(57)【要約】【課題】従来の方法では、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光に起因する迷光が光学プローブに入射するという課題があった。このため、光学プローブの検出精度が低下するという課題があった。【解決手段】本発明の光学プローブ保持具は、被検体の表面と粘着し、前記光学プローブを前記被検体に近接させたまま保持する粘着層と、前記粘着層の上に設けられた、迷光を遮る遮光層と、前記光学プローブと前記粘着層と前記遮光層とを保持する保持部とを備えることを特徴とする。【選択図】図１１
2014174140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内から前記被検体外へ放射される戻り光に基づいて前記被検体の状態を検出するための光学プローブを保持するための光学プローブ保持具であって、
前記光学プローブは、前記被検体に照射光を照射する照射部と、前記戻り光を受光する受光部とを備え、
前記被検体の表面と粘着し、前記光学プローブを前記被検体に近接させたまま保持する粘着層と、
前記粘着層の上に設けられた、迷光を遮る遮光層と、
前記光学プローブと前記粘着層と前記遮光層とを保持する保持部と
を備える、光学プローブ保持具。
【請求項２】
前記遮光層は、前記光学プローブの位置を中心とした円の範囲にわたって設けられており、
前記円の直径は、２０ｍｍ以上である、
請求項１記載の光学プローブ保持具。
【請求項３】
前記遮光層は、光反射層を含み、
前記光反射層は、前記被検体外からの迷光を反射し、前記迷光の前記被検体内への入射を遮る、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学プローブ保持具。
【請求項４】
前記遮光層は、光吸収層を含み、
前記光吸収層は、前記光反射層と前記粘着層との間に設けられており、
前記光吸収層は、前記被検体内からの迷光を吸収する、
ことを特徴とする請求項３記載の光学プローブ保持具。
【請求項５】
前記遮光層は、光吸収層を含み、
前記光吸収層は、前記被検体外からの迷光を吸収し、前記迷光の前記被検体内への入射を遮る、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学プローブ保持具。
【請求項６】
前記光吸収層は、７８５〜９３０ｎｍの光を吸収する光吸収材で形成されている、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の光学プローブ保持具。
【請求項７】
空気を含有する通気層をさらに備え、
前記通気層は、前記粘着層と前記遮光層の間に設けられる、
請求項１〜６のいずれかに記載の光学プローブ保持具。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の光学プローブ保持具と、
前記光学プローブと、
前記照射光を発光する発光手段と、
前記受光部が受光する前記戻り光に基づいて、前記被検体の状態を検出する検出手段と、
を備える、検出装置。
【請求項９】
前記被検体内には、基板が埋め込まれており、
前記基板は、金属部材を具備し、前記照射部から照射された照射光により表面増強ラマン散乱光を発生し、
前記戻り光は、前記基板から発生する前記表面増強ラマン散乱光である、
請求項８記載の検出装置。
【請求項１０】
前記被検体は生体であり、
前記検出手段は、前記受光部が受光する前記戻り光に基づいて、前記被検体の状態として、前記生体の生体成分の濃度を測定する、
請求項８または９に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内から被検体外へ放射される戻り光に基づいて被検体の状態を検出するための光学プローブ保持具、および、これを用いた検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体に照射された光の反射光、散乱光、または透過光に基づいて、当該生体に含有されるグルコースのような生体成分の濃度が計測される。より具体的には、生体成分のラマン散乱光が観測され、当該ラマン散乱光の強度に基づいて生体成分の濃度が算出される。
【０００３】
従来より、ラマン分光法は様々な応用に用いられており、例えば、ラマン分光法を用いて生体成分の濃度を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ラマン分光法を用いることにより、生体成分中の特性成分の濃度を消耗品である試薬、試験紙片及び酵素などを不要にし、さらにはそれらの消耗品の使用前の保存安全性や使用後の廃棄の問題、誤差を生じる原因となる煩雑な操作や他の成分による干渉作用などの問題をなくし、さらに多成分を同時に定量測定することができる。
【０００４】
表面増強ラマン分光測定方法としては、分析対象物質と量論関係をなすラマン活性物質に、群をなしている貴金属コロイドからなる表面増強ラマン散乱の基質を共存させて、その増強電場による表面増強ラマン散乱を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。本技術によると、表面増強ラマン散乱を近赤外領域の光の波長を用いて高効率で励起でき、近赤外領域の光で励起することにより、近赤外領域においてラマン分光法によって分析することにより、分析対象物が含有されるマトリックス中のきょう雑物の光吸収や蛍光といった影響を排除して、分析対象物の検出において特異性・選択性を向上させることが可能となる。
【０００５】
ラマン分光法において、ラマン散乱を励起する際に試料に対して入射する励起レーザ光が迷光となり、測定精度に悪影響を及ぼす。
【０００６】
特許文献３は、第１と第２の偏光子の間にＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族カルコパイライト型化合物半導体結晶を配置した帯域除去フイルタを散乱光の光路中に配置することにより、迷光を十分に除去可能にし、取扱いの容易化を図ることにより、小型かつ安価で、迷光を除去できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−０７９９８２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０５４３５号公報
【特許文献３】特開平３−２７７９２８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｃｈａｎｄａ  Ｒａｎｊｉｔ  Ｙｏｎｚｏｎ，  Ｃｒｉｓｔｙ  Ｌ．  Ｈａｙｎｅｓ，  Ｘｉａｏｙｕ  Ｚｈａｎｇ，  Ｊｏｓｅｐｈ  Ｔ．  Ｗａｌｓｈ，  Ｊｒ．，  Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｐ．  Ｖａｎ  Ｄｕｙｎｅ，  “Ａ  Ｇｌｕｃｏｓｅ  Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ，  Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，  Ｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ，  ａｎｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｏ  Ｓｅｒｕｍ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ”，  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，  Ｖｏｌ．  ７６，  ７８−８５，  ２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の方法では、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光に起因する迷光が、光学プローブに入射するという課題があった。このため、光学プローブの検出精度が低下するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の例示的な形態として以下のものが提供される。
【００１１】
被検体内から前記被検体外へ放射される戻り光に基づいて前記被検体の状態を検出するための光学プローブを保持するための光学プローブ保持具であって、前記光学プローブは、前記被検体に照射光を照射する照射部と、前記戻り光を受光する受光部とを備え、前記被検体の表面と粘着し、前記光学プローブを前記被検体に近接させたまま保持する粘着層と、前記粘着層の上に設けられた、迷光を遮る遮光層と、前記光学プローブと前記粘着層と前記遮光層とを保持する保持部とを備える、光学プローブ保持具。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光に起因する迷光が、光学プローブに入射する量を低減することができる。これにより、光学プローブの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る生体成分濃度測定用光学プローブ保持具の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１に係る生体成分濃度測定用光学プローブ保持具の構成を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００の別の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態２に係る生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００の別の構成を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態３に係る生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００のさらに別の構成を示す断面図
【図６】生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００を備えた生体成分測定装置の概略図
【図７】生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００の使用状態を示す概略図
【図８】実施の形態１にかかる生体成分濃度測定用光学プローブ保持具を利用した場合の光線追跡シミュレーション結果の一例を示す図
【図９】本発明の実施の形態１の生体成分濃度測定用光学プローブ保持具を利用しない場合の光線追跡シミュレーション結果の一例を示す図
【図１０】本発明の実施の形態１の生体成分濃度測定用光学プローブ保持具の大きさと迷光の検出量の関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図
【図１１】実施の形態１における光学プローブ保持具の構成を示す図
【図１２】実施の形態１における検出装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１１は、実施の形態における光学プローブ保持具１０００の構成を示す図である。図１１には、光学プローブ１１０３の構成も示されている。
【００１５】
実施の形態における光学プローブ保持具１０００は、被検体内から被検体外へ放射される戻り光に基づいて被検体の状態を検出するための光学プローブ１１０３を保持するための光学プローブ保持具である。
【００１６】
光学プローブ１１０３は、被検体に照射光を照射する照射部１２０１と、戻り光を受光する受光部１２０２とを備える。
【００１７】
光学プローブ保持具１０００は、粘着層１１０２と、遮光層１１０１と、保持部１１０４とを備える。
【００１８】
粘着層１１０２は、被検体の表面と粘着し、光学プローブを被検体に近接させたまま保持する。
【００１９】
遮光層１１０１は、迷光を遮る。遮光層１１０１は、粘着層の上に設けられる。
【００２０】
保持部１１０４は、光学プローブ１１０３と粘着層１１０２と遮光層１１０１とを保持する。
【００２１】
以上の構成によれば、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光に起因する迷光が、光学プローブに入射する量を低減することができる。これにより、光学プローブの検出精度を向上させることができる。
【００２２】
図１２は、実施の形態における検出装置２０００の構成を示す図である。
【００２３】
実施の形態における検出装置２０００は、光学プローブ保持具１０００と、光学プローブ１１０３と、発光手段２００１と、検出手段２００２とを備える。
【００２４】
発光手段２００１は、照射光を発光する。
【００２５】
検出手段２００２は、受光部が受光する戻り光に基づいて、被検体の状態を検出する。
【００２６】
なお、検出装置２０００は、発光手段２００１と照射部１２０１をつなぎ、照射光を導く導光手段をさらに備えていても良い。また、検出装置２０００は、受光部１２０２と検出手段２００２をつなぎ、戻り光を導く導光手段をさらに備えていても良い。これらの導光手段は、例えば、レンズや、光ファイバーなどで、構成されていても良い。
【００２７】
以下、光学プローブ保持具、および、検出装置の具体例を、実施形態１〜４として説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
実施の形態１による光学プローブ保持具、および、検出装置が、図面を参照しながら、以下、説明される。
【００２９】
以下、実施の形態１では、被検体として、生体が例示される。
【００３０】
また、実施の形態１では、検出手段は、受光部が受光する戻り光に基づいて、被検体の状態として、生体の生体成分の濃度を測定する。
【００３１】
すなわち、実施の形態１では、検出装置として、生体成分濃度測定装置が例示される。
【００３２】
また、実施の形態１では、光学プローブとして、生体成分濃度測定用光学プローブが例示される。
【００３３】
また、実施の形態１では、保持部として、アタッチメントが例示される。
【００３４】
図１、図２には、生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００が示されている。図６には、生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００を用いた生体成分濃度測定装置１２０が示されている。
【００３５】
実施の形態１の生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００は、遮光層１０１、生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００を生体組織（図示せず）に固定・保持する粘着層１０２、光学プローブ１０３を嵌合し保持し、かつ、光学プローブ１０３を着脱可能なアタッチメント１０４から構成される。
【００３６】
光ファイバー１０５は、生体成分濃度測定装置（１２０）に接続され、光学プローブ１０３に生体成分濃度測定装置から放射された光（照射光）を送達し、かつ、前記生体から外へ放射される光（戻り光）を光学プローブ１０３を介して生体成分濃度測定装置１２０に送達する。
【００３７】
光学的計測により生体成分濃度を測定する際、生体成分濃度測定に関連のない光、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光が検出されることにより、測定に悪影響を与えていた。
【００３８】
これに対して、実施の形態１にかかる生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００は、遮光層１０１を備える。
【００３９】
このように、遮光層を備えることにより、生体成分濃度測定に関連のない、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光に起因する迷光が、前記光学プローブに入射する量を低減することができる。これにより、生体成分濃度測定の精度を向上させることができる。
【００４０】
ここで、本実施の形態１において、遮光層１０１は、光反射層１０６を含んでも良い。光反射層１０６は、生体（被検体）外からの迷光を反射し、迷光の生体内への入射を遮る。
【００４１】
このようにすることにより、光反射層により、生体成分濃度測定に関連のない、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光は、生体内に入射されることなく体外へ反射され、生体成分濃度測定装置により検出されない。したがって、生体成分濃度測定に関連のない、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光により、生体成分濃度測定が悪影響を受けない。このため、測定精度を向上することができる。
【００４２】
ここで、光反射層１０６としては、光を反射させることができる材質のものであれば、公知の技術を特に限定することなく利用することができる。光反射層１０６としては、例えば、金、銀、アルミニウム、チタン、銅などの金属薄膜を利用することができる。金属薄膜のような薄く、展性、延性がある材質を利用することにより、生体へ保持する際に柔軟性があるため好ましい。
【００４３】
金属薄膜を利用する際、金属の厚みは、５０ナノメートル以上であることが、生体成分濃度測定に関連のない、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光を十分に反射させるという観点から好ましい。金属の厚みは、１００ナノメートル以上であることがさらに好ましい。
【００４４】
本実施の形態１では、遮光層１０１として、光反射体を利用した例を用いて説明した。しかし、生体成分濃度測定に関連のない、例えば、太陽光、照明光等の周囲環境からの光を生体内に入射する光量を低減することが可能な材質であれば特に限定することなく利用することができる。例えば、遮光層１０１として、図３に示すように光吸収材、あるいは、光散乱体（図示せず）等が利用されうる。
【００４５】
すなわち、例えば、遮光層は、光吸収層を含んでいても良い。光吸収層は、生体（被検体）外からの迷光を吸収し、迷光の生体内への入射を遮る。
【００４６】
光吸収層を構成する光吸収材としては、公知技術を特に限定なく利用することができる。光吸収材としては、例えば、ジイモニウム塩、ニッケルジチオール系、ポリメチン系、フタロシアニン系の物質が混ぜられたポリマー材料を利用することができる。
【００４７】
なお、光散乱体としては、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル、尿素樹脂、メラミン樹脂等の不透明なポリマー材料を利用することができる。
【００４８】
図８は、実施の形態１にかかる生体成分濃度測定用光学プローブ保持具を利用した場合の光線追跡シミュレーション結果の一例を示している。また、図９は、実施の形態１の生体成分濃度測定用光学プローブ保持具を利用しない場合の光線追跡シミュレーション結果の一例を示している。
【００４９】
シミュレーションの条件としては、遮光層（シミュレーション）１１１は、光反射層とした。基板（シミュレーション）１１５は生体組織（シミュレーション）１３５と対向する表面と生体組織（シミュレーション）１３５の表面との深さが１ｍｍとなるように配置した。基板（シミュレーション）１１５の大きさは、１辺１ｍｍ、高さ約０．３ｍｍの直方体形状である。光源（シミュレーション）１１４、光学プローブの開口部（シミュレーション）１１３の位置は、それぞれ、生体組織（シミュレーション）１３５からの距離が５ｍｍ、０ｍｍと設定されている。また、本シミュレーションにおいて、光学プローブは、モデル化していない。基板１１５の表面（図示せず）は、実際は、大きさがナノオーダーである金属部材を備えるが、シミュレーションではモデル化していない。また、生体組織（シミュレーション）１３５は、角質層、表皮層、乳頭真皮、網状真皮、皮下組織の５層でモデル化されており、屈折率として、角質層、１．５５、表皮は１．５０、乳頭真皮は、１．３６、網状真皮は、１．３８、皮下組織は、１．４４である。また、生体組織の散乱の位相は、Ｈｅｎｈｅｙ−Ｇｒｅｅｎｓｔｅｉｎモデルでモデル化され、各層の異方性パラメータは、角質：０．９、表皮：０・８５６２、乳頭真皮：０．８６６１５、網状真皮：０．８６６１５、皮下組織：０．９である。また、各層の散乱係数は、角質：１４．３６、表皮：９．９８６２６、乳頭真皮：９．９８６２６、網状真皮：９．９８６２６、皮下組織：１１．８、（単位は、ｃｍ−１）、吸収係数は、０．０００２８、表皮：１．４５８６、乳頭真皮：０．０６６６、網状真皮：０．００５４６、皮下組織：０．１１（単位はｃｍ−１）である。また、光源（シミュレーション）１１４より放射した光線の光の強度は合計１ｍＷであり、光線の本数は、２０，０００，０００本で、このうち、２，０００本を光線（シミュレーション）１１２として描画している。
【００５０】
また、光源（シミュレーション）１１４から出る光線（シミュレーション）１１２の放射特性は、ランバーティアンで近似され、光源（シミュレーション）１１４は、外部からの迷光を模擬している。
【００５１】
図８と図９の光線（シミュレーション）１１２から分かる通り、光源（シミュレーション）１１４から放射された光線は、遮光層（シミュレーション）１１１で反射される。このため、生体組織（シミュレーション）１３５中に入射した光線の数は、遮光層（シミュレーション）１１１が存在しない場合に比較して少ない。この結果として、光学プローブの開口部（シミュレーション）１１３に到達する光線数が少なくなる。その結果、迷光が検出されにくくなる。
【００５２】
図１０には、実施の形態１の生体成分濃度測定用光学プローブ保持具の大きさと迷光の検出量の関係を示すシミュレーション結果の一例を示している。なお、図１０のシミュレーションの条件は、遮光層の直径を除いて、上述した図８および図９のシミュレーションの条件と同じである。
【００５３】
図１０から、遮光層の直径が２０ｍｍより大きければ、迷光がほとんど検出されないことがわかる。このため、遮光層の直径は、２０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００５４】
すなわち、遮光層は、光学プローブの位置を中心とした円の範囲にわたって設けられていても良い。このとき、円の直径は、２０ｍｍ以上であっても良い。
【００５５】
この構成によれば、迷光をより確実に遮光することができる。
【００５６】
以上のように、実施の形態１による光学プローブ保持具を用いることによって、迷光の影響を小さくすることができる。
【００５７】
（実施の形態２）
実施の形態２による光学プローブ保持具が、図４を参照しながら、以下、説明される。図４において、図１と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５８】
実施の形態１と比較して異なる点は、遮光層１０１として、光反射層１０６とともに、光吸収層１０７を備える点である。
【００５９】
すなわち、実施の形態２における光学プローブ保持具においては、遮光層は、光反射層を含んでいる。光反射層は、被検体外からの迷光を反射し、迷光の前記被検体内への入射を遮る。
【００６０】
さらに、実施の形態２における光学プローブ保持具においては、遮光層は、光吸収層を含む。このとき、光吸収層は、光反射層と粘着層との間に設けられる。光吸収層は、被検体内からの迷光を吸収する。
【００６１】
光吸収層１０７は、光反射層１０６と粘着層１０２の間に備えられる。このようにすることにより、生体組織内で散乱した光が光吸収層１０７に到達した段階で、光が吸収される。このため、迷光を除去する効率があがり、迷光の影響をより小さくすることができる。
【００６２】
光吸収層を構成する光吸収材としては、公知の技術を特に限定なく利用することができる。
【００６３】
なお、生体成分濃度測定装置で利用される光の波長域７８５〜９３０ｎｍの光を吸収することが好ましい。上記波長の光を吸収する光吸収材として、例えば、ジイモニウム塩、ニッケルジチオール系、ポリメチン系、フタロシアニン系の物質を利用することができる。
【００６４】
以上のように、実施の形態２による光学プローブ保持具を用いることによって、迷光の影響を小さくすることができる。
【００６５】
（実施の形態３）
実施の形態３による光学プローブ保持具が、図５を参照しながら、以下、説明される。図５において、図１と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。
【００６６】
実施の形態１と比較して異なる点は、遮光層１０１と粘着層１０２の間に、通気層１０８を備える点である。
【００６７】
すなわち、実施の形態３の光学プローブ保持具は、空気を含有する通気層をさらに備えている。このとき、通気層は、粘着層と遮光層の間に設けられる。
【００６８】
このようにすることにより、生体成分濃度測定用光学プローブ保持具を生体に装着する際、使用者から分泌される汗や発生する熱による不快感を軽減することができる。
【００６９】
通気層としては、公知の技術を特に限定なく利用することができる。例えば、通気層としては、含気率が高い布、不織布、メッシュ加工された布等が利用することが可能である。
【００７０】
以上のように、実施の形態３による光学プローブ保持具を用いることによって迷光の影響を小さくすることができ、かつ、使用者の不快感を軽減できる。
【００７１】
（実施の形態４）
実施の形態４の光学プローブ保持具を用いた生体成分濃度測定装置が、図６、７を参照しながら、以下、説明される。図６、および、図７において、図１と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７２】
図６は、生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００を備えた生体成分濃度測定装置の概略図を示している。図６のように生体成分濃度測定装置１２０は、光ファイバー１０５を介して接続される。
【００７３】
図７は、生体成分濃度測定用光学プローブ保持具１００の使用状態を示す概略図を示している。図７に示すように、皮膚は、表皮１３１、真皮１３２、および皮下組織１３３を具備する。これらの表皮１３１、真皮１３２、および皮下組織１３３はこの順に積層されている。
【００７４】
表皮１３１は生体の表面に位置する。表皮１３１は、およそ０．２〜およそ０．５ｍｍの厚さを有する。真皮１３２は、およそ０．５〜２ｍｍの厚さを有する。基板１５０は、真皮１３２に埋め込まれ、組織細胞間の体液である細胞間質液（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  ｆｌｕｉｄ）に浸されて維持されている。皮下組織１３３は、主に脂肪組織から構成される。
【００７５】
真皮１３２は複数の毛細血管を有するので、体液は当該毛細血管中の生体成分を含有している。特にグルコースは高い浸透性を有するので、体液中のグルコース濃度は、血糖値との高い相関性を有する。
【００７６】
実施の形態４の検出装置においては、生体成分として、グルコースが例示される。
【００７７】
また、実施の形態４の検出装置においては、被検体内には、基板が埋め込まれている。基板は、金属部材を具備し、照射部から照射された照射光により表面増強ラマン散乱光を発生する。このとき、戻り光は、基板から発生する表面増強ラマン散乱光である。
【００７８】
すなわち、例えば、図７に示されるように、表皮１３１と向かい合う様に、基板１５０は真皮１３２中に埋め込まれる。表皮１３１から基板１５０までの距離は、およそ１ｍｍである。なお、金属部材（図示せず）は、表皮１３１側の面に形成されている。
【００７９】
生体成分濃度測定装置１２０は、発光手段の一部として光源と、検出手段の一部として、前記基板１５０から発生した表面増強ラマン散乱光を分光・検出する分光器を備えている。
【００８０】
基板１５０は、金属部材を具備し、前記光源から照射された光により表面増強ラマン散乱光を発生する。
【００８１】
ここで基板１５０は、およそ１ｍｍの直径およびおよそ１ｍｍの厚みを有する。基板１５０の材料の例は、ポリプロピレンや高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタンなどの生体適合性を持つ樹脂、ガラス、またはシリコンである。
【００８２】
金属粒子を形成する際、公知技術を特に限定することなく利用できる。例えば、金属粒子１３を形成する際、フォトリソグラフィー技術、ナノスフィアリソグラフィー技術等を利用することができる。
【００８３】
次に、実施の形態４における生体成分濃度測定装置の動作について説明する。
【００８４】
測定装置は、光源９、および分光器７を具備する。測定装置は、必要に応じて、バンドパスフィルタ、レンズ系、ビームスプリッター、およびコンピュータを具備する。基板１５０は、あらかじめ、図７に示すように真皮１３２に埋め込まれている。
【００８５】
発光手段（例えば、光源など）から放射された照射光が、照射部（例えば、集光レンズなど）により生体に照射され、皮膚の表面を透過する。皮膚に埋め込まれた基板１５０は透過した光によって照射され、表面増強ラマン光をそこで発生させる。
【００８６】
次に、基板から発生した表面増強ラマン光（戻り光）は、受光部で受光された後、検出手段により検出される。例えば、基板から発生した表面増強ラマン光は、レンズ系により集光され、ビームスプリッターにより、反射され、レンズ系により、集光された後に、分光器により検出される。
【００８７】
ここで、分光器としては、公知の技術を特に限定なく利用することができる。例えば、ツェルニーターナー型分光器、エシェル型分光器、フラットフィールド型分光器、フィルター型分光器等が利用できる。
【００８８】
光源からの光によって基板１５０が照射されると、金属粒子上で表面プラズモン共鳴が生じ、金属粒子の近傍における電磁場強度を増強する。これは、金属粒子の近傍（０．５〜３０ｎｍ以内）に位置する生体物質のラマン散乱光の増強をもたらす。このようにして、表面増強ラマン散乱光が発生する。表面増強ラマン散乱光の増強効果は、励起光５の電場増強効果と、ラマン散乱波長の電場増強効果の積に比例する。このため、表面プラズモン共鳴波長を光源の光の波長、かつ、局在化共鳴プラズモン共鳴波長を、例えばグルコースのラマン散乱波長に合わせることが好ましい。
【００８９】
また、グルコースの表面増強ラマン散乱光を測定するためには、非特許文献１が示すとおり、グルコースを金属粒子１４近傍に一時的に保持するために、例えば、金属粒子１４上に１１−メルカプトウンデカノールトリエチレングリコールエーテルの自己組織化単層膜を設けることが好ましい。このようにすることにより、グルコースを金属粒子１４近傍に保持するだけでなく、生体中に多数存在するタンパク質が基板１５０に吸着することを防止できる。
【００９０】
表面増強ラマン散乱光の強度は、通常のラマン散乱光の強度の１０４倍〜１０９倍大きい。従って、金属粒子８の近傍で発生する表面増強ラマン散乱光は、皮膚表面（角質層を含む）、表皮１３１、または真皮１３２において発生するラマン散乱光よりも遥かに大きい強度を有する。これは、金属粒子の近傍の体液に含有されている生体成分由来のラマン散乱光が選択的に増強されていることを意味する。このようにして、生体成分のうち、金属粒子近傍以外からの妨害成分の影響が低減される。
【００９１】
生体に含有されるグルコースのような生体成分の量は、生体に含有される妨害成分の量よりもずっと低い。従って、グルコースの通常のラマン散乱光は、皮膚表面（表皮１３１の角質層）、表皮１３１、または真皮１３２に含有される妨害成分のラマン散乱光と比べて極めて小さい強度を有する。このような理由から、グルコースの通常のラマン散乱光を抽出することは難しい。
【００９２】
しかし、基板１５０により、真皮１３２中の体液に含まれる金属粒子の近傍のグルコースのラマン散乱光が選択的に増強され得る。これが、グルコースのラマン散乱光の強度が妨害物質のラマン散乱光の強度と比較して選択的に大きくなることをもたらす。グルコースの表面増強ラマン散乱光の強度は、グルコースの濃度に比例するため、グルコースの表面増強ラマン散乱光の強度より、グルコースの濃度が算出され得る。
【００９３】
グルコースの濃度の算出の一例が以下に説明される。
【００９４】
非特許文献１に示されているように、グルコースの表面増強ラマン散乱光スペクトルは、１０００ｃｍ−１〜１５００ｃｍ−１であるラマンシフトの範囲に、グルコース特有の複数のピークを有する。
【００９５】
当該複数のピークの中でも、ラマンシフトが１１２０（ｃｍ−１）にあるピークは、アルブミンおよびクレアチニンのラマン散乱光スペクトルのピークに重ならない。従って、当該ラマンシフトが１１２０（ｃｍ−１）にある表面増強ラマン散乱光の強度は、グルコースの濃度にのみ比例する。
【００９６】
励起光５が７８５ｎｍの波長を有する場合、８６０．７ｎｍの波長を有する光が透過するフィルタ１３が利用される。８６０．７ｎｍの波長は、７８５ｎｍの波長に対応する波数よりも１１２０ｃｍ−１だけ小さい波数に対応する。
【００９７】
波長λと波数ｋとの間の関係は以下の等式（Ｉ）を充足する。
【００９８】
ｋ（ｃｍ−１）＝１０７／λ（ｎｍ）  ・・・（Ｉ）
７８５ｎｍの波長λを波数ｋに換算した値は１２７３９（ｃｍ−１）である。グルコース特有のピークの波数は、１２７３９（ｃｍ−１）よりも１１２０（ｃｍ−１）だけ小さい。よって、当該波数は、以下の等式によって計算される：１２７３９（ｃｍ−１）−１１２０（ｃｍ−１）＝１１６１９（ｃｍ−１）。波長に換算された１１６１９（ｃｍ−１）の波数の値は８６０．７ｎｍである。
【００９９】
これらの表面増強ラマン散乱光６の分光は、分光器７にて実施される。分光器７にて分光された、例えば、グルコースに特有な１０００〜１５００ｃｍ−１の分光スペクトルを、あらかじめ用意された検量線を利用することにより、グルコース濃度を算出することができる。検量線を作成する方法としては、例えば、部分最小２乗法アルゴリズム（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅ）を利用することができる。
【０１００】
以上のように、実施の形態４による検出装置を用いることによって、生体成分の濃度、例えば、グルコースの濃度を算出することができる。
【０１０１】
戻り光に基づいて被検体である生体の状態を検出する場合、生体組織の不均一性から、同じ場所を測定することがより好ましい。また、被検体内に埋め込まれている基板からの戻り光を利用する場合は、埋め込まれている基板に光を照射することが前提となるため、同じ場所を測定する必要がある。このため、実施の形態１〜４における光学プローブ保持具、および、検出装置のように、まず粘着層で被検体に保持部を固定し、この保持部に対して光学プローブを着脱可能にする。これにより、同じ場所を測定することが可能となる。したがって、検出・測定の精度をより向上させることができる。
【０１０２】
なお、実施の形態１〜４においては、被検体は、人体や動物であっても良い。もしくは、被検体は、無生物であっても良い。
【０１０３】
なお、実施の形態１〜４においては、検出手段は、被検体の状態として、被検体内における被検物質の存在の有無などを検出しても良い。もしくは、実施の形態１〜４においては、検出手段は、被検体の状態として、被検体内における被検物質の濃度を測定しても良い。
【０１０４】
このとき、被検物質は、例えば、グルコース、乳酸、ピルビン酸、アセト酢酸、３−ヒドロキシ酪酸（β−ヒドロキシ酪酸）などであっても良い。
【０１０５】
なお、実施の形態１〜４においては、遮光層の大きさは、粘着層の大きさと同じでなくても良い。例えば、遮光層は、粘着層よりも大きくても良い。もしくは、遮光層は、粘着層よりも小さくても良い。
【０１０６】
なお、実施の形態１〜４においては、戻り光は、表面増強ラマン散乱光のみに限られない。戻り光は、被検体内に埋め込まれた基板からのラマン散乱光や反射光や蛍光などであっても良い。もしくは、戻り光は、被検体の一部からの反射光や蛍光などであっても良い。戻り光は、それに基づいて、生体成分の濃度など、被検体の状態を検出可能なものであれば良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、例えば、生体におけるグルコース等の生体成分濃度を測定するために用いられ得る。
【符号の説明】
【０１０８】
１００    生体成分濃度測定用光学プローブ保持具
１０１    遮光層
１０２    粘着層
１０３    光学プローブ
１０４    アタッチメント
１０５    光ファイバー
１０６    光反射層
１０７    光吸収層
１０８    通気層
１１１    遮光層（シミュレーション）
１１２    光線（シミュレーション）
１１３    光学プローブの開口部（シミュレーション）
１１４    光源（シミュレーション）
１１５    基板（シミュレーション）
１２０    生体成分濃度測定装置
１３０    生体組織
１３１    表皮
１３２    真皮
１３３    皮下組織
１３５    生体組織（シミュレーション）
１５０    基板
【図１】
2014174140.tif 000003
【図２】
2014174140.tif 000004
【図３】
2014174140.tif 000005
【図４】
2014174140.tif 000006
【図５】
2014174140.tif 000007
【図６】
2014174140.tif 000008
【図７】
2014174140.tif 000009
【図１０】
2014174140.tif 000010
【図１１】
2014174140.tif 000011
【図１２】
2014174140.tif 000012
【図８】
2014174140.tif 000013
【図９】
2014174140.tif 000014