石艾：レイシェイプの3Dプリント精密部品がマイクロ流体核酸検出器の開発に貢献

出典: Rayshape

上海世愛生物科技有限公司（以下、「世愛」）は、生物検査分野の新興企業であり、独立した知的財産権を持つ最先端のハイエンド生命科学検査製品の研究開発に取り組んでいます。現在、ShiAi は 3D プリント技術を使用して、マイクロ流体に関連するハイエンドのライフサイエンス検査製品を開発しており、ポータブル核酸検出器は研究開発の最優先事項です。
△石愛の玄関
流行のさなか、核酸検査装置はマイクロ流体技術の発展をもたらした。 COVID-19パンデミックの突然かつ驚くべき世界的な拡大により、病気の迅速な検出の重要性が浮き彫りになりました。病気の検査が可能になれば、病気のさらなる拡大を防ぐためのより優れた病気管理が可能になるだけでなく、疫学者がより多くの情報を収集して、目に見えない謎の脅威をより深く理解することも可能になります。感染経路の解明から感染率の上昇まで、感染症の検出の重要性は世界的に認識されています。こうした理由から、ShiAi は携帯可能な核酸検査装置を開発するという当初の意図を思いつきました。

標準化された伝染病予防と管理下での検査の問題点<br /> 既存の核酸検出装置の多くは大きくてかさばり、検出検査を完了するために特定の機会と場所で実施する必要があり、移動が困難です。これを踏まえ、Shi Ai は柔軟に展開できるポータブル核酸検出器を革新的に開発し、検出が特定の時間と場所に限定されず、いつでもどこでも柔軟に完了できるようになることを期待しています。
△ShiAiが開発した大型でかさばる第一世代の核酸検出器。ShiAiのWan氏は、ShiAiが開発した携帯型核酸検出器のコア技術は「マイクロ流体」であると紹介した。「マイクロ流体工学は、通常数十から数百マイクロメートルの微細な寸法の小さなチャネルを使用して少量の流体を操作できる技術の研究です。まだ開発段階ですが、マイクロ流体工学は急速に画期的な技術となりつつあり、生物学や化学から情報技術や光学まで幅広い分野で応用されています。」
△Shi Aiが開発した携帯型核酸検出器は、既存の検出装置をより携帯可能にするとともに、マイクロ流体検出装置の多くの要求を満たす必要があるため、精密部品の製造について話し合う必要があり、Shi Aiもこのために多くの回り道をしてきました。

精密部品を製造するためのさまざまな試みは不満足なものであった。 ShiAiは当初、CNC加工で部品を製造していましたが、微細穴加工を伴うため価格が高く、精度も疑問でした。「携帯型核酸検出器はこれまでにないプロジェクトなので、部品は何度も更新して繰り返し改良する必要があるでしょう。しかし、CNC加工では部品を一度に形成する必要があり、繰り返し修正することが困難です。長期的には研究開発サイクルが長くなりすぎて、満足のいく結果が得られない可能性があります」と万先生は語った。
△赤枠内の矢印で指しているものが、3Dプリントが必要なコネクタです。その後、ShiaiはFDM設備も購入しました。この設備は計器シェルのプリントには適していましたが、精密部品のプリントでは寸法精度が十分ではありませんでした。当時の予算では、100万元以上する「マイクロナノ」3Dプリンターを購入することはできなかったため、何度も検討・比較した結果、最終的にRayshapeの機器を選択しました。

マイクロ流体技術と Rayshape 3D 印刷の統合により、反復的な機器設計のニーズが満たされます。 「現在開発中の検出器コネクタの開口部は 360 ミクロンです。これは、Rayshape のカスタマイズされた FG 1- 32.5μm (FG 1 は後に P200 シリーズにアップグレードされました) 3D プリンタを使用して印刷されます。その効果は、私たちが想像していたよりもはるかに優れています。」
△黒い大きな機械は、石愛が購入したRayshapeカスタマイズ機器の実際のショットです
Rayshape は、ニーズに応じてスポットサイズが小さい機器モデルをカスタマイズできます。また、Rayshape の高性能材料を補助材料として使用しており、精度、強度、靭性を兼ね備えているため、高精度で極小の印刷ニーズを満たすのに十分です。

△Rayshape 3Dプリント高精度触媒キャリア「従来のR＆Dと比較して、Rayshapeが提供するソリューションはコストを削減するだけでなく、R＆Dの反復にかかる時間も節約します。」ワン先生は、マイクロ流体技術は、生化学アプリケーションを大規模な実験室環境からポータブル形式に縮小できるため、非常に有用であると述べました。 Rayshape の 3D プリンティングは、人間の介入を少なくして複雑な方法で環境を感知し、それに応じて行動できる、インテリジェントで応答性に優れた自律型の新世代デバイスを作成できます。

△ 3D プリントチップスロット機能的に動作するチップを作成する場合、従来の製造方法に対する Rayshape 3D プリントの利点は明らかです。「オリジナルを直接プリントする方法は、オリジナルデザインに前例のない利点をもたらします。また、Rayshape 3D プリントは、さまざまなデザインの迅速なテスト、適応、迅速なプロトタイピングを可能にするため、デバイス開発プロセスをスピードアップします。」

マイクロ流体部品の印刷にかかるコスト計算<br /> Shi Ai が 3D プリンターを購入する前は、マイクロ流体コネクタ部品は外注の CNC を使用して加工されていました。穴の直径が細く、サンプルのサイズが小さいため、マイクロ穴加工に対する要件は非常に高くなっていました。
△CNC加工部品と3Dプリント部品の比較 △3Dプリントサンプルと1元硬貨の比較この結果、コネクタ1個のコストは数百元となり、予算を大幅に超過しました。このため、精密部品における Rayshape 3D プリントの役割は極めて重要になります。

個々の費用対効果は明らかである
小さなバッチを複数回印刷する場合、単一のバッチを印刷する場合と同じ時間とコストがかかります。
一体成形が不要で、研究開発の反復に便利
研究開発サイクルが大幅に短縮される

△コスト比較：ポータブルデバイスには少なくとも 8 個のコネクタがあり、デバイス 1 台あたり約 1,000 元を節約し、研究開発時間を約 1 週間短縮します。これらの客観的なデータは、Rayshape の 3D プリント機器を使用することで、Shi Ai の研究開発コストとサイクルが大幅に削減され、製品の反復が高速化され、研究開発担当者の効率が着実に向上したことを証明するのに十分です。

P200シリーズの特長<br /> Shi Ai が購入した Rayshape デバイスだけでなく、P200 シリーズ全体が、高精度を確保しながら特定のカスタマイズされたパフォーマンスを提供し、スポットサイズのカスタマイズサービスをサポートします。スポットサイズは32.5μm～65μmの範囲でカスタマイズでき、超高精度の印刷が可能で、100μmレベルの細部再現も容易に実現できます。
△顕微鏡下でのRayshape 3Dプリントの効果はそれだけではありません。P200シリーズは、歪みが最小限で、光の均一性が高く、光の減衰が極めて少ない輸入工業グレードのDLP光学機器を使用しており、7×24時間の生産レベルの使用強度に耐えることができ、大量生産のニーズを満たすことができます。

高性能な専用感光性樹脂と、超小型光スポットを備えたカスタマイズされた DLP 光学エンジンを組み合わせた P200 シリーズ DLP 3D プリンターは、高性能な精密デバイスの直接製造に適しています。さらに、P200 シリーズの成形室には高出力熱風加熱システムが内蔵されており、成形室を 10 分以内に 60 ℃ まで加熱できます。
△Rayshape P200シリーズ機器 P200の印刷特性を見ると、医療機器、精密電子機器、科学研究機関などの業界や企業に新たな機会をもたらす可能性があります。

ポータブル医療製品やスマートウェアラブルにおけるマイクロ流体技術による 3D プリントの市場機会
マイクロ流体分野における 3D プリント技術の現在および将来への影響は無視できません。 3D プリンティングの固有の特性により、マイクロ流体デバイスの開発は、アーキテクチャ、サイズ、製造されるデバイスの数などの要素を含めて無限に広がりました。これらすべては現在、3D プリントと高度に自動化された製造プロセスによって可能になり、同様に無限の再現性とカスタマイズ性を実現します。

現在、伝統的な医療機器業界は、モバイルインターネットの急速な発展を利用して、インテリジェント機器とインターネットを密接に統合し、インテリジェント医療サービスを実現し、登録や医師の診察の難しさなど、多くの医療問題を徐々に緩和しています。さらに、5G ネットワークサービスの継続的な改善により、モバイルインターネットのさまざまな機能がますます成熟していきます。社会の継続的な進歩に伴い、医療機器業界は携帯性と知能化に向けて発展していくと信じており、この道を実現するための鍵となるのは洗練された 3D プリンティングです。

「レイシェイプは防疫に重要な貢献を果たしたと言える」と万氏は述べた。今後、石愛はレイシェイプとの協力関係をさらに深め、ハイエンドの生命科学関連検査製品向けの高精度3Dプリンターを共同開発し、より精密な印刷ニーズに適応し、3D技術の普及と防疫検査の促進に貢献したいと万氏は述べた。