におい センサ 書籍
 
No.2073
 
 

◎曖昧で数値化が難しい「におい」を、いかにして高感度に検出し可視化するのか
  生活空間、車室内、疾病診断、食品の品質管理、工場の異臭検知など、新用途開拓へ向けた開発事例を掲載

においセンシング、分析とその可視化数値化

−センサの開発、機器分析、官能評価と応用事例−

発刊予定 : 2020年10月末日  体 裁 : A4判 約500頁   定 価:80,000円(税抜)  ISBN:978-4-86104-810-4


 
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■ 執筆者(敬称略) 

星薬科大学 塩田 清二 新コスモス電機(株) 上田 剛
自然科学研究機構 佐藤 幸治 九州大学 島ノ江 憲剛
東京工業大学 廣田 順二 熊本大学 橋新 剛
(国研)産業技術総合研究所 佐藤 孝明 大阪大学 菅原 徹
同志社大学 眞部 寛之 (国研)物質・材料研究機構 齋藤 紀子
筑波大学 小川 緑 富山大学 赤丸 悟士
摂南大学 竹村 明久 (株)東芝 山崎 宏明
長谷川香料(株) 野尻 健介 愛媛大学 板垣 吉晃
(地独)東京都立産業技術研究センター 佐々木 直里 北九州工業高等専門学校 小畑 賢次
埼玉大学 長谷川 登志夫 北九州工業高等専門学校 松嶋 茂憲
(株)島津製作所 喜多 純一 横浜国立大学 西島 喜明
キリンホールディングス(株) 小田井 英陽 長崎大学 兵頭 健生
公立諏訪東京理科大学 上矢 恭子 山梨大学 森澤 正之
(株)環境管理センター 榎本 長蔵 中部大学 近藤 孝晴
東京工科大学 浦瀬 太郎 東京医科歯科大学 三林 浩二
兵庫県立工業技術センター 鷲家 洋彦 東京大学 田畑 仁
(国研)物質・材料研究機構 吉川 元起 東海大学 関根 嘉香
東京工科大学 杉本 岩雄 神戸大学 北村 雅季
金沢工業大学 南戸 秀仁 東北工業大学 丸尾 容子
九州大学 小野寺 武 奈良先端科学技術大学院大学 作村 諭一
九州大学 林 健司 (株)HIROTSUバイオサイエンス 立澤 杜泰
東京大学 光野 秀文 (株)HIROTSUバイオサイエンス 広津 崇亮
東京農業大学 櫻井 健志 (国研)産業技術総合研究所 佐藤 孝明
東京大学 大崎 寿久 東京農業大学 佐藤 広顕
室蘭工業大学 澤田 研 埼玉工業大学 井上 聡
東京農工大学 福谷 洋介 大同大学 山口 一
広島大学 大松 繁 広島市立大学 西 正博
東京工業大学 中本 高道 神奈川工科大学 坂内 祐一
    大阪大学 松倉 悠

■ 本書のポイント 

■においの認識メカニズム
・においを感じる脳の仕組みとそのメカニズム
・多様で複雑なにおいの情報をどうやって正確に識別するのか
・嗅覚の心理特性と他感覚との相互作用

■嗅覚に匹敵するにおいセンサの開発動向
・用途に合わせた感応膜の材料設計
・機械学習、AIを活用したデータ解析とにおい推定
・昆虫の嗅覚機構を再現した匂いセンサの開発
・嗅覚センサがなかなか実現しない要因

■生体ガスのセンシングと疾病診断
・生体ガスの種類と各種疾患との関係
・呼気ガスの検知とがん診断への応用
・皮膚ガスセンサの開発と応用可能性

■各種ガスセンサの開発動向
・さらなる高感度化、高選択性、小型化へ向けた研究事例
・高感度化へ向けた新しいセンサ材料の設計技術
・センサと機械学習によるガス検知技術の可能性

■官能評価、機器分析によるにおい、香りの可視化
・色を活用した香りの可視化手法
・におい強度、においの質の数値化
・複合臭の分析手法と見える化

■においを活用した最新応用事例
・線虫嗅覚を利用したがん検知
・半導体センサによる室内化学物質のモニタリングと換気制御
・においセンサによる土砂災害予兆モニタリングシステム
・食品ロス低減へ向けた匂い検知による食品鮮度評価システム
・嗅覚センサを搭載したロボットの開発動向 

■ 目  次

第1章 嗅覚の受容、認知メカニズム

第2章 官能評価、機器分析によるにおい、香りの分析技術

第3章 匂いセンサの開発動向とセンシング技術

第4章 ガスセンサの開発動向と高感度化、選択性向上

第5章 生体ガスの計測とヘルスケア、疾病診断への応用

第6章 におい・ガスの検知、センシング技術の応用事例


◇第1章 嗅覚の受容、認知メカニズム◇

第1節 解剖生理学的にみた香りによる嗅覚受容メカニズム
1.ヒトはなぜ「匂い」を感じるのか
2.「匂い」分子が鼻腔内に付着して信号を発信する
3.なぜ鼻腔内で「匂い」が電気信号に変換されるのか
4.なぜ何千種類ものにおいを嗅ぎ分けられるのか

第2節 嗅覚受容体における匂い認識のメカニズム
1.嗅覚器が認識する物質
2.匂い認識に関わる受容体
3.嗅覚受容体と匂い物質の対応関係
4.嗅覚トランスダクション機構
5.嗅神経細胞における嗅覚受容体の発現と高次中枢への匂い情報の伝達

第3節 嗅覚受容体のクラス選択と遺伝子発現機構の分子メカニズム
1.嗅覚受容体遺伝子ファミリー
2.水棲型と陸棲型、2つのクラスに分類される嗅覚受容体
3.クラスIとクラスII嗅覚受容体の違い
 3.1 嗅覚受容体遺伝子の染色体上の分布
 3.2 嗅覚受容体クラス間の機能的な違い
 3.3 嗅覚受容体クラスの神経回路レベルでの違い
4.嗅覚受容体のクラス選択と遺伝子発現制御
5.嗅覚受容体のクラス選択の分子メカニズム
6.「1ニューロン1受容体」〜嗅神経細胞の単一遺伝子発現のメカニズム
7.嗅覚受容体のクラス選択はエンハンサーレベルで決定される
8.嗅覚受容体クラス選択の異常と嗅覚行動

第4節 G蛋白質共役受容体?G蛋白質相互作用特異性に基づく匂い要素情報抽出機構
1.嗅覚での匂い検知・識別の仕組み
 1.1 嗅覚受容体の匂い分子検知・識別能と要素匂いへの寄与
 1.2 嗅覚神経経路における3次神経細胞での要素匂いの抽出
 1.3 鍵嗅覚受容体と非鍵嗅覚受容体
 1.4 嗅覚中枢神経経路における異なる要素匂い間の相互抑制

第5節 匂いを感じる脳の仕組みと神経回路メカニズム
1.嗅球
 1.1 1糸球体−1受容体ルール
 1.2 嗅覚受容体地図
  1.2.1 嗅覚受容体地図の構造
  1.2.2 嗅球における匂い表現
 1.3 匂い地図と行動出力
 1.4 主嗅球の構造
 1.5 樹状突起間相反シナプスとその機能
2.嗅皮質
 2.1 嗅皮質の構造
 2.2 嗅皮質の匂い表現
  2.2.1 嗅球から嗅皮質への投射
  2.2.2 梨状皮質における匂い表現
  2.2.3 嗅皮質への嗅覚入力以外の入力
  2.2.4 嗅皮質からの出力
 2.3 匂い情報を行動に変換する回路における嗅皮質の役割
3.美味しさの科学と嗅覚
 3.1 匂いが美味しさの要である風味を決める
 3.2 オルソネーザル経路とレトロネーザル経路
 3.3 前頭眼窩皮質での感覚情報統合

第6節 嗅覚の心理特性と他感覚との相互作用
1.嗅知覚の知覚特徴
2.嗅覚経験とニオイの好ましさ
3.他の感覚と嗅覚の相互作用
 3.1 味覚と嗅覚の相互作用
 3.2 嗅覚とその他感覚との相互作用
  3.2.1 視覚
  3.2.2 聴覚
  3.2.3 触覚

 

◇第2章 官能評価、機器分析によるにおい、香りの分析技術 ◇

第1節 においの官能評価とその進め方、留意点
1.実験計画
 1.1 適切な目的の設定
 1.2 目的に応じた手法の選択
2.試料
 2.1 におい感覚と物理的な濃度の関係
 2.2 試料採取・作製方法
 2.3 試料提示方法
3.実験参加者について
 3.1 属性
 3.2 スクリーニング
 3.3 人数
4.評価室の環境
 4.1 評価室
 4.2 実験時の参加者周辺の環境
5.評価方法
 5.1 2点試験法
 5.2 一対比較法
 5.3 評定尺度法
 5.4 ME法
6.実験実施における留意点
 6.1 試料のラベル
 6.2 試料の提示順序
 6.3 嗅覚の順応と疲労

第2節 香り表現における色の活用と可視化
〜商品開発における香りコミュニケーションの促進を目指して〜
1.香りを「言葉」で表現する難しさと「色」の可能性
2.香りと色の深い関係
3.「香り」を「色」で表現する
4.Aroma RainbowRとは
5.香りと言葉と色はイメージを共有している
6.色による表現を応用した商品開発
 6.1 生活者の感情の可視化
 6.2 商品コンセプトを可視化する
 6.3 商品コンセプトを香りとして表現する

第3節 においセンサ(におい識別装置)によるにおいの可視化技術
1.においセンサについて
 1.1 においセンサの種類
 1.2 におい識別装置によるにおいの定量化
 1.3 においセンサによる測定時の注意点
2.測定事例
 2.1 香りの持続性とにおいの質評価
 2.2 容器の残臭測定
 2.3 野菜ジュースの香り比較評価
 2.4 複合臭を使った消臭性試験
  2.4.1 模擬臭を使った繊維製品の消臭性試験
  2.4.2 実空間を模擬した消臭性効果検証
 2.5 感覚的消臭効果の評価

第4節 におい受容機構を考慮したGC-MSデータの見方
1.におい受容機構を考慮した複合臭のとらえ方
 1.1 におい分子とにおい受容体との複雑な関係
 1.2 多数のにおい分子から構成される複合臭
2.乳香,白檀の香気成分が作る複合臭の特徴
 2.1 におい受容機構を考慮した乳香の香気特性の解析
 2.2 におい受容機構を考慮した白檀の香気特性の解析
3.GC-MSデータをどう取り扱うか
 3.1 におい分子の構造の類似性が複合臭とどう関係しているか
 3.2 におい受容機構を考慮してGC-MSデータをどう取り扱うか
 3.3 スターアニスおよびパチュリの香気のGC-MS分析結果についてのにおい受容機構に基づく考察

第5節 複合臭の分析手法と見える化方法
1.複合臭の不思議とその要因
 1.1 複合臭の不思議
 1.2 複合臭の不思議の要因
2.複合臭はどのように分析すべきか?
 2.1 嗅覚センサが実用化しずらい理由
 2.2 GCMSとE-nose組み合わせた自動オミッションシステム

第6節 GCXGC TOFMSによるにおいの網羅的分析法
1.においの網羅分析
2.網羅分析の手法、機器
 2.1 サンプル捕集、試料導入方法
 2.2 GCXGC(包括的2次元GC)
 2.3 モジュレーター
 2.4 GCXGCでのカラム構成、分析条件
 2.5 検出器(TOFMS)
 2.6 データ解析
 2.7 GCXGC TOFMS システム
3.GCXGC TOFMSによる網羅分析例
 3.1 缶チューハイ製品の比較
  3.1.1 サンプルの前処理と導入
  3.1.2 機器構成及び分析条件
  3.1.3 データ処理及び解析方法と結果
 3.2 その他の分析事例

第7節 各種材料の燃焼時に発生するガスのニオイと成分分析
1.ニオイ系統の測定
 1.1 試料
 1.2 実験方法
 1.3 実験結果
2.ニオイ成分の測定
 2.1 試料
 2.2 実験方法
 2.3 実験結果

第8節 工場・事業場における臭気分析
1.悪臭防止法における臭気測定
 1.1 特定悪臭物質
  1.1.1 特定悪臭物質の規制基準
  1.1.2 調査計画
  1.1.3 試料採取
  1.1.4 特定悪臭物質の分析
 1.2 臭気指数及び臭気排出強度
  1.2.1 臭気指数及び臭気排出強度の規制基準
  1.2.2 臭気指数及び臭気排出強度の測定
2.臭気対策に資する臭気分析
 2.1 臭気対策の考え方
 2.2 簡易法の活用
  2.2.1 臭気強度、快・不快度の活用
  2.2.2 その他簡易法の活用
 2.3 未知臭気物質の同定
 2.4 主要な臭気物質の解析

第9節 におい嗅ぎGCを利用した下水処理水の臭気分析
1.下水処理水の臭気の官能試験
 1.1 下水処理水臭の定量
 1.2 下水処理水臭の定性評価
2.におい嗅ぎGCの利用
 2.1 におい嗅ぎGC利用の利点と限界
 2.2 GC-O測定の実験方法
 2.3 GC-Oによる臭気の同定結果
3.下水処理水中のかび臭物質
 3.1 さまざまな下水処理水に含まれるかび臭物質濃度
 3.2 下水処理施設内でのかび臭物質生成メカニズム

第10節 製革工程で発生する臭気および天然皮革の臭気分析技術
1.製革工程で発生する臭気
 1.1 製革工程で使用する薬品類
 1.2 製革工程で発生する臭気物質
 1.3 固相吸着−加熱脱着法による塗装工程の臭気成分分析
2.天然皮革の臭気分析技術
 2.1 SPME法による天然皮革の臭気成分分析
 2.2 におい嗅ぎGC/MSによる天然皮革のにおい成分分析
 2.3 MonoTrapRによる天然皮革の臭気成分分析

 

◇第3章 匂いセンサの開発動向とセンシング技術◇

第1節 嗅覚センサの構成要素と周辺技術の開発動向
1.五感とセンサ
2.嗅覚センサMSSと関連要素技術
 2.1 センサ素子「MSS」について
 2.2 感応膜について
 2.3 データ解析について

第2節 炭素質ニオイ感応膜の表面ダイナミクスとセンサ機能
1.感応膜の表面状態と水晶振動子
2.水蒸気共存下における有機ガスセンシング
 2.1 空気をキャリアとしたセンシング
 2.2 水蒸気をキャリアとしたセンシング
3.低湿条件下における感応膜表面ダイナミクスの究明
4.水蒸気フリーの理想条件下におけるセンシングと感応膜の特徴化
5.茶葉の香りの識別と嗅覚との関連性

第3節 エレクトロニックノーズシステムの開発とその応用
1.ニオイのモニタリング
2.e-NOSEシステムに用いる各種ケモセンサと応用分野

第4節 表面プラズモン共鳴センサを用いた匂いセンシング
1.SPRセンサ
2.抗体
3.測定方法と検出

第5節 匂いイメージセンサによる匂いの可視化
1.匂いの質の可視化
2.匂い測定の定義
3.匂いの可視化とイメージセンシング
 3.1 匂い可視化フィルム(光化学センサフィルム)
 3.2 匂い可視化例
 3.3 匂いセンサロボットと匂い痕跡の可視化

第6節 昆虫の嗅覚機構を再現した匂いセンサの開発と応用展開
1.昆虫の嗅覚受容体から“センサ細胞”の作出へ
 1.1 昆虫の嗅覚受容体の特徴
 1.2 匂いに反応して蛍光応答を示す“センサ細胞”の検出原理
2.昆虫の嗅覚受容体の機能を再構築した“センサ細胞”の開発
 2.1 性フェロモン成分を検出する“センサ細胞”の開発と検出性能評価
 2.2 一般臭を検出する“センサ細胞”の開発とその応用
3.応答パターンで匂いを識別する匂いセンサアレイの開発

第7節 カイコガの超高感度フェロモン検出系を利用した匂いセンサ昆虫の開発
1.カイコガの性フェロモン交信系
2.カイコガの性フェロモン受容メカニズム
3.センサ昆虫の作出

第8節 嗅覚受容体を利用したバイオハイブリッド匂いセンサ
1.細胞を利用したバイオハイブリッドセンサ
 1.1 マイクロ流体デバイスを利用した匂いセンサロボット
 1.2 嗅粘膜の模倣による揮発性有機化合物の検出
 1.3 微小柱状細胞アレイによるポータブル匂いセンサ
2.人工細胞膜を利用したバイオハイブリッド匂いセンサ
 2.1 液滴接触法による人工細胞膜作製法
 2.2 蚊の嗅覚受容体を利用した匂い検知ロボット
 2.3 超吸水性ポリマーを利用した物質連続検出
 2.4 人工細胞膜の並列化を利用した迅速匂い検出

第9節 匂い分子結合タンパク質の機能解明と匂いセンサへの応用
1.匂い分子結合タンパク質
2.匂い分子結合タンパク質の構造
3.両棲類アカハライモリの匂い分子結合タンパク質
4.Cp-Lip1とCp-Lip2の匂い分子結合特性
5.変異体Cp-Lip1を用いた匂い分子結合に関与する領域の検討
6.Cp-Lip1の匂い分子結合親和性とアカハライモリの嗅神経細胞の匂い分子親和性の関係
7.Cp-Lip1とCp-Lip2タンパク質の嗅上皮での分布
8.Cp-Lip2タンパク質の嗅上皮での分布
9.Cp-Lip1タンパク質の嗅上皮での分布
10.匂い刺激後でのCp-Lip1タンパク質の時間的分布変化
11.Cp-Lip1の匂い受容における機能の解析
12.嗅神経細胞の匂い受容感度上昇に関わるCp-Lip1の領域
13.嗅神経細胞の匂い受容感度上昇に関わるCp-Lip1のアミノ酸残基の特定

第10節 マウスの嗅覚受容体発現細胞を利用した気相中のにおい分子検出
1.におい分子と空気の流れ
2.嗅粘液とにおい分子
3.従来の嗅覚受容体発現細胞を用いたアッセイ方法と課題
4.嗅覚受容体発現細胞を用いた気相アッセイの概要
5.複数の嗅覚受容体の応答を用いたにおい識別と応用
6.気相アッセイ法の今後の課題

第11節 ガスセンサとAI技術を活用した匂いの検出技術
1.金属酸化物半導体による匂い計測原理
2.実験装置
3.匂いデータ
4.学習ベクトル量子化法による匂い識別
5.識別実験結果
 5.1 お茶の分類の実験
 5.2 珈琲の分類の実験

第12節 電界非対称イオン移動度スペクトロメトリーを用いた混合ガスの濃度定量
1.アクティブセンシングによる混合ガスの濃度定量
 1.1 アクティブセンシングとは
 1.2 匂い記録装置
2.濃度定量システムの詳細
3.混合ガス供給方法
4.混合ガスの計測方法
 4.1 IMS
 4.2 FAIMS
 4.3 FAIMS装置の仕組み
5.濃度定量の手法
 5.1 最急降下法の説明
 5.2 濃度探索アルゴリズムのシーケンス
6.最急降下法による濃度探索実験の結果
7.フィードバックを用いた濃度定量
 7.1 濃度定量アルゴリズムの説明
 7.2 フィードバック制御の最適化
 7.3 実験結果

 

◇第4章 ガスセンサの開発動向と高感度化、選択性向上 ◇
第1節 コア-シェル構造粒子を用いた高感度半導体式ガスセンサの開発
1.半導体式ガスセンサの特徴
 1.1 ガス検出原理 
 1.2 近年の展開 
2.コア-シェル構造粒子のガスセンサへの利用 
 2.1 コア-シェル構造化の利点 
 2.2 コア-シェル構造粒子の合成 
  2.2.1 液相析出法 
  2.2.2 構造解析 
3.コア-シェル構造粒子を用いたガスセンサの特性 
 3.1 センサ素子の作製方法と評価方法 
 3.2 ガス検出特性(SnO2@TiO2コア-シェル構造粒子を利用) 
 3.3 ガス検出特性(その他のコア-シェル構造粒子を利用) 
4.応用展開 
 4.1 作業環境簡易測定 
 4.2 シックハウス症候群関連物質の測定 
 4.3 その他の応用例

第2節 SnO2系小型半導体ガスセンサの高感度化技術
1.半導体ガスセンサの検知原理
2.半導体ガスセンサの材料設計
 2.1 半導体ガスセンサに用いられる金属酸化物の性質
 2.2 レセプター機能
 2.3 トランスデューサ機能
 2.4 感応膜利用効率
4.三つの機能の融合
5.マイクロガスセンサによる超高感度ガス検知
6.共存ガスが課す感度に与える影響

第3節 集積化MEMSハイブリッド水素センサ技術
1.水素センシングとその応用
2.集積化MEMSハイブリッド水素センサ
 2.1 容量型MEMS水素センサの動作原理
 2.2 熱伝導型MEMS水素センサの動作原理
3.容量型水素センサ向け水素感応膜の検討
 3.1 Pd系金属ガラス薄膜
 3.2 分析方法
 3.3 X線回折(XRD)による分析結果
 3.4 水素吸蔵特性の測定結果
 3.5 水素による機械的歪み量の測定結果
4.集積化MEMSハイブリッドセンサの設計・試作・測定結果
 4.1 容量型MEMS水素センサの高感度設計
 4.2 集積化MEMSハイブリッド水素センサの製造プロセスフローと試作結果
 4.3 水素試験結果

第4節 混合ガスセンサ創出に向けた酸化物ナノ構造薄膜の作製とVOCガスセンシング
1.酸化モリブデン系
 1.1 酸化モリブデンナノ構造の基板成長
 1.2 酸化モリブデンナノロッドガスセンサ素子の作製とセンサ特性
2.酸化チタン(チタニア)系とナノ構造の基板成長
 2.1 酸化チタンナノ構造の基板成長
 2.2 酸化チタンナノ構造センサ素子の作製とセンサ特性

第5節 酸化亜鉛粒子の結晶面制御とガスセンサへの応用
1.酸化亜鉛ガスセンサについて
2.ZnOピラミッド型粒子のソルボサーマル合成
3.ピラミッド型粒子の結晶面と極性
4.ZnO ピラミッド型粒子のエタノールガスセンシング

第6節 磁化変化型水素センサ
1.Pd合金の水素吸収能と磁性
 1.1 PdおよびPd-Coの水素吸収特性
2.磁化変化型水素センサ
3.水素に応答する開閉器

第7節 酸化物半導体の構造制御とガスセンシングへの応用
1.酸化タングステンの構造制御
 1.1 酸化タングステンの水熱合成
 1.2 キャラクタリゼーション
 1.3 センシング特性

第8節 六方晶窒化ホウ素を用いたアンモニアセンサの作製と検知特性
1.アンモニア検知の意義
2.アンモニア検知法
3.六方晶窒化ホウ素(h-BN)を用いるアンモニア検知
4.h-BNのミリング処理効果
5.アンモニア検知特性
6.h-BNへの金属担持効果

第9節 カルシウムフェライトのCO2ガス検知特性とその評価
1.試料調製
 1.1 CaFe2O4及びCa2Fe2O5の調製
 1.2 異種元素を添加したCaFe2O4の調製
 1.3 CaFe2O4の表面構造の評価
2.カルシウムフェライトのガスセンサへの応用
 2.1 ガスセンサ素子の作製
 2.2 多孔質CaFe2O4センサのガス検知特性
3.CaFe2O4センサにおけるCO2検知メカニズム
 3.1 IR測定によるCO2吸着状態の評価
 3.2 表面酸素の吸着状態
 3.3 CO2ガス検知反応
4.総括と今後の展望

第10節 赤外プラズモニクス材料を用いた小型、高感度ガスセンサの開発
1.赤外分光の基礎
2.中赤外における局在表面プラズモン共鳴
3.表面増強赤外分光
4.表面増強赤外分光を利用したセンサー構築
5.プラズモン・メタ表面を使った光源

第11節 接触燃焼式ガスセンサへのガスの動的な吸着脱離挙動を利用した高感度センシングとその作動メカニズム
1.吸着燃焼式マイクロガスセンサの作動条件と作動原理
2.代表的なセンサシグナルと触媒活性・吸着脱離特性の解析
 2.1 エタノール
 2.2 トルエン
3.触媒材料の担体の違いが検知特性に及ぼす影響

第12節 プラスチック光ファイバを用いた各種ガス検出センサの開発とその応用
1.光ファイバガスセンサの基本構成
 1.1 ファイバ伝送路型光ファイバセンサ
 1.2 先端機能型光ファイバセンサ(オプトロード)
 1.3 クラッド機能型光ファイバセンサ
2.プラスチック光ファイバ(POF)
3.膨潤性ポリマーをクラッド層とするリーキー・導波変換型POFセンサの動作原理
4.リーキー・導波変換型POFを用いたセンシングシステム
 4.1 リーキー・導波変換型POFの作成
 4.2 測定系
 4.3 アルコールセンサ
 4.4 燃料漏れセンシングシステム
 4.5 湿度センサ

 

◇第5章 生体ガスの計測とヘルスケア、疾病診断への応用 ◇

第1節 生体ガスの種類、各種疾患の関係と疾病診断への応用
1.消化器疾患
 1.1 消化吸収異常
 1.2 肝疾患
 1.3 膵疾患
 1.4 胃疾患(消化性潰瘍、胃がん)
2.代謝性疾患
 2.1 糖尿病
 2.2 糖尿病と呼気アセトン
 2.3 脂質代謝
3.呼吸器疾患
 3.1 慢性閉塞性肺疾患
 3.2 気管支喘息
 3.3 肺がん
4.その他の疾患
 4.1 循環器疾患
 4.2 感染症
 4.3 その他の疾患
5.呼気検査のピットフォールと今後の方向
 5.1 呼気採取方法 
 5.2 呼気VOCと疾患診断
 5.3 呼気検査とスクリーニング
 5.4 呼気検査と臨床

第2節 生体ガスの高感度計測&可視化のためのバイオスニファと探嗅カメラ
1.アセトン&イソプロパノール用バイオスニファ
 1.1 UV-LEDを用いたバイオスニファ
 1.2 バイオスニファによる呼気中アセトン&イソプロパノールの高感度計測
2.生体ガス用のバイオ蛍光式探嗅カメラと画像化
 2.1 アセトアルデヒドガス用のための探嗅カメラ
 2.2 探嗅カメラによる生体ガス(呼気・皮膚ガス)の可視化計測

第3節 常時計測用超高感度皮膚ガスセンサの開発動向とその応用
1.背景
2.身体各部位における皮膚ガス放出特性
3.タンデム型ガスセンサ
 3.1 多孔質材料を用いた皮膚ガス濃縮による高感度化
 3.2 ゼオライト
4.実施例
 4.1 ガス濃縮素子評価
 4.2 タンデム型センサによる皮膚ガス検出

第4節 皮膚ガスの測定とその生体情報としての活用
1.皮膚ガスとは何か
2.皮膚ガスの測定方法
3.皮膚ガス測定とその利用
 3.1 全身放散量の測定:排泄臓器としての皮膚
 3.2 皮膚VOCsの測定:体臭原因の特定

第5節 VOC検出のための気体センサの開発と肺がんスクリーニング
1.呼気に含まれる揮発性有機化合物
2.肺がん患者の呼気に含まれる揮発性有機化合物
3.気体センサの概要
4.気体センサによるガスの識別可能性
5.気体センサを使った肺がんスクリーニング

第6節 多孔質ガラスセンサを用いた生体ガスの超高感度センシング
1.微量気体検出の基板としての多孔質ガラス
2.アセトンの検出
 2.1 検出センサに求められる性能
 2.2 可視的な検出チップの開発
 2.3 可視的な検出チップによるアセトンの検出
3.ホルムアルデヒドの検出
 3.1 検出センサに求められる性能
 3.2 可視的な検出チップの開発
 3.3 可視的な検出チップによるホルムアルデヒドの検出
4.ノナナールの検出
 4.1 検出チップに求められる性能
 4.2 可視的な検出チップの開発
 4.3 可視的な検出チップによるノナナールの検出

第7節 呼気ガスの簡易検知器開発と機械学習によるがん診断への応用
1.機械学習による診断の利点・意味づけ・動向
2.機械学習の簡単な解説
3.GC/MSによる呼気VOCを用いた機械学習によるがん患者の判別
4.呼気VOC検知器の設計と性能

 

◇第6章 におい・ガスの検知、センシング技術の応用事例◇

第1節 線虫嗅覚を用いた尿1滴からの癌診断技術
1.がんを取り巻く現状
2.がんの匂いとその検出技術について
3.生物を用いたがんの匂いの検出
4.線虫とその嗅覚について
5.N-NOSEの開発経緯
6.線虫を用いたガンスクリーニングの精度
7.N-NOSEの特徴とその運用方法
8.今後の展望

第2節 マウス行動実験と100万倍希釈尿を用いたガン由来臭検知技術
1.体臭の疾病異常
 1.1 体臭のニオイ型
 1.2 マウス匂い識別行動実験系
 1.3 膀胱ガン特有臭は100万倍希釈尿で検知できる
 1.4 潜血の臭いの識別を学習させた匂い嗅ぎマウスは等潜血膀胱ガン特有尿の識別で混乱する
2.今後の展開

第3節 官能評価センサーを利用した美味しさの数値化とその活用事例
1.日本並びにアジア各国で生産された各種魚醤油の官能評価センサーによる比較・解析
 1.1 分析に使用した魚介類を原料とした魚醤油
 1.2 Alpha M.O.S社各種官能評価センサーによる測定
  1.2.1 ビジュアルアナライザー(IRIS)
  1.2.2 におい識別センサーシステム(FOX)
  1.2.3 電子味覚システム(ASTREE)
 1.3 Alpha M.O.S社各種官能評価センサーによる解析結果
  1.3.1 ビジュアルアナライザー(IRIS)による色彩の分析結果
  1.3.2 におい識別センサーシステム(FOX)による香りの分析結果
  1.3.3 電子味覚システム(ASTREE)による味の分析結果
2.日本各地で生産された各種イチゴの官能評価センサーによる比較・解析
 2.1 分析に使用した各種イチゴとAlpha M.O.S社各種官能評価センサーによる解析測定
 2.2 日本各地で生産された各種イチゴのAlpha M.O.S社各種官能評価センサーによる解析結果

第4節 ガスセンサを用いた青果物の鮮度評価システム
1.鮮度推定に利用可能と思われる特徴量
 1.1 食品の視覚的な変化
 1.2 食品の嗅覚的な変化
2.本稿の目的
3.構築したシステムについて
 3.1 データ収集のためのハードウェアシステム
  3.1.1 画像取得モジュールの構成
  3.1.2 ガス濃度取得センサモジュールの構成
  3.1.3 データ格納モジュールの構成
4.データ収集と分類の予備実験
 4.1 画像データ取得実験
 4.2 画像データからの鮮度分類とその問題点
 4.3 ガス濃度データ収集予備実験
5.ガス濃度データからの鮮度推定と予測
 5.1 LSTM (Long Short Term Memory)
 5.2 ガス濃度データの学習と予測の流れ
 5.4 ガス濃度データの学習と予測
 5.5 考察と課題

第5節 半導体センサーによる室内臭気のモニタリングと換気制御システム
1.研究の目的
2.実験概要
 2.1 半導体センサー
 2.2 チャンバー試験
 2.3 事務所ビル
 2.4 半導体センサーによる室内化学物質濃度のモニタリング
 2.5 事務所ビルでの室内化学物質濃度の測定
 2.6 4床病室
3.結果
 3.1 半導体センサーと化学物質濃度
 3.2 事務所ビルでの半導体センサーとTVOC濃度の関係
 3.3 半導体センサーによる換気制御の検証

第6節 においセンサを用いた土砂災害予兆モニタリングシステムの開発
1.土砂災害の前兆現象
 1.1 前兆現象の分類
 1.2 においの発生メカニズム
2.においセンサの分類
3.半導体式ガスセンサを用いたモニタリングシステム
 3.1 システム構成
 3.2 ADC回路によるセンサ値の取得
 3.3 基本特性の評価
 3.4 観測結果の一例
4.水晶振動子型においセンサを用いたモニタリングシステム
 4.1 システム構成
 4.2 シリアル通信によるセンサ値の取得
 4.3 基本特性の評価
 4.4 観測結果の一例
5.今後の課題

第7節 圧電素子を用いた嗅覚ディスプレイの開発
1.嗅覚ディスプレイの用途
2.嗅覚ディスプレイの方式
 2.1 液体香料の揮発方式
 2.2 香気の濃度制御および混合方式
3.液滴噴霧型嗅覚ディスプレイ
 3.1 液滴噴霧型嗅覚ディスプレイの原理
 3.2 香料の揮発方法
 3.3 インクジェット式嗅覚ディスプレイ
 3.4 香料のパルス射出
4.圧電素子を用いた嗅覚ディスプレイ
 4.1 圧電素子の利用
 4.2 射出性能の検証
 4.3 圧電素子嗅覚ディスプレイ筐体
 4.4 香気流のシミュレーション
 4.5 粒子法による数値解析
 4.6 粒子法による数値解析結果
5.まとめと今後の課題

第8節 嗅覚センサを搭載したロボットの開発動向
1.地面に残された臭跡を追跡するロボット
2.匂い・ガスの発生源を探索するロボット
3.匂い・ガスの空間分布を計測するロボット
4.現実環境における匂い・ガス探索の実現に向けた取組み
 4.1 埋立地のメタンガスモニタリングを目指した研究
 4.2 屋内のガス源探索を目指した研究

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