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IoTを指向するバイオセンシング・デバイス技術    
Bio-sensing Device Technology for Connecting to IoT
[コードNo.2016T030]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 民谷栄一、関谷 毅、八木康史
■体裁/ B5判 193ページ
■発行/ 2016年11月7日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 75,600円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1190-6

 
★2020年には約13.8兆円にまで国内市場規模が拡大すると予測されるIoT!
★IoTの普及拡大とともに需要増加が期待されるセンシング・デバイス技術!
★バイオ・化学センシング、ウェアラブルデバイス、そして情報通信・サイバー関連まで、IoTを指向したセンシング技術についての最新動向をまとめた一冊!

キーワード

IoT / センシング / バイオセンサ / 生体情報計測 / 生体ガス / 遠隔医療 / 食品機能 / スポーツ科学 / 環境計測 / テロ対策 / ストレスチェック / POCT / ヘルスケア / フレキシブル / 有機トランジスタ / ウェアラブル / ストレッチャブル / インプランタブル / エナジーハーベスター / 情報通信 / サイバー / 歩容認証 / 脳波計測 / 体温計測

刊行にあたって

今回、出版する “IoTを指向するバイオセンシング・デバイス技術”では、民谷(バイオセンサーを専門)、関谷(フレキシブルデバイスを専門)、八木(情報処理を専門)の専門分野の異なる3名により監修、編集、企画を行いました。
いうまでもなく、IoT(Internet of Thing)は、産業構造や生活様式への変革をも与えると考えられ、これからの新たな情報社会の基盤技術としての期待が大きいです。IoTという語句自体は、1999年にRFIDの研究開発者であったケビン・アシュトンが初めて用いたとされ、当初はRFIDによる商品管理システムを指していました。その後、今日のインターネットが整備され、扱われる情報量も桁違いに大きくなり、情報伝送や情報処理能力などの向上もあって、今日の「モノ(物)」がインターネットに接続され、情報交換することにより相互連携するシステムとして確立されるようになってきています。いうまでもなく、そのシステムで、いろいろな情報をどのように取り込めるかがキーとなっています。すなわちインターネットとリンクし、有用情報を提供できるセンサーシステムの開発が急務となっています。
本書では、題名にもあるように、いろいろな場面で求められるバイオ・化学センシングについて焦点を当て、これらをIoTにリンクする必要な要素技術を紹介します。例えば第1章では、医療ヘルスケア、食の安全、環境モニタリングなどへの応用が可能なIoTとリンクできるバイオ・化学センシングの事例についても紹介しています。すでに位置(GPS)、加速度、光、電気(インピーダンスなど)、温度、時間などの物理的な測定項目に関するセンシングデバイスは種々開発され、IoTとのリンクも一部行われています。バイオ・化学センシングについては、ポイントオブケアタイプのセンサーが一部開発はされているが、IoTへのリンクについてはこれからの課題となっています。さらに、第2章では、いろいろな形状の場所や身体の各部位に装着するためのフレキシブルなデバイスの要素技術について示しています。センサーデバイスだけでなく、情報処理、情報伝送、エネルギー供給も含めたフレキシブルデバイスの要素技術、事例を紹介しています。また、センサーデバイスからの一次情報から有用な情報を引き出すためのアルゴリズムなどの開発も極めて重要で、第3章においては個人認証、スポーツ科学など応用についてその事例を紹介しています。
以上のように、本書では、IoTを指向するバイオセンシング・デバイス技術に関して、大学、国立研究所、企業でご活躍される第一線の研究者の皆様に執筆をいただきました。本書が当該分野の研究開発あるいは利用される方々に対して有用な情報を提供できれば、監修者一同幸いに存じます。
監修者一同

著者一覧

民谷栄一大阪大学
當麻浩司東京医科歯科大学
荒川貴博東京医科歯科大学
三林浩二東京医科歯科大学
永井秀典(国研)産業技術総合研究所
永谷尚紀岡山理科大学
山中啓一郎大阪大学
村橋瑞穂大阪大学
齋藤真人大阪大学
牛島ひろみ(有)バイオデバイステクノロジー
遠藤達郎大阪府立大学
脇田慎一(国研)産業技術総合研究所
坂田利弥東京大学
村上裕二豊橋技術科学大学
山崎浩樹(株)テクノメディカ
横田知之東京大学
南豪東京大学
南木創東京大学
時任静士山形大学
徳田崇奈良先端科学技術大学院大学
竹原宏明奈良先端科学技術大学院大学(現)東京大学
野田俊彦奈良先端科学技術大学院大学
笹川清隆奈良先端科学技術大学院大学
太田淳奈良先端科学技術大学院大学
荒木徹平大阪大学
菅沼克昭大阪大学
関谷毅大阪大学
北村雅季神戸大学
中村雅一奈良先端科学技術大学院大学
槇原靖大阪大学
村松大吾大阪大学
八木康史大阪大学
沼尾正行大阪大学
吉本秀輔大阪大学
内山彰大阪大学

目 次

第1章IoTのためのバイオ・化学センシング
1揮発性化学情報(生体ガス・匂い成分)のためのバイオスニファ&探嗅カメラ
1.1はじめに
1.2酵素を利用したガス・匂い成分の高感度センシング
1.3脂質代謝評価のための生化学式ガスセンサ「バイオスニファ」
1.3.1酵素を用いたアセトンガス用バイオスニファ
1.3.2呼気中アセトン計測による脂質代謝評価
1.4呼気中エタノール用の可視化計測システム「探嗅カメラ」
1.4.1エタノールガス用探嗅カメラ
1.4.2呼気エタノールガスの可視化計測とアルコール代謝能の評価応用
1.5おわりに
2遺伝子センシング
2.1はじめに
2.2超高速PCR技術
2.3IoTによる遠隔医療を志向した遺伝子センシングシステム
2.4おわりに
3食品機能センシング
3.1はじめに
3.2食品の機能性表示
3.3食品機能センシング
3.3.1抗酸化力測定
3.3.2ORACによる抗酸化力測定
3.3.3電気化学発光(ECL)による抗酸化力測定
3.4食品機能のIoT利用
3.5まとめ
4微生物・ウイルスセンシング
4.1はじめに
4.2モバイル電気化学バイオセンサー
4.2.1モバイル遺伝子センシング
4.3モバイル型生菌数センサー
4.4携帯電話カメラ機能を用いたモバイルバイオセンサーの開発
5スポーツバイオセンシング
5.1はじめに
5.2無線通信機能を備えた携行型電気化学センサの開発
5.3電気化学計測条件の検討
5.4実試料の計測
5.5まとめ
6テロ対策化学生物剤センシング
6.1はじめに
6.2化学剤・生物剤センシング
6.3捕集から検知までを可能にする自動検知装置の開発
6.4おわりに
7重金属汚染センシング
7.1はじめに
7.26種類の重金属の同時測定
7.3実サンプルを用いた測定
7.4おわりに
8ポリマー製フォトニック結晶を用いたポータブルバイオセンシング
8.1はじめに
8.2ナノ光学デバイスのバイオセンシングデバイスへの応用
8.2.1ナノフォトニクス
8.2.2ナノフォトニクスを用いたバイオセンシングデバイス開発の利点
8.3ポリマーを基材としたバイオセンシングデバイスの開発
8.3.1ナノインプリントリソグラフィーを基盤技術とした「プリンタブルフォトニクス」
8.3.2フォトニック結晶
8.4IoT応用を指向したフォトニック結晶バイオセンシングデバイス
8.4.1ポリマー製フォトニック結晶を用いた酵素反応の検出
8.4.2CMOSカメラを用いた酵素反応の検出
8.5おわりに
9ストレスセンシング
9.1はじめに
9.2ストレス学説とストレスマーカー計測の課題
9.3ストレスセンシング用バイオ・化学センシングデバイス技術
9.4ストレスセンシング用マイクロ流体デバイス技術
9.4.1唾液NO代謝物分離アッセイ用マイクロ流体デバイスの開発
9.4.2唾液NO代謝物分離アッセイの実唾液による実証研究
9.5ストレスセンシング用マイクロバイオセンサー技術
9.5.1ストレスセンシング用マイクロバイオセンサーの開発
9.6ウエアラブルバイオセンサー技術
9.6.1ストレスセンシング用ウエアラブルバイオセンサー
9.6.2有機トランジスター型FETバイオセンサーの研究
9.6.3有機トランジスター型FETストレスマーカーセンサーの基礎研究
9.7終わりに
10IoT/体外診断デバイスに向けた半導体バイオセンサの可能性
10.1はじめに
10.2半導体バイオセンサの原理
10.3半導体/バイオインターフェイス構造の理解・設計・応用
10.4診断医療における半導体バイオセンサの可能性
10.4.1採血フリーグルコーストランジスタ
10.4.2酵素活性イオンセンシングに向けた一方向固定酵素ゲートトランジスタの創製
10.4.3アレルギー診断に向けた半導体原理に基づくバイオセンシング技術
10.4.4Molecular charge contact法による生体分子計測
10.4.5分子動力学シミュレーションによる半導体/バイオインターフェイス構造の解明
10.4.6マルチバイオパラメータの同時計測技術
10.5むすび
11指輪型精神性発汗計測デバイス
11.1はじめに
11.2ストレス社会とストレスチェック制度
11.3ストレスとは
11.4ストレス計測
11.5指輪型デバイス
11.6指輪型発汗計
12POCT型体外診断用機器の実用化
12.1臨床検査用POCT機器
12.2IoT機能搭載の臨床検査機器
12.3ヘルスケア領域における検査機器のIoT機能
12.4最後に
第2章フレキシブルデバイス
1フレキシブル温度センサ
1.1はじめに
1.2従来の温度センサ
1.3ポリマーPTC
1.4体温付近で反応するポリマーPTC
1.5印刷可能なフレキシブルポリマーPTC
1.6まとめ
2有機FET型化学センサ
2.1はじめに
2.2有機トランジスタ型化学センサの構造と動作原理
2.3オンサイト検出を指向した環境計測用センサデバイス
2.4抗体および酵素を用いないアレルゲン検出法
2.5有機FET型センサによる身体情報の可視化
2.6おわりに
3CMOS技術によるインプランタブル生体センサ
3.1はじめに
3.2CMOSチップ搭載インプランタブルセンサに求められる特徴
3.3インプランタブルCMOSイメージセンサによるグルコースセンシング
3.4CMOS搭載型フレキシブルバイオデバイスの実現
3.5まとめと将来展望
4柔軟なウェアラブルデバイスに向けた銀ナノワイヤ配線の開発
4.1はじめに
4.2ウェアラブルデバイス用材料に求められる機械的性質
4.3ストレッチャブル配線の開発動向
4.4銀ナノワイヤを用いたストレッチャブル配線技術
4.5まとめ
5電極表面処理技術と物性評価
5.1はじめに
5.2金属表面の性質
5.3単分子膜形成
5.4仕事関数
5.5表面エネルギー
6フレキシブルエナジーハーベスター
6.1エナジーハーベスティングとは
6.2環境エネルギーの種類と対応するエナジーハーベスターの特徴
6.3光利用エナジーハーベスター
6.4電波利用エナジーハーベスター
6.5振動・圧力利用エナジーハーベスター
6.6熱利用エナジーハーベスター
第3章情報通信・サイバー関連
1歩行映像解析によるバイオメトリック個人認証
1.1はじめに
1.2歩容認証の流れと特徴表現
1.2.1歩容認証の流れ
1.2.2モデルに基づく特徴表現
1.2.3見えに基づく特徴表現
1.3観測方向変化に頑健な手法
1.3.1生成的アプローチ
1.3.2識別的アプローチ
1.4おわりに
2センサデータに基づく情報システムの構築
2.1センサデータに基づく音楽コンテンツ生成
2.2共感空間:人の感情と行動を考慮するアンビエントシステム
2.3音楽聴取者の生体信号データからのモチーフの発見とそれによる感情の特定
2.3.1手法
2.3.2結果
2.3.3まとめ
3ストレッチャブル電極を用いた生体計測システム
3.1はじめに
3.2ストレッチャブル電極を備えたワイヤレス脳波計測システム
3.2.1ワイヤレス脳波計測センサシステム
3.2.2ストレッチャブル電極シート
3.2.3接触インピーダンス計測回路
3.3実測結果
3.4フロンタール脳波を用いたアルツハイマー診断
3.4.1被験者
3.4.2脳波計測
3.4.3実測結果
3.5まとめ
4ウェアラブルセンサによるスポーツ支援
4.1ウェアラブルセンサとスポーツ
4.2ウェアラブルセンサを用いた深部体温推定
4.2.1深部体温計測の現状
4.2.2生体温熱モデル
4.2.3Gaggeの2ノードモデルによる深部体温推定
4.2.4モデルパラメータのキャリブレーション
4.3今後の展望



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