新型コロナウイルスの影響は多岐に渡るが、現在、経済の大きな落ち込みに焦点が当たっている。しかし、逆に潤っている産業も少なくない。例えばレストランや人の集まる場所で、仕切りの役割を担うアクリル板の市場は、これまでにない需要を生んでいる。工場でのフル生産により、最近になってようやくマスクも街に出回るようになった。エレクトロニクスや半導体業界の業績も決して悪くない。

新型コロナ感染の有無を調べるPCR（ポリメラーゼ連鎖反応法）検査は、検査結果が出るまでに2〜3日かかる。検査に時間がかかると、それだけ感染が拡大していくことになる。このため、もっと早い期間で調べられないものかと、世界各地で検査時間の短縮を狙ったさまざまな技術開発が行われている。しかも、PCR検査は1回の検査に2万円以上もかかるし、日本では保険が適用できない。もっと安い検査方法が望まれているのだ。

1時間半で結果がわかるPCR検査デバイス

イギリスのインペリアルカレッジロンドン大学の医学エレクトロニクスで有名なクリス・トウマズ教授のグループは、簡易型DNA検査装置を開発し、それを使ってPCR検査の短縮化を図っている。すでに400名以上の患者に適用しており、イギリス政府と共に検査結果が正しいかどうかなどの評価を進めてきた。検査方法は、口の中を綿棒で掻いて採取したサンプルをデバイスにセットするだけ。このデバイス「NudgeBox」（図1）で解析することにより、検査時間をわずか1時間〜1時間半に短縮できるという。デバイスには、サンプルを入れるカートリッジ（図1の青い部分）が付いており、このカートリッジの先端の穴に綿棒を挿入してサンプルを注入する。

［図1］小型デバイス「NudgeBox」でPCR検査の短縮が可能に
出典：Imperial College London

注入後はデバイスの中で、温度を上げたり下げたりしながら、ウイルスのRNA/DNAを増幅する。増幅ユニットには微小のチャンバを72個備えており、温度の上昇・下降を何度も繰り返し短時間で結果が得られる。従来のPCR検査と同様、RNA/DNAの数を増やした後に、蛍光分析で新型コロナウイルスの感染を判断する。

こういったデバイスの最大のメリットは、検査結果をデジタル化できること。このためWi-FiやBluetoothなどを経由してクラウドへ送り、医療機関との情報共有ができる。イギリス政府は2020年8月に、この検査デバイスを580万個発注した。

15分で結果のわかる簡易検査

オーストリアの半導体メーカー・ams（旧Austria Micro Systems）も、もっと早く結果がわかる検査方法を開発した。デジタルLFT（ラテラルフロー試験）と呼ばれる簡易的な方法である。実はLFT法は従来からあった。しかし、感度が低く、専門家でないとウイルス反応があったのかないのかを判断しにくいなどの問題があった。この問題をセンサーを得意とするamsが解決し、さらにデジタルで読み出せる手法を使い、高感度で低コストの新型ウイルス検査方法を生み出したのだ。検査時間も15分で済むという。

同社がデジタルLFTと呼ぶこの方法は、従来のテスト基板に試薬を垂らし、その反応によって試料の色の変化を見るものだが（図2）、同社の受光センサーに8種類のカラーフィルターを設け、波長400nmから710nmまでの可視光スペクトルを判別できるようにした。具体的には、着色試薬となるコロイド金ナノ粒子を細長い基板上に塗布し、その基板を横に（lateral）移動させることで、抗体を付着させたテストラインに、サンプル分子を吸着させ、その色の変化を見るというものだ。比較のための参照（制御）ラインに分子は吸着しないため、色の差が生じ検出できる。これまでは、専門家が目視で色の差を見ていた。しかも高価なデスクトップ装置が必要だった。

［図2］15分で結果がわかるデジタルLFT法
出典：ams

今回、amsは判別を鮮明にするため、センサーからのアナログデータをデジタルに変換し、クラウドへ送るデバイスも作製した。この小さなデバイスでも高価な検査装置並みの精度を持っていることがわかる（図2の右下のグラフと写真）。ただし、プライバシー保護のため、試料には個別のIDと暗号化キーを用意しており、基板上の生データは、このデバイスのBluetooth LEでスマホに接続し、アプリを通して暗号済みのデータを受け取る。その上で暗号化されたデータをクラウドに上げるのだ。クラウド上で受信したデータから診断数値を算出し、ユーザーに通知すると共に公衆衛生機関にも送信する。クラウド上ではサンプル数を増やし精度を上げていく。なお、基板は使い捨てを目指すとしている。