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外部刺激による共役系制御に基づく高解像度な構造色印刷技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H02793
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分35020:高分子材料関連
研究機関千葉大学

研究代表者

桑折 道済  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80512376)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 交付 (2022年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2020年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
キーワード構造色 / ポリドーパミン / メラニン / 高分子微粒子 / 共役系制御 / メラニン前駆体高分子 / 共役長制御 / メラニン化 / コアーシェル粒子 / ポリマーブラシ / チロシナーゼ / 日焼け / ポリチロシン / 色材
研究開始時の研究の概要

微細な周期構造に由来する構造色は,退色がなく独特の光沢を有することから,次世代型の色材として期待されている。本研究では,応募者が独自に行ってきた人工メラニン粒子を用いる構造色材料の研究知見を発展させ,外部刺激によって視認性の高い構造色を発現する技術を確立し,構造色による高解像度な印刷技術を開発する。これらの研究を通して,構造色を基盤とする色材開発の学理と技術革新に貢献することを目的とする。

研究実績の概要

微細な周期構造に由来する構造色は、退色がなく独特の光沢を有することから、次世代型の色材として期待されている。我々はこれまで、自然界での構造発色メカニズムから創発し、ポリドーパミンを用いる人工メラニン粒子による構造色材料の開発を行ってきた。本研究では、これらの知見をもとに、外部刺激によって視認性の高い構造色を発現する基盤技術を確立し、構造色による印刷技術を開発する。これらの研究を通して、構造色を基盤とする色材開発の学理と技術革新に貢献することを目的とする。
前年度までに、ポリドーパミンに変えて、メラニン前駆体高分子となるポリチロシンを被覆した新たなコア-シェル型粒子を作製した。光吸収能を持たないメラニン前駆体粒子で作成したペレット材料は乳白色のペレット材料となった一方で、メラニン前駆体粒子を溶媒に分散し、UV光を照射後にペレット材料を作成したところ、光照射時間が増加するに従ってシェル層の共役系が伸長し、発現する構造色の視認性の向上に成功した。一方で、共役系の伸長には、粒子を溶媒に分散した状態での処理が必要であるという課題も残った。本年度はこの課題を克服するために、ポリマーブラシ型のメラニン前駆体粒子を新たに設計し、固体状態での共役系の伸長と構造色の可視化を検討した。ドーパミン部位を側鎖に有するポリマーブラシをコア粒子表面に構築したコア-シェル粒子を集積してペレット材料を作成し、アンモニアガス蒸気を暴露したところ、暴露時間に応じてキノン化や架橋反応が進行すること共役系の伸長、つまりメラニン化が確認された。結果として、固体状態での構造色の可視化制御を達成することに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、ドーパミン部位を側鎖に有するポリマーブラシをコア粒子表面に構築したメラニン前駆体粒子を作製し、アルカリ処理によって、共役系制御に基づく構造色の視認性の制御に成功した。固体状態での粒子集積構造体への外部刺激によって構造色の可視性を制御できる新たな知見を得ることができ、おおむね当初の計画通りに研究が推移していると判断している。

今後の研究の推進方策

本年度は高分子側鎖にドーパミン骨格を有するポリマーブラシ型のメラニン前駆体高分子を用いて、固体状態での共役系制御に成功した一方で、粒子の分散性と可視化には時間を要することが新たな課題となった。次年度は、粒子の分散性を維持した状態でより高速な構造色の可視化を目的として、新たな骨格のポリマーブラシ型のメラニン前駆体を新たに設計/合成する。側鎖型のメラニン前駆体高分子で被覆した粒子に、光照射もしくは酵素反応による共役系の制御を行うことで、構造色の視認性制御を検討する。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書

研究成果

(43件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (24件) (うち査読あり 17件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 15件) 図書 (2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Generation of hexagonal close-packed ring-shaped structures using an optical vortex2022

    • 著者名/発表者名
      H. Kawaguchi, K. Umesato, K. Takahashi, K. Yamane, R. Morita, K. Yuyama, S. Kawano, K. Miyamoto, M. Kohri, T. Omatsu
    • 雑誌名

      Nanophotonics

      巻: 11(4) 号: 4 ページ: 855-864

    • DOI

      10.1515/nanoph-2021-0437

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Preparation of Electro-optically Responsive Liquid Crystal Nanocapsules by Miniemulsion Polymerization of Oil-in-Water Emulsion Monomer Droplets2021

    • 著者名/発表者名
      Kojima Reina、Kohri Michinari、Taniguchi Tatsuo、Kishikawa Keiki、Karatsu Takashi
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 8 ページ: 1566-1569

    • DOI

      10.1246/cl.210232

    • NAID

      130008072832

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • 年月日
      2021-08-05
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of Structural Coloration by Natural Sunlight Irradiation on a Melanin Precursor Polymer Inspired by Skin Tanning.2021

    • 著者名/発表者名
      Okoshi T, Iwasaki T, Takahashi S, Iwasaki Y, Kishikawa K, Kohri M
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: - 号: 4 ページ: 1730-1738

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.1c00161

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stimuli-Responsive Biomimetic Metallic Luster Films Using Dye Absorption and Specular Reflection from Layered Microcrystals2021

    • 著者名/発表者名
      Kojima Yuki、Kishikawa Keiki、Ichikawa Shuji、Matsui Jun、Hirai Keita、Kondo Yukishige、Kohri Michinari
    • 雑誌名

      ACS Applied Polymer Materials

      巻: - 号: 4 ページ: 1819-1827

    • DOI

      10.1021/acsapm.0c01396

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bright Solvent Sensor Using an Inverse Opal Structure Containing Melanin-mimicking Polydopamine2021

    • 著者名/発表者名
      Kohri Michinari、Kobayashi Akari、Okoshi Taku、Shirasawa Hiroki、Hirai Keita、Ujiie Kazuya、Kojima Takashi、Kishikawa Keiki
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 1 ページ: 106-109

    • DOI

      10.1246/cl.200626

    • NAID

      130007966009

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chiral Self-Sorting and the Realization of Ferroelectricity in the Columnar Liquid Crystal Phase of an Optically Inactive <i>N</i>,<i>N</i>′-Diphenylurea Derivative Possessing Six (±)-Citronellyl Groups2021

    • 著者名/発表者名
      Moriya Miyu、Kohri Michinari、Kishikawa Keiki
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 6 号: 28 ページ: 18451-18457

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c02534

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Highly Ordered Organic Piezoresponsive Materials Obtained by Cross-linking Electroresponsive Columnar Liquid Crystal Compounds2021

    • 著者名/発表者名
      Kaneda Ariyoshi、Kohri Michinari、Taniguchi Tatsuo、Kishikawa Keiki
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 1 ページ: 35-38

    • DOI

      10.1246/cl.200652

    • NAID

      130007965996

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 玉虫と孔雀の美しさ/人工メラニンによる構造発色材料2021

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 雑誌名

      Biomimetica

      巻: 4 ページ: 12-13

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] メラニン系構造色を基盤とする次世代インク開発2021

    • 著者名/発表者名
      浦瀨舞, 吉岡大輝, 桑折道済
    • 雑誌名

      日本画像学会誌

      巻: 60 ページ: 478-485

    • NAID

      130008102596

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] コロイド粒子によるメラニン系構造色材料2021

    • 著者名/発表者名
      吉岡大輝, 浦瀨舞, 桑折道済
    • 雑誌名

      粉体技術

      巻: 13 ページ: 50-53

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] ランタノイド元素複合高分子を用いる無着色磁性コロイド粒子の開発2021

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 雑誌名

      C & I Commun

      巻: 46 ページ: 15-18

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] A Low-temperature Axially Polar Ferroelectric Columnar Liquid Crystal Compound Possessing Branched Alkyl Chains2020

    • 著者名/発表者名
      Akiyama Azumi、Kohri Michinari、Kishikawa Keiki
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 49 号: 7 ページ: 768-770

    • DOI

      10.1246/cl.200266

    • NAID

      130007872578

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • 年月日
      2020-07-05
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biomimetic Structural Color Materials Based on Artificial Melanin Particles2020

    • 著者名/発表者名
      Kohri Michinari
    • 雑誌名

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      巻: 33 号: 1 ページ: 111-116

    • DOI

      10.2494/photopolymer.33.111

    • NAID

      130007867554

    • ISSN
      0914-9244, 1349-6336
    • 年月日
      2020-07-01
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of a liquid crystalline double helix supramolecular structure and its electro-responsive behaviour2020

    • 著者名/発表者名
      Masuda Masaya、Kohri Michinari、Kishikawa Keiki
    • 雑誌名

      Liquid Crystals

      巻: 48 号: 2 ページ: 295-306

    • DOI

      10.1080/02678292.2020.1819452

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Full-Color Magnetic Nanoparticles Based on Holmium-Doped Polymers2020

    • 著者名/発表者名
      Kohaku Kotona、Inoue Mizuki、Kanoh Hirofumi、Taniguchi Tatsuo、Kishikawa Keiki、Kohri Michinari
    • 雑誌名

      ACS Applied Polymer Materials

      巻: 2 号: 5 ページ: 1800-1806

    • DOI

      10.1021/acsapm.0c00038

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Poly-β-Ketoester Particles as a Versatile Scaffold for Lanthanide-Doped Colorless Magnetic Materials2020

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Mikiya、Ando Koki、Inoue Mizuki、Kanoh Hirofumi、Yamagami Mai、Wakiya Takeshi、Iida Eiji、Taniguchi Tatsuo、Kishikawa Keiki、Kohri Michinari
    • 雑誌名

      ACS Applied Polymer Materials

      巻: 2 号: 6 ページ: 2170-2178

    • DOI

      10.1021/acsapm.0c00149

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of the Polydopamine Composite Method on Structural Coloration: Comparison of Binary and Unary Assembly of Colloidal Particles2020

    • 著者名/発表者名
      Iwasaki Takeshi、Harada Shotaro、Okoshi Taku、Moriya Miyu、Kojima Takashi、Kishikawa Keiki、Kohri Michinari
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 36 号: 40 ページ: 11880-11887

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.0c01904

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Progress in polydopamine-based melanin mimetic materials for structural color generation2020

    • 著者名/発表者名
      Kohri Michinari
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 21 号: 1 ページ: 833-848

    • DOI

      10.1080/14686996.2020.1852057

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A selectable approach for polarity-fixed and polarity-controllable polymer films with hexagonal columnar structures2020

    • 著者名/発表者名
      Ohno Takaya、Nonoshita Sho、Akiyama Azumi、Kohri Michinari、Taniguchi Tatsuo、Kishikawa Keiki
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: 272 ページ: 127863-127863

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2020.127863

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation of Axially Polar Ferroelectricity in a Columnar Liquid Crystal Phase by Introducing Chirality2020

    • 著者名/発表者名
      Akiyama Azumi、Jido Keita、Kohri Michinari、Taniguchi Tatsuo、Kishikawa Keiki
    • 雑誌名

      Advanced Electronic Materials

      巻: 6 号: 8 ページ: 2000201-2000201

    • DOI

      10.1002/aelm.202000201

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of liquid crystal nanocapsules by polymerization of oil-in-water emulsion monomer droplets2020

    • 著者名/発表者名
      R. Kojima, S. Hidaka, M. Taira, M. Kohri, *T. Taniguchi, K Kishikawa, T. Karatsu, E. Okabe, and F. Kondo
    • 雑誌名

      J. Colloid Interface Sci.

      巻: 563 ページ: 122-130

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2019.12.050

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] クジャクの羽の発色を再現ー次世代インク開発に生かす2020

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 雑誌名

      Fole

      巻: 210 ページ: 38-39

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 生体模倣高分子による構造色材料と無着色な磁性高分子材料2020

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 雑誌名

      Yano E plus

      巻: 7 ページ: 13-16

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 無着色磁性粒子を磁気インクへ2020

    • 著者名/発表者名
      桑折道済, 山本幹也, 小白琴菜
    • 雑誌名

      印刷雑誌

      巻: 8 ページ: 35-40

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 生物の階層構造から創発する材料開発:発色材料を中心に2022

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      第7回 CAIV Webinar
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子微粒子材料の階層的な構造制御による特異な発色/磁気特性の創出2022

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      令和3年度高分子学会九州支部フォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物に倣う発色性高分子材料の開発2021

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      21-1フォトニクスポリマー研究会-発光・発色材料の最前線
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子コロイド材料の階層的な構造制御による特異な発色/磁気特性の創出2021

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      徳島大学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物を規範とする機能高分子材料の開発2021

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      工学院大学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Assembly of colloidal nanoparticles for colored materials2021

    • 著者名/発表者名
      Michinari Kohri
    • 学会等名
      The 2020 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies(Pacifichem 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 特異な発色・磁性を示す高分子微粒子の開発2021

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      東海コンファレンス2020 in 愛知-次世代高分子微粒子材料の研究・開発-
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノインクを志向した特異な発色・磁性を示す高分子微粒子の開発2021

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      ナノインク懇話会 第33回例会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Biomimetic structural color materials based on artificial melanin particles2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kohri
    • 学会等名
      The 37th International Conference of Photopolymer Science and Technology
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生体を規範とする機能高分子材料の開発2020

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      Molecular Chirality Research Center定例会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 特異な発光/磁性を示す高分子ハイブリッド材料2020

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Biomimetic Structural Color Materials by Polydopamine-Based Artificial Melanin Particles2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kohri
    • 学会等名
      JAPAN-TAIWAN YOUNG SCIENTISTS POLYMER SYMPOSIUM
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Biomimetic Structural Color Materials by Polydopamine-Based Artificial Melanin Particles2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kohri
    • 学会等名
      3rd GLowing Polymer Symposium in KANTO
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ホルミウム含有高分子を用いる無着色磁性粒子の作製と利用2020

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      応用物理学会 磁気科学研究会第9回講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 特異な発色・磁性を示す高分子微粒子材料の開発2020

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 学会等名
      産業技術総合研究所東北センター化学プロセス研究部門講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] バイオミメティクスー持続可能な社会へ導く技術革新のヒントー2021

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 総ページ数
      350
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781315638
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] コロイド結晶の形成とその応用2020

    • 著者名/発表者名
      桑折道済
    • 総ページ数
      251
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781315027
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 千葉大学ソフト材料化学研究室HP

    • URL

      http://chem.tf.chiba-u.jp/gacb03/saito/toppu.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
  • [産業財産権] 刺激応答性化合物2021

    • 発明者名
      桑折道済, 小島佑樹
    • 権利者名
      桑折道済, 小島佑樹
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-048724
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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