特集:ユビキタス生体計測
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特集にあたって

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三林浩二(東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 教授)



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インテリジェントヒューマンセンシングチップ
Intelligent Human Sensing Chips

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澤田和明(豊橋技術科学大学 電気・電子工学系 教授)
野田俊彦(豊橋技術科学大学 ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー 研究員)

個人の身体の状態を手軽にモニタリングする小型な装置「インテリジェントヒューマンセンシングチップ」の実現には,信号処理回路とバイオセンサの集積化(インテリジェント化)が重要である。その一例として,「携帯型測定器への組み込みに適したインテリジェント吸光度測定チップ」および「体着型マルチモーダルヒューマンセンシングチップ」の開発について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 携帯型測定器への組み込みに適したインテリジェント吸光度測定チップ
2.1 はじめに
2.2 マイクロチップの構造と特徴
2.2.1 高感度吸光度測定センサ
2.2.2 外乱耐性の向上
2.2.3 操作簡便性の向上
2.3 マイクロチップの作製
2.4 特性評価
2.4.1 同期検波機構の評価
2.4.2 参照溶液を用いない吸光度測定
2.4.3 昇温能力の測定
2.5 まとめ
3. 体着型マルチモーダルヒューマンセンシングチップ
3.1 マルチモーダルセンサの構成
3.1.1 マルチモーダルセンサの概念
3.1.2 各種センサ
(1) pHセンサ
(2) 発汗センサ
(3) 温度センサ
3.2 試作チップ
3.3 測定と考察
3.3.1 測定系と測定方法
3.3.2 実測と考察
3.4 まとめ


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唾液による生体情報計測
Measurement Techniques for Human using Saliva

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山口昌樹(富山大学 大学院理工学研究部 生命・情報・システム学域 准教授)
花輪尚子(富山大学 大学院理工学研究科 博士後期課程)

唾液は,血液から作られるため,血液中の様々な生化学物質が含まれている。唾液による体の状態や疾患の診断は,肉体的・精神的苦痛がなく,医療従事者でなくともサンプルを採取できるなどの利点がある。本稿では,既に実用化されている検査キットや分析機器などの計測技術に焦点を当て,唾液による生体情報計測に関して解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 唾液は血液に代われるか
3. 唾液による生体情報計測
4. ストレス計測
5. おわりに


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ユビキタスバイオモニタリング
Ubiquitous Biomonitoring

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工藤寛之(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)
三林浩二(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 教授)

気相系のバイオアッセイによりガス成分を選択的に計測するバイオスニファを開発し,呼気に含まれるアルコールや口臭成分,ニコチン等様々な匂い成分を選択的に計測・情報化することが可能となった。また,柔軟性という特徴を活かした医療用ウエアラブルセンサが開発され,バイオモニタリングへの応用が試みられている。これらのバイオセンサ群と情報システムの融合により,安全で簡便なユビキタスバイオモニタリングが実現されるものと期待される。

【目次】
1. はじめに
2. バイオスニファと匂い情報計測
2.1 スティック型バイオスニファを用いた呼気成分計測
2.2 口臭計測用バイオスニファ
2.3 ニコチン計測用バイオスニファ
3. Soft-MEMSを駆使した医療用ウエアラブルセンサ
3.1 ウエアラブル酸素センサによる経皮ガス計測
3.2 ウエアラブルグルコースセンサ
4. おわりに


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ユビキタス・ヘルスケアモニタリング
Ubiquitous Health-care Monitoring

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山越憲一(金沢大学 大学院自然科学研究科 教授)

高齢化と長寿化という点で世界のトップを走っているわが国は,医療費削減や健康で質の高い生活(QOL向上)を営む期間の延伸を目指し,出来る限り医療施設に頼らず,在宅での加療や健康管理・疾病予防,介護・看護などを行う在宅ケアが推進されている。本稿では,工学技術で在宅ケアを支援する各種研究開発領域のうち,健康管理・疾病予防を目指した無(非)侵襲生体計測法に基づく「いつでもどこでも健康チェック」,すなわち「ユビキタス・ヘルスケアモニタリング」技術を取り上げ,その方法論と開発事例の概要を紹介すると共に,今後の課題等についても述べる。

【目次】
1. はじめに
2. ユビキタス・ヘルスケア
3. ウエアラブルモニタリング
3.1 活動モニタリング
3.2 循環動態モニタリング
4. 全自動在宅モニタリング
5. おわりに


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ユビキタスヘルスケアサービスのための携帯型レーザ血流計
Portable Laser Blood Flowmeter for Ubiquitous Healthcare Service

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清倉孝規(NTTマイクロシステムインテグレーション研究所 主任研究員)
多々良尚愛(NTTマイクロシステムインテグレーション研究所 社員)
嶋田純一(NTTマイクロシステムインテグレーション研究所 主幹研究員)
芳賀恒之(NTTマイクロシステムインテグレーション研究所 主幹研究員)

NTTの光通信用デバイス・実装技術を応用することによって,従来のデスクトップ型レーザ血流計と同等な性能を有する携帯可能なレーザ血流計を開発した。携帯型レーザ血流計の実現によって,時と場所を選ばずに測定可能なことから,従来の装置では考えられなかったような応用が提案され,ユビキタスヘルスケアサービス用端末として期待されている。

【目次】
1. はじめに
2. レーザ血流計の原理
2.1 レーザによる血流の検出
2.2 レーザ血流計の血流量検出原理
2.3 レーザ血流計の応用
2.4 従来のレーザ血流計の構造
3. 携帯可能なレーザ血流計
3.1 血流センサの構造
3.2 センサデバイス作製方法
3.3 センサヘッドの構成
3.4 電子回路部の構造
4. 携帯型レーザ血流計による計測実験
4.1 基本特性
4.2 振動の影響
4.3 市販血流計との比較
5. 負荷に対する血流量の変化
5.1 バルサルバ動作
5.2 寒冷刺激
5.3 エタノールパッチテスト
6. おわりに


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BIO R&D

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木質形成を制御するキーファクター遺伝子の発見
Key Factors that Regulate Wood Formation

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光田展隆((独)産業技術総合研究所 ゲノムファクトリー研究部門 遺伝子転写制御研究グループ 研究員)
高木優((独)産業技術総合研究所 ゲノムファクトリー研究部門 遺伝子転写制御研究グループ グループ長)

植物の木質は地球上最大のバイオマスである。転写因子の機能解析により,木質形成を制御するキーファクターNST遺伝子群を同定した。NST遺伝子を欠損した植物は道管以外での二次壁(=木質)形成がなくなり,逆にこれらを過剰発現すると,異所的な二次壁が形成された。これらの遺伝子を操作することによって,環境に優しいパルプ原料の生産や,バイオ燃料生産により適した植物の開発が可能になるかもしれない。

【目次】
1. はじめに
2. 新規遺伝子抑制技術CRES-T法について
3. 二次壁形成を制御して葯の開裂にかかわる転写因子NST1の発見
4. NST転写因子遺伝子群のプロモーター活性
5. NST1,NST3二重遺伝子破壊株の表現形
6. NST転写因子を過剰発現した場合の表現形
7. 人工的に木質形成を制御する
8. おわりに


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リボゾーム工学による微生物からの有用物質発見
Ribosome Engineering and Its Application to Screening

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保坂毅((独)農業食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 特別研究員)
王国君((独)農業食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 特別研究員)
岡本晋((独)農業食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 主任研究員)
越智幸三((独)農業食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 ユニット長)

最近,多くの微生物の全ゲノム配列が解読されつつあり,その結果,微生物には眠ったままの遺伝子が予想以上に数多く存在することが判ってきた。これらの遺伝子機能は,当然ながらこれまで利用されることなく見過ごされてきたわけである。筆者らは,これらの休眠遺伝子群を効率よく目覚めさせて,微生物利用における新たな手法の開発を目指してきた。その結果「リボソーム工学」と「転写工学」なる新技術を開発することに成功した。この技法の原理を示すとともに,これを使って実際に新抗生物質を発見した例を解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 微生物の休眠遺伝子
3. いかにして活性化するか
4. 休眠遺伝子活性化の例
5. 育種とリボゾーム工学
6. おわりに


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可視-近赤外分光法―ウイルス侵入を水際で防ぐ最先端検査となるか―
Possible Spectroscopic Diagnosis of Virus Infection by Visible and Near-infrared Spectroscopy

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作道章一(大阪大学 微生物病研究所 ウイルス免疫分野 助教)
生田和良(大阪大学 微生物病研究所 ウイルス免疫分野 教授)

可視-近赤外領域を含む650～1,100nmは「光の窓」と呼ばれ,生物学的なサンプルの測定に適している。このため,可視-近赤外分光装置は果実の糖度測定や脳機能解析などに実用化されている。近年,鳥インフルエンザ,重症急性呼吸器症候群(SARS)など次々とエマージングウイルス感染症が出現していることから,被害を水際で防ぐため,迅速にウイルス感染を検知できる方法の開発が求められている。そのような中,可視-近赤外スペクトルを利用したウイルス感染迅速診断法は,非侵襲的に測定することができるため,輸入感染症の水際対策に有効な方法としての開発が期待される。

【目次】
1. はじめに
2. 可視-近赤外分光法と多変量解析
3. 可視-近赤外分光法が貢献しうる感染症分野
3.1 ワクチン製造や食品の品質管理
3.2 プリオン病の生前診断
3.3 臨床血液検査
3.4 ウイルス感染の非侵襲診断
4. おわりに


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多機能型光プローブを用いたタンパク質結合機能解析
Protein Binding-Functional Elucidation with Multifunctional Photoaffinity Probe

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兼田真樹(富山大学 大学院医学薬学研究部 生体認識化学研究室 産学官連携研究員)
畑中保丸(富山大学 大学院医学薬学研究部 生体認識化学研究室 教授)

従来の光プローブに,検出や精製用のタグを導入した“多機能型光プローブ”は,標的タンパク質の同定,結合部位解析を効率的にし,光アフィニティーラベル法を大きく発展させることに成功した。本稿では,光プローブの機能をさらに発展させプロテオミクスや阻害物探索へと応用する可能性につき,特に核酸誘導体を中心とする新しい応用を解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 核酸誘導体の多機能化と結合部位解析
2.1 核酸誘導体の機能化
2.2 多機能型光プローブによる結合部位解析
3. 機能プロテオミクスへの応用
4. 阻害物質探索への応用
5. おわりに


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創発的粘菌コンピューターによる創造的問題解決
Creative Problem Solving by Amoeba-based Emergent Computer

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青野真士((独)理化学研究所 フロンティア研究システム 局所時空間機能研究チーム 研究員)
原正彦((独)理化学研究所 フロンティア研究システム 局所時空間機能研究チーム)

筆者らは,創発現象を生じる素材を用い,柔軟で創造的なコンピューターを開発することを目指している。本稿では,その原型を模索するために開発された,粘菌アメーバを用いたニューロコンピューターについて解説し,将来の新しい情報処理システムのあり方を展望する。

【目次】
1. はじめに
1.1 創発とは
1.2 創発的コンピューター開発に向けて
2. 粘菌ニューロコンピューター
2.1 概要
2.2 真性粘菌変形体
2.2.1 粘菌の構造
2.2.2 時空間振動パターン
2.2.3 粘菌の情報処理能力
2.3 ニューラルネットワークの実装
2.3.1 巡回セールスマン問題(TSP)
2.3.2 経路選択のニューラルネットワーク表現
2.3.3 状態遷移の誘導
2.3.4 ニューラルネットワーク・アルゴリズム
2.3.5 抑制性結合加重によるTSPの表現
2.3.6 安定平衡状態としての有効な解
3. 実験
3.1 実験1:4都市のTSPの解探索
3.1.1 解探索プロセス
3.1.2 自発的不安定化による複数の解の探索
3.1.3 統計結果
3.1.4 考察
3.2 実験2:自ら立てた問題を自ら解く計算
3.2.1 実験1からの設定変更
3.2.2 問題設定・問題解決の並行プロセス
3.2.3 実験結果
3.2.4 考察
4. 議論
4.1 自発的不安定化の粘菌にとっての意味
4.2 自発的不安定化のメカニズム
5. 将来展望
5.1 ゆらぎと不安定性を活用する処理
5.2 創発的計算


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L-シトルリンの生理学的機能と物性
Physiological Function and Properties of L-Citrulline

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木崎美穂(協和発酵工業(株) ヘルスケア商品開発センター 学術研究企画室 マネージャー補佐)

注目されている素材の一つであるL-シトルリンについて紹介する。L-シトルリンは一酸化窒素(NO)の産生に関わり,血管拡張作用を介した血流促進作用などが期待される素材である。また,食品への加工適性も優れており,味や匂いも少ないので,健康食品だけでなく一般食品への応用も可能である。本稿では,L-シトルリンの機能と食品への加工適性について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. L-シトルリンの特徴
2.1 NO産生を介した血管拡張および血流促進など血管への作用
2.2 アルギニンの前駆体としての作用
2.3 尿素サイクルの構成成分としての作用
2.4 抗酸化作用
3. L-シトルリンの海外での使用状況
4. L-シトルリンの安全性
5. L-シトルリンの物性と食品加工への適性(協和発酵工業社内試験)
6. おわりに


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BIO BUSINESS

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機能性食品素材の市場動向
Market of Physiologically Functional Food Materials

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【目次】
1. 概要
2. 市場規模
2.1 機能性食品市場
2.2 トクホ市場
3. 製品動向
3.1 コエンザイムQ10
3.2 L-カルニチン
3.3 コラーゲン
4. 企業動向
4.1 カネカ
4.2 日清ファルマ
4.3 ニッピ
4.4 新田ゼラチン
4.5 ゼライス
4.6 明治製菓
4.7 味の素