研究室で栽培されたバイオベースの素材は、天然のドラッグラインのクモの糸繊維よりも8倍硬く、強度も高い。pong6400/iStock
頑丈な英国産オーク材に勝るものはありません。しかし、強度が求められる製造業では、当然のことながら、通常は鋼鉄が用いられます。しかし、ストックホルムの王立工科大学（KTH）の研究者たちは、木材をベースとしたバイオ素材の開発に成功しました。この素材は、クモの糸を含む、人工素材や天然素材を問わず、既知のあらゆるバイオ素材の強度を凌駕すると言われています。
この新しい軽量素材は、理論的には、新しい種類の超強力な家具を作るだけでなく、新しい飛行機、自動車、建物、その他の製品を作るのにも使える可能性がある。
KTHチームは、木材やその他の植物の重要な構成要素である木材細胞壁を覆う繊維であるセルロースナノファイバーを用いて、その驚異的な機械的特性をより大型で軽量な材料へと変換することに成功しました。この研究成果はACS Nano誌に掲載されました。
開発プロセスには、ステンレス鋼で加工された幅1mmの流路内で、水中に浮遊するこれらのナノファイバーの流れを制御することが含まれていました。脱イオン水と低pH水の流れを繋ぎ合わせることで、ナノファイバーを正しい方向に整列させ、セルロースナノファイバーが自己組織化して密集した状態になり、互いに結合できるようになりました。
KTH はその後、この材料を高密度化して、鋼鉄のほぼ 4 倍の引張強度を持つ「スーパー木材」を作り上げました。
材料科学者たちは数十年にわたり、クモの糸の特性を産業規模で再現しようと試みてきました。この天然素材は鋼鉄よりも強く、驚くほど軽く、そして極めて弾力性に富んでいます。そのため、衣料品だけでなく、工学や医療用途にも大きな可能性を秘めています。研究室では、遺伝子組み換え大腸菌や酵母を用いて発酵によってクモの糸タンパク質を生産しています。そして、得られた糸はクモの糸紡糸口金を模倣して紡がれます。
「ここで製造されたバイオベースのナノセルロース繊維は、一般的に最も強力なバイオベース素材と考えられている天然のドラッグラインクモ糸繊維よりも8倍も硬く、強度も優れています」と、KTHの研究者であるダニエル・セーダーバーグ氏は述べています。「比強度は、金属、合金、セラミック、Eガラス繊維を上回っています。」
ゼーダーバーグ氏は、この研究は、ナノファイバーの引張強度と機械的負荷への耐性を維持しながら、より大きな構造物に使用できるナノファイバー材料の開発への道を開くものだと述べています。このプロセスは、カーボンチューブやその他のナノサイズ繊維のナノスケールでの集合を制御するためにも使用できます。
この記事はWIRED UKで最初に公開されました。
