装着感のない皮膚貼付型ナノ透明薄膜の創製と芳香・消臭能の精密制御
東海大学工学部応用化学科／マイクロ・ナノ研究開発センター

岡村陽介

Fragrant products have been paid much attention to improvement of quality of life. However, their effect is often
insufficient due to flowing by sweats and short-term evaporation of odor molecules. We have proposed polymer ultra-thinfilms (often called nanosheet) with a film thickness of nanoscale. These nanosheets have shown an excellent adhesivenesson various interfaces via a physical adsorption. In this study, we proposed freestanding polysaccharide nanosheets andnanofibers and evaluate their control of fragrant and deodorant ability. For fragrant materials, free-standing crosslinked
chitosan nanosheets carrying cyclodextrin (CD) were successfully fabricated by a spin-coating process. When linalool as amodel was dropped on the CD nanosheets, volatilization of linalool was prolonged compared to the control. This prolonged
effect of β-CD-nanosheet was higher than that of γ-CD-nanosheet. This result indicates the volatilization of linalool wascontrolled by β-CD on CS nanosheets. For deodorant materials, free-standing crosslinked nanofiber-sheets composed ofchitosan were successfully fabricated by electrospinning, crosslinking, and sacrificial layer process. The obtained nanofibersheet were still transparent, and easily adhered onto skin. Based on detection of the amine groups using fluorescamine, trans2-nonenal, which is a causative compound of the aged body odor, could be covalently bound via amino groups of chitosannanofiber-sheets.

１．緒

我々は、厚みをナノ寸法に制御した生体適合性高分子か言らなる 2 次元ナノ材料「ナノ薄膜」を提案してきた 5 - 9）。興「におい」
はヒトの生活と密接に関与している。におい分

味深いことに、100 nm 以下の膜厚にすると、ナノ厚特有

子は揮発性の低分子有機化合物であり、世の中には数十万の柔軟性と平滑面ゆえに、貼りたい界面の凹凸に追従しな

1）

2）

種存在するといわれている 。嗅覚受容体が発見 されてがら面接触吸着でき、極めて高い接着性が発現するユニー

以来、これまで数多くの受容体が同定されており 3）、におクな現象を見出した。このため、接着剤を使用せず物理吸

い分子の濃度が pM-nM レベルであっても嗅覚受容体を介着のみで肌に貼付できる。また、透明なため貼っても目視4）して高感度に検知される 。従って、においがそのヒトのできず装着感すらないことも特筆すべき点である。さらに、第一印象を決定するといっても過言ではなく、においが注

極細径由来の高い比表面積を有するナノファイバーからな目される要因である。

る自己支持性薄膜の調製にも成功している。

近年、体臭（加齢臭・汗臭等）
等の不快な臭いを消し、好本研究では、におい分子の吸着・徐放を制御した「皮膚みの香りをつけて個性を演出する等、肌に塗布・噴霧する

貼付型ナノ薄膜・ナノファイバー薄膜」を創製し、その芳香・消臭・芳香剤が市場を賑わしている。消臭剤は、加齢臭消臭能評価を行うことを目的とした。ここでは、芳香ある（trans- 2 - ノネナール、皮脂酸化物）
や汗臭（アンモニア等）

いは悪臭におい分子モデルとして、それぞれリナロールを標的とし、物理吸着法、化学吸着法、生物学的手法にて（ラベンダー由来）、trans- 2 -nonenal（加齢臭の原因成分 ,消臭する。芳香剤は香料を配合した香水が代表例であり、不飽和アルデヒド）を選定した。芳香制御として、生体適

不快な臭いを香りでごまかす感覚的消臭法に分類され、し合性を有するキトサンからなるナノ薄膜に、有効成分とな

ばしば前者と組合せて使用する。しかし、いずれも液状・るにおい分子包接体（シクロデキストリン , CD）を搭載し、粉末状であり肌に塗布あるいは噴霧する用法のため、有効におい分子の包接・徐放能を持続させる仕組みを提案する。

成分は汗等で流れてしまうほか、におい分子は揮発性のた消臭制御として、比表面積の向上を期待したキトサンナノ

め芳香・消臭能の持続性が不足しているという課題が残さ

ファイバー薄膜を創製し、シッフ塩基を形成して trans- 2 -れている。

nonenal を捕集、消臭する仕組みを提案する。
Fabrication of Adhesive and Transparent
Nanosheets and Their Control of Fragrantand Deodorant Abilities

2．方法

2 . 1. CD 担持キトサンナノ薄膜の調製と芳香制御能評価

Yosuke Okamura
Department of Applied Chemistry,
School of Engineering, Tokai University
Micro/Nano Technology Center, Tokai
University

2. 1. 1. CD担持キトサンナノ薄膜の調製法
SiO 2 基板（20 × 20 mm 2）上にセルロースアセテートのジ
オキサン溶液（40 mg/mL）をスピンコート（4,000 rpm, 20 s）− 43 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023

スピンコート（6 , 000 rpm, 60 s）し、キトサンナノ薄膜を

2 . 2 . キトサンナノファイバー薄膜の調製と消臭制御
能評価調製した。キトサン間の架橋並びにナノ薄膜に CD を担持

2. 2. 1. キトサンナノファイバー薄膜の調製法

し犠牲膜とした。続いて、キトサン水溶液（10 mg/mL）をするためにジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）を

SiO 2 基板（30 × 30 mm 2）上にポリスチレンスルホン酸用いた。MDI、β-CD あるいは γ-CD、トリメチルアミン

ナ ト リ ウ ム 水 溶 液（PSS：200 mg/mL）を ス ピ ン コ ー トを混合した DMF 溶液（0 . 5 mL）にキトサンナノ薄膜を基（4000 rpm, 60 s）し、犠牲層とした。次いで、電界紡糸板ごと浸漬後、加熱（70 ℃，1 h）した。DMF で洗浄後、ア法（NANON- 03 , メック社製）を用いて、キトサン溶液

セトン中で犠牲膜を溶解させ、β-CD あるいは γ-CD 担持（5 . 6 wt% in TFA/CH 2 Cl 2 = 4 / 1（v/v））溶 液 を シ リ ン ジ

キトサンナノ薄膜を得た。なお、比較対照として、CD（ノズル径 27 G）に注入し、PSS を成膜した SiO 2 基板上をを担持させないキトサンナノ薄膜を調製した。ナノ薄膜

ターゲットとして紡糸した（印加電圧 : 30 kV, 送り速度：の表面観察並びに膜厚測定は、走査型電子顕微鏡（FE-1 . 0 mL/h, ノズル－ターゲット距離 : 200 mm）。その後、

SEM S- 4800 , 日立ハイテク社製）、触針式表面形状測定器

1 , 4 - フェニレンジボロン酸（PBA）溶液（30 ‒ 250 mM）を用（DektakXT，ブルカー社製）
を用いた。

いて架橋を施し（r. t., 2 h）
、エタノールにて洗浄した。そ2. 1. 2. におい分子包接能評価の後、SiO 2 基板ごと蒸留水に浸漬して犠牲層を溶解させ、リナロール（0 . 2 mL）を充満させた密閉瓶（容量 350 mL）
中に、SiO 2 基板上の β-CD あるいは γ-CD 担持キトサンナ

キトサンナノファイバー薄膜を得た。
2. 2. 2. キトサンナノファイバー薄膜のFT-IR分析

ノ薄膜（30 × 30 mm 2）を静置した（r. t., 15 h）。その後、ナ

キトサンナノファイバー薄膜の PBA 架橋濃度を決定す

ノ薄膜に包接したリナロールをアセトン（1 mL）で抽出しるするため、アルミホイル上をターゲットとし、2 . 2 . 1 .

た。抽出液をガスクロマトグラフィー分析（GC- 8 A, 島津と同条件で電界紡糸した。ピンセットでファイバー薄膜を製作所製）に供し、ナノ薄膜の単位面積当たりのリナロー

回収後、（PBA）溶液（30‒250 mM）を用いて架橋を施した（r.

ル包接量を定量した。

t., 2 h）。その後、ホモジナイザー（NS‒ 57 , マイクロテック・

2. 1. 3. におい分子揮発制御能評価

ニチオン社製）を用いてキトサンナノファイバー薄膜をエ

β-CD あるいは γ-CD 担持キトサンナノ薄膜をポリエチ

タノール中にて裁断し、t- ブチルアルコールに置換して凍レン基板（10 mmφ）上に貼付した。その上にリナロール

結乾燥した。得られた粉末を臭化カリウムと混合してペレ溶液（30 %（v/v），10 µL）を滴下し、恒温恒湿下（25 ℃，湿ットを作成し、FT-IR 分析（FTIR- 8400 S, 島津製作所社製）

度 40 %）、開放系の状態で静置した。所定の時間（10 min,に供した。この時、吸光度に変換し、キトサンがもつ N-

1 h, 2 h, 3 h, 4 h, 5 h, 6 h, 24 h）経過後、ナノ薄膜貼付 PE

アセチル基由来の C=O 伸縮振動に対する PBA のベンゼン基板をサンプル瓶に入れ、セプタムラバーで密閉した。5環由来の C-H 伸縮振動の比を算出し、PBA 架橋の進行具

分間静置後、NeedlEx（信和化工社製）を取り付けた気体捕合を判定した。

集ポンプを用いてサンプル瓶内の気体を採取し、ガスクロ

2. 2. 3. trans-2-nonenalを吸着させた際のキトサンナノ

マトグラフィー分析に供して気相中のリナロールの揮発量

ファイバー薄膜のアミノ基定量を定量した。

上述した条件でキトサンナノファイバー薄膜を紡糸した

2. 1. 4. ジボロン酸誘導体を架橋剤としたβ-CD担持キト

SiO 2 基板を密閉容器（100 mL）内に置き、trans- 2 -nonenal

サンナノ薄膜の調製のエタノール溶液（0 . 575 mM- 57 . 5 mM）と接触させない

SiO 2 基板（20 × 20 mm 2）上にセルロースアセテートのように静置した（r. t., 20 h）。SiO 2 基板を回収し、蒸留水

ジオキサン溶液（40 mg/mL）をスピンコート（4000 rpm,

（2 mL, 10 min）でキトサンナノファイバー薄膜を溶解さ20 s）し、犠牲膜とした。次いで、キトサン（10 mg/mL）せた。得られた溶液にフルオレスカミン（0 . 075 mg/mL,／ポリビニルアルコール（1 mg/mL）混合水溶液をスピン

670 μL）を加え蛍光発色させた後（r. t., 1 h）
、マイクロプコート（4000 rpm, 60 s）しキトサンナノ薄膜を調製した。

レートリーダーを用いて蛍光強度を測定した。

得られた基板を 1 , 4 - フェニレンジボロン酸
（PBA）
の DMF

３．結果と考察

溶液に浸漬した（r. t., 1 h）
。DMF で洗浄後、β-CD 溶液にナノ薄膜を浸漬し（70 ℃, 24 h）、DMF で洗浄後に加熱乾3 . 1. CD 担持キトサンナノ薄膜の調製と芳香制御能評価

燥した（60 ℃, 1 h）
。最後に、アセトン中で犠牲膜を溶解さ
β-CD 担持キトサンナノ薄膜を得た。ナノ薄膜の膜厚は、せ、3. 1. 1. CD担持キトサンナノ薄膜の調製と物性

触針式表面形状測定器（DektakXT）
を用いて測定した。

キトサン及び CD の水酸基、キトサンのアミノ基を標的とし、架橋剤（MDI）のイソシアネート基を介した共有結合（ウレタン結合・ウレア結合）にて、β-CD あるいは− 44 −

装着感のない皮膚貼付型ナノ透明薄膜の創製と芳香・消臭能の精密制御

γ-CD 担持キトサンナノ薄膜を調製した。SiO 2 基板ごとアは 4 倍以上となった（β-CD 担持キトサンナノ薄膜 : 1 . 30

セトン中に浸漬させたところ、犠牲膜であるセルロースア± 0 . 52 nmol/cm 2、γ-CD 担 持 キ ト サ ン ナ ノ 薄 膜 : 1 . 41 ±セテートが溶解し、基板の形状を維持した状態で透明性

0 . 65 nmol/cm 2）。以上より、キトサンナノ薄膜に表面修の高い自己支持性ナノ薄膜が得られた（Fig. 1 a）
。ナノ薄

飾された CD によってリナロールが有意に包接されたこと

膜を水中に展開しても不溶であったことから、MDI によを支持しており、密閉系では β-CD、γ-CD のリナロールってナノ薄膜を構成するキトサンの架橋も進行したと考え

包接能は同等であると判断した。

られる。得られたナノ薄膜を走査電顕観察したところ、ナ
ノ薄膜表面は破断なく平滑であった（Fig. 1 b）
。また、得

3. 1. 3. â-CDあるいはã-CD担持キトサンナノ薄膜のにおられたナノ薄膜は肌に貼付することも可能であり、目立たい分子揮発制御能

ず装着感すらないことも特筆すべき点であった。今回調製

2 . 1 . 3 . に記載の方法に従い、ポリエチレン基板に貼付しした β-CD あるいは γ-CD 担持キトサンナノ薄膜の膜厚は、た各種ナノ薄膜上にリナロール溶液を滴下し、開放系の状それぞれ 106 ± 9 nm、110 ± 9 nm と算出された。この時、態で静置した。経時的に密閉したサンプル瓶内に基板を 5

キトサン水溶液をスピンコート際の回転数によって膜厚を分間静置し、気相中のリナロールの揮発量を定量した。ま制御可能であることも確認した。

ず、比較対照としてナノ薄膜を貼付しない基板に直接リナ

3. 1. 2. â-CDあるいはã-CD担持キトサンナノ薄膜のにおロールを滴下した場合、気相中のリナロール濃度は時間

い分子包接能経過とともに顕著に減少した（Fig. 3 , 黒カラム）。これと2 . 1 . 2 . に記載の方法に従い、リナロールを充満させた比較して、CD を担持していないナノ薄膜を貼付した場合、密閉瓶中に各種ナノ薄膜を静置した際の包接されたリナロ

静置 4 時間以降、気相中のリナロール濃度が増大していた。

ールを測定した。その結果、CD 未担持キトサンナノ薄膜

これは、リナロールがナノ薄膜に非特異的に吸着して揮発でも非特異的にリナロールが包接され、単位面積当たりのが抑制され、緩やかに徐放されたためと考えられる（Fig.

2

リナロール包接量は 0 . 30 ± 0 . 27 nmol/cm であった（Fig.

3 , 白カラム）。そこで、β-CD 担持キトサンナノ薄膜を貼

2）。そこで、CD 担持キトサンナノ薄膜で同様の試験を付した場合、他群と比較して静置 1 時間以降から気相中の行ったところ、CD 未担持体と比較してリナロール包接量

リナロール濃度が有意に増大した（Fig. 3 , 赤カラム）。これは、リナロールがナノ薄膜表面の β-CD に一旦包接されて揮発が抑制され、時間経過とともに徐放する効果が発現したためと考えられる。しかし、γ-CD 担持キトサンナノ
薄膜を貼付した場合、その効果は見られず、CD を担持していないナノ薄膜と同程度であった（Fig. 3 , 灰色カラム）。
これは γ-CD の内径がリナロールに対して大きく、包接はするものの徐放効果が見られなかったためと考えられる。

Fig. 1 （a）Macroscopic image of âCD-nanosheet composedof chitosan suspended in acetone.（b）SEM image of âCDnanosheet attached on alumina porous filter（Anodisc®）．

Fig. 2 Inclusion amount of linalool on âCD -or ãCD
nanosheet under a closed condition（N=3, Mean ± S.D.）．

以上より、β-CD 担持キトサンナノ薄膜はリナロールの揮発を制御し、長時間徐放できることを明らかにした。

Fig. 3 Concentration of linalool released in air using âCDor ãCD nanosheet（N=7, Mean ± S.E.）．

− 45 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023

3. 1. 4. ジボロン酸誘導体を架橋剤としたâ-CD担持キト

大したことからも架橋は十分進行したと考えられる。そサンナノ薄膜の調製

こで、FT-IR 分析から、最適な PBA 架橋濃度を判定した。

上述までは、架橋剤（MDI）のイソシアネート基を介し具体的には、得られたスペクトルを吸光度に変換し、キた共有結合にて CD 担持キトサンナノ薄膜を調製してきた。

トサンがもつ N- アセチル基由来の C=O 伸縮振動に対する

しかし、イソシアネート基は水で失活しやすい他、共有結合

PBA のベンゼン環由来の C-H 伸縮振動の吸光度比を算出

で CD と結合するため、ナノ薄膜表面の CD 担持量を直接した。その結果、少なくとも PBA を 125 mM 以上仕込め

定量するのは難しい。そこで、ジオール骨格と反応し、弱ば、吸光度比が増大しそれ以上は変化しなかったことから、酸性条件下ではその結合が解離することが知られているジ

PBA の架橋濃度を 125 mM と決定した。

ボロン酸誘導体を架橋剤として着目した。表面に結合した

3. 2. 2. trans-2-nonenalを吸着させた際のキトサンナノ

CD 担持量を定量化することを期待している。2 . 1 . 4 . に記

ファイバー薄膜のアミノ基定量

載の方法に従い、PBA を架橋剤とした β-CD 担持キトサン

キトサンナノファイバー薄膜（未架橋）を蒸留水に溶解し、ナノ薄膜の調製法を新たに検討した。SiO 2 基板ごとアセ

アミノ基定量試薬であるフルオレスカミンと反応させたとトン中に浸漬させたところ、犠牲層であるセルロースアセ

ころ蛍光発色したことから、アミノ基が確実に残存していテートが溶解し、基板の形状を維持した状態で透明性の高ることを確認した（Fig. 6）。そこで、濃度の異なる trans-

いナノ薄膜が得られた。得られたナノ薄膜を水中に展開し2 -nonenal で充満させた密閉容器内にキトサンナノファイても不溶であったことから、PBA によってナノ薄膜を構

バー薄膜を静置して蒸留水で溶解させた後、同測定をした成するキトサン・ポリビニルアルコールの水酸基を介してところ、trans- 2 -nonenal の濃度の増大と共に蛍光強度は架橋されたことを支持した（Fig. 4）。今回調製した β-CD

減少していた（Fig. 6）。これは、キトサンナノファイバー担持キトサンナノ薄膜の膜厚は 161 ± 11 nm であり、未架薄膜のアミノ基を介して、trans- 2 -nonenal（不飽和アル橋体（148 ± 9 nm）と比較して約 10 nm 程度上昇した。今デヒド）とシッフ塩基を形成し、アミノ基が減少したため後は、酸性条件下で β-CD を脱離させ、表面結合量を定量と考えられる。以上より、キトサンナノファイバー薄膜はする計画である。

3 . 2 . キトサンナノファイバー薄膜の調製と消臭制御
能評価
3. 2. 1. キトサンナノファイバー薄膜の調製と物性
キトサンナノファイバーの不溶化に向け、キトサンの水酸基に反応するジボロン酸誘導体（PBA）を架橋剤に選定し、キトサンのアミノ基を潰さない戦略とした。実際、
125 mM の PBA にて架橋後、キトサンナノファイバーを
SiO 2 基板ごと蒸留水に浸漬させたところ、犠牲層である
PSS が溶解し、基板の形状を維持した状態で透明なキトサ
ンナノファイバー薄膜が得られ、架橋が十分進行して水にFig. 5 （a）Macroscopic image of chitosan nanofiber-sheet
crosslinked with PBA suspended in water.（b）SEM imageof chitosan nanofiber-sheet attached on alumina porous
filter（Anodisc®）．

不溶化したと判断した（Fig. 5 a）
。実際、キトサンナノフ
Fluorescence intensity (/g)

ァイバー薄膜の表面を電顕観察したところ、繊維構造を維持していた（Fig. 5 b）
。この時、未架橋体の繊維径（221± 51 nm）と比較して、架橋体（350 ± 95 nm）では 1 . 6 倍増

Fig. 4 Macroscopic image of（a）âCD-nanosheet withoutcrosslinking with PBA suspended in acetone, and（b）
âCD-nanosheet crosslinked with PBA suspended in water.

Fig. 6 Fluorescence intensities of chitosan nanofiber-sheetb efo re af te r re a ctio n wit h t r a n s - 2 - n o n e n al by afluorescamine assay.

− 46 −

装着感のない皮膚貼付型ナノ透明薄膜の創製と芳香・消臭能の精密制御

trans- 2 -nonenal を化学吸着可能であることを間接的に実3） S. Ihara, K. Yoshikawa, K. Touhara. Chemosensory
signals and their receptors in the olfactory neural

証した。

４．総

system. Neuroscience 254, 45-60（2013）．

括4） U.B. Kaupp. Olfactory signalling in vertebrates
and insects: differences and commonalities. Nat. Rev.

本研究では、におい分子の吸着・徐放を制御した「皮膚Neurosci. 11, 188-200（2010）．

貼付型ナノ薄膜・ナノファイバー薄膜」を創製した。芳香制御として、β-CD あるいは γ-CD 担持キトサンナノ薄膜5） Y. Okamura, K. Kabata, M. Kinoshita, D. Saitoh, S.

の調製法を確立した。得られたナノ薄膜は肌に貼付するこ

Takeoka. Free-standing biodegradable poly（lactic

とも可能であり、目立たず装着感すらないことも特筆すべacid）nanosheet for sealing operations in surgery. Adv.

き点であった。この時、β-CD 担持キトサンナノ薄膜はリ

Mater. 21, 4388-4392（2009）．

ナロールの揮発を制御し、長時間徐放できることを明らか

6） Y. Okamura, K. Kabata, M. Kinoshita, H. Miyazaki,にした。消臭制御として、比表面積の向上を狙いキトサン

A. Saito, T. Fujie, T. Ohtsubo, D. Saitoh, S. Takeoka.

ナノファイバー薄膜の創製法を確立した。得られたキトサ

Fragmentation of poly（lactic acid）nanosheets andンナノファイバー薄膜は trans- 2 -nonenal を化学吸着可能

patchwork treatment for burn wounds. Adv. Mater. 25,

であることを実証した。

545-551（2013）．
7） T. Komachi, H. Sumiyoshi, Y. Inagaki, S. Takeoka,謝辞Y. Nagase, Y. Okamura. Adhesive and robust multi-

本研究を遂行するにあたり、ご支援を頂きました公益財layered poly（lactic acid）nanosheets for hemostatic団法人コーセーコスメトロジー研究財団に深く御礼申し上

dressing in liver injury model. J. Biomed. Mater. Res.

げます。東海大学大学院工学研究科応用理化学専攻 土屋B 105, 1747-1757（2017）．

笙子氏、岩松宏徳氏、藤田崚平氏に記して謝意を表する。

8） H. Zhang, A. Masuda, R. Kawakami, K. Yarinome, R.
Saito, Y. Nagase, T. Nemoto, Y. Okamura. Fluoropolymer（引用文献）

nanosheet as a wrapping mount for high quality tissue
imaging. Adv. Mater. 29, 1703139（2017）．

1） 東 原 和 成 . 進 展 す る 化 学 感 覚 の 科 学 . 現 代 化 学 9,

9） H. Zhang, T. Aoki, K. Hatano, K. Kabayama, M.

23-25（2014）．
2） L. Buck, R. Axel. A novel multigene family may

Nakagawa, K. Fukase, Y. Okamura. Porous nanosheet

encode odorant receptors: a molecular basis for odor

wrapping for live imaging of suspension cells. J. Mater.

recognition Cell 65, 175-187（1991）．

Chem. B. 6, 6622-6628（2018）．

− 47 −