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ユビキタス・バイオセンシングによる健康医療科学

(2006年『ユビキタス・バイオセンシング―健康モニタリング&日常ケアのための計測技術―』普及版)

商品コード: B0946

  • 監修: 三林浩二
  • 発行日: 2010年12月
  • 価格(税込): 4,752 円
  • 体裁: A5判,291ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0286-7

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  • ウエアラブルセンサ,MEMS,半導体,人体通信,バイオセンサ,健康診断,非侵襲,自動車,家電,住宅

刊行にあたって

 私たちは日々,自分自身の体調を気遣いながら社会生活を送っています。誰もがいつまでも健康に過ごせることを望んでいますが,いつ何時,病魔が降りかかるかわかりません。もちろん,人間ドックや健康診断を定期的に受診することで予防を努めることはできます。しかしできれば日頃の生活の中で簡単に自分の健康状態を調べ,病気の兆候をいち早く知りたいと考える人は少なくないはずです。
 健康に対する意識は,人の歴史と同じくらい古くから存在すると思われます。そして人は健康維持のためにあらゆる手段を用い,また現代社会では健康によい食品を摂り,必要であれば補助食品(サプリメント)を摂取します。しかしながら,医療技術が発展したと言われる今日においても,健康のためのこれらの手立てがどれほど私たちの身体に効果があるのか,いま飲んだサプリメントが一体どれくらい自分に効果があり身体が回復しているのか,日常生活の中で簡便に知ることは容易ではありません。
 このような状況のもと,自分自身の生体情報をいつでも,どこでも,可能な限り身体を傷つけることなく,非侵襲的(非観血的)な方法で調べて健康に役立てたい,そのような“ユビキタス・バイオセンシング”に関する研究・開発が盛んに行われています。もちろんユビキタス・バイオセンシングでは医療の現場を飛び出した利用方法が期待されますから,生活の中で接している環境や物がバイオセンシングに利用されます。例えば,自動車や携帯電話,トイレ,薬局,家電,カメラなどがバイオ計測での環境やデバイスとなり,現在これら商品を製造しているメーカーの多様なノウハウがバイオセンシングに活かされることになります。さらに大学や企業の研究所では,将来のユビキタス計測を支える新しいセンシング技術も活発に研究開発されています。
 本書ではすでに始まっている,そして今後の健康医療の中心となるユビキタス・バイオセンシングについて,生体化学成分計測,非侵襲生体測定,計測センサのためのデバイス技術,携帯電話や自動車などの生活環境でのモニタリング,さらにはユビキタス社会のための安全や癒し等について,各分野にて活躍されている第一線の研究者にご紹介いただいております。本書が,人の健康を科学技術を通じて考える方々へ有益な情報として提供できれば幸いです。

(「はじめに」より)
2006年1月  東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 教授 三林浩二

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2006年に『ユビキタス・バイオセンシング―健康モニタリング&日常ケアのための計測技術―』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2010年12月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

三林浩二   (現)東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 教授
工藤寛之   (現)東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 システム研究部門 計測分野 講師
鈴木正康   富山大学 工学部 電気電子システム工学科 教授
菊池良彦   キヤノン(株) 材料技術研究所 材料技術第三研究部 材料技術31研究室 主任研究員
武井哲也   キヤノン(株) 材料技術研究所 材料技術第三研究部 担当部長
鶴岡 誠   東京工科大学 バイオニクス学部 工学部 教授
         (現)東京工科大学 コンピュータサイエンス学部 教授
横山憲二   (現)(独)産業技術総合研究所 連携研究体バイオ技術産業化センター 副体長
池袋一典   (現)東京農工大学 大学院工学研究院 教授
岩﨑泰彦   (現)関西大学 化学生命工学部 准教授
長南征二   (現)東北大学名誉教授;秋田県立大学名誉教授
田中真美   (現)東北大学 大学院医工学研究科 教授
小川充洋   Microvitae Technologies R&amp;D Department 主席技術者
芝紀代子   (現)文京学院大学 大学院保健医療科学研究科 研究科委員長・教授
民谷栄一   (現)大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 教授
伊藤成史   (株)タニタ タニタ体重科学研究所
齊藤浩一   東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 システム研究部門 計測分野 技官
         (現)東京工業高等専門学校 機械工学科 准教授
吉田信行   曙ブレーキ工業(株) 経営企画部門 ITIOグループ
         (現)(独)産業技術総合研究所 連携研究体バイオ技術産業化センター
金杉 洋   東京大学 空間情報科学研究センター
柴崎亮介   東京大学 空間情報科学研究センター 教授
大塚公雄   東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 システム研究部門 計測分野 助教授
         (現)大阪市立高等学校 講師
宮代文夫   (社)エレクトロニクス実装学会 顧問
大見拓寛   (現)(株)デンソー ボデー機器技術3部 主幹
加藤康男   (現)(株)カイザーテクノロジー 本社 代表取締役;慶應義塾大学 SFC研究所 上席所員(訪問)
佐取 朗   立教大学 大学院21世紀社会デザイン研究科 教授;セコム(株) 開発センター 顧問
小谷 潔   東京大学 大学院情報理工学系研究科 特任助手
         (現)東京大学 大学院新領域創成科学研究科 人間環境学専攻 講師
多屋淑子   (現)日本女子大学 大学院人間生活学研究科 家政学研究科;家政学部 被服学科 教授
遠藤英明   (現)東京海洋大学 海洋科学部 海洋環境学科 准教授
漆畑直樹   (株)ピクセン 代表取締役社長
宇都宮譲二   (現)兵庫医科大学名誉教授
杉本昭子   東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 機能分子研究部門 分子設計分野 助教授
山口登喜夫   (現)東京医科歯科大学 難治疾患研究所 難治病態研究部門 准教授
本多和樹   東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 システム研究部門 制御分野 助教授

 執筆者の所属表記は、注記以外は2006年当時のものを使用しております。

目次

【第1編 先端医療を支える先端バイオセンシング技術・デバイス技術】
第1章 Soft-MEMS技術を用いたウエアラブルメディカルセンサ
1. ユビキタス社会におけるセンサ
2. ウエアラブル酸素センサと経皮(結膜)ガス計測
2.1 ウエアラブルセンサによる経皮酸素計測
2.2 ウサギ結膜による経皮酸素計測
3. ウエアラブル導電率センサ
4. 透明グルコースセンサ
5. 移動体通信を用いたモバイル生体モニタリング
6. おわりに

第2章 バイオセンシングのためのマイクロ加工技術
1. はじめに
2. フォトファブリケーション
3. MEMSに用いられるマイクロ加工
4. ポリマーを対象としたマイクロ加工技術
4.1 ナノインプリンティング
4.2 メルトレプリケーションプロセス
4.3 大気圧プラズマ照射技術
4.4 フェムト秒レーザー微細加工技術
5. ユビキタス・バイオセンシング社会に向けた見通し

第3章 細胞マイクロアレイチップシステムと新しい計測・支援技術
1. 細胞マイクロアレイチップと抗体医薬開発
2. 単一細胞スクリーニングシステム
3. 細胞マイクロアレイチップと計測技術
3.1 細胞内部の状態の計測
3.2 細胞活性の検出
3.3 細胞の特定生成物の検出
4. マイクロアレイ型化学・バイオセンサ
5. マイクロアレイ型高解像度2次元SPR免疫センサ
6. おわりに

第4章 光ファイバを用いるバイオセンサ
1. 緒言:ユビキタスな検査装置のイメージ
2. 光導波路の利用
3. 光ファイバの利用
4. 蛍光免疫計測システムの開発

第5章 DNA情報の迅速計測と超微量センシング技術
1. はじめに
1.1 DNAまたはRNAの情報について
1.2 DNAまたはRNA情報の計測技術(概説)
1.3 DNA情報の計測技術とユビキタス・センシング
2. 蛍光偏光法による遺伝子検出の方法(概説)
2.1 蛍光偏光法
2.2 遺伝子検出への応用
2.3 実験方法
3. 実験結果および考察
3.1 蛍光偏光度の時間変化とDNA情報の計測
3.2 各種プローブDNAに対するハイブリッド形成反応の速度
3.3 測定装置の開発とユビキタス性との関連
4. おわりに

第6章 次世代タンパク質解析ツールの開発
1. はじめに
2. オンチップ二次元電気泳動システム
3. 全自動二次元電気泳動システム
4. 転写調節タンパク質解析チップ
5. 展望

第7章 アプタマーを分子認識素子とするバイオセンサの開発
1. アプタマーとは
2. アプタマーの取得方法:SELEX
3. アプタマーの応用
4. アプタマーのバイオセンサへの応用
4.1 アプタマーを用いたバイオセンサ開発動向
4.2 アプタマーを用いた電気化学測定型バイオセンサ
5. 信号発信型アプタマーのバイオセンサへの応用
5.1 信号発信型アプタマーの開発動向
5.2 酵素阻害アプタマーを利用した信号発信型アプタマーの開発
6. おわりに

第8章 バイオ計測のためのポリマーマテリアル
1. はじめに
2. マイクロスフィアー
2.1 マイクロスフィアーの製法
2.2 凝集反応用マイクロスフィアー
2.3 マイクロタイター試験用マイクロスフィアー
2.4 ナノパーティクル
3. バイオインターフェイス
3.1 非特異吸着を防ぐ表面
3.1.1 親水性ポリマー
3.1.2 生体膜に倣ったMPCポリマー
3.1.3 MPCポリマーによる表面処理
3.2 刺激応答性ポリマーによるバイオポリマーの精製

第9章 触覚センサによる触診検査の自動化
1. はじめに
2. 従来の前立腺癌・肥大症の診断法
3. センサ受感材
4. センサ
5. 触動作の検討
6. 能動駆動型センサ
7. センサヘッド部の改良
8. おわりに

第10章 健康・医療情報のデータ集積化デバイス技術
1. はじめに
2. データロガー技術の意義
2.1 ホルター心電計
2.2 テレメータ技術とデータロガー技術の関係
3. データロガーによって測定されるパラメータ
3.1 計測されたデータの臨床的な意義
4. データロガー技術の一例
4.1 3次元方位計測用データロガー「CUBE」
4.1.1 「CUBE」の基礎
4.1.2 「CUBE」の実装
4.1.3 実験
4.1.4 考察
5. おわりに

【第2編 ユビキタス社会のための健康医療科学】
第1章 いつでもどこでも健康診断
1. はじめに
2. 現在の在宅検査
2.1 生活習慣病の検査
2.1.1 肥満の測定
2.1.2 血圧測定
2.1.3 塩分測定
2.1.4 尿糖・尿蛋白検査
2.1.5 血糖測定
2.1.6 妊娠検査薬
3. 期待される在宅検査
3.1 トイレを利用する尿検査
3.2 在宅で検査したい項目
3.2.1 大腸癌検査薬
3.2.2 排卵予知検査薬
3.2.3 コレステロール検査薬
3.2.4 尿試験紙による尿路感染症の検査
3.2.5 肺炎の検査
4. 郵便・郵送検診
5. おわりに

第2章 ユビキタス情報社会を指向したバイオセンサー
1. はじめに
2. Point of Care(POC) Testingを指向したバイオセンサー
2.1 健康医療用バイオセンサー
2.2 電気化学デバイスを用いた遺伝子センサー
2.3 酵素阻害を指標とする残留農薬テストペーパー
3. テーラーメイド診断をめざすプロテインチップ
3.1 アレイ型プロテインチップ
3.2 マイクロ流路型イムノチップ
3.3 ナノ周期構造を用いた局在プラズモンデバイスによるバイオセンシング

第3章 プレーナ型バイオセンサによるデジタル尿糖計の開発と健康管理への応用
1. はじめに
2. 尿糖測定の意義
3. 尿糖計市場の分析
4. 尿糖センサの動作原理と構造
5. デジタル尿糖計の開発
5.1 デジタル尿糖計の構成
5.2 デジタル尿糖計の性能評価
6. デジタル尿糖計の応用例
6.1 糖尿病境界型における食事負荷と尿糖定量値との関係
6.2 糖尿病境界型の日常生活における尿糖自己測定の効果
6.3 糖尿病患者における尿糖自己測定の効果

第4章 蚊の吸血メカニズムに倣った自動採血システム―全自動血液分析への取り組み―
1. はじめに
2. 蚊の吸血機構
2.1 口針と穿刺
2.2 血液の検知
2.3 蚊の吸血
3. 無痛自動採血のための要素技術
3.1 穿刺部位の選択
3.2 微細な針の穿刺
3.3 針の穿刺制御
3.4 血液の吸引
4. おわりに

第5章 ウェアラブルセンサによるモーションキャプチャーシステム
1. はじめに
2. モーションキャプチャー技術
2.1 背景と利用分野
2.2 既存のモーションキャプチャー技術と種類
3. ウェアラブルセンサを用いたモーションキャプチャーの開発
3.1 研究開発の背景
3.2 システム構成
3.3 全身動作を3次元CGに再現する手法
3.3.1 スケルトンモデルの構築
3.3.2 センサデータの積分
3.3.3 座標系の回転
3.3.4 誤差補正
3.3.5 座標計算
3.3.6 3DCGによる可視化
3.4 計測と考察
4. まとめ

第6章 皮膚健康科学のための環境温度非依存型サーモグラフィ
1. はじめに
2. 放射温度計測およびサーモグラフィの原理
3. サーモグラフィの応用例
4. 今後期待される展開
5. まとめ

【第3編 生活環境におけるユビキタス・バイオセンシング】
第1章 ユビキタスの未来科学
1. 究極のユビキタス社会のイメージとそれに必要な技術要素
2. ユビキタス・センサネットワーク
2.1 センサノード技術
2.2 ネットワークの制御・管理
2.3 リアルタイム大容量データ処理・管理
3. おわりに

第2章 画像によるドライバ状態モニタリング
1. はじめに
2. 自動車産業の安全への取り組み
2.1 衝突安全(パッシブセーフティ)
2.2 予防安全(アクティブセーフティ)
2.3 今後の予防安全技術
3. ドライバモニタリングシステム
3.1 はじめに
3.2 眠気検出の対象
3.3 ドライバ眠気状態モニタリングの開発事例
4. 画像処理によるドライバ眠気状態モニタリングシステムの開発
4.1 開発ターゲット
4.2 システムの概要
4.3 画像の取得
4.4 画像処理
4.4.1 顔検出
4.4.2 顔部品検出
4.4.3 顔位置補正
4.4.4 眼の開度検出
4.5 眠気状態推定
5. 眠気状態推定の評価実験
5.1 実験方法
5.2 計測項目
5.2.1 ワークパフォーマンスによる作業能力計測
5.2.2 眼電図(EOG)による眼球運動計測
5.2.3 脳電図(EEG)による脳波計測
5.2.4 心電図(ECG)による胸部心電計測
5.3 結果
6. おわりに

第3章 ユビキタス人体通信技術
1. はじめに
2. 人体を伝送線路に
2.1 電流方式による人体通信技術
2.2 電圧(電界)方式による人体通信技術
3. ユビキタス人体通信技術
4. まとめ

第4章 高感度匂いセンサ(バイオスニファ)で築く「匂いによる情報化社会」―健康、医療、環境、食品、セキュリティ、通信分野―
1. はじめに
2. 生体認識機能を利用したバイオスニファ
2.1 アルコールガス用バイオスニファ
2.2 アルデヒドガス用バイオスニファ
2.3 VOCホルムアルデヒドのガス計測
3. バイオスニファを用いた呼気成分計測
4. 薬物代謝酵素を利用したバイオスニファ
4.1 FMO固定化バイオスニファ
4.2 MAO固定化バイオスニファ
5. バイオスニファを使った無臭情報コードシステム(無臭すかし)
6. 人工嗅覚(光ファイバー式バイオノーズ)と匂い情報通信
7. おわりに

【第4編 ユビキタス社会での安全・安心・健康・癒し】
第1章 セキュリティシステムとセンサ
1. セキュリティシステム普及の背景
2. 警備業の発展
3. オンラインセキュリティシステムの仕組み
4. センサの具備条件
5. 各種センサ
5.1 マグネットセンサ
5.2 シャッターセンサ
5.3 ガラスセンサ
5.4 金庫センサ
5.5 壁センサ
5.6 対向、反射式赤外線センサ
5.7 熱線センサ
5.8 画像センサ
5.9 非常通報ボタン
5.10 救急通報スイッチ(マイドクター)
6. おわりに

第2章 実生活モニタリングデータの解析の現状と展望―心拍変動の解析から―
1. はじめに
2. 心拍変動とは
3. 長期心拍変動の統計物理解析
3.1 マルチフラクタル解析
3.2 展望
4. リアルタイムフィードバック
4.1 RSA計測とリアルタイムフィードバック
4.2 展望
5. おわりに

第3章 最適な着心地を科学する(衣服)
1. はじめに
2. 心と身体の健康維持管理用ツールとしての衣服
3. 着心地の客観化のための衣服内環境の計測
4. 衣服内環境計測による情報
5. 衣服による生活支援研究例
6. 心と身体の健康維持管理技術としての応用

第4章 食としての魚の安全性をセンシングする
1. はじめに
2. 魚の鮮度測定のためのバイオセンシング
2.1 魚類の鮮度測定
2.2 軟体動物、甲殻類の鮮度測定
3. 魚の細菌数測定および有害細菌検出のためのバイオセンシング
4. 魚の健康診断のためのバイオセンシング
4.1 コレステロール測定用センサ
4.2 グルコース測定用生体刺入型センサ
5. おわりに

第5章 ユビキタス保健社会におけるニオイの役割
1. はじめに
2. 嗅覚研究の発達
3. 情報化学物質の役割
3.1 フェロモン
3.2 アレロパシー
4. 情報化学物質投与による保健活動
4.1 生体反応
4.1.1 快適性
4.1.2 体感温度改善
4.1.3 疲労回復
4.1.4 その他
4.2 生体反応の評価(官能テスト)
4.2.1 アンケート調査
4.2.2 生理測定法
4.3 ニオイ創出と輸送技術
5. 生物情報物質の感知による保健活動
5.1 動物を用いたニオイセンサー
5.2 機器によるニオイ診断
6. おわりに

第6章 体内酸化レベルで調べるストレスチェッカー
1. 酸化ストレスと活性酸素
2. 酸化ストレスマーカー
2.1 脂質過酸化物
2.2 酸化修飾DNA
2.3 酸化変性蛋白質
2.4 抗酸化物質の酸化生成物
3. 新規ストレスマーカー、バイオピリンの開発
3.1 ビリルビンの抗酸化作用
3.2 ビリルビンの酸化成績物質:バイオピリン
3.3 酸化ストレスマーカーとしてのバイオピリン
4. バイオピリンをマーカーとしたストレスチェッカーの開発

第7章 脳を分子レベルで探るバイオ睡眠科学
1. はじめに
2. レム睡眠とノンレム睡眠
3. 睡眠障害
4. 睡眠覚醒の評価方法
5. 睡眠覚醒調節の神経機構
6. 睡眠覚醒調節の液性機構
7. おわりに
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