JP2837867B2 - 化学センサ - Google Patents
化学センサInfo
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- JP2837867B2 JP2837867B2 JP1105954A JP10595489A JP2837867B2 JP 2837867 B2 JP2837867 B2 JP 2837867B2 JP 1105954 A JP1105954 A JP 1105954A JP 10595489 A JP10595489 A JP 10595489A JP 2837867 B2 JP2837867 B2 JP 2837867B2
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、多種の化学物質を同時に認識し得る生物の
味覚、嗅覚を模倣した化学センサに関するものである。
味覚、嗅覚を模倣した化学センサに関するものである。
(従来の技術) 生物の味覚、嗅覚は多種多様な化学物質を同時に認識
する化学センサである。
する化学センサである。
一般に、味及び匂いは上述の多種多様な化学物質の複
雑かつ綜合的な組合せに由来して居り、上記味覚・嗅覚
がどのような機構で認識を行うかについてはまだよくわ
かっていないことが多い。ただ上記認識に際しての受容
器の応答は非特異的で、多数の受容器の応答パターンか
ら味や匂いを認識しているとされている。
雑かつ綜合的な組合せに由来して居り、上記味覚・嗅覚
がどのような機構で認識を行うかについてはまだよくわ
かっていないことが多い。ただ上記認識に際しての受容
器の応答は非特異的で、多数の受容器の応答パターンか
ら味や匂いを認識しているとされている。
一方、味覚や嗅覚のように、複雑な味や匂いを人工的
に認識するシステムは、食品、化粧品工業、環境計測等
の広い分野でその要求が高く、これに対していくつかの
研究開発例がある。
に認識するシステムは、食品、化粧品工業、環境計測等
の広い分野でその要求が高く、これに対していくつかの
研究開発例がある。
例えば下記参考文献のように、森泉らにより水晶振動
子センサアレイとニューラルネットワークによるパター
ン認識を用いた匂いセンサが試作されている。
子センサアレイとニューラルネットワークによるパター
ン認識を用いた匂いセンサが試作されている。
Toko et al;ブロシーディング オブ ザ フィフス
センサー シンポジウム Proceeding of the 5th Sen
sor Symposium,1986,P.231〜236,Toko et al,;Proceedi
ng of the 6th Sensor Symposium,1986,P.231〜236,及
び森泉ら;信学技報MBE88−78,P.41〜48 (発明が解決しようとする課題) しかしかかる化学センサにおいては、上述の化学物質
に関する情報が電気伝導度などのアナログ量に変換され
るものが多く、多種多様の化学物質を同時認識するため
には、それぞれの当該化学物質の特異的に応答する多数
の受容部が必要であった。
センサー シンポジウム Proceeding of the 5th Sen
sor Symposium,1986,P.231〜236,Toko et al,;Proceedi
ng of the 6th Sensor Symposium,1986,P.231〜236,及
び森泉ら;信学技報MBE88−78,P.41〜48 (発明が解決しようとする課題) しかしかかる化学センサにおいては、上述の化学物質
に関する情報が電気伝導度などのアナログ量に変換され
るものが多く、多種多様の化学物質を同時認識するため
には、それぞれの当該化学物質の特異的に応答する多数
の受容部が必要であった。
ところで生物の味覚・嗅覚においては、受容細胞の応
答はそれぞれの化学物質に対して非特異的ではあるが、
該化学物質に関する情報が多くの情報量をもつ神経イン
パルスの発振パターンに変換され、これを脳でパターン
認識することができるものである。
答はそれぞれの化学物質に対して非特異的ではあるが、
該化学物質に関する情報が多くの情報量をもつ神経イン
パルスの発振パターンに変換され、これを脳でパターン
認識することができるものである。
上記例示の化学センサによる化学物質に関する情報
は、水晶振動子の発振周波数の変化に変換され、ニュー
ラルネットワークによりパターン認識されるので味覚・
嗅覚にかなり類似している。しかしながら、前記受容部
の水晶振動子の発振周波数の変化は、該水晶振動子に塗
布された吸着膜が化学物質を吸着した際の膜の重量変化
により生ずることから、物理的に吸着されない化学物質
は認識されず、認識可能な化学物質に限界があった。そ
して単に水晶振動子の発振周波数のみの変化に依存する
ことから情報量が少なく、多種多様の化学物質を同時認
識する場合にはそれらの化学物質に応答する数多くの受
容部が必要となり、センサ構成を複雑化するばかりでな
く、使用目的によってはそれに応ずることが困難になる
等の問題が免がれなかった。
は、水晶振動子の発振周波数の変化に変換され、ニュー
ラルネットワークによりパターン認識されるので味覚・
嗅覚にかなり類似している。しかしながら、前記受容部
の水晶振動子の発振周波数の変化は、該水晶振動子に塗
布された吸着膜が化学物質を吸着した際の膜の重量変化
により生ずることから、物理的に吸着されない化学物質
は認識されず、認識可能な化学物質に限界があった。そ
して単に水晶振動子の発振周波数のみの変化に依存する
ことから情報量が少なく、多種多様の化学物質を同時認
識する場合にはそれらの化学物質に応答する数多くの受
容部が必要となり、センサ構成を複雑化するばかりでな
く、使用目的によってはそれに応ずることが困難になる
等の問題が免がれなかった。
本発明は化学センサの上記受容部として多種多様の化
学物質に応答して発振パターンを変化する興奮性人工膜
を用い、その発振パターンを情報処理することにより、
多種の化学物質を同時認識する化学センサを提供するこ
とを目的とする。
学物質に応答して発振パターンを変化する興奮性人工膜
を用い、その発振パターンを情報処理することにより、
多種の化学物質を同時認識する化学センサを提供するこ
とを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明に係る化学センサ
は、神経類似の電気的な発振があり、その発振パターン
が多種多様の化学物質に応答してそれぞれ異なった変化
を示す2以上の興奮性人工膜を、それぞれが第1のイオ
ン性水溶液と第2のイオン性水溶液とを隔てるように且
つその一方及び他方の面がそれぞれ上記第1及び第2の
イオン性水溶液に浸されるように設置した受容部と、上
記第1あるいは第2のイオン性水溶液に刺激物質を添加
した際に生じる上記各興奮性人工膜の発振パターン変化
を情報として処理する情報処理部とから成ることを特徴
とする。
は、神経類似の電気的な発振があり、その発振パターン
が多種多様の化学物質に応答してそれぞれ異なった変化
を示す2以上の興奮性人工膜を、それぞれが第1のイオ
ン性水溶液と第2のイオン性水溶液とを隔てるように且
つその一方及び他方の面がそれぞれ上記第1及び第2の
イオン性水溶液に浸されるように設置した受容部と、上
記第1あるいは第2のイオン性水溶液に刺激物質を添加
した際に生じる上記各興奮性人工膜の発振パターン変化
を情報として処理する情報処理部とから成ることを特徴
とする。
この発明において興奮性人工膜は、例えば上記文献に
も示されるDOPH(Dioleyl phosphate)ミリポア膜等で
ある。このDOPHミリポア膜は、その振動周波数、振幅及
び波形が苦味,酸味,塩味,甘味及びうま味の各種味覚
物質のそれぞれに対して異なった応答を示す。このよう
な興奮性人工膜の発生した発振パターンは、例えばこれ
をコンピュータに取り込み多変量解析のような常法の統
計的手法、及びバックプロパゲーションのようなニュー
ラルネットワーク等の手段を用いて情報の解析を行い、
多種多様の化学物質を同時認識し、味覚あるいは嗅覚に
類似した味あるいは匂いとしての認識を行うのである。
も示されるDOPH(Dioleyl phosphate)ミリポア膜等で
ある。このDOPHミリポア膜は、その振動周波数、振幅及
び波形が苦味,酸味,塩味,甘味及びうま味の各種味覚
物質のそれぞれに対して異なった応答を示す。このよう
な興奮性人工膜の発生した発振パターンは、例えばこれ
をコンピュータに取り込み多変量解析のような常法の統
計的手法、及びバックプロパゲーションのようなニュー
ラルネットワーク等の手段を用いて情報の解析を行い、
多種多様の化学物質を同時認識し、味覚あるいは嗅覚に
類似した味あるいは匂いとしての認識を行うのである。
(作 用) 本発明化学センサにおいては、神経類似の電気的な発
振があり、その発振パターンが多種多様の化学物質に応
答して変化する興奮性人工膜が2つ以上設けられた受容
部を有する。そしてこの受容部によるパターンの情報は
その量が著しく多量のもので、かつ各化学物質に非特異
的なものではあるが、これらの情報のコンピュータ処理
により非常に幅広い化学物質の同時認識を可能ならしめ
ることになる。
振があり、その発振パターンが多種多様の化学物質に応
答して変化する興奮性人工膜が2つ以上設けられた受容
部を有する。そしてこの受容部によるパターンの情報は
その量が著しく多量のもので、かつ各化学物質に非特異
的なものではあるが、これらの情報のコンピュータ処理
により非常に幅広い化学物質の同時認識を可能ならしめ
ることになる。
(実施例) 以下本発明を具体的な実施例にて詳細に説明する。
まず興奮性人工膜の1つ(S1)として、合成脂質ジオ
レイルホスフェイト(DOPH)をミリポア社製のミリポア
フィルターに吸着させ作製した。得られた興奮性人工膜
(S1)を、本発明の実施態様である第1図の100mMと5mM
のKCl水溶液を満たしたセル1の間に隔膜として設置
し、0.5μAの直流電流と30cmH2Oの圧力を印加すること
により周波数約1Hzで発振させた。尚図において2はマ
ノメータ、3は直流電源、4はXY−レコーダー、5は銀
−塩化銀電極である。次に苦味,酸味,塩味,甘味及び
うま味の各種味覚物質を上述の5mM KCl水溶液中1mMとな
るように添加したところ発振周波数は次表1に定性的に
示すようにそれぞれに対して異なった応答を示した。
レイルホスフェイト(DOPH)をミリポア社製のミリポア
フィルターに吸着させ作製した。得られた興奮性人工膜
(S1)を、本発明の実施態様である第1図の100mMと5mM
のKCl水溶液を満たしたセル1の間に隔膜として設置
し、0.5μAの直流電流と30cmH2Oの圧力を印加すること
により周波数約1Hzで発振させた。尚図において2はマ
ノメータ、3は直流電源、4はXY−レコーダー、5は銀
−塩化銀電極である。次に苦味,酸味,塩味,甘味及び
うま味の各種味覚物質を上述の5mM KCl水溶液中1mMとな
るように添加したところ発振周波数は次表1に定性的に
示すようにそれぞれに対して異なった応答を示した。
他に興奮性人工膜(S2〜S5)としては、上記のような
味覚応答を示す上記DOPHに対し、生体膜の構成部分であ
る、例えばジオレオイルホスファチジルコリン,ジステ
アロイルホスファチジルエタノールアミンのようなリン
脂質の1種あるいは数種を組み合わせて添加したものを
ミリポアフィルターに吸着させて作製し、上記S1と同様
に行って、同表1(S2〜S5)に示すような味覚応答を示
すものとした。すなわちこれら各興奮性人工膜(S1〜
S5)は、すべて味覚物質に対して応答し、そして特にS1
は苦味,S2は酸味,S3は塩味,S4は甘味,更にS5はうま味
にやや特異的に応答するものであった。このように、各
興奮性人工膜S1〜S5は、その発振パターンが各味覚物質
に対してそれぞれ異なった変化(応答特性)を示した。
味覚応答を示す上記DOPHに対し、生体膜の構成部分であ
る、例えばジオレオイルホスファチジルコリン,ジステ
アロイルホスファチジルエタノールアミンのようなリン
脂質の1種あるいは数種を組み合わせて添加したものを
ミリポアフィルターに吸着させて作製し、上記S1と同様
に行って、同表1(S2〜S5)に示すような味覚応答を示
すものとした。すなわちこれら各興奮性人工膜(S1〜
S5)は、すべて味覚物質に対して応答し、そして特にS1
は苦味,S2は酸味,S3は塩味,S4は甘味,更にS5はうま味
にやや特異的に応答するものであった。このように、各
興奮性人工膜S1〜S5は、その発振パターンが各味覚物質
に対してそれぞれ異なった変化(応答特性)を示した。
上記のようにして得た5種の興奮性人工膜S1〜S5を、
第2図の如くセル1を上記と同様に5mM KCl及び100mM K
Clに区画し、かつ100mM KCl区画部を長手方向に5区画
に仕切って各5つの100mM区画部と5mM区画部としたセル
間に順次設置した。そして、0.1〜1.0μAの直流電流及
び20〜30cmH2Oの圧力を印加することにより各興奮性人
工膜S1〜S5を周波数約1Hzで発振させた。尚図において
5は各区画セルに設置した銀−塩化銀電極、6は周波数
カウンター、7はコンピューターである。
第2図の如くセル1を上記と同様に5mM KCl及び100mM K
Clに区画し、かつ100mM KCl区画部を長手方向に5区画
に仕切って各5つの100mM区画部と5mM区画部としたセル
間に順次設置した。そして、0.1〜1.0μAの直流電流及
び20〜30cmH2Oの圧力を印加することにより各興奮性人
工膜S1〜S5を周波数約1Hzで発振させた。尚図において
5は各区画セルに設置した銀−塩化銀電極、6は周波数
カウンター、7はコンピューターである。
次に苦味,酸味,塩味,甘味及びうま味の各種味覚物
質の混合物を、5mM KCl水溶液中1mMとなるように添加し
そのときの発振周波数を周波数カウンタで測定し、その
データをコンピュータへ転送しコンピュータ上で情報処
理した。この場合例えば興奮性人工膜S1の発振周波数の
変化をΔf1とし、上記酸味,塩味,甘味,うま味,の効
果を除去するために興奮性人工膜S2〜S5の周波数変化Δ
f2〜Δf5に適当な係数を乗じた後上記Δf1より差し引
き、これを苦味応答R1とした。すなわち R1=Δf1−0.1(Δf2+Δf3+Δf4+Δf5) とした。同様にして、酸味応答R2,塩味応答R3,甘味応答
R4,うま味応答R5を表わした。ただしR2〜R5を算出する
際には、苦味に対する周波数変化は他よりも大きいので
Δf1には係数0.6を乗じた。またR3は減少効果を示すた
めに符号を逆にした。
質の混合物を、5mM KCl水溶液中1mMとなるように添加し
そのときの発振周波数を周波数カウンタで測定し、その
データをコンピュータへ転送しコンピュータ上で情報処
理した。この場合例えば興奮性人工膜S1の発振周波数の
変化をΔf1とし、上記酸味,塩味,甘味,うま味,の効
果を除去するために興奮性人工膜S2〜S5の周波数変化Δ
f2〜Δf5に適当な係数を乗じた後上記Δf1より差し引
き、これを苦味応答R1とした。すなわち R1=Δf1−0.1(Δf2+Δf3+Δf4+Δf5) とした。同様にして、酸味応答R2,塩味応答R3,甘味応答
R4,うま味応答R5を表わした。ただしR2〜R5を算出する
際には、苦味に対する周波数変化は他よりも大きいので
Δf1には係数0.6を乗じた。またR3は減少効果を示すた
めに符号を逆にした。
第3図は、(a):苦味40mol%,酸味20mol%,塩味
15mol%,甘味15mol%,うま味10mol%, (b):苦味10mol%,酸味50mol%,塩味10mol%,甘
味5mol%,うま味20mol%, (c)::苦味5mol%,酸味20mol%,塩味10mol%,甘味
60%mol%,うま味5mol%, より夫々成る混合物質を添加した場合の測定結果であ
る。同図の如く上述の混合物質中に含まれる各味覚物質
の量が定性的に認識されることが確認された。
15mol%,甘味15mol%,うま味10mol%, (b):苦味10mol%,酸味50mol%,塩味10mol%,甘
味5mol%,うま味20mol%, (c)::苦味5mol%,酸味20mol%,塩味10mol%,甘味
60%mol%,うま味5mol%, より夫々成る混合物質を添加した場合の測定結果であ
る。同図の如く上述の混合物質中に含まれる各味覚物質
の量が定性的に認識されることが確認された。
以上の実施例は、味覚物質の認識例について説明した
が、β−ヨノンのような匂い物質についても同様に発振
パターンが変化するので上記と同様に認識することが可
能であり、更にトリオレインのような生体膜類似物質や
蛋白質の組み合わせにより、多種多様の化学物質に応答
するようになり同様の認識が可能である。
が、β−ヨノンのような匂い物質についても同様に発振
パターンが変化するので上記と同様に認識することが可
能であり、更にトリオレインのような生体膜類似物質や
蛋白質の組み合わせにより、多種多様の化学物質に応答
するようになり同様の認識が可能である。
また上記実施例は、各化学物質による発振周波数の変
化のみを情報として極めて簡単な方法で認識した例を説
明したが、この発振周波数の他に振幅及び発形の変化を
情報として、同様に多変量解析のような統計的手法及び
バックプロパゲーションのようなニューラルネットワー
クによる解析でさらに高度な認識及び学習能力をもたせ
ることも可能である。
化のみを情報として極めて簡単な方法で認識した例を説
明したが、この発振周波数の他に振幅及び発形の変化を
情報として、同様に多変量解析のような統計的手法及び
バックプロパゲーションのようなニューラルネットワー
クによる解析でさらに高度な認識及び学習能力をもたせ
ることも可能である。
(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明化学センサー
によれば、上記神経類似の電気的発振がありそのパター
ンが多様の化学物質に応答して変化する2以上の興奮性
人工膜からなる受容部の存在により、多種多様の化学物
質を同時認識することが可能となるものであり、従来の
化学センサが実現できなかった味覚・嗅覚に著しく類似
した機能を有する化学センサを提供し上述の問題を解消
する効果を有する。
によれば、上記神経類似の電気的発振がありそのパター
ンが多様の化学物質に応答して変化する2以上の興奮性
人工膜からなる受容部の存在により、多種多様の化学物
質を同時認識することが可能となるものであり、従来の
化学センサが実現できなかった味覚・嗅覚に著しく類似
した機能を有する化学センサを提供し上述の問題を解消
する効果を有する。
第1図及び第2図は本発明の実施態様説明図、第3図は
味覚物質混合物の定性的認識を示す図である。 1……セル、3……電源、5……電極、6……周波数カ
ウンタ、7……コンピューター、S1〜S5……興奮性人工
膜。
味覚物質混合物の定性的認識を示す図である。 1……セル、3……電源、5……電極、6……周波数カ
ウンタ、7……コンピューター、S1〜S5……興奮性人工
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 雅一 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−187252(JP,A) 特開 昭62−150119(JP,A) 特開 昭63−32364(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/26
Claims (1)
- 【請求項1】神経類似の電気的な発振があり、その発振
パターンが多種多様の化学物質に応答してそれぞれ異な
った変化を示す2以上の興奮性人工膜を、それぞれが第
1のイオン性水溶液と第2のイオン性水溶液とを隔てる
ように且つその一方及び他方の面がそれぞれ上記第1及
び第2のイオン性水溶液に浸されるように設置した受容
部と、上記第1あるいは第2のイオン性水溶液に刺激物
質を添加した際に生じる上記各興奮性人工膜の発振パタ
ーン変化を情報として処理する情報処理部とから成る化
学センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1105954A JP2837867B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 化学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1105954A JP2837867B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 化学センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02285248A JPH02285248A (ja) | 1990-11-22 |
JP2837867B2 true JP2837867B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=14421221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1105954A Expired - Fee Related JP2837867B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 化学センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2837867B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6774097B2 (ja) * | 2016-11-28 | 2020-10-21 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 化学センサ測定による試料識別方法、試料識別装置、及び入力パラメータ推定方法 |
CN109923397A (zh) * | 2016-11-29 | 2019-06-21 | 国立研究开发法人物质·材料研究机构 | 推断与试样相应的推断对象值的方法和装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62150119A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-04 | Mitsui & Co Ltd | 自励発振を用いた検出方法 |
JPH0721488B2 (ja) * | 1986-02-13 | 1995-03-08 | 株式会社日立製作所 | 味覚検出装置 |
JP2509573B2 (ja) * | 1986-07-25 | 1996-06-19 | 株式会社東芝 | 光・熱―周波数変換機能膜 |
-
1989
- 1989-04-27 JP JP1105954A patent/JP2837867B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02285248A (ja) | 1990-11-22 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |