NICTとのオープンイノベーションで新ビジネスを！
NICT × YOU

• 特長

  化学物質に対し感度良く反応するバクテリアを用いたバイオアッセイ技術にAI技術を融合することにより、従来は定量的な評価が難しかった対象・目的への利用を実現

• 応用例

  人間やペットなどへの医療に応用し、感覚を定量化することで、早期治療やコスト削減、QoL向上などに貢献。その他、ヘルスケア・製薬・食品/飲料・環境評価などの様々な分野への応用が可能

• 私たちが求めていること

  識別したい対象（目的）のサンプルを提供し、データベース構築に協力して頂けるパートナー企業を募集

ケミカルバイオセンサーの特徴

• POINT1

  感度の高いバクテリアを使用することで、多様な物質を検出可能

• POINT2

  検出装置は一つだけで、機械学習をカスタマイズすれば複数の目的で液体サンプルを識別可能

• POINT3

  将来的には、検出装置を小型化し、オンサイト検出・分析も可能に

ケミカルバイオセンサーについての動画はこちら

バクテリアの感覚を使って溶液の特徴を数値化し、AI技術を使って分析する。 －“テイスティング！？”による溶液分類－

ケミカルバイオセンサーを、コーヒーのテイスティングを例に解説します。

人間はコーヒーを飲む際に、五感をフル活用することでさまざまな情報を得ます。その感覚の中で、化学物質が関与する「味」と「匂い」に焦点を当てて考えてみます。

テイスティングでは、舌で味を、鼻で匂いを感じています。苦さがあり、フルーティーな香りがしている。ここで注目したいのは、どちらの情報も「定性的な情報」であるという点です。この後、別の豆を使ったコーヒーをテイスティングすると、両感覚はおそらく「違う味や匂い」と捉えます。

ケミカルバイオセンサーを、コーヒーのテイスティングを例に解説します。

人間はコーヒーを飲む際に、五感をフル活用することでさまざまな情報を得ます。その感覚の中で、化学物質が関与する「味」と「匂い」に焦点を当てて考えてみます。

テイスティングでは、舌で味を、鼻で匂いを感じています。苦さがあり、フルーティーな香りがしている。ここで注目したいのは、どちらの情報も「定性的な情報」であるという点です。この後、別の豆を使ったコーヒーをテイスティングすると、両感覚はおそらく「違う味や匂い」と捉えます。

つまり、いずれの情報も、確実に知覚しているにも関わらず、コーヒーの違いを数値化して明確に評価することができないのです。ケミカルバイオセンサーでは、これらの曖昧でかつ多様な化学物質による情報を定量化し、評価を明確に行います。

その際に利用するのがバクテリアです。バクテリアは、化学物質に対して繊細な応答をみせます。コーヒーに含まれている化学物質が違うと、バクテリアの動きに細かな違いが出ます。ケミカルバイオセンサーは、それらの動きを定量化することで、まるで人間が行うテイスティングのように、わざわざ液体の個々の成分を分析することなく、液体の「違い」を分析することができる仕組みです。人間の知覚では評価できない「違い」をサンプル1滴で検出することも可能です。

例として、ケミカルバイオセンサーを使ってコーヒーの“メーカーによる違い”に注目し、メーカー名の識別について紹介します。A社とB社のコーヒーのサンプルを用意し、各々をケミカルバイオセンサーで数値化し、そのデータベースを作成します。データベースを基にモデル構築を行います。次にブラインドサンプルのテイスティングを行います。ブラインドサンプルの数値化データを構築したモデル（関数）で計算することにより、ブラインドサンプルがA社のものかまたはB社のものかを識別することはもちろん、どちらでもないX社のコーヒーであったとしても、A社またはB社のどちらに近いものであるかを分類することもできます。

ここでの例では、識別する目的をメーカー名と設定しましたが、識別する目的は様々に設定可能です。どのコーヒーの「味」に近いかなどを分類したり、将来的には、カフェインの覚醒感、つまり、化学物質の効能なども評価できる可能性があります。

また、ここではコーヒーの評価を例に挙げましたが、ケミカルバイオセンサーで数値化できる対象物は、飲料だけでなく、「血液」「汗」「唾液」「土壌」「水質」などの液体または気体や固体であっても液体化が可能な非常に多くの化学物質も対象になります。

従来は人間が感覚的にしか捉えられなかった情報が高精度に評価できるようになると、これまでにない製品の開発など、新たなビジネスの可能性が広がります。

－”何かが違う！？”を定量する－ マーケティング、バイオ、ヘルスケアなど、ケミカルバイオセンサーが活用できる分野は無限大

ケミカルバイオセンサーを活用することで、識別したい対象（目的）の溶液サンプルがあれば、あらゆる分野のあらゆる溶液の評価が可能になるでしょう。

応用先の１つとしては、医療業界が考えられます。特定の病気（癌だと仮定）を持つ患者さんから、尿や血液、汗などの体液をケミカルバイオセンサーで数値化します。そうした癌患者の体液に関する数値データをデータベース化し、そのデータベースを基盤としてモデルを構築します。実際の検査では、検体試料（体液）の数値データを、モデルを使って判定することで、陽性、または、陰性、の判断を下すという手順です。

これは人間に限らず、ペットの医療に関しても同様のことが言えます。ペットは人間と違い、症状を訴えてくれません。具合が悪そうに見えることはあっても、体のどこに異変が出ているのか特定することが難しいので、治療も極めて難航します。

この時、病気を患ったペットの体液を測定することで具合の悪い病因を特定することができるようになるかもしれません。早期治療へと向かうことができ、治療コスト削減やペットのQoL向上に貢献できると考えています。

様々な分野において、特定の化学物質の測定のためだけに用いていた専用の機材などは不要になると考えています。

また、どのような化学物質が作用していたのか、判別がつかないような場合にも応用可能です。

例えば、農業において、２つの農作地において作物の生育に明らかな差がある場合、２つの土壌に何か違いがあることはわかっても、土壌に含まれるどの化学物質が作物の生育に作用しているのかがわからない、といったケースが往々にしてあります。これまではそれらを検査する手法がなく、熟練者や職人の経験や勘に頼っていたような分野にもケミカルバイオセンサーは適用可能なのです。ケミカルバイオセンサーでは、”何かが違う！？”の『何か』は、使用者側が設定できます。必要なのは、違いを見つけたい『何か』に合わせて、データベース、AI技術をカスタマイズすることです。