【OISTレポート】新型コロナウイルス:OIST研究者による地元沖縄への貢献

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新型コロナウイルス(COVID-19)の感染が広がるなか、沖縄科学技術大学院大学(OIST)の研究者たちが、自らの専門性を生かし、地元沖縄に貢献すべく全力で活動しています。今回は4つの取り組みについて紹介します。

綿あめ製造機でCOVID-19ウイルス粒子を阻止するマスクを製造!?

非線形・非平衡物理学ユニットを率いるマヘッシュ・バンディ准教授はこの度、N95マスクの原理にヒントを得たマスク製造方法を開発しました。自家製の布製マスクもほとんどの市販のマスクもCOVID-19ウイルス粒子をフィルターできないのですが、COVID-19ウイルス粒子を阻止できる唯一の利用可能な設計となっているのがN95マスクです。

N95マスクを製造するための技術は、日常の材料で再現するのは難しいのですが、バンディ准教授は不可能ではない、と強調します。「必要な生地を生成する簡単な方法を考えました。綿あめ製造機を少々改造するのです。」

綿あめ製造機は、高速で回転する小型の円筒状の内側容器とそれを囲む大型のドラム缶のような外側容器でできています。小型円筒状の容器には小さな穴があり、カラメル状になった砂糖が、細い繊維状に噴出されます。バンディ准教授は、カーバッテリーを使って電圧をかけ、砂糖の代わりに粉末状のポリプロピレンポリマーを綿あめ製造機の小型円筒状の容器に注ぎました。このポリマーは、ペットボトルなどと同じ素材であるポリプロピレンプラスチックから作成できます。円筒状の容器が回転し始めると、ポリマーが熱せられ、帯電ナノファイバーの生地がドラム缶の壁に作られていきます。


上の2つの走査型電子顕微鏡の顕微鏡写真により、OISTで作成された材料と市販のN95帯電層との比較した画像。識別可能な構造的差異がないことを示す。

生地を作成しさえすれば、マスクを作るのは簡単です。カーバッテリーを使って12〜14ボルトの直流電流をかけた生地を3枚作成し、さらには電圧をかけていない生地2枚を作成し、できあがった電圧ありと電圧なしの繊維をそれぞれ集め、2つの清潔で平らなガラス板などの間に押しはさんで2種類の平らな生地にします。次に、電圧をかけていない繊維で作成されたファブリックを外層に、電圧をかけて作成された生地を内側の3層にして挟んで、5層の布地にします。この層状の生地材料を、6 cm x 6 cmの小片に切り、折って縫い合わせればできあがりです。

このようなプロセスで、バンディ准教授は医療用と同レベルのフェイスマスクを複製するため必要な材料と方法を開発しました。新型コロナウイルスの危機的状況下で従来のN95マスクを利用できない場合、この代替案は救命につながる可能性があります。 詳細については、バンディ准教授の一般的な材料で作れるN95帯電フィルターマスクのページをご覧ください。

一致団結してアルコールジェルを製造!

OISTの博士課程の学生である、錯体化学・触媒ユニットのセバスチャン・ラポインテさんと細胞シグナルユニットのサンドリン・ブリエルさんは、OISTキャンパスや沖縄の地域コミュニティでますます需要が増している、アルコールジェル供給プロジェクトを行っています。「OISTジェル」と呼ばれるこの溶液は、世界保健機関の「医療従事者向け手指衛生ガイドライン」に従ってイソプロパノールを用いて作製されました。

「石鹸と水で20秒以上手洗いすることは、アルコールジェルを使用するよりも効果的ですが、食料品の買い物など、必要な外出中にいつでも手が洗えるとは限りません。アルコールジェルは、ウイルス蔓延を減らすために有用な代替品です。」と、セバスチャンさんは説明しています。

チームは現在、少なくとも400リットルのOISTジェルの製造を目指しています。そのうち50リットルはOIST内で使用され、それ以外は地元の恩納村に提供されるほか、沖縄県の支援を通じ、沖縄県内のリスクの高い場所に寄贈される予定です。600mlの家庭サイズのボトルが診療所、薬局、高齢者住居施設などに提供され、沖縄県により100リットルのOISTジェルが大規模病院に配布されます。4月中旬にOISTキャンパスに原材料が届き、生産が始まりました。

「このプロジェクトには、さまざまなOISTの研究ユニットやその他の部署から25名のボランティアが参加しています。実験室における安全訓練を受けた研究者がジェルを作り、ボトル詰めをします。他のボランティアは、ラベルをデザインしたり、地元の組織と協力して、ジェルを安全かつ効果的に配布できるようにします。」と、サンドリンさんは説明しています。


ジェルボトルを持つOISTジェルプロジェクト25名のボランティアの一部

3Dプリンターによるフェイスシールドを製造

OIST数理力学と材料科学ユニットとマイクロ・バイオ・ナノ流体ユニットの研究チームは、コロナウイルスの飛沫やエアロゾルを効果的にブロックする3Dプリントのフェイスシールドを製造しました。フェイスシールドは特に最前線の医療従事者にとって重要です。OISTクリニックの森朋有医師の指導のもと、技術員のミチャエル・グルワルドさん、カズミ・トダ・ピーターズさん、ジュニアリサーチフェローのシェーフ・サイさんが協働してフェイスシールドを再設計し、制作しました。現在、数百個のフェイスシールドを製造しています。

「COVID-19は感染者のくしゃみや咳を通して広がり、ミクロンサイズの飛沫やエアロゾルが医療従事者の目に入って感染する可能性があるというエビデンスが多く出てきています。」とミチャエルさんは説明します。「フェイスシールドは通常、COVID-19感染予防の追加の保護バリアとして、医療従事者がサージカルマスクまたはN95マスクの上に着用します。」「OISTでは、3Dプリント会社Prusaの設計を部分的に修正し、ヘッドバンドのプリントに必要な材料と時間を最小限に抑え、日本で調達できるレーザーカットのフェイスシールド材料に対応できるようにしました。」

4月上旬に沖縄県と協議した後、沖縄県内の病院に配布する800個のフェイスシールドの要望に応えるために、現在研究チームは製造に取り組んでいます。


コロナウイルスの飛沫とエアロゾルをブロックするよう設計された3Dプリントのフェイスシールド

UVC光線を使用したマスクの殺菌装置

フェムト秒分光法ユニットのケシャブ・ダニ准教授が率いるOISTのチームは、紫外線C波(UVC)ライトを使用し、N95マスクなどの個人用保護具(PPE)を殺菌する装置を設計・構築しました。この装置はまた、マスク殺菌後の性能を元の仕様と比較することもできます。この装置は1日に約400枚のN95マスクを殺菌でき、これにより供給が限られているマスクの効率的利用が期待されます。

「殺菌を30回行っても、マスクは良好に機能することがわかりました。制約となる要因は殺菌プロセスではなく、一般的な摩耗であるようです。私たちは現在、地元病院の1つと協力し、医療専門家がマスクを使用してから必要なUVC殺菌線量に曝した後、マスクのフィルタリング効率テストを毎日行っています。この調査は、N95マスクを安全に再利用できるための頻度について確かなデータポイントを提供してくれます。」と、ダニ准教授は説明しています。

病院においてマスクを殺菌し、フィルタリング効率テストを実施するため、グループは病院スタッフが操作でき、使いやすく安全でコンパクトな装置を開発する必要がありました。これらの制約を考慮し、エンジニアリングサポートセクションと施設管理ディビジョンから支援を受け、チームは複数の殺菌ユニットを設計、構築、テストを行いました。最初の数装置は那覇市の病院に納入され、現在さらに構築を行っています。

これらの取り組みにより、OISTの研究者らはこの困難な時期に地元沖縄を少しでも支えることができるよう祈っています。現在さらに検体や感染拡大モデリングなどのプロジェクトが進んでいます。最新情報は、COVID-19研究チームによるプロジェクトページをご覧ください。


エンジニアリングサポートセクションのメンバーがUVC殺菌装置を組み立てている。

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