磁気走性細菌（Magnetotactic Bacteria, MTB）は、磁気小体（magnetosomes）を生体鉱化する微生物です。磁気小体は膜で包まれた磁性ナノ結晶で、主に磁鉄鉱（Fe₃O₄）または硫鉄鉱（Fe₃S₄）で構成されています。これらの磁気小体は細菌の細胞内で鎖状または特定の方向に配列され、細菌に磁気双極子モーメントを与え、地球の磁力線に沿って方向運動を行う能力を提供します。この現象は磁気走性（magnetotaxis）と呼ばれます。磁気走性は、細菌が垂直な化学濃度勾配（通常は酸素勾配）の中で最適な位置を特定し維持するのに役立ちます。 磁気小体の磁性特性は、そのサイズ、形状、結晶配向、および空間配置によって決定され、これらの特性はナノ粒子の磁性を研究するための理想的なモデルと...

鉄（Fe）は地球上で最も豊富な元素の一つであり、土壌や堆積物中に広く存在し、地球規模の炭素、窒素、酸素の循環に関与しています。鉄の酸化還元反応は、特に鉄酸化と鉄還元の過程において、生物地球化学的循環において重要な役割を果たしています。鉄鉱物、特に混合価態の鉄鉱物（例えば磁鉄鉱）は、その高い表面積と酸化還元活性により、環境中の栄養素や汚染物質の移動と変換に影響を与えることができます。近年の研究では、磁鉄鉱ナノ粒子（MNPs）が微生物の電子供与体および受容体として機能し、「生物地球電池」として微生物駆動の酸化還元循環において電子を蓄積および放出することが明らかになりました。しかし、磁鉄鉱ナノ粒子が連続的な酸化還元循環においてどの程度安定であり、鉱物の完全性と性質にどのような影響を与えるかはまだ不...

背景紹介 柔軟な容量型圧力センサーは、その高い感度、迅速な応答性、優れた機械的柔軟性により、インテリジェントロボット、医療モニタリング、ヒューマン・マシンインタラクションなどの分野で広く応用されています。しかし、従来の誘電性エラストマー（dielectric elastomers）は通常、低い誘電率を持ち、その容量信号の変化範囲を制限しています。容量センサーの性能を向上させるために、研究者は通常、エラストマーに高誘電率の無機セラミックや導電性材料を添加してその誘電性能を向上させます。しかし、これらの充填材は通常硬く、エラストマーを硬化させ、柔軟性を低下させ、高圧下で浸透現象（percolation）が発生し、材料が誘電性から導電性に変化し、容量センシング機能を失うことがあります。 液体金属（...

学術背景 インターネット・オブ・シングス（IoT）やウェアラブル電子機器の急速な発展に伴い、生理モニタリング、スマート衣料、ヒューマン・コンピュータ・インタラクションなどの分野におけるスマートセンサーの需要が高まっています。特に、柔軟性のある多機能センサーは、皮膚湿度検出や生理活動モニタリングなどの潜在的な応用が期待されています。しかし、既存の可視化多機能湿度・ひずみセンサーは、統合後にセンシング性能の低さ、耐久性の不足、温度干渉、および大規模生産の難しさといった課題に直面しています。これらの問題を解決するため、研究者たちは新しい材料と構造設計を探求し、センサーの性能と安定性を向上させることを目指しています。 ペロブスカイト材料は、その優れた光学特性、低コスト、および製造の容易さから、近年ス...

学術的背景 携帯型電子機器や電気自動車の急速な発展に伴い、高性能エネルギー貯蔵技術の需要が増加しています。リチウムイオン電池（LIBs）は現在主流のエネルギー貯蔵技術ですが、そのエネルギー密度と安全性には依然として課題があります。特に、液体有機電解質を使用する場合、リチウムデンドライトの成長や電解質の可燃性によって深刻な安全上の問題が生じます。これらの問題を解決するために、全固体電池（SSBs）が登場しました。全固体電池は固体電解質（SSEs）を使用して液体電解質を置き換えることで、より高い安全性と潜在的なエネルギー密度の向上を実現します。しかし、従来の固体電解質はイオン伝導性と機械的特性に欠陥があり、その実用化が制限されています。 複合固体電解質（CSEs）は、充填材と塩をポリマーマトリッ...

学術的背景 地球規模の気候変動の進行に伴い、建築物のエネルギー消費、特にエアコンシステムのエネルギー消費が増加し続けています。統計によると、建築物のエアコンシステムは世界の年間電力消費量の約10%を占めており、この数字は二酸化炭素排出量の増加と共に上昇し、地球温暖化の悪循環をさらに加速させています。受動的放射熱管理技術、特に選択的なスペクトル変調を利用した放射冷却技術は、この問題を解決する可能性のある手法として注目されています。この技術は、太陽光（0.3-2.5 μm）を散乱させ、大気窓（8-14 μm）を通じて熱を宇宙空間（約3 K）に放射することで、追加のエネルギー投入や環境汚染を必要とせずに自動的に温度調節を実現します。 しかし、既存の放射冷却材料、例えばガラス、ブロック、フィルム、コ...

学術的背景 ウェアラブル電子デバイスの急速な発展に伴い、高性能で柔軟性と耐久性を備えた材料に対する需要が高まっています。グラフェン（graphene）は、優れた導電性、機械的強度、柔軟性を備えた二次元材料として、近年ウェアラブルデバイスへの応用が注目されています。しかし、グラフェンをウェアラブルデバイスに適した機能性繊維材料に変換する方法は、依然として解決すべき課題の一つです。グラフェン繊維（graphene fiber, GF）は、グラフェンの優れた特性を継承するだけでなく、繊維製品の柔軟性と編み込み性も備えており、ウェアラブルセンシング、柔軟なエネルギー貯蔵デバイス、およびスマートテキスタイルにおいて大きな応用可能性を示しています。本論文は、グラフェン繊維の製造技術とそのウェアラブルデバ...

アルミニウムイオン電池におけるナノファイバーカソードの研究進展 学術的背景 持続可能なエネルギーソリューションに対する世界的な需要の高まりに伴い、エネルギー貯蔵システムの開発が研究の焦点となっています。リチウムイオン電池（LIBs）は高いエネルギー密度とサイクル安定性により市場を支配していますが、その高コスト、資源の有限性、安全性の問題、環境影響などの課題から、代替となる金属イオン電池（MIBs）技術の探索が進められています。アルミニウムイオン電池（AIBs）は、より高い理論的な体積容量、低コスト、環境に優しい特性から有望な代替案と見なされています。しかし、AIBsの性能はまだ商業化の基準に達しておらず、主な原因として電極材料の体積変化、電解質と電極の副反応、サイクル安定性の低さなどが挙げら...

学術的背景 傷口感染は、世界中の患者や医療専門家にとって重要な問題であり、特に深刻な傷を扱う際に不適切な包帯は感染リスクを高め、治癒時間を延長し、さらには死亡率の上昇や経済的負担を引き起こす可能性があります。従来の包帯、例えばガーゼやバンドエイドは広く使用されていますが、多くの制約があります。例えば、ガーゼは過剰な出血を引き起こす可能性があり、手などの部位の動きを制限する一方、バンドエイドは通気性がなく、発汗後に傷口が湿りやすく、感染リスクを高めます。したがって、感染を効果的に防止し、良好な通気性、伸縮性、防水性を備えた新しい包帯の開発が現在の研究の焦点となっています。 近年、ナノファイバーやマイクロファイバー膜はその柔軟性と優れた変形能力から、傷の修復において大きな可能性があると考えられて...

学術的背景 スマートウェアラブルデバイスの急速な発展に伴い、圧力センサーはコアコンポーネントとして、健康モニタリング、ヒューマン・マシン・インタラクション、人工知能などの分野で広く注目されています。圧力センサーはそのセンシング原理に基づいて、主に容量式、圧電式、摩擦電気式、圧抵抗式などに分類されます。その中でも、圧抵抗式圧力センサーは構造が単純で感度が高く、製造コストが低いため、研究のホットスポットとなっています。しかし、高感度を実現しながら検出範囲を拡大することは、圧抵抗式センサーの実際の応用における大きな課題です。 グラフェンはその優れた導電性、高い比表面積、卓越した機械的強度により、センサーフィールドで優れた性能を示しています。しかし、グラフェンは実際の応用において、その機械的および電...