3.2　サンドイッチ方法

 サンドイッチ方法は測定対象となる抗原（検体）に対して抗体認識部位（エピトープ）が異なる2種類の特異抗体で挟み（サンドイッチ）、一方の特異抗体を蛍光標識2次抗体と反応して蛍光標識することにより蛍光量を測定する。高分子量抗原に対してエピトープの異なる2種の特異抗体で捕捉・検出することで特異性が高く感度も高い。
 フロー式イムノセンサを用いてサンドイッチ方法を適用する場合、例えば、測定対象となる生体内炎症反応物質CRP（分子量105,000）について、その化合物における別々のエピトープを認識し、互いの結合が拮抗しない2種類の特異抗体を抗CRP抗体Aと抗CRP抗体Bとする。測定は図4 (a) に示すように、抗原CRP、抗CRP抗体A及び蛍光標識2次抗体を混合すると、抗CRP抗体Aと蛍光標識2次抗体が反応して蛍光標識抗CRP抗体Aが生成し、抗原未反応蛍光標識抗CRP抗体Aと抗原CRP・蛍光標識抗CRP抗体A複合体が平衡して共存する。
 この溶液をセルへ送液すると、セル内にはあらかじめ抗CRP抗体B・BSAを固定化したビーズを充填してあるために、抗原CRP・蛍光標識抗CRP抗体A複合体と抗体Bが反応してビーズに捕捉される。未反応の蛍光標識抗CRP抗体Aを洗い流すと、セル内ビーズ表面に捕捉された抗原CRP・蛍光標識抗CRP抗体A・抗CRP抗体B複合体の蛍光標識に適した励起波長の照射による蛍光波長を計測することにより抗原CRP・蛍光標識抗CRP抗体A複合体の蛍光量を定量する⁷⁾。
 図4 (b) のセンサグラムに示すように、CRPを含まないB0は、蛍光標識抗CRP抗体Aがセル内ビーズ表面に捕捉されないためにバックグラウンドとして取り扱い、抗原CRPを含む試料と蛍光標識抗CRP抗体Aを混合した測定溶液を送液した場合は、抗原CRP・蛍光標識抗CRP抗体A複合体としてセル内ビーズ表面に固定化された抗CRP抗体Bに捕捉されるため、その蛍光量測定に応じて抗原CRPを定量する。
 この方法は、抗原に対する2種類の異なるエピトープに反応する抗体があれば、毒性が高く取り扱いに制限のある対象物質の測定に適用できる。また、抗原に対する2種類の抗体の親和性の差が感度等に影響する。

3.3　適用拡大のための取組

 フロー式イムノセンサは、抗原・抗体反応を利用した測定装置であるため、特異抗体を作製・入手することで、分子量数百の化合物から数万のたんぱく質まで様々な対象物の測定に適用できる。これまでに環境分野における排出ガス、ばいじん、燃え殻、排水などのダイオキシン類の測定、絶縁油のポリ塩化ビフェニル（PCB）の測定、などの簡易測定を実現した。
 これらは環境省による簡易定量法マニュアルに公定法化されている。絶縁油の微量PCBの簡易定量として求められる要件は、真値と測定値の差が±20％以内（正確性）、繰り返し測定の変動係数が15％未満（繰り返し性）及び検出下限値が0.15mg/kg 以下（測定感度）という3つの基準をクリアする必要があった。繰り返し性については自動化したフロー式イムノセンサを用いることにより高い繰り返し性を実現し、測定感度については測定系に供する試料量を増大することにより達成した。
 ただし、測定系に供する試料量を増大することは、測定対象物であるPCB以外の妨害物質の影響により正確性に影響がある。したがって、PCB測定用の自動前処理装置を開発し、絶縁油の妨害物質を除去する精製操作により妨害物質による測定系への影響を低減することで、真値である機器分析値との高い相関性を達成して、定量化への認可を実現した。一方、環境水のダイオキシン類の測定に関しては、濃度が極めて低いために、3リッターの水試料について、抽出、濃縮、精製などの前処理を施した試料をフロー式イムノセンサで測定する方法を確立した。本測定方法は近くISO規格として発行される予定である。
 新たな測定対象の測定系を構築する上で、繰り返し性についてはフロー式イムノセンサ等の自動化装置に適用できる安定性の高い抗体が求められ、正確性は抗原・抗体反応に利用する抗体の特異性の高いことや高感度には抗原に対する親和性の高いことが必要である。それとともに、実試料の多検体を同時測定すること、並びに、フッ素化合物などの測定へ適用拡大することも重要課題である。
 一方、生体内炎症物質CRPの測定で示したように、病気診断に関係する物質測定、ウイルス、病原体、毒性物質等の測定への拡大が見込まれる。

４．小型化イムノセンサの開発

謝辞
岡山理科大学の藤谷 登 教授、畑 明寿 准教授にはCRPの測定に関して、また神戸大学の大川秀郎 名誉教授には原稿執筆に関して、有益なご助言を賜りました。厚くお礼申し上げます。

（株）シーズテック　京都バイオ研究所　ホームページURL：
 https://seedstec.co.jp/seedstec/kyotobio/index.html

【著者紹介】
立石　典生（たていし　のりお）
株式会社シーズテック　京都バイオ研究所　所長代理

■略歴
2003年　京都電子工業株式会社　入社
2004年　愛媛大学農学部環境分析化学（京都電子）講座　助手兼任（2007年3月まで）
2017年　株式会社シーズテック　入社（～現在に至る）

２．太陽電池搭載型・LTE-M通信GPSロガー

 近年、野生生物と人間社会の軋轢が問題となっており、獣害もその一つである。例えば、カワウやシカ、サル、イノシシなどによる農作物の被害が挙げられる。その対策として電気柵や駆除などもあるが、人間による対策は労力的・金銭的にも限度があり、効果的な実施のためにも、それぞれの地区において野生生物の基礎的な移動生態を把握することが不可欠である。さらに、これらの野生生物は、生態系の中で様々な餌資源や環境を利用していることから、野生生物の移動データから、生物目線で生態系を可視化することも可能である（Kays et al. 2015）
 陸域での野生生物の移動はGPSロガーを取り付ければ容易に把握することができる。国内では、これまでにビーコンを頼りに野生生物に近づいた時に、ロガーに記録されたGPSデータを遠隔ダウンロードできる機器が主に利用されていたが、急峻な山など調査困難な場所で発見されることもあり、データダウンロードが困難という問題があった。そこで、新たに、近年IoT向けに利用できるようになった、LTE-M通信を用いたGPSロガー（LoggLaw G2）（図3）を開発した。本ロガーは太陽電池も搭載していることから、電池がなくなっても、太陽光で充電されれば再びGPS計測とデータ送信を行うことができ、半永続的な利用が可能である。実際に、本ロガーは、例えば、カワウやシカなどの移動追跡に用いられているところである（図4）。

３．データ解析基盤

 本稿では紹介しきれなかったロガーとして、回遊魚の移動追跡を行うことができるロガーがある。水中ではGPSが利用できないため、別手段で位置を推定する必要がある。そこで用いられているのが、照度や深度、加速度などのセンサである。しかしながら、解析の実施には、最先端の知識や、プログラミング能力が必要であることかボトルネックとなっていた。そこで、誰もが簡単に結果を得られることができるシステムとして、クラウド上で、データを表示し、クリックにて解析可能なシステム（LoggLaw Cloud）（図5）を開発した。

 また国際的には世界中で取得されたバイオロギングのデータをアーカイブするデータベースとして、ドイツのマックス・プランク研究所が主導するMovebank（https://www.movebank.org/cms/movebank-main）がある。ここには、既に35億点の位置データが格納され、事実上のスタンダートとなっている。しかし、このデータベースには、国内からはわずか0.4％しかデータが登録されておらず、その理由としては明確ではないが、海外のデータベースにデータを格納することの不信感やセキュリティの問題などが考えられる。そこで、主に日本国内向けに、国内のバイオロギング研究者有志らを中心に、「令和3ー4年度　文科省・海洋生物ビッグデータ活用技術高度化事業」に採択（代表：東京大学・佐藤克文　教授）されたことを受け、新たにバイオロギングのデータを蓄積可能なデータベース（Biologging intelligent Platform） (https://www.bip-earth.com/）が開発されている（図6）。Biologging Solutions Inc.は本システムの開発・運用を行っている。ここには、フォーマットが異なる様々なバイオロギングのデータセットを統一的に解析できるようにするために、データを標準化して格納する世界初のシステムを搭載している。本システムにデータが蓄積されることで、生物多様性の可視化や、生物目線で重要な環境（ホットスポット）の解明に繋がることが期待されている。

Biologging Solutions Inc.ホームページURL：https://biologging-solutions.com/

【著者紹介】

野田　琢嗣（のだ　たくじ）
Biologging Solutions Inc. 京都R＆Dセンター　最高技術責任者

■略歴
バイオロギング測器を開発するBiologging Solutions Inc.の共同設立者・最高技術責任者。岐阜県出身。2008年3月京都大学農学部卒業。2012年9月京都大学大学院情報学研究科、博士後期課程を修了。日本学術振興会特別研究員（DC及びPD）を経て、現職。博士(情報学)

小泉　拓也（こいずみ　たくや）
Biologging Solutions Inc. 京都R＆Dセンター　代表取締役

■略歴
経歴：バイオロギング測器を開発するBiologging Solutions Inc.の共同設立者・代表取締役。愛媛県出身。2006年3月トランスパシフィックハワイカレッジ卒業。2008年3月カリフォルニア大学サンタクルーズ校 環境学部卒業。2011年3月京都大学大学院情報学研究科 修士課程を修了。

３．パリティミラーの非接触空中スイッチ・空中タッチディスプレイへの応用

 空中映像と各種非接触センサを組み合わせることにより，空中映像を触って操作する非接触空中スイッチが実現できる．エンターテイメント性に優れるだけでなく，実物体への指の接触がなくなるためウィルス等の接触感染対策として有効であると考えられる．空中映像を用いた非接触空中スイッチでは，操作者の指などが空中映像に触れているかどうかの判定を非接触で行う必要があり，比較的簡単な実現方法として距離センサの使用が考えられる．一例として，図７に示すように赤外線距離センサにより空中映像表示位置付近に物体が存在するかどうかを検出することで，非接触でOn/Off切り替え操作が可能な空中スイッチを実現できる．図７(b)の例ではパリティミラーを平置きにすることで空中映像が下から浮かび上がるように配置しており、図７(c)の例ではパリティミラーを縦置きにすることで空中映像が側壁から飛び出て見えるようにしている．このように、パリティミラーの配置方向を変えるだけで、スイッチの使われ方に応じて空中映像の表示位置に変化をつけることができる。

図７　空中スイッチ．
(a)1ボタンタイプの側面断面模式図．(b) 1ボタンタイプの写真．(c)複数ボタンタイプを操作している様子．

 指の座標情報をカメラやジェスチャーセンサなどで取得することにより複雑な操作も可能となる．このタイプのシステムは空中タッチディスプレイと呼ぶことができる．300mm角のパリティミラーと赤外線ジェスチャーセンサと用いた空中タッチディスプレイのシステム概略図とデモ機操作の様子を図８に示す．

図８　空中タッチディスプレイ．(a)システム概略図．(b)非接触操作をしている様子

 図８の例ではタンポポが空中映像として表示されており，空中浮遊感を強く与えるためにタンポポ以外の背景を黒にしている．また，空中映像に触れたかどうかを操作者に伝えるため，指がタンポポの綿毛を表示している位置に来たとき，タンポポが揺れて綿毛が飛ぶと同時に効果音が流れる．単に空中映像を表示するのに比べて臨場感を強く感じることができ．視覚と聴覚によるフィードバックにより，空中映像に触って操作しているという感覚を強めることができる．一方，従来のタッチディスプレイでは操作面である液晶パネルより奥に指が突き抜けることはないが，空中ディスプレイでは指が操作面である空中映像結像位置を突き抜けてしまうため，上記のフィードバックを与えたとしても慣れるまでは思い通りの操作が難しい傾向にある．如何にしてユーザビリティを向上させるかが今後の課題である．

４．おわりに

 本稿では，空中映像表示のコア技術であるパリティミラーと，パリティミラーを用いた非接触空中スイッチの応用例について述べた．本稿執筆時点では新型コロナウィルス感染症の流行もいまだ収まらず，非接触空中スイッチに対する期待はこれまで以上に高まっている．将来的にも同様の感染症が流行する可能性があり，スイッチ類に直接触れることに対して人々の抵抗感が生まれる状況においては，空中スイッチは有効な解決策の一つとなりうる．今後の市場での普及に向け，空中映像と親和性の高いコンテンツの探索，より自然に操作ができるタッチ判定の手法や操作者へのフィードバック方法の開発が求められる．

株式会社パリティ・イノベーションズ　ホームページURL：https://piq.co.jp/index.html

【著者紹介】
前田　有希（まえだ　ゆうき）
（株）パリティ・イノベーションズ　取締役研究開発部長

■略歴
2015年3月　大阪市立大学大学院 工学研究科 後期博士課程 電子情報系専攻修了
2015年4月　株式会社パリティ・イノベーションズ 入社
パリティミラーを用いた空中映像表示技術の研究開発に従事。
一般社団法人 日本光学会 情報フォトニクス研究グループ所属（産学官連携担当幹事）

4. 橋梁点検へのシート型IoTセンサ利用

橋梁には様々な点検項目がある。その中で“たわみ量“と”亀裂“のモニタリング⁷⁾について考察する。

3mの橋梁で、たわみ許容量を1/300と仮定した。その際の数値は以下となる。
  δ（たわみ長）: 3000mm x 1/300 = 10mm
  Θ　：0.382°
  Δ（橋梁半分長の伸び）: 33μm
Θ、Δとも非常に小さな値である。橋梁のモニタリングで予防保全を行うには、各数値の1/10程度の分解能のセンシング能力は必要と考える。

【加速度センサ】
様々の振動がある中で、微小なΘ角度を検知するには、以下の対応が必要。
・温度、ドリフト補正　→　補正機能つきMEMS加速度センサの採用
・外来振動の除去　→　帯域幅の最適化
さらにシート内にある複数センサの比較を行い、追加補正を行う。またセンサシートと橋梁との取付（接合）も重要な要素になってくる。

【伸縮センサ】
評価した伸縮伝送路長は10cmである。橋梁に取り付ける伸長センサの長さを1mと仮定した場合、単純な抵抗値変化量より、橋梁たわみ量を検知することは難しいことがわかる。橋梁で発生するひび割れ検知とひび割れ幅拡大をモニタするには、最低１ｍｍの分解能は必要と考える。以下の要因ごとに試作と評価を繰り返し、精度向上を図っていく。

・異なる材質（導電材、ゴム、基盤など）
・異なる伝送路設計（線幅、線厚み）
・周波数特性（表皮効果での影響）
・伸縮伝送路と汎用伝送路（伸縮しない）を組みわせることで、特定エリアで精度向上

以下は、シート型センサを橋梁に設置し、既存の点検との組み合わせ例である。

5. 今後の予定

2025年に現場での実証実験を目指している。それまで以下のステップで進める計画である。
ステップ１
・　MEMSセンサ＋伸縮伝送路(I2C通信)+制御部＋LPWA無線を仮シート実装
・　MEMS加速度センサの各補正調整
ステップ2
・　伸縮伝送路の改善→伸縮検知の分解能と精度向上
ステップ3
・　各センサ間での補正および冗長性向上
ステップ4
・　各点のデータから面データの作成
・　ｴｯｼﾞAI機能踏査
ステップ5
・　実証実験
・　環境試験、耐久性試験

6. TST Sietemas社とTSTジャパンについて

TST Sietemasは、スペインSantanderで2007年創業し、欧州を中心にICT,IoTシステム・デバイス開発を行っている。TSTジャパンは2020年8月に大阪で設立し、日本市場向けの製品を日本企業および本社と連携して、製品開発を行っている。スペイン、日本とも、同じ高齢化問題、社会インフラ、自然災害などの共通課題がある。これらの課題を解決する商品開発を行っている。

TSTジャパン（株）ホームページURL：
 https://www.tst-jpn.com/wordpress/

【著者紹介】
古田　兼三（ふるた　けんぞう）
TSTジャパン（株） 代表取締役

■略歴
1982.3 同志社大学工学部電気工学科卒
1982.4 株式会社SCREENホールディングス（旧大日本スクリーン製造株式会社）入社
イギリス・ドイツ現地法人勤務
1999TUV Product Service Japan入社　EMC技術者
2004太陽誘電株式会社入社 EMCセンター、BQTF(Bluetooth認証ラボ)運用
BLE〈Bluetooth Low Energy〉規格策定などに従事
2011Southco(アメリカの機械部品メーカー)入社。 日本の現地法人立上
2014積水マテリアルソリューション株式会社入社。 IoT商品開発および普及・教育
2020.3 積水マテリアルソリューション株式会社を定年退職
2020.8 TST Sistemas,S.Aの日本現地法人設立。代表取締役就任。