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東芝、呼気中の微量ガスを30秒で分析できる呼気分析装置を開発

2014/03/19 07:00
大下 淳一=日経デジタルヘルス
開発技術について発表する豊嶋氏
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息を吹きかけて測定
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脂肪燃焼量と相関するとされるアセトン濃度の計測値は1.1ppm。昼食直前の時間帯だったためか、平均値よりやや高い。
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半導体レーザーとガス分析のノウハウを融合
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量子カスケードレーザーを搭載し、検出感度を向上
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 東芝は、呼気に含まれる微量のガスを短時間で計測できる呼気分析装置を開発した(リリース)。卓上サイズの装置に呼気を吹きかけるだけで、身体の状態を把握できるガス(バイオマーカー)の含有量を0.1ppmの検出能で計測できる。測定時間は30秒ほどで済む。2015年度に市場投入する計画である。

半導体のノウハウを生かす

 東芝は2013年から、広範囲の技術を融合して新しい製品やサービスを生み出す「New Concept Innovation」を推進している。今回の製品はこのコンセプトの提唱と同時に開発を始動したものといい、同社が持つ半導体技術を活用したものである。具体的には「電子デバイスとして手掛けてきた半導体レーザーを差異化技術として生かすともに、半導体製造で培ってきたガス分析のノウハウを活用した」(東芝 ヘルスケア事業開発部 新規事業開発部の豊嶋直穂子氏)。

 微量ガスを0.1ppmレベルの検出能で分析する手法としては従来、ガスクロマトグラフィが一般的に用いられてきた。ところがこの手法は分析に専門知識が必要な上、時間的にも数日を要するという。今回東芝は、各種のガスがガス種に応じた特定波長の光を吸収するという特徴を用いた「レーザー吸収分光法」を使って、簡便で短時間に分析できるようにした。この手法で、呼気に含まれる約500種類の微量ガスからバイオマーカーとなるガスを検出する。

 ただし通常のレーザー吸収分光法では、0.1ppmの検出能を得ることは難しい。そこで東芝は今回、各種ガスの光吸収量が大きい波長のレーザー光源を搭載することで、測定精度を高めた。一般的なレーザー素子(発振波長は2.5μm以下)ではなく、中赤外帯域(同3~10μm)に発振波長を持つ「量子カスケードレーザー」を光源に搭載した。量子カスケードレーザーは、1個の電子から複数回発光できるようにした高効率の新型レーザー素子である。量子カスケードレーザーは「多層膜の積層技術などに高度なノウハウが必要で、実用化できている企業はまだ少ない」(豊嶋氏)という。

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