学術的背景 光合成微生物は太陽エネルギーを化学エネルギーに変換することで、二酸化炭素（CO₂）を高付加価値の長鎖化学品へと直接変換することができ、CO₂の隔離と持続可能な発展のための非常に有望な経路を提供します。しかし、光合成反応で生成される重要な還元力―還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADPH）は、主に微生物が暗所で生存するために用いられ、生合成には十分利用されません。この制約は光合成微生物の実用化ポテンシャルを大きく妨げるものです。この問題を解決するため、研究者たちは「太陽エネルギー分離型」のバイオハイブリッド戦略を提案し、持続型光触媒と光合成微生物を統合することにより、光反応と暗反応の分離を実現し、無照射環境下でもCO₂を継続的に利用し長鎖化学品の合成を可能にしまし...

学術的背景 世界的に清浄な水資源の不足が深刻化する中、飲料水の浄化技術の研究は極めて重要になっています。飲料水処理過程において、塩素化および二酸化塩素による消毒は一般的な方法ですが、これらは細菌やウイルスを効果的に除去できる一方で、亜塩素酸塩（ClO₂⁻）や塩素酸塩（ClO₃⁻）などの有害な副生成物も生成します。これらの化合物の毒性は低いものの、近年の研究によれば、これら副生成物への長期暴露は慢性疾患やホルモン異常と関連する可能性が指摘されています。そのため、EUは最近、飲料水中のこれら化合物に対する最大許容濃度基準を制定し、1リットルあたり亜塩素酸塩および塩素酸塩の濃度を0.25mg以下にすることを求めています。 現時点で、これらの消毒副生成物を処理する既存技術には、導入や維持の複雑さ、高...

学術的背景 化学工業において、ベンゼン系誘導体の分離は極めて重要かつ挑戦的なプロセスである。ベンゼン（benzene）、トルエン（toluene）、エチルベンゼン（ethylbenzene）、およびキシレンの異性体（o-xylene、m-xylene、p-xylene）は、通常石油産業で混合物として存在し、総称してBTEXsと呼ばれる。その中で、オルトキシレン（o-xylene, OX）はフタル酸無水物の製造に不可欠な原料であり、2025年には世界市場で43億ドルを超える需要が見込まれている。しかし、現在工業的にOXを分離する主な方法は蒸留であり、このプロセスはエネルギー消費が高いだけでなく、環境にもやさしくない。OXと他のBTEXsの沸点が非常に近いため、蒸留過程では高純度のOXを得るには...

背景紹介 生きた細菌の生物医学分野での応用は近年、広く注目を集めています。伝統的に、細菌は病原体と見なされ、排除されるべき存在でした。しかし、現代細菌学の発展に伴い、細菌が人体と共生する複雑さや、治療、診断、薬物送達における独自の潜在能力が徐々に認識されるようになりました。化学工学は生物学的安全性の向上と治療効果の改善に革新的なアイデアを提供していますが、生きた細菌を活用した精密医療の全面的な応用は依然として大きな課題に直面しています。特に、生きた細菌が人体に入った後の運命、その生物学的プロセスの複雑さ、そして個別化治療の多様性は、解決が急がれる問題です。さらに、人工知能（AI）と機械学習（ML）技術の導入は、生きた細菌と人体の相互作用を設計・予測する新たな可能性を提供しています。 論文の出...

学術的背景 創傷治癒は、止血、炎症、増殖、リモデリングなど、複数の段階を経る複雑な生理的プロセスです。しかし、重度の外傷や慢性創傷の場合、包帯や縫合などの従来の治療法は効果が限られています。近年、組織工学（tissue engineering）の発展により、創傷修復に新たなアプローチが提供されています。生体模倣スキャフォールド材料を構築することで、細胞に適した成長環境を提供し、組織再生を促進することが可能です。その中でも、ナノファイバーマトリックス（nanofibrous matrix）は、その高い比表面積と生体模倣構造から、組織工学において注目されている研究分野です。しかし、ポリカプロラクトン（poly(ε-caprolactone), PCL）のような単一の合成ポリマーは、優れた機械的特...