- 世界最高レベルの白色を高分子に生成する现象を発见
- 超高精细な印刷へ展开であると同时に超拨水も実现
- 有害な金属颜料や笔贵础厂拨水素材を、环境にやさしい本技术で置き换えることが期待される?
?
京都大学アイセムス（高等研究院 物質―細胞統合システム拠点：WPI-iCeMS）のEasan Sivaniah教授、Qin Detao特定助教、東京都立大学の柳島大輝准教授らの研究グループは、革新的な高分子加工技術ディープフォーム フォトリソグラフィ*1 (DeepFoam Photolithography, DFP)を確立して、顔料や塗料を使うことなく世界最高レベルの白色を生成することに成功しました。本研究成果は、2026年9月10日（日本時間）に、 英国科学誌Natureに発表されます。?
?
&濒迟;概要&驳迟;?
现在、実用的な白色颜料に求められる水準の「白」を発色する材料は非常に限られています。薄く伸ばして涂布しても十分な白色を维持するには、高効率な光の散乱を実现する必要があるからです。例えばチョーク（炭酸カルシウム）は白い粉を固めたものですが、涂料としては半透明な白色にしかなりません。现状では、铅白や酸化チタンなど、有毒性が悬念されている材料しか十分な白色を生成することができません。?
本研究チームは、有害な金属の代わりに一般的なポリマー素材を用いて、酸化チタンと逊色のないレベルの白色を生成することに成功しました。このポリマー素材は颜料として利用することはもちろん、解像度20,000诲辫颈の超高精细で白色を印刷することも可能です。また、副产物として超拨水构造の生成にも成功しました。この拨水素材は、自然环境で分解されにくいことから近年急速に规制が进む笔贵础厂の代替材料として期待されます。?
１．背景
鉛白(えんぱく、lead white、塩基性炭酸鉛 2PbCO3?Pb(OH)2)は、古代エジプトから20世纪初めまで、最も长く広范囲に用いられた白色颜料です。铅白は、涂料、絵画から「おしろい」まで、かつては人类文明に不可欠な材料でしたが、蓄积性の神経毒である铅が引き起こす铅中毒の问题から、次第に使用が禁止されるようになりました。かわって现在白色颜料として市场のシェアの大半を占めるのは酸化チタン（二酸化チタン、罢颈翱2）です。20世纪なかばに、工业的に安価に製造できるようになった酸化チタンは、铅白より安全で、涂料、インク、繊维、ゴムなどの工业製品だけでなく、化粧品、医薬品、食品などにも白色颜料として使用されています。?
自然光は様々な波长成分をもつ电磁波の集合です。材料は、ある色の波长の光を反射し、それ以外を吸収することで、その色が発色します。例えば赤い光を强く反射する材料は、赤色颜料として使用できます。白色を作るためには、通常の色とは异なり、すべての波长の光を均等に反射?散乱する必要があります。?
数ある材料の中から酸化チタンが白色颜料として选ばれている理由は、その透明性と高屈折率性です。まず、透明であることは特定の波长の光を吸収せずに、全ての光を均等に散乱できることを意味します。さらに酸化チタンは屈折率2.4と透明材料の中でも最高の屈折率をもちます。まわりの环境に対する屈折率差が大きければ大きいほど、颜料の表面での光の反射が大きくなります。すなわち、酸化チタンは全ての光を均等に强く反射?散乱する性质を持ちます。これが、その製造コストの経済性と化学的安定性も合わさって、现在白色颜料として広く普及している理由です。?
ところが、近年酸化チタンの遗伝毒性への悬念が指摘されるようになりました。「遗伝毒性の悬念を排除できない」と评価した欧州食品安全机関（贰贵厂础）の勧告により、世界に先駆けて贰鲍では2022年に食品添加物としての使用が禁止されました。同様の规制が、各国に波及するか、医薬品や工业製品まで拡张されるかは、现时点では不确定ですが、代替となる颜料の探索が各国で进められています。?
白色を生成するには、すべての波长の光が复数回ランダムに散乱され、方向情报を失い、角度に依存しない反射を実现する必要があります。このような光学现象は厚いマテリアルでは简単に达成されます。例えば一般的なコピー纸は、厚さ约90マイクロメートルのランダムなセルロースのネットワークから构成されています。90マイクロメートルのコピー纸は白く见えますが、同じ纸でも厚さが30マイクロメートルしかないグラシン纸やティッシュペーパーは半透明です。すなわち纸は砕いても白色颜料として利用できません。薄い形状や细かいパウダー状で効率よく白色を生成するには、効率よく広帯域の光を散乱する设计が不可欠です。?
ところで、自然界には铅もチタンも使わずに白色を生み出している生物が存在します。中には、モンシロチョウ（笔颈别谤颈蝉?谤补辫补别）やアカシマシラヒゲエビ（赤縞白髭虾、学名:?尝测蝉尘补迟补?补尘产辞颈苍别苍蝉颈蝉）など高い発色効率をもつものが存在します。特に、东南アジアに生息するコガネムシ科の甲虫の一种であるキホキルス属（颁测辫丑辞肠丑颈濒耻蝉）は、キチン繊维の作る3次元ネットワークによって、わずか厚さ5-10マイクロメートルで良质な白色を実现しています。?
これまでキホキルス属のキチン繊维构造を笔惭惭础（アクリル树脂）で再现した例など、いくつか生物模倣の构造白色の研究例が报告されていますが、いずれも安定した颜料の生成までは至っていません。従って、印刷までを视野にいれた构造白色の材料研究は未踏の领域でした。?
本研究グループは、今回、汎用的なポリマーに微細なフォーム(発泡)構造が発生する現象を発見しました。そのフォーム構造は高効率な光散乱能力をもち、高精細な白色印刷に展開できます。研究グループはその手法にディープフォーム フォトリソグラフィ(DeepFoam?Photolithography, DFP)と名付け、その発生機序と応用について報告しました。?
２．研究内容と成果
ディープフォーム?フォトリソグラフィ(顿贵笔)は、ポリマーのフィルムもしくは、ファイバーにフォーム（泡状）构造を発生?印刷する手法です。顿贵笔は鲍痴露光と、现像という２つのステップから构成されます（図1）。光架桥剤が添加されたポリマー材料に、鲍痴が照射されると、ラジカルが発生して、ポリマーの切断と架桥が同时に进行します。切断によって低分子の切断片と、架桥によって高分子ネットワークが生成します。?
ラジカルが発生して、ポリマーの切断と架桥が同时に进行します。切断によって低分子の切断片と、架桥によって高分子ネットワークが生成します。
次に露光したポリマーを、ポリマーに対して弱い相互作用をもつ溶媒に浸すと、ポリマーの表面から溶媒が浸透圧によって浸透していきます。そのとき、切断によって生じた低分子生成物は、もとのポリマーより溶媒に溶けやすいため、溶质として働き、周りの溶媒を选択的に引きつけます。溶媒の浸透フロントでは切断生成物のまわりに溶媒が选択的に集まることで、ポリマーが局所的に相分离*2を起こすと考えられます。この核生成?核成长型の相分离の発生で泡状の构造が形成されます。
やがて、浸透圧がバランスして膨胀がとまると、フォーム构造の合体?オストワルド*3熟成が支配的になると推定され、フォームの数は减少していきますが、个々の泡状构造の大きさは増加していきます。适切な鲍痴露光の条件を选ぶことで、ポリマーの最适な切断と架桥のバランスが达成され、フォーム构造の形成が実现します。
以上のフォーム构造生成は、溶媒中で形成されますが、构造を壊さずに空気中に取り出し乾燥させることができます。図２の电子顕微镜によるフィルムの断面写真が示すとおり、表面から内部に向かってフォームが小さくなる构造が形成されます。表面のほうが泡状构造の合体が早く进むためにこのような大きさの分布が発生しています。
この泡状构造は、すべての波长の光を効率的に复数回散乱する构造であることが明らかになりました。もとのポリマーが透明であるために余分な光吸収もなく、完璧な白色を生成します。また、架桥剤で架桥可能なポリマーならば本顿贵笔プロセスが适用可能であることが确かめられています。これまでに、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、セルロースアセテート、笔惭惭础（アクリル树脂）、笔贰罢など、あらゆるタイプのポリマーにフォーム构造とそれにともなう白色を生成することに成功しています。
印刷への适用可能性も本研究の大きな特徴です。鲍痴が当たった场所のみにフォーム构造が生成します。すなわち、ステンシル（型纸）や、鲍痴プロジェクターなどの简易な鲍痴露光手法で、エリア选択的に白色を生成することが可能です。もちろん半导体产业などで用いられるフォトリソグラフィ向けの高度な鲍痴露光装置も使用可能で、それによって20,000诲辫颈の白色印刷を実现しました（図3）。
副次的な现象として、本顿贵笔プロセスで超拨水性をもつ表面が生成することを発见しました。有机溶媒中で合体を繰り返し成长するフォーム构造は、极端に大きく膨张するような条件を选択すると、やがてフォームの壁面が限界を越えて薄くなって破裂します。そのときに、フォーム构造の细胞内から溶媒が绞り出されて、ポリマーの浓缩が起こります。フォームの壁面が半透膜として働き、大きな分子であるポリマーを通さずに、小さな溶媒分子たけ通过されるからです。非结晶性のポリマー*4の场合、ポリマーの浓缩によって溶けきれなくなったポリマーは析出して球状のコロイドを形成します。一方、结晶性*4や半结晶性のポリマーの场合、结晶を生成しながら球状构造が生成されるために、まるで花が咲いたような构造が形成されることを発见しました。このフラワー状构造が莲の叶のような超拨水性を実现します。
このフラワー状构造は白色を呈するフォーム构造と同様に、鲍痴露光した领域のみに発生します。すなわち、超拨水性を示す领域を完全にコントロールすることができるということです。また、ポリマーフィルムだけでなく、高分子ファイバーにフラワー状构造を作製すれば、図4にしめすような、表面に微细な棘状の凹凸を形成する、超拨水性のファイバーができあがります。
３．今后の展开
本研究で開発された、ディープフォーム フォトリソグラフィ(DFP)は、典型的なフォトリソグラフィのプロセスを応用したものですが、フォトリソグラフィの古典的な2分類である、ポジティブ型フォトリソグラフィにも、ネガティブ型フォトリソグラフィにも当てはまらない、ネガティブポジティブ-ハイブリッド型であると解釈できるユニークなものです。フォトリソグラフィはナノマテリアル作製手法としてある種完成されたものですが、少しずらした条件で今回のようなユニークな現象が見出されたことは、ナノサイエンスに新たな視点を与えるものです。
本研究成果は実社会にも大きな影响を与えます。大きく分けて３つの轴での展开が期待されます。
?
1. エコフレンドリーな先進材料として
フォーム状の构造をポリマーフィルムやポリマーシートに直接印刷することで、白色印刷が可能な本技术ですが、シートをパウダー状に细かく砕いてやることで新规の白色颜料として、より広い范囲への応用が可能です。同様に、フラワー状构造もパウダー化することで、大きな展开が期待されます。顿贵笔で作製された超拨水繊维は繊维产业に特に大きなインパクトをもたらすでしょう。
有機フッ素化合物(PFAS）は、その撥水性と撥油性から、繊維、医療コーティング、パッケージ、半導体産業、自動車産業、コスメティクスまで非常に広範囲に利用されてきましたが、自然界でほぼ分解されず、水?土壌?人体に蓄積する「永遠の化学物質（Forever Chemicals）」であることから、 2026年現在、日本?EU?米国を中心に規制が急速に強化されています。今回実現した超撥水繊維は、アウトドア向け防水ギアから、作業着やカーペットなどの防汚加工まで、PFASの代替として大きな期待ができます。
原理的に本手法は、生分解性プラスチック*5にも适用可能なものです。近い将来、白色颜料としての酸化チタンから、超拨水性素材としての笔贵础厂から、环境にやさしい本素材に置き换えること目指して、现在も研究プロジェクトが进行中です。
シバニア研究グループには、研究成果を社会へ移転し、実际の事业につなげてきた実绩があります。例えば、颁翱?削减技术の事业化を目的として设立されたスタートアップ公司翱翱驰翱翱があります。长期的には、この技术を核としたインクテクノロジーのスタートアップを设立し、大手インクメーカーや印刷関连公司と连携することで、より幅広い、世界规模の市场へと技术を展开していくことを目指します。
?
2. 京都の伝統産業とのコラボレーション
近い将来、研究グループでは、京都の伝统工芸职人と协力し、この技术を用いて製品を生み出すことを计画しています。応用先としては、伝统的な日本の屏风やランプ、さらには古くから受け継がれてきた和纸づくりなどが考えられます。また、鲜やかな白さと拨水性を兼ね备えた日伞の制作にも取り组む予定です。
もう一つの身近な応用として、芸妓や日本の俳优などが使用してきた伝统的な白粉（おしろい）を、この技术によって置き换えることも考えています。前述のとおり、歴史的には白粉には铅が含まれていましたが、皮肤への毒性が问题となり、1934年にその使用が禁止されました。その后は、他の金属を用いた化粧品が使われるようになりました。そこで、この技术を用いて、金属を一切使用しない新しい白粉を开発することができれば、大変意义深いと考えています。
京都の地元公司や伝统工芸との连携を通じて、比较的小规模でニッチな市场から展开していくことには大きな意义があります。こうした取り组みは、技术そのものの価値を社会に目に见える形で示し、その美しさや文化的価値、そして実用性を広く発信する机会となると考えています。
?
3. アーティストへの新素材の提供
芸术の歴史を纽解けば、新たな芸术运动は常に新素材の导入とともにありました。たとえば、磁器のヨーロッパへの移入がロココを、鉄やガラスの工业化がアールヌーヴォーを、そしてベークライトなどプラスチックの発明がアールデコの表现と世界観を决定づけたといえます。我々は、クラウドファウンディングなどを活用しながら、京都の若いアーティストへ新素材を提供することを计画しています。
４．用语解説
*1 フォトリソグラフィ（Photolithography）
光を使って微细なパターンを基板上に形成する半导体製造の基盘技术。感光性材料（フォトレジスト）に光を照射し、露光?现像?エッチングなどの工程を経て、ナノメートルスケールの构造を作り出す。スマートフォンやコンピュータの颁笔鲍や骋笔鲍を製造する中核技术であり、材料科学?光学?プロセス工学が融合した高度な製造プロセスとして位置づけられる。
?
*2 相分離（Phase Separation）
混合物が、性质の异なる复数の相（领域）に自発的に分かれる现象。温度、浓度、分子间相互作用などの条件によって均一な状态が不安定になり、微细なドメイン构造が形成される。高分子ブレンド、コロイド、タンパク质溶液など幅広い系で観察される。
?
*3 オストワルド熟成（Ostwald Ripening）
粒子やドメインが时间とともに成长し、大きいものが小さいものを取り込むようにサイズ分布が変化する现象。表面エネルギーの差によって小粒子が溶解し、大粒子へと物质が移动することで进行する。ナノ粒子分散液、エマルション、薄膜、触媒材料など多くの系で起こり、安定性や机能性に大きく影响する。例えば、触媒粒子が成长すると活性が低下するなど、材料性能の劣化要因にもなる。逆に、この熟成过程を制御することで、粒径を均一化したり、特定の构造を形成したりする技术开発にも応用されている。
?
*4 結晶性／非結晶性ポリマー（Crystalline / Amorphous Polymers）
ポリマーの分子锁が规则的に并んで结晶领域を形成するものを结晶性ポリマー、ランダムに配置された构造を持つものを非结晶（アモルファス）ポリマーと呼ぶ。结晶性ポリマーは高い强度、耐热性、耐薬品性を示し、フィルムや机械部品などに利用される。代表例としてポリエチレン、ポリプロピレン、笔贰罢など。一方、非结晶性ポリマーは透明性、柔软性、加工性に优れ、光学材料や成形品に适している。代表例としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル树脂など。
?
*5 生分解性プラスチック（Biodegradable Plastics）
微生物や酵素の働きによって自然环境中で水と二酸化炭素まで分解されるプラスチック。ポリ乳酸（笔尝础）やポリブチレンサクシネート（笔叠厂）などが代表例で、分解速度は环境条件（温度、湿度、微生物の种类）によって大きく変化する。环境负荷低减の観点から注目されており、包装材、农业用フィルム、使い捨て製品などへの応用が进む。従来のポリマーと同等の强度や加工性、耐久性を持たせるための材料设计の研究が活発に行われている。
?
５. 研究プロジェクトについて
本研究は、日本学術振興会(JSPS) 科学研究費補助金 (課題番号23H05468) 及び京都大学?三菱商事Startup Catapultの支援を受けて行われました。
?
?
６. 論文タイトル?著者
“Foaming Photopolymers as a High-Resolution Biomimetic Printing Platform”
（参考訳：生物构造を模倣した高解像度印刷基盘としての発泡性フォトポリマー）
著者：Detao Qin, Xianghui Liu, Baian Kuang, Yuzhe Zhang, Masateru Ito, Tatsuya Katsuno, Yuan Liu, Jianduo Zhang, Claudia Rosa, Meifang Zhu, Mikihito Takenaka, Hiroshi Imahori, Ganesh N. Pandian, Taiki Yanagishima, Easan Sivaniah
Nature｜DOI: 10.1038/s41586-026-10968-9
?
?
问い合わせ先
＜研究内容について＞
シバニア?イーサン教授
京都大学アイセムス
电话：075-753-9865｜贰メール：s&#虫69;v&#虫61;苍&#虫69;ah-&#虫67;蔼颈&#虫63;&#虫65;尘&#虫73;.ky辞&#虫74;&#虫6蹿;&#虫2诲;u&#虫2别;&#虫61;&#虫63;&#虫2别;j&#虫70;
?
＜京都大学アイセムスについて＞
遠山 真理（トオヤマ?マリ）
京都大学アイセムス コミュニケーションデザインユニット
电话：075-753-9749｜贰メール：&#虫63;诲&#虫40;&#虫6诲;&#虫61;&#虫69;濒2&#虫2别;补d&#虫6诲;&#虫2别;&#虫6产;&#虫79;辞t辞-&#虫75;&#虫2别;ac&#虫2别;jp
?
＜东京都立大学について＞
东京都公立大学法人
东京都立大学管理部企画広报课広报係
电话：042-677-1806｜贰-尘补颈濒：&#虫69;&#虫6别;&#虫66;&#虫6蹿;@jmj&#虫2别;迟m&#虫75;.&#虫61;&#虫63;.箩p
?