卵白は海水からマイクロプラスチックをろ過できる素材に変わる

2022 年 11 月 4 日

ジュリア・シュワルツ著、プリンストン大学

プリンストンエンジニアリングの研究者らは、朝食用の食品を、海水から塩分やマイクロプラスチックを安価に除去できる新素材に変える方法を発見した。

研究者らは卵白を使ってエアロゲルを作成した。エアロゲルは軽量で多孔質の材料で、水のろ過、エネルギー貯蔵、防音や断熱など、さまざまな用途に使用できる。 機械航空宇宙工学のスーザン・ドッド・ブラウン教授であり、プリンストン大学イノベーション学部副学部長であるクレイグ・アーノルド氏は、彼の研究室と協力して、工学用途向けのエアロゲルなどの新材料の作成に取り組んでいます。

ある日、教授会に出席しているときに、彼はアイデアを思いつきました。

「私はそこに座って、サンドイッチに入っているパンを見つめていました」とアーノルドさんは語った。 「そして、これこそまさに私たちが必要としている種類の構造だ、と私は思いました。」 そこで彼は、研究グループに炭素を混ぜたさまざまなパンのレシピを作って、彼が探していたエアロゲル構造を再現できるかどうかを確認するように依頼しました。 最初はどれもうまく機能しなかったため、チームはテスト中に材料を排除し続け、最終的には卵白だけが残りました。

「私たちはより複雑なシステムから始めました」とアーノルド氏は言いました。「そして、それが何であるかという核心にたどり着くまで、ただ減らし続け、減らし続けました。構造を導き出していたのは卵白に含まれるタンパク質でした私たちが必要としていたものです。」

卵白は、ほぼ純粋なタンパク質の複雑なシステムであり、酸素のない環境で凍結乾燥させ、摂氏 900 度まで加熱すると、相互接続された炭素繊維のストランドとグラフェンのシートの構造が形成されます。 Materials Todayに8月24日に掲載された論文で、アーノルドと彼の共著者らは、得られた材料が海水から塩とマイクロプラスチックをそれぞれ98%と99%の効率で除去できることを示した。

この論文の筆頭著者であるセームス・オズデン氏は、「卵白は、最初にコンロで揚げたり、泡立てたりした場合でも機能した」と述べた。 オズデンは、プリンストン複合材料センターの元博士研究員であり、現在はアラムコ研究センターの科学者です。 オズデン氏によると、最初のテストでは通常の店で購入した卵白が使用されたが、他の同様の市販のタンパク質でも同じ結果が得られたという。

「卵は素晴らしいものです。なぜなら誰もが卵とつながることができ、簡単に入手できるからです。しかし、食物循環との競合には注意が必要です」とアーノルド氏は言う。 他のタンパク質も機能するため、この材料は食料供給に影響を与えることなく、比較的安価に大量に生産できる可能性があります。 オズデン氏は、研究者らの次のステップは、大規模な水の浄化に使用できるように製造プロセスを改良することだと指摘した。

この課題が解決できれば、この材料は製造コストが安く、使用エネルギー効率が高く、効果が高いため、大きな利点が得られます。 「活性炭は、水の浄化に使用される材料の中で最も安価な材料の 1 つです。我々の結果を活性炭と比較しましたが、活性炭の方がはるかに優れています」とオズデン氏は述べています。 操作に多大なエネルギー投入と過剰な水を必要とする逆浸透と比較して、このろ過プロセスは操作に重力のみを必要とし、水を無駄にしません。

アーノルド氏は水の純度を「大きな大きな課題」とみなしているが、この材料の潜在的な用途はそれだけではない。 彼はまた、エネルギー貯蔵と断熱に関連する他の用途も模索しています。

この研究には、プリンストン大学およびその他の大学の化学生物工学部および地球科学部からの貢献が含まれていました。 「研究室で何かを作ることと、その理由と方法を理解することは別のことです。」とアーノルド氏は言いました。 「なぜ」と「どのように」という疑問への回答を支援した共同研究者には、化学生物学工学のロドニー・プリーストリー教授とA. ジェームス・リンク教授が含まれており、卵白タンパク質の変換メカニズムを分子レベルで特定するのに貢献した。 プリンストン大学の地球科学の同僚が水の濾過の測定を支援しました。

有機金属化合物化学研究所のスザンナ モンティ氏と、ナノサイエンス研究所および NEST スクオーラ ノルマル スペリオーレのヴァレンティーナ トッツィ氏は、卵白タンパク質のエアロゲルへの変化を明らかにする理論的シミュレーションを作成しました。

詳しくは： Sehmus Ozden et al、水浄化のための卵タンパク質由来の超軽量ハイブリッドモノリシックエアロゲル、マテリアルズトゥデイ (2022)。 DOI: 10.1016/j.mattod.2022.08.001

雑誌情報:今日の材料

プリンストン大学提供