「マイクロ流路」の量産がPCR検査やワクチン開発に革命をもたらす。～ガラスモールド工法～

マイクロメートル幅の「流路」が実現する極小の実験室

マイクロ化学チップは、樹脂やガラスの薄い板のなかに、髪の毛ほどの太さの「流路」が複雑なルートで形成されている小さなプレートです。この「流路」に、検査をしたい検体（血液の溶液など）を流し、流れていく途中でさまざまな試薬を合流させることで反応させ、反応の仕方で検査結果を得ることができます。つまり、「流路」の長さや合流の仕方を厳密に設計し、検体と試薬の量と合流のタイミングを最適にコントロールすることで、通常なら人やロボットの手によってフラスコやスポイトを使って行わなければいけない化学反応実験を、小さなチップのなかで行うことが可能になるのです。

マイクロ化学技研株式会社 田澤英克さま

田澤さま：マイクロ化学チップは、いわば"極小のビーカーやフラスコ"です。マイクロ化学チップによって、あらゆるサイエンス分野で、研究・開発にかかる時間の大幅な短縮と高効率化が可能となります。さらに試薬量・廃液量の低減、省スペース、携帯性など、さまざまなメリットを得ることができます。液体を反応させる量が微量な分、反応時間が短くて済み、加熱冷却も瞬時にできるのです。

たとえば重金属の含有量を調べるのに、これまでのパッチ分析は3時間かかっていたが、マイクロ化学チップを使えば50秒で分析できるという。

マイクロ流路の応用の場は、多岐にわたります。すでにPCR検査ではマイクロ流路を利用する検査機が普及していっていますし、次世代シーケンサーと呼ばれるゲノム解析用装置では、解析精度を左右する検体の「前処理」にマイクロ流路を使うことが主流となりつつあります。医療においては、病院はもちろん将来は自宅でも、患者が自身でさまざまな検査ができるようになるでしょう。

ゲノム解析でも「前処理」段階でマイクロ流路が活用されることで検査の速度と精度が上がっている。

化学・製薬のプラントでは、合成の実験をこれまでの数倍のスピードで回せるようになります。マイクロ化学チップをIoT端末として使い、住宅地や工場に出入りする水の水質を常時分析することもできます。また、スマート農業でも、チップで水耕栽培の肥料液の濃度をセンシングすることで、供給する肥料液の濃度を自動制御することも可能になってきます。

水耕栽培の自動化でもマイクロ流路が活躍しようとしている。

つまりマイクロ化学チップは、今後、私たちの医療、環境、食などさまざまな領域を支えるインフラのひとつになるものです。そのためには大量に使われるよう、安く、しかも設計通りに量産されることが重要です。プラスチックやシリコンゴムのチップは量産できますが、耐薬品や強度の点で難があり、熱で変形したり、流路の平滑度が足りないといった欠点もあります。理想の素材はガラスなのです。しかし、1マイクロメートル単位の「流路」を正確につくるには、1枚ずつガラスエッチング（薬品で腐食させる）で溝を掘るしかありませんでした。この手法だと1枚数万円もかかってしまいます。将来的にはガラス製のチップをプラスチックのような価格で量産できれば...。そんな私たちの夢をパナソニックの技術が実現してくれるんです。

磨き尽くした技術を今、活かす

ガラスのマイクロ化学チップを量産できないか...この夢を実現したのが、パナソニックの「ガラスモールド工法」です。「ガラスモールド工法」とは、ガラスを高温高圧でプレスし、設計された型通りに精密に量産する技術。CDやDVD、デジタルカメラやセンサーの非球面レンズを量産する工法として、パナソニックでは30年以上にわたり磨き上げてきました。

ガラスモールド工法によって生産されている非球面レンズは、形状の精度と仕上げ面の滑らかさによって音響、映像機器の画期的な性能を生み出す。

非球面レンズと同様、マイクロ化学チップの製造においても、金型加工、成型、そして量産という工程はそれぞれに高い技術力が不可欠でした。

事業化、そしてSDGsへの貢献に向けて

今後、マイクロ化学チップ、そしてガラスモールド工法は、私たちの暮らしをどのように変えていくのでしょうか？そしてSDGsの達成にどのように貢献できるでしょうか？

田澤さま：マイクロ化学チップはSDGsの17の目標のさまざまな部分で貢献できると思います。ご紹介した医療、環境、農業分野以外にも、たとえばエネルギー分野では、燃料電池など新技術の開発の速度を上げてくれるでしょう。新たな栄養食品の研究開発にも役立つに違いありません。つまり、多岐にわたる領域で、SDGs目標への到達スピード向上とベネフィットの拡張、オートメーション化を実現し、下支えできると考えています。

*記事の内容は取材当時のものです。