クリーンテクノロジーの開発目標の一つに、外部からの電力供給に依存せず、材料自体も全て自然に還元される機械の構築が挙げられます。栄養や酸素という化学エネルギーのみで機能を発現でき材料は自然に還元されるという点で、生物を材料とする機械は一つの理想形といえます。一方、水などを送る機械であるポンプは、微量サンプルの分析や体内埋め込み装置の開発など最先端研究分野において、小型化が求められています。しかし、従来の機械工学による小型化では、電源やワイヤーなどが不可欠なため限界があります。そこで共同研究グループは、生体筋肉組織を利用することにより、小型で効率のよいポンプが実現できるのではないかと考えました。

QBiC集積バイオデバイス研究ユニットの田中陽ユニットリーダー、東京電機大学の釜道紀浩准教授らの共同研究チームは、生体組織の中でも制御性・応答速度・収縮力に優れたミミズの体壁筋に着目しました。まず、ミミズ筋肉シートの電気刺激に対する収縮力を測定したところ、最大9.3 ミリニュートン（mN）（約0.95 g重）、収縮するまでの応答時間は約0.3秒でした。これは一般の小型ポンプの素子と同程度の数値であり、ポンプの駆動素子として十分な力が得られることが分かりました。次に、ミミズ筋肉シートを用いた小型ポンプを試作しました。微細加工技術によりポンプの土台となるマイクロ流体チップ上に幅・深さ0.2mmの流路と直径3 mmのポンプチャンバーを作製し、その上に筋肉の収縮力を伝えるプッシュバーを置き、さらにミミズ筋肉シートを載せて固定しました。電気パルスで連続的に刺激を与えたところ、シートの収縮によりチャンバー内の水が押し出されて送液を確認できました。流量は5 マイクロリットル/分（μL/分、1μL は100万分の1リットル）で、このサイズのポンプとしては既存のものに匹敵する機能を持つことを実証しました。

試作した「ミミズポンプ」は、刺激に電気を用いてはいるものの動作のためのエネルギー源はアデノシン三リン酸（ATP）です。神経組織なども含めて、人工的にミミズと同様の構造を作ることができれば電気なしでも使える可能性があることから、本成果は今後、超微小ポンプを開発していく上でのモデルになると考えられます。