糖タンパク質の糖鎖と同一構造であることが確認されており、ヒツジなどの哺乳類動物由来の糖タンパク質を原料として用い、それを化学的又は生物学的に修飾することにより魚類体表面粘質物に含まれる糖タンパク質を調製することもできる。
【００１２】
糖タンパク質を物体表面に被覆する方法は特に限定されず、物体の種類に応じて、物体表面への薄膜の形成方法として利用可能な方法から当業者が適宜選択可能である。例えば、物体表面を糖タンパク質で被覆する場合には、適宜の表面処理を施すことが好ましい場合もある。例えば、ガラス基板を被覆する場合には、ポリリジンによる表面処理などにより電位的極性が正となるような表面処理を行うことが望ましいが、アルデヒド化合物などを用いて電位的極性が負となるような表面処理を行うことも望ましい。電位的極性を変化させることにより、物体表面に形成される被覆の性質を変化させることができる場合がある。例えば、糖タンパク質を適宜の緩衝液（例えば中性付近、好ましくはｐＨ６．８程度のリン酸ナトリウム緩衝液）に数重量％〜３０重量％程度、好ましくは１０重量％程度の濃度で溶解し、その溶液を物体表面に塗布して数時間から数日、好ましくは１日程度低温で保存することにより物体表面の被覆を行うことができる。もっとも、被覆の形成方法は上記の特定の態様に限定されることはなく、当業者が適宜選択可能であることは言うまでもない。被覆は物体表面の全体を覆うように形成してもよいが、場合によっては、物体表面の一部を覆うように、例えば海島状に形成してもよい。
【００１３】
被覆により形成される糖タンパク質薄膜の厚さは特に限定されず、物体又は液体の種類や低減すべき表面抵抗の大きさなどの種々の要因に応じて当業者が適宜選択可能であるが、例えば、数ｎｍ〜１，０００μｍ、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。液体としては被覆の性能を低下させないものであればいかなるものであってもよく、例えば、真水や海水のほか、有機溶媒を含む水性液体、グリセリンなどの有機溶媒、あるいは血液などであってもよい。被覆は物体表面に均一に行うことが望ましいが、適宜の凹凸や表面形状を形成するように被覆を行ってもよい。被覆により形成される薄膜中には、薄膜の形成に通常用いられる添加物を１種又は２種以上配合してもよい。このような添加物は、被覆の表面抵抗低減効果を損なわない範囲で適宜用いることができ、添加量もそのような範囲で適宜選択することができる。なお、被覆により表面抵抗低減効果が達成されているか否かは、本明細書の実施例に具体的に示した方法により当業者が容易に確認可能である。
【００１４】
本発明の方法の適用対象は特に限定されず、物体と液体の接触により生じる表面抵抗を低減する目的であれば、いかなる対象に適用してもよい。例えば、人工血管の内部で生じる血流による表面抵抗低減のために人工血管の内部を被覆することができ、あるいは、船底に被覆を形成したり、水着の表面に被覆を形成することにより、水流による表面抵抗を低減することもできる。さらに、狭い流路の間の流れ、例えば熱交換器などにおける細管や毛細管流の抵抗低減などに用いることもできる。また、本発明に従って表面抵抗を減少させることにより、流れ剥離位置の変化や渦放出の抑制を達成でき、流れ全体の抵抗を減少させることができる場合もあるので、水中構造物（例えば橋桁や支柱など）や輸送機（船舶など）においても利用できる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されることはない。
例１
ガラス表面に糖タンパク質の膜を形成し、その表面抵抗の低減効果について流体力学的な手法を用いて評価を行った。膜形成法の違いを見るため以下の手順をとった。
（１）ガラス表面にいくつかの結合剤で糖タンパク質をコーティングし膜形成を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
（２）コーティングした糖タンパク質膜にせん断力を加え１４０時間の耐久性試験を行った。
（３）平行平板の間の隙間流れに糖タンパク質膜を適用し、流量計測から表面抵抗の低減効果の評価を行った。
【００１６】
未処理のガラス基板、ｐｏｌｙ−Ｌ−ｌｙｓｉｎｅ　（ＰＬ）、Ｓｉｌｙｌａｔｅｄ（ＳＹ）、Ｓｉｌａｎａｔｅｄ（ＳＡ）処理を施したガラス基板を用いた。基板表面処理層の電位的性質はＳＡ及びＰＬが正、ＳＹが負である。ウナギ体表面粘質物に含まれる糖タンパク質（浅川の方法（熊本大学教育学部紀要（英文），　２１，　ｐｐ．５３−５９，　１９７２及び国立極地研究所，　極地生物学に関するシンポジム（英文），　２，　ｐｐ．１３１−１３８，　１９８９）により調製したもの）の１０重量％溶液を調製し、この溶液をガラス上に滴下して低温で２４時間静置した。この結果、ＳＥＭ像から全ての基板において膜形成が確認でき、特にＳＡ及びＳＹにおいて明確な膜形成が認められた。
【００１７】
周速度０．９９　ｍ／ｓで回転する円盤（回転体直径ｄ＝９０　ｍｍ）の円周が膜から１　ｍｍの間隔となるように円盤を設置し、この円盤を回転数２１０　ｒｐｍで回転させて、膜に１４０時間にわたり連続してせん断力を加えた。この結果、ＳＡでは部分的にはせん断流の条痕がついたものの膜自体は残っており、高い結合力を持つことが認められた。これは、糖タンパク質の糖鎖側鎖（一分子あたり約５００〜６００本）に存在するカルボキシル基の陰電荷がガラス表面の陽電荷と静電的に結合することにより結合力が高められたものと考えられる。
【００１８】
つぎに、膜形成による表面摩擦低減の効果を調べるため、狭い間隙に一定圧力をかけて水を流し、その時の流量を測定した。計測部の流路寸法は、間隙高さ０．３〜０．４ｍｍ、幅１０ｍｍで長さを７６ｍｍとした。一定時間（例えば２０秒）の流量を計測し膜の有無による相対的な差から効果を見積もった。典型的な測定値としてＳＡ処理に対して間隙高さ０．３ｍｍに対し、流量２．２６ｍｌ／ｓ（膜無しの場合：１．７５ｍｌ／ｓ）である。この結果、膜を形成した場合には約３０％の流速の増加が得られた。ボアズイユ流を仮定した場合には図１に示すように壁面すべりを持つ流れが想定でき、流量換算で最高３０％程度の表面抵抗低減効果が確認された。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の方法により、液体と物体との接触による表面抵抗を低減することができ、流れの抵抗を減じることによりエネルギーコストを下げることができる。特に、狭い流路では壁面との摩擦効果が抵抗に大きく影響するが、本発明の方法を適用することにより、流路形状を微細構造にしても低い駆動圧力で十分な流量を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平板間における流速分布を想定した図である。点線は糖タンパク質被覆を行う前、実線は糖タンパク質被覆後の流速分布を示す。
【図１】
2004067705.tif 000002