建築におけるマイクロバイオームデザイン：健康、環境性能、建材耐久性を向上させる技術的アプローチ
建築におけるマイクロバイオームデザインの可能性：専門家が探る新たなアプローチ
近年の建築分野では、単なる構造物の設計を超え、人間の健康、快適性、そして地球環境との調和を目指すサステナブル建築への関心が高まっています。その中でも、建物内に存在する微生物生態系、すなわち「建築マイクロバイオーム」に注目し、これを意図的に設計に取り込む「マイクロバイオームデザイン」という新たなアプローチが登場しています。本稿では、このマイクロバイオームデザインが建築にどのような可能性をもたらし、専門家はどのように技術的アプローチを検討すべきかについて考察します。
建築マイクロバイオームとは何か
建築マイクロバイオームとは、建物内部および外部表面に存在する細菌、真菌、ウイルス、古細菌などの微生物群集全体のことを指します。従来の建築設計では、微生物は主に劣化や汚染の原因として捉えられ、排除の対象となることが一般的でした。しかし、人間の健康が腸内細菌叢と密接に関わっているように、建物内に存在する微生物生態系も、居住者の健康状態や建材の健全性、さらには建築物全体の環境性能に影響を与えることが明らかになってきています。
マイクロバイオームデザインの目的と期待される効果
マイクロバイオームデザインは、建築環境における微生物生態系を理解し、制御または誘導することで、以下の目的達成を目指します。
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居住者の健康促進:
- 免疫系の発達と調整: 多様な微生物への適度な曝露は、特に幼少期の免疫系発達に重要である可能性が指摘されています。
- アレルギーや自己免疫疾患のリスク低減: 室内微生物叢の多様性が、これらの疾患リスクと関連するという研究が進んでいます。
- 感染症リスク管理: 病原菌の増殖を抑え、共生微生物のバランスを整えることで、健康的な微生物環境を構築します。
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建築物の環境性能向上:
- 室内空気質の改善: VOC（揮発性有機化合物）やホルムアルデヒドなどの有害物質を分解する微生物の活用。
- 湿度調整: 吸湿・放湿性のある建材と連動し、カビの繁殖を抑えつつ快適な湿度を維持する微生物環境の構築。
- 悪臭の低減: 悪臭成分を分解する微生物の活用。
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建材の耐久性向上と保全:
- 劣化抑制: 木材の腐朽菌やコンクリートの劣化に関わる微生物に対して、拮抗作用を持つ微生物を導入または促進する。
- 自己修復機能: 微生物の代謝活動を利用したコンクリートのひび割れ自己修復技術など。
マイクロバイオームデザインにおける技術的アプローチ
マイクロバイオームデザインの実践にあたっては、複数の技術領域からの統合的なアプローチが求められます。
1. 建材選定と表面特性の設計
建材の材質、表面構造、pH、含水率は、その表面に定着する微生物の種類と量に大きく影響します。
- 自然素材の活用: 木材、土、漆喰、和紙などの自然素材は、合成素材と比較して微生物多様性を高めやすい傾向があります。特に多孔質な素材は微生物の生育に適した微環境を提供します。しかし、同時に適切な湿度管理が不可欠となります。
- 表面のテクスチャと処理: 滑らかな非多孔質表面は微生物の定着を抑制する傾向がありますが、特定の微生物を保持したい場合には、微細な凹凸を持つ表面や、特定の栄養源を添加した表面処理が検討される可能性があります。
- 抗菌・抗カビ剤の使用の再検討: 過度な抗菌処理は、有益な微生物まで排除し、特定の耐性菌を出現させるリスクも指摘されています。マイクロバイオームデザインの観点からは、必要最低限の使用にとどめるか、微生物叢全体を考慮した慎重な判断が必要です。
2. 換気・通気設計
室内の微生物叢は、外部環境からの微生物の流入、居住者の活動、換気システムによって大きく影響を受けます。
- 自然換気の積極的活用: 外部の微生物を含む新鮮な空気を取り込むことは、室内微生物叢の多様性を高める上で有効であると考えられています。窓の配置、開口部のサイズ、建物内外の圧力差を利用したスタック効果などを考慮した設計が重要です。
- 機械換気における配慮: 高性能フィルターは外部からの微生物の流入を抑制しますが、同時に室内で培養される微生物叢にも影響を与えます。フィルターの選定、メンテナンス頻度、外気導入量の調整など、マイクロバイオームの視点からの検討が必要です。熱交換器なども微生物が付着・増殖しやすい箇所となり得るため、清掃性や材質への配慮が求められます。
3. 空間デザインと居住者の行動
空間のレイアウト、家具の配置、清掃方法、居住者の活動パターンもマイクロバイオームに影響を与えます。
- 自然採光: 太陽光（特に紫外線）は特定の微生物を抑制する効果があります。室内に自然光を取り込むことは、微生物バランスの調整に寄与する可能性があります。
- 屋内外の連続性: 建物内部と外部環境の物理的な繋がり（例えば、室内からアクセスしやすいバルコニーや庭、または半屋外空間）は、外部微生物の導入を促進し得ます。
- 清掃と維持管理: 過度な殺菌は微生物叢のバランスを崩す可能性がある一方で、不十分な清掃は有害な微生物の増殖を招きます。マイクロバイオームデザインの観点からは、清掃方法や使用する洗剤の種類についても検討が必要です。
4. 微生物モニタリングと評価
設計した環境が意図した微生物叢を維持できているか、健康や環境性能に寄与しているかを評価するためには、微生物モニタリング技術の活用が不可欠です。
- DNAシーケンシング: 建物内外からサンプルを採取し、DNAを解析することで、存在する微生物の種類と割合を詳細に把握できます。
- 培養法: 特定の機能を持つ微生物（例: VOC分解菌）の存在量や活性を評価するのに適しています。
- 環境センサーとの連携: 温度、湿度、CO2濃度、粒子状物質などの環境データと微生物データを組み合わせることで、微生物叢と室内環境の相互作用を深く理解できます。
事例と今後の展望
マイクロバイオームデザインは比較的新しい分野であり、大規模な建築プロジェクトへの本格的な応用事例はまだ少ないのが現状です。しかし、病院、学校、住宅など、特定の健康リスクや室内環境の質が重視される施設においては、概念的な検討や小規模な試験的な取り組みが始まっています。
例えば、病院における感染管理の観点から、清潔さを保ちつつも、免疫系に良い影響を与える可能性のある特定の共生微生物の定着を試みる研究や、博物館などで建材の劣化防止のために特定の微生物を活用する研究などが進められています。
技術的な課題としては、建築環境における微生物生態系の挙動予測の難しさ、望ましい微生物叢を安定的に維持するための技術、標準化された評価手法の確立、そして設計コストや法規への対応などが挙げられます。今後は、微生物学者、建築家、エンジニア、材料科学者などが連携し、学際的な研究開発と実践的な検証を進めることが不可欠となります。
まとめ
建築におけるマイクロバイオームデザインは、健康、環境性能、建材耐久性という、サステナブル建築において極めて重要な要素に対して、新たな視点と技術的アプローチを提供するものです。単に微生物を排除するのではなく、その生態系を理解し、ポジティブな効果を引き出す設計思想は、将来の建築のあり方を大きく変える可能性を秘めています。
専門家の皆様には、この分野の最新の研究動向に注目し、従来の建築技術と組み合わせながら、居住者と建築物、そして地球環境にとってより良い関係性を築くための設計アプローチを積極的に模索されることを推奨いたします。マイクロバイオームデザインは、サステナブル建築における次のフロンティアの一つとなるでしょう。