真珠層

真珠層（/ ˈ n eɪ k ər / NAY -kər、または/ ˈ n æ k r ə / NAK -rə）^[1]は、真珠層としても知られ、一部の軟体動物が内殻層として生成する有機無機複合材料です。真珠を構成する材料でもあります。強く、弾力性があり、虹色に輝きます。

真珠層は、二枚貝、腹足類、頭足類の最も古い系統の一部に見られます。しかし、大多数の軟体動物の殻の内層は真珠層ではなく磁器質であり、通常は非虹彩色の輝きを呈しますが、まれに、巻貝真珠に見られる炎構造のような非真珠層の虹彩色を呈することもあります。

養殖真珠の外層と、アコヤガイや淡水真珠貝の殻の内層は真珠層でできています。真珠層の内殻を持つ他の軟体動物科には、アブラナ科、カワヒバリ科、ウニ科などの海洋腹足類が含まれます。

真珠層は、幅10～ 20μm、厚さ0.5μmのアラゴナイト（炭酸カルシウムの一種） の六角形の小板が連続した平行な薄層に並んで構成されています。 ^[2]種によって、錠剤の形状は異なります。Pinnaでは、錠剤は長方形で、対称的なセクターが多少なりとも溶解します。錠剤の形状が何であれ、錠剤に含まれる最小単位は不規則な丸い顆粒です。^{[3]これらの層は、}弾性バイオポリマー（キチン、ルストリン、シルクのようなタンパク質など）で構成される有機マトリックスのシート（界面）によって分離されています。

真珠層が虹色に見えるのは、アラゴナイトの薄片の厚さが可視光線の波長に近いためです。これらの構造は、異なる視野角で異なる波長の光と建設的または破壊的に干渉し、構造色を作り出します。

結晶学上のc軸は殻壁に対してほぼ垂直を向いているが、他の軸の方向はグループによって異なる。隣接する岩石はc軸の向きが著しく異なり、一般的に垂直から約20°以内でランダムに向いていることが分かっている。^{[4] [5]} 二枚貝や頭足動物ではb軸が殻の成長方向を向いているが、単板類ではa軸がこのように傾斜している。^[6]

この脆い小板と弾性バイオポリマーの薄い層の混合物により、材料は強くて弾力性があり、ヤング率は 70  GPa、降伏応力はおよそ 70 MPa（乾燥時）です。^[7]強度と弾力性は、小板の「レンガ積み」配置による接着によるものと考えられ、横方向の亀裂の伝播を抑制します。複数の長さサイズにまたがるこの構造により靭性が大幅に向上し、シリコンとほぼ同等の強度になります。^[8]鉱物と有機物の界面により、有機中間層の弾力性と強度が向上します。^{[9] [10] [11]}真珠層のレンガの連結は、変形メカニズムと靭性の両方に大きな影響を与えます。^[12] 引張、せん断、圧縮試験、ワイブル分析、ナノインデンテーション、その他の技術はすべて、真珠層の機械的特性を調べるために使用されています。^[13]真珠層の機械的挙動の実験的観察を説明する理論的および計算的方法も開発されている。^{[14] [15]}真珠層は、力が板状結晶に平行または垂直に適用された場合、引張荷重よりも圧縮荷重に対して強くなります。[ 13 ]配向^構造であるため、真珠層は高度に異方性があり、そのため、その機械的特性も方向に依存します。

真珠層の機械的挙動には、さまざまな強化メカニズムが関係しています。タンパク質相とアラゴナイト相を分離するために必要な接着力は高く、成分間に分子相互作用があることを示唆しています。 ^[13]真珠層を理解するために適用できるモデルシステムである、硬い層と柔らかい層を持つ積層構造では、破壊エネルギーと破壊強度はどちらも、硬い材料のみに特徴的な値よりも大きくなります。^[15]具体的には、この構造では亀裂が別のアラゴナイト板に直接進むよりも、粘弾性で柔軟な有機マトリックスに亀裂が続く方が簡単なので、亀裂の偏向が容易になります。 ^{[13] [16]}その結果、延性のあるタンパク質相が変形し、亀裂が方向を変えて脆いセラミック相を回避します。^{[13] [17]真珠層のような}合成材料で行われた実験に基づくと、柔軟なマトリックスは、硬い相の破壊時の弾性エネルギーよりも大きな破壊エネルギーを持つ必要があるという仮説が立てられています。^{[17]他のセラミック}複合材料でも起こる繊維の引き抜きがこの現象に寄与している。^[16]従来の合成複合材料とは異なり、真珠層内のアラゴナイトは個々のタブレットの間に橋をかけるため、セラミック相と有機相の強力な接着だけでなく、これらの接続ナノスケールの特徴によっても構造が保持される。^{[16] [13]}塑性変形が始まると、鉱物橋が壊れて、アラゴナイトとタンパク質の界面を粗くする小さな凹凸ができる。^[13]凹凸によって生じる追加の摩擦により、材料はせん断応力に耐えられるようになる。^[13]真珠層のような複合材料では、鉱物橋が材料内で応力を伝達できるため、材料の曲げ強度も高めることが分かっている。 ^[18]真珠層と同様の機械的特性を示す合成複合材料の開発は、より強い材料の開発に取り組んでいる科学者にとって興味深いことである。これらの効果を実現するために、研究者は真珠層からヒントを得て、合成セラミックとポリマーを使用して、「レンガとモルタル」の構造、鉱物の橋、その他の階層的特徴を模倣します。

脱水すると、真珠層は強度の多くを失い、純粋なアラゴナイトのように脆い材料として機能します。^[13]この材料の硬度も脱水によって悪影響を受けます。^[13]水は有機マトリックスの可塑剤として機能し、靭性を向上させ、せん断弾性率を低下させます。 ^[13]タンパク質層を水和するとヤング率も低下し、硬い層と柔らかい層が交互になった複合材料の破壊エネルギーと強度が向上すると期待されます。^[15]

プレートレットの統計的変動は、変形の局所化を促進するため、機械的性能（剛性、強度、エネルギー吸収）に悪影響を及ぼします。^[19]しかし、統計的変動の悪影響は、ひずみ硬化を伴う破壊時の大きなひずみを伴う界面によって相殺されます。^[19]一方、真珠層の破壊靭性は、中程度の統計的変動によって増加し、亀裂が固定される強靭な領域を作り出します。^[20]しかし、統計的変動が大きいと、非常に弱い領域が生成され、亀裂が大きな抵抗を受けずに伝播し、破壊靭性が低下します。^[20]研究では、この弱い構造欠陥が弾性歪みと結合した散逸性位相欠陥として機能することが示されています。^[21]

真珠層の形成過程は完全には明らかではない。真珠層はPinna nobilisで観察されており、天然素材の内部で小さな粒子（約50～80nm）が集まって形成される。これらの粒子は繊維に似た形で並び、増殖し続ける。^[22]粒子が十分に集まると、真珠層の初期段階が形成される。真珠層の成長は、真珠層の結晶がどのように、いつ始まり、発達するかを決定する有機物質によって制御される。^[23]

「レンガ」とみなせる各結晶は、真珠層の高さ全体と一致するように急速に成長すると考えられています。周囲のレンガと出会うまで成長し続けます。^[6]これにより、真珠層の六方最密充填特性が生まれます。^[6]これらのレンガの成長は、有機層内のランダムに散らばった要素、^[24]タンパク質の明確な配置、^[2]または下層からの鉱物ブリッジから拡大するなど、さまざまな方法で開始できます。^{[25] [26]}

真珠層が、同じように形成されるもろい鉱物である繊維状アラゴナイトと異なるのは、特定の方向（殻に対してほぼ垂直）に成長する速度である。真珠層の成長は遅いが、繊維状アラゴナイトの成長は速い。^[27]

2021年にネイチャー・フィジックス誌に掲載された論文では、 Unio pictorumの真珠層を調査し、いずれの場合も生物によって形成された最初の真珠層には螺旋状の欠陥が含まれていたと指摘しています。反対方向に螺旋状の欠陥は材料に歪みを生み出し、層が積み重なるにつれて互いに引き寄せ合い、最終的には融合して打ち消し合います。後の真珠層の層は均一で秩序だった構造になっていることがわかりました。^{[21] [28]}

真珠層は、さまざまな軟体動物の外套膜組織の上皮 細胞から分泌されます。真珠層は、貝殻の内側の表面に継続的に堆積し、真珠層と呼ばれる虹色の真珠層を形成します。真珠層の層は貝殻の表面を滑らかにし、寄生虫や有害な破片を真珠層の連続層に閉じ込めて、貝殻の内側に付着したブリスター真珠、または外套膜組織内に自由な真珠を形成することで、軟部組織を寄生虫や有害な破片から保護します。このプロセスは嚢胞形成と呼ばれ、軟体動物が生きている限り続きます。

真珠層の形状はグループによって異なります。二枚貝では、真珠層は六方最密充填の単結晶で形成されます。腹足類では結晶は双晶になっており、頭足類では擬六方単結晶で、双晶になっていることが多いです。^[6]

真珠層の主な商業的供給源は、アコヤガイ、淡水真珠貝、そしてそれほど多くはないがアワビであり、19世紀後半にはその丈夫さと美しさで人気を博した。

特に1900年代には、オオミドリサザエ （Turbo marmoratus）とオオサザエ（Tectus niloticus）の貝殻が真珠ボタンに広く使用されていました。真珠層の国際取引は、170か国以上が署名した協定である「絶滅のおそれのある野生動植物の種の国際取引に関する条約」によって規制されています。 ^[30]

建築用途には、黒と白の両方の真珠層が使用されています。天然の真珠層は、人工的にほぼあらゆる色に着色できます。真珠層のテッセラは、形にカットされ、セラミックタイルまたは大理石のベースにラミネートされます。テッセラは手作業で配置され、密接に挟み込まれ、不規則なモザイクまたはパターン（織りなど）が作成されます。ラミネートされた材料は、通常、約2ミリメートル（0.079インチ）の厚さです。テッセラは次にラッカー塗装され、磨かれ、耐久性のある光沢のある表面になります。大理石またはタイルベースを使用する代わりに、真珠層のテッセラをファイバーグラスに接着することができます。その結果、シームレスな設置が可能な軽量素材が生まれ、シートのサイズに制限はありません。真珠層のシートは、屋内の床、外壁と内壁、カウンタートップ、ドア、天井に使用できます。柱や家具などの建築要素への挿入は簡単に行えます。^{[引用が必要]}

真珠層インレイは、音楽キーや楽器の他の装飾モチーフによく使用されます。多くのアコーディオンやコンサーティーナのボディは完全に真珠層で覆われており、ギターの中には指板やヘッドストックに真珠層（または模造真珠質プラスチックインレイ）製のインレイが施されているものもあります。ブズーキやバグラマ（リュート族のギリシャの撥弦楽器）は、一般的に真珠層の装飾が施されており、関連する中東のウードも同様です（通常はサウンドホールの周囲と楽器の背面）。バイオリンやチェロなどの弦楽器の弓には、フロッグに真珠層インレイが施されていることがよくあります。これは伝統的にサックスのキータッチや、トランペットやその他の金管楽器のバルブボタンに使用されています。中東のゴブレットドラム（ダラブッカ）は、一般的に真珠層で装飾されています。^{[出典が必要]}

19世紀末、アヌクル・ムンシは、牡蠣の殻から人間の形を彫ることに成功した最初の熟練した芸術家であり、インドの現代芸術に新たな地平を切り開いた。 1924年、彼は大英帝国博覧会で金メダルを受賞した。^{[31] [32]}彼の長男アナダ・ムンシは、インドのスワデシ運動をインドの広告の形で描いたとされている。 ^[33]アヌクル・チャラン・ムンシの三男マヌ・ムンシは、20世紀半ばの最も優れた真珠貝芸術家の一人でした。「ベンガルのチャルとカルの芸術」の最高の例として、西ベンガルの元首相ビダン・チャンドラ・ロイ博士は、マヌの作品「ガンジーのノアカリ・アビヤン」を米国に送りました。サタジット・レイ、ビダン・チャンドラ・ロイ、スボド・チャンドラ・ロイ法廷弁護士、スボ・タゴール、フマーユーン・カビール、ジャハンギル・カビール、そして兄のアンナダ・ムンシなど、数多くの著名人が彼の芸術作品のパトロンであった。「インディラ・ガンディー」は彼の有名な螺鈿細工の芸術作品の一つである。彼は金属板に巧みに彫られた様々な創造的な姿勢でタゴールを描いたとされている。^{[34] [35]} いとこプラティプ・ムンシもまた有名な螺鈿細工師であった。^{[36] [37]}

マザー オブ パールのボタンは、機能的または装飾的な目的で衣類に使用されます。パーリー キングとパーリー クイーンは、この精巧な例です。

銃器の装飾グリップやその他の銃器関連の装飾に使用されることもあります。^[要出典]

真珠層は、金属製のスプーンで味を損なわないように、 キャビア用のスプーンのような道具（キャビアサーバー^{[38] [39]など）を作るのに使われることがあります。}

• 
   1520年頃の祭壇画。真珠層を多用した彫刻が施されている。
• 
  真珠層火薬入れ、 1750年頃、主にニガナ貝で作られている
• 
  真珠層テッセラの象嵌、トプカプ宮殿、イスタンブール
• 
  彫刻入り真珠層ペンダント、ソロモン諸島1838 年

西オーストラリア大学医学部とブルームの真珠採取業者の協力により設立されたバイオテクノロジー企業マリン・バイオメディカルは、2021年現在、骨移植や再建手術を^[update]必要とする患者に使用できる「パールボーン」を作成するための真珠層製品を開発している。同社はオーストラリアおよび他のいくつかの国で規制当局の承認を申請しており、2024～2025年頃に臨床使用が承認されると予想している。真珠貝が豊富なキンバリー地域に工場を建設し、真珠層をバイオメディカル製品に適した製品に粉砕する予定である。将来的には、歯の詰め物や脊椎手術などに応用される可能性がある。^[40]

2012年、研究者らは、真珠の自然な成長過程を模倣して、実験室でカルシウムベースの真珠層を作り出した。^[41]

2014年、研究者たちはレーザーを使ってガラスに波状の3D「マイクロクラック」のネットワークを刻み、真珠層に似たものを作りました。スライドが衝撃を受けると、マイクロクラックがエネルギーを吸収して分散し、ガラスが割れるのを防ぎます。全体として、処理されたガラスは未処理のガラスの200倍の強度があると報告されています。^[42]

• アンモライト
• 西オーストラリアの真珠採取
• ラデン

• Abid, N.; Mirkhalaf, M.; Barthelat, F. (2018). 「真珠層状材料の離散要素モデリング: ランダム微細構造がひずみの局所化と機械的性能に与える影響」。Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 112 : 385–402. Bibcode :2018JMPSo.112..385A. doi :10.1016/j.jmps.2017.11.003.
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• スタテン島歴史協会オンラインコレクションデータベースにある真珠貝の品々