今日の実験室での実験は、無駄が多い傾向にあります。たとえば診断検査を行うには、必要なのは液体を数ナノリットル使うだけなのに、反応容器の中で液体を混ぜ合わせます。小型化すれば、材料の消費を抑えながら処理量を増やせる可能性があります。実験全体をチップほどの大きさに圧縮する「ラボ・オン・チップ」を実現しようとする際、重要な問いが一つあります。ごく微量の液体や個々の細胞を、制御しながらどのように移動させ、融合させ、評価できるのでしょうか。 実験全体をチップほどの大きさに圧縮する「ラボ・オン・チップ」を実現しようとする際、重要な問いが一つあります。ごく微量の液体や個々の細胞を、制御しながらどのように移動させ、融合させ、評価できるのでしょうか。
機械システム研究所の博士課程学生、Ivo Leibacher氏とPeter Reichert氏は、ETH教授のJürg Dual氏の指導のもと、微小な液滴を移動させるシステムを開発しました。この構想は音響泳動に基づいており、超音波定在波を用いて、シリコンガラスチップ上で油のキャリア液中を水性液滴が移動します。直径50～250マイクロメートルの液滴はキャリア液と混ざらず、蒸発もしません。「このスケールでは、表面張力によってまとまっているため、液滴は非常に安定しています」とLeibacher氏は説明します。
この小さなチップ上で、研究者たちは超音波を利用して液滴を移動させます。（写真：Ivo Leibacher / ETH Zürich）
節点に向かって
超音波定在波を加えると、液滴は波の節点へ移動します。つまり研究者は、流路の両側に異なる液滴を配置し、制御しながら融合させることができます。一方、周波数を変えると、たとえば光信号によって、狙った液滴を分岐流路へ導けます。このように分離すれば、実験終了後に液滴を選別し、分析できます。
「私たちの技術の利点の一つは、生体適合性が高く、用途が幅広いことです」とReichert氏は述べます。微小スケールで個々の細胞を操作する従来の方法では、細胞が損傷するケースがありました。この方法は細胞だけでなく、DNA、試薬、化学物質にも使用できます。
「この技術が実験室の装置の重要な一部となり、消費を最小限に抑えながら高スループットの実験を可能にすることを期待しています」とLeibacher氏は述べました。研究者たちはこの方法の特許を出願しており、その研究成果は最近、 Lab on a Chip 誌に掲載されました。
参考文献
Leibacher, I., Reichert, P., & Dual, J. (2015). Microfluidic droplet handling by bulk acoustic wave (BAW) acoustophoresis. Lab on a Chip, DOI: 10.1039/C5LC00083A
本記事は ETH Zurichとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Dr Angelika Jacobs氏は、ETH newsおよび「future blog」の科学編集者です。
画像：廃棄された電子機器から回収されたメモリーチップ。REUTERS/Yuriko Nakao。
