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"人は「言語」によって「世界」を分節化(segmentation)する"。僭越を恐れずにこの言に習えば、「人は'化学物測定'によって化学環境を分節化します」。分節する事によってのみ環境の理解が可能になります。では、どの程度の長さの"分節(セグメント)"に区分すれば環境を適切に理解できるのでしょか。1980年代に多数の観測者の参加により都市域の街区(500 メートル四方)で詳細な大気汚染質の空間濃度分布が調査されました。観測結果は、化学物質は数十メートル・スケールの構造を持ち、その構造は発生源の位置からは予想できない事を示していました。つまり、数十メートルのセグメントで測定を行わなければ都市大気環境を理解出来ません。もちろん大気環境を対象とする場合と、半導体製造工程を対象とする場合では必要なスケールは桁違いになるでしょう。
また、1980年代に"大気汚染監視局の最適配置"の問題が検討されました。「'事前の測定を行わずに'、限られた数の大気汚染監視局で、監視領域を最大にする手法はあるのか ?」という虫の良い課題です(筆者も参加していました)。この課題に対する結論は「事前の測定を行わずに最適な配置を決定することは出来ない」という当たり前なものとなりました(もちろん報告書にはそこまであからさまには述べられていません)。「長期に渡る、高密度な測定」を行えば監視局の適切な配置は可能ですが、高価な測定機器を前提とする限り現実的ではありません。それ以来、大気環境動態を研究テーマとしている筆者にとっての疑念は、「現在の大気汚染監視網が大気環境を適切に表現していないのでは? 」と言うものです。
複雑系科学が進展した現在(2010)、「'事前の測定を行わない'、測定点の最適配置」は可能でしょうか。可能とは思えません。では、「長期に渡る、高密度な測定」は可能になっているでしょうか。筆者は「可能になりつつある」と考えています。あるいは既に可能になっているかもしれません。情報技術と化学センサの急速な発展により、センサ・ネットワークを用いる大気環境モニタリングが実用可能な段階に入りつつあると考えています。
センサ・ネットワークの提案はこれまで主として情報技術側から行われて来ました。その結果として、センサに対する制約(データ量、etc.)が厳しく観測にとって魅力ある提案ではありませんでした。しかし、携帯電話網のデータ送信能力の急激な増大、電池技術の進展はセンサに対する制約を取り払い、対象物質の化学センサが'存在'すれば、実用的なセンサ・ネットワークの構築は困難ではなくなっています。大気環境計測を生業とする筆者は、化学センサを搭載し、携帯電話網を利用するセンサ・ノードを試作し地方公共団体の協力を得て汚染監視局との平行運転をしてますが、その能力および将来性はすばらしいものと実感しています。
センサ・ネットワークは来るべきユビキタス社会においてもバックボーンの主要部分となるでしょう。情報網は急速に整いつつあります。測定機器の部品としての化学センサだけではなく、情報社会にマッチした化学センサ・デバイスが必要とされています。大気環境観測でイメージすれば、"測定点に大気汚染質・センサを設置したら、即座にスマートホンに濃度が表示される"、でしょうか。「大気環境計測」を「工場管理」、「室内環境」、あるいは「人体」に置き換えることは容易です。繰り返しますが、「世界を理解する」ためには化学センサは必須です。その未来は明るいと思います。
The cell-based assay has become an important analytical method to reduce screening costs in drug discovery. Currently, high-throughput screening (HTS) using a microplate is the gold standard for the cell-based assay. However, such assay systems are burdened by several issues such as high cost, poor reliability of data, difficulty in achieving rapid and accurate dispensing of very small liquid volumes, and uncontrolled evaporation of dispensed liquids. In contrast, the use of microfluidics is expected to circumvent these issues, and microfluidic technologies are promising candidates to miniaturize assays and to increase experimental throughput and reliability in drug discovery applications.
Recently, we have developed a perfusion culture microchamber array chip for high throughput drug dose response assays. The microchamber array chip was equipped with a serial dilution microfluidic network for generating a logarithmic concentration profile. Cell suspension, drug solution and media were introduced into the liquid reservoir with a micropipette. The dose response assay was carried out by applying the appropriate pressure through the air vent filters. The dose response of a model anti cancer drug, paclitaxel, on HeLa cells were successfully evaluated by the fluorescent image analysis in the microchamber array chip. The perfusion culture microchamber array chip, with its simple interface and well-designed microfluidic network, will likely become an advantageous platform for future cell-based assay on microchips.
There is a large gap between conventional cell cultures and inside the body where cells live in complex organs that are dynamically fed by blood vessels and affected by environmental changes. This physiological gap raises various challenges in basic cell biology, drug testing, and cellular therapeutics because cells in dish cultures respond very differently than in the body. Since the physiological microenvironments in living systems are mostly microfluidic in nature, microfluidic systems inherently facilitate many parameters needed for engineering cellular microenvironments. This paper describes microfluidic approaches designed to close this gap by developing biomimetic microsystems that recapitulate complex interactions between living tissues within an organ as well as the physical cues that cells normally experience in the body.
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