Elucidation and reproduction of structural colorations in nature

• Project/Area Number: 19340119
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Biophysics/Chemical physics
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: KINOSHITA Shuichi Osaka University, 大学院・生命機能研究科, 教授 (10112004)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): YOSHIOKA Shinya 大阪大学, 大学院・生命機能研究科, 助教 (90324863)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2008: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2007: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
• Keywords: 構造色 / フォトニック結晶 / ナノ材料 / 昆虫

Research Abstract

構造色は、自然界の巧みなナノ構造と光との複雑な相互作用の結果生じる発色現象である。これまで、モルフォチョウをはじめとした多くの生物の構造色が調べられてきたが、この現象を物理学的な見地から検討することは稀であった。今回は、電子顕微鏡を用いた構造決定、光学特性の測定、物理モデルの構築、電磁場シミュレーションの方法を行い、光とナノ構造間のフォトニクス相互作用、発色と視覚・認知との関係の一端を明らかにすることができた。

Research Products

• [Journal Article] 昆虫による色情報の生成と利用 (2009)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: 情報処理 vol.50 Pages: 15-21
• [Journal Article] Far field scattering pattern of differently structured butterfly scales (2008)
  • Author(s): M. A. Giraldo, S. Yoshioka, D. G. Stavenga
  • Journal Title: J. Comp. Physiol A194 Pages: 201-207
• [Journal Article] Coloration using higher order optical interference in the wing pattern of the Madagascan sunset moth (2008)
  • Author(s): S. Yoshioka, T. Nakano, Y. Nozue and S. Kinoshita
  • Journal Title: J. R. Soc. Interface 5 Pages: 457-464
• [Journal Article] Physics of structural colors (2008)
  • Author(s): S. Kinoshita, S. Yoshioka and J. Miyazaki
  • Journal Title: Rep. Prog. Phys. 71
• [Journal Article] in vivo imaging of developing wings in butterfly pupa by using optical coherence tomography (2008)
  • Author(s): M. Kambe, S. Kinoshita, Y. Ueda, A. Yamada, H. Saigusa, M. Ohmi and M. Haruna
  • Journal Title: J. Korean Phys. Soc 53 Pages: 1290-1294
• [Journal Article] Structural color of rock dove's neck feather (2008)
  • Author(s): E. Nakamura, S. Yoshioka and S. Kinoshita
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. 77
  • NAID: 110007021692
• [Journal Article] 視覚効果を利用したハトの構造色 (2008)
  • Author(s): 吉岡伸也
  • Journal Title: OplusE No.2 2 Pages: 145-148
• [Journal Article] 総論 (2008)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: OplusE No.2 2 Pages: 142-144
• [Journal Article] モルフォチョウの色の仕組みを探るー回折格子なのか多層膜干渉なのか (2008)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: RikaTan vol.2, No.6 Pages: 27-29
• [Journal Article] 蝶の翅の構造色 : 鱗粉の微細構造,湾曲,重なりの光学効果 (2008)
  • Author(s): 吉岡伸也
  • Journal Title: 比較生理生化学 vol.25, No.3 Pages: 86-95
  • NAID: 10025617071
• [Journal Article] モルフォ蝶のナノ構造が織りなす美の世界 (2008)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: 月刊マテリアルインテグレーション vol.21, No.08 Pages: 1-8
• [Journal Article] Coloration using higher order optical interference in the wing pattern of the Madagascan sunset moth (2008)
  • Author(s): S. Yoshioka, T. Nakano, Y. Nozue, S. Kinoshita
  • Journal Title: J. R. Soc. Interface 5 Pages: 457-464
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physics of structural colors (2008)
  • Author(s): S. Kinoshita, S. Yoshioka, J. Miyazaki
  • Journal Title: Rep. Prog. Phys. 71
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural color of rock dove's neck feather (2008)
  • Author(s): E. Nakamura, S. Yoshioka, S. Kinoshita
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn 77
  • NAID: 110007021692
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] in vivo imaging of developing wings in butterfly pupa by using optical coherence tomography (2008)
  • Author(s): M. Kambe, et al.
  • Journal Title: J. Korean Phys. Soc. 53 Pages: 1290-1294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Origin of two-color iridescence in rock dove's feather (2007)
  • Author(s): S. Yoshioka, E. Nakamura and S. Kinoshita
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. 76
  • NAID: 110006151542
• [Journal Article] Polarization-sensitive color mixing in the wing of the Madagascan sunset moth (2007)
  • Author(s): S. Yoshioka and S. Kinoshita
  • Journal Title: Optics Express 15 Pages: 2691-2701
• [Journal Article] 蝶の羽根にみるナノ構造 (2007)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: 光アライアンス、特集「ナノ構造がつくる色」 vol.18, No.1 Pages: 1-4
• [Journal Article] 鳥の羽根の構造色とその分類~美しい色に隠された巧妙な仕組み (2007)
  • Author(s): 吉岡伸也
  • Journal Title: バードリサーチニュース vol.4, No.2 Pages: 2-3
• [Journal Article] 総説 : 自然界を彩る構造色とその仕組み (2007)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: 液晶学会誌 vol.11 Pages: 108-119
• [Journal Article] ハトの首はなぜ緑と紫だけなのか (2007)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: 理科通信 サイエンスネット 第29号 Pages: 2-5
• [Journal Article] 鱗粉の微細構造と色 (2007)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: 日本の科学者 vol.42 Pages: 610-613
• [Journal Article] 輝く羽-構造色の仕組みと分類 (2007)
  • Author(s): 吉岡伸也
  • Journal Title: 野鳥 No.715
• [Journal Article] 自然界を彩る構造色とディスプレイ (2007)
  • Author(s): 木下修一
  • Journal Title: 月刊「ディスプレイ」 vol.13, No.12
• [Journal Article] Origin of two-color iridescence in rock dove's feather (2007)
  • Author(s): S. Yoshioka, E. Nakamura and S. Kinoshita
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan 76
  • NAID: 110006151542
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coloration using higher order optical interference in the wing pattern of the Madagascan sunset moth (2007)
  • Author(s): S. Yoshioka and S. Kinoshita
  • Journal Title: Journal of the Royal Society Interface 5 Pages: 457-464
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 楕円鏡を用いたモルフォチョウの反射パターン測定 (2009)
  • Author(s): 吉岡伸也ら
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] モルフォチョウの微細構造のモデリング (2009)
  • Author(s): 木下修一, 朱棟, 神戸亮, 蔡東生
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] 楕円鏡を用いたモルフォチョウの反射パターン測定 (2009)
  • Author(s): 吉岡伸也、M.A.Giraldo、D.G.Stavenga、木下修一
  • Organizer: 日本物理学会第64回年次大会
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
• [Presentation] 朱棟、神戸亮、蔡東生 (2009)
  • Author(s): 木下修一
  • Organizer: モルフォチョウの微細構造のモデリング
  • Place of Presentation: 立教大学池袋キャンパス
• [Presentation] 神戸亮, 朱棟, 蔡東生 (2008)
  • Author(s): 木下修一
  • Organizer: モルフォチョウの構造色研究の現状
  • Place of Presentation: 日本鱗翅学会近畿支部第137回例会・日本昆虫学会近畿支部大会合同大会(兵庫県立人と自然の博物館)
  • Year and Date: 2008-12-13
• [Presentation] 神戸亮、「モルフォチョウの構造色の種多様性」 (2008)
  • Author(s): 木下修一
  • Organizer: 日本鱗翅学会近畿支部第137回例会・日本昆虫学会近畿支部大会合同大会
  • Place of Presentation: 兵庫県立人と自然の博物館
  • Year and Date: 2008-12-13
• [Presentation] モルフォチョウの構造色研究の現状 (2008)
  • Author(s): 木下修一, 朱棟, 神戸亮, 蔡東生
  • Organizer: 日本鱗翅学会
  • Place of Presentation: 兵庫県立人と自然の博物館
  • Year and Date: 2008-12-13
• [Presentation] モルフォチョウの構造色の種多様性 (2008)
  • Author(s): 木下修一, 神戸亮
  • Organizer: 日本鱗翅学会
  • Place of Presentation: 兵庫県立人と自然の博物館
  • Year and Date: 2008-12-13
• [Presentation] タマムシの構造色 : 多層膜干渉の特徴 (2008)
  • Author(s): 吉岡伸也、針山孝彦、木下修一
  • Organizer: 第9回構造色シンポジウム 応用の視点から見た構造色 : 社会との関わりを考える~化粧品・繊維・塗料・センサ・レーザーから、生物に至る眼差し~
  • Place of Presentation: 阪大コンベンションセンター
  • Year and Date: 2008-11-15
• [Presentation] 「モルフォ蝶の特異な反射特性の評価」、「タマムシの構造色 : 多層膜干渉の特徴」 (2008)
  • Author(s): 神戸亮、木下修一
  • Organizer: 第9回構造色シンポジウム 応用の視点から見た構造色 : 社会との関わりを考える~化粧品・繊維・塗料・センサ・レーザーから、生物に至る眼差し~
  • Place of Presentation: 阪大コンベンションセンター
  • Year and Date: 2008-11-15
• [Presentation] モルフォ蝶の構造色〜反射パターンの種多様性〜 (2008)
  • Author(s): 神戸亮, 木下修一
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 岩手大上田キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-20
• [Presentation] NS-FDTD法によるモルフォチョウのモデリング (2008)
  • Author(s): 木下修一, 朱棟, 神戸亮, 蔡東生
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 岩手大上田キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-20
• [Presentation] タマムシの構造色の仕組み (2008)
  • Author(s): 吉岡伸也, 針山孝彦*, 木下修一
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 岩手大上田平キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-20
• [Presentation] Iridescence of rock dove's neck feather (2008)
  • Author(s): S. Yoshioka, E. Nakamura and S. Kinoshita
  • Organizer: Iridescence: More than Meets the Eye
  • Place of Presentation: Arizona State University, USA
  • Year and Date: 2008-02-06
• [Presentation] タマムシの構造色の仕組み (2008)
  • Author(s): 吉岡伸也、針山孝彦、木下修一
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大上田キャンパス
• [Presentation] NS-FDTD法によるモルフォチョウのモデリング (2008)
  • Author(s): 木下修一、 朱 棟、神戸亮、蔡東生
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大上田キャンパス
• [Presentation] モルフォ蝶の構造色~反射パターンの種多様性~ (2008)
  • Author(s): 神戸亮、木下修一
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 構造色における規則・不規則構造の光学応答 (2008)
  • Author(s): 木下修一、藤村嘉彦、増田健作
  • Organizer: 日本物理学会第63回年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大大学本部キャンパス
• [Presentation] Iridescence of rock dove's neckfeather (2008)
  • Author(s): Shinya Yoshioka, Eri Nakamura and ShuichiKinoshita
  • Organizer: Iridescence : Morethan Meets the Eye
  • Place of Presentation: Arizona State University,USA
• [Presentation] Far field scattering pattern of differentlystructured single butterfly scales (2008)
  • Author(s): M. A. Girald, S. Yoshioka and D. Stavenga
  • Organizer: Iridescence : More than Meets the Eye
  • Place of Presentation: Arizona State University, USA
• [Presentation] Observation of Developing Butterfly Wing using Optical Coherence Tomography (2007)
  • Author(s): M. Kambe, Y. Ueda, M. Ohmi, M. Haruna and S. Kinoshita
  • Organizer: The 10th Asia Pacific Physics Conference (APPC10)
  • Place of Presentation: Phohang, Korea
  • Year and Date: 2007-08-21
• [Presentation] ハチドリの羽根の構造色 (2007)
  • Author(s): 中村衣利、吉岡伸也、中谷康弘、木下修一
  • Organizer: 日本物理学会第62回年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス
• [Presentation] ハトの羽根の構造色-二色性をもつ色変化の物理的条件 (2007)
  • Author(s): 中村衣利、吉岡伸也、木下修一
  • Organizer: 日本物理学会第62回年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス
• [Presentation] 光散乱の角度分布測定によるコロイド溶液中のミクロ秩序の検出 (2007)
  • Author(s): 増田健作、山田尚史、木下修一
  • Organizer: 第60回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 信州大学理学部
• [Presentation] ハエトリグモの毛の微細構造と光学特性 (2007)
  • Author(s): 荒川真子、神戸亮、吉岡伸也、木下修一
  • Organizer: 日本動物学会
  • Place of Presentation: 弘前大学文京町キャンパス
• [Presentation] Observation of Developing Butterfly Wingusing Optical Coherence Tomography (2007)
  • Author(s): Makoto Kambe, Yoshihiro Ueda, Masato Ohmi, Masamitsu Haruna and Shuichi Kinoshita
  • Organizer: The 10th Asia Pacific Physics Conference(APPC10)
  • Place of Presentation: Phohang, Korea
• [Presentation] アオオビハエトリの毛の内部微細構造 (2007)
  • Author(s): 荒川真子、木下修一
  • Organizer: 日本蜘蛛学会
  • Place of Presentation: 九州東海大学農学部
• [Book] World Scientific Publishing, Shingapore (2008)
  • Author(s): S. Kinoshita
  • Publisher: Structural Colors in the Realmof Nature
• [Book] 昆虫に学ぶ新世代ナノマテリアル(NTS) (2008)
  • Author(s): 木下修一
  • Publisher: 昆虫の構造色
• [Book] 昆虫ミメティックスー昆虫の設計に学ぶー(NTS) (2008)
  • Author(s): 吉岡伸也
  • Publisher: 鮮やかな色(構造色)の仕組み
• [Book] 昆虫ミメティックスー昆虫の設計に学ぶー(NTS) (2008)
  • Author(s): 木下修一
  • Publisher: チョウの鱗粉の構造色
• [Book] Structural Colors in the Realm of Nature (2008)
  • Author(s): S. Kinoshita
  • Total Pages: 352
  • Publisher: World Scientific Publishing
• [Remarks] 吉岡伸也、「生物のナノフォトニクス構造」、第4回非線形テクノサイエンス講演会、2009年3月6日(阪大基礎工)。
• [Remarks] 木下修一、「自然界の構造色の仕組みを探る」、関西ペイント、2009年2月4日(平塚)。
• [Remarks] 木下修一、「自然界の構造色の仕組みを探る」、宇都宮大第10回オプティックス教育セミナー、2008年12月16日(宇都宮大農学共通教育研究棟)。
• [Remarks] 木下修一、「分子世界への旅立ち」、SAP2008(サタデー・アフタヌーン・フィジックス)、2008年11月15日(阪大基礎工シグマホール)。
• [Remarks] 吉岡伸也、「蝶の翅・鳥の羽 : 構造色の物理学と生物学」、知と行動シンポジウム、2008年11月7日(箕面山荘)。
• [Remarks] 木下修一、「自然界の構造色の仕組みを探る」、高知工科大学、2008年10月16日(高知)。
• [Remarks] 木下修一、「自然界の構造色の原理と質感の表現」、フォトニクス先端融合、2008年10月6日(阪大)。
• [Remarks] 木下修一、「モルフォ蝶とナノテクが織りなす美の世界-ナノ構造デバイスへの展開」、NPO IMAGINEセミナー 「世界と共に発展するための中核技術-美と技の創造物、2008年4月17日(大阪科学技術センター)。
• [Remarks] 木下修一、「現代科学が挑むモルフォチョウの謎」、広島国泰寺高校、2007年12月19日(広島国泰寺高校)。
• [Remarks] 木下修一、「光と構造の織りなす色 : チョウやガの構造発色」、生命誌研究館、2007年11月30日(生命誌研究館)。
• [Remarks] 木下修一、「タマムシはなぜ光るのか」、滋賀県立虎姫高校、2007年11月17日(虎姫高校)。
• [Remarks] 木下修一、「ナノ構造がつくる色-構造色とは」、第8回構造色シンポジウム、2007年10月27日(東邦大)。
• [Remarks] 吉岡伸也、「生物の構造色 : 光の干渉+αによる発色の仕組み」、第78回日本動物学会、2007年9月20-22日(弘前大学)。
• [Remarks] 木下修一、「ナノ構造がつくる色」、広島城北高校、2007年7月15日(大阪大学)。
• [Remarks] 木下修一、「昆虫の構造発色の仕組み」、東北大学「昆虫ミメティクスとナノマテリアル」シンポジウム 2007年6月20-21日(東北大学片平キャンパスさくらホール)。
• [Remarks] 木下修一、「構造色の仕組みの解明と構造色の再現」、高分子同友会勉強会、2007年5月10日(大阪薬業年金会館)。
• [Remarks] 吉岡伸也、「美しいチョウやガの輝きと色の仕組み」、日本化学会東海支部 若手研究者フォーラム : ナノワールドを操る、2007年4月20日(名古屋大学東山キャンパス)。