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微生物に電気を作らせる「微生物燃料電池」で、電極の形を小腸の内側にならって作り替えたら、同じ体積あたりの出力が8倍を超えた。そんな研究を、米ニューヨーク州立大学ビンガムトン校のチームが2026年9月末に学術誌 Small に発表し、大学が10月31日に紹介しました。眠った菌を仕込んでおき、排水が流れてきたときだけ目を覚まして発電する、という仕掛けです。
菌にとって、平らな電極は住みにくい
微生物燃料電池は、細菌が栄養を分解するときに出す電子を電極で受け取って電流にする装置です。細菌が電極の上で元気に暮らしていれば電気が出るわけで、原理はもう何十年も前から知られています。問題は、思ったほど出力が上がらないことでした。
このチームを率いる Seokheun Choi は、紙や布、金属、高分子と、いろいろな材料で微生物燃料電池を作ってきた研究者です。その経験から見えてきた限界は、どの材料でも平らな電極では細菌が住める表面が足りないことでした。かといって紙のようにスカスカの材料で表面積を稼ぐと、今度は細菌が作る膜で穴が詰まり、栄養が奥まで届かず、老廃物がたまり、膜の厚さもむらになります。
そこで発想を変えました。電極を「電子を受け取る面」としてではなく、「細菌が暮らす場所」として設計する。そう考えたときに手本になったのが、人間の小腸でした。
小腸の絨毛を、導電性のゲルで作る
小腸の内壁には、絨毛（じゅうもう）と呼ばれる指のような突起がびっしり並んでいます。表面積を大きく稼ぎ、粘液で潤い、栄養が短い距離で出入りできる形で、たくさんの腸内細菌が密に暮らす場所でもあります。チームはこの形を、医療用にも使われる柔らかい高分子のハイドロゲルで作りました。ゲルには電気を通す高分子と還元型の酸化グラフェンを混ぜてあり、突起そのものが電子の通り道になります。
この突起の中に、枯草菌（こそうきん）という細菌の「胞子」を埋め込みます。胞子は細菌が厳しい環境をやり過ごすための休眠状態で、乾いたまま長く保存できます。栄養のある液体が触れると目を覚まして普通の細胞に戻り、電気を作り始めます。つまりこの電池は、使うまで眠らせておけて、排水のような栄養を含む液が来たときだけ動き出す「生きた電池」です。 突起は細菌の貯蔵庫であり、足場であり、電線でもある、という三役をこなします。
絨毛型の電極を陽極にして、炭素布の陰極とイオン交換膜で仕切った電池を組んだところ、栄養液を流し続けた状態で約0.75V の出力が少なくとも14時間安定して続きました。小さな LED や微小なセンサーを動かせる程度の電気です。平らな電極と、体積をそろえて比べると、体積あたりの出力密度は8.04 から66.45マイクロワット毎立方センチメートルへ、8.3倍に上がりました。突起の太さと高さを変えた24通りの試作で、どの組み合わせが効くかの設計則も出していて、1本の突起あたりの最大出力は8.35マイクロワットでした。
下水管の内側に貼る構想
数字を見れば分かるとおり、出てくる電気はごくわずかです。この研究が狙っているのは家庭の電源ではなく、電池交換に手の届かない場所で、センサーのような小さな機器を長く動かすことです。Choi が挙げるのは下水管の内側でした。ゲルは柔らかく伸び縮みするので管の形に沿って貼り付けられ、流れてくる排水そのものを栄養にして発電できます。下水の状態を監視するセンサーを、下水の力で動かす、という使い方です。
筆頭著者の Ruohan Zhang は電気工学の出身で、この研究を始めるまで消化器のしくみにはなじみがなかったそうです。突起の層の構造や細胞の働きまで調べたうえで設計したと話しています。チームが次に考えているのは、突起を一度の工程で大量に印刷する作り方と、もう一歩本物の腸に近づけることです。実際の腸では、細菌は突起の表面を覆う粘液の層に主に住んでいます。今回まねたのは形だけで、化学的な環境まで再現できれば、細菌がどうやって長く生き続けるのかがもっと分かるはずだ、と Choi は言っています。
同じ研究室は、部屋の湿気で発電する紙の素子なども手がけていて、「身の回りの小さなエネルギーで小さな機器を動かす」路線を続けています。今回の絨毛型電池もその一つで、派手な出力ではなく、どこに置けるか、どれだけ放っておけるか、という方向に進んでいる研究です。
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出典
- Zhang, R., Wang, B., Choi, S. (2026) “Intestinal Villi-Inspired Living Biobatteries via Habitat-Engineered Conductive Hydrogel Architectures” Small. https://doi.org/10.1002/smll.76091
- Binghamton University “New biobatteries are inspired by your small intestine”（2026年10月31日）https://www.binghamton.edu/news/story/6533/small-intestines-new-biobattery
- New Atlas “Intestine-inspired bacterial biobattery creates 8 times the power”（2026年10月31日、Etiido Uko）https://newatlas.com/energy/villi-small-intestine-inspired-microbial-fuel-cell/
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