世界一細いスパゲッティをご覧ください

世界一細いスパゲッティにフォークを回すのは大変だ。このナノファイバーは人間の髪の毛の約200倍の細さで、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ（UCL）のチームが開発した。すぐにイタリアンレストランのメニューに載ることはないだろうが、ナノファイバーは医療や工業デザインに幅広く応用できるため、研究室で開発された。この極細繊維の詳細は、11月21日付けのNanoscale Advances誌に掲載された研究論文で紹介されている。

次に細いパスタとして知られるのは、ス・フィリンデウ（神の糸）で、サルデーニャ島ヌーオロのパスタ職人が手作りしている。ス・フィリンデウの幅は約400ミクロンと推定され、この新しい電気紡糸による実験室で作られたものより約1,000倍も厚い。この新しい実験室で作られたスパゲッティの幅は372ナノメートルで、光の波長よりも狭い。

「残念ながら、フライパンから取り出す前に1秒も経たないうちに茹で過ぎてしまうので、パスタとしては役に立たないと思います」と、研究の共著者でロンドン大学ロンドン校の医薬材料科学者、ギャレス・ウィリアムズ氏は声明で述べた。

ナノファイバーとは何ですか?

ナノファイバーとは、100 ナノメートル (nm) 未満の繊維状物質のことです。1 ナノメートルは 1 メートルの 10 億分の 1 に相当します。たとえば、人間の髪の毛の幅はおよそ 80,000 ～ 100,000 ナノメートルです。

余分なブドウ糖を蓄えるでんぷん質の植物材料から作られたナノファイバーは、特に有望です。ナノファイバーマットは非常に多孔質なので、傷の治癒を助ける包帯に使用できます。これにより、水と湿気は傷口に届きますが、細菌は入りません。また、骨の再生や体内への薬剤の送達のための一種の足場としても使用できます。

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「さらに、ナノファイバーは細胞外マトリックス（細胞が自らを支えるために構築するタンパク質やその他の分子のネットワーク）を模倣するため、組織を再生するための足場としての使用が研究されている」とウィリアムズ氏は述べた。

しかし、これらのタイプのナノファイバーは、植物細胞から抽出され精製されたデンプンに依存しています。デンプンの抽出には大量のエネルギーと水が必要なので、化学者はこれらのナノファイバーを紡ぐより効率的な方法を模索しています。

「デンプンは豊富で再生可能であり、セルロースに次いで地球上で2番目に大きいバイオマス源であり、生分解性、つまり体内で分解可能であることから、将来有望な材料です」と、研究の共著者でUCLの化学者であるアダム・クランシー氏は声明で述べた。「しかし、デンプンを精製するには多くの処理が必要です。」

より環境に優しい方法は、小麦粉のようなデンプン質を多く含む原料から直接ナノファイバーを作ることです。結局のところ、パスタの原料は小麦粉なのです。

塩、脂肪、ギ酸、熱

新しい研究で、研究チームは幅わずか 372 ナノメートルのスパゲッティの作り方を説明しています。このために、彼らはエレクトロスピニングと呼ばれる技術を使用しました。電気の力で小麦粉と液体の糸を針の先から引き抜きます。この非常に詳細な作業は、UCL の学生であるベアトリス・ブリトンが化学の修士課程の一環として行ったものです。

「スパゲッティを作るには、水と小麦粉の混合物を金属の穴に通します」とクランシーは言う。「私たちの研究では、同じことをしましたが、小麦粉の混合物を電気で通しました。文字通りスパゲッティですが、はるかに小さいです。」

混合物が入った針と、混合物が置かれている金属板は、電池の両端を形成します。電気を加えると、混合物は回路を完成させます。混合物は針から流れ出て金属板に流れます。

また、白小麦粉のようなデンプン質の多い原料を使った電気紡糸は、純粋なデンプンを使うよりも難しいです。小麦粉にはタンパク質やセルロースなどの不純物が多く含まれており、混合物の粘性が増して繊維を形成できなくなります。

これを説明するため、研究チームは水の代わりに小麦粉とギ酸を使用しました。ギ酸はデンプンを構成する巨大ならせん構造、つまりヘリックス（螺旋）を分解します。酸がそれらを引き裂くのは、くっついたヘリックスの層がナノファイバーの構成要素としては大きすぎるからです。調理の熱はデンプンに対してギ酸と同じ効果をもたらします。ヘリックス層を引き裂き、パスタを消化しやすいものにします。

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麺が空気中を飛んで金属板に届くと、ギ酸は最終的に蒸発します。チームはまた、混合物を数時間かけて注意深く温め、その後ゆっくりと冷やして適切な粘度にする必要もありました。

この新しい「ナノパスタ」は、幅約2センチメートル（1インチ未満）のナノファイバーのマットも形成しました。マット自体は目に見えるものの、それぞれの繊維は細すぎて、どのような可視光カメラや顕微鏡でもはっきりと捉えることができません。その幅を測定するために、研究チームは走査型電子顕微鏡を使用しました。

「小麦粉を使ってナノファイバーを作るより簡単な方法が可能であることを私たちは示しました」とクランシーは語った。「次のステップはこの製品の特性を調べることです。例えば、どれくらい早く分解するか、細胞とどのように相互作用するか、大規模に生産できるかどうかなどを知りたいのです。」