新技術：服飾織物に応用して自己発光を実現できる新型材料

昆虫と動物の自己発光：

多くの昆虫や動物は自己発光することができ、この現象を生物発光と呼ぶ。生物発光の原理は、生物体内で特定の化学反応を起こし、エネルギーを放出し、固定構造中の発光分子を励起して光放射を発生させることである。これらの発光分子は通常、蛍光体と呼ばれるいくつかのタンパク質である。フルオレセインは一連の酵素触媒作用により、励起状態の物質に変換され、これらの物質は励起エネルギーを失った後、放出されたエネルギーが蛍光を形成する。

ホタルは最も有名な陸生発光生物の一つであり、その発光能力は主に腹部の特化発光器に由来する。この発光器は外見から見ると銀灰色の透明フィルムであり、実際には発光層、透明層、反射層を含んでいる。膜内には数千の発光細胞があり、周囲には多くの微小気管と繊細な神経枝が密集している。発光細胞には蛍光体と蛍光体酵素が含まれており、酸素が気管を通って細胞に入ると、蛍光体酵素の作用で蛍光体が活性化し、酸素と化合すると蛍の腹部から発光する光を見ることができる。

蛍は呼吸リズムによって酸素の進入量を制御することで、急に明るくなったり暗くなったりする閃光を形成することができる。この光は「冷たい光」であり、発光中に熱の発生がほとんどなく、エネルギー効率が非常に高いためです。

ホタルのほかにも、深海の多くの生物も発光することができます。例えば、魚、クラゲ、サンゴ、貝類、ワームなどがあります。これらの生物発光の色は異なり、多くは青色または緑色の光を放出し、少数は黄色または赤色の光を放出する。生物発光は生物界において様々な生物学的意義を持っており、以下のものを含むがこれらに限定されない：

1.求和信号：多くの種は特定の発光モードを通じて異性を吸引し、繁殖を完了する。

2.警戒と防御：一部の生物は発光によって潜在的な捕食者に警告したり、他の種の発光パターンを模倣することによって捕食者を混同したりする。

3.捕食：ある生物は発光を利用して獲物を吸引したり、捕食時に照明を提供したりする。

4.交流：いくつかの生物は発光を通じて種内交流を行い、情報を伝達する。

生物発光は自然現象であるだけでなく、がん研究、遺伝子発現解析、タンパク質相互作用研究などの科学研究や医学分野にも広く応用されている。

哺乳動物の自己発光：

哺乳動物では、自己発光の現象は昆虫や深海生物では一般的ではないが、確かにいくつかの例外がある。哺乳動物の毛皮は特定の条件下で発光することができ、この発光現象を光ルミネセンスと呼ぶ。光ルミネセンスは物理的なプロセスであり、哺乳動物の毛皮などの材料が光（通常は紫外線）にさらされると、光エネルギーを吸収し、後で可視光の形で再放出する。

すべての哺乳動物の毛皮はケラチンの存在により低レベルの光ルミネセンスを有する可能性があるが、毛皮が高濃度のトリプトファン代謝物またはポルフィリンを含む場合、紫外線照射下で毛皮のルミネセンスがより顕著になる。この現象は、夜行性哺乳類の中には、生活習慣によって夜間環境により多く曝露され、これらの環境により多くの紫外線光源が含まれる可能性があるため、より一般的である可能性がある。

また、哺乳類の中には共生関係によって発光するものもある。例えば、いくつかの深海魚類は、獲物を引き付けるために共生細菌を利用して光を発生させたり、他の生物の発光行為を行ったりします。哺乳類自体の生物発光ではないが、異なる生物における生物発光の適応性を示している。

全体的に言えば、哺乳類の自己発光現象は比較的少ないが、特定の条件下または共生関係を通じて、一部の哺乳類は確かに発光することができる。この現象は科学研究に潜在的な応用価値を持っており、例えば生物医学研究において、生物発光は癌細胞を追跡したり、生物分子の相互作用を研究したりするために用いることができる。

人間の体は自己発光する：

人間の体は確かに弱い光を放つことができ、この光は人体グローと呼ばれている。科学的な研究によると、人体のグローは体内時計と関係があり、その強度は1日に起伏があり、最も弱い時は通常午前10時、最も強い時は午後4時で、その後徐々に弱くなる。この発光現象は人体の代謝リズムの1日の変動状況と関係がある可能性がある。顔の発光は体の他の部位よりも多く、顔がより多くの日光を受けているためか、肌の色のメラニンに蛍光成分があり、光の「収量」を増やす可能性がある。

ヒト細胞発光は細胞活性酸素ラジカルが細胞中を運動した結果であり、細胞の酸化機能と活性を体現している。そのため、ヒトの細胞発光の強弱は人体の健康状態と大きく関係している。しかし、この光は非常に弱く、通常は肉眼で直接観察することができず、特殊な機器を用いて検出する必要がある。

衣類の自己発光：

衣類をどのように自己発光させるかについては、現在、科学者たちは大面積ディスプレイとして、異なるデジタル信号入力に応じて多元化された内容を示すインテリジェントな電子織物を開発している。この電子紡績品は設計面では導電性緯糸と発光経糸繊維を織り交ぜ、緯糸と経糸の接触点にミクロン級のエレクトロルミネッセンスユニットを形成した。この織物は優れた引張性、通気性、耐久性を示し、同時にこの織物は大面積ディスプレイとしても機能する。印加電流を変化させることにより、エレクトロルミネッセンスユニットの輝度を正確に調整し、動的な表示効果を実現することができる。

また、復旦大学の研究チームは、表示デバイスの製造と織物の編成過程を融合させ、新しい柔軟性表示織物を創造することができる全柔軟性織物表示システムを開発した。この織物は発光するだけでなく、キーボードや電源などのさまざまな電子機能を実現することができ、スマート電子織物の発展に新たな可能性を提供している。

外部電源に依存しない衣類の自己発光：

現在、科学者たちは外部電源に依存せずに自己発光を実現する新しいスマートファイバーを開発している。この繊維の動作原理は「人体結合」のエネルギー相互作用機構に基づいており、それは環境中の電磁エネルギーを利用して、人体を導体として、これらのエネルギーを繊維に伝達して、発光を実現することができる。

このようなインテリジェント繊維は、交番電磁場を誘導する繊維アンテナ、電磁エネルギー結合容量を高める誘電体層、電界感受性発光層を含む3層シースコア構造を有する。これらの原材料はいずれも市販されており、コストが低く、成熟した技術を利用して繊維や織物の加工に量産の条件を備えることができる。

この繊維を用いて織られた織物は、チップや電池に依存せずに発光表示、タッチなどの人的インタラクション機能を実現することができる。

これはハードウェア構造を簡素化するだけでなく、スマートテキスタイルを従来の電池とチップの束縛から脱却させ、真の無線インテリジェント化を実現した。

また、この繊維はエネルギー収集、情報感知と伝送などの機能を有し、無線指令伝送などの機能を実現することができる。人体と接触する際には、発光によって可視化されたセンシング、インタラクティブ、さらにはハイライト照明を行うことができ、同時に人体の異なる姿勢動作に独特の無線信号を生成し、さらにスマート家電などの電子製品に対して無線遠隔制御を行うことができる。

この技術の応用の将来性は非常に広く、アパレル、布芸装飾などの日用紡績品に応用でき、スマート紡績品に新しい設計空間を提供し、電子製品の日常生活における広範な運用を推進するのに役立つ。