ロシアの作家ボリス・ジトコフは、1931年に短編小説「小さな手」を書きました。物語の語り手は、精緻な手術を行うための小さな手を作り出します。発表からほぼ100年が経った今、この物語は、研究者たちが今日取り組むナノサイエンスの基礎を現実に即して示しています。
ナノサイエンスとは、サイズが1メートルの10億分の1ほどの分子を研究する分野です。大きさを比べると、人間の髪の毛の太さは5万～10万ナノメートルです。この極小のサイズでは、物質は金属の塊と単一の原子の中間にあたる性質を示します。この特異な環境では物質の反応性が非常に高まり、触媒として利用できる場合があります。
ナノサイエンスの考え方は、単一の物質の性質がどう変わるかという観点に絞ると、理解しやすいことがよくあります。しかし、この分野はそれだけにとどまりません。医療の治療法や、ほこりの粒よりも小さな乗り物の開発にも踏み込んでいます。かつては空想科学と思われていたことが、急速に現実になりつつあります。
1. 医療用ジェル
バイオウェアの『マスエフェクト』のようなビデオゲームでは、一見奇跡のような医療用ジェルを使って、プレイヤーはキャラクターのけがを治せます。ゲームのように命が無限になったり、壮大な冒険を楽しめたりするわけではありませんが、現実にも同様に、動脈からの出血を数秒で止められるジェルがあります。
「ベティジェル」は、植物の細胞壁に含まれる多糖類ポリマーでできています。傷口に塗ると、細胞が収まる複雑な網目構造である細胞外マトリックスを模倣できます。このジェルは、マトリックスが再形成される際の足場となり、組織を引き寄せてつなぎ合わせ、圧迫することなく出血を止めます。
2. 傷を癒やす分子
実際、傷の治癒は、アクション満載のSFの筋書きでよく描かれる要素です。スタートレックの皮膚再生装置に似た、けがを治す携帯型ツールがすでに開発されています。
ナノレベルでは、あるチームが、特定の酵素（FL2）を標的とするゲル状ナノ粒子を開発しました。この酵素は、傷口への皮膚細胞の移動を遅らせます。研究チームは、この酵素の量を減らせば傷の治癒が速まると仮説を立てました。
しかし、酵素の働きを抑えるために必要なサイレンシングRNA（SiRNA）分子を届けるのは、通常は困難です。保護されていないRNA鎖は、体内ですぐに分解されるためです。そこで、SiRNA分子をナノサイズのゲルの殻に封入し、細胞への取り込みと輸送を助けました。この方法で治療した傷は、通常の組織再生を保ちながら、治療しなかった傷の2倍の速さで治癒しました。
3. 自己修復技術
映画『ターミネーター2』には、数秒で「治癒」し、自分で修復する邪悪なロボットが登場します。幸い、現実はそこまで恐ろしいものではありませんが、自ら修復する技術の実現には近づいています。
化学者たちは、自己修復する炭素繊維ポリマーを考案しました。力が加わるとポリマーが割れ、エポキシ樹脂が材料から染み出して触媒と混ざります。樹脂と触媒が接触すると、最大108％の修復効率を持つ強固なプラスチックが形成されます。この技術はあざが治る過程に似ていますが、血管がいくつか破れる代わりに、樹脂が放出されます。
基本的には、これにより、スマートフォンの画面にひびが入っても心配する必要がなくなるかもしれません。また、飛行中の飛行機に生じる小さなひびを修復したり、さらには銃弾の穴をふさいだりすることも可能になります。
4. 超小型車のレース
1966年、映画『ミクロの決死圏』では、潜水艦の乗組員が顕微鏡サイズに縮小され、科学者の体内に注入される場面が観客を驚かせました。小さな人間を別の人間の体内に注入する技術には、もちろんまだほど遠いものの、科学者たちは特定の方向に走らせられる分子サイズの乗り物を作り出しています。
2011年、科学者のベン・フェリンガは、炭素鎖の車体に4つの分子モーターを備えた4輪のナノカーを製作しました。車輪の大きさはわずか原子60個分で、車幅はF1カーの6億6666万6666分の1よりもさらに小さいため、こうした極小の乗り物を運転する姿を想像するのは難しく、ましてレースとなればなおさらです。しかし今年、初の2日間にわたるナノカーレースが開催されます。各チームは、原子を一つずつ丹念に積み上げて作られた、すべて金でできたコースで競います。表面には追加の原子が障害物として置かれ、競技者はそれらを避けて進まなければなりません。
5. 空想の食べ物
ロアルド・ダールの『チョーリーとチョコレート工場』は、独創的な味や工夫を凝らした菓子の生き生きとした描写で、長年にわたり何百万人もの食欲をそそってきました。
現実には、コース料理の味がするチューインガムも、飲むと空を飛べる炭酸飲料も、まだありません。しかし食品メーカーは、分子技術を使って味や食感を変える方法に取り組んできました。
ナノテクノロジーは、長年にわたり食品に利用されてきました。たとえばマヨネーズの乳化剤がそうです。現在、科学者たちは、一般的な食品の栄養価や見た目を向上させるために、ナノテクノロジーをどう活用できるかを研究しています。
オーストラリアのベーカリー、ティップトップは、ナノカプセルを使ってパンにオメガ3オイルを加えています。カプセルは適切な環境である胃の中でのみ開くため、不快な味を感じさせずにオメガ3の利点をもたらせます。同様に、ネスレやユニリーバなどの企業も、食品の食感を改善するためにナノカプセルを研究しています。
ナノテクノロジーは、まだSFが約束してきたことのすべてを実現できるわけではありませんが、私たちの知る世界を変えつつあります。そして、技術がさらに小型化するほど、その可能性は大きくなっていきます。
