Design of dyestuffs for difficult-to-dye textiles using chemoinformatics methods and prediction of their colour fastness

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K01993
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 宮崎 慶輔 金沢工業大学, 基礎教育部, 准教授 (30640180)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣垣 和正 福井大学, カーボンニュートラル推進本部, 准教授 (00512740) ; 平田 豊章 福井大学, 学術研究院工学系部門, 講師 (30800461) ; 堀 照夫 福井大学, 産学官連携本部, 客員教授 (90092832)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 染色堅牢度 / インフォマティクス / 記述子 / 染料 / 化学構造

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、すでに得られている染色特性・染色堅牢度試験結果をデータセットとしたマテリアルズ・インフォマティクス手法により逆解析することで染料分子を設計し、良好な染色堅牢度が期待できる候補染料を試作合成する。候補染料を用いてPP繊維を染色し、その染色堅牢度を評価することで、染料分子の化学構造と染色堅牢度との関係を明らかにすることである。
これまでに染色特性の評価試験に用いたことのある染料のうち系統的に分子の化学構造を変化させた染料群を選び、予測モデル構築時の学習用集合の初期データセットとした。染色堅牢度を予測するインフォマティクスに使用する記述子の選定ツールとして、初期データセット染料群を用いた。
化学構造式から直に得られる疎水性指標の記述子の一つとして、原子団寄与法によるHSP（ハンセン溶解度パラメーター）を初期データセット染料群について求めた。PP繊維の染色堅牢度に影響することが知られている染料分子の疎水性、脂肪族性、疎水基置換位置の違いのうち、疎水性と脂肪族性については、HSPがこれらを表現する記述子として使用できる可能性を見出せた。一方、この記述子だけでは疎水基置換位置の違いを十分に識別できないことも分かった。
疎水性指標以外の記述子を得る試行として、ウェブサイト上でリモート操作できる分子記述子計算アプリケーションE-Dragonを使用した。E-Dragonは、英数字で文字列化された分子の化学構造（SMILES表記）のユーザーによる入力から連携サイトを経由して分子の3次元構造（原子座標）を得て、1666種類の記述子を計算できる。サイト間連携の利用により通常のPCに比べ高速で処理できる計画であったが、アプリケーションを操作するウェブブラウザのセキュリティ環境の変化（サポートの終了や無効化）とサイト間連携の不具合のため、この方法による記述子の計算はできなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初予定していたウェブサイト上でリモート操作できる分子記述子計算アプリケーション（E-Dragon）がウェブブラウザのセキュリティ環境の変化（サポートの終了や無効化）とサイト間連携の不具合のため、記述子の算出が正常にできない状況となった。アプリケーションが発するエラーの原因追究等に時間がかかり、疎水性指標以外の記述子を算出する試行ができなかった。

Strategy for Future Research Activity

ウェブサイト上でリモート操作できる分子記述子計算アプリケーションにおいて、サイト間連携のエラーを回避する方法を見出したので、その方法を試行する。また、記述子を算出するほかの方法についても検討する。
初期データセット染料群の記述子が得られれば、これを学習用集合としたインフォマティクス手法による逆解析から染料分子の設計を進める。

Causes of Carryover

分子記述子計算の試行の不調により、後続の進捗がやや遅れたため、試行結果を考慮して仕様を決める予定であった物品の購入費用などを支出しなかった。翌年度に仕様が決まり次第、物品購入等で使用する計画である。また、翌年度分は当初の通り使用する計画である。