비침습 생체 센싱 동향(2021년 5월 조사) (일본어판)

본 조사 리포트는 정기간행물 Yano E-Plus 2021년 6월호에 게재된 내용입니다.

비침습 생체 센싱 동향

~비침습적 생체정보 측정에 의한 헬스케어 실현을 위해 누액 및 타액,

　생체가스 등에 대한 실시간 측정 시스템이 요구되고 있다~~

​

1. 비침습 생체 센싱이란

2. DX가 견인하는 비침습 생체 센싱

2-1. 체액·세포를 이용한 비침습 생체 센싱

2-2. 비침습 생체 센싱 결과를 5G & 클라우드로 분석

2-3. 궁극의 비침습 생체 센싱에 필수적인 BMI

2-4. 초음파 진단의 발전

3. 비침습 생체 센싱의 시장규모 예측

[그림·표1. 비침습 생체 센싱의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측(금액: 2019-2024년 예측)]

4. 비침습 생체 센싱에 관련된 기업·연구기관의 대응 동향

4-1. 국립대학법인 가가와대학

[그림2. 중적외 분광 장치(2차원 타입)]

[그림3. 초음파 어시스트 중적외 분광 이미징 장치를 사용한 혈중 글루코오스 측정]

[그림4. 초음파 어시스트 중적외 분광 이미징에 의한 내부 반사광 검출 모식도]

[그림5. 초음파 어시스트 중적외 분광 이미징 장치를 이용한 뇨중 글루코오스·알부민 측정]

4-2. 국립대학법인 도쿄대학

[그림6. 바이오센서의 기본 요소]

[그림7. 신소재를 도입하여 얻을 수 있는 바이오/센서 계면을 이용한 반도체 바이오센서]

[그림8. 사카타연구실의 주요 성과]

4-3. 국립대학법인 도쿄농공대학

①음향유기전자(ASEM)법 개발

[그림9. (좌측 상단)ASEM 개념모식도, (좌측 하단)에코 이미지와 ASEM 상의 비교

②계측방법과 장치, ③뼈의 특성과 ASEM 응답

[그림10. 골다공증의 주요 요인]

④다른 장기에 대한 응용

[그림11. 초음파에 의한 압전검출 사례 (좌)섬유상 조직, (우)비섬유상 조직]

[그림12. 신장의 ASEM법 적용 사례]

⑤ ASEM법에 의한 진단의 실용화

4-4. 학교법인 도호쿠공업대학

(1) 식물조직의 광합성에 의한 산소농도 분포를 실시간으로 다전극으로 이미지화하는 전기화학 

바이오센서[1]

[그림13. 다전극 어레이를 이용한 시금치 어린잎의 광합성 활성 이미징[1]

전기화학계측 개념도(좌), 다전극 어레이 상에 설치한 식물조직 사진(중), 

광조사 시 광합성 활성 이미지(우)]

(2) 3차원 인간 세포 칩을 이용한 주사형 전기화학현미경의 호흡 활성 이미지[2]

[그림14. 실리콘 칩의 SECM 이미징[2 ]실리콘의 이방성 에칭한 기판(좌),

SECM을 이용한 산소 이미지(중), 1라인 산소 환원 전류 그래프(우)]

[그림15. 인간 백혈구 세포 칩을 이용한 SECM 호흡 활성 이미징[2] 3차원 배양세포(단구)를 삽입한 

세포 칩(좌), SECM을 이용한 호흡 활성 이미지(중), 1라인 산소 환원 전류 그래프(우)]

(3) SECM과 우유 셀 칩을 사용한 소 유방염 간이검사법[3]

[그림16. 우유 셀 칩 제작방법 (A)이방성 식초에 의해 제작한 피라미드형 웰, (B)원유 처리방법, 

(C)원유 셀 칩 현미경 사진]

①검량선 작성 및 역치 결정　

[그림17. 원유 내 체세포 수 평가방법 및 원유 내 체세포 수 검량선

(A)SECM을 이용한 산소 소비 측정에 의한 체세포 수 평가 개념도,

(B)체세포 수별 산소 소비 비교, (C)원유 내 체세포 수의 검량선]

②본 방법을 통한 유방염 소와 정상 소에서의 체세포 수 비교 검토

[표1. 유방염 소의 원유 샘플을 이용한 검사]

4-5. 국립대학법인 도호쿠대학

(1) 동맥경화증 조기진단법 개발

①동맥벽의 점탄성 특성 해석법

[그림18. 혈압-혈관 직경의 동시계측에 의한 요골동맥의 점탄성 계측 (좌)계측계 모식도, 

(우)혈압파형과 혈관 직경파형]

②혈관 표면 거칠기 측정법

[그림19. 표면 거칠기 추정의 원리]

(2) 새로운 심기능 평가법

[그림20. 심근 수축 응답 지연시간 분포 (좌)정상 상태, (우)허혈 상태]

(3) 경막외 마취 지원을 위한 흉추 묘출 방법

[그림21. 흉추 묘출 방법]

(4) 초음파 가진에 의한 근조직의 점탄성 특성 평가

[그림22. 쌍방향 초음파 가진에 의한 생체조직의 점탄성 특성 평가]

5. 의료 DX의 견인차로서의 비침습 생체 센싱