WO2012169230A1 - 蛍光センサ - Google Patents

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reflective layer
sensor
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拓郎 巣山
高雄 内田
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オリンパス株式会社
テルモ株式会社
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
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    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • G01N21/6454—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates using an integrated detector array

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescence sensor that measures the concentration of an analyte in an aqueous solution, and more particularly, to a fluorescence sensor that includes an indicator that generates fluorescence by an analyte and excitation light.
  • Fluorescent sensors that measure the concentration of analytes in liquids, that is, substances to be measured have been developed.
  • the fluorescence sensor has an indicator that generates fluorescence with a light amount corresponding to the amount of analyte, and a photoelectric conversion element that detects fluorescence from the indicator.
  • the fluorescent sensor 110 disclosed in US Pat. No. 5,039,490 can be manufactured using MEMS technology and can be miniaturized.
  • the fluorescence sensor 110 includes a transparent substrate 111 that can transmit the excitation light E, a photoelectric conversion element 112 that converts the fluorescence F into an electrical signal, and a condensing light that collects the excitation light E. It is composed of a transparent intermediate layer 115 having a functional part 115A, an indicator 119 that emits a fluorescence F having a light amount corresponding to the amount of analyte by the action of the analyte 2 and the excitation light E, and a light shielding layer 118.
  • An object of the present invention is to provide a highly sensitive fluorescent sensor.
  • the fluorescence sensor of one embodiment of the present invention includes a photoelectric conversion element that converts fluorescence into an electrical signal, an indicator that generates the fluorescence by an analyte and excitation light, and the analyte disposed on the indicator.
  • the fluorescence sensor 40 detects glucose in the body fluid of the subject.
  • the fluorescence sensor 40 includes a substrate 11, a filter 13, a light emitting element 14, a transparent intermediate layer 15, an indicator 19, a sensor frame 17, a reflective layer 41, and a light shielding layer.
  • the substrate 11 has a structure in which 18 and 18 are sequentially stacked.
  • the substrate 11 includes a photodiode element (hereinafter referred to as “PD element”) 12 that is a photoelectric conversion element that converts the fluorescence F into an electric signal.
  • the filter 13 disposed so as to cover the PD element 12 transmits the fluorescence F and blocks the excitation light E.
  • the light emitting element 14 disposed on the filter 13 generates excitation light E.
  • the indicator 19 is made of a hydrogel having a fluorescent dye that generates fluorescence F by the excitation light E and the analyte 2 that has entered after passing through the light shielding layer 18 and the reflection layer 41.
  • glucose is the analyte 2.
  • the excitation light E generated by the light emitting element 14 is efficiently irradiated to the indicator 19. Further, as shown in FIG. 4, in the fluorescence sensor 40, not only the fluorescence F 1 that directly enters the PD element 12, but also the fluorescence F 2 that has passed through the light emitting element 14 enters the PD element 12. That is, the light emitting element 14 transmits fluorescence. For this reason, the fluorescence sensor 40 is more sensitive than the conventional fluorescence sensor 110 already described.
  • the reflective layer 41 disposed in the path of the analyte 2 to the indicator 19 through which the body fluid containing the analyte 2 can pass through the hole is generated by the indicator 19 and emitted in the direction of the reflective layer 41.
  • the reflected fluorescence F is reflected in the direction of the PD element 12. That is, the indicator 19 emits fluorescence not only in the direction (downward) of the PD element 12 but also in the upward and sideward directions.
  • the fluorescence sensor 40 detects the fluorescence F emitted upward from the indicator 19, that is, in the direction of the reflective layer 41 by the PD element 12.
  • the fluorescent sensor 40 can measure the analyte concentration continuously for a predetermined period, for example, one week after being inserted into the body. However, the collected bodily fluid or the bodily fluid circulating through the body via the flow path outside the body may be brought into contact with the fluorescence sensor 40 outside the body without inserting the fluorescence sensor 40 into the body.
  • the substrate 11 has a PD element 12.
  • a semiconductor substrate of silicon or the like is suitable when the PD element 12 is formed on the substrate by a semiconductor manufacturing technique, but a glass substrate or the like may be used depending on the manufacturing method or arrangement position of the PD element 12.
  • a photoconductor, a phototransistor, or the like may be used as the photoelectric conversion element.
  • the filter 13 is disposed so as to cover the PD element 12 which is a light receiving unit.
  • the filter 13 blocks, for example, the excitation light E having a wavelength of 375 nm generated by the light emitting element 14 disposed on the filter 13, but transmits the fluorescence F having a wavelength of 460 nm generated by the indicator 19.
  • the filter 13 may be a multiple interference filter, but is preferably a light absorption filter, for example, a single layer made of silicon, silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride, or an organic material, or the single layer It is a multilayer layer formed by laminating.
  • the filter 13 may be disposed on the PD element 12 via a transparent protective layer made of, for example, silicon oxide or silicon nitride.
  • the filter 13 is preferably disposed as close as possible to the PD element 12 in order to prevent light from entering from the side surface of the protective layer. Further, if there is a space between the PD element 12 and the filter 13, an optical loss occurs and the transmittance decreases. For this reason, it is particularly preferable that the filter 13 is disposed in close contact with the PD element 12.
  • an element that transmits fluorescence F is selected from light emitting elements that emit desired excitation light E such as an LED element, an organic EL element, an inorganic EL element, or a laser diode element.
  • the light emitting element 14 is an LED element from the viewpoints of fluorescence transmittance, light generation efficiency, wide wavelength selectivity of the excitation light E, and generation of only light other than the wavelength having the excitation action. preferable. Further, among LED elements, an ultraviolet LED element made of a gallium nitride-based compound semiconductor formed on a sapphire substrate having high fluorescence F transmittance is particularly preferable.
  • the transparent intermediate layer 15 disposed on the light emitting element 14 is required to have good electrical insulation, moisture barrier properties, light transmittance with respect to excitation light E and fluorescence F, and the like. Further, as a characteristic of the transparent intermediate layer 15, it is important that the generation of the fluorescence F is small even when the excitation light E is irradiated, that is, it is difficult to emit autofluorescence.
  • quartz, glass, silicone resin, or transparent amorphous fluororesin is preferably used, and among them, silicone resin or transparent amorphous fluororesin is particularly preferable.
  • the indicator 19 is made of a hydrogel having a fluorescent dye that generates fluorescence F having a wavelength longer than that of the excitation light E by the analyte 2 and the excitation light E.
  • the indicator 19 is composed of a hydrogel that contains the fluorescent dye that generates the fluorescence F with a light amount corresponding to the analyte concentration in the sample and that allows the excitation light E and the fluorescence F to pass therethrough satisfactorily.
  • the indicator 19 may be the analyte 2 itself in which the fluorescent dye that does not contain the fluorescent dye and generates the fluorescent F exists in the solution.
  • Hydrogel is water such as acrylic hydrogel prepared by polymerizing monomers such as polysaccharides such as methylcellulose or dextran, acrylamide, methylol acrylamide, hydroxyethyl acrylate, or urethane hydrogel prepared from polyethylene glycol and diisocyanate. It is formed by encapsulating a fluorescent dye in a material that is easy to contain.
  • the hydrogel has a size that does not leave the sensor via the light shielding layer 18 / reflective layer 41.
  • the hydrogel has a molecular weight of 4 million or more, or is in the form of particles having a diameter of 50 nm or more, for example, greater than or equal to the outer diameter D of the through-hole of the reflective layer 41, or in a form that is crosslinked and does not flow.
  • phenylboronic acid derivatives having a fluorescent residue are suitable as fluorescent dyes.
  • the fluorescent dye is prevented from detaching from the sensor by using a high molecular weight material or chemically fixing to a hydrogel.
  • the indicator 19 is produced by polymerizing a phosphoric acid buffer containing a fluorescent dye, a gel skeleton-forming material, and a polymerization initiator in a nitrogen atmosphere for 1 hour.
  • a fluorescent dye 9,40-bis [N- [2- (5,5-dimethylborinan-2-yl) benzyl] -N- [6 ′-[(acryloylpolyethyleneglycol-3400) carbonylamino ] -N-hexylamino] methyl] -2-acetylanthracene (F-PEG-AAm), acrylamide as the gel skeleton-forming material, sodium peroxodisulfate and N, N, N ′ as the polymerization initiator N'-tetramethylethylenediamine is used.
  • the indicator 19 it is also possible to use a gel-like or liquid-like hydrogel containing a fluorescent dye, which is accommodated in an indicator space composed of the transparent intermediate layer 15, the reflective layer 41, and the sensor frame 17. .
  • the reflective layer 41 has a function of reflecting the fluorescence F and further protecting the indicator 19.
  • the reflection layer 41 uses a metal, an inorganic compound, or an organic compound that has a high reflectance with respect to fluorescence, but a metal or an alloy such as Al, Au, Ag, Pt, Cr, or Ti is particularly preferable.
  • the reflective layer 41 has a through hole through which the body fluid containing the analyte 2 can pass.
  • the through-holes may be formed uniformly in the reflective layer 41, may be formed locally in a partial region, or may be formed randomly.
  • the internal shape of the through hole may be a columnar shape, a prismatic shape, or a polygonal shape.
  • the outer dimension (diameter) D of the through hole is such that leakage of the excitation light E and the fluorescence F to the outside of the fluorescence sensor 40 is minimized in addition to being able to pass the body fluid containing the analyte 2.
  • the diameter is preferably equal to or less than the wavelength of ultraviolet to blue excitation light. That is, the outer dimension (outer diameter) D of the through hole is preferably 10 nm to 350 nm.
  • the outer dimension is the maximum length of the opening of the hole, and is the diameter when the opening is circular.
  • the light shielding layer 18 prevents light leakage and at the same time prevents outside light from entering the inside of the fluorescence sensor.
  • the light shielding layer 18 has biocompatibility and does not prevent passage of body fluid containing the analyte 2.
  • the light shielding layer 18 is made of, for example, a porous metal or ceramic, or a composite material in which a hydrogel used for the indicator 19 is mixed with fine particles that do not transmit light such as carbon black or carbon nanotubes.
  • the reflective layer 41 and the indicator 19 are preferably disposed in close contact with each other, but may be disposed through an intermediate layer (not shown) through which a body fluid containing an analyte can pass.
  • the intermediate layer is preferably a solid layer made of quartz, glass, fluorine or silicone resin, but may be a liquid layer or space such as an aqueous solution through which the analyte can pass.
  • the sensor frame 17 has a function of protecting the sensor main body and a light shielding function, that is, a function of preventing external light from entering and preventing light from leaking from the inside of the sensor to the outside of the sensor.
  • the sensor frame 17 is preferably made of a highly rigid material in order to protect the sensor body.
  • the sensor frame 17 is made of a resin material such as silicon, glass or metal having a Young's modulus of several tens to several hundreds of GPa, or polypropylene or polystyrene having a Young's modulus of about 1 GPa to 5 GPa.
  • the sensor frame 17 is blackened by mixing carbon black or the like in order to improve the light shielding function.
  • the sensor frame 17 may be manufactured from a part of the substrate by processing the substrate 11.
  • the fluorescence F3 and F4 reflected by the reflection layer 41 out of the fluorescence generated by the fluorescent dye of the indicator 19 in various directions also enter the PD element 12. Since more fluorescence is incident on the PD element 12, the fluorescence sensor 40 is highly sensitive.
  • the fluorescence sensor 40A of the second embodiment is similar to the fluorescence sensor 40, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the reflection layer 41A is formed of a multilayer film in which a plurality of layers are laminated and that selectively reflects the fluorescence wavelength.
  • the reflective layer 41A has a plurality of holes formed by an etching method through which an analyte can pass.
  • high refractive index layers and low refractive index layers are alternately stacked, and selectively reflects fluorescence due to light interference effects.
  • silicon nitride 2.0
  • silicon oxide 1.41 to 1.45
  • the high refractive index and the low refractive index are not high or low in the absolute value of the refractive index of the two layers, but indicate a relative relationship. That is, when the refractive index of the high refractive index layer (first transparent layer) is n1 and the refractive index of the low refractive index layer (second transparent layer) is n2, n1> n2, preferably n1-n2> 0. .5 is sufficient.
  • a three-layer reflective layer 41A composed of two silicon nitride layers with a thickness of 250 nm as high refractive index layers and one silicon oxide layer with a thickness of 170 nm as low refractive index layers has a wavelength of 460 nm.
  • the reflectance for the fluorescent light of 60% is 60%
  • the reflectance for the excitation light having a wavelength of 375 nm is 25%. That is, the reflective layer 41A selectively reflects fluorescence.
  • the fluorescent sensor 40A including the reflective layer 41A has the same effect as the fluorescent sensor 40, and the reflective layer 41A selectively reflects fluorescence, and thus has higher sensitivity.
  • the reflective layer 41B has a structure in which high reflectance particles 43 are embedded in a porous base material through which the analyte can pass.
  • the reflective layer 41 ⁇ / b> B is made of a porous material containing a plurality of high reflectivity particles 43.
  • the porous material means a material having voids and pores connected to the outside in the structure.
  • the size, distribution, and shape of the voids / pores need not be regular as long as the body fluid containing the analyte can pass therethrough, and can be appropriately selected.
  • the open porosity of the base material is preferably 5 to 75% by volume, particularly preferably 20 to 50% by volume. If it is more than the said range, a bodily fluid will pass easily, and if it is less than the said range, desired mechanical strength will be obtained.
  • the open porosity is a value measured by Archimedes method.
  • the base material of the reflective layer 41B for example, cellulose or polyacrylamide is used.
  • the high reflectivity particles 43 are high reflectivity metals, ceramics, organic material spheres coated with white on the surface, and the like.
  • the high reflectance particle 43 is a particle that reflects incident light when the reflectance with respect to fluorescence is 50% or more, preferably 70% or more.
  • the particle diameter d of the high reflectance particles 43 is preferably about 1 ⁇ 2 of the fluorescence wavelength ⁇ .
  • the particle size is a median value measured by a laser diffraction method, that is, a peak value of the particle size distribution.
  • the high reflectance particle 43 when the particle size d is 1 ⁇ 2 of the wavelength ⁇ , the high reflectance particle 43 has the maximum light scattering efficiency and the light hiding power and the maximum reflection efficiency.
  • the high-reflectivity particles 43 having a particle diameter of 1 ⁇ 2 of the fluorescence wavelength strongly reflect fluorescence, but do not reflect excitation light E having a wavelength lower than that of fluorescence. That is, since the high reflectance particles 43 having a particle diameter of 1 ⁇ 2 of the fluorescence wavelength selectively reflect fluorescence, the S / N ratio of light incident on the PD element is improved.
  • the particle diameter of the high reflectivity particles 43 is preferably exactly 1/2 ( ⁇ / 2) of the fluorescence wavelength, but the above effect can be obtained when ( ⁇ / 2) ⁇ 10%.
  • the particle diameter d may be 230 nm ⁇ 10%, that is, 207 to 253 nm ⁇ Table 1>
  • the manufacturing method is preferable because the hydrochloric acid method has a more uniform particle size than the sulfuric acid method.
  • the reflective layer 41B introduces the high reflectance particles 43 simultaneously when manufacturing the base material.
  • the fluorescent sensor 40B has the effect of the fluorescent sensor 40, and the reflective layer 41B does not require through-hole formation or multilayer film production, so the manufacturing cost is low.
  • the fluorescence sensor 40C includes a reflective layer (second reflective layer) 42 on the side surface of the indicator 19. Similar to the reflective layer 41, the second reflective layer 42 reflects the fluorescence generated by the indicator 19 and makes it incident on the PD element. However, unlike the reflective layer 41, it is not necessary that body fluid can pass through.
  • the second reflective layer 42 is disposed on the inner surface of the sensor frame 17 using the same material as that of the reflective layer 41, but need not be the same material.
  • the second reflective layer 42 may be bonded to the sensor frame 17 via an adhesive, or may be directly formed.
  • a transparent protective layer may be formed on the second reflective layer 42.
  • the fluorescence F5 reflected by the second reflective layer 42 among the fluorescence generated by the indicator 19 also enters the PD element 12.
  • the fluorescence sensor 40C has the same effect as the fluorescence sensor 40, and is more sensitive because more fluorescence is incident on the PD element 12.
  • the sensor frame 17 may be provided with the function of the second reflective layer 42 by mirror-finishing the inner surface of the sensor frame 17 so as to reflect fluorescence.
  • the fluorescence sensors 40, 40A, and 40B it is possible to achieve higher sensitivity by providing the reflective layer (second reflective layer) 42 on the side surface of the indicator 19 like the fluorescent sensor 40C.
  • the fluorescence sensor 40D has a structure similar to that of the conventional fluorescence sensor 110.
  • the fluorescence sensor 40F includes a transparent substrate 11D, and excitation light E that has passed through the gap 12B of the PD element substrate 12A enters the indicator 19 from the lower surface of the transparent substrate 11D.
  • the excitation light E passes through the transparent substrate 11 ⁇ / b> D / gap 12 ⁇ / b> B, enters the transparent intermediate layer 15, is condensed by the condensing function unit 15 ⁇ / b> D disposed in the transparent intermediate layer 15, and enters the indicator 19.
  • the fluorescence of the intensity corresponding to the amount of the analyte present in the indicator 19 is directed in various directions by the interaction between the excitation light and the analyte 2 that has entered through the light shielding layer 18 and the reflective layer 41. Radiates radially. Among these, the fluorescence F2 emitted in the direction of the PD element 12D directly enters the PD element 12D.
  • the fluorescence F4 emitted from the indicator 19 in the direction opposite to the PD element 12D is reflected by the reflective layer 41 toward the PD element 12D and enters the PD element 12D. Since the PD element 12D outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident fluorescence, the output of the fluorescence sensor 40D is increased by the amount of fluorescence F3 and F4 compared to a fluorescence sensor without a reflective layer.
  • Fluorescent sensor 40D has the same effect as fluorescent sensor 40. That is, the amount of fluorescent light received by the PD element 12D increases and the sensor output increases. Therefore, the sensitivity is higher than that of a conventional fluorescent sensor, and it is possible to accurately detect an analyte and to detect even a small amount of analyte with high accuracy.
  • a metal having a through hole, a laminated film of a high refractive index layer and a low refractive index layer, and a porous material containing high reflectance particles are used as the reflective layer.
  • a second reflective layer that reflects fluorescence may be disposed on the side surface of the indicator 19.
  • the fluorescence sensor 40E of the sixth embodiment is similar to the fluorescence sensor 40, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the PD element 12 is disposed on the side surface side of the indicator 19.
  • the PD element 12E is formed on the side surface of the recess formed in the substrate 11E made of a semiconductor such as silicon, and the light emitting element 14 is disposed on the bottom surface of the recess.
  • the opening surface of the recess is wider than the bottom surface, and the side surface is not perpendicular to the bottom surface but is inclined at a predetermined angle ⁇ .
  • substrate 11E which has a recessed part may be produced by joining the frame-shaped sensor frame used as a recessed part, and a planar substrate.
  • an indicator 19 is disposed in a concave portion of the transparent intermediate layer 15 covering the PD element 12E and the filter 13E, and the concave portion is sealed by the reflective layer 41 and the light shielding layer 18.
  • the fluorescence sensor 40E will be briefly described. In addition, although it may manufacture for every one fluorescence sensor 40E, it is preferable to manufacture many sensors collectively as a wafer process.
  • a mask layer having a plurality of mask portions on the first main surface of a silicon wafer having an area where a plurality of elements can be manufactured is manufactured. And the some recessed part with a bottom face parallel to a main surface is formed by the etching method.
  • etching method a wet etching method using a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution, a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution, or the like is preferable, but dry etching such as reactive ion etching (RIE) or chemical dry etching (CDE) is used.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • KOH potassium hydroxide
  • CDE chemical dry etching
  • the PD element 12E is formed on the side surface of each recess by a known semiconductor process.
  • the side surface may be vertical, but the inclined concave portion not only has a larger area for forming the PD element 12 than the concave portion with the vertical side surface, but also facilitates the formation of the PD element 12 on the side surface. If the inclination angle of the side surface is 30 to 70 degrees, the above effect is remarkable.
  • the filter 13E is disposed on the side PD element 12E.
  • a transparent protective layer such as a silicon oxide layer may be formed on the filter 13E.
  • the light emitting elements 14 are respectively disposed on the bottom surfaces of the plurality of recesses.
  • the indicator 19 is disposed in the recess.
  • the reflective layer 41 and the light shielding layer 18 are disposed so as to close the opening of the recess.
  • the silicon wafer on which the plurality of sensors are formed is separated into pieces, and the fluorescence sensor 40E is completed.
  • the fluorescent sensor 40E has the same effects as the fluorescent sensor 40 and the like, and the substrate 11E also serves as a sensor frame, and the side surface of the concave portion that is the PD element forming surface is inclined, so that the manufacturing is easy.
  • the shape of the whole fluorescence sensor demonstrated in the said several embodiment was a right-angled column shape, it is a trapezoid shape, the shape where the side surface curved, or the needle-type fluorescence sensor etc. which extended one direction of the sensor side surface etc. There may be.
  • the fluorescence sensor can respond

Abstract

蛍光センサ１０は、蛍光Ｆを電気信号に変換するＰＤ素子１２と、アナライト２および励起光Ｅにより蛍光Ｆを発生するインジケータ１９と、インジケータ１９の上に配設されアナライト２を含む体液が通過可能であり、かつ蛍光ＦをＰＤ素子１２の方向に反射する反射層４１と、を具備する。

Description

蛍光センサ
　本発明は、水溶液中のアナライトの濃度を計測する蛍光センサに関し、特に、アナライトおよび励起光により蛍光を発生するインジケータを具備する蛍光センサに関する。
　液体中のアナライトすなわち被計測物質の濃度を測定する蛍光センサが開発されている。蛍光センサは、アナライトの量に応じた光量の蛍光を発生するインジケータと、インジケータからの蛍光を検出する光電変換素子を有している。
　例えば、米国特許第５０３９４９０号明細書に開示されている蛍光センサ１１０は、ＭＥＭＳ技術を利用して作製できるとともに小型化が可能である。図１および図２に示すように、蛍光センサ１１０は、励起光Ｅを透過可能な透明基板１１１と、蛍光Ｆを電気信号に変換する光電変換素子１１２と、励起光Ｅを集光する集光機能部１１５Ａを有する透明中間層１１５と、アナライト２および励起光Ｅの作用によりアナライト量に応じた光量の蛍光Ｆを発光するインジケータ１１９と、遮光層１１８と、から構成されている。
　なお、蛍光センサ１１０では、透明基板１１１の下面から入射した励起光Ｅのうち、光電変換素子１１２と光電変換素子基板１１２Ａとの隙間１１２Ｂを通過した励起光Ｅ２だけが、インジケータ１１９に入射する。
　本発明は、高感度の蛍光センサを提供することを目的とする。
　本発明の一態様の蛍光センサは、蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、アナライトおよび励起光により前記蛍光を発生するインジケータと、前記インジケータの上に配設され、前記アナライトを含む体液が通過可能であり、かつ前記蛍光を前記光電変換素子の方向に反射する反射層と、を具備する。
従来の蛍光センサの断面構造を示した説明図である。 従来の蛍光センサの構造を示した分解図である。 第１実施形態の蛍光センサの構造を示した分解図である。 第１実施形態の蛍光センサの断面構造を示した説明図である。 第１実施形態の蛍光センサの部分断面構造を示した説明図である。 第２実施形態の蛍光センサの部分断面構造を示した説明図である。 第４実施形態の蛍光センサの断面構造を示した説明図である。 第５実施形態の蛍光センサの断面構造を示した説明図である。 第６実施形態の蛍光センサの断面構造を示した説明図である。
＜第１実施形態＞
　本発明の第１実施形態の蛍光センサ４０は被検体の体液中のグルコースを検出する。図３および図４に示すように、蛍光センサ４０は、基板１１と、フィルタ１３と、発光素子１４と、透明中間層１５と、インジケータ１９と、センサ枠１７と、反射層４１と、遮光層１８と、が順に積層された構造である
　基板１１は、蛍光Ｆを電気信号に変換する光電変換素子であるフォトダーオード素子（以下「ＰＤ素子」という）１２を有する。ＰＤ素子１２を覆うように配設されたフィルタ１３は、蛍光Ｆを透過し励起光Ｅを遮る。フィルタ１３の上に配設された発光素子１４は、励起光Ｅを発生する。インジケータ１９は、励起光Ｅと、遮光層１８および反射層４１を通過して進入したアナライト２と、により蛍光Ｆを発生する蛍光色素を有するハイドロゲルからなる。蛍光センサ４０ではグルコースがアナライト２である。
　蛍光センサ４０では、発光素子１４が発生した励起光Ｅは効率良くインジケータ１９に照射される。さらに、図４に示すように、蛍光センサ４０では、直接、ＰＤ素子１２に入射する蛍光Ｆ１だけでなく、発光素子１４を透過した蛍光Ｆ２もＰＤ素子１２に入射する。すなわち、発光素子１４は蛍光を透過する。このため、蛍光センサ４０は、すでに説明した従来の蛍光センサ１１０よりも高感度である。
　さらに、アナライト２のインジケータ１９への進入経路に配設された、アナライト２を含む体液が孔を介して通過可能な反射層４１は、インジケータ１９が発生し、反射層４１の方向に出射された蛍光ＦをＰＤ素子１２の方向に反射する。すなわち、インジケータ１９は、ＰＤ素子１２の方向（下方）だけでなく、上方および側面方向にも蛍光を発生する。蛍光センサ４０はインジケータ１９から上方、すなわち反射層４１の方向に出射された蛍光Ｆも、ＰＤ素子１２により検出される。
　なお、蛍光センサ４０は体内に挿入後、所定期間、例えば、１週間、継続してアナライト濃度を測定可能である。しかし、蛍光センサ４０を体内に挿入しないで、採取した体液、または体外の流路を介して体内と循環する体液を、体外において蛍光センサ４０と接触させてもよい。
　次に、蛍光センサ４０の構成要素について詳細に説明する。
　基板１１は、ＰＤ素子１２を有する。基板としては、半導体製造技術により基板にＰＤ素子１２を形成する場合にはシリコン等の半導体基板が適しているが、ＰＤ素子１２の製造方法または配設位置によってはガラス基板等でもよい。また、光電変換素子として、フォトコンダクタまたはフォトトランジスタ等を用いてもよい。
　フィルタ１３は、受光部であるＰＤ素子１２を覆うように配設されている。フィルタ１３は、フィルタ１３の上に配設された発光素子１４が発生する、例えば波長３７５ｎｍの励起光Ｅを遮断するが、インジケータ１９が発生する波長４６０ｎｍの蛍光Ｆは透過する。
　フィルタ１３は、多重干渉型フィルタでもよいが、好ましくは、光吸収型フィルタであり、例えばシリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、もしくは有機材料等からなる単層層、または、前記単層層を積層してなる多層層である。
　なお、フィルタ１３は、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコン等からなる透明な保護層を介してＰＤ素子１２上に配設されていてもよい。しかし、保護層の側面からの光の進入を防止するために、フィルタ１３はＰＤ素子１２にできるだけ近接して配設するのが好ましい。またＰＤ素子１２とフィルタ１３との間に空間があると光学的なロスが生じ透過率が低下する。このため、フィルタ１３はＰＤ素子１２に密着した状態で配設されていることが特に好ましい。
　発光素子１４としては、ＬＥＤ素子、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、またはレーザーダイオード素子等の所望の励起光Ｅを発光する発光素子の中から、蛍光Ｆを透過する素子が選択される。
　そして、発光素子１４としては、蛍光透過率、光発生効率、励起光Ｅの波長選択性の広さ、および励起作用のある波長以外の光を僅かしか発生しないこと等の観点から、ＬＥＤ素子が好ましい。さらにＬＥＤ素子の中でも、蛍光Ｆの透過率が高いサファイア基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体よりなる紫外ＬＥＤ素子が、特に好ましい。
　発光素子１４の上に配設された透明中間層１５には、電気的絶縁性と、水分遮断性と、励起光Ｅおよび蛍光Ｆに対する光透過率等と、が良好なことが要求される。さらに、透明中間層１５の特性としては、励起光Ｅが照射されても蛍光Ｆの発生が小さいこと、つまり自己蛍光を発しにくいことが重要である。
　透明中間層１５には、石英、ガラス、シリコーン樹脂、または透明非晶性フッ素樹脂が好ましく用いられ、中でもシリコーン樹脂または透明非晶性フッ素樹脂が特に好ましい。
　インジケータ１９は、アナライト２および励起光Ｅにより、励起光Ｅよりも長波長の蛍光Ｆを発生する蛍光色素を有するハイドロゲルからなる。すなわちインジケータ１９は、試料中のアナライト濃度に応じた光量の蛍光Ｆを発生する蛍光色素が含まれる、励起光Ｅおよび蛍光Ｆが良好に透過するハイドロゲルから構成されている。なお、インジケータ１９が蛍光色素を含まず、蛍光Ｆを発生する蛍光色素が溶液中に存在するアナライト２そのものでもよい。
　ハイドロゲルは、メチルセルロースもしくはデキストラン等の多糖類、アクリルアミド、メチロールアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリレート等のモノマーを重合して作製するアクリル系ハイドロゲル、またはポリエチレングリコールとジイソシアネートから作製するウレタン系ハイドロゲル等の水を含みやすい材料に蛍光色素を内包することにより形成されている。
　ハイドロゲルは、遮光層１８／反射層４１を介してセンサ外に離脱することがない大きさであることが好ましい。このため、ハイドロゲルは、構成する分子が分子量４００万以上であるか、または反射層４１の貫通孔の外径Ｄ以上の例えば径５０ｎｍ以上の粒子状であるか、または架橋され流動しない形態であることが好ましい。
　一方、蛍光色素としては、グルコース等の糖類を測定する場合には、蛍光残基を有するフェニルボロン酸誘導体等が適している。蛍光色素は、高分子量材料としたり、または、ハイドロゲルに化学的に固定したりすることにより、センサ外に離脱することが防止されている。
　蛍光色素と、ゲル骨格形成材と、重合開始剤と、を含むリン酸緩衝液を、窒素雰囲気下で1時間放置し、重合することにより、インジケータ１９は作製される。例えば、蛍光色素としては、９、４０－ビス［Ｎ－［２－（５，５－ジメチルボリナン－２－イル）ベンジル］－Ｎ－［６‘－［（アクリロイルポリエチレングリコール－３４００）カルボニルアミノ］－ｎ－ヘキシルアミノ］メチル］－２－アセチルアントラセン（Ｆ－ＰＥＧ－ＡＡｍ）を、ゲル骨格形成材としては、アクリルアミドを、重合開始剤としては、ペルオキソ二硫酸ナトリウムおよびＮ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ‘－テトラメチルエチレンジアミンを用いる。
　なお、インジケータ１９として、透明中間層１５と反射層４１とセンサ枠１７とからなるインジケータ空間内に収容された、ゲル状または液体状の、蛍光色素を内包するハイドロゲルを用いることも可能である。
　反射層４１は、蛍光Ｆを反射し、さらに、インジケータ１９を保護する機能も有する。反射層４１は、蛍光に対して反射率が高い金属、無機化合物または有機化合物を用いるがＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ、またはＴｉ等の金属または合金が特に好ましい。
　図５に示すように、反射層４１には、アナライト２を含む体液を通過可能な貫通孔がある。貫通孔は反射層４１に、均一に形成されてもよいし、一部領域に局在して形成されていてもよいし、ランダムに形成されていてもよい。また、貫通孔の内部形状は円柱状、角柱状または多角形形状でもよい。
　なお、貫通孔の外寸（径）Ｄは、アナライト２を含む体液を通過可能なことに加えて、励起光Ｅおよび蛍光Ｆの蛍光センサ４０の外部への漏光が最小限になるよう、紫外～青色の励起光の波長以下の径とすることが好ましい。すなわち、貫通孔の外寸（外径）Ｄは、１０ｎｍ～３５０ｎｍであることが好ましい。なお、外寸とは孔の開口の最大長であり、開口が円形の場合は直径となる。
　遮光層１８は、漏光するのを防止すると同時に、外光が蛍光センサの内部に進入することを防止する。また、遮光層１８は、生体適合性を有するとともに、アナライト２を含む体液の通過を妨げない。
　遮光層１８には、例えば多孔質の金属もしくはセラミックス、またはインジケータ１９に用いるハイドロゲルにカーボンブラックもしくはカーボンナノチューブなど光を通さない微粒子を混合した複合材料を用いる。
　反射層４１とインジケータ１９は、密着して配置されることが好ましいが、アナライトを含む体液が通過可能な中間層（図示せず）を介して配置されていてもよい。反射層４１とインジケータ１９の距離が近いほど、アナライトがインジケータ１９に到達する時間が短く、センサのレスポンスが速くなるので、中間層の厚さは数μｍ以下が好ましい。中間層は、石英、ガラス、フッ素系またはシリコーン樹脂などによる固体層が好ましいが、アナライトが通過可能な水溶液などの液層または空間であってもよい。
　センサ枠１７は、センサ本体を保護する機能と、遮光機能、すなわち、外光の進入を防止し、センサ内からセンサ外への光の漏れを防止する機能と、を有する。センサ枠１７は、センサ本体を保護するために高剛性材料からなることが好ましい。
　例えば、センサ枠１７には、ヤング率が数十ＧＰａから数百ＧＰａのシリコン、ガラスもしくは金属等、または、ヤング率が１ＧＰａ～５ＧＰａの程度のポリプロピレンもしくはポリスチレン等の樹脂材料を用いる。なお、センサ枠１７にガラスまたは樹脂材料を用いる場合には、遮光機能向上のため、カーボンブラック混合等により黒色とする。なお、基板１１の加工により基板の一部からセンサ枠１７を作製してもよい。
　図４に示すように、蛍光センサ４０では、インジケータ１９の蛍光色素が様々な方向に放射状に発生した蛍光のうち、反射層４１により反射された蛍光Ｆ３、Ｆ４も、ＰＤ素子１２に入射する。より多くの蛍光がＰＤ素子１２に入射するため、蛍光センサ４０は高感度である。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態の蛍光センサ４０Ａは、蛍光センサ４０と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　蛍光センサ４０Ａは、反射層４１Ａが、複数の層が積層された、蛍光波長を選択的に反射する多層膜からなる。反射層４１Ａは、エッチング法により形成された、アナライトが通過可能な複数の孔を有する。
　すなわち、反射層４１Ａは、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されており、光の干渉効果により蛍光を選択的に反射する。
　高屈折率層としては酸化チタン（屈折率：ｎ＝２．５２～２．７１）、酸化タンタル（ｎ＝２．１６）、窒化シリコン（ｎ＝２．０）またはシリコン（ｎ＝３．４４８）等を用い、低屈折率層の材料としては、酸化シリコン（ｎ＝１．４１～１．４５）、フッ化マグネシウム（ｎ＝１．３７）等を用いることが好ましい。
　ただし、高屈折率および低屈折率とは２つの層の屈折率の絶対値の高低ではなく、相対的な関係を示している。すなわち高屈折率層（第１の透明層）の屈折率をｎ１、低屈折率層（第２の透明層）の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２、好ましくは、ｎ１－ｎ２＞０．５であればよい。
　例えば、高屈折率層としての層厚２５０ｎｍの窒化シリコン層を２層と、低屈折率層としての層厚１７０ｎｍの酸化シリコン層を１層と、からなる３層の反射層４１Ａは、波長４６０ｎｍの蛍光に対する反射率は６０％であるのに対して波長３７５ｎｍの励起光に対する反射率は２５％である。すなわち、反射層４１Ａは蛍光を選択的に反射する。
　反射層４１Ａを具備する蛍光センサ４０Ａは蛍光センサ４０と同様の効果を有し、さらに反射層４１Ａが、蛍光を選択的に反射するため、より高感度である。
＜第３実施形態＞
　第３実施形態の蛍光センサ４０Ｂは、蛍光センサ４０と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図６に示すように、蛍光センサ４０Ｂでは、反射層４１Ｂがアナライトが通過可能な多孔質の母材に、高反射率粒子４３が埋め込まれた構造を有する。言い換えれば、反射層４１Ｂが複数の高反射率粒子４３を含有する多孔質材料からなる。
　なお、多孔質材料とは構造中に外部と接続された空隙およびと気孔をもつ材料を意味する。空隙／気孔の、大きさ、分布および形状は、アナライトを含む体液が通過可能であれば、規則性を有している必要はなく、適宜選択可能である。
　母材の開気孔率は５～７５体積％が好ましく、特に好ましくは２０～５０体積％である。前記範囲以上であれば、体液が通過しやすく、前記範囲以下であれば所望の機械的強度が得られる。なお、開気孔率は、アルキメデス法により測定した値である。
　反射層４１Ｂの母材材料としては、例えばセルロース、またはポリアクリルアミド等を用いる。また、高反射率粒子４３は、反射率が高い、金属、セラミック、表面を白色にコーティングした有機材料の球体等である。なお、高反射率粒子４３とは、蛍光に対する反射率が５０％以上、好ましくは７０％以上で入射光を反射する粒子である。
　さらに、高反射率粒子４３の粒径ｄは、蛍光波長λの約１／２が好ましい。ここで粒径は高反射率粒子４３が球形に限られないため、レーザー回折法により測定した中央値、すなわち粒度分布のピーク値である。
　すなわち、表１に示すように、高反射率粒子４３は粒径ｄが波長λの１／２の時に光散乱効率および光隠ぺい力が最大になり反射効率が最大となる。言い換えれば、蛍光波長の１／２の粒径の高反射率粒子４３は蛍光を強く反射するが、蛍光よりも低波長の励起光Ｅはあまり反射しない。すなわち、蛍光波長の１／２の粒径の高反射率粒子４３は蛍光を選択的に反射するために、ＰＤ素子に入射する光のＳ／Ｎ比が向上する。
　もちろん、高反射率粒子４３の粒径は正確に蛍光波長の１／２（λ／２）であることが好ましいが、（λ／２）±１０％であれば上記効果が得られる。例えば蛍光波長λ＝４６０ｎｍの場合、粒径ｄは、２３０ｎｍ±１０％、すなわち、２０７～２５３ｎｍであればよい
＜表１＞
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　高反射率粒子４３の屈折率ｎが高いほど、反射効率および光の隠ぺい力も高い。高反射率粒子４３としては、屈折率１．９０以上２．８０以下の材料、例えば、酸化チタン（屈折率：ｎ＝２．５２～２．７２）、酸化亜鉛（ｎ＝１．９９）、ダイヤモンド（ｎ＝２．４２）、硫化亜鉛（ｎ＝２．３７）等を用いることができるが、酸化チタンが好ましく、ルチル型酸化チタン（ｎ＝２．７２）が屈性率が高く安価であることから特に好ましい。前記範囲以上であれば所望の効果が得られ、前記範囲以下であれば工業的に量産が容易である。
　なお、酸化チタンを用いる場合には、製造方法は塩酸法が硫酸法よりも均一な粒径であるため好ましい。反射層４１Ｂは、母材を製造するときに、同時に高反射率粒子４３を導入する。特に、酸化チタン粒子の表面にアルミナ層を形成し、さらにシランカップリング剤処理をすることで、母材と化学的に結合することができる。すなわち表面にアルミナ層を有する高反射率粒子４３は母材と強く接合しているため脱離しにくい。
　蛍光センサ４０Ｂは、蛍光センサ４０が有する効果を有し、さらに反射層４１Ｂは貫通孔形成または多層膜作製が不要であるため製造コストが低い。
＜第４実施形態＞
　第４実施形態の蛍光センサ４０Ｃは、蛍光センサ４０と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図７に示すように、蛍光センサ４０Ｃは、インジケータ１９の側面に反射層（第２の反射層）４２を具備する。第２の反射層４２は、反射層４１と同様に、インジケータ１９が発生した蛍光を反射し、ＰＤ素子に入射させる。ただし、反射層４１と異なり体液が通過可能である必要はない。
　第２の反射層４２は、センサ枠１７の内面に、反射層４１と同様の材料を用いて配設されるが、同一の材料である必要はない。第２の反射層４２は、センサ枠１７と接着剤を介して接合してもよいし、直接、形成してもよい。また、第２の反射層４２の上に透明保護層を形成してもよい。
　図７に示すように、蛍光センサ４０Ｃでは、インジケータ１９が発生した蛍光のうち、第２の反射層４２により反射された蛍光Ｆ５も、ＰＤ素子１２に入射する。蛍光センサ４０Ｃは蛍光センサ４０と同じ効果を有し、より多くの蛍光がＰＤ素子１２に入射するため、高感度である。
　なお、センサ枠１７の内面を蛍光を反射するように鏡面加工することで、センサ枠１７に第２の反射層４２の機能を付与してもよい。
　蛍光センサ４０、４０Ａ、４０Ｂにおいても、蛍光センサ４０Ｃと同様にインジケータ１９の側面に反射層（第２の反射層）４２を具備することで、より高感度とすることができる。
＜第５実施形態＞
　第５実施形態の蛍光センサ４０Ｄは、蛍光センサ４０と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図８に示すように、蛍光センサ４０Ｄは、従来の蛍光センサ１１０と類似した構造を有する。蛍光センサ４０Ｆは透明基板１１Ｄを具備し、透明基板１１Ｄの下面からＰＤ素子基板１２Ａの隙間１２Ｂを通過した励起光Ｅがインジケータ１９に入射する。
すなわち、励起光Ｅは透明基板１１Ｄ／隙間１２Ｂを通過し透明中間層１５に進入し、透明中間層１５内に配置した集光機能部１５Ｄにより集光されてインジケータ１９に入射する。インジケータ１９では、励起光と、遮光層１８および反射層４１を通過して侵入したアナライト２との相互作用によって、インジケータ１９に存在するアナライト量に応じた強度の蛍光が様々な方向へと放射状に発光する。このうち、ＰＤ素子１２Ｄの方向に発光した蛍光Ｆ２は、ＰＤ素子１２Ｄに直接入射する。さらに、インジケータ１９内からＰＤ素子１２Ｄとは反対の方向に発光した蛍光Ｆ４は、反射層４１によってＰＤ素子１２Ｄ側に反射され、ＰＤ素子１２Ｄに入射する。ＰＤ素子１２Ｄは、入射した蛍光量に応じた電気信号を出力するため、蛍光センサ４０Ｄは、反射層のない蛍光センサに比べて、蛍光Ｆ３、Ｆ４の光量分だけ、出力が増大する。
　蛍光センサ４０Ｄは、蛍光センサ４０と同様の効果を有する。すなわちＰＤ素子１２Ｄが受光する蛍光の光量が増え、センサ出力が増大する。このため従来の蛍光センサに比べて高感度であり、正確なアナライトの検出が可能となるとともに微量のアナライトでも精度良く検出する。
　なお、蛍光センサ４０Ｄにおいても、反射層として貫通孔のある金属、高屈折率層と低屈折率層との積層膜、高反射率粒子を含有する多孔質を用いる。また、インジケータ１９の側面に蛍光を反射する第２の反射層を配設してもよい。
＜第６実施形態＞
　第６実施形態の蛍光センサ４０Ｅは、蛍光センサ４０と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。蛍光センサ４０Ｅは、インジケータ１９の側面側にＰＤ素子１２が配設されている。
　図９に示すように、蛍光センサ４０Ｅでは、シリコン等の半導体からなる基板１１Ｅに形成された凹部の側面にＰＤ素子１２Ｅが形成され、凹部の底面に発光素子１４が配設されている。なお、凹部の開口面は底面よりも広く、側面は、底面に対して垂直ではなく所定の角度θで傾斜している。
　なお、凹部となる額縁形状のセンサ枠と平面状基板とを接合することにより、凹部を有する基板１１Ｅが作製されてもよい。
　また、ＰＤ素子１２Ｅおよびフィルタ１３Ｅを覆う透明中間層１５の凹部にインジケータ１９が配設されており、反射層４１と遮光層１８とにより、凹部が封止されている。
　次に、蛍光センサ４０Ｅの製造方法について簡単に説明する。なお、１個の蛍光センサ４０Ｅ毎に製造してもよいが、ウエハプロセスとして一括して多数のセンサを製造することが好ましい。
　すなわち、最初に、複数の素子が作製可能な面積を有するシリコンウエハの第１の主面に複数のマスク部を有するマスク層が作製される。そして、エッチング法により、主面と平行な底面のある複数の凹部が形成される。
　エッチング法としては、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などを用いるウエットエッチング法が望ましいが、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）などのドライエッチング法も用いることができる
　例えば、シリコンウエハとしてシリコン（１００）面を用いた場合には、（１１１）面のエッチング速度が（１００）面に比べて遅い異方性エッチングとなるため、凹部の側面は（１１１）面となり、（１００）面（底面）との角度は、５４．７４度となる。
　次に、それぞれの凹部の側面にＰＤ素子１２Ｅが公知の半導体プロセスにより形成される。側面は垂直でもよいが、傾斜している凹部は、側面が垂直な凹部に比べてＰＤ素子１２を形成できる面積が広いだけでなく、側面へのＰＤ素子１２の形成が容易である。なお側面の傾斜角度が３０～７０度であれば、上記効果が顕著である。
　次に、側面のＰＤ素子１２Ｅ上にフィルタ１３Ｅが配設される。なお、フィルタ１３Ｅ上に酸化シリコン層等の透明保護層を形成してもよい。次に、複数の凹部の底面に、それぞれ発光素子１４が配設される。さらに、アモルファスフッ素樹脂からなる透明中間層１５Ｅを形成後に、その凹部内にインジケータ１９が配設される。さらに、凹部の開口を塞ぐように反射層４１および遮光層１８が配設される。最後に。複数のセンサが形成されたシリコンウエハが個片化され、蛍光センサ４０Ｅが完成する。
　蛍光センサ４０Ｅは蛍光センサ４０等と同様の効果を有し、さらに基板１１Ｅがセンサ枠を兼ねており、かつＰＤ素子形成面である凹部の側面が傾斜しているため製造が容易である。
　なお、複数の上記実施形態において説明した蛍光センサ全体の形状は直角柱形状であったが、台形形状、側面が湾曲した形状、またはセンサ側面の一方向を延設した針型の蛍光センサ等であってもよい。
　また、グルコース等の糖類を検出するセンサを例に説明したが、蛍光センサは、蛍光色素の選択によって、酵素センサ、ＰＨセンサ、免疫センサ、または微生物センサ等の多様な用途に対応することができる。
　すなわち、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
　本出願は、２０１１年６月８日に日本国に出願された特願２０１１－１２８６２７号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (15)

  1. 　蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、
    　アナライトおよび励起光により前記蛍光を発生するインジケータと、
    　前記インジケータの上に配設され、前記アナライトを含む体液が通過可能であり、かつ前記蛍光を前記光電変換素子の方向に反射する反射層と、を具備することを特徴とする蛍光センサ。
  2. 　前記反射層の上に、外光および前記励起光を遮り、かつ、前記体液が通過可能な遮光層を具備することを特徴とする請求項１に記載の蛍光センサ。
  3. 　前記インジケータの側面に配設された、前記蛍光を反射する第２の反射層を具備することを特徴とする請求項１に記載の蛍光センサ。
  4. 　前記反射層に、前記体液が通過可能な孔があることを特徴とする請求項２に記載の蛍光センサ。
  5. 　前記孔が、前記励起光の波長以下の外寸の貫通孔であることを特徴とする請求項４に記載の蛍光センサ。
  6. 前記反射層が、金属からなることを特徴とする請求項５に記載の蛍光センサ。
  7. 　前記反射層が、前記蛍光を選択的に反射する、異なる複数の材料の層を積層させた多層膜からなることを特徴とする請求項５に記載の蛍光センサ。
  8. 　前記多層膜が、高屈折率層と低屈折率層との積層膜からなることを特徴とする請求項７に記載の蛍光センサ。
  9. 　前記反射層が、高反射率粒子を含有する多孔質材料からなることを特徴とする請求項４に記載の蛍光センサ。
  10. 　前記高反射率粒子の粒径が、前記蛍光波長の１／２であることを特徴とする請求項９に記載の蛍光センサ。
  11. 　前記高反射率粒子が、屈折率１．９０以上２．８０以下の材料からなることを特徴とする請求項１０に記載の蛍光センサ。
  12. 　前記高反射率粒子が、酸化チタン、酸化亜鉛、ダイヤモンド、または硫化亜鉛のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の蛍光センサ。
  13. 　前記高反射率粒子が、表面にアルミナ層を有するルチル型酸化チタンであることを特徴とする請求項１２に記載の蛍光センサ。
  14. 　前記光電変換素子を覆うように配設された、前記蛍光を透過し励起光を遮るフィルタと、
    　前記フィルタの上に配設された前記励起光を発生する発光素子と、
    　前記発光素子の上に配設された透明中間層と、を、具備し、
    　前記透明中間層の上に前記インジケータが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光センサ。
  15. 　前記光電変換素子を覆うように配設された、前記蛍光を透過し励起光を遮るフィルタと、
    　前記励起光を発生する発光素子と、
    　前記発光素子の上に配設された透明中間層と、を具備し、
    　前記光電変換素子が、前記インジケータが配設されたセンサ枠の壁面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光センサ。
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