次に、電気器官をデバイスに組み込んだ発電機のプロトタイプ作製を行った。先述した実験で発電自体は可能だったが、電気器官のサイズが一定でなく、シリンジ針を支持体なく電気器官に刺しているため、電圧・電流が電気器官ごとに安定せず、ノイズが発生しやすい状況にあった。これらを解決するには、一定サイズのデバイスに電気器官を組み込むことが必要となる。
そこで、摘出したシビレエイの電気器官を3センチメートル角にカットし、これをアルミやシリコンゴムで作製した容器に固定。発生電力の安定化ならびに直列による電圧増強、並列による電流増強を調べた(図4)。
その結果、16個のデバイスを直列につなぐことでピーク電圧1.5V、ピーク電流0.25mAを達成した(図5)。
一般的に電力を活用するためには、常時一定の電力が供給されることが必要となる。しかし、このデバイスで発電した場合、発生電力はアセチルコリン注入後から徐々に低下する。そのため、もしこのデバイスで発電した電力を使用するのであれば、蓄電が必須となる。そこで、デバイスを含む電気回路を構成し蓄電を行った結果、電力はコンデンサーに蓄電され、電池のように利用できることが実証できた(図6)。
今回の研究は、ATPエネルギーのみで実現できる高効率発電機に向けた第一歩だと位置付けられる。しかし、シビレエイは安定・大量に入手できるものではないため、電気器官に相当するものを人工的に構築する必要がある。これを目指し、細胞膜やタンパク質の再構成手法とマイクロ・ナノ流体技術を融合し、分子からボトムアップ的に細胞機構を開発し、発電細胞と同様の材料を創出することを目指すと理研では述べている。
ATPは生物には必ず含まれ、生物が関連するあらゆるところに存在することから、将来的には、このようなデバイスは、生体内の他、食物や排水など、さまざまな環境下に存在するATPやグルコースを利用した微小エネルギー駆動型の環境発電機として応用が期待されている。
Copyright © ITmedia, Inc. All Rights Reserved.