記事・レポート
世界初! 人工クモ糸繊維の量産基盤技術確立までの物語
スパイバー・関山和秀:「QMONOS」開発秘話と、クモの糸で変わる未来
日本元気塾経営戦略キャリア・人
更新日 : 2013年11月28日
(木)
第2章 世界最高のタフネスをもつ天然“クモ糸”とは?
主成分はタンパク質
関山和秀: 地球上には、確認されているだけで約4万種ものクモが生息しており、未発見の種まで含めると、20万種を超えると言われています。2010年にアフリカのマダガスカルで、ダーウィンズ・バーク・スパイダーという新種のクモが発見されました。このクモは、幅25mを超える川を横断する巣を張ります。そのクモが出す糸を調べたところ、世界最高のタフネスをもつことが分かりました。
天然のクモ糸の主成分は、フィブロインと呼ばれるタンパク質です。クモの腹部には、フィブロインを生成する分泌腺が複数あります。ここで異なるフィブロインをブレンドし、常時7種類ほどの異なる特性をもつ糸を出し、用途により使い分けています。一般的なクモの巣には、大きく分けて2種類の糸が使われています。巣を支える縦糸は強度が高く、伸縮性が低い糸。獲物を捕らえるための横糸は、強度は高くない反面、非常に伸縮性の高い糸が使われています。
強さと伸びを両立する仕組み
関山和秀: タンパク質は、20種類のアミノ酸が数十〜数千個、直鎖状に結合した分子構造をもちます。フィブロインの分子構造は、最終的にアミノ酸の配列で示されます。天然のクモ糸のアミノ酸配列を見ると、柔らかいアミノ酸が不規則に並んだ非結晶領域(ソフトセグメント)と、硬いアミノ酸が規則的に並んだ結晶領域(ハードセグメント)があります。
非結晶領域は伸縮性を、結晶領域は強度を司っていますが、これらが非結晶・結晶・非結晶・結晶……というように交互に並び、分子を形作っています。そして、フィブロイン分子の結晶領域は、近くにあるいくつかの分子の結晶領域とがっちり結合し、非結晶領域は複雑に絡まり合っています。
クモ糸に応力(引っ張る力)がかかると、まずは柔らかい非結晶領域が引き伸ばされます。非結晶領域は伸縮性に富むため、ある程度引き伸ばされても、応力がかからなくなれば再び元に戻ります。非結晶領域が限界まで伸ばされた上で、さらに応力がかかり続けると、結合していた結晶領域が破壊されます。しかし、壊された結晶領域は、近くにある別の結晶領域と瞬時に結合し、再結晶化します。分子レベルでこうしたことが繰り返されるため、応力がかかり続けても、切れずにグイグイと伸びていくことができるのです。
一般的な繊維は、構造の一部に亀裂が入ると、そこから破壊が進み、最終的に切れたり破れたりしてしまいます。いっぽう、天然のクモ糸は、壊れても瞬時に分子構造が再構築され、切れずに伸びていく。こうしたメカニズムにより、非常に高いタフネスを発揮できると考えられています。
世界初! 人工クモ糸繊維の量産基盤技術確立までの物語 インデックス
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第1章 従来にないタフさと伸縮性を併せ持つ次世代型の新素材
2013年11月26日 (火)
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第2章 世界最高のタフネスをもつ天然“クモ糸”とは?
2013年11月28日 (木)
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第3章 クモ糸の人工合成・量産化を阻む2つの壁
2013年11月29日 (金)
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第4章 そして、ブレークスルーは生まれた
2013年12月02日 (月)
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第5章 合成クモ糸繊維でイノベーションを起こそう!
2013年12月03日 (火)
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第6章 “合成クモ糸繊維”で、世界初のサプライヤーに
2013年12月05日 (木)
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第7章 ビッグデータからフィードバックする仕組みを構築
2013年12月06日 (金)
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第8章 タンパク質で世界のものづくりを変える
2013年12月09日 (月)
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第9章 イノベーションの大敵は、挑戦への恐怖と既成概念
2013年12月10日 (火)
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第10章 オープン・イノベーションで重要なのは、マネジメントとグローバル展開
2013年12月12日 (木)
該当講座
奇跡の新素材「クモの糸」を語る
~無限の組合せがものづくりの概念を変える~
関山和秀(スパイバー㈱代表取締役社長)×米倉誠一郎(日本元気塾塾長/一橋大学イノベーション研究センター教授)
脱石油の超高性能バイオ素材として注目される「クモの糸」。米軍も開発に取り組むも、断念したと言われる、夢の繊維の量産化技術の開発に、世界で初めて成功した、スパイバー株式会社の関山和秀氏をゲストに迎えます。この分野の市場規模は、数千億円~1兆円と推測されます。今、世界をリードする「スパイバー」の最新の開発状況、今後の展開を伺います。
日本元気塾
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