オルゴールの中の医療研究室

2011年のある夜、マヌ・プラカシュはオルゴールのハンドルを回しながら、クランクでギアを回転させるというシンプルな機構で、プログラム可能な化学反応装置を作動させることができることに気づいた。「ラボ・オン・チップ」と呼ばれる装置の多くは、マイクロ流体チップに正確な量の液体を送り込むために、コンピューター、技術者、そして高価な実験室を必要とする。しかし、手回し式の機構なら、それら全てを省くことができる。プラカシュのアイデアなら、電力さえも必要としないのだ。「私たちがここでやっているのは、スチームパンク的な化学反応なのです」と彼は言う。

スタンフォード大学の研究室を率いるプラカシュ氏は、オルゴールのように機能する高度な科学装置の開発に大学院生のジョージ・コリル氏を協力させました。まず二人は、それぞれ異なる化学反応を引き起こす穴のパターンが刻まれた紙を使って、微小な機械式ポンプとバルブを作動させ、ナノリットル単位の液滴を生成する方法を解明する必要がありました。20個以上の試作品を経て、彼らはリンゴ大の発明品「パンチカード・プログラマブル・マイクロフルイディクス」の量産準備を進めています。従来のマイクロフルイディクスポンプは1個あたり1,500ドルかかることもありますが、プラカシュ氏によると、この装置は15個のポンプを搭載しており、5ドルで販売できるとのことです。

この機器は比較的使いやすく、チップと穴あけパンチさえあれば誰でも複雑な化学反応を行うことができ、例えば血液サンプルから病気を診断することができます。地方や発展途上国では、十分な訓練を受けていない医療従事者でも、致命的な病気を特定し、制御することが可能になります。「私はケニアで育ち、予防可能な苦しみを数多く見てきました」とコリル氏は言います。「だからこそ、生と死の間に立つ人々に適切なツールを届けることに情熱を注いでいます。」

仕組み

1. 血液などのサンプルを追加した後、ユーザーは特定の反応のパンチ カードを選択し、歯の付いたギアを回して通過させます。

2. 1 本の歯がパンチ穴に滑り込むと、別の歯が流体チャネルを圧迫し、取り外し可能なマイクロ流体チップを通じて化学物質を送り込みます。

3. パンチ穴から 1 滴ずつ液滴を放出することもできるため、正確な量制御が可能です。

4. 最大 15 種類の化学物質が、チップ上にエッチングされたチャネルに沿って移動しながら相互に反応します。

5. ユーザーは、画像を数百倍に拡大する埋め込みレンズを介して結果を調べます。

ブレ・ペティス氏による発明家へのアドバイス

人々の生活をより便利に、より安全に、そしてより創造的にする発明をしましょう。大きな問題を探ってみましょう。ニューヨークからロンドンまで15分で移動するために、あなたは何を発明できるでしょうか？小さな問題を探ってみましょう。ナノスケールのボールベアリングを製造するには何が必要でしょうか？

この記事は、2015年5月号の『ポピュラーサイエンス』に掲載されたものです。さらに素晴らしいイノベーションや発明家になるためのヒントを知りたい方は、Invention Awards特集の続きをご覧ください。