奈良墨の原理を活用した炭素微粒子の水への分散化

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墨は、奈良県の特産品であり、煤と膠から調製される炭素コロイドであることが知られている。我々は墨作りからヒントを得て、カーボンナノチューブやグラフェンを煤の代わりに用いることにより、膠を活用した新規炭素コロイド調製に取り組むことにした。種々の検討の結果、熱した膠の水溶液を炭素材料に加え、乳鉢で擦り合わせることにより10分以内にカーボンナノチューブやグラフェンの水分散液を容易に得る方法を開発した。また、調製した炭素微粒子分散液の粒子径を、動的光錯乱法により測定したところ、1μm以下であることが判った。さらに、炭素微粒子分散液のゼータ電位は、膠の水溶液と同程度の-10mV程度であることも明らかにした。続いて、主成分がゼラチンである膠の特性を活かして、炭素微粒子が均一に分散したゼリーやフィルムの調製を試みた。試行錯誤の末、ゼラチンの量を増やすことで、グラフェンやカーボンナノチューブのゲル状コロイドが調製できた。また、スライドガラスに炭素微粒子ゼラチン分散液を滴下し、ガラス棒で薄く延ばすことにより、目視では完全に均一な炭素微粒子フィルムの調製にも成功した。最後に、膠による炭素微粒子分散のメカニズムを明らかにするために、分散剤の検討及びアミノ酸組成分析を行った。ゼラチンタイプAや、寒天、コラーゲンペプチドなど様々な分散剤を検討した結果、帯電している正負の電荷に関わらず、ある程度の分子量を有するタンパク質が炭素微粒子の分散に効果的であった。また、膠のアミノ酸組成分析や食品分析の結果、膠はゼラチンに組成がよく似たタンパク質であり、グリシンを多く含む柔軟なタンパク質であることも突き止めた。この成果は、身近な材料である膠と乳鉢のみを用いて、水に溶けにくいカーボンナノチューブやグラフェンの水分散液を極めて簡便に環境負荷なく調製できることを意味しており、非常に興味深い手法であると言える。