従来の数百倍のデータ生み出す電気化学デバイスを開発―データ科学で微生物発電の機能解明に迫る：物質･材料研究機構
(2022年10月25日発表)
（国）物質･材料研究機構は10月25日、従来の数百倍のデータを生み出す電気化学計測デバイスを開発し、高品質なデータベースを構築、データ科学と電気化学計測の融合に成功したと発表した。
この研究成果を微生物発電に適用し、微生物発電が広い電位範囲で効率を維持できる現象を発見、その分子メカニズムを解明できたという。
電極へ電子を移動させる能力を持つ細菌を用いたバイオ電気化学システムは、廃水から発電を行う微生物燃料電池の開発などで注目されている。ただ、微生物と電気化学系の複雑な相互作用が性能を大きく左右するため、取得されたデータや知見を統合しても何が起きるのかを予測することは難しいという問題を抱えている。
これに対し、データ科学は様々な条件下で取得された大量の計測データをもとに複雑な現象の結果を予想することに長けていることから、データ科学の確立・整備に向け、高品質データベースの構築が求められていた。
研究チームが今回行ったのは、電気化学プレートの高度化。96個の円筒形反応容器からなる市販の電気化学プレートはハンドリングがしやすくデータベース作成に優れているが、電気化学測定装置が大型であり、電極との接続にケーブルを大量に要することが制約となり、同時測定できる上限が容器8個に限られている。
研究チームは、回路を小型・集積化し、ケーブルを排除した装置を作製、従来の100分の1のスペースとコストで、96容器すべてを同時測定できるシステムを開発した。また20台の装置を同時に使え、最大1920測定を同時進行できる。
測定の結果、極めて再現性の高いプロファイルが得られることが確認できたという。また、微生物発電では、電子を運ぶリボフラビン分子という物質が働いて、広い電極電位幅で発電促進の効率を維持できる現象を発見、その機構を解明できたという。
これらの成果から、「微生物電気化学分野における大量の計測データを活用した研究手法の有効性」を初めて実証できたとしている。
