再生不可能な資源のより優れた、より長持ちする代替品を開発する努力は絶え間なく行われています。最近、新しい研究で、UNSW の研究者はバクテリアのナノワイヤを使ったグリーン エレクトロニクスを開発しています。彼らはバクテリアが作るタンパク質フィラメントを改良して電気を運ぶことができるようにしました。彼らは、この改良されたタンパク質ナノワイヤが空気中の水分を使って短距離で電気を伝導できることを明らかにしました。
論文の筆頭著者であるロレンツォ・トラヴァグリーニ博士は、 「今回の研究結果は、タンパク質を基盤とした持続可能で環境に優しい電気部品やデバイスの開発の可能性を切り開くものです」と述べ、さらに「これらの人工ナノワイヤーは、将来的にエネルギーハーベスティング、生物医学応用、環境センシングにおける革新につながる可能性があります」と付け加えた。
タンパク質工学とナノエレクトロニクスを融合させた学際分野におけるこれらの発展は、いくつかの有望な可能性を秘めている。生物システムと電子機器を結びつける先進技術の革新に貢献する可能性がある。
これらの進展について、バイオテクノロジー・生物分子科学部のSYNbioLABでドミニク・グローバー博士の指導を受けているトラヴァグリーニ博士は、 「最終的な目標は、細菌が生成する材料を改変して電子部品を作り出すことです。これは、環境に優しいエレクトロニクスの全く新しい時代を切り開き、より持続可能な未来を形作るのに役立つでしょう」と述べた。
当初、トラヴァグリーニ博士とグローバー博士はともに、天然素材を導電性ワイヤーに変えたいと考えていました。しかし、彼らは思いがけない発見をしました。
トラヴァグリーニ博士はこれについて、「湿度20～30％という、いわゆる『環境条件』下では、電流がより強くなることが分かり始めました」と述べた。
自然のインスピレーション
自然界に存在する細菌は、導電性のフィラメントやナノワイヤーを利用して、細胞膜を通して電子を移動させます。これらの特殊なフィラメントは生きた細胞と結合することができ、人間と機械の接続を利用して体内の信号を追跡するバイオセンサーとして非常に有用です。
しかし、細菌から直接抽出した場合、これらの天然ナノワイヤーの改変は困難になり、その機能性も制限されてしまう。研究チームは、細菌が作り出すタンパク質はそれ自体では電気伝導性が低いことに気づいた。彼らは、ヘム分子という特定の成分を添加する必要があった。それが、このパズルの欠けていたピースだったのだ。
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湿度を利用してエネルギーを生成する
ヘムは、中心に鉄原子が位置する小さな円形の構造をしています。この円形構造はポルフィリン環とも呼ばれ、赤血球中の酸素を肺から体の他の部位へ運ぶ役割を担っています。
- 研究チームはこれらのフィラメントがどの程度電気を伝導するかを分析した。それをテストするために、 材料を電極上に置き、電位を加えます。
- そして彼らはさらにいくつかのテストを実施することにした。彼らは今 2つの金電極の間に厚い量の材料を配置した.
- フィラメントが湿度に反応することに気づいた後、彼らは基本的な湿度センサーを開発しました。
- この装置に息を吹き込むだけで、 空気中の水分によって電流がどのように変化するかを測定します。
「繊維の導電率のピークは、それぞれ呼気に対応していることが分かりました」とトラヴァグリーニ博士は付け加えた。
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未来への無限の可能性
ニューサウスウェールズ大学の研究者たちは、細菌由来のナノワイヤーを用いた環境に優しい電子機器を開発しており、これは環境に優しく安全な材料から、極めて低い電力で動作する電子機器を製造する道を開く可能性がある。
ヘムの化学構造やフィラメントの周囲の環境を変化させることで、これらのタンパク質群の特性を調整することができる。研究チームは現在、光感受性など、材料の特性を変化させるために様々なポルフィリン分子を試している。「このレベルの制御は天然の細菌ナノワイヤーでは達成が難しく、我々の合成手法の汎用性と可能性を際立たせている」とトラヴァグリーニ博士はコメントした。
トラヴァグリーニ博士は、自身の研究チームはまだ初期段階にあることを強調している。これらの人工フィラメントが私たちの日常生活における電子機器に実際に使用されるようになるまでには、まだしばらく時間がかかるだろうと彼は示唆している。
