研究者らは、3Dプリンターと新しいバイオプリンティング技術を藻類に用いて、丈夫で弾力のある生きた材料を作り出しました。
設計された光合成材料が、実社会での応用に耐えられるほど物理的に頑丈になったのは、今回が初めてです。
この材料は生分解性を持ち、エネルギーの持続可能な生産に重点を置いています。
繊維産業への応用に加え、この新しい形態の印刷された藻類は、医療分野で傷の治癒を早めるためにも使用できる可能性があります。
研究者らは初めて、3Dプリンターと新しいバイオプリンティング技術を用いて、藻類を丈夫で弾力のある生きた光合成材料へと印刷しました。
研究者らは、その成果を次の誌上で報告しています：Advanced Functional Materials。この材料は、エネルギー、医療、ファッションの各分野で多様な用途があります。
生きた材料とは、生きた細胞を非生物のマトリックス内に収めて作られるもので、自然を模倣した材料が最も頑丈であることが多いと科学者が認識するにつれ、近年人気を集めています。
「三次元プリンティングは、環境面やその他多くの利点を持つ生きた材料を製造するための効果的な技術であることが示されています」と、ロチェスター大学の生物学准教授であるアン・S・メイヤー氏は述べています。
「当社の光合成を行う生きた材料は、実社会での応用に展開できるほど物理的に頑丈な、設計された光合成材料の初の事例であるため、この分野にとって大きな前進です」とメイヤー氏は述べています。
生物学的に基づく材料の開発は、メイヤー氏の研究室が主導する一連の研究の最新の成果です。メイヤー氏と研究チームは、人工真珠層やグラフェンといった工業的に重要な材料の開発に、細菌を用いてきました。人工真珠層や
材料は数週間にわたり自ら「栄養」を得る
光合成材料を作製するため、研究者らはまず、非生物の細菌セルロースから始めました。細菌セルロースは、細菌が生成・排出する有機化合物です。細菌セルロースは、柔軟性、靭性、強度、そしてねじられたり、潰されたり、その他物理的に変形させられたりしても形状を保持する能力など、多くの重要な機械的特性を備えています。
細菌セルロースはプリンターの用紙のような役割を果たし、生きた微細藻類はインクの役割を果たします。メイヤー氏と同僚らは3Dプリンターを用いて、生きた藻類を細菌セルロース上に堆積させました。
生きた成分（微細藻類）と非生物の成分（細菌セルロース）を組み合わせた結果、藻類の光合成能力と細菌セルロースの頑丈さを併せ持つ、独特な材料が生まれました。この材料は、丈夫で弾力性があるだけでなく、環境に優しく、生分解性を持ち、製造も簡便で拡張可能です。
この材料は植物に似た性質を持つため、光合成を利用して数週間にわたり自ら「栄養」を得ることができ、また再生も可能です。材料の小さな試料を現地で培養し、さらに多くの材料を作ることができます。
ファッションを先取りする藻類
この材料の特性により、人工の葉、光合成スキン、光合成バイオ衣料といった新製品を含む、多様な用途に理想的な候補となります。
人工の葉とは、太陽光を利用して水と二酸化炭素（気候変動の主な要因）を酸素とエネルギーに変換する点で、実際の葉を模倣した材料です。光合成の際の葉とよく似ています。葉は、エネルギーを糖の化学形態で蓄え、その糖は後に燃料へと変換されることがあります。
したがって人工の葉は、植物がよく育たない場所で持続可能なエネルギーを生み出す手段となります。そこには、将来的には宇宙植民地も含まれる可能性があります。研究者らが作製した人工の葉は、現在生産されている人工の葉の技術の大半が有毒な化学的手法を用いて製造されているのとは対照的に、環境に優しい材料からも作られています。植物。
「人工の葉に関して、当社の材料は植物の「最良の部分」、すなわち持続可能なエネルギーを生み出すことができる葉を取り入れるようなものです。資源を必要とするもののエネルギーを生み出さない、茎や根といった植物の部分を生成するための資源を使う必要はありません」とメイヤー氏は述べています。「当社は、エネルギーの持続可能な生産のみに重点を置いた材料を開発しています。」
世界経済フォーラムは第四次産業革命に関して何に取り組んでいるのでしょうか？
先端技術・イノベーションセンターは、科学者、政策立案者、ビジネスリーダーを結集し、新興技術とその実社会への影響を明らかにしています。
センターは、協働と実験を可能にすることで、パートナーが研究から得られたイノベーションを、世界が直面する共通の課題に対応する実践的な応用へと転換する支援を行っています。
この材料の別の応用として、光合成スキンが挙げられます。メイヤー氏によれば、皮膚移植に使用できる可能性があります。「発生した酸素は損傷部位の治癒を促進する可能性があり、あるいは光によって活性化される創傷治癒を行うことができるかもしれません。」
持続可能なエネルギーや医療処置の提供に加え、この材料はファッションにも変革をもたらす可能性があります。藻類から作られるバイオ衣料は、現在の繊維産業がもたらす環境への悪影響の一部に対処できるでしょう。これは、持続可能な方法で生産され、完全に生分解性を持つ高品質な生地となるためです。繊維産業。また、光合成を通じて二酸化炭素を除去することで空気を浄化する働きもあり、従来の衣料ほど頻繁に洗濯する必要がないため、水の使用量の削減にもつながります。
「当社の生きた材料は、数週間にわたり自ら維持でき、現地で増殖させることができるため、非常に魅力的です。これにより、サワードウ（天然酵母種）のように容易に世界中で共有できる、真に長期間使用可能な材料となる可能性を秘めています」とメイヤー氏は述べています。
追加の共著者は、オランダのデルフト工科大学に所属しています。
