| 研究課題/領域番号 |
22K04901
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28050:ナノマイクロシステム関連
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| 研究機関 | 明治大学 |
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研究代表者 |
工藤 寛之 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (70329118)
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| 研究分担者 |
森澤 健一郎 聖マリアンナ医科大学, 医学部, 准教授 (60410130)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | バイオセンサ / 生体計測 / 電気化学 / ウェアラブル / 汗中成分 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、微小空間において流体を制御するマイクロフルイディクスと呼ばれる技術や生体液（特に汗）に含まれる多数の成分の中から特定の分子だけに注目して測定することが可能なバイオセンサの技術を組み合わせることで、皮膚表面における化学物質の分泌動体を選択的に連続計測する技術を開発します。またこの技術を用いて生体表面の乳酸に注目し、その分泌量が日常生活の中でどのように変化するかを明らかにすることを目的としています。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、2022年度から2024年度の間に、（１）皮膚表面の多様な物質をリアルタイム計測するウェアラブルなシステムを開発し、（２）皮膚表面における生体成分に基づいて生体の活動や生理的な状態を推定するツールとしての有効性を実験的手法で明らかにするとともに医療や美容の分野での新しいアプリケーションを提案することを目的としている。
2022年度においては、これまで研究代表者が開発を進めてきた「汗中成分モニタリングシステム」を小型化し、完全にウェアラブルなシステムとすることにより容易に生体成分の情報を計測するための準備を中心に研究を推進した。
具体的には、ポテンシオスタットや薬液搬送用のポンプ、バイオセンサなどを腕時計型のデバイスに集約し、電気化学測定用の集積回路とポンプドライブ用の集積回路、及びこれらを制御するためのマイコンを25mm角程度の基板に収めた専用回路を構築した。この回路はBluetooth Low Energyにて携帯電話等と接続して動作するもので、携帯電話から動作の制御を行う他、データの表示や処理も端末上で行うことが可能である。このためのソフトウェアに関してもコーディングを行い、すでに基本的な動作を確認している。本システムを用いて運動中の被験者の汗中乳酸モニタリングを行ったところ、運動に伴う分泌量の上昇と運動停止後の初期値への回復が確認され、システムの一連の要素が適切に動作していることを確認した。またこの成果については電気学会・センサ・マイクロマシン部門誌やAPSIPA2022国際会議等にて報告した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初計画の通り、デバイスの試作や運動中の生体成分モニタリングの実験に関しては着実に進捗している。
特に、デバイスの開発によって生体成分の分泌動態に関するデータの収集が想定以上に容易になった。このことから収集できるデータ量が当初の想定を超え、精度の高い生体機能計測に展開できると予想される。また、この結果に対応するため、ソフトウェアのアップデートを進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き、研究計画に従い着実に研究を推進する。
2023年度においては、開発したシステムの最適化を進めるとともに、生体計測システムを乳酸以外の成分に適用し、他成分同時モニタリングを行う課題を重点的に進める。具体的には、カリウムイオンセンサを当該システムに集積化する。現在のところ、ITO電極または含プルシアンブルー炭素電極にイオン選択膜を形成することでKイオンセンサを作成する手法にて予備実験を行っている。これまでの乳酸モニタリングシステムにイオンセンサを集積化するにはいくつかの技術的な課題を解決する必要がある。第１に、制御回路にはアンペロメトリック計測に加えて電位測定の機能を付加する必要がある。加えてマイコン側のプログラムでアンペロメトリック計測との同時制御を行うようアップデートを行う必要がある。第２には乳酸モニタリングではK+やNa+のイオンが含まれている溶液に汗中成分を溶解してモニタリングしているが、この搬送用の薬液としてこれらのイオンを含まないものを用いる必要がある。
それ以外にも皮膚が圧迫された条件下でデバイスを適切に動作させる技術を開発する（これは特にエコノミークラス症候群などの評価に向けた応用の予備実験となる）他、応用展開として検討することを計画している入浴に伴う皮膚表面成分の変動のモニタリングを行い、美容分野などでの応用について検討を進める。
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