これまで半導体のクリーンルームでしか作れなかった精密な装置が、3Dプリンターで数時間で作れるようになった。MITの研究チームが、3種類の液体を同時に噴き出して3層構造の微小な粒子を作る装置「三軸エレクトロスプレーエミッター」を3Dプリントで作り、薬を時間差で放出する粒子などを効率よく量産できると示した。
この装置は、微小なノズルから電気の力で液体を噴き出し、ごく小さな液滴を大量に作る。三軸タイプは、混ざり合わない3種類の液体を同心円状のノズルから同時に出し、3層に分かれた液滴を作る。これが固まると、層ごとに役割の違う微粒子になる。たとえば、外側の層が胃でゆっくり溶け、次の層が中心の薬の放出を調整し、腸の狙った場所で効かせる、といった設計ができる。
こうしたノズルの集まりは、これまで半導体のクリーンルームでの微細加工が必要で、費用も時間もかかり、使える場面が限られていた。研究チームは、これを丸ごと3Dプリントで作った。1平方センチメートルほどの中に16個のノズルを並べ、内部には液体を均等に送る立体的な細い流路を張り巡らせた。一回の工程で、数時間あれば複雑なノズルの集まりができあがる。
使ったのは、光で樹脂を一層ずつ固める「光造形」と呼ばれる3Dプリントだ。厚さわずか25μm、髪の毛の太さの何分の一かの層を積み重ね、ノズル内部の入り組んだ形を作り込んだ。装置の大きさは硬貨より少し大きい程度で、内部のらせん状の流路が16個のノズルに液体を均等に届け、互いの干渉を抑える。設計を素早く作り替えながら詰められるのも、3Dプリントならではだ。
試作した装置は、3層の液滴を均一に、まとまった量で作れた。流量や電圧を変えると、各層の厚みを細かく調整でき、薬が狙ったタイミングで出るように設計できるという。研究を率いたMITのLuis Fernando Velásquez-García氏は、半導体のクリーンルームでは作れず、3Dプリントだからこそできたと述べ、この技術を多くの人が使えるように広げたいとしている。論文の筆頭著者は、メキシコのモンテレイ工科大学のBryan Ivan Quintanar-Abarca氏が務めた。研究成果は学術誌Virtual and Physical Prototypingに掲載された。