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

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14267
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21030:Measurement engineering-related
• Research Institution: Tokyo 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
• 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

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.

Free Research Field

計測工学

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。