JP2013192913A - Biogenic substance concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体内にセンサーを埋め込み、光学的技法を用いて生体成分を測定するか又はモニターするために使用する生体成分濃度計測装置に関するものである。 The present invention relates to a biological component concentration measuring device used for embedding a sensor in a living body and measuring or monitoring a biological component using an optical technique.
特に、生体内に、局在化表面プラズモン共鳴が発生する金属微粒子や、被検物質と反応して蛍光特性が変化する蛍光微粒子を埋め込み、生体外からこれらの微粒子に光を照射し、微粒子で発生した表面増強ラマン散乱光や、蛍光を経皮的に検出して、細胞間質液等に存在する被検物質の濃度を計測する装置に関する。 In particular, metallic microparticles that generate localized surface plasmon resonance and fluorescent microparticles that change their fluorescence characteristics by reacting with a test substance are embedded in the living body, and these microparticles are irradiated with light from outside the living body. The present invention relates to an apparatus for measuring the concentration of a test substance present in a cell interstitial fluid or the like by detecting generated surface-enhanced Raman scattered light or fluorescence percutaneously.
従来より、生体にセンサーを埋め込み、生体外から光を照射し、蛍光やラマン散乱光などの発生した光を検出し、グルコース等の被検物質の濃度を計測する装置が提案されてきた。 Conventionally, there has been proposed an apparatus for measuring the concentration of a test substance such as glucose by embedding a sensor in a living body, irradiating light from outside the living body, detecting generated light such as fluorescence or Raman scattered light, and the like.
例えば、グルコースと反応することで蛍光特性が変化する試薬を含んだ微粒子をセンサーとして皮膚上層に埋め込み、生体外から光を微粒子に照射し、微粒子で発生した蛍光を経皮的に検出することにより、グルコース濃度を計測する装置が開示されている。(特許文献1参照)。 For example, by embedding fine particles containing a reagent whose fluorescence characteristics change by reacting with glucose into the upper layer of the skin as a sensor, irradiating the fine particles with light from outside the body, and detecting the fluorescence generated in the fine particles transcutaneously An apparatus for measuring glucose concentration is disclosed. (See Patent Document 1).
また、金属コーティングされた誘電体微粒子を表面に形成した基板を生体内に埋め込み、分析対象物質と量論関係をなすラマン活性物質を共存させて、光を照射することにより発生する局在型表面プラズモン共鳴による増強電場を介して、ラマン散乱光強度を増強する表面増強ラマン散乱により、生体中のグルコース濃度を測定する技術が開示されている(非特許文献1)
上記の技術は、センサーを完全に生体内に埋め込むことで、測定したいときに外部から、光を照射するだけで、その都度の痛みを伴うことなく、生体成分濃度を測定することができる。
Also, a localized surface generated by irradiating a substrate with a metal-coated dielectric fine particle embedded in the living body and irradiating it with a Raman active substance having a stoichiometric relationship with the analyte. A technique for measuring glucose concentration in a living body by surface-enhanced Raman scattering that enhances Raman scattered light intensity via an enhanced electric field by plasmon resonance is disclosed (Non-Patent Document 1).
In the above technique, the sensor is completely embedded in the living body, and when it is desired to measure, the concentration of the living body component can be measured without irritating each time only by irradiating light from the outside.
しかしながら、上記の従来技術においては、生体内に埋め込まれたセンサーの位置が把握できず、生体内のセンサーの位置に光を照射し、発生する光を高い捕捉率で検出することができないため、生体成分濃度の計測に必要な光強度が得られないという課題を有していた。 However, in the above-described conventional technology, the position of the sensor embedded in the living body cannot be grasped, light is irradiated to the position of the sensor in the living body, and the generated light cannot be detected with a high capture rate. There was a problem that the light intensity necessary for measuring the concentration of biological components could not be obtained.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、生体内に埋め込まれたセンサーの位置を正確に把握し、生体内のセンサーの位置に正確に光を照射し、発生する光を高い捕捉率で検出することで、高精度に生体成分の濃度が測定できる表面増強ラマン散乱を用いた生体成分濃度計測装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, accurately grasps the position of the sensor embedded in the living body, accurately irradiates the position of the sensor in the living body, and generates a high capture rate of the generated light. It is an object of the present invention to provide a biological component concentration measuring apparatus using surface enhanced Raman scattering that can measure the concentration of biological components with high accuracy.
前記従来の課題を解決するために、本発明の生体成分濃度計測装置は、固体支持体上に局在型表面プラズモン共鳴を誘起しうる金属微細構造が形成された金属微細構造形成部と、前記固体支持体上に、上部が平面であり、前記上面が光反射部である複数の突起形状を有するセンサーチップと、光源と前記光源からの光の前記光反射部からの反射光強度と、前記光源からの光のより前記金属微細構造形成部から発生する表面増強ラマン散乱光を測定する検出器と、光路を変更する光路変更手段からなる前記光計測装置を備える。 In order to solve the above-described conventional problems, the biological component concentration measuring apparatus of the present invention includes a metal microstructure forming unit in which a metal microstructure capable of inducing localized surface plasmon resonance is formed on a solid support, On a solid support, a sensor chip having a plurality of protrusions whose upper part is a flat surface and whose upper surface is a light reflecting part, a light source and reflected light intensity of the light from the light source from the light reflecting part, A detector for measuring surface-enhanced Raman scattered light generated from the metal fine structure forming portion by light from a light source; and the optical measurement device comprising an optical path changing means for changing an optical path.
前記光反射部が、金属により構成されていることが好ましい。 The light reflecting portion is preferably made of metal.
前記光反射部が、特定の波長の光のみを反射することが好ましい。 It is preferable that the light reflecting portion reflects only light having a specific wavelength.
前記反射光用照射光の波長と、前記表面増強ラマン散乱光用照射光の波長が異なることが好ましい。 It is preferable that the wavelength of the reflected light irradiation light is different from the wavelength of the surface-enhanced Raman scattering light irradiation light.
前記反射光用照射光の波長と、前記表面増強ラマン散乱光用照射光の波長が同じであることが好ましい。 It is preferable that the wavelength of the irradiation light for reflected light and the wavelength of the irradiation light for surface-enhanced Raman scattering light are the same.
前記突起形状が周期的に形成されていることが好ましい。 It is preferable that the protrusion shape is formed periodically.
本発明の生体成分濃度計測装置によれば、光路を変更しながら、センサーチップ上の光反射部からの反射光強度を計測することにより、生体内に埋め込まれたセンサーチップの位置を把握し、生体内のセンサーチップの位置に正確に光を照射し、発生する光を高い捕捉率で検出することができるので、高精度に生体成分の濃度が測定できるため、有効である。 According to the biological component concentration measuring apparatus of the present invention, by measuring the reflected light intensity from the light reflecting portion on the sensor chip while changing the optical path, the position of the sensor chip embedded in the living body is grasped, Since the light is accurately irradiated to the position of the sensor chip in the living body and the generated light can be detected with a high capture rate, the concentration of the biological component can be measured with high accuracy, which is effective.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の第1の実施の形態について図1〜6を用いて説明する。
図1は本発明の実施の形態における生体成分濃度計測装置100の構成を示す図である。図1において生体成分濃度計測装置100は、センサーチップ105、光計測装置200から構成されている。光計測装置200は、略平行光を発するレーザー光源101、光を50%反射し、50%透過するビームスプリッタ102、センサーチップ105から発生した表面増強ラマン散乱光を整形するレンズ群108、表面増強ラマン散乱光を分光する分光フィルター106、分光した表面増強ラマン散乱光と、センサーチップ105を反射したレーザー光を検出する光検出器110、光検出器110が検出した光強度を算出し、算出した光強度によりセンサーチップ位置を決定、及び光検出器110が検出した光強度を算出し、算出した光強度に基づきグルコース濃度を算出するマイクロコンピュータ111、メモリ112、ビームスプリッタ102とレーザー光源101とレンズ群108と分光フィルター106と光検出器110とを位置関係を保持したまま移動する光路変更器113よりなる。図2に示すように、レンズ群108と分光フィルター106は、移動可能であり、センサーチップ105からの反射光を検出する際は、光路外に移動する。センサーチップ105から発生した表面増強ラマン散乱光を検出する際は、図1に示す位置にレンズ群108と分光フィルター106が配置する。
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a biological component
表皮組織103は、生体の表面にあり、0.2〜0.5mm程度の厚さを有する。真皮組織104は、0.5〜2mm程度の厚さを有する。センサーチップ105は真皮組織104中に埋め込み、組織細胞間の体液、即ち細胞間質液に浸った状態にある。真皮組織104中では毛細血管が多数存在するので、細胞間質液にはこれら毛細血管中の成分が浸透している。特に、グルコースは浸透性が高いことから、細胞間質液のグルコース濃度は、血糖値との相関が高い。皮下組織107は主に脂肪細胞からなる。
The
レーザー光源101は、本発明における光源に相当する。本実施の形態では、分光する際に、分光フィルターを用いたが、所定の波長を分光できる公知技術であれば、特に限定することなく利用できる。たとえば、スリットとグレーティング素子を用いた分光器や、音響光学素子等を利用することができる。
The
レーザー光源101は、波長が780nmの略平行光で、ビーム形状は直径が500μmの円形で、表皮組織102を透過し真皮組織104中のチップ105を照射する。レーザー光が照射されたチップ105からはラマン散乱光が発生する。グルコースの場合は照射光の波数より、1000〜1200cm-1程度小さい波数の表面増強ラマン散乱光を観測すると、蛋白質等の妨害成分の影響を比較的受けにくく有利である。本実施の形態の場合、照射光の波長が780nmなので、890nm程度の波長を透過する分光フィルター106を利用することが好ましい。
The
本実施の形態では、図3に示すような断面を持つセンサーチップ105の場合を説明する。本実施の形態におけるセンサーチップの固体支持体13を構成する材料は、シリコン、ガラス板、セラミック、プラスチックフィルムが挙げられる。
In the present embodiment, the case of the
固体支持体13上には、円筒状の突起形状11が設けられている。円筒状の突起形状11の上面には、金薄膜14が形成されている。金薄膜14は、本発明における光反射部に相当する。固体支持体13の表面の突起形状11は、固体支持体13と異なる素材でも良いが、製造における簡便さを考慮すると同一の素材が好ましい。
A
固体支持体13の凹部には、局在型表面プラズモン共鳴を誘起しうる金微細構造12が形成されている。センサーチップ105は、図4に示すように、直径500μmの円形状の固体支持体13に直径50μmの円柱状の突起形状11が、2つ形成されている。突起形状11は、固体支持体13の中心を通る直線A上に中心を持ち、固体支持体13の中心を通り、直線Aに対して垂直な直線Bに対して線対称な位置に中心を持つ。また、固体支持体13の円周と、突起形状11の円周は接するように形成されている。突起形状11の上面には、金薄膜14が形成されている。
A
例えば、固体支持体13と突起形状11が同一素材の場合、突起形状11の形成は、フォトリソグラフィー法とエッチング法とを組み合わせて行うことができる。
For example, when the
固体支持体13上への突起形状11の形成方法の一例を、図5(a)〜(d)を用いて説明する。図5(a)に示しすように、まず固体支持体13上に、スピンコート法などを用いレジスト膜31を成膜する。このレジスト膜31を選択的に露光(図5(b))、現像し、所定の形状を有するレジストパターン32を作製する(図5(c))。その後、固体支持体13のレジストパターン32のレジスト膜31が存在しない部分を所定の深さになるようにエッチングすることで、図5(d)に示すような突起形状11が形成できる。
An example of a method for forming the
なお、エッチング法には、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 For the etching method, for example, one or more of physical etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, beam etching, and light-assisted etching, and chemical etching methods such as wet etching are combined. Can be used.
また、固体支持体13がプラスチックフィルムの場合は、モールド法により作製した微細な凹凸を有する支持体を用いた作製方法も可能である。これにより、微細な突起形状パターンを精密に形成することができる。
When the
固体支持体13上への金微細構造12と金薄膜14の形成方法の一例を、図6(a)〜(d)を用いて説明する。図5(a)〜(d)に示したように、まず突起形状13を有する固体支持体13上に、電子線レジスト42をスピンコート法などにより成膜する(図6(a))。次いで、電子描画装置で露光し、現像後レジストパターン43を得る(図6(b))。その後、金薄膜41をスパッタ法、あるいは蒸着法により蒸着する。次いで、レジストを除去して、任意の形状を有する金微細構造12と金薄膜14を形成することが出来る(図6(c))。
An example of a method for forming the
前述の電子線描画装置の他に、集束イオンビーム加工装置、X線露光装置、EUV露光装置によるパターニング法で金微細構造12を成形することもできる。
In addition to the electron beam drawing apparatus described above, the
金微細構造12の1例として、およそ130nmの直径、及びおよそ30nmの高さを有する金ナノディスクが挙げられる。この金ナノディスクは、780〜900nmの局在型表面プラズモン共鳴波長を有する。
An example of the
固体支持体13厚み(W4)は、特に限定されなく、生体内への埋め込み場所等を考慮して、適宜選択される。具体的に、固体支持体13の厚みW4は、5μm〜1000μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは100μm〜500μmの範囲である。固体支持体13の厚みが5μm以下であれば、固体支持体13が破損または変形する恐れがある。また、固体支持体13の厚みが1000μm以上である場合は生体内へ埋め込む際、人体への負荷が大きくなる。
The thickness (W4) of the
固体支持体13が生体適合性材料で無い場合は、固体支持体13表面に生体適合性ポリマーをコーティングすることができる。生体適合性ポリマーとしては、既知の材料を用いることができ、生体内へ埋め込むことを考慮して適宜選択される。例えば、ポリウレタン、シリコン樹脂、PMMA、パリレンなどがあげられる。
When the
固体支持体13への生体適合性ポリマーのコーティング方法としては、スピンコート法、インクジェット法、ディッピング法、真空重合法など、固体支持体13上へ形成される突起形状11に対し、均一にコーティングできる手法を適宜選択することが出来る。
As a coating method of the biocompatible polymer on the
尚、図3中の突起形状11の高さ(W1)は、5μm〜150μmの範囲であることが好ましい。
In addition, it is preferable that the height (W1) of the
突起形状11は、固体支持体13上の端かつ、中心に対して対称な位置に配置されていればよく、円柱でも、四角柱でも六角柱でもよく、特に制限されない。
The protruding
さらに、全光反射部14の面積は、特に制限されないが、局在型表面プラズモン共鳴を誘起しうる金微細構造12の面積を考慮すると、固体支持体13の表面積の20%以下であることが望ましい。
Further, the area of the total
センサーチップ105は図1の様に、真皮組織104中に、突起形状11が形成された面を皮膚表面と平行になる様に表面から深さ1.5mmの位置に埋め込む。(皮膚表面より1.5mm下)。
As shown in FIG. 1, the
次に、本実施の形態における生体成分濃度計測装置100がグルコース濃度を測定する際の動作について、図面を参照しながら説明する。まず、センサーチップ105は生体内の真皮組織104中に埋め込まれ、細胞間質液に浸されている。光計測装置100を生体外からセンサーチップ105の近傍の1cm角の領域にレーザー光が照射されるように接触させる。その後、レーザー光源101の電源を入れる。このとき、レンズ群108と分光フィルター106は、図2に示すように、光路から外れるようにモータ等を用いて移動される。
Next, the operation when the biological component
レーザー光源101から放射された光は、ビームスプリッタ102によって反射され、皮膚に照射される。その後、レーザー光は光路変更器113により、横方向へ一定距離移動する。レーザー光が横方向へ一定距離移動する間、光検出器110は、常に光強度を検出し、メモリ112に位置情報と光強度を格納する。横方向へ1cm移動した後、光路変更器113は、1cm移動した横方向と垂直な方向へ光路を変更し、また、横方向へ1cm移動する。光路変更器113は、この操作を繰り返し、メモリ112に位置情報と光強度を格納する。マイクロコンピュータ111は、メモリ112に格納された光強度から、光強度が最大になる位置情報を引き出し、光路変更器113を動かし、光強度が最大となる位置に動かす。一連の動作により、光計測装置200は、生体内に埋め込まれたセンサーチップの位置を把握し、生体内のセンサーチップ105の位置に正確に光を照射し、発生する光を高い捕捉率で検出することができる。光強度を検出することにより、センサーチップ105の位置を把握できる理由は以下の通りである。
The light emitted from the
センサーチップ105上には、金薄膜14が設けられており、照射されたレーザー光を強く反射する。皮膚内には、レーザー光を強く反射する部位は存在しない。また、固体支持体13の金微細構造12が形成された領域では、散乱が強く、光検出器110に到達する光強度は弱い。したがって、光路を移動させたときに、光検出器110で検出される光強度が最大となる位置は、レーザー光の中心がセンサーチップ105の中心と一致する位置である。
A gold
次に、マイクロコンピュータ111は、レンズ群108と分光フィルター106を、図1に示すように、光路に動かす。レーザー光源101は、センサーチップ105に光を照射し、センサーチップ105直近の数十nm以下の領域に存在するグルコースから表面増強ラマン散乱光が発生する。発生したグルコースの表面増強ラマン散乱光は、レンズ群108により集光され、光検出器110に到達する。光検出器110に到達する表面増強ラマン散乱光は、レンズ群108の間にある分光フィルター106を通過することにより分光される。マイクロコンピュータ111は、メモリ112にあらかじめ格納されている光強度とグルコース濃度の相関関係を参照し、光検出器110により検出した光強度から、グルコース濃度を算出する。算出されたグルコース濃度は、例えば、スピーカー(図示せず)を通じて音声での通知や、ディスプレイ等(図示せず)に表示させることにより、使用者に通知される。
Next, the
メモリ112に格納されている、光強度とグルコース濃度との相関を示す相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
The correlation data indicating the correlation between the light intensity and the glucose concentration stored in the
まず、既知のグルコース濃度を有する使用者について、表面増強ラマン散乱光の光強度を測定する。この測定を、異なるグルコース濃度を有する複数の使用者について行うことにより、光強度とグルコース濃度とからなるデータの組を得ることができる。 First, the light intensity of surface enhanced Raman scattered light is measured for a user having a known glucose concentration. By performing this measurement for a plurality of users having different glucose concentrations, a data set composed of light intensity and glucose concentration can be obtained.
本実施の形態によれば、反射光強度をセンサーチップの位置を把握でき、センサーチップ105に正確にレーザー光を照射し、発生する表面増強ラマン散乱光を高い捕捉率で検出することができるので、高精度に細胞間質液のグルコース濃度を測定できる。また、光源や光検出器が1つでよいため、装置構成が簡便である。
According to the present embodiment, the reflected light intensity can be grasped, the position of the sensor chip can be grasped, the
ここで、本実施の形態の様に、照射光の波長として780nmを利用したが、これは次の点で有利である。一般的に生体中では、700〜900nmの光に対しては透過性が極めて高い。またグルコースの特異的ラマン散乱光は、照射光の波数より、1000〜1200cm-1程度の小さい波数なので、照射光を700〜800nmに設定すると、照射光と表面増強ラマン散乱光の双方が、生体中の透過性が高い波長域を利用できるからである。 Here, as in this embodiment, 780 nm is used as the wavelength of irradiation light, which is advantageous in the following points. In general, in a living body, the transmittance is extremely high for light of 700 to 900 nm. Moreover, since the specific Raman scattered light of glucose is a wave number that is about 1000 to 1200 cm −1 smaller than the wave number of the irradiated light, when the irradiated light is set to 700 to 800 nm, both the irradiated light and the surface enhanced Raman scattered light are This is because a wavelength region with high transparency can be used.
(実施の形態2)
本発明の第2の実施の形態について図7〜11を用いて説明する。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図7〜10において、図1〜4と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。 7 to 10, the same components as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図7は、本発明の実施の形態2に係る生体成分濃度計測装置の構成を示す図である。
図7において、実施の形態1と異なる構成は、光計測装置200に、レーザー光源101と異なる波長の略平行光を発するレーザー光源114が設けられており、レーザー光源101とレーザー光源114が入れ替わることが出来る点である。また、センサーチップ105が、突起形状11の上面の光反射部が、誘電体多層膜15からなる点も異なる。その他の構成は同じであるので説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the biological component concentration measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 7, the configuration different from that of the first embodiment is that the
図7に示すレーザー光源101は、表面増強ラマン散乱光を検出する際に照射する光源であり、レーザー光源114は反射光強度を計測する際に照射する光源である。
A
図7に示す配置は、表面増強ラマン散乱光を検出する際の配置であり、レーザー光源101の光が生体に照射される。
The arrangement shown in FIG. 7 is an arrangement for detecting surface-enhanced Raman scattering light, and the living body is irradiated with the light from the
図8は、反射光強度を検出する際の配置であり、レーザー光源114の光が生体に照射される。
FIG. 8 shows an arrangement for detecting the reflected light intensity, and the living body is irradiated with the light from the
レーザー光源114は、波長が650nmの略平行光で、ビーム形状は直径が1000μmの円形で、表皮組織102を透過し真皮組織104中のチップ105を照射する。
本実施の形態では、図9に示すような断面を持つセンサーチップ205の場合を説明する。
The
In this embodiment, the case of the
図9において、実施の形態1と異なる構成は、円筒上の突起形状11の上面の光反射部に650nmを中心波長として、650nm近傍の光のみを反射する誘電体多層膜15が形成されている点である。
In FIG. 9, the configuration different from that of the first embodiment is that a
図10に示すように、本実施の形態においては、センサーチップ205は、実施の形態1のセンサーチップ105と同様に、直径500μmの円形状の固体支持体13に直径50μmの円柱状の突起形状11が、2つ形成されている。突起形状11は、固体支持体13の中心を通る直線A上に中心を持ち、固体支持体13の中心を通り、直線Aに対して垂直な直線Bに対して線対称な位置に中心を持つ。また、固体支持体13の円周と、突起形状11の円周は接するように形成されている。突起形状11の上面には、誘電体多層膜15が形成されている。
As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the
固体支持体13上への金微細構造12と誘電体多層膜15の形成方法の一例を、図11(a)〜(g)を用いて説明する。図5(a)〜(d)に示した方法で作成した突起形状11を有する固体支持体13上に、スピンコート法などを用いレジスト膜51を成膜する。このレジスト膜51を選択的に露光、現像し、所定の形状を有するレジストパターン52を作製する(図10(b))。その後、スパッタ法等を用いて、誘電体多層膜53を成膜する(図10(c))。次いで、レジストを除去して誘電体多層膜54を得る(図10(d))。次に電子線レジスト55をスピンコート法などにより成膜する(図10(e))。次いで、電子描画装置で露光し、現像後、レジストパターン56を得る(図10(f))。その後、金をスパッタ法、あるいは蒸着法により蒸着する。次いで、レジストを除去して、任意の形状を有する金微細構造12と誘電体多層膜15を形成することが出来る(図10(g))。
An example of a method for forming the
誘電体多層膜15を構成する材料は、2種類の650nmの光に対して透明材料であれば、特に限定されることなく使用できる。例えば、SiO2とTiO2の誘電体周期多層膜が上げられる。
The material constituting the
次に、本実施の形態における生体成分濃度計測装置がグルコース濃度を測定する際の動作について、図面を参照しながら説明する。まず、センサーチップ205は生体内の真皮組織104中に埋め込まれ、細胞間質液に浸されている。光計測装置200を生体外からセンサーチップ205の近傍の1cm角の領域にレーザー光が照射されるように接触させる。その後、レーザー光源114の電源を入れる。このとき、レンズ群108と分光フィルター106は、図2に示すように、光路から外れるようにモータ等を用いて移動される。
Next, the operation when the biological component concentration measuring apparatus in the present embodiment measures the glucose concentration will be described with reference to the drawings. First, the
レーザー光源114から放射された光は、ビームスプリッタ102によって反射され、皮膚に照射される。その後、レーザー光は光路変更器113により、横方向へ一定距離移動する。レーザー光が横方向へ一定距離移動する間、光検出器110は、常に光強度を検出し、メモリ112に位置情報と光強度を格納する。横方向へ1cm移動した後、光路変更器113は、1cm移動した横方向と垂直な方向へ光路を変更し、また、横方向へ1cm移動する。光路変更器113は、この操作を繰り返し、メモリ112に位置情報と光強度を格納する。マイクロコンピュータ111は、メモリ112に格納された光強度から、光強度が最大になる位置情報を引き出し、光路変更器113を動かし、光強度が最大となる位置に動かす。一連の動作により、光計測装置200は、生体内に埋め込まれたセンサーチップ205の位置を把握し、生体内のセンサーチップ205の位置に正確に光を照射し、発生する光を高い捕捉率で検出することができる。
The light emitted from the
次に、マイクロコンピュータ111は、レンズ群108と分光フィルター106を、図1に示すように、光路に動かす。同時に、マイクロコンピュータ111は、レーザー光源101をレーザー光源114と入れ替える。レーザー光源101は、センサーチップ205に光を照射し、センサーチップ205直近の数十nm以下の領域に存在するグルコースから表面増強ラマン散乱光が発生する。発生したグルコースの表面増強ラマン散乱光は、レンズ群108により集光され、光検出器110に到達する。光検出器110に到達する表面増強ラマン散乱光は、レンズ群108の間にある分光フィルター106を通過することにより分光される。マイクロコンピュータ111は、メモリ112にあらかじめ格納されている光強度とグルコース濃度の相関関係を参照し、光検出器110により検出した光強度から、グルコース濃度を算出する。算出されたグルコース濃度は、例えば、スピーカー(図示せず)を通じて音声での通知や、ディスプレイ等(図示せず)に表示させることにより、使用者に通知される。
Next, the
本実施の形態によれば、金微細構造の780nmにおける反射光強度が強く、センサーチップ105上の位置によって、反射光強度の変化が小さい場合に特に有効である。
According to the present embodiment, the reflected light intensity at 780 nm of the gold microstructure is strong, and is particularly effective when the change in the reflected light intensity is small depending on the position on the
(実施の形態3)
本発明の第3の実施の形態について図12〜15を用いて説明する。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図12〜15において、図1〜4と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。
実施の形態1と異なる構成は、センサーチップ305の突起状形状11が周期的に配置されている点である。
12-15, the same code | symbol is used about the same component as FIGS. 1-4, and description is abbreviate | omitted.
The configuration different from the first embodiment is that the protruding shapes 11 of the
図12において、実施の形態1と異なる構成は、センサーチップ305の突起状形状11が周期的に配置されている点である。その他の構成は同じであるので説明を省略する。
In FIG. 12, the configuration different from the first embodiment is that the protruding shapes 11 of the
図13は、反射光強度を検出する際の配置であり、実施の形態1と異なる構成は、センサーチップ305の突起状形状11が周期的に配置されている点である。その他の構成は同じであるので説明を省略する。
FIG. 13 shows an arrangement for detecting the reflected light intensity, and a configuration different from the first embodiment is that the protruding shapes 11 of the
本実施の形態では、図14に示すような断面を持つセンサーチップ305の場合を説明する。図14において、実施の形態1と異なる構成は、センサーチップ305の突起状形状11が周期的に配置されている点である。その他の構成は同じであるので説明を省略する。
固体支持体13上には、正方配列した周期的な円筒状の突起形状11が設けられている。円筒状の突起形状11の上面には、金薄膜14が形成されている。センサーチップ305は、図15に示すように、直径500μmの円形状の固体支持体13に直径20μmの円柱状の突起形状13が、ピッチ間隔(W2)が、60μmで36個形成されている。W2は円柱形状の中心間の距離である。
In the present embodiment, the case of a
On the
尚、図3中の突起形状11の高さ(W1)は、5μm〜150μmの範囲であることが好ましい。
突起形状11は、固体支持体13上の端かつ、中心に対して対称な位置に配置されていればよく、円柱でも、四角柱でも六角柱でもよく、特に制限されない。突起形状11は、その形状は、円柱でも、四角柱でも六角柱でもよく、特に制限されない。また、柱状の突起形状の配列方法は、正方配列でも、三角配列、六角配列でもよく、規則的に配列していれば特に制限は無い。
In addition, it is preferable that the height (W1) of the
The protruding
本実施の形態における生体成分濃度計測装置の動作については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。 Since the operation of the biological component concentration measuring apparatus in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、周期的に光反射部を配置したことにより、光路変化に対する反射光強度の変化が、大きくなるため、より正確にセンサーチップ位置を把握できる。 According to the present embodiment, since the light reflection portions are periodically arranged, the change in the reflected light intensity with respect to the change in the optical path becomes large, so that the sensor chip position can be grasped more accurately.
本実施の形態では、実施の形態1生体成分濃度計測装置のセンサーチップに周期的な突起形状を設けたが、実施の形態2の生体成分濃度計測装置センサーチップに同様に周期的な突起形状を設けてもよい。 In the present embodiment, the periodic protrusion shape is provided on the sensor chip of the biological component concentration measuring device in the first embodiment, but the periodic protrusion shape is similarly provided on the biological component concentration measuring device sensor chip in the second embodiment. It may be provided.
本発明の生体成分濃度計測装置によれば、光路を変更しながら、センサーチップ上の光反射部からの反射光強度を計測することにより、生体内に埋め込まれたセンサーチップの位置を把握し、生体内のセンサーチップの位置に正確に光を照射し、発生する光を高い捕捉率で検出することができるので、高精度に生体成分の濃度が測定できるため、有効である。 According to the biological component concentration measuring apparatus of the present invention, by measuring the reflected light intensity from the light reflecting portion on the sensor chip while changing the optical path, the position of the sensor chip embedded in the living body is grasped, Since the light is accurately irradiated to the position of the sensor chip in the living body and the generated light can be detected with a high capture rate, the concentration of the biological component can be measured with high accuracy, which is effective.
11 突起形状
12 金微細構造
13 固体支持体
14 金薄膜
15 誘電体多層膜
31 レジスト膜
32 レジストパターン
41 金薄膜
42 電子線レジスト
43 レジストパターン
W1 突起形状高さ
W2 ピッチ間隔
W4 固体支持体厚み
51 レジスト膜
52 レジストパターン
53、54 誘電体多層膜
55 電子線レジスト
56 レジストパターン
100 生体成分濃度計測装置
101 レーザー光源
102 ビームスプリッタ
103 表皮組織
104 真皮組織
105、205、305 センサーチップ
106 分光フィルター
107 皮下組織
108 レンズ群
110 光検出器
111 マイクロコンピュータ
112 メモリ
113 光路変更器
114 レーザー光源
200 光計測装置
11
W1 Projection height
W2 pitch interval
W4
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012066603A JP2013192913A (en) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Biogenic substance concentration measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012066603A JP2013192913A (en) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Biogenic substance concentration measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2012066603A Pending JP2013192913A (en) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Biogenic substance concentration measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2013192913A (en) |
-
2012
- 2012-03-23 JP JP2012066603A patent/JP2013192913A/en active Pending
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