自然の力で解決!クモの糸と木の繊維で作られた新素材が次世代のプラスチックに?

animals_plants 2019/09/22
Credit: Eeva Suorlahti by Aalto University

Point

■木のセルロース繊維と、クモの糸に含まれるシルクタンパク質を掛け合わせることで、新素材の開発に成功

■丈夫さと弾力性を兼ね備え、プラスチックに代わる材料として医療・織物・包装などの他分野で活用可能

■生分解性があるため、マイクロプラスチックがもたらすような自然破壊に繋がらない

強度と伸展性の両立は、材料工学の分野における大きな課題の1つです。通常、強度が増せば伸展性は失われ、伸展性を求めるほどに強度は損なわれるからです。

アールト大学(フィンランド)とVTTフィンランド技術研究センター社の研究チームが、自然からあるインスピレーションを得てこの難題の解決に成功しました。用いられたのは、木のセルロース繊維と、クモの糸に含まれるシルクタンパク質です。

丈夫さと弾力性を兼ね備えたこの材料は、将来的にプラスチックに代わる素材として、医療器具や外科手術用のファイバーとしてだけでなく、織物や包装の材料としても活用が期待できます。

論文は、雑誌「Science Advances」に掲載されています。

Biomimetic composites with enhanced toughening using silk-inspired triblock proteins and aligned nanocellulose reinforcements
https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaaw2541

セルロースの網目にスパイダーシルク粘性マトリックスを浸透

セルロースとシルクの長所は、プラスチックと違って生分解性があるため、マイクロプラスチックがもたらすような自然破壊に繋がらないことです。

Credit: Pezhman Mohammadi1, A. Sesilja Aranko, Christopher P. Landowski, Olli Ikkala, Kristaps Jaudzems, Wolfgang Wagermaier and Markus B. Linder/Science Advances

研究チームは、カバノキのパルプをセルロースナノフィブリル(ナノ繊維状構造をもつ物質)に分解し、硬い土台の上に並べ、セルロースの網目を作りました。そこへ、柔軟性に富み、散逸エネルギーを持つスパイダーシルク粘性マトリックスを浸透させることで、強度と伸展性が共存する新素材が誕生しました。

DNA構造を複製して作ったシルクタンパク質分子

シルクは、蚕やクモなどの生物が分泌する天然のタンパク質の一種ですが、研究チームが今回用いたシルクは、実際のクモの糸から採取したものではなく、バクテリアと合成DNAを使って人工的に作り出したものでした。スパイダーシルクのDNA構造を複製し、スパイダーシルクと化学的によく似たシルクタンパク質分子を作ったのです。

Credit: Pezhman Mohammadi1, A. Sesilja Aranko, Christopher P. Landowski, Olli Ikkala, Kristaps Jaudzems, Wolfgang Wagermaier and Markus B. Linder/Science Advances

「我々の研究は、タンパク質工学の新しい可能性とその可能性の広さを示しています。将来的には、わずかに異なる材料を使って類似した合成素材を作り、異なる特性を持たせることで別の応用方法も可能になるでしょう」と、研究チームは語っています。

現在、研究チームはインプラントや緩衝材のための新しい複合材料を開発しているところです。天然素材同士を掛け合わせることによって次々と生まれる新素材。「自然の恵み」という言葉が意味する範囲は、ますます広がりつつあります。

生きた筋肉と神経を持つ「バイオボット」が開発される

reference: aalto / written by まりえってぃ

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