Japan (日本語)
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事例紹介

PicoFoundryにおけるカスタムSERSチップカートリッジの3Dプリント


PicoFoundryにあるStratasys製3Dプリンター

直接対決:LCD対DLP 3Dプリンティング

LCDとDLPの両方に印刷を行ったため、並べて比較してその違いを自分の目で確かめていただけます。

顧客プロファイル

2018年に韓国科学技術院(KAIST)の教員および卒業生によって設立されたPicoFoundryは、ディープテック分野で注目を集めている革新的な企業です。 PicoFoundryは、独自の「熱転写ナノ転写印刷」技術を用いて、表面増強ラマン分光法(SERS)チップの商用化に成功しました。

SERS技術は微量物質の迅速かつ正確な検出を可能にするため、食品安全、環境モニタリング、疾患の早期診断など、多岐にわたる分野で大きな期待が寄せられています。PicoFoundryは、転写印刷技術を用いたSERSチップの量産に世界で初めて成功しました。 2020年に商用販売を開始し、現在では世界中の70以上の研究機関や企業に製品を供給しており、この分野において他を圧倒する市場リーダーとしての地位を確立している。

Diagram of SERS chip production

課題

PicoFoundry社のSERSチップは技術的に先進的でしたが、商業化の拡大において大きな課題に直面していました。その理由は、たとえ高精度なSERSチップであっても、実験環境においてエンドユーザーがすぐに使用することはできないためです。

チップの性能を最大限に引き出し、ユーザーの利便性を高めるためには、チップを保護し、分析機器に正確に固定できる堅牢なカートリッジが不可欠である。問題は、顧客ごとに使用するラマン分光装置が異なっていたため、PicoFoundryは様々な仕様に対応するために、幅広い種類のカスタムカートリッジを開発する必要があった点にある。

市場参入初期段階において、従来の射出成形を用いて多種多様なカートリッジを少量生産することは、経済的な課題をもたらしました。金型製作だけでも数万ドルの費用がかかり、数ヶ月を要するため、迅速な設計の反復と市場テストが不可欠なスタートアップ企業にとっては大きな障壁となっていました。 CNC加工にも限界があり、複雑な内部構造の作製には不向きである上、製造コストが高くなるという追加の欠点も伴います。

Examples of chips

3Dプリンターが登場する前は、カートリッジの設計変更は事実上困難でしたが、現在ではリアルタイムでサンプルを作成・評価することが可能になりました。 3Dプリンティングはカスタム設計において高い自由度を提供し、顧客が希望するSERSチップのサイズや使用する分光装置に合わせて設計を最適化できるため、用途に合わせた精密なカスタム生産が可能になります。

影響

Stratasysの3Dプリンティングソリューションを導入して以来、PicoFoundryでは製品開発のスピードと設計の柔軟性が大幅に向上したほか、さまざまなタイプのカートリッジを取り入れることで製品ラインナップも拡大しました。以前は、カートリッジの設計を変更して新しいプロトタイプを作成するには、多大な時間とコストが必要でした。 現在では、必要な設計を即座にプリントしてテストすることが可能になりました。設計変更をリアルタイムで反映したサンプルを製作し、問題を即座に特定して改善策を導き出すことで、開発サイクルは大幅に短縮されました。この迅速なプロトタイピング能力により、製品開発期間が大幅に短縮され、設計変更への対応においてより高い柔軟性がもたらされました。 3Dプリンターで作成したプロトタイプを繰り返し検証することで、チームは設計上の制約を独創的に克服し、最終製品の完成度と信頼性の両方を高めることができました。こうした開発能力に基づき、PicoFoundryは市場の多様なニーズに応える3つの主要なカートリッジ製品ラインの確立に成功しました。

  • マルチSERSチップカートリッジ:このプラットフォームは、12×8の配列で合計96個のチップを搭載しており、多数のサンプルを同時に分析することが可能です。新薬開発や品質管理などのハイスループット用途に最適化されており、実験効率を最大化します。
  • シングルSERSチップカートリッジ:1枚のチップを搭載したコンパクトなモジュールです。携帯型ラマン分光計と組み合わせて、現場での診断に使用されます。その使いやすさから、医療、環境、食品安全など、即時分析が求められる分野で非常に有用です。
  • ナノチャネルグレーティングカートリッジ:微細なナノ格子構造とマイクロ流体チャネルを組み合わせることで、ラマン信号の増幅効率を最大化したハイエンド製品です。超微量物質の検出が求められるバイオセンサーや精密分析の分野において、最高の性能を発揮します。
SERS chips in packaging

結論

PicoFoundryは、その主要な原動力であるStratasysの3Dプリンティングソリューションを背景に、SERSチップカートリッジ市場におけるリーダーとして急速に台頭しています。しかし、PicoFoundryのビジョンはそれだけにとどまりません。 将来的には、3Dプリンティング技術の適用範囲を、研究開発段階で使用される様々な治具や固定具の製造にまで拡大し、新たなプラットフォームの開発をさらに加速させる計画です。 当社の長期的な目標は、SERSセンサー、チップセット、さらには複雑な内部構造までもを組み込み、3Dプリンターを用いた単一のプロセスで製造可能な、コンパクトで統合された測定プラットフォームを開発することです。こうした取り組みを通じて、PicoFoundryは単なるチップメーカーにとどまらず、顧客に完全にカスタマイズされたセンシングソリューションを提供する総合的なプラットフォーム企業へと成長することを目指しています。