携帯電話の画面が壊れましたか？恐れることはありません。「生きた」材料が助けに来ます!

制作：中国科学普及協会

著者：石宮

プロデューサー: 中国科学博覧会

テクノロジーの進歩により、スマートフォンは現代人にとって必需品となりました。家にいて人と交流しなくてもいいのですが、携帯電話なしでは絶対に生きていけません。しかし、携帯電話が誤って地面に落ちて画面が割れてしまった場合、画面を修理するにしても、新しい携帯電話と直接交換するにしても、費用がかかり、非常に困ります。しかし、科学者たちは私たちにとってより良い新しい選択肢を発見しました。それは、自己修復可能な携帯電話の画面です。

壊れた携帯電話の画面

（写真提供：veerフォトギャラリー）

携帯電話の画面はどのようにして自己修復を実現できるのでしょうか?

携帯電話の画面の自己修復は、新しいタイプの生体機能性材料から始まります。

最近、科学者たちはタンパク質分子の「液-液相分離」技術を利用したマイクロキャリアバイオリアクターを開発しました。いわゆるマイクロキャリアとは、細胞培養のプロセスを指します。細胞は成長するためには特定の物体の表面に付着する必要があることが多いため、ミクロンサイズの小さな粒子がそこに投入されます。これにより、培養皿内で細胞の成長に利用できる表面積が大幅に増加し、大規模な細胞培養が容易になります。いわゆるバイオリアクターとは、特定の生化学反応に適した環境を提供し、生物の機能をシミュレートし、その中で細胞が生化学反応を実行できるようにする装置を指します。たとえば、ワインの発酵タンクはバイオリアクターです。従来、この2つは別々でしたが、最近開発された新しいマイクロキャリアバイオリアクターは中が空洞になっており、生物学的反応に必要なさまざまな活性物質が含まれています。これらの活性物質はマイクロキャリア内で自由に移動できます。このように、マイクロキャリアバイオリアクターは、触媒機能と大規模な細胞培養能力の両方を備えています。

同時に、マイクロキャリアを媒体として用いたバイオ変換リアクターシステムが構築され、微生物のエネルギーの迅速な伝達とマイクロスケール空間での物質の効率的な変換を実現し、バイオ触媒の効率が大幅に向上しました。この材料は生体適合性や調整機能に優れており、バイオセンシングや自己修復などの分野で新しい生体材料の製造に応用でき、化学薬品の製造や未来の生命材料などの分野に新たなアイデアをもたらします。この材料はフェニルエタノール分子の効率的な生合成に使用され、生産効率は12倍に向上しました。

機能性生体材料の生産の模式図

（画像出典：参考1）

さらに、生体機能性材料にさまざまな生体活性物質を充填してさまざまな機能性物質に開発し、3D プリントによってさまざまな形状の物質に形成することもできます。携帯電話の画面にアクティブ機能材料を使用すると、画面が破損したときに自己修復機能が働いて元通りになることがわかります。その時、携帯電話の画面が壊れる心配はなくなります!

3Dプリント

（写真提供：veerフォトギャラリー）

他にはどんなスマートマテリアルがありますか?

温度変化に対応した衣服

夏は体を涼しく、冬は涼しく保つために、温度を調節するスマートな服を着たいと思う人は多いと思います。科学者が開発した自動温度変化素材により、温度変化衣類が実現可能となる。この素材は主にウールで作られており、極薄の金属素材の層でコーティングされています。金属の伝導性を利用して、人体の体温が高すぎる場合、衣服が収縮して体から熱を放出します。人体の体温が低すぎると、衣服が膨張して外部のエネルギーを吸収します。これにより、過冷却または過熱状態下での自動温度調整が可能になり、身体がより快適になります。

温度変化に対応した衣服

（写真提供：veerフォトギャラリー）

インテリジェントなセルフクリーニングガラス

ガラスは建物の重要な構成要素です。建物の増加に伴いガラスの割合が増加しており、ガラス洗浄の需要が高まっています。セルフクリーニングガラスの登場により、高層ビルの外壁での危険な作業が大幅に減少しました。科学者たちは透明ガラスの外層を親水性の光触媒鉱物材料でコーティングした。太陽光に含まれる紫外線が窓に照射されると、照射後の汚れを分解し、ガラス表面を親水性にします。雨が降るとガラス表面に水膜が形成され、汚れを効果的に軽減します。

ガラスの掃除

（写真提供：veerフォトギャラリー）

テクノロジーが生活を変え、イノベーションが未来をリードします。科学者たちが研究を深めていくにつれて、私たちの生活に役立つ新しい素材がどんどん出てくると信じています。これからも私たちは、生命に対する愛と好奇心を持ち続け、決意と探究心を持って前進していかなければなりません。一緒により良い未来を楽しみにしましょう！

参考文献:

[1] Ou, Y.、Cao, S.、Zhang, Y. 他。タンパク質ベースのコアシェルマイクロゲルから微多孔性の機能性生体材料をバイオプリントします。ナットコミュニケーシ14、322（2023）。

[2] 段瓊娟、王彪、王華平。セルフクリーニングガラスの研究の進歩。新化学物質9, 3 (2009).

[3] ゴン・ジシアンインテリジェント衣料の現状と展望。現代繊維技術、12(1):3 2004年。