Foldscopeは1ドル未満の紙1枚に2,000倍の顕微鏡を印刷した

2000年代半ばのフィールド訪問で、スタンフォード大学の生物工学者マヌ・プラカシュは同じ光景を何度も目にした。顕微鏡のない診療所や教室、あるいは誰も修理できないために壊れたまま放置された大型の計器である。従来の顕微鏡は、訓練された手で調整される機械加工された金属フレームに精度を集中させており、そのため購入費が高く、技術者のいない場所では維持するのにも費用がかかる。2012年、彼と博士課程の学生ジム・サイブルスキーは逆の問いを立てた。梱包用のシート自体が計器になったらどうだろうか。

Foldscopeは、平らな紙1枚に印刷された折り紙ベースの光学顕微鏡である。鋭い折り目が弾性エネルギーを生み、折り畳まれた紙の閉じた構造ループが運動学的拘束を生み出す。そのため、利用者が印刷された折り線に沿って折ると、球レンズ、照明、ステージが数十ミクロンの再現可能な精度で自己整列する。組み立ては工具なしで10分未満で完了し、整列は訓練を受けていない手で折り畳んだり広げたりしても維持される。

交換可能な球面球レンズが倍率を決め、倍率はレンズ径に反比例して100倍未満から2,000倍超まで変化する。基本ユニットは8.8グラム、70×20×2 mmでポケットに収まり、LEDはボタン電池で50時間動作する。平らな形式は明視野、暗視野、蛍光の構成に対応できるため、同じ印刷プラットフォームが単なるデモンストレーションだけでなく、血液塗抹のスクリーニングやフィールド生態学にも役立つ。

2014年のPLOS ONE論文は設計を自由に研究できるようにした。部品費は1ドル未満、分解能はサブミクロンで、チームはロール・ツー・ロール印刷によって年間10億台まで拡張できると主張した。プラカシュは2012年のTEDのステージで50セントの前身モデルを実演し、2018年までにFoldscope Instrumentsは生産を250万台に向けて拡大していた。インドの生物工学局はFoldscopeと助成金を445の公立学校および大学に提供した。

平らに印刷し、折り畳みが組み立てラインとなる。

精度は製造から切り離された。折り目と球面球レンズが受動的に自己整列するため、教室の机の上での未熟練の組み立てでも精度が維持される。

球レンズは回転対称の汎用部品であるため、部品表全体は紙、球1個、LED、コイン電池だけで、1ドル未満となる。

平らな印刷シートは文房具のように輸送でき、落とされたり上に座られたりしても耐え、壊れた計器が通常は壊れたままになる場所でもサービス契約を必要としない。

設計空間はレンズの交換によって拡張する。同じ印刷本体が明視野、暗視野、蛍光を担うため、1つのプラットフォームが診断と教育の両方をカバーする。

設計を公開することで、知的財産を守るのではなく、すべての理科教師が流通チャネルになった。

道具が配布するには高すぎる場合、最も安価なプロセスである印刷にも精度の仕事をさせるように再設計せよ。自己整列は規模を工場ではなく印刷ロットに変える。

サイブルスキーが共同創業したFoldscope Instrumentsは、2018年末までに大量生産を250万台に向けて推し進め、1つの輸出工場ではなく地域ごとの製造を計画した。インドの生物工学局は445の公立学校および大学にFoldscopeキットと助成金を提供し、インドの研究機関は疾病診断のために紙の顕微鏡を臨床用ベンチ計器と比較して試験し始めた。この設計は、同研究室のその後の紙製遠心分離機と並んで、倹約科学の標準的な参照点となった。