富士通研究所は、呼気に含まれる成分の濃度を短時間で計測できる携帯型センサーを開発した。生体活動や病気と密接に関わりのある低濃度のガスを計測すれば、生活習慣の改善や生活習慣病の早期発見に役立てられるという。
息に含まれる成分を素早く測定
呼気には、血液中の化学物質が肺で気化し放出された生体活動や病気と密接に関わりのある、ごく低濃度のガスが含まれている。たとえば呼気中のアンモニアは、肝臓の代謝や、胃がんの危険因子であるピロリ菌感染との相関がある。またノナナールは、肺がんマーカー物質の候補とされている物質だ。
呼気の測定は採血などに比べ苦痛が少なく、手軽に検査を受けられるというメリットがある。精密検査を受けるべき人をふるい分けるスクリーニングを、体温計のような手軽さで行えるようにするのが目標だ。
呼気中の成分を分析する方法として、ガスクロマトグラフなどの分析装置があるが、装置が大型で高価であり、結果が出るまで数時間以上かかるなどの課題がある。
多数のガスセンサーを並べた電子の鼻で個人の息の応答パターンの違いを解析する方法もあるが、特定のガスと他のガスとの区別が難しく、呼気分析としては性能が十分ではない。
新開発のセンサーでは、P型半導体である臭化第一銅の、銅イオンとアンモニア分子が可逆的に結合する性質を利用し、呼気センサー用に臭化第一銅の組成や膜厚を最適化。アンモニアからの電子供与で銅のキャリアが減ることで電極間の電気抵抗が上昇する現象を利用し、その応答を数値化している。
これにより、呼気中にわずかに含まれるアンモニアを、2500倍の感度差で測定することが可能となった。
また、ガスに対する抵抗の立ち上がり変化量でアンモニア濃度を定量化する測定アルゴリズムにより、息を吹き込んでから10秒でアンモニア濃度を算出することができるほか、同技術を応用することで肺がんマーカー物質の候補とされているノナナールを選択的に検出することにも成功した。
同社は今後、医療機関との共同研究を通じて、呼気分析による生理学や医学面の効果が実証できたものから開発を推進するという。
測定できるガスの種類を増やし、スマートデバイスやウェアラブルデバイスにセンサーを搭載して、生活習慣病の早期発見のために役立てられる技術の実現を目指している。
富士通研究所
