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科学者たちが藻類をユニークな機能性ペロブスカイトに変え、特性を調整可能に
(Nanowerk News) 科学者たちは、単細胞の藻類を機能的なペロブスカイト材料に変身させました。ドレスデン工科大学のB CUBE – Center for Molecular Bioengineeringの科学者が率いる研究チームは、藻類の鉱物殻を、物理的特性を調整できるハロゲン化鉛ペロブスカイトに変換しました。この新しいペロブスカイトは、従来の合成法では達成できなかったユニークなナノ構造を有しています。この方法は、単細胞生物から構造および電気光学特性を調整可能なペロブスカイトを大量に製造することに応用できる。
この成果は、Advanced Science誌に掲載されました（「Recruiting Unicellular Algae for the Mass Production of Nanostructured Perovskite」）。
ペロブスカイトは、電気的、光学的、光化学的な特性が顕著であることから、幅広い用途への応用が進んでいる材料です。ペロブスカイト材料は、太陽エネルギー、センシングと検出、光触媒、レーザーなどの分野を革新する可能性を秘めています。
ペロブスカイトの特性は、化学組成や結晶構造の分布・配向などの内部構造を変えることで、特定の用途に合わせて調整することが可能です。現時点では、これらの特性に影響を与える能力は、製造方法によって大きく制限されています。ドレスデン工科大学の科学者チームは、単細胞生物である藻類の長年の進化を利用して、藻類からユニークなナノ構造と結晶特性を持つペロブスカイトを作り出すことに成功しました。
化学変化後の藻類L. graniferaの殻を電子顕微鏡で撮影したもの。
化学変化後のL. granifera藻の殻を電子顕微鏡で撮影したもの。(画像：Kuhrts et al.）
進化を利用する
「単細胞生物は、温度、pH、機械的ストレスなど、さまざまな環境要因に何億年もかけて対応してきました。この研究を主導したB CUBE – Center for Molecular Bioengineeringの研究グループリーダーであるIgor Zlotnikov博士は、次のように語っています。「生物によって形成された鉱物は、現在の合成法では製造できないような構造的・結晶学的特性を示すことが多いのです。
研究チームは、方解石を使って殻を形成する藻の一種、L. graniferaに注目しました。その球状の殻は、ユニークな結晶構造をしています。結晶は放射状に並んでおり、球体の中心から外側に広がっています。「現在のペロブスカイトの製造方法では、このような材料を合成的に作ることはできません。しかし、既存の天然構造を、元の構造を保ったまま機能的な材料に変えることは可能です」と、ズロトニコフ博士は付け加えている。
化学的なチューニング
藻の天然鉱物の殻を機能的なペロブスカイトに変えるために、研究チームは方解石中の化学元素を置換する必要がありました。そこで、アムステルダムのAMOLF研究所で共同研究している研究者が開発した方法を応用した。その結果、材料の化学組成を変化させることで、さまざまなタイプの結晶構造を作り出すことができた。そうすることで、電気光学特性を微調整することができるのです。カルサイトシェルをヨウ素、臭化物、塩化物のいずれかのハロゲン化鉛に変換することで、赤、緑、青のいずれかの光のみを放出するように最適化された機能性ペロブスカイトを作成することができた。
スケールアップの準備完了
「私たちは、単細胞生物が生産する鉱物を、技術的に重要な機能材料に変えることができることを初めて示しました。自然界と競争するのではなく、彼らがすでに経験した長年の進化的適応を利用することができるのです」とZlotnikov博士は言います。
彼のチームが開発した方法はスケールアップが可能で、藻類やその他多数の方解石を形成する単細胞生物を利用して、ユニークな形状や結晶学的特性を持つ機能性材料を製造する産業の可能性が開かれる。
出典 ドレスデン工科大学（注：内容はスタイルと長さのために編集されることがあります。）