金属のように強く、プラスチックのように柔軟な新素材の創出

アメリカの科学者グループは、金属と同じくらい耐久性があり、ガラスと同じくらい透明で、プラスチックと同じくらい柔軟でありながら、環境にまったく無害な新しい素材の開発に成功した。

形状を記憶し、熱刺激によって自己変形する能力を持つこの新しい液晶材料は、将来の幅広い用途への可能性を切り開きます - 写真：ホルヘ・ビダル/ライス大学

7月22日に科学誌「ネイチャー・コミュニケーションズ」に掲載されたこの研究は、地球上で最も純粋な生物学的材料であるセルロース繊維を細菌に「指示」して合成する新たな生合成プロセスについて述べている。このプロセスで得られる生体材料シートは、最大553メガパスカルの引張強度を有し、従来のポリマー材料をはるかに上回る強度を持つ。

細菌と合成生物学からの新しい材料

ヒューストン大学のムハマド・マクサド・ラーマン教授率いる研究チームによると、この新素材はバクテリアが生成したセルロースから作られるが、セルロース繊維がもはやランダムに形成されるのではなく、「回転バイオリアクター」と呼ばれる特殊な生物学的回転システムによって整列している点が異なっているという。

「セルロースを生成するバクテリアの動きを制御するために、回転培養チャンバーを開発しました」と、MASRの学生であるサーディさんは言います。「成長方向を制御することで、バイオプラスチックの柔らかさ、透明性、そして折り曲げやすさを維持しながら、材料の強度を大幅に向上させることができます。」

耐久性が向上しただけでなく、研究チームは窒化ホウ素ナノレイヤーの統合にも成功し、材料の熱伝導を対照サンプルの3倍の速さに高め、電子機器、熱パッケージング、エネルギー貯蔵の分野での潜在的な用途を開拓しました。

多くの便利なアプリケーション

微量汚染を引き起こし、BPAやフタル酸エステルなどの有毒物質を放出する従来の合成プラスチックとは異なり、この新しい素材は完全に生分解性であり、包装、繊維、建築資材、環境に優しい電子機器、電池など、さまざまな用途に合わせて簡単にカスタマイズできます。

「この生合成プロセスは、規律正しいバクテリアのチームを訓練するようなものです」とサーディ氏は述べた。「バクテリアを特定の方向に導き、そこから望ましい特性を持つ製品を作り出すのです。」

形状を記憶し、熱刺激によって自己変形する能力を持つこの新しい液晶材料は、将来の様々な用途への可能性を切り開きます。期待される応用分野の一つは、複雑な機械構造を必要とせずに、這ったり、滑ったり、狭い隙間をすり抜けたりできる柔軟な機械、ソフトロボットです。

医療分野では、この素材は体内のステント（血管支持体）やインプラントの製造に使用され、温度や生物学的条件に応じて伸縮したり形状を変えたりできるため、侵襲性を最小限に抑え、治療効果を高めるのに役立ちます。

また、曲げられる電子機器、スマートセンサー、宇宙での自己展開構造物への応用も期待されています。

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ミン・ハイ

出典: https://tuoitre.vn/tao-ra-vat-lieu-moi-ben-nhu-kim-loai-deo-nhu-nhua-2025072215151939.htm