超香紋：分子レベルでニオイを識別する流体熱力学「全分子量スペクトル」法の創出
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21K18859
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
柴 弘太 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 主幹研究員 (20638126)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | ニオイ / 流体熱力学 / 質量分析 / 分子量 / モバイル |
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| Outline of Research at the Start |
ニオイは数十万種類あるともいわれている。加えて、個々のニオイは、ときに数千種類もの分子からなる混合気体である。このようなニオイの多様性・複雑性ゆえ、その分析は常に高度に専門的である。本研究では、申請者が開発した大気環境下で実施可能な分子量測定法をベースに、ニオイを定性・定量可能な革新的かつ簡易なアプローチの創出を目指す。このアプローチには、従来法と異なり装置の大幅な小型化が見込まれるため、コンシューマー用途まで見据えた社会実装の可能性がある。このように、モバイルデバイスを用いた呼気診断やニオイ通信など、次世代技術・産業を志向した研究を推進する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、物理的に分子を測る独自手法（流体熱力学質量分析；AMA）をもとに、ニオイ識別のための新コンセプト「超香紋」を提案する。AMAは従来の質量分析に必須の試料のイオン化を必要としないため測定系を大幅に小型化でき、モバイル用途が視野に入る。また、物質固有の分子量をリアルタイム測定可能という特長を有する。そこで、ニオイを吸着材へ捕集し、昇温・吸引により脱離させた分子をAMAによって逐次測定することで、ニオイの全成分に基づく「全分子量スペクトル＝超香紋」を取得する。これはニオイの中身を反映するため、指紋認証のように、ニオイ間の比較を定量的な情報に基づいて超高精度に行うことができる。様々な吸着材を用いることで、いかなるニオイに対しても全分子量スペクトルを取得するための条件最適化・指針獲得を行う。以上のように、呼気診断など挑戦的かつ有意義なニオイ識別を、手軽に実施するための成果を創出する。
これまで、上記目的に向けた検討を進める中で、予期せず気体測定のための新たな手法を創出した。この手法は色の変化に基づいて気体を識別することができるものであり、詳細な検討の結果、色の変化は気体の分子量および粘度に依存することを見出した。これら二つの量は相互に依存しないため、原理的に一種類の気体は一つの色を与えることになる。つまり、この色自体をその気体に固有の指紋のように扱うことができる。この成果はAdvanced Science誌に掲載され、特許出願、プレスリリース、学会発表を終えてさらに掘り下げているところである。今後は、この技術と、これまで継続して検討を進めてきたガスクロマトグラフィーを利用した分離・濃縮機構を組み合わせることで、ニオイに含まれる構造異性体にも対応可能な超香紋の実現を目指した研究を推進していくつもりである。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
