【エネルギー/ナノ】「ウイルスを使って発電」 バークレー研究所がM13を使ったバイオ圧電デバイスを開発

「ウイルスを使って発電」 バークレー研究所がバイオ圧電デバイスを開発

http://www.youtube.com/watch?v=F1PzYi8jmuo&feature=player_embedded
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発電ウイルスを仕込んだ圧電シート。指で押すと電気エネルギーが生じ、液晶の文字が表示される （Image courtesy of
Berkeley Lab）

米ローレンス・バークレー国立研究所が、ウイルスを利用した発電技術を開発。遺伝子操作したウイルスを仕込んだ
切手大のシートに指で力を加えることによって電気エネルギーを生みだす実験に成功したとのこと。試作されたウイルス
発電シートからの電気を使って、小型の液晶ディスプレイが表示できることも実証しており、将来的には、靴底にこの発電
シートを入れておけば歩いているうちに携帯電話が充電されるようにすることも夢ではないとします。

振動や機械的力を電気エネルギーに変換することから、このウイルス発電シートは圧電デバイスの一種であるといえますが、
生物材料の圧電特性が発電に利用されたのは今回が初めての例であるとのこと。ドアを閉めたり階段を上ったりといった
日常的動作から生じる振動を発電に利用できるようになるだけでなく、自己組織化によって配列した発電ウイルスが薄膜を
形成する性質を利用して、新しいタイプのナノマイクロデバイスが開発される可能性もあると考えられます。

圧電効果は、1880年に発見されて以来、結晶、セラミックス、骨、タンパク質、DNAなどの材料で確認されており、例えば、
電気式ライターや走査型プローブ顕微鏡にも圧電効果が応用されています。しかし、圧電材料には有毒で扱いにくいものが
多く、このことが圧電技術が広く普及する上で制約になっているとされます。

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M13バクテリオファージは、長さ880nm、直径6.6nmのウイルス。およそ2700個の帯電したタンパク質で覆われている。これを
圧電ナノファイバーとして利用した （Image courtesy of Berkeley Lab）
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画像下の三次元AFM画像は、ウイルスがどのように自己組織化して並んでいるかを示すもの。画像上は、薄膜の構造に
依存した圧電特性を示すもので、色が明るい部分ほど電圧が高い （Image courtesy of Berkeley Lab）

バークレー研究所の物理生物学者 兼 カリフォルニア大学バークレー校 生物工学准教授 Seung-Wuk Lee氏が主導する
研究チームは今回、バクテリアだけを攻撃し、ヒトには無害なウイルスであるM13バクテリオファージに注目。ウイルスをデバイスに
利用する意味としては、自己複製を繰り返すことによって数時間のうちに数百万単位で増殖するため、材料の安定供給が
容易であること。また、棒状ウイルスが多数集まると、箸立ての中に並んだ箸のように自然に配向して薄膜を形成する性質が
あることなどを挙げています。

最初に研究チームは、M13バクテリオファージに圧電効果があるかどうかを確認。M13バクテリオファージの薄膜に電界をかけ、
その挙動を特殊な顕微鏡で観察しました。ウイルスを覆っているらせん状のタンパク質が、電界の印加に反応してくねくねと
動いたことから、圧電効果が働いていることが確認できたとします。

次の段階では、ウイルスの圧電特性を増強することに取り組みました。これには、ウイルスを覆っているらせん状タンパク質の
一端へ、マイナスに帯電する4個のアミノ酸残基を遺伝子操作によって付加。これらの残基がタンパク質のプラス端とマイナス
端の間の電荷の差を増大させることにより、ウイルスの電圧が上昇するとします。

実証段階では、遺伝子操作されたウイルスが自然に多層薄膜を形成するような条件を設定。面積1cm2程度の大きさに
自己組織化した薄膜を2枚の金電極板で挟みこんで、液晶ディスプレイに配線接続しました。

ウイルス発電シートに圧力をかけると、最大6nAの電流が流れ、400mVの電位が生じたとのこと。電圧は単3電池1個の
1/4程度あり、数字の「1」を液晶表示するには、これで十分だといいます。

「現在は、この原理の実証実験に改良を加えているところ」とLee氏。「バイオテクノロジーのツールを使えば、遺伝子操作した
ウイルスを大量生産ができる。ウイルス型圧電材料によって、次世代のマイクロエレクトロニクスが容易に展開できるようになる
だろう」と話しています。

SJN Blog　再生可能エネルギー最新情報　2012年5月14日
http://sustainablejapan.net/?p=1553
>>2辺りに続く

Berkeley Lab Scientists Generate Electricity From Viruses
Berkeley Lab News Release May 13, 2012
http://newscenter.lbl.gov/news-releases/2012/05/13/electricity-from-viruses/
http://newscenter.lbl.gov/wp-content/uploads/group-image.jpg
（転載者注：単層のウイスル膜を積み重ねていった所、２０層ぐらい積み重ねたところで圧電効果が最大になったとのこと）

Virus-based piezoelectric energy generation
Byung Yang Lee, Jinxing Zhang, Chris Zueger, Woo-Jae Chung, So Young Yoo, Eddie Wang, Joel Meyer,
Ramamoorthy Ramesh & Seung-Wuk Lee
Nature Nanotechnology 7, 351–356 (2012) doi:10.1038/nnano.2012.69
http://www.nature.com/nnano/journal/v7/n6/full/nnano.2012.69.html

関連ニュース
【ナノテク】M13ウイルスを利用した極小電池を開発中…MIT研究者グループ 2006/04/11
http://news18.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1144736004/
【技術】ウイルスを使ったバッテリー、MITが開発
http://gimpo.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1238751680/
【省エネ】圧電効果を利用して摩擦力の低減に成功―独立行政法人物質・材料研究機構 画像あり
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1285256328/-100
【材料工学】名古屋工大、ニオブ系圧電セラミックスの簡易製法を確立
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1279811079/-100
【材料】圧電効果を持ち音を感知する繊維を開発、「着るマイク」などを想定 MIT
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1279004056/-100
【AV】世界初の超薄型・防水対応圧電スピーカーを商品化 村田製作所
http://anchorage.2ch.net/test/read.cgi/bizplus/1276520422/-100
【微生物燃料電池】微生物が互いに電子をやり取りする未知の「電気共生」を発見／東京薬科大など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1338988038/

MITのアンジェラ・ベルチャー一味の研究だな。
アメリカの有名研究室はどこに行っても韓国人がいるけど順調に育っているようだな。

これでエネルギー問題も解決か・・・・

ばんじゃーい＼(^o^)／

魔術的だな

このウイルスを人間の体内に取り込むとゾンビになるんですね

ラムちゃん

エサはどうするんだろう？

ブルースの無駄遣い

電気うなぎとか電気ナマズの事、忘れてないか？

http://newscenter.lbl.gov/wp-content/uploads/group-image.jpg

ダサいメガネかけてるなー(´・ω・｀)

>>10
うなぎじゃ靴底に敷けないだろ

このウィルスのＤＮＡを人間のＤＮＡに組み込んで生まれたのが
第３位のレールガンである！

>>10
そういや、思い直してみるとすげえな

これが人類滅亡へのｒｙ

何でも最初は「夢の発明技術」だと思うんです。原子力もそうでした。

次はラッキーウイルスを頼む

ﾅﾉﾃｸを使わないﾅﾉﾃｸだな

時代はそろそろフエムトマシンの時代

このバクテリオファージが大腸菌に感染し、人の腸内で増殖したら、デンセンマンの出来上がり？