Development of durable green colorants based on chemical-free composites with abundant chlorophyll and natural minerals
| Project/Area Number |
23K22218
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| Project/Area Number (Other) |
22H00947 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 08030:Family and consumer sciences, and culture and living-related
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
河野 芳海 静岡大学, 工学部, 准教授 (50334959)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福原 長寿 静岡大学, 工学部, 教授 (30199260)
冨田 靖正 静岡大学, 工学部, 教授 (50303532)
松田 靖弘 静岡大学, 工学部, 准教授 (40432851)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | クロロフィル / 天然色素 / 無機層状化合物 / 複合体 / 着色材料 / 銅クロロフィリン / ハイドロタルサイト / 界面活性剤 / 分散性 / 層状構造 / 無機層状鉱物 |
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| Outline of Research at the Start |
植物の光合成色素である葉緑素(クロロフィル)は無害で資源量の豊富な緑色天然色素であり，安全性の点で優れているが，不安定で退色を引き起こすために実用的な着色材として使えない。そこで本研究では，葉緑素を適切な無機層状材料の層間に複合化して安定性の改善を目指す。
本研究では天然鉱物としても産出する層状複水酸化物であるハイドロタルサイトについて，その層間空間の性質を天然素材で精密に制御し，葉緑素に特化した吸着・安定化空間を構築する。ここに葉緑素を吸着・複合化させることで，生活環境で安心して汎用できる安全なグリーンの着色材を創製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，天然色素として豊富に存在する葉緑素を安全な色材として利用するため，これを適切な無機層状空間に配置し，その安定性の飛躍的な向上を目指すものである。当該年度の研究実施計画に従い，葉緑素の発色部位である色素クロロフィリンを，アニオン交換性粘土の性質を有する層状鉱物ハイドロタルサイトの層間に取り込む技術を確立した。
色素の複合化そのものは単純なアニオン交換で可能であるが，層間での色素分子の凝集が避けられず，得られる複合体はくすんだ色合いとなる。そこで，クロロフィリン色素とともにアニオン性界面活性剤分子をハイドロタルサイト層間に共挿入することで，層間での色素分子の凝集を防止し，鮮やかな発色を見せる複合体の開発に成功した。しかし，界面活性剤分子が層間に入ることにより，本来挿入されるべきクロロフィリン色素の複合化量が低下して，得られる複合体の色合いが薄くなる問題が生じた。このため，共挿入する界面活性剤の比率をさまざまに調整した複合体を試作し，色素の複合化量の低減を抑えつつ，最適な色素分散性が得られる導入量を確定した。
用いる界面活性剤のアルキル鎖の長さが，クロロフィリン色素分子の分散性に及ぼす影響を調査した。短鎖のアルキル基は色素分子の分散性向上に全く効果を示さず，層間への界面活性剤の導入そのものも困難であった。そこでアルキル鎖長を順に長くしてゆくことで，最低限必要なアルキル鎖の長さの目安を得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で葉緑素を複合化するための層状構造を有する無機化合物として，ハイドロタルサイトを選定した。葉緑素の発色部位であるクロロフィリン色素を用いて種々検討することで，ハイドロタルサイトがクロロフィリンの複合化のための無機ホストとして適切に使用できる見通しを得た。さらに，界面活性剤を共挿入することで，ハイドロタルサイト層間でのクロロフィリン色素分子の凝集を抑制できる見通しが得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実施計画に従い，無機層状化合物の層間空間でクロロフィリン色素の単分散吸着を実現する。無機ホストとして用いる化合物はハイドロタルサイトに絞り込み，この層間にアニオン性界面活性剤を共挿入することで，クロロフィリン色素の分散性を任意に制御できる技術を確立する。この目的のために，界面活性剤分子のアルキル鎖長だけでなく，含まれる不飽和結合によるアルキル鎖の屈曲が分散性に与える影響を詳細に調べる。これらの手法により，クロロフィリン色素分子がハイドロタルサイト層間で高分散状態で吸着できる複合化方法の知見を得る。
上の研究成果を元に，層間に高分散状態で取り込んだクロロフィリン色素を選択的に溶出する技術の開発を行う。いちど吸着したクロロフィリン分子を溶出させることで，分子の占めていた体積が空間として層間に残留し，葉緑素分子を層間に取り込む鋳型としての役割が得られることを狙う。
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Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
