目には見えないほど小さな世界の謎が、ついに解き明かされようとしています。東京大学の茂木信宏助教をはじめとする研究グループが、ナノサイズの粒子の大きさとその構成物質を自動で瞬時に測定する、画期的な新手法を開発いたしました。この技術は、高速で流れる粒子にレーザー光を照射し、そこから生じる光の変化を精密に調べるというものです。なんと1秒間に1000個もの粒子を解析する能力を秘めており、私たちの生活に密接に関わる水質管理や、工場のクリーンルームの評価を大きく変える可能性を秘めています。
さらに、この技術は地球規模の課題である大気汚染や海洋汚染の物質解析にも応用が期待されているのです。研究グループはすでに企業との連携を進めており、2022年から2023年頃の実用化および商品化を目指して開発を加速させています。SNS上でも「これまでは難しかったリアルタイムの環境測定が一気に進むのではないか」「環境ビジネスの現場が激変しそうだ」といった、将来の技術革新に対する期待に満ちた声が数多く寄せられており、大きな注目を集めている状況です。
従来の限界を打破！光の屈折率から物質の種類を特定する魔法のメカニズム
そもそも「ナノ粒子」とは、物質を構成する原子や分子が集まった、1メートルの10億分の1という究極に微細な粒のことを指します。従来の解析手法では、流した粒子に光を当ててその影や散乱した光を観察していたため、粒子の大きさを捉えることはできても、それが一体何でできているかという「物質の種類」までは特定できませんでした。種類を調べるには、一度粒子を取り出して大型の装置へと運ぶ必要があり、莫大な時間とコストが現場の大きな負担となっていたのです。
今回の新技術は、レーザー光が粒子を通過する瞬間の変化に着目することで、その壁を綺麗に打ち破りました。レンズで極限まで絞り込んだレーザー光の焦点に粒子を通過させると、出てきた光の波長に変化が生じます。この変化から、物質固有の光の曲がり具合を示す「屈折率」を割り出し、瞬時に種類を特定できる仕組みです。髪の毛の太さの100分の1にも満たない、0.2から1マイクロメートル（100万分の1メートル）という極小サイズの粒子を正確に見分けることができます。
卓上サイズで雨水も見分ける実力！これからの環境保全に欠かせない相棒へ
実験室の中だけでなく、実際の環境計測でもその実力は証明されています。2020年1月20日現在の発表によると、実際に沖縄の雨水をこの装置で解析したところ、水に含まれる鉱物や微細なすす、さらには微生物までをも明確に見分けることに成功したそうです。これほどの高性能でありながら、装置自体は机の上に置けるほどのコンパクトなサイズに収まっており、非常に安価に製造できる点も、普及に向けた大きな強みと言えるでしょう。
これほど手軽で高性能な解析装置が普及すれば、私たちの環境に対する意識や対策のスピードは劇的に向上するに違いありません。今後はさらに小さな粒子や、ごくわずかな量の粒子しか存在しない環境でも詳しく解析できるように、さらなる改良と装置の小型化が進められる予定です。環境汚染の早期発見や、より安全なものづくりの現場を支える基盤技術として、この東大発のイノベーションが世界のスタンダードになる日を楽しみに待ちたいと思います。
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