フルオロアパタイトを主成分とした棒状ナノハイブリッドを用いて、構造色を示すフォトニック材料の開発に成功東京大学

東京大学は2024年7月12日、サメの歯の無機成分であるフルオロアパタイトを主成分とした、構造色を示すフォトニック材料を開発したと発表した。環境への負荷が低い新素材で、工業製品から医療、バイオまで幅広い分野での活用が期待できる。

研究グループは、貝殻真珠層や骨などの生体硬組織（バイオミネラル）の形成メカニズムであるバイオミネラリゼーションから着想を得て、リン酸カルシウム無機結晶のフルオロアパタイトから、サイズの揃った棒状のフルオロアパタイトナノハイブリッドを人工的に合成し、2次元に集合させた。ナノサイズの棒状ハイブリッドは室温の水中で合成でき、自発的に2次元に配向する液晶性を有している。フルオロアパタイトは、サメの歯などに見られ、生体親和性が高いうえ、耐酸性にも優れている。

合成したフルオロアパタイトナノハイブリッドは、歯のような白色をしているが、特定の濃度に調製すると、液晶を形成し、青、緑、黄、赤などの色を発した。非常に鮮やかな色で、クジャクやタマムシのように、見る角度によって色が変わる性質がある。また、この材料をゲルに固定化することも可能で、引っ張ったり押したりすると、色が変化することも確認できた。

フルオロアパタイトナノハイブリッドを閉じ込めたゲル
a：異なる角度から観察したゲルの写真
b：ゲルを圧縮した模式図とその写真
c：ゲルの走査型電子顕微鏡像

クジャクやタマムシの羽などの鮮やかな色は、体表にあるナノ構造が光を散乱したり反射したりすることで現れ、構造色と呼ばれる。色素や顔料とは異なり退色することがなく、環境への負荷も小さいことから、SDGsやカーボンニュートラルの観点からも注目されている。

研究グループは、構造色を持つフォトニック材料がサメの歯などに存在する成分から合成されたことで、環境にやさしい着色材になるだけでなく、微量タンパク質検知センサーや光学デバイスのほか、人工骨やインプラントへの応用などが期待できるとしている。

研究成果は2024年6月26日、ドイツの国際科学誌「Advanced Materials」で公開された。

フルオロアパタイトを主成分とした棒状ナノハイブリッドを用いて、構造色を示すフォトニック材料の開発に成功　東京大学