JP2018165639A - Biological information acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
近年の健康志向の向上に伴って、特定の個人における血液、間質液、唾液、汗のような体液中における血糖値、乳酸値、抗体量および酵素量等を経時的に測定して、健康管理を実施することが行われている。 Along with the recent improvement in health-consciousness, blood glucose, lactic acid levels, antibody levels, and enzyme levels in body fluids such as blood, interstitial fluid, saliva, and sweat in specific individuals are measured over time to improve health. Management is carried out.
例えば、糖尿病患者にとって、血糖値の経時的な測定(モニタリング)は、特に、重要である。 For example, for diabetics, measuring blood glucose levels over time (monitoring) is particularly important.
ここで、糖尿病患者はその症状によりI型とII型とに分けられるが、ともに膵臓からのインスリン分泌が正常ではなく、これにより、体内臓器がブドウ糖(グルコース)を正常に取り込むことが出来なくなり、代謝異常をきたし体重も減少する。さらには、血糖値の高い状態が長期間にわたって保たれていると、「糖尿病性網膜症」、「糖尿病性腎症」「糖尿病性細小血管障害」、「糖尿病性神経障害」等の重篤な合併症が発症してしまうことが知られている。このような重篤な合併症の発症を防止することを目的に、高血糖状態が続く患者はインスリンを注射により投与することで血糖値を正常な範囲内に維持させる治療方法がとられているのが現状である。 Here, diabetic patients are classified into type I and type II depending on their symptoms, but both do not have normal insulin secretion from the pancreas, which prevents the body organs from taking glucose (glucose) normally, Metabolic abnormalities cause weight loss. Furthermore, if a high blood glucose level is maintained for a long time, serious symptoms such as “diabetic retinopathy”, “diabetic nephropathy”, “diabetic microangiopathy”, “diabetic neuropathy”, etc. It is known that complications will develop. In order to prevent the onset of such serious complications, patients with persistent hyperglycemia are treated with insulin to administer insulin by injection to maintain blood glucose levels within the normal range. is the current situation.
I型糖尿病の患者は、膵臓疾患によりインスリンの分泌が全く無い為に、一日数回(最低食事前と就寝前の4回)の採血による血糖値測定を行い、インスリン投与をしなければならない。投与のタイミングとしては食後血糖値の過度な上昇を抑えるためには食前の血糖値を測定し、食事量のカロリーを計算した上でインスリンの投与量を決定し、食前に注射投与をおこなっている。また、血糖値の上昇として知られているのは「暁現象」と称される症状で、就寝8〜10時間後の明け方に血糖値が上昇する。しかしながら、この生理現象に対処するためには夜明け前に一度起きて、採血による血糖値測定を行い、高血糖であればインスリンを投与する必要がある。 Since patients with type I diabetes have no secretion of insulin due to pancreatic disease, they must measure blood sugar levels by blood sampling several times a day (minimum before meals and 4 times before going to bed) and administer insulin. As for the timing of administration, in order to suppress an excessive increase in postprandial blood glucose level, the blood glucose level before meal is measured, the calorie of the meal amount is calculated, the dose of insulin is determined, and injection is administered before meal . In addition, what is known as an increase in blood glucose level is a symptom called a “disease phenomenon”, and the blood glucose level increases at dawn 8 to 10 hours after going to bed. However, in order to cope with this physiological phenomenon, it is necessary to wake up once before dawn, measure blood sugar level by blood sampling, and administer insulin if blood sugar level is high.
以上のことから所望のタイミングで、血糖値を測定し得る装置が必要とされ、この装置として、例えば、血糖値センサーを用いて、患者の血液や間質液中におけるグルコース濃度を、励起光の照射により蛍光を発光する発光物質を利用して測定するものの提案がなされている。 From the above, there is a need for a device that can measure blood glucose level at a desired timing. As this device, for example, using a blood glucose level sensor, the glucose concentration in a patient's blood or interstitial fluid can be measured using excitation light. Proposals have been made for measurement using a luminescent substance that emits fluorescence upon irradiation.
この蛍光物質を用いたグルコース定量測定の基本原理としては、蛍光物質は、グルコースが結合しているときと、結合していないときとでは異なる波長(ピーク波長)の蛍光を発光する。そのため、蛍光物質に励起光を照射し、この際に、蛍光物質がグルコースと結合しているときに発光する蛍光の発光強度を測定し、この発光強度に基づいて、グルコースの量を算出することが可能となる。このような蛍光物質を用いることで、血糖値をモニターすることが可能となることによる。 As a basic principle of glucose quantitative measurement using this fluorescent substance, the fluorescent substance emits fluorescence having different wavelengths (peak wavelengths) when glucose is bonded and when glucose is not bonded. Therefore, irradiate the fluorescent material with excitation light, measure the emission intensity of the fluorescence emitted when the fluorescent substance is bound to glucose, and calculate the amount of glucose based on this emission intensity. Is possible. This is because it is possible to monitor the blood glucose level by using such a fluorescent substance.
ところで、近年、上述したようなタイミングで測定することが求められる血糖値のモニターを、患者および患者の家族のQOLを向上させるために、経時的(連続的)かつ自動的に実施する測定装置として、血糖値センサーを体内(皮下組織)に埋め込み、患者の間質液中におけるグルコース濃度を長期に亘って監視する目的のデバイス、いわゆる、蛍光物質を利用した連続式グルコースモニター(CGM)装置の提案がなされている。 By the way, in recent years, as a measuring device that automatically monitors a blood glucose level, which is required to be measured at the timing as described above, over time (continuously) in order to improve the QOL of the patient and the patient's family. , Proposal of a device for the purpose of monitoring the glucose concentration in the interstitial fluid of a patient over a long period of time by embedding a blood glucose level sensor in the body (subcutaneous tissue), so-called continuous glucose monitor (CGM) device using a fluorescent substance Has been made.
この連続式グルコースモニター(CGM)装置では、例えば、上述した蛍光物質を含有する膜(センサー)等を、皮下組織に埋設させた状態とすることで、蛍光物質を用いた間質液中におけるグルコース濃度の測定を経時的(連続的)かつ自動的に実施することが提案されている。 In this continuous glucose monitor (CGM) device, for example, glucose in an interstitial fluid using a fluorescent substance is obtained by placing the above-described film (sensor) containing the fluorescent substance in a subcutaneous tissue. It has been proposed to carry out concentration measurements over time (continuous) and automatically.
例えば、特許文献1では、測定装置(読み取り装置)の本体を、全体形状がカプセル状をなし、この本体の外周部に蛍光物質(蛍光指示分子)を含む膜を備え、また、本体の内部に、蛍光物質に励起光を照射する光源と、蛍光物質が発光した蛍光を受光する受光部(光検知器)とを備えるものとし、この本体を、体内(皮下組織)に埋め込む構成の測定装置が提案されている。 For example, in Patent Document 1, the main body of the measuring device (reading device) is formed in a capsule shape as a whole, and a film containing a fluorescent substance (fluorescent indicator molecule) is provided on the outer periphery of the main body. And a measuring device configured to embed this body in the body (subcutaneous tissue), including a light source that irradiates the fluorescent material with excitation light and a light receiving unit (photodetector) that receives fluorescence emitted from the fluorescent material. Proposed.
また、特許文献2では、測定装置(蛍光センサー)の本体を、その筐体内に、ハイドロゲルからなりゲル状をなす蛍光物質(インジケーター)と、蛍光物質に励起光を照射する光源(発光素子)と、蛍光物質が発光した蛍光を受光する受光部(光電変換素子)とを備えるものとし、この本体を、体内に埋め込む構成の測定装置が提案されている。 Moreover, in patent document 2, the main body of a measuring apparatus (fluorescence sensor), the fluorescent substance (indicator) which consists of hydrogel in the housing | casing, and the light source (light emitting element) which irradiates excitation light to a fluorescent substance And a light receiving unit (photoelectric conversion element) that receives the fluorescence emitted from the fluorescent substance, and a measuring apparatus configured to embed this body in the body has been proposed.
ところが、引用文献1の測定装置では、本体の内部において、光源と受光部とが基板上に、その面方向に沿って並んで配設されており、これに起因して、本体の大型化を招くと言う問題があった。 However, in the measuring apparatus of the cited document 1, the light source and the light receiving unit are arranged along the surface direction on the substrate in the inside of the main body. There was a problem of inviting.
また、引用文献2の測定装置では、ゲル状をなす蛍光物質と、光源と、受光部とが、この順で、筐体の厚さ方向に並んで配設され、光源を、蛍光物質の発光領域が包含する大きさに設定することで、受光部により蛍光物質の発光を受光できるように構成されている。しかしながら、かかる構成では、光源と蛍光物質の発光領域とが重なる領域では、受光部が蛍光物質の発光を受光することができず、これに起因して、光源の発光を大きな強度で受光部が受光できない、すなわち、優れた信頼性をもってグルコース濃度を測定することができないと言う問題があった。 Moreover, in the measuring apparatus of the cited document 2, the gel-like fluorescent material, the light source, and the light receiving unit are arranged in this order in the thickness direction of the housing, and the light source emits the fluorescent material. By setting the size to be included in the region, the light receiving unit can receive light emitted from the fluorescent material. However, in such a configuration, in a region where the light source and the light emitting region of the fluorescent material overlap, the light receiving unit cannot receive the light emission of the fluorescent material, and as a result, the light receiving unit emits light from the light source with high intensity. There is a problem that light cannot be received, that is, the glucose concentration cannot be measured with excellent reliability.
なお、このような問題は、間質液中におけるグルコース濃度を、測定された蛍光物質の発光強度に基づいて算出する測定装置(生体情報取得装置)の他、体液中の乳酸値、抗体量および酵素量等の目的物質を蛍光物質の発光強度に基づいて算出する測定装置(生体情報取得装置)においても同様に生じている。 In addition to such a problem, in addition to the measurement device (biological information acquisition device) that calculates the glucose concentration in the interstitial fluid based on the measured emission intensity of the fluorescent substance, the lactic acid value in the body fluid, the amount of antibody, This also occurs in a measuring apparatus (biological information acquisition apparatus) that calculates a target substance such as an enzyme amount based on the emission intensity of a fluorescent substance.
本発明の目的の一つは、小型化が実現され、かつ、生体の目的物質の濃度を優れた信頼性で測定することができる生体情報取得装置を提供することにある。 One of the objects of the present invention is to provide a biological information acquisition apparatus that can be miniaturized and can measure the concentration of a target substance in a living body with excellent reliability.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の生体情報取得装置は、生体内に埋め込まれる検出素子を備え、前記生体内の目的物質の情報を得るための生体情報取得装置であって、
前記検出素子は、励起光を励起する有機エレクトロルミネッセンス層と、
前記励起光を受けて、前記生体における前記目的物質の濃度に応じて発光光を発光するインジケーター層と、
前記発光光を受光するための第1の受光層とを有し、
前記有機エレクトロルミネッセンス層と、前記第1の受光層とは、前記有機エレクトロルミネッセンス層および前記第1の受光層の厚さ方向に積層された積層体に含まれ、
前記有機エレクトロルミネッセンス層の前記励起光を発光する発光領域と、前記第1の受光層の前記発光光を受光する第1の受光領域とが、前記厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域を含んでいることを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The biological information acquisition apparatus of the present invention is a biological information acquisition apparatus that includes a detection element embedded in a living body, and obtains information on a target substance in the living body,
The detection element includes an organic electroluminescence layer that excites excitation light, and
An indicator layer that receives the excitation light and emits emitted light according to the concentration of the target substance in the living body;
A first light receiving layer for receiving the emitted light,
The organic electroluminescence layer and the first light receiving layer are included in a stacked body laminated in the thickness direction of the organic electroluminescence layer and the first light receiving layer,
A region where a light emitting region that emits the excitation light of the organic electroluminescence layer and a first light receiving region that receives the light emitted from the first light receiving layer do not overlap each other when viewed from the thickness direction. It is characterized by including.
これにより、生体情報取得装置の小型化が実現され、かつ、生体情報取得装置を、生体の目的物質の濃度を優れた信頼性で測定することができるものとし得る。 Thereby, miniaturization of the biological information acquisition device is realized, and the biological information acquisition device can measure the concentration of the target substance in the living body with excellent reliability.
本発明の生体情報取得装置では、前記インジケーター層は、前記積層体に対して、前記有機エレクトロルミネッセンス層側に位置することが好ましい。 In the biological information acquiring apparatus of the present invention, it is preferable that the indicator layer is located on the organic electroluminescence layer side with respect to the laminate.
この際、発光領域のパターニングは、有機エレクトロルミネッセンス層に適用されることになるが、このパターニングを有機エレクトロルミネッセンス層には、容易かつ微細に実施し得ることから、有機エレクトロルミネッセンス層と第1の受光層とが積層された積層体の小型化、ひいては、生体情報取得装置の小型化を実現することができる。 At this time, the patterning of the light emitting region is applied to the organic electroluminescence layer. Since this patterning can be easily and finely performed on the organic electroluminescence layer, the patterning of the organic electroluminescence layer and the first layer is performed. It is possible to reduce the size of the stacked body in which the light receiving layer is stacked, and thus to reduce the size of the biological information acquisition device.
本発明の生体情報取得装置では、前記検出素子は、前記インジケーター層と前記第1の受光層との間に、前記発光光の透過を許容する光学フィルターを備えることが好ましい。 In the biological information acquisition apparatus of the present invention, it is preferable that the detection element includes an optical filter that allows transmission of the emitted light between the indicator layer and the first light receiving layer.
これにより、この光学フィルターは、インジケーター層からの発光光が選択的に透過するのを許容することから、この発光層を選択的に、第1の受光層に受光させることができる。 Thereby, since this optical filter allows the emitted light from the indicator layer to selectively pass through, the light emitting layer can be selectively received by the first light receiving layer.
本発明の生体情報取得装置では前記検出素子は、前記インジケーター層と前記有機エレクトロルミネッセンス層との間に、前記励起光の透過を許容する光学フィルターを備えることが好ましい。 In the biological information acquisition apparatus of the present invention, it is preferable that the detection element includes an optical filter that allows transmission of the excitation light between the indicator layer and the organic electroluminescence layer.
これにより、この光学フィルターは、有機エレクトロルミネッセンス層からの励起光が選択的に透過するのを許容することから、この励起光を選択的に、インジケーター層に照射することができる。 As a result, the optical filter allows the excitation light from the organic electroluminescence layer to selectively pass through, so that the indicator layer can be selectively irradiated with the excitation light.
本発明の生体情報取得装置では、前記発光領域と、前記第1の受光領域とが、前記厚さ方向から見たときに互いに重ならないことが好ましい。 In the biological information acquisition apparatus of the present invention, it is preferable that the light emitting region and the first light receiving region do not overlap each other when viewed from the thickness direction.
かかる構成は、有機エレクトロルミネッセンス層のパターニングの他に、さらに、第1の受光層のパターニングが実施されることにより実現される。これにより、第1の受光層の有機エレクトロルミネッセンス層と重なる領域が受光領域として機能しなくなるのを確実に防止することができる。そのため、第1の受光層において、無駄となる受光領域が生じないことから、かかる観点からも、生体情報取得装置を、優れた信頼性をもって目的物質を測定し得るものとできる。 Such a configuration is realized by performing patterning of the first light receiving layer in addition to patterning of the organic electroluminescence layer. Thereby, it can prevent reliably that the area | region which overlaps with the organic electroluminescent layer of a 1st light reception layer stops functioning as a light reception area | region. For this reason, there is no useless light-receiving region in the first light-receiving layer. From this point of view, the biological information acquisition apparatus can measure the target substance with excellent reliability.
本発明の生体情報取得装置では、前記積層体は、さらに、前記有機エレクトロルミネッセンス層の面方向に沿って、前記第1の受光層に対して並んで配置された、前記励起光を受光するための第2の受光層を含んでいることが好ましい。 In the biological information acquisition device of the present invention, the stacked body further receives the excitation light, which is arranged side by side with respect to the first light receiving layer along the surface direction of the organic electroluminescence layer. It is preferable that the second light receiving layer is included.
このように、第2の受光層で励起光を受光して、励起光の強度を考慮した上で、目的物質の情報を演算することから、より優れた信頼性をもって目的物質の情報を測定することができる。 As described above, the excitation light is received by the second light receiving layer, and the information on the target substance is calculated in consideration of the intensity of the excitation light. Therefore, the information on the target substance is measured with higher reliability. be able to.
本発明の生体情報取得装置では、前記検出素子は、前記インジケーター層と前記第2の受光層との間に、前記発光光の透過を許容する光学フィルターを備えることが好ましい。 In the biological information acquisition apparatus of the present invention, it is preferable that the detection element includes an optical filter that allows transmission of the emitted light between the indicator layer and the second light receiving layer.
これにより、この光学フィルターは、有機エレクトロルミネッセンス層からの励起光が選択的に透過するのを許容することから、この励起光を選択的に、第2の受光素子に受光させることができる。そのため、第2の受光素子による励起光の検出精度の向上が図られる。 Thereby, since this optical filter allows the excitation light from the organic electroluminescence layer to selectively pass through, the second light receiving element can selectively receive this excitation light. Therefore, the detection accuracy of excitation light by the second light receiving element can be improved.
本発明の生体情報取得装置では、前記インジケーター層は、ボロン酸化合物を含有することが好ましい。 In the biological information acquiring apparatus of the present invention, the indicator layer preferably contains a boronic acid compound.
このようなボロン酸化合物は、グルコースが隣接すると、ボロン酸化合物とグルコースとの間で弱い作用が生成され、これにより、水素結合的な分子間における結合が生成する。その結果、ボロン酸化合物(蛍光物質)の蛍光性が変化するため、この蛍光性、すなわち、ボロン酸化合物の励起光を照射された際に発光する蛍光の強度を測定することにより、間質液中におけるグルコース濃度を算出することができる。 When such a boronic acid compound is adjacent to glucose, a weak action is generated between the boronic acid compound and glucose, thereby generating a hydrogen-bonded intermolecular bond. As a result, since the fluorescence of the boronic acid compound (fluorescent substance) changes, the interstitial fluid is measured by measuring this fluorescence, that is, the intensity of fluorescence emitted when irradiated with the excitation light of the boronic acid compound. The glucose concentration in the medium can be calculated.
本発明の生体情報取得装置では、前記目的物質の情報は、前記生体内におけるグルコースの濃度であることが好ましい。 In the biological information acquiring apparatus of the present invention, it is preferable that the information on the target substance is a glucose concentration in the living body.
本発明の生体情報取得装置は、目的物質としてのグルコースの濃度の算出に好適に適用され、目的物質としてのグルコース濃度を、優れた信頼性で測定することができる。 The biological information acquisition apparatus of the present invention is suitably applied to the calculation of the concentration of glucose as the target substance, and can measure the glucose concentration as the target substance with excellent reliability.
以下、本発明の生体情報取得装置を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the biological information acquisition apparatus of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
なお、本発明の生体情報取得装置101(測定装置)は、生体内の目的物質の情報を得るために用いられるものであるが、本実施形態では、本発明の生体情報取得装置(測定装置)を、間質液中におけるグルコース濃度を、間質液に接触した状態のインジケーター層120で発光された蛍光(発光光)の強度(蛍光強度)に基づいて、長期に亘って連続的かつ自動的に監視する連続式グルコースモニター(CGM)装置(埋込み型連続血糖計)に適用した場合を一例に説明する。
In addition, although the biological information acquisition apparatus 101 (measurement apparatus) of this invention is used in order to obtain the information of the target substance in the living body, in this embodiment, the biological information acquisition apparatus (measurement apparatus) of this invention. The glucose concentration in the interstitial fluid is continuously and automatically over a long period based on the intensity (fluorescence intensity) of the fluorescence (emitted light) emitted from the
すなわち、生体内の目的物質の情報としてのグルコース濃度を、連続式グルコースモニター(CGM)装置を用いて経時的かつ自動的に測定する場合を一例に説明する。この連続式グルコースモニター(CGM)装置では、生体内の目的物質の情報としてのグルコース濃度が、グルコースとの結合に応じて所定の波長の蛍光を発光(放出)する、インジケーター層120に含まれる蛍光物質の蛍光の強度(発光強度)を測定し、この強度を用いることで算出される。
That is, a case where the glucose concentration as information on the target substance in the living body is automatically measured with time using a continuous glucose monitor (CGM) device will be described as an example. In this continuous glucose monitor (CGM) device, the fluorescence contained in the
<生体情報取得装置(測定装置)>
<<第1実施形態>>
まず、本発明の生体情報取得装置の第1実施形態について説明する。
<Biological information acquisition device (measurement device)>
<< First Embodiment >>
First, a first embodiment of the biological information acquisition apparatus of the present invention will be described.
図1は、本発明の生体情報取得装置の第1実施形態を模式的に示す斜視図、図2は、本発明の生体情報取得装置の第1実施形態が有する検出素子を皮膚に装着した状態を示す側面図、図3は、図2に示す検出素子の縦断面図、図4は、図3に示す検出素子が備える有機EL素子と第1の受光素子との積層体の第1の構成を示す縦断面図、図5は、図3に示す検出素子が備える有機EL素子と第1の受光素子との積層体の第2の構成を示す縦断面図、図6は、図3に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状との第1のパターンを示す平面図、図7は、図3に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状との第2のパターンを示す平面図、図8は、図3に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状との第3のパターンを示す平面図、図9は、図3に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状との第4のパターンを示す平面図、図10は、図3に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状との第5のパターンを示す平面図、図11は、図3に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状との第6のパターンを示す平面図、図12は、図1に示す生体情報取得装置の回路構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、図2〜図5中の上側を「上」、下側を「下」、図6〜図11中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言う。また、図6〜図11中の発光面と第1受光面とには、説明の便宜上、ハッチングを付して記載している。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing a first embodiment of the biological information acquisition apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a state in which the detection element of the first embodiment of the biological information acquisition apparatus of the present invention is attached to the skin. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the detection element shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a first configuration of a laminate of the organic EL element and the first light receiving element included in the detection element shown in FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a second configuration of the laminate of the organic EL element and the first light receiving element included in the detection element shown in FIG. 3, and FIG. 6 is shown in FIG. FIG. 7 is a plan view showing a first pattern of the shape of the light emitting surface of the organic EL element included in the detection element and the shape of the first light receiving surface of the first light receiving element, and FIG. 7 shows the organic included in the detection element shown in FIG. FIG. 8 is a plan view showing a second pattern of the shape of the light emitting surface of the EL element and the shape of the first light receiving surface of the first light receiving element. FIG. 9 is a plan view showing a third pattern of the shape of the light-emitting surface of the organic EL element included in the detection element shown in FIG. 3 and the shape of the first light-receiving surface of the first light-receiving element, and FIG. 9 shows the detection element shown in FIG. FIG. 10 is a plan view showing a fourth pattern of the shape of the light emitting surface of the organic EL element included in FIG. 4 and the shape of the first light receiving surface of the first light receiving element, and FIG. 10 is an organic EL element included in the detection element shown in FIG. FIG. 11 is a plan view showing a fifth pattern of the shape of the light emitting surface and the shape of the first light receiving surface of the first light receiving element, and FIG. 11 shows the shape of the light emitting surface of the organic EL element included in the detection element shown in FIG. FIG. 12 is a block diagram showing a circuit configuration of the biological information acquisition apparatus shown in FIG. 1. FIG. In the following description, the upper side in FIGS. 2 to 5 is “upper”, the lower side is “lower”, the front side of the paper in FIGS. 6 to 11 is “upper”, and the rear side of the paper is “lower”. say. Moreover, the light emitting surface and the first light receiving surface in FIGS. 6 to 11 are hatched for convenience of explanation.
生体情報取得装置101(光学式センサー)は、図1、図2に示すように、真皮502(生体内)に埋設される検出素子100と、検出素子100の作動を制御してグルコース濃度を算出する制御部210と、制御部210で演算することで得られた測定値(グルコース濃度)を表示するモニター(表示部)151と、入力等の各操作を行う操作部212とを有する。なお、本実施形態では、生体情報取得装置101が備える制御部210、モニター151および操作部212が本体155に設けられ、検出素子100と本体155とが通信手段を介して電気的な接続が実現されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the biological information acquisition apparatus 101 (optical sensor) calculates the glucose concentration by controlling the
生体情報取得装置101が有する検出素子100は、図1〜図3に示すとおり、その全部が、皮膚の真皮502(生体内)に埋め込まれ(留置され)て用いられる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
この検出素子100では、後に詳述する、筐体150が備えるインジケーター層120に対して、筐体150内にある有機EL素子320により筐体150の内側から励起光が照射される。そして、この励起光によりインジケーター層120に含まれる蛍光物質が蛍光を発光し、この蛍光(第1の光)を筐体150の内側にある第1の受光素子330により受光する。
In this
この際、蛍光物質が発光する蛍光の波長(ピーク波長)が、蛍光物質にグルコースが結合しているときと、結合していないときとでは異なっている。そして、蛍光物質にグルコースが結合しているときに発光する蛍光のピーク波長における強度は、真皮502に含まれる間質液中に含有されるグルコース濃度に依存する。すなわち、蛍光物質の蛍光強度がグルコースの濃度に応じて変化する。そのため、この強度に基づいて、グルコースの濃度が算出される。
At this time, the wavelength (peak wavelength) of the fluorescence emitted from the fluorescent material is different when glucose is bonded to the fluorescent material and when it is not bonded. The intensity at the peak wavelength of the fluorescence emitted when glucose is bound to the fluorescent substance depends on the glucose concentration contained in the interstitial fluid contained in the
この検出素子100は、その全体形状がカプセル状をなす筐体150と、筐体150が備える中空部内に配置され、筐体150が備えるインジケーター層120に励起光(第2の光)を照射し、かつ、インジケーター層120からの蛍光(第1の光)を受光する検出部300とを備えている。
The
筐体150は、その中空部内に検出部300が配置され、検出素子100を真皮502に埋設した際に、検出部300が間質液に接触するのを防止する。また、筐体150の一部は、インジケーター層120で構成されている。
The
このインジケーター層120(センサー物質)は、本実施形態では、後述する検出部300が備える有機EL素子320に対向する位置で、筐体150の一部を構成しており、間質液に接触する。そして、有機EL素子320から照射される励起光を受けて、間質液に含まれるグルコース(目的物質)が結合することで固有の波長(ピーク波長;第1の波長)を有する蛍光を発光(放出)し、かつ、間質液中におけるグルコース濃度に応じた強度(蛍光強度)で蛍光(発光光)を発光する蛍光物質(信号物質)を含んでいる。
In this embodiment, the indicator layer 120 (sensor substance) forms a part of the
この蛍光物質としては、グルコースが結合することで、その蛍光性が変化するものであれば特に限定されないが、例えば、9、10−ビス[N−[2−(5,5−ジメチルボリナン−2−イル)ベンジル]−N−[6’−[(アクリロイルポリエチレングリコール−3400)カルボニルアミノ]−n−ヘキシルアミノ]メチル]−2−アセチルアントラセン(F−PEG−AAm)のようなボロン酸化合物(フェニルボロン酸化合物)を含むことが好ましい。このようなボロン酸化合物(ホウ素系化合物)は、グルコースが隣接すると、ボロン酸化合物とグルコースとの間で弱い作用が生成され、これにより、水素結合的な分子間における結合が生成する。その結果、ボロン酸化合物(蛍光物質)の蛍光性が変化するため、この蛍光性、すなわち、ボロン酸化合物の励起光を照射された際に発光する蛍光の強度を測定することにより、間質液中におけるグルコース濃度を算出することができる。 The fluorescent substance is not particularly limited as long as its fluorescence changes when glucose is bound. For example, 9, 10-bis [N- [2- (5,5-dimethylborinane- Boronate compounds such as 2-yl) benzyl] -N- [6 ′-[(acryloylpolyethyleneglycol-3400) carbonylamino] -n-hexylamino] methyl] -2-acetylanthracene (F-PEG-AAm) (Phenylboronic acid compound) is preferably included. When such a boronic acid compound (boron-based compound) is adjacent to glucose, a weak action is generated between the boronic acid compound and glucose, thereby generating a hydrogen-bonded intermolecular bond. As a result, since the fluorescence of the boronic acid compound (fluorescent substance) changes, the interstitial fluid is measured by measuring this fluorescence, that is, the intensity of fluorescence emitted when irradiated with the excitation light of the boronic acid compound. The glucose concentration in the medium can be calculated.
なお、このF−PEG−AAmは、400nm程度(特に、405nm)の励起光が照射されることにより、480nm以上490nm以下程度付近にピーク波長を有する蛍光を発光することから、480nm以上490nm以下程度付近の波長における蛍光の強度を測定することにより、間質液中におけるグルコース濃度が算出される。 The F-PEG-AAm emits fluorescence having a peak wavelength in the vicinity of about 480 nm or more and 490 nm or less when irradiated with excitation light of about 400 nm (particularly 405 nm). By measuring the intensity of fluorescence at a nearby wavelength, the glucose concentration in the interstitial fluid is calculated.
検出部300は、図3に示すとおり、基板310と、励起光を発光する有機EL素子320と、励起光の照射により蛍光物質が発光した蛍光を受光する第1の受光素子330と、検出部300における温度を測定する温度センサー350と、検出部300の基板310に設けられた各部に電気を供給する電源360と、基板310に設けられた各部を駆動する検出部制御部370と、検出部300と本体155との通信を行う送受信機380とを有している。
As shown in FIG. 3, the
基板310(ベース基板)は、検出部300を構成する各部、すなわち、有機EL素子320、第1の受光素子330、温度センサー350、電源360、検出部制御部370および送受信機380を支持するものである。また、基板310には、図示しない回路が形成されており、これにより、検出部300を構成する各部を電気的に接続している。
The substrate 310 (base substrate) supports the components constituting the
有機EL素子320(有機エレクトロルミネッセンス素子)は、励起光として蛍光または燐光を発光し、これにより、検出素子100が備えるインジケーター層120に励起光を照射するためのものである。
The organic EL element 320 (organic electroluminescence element) emits fluorescence or phosphorescence as excitation light, and thereby irradiates the
この有機EL素子320は、インジケーター層120に含まれる蛍光物質が蛍光を発光する波長を含む励起光をインジケーター層120に照射する。なお、有機EL素子320が発光する励起光は、赤外線、可視光および紫外線のいずれを含むものであってもよい。
The
また、有機EL素子320の発光面上、すなわち、インジケーター層120と有機EL素子320との間に、本実施形態では、励起光(第2の光)のピーク波長を含む光の通過(透過)を許容するハイパスフィルター、ローパスフィルターまたはバンドパスフィルターのような光学フィルター325が設けられている。これにより、この光学フィルター325は、有機EL素子320からの励起光(第2の光)のピーク波長を含む光が透過するのを許容することから、インジケーター層120に含まれる蛍光物質にこの光を照射することができる。
In the present embodiment, light including the peak wavelength of excitation light (second light) is transmitted (transmitted) on the light emitting surface of the
第1の受光素子330は、インジケーター層120において励起光が照射されることにより蛍光物質が発光した蛍光(第1の光)を受光し、この蛍光の強度(第1の強度)を測定するためのものである。
The first
この第1の受光素子330としては、特に限定されず、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスター、光導電セルおよびイメージセンサー等が挙げられるが、フォトダイオードであることが好ましい。フォトダイオードであれば、第1の受光素子330の感光性表面のパターニングが容易であるため、後に詳述するように、有機EL素子320の発光面321に重ならない第1の受光素子330の感光性表面を確実に形成することができる。このような効果は、フォトダイオードの中でも、特に、PIN型のものにおいて得られることから、以下では、第1の受光素子330がPIN型フォトダイオードで構成される場合を一例に説明する。
The first
また、第1の受光素子330の感光性表面上、すなわち、インジケーター層120と第1の受光素子330との間に、本実施形態では、蛍光物質が発光した蛍光(第1の光)のピーク波長を含む光の通過を許容するハイパスフィルター、ローパスフィルターまたはバンドパスフィルターのような光学フィルター335が設けられている。この光学フィルター335は、励起光(第2の光)のピーク波長を含む光をカットするものが好ましい。これにより、この光学フィルター335は、インジケーター層120からの蛍光(第1の光)のピーク波長を含む光が選択的に透過するのを許容することから、この光を選択的に、第1の受光素子330に受光させることができる。そのため、第1の受光素子330による蛍光(第1の光)の検出精度の向上が図られる。
In the present embodiment, the peak of the fluorescence (first light) emitted from the fluorescent material on the photosensitive surface of the first
さて、以上のような、励起光(第2の光)として蛍光を発光する有機EL素子320と、インジケーター層120からの蛍光(第1の光)を受光する第1の受光素子330とが、本実施形態では、図3〜図5に示すように、有機EL素子320をインジケーター層120(筐体150)側とし、第1の受光素子330を基板310側として積層された積層体を構成している。
As described above, the
かかる積層体において、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第1の受光素子330の受光領域とが、積層体の厚さ方向から見たときに(平面視で)互いに重ならない領域A0を含んでいる(図4、図5参照)。これにより、検出素子100における、有機EL素子320および第1の受光素子330の機能、すなわち、励起光をインジケーター層120に照射する有機EL素子320の機能、および、インジケーター層120が発光した蛍光を受光する第1の受光素子330の機能の双方を確実に発揮させることができる。
In such a stacked body, the region A in which the light emitting region of the excitation light of the
このように、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第1の受光素子330の受光領域とを、積層体の厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域を含む構成とする場合、有機EL素子320をインジケーター層120(筐体150)側とし、第1の受光素子330を基板310側とする積層体では、第1の受光素子330の受光領域の一部が有機EL素子320の励起光の発光領域に重なる第1の構成と、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第1の受光素子330の受光領域とが互いに重ならない第2の構成とが挙げられる。
Thus, when it is set as the structure containing the area | region which does not mutually overlap when it sees from the thickness direction of a laminated body, the light emission area | region of the excitation light of the
これら第1の構成および第2の構成において、光学フィルター325が設けられた有機EL素子320と、光学フィルター335が設けられた第1の受光素子330とは、接着剤層80を介して、有機EL素子320をインジケーター層120(筐体150)側とし、第1の受光素子330を基板310側として積層されている。以下、これら第1の構成および第2の構成における、有機EL素子320および第1の受光素子330の構成についてそれぞれ説明する。
In the first configuration and the second configuration, the
[第1の構成]
有機EL素子320は、図4に示すように、反射層31と陽極32と正孔注入層33と発光層34と電子輸送層35と陰極36とを有している。そして、これらが基板310側からこの順に積層された積層体30が、基板20上に設けられ、封止部材40で封止されてなるものである。なお、この有機EL素子320は、トップエミッション構造およびボトムエミッション構造のいずれであってもよいが、図4では、有機EL素子320がトップエミッション構造である場合を示している。
[First configuration]
As shown in FIG. 4, the
・反射層31
反射層31は、発光層34が励起光として発光した蛍光または燐光を、第1の受光素子330側に透過させることなく、有機EL素子320の上側に位置するインジケーター層120側に反射するためのものでる。かかる反射層31を積層体30が備えることで、励起光のインジケーター層120に対する照射効率の向上を図ることができるとともに、第1の受光素子330におけるノイズの発生を的確に抑制または防止することができる。
The
この反射層31としては、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ニッケル等の各種金属の薄層が挙げられる。
Examples of the
・陽極32
陽極32は、正孔注入層33に正孔を注入する電極である。
・
The
陽極32の構成材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In2O3、SnO2、フッ素添加SnO2、Sb添加SnO2、ZnO、Al添加ZnO、Ga添加ZnO等の金属酸化物、Au、Pt、Ag、Cuまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの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。
Examples of the constituent material of the
このような陽極32の平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上200nm以下程度であるのが好ましく、30nm以上150nm以下程度であるのがより好ましい。
The average thickness of the
なお、有機EL素子320を、ボトムエミッション構造の有機EL素子320とする場合、陽極32には光透過性が求められるため、上述した構成材料のうち、光透過性を有する金属酸化物が好適に用いられる。
In addition, when the
・正孔注入層33
正孔注入層33は、陽極32からの正孔注入を容易にする機能を有するものである。これにより、有機EL素子320の発光効率を高めることができる。ここで、正孔注入層33は、陽極32から注入された正孔を発光層34まで輸送する機能をも有する(すなわち正孔輸送性を有する)ものである。したがって、正孔注入層33は、正孔輸送層であるということもできる。
この正孔注入層33は、正孔注入性を有する材料(正孔注入性材料)を含んでいる。
-
The
The
この正孔注入層33に含まれる正孔注入性材料としては、特に限定されず、例えば、銅フタロシアニンや、4,4’,4’’−トリス(N,N−フェニル−3−メチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、N,N’−ビス−(4−ジフェニルアミノ−フェニル)−N, N’−ジフェニル−ビフェニル−4−4’−ジアミン等のアミン系材料が挙げられる。
The hole injecting material contained in the
中でも、正孔注入層33に含まれる正孔注入性材料としては、正孔注入性および正孔輸送性に優れるという観点から、アミン系材料を用いるのが好ましく、ジアミノベンゼン誘導体、ベンジジン誘導体(ベンジジン骨格を有する材料)、分子内に「ジアミノベンゼン」ユニットと「ベンジジン」ユニットとの両方を有するトリアミン系化合物、テトラアミン系化合物(具体的には、例えば、下記式HIL−1〜HIL−27で表されるような化合物)を用いるのがより好ましい。
Among these, as the hole injecting material contained in the
このような正孔注入層33の平均厚さは、特に限定されないが、5nm以上90nm以下程度であるのが好ましく、10nm以上70nm以下程度であるのがより好ましい。
The average thickness of the
なお、この正孔注入層33は、有機EL素子320を構成する、陽極32および発光層34の構成材料の種類およびその膜厚等の組み合わせによっては省略することもできる。
The
・発光層34(有機エレクトロルミネッセンス層)
発光層34(有機EL層)は、励起光として蛍光または燐光を発光する発光材料を含んで構成され、陽極32と陰極36との間に電圧を印加することで、励起光を発光(励起)する層である。
・ Light emitting layer 34 (organic electroluminescence layer)
The light emitting layer 34 (organic EL layer) includes a light emitting material that emits fluorescence or phosphorescence as excitation light, and emits excitation light by applying a voltage between the
このような発光層34の構成材料(発光材料)は、特に限定されないが、インジケーター層120に含まれる蛍光物質として、F-PEG-AAMのようなボロン酸化合物が用いられる場合、400nm程度の励起光が照射されると、480nm以上490nm以下程度の波長域にピーク波長を有する蛍光を発光する。そのため、この発光層34の構成材料としては、400nm程度にピーク波長を有する励起光を発光するものが好ましく用いられる。
The constituent material (light emitting material) of the
このような発光層34の構成材料としては、例えば、スピロビフルオレン化合物、p−クオーターフェニルのようなポリフェニル化合物、フェニレンビニレン系ポリマーや、4,4’−ビス(9−カルバゾイル)ビフェニル等が挙げられるが、中でも、スピロビフルオレン化合物であることが好ましい。スピロビフルオレン化合物は、熱的に安定な化合物であることから、発光層34の構成材料(発光材料)として好ましく用いられ、発光層34の耐熱性の向上を測ることができる。
Examples of the constituent material of the
このスピロビフルオレン化合物としては、例えば、下記一般式(1)で表されるものが挙げられ、具体的には、下記式(1A)で表される1,3ビス(9,9’−スピロ−フルオレン−2−イル)ベンゼンが好ましく用いられる。 Examples of the spirobifluorene compound include those represented by the following general formula (1), and specifically, 1,3-bis (9,9′-spiro represented by the following formula (1A). -Fluoren-2-yl) benzene is preferably used.
なお、発光材料として、前記式(1A)で表される1,3ビス(9,9’−スピロ−フルオレン−2−イル)ベンゼンを用いた場合、発光層34は、励起光としてピーク波長405nmの光を発光し、この励起光がインジケーター層120に照射される。
When 1,3 bis (9,9′-spiro-fluoren-2-yl) benzene represented by the formula (1A) is used as the light emitting material, the
また、発光層34は、上述した発光材料をゲスト材料とするホスト材料を含むものであってもよい。このホスト材料としては、例えば、ジスチリルアリーレン誘導体、ナフタセン誘導体、アントラセン誘導体等のアセン系材料、ペリレン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアミン誘導体、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(p−フェニルフェノラト)アルミニウム(BAlq)、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体(Alq3)等のキノリノラト系金属錯体、トリフェニルアミンの4量体等のトリアリールアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ルブレンおよびその誘導体、シロール誘導体、ジカルバゾール誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ベンゾピラン誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、キノリン誘導体、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)、3−フェニル−4−(1’−ナフチル)−5−フェニルカルバゾール、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)等のカルバゾール誘導体等が挙げられ、これらのうち1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることもできる。
Moreover, the
なお、このようなゲスト材料およびホスト材料を用いる場合、発光層34中におけるゲスト材料の含有量(ドープ量)は、ホスト材料に対して重量比で0.1%以上20%以下程度であるのが好ましく、0.5%以上10%以下程度であるのがより好ましい。ゲスト材料の含有量をこのような範囲内とすることで、発光効率を最適化することができる。
When such a guest material and host material are used, the content (dope amount) of the guest material in the
また、発光層34の平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上150nm以下程度であるのが好ましく、20nm以上100nm以下程度であるのがより好ましい。
The average thickness of the
・電子輸送層35
電子輸送層35は、陰極36から注入された電子を発光層34に輸送する機能を有するものである。
-
The
電子輸送層35の構成材料(電子輸送性材料)としては、例えば、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)等のフェナントロリン誘導体、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(Alq3)等の8−キノリノールないしその誘導体を配位子とする有機金属錯体等のキノリン誘導体、アザインドリジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体、アントラセン系材料等のアセン系材料等が挙げられ、これらのうちの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。
Examples of the constituent material (electron transporting material) of the
これらの中でも、電子輸送層35に用いる電子輸送性材料としては、アントラセン骨格を有する化合物を用いることが好ましい。また、フェナントロリン誘導体、フェナントロリン誘導体のように骨格中に窒素原子を備える含窒素化合物を用いることが好ましい。これらのことから、特に、アザインドリジン骨格およびアントラセン骨格の双方を分子内に有するアザインドリジン系化合物(以下、単に「アザインドリジン系化合物」ともいう)を用いることがより好ましい。これにより、発光層34へ電子を効率的に輸送・注入することができる。その結果、有機EL素子320の発光効率を高めることができる。
Among these, as the electron transporting material used for the
このアザインドリジン系化合物としては、例えば、下記式ETL1−1〜24で表わされるような化合物、下記式ETL1−25〜36で表わされるような化合物、下記式ETL1−37〜56で表わされる化合物を用いるのが好ましい。 Examples of the azaindolizine compounds include compounds represented by the following formulas ETL1-1 to 24, compounds represented by the following formulas ETL1-25 to 36, and compounds represented by the following formulas ETL1-37 to 56. Is preferably used.
また、電子輸送層35の平均厚さは、1nm以上50nm以下程度であることが好ましく、5nm以上30nm以下程度であることがより好ましい。
Further, the average thickness of the
なお、電子輸送層35は、陰極36と発光層34との構成材料の組み合わせ等によっては、省略することもできる。
Note that the
・陰極36
陰極36は、電子輸送層35に電子を注入する電極である。
陰極36の構成材料としては、例えば、Li、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb、Ag、Cu、Al、Cs、Rbまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば、複数層の積層体、複数種の混合層等として)用いることができる。
・
The
Examples of the constituent material of the
なお、有機EL素子320を、本実施形態のように、トップエミッション構造とする場合、陰極36の構成材料としては、MgAg、MgAl、MgAu、AlAg等の金属または合金を用いるのが好ましい。かかる金属または合金を陰極36の構成材料として用いることにより、陰極36の光透過性を維持しつつ、陰極36の電子注入効率および安定性の向上を図ることができる。
When the
また、有機EL素子320を、ボトムエミッション構造とする場合、陰極36には光透過性が求められず、陰極36の構成材料のとしては、例えば、Al、Ag、AlAg、AlNd等の金属または合金が好ましく用いられる。かかる金属または合金を陰極36の構成材料として用いることにより、陰極36の電子注入効率および安定性の向上を図ることができる。また、陰極36に、反射層としての機能も付与することができる。
Further, when the
このような陰極36の平均厚さは、特に限定されないが、1nm以上50nm以下程度であるのが好ましく、5nm以上20nm以下程度であるのがより好ましい。
なお、かかる構成の有機EL素子320(積層体30)の陽極32、正孔注入層33、発光層34、電子輸送層35および陰極36の各層の間には、任意の層が設けられていてもよい。
The average thickness of the
An arbitrary layer is provided between the
・基板20
基板20は、積層体30を支持するものである。この基板20は、インジケーター層120からの蛍光を第1の受光素子330に導くため、実質的に透明(無色透明、着色透明または半透明)とされている。
・
The
基板20の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらのうちの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。
Examples of the constituent material of the
このような基板20の平均厚さは、特に限定されないが、0.1mm以上30mm以下程度であるのが好ましく、0.1mm以上10mm以下程度であるのがより好ましい。
The average thickness of the
・封止部材40
封止部材40は、基板20および積層体30を覆うように設けられ、これらを気密的に封止し、酸素や水分を遮断する機能を有する。封止部材40を設けることにより、有機EL素子320の信頼性の向上や、変質・劣化の防止(耐久性向上)等の効果が得られる。
・ Sealing
The sealing
封止部材40の構成材料としては、例えば、Al、Au、Cr、Nb、Ta、Tiまたはこれらを含む合金、酸化シリコン、各種樹脂材料等を挙げることができる。なお、封止部材40の構成材料として導電性を有する材料を用いる場合には、短絡を防止するために、封止部材40と積層体30との間には、必要に応じて、絶縁膜を設けるのが好ましい。
Examples of the constituent material of the sealing
かかる構成の有機EL素子320において、上述のように反射層31と陽極32と正孔注入層33と発光層34と電子輸送層35と陰極36とが積層された積層体30を構成し、その厚さ方向において、この積層体30(発光層34)が形成されている領域が、励起光を発光する発光領域を構成する。
In the
第1の受光素子330は、本実施形態では、図4に示すように、下部電極61と半導体層62と上部電極63とを有し、これらが基板310側からこの順に積層された積層体60が、基板50上に設けられ、封止部材70で封止されてなるPIN型フォトダイオードである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the first
・下部電極61
下部電極61は、半導体層62からキャリア(正孔または電子)を受け取る電極である。
下部電極61の構成材料としては、例えば、Mo等が挙げられる。
・
The
Examples of the constituent material of the
このような下部電極61の平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上200nm以下程度であるのが好ましく、30nm以上150nm以下程度であるのがより好ましい。
The average thickness of the
・半導体層62
半導体層62は、インジケーター層120からの蛍光(発光光)を受光することで、電流が流れる層、すなわち、発生したキャリアが流れる受光層(第1の受光層)である。
・
The
このような半導体層62は、下部電極61側から順に積層された、n+層、i層およびp+層を備えるPIN型の積層体で構成される。
Such a
この積層体において、n+層およびp+層は、例えば、ともにアモルファスシリコンで構成され、n+層はキャリアとして正孔を有し、p+層はキャリアとして電子を有している。また、i層は、例えば、マイクロクリスタルシリコンで構成される。 In this stacked body, the n + layer and the p + layer are both made of, for example, amorphous silicon, the n + layer has holes as carriers, and the p + layer has electrons as carriers. The i layer is made of, for example, microcrystal silicon.
なお、半導体層62は、下部電極61側からp+層、i層およびn+層がこの順で積層されたものであってもよい。
The
また、半導体層62の平均厚さは、特に限定されないが、10nm以上150nm以下程度であるのが好ましく、20nm以上100nm以下程度であるのがより好ましい。
Further, the average thickness of the
・上部電極63
上部電極63は、半導体層62からキャリア(電子または正孔)を受け取る電極である。なお、下部電極61が電子を受け取る場合、上部電極63は、正孔を受け取り、下部電極61が正孔を受け取る場合、上部電極63は、電子を受け取る。
-
The
上部電極63の構成材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In2O3、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnO等の酸化物等が挙げられ、これらのうちの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。
Examples of the constituent material of the
このような上部電極63の平均厚さは、特に限定されないが、1nm以上50nm以下程度であるのが好ましく、5nm以上20nm以下程度であるのがより好ましい。
The average thickness of the
・基板50
基板50は、積層体60を支持するものである。
・
The
基板50の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらのうちの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。
Examples of the constituent material of the
このような基板50の平均厚さは、特に限定されないが、0.1mm以上30mm以下程度であるのが好ましく、0.1mm以上10mm以下程度であるのがより好ましい。
The average thickness of the
・封止部材
封止部材70は、積層体60を覆うように設けられ、積層体60を気密的に封止し、酸素や水分を遮断する機能を有する。封止部材70を設けることにより、第1の受光素子330の信頼性の向上や、変質・劣化の防止(耐久性向上)等の効果が得られる。
-Sealing member The sealing
封止部材70の構成材料としては、例えば、Al、Au、Cr、Nb、Ta、Tiまたはこれらを含む合金、酸化シリコン、各種樹脂材料等を挙げることができる。なお、封止部材70の構成材料として導電性を有する材料を用いる場合には、短絡を防止するために、封止部材70と積層体60との間には、必要に応じて、絶縁膜を設けるのが好ましい。
Examples of the constituent material of the sealing
かかる構成の第1の受光素子330において、上述のように下部電極61と半導体層62と上部電極63とが積層された積層体60を構成し、その厚さ方向において、この積層体60(半導体層62)がインジケーター層120からの蛍光(第1の光)を受光する機能を有するが、第1の受光素子330の積層体60における、有機EL素子320の積層体30と重ならない領域A0が、インジケーター層120からの蛍光を、第1の受光素子330の積層体60に到達させることができる。そのため、積層体60の積層体30と重ならない領域A0がインジケーター層120からの蛍光を受光する受光領域を構成する。
In the first
[第2の構成]
第2の構成において、有機EL素子320は、第1の構成の有機EL素子320と同一の構成をなし、これに対して、第1の受光素子330は、第1の構成の第1の受光素子330と異なる構成をなしている。
[Second configuration]
In the second configuration, the
すなわち、第2の構成において、第1の受光素子330は、第1の構成の第1の受光素子330と同様に、積層体60を備えるが、その厚さ方向における形成領域が異なっていること以外は、第1の構成の第1の受光素子330と同一の構成をなしている。
That is, in the second configuration, the first
具体的には、第2の構成では、図5に示すように、第1の受光素子330において、積層体60は、その厚さ方向において、有機EL素子320の積層体30が形成されている領域A1(発光領域)と重ならないように基板50上に選択的に形成されており、これにより、積層体60(半導体層62)が形成されている領域A0の全体が、インジケーター層120からの蛍光を受光する受光領域(第1の受光領域)を構成する。
Specifically, in the second configuration, as shown in FIG. 5, in the first
以上のように、有機EL素子320(発光層34(有機エレクトロルミネッセンス層))と第1の受光素子330(半導体層62(第1の受光層))とが、その厚さ方向に積層された積層体において、有機EL素子320と第1の受光素子330との双方の機能が発揮されるのは、有機EL素子320の励起光を発光する発光領域と、第1の受光素子330の蛍光(発光光)を受光する受光領域とが、積層体の厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域A0を含んでいることにより、実現されている。これは、有機EL素子320(発光層34(有機エレクトロルミネッセンス層))と第1の受光素子330(半導体層62(第1の受光層))とが、その厚さ方向に積層された積層体に対して、インジケーター層120が有機EL素子320側に位置しているが、この際、第1の構成および第2の構成ともに、有機EL素子320が備える積層体30(発光層34)をパターニングすることで、有機EL素子320が備える積層体30と、第1の受光素子330が備える積層体60とが互いに重ならない領域を含む構成とすることで実施している。そして、この積層体30のパターニング、すなわち、発光領域のパターニングを、励起光を発光する発光素子として、有機EL素子320に適用することで、容易かつ微細に実施し得ることから、有機EL素子320と第1の受光素子330とが積層された積層体の小型化、ひいては、検出素子100(生体情報取得装置101)の小型化を実現することができる。また、有機EL素子320が備える積層体30の微細なパターニング(加工)が可能であることから、励起光(第2の光)を発光する発光領域および蛍光(第1の光)を受光する受光領域をともに十分に確保することができるため、検出素子100(生体情報取得装置101)を、優れた信頼性をもってグルコース濃度を測定し得るものとできる。
As described above, the organic EL element 320 (light emitting layer 34 (organic electroluminescence layer)) and the first light receiving element 330 (semiconductor layer 62 (first light receiving layer)) are stacked in the thickness direction. In the stacked body, the functions of both the
また、第2の構成では、有機EL素子320が備える積層体30のパターニングの他に、さらに、第1の受光素子330が備える積層体60のパターニングが実施され、これにより、第1の受光素子330が備える積層体60と、有機EL素子320が備える積層体30とが重ならないように設定されている。これにより、積層体60の積層体30と重なる領域A1が受光領域として無駄となるのを確実に防止することができる。そのため、第1の受光素子330の積層体60において、無駄となる受光領域が生じないことから、かかる観点からも、検出素子100(生体情報取得装置101)を、優れた信頼性をもってグルコース濃度を測定し得るものとできる。また、この積層体60のパターニング、すなわち、受光領域のパターニングを、第1の受光素子330としてPIN型フォトダイオードに適用することで、容易かつ微細に実施し得ることから、この第2の構成において、特に、第1の受光素子330としてPIN型フォトダイオードが好ましく適用される。
Further, in the second configuration, in addition to the patterning of the stacked
なお、第2の構成では、有機EL素子320と第1の受光素子330との積層順は、上記の通り、有機EL素子320をインジケーター層120側とする場合の他、上下を入れ替えて、第1の受光素子330をインジケーター層120側とすることもできる。
In the second configuration, the stacking order of the
有機EL素子320と第1の受光素子330とが積層された積層体を、以上のような第1の構成および第2の構成とすることにより、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第1の受光素子330の受光領域とを、積層体の厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域を有するものとすることができる。この際、かかる厚さ方向(平面視)から見たときに、有機EL素子320の発光領域の重ならない領域を発光面321とし、第1の受光素子330の受光領域の重ならない領域を第1受光面331とすると、発光面321の形状と第1受光面331の形状とは、特に限定されないが、例えば、以下に示す第1〜第6のパターンが挙げられる。
By making the laminate in which the
すなわち、第1のパターンでは、図6に示すように、1つの長方形状(ライン状)をなす発光面321と、1つの長方形状(ライン状)をなす第1受光面331とが、互いの長辺が対向するようにして、並列に配置されている。
That is, in the first pattern, as shown in FIG. 6, a
また、第2のパターンでは、図7に示すように、複数の短冊状(ライン状)をなす発光面321と、複数の短冊状をなす第1受光面331とが、交互に、かつ、互いの長辺が対向するようにして、並列に配置されている。
In the second pattern, as shown in FIG. 7, a plurality of strip-shaped (line-shaped) light-emitting
第3のパターンでは、図8に示すように、4つの円形状をなす発光面321が2行2列(碁盤状)に等間隔で配置され、これら4つの発光面321で形成される四角形(正方形)の中央部に、1つの十字状をなす第1受光面331が配置されている。
In the third pattern, as shown in FIG. 8, four circular
第4のパターンでは、図9に示すように、第3のパターンと反対の関係をなし、4つの円形状をなす第1受光面331が2行2列(碁盤状)に等間隔で配置され、これら4つの第1受光面331で形成される四角形(正方形)の中央部に、1つの十字状をなす発光面321が配置されている。
In the fourth pattern, as shown in FIG. 9, the first light-receiving
第5のパターンでは、図10に示すように、1つの円形状をなす第1受光面331の外周を囲むように、1つの円環状をなす発光面321が配置されている。
In the fifth pattern, as shown in FIG. 10, one annular
さらに、第6のパターンでは、図11に示すように、第5のパターンと反対の関係をなし、1つの円形状をなす発光面321の外周を囲むように、1つの円環状をなす第1受光面331が配置されている。
Further, in the sixth pattern, as shown in FIG. 11, the first pattern has an annular shape so as to surround the outer periphery of the
なお、第3〜第6のパターンでは、発光面321と第1受光面331との組み合わせを、上述したような1組ではなく、複数の組み合わせを、有機EL素子320と第1の受光素子330とが積層された積層体が備えるものであってもよい。
Note that in the third to sixth patterns, the combination of the
以上のような第1〜第6のパターンのうち、第1および第2のパターンにおいて、発光面321および第1受光面331がライン状をなし、単純な形状を有している。そのため、これらのパターニング、すなわち、有機EL素子320および第1の受光素子330における積層体30および積層体60の形成を容易に行うことができる。
Among the first to sixth patterns as described above, in the first and second patterns, the
また、第2のパターンにおいて、複数のライン状をなす発光面321および第1受光面331が交互に配列されていることから、複数の発光面321から均一な強度を有する励起光を照射することができる。そのため、この励起光を受けて発光するインジケーター層120の蛍光も均一な強度を有するものとなり、さらに、この均一な強度を有する蛍光を、複数の第1受光面331において均一に受光することができる。
In the second pattern, since the
第5および第6のパターンにおいて、発光面321と第1受光面331とのうちいずれか一方が円形状をなし、他方が円環状をなしており、比較的単純な形状を有している。そのため、これらのパターニング、すなわち、有機EL素子320および第1の受光素子330における積層体30および積層体60の形成を容易に行うことができる。特に第6のパターンでは、発光面321が円形状をなし、より単純な形状をなしているため、有機EL素子320における積層体30の形成をより容易に行うことができる。
In the fifth and sixth patterns, one of the
さらに、第5のパターンにおいて、円環状をなす発光面321の内側に円形状をなす第1受光面331が配置されていることから、インジケーター層120からの蛍光の受光効率が向上する。そのため、発光面321からの励起光の強度が比較的低かったとしても、インジケーター層120からの蛍光を確実に第1受光面331において受光することができる。
Furthermore, in the fifth pattern, the first
また、第6のパターンにおいて、円環状をなす第1受光面331が発光面321の外側に配置され、設計上、第1受光面331の面積を大きくすることが容易であるため、第1の受光素子330に求められる感度に応じて、第1受光面331の面積を設定することができる。
In the sixth pattern, the first
以上のように、本発明の生体情報取得装置101は、生体内に埋め込まれる検出素子100を備え、生体内の目的物質の情報を得るために用いられるものであり、検出素子100は、励起光を励起する発光層34(有機エレクトロルミネッセンス層)と、励起光を受けて、生体における目的物質の濃度に応じて発光光を発光するインジケーター層120と、発光光を受光するための半導体層62(第1の受光層)とを有し、発光層34(有機エレクトロルミネッセンス層)と、半導体層62(第1の受光層)とは、発光層34および半導体層62の厚さ方向に積層された積層体に含まれ、発光層34の励起光を発光する発光領域と、半導体層62の発光光を受光する第1の受光領域とが、厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域A0を含んでいることを特徴とする。本発明の生体情報取得装置をかかる構成を有するものとすることで、生体情報取得装置の小型化が実現され、かつ、生体情報取得装置を、生体の目的物質の濃度を優れた信頼性で測定することができるものとし得る。
As described above, the biological
温度センサー350は、検出部300すなわち筐体150の内部における温度を測定し、グルコース濃度を測定する際の周辺温度を検出するためのものである。
The
この温度センサー350としては、特に限定されず、例えば、サーミスターが挙げられる。
The
電源360は、グルコース濃度の測定時に、検出部300を構成する各部に電気を供給するためのものである。
The
この電源360は、グルコース濃度の測定時に、電気を自蔵する自蔵電源であることが好ましい。この自蔵電源としては、特に限定されないが、例えば、電磁誘導により電流が流れるインダクタ、機械的エネルギーが供給されることにより電流が流れる圧電素子、超音波のような振動が付与されることにより電流が流れる駆動発電器等が挙げられる。
The
送受信機380は、本体155が備え得る送受信機(図示せず)とにより、検出素子100と本体155との間の電気的な接続を実現する通信手段を構成している。
The
この送受信機380は、好ましくはインダクタで構成される。これにより、検出素子100と本体155との間での通信が確実に行われる。
The
検出部制御部370は、例えば、CPUやメモリー等が組み合わされることで構成され、検出部300の基板310に設けられた各部の作動、すなわち、真皮502に埋め込まれた検出素子100の全体の作動を制御する。
The detection
具体的には、有機EL素子320の駆動を制御する有機EL素子駆動部370Aと、第1の受光素子330の駆動を制御する第1の受光駆動部370Bとを備えている。
Specifically, an organic EL
かかる構成の検出部制御部370において、まず、有機EL素子駆動部370Aの作動により、有機EL素子320を用いて、筐体150の一部であるインジケーター層120に励起光を照射する。そして、第1の受光駆動部370Bの作動により、励起光の照射により蛍光物質が発光した蛍光を第1の受光素子330に受光させることで、この蛍光(第1の光)の強度(第1の強度)を取得し、その後、送受信機380を介して、制御部210に伝達する。
In the detection
なお、検出素子100が真皮502に埋設(留置)される深さは、通常、表皮501からの距離が好ましくは1mm以上10mm以下程度、より好ましくは2mm以上4mm以下程度に設定される。
The depth at which the
制御部210は、本体155内に設けられ、例えば、CPUやメモリー等が組み合わされることで構成され、検出素子100(検出部300)およびモニター151(表示部)等の各部の作動、すなわち、生体情報取得装置101の全体の作動を制御する。
The
この制御部210は、図12に示すように、記憶部261、検出部300の各部を駆動する検出部駆動部400、データ表示指示部299および演算部200を備える。
As illustrated in FIG. 12, the
記憶部261は、生体情報取得装置101の全体動作を制御するためのOSや、各種機能を実現するためのプログラムや、第1の受光素子330で測定された第1の強度に基づいてグルコース濃度を算出するための検量線を含む各種データが記憶される。また、記憶部261には、測定された第1の強度等を一時記憶する一時記憶領域を備える。
The
そして、記憶部261には、測定された第1の強度に基づいて検量線を用いて算出されたグルコース濃度の経時的な変化を示すデータが記憶される。
The
データ表示指示部299は、演算部200により検量線を用いて算出されたグルコース濃度や、グルコース濃度が測定された日時等を、モニター(表示部)151に表示させる。
The data display
検出部駆動部400は、例えば、測定者による操作部212の操作により設定された、測定条件に基づいて、検出部300を駆動させる条件等を、通信手段を介して、検出部制御部370に伝達する。そして、この条件等に基づいて、検出部制御部370は、検出部300が備える各部の作動を制御する。
The detection
演算部200は、記憶部261に記憶されたプログラムを読み込むことで演算処理を実行するものであり、グルコース濃度算出部200Aを備えている。
The
グルコース濃度算出部200Aは、第1の受光素子330で取得された第1の強度と、グルコース濃度との関係を示す検量線を記憶部261から読み込み、さらに、この検量線と第1の受光素子330で取得された第1の強度とから、間質液におけるグルコース濃度(目的物質)を求めるためのものである。
The glucose
すなわち、グルコース濃度算出部200Aは、第1の受光素子330で受光した蛍光の強度(第1の強度)に基づいて、補正がなされたグルコース(目的物質)の濃度を求めるためのものである。
That is, the glucose
この演算部200により算出されたグルコース濃度が、データ表示指示部299の作動により、モニター151において表示される。
The glucose concentration calculated by the
(測定方法)
以上のような第1実施形態の生体情報取得装置101を用いた、間質液中におけるグルコース濃度の測定は、具体的には、例えば、以下のような測定方法により実施される。
図13は、第1実施形態の生体情報取得装置を用いて、グルコース濃度を測定する測定方法を示すフローチャートである。
(Measuring method)
The measurement of the glucose concentration in the interstitial fluid using the biological
FIG. 13 is a flowchart illustrating a measurement method for measuring a glucose concentration using the biological information acquisition apparatus according to the first embodiment.
[1A]まず、測定者(ユーザー)は、検出素子100を真皮502に埋設して、検出素子100の筐体150の一部であるインジケーター層120に間質液を接触させることで、安定化させる(S1a)。
[1A] First, the measurer (user) embeds the
また、この際、測定者は、操作部212の操作により、グルコース濃度を測定する期間(時間)等の測定条件を入力する。
At this time, the measurer inputs measurement conditions such as a period (time) for measuring the glucose concentration by operating the
[2A]次に、検出部制御部370は、有機EL素子駆動部370Aを作動させることで、有機EL素子320が作動し、インジケーター層120に励起光が照射される(励起光照射ステップ;S2a)。
[2A] Next, the detection
これにより、有機EL素子320からの励起光(第2の光)を受けて、生体におけるグルコース(目的物質)の濃度に応じて蛍光(第1の光)を放出する、インジケーター層120に含まれる蛍光物質に、励起光(第1の光)が照射される。その結果、この励起光(第1の光)により蛍光物質が第1の波長にピーク波長を有する蛍光(第1の光)を発光する。
As a result, it is included in the
[3A]次に、制御部210は、第1の受光駆動部370Bを作動させることで、前記工程[2A]において、蛍光物質が発光した蛍光(第1の光)を、第1の受光素子330を用いて受光して、この蛍光の第1の波長における強度(第1の強度;第1の受光素子330の受光結果)を測定する(第1受光ステップ;S3a)。そして、この第1の強度を、記憶部261に一時的に記憶させる。
[3A] Next, the
[4A]次に、制御部210は、演算部200(グルコース濃度算出部200A)を作動させることで、第1の受光素子330で取得された第1の強度と、グルコース濃度との関係を示す検量線を、記憶部261から取り出す。さらに、前記工程[3A]において測定された第1の強度を、記憶部261から取り出し、取り出した検量線を用いて、間質液中におけるグルコース濃度を求める(S4a)。
[4A] Next, the
すなわち、第1の受光素子330で受光した蛍光の強度(第1の強度)に基づいて、間質液中におけるグルコース濃度(目的物質の濃度)を求める。 That is, the glucose concentration (concentration of the target substance) in the interstitial fluid is obtained based on the intensity of the fluorescence received by the first light receiving element 330 (first intensity).
[5A]次に、制御部210は、データ表示指示部299を作動させることで、前記工程[4A]で算出されたグルコース濃度を、モニター151(表示部)に表示させる(S5a)。
[5A] Next, the
また、この表示に併せて、必要に応じて、グルコース濃度を記憶部261に記憶させる。
In addition to this display, the glucose concentration is stored in the
なお、前記工程[2A]〜前記工程[4A]は、1回であってもよいが、前記工程[2A]〜前記工程[4A]を繰り返して行い、この間に測定されたグルコース濃度の平均値を求めることにより、グルコース濃度が平均化されるため、グルコース濃度をより優れた信頼度で求めることができる。 The step [2A] to the step [4A] may be performed once, but the step [2A] to the step [4A] are repeatedly performed, and the average value of the glucose concentration measured during this time is repeated. Since the glucose concentration is averaged by determining the glucose concentration, the glucose concentration can be determined with higher reliability.
そして、以上のような前記工程[2A]〜前記工程[4A]が、所定の間隔を空けて繰り返して行われ、これにより、間質液中におけるグルコース濃度が連続的に測定される。 Then, the steps [2A] to [4A] as described above are repeatedly performed at a predetermined interval, whereby the glucose concentration in the interstitial fluid is continuously measured.
<<第2実施形態>>
次に、本発明の生体情報取得装置の第2実施形態について説明する。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the biological information acquisition apparatus of the present invention will be described.
図14は、本発明の生体情報取得装置の第2実施形態が有する検出素子を示す縦断面図、図15は、図14に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状と、第1の受光素子の第2受光面の形状との第7のパターンを示す平面図、図16は、図14に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状と、第1の受光素子の第2受光面の形状との第8のパターンを示す平面図、図17は、図14に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状と、第1の受光素子の第2受光面の形状との第9のパターンを示す平面図、図18は、図14に示す検出素子が備える有機EL素子の発光面の形状と、第1の受光素子の第1受光面の形状と、第1の受光素子の第2受光面の形状との第10のパターンを示す平面図、図19は、本発明の生体情報取得装置の第2実施形態の回路構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、図14中の上側を「上」、下側を「下」、図15〜図18中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言う。また、図15〜図18中の発光面と第1受光面と第2受光面とには、説明の便宜上、ハッチングを付して記載している。 FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a detection element included in the second embodiment of the biological information acquisition apparatus of the present invention. FIG. 15 shows the shape of the light emitting surface of the organic EL element included in the detection element shown in FIG. FIG. 16 is a plan view showing a seventh pattern of the shape of the first light receiving surface of the first light receiving element and the shape of the second light receiving surface of the first light receiving element, and FIG. 16 is an organic EL element included in the detection element shown in FIG. FIG. 17 is a plan view showing an eighth pattern of the shape of the light emitting surface, the shape of the first light receiving surface of the first light receiving element, and the shape of the second light receiving surface of the first light receiving element. 9 shows a ninth pattern of the shape of the light-emitting surface of the organic EL element included in the detection element shown in FIG. 3, the shape of the first light-receiving surface of the first light-receiving element, and the shape of the second light-receiving surface of the first light-receiving element. FIG. 18 is a plan view showing the shape of the light emitting surface of the organic EL element included in the detection element shown in FIG. 14 and the first light receiving element. FIG. 19 is a plan view showing a tenth pattern of the shape of the first light receiving surface and the shape of the second light receiving surface of the first light receiving element, and FIG. 19 is a circuit configuration of the second embodiment of the biological information acquiring apparatus of the present invention. FIG. In the following description, the upper side in FIG. 14 is referred to as “upper”, the lower side is referred to as “lower”, the front side in FIG. 15 to FIG. 18 is referred to as “upper”, and the rear side in FIG. In addition, for convenience of explanation, the light emitting surface, the first light receiving surface, and the second light receiving surface in FIGS.
以下、第2実施形態の生体情報取得装置101について、前記第1実施形態の生体情報取得装置101との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
Hereinafter, the biometric
第2実施形態の生体情報取得装置101は、図14に示す検出素子100が備える検出部300の構成、図19に示す検出部制御部370の構成、さらに、かかる生体情報取得装置101を用いた演算部200におけるグルコース濃度の測定方法が異なること以外は、第1実施形態の生体情報取得装置101と同様である。
The biological
すなわち、第2実施形態の生体情報取得装置101において、検出部300は、さらに第2の受光素子340を備え、検出部制御部370は、さらに第2の受光駆動部370Cを備えている。
That is, in the biological
第2の受光素子340は、有機EL素子320による励起光(第2の光)を受光し、この励起光の励起強度(第2の強度)を測定するためのものである。
The second
この第2の受光素子340は、有機EL素子320の面方向に沿って、第1の受光素子330(半導体層62)に対して並んで配置されている。
The second
このような第2の受光素子340としては、前述した第1の受光素子330で挙げたものと同様のものが用いられ、下部電極と半導体層(第2の受光層)と上部電極とを有し、これらが基板側からこの順に積層された積層体が、基板上に設けられ、封止部材で封止されてなるPIN型フォトダイオードであり、半導体層が、有機EL素子320(発光層34)が発光する励起光を受光する受光層(第2受光層)を構成する。
As such a second
また、第2の受光素子340の感光性表面上、すなわち、インジケーター層120と第2の受光素子340との間に、本実施形態では、有機EL素子320の発光面上と同様に、励起光(第2の光)のピーク波長を含む光の通過を許容するハイパスフィルター、ローパスフィルターまたはバンドパスフィルターのような光学フィルター345が設けられている。この光学フィルター345は、蛍光物質が発光する蛍光(第1の光)のピーク波長を含む光をカットするものが好ましい。これにより、この光学フィルター345は、有機EL素子320からの励起光(第2の光)のピーク波長を含む光が選択的に透過するのを許容することから、この光を選択的に、第2の受光素子340に受光させることができる。そのため、第2の受光素子340による励起光(第2の光)の検出精度の向上が図られる。
Further, in the present embodiment, excitation light is formed on the photosensitive surface of the second
この第2の受光素子340を備える検出部300において、本実施形態では、図14に示すように、有機EL素子320をインジケーター層120(筐体150)側とし、第1の受光素子330および第2の受光素子340を基板310側とし、第1の受光素子330と第2の受光素子340とを並列した状態で、これらの双方を有機EL素子320で覆うように積層された積層体を構成している。
In the
かかる積層体において、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第1の受光素子330の受光領域とが、積層体の厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域A0を含んでおり、さらに、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第2の受光素子340の受光領域とが、積層体の厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域A0を含んでいる。これにより、検出素子100における、有機EL素子320、第1の受光素子330および第2の受光素子340の機能、すなわち、励起光をインジケーター層120に照射する有機EL素子320の機能、インジケーター層120が発光した蛍光を受光する第1の受光素子330の機能、および、有機EL素子320が発光した励起光を受光する第2の受光素子340の機能を確実に発揮させることができる。
In such a stacked body, the light emitting region of the excitation light of the
このように、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第1の受光素子330の受光領域とを、積層体の厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域A0を含む構成とするには、かかる積層体において、有機EL素子320と第1の受光素子330とを、前記第1実施形態で説明した、第1の構成または第2の構成とすることにより実現し得る。さらに、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第2の受光素子340の受光領域とを、積層体の厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域A0を含む構成とするには、かかる積層体において、有機EL素子320と第2の受光素子340とに、前記第1実施形態において、有機EL素子320と第1の受光素子330とに適用した第1の構成または第2の構成を、適用することにより実現し得る。すなわち、第1の受光素子330に代えて第2の受光素子340に第1の構成または第2の構成を適用することにより実現することができる。
As described above, the excitation light emission region of the
有機EL素子320と第1の受光素子330および第2の受光素子340とが積層された積層体を、このような第1の構成および第2の構成とすることにより、有機EL素子320の励起光の発光領域と、第1の受光素子330の受光領域と、第2の受光素子340の受光領域とを、積層体の厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域A0を有するものとすることができる。この際、かかる厚さ方向から(平面視で)見たときに、有機EL素子320の発光領域の重ならない領域を発光面321とし、第1の受光素子330の受光領域の重ならない領域を第1受光面331とし、第2の受光素子340の受光領域の重ならない領域を第2受光面341とすると、発光面321の形状と第1受光面331の形状と第2受光面341の形状は、特に限定されないが、例えば、以下に示す第7〜第10のパターンが挙げられる。
By adopting such a first configuration and a second configuration as a stacked body in which the
すなわち、第7のパターンでは、図15に示すように、1つの長方形状(ライン状)をなす第1受光面331と、1つの長方形状(ライン状)をなす発光面321と、1つの長方形状(ライン状)をなす第2受光面341とが、互いの長辺が対向するようにして、この順で、並列に配置されている。すなわち、発光面321が中央部に位置するように、並列に配置されている。
That is, in the seventh pattern, as shown in FIG. 15, the first
また、第8のパターンでは、図16に示すように、複数の短冊状(ライン状)をなす発光面321と、複数の短冊状をなす第1受光面331と、複数の短冊状をなす第2受光面341とが、発光面321を中央部として第1受光面331と第2受光面341とで挟み、かつ、互いの長辺が対向するようにして、並列に配置されている。
In the eighth pattern, as shown in FIG. 16, a plurality of strip-shaped (line-shaped) light emitting
第9のパターンでは、図17に示すように、20個の円形状をなす発光面321が5行4列(碁盤状)に等間隔で配置されている。そして、これらのうち4つの発光面321で形成される四角形(正方形)の中央部に、1つの十字状をなす第1受光面331が配置され、さらに、隣接する4つの発光面321で形成される四角形(正方形)の中央部に、1つの十字状をなす第2受光面341が配置され、これらの関係を満足するようにして、前記四角形(正方形)の中央部に、第1受光面331および第2受光面341が、それぞれ、6つずつ配置されている。
In the ninth pattern, as shown in FIG. 17, 20 circular
第10のパターンでは、図18に示すように、1つの円形状をなす第2受光面341の外周を囲むように、1つの円環状をなす第1受光面331が配置され、さらにこの円環状をなす第1受光面331の外周を囲むように、1つの円環状をなす発光面321が配置されている。
In the tenth pattern, as shown in FIG. 18, a first
なお、第10のパターンでは、発光面321と第1受光面331と第2受光面341との組み合わせを、上述したような1組ではなく、複数の組み合わせを、有機EL素子320と第1の受光素子330と第2の受光素子340とが積層された積層体が備えるものであってもよい。
In the tenth pattern, the combination of the
以上のような第7〜第10のパターンのうち、第7および第8のパターンにおいて、発光面321、第1受光面331および第2受光面341がライン状をなしていることから、前述した第1および第2のパターンと同様に、これらのパターニングを容易に行うことができる。
Among the seventh to tenth patterns as described above, in the seventh and eighth patterns, the
また、第8のパターンにおいて、発光面321を中央部として第1受光面331と第2受光面341とで挟むように配列されていることから、前述した第2のパターンと同様の原理により、均一な強度を有する励起光および蛍光を、ぞれぞれ、複数の第1受光面331および複数の第2受光面341において均一に受光することができる。
Further, in the eighth pattern, the
さらに、第9のパターンにおいて、発光面321、第1受光面331および第2受光面341を、それぞれ、複数形成する構成としていることから、これらにおいてリーク等が生じたとしても、第1受光面331および第2受光面341においてそれぞれ検出される蛍光および励起光の検出感度が低下するのを的確に抑制または防止することができる。
Further, in the ninth pattern, since the
また、第10のパターンにおいて、第2受光面341が円形状をなし、発光面321および第1受光面331が円環状をなしており、比較的単純な形状を有していることから、前述した第5のパターンと同様に、これらのパターニングを容易に行うことができる。
In the tenth pattern, the second
さらに、第10のパターンにおいて、円環状をなす発光面321の内側に、円環状をなす第1受光面331と円形状をなす第1受光面331とが配置されていることから、前述した第5パターンと同様の原理により、発光面321からの励起光の強度が比較的低かったとしても、インジケーター層120からの蛍光および励起光を、それぞれ、第1受光面331および第2受光面341において確実に受光することができる。
Further, in the tenth pattern, the first
また、第2実施形態の生体情報取得装置101において、検出部制御部370は、有機EL素子駆動部370Aと、第1の受光駆動部370Bとの他に、さらに、第2の受光素子340の駆動を制御する第2の受光駆動部370Cを備えている。
In the biological
かかる構成の検出部制御部370では、第1の受光駆動部370Bの作動による、第1の受光素子330を用いた、蛍光の強度(第1の強度)の取得の他、さらに、第2の受光駆動部370Cを作動させて、励起光(第2の光)を第2の受光素子340に受光させることにより、この励起光の強度(第2の強度)を取得する。これらにより得られた、蛍光の強度(第1の強度)および励起光の強度(第2の強度)を、送受信機380を介して、制御部210(演算部200)に伝達する。
In the detection
そして、制御部210に伝達された蛍光の強度(第1の強度)および励起光の強度(第2の強度)に基づいて、演算部200が備えるグルコース濃度算出部200Aは、励起光の強度(第2の強度)の大きさに対応して複数用意された、第1の受光素子330で取得された蛍光の強度(第1の強度)と、グルコース濃度との関係を示す検量線のうち、第2の受光素子340で取得された励起光の強度(第2の強度)の大きさに合致するものを記憶部261から読み込む。そして、この検量線と第1の受光素子330で取得された第1の強度とから、間質液におけるグルコース濃度(目的物質)を求める。
Then, based on the fluorescence intensity (first intensity) and excitation light intensity (second intensity) transmitted to the
かかる構成の本実施形態の生体情報取得装置101では、予め記憶部261に記憶させておいた、励起光の強度(第2の強度)の大きさに対応して複数用意された、第1の受光素子330で取得された蛍光の強度(第1の強度)と、グルコース濃度との関係を示す検量線のうち、第2の受光素子340で取得された励起光の強度(第2の強度)の大きさに合致するものを読み込む。そして、この読み込まれた検量線に基づいて、第1の受光素子330を用いて測定された蛍光の強度(第1の強度)を用いて、グルコース濃度算出部200Aにおいて目的物質としてのグルコース濃度を演算する。
In the biological
このように、蛍光物質に照射される励起光の強度を考慮して、グルコース濃度算出部200Aにおいて目的物質としてのグルコース濃度を演算する。すなわち、第1の受光素子330の受光結果を、第2の受光素子340の受光結果によって補正して、グルコース濃度(目的物質)の濃度を算出することから、より優れた信頼性をもってグルコース濃度を測定することができる。
Thus, the glucose concentration as the target substance is calculated in the glucose
また、太陽光や照明光等の外光が、検出素子100の下面を透過して、検出部300に到達し、第1の受光素子330と第2の受光素子340との双方が受光したとしても、双方が受光してこれがベースラインとなる。そのため、算出されるグルコース濃度に悪影響を及ぼすのを的確に抑制または防止することができる。そのため、かかる観点からも、生体情報取得装置101によれば、優れた信頼性をもってグルコース濃度を測定することができる。
In addition, it is assumed that external light such as sunlight or illumination light passes through the lower surface of the
(測定方法)
以上のような第2実施形態の生体情報取得装置101を用いた、間質液中におけるグルコース濃度の測定は、具体的には、例えば、以下のような測定方法により実施される。
図20は、第2実施形態の生体情報取得装置を用いて、グルコース濃度を測定する測定方法を示すフローチャートである。
(Measuring method)
The measurement of the glucose concentration in the interstitial fluid using the biological
FIG. 20 is a flowchart illustrating a measurement method for measuring a glucose concentration using the biological information acquisition apparatus according to the second embodiment.
[1B]まず、測定者(ユーザー)は、検出素子100を真皮502に埋設して、検出素子100の筐体150の一部であるインジケーター層120に間質液を接触させることで、安定化させる(S1b)。
[1B] First, the measurer (user) embeds the
また、この際、測定者は、操作部212の操作により、グルコース濃度を測定する期間(時間)等の測定条件を入力する。
At this time, the measurer inputs measurement conditions such as a period (time) for measuring the glucose concentration by operating the
[2B]次に、検出部制御部370は、有機EL素子駆動部370Aを作動させることで、有機EL素子320が作動し、インジケーター層120に励起光が照射される(励起光照射ステップ;S2b)。
[2B] Next, the detection
これにより、有機EL素子320からの励起光(第2の光)を受けて、生体におけるグルコース(目的物質)の濃度に応じて蛍光(第1の光)を放出する、インジケーター層120に含まれる蛍光物質に、励起光(第1の光)が照射される。その結果、この励起光(第1の光)により蛍光物質が第1の波長にピーク波長を有する蛍光(第1の光)を発光する。
As a result, it is included in the
[3B]次に、制御部210は、第1の受光駆動部370Bを作動させることで、前記工程[2B]において、蛍光物質が発光した蛍光(第1の光)を、第1の受光素子330を用いて受光して、この蛍光(第1の光)の第1の波長(ピーク波長)における強度(第1の強度;第1の受光素子330の受光結果)を測定する(第1受光ステップ;S3b)。そして、この第1の強度を、記憶部261に一時的に記憶させる。
[3B] Next, the
[4B]次に、制御部210は、第2の受光駆動部370Cを作動させることで、前記工程[2B]において有機EL素子320が発光した励起光(第2の光)を第2の受光素子340を用いて受光して、この励起光(第2の光)の第2の波長(ピーク波長)における強度(第2の強度;第2の受光素子340の受光結果)を測定する(第2受光ステップ;S4b)。そして、この第2の強度を、記憶部261に一時的に記憶させる。
[4B] Next, the
なお、前記工程[3B]と本工程[4B]とは、その順序が、ほぼ同時であってもよいし、逆転していてもよい。 Note that the order of the step [3B] and the main step [4B] may be almost the same or reversed.
[5B]次に、制御部210は、演算部200(グルコース濃度算出部200A)を作動させることで、前記工程[4B]において第2の受光素子340で測定した、有機EL素子320が発光した励起光(第2の光)の強度(第2の強度)の大きさに対応する、第1の受光素子330で取得された、発光物質が発光した蛍光(第1の光)の強度(第1の強度)と、グルコース濃度との関係を示す検量線を、記憶部261から取り出す。さらに、前記工程[3B]において測定された、発光物質が発光した蛍光(第1の光)の強度(第1の強度)を、記憶部261から取り出し、取り出した検量線を用いて、間質液中におけるグルコース濃度を求める(S5b)。
[5B] Next, the
すなわち、第2の受光素子340で受光した励起光の強度(第2の強度)と、第1の受光素子330で受光した蛍光の強度(第1の強度)とに基づいて、補正がなされた間質液中におけるグルコース濃度(目的物質の濃度)を求める。 That is, the correction is made based on the intensity of the excitation light received by the second light receiving element 340 (second intensity) and the intensity of the fluorescence received by the first light receiving element 330 (first intensity). Determine the glucose concentration (concentration of the target substance) in the interstitial fluid.
このように、前記工程[4B]において第2の受光素子340で測定した、有機EL素子320が発光した励起光(第2の光)の強度(第2の強度)を考慮して、本工程[5B]において、グルコース濃度算出部200Aにより、目的物質としてのグルコース濃度を演算する。そのため、インジケーター層120の埋込み位置や、検出素子100の装着位置に左右されることなく、優れた信頼性をもってグルコース濃度を測定することができる。
As described above, in consideration of the intensity (second intensity) of the excitation light (second light) emitted from the
また、前記工程[3B]および前記工程[4B]において、太陽光や照明光等の外光が、検出素子100の下面を透過して、検出部300に到達し、第1の受光素子330と第2の受光素子340との双方が受光したとしても、双方が受光してこれがベースラインとなるため、算出されるグルコース濃度に悪影響を及ぼすのを的確に抑制または防止することができる。そのため、かかる観点からも、生体情報取得装置101によれば、優れた信頼性をもってグルコース濃度を測定することができる。
In the step [3B] and the step [4B], external light such as sunlight or illumination light passes through the lower surface of the
[6B]次に、制御部210は、データ表示指示部299を作動させることで、前記工程[5B]で算出されたグルコース濃度を、モニター151(表示部)に表示させる(S6b)。
[6B] Next, the
また、この表示に併せて、必要に応じて、グルコース濃度を記憶部261に記憶させる。
In addition to this display, the glucose concentration is stored in the
なお、前記工程[2B]〜前記工程[5B]は、1回であってもよいが、前記工程[2B]〜前記工程[5B]を繰り返して行い、この間に測定されたグルコース濃度の平均値を求めることにより、グルコース濃度が平均化されるため、グルコース濃度をより優れた信頼度で求めることができる。 In addition, although said process [2B]-said process [5B] may be performed once, the said process [2B]-the said process [5B] were repeated, and the average value of the glucose concentration measured in the meantime is performed. Since the glucose concentration is averaged by determining the glucose concentration, the glucose concentration can be determined with higher reliability.
そして、以上のような前記工程[2B]〜前記工程[5B]が、所定の間隔を空けて繰り返して行われ、これにより、間質液中におけるグルコース濃度が連続的に測定される。 Then, the steps [2B] to [5B] as described above are repeatedly performed at a predetermined interval, whereby the glucose concentration in the interstitial fluid is continuously measured.
以上、本発明の生体情報取得装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 The biological information acquisition apparatus of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this.
例えば、本発明の生体情報取得装置(測定装置)における各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。 For example, the configuration of each unit in the biological information acquisition apparatus (measurement apparatus) of the present invention can be replaced with an arbitrary configuration having the same function. In addition, any other component may be added to the present invention.
また、インジケーター層120(センサー物質)を真皮502に挿入する他、皮下組織503に挿入するようにしてもよい。
In addition, the indicator layer 120 (sensor substance) may be inserted into the
また、本発明の生体情報取得装置は、間質液中におけるグルコース濃度を、測定された強度に基づいて経時的かつ自動的に算出する測定装置に適用し得る他、体液中の乳酸値、抗体量および酵素量等の目的物質の強度に基づいて経時的かつ自動的に算出する測定装置についても同様に適用し得る。 In addition, the biological information acquisition device of the present invention can be applied to a measuring device that automatically calculates the glucose concentration in the interstitial fluid over time based on the measured intensity, as well as the lactic acid value in the body fluid, the antibody The present invention can be similarly applied to a measuring apparatus that calculates automatically over time based on the strength of the target substance such as the amount and the amount of enzyme.
さらに、蛍光物質および基準物質に励起光を照射することで放出される発光光は蛍光に限らず、燐光であってもよい。 Furthermore, the emitted light emitted by irradiating the fluorescent material and the reference material with excitation light is not limited to fluorescence but may be phosphorescence.
20…基板、30…積層体、31…反射層、32…陽極、33…正孔注入層、34…発光層、35…電子輸送層、36…陰極、40…封止部材、50…基板、60…積層体、61…下部電極、62…半導体層、63…上部電極、70…封止部材、80…接着剤層、100…検出素子、101…生体情報取得装置、120…インジケーター層、150…筐体、151…モニター、155…本体、200…演算部、200A…グルコース濃度算出部、210…制御部、212…操作部、261…記憶部、299…データ表示指示部、300…検出部、310…基板、320…有機EL素子、321…発光面、325…光学フィルター、330…第1の受光素子、331…第1受光面、335…光学フィルター、340…第2の受光素子、341…第2受光面、345…光学フィルター、350…温度センサー、360…電源、370…検出部制御部、370A…有機EL素子駆動部、370B…第1の受光駆動部、370C…第2の受光駆動部、380…送受信機、400…検出部駆動部、501…表皮、502…真皮、503…皮下組織
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記検出素子は、励起光を励起する有機エレクトロルミネッセンス層と、
前記励起光を受けて、前記生体における前記目的物質の濃度に応じて発光光を発光するインジケーター層と、
前記発光光を受光するための第1の受光層とを有し、
前記有機エレクトロルミネッセンス層と、前記第1の受光層とは、前記有機エレクトロルミネッセンス層および前記第1の受光層の厚さ方向に積層された積層体に含まれ、
前記有機エレクトロルミネッセンス層の前記励起光を発光する発光領域と、前記第1の受光層の前記発光光を受光する第1の受光領域とが、前記厚さ方向から見たときに互いに重ならない領域を含んでいることを特徴とする生体情報取得装置。 A biological information acquisition device comprising a detection element embedded in a living body, for obtaining information on a target substance in the living body,
The detection element includes an organic electroluminescence layer that excites excitation light, and
An indicator layer that receives the excitation light and emits emitted light according to the concentration of the target substance in the living body;
A first light receiving layer for receiving the emitted light,
The organic electroluminescence layer and the first light receiving layer are included in a stacked body laminated in the thickness direction of the organic electroluminescence layer and the first light receiving layer,
A region where a light emitting region that emits the excitation light of the organic electroluminescence layer and a first light receiving region that receives the light emitted from the first light receiving layer do not overlap each other when viewed from the thickness direction. A biometric information acquisition apparatus comprising:
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2017
- 2017-03-28 JP JP2017062388A patent/JP2018165639A/en active Pending
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