GSアライアンスが、廃木材、廃食品などの有機バイオマス系廃棄物から量子ドットを合成し、害虫に対する忌避剤として使用できることを確認

脱炭素、カーボンニュートラル社会構築のための環境、エネルギー分野の最先端技術を研究開発するGSアライアンス株式会社の森良平博士(工学)は、廃木材、廃食品などの有機バイオマス系廃棄物から炭素量子ドットを合成し、害虫の忌避剤としての機能を持つことを確認しました。

 

古来より人類は様々な害虫により悩まされてきました。 例えば人や家畜に対して悪影響を及ぼす吸血、刺咬性害虫であるカやブヨ、食品汚染や品質低下をもたらす害虫であるコクゾウムシ、ゴキブリやコナダニ、衣類を食害する害虫であるイガ類やカツオブシムシ、家具や建材に被害をもたらす害虫であるシロアリやヒラタキクイムシなどです。このように一口に害虫と言っても種類は実に多く、これまでその影響を低減するべく様々な防御、駆除対策が取られてきました。

 

殺虫剤はこれらの害虫に対して殺傷効果のある物質で、これまで有機リン系、有機塩素系、ピレスロイド系やカーバメート系などの化学合成化合物が製品化されてきましたが、人や家畜に対する残留毒性や，環境汚染等の懸念があります。よって、忌避剤と言う、害虫を殺傷するわけではなく、忌避行動を促す成分を応用する方法が注目されてきています。

 

忌避剤は殺虫剤によってもたらされる害虫の抵抗性の獲得や、残留性の懸念が少ないのも利点です。つまり、殺虫を伴う防除法では害虫に対する選択圧が高いため，害虫自身が殺虫剤に対して抵抗性を獲得するリスクを伴いますが、忌避法においては選択圧が低く、その作用が直接的でないために抵抗性の問題が軽減されると考えられています。さらに、揮発性を有する忌避剤は、使用後も食品となりえる作物上に残留せず、毒性が軽減されるといる利点もあります。これらのように、安全性を重視する昨今の風潮もあって、忌避剤は近年注目を浴びています。

 

忌避効果を有する成分は大きく分けて化学合成物質と天然由来物質があり、合成物質の典型例はDEET（N,N-diethyl-m-toluamide） です。DEETはゴキブリ、ダニなどの衛生害虫、カやアブなどの吸血性害虫に対して忌避効果を持っており、優れた忌避物質として幅広く活用されていますが、最近では人体への毒性を危惧する声もあり、使用に際し，対象年齢や濃度に関して規制を設けている国も少なくありません。

一方でテルペン系忌避剤もよく用いられており、モノテルペンやセスキテルペン、ジテルペンなど炭素数が10～20のものが多く，炭素数の違いによって揮発性が異なり，それが即効性や残効性に大きく関係しています。　例えばゴキブリやカに対し忌避活性を持つリモネン系忌避剤としてピネン、テルピネン、リナロール、テルピネオールなどがあります。

 

他にもシナモンから得られるシンナムアルデヒドなどのアルデヒド系忌避剤や、カラシ油などに含まれるアリルイソチオシアネートなどは含窒素系の化合物系の忌避剤、グリセリン酢酸脂肪酸エステルのように脂肪酸エステル類の中にも忌避活性を有するものもあります。ナフタレンなどの芳香族化合物の中にも、忌避活性があると言われています。

 

さらにユスリカやチョウバエなどの害虫の対策として、ピレスロイド系ではトランスフルトリン、 エムペントリンやメトフルトリンなどが用いられることが多く、コクゾウムシやノシメマダラメイガなどが対象の場合は、ワサビ由来成分やトウガラシ由来成分などが用いられることが多くあります。衣類を食害するカツオブシムシやコイガの対象としては、エムペントリンがありますが、最近ではp-メンタン-3,8-ジオ―ルなどの天然由来成分を用いた商品も開発されています。これらの物質の中には、忌避成分としてだけではなく、一部、殺虫効果を持つ物質も含まれています。他にもハッカ油（メンソール）やワサビ由来成分、木酢など実に様々な忌避剤が実用化されていますが、一方で忌避成分の構造と忌避活性との相関関係についてはまだまだ未知な部分も多く，より有効な忌避剤を実用化する為には今後の研究開発の進展が望まれます。

 

GSアライアンスでは、以前から種々の量子ドットや、量子ドット複合材料を合成しており、この度、森良平博士(工学)は、廃木材、廃食品などの有機バイオマス系廃棄物から量子ドットを合成し、カメムシ科のコナジラミ科に分類されるタバココナジラミ成虫（Bemisia tabaci）の忌避剤としての機能を持つことを確認しました。炭素系量子ドットが虫に対する忌避効果を持つことを確認したのは、世界初であると思われます（自社調べ）。有機廃棄物から作ることが可能で、製造方法も特殊な方法ではなく、それほどコストもかからない合成プロセスなので、従来の忌避剤と比較して安価になる可能性もあります。また原料は廃棄物と言えど天然由来なので、厳密な安全性試験はこれからの課題ですが、人為的に石油から作られた化学合成系忌避剤にはない安全な可能性もあり、天然由来の環境に優しい量子ドット系忌避剤として、今後の農業、忌避剤分野に大きな貢献をすることが期待できます。

 

しかしながら、有機バイオマス系廃棄物から作った量子ドットに、なぜ虫に対する忌避効果があるかの理由は開発者の森良平博士（工学）もわかっておらず、極微小サイズの量子ドットが虫の細胞、核膜まで通過してDNAを傷つける効果がある、虫が嫌がる波長の光を量子ドットが発光している、量子ドットは光触媒効果も有しているので、太陽光が量子ドットに照射されている時に、光触媒効果によって生み出された電子が、虫に対して何らかのダメージがある、などの理由を推測していますが、詳しいメカニズムの解明などは今後の課題です。

 

また同社としては、種々の他の有機バイオマス系廃棄物から量子ドットを合成し、それらの忌避剤としての効果も確認していく予定です。

 

 

 

■量子ドットとは

 

量子ドット(Quantum Dot)とは、量子化学、量子力学の法則に従う光学特性を持つナノスケールの超微細構造を有する最先端材料で、2023年のノーベル化学賞の対象にもなった材料です。量子ドットの大きさは通常0.5 - 9nmの直径という極端に小さい構造体で、1個あたりの原子、分子数は数十～数千個といわれており、人工原子、人口分子とも言われています。量子ドットの材料が半導体の場合は、ナノ結晶のサイズによってバンドギャップを調節することが可能であるため、粒径に依存した特徴的な発光特性を持ちます。よって粒子径サイズを変化させることにより発光波長が調整可能で、固体の蛍光体と比較してスペクトルの半値幅が狭く、量子効率も高いという特徴を持ち、かつ、幅広い波長を吸収することも可能です。

 

■会社概要

 

商号　　　： GSアライアンス株式会社(冨士色素株式会社グループ)

代表者　　： 代表取締役　森 良平博士(工学)

本社所在地： 〒666-0015　兵庫県川西市小花2-22-11

事業内容　： カーボンニュートラル、脱炭素、SDGs課題に取り組む環境、

　　　　　　 エネルギー分野の最先端技術の研究開発、製造販売　 (国連機関であるUNOPS、WIPO GREEN、UNIDOなどから種々の支援、助成金を受けています)

支社／合弁会社：東京都港区、Biel/Bienne(ベルン州、スイス)、Toronto(オンタリオ州、カナダ)、Mexico City(メキシコ)

URL　　　 ： https://www.gsalliance.co.jp/