JP5792489B2 - 光導波路センサ、光導波路センサの製造方法及び光導波路センサ計測システム - Google Patents
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本発明の実施形態によれば、光を導く光導波部と、前記光導波部と離間して対向する面状部と、前記光導波部と前記面状部とに接し、前記光導波部及び前記面状部と共に、外部からの水分の侵入が抑制された密閉空間を形成する側部と、前記空間の中において、前記光導波部に接しつつ前記面状部と離間し、検体液との接触により発現する、物理的変化、化学的変化及び生物学的変化の少なくともいずれかに基づいて光学特性が変化するセンシング材料層と、を含むカートリッジを含み、前記空間の湿度の変化は、前記空間の外部の湿度の変化よりも小さい光導波路センサの製造方法であって、湿度が予め定められた値以下に管理された環境下で、前記光導波部と前記センシング材料層と前記側部とを含む構造体の前記側部に前記面状部を取り付けて、前記光導波部と前記面状部と前記側部とによって形成された密閉された空間内に前記センシング材料層を封入する工程を備える。前記空間は、空気及び不活性ガスの少なくともいずれかの気体で満たされ、前記空間における湿度は、前記外部の湿度よりも低く保たれており、前記水分の侵入による前記センシング材料層と前記検体液との反応性の変化を抑制する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る光導波路センサの構成を例示する模式的断面図である。 図1に表したように、本実施形態に係る光導波路センサ110は、カートリッジ110cを備える。カートリッジ110cは、光導波部20と、面状部50と、側部40と、センシング材料層30と、を含む。
図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態に係る光導波路センサの構成及び動作を例示する模式図である。
図2(a)は、模式的平面図であり、図2(b)は、図2(a)のA1−A2線断面図である。これらの図においては、カートリッジ110cのうちの光導波部20、基体部10及びセンシング材料層30を例示しており、側部40及び面状部50は省略されている。
この図は、図2に例示した構成において、センシング材料層30の代わりに、着色層を用いたときの吸光度特性を例示している。すなわち、光導波部20の主面20aの上に、各種の色素濃度の着色層を形成し、入射部61から入射光14を入射し、そのときに、出射光17の強度を検出部62により検出した結果を例示している。図3の横軸は、着色層の色素濃度C2(任意目盛)である。縦軸は、吸光度Absである。
図4(a)は、本実施形態に係る光導波路センサ110において、グルコースを含む検体液を用い、この検体液をセンシング材料層30に接触させたときの出射光17の光強度LIの変化を例示している。そして、この図には、検体液中のグルコースの濃度C1を0.01mg/dL(ミリグラム/デシリットル)〜3mg/dLまで変化させたときの特性が例示されている。横軸は、検体液をセンシング材料層30に接触させてからの時間t(秒:s)に対応し、縦軸は、光強度LIに対応する。
図4(a)から分かるように、時間tが10s程度の短い時間で、グルコースの濃度C1による光強度LIの変化が明確に現れる。ここで、1つの基準として、時間tが10sのときの光強度LIの値を、グルコースの濃度C1の検出パラメータ値として採用することができる。
図4(b)から分かるように、グルコースの濃度C1と吸光度Abs1との間には非常に高い相関性がある。実施形態に係る光導波路センサ110においては、この特性を利用して、検体(この場合はグルコース)の濃度を測定する。
図5に例示した光導波路センサ119においては、図1に例示した面状部50(及び固定層52)が設けられていない。この他は、光導波路センサ110の構成と同様である。すなわち、この光導波路センサ119においては、空間30aが密閉されていない。このため、センシング材料層30は外界の雰囲気にさらされている。
これらの図は、面状部50(及び固定層52)を設けない光導波路センサ119を高い湿度に放置したときの検出値(吸光度Abs2)を例示している。このとき、光導波路センサ119の製作及び実験までの保管は、湿度が40%で、温度が25℃の環境下で行われた。そして、このような光導波路センサ119を、80%の湿度に保管し、その保管時間(高湿度保管時間t(80%))を変えて、グルコースを検出した。このときグルコースの濃度C1は、0.25mg/dLで一定である。図8(a)は、高湿度保管時間t(80%)が短時間(0s〜30s)の特性を示し、図8(b)は、長時間(0s〜600s)の特性を示している。これらの図の横軸は、高湿度保管時間t(80%)である。縦軸は、吸光度Abs2である。吸光度Abs2は、検体液をセンシング材料層30に接触させてからの時間tが60s後の光強度LIから求めた吸光度である。
この図は、本実施形態に係る光導波路センサ110を、80%の湿度に保管し、その保管時間(高湿度保管時間t(80%))を変えて、グルコースを検出したときの吸光度Abs2を示している。
図8(a)に表したように、送液器具81(例えばピペット)により、光導波路センサ110の内部の空間30aに検体液80が導入される。このとき、送液器具81の先端で面状部50に孔を開けて、空間30aに検体液80を送ることができる。例えば、検体液導入口45及び排出口46に連通する孔を開ける。このように、光導波路センサ110においては、空間30aに検体液80を導入するための送液器具81の先端で、面状部50を貫通する貫通孔を面状部50に形成可能である。これにより、使用時よりも前の状態では空間30aを低湿度に保ち、使用時には簡単に空間30aに検体液80を送ることができる。
図9(a)に表したように、本実施形態に係る光導波路センサ111においては、蓋部43が設けられていない。この場合も、光導波部20、面状部50及び側部40により形成される空間30a内にセンシング材料層30が密閉されている。これにより、湿度の影響を抑制し、安定した検出値を得ることができる。
図10に表したように、本実施形態に係る光導波路センサ120は、カートリッジ110cの他に、袋体70をさらに備える。袋体70は、袋体70の内部にカートリッジ110cを封入する。袋体70の内部は、袋体70により袋体70の外界から遮断されている。
図11(a)及び図11(b)に表したように、本実施形態に係る別の光導波路センサ112及び113においては、基体部10が設けられていない。
図12は、第2の実施形態に係る光導波路センサ計測システムの構成を例示する模式的断面図である。
図12に表したように、本実施形態に係る光導波路センサ計測システム210は、第1の実施形態に係るカートリッジのいずれかを備える。この例では、図1に例示した光導波路センサ110のカートリッジ110cが使用されている。図12においては、固定層52は省略されている。ただし、本実施形態において、第1の実施形態に係るカートリッジ及びその変形の任意のカートリッジを用いることができる。
本実施形態は、光導波路センサの製造方法である。この光導波路センサは、光を導く光導波部20と、光導波部20と離間して対向する面状部50と、光導波部20と面状部50とに接し、光導波部20及び面状部50と共に密閉された空間30aを形成する側部40と、空間30aの中において、光導波部20に接しつつ面状部50と離間し、検体液80との接触により光学特性が変化するセンシング材料層30と、を含むカートリッジ110cを含む。
図13に表したように、本製造方法においては、湿度が予め定められた値以下に管理された環境下で、光導波部20とセンシング材料層30と側部40とを含む構造体の側部40に面状部50を取り付けて、光導波部20と面状部50と側部40とによって形成された密閉された空間30a内にセンシング材料層30を封入する(ステップS110)。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (9)
- 光を導く光導波部と、
前記光導波部と離間して対向する面状部と、
前記光導波部と前記面状部とに接し、前記光導波部及び前記面状部と共に、外部からの水分の侵入が抑制された密閉空間を形成する側部と、
前記空間の中において、前記光導波部に接しつつ前記面状部と離間し、検体液との接触により発現する、物理的変化、化学的変化及び生物学的変化の少なくともいずれかに基づいて光学特性が変化するセンシング材料層と、
を含むカートリッジを備え、
前記空間の湿度の変化は、前記空間の外部の湿度の変化よりも小さく、
前記空間は、空気及び不活性ガスの少なくともいずれかの気体で満たされ、前記空間における湿度は、前記外部の湿度よりも低く保たれており、前記水分の侵入による前記センシング材料層と前記検体液との反応性の変化を抑制することを特徴とする光導波路センサ。 - 前記カートリッジを内部に封入する袋体をさらに備え、
前記袋体の前記内部は、前記袋体により前記袋体の外界から遮断されていることを特徴とする請求項1記載の光導波路センサ。 - 前記面状部は、前記光導波部と対向するシート部と、前記シート部と前記側部との間に設けられ前記シート部を前記側部に固定する固定層と、を含み、
前記固定層は、前記側部及び前記シート部の少なくともいずれかから剥離可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の光導波路センサ。 - 前記空間に前記検体液を導入するための送液器具の先端で、前記面状部を貫通する貫通孔を前記面状部に形成可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の光導波路センサ。
- 前記カートリッジは、基体をさらに含み、
前記光導波部は、前記基体の上に設けられ、
前記基体は、
前記基体に入射する入射光の進行方向を変化させて、前記入射光を前記光導波部に導入する入射光方向変化部と、
前記光導波部内を導かれた前記光の進行方向を変化させて、前記光を前記光導波部から取り出す導波光方向変化部と、
を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の光導波路センサ。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の前記カートリッジと、
前記光導波部に前記光を入射させる入射部と、
前記光導波部を導かれた前記光を検出する検出部と、
前記カートリッジ、前記入射部及び前記検出部を収容する筐体と、
を備え、
前記筐体の内部の湿度の変化は、前記筐体の外部の湿度の変化よりも小さいことを特徴とする光導波路センサ計測システム。 - 前記筐体に接続され、前記筐体の前記内部の湿度を制御する湿度制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項6記載の光導波路センサ計測システム。
- 光を導く光導波部と、前記光導波部と離間して対向する面状部と、前記光導波部と前記面状部とに接し、前記光導波部及び前記面状部と共に、外部からの水分の侵入が抑制された密閉空間を形成する側部と、前記空間の中において、前記光導波部に接しつつ前記面状部と離間し、検体液との接触により発現する、物理的変化、化学的変化及び生物学的変化の少なくともいずれかに基づいて光学特性が変化するセンシング材料層と、を含むカートリッジを含み、前記空間の湿度の変化は、前記空間の外部の湿度の変化よりも小さい光導波路センサの製造方法であって、
湿度が予め定められた値以下に管理された環境下で、前記光導波部と前記センシング材料層と前記側部とを含む構造体の前記側部に前記面状部を取り付けて、前記光導波部と前記面状部と前記側部とによって形成された密閉された空間内に前記センシング材料層を封入する工程を備え、
前記空間は、空気及び不活性ガスの少なくともいずれかの気体で満たされ、前記空間における湿度は、前記外部の湿度よりも低く保たれており、前記水分の侵入による前記センシング材料層と前記検体液との反応性の変化を抑制することを特徴とする光導波路センサの製造方法。 - 前記カートリッジを袋体の内部に封入する工程をさらに備え、
前記封入する工程は、湿度が予め定められた値以下に管理された気体を前記袋体の前記内部に含む状態で前記カートリッジを前記袋体の前記内部に封入することを含むことを特徴とする請求項8記載の光導波路センサの製造方法。
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