JP2016168259A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】励起光により蛍光を発生する蛍光部材を内部に収容する針部材の細径化を、より容易に実現可能なセンサを提供する。【解決手段】中空部を区画する針部材と、前記中空部に位置し、励起光によりアナライトの量に応じた蛍光を発生する蛍光部材と、前記中空部のうち前記蛍光部材が収容された収容空間に対して前記針部材の基端側に延在しており、前記蛍光部材に前記励起光を照射する光ファイバと、を備え、前記光ファイバの外周面は、前記針部材の内周面と当接しており、前記針部材の前記収容空間を区画する部分には、貫通孔が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、センサに関し、特に、励起光により蛍光を発生する蛍光部材を備えるセンサに関する。

患者などの被測定者の体内にセンサを挿入又は埋め込み、患者の血液又は体液中のアナライト（例えば、グルコースやｐＨ、コレステロール、たんぱく質等）すなわち被計測物質を該センサによって検出することが行われている。

特許文献１には、側部に複数個の貫通孔が設けられた針部材としての針状の中空容器と、この中空容器内に挿入された担体筒と、この担体筒内に端部が挿入された光ファイバと、を備え、被検体内に留置されるバイオセンサが開示されている。このバイオセンサの光ファイバの端部には、蛍光色素であるルテニウム有機錯体の薄膜が被覆されており、このルテニウム有機錯体は、光源からの励起光により、アナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生するものである。

国際公開第２００６／０９０５９６号

ところで、針部材の挿入時や針部材を留置している間に患者などの被測定者が感じる痛みを軽減するため、被測定者に挿入される針部材については径を細くすることが求められているが、特許文献１に開示のセンサでは、蛍光部材としてのルテニウム有機錯体の薄膜が、光ファイバの外周面上に被覆される構成であるため、針部材としての中空容器を細径化することが難しいという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記問題に鑑み、励起光により蛍光を発生する蛍光部材を内部に収容する針部材の細径化を、より容易に実現可能なセンサを提供することである。

本発明の第１の態様としてのセンサは、中空部を区画する針部材と、前記中空部に位置し、励起光によりアナライトの量に応じた蛍光を発生する蛍光部材と、前記中空部のうち前記蛍光部材が収容された収容空間に対して前記針部材の基端側に延在しており、前記蛍光部材に前記励起光を照射する光ファイバと、を備え、前記光ファイバの外周面は、前記針部材の内周面と当接しており、前記針部材の前記収容空間を区画する部分には、貫通孔が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の１つの実施形態としてのセンサは、前記収容空間に対して前記針部材の先端側に位置する蓋部を備え、前記蛍光部材は、前記針部材の延在方向において、前記光ファイバと前記蓋部との間に位置することが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記蓋部は、前記針部材の先端部に形成されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記蓋部は、前記延在方向において前記蛍光部材と対向する位置に、前記光ファイバからの前記励起光を反射する反射面を備えることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記反射面は、前記延在方向と略直交する平面であることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記蛍光部材は、前記貫通孔から前記収容空間内に流入する前記アナライトを含む体液により膨潤し、前記光ファイバの先端面及び前記蓋部の前記反射面に当接することが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記針部材は、前記中空部を区画する筒状部材と、刃面を有し、前記筒状部材の一端に取り付けられた先端部材と、を備え、前記蓋部は、前記先端部材により構成されていることが好ましい。

本発明の１つの実施形態として、前記蓋部は、前記針部材の周壁のうち、前記収容空間を区画する部分の前記針部材の前記先端側の一端と連続して形成されているものとすることができる。

本発明によれば、励起光により蛍光を発生する蛍光部材を内部に収容する針部材の細径化を、より容易に実現可能なセンサを提供することができる。

本発明の第１実施形態としてのセンサを含む計測装置を示す概要図である。 図１に示すセンサの先端側部分を示す斜視図である。 図１に示すセンサの先端側部分の断面図である。 図２、図３に示す蛍光部材の変形例を示す図である。 図５（ａ）は、本発明の第２実施形態としてのセンサの先端側部分における断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すセンサを先端側から見た図である。 本発明の第３実施形態としてのセンサの先端側部分における断面図である。

以下、本発明に係るセンサの実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態としてのセンサ１を含む計測装置５０を示す概要図である。図１に示すように、計測装置５０は、センサ１と、このセンサ１を支持するセンサ支持部材３０と、このセンサ支持部材３０に着脱可能な処理装置４０と、を備えている。

図２は、センサ１の一部としてセンサ１の先端側部分を示す斜視図である。また、図３は、センサ１の先端側部分の断面図である。図２、図３に示すように、センサ１は、針部材２と、蛍光部材３と、光ファイバ４と、を備えている。針部材２は、中空部５を区画する筒状の中空針であり、先端部に刃面１０が形成されている。アナライトの検出部材としての蛍光部材３は、針部材２の中空部５に位置し、光ファイバ４からの励起光によりアナライトの量に応じた蛍光を発生する。光導管としての光ファイバ４は、針部材２の中空部５のうち蛍光部材３が収容された収容空間５ａに対して針部材２の基端側に延在しており、光ファイバ４の先端面６から蛍光部材３に励起光を照射する。なお、図３に示す断面図は、針部材２の中心軸線を含み、針部材２の延在方向Ａにおいて針部材２の刃面１０の基端１０ａを通る平面での断面図である。

また、光ファイバ４の外周面は、針部材２の内周面と当接している。更に、針部材２の周壁のうち収容空間５ａを区画する部分７には、貫通孔８が形成されている。なお、本実施形態では、以下、説明の便宜上、針部材２の周壁のうち収容空間５ａを区画する部分７を、「周壁部７」と記載する。また、図３や、後に説明する図４、図５（ａ）及び図６では、説明の便宜上、光ファイバ４の外周面と針部材２、１０２及び２０２の内周面との間に隙間があるように描かれているが、実際は、光ファイバ４の外周面と針部材２、１０２及び２０２の内周面とは当接している。

センサ１は、針部材２の先端を生体表面から生体内へと穿刺することにより、生体内へと挿入される。そしてセンサ１は、蛍光部材３によるアナライトの検出が可能になるように、針部材２の先端を生体表面から所定深さまで挿入した状態で留置される。

センサ支持部材３０は、扁平形状を有し、センサ１の針部材２の基端部が嵌着される貫通孔３１を区画している。センサ支持部材３０は、センサ１が生体内に留置された状態で生体表面上に留置されるものであり、厚み方向の一方の面（図１における下面）が、生体表面と当接する。また、厚み方向の他方の面（図１における上面）からは、センサ１の光ファイバ４の基端側部分が貫通孔３１を通じて外方に延在している。生体表面と当接する面には粘着部材を設けてもよい。

処理装置４０は、蛍光部材３に照射する励起光を発生する発光部４１と、アナライトの量に応じて発生した蛍光部材３の蛍光を受光する受光部４２を備えた光学検出部４３と、この光学検出部４３から得られた信号を処理する処理部４４と、を備えている。処理装置４０は、センサ支持部材３０に対して着脱可能であり、センサ１を生体内に挿入し、留置した後で、生体表面上に留置されたセンサ支持部材３０に対して装着することができる。処理装置４０をセンサ支持部材３０に対して装着する際には、センサ支持部材３０の貫通孔３１から生体外へと延在する光ファイバ４の基端側が、発光部４１及び光学検出部４３と光学系を構成するように、処理装置４０に対して接続される。

したがって、計測装置５０では、以下の工程により体液中のアナライト量を計測することができる。まず、処理装置４０の発光部４１が発生する励起光（図１中の矢印参照）を、光ファイバ４を通じて針部材２内へと案内する。そして、光ファイバ４の先端面６から蛍光部材３に対して励起光を照射する。蛍光部材３は、励起光によってアナライトの量に応じた蛍光を発生し、この発生した蛍光を、光ファイバ４を通じて、処理装置４０まで案内する。処理装置４０は、受光部４２により受光された蛍光（図１中の矢印参照）に基づき、例えばアナライト濃度等のアナライト量を計測することができる。

なお、上述した処理装置４０における発光部４１は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの光源を備えており、この光源が励起光を発生する。また、処理装置４０における処理部４４は、ＣＰＵ等の電子回路を備えている。更に、処理装置は、上述した発光部、光学検出部及び処理部に加えて、生体情報を記憶するメモリ、生体情報を外部装置に送信する送信部、生体情報を表示する表示モニタなど、目的や使用用途に応じて適宜設計することができる。

以下、上述した計測装置５０を構成する、本実施形態としてのセンサ１の詳細について説明する。

［針部材２］
図２、図３に示すように、針部材２は、先端部の先端面に刃面１０が形成された略円筒状の金属製中空針であり、中空部５に光ファイバ４の先端側及び蛍光部材３を収容している。蛍光部材３が収容された周壁部７には、針部材２の外部と収容空間５ａとを連通する貫通孔８が形成されている。そのため、アナライトを含む体液は、センサ１が生体内に留置された状態において、貫通孔８を通じて蛍光部材３が収容される収容空間５ａへと流入することができる。

ここで、本実施形態の針部材２では複数の貫通孔８が形成されているが、この構成に限られるものではなく、収容空間を区画する針部材の周壁部分に少なくとも１つの貫通孔が形成されていればよい。但し、本実施形態のように、周壁部７に複数の貫通孔８が形成された構成とすれば、１つの貫通孔のみが形成された構成と比較して、体液の収容空間５ａへの流入及び収容空間５ａからの流出を促進することができ、経時的なアナライト量の変化をより正確に計測することが可能となる。

また、本実施形態における貫通孔８は、針部材２の延在方向Ａ及び周方向Ｂにおいて複数形成されているが、この構成に限られるものではなく、例えば、針部材の延在方向及び周方向のいずれかにおいてのみ貫通孔を複数形成する構成としてもよい。但し、本実施形態のように貫通孔８を延在方向Ａ及び周方向Ｂそれぞれに複数配置する構成や、針部材の周面に沿って螺旋状に複数の貫通孔を配置する構成など、貫通孔を針部材の延在方向及び周方向において複数配置する構成とすれば、針部材の延在方向の位置及び周方向の位置に応じたアナライト量のばらつき等の影響を軽減することができる。

更に、本実施形態における貫通孔８は、図２に示すように楕円形状の孔であるが、貫通孔の断面形状は楕円形状に限られるものではなく、例えば、円形や多角形など、各種形状を採用することができる。

なお、本実施形態の収容空間５ａは、周壁部７の内周面及び光ファイバ４の先端面６により区画された空間であり、延在方向Ａにおける針部材２の先端側は開放されている。そのため、本実施形態における収容空間５ａは、貫通孔８に加えて、刃面１０に区画された針部材２の先端開口９を通じて、針部材２の外部と連通している。

一方で、針部材２の周壁うち光ファイバ４が位置する部分には、貫通孔８が形成されておらず、内面に鏡面仕上げが施されており、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２０１３における表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）は８００ｎｍ以下が好ましい。

また、本実施形態の針部材２の刃面１０は、針部材２の延在方向Ａに対して所定の角度をなして傾斜した一平面内に含まれる１つの傾斜面により構成されているが、この刃面形状に限られるものではなく、例えば、針部材の延在方向に対して異なる角度で傾斜した複数の傾斜面により刃面を構成することも可能である。

更に、本実施形態の針部材２を構成する中空針の材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金等の金属材料を用いることができる。

［蛍光部材３］
蛍光部材３は、針部材２の収容空間５ａに収容されている。具体的に、本実施形態の収容空間５ａは、図２、図３に示すように針部材２の先端部に区画されており、蛍光部材３は、延在方向Ａにおいて針部材２の先端面である刃面の近傍に位置している。したがって、蛍光部材３が針部材２のより基端側の位置に収容されている構成と比較して、蛍光部材３によるアナライト量の検出のために生体内へ挿入される針部材２の挿入深さを低減することができ、患者等の被測定者の感じる痛みを軽減することができる。

蛍光部材３は、ゲル状の蛍光ゲルとすることができ、例えば、含水し易いハイドロゲルをベース材料として、ハイドロゲル内に蛍光色素を包含または結合させることにより構成される。ハイドロゲルの成分としてはメチルセルロースもしくはデキストランなどの多糖類、（メタ）アクリルアミド、メチロールアクリルアミド、もしくはヒドロキシエチルアクリレート等のモノマーを重合して作製するアクリル系ハイドロゲル、またはポリエチレングリコールとジイソシアネートから作製するウレタン系ハイドロゲルなどを用いることができ、上記で例示したものに加えて、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ‐（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ‐（ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリビニルピロリドン、ポリ‐（エチレン‐コ‐ビニルアルコール）、ポリ‐（酢酸ビニル‐コ‐ビニルアルコール）、ポリ（エチレン‐コ‐酢酸ビニル‐コ‐ビニルアルコール）、ポリ（エチレングリコール‐コ‐プロピレングリコール）などを用いることもできる。

蛍光色素は、アナライトの種類に応じて選択され、アナライトの量に応じて発生する蛍光の光量が可逆的に変化する蛍光色素ならば、どのようなものでも使用できる。例えば生体内の水素イオン濃度または二酸化炭素を測定する場合には、ヒドロキシピレントリスルホン酸誘導体、糖類を測定する場合には蛍光残基を有するフェニルボロン酸誘導体、カリウムイオンを測定する場合には蛍光残基を有するクラウンエーテル誘導体などを用いることができる。

そして、グルコースのような糖類を測定する場合には、蛍光色素として、ルテニウム有機錯体、蛍光フェニルボロン酸誘導体、または蛋白と結合したフルオレセイン等のグルコースと可逆結合する物質を用いることができる。また、ルテニウム有機錯体のルテニウムに代えてオスミウム、イリジウム、ロジウム、レニウムおよびクロム等の有機錯体を用いることができる。なお蛍光フェニルボロン酸誘導体としては、特に２つのフェニルボロン酸と蛍光残基としてアントラセンを含む化合物が、検出感度が高い。この他に、適切な検出技術として、蛍光共鳴エネルギー移動（フェルスター共鳴エネルギー移動、ＦＲＥＴ）、蛍光エネルギー移動、蛍光偏光、蛍光消光、リン光、ルミネセンス増強、ルミネセンス消光があげられる。特に、供与体（Ｄ）−受容体（Ａ）のエネルギー移動を利用したＦＲＥＴを適用した発光法が好ましく、グルコースを検出する場合は、供与体（Ｄ）を結合させたレクチン（ＣｏｎＡ）と受容体（Ａ）を結合させたアナライト類縁体（デキストラン）が用いられる。

以上の説明のように、センサ１は、蛍光色素の選択によって、酸素センサ、グルコースセンサ、ｐＨセンサ、免疫センサ、または微生物センサなど、多様な用途に対応している。

なお、図２、図３では、ハイドロゲルをベース材料とした蛍光部材３が、針部材２の貫通孔８を通じて収容空間５ａ内に流入した体液等の液体によって含水状態となった状態を示している。ここで、ハイドロゲルをベース材料とした蛍光部材３は、含水状態が維持されると特性が経時変化してしまうことがある。したがって、蛍光部材３は、使用前の劣化を抑制するため、使用前は乾燥状態とし、使用開始時に含水状態とすることが好ましい。すなわち、蛍光部材３は、使用開始時に生体内に挿入されると、貫通孔８から収容空間５ａ内に流入するアナライトを含む体液を吸収して膨潤する。

図２、図３では、含水状態にある蛍光部材３が、体液等の液体により収容空間５ａにおいて膨潤し、周壁部７の内周面と当接及び周壁部７の内周面を押圧した状態となっている。つまり、蛍光部材３は、周壁部７の内周面と密着した状態となっている。これにより、光ファイバ４の先端面６からの励起光が、周壁部７の内周面と蛍光部材３の外面との間から延在方向Ａの針部材２の先端側に漏れ出てしまうことを抑制することができる。更に、図２、図３では、蛍光部材３が光ファイバ４の先端面６と当接した状態となっている。これにより、光ファイバ４の先端面６と蛍光部材３との間に空隙がある場合と比較して、光ファイバ４の先端面６からの励起光を効率良く蛍光部材３に照射することができる。また同様に、蛍光部材３からの蛍光を効率良く光ファイバ４の先端面６が受光することができる。なお、図３や、後に説明する図４、図５（ａ）及び図６では、説明の便宜上、含水状態にある蛍光部材３及び３´と、針部材２、１０２及び２０２の内周面との間に隙間があるように描かれているが、実際は、含水状態にある蛍光部材３及び３´は、針部材２、１０２及び２０２の内周面に当接している。

また、図２、図３に示すように、本実施形態における含水状態にある蛍光部材３は、針部材２の延在方向Ａにおいて、針部材２の刃面１０が形成された部分よりも基端側の位置に収容されており、延在方向Ａにおいて刃面１０が形成された部分には位置していないが、この構成に限られるものではない。図４は、本実施形態における蛍光部材３の変形例を示す図であり、図４に示すように、含水状態とした蛍光部材３´が、針部材２の延在方向Ａにおいて、針部材２の刃面１０が形成された部分まで位置する構成としてもよい。なお、図４に示す蛍光部材３´は、延在方向Ａにおいて、光ファイバ４の先端面６から針部材２の刃面１０が区画する先端開口９に亘って位置している。

このように、蛍光部材３の延在方向Ａにおける長さを長くする（図４の「蛍光部材３´」参照）ことにより、光ファイバ４の先端面６から針部材２の先端側に照射される励起光が蛍光部材３を透過し、無駄になってしまうことを抑制可能である。

［光ファイバ４］
光ファイバ４は、センサ支持部材３０の貫通孔３１を通じて、先端側部分が針部材２内に延在し、基端側部分がセンサ支持部材３０の外方に延在している。図２、図３に示すように、光ファイバ４は、その外周面が針部材２の内周面と当接するように、針部材２内を延在している。換言すれば、光ファイバ４の外径は、針部材２の内径より若干小さい又は略等しく形成されている。

ここで、本実施形態の光ファイバ４は単線であり、発光部４１からの励起光及び蛍光部材３からの蛍光を伝達するコアから構成され、コアの径方向外側に、コアよりも屈折率の小さいクラッドを備えていない。つまり、本実施形態では、光ファイバ４の外周面を針部材２の内周面と当接するように配置することにより、針部材２が光ファイバ４のクラッドとして機能し、針部材２及び光ファイバ４が協働して所謂メタルクラッドファイバのように機能するものである。

本実施形態のように、光ファイバ４の外周面が針部材２の内周面と当接する構成としたことにより、光ファイバの外周面と針部材の内周面との間に空隙や別部材が介在する構成と比較して、針部材２をより細径化することが容易となる。更に、光ファイバ４自体がクラッドを備えず、針部材２が光ファイバ４のクラッドとしての機能を兼ね備える構成としたことにより、光ファイバ自体がクラッドを備える構成と比較して、光ファイバ４自体も細径化でき、針部材２をより一層、細径化することが可能となる。このように、本実施形態のセンサ１では、針部材２の中空部５において、針部材２の延在方向Ａの基端側から先端側に向かって、光ファイバ４、蛍光部材３の順に配設され、針部材２は、その内周面が光ファイバ４の外周面と当接するまで細径化されているため、センサ１の生体内への挿入時やセンサ１を生体内に留置している間に、患者等の被測定者が感じる痛みを軽減することができる。

なお、針部材２の外径は、強度を考慮すると０．２ｍｍ以上とすることが好ましく、被測定者が感じる痛みの軽減を考慮すると、０．７ｍｍ以下とすることが好ましい。そのため、針部材２内に位置する光ファイバ４の外径としては、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ程度とすることが好ましい。

また、本実施形態では、上述したように、針部材２のうち光ファイバ４が位置する部分には貫通孔８が形成されていない。そのため、針部材２のうち、延在方向Ａにおいて光ファイバ４が位置する部分において、針部材２の周壁から外方へ光が漏れ出ることが抑制される。更に、上述したように、針部材２のうち光ファイバ４が位置する部分の内面は、鏡面仕上げが施されているため、鏡面仕上げが施されていない構成と比較して、発光部４１から蛍光部材３への励起光および蛍光部材３から受光部４２への測定光（蛍光部材３の蛍光）それぞれの伝達効率を向上させることができる。また更に、上述したように、収容空間５ａで膨潤した蛍光部材３は、光ファイバ４の先端面６と当接すると共に先端面６を覆うように位置するため、光ファイバ４の先端面６から蛍光部材３への励起光の照射効率及び蛍光部材３から光ファイバ４の先端面６への測定光の受光効率を向上させることができる。

つまり、本実施形態のセンサ１によれば、針部材２及び光ファイバ４の細径化が可能であると共に、上述の構成により、励起光の照射効率及び蛍光の受光効率を向上させることができる。そのため、針部材２及び光ファイバ４を細径化し、蛍光部材３の量や、光ファイバ４を通じて単位時間当たりに伝達される光量が低減したとしても、上述の構成等を採用することにより、蛍光部材３への励起光の照射効率や蛍光部材３が発生した蛍光の受光効率を向上させ、アナライト量の計測精度を維持又は向上させることが可能である。

なお、本実施形態の光ファイバ４の材料としては、例えば、石英ガラス等のガラスやプラスチックを使用することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態としてのセンサ１０１について説明する。図５（ａ）は、センサ１０１の先端側部分の断面図である。図５（ｂ）は、センサ１０１を先端側から見た図である。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、本実施形態としてのセンサ１０１は、上述した第１実施形態としてのセンサ１と比較して、主に、蛍光部材３が収容される収容空間１０５ａに対して針部材１０２の先端側に位置する蓋部６１を備える点で構成が相違している。したがって、ここでは、主に、センサ１０１のうちセンサ１と相違する構成について説明する。

本実施形態の蓋部６１は、針部材１０２の周壁のうち、収容空間１０５ａを区画する周壁部１０７の針部材１０２の先端側の一端と連続して形成されており、この蓋部６１によって、収容空間１０５ａのうち針部材１０２の先端側が閉鎖されている。そのため、収容空間１０５ａに位置する蛍光部材３は、針部材１０２の延在方向Ａにおいて、光ファイバ４の先端面６と蓋部６１の基端側の面６２（以下、「基端側面６２」と記載する。）との間に位置し、例えば乾燥して収縮状態にある蛍光部材３が、針部材１０２の先端から抜け落ちることを防止することができる。

具体的に、本実施形態の蓋部６１は、針部材１０２の先端部に形成されている。より具体的に、本実施形態の蓋部６１は、周壁部１０７の針部材１０２の先端側の一端を構成する刃面１１０の基端１１０ａから折り曲げられて形成されている。つまり、本実施形態の蓋部６１は、刃面１１０の基端１１０ａに連続して突設された円形板状の突出部を、収容空間１０５ａを閉鎖するように針部材１０２の内方に折り曲げることにより形成されている。この構成により、蓋部６１を備えることで、蛍光部材３から発生した蛍光がセンサ１０１外への漏出を防ぐことができる。

また、本実施形態の蓋部６１は、延在方向Ａにおいて蛍光部材３と対向する位置に反射面を備えている。本実施形態の反射面は、蓋部６１の基端側面６２である。蓋部６１が反射面を備えることにより、光ファイバ４の先端面６から放出された励起光の一部が蛍光部材３を透過した場合であっても、この透過した励起光を反射面により反射させて、蛍光部材３に再び照射することが可能となる。また、蛍光部材３から発生した蛍光が、光ファイバ４と反対方向に進んだ場合であっても、反射面により反射させて光ファイバ４に伝達させることができる。つまり、蓋部６１が反射面を備える構成とすれば、蛍光部材３を透過した励起光や蛍光が無駄になることを抑制することができ、ファイバを細径化し、蛍光部材３の充填量が減じた場合においても、アナライト量の計測精度を維持又は向上させることが可能である。なお、ここでいう反射面とは、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２０１３による表面粗さの最大高さＲｙが６．３μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下の面である。

更に、本実施形態の基端側面６２は、光ファイバ４の先端面６と同様、針部材１０２の延在方向Ａと略直交する平面である。反射面としての基端側面６２をこのような平面とすることにより、針部材１０２の先端側に向かって蛍光部材３を透過した励起光が、基端側面６２によって、針部材１０２の基端側に向かって反射され易くなる。そのため、基端側面６２で反射した励起光の蛍光部材３への照射効率を向上させることができる。

より具体的に、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、光ファイバ４の先端面６、蓋部６１の反射面としての基端側面６２、蛍光部材３の基端側の面、及び蛍光部材３の先端側の面がいずれも、針部材１０２の延在方向Ａと略直交する平面により構成されている。そのため、光ファイバ４の先端面６から収容空間１０５ａ内に放出される励起光及び蓋部６１の反射面としての基端側面６２により反射される励起光の進行方向を、針部材１０２の延在方向Ａに沿う方向へと集中させることができる。その結果、延在方向Ａにおいて、光ファイバ４の先端面６と蓋部６１の基端側面６２との間に位置する蛍光部材３に対して励起光を効率良く照射することができる。

また更に、図５（ａ）に示すように、本実施形態の蓋部６１の基端側面６２は、収容空間１０５ａにおいて含水状態にある蛍光部材３（図５（ａ）に示す状態）と当接している。このように、基端側面６２と蛍光部材３との間に空隙や別部材が介在しない構成とすれば、基端側面６２において反射された励起光をより確実に蛍光部材３に照射することができ、基端側面６２で反射した励起光の蛍光部材３への照射効率をより向上させることができる。なお、貫通孔１０８から収容空間１０５ａ内に流入するアナライトを含む体液により膨潤した蛍光部材３（図５（ａ）参照）は、蓋部６１の反射面としての基端側面６２に加えて、光ファイバ４の先端面６とも当接している。

なお、図５（ｂ）に示すように、本実施形態の蓋部６１は、収容空間１０５ａのうち針部材１０２の先端側を閉鎖する構成であるが、これに限られるものではなく、例えば、図５（ｂ）と同じ平面視において、収容空間の一部のみを覆う蓋部とし、収容空間のうち針部材の先端側を一部開放するような構成としてもよい。但し、上述したように、蓋部の反射面による励起光および蛍光の反射を考慮すると、本実施形態のように、収容空間１０５ａのうち針部材１０２の先端側を閉鎖する構成とすることが好ましい。なお、図５（ｂ）では、説明の便宜上、針部材１０２と蓋部６１との間に、針部材１０２の周方向Ｂに沿う間隙を描いているが、図５（ｂ）の平面視において、針部材１０２の内縁と蓋部６１の外縁とは当接した構成となっている。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態としてのセンサ２０１について説明する。図６は、センサ２０１の先端側部分の断面図である。図６に示すように、本実施形態としてのセンサ２０１は、上述した第１実施形態としてのセンサ１と比較して、主に、針部材２０２が複数部材により構成されている点、及び、蛍光部材３が収容される収容空間２０５ａに対して針部材２０２の先端側に位置する蓋部７１を備える点で相違している。したがって、ここでは、主に、センサ２０１のうちセンサ１と相違する構成について説明する。

本実施形態の針部材２０２は、中空部２０５を区画する筒状部材７２と、刃面２１０を有し、筒状部材７２の一端に取り付けられた先端部材７３と、を備えており、蓋部７１は、先端部材７３により構成されている。

筒状部材７２の中空部２０５には、光ファイバ４の先端側と、蛍光部材３とが位置しており、蛍光部材３の周囲に貫通孔２０８が形成されている。より具体的に、筒状部材７２の中空部２０５のうち、先端部材７３が取り付けられる一端側（先端側）に蛍光部材３が収容されており、他端側（基端側）に光ファイバ４の先端部分が位置している。換言すれば、筒状部材７２の周壁のうち先端側の部分である周壁部２０７が、蛍光部材３を収容する収容空間２０５ａを区画しており、この周壁部２０７に複数の貫通孔２０８が形成されている。

先端部材７３は、筒状部材７２の周壁部２０７と共に、針部材２０２の先端部を構成している。先端部材７３は、筒状部材７２の先端に、筒状部材７２が区画する中空部２０５の一端側を閉塞するように、圧入やスポット溶接等によって取り付けられ、筒状部材７２に対して固定されている。

より具体的に、本実施形態の先端部材７３は中実部材であり、針部材２０２の延在方向Ａにおいて、刃面２１０が形成された領域である刃面部７４と、この刃面部７４に対して針部材２０２の基端側に連続して形成された円柱状の接続部７５と、を備えている。

図６に示すように、接続部７５は、筒状部材７２の先端側開口から圧入等され、接続部７５の外周面と筒状部材７２の内周面とが当接した状態で、筒状部材７２に嵌合している。なお、刃面部７４の基端における外径と、筒状部材７２の先端における外径とは略等しい。そのため、先端部材７３が接続部７５を介して筒状部材７２に嵌合した状態（図６参照）では、筒状部材７２の外周面と、先端部材７３の刃面部７４の外周面とが、段差なく面一に連続する。これにより、筒状部材の先端の外径が刃面部の基端における外径より大きいことによって段差が形成された構成と比較して、針部材２０２を生体内に挿入する際の筒状部材７２及び先端部材７３の接続位置における挿入抵抗を低減することができる。更に、筒状部材の先端の外径が刃面部の基端における外径より小さいことによって段差が形成される構成と比較して、針部材２０２を生体内から抜去する際の筒状部材７２及び先端部材７３の接続位置における抜去抵抗についても低減することができる。

また、刃面部７４に形成される刃面２１０については、針部材２０２の延在方向Ａに対して傾斜した一平面により構成された傾斜面としてもよく、針部材２０２の延在方向Ａに対して異なる角度で傾斜した複数の傾斜面を連続させたものであってもよい。

ここで、本実施形態の蓋部７１は、針部材２０２の先端部に形成されている。具体的に、本実施形態の蓋部７１は、針部材２０２の先端部の一部である先端部材７３により構成されている。より具体的に、本実施形態の蓋部７１は、先端部材７３の接続部７５により構成されている。したがって、蛍光部材３を収容する収容空間２０５ａは、針部材２０２の周壁の内面、光ファイバ４の先端面６、及び先端部材７３の接続部７５の基端側の面７６（以下、単に「基端側面７６」と記載する。）により区画されている。換言すれば、収容空間２０５ａのうち針部材２の先端側は、蓋部７１としての先端部材７３によって閉鎖されている。そのため、収容空間２０５ａに位置する蛍光部材３は、針部材２０２の延在方向Ａにおいて、光ファイバ４の先端面６と蓋部７１としての先端部材７３における基端側面７６との間に位置し、例えば乾燥して収縮状態にある蛍光部材３が、筒状部材７２の先端開口から抜け落ちることが防止される。

また、本実施形態の蓋部７１を構成する先端部材７３は、延在方向Ａにおいて蛍光部材３と対向する位置に反射面を備えている。本実施形態の反射面は、先端部材７３における基端側面７６である。蓋部７１が反射面を備えることにより、光ファイバ４の先端面６から放出された励起光の一部が蛍光部材３を透過した場合であっても、この透過した励起光を反射面により反射させて、蛍光部材３に再び照射することが可能となる。また、蛍光部材３から発生した蛍光が、光ファイバ４と反対方向に進んだ場合であっても、反射面により反射させて光ファイバ４に伝達させることができる。つまり、蓋部７１が反射面を備える構成とすれば、蛍光部材３を透過した励起光や蛍光が無駄になることを抑制することができ、ファイバを細径化し、蛍光部材３の充填量が減じた場合においても、アナライト量の計測精度を維持又は向上させることが可能である。なお、ここでいう反射面とは、上述した第２実施形態と同様、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２０１３による表面粗さの最大高さＲｙが６．３μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下の面である。

更に、本実施形態の基端側面７６は、光ファイバ４の先端面６と同様、針部材２０２の延在方向Ａと略直交する平面である。反射面としての基端側面７６をこのような平面とすることにより、針部材２０２の先端側に向かって蛍光部材３を透過した励起光が、基端側面７６によって、針部材２０２の基端側に向かって反射され易くなる。そのため、基端側面７６で反射した励起光の蛍光部材３への照射効率を向上させることができる。

より具体的に、本実施形態では、図６に示すように、光ファイバ４の先端面６、蓋部７１の反射面（本実施形態では先端部材７３の基端側面７６）、蛍光部材３の基端側の面、及び蛍光部材３の先端側の面がいずれも、針部材２０２の延在方向Ａと略直交する平面により構成されている。そのため、光ファイバ４の先端面６から収容空間２０５ａ内に放出される励起光及び蓋部７１の反射面により反射される励起光の進行方向を、針部材２０２の延在方向Ａに沿う方向へと集中させることができる。その結果、延在方向Ａにおいて、光ファイバ４の先端面６と蓋部７１の反射面との間に位置する蛍光部材３に対して励起光を効率良く照射することができる。

また更に、図６に示すように、蓋部７１の反射面（本実施形態では先端部材７３の基端側面７６）は、収容空間２０５ａにおいて含水状態にある蛍光部材３（図６に示す状態）と当接している。このように、蓋部７１の反射面と蛍光部材３との間に空隙や別部材が介在しない構成とすれば、蓋部７１の反射面において反射された励起光をより確実に蛍光部材３に照射することができ、蓋部７１の反射面で反射した励起光の蛍光部材３への照射効率をより向上させることができる。なお、貫通孔２０８から収容空間２０５ａ内に流入するアナライトを含む体液により膨潤した蛍光部材３（図６参照）は、蓋部７１の反射面としての基端側面７６に加えて、光ファイバ４の先端面６とも当接している。

なお、図６に示すように、本実施形態の蓋部７１を構成する先端部材７３は、中実部材であり、収容空間２０５ａのうち針部材２０２の先端側を閉鎖する構成であるが、これに限られるものではなく、例えば、先端部材が、収容空間と外方とを連通する細い貫通孔を有する構成とすることもできる。但し、上述したように、蓋部の反射面による励起光の反射を考慮すると、本実施形態の先端部材７３のように、収容空間２０５ａのうち針部材２０２の先端側を閉鎖する構成とすることが好ましい。

このように、本実施形態の蓋部７１は、光ファイバ４及び蛍光部材３が内部に位置する針部材２０２の筒状部材７２とは別の部材である、刃面２１０を含む先端部材７３により構成されている。このような構成することにより、刃面２１０を所望の形状に形成し易く、成形品の刃面２１０の形状のばらつきを抑制することができる。

最後に、上述した第１〜第３実施形態としてのセンサ１、１０１及び２０１の製造方法の例について説明する。

上述した第１実施形態のセンサ１は、針部材２の基端側から中空部５内へ光ファイバ４の先端部を挿入し、光ファイバ４の先端面６が針部材２の延在方向Ａにおける所定位置に到達するまで、光ファイバ４を押し込む工程と、針部材２の先端開口９から蛍光部材３を中空部５の収容空間５ａ内に供給する工程と、を含む方法により製造可能である。また、蛍光部材３が例えば紫外線硬化型の蛍光ゲルの場合、上記製法は、含水状態にある蛍光部材３を針部材２の先端開口９から押し込んで供給した後に蛍光部材３に対して光ファイバ４から光を照射し、蛍光部材３を硬化させる工程と、この硬化させた蛍光部材３を乾燥させる工程と、を更に含む。上述したセンサ１は、これら工程を含む製法により製造可能である。

なお、蛍光部材３が蛍光ゲルの場合には、含水状態にある蛍光部材３を収容空間５ａ内に供給する工程の際に、光ファイバ４と蛍光部材３との間に介在する空気が、貫通孔８を通じて外方に排出される。また、含水状態にある蛍光部材３を収容空間５ａ内に供給する際に、蛍光部材３の一部が貫通孔８を通じて外方に漏出する場合があるため、上述した工程に加えて、貫通孔８を通じて針部材２の外方に漏出した蛍光部材３を除去する工程を更に含むようにしてもよい。

上述した第３実施形態のセンサ２０１は、針部材２０２の筒状部材７２の基端側から中空部２０５内へ光ファイバ４の先端部を挿入し、光ファイバ４の先端面６が筒状部材７２の延在方向Ａにおける所定位置に到達するまで、光ファイバ４を押し込む工程と、筒状部材７２の先端開口から蛍光部材３を中空部２０５の収容空間２０５ａ内に供給する工程と、筒状部材７２の先端に先端部材７３を取り付ける工程と、を含む方法により製造可能である。また、蛍光部材３が例えば紫外線硬化型の蛍光ゲルの場合、上記製法は、蛍光部材３に対して光ファイバ４から光を照射し、蛍光部材３を硬化させる工程と、この硬化させた蛍光部材３を乾燥させる工程と、を更に含む。また更に、蛍光部材３が蛍光ゲルの場合には、上述したセンサ１の製法と同様、貫通孔２０８を通じて針部材２０２の筒状部材７２の外方に漏出した蛍光部材３を除去する工程を更に含むようにしてもよい。センサ２０１は、これら工程を含む製法により製造可能である。

上述した第２実施形態のセンサ１０１は、貫通孔１０８を打ち抜き、長軸方向に貫通する中空部を有する筒体および蓋部の展開形状をなした板状体を形成する工程と、この板状体をプレス加工し、筒体および蓋部を形成する工程と、筒体及び蓋部の接合部を溶接して針部材１０２を形成する工程と、針部材１０２の基端側から蛍光部材３を挿入し、収容空間１０５ａまで供給する工程と、針部材１０２の基端側から光ファイバ４を挿入し、光ファイバ４の先端面６が針部材１０２の延在方向Ａにおける所定位置に到達するまで、光ファイバ４を押し込む工程と、を含む方法により製造可能である。このとき、貫通孔１０８は、蛍光部材３を充填する際の空気抜きの役割を担うことができる。なお、第２実施形態の針部材１０２は、上述したように筒体及び蓋部の接合部を溶接する工程を経て形成されているが、これに限られるものではなく、接合部を溶接する工程を経ずに針部材１０２を形成することも可能である。

本発明に係るセンサは、上述した第１〜第３実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲で記載された内容を逸脱しない範囲で、様々な構成により実現することが可能である。

本発明は、センサに関し、特に、励起光により蛍光を発生する蛍光部材を備えるセンサに関する。

１、１０１、２０１：センサ
２、１０２、２０２：針部材
３、３´：蛍光部材
４：光ファイバ
５、１０５、２０５：中空部
５ａ、１０５ａ、２０５ａ：収容空間
６：先端面
７、１０７、２０７：周壁部（針部材の周壁のうち収容空間を区画する部分）
８、１０８、２０８：貫通孔
９：針部材の先端開口
１０、１１０、２１０：刃面
１０ａ、１１０ａ：刃面の基端
３０：センサ支持部材
３１：貫通孔
４０：処理装置
４１：発光部
４２：受光部
４３：光学検出部
４４：処理部
５０：計測装置
６１：蓋部
６２：蓋部の基端側面（反射面）
７１：蓋部
７２：筒状部材
７３：先端部材
７４：刃面部
７５：接続部
７６：接続部の基端側面（反射面）
Ａ：針部材の延在方向
Ｂ：針部材の周方向

Claims (8)

1. 中空部を区画する針部材と、
   前記中空部に位置し、励起光によりアナライトの量に応じた蛍光を発生する蛍光部材と、
   前記中空部のうち前記蛍光部材が収容された収容空間に対して前記針部材の基端側に延在しており、前記蛍光部材に前記励起光を照射する光ファイバと、を備え、
   前記光ファイバの外周面は、前記針部材の内周面と当接しており、
   前記針部材の前記収容空間を区画する部分には、貫通孔が形成されていることを特徴とするセンサ。
2. 前記収容空間に対して前記針部材の先端側に位置する蓋部を備え、
   前記蛍光部材は、前記針部材の延在方向において、前記光ファイバと前記蓋部との間に位置することを特徴とする、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記蓋部は、前記針部材の先端部に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のセンサ。
4. 前記蓋部は、前記延在方向において前記蛍光部材と対向する位置に、前記光ファイバからの前記励起光を反射する反射面を備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載のセンサ。
5. 前記反射面は、前記延在方向と略直交する平面であることを特徴とする、請求項４に記載のセンサ。
6. 前記蛍光部材は、前記貫通孔から前記収容空間内に流入する前記アナライトを含む体液により膨潤し、前記光ファイバの先端面及び前記蓋部の前記反射面に当接することを特徴とする、請求項４又は５に記載のセンサ。
7. 前記針部材は、前記中空部を区画する筒状部材と、刃面を有し、前記筒状部材の一端に取り付けられた先端部材と、を備え、
   前記蓋部は、前記先端部材により構成されていることを特徴とする、請求項２乃至６のいずれか１つに記載のセンサ。
8. 前記蓋部は、前記針部材の周壁のうち、前記収容空間を区画する部分の前記針部材の前記先端側の一端と連続して形成されていることを特徴とする、請求項２乃至６のいずれか１つに記載のセンサ。
   
   
   

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