JP3586244B2 - 携帯型検査装置および携帯型検査システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型検査装置および携帯型検査システムに関し、詳しくは血液中や水溶液中のグルコース濃度を測定するための携帯型検査装置および携帯型検査システムに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平９−６１３４６号公報には平面光導波路型グルコースセンサが開示されている。このグルコースセンサは、基板表面に光が入射、放出される一対のグレーティングを形成し、これらグレーティング間に位置する前記基板表面に単一の光導波路層を形成し、さらにこの光導波路層上に分子認識機能および情報変換機能を有する膜を形成した構造を有する。
【０００３】
このような構造のグルコースセンサにおいて、検体中の血液等の生体分子を前記分子認識機能および情報変換機能を有する膜に接触した状態でレーザ光のような光を前記グレーティングを通して前記光導波路層に入射させ、エバネッセント波を発生させ、前記光導波路層上の膜による前記検体中の生体分子との反応に起因する前記エバネッセント波の変化量を前記グレーティングから放出される光を受光する受光素子により検出して前記検体中の生体分子を分析する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のグルコースセンサは光導波路層が単層で、ここで発生するエバネッセント波の変化量の検出には感度的に限界があり、また前記光導波路層上の膜構造から検体中の極微量の生体分子分析に不向きであるという問題があった。
【０００５】
本発明は、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を提供しようとするものである。
【０００６】
本発明は、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を備え、さらにこの検査装置の蓄電池の充電が可能で、得られたグルコースの検出データの処理が可能な携帯型検査システムを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る携帯型検査装置は、基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率を有する第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されたメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ；および
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット；を具備したことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る別の携帯型検査装置は、基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ；および
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第２光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット；
を具備したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る携帯型検査システムは、基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率を有する第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されるメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ；前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット；前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置；および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置；
を具備したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る別の携帯型検査システムは、基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ；
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第２光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット；
前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置；および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置；
を具備したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の携帯型検査装置が組み込まれた携帯型検査システムの構成を示す概略斜視図、図２は図１の携帯型検査装置を示す概略図、図３は図２のチップを詳述する概略断面図、図４は図１の検出ユニットと充電装置との結合方式を示す回路図である。
【００１３】
グルコースを検出するための例えば使い捨て可能なチップ１０は、図１および図２に示すように検出ユニット３０に対して着脱が可能である。この検出ユニット３０は、前記チップ１０が挿入された状態で携帯可能である。前記検出ユニット３０は、充電装置６０に例えば電磁結合されている。この充電装置６０は、パーソナルコンピュータ７０に接続されている。
【００１４】
次に、前記チップ１０、検出ユニット３０および充電装置６０を詳細に説明する。
【００１５】
１）チップ１０
このチップ１０は、使い捨て可能で、グルコースの検出毎に交換される。
【００１６】
前記チップ１０は、図３に示すように例えばガラスからなる基板１１を有する。この基板１１は、表面にこの基板１１より高屈折率の第１光導波路層１２が形成されている。この第１光導波路層１２は、例えばカリウム、ナトリウム、銀等の高屈折率元素を前記ガラス成分とイオン交換することにより形成される。２つのグレーティング１３は、前記第１光導波路層１２より高い屈折率を有し、前記第１光導波路層１２の両端部付近表面にそれぞれ形成されている。これらのグレーティング１３は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、ＧａＡｓにより作られ、前記第１光導波路層２より高い屈折率を有する。外周が傾斜した形状の第２光導波路層１４は、前記２つのグレーティング１３の間に位置する前記第１光導波路層１２上に形成されている。この第２光導波路層１４は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、ＧａＡｓにより作られ、前記第１光導波路層より高い屈折率を有する。
【００１７】
保護膜１５は、前記グレーティング１３を含む前記第１光導波路層１２上に形成され、かつ前記第２光導波路層１４上面に対応する部分に矩形状の開口部１６が形成されている。この保護膜１５は、例えばフッ素樹脂のような前記グレーティング１３に比べて低屈折率を有する材料から作られている。例えば黒色顔料から作られた迷光トラッピング層１７は、保護膜１５の表面（前記開口部１６の内面を除く）に形成されている。
【００１８】
なお、前記基板１１の屈折率をｎ１、第１光導波路層１２の屈折率をｎ２、第２光導波路層１４の屈折率をｎ３および保護膜１５の屈折率をｎ４、とすると、それらの屈折率の大小関係は、ｎ３＞ｎ２＞ｎ１＞ｎ４となる。
【００１９】
酵素および発色試薬を含む機能層１８は、前記開口部１６から露出した第２光導波路層１４表面部分に形成されている。例えばポリカーボネートから作られる多孔質膜１９は、前記開口部１６から露出した前記機能層１８上に形成されている。
【００２０】
電界が印加されるメッシュ状導電性薄膜２０は、前記多孔質膜１９に直接接触するか、または所望の間隔をあけて対向配置されている。このメッシュ状導電性薄膜２０は、例えばチタンのスパッタ膜、チタン薄板（エッチングプレート）等から作られる。
【００２１】
前記機能層１８に含有される酵素としては、例えばアルブミン、グルコースオキシダーゼ、ペルオキシダーゼまたはムタロターゼ等を用いることができる。
【００２２】
前記機能層１８に含有される発色試薬としては、例えばＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシ−３−サルフォプロピル）トリジンジカリウム塩、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジリデン等を用いることができる。
【００２３】
前記機能層１８は、例えばａ）前記酵素および発色色素を架橋高分子で固定化した構造のもの、ｂ）酵素を色素の発色機能を発現する分子構造を持つ脂質分子で固定化した構造のもの等を挙げることができる。
【００２４】
前記ａ）の機能層で用いられる架橋高分子としては、例えば光架橋性ポリビニルアルコールのような水素結合性の官能基を含む高分子を挙げることができる。
【００２５】
前記２）の機能層で用いられる色素の発色機能を発現する分子構造を持つ脂質分子としては、例えば下記化１に示す構造式を有する化合物を挙げることができる。
【００２６】
【化１】
【００２７】
２）検出ユニット３０
この検出ユニット３０は、中央演算制御器（ＣＰＵ）３１を備えている。このＣＰＵ３１は、変調回路３２およびＡＰＣ回路３３を通して発光素子、例えば半導体レーザ３４に接続され、そのＣＰＵ３１からの制御信号が前記半導体レーザ３４に出力される。前記半導体レーザ３４で発光されたレーザ光は、偏光フィルタ３５を通して前記チップ１０の基板１１に入射される。前記ＡＰＣ回路３３は、前記ＣＰＵ３１に接続されている。
【００２８】
受光素子、例えばフォトダイオード３６は、前記チップ１０の第１、第２の光導波路層１２、１４を伝播した光が偏光フィルタ３７を通して入射される。このフォトダイオード３６は、復調回路３８に接続されている。この復調回路３８は、Ａ／Ｄコンバータ３９を通して前記ＣＰＵ３１に接続されている。また、前記復調回路３８はゲイン調整回路４０およびＤ／Ａコンバータ４１を通して前記ＣＰＵ３１に接続されている。
【００２９】
前記ＣＰＵ３１は、Ｄ／Ａコンバータ４２およびアンプ回路４３を通して前記チップ１０のメッシュ状導電性薄膜２０に電界を印加するための電極４４に接続されている。
【００３０】
前記ＣＰＵ３１は、ここに蓄えられたデータを保存するためのバックアップメモリとしてのシリアルＥ２ＰＲＯＭ４５に接続されている。前記ＣＰＵ３１は、ここに蓄えられたデータを表示するための液晶ディスプレイ４６に接続されている。
【００３１】
二次電池、例えばニッケル水素蓄電池４７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４８を通して前記ＣＰＵ３１、半導体レーザ３４、フォトダイオード３６、電極４４、シリアルＥ２ＰＲＯＭ４５および液晶ディスプレイ４６等にそれら部材に電圧を供給するために接続されている。
【００３２】
前記蓄電池４７は、図４に示すようにブリッジ回路４９に接続され、このブリッジ回路４９には電源用誘導コイル５０が接続されている。前記ＣＰＵ３１は、シリアルポート５１に接続され、このシリアルポート５１は図４に示すようにデータ転送用誘導コイル５２が接続されている。
【００３３】
前述したチップ１０が挿入された検出ユニット３０は、携帯可能で検体（例えば人体の皮膚）に常時、装着される。
【００３４】
３）充電装置６０
この充電装置６０は、前記検出ユニット３０の電源用誘導コイル５０と電磁結合される電源用誘導コイル６１および前記検出ユニット３０のデータ転送用誘導コイル５２と電磁結合されるデータ転送用誘導コイル６２を有する。前記電源用誘導コイル６１は、交流電源６３に接続されている。データ転送用誘導コイル６２は、マイコン６４に接続されている。このマイコン６４は、シリアルポート６５を通してネット結合、情報記憶、データ解析等を実行するための前記パーソナルコンピュータ７０に接続されている。
【００３５】
前述した携帯型検査システムの作用を説明する。
【００３６】
チップ１０を検出ユニット３０に挿入し、このチップ１０の多孔質膜１９側のメッシュ状導電性薄膜２０を検体、例えば人体の皮膚に接触させて固定する。検出ユニット３０の蓄電池４７をオンしてＣＰＵ３１から電極作動信号をＤ／Ａコンバータ４２およびアンプ回路４３を通して電極４４に出力すると、この電極４４から前記チップ１０のメッシュ状導電性薄膜２０に所望の電界（例えばパルス状電界）が印加される。このとき、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜１９を通して前記機能層１８に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記機能層１８の酵素との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記機能層１８中の発色試薬を発色させる。
【００３７】
このような状態で、図２および図３に示すＣＰＵ３１から半導体レーザの作動信号を変調回路３２およびＡＰＣ回路３３を通して半導体レーザ３４に出力すると、その半導体レーザ３４が発光し、そのレーザ光は偏光フィルタ３５を通して前記チップ１０の基板１１裏面側に入射される。このレーザ光は、前記基板１１を通してグレーティング１３と第１光導波路層１２の界面で屈折されてその第１光導波路層１２を伝播される。第１光導波路層１２を伝播される光は、この第１光導波路層１２より高屈折率の第２光導波路層１４との界面で２つのモード（Ｔｍモード、Ｔｅモード）に分割され、各光導波路層１２，１４を伝播する。このとき、前記機能層１８における前記発色試薬の発色に基づく変化（例えば吸光度変化）によりこの機能層１８直下の第２光導波路層１４を伝播する光の位相が変化する。このように第１、第２の光導波路層１２，１４を伝播した光は、反対側の端部付近においてそれら光導波路層１２，１４の界面で再び結合、干渉するため、前記第２光導波路層１４を伝播する光の位相変化を増幅できる。その結果、前記機能膜１８における人体の皮膚下のグルコースと酵素の反応、発色試薬の発色に基づく第２光導波路層１４を伝播する光の極微な変化を検出ユニット３０の偏光フィルタ３７を通してフォトダイオード３６で検出される。このフォトダイオード３６での検出信号は、復調回路３８、ゲイン調整回路４０およびＤ／Ａコンバータ４１を通して前記ＣＰＵ３１に出力される。このＣＰＵ３１に入力された検出信号は、検体のグルコース値として信号処理され、そのデータはバックアップメモリとしてのシリアルＥ２ＰＲＯＭ４５に蓄積、保存され、かつそのデータは液晶ディスプレイ４６に表示される。
【００３８】
前記ＣＰＵ３１の指令により前述した検出操作を継続的に実行することにより、人体の皮膚下のグルコース値データ（例えば１日分のデータ）を前記検出ユニット３０のシリアルＥ２ＰＲＯＭ４５に逐次、蓄積、保存する。なお、チップ１０は使い捨てで、前記検出操作毎に検出ユニット３０から使用済みのチップ１０を抜き取り、検出ユニット３０に新しいチップ１０を挿入する。
【００３９】
データが保存された検出ユニット３０を充電装置６０にそれらを無線接続することが可能な範囲に設置し、それら検出ユニット３０および充電装置６０を作動すると、前記検出ユニット３０のシリアルＥ２ＰＲＯＭ４５に蓄積、保存されたグルコース値データは検出ユニット３０側でＣＰＵ３１およびシリアルポート５１を通してデータ転送用誘導コイル５２に出力され、さらにそのデータは充電装置６０側で前記コイル５０と電磁結合されるデータ転送用誘導コイル６２を通してマイコン６４に転送、つまり無線転送される。マイコン６４に無線転送されたデータは、シリアルポート６５を通してパーソナルコンピュータ７０に出力され、ここでデータの記憶、解析等がなされる。
【００４０】
また、充電装置６０側の交流電源６３からの交流電圧は電源用誘導コイル６１、この誘導コイル６１と電磁結合される電源用誘導コイル５０およびブリッジ回路４９を通して蓄電池４７に供給、つまり無線供給されて充電がなされる。
【００４１】
以上、本実施形態の携帯型検査装置によれば次のような効果を奏する。
【００４２】
（１）図３に示す構造のチップ１０の酵素および発色試薬を含む機能層１８の前方にメッシュ状導電性薄膜２０を配置し、この導電性薄膜２０に検出ユニット３０の電極４４から所望の電界（例えばパルス状電界）を印加することにより検体中のグルコース（例えば人体の皮膚下のグルコースを含む体液）を前記機能層１８に効率よく抽出する、いわゆる低浸襲作用を図ることができ、かつ光導波路を第１、第２の光導波路層１２，１４により構成して前記機能層１８における検体（人体の皮膚下）のグルコースと酵素の反応、発色試薬の発色に基づく第２光導波路層１４を伝播する光の極微な変化を検出できるため、前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【００４３】
（２）図３に示すようにグレーティング１３を含む前記第１光導波路層１２上に保護膜１５を形成することによって、前記第１光導波路層１２およびグレーティング１３を外部圧力が直接加わるのを防止できる。このため、前記第１光導波路層１２およびグレーティング１３に外部圧力が直接加わることに伴うそれら部材の屈折率変化によって、その第１光導波路層１２を伝播する光が外部に漏れるのを防止できる。しかも、保護膜１５を前記第１光導波路層１２に比べて低屈折率材料で形成することによって、その第１光導波路層１２を伝播する光を第１光導波路層１２と保護膜１５との界面で効果的に全反射させて第１光導波路層１２内に封じ込めることができるため、前記第１光導波路層１２から光が外部に漏れるのを防止できる。その結果、検体中の極微量のグルコースをより高感度で分析することが可能になる。
【００４４】
（３）迷光トラッピング層１７を前記保護膜１５の表面（開口部６の内面を除く）に形成することによって、第１光導波路層１２を伝播する光が前記保護膜１５との界面から保護膜１５側に漏れた場合、その漏光を迷光トラッピング層１７でトラップすることができる。
【００４５】
すなわち、第１光導波路層１２を伝播する光が前記保護膜１５との界面から保護膜１５側に漏れると、前記保護膜１５表面と外界（空気）との屈折率の差により前記漏光は保護膜１５表面で全反射して第２光導波路層１４に迷光として入射されるため、前述した検体中のグルコースの検出感度を低下させる。これに対し、前記迷光トラッピング層１７を前記保護膜１５の表面に形成することによって、前記漏光が保護膜１５表面で全反射することなくトラッピング層１７でトラップできるため、その漏光が第２光導波路層１４に迷光として入射するのを防止でき、検体中のグルコースをより高感度で分析することが可能になる。
【００４６】
（４）酵素および発色試薬を含む機能層１８を多孔質膜１９で覆うことによって、前記機能層１８に対する検体（例えば体液）中のグルコース以外の不純物、例えば蛋白や血球の影響、つまり機能層１８における酵素とグルコースの酵素反応、発色試薬の発色反応に基づく変化によりこの機能層１８直下の第２光導波路層１４を伝播する光の強度変化および位相差変化（ＴＥモード）に対して作用する外乱、を低減でき、検体中の極微量のグルコースをより一層高感度で分析することが可能になる。
【００４７】
（５）チップ１０が挿入された検出ユニット３０は、携帯可能で検体（例えば人体の皮膚）に常時、装着でき、かつ前記チップ１０は使い捨て可能であるため、人体の体液中のグルコース値の経時的変化を検出することができる。また、前記検出ユニット３０において、ＣＰＵ３１からの指令、蓄電池４７からの電圧供給により検体のグルコースを検出するための駆動、制御、検出データの蓄積、保存を簡便に実行できる。
【００４８】
（６）検出ユニット３０に液晶ディスプレイ４６を組み込めば、ＣＰＵ３１の検出データを表示してグルコース値を目視確認できる。
【００４９】
前述した検査装置に充電装置６０およびパーソナルコンピュータ７０を組み込むことによって、前記検査装置で得られたグルコース値の検出データの処理が可能で、かつ電池交換などの操作が不要な簡便な検査システムを実現することができる。
【００５０】
また、検出ユニット３０と充電装置６０とを無線接続すれば、グルコース値の検出データの転送、処理が容易な検査システムを実現することができる。
【００５１】
なお、前述した実施形態ではチップとして図３に示す構造のものを用いたが、これに限定されず、以下に説明する図５〜図７に示す構造のチップを用いてもよい。ただし、図５〜図７に示すチップにおいて図３と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図５に示すチップ１０は、第２光導波路層１４上に発色試薬固定化層２１を形成し、この発色試薬固定化層２１上に酵素固定化層２２を形成した構造を有する。つまり、図５に示すチップ１０は前述した図３の機能層１８を発色試薬固定化層２１と酵素固定化層２２の２つの層の分離した構造を有する。
【００５３】
前記発色試薬固定化層は、前記第２光導波路層表面に例えばＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシ−３−サルフォプロピル）トリジンジカリウム塩、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジリデンのような発色試薬を例えばアミノアルキルトリメトキシシランのようなシランカップリング剤または光架橋ポリビニルアルコールのような架橋高分子を介して固定化することにより形成される。
【００５４】
前記酵素固定化層は、例えばアルブミン、グルコースオキシタダーゼ、ペルオキシダーゼまたはムタロダーゼの酵素を例えば前記化１に示す構造式を有する化合物のような脂質の膜で固定化することにより形成される。
【００５５】
このような図５に示す構成のチップ１０を図１に示すように検出ユニット３０に挿入し、その多孔質膜１９側のメッシュ状導電性薄膜２０を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、このメッシュ状導電性薄膜２０に検出ユニット３０の電極から所望の電界（例えばパルス状電界）を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜１９を通して前記酵素固定化層２４に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記酵素固定化層２２との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記酵素固定化層２２直下の発色試薬固定化層２１を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット３０からレーザ光をチップ１０の基板１１に入射し、第１、第２の光導波路層１２、１４を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【００５６】
図６に示すチップ１０は、２つのグレーティング１３の間に位置する第１光導波路層１２上にこの第１光導波路層１２より高屈折率の導電性材料、例えば酸化錫（ＳｎＯ２）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から作られる第２光導波路層２３を形成した構造を有する。
【００５７】
このような図６に示す構成のチップ１０において、酵素および発色試薬を含む機能層１８に設けられた多孔質膜１９を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、この多孔質膜１９の後方に配置された導電性材料から作られる第２光導波路層２３に検出ユニット３０の電極から所望の電界（例えばパルス状電界）を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜１９を通して前記機能層１８に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記機能層１８の酵素との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記機能層１８中の発色試薬を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット３０からレーザ光をチップ１０の基板１１に入射し、第１、第２の光導波路層１２、１４を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【００５８】
図７に示すチップ１０は、２つのグレーティング１３の間に位置する第１光導波路層１２上にこの第１光導波路層１２より高屈折率の導電性材料、例えば酸化錫（ＳｎＯ２）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から作られる第２光導波路層２３を形成し、この第２光導波路層２３上に図５と同様な発色試薬固定化層２１を形成し、この発色試薬固定化層１３上に第２実施形態で説明したのと同様な酵素固定化層２２を形成した構造を有する。
【００５９】
このような図７に示す構成のチップ１０において、酵素固定化層２２に設けられた多孔質膜１９を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、この多孔質膜１９の後方に配置された導電性材料から作られる第２光導波路層２３に検出ユニット３０の電極から所望の電界（例えばパルス状電界）を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜１９を通して前記機能層１８に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記酵素固定化層２２との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記酵素固定化層２２直下の発色試薬固定化層２１を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット３０からレーザ光をチップ１０の基板１１に入射し、第１、第２の光導波路層１２、１４を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【００６０】
また、前述した実施形態では検出ユニット３０と充電装置６０とを無線接続したが、有線接続してもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を提供できる。
【００６２】
本発明によれば、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を備え、さらにこの検査装置の蓄電池の充電が可能で、得られたグルコースの検出データの処理が可能な携帯型検査システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の携帯型検査装置が組み込まれた携帯型検査システムの構成を示す概略斜視図。
【図２】図１の携帯型検査装置を示す概略図。
【図３】図２のチップを詳述する概略断面図。
【図４】図１の検出ユニットと充電装置との結合方式を示す回路図。
【図５】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【図６】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【図７】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
１０…チップ、
１１…基板、
１３…グレーディング、
１２…第１光導波路層、
１４…第２光導波路層、
１８…機能層、
１９…多孔質膜、
２０…メッシュ状導電性薄膜、
２１…発色試薬固定化層、
２２…酵素固定化層、
２３…導電性材料から作られる第２光導波路層、
３０…検出ユニット、
３１…中央演算制御器（ＣＰＵ）、
３４…半導体レーザ、
３６…フォトダイオード、
４４…電極、
４５…シリアルＥ２ＰＲＯＭ、
４７…ニッケル水素蓄電池、
６０…充電装置、
６３…交流電源、
６４…マイコン、
７０…パーソナルコンピュータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型検査装置および携帯型検査システムに関し、詳しくは血液中や水溶液中のグルコース濃度を測定するための携帯型検査装置および携帯型検査システムに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平９−６１３４６号公報には平面光導波路型グルコースセンサが開示されている。このグルコースセンサは、基板表面に光が入射、放出される一対のグレーティングを形成し、これらグレーティング間に位置する前記基板表面に単一の光導波路層を形成し、さらにこの光導波路層上に分子認識機能および情報変換機能を有する膜を形成した構造を有する。
【０００３】
このような構造のグルコースセンサにおいて、検体中の血液等の生体分子を前記分子認識機能および情報変換機能を有する膜に接触した状態でレーザ光のような光を前記グレーティングを通して前記光導波路層に入射させ、エバネッセント波を発生させ、前記光導波路層上の膜による前記検体中の生体分子との反応に起因する前記エバネッセント波の変化量を前記グレーティングから放出される光を受光する受光素子により検出して前記検体中の生体分子を分析する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のグルコースセンサは光導波路層が単層で、ここで発生するエバネッセント波の変化量の検出には感度的に限界があり、また前記光導波路層上の膜構造から検体中の極微量の生体分子分析に不向きであるという問題があった。
【０００５】
本発明は、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を提供しようとするものである。
【０００６】
本発明は、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を備え、さらにこの検査装置の蓄電池の充電が可能で、得られたグルコースの検出データの処理が可能な携帯型検査システムを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る携帯型検査装置は、基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率を有する第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されたメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ；および
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット；を具備したことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る別の携帯型検査装置は、基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ；および
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第２光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット；
を具備したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る携帯型検査システムは、基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率を有する第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されるメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ；前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット；前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置；および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置；
を具備したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る別の携帯型検査システムは、基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ；
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第２光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット；
前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置；および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置；
を具備したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の携帯型検査装置が組み込まれた携帯型検査システムの構成を示す概略斜視図、図２は図１の携帯型検査装置を示す概略図、図３は図２のチップを詳述する概略断面図、図４は図１の検出ユニットと充電装置との結合方式を示す回路図である。
【００１３】
グルコースを検出するための例えば使い捨て可能なチップ１０は、図１および図２に示すように検出ユニット３０に対して着脱が可能である。この検出ユニット３０は、前記チップ１０が挿入された状態で携帯可能である。前記検出ユニット３０は、充電装置６０に例えば電磁結合されている。この充電装置６０は、パーソナルコンピュータ７０に接続されている。
【００１４】
次に、前記チップ１０、検出ユニット３０および充電装置６０を詳細に説明する。
【００１５】
１）チップ１０
このチップ１０は、使い捨て可能で、グルコースの検出毎に交換される。
【００１６】
前記チップ１０は、図３に示すように例えばガラスからなる基板１１を有する。この基板１１は、表面にこの基板１１より高屈折率の第１光導波路層１２が形成されている。この第１光導波路層１２は、例えばカリウム、ナトリウム、銀等の高屈折率元素を前記ガラス成分とイオン交換することにより形成される。２つのグレーティング１３は、前記第１光導波路層１２より高い屈折率を有し、前記第１光導波路層１２の両端部付近表面にそれぞれ形成されている。これらのグレーティング１３は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、ＧａＡｓにより作られ、前記第１光導波路層２より高い屈折率を有する。外周が傾斜した形状の第２光導波路層１４は、前記２つのグレーティング１３の間に位置する前記第１光導波路層１２上に形成されている。この第２光導波路層１４は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、ＧａＡｓにより作られ、前記第１光導波路層より高い屈折率を有する。
【００１７】
保護膜１５は、前記グレーティング１３を含む前記第１光導波路層１２上に形成され、かつ前記第２光導波路層１４上面に対応する部分に矩形状の開口部１６が形成されている。この保護膜１５は、例えばフッ素樹脂のような前記グレーティング１３に比べて低屈折率を有する材料から作られている。例えば黒色顔料から作られた迷光トラッピング層１７は、保護膜１５の表面（前記開口部１６の内面を除く）に形成されている。
【００１８】
なお、前記基板１１の屈折率をｎ１、第１光導波路層１２の屈折率をｎ２、第２光導波路層１４の屈折率をｎ３および保護膜１５の屈折率をｎ４、とすると、それらの屈折率の大小関係は、ｎ３＞ｎ２＞ｎ１＞ｎ４となる。
【００１９】
酵素および発色試薬を含む機能層１８は、前記開口部１６から露出した第２光導波路層１４表面部分に形成されている。例えばポリカーボネートから作られる多孔質膜１９は、前記開口部１６から露出した前記機能層１８上に形成されている。
【００２０】
電界が印加されるメッシュ状導電性薄膜２０は、前記多孔質膜１９に直接接触するか、または所望の間隔をあけて対向配置されている。このメッシュ状導電性薄膜２０は、例えばチタンのスパッタ膜、チタン薄板（エッチングプレート）等から作られる。
【００２１】
前記機能層１８に含有される酵素としては、例えばアルブミン、グルコースオキシダーゼ、ペルオキシダーゼまたはムタロターゼ等を用いることができる。
【００２２】
前記機能層１８に含有される発色試薬としては、例えばＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシ−３−サルフォプロピル）トリジンジカリウム塩、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジリデン等を用いることができる。
【００２３】
前記機能層１８は、例えばａ）前記酵素および発色色素を架橋高分子で固定化した構造のもの、ｂ）酵素を色素の発色機能を発現する分子構造を持つ脂質分子で固定化した構造のもの等を挙げることができる。
【００２４】
前記ａ）の機能層で用いられる架橋高分子としては、例えば光架橋性ポリビニルアルコールのような水素結合性の官能基を含む高分子を挙げることができる。
【００２５】
前記２）の機能層で用いられる色素の発色機能を発現する分子構造を持つ脂質分子としては、例えば下記化１に示す構造式を有する化合物を挙げることができる。
【００２６】
【化１】
２）検出ユニット３０
この検出ユニット３０は、中央演算制御器（ＣＰＵ）３１を備えている。このＣＰＵ３１は、変調回路３２およびＡＰＣ回路３３を通して発光素子、例えば半導体レーザ３４に接続され、そのＣＰＵ３１からの制御信号が前記半導体レーザ３４に出力される。前記半導体レーザ３４で発光されたレーザ光は、偏光フィルタ３５を通して前記チップ１０の基板１１に入射される。前記ＡＰＣ回路３３は、前記ＣＰＵ３１に接続されている。
【００２８】
受光素子、例えばフォトダイオード３６は、前記チップ１０の第１、第２の光導波路層１２、１４を伝播した光が偏光フィルタ３７を通して入射される。このフォトダイオード３６は、復調回路３８に接続されている。この復調回路３８は、Ａ／Ｄコンバータ３９を通して前記ＣＰＵ３１に接続されている。また、前記復調回路３８はゲイン調整回路４０およびＤ／Ａコンバータ４１を通して前記ＣＰＵ３１に接続されている。
【００２９】
前記ＣＰＵ３１は、Ｄ／Ａコンバータ４２およびアンプ回路４３を通して前記チップ１０のメッシュ状導電性薄膜２０に電界を印加するための電極４４に接続されている。
【００３０】
前記ＣＰＵ３１は、ここに蓄えられたデータを保存するためのバックアップメモリとしてのシリアルＥ２ＰＲＯＭ４５に接続されている。前記ＣＰＵ３１は、ここに蓄えられたデータを表示するための液晶ディスプレイ４６に接続されている。
【００３１】
二次電池、例えばニッケル水素蓄電池４７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４８を通して前記ＣＰＵ３１、半導体レーザ３４、フォトダイオード３６、電極４４、シリアルＥ２ＰＲＯＭ４５および液晶ディスプレイ４６等にそれら部材に電圧を供給するために接続されている。
【００３２】
前記蓄電池４７は、図４に示すようにブリッジ回路４９に接続され、このブリッジ回路４９には電源用誘導コイル５０が接続されている。前記ＣＰＵ３１は、シリアルポート５１に接続され、このシリアルポート５１は図４に示すようにデータ転送用誘導コイル５２が接続されている。
【００３３】
前述したチップ１０が挿入された検出ユニット３０は、携帯可能で検体（例えば人体の皮膚）に常時、装着される。
【００３４】
３）充電装置６０
この充電装置６０は、前記検出ユニット３０の電源用誘導コイル５０と電磁結合される電源用誘導コイル６１および前記検出ユニット３０のデータ転送用誘導コイル５２と電磁結合されるデータ転送用誘導コイル６２を有する。前記電源用誘導コイル６１は、交流電源６３に接続されている。データ転送用誘導コイル６２は、マイコン６４に接続されている。このマイコン６４は、シリアルポート６５を通してネット結合、情報記憶、データ解析等を実行するための前記パーソナルコンピュータ７０に接続されている。
【００３５】
前述した携帯型検査システムの作用を説明する。
【００３６】
チップ１０を検出ユニット３０に挿入し、このチップ１０の多孔質膜１９側のメッシュ状導電性薄膜２０を検体、例えば人体の皮膚に接触させて固定する。検出ユニット３０の蓄電池４７をオンしてＣＰＵ３１から電極作動信号をＤ／Ａコンバータ４２およびアンプ回路４３を通して電極４４に出力すると、この電極４４から前記チップ１０のメッシュ状導電性薄膜２０に所望の電界（例えばパルス状電界）が印加される。このとき、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜１９を通して前記機能層１８に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記機能層１８の酵素との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記機能層１８中の発色試薬を発色させる。
【００３７】
このような状態で、図２および図３に示すＣＰＵ３１から半導体レーザの作動信号を変調回路３２およびＡＰＣ回路３３を通して半導体レーザ３４に出力すると、その半導体レーザ３４が発光し、そのレーザ光は偏光フィルタ３５を通して前記チップ１０の基板１１裏面側に入射される。このレーザ光は、前記基板１１を通してグレーティング１３と第１光導波路層１２の界面で屈折されてその第１光導波路層１２を伝播される。第１光導波路層１２を伝播される光は、この第１光導波路層１２より高屈折率の第２光導波路層１４との界面で２つのモード（Ｔｍモード、Ｔｅモード）に分割され、各光導波路層１２，１４を伝播する。このとき、前記機能層１８における前記発色試薬の発色に基づく変化（例えば吸光度変化）によりこの機能層１８直下の第２光導波路層１４を伝播する光の位相が変化する。このように第１、第２の光導波路層１２，１４を伝播した光は、反対側の端部付近においてそれら光導波路層１２，１４の界面で再び結合、干渉するため、前記第２光導波路層１４を伝播する光の位相変化を増幅できる。その結果、前記機能膜１８における人体の皮膚下のグルコースと酵素の反応、発色試薬の発色に基づく第２光導波路層１４を伝播する光の極微な変化を検出ユニット３０の偏光フィルタ３７を通してフォトダイオード３６で検出される。このフォトダイオード３６での検出信号は、復調回路３８、ゲイン調整回路４０およびＤ／Ａコンバータ４１を通して前記ＣＰＵ３１に出力される。このＣＰＵ３１に入力された検出信号は、検体のグルコース値として信号処理され、そのデータはバックアップメモリとしてのシリアルＥ２ＰＲＯＭ４５に蓄積、保存され、かつそのデータは液晶ディスプレイ４６に表示される。
【００３８】
前記ＣＰＵ３１の指令により前述した検出操作を継続的に実行することにより、人体の皮膚下のグルコース値データ（例えば１日分のデータ）を前記検出ユニット３０のシリアルＥ２ＰＲＯＭ４５に逐次、蓄積、保存する。なお、チップ１０は使い捨てで、前記検出操作毎に検出ユニット３０から使用済みのチップ１０を抜き取り、検出ユニット３０に新しいチップ１０を挿入する。
【００３９】
データが保存された検出ユニット３０を充電装置６０にそれらを無線接続することが可能な範囲に設置し、それら検出ユニット３０および充電装置６０を作動すると、前記検出ユニット３０のシリアルＥ２ＰＲＯＭ４５に蓄積、保存されたグルコース値データは検出ユニット３０側でＣＰＵ３１およびシリアルポート５１を通してデータ転送用誘導コイル５２に出力され、さらにそのデータは充電装置６０側で前記コイル５０と電磁結合されるデータ転送用誘導コイル６２を通してマイコン６４に転送、つまり無線転送される。マイコン６４に無線転送されたデータは、シリアルポート６５を通してパーソナルコンピュータ７０に出力され、ここでデータの記憶、解析等がなされる。
【００４０】
また、充電装置６０側の交流電源６３からの交流電圧は電源用誘導コイル６１、この誘導コイル６１と電磁結合される電源用誘導コイル５０およびブリッジ回路４９を通して蓄電池４７に供給、つまり無線供給されて充電がなされる。
【００４１】
以上、本実施形態の携帯型検査装置によれば次のような効果を奏する。
【００４２】
（１）図３に示す構造のチップ１０の酵素および発色試薬を含む機能層１８の前方にメッシュ状導電性薄膜２０を配置し、この導電性薄膜２０に検出ユニット３０の電極４４から所望の電界（例えばパルス状電界）を印加することにより検体中のグルコース（例えば人体の皮膚下のグルコースを含む体液）を前記機能層１８に効率よく抽出する、いわゆる低浸襲作用を図ることができ、かつ光導波路を第１、第２の光導波路層１２，１４により構成して前記機能層１８における検体（人体の皮膚下）のグルコースと酵素の反応、発色試薬の発色に基づく第２光導波路層１４を伝播する光の極微な変化を検出できるため、前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【００４３】
（２）図３に示すようにグレーティング１３を含む前記第１光導波路層１２上に保護膜１５を形成することによって、前記第１光導波路層１２およびグレーティング１３を外部圧力が直接加わるのを防止できる。このため、前記第１光導波路層１２およびグレーティング１３に外部圧力が直接加わることに伴うそれら部材の屈折率変化によって、その第１光導波路層１２を伝播する光が外部に漏れるのを防止できる。しかも、保護膜１５を前記第１光導波路層１２に比べて低屈折率材料で形成することによって、その第１光導波路層１２を伝播する光を第１光導波路層１２と保護膜１５との界面で効果的に全反射させて第１光導波路層１２内に封じ込めることができるため、前記第１光導波路層１２から光が外部に漏れるのを防止できる。その結果、検体中の極微量のグルコースをより高感度で分析することが可能になる。
【００４４】
（３）迷光トラッピング層１７を前記保護膜１５の表面（開口部６の内面を除く）に形成することによって、第１光導波路層１２を伝播する光が前記保護膜１５との界面から保護膜１５側に漏れた場合、その漏光を迷光トラッピング層１７でトラップすることができる。
【００４５】
すなわち、第１光導波路層１２を伝播する光が前記保護膜１５との界面から保護膜１５側に漏れると、前記保護膜１５表面と外界（空気）との屈折率の差により前記漏光は保護膜１５表面で全反射して第２光導波路層１４に迷光として入射されるため、前述した検体中のグルコースの検出感度を低下させる。これに対し、前記迷光トラッピング層１７を前記保護膜１５の表面に形成することによって、前記漏光が保護膜１５表面で全反射することなくトラッピング層１７でトラップできるため、その漏光が第２光導波路層１４に迷光として入射するのを防止でき、検体中のグルコースをより高感度で分析することが可能になる。
【００４６】
（４）酵素および発色試薬を含む機能層１８を多孔質膜１９で覆うことによって、前記機能層１８に対する検体（例えば体液）中のグルコース以外の不純物、例えば蛋白や血球の影響、つまり機能層１８における酵素とグルコースの酵素反応、発色試薬の発色反応に基づく変化によりこの機能層１８直下の第２光導波路層１４を伝播する光の強度変化および位相差変化（ＴＥモード）に対して作用する外乱、を低減でき、検体中の極微量のグルコースをより一層高感度で分析することが可能になる。
【００４７】
（５）チップ１０が挿入された検出ユニット３０は、携帯可能で検体（例えば人体の皮膚）に常時、装着でき、かつ前記チップ１０は使い捨て可能であるため、人体の体液中のグルコース値の経時的変化を検出することができる。また、前記検出ユニット３０において、ＣＰＵ３１からの指令、蓄電池４７からの電圧供給により検体のグルコースを検出するための駆動、制御、検出データの蓄積、保存を簡便に実行できる。
【００４８】
（６）検出ユニット３０に液晶ディスプレイ４６を組み込めば、ＣＰＵ３１の検出データを表示してグルコース値を目視確認できる。
【００４９】
前述した検査装置に充電装置６０およびパーソナルコンピュータ７０を組み込むことによって、前記検査装置で得られたグルコース値の検出データの処理が可能で、かつ電池交換などの操作が不要な簡便な検査システムを実現することができる。
【００５０】
また、検出ユニット３０と充電装置６０とを無線接続すれば、グルコース値の検出データの転送、処理が容易な検査システムを実現することができる。
【００５１】
なお、前述した実施形態ではチップとして図３に示す構造のものを用いたが、これに限定されず、以下に説明する図５〜図７に示す構造のチップを用いてもよい。ただし、図５〜図７に示すチップにおいて図３と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図５に示すチップ１０は、第２光導波路層１４上に発色試薬固定化層２１を形成し、この発色試薬固定化層２１上に酵素固定化層２２を形成した構造を有する。つまり、図５に示すチップ１０は前述した図３の機能層１８を発色試薬固定化層２１と酵素固定化層２２の２つの層の分離した構造を有する。
【００５３】
前記発色試薬固定化層は、前記第２光導波路層表面に例えばＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシ−３−サルフォプロピル）トリジンジカリウム塩、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジリデンのような発色試薬を例えばアミノアルキルトリメトキシシランのようなシランカップリング剤または光架橋ポリビニルアルコールのような架橋高分子を介して固定化することにより形成される。
【００５４】
前記酵素固定化層は、例えばアルブミン、グルコースオキシタダーゼ、ペルオキシダーゼまたはムタロダーゼの酵素を例えば前記化１に示す構造式を有する化合物のような脂質の膜で固定化することにより形成される。
【００５５】
このような図５に示す構成のチップ１０を図１に示すように検出ユニット３０に挿入し、その多孔質膜１９側のメッシュ状導電性薄膜２０を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、このメッシュ状導電性薄膜２０に検出ユニット３０の電極から所望の電界（例えばパルス状電界）を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜１９を通して前記酵素固定化層２４に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記酵素固定化層２２との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記酵素固定化層２２直下の発色試薬固定化層２１を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット３０からレーザ光をチップ１０の基板１１に入射し、第１、第２の光導波路層１２、１４を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【００５６】
図６に示すチップ１０は、２つのグレーティング１３の間に位置する第１光導波路層１２上にこの第１光導波路層１２より高屈折率の導電性材料、例えば酸化錫（ＳｎＯ２）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から作られる第２光導波路層２３を形成した構造を有する。
【００５７】
このような図６に示す構成のチップ１０において、酵素および発色試薬を含む機能層１８に設けられた多孔質膜１９を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、この多孔質膜１９の後方に配置された導電性材料から作られる第２光導波路層２３に検出ユニット３０の電極から所望の電界（例えばパルス状電界）を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜１９を通して前記機能層１８に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記機能層１８の酵素との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記機能層１８中の発色試薬を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット３０からレーザ光をチップ１０の基板１１に入射し、第１、第２の光導波路層１２、１４を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【００５８】
図７に示すチップ１０は、２つのグレーティング１３の間に位置する第１光導波路層１２上にこの第１光導波路層１２より高屈折率の導電性材料、例えば酸化錫（ＳｎＯ２）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から作られる第２光導波路層２３を形成し、この第２光導波路層２３上に図５と同様な発色試薬固定化層２１を形成し、この発色試薬固定化層１３上に第２実施形態で説明したのと同様な酵素固定化層２２を形成した構造を有する。
【００５９】
このような図７に示す構成のチップ１０において、酵素固定化層２２に設けられた多孔質膜１９を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、この多孔質膜１９の後方に配置された導電性材料から作られる第２光導波路層２３に検出ユニット３０の電極から所望の電界（例えばパルス状電界）を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜１９を通して前記機能層１８に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記酵素固定化層２２との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記酵素固定化層２２直下の発色試薬固定化層２１を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット３０からレーザ光をチップ１０の基板１１に入射し、第１、第２の光導波路層１２、１４を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【００６０】
また、前述した実施形態では検出ユニット３０と充電装置６０とを無線接続したが、有線接続してもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を提供できる。
【００６２】
本発明によれば、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を備え、さらにこの検査装置の蓄電池の充電が可能で、得られたグルコースの検出データの処理が可能な携帯型検査システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の携帯型検査装置が組み込まれた携帯型検査システムの構成を示す概略斜視図。
【図２】図１の携帯型検査装置を示す概略図。
【図３】図２のチップを詳述する概略断面図。
【図４】図１の検出ユニットと充電装置との結合方式を示す回路図。
【図５】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【図６】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【図７】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
１０…チップ、
１１…基板、
１３…グレーディング、
１２…第１光導波路層、
１４…第２光導波路層、
１８…機能層、
１９…多孔質膜、
２０…メッシュ状導電性薄膜、
２１…発色試薬固定化層、
２２…酵素固定化層、
２３…導電性材料から作られる第２光導波路層、
３０…検出ユニット、
３１…中央演算制御器（ＣＰＵ）、
３４…半導体レーザ、
３６…フォトダイオード、
４４…電極、
４５…シリアルＥ２ＰＲＯＭ、
４７…ニッケル水素蓄電池、
６０…充電装置、
６３…交流電源、
６４…マイコン、
７０…パーソナルコンピュータ。
Claims (9)
- 基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率を有する第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されたメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ；および
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する携帯可能な検出ユニット；
を具備したことを特徴とする携帯型検査装置。 - 基板と、この基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ；および
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第２光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する携帯可能な検出ユニット；
を具備したことを特徴とする携帯型検査装置。 - 前記チップは、測定毎に廃棄することが可能で、かつ前記検出ユニットに対して着脱可能な構造を有することを特徴とする請求項１または２の携帯型検査装置。
- 前記チップの前記機能層は、前記第２光導波路層上に形成された発色試薬固定化層およびこの発色試薬固定化層上に形成された酵素固定化層とから構成されることを特徴とする請求項１または２記載の携帯型検査装置。
- 基板と、前記基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率を有する第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されるメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ；
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する携帯可能な検出ユニット；
前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置；および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置；
を具備したことを特徴とする携帯型検査システム。 - 基板と、前記基板表面に形成された第１光導波路層と、この第１光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第１光導波路層上に形成され、この第１光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第２光導波路層と、この第２光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ；
前記チップが装着され、前記チップの第１光導波路層に光を入射するための光源と、前記第１光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第２光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する携帯可能な検出ユニット；
前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置；および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置；
を具備したことを特徴とする携帯型検査システム。 - 前記チップは、測定毎に廃棄することが可能で、かつ前記検出装置に対して着脱可能な構造を有することを特徴とする請求項５または６の携帯型検査システム。
- 前記チップの前記機能層は、前記第２光導波路層上に形成された発色試薬固定化層およびこの発色試薬固定化層上に形成された酵素固定化層とから構成されることを特徴とする請求項５または６の携帯型検査システム。
- 前記検出ユニットと前記充電装置との間のデータの伝送および前記充電装置から前記検出装置への充電は、電磁結合によりなされることを特徴とする請求項５または６記載の携帯型検査システム。
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