第Ⅰ編 総 論
第1章 バイオテクノロジーが実現する超高感度・迅速バイオセンシング・デバイス
1 バイオセンサーにおける分子認識素子としての生物由来分子
2 抗体の特徴及び取得・生産方法
3 抗体を用いた超高感度検出法
3. 1 酵素免疫測定法(ELISA)
3. 2 イムノクロマト法
4 抗体工学による低コスト化や高機能化
第2章 AIが実現する超高精度・ロバストなバイオセンシング・デバイス
1 はじめに
2 計測問題と分析問題
3 多段狭窄ナノチャンネルと深層学習による極微小な粒子・生体の計測デバイス開発
4 ナノポアと機械学習による極微小な粒子・生体種別の分析デバイス開発
5 おわりに
第3章 量子科学技術が実現する超高感度・迅速バイオセンシング・デバイス
1 生命計測に変革をもたらす2つの量子科学技術
2 超偏極技術と生命計測
3 量子センサと生命計測
4 バイオセンシングにおいて量子科学技術が担う役割
第4章 ナノテクノロジーが実現する超高感度・迅速バイオセンシング・デバイス
第Ⅱ編 基盤技術
第1章 1分子生物物理学を牽引するマイクロ・ナノテクノロジー
1 はじめに
2 ナノ流路を活用した1分子ソーター
3 非線形電気インピーダンス測定による1分子測定の高度化
4 DNAのモレキュラーサージェリー
5 ナノ電極による分子固定化とマイクロ流体操作による1分子分析
6 まとめ
第2章 極微センシングを可能とする生体ナノ量子センサー
1 はじめに:蛍光検出法において解決されるべき2つの課題
2 微量のバイオセンシングに背景光がもたらす問題
3 ナノ量子センサーによるバックグラウンドフリー蛍光検出
4 まとめ:バックグラウンドフリー蛍光検出の将来展望
第3章 体の中を可視化するMRIテクノロジー
1 はじめに:磁気共鳴イメージング(MRI)の特徴
2 MRIの組織コントラスト
3 構造情報
4 機能情報
5 代謝情報
6 温度やpHなどの生理学的情報
7 まとめ
第4章 機械学習とその医療支援応用
1 はじめに
2 人工知能技術
2. 1 AIについて
2. 2 パーセプトロンとニューラルネットワーク
2. 3 ニューラルネットワークの基礎
2. 4 畳み込みニューラルネットワーク
3 医療画像分野におけるAI利活用の例
3. 1 医用画像AIによってできること
3. 2 医用画像AIの実例
3. 2. 1 大腸内視鏡画像認識
3. 2. 2 CT画像の認識
3. 2. 3 CycleGANによる画像変換
3. 2. 4 腹腔鏡手術ナビゲーション
4 むすび
第Ⅲ編 超早期パンデミック検査
第1章 単一ウイルス解析
1 はじめに
2 ナノポアの原理
3 イオン電流―時間波形の情報
4 ナノポアと機械学習の融合
5 ウイルスの識別
6 まとめと展望
第2章 新型コロナウイルスのデジタル検出
1 はじめに
2 CRISPR-Casを利用した核酸検出技術
3 SATORI法の開発
4 SARS-CoV-2 RNAの検出
5 既存技術との比較
6 SATORI法の将来展望
第3章 COVID -19肺炎CT画像のAI解析
1 AI開発の背景
2 AIによるCOVID -19症例診断支援
3 COVID -19診断支援AIの構成
4 肺野領域セグメンテーション
5 肺野領域クラスタリング
6 COVID -19典型度推定
7 むすび
第4章 唾液を用いたCOVID-19検査
1 唾液検査を考えたきっかけ
2 北大で研究開始
3 唾液と鼻咽頭のウイルス量の比較
4 無症状者を対象にした唾液スクリーニング検査の研究開始
5 唾液を用いたより迅速な検査法の開発
6 おわりに
第5章 呼気オミックスと新型コロナウイルス感染症
1 はじめに
2 呼気オミックス:多次元サンプルからの多次元データセットの回収・統合
3 オミックスとAI診断
3. 1 ウイルスプロテオーム解析
3. 1. 1 新型コロナウイルスタンパク質の定量的検出
3. 1. 2 新型コロナウイルス以外のウイルスタンパク質診断
3. 2 生体(宿主:患者,感染者)の代謝・免疫オミックス解析
3. 2. 1 呼気オミックス(無侵襲モニタリング)
3. 2. 2 侵襲的(観血的)オミックスモニタリング
3. 3 ゲノム解析
3. 4 呼気オミックスの国際標準化
3. 5 環境オミックス
4 おわりに:未来型呼気医療への展開に向けて
第6章 水際対策 ― 全自動迅速ウイルス検査
1 全自動遺伝子解析装置 ミュータスワコーg1
1. 1 はじめに
1. 2 ミュータスワコーg1システムの概要
1. 3 オンチップPCR -電気泳動(PCR - CE)分析
1. 3. 1 測定チップ
1. 3. 2 オンチップPCR - CE原理
1. 4 ミュータスワコーg1による新型コロナウイルス遺伝子の検出
1. 4. 1 新型コロナウイルス測定方法
1. 4. 2 新型コロナウイルス測定性能
1. 5 まとめ
2 全自動PCR検査システム(geneLEADシリーズ)
2. 1 背景
2. 2 全自動PCR検査システム(geneLEADシリーズ)の要素
2. 2. 1 装置構成
2. 2. 2 試薬
2. 3 周辺技術
2. 3. 1 唾液採取キット
2. 3. 2 プール検査法
2. 4 今後
3 全自動遺伝子解析装置(Smart Gene®)
3. 1 はじめに
3. 2 POCTとしての遺伝子検査:全自動遺伝子解析装置(Smart Gene®)
3. 3 Smart Gene®の操作法,測定原理および特徴
3. 3. 1 スマートジーン ® Myco(SG Myco)
3. 3. 2 スマートジーン ® SARS - CoV- 2(SG SARS - CoV- 2)
3. 4 スマートジーン ® SARS - CoV- 2の性能
3. 5 終わりに
第7章 マイクロ流体デバイスによる迅速細菌検査
1 はじめに
2 迅速細菌検査法
3 マイクロ流体制御と電気計測技術を活用した迅速細菌検査
3. 1 微生物汚染リスクモニタリングシステムELESTA® PixeeMo®
3. 2 培養法との相関性
3. 3 細菌の濃縮による検出感度の向上
4 今後の展望
第8章 マイクロポアによる迅速細菌検査
1 細菌感染症の診断
2 マイクロポアを用いた粒子検出とオンサイトへの展開
3 光・電気同時計測による細菌識別
4 おわりに
第9章 ナノ流体を用いた迅速細菌薬剤感受性検査
1 技術開発の背景
2 本技術の特徴
3 本システム・技術の説明
3. 1 ナノ流体チップのデザイン,および検体ローディング
3. 2 成長率の測定
3. 3 抗菌薬への反応の迅速な検出
3. 4 適切なブレイクポイントの選択による結果出力
3. 5 コンタミネーションの考慮
4 結論
第10章 ナノスケールセンシングと人工知能の融合によるウイルス・細菌の変異・薬剤耐性予測システム創出の展望
1 はじめに
2 ナノスケールセンシングによる単一生体粒子識別
3 感染症の予測における動向
4 おわりに
第11章 エアロゾルのサンプリング計測
1 はじめに
2 エアロゾル汚染の実態
3 サンプリング技術
4 解析アプリケーションとサービス開発
5 おわりに
第Ⅳ編 超早期診断
第1章 ナノワイヤとAIによる尿中マイクロRNA解析と早期がん診断
1 はじめに
2 リキッドバイオプシーの低侵襲性・簡便性
3 リキッドバイオプシーの網羅性
4 マイクロRNA とは
5 ナノワイヤの開発
6 ナノワイヤデバイスにより抽出した尿中マイクロRNAの解析
7 ナノワイヤとAIによる尿中マイクロRNA 解析と脳腫瘍の早期検知
8 おわりに
第2章 細胞外小胞による超早期がん診断
1 はじめに
2 細胞外小胞(EV)とは
3 EVの回収方法
4 EVによる超早期がん診断に向けた高感度検出法の開発
5 EVの検出方法
6 EV由来診断バイオマーカー
7 おわりに
第3章 マイクロ流体デバイスによる単一がん細胞診断
1 はじめに
2 細胞の機械的特性
3 イオン電流計測の原理
4 イオン電流計測マイクロ流体デバイスを用いたプラスチック製ビーズの測定
5 マイクロ流体デバイスによる細胞の変形能測定
6 単一がん細胞診断の可能性
7 おわりに
第4章 超高速遺伝子診断
1 はじめに
2 超高速PCR技術
3 新型コロナウイルスのPCR検査
4 おわりに
第5章 マイクロ流体デバイスによる超早期がん診断
1 はじめに
2 イムノウォールデバイス
3 脳腫瘍再発リスクの超早期診断
4 おわりに
第Ⅴ編 健康長寿社会実現
第1章 低侵襲なウェアラブル・インプランタブル脳波計
1 はじめに
2 ストレッチャブル配線の研究動向
3 ストレッチャブル配線を用いた応用事例
3. 1 ウェアラブル脳波計
3. 2 インプランタブル脳波計
4 おわりに
第2章 サルヴィタスデバイスを用いた健康長寿社会の実現
1 はじめに
2 嗅覚
3 匂いセンサの研究開発方針
4 電気化学インピーダンス変化を利用した匂いセンサ
5 匂いの識別と定量
6 AIと嗅診
第3章 尿診断によるヘルスケア
1 「未病」と早期がん
2 がん検査の現状
3 非侵襲性の診断
4 がんには特有の匂いがある
5 線虫の嗅覚
6 線虫はがんの匂いに反応する
7 生物検査N-NOSEの開発と有効性
8 一次スクリーニングとしてのN-NOSE
9 N-NOSE のヘルスケアと今後の展望
第4章 要素技術から見たPOCT 関連技術開発
1 はじめに
2 POCTに向けた前処理技術
3 分離と反応技術
4 検出技術
5 実装・キット化
6 まとめ
