ANNUAL REPORTOFHOSOKAWA POWDERTECHNOLOGY FOUNDATION
No. 20 2012
平成24年度

年

公益財団法人報

ホソカワ粉体工学振興財団

Hirakata-Shi Osaka 573-1132 Japan.

設立の趣旨衣・食・住や医療など，我々の日常生活で身近に氾濫しているいろいろな製品に，又，未来に向けて開発されようとしている新素材における高純度化，微細加工等の技術，さらには世界的規模において問題視されている環境破壊，特に大気汚染に対する防止等，あらゆる産業分野に粉体技術は重要な役割を果たしております。粉体工学は，これら粉体技術を基礎的に研究し，開発する学問分野であります。
私は，父が大正５年４月に創業致しました細川鉄工所（現ホソカワミクロン株式会社）の経営を引き継ぎ，粉体に関するあらゆる技術を具体化し，粉体技術を通して産業界に着実にその地位を築いてまいりましたが，その間，各方面から多くの学術研究上のご支援をいただきました。粉体技術
に対する社会のニーズは，ますます大きく，また高度化し，その基礎となる粉体工学の重要性もますます高くなっています。私といたしましては，いささかの私財を学術振興，特に粉体工学を通して社会に少しでも還元できればと望むものであります。
以上の趣旨から，わが国ならびに世界の粉体工学に対する研究助成を主目的とし，合せて粉体工学に関連する優れた研究成果に対する褒賞，国際交流に対する援助，研究発表・シンポジウムなどの開催およびその援助等の諸事業を目的とする財団法人ホソカワ粉体工学振興財団を設立し，粉体工学ならびにその周辺学術の研究の発展に寄与しようとするものであります。
学術振興のもたらす社会への貢献は，人類のみならず，
人類をとりまく美しい豊かな自然界にとっても，よりよい環境に導いてくれるものと確信するものであります。粉体一筋に歩んできたホソカ
ワミクロン（株）75年の記念すべき節目にあたり本財団を設立でき，この財団によるあらゆる事業
が粉体工学振興のための一つの契機となり，大きな飛躍となればこれに優る幸いはありません。

（設立
財団法人

平成３年12月20日）
ホソカワ粉体工学振興財団
設立者

細

川

益

男

目

次

巻頭言…………………………………………………………理事長

細川悦男………… 1

１．事業内容と実施状況の概要…………………………………………………………２

２．役員等名簿……………………………………………………………………………７
３．平成24年度助成・顕彰事業…………………………………………………………８
3-1

KONA賞 ………………………………………………………………………８

3-2

研究助成 ………………………………………………………………………９

４．研究成果等報告（概要）……………………………………………………………10
成果報告目次…………………………………………………………………………10
4−1

研究助成成果報告……………………………………………………………11

4−2

シンポジウム等の開催援助成果報告………………………………………27

巻頭言

細川悦男氏
我々が住む世界では，化学物質のおよそ70%は固体状態を呈しますので，我々の社会で活躍する
ほとんどの材料は粉体プロセスで生産されます。また，今世紀は、「ナノテクノロジー」という言
葉とともに幕を明けましたが，粉体工学の世界にも希望に満ち満ちたナノパーティクルテクノロ
ジーを運んでまいりました。固体物質をナノメートルまで小さくすると物質固有の値と思われた融点が下がる、あるいは量子効果により固体粒子の大きさが変わるだけでその固体が発する色が変わる、などナノ粒子が示す興味深い性質が発見され、それを利用する新材料の開発が盛んになり、そして実用化されようとしております。
このように，これからの有用な材料の開発やそれを生産する新しい材料プロセスの開発においては，粉体工学と技術の進展が重要なカギを握っており，粉体の科学と工学は現代社会の成長・発展のエンジンとも呼ばれています。
本財団は，いつの時代においても重要な役割を果たしている粉体工学の振興を図るために，（１）
粉体工学の分野で素晴らしい研究成果を挙げられた研究者の褒章，（２）粉体工学研究者への研究助成，（３）粉体工学に関する国際論文誌であるKONA誌の発行，ならびに（４）粉体工学に関する講演討論会の開催などの事業を続けてまいりました。とくに，近年本財団はナノパーティクルテ
クノロジーの啓蒙に力を入れてまいりましたが，それにより、微粒子に関する新しい科学と工学の芽生えが実感できるようにもなりました。
本財団は、本年創立21周年を迎え，公益財団としての認定を受けました。これを契機に，これからの社会の進展を導く粉体工学の発展に少しでも貢献できるよう活動する所存でございますので、皆様のご支援、ご鞭撻をよろしくお願い申し上げます。
公益財団法人ホソカワ粉体工学振興財団

理事長

─1─

細

川

悦

男

１．事業内容と実施状況の概要

1-1

事業内容の概要

当財団は粉体工学の振興を目的として６種の助成・褒賞事業と２種の自主事業を実施しております。その概要は下記の通りです。

Ⅰ．助成・褒賞事業
No

事業種目

1

研

2

Ｋ

3

ホソカワ研究奨励賞

粉体工学に関する優れた若手研究者に対する褒賞。

学会・シンポジウム等

粉体工学に関する学会，シンポジウム等の開催費に対する援助。学協会，大学の等の主催者に援助。

4

究
Ｏ

開

助

援助等の対象

Ｎ

催

Ａ

援

成

粉体工学，粉体科学に関する研究のための助成。

賞

粉体に関する研究に従事し，優れた研究業績を挙げた個人又はグループへの褒賞。

助

5

研究者育成の援助

粉体工学に関する研究に従事する大学院学生のための研究学習費の援助。

6

出版物刊行の援助

粉体工学に関する出版物刊行の援助。

なお，平成24年度はNo１，２の事業を実施しました。平成25年度もNo１，２の事業の公募を予定しています。

Ⅱ．その他の事業（財団自主事業）
事業の種類

事業内容の概要

粉体工学に関する講演

粉体工学に関する重要テーマについての研究者・技術者による講演と討論

討論会の開催の会。年１回、東京・大阪で隔年開催。定員約150名，公開。

粉体工学に関する英文学術誌
KONA Powder and Particle Journalの発行

粉体工学に関する国際的学術誌。年１回発行，内容はレビュー及び研究論
文約20報を含む。
（約250ページ）
発行部数600部，世界の学者，研究者，図書館へ無償で配布。 ホームペー
ジ（http://www.kona.or.jp）に掲載。

上記の諸事業は、事業年度ごとに理事会、評議員会の審議承認を得て行います。

─2─

1-2

実施状況の概要

Ⅰ．助成・褒賞事業の実施状況
初年度以来の年次別助成等事業の実施状況は下記の通りです。（単位：千円）
平成
年度
Ｈ４
Ｈ５
Ｈ６
Ｈ７
Ｈ８
Ｈ９
Ｈ10
Ｈ11
Ｈ12
Ｈ13
Ｈ14
Ｈ15
Ｈ16
Ｈ17
Ｈ18
Ｈ19
Ｈ20
H21
H22
H23
H24
平成
年度

応募

研究助成
採
択

応募

件数
69
86
70
88
84
57
66
64
79
61
68
76
101
120
112
137
128

件数

助成金額

20
31
25
27
27
29
25
21
23
31
24
24
25
24
23
23
18

26,00020,40013,80015,28015,00018,00017,80018,00017,90018,90018,30018,20017,20023,00023,80021,90013,500

件数
1
8
3
5
3
5
5
4
4
10
3
7
5
5
4
1
3

117
81

17
14

13,0008,600

26

研究者育成の助成
応募
採
択

KONA賞
採
択

海外渡航者援助
応募
採
択

件数

助成金額

1
1
1
1
1
2
2
2
2
1
1
1
2
1
1
1
1

1
1

1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
2,000
2,000
2,000
2,000
1,000
1,000
1,000
2,000
1,000
1,000
1,000
1,000
公 募
公 募
1,000
1,000

件数
10
8
10
11
8
8
7
9
11
12
7
6
10

出版物刊行援助
応募
採
択

せ
せ

件数

助成金額

6
1,800
6
1,800
5
1,500
5
1,500
5
1,500
5
1,500
3
900
4
1,200
5
1,500
5
1,500
4
1,200
4
1,200
3
900
（公募せず）（公募せず）（公募せず）（公募せず）
ず
ず
公募せず
公募せず

特別枠

拡大研究助成（単位：千円）シンポジウム等開催援助
応募
採
択
件数
6
3
5
1
0
0
4
2
1
4
1
2
5
2
5
4

件数

3
7,000
3
6,500
3
5,000
1
200
（公募せず）
0
0
0
0
2
1,500
2
1,500
1
1,000
2
2,000
1
1,000
2
1,000
2
2,000
2
1,500
2
1,500
3
1,000

6

3
1,400
公募せず

応募

Ｈ４
Ｈ５
Ｈ６
Ｈ７
Ｈ８
Ｈ９
Ｈ10
Ｈ11
Ｈ12
Ｈ13
Ｈ14
Ｈ15
Ｈ16

件数
8
15
19
19
20
16
16
22
26
19
19
16
27

件数 助成金額 件数 件数 助成金額 件数 助成金額 件数 助成金額 件数
5
1,000
1
1
10,000
95
5
1,000
2
2
10,065
122
6
1,200
1
1
8,000
108
7
1,400
0
0
0
124
7
1,400
（公募せず）
115
6
1,200（公募せず）
869
1,800（公募せず）
94
6
1,200（公募せず）
103
7
1,400（公募せず）
7
3,900
129
8
1,600
（公募せず）
7
3,000
110
8
1,600
（公募せず）
4
4,000
115
9
1,800 ホソカワ研究奨励賞
4
4,100
110
7
1,400 応募
採
択
5
3,100
150

Ｈ17

26

11

3,300

Ｈ18
Ｈ19
Ｈ20
H21
H22
H23
H24

16
22
19

11
10
10

3,300
3,000
3,000

件数
9
11
8

助成金額

合

採

計

択

件数 助成金額
36
48
41
41
40
42
39
35
46
53
43
43
44

46,80040,76530,50019,38018,90022,70022,50023,90028,20027,00028,10027,30026,600

件数 助成金額

6

3,800

3

15,000165

4748,100

3
3
2
公 募
公 募
公 募
公 募

3
3
2

3,000
3,000
1,100

2
1
0

10,000
5,000
0

148
180
164
0
0
125
87

45
43
36
0
0
21
15

44,10036,90020,6000015,400
9,600

1,500
1,500
1,000
せ ず
せ ず
せ ず
せ ず

─3─

◎平成24年度

助成金・援助金贈呈

日時：平成25年３月６日（水）場

所：ホソカワミクロン株式会社

平成24年度助成金・援助金贈呈式記念写真

─4─

Ⅱ．自主事業の実施状況の概要
平成年度

粉体工学に関する講演討論会
回数

討論会テーマKONA誌の発行

講演数 出席者

経費

号数

万

総頁数 発行部数

経費

No.13

240

2300

773万

Ｈ７

第29回 粉体プロセスにおける安全・健康問題

5

232

336

Ｈ８

第30回 先端機能性材料の製造プロセス

5

144

255万

No.14

200

2300

749万

Ｈ９

第31回 環境保全技術と粉体工学

6

142

375万

No.15

254

2200

750万

Ｈ10

第32回

6

210

463万

No.16

256

2200

819万

Ｈ11

第33回 新産業創出のための粉体工学

6

246

414万

No.17

250

2200

744万

Ｈ12

第34回 ＩＴ産業における粉体工学

8

283

513万

No.18

248

2200

716万

Ｈ13

第35回 ナノ粒子材料への期待

7

184

375万

No.19

283

2200

799万

Ｈ14

第36回 ナノ粒子の産業界への展開

6

208

416万

No.20

276

2200

792万

Ｈ15

第37回 ナノパーティクル・テクノロジー

6

227

510万

No.21

246

1300

1300万

Ｈ16

第38回 ナノ構造制御による粉体産業の発展をめざして

6

160

450万

No.22

211

700

866万

Ｈ17

第39回 ここまで来たナノ粒子の実用化

7

205

538万

No.23

224

1000

1007万

Ｈ18

第40回

6

174

532万

No.24

252

1000

1309万

Ｈ19

第41回

6

167

438万

No.25

303

1000

1146万

Ｈ20

第42回

6

126

340万

No.26

282

1000

804万

H21

第43回

6

160

313万

No.27

248

600

625万

H22

第44回

6

134

266万

No.28

242

600

385万

H23

第45回

6

174

323万

No.29

284

600

840万

H24

第46回

6

141

358.5万

No.30

288

600

391.6万最近の造粒と粒子設計−医療品／食品製造
プロセスを中心として−ナノテク実用化の鍵を握るナノ粒子の制御と応用
ナノパーティクル・テクノロジー：新市場開拓と参入
ナノパーティクル・テクノロジー：応用・実用化への新展開
ナノテクノロジーによる粉体の機能化と新材料開発
ナノパーティクルハンドリング技術が生み出す新材料
ナノパーティクルテクノロジーの構築と実用化への展開ナノパーティクルテクノロジーの応用最前線

─5─

◎第46回粉体工学に関する講演討論会
テーマ：ナノパーティクルテクロジーの応用最前線
日時：2012年

場

所：ホテルラフォーレ東京 （東京都品川区北品川4-7-36）

主催：公益財団法人ホソカワ粉体工学振興財団

後

援：ホソカワミクロン株式会社

９月27日（木）（セッション１）（司会）大阪大学教授

内藤企

画：粉体技術談話会牧男

講演１（KONA賞受賞記念講演）「粉体工学を基にしたセラミックス製造科学の基盤構築」
長岡技術科学大学

名誉教授

植松

敬三

野口

祐二

教授

江頭

健輔

ファイン研究所

江上美紀

特級高度専門職

永田

員也

マテリアル事業部長

辻本

広行

講演２ 「強誘電・圧電デバイスにおけるナノ粒子の役割と今後の展望」
東京大学先端科学技術研究センター（セッション２）（司会）京都大学

名誉教授

東谷

准教授

公

講演３ 「血管内皮細胞選択的ナノDDS技術を基盤とする革新的低侵襲治療的血管新生療法」（重症虚血治療用ナノ粒子製剤の実用化）

九州大学大学院医学系学府

講演４ 「機能性ナノ粒子を用いたナノコンポジット薄膜とその応用」
日揮触媒化成㈱（セッション３）（司会）広島大学

教授

奥山

喜久夫

講演５ 「ナノフィラー充填高分子系ナノコンポジットの開発と応用」
旭化成ケミカルズ㈱樹脂総合研究所

講演６ 「PLGAナノ粒子設計による化粧品、医薬品などの開発と実用化」
ホソカワミクロン㈱◎粉体工学に関する英文誌KONA No.30の発行
KONA誌の編集は粉体技術談話会に委託され，粉体技術談話会はKONA編集委員会を組織して編集に当った。
この委員会はアジア，ヨーロッパ，アメリカに各ブロックの編集委員会を設け，それぞれの地域より優れた粉体関係の論文（レビュー，研究報告）を集め，これを編集して年１回，KONA誌として出版している。本年度（2012）
はKONA No.30として平成25年１月10日に発行された。従来は原則として年末に出版していたが、本号より年始に出版することになった。
掲載論文数は22編で，内訳はアジアブロックから５篇，ヨーロッパブロックから10篇，アメリカブロックから７篇が寄稿されている。
本年は600部を世界中の粉体関係の研究者，図書館，大学等に寄贈し高い評価を得ている。
なお，本誌は全記事を，http://www.kona.or.jp のサイトにおいて無料で閲覧することができる。

─6─

２．役員等名簿（平成25年３月 現在）
理事
長
副 理 事 長常 務 理 事
理
事

細
宮
日
鹿
内
三
森

監

事

柏 原 康 夫
國 分 博 史（株）京都銀行 取締役会長
國分公認会計士事務所 所長

員

井 上 明 久奥 山 喜久夫
川 島 嘉 明齋 藤 文 良佐 藤 宗 武
高 橋
実
野 城
清
東 谷
公
福 森 義 信増 田 弘 昭前東北大学総長
広島大学教授愛知学院大学名誉教授
東北大学名誉教授
元大阪府立大学教授
名古屋工業大学学長
大阪大学名誉教授
京都大学名誉教授
神戸学院大学教授
京都大学名誉教授

選 考 委 員阿 尻 雅 文阿 部 修 実市 川 秀 喜大 谷 吉 生金 村 聖 志神 谷 秀 博川 崎
亮
後 藤 邦 彰白 川 善 幸竹 内 洋 文田 中 敏 嗣中 平
敦藤正 督
松 坂 修 二東北大学教授茨城大学教授神戸学院大学教授
金沢大学教授首都大学東京教授
東京農工大学教授
東北大学教授岡山大学教授同志社大学教授
岐阜薬科大学教授
大阪大学教授大阪府立大学教授
名古屋工業大学教授
京都大学教授

評

議

川
田
高
毛
藤
浦

悦
清
重
浩
牧
秀
康

男
巳
助
之
男
士
維

ホソカワミクロン（株） 取締役
ホソカワミクロン（株） 代表取締役社長
同志社大学教授
九州工業大学教授
大阪大学教授九州大学教授同志社大学教授

─7─

3．平成24年度助成・顕彰事業
3-1

平成24年度

KONA賞（１名

No.

氏

名

所

１

竹内

洋文

岐阜薬科大学（教授）

賞状および副賞として100万円）
属
製剤学

実

績

の

表

題

粒子設計を基盤とする新しい医薬品製剤に関する研究◎受賞理由
竹内洋文氏は，30年近くに亘り製剤設計研究に関わって来ており，我が国の製剤学研究に関する第一人者として数多くの実績を挙げるとともに，学会など多方面での社会的活動を通して，製剤学と粉体工学およびその融合に多くの貢献をなしている。
研究業績としては，既に原著論文は約240報を数え，総説等の執筆も約50件に達しており，著書や教科書などの執筆も40篇以上と非常に豊富な実績を有している。また，国際学会での発表や招待講演も多数実施しており，当該分野での我が国の第一人者というだけでなく，国際的にも広く知られた研究者として，幅広く活躍してきた。
平成17年に教授になってからは，製剤設計研究に新たな特徴を加えるために，「人に優しい製剤設計」をキーワー
ドとし，一層活発に研究を展開している。具体的な研究内容としては，まず粉体工学を基盤とした研究において，口腔内崩壊錠の設計を中心に錠剤設計に関する研究を進展させるとともに，錠剤の崩壊特性を評価する測定機器の開発にも関与し，着実かつ斬新な成果を挙げてきた。一方，DDSに関する研究では，リポソームを用いた後眼部網膜治療のための点眼剤開発や吸入製剤の開発など，極めて注目度の高い研究成果を創出して来た。このうち，前者の研究成果は一般紙でも新聞報道され，そのさらなる研究の進展による実用化が大きく期待されている。企
業研究者との実用製剤設計に関する共同研究にも積極的に取組んでおり，様々な企業から高い信頼を集めている。
学会活動としては，粉体工学会，日本粉体工業技術協会，日本薬剤学会，日本薬学会，DDS学会等で要職を務め，粉体工学と製剤学を結び付けるという視点から重要な役割を果たしてきた。粉体分野に焦点を当てると，粉体工学会の和文誌・英文誌の編集委員，国際交流や出版，広報などの各委員を務めて来ており，平成21年からは副会長として，企画委員長や出版委員長などを兼務し，学会をリードする重要な役割を果たしている。また，製剤と粒子設計部会という粉体工学会における最大の部会の代表者として，製剤分野における粉体材料設計研究を積極的に推進している。企業との関わりが深い日本粉体工業技術協会の活動においても多くの実績を挙げており，平
成18年からは大阪や名古屋の粉体工業展委員を務め，それぞれの催しを盛会に導くとともに，平成22年からは同協会の理事として，協会活動全般に亘って指導的立場から多くの貢献を果たして来た。
以上のように竹内洋文氏は，製剤に関わる粒子設計研究の実施や教育活動，学会活動を通して，多くの研究成果を挙げるだけでなく，人材の輩出ならびに実用面での貢献など粉体工学の発展に多くの寄与を果たして来た。
さらに，国際的にも数多くの研究論文を発表し，海外の学術団体との交流も含めた学会活動なども積極的に推進している。同氏のこれらの実績は，粉体工学，粉体技術にとって，非常に有益なものであり，同氏はKONA賞を受賞するのに相応しいと考え，粉体工学会よりKONA賞受賞候補者として強く推薦するものである。

─8─

3-2

平成24年度研究助成（14名

No.

氏

名

１

石河

泰明

奈良先端科学技術大学院
大学 物質創成科学研究科 准教授

静電噴霧法によるFeS2量子ドット半導体の創製

２

伊藤

健雄

京都大学大学院
工学研究科 助教

ナノ粒子の表面化学構造変換による細胞内動態の制御

３

大野

智也

北見工業大学 マテリア
ル工学科 准教授

炭素資源からの水素製造を指向した新規触媒の開発

４

勝又

健一

東京工業大学 応用セラ
ミックス研究所 助教

両親媒性を有する単分散TiO２ナノ粒子の合成と機能解
明

５

高見

誠一

東北大学 多元物質科学研究所 准教授

金属酸化物ナノ結晶粒子の異方的表面修飾法

６

中川

貴

大阪大学大学院工学研究科 准教授

励磁音響効果に関する基礎的研究

７

仲村

英也

大阪府立大学大学院
工学研究科 助教

金ナノ粒子の生体膜への侵入・透過現象の分子動力解
析

８

丹羽

敏幸

名城大学
准教授

次元混合法による革新的な乾式コーティング技術の開
発

９

藤原

忍

慶応義塾大学 理工学部
応用科学科 教授

化学的環境に応答する無機イメージングパウダーの創
製

10

森

隆昌

名古屋大学大学院
工学研究科 助教

流通式電気泳動による板状金属粒子薄膜の形成

11

森本

泰夫

産業医科大学 産業生態科学研究所 教授

月粉じんの有害性評価手法の開発

12

山本

徹也

広島大学大学院
工学研究院 助教

蒸気を援用した新規微粒子分離・分級技術の開発

13

山本

量一

京都大学大学院
工学研究科 教授

微粒子分散材料における高精度シミュレーション実用
化

14

吉武

英昭

横浜国立大学大学院
工学研究院 准教授

表面官能基間の反応を利用した単分散シリカ粒子の重合所

総額860万円）
属

シンポジウム等の名称

薬学部

─9─

4．研究成果等報告（概要）4-1

平成23年度

No.

報

11102

遠藤

洋史

東京理科大学 工学部
第一部工業化学科（嘱託助教）

幾何微粒子配列を基板としたリンクルセンサーの
開発

11

11115

森

浩亮

大阪大学大学院工学研究科マテリアル生産科学専攻（准教授）

有機-無機複合粒子による水からの光触媒的水素製
造

16

真平

京都大学 物質-細胞統合システム拠点 高野研究室（特定拠点助教）

ナノ医療用途凝集フリーFe基磁性流体の開発

22

告研究助成成果報告 （概要） 目
者

11116

山本

4-2

平成23年度

No.

報告者

所

次

属

研

究

シンポジウム等の開催援助成果報告 （概要） 目
所

属

課

題

頁

次

発表学会などの名称

頁

11001

齋藤

文良

東北大学多元物質科学研究所

第４回先端材料に関するフランス研究機関ー東北大学ワークショップ

27

11002

足立

泰久

筑波大学･大学院生命環
境科学研究科

第10回界面動電現象に関する国際シンポジウム

30

11003

内藤

牧男

大阪大学接合科学研究所

第４回先進材料の界面制御と評価に関する国際会
議33

─ 10 ─

4-1

研究助成成果報告

幾何微粒子配列を基盤としたリンクルセンサーの開発
Fabrication of Wrinkle Sensor Based on Topological Nanoparticle Array

11102

研究代表者

東京理科大学工学部第一部工業化学科

嘱託助教

遠

藤

洋

史 Hiroshi Endo

Additional mechanical factors in the outer layer of our cells play a large role in the formationand the morphogenetic process of our bodies and tissues. The concave-convex surface structure of
wrinkles in the brain and that of folds in the intestines are both determined by the mechanicalbalance between the surface and cytoskeleton. In our study, these morphogenetic processes will bemimicked and the surface buckling phenomenon will be used to create a variety of minute wrinkle
structures on the surface of silicon rubber. Moreover, we adopted wrinkle to prepare various
application fields, such as colloidal array, SERS sensing film and superhydrophobic surface.

状態を維持して最表面にプラズマ酸化処理を行った。

研究目的

その後，徐々に伸張を開放した。このプロセスは酸化

周期凹凸構造は半導体素子の作製をはじめ，太陽電処理により硬くなった最表面（硬Silica-like layer）と池や超撥水基板など各種用途に応じた表面形状が求め

弾性体基板との弾性率の違いに基づき，表面座屈現象

られている。これらの構造はフォトリソグラフィーなにより誘起される構造形成の一種である。一軸伸張にどの成熟したトップダウン技術によって作製可能であより形成されたストライプ状のリンクル表面（伸張率る反面，長時間・高コストを要するという課題がある。

15％，処理時間５分で作製した波長約1.4 μmの基板）

本研究では材料弾性率の違いを利用した微細凹凸構造にポリスチレン（PS）粒子の分散水溶液（粒径500（リンクル：しわ）作製法を適用し，リンクル空間にnm，濃度4.7 wt%）をスピンコート法（2000 rpm，

精密配列したコロイド粒子を鋳型とした金属棘状アレ30 s）により一次元配列させ，銀蒸着を行った。最後

イ（Ag-spine array）の作製と下地エラストマー特性に，粘着性が残るPDMS基板に，上面のみに銀蒸着膜を利用した，伸縮可能な表面増強ラマン散乱（SERS）を有するヤヌス型PS粒子配列のみを転写して金属棘

活性基板や自立構造を有するSERS基板の作製，さら状アレイ構造を作製した（Fig.1）。この基板を4-メルに超撥水性を有するリンクル基板への展開を目的としカプトピリジン水溶液（4-MP：１mM）に1.5 h浸漬

た。

して自己組織化単分子膜を形成させラマン散乱強度（励起波長：785 nm）を測定した。
【結果・考察】リンクル表面へPS粒子分散水溶液を研究成果の概要

スピンコートすると，横毛管力の働きにより凹型の溝【コロイド粒子配列の応用１：メカニカルSERSセンに沿って粒子がパッキングした一次元配列を得ること

サーの作製】ができた（Fig.2）。PDMS転写元の基板表面はPS粒子【実験】PDMSを固定して，一軸方向に伸張後，その配列のみが剥離されるため，独特の棘状銀ナノ構造が

─ 11 ─

Annual Report No.20 2012

Fig.3

Fig.1 Schematic procedure of Ag-spine array.

Fig.2

SEM image of spine array.

Fig.4 Schematic procedure of metal nano-cup array.

SEM image of particle array.

観察された（Fig.3）。この突起ギャップ間はプラズモ

ため，その配列形態は六方最密に限定されていた。上ン増強場（ホットスポット）として機能することが予記１に関連し，リンクル内にコロイド粒子を精密配列，想される。4-MPのSERS強度を測定した結果，環振金属蒸着プロセスを経て一次元状に配列した金属ナノ動由来の1096 cm 付近のピーク強度がフラット基板

カップアレイの作製を試みた。金属ナノカップ内にはやストライプリンクル基板と比較して約１万倍の増強

種々の有機分子修飾やナノ物質内包が可能であるたを示した。また強度は蒸着厚に応じて70 nm > 50 nm

め，微小反応場・バイオセンサー・マイクロアレイな> 30 nmの順に減少した。次に下地エラストマーの特ど多岐にわたる展開が期待できる。

長を生かし，突起ギャップ間距離を制御することで動【実験】ポリジメチルシロキサン（PDMS）を固定し的SERS基板への展開を試みた。伸張率の増大，すなて，一軸方向に伸張後，その状態を維持して最表面にわちギャップ間距離の拡大に伴いSERS強度は減少しプラズマ酸化処理を行った。その後，徐々に伸張を開ていく傾向にありメカニカルなSERS強度の調節に成放した。このプロセスより得たストライプ型リンクル

功した。今後は棘状アレイを反転させたカンチレバー

表面にポリスチレン（PS）粒子（粒径：500 nm，濃度：状アレイの応用を図る予定である。

4.7 wt%）をスピンコートさせ，一次元状の粒子配列【コロイド粒子配列の応用２：金属ナノカップアレイ

転写し，配列基板に金属（Ag or Au+Ag）蒸着後（この作製】の時，球上面のみに蒸着膜が形成される），さらに別【背景】ナノサイズからマイクロサイズに至る様々なのPDMS基板へと転写した。最後にプラズマ処理を行

金属ナノ構造体は，その形状に反映した種々の特性をい，PS粒子を除去することで金属ナノカップアレイ

発現する。特にコロイド粒子を鋳型とした構造体からを作製した（Fig.4）。

はカプセル状やヤヌス状といった特異な形態を作製で【結果・考察】各構造をSEMおよびAFM観察にて確きる。さらに，これらの構造体を二次元平面内へ精密認した。ストライプ型リンクル表面へPS粒子分散水

配列させることで，より高度な機能付与やデバイス化

溶液をスピンコートすると，横毛管力の働きにより凹へと導出できる。例えば，スピンコーティング法によ型の溝に沿って粒子が稠密にパッキングしていることって鋳型となるコロイド粒子を精密配列させる研究はが分かった。鋳型となるPS粒子除去の際に有機溶媒数多く報告されているが，扱う基板自体が平板であるや燃焼を利用した場合，PDMSへのダメージが大きか-1を得た。次に，粒子配列を別のフラットPDMS基板に

─ 12 ─

Hosokawa Powder Technology Foundation

Fig.5

SEM image of metal nano-cup array.
Fig.7

SEM images of various wrinkle structures.

さらに，この自立ナノ薄膜を別の伸張したPDMS基板に貼付け解放することで，より複雑なリンクル形状のFig.6(a) Photograph and (b) schematic procedureof 3D-streching method.

構築や金属リンクル膜上に貼付けるというサンドウィッチ手法で電場増強場となるHot spotの形成を試みた。
【結果・考察】リンクルの構造スケール（波長・振幅）った。一方，プラズマ処理では基板への負担を低減さは伸張率やプラズマ処理時間，金属蒸着量によって制せて粒子を除去することができた。得られた金属ナノ御可能である。本手法は立体伸張しているため（１）カップアレイは転写先のPDMSに埋没した形で配列し主応力が膜全方向から加わりランダム構造となりていることが明らかとなり（Fig.5），カップ容積はア（Fig.7(a)），（２）過度な伸張が可能であることからトリットル（aL, 10 ）であった。また異種蒸着を行

微細化が促進されることが分かった。自立ナノ薄膜をうことで，内壁が金，外壁が銀といったヤヌス型の金

一軸伸張のPDMSへ転写した場合では構造可変可能な

属ナノカップアレイ構築も可能であった。最後に，内ストライプ状のダブルリンクル構造（Fig.7(b)），立

壁への有機分子修飾として4-メルカプトピリジン（4-体伸張したPDMSへ転写した場合ではランダム状のダ

MP）自己組織化単分子膜の形成を行った。ラマン分

ブルリンクル構造（Fig.7(c)）が作製できた。4-MP

光測定により4-MPの存在が確認され，ナノカップ微からのSERS強度（主に1090 cm-1付近のピリジン環由小空間の機能化が可能であることが示された。

来のバンドで評価）はフラット構造と比較して各リン-18クル構造とも大幅に増強した（Table 1）。特に，サン【自立リンクル膜の応用】

ドウィッチ手法よる自立ナノ薄膜と下地リンクルのエ【実験】上記１，２の一軸伸張とは異なり，PDMS（膜ッジ間隙部（Fig.7(d)）からは1.8×106倍という最大厚：約１mm）を固定し，曲率を有する金属球にて下の増強が確認され，有効なHot spot形成の新しい方法

から立体的に伸張後，最表面を金属（銀）蒸着して解論を提示できるものと考える。また，これら特異な構

放した（Fig.6）。このプロセスは，表面処理によって造形態について現在FEM解析を実施中である。

新たに形成された最表面の金属層と下地弾性体層との弾性率の違いを利用した，座屈不安定性により誘起さ【大面積超撥水リンクル基板の作製】れる凹凸構造形成法である。作製した金属リンクル構【背景】我々の日常生活において“濡れ”は多くの場

造 上 に， ラ マ ン プ ロ ー ブ 分 子 と し て4-MP（4-面で観察される現象である。特に，撥水・撥油性を付

Mercaptopyridine）を自己組織化単分子膜として構築与した表面は防汚・水資源の有効利用といった工学的し，SERS測定（励起波長：785 nm）を行った。また，な観点からも重要である。流体（液滴）挙動は表面の金属リンクル膜上にPVA（Polyvinyl alcohol）を塗布

微細形状や化学組成に大きく依存するため，両条件をし，乾燥後，銀蒸着膜ごとPDMS基板から剥離した。

満たす適切な処理や設計指針が必要となる。一方，自最後にPVA/銀蒸着膜を温水に浸けてPVAのみを溶か

然界にはハスの葉をはじめ，バラの花びら，ゴミムシ

し，リンクル構造を有する自立ナノ薄膜を作製した。

ダマシなど特異な階層構造に由来した撥水表面を有す─ 13 ─

Annual Report No.20 2012

Fig.8

Photograph and schematic procedure of
3D-streching method.

Fig.9 (a) Photograph of crack-free wrinkle film.
(b) Dynamic behavior of water droplets.

る動植物が多数存在する。これらの構造を材料開発にの場合に伸張方向と直交方向に荷重される応力（クラ適用することは，製造プロセスやコストパフォーマンック形成の原因）の緩和に寄与したものと考えている。

スにおいても効率的である。本研究では材料弾性率のさらに興味深いことに，伸張時にフィルムと円柱が接違いを利用した微細凹凸構造（しわ：リンクル）を用する領域（センター）と接していない領域（サイド）
で，いて大面積の超撥水フィルムの作製を試み，水滴挙動波長および振幅が異なる２種類のストライプ構造を同を観察した。

時に形成できることを確認した。この構造の違いは水【実験】Fig.8に本系の微細リンクル加工過程と立体

滴接触角測定においても反映された。サイドでは静的伸張装置図を示す。PDMSフィルム（形状：３cm×

接触角が163°となり，接触角ヒステリシスが0.6°と６cm，膜厚：１mm）を装置に固定し，開口部（２

理想的な超撥水表面となった。一方，センターでは静cm×５cm）から金属円柱（直径：１cm×長さ：４

的接触角が157°と前者と比べてやや低下したもののcm）で立体的に伸張し（下から突き上げ），その状態

超撥水表面となった。この表面は超撥水状態であるにを維持してプラズマ処理を施した。この時，酸化に伴も関わらず，高い付着性（高ヒステリシス性：約30°）

いゴム表層に硬シリカ層（SiOx layer）が構築される。

を有していることが明らかとなった。サイドからスト

その後，初期状態に円柱を戻し伸張を解放する非常にライプ方向へ滴下した場合，水滴はその方向に沿ってシンプルな手法である。解放する過程において，上層移動し，ストライプ方向と直交する方向から滴下したの硬化層と下層のPDMS弾性層間の弾性率のミスマッ

場合では，水滴はサイドを横断しセンターで吸着した

チに起因する座屈が誘起されリンクルが形成される。

（Fig.9(b)）。

撥水処理にはフィルムに銀蒸着後（膜厚：40 nm），
成果：論文・学会発表・新聞記事など

フッ素系シランカップリング剤（FDTS：１H,1H,2H,
2H-Perfluorododecyl trichlorosilane）溶液をスピンコ
ーティングしてゾル-ゲル膜を被覆した。各種顕微鏡

１．“大面積無欠陥リンクル表面の構築と超撥水制御”遠藤 洋 史・ 辻 珠 実・ 河 合 武 司

観察（SEM・AFM）および接触角測定，ハイスピー
ドカメラ撮影から評価した。

塗 装 工 学，in press（2013）
２．“バイオミメティック微細リンクル加工技術を基盤と【結果・考察】伸張解放後のフィルムからは色彩豊かな干渉色が視認できた（Fig.9(a)）
。この表面を詳細に観察した結果，従来の１軸もしくは２軸伸張操作とは対照的に，基板全体にクラックの全くないストライプ構造が形成された。またストライプ方向は円柱長軸した超撥水フィルムの開発”遠藤洋史・前田泉・河合
武司

武司 月刊化学 ，vol.67，No.5，19-23（2012）
４．“Biomimetic Wrinkle Processing Toward Soft-Brain
Materials” Hiroshi Endo, Masahiro Tamura1,

方向と平行して形成されることが分かった。フィルム

Takayuki Iijima1, Izumi Maeda, Takeshi Kawai, 2012

四方を完全に固定した状態で，かつアスペクト比を有する円柱で伸張したこと（長軸側からの圧縮応力が短Polyfile，49，18（2012）

３．“Happy Wrinkleが創る明るい未来”遠藤洋史・河合

MRS Spring Meeting（サンフランシスコ）：口頭発表
５．“Multifunctional Brain-like Soft Materials by

軸方向からのものに比べて大きくなる）が，１軸伸張─ 14 ─

Biomimetic Wrinkle Processing” Hiroshi Endo,

Hosokawa Powder Technology Foundation
Masahiro Tamura, Takayuki Iijima, Takeshi Kawai,

７．日刊工業新聞（2012年10月５日）“ゴム系フィルムにIUPAC Macro 2012（バージニア）：口頭発表

２異周期の縞模様を同時に作製

６．日経産業新聞（2012年８月27日）“銀膜シートに微細な穴

東京理科大”

８．科学新聞（2012年10月19日）“ワンプッシュで２つの超撥水性実現東京理科大”

─ 15 ─

東京理科大”

有機-無機複合粒子による水からの光触媒的水素製造
Photocatalytic Hydrogen Production from Water using
Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles

11115

研究代表者

大阪大学大学院工学研究科マテリアル生産科学専攻 准教授

森浩

亮 Kohsuke Mori

Anchoring of [Pt(tpy)Cl]Cl complex to the (3-aminopropyl)trimethoxysilane-modified mesoporous
silica (MCM-48) successfully gives a new type of photocatalyst with unique photoluminescence
property at room temperature. At low Pt loadings, Pt (II) complex exists in an isolated state
without mutual interaction, which exhibits strong photoluminescence emission due to the 3LC and/or 3MLCT transitions maximized near 530 nm. Contrastingly, such emissions significantly decreaseat high Pt loadings accompanied with a new emission at around 620 nm due to the 3MMLCT
transition originating from short Pt···Pt interactions. The photocatalytic activities in the hydrogenproduction under aqueous conditions correspond well with the increasing intensity of 3MMLCT
emission. It can be suggested that the anchored Pt (II) complexes, which are closely related toeach other, behave as single-component bifunctional catalyst enabling both visible-lightsensitization and H2-evolution without the need for an additional electron relay.

研究目的

研究成果の概要

化石燃料の代替として，光触媒による太陽エネルギ
ーの変換技術が注目されている。なかでも水の光分解

１．はじめににより水素を取り出す技術は，将来のクリーンエネル

光エネルギーを利用した触媒的物質変換反応に関す

ギー生産システム構築に資する極めてポテンシャルのる研究は，二酸化チタン（TiO2）に代表される半導高い反応である。自然界における光合成に匹敵する機体光触媒と金属錯体や有機分子などの均一系光触媒を能を発現させるべく，分子・原子レベルで構造を精密用いた研究の二つのカテゴリーに大別され，その反応設計した光触媒に基づいた研究が近年盛んに行われて特性やメカニズムは大きく異なる。再生可能エネルギ

いるが，未だ実用化レベルではない。

ーの利用技術が急務である昨今，クリーンで無尽蔵な本研究では，太陽光を利用した水からの水素生成反太陽光を利用した半導体光触媒による水分解反応は，応において，真に実用的な光触媒粉末の開発を目指し，最も注目されている光触媒反応である。反応量子効率

太陽エネルギーを有効利用するための可視光応答性とは単色の可視光（420 nm）でΦ = 0.06という値が達

高い触媒効率を兼ね備えた有機－無機ハイブリッド型

成されており，その実用化に向けて更なる高効率化が

光触媒を設計開発する。

図られている。一方，光応答性金属錯体∙有機分子は発光材料としてだけでなく，光増感性を利用した選択酸化反応や，多電子還元触媒と組み合わせた水素生成─ 16 ─

Hosokawa Powder Technology Foundation
脱着測定，Pt LⅢ-edge XAFS，UV-visスペクトル，
フォトルミネッセンス測定などを用いた。
水素生成反応は，パイレックス製反応器に触媒，
EDTAのNa塩，酢酸塩緩衝液を加え，アルゴンで反応器内を置換した後行った。光源には500W Xeランプを用いてカットフィルター（λ > 400 nm）を使用した。生成物の定量にはGCを用いた。

図１

Anchoring of [Pt(tpy)C1]+ complex onto to themodifiecd mesoporous silica surface.

３．結果と考察
3.1.

Pt錯体固定化メソポーラスシリカ触媒のキャラ
クタリゼーション

反応が数多く報告されている。これらでは，反応機構の考察が比較的容易であり，また分子軌道計算に基づ

MCM-41，SBA-15はともに一次元円筒状細孔構造

いた配位子設計や分子設計により，より精密な触媒デを有するが，MCM-41の平均細孔径2.6 nmに対してザインが可能であることから，今後更なる発展が期待

SBA-15は6.3 nmと大きく，またその細孔壁も厚い。

できる分野である。しかしながら，これら金属錯体∙

一方MCM-48は三次元細孔構造を有し，平均細孔径

有機系光触媒は均一系で用いることがほとんどであるは2.5 nmである。窒素吸脱着測定，XRD測定の結果ため，その実用性を向上させることも課題の一つであより，Pt錯体固定化後もすべてのメソポーラスシリカ

る。

で細孔構造を維持していることを確認した。またPt錯

メソポーラスシリカは規則的な細孔構造を有し，高表面積かつ光触媒反応に必要な波長の光（～200 nm

体の分子径はおおよそ0.9 nmと十分小さいためメソ細孔内に均一に分散していると考えられる。

以上）を吸収しないため，ミクロ分子環境場を提供す

図２に固定化前のPt錯体と，各種メソポーラスシリ

る透明な分子反応容器（ホスト）として機能する。しカに固定化したもののPt LIII殻のXAFSスペクトルをかも，細孔構造を任意に制御でき，内包されたゲスト示す。XANESスペクトルでは11565 eV付近に見られ分子は液相や気相の均一分散系とは異なった光化学過るwhite lineの吸収ピークが固定化することで増大し，程や，その他特異な現象を発現する。本研究では，無機－有機ハイブリッド型光触媒の構築を目的として，
光応答性Pt錯体，［Pt（tpy）Cl］Cl（tpy: terpyridine），のメソポーラスシリカへの固定化を試み，そのキャラ
クタリゼーション，光触媒的水素生成反応への応用を行った（図１）。また，Pt錯体担持量，メソポーラス
細孔構造の違いがPt錯体の局所構造，および発光特性や光触媒活性に与える影響についても検討した。

２．実験方法
細孔構造の異なる各種メソポーラスシリカ（MCM41，MCM-48，SBA-15）を合成した後，トルエン溶
媒中アミノプロピルトリメトキシシラン（APTMS）
でシリカ表面を修飾した。次にクロロホルム溶媒中で
［Pt
（tpy）
Cl］Cl（0.4 wt%）を固定化し，ろ過，洗浄，真空乾燥により試料を得た。MCM-48に関しては0.23.6 wt%とPt錯体担持量を変化させた試料も作成した。
キャラクタリゼーションには元素分，，XRD，窒素吸

図２ (A) Pt Lm-edge XANES spectra and (B)FT-EXAFS spectra of (a) Pt(tpy)C1, (b)Pt(tpy)/MCM-48 (0.2 wt%), (c) Pt(tpy)/
MCM-48 (0.4 wt%), (d) Pt(tpy)/MCM-48(0.8 wt%), (e) Pt(tpy)/MCM-48 (1.2 wt%),and (f) Pt(tpy)/MCM-48 (2.4 wt%).

─ 17 ─

Annual Report No.20 2012
電子密度の減少が示唆される。EXAFSのフーリエ変さ せ た 試 料 で は，510 nm付 近 にmetal-metal ligand

換像ではfreeのPt錯体において1.8 Å付近に見られる

c h a r g e t r a n s f e r ( M M L C T ，［ d σ ＊（P t ）– π ＊Pt–Cl結合由来のピークが，シリカ表面に固定化後は（terpyridine）］)遷移由来の吸収が確認される。これ

完全に消失した。実際カーブフィティングの結果より

はダイマーやオリゴマーなど比較的短いPt…Pt相互作

Pt–N結合の配位数が３から４となり，表面修飾した用（< 3.5 Å）に基づいて生じた電荷移動である。

アミノ基と新たに結合を形成しているといえる。さら

図４Aに酸素非存在下にて測定したりん光スペクトに担持量の増加に伴い3.2 Å付近に新たにピークが確

ルを示す（λex = 330 nm）。Pt錯体はCHCl3中，室温

認され，隣接したPt錯体同士の相互作用の存在が示唆で 発 光 し な い が，77 K で は，460～570 nm に

される。

3

LC/3MLCT 由 来 の 発 光， お よ び600～800 nm に

3

MMLCT由来の発光が確認された。3MMLCTからのUV-vis吸収スペクトルにおいてCHCl3中のPt錯体と各種メソポーラスシリカに固定化したものに大きな変発光はPt錯体濃度に大きく依存し，濃度の上昇に伴い化は見られない。図３にMCM-48を用いた際のスペ強度が増大した。一方，各種メソポーラスシリカに固クトルの担持量依存性を示す。λ < 350 nm，および

定 化 し た も の で は， 室 温 に て530 nm 付 近 に350～450 nmの吸収はそれぞれLC（π–π＊）
，MLCT

3

（5dπ–π＊）遷移に帰属される。さらに担持量を増加

LC/3MLCT由来の強いりん光発光が観測された（図４B）。さらに，担体の種類によりその強度は変わり，
MCM-41 < SBA-15 < MCM-48の順にりん光強度が増大し，MCM-48にて無輻射失活が抑制されていると言える。
MCM-48を用いてりん光の担持量依存性を検討したところ最適値が存在し，3LC/3MLCT由来の発光は
0.4 wt%で最大となった（図５）。さらに担持量を増加
していくと3LC/3MLCT由来の発光は減少し，逆に640nm付近に観測される3MMLCT由来の発光が増大した．励起波長を330 nmから450 nmにかえた場合も同様の傾向がみられた。つまり，低担持量領域ではPt錯

図３

UV-vis spectra. (A) Pt(tpy)C1 in chloroform,(B) Pt(tpy) complex-anchored on MCM-48
at various Pt loadings.

図４

Photoluminescence spectra (λex < 330 nm).
(A) Pt(tpy)C1 complex in acetonitrile (a) at
77 K and (b) at room temperature. Inset
shows the dependence of concentration at 77
K. (B) Pt(tpy)anchored silica samples (Pt: 0.4wt%): (a) Pt(tpy)/MCM-41, (b) Pt(tpy)/
SBA-15, (c) Pt(tpy)/MCM-48.

図５ Photoluminescence spectra of Pt(tpy) complex
in anchored on MCM-48 with different Ptloadings at λex < 330 nm.

─ 18 ─

Hosokawa Powder Technology Foundation

図６

Photocatalytic H2 production from an aqueous acetate buffer solution(pH = 5.0) and 30 mM EDTA in the presence of Pt catalyst (Pt: 4 μmol). (A) Effect of Pt loadings using Pt(tpy)-anchored MCM-48
samples and free [Pt(tpy)-C1] C1. (B) Effect of mesoporous silica
materials at 2.4wt% Pt loadings.

体は完全に孤立した状態で存在しているのに対して，高担持量領域ではPt錯体同士が一部相互作用している
ことが示された．この結果はXAFSおよびUV-vis吸収スペクトルの結果とも一致する。
3.2.

光照射下での水素生成反応への応用調製したPt錯体固定化光触媒の活性を水素生成反応
にて評価した。Fig. 6AにMCM-48を用いた際の担持量の影響を示す。興味深いことに，前述の光酸化反応

図７ Schematic illustration of three-component H2evoving photosystems.

とは異なり低担持量領域では活性を示さない。一方，
MMLCT由来の発光が支配的である高担持量領域でことから上記機構とは異なるメカニズムで進行してい高い活性が発現し，特に2.4 wt%で最も高い活性が得ると言える。また，反応後もその局所構造を維持し，られた。この結果は均一系の［Pt（tpy）Cl］Cl錯体を反応中にPtコロイドは生成していないことをXAFS測用いた場合よりも高い。またメソポーラスシリカの細定により確認している。つまり，3MMLCT励起状態

孔構造も活性に影響を及ぼし，担持量2.0 wt%ではに起因する光増感作用と水素発生触媒作用を併せもつ

3

MMLCT 由 来 発 光 の 強 度 に 比 例 し て MCM-41 <二機能複合型光触媒として機能していると考えられ

SBA-15 < MCM-48で増大した。犠牲還元試薬としてる。

3

はEDTAが効果的であり，KIやトリエタノールアミ
ンでは低活性に留まった。また，アセトニトリルなど

3.3. in-situ XAFS測定を用いた活性種の同定の有機溶媒の添加では光触媒活性が著しく低下した。

前述したように，最も古くから研究されている反応

金属 錯 体 を 用いた光触媒的水素発 生反 応で は，系の一つに，
金属錯体を用いた触媒的水素発生があり，

EDTAから可視光捕捉部位（Ru
（bpy）
，電子伝達
3 ）

2+
電子供与剤
（EDTA）
から可視光捕捉部位
（Ru
（bpy）
，
3 ）

剤であるメチルビオロゲン（MV2+）を通して最終的

電子伝達剤であるメチルビオロゲン（MV2+）を通しに水素発生触媒であるPtコロイドから水中のプロトンて最終的に水素発生触媒であるPtコロイドから水中のへの電子リレーにより水素を発生させる３成分電子移

プロトンへの電子リレーにより水素を発生させる３成2+動系が古くから知られている（図７）。本反応系では，

分電子移動系からなる。一方，Pt（tpy）
Cl単一成分系

2+
2+
Ru
（bpy）
3 ，MV の添加の必要なく反応が進行する

2+では，可視光捕捉部位のRu（bpy）
3 錯体や，電子伝達─ 19 ─

Annual Report No.20 2012剤であるメチルビオロゲンの添加なく反応が進行する

質量分析装置などを用いてin-situでの活性種の検討をことから，光増感機能と水素発生機能を併せ持つ二元行った例はあるが，本研究は，in-situ XAFSにより機能触媒として機能することが分かった。この発見は

光触媒的水素生成反応の活性種を同定した初めての例

次世代の光触媒的水素発生デバイスを構築するうえでである。反応機構については不明な点も多いが，個々

極めて重要な足がかりとなるものである。しかしながのPt錯体でプロトンの一電子還元が起き，隣接したPt

ら，反応中での実際の活性種構造は不明であり，現時錯体同士が相互作用した際に水素生成が起こっている

点で以下の二つが提案され議論となっている。

と考えられる。

反応初期に単核のPt錯体からPtナノ粒子が生成し，それが活性種として機能する。
活性種は単核のPt錯体そのものであり，反応中にPt

４．まとめ

ナノ粒子の生成はない。

本研究では，メソポーラスシリカをアミノプロピル

そこでin-situ XAFSを利用して活性種の同定を行い，本議論に終止符を打つこと目的とした。

トリメトキシシランで修飾し，光応答性Pt錯体，
［Pt
（tpy）
Cl］Cl（tpy: terpyridine），を固定化した。Pt錯

Pt（tpy）Clを前駆体に用い，単一成分系，およびRu体は溶液中室温にて発光しないが，シリカ担体に固定（bpy）3 錯体と電子伝達剤であるメチルビオロゲンを化することで室温にて発光し，低担持量領域では3LC加えた３成分電子移動系において，５分おきにin-situ

および3MLCT由来の発光が見られ，さらに分子状酸測定を行い得られたPt LIII殻XANESスペクトルを図素による光酸化反応に高活性であった。一方，高担持８に示す。大凡60 min後まではXANESスペクトルに量 領 域 で は Pt 錯 体 同 士 の 相 互 作 用 に 起 因 す る

見られるwhite line強度に変化はなく反応中にコロイ

3ド粒子は生成せず，Pt（II）錯体そのものが活性種であ生成反応に有効な光触媒となることを見出した。また

ることがわかった。さらに，FT-EXAFSスペクトル

上記光触媒反応では，一次元細孔構造のMCM-41やを図９に示す。カーブフィッティングの結果，反応中

SBA-15に比べ，三次元細孔構造のMCM-48が有効でで配位数，原子間距離にほとんど変化なく，Ptナノ粒あることが分かった。

2+

MMLCT由来の発光が優先的になり，水からの水素子の生成は全くないと言える。これまで，反応後の触著者はこれ以外にも可視光応答性金属錯体と無機材媒をXAFSにより解析したものや，NMRやESI-TOF

料とのハイブリッド化により新たな特性が発現したも

図８

図９ Changes in Pt LIII-edge FT-EXAFS spectra(no phaseshift corrected) with time during insitu photocatalytic H 2 evolution; (a) 4 mM
[Pt(tpy)C1] C1, 30 mM EDTA; (b) 0.4 mM
Ru(bpy)3C12, and 2 mM MV2+, 4 mM [Pt(tpy)
C1] C1, and 30 mM EDTA. The spectrum
displayed by a dotted line is of the fresh
reaction solution before the light irradiation,
and a dashed line displays Pt(0).

Changes in Pt LIII-edge XANES spectra withtime during in situ photocatalytic H2 evolution;(a) 4 mM [Pt(tpy)C1] C1, 30 mM EDTA; (b)0.4 mM Ru(bpy)3C12, and 2 mM MV2+, 4 mM
[Pt(tpy)C1] C1, and 30 mM EDTA. The
spectrum displayed by a dotted line is of the
fresh reaction solution before the lightirradiation. The spectrum shown by a dashedline is platinum foil representing 0 oxidation
state Pt(0).

─ 20 ─

Hosokawa Powder Technology Foundationのや，光触媒活性が飛躍的に向上した新規触媒を開発している。光応答性金属錯体の使い道は多種多様である。エレクトロルミネッセンス（EL）素子，センシ
ング材料，色素増感太陽電池など多岐に渡っているが，光触媒としての利用を考えた場合，半導体光触媒に比べて高価な貴金属を使用する，活性が劣る，操作性が発表論文
１）K. Mori, K. Watanabe, M. Kawashima, M. Che, and H.
Yamashita, J. Phys. Chem. C 115 (2002) 1044.
２）K. Mori, K. Watanabe, K. Fuku, and H. Yamashita,
Chem. Eur. J. 18 (2012) 415.
３）K. Mori, K. Watanabe, Y. Terai, Y. Fujiwara, and H.

悪いなどのデメリットがあるため実用化への道はまだまだ長いと思われる。しかしながらここで示したように，無機材料と複合化することでこれまで観測されなかった現象に基づく新たな展開が期待できる。また，
ゼオライトやメソポーラスシリカと金属錯体の組み合
わせもこれまで数多く研究されているが，既存の材料の大表面積代替物質として，あるいは形の揃った触媒

Yamashita, Chem. Eur. J. 18 (2012) 11371.
４）M. Martis, K. Mori, K. Kato, G.Sankar, H. Yamashita,
ChemPhysChem, 14 (2013) 1122.
５）K. Mori, S. Ogawa, M. Martis, H. Yamashita, J. Phys.
Chem. C 116 (2012) 18873.
６）森浩亮，山下弘巳，ナノ多孔体に固定化した金属錯体の光触媒特性，光化学，43（2012）127.
７）森浩亮，山下弘巳，無機マトリクスに固定化した金属錯体光触媒，触媒，54（2012）327.

担体や反応場としての利用に留まった研究が多いのも事実である。金属錯体と多孔性無機材料との複合化により固有の特徴をもつ新機能性光触媒に関する基礎・応用研究を今後も継続的に行っていくことが必要であ謝辞る。

本研究は，財団法人ホソカワ粉体工学振興財団の助成を受けて行いました。厚くお礼申し上げます。

─ 21 ─

ナノ医療用途凝集フリーFe基磁性流体の開発
Aggregation-free metallic iron nanoparticles ferrofluid for biomedical applications

11116

研究代表者

京都大学物質細胞-統合システム拠点

特定拠点助教山本真平 Shinpei Yamamoto

Carboxylated SiO2-coated α-Fe nanoparticles have been successfully prepared via CaH2-mediatedreduction of SiO2-coated Fe3O4 nanoparticles followed by surface carboxylation. These α-Fe-based
nanoparticles, which are featured by ease of coating with additional functional groups, large
magnetization of 154 emu/g-Fe, enhanced corrosion resistivity, excellent aqueous dispersibility,
and low cytotoxicity, have a potential to be a versatile platform in biomedical applications.

極めて高い，という問題があり，この点が金属鉄ナノ

研究目的

粒子のナノ医療応用を阻んできた。それ故，表面被覆

最近，我々は生体に無害なシリカ（SiO2)で被覆さにより耐食性を向上させる手法の確立がナノ医療応用れた酸化鉄粒子表面を有機機能化して，その有機表面に向けた鍵となる１，２）。また，ナノ医療への応用展開

を失うことなく内部をFe粒子に変換することにより，に際しては，用途に応じた形状制御や，水溶液への安優れた耐酸化性・高い飽和磁化を併せ持つ凝集フリー

定分散性，機能性部位の導入性，といった観点からのFe基磁性流体の作製に成功した。本研究の目的は，検討も極めて重要である１，２）。

この基本的成果に基づき，生体親和性・表面修飾性にシリカ（SiO2)で被覆された酸化鉄ナノ粒子を還元

優れた凝集フリーFe基磁性流体を作製し，ナノ医療することにより，SiO2で被覆された金属鉄ナノ粒子を応用における基礎特性を解明することである。

作製する方法は古くより検討されてきた３-７）。これは，大量合成が容易である，反応性の高い未被覆状態の金
属鉄を取り扱う必要がない，といった利点があるため研究成果の概要である。しかしながら，水素ガスを還元剤として用いた場合，金属鉄にまで還元するためには600℃程度の１．研究の背景：

反応温度が必要となる。そのため，還元反応時にナノ

金属鉄（α-Fe)は，非常に大きな飽和磁化（Ms，

粒子間の凝集・粒成長が起こり，応用面で重要となる

218 emu/gまたは2.2μB/Fe)と極めて高いキュリー温形状制御が困難であったり，水溶液への分散性が余り

度（770℃)を有することが知られている。軟磁気特性良くないという問題があった。さらに，被覆材料であと相まって，金属鉄は，これまでナノ医療分野で軟磁るSiO2との反応により，反強磁性物質であるFe2SiO4性体として用いられてきたFe3O4（90 emu/gまたはが副成するという問題にも悩まされていた４，７）。
近年，我々の研究グループは，CaH2を還元剤とし1.33μB/Fe)やγ-Fe2O3（76 emu/gまたは1.25μB/Fe)といった鉄酸化物磁性体を代替することが期待されてて用いることにより，SiO2で被覆された金属鉄ナノ粒いる１）。しかしながら，金属鉄のナノ粒子は反応性が子を合成することに成功した８）。この水素化物は，非─ 22 ─

Hosokawa Powder Technology Foundation

Scheme 1

α-Fe@SiO2@COOH NPsの合成方法の概要図

常に低い温度でも作用する還元剤として，近年，固体ション系にてSiO2被覆を行った。polyoxyethylene (5)

化学分野において大きな注目を浴びている 。SiO2でnonylphenyl ether（3.65 g）およびFe3O4ナノ粒子（90９）

被 覆 さ れ た 酸 化鉄ナノ粒子を水素ガスではな く，mg）を含むシクロヘキサン溶液（47.74 g）にアンモ

CaH2で還元することにより，反応温度を劇的に低下

ニア水溶液（28%，0.38ml）を加え，マグネチックス

させることが可能となった。結果として，反応時におターラを用いて30分間撹拌し，均一な茶色の透明溶液

ける凝集・粒成長は大幅に抑制され，出発原料であるを得た。続いて，tetraethyl orthosilicate（0.4 g）をSiO2被覆酸化鉄ナノ粒子とほぼ同一の形状を有する溶液に滴下し，室温で20時間反応させた。生成したSiO2被覆金属鉄ナノ粒子を得ることができる。反応温

SiO2被覆Fe3O4ナノ粒子は，反応溶液にエタノールを度の劇的な低下によるメリットはそれだけにとどまら加えて凝集・沈降させ，磁気分離により回収した。回ない。SiO2被覆表面に施された有機分子修飾は，もし収されたSiO2被覆Fe3O4ナノ粒子はエタノールで洗浄

それらが充分な熱耐性を有していれば，還元反応中に後，真空中で乾燥した。

分解することなく，有機修飾されたSiO2被覆金属鉄ナ
ノ粒子を与える。例えば，ポリエチレングリコールと2-2．CaH2を用いた還元

SiO2で２重に被覆された酸化鉄ナノ粒子をCaH2で300

SiO2被覆Fe3O4ナノ粒子および４倍量のCaH2からな℃90時間還元することにより，ポリエチレングリコー

る混合物を不活性雰囲気下で細かくすりつぶし，パイルに由来する優れた水溶液分散性を示すSiO2被覆金属

レックスガラス管に封入し，400℃で48時間反応させ鉄ナノ粒子を得ることができる 。しかしながら，本た。未反応のCaH2および反応の副生物であるCaOは，法に利用できる有機化合物は比較的耐熱性が高く，更大気中，NH4Clのメタノール溶液中で反応混合物を洗にCaH2と反応しない化合物に限られていた。本研究浄することにより取り除いた。生成したSiO2被覆金属

で は， 様 々 な 機能性 分子 によ る修飾を 容易 に す る

鉄ナノ粒子は磁気分離により回収し，メタノールで洗COOH基を表面に有するSiO2被覆金属鉄ナノ粒子（α浄後，真空中で乾燥した。

８）-Fe@SiO2@COOH NPs)の合成を試みた。Scheme 1に示す様に，まず始めに，CaH2を用いた還元により，

2-3．COOH-silaneを用いた修飾

SiO2被覆金属鉄ナノ粒子を作製し，続いてその表面をSiO2被覆金属鉄ナノ粒子（40 mg）を含む40wt%エ

COOH基 を 有 す る シ ラ ン カ ッ プ リ ン グ 剤（COOH-

タノール水溶液（30g）に，COOH-silane（0.3 g, N-

silane)にて修飾する手法である。

(trimethoxysilylpropyl) ethylenediamine triacetic
acid trisodium salt）を加え，80℃で３日間反応を行った。得られたα-Fe@SiO2@COOH NPsは，遠心分

２．実験方法：離で回収し，水で洗浄した後に，遠心分離で再び回収

2-1．SiO2被覆酸化鉄（Fe3O4）ナノ粒子の合成した。回収された粉末を水に再分散させ，室温で保存

平均粒径25nmのFe3O4ナノ粒子は，オレイン酸の共した。

存下，ステアリン酸鉄（III）の熱分解反応をトリ-nオクチルアミン溶液中で行うことにより合成した。続

2-4．分析方法

いて，水及びシクロヘキサンからなるマイクロエマル

─ 23 ─

低倍率の透過型電子顕微鏡（TEM）観察はJEM-

Annual Report No.20 2012

Fig.1 （a）還元反応前，および（b）還元反応後の試料のTEM像。還元反応前後の試料の（c）
XRDパターン，および（d）磁気特性。

1010D（JEOL）およびJEM-1400（JEOL）により行

一性を保っていることが分かる。一般に，還元後の粒った。高分解能TEM観察はJEM-2200FS（JEOL）に子は，１個の金属鉄コアを含むが，希に金属鉄コアがより行った。TEM試料は，ナノ粒子分散液をカーボ破砕して数個になっている場合もある。還元後の試料

ン被膜で被覆されたCuグリッドに滴下することによで観察されるコア／シェル間の明るい部分（図中の矢り 調 製 し た。Cryo-TEM測 定 は，JEM-2100F（G5）印）は，酸化鉄が還元されて金属鉄が生成したことに（JEOL）により行った。粉末X線回折（XRD）測定は，

よる体積収縮（50%程度）で生じた空隙である。反応

Cu Kα線（λ = 0.154 nm）を用いてNew D8 ADVANCE

前後の試料のXRDパターンをFig.1cに示す。出発原料（Bruker）にて行った。磁気特性は試料振動式磁力計にあったFe3O4相がα-Fe相に置き換わっていること

ア タ ッ チ メ ン ト 付 き 物 性 測 定 装 置（PPMS-VSM，がわかる。なお，2θ = 22°付近に観測されるブロー

Quantum Design）を用いて評価した。赤外（IR）吸ドなピークはアモルファス状態にあるSiO2被覆に由来

収 ス ペ ク ト ル 測 定 はFT/IR-4200（JASCO） に て，する。還元後，大気中に10日間放置した試料を用いて，KBrペレット法で行った。

室温における磁気特性を評価した（Fig.1d）。飽和磁化（Ms）は，154 emu/g-Feと決定された。なお，Ms
は5 Tの外部磁場印加時における磁化としている。こ３．結果及び考察：の値は，還元前の試料（酸化鉄ナノ粒子）と比較して，

真空封管したパイレックスガラス管中にて，SiO2被約2.3倍も大きい。得られたMs値（154 emu/g-Fe）は，

覆酸化鉄ナノ粒子をCaH2で400℃，48時間反応させる

バルク金属鉄のMs値（218 emu/g-Fe）よりも小さい。

ことによりSiO2被覆金属鉄ナノ粒子を調製した。還元

このことから，大気中に10日間放置された間に，金属前後の試料のTEM像（Fig.1 a, b）より，還元後の試

鉄コアがシリカ被覆のメゾ孔を通じてある程度再酸化料は凝集フリーであり，更に還元前と同等の形状の均されたことが分かる。これまでの研究から，シリカ被─ 24 ─

Hosokawa Powder Technology Foundation
覆の形成により再酸化の速度は劇的に減少し，７日以

COOH-silaneが導入されていることが分かる。Fig.3

降は顕著な酸化の進行は見られないことが分かっていにCOOH-silaneで修飾した試料のTEM像を示す。ナる 。還元後の試料はある程度再酸化されているが，ノ粒子は凝集することなく，孤立状態を保っているこ

８）

ナノ医療分野で最も広く用いられている磁性ナノ粒子とが分かる。COOH-silane修飾により，表面特性は劇であるリゾビスト（Ms = 95 emu/g-Fe10））の約1.5倍的に変化した。最も重要な変化は，試料が優れた水溶もの高いMs値を有する。磁気分離，磁気誘導薬物輸送，

液分散性を示す様になったことである（Fig.3a挿入

磁気温熱療法，核磁気共鳴画像法といったナノ医療分図）。分散性を更に直接的に評価するために，急速凍野における磁性ナノ粒子のパフォーマンスは，Ms値結させた試料溶液のTEM観察（cryo-TEM観察）をに強く依存することが知られており ，本法により作行った。Fig.3bに典型的な低倍率像を示す。凝集体は製されたSiO2被覆金属鉄ナノ粒子はナノ医療応用におほとんど無く，ナノ粒子は溶液中でも孤立状態にある

いて高い特性を示すことが期待できる。

ことがわかる。

11）

続いて，COOH-silaneを用いて，得られたSiO2被覆

COOH基で修飾されたSiO2被覆金属鉄ナノ粒子の細金属鉄ナノ粒子表面の修飾を試みた。Fig.2に修飾反胞毒性をH460およびCHOの２つの細胞系を用いて評応前後の試料のIRスペクトルを示す。修飾反応後の価した。アデノシン３リン酸（ATP）測定法12） によ

試料には，C=O（1600 cm-1）およびC-H（2900 cm-1）

り評価した，細胞の生存率をFeモル濃度に対してプ

伸縮振動に由来する強い吸収が現れており，試料にロットした結果をFig.4に示す。同一の条件下でリゾ

Fig.2

COOH-silaneによる修飾反応前（黒線），および修飾反応後（赤線）のIRデータ

Fig.3 （a）α-Fe@SiO2@COOH NPsのTEM像。挿入
図は水分散液がはいったサンプル瓶であり，黒三角印は液面を示す。
（b） α-Fe@SiO2@COOH NPsの 低 倍 率 CryoTEM像。挿入図は高倍率像。

Fig.4 （a）CHOおよび（b）H460を用いて評価した
α-Fe@SiO2@COOH NPsとリゾビストの細胞毒性。

─ 25 ─

Annual Report No.20 2012
ビストを用いて行った測定の結果も併せてFig.4に示している。リゾビストの典型的な使用濃度は0.5mMであり，そのことを考慮すれば，α-Fe@SiO2@COOH
NPsの細胞毒性はリゾビストとほとんど変わらないことが分かる。更に，デキストランやポリエチレングリ

６）W. Zhao, J. Gu, L. Zhang, H. Chen, J. Shi, J. Am.
Chem. Soc., 2005, 127, 8916.
７）T. Inoue, Y. Tamada, S. Yamamoto, S. Nasu, T. Ono,
J. Magn. Soc. Jpn., 2008, 32, 321.
８）S.Yamamoto, G. Ruwan, Y. Tamada, K. Kohara, Y.
Kusano, T. Sasano, K. Ohno, Y. Tsujii, H. Kageyama,

コールといった生体適合性分子の修飾により，細胞毒

T. Ono, and M. Takano, Chem. Mater., 2011, 23, 1564.

性 を 軽 減 で き る こ と も 報 告 さ れ て い る13）。 現 在，

９）M. A. Hayward, E. J. Cussen, J. B. Claridge, M.

1-ethyl-3-（3-dimethylaminopropyl）carbodiimide

Bieringer, M. J. Rosseinsky, C. J. Kiely, S. J. Blundell,（EDC）およびN-hydroxysuccinimide（NHS）を用い

I. M. Marshall, F. L. Pratt, Science, 2002, 295, 1882; Y.
Tsujimoto, C. Tassel, N. Hayashi, T. Watanabe, H.

たデキストラン修飾を検討中である。COOH基を用い

Kageyama, K. Yoshimura, M. Takano, M. Ceretti, C.

更なる機能化は，細胞毒性の軽減に有効であるだけでRitter, and W. Paulus, Nature, 2007, 450, 1062; C.

なく，例えば固形ガンの能動的標的化といった先端機

Tassel, T. Watanabe, Y. Tsujimoto, N. Hayashi, A.

能性の付与にも極めて有効である。

Kitada, Y. Sumida, T. Yamamoto, H. Kageyama, M.
Takano, and K. Yoshimura, J. Am. Chem. Soc., 2008,
130, 3764; H. Kageyama, T. Watanabe, Y. Tsujimoto,

４．結論：

A. Kitada, Y. Sumida, K. Kanamori, K. Yoshimura, N.
Hayashi, S. Muranaka, M. Takano, M. Ceretti, W.

SiO2被覆酸化鉄ナノ粒子をCaH2で還元し，続いて，Paulus, C. Ritter, and G. André, Angew. Chem., Int.

COOH基を有するシランカップリング剤で修飾するこEd., 2008, 47, 5740; T. Yamamoto, Z. Li, C. Tassel, N.

とにより，COOH表面を有するSiO2被覆金属鉄ナノ粒

Hayashi, M. Takano, M. Isobe, Y. Ueda, K. Ohoyama,

子を得ることに成功した。出発原料であるSiO2被覆酸

K. Yoshimura, Y. Kobayashi and H. Kageyama, Inorg.

化鉄ナノ粒子の形状の均一性を失うことなく，金属鉄

Chem., 2010, 49, 5957; L. Seinberg, T. Yamamoto, C.
Tassel, Y. Kobayashi, N. Hayashi, A. Kitada, Y.

を生成させるためには，CaH2による還元が不可欠でSumida, T. Watanabe, M. Nishi, K. Ohoyama, K.

ある。得られたSiO2被覆金属鉄ナノ粒子は，ナノ医療

Yoshimura, M. Takano, W. Paulus, and H. Kageyama,

分野で最も広く用いられている磁性ナノ粒子であるリ

Inorg. Chem., 2011, 50, 3988; L .Seinberg, S.

ゾビストの1.5倍にも及ぶ154 emu/g-Feという極めて

Yamamoto, R. Gallage, M. Tsujimoto, Y. Kobayashi, S.

大きな飽和磁化値を示した。表面のCOOH修飾により，Isoda, M. Takano and H. Kageyama, Chem. Comm.,

水溶液に安定分散するようになった。非常に大きな飽
和磁化値，適度な耐食性，優れた水溶液分散性，均一2012, 48, 8237.
10）S. M. L ai, J.-K. Hsiao, H.-P. Yu, C.-W. Lu, C.-C.
Huang, M.-J. Shieh and P.-S. Lai, J. Mater. Chem.,

な形状，低い細胞毒性，容易な機能化といった利点を併せ持つα-Fe@SiO2@COOH NPsは，磁気分離，磁気誘導薬物輸送，磁気温熱療法，核磁気共鳴画像法といったナノ医療分野において汎用性の高いプラットフ

2012, 22, 13160.
11）Q. A. Pankhurst, J. Connolly, S. K. Jones, J. Dobson, J.
Phys. D: Appl. Phys., 2003, 36, R167.
12）S. P. M. Crouch, R. Kozlowski, K. J. Slater and J.
Fletcher, J. Immunol. Methods, 1995, 160, 81.

ォームとなり得る可能性を秘めている。

13）M.Yu, S. Huang, K. J. Yu, A. M. Clyne, Int. J. Mol.
Sci., 2012, 13, 5554.

参考文献：

発表論文

１）D. L. Huber, Small, 2005, 1, 482.
２）A.-H. Lu, E. L. Salabas, F. Schüth, Angew. Chem. Int.
Ed., 2007, 46, 1222.
３）S. Hisano, K. Saito, J. Magn. Magn. Mater., 1998, 190,
371.
４）P. Tartaj, C. J. Serma, J. Am. Chem. Soc., 2003, 125,
15754.
５）M. Ohimori, E. Matijević, J. Colloid Int. Sci., 1993,
160, 288.

Carboxylated SiO 2 -coated α-Fe nanoparticles:
towards a versatile platform for biom edical
applications Kaori Kohara, Shinpei Yamamoto＊, Liis
Seinberg, Tatsuya Murakami, Masahiko Tsujimoto,Tetsuya Ogawa, Hiroki Kurata, Hiroshi Kageyama,and Mikio Takano Chemical Communications, 2013,49, 2563-2565.

─ 26 ─

4-2

シンポジウム等の開催援助
成果報告

第４回先進材料に関するフランス研究機関─東北大学共同ワークショップ（Frontier2011）報告
Fourth French Research Organizations -Tohoku University Joint Workshop on
Frontier Materials (FRONTIER 2011)
会

期：Dec. 4 (Sun)- Dec. 8 (Thu), 2011

開 催 場 所：東北大学片平キャンパス

さくらホールおよび材料物性研究Ⅰ棟大会議室

11001

報

告

者

東北大学多元物質科学研究所齋

藤同（Frontier 2011 実行委員長） 田

２．参加者：総数110人

俊一郎

エネルギー・環境・生体工学，グリーンケミスト

内大学院生37人

リー

３．参加機関・部局
フランス側

中

良

１．プロセス工学：粉体工学，材料プロセス工学，

世話部局：多元物質科学研究所

１．主催：東北大学

文

２．先進的な情報・通信のための材料・デ

バイス：スピントロニクス，フォトニクス，デバ

12人

Ecole des Mines d'Albi-Carmaux ３ 人（ 内イス

Univ. Toulouse兼１人）

イオ・ソフトマテリアル

INSA Toulouse

１人

Univ. Rennes １

７人

Institut des Matériaux Jean Rouxel

３．先端材料：ナノ材料，多機能材料，バ（３）日仏研究者の交換留学制度が可能な研究分野の特定，大学院博士課程後期生のDouble Degree取得に関する可能性と制度の模索など教育的相

１人

乗効果

東北大学
理学研究科

５．講演数：口頭発表26件，ポスター発表：51件

工学研究科

ポスター協力：グローバルCOE,

環境科学研究科

Materials Integration

金属材料研究所

６．総費用：250万円（日本側のみ）
出資者 多元研所長裁量経費60％，ホソカワ粉

電気通信研究所
多元物質科学研究所

体工学振興財団16％

WPI−AIMR

青葉工学振興会12％，仙台観光コンベ
ンション協会12％，４学会東北支部

４．FRONTIER 2011の目的と討議内容：（１）先進材料を扱う日仏の代表的研究機関の研究者

７．次回

2012年12月２日（Sun）−6日（Thurs）

が，それぞれの得意分野と技術を基にしたシナ

仏レンヌ市

ジー効果から，立地する地域の産業に根ざした

開催：Univ. Rennes １＋Ecole des Mines

新しくかつ先進的な材料に関する共同研究を創dʼAlbi

出する（現在までに23件）。

テーマを拡げEnergy材料, コンクリート材（２）先進材料に関する共通の話題として討議した内容─ 27 ─

料工学

共催
なども

Annual Report No.20 2012

参考１：Program and Venue at a glance
Morning
Dec. 4(Sun)

Afternoon

Evening

Registration & Welcome Party (Sakura 1F)

Dec. 5(Mon)

O p e n i n g C e r e m o n y , Workshop (Sakura 2F)
Plenary (Sakura 2F)

Dec. 6(Tue)

Workshop (Sakura 2F) Poster (Sakura 1F)

Dec. 7(Wed)

Workshop & Closing Laboratory Tour
Ceremony (Sakura 2F)

Dec. 8(Thu)

Excursion

開会式会場

─ 28 ─

Aperitif (Sakura 1F)
Earthquake Session

Banquet (Sakura 1F)
Farewell Party(Auditorium)Hosokawa Powder Technology Foundation

4th French Research Organizations -Tohoku University
Joint Workshop on Frontier Materials FRONTIER 2011
Dec. 4 (Sun) - 8 (Thu), 2011
Sendai, Japan

（1／2）

（2／2）

─ 29 ─

第10回界面動電現象に関する国際シンポジウム
─The 10th International Symposium on Electrokinetic Phenomena (ELKIN2012) ─
開 催 場 所：筑波大学

大学会館（茨城県つくば市天王台1-1-1）

開 催 期 間：平成24年５月20日～平成24年５月24日（５日間）

11002

報

告

者

筑波大学

生命環境系

足

教授

立

泰

久

るソフト界面をテーマに討議を行い，界面動電現象研

開催の目的

究の今後の発展の方向性を明らかにする。

ELKINの主題である界面動電現象は，液相系のあらゆる物質の界面に形成されている電気二重層に由来

シンポジウムの規模，参加者数，内容等：する物理現象で，コロイド界面科学とたいへん深い関＜参加者数＞

係を持っているが，特にその動的な側面については，

海外66

コロイド界面科学以外の学際的側面から注目され，ヨ国内

63

ーロッパを中心に発展してきた経緯がある。電気二重計

129

層のダイナミクスは，ナノテクノロジーに関連のある

国別参加者数は添付表のとおり。

材料科学はもとより，生体，医療，微生物などのバイオテクノロジーに様々な形で関与する他，セシウム等のイオンの粘土や腐植物質など土壌表面への吸着現象にも関与し，環境科学においても学術的バックグラウ
ンドの一つとなる学際的な科学領域である。
界面動電現象研究のルーツは200年以上も前に遡り，イオンの発見やコロイド分散系の安定性解析などの学術的展開に関わっているばかりでなく，最近ではナノテクノロジーの発展が著しくマイクロ流体デバイスなど応用の基礎を支えるサイエンスとして潜在的に大きく 発 展 の 余 地 を 残 し て い る 分 野 で も あ る。 今 回，
ELKINの 開 催 の 経 緯 か ら， 第10回 に あ た るELKIN
2012を初めてアジア-オセアニア地域で開催することとなったが，日本においては関連分野が極めて多岐にわたり，それらを共通の場で討議し，界面動電現象が関わる先端科学技術分野に対する認識を強化する意味は小さくない。また，同時に界面動電現象研究の有効性の認識を日本も含めたアジア地域に広めることは，今後のELKINの全世界的発展においても重要である。
ELKIN2012では，ELKINの発展の経緯と日本およびアジアの情勢を融合する形で，日本が得意としてい─ 30 ─

国名
スペイン
ドイツ
オースト
ポーラン
ベルギー
台湾
フランス
アメリカ
カナダ
アルゼン
オランダ
ロシア
イスラエ
韓国
マレーシ
中国
スウェー
オースト
メキシコ
カザフス
香港
海外合計
日本
総計

国別参加者数
人数（単位：名）
7
7
5
6
5
5
4
4
3
3
3
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
66
63
129

Hosokawa Powder Technology Foundation
以下の「第10回界面を頂きました。その後，準備会合を一月に一回程度の動電現象に関する国際シンポジウム（ELKIN

頻度で東京理科大学と筑波大学で持ち，組織委員，運2012）実施報告」のとおり

営体制，運営方針，学術的なプログラムの構想などが内容：Book of Abstractおよび以上決められていきました。
昨年の11月末日のearly birdのアブストラクトの締第10回界面動電現象に関する

め切りの時点で集まった70件ほどの内訳はその９割が国際シンポジウム（ELKIN2012）実施報告

欧米からのもので，その時点において１割に満たない
日本人の充実がELKIN運営の課題であることが改めて浮き彫りにされました。
この問題を払拭するために，

1．はじめに
５ 月20日 〜24日， 筑 波 大 学 に て 標 記 国 際 会 議

日本において各分野に分散し潜在的に興味を持ってい

ELKIN2012が開催されました。界面動電現象は，液る研究者を発掘するため，ELKINの「見どころ聴き相系のあらゆる物質の界面に形成されている電気二重どころ」を宣伝すべく「プレヴューELKIN2012」と層に由来する物理現象ですが，特にその動的な側面に称するプレセミナーを各機関団体と連絡とり，直前のついては，コロイド界面科学以外の学際的側面からも本年の３月に企画し，最後の最後まで日本人の参加を注目され，独自の国際委員会が形成されています。界促しました。

面動電現象研究のルーツは200年以上も前に遡ります。
人類がイオンの存在を認識する遥か以前に，界面動電

３．開催の模様現象が認識されていたことは驚異です。現在の我々の最終的な参加者については，21カ国66名の外国人と認識では，界面動電現象といえばコロイド粒子ゼータ

日本から63名の参加があり，人数的にも国内外にバラ電位として粒子表面のキャラクラリゼーションの問題

ンスのとれた国際会議を実施することができました。

として狭義に完結しているようにも捉えられがちです（写真１．参加者集合写真）

が，マイクロ流体技術など今後もナノテクノロジーの基礎を支えるサイエンスとして大きく発展の余地を残している分野とみなされています。
２．ELKIN2012日本開催の経緯と準備状況
ELKINの日本開催は2008年の米国San ta Feで開催された第８回会議にて決定されました。以来，我々は2009年に界面動電現象研究会を組織し，関連のシンポジウムを実施し，少しずつ啓蒙普及活動を開始しました。その３回目にあたるセミナーを，中国，台湾，シンガポール，オーストラリアなどの研究者を招き，昨年の３月11日に筑波大学で実施していた際，突然大き写真１な地震に襲われ，軌道に乗りかけていたELKINの準備は大きな打撃をうけました。東日本大震災の被害が講演は，21日に，ナポレオン時代に始まる界面動電

深刻に健在化しつつあった昨年の５月の連休のさな現象の歴史に関するキーノート講演から開始され，か，このままELKINの実施に踏み切るか大きな議論

DLVO理論と高分子電解質の古典論に残された未解決がありました。しかし，「原発事故にひるむ理由はみ問題の披露，誘電分散，水の構造，界面流体の滑り，つからない。」というのが，委員の一致した見解となり，連続体近似と離散的扱いの接点など古典的な問題の整予定通りELKINの実施を決定しました。この決定に理が行われました。講演初日にはポスターセッション

ついては，プレナリー講演をお願いしたオランダのが行われ，57件の報告がありました。
（写真２．ポス

Lyklema先生やIACIS（国際コロイド連盟）の会長を

ター発表）

務めらていたPrieve先生らから「仙台のIACIS会議とともに是非頑張って成功させてください。
」と励まし─ 31 ─

Annual Report No.20 2012
また，22日のバンケットにおいて，ポスター賞が発表さ れ， ド イツ の ヨ ハ ネス グ ー テン ベ ル グ大学 のThomas Palberg 博 士 の「Self-Organized Electrokinetic Propulsion of Granular Object by Colloidal
Particles」と産業技術総合研究所の日下靖之博士の「An AFM Study on Effects of Surface Forces on
Formation of Two Dimensional Colloidal
Monolayers」の２件が受賞しました。また，バンケ
ットのフィナーレは筑波大学ゆかりの夢幻塾の供宴による津軽三味線と和太鼓のロック調の演奏が披露され，文化交流に一花添えました。
写真２

４．おわりに22日と23日は非水系，界面活性剤，コロイド配列，

最近ELKINの開催においては，国際コロイド連盟

荷電膜など応用で重視される界面動電現象，続いて濃会長のDenis Prieve先生，ワーへニンゲン大学名誉教

厚系や流動している状態でのゼータ電位の測定，マイ授のHans Lyklema先生，メルボルン大学名誉教授の

クロ流体に関わる非平衡移動現象，多孔質ソフト界面

Tom Healy先生らに大いに宣伝していただき，海外かの理論が討議されました。最終日となった24日には環ら大勢の著名な研究者が参加しました。また，協賛し境面への動電現象の展開について討議がなされましたていただきました学会，つくば市，筑波大学，各種団が，予想に反し大勢の方が最終日の閉会式まで参加い体企業から様々な支援と協力をいただきました。特にたしました。

ホソカワ粉体科学振興財団からは，開催援助金をいた

ELKINの特徴はひとつの会場で期間中延々とシンだくことができ，円滑な運営に役立てることができま

ポジウムを続けることですが，５日間行動を共にしたした。この場を借りてお礼申し上げます。次回（第11参加者は，ALL回）
開催はベルギーのケント大学で2014年の予定です。

ELECTROKINETICSを網羅する密度の高い体験を共有することができました。
（写真３．昼食の光景）

http://www.envr.tsukuba.ac.jp/˜elkin12/
ELKIN2012

日本委員会

足立泰久

（筑波大学生命環境系）

写真３

─ 32 ─

高品質先進材料開発のための界面の評価と制御に関する第４回国際会議
The Fourth International Conference on the Characterization and Control ofInterfaces for High Quality Advanced Materials
開 催 期 間：2012年９月２日～５日
開 催 場 所：ホテル日航倉敷

住所：岡山県倉敷市阿知3－21－9

11003

報

告

者

大阪大学

接合科学研究所

教

授

内

藤

牧

男

発表件数は全体で147件であり，招待講演を含む93件

開催の目的の口頭発表が行われた。また９月３日の夕方には，ポ様々な先進材料開発の鍵を握るのは，粉体を含めた材料の表面，界面の制御と評価である。そこで本国際

スターセッションが行われ，54件のポスター発表が行われた。

会議では，材料横断的な観点から，この点について国
際的に発表，討論することを目的とした。

成果の概要

シンポジウムの規模，参加者数，内容等

発 表 成 果 の 概 要 と し て， 講 演 予 稿 集（Programs全体の参加者は178名であり，外国人の参加者は，

and Abstracts）を参考資料として別途提出する。なお，21ヶ国から67名（全体の約40％）であった。また，国本会議で発表された研究成果は，論文誌Advanced

内外から各学術分野で著名な研究者が，招待講演者とPowder Technology，並びにInternational Journal of

して参加した。研究発表はホテル内の２会場に分かれ

Applied Ceramic Technologyにおいて査読を実施し，て行われ，粉体プロセス，スマートプロセス，高温界アクセプトされた論文は，2013年の夏にICCCI2012特面，材料評価と設計，環境・エネルギーの５つのセッ集号として，それぞれ出版される予定である。

ションにおいて，それぞれ活発な質疑応答が行われた。

会議を開催したホテル前での集合写真

─ 33 ─

以上（1／3）

Annual Report No.20 2012

会議を開催したホテル前での集合写真

（2／3）

（3／3）

─ 34 ─