(57)【要約】【課題】生体内における細胞の一つ一つを対象とする微小領域での計測を直接的に行なうことのできる生体計測装置及び生体計測方法を提供する。【解決手段】探針１０を細胞膜を貫通させて挿入し、本体部２０の流路２２を通じて蛍光インジケータを前記細胞内に放出する。前記細胞内に放出された前記蛍光インジケータは被検出物質と結合する。レーザダイオード２７より所定のレーザ光を前記細胞内へ照射すると、前記蛍光インジケータは前記レーザ光によって励起され、所定の蛍光を発する。この蛍光をフォトディテクタ２８に導き、受光する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に対して所定の刺激を付与するための刺激付与手段、及び前記刺激に対する前記生体からの応答を検出するための応答検出手段を有する本体部と、
前記本体部の一端に設けられた探針と、
を具えることを特徴とする、生体計測装置。
【請求項２】
前記刺激付与手段は、前記生体に対して光学的刺激を付与することを特徴とする、請求項１に記載の生体計測装置。
【請求項３】
前記刺激付与手段は、前記生体に対して電気的刺激を付与することを特徴とする、請求項１に記載の生体計測装置。
【請求項４】
前記刺激付与手段は、前記生体に対して力学的刺激を付与することを特徴とする、請求項１に記載の生体計測装置。
【請求項５】
前記応答検出手段は、前記生体からの光学的な応答を検出することを特徴とする、請求項２に記載の生体計測装置。
【請求項６】
前記応答検出手段は、前記生体からの電気的な応答を検出することを特徴とする、請求項３に記載の生体計測装置。
【請求項７】
前記応答検出手段は、前記生体からの力学的な応答を検出することを特徴とする、請求項４に記載の生体計測装置。
【請求項８】
前記刺激付与手段は、前記光学的刺激を生成するための光学的刺激生成手段と、前記光学的刺激を前記探針まで導くための光学的刺激伝播手段とを具えることを特徴とする、請求項２に記載の生体計測装置。
【請求項９】
前記光学的刺激生成手段は所定の波長領域の光を生成し、発振させる光源であることを特徴とする、請求項８に記載の生体計測装置。
【請求項１０】
前記光学的刺激生成手段はレーザ光源であることを特徴とする、請求項９に記載の生体計測装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源は間歇的にレーザ光を発振することを特徴とする、請求項１０に記載の生体計測装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源は正弦波で変調されたレーザ光を発振することを特徴とする、請求項１０に記載の生体計測装置。
【請求項１３】
前記光学的刺激伝播手段は光導波路から構成することを特徴とする、請求項８に記載の生体計測装置。
【請求項１４】
前記光学的刺激伝播手段は光導波路から構成することを特徴とする、請求項９に記載の生体計測装置。
【請求項１５】
前記光導波路の、前記探針側の開口部の大きさが、前記光の波長の１／２以下であることを特徴とする、請求項１４に記載の生体計測装置。
【請求項１６】
前記応答検出手段は、前記生体からの前記光学的な応答を受光して検出するための受光検出手段と、前記光学的な応答を前記探針から前記受光検出手段まで導くための光学的応答伝播手段とを具えることを特徴とする、請求項５に記載の生体計測装置。
【請求項１７】
前記受光検出手段はフォトディテクタを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の生体計測装置。
【請求項１８】
前記光学的応答伝播手段は光導波路から構成することを特徴とする、請求項１６に記載の生体計測装置。
【請求項１９】
前記光学的刺激伝播手段と前記光学的応答伝播手段とを共用したことを特徴とする、請求項１６に記載の生体計測装置。
【請求項２０】
前記光学的刺激伝播手段と前記光学的応答伝播手段とは、同一の光導波路から構成することを特徴とする、請求項１９に記載の生体計測装置。
【請求項２１】
前記受光検出手段は、前記光学的刺激と前記光学的応答とを分離するための分離手段を具えることを特徴とする、請求項１９に記載の生体計測装置。
【請求項２２】
前記分離手段は波長分離プリズムであることを特徴とする、請求項２１に記載の生体計測装置。
【請求項２３】
前記刺激付与手段は、前記電気的刺激を生成するための刺激用電極を具えることを特徴とする、請求項３に記載の生体計測装置。
【請求項２４】
前記応答検出手段は、前記電気的な応答を検出するための検出用電極を具えることを特徴とする、請求項６に記載の生体計測装置。
【請求項２５】
前記刺激付与手段は、前記力学的刺激を生成すべく前記探針を任意の方向に駆動する駆動体を具えることを特徴とする、請求項４に記載の生体計測装置。
【請求項２６】
前記駆動体は圧電素子からなることを特徴とする、請求項２５に記載の生体計測装置。
【請求項２７】
前記駆動体は形状記憶合金からなることを特徴とする、請求項２５に記載の生体計測装置。
【請求項２８】
前記刺激付与手段と前記応答検出手段とは、同一の駆動体を具えることを特徴とする、請求項２５に記載の生体計測装置。
【請求項２９】
前記刺激に対して反応する試薬を前記生体に対して付与するための、試薬付与手段を具えることを特徴とする、請求項１に記載の生体計測装置。
【請求項３０】
前記刺激に対して反応する試薬を前記生体に対して付与するための、試薬付与手段を具えることを特徴とする、請求項２に記載の生体計測装置。
【請求項３１】
前記刺激に対して反応する試薬を前記生体に対して付与するための、試薬付与手段を具えることを特徴とする、請求項５に記載の生体計測装置。
【請求項３２】
前記刺激付与手段、前記応答検出手段、及び前記試薬付与手段は、一体的に設けたことを特徴とする、請求項３０に記載の生体計測装置。
【請求項３３】
前記刺激付与手段及び前記応答検出手段と、前記試薬付与手段とは、分離して設けたことを特徴とする、請求項３０に記載の生体計測装置。
【請求項３４】
前記試薬は、所定の波長領域にある光によって励起され、所定の蛍光を発する蛍光物質であることを特徴とする、請求項３１に記載の生体計測装置。
【請求項３５】
前記応答検出手段は、前記蛍光を受光して検出するための受光検出手段と、前記蛍光を前記探針から前記受光検出手段まで導くための光導波路とを具えることを特徴とする、請求項３４に記載の生体計測装置。
【請求項３６】
前記光導波路の、前記探針側の開口部の大きさが、前記蛍光の波長の１／２以下であることを特徴とする、請求項３５に記載の生体計測装置。
【請求項３７】
前記試薬付与手段は、前記探針まで前記試薬を導く試薬搬送路と、前記探針から前記生体に対して前記試薬を放出するための電位を付与する電極とを具えることを特徴とする、請求項３０に記載の生体計測装置。
【請求項３８】
前記電極にはパルス状の電圧が印加されることを特徴とする、請求項３７に記載の生体計測装置。
【請求項３９】
前記試薬付与手段は、前記探針まで前記試薬を導く試薬搬送路と、前記探針から前記生体に対して前記試薬を放出するための圧力を付与する圧力印加手段とを具えることを特徴とする、請求項３０に記載の生体計測装置。
【請求項４０】
前記刺激付与手段及び前記応答検出手段は、保護層で覆われていることを特徴とする、請求項１に記載の生体計測装置。
【請求項４１】
前記刺激付与手段、前記応答検出手段、及び前記試薬付与手段は、保護層で覆われていることを特徴とする、請求項３０に記載の生体計測装置。
【請求項４２】
生体に対し、探針を介して所定の刺激を付与する工程と、
前記刺激に対する前記生体からの応答を検出する工程と、
を含むことを特徴とする、生体計測方法。
【請求項４３】
前記刺激は、光学的刺激であることを特徴とする、請求項４２に記載の生体計測方法。
【請求項４４】
前記刺激は、電気的刺激であることを特徴とする、請求項４２に記載の生体計測方法。
【請求項４５】
前記刺激は、力学的刺激であることを特徴とする、請求項４２に記載の生体計測方法。
【請求項４６】
前記応答は、光学的な応答であることを特徴とする、請求項４３に記載の生体計測方法。
【請求項４７】
前記応答は、電気的な応答であることを特徴とする、請求項４４に記載の生体計測方法。
【請求項４８】
前記応答は、力学的な応答であることを特徴とする、請求項４５に記載の生体計測方法。
【請求項４９】
前記光学的刺激を生成する工程と、
前記光学的刺激を前記探針まで伝播する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項４３に記載の生体計測方法。
【請求項５０】
前記光学的刺激は所定の波長領域の光であることを特徴とする、請求項４９に記載の生体計測方法。
【請求項５１】
前記光学的刺激はレーザ光であることを特徴とする、請求項５０に記載の生体計測方法。
【請求項５２】
前記レーザ光は間歇的に発振し、前記レーザ光の消光時に前記光学的な応答を検出することを特徴とする、請求項５１に記載の生体計測方法。
【請求項５３】
前記レーザ光は正弦波で変調し、前記正弦波に同期したタイミングで前記光学的な応答を検出することを特徴とする、請求項５１に記載の生体計測方法。
【請求項５４】
前記光学的な応答は、バンドパスフィルタを用いて検出することを特徴とする、請求項５３に記載の生体計測方法。
【請求項５５】
前記光学的刺激は光導波路中を伝播させることを特徴とする、請求項４９に記載の生体計測方法。
【請求項５６】
前記光学的刺激は光導波路中を伝播させることを特徴とする、請求項５０に記載の生体計測方法。
【請求項５７】
前記光導波路の開口部の大きさを前記光の波長の１／２以下にすることを特徴とする、請求項５６に記載の生体計測方法。
【請求項５８】
前記光学的な応答を前記探針から導入して伝播する工程と、
前記生体からの前記光学的な応答を受光して検出する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項４６に記載の生体計測方法。
【請求項５９】
前記光学的な応答はフォトディテクタを用いて検出することを特徴とする、請求項５８に記載の生体計測方法。
【請求項６０】
前記光学的な応答は光導波路中を伝播させることを特徴とする、請求項５８に記載の生体計測方法。
【請求項６１】
前記光学的刺激と前記光学的な応答とは同一の伝播手段を用いて伝播させることを特徴とする、請求項５８に記載の生体計測方法。
【請求項６２】
前記光学的刺激と前記光学的な応答とは、同一の光導波路中を伝播させることを特徴とする、請求項６１に記載の生体計測方法。
【請求項６３】
前記前記光学的刺激と前記光学的応答とを分離する工程を含むことを特徴とする、請求項６１に記載の生体計測方法。
【請求項６４】
前記前記光学的刺激と前記光学的応答とは波長分離プリズムを用いて分離することを特徴とする、請求項６３に記載の生体計測方法。
【請求項６５】
前記電気的刺激を刺激用電極を用いて生成する工程を含むことを特徴とする、請求項４４に記載の生体計測方法。
【請求項６６】
前記電気的な応答を検出用電極を用いて検出する工程を含むことを特徴とする、請求項４７に記載の生体計測方法。
【請求項６７】
所定の駆動体を用いて前記探針を所定の方向に駆動させ、前記生体に対する前記力学的刺激を生成する工程を含むことを特徴とする、請求項４５に記載の生体計測方法。
【請求項６８】
前記駆動体は圧電素子からなることを特徴とする、請求項６７に記載の生体計測方法。
【請求項６９】
前記駆動体は形状記憶合金からなることを特徴とする、請求項６７に記載の生体計測方法。
【請求項７０】
前記刺激の付与と前記応答の検出とは、同一の駆動体を用いて行なうことを特徴とする、請求項６７に記載の生体計測方法。
【請求項７１】
前記刺激に対して反応する試薬を前記生体に対して付与する工程を含むことを特徴とする、請求項４２に記載の生体計測方法。
【請求項７２】
前記刺激に対して反応する試薬を前記生体に対して付与する工程を含むことを特徴とする、請求項４３に記載の生体計測方法。
【請求項７３】
前記刺激に対して反応する試薬を前記生体に対して付与する工程を含むことを特徴とする、請求項４６に記載の生体計測方法。
【請求項７４】
前記試薬は、所定の波長領域にある光によって励起され、所定の蛍光を発する蛍光物質であることを特徴とする、請求項７３に記載の生体計測方法。
【請求項７５】
前記蛍光は、光導波路中を伝播させることを特徴とする、請求項７４に記載の生体計測方法。
【請求項７６】
前記光導波路の、前記探針側の開口部の大きさを、前記蛍光の波長の１／２以下にすることを特徴とする、請求項７５に記載の生体計測方法。
【請求項７７】
前記探針まで前記試薬を導いて伝播させる工程と、
前記探針から前記生体に対して前記試薬を放出するための電位を付与する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項７１に記載の生体計測方法。
【請求項７８】
前記電位の付与は所定の電極を用いて行なうことを特徴とする、請求項７７に記載の生体計測方法。
【請求項７９】
前記電極にパルス状の電圧を印加することを特徴とする、請求項７８に記載の生体計測方法。
【請求項８０】
前記探針まで前記試薬を導いて搬送する工程と、
前記探針から前記生体に対して前記試薬を放出するための圧力を付与する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項７２に記載の生体計測方法。
【請求項８１】
前記探針まで前記試薬を導いて搬送する工程と、
前記試薬を、前記探針から前記生体に対して浸透圧を用いて付与する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項７２に記載の生体計測方法。
【請求項８２】
前記探針まで前記試薬を導いて搬送する工程と、
前記試薬を、前記探針から前記生体に対して拡散力を用いて付与する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項７２に記載の生体計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体計測装置及び生体計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体あるいは生体内の物質を、細胞の一つ一つを扱うような微小なレベルで計測するためには、細胞自体あるいは細胞を含む生体組織を取り出して計測を行なう方法が取られている。このような方法においては、細胞を直接的に取り出すものであるため、試薬の添加及び各種顕微鏡での観察を容易に行なうことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
細胞を取り出して計測を行なう場合、細胞そのものの反応を観察することはできる。しかしながら、前記反応は前記生体外でのものであり、前記細胞が前記生体内に存在する場合において同一の反応を生ぜしめるか否かは定かではない。したがって、前記細胞を前記生体内で直接的に計測する技術の確立が求められている。しかしながら、このような技術を確立するに際しては、前記生体に直接的に挿入することのでき、かつ高分解能で微小領域の計測を行なうことができ、さらに前記生体に対して損傷を与えないような計測装置及び計測方法の確立が必要である。現状においては、上述したような計測装置及び計測方法は確立されておらず、上述した計測技術を実現することができないでいた。
【０００４】
本発明は、生体内における細胞の一つ一つを対象とする微小領域での計測を直接的に行なうことのできる生体計測装置及び生体計測方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、生体に対して所定の刺激を付与するための刺激付与手段、及び前記刺激に対する前記生体からの応答を検出するための応答検出手段を有する本体部と、
前記本体部の一端に設けられた探針と、
を具えることを特徴とする、生体計測装置に関する。
【０００６】
また、本発明は、生体に対し、探針を介して所定の刺激を付与する工程と、
前記刺激に対する前記生体からの応答を検出する工程と、
を含むことを特徴とする、生体計測方法に関する。
【０００７】
上記探針は計測すべき細胞の大きさと同等あるいはそれ以下の大きさとなるように先鋭化する。そして、前記探針を生体内に挿入し、上述したような刺激を前記探針を介して前記生体に付与すると、前記生体を構成する細胞一つ一つが前記刺激に対して反応し、特定の応答を示すようになる。したがって、この応答を計測することによって、前記生体内における個々の細胞の反応を計測できるようになる。
【０００８】
また、前記探針は上述したように先鋭化されているため、高い空間分解能の下に生体計測を行なうことができる。さらに、生体への損傷を低減することができ、長期間に亘る慢性的な計測をも実施することができる。
【０００９】
前記刺激としては、光学的刺激、電気的刺激、及び力学的刺激を用いることができる。また、前記応答としては、光学的な応答、電気的な応答、及び力学的な応答を用いることができる。さらに、本発明の生体計測装置及び生体計測法は、生体の細胞内に位置する蛋白質や神経伝達物質、各種イオンなどを良好な精度の下に検出することができる。
【００１０】
本発明のその他の特徴及び具体的な態様については以下に詳述する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の生体計測装置の一例を示す構成図であり、図２は、図１に示す生体計測装置の側面図である。図３は、図１及び図２に示す生体計測装置の、探針の先端部を示す拡大図である。図１〜３に示す生体計測装置は、探針１０と本体部２０とを具えている。本体部２０においては、所定の基板２１内において蛍光インジケータを搬送して探針１０まで導くための流路２２が形成されており、基板２１上には生体に対して光学的刺激として付与すべきレーザ光を伝播させるための光導波路２３、及び前記生体からの光学的な応答である検出光を伝播させるための光導波路２４が設けられている。
【００１２】
流路２２の一端は探針１０と連続しており、他端からは前記蛍光インジケータが導入されるようにして構成されている。光導波路２３の一端は探針１０と連続しており、他端はカップリングプリズム２５を介してレーザダイオード２７に接続されている。光導波路２４の一端は探針１０と連続しており、他端はカップリングプリズム２６を介してフォトディテクタ２８に接続されている。
【００１３】
また、基板２１上には導電路２９が設けられており、図示しない電極を介して流路２２の探針１０の先端に対して所定の電圧が印加されるように構成されている。なお、電極を設けることなく、導電路２９から直接的に流路２２の前記一端に電圧を印加するようにすることもできる。この場合は、導電路２９自体が電極としての機能を果たすことになる。また、流路２２を含む基板２１の表面、並びに光導波路２３及び２４は、ガラスなどの無機材料及びポリイミド、ＰＭＭＡ、エポキシ樹脂などからなる所定の保護膜によって覆われており、外的な影響による破損などを回避するように構成されている。
【００１４】
図１〜３において、流路２２、導電路２９及び図示しない電極が試薬付与手段を構成し、光導波路２３、カップリングプリズム２５、及びレーザダイオード２７が刺激付与手段を構成する。また、光導波路２４、カップリングプリズム２６、及びフォトディテクタ２８が応答検出手段を構成する。したがって、図１〜３に示す生体計測装置においては、試薬付与手段と、刺激付与手段及び応答検出手段とが一体的に設けられている。
【００１５】
次に、図１〜３に示す生体計測装置を用いた生体計測方法の一例について説明する。図４は、本発明の生体計測方法の一原理を示す概略図である。最初に、図４（ａ）に示すように、被検出物質を含有した生体の細胞内に、探針１０を細胞膜を貫通させて挿入する。次いで、本体部２０の流路２２を通じて蛍光インジケータを前記細胞内に放出する。前記蛍光インジケータは流路２２を通って探針１０内に導入され、その後、流路２２の開口部２２Ａ側に導電路２９より所定の電圧を印加することにより、前記生体と流路２２との電位差に従って前記細胞内に放出される。
【００１６】
前記細胞内に放出された前記蛍光インジケータは、図４（ｂ）に示すように、前記被検出物質と結合する。次いで、レーザダイオード２７より所定のレーザ光を発振する。このレーザ光はカップリングプリズム２５を通じて光導波路２３内に導かれ、内部を伝播することによって探針１０の開口部２３Ａに至る。次いで、図４（ｃ）に示すように、探針１０より前記細胞内へ照射される。
【００１７】
このとき、図４（ｄ）に示すように、前記蛍光インジケータは前記レーザ光によって励起され、前記蛍光インジケータに固有の蛍光を発するようになる。したがって、前記蛍光を探針１０を介して本体部２０の光導波路２４内に導入し、内部を伝播させた後カップリングプラズマ２６を介してフォトディテクタ２８に導き、受光する。その後、所定の信号処理がなされ、前記蛍光から前記細胞内の、前記レーザ光による応答の度合いを計測することにより、前記レーザ光を用いた生体計測を行なうことができる。
【００１８】
図５及び図６は、図１〜３に示す生体計測装置の変形例を示すものである。図５及び図６においては、生体計測装置を構成する探針の先端部のみを示している。本例においては、蛍光インジケータを搬送する流路、導電路及び電極からなる試薬付与手段と、光導波路、カップリングプリズム、及びレーザダイオードからなる刺激付与手段、並びに光導波路、カップリングプリズム、及びフォトディテクタからなる応答検出手段とを分離して設けたものである。なお、図５及び図６について、同様の構成要素については同様の参照数字を用いて表している。
【００１９】
図５は、前述した刺激付与手段及び応答検出手段が同一の探針内に形成された様子を示す図である。図５から明らかなように、探針１０には、光導波路２３及び２４が形成されて、それぞれ刺激付与手段及び応答検出手段を構成している。なお、前記刺激付与手段及び前記応答検出手段を構成するカップリングプリズム、レーザダイオード、及びフォトディテクタについては記載を省略している。
【００２０】
図６は、試薬付与手段が探針内に形成された様子を示す図である。図６から明らかなように、探針２１には、流路２２、導電路２９及び電極３１が形成されて、試薬付与手段を構成している。なお、図５及び図６において、試薬付与手段、刺激付与手段、及び応答検出手段は保護層３０で覆われている。
【００２１】
図５及び図６に示す生体計測装置においては、試薬付与手段と、刺激付与手段及び応答検出手段とが分離して存在しているのみであり、各手段の動作については図１〜３に示す生体計測装置と同じである。具体的には、図６に示す試薬付与手段において、流路２２内に蛍光インジケータを搬送するとともに、導電路２９より電極３１に所定の電圧を付与し、生体との電位差を利用して前記蛍光インジケータを探針より前記生体内に放出する。
【００２２】
次いで、図５に示す刺激付与手段において、図示しないレーザダイオードから発振された所定のレーザ光を光導波路２３中を伝播させ、探針を介して前記生体内に導入し、前記蛍光インジケータを励起する。次いで、図５に示す応答検出手段において、生成した蛍光を光導波路２４中に導入し、図示しないフォトディテクタで検出する。
【００２３】
図７及び図８は、図１〜３に示す生体計測装置のその他の変形例を示す図である。図７及び図８に示す生体計測装置においては、刺激付与手段を構成する光導波路と応答検出手段を構成する光導波路とを共用している。なお、図７及び図８において、同様の構成要素については同様の参照数字を付与している。
【００２４】
図７及び図８に示す生体計測装置は探針１０と本体部２０とからなり、本体部２０においては、基板２１内に流路２２が形成され、基板２１上には光導波路２３、カップリングプリズム２５、レーザダイオード２７、フォトディテクタ２８及び波長分離プリズム３３が設けられている。流路２２、並びに図示しない導電路及び電極が試薬付与手段を構成し、光導波路２３、カップリングプリズム２５、及びレーザダイオード２７が刺激付与手段を構成する。また、光導波路２３、フォトディテクタ２８及び波長分離プリズム３３が応答検出手段を構成する。すなわち、本態様の生体計測装置においては、刺激付与手段と応答検出手段とで光導波路２３を共用している。
【００２５】
図７及び図８に示す生体計測装置を用いた生体計測は以下のようにして実施する。最初に、上述したように、流路２２内に蛍光インジケータを搬送させるとともに、図示しない電極に所定の電圧を印加し、生体との電位差を利用して前記蛍光インジケータを探針１０より前記生体内に放出する。次いで、レーザダイオード２７から所定のレーザ光をカップリングプリズム２５を介して光導波路２３内に導入し、探針１０より前記生体内に導入して前記蛍光インジケータを励起する。次いで、前記蛍光インジケータからの蛍光を光導波路２３内に導入する。その後、前記蛍光が波長分離プリズム３３に至ると下方に反射され、フォトディテクタ２８で受光されるようになる。
【００２６】
なお、図１〜図８に示すいずれの生体計測装置においても、刺激付与手段を構成する光導波路２３の開口部２３Ａの大きさを、レーザダイオード２７から発振される前記レーザ光の波長の１／２以下とすることができる。この場合は近接場光の効果を得ることができるため、探針１０より生体内へ導入される前記レーザ光は前記生体内を伝搬することなく、探針１０の近傍に止まるようになる。したがって、より微小領域の生体計測を実施することができるようになる。
【００２７】
また、図１〜図８に示す生体計測装置においては、試薬付与手段を流路２２の先端側に配置した電極に対して所定の電圧を印加し、生体との電位差を利用することによって、探針１０から前記生体内に蛍光インジケータを導入するようにしている。この際、前記電圧はパルス状とすることが好ましい。これによって、前記蛍光インジケータの電気分解や発熱などを抑制することができるとともに、生体に対するダメージを低減、並びに生体の本来的な機能低下を抑制することができる。
【００２８】
また、上述した電位差を利用する代わりに、流路２２内に比較的大きな圧力で蛍光インジケータを導入し、前記圧力を利用して前記生体内に前記蛍光インジケータを導入するようにすることもできる。また、探針１０から生体の表面などの蛍光インジケータを付着させた後、前記蛍光インジケータの前記生体に関する浸透圧又は拡散力を用いて前記蛍光インジケータを前記生体内に導入することもできる。
【００２９】
図１〜図８に示す生体計測装置は単一の探針１０のみを有しているが、複数の探針を有することもできる。
【００３０】
同様に、応答検出手段を構成する光導波路２４の開口部２４Ａの大きさを、前記蛍光インジケータより発せられる蛍光の１／２以下とすることができる。この場合においても近接場の効果を得ることができ、前記生体の探針１０近傍での蛍光のみを受光することができ、より微小領域の生体計測を実施することができる。
【００３１】
次に、前記応答検出手段を用いた前記生体からの応答信号である前記蛍光を検出する具体的な方法について説明する。図９は、蛍光検出方法の一例を説明するための図である。レーザダイオード２７からレーザ光を間歇的に発するようにすると、その時間に対するレーザ光の強度分布は図９の上方に示すようなグラフとなる。このとき、生体中の蛍光インジケータから発せられる蛍光の時間に対する強度分布は図９の中央に示すようなグラフとなる。したがって、図９の下方に示すように、前記蛍光の検出タイミングを前記レーザ光の発振時より時間Ｔｄだけ遅らせるようにし、前記レーザ光が消光しているときに前記蛍光を検出するようにする。これによって、前記レーザ光の影響を除去することができ、応答信号である前記蛍光のみを高いＳ／Ｎ比で検出することができる。
【００３２】
図１０及び図１１は、蛍光検出方法の他の例を説明するための図である。レーザダイオード２７からのレーザ光を所定の周波数の正弦波で変調するようにすると、時間に対する強度分布は図１０の上方に示すようなグラフとなる。このとき、生体中の蛍光インジケータから発せられる蛍光の時間に対する強度分布は図１０の下方に示すようなグラフとなる。なお、このときの、前記レーザ光のピーク強度と前記蛍光のピーク強度との時間的なずれをＴｄとする。
【００３３】
この場合においては、フォトディテクタ２８の後方に図１１に示すような検出回路を設ける。図１１において、測定信号は、前記蛍光をフォトディテクタ２８で受光して得たものである。前記測定信号はバンドパスフィルタを通過した後、位相検波器に至る。一方、参照信号として前記レーザ光を変調させた正弦波を位相回路に入力する。このとき前記参照信号の位相をＴｄだけシフトする。その後、前記参照信号は前記位相検波器において前記測定信号と乗じられる。したがって、前記位相検波器からは、振幅が前記測定信号の振幅に比例し、周波数が前記測定信号又は前記参照信号の２倍である信号が取り出される。この信号はローパスフィルタに取り込まれ、前記測定信号の大きさに比例した直流成分の信号のみが取り出されるようになる。
【００３４】
この場合においても、前記レーザ光の影響を除去することができ、応答信号である前記蛍光のみを高いＳ／Ｎ比で検出することができる。
【００３５】
図１２は、本発明の生体計測装置の他の例を示す構成図である。なお、図１２においては前記生体計測装置の探針の先端部のみを示している。図１２に示す生体計測装置においては、生体に付与する刺激として電気的刺激を採用し、前記生体からの電気的な応答を検出するようにしたものである。図１２に示す生体計測装置において、探針１０には刺激用電極４３及び検出用電極４４が形成されており、それらは保護層３０で覆われている。
【００３６】
図１３は、図１２に示す生体計測装置の変形例を示す構成図である。この場合においても、前記生体計測装置の探針の先端部のみを示している。図１３に示す生体計測装置においては、刺激用電極４３及検出用電極４４の一部が露出している。
【００３７】
図１２及び図１３のいずれの生体計測装置においても、探針１０における刺激用電極４３から生体内に電気的な刺激を導入し、この刺激に対する電気的な応答を検出用電極４４で検出する。また、生体の細胞などは負電位であるので、検出用電極４４で前記細胞の電位をモニタリングすることによって、探針の前記細胞内への挿入状態など知ることもできる。
【００３８】
図１４は、本発明の生体計測装置のその他の例を示す構成図である。図１４においては、前記生体計測装置の探針の先端部のみを示している。図１４に示す生体計測装置においては、探針１０内において圧電素子からなる駆動体５３と、この駆動体５３に対して外部より所定の電圧を導入するための導電路２９が設けられている。なお、駆動体５３は圧電素子に代えて形状記憶合金などを用いることもできる。
【００３９】
導電路２９を通じて駆動体５３に所定の電圧が印加されると、駆動体５３は図中矢印で示す方向に伸縮する。その結果、探針１０は図中矢印で示す上下方向に変位するようになる。したがって、探針１０を所定の生体内に挿入し、上述した上下運動を付与した際の、前記生体内での探針１０の実際のたわみ具合などを計測することによって、前記生体からの力学的な応答を計測することができる。
【００４０】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００４１】
例えば、上記した具体例においては、生体に付与すべき刺激として光学的刺激、電気的刺激、及び力学的刺激を用いたが、これ以外の所定の化学反応を伴うような刺激を用いることもできる。また、生体からの応答としては、上述した光学的な応答、電気的な応答、及び力学的な応答の他に、前述した化学反応を通じた応答などを用いることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、生体内における細胞の一つ一つを対象とする微小領域での計測を直接的に行なうことのできる生体計測装置及び生体計測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生体計測装置の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示す生体計測装置の側面図である。
【図３】図１及び図２に示す生体計測装置の、探針が設けられた本体部の一端側を示す拡大図である。
【図４】本発明の生体計測方法の一原理を示す概略図である。
【図５】本発明の生体計測装置の変形例を示す構成図である。
【図６】本発明の生体計測装置の変形例を示す構成図である。
【図７】本発明の生体計測装置の変形例を示す構成図である。
【図８】本発明の生体計測装置の変形例を示す構成図である。
【図９】本発明の生体計測方法における、蛍光検出方法の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の生体計測方法における、蛍光検出方法の一例を説明するための図である。
【図１１】本発明の生体計測方法における、蛍光検出方法において使用する検出回路の一例を示す図である。
【図１２】本発明の生体計測装置の他の例を示す構成図である。
【図１３】本発明の生体計測装置の変形例を示す構成図である。
【図１４】本発明の生体計測装置のその他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０　探針
２０　本体部
２１　基板
２２　流路
２３、２４　光導波路
２５、２６　カップリングプリズム
２７　レーザダイオード
２８　フォトディテクタ
２９　導電路
３０　保護層
３１　電極
３３　波長分離プリズム
４３　刺激用電極
４４　検出用電極
５３　駆動体
【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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【図１４】
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