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息に含まれた0.0001%の成分で健康診断

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健康診断って長い待ち時間や前日の食事制限で結構大変ですよね。(もちろん病気の早期発見には必要不可欠ですが。)

ドラえもんのひみつ道具の「お医者さんカバン」の中に、聴診器を当てるだけですべての病気を診断できる道具がありますが、将来これに近い装置を使うようになる日が来るかもしれません。

必要なのは貴方の息

息を「ふーっ」と吹きこむだけで健康診断が出来れば楽ですよね。

過去記事(あなたの体の中の毒ガス)で紹介されているように、人間の体内には色々なガスが存在しており、そのガスの多くは呼吸をするときに息として排出されます。ガスの種類や量は健康状態と深く関係しているため、特定のガスをチェックすることで病気(ガン、糖尿病)や肝機能にタンパク代謝まで分かってしまいます。[1,2]

例えば糖尿病はガラスの洗浄でお馴染みのアセトンが指標になります。ただし、人間の息にはアセトンを含めて1ppm(0.0001%)程度の有機物が1000種類も含まれており、健常者と糖尿病患者の息に含まれるアセトン濃度の差は1ppm以下で、この違いを1000種類以上の成分が存在する中で嗅ぎ分ける必要があります[3]

 

1000種類の中から0.0001%を見分ける技術

大学の研究では息に含まれる成分の測定にSIFT-MSやPTR-MSと呼ばれる質量分析法が用いられています。[2,3] 1000種類以上の成分を正確に測定出来る優れものですが、サイズが大型の冷蔵庫ぐらいあり、お値段も結構(数千万以上?)します。残念ながら一家に一台という訳にはいきません。

そこで病気の診断に必要な成分だけを測定出来る様々なセンサーが研究されており実用化の一歩手前まで開発が進んでいます。

例えば息に含まれる0.1ppm以下のアセトンを他のガスに影響されることなく正確に測定できる金属酸化物(WO3)センサーを使った糖尿病の検査[3,4]や、特定のガスのみと反応し色が変わる数種類の試薬を下図1Aのように並べ、息を吹きかける前(下図1B)と吹きかけた後(下図1C)の色の違いから、ガスの種類と濃度を測定する方法が提案されています[5]

1

図1.比色分析を用いた肺がん検査用ポータブルセンサー 文献[5]より引用(一部改変)

これらのセンサーの開発が進めば将来、家庭で装置に息を吹き込むとセンサーがガスを計測、そのデータが病院に自動転送、数日後に診断結果をメールでお知らせなんてことが可能になります。また病院に行くと医師の問診前に、体温と吐く息を測定して健康状態を確認するのが普通になるかもしれません。

 

参考文献

[1] Cao, W.; Duan, Y., Breath Analysis: Potential for Clinical Diagnosis and Exposure Assessment. Chem. 2006, 52 (5), 800-811. DOI:10.1373/clinchem.2005.063545

[2] Risby, T. H.; Tittel, F. K., Current status of midinfrared quantum and interband cascade lasers for clinical breath analysis. Optical Engineering 2010, 49 (11), 111123-111123-14, DOI:10.1117/1.3498768.

[3] Righettoni, M.; Tricoli, A.; Gass, S.; Schmid, A.; Amann, A.; Pratsinis, S. E., Breath acetone monitoring by portable Si:WO3 gas sensors. Chim. Acta 2012, 738 (0), 69-75, DOI:10.1016/j.aca.2012.06.002.

[4] Righettoni, M.; Schmid, A.; Amann, A.; Pratsinis, S. E., Correlations between blood glucose and breath components from portable gas sensors and PTR-TOF-MS. Journal of Breath Research 2013, 7 (3), 03711, DOI:10.1088/1752-7155/7/3/037110.

[5] Mazzone, P. J.; Hammel, J.; Dweik, R.; Na, J.; Czich, C.; Laskowski, D.; Mekhail, T., Diagnosis of lung cancer by the analysis of exhaled breath with a colorimetric sensor array. Thorax 2007, 62 (7), 565-568, DOI:10.1136/thx.2006.072892.

 

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