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ヘルスケアを支えるバイオ計測    
Biomeasurement for Supporting “Human Health-Care”
[コードNo.2016T999]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 植田充美
■体裁/ B5判 258ページ
■発行/ 2016年3月28日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 71,280円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1152-4

 
★生活習慣病予防や健康管理の意識の高まりとともに重要性が増すヘルスケア!
★様々な生体情報計測技術、取得した計測データの活用、ウエアラブルヘルスケアへの展開まで、総勢53名の研究者が詳細に解説!
★化学・電機メーカーなど異業種のヘルスケア市場への参入が活発化!
★痛みや負担を伴わない非侵襲で生体情報を計測する!

キーワード

ヘルスケア / ウエアラブル / モバイルヘルス / 健康管理 / 未病 / バイオ計測 / バイオセンサー / 生体活動モニタリング / 活動量計 / 非侵襲 / 唾液 / 呼気 / 尿 / 涙 / 在宅診断 / 生活習慣病 / 自己血糖測定(SMBG) / 血糖値センサー / 糖尿病 / がん診断 / ビッグデータ /ICT / 多項目検査 / 電界効果トランジスタ(FET) / バイオマーカー / イメージング / 健康寿命

刊行にあたって

 2010年代に入り、生命や生物現象の解析は、次世代シークエンサーの発展により、ゲノム配列解読のスピードが急上昇し、既読量が膨大化しつつある。これは、半導体などの飛躍的な機能向上によるコンピュータの性能や記憶容量の高度化やクラウドシステムの進化によって、今後、さらなる展開が進むものと考えられている。ゲノム解析技術の進歩に追随するように、モノリスなどの新材料を用いた高性能ナノ分離やイメージングを取り込んだ高度な質量分析など、多くの機器分析も進化してきた。
生命を構成する分子を網羅的に解析する、いわゆるゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクス、メタボロミクスは、個々に進んできたが、今や時代は、これらを統合した「トランスオミクス」時代を迎えつつある。さらに、ゲノム編集技術なども可能になり、ライブ・イメージング、エピジェネテイック解析、インターラクトーム解析やsnRNA解析も加わり、集積データは膨大になり、いわゆる「ビッグデータ」解析時代がやってきている。多種多様な生命分子を分離・同定し定性・定量分析していく技術の高度化(微量化や超高速化も含まれる)に対応して、その分析プロセスを含めて、新しい現象や分子を見極めることが必須である。
 ヘルスケア研究は、上記の解析に加えて、「時間」という要素の取り込みにより、これまでの「スナップショット」研究から「動態」研究へのシフトが一段と進むと考えられている。これまで漠然としてとらえどころのなかった「記憶」、「感覚」、「感情」、さらには、「思考」にいたる、いわゆる心理的、哲学的、宗教的、などと、これまで精神的な領域として分類されていた領域にまで、分子レベルでの研究領域が広がってくると考えられる。その先には、ヒト脳機能の分子レベルでの詳細研究へとつながる。すべての分子の動態をまさに、時々刻々と「心電図」のようにとらえて、モバイルを用いて個人個人の「ありのまま」の状態を解析してセルフでヘルスケアしていく社会的要請もすぐ近くまできている。
トランスオミクスからの統合データに起因するビッグデータの統計数理解析力の養成も生命科学の将来の教育と研究にとってその重要性が認識されてくるであろう。さらに、複雑で膨大なデータから得られる研究成果を分かりやすく一般の人々にも伝えていくことにも重要性が増してくる。
このように、バイオ計測によるヘルスケアを「ありのまま」に日常的にリアルタイムに測定して時々刻々自己管理していく近未来予測されてきた絵が実現に近づいてきた。これらの延長に、未病を予知していくヘルスケアの本来あるべき潮流の到来の現実を直視した未来志向の書籍となっている。
京都大学大学院;京都バイオ計測センター(KISTIC)
植田充美

著者一覧

植田充美京都大学大学院
久保田博南ケイ・アンド・ケイ ジャパン(株)
小栗宏次愛知県立大学
和泉自泰九州大学
竹田浩章九州大学
馬場健史九州大学
有久亘浜松医科大学
瀬藤光利浜松医科大学
和辻徹シャープ(株)
田上信介シャープ(株)
民谷栄一大阪大学
小林大造立命館大学
服部浩二立命館大学
小西聡立命館大学
高井まどか東京大学
横山憲二東京工科大学
岩佐尚コ(国研)産業技術総合研究所
小澤一道(国研)産業技術総合研究所
佐々木典子(国研)産業技術総合研究所
平塚淳典(国研)産業技術総合研究所
池田丈広島大学
黒田章夫広島大学
横山新広島大学
秋元卓央東京工科大学
安田充関西学院大学
村上裕二豊橋技術科学大学
広津崇亮九州大学
遠藤達郎大阪府立大学大学院
山川考一(国研)日本原子力研究開発機構
合田達郎東京医科歯科大学
宮原裕二東京医科歯科大学
竹岡敬和名古屋大学
伊藤成史(株)タニタ
三宅司郎(公財)京都高度技術研究所
山崎朋美(公財)京都高度技術研究所
泊直宏(地独)京都市産業技術研究所
山本佳宏(地独)京都市産業技術研究所
松ア潤太郎国立がん研究センター研究所
落谷孝広国立がん研究センター研究所
三林浩二東京医科歯科大学
芳賀洋一東北大学
鶴岡典子東北大学
松永忠雄東北大学
成瀬康(国研)情報通信研究機構
横田悠右(国研)情報通信研究機構
東佑一朗(国研)情報通信研究機構
南豪山形大学大学院
南木創山形大学大学院
時任静士山形大学大学院
脇田慎一(国研)産業技術総合研究所
利川寶(株)タイヨウ
前中一介兵庫県立大学
小須田司セイコーエプソン(株)

目 次

第1章ヘルスケアを支えるバイオ計測の意義  (植田充美)
1はじめに
2バイオ計測による分析のデジタル評価へ
3ビッグデータの集中管理化へ
4ウエアラブル計測とその将来志向へ
第2章ヘルスケアを支える生体情報計測  (久保田博南)
1はじめに
2歩数計・活動量計
3体重計・体脂肪計
4脈拍計
5パルスオキシメータ
6心電図モニタ
7血圧計
8スマートフォンとヘルスケア機器との関係
9これからのヘルスケア機器
10医療機器とヘルスケア機器
第3章データの活用
1状態推定技術が拓く次世代ヘルスケア  (小栗宏次)
1.1「病気の診断」から「状態の推定」へ
1.2生体信号のモニタリング
1.3自動車運転におけるドライバの状態推定
1.4お化け屋敷における「ビビり度」推定
1.5カフレス血圧推定技術
1.6トイレでの状態推定技術
1.7まとめ
2超臨界流体抽出分離技術を用いた代謝プロファイリング  (和泉自泰、竹田浩章、馬場健史)
2.1はじめに
2.2超臨界流体
2.3超臨界流体抽出
2.4超臨界流体クロマトグラフィー質量分析
2.5オンライン超臨界流体抽出―超臨界流体クロマトグラフィー質量分析
2.6おわりに
3ヘルスケアのためのイメージング技術  (有久亘、瀬藤光利)
3.1健康とは
3.2健康の捉え方
3.3身体疾患のイメージング
3.3.1アルツハイマー型認知症
3.3.2肝細胞がん
3.3.3アテローム性動脈硬化
3.4精神疾患・メンタルヘルスのイメージング
3.5ソーシャルヘルスのイメージング
3.6ヘルスケアのためのイメージング
4ビッグデータを活用したデジタルヘルスケアに向けた開発  (和辻徹、田上信介)
4.1はじめに
4.2実証事業と標準化
4.2.1実証事業
4.2.2標準化
4.3普及に向けた枠組み
4.4ヘルスケア製品とプロジェクト
4.5ヘルスケアにおけるビッグデータとビジネスモデル
4.6今後の進展
第4章技術開発
1ヘルスケアモバイルバイオセンサーの開発  (民谷栄一)
1.1はじめに
1.2バイオセンサーのモバイル化のための電気化学測定システムの開発
1.3モバイル型遺伝子センサーとその応用
1.4モバイル型イムノセンサー
1.5モバイル型生菌数センサー
1.6携帯電話―バイオセンサーシステムの開発
1.7今後の展開
2血液一滴で高度な診断が可能となるデスクトップ型血液分析装置  (小林大造、服部浩二、小西聡)
2.1はじめに
2.2デスクトップ型血液分析装置
2.3血球/血漿分離デバイス
2.4オンチップ定量分注デバイス
2.5吸光光度分析デバイス
2.6おわりに
3在宅診断用ヘルスケアチップの開発  (高井まどか)
3.1はじめに
3.2在宅での血液分析を目的とした採血システムの開発
3.3血液成分分析のための電気化学バイオセンサの開発
3.4マイクロ流路内壁へのタンパク質および血球付着抑制
3.5おわりに
4次世代ヘルスケアのためのバイオセンサー・バイオチップ開発  (横山憲二、岩佐尚コ、小澤一道、佐々木典子、平塚淳典)
4.1はじめに
4.2酵素電気化学バイオセンサー
4.3自己血糖測定(SMBG)用バイオセンサー
4.4好熱性糸状菌由来FADGDH
4.4.1好熱性糸状菌FADGDH遺伝子の探索
4.4.2好熱性糸状菌FADGDHの機能解析
4.5次世代バイオセンサー・バイオチップ展望
5シリコンリング光共振器をベースとしたバイオセンサーの開発  (池田丈、黒田章夫、横山新)
5.1半導体をベースとしたバイオセンサー
5.2シリコンの光学特性
5.3リング光共振器
5.4レセプターの固定化
5.5リング光共振器によるバイオセンシング
5.6多項目検査への応用
6蛍光増強効果をもつナノ構造基板を用いたタンパク質の高感度検出  (秋元卓央、安田充)
6.1はじめに
6.2蛍光増強効果をもつナノ構造基板
6.2.1高表面積のナノ構造基板
6.2.2物理現象を利用するナノ構造基板
6.3薄膜干渉基板を用いた高コントラスト蛍光イメージング
6.3.1高コントラスト蛍光イメージング技術の開発
6.3.2高コントラスト蛍光イメージング技術を用いたタンパク質の検出
6.4おわりに
7ホールセンサーLSIを用いた非侵襲連続血糖値センサー  (村上裕二)
7.1はじめに
7.2糖尿病と血糖値センサー
7.3ホールセンサーLSIを用いる「貼る」血糖値センサー
7.4今後の血糖値や生活習慣病対策センサー開発に向けて
8線虫嗅覚を用いた高精度がん検出法  (広津崇亮)
8.1はじめに
8.2がんの現状
8.3がんの匂いとがん探知犬
8.4線虫C.elegansの嗅覚と匂いに対する走性行動
8.5線虫のがんの匂いに対する反応
8.6線虫によるがん診断n-noseの精度
8.7n-noseの利点、欠点
8.8今後の発展
9バイオ計測に向けたプリンタブルナノ光学デバイスの開発  (遠藤達郎)
9.1はじめに
9.2ナノ光学デバイスの創製とバイオ計測への応用
9.2.1ナノフォトニクス
9.2.2ナノフォトニクスを基盤技術としたバイオ計測デバイスの開発
9.3プリンタブルフォトニクスを用いたナノ光学デバイスの開発
9.3.1ナノインプリントリソグラフィー
9.3.2プリンタブルフォトニクス
9.3.3プリンタブルフォトニクスを用いたハイドロゲル製フォトニクス結晶の作製
9.4おわりに
10手のひらサイズの非侵襲血糖値センサー  (山川考一)
10.1はじめに
10.2中赤外レーザーを用いた非侵襲血糖値センサーの開発
10.3まとめ
11バイオトランジスタによる生体分子計測  (合田達郎、宮原裕二)
11.1バイオトランジスタの最新動向
11.2高集積化MOSトランジスタのバイオ応用
11.2.1DNAシーケンサー
11.2.2イオンイメージングセンサー
11.3有機バイオエレクトロニクス
11.3.1有機電気化学トランジスタ
11.3.2有機電気化学イオンポンプ
11.4まとめ
12非侵襲的血糖値測定―構造色ゲルを利用したグルコースセンサー  (竹岡敬和)
12.1はじめに
12.2人工膵臓開発のためのグルコース認識ゲルの研究
12.3グルコース認識高分子ゲルの非侵襲的血糖値センサーへの利用
12.4生理条件下で機能するフェニルボロン酸誘導体の開発とその高分子ゲルへの利用
13尿糖センサー  (伊藤成史)
13.1はじめに
13.2尿糖センサーの動作原理と層構造
13.2.1動作原理
13.2.2センサーの層構造
13.3尿糖測定の意義
13.4ワイドレンジ尿糖計の出現
13.4.1ワイドレンジ尿糖センサーの開発
13.4.2SGLT2阻害薬への応用例
13.5ヘルスケアモニターとしての意義
14低分子物質に対する抗体開発とバイオセンサーへの応用  (三宅司郎、山崎朋美)
14.1はじめに
14.2低分子物質とタンパク質との結合
14.2.1カルボキシ基
14.2.2アミノ基
14.2.3ヒドロキシ基
14.2.4カルボニル基
14.2.5フェノールのヒドロキシ基
14.3抗体の作製
14.3.1モノクロナール抗体
14.3.2遺伝子組換え抗体
14.4バイオセンサーへの応用
14.5まとめ
15半導体センサーISFETを利用したイムノアッセイ系の開発  (泊直宏、山本佳宏)
15.1はじめに
15.2電子デバイスによるバイオ計測:センサーを利用したイオン計測
15.3半導体イオンセンサー:ISFETの概要
15.4ISFETによるバイオ計測:酵素反応計測
15.5ISFETによるイムノアッセイ系の構築
15.5.1抗体標識用酵素のISFETによる計測
15.5.2イムノアッセイ系の構築と計測系の検証
15.6ISFETを利用した迅速イムノアッセイの試み
16体液中マイクロRNAによる未来型診断とは  (松ア潤太郎、落谷孝広)
16.1はじめに
16.2体液中miRNAとは
16.3体液中miRNA診断の該当疾患
16.4miRNA測定技術
16.4.1マイクロアレイ
16.4.2次世代シークエンサー
16.4.3定量的RT-PCR法
16.5おわりに
第5章「ウエアラブル」への展開
1キャビタス(体腔)センサ―コンタクトレンズ型バイオセンサ、マウスガード型センサ―  (三林浩二)
1.1はじめに
1.2ソフトコンタクトレンズ(SCL)型グルコースセンサ
1.2.1SCL型グルコースセンサの作製と特性評価
1.2.2経口ブドウ糖負荷試験での涙液グルコース計測
1.3マウスガード型バイオセンサ
1.3.1マウスガード型グルコースセンサの作製と特性評価
1.3.2ヒト口腔内環境を模倣したグルコース計測
1.4おわりに
2マイクロシステムを用いたウェアラブルヘルスケア機器  (芳賀洋一、鶴岡典子、松永忠雄)
2.1はじめに
2.2超音波による血管径計測を利用したカフ無し血圧センサ
2.3体表装着型発汗センサ
2.4微小循環を用いた皮下生体成分モニタリングシステム
2.5収束超音波を用いた経穴刺激
2.6携帯通信端末と通信ネットワークを利用した計測データの有効活用
2.7おわりに
3ウェアラブル脳波計の開発  (成瀬康、横田悠右、東佑一朗)
3.1はじめに
3.2脳波の原理と限界
3.2.1脳波の原理
3.2.2脳波の限界
3.3簡単に脳波計測が可能なウェアラブル脳波計の開発
3.3.1一般的な脳波計測手法
3.3.2導電性ジェルが不要で簡単に脳波が計れる技術の開発
3.3.3ウェアラブル脳波計の為の小型脳波計とヘッドギアの開発
3.3.4開発したウェアラブル脳波計の評価
3.4おわりに
4有機トランジスタ型化学センサの開発動向  (南豪、南木創、時任静士)
4.1はじめに
4.2有機トランジスタ型化学センサの構造と動作原理
4.3免疫センサ
4.4酵素反応を利用した硝酸イオンおよび乳酸イオンセンサ
4.5糖センサ
4.6印刷法を用いたデュアルゲート型有機トランジスタ
4.7おわりに
5唾液検査に用いる新規デバイスの開発動向  (脇田慎一)
5.1はじめに
5.2唾液検査の対象項目
5.3新規の研究対象項目
5.4バイオセンサーとマイクロ流体デバイスの最前線
5.4.1電位検出型バイオセンサー
5.4.2電位検出型バイオセンサー
5.4.3ポンプ送液型マイクロ流体デバイス
5.4.4電気泳動型マイクロ流体デバイス
5.4.5遠心送液型マイクロ流体デバイス
5.5おわりに
6ヘルスケアを支えるバイオガス計測  (利川寶)
6.1はじめに
6.2呼気中一酸化炭素(CO)/二酸化炭素(CO2)同時測定システム CARBOLYZER2(mBA-2001)
6.2.1アプリケーションと臨床使用例
6.3生体ガス中水素(H2)/メタン(CH4)/一酸化炭素(CO)専用ガスクロマトグラフィ TRIlyzer(mBA-3000)
6.3.1使用事例
6.4生体ガス中水素(H2)ガスモニター ハイドライザー(mBA-31)
6.4.1水蒸気の影響を受けないセンサーの採用
6.4.2呼気サンプラー部に除湿筒を設置
6.4.3使用事例
6.5生体ガス中硫化水素(H2S)/メチルメルカプタン(CH3SH)専用ガスクロマトグラフィTWIN BREASORU(TB2-14J)
6.6あとがき
7絆創膏型生体活動モニタリングシステムの開発  (前中一介)
7.1はじめに
7.2ウエアラブル生体活動モニタリング
7.3絆創膏型生体活動モニタリングシステム
7.4開発例
7.4.1海外の例
7.4.2我々の開発例とその詳細
7.5絆創膏型システムの特性向上
7.5.1生体信号処理ASIC
7.5.2コンボセンサと無線内蔵MPU
7.6まとめ
8脈拍計測機能付き活動量計「PULSENSE」の開発  (小須田司)
8.1はじめに
8.2脈拍計測技術の紹介
8.2.1光学式脈拍計測技術
8.2.2外来光除去技術
8.2.3体動ノイズ除去技術
8.3脈拍計測機能付き活動量計「PULSENSE」の開発
8.3.1コンシューマー市場におけるウエアラブル活動量計の動向
8.3.2脈拍計測機能付き活動量計「PULSENSE」の紹介
8.3.3医療分野への応用の可能性
8.4まとめ



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