北海道大学大学院工学研究院・工学院広報誌えんじにあRing　2013年10月号 ◆化学分析装置の革新的小型化への挑戦：超小型高速液体クロマトグラフの開発　Challenge to innovative miniaturization of chemical analysis devices:Development of an ultracompact high performance liquid chromatograph

化学分析装置の革新的小型化への挑戦：
超小型高速液体クロマトグラフの開発
Challenge to innovative miniaturization of chemical analysis devices:
Development of an ultracompact high performance liquid chromatograph

［PROFILE］
○研究分野／分析化学、チップ分析
○研究テーマ／その場で簡単に使える化学・生化学分析法と小型装置の開発
○研究室ホームページ
　http://bioanal-mc.eng.hokudai.ac.jp/BioanalLab_jp/Top.html

Akihiko Ishida ： Assistant Professor
Laboratory of Bioanalytical Chemistry
Division of Biotechnology and Macromolecular Chemistry
○Research field : Analytical Chemistry
○Research theme : Development of easy-to-use methods and miniaturized devices for on-site chemical and biochemical analysis
○Laboratory HP :
　http://bioanal-mc.eng.hokudai.ac.jp/BioanalLab_jp/Top.html

社会を支える化学分析装置
小型化のニーズが増大

　試料に含まれる物質の種類を特定したりその濃度を調べたりする化学分析は毎日様々な分野で行われています。工業製品の品質管理や病院での診断、河川湖沼・土壌の環境汚染調査、輸入食品中の農薬・添加物検査、大学や企業での研究開発がその例です。分析を行うと、品質の突然の異常を検知して生産を直ちに停止する、病気の診断をして治療法を検討することなどが可能になります。
　しかし、従来の化学分析は、装置が大型かつ大重量で電源を必要とするため実験室で行うものでした。試料の採取場所と分析を行う場所が離れていることから、移動中に試料の成分が変質してしまう、あるいは迅速な対応ができないなどの問題を抱えていました。生活の安全・安心に大きな関心が寄せられている今日、試料を採取した現場で利用できる小型・軽量の装置がますます求められています。

A3数枚からB5一枚分へ
驚異的な超小型化を達成

　我々のグループは、半導体の微細加工技術により実験室機能を基板上に築くラボオンチップ（Lab on a chip）技術に基づいて、化学分析の主要な装置である高速液体クロマトグラフ（HPLC）を手軽に持ち運べるほど小型化しました（図１）。

図1 我々のグループが開発した超小型高速液体クロマトグラフ（HPLC）。サイズの比較のため従来のHPLCのイメージを載せている。 Figure1:An ultracompact high performance liquid chromatograph (HPLC). For comparison, a schematic of a typical conventional device is inserted into the panel.

これまではA3数枚分のスペースを必要とした総量数十kgの装置を、B5一枚分かつ2kgにダウンサイジングしました。HPLCに必要な要素であるポンプ、試料注入器、カラム、検出器、測定器を完備し、試料に含まれる多成分を一度に分析することができます。図2は小型化HPLCのために、従来よりも非常に小さなカラムと検出器を小さな基板に集積したものです。ここには小型カラムの作製技術と高感度検出を可能にする技術など我々の成果が凝縮されています。重要な役目を果たすポンプも機械的な作用ではなく化学現象（電気浸透）を利用することで大幅な小型化を実現しています。
　この装置は、注入する試料体積が従来の10万分の1mlで済むため、へき地および発展途上国での環境分析だけでなく、希少な試料を扱う生命科学や医学的研究での活用も期待されています。今後は各要素の性能と使い勝手を向上させ、企業とともに実用化を図る予定です。

図2 超小型HPLC用にチップに搭載されたカラムと検出器（顕微鏡写真）と従来のカラム。 Figure2:Column and detector integrated on a chip for the miniaturized HPLC, A conventional column is also shown.