メラニン顆粒を模倣した黒色粒子による艶感制御を伴う単色構造色材料の開発

• Project Area: Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity
• Project/Area Number: 15H01593
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 桑折 道済 千葉大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80512376)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2016: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2015: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: ポリドーパミン / 構造色 / メラニン / バイオミメティック / メラニン顆粒 / コア－シェル粒子 / 黒色粒子 / コア-シェル粒子

Outline of Annual Research Achievements

雄のクジャクの羽毛は構造色による色であり，羽毛内部に含まれるメラニン顆粒が形成する微細なナノ構造に光があたることで鮮やかな発色が起こっている。本研究では，クジャクの羽毛の発色機構から着想したバイオミメティック構造色材料の開発ならびにインク化への応用を目的とした。自然界での構造発色において重要な役割りを担っているメラニンの模倣体としてポリドーパミンを用い，ポリドーパミンを基盤とする微粒子材料の集積により構造色材料の開発を行なった。ポリスチレン粒子をコア材とし，ポリドーパミン層をシェル層とする階層構造粒子を設計・作製することでインク化への応用を達成する上で大きな課題であった固体状態での視認性の高い構造発色を実現した。ポリドーパミン層の厚みを制御することで，粒子の集積挙動に大きな影響が出ることを見出し，素材となる粒子を精密に制御することで，最終的に作製される構造色ペレット材料の構造色の角度依存性を制御することに成功した。さらに，ディップコーターを用いることで，積層数を制御した粒子配列方法を行い，積層膜の厚みと構造発色の関係性を導いた。また，インクジェット装置による粒子分散液の塗布により，微細領域での粒子配列を制御し，インクジェット法により視認性の高い構造発色を達成した。また，複数の粒径の粒子混合による中間色の発現，粒子を濃縮状態で固定した球状・繊維状3次元構造色材料の開発にも成功し，構造発色を基盤とするインク状色材開発において重要な基盤技術の確立に成功した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural Color Materials from Polydopamine-Inorganic Hybrid Thin Films Inspired by Rock Pigeon Feathers (2017)
  • Author(s): 河村彩香，桑折道済，奥博行，濵田紘佑，中川恵介，谷口竜王，岸川圭希
  • Journal Title: KOBUNSHI RONBUNSHU Volume: 74 Issue: 1 Pages: 54-58
  • DOI: 10.1295/koron.2016-0044
  • NAID: 130005296434
  • ISSN: 0386-2186, 1881-5685
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In-situ assembly of diblock copolymers onto submicron-sized particles for preparation of core-shell and ellipsoidal particles (2017)
  • Author(s): K. Hamada, M. Kohri, T. Taniguchi, and K. Kishikawa
  • Journal Title: Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects Volume: 512 Pages: 80-86
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2016.10.035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Why chiral tartaric imide derivatives give large helical twisting powers in nematic liquid crystal phases: substituent-effect approach to investigate intermolecular interactions between dopant and liquid crystalline molecules (2017)
  • Author(s): K. Kishikawa, Y. Furukawa, T. Watanabe, M. Kohri, T. Taniguchi, and S. Kohmoto
  • Journal Title: Liq. Cryst. Volume: - Issue: 6 Pages: 956-968
  • DOI: 10.1080/02678292.2016.1255361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen bond network-stabilization of blue phases by addition of a chiral N-(10-hydroxydecyl)succinimide derivative and alkane diols (2017)
  • Author(s): K. Kishikawa, Y. Furukawa, T. Watanabe, M. Kohri, T. Taniguchi, and S. Kohmoto
  • Journal Title: Liq. Cryst. Volume: - Issue: 8 Pages: 1332-1339
  • DOI: 10.1080/02678292.2017.1295477
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shape-assisted self-organization in highly disordered liquid crystal phases (2017)
  • Author(s): K. Kishikawa, Y. Yamamoto, G. Watanabe, A. Kawamura, M. Kohri, T. Taniguchi
  • Journal Title: Angew. Chem., Int. Ed. Volume: 56 Issue: 16 Pages: 4598-4602
  • DOI: 10.1002/anie.201700809
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bright structural color films independent of background prepared by the dip-coating of biomimetic melanin-like particles having polydopamine shell layers (2017)
  • Author(s): M. Kohri, S. Yamazaki, A. Kawamura, T. Taniguchi, and K. Kishikawa
  • Journal Title: Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects Volume: - Pages: 564-569
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2017.03.035
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural color tuning: Mixing melanin-like particles with different diameters to create neutral colors (2017)
  • Author(s): A. Kawamura, M. Kohri, S. Yoshioka, T. Taniguchi, and K. Kishikawa
  • Journal Title: Langmuir Volume: 33 Issue: 15 Pages: 3824-3830
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b00707
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] メラニン模倣体「ポリドーパミン」を用いる構造色材料 (2017)
  • Author(s): 桑折道済，河村彩香
  • Journal Title: 高分子 Volume: 66 Pages: 25-28
• [Journal Article] 孔雀の羽の発色を素材・構造ともに再現した構造色材料 (2017)
  • Author(s): 河村彩香，桑折道済
  • Journal Title: コンバーテック Volume: 2 Pages: 62-65
• [Journal Article] ポリドーパミンを利用した表面改質技術と光学材料への応用 (2017)
  • Author(s): 河村彩香，桑折道済
  • Journal Title: 表面技術 Volume: 68 Pages: 138-142
  • NAID: 130006413054
• [Journal Article] メラニン模倣粒子の規則配列による高視認性構造色フィルムの作製 (2017)
  • Author(s): 山崎成章，河村彩香，桑折道済
  • Journal Title: 塗装工学 Volume: -
  • NAID: 40021218439
• [Journal Article] Full-color biomimetic photonic materials with iridescent and non-iridescent structural colors (2016)
  • Author(s): A. Kawamura, M. Kohri, G. Morimoto, Y. Nannichi, T. Taniguchi, and K. Kishikawa
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 33984-33984
  • DOI: 10.1038/srep33984
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Surface Modification of Polydopamine Particles <i>via</i> Magnetically-Responsive Surfactants (2016)
  • Author(s): A. Kawamura, M. Kohri, T. Taniguchi, and K. Kishikawa
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan Volume: 41 Issue: 3 Pages: 301-304
  • DOI: 10.14723/tmrsj.41.301
  • NAID: 130005263764
  • ISSN: 1382-3469, 2188-1650
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Polydopamine Particle as a Particulate Emulsifier (2016)
  • Author(s): N. Nishizawa, A. Kawamura, M. Kohri, Y. Nakamura, S. Fujii
  • Journal Title: Polymers Volume: 8 Issue: 3 Pages: 62-62
  • DOI: 10.3390/polym8030062
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Polystyrene latex particles containing europium complexes prepared by miniemulsion polymerization using bovine serum albumin as a surfactant for biochemical diagnosis (2016)
  • Author(s): T. Aikawa, A. Mizuno, M. Kohri, T. Taniguchi, K. Kishikawa, and T. Nakahira
  • Journal Title: Colloids Surf. B: Biointerfaces Volume: 145 Pages: 152-159
  • DOI: 10.1016/j.colsurfb.2016.04.055
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] hotonic crystals fabricated by block copolymerization-induced microphase separation (2016)
  • Author(s): R. Motokawa, T. Taniguchi, T. Kumada, Y. Iida, S. Aoyagi, Y. Sasaki, M. Kohri, and K. Kishikawa
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 49 Issue: 16 Pages: 6041-6049
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.6b01190
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 構造色を用いた次世代IJインク (2016)
  • Author(s): 河村彩香，桑折道済
  • Journal Title: 印刷雑誌 Volume: 99 Pages: 39-44
  • NAID: 40021012461
• [Journal Article] Biomimetic non-iridescent structural color materials from polydopamine black particles that mimic melanin granules (2015)
  • Author(s): Kohri, Michinari; Nannichi, Yuri; Taniguchi, Tatsuo; Kishikawa, Keiki
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 3 Issue: 4 Pages: 720-724
  • DOI: 10.1039/c4tc02383h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Achiral straight-rod liquid crystals indicating local biaxiality and ferroelectric switching behavior in the smectic A and (2015)
  • Author(s): Kishikawa, Keiki; Inoue, Takahiro; Hasegawa, Naoshi; Takahashi, Masahiro; Kohri, Michinari; Taniguchi, Tatsuo;
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 3 Issue: 15 Pages: 3574-3581
  • DOI: 10.1039/c5tc00389j
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Preparation of size-controlled polymer particles by polymerization of O/W emulsion monomer droplets obtained through phase inversion temperature emulsification using amphiphilic comb-like block polymers (2015)
  • Author(s): Y. Sasaki, N. Konishi, M. Kasuya, M. Kohri, T. Taniguchi, and K. Kishikawa
  • Journal Title: Colloids Surf. A Volume: 482 Pages: 68-78
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2015.04.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] メラニン顆粒を模倣したポリドーパミン黒色粒子を用いる単色構造色材料 (2015)
  • Author(s): 桑折道済
  • Journal Title: C & I Commun Volume: 40 Pages: 20-21
• [Presentation] メラニン模倣化学：ポリドーパミン複合粒子の創成と微細領域での配列規制に基づく構造色インクの開発 (2017)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 野口遵研究助成金講演会
  • Place of Presentation: 如水会館
  • Invited
• [Presentation] Biomimetic structural color materials from melanin-like particles (2017)
  • Author(s): ◯M. Kohri, A. Kawamura, G. Morimoto
  • Organizer: International Symposium on Engineering Neo-biomimetics VII
  • Place of Presentation: 産総研お台場
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ポリドーパミン界面を用いる機能材料創成 (2017)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 第27回繊維学会西部支部セミナー
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Invited
• [Presentation] ポリドーパミンをメラニン模倣体として活用する色材開発 (2017)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 第1回ポリマー材料科学若手研究会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • Invited
• [Presentation] ポリドーパミンをメラニン模倣体として活用する色材開発 (2016)
  • Author(s): ○桑折道済・河村彩香・山崎成章・柳本賢士・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第26回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜開港記念会館
  • Year and Date: 2016-12-19
  • Invited
• [Presentation] ポリマー粒子研究の最新動向とその将来展望 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 第6回CSJ化学フェスタ2016
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Year and Date: 2016-11-14
  • Invited
• [Presentation] Biomimetic structural colors inspired by bird feathers (2016)
  • Author(s): ○M. Kohri, A. Kawamura, and G. Morimoto
  • Organizer: 5th Nagoya Biomimetics International Symposium(NaBIS)
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2016-10-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Preparation of structural color materials via assembly of biomimetic polydopamine particles (2016)
  • Author(s): ○M. Kohri, A. Kawamura, K. Yanagimoto, S. Yamazaki, Y. Nannichi, T. Taniguchi, K. Kishikawa, G. Morimoto
  • Organizer: Asian Conference on Nanoscience and Nanotechnology(AsiaNANO2016)
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションホール
  • Year and Date: 2016-10-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Biomimetic structural color materials based on core-shell particles having melanin-like shell layers (2016)
  • Author(s): ○A. Kawamura, M. Kohri, T. Taniguchi, K. Kishikawa, G. Morimoto
  • Organizer: Asian Conference on Nanoscience and Nanotechnology(AsiaNANO2016)
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションホール
  • Year and Date: 2016-10-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Biomimetic structural color via assembly of melanin-like polydopamine particles (2016)
  • Author(s): ○M. Kohri, A. Kawamura, K. Yanagimoto, S. Yamazaki, Y. Nannichi, T. Taniguchi, K. Kishikawa
  • Organizer: 30th Conference of the European Colloid and Interface Society(ECIS2016)
  • Place of Presentation: ローマ大学（イタリア）
  • Year and Date: 2016-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication of structural color materials from core-shell particles having melanin-like shell layers (2016)
  • Author(s): ○A. Kawamura, M. Kohri, T. Taniguchi, K. Kishikawa
  • Organizer: 30th Conference of the European Colloid and Interface Society(ECIS2016)
  • Place of Presentation: ローマ大学（イタリア）
  • Year and Date: 2016-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ポリドーパミンを基盤とする機能材料作製 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 第157回東海高分子研究会講演会(夏期合宿)
  • Place of Presentation: 岐阜
  • Year and Date: 2016-09-02
  • Invited
• [Presentation] メラニン顆粒から着想したコロイド粒子を用いる視認性の高い構造発色の実現 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会(2016)
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2016-03-24
  • Invited
• [Presentation] Development of high visibility structural color materials based on core-shell particles having polydopamine black shell layer (2016)
  • Author(s): M. Kohri, A. Kawamura, T. Taniguchi, and K. Kishikawa
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会(2016)
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] ポリドーパミン被覆粒子を用いる多彩な発色の構造色材料 (2016)
  • Author(s): 河村彩香・桑折道済・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第33回高分子学会千葉地域活動若手セミナー
  • Place of Presentation: 野田
  • Year and Date: 2016-03-08
• [Presentation] 膜乳化法を用いた構造色ボールの作製 (2016)
  • Author(s): 柳本賢士・桑折道済・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第33回高分子学会千葉地域活動若手セミナー
  • Place of Presentation: 野田
  • Year and Date: 2016-03-08
• [Presentation] コア-シェル粒子の配列が構造発色に与える影響 (2016)
  • Author(s): 山崎成章・桑折道済・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第33回高分子学会千葉地域活動若手セミナー
  • Place of Presentation: 野田
  • Year and Date: 2016-03-08
• [Presentation] メラニン顆粒から着想した粒子を用いる構造色材料 (2016)
  • Author(s): 桑折道済・河村彩香
  • Organizer: 科学研究費「生物規範工学」全体会議／JAMSTEC合同講演会
  • Place of Presentation: 沖縄
  • Year and Date: 2016-03-03
• [Presentation] 黒色粒子を用いる視認性の高い構造色の発現と利用 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 電子ペーパー/フレキシブル技術部会研究会
  • Place of Presentation: 日本化学会館
  • Invited
• [Presentation] ポリドーパミンを基盤とするバイオミメティック材料 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 新化学技術推進協会(JACI)先端化学・材料技術部会新素材分科会講演会
  • Place of Presentation: 三番町KSビル
  • Invited
• [Presentation] ポリドーパミンを基盤とする材料表面改質と構造色色材の開発 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 関西大学先端科学技術推進機構研究部門別発表会 (第52回)
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Invited
• [Presentation] 生体模倣高分子「ポリドーパミン」を基盤とする機能材料開発 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 日本大学特別講義
  • Place of Presentation: 日本大学習志野キャンパス
  • Invited
• [Presentation] 孔雀の羽からのインク開発 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 2016年第1回千葉大学化学教育研究懇談会
  • Place of Presentation: 千葉大学
  • Invited
• [Presentation] 自然に学ぶ材料設計：構造色を基盤とする新たな色材開発 (2016)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 千葉大学あかりんアワー
  • Place of Presentation: 千葉大学
  • Invited
• [Presentation] ポリドーパミン黒色層をシェル層とするコア-シェル粒子を用いた構造色材料 (2015)
  • Author(s): 河村彩香・桑折道済・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2015-12-08
• [Presentation] メラニン顆粒を模倣した粒子を用いる視認性の高い構造色材料の作製 (2015)
  • Author(s): 河村彩香・桑折道済
  • Organizer: 第16回構造色シンポジウム
  • Place of Presentation: 野田
  • Year and Date: 2015-12-05
• [Presentation] メラニン顆粒を模倣した吸収のあるコロイド粒子を用いる多彩な構造発色の実現 (2015)
  • Author(s): 桑折道済・河村彩香
  • Organizer: 第4回ネイチャー・インダストリー・アワード
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-12-04
• [Presentation] 吸収のあるコロイド粒子を用いる視認性の高い構造色材料の作製 (2015)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 新化学技術推進協会第2回学産交流ポスターセッション
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-12-03
• [Presentation] メラニン顆粒から着想して作製したコア-シェル粒子を用いる多彩な発色の構造色材料 (2015)
  • Author(s): 桑折道済・河村彩香・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第24回ポリマー材料フォーラム
  • Place of Presentation: 船堀
  • Year and Date: 2015-11-26
• [Presentation] ポリドーパミンを基盤とするバイオミメティク材料の作製 (2015)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 第12回大阪工業大学界面化学研究会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-11-13
  • Invited
• [Presentation] メラニン模倣物質をシェル層とするコア-シェル粒子を用いた構造色材料の作製 (2015)
  • Author(s): 河村彩香・桑折道済
  • Organizer: 新学術領域4領域の合同研究発表会
  • Place of Presentation: 姫路
  • Year and Date: 2015-11-11
• [Presentation] 生物に学ぶ材料設計：構造色を用いる環境適応型な色材の開発 (2015)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 平成27年度千葉大学工学部公開講座
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2015-11-01
• [Presentation] Structural color materials based on biomimetic core-shell particles that mimic melanin granules (2015)
  • Author(s): M. Kohri and A. Kawamura
  • Organizer: 4th Nagoya Biomimetics International Symposium (NaBIS)
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-10-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ポリドーパミンを用いた構造色材料の設計と作製 (2015)
  • Author(s): 河村彩香・桑折道済・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第5回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: 船堀
  • Year and Date: 2015-10-13
• [Presentation] ポリドーパミン被覆粒子を用いる構造色材料 (2015)
  • Author(s): 桑折道済・河村彩香・南日優里・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第64回高分子討論会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] 鮮やかな構造色材料の設計と作製 (2015)
  • Author(s): 河村彩香・桑折道済
  • Organizer: 千葉エリア産学官連携オープンフォーラム2015
  • Place of Presentation: 津田沼
  • Year and Date: 2015-09-11
• [Presentation] アミノ酸誘導体からなる単分散な黒色粒子の合成と構造色発現 (2015)
  • Author(s): 桑折道済・河村彩香・南日優里・谷口竜王・岸川圭希
  • Organizer: 第66回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] サブミクロンサイズの単分散な黒色粒子の精密合成と構造色材料への応用 (2015)
  • Author(s): 桑折道済
  • Organizer: 化学工学会第47回秋季大会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2015-09-09
  • Invited
• [Book] Polymer science: research advances, practical applications and educational aspects (2016)
  • Author(s): M. Kohri and A. Kawamura
  • Total Pages: 591
  • Publisher: Formatex Research Center
• [Remarks] 生体模倣高分子研究室HP
  • URL: http://chem.tf.chiba-u.jp/gacb03/saito/toppu.html
• [Remarks] 千葉大学 大学院工学研究科 共生応用化学専攻 生体模倣高分子研究室
  • URL: http://chem.tf.chiba-u.jp/gacb03/saito/toppu.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] コア－シェル粒子を含む膜及び物品 (2015)
  • Inventor(s): 桑折道済・河村彩香
  • Industrial Property Rights Holder: 桑折道済・河村彩香
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-186195
  • Filing Date: 2015-09-23