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 骨材を主体にしたコンクリートのような材料が生物のごとく増殖する――。にわかには想像し難い材料を米コロラド大学ボルダー校の研究チームが開発。2020年1月に研究論文を発表した。「生きた建材」と名付けられた新材料の研究開発を担ったのは、同校の生物素材研究室を率いるウィル・シュルーバー博士らだ。

光合成するバクテリアを使った「生きた建材」で作ったトラス型の部材。写真左のフラスコで培養されているシアノバクテリアは湿潤環境では緑色をしている(写真:The University of Colorado Boulder College of Engineering and Applied Science)
光合成するバクテリアを使った「生きた建材」で作ったトラス型の部材。写真左のフラスコで培養されているシアノバクテリアは湿潤環境では緑色をしている(写真:The University of Colorado Boulder College of Engineering and Applied Science)
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コロラド大学ボルダー校のウィル・シュルーバー博士(左)。主な専門分野は材料工学。構造設計や環境コンサルティングの実務経験を経て、2013年から研究に携わる(写真:The University of Colorado Boulder College of Engineering and Applied Science)
コロラド大学ボルダー校のウィル・シュルーバー博士(左)。主な専門分野は材料工学。構造設計や環境コンサルティングの実務経験を経て、2013年から研究に携わる(写真:The University of Colorado Boulder College of Engineering and Applied Science)
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 新材料の要となっているのは、シアノバクテリア(ラン藻細菌)と呼ぶ光合成を行う水生微生物の一種だ。植物と同じように光のエネルギーを吸収し、二酸化炭素を取り込んで炭酸カルシウムを生成する。シュルーバー博士らは砂を中心とした材料にこの微生物を加え、繁殖や自己修復といった生物のような機能を備えた材料開発に成功した。

 生成方法は以下の通りだ。まずは、シアノバクテリアを砂、少量のゼラチン、水、栄養素と混ぜ合わせ、37℃程度の環境下でバクテリアを増殖させる。混合物を型枠に流し込むと、ゼラチンは砂粒子との間を縫うように行き渡る。砂粒子の間に編み目のように張り巡らされたゼラチンは砂粒子同士をくっつけ、ひとまとまりにしていく。

 砂とゼラチンのまとまりの中でシアノバクテリアが活動を始めると、光合成によって生成された炭酸カルシウムが沈殿。この炭酸カルシウムには、ゼラチンと反応し、硬化する働きがある。「バイオミネラリゼーション(生体鉱物形成作用)」と呼ばれる反応で、生物が真珠や貝殻といった硬い組織を作り出す働きと同じだ。

 乾燥によってゼラチン中の水分を飛ばすと、さらに硬化が進む。砂のまとまりは一体化して型枠通りの形状で固まり、数日のうちに一般的なポルトランドセメントを使ったモルタルと同程度の圧縮強度を発揮するようになるという。

シアノバクテリアによる光合成で砂粒子が固まる原理を示す。砂とゼラチンを主体とする混合物の中で増殖したシアノバクテリアは炭酸カルシウムを生成。砂粒子同士をつなげるゼラチンが炭酸カルシウムと反応して硬くなり、乾燥すると人が乗っても壊れないほどの強度を発揮する。シュルーバー博士らの論文を基に日経クロステックが作成
シアノバクテリアによる光合成で砂粒子が固まる原理を示す。砂とゼラチンを主体とする混合物の中で増殖したシアノバクテリアは炭酸カルシウムを生成。砂粒子同士をつなげるゼラチンが炭酸カルシウムと反応して硬くなり、乾燥すると人が乗っても壊れないほどの強度を発揮する。シュルーバー博士らの論文を基に日経クロステックが作成
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