植物素材100%でタマムシの美しい翅を再現 ―生分解性構造色フィルムとして世界最高反射率を達成―

2026-11-04 大阪大学

大阪大学産業科学研究所の春日貴章助教らは、植物由来材料のみを用いて、特定波長の光を95%以上反射する高反射率の構造色フィルムを開発した。構造色は、色素や染料ではなく、ナノスケールの微細構造による光の反射で発色する現象で、タマムシの翅などに見られる。従来の人工構造色材料は石油由来プラスチックや無機材料が中心で、生分解性と高い反射性能の両立が課題だった。今回、植物由来のナノセルロースを多孔質化して低屈折率層を形成し、ペクチン層と交互に積層することで、十分な屈折率差を実現した。さらに電着技術を用いて約100 nm単位の薄膜を精密に積層し、反射波長を可視光から近赤外光まで制御できるようにした。開発材料は自然環境中で生分解されるうえ、遮熱・断熱機能も備える。環境調和型の装飾材、光学センサー、偽造防止材料、透明遮熱窓材などへの応用が期待される。

植物素材100%でタマムシの美しい翅を再現 ―生分解性構造色フィルムとして世界最高反射率を達成―
図1:植物由来ナノ材料の特性を生かした多孔質層(「疎」な層)と、同じく植物由来の「密」な層を積層することで、タマムシの翅の構造を再現することに成功。ピーク反射率はタマムシの約3倍。

<関連情報>

構造的に変調された全生体高分子多層膜による95%以上の光反射率 Over 95% Optical Reflectance From Structurally Modulated All-Biopolymer Multilayers

Takaaki Kasuga, Ami Mizui, Shun Ishioka, Yintong Huang, Yuto Kaku, Tsuguyuki Saito, Tatsuya Namba, Yohsuke Goi, Hirotaka Koga, Masaya Nogi
Advanced Materials  Published: 03 November 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.75473

Abstract

Sustainable photonics aims to replace conventional optical materials with environmentally benign alternatives, yet its development is fundamentally constrained by the narrow intrinsic refractive-index variability of biopolymers. Here we show that a dense–porous periodic architecture yields nearly perfect optical reflection using only polysaccharides. By exploiting the difference in skeletal rigidity between amorphous pectin and crystalline cellulose nanofibers (CNFs), we form alternating dense, high-refractive-index pectin layers and porous, low-refractive-index CNF layers through a combination of electrodeposition with solvent exchange. This dense–porous periodic architecture yields reflectivities exceeding 97% in the visible range and 95% in the near-infrared—a range unprecedented for biopolymer-based optical materials. Moreover, the strategy is simple, scalable, and highly versatile, enabling free spectral design across the visible and near-infrared regions, broadband metallic-like reflection, and planar patterning within a single fabrication process. Combined with the low thermal conductivity arising from porous layers and the coexistence of visible transparency and near-infrared reflection, the resulting films show potential as transparent thermal-management materials. This work establishes a new materials design principle for biodegradable, polysaccharide-based photonic systems and advances the field of sustainable photonics.

0504高分子製品
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