(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で高感度なバイオケミカルセンサとして、光導波路型のセンサがある。光導波路型センサにより、例えば、糖尿病治療の際に重要な指標となるグルコースを検出することができる。このような光導波路型のセンサにおいて、低濃度の検体においても安定した検出値を得ることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９６４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、安定した検出値を得る光導波路センサ、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を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、光導波部と、面状部と、側部と、センシング材料層と、を含むカートリッジを備えた光導波路センサが提供される。前記光導波部は、光を導く。前記面状部は、前記光導波部と離間して対向する。前記側部は、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。前記センシング材料層は、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。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。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。
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。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】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２】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３】光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。
【図５】光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。
【図７】第１の実施形態に係る光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る光導波路センサの使用状態を例示する模式的断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の光導波路センサの構成及び使用状態を例示する模式的断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る別の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１１】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の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１２】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１３】第３の実施形態に係る光導波路センサの製造方法を例示するフローチャート図ある。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
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。
【０００８】
（第１の実施の形態）
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。
【０００９】
光導波部２０は、光を導く。光導波部２０は、主面２０ａを有する。光導波部２０には、例えば、樹脂層が用いられる。この樹脂層は、光導波部２０が導く光に対して透過性である。
【００１０】
面状部５０は、光導波部２０と離間して光導波部２０と対向する。
【００１１】
側部４０は、光導波部２０と面状部５０とに接する。側部４０は、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。
【００１２】
センシング材料層３０は、この空間３０ａの中において、光導波部２０に接しつつ面状部５０と離間する。センシング材料層３０の光学特性は、検体液との接触により変化する。
【００１３】
検体液は、光導波路センサ１１０が検出する検体を含む液である。検体は、例えばグルコースである。センシング材料層３０が検体液と接触することにより、センシング材料層３０の、光に対する吸収特性、散乱特性、反射特性、偏光特性及び旋光特性の少なくともいずれかを含む光学特性が変化する。例えば、センシング材料層３０には、検体としてグルコースを含む検体液との接触により、光の吸収特性が変化する層が用いられる。センシング材料層３０における光学特性の変化は、センシング材料層３０と検体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いる。
【００１４】
側部４０は、センシング材料層３０の側面を取り囲んでいる。側部４０の厚さは、センシング材料層３０の厚さよりも厚い。側部４０は、例えば、光導波部２０の主面２０ａの上において、センシング材料層３０の周囲に設けられる。
【００１５】
この例では、側部４０は、周囲壁部４１と、周縁部４２と、を含む。周囲壁部４１は、光導波部２０の主面２０ａにおいて、センシング材料層３０の周囲に設けられる。例えば、光導波部２０の主面２０ａ上に、枠状の周囲壁部４１が設けられ、周囲壁部４１の枠の内部にセンシング材料層３０が設けられる。周囲壁部４１には、例えば、樹脂が用いられる。周囲壁部４１は、センシング材料層３０の側面を保護する機能を有しても良い。
【００１６】
この例では、周縁部４２の一部は、周囲壁部４１の上に設けられている。この例では、周縁部４２は、光導波部２０の側面を覆っている。例えば、周縁部４２は、カートリッジ１１０ｃのケース部の一部である。この例では、カートリッジ１１０ｃのケース部は、蓋部４３をさらに含む。この例では、蓋部４３は、周縁部４２と連続的である。すなわち、ケース部のうちで、センシング材料層３０に対向する部分が蓋部４３であり、蓋部４３の周囲に設けられ、光導波部２０と接続される部分が周縁部４２に相当する。
【００１７】
この例では、ケース部に２つの孔（例えば検体液導入口４５及び排出口４６）が設けられている。後述するように、例えば、検体液導入口４５から、検体液が空間３０ａに導入され、検体液はセンシング材料層３０と接触する。なお、少なくとも周囲壁部４１と周縁部４２とが、側部４０に含まれる。
【００１８】
面状部５０は、側部４０に保持される。面状部５０は、センシング材料層３０と離間しつつセンシング材料層３０が設けられている空間３０ａを封止している。面状部５０には、例えば樹脂シート（樹脂フィルム）などが用いられる。
【００１９】
この例では、面状部５０は、シート部５１と、固定層５２と、を有している。シート部５１には、例えば、樹脂のシートまたは樹脂のフィルムなどが用いられる。固定層５２は、少なくともシート部５１と側部４０との間に設けられる。固定層５２は、シート部５１を側部４０に固定する。固定層５２には、例えば粘着層または接着層などが用いられる。固定層５２により、シート部５１が、側部４０に固定されている。ただし、固定層５２は必要に応じて設けられ、固定層５２は場合によっては省略できる。例えば、熱圧着により、面状部５０（シート部）が側部４０に固定される場合などは、固定層５２は省略できる。
【００２０】
この例では、カートリッジ１１０ｃは、基体部１０をさらに含む。基体部１０は、基体１３と、入射光方向変化部１１と、導波光方向変化部１２と、を含むことができる。光導波部２０は、基体１３の上に設けられている。入射光方向変化部１１及び導波光方向変化部１２に関しては後述する。
【００２１】
実施形態においては、センシング材料層３０が設けられる空間３０ａは、光導波部２０と側部４０と面状部５０とによって外部から遮断され、密閉されている。
【００２２】
例えば、空間３０ａにおける湿度は、外部における湿度よりも低く保たれている。例えば、空間３０ａは、一定条件に管理された気体で満たされている。この気体としては、例えば、空気及び不活性ガスの少なくともいずれかを用いることができる。例えば、空間３０ａは、窒素ガスなどにより満たされている。
【００２３】
これにより、空間３０ａの湿度が、外部の湿度から影響されることが抑制される。例えば、空間３０ａに外部から水分が侵入することが抑制される。これにより、空間３０ａの内部は、湿度が低く保たれている。空間３０ａにおける湿度は、例えば、３０％以下に保たれている。例えば、空間３０ａの湿度の変化は、外部の湿度の変化よりも小さい。これにより、センシング材料層３０に水分が過剰に付着することが抑制される。
【００２４】
後述するように、湿度が高い条件下にカートリッジ１１０ｃが置かれると、検体の検出値が不安定になることを発明者は突き止めた。実施形態においては、カートリッジの中の空間３０ａを湿度が低い状態に維持できる。これにより、安定した検出値を得る光導波路センサが提供できる。
【００２５】
以下、実施形態に係る光導波路センサ１１０の動作の例について説明する。  
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。
【００２６】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に表したように、光導波部２０は、主面２０ａと、主面２０ａとは反対側の裏面２０ｂと、を有する。主面２０ａにセンシング材料層３０が設けられている。基体部１０は、光導波部２０の裏面２０ｂに接している。例えば、基体部１０の基体１３には、ガラス基板が用いられる。
【００２７】
例えば、基体１３の上に、入射光方向変化部１１と導波光方向変化部１２とが設けられている。入射光方向変化部１１は、導波光方向変化部１２と離間している。この例では、入射光方向変化部１１及び導波光方向変化部１２には、回折格子が用いられている。すなわち、基体１３の２つの領域のそれぞれにおいて、例えば、１マイクロメートル（μｍ）程度の幅のパターンを有する複数の帯状のＴｉＯ２膜が設けられている。２つの領域におけるＴｉＯ２膜のそれぞれが、入射光方向変化部１１及び導波光方向変化部１２のそれぞれとなる。
【００２８】
このような基体１３の上に、例えば、透光性の樹脂層が設けられ、この樹脂層が光導波部２０となる。光導波部２０は、入射光方向変化部１１及び導波光方向変化部１２を覆っている。
【００２９】
光導波部２０の主面２０ａにおいて、主面２０ａに対して垂直な方向からみたときに、入射光方向変化部１１と導波光方向変化部１２との間の領域にセンシング材料層３０が設けられている。
【００３０】
図２（ｂ）に表したように、基体部１０の裏面の側に、入射部６１と検出部６２とが配置される。入射部６１から光（入射光１４）が出射される。入射光１４は、基体１３を通過して、入射光方向変化部１１に入射する。入射光方向変化部１１は、例えば、入射光１４を回折させ、入射光１４を光導波部２０に導入する。光導波部２０に導入された光は、導波光１５となる。導波光１５は、光導波部２０内を伝搬する。そして、導波光１５は、導波光方向変化部１２に入射する。導波光方向変化部１２は、例えば導波光１５を回折させ、導波光１５の方向を変化させ、出射光１７として、光導波部２０から外に出射させる。この出射光１７の強度が検出部６２により検出される。
【００３１】
このように、入射光方向変化部１１は、基体１３に入射する入射光１４の進行方向を変化させて、入射光１４を光導波部２０に導入する。光導波部２０に導光された入射光１４が導波光１５となる。導波光方向変化部１２は、光導波部２０内を導かれた光（導波光１５）の進行方向を変化させて、この光（導波光１５）を光導波部２０から取り出す。
【００３２】
導波光１５は、光導波部２０の主面２０ａと裏面２０ｂとで、例えば全反射し、これにより、導波光１５は、光導波部２０内を導かれる。このとき、光導波部２０に接して設けられるセンシング材料層３０の光学的特性が変化すると、導波光１５のエバネッセント光が変化するため、導波光１５（出射光１７）の強度が変化する。
【００３３】
実施形態においては、センシング材料層３０が検体液と接することでセンシング材料層３０の光学特性が変化し、この変化に応じてエバネッセント光の特性が変化する。その結果、出射光１７の強度が変化する。センシング材料層３０における光学特性の変化は、検体液中における検体の量（例えば濃度）と連動している。このため、出射光１７の強度のを検出することで、検体の量（例えば濃度）が測定できる。
【００３４】
図３は、光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。  
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。
【００３５】
図３に表したように、着色層の色素濃度Ｃ２の変化に対応して吸光度Ａｂｓが変化している。このように、着色層の色素濃度が異なると導波光１５のエバネッセント光が変化し、これにより、出射光１７の強度が変化する。実施形態に係る光導波路センサ１１０においては、この特性が利用される。
【００３６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。  
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。
【００３７】
図４（ａ）に表したように、時間ｔの経過と共に、光強度ＬＩが低下する。グルコースの濃度Ｃ１が高いと、光強度ＬＩの低下の程度は大きい。  
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。
【００３８】
図４（ｂ）は、時間ｔが１０ｓのときの光強度ＬＩの値を、検出パラメータ値として採用したときの特性を例示している。横軸は、グルコースの濃度Ｃ１である。縦軸は、時間ｔが１０ｓのときの光強度ＬＩから算出した吸光度Ａｂｓ１（相対値）である。  
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。
【００３９】
そして、本実施形態に係る光導波路センサ１１０は、非常に短い測定時間（例えば１０ｓ）で、グルコースの濃度Ｃ１を検出することができる。そして、検体の濃度が非常に低い場合でも高い精度でその濃度を測定できる。すなわち、光導波路センサ１１０は、高感度で短時間に検体の濃度を測定できる。
【００４０】
しかしながら、発明者の検討によると、光導波路センサにおいて検出値が不安定になることがあった。すなわち、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光動作路センサを用いた場合において、検出値が不安定になることがあった。そして、その特性を解析したところ、光導波路センサが保管されている環境の湿度によって検出値が変動する傾向が見られた。
【００４１】
図５は、光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。  
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。
【００４２】
図５は、このような光導波路センサ１１９を、湿度が異なる環境に一定期間保存し、その後、グルコースの濃度を測定した結果を例示している。図５の横軸は、環境の湿度ＨＭ（％）である。縦軸は、吸光度の正規化値Ａｂｓ１である。吸光度は、グルコースの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１０ｓの時の値である。この例では、グルコースの濃度Ｃ１は、０．１ｍｇ／ｄＬ〜３．０ｍｇ／ｄＬで変化させた。そして、吸光度の正規化値Ａｂｓ１は、それぞれのグルコースの濃度Ｃ１において、湿度ＨＭが２５％の時の値を１としてそれぞれの測定値を正規化した値である。
【００４３】
図５から分かるように、測定された吸光度（吸光度の正規化値Ａｂｓ１）は、グルコースの濃度Ｃ１だけでなく、環境の湿度ＨＭによっても大きく変化することが判明した。吸光度（吸光度の正規化値Ａｂｓ１）が湿度ＨＭによって変化するのは、センシング材料層３０に水分が付着し、センシング材料層３０の検体との反応性が変化するためであると考えられる。光導波路センサが使用される例えば医療現場の湿度ＨＭは、３０％〜８０％の間で変動すると考えられる。このため、このように変動する湿度においても安定した検出値を得ることが新たな課題として見出された。
【００４４】
従来のセンサとして、例えば、センシング用の液体に検体液を滴下して、この混合液の特性を測定する方法がある。このような方法においては、検出の感度が低く、かつ混合液が反応するまでの十分な時間が経過してから測定しているために上記のような問題が顕在化しなかったと考えられる。これに対し、実施形態に係る光導波路センサ１１０の構成においては、検出感度が高く、低濃度で検体の検出が行われる。また、測定時間を短縮することができる。さらに、図４（ａ）に例示したように、時間ｔの経過と共に変化する光強度ＬＩを用いる。このため、上記のように、湿度の影響が顕在化する。
【００４５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。  
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。
【００４６】
図６（ａ）に表したように、高湿度保管時間ｔ（８０％）が３０ｓ程度以下の短い場合は、吸光度Ａｂｓ２はあまり変化しない。
【００４７】
図６（ｂ）に表したように、高湿度保管時間ｔ（８０％）が１００ｓを超えると、吸光度Ａｂｓ２の変化が大きい。そして、高湿度保管時間ｔ（８０％）が長くなると吸光度Ａｂｓ２が上昇する。
【００４８】
以上から、高湿度に置かれる時間が３０ｓ程度以下に管理されれば、安定した測定値が得られることが分かった。このことから、光導波路センサが高湿度の環境に置かれた場合においても、センシング材料層３０を低い湿度に維持できる構成が得られれば、実用的な使用環境において湿度に影響され難い高い精度の検出が可能になると考えられる。
【００４９】
そこで、発明者は、図１に例示したように、センシング材料層３０を、光導波部２０と面状部５０と側部４０とで密閉した空間３０ａの内部に設け、センシング材料層３０が外部の湿度の影響を受けることが抑制される構成を採用した。
【００５０】
図７は、第１の実施形態に係る光導波路センサの特性を例示するグラフ図である。  
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。
【００５１】
図７に表したように、本実施形態に係る光導波路センサ１１０においては、高湿度保管時間ｔ（８０％）が６００ｓにおいても、初期と実質的に同じ値が得られている。
【００５２】
このように、実施形態に係る光導波路センサ１１０によれば、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。
【００５３】
光導波路センサ１１０によれば、ユーザの使用環境の制約が緩和され、幅広い使用環境で使用することができる。
【００５４】
本実施形態に係る光導波路センサ１１０においては、使用時よりも前の状態では、センシング材料層３０は、密閉されている。このため、使用時には適切な方法で、センシング材料層３０に検体液を接触させる操作が行われる。
【００５５】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る光導波路センサの使用状態を例示する模式的断面図である。  
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。
【００５６】
図８（ｂ）に表したように、使用時に、面状部５０を側部４０から分離しても良い。例えば、面状部５０が、光導波部２０と対向するシート部５１と、シート部５１と側部４０との間に設けられシート部５１を側部４０に固定する固定層５２と、を含む場合は、シート部５１を剥がしても良い。例えば、固定層５２は、側部４０及びシート部５１の少なくともいずれかから剥離可能である。これにより、シート部５１を側部４０から離すことができる。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。
【００５７】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の光導波路センサの構成及び使用状態を例示する模式的断面図である。  
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。
【００５８】
図９（ｂ）に表したように、面状部５０を全て剥離して、光導波路センサ１１１を使用することができる。また、面状部５０の一部を剥離しても良い。さらに、送液器具８１の先端で、面状部５０に貫通孔を形成しても良い。
【００５９】
図１０は、第１の実施形態に係る別の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。
【００６０】
袋体７０には、例えば、樹脂シートに金属膜を形成したフィルムを含む積層フィルムなどを用いることができる。これにより、袋体７０の内部に外部から水分が侵入することを抑制できる。
【００６１】
例えば、袋体７０の内部における湿度は、袋体７０の外部における湿度よりも低く保たれている。例えば、袋体７０の内部は、一定条件に管理された気体で満たされている。この気体としては、例えば、空気及び不活性ガスの少なくともいずれかを用いることができる。例えば、袋体７０の内部は、窒素ガスなどにより満たされている。
【００６２】
このような袋体７０の内部にカートリッジ１１０ｃを封入することで、高湿度の環境に長時間保管した場合においても、袋体７０の内部を低湿度に維持できる。これにより、カートリッジ１１０ｃの空間３０ａを低湿度に維持できる。
【００６３】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の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。
【００６４】
図１１（ａ）に表したように、光導波路センサ１１２においては、光導波部２０の裏面２０ｂに、入射光方向変化部２１及び導波光方向変化部２２が設けられる。
【００６５】
図１１（ｂ）に表したように、光導波路センサ１１３においては、光導波部２０の主面２０ａに、入射光方向変化部２１及び導波光方向変化部２２が設けられる。
【００６６】
このように、基体部１０は必要に応じて設けられる。また、入射光方向変化部及び導波光方向変化部は、基体部１０に設けても良く、光導波部２０に設けても良い。
【００６７】
なお、光導波路センサ１１１、１１２及び１１３において、袋体７０をさらに設けても良い。
【００６８】
（第２の実施形態）  
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。
【００６９】
光導波路センサ計測システム２１０は、さらに、入射部６１と、検出部６２と、筐体９２と、をさらに備える。入射部６１は、光導波部２０に光を入射させる。検出部６２は、光導波部２０を導かれた光を検出する。筐体９２は、カートリッジ１１０ｃ、入射部６１及び検出部６２を収容する。
【００７０】
この例では、入射部６１及び検出部６２は、カートリッジステージ９１に設けられている。カートリッジステージ９１は、例えばカートリッジ１１０ｃの形状に適合する形状を有しており、カートリッジ１１０ｃを適切な位置に固定させる。
【００７１】
光導波路センサ計測システム２１０は、さらに、算出部９５を備えても良い。算出部９５は、検出部６２により検出された光の強度に基づいて、検体液に含まれる検体の濃度を算出する。算出部９５は必要に応じて設けられる。算出部９５は、光導波路センサ計測システム２１０とは、別に設けても良い。
【００７２】
筐体９２の内部の湿度の変化は、筐体９２の外部の湿度の変化よりも小さい。すなわち、筐体９２の内部の湿度は、筐体９２の外部の湿度よりも低く維持されることができる。
【００７３】
光導波路センサ計測システム２１０においては、カートリッジ１１０ｃが配置される筐体９２の内部の湿度を低く維持できるため、安定した検出値を得る光導波路センサ計測システムが提供できる。
【００７４】
図１２に例示したように、光導波路センサ計測システム２１０は、湿度制御部９３をさらに備えることができる、湿度制御部９３は、筐体９２に接続される。湿度制御部９３は、筐体９２の内部の湿度を制御する。具体的には、湿度制御部９３は、筐体９２の内部の湿度を、所望の値以下に維持するように制御する。湿度制御部９３には、例えば、除湿機能を有する種々の構成を適用できる。これにより、さらに安定した検出値を得る光導波路センサ計測システムが提供できる。
【００７５】
（第３の実施形態）  
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。
【００７６】
図１３は、第３の実施形態に係る光導波路センサの製造方法を例示するフローチャート図ある。  
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）。
【００７７】
これにより、密閉された空間３０ａ内の低湿度の雰囲気にセンシング材料層３０を維持できるカートリッジ１１０ｃを形成できる。これにより、安定した検出値を得る光導波路センサが効率良く製造できる。
【００７８】
図１３に表したように、本製造方法においては、さらに、カートリッジ１１０ｃを袋体７０の内部に封入する（ステップＳ１２０）ことができる。この封入する工程は、湿度が予め定められた値以下に管理された気体を袋体７０の内部に含む状態でカートリッジ１１０ｃを袋体７０の内部に封入すること含む。袋体７０の内部に低湿度の気体を満たした状態で、袋体７０の内部にカートリッジ１１０ｃを封入することで、カートリッジ１１０ｃの内部の空間３０ａを低湿度により安定して維持できる。
【００７９】
上記の実施形態において、光導波路センサは、例えば、板状のチップ上で測定サンプルを反応させ、その反応量を光で計測する。この光導波路センサは、生物、化学、医学、環境の各分野に応用することできる。この光導波路センサは、例えば、血液検査、感染症の検査、ガンマーカ等に応用できる。
【００８０】
この光導波路センサにおいては、光導波路内に光を全反射させた状態を作り、光導波路の表面で発色反応を起こすと、全反射界面における導波光の染み出し成分(エバネッセント波)が吸収され、導波光強度が減衰する。この光の減衰量から、光導波路表面での微妙な発色反応量を定量化することが可能である。また、光導波路表面に物質が吸着すると、全反射界面における導波光の染み出し成分(エバネッセント波)が散乱を受け、導波光強度が減衰する。この減衰量から、物質の吸着量を定量化することが可能である。
【００８１】
実施形態に係る光導波路センサにおいては、発色反応量や物質の吸着量が同じ条件で、繰り返し測定を行った際の誤差である測定再現性が良い。また、反応量と吸光度との対応関係である定量性に優れている。このため、光導波路センサは、医療分野、特にその中でも臨床検査装置での適用が好適である。
【００８２】
実施形態に係る光導波路センサおいては、製造段階で、センサ反応面(検出面)を密閉する。センサに測定サンプルを送液する直前まで密閉状態を維持し、外部環境からの水分浸入を抑制する。測定のときにサンプルをセンサ反応面に供給する際には、密閉機構内部に外部からの送液流路を開通する。流路の開通からサンプル送液までの時間を短くして、外部環境からの水分吸着を抑える。このために、例えば、機械的に送液流路を開通させる。また、センサ周囲を空間的に囲む袋体７０を設け、その内部を乾燥エア（気体）で満たすことで、外部測定環境中の水分影響がさらに抑制できる。
【００８３】
実施形態においては、例えば、光導波路センサのカートリッジ１１０ｃを袋体７０から取り出してから、測定器に取り付けている間は、センサ検出部（センシング材料層３０）への水分吸着を抑制できる。これにより、幅広い湿度環境で精度の高い測定が可能になる。
【００８４】
実施形態によれば、安定した検出値を得る光導波路センサ、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が提供される。
【００８５】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【００８６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光導波路センサに含まれるカートリッジ、光導波路、面状部、側部、センシング材料層及び袋体、並びに、光導波路センサ計測システムに含まれる入射部、検出部、算出部及び筐体光源などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
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。
【００８７】
その他、本発明の実施の形態として上述した光導波路センサ、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を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての光導波路センサ、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も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００８９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９０】
１０…基体部、  １１…入射光方向変化部、  １２…導波光方向変化部、  １３…基体、  １４…入射光、  １５…導波光、  １７…出射光、  ２０…光導波部、  ２０ａ…主面、  ２０ｂ…裏面、  ２１…入射光方向変化部、  ２２…導波光方向変化部、  ３０…センシング材料層、  ３０ａ…空間、  ４０…側部、  ４１…周囲壁部、  ４２…周縁部、  ４３…蓋部、  ４５…検体液導入口、  ４６…排出口、  ５０…面状部、  ５１…シート部、  ５２…固定層、  ６１…入射部、  ６２…検出部、  ７０…袋体、  ８０…検体液、  ８１…送液器具、  ９１…カートリッジステージ、  ９２…筐体、  ９３…湿度制御部、  ９５…算出部、  １１０、１１１、１１２、１１３、１１９、１２０…光導波路センサ、  １１０ｃ…カートリッジ、  ２１０…光導波路センサ計測システム、  Ａｂｓ、Ａｂｓ１、Ａｂｓ２…吸光度、  Ｃ１…濃度、  Ｃ２…濃度、  ＨＭ……湿度、  ＬＩ…光強度、  ｔ…時間、  ｔ（８０％）…高湿度保管時間  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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