Chemical Sensors

Vol. 24, No. 2 (2008)

Abstracts

高感度生体センサへの期待

　 松下電器グループは2002年以降数度の内部組織改革が行われ、現在、社内カンパニー、関係子会社が各々事業の重複を無くし、主体として進める責任事業分野を持った事業体の集合として活動しています。パナソニック四国エレクトロニクスはその中でも主としてヘルスケア／メディカル分野で事業を進める位置づけにあり、現在の血糖センサ事業、超音波診断機事業に加えて、第三、第四の事業をこの分野で構築していく事を目指しています。中でも血糖センサに代表される生体センサは、今後範囲を広げながらより大きく拡大が期待されている分野であり、医療への貢献をベースに推進をしています。

現在の医療を取り巻く環境は、ご存知のとおり、多くの課題を抱えています。まず高齢化社会の急速な進展です。これは日本だけでなく先進各国も同じような状況に有ります。その結果、増大する膨大な医療費にどのように対処するかが各国とも大きな課題になっています。日本は後期高齢者医療制度を始め医療費削減に厚生労働省が取り組んでいますし、アメリカは大きな医療保険負担をしていた企業がGMをはじめ、もう支えきれなくて企業収支から分離する方向で動いています。また、日本の厚生労働省は、各国の保険機関に先駆けて、メタボ診断という『予防』医療への取り組みを開始し、これによる、医療費削減も期待しています。一方、遺伝子分析、遺伝子創薬、あるいは分子生物学や免疫機構の解明で従来治らないとされた多くの疾患に対して検査法と治療法が開発され、早く発見できれば一命を取り留める例が非常に多くなってきています。その範囲は内臓疾患だけでなく、アルツハイマー病等の脳疾患や精神疾患にまで及んでいます。さらに医療技術も、カテーテルや内視鏡を使った、患者に大きな負担をかけない低浸襲型の検査、治療が広まってきています。また、CT/MR等の大型医療検査機器もより高解像度になり、内視鏡もHD化し、より小さな初期的病変の検出も可能になってきています。しかし、これらの進歩は場合によっては医療費を押し上げる要因にもなっており、社会状況と医療技術の進化を考えると、今後必要なのは高度医療技術をより低コストで、より人にやさしく提供する事ではないかと思います。

このような状況を踏まえて、現在、高感度生体センサへの要望は大変大きくなってきています。遺伝子、タンパク質の疾病マーカ、免疫機構の解明による特定酵素の関与等が徐々に明確になり、それらの疾病マーカを高感度、高精度でかつ簡便に測定できるかが、求められている条件です。高感度に測定できれば、疾病の早期段階の診断が可能であり、疾病を早い段階で治療する、或いは進行を止めることが可能になり、多くの医療費支出をくいとめられます。また簡便さも大きなファクターです。大きな臨床検査センタで培養等前処理に時間がかかる検査ではなく、患者の目前で迅速に測定できると、再院の頻度を減らせ、かつ、初期段階で診断、投薬等の処置ができるからです。このような高感度生体センサは、技術的には、幾つかの複合した技術分野の連携で得られることが多いと思います。無機／有機化学、生化学、MEMS等の機械工学、光学、電子工学、物理学、半導体技術、等々、今回、化学センサ研究会で副会長の任を仰せつかりましたが、ぜひ、この機会に多くの関連技術をお持ちの研究者、技術者との交流を通じて、少しでも高感度生体センサ開発に近づけたらと思います。どうぞよろしくお願いします。

Development of reliable gas sensor is strongly requested from environmental monitoring. In this study, amperometric sensor for monitoring hydrocarbon and NO is investigated by using oxygen pumping current through LaGaO₃ electrolyte. It was found that the combination of active and inactive electrode for hydrocarbon or NO oxidation is effective for high selectivity. In case of hydrocarbon sensor, La_0.5Sr_0.5MnO₃/La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.1Ni_0.1O₃/La_0.4Sr_0.6Mn_0.8Ni_0.2O₃ is the optimized one. This sensor exhibits the current change against only NO and so it is expected that the detection of NO separated to NO₂ becomes realized.

High-performance biosensors based on several matrices were developed as follows. 1) Biosensors based on polypyrrole (PP) matrix for the enhancement of electron transfer between enzyme and electrode. An electroconductive polymer, PP can be synthesized by electrochemical oxidation of pyrrole. Enzyme-entrapped PP membrane was obtained in the presence of enzyme. Enzymes in the PP would be affected or controlled electrochemically because the enzymes were surrounded by the polymer. 2) Biosensors based on carbon paste (CP) matrix and chemically modified enzyme to achieve high-sensitivity. CP, consists of graphite powder and nujol oil, enzyme and mediator were mixed and the mixture was formed to biosensors. Enzymes activity would be decreased because of the denature of its form. A polyethylene glycol (PEG)-modified enzyme could be appended the hydrophobic property, so that PEG-modified enzyme was used for the construction of CP-based enzyme electrode. 3) Biosensors based on colloidal gold matrix. Colloidal gold particle has negative charge, so that the amount of the positive charged-molecules adsorbed would be larger compared with the negative- or neutral-charged one. In this viewpoint, the amount of adsorbed molecules was controlled by changing pH in the enzyme solution. 4) Biosensors based on polyion complex membrane matrix for the high density immobilization to enzyme. The membrane, consists of poly-cation and poly-anion, shows the perm-selectivity on the solute size. Immobilized enzymes and mediators can not be leached from the membrane because its perm-selectivity (large molecules compared with MW 110 are not able to penetrate through the membrane). By using the membrane, high-performance (sensitive and selective) biosensors can be developed. These biosensors systems would be utilized to construct practical sensors.