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(1)平成25年度. スーパーサイエンスハイスクール. 課題研究集録（総合科学ⅡＢグループ研究）. 秋田県立大館鳳鳴高等学校.

(2) 目次. 物理分野自作コンデンサー ……………………………………………………… 荒川和平、葛西紘人、茂木憲人 … １. 化学分野モルフォチョウの輝きを求めて～微粒子による構造色の形成～ …………………………… 出島康琢、木村和哉、澤田隼弥、對馬就、藤田晶也、渡邉晃市 … ４. 有機蛍光物質の研究～長持ちするケミカルライトを作るには～ ………………………………………… 齋藤希望、庄司美咲、田中るか、珠井結記、武藤千咲 … ９. 生物分野新エネルギー発見！ …………………………………………………… 金澤知真、亀田真吾、佐藤洋光 … 13. 乳癌とホルモンの関係 ……… 小笠原優花、川又楓、小池詩乃、小林さくら、小林里恵、田中美里、藤田恵里花 … 18. 数学分野プリントを最速で並べる方法を探せ …… 阿部由吾、安保慎太郞、石田惇司、桜庭省吾、田中瑞生 … 22.

(3) 物理分野.

(4) 自作コンデンサー理数科２年. 荒川. 和平、葛西. 紘人、茂木. 憲人. 要約私たちは電気容量の大きい、小型のコンデンサーの作成に取り組んでみた。コンデンサーの構造や原理を理解することからはじめ、それを基に積層型コンデンサーやアルミ電解コンデンサーを作成し電気容量を測定した。. ABSTRACT We tried to create small capacitors with a large capacitance．First we researched structures and principles of capacitors． Based on this knowledge，we created stacked capacitors and aluminum electrolytic capacitors, and measured their capacitance．. １．はじめに昨年度の理数科物理班の先輩方は温度差から電圧・電流を生み出す、ペルチェ素子によるゼーベック効果を用いた発電を研究した。私たちはその発電で得られた電気エネルギーを有効に貯める方法に興味を持った。そこで電気を貯めることのできるものについて調べ、コンデンサーの作成に辿り着いた。最初にコンデンサーの仕組みを理解し、次に身近な材料を用いて電気容量の大きく、かつ、小型であるコンデンサーを作成することを研究の目的とした。２．研究内容＜コンデンサーの概要＞コンデンサー（図１）は二枚の金属板、いわゆる極板と呼ばれるものを平行に向かい合わせ、片方を正極に、もう一方を負極につなぎ電圧をかけると電荷を蓄えることのできる電子部品である。コンデンサーに電圧をかけると回路中を自由電子が移動し極板の電荷が偏る。正極には正電荷、負極には負電荷が蓄えられる。コンデンサーの電気を貯めることができる能力を電気容量[単位 F（ファラッド）]といい、蓄えられた電荷を電気量[単位 C（クーロン）]という。. これは電気容量が極板の面積に比例し、極板間距離に反比例することを表している。（ε０は極板間が真空時の係数である） ②. 極板間に誘電率の大きい誘電体を挿入すれば電気容量が大きくなる。誘電体とは電荷を貯める手助けをする物質である。一般にコンデンサーの電気容量は次式（図３）で表される。. 図３コンデンサーの電気容量これは電気容量が真空に対する比誘電率に比例することを表している。. 図４図１. コンデンサーの基本構造. ＜仮説＞ ① 電荷を貯める部分の極板の面積を大きくし、また、極板間距離を狭くすれば電気容量が大きくなるのではないかと考えた。一般に真空コンデンサーの電気容量は次式（図２）で表される。. 図２. 誘電体の働き. 極板間に挿入する誘電体とは絶縁体であり、誘電分極というわずかな電荷の偏りを生じる物質である。この誘電分極の働きでコンデンサーにはより多くの電荷が蓄えられる。（図４）. ＜実験１＞まず極板の面積を大きくする実験を行った。複数のコンデンサーを並列に接続することは極板の面積を大きくすることと同じことである。そこで極板としてアルミホイル、誘電体にクリアファイル（誘電率 2.0~2.3）を用いて並列接続の積層型コンデンサー（図５）を作成した。今回の積層型コンデンサーはアルミニウムとクリアファイルを交互に重ね合わせた構造をしている。. コンデンサーの電気容量. − −.

(5) ・実験２の結果天ぷら紙を用いて積層型コンデンサー（図１０）を作成し電気容量を測定した結果は下のようになった。（図９）５層以上はテスターのメータ―が振り切れて測定することができなかった。. 図５積層型コンデンサーの構造･実験１の結果アルミホイルとクリアファイルの組を１層とし、積層枚数を変化させて電気容量を測定した。電気容量はテスターを用いて測定した。測定した結果をグラフにすると図７のようになった。グラフの横軸は積層枚数、縦軸は電気容量を表す。. 図６. 測定結果①. 図９測定結果③. エタノールコンデンサーの電気容量. ＜実験３＞実験２で作成したコンデンサーは大きく扱いづらいので、さらに小型で電気容量の大きいアルミ電解コンデンサーの作成を試みた。アルミ電解コンデンサー（図１０）とは酸化皮膜を形成したアルミニウムを正極とし、特別な処理をしていないアルミニウムを負極として、その間に電解液を染み込ませた紙を挟んだものである。酸化被膜は非常に薄いため、極板間距離をより狭くし電気容量を大きくすることが可能である。. 積層枚数による電気容量の違い. 図１０. アルミ電解コンデンサー. そこで私たちはアルマイトを作成し、アルミ電解コンデンサーの材料として用いた。アルマイトとはアルミニウムの表面に酸化皮膜を生成したものである。アルマイトの作成手順は以下の通りである。図７測定結果のグラフ＜実験２＞次に誘電体を模索して実験を行った。私たちの目的は身近な材料でコンデンサーを作ることであるため、入手しやすく、かつ、誘電率の高いエタノール（誘電率 24.0）を誘電体として用いた。しかしエタノールは液体であり、そのままでは極板間に挿入することができないので、紙に染み込ませて挿入することにした。キッチンペーパー、あぶらとり紙、天ぷら紙を用いてコンデンサーを作成し、電気容量の増減を調べた。測定結果は下のようになり、天ぷら紙を用いたコンデンサーの電気容量が一番大きくなった。これは天ぷら紙が一番薄く極板間距離が最小になったことを示している。（図８）. 図８. 測定結果②. 紙による電気容量の違い. [手順１．脱脂] アルミニウム板を食器用合成洗剤で洗った。. [手順２．電解研磨] アルミニウム板を陰極に、アルミニウム箔を陽極につなぎ、それをオキシドール、食酢、レモン果汁（１００％）、水の混合溶液に浸した。数秒間電気を流し、アルミニウム板の表面を溶かした。. [手順３．化成] アルミニウム箔を陰極に、アルミニウム板を陽極につなぎかえ、電気を流しアルミニウム板の表面に酸化被膜を形成した。電気を流す時間を変えて複数回実験を行った。. [手順４．封孔処理] 沸騰した水にアルミニウム板を入れ、１５分間煮た。酸化アルミニウムが水と反応し、ベーマイト、バイヤーラ. − −.

(6) イトが生成して表面の穴をふさぐ。. [手順５．組み立て] あぶらとり紙に電解液（スポーツドリンク）を染み込ませ、それをアルマイトと特別な処理をしていないアルミニウム板で挟んだ。図１１が完成したアルミ電解コンデンサーの写真である。. 図１１. ５．参考文献参考文献は以下の通りである。コンデンサーの自作 http://drugscore.blog99.fc2.com/blogenty93.html アルマイト加工 http://homepage2.nifty.com/h-yusa/mini_cnc/alumait .html 自作アルマイト第１号 http://blog.goo.ne.jp/zan06446/e/45fd73da79fb02227 f0a3442d3c1c11a http://rantaro.onushimowaruyonou.com/gp_drift3_02/ gp_drift07.html. アルミ電解コンデンサー. ・実験３の結果このアルミ電解コンデンサーはショートし、電荷を蓄えることができなかった。失敗した原因として化成にかける時間が尐なかったことや化成の途中でショートしたこと、酸化皮膜を均一に生成できなかったことが挙げられる。. ＜考察＞今回の実験を通してコンデンサーの仕組み・特徴を理解することができた。実験１では電気容量が極板の面積に比例することが分かり、また、極板間の距離をいかに狭くするかが大容量のコンデンサーの製作につながると分かった。実験２では誘電体を工夫すると電気容量が大きくなることが確認できた。固体だけではなく液体でも誘電分極がおき電荷がたまりやすくなることが確認できた。実験３では化成の時間が長いほどより多くの酸化皮膜が生成できた。また、酸化皮膜を生成するためには、ある程度の酸化力が必要であることが分かった。身近な材料を用いてショートしない程度の厚みのある酸化被膜を生成することの難しさを感じた。. ３．まとめ１つ１つの実験において自分たちで考え、工夫を凝らすことの大切さを学んだ。今後は今回の経験を活かして色々な形のコンデンサーを作成し、さらに電気容量を大きくしていきたい。また、発電ユニットと接続し実用化を目指したい。. ４．謝辞今回実験をするに当たってご指導して下さった、弘前大学理工学部准教授小豆畑敬先生に感謝申し上げます。. − −.

(7) 化学分野.

(8) ࡕ࡞ࡈࠜ࠴࡚࠙ߩノ߈ࠍ᳞߼ߡ 㨪ᓸ☸ሶߦࠃࠆ᭴ㅧ⦡ߩᒻᚑ㨪 ℂᢙ⑼㧞ᐕ ಴ፉᐽ℉‫᧛ᧁޔ‬๺຦‫ޔ‬Ỉ↰㓳ᒎ‫ޔ‬ወ㚍 ዞ‫↰⮮ޔ‬᥏਽‫ޔ‬ᷰㆺᤩᏒ ⷐ ⚂ ࡕ࡞ࡈࠜ࠴࡚࠙ߩ⠀ᩮߦ⷗ࠄࠇࠆ✊㤀ߥ㕍⦡ߦߪ”᭴ㅧ⦡”ߣ޿߁⃻⽎߇㑐ଥߒߡ޿ࠆ‫ޕ‬᭴ㅧ⦡ߣߪశߩᵄ㐳⒟ᐲߩ ᓸ⚦ߥ๟ᦼ᭴ㅧߦࠃࠆ⊒⦡⃻⽎ߩߎߣߢ޽ࠆ‫⥝ߦ⽎⃻ߩߎޕ‬๧ࠍ߽ߞߚ⑳ߚߜߪ‫ޔ‬ᓸ☸ሶࠍวᚑ࡮㈩೉ߐߖࠆߎߣߢ ࡕ࡞ࡈࠜ࠴࡚࠙ߩ✊㤀ߥ⊒⦡ࠍੱᎿ⊛ߦౣ⃻ߢ߈ࠆߩߢߪߥ޿߆ߣ⠨߃‫⎇ޔ‬ⓥߔࠆߎߣߦߒߚ‫⚿ޕ‬ᨐߣߒߡ‫ޔ‬ᓸ☸ሶ ߩวᚑ᧦ઙߣߘߩᓸ☸ሶࠍ㈩೉ߔࠆ㓙ߩ᧦ઙࠍ೙ᓮߔࠆߎߣߢ‫ߩ࡚࠙࠴ࠜࡈ࡞ࡕޔ‬⠀ᩮߩࠃ߁ߥ✊㤀ߥ⊒⦡ࠍౣ⃻ߔ ࠆߎߣ߇ߢ߈ߚ‫ޕ‬ ABSTRACT The Morpho species of butterfly has beautiful blue wings which feature “structural coloration”. Structural coloration is a phenomenon where color is produced by minute structures, the same size as the wavelength of visible light. We were interested in the phenomenon and tried to recreate it using minute particles. As a result, we were able to recreate the beautiful color of Morpho’s wings by controlling the synthesis and arrangement conditions of the particles. 㧝㧚ߪߓ߼ߦ ᤓᐕߩൻቇ⃰ߩ࠹࡯ࡑߪ᭽‫Ⱟࠆߔ⊒ࠍ⦡ߥޘ‬శ᧚ᢱߩ วᚑߦ㑐ߔࠆ߽ߩߛߞߚ‫߽ߜߚ⑳ޕ‬ห᭽ߦ̌⦡̍ࠍ࠹࡯ ࡑߦߒߡ⎇ⓥߩ㗴᧚ߦߟ޿ߡ⺞ᩏࠍ㐿ᆎߒߚ‫ߩߘޕ‬ਛߢ‫ޔ‬ ⟤ߒ޿㕍⦡ߩ⠀ᩮࠍᜬߟⲔ‫ߩ࡚࠙࠴ࠜࡈ࡞ࡕޔ‬ሽ࿷ࠍ⍮ ߞߚ㧔࿑㧝㧕‫✊ߩߘޔߡߒߘޕ‬㤀ߥ㕍⦡ߪ‫ޔ‬᭴ㅧ⦡ߣ޿߁ ․ᱶߥ⊒⦡⃻⽎ߦ↱᧪ߔࠆߎߣߦ⥝๧ࠍᜬߜ‫ߦᦝޔ‬ᷓߊ ⺞ᩏߔࠆߎߣߦߒߚ‫ޕ‬ ⑳ߚߜߩ๟ࠅߦߪ⿒߿㕍ߥߤ᭽‫߇⦡ߥޘ‬ḷࠇߡ޿ࠆ߇㧘が、 ߘߩᄙߊߪ⦡⚛ߦࠃࠆ⦡ߢ޽ࠆ‫ޔߪࠄࠇߎޕ‬ᾖ኿ߐࠇߚ శߩ߁ߜ޽ࠆᵄ㐳ߩశࠍๆ෼ߒ‫ޔ‬ᱷࠅࠍ෻኿ߔࠆߎߣߢ ⊒⦡ߔࠆ‫⿒ޔߪ⚛⦡ߩ⦡⿒ޔ߫߃଀ޕ‬એᄖߩ㕍߿✛ߦኻ ᔕߔࠆᵄ㐳ߩశࠍๆ෼ߒ‫ࠇߘޔ‬એᄖߩశࠍ෻኿ߔࠆߚ߼ ߦ⑳ߚߜߩ⋡ߦߪ⿒⦡ߦ⌕⦡ߒߡ⷗߃ࠆ‫ޕ‬ ৻ᣇ‫ߩ࡚࠙࠴ࠜࡈ࡞ࡕޔ‬⠀ᩮߩ㕍⦡ߪ‫ޔ‬㕍޿⦡⚛ߦࠃ ࠆ߽ߩߢߪߥ޿‫ߩ࡚࠙࠴ࠜࡈ࡞ࡕޕ‬⠀ᩮߩ⴫㕙ߪ‫ޔ‬ᓸ⚦ ߥ࡝ࡦ☳߇๟ᦼ⊛ߦ㈩೉ߒߚ᭴ㅧࠍߒߡ޿ࠆ㧔࿑㧝㧕‫ߎޕ‬ ߩᓸ⚦ߥ᭴ㅧߦࠃߞߡశߩᐓᷤ߇↢ߓ‫ޔ‬ᒝ߼วߞߚ․ቯ ߩᵄ㐳ߩశߦࠃߞߡ⦡ߠ޿ߡ⷗߃ࠆ‫߇ࠇߎޕ‬᭴ㅧ⦡ߣ޿ ߁⊒⦡ߩේℂߢ޽ࠆ‫ޕ‬ ⑳ߚߜߪߎߩ᭴ㅧ⦡ߣ޿߁⊒⦡⃻⽎ߦ⥝๧ࠍᜬߜ‫ޔ‬ൻ ቇ⊛ߦࡕ࡞ࡈࠜ࠴࡚࠙ߩノ߈ࠍౣ⃻ߒߚ޿ߣ⠨߃ߚ‫ߘޕ‬ ߎߢ‫ޔ‬ᓸ☸ሶࠍ↪޿ߡᓸ⚦ߥ๟ᦼ᭴ㅧࠍ૞⵾ߔࠆߎߣߢ ᭴ㅧ⦡ߩᒻᚑࠍ⁓ߞߚ‫ߡߒߘޕ‬ᓸ☸ሶߩวᚑ᧦ઙ߿ߘߩ ᓸ☸ሶߩ㈩೉ᣇᴺߦߟ޿ߡᬌ⸛ߒ‫✊ࠅࠃޔ‬㤀ߥ⊒⦡ࠍᓧ ࠆߚ߼ߩ᧦ઙߦߟ޿ߡ⎇ⓥߒߚ‫ޕ‬. ߩశߦࠃߞߡ⊒⦡ߒߡ⷗߃ࠆ⃻⽎ߩߎߣ‫ߦ߁ࠃߩߎޕ‬ᓸ ⚦ߥ᭴ㅧߦࠃߞߡ․ቯߩᵄ㐳ߩశߩߺ߇෻኿ߐࠇࠆߎߣ ࠍ̌ࡉ࡜࠶ࠣ෻኿̍ߣ޿߁‫ࠅ߹ߟޕ‬᭴ㅧ⦡ߪ‫ޔ‬ᓸ⚦ߥ๟ ᦼ᭴ㅧߦࠃࠆࡉ࡜࠶ࠣ෻኿ߦၮߠߊ⃻⽎ߢ޽ࠆ‫ߒߣ଀ޕ‬ ߡ CD ߩⵣ߿ࠪࡖࡏࡦ₹ߥߤ߇޽ࠆ㧔࿑㧞㧕‫⇣ߪߣ⚛⦡ޕ‬ ߥࠅ‫⚡ޔ‬ᄖ✢ߥߤߢ⦡߇ഠൻߔࠆߎߣ߇ߥߊ‫߿⛽❫ޔ‬ゞ ߩႣⵝߥߤᎿᬺ⊛ᔕ↪߇ㅴࠎߢ޿ࠆ‫ޕ‬. ࿑㧞 %& Ꮐ࿑ ߣࠪࡖࡏࡦ₹ ฝ࿑ 㧔‫⑼⊖࡯࡝ࡈࠕࠖ࠺ࡍࠠࠖ࠙ޟ‬੐ౖ‫ࠅࠃޠ‬ᛮ☴㧕 [ࡉ࡜࠶ࠣ෻኿] ╬㑆㓒ߦ㈩೉ߒߚ‛⾰ߦశࠍᒰߡࠆߣ‫ޔ‬శߩ⚻〝Ꮕߦ ࠃߞߡశߩᒝ߼ว޿‫ޔ‬ᒙ߼ว޿߇⿠ߎࠅ․ቯߩᵄ㐳ߩశ ࠍ෻኿ߒߡ޿ࠆࠃ߁ߦߺ߃ࠆ⃻⽎‫ޕ‬㧔࿑㧟ෳᾖ㧕. ࿑㧟 ࡉ࡜࠶ࠣ෻኿ 㧔0+/5 ࠦࡠࠗ࠼⚿᥏⚫੺ࠨࠗ࠻ࠃࠅᛮ☴㧕. ࿑㧝 ࡕ࡞ࡈࠜ࠴࡚࠙ߩ౮⌀ ฝ࿑ߪ⠀ᩮߩ᜛ᄢ࿑ 㧔࠙ࠚࡉࠨࠗ࠻‫ࠅࠃޠߣߏ߈ߢߩࠅ߽ޟ‬ᛮ☴㧕㧞㧚⎇ⓥౝኈ 㧞㧙㧝㧚᭴ㅧ⦡ߣߪ శߩᵄ㐳⒟ᐲߩᓸ⚦ߥ๟ᦼ⊛᭴ㅧߦࠃߞߡశߩᐓᷤ߇ ↢ߓ‫․ޔ‬ቯߩᵄ㐳ߩశ߇ᒝ߼ࠄࠇ‫ߩߘޔ‬ᒝ߼ࠄࠇߚᵄ㐳. 㧞㧙㧞㧚ታ㛎ᣇᴺ ᭴ㅧ⦡ࠍᓧࠆߚ߼ߦߪ‫ޔ‬นⷞశߣߩᐓᷤ߇↢ߓ߁ࠆᓸ ⚦ߥ๟ᦼ᭴ㅧࠍ૞⵾ߔࠆᔅⷐ߇޽ࠆ‫⎇ᧄߦ߼ߚߩߘޕ‬ⓥ ߢߪ‫ޔ‬นⷞశߩᵄ㐳ߣห⒟ᐲߩᓸ⚦ߥᓸ☸ሶࠍวᚑߒ‫ޔ‬ ߘߩᓸ☸ሶࠍࠟ࡜ࠬၮ᧼਄ߦⓍጀߐߖࠆߣ޿߁ᣇᴺࠍߣ ߞߚ‫ޕ‬ᓸ☸ሶߦߪੑ㉄ൻࠤࠗ⚛䋨SiO2䋩ࠍ↪޿ߚ‫ޔߪࠇߎޕ‬ ࠱࡞́ࠥ࡞෻ᔕߣ޿߁ᣇᴺࠍ೑↪ߔࠆߎߣߢ SiO2 ᓸ☸ ሶࠍᲧセ⊛ኈᤃߦวᚑߔࠆߎߣ߇น⢻ߥߚ߼ߢ޽ࠆ‫ޕ‬. − −.

(9) （１）SiO2 微粒子の合成方法合成方法：ゾル‐ゲル法オルトケイ酸テトラエチル Si（OC2H5）4 などのアルコキシドを原料とし、酸性または塩基性条件で加水分解・重縮合反応を行わせる事によって二酸化ケイ素などセラミックスを合成する方法。. ③反応の進行に伴って、SiO2 微粒子は溶液中で新たに生成した微粒子を取り込みながら成長していく。この過程の溶液の写真を図５に示す。図から、微粒子径が大きくなるにつれ溶液が白濁し、SiO2 微粒子分散液（コロイド溶液）が生成されたことがわかる。. [試薬] ・SiO2 の原料･･･オルトケイ酸テトラエチル（TEOS）（和光純薬製）特級試薬(和光純薬製)をそのまま用いた。・反応開始剤････水（H2O）実験室の純水をそのまま用いた。・触媒･･････････アンモニア（NH3）一級試薬(和光純薬製)25wt%水溶液を（和光純薬製）そのまま用いた。・溶媒･･････････エタノール（C2H5OH）（和光純薬製）特級試薬(和光純薬製)をそのまま用いた。 [実験操作] 図４に合成方法の模式図を示す。 ①TEOS 溶液の作製サンプル管 A にスターラーチップを入れ、そこに所定量の TEOS を投入した。さらに溶媒であるエタノールを計量・投入して TEOS 溶液を作製した。 ②触媒溶液の作製サンプル管 B に所定量の純水、アンモニア水を投入した。その後、溶媒のエタノールを投入して触媒溶液を作製した。 ③サンプル管 A を撹拌機にのせ、350 rpm で撹拌した。そこにサンプル管 B の溶液を投入し、反応を開始した。反応時間は２４時間とした。実験はすべて室温下で行った。. 図５. SiO2 微粒子合成時の溶液の経時変化（下は模式図）. （２）微粒子配列体の作製方法図６に配列方法の模式図を示す。ピペットを用いて、微粒子分散液をガラス基板に数滴薄く滴下した。その後、ガラス基板を垂直にして静置し、溶媒を蒸発させることで微粒子をガラス表面に配列させた。. 図６. 配列方法の模式図. （３）発色の確認微粒子を配列させたガラス基板に白色光を照射し、反射光を観察することで発色を確認した。. 図４. 合成方法の模式図. [総括反応式] Si（OC2H5）4 + 2H2O →SiO2 + 4C2H5OH [反応の詳細] ①加水分解により、TEOS からエタノールが脱離し、活性の高いシラノール基（-OH）が生成する。. ２－３．結果と考察２－３－１．微粒子合成条件の影響微粒子合成条件が発色に大きく影響すると考え、 TEOS と水、アンモニアの濃度による影響について検討した。（１）TEOS 濃度の影響図７に種々の TEOS 濃度におけるサンプル写真を示す。この実験の際、他の条件は一定とした（[H2O]=11 mol/L、[NH3]=1.0 mol/L）。図から、微粒子の合成条件を変えることで、サンプルの発色状態が変化していることがわかる。TEOS 濃度が小さい 0.2 mol/L のとき、モルフォチョウのような綺麗な青色の発色が確認できた。一方 TEOS 濃度が大きい 0.4 mol/L と 0.8 mol/L の場合には、ムラのある発色となった。. ②シラノール基同士で縮合反応が起こり、-O-Si-O-の結合が生じる。このような反応が三次元的に繰り返されることで SiO2 微粒子が生成する。. 0.2 mol/L. ○ 図7. − −. 0.4 mol/L. ×. 0.6 mol/L. ×. 種々の TEOS 濃度におけるサンプルの写真.

(10) 濃度による構造色の違いについて考察する。 TEOS Ớᐲߦࠃࠆ᭴ㅧ⦡ߩ㆑޿ߦߟ޿ߡ⠨ኤߔࠆ‫ޕ‬ Ớᐲߦࠃࠆ᭴ㅧ⦡ߩ㆑޿ߦߟ޿ߡ⠨ኤߔࠆ‫ޕ‬ TEOS はシリカ微粒子の原料となるものである。この TEOS ߪࠪ࡝ࠞᓸ☸ሶߩේᢱߣߥࠆ߽ߩߢ޽ࠆ‫ߩߎޕ‬ ߪࠪ࡝ࠞᓸ☸ሶߩේᢱߣߥࠆ߽ߩߢ޽ࠆ‫ߩߎޕ‬ TEOS 濃度が大きくなると、生成する微粒子の粒 ᓸ☸ሶߩ☸ TEOS Ớᐲ߇ᄢ߈ߊߥࠆߣ‫↢ޔ‬ᚑߔࠆ Ớᐲ߇ᄢ߈ߊߥࠆߣ‫↢ޔ‬ᚑߔࠆ SiO SiO22 ᓸ☸ሶߩ☸ TEOS 子径は大きくなると考えられる。ここで、構造色による ሶᓘߪᄢ߈ߊߥࠆߣ⠨߃ࠄࠇࠆ‫ޔߢߎߎޕ‬᭴ㅧ⦡ߦࠃࠆ ሶᓘߪᄢ߈ߊߥࠆߣ⠨߃ࠄࠇࠆ‫ޔߢߎߎޕ‬᭴ㅧ⦡ߦࠃࠆ ⊒⦡ߪశߩᐓᷤߦࠃࠆ߽ߩߢ޽ࠅ‫ޔ‬๟ᦼ᭴ㅧࠍᒻᚑߔࠆ 発色は光の干渉によるものであり、周期構造を形成する ⊒⦡ߪశߩᐓᷤߦࠃࠆ߽ߩߢ޽ࠅ‫ޔ‬๟ᦼ᭴ㅧࠍᒻᚑߔࠆ 微粒子の粒子径によって強く反射される光の波長、すな ᓸ☸ሶߩ☸ሶᓘߦࠃߞߡᒝߊ෻኿ߐࠇࠆశߩᵄ㐳‫ߥߔޔ‬ ᓸ☸ሶߩ☸ሶᓘߦࠃߞߡᒝߊ෻኿ߐࠇࠆశߩᵄ㐳‫ߥߔޔ‬ わち観察される色も変化する。そのため濃度が大 ࠊߜⷰኤߐࠇࠆ⦡߽ᄌൻߔࠆ‫߼ߚߩߘޕ‬ ߘߩߚ߼ TEOS TEOS Ớᐲ߇ᄢ Ớᐲ߇ᄢ ࠊߜⷰኤߐࠇࠆ⦡߽ᄌൻߔࠆ‫ޕ‬ きい場合には、粒子径が必要以上に大きくなり、青色の ߈޿႐วߦߪ‫☸ޔ‬ሶᓘ߇ᔅⷐએ਄ߦᄢ߈ߊߥࠅ‫ޔ‬㕍⦡ߩ ߈޿႐วߦߪ‫☸ޔ‬ሶᓘ߇ᔅⷐએ਄ߦᄢ߈ߊߥࠅ‫ޔ‬㕍⦡ߩ 波長の光と干渉を生じうる粒子径を通り越してしまった ᵄ㐳ߩశߣᐓᷤࠍ↢ߓ߁ࠆ☸ሶᓘࠍㅢࠅ⿧ߒߡߒ߹ߞߚ ᵄ㐳ߩశߣᐓᷤࠍ↢ߓ߁ࠆ☸ሶᓘࠍㅢࠅ⿧ߒߡߒ߹ߞߚ のではないかと考えた（図８）。よって本実験の範囲内で ߩߢߪߥ޿߆ߣ⠨߃ߚ㧔࿑㧤㧕㧔࿑㧤㧕 ‫ᧄߡߞࠃޕ‬ታ㛎ߩ▸࿐ౝߢ ࠃߞߡᧄታ㛎ߩ▸࿐ౝߢ ߩߢߪߥ޿߆ߣ⠨߃ߚ ‫ޕ‬ ᓸ☸ሶߩ は、TEOS の量はできるだけ少なくして、SiO 微粒子の ߪ‫ޔ‬TEOS ߩ㊂ߪߢ߈ࠆߛߌዋߥߊߒߡ‫ޔ‬SiO ߩ㊂ߪߢ߈ࠆߛߌዋߥߊߒߡ‫ޔ‬SiO22 ᓸ☸ሶߩ ߪ‫ޔ‬TEOS 大きさを調整することが重要だと考えられる。 ᄢ߈ߐࠍ⺞ᢛߔࠆߎߣ߇㊀ⷐߛߣ⠨߃ࠄࠇࠆ‫ޕ‬ ᄢ߈ߐࠍ⺞ᢛߔࠆߎߣ߇㊀ⷐߛߣ⠨߃ࠄࠇࠆ‫ޕ‬. 図８微粒子配列体と光の干渉の模式図 ࿑㧤 ᓸ☸ሶ㈩೉૕ߣశߩᐓᷤߩᮨᑼ࿑ ᓸ☸ሶ㈩೉૕ߣశߩᐓᷤߩᮨᑼ࿑ ࿑㧤左：TEOS 濃度小右：TEOS 濃度大 Ꮐ㧦6'15 Ớᐲዊ Ớᐲዊ ฝ㧦6'15 ฝ㧦6'15 Ớᐲᄢ Ớᐲᄢ Ꮐ㧦6'15. 水とアンモニア濃度による構造色の違いについて考察 ᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲߦࠃࠆ᭴ㅧ⦡ߩ㆑޿ߦߟ޿ߡ⠨ኤ ᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲߦࠃࠆ᭴ㅧ⦡ߩ㆑޿ߦߟ޿ߡ⠨ኤ する。ゾル‐ゲル反応において水は開始剤であり、アン ߔࠆ‫࡞ࠥ́࡞࠱ޕ‬෻ᔕߦ߅޿ߡ᳓ߪ㐿ᆎ೷ߢ޽ࠅ‫ࡦࠕޔ‬ ߔࠆ‫࡞ࠥ́࡞࠱ޕ‬෻ᔕߦ߅޿ߡ᳓ߪ㐿ᆎ೷ߢ޽ࠅ‫ࡦࠕޔ‬ モニアは触媒として作用する。よって、水とアンモニア ࡕ࠾ࠕߪ⸅ᇦߣߒߡ૞↪ߔࠆ‫ޔߡߞࠃޕ‬᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕ ࡕ࠾ࠕߪ⸅ᇦߣߒߡ૞↪ߔࠆ‫ޔߡߞࠃޕ‬᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕ 濃度の上昇は、共に反応を促進し、SiO 微粒子の生成量 ᓸ☸ሶߩ↢ᚑ㊂ Ớᐲߩ਄᣹ߪ‫ߦ౒ޔ‬෻ᔕࠍଦㅴߒ‫ޔ‬SiO22 ᓸ☸ሶߩ↢ᚑ㊂ Ớᐲߩ਄᣹ߪ‫ߦ౒ޔ‬෻ᔕࠍଦㅴߒ‫ޔ‬SiO ࠍჇടߐߖࠆ‫ޕ‬᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕߩỚᐲ߇ㆡಾߢ޽ࠇ߫‫ޔ‬ を増加させる。水とアンモニアの濃度が適切であれば、 ࠍჇടߐߖࠆ‫ޕ‬᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕߩỚᐲ߇ㆡಾߢ޽ࠇ߫‫ޔ‬ 反応初期に生じた微粒子が新たに生じた微粒子を取り込 ෻ᔕೋᦼߦ↢ߓߚᓸ☸ሶ߇ᣂߚߦ↢ߓߚᓸ☸ሶࠍขࠅㄟ ෻ᔕೋᦼߦ↢ߓߚᓸ☸ሶ߇ᣂߚߦ↢ߓߚᓸ☸ሶࠍขࠅㄟみながら、微粒子数を一定に保って成長するため、微粒 ߺߥ߇ࠄ‫ޔ‬ᓸ☸ሶᢙࠍ৻ቯߦ଻ߞߡᚑ㐳ߔࠆߚ߼‫ޔ‬ᓸ☸ ߺߥ߇ࠄ‫ޔ‬ᓸ☸ሶᢙࠍ৻ቯߦ଻ߞߡᚑ㐳ߔࠆߚ߼‫ޔ‬ᓸ☸ 子の大きさは均一になる。一方で、水とアンモニア濃度 ሶߩᄢ߈ߐߪဋ৻ߦߥࠆ‫৻ޕ‬ᣇߢ‫ޔ‬᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲ ሶߩᄢ߈ߐߪဋ৻ߦߥࠆ‫৻ޕ‬ᣇߢ‫ޔ‬᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲ が過剰な場合には、反応が過度に促進され、溶液中で新 ߇ㆊ೾ߥ႐วߦߪ‫ޔ‬෻ᔕ߇ㆊᐲߦଦㅴߐࠇ‫ޔ‬ṁᶧਛߢᣂ ߇ㆊ೾ߥ႐วߦߪ‫ޔ‬෻ᔕ߇ㆊᐲߦଦㅴߐࠇ‫ޔ‬ṁᶧਛߢᣂ たに微粒子が生成される。このとき、これらの新たに生 ߚߦᓸ☸ሶ߇↢ᚑߐࠇࠆ‫ߩࠄࠇߎޔ߈ߣߩߎޕ‬ᣂߚߦ↢ ߚߦᓸ☸ሶ߇↢ᚑߐࠇࠆ‫ߩࠄࠇߎޔ߈ߣߩߎޕ‬ᣂߚߦ↢ じた微粒子を既存の微粒子が取り込めないと、初期に生 ߓߚᓸ☸ሶࠍᣢሽߩᓸ☸ሶ߇ขࠅㄟ߼ߥ޿ߣ‫ޔ‬ೋᦼߦ↢ ߓߚᓸ☸ሶࠍᣢሽߩᓸ☸ሶ߇ขࠅㄟ߼ߥ޿ߣ‫ޔ‬ೋᦼߦ↢ じた微粒子よりも小さな微粒子が生じ、微粒子の大きさ ߓߚᓸ☸ሶࠃࠅ߽ዊߐߥᓸ☸ሶ߇↢ߓ‫ޔ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ ߓߚᓸ☸ሶࠃࠅ߽ዊߐߥᓸ☸ሶ߇↢ߓ‫ޔ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ は不均一になると考えられる（図１１）。微粒子の大きさ ߪਇဋ৻ߦߥࠆߣ⠨߃ࠄࠇࠆ㧔࿑㧝㧝㧕㧔࿑㧝㧝㧕 ‫ޕ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ ߪਇဋ৻ߦߥࠆߣ⠨߃ࠄࠇࠆ ‫ޕ‬ が不均一な場合には、それらをガラス基板上に配列させ ߇ਇဋ৻ߥ႐วߦߪ‫ࠬ࡜ࠟࠍࠄࠇߘޔ‬ၮ᧼਄ߦ㈩೉ߐߖ ߇ਇဋ৻ߥ႐วߦߪ‫ࠬ࡜ࠟࠍࠄࠇߘޔ‬ၮ᧼਄ߦ㈩೉ߐߖ たときにも構造は不規則になり、光の強め合い、弱め合 ߚߣ߈ߦ߽᭴ㅧߪਇⷙೣߦߥࠅ‫ޔ‬శߩᒝ߼ว޿‫ޔ‬ᒙ߼ว ߚߣ߈ߦ߽᭴ㅧߪਇⷙೣߦߥࠅ‫ޔ‬శߩᒝ߼ว޿‫ޔ‬ᒙ߼ว いが適切に起こらなかったのではないかと考えられる ޿߇ㆡಾߦ⿠ߎࠄߥ߆ߞߚߩߢߪߥ޿߆ߣ⠨߃ࠄࠇࠆ ޿߇ㆡಾߦ⿠ߎࠄߥ߆ߞߚߩߢߪߥ޿߆ߣ⠨߃ࠄࠇࠆ 㧔࿑㧝㧞㧕 ‫ޔࠅࠃࠇߎޕ‬ ߎࠇࠃࠅ‫ޔ‬శߩᐓᷤߦࠃࠅ⦟ᅢߥ⊒⦡ࠍᓧࠆ శߩᐓᷤߦࠃࠅ⦟ᅢߥ⊒⦡ࠍᓧࠆ （図１２）。これより、光の干渉により良好な発色を得る㧔࿑㧝㧞㧕 ‫ޕ‬ ためには、微粒子の大きさをできるだけ均一にすること ߚ߼ߦߪ‫ޔ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐࠍߢ߈ࠆߛߌဋ৻ߦߔࠆߎߣ ߚ߼ߦߪ‫ޔ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐࠍߢ߈ࠆߛߌဋ৻ߦߔࠆߎߣ が重要であると言える。 ߇㊀ⷐߢ޽ࠆߣ⸒߃ࠆ‫ޕ‬ ߇㊀ⷐߢ޽ࠆߣ⸒߃ࠆ‫ޕ‬. （２）水濃度の影響㧔㧞㧕᳓Ớᐲߩᓇ㗀㧔㧞㧕᳓Ớᐲߩᓇ㗀図９に種々の水濃度において作製したサンプルの写真 ࿑㧥ߦ⒳‫ߩޘ‬᳓Ớᐲߦ߅޿ߡ૞⵾ߒߚࠨࡦࡊ࡞ߩ౮⌀ ࿑㧥ߦ⒳‫ߩޘ‬᳓Ớᐲߦ߅޿ߡ૞⵾ߒߚࠨࡦࡊ࡞ߩ౮⌀ ࠍ␜ ␜ߔ ߔ‫ޕ‬ ‫ߎޕ‬ ߎߩ ߩታ ታ㛎㛎ߩ ߩ㓙㓙‫ޔ‬ ‫ઁޔ‬ ઁߩ ߩ᧦ ᧦ઙ ઙߪ ߪ৻ ৻ቯ ቯߣ ߣߒ ߒߚ ߚ を示す。この実験の際、他の条件は一定とした ࠍ （[TEOS]=0.2 mol/L、[NH mol/L）。図から、水濃 ]=1.0 mol/L㧕 mol/L㧕 ‫ޕ‬࿑߆ࠄ‫ޔ‬᳓Ớ 㧔[TEOS]=0.2 mol/L‫[ޔ‬NH mol/L‫[ޔ‬NH33]=1.0 ‫ޕ‬࿑߆ࠄ‫ޔ‬᳓Ớ 㧔[TEOS]=0.2 度がのときには、鮮やかな発色は得られず、 ᐲ߇ 5.5 5.5 mo/L mo/L ߩߣ߈ߦߪ‫ޔ‬㞲߿߆ߥ⊒⦡ߪᓧࠄࠇߕ‫ޔ‬ ߩߣ߈ߦߪ‫ޔ‬㞲߿߆ߥ⊒⦡ߪᓧࠄࠇߕ‫ޔ‬ ᐲ߇ 暗い青色を示すにとどまった。また水濃度で ᥧ޿㕍⦡ࠍ␜ߔߦߣߤ߹ߞߚ‫ߚ߹ޕ‬᳓Ớᐲ 16.5 16.5 mo/L mo/L ߢ ߢ ᥧ޿㕍⦡ࠍ␜ߔߦߣߤ߹ߞߚ‫ߚ߹ޕ‬᳓Ớᐲ は、赤みがかったムラのある発色となった。一方で水濃 ߪ‫৻ޕߚߞߥߣ⦡⊒ࠆ޽ߩ࡜ࡓߚߞ߆߇ߺ⿒ޔ‬ᣇߢ᳓Ớ ߪ‫৻ޕߚߞߥߣ⦡⊒ࠆ޽ߩ࡜ࡓߚߞ߆߇ߺ⿒ޔ‬ᣇߢ᳓Ớ 度では、良好な青色の発色が見られた。これ ᐲ 11 11 mol/L mol/L ߢߪ‫⦟ޔ‬ᅢߥ㕍⦡ߩ⊒⦡߇⷗ࠄࠇߚ‫ࠇߎޕ‬ ߢߪ‫⦟ޔ‬ᅢߥ㕍⦡ߩ⊒⦡߇⷗ࠄࠇߚ‫ࠇߎޕ‬ ᐲ ࠄࠃࠅ‫ޔ‬᳓Ớᐲߦߪ᭴ㅧ⦡ࠍᓧࠆߚ߼ߩㆡಾߥỚᐲၞ߇ らより、水濃度には構造色を得るための適切な濃度域が ࠄࠃࠅ‫ޔ‬᳓Ớᐲߦߪ᭴ㅧ⦡ࠍᓧࠆߚ߼ߩㆡಾߥỚᐲၞ߇ あることがわかった。 ޽ࠆߎߣ߇ࠊ߆ߞߚ‫ޕ‬ ޽ࠆߎߣ߇ࠊ߆ߞߚ‫ޕ‬ 5.5 mol/L OQN. OQN.. 11 mol/L OQN. OQN.. 水とアンモニア濃度が適切な場合 ᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲ߇ㆡಾߥ႐ว ᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲ߇ㆡಾߥ႐ว TEOS TEOS. + + H22O O H NH33 NH. 水とアンモニア濃度が過剰な場合 ᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲ߇ㆊ೾ߥ႐ว ᳓ߣࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲ߇ㆊ೾ߥ႐ว. OQN. 16.5 mol/L OQN.. ࿑㧝㧝 ᳓ ᳓࡮ ࡮ࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲߦࠃࠆᓸ☸ሶ↢ᚑㆊ⒟ߩ㆑޿ ࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲߦࠃࠆᓸ☸ሶ↢ᚑㆊ⒟ߩ㆑޿ 図１１水・アンモニア濃度による微粒子生成過程の違い ࿑㧝㧝. . ٌ ٤ ٌ ٤ △ × ○ ࿑㧥 ⒳‫ߩޘ‬᳓Ớᐲߦ߅ߌࠆࠨࡦࡊ࡞ߩ౮⌀ ⒳‫ߩޘ‬᳓Ớᐲߦ߅ߌࠆࠨࡦࡊ࡞ߩ౮⌀ ࿑㧥図９種々の水濃度におけるサンプルの写真㧔㧟㧕ࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲߩᓇ㗀（３）アンモニア濃度の影響㧔㧟㧕ࠕࡦࡕ࠾ࠕỚᐲߩᓇ㗀図１０に種々のアンモニア濃度において作製したサン ࿑㧝㧜ߦ⒳‫ࠕ࠾ࡕࡦࠕߩޘ‬Ớᐲߦ߅޿ߡ૞⵾ߒߚࠨࡦ ࿑㧝㧜ߦ⒳‫ࠕ࠾ࡕࡦࠕߩޘ‬Ớᐲߦ߅޿ߡ૞⵾ߒߚࠨࡦ プルの写真を示す。この実験の際、他の条件は一定とし ࡊ࡞ߩ౮⌀ࠍ␜ߔ‫ߩߎޕ‬ታ㛎ߩ㓙‫᧦ߩઁޔ‬ઙߪ৻ቯߣߒ ࡊ࡞ߩ౮⌀ࠍ␜ߔ‫ߩߎޕ‬ታ㛎ߩ㓙‫᧦ߩઁޔ‬ઙߪ৻ቯߣߒ O]=11 mol/L㧕 mol/L㧕 ‫ޕ‬࿑ࠃࠅ‫ࠕޔ‬ た（[TEOS]=0.2 mol/L、[H mol/L）。図より、ア ߚ㧔[TEOS]=0.2 mol/L‫[ޔ‬H mol/L‫[ޔ‬H22O]=11 ‫ޕ‬࿑ࠃࠅ‫ࠕޔ‬ ߚ㧔[TEOS]=0.2 ࡦࡕ࠾ࠕỚᐲ߇ 1.0 1.0 mol/L mol/L ߣ ߣ 2.0 2.0 mol/L mol/L ߩᲧセ⊛ૐỚᐲ ߩᲧセ⊛ૐỚᐲ ンモニア濃度がとの比較的低濃度 ࡦࡕ࠾ࠕỚᐲ߇ ߢߪ᭴ㅧ⦡ࠍ␜ߒߚ‫ࠕ࠾ࡕࡦࠕߦ․ޕ‬Ớᐲ 2.0 2.0 mol/L mol/L ߩ ߩ では構造色を示した。特にアンモニア濃度の ߢߪ᭴ㅧ⦡ࠍ␜ߒߚ‫ࠕ࠾ࡕࡦࠕߦ․ޕ‬Ớᐲ ߣ߈ߦߪ‫ޔ‬ శᴛᗵߩ޽ࠆ㕖Ᏹߦ⦟ᅢߥ⊒⦡߇⏕⹺ߢ߈ߚ‫ޕ‬ ときには、光沢感のある非常に良好な発色が確認できた。 ߣ߈ߦߪ‫ޔ‬ శᴛᗵߩ޽ࠆ㕖Ᏹߦ⦟ᅢߥ⊒⦡߇⏕⹺ߢ߈ߚ‫ޕ‬ 一方、アンモニア濃度の大きいでは構造色が ৻ᣇ‫ࠕ࠾ࡕࡦࠕޔ‬Ớᐲߩᄢ߈޿ 3.0 3.0 mol/L mol/L ߢߪ᭴ㅧ⦡߇ ߢߪ᭴ㅧ⦡߇ ৻ᣇ‫ࠕ࠾ࡕࡦࠕޔ‬Ớᐲߩᄢ߈޿ 確認できなかった。 ⏕⹺ߢ߈ߥ߆ߞߚ‫ޕ‬ ⏕⹺ߢ߈ߥ߆ߞߚ‫ޕ‬ OQN. 1.0 mol/L OQN.. 2.0 mol/L OQN. OQN.. 3.0 mol/L OQN. OQN.. ○ ٤ ٤. ◎ ٧ ٧. △ ٌ ٌ. ࿑㧝㧜 ⒳‫ߩޘ‬ ⒳‫ ߩޘ‬0* 0*3 Ớᐲߦ߅ߌࠆࠨࡦࡊ࡞ߩ౮⌀ Ớᐲߦ߅ߌࠆࠨࡦࡊ࡞ߩ౮⌀ 図１０種々の NH 濃度におけるサンプルの写真 ࿑㧝㧜. ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ߇ 微粒子の大きさが ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ߇ 均一な場合 ဋ৻ߥ႐ว ဋ৻ߥ႐ว. ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ߇ 微粒子の大きさが ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ߇ ばらばらな場合 ߫ࠄ߫ࠄߥ႐ว ߫ࠄ߫ࠄߥ႐ว. ࿑㧝㧞 ᓸ☸ሶ㈩೉૕ߣశߩᐓᷤߩ᭽ሶ ᓸ☸ሶ㈩೉૕ߣశߩᐓᷤߩ᭽ሶ 図１２微粒子配列体と光の干渉の様子 ࿑㧝㧞 [電子顕微鏡での観察] [㔚ሶ㗼ᓸ㏜ߢߩⷰኤ] [㔚ሶ㗼ᓸ㏜ߢߩⷰኤ] એ਄ߩ⠨ኤ߇ㆡಾ߆ࠍ⏕⹺ߔࠆߚ߼‫⿛ޔ‬ᩏဳ㔚ሶ㗼ᓸ 以上の考察が適切かを確認するため、走査型電子顕微 એ਄ߩ⠨ኤ߇ㆡಾ߆ࠍ⏕⹺ߔࠆߚ߼‫⿛ޔ‬ᩏဳ㔚ሶ㗼ᓸ 鏡（SEM）での観察を行った。走査型電子顕微鏡とは、㏜㧔SEM㧕ߢߩⷰኤࠍⴕߞߚ‫⿛ޕ‬ᩏဳ㔚ሶ㗼ᓸ㏜ߣߪ‫ޔ‬ ㏜㧔SEM㧕ߢߩⷰኤࠍⴕߞߚ‫⿛ޕ‬ᩏဳ㔚ሶ㗼ᓸ㏜ߣߪ‫ޔ‬ 真空中で試料に電子線を照射し、対象物から放出される ⌀ⓨਛߢ⹜ᢱߦ㔚ሶ✢ࠍᾖ኿ߒ‫ޔ‬ኻ⽎‛߆ࠄ᡼಴ߐࠇࠆ ⌀ⓨਛߢ⹜ᢱߦ㔚ሶ✢ࠍᾖ኿ߒ‫ޔ‬ኻ⽎‛߆ࠄ᡼಴ߐࠇࠆ 次電子を検出することで試料の観察を行うものである。 ᰴ㔚ሶࠍᬌ಴ߔࠆߎߣߢ⹜ᢱߩⷰኤࠍⴕ߁߽ߩߢ޽ࠆ‫ޕ‬ 22 ᰴ㔚ሶࠍᬌ಴ߔࠆߎߣߢ⹜ᢱߩⷰኤࠍⴕ߁߽ߩߢ޽ࠆ‫ޕ‬ 図１３に、SEM で観察したサンプルの写真を示す。 ࿑㧝㧟ߦ‫ޔ‬SEM ߢⷰኤߒߚࠨࡦࡊ࡞ߩ౮⌀ࠍ␜ߔ‫ޕ‬ ߢⷰኤߒߚࠨࡦࡊ࡞ߩ౮⌀ࠍ␜ߔ‫ޕ‬ ࿑㧝㧟ߦ‫ޔ‬SEM 綺麗な構造色が得られたものと得られなかったものの２ ✊㤀ߥ᭴ㅧ⦡߇ᓧࠄࠇߚ߽ߩߣᓧࠄࠇߥ߆ߞߚ߽ߩߩ㧞 ✊㤀ߥ᭴ㅧ⦡߇ᓧࠄࠇߚ߽ߩߣᓧࠄࠇߥ߆ߞߚ߽ߩߩ㧞つのサンプルについて、電子顕微鏡で拡大してそれぞれ ߟߩࠨࡦࡊ࡞ߦߟ޿ߡ‫ޔ‬㔚ሶ㗼ᓸ㏜ߢ᜛ᄢߒߡߘࠇߙࠇ ߟߩࠨࡦࡊ࡞ߦߟ޿ߡ‫ޔ‬㔚ሶ㗼ᓸ㏜ߢ᜛ᄢߒߡߘࠇߙࠇ 観察した。 ⷰኤߒߚ‫ޕ‬ ⷰኤߒߚ‫ޕ‬ 図１４に像を示す。きれいな構造色が得られた ࿑㧝㧠ߦ SEM SEM ௝ࠍ␜ߔ‫ߥ޿ࠇ߈ޕ‬᭴ㅧ⦡߇ᓧࠄࠇߚ ௝ࠍ␜ߔ‫ߥ޿ࠇ߈ޕ‬᭴ㅧ⦡߇ᓧࠄࠇߚ ࿑㧝㧠ߦ サンプルでは、微粒子の大きさが均一であり、また規則 ࠨࡦࡊ࡞ߢߪ‫ޔ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ߇ဋ৻ߢ޽ࠅ‫ⷙߚ߹ޔ‬ೣ ࠨࡦࡊ࡞ߢߪ‫ޔ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ߇ဋ৻ߢ޽ࠅ‫ⷙߚ߹ޔ‬ೣ 的な構造が形成されていることがわかる。一方、構造色 ⊛ߥ᭴ㅧ߇ᒻᚑߐࠇߡ޿ࠆߎߣ߇ࠊ߆ࠆ‫৻ޕ‬ᣇ‫ޔ‬᭴ㅧ⦡ ⊛ߥ᭴ㅧ߇ᒻᚑߐࠇߡ޿ࠆߎߣ߇ࠊ߆ࠆ‫৻ޕ‬ᣇ‫ޔ‬᭴ㅧ⦡ が確認できなかったサンプルでは、微粒子の大きさが不 ߇⏕⹺ߢ߈ߥ߆ߞߚࠨࡦࡊ࡞ߢߪ‫ޔ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ߇ਇ ߇⏕⹺ߢ߈ߥ߆ߞߚࠨࡦࡊ࡞ߢߪ‫ޔ‬ᓸ☸ሶߩᄢ߈ߐ߇ਇ 均一であり、規則的な配列が得られていないことが見て ဋ৻ߢ޽ࠅ‫ⷙޔ‬ೣ⊛ߥ㈩೉߇ᓧࠄࠇߡ޿ߥ޿ߎߣ߇⷗ߡ ဋ৻ߢ޽ࠅ‫ⷙޔ‬ೣ⊛ߥ㈩೉߇ᓧࠄࠇߡ޿ߥ޿ߎߣ߇⷗ߡ. − −.

(11) 取れる。これらのことより、綺麗な構造色を得るためには、微粒子の大きさを均一にし、規則的な配列体を作製することが必要であることが確認できた。発色 ○. 図１３. 発色 ×. SEM で観察したサンプルの発色の様子. 図１５に、表面処理の有無によるサンプルの写真を示す。図のように、表面処理をしたものでは綺麗な発色を確認できた。一方、表面処理をしていないガラス基板では、構造色を確認することはできなかった。表面処理をすることでガラス基板表面の有機物などの不純物が除去され、より均一な表面となると予想される。また、水酸化ナトリウムで処理することでガラス基板表面が親水的になり、微粒子分散液を滴下した際により均一に塗布することできたと予想される。これらの理由に一に塗布することができたと予想される。これらの理由により微粒子の配列がより規則的なものになったため、表面処理をすることで良好な発色が得られたものと考えられる。. 図１５ガラス表面処理の有無による発色の違い上）表面処理有り下）表面処理無し（２）遠心分離の有無による影響 SiO2 微粒子合成後の分散液には、未反応の TEOS や触媒のアンモニアなどの不純物が含まれる。これら不純物の存在により配列の均一性は変わると考えた。 [遠心分離の手順] 模式図を図１６に示す。 ①遠沈管に、反応後の溶液を投入する。 ②遠心分離機で、4000 rpm で 15 分間遠心分離する。 ③上澄み液を除去した後、新たに溶媒のエタノールを加え、微粒子を再攪拌させる。 ④①～③を 3 回繰り返す ⑤最終的に加えるエタノールの量により、微粒子分散液の濃度を調整する。. 図１４微粒子配列体の SEM 像上）発色○の微粒子配列体の SEM 像下）発色×の微粒子配列体の SEM 像２－３－２．微粒子配列方法の影響より綺麗な発色を得るために、微粒子の配列方法に関する条件について検討した。（１）ガラス基板の表面処理の有無微粒子を配列させるガラス基板の表面の状態は、配列の均一性に影響すると考えられる。そこで以下の条件でガラス表面を処理し、構造色への影響を確認した。. SiO SiO22微粒子微粒子 NH NH33などの不純物などの不純物. [表面処理方法] ①7.0 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液にガラス基板を 15 分間浸漬した。 ②純水ですすいだ後、残存している水酸化ナトリウムを除去するため、純水に浸した状態で１５分間超音波処理をした。 [ 結果と考察 ] ［結果と考察］. 図１６. − −. 遠心分離による溶媒置換の模式図.

(12) [結果と考察] 図１７に遠心分離の有無によるサンプルの写真を示す。図より、遠心分離しない場合には発色が確認できなかったのに対し、遠心分離を行ったサンプルでは鮮明な青色の発色が確認できた。. と予想される。そのため、作製した粒子配列体の均一性もエタノール溶媒のほうが高くなるため、より良好な発色につながったと考えられる。また、エタノールよりも水の表面張力が大きいため、作製した溶液をガラス基板に滴下する際に、薄く均一に塗布することが困難であった。そのため配列した際に場所による微粒子数にムラが生じ、図１８のように白っぽい個所が多くなってしまったのだと考えられる。以上より、溶媒種による発色の違いは顕著に表れ、私たちの実験からは、溶媒としてエタノールを用いた方がきれいな構造色が得られるということが分かった。. 図１７遠心分離の有無による発色の違い上）遠心分離無し下）遠心分離有り遠心分離・溶媒置換をしない場合、溶液内にはアンモニア NH3 やそれが電離したアンモニウムイオン NH4＋、未反応の TEOS が残存している。一般にコロイド粒子は溶液中で帯電しており、反対符号の電解質を加えると凝集しやすい。本研究で使用した SiO2 微粒子は表面にシラノール基－OH を有しており、電離により－O－となり負電荷を帯びていると考えられる。ここに陽イオンのアンモニウムイオンが存在すると、微粒子同士が凝集しやすいと考えられる。よって遠心分離により溶媒置換をし、不純物を除去することで、微粒子同士が不規則に凝集することなく均一な配列体を形成しやすくなったため、良好な発色が得られたと考えられる。以上より、未反応の TEOS やアンモニアを遠心分離で除去することが良好な発色に対して重要であるとわかった。（３）溶媒種による影響本研究において微粒子を合成する際の溶媒はエタノールを使用した。よって、生成した SiO2 微粒子は、エタノール中に分散した状態となっている。上述の（２）において遠心分離により溶媒を置換する際も、置換後の溶媒には微粒子合成時と同じエタノールを用いた。この置換後の溶媒種を変更することで、微粒子の配列状態が変化するのではないかと考えた。そこで、エタノールの代わりに水を使用して実験を行い、発色の違いを観察した。 [手順] 遠心分離の後の溶媒置換の際に、それぞれエタノールと水を加えたものを作製し、それらをガラス基板上に滴下して粒子配列体を作製し、発色を観察した（遠心分離に関しては図１６を参照）。 [結果と考察] 図１８に、溶媒の違いによるサンプルの写真を示す。図のように、溶媒をエタノールに置換したものでは、きれいな発色を確認することができた。一方、溶媒を水に置換したものでは、白っぽい箇所や薄い赤や緑の色が混在するなどムラのある発色となった。本研究において SiO2 微粒子を作製する際には、溶媒としてエタノールを用いている。そのため、水よりもエタノール中において、SiO2 微粒子が均一に分散しやすい. 図１８溶媒種による発色の違い上）溶媒を水に置換したもの下）溶媒をエタノールに置換したもの３．まとめ本研究では微粒子を用いて微細な周期構造を作製することで、モルフォチョウに見られる構造色の形成を狙った。微粒子の合成条件を変化させた実験から、TEOS 濃度により生成粒子の大きさを制御すること、また水濃度やアンモニア濃度を適切に調整することで、微粒子の均一性を高めることが重要であることがわかった。また、ガラス基板の表面状態など、微粒子を配列させる際の条件も得られる構造色に大きく寄与することがわかった。これらを考慮することでより均一な微粒子配列体を作製することができ、きれいな構造色を得ることができた。今後は、粒子を積層させる基材種による違いなど、微粒子配列の条件による構造色の違いを更に調べていきたい。そして、モルフォチョウのリン粉と自分達で作製した微粒子の大きさを計測・比較したりして、よりモルフォチョウの羽の色に近づけるためにはどうしたらよいかを検討していきたい。また、同じものを何度も作れるよう、再現性についても検討していきたい。４．謝辞本研究を行うにあたりましてご支援とご助言をくださいました、弘前大学理工学部物質創成科学科の澤田英夫教授に心から感謝致します。また、走査型電子顕微鏡による試料の観察にご協力くださいました、ニプロ大館工場品質保証部の片岡哲美様に深く感謝致します。５．参考文献・ウェブサイト「もりのできごと」・ウィキペディアフリー百科事典「構造色」・NIMS「Bragg 反射」紹介ページ・モルフォチョウのリン粉の拡大図 Mph.fbs.osaka-u.ac.jp/~ssc/morpho.html. − −.

(13) ᦭ᯏⰯశ‛⾰ߩ⎇ⓥ㨪㐳ᜬߜߔࠆࠤࡒࠞ࡞࡜ࠗ࠻ࠍ૞ࠆߦߪ㨪 ⑺↰⋵┙ᄢ㙚㡅㡆㜞╬ቇᩞ. ℂᢙ⑼㧞ᐕ 㥲⮮ Ꮧᦸ‫ޔ‬ᐣม ⟤ດ‫↰ޔ‬ਛ ࠆ߆‫⃨ޔ‬੗ ⚿⸥‫ޔ‬ᱞ⮮ ජດ. ⷐ. ⚂. ࠤࡒࠞ࡞࡜ࠗ࠻߇ൻቇ⊒శߩ㓙ߦ⊒↢ߔࠆᾲࠛࡀ࡞ࠡ࡯ߩᛥ೙‫ޔ‬෸߮ਛ㑆↢ᚑ‛ߩ቟ቯൻࠍ࿑ࠆߎߣߢ‫⊒ޔ‬శᤨ㑆ߩᑧ 㐳ࠍ⁓ߞߚ‫⚿ޕ‬ᨐߣߒߡ‫ޔ‬㕖ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷߿ࠝࠢ࡜ߥߤߦ฽߹ࠇࠆ☼ᕈᚑಽߩࡓ࠴ࡦࠍട߃ࠆߎߣߢ⊒శᤨ㑆߇ᑧ㐳 ߔࠆߣಽ߆ߞߚ‫ޕ‬. ABSTRACT The aim of this experiment was to extend the light emission time of a glow stick. We attempted to do this by suppressing the heat energy generated during chemiluminescence, and stabilizing the intermediate product that energetically excites the dye. Our results showed that emission time could be by adding mucin, a sticky substance found in okra and non-ionic surfactants, to the glow sticks.. 㧝.ߪߓ߼ߦ. 㨪☼ᐲࠍ޽ߍࠆὑߩᷝട‛㨪. ߅⑂ࠅߩߣ߈ߦ⣨ߦߟߌߡ޿ߚࠤࡒࠞ࡞࡜ࠗ࠻߇ᦺߦ. ࡮ࡓ࠴ࡦ(ࠝࠢ࡜᛽಴) ࡮᳓ࠟ࡜ࠬ. ߥࠆߣᶖ߃ߡ޿ߚߩߦ᳇ߠ߈‫⊒ޔ‬శᤨ㑆ࠍᑧ㐳ߢ߈ߥ޿߆. ࡮ࡐ࡝ࡆ࠾࡞ࠕ࡞ࠦ࡯࡞(એਅ PVA). ߣᕁ޿ઃ޿ߚ‫ߣࠆߴ⺞ࠍߺ⚵઀ߩ࠻ࠗ࡜࡞ࠞࡒࠤޕ‬ൻቇ෻. 㨪෻ᔕߒߡ޿ࠆಽሶࠍ൮ߺㄟ߻ὑߩᷝട‛㨪. –ᔕߩ㓙ߦ෻ᔕߔࠆಽሶห჻ߩⴣ⓭ߢή㚝ߥᾲࠛࡀ࡞ࠡ࡯ 応の際に反応する分子同士の衝突で無駄な熱エネルギー. ࡮Į‫ޔ‬ȕ‫ޔ‬Ȗ ߩ㧟⒳㘃ߩࠪࠢࡠ࠺ࠠࠬ࠻࡝ࡦ(એਅ CD). ߇⊒↢ߒߡ޿ࠆߎߣ߇ࠊ߆ߞߚ‫ޕ‬. ࡮Į-CD ߩ᳓ṁᶧ. ߘߎߢ⑳ߚߜߪ‫ޔ‬ṁᶧߩ☼ᐲࠍ޽ߍࠆߎߣߣ‫ޔ‬෻ᔕߒߡ. ̪ࠝࠢ࡜߆ࠄ᛽಴ߒߚࡓ࠴ࡦߣ઒ቯߔࠆ‫ޕ‬. ޿ࠆಽሶࠍ૗߆ઁߩ‛⾰ߢ൮ߺㄟ߻ߎߣߦࠃߞߡ‫ޔ‬ಽሶߩ. ̪Į-CD ߩߺࠍ᳓ṁᶧߦߒߚߩߪ‫ޔ‬᳓ߦṁߌ߿ߔ޿ߚ߼ߢ. ⴣ⓭߇ᛥ߃ࠄࠇᾲࠛࡀ࡞ࠡ࡯ߩ᡼಴ࠍ೙ᓮߢ߈ࠆߩߢߪ. ޽ࠆ‫ޕ‬. ߥ޿ߩ߆ߣ઒⺑ࠍߚߡߚ‫ޕ‬ಽሶߩⴣ⓭ࠍᛥ߃ࠆߎߣߢ⊒శ. 㨪ታ㛎 1 ߩ⚿ᨐ㨪. ᤨ㑆ࠍᑧ㐳ߐߖࠆߎ ߣࠍ⋡⊛ߦ⎇ⓥߒߚ‫ޕ‬. 㧞.⎇ⓥౝኈ 㧨ታ㛎㧝㧪. ムチン. 㨪ᚻ㗅㨪 Ꮢ⽼ߩࠤࡒࠞ࡞࡜ࠗ࠻ࠍಽ⸃ߒ‫㉄ޔ‬ൻᶧߣⰯశᶧߦಽ. ౮⌀㧝㧔ታ㛎㐿ᆎ㧥ᤨ㑆ᓟ㧕. ⸃ߔࠆ‫ߦࠇߘޕ‬ᷝട‛ࠍട߃⚻ㆊࠍⷰኤߔࠆ‫ޕ‬. ࡓ࠴ࡦ߇ᦨ߽ᒝߊశߞߡ޿ࠆ‫ޕ‬. − −.

(14) ίЎὸ. 800 700 600 500 400 300 200 100 0. 㨪ታ㛎㧞ߩ⚿ᨐ㨪. 発光持続時間. ⍹ߌࠎ ࠣ࡜ࡈ 1. ౮⌀㧞㧔ታ㛎㐿ᆎ㧥ᤨ㑆ᓟ㧕. 㨪ታ㛎㧝ߩ⠨ኤ㨪. ⍹㣨߇ᒝߊశߞߡ޿ࠆߎߣ߇ࠊ߆ࠆ‫ޕ‬. ಽሶࠍ൮ߺㄟ߻⋡⊛ߢട߃ߚᷝട‛ߢ޽ࠆ㧟⒳㘃ߩ CD ߢߪ⊒శᤨ㑆߇ᑧ㐳ߒߥ߆ߞߚ‫ߩߘޕ‬ේ࿃ߣߒߡ CD. ίЎὸ. ߩⓨᵢߩᄢ߈ߐ߇⊒శߦ㑐ࠊࠆಽሶߩᄢ߈ߐߦ৻⥌ߒߥ. 1200 1000 800 600 400 200 0. ߆ߞߚߎߣ߇⠨߃ࠄࠇࠆ‫☼ޕ‬ᐲࠍ޽ߍࠆߚ߼ߩᷝട‛ߩ ਛߢࡓ࠴ࡦߩߺ߇⊒శᤨ㑆߇ᑧ㐳ߒߚߎߣ߆ࠄ‫ޔ‬ṁᶧߩ ☼ᐲߣ⊒శᤨ㑆ߩᑧ㐳ߪ㑐ଥߒߥ޿ߩߢߪߥ޿߆ߣ⠨߃ ߚ‫ޕ‬. ႆήਤዓ଺᧓. ߘߎߢ‫੃ߟ߽ߩࡦ࠴ࡓޔ‬ൻ૞↪ߣ⇹᳓ᕈߦᵈ⋡ߒ‫ޔ‬ታ 㛎㧞ࠍⴕ߁ߎߣߦߒߚ‫ޕ‬ 㧨ታ㛎㧞㧪 ታ㛎㧝ߣหߓᚻ㗅ߢታ㛎ࠍⴕ߁‫㉄ޕ‬ൻᶧߣⰯశᶧߩ㊂ ࠍ▤ℂߒߚ޿ߣ⠨߃‫Ⱟޔ‬శታ㛎࠮࠶࠻ࠍ૶↪ߒߚ‫ޕ‬. ࠣ࡜ࡈ 2 㨪ታ㛎㧞ߩ⠨ኤ㨪. 㨪੃ൻ૞↪ߦࠃࠆലᨐࠍ⺞ߴࠆὑߩᷝട‛㨪 ࡮⍹㣨ߩ᳓ṁᶧ࡮☳ᧃࠢ࡟ࡦࠩ࡯࡮ᵃࡂࡦ࠼࠰࡯ࡊ 㨪⇹᳓ᕈߦࠃࠆലᨐࠍ⺞ߴࠆὑߩᷝട‛㨪. ᦨ⚳⊛ߦߪ⍹㣨ߪ㧝㧢ᤨ㑆߶ߤశ⛯ߌߚ‫ޕ‬ㅢᏱߪ㧤㨪㧥ᤨ㑆శࠅ⛯ߌࠆߎߣ߆ࠄ⊒శᤨ㑆߇ᑧ㐳ߒߚߎߣ߇ಽ ߆ߞߚ‫ޕ‬. ࡮ࠨ࡜࠳ᴤ࡮ߏ߹ᴤ࡮ࠝ࡝࡯ࡉࠝࠗ࡞ ߎࠇࠄߣᲧセߔࠆὑߦࡓ࠴ࡦࠍട߃ߚ߽ߩߣ‫ޔ‬᳓ࠍട ߃ߚㅢᏱߩ߽ߩ߽↪޿ߚ‫ޕ‬. ታ㛎㧞ࠃࠅ‫ޔ‬ᴤ㘃߇㐳ᜬߜߒߥ߆ߞߚߎߣࠃࠅ⊒శᤨ 㑆ߣ⇹᳓ᕈߪ㑐ଥߖߕ‫ޔ‬⍹ߌࠎ㘃ߣࡓ࠴ࡦ߇㐳ᜬߜߒߚ ߎߣࠃࠅ‫੃ޔ‬ൻ૞↪ߣ⊒శᤨ㑆߇㑐ଥߔࠆߣ⠨ኤߒߚ‫ޕ‬ ᵃࡂࡦ࠼࠰࡯ࡊߩ⊒శᤨ㑆߇ᑧ㐳ߒߥ߆ߞߚߩߪ‫ޔ‬ᵃ ࡂࡦ࠼࠰࡯ࡊߪᶧ૕ࡂࡦ࠼࠰࡯ࡊࠍ㧞㨪㧟ഀߦ⭯߼ߡ޽ ࠆߚ߼‫੃ޔ‬ൻ૞↪ߩലᨐ߇಴ߦߊ߆ߞߚߣ⠨߃ࠄࠇࠆ‫ޕ‬ ߎࠇࠃࠅ‫ޔ‬Ớᐲࠍᄌ߃ࠆߎߣߦࠃߞߡ㆑߁⚿ᨐ߇ᓧࠄࠇ ࠆߎߣ߇੍ᗐߐࠇࠆ‫ ޕ‬એ਄ߩታ㛎⚿ᨐ߆ࠄ‫੃ޔ‬ൻ૞↪߇ ⊒శᤨ㑆ߩᑧ㐳ߦ㑐ࠊߞߡ޿ࠆߣ⠨߃ࠄࠇࠆ‫ޕ‬. − 10 −.

(15) 㕖ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷(HLB ୯) 㧨⎇ⓥ⋡⊛ߩౣ⸳ቯ㧪. 㨯㨯㨯ⷫᴤဳࡕࡁࠬ࠹ࠕ࡝ࡦ㉄ࠣ࡝࠮࡝࡞(㧝.㧡)(d). ߎߎ߹ߢߩ⎇ⓥࠍ߰߹߃⎇ⓥ⋡⊛ࠍᡷ߼ߡౣ⸳ቯߔࠆ‫ޕ‬. ࡐ࡝ࠝࠠࠪࠛ࠴࡟ࡦࡐ࡝ࠝࠠࠪࡊࡠࡇ࡟ࡦ࠮࠴࡞--. ታ㛎㧝࡮㧞ߩ⚿ᨐ߆ࠄ⊒శᤨ㑆ߩᑧ㐳ߣಽሶߩⴣ⓭ߩᓇ. ࠛ࡯࠹࡞(㧥.㧡)(e). 㗀ߪዋߥ޿ߎߣ߇ಽ߆ߞߚ‫⊒ޔߚ߹ޕ‬శᤨ㑆ߩᑧ㐳ߣ੃. ࡐ࡝ࠝࠠࠪࠛ࠴࡟ࡦ࠮࠴࡞ࠛ࡯࠹࡞(㧝㧡.㧡)(f). ൻ૞↪߇㑐ଥߔࠆߎߣ߇ಽ߆ߞߚ‫੃ߢߎߘޕ‬ൻ૞↪ߦࠃ. ࡐ࡝ࠝࠠࠪࠛ࠴࡟ࡦ࠮࠴࡞ࠛ࡯࠹࡞(㧞㧜.㧜)(g). ߞߡ‫߇⚛⦡ޔ‬ਛ㑆↢ᚑ‛ߦࠛࡀ࡞ࠡ࡯ࠍਈ߃ࠆߣ߈ߩ቟ ቯൻࠍ࿑ࠅ‫⊒ޔ‬శᤨ㑆ࠍᜬ⛯ߐߖࠆߎߣࠍ⋡⊛ߣߒߚ‫ޕ‬. 㧨ታ㛎㧟㧪 ੃ൻ૞↪ࠍ߽ߟ⍹ߌࠎߪ㜞⚖⢽⢌㉄ߩ࠽࠻࡝࠙ࡓႮߢ. 㨐. ᵴᕈ೷ߪ‫ޔ‬⒳㘃ߣ HLB ୯ࠍᄌ߃ߡታ㛎ࠍⴕߞߚ‫ޕ‬HLB. φ. φ. ޽ࠅ‫⇇ߩઁޔ‬㕙ᵴᕈ೷߽↪޿ߡኻ⽎ታ㛎ࠍⴕߞߚ‫⇇ޕ‬㕙. 㨑. ୯ߣߪ⇇㕙ᵴᕈ೷ߩ᳓߳ߩṁߌ߿ߔߐࠍ⴫ߒߚ୯ߩߎߣ ߢ޽ࠆ‫ޕ‬. ౮⌀㧟㧔ታ㛎㐿ᆎ⋥ᓟ㧕. 㨪Ⱟశᶧߣ㉄ൻᶧࠍ⺞ᢛ㨪 Ⱟశᶧ ⦡⚛㨯㨯㨯ࠫࡈࠚ࠾࡞ࠕࡦ࠻࡜࠮ࡦ ㆶర೷㨯㨯㨯ࠪࡘ࠙㉄ࡆࠬ. 㨐. ㉄ൻᶧ ㉄ൻ೷㨯㨯㨯ㆊ㉄ൻ᳓⚛. φ. φ. ṁᇦ㨯㨯㨯ࡈ࠲࡞㉄ࠫࡉ࠴࡞. 㨑. ෻ᔕଦㅴ೷㨯㨯㨯ࠨ࡝࠴࡞㉄࠽࠻࡝࠙ࡓ ṁᇦ㨯㨯㨯ࡈ࠲࡞㉄ࠫࡉ࠴࡞. ౮⌀㧠㧔ታ㛎㐿ᆎ㧠ᤨ㑆ᓟ㧕. 㨪ᚻ㗅㨪 ࡔࠬࡈ࡜ࠬࠦߦ⇇㕙ᵴᕈ೷ࠍ౉ࠇ‫ޔ‬᳓ࠍട߃ࠆ‫ߩߘޕ‬. 㨪ታ㛎㧟ߩ⚿ᨐ㨪. ฦ⇇㕙ᵴᕈ೷᳓ṁᶧߦⰯశᶧߣ㉄ൻᶧࠍട߃‫⊒ޔ‬శߩ⚻. ታ㛎㐿ᆎ⋥ᓟߩ㧔౮⌀㧟㧕ߢߪ‫ޔ‬㓁ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷߇. ㆊࠍⷰኤߔࠆ‫ޔ߈ߣߩߎޕ‬᳓ߩߺࠍട߃ߚㅢᏱߩ߽ߩ߽. ᦨ߽ᒝߊశߞߡ޿ࠆ‫ޕ‬౮⌀㧠ߪታ㛎㐿ᆎ㧠ᤨ㑆ᓟ㧔౮⌀. ห᭽ߦⷰኤߔࠆ‫ޕ‬. 㧠㧕 ‫⊒ߩߡోޕࠆ޽ߢޔ‬శᒝᐲ߇ታ㛎㐿ᆎ⋥ᓟߦᲧߴᒙ߹ ߞߡ޿ࠆߎߣ߇ಽ߆ࠆ‫ߩߎޕ‬౮⌀ߢߪ⏕⹺ߢ߈ߥ޿߶ߤ. 㨪ᷝട‛㨪. ᒙߊశߞߡ޿ࠆ߽ߩ߽޽ߞߚ‫ޕ‬ㅢᏱߣߪỚᐲࠍߘࠈ߃ࠆ. 㒶ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷. ߚ߼ߦ᳓ࠍട߃ߚ߽ߩߢ޽ࠆ‫ᤨߩߎޕ‬ὐߢశߞߡ޿ߚߩ. 㨯㨯㨯࠼࠺ࠪ࡞ࡌࡦ࠯ࡦࠬ࡞ࡎࡦ㉄࠽࠻࡝࠙ࡓ㧔a㧕. ߪ‫ޔ‬HLB ୯㧝.㧡ߩⷫᴤဳࡕࡁࠬ࠹ࠕ࡝ࡦ㉄ࠣ࡝࠮࡝࡞. 㓁ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷. ߣ㧥.㧡ߩࡐ࡝ࠝࠠࠪࠛ࠴࡟ࡦࡐ࡝ࠝࠠࠪࡊࡠࡇ࡟ࡦ࠮. 㨯㨯㨯Ⴎൻ࠮࠴࡞࠻࡝ࡔ࠴࡞ࠕࡦࡕ࠾࠙ࡓ(b). ࠴࡞ࠛ࡯࠹࡞㕖ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷ߣ㓁ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷. ਔᕈ⇇㕙ᵴᕈ೷. ߢ޽ࠆ‫ޕ‬. 㨯㨯㨯࡜࠙࡝࡞ࠫࡔ࠴࡞ࠕࡒࡁ㈶㉄ࡌ࠲ࠗࡦ(c). − 11 −.

(16) 㧨ታ㛎㧠㧪 ႆήਤዓ଺᧓. ታ㛎㧝ߢ↪޿ߚࡓ࠴ࡦ㧔ࠝࠢ࡜᛽಴㧕߇⚐☴ߥࡓ࠴ࡦ. ίЎὸ. 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0. ߢ޽ࠆ߆ߤ߁߆ࠍ⏕߆߼ࠆߎߣ‫⇇ޔ‬㕙ᵴᕈ೷ߩỚᐲࠍ⺞ ▵ߔࠆߎߣࠍ⋡⊛ߦ‫ޔ‬ታ㛎㧟ߩᚻ㗅ߢ㧢⒳㘃ߩ⇇㕙ᵴᕈ ೷ߣࡓ࠴ࡦ㧔⾼౉ߒߚ߽ߩ㧕ࠍᷝട‛ߣߒౣታ㛎ࠍߔࠆ‫ޕ‬. 㨪ታ㛎㧠ߩ⚿ᨐ㨪 ࡓ࠴ࡦ‫࠮ࡦ࡟ࡇࡠࡊࠪࠠࠝ࡝ࡐࡦ࡟࠴ࠛࠪࠠࠝ࡝ࡐޔ‬ ࠴࡞ࠛ࡯࠹࡞‫(࡞࠹࡯ࠛ࡞࠴࠮ࡦ࡟࠴ࠛࠪࠠࠝ࡝ࡐޔ‬20.0) ߩ㗅ߦ⊒శᤨ㑆߇ᑧ㐳ߒߚ‫ޕ‬. ࠣ࡜ࡈ㧟. 㨪ታ㛎㧠ߩ⠨ኤ㨪 ࡐ࡝ࠝࠠࠪࠛ࠴࡟ࡦࡐ࡝ࠝࠠࠪࡊࡠࡇ࡟ࡦ࠮࠴࡞ࠛ࡯. 㨪ታ㛎㧟ߩ⠨ኤ㨪 ੍ᗐㅢࠅ‫ޔ‬ㅢᏱߩ߽ߩߦᲧߴߡ㕖ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷ߢ. ࠹࡞ߣࡐ࡝ࠝࠠࠪࠛ࠴࡟ࡦ࠮࠴࡞ࠛ࡯࠹࡞(20.0)߇ᑧ㐳. ޽ࠆⷫᴤဳࡕࡁࠬ࠹ࠕ࡝ࡦ㉄ࠣ࡝࠮࡝࡞㧔d㧕ߣࡐ࡝ࠝࠠ. ߒߚߎߣࠃࠅ㕖ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷߇ࡓ࠴ࡦ߽⊒శᤨ㑆ߩ. ࠪࠛ࠴࡟ࡦࡐ࡝ࠝࠠࠪࡊࡠࡇ࡟ࡦ࠮࠴࡞ࠛ࡯࠹࡞㧔e㧕 ‫ޔ‬. ᑧ㐳ߦലᨐ⊛ߢ޽ࠆ‫ߚ߹ޕ‬ታ㛎㧠ߢ‫߇ࡦ࠴ࡓߥ☴⚐ޔ‬㐳. 㓁ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷ߢ޽ࠆႮൻ࠮࠴࡞࠻࡝ࡔ࠴࡞ࠕࡦࡕ. ᜬߜߒߚߎߣࠃࠅ‫ޔ‬ታ㛎㧝ߢࡓ࠴ࡦߣ⸳ቯߒߡ޿ߚࠝࠢ. ࠾࠙ࡓ㧔b㧕ߢ⊒శᤨ㑆߇ᑧ㐳ߒߚ‫ޕ‬. ࡜߆ࠄߩ᛽಴‛ߪ‫ࠊ߽ߣߎ߁޿ߣࠆ޽ߢࡦ࠴ࡓߥ☴⚐ޔ‬. 㕖ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷ߢߪ‫ޔ‬HLB ୯߇㧝.㧡ߩⷫᴤဳࡕࡁ. ߆ߞߚ‫ޕ‬. ࠬ࠹ࠕ࡝ࡦ㉄ࠣ࡝࠮࡝࡞‫ޔ‬㧥.㧡ߩࡐ࡝ࠝࠠࠪࠛ࠴࡟ࡦࡐ 㧟.߹ߣ߼. ࡝ࠝࠠࠪࡊࡠࡇ࡟ࡦ࠮࠴࡞ࠛ࡯࠹࡞ᤨ⊒శᤨ㑆߇ᄢ߈ߊ ᑧ㐳ߒߚ‫✚ޔࠅࠃߦࠇߎޕ‬ว⊛ߦ⷗ߡ HLB ୯߇ዊߐ޿. ੹࿁ߩታ㛎⚿ᨐࠃࠅ‫ޔ‬りㄭߥ߽ߩࠍ૶ߞߡ⊒శᤨ㑆ࠍ. ߽ߩ‫ޔߜࠊߥߔޔ‬᳓ߦṁߌߦߊ޿߽ߩߩᣇ߇⊒శᤨ㑆ࠍ. ᑧ㐳ߐߖࠆߦߪ‫ޔ‬ᰴߩ㧞ߟߩ‛⾰ࠍࠤࡒࠞ࡞࡜ࠗ࠻ߦᷝ. ᑧ㐳ߐߖࠆߦߪലᨐ⊛ߢ޽ࠆߣ⠨ኤߒߚ‫ޕ‬. ടߔࠆߎߣ߇᦭ലߛߣಽ߆ߞߚ‫ޕ‬ 㧝‫ޔ‬㕖ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷ߣ㒶ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷. ߹ߚ‫ޔ‬㓁ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷ߢߪ‫⊒ޔ‬శᒝᐲ߇Ⴧߔߣ޿. 㧞‫ࠄ߆࡜ࠢࠝޔ‬᛽಴ߒߚࡓ࠴ࡦ. ߁⚿ᨐ߇ᓧࠄࠇߚ‫Ⱟޔߪࠇߎޕ‬శᶧ߇㉄ൻᶧߣൻቇ෻ᔕ ࠍ⿠ߎߔㆊ⒟ߢ↢ᚑߐࠇࠆਛ㑆↢ᚑ‛߇ࡑࠗ࠽ࠬߩ㔚⩄. 㧠.⻢ㄉ. ࠍᏪ߮ߡ޿ࠆߩߢ‫ޔ‬㓁ࠗࠝࡦ⇇㕙ᵴᕈ೷߇ਛ㑆↢ᚑ‛ࠍ. ࿖┙ᄢቇᴺੱᒄ೨ᄢቇᄢቇ㒮ℂᎿቇ⎇ⓥ⑼. ขࠅ࿐ߺ቟ቯߒߚ⁁ᘒߦߥࠆߣ⠨߃ࠄࠇࠆ‫ޕ‬. ಎᢎ᝼ Ꮉ਄ᷕవ↢. 㧡.ෳ⠨ᢥ₂ ൻቇ⊒శߩታ㛎ߢߩ࡜ࠗ࠻ࠬ࠹ࠖ࠶ࠢߩ೑↪ 㧙ᄢ㚍 ⨃࡮ะ੗ ⍮ᄢ㧙. − 12 −.

(17) 生物分野.

(18) 新エネルギー発見！理数科２年. 金澤. 知真、亀田. 真吾、佐藤. 洋光. 要約キノコが木材を分解して生成するグルコースを利用してバイオエタノールを作り、それを用いて発電することを最終目標として研究を開始した。キノコが木材を分解する能力を利用して、木材を分解させた。最尐培地での菌糸培養の結果から、菌糸が木材を分解して生長できることが分かった。次に培地の糖度の測定を行ったが、検出することができなかった。 ABSTRACT Fungus found in trees is able to break down wood. We decided to use this ability to produce glucose, for making bio-ethanol, with the aim of generating power. Based on the results of mycelia cultured in minimal medium, we found that hyphae could grow in decomposed wood. We then measured the Brix value of the medium, but were unable to detect any sugar content. １．はじめにキノコは私たちの身近な菌類である。そのキノコを使った研究をしたいと思い、キノコについて調べることにした。キノコは木から生えていることから、キノコが木材を分解し成長に使うグルコースを生成しているのではないかと考えた。そして、キノコが生成したグルコースを利用してバイオエタノールを作り、発電をしようと研究を開始した。２．研究内容＜実験① ジャガイモ培地での菌糸培養＞目的今後の実験で使用するための純粋な菌糸を培養するために、ジャガイモ培地での菌糸培養を行った。材料・キノコ１欠片（シイタケ、シメジ、マイタケ、エノキダケ、サルノコシカケ、ナメコ、エリンギ）・ポテトデキストロース寒天培地 39ｇ・蒸留水１Ｌ手順（１）ポテトデキストロース寒天培地と蒸留水を混ぜ、溶解する。（２）溶解した溶液をオートクレーブで 121℃15 分間の高圧蒸気滅菌する。（３）滅菌した溶液をシャーレ 1 つにつき 10ｍL 分注し、培地が固まるのを待つ。（４）固まった培地の中央にキノコを 1 欠片乗せる結. 果. キノコの種類上手く成長したかシイタケ × シメジ ○ マイタケ ○ エノキダケ ○ サルノコシカケ × ナメコ × エリンギ × 培養に成功したのは、シメジ、マイタケ、エノキダケだけであった。他は上手く生長しなかったものや培地内で菌糸以外の菌が繁殖してしまったものもあった。菌糸が均一の厚さに広がって成長したことから、今後の実験では、エノキダケの菌糸を使用していくことにした。. 図１. 菌糸培養に成功したエノキダケ. ＜実験② MY 培地での菌糸培養＞目的菌糸が木材を分解してグルコースを生成するかを調べるために MY 培地での菌糸培養を行った。材料・Malt Extract Agar 0.25g ・Yeast Extract 0.1g ・蒸留水 25ｍL ・グルコースの代わりのもの 0.1g ① セルロース ② おがくず ③ 米ぬか ④ グルコース（対照実験） ⑤ 何も入れない MY のみのもの（対照実験）手順（１）培養管に菌糸以外の材料をすべて混ぜ培地を作る。（２）材料を入れた培養管をオートクレーブで 121℃15 分間の高圧蒸気滅菌する。（３）滅菌した培養管に実験①で培養したエノキダケの菌糸を 1 欠片入れる。（４）他の菌が入らないように密閉し、菌糸の生長を観察する。. − 13 −.

(19) 結. 果グルコースの代わり菌糸の成長セルロース ○ おがくず △ 米ぬか ○ グルコース ○ ＭＹのみ ○ ほぼ全ての培地から菌糸の生長が見られた。米ぬか入りは、菌糸が管状に伸びた。おがくずは、一部生長が見られなかったものがあった。グルコース入りは、気泡が見られたものがあった。木材の代わりに何も入れなかった培地からも菌糸の生長が見られた。. 図２米ぬか入りの培地. （２） 40×NCM salts を 100mL 作り、フィルター滅菌をする。（３） (１)で作った水溶液に 40×NCM salts を 1.25mL 加え、それにエノキダケの菌糸を 1 欠片入れる。（４）他の菌が入らないように密閉し、菌糸の生長を観察する。結. 果グルコースの代わり菌糸の成長セルロース ○ おがくず ○ 米ぬか ○ グルコース ○ なし × グルコースが入っていない最尐培地以外のすべての培地で菌糸の生長が見られた。また、グルコースの代わりにセルロースを入れた培地とおがくずを入れた培地を比較すると、セルロースを入れた培地の方が尐し濃く濁っていることから、菌糸が多く成長したと考えられる。. 図３ MY のみの培地. 考察・米ぬか入りで菌糸が管状になったのは、生長した菌糸が酸素を求めて伸びたからではないか。・グルコース入りの培地で見られた気泡は、菌糸がグルコースを分解したときに CO₂が発生したためではないか。・MYのみの培地で菌糸の生長がみられたことから、MY ・MY 培地自体に菌糸を生長させる養分が含まれているのではないか。＜実験③ 最尐培地での菌糸培養＞目的 MY 培地で、MY のみの培地からも菌糸の生長が見られたため、菌糸が生長するのに必要最低限の養分しか入っていない最尐培地で、グルコースを除いて代わりになるものを加え、それらを分解して成長できるかどうかを調べることにした。材料・アスパラギン 0.1g ・MgSO₄・7H₂O 50μL ・チアミン 50μL ・40×NCM salts 1.25mL （NH₄Cl 6g、Na₂HPO₄・12H₂O 14.625g、 KH₂PO₄ 5.4g、Na₂SO₄ 1.16g）・グルコースの代わりのもの 0.5g ① セルロース ② おがくず ③ 米ぬか ④ グルコース（対照実験） ⑤ 何も入れない MY のみのもの（対照実験）手順（１）アスパラギン、MgSO₄・7H₂O、チアミン、グルコースの代わりのものを混ぜた水溶液を 50mL 作り、オートクレーブで 121℃15 分間の高圧蒸気滅菌をする。. 図４おがくず入りの培地図５なし（左:菌糸なし、右:あり）（左:菌糸なし、右:あり）考察・グルコースの代わりを入れた培地では菌糸が生長し、入れなかった培地では生長しなかったことから、菌糸はグルコースの代わりとして入れたものを分解して生長したことが考えられる。＜実験④ 培地の糖度測定＞目的実験③で菌糸が成長したおがくず・セルロース入りの培地に、菌糸が生成したグルコースが含まれているかを確かめるために、糖度の測定を行った。測定では酵母菌を用いてアルコール発酵をさせる実験をし、尿糖試験紙・血糖値測定器・糖度計による測定も行った。（ⅰ）アルコール発酵の実験手順（１）酵母（ドライイースト）に最小培地で作成した菌糸入りまたは菌糸なしの培地を混ぜる。（２） (１)で作成した溶液をキューネ発酵管に入れ 1 日置く。. − 14 −.

(20) 結. 果. 図 10. コントロールでの試験. 結図６菌糸あり図７菌糸なし菌糸を入れなかった発酵管でも発酵が見られたため、菌糸入りの培地に糖が含まれていたのか確かめることができなかった。. 果おがくず、セルロース入りの培地はどちらもエラーとなってしまい、測定できなかった。. 考察・菌糸を入れなかった培養管で発酵が見られたのは、準備中に他の菌が混ざってしまい、それらが原因で反応が起こってしまったのではないかと考えられる。（ⅱ）尿糖試験紙による測定手順（１）尿糖試験紙の先を数秒培地につける。（２）培地から取り出し色の変化をみる。図 11 果おがくず、セルロース共に尿糖試験紙に色の変化が見られなかった。. セルロース入り培地. 図 12. 結. 図８. （ⅳ）糖度計による測定手順 (1)先端のプレートに培地を乗せる。. おがくず入りの培地図 13 糖度計での測定 (2)目盛りを読み取る. 図９. セルロース入りの培地. （ⅲ）血糖値測定器による測定手順 (１)コントロールを試験紙に付け、正常に測定できているかを確かめる。 (２)培地を試験紙に付け、測定する。. − 15 −. おがくず入り培地.

(21) 結. 果おがくず、セルロース共に糖が 1.0％測定できた。. 結. 果尿糖試験紙では、おがくず、セルロース共に色の変化は見られなかった。そのため、糖を検出できなかった。. 図 17 セルロース入りの培地. 図 14 おがくず入りの培地. 血糖値測定器ではおがくず、セルロース共にエラーとなってしまい測定できなかったた。. 図 15 セルロース入りの培地. 図 18 セルロース入りの培地図 19 おがくず入りの培地. 考察・わずかに検出できた糖は、細胞壁に含まれているセルロースではないかと考えられる。それ以外の糖がほとんど検出できなかったのは、培地に含まれている糖の量が微量だったためだと考えられる。それは、菌糸が生成した糖を自身の体内に蓄えたままであるからではないか。もし、菌糸が糖を体内に蓄えたままならば、菌糸の細胞を破壊し体内から糖を取り出せるのではないかと考えた。. 糖度計では、おがくず、セルロース共に糖が 1.0％測定できた。. ＜実験⑤ 培地の糖度測定（再）＞目的菌糸の体内に蓄えられていると考えられる糖を取り出すために、菌糸の細胞を破壊し、再び糖度の測定を行った。細胞の破壊には、乳棒と乳鉢ですり潰すという方法を用いた。測定には尿糖試験紙、血糖値測定器、糖度計を用いた。図 20. 図 16. 図 21. すり潰したおがくず入りの培地. − 16 −. セルロース入りの培地. おがくず入りの培地.

(22) 考. 察糖を測定できなかった理由は 2 つ考えられる。・乳棒、乳鉢では菌糸の細胞を破壊しきれなかったのではないか。・菌糸が生成した糖を自分の生長に使ってしまい、体内にも糖が残ってなかったのではないか。３．まとめ私達は雑菌の混じらない純粋な菌糸を採取するためにポテトデキストロース寒天培地で菌糸培養を行い、エノキダケの菌糸を生長させた。次に、菌糸が木材を分解してグルコースを得ることができるかどうかを確かめるため、エノキダケの菌糸を MY 培地で培養した。その結果、木材の代わりに何も入れなかった培地でも菌糸が生長してしまった。そこで、最小培地で菌糸を培養した。その結果、菌糸は木材の代わりとなるものを分解して成長できることが分かった。更に、菌糸が成長する際に木材を分解してグルコースを生成したかどうかを確かめるため、アルコール発酵の実験と尿糖測定器、血糖値測定器、糖度計を用いたグルコースの検出を試みた。アルコール発酵の実験では、実験条件が悪く失敗してしまった。また、糖度も検出できなかった。これは菌糸が糖を体内に蓄えていて体外（培地）へ放出しないため、検出できなかったのではないかと推測される。そこで乳鉢と乳棒で菌糸の細胞を破壊し、体内のグルコースを取りだそうと試みたが、ほとんど検出することができなかった。これは、菌糸が作ったグルコースをすぐに消費してしまい、体内にも貯蔵していなかったからだと考えられる。グルコースを直接検出することが困難なことから、今後はセルラーゼの活性があるかどうかを調べていきたい。また、菌糸中に多くのグルコースを貯蔵させ、それを取り出してアルコールを生成し、発電をしたい。. ４．謝辞秋田県立大学生物資源科学部応用生物科学科准教授村口元先生ご指導ありがとうございました。５．参考文献橘燦郎（PDF）『木材腐朽菌を用いたバイオレメディエーションによるダイオキシン及び環境ホルモン汚染土壌の浄化』『日経エレクトロニクス』 Japan Knowledge http://www.enecho.meti.go.jp/energy/newenergy/new/ p5.htｍＬ http://freett.com/tenuki/jissen/kinsyo.htｍＬ http://www.taishourika.co.jp/htｍＬ/bdf.htm. − 17 −.

(23) 乳癌とホルモンの関係理数科２年. 小笠原優花、川又楓、小池詩乃、小林さくら、小林里恵、田中美里、藤田恵里花. 要約日本では癌による死亡率が増加し続けている。我々はこの現状を改善するための手始めとして、日本人女性の癌罹患率第１位である乳癌についてホルモンとの関係を調べた。乳癌 20 症例の ER,PgR,Ki-67,HER2 の免疫染色結果を比べると、既に知られているプロゲステロンの乳癌抑制効果は半数以下(25％)の症例でしかあてはまらないことがわかった。 ABSTRACT At the present time, mortality from cancer continues to increase in Japan. Breast cancer is the most common form of cancer in Japanese women. In order to improve the present conditions, we investigated the relationship between breast cancer and hormones. By comparitively of immunostaining with ER, PgR, Ki-67 and HER2 in 20 samples of breast cancer, we found that the inhibiting effect of progesterone to breast cancer, which has been already elucidated, applies to 25% of cases. １．はじめに現代人の死因として癌が増えてきている（図 1）。また、秋田県や大館市に隣接する青森県は癌の死亡率が高いことが知られている。これらのことから癌に興味を持ち、現状を改善したいと考えた。乳癌、前立腺癌はホルモン分泌量の増加が発症の一因であると言われている。特に乳癌は、私達日本人女性の癌罹患率第一位である。本研究では、癌の死亡率が増加し続けている現状を改善する第一段階として、乳癌とホルモン分泌量の関係を明らかにすることにした。. 切片をスライドガラスにのせた。 Ⅲ.染色標本を染色した。 ②正常な組織の免疫染色結果と乳癌 20 例の免疫染色結果を観察し比較した。結果と考察正常な症例と比べて、乳癌の症例では、サンプル 11 を除いて ER 陽性の割合が高くなっていた(図 2,表 1)。このことから、正常な組織に比べ、乳癌の組織ではエストロゲンが多く発現していると考えた。. 主な死因別にみた死亡率の年次推移 300 250 200 （人 150 口１０ 100 万対） 50 0. 昭和20. 30. 40. 悪性新生物（癌）肺炎肝疾患. 50. 60. 平成2. 7. 心疾患不慮の事故結核. 12. 17. 22. 脳血管疾患自殺. 図 2. ER 免疫染色結果. 正常(左)、乳癌(右). 図 1. 主な死因別にみた死亡率の年次推移表 1. ER 陽性の割合２．研究内容ホルモン分泌量が増減するとそれに伴いホルモン受容体も増減するということが知られている。そこでこの関係を利用して実験を行った。. サンプル. 実験Ⅰ「正常な組織と乳癌の組織のエストロゲンの分泌量の違い」材料と方法 ①乳癌 20 例の組織切片について女性ホルモンであるエストロゲンの発現量を確認するために、その受容体である ER(エストロゲンレセプター)を免疫染色した。免疫染色の手順は以下の通りであった。 Ⅰ.固定ホルマリンで固定し、切り出してパラフィンでブロックに包埋した。 Ⅱ.薄切パラフィンブロックをミクロトームによって薄切し、ミクロトームによって薄切された. − 18 −. ER 陽性(%). サンプル. ER 陽性(%). 正常. 30. 正常. 30. 1. 100. 11. 1. 2. 95. 12. 100. 3. 100. 13. 90. 4. 90. 14. 100. 5. 100. 15. 100. 6. 100. 16. 80. 7. 100. 17. 100. 8. 100. 18. 50. 9. 90. 19. 95. 10. 90. 20. 100.

(24) 実験Ⅱ「ER 陽性の割合と乳癌細胞の増殖の関係」材料と方法 ①エストロゲンは細胞の増殖を促進することが報告されている。そこで、乳癌 20 例の組織切片について ER 陽性の割合が高いと細胞増殖が盛んに行われているかを確認するために、細胞増殖マーカーである Ki-67 を免疫染色し観察した。 ②実験Ⅰの ER 免疫染色結果に Ki-67 免疫染色結果を加えて分析した。結果と考察正常な症例と比べて、乳癌の症例では、サンプル 12 以外の症例で Ki-67 陽性の割合が高くなっていた(図 3)。しかし、ER 陽性の割合が高くても細胞増殖が盛んに行われていることは確認できなかった(表 2)。他の女性ホルモンも乳癌細胞の増殖に影響しているのではないかと考え、調べることにした。. ②実験Ⅱの結果に PgR 免疫染色結果を加えて分析した。結果と考察正常な症例と比べて、乳癌の症例では、全 20 症例で PgR 陽性の割合が高くなっていた(図 4)。PgR 陽性の割合と Ki-67 陽性の割合の関連性ははっきりしなかった (表 3)。遺伝的背景、生活習慣、年齢などの個人差、染色が均一ではなかったことが原因ではないかと考えた。. 図 4. PgR 免疫染色結果. 正常(左)、乳癌(右). 表 3. ER, Ki-67, PgR 陽性の割合サンプル. 図 3. Ki-67 免疫染色結果. 正常(左)、乳癌(右). 陽. ER Ki-67 性陽性(%) (%). ER PgR Ki-67 陽性陽性陽性 (%) (%) (%). 30. 1. 2. 正常. 30. 1. 2. 1. 100. 70. 40. 11. 1. 55. 10. 2. 95. 50. 30. 12. 100. 70. 1. 3. 100. 90. 65. 13. 90. 80. 50. 4. 90. 90. 40. 14. 100. 75. 40. 70. 15. 100. 100. 50. ER サンプル陽. サンプル. 正常. 表 2. ER 陽性の割合と Ki-67 陽性の割合サンプル. ER PgR Ki-67 陽性陽性陽性 (%) (%) (%). Ki-67 性陽性(%) (%). 5. 100. 10. 正常. 30. 2. 正常. 30. 2. 6. 100. 80. 5. 16. 80. 25. 10. 1. 100. 40. 11. 1. 10. 7. 100. 5. 30. 17. 100. 70. 5. 2. 95. 30. 12. 100. 1. 8. 100. 80. 5. 18. 50. 10. 100. 3. 100. 65. 13. 90. 50. 9. 90. 70. 70. 19. 95. 70. 5. 4. 90. 40. 14. 100. 40. 10. 90. 50. 20. 20. 100. 85. 60. 5. 100. 70. 15. 100. 50. 6. 100. 5. 16. 80. 10. 7. 100. 30. 17. 100. 5. 8. 100. 5. 18. 50. 100. 9. 90. 70. 19. 95. 5. 10. 90. 20. 20. 100. 60. 実験Ⅲ「プロゲステロンの乳癌細胞増殖に対する影響」材料と方法 ①女性ホルモンであるプロゲステロンはエストロゲンの働きを抑制することが知られている。乳癌 20 例の組織切片についてプロゲステロンが乳癌細胞増殖の抑制に関与しているかを調べるために、その受容体である PgR(プロゲステロンレセプター)を免疫染色した。. 実験Ⅳ「平均値でみた PgR 陽性の割合と Ki-67 陽性の割合の関連性」方法実験Ⅰ～Ⅲより、二つの女性ホルモンの分泌量と乳癌細胞の増殖の関連性がはっきりしなかったため、 Ki-67 で染まった細胞が 51％未満のグループと 51％以上のグループに分けて、それぞれのグループの平均値を比較した。結果と考察 Ki-67 陽性が 51％未満のグループでは、PgR 陽性の割合が 71.8%で Ki-67 陽性の割合が 22.2％だった。一方、Ki-67 陽性が 51％以上のグループでは、PgR 陽性の割合が 36.7%で Ki-67 陽性の割合が 70.8%だった。このように、PgR 陽性の割合が高い場合、Ki-67 陽性の割. − 19 −.