技術の大きな進歩は、多くの場合、確立された複数の分野が新しい技術と組み合わさったときに生まれます。新しいテクノロジーが古い問題を解決すると、より高いレベルの機能性が実現します。一例としては内燃機関が挙げられます。化学工学、機械工学、流体力学、そして比較的最近「理解された」電気工学を組み合わせて、社会を変える信頼性の高い燃料ベースのモーターを生み出しました。
興味深いのは、こうした技術の大きな進歩が、何らかの差し迫った必要性に先立って起こり、あるいは多くの終末論的な悲観論者を回避していることです。何世代も前から、危機的な人口を維持できないという警告が出されてきましたが、エネルギー、食糧生産、社会インフラ、サービス、医薬品の進歩により、これらのレベルを維持できただけでなく、私たちは次のレベルに進みました。
新しいテクノロジーと既存のテクノロジーを組み合わせることで、可能性のパラダイムが再び変化するでしょう。マイクロ電気機械システム (MEM) を使用したマイクロ流体管理システムは、小型の電気機械モーター、レバー、ギア、ヒンジ、センサーを大量生産できることを実証した比較的新しい技術です (図1)。初期の集積回路と同様に、これらの第1世代の機能は単純であり、技術が着実に進歩するにつれて密度は比較的低くなりました。今日の比較的単純なアプリケーションでは、微細な溶解装置、ミキサー、分散装置、バルブ、パス マルチプレクサなどの個別のMEM機能が使用されることは珍しくありません。
しかし、ほとんどの電子機器と同様に、第一世代の機能と密度は向上し、しかもその向上は急速に進むことが多いです。サンプルが適切に準備され、テストの準備ができるまで、流体の経路とプロセスは役に立ちません。これを人間がナノスケールで正確に実現するのは事実上不可能ですが、マイクロマシンでは非常に可能です。
この必要な第2世代の機能は製造され、実証されており、すぐに使用できる状態になっています。メディア ミルと呼ばれるこれらはマイクロマシンから製造されており、サンプルの準備、粉砕、せん断、混合、濾過、分散ができるほか、次世代の医薬品、バイオテクノロジー、栄養補助食品 (医療上の利益を目的とした添加物を含む食品) をターゲットとしたナノ粒子ハンドラーを作成することもできます。
これにより、さまざまな分野や学問分野で活用できる、数多くの新しい扉が開かれます。小型（切手サイズ）で低電力、低コストの機械を使用して、たとえば血糖値をサンプリングし、輸液ポンプと連動させて糖尿病患者をリアルタイムで制御することができます。これは、特定の化学的不均衡をターゲットにして検出する埋め込み型技術と、最新の低電力ミックスドシグナル（およびDSP）マイクロコントローラベースの技術を組み合わせたときに開かれる可能性の1つにすぎません。
このような装置は、抗精神病薬を必要とする個人に埋め込むこともできます。薬を必要とする人が薬の服用を忘れると、多くの悲惨で回避可能な犯罪が発生することが明らかになっています。この技術により、錠剤や注射を必要とせずに、日常のあらゆる薬剤を適切なタイミングで直接血流に送り込むことが可能になる。
ここで組み合わせることができるパズルの他のピースは、無線通信とエネルギー収集です。これにより、埋め込み型医療機器は状態を報告し、データを記録し、クラウドベースのインフラストラクチャを使用して健康状態を監視し、必要に応じて調整できる医師によって遠隔地（おそらく地球の反対側から）で調整できるようになります。
この比較的新しい技術が研究者が現在使用できるツールボックスに追加されるにつれて、他の比較的新しい技術や、絶えず改善されている既存の古い技術と急速に融合していきます。例えば、マイクロマシニング技術は、競争力のある製造方法として堆積技術に匹敵する。
ジャストインタイム
他の重要な新技術と組み合わせれば、この技術はまさにタイムリーなものとなるかもしれません。たとえば、シリコン内に紫外線LEDやレーザーを製造するという比較的新しい技術により、DNAを含むサンプルを受け取り、それを蛍光させて内部構造を明らかにする遺伝子プロセッサの道が開かれました。これにより、自由に剥離する皮膚細胞を使用して本人確認できる遺伝子識別システムが可能になります。クレジットカードの明細書（簡単に偽造できる）に署名したり、簡単に入手できる役に立たない情報（郵便番号など）を入力したりする代わりに、本物で騙されにくい検証システムを使用することで、詐欺行為を検出して排除することができます。
法執行への影響も潜在的に甚大です。犯罪現場の捜査官は、ポケットサイズの研究室を使用してサンプルを処理し、遺伝子マーカーのインデックスコード（データベースの検索に使用可能）を作成し、通常は発見に数日かかる重要な情報を提供することができます。これにより、法執行機関は容疑者についてより迅速に判断を下せるようになる可能性がある。
おそらく、この技術の最も広く使用されている用途は、埋め込み型リアルタイム医療機器でしょう。私たちが何千もの「おそらく発がん性がある」物質や因子と常に接触している世界では、がん細胞をリアルタイムで検出し、テクノロジーに基づいてこれらの細胞を中和することが、そう遠くない将来に実現するかもしれません。
すでにCDC、NIH、AMAなどの健康監視機関は、今後20年以内に癌の発生率が20パーセント上昇すると予測している。私たちは、毎日摂取したり、吸入したり、接触したりすることで、何千もの未検査の化合物にさらされており、既知の発がん物質だけでなく「可能性のある」発がん物質にもさらされています。たとえば、リアルタイムで検出され、標的とされる抗酸化物質は、血流中に特定のマーカーが検出されると、より高いレベルで放出され、致命的な病気が進行するのを防ぎます。すでに、早期発見のための 循環腫瘍細胞キット が利用可能になっています。これにより、乳がん、前立腺がん、大腸がんなどの生存率が向上します。
もちろん、すべてのハンマーは善にも悪にも使用できますが、このテクノロジーにもその機能があります。サイバネティック強化の発展分野の一環として、例えば兵士の体内に埋め込まれたプロセッサは、アドレナリンのレベルを上昇させ、強さを増す可能性がある。他の化合物や薬物は兵士の意識と知覚力を高めることができます。鎮痛剤の自動注射により、負傷後もより長く戦闘することが可能になる。
その他の懸念としては、高濃度の薬剤を投与する埋め込み型医療機器の遠隔ハッキングが挙げられる。暗号化とセキュリティは、通信のあらゆるレベルまたはホップで必須です。大多数の人は、誰かの体内に埋め込まれた医療機器をハッキングする能力を持っていませんが、それができる人もいます。実際、この種の技術を使えば、遠隔暗殺も可能になります。
これは未来のSFのようなシナリオだと思うかもしれないが、私たちは想像以上に進歩している。10年前、DARPAの助成金により、遺伝子サンプルを受け取り、蛍光を発し、分析し、主要な遺伝子マーカーを報告することができる単一のチップ (または基板ベースのデバイス) が開発されました。
このテクノロジーの基礎は現在誰でも実験できる状態で公開されています。このテクノロジーのSTMicroelectronics Labオンチップ開発およびデモンストレーション プラットフォームをご覧ください。インド科学技術研究庁 (A*STAR) とVeredus LaboratoriesはSTと提携し、単一の血液サンプルから13種類の主要な熱帯病を特定できる分子診断市場初のバイオチップを提供しています。
エボラ出血熱の流行のようなパンデミックで見てきたように、迅速な検出と感染拡大の阻止が最善の戦略です。しかし、この技術が使えるのは病気だけではありませんし、使われることになるのも病気だけではありません。インクジェット印刷では、常により高い解像度と効率を活用できます。