健康管理への応用を目指した生体ガス簡易計測用多孔体光学センサの開発

开发用于简单测量生物气体的多孔光学传感器以应用于健康管理

基本信息

批准号：
22K04742
负责人：
丸尾容子
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Tohoku Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

生体ガスはヒトの健康状態及び病態と密接に関連しており、採取が容易な非侵襲のバイオマーカである。乳がん、肺がん及び感染症の場合呼気中のアルデヒド濃度の増加が報告されており呼気中アルデヒド濃度の常時モニタリングにより病気の早期発見や健康状態の管理が可能になる。本年度はC1～C10アルデヒドを検出対象として莫大な表面積をもつが孔径が小さいために可視領域で散乱が起こらない透明ナノ多孔体（多孔質ガラス）を基板として用い、その孔内でおこるβ－ジケトンとアルデヒドの脱水・環化反応の結果生じるルチジン誘導体を吸収及び蛍光の両方法で検出しアルデヒド濃度を定量する方法を検討した。β－ジケトンとしてはアセト酢酸エチルを用いた。溶液系と多孔質ガラス基板上での反応を比較した結果多孔質ガラスを用いた場合、細孔と表面の触媒作用により室温においてもルチジン誘導体が生成することが明らかになった。多孔質ガラス中のアセト酢酸エチルは200-280nmに吸収を有し、アルデヒド類との反応により340-350nmに吸収極大を持ち、波長360-363nmで励起すると445-460nmの蛍光を発するルチジン誘導体が生成し、吸光度変化量又は蛍光強度は曝露アルデヒド（ノナナール）濃度（11～135ppb）と比例関係にあることが明らかになり、この濃度範囲で吸光及び蛍光の両方に対しての検量線を得ることが出来た。比例関係の原因は曝露ノナナールの分子数に対して、多孔質ガラス上のアセト酢酸エチルの分子数が大過剰であったため、反応によるアセト酢酸エチルの減少を考慮しなくてよいためと考えられる。また連続測定のため流体系を用いた実験の事前検討としてアルデヒドの代わりに装置系への汚染が少ないアセトンを用いて光測定の小型装置を組み立てて連続測定を行い、装置構造や性能の評価を行った。

沼气与人类健康和疾病状况密切相关，是易于采集的非侵入性生物标志物。据报道，乳腺癌、肺癌和传染病时呼出气中的醛浓度会升高，持续监测呼出气中的醛浓度可以及早发现疾病并管理健康状况。今年，我们将使用表面积巨大、孔径小、在可见光区域不会发生散射的透明纳米多孔材料（多孔玻璃）作为基底来检测 C1-C10 醛，并检测发生在内部的 β-二酮。我们研究了一种通过使用吸收法和荧光法检测醛和醛脱水和环化反应产生的二甲基吡啶衍生物来定量醛浓度的方法。使用乙酰乙酸乙酯作为β-二酮。溶液体系中和多孔玻璃基材上反应的比较表明，当使用多孔玻璃时，由于孔和表面的催化作用，即使在室温下也能产生二甲基吡啶衍生物。多孔玻璃中的乙酰乙酸乙酯在200-280nm处有吸收，由于与醛反应，在340-350nm处有最大吸收，在360-363nm波长处激发时，发出445-460nm的荧光。结果表明，吸光度变化或荧光强度与暴露的醛（壬醛）浓度（11 至 135 ppb）成正比，并且在该浓度范围内建立了吸光度和荧光的校准曲线。认为比例关系的原因是多孔玻璃上乙酰乙酸乙酯的分子数与暴露的壬醛的分子数相比大大过量，因此无需考虑乙酰乙酸乙酯的减少。由于反应。此外，作为使用流体系统进行连续测量的实验的初步研究，我们使用丙酮代替乙醛组装了一个小型光学测量装置，丙酮对装置系统的污染较少，并进行了连续测量以评估装置的结构和性能。性能去了。