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細胞膜構造を利用したエコセンサシステムの開発について

2003年10月21日

システムの実証に向け日米加の研究機関等との国際研究を開始

細胞膜構造を利用したエコセンサシステム
 
細胞膜構造を利用したエコセンサシステム

 当社は、有害物質が細胞膜を通して生体内に取り込まれる過程に着目し、細胞膜の脂質二分子膜構造*1を利用することで高感度に環境汚染物質を測定できるエコセンサシステムを開発しました。この成果をもとに、システムの実用化に向けて、日本、米国、カナダなどの研究機関や民間企業を交えたプロジェクトによる国際研究を開始します。
 今回開始する国際研究は、経済産業省の研究プロジェクトであるIMS(インテリジェント・マニファクチャリング・システムズ)プログラムの1テーマである「生産地域における高度環境監視システムの研究」の成果*2をさらに発展させるものです。当社では、この国際共同プロジェクトを、本年10月28日に米国プロビデンス市(ロードアイランド州)で開かれる国際会議「Photonics East」でキックオフする予定です。

 現在、環境測定における百〜千分の一ミリグラム(1リットルあたり)の物質分析には、ガスクロマトグラフ装置が使用され、観測井戸や河川からサンプル水を取り測定室で分析がなされています。屋外の現場レベルでは、検知管を用いた精度の低い分析に限られ、リアルタイムで精度の高い環境分析は実現していません。今回当社が開発したエコセンサシステムは、1リットルあたり百〜千分の一ミリグラムレベルまでの分析が可能で、細胞膜の性質を応用し構造が簡便なことから、システムを小型化することで、オンサイト型の環境監視装置や、携行式の分析装置への応用も可能です。このほどキックオフする国際共同プロジェクトなどの場を活用し、複数の国の環境モニタリング現場での検証試験や測定データ解析を行い、システムの小型化・実用化に向けた研究を進めていきます。

*1 細胞膜は脂質の分子が2つ向かい合って形成されており、それぞれの分子内の疎水基(水に親和性の低い部分)が親水基を外側に向けて引かれ合う脂質二分子膜構造をとっている。
*2 当社のほか、清水建設、エイブル、東芝EIコントロールシステム、北陸先端科学技術大学院大学、富山県立大学が参画。当社でシステム本体の開発を担当した。

エコセンサシステムの特長

1. 脂質二分子膜によるバイオセンサ
 脂質二分子膜は、細胞膜など生体内の様々な場所でみられる構造で、環境汚染物質や味覚に関わる物質などに感度良く反応する特徴を有しています。当社が開発したエコセンサシステムでは、サンプル液と基準液の間に脂質二分子膜を形成したバイオセンサにより、膜電位の変化を読み取ってサンプル液の測定を行います。
   
2. インクジェット機構を用いた膜形成法
 脂質二分子膜を分析用のセンサとして活用するには、同じ性質の膜を繰り返し安定的に形成する必要がありますが、サンプル液・基準液間の絶縁シートに設けた0.1mm径の穴に、インクジェット機構を用い微量の擬似脂質液を吐出させることで、膜厚などのばらつきを抑え、安定して壊れにくい脂質二分子膜を形成することに成功し、バイオセンサとしての利用を実現しました。
   
3. サイト設置型エコセンサシステム
 バイオセンサを地下水汚染監視システムに適用し、センサ本体、サンプル供給・排出システム、装置制御、測定などの機能を一体化したサイト設置型のエコセンサシステムを試作しました。試作機では、サンプル液の導入から、測定、データ取得、サンプル液排出までの一連の動作を自動的に行うことができます。

エコセンサシステム(試作機)の主な仕様

寸法: 高さ1200mm 幅600mm 奥行き600mm
定格電力: 約200W
検出限界: 1〜100ppb(0.001〜0.1mg/リットル)(測定物質によって異なる)
検出可能な汚染物質: VOC(揮発性有機塩素化合物)、クロム(重金属)、農薬、硝酸性窒素、環境ホルモン(ノニルフェノールなど)

エコセンサシステム(試作機)の主な仕様

 


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