Research press release

工学:経皮ガスを集めて血中アルコール濃度評価に役立てるヘッドセット型デバイス

Scientific Reports

Engineering: Earmuffs measure blood alcohol levels through the skin

このほど実施された原理証明研究で、人間の耳にフィットする新しいデバイスを使って、皮膚を介して、血中アルコール濃度のリアルタイムの変化を非侵襲的に測定できたことを報告する論文が、Scientific Reports に掲載される。

このデバイスは、東京医科歯科大学の三林浩二(みつばやし・こうじ)たちの研究チームが考案したもので、市販のヘッドセットを改良した、人間の耳の皮膚から放出されるガスを収集する部分と、エタノール蒸気センサーによって構成されている。このセンサーは、エタノール蒸気を検出すると、光を発し、その光の強度からエタノールの濃度を算出できる。

三林たちは、このデバイスを用いて、体重1キログラム当たり0.4グラムのアルコールを摂取した男性被験者3人の耳から放出されるエタノール蒸気を140分間継続的にモニタリングした。また彼らは、被験者の呼気に含まれるエタノールの濃度も、別のエタノール蒸気センサーとエタノールに曝露すると変色する試薬を含むデバイスを用いて定期的に測定した。

三林たちは、耳から放出されるエタノールと呼気に含まれるエタノールの濃度の経時的変化が、全ての被験者において類似していたという観察結果を明らかにしている。これまでの研究で、呼気中のエタノール濃度と血液中のエタノール濃度が相関していることが明らかになっており、この知見は、三林たちの考案したデバイスを呼気分析計の代わりに用いて、血中アルコール濃度を評価できることを示している。今回の研究では、耳から放出されたエタノールの平均最高濃度は148 ppbであり、これはこれまでの研究で報告された手の皮膚から放出されたエタノール濃度の2倍だった。従来のデバイスは、呼気に代わる低侵襲度の測定法として、手を使って血中アルコール濃度を測定していた。口にチューブを挿入する必要がないためである。今回の知見は、耳が手よりも適切な測定部位と考えられることを示唆している。

三林たちは、このデバイスを用いて、例えば疾患スクリーニング検査において、皮膚から放出される他のガスを測定できる可能性があるという見解を示している。

A new device that fits over a person’s ears and enables non-invasive measurement of real-time changes in blood alcohol levels through the skin is presented in a proof-of-principle study in Scientific Reports.

The device, devised by Kohji Mitsubayashi and colleagues, consists of a modified pair of commercial earmuffs that collect gas released through the skin of a person’s ears, and an ethanol vapour sensor. If the sensor detects ethanol vapour, it releases light, the intensity of which allows for ethanol concentrations to be calculated.

The authors used their device to continuously monitor ethanol vapour released through the ears of three male volunteers, who had consumed alcohol with a concentration of 0.4 g per kg body weight, for 140 minutes. The ethanol concentrations of the volunteers’ breath were also measured at regular intervals using an additional ethanol vapour sensor and a device containing reagents that change colour when exposed to ethanol.

The authors observed that changes in the concentration of ethanol released through the ears and breath were similar over time for all volunteers. As previous research found that ethanol concentrations in the breath and blood are correlated, this indicates that the device could be used instead of a breathalyser to estimate blood alcohol levels. The average highest concentration of ethanol released through the ears was found to be 148 parts per billion, double the concentration previously reported to be released through the skin of the hand. Previous devices have used the hand to measure blood alcohol levels as a less invasive alternative to breath, as these devices do not require a tube to be inserted into the mouth. The findings suggest that the ears may be a more suitable location for this.

The authors propose that the device could be used to measure other gases released through the skin, for example in disease screening.

doi: 10.1038/s41598-021-90146-1

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