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葉緑体混合インクで３Dプリントされた材料の驚異的な能力

南カリフォルニア大学の研究チームは、3Ｄプリンターのインクにほうれん草由来の葉緑体を混ぜた材料を開発しました。この材料は、既存の物質より強力で、光合成の特性から強度を温度でコントロールでき、自己修復機能まで持つと仮定しています。

They blended the spinach chloroplasts with a newly invented 3D-printable polymer ink.

参照元：https://viterbischool.usc.edu/news/2021/01/even-machines-need-their-greens/
– 南カリフォルニア大学 University of Southern California. January 27, 2021 –

木は何年にもわたって独自の食物を生み出してから強く成長します。

ここで、樹木を強化するための栄養素を提供するのと同じ生き物で製品を強化できるかどうか想像してみてください。

これは、USC Viterbi School ofEngineeringの土木環境工学教授であるQimingWang氏の研究であり、彼の研究室は、3Dプリンターのインクに生体物質を最初に注入したものの1つです。

この材料は、より強力で、柔軟性があり、自己修復する可能性があります。

この研究は、全米科学アカデミー紀要に掲載された論文に記載されています。

このバイオインスパイアードインクのアイデアは、光合成の力を利用してグルコースを生成し、セルロースに変換して植物の細胞構造を強化する木から生まれました。

ワン氏は話します。

「木が若いときは柔軟性があり、成熟しているときは硬いです。この研究のアイデアは、ほうれん草を食べることで筋肉を強化できるアニメのキャラクター、ポパイ・ザ・セーラーからもインスピレーションを得ています今、私たちは科学的革新を利用して、子供の頃の想像力を実現しています。」

マサチューセッツ工科大学のNicholasX.Fang教授とカリフォルニア工科大学のChiaraDaraio教授とともに、学生のKunhaoYu氏とZhangzhengrongFeng氏が筆頭著者として、トレーダージョーズから購入したほうれん草から葉緑体を抽出するために遠心分離機を使用しました。

彼らはほうれん草の葉緑体を新しく発明された3Dプリント可能なポリマーインクとブレンドしました。

次に、インクを使用して構造を3Dプリントしました。

3枚のプリント構造に光を当てることで、植物由来のブドウ糖を生成する条件を作り出し、ポリマーと反応して材料をますます強くします。

研究者たちは、2〜4時間の光を当て、光合成の力を模倣することで、この「生き物」が元の強度の6倍になるように自己強化できると信じています。

さらに、生きている葉緑体によって引き起こされる強化効果は、材料を0で凍結することによって一時的に中断することができますか？（葉緑体は凍結時に一時的に遅くなります）。

温度が室温に戻ると、強化効果を再開できます。

ワン氏は話します。

「この素材は、冬の間冬眠するヘビのように振る舞います。このような一時的な「一時停止動作」は、既存のエンジニアリング資料では実証されていません。」

論文の筆頭著者であるYu氏は話します。

「勾配光照明を備えたこの技術は、均一なものをはるかに超える優れた「クッション性」特性を示す、勾配剛性を備えたエンジニアリング構造を作成できます。」

論文の他の筆頭著者であるFeng氏は話します。

「もう一つの驚くべき発見は、強化効果が外力によって調整できるということです。木の枝に重りをかけると、その枝は他の枝よりもはるかに強くなります。これは「メカノトランスダクション」と呼ばれるプロセスです。同じ現象がここでも起こります。」

チームは、材料に光合成を適用して、足にぴったりとフィットし、カスタマイズされた剛性を持つカスタムの3Dプリントスニーカーソールを設計することを想定しています。

いくつかの植物は、接ぎ木や傷の修復中に自己治癒能力を示します。

研究者によると、USCの研究室で葉緑体が注入された「生体物質」も優れた自己修復特性を示します。

このような特性は、光合成によって生成されたグルコースによって誘発され、架橋の分子プロセスを作成します（本質的には縫合糸の作成と同等です）。

このような亀裂修復機能は、ボートのプロペラやドローンにも適用できます。

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