白い鉄錆で安全にUVカット

~酸化チタンを代替する日焼け止めクリーム素材として期待~

2022.06.21

国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS)
国立大学法人北海道大学
国立大学法人広島大学

NIMS、北海道大学、および広島大学からなる研究チームは、紫外線を吸収する無色の二核鉄イオンを多孔質シリカで安定化させた酸化鉄系材料を開発しました。

概要

  1. 国立研究開発法人物質・材料研究機構、北海道大学、および広島大学からなる研究チームは、紫外線 (UV) を吸収する無色の二核鉄イオン (不安定) を多孔質シリカ (二酸化ケイ素) で安定化させた酸化鉄系材料を開発しました。本研究成果は、今後性能を高めることで、安全性に懸念が残る酸化チタン (化粧品や日焼け止めクリームのUV防止材) の代替品として期待できます。
  2. 酸化チタンは白色顔料やUV防止材 (主に反射させ無害化する散乱材) 、光触媒などとして、化粧品や日用品、食品、医薬品、建材等の分野で幅広く利用されていますが、2020年にEUによって発がん分類区分2に指定されたのを皮切りに、フランスでは食品利用が禁止されるなど、その利用と製造が制限されつつあります。国内では使用は制限されていませんが、現在の酸化チタンへの依存度とその市場規模を鑑みると、酸化チタン代替材料の開発は重要な社会課題と言えます。
  3. 水 (やOH基) を配位した二核鉄イオンは、赤色顔料等として食品にも利用されている酸化鉄とは異なり、UVを吸収することで酸化チタン以上の光触媒作用を示しますが、合成も難しく、また不安定であることが知られています。二核鉄イオンは酵素やタンパク質中には遍在するため、その安定化には古くから興味が持たれていましたが、生成物の安全性や安定性には課題が残っていました。今回、研究チームは、同イオンをその多核化・酸化鉄への結晶化が制限される微細構造の多孔質シリカ粉末 (白色) 内部に埋め込むことで、安定化させることに成功しました。こうして得られた白色のUV吸収材は、有害な光触媒作用が低減され、この粉末を用いた日焼け止めクリームは、現行の酸化チタンに匹敵する性能と安定性を示しました。　
  4. 今回、酸化チタンよりも安全な物質で白色のUV防止材 (吸収し無害化する吸収材) を合成できる指針が得られ、今後、化粧品や日焼け止めクリームへの応用が期待できます。また、安定化に用いる多孔質シリカの微細構造によっては、鉄二核イオンの高い光触媒作用を維持させることも可能なため、空気清浄機等の光触媒への応用を目指していきます。
  5. 本研究は、物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の井出裕介主幹研究員と、北海道大学 触媒科学研究所の峯真也博士研究員、鳥屋尾隆助教、清水研一教授、広島大学 大学院先進理工系科学研究科の津野地直助教らからなる研究チームにより、日本学術振興会　科学研究費助成事業 (21H02034) の支援を受けて実施されています。
  6. 本研究成果は、学術誌Materials Today Nanoオンライン版にて2022年5月26日に公開されました。
酵素中の二核鉄イオンおよび本研究の合成法の図

掲載論文

題目 : Layered Silicate Stabilises Diiron to Mimic UV-Shielding TiO2 Nanoparticle
著者 : Hamza El-Hosainy, Shinya Mine, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu, Nao Tsunoji, Mohaed Esmat, Esmail Doustkhah, Maged El-Kemary and Yusuke Ide
雑誌 : Materials Today Nano
掲載日時 : 日本時間2022年5月26日
DOI : 10.1016/j.mtnano.2022.100227

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TEL: 029-860-4826
E-Mail: IDE.Yusuke=nims.go.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
北海道大学　触媒科学研究所　触媒材料研究部門　清水研究室
博士研究員　峯真也 (みねしんや)
E-mail:　mine=cat.hokudai.ac.jp ([ = ] を [ @ ] にしてください)

助教　鳥屋尾隆 (とやおたかし)
E-mail:　toyao=cat.hokudai.ac.jp ([ = ] を [ @ ] にしてください)
TEL: 011-706-9165

教授　清水研一 (しみずけんいち)
E-mail:　kshimizu=cat.hokudai.ac.jp ([ = ] を [ @ ] にしてください)
TEL: 011-706-9164
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