水からできた新素材「アクアマテリアル」

「アクア（aqua）」は「水 」、「マテリアル（material）」は「材料」を意味します。東京大学・大学院工学系研究科の相田卓三教授たちが開発した「アクアマテリアル」は、まさにその名の通り「水 」からできた新しい素材です。原料は、全体の95%以上（重さ ）が水 、ほかに化粧品などにも使われている工業用の粘土（層状粘土鉱物 〈そうじょうね んどこうぶつ〉）が2～5%、さらに約0.1%とごくわずかな高分子化合物 （たくさんの原子 が結合してできている物質、プラスチック や合成せんい、タンパク質 など身の回りにもたくさんあります）と呼ばれる物質が使われています。これらをまぜ合わせるだけで、水 はあっという間にかたまり、まるでグミキャンディのような、しなやかな手ざわりの「アクアマテリアル」ができあがります。

この新素材 は、ほとんどが水 からできているにも関わらず、しっかりした強度を持ち、ゴムのような弾力 性（だんりょくせい）もあり、しかも切った面をすぐに貼り合わせれば、もとどおりくっつくなど、すぐれた特徴（とくちょう）を持っています。さらに、水 はもちろん、工業用粘土なども自然にあるもので、捨てたあとも自然に分解 するなど、環境や人間の体によくない影響を与えにくい、環境にやさしい素材であることが分かっています。

あみ目構造で水をキャッチ

「アクアマテリアル」のように、たくさんの水 を含みながらもしっかりとした形を保ち、くねくねと曲げ伸ばしすることもできる、こうした固体 と液体 の中間のような性質を持った物質は、「ゲル」と呼ばれています。生活の身近にも、コンニャクやトコロテン、ゼリーなど、ゲルの仲間はたくさんあります。

みなさんは、ジュースにゼラチンを加えて、火にかけて熱 し、さらに冷蔵庫で冷やしてゼリーをつくったことはありませんか。かたまってゼリーになる仕組みをかんたんに説明すると、ゼラチンに含まれるコラーゲンなどのタンパク質 が、熱 を加えることであみの目 のような構造をつくりながら広がり、そこにジュース（水 ）の分子 がとらえられて動きにくくなり、かたまってプヨプヨとしたゼリーができあがるのです。

「アクアマテリアル」も同じような仕組みでできています。使われている工業用粘土は、雲 母（うんも）などと同じように薄いシート状の鉱物 が集まったもので、水 に混ぜるとうすく小さくはがれて広がります。ここに特殊（とくしゅ）な高分子化合物 を加えると、それが粘土シートにくっつき、粘土同士をつなぐ働きをして、三次元のあみ目 構造ができあがります。そのあみ目 に水 分子 が引っかかってゲルになるのです。このときできるあみ目 構造は、コンニャクの500倍という非常に強い力 でくっついているため、かんたんにはちぎることができません。さらに、粘土の量をもっと増やせば、さらにかたい物質をつくることもできるそうです。

別の研究から誕生した新素材

「実は『アクアマテリアル』は、『分子 のり』という生体のタンパク質 などに強くくっつく高分子化合物 を開発するという、別の研究から生まれました」と相田教授はいいます。あるとき、開発した高分子化合物 がガラスによくくっつく性質を持っていることが分かり、「それならば、ガラスと同じ成分を持つほかのものにも貼りつくはずだ。これを応用すれば何か新しいものが生まれるかもしれない」、そうした発想から研究を進めて、誕生したのが「アクアマテリアル」でした。

相田教授は、「私は研究分野をひとつに決めてしまわず、いろいろなことをやるのが好きなのです（笑）。いつも好奇心（こうきしん）を大切にしながら、物質に関係することで、今までにない研究ができると思ったら、とにかくやってみる、それがモットーです」と話します。相田教授のもとで研究する学生たちにも、「自分と同じことをしないで、いろいろなことを学び、ひとつの分野をこわしていくことで、新しい可能性を広げなさい」と話しているといいます。

環境にもやさしく、原料をまぜるだけでかんたんにつくれるということもあって、相田先生の研究室には、「アクアマテリアル」の利用法について、医療関係をはじめ、おもちゃ業界やスポーツ業界など、いろいろな分野から問い合わせがあるそうです。「手術中にキズをふさいだり、人工関節 の材料に使う、さらにはこの素材で手術用の手袋をつくるなど、いろいろなアイデアがよせられています」と相田教授。水 からできた新素材 、どんな使い方があるか、みなさんも考えてみてください。