呼気中の肝疾患関連物質を検出する新型ガスセンサーを開発（New Gas Sensor Detects Liver Disease-Related Compounds in Breath）

肝疾患の早期診断では、呼気中に含まれる微量のジメチルスルフィド（DMS）を高感度に検出することが重要である。しかし、呼気中には強い還元性を持つ硫化水素（H₂S）が共存し、金属酸化物半導体（MOS）センサーによるDMSの選択的検出を妨げる。本研究では、パラジウム担持酸化タングステン（Pd–WO₃）検知膜の上に、酸化銅（CuO）とアルミナ（Al₂O₃）からなるフィルター層を設けた二層構造のガスセンサーを開発した。CuOが室温付近でもH₂Sを触媒酸化できる性質を利用し、DMSを大きく消費することなくH₂Sを選択的に除去するとともに、Al₂O₃によってフィルター層自体の電気的応答が検知膜に干渉することを抑制した。CuO/Al₂O₃を1：9の割合で配合したフィルター層により、DMSとH₂Sに対する応答比は3.3から50.4に向上した。さらに、湿度90％の条件下で、10 ppmのDMSに対する応答値701.3、検出限界10 ppbを達成した。本技術は、呼気中の妨害ガスの影響を低減し、肝疾患の早期診断に向けた高選択性・高感度ガスセンサーの開発につながる成果である。
Early diagnosis of liver diseases requires sensitive detection of trace dimethyl sulfide (DMS) in exhaled breath. However, the presence of strongly reducing hydrogen sulfide (H₂S) interferes with the selective detection of DMS by metal oxide semiconductor (MOS) sensors. This study developed a bilayer gas sensor consisting of a palladium-modified tungsten trioxide (Pd–WO₃) sensing film and a copper oxide/alumina (CuO/Al₂O₃) filtering overlayer. The approach exploits the ability of CuO to catalytically oxidize H₂S even near room temperature, selectively removing the interfering gas without significantly consuming DMS. Dispersing CuO particles in an insulating Al₂O₃ matrix also prevents electrical interference from the filtering layer with the underlying sensing film. With a CuO/Al₂O₃ composition ratio of 1:9, the response ratio of DMS to H₂S increased from 3.3 to 50.4. The sensor additionally achieved a response value of 701.3 to 10 ppm DMS and a detection limit of 10 ppb under 90% relative humidity. These findings demonstrate a promising strategy for highly sensitive and selective breath analysis, potentially supporting the early diagnosis of liver diseases.