(57)【要約】【課題】生体に傷をつけず、体液中の溶存酸素に制限されずに、体液中の特定の物質を分析する光導波路型侵襲装置を提供する。【解決手段】ゲル層１２、ゲル層１２に接する陰極板１７及び光導波路板１５を有するセンサー部１８と、光導波路板１５に光を入射する発光回路２１、光導波路板１５から出射する光を受光する受光回路２２、発光回路２１と受光回路２２に接続され、受光回路２２で受光した光の変化に応じて測定結果データを生成する制御回路２３及び測定結果データを出力する出力回路２５を有する回路部２０とを具備する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲル層、前記ゲル層に接する陰極板及び光導波路板を有するセンサー部と、
前記光導波路板に光を入射する発光回路、前記光導波路板から出射する光を受光する受光回路、前記発光回路と前記受光回路に接続され、前記受光回路で受光した光の変化に応じて測定結果データを生成する制御回路及び前記測定結果データを出力する出力回路を有する回路部
とを具備することを特徴とする光導波路型侵襲装置。
【請求項２】
前記出力回路に接続され、前記測定結果データを表示可能な表示部を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の光導波路型侵襲装置。
【請求項３】
互いに直列に接続された複数の定電圧源を含み、直列に加算される前記定電圧源数を制御して電圧を可変にする変圧回路と、
前記定電圧源の陰極に接続された陰極板
とを具備することを特徴とする侵襲誘導装置。
【請求項４】
一定時間毎に複数の陽極板から１つを選択して、前記定電圧源の陽極に接続させる、前記定電圧源に接続された陽極選択回路を更に具備することを特徴とする請求項３に記載の侵襲誘導装置。
【請求項５】
生体に接触させ、滲出する体液中の物質の濃度を測定する光導波路型侵襲装置と、
前記光導波路型侵襲装置を前記生体に固定可能なベルト
とを含むことを特徴とする光導波路型侵襲システム。
【請求項６】
前記ベルトが、複数の電極ホルダーを具備することを特徴とする請求項５に記載の光導波路型侵襲システム。
【請求項７】
前記生体に接触させ、逆侵襲を誘導する侵襲誘導装置をさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載の光導波路型侵襲システム。
【請求項８】
前記光導波路型侵襲装置から出力される測定結果データを表示可能な表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の光導波路型侵襲システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体内の体液中に溶存する物質の量を測定する機器に関し、特に光導波現象を用いた光導波路型侵襲測定装置及び光導波路型侵襲システムに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
生体内の体液中に溶存する物質の量を測定する機器として、光導波現象を利用した平面光導波路型測定装置が知られている。この平面光導波路型測定装置は、基板表面に光が入射、放出される一対の回折格子を形成し、これら回折格子間に位置する基板表面に単一の光導波路層を形成し、更にこの光導波路層上に分子認識機能および情報変換機能を有する膜を形成した構造を有する。この平面光導波路型測定装置は、生体から注射器等で抽出した血液等を分子認識機能および情報交換機能を有する膜上に滴下した状態で、レーザ光を回折格子を通して光導波路層に入射させ、エバネッセント波を発生させ、光導波路層上の膜による血液等に含まれる生体分子との反応に起因するエバネッセント波の変化量を回折格子から放出される光を受光する受光素子により検出して、血液等に含まれる生体分子を分析するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、逆侵襲作用（リバース・イオントフォレシス）を利用し、生体に傷をつけずに体液を抽出して、体液中に溶存する物質の量測定する装置も考えられている。逆侵襲作用とは、生体に陽電極と陰電極を接触させ、その間に電界を印加することで、陰電極側の皮膚から体液が滲出してくるという作用である。更にこの滲出してきた体液に含まれるグルコースを酵素によって分解し、化学反応中に放出される電子の量を電流の変化として測定する酵素電極法を応用することで、グルコース量を測定する装置が開発されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−６１３４６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−２２７号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２００２−１９１５８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平面光導波路型測定装置では、生体に傷をつけて、体液を抽出しなければならない。また酵素電極法を用いた装置では、生体に傷をつけないという点で改善されてはいるが、電子を放出させる化学反応には酸素が必要であるため、滲出してきた体液の溶存酸素量に結果が依存してしまう。また、従来のグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）を電極表面に固定した酵素電極法では、溶存酸素が消費されてしまえば測定を継続することはできない。
【０００８】
本発明は、生体に傷をつけず、体液中の溶存酸素に制限されずに、体液中の極微量の特定の物質を分析することが可能な光導波路型侵襲装置、侵襲誘導装置および光導波路型侵襲システムを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、ゲル層、ゲル層に接する陰極板及び光導波路板を有するセンサー部と、光導波路板に光を入射する発光回路、光導波路板から出射する光を受光する受光回路、発光回路と受光回路に接続され、受光回路で受光した光の変化に応じて測定結果データを生成する制御回路及び測定結果データを出力する出力回路を有する回路部とを具備する光導波路型侵襲装置であることを要旨とする。
【００１０】
また、本発明の第２の特徴は、互いに直列に接続された複数の定電圧源を含み、直列に加算される定電圧源数を制御して電圧を可変にする変圧回路と、定電圧源の陰極に接続された陰極板とを具備する侵襲誘導装置であることを要旨とする。
【００１１】
更に、本発明の第３の特徴は、生体に接触させ、滲出する体液中の物質の濃度を測定する光導波路型侵襲装置と、光導波路型侵襲装置を生体に固定可能なベルトとを含む光導波路型侵襲システムであることを要旨とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る光導波路型侵襲システムは、図１に示すように、生体に接触させ、逆侵襲を誘導する侵襲誘導装置４０と、生体に接触させ、滲出する体液中の物質の濃度を測定する光導波路型侵襲装置１０と、光導波路型侵襲装置１０から出力される測定結果データを表示する表示装置３００と、侵襲誘導装置４０及び光導波路型侵襲装置１０をそれぞれ生体に固定するためのベルト１００とを備える。
【００１４】
侵襲誘導装置４０は、図５に示すように、電圧を可変にする変圧回路４１と変圧回路４１から出た陰極端子４４に接続する陰極板３２と及び陽極に接続する陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを選択する陽極選択回路２７とを具備する。例えば変圧回路４１は、互いに直列に接続された複数の定電圧源４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄと、定電圧源４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄにそれぞれ接続されたスイッチ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを有し、スイッチ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄの開閉等によって、直列に加算される定電圧源数を制御する。侵襲誘導装置４０上には、陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを接続する、陽極選択回路２７から配線された陽極端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄが設置されている。複数の陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを用いる理由は、常に生体の同じ位置に電界を印加すると、その部分の生体に影響を与える可能性があるためである。陽極選択回路２７が、皮膚に接着する陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのうちのいずれか１つを陽極として電界を印加するように、定期的に接続切り替えを行うことにより、生体に電界を印加する位置を定期的に変更できる。したがって生体に影響を与えない。陰極板３２の位置は、体液が滲出してくる場所であるため固定されている。
【００１５】
図１に示した光導波路型侵襲装置１０は、図２（ａ）に示すように、物質の濃度を測定するセンサーチップとして第１基板１１、第２基板１４及び第３基板１６等を重ねたセンサー部１８と、物質の濃度を測定して測定結果データを出力する回路部２０に大別できる。さらに光導波路型侵襲装置１０を分解すると図２（ｂ）のようになる。第１基板１１、第２基板１４、第３基板１６及び回路部２０等は、互いに取り外し可能である。
【００１６】
第１基板１１に関する部品の構造は、図２（ｂ）に示すように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリスチレン又はポリプロピレン等からなる第１基板１１の中央に第１孔１３ａをあけ、その第１孔１３ａを覆うように第１基板１１にゲル層１２を接着したものとなっている。この第１孔１３ａのところで、ゲル層１２は生体と接触する。
【００１７】
ゲル層１２は、塩化ナトリウム等を含む含水ゲルであり、生体に接触し、電界を印加するときの陰極として働く。そして、電界を印加して滲出してくる体液を吸収する。
【００１８】
第２基板１４に関する部品の構造は、図２（ｂ）に示すように、ＰＥＴ等からなる第２基板１４の中央にゲル層１２を挿入できるような第２孔１３ｂをあけ、第２孔１３ｂを横断し、挿入したゲル層１２が表面に現れる隙間が両側にできるように第２基板１４に光導波路板１５を接着したものとなっている。光導波路板１５は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）又はポリスチレン等からなる基板上に、体液中に含まれる特定の物質と反応して発色現象を引き起こすために、酵素、触媒及び発色試薬を固定したものである。例えば、特定の物質がグルコースの場合、酸化酵素としてＧＯＤ等、触媒としてペルオキシダーゼ（ＰＯＤ）や白金（Ｐｔ）等、そして発色試薬としてＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシ−３−サルフォプロピル）トリジンジカリウム塩や、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン等が利用可能である。酸化酵素反応により過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を発生させ、更に過酸化水素からＰＯＤ等によりラジカル酸素原子（Ｏ＊）が生成される。このラジカル酸素原子により発色試薬を発色させる。この反応を模式すると次式（１）、（２）、（３）のようになる。なお、右辺には本反応を理解するのに必要な事項のみを記載しており、生成される物質等のすべてを記載してはいない：
グルコース  ＋  酸化酵素（ＧＯＤ等）→  Ｈ２Ｏ２  ・・・・・（１）
Ｈ２Ｏ２  ＋  ＰＯＤ  →  Ｏ＊                    ・・・・・（２）
Ｏ＊  ＋  発色試薬  →  発色                      ・・・・・（３）
また、図示していないが、光導波路板１５の両端の光入射部位と光出射部位には回折格子を設ける。
【００１９】
第３基板１６に関する部品の構造は、図２（ｂ）に示すように、ＰＥＴ等からなる第３基板１６の中央に光導波路板１５を挿入できるような第３孔１３ｃをあけ、第２孔１３ｂから第２基板１４表面に現れるゲル層１２に接触する部分に導電性のある物質で層を形成したものとなっている。
【００２０】
第１基板１１、第２基板１４及び第３基板１６の相互の位置関係は図３（ａ）および図３（ｂ）中のセンサー部１８に示した通りである。第１基板１１の第１孔１３ａは片側が開いており、もう一方はゲル層１２で塞がれている。第２基板１４の第２孔１３ｂには、ゲル層１２が挿入され、ゲル層１２と光導波路板１５とが接触する。第３基板１６の第３孔１３ｃには光導波路板１５が挿入される。また陰極板１７はゲル層１２に接触している。
【００２１】
回路部２０には図３（ｂ）に示すように、センサー部１８の光導波路板１５に光を入射する発光回路２１と、光導波路板１５から出射する光を受光する受光回路２２と、発光回路２１と受光回路２２に接続され、受光回路２２で受光した光の変化に応じて測定結果データを生成する制御回路２３と、制御回路２３に接続され、測定結果データを出力する出力回路２５と測定結果データを保存するメモリー２４とを具備する。
【００２２】
出力回路２５は、制御回路２３によって算出された物質の濃度の測定結果データを表示装置３００に出力するためのインターフェースを持つ。このインターフェースは、直接通信ケーブルを接続できるインターフェースや無線通信インターフェース等である。光導波路型侵襲装置１０を携帯しやすいようにするため、図３（ｂ）に示すように、図１に示した表示装置３００以外に、出力回路２５に液晶画面等の表示部３０を接続し、光導波路型侵襲装置１０に含める方法もある。
【００２３】
第１基板１１が生体側になるように光導波路型侵襲装置１０を生体に接着させると、第１孔１３ａに皮膚が入り込み、ゲル層１２と接触する。ゲル層１２は陰極板１７と接触しているので、陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを皮膚の一部に接着させると、生体に電界を印加することができる。
【００２４】
図４、図５に示すように、光導波路型侵襲装置１０と侵襲誘導装置４０を固定するのにベルト１００を用いる。ベルト１００は光導波路型侵襲装置１０と侵襲誘導装置４０から着脱可能である。複数の陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄをベルト１００に接続できるように、陽極選択回路２７の陽極端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄからベルト１００上またはベルト１００内に配線することが好ましい。こうすることで検体２００にベルト１００で光導波路型侵襲装置１０と侵襲誘導装置４０を固定するだけで、生体に電界を印加できるようになり、陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを別の位置に接着させたりする必要がない。
【００２５】
例えば、ベルト１００ａは、図６から図９に示すような構造とする。ベルト１００ａは、光導波路型侵襲装置１０及び侵襲誘導装置４０の陽極選択回路２７の陽極端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄにはめ込むことが可能な電極接続部１０２によって、光導波路型侵襲装置１０及び侵襲誘導装置４０と結合される。電極接続部１０２からは、布等の基材部１０１内に導電線部１０５が形成されている。導電線部１０５は、各々の陽極端子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄに接続するように配線させた導電線の束からなる。そしてベルト１００ａは、一定の間隔をあけて、導電線部１０５の各導電線がそれぞれ配線された電極ホルダー１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄを具備する。これらの電極ホルダー１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄに、導電性プラスチックや導電性ゲル等で作製された電極パッド１０４を挿入することで、陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとして機能する。
【００２６】
ここで、図１に示した光導波路型侵襲システムを用いて実際に体液内の特定の物質の濃度を測定する手順について説明する：
（１）  まず、図５に示すように、侵襲誘導装置４０を腕等の生体（検体２００）にベルト１００を用いて固定する。実際の測定の前に侵襲誘導装置４０の陰極板３２とベルト１００に装着した陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとの間に電界を印加する。この結果、逆侵襲作用により生体から体液が滲出し、その滲出効率が上がる。逆侵襲作用では、約２０Ｖ以上の電圧を印加すれば短時間で多量の体液が滲出してくるが、それでは生体に苦痛を与える可能性がある。一方、生体に苦痛を与える可能性の極めて少ない約６Ｖ以下の電圧では、２時間以上印加しないと効率的に体液が滲出してこないため、測定に長時間を要する。図５に示した侵襲誘導装置４０のように、内部回路が単純な薄型でコンパクトな装置をまず用いることで、長時間装着していても邪魔にならないようにする。さらに、侵襲誘導装置４０の変圧回路４１によって、徐々に電圧を下げていくことで生体への負担を少なくしながら、滲出効率を上げられる。
【００２７】
（２）  次に、侵襲誘導装置４０をベルト１００からはずし、図４に示すように光導波路型侵襲装置１０をベルト１００に固定する。ベルト１００を動かさないようにすれば、光導波路型侵襲装置１０を、侵襲誘導装置４０を固定した位置と同じ位置に固定できる。
【００２８】
（３）  光導波路型侵襲装置１０では、第１基板１１の第１孔１３ａから皮膚がゲル層１２に接触する。そして、このゲル層１２に接した陰極板１７とベルト１００に装着した陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとの間に電界を印加する。すると、逆侵襲作用で滲出してきた体液がゲル層１２に吸収される。そして、光導波路板１５上で発色反応を起こす。ゲル層１２との境界で発生する光導波路板１５に入射した光のエバネッセント波は、この発色反応によって発色した発色試薬により吸収される。そして最終的に光導波路板１５から出射してくる光量から体液中に含まれる物質の濃度を割り出し、測定結果データを生成する。
【００２９】
（４）  光導波路型侵襲装置１０が図３に示した表示部３０を有するが場合には、この測定結果データを表示部３０に表示する。光導波路型侵襲装置１０に表示部３０がない場合は、図１に示すような、コンピュータ等の表示装置３００にデータを送信して表示させる。
【００３０】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る光導波路型侵襲システムによれば、逆侵襲作用によって、生体に傷をつけることなく体液を抽出することができ、特定の物質との発色反応と光導波現象を組合わせて利用することで、体液中の特定の物質の濃度を割り出せる。
【００３１】
また、光導波路型侵襲装置１０を構成する部品をを取り外し可能にすることで、ゲル層１２を含む第１基板１１や光導波路板１５を含む第２基板１４等の消耗部品は使い捨てし、陰極板１７を含む第３基板１６や回路部２０等は繰り返し利用できる。よって装置自体を安価にできる。
【００３２】
（その他の実施の形態）
本発明の実施の形態を説明するために各図において示した各部位の厚さや位置関係は、あくまでも例示であって、本発明の機能を実現するために限定したものでない。よって、本発明の機能が実現可能な範囲において、種々の各部位の厚さや位置関係が考え得ることは言うまでもない。既に述べた実施の形態の説明においては、ベルト１００を使用して光導波路型侵襲装置１０と侵襲誘導装置４０を腕等にそれぞれ固定したが、粘着テープ、包帯、あるいはネット状包帯等で光導波路型侵襲装置１０と侵襲誘導装置４０をそれぞれ固定してもよい。その場合は、陽極板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを腕等に別途接着させる必要がある。
【００３３】
また、表示部３０を有する光導波路型侵襲装置１０の場合には、時計機能を持たせることで、時計のように腕にはめながら、測定結果データの他に測定時刻も表示することが可能となる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。本発明の技術的範囲は上記の説明からだとうな特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、生体に傷をつけず、体液中の溶存酸素に制限されずに、体液中の極微量の特定の物質を分析することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光導波路型侵襲システムの構成図である。
【図２】（ａ）本発明の実施の形態に係る光導波路型侵襲装置の部品構成図である。（ｂ）本発明の実施の形態に係る光導波路型侵襲装置の部品分解図である。
【図３】（ａ）本発明の実施の形態に係る光導波路型侵襲装置のセンサー部の図２（ａ）のＩ−Ｉの断面図である。（ｂ）本発明の実施の形態に係る光導波路型侵襲装置のセンサー部の図２（ａ）のＩＩ−ＩＩの断面図及び回路部の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光導波路型侵襲装置の装着時の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る侵襲誘導装置の装着時の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るベルトの一例である。
【図７】図６に示すベルトをＡ（内周）側から見た図である。
【図８】図６に示すベルトをＢ（外周）側から見た図である。
【図９】図８に示すベルトのＩＩＩ−ＩＩＩの断面図である。
【符号の説明】
１０…光導波路型侵襲装置、１１…第１基板、１２…ゲル層、１３ａ…第１孔、１３ｂ…第２孔、１３ｃ…第３孔、１４…第２基板、１５…光導波路板、１６…第３基板、１７…陰極板、１８…センサー部、２０…回路部、２１…発光回路、２２…受光回路、２３…制御回路、２４…メモリー、２５…出力回路、２６…電源、２７…陽極選択回路、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ…陽極端子、３０…表示部、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ…陽極板、３２…陰極板、４０…侵襲誘導装置、４１…変圧回路、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ…定電圧源、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ…スイッチ、４４…陰極端子、１００、１００ａ…ベルト、１０１…基材部、１０２…電極接続部、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ…電極ホルダー、１０４…電極パッド、１０５…導電線部、２００…検体、３００…表示装置
【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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