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Development of a disease localization system using optical biosensor mesh for three-dimensional imaging of transdermal chemicals

Research Project

Project/Area Number 22K14267
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research InstitutionTokyo Medical and Dental University

Principal Investigator

Iitani Kenta  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 講師 (00853045)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywordsバイオセンサ / ガスセンサ / 電界紡糸 / エタノール / 蛍光計測 / アルコール脱水素酵素 / 果実評価 / 経皮生化学計測 / バイオセンシング / 三次元イメージング / エレクトロスピニング
Outline of Research at the Start

ヒトが無意識下で定常的に放出する汗や経皮ガスには血中由来化学成分が含まれ、特に疾患部位からは腫瘍間質液を反映する特異な経皮成分が滲出することから体表面上で経皮成分の時空間変化を計測することで疾患位置や範囲の特定が可能となると考えられる。本研究では、経皮成分の濃度分布情報を光情報へと変換する光バイオセンサメッシュを、酵素を含む高分子溶液を体表に直接電界紡糸することで作製し、新規に構築するイメージングシステムと組み合わせて体表面全体を対象に経皮成分の三次元時空間変化を記録する。

Outline of Final Research Achievements

Continuously released sweat and transdermal gases contain blood-borne chemicals. In this research, an optical biosensor network was developed to convert the concentration distribution of chemicals released through the skin into intensity distributions of fluorescence. Specifically, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)-dependent alcohol dehydrogenase was mixed with coenzyme NAD+ in a pH-adjusted water-soluble polymer solution, and a microfiber mesh was fabricated by electrospinning. The optical biosensor mesh can respond to ethanol with fluorescence output without post-processing. In the future, it is believed that electrospinning the optical biosensor mesh directly onto the body surface will enable three-dimensional imaging of chemicals released through the skin.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

皮膚上の特定箇所にて汗や皮膚ガス中の化学成分の濃度変化を計測するセンサは存在するが、濃度分布を測定しうる系は存在しない。また、我々が開発してきたガスイメージング系においても複雑な凹凸を有する身体表面にて広い範囲の濃度分布を観察することは困難であった。本研究で開発した光バイオセンサメッシュは身体表面の広い範囲で化学物質のマッピングを実現しうる。また、身体のみならず、電界紡糸が可能なあらゆる物体の表面に光バイオセンサメッシュの直接作製が可能であることから、従来計測が困難であった物体表面上の化学物質濃度分布の計測と視覚化に応用となり、新たな化学計測技術として貢献しうる。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (44 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (36 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 3 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Gas-Phase Biosensors (Bio-Sniffers) for Measurement of 2-Nonenal, the Causative Volatile Molecule of Human Aging-Related Body Odor2023

    • Author(s)
      Iitani Kenta、Mori Hidehisa、Ichikawa Kenta、Toma Koji、Arakawa Takahiro、Iwasaki Yasuhiko、Mitsubayashi Kohji
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 23 Issue: 13 Pages: 5857-5857

    • DOI

      10.3390/s23135857

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    • Author(s)
      Shinohara Riki、Hayakawa Yuuki、Iitani Kenta、MIitsubayashi Kohji
    • Journal Title

      Journal of Advanced Science

      Volume: 35 Issue: 0 Pages: n/a

    • DOI

      10.2978/jsas.35301

    • ISSN
      0915-5651, 1881-3917
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      Iitani Kenta、Suzuki Mika、Toma Koji、Arakawa Takahiro、Mitsubayashi Kohji
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines

      Volume: 142 Issue: 7 Pages: 166-167

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.142.166

    • ISSN
      1341-8939, 1347-5525
    • Year and Date
      2022-07-01
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      Biosensors and Bioelectronics

      Volume: 213 Pages: 114453-114453

    • DOI

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      Volume: 367 Pages: 132053-132053

    • DOI

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Published: 2022-04-19   Modified: 2025-01-30  

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