積層造形
Mycofluid: 3Dプリントされた菌類がプラスチック廃棄物に取って代わる可能性
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ワシントン大学の研究者らは、使用済みコーヒーかすと菌糸体を組み合わせ、3Dプリントで成形できる包装用のバイオ複合材料を研究した。菌糸体が印刷物の中で育ち、別々の部品をつなぐこともできる。実験室で得られた結果は有望だが、商用包装材としての性能や環境負荷は今後の検証が必要だ。
プラスチック廃棄物
プラスチック廃棄物は重大な懸念事項です は環境保護団体や研究者が取り組む課題であり、陸上にも海洋にも大量の廃棄物が残っている。複数の研究 は、適切な対策がなければ廃棄物が今後も増える可能性を示している。
プラスチックが細かくなると、微小な粒子が食品や水を通じて人に届くことがある。健康への影響は粒子の性質や曝露量によって異なり、研究が続いている。
バイオプリンティングソリューション
「バイオプリンティング」は生きた細胞や生物を使う積層造形を指す。今回の研究は臓器の印刷ではなく、菌糸体を育てる包装材の製造を対象とする。
研究の詳細
代替包装材を探るため、研究チームは論文「3Dプリント菌糸体バイオコンポジット：3Dプリンティングと付加製造における菌類ベースコンポジットの印刷と成長の方法」を発表した。1 この研究では、食品廃棄物の一つであるコーヒーかすを菌類の培地に利用した。
出典：ワシントン大学
コーヒーかすは広く発生する廃棄物で、菌類が利用できる栄養分も含む。ただし、そのままでは無菌ではないため、チームは材料と培養条件を管理して不要な微生物の増殖を抑えた。
皮膚形成
菌が新たな材料上で育つと、菌糸が網状に広がる。これがコーヒーかすの粒子をつなぎ、印刷物の形を保つ助けになる。
菌糸体は環境条件に応じて成長する生きた材料である。生分解性が期待されるが、どの環境でも無害で、すぐ分解されると断定することはできない。研究者らは適切な菌種と培養条件を選び、印刷した形を保てるか調べた。
菌糸体を使った材料は生分解性を持つ可能性がある。ただし、実際の分解速度や環境への影響は材料配合、使用条件、廃棄方法に左右される。この研究では、育った菌糸体による形状と耐水性を調べた。
Mycofluid
研究者らは印刷用のペーストを「Mycofluid」と名付けた。配合は次の通り。
- 54.9% 使用済みコーヒーかす – 主なリサイクルバイオマスとして機能
- 13.7% 玄米粉 – 菌類の成長に必要な炭水化物を提供
- 5.5% 粉砕穀物スポーン – 菌類の胞子を導入
- 1.1% キサンタンガム – 粘度調整剤および結合剤として機能
- 24.7% 水 – 菌糸体の発育に必要な湿度を維持
接種した混合物を均一にし、専用の3Dプリンターの押出機から出せる状態にした。
目的別設計ノズル
チームは粘度の高いペーストを層状に押し出す専用ノズルを作り、ワシントン大学Machine AgencyのJubilee 3Dプリンターに取り付けた。約1リットルの材料を収める容器を用いた。
装置を大きくし、別の材料にも応用する構想はあるが、量産が実証されたわけではない。
テストフェーズ
モアイ像の形、包装部品、三つの部分からなる花瓶などを印刷して試した。一部の作品は、後から菌糸体で結合する別々の部品として作られた。
試作品は専用3Dプリンターで作られ、約10日間の培養後に乾燥された。菌糸体が部品を結合するか、包装材に必要な特性が得られるかを確認した。
成形後、菌糸体を育てるため管理された環境に約10日間置いた。その後、試作品を取り出して乾燥させ、材料特性を測定した。
テスト結果
菌糸体は別々に印刷した部品をつなげた。試作品の一部の機械的特性は発泡ポリスチレンと比較され、密度は一部の段ボールに近かった。ただし、あらゆる用途で既存の包装材より強いことを示す結果ではない。
耐水性
水に浸した試料を比べると、菌糸体が育った試料の重量増加は1時間後に約7%、24時間後に約66%だった。菌糸体を育てていないコーヒー由来の試料は24時間以内に崩れた。育った試料は乾燥後も形を保ったが、完全防水という意味ではない。
潜在的な市場利益
使用済みコーヒーかすを活用し、一部のプラスチック包装に代わる材料を作る可能性がある。ただし、回収・加工の費用、エネルギー、耐久性、生分解性を実際の使用条件で評価する必要がある。
発泡材の代替になる形状も考えられるが、実験室の試作品から世界全体のプラスチック汚染削減量を推定することはできない。
精巧なデザイン
菌糸体が別々の印刷部品をつなぐため、壊れやすい製品や複雑な形状に合わせた包装を設計しやすい。実際の輸送に使うには衝撃と湿気への耐性を確かめなければならない。
小ロット製造
金型を使わない3Dプリントは、小ロットの専用包装に向く可能性がある。従来の成形菌糸体製品と生産速度や費用を比較することが次の課題となる。
克服すべき課題
エンジニアが新しい包装方法を主流の解決策にするためにまだ対処すべき課題は複数あります。まず、Mycofluid を作成するために使用される菌糸体の成長を支えるために、食品廃棄物の基本的な滅菌が必要です。この要件はこの方法の大規模利用を制限します。
研究者らは別の食品廃棄物も材料として検討したいとしている。原料の安定供給、微生物の管理、消費エネルギー、費用を解決する必要があり、すべての廃棄物で同じ結果が得られるとは限らない。
バイオプリンティング市場をリードする企業
バイオプリンティングには包装材のほか、生体組織を扱う別分野もある。臓器印刷の研究成果を、今回の菌糸体包装の実証結果と混同してはならない。以下の企業は組織工学の研究例であり、このコーヒーかす包装材の開発元ではない。
United Therapeutics
United Therapeutics (UTHR ) は1996年設立。創業者のマーティン・ロスブラットは、SiriusXMなどの事業にも関わった。会社設立の背景には娘の肺疾患の治療を探す経験がある。
United Therapeuticsは肺疾患の治療薬と臓器研究に取り組み、Miromatrixの買収によって組織工学の事業を広げた。
UTHR 価格チャート
同社は肺疾患治療や臓器・組織工学の研究を進めている。しかし、この菌糸体包装研究は同社の売上や株価の上昇を示すものではない。投資判断には別途、財務情報の調査が必要だ。
3Dプリント菌糸体バイオコンポジット – 無限の可能性
コーヒーかすと菌糸体による包装は、廃棄物を生かす有望な研究分野だ。品質、安全性、耐久性、環境への総合的な影響が量産段階で確認されるまでは、一般的なプラスチックの代替品として扱うべきではない。
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研究参照:
1. Luo, D., Yang, J., & Peek, N. (2025). 3Dプリント菌糸体バイオコンポジット: 3Dプリンティングと菌類ベースコンポジットの成長手法. 3Dプリンティングと付加製造. https://doi.org/10.1089/3dp.2023.0342
