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2021 Fiscal Year Annual Research Report

発汗成分モニタリングのためのウェアラブルセンサの創成と熱中症との相関解析

Research Project

Project/Area Number 21H03344
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

四反田 功  東京理科大学, 理工学部先端化学科, 准教授 (70434024)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 長峯 邦明  山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 准教授 (00551540)
美川 務  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 専任研究員 (20321820)
辻村 清也  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30362429)
元祐 昌廣  東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (80434033)
柳田 信也  東京理科大学, 教養教育研究院野田キャンパス教養部, 教授 (80461755)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsバイオセンサ / バイオ燃料電池 / 熱中症 / イオンセンサ
Outline of Annual Research Achievements

「熱中症を防ぐためには,塩飴をなめる,首元を冷やす」などいろいろな対策が取られてきた.しかし,どの程度の処置が適切で,どのような効果を心身にもたらすのか?強いていえば,個人によってその効果は異なるため,「熱中症の個人ごとの質的評価」については未だ科学的手法が確立されていない.そこで本研究では,暑熱環境下における熱中症の予兆を体液中のバイオマーカーから評価する新たな手法について研究する.特に,脱水症状と疲労マーカーであると想定される,ナトリウムイオン,塩化物イオン,アンモニウムイオン,乳酸イオンと熱中症との相関について詳細に検証する.また,脱水症と相関がないとされているカリウムイオンの濃度変化を用いた新奇な発汗量測定の要素技術検証を行う.
前年度に引き続きイオノフォアを担持した電極を調製し,不織布やPET基板上に印刷することでフレキシブルなイオンセンサ(Na+やK+, Cl-,NH4+)を作製した.発汗中のイオン濃度をセンサ間の誤差を±7%以内に抑えたセンサを開発した.イオンセンサの統合化を行った.また,強度と柔軟性を併せ持つ紙素材を基板とした乳酸バイオ燃料電池の安定性向上を行った.バイオ燃料電池は半日以上安定に無線通信で電波を一定間隔で飛ばすことができた.また,発信頻度から乳酸濃度をモニタリングすることが可能となった.
センサシグナルの微分値(蓄積速度)を指標とした汗中成分または間質液成分のゲル内蓄積速度モニタリングを基に,ウェアラブルセンサ化したものの実装評価試験を行った。熱中症を想定した負荷実験中の汗中の乳酸・電解質成分のマルチモニタリングを行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

目標としていた,誤差7%以内のイオンセンサの形成,評価,マルチモニタリング化ができている.また,乳酸電池も実装評価に十分な安定性を示した.当初計画通りに,コロナ禍ではあるが,感染防止に留意しながら実装評価試験も行えたため.

Strategy for Future Research Activity

前年度に引き続きイオノフォアを担持した電極を調製し,不織布やPET基板上に印刷することでフレキシブルなイオンセンサ(Na+やK+, Cl-,
NH4+)を作製する.フレキシブル性の向上を目指す.またマルチモニタリングセンサについても検討する.発汗中のイオン濃度をセンサ間の誤
差を±5%以内に抑えたセンサを開発する.イオンセンサの統合化を行う.
強度と柔軟性を併せ持つ布や紙素材を基板とした乳酸バイオ燃料電池の出力とさらなる安定性向上を行う.センサシグナルの微分値(蓄積速度)を指標とし
た汗中成分または間質液成分のゲル内蓄積速度モニタリングを基に,ウェアラブルセンサ化したものの実装評価試験を引き続き行う。熱中症を
想定した負荷実験中の汗中の乳酸・電解質成分のマルチモニタリングを行う.

  • Research Products

    (39 results)

All 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (32 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 8 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Stable Immobilization of Mediator in Porous Carbon Material via Capping Technique for Fabricating Sensitive Enzyme-based Glucose Sensor2021

    • Author(s)
      Kuniaki Nagamine, Ryota Izawa, Isao Shitanda, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      SENSORS AND MATERIALS

      Volume: 33 Pages: 3245-3253

    • DOI

      10.18494/SAM.2021.3583

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-Powered Diaper Sensor with Wireless Transmitter Powered by Paper-Based Biofuel Cell with Urine Glucose as Fuel2021

    • Author(s)
      Isao Shitanda, Yuki Fujimura, Tatsuya Takarada, Ryo Suzuki, Tatsuo Aikawa, Masayuki Itagaki, and Seiya Tsujimura
    • Journal Title

      ACS Sensors

      Volume: 6 Pages: 3409-3415

    • DOI

      10.1021/acssensors.1c01266

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chitosan-Based Enzyme Ink for Screen-Printed Bioanodes2021

    • Author(s)
      Isao Shitanda, Kanako Oda, Noya Loew, Hikari Watanabe, Masayuki Itagaki, Seiya Tsujimura, Abdelkader Zebda
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 11 Pages: 20550-20556

    • DOI

      10.1039/D1RA03277A

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-performance, two-step/Bi-enzyme lactate biofuel cell with lactate oxidase and pyruvate oxidase2021

    • Author(s)
      Shitanda Isao、Hirano Kai、Loew Noya、Watanabe Hikari、Itagaki Masayuki、Mikawa Tsutomu
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 498 Pages: 229935~229935

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2021.229935

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High Capacity Lactate Biofuel Cell using Enzyme Cascade without NAD2021

    • Author(s)
      Shitanda Isao、Tsunaga Motoki、Watanabe Hikari、Itagaki Masayuki、Tsujimura Seiya、Mikawa Tsutomu
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 50 Pages: 1160-1163

    • DOI

      10.1246/cl.210064

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ウェアラブルセンサやウェアラブルバイオ電池の話題2022

    • Author(s)
      四反田 功
    • Organizer
      第2回 SPIRITS生物-無機-有機融合化学セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 体液を連続モニタリングするためのフレキシブルバイオセンサおよびバイオ電池の開発2022

    • Author(s)
      四反田 功
    • Organizer
      2022年電子情報通信学会総合大会
    • Invited
  • [Presentation] 汗や尿を用いた自己発電型バイオセンサーの開発と未来の暮らし2022

    • Author(s)
      四反田 功
    • Organizer
      未来のくらしと水の科学研究会第4回定例研究会
    • Invited
  • [Presentation] 次世代ヘルスケアデバイスを指向した ウェアラブルバイオセンシングデバイスの開発2022

    • Author(s)
      四反田 功
    • Organizer
      第 1 回ウォーターフロンティアシンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] バイオ燃料電池を搭載した自己駆動型バイオセンサの開発と体液成分センシングへの応用2022

    • Author(s)
      四反田 功
    • Organizer
      広島大学スマートバイオセンシング融合研究拠点セミナー
    • Invited
  • [Presentation] LOx/PDC/ALDHを利用したバイオアノードの電気化学インピーダンス評価2022

    • Author(s)
      藤田 紗織, 平野 快, 美川 務, 渡辺 日香里, 四反田 功, 板垣 昌幸
    • Organizer
      電気化学会第89回大会
  • [Presentation] 小角X線散乱法による電解液中のビリルビンオキシダーゼの形態評価2022

    • Author(s)
      三浦 ちか, ノヤ レーヴ, 小倉 卓, 渡辺 日香里, 四反田 功, 板垣 昌幸
    • Organizer
      電気化学会第89回大会
  • [Presentation] 有限要素法によるグルコースセンサストリップの電気化学シミュレーション2022

    • Author(s)
      水野 真希, ノヤ レーブ, 渡辺 日香里, 四反田 功, 板垣 昌幸, 辻村 清也
    • Organizer
      電気化学会第89回大会
  • [Presentation] Unusual Shape of Electrochemical Impedance Spectra due to Local Variation of Diffusion Layer Thickness in Mediator-type Enzyme Electrodes Confirmed by Simulations using Finite Element Method2021

    • Author(s)
      LOEW Noya,渡辺 日香里,四反田 功,板垣 昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
    • Invited
  • [Presentation] ウェアラブル酵素バイオ燃料電池を高出力で実現するための様々な取り組みと実装評価試験2021

    • Author(s)
      四反田 功
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
    • Invited
  • [Presentation] 酵素を用いたバイオ燃料電池の開発と自己駆動型センサへの応用2021

    • Author(s)
      四反田 功
    • Organizer
      第82回 応用物理学会秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 紙基板おむつ電池の安定性向上に向けた 3D電気化学インピーダンス評価2021

    • Author(s)
      石氷航大, 横井亨哉, 片山昇, 渡辺日香里, 四反田功, 板垣昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] 2段階酵素反応のファラデーインピーダンスシミュレーション2021

    • Author(s)
      平野快, 渡辺日香里, LoewNoya, 四反田功, 板垣昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] 多孔質フィルム上にスクリーン印刷によって形成したアセトアルデヒドガスバイオセンサの作製と評価2021

    • Author(s)
      押本大誠, 渡辺日香里, NoyaLoew, 元祐昌廣, 美川務, 四反田功, 板垣昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] LOx/チオニンを用いた紙基板自己駆動型乳酸バイオセンサの開発と実装評価2021

    • Author(s)
      佐竹泉紀, 吉原由布子, NoyaLoew, 美川務, 小林桃子, 鈴木立紀, 松尾健右, 向本敬洋, 柳田信也, 渡辺日香里, 四反田功, 板垣昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] 印刷型乳酸センサを用いた汗および間質液の乳酸モニタリングと血中乳酸との相関評価2021

    • Author(s)
      大曽根優朗, 吉原由布子, NOYALoew, 美川務, 元祐昌廣, 小林桃子, 鈴木立紀, 松尾健右, 向本敬洋, 柳田信也, 長峰邦明, 渡辺日香里, 四反田功, 板垣昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] イオン選択性電極の固体接触としてPEDOT / PSSを使用した熱転写印刷型カリウムイオンセンサの評価2021

    • Author(s)
      木村理央, 元祐昌廣, 鈴木立紀, 松尾健右, 向本敬洋, 柳田信也, 渡辺日香里, 四反田功, 板垣昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] 転写印刷を用いたウェアラブル塩化物イオンセンサを用いた実装評価試験2021

    • Author(s)
      村松直季, 渡辺日香里, LoewNoya, 四反田功, 元佑昌廣, 向本敬洋, 小林桃子, 松尾健右, 柳田信也, 鈴木立紀, 板垣昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] 液絡付参照電極を有する印刷型3電極式ステッカーデバイスの開発2021

    • Author(s)
      宮崎開士, 渡辺日香里, 四反田功, 板垣昌幸
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] 中性水溶液で作動するキノン誘導体を使用した印刷可能な有機二次電池の製造と評価2021

    • Author(s)
      徳光夏海, 渡辺日香里, 四反田功, 板垣昌幸, 辻村清也
    • Organizer
      第31回 日本MRS年次大会
  • [Presentation] Development of Chloride Ion Sensor by Heat Transfer Printing and Monitoring Chloride Ion in Sweat2021

    • Author(s)
      Naoki MURAMATSU, Hikari WATANABE, Noya LOEW, Isao SHITANDA, Masahiro MOTOSUKE, Takahiro MUKAIMOTO, Momoko KOBAYASHI, Kensuke MATSUO, Shinya YANAGITA, Tatsunori SUZUKI, and Masayuki ITAGAKI
    • Organizer
      ICFPE2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improvement of Output Power of Paper-based Diaper Biofuel Cell using Poly-GMA-modified Porous Carbon Electrodes2021

    • Author(s)
      Kazuhiro Ishigoori, Yukiya Yokoi, Noboru Katayama, Hikari Watanabe, Noya Loew, Isao Shitanda, and Masayuki Itagaki
    • Organizer
      ICFPE2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication and Evaluation of Acetaldehyde Biosensor using PQQ-ALDH and 1-Methoxy PMS2021

    • Author(s)
      Taisei Oshimoto,Yuko Yoshihara,Hikari Watanabe,Noya Loew,Masahiro Motosuke,Tsutomu Mikawa, Isao Shitanda,Masayuki Itagaki
    • Organizer
      ICFPE2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of the Lactate Biosensor using the Poly-GMA-modified Porous Carbon and Chitosan Film2021

    • Author(s)
      Yuro Ozone, Yuko Yoshihara, Noya Loew, Tsutomu Mikawa, Masahiro Motosuke, Momoko Kobayashi, Tatsunori Suzuki, Kensuke Matsuo, Takahiro Mukaimoto,Shinya Yanagita, Hikari Watanabe, Isao Shitanda, and Masayuki Itagaki
    • Organizer
      ICFPE2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スクリーン印刷を用いた中性電解液型有機二次電池の作製および電気化学評価2021

    • Author(s)
      徳光夏海,渡辺日香里,四反田功,板垣昌幸,辻村清也
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
  • [Presentation] 転写印刷型塩化物イオンセンサの開発および人汗中のイオンモニタリング2021

    • Author(s)
      村松直季, 渡辺日香里, 四反田功, 板垣昌幸
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
  • [Presentation] Poly-GMA修飾多孔質炭素とキトサン膜を用いた汗中乳酸センサの開発2021

    • Author(s)
      大曽根優朗,吉原由布子,LoewNoya,美川務,元祐昌廣,渡辺日香里,四反田功,板垣昌幸
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
  • [Presentation] Poly-GMA修飾多孔質炭素を用いた紙基板おむつ電池の性能向上と電気化学インピーダンス評価2021

    • Author(s)
      石氷航大,横井亨哉,片山昇,渡辺日香里,四反田功,板垣昌幸
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
  • [Presentation] PQQ依存性ALDHと1-Methoxy PMSを用いたアセトアルデヒドセンサの作製と評価2021

    • Author(s)
      押本大誠,吉原由布子,渡辺日香里,LoewNoya,元祐昌廣,美川務,四反田功,板垣昌幸
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
  • [Presentation] 液絡付参照電極を有するステッカーデバイスの開発及び腐食モニタリングへの応用2021

    • Author(s)
      宮崎開士,渡辺日香里,四反田功,板垣昌幸
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
  • [Presentation] チオニンと酵素をグラフト重合により固定化した紙基板バイオ燃料電池の開発2021

    • Author(s)
      佐竹泉紀,LoewNoya,吉原由布子,渡辺日香里,美川務,四反田功,板垣昌幸
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
  • [Presentation] 乳酸オキシダーゼ/ピルビン酸オキシダーゼを用いた乳酸バイオ燃料電池の電気化学インピーダンスによる評価2021

    • Author(s)
      平野快,渡辺日香里,LoewNoya,美川務,四反田功,板垣昌幸
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
  • [Book] 近未来のデジタルヘルスを支える酵素バイオ技術2022

    • Author(s)
      辻村清也,四反田功
    • Total Pages
      410
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Book] スペース・コロニー 宇宙で暮らす方法(ブルーバックス)2021

    • Author(s)
      向井千秋,東京理科大学 スペース・コロニー研究センター
    • Total Pages
      256
    • Publisher
      講談社

URL: 

Published: 2023-12-25  

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