「ナノテクノロジーを駆使したバイオセンサー最前線」シンポジウム報告
⼤阪⼤学

産業科学研究所

松本和彦

2024 年 3 ⽉ 22 ⽇に応⽤物理学会 有機分⼦・バイオエレクトロニクス分科会とJST 未来社会創造事業本格化研究「世界⼀の安全・安⼼社会の実現」領域との共催で「ナノテクノロジーを駆使したバイオセンサー最前線」と題して、３件の基調講演、２件の招待講演、２件の⼀般講演からなる公開シンポジウムを開催した。
シンポジウムは、春の応⽤物理学会初⽇に開催され、参加者は対⾯で最⼤８０名、ウェブ参加で７６名で合計１５０名以上の多くの⽅が参加いただけた。会場の様⼦を写真に⽰します。

シンポジウムの内容の詳細を以下にお⽰しします。
最初に主催者の⼀⼈の⼤阪⼤学産業科学研究所の松本和彦教授よりシンポジウムの開催趣旨の説明があり、続いて JST の⽥中健⼀統括より未来社会創造事業における当該研究開発の意味合いが述べられた。

研究成果の発表では、1 件⽬の基調講演として医科⻭科⼤学の三林浩⼆教授より、代謝評価や疾患スクリーニングに有益なバイオマーカーであるアセトンを⽪膚ガスや呼気として可視化して検出する⼿法が報告された。２級アルコール脱⽔素酵素(S-ADH)をアセトンの還元反応の触媒とし、その際に⾃家蛍光を有する補酵素 NADH の酸化消費から蛍光減少を撮像してアセトンガスを可視化する。⾎中のアセトンガスと⽪膚ガスとの⽐率は 1/500 であり、⽪膚ガスの濃度がわかれば正確に⾎中のアセトン濃度が推定できる。呼気中のアセトンを検出することにより糖尿病の早期スクリーニングに有望な技術となる。

2 件⽬の基調講演として東洋⼤学の加治佐平准教授は、微⼩探針を備えた装着型装置によりグルコースを定常的に計測し、スポーツ選⼿のパフォーマンスとグルコースの明瞭な関係性を⽰した。グルコースはエネルギー源であるため、肝⼼なときに多くのグルコースを必要とする。例えば、本番の試合の際のグルコースの量は、練習で最⾼の結果が出た際のグルコースの量に⽐較して、２倍以上も多いことがわかる。これにより練習と試合とが、いかに異なるかがわかる。また
試合で実⼒が発揮できない選⼿の⾷⽣活を⾒たところ、ランダムに様々な料理を⾷べているのを、まず野菜から⾷事を始め、ついで⿂や⾁という順に⾷⽣活を改めるだけで、グルコースの量が増え、運動のパフォーマンスが⼤きく向上した。また夜中にグルコースが上昇する選⼿を調べたところゲームをしていることが判明し、ゲームをやめさせるだけで、運動中のグルコース分泌量が上昇してパフォーマンスが向上した。この様にグルコースをモニターすることにより、スポーツ選⼿のパフォーマンスを科学的に向上させることが可能になった。

3 件⽬の基調講演として⼤阪⼤学産業科学研究所の関⾕毅教授は、有機薄膜で形成したパッチ式脳波計を開発し、その応⽤展開について講演した。当該パッチ式脳波計を⽤いて、ゲーム中の感情を計測し、ライトの⾊で感情を識別する⼿法を開発した。本⼿法では、様々な脳波から感情を識別するアルゴリズムを決定している。また当該パッチ式脳波計を⽤いて、認知症の判断を⾏い、京都⼤学医学部、⼤阪⼤学医学部と共同で脳波から認知症を判断するアルゴリズムを開発した。アルツハイマー型認知症とレビー⼩体型認知症との差異も脳波で⾒分けられた。当該パッチ式脳波計は医療機器の認定を受けることに成功している。

２件の招待公演として村⽥製作所の德⽥優果⽒と⽊村正彦⽒は、村⽥製作所におけるグラフェン FET バイオセンサーの安定、感度向上について講演した。
ディープラーニングを使ってグラフェンの破れ、汚れ、剥離を定量的に評価する技術を開発した。グラフェンの剥離の原因を、基板とグラフェンの接着仕事の関数として表し、接着仕事を⾼めるために基板を疎⽔化することにより、被覆率98％を達成した。また溶液中のグラフェン FET のドリフトの理由を、グラフェン・基板間に存在する負電荷と同定し、PBS 溶液に 720 時間浸潤させることにより PBS 中のカチオンと負電荷を中和させ、ドリフトを⼤幅に減少させることに成功した。これらの PBS 中のカチオンの侵⼊は、グラエフェン表⾯の⽋陥を介して⼀様に⽣じることをラマンマッピングにより明らかにした。またグラフ
ェン FET の感度を向上させるために、グラフェン表⾯に存在する負電荷をキャンセルアウトさせるために正帯電分⼦を修飾する⼿法を開発してモデルタンパク質を検出することに成功した。さらに⽊村⽒から今後の社会実装に関しての⽅向付けや従来のエジプトにおける現地調査の様⼦を⽰された。

⼀般講演として、⼤阪⼤学産業科学研究所の松本和彦教授がグラフェン FETの感度と多価イオンの関係、ポリリジンによる表⾯ポテンシャル変調による⾼感度化について講演した。またウイルスセンシングの際には、緩衝液の pH を正確に制御して、電荷中性点から離れ、かつあまり強酸、強アルカリにならない範囲を指定する必要があることを⽰した。さらに唾液に正確にスパイクした新型コロナウイルスの検出にも成功した。またバイオインクジェット により、ポジコンとネガコンのウイルス検出を隣接して⾏ったところ、ポジコンとネガコンの特性の揃った FET 同⼠では極めて、⾼い感度が得られるが、特性の揃っていない場合は感度が低くなることが判明した。これにより、グラフェン FET の均⼀性が極めて重要であることが⽰唆された。

以上、７件の研究成果の発表を⾏い、活発な質疑応答が⾏われ、バイオセンシングの今後を占う有意義なシンポジウムになったと考えられる。

第7 1 回応⽤ 物理学会春季学術講演会
1 2 有機分⼦ ・ バイ オエ レ ク ト ロ ニク ス 公開シ ン ポジ ウム
JST未来社会創造事業 公開シ ン ポジ ウム
探索加速型 本格研究「 世界⼀ の安全・ 安⼼ 社会の実現」 領域

ナノ テ ク ノ ロ ジ ーを 駆使し たバイ オセン サー最前線〜ヒ ト 感染性ウイ ルスを 迅速に検出可能なグラ フ ェ ン
FETセン サーによ る パン デミ ッ ク のない社会の実現〜
オンライン聴講

無料プログラム
13:30-13:35
オープニング開催の趣旨説明松本和彦（⼤阪⼤学）

13:35-13:45
御挨拶

⽥中健⼀（三菱電機株式会社 技術統轄／JST未来創造
事業「世界⼀の安全・安⼼社会の実現」領域運営統括）

13:45-14:15
基調講演①「⾎液VOCsの⾮侵襲バイオ蛍光計測及びヘッドホン型経⽪ガスセンサ開発」
三林 浩⼆(東京医科⻭科⼤学)

14:15-14:45
⼀般講演「集積化グラフェンFETアレイによるウイルス検出の⾼感度化(1) (2) 」
松本和彦（⼤阪⼤学）

14:45-15:15
基調講演②「グルコース変動から診る未来のヘルスケア〜アスリートのパフォーマンス向上から安⼼・安全な妊活ケアまで〜」
加治佐 平（東洋⼤学）

15:15-15:45

休憩

15:45-16:15
招待講演①「グラフェンFETバイオセンサの安定化に向けて」
德⽥ 優果（村⽥製作所）

16:15-16:45
基調講演③「フレキシブル脳波センシング技術が⽣み出す医療・ヘルスケアの可能性」
関⾕ 毅（⼤阪⼤学）

16:45-17:15
招待講演②「グラフェンFETセンサの社会実装に向けたシナリオ」
⽊村 雅彦（村⽥製作所）

17:15
閉会の辞

⽇時
会場
主催

田中 健一

松本 和彦
三林 浩二
加治佐 平

関谷 毅
德田 優果

松本和彦（⼤阪⼤学）

3⽉22⽇

13:30〜17:15

木村 雅彦

令和 6年
(⾦)
東京都市⼤学 世⽥⾕キャンパス１号館１BM（東京都世⽥⾕区）
応⽤物理学会、科学技術振興機構※なお、シンポジウム内容や登壇者は変更する場合があります。
当シンポジウムに関するお問い合わせは、下記Eメールまで直接ご連絡ください。
・お問い合わせメールアドレス
nigs-staff2%sanken.osaka-u.ac.jp(%を＠に変えてください)