JP4593957B2 - Electro-optical detector - Google Patents

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Description

本発明は、生体体液中に存在する被検体の存在、およびその濃度を検出する電子光学式検出装置に関し、特に、生体内に埋め込まれて使用される電子光学式検出装置に関する。   The present invention relates to an electro-optical detection device that detects the presence and concentration of a subject present in a biological fluid, and more particularly to an electro-optical detection device that is used by being embedded in a living body.

糖尿病治療の分野においては、糖尿病に起因する糖尿病性網膜症、糖尿病性腎症、糖尿病性神経障害などの合併症の防止のために、患者の血糖値を正常な範囲に自己制御することが重要である。このような患者の血糖値制御のためには、生体内のグルコース濃度を経時的にモニタすることにより行われており、毎日、多数回測定することが推奨され、連続測定が最も効果的であるとされている。   In the field of diabetes treatment, it is important to control the patient's blood glucose level within the normal range in order to prevent complications such as diabetic retinopathy, diabetic nephropathy, and diabetic neuropathy caused by diabetes It is. In order to control the blood glucose level of such patients, it is performed by monitoring the glucose concentration in the body over time, and it is recommended to measure many times every day, and continuous measurement is the most effective. It is said that.

従来、生体内のグルコース濃度のモニタには、一定時間おきに血液を採取して測定するか、あるいはグルコースオキシダーゼなどのグルコースに反応する酵素を付着させた電極センサを、経皮的に体内に留置して計測する方法が行われてきた。   Conventionally, in order to monitor glucose concentration in a living body, blood is collected at regular intervals and measured, or an electrode sensor to which an enzyme that reacts with glucose such as glucose oxidase is attached is placed percutaneously in the body. And the method of measuring has been performed.

しかしながら、連続的なデータをとるには、採血による方法では被験者の手間と苦痛が大きく現実的ではない。また、電極センサの留置は、実質的に3日前後しか連続測定できない状況がある。   However, in order to obtain continuous data, the blood sampling method is not practical because it requires great labor and pain for the subject. In addition, there is a situation where the electrode sensor can be continuously measured only for about three days.

生体内のグルコース濃度を継続的に測定するための技術開発は古くからなされており、たとえば、J.Schultzらは、マイクロダイアリシスの手法を使い連続測定できるグルコースセンサを報告している(非特許文献1)。この方法は、光ファイバーの先端に接続した透析チューブ内側に、コンカナバリンAを結合させ、さらにFITC化デキストランをコンカナバリンAと結合させておき、外部から透析チューブを通して流入するグルコースとの競争反応で、FITC化デキストランが解離し、透析チューブ内溶液中の蛍光強度が変化することを利用している。   Technological development for continuously measuring the glucose concentration in a living body has been made for a long time. Schultz et al. Have reported a glucose sensor capable of continuous measurement using a microdialysis technique (Non-patent Document 1). In this method, concanavalin A is bound to the inner side of the dialysis tube connected to the tip of the optical fiber, and FITC-modified dextran is bound to concanavalin A, and FITC is formed by competitive reaction with glucose flowing from the outside through the dialysis tube. It utilizes the fact that dextran dissociates and the fluorescence intensity in the solution in the dialysis tube changes.

また一方では、無線を用いて生体内に埋め込まれた装置から信号を出し入れする装置が開示されている(特許文献1、2参照)。この技術によれば、グルコースの体内濃度変化を測定の際に生体を傷つけずに連続測定する方法として、可逆的にグルコースと反応して蛍光特性の変化するインジケータ層を持つ検出装置を生体内に埋込み、蛍光量の変化でグルコース濃度を計測し、体外にデータを電磁波などで導出している。   On the other hand, a device that inputs and outputs a signal from a device embedded in a living body using wireless is disclosed (see Patent Documents 1 and 2). According to this technique, as a method of continuously measuring changes in glucose concentration in the body without damaging the living body, a detection device having an indicator layer that reversibly reacts with glucose and changes in fluorescence characteristics is placed in the living body. The glucose concentration is measured by implantation and changes in the amount of fluorescence, and data is derived outside the body by electromagnetic waves.

また、このような検出装置のインジケータ層に利用可能なものとしては、フェニールボロン酸等のグルコースと可逆結合する蛍光物質をポリスチレンに共有結合したものが提案されている(特許文献3参照)。   Moreover, as what can be utilized for the indicator layer of such a detection apparatus, what covalently bonded to polystyrene the fluorescent substance reversibly couple | bonded with glucose, such as phenyl boronic acid, is proposed (refer patent document 3).

また、生体成分中には各種の糖成分が存在するが、グルコースにより特異的に可逆結合できる蛍光物質も提案されている(特許文献4参照)。   In addition, various biological sugar components exist in biological components, and a fluorescent substance that can be specifically reversibly bound by glucose has also been proposed (see Patent Document 4).

さらに、これらの蛍光物質に対して蛍光を出させるための励起光源として、体内に埋込み易いより小型の光源と検出装置も提案されている(特許文献5参照)。   Furthermore, as an excitation light source for causing fluorescence to be emitted from these fluorescent materials, a smaller light source and a detection device that are easily embedded in the body have been proposed (see Patent Document 5).

このように様々な検出装置や蛍光物質などの提案がなされているものの、現在まで精度よく体内のグルコース濃度を連続モニタできる装置は実現されていない。   Although various detection devices and fluorescent substances have been proposed in this way, no device capable of continuously monitoring the glucose concentration in the body with high accuracy has been realized so far.

その理由の一つは、励起光量に対して蛍光物質から放出される蛍光光量が非常に少ないことである。蛍光を測定する検出装置の場合、励起光が検出器に入るのを完全に防止することが難しく、励起光による誤検出が起きてしまうという問題があるからである。   One of the reasons is that the amount of fluorescent light emitted from the fluorescent material is very small with respect to the amount of excitation light. This is because in the case of a detection device that measures fluorescence, it is difficult to completely prevent excitation light from entering the detector, and erroneous detection due to excitation light occurs.

一般的な蛍光分光光度計では、励起光の照射軸は、測定する蛍光の光軸に対して90°の位置に設置され、さらにプリズムや回折格子で、励起光の波長幅と測定する蛍光の波長幅が重ならないようにすることで、励起光の信号が蛍光の信号に付加されないように設計されている。励起光が蛍光検出器に入射すると、被検体に依存して変化する蛍光に励起光からの信号がバイアスとして付加されるため、相対的に被検体濃度変化に対する信号の変化が小さくなり、レスポンスが悪化するので、これを避けるためにこのような構造に設計されているのである。   In a general fluorescence spectrophotometer, the irradiation axis of the excitation light is set at a position of 90 ° with respect to the optical axis of the fluorescence to be measured, and further, the wavelength width of the excitation light and the wavelength of the fluorescence to be measured are measured by a prism or a diffraction grating. By preventing the wavelength widths from overlapping, the excitation light signal is designed not to be added to the fluorescence signal. When the excitation light enters the fluorescence detector, the signal from the excitation light is added as a bias to the fluorescence that changes depending on the analyte, so the change in signal relative to the analyte concentration change is relatively small and the response is Because it gets worse, it is designed in such a structure to avoid this.

しかしながら、埋込み可能とするために小型化が重要な検出装置においては、これら蛍光分光光度計のような複雑な構造をとることはできない。   However, in a detection device in which downsizing is important in order to be able to be embedded, it is not possible to take a complicated structure like these fluorescence spectrophotometers.

従来、このような問題を解決するために、検出器をインジケータ層と光源の間に設置し直接励起光が検出器に入射できないようにし、さらに、励起光が検出器に入射し難いようにフィルターを利用した構成の検出装置が提案されている(特許文献6参照)。
米国特許第4550731号明細書 米国特許第4253466号明細書 米国特許第5137833号明細書 米国特許第5503770号明細書 米国特許第5039490号明細書 米国特許第5157262号明細書 Diabetes Care Vol.5(1982)pp.245〜253
Conventionally, in order to solve such problems, a detector is installed between the indicator layer and the light source to prevent direct excitation light from being incident on the detector, and to further prevent the excitation light from being incident on the detector. There has been proposed a detection device having a configuration utilizing the above (see Patent Document 6).
U.S. Pat. No. 4,550,731 U.S. Pat. No. 4,253,466 US Pat. No. 5,137,833 US Pat. No. 5,503,770 US Pat. No. 5,039,490 US Pat. No. 5,157,262 Diabetes Care Vol. 5 (1982) p. 245-253

しかしながら、蛍光物質の励起光波長と蛍光波長の差は、ピーク波長として0から100nm程度が一般的であるため、光源として多く利用されている発光ダイオードの発光スペクトルと、測定すべき蛍光波長が重ならないように蛍光物質を設計することが非常に難しいという問題がある。また、励起光は、小さい空間内で反射したり散乱したりして検出器に入射するので光学フィルターのみで蛍光に比べて無視できるレベルにカットすることも難しい。   However, since the difference between the excitation light wavelength and the fluorescence wavelength of a fluorescent substance is generally about 0 to 100 nm as a peak wavelength, the emission spectrum of a light-emitting diode often used as a light source and the fluorescence wavelength to be measured overlap. There is a problem that it is very difficult to design a fluorescent material so that it does not become. In addition, since the excitation light is reflected or scattered in a small space and enters the detector, it is difficult to cut the excitation light to a level that can be ignored as compared with fluorescence using only an optical filter.

一方、インジケータ層からの蛍光は、微弱な放散光であるため、検出器表面とインジケータ層の距離をできるだけ短くすることが、生体中のグルコース濃度の高感度測定に効果的である。しかしながら、インジケータ層を近づけると、検出器との位置関係により励起光の射出部が限定されるため、インジケータ層全面に効率的に励起光を照射することが難しくなり、発する蛍光光量が低下する。さらに前述のように励起光の反射散乱による検出器へのバイアス信号付加によって、グルコースの濃度変化に対する検出器信号の変化が小さくなり、感度が低下するという問題があった。   On the other hand, since the fluorescence from the indicator layer is weakly diffused light, it is effective for highly sensitive measurement of glucose concentration in the living body to shorten the distance between the detector surface and the indicator layer as much as possible. However, when the indicator layer is brought closer, the emission portion of the excitation light is limited by the positional relationship with the detector, so that it is difficult to efficiently irradiate the entire area of the indicator layer with the excitation light, and the amount of emitted fluorescence is reduced. Furthermore, as described above, the addition of a bias signal to the detector due to the reflection and scattering of the excitation light causes a problem that the change in the detector signal with respect to the change in the glucose concentration is reduced and the sensitivity is lowered.

そこで、本発明の目的は、小型で経皮埋込み可能な電子光学式検出装置おいて、被検体の濃度変化に対する感度を改善し、より確実に生体内の被検体濃度をモニタすることのできる電子光学式検出装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electronic device capable of improving the sensitivity to a change in the concentration of a subject and monitoring the concentration of the subject in a living body more reliably in a small and transcutaneously implantable electro-optical detection device. An optical detection device is provided.

本発明の目的は、下記する手段により達成される。   The object of the present invention is achieved by the following means.

(1)生体内に埋め込まれて生体中の被検体を計測する電子光学式検出装置において、内部を液密に保つハウジングと、前記ハウジングとともに内部を液密に保ち、光を透過する透明層と、前記透明層の外側の面に密着し、前記被検体の濃度に対応して蛍光特性の変化する蛍光インジケータ分子を含むインジケータ層と、前記ハウジング内部に、前記透明層をはさんで前記インジケータ層と相対する位置に設けられ、前記インジケータ層からの前記蛍光を電気信号に変換する検出器と、前記インジケータ層と前記検出器の間に挟まれ、励起光を放射する複数の発光部と、前記発光部の前記検出器側に設けられ、前記発光部から前記検出器方向への光を遮光する遮光層と、を有することを特徴とする電子光学式検出装置。 (1) In an electro-optical detection device that is embedded in a living body and measures a subject in the living body, a housing that keeps the inside liquid-tight, and a transparent layer that keeps the inside liquid-tight together with the housing and transmits light An indicator layer that includes fluorescent indicator molecules that are in close contact with the outer surface of the transparent layer and change in fluorescence characteristics in accordance with the concentration of the analyte; and the indicator layer inside the housing with the transparent layer interposed therebetween And a detector that converts the fluorescence from the indicator layer into an electrical signal, a plurality of light emitting units that are sandwiched between the indicator layer and the detector and emit excitation light, and An electro-optical detection device comprising: a light-shielding layer that is provided on the detector side of the light-emitting unit and shields light from the light-emitting unit toward the detector.

(2)前記発光部は、前記インジケータ層と前記検出器との間以外の前記ハウジング内に設けられた光源から放射された光を導くために前記インジケータ層と前記検出器との間に設けられた光学導波路の導波路開口面であることを特徴とする。   (2) The light emitting unit is provided between the indicator layer and the detector to guide light emitted from a light source provided in the housing other than between the indicator layer and the detector. It is a waveguide opening surface of the optical waveguide.

(3)前記光学導波路は、直径0.02〜1mmの断面が円形状である光ファイバーであることを特徴とする。   (3) The optical waveguide is an optical fiber having a circular cross section having a diameter of 0.02 to 1 mm.

(4)前記導波路開口面は、軸方向に長さ1〜20mm連続的に、または断続的に1カ所以上の光放射面からなることを特徴とする。   (4) The waveguide opening surface is characterized by comprising one or more light emitting surfaces continuously or intermittently in a length of 1 to 20 mm in the axial direction.

(5)前記遮光層は、内側に反射面が形成された凹形状を成し、前記凹形状の内側に前記光学導波路が配置されることを特徴とする。   (5) The light shielding layer has a concave shape in which a reflection surface is formed on the inner side, and the optical waveguide is disposed on the inner side of the concave shape.

(6)前記遮光層は、前記導波路開口面からの光が前記インジケータ層方向にのみ向かうように開口された開口部を持つ金属パイプであることを特徴とする。   (6) The light shielding layer is a metal pipe having an opening that is opened so that light from the waveguide opening surface is directed only in the direction of the indicator layer.

(7)前記遮光層は、前記導波路開口面以外の前記光学導波路の側面に施されたメッキ層であることを特徴とする。   (7) The light shielding layer is a plating layer provided on a side surface of the optical waveguide other than the opening surface of the waveguide.

(8)前記発光部および前記遮光層は、前記透明層と前記検出器との間に設けられていることを特徴とする。   (8) The light emitting section and the light shielding layer are provided between the transparent layer and the detector.

(9)前記発光部および前記遮光層は、前記透明層の内部に設けられた空間内に設置されていることを特徴とする。   (9) The light emitting unit and the light shielding layer are installed in a space provided inside the transparent layer.

(10)前記空間内は、前記透明層と同じ屈折率の液体でみたされていることを特徴とする。   (10) The space is viewed with a liquid having the same refractive index as that of the transparent layer.

(11)前記発光部は、発光素子であることを特徴とする。   (11) The light emitting unit is a light emitting element.

(12)前記透明層は、石英硝子であることを特徴とする。   (12) The transparent layer is made of quartz glass.

(13)前記透明層は、フッ素樹脂であることを特徴とする。   (13) The transparent layer is a fluororesin.

(14)前記透明層は、厚さが0.05〜1.2mmであることを特徴とする。   (14) The transparent layer has a thickness of 0.05 to 1.2 mm.

(15)前記インジケータ層は、前記励起光を透過しないカバー層を有することを特徴とする。   (15) The indicator layer has a cover layer that does not transmit the excitation light.

(16)前記インジケータ層は、前記カバー層と前記透明層の間に配置され、前記蛍光インジケータ分子を含むハイドロゲル層を、を有することを特徴とする。   (16) The indicator layer includes a hydrogel layer that is disposed between the cover layer and the transparent layer and includes the fluorescent indicator molecule.

(17)前記カバー層は、カーボンブラックを含むことを特徴とする。   (17) The cover layer includes carbon black.

(18)前記ハイドロゲル層は、厚みが5〜30μmであることを特徴とする。   (18) The hydrogel layer has a thickness of 5 to 30 μm.

(19)前記インジケータ層は、その外面の高さが、前記インジケータ層周囲の前記ハウジング端部より0.1〜1mmへこんでいることを特徴とする。   (19) The indicator layer is characterized in that an outer surface has a height of 0.1 to 1 mm from an end of the housing around the indicator layer.

本発明によれば、インジケータ層と検出器の間に透明層を配置し、またインジケータ層と検出器の間に励起光を発する発光部を設け、さらにこの発光部から検出器へ向かう光を遮光する遮光部を設けたので、励起光が装置内部で反射や屈折、散乱によって検出器に導かれることがなく、さらに、インジケータ層からの蛍光は効率的に検出器に導くことができるため、グルコース濃度変化に対する検出感度が向上して、より確実に生体内のグルコース濃度をモニタすることができるようになる。   According to the present invention, a transparent layer is disposed between the indicator layer and the detector, and a light emitting unit that emits excitation light is provided between the indicator layer and the detector, and light directed from the light emitting unit to the detector is shielded. Since the light shielding part is provided, the excitation light is not guided to the detector by reflection, refraction, and scattering inside the apparatus, and the fluorescence from the indicator layer can be efficiently guided to the detector. The detection sensitivity with respect to the concentration change is improved, and the glucose concentration in the living body can be monitored more reliably.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明による電子光学式検出装置(以下検出装置と称する)の外観を示す斜視図であり、図2は検出装置の内部構造を示す部分破断斜視図であり、図3は、図1におけるA−A線に沿う断面図であり、図4は、図3に示した断面におけるインジケータ層、光学導波路、検出器などの部分の拡大断面図ある。   FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of an electro-optical detection device (hereinafter referred to as a detection device) according to the present invention, FIG. 2 is a partially broken perspective view showing an internal structure of the detection device, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of portions such as an indicator layer, an optical waveguide, and a detector in the cross section shown in FIG.

まず、この検出装置の概略構成を説明する。   First, a schematic configuration of this detection apparatus will be described.

この検出装置1は、外観上、その内部を液密に保つハウジング11と、インジケータ層のみを露出させる窓部12と、体外のシステムと通信するためのアンテナ部13を有する。   This detection device 1 has a housing 11 that keeps its inside liquid-tight in appearance, a window portion 12 that exposes only the indicator layer, and an antenna portion 13 that communicates with a system outside the body.

検出装置1内部は、体内の体液と接触し、グルコース濃度を感知するインジケータ層21と、内部を液密に保つために窓部12を塞ぐように設けられ、インジケータ層21が密着されている透明層22と、励起光を発する光源23と、光源23からの光をインジケータ層21まで導く光学導波路24と、インジケータ層21からの蛍光を検出する検出器25と、検出器25からの信号データを処理する集積回路26と、内部の電源である電池27が搭載されている。   The inside of the detection device 1 is in contact with a bodily fluid in the body, and is provided so as to close the window portion 12 in order to keep the inside of the indicator layer 21 that senses the glucose concentration and to keep the inside liquid-tight. The layer 22, the light source 23 that emits the excitation light, the optical waveguide 24 that guides the light from the light source 23 to the indicator layer 21, the detector 25 that detects the fluorescence from the indicator layer 21, and the signal data from the detector 25 An integrated circuit 26 that processes the above and a battery 27 that is an internal power source are mounted.

インジケータ層21は、液体を通さない透明な透明層22のさらに外側に密接させて配置されている。透明層22はハウジング11とともに、検出装置1内部を検出装置1の外部から液密にしている。   The indicator layer 21 is disposed in close contact with the outer side of the transparent transparent layer 22 that does not allow liquid to pass through. The transparent layer 22, together with the housing 11, makes the inside of the detection device 1 liquid-tight from the outside of the detection device 1.

この検出装置1は、光源23からの光を発光部となる光学導波路24を通して導き、インジケータ層21に対して励起光として照射することで、インジケータ層21がグルコース濃度に応じた蛍光を呈し、その蛍光が検出器25によって電気信号に変換される。   The detection device 1 guides light from the light source 23 through an optical waveguide 24 serving as a light emitting unit, and irradiates the indicator layer 21 as excitation light, whereby the indicator layer 21 exhibits fluorescence corresponding to the glucose concentration, The fluorescence is converted into an electric signal by the detector 25.

光学導波路24は、インジケータ層21と検出器25の間に挟まるように設置されている。光源23から導かれた光は、遮光層41によって検出器25側へは照射されず、インジケータ層21にのみ照射される。   The optical waveguide 24 is installed so as to be sandwiched between the indicator layer 21 and the detector 25. The light guided from the light source 23 is not irradiated to the detector 25 side by the light shielding layer 41, but only the indicator layer 21.

検出器25は、インジケータ層21からの蛍光を受け、受光した光の量に応じた電気信号に変換する受光素子である。   The detector 25 is a light receiving element that receives the fluorescence from the indicator layer 21 and converts it into an electrical signal corresponding to the amount of received light.

集積回路26は、検出器25からの電気信号を処理し、一時記憶して、適時、ハウジング外面に設置されたアンテナ部13から体外のシステムに送信する。   The integrated circuit 26 processes the electrical signal from the detector 25, temporarily stores it, and transmits it to the system outside the body from the antenna unit 13 installed on the outer surface of the housing in a timely manner.

アンテナ部13は、その内部にはアンテナ用コイル28が体液と接触しないように樹脂等に包埋されて設けられる。   The antenna unit 13 is provided inside the antenna unit 13 so as to be embedded in a resin or the like so that the antenna coil 28 does not come into contact with body fluid.

以下、さらに、この検出装置について詳細に説明する。   Hereinafter, the detection apparatus will be described in detail.

(ハウジング)
ハウジング11は、内部を液密に保つことができれば、どのようなものでもよく、加工性の観点からは、金属製や樹脂製のものが好ましい。特に、経皮的に生体内に埋め込むことを考慮して、たとえば、生体適合性のうえで実績のあるチタン材が最も好ましい。
(housing)
The housing 11 may be anything as long as the inside can be kept liquid-tight, and is preferably made of metal or resin from the viewpoint of workability. In particular, in consideration of embedding in the living body percutaneously, for example, a titanium material having a proven record in biocompatibility is most preferable.

ハウジング11は、図示上下に2つの部分11aおよび11bからなり、この2つの部分11aおよび11bをかみ合わせて接合することで、内部を液密に保つようにしている。   The housing 11 is composed of two parts 11a and 11b on the upper and lower sides in the drawing, and the two parts 11a and 11b are engaged and joined to keep the inside liquid-tight.

ハウジング11は、図示するように、全体として丸みを帯びた角の無い形状に作製し、さらに、窓部12は、生体と接触するカバー層(詳細後述)で覆われており、また、ハウジング11よりへこんだ位置となるように作製されている。これにより、生体内に埋め込んだときに、力学的な刺激はハウジング11で受け、カバー層は強い応力を受けにくくすることができる。また、カバー層近傍の炎症を抑制し、厚いコラーゲン組織による被包化を抑えることができ、グルコース濃度の変化をより安定にレスポンスよく連続測定できるようになる。   As shown in the figure, the housing 11 is manufactured to have a rounded shape with no corners, and the window 12 is covered with a cover layer (described later in detail) that comes into contact with the living body. It is made to be in a more indented position. Thereby, when it embeds in the living body, a mechanical stimulus is received by the housing 11 and the cover layer can be made difficult to receive a strong stress. In addition, inflammation in the vicinity of the cover layer can be suppressed, encapsulation by a thick collagen tissue can be suppressed, and a change in glucose concentration can be continuously measured more stably with good response.

このようなハウジング11の大きさ、すなわち、検出装置1全体の大きさは、アンテナ部13を含めて、最大部分が25mm×10mm×5m程度とすることが好ましい。これは、この検査装置が体内に埋め込まれることから、できるだけ小さい方が埋め込む際の浸襲度が小さくてすみ好ましいからである。しかしながら、あまりにも小さいと、内部構成部品を小さくする必要があるため、たとえば、電池の場合、あまり小さくすると電池の容量が小さくなりすぎて長時間使用することができなくなったりするため好ましくない。   As for the size of the housing 11, that is, the size of the entire detection device 1, the maximum portion including the antenna unit 13 is preferably about 25 mm × 10 mm × 5 m. This is because the inspection device is embedded in the body, and the smaller one is preferable because the degree of invasion at the time of implantation is small. However, if it is too small, it is necessary to make the internal components small. For example, in the case of a battery, if the battery is too small, the capacity of the battery becomes too small and cannot be used for a long time.

ハウジング11内部は、ハウジング11の窓部12の周囲に接着剤50によって透明層22が固着されており、集積回路26や検出器25がスペーサ基板51上に配置され、このスペーサ基板51がスペーサ52によって支持されることで、検出器25と透明層22との間に所定の間隔32(詳細後述)を保つようにしている。このように、スペーサ基板51とスペーサ52によって検出器25と透明層22との間に所定の間隔32を保つようにすることで、ハウジングを形成する部材として金属以外の樹脂によるソフトパッケージを用いた場合でも、所定の間隔32を常に維持することが可能となる。   In the housing 11, the transparent layer 22 is fixed to the periphery of the window portion 12 of the housing 11 with an adhesive 50, and the integrated circuit 26 and the detector 25 are disposed on the spacer substrate 51. In this way, a predetermined distance 32 (details will be described later) is maintained between the detector 25 and the transparent layer 22. As described above, by maintaining the predetermined distance 32 between the detector 25 and the transparent layer 22 by the spacer substrate 51 and the spacer 52, a soft package made of resin other than metal is used as a member forming the housing. Even in this case, the predetermined interval 32 can always be maintained.

(インジケータ層)
インジケータ層21は、体液が侵入できるハイドロゲルを用いることができる。なおかつ、インジケータ層21は、体液から少なくとも、被検体であるグルコース分子が拡散でき、かつ、励起光を乱反射しない少なくとも2層のハイドロゲル層を含むことが好ましい。
(Indicator layer)
The indicator layer 21 can be made of a hydrogel that allows body fluids to enter. In addition, the indicator layer 21 preferably includes at least two hydrogel layers that can diffuse at least glucose molecules as a subject from the body fluid and do not diffusely reflect the excitation light.

このような特性を持つために、インジケータ層21は、蛍光発光層47からなり、図4に示すように、カバー層46と蛍光発光層47とからなる構成とすることもできる。   In order to have such characteristics, the indicator layer 21 includes a fluorescent light emitting layer 47, and may be configured to include a cover layer 46 and a fluorescent light emitting layer 47 as shown in FIG.

カバー層46は、蛍光発光層47を体組織から完全に隔離し覆うように、励起光を吸収する吸収物質を含み、かつ、窓部12を完全に覆うように配置される。これにより、カバー層46が、透明層22を通過した励起光が外へ漏れるのを防止するともに、外部の光が検出装置内部へ侵入するのを防止することができる。したがって、このカバー層46は、検出装置1を体内に埋め込んだ場合に、皮膚や皮下組織などを通してわずかながら、検出装置1まで到達する光がある場合でも、そのような光の検出器25による誤検出を防止する役割を果たす。   The cover layer 46 includes an absorbing material that absorbs excitation light so as to completely cover and cover the fluorescent light emitting layer 47 from the body tissue, and is disposed so as to completely cover the window portion 12. Thereby, the cover layer 46 can prevent the excitation light that has passed through the transparent layer 22 from leaking outside, and can prevent external light from entering the inside of the detection device. Therefore, the cover layer 46 can be used by the detector 25 to detect such light even when there is a slight amount of light reaching the detection device 1 through the skin or subcutaneous tissue when the detection device 1 is embedded in the body. It plays a role in preventing detection.

このようなカバー層46は、ハイドロゲルと励起光を吸収する吸収剤とからなり、ハイドロゲルは、蛍光発光層47と同じものが利用できる。   Such a cover layer 46 includes a hydrogel and an absorbent that absorbs excitation light, and the same hydrogel as the fluorescent light-emitting layer 47 can be used.

吸収剤は、蛍光インジケータ分子そのものを、ほぼ励起光が透過しない濃度まで高濃度となるようにして用いることができる。この場合、後述する蛍光発光層47を作製する手順とほぼ同じ手順で、蛍光インジケータ分子の濃度のみ増加させればよい。   As the absorbent, the fluorescent indicator molecule itself can be used so as to have a high concentration up to a concentration at which almost no excitation light is transmitted. In this case, it is only necessary to increase only the concentration of the fluorescent indicator molecule by substantially the same procedure as that for producing the fluorescent light emitting layer 47 described later.

また、カバー層46は、光源23からの励起光を吸収するが、蛍光を発しない色素を、ハイドロゲルに固定することにより製作してもよい。このような色素としては、色素の体内での劣化を考慮して、たとえば、安価で多くの波長の光をよく吸収するカーボンブラックを用いることができる。   The cover layer 46 may be manufactured by fixing a dye that absorbs excitation light from the light source 23 but does not emit fluorescence to the hydrogel. As such a dye, for example, carbon black that is inexpensive and well absorbs light of many wavelengths can be used in consideration of deterioration of the dye in the body.

蛍光発光層47は、透明層22の体液側表面に配置されている。この蛍光発光層47は、グルコースと可逆的に結合して蛍光特性がグルコース濃度に依存して変化する蛍光インジケータ分子を含む。そして、この蛍光発光層47は少なくとも一部が透明層22に密着して設けられている。   The fluorescent light emitting layer 47 is disposed on the body fluid side surface of the transparent layer 22. The fluorescent light emitting layer 47 includes a fluorescent indicator molecule that reversibly binds to glucose and changes in fluorescence characteristics depending on the glucose concentration. The fluorescent light emitting layer 47 is provided at least partially in close contact with the transparent layer 22.

蛍光発光層47内の蛍光インジケータ分子は、グルコースと可逆的に結合し蛍光特性をグルコースの濃度に依存して変化させる物質であればよい。このような蛍光インジケータ分子としては、たとえば、2つのフェニールボロン酸部分で特にグルコースと結合でき、かつハイドロゲルポリマー鎖と結合できる官能基を有する構造の分子が好適である。   The fluorescent indicator molecules in the fluorescent light-emitting layer 47 may be any substance that reversibly binds to glucose and changes the fluorescence characteristics depending on the glucose concentration. As such a fluorescent indicator molecule, for example, a molecule having a functional group capable of binding to glucose at two phenyl boronic acid moieties and capable of binding to a hydrogel polymer chain is suitable.

図5および6は、このような特性を持つ物質の分子構造例を示す図面である。ここで、図5に示す分子構造を持つ物質をG1、図6に示す分子構造を持つ物質をG2と称する。   5 and 6 are diagrams showing examples of molecular structures of substances having such characteristics. Here, the substance having the molecular structure shown in FIG. 5 is called G1, and the substance having the molecular structure shown in FIG. 6 is called G2.

これらの物質は、各種ハイドロゲルを形成するポリマーに、たとえば以下のように導入する。   These substances are introduced into polymers forming various hydrogels as follows, for example.

G1は、アクリル酸を含むポリアクリルアミド共重合体、ポリアルギン酸のようにカルボキシル基を側鎖に含むハイドロゲルや水溶性ポリマーに、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジジミド)、あるいはそれにN−ヒドロキシサクシンイミドを追加して用いたアミノカップリング法で導入できる。また、イソシアネート基を有する2−イソシアナートエチルメタクリレートを末端アミノ基と結合させ、その後、アクリルアミドなどのアクリル系モノマーと結合させてハイドロゲルを作製してもよい。   G1 is a polyacrylamide copolymer containing acrylic acid, a hydrogel or water-soluble polymer containing a carboxyl group in the side chain such as polyalginic acid, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodidiimide), or It can be introduced by an amino coupling method in which N-hydroxysuccinimide is additionally used. Alternatively, 2-isocyanatoethyl methacrylate having an isocyanate group may be bonded to a terminal amino group and then bonded to an acrylic monomer such as acrylamide to produce a hydrogel.

G2についても、ゼラチンやコラーゲン、ポリリジン、キトサンなどのアミノ基を持つハイドロゲルや水性ポリマーに、アミノカップリング法で結合させて蛍光インジケータ分子を導入できる。   As for G2, fluorescent indicator molecules can be introduced by binding to hydrogels or aqueous polymers having amino groups such as gelatin, collagen, polylysine and chitosan by amino coupling method.

ハイドロゲルを形成するポリマーの種類としてはセルロース、デキストラン、アルギン酸、プルラン、カードランといった多糖類やその誘導体、ゼラチン、ポリグルタミン酸といったポリアミノ酸、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリN−イソプロピルアクリルアミド等のアクリル系水溶性ポリマーおよびコポリマー、それらの側鎖の一部をエステル化等で修飾した修飾ポリマー、ポリエチレングリコール、ポリビニールピロリドンおよびそれらの混合物が利用できる。   Polymers that form hydrogels include polysaccharides such as cellulose, dextran, alginic acid, pullulan and curdlan and their derivatives, polyamino acids such as gelatin and polyglutamic acid, acrylics such as polyacrylamide, polyacrylic acid and poly N-isopropylacrylamide. Water-soluble polymers and copolymers, modified polymers obtained by modifying a part of their side chains by esterification, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone and mixtures thereof can be used.

これらの蛍光インジケータ分子が導入される物質は、グルコース濃度が高くなると励起光による蛍光特性が上昇する(すなわち蛍光による光度が高くなる)。   In the substance into which these fluorescent indicator molecules are introduced, the fluorescence characteristics due to the excitation light increase when the glucose concentration increases (that is, the luminous intensity due to fluorescence increases).

蛍光発光層47の厚みは、2μmから100μm、より好ましくは5μmから30μmである。これは、2μm以下の場合、蛍光発光層47内における蛍光インジケータ分子の量が少なくなり、グルコースとの結合による蛍光量が少なくなりすぎるため好ましくない。一方、100μmを超えて厚くした場合、この検出装置1全体としての大きさから考えて厚くなりすぎ、装置全体を大きくしなければならなくなるので好ましくないものである。   The thickness of the fluorescent light emitting layer 47 is 2 μm to 100 μm, more preferably 5 μm to 30 μm. In the case of 2 μm or less, this is not preferable because the amount of fluorescent indicator molecules in the fluorescent light-emitting layer 47 decreases and the amount of fluorescence due to binding to glucose becomes too small. On the other hand, when the thickness exceeds 100 μm, it is not preferable because it becomes too thick considering the size of the entire detection device 1 and the entire device must be enlarged.

このようなインジケータ層21は、透明層22上に、ハウジング11の窓部12の周囲の端部より、検出装置1内部に0.1mm〜1mm程度へこんだ位置に設けることが好ましい。これにより、検出装置1を体内に挿入する際や、取り回しの際に、窓11に生体組織や手術器具があたって、インジケータ層21が破壊される可能性を低下できる。また、体外から検出装置1を押したりした際にインジケータ層21が、生体組織からの応力を受けて破壊される可能性も低下できる。   Such an indicator layer 21 is preferably provided on the transparent layer 22 at a position that is recessed by about 0.1 mm to 1 mm inside the detection device 1 from an end portion around the window portion 12 of the housing 11. Thereby, when inserting the detection apparatus 1 in a body, or at the time of handling, the possibility that the biological tissue or the surgical instrument hits the window 11 and the indicator layer 21 is destroyed can be reduced. Moreover, when the detection apparatus 1 is pushed from the outside of the body, the possibility that the indicator layer 21 is broken due to stress from the living tissue can be reduced.

(透明層)
透明層22は、光、特に、励起光および蛍光を吸収しない透明性と、水(生体内の体液)を透過しない素材であればよい。このような素材としては、たとえば、棚珪酸硝子、合成硝子、石英硝子、合成石英硝子、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリメタクリレートといったアクリル系樹脂、環状ポリオレフィン、フッ素樹脂等が利用できる。なかでも、体内での耐久性と、低波長の励起光の透過性が良好な石英硝子、合成石英硝子、非晶性フッ素樹脂が好ましいものである。
(Transparent layer)
The transparent layer 22 may be a material that does not transmit light, particularly excitation light and fluorescence, and a material that does not transmit water (body fluid in the living body). Examples of such a material include shelf silicate glass, synthetic glass, quartz glass, synthetic quartz glass, acrylic resin such as polycarbonate, polyester, and polymethacrylate, cyclic polyolefin, and fluorine resin. Of these, quartz glass, synthetic quartz glass, and amorphous fluororesin are preferred because they have good durability in the body and good transmission of excitation light with a low wavelength.

インジケータ層21と透明層22との密着性は、発せられる蛍光エネルギーの安定的な検出器25への到達の観点から重要である。上記各種の硝子製の透明層22の場合は、シランカップリング剤をコーティングしたうえでインジケータ層21を接合するとよい。   The adhesion between the indicator layer 21 and the transparent layer 22 is important from the viewpoint of reaching the stable detector 25 of the emitted fluorescence energy. In the case of the transparent layers 22 made of various kinds of glass, the indicator layer 21 may be bonded after coating with a silane coupling agent.

用いるシランカップリング剤は、インジケータ層21に用いるハイドロゲルの成分によって異なる。たとえば、アクリル系のハイドロゲルを用い、透明層22上でインジケータ層21を重合合成する場合は、シランカップリング剤として、γメタクリロキシプロピルトリメトキシシランなど、アクリロイル基を有するものが利用でき、また、ゼラチン等ポリアミノ基を有するハイドロゲルを用いる場合は、シランカップリング剤として、γグリシドキシプロピルトリメトキシシランなどエポキシ基を持つものが利用できる。また、ハイドロゲルとして、セルロース等多糖類を結合させる場合は、アミノ化したうえでポリアミノ酸と同様に結合させてもよいし、末端の還元糖部分で、γ−(2アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン処理した透明層22に結合させてもよい。   The silane coupling agent used varies depending on the components of the hydrogel used for the indicator layer 21. For example, when an acrylic hydrogel is used and the indicator layer 21 is polymerized and synthesized on the transparent layer 22, a silane coupling agent having an acryloyl group such as γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane can be used. When a hydrogel having a polyamino group such as gelatin is used, a silane coupling agent having an epoxy group such as γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane can be used. In addition, when a polysaccharide such as cellulose is bound as a hydrogel, it may be aminated and then bound in the same manner as a polyamino acid, or the terminal reducing sugar moiety may be linked with γ- (2aminoethyl) aminopropyltrimethyl. It may be bonded to the transparent layer 22 treated with methoxysilane.

一方、透明層22としてフッ素樹脂を用いる場合は、ハイドロゲルを、電子線でアミノ化したり、カルボキシル基や水酸基導入したり、また、硝子と同様にシランカップリング剤を用いたり、導入したアミノ基とアクリル酸をカルボジイミドでアミド結合させ、アクリル系ポリマーを重合させたりして、インジケータ層21と透明層22を密着させることができる。   On the other hand, when a fluororesin is used as the transparent layer 22, the hydrogel is aminated with an electron beam, a carboxyl group or a hydroxyl group is introduced, a silane coupling agent is used in the same manner as glass, or an introduced amino group is introduced. And acrylic acid can be amide-bonded with carbodiimide, and an acrylic polymer can be polymerized to adhere the indicator layer 21 and the transparent layer 22 together.

(光源)
光源23は、インジケータ層21に照射される励起光を発するものであり、たとえば、発光ダイオード(LED)や半導体レーザー素子を用いることができる。
(light source)
The light source 23 emits excitation light applied to the indicator layer 21. For example, a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser element can be used.

光源23の波長は、蛍光インジケータ分子の励起波長に合わせる。前述した蛍光インジケータ分子に対して好適な励起光波長は、350〜450nmであり、たとえば、市販の窒化ガリウム系LEDを利用できる。   The wavelength of the light source 23 is adjusted to the excitation wavelength of the fluorescent indicator molecule. The excitation light wavelength suitable for the fluorescent indicator molecule described above is 350 to 450 nm, and for example, a commercially available gallium nitride LED can be used.

光源23からの光は、光学導波路24に導かれてインジケータ層21に放射される。   Light from the light source 23 is guided to the optical waveguide 24 and emitted to the indicator layer 21.

なお、光源23は、一つでもよいし、後述の光学導波路24の数だけ複数個設けてもよい。   One light source 23 may be provided, or a plurality of light sources 23 may be provided as many as the number of optical waveguides 24 described later.

(光学導波路)
図7は、光学導波路24の一例を示す部分斜視図である。
(Optical waveguide)
FIG. 7 is a partial perspective view showing an example of the optical waveguide 24.

光学導波路24は、図3および図4に示したように、光源23から検出器25とインジケータ層21との間にまで配置されている。光源23から導波された光は、導波路開口面31からインジケータ層21方向に放射されて、透明層22を通してインジケータ層21に励起光として照射される。   As shown in FIGS. 3 and 4, the optical waveguide 24 is disposed from the light source 23 to between the detector 25 and the indicator layer 21. The light guided from the light source 23 is emitted from the waveguide opening surface 31 toward the indicator layer 21, and is irradiated to the indicator layer 21 through the transparent layer 22 as excitation light.

この光学導波路24は、この例では、透明層22の下で、複数本に分離されて配置されている。これは、インジケータ層21の前面に満遍なく励起光を照射するためである。このような配置とする場合、光源23自体を複数とするか、または一つの光源23から複数の光学導波路24を設けて配置する。   In this example, the optical waveguide 24 is disposed under the transparent layer 22 so as to be separated into a plurality of pieces. This is because the front surface of the indicator layer 21 is uniformly irradiated with excitation light. In such an arrangement, a plurality of light sources 23 are provided, or a plurality of optical waveguides 24 are provided from one light source 23.

このような光学導波路24は、たとえば光ファイバーを加工したものであり、図7に示すように、光ファイバー61を先端方向に徐々に断面積を減じるようにテーパカット(図示のごとく斜めに切る)したものである。これにより光ファイバー61のコア層62がクラッド層63から露出する。そして露出させたコア層62から光が放射される。   Such an optical waveguide 24 is obtained by processing an optical fiber, for example. As shown in FIG. 7, the optical fiber 61 is tapered (cut obliquely as shown) so as to gradually reduce the cross-sectional area in the distal direction. Is. As a result, the core layer 62 of the optical fiber 61 is exposed from the cladding layer 63. Light is emitted from the exposed core layer 62.

導波路開口面31は、光放射面光であり、その光ファイバー軸方向の長さは、インジケータ層21を十分照らすように設定すればよいが、1〜20mm程度が好ましい。これは、1mm未満であると、励起光の放射が不十分となるおそれがあるため好ましくない。一方、最大値は、インジケータ層21の長さに合わせればよいが、20mmを超えるほど長くすると、それに伴い装置全体が大きくなる可能性があり好ましくないものである。   The waveguide opening surface 31 is light emitting surface light, and the length in the optical fiber axial direction may be set so as to sufficiently illuminate the indicator layer 21, but is preferably about 1 to 20 mm. If it is less than 1 mm, radiation of excitation light may be insufficient, which is not preferable. On the other hand, the maximum value may be adjusted to the length of the indicator layer 21. However, if the maximum value is longer than 20 mm, the entire apparatus may be increased accordingly, which is not preferable.

光学導波路24は、この光ファイバー61を設置する際に、検出器25側に当たるクラッド層63に覆われている側を、さらに、光を通さない凹形状の遮光層41内に設置してもよい。遮光層41内に設置する場合には、クラッド層を有しない光ファイバーを用いてもよい。   In the optical waveguide 24, when the optical fiber 61 is installed, the side covered with the clad layer 63 that contacts the detector 25 may be further installed in the concave light shielding layer 41 that does not transmit light. . When installing in the light shielding layer 41, you may use the optical fiber which does not have a clad layer.

通常、光ファイバー61は、クラッド層63からの光漏れはわずかであるが、ここでは、そのようなわずかな光漏れをも検出器25側へ出さないようにするために遮光層41により光を遮断している。遮光層41の内側43(光ファイバー61に面した側)は、より多くの光をインジケータ層21方向へ照射できるように、光を反射する反射面とすることが好ましい。   Normally, the optical fiber 61 has little light leakage from the clad layer 63, but here the light is blocked by the light shielding layer 41 in order to prevent such slight light leakage from coming out to the detector 25 side. is doing. The inner side 43 (the side facing the optical fiber 61) of the light shielding layer 41 is preferably a reflective surface that reflects light so that more light can be emitted toward the indicator layer 21.

光源23からの励起光は、図7に示した光ファイバー61の左側から導入され、光ファイバー61の導波路開口面31から上方に放射される。   Excitation light from the light source 23 is introduced from the left side of the optical fiber 61 shown in FIG. 7 and radiated upward from the waveguide opening surface 31 of the optical fiber 61.

光ファイバー61の断面は、通常一般に市販されているものは円形であるが、必ずしも円形である必要はない。   The cross section of the optical fiber 61 is generally circular, although it is generally commercially available, but it is not necessarily circular.

たとえば、透明層22に耐熱製のある硝子を用い、CVD法で透明層22より高屈折率のゲルマニウム含有硝子導波路を作製した場合、フォトマスクの無い部分に堆積した光学導波路24の断面は、一般に四角形になる。   For example, when a glass with heat resistance is used for the transparent layer 22 and a germanium-containing glass waveguide having a higher refractive index than that of the transparent layer 22 is produced by a CVD method, the cross section of the optical waveguide 24 deposited on a portion without a photomask is Generally square.

このようにCVD法を使った場合は、作製した光学導波路の一部を削り、光学導波路の周囲数ミクロンの幅で、凹形状の遮光層41で囲う必要がある。この場合、遮光層41としては、たとえば、黒い塗料を塗ってもよいが、蛍光を通す部分をマスキング用フィルターや樹脂コート等でマスクして金属メッキを行うことが好ましい。   When the CVD method is used in this way, it is necessary to scrape a part of the produced optical waveguide and surround it with a concave light shielding layer 41 having a width of several microns around the optical waveguide. In this case, as the light shielding layer 41, for example, a black paint may be applied, but it is preferable to perform metal plating by masking a portion through which fluorescence passes with a masking filter or a resin coat.

光ファイバー61自体は、励起光が吸収されないアクリル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、石英硝子、合成硝子、フッ素樹脂性などのコア層62に、コア層62より屈折率の低いクラッド層63を設けた一般的な組成の光ファイバー61を用いることができ、なかでも、励起行為を効率よく導くために、合成石英、非晶性フッ素樹脂製のコア層62として用いた光ファイバー61が好ましい。   The optical fiber 61 itself is a general type in which a cladding layer 63 having a refractive index lower than that of the core layer 62 is provided on a core layer 62 of acrylic resin, cyclic polyolefin resin, quartz glass, synthetic glass, fluororesin or the like that does not absorb excitation light. An optical fiber 61 having a composition can be used. In particular, the optical fiber 61 used as the core layer 62 made of synthetic quartz or amorphous fluororesin is preferable in order to efficiently induce the excitation action.

光ファイバー61の断面の大きさは、検出装置1全体の大きさや、必要な感度を得るための検出器25の面積と対応させて適当に変更可能であり、かつ断面も円形である必要はないが、断面の最大長で0.02mmから1mmが適当である。また、その断面形状は、インジケータ層21側の幅が最も長く、検出器25側に向かうにつれて短くなっている。このことにより、光ファイバー61がインジケータ層21からの蛍光を妨げる率が少なくなり、効率的に検出器25まで蛍光が届くようになる。   The size of the cross section of the optical fiber 61 can be appropriately changed according to the size of the entire detection device 1 and the area of the detector 25 for obtaining the required sensitivity, and the cross section need not be circular. The maximum length of the cross section is suitably 0.02 mm to 1 mm. Moreover, the cross-sectional shape has the longest width | variety by the side of the indicator layer 21, and becomes short as it goes to the detector 25 side. As a result, the rate at which the optical fiber 61 obstructs the fluorescence from the indicator layer 21 is reduced, and the fluorescence reaches the detector 25 efficiently.

なお、光ファイバー61の導波路開口面31を形成する方法は、図7に示すような側面をテーパカットする方法の他に、たとえば、全周にわたってクラッド層63を削り、鉛筆の先のような形状にしてもよい。この場合、遮光層41の内側(光ファイバー61に面した側)は、光を反射する反射面とすることが特に好ましい。   Note that the method of forming the waveguide opening surface 31 of the optical fiber 61 includes, for example, a method in which the clad layer 63 is shaved all around and the shape like the tip of a pencil other than the method of taper-cutting the side surface as shown in FIG. It may be. In this case, the inner side of the light shielding layer 41 (the side facing the optical fiber 61) is particularly preferably a reflecting surface that reflects light.

図8は、他の導波路開口面31の形状を示すための斜視図である。   FIG. 8 is a perspective view for illustrating the shape of another waveguide opening surface 31.

図示するように、導波路開口面31の形状としては、光ファイバー61の軸方向に断続的にコア層62に至る欠損部を作製し、それを導波路開口面31としてもよい。   As shown in the figure, the shape of the waveguide opening surface 31 may be a defect portion that intermittently reaches the core layer 62 in the axial direction of the optical fiber 61 and may be used as the waveguide opening surface 31.

遮光層41は、少なくとも励起光を透過しない材質であればよく、たとえば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリエーテルエーテルケトン、またはそれらの共重合体等の熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化樹脂に光を透過しないようにカーボンブラックや酸化チタン等を混合したもの、またそれらに金属メッキや金属蒸着したもの、ステンレス、銅、アルミニウム、チタン、マグネシウム、金などの金属、およびその他様々な合金、セラミックス、また樹脂と金属やセラミックスの複合部材などを利用することができる。なかでも、金属は励起光を確実に遮光しつつ、内部において光をインジケータ層21方向に反射することができるので、より好ましい。   The light shielding layer 41 may be any material that does not transmit at least excitation light. For example, the heat shielding material such as polyester, polycarbonate, polyolefin such as polyethylene or polypropylene, polyamide, polyurethane, polyacrylate, polyetheretherketone, or a copolymer thereof. Plastic resin or thermosetting resin mixed with carbon black, titanium oxide or the like so as not to transmit light, or metal plated or metal-deposited on them, stainless steel, copper, aluminum, titanium, magnesium, gold, etc. , And various other alloys, ceramics, and composite members of resin and metal or ceramics can be used. Among these, metal is more preferable because it can reflect excitation light in the direction toward the indicator layer 21 while reliably blocking excitation light.

図9は、金属製遮光層の一例を示す斜視図である
この遮光層41は、たとえばSUS316製のステンレスパイプ91を図9に示すように、側面の一部を削ることで、導波路開口面31からの光がインジケータ層21方向にのみ向かうように開口された開口部を持つ。また、ステンレスパイプ91は、一方の端部92を銀蝋付けやカーボンブラック含有シリコーンコーキング剤等で光が漏れないように封鎖されている。
FIG. 9 is a perspective view showing an example of a metal light shielding layer. The light shielding layer 41 is formed by, for example, cutting a part of a side surface of a stainless steel pipe 91 made of SUS316 as shown in FIG. 31 has an opening that is opened so that the light from 31 is directed only in the direction of the indicator layer 21. Further, the stainless pipe 91 is sealed so that one end portion 92 is not leaked with silver brazing or a carbon black-containing silicone caulking agent.

金属パイプ内面は、励起光を乱反射しやすいように適度に粗面にすることが容易にでき、励起光がより効率的にインジケータ層21の全面に放射される利点がある。   The inner surface of the metal pipe can be easily roughened so as to easily diffuse the excitation light, and there is an advantage that the excitation light is more efficiently emitted to the entire surface of the indicator layer 21.

遮光層41の大きさ、特に遮光層41の内側の寸法は、前述の光ファイバー61の大きさと、照射すべきインジケータ層21の軸方向の距離に左右されるが、内側の直径は、光ファイバー61の断面の最大長さに50〜200μmを足した長さとし、カバーする長さは、照射すべきインジケータ層21の軸方向の距離と同等の長さから2〜20mm大きい長さが必要である。したがって、遮光層41内側断面の最大長さは、光ファイバー61の断面に応じて120μm〜1.4mm程度となる。   The size of the light shielding layer 41, particularly the inner dimension of the light shielding layer 41, depends on the size of the optical fiber 61 and the axial distance of the indicator layer 21 to be irradiated, but the inner diameter of the optical fiber 61 The length obtained by adding 50 to 200 μm to the maximum length of the cross section is required to be 2 to 20 mm larger than the length equivalent to the axial distance of the indicator layer 21 to be irradiated. Therefore, the maximum length of the inner cross section of the light shielding layer 41 is about 120 μm to 1.4 mm according to the cross section of the optical fiber 61.

内側の直径が光ファイバー61の断面の最大長さに50μmを足した長さ未満である場合、遮光層41の内側に光ファイバー61を挿入することが難しいため好ましくないものであり、この大きさは実質的に遮光層41と光ファイバー61が密着する程度である。一方、光ファイバー61の断面の最大長さに200μmを足した長さを超えて大きくすると、遮光層41と光ファイバー61の間に隙間ができ、その隙間から、光漏れなどが起きるため好ましくない。なお、軸方向の長さは、光漏れが起こらない長さで、かつ、検出装置全体の大きさを考慮して決められたものであり、特に限定されるものではない。   If the inner diameter is less than the maximum length of the cross section of the optical fiber 61 plus 50 μm, it is difficult to insert the optical fiber 61 inside the light shielding layer 41, which is not preferable. In other words, the light shielding layer 41 and the optical fiber 61 are in close contact with each other. On the other hand, it is not preferable to increase the cross-sectional maximum length of the optical fiber 61 beyond 200 μm because a gap is formed between the light shielding layer 41 and the optical fiber 61, and light leakage occurs from the gap. The length in the axial direction is a length that does not cause light leakage and is determined in consideration of the size of the entire detection device, and is not particularly limited.

導波路開口面31の表面と、導波路開口面31が接触する透明層22の一部の面42と、遮光層41の内面については、それぞれの一部あるいは全部を、励起光が適当に散乱するように鏡面ではない荒れた表面にする。   With respect to the surface of the waveguide opening surface 31, a part of the surface 42 of the transparent layer 22 in contact with the waveguide opening surface 31, and the inner surface of the light shielding layer 41, the excitation light is appropriately scattered. Make it a rough surface that is not a mirror surface.

これは、簡単には2000番程度の紙ヤスリでも可能であるが、前述のCVDや20μm程小さい導波路の場合、YAGレーザーなど光で部分的にエッチングする方法がよい。   This can be easily done with a paper file of about 2000, but in the case of the aforementioned CVD or a waveguide as small as 20 μm, a method of partially etching with light such as a YAG laser is preferable.

その結果、励起光は、粗面で乱反射や屈折を生じ、導波路開口面31から放散光として照射され、図4のインジケータ層21の面をより広くかつ均一に照らすことができる。このとき、遮光層41は、透明層22と光ファイバー61を覆うように密着させて設置する。   As a result, the excitation light causes irregular reflection and refraction on the rough surface, and is emitted as diffused light from the waveguide opening surface 31, so that the surface of the indicator layer 21 in FIG. 4 can be illuminated more widely and uniformly. At this time, the light shielding layer 41 is installed in close contact so as to cover the transparent layer 22 and the optical fiber 61.

このとき凹形状の遮光層41内と、設置された光ファイバー61の間には空間があってもよいが、好ましくは、検査器の振動などで、光ファイバー61が振動し、励起光のインジケータ層21への照射強度が変化することを抑えるために、光ファイバー61を凹形状の遮光層41内部、および/または透明層22に固定するとよい。固定には、接着剤で接着したり、プラスチック製の光ファイバー61を用いた場合は、加熱溶着してもよい。   At this time, there may be a space between the concave shaped light shielding layer 41 and the installed optical fiber 61. Preferably, however, the optical fiber 61 vibrates due to vibration of an inspection device or the like, and the indicator layer 21 for excitation light. In order to suppress a change in the intensity of irradiation, the optical fiber 61 may be fixed inside the concave light shielding layer 41 and / or the transparent layer 22. For fixing, when an adhesive is used or a plastic optical fiber 61 is used, heat welding may be performed.

図10は、光学導波路24および遮光層41の固定方法の他の例を示す断面図である。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of a method for fixing the optical waveguide 24 and the light shielding layer 41.

図10に示した例は、透明層22に、凹形状の遮光層41がそのまま挿入できる穴101を作製し、凹形状の遮光層41と穴101の隙間に、透明層22と同じ屈折率のシリコーンオイル等の標準屈折液や、アクリル系の熱硬化型樹脂を流しこんで固めたものである。   In the example shown in FIG. 10, the hole 101 into which the concave light shielding layer 41 can be inserted as it is is formed in the transparent layer 22, and the same refractive index as that of the transparent layer 22 is formed in the gap between the concave light shielding layer 41 and the hole 101. It is made by pouring a standard refraction liquid such as silicone oil or an acrylic thermosetting resin into it.

これにより、導波路開口面31を、単に透明層22の検出器25側の面に密着させた場合より、インジケータ層21から検出器25の距離を短くすることができ、微弱な蛍光をより効率的に計測できる。   As a result, the distance from the indicator layer 21 to the detector 25 can be shortened, and the weak fluorescence can be made more efficient than when the waveguide opening surface 31 is simply brought into close contact with the surface of the transparent layer 22 on the detector 25 side. Can be measured.

ただし、その際、導波路開口面31の面は、凹形状の遮光層41より上方に付き出さず、かつ凹形状の遮光層41は、軸に対して回転方向に傾かないように注意が必要である。   However, in that case, care should be taken so that the surface of the waveguide opening surface 31 does not protrude above the concave light shielding layer 41 and the concave light shielding layer 41 does not tilt in the rotational direction with respect to the axis. It is.

以上は遮光層41として凹形状に形成された部材を用いたものであるが、この他に、遮光層41としては、光ファイバー61に金属メッキをしたものであってもよい。   Although the above uses the member formed in the concave shape as the light shielding layer 41, the light shielding layer 41 may be one in which the optical fiber 61 is metal-plated.

このメッキによる遮光層41を用いる場合は、光ファイバー全面に光を通さない金属メッキを施し、その後、導波路開口面31を形成するようにしてもよい。この場合、メッキ部分が遮光層41となる。   When the light shielding layer 41 by plating is used, metal waveguide that does not transmit light may be applied to the entire surface of the optical fiber, and then the waveguide opening surface 31 may be formed. In this case, the plated portion becomes the light shielding layer 41.

これにより、光学導波路24は、よりコンパクトにすることができる。具体的には、たとえば、遮光層41として金属パイプを用いた場合と比較して、直径が光ファイバー61の最大径よりさらに0.1mm前後は大きくせざるを得なかったところを、メッキにすれば厚み数μm程度ですむため、インジケータ層21からの蛍光が検出器25側に通過する際の光路をより確保することができ、より効率的にインジケータ層21からの蛍光を検出器25側に透過できる。   Thereby, the optical waveguide 24 can be made more compact. Specifically, for example, compared to the case where a metal pipe is used as the light shielding layer 41, a place where the diameter has to be larger by about 0.1 mm than the maximum diameter of the optical fiber 61 is plated. Since the thickness is about several μm, it is possible to secure a more optical path when the fluorescence from the indicator layer 21 passes to the detector 25 side, and more efficiently transmit the fluorescence from the indicator layer 21 to the detector 25 side. it can.

さらに、メッキを使えば、金属パイプの厚みの距離だけ、インジケータ層21と検出器25との距離を縮めることができる。   Furthermore, if plating is used, the distance between the indicator layer 21 and the detector 25 can be reduced by the distance of the thickness of the metal pipe.

さらに本発明によれば、図10で前述したとおり、光ファイバー61の導波路開口面31を透明層22内部に埋込み、検出器25とインジケータ層21を近づけ、放散する微弱な蛍光をより効果的に検出器25に集めることができる。この効果は、前述の金属製パイプを加工した凹形状の遮光層41を用いるより高いことは明らかであり、透明層22の厚みにもよるが、検出器25側に放射される蛍光エネルギーの80%以上を検出器25に到達させることができる。   Furthermore, according to the present invention, as described above with reference to FIG. 10, the waveguide opening surface 31 of the optical fiber 61 is embedded in the transparent layer 22, the detector 25 and the indicator layer 21 are brought closer to each other, and the faint fluorescent light is more effectively emitted. It can be collected in the detector 25. It is clear that this effect is higher than that of using the above-described concave light shielding layer 41 obtained by processing a metal pipe, and depending on the thickness of the transparent layer 22, the fluorescence energy emitted to the detector 25 side is 80%. % Or more can reach the detector 25.

メッキは、励起光を反射しやすい素材であればよく、たとえば、金、銀、アルミニウム、ニッケルなどが利用できる。メッキ方法としては、無電界メッキや、蒸着後電界メッキなどの一般的なメッキ方法が利用できる。   The plating may be any material that can easily reflect the excitation light. For example, gold, silver, aluminum, nickel, or the like can be used. As a plating method, a general plating method such as electroless plating or post-deposition electroplating can be used.

メッキする際の光ファイバー61の表面は、クラッド層63を削り取ってもよく、また、削りとる際に表面を鏡面研磨する必要も特になく、導波路開口面31から放射される励起光がより均一にかつ効率よくインジケータ層21に放射されるように、導波路開口面31の面粗度や削り方もあわせて調整すればよい。   The surface of the optical fiber 61 during plating may be scraped off from the cladding layer 63, and there is no need to mirror-polish the surface when scraping off, and the excitation light emitted from the waveguide opening surface 31 is more uniform. In addition, the surface roughness of the waveguide opening surface 31 and the way of shaving may be adjusted so that the indicator layer 21 is efficiently radiated.

また、導波路開口面31が接触する透明層22の一部分のみ、深さ1〜50μmほど、レーザーや回転砥石で粗したのち、導波路開口面31を密着あるいは接着してもよい。   Alternatively, only the portion of the transparent layer 22 with which the waveguide opening surface 31 is in contact may be roughened with a laser or a rotating grindstone to a depth of 1 to 50 μm, and then the waveguide opening surface 31 may be adhered or bonded.

(検出器)
検出器25は、測定する蛍光を連続的にまたは定期的に、好ましくは1年以上にわたり光を電気信号に変換することのできる受光素子であればよく、たとえば市販のシリコンフォトダイオード、フォトトランジスタなどを用いることができる。
(Detector)
The detector 25 may be a light receiving element capable of converting the light to be measured into an electric signal continuously or periodically, preferably over one year. For example, a commercially available silicon photodiode, phototransistor, etc. Can be used.

検出器25として蛍光を電気信号に変換する受光面の大きさは、現在、4〜100平方ミリメートルのものが市販されており、それをそのまま用いればよい。なお、これ以外の大きさであっても、検出装置1として要求される感度や消費電力、大きさから、適切なものを選択すればよく、限定されるものではない。   As the detector 25, the size of the light receiving surface for converting fluorescence into an electrical signal is currently on the market, and it may be used as it is. In addition, even if it is a magnitude | size other than this, what is necessary is just to select an appropriate thing from the sensitivity, power consumption, and magnitude | size requested | required as the detection apparatus 1, and it is not limited.

検出器25と透明層22の間は、わずかに間隔32をあけて設置している(図4参照)。これは、この間隔32で、光学導波路24の設置を可能にすると同時に、インジケータ層21からの蛍光を効率よく検出器25に受光させるためのものである。この間隔32の部分(すなわち透明層22の検出器25側の面)は、ほぼ屈折率が1の空気あるいは窒素ガスなどの気体を充填しておく。   The detector 25 and the transparent layer 22 are installed with a slight gap 32 (see FIG. 4). This is to allow the optical waveguide 24 to be installed at the interval 32 and to allow the detector 25 to efficiently receive the fluorescence from the indicator layer 21. The space 32 (that is, the surface of the transparent layer 22 on the detector 25 side) is filled with a gas having a refractive index of approximately 1 or a gas such as nitrogen gas.

インジケータ層21中の蛍光インジケータ分子は、励起光を受け取り、グルコース濃度に応じた蛍光を呈し、拡散光として周囲に放射する。放射された蛍光は、透明層22を通過し、隙間を経由し、検出器25に照射されて電気信号に変換される。このとき、導波路開口面31から放射された光は、検出器25と逆方向にのみ放射され、その結果、検出器25に直接励起光が照射されることはない。   The fluorescent indicator molecules in the indicator layer 21 receive excitation light, exhibit fluorescence according to the glucose concentration, and radiate it as diffuse light to the surroundings. The emitted fluorescence passes through the transparent layer 22, passes through the gap, is applied to the detector 25, and is converted into an electrical signal. At this time, the light emitted from the waveguide opening surface 31 is emitted only in the direction opposite to the detector 25, and as a result, the detector 25 is not directly irradiated with the excitation light.

一方、透明層22の検出器25側の面は、ほぼ屈折率が1の空気あるいは窒素ガス等の気体に接触している。したがって、透明層22とインジケータ層21との間の界面44での励起光の全反射角は、反対側の透明層22の界面45での全反射角より必ず大きくなり、その結果、界面44で全反射した励起光が検出器25に照射されることが実質的に回避され、検出器25は、インジケータ層21からの蛍光成分を効率的に受けることができるのである。   On the other hand, the surface of the transparent layer 22 on the detector 25 side is in contact with air having a refractive index of 1 or a gas such as nitrogen gas. Therefore, the total reflection angle of the excitation light at the interface 44 between the transparent layer 22 and the indicator layer 21 is necessarily larger than the total reflection angle at the interface 45 of the opposite transparent layer 22, and as a result, at the interface 44. It is substantially avoided that the totally reflected excitation light is irradiated on the detector 25, and the detector 25 can efficiently receive the fluorescent component from the indicator layer 21.

この間隔32があることで、前述した遮光層41と相まって、確実に検出器25への励起光の入り込みを防止して、蛍光を効率よく検出器25で受けることができるようになるのである。このような間隔32としては、たとえば、0.1〜1.0mmであることが好ましい。   By having this interval 32, coupled with the above-described light shielding layer 41, it is possible to reliably prevent the excitation light from entering the detector 25 and to receive the fluorescence efficiently by the detector 25. For example, the interval 32 is preferably 0.1 to 1.0 mm.

基本的にこの間隔32は短い方が検出装置全体を小さくすることができるために好ましいものであるが、励起光の波長より長い距離とすることで、反射時のエバネッセント波の影響を無視できるようになるため好ましい。そこで、下限値は0.1mm程度とすることが好ましい。なお、上限値に付いては、検出装置を組み立てる際、光導波路24および遮光部41による凸部を許容する空間を設けるための距離とする一方で、装置全体の大きさを考慮して光導波路24および遮光部41を取り付ける際の厚みの最大値程度である1mm程度とすることが好ましいものである。なお、光ファイバー61と透明層22の間には空間があってもよい。   Basically, the shorter interval 32 is preferable because the entire detection apparatus can be made smaller. However, by making the distance longer than the wavelength of the excitation light, the influence of the evanescent wave upon reflection can be ignored. Therefore, it is preferable. Therefore, the lower limit is preferably about 0.1 mm. The upper limit value is a distance for providing a space allowing the convex portion by the optical waveguide 24 and the light shielding portion 41 when assembling the detection device, while considering the size of the entire device. 24 and the light shielding part 41 are preferably set to about 1 mm, which is about the maximum value of the thickness. There may be a space between the optical fiber 61 and the transparent layer 22.

また、検出器25表面には、励起光波長のみを遮蔽する光学フィルターを、さらに設けてもよい。本実施形態によれば、上述してきたように、その構造から、検出器25には蛍光のみが受光されるものであるが、製造精度や、不幸にして混入する塵や汚れなどによる想定していない励起光の乱反射などが検出器25へ混入することを防止するためである。したがって、検出器前の光学フィルターは必須のものではない。   Further, an optical filter that shields only the excitation light wavelength may be further provided on the surface of the detector 25. According to the present embodiment, as described above, due to the structure, only the fluorescence is received by the detector 25. However, it is assumed that manufacturing accuracy and unfortunately mixed dust and dirt are present. This is for preventing the irregular reflection of the excitation light from entering the detector 25. Therefore, the optical filter in front of the detector is not essential.

(集積回路)
図11は、集積回路の機能構成を示すブロック図である。
(Integrated circuit)
FIG. 11 is a block diagram illustrating a functional configuration of the integrated circuit.

集積回路26は、増幅器201、アナログ/デジタル変換器(A/D変換器202)、メモリ203、送信機204、およびCPU205を有する。この集積回路26の動作は、増幅器201が検出器25からの電気信号を増幅して、増幅されたアナログの電気信号をA/D変換器202がデジタル信号に変換する。そして、メモリ203がこのデジタル信号を一時記憶する。一時記憶されたデジタルデータは、CPU205の指示により、メモリから直接送信機204に送られて、送信機204からハウジング外面に設置されたアンテナ部13内のアンテナ用コイル28を通して体外のシステムに送信される。   The integrated circuit 26 includes an amplifier 201, an analog / digital converter (A / D converter 202), a memory 203, a transmitter 204, and a CPU 205. In the operation of the integrated circuit 26, the amplifier 201 amplifies the electric signal from the detector 25, and the A / D converter 202 converts the amplified analog electric signal into a digital signal. The memory 203 temporarily stores this digital signal. The temporarily stored digital data is sent from the memory directly to the transmitter 204 according to the instruction of the CPU 205, and is transmitted from the transmitter 204 to the system outside the body through the antenna coil 28 in the antenna unit 13 installed on the outer surface of the housing. The

ここでこの集積回路26は、CPU205とメモリ203を持つことで、検出されたグルコース濃度を示すデータを様々な形態で送信することを可能にする。たとえば、検出器25からのデータを連続的にメモリ203に記憶して、ある程度蓄えられた段階でまたは所定の時間間隔ごとに送信したり、また、体外のシステムと双方向通信を行い、送信不良時などには、CPU205からの指令によりメモリ203内のデータを再送信するなどである。なお、メモリ203には、その他に各種設定、たとえば、使用者個人を特定するための識別符号(ID)などを記憶しておいて、データ送信時にこれらをデータとともに読み出してデータとともに送信するようにしてもよい。また、メモリ203に送信周波数の設定などを行って、送信機の設定周波数をこのメモリに記憶された周波数に変更できるようにしてもよい。   Here, the integrated circuit 26 includes the CPU 205 and the memory 203, thereby enabling transmission of data indicating the detected glucose concentration in various forms. For example, the data from the detector 25 is continuously stored in the memory 203 and transmitted at a stage where it is accumulated to some extent or at predetermined time intervals, or bidirectional communication with an external system is performed, resulting in poor transmission. In some cases, data in the memory 203 is retransmitted in response to a command from the CPU 205. In addition, the memory 203 stores various settings such as an identification code (ID) for specifying the individual user, and these are read together with the data and transmitted together with the data when transmitting the data. May be. Further, the transmission frequency may be set in the memory 203 so that the set frequency of the transmitter can be changed to the frequency stored in the memory.

これに対応して、外部のシステムは、この集積回路26からの信号を受信する体外のアンテナと、受信した信号を分析してグルコース濃度を表示する装置などからなる。   Correspondingly, the external system includes an external antenna that receives a signal from the integrated circuit 26, a device that analyzes the received signal, and displays a glucose concentration.

なお、集積回路26としては、メモリ203にいったんデータを記憶した後、送信するようにしたが、これに限らず、たとえば、単純に、検出器26からのアナログ信号をデジタル信号に変換後、そのまま送信するようにしてもよい。この場合、CPUやメモリは、必ずしも必要ではない。また、検出器25からの電気信号を増幅した後、直接アナログ信号のまま体外のシステムに送信してもよい。この場合、A/D変換器、メモリ、およびCPUは、必ずしも必要ではない。   The integrated circuit 26 stores the data once in the memory 203 and then transmits the data. However, the present invention is not limited to this. For example, the integrated circuit 26 simply converts an analog signal from the detector 26 into a digital signal, and then directly transmits the data. You may make it transmit. In this case, a CPU and a memory are not always necessary. Further, after the electrical signal from the detector 25 is amplified, it may be transmitted directly to an external system as an analog signal. In this case, the A / D converter, the memory, and the CPU are not necessarily required.

以上のように本実施形態によれば、光源23からの光をインジケータ層21と検出器25の間に設けた光学導波路24によって導き、しかも、光学導波路24には、検出器25への光漏れを防止するための遮光層41を設けた構造としたので、検出器25へ入る光が構造的に防止されて、蛍光のみを確実に受光することが可能となり、検出精度を向上することができるのである。また、インジケータ層21を保持している透明層22と、検出器25の間には、間隔32をあけたため光の屈折率の関係から、検出器25への励起光の侵入を抑えることができている。   As described above, according to the present embodiment, the light from the light source 23 is guided by the optical waveguide 24 provided between the indicator layer 21 and the detector 25, and the optical waveguide 24 is connected to the detector 25. Since the light shielding layer 41 for preventing light leakage is provided, the light entering the detector 25 is structurally prevented, so that only fluorescence can be reliably received, and detection accuracy is improved. Can do it. Moreover, since the space | interval 32 was opened between the transparent layer 22 holding the indicator layer 21, and the detector 25, the penetration | invasion of the excitation light to the detector 25 can be suppressed from the relationship of the refractive index of light. ing.

なお、以上説明した実施形態に限定されるものではない。以下、さらに、本発明の実施形態を説明するが、基本構造上述した実施形態と同じとするため、上述した実施形態と異なる部分のみ説明する。   Note that the present invention is not limited to the embodiment described above. Hereinafter, the embodiment of the present invention will be further described. However, since the basic structure is the same as that of the above-described embodiment, only portions different from the above-described embodiment will be described.

たとえば、電池27を持たない検出装置1とすることもできる。検出装置1内に電池27の代わりに太陽電池を設け、体外から光を照射することにより、太陽電池が発電して、それを電源とするものである。これは、検出装置1自体を経皮内の浅いところに埋め込むことで、体外からの光で十分に発電可能である。   For example, the detection device 1 without the battery 27 may be used. A solar cell is provided in the detection device 1 instead of the battery 27, and the solar cell generates power by irradiating light from outside the body and uses it as a power source. By embedding the detection apparatus 1 itself in a shallow place in the skin, it is possible to generate sufficient power with light from outside the body.

また、電磁誘導コイルを内蔵することで、外部から、低周波、または高周波を与えることで、電磁誘導によりコイルに起電力を生成させ、それを電源として用いることも可能である。この場合、電磁誘導コイルは、アンテナとしての機能を兼ねるようにしてもよい。   Also, by incorporating an electromagnetic induction coil, it is possible to generate an electromotive force in the coil by electromagnetic induction by applying a low frequency or a high frequency from the outside, and use it as a power source. In this case, the electromagnetic induction coil may also function as an antenna.

また、集積回路26と電池27については、体外の装置に装備し、リード線で体内と連絡させ、アンテナ用コイル28は除いてもよい。   In addition, the integrated circuit 26 and the battery 27 may be provided in a device outside the body, communicated with the body through lead wires, and the antenna coil 28 may be omitted.

さらに、励起光を発する光源23を検出器25と透明層22と間に直接設置してもよい。   Further, a light source 23 that emits excitation light may be directly disposed between the detector 25 and the transparent layer 22.

図12は、光源73を検出器25と透明層22と間に直接設置した場合の一例を示す拡大断面図である。   FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing an example when the light source 73 is directly installed between the detector 25 and the transparent layer 22.

このように、光源73を検出器25と透明層22と間に直接設置する場合は、光源73となるLEDチップを、LEDチップ側が凹形状の反射面を持ち、検出器25側に光の漏れない遮光部材76の上に設置する。   As described above, when the light source 73 is directly installed between the detector 25 and the transparent layer 22, the LED chip serving as the light source 73 has a concave reflection surface on the LED chip side, and light leaks to the detector 25 side. It is installed on the non-light shielding member 76.

たとえば、現在市販されているLEDチップは、パッケージされていない状態(樹脂封止されていない状態)で、0.35mm四方程度であるため、このような構造としても、十分小型化が可能である。また、この場合、凹形状の遮光部材76は、電気を通ずる金属で作製し、LEDの一方の電極として、検出器面上にこの電極と通じる微細な電気配線を施し、一方、透明層22のLEDチップと接触する部分にも微細な配線を施して、LEDの他方の電極とすることで、この構造を組み立てたときに、自動的にLEDに対する配線構造ができあがるようにしてもよい。   For example, an LED chip that is currently on the market is approximately 0.35 mm square in a non-packaged state (not sealed with resin), so that even such a structure can be sufficiently reduced in size. . Further, in this case, the concave light shielding member 76 is made of a metal that conducts electricity, and as one electrode of the LED, fine electric wiring that communicates with this electrode is applied on the detector surface, while the transparent layer 22 It is also possible to provide a wiring structure for the LED automatically when this structure is assembled by applying fine wiring to the portion in contact with the LED chip to form the other electrode of the LED.

さらには、上述した実施形態においては、被検体としてグルコースを検出するものとしたが、これに限らず、インジケータ分子を変えることで、被検体としてその他の生体内物質を検出することが可能である。たとえば、体内酸素濃度の測定には、トリス(4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)ルテニウム(II)パーコレートの橙−赤蛍光が利用できる。また、炭酸ガスの濃度測定には、ヒドロキシピレントリスルホン酸が利用できる。これらを用いる際には、たとえば、インジケータ層のハイドロゲル分子に吸着させてもよいし、また、前述したG1やG2と同様に、化学結合可能な官能基を接続して共有結合させてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, glucose is detected as an analyte. However, the present invention is not limited to this, and other in-vivo substances can be detected as an analyte by changing the indicator molecule. . For example, the orange-red fluorescence of tris (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) ruthenium (II) percolate can be used to measure the oxygen concentration in the body. Further, hydroxypyrenetrisulfonic acid can be used for measuring the concentration of carbon dioxide gas. When these are used, for example, they may be adsorbed to the hydrogel molecules of the indicator layer, or, similarly to G1 and G2 described above, functionally bondable functional groups may be connected and covalently bonded. .

さらに、本発明は、当業者によって様々に変形可能であることは言うまでもなく、それら変形例についても本発明の技術思想の範囲に含まれるものである。   Furthermore, it goes without saying that the present invention can be variously modified by those skilled in the art, and these modified examples are also included in the scope of the technical idea of the present invention.

本発明は、生体内に埋め込み生体内における被検体を連続的に、または間欠的に検出するために利用することができる。   The present invention can be used for continuously or intermittently detecting a subject embedded in a living body.

本発明による電子光学式検出装置の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the electro-optical detection apparatus by this invention. 検出装置の内部構造を示す部分破断斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows the internal structure of a detection apparatus. 図1におけるA−A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line in FIG. 図3に示した断面におけるインジケータ層、光学導波路、検出器などの部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of parts, such as an indicator layer in the cross section shown in FIG. 3, an optical waveguide, and a detector. 蛍光インジケータ分子の一例の分子構造を示す図面である。It is drawing which shows the molecular structure of an example of a fluorescent indicator molecule. 蛍光インジケータ分子の一例の分子構造を示す図面である。It is drawing which shows the molecular structure of an example of a fluorescent indicator molecule. 光学導波路自体の一例を示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows an example of optical waveguide itself. 他の導波路開口面の形状を示すための斜視図である。It is a perspective view for showing the shape of the other waveguide opening side. 金属製遮光層の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of metal light shielding layers. 光学導波路および遮光層の固定方法の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the fixing method of an optical waveguide and a light shielding layer. 集積回路の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of an integrated circuit. 光源を検出器と透明層と間に直接設置した場合の一例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing an example at the time of installing a light source directly between a detector and a transparent layer.

符号の説明Explanation of symbols

1…検出装置、
11…ハウジング、
12…窓部、
13…アンテナ部、
21…インジケータ層、
22…透明層、
23…光源、
24…光学導波路、
25…検出器、
26…集積回路、
27…電池、
28…アンテナ用コイル、
31…導波路開口面、
32…間隔、
41…遮光層、
46…カバー層、
47…蛍光発光層、
61…光ファイバー、
62…コア層、
63…クラッド層、
91…ステンレスパイプ、
73…光源(LEDチップ)。
1 ... detection device,
11 ... Housing,
12 ... window,
13 ... antenna part,
21 ... Indicator layer,
22 ... transparent layer,
23. Light source,
24: Optical waveguide,
25. Detector,
26: integrated circuit,
27 ... Battery,
28 ... Antenna coil,
31 ... Waveguide opening surface,
32 ... interval,
41 ... light shielding layer,
46 ... cover layer,
47. Fluorescent light emitting layer,
61 ... Optical fiber,
62 ... core layer,
63 ... cladding layer,
91 ... Stainless steel pipe,
73: Light source (LED chip).

Claims (9)

生体内に埋め込まれて生体中の被検体を計測する電子光学式検出装置において、
内部を液密に保つハウジングと、
前記ハウジングとともに内部を液密に保ち、光を透過する透明層と、
前記透明層の外側の面に密着し、前記被検体の濃度に対応して蛍光特性の変化する蛍光インジケータ分子を含むインジケータ層と、
前記ハウジング内部に、前記透明層をはさんで前記インジケータ層と相対する位置に設けられ、前記インジケータ層からの前記蛍光を電気信号に変換する検出器と、
前記インジケータ層と前記検出器の間に挟まれ、励起光を放射する複数の発光部と、
前記発光部の前記検出器側に設けられ、前記発光部から前記検出器方向への光を遮光する遮光層と、
を有することを特徴とする電子光学式検出装置。
In an electro-optical detection device that is embedded in a living body and measures a subject in the living body,
A housing that keeps the interior fluid-tight;
A transparent layer that keeps the inside liquid-tight with the housing and transmits light;
An indicator layer that includes fluorescent indicator molecules that are in close contact with the outer surface of the transparent layer and change in fluorescence characteristics in accordance with the concentration of the analyte;
A detector that is provided inside the housing at a position facing the indicator layer across the transparent layer, and that converts the fluorescence from the indicator layer into an electrical signal;
A plurality of light emitting units that are sandwiched between the indicator layer and the detector and emit excitation light;
A light shielding layer that is provided on the detector side of the light emitting unit and shields light from the light emitting unit toward the detector;
An electro-optical detection device comprising:
前記発光部は、前記インジケータ層と前記検出器との間以外の前記ハウジング内に設けられた光源から放射された光を導くために前記インジケータ層と前記検出器との間に設けられた光学導波路の導波路開口面であることを特徴とする請求項1記載の電子光学式検出装置。   The light emitting unit is an optical guide provided between the indicator layer and the detector for guiding light emitted from a light source provided in the housing other than between the indicator layer and the detector. 2. The electro-optical detection device according to claim 1, wherein the detection surface is a waveguide opening surface of the waveguide. 前記光学導波路は、直径0.02〜1mmの断面が円形状である光ファイバーであることを特徴とする請求項2記載の電子光学式検出装置。   3. The electro-optical detection device according to claim 2, wherein the optical waveguide is an optical fiber having a circular cross section having a diameter of 0.02 to 1 mm. 前記導波路開口面は、軸方向に長さ1〜20mm連続的に、または断続的に1カ所以上の光放射面からなることを特徴とする請求項2記載の電子光学式検出装置。   3. The electro-optical detection device according to claim 2, wherein the waveguide opening surface is composed of one or more light emitting surfaces continuously or intermittently in a length of 1 to 20 mm in the axial direction. 前記遮光層は、内側に反射面が形成された凹形状を成し、前記凹形状の内側に前記光学導波路が配置されることを特徴とする請求項2記載の電子光学式検出装置。   3. The electro-optical detection device according to claim 2, wherein the light shielding layer has a concave shape with a reflection surface formed inside, and the optical waveguide is disposed inside the concave shape. 前記遮光層は、前記導波路開口面からの光が前記インジケータ層方向にのみ向かうように開口された開口部を持つ金属パイプであることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載の電子光学式検出装置。   The said light shielding layer is a metal pipe which has an opening part opened so that the light from the said waveguide opening surface may go only to the said indicator layer direction, It is any one of Claims 2-5 characterized by the above-mentioned. The electro-optical detection device described. 前記遮光層は、前記導波路開口面以外の前記光学導波路の側面に施されたメッキ層であることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載の電子光学式検出装置。   6. The electro-optical detection device according to claim 2, wherein the light shielding layer is a plating layer provided on a side surface of the optical waveguide other than the waveguide opening surface. 前記発光部および前記遮光層は、前記透明層と前記検出器との間に設けられていることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一つに記載の電子光学式検出装置。   The electro-optical detection device according to claim 2, wherein the light emitting unit and the light shielding layer are provided between the transparent layer and the detector. 前記発光部および前記遮光層は、前記透明層の内部に設けられた空間内に設置されていることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一つに記載の電子光学式検出装置。   The electro-optical detection device according to claim 2, wherein the light emitting unit and the light shielding layer are installed in a space provided inside the transparent layer.
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