2022-2030大予測 第18回

2021年12月3日発売の「日経トレンディ 2022年1月号」では、「2022-2030大予測」を特集。より簡便な呼気計測につながる技術として期待されるのが「嗅覚センサー」だ。ヒトが吐き出す息に含まれる成分から、がんや糖尿病などの病気を見つけ出すことを目指す。測定デバイスの小型化が進み、将来的にはスマートフォンに息を吹きかけて体調チェックをする時代が来るかもしれない。

※日経トレンディ2022年1月号の記事を再構成

においをデータ化する嗅覚センサーの技術が進展。医療・ヘルスケア分野での活用も視野に入れる
においをデータ化する嗅覚センサーの技術が進展。医療・ヘルスケア分野での活用も視野に入れる

前回(第17回)はこちら

 会社や自治体の健康診断を受けると、血圧や心電図、血液、尿、胸部X線など様々な検査を行う。人間ドックでは、超音波などさらに検査項目が増える。そして将来、病気を見つけるためのこうした検査の一つとして、「呼気」が加わる可能性がある。ヒトが吐き出す息の中に含まれる成分から、がんをはじめとする病気を早期に見つけ出そうという研究が、様々な企業や機関で取り組まれている。

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 呼気計測は身体に負担を与えず、手軽にできる検査手法として注目されている。既に導入されている例としては、ぜんそくの「NO(一酸化窒素)検査」や、胃にピロリ菌がいるかどうかを調べる「尿素呼気検査」などがあり、その有用性が認められている。

様々なにおいをセンサーで“かぎ分け”てデータ化

 これらは専用の検査機器を用いるが、様々な病気を見つけるための、より簡便な呼気計測につながる技術として期待されているのが「嗅覚センサー」だ。生き物の鼻のようににおいのもとになるガスを検知し、それをデータ化する。

 中でも応用範囲の広さで注目されるのが、国立研究開発法人の物質・材料研究機構が開発する嗅覚センサー「MSS」だ。多様な材料で作られた膜(感応膜)を用いる方式で、センサー自体は1ミリメートルにも満たないサイズ。デバイスに利用されるチップも1円玉より小さい(下図)。このチップにセンサーが4つ付いている。

■嗅覚センサー「MSS」(物質・材料研究機構)
においに反応する感応膜を使ったセンサー(右)を開発。このセンサーが4つ付いたチップ(中央)をモジュールに組み込んで使う。1つのチップで、同じにおい(ガス)に対して4種類のデータを計測できる
においに反応する感応膜を使ったセンサー(右)を開発。このセンサーが4つ付いたチップ(中央)をモジュールに組み込んで使う。1つのチップで、同じにおい(ガス)に対して4種類のデータを計測できる

 センサーの感応膜ににおいの分子が吸着すると、膜が変形する。「においの種類によって、変形の大きさやスピードは異なる。この感応膜の変化を電気信号として検知して、においの識別に利用する」(研究グループリーダーの吉川元起氏)。においには様々なガス分子が含まれている。センサーはその組み合わせ全体で1つの信号として認識し、その信号のパターンをAI(人工知能)が学習することで、何のにおいかを判断できる。

MSSの動作原理
MSSの動作原理
MSSの中央部に塗布された感応膜に、においの分子(ガス分子)が吸着することで感応膜が変形する(たわむ)。細くなっている部分に埋め込まれた検知部(力が加わると電気抵抗が変化する)で電気信号を検出。においの種類により膜の変形の仕方が異なり、信号も異なる。感応膜の材料は多様で、目的に応じて使い分ける
標準モジュール(中央の水色のボックス)には、においを吸い込むポンプを搭載。1台に3枚のチップが組み込まれており、計12種類のデータを同時に取得できる
標準モジュール(中央の水色のボックス)には、においを吸い込むポンプを搭載。1台に3枚のチップが組み込まれており、計12種類のデータを同時に取得できる

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