Empa の研究者らが、温度センサーに数日間電力を供給するのに十分な電力を持つ生分解性菌類電池を 3D プリント

2025年1月19日、アンタークティックベアは、Empaの研究者が3Dプリントされた生分解性真菌バッテリーを製造したことを知りました。この生体バッテリーは、遠隔地の農業用センサーや研究用センサーに電力を供給できる可能性があると報じられている。一旦その役目を終えると、内部から消化されます。
△材料科学の分野では、菌類に関する研究はまだ十分ではありません。画像出典: Empa
微生物学助成プログラムの一環としてゲベルト・ルフ財団が資金提供した3年間の研究プロジェクトの一環として、Empaのセルロースおよび木材材料研究所の研究者らは、完全に機能する菌類バッテリーを開発しました。生きた細胞は多くの電気を生成しませんが、温度センサーに数日間電力を供給するには十分です。このようなセンサーは農業や環境研究に使用されます。菌類電池の最大の利点は、従来の電池とは異なり、完全に無毒で生分解性であることです。
厳密に言えば、この菌類生物学的「バッテリー」は従来のバッテリーではなく、いわゆる微生物燃料電池です。すべての生物と同様に、微生物は栄養素をエネルギーに変換します。微生物燃料電池はこの代謝を利用し、エネルギーの一部を電気として捕捉します。これまでは、主にバクテリアによって動力を得てきました。「初めて、2種類の菌類を組み合わせて完全に機能する燃料電池を開発した」とEmpaの研究員Carolina Reyes氏は言う。2種類の菌類の代謝は互いに補完し合い、酵母の代謝は陽極側で電子を放出する。白色腐朽菌が陰極上で増殖し、電子を捕獲してセル外に伝導させる特殊な酵素を生成します。
△プリントグリッドバッテリーの陽極室に菌類が含まれています。画像出典: Empa
菌類はバッテリーに「埋め込まれる」のではなく、最初からバッテリーの不可欠な部分です。菌類バッテリーのコンポーネントは、3D プリント技術を使用して製造されます。これにより、研究者は微生物が栄養素にできるだけ簡単にアクセスできるような電極を構築することができました。これを実現するために、印刷インクに菌細胞を混ぜます。
「菌類がよく生育できる材料を見つけるだけでも大変です」とセルロース・木材材料研究所所長のグスタフ・ニストロム氏は言う。「しかし、インクは押し出すのが簡単で、細胞を殺さないものでなければなりません。もちろん、導電性があり、生分解性であることが求められます。」
柔らかいバイオベースの材料を3Dプリントする研究室の豊富な経験のおかげで、研究者たちはセルロースをベースにした適切なインクを製造することができました。菌類細胞はセルロースを栄養分として利用し、使用後にバッテリーを分解するのに役立つ可能性もある。しかし、彼らが好む栄養源は、バッテリーに添加される単純な糖類です。「菌類バッテリーは乾燥した状態で保管し、現場で水と栄養分を加えるだけで活性化できる」とレイエス氏は言う。

これらの丈夫な菌類は乾燥段階を生き延びることができますが、生きた材料を扱うことは研究者にとって依然として課題となっています。この学際的なプロジェクトは、微生物学、材料科学、電気工学を組み合わせたものです。真菌バッテリーの特性を明らかにするために、専門は微生物学者であるレイエス氏は、電気化学技術を学ぶだけでなく、それを 3D 印刷インクに適用する必要もありました。
研究者たちは現在、菌類バッテリーをより強力かつ耐久性のあるものにし、身体への電力供給に適した他の菌類を探す計画を立てている。「特に材料科学の分野では、菌類の研究と利用がまだ不十分だ」とレイエス氏とニストロム氏は言う。

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