誘電分光による生体内の結合水測定と生体の劣化予測に関する研究

利用介电谱测量生物体中的结合水并预测生物退化的研究

• 批准号: 20656037
• 负责人: 白樫 了
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20656037/
• 关键词: 生体熱工学; 非平衡熱力学

本年度は,水分含有率40wt%までの低含水率のゼラチンゲルの誘電特性を測定して,水分活性や示差走査熱量分析の結果と比較した.その結果,特に水分率70wt%と30wt%で,凍結水分率と水分活性に特徴的な変化がみられた.この変化が昨年度に示唆された二種類の異なる緩和時間をもつ結合水の性質となんらかの対応がある可能性が示唆された.また,6GHzで結合水の誘電率がほぼ0になることから,対象となる生体の高周波の誘電率から自由水量を推定する方法を提案し,実際の自由水量(凍結水量)と比較することで,その妥当性を明らかにした.また,具体的な応用の一つとして,皮膚表層の50μm程度の深さの結合水の誘電分光を実現するセンサーを作製した.即ち,巾5μmから数10μmの間隔と巾をもつ,厚さ1μm以下の櫛形電極を作成し,接触面に対して垂直方向の測定範囲を検討した.さらに,高速測定と簡便性を実現するために同センサーに作動TDRプローブを接続した測定系を構築した.前者の結果より,垂直方向の測定範囲は電極巾と間隔の和の値にほぼ等しいことがわかったものの,作動TDRプローブとセンサーの接触抵抗や電極の静電容量が原因となる緩和時間が相当に長くなってしまった.以上より,本年度試作したセンサ形状で50μm程度の空間分解能は実現できることがわかったが,必要な周波数範囲の測定の為には,作動TDRプローブとセンサの電気的接続を改善し,電極の静電容量を低くする形状に変更する必要があることが示唆された.ただし,測定値からスペクトルを算出する解析については,作動TDR法でもプローブの周波数分解能程度まで精度よく測定するプログラムは確立した.

In this year, the conductivity characteristics of low moisture content with moisture content of 40wt% were measured, and the results of moisture activity and differential thermal analysis were compared. As a result, moisture content 70wt% and 30wt% respectively, frozen moisture content and moisture activity are characterized by changes in moisture content. This change in water quality indicates that there are two types of water, and that there are two types of water, and that there are two types of water. A method for estimating the free water content of organic matter at 6GHz is proposed, and the comparison of the free water content with the frozen water content is made. In addition, the specific use of a thin layer, the skin surface layer of 50μm deep and combined with water induced spectroscopy to achieve this control. That is to say, the distance between 5μm and 10μm and the thickness of comb electrode less than 1μm are made, and the measurement range of contact surface in vertical direction is discussed. The high speed measurement is simple and easy to realize. As a result of the former, the measurement range in the vertical direction is relatively long. The contact resistance of the electrode and the electrostatic capacity of the electrode are relatively long. As mentioned above, this year's trial work has been carried out to improve the spatial resolution of the electrode shape to the extent of 50μm, and the measurement of the necessary frequency range has been carried out to improve the electrical connection of the electrode shape to the extent of low electrostatic capacitance. For example, the determination of the frequency of the frequency of the TDR is based on the analysis of the frequency of the TDR.

项目成果

誘電分光測定による生体物質内の結合水の測定

通过介电谱测量生物材料中的结合水

• 发表时间: 2009
• 作者: 白樫了

Dielectric Spectrum of Bound Water for Estimating Water Retention Ability of Biological Object

用于估计生物体保水能力的结合水介电谱

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proceedings of the 25th Sensor Symposium on Sensors, Micromachines, and Applied Systems
• 作者: R. Shirakashi;Y. Ichikura and J. Yamada
• 通讯作者: Y. Ichikura and J. Yamada