メカノクロミックポリマーの可能性を引き出す分光測光の可能性を探る

研究者たちは、アスリートに潜在的な脳外傷を警告するメカノクロミック・ヘルメットの開発に取り組んでいる。画像出典Flickrユーザー Erik Drost

時折、新たな技術革新がカラー・テクノロジーの並外れた可能性を思い起こさせる。ペンシルベニア大学の研究者グループが、あるレベルの力が加わると色が変化するダイナミックな新素材を開発したときがそうだった。メカノクロミズム（機械的刺激に反応して色が変化する能力）を保護用ヘッドギアに応用することで、このカラーシフト素材は傷害の可能性を即座に検知し、治療を受けるようユーザーに警告することができる。アマチュアやプロのスポーツ、戦闘、その他の危険な活動の結果としての外傷性頭部損傷に関する懸念が高まっている今、メカノクロミック現象のこの革新的な応用は、最終的に命を救うことができる早期介入の新たな可能性を提示している。1

衝撃力と脳損傷の可能性の関係を確立することは、メカノクロミック・ヘルメットを実現するための次のステップである。画像出典Flickrユーザー Allan Ajifo

よりスマートなポリマーへ

化学者のシュウ・ヤンが率いる研究者たちは、もともとホログラフィック・リソグラフィーを使って、形状によって色が変化するフォトニック結晶を作り、衝撃に依存した色変化の実用的なモデルを作成した。しかし、これは最初のステップに過ぎなかった。ホログラフィック・リソグラフィーの方法はコストがかかるため、彼らはその後、このモデルを使ってより経済的に実行可能な製造方法を推定した。さらに研究を進めると、フォトニック結晶の挙動を大幅に低コストで模倣できるポリマーベースの材料が誕生した。

まず、ポリマーをフォトニック結晶に似た構造に成形した。型は、大きさの異なるシリカの粒子を混ぜて作られる。そして、結晶は目的のパターンに組み立てられる。金型の中でポリマーを加熱し、固化させてからシリカを取り除くと、反転したポリマー結晶ができる。2

色の変化の特異的な性質は、衝突の力を測定し、特定のレベルの力に反応して明確で再現可能な色調変化を生じさせる。例えば

力によって色が変化したと記録された一例は、ポリマー結晶に30mNの力を加えたときで、赤から緑に変化した。これは、セダンが時速80マイルで走り、レンガの壁に衝突したのと同じ強さである。90mNでは、同じ壁にスピード違反のトラックがぶつかるのと同じような力で、高分子結晶は紫色に変化した。

衝撃力と脳外傷の関係を定量化し、素材の機能を十分に発揮できるようにするには、さらに研究を進める必要がある。メカノクロミック・アラート・システムが完全に実現すれば、アスリートや冒険家、危険な職業に従事する労働者を保護する能力は、まさに革命的なものとなるだろう。

メカノクロミズムの可能性を広げる

メカノクロミック・ポリマーの可能性は理論的なものにとどまらない。この驚くべき素材は、健康と安全性の向上を目的としたさまざまな用途にすでに使用されている。摩耗しやすいものにメカノクロミック・ポリマーを組み込むことで、交換が必要かどうかを簡単に判断できるようになる。例えば、Smart Structures Research Institute（スマート構造研究所）は、クライミング用ロープを開発したが、このロープは、ストレスにさらされることで危険な状態になったことをユーザーに知らせることができる。3一方、製薬業界における改ざんや偽造の懸念から、誤取り扱いの可能性をユーザーに警告するメカノクロミック包装要素を統合する企業もあり、壊れやすく不安定な材料や物質のメーカーは、過負荷状態を示すメカノクロミック警告システムを統合している。現在、私たちの生活、仕事、遊びを変える数え切れないほどのアプリケーションの研究が進められています。

分光光度計は、刺激に反応した色の質と挙動を正確に分析できるため、色変化ポリマーの開発に不可欠な役割を果たしている。画像出典Flickrユーザー Brett Jordan

最高レベルのカラー品質管理

今後数年間は、スマートマテリアルの可能性が各業界で認識され、需要に応えるために、さらに多様なメカノクロミック・ポリマーの開発が必要になるでしょう。このような洗練されたプラスチックが重要な健康や安全の目的で使用される場合、色の一貫性、正確性、予測可能性は、最適な機能を確保するために絶対不可欠です。分光測色法の洗練された色測定能力は、研究者やメーカーが染料ベースと構造ベースの両方で新しいメカノクロミック材料の開発を模索する際に、非常に貴重な分析ツールを提供します。色データを客観的に定量化することで、分光光度計は特定の刺激に対する色の挙動を正確に観察することができ、ポリマーの設計、染料の配合、使用方法を慎重に調整するために必要な情報を提供します。分光分析の力は、メカノクロミックポリマーにおいて最高レベルの審美的品質と機能性を達成し、このエキサイティングな素材の可能性を真に解き放つ、これまでにないカラーマネージメント能力を提供します。

ハンターラボは60年以上にわたり、色測定のパイオニアとして活動してきました。当社の革新的な分光光度計は、伝統的な材料であれ最先端の材料であれ、研究、開発、製造を促進する究極の色品質保証を可能にします。ポータブル、卓上型、インライン型など、お客様のビジョンを実現するために必要なツールを取り揃えています。当社の定評ある分光光度計、卓越したソフトウェアパッケージ、ワールドクラスのカスタマーサポートサービスについて詳しくは、お問い合わせください。