カラコン印刷部の着色に使用する顔料が最表層に存在するレンズの識別法を開発
高分子専門学術誌「Polymer Journal」へ掲載

2024年2月16日
株式会社メニコン

株式会社メニコン（本社：名古屋市中区葵三丁目21番19号、代表執行役社長COO：川浦康嗣）は、虹彩模様付きソフトコンタクトレンズ（以下、カラコン）の印刷層においてインクに含まれる顔料が最表面に存在するか否かを、簡便に識別する方法を確立したことをご案内いたします。 　これにより、カラコン製品全般に関する理解度向上が図られることを期待しております。 　今回の研究結果である、原著論文｢Evaluation of Pigment Distribution in Contact Lenses with Iris Patterns by Multiprove Analysis Methods｣は、Nature Publishing Group刊行の高分子専門学術誌「Polymer Journal」の2023年12月号に掲載されました。 　また、本論文は、同誌のカバーアートに採用いただいております。 　カラコンは、視力補正に加え、より印象的な瞳を演出する製品として、若年層を中心に使用者が増加傾向にあります。 　しかしながら、様々な課題が確認されており、 印刷に使用されるインク中の顔料成分がレンズ表面に露出した製品が一部存在し、瞼や角膜表面を傷つける危険性があることが報告※１されています。 【論文情報】 　｢Evaluation of Pigment Distribution in Contact Lenses with Iris 　Patterns by Multiprove Analysis Methods｣ 　雑誌名Polymer Journal（2023年12月号） 　Ito, E., Takase, H. & Yamamoto, K. 　DOI: 10.1038/s41428-023-00810-8

本研究のグラフィカルアブストラクト	Polymer Journal　2023年12月号

　これに対し、メニコンでは、2021年2月に 『透過型電子顕微鏡でのサークルレンズのサンドイッチ構造観察法　顕微鏡専門誌「Microscopy」に掲載』^※2 においてご案内の通り、透過型電子顕微鏡（TEM）を使用した印刷層における顔料の分布構造を観察する手法を開発し、その研究成果は、顕微鏡専門誌へ掲載されました。
　また、TEMを用いた観察により、市販のカラコン製品の印刷層傾向を調査・分類した結果が、 コンタクトレンズ学会誌に掲載されています^※3。
　ただし、このTEMによる観察は、試料作成に高いスキルと、長い測定時間を必要とします。

　そこでメニコンでは、コンタクトレンズの高い性能を実現する素材構造の研究に活用している 最先端研究施設（あいちシンクロトロン光センター（BL5S1）、大型放射光施設SPring-8（BL46XU））^※4 を利用し、市販カラコン製品の印刷層に含まれる顔料成分の分析法の研究を行いました。
　その結果、 X線吸収微細構造法（XAFS）^※5 という手法を用い、特殊な光（放射光）を直接レンズに照射することで、最表層に存在する顔料元素を簡便に識別することに成功しました。
　短時間での測定が可能なXAFS測定によるスクリーニングを行い、詳細な顔料位置を観察可能なTEMによる分析を併用することで、表面に顔料が集まるレンズを迅速かつ詳細に選別できるものと期待されます。

　メニコンは、これからもこのような先端研究施設を積極的に活用し、高機能の製品開発・高品質の製造を目指すと共に、コンタクトレズユーザー並びに処方に関わる医療機関関係者に向け、安全にコンタクトレンズを使用していただくための情報を提供することで、“ずっと輝く瞳”に貢献していきます。

---

【用語説明】

---

カイラル結晶構造を持つ新しい超伝導体の開発
～元素固溶による結晶構造と超伝導特性のファインチューニング～

2023年12月27日
東京都公立大学法人　東京都立大学
国立大学法人　北海道大学
国立大学法人　広島大学
国立研究開発法人　産業技術総合研究所
国立大学法人　島根大学
公益財団法人高輝度光科学研究センター

東京都立大学大学院理学研究科の渡邊雄翔大学院生、水口佳一准教授、北海道大学大学院工学研究院の三浦章准教授、広島大学大学院先進理工系科学研究科の森吉千佳子教授、産業技術総合研究所省エネルギー研究部門の後藤陽介主任研究員、李哲虎首席研究員、島根大学総合理工学部の臼井秀知助教、高輝度光科学研究センター回折・散乱推進室の河口彰吾主幹研究員らの研究グループは、カイラル結晶構造を持つ新しい超伝導体の開発に成功しました。カイラル結晶構造の物質は、反転中心を持たないため、通常の超伝導体と異なる特性を示す可能性があり、近年さかんに新物質探索が進められています。同グループは、カイラル結晶構造を持つが超伝導体ではないIr3Zr5と、カイラル結晶構造を持たないが超伝導体であるPt3Zr5に着目し、その固溶体を作製することで、カイラル結晶構造を持ち、超伝導を示す新物質を開発しました。本研究成果は、元素置換によってカイラル結晶構造と超伝導特性を制御できることを示しており、今後の新物質開発に指針を与えるものです。 　本成果は、アメリカ化学会の英文論文誌「Journal of the American Chemical Society」に2023年12月26日に掲載されました。本研究は、東京都高度研究（H31-1）およびJST-ERATO（JPMJER2201）などの支援を受けて実施しました。 　 論文情報 論文タイトル：Low-temperature chiral crystal structure and superconductivity in (Pt0.2Ir0.8)3Zr5 著者：Watanabe, Yuto; Arima, Hiroto; Yamashita, Aichi; Miura, Akira; Moriyoshi, Chikako; Goto, Yosuke; Lee, Chul-Ho; Higashinaka, Ryuji; Usui, Hidetomo; Kawaguchi, Shogo; Hoshi, Kazuhisa; Mizuguchi, Yoshikazu（責任著者） DOI：10.1021/jacs.3c10797

ポイント
・カイラル結晶構造を持つ新しい超伝導体の開発に成功。
・低温での放射光X線回折から構造相転移の詳細を解明。
・低温物性測定からカイラル結晶構造における超伝導発現を確認。

研究の背景
　カイラルな結晶構造は、空間反転対称と鏡映対称性がない結晶構造であり、230種類ある結晶の空間群⁽¹⁾のうち、65種類がカイラルな結晶に分類されます。そのような結晶構造を有する超伝導物質⁽²⁾では、反対称性スピン軌道相互作用⁽³⁾とよばれる効果が働き、スピン一重項状態とスピン三重項が混ざり合った特異な超伝導状態が実現すると考えられています。スピン三重項状態では、磁場に強い超伝導状態が発現するため、超伝導応用にも有利です。2004年に初めて報告されたCePt₃Si超伝導体を契機に、カイラルな結晶構造を持つ超伝導体の開発と物性研究がさかんに行われてきましたが、これまでの研究では主に重いf電子系超伝導体が着目されていました。近年では、TaRh₂B₂、NbRh₂B₂などのカイラルな結晶構造を持つd電子系超伝導体の研究も行われています。しかし、報告されている例は少なく、結晶の空間反転対称性がないカイラルな結晶構造を持つ超伝導体のさらなる理解のために、新たな物質開拓が望まれていました。

研究の詳細
　従来の新物質探索では、カイラルな結晶構造を有する物質を検索し、その物質が超伝導を示すか評価する手法がとられていました。例えば、物質データベースでカイラル物質を検索し、低温での超伝導物性測定を行います。しかし、このような手法では候補となる物質が限られており、新物質開発が加速されません。本研究では、元素固溶系（部分的に元素を置換した系）を設計することで、非カイラル構造からカイラル構造への相転移を実現しました。さらに、超伝導特性も元素固溶によって制御することで、カイラル結晶構造を持つ超伝導体の開発に成功しました。
　図１に示す通り、Pt₃Zr₅とIr₃Zr₅の元素固溶系を合成し、(Pt_0.2Ir_0.8)₃Zr₅においてカイラル結晶構造と超伝導のどちらも有する新物質の合成に成功しました。Pt₃Zr₅は非カイラルの空間群P6₃/mcmを有しますが、低温で超伝導を示します。一方、Ir₃Zr₅はカイラルの空間群P6₁22を有しますが、超伝導を示しません。同研究グループは、Ir₃Zr₅の高温X線回折⁽⁴⁾においてP6₁22低温相からP6₃/mcm高温相への構造相転移を見いだし、これらの結晶構造が相転移によって入れ替わる可能性に着目しました。

　

　元素固溶系(Pt_1-xIr_x)₃Zr₅を合成したところ、図２に示すようにx = 0.8近傍を境に、室温での結晶構造がカイラル結晶構造に変化することがわかりました。また、磁化率測定から超伝導相図を作成したところ、図３のようにx = 0.85までは超伝導体であることがわかりました。そこで、x = 0.8に着目し、低温での構造相転移を詳細に評価することとしました。

　図４に大型放射光施設SPring-8⁽⁵⁾のBL02B2にて測定した放射光X線回折パターン（x = 0.8試料）と、カイラル結晶構造への相転移の詳細を示します。温度を低下させると、X線回折パターンにおいて点線四角で示した角度に、新たなピークが出現することがわかります。右図にそのカラープロットを示します。これらの結果から、低温でカイラル結晶構造に相転移していることがわかり、リートベルト解析⁽⁶⁾の結果から、温度の低下によりカイラル結晶構造の存在率が増加していくことがわかります。また、T = 30 K（ケルビン⁽⁷⁾）においては、60%以上がカイラル結晶構造になっていることがわかります。通常の構造相転移は転移温度で急速に変化が起きますが、本系の構造相転移は温度の変化に対して転移が非常に緩やかに起きる特徴的なものです。

　x = 0.8の試料に対して、比熱測定を行い、試料全体が超伝導になっていることを見いだしました。また、電子状態計算から、どちらの空間群においても電子状態は非常に類似していることがわかり、どちらの相（P6₃/mcmおよびP6₁22）も超伝導体であると結論付けました。よって、x = 0.8の試料においては、低温でカイラル結晶構造を有する相が主相として存在し、その相が超伝導を示しているということになります。今回の新超伝導体においては、磁場中での超伝導特性が異常に高くなる現象は見られませんでしたが、カイラル結晶構造を持つ新超伝導体の開発手法として、元素固溶が有効であることを示すことができました。

研究の意義と波及効果
　カイラル結晶構造を持つ超伝導体を新たに開発することは、磁場に強い超伝導体などの特異な性質を持つ新超伝導体の開発につながり、超伝導応用の進展に貢献できる可能性があります。本研究では、「カイラル構造を持たないが超伝導を示す物質」と「カイラル構造を持つが超伝導体でない物質」に着目し、元素固溶によって両者の利点を残すことで、「カイラル構造を有する超伝導体」を合成することができました。本研究で示した元素固溶の有用性は、今後のカイラル構造を持つ新超伝導体開発における新たな指針となります。

---

【用語解説】

---

コンパクトな集光ミラー光学系で軟X線のナノ集光を実現
―ナノ分解能の軟X線蛍光顕微鏡を開発―

2024年2月7日
東京大学
理化学研究所
高輝度光科学研究センター

発表のポイント
◆最短2 mm長の超精密小型集光ミラーを開発しました。
◆大型放射光施設SPring-8において軟X線を集光し、集光サイズ20.4 nmを達成しました。
◆コンパクトな走査型軟X線顕微鏡を開発し、100 nmの空間分解能で神経細胞等の観察に成功しました。

東京大学物性研究所の島村勇德特任助教、同大学先端科学技術研究センターの三村秀和教授、同大学大学院工学系研究科の神保泰彦教授、理化学研究所放射光科学研究センターの志村まり研究員、高輝度光科学研究センターの大橋治彦室長らによる研究グループは、コンパクトな集光ミラー光学系の開発によって従来に無いナノ集光と蛍光顕微鏡観察を実現しました。 　本研究の転換点は、図のように、ミラー長およびミラーと集光点までの距離が共に最短2 mmとなる、極めて短い設計を採用したことです。独自の加工・計測技術を開発し、本設計を具現化しました。作製した超精密小型集光ミラーによる軟X線の集光サイズ（注1）は、最小20.4 nmを記録しました。この集光点を多色軟X線分析手法に応用し、神経細胞中の元素量と濃度を100 nm空間分解能で評価することに成功しました。 　本研究によって、細胞中で新薬が到達する場所が可視化できる等、生物学・薬学・物理学での貢献が期待されます。コンパクトな光学系により、大型放射光施設に限定されたナノ分析をラボベースで行える可能性があります。 　本研究成果は、国際雑誌「Nature Communications」（2024年2月7日）にオンライン掲載されました。 　 論文情報 雑誌名：Nature Communications 題名：Ultracompact mirror device for forming 20-nm achromatic soft-X-ray focus toward multimodal and multicolor nanoanalyses 著者名：Takenori Shimamura*, Yoko Takeo, Fumika Moriya, Takashi Kimura, Mari Shimura, Yasunori Senba, Hikaru Kishimoto, Haruhiko Ohashi, Kenta Shimba, Yasuhiko Jimbo, Hidekazu Mimura ＊責任著者 ＜DOI＞ 10.1038/s41467-023-44269-w

研究の背景
　軟X線領域^（注2）では走査型顕微鏡^（注3）が用いられており、X線集光素子が重要です。理想的な集光素子^（注4）はX線集光ミラーですが、反射面には原子レベルの誤差（1 nm程度）しか許されません。作製精度の厳しい要求が障壁となり、従来の軟X線用の集光ミラーは理論的性能から程遠いものでした。

研究の内容
　本研究チームは、作製技術を改善する従来戦略に加え、集光ミラーの設計そのものも刷新しました。作製精度が低い集光ミラーは、ミラー表面の凹凸でX線を散らしてしまい、本来狙うべき集光点にX線を集められていません。しかし、ダーツの的が近ければ中心点に当てやすいように、仮に標的となる集光点が極限まで集光ミラーに近ければ、多少X線の反射方向がズレてもX線は微小点に収まります。つまり、理論的性能を達成しやすくなります。しかし、X線集光ミラーは斜入射配置^（注5）が必要です。従来、最長1 mにまで到達する長い集光ミラーでは、ミラー本体が邪魔で、集光点を近づけられません。そこで、従来設計の真逆を行く、ミラー長を最短2 mmとして50倍急峻な形をした集光ミラー^（注6）を考案し、超小型集光ミラーを設計しました。
　この設計を実現するには、急峻な形を原子レベルの誤差（1 nm程度）で実現する作製技術が新たに必要です。5年にわたり、加工・計測法を地道に開発し、軟X線全域で回折限界集光^（注7）可能な超小型集光ミラーを作製しました。
　大型放射光施設SPring-8^（注8）で図1のように超小型集光ミラーを評価した結果、図2に示す通り、光子エネルギー2 keV（波長0.62 nm）の軟X線で鉛直20.4 nm・水平40.7 nmの集光サイズを記録しました。鉛直方向は回折限界に到達しており、作製精度の厳しい要求を満たしています。

　超精密小型ミラーによって、新しい透視観察法が高解像度で可能になります。例えば、2色のX線を同時に試料に集め、発生頻度が少ない軟X線域の蛍光発光^（注9）を引き起こします。試料として図3に示す化学固定した神経細胞^（注10）を使用し、蛍光発光と吸収X線を同時計測して元素分析を行いました。最小100 nm空間分解能で、細胞に不可欠な元素の量や濃度が定量分析できることを示しました。高分解能でこれらの情報を一括で取得できる分析手法は、本手法が唯一です。

　本研究により、将来的には、薬のように添加された物質の場所を細胞中で特定できると期待されます。薬中の元素の分布と細胞の応答を紐づければ、新薬の効能や副作用の議論に新たな手がかりをもたらすかもしれません。本手法は細胞以外にも応用可能で、物理学的現象の解明・デバイス開発等に大きく貢献すると期待できます。また、このコンパクトな光学系をラボベースのX線光源^（注11）と組み合わせれば、従来大型放射光施設でしかできなかったX線ナノ分析を、一研究室で行える可能性があります。

発表者・研究者等情報
東京大学
物性研究所
　島村　勇德　特任助教
　　研究当時：東京大学大学院工学系研究科　博士課程3年

先端科学技術研究センター超精密製造科学分野
三村　秀和　教授

大学院工学系研究科精密工学専攻
神保　泰彦　教授

理化学研究所放射光科学研究センター
志村　まり　研究員
　　兼：国立国際医療研究センター研究所　研究員

高輝度光科学研究センタービームライン技術推進室
　大橋　治彦　室長

研究助成
本研究は、科研費JP20J21562、JP21K20394、JP20H04451、JP20K20444、JP23H00156の支援により実施されました。大型放射光施設SPring-8での実験は、高輝度光科学研究センターによって課題番号2021B1836、2021A1612として認可されたものです。本研究の一部は、文部科学省「ナノテクノロジープラットフォーム」事業（課題番号：JPMXP09A19UT0306、JPMXP09A20UT038、JPMXP09F21UT0117）の支援に加え、文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」事業（課題番号：JPMXP1222UT1008）の支援を受けて、東京大学武田先端知ビルクリーンルームで実施されました。

---

【用語解説】

---