(57)【要約】  【課題】    【解決手段】  手持ち式赤外分光デバイスおよびその使用方法。前記デバイスは、手持ち式の分光デバイスであり、携帯電話と、あるいは例えばスマートフォン、タブレット、携帯情報端末、コンピュータ、またはアプリケーションを実行可能な携帯用のその他のデバイス等のスマートデバイスと一体化されている。液体試料ポートが前記デバイスと一体化され且つ当該デバイスの分光計に近接した位置にあり、前記デバイス分光計が液体試料の赤外スペクトル分析を行うものであり、これにより、携帯性と共に、極めて精緻で且つ詳細な液体試料のスペクトル分析を行うことができる。前記デバイスは無線通信機能を有し、データおよびスペクトル画像をグローバルに伝送するようになっている。  【選択図】      図４
2015525877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手持ち式分光デバイスであって、
赤外領域の波長の光を出射する赤外光源と、
液体試料検査ポート兼試料トレイであって、液体試料を受け入れるものであり、当該液体試料検査ポート兼試料トレイは前記赤外光源と近接した関係にあるものであり、前記赤外光は前記試料トレイ上の前記試料全体またはその一部へ方向づけられるものである、前記液体試料検査ポート兼試料トレイと、
赤外線受信部であって、前記液体試料により吸収される赤外光の周波数のスペクトルを記録するものである、前記赤外線受信部と、
データプロセッサであって、前記赤外光受信部と接続されて、スペクトルデータおよび／または画像の形式で前記液体試料中に存在する１若しくはそれ以上の化合物を検出し且つ定量化するものである、前記データプロセッサと
を有するデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記赤外領域は約６５０ｎｍ〜約１５０００ｎｍの波長帯を有するものであるデバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記赤外領域は約６５０ｎｍ〜約３０００ｎｍの近赤外の波長帯を有するものであるデバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記赤外領域は約３０００ｎｍ〜約８０００ｎｍの中間赤外の波長帯を有するものであるデバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のデバイスにおいて、このデバイスは、さらに、前記赤外線源、前記赤外線受信部、またはこれらの両方に近接した位置に１若しくはそれ以上の赤外線フィルタを有するものであるデバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記手持ち式デバイスは、無線通信デバイスであるデバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のデバイスにおいて、このデバイスは、さらに、校正用赤外線出射部と、校正用赤外線受信部とを有するものであるデバイス。
【請求項８】
請求項７に記載のデバイスにおいて、このデバイスは、さらに、前記校正用赤外線出射部、校正用赤外線受信部、またはこれらの両方に近接した位置に１若しくはそれ以上の校正用赤外線フィルタを有するものであるデバイス。
【請求項９】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記試料トレイは前記デバイスから着脱自在であるデバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載のデバイスにおいて、このデバイスは、さらに、前記スペクトルデータおよび／または画像を表示するディスプレイを有するものであるデバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載のデバイスにおいて、このデバイスは、さらに、
データ送信部であって、前記スペクトルデータおよび／または画像を、コンピュータ、手持ち式デバイス、スマートデバイス、または前記スペクトルデータおよび／または画像を受信するその他の手段に送信するものである、前記データ送信部
を有するものであるデバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記液体試料は体液を有するものであるデバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載のデバイスにおいて、前記体液は、血液、尿、または唾液を有するものである、デバイス。
【請求項１４】
液体試料中の１若しくはそれ以上の化合物の濃度を決定する方法であって、
前記液体試料を試料トレイ上に配置する工程と、
前記試料トレイを試料検査ポートに挿入する工程であって、前記試料検査ポートは手持ち式デバイス内に収容されているものであり、前記手持ち式デバイスは赤外分光計を含むものである、前記挿入する工程と、
前記試料で赤外光を方向づける工程と、
吸収される赤外光の周波数のスペクトルを記録する工程と、
前記試料で吸収される赤外光に基づいて、前記液体試料中の１若しくはそれ以上の化合物の存在またはその濃度を決定する工程と
を有する方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約６５０ｎｍ〜約１５０００ｎｍの波長帯を有するものである方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約６５０ｎｍ〜約３０００ｎｍの近赤外の波長帯を有するものである方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約３０００ｎｍ〜約８０００ｎｍの中間赤外の波長帯を有するものである方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載のデバイスにおいて、この方法は、さらに、前記手持ち式デバイスの校正を行う工程を有するものである方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載のデバイスにおいて、この方法は、さらに、前記１若しくはそれ以上の化合物の存在またはその濃度をスペクトルデータおよび／または画像として前記手持ち式デバイスに表示する工程を有するものである方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載のデバイスにおいて、この方法は、さらに、前記１若しくはそれ以上の化合物の存在またはその濃度を無線通信ネットワークを介して１若しくはそれ以上の他のデバイスに送信する工程を有するものである方法。
【請求項２１】
赤外分光法を用いて体液中の１若しくはそれ以上の化合物の濃度を決定する方法であって、
前記体液の試料を試料トレイ上に配置する工程と、
前記試料トレイを試料検査ポート内に挿入する工程であって、前記試料検査ポートは手持ち式デバイス内に収容されているものであり、前記手持ち式デバイスは赤外分光計を含むものである、前記挿入する工程と、
前記試料で赤外光を方向づける工程と、
前記試料に赤外光を吸収させて赤外光の波長を検出する工程と、
前記試料により吸収される赤外光の周波数のスペクトルを記録する工程と、
前記試料により吸収される赤外光の周波数のスペクトルを無線通信ネットワークを介して前記手持ち式デバイスから１若しくはそれ以上の他のデバイスに送信する工程と
を有する方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記体液は、血液、尿、または唾液である、デバイス。
【請求項２３】
請求項２１に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約６５０ｎｍ〜約１５０００ｎｍの波長帯を有するものである方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約６５０ｎｍ〜約３０００ｎｍの近赤外の波長帯を有するものである方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約３０００ｎｍ〜約８０００ｎｍの中間赤外の波長帯を有するものである方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載のデバイスにおいて、この方法は、さらに、前記手持ち式デバイスの校正を行う工程を有するものである方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載のデバイスにおいて、この方法は、さらに、前記１若しくはそれ以上の化合物の存在またはその濃度をスペクトルデータおよび／または画像として前記手持ち式デバイスに表示する工程を有するものである方法。
【請求項２８】
請求項２１に記載のデバイスにおいて、この方法は、さらに、前記１若しくはそれ以上の化合物の存在またはその濃度を無線通信ネットワークを介して１若しくはそれ以上の他のデバイスに送信する工程を有するものである方法。
【請求項２９】
赤外分光法を用いて液体試料を検査し前記液体試料中の１若しくはそれ以上の物質を検出または定量化する方法であって、
液体試料を液体検査ポート内に受け入れる工程であって、前記液体検査ポートは手持ち式分光デバイスにスライド式に連結されているものである、前記受け入れる工程と、
前記液体試料を近距離で赤外光にさらす工程と、
前記試料により吸収される赤外光の周波数のスペクトルを記録する工程と、
前記吸収される周波数を分析して前記液体試料中の１若しくはそれ以上の物質を検出または定量化し、前記液体試料に関連するスペクトルデータを生成する工程と、
前記スペクトルデータを無線通信ネットワークを介して前記手持ち式デバイスから１若しくはそれ以上の他のデバイスに送信する工程と
を有する方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載のデバイスにおいて、前記液体試料は体液の試料である方法。
【請求項３１】
請求項２９に記載のデバイスにおいて、前記液体試料は環境流動物である方法。
【請求項３２】
請求項２９に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約６５０ｎｍ〜約１５０００ｎｍの波長帯を有するものである方法。
【請求項３３】
請求項２９に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約６５０ｎｍ〜約３０００ｎｍの近赤外の波長帯を有するものである方法。
【請求項３４】
請求項２９に記載のデバイスにおいて、前記方向づけられた赤外光は約３０００ｎｍ〜約８０００ｎｍの中間赤外の波長帯を有するものである方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年６月２８日付で出願された米国特許仮出願第６１／６６５，６８４号に基づく優先権を主張するものである。この参照により同出願を本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、赤外吸収分光法に関し、特にスマートデバイスまたは独自の手持ち式携帯デバイスを用いて携帯プラットフォーム上で赤外分光法による溶液分析を行うものに関する。前記手持ち式携帯デバイスは、追加のデータ分析、伝送、および通信のために、有線または無線でスマートデバイスまたはコンピュータに接続されている。前記デバイスおよび方法は、溶液試料の遠隔および"現地（ｆｉｅｌｄ）"検査を容易にし且つ効率化すると共に、前記データを分析し且つグローバルに共有することができるものである。
【背景技術】
【０００３】
赤外吸収分光法は、多くの分野、特に医療や法執行の分野において様々な用途で技術を成長させており、また受け入れられている。吸収分光法はその特定性および定量的性質のために化学的な分析に有用である。フーリエ変換赤外分光法とも呼ばれるこの赤外分光の方法は、試料を透過した赤外光の量を測定するものである。赤外光は有機物や無機物中の化学結合と相互作用し、このような物質中の結合が種々の周波数で様々な強度の赤外光を吸収することになる。赤外分光計は、物質により吸収された赤外光を記録し、それを赤外スペクトルと呼ばれる形式で表示する。前記赤外スペクトル領域は、可視スペクトルの赤色端で約６５０ｎｍの波長から、当該スペクトルのマイクロ波領域で約１ｍｍの波長に及ぶ。この波長帯は、さらに、近赤外（約６５０〜約１４００ｎｍ）、短赤外（約１４００〜約３０００ｎｍ）、中赤外（約３０００ｎｍ〜約８０００ｎｍ）、長赤外（約８０００〜約１５０００ｎｍ）、遠赤外（約１５０００超〜約１ｍｍ）に細分化することができる。頻繁に本明細書で示す前記近赤外および短赤外の領域は総じて約６５０ｎｍ〜約３０００ｎｍの範囲を有する"近赤外"として参照する。赤外線の波長は、波数と呼ばれ、"ｃｍ−１"として表される単位で示されることが多い。"ｃｍ−１"は１センチメートル内に収まる波の数である。
【０００４】
ある波長または波数で生じる吸光バンドまたは"ピーク"は、分子の化学結合の結果として、当該分子によるそれらの波長での赤外光の吸光度を示す。その結果、赤外分光法は、分子の成分結合を分析することにより当該分子を特定し且つそれらの存在を定量化するのによく用いられる。分子中の各化学結合は、その結合特有の周波数で振動する。分子（例えば、ＣＨ２）中の原子群は複数の振動モードを有するが、これら複数の振動モードは原子群全体の伸張や屈曲運動により生じる。振動により前記分子内で双極子が変化する場合、その際に同じ周波数を有する光子が吸収されることになる。多くの分子の前記振動周波数は赤色光の周波数に対応する。一般に、前記技術は、約４０００ｃｍ−１〜約４００ｃｍ−１の中赤外スペクトル領域を示す光放射線を用いた有機化合物の研究に使用されている。試料中で吸収される周波数全てのスペクトルが記録される。これにより、化学基の存在や、またその純度に関する前記試料構成についての情報を取得することができる（例えば、湿った試料は３２００ｃｍ−１周辺で広域のＯ−Ｈ吸収を示すであろう）。
【０００５】
合成および天然材料を分析する場合では、近赤外吸収分光法は、近年、穀物、飼料、ベーキング商品、小麦粉、飲料、餌、医薬品、乳製品、炭水化物、並びに石油化学製品、精製化学製品、放射性物質および有害物質、並びに医用撮像および診断における複数の用途でこれまでにない産業的な成功が示されている。近赤外分光法はその基本的な用途として、処理制御、品質評価、原材料および処理副産物の特定、および複合混合物の化学的な定量分析に利用されている。
【０００６】
試料中に含まれる分子および物質の存在および量を評価するために、赤外光を前記試料に通過させる。前記試料を通過した前記赤外スペクトルの強度は（例えば、測定された光のピークのサイズから）定量的な情報を提供する。また、前記試料中で吸収が起こる波長に対応した周波数から一定の化合物の存在が特定される。同じ原子組成を有する化合物は２つとないので、従って前記物質を構成する原子の結合間で異なる振動周波数がもたらされ、前記試料中の物質の分子構造および結合に基づいて前記物質に関する定性的な情報が提供される。赤外線検査は、従って、検査試料中に含まれる前記物質の分子"フィンガープリント"を提供するものである。一般に、臨床材料の分析のため、赤外スペクトルデータおよび参照分析試料が生成されて校正試料として機能する。校正試料は既知の材料の特定を可能にする。また校正試料のライブラリーを用いて前記検査試料中の未知の物質を特定することもできる。赤外分光法は、例えば唾液中に含まれるコカイン等の薬物の検出、糖尿病患者についてグルコースの検出、および患者の生化学的変化の検出へ利用が広がってきており、これらは病気の検出に用いられるであろう。また、近赤外分光法も、池や湿地に含まれる種々の化合物を検査するのに用いられている。
【０００７】
赤外分光関連技術に関する追加の情報としては、次の刊行物等があり、この参照によりこれら各刊行物の全体を本明細書に組み込むものとする。Ｔ．Ｄ．ＲＩＤＤＥＲ，＊Ｓ．Ｐ．ＨＥＮＤＥＥ，および，Ｃ．Ｄ．ＢＲＯＷＮ，"Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  Ａｌｃｏｈｏｌ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  Ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（拡散反射近赤外分光法を用いた非侵襲式アルコール検査）"，ＡＰＰＬＩＥＤ  ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ，第５９巻，Ｎｏ．２，２００５年、Ｙ．Ｋａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｄ．Ａｄａｃｈｉ，Ｈ．Ｓａｔｏ，およびＹ．Ｏｚａｋｉ，Ｊ．Ｎｅａｒ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ．１０，８５（２００２年）、Ｙ．Ｋａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｄ．Ａｄａｃｈｉ，Ｈ．Ｓａｔｏ，およびＹ．Ｏｚａｋｉ，Ｊ．Ｎｅａｒ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ．１０，８５（２００２年）、および、Ｅｌｉ  Ｓ．Ｊａｃｏｂｙ，Ａｎｄｒｅｗ  Ｔ．Ｋｉｃｍａｎ，Ｐａｕｌ  Ｌａｉｄｌｅｒ,  およびＲａｙ  Ｋ．Ｉｌｅｓ，"Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｇｌｙｃｏｆｏｒｍｓ  ｏｆ  Ｈｕｍａｎ  Ｃｈｏｒｉｏｎｉｃ  Ｇｏｎａｄｏｔｒｏｐｉｎ  β−Ｃｏｒｅ  Ｆｒａｇｍｅｎｔ  ｂｙ  Ｍａｔｒｉｘ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（レーザー脱離/イオン化飛行時間質量分析法によるヒト絨毛性ゴナドトロピンβ-コアフラグメントの糖型の決定）"、Ｄａｖｉｄ  Ａ  Ｓｃｏｔｔ，Ｄｉａｎｅ  Ｅ．Ｒｅｎａｕｄ，Ｓａｔｈｙａ  Ｋｒｉｓｈｎａｓａｍｙ，Ｐｉｎａｒ  Ｍｅｒｉｃ，Ｎｕｒｃａｎ  Ｂｕｄｕｎｅｌｉ，Ｓｖｅｔｋｉ  Ｃｅｔｉｎｋａｌｐ，  Ｋａｎ−Ｚｈｉ  Ｌｉｕ，"Ｄｉａｂｅｔｅｓ−ｒｅｌａｔｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ  ｉｎ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｓａｌｉｖａ（人間の唾液の赤外スペクトルにおける糖尿病に関連した分子指標）"，Ｄｉａｂｅｔｏｌｏｇｙ  &  Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ  Ｓｙｎｄｒｏｍｅ  ２０１０年，  ２：４８、Ｋｅｒｓｔｉｎ  Ｍ．Ｃ．Ｈａｎｓ，Ｓｕｓａｎｎｅ  Ｍｕｌｌｅｒ，Ｍａｒｋｕｓ  Ｗ．Ｓｉｇｒｉｓｔ，"ＩｒＳｅｎｓ：Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｃｏｃａｉｎｅ  ｉｎ  ｓａｌｉｖａ  ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ａ  ｏｎｅ−ｓｔｅｐ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ＭＩＲ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（赤外線検知：ワンステップ抽出およびＭＩＲ分光法を用いた唾液中のコカインの検知）"，インターネット<ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｎｏ−ｔｅｒａ．ｃｈ／ｐｄｆ／ｐｏｓｔｅｒｓ２０１１／０−０−３−１．ｐｎｇ>、Ｒ．Ａｎｔｈｏｎｙ  Ｓｈａｗ，および，Ｈｅｎｒｙ  Ｈ．Ｍａｎｔｓｃｈ，"Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｉｎ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（臨床および診断分析における赤外分光法）"，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｓｖｅｔｌａｎａ  Ｋｈａｕｓｔｏｖａ，Ｍａｘｉｍ  Ｓｈｋｕｒｎｉｋｏｗ，Ｅｖｇｅｎｙ  Ｔｏｎｅｖｉｔｓｋｙ，Ｖｉａｃｈｅｓｌａｖ  Ａｒｔｙｕｓｈｅｎｋｏ，Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｔｏｎｅｖｉｔｓｋｙ，"Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｓｔｒｅｓｓ  ｂｙ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓａｌｉｖａ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（フーリエ変換・赤外線唾液分光法による生理的ストレスの非侵襲的な生化学的モニタリング）"，Ｔｈｅ  Ｒｏｙａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１０年７月１６日受付，２０１０年９月２９日受理、Ｓｔｅｖｅ  Ｂａｒｎｅｔｔ，Ｗｈｉｔｅ  Ｐａｐｅｒ："Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｅａｒ−ＩＲ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｌｕｃｏｓｅ，  Ａｃｅｔｏｎｅ，  ａｎｄ  Ｅｔｈａｎｏｌ  ｉｎ  Ｓａｌｉｖａ（唾液中のグルコース、アセトン、およびエタノール検出のための近赤外波長の評価）"。
【０００８】
現在、赤外分光法を用いて体液またはその他の環境試料中の成分を検出、定量化および分析可能なデバイスまたは方法は、前記試料の乾燥または他の試料操作、実験器具（携帯用または現地使用でない）、あるいは生きた被験体や被験体組織等からの測定を必要とする。例えば、米国特許第８３０９９３１号は赤外分光法を用いて膀胱痛症候群や間質性膀胱炎等の病状を診断する迅速な方法に関する。しかしながら、前記方法は、試料を採取し、前記試料の断片をスライドに配置し、当該断片を乾燥させ、そして赤外スペクトルを集光して、種々のデータモデルと比較することで前記被検体の状態を特定する必要がある。米国特許第８４０６８３９号は、例えば人間や動物等の被検体の血液またはその一部に含まれる化合物の濃度および酸素飽和の値を測定する手持ち式デバイスに関する。米国特許第５３６１７５８号は、生きている人間または動物の血液および組織に含まれるグルコースおよびその他の成分の濃度を測定する非侵襲式デバイスに関する。また、米国特許第６２３６０４７号は、生物における血液グルコース濃度を決定する非侵襲式の方法に関する。
【０００９】
赤外分光分析の分野で未だ不足しているものは、（診療室や実験室から離れた）遠隔地にある液体試料において臨床的に正確な分析を実現するデバイスおよび方法である。それによって、前記デバイスおよび方法は、赤外光のうち着目した単一または複数の狭いおよび広いバンド幅を分離して前記試料中の化合物をより正確に特定し且つ定量化するように動作する。本発明の前記デバイスおよび方法は、液体または溶液形態での試料の赤外分光検査を実現する機能を、携帯式／または手持ち式デバイス・プラットフォームに与えるものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態としては、液体試料検査ポートおよび分光計が一体化されている分光分析用手持ち式デバイスが企図される。前記赤外分光計は動作可能にプロセッサに接続されている。当該プロセッサとしては、マイクロプロセッサ、コンピュータ等が挙げられる。前記液体試料検査ポートは、好ましくは前記分光計の赤外光源に近接しており、且つ、前記手持ち式デバイスは、好ましくは無線通信ネットワークを介して無線通信するようになっている。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、手持ち式分光デバイスは、赤外領域の波長の光を出射する赤外光源と、液体試料検査ポート兼試料トレイであって、液体試料を受け入れるものであり、当該液体試料検査ポート兼試料トレイは前記赤外光源と近接した関係にあるものであり、前記赤外光は前記試料トレイ上の前記試料全体またはその一部へ方向づけられるものである、前記液体試料検査ポート兼試料トレイと、赤外線受信部であって、前記液体試料により吸収される赤外光の周波数のスペクトルを記録するものである、前記赤外線受信部と、データプロセッサであって、前記赤外光受信部と接続されて、スペクトルデータおよび／または画像の形式で前記液体試料中に存在する１若しくはそれ以上の化合物を検出し且つ定量化するものである、前記データプロセッサとを有する。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、液体試料中の１若しくはそれ以上の化合物の濃度を決定する方法は、前記液体試料を試料トレイ上に配置する工程と、前記試料トレイを試料検査ポートに挿入する工程であって、前記試料検査ポートは手持ち式デバイス内に収容されているものであり、前記手持ち式デバイスは赤外分光計を含むものである、前記挿入する工程と、前記試料で赤外光を方向づける工程と、吸収される赤外光の周波数のスペクトルを記録する工程と、前記試料で吸収される赤外光に基づいて、前記液体試料中の１若しくはそれ以上の化合物の存在またはその濃度を決定する工程とを有する。
【００１３】
本発明の更なる別の実施形態によれば、赤外分光法を用いて体液中の１若しくはそれ以上の化合物の濃度を決定する方法は、前記体液の試料を試料トレイ上に配置する工程と、前記試料トレイを試料検査ポート内に挿入する工程であって、前記試料検査ポートは手持ち式デバイス内に収容されているものであり、前記手持ち式デバイスは赤外分光計を含むものである、前記挿入する工程と、前記試料で赤外光を方向づける工程と、前記試料に赤外光を吸収させて赤外光の波長を検出する工程と、前記試料により吸収される赤外光の周波数のスペクトルを記録する工程と、前記試料により吸収される赤外光の周波数のスペクトルを無線通信ネットワークを介して前記手持ち式デバイスから１若しくはそれ以上の他のデバイスに送信する工程とを有する。
【００１４】
本発明の更なる別の実施形態によれば、赤外分光を用いて液体試料を検査し前記液体試料中の１若しくはそれ以上の物質を検出または定量化する方法は、液体試料を液体検査ポート内に受け入れる工程であって、前記液体検査ポートは手持ち式分光デバイスにスライド式に連結されているものである、前記受け入れる工程と、前記液体試料を近距離で赤外光にさらす工程と、前記試料により吸収される赤外光の周波数のスペクトルを記録する工程と、前記吸収の周波数を分析して前記液体試料中の１若しくはそれ以上の物質を検出または定量化し、前記液体試料に関連するスペクトルデータを生成する工程と、前記スペクトルデータを無線通信ネットワークを介して前記手持ち式デバイスから１若しくはそれ以上の他のデバイスに送信する工程とを有する。
【００１５】
本発明のこのデバイスおよび方法は、体液、その他の例えば動物の液体物等の液体若しくは材料、または環境試料等に含まれる物質の存在、あるいは、これらの中で起こる物質の変化を具体的に定性分析および定量分析するのに役立つ。使用者は、試料を操作したり（例えば、乾燥させたり）実験施設に送ったりしなくとも、任意の有機もしくは無機液体試料を実質的に世界中の任意の場所で検査することができる。また、この検査および分光分析はその場所でリアルタイムに行うことができる。
【００１６】
前記デバイスは、小型で手持ち専用の分光デバイスの一部として、あるいは、スマートデバイスの一部として赤外分光計を有する。前記赤外分光計がスマートデバイスの一部である場合、前記デバイスは、例えば市場で入手可能なスマートフォンまたはスマートデバイスの内部カメラと同様に、その内部に赤外分光計を収容するように修正される。液体試料検査ポートは、多くのスマートデバイスまたはコンピュータのＵＳＢまたは充電口と同様に、前記デバイスハウジング内部に小型の試料トレイを受け入れるように設計されており、この小型の試料トレイは、好ましくはスライド式に前記分光デバイスに係合する。
本明細書で使用されるように、"赤外（またはＩＲ）分光計"、または"赤外（またはＩＲ）分光デバイス"という用語は、多くの場合、前記赤外光領域の波長の光を出射し且つ検出する器具を意味する。前記分光計を構成する構成要素は、（これに限られるものではないが、）前記赤外光源もしくは出射部と、赤外光受信部と、好ましくは１若しくはそれ以上の赤外光フィルタとを含む。本発明の一実施形態によれば、前記分光計は前記手持ち式デバイスまたはスマートデバイスに組み込まれて、前記赤外光出射部が前記液体試料検査ポートに近接するようになっており、これにより、当該分光計は、前記トレイが前記ポートを介して前記デバイス内へスライドされた場合に前記赤外光が前記試料トレイ上の液体試料を透過するように戦略的に位置合わせされている。前記赤外分光計の前記赤外線受信部分は、前記赤外光出射部から前記試料トレイを挟んで反対側に、あるいは前記試料トレイの前記出射部と同じ側に戦略的に配置されている。前記出射部と同じ側に配置する場合は、分光技術分野で一般に理解されているように、反射する仕組みを介して前記赤外光を前記試料に透過させる。前記赤外分光計は、好ましくは本質的に小型であり、また、前記手持ち式デバイスまたはスマートデバイスに組み込むのに十分に小さい、市場で入手可能な任意の分光計であってもよい。
【００１７】
この分光デバイスは、赤外線フィルタを用いて、不要な光放射線を遮断し、且つ、赤外放射線のみを通過させるようにしてもよい。特定のバンドまたはバンド幅フィルタは"バンドパス"フィルタと呼ばれることもあるが、当該特定のバンドまたはバンド幅フィルタを用いて、ある波長またはバンドの赤外光のみを焦点に合わせ、前記試料を通過させてもよい。赤外光を前記試料トレイ上の試料に透過させる前、あるいは、透過させた後に、赤外光を前記赤外線出射部によって１若しくはそれ以上のフィルタに透過させる。前記別の方法では、前記フィルタは、前記赤外線出射部および／または前記赤外線受信部のより近くに動作可能に配置される。そして、前記得られたスペクトルデータは、評価され、また例えば、特定の検体用の校正データと、あるいは前記デバイス内に設けられ、または無線通信を介して入手可能な分光ライブラリーと比較される。また、前記スペクトルデータを使用して校正データを生成することもできる。前記赤外分光計はマイクロプロセッサに動作可能に接続されており、このマイクロプロセッサは、前記試料を透過した波長測定値を分析して、試料中の１若しくはそれ以上の物質または成分を特定するデータおよび／またはスペクトル画像を生成し、当該試料中の１若しくはそれ以上の物質または成分のレベルを定量化する。前記マイクロプロセッサから出力される前記データ／画像は、前記手持ち式デバイスまたはスマートデバイスに表示、将来使用するために（例えば、他の試料データとの比較のために）マイクロプロセッサにより前記デバイスに保存、前記別のデバイスへ伝送、あるいは、プリンタへ伝送してもよい。前記マイクロプロセッサを前記分光計と同じ前記ハウジングに搭載してもよい。また、無線データ伝送ユニットを同様に前記ハウジングに搭載して、前記マイクロプロセッサから前記データを送受信し、並びに、外部デバイスとデータを送受信するようにしてもよい。前記デバイスは、また、電池または他の電源を有してもよい。一実施形態によれば、前記手持ち式分光デバイスは、小型で携帯可能なデスクトップ型デバイスであり、このデバイスは、コンピュータまたはその他のスマートデバイスとの、あるいは携帯電話とのＵＳＢ接続部と、ＡＣ電源用のプラグとを有する。また、前記デバイスに無線機能を設けてもよく、また無線機能を作動させるための電池を有してもよい。前記デバイスは、オン／オフ用、検査用、（データを送信し且つ受信するための）送信／受信用、およびディスプレイ用のボタンを有してもよい。本発明によって企図される無線伝送方式としては、これらに限られるものではないが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、パーソナル・エリア・ネットワーク、近距離無線通信、セルラー通信、衛星通信等が含まれる。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、前記手持ち式デバイスは、携帯電話、携帯情報端末（ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｄｉｇｉｔａｌ  ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、スマートデバイス、スマートタブレット、ラップトップコンピュータ、あるいは、分光計と、マイクロプロセッサと、無線通信機能とが一体化されているその他の携帯可能なデバイスである。
【００１９】
動作に関する様々なモードでは、本発明は、手持ち式デバイスにおいて溶液中または複数の溶液中の１若しくはそれ以上の物質を定性的および定量的に決定する機能を提供する。この手持ち式デバイスは、前記試料の供給源、あるいは実験室または診療室に近接させる必要はない。例えば、薬物／飲酒運転検査のための道路脇での唾液検査、妊娠検査のための尿検査、あるいは毒や危険な化学物質を検査するための例えば水等の環境試料の迅速な検査等、時間、物質の劣化、試料の蒸発等の問題が懸念される場合であっても、これらの検査のために直ぐに試料を取り込み且つ検査することができる。
【００２０】
本明細書に開示される発明の実施形態が、例えば１若しくはそれ以上のデータプロセッサおよびメモリー等の処理システムによってアクセス可能および／または実行可能なコンピュータプログラムを含んでもよく、前記１若しくはそれ以上のデータプロセッサおよびメモリー等の処理システムが前記分光デバイスの一部であるか、あるいは当該分光デバイスに接続されたものでよいことを、当業者であれば理解されよう。前記プロセッサおよび／またはメモリーは吸収された赤外光の波長を解析する工程を実行するものであり、当該プロセッサおよび／またはメモリーは、スマートフォンまたはスマートデバイスと一体化した分光デバイスの一部であってもよいし、あるいは処理機能を有する１若しくはそれ以上の他のデバイスと通信するようになっている手持ち式分光デバイスの一部であってもよい。本明細書に開示される方法の工程は、これらに限定されるものではないが、波長測定、波長分析、干渉判定、および／または校正定数生成を含むものであり、当該工程は、１若しくはそれ以上のコンピュータ可読コード・セグメントまたはデータ編集としてコンピュータ可読のキャリア媒体に保存されてもよい。前記コンピュータ可読のキャリア媒体としては、サムドライブ、ハードディスク、ＣＤ／ＤＶＤ、または前記デバイス自身の一部であるプロセッサへのハード・プログラム化が含まれる。
【００２１】
本発明は、赤外光のうちナノメートルの特定の着目したバンドにおける特定の波長でデータを限定的に受光し且つ記録する機能を有し、このようなバンド範囲としては、例えば１ナノメートル幅〜１０００ナノメートル幅ほどの広さであり、その波長は典型的には、中間赤外および近赤外の波長領域である。本発明は、複数の異なるバンド幅での赤外光の受光および分析／記録に関して限定されるものではなく、検査試料中の複数の成分を検出および定量化するうえで有利である。前記検査液体試料は、実験室内または診療の場でなくとも、基本的に "顕微鏡"系の様式で検査が行われる。また、ＧＰＳまたは携帯電話の三角測量法（cellular-triangulation）を前記デバイスにプログラム化して、前記デバイスに位置検出／刻印および時間刻印の機能を伴うようにすることもできる。別の実施形態によれば、前記デバイスは、当該デバイスによって記録されたスペクトルデータおよび画像の、位置検出／刻印（ｓｔａｍｐｉｎｇ）および時間／刻印を行うようになっているか、あるいは当該デバイスによって記録されたスペクトルデータおよび画像の位置検出／記録および時間／記録を行うことができる或るデバイスに接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明は、例示のみを目的とする以下の図を参照することにより、より充分に理解されるであろう。
【図１】図１は、本発明の例示的な分光デバイスを図示したものであり、分光計がスマートフォンと一体化していることを示す。
【図２ａ】図２は、本発明の例示的な分光デバイスを図示したものである。
【図２ｂ】図２は、本発明の例示的な分光デバイスを図示したものである。
【図２ｃ】図２は、本発明の例示的な分光デバイスを図示したものである。
【図３】図３は、図２に示した分光デバイスの内部設計の例示的な側面図を示す。
【図４】図４は、本発明によって企図される分光デバイスの別の実施形態の例示的な上面図を示す。
【図５】図５は、図４に示した分光デバイスの例示的な側面図を示す。
【図６】図６は、図４に示した分光デバイスの例示的な正面図を示す。
【図７】図７は、図４に示した分光デバイスの例示的な底面図を示す。
【図８】図８は、本発明に従う例示的な試料トレイを示す。
【図９ａ】図９は、本発明の分光デバイスの例示的な正面図および側面図を示し、当該分光デバイスがスマートデバイスに一体化されていることを示す。
【図９ｂ】図９は、本発明の分光デバイスの例示的な正面図および側面図を示し、当該分光デバイスがスマートデバイスに一体化されていることを示す。
【図１０】図１０は、本発明における分光計の態様の例示的な配置を図示したものである。
【図１１】図１１は、本発明における分光計の態様の例示的な配置を図示したものであり、当該分光計が２つの赤外線フィルタと２つのマイクロプロセッサとを含むことを示す。
【図１２】図１２は、本発明における分光計の態様の例示的な配置を図示したものであり、当該分光計が並列構成である場合を示す。
【図１３】図１３は、本発明における分光計の態様の例示的な構成を図示したものであり、当該分光計にマイクロプロセッサが取り付けられていることを示す。
【図１４】図１４は、本発明における赤外分光方法の例示的なフローチャートを示す。
【図１５】図１５は、水の近赤外吸収のスペクトル画像を示す。
【図１６】図６は、唾液の近赤外吸収のスペクトル画像を示す。
【図１７】図１７は、グルコースの近赤外吸収のスペクトル画像を示す。
【図１８】図８は、水の量を増加させながら加えた時のアセトンの近赤外吸収のスペクトル画像を示す。
【図１９ａ】図１９は、０〜８％エタノール水溶液の近赤外吸収のスペクトル画像と、このデータから生成した校正曲線を示す。
【図１９ｂ】図１９は、０〜８％エタノール水溶液の近赤外吸収のスペクトル画像と、このデータから生成した校正曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本願発明は、手持ち式赤外分光方法およびデバイスに関する。前記手持ち式デバイスはスマートデバイスであってもよい。ハウジングが前記分光装置を保持するものであり、前記分光装置は、赤外線出射部と、１若しくはそれ以上のフィルタと、赤外線受信部と、任意のデータプロセッサおよびデータ送信機能部とを含むものである。前記ハウジングは、また、液体検査試料ポートと、検査試料トレイとを有する。前記ハウジングは、また、バッテリー、またはプラグ・イン式の充電機能を有する他の電源を含んでもよい。前記データ送信部は、近距離無線通信、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはその他の無線通信ネットワーク等の無線通信ネットワークに伴う無線通信デバイスである。代替的に、前記データは、前記デバイスによりＵＳＢ接続を介して、他のコンピュータまたはデバイスへ送信されてもよい。前記試料トレイは、好ましくは、ポリエチレンプラスチック、ガラス、プレキシガラス、プラスチック、および／または赤外光のスペクトルを透過する他の任意の材料から作られており、これにより、前記トレイ自身は、赤外線送信後に前記試料から受け取るスペクトルと干渉しない。前記試料トレイは、先端部に開口部を、且つ、他端部に通気口を有するものであり、これにより、液体が前記トレイ上のウェル（ｗｅｌｌ）内へ毛管現象により引き込まれる。
【００２４】
前記方法によれば、検査する試料が前記試料トレイ内へ取り込まれる。前記トレイは、その後、前記分光デバイス内へ前記検査ポートを介して挿入される。前記試料は少量で、例えば２マイクロリットルであり、最大でも数ミリリットルである。赤外線源または出射部が、標準的なフーリエ変換赤外分光計または他の市販の赤外分光計を用いた前記分光システム（例えば、レンズ等の内部反射要素が取り付けられたシステム）の内部構成に基づいて、赤外光ビームを直接または反射によって前記試料へ送信し通過させる。前記検査試料から予測される吸収バンドに合わせるために１若しくはそれ以上のフィルタを用いることができる。校正用赤外線出射部および校正用赤外線受信部、および１若しくはそれ以上の校正用フィルタを前記デバイスで用いて、前記デバイスを使う度に当該デバイスを校正する。前記校正用出射部は、前記試料の検査で使用する波長とは異なる波長で調整されてもよい。赤外光は校正用出射部から前記試料（および任意のフィルタ）を通過して前記校正用受信部へ送信される。試料スペクトルは、集光され、そして校正用スペクトルおよび／または既知の検体スペクトルデータと比較される。唾液の試料を検査する場合、唾液は複数の異なる化合物の混合であり、従って、唾液の前記赤外スペクトルは個々の検体スペクトルの重ね合わせであり、それらのスペクトルにおける吸収バンドの強度は前記成分の濃度に比例する。
【００２５】
本願発明の前記赤外分光デバイスおよび方法は、０ｎｍ〜約１５０００ｎｍの範囲の波長を有する赤外光、より詳細には約６５０ｎｍ〜約１５０００ｎｍの範囲の波長を有する赤外光、さらにより詳細には約６５０ｎｍ〜約３０００ｎｍの範囲の波長を有する近赤外光、および約３０００ｎｍ〜約８０００ｎｍの範囲の波長を有する中赤外光を用いる。水は３０００ｎｍを超える波長を強く吸収するため、３０００ｎｍ未満で測定可能な成分を測定する場合では、６５０ｎｍ〜３０００ｎｍの近赤外領域が頻繁に採用される。
【００２６】
水溶液では、前記赤外線出射部から前記試料までの最適な距離または経路長が、約０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、より詳細には約０．７５ｍｍ〜１．５ｍｍ、さらにより詳細には約０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることが分かっており、従って本願発明の一実施形態によれば、前記検査する試料は前記試料トレイ上に前記赤外線出射部および受信部に近接させて配置されることになる。前記試料は前記出射部と受信部間に配置することができる。あるいは、反射構成を用いて前記赤外光が前記試料を通過し且つ受信部へ反射されるようにしてもよく、この場合、前記受信部は、前記出射部を有するライン内であるが前記試料および試料トレイに対向して配置される。本発明のデバイスおよび方法で用いる前記分光計の一部として既存のソフトウェアを使用し、前記検査試料からの前記スペクトル波長データを定量的および定性的データに変換してもよく、当該データはスペクトル画像を含んでもよい。前記データは、参照データと比較し且つ前記検査試料中の物質および化合物の存在を特定するために使用される。前記生成された情報、前記定量的および定性的データおよび画像を、その後、更なる処理、分析、モニタリングまたは記録保持のために、好ましくは無線により、１若しくはそれ以上のデバイスまたは場所に送信してもよい。
【００２７】
次に図を参照すると、図１はスマートデバイスと一体化した前記分光デバイスの一実施形態を図示したものである。より具体的には、この実施形態は、スマートフォン１を示し、溶液受部３を有し前記内部液体検査用ポート（（図１では不図示）のための入口を形成している窓部２と、赤外光出射部５からの赤外光を前記試料（図１では不図示）に通過させて赤外光受信部６の方に反射するレンズ４（この態様および工程はスマートフォン１内部で起こる）とを有する。図１に示す本発明のこの実施形態は、また、データプロセッサ７と、ＧＰＳユニット８と、データ送信部／受信部９も含むが、スマートフォン１内でのこれらの機構の具体的な位置はスマートフォン１の設計に依存するであろう。即ち、図１に示すものは例示だけを目的としており、本発明の範囲はこれに限られるものではない。
【００２８】
図２ａ、２ｂおよび２ｃは、本発明の手持ち式デバイスの別の実施形態、ジェネレーション・ツー・デバイス１０の種々の図を示したものである。この実施形態は、小型で携帯可能であり、また"立方体（ｃｕｂｅ）"形状をしており、そして、その寸法は、幅約２．４インチ×長さ約２．８インチ×高さ約２．８インチである。当然、これらの寸法は、例示だけを目的としており、従って本発明の範囲がこれに限定されるわけではない。図２ａは、ジェネレーション・ツー・デバイス１０の側面図である。この図２ａは、ジェネレーション・ツー・デバイス１０の動作中に、試料トレイ１４が赤外光出射部５と赤外受信部６間における検査用試料ポート１５内の戦略的に調整された位置にあり、これにより、赤外光が試料トレイ１４上の液体試料全体または一部を透過するようになっていることを示す。赤外光出射部５は分光計出射部デジタルボード１６の一部であり、赤外光受信部６は分光計受信部デジタルボード１７の一部である。図２ｂは、ジェネレーション・ツー・デバイス１０の正面図である。この図２ｂには、検査ポート１５が示されている。図２ｃは、ジェネレーション・ツー・デバイス１０が外部ハウジング１１を有し、この外部ハウジングが、液体検査ポート１５と、出射部デジタルボード１６と、受信部デジタルボード１７とを収容することを示す。デジタルボード１６および１７は、また、本明細書で述べるようにマイクロプロセッサや本発明のその他の態様を収容してもよい。
【００２９】
図３は、本発明の例示的な実施形態の内部概略図、具体的には分光計２２ａの一構成を図示したものであり、この分光計２２ａは本発明によって企図される前記手持ち式デバイスのうちの１つの一部として内部的に動作する。この図では、出射部デジタルボード１６が赤外線出射部５と校正用赤外線出射部１８とを収容することが特徴付けられている。バンドパスフィルタ１９が取り付けられた赤外線受信部６は、赤外線出射部５の真向いに位置する。校正用バンドパスフィルタ２１が取り付けられた校正用赤外線受信部２０は、受信部デジタルボード１７に取り付けられており、校正用赤外線出射部１８の真向いに位置する。出射部デジタルボード１６と受信部デジタルボード１７ユニット間には試料トレイ１４があり、この試料トレイ１４は液体検査用ポート１５で動作可能に配置される脱着可能なトレイとして示されている。
【００３０】
図４は本発明におけるジェネレーション・スリー・デバイス２３の一実施形態の例示的な上面図である。この実施形態は、小型で携帯可能であり、またコンピュータマウスのような形状をしており、そして、その寸法は幅約１．５インチ×長さ約２．５インチ×高さ約０．５インチほどの大きさである。この図に示す試料トレイ１４は、深さ約０．０３９インチ（１ｍｍ）、幅約０．３９４インチ（１０ｍｍ）ほどの大きさである。当然、これらの寸法は、例示だけを目的としており、従って本発明の範囲がこれに限定されるわけではない。この図にはオン／オフボタン２４、検査／送信ボタン２５、スペクトルデータおよび／または画像を表示する表示スクリーン２６が示されている。ジェネレーション・スリー・デバイス２３の両側面にはハンドグリップ２７があり、また、検査トレイ１４がスライドされ部分的にジェネレーション・スリー・デバイス２３内にあることが示されている。
【００３１】
図５はジェネレーション・スリー・デバイス２３の例示的な側面図である。この図は、分光計の出射部デジタルボード１６と受信部デジタルボード１７が、液体検査ポート１５を挟んで互いに反対側に配置されていることを示し、これにより、動作中、試料トレイ１４がポート１５内にスライドされている場合に赤外光が試料トレイ１４上の試料を透過する。この図には、また、ジェネレーション・スリー・デバイス２３上に、バッテリー２８、バッテリー再充電用接続部２９、ＵＳＢ接続ポート３０、および表示スクリーン２６の任意選択的な位置が示されている。
【００３２】
図６はジェネレーション・スリー・デバイス２３の例示的な正面図を示す。この図には、図５に示す構成において、液体検査ポート１５内の試料トレイ１４と共に、オン／オフボタン２４、検査／送信ボタン２５、出射部デジタルボード１６、および受信部デジタルボード１７の任意選択的な配置が示されている。
【００３３】
図７はジェネレーション・スリー・デバイス２３の例示的な底面図であり、試料トレイ１４に対するバッテリードア３１の任意選択的な配置を示す。
【００３４】
図８は本発明による試料トレイ１４の一実施形態を図示したものである。試料トレイ１４には試料取込口３２があり、この試料取込口３２は毛管作用により検査する前記試料を前記トレイ上へ引き込む。試料トレイ空気抜口３３は、取込口３２から試料トレイ１４の遠位端で充填を可能にする。好ましくは、試料トレイ１４は、ポリマーまたはその他の疎水性の材料からなり、これにより、プラズマ処理（ｐｌａｓｍａ  ｂａｓｅｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて前記液体を試料取込ウェル３４内へ引き込むことが可能となる。試料取込ウェル３４は、前記試料を保持し、また前記試料の赤外線分析のための安定したリザーバを提供する。
【００３５】
図９ａおよび図９ｂは本発明のスマートデバイス３５の実施形態の正面図および側面図を示す。試料トレイ１４は、スマートデバイス３５へスライド式に入れられ且つスライド式に当該スマートデバイスから取り出される。図９ｂは、スマートデバイス３５内部の分光計構成要素である、赤外光出射部５、赤外光受信部６、および２つのバンドパスフィルタ１９の例示的な配置を示す。図９ａおよび９ｂは、また、例示的なデータ送信部／受信部ユニット９、内部データプロセッサ７、およびＧＰＳユニット８を示す。
【００３６】
１若しくはそれ以上の赤外光フィルタ１９を試料トレイ１４に（例えば、試料トレイ１４の一部として形成して）直接的に、あるいは試料トレイ１４に近接した位置に付け加えることができる（前記試料トレイ１４は、また、溶液トレイ、溶液容器、唾液用溶液トレイ、または挿入トレイとも呼ばれる）。試料トレイ１４は、液体試料ポート１５に対して移動可能であるが、スマートフォン１、ジェネレーション・ツー・デバイス１０、ジェネレーション・スリー・デバイス２３、またはスマートデバイス３５に対して、着脱自在であるか、あるいは取り付けられたままにすることができる。試料トレイ１４は、例えばプラスチック、ガラス、プレキシガラス、ポリエチレン等の透明な物質、および／または赤外光スペクトルを透過させるその他の任意の材料から作られており、これにより前記トレイ自体は前記赤外線検査と干渉しない。一実施形態によれば、ＰＳＡガスケットを用いて取込ウェル３４を形成する前記経路を決定することができる。また１枚のポリマーフィルムを用いて前記取込ウェル３４を構成する閉じた筒状の経路を形成することができる。試料取込ウェル３４の高さは２０ミクロン〜２５０ミクロンの範囲である。検査する液体の量は２マイクロリットル〜１００マイクロリットルの範囲である。試料取込ウェル３４の幅は、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。試料トレイ１４は、幅が５ｍｍ〜２０ｍｍ、長さが１ｃｍ〜６ｃｍである。試料トレイ１４の高さは０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲である。これらの寸法は例示的なものであり、取込ウェル３４、試料ポート１５、および前記デバイスのその他の特徴は、本発明の任意の実施形態に適切に従い且つ実施されるように修正してもよい。当該任意の実施形態には、これに限られるものではないが、本発明におけるジェネレーション・ツー・デバイス１０、ジェネレーション・スリー・デバイス２３、スマートフォン１、またはスマートデバイス３５が含まれる。
【００３７】
図１０は、本発明の実施形態において使用され得る分光計２２ｂが直列式（ｉｎ−ｌｉｎｅ）の配置を有することを図示したものであり、当該実施形態には、これに限られるものではないが、図１ないし図９に示したものが含まれる。赤外光出射部５からの光子は、赤外線フィルタ１９を通過し、次いで、溶液トレイ１４、第２の赤外線フィルタ１９を通過して、赤外光受信部６に伝送される。
【００３８】
図１１は、データプロセッサ７が組み込まれた分光計２２ｃが直列式の配置を有することを図示したものであり、前記データプロセッサ７が赤外光出射部５と赤外光受信部６のそれぞれに動作可能に取り付けられていることを示す。この分光計２２ｃでは、前記光子は、やはり、赤外光出射部５から赤外線フィルタ１９を通過し、次いで、溶液トレイ１４、第２の赤外線フィルタ１９を通過して、赤外光受信部６に伝送される。
【００３９】
図１２には、代替として並列式の配置を有する分光計２２ｄが図示されている。赤外光出射部５と赤外光受信部６は並列構成にある。赤外光出射部５からの光子は、赤外線フィルタ１９を通過し、次いで、溶液トレイ１４上の試料を通過し、ここで所定の角度で跳ね返されて赤外線フィルタ１９を通過し、赤外光受信部６に伝送される。図１３は、別の並列式の配置を有する分光計２２ｅを図示したものであり、データプロセッサ７が赤外光出射部５および受信部６のそれぞれに動作可能に接続されていることを示す。図１３に示す分光計２２ｅの配置は、所謂'オンチップ（ｏｎ−ｃｈｉｐ）'分光システムとも呼ばれる。図１３における赤外線出射部５からの光子は、図１２における赤外線受信部６への反射方法と同様の方法で進行する。
【００４０】
スライド式試料トレイ１４は、図３、１０、１１、１２、および１３に示した分光計システム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、または２２ｅの何れかに近接しているものであり、当該分光システム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、または２２ｅは本発明によって企図される前記手持ち式／スマートデバイス内に一体化されるものであるが、このスライド式試料トレイ１４の独特な組み合わせは、試料の高精度な現地赤外分光検査に迅速で且つ有効な解決法を提供するものである。赤外分光技術の当業者ならば理解され得るように、図１３に図示するような分光システム２２ｅのオンチップ組み込みの更なる利点は、前記システムが、分光システム部品の外部調整ではなく他のオンチップの部品を動かすか調整することによって、従来型の放射光読み取りと分光イメージングとの間の切り替えができるようになっていることである。
【００４１】
赤外光出射部５および赤外光受信部６は、図１０ないし１３に示すように校正用出射部１８および校正用受信部１９を有してもよく、また当該校正用出射部１８および校正用受信部１９は、校正用バンドパスフィルタ２１を有し、使用中に前記デバイスの校正を行ってもよい。
【００４２】
図１４は本発明の方法の例示的なフローチャートを示す。前記分光デバイスは、スマートデバイスに一体化されるか、あるいは当該スマートデバイスと無線接続されるようになっており、これにより無線接続が構築され無線データ伝送が可能になる（１００）。試料が液体検査ポート内で前記試料トレイ上に配置され且つ処理される（１０１）。前記赤外光出射部が赤外光を送信し前記液体試料に通過させ、前記赤外光受信部が前記試料により吸収された赤外光の波長に関連するデータを受信し且つ記録する。前記赤外光受信部に付随のプロセッサがデータレコードを生成し且つ前記データを処理する（１０２）。この生成・処理（１０２）は、追加の位置および／または時間情報を伴う前記データレコードのタグ付けを含んでもよい。前記データレコードは、情報の無線通信、更なる分析、処理、モニタリング、記録保存等を行うことができる１若しくはそれ以上の外部デバイス３７に無線通信を介して伝送される（１０３）。前記分光デバイスの無線通信機能のため、前記試料の検査処理の間いつでも、前記デバイスへ、あるいは、前記デバイスから他のコンピュータまたはデバイスへ無線通信を伝送することができる。例えば、前記分光デバイスは他のデバイスに、位置、時間、分光校正データ、および患者データの問い合わせをしてもよい。さらに、前記分光デバイスは例えば'クラウド'記録位置等に保存用データを伝送してもよい。
【００４３】
図１５は水の近赤外吸収スペクトルの画像を示す。水は１．４５ｎｍと１．９５ｎｍで顕著なバンドを示す。付加的なバンドが２．９ｎｍ付近にあるが、これは近赤外スペクトル領域の上端である。図１５では、そのバンドの短波長末尾のみが見られる。これは、本発明の前記分光デバイスおよび方法を用いて生成されるスペクトル画像およびデータの種類の一例である。
【００４４】
図１６は水中のＨＳＡ（ｈｕｍａｎ  ｓｅｒｕｍ  ａｌｂｕｍｉｎ、人血清アルブミン）の近赤外吸収スペクトルの画像を示す。唾液の前記近赤外スペクトルは、小分子の吸収バンドに影響を及ぼし得るタンパク質の濃度変化を考慮しなければならない。図１６によれば、ＨＳＡ吸収は約１６５０−１７５０ｎｍおよび約２１５０−２３５０ｎｍの領域において起こる。その他のタンパク質がわずかに異なる近赤外スペクトルを有することが期待されるであろうが、ＨＳＡは唾液中のタンパク質の前記影響の良好なモデルである。唾液中の水が約３０００ｎｍを強く吸収するので、３０００ｎｍ未満の波長がこの検査に適した選択肢を提供する。この図は、本発明によって生成可能なスペクトル画像およびデータの種類の別の例である。
【００４５】
図１７はグルコースの近赤外吸収スペクトルの画像を示す。グルコースの検出は、臨床化学において最も広く行われている研究の目標の一つとなっている。この領域では近赤外検出に関して多大な労力が費やされてきた。この領域の研究の多くは反射率測定（および、特にグルコースの経皮測定）に関係する。図１７は、２．０５ｎｍ〜２．４０ｎｍのグルコースの近赤外スペクトルを図示したものであり、２．２７ｎｍのバンドが定量分析に最適な選択であることが示されている。２．３０ｎｍ付近の基準線をこのバンドのために用いるべきである。
【００４６】
図１８は、水を滴下して水量を増加させていった場合のアセトンの近赤外吸収スペクトルの画像を示す。アセトンは近赤外スペクトルバンドを示し、この近赤外スペクトルバンドは潜在的には水環境における検出のために使用することができる。図１８に示す前記スペクトルには適した基準線ポイントが示されていないが、１．７２ｎｍ付近の基準線ポイントを用いることが有用であろう。アセトンの濃度を定量化する上でその他のスペクトルバンド（例えば、１．１７ｎｍ付近）も有用である。このバンドには１．１０ｎｍの基準線ポイントが適している。しかしながら、脂質および脂肪酸が１．１６５ｎｍおよび１．２１ｎｍ付近に吸収バンドを有するため、このバンドは１．６７２ｎｍのバンドの次の選択肢として扱われるべきである。
【００４７】
図１９は、０〜８％エタノール水溶液の近赤外吸収スペクトルの画像と、このデータから生成した校正曲線を示す。エタノールは近赤外スペクトルバンドを示し、この近赤外スペクトルバンドは潜在的には水環境における検出のために使用することができる。
【００４８】
本発明によって企図される一実施例によれば、近赤外分光法は血清中の検体の吸収を評価するのに用いられる。血清中の主な検体としては、グルコース、総タンパク、アルブミン、トリグリセリド、尿素、および、コレステロールが挙げられる。グルコースの前記スペクトル領域は、例えば、近赤外分光法によって測定される（且つ、標準試料と比較される）ように、典型的には約２０６２−２３５３ｎｍである。本発明の前記方法によれば、血清（液体）試料が前記試料トレイに配置され、当該試料トレイがスライド式に前記手持ち式赤外分光計デバイスの検査試料ポート内へ挿入される。赤外光が近接して前記試料を通過し、血清成分のスペクトルデータが生成される。このデータは、前記試料によって吸収された赤外光の波長（および、逆に前記試料を透過した波長）に基づいて生成されたものである。前記赤外分光計が前記データを受信し、且つ、プロセッサが前記データを処理してスペクトルデータおよび／または画像にする。前記スペクトルデータおよび／または画像は、最適なスペクトル波長吸収バンドまたは領域に基づいて前記試料中の成分を特定し且つ定量化する。例えば、尿素の最適な範囲は１３２４ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲と２３０４ｎｍ〜２３７０ｎｍの範囲との組み合わせであり、トリグリセリドの最適な範囲は１６３５ｎｍ〜１８００ｎｍおよび２０３５ｎｍ〜２３７５ｎｍである。これらは、これらのバンド範囲における赤外波長吸収を記録することにより特定され且つ定量化されるであろう。
【００４９】
別の実施例では、糖尿病の患者が定期的なモニタリングあるいは緊急検査のためにグルコース検査を必要とする場合がある。グルコースは唾液から検出することができる。唾液の試料は前記試料トレイに迅速に且つ容易に配置され、且つ本発明における前記手持ち式デバイスに設けられた試料ポート内へ挿入される。赤外スペクトルは、フーリエ変換赤外分光計（Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ、Ｆｒｅｍｏｎｔ、カルフォルニア）を用いた前記分光計によって記録される。強い赤外スペクトルバンドが（測定値として波長の逆数である波数を用いて）約２８５０ｃｍ−１および２９２５ｃｍ−１で記録され、前記唾液中の脂質基を強調する。２つの顕著なアミド吸収が１６５５ｃｍ−１および１５４５ｃｍ−１で記録される。グルコースは、９５０ｃｍ−１〜１１８０ｃｍ−１で検出される。唾液中に含まれる前記異なる成分により重なり合った吸収があるため、前記分光計およびマイクロプロセッサは、当業界で一般的な分析法を用いて、重なり合ったバンド幅を狭め且つ前記唾液中の成分によって測定される吸収と既知の吸収バンド幅との間の相関をとることが可能であり、これにより、前記唾液中の検体の性質を特定する定性的結果、詳しくはグルコースの所望の定性的結果が提供される。
【００５０】
本発明の別の実施形態によれば、赤外スペクトルが、例えばコカイン等の薬物のような溶液中の検体のために中間赤外領域において記録される。唾液試料が前記試料トレイ上に配置され、前記デバイス内へ挿入され、小型のフーリエ変換赤外分光計が前記試料トレイ上の前記試料に近赤外光を透過させ且つ前記薬物（この場合は、コカイン）の幅狭な理想のスペクトル範囲１７６０ｃｍ−１〜１７１０ｃｍ−１内で測定を行う。特定の赤外線バンド幅フィルタを用いて、前記唾液試料中の前記コカインを特定し且つ定量化するのに使用する前記スペクトル範囲を狭めもよい。この方法により、試料を採取した時点でスペクトル解析を行うことができ、これは道路脇の飲酒検問所（ＤＵＩ  ｓｔｏｐ）で行ってもよい。
【００５１】
更なる別の実施例によれば、唾液分析を行い、例えば運動やスポーツ等の身体的ストレスに応じて存在および／または変化する成分を評価する。本発明の前記赤外分光計デバイスは、現地で競技者の唾液の試料分析を行い、心理学的および生理学的ストレスを評価するのに非常に有用である。分泌性免疫グロブリンＡ（Ｓｅｃｒｅｔｏｒｙ  ｉｍｍｕｎｏｇｌｏｂｕｌｉｎ  Ａ：ｓＩｇＡ）は、運動に対する最初の免疫反応を研究するのにしばしば用いられる。身体的ストレスを評価するのに有用で唾液中で検出可能な追加の生体指標としては、αアミラーゼ、およびコルチゾールが挙げられる。これらの生化学成分は前記中間赤外領域（約４０００ｃｍ−１〜約７００ｃｍ−１）において特定される。フーリエ変換赤外分光法を用いてこれらの生態指標を特定し且つ定量化してもよい。本発明の方法によれば、少量の唾液試料が前記試料トレイに配置され、当該トレイが前記手持ち式デバイスの前記ポート内へスライドされ、そして、前記試料が前記中間赤外光で照射され、吸収バンドが前記赤外分光計の受信ユニットによって受光され、前記スペクトル波長データが校正モデルと比較されて前記生体指標レベルが特定され且つ定量化される。前記データは、前記デバイスで表示され、および／または、更なる分析、（他の診断ツールを用いた）病気診断等のために、１若しくはそれ以上の外部デバイス、コンピュータ等に無線で送信されてもよい。この検査は、トレーニング施設、スポーツアリーナ、ジム、ロッカールーム等で行うことができる。
【００５２】
データ分析および伝送に関して、本発明の一実施形態によれば、スペクトル画像およびデータは、好ましくは、携帯電話または衛星電話、インターネットリンク、あるいは別のデバイスと電気通信するその他の様式を介して送信されるものであり、また同様に前記分光デバイスへ１若しくはそれ以上のその他のデバイスからデータが送信されてもよい。前記データは、処理されたスペクトル画像、および／または、使用者／患者／環境試料識別子を含んでも良いし、含まなくても良い。前記環境識別子は、例えば名前、試料番号、試料タイプ、日付、時間、場所等である。代替的に、前記処理された全ての画像／データのうち小領域を参考として伝送し、（例えば、これに限られるものではないが、デバイス間で伝送される前記データパッケージのサイズを減らす目的のために）前記画像／データ全ては伝送しない。前記データを後で内部または外部エンドポイントにアップロードするために、前記データを前記分光デバイスに蓄積してもよい。前記データを無線通信によって近くのコンピュータ、スマートデバイス、データストレージ機器、またはその他のエンドポイントに転送してもよい。データおよび画像は、使用者／患者／環境データ保護のために暗号化されてもよく、この暗号化には、前記デバイスを用いる前記使用者または組織のための公開キーを用いても良い。新しい試料検査に先立ち前記初期記録情報が入った後、追加の使用者／患者／環境データが電気通信リンク通じてダウンロードされてもよい。画像／データの遠隔伝送に関して、本発明は、また、次の態様を企図する。（ａ）画像／データに関する、テキスト、図面、またはグラフィックスによる追加の注釈、（ｂ）前記分光システムと一体化されたスマートフォンまたはスマートデバイスに伝送されるその他の画像の添付データ（例えば、使用者／患者／環境情報、診断、地理的情報、時間情報、メッセージ、広告情報、警告、またはその他のコンテンツ等）、および（ｃ）病気診断、物質安全性、環境分析等のための更なる画像／データ処理。これらの態様は本明細書において企図されるプロセッサによって実行することができる。
【００５３】
前記分光システムの使用者には、位置特定の入力要求、例えば（これに限られるものではないが、）地元の患者に関するデータベースから前記患者の記録を選択する入力要求が提供されてもよいし、および／または、別の検査を受けることになっている地元の患者から訪問またはデータ収集の指示が出されるようにしても良い。この入力要求機能により、健康および安全性管理のための、人間、動物、植物、あるいは環境条件についての日時依存の分析が可能になる。一実施形態によれば、前記分光デバイスは、標準の、または携帯電話のウェブ閲覧機能を備えている。
【００５４】
携帯性に関し、前記分光システムを携帯式デバイスとしてより有用にするには幾つかの因子があり、照射用に赤外光出射ダイオードを使用する（大電力または高電圧電力の必要性をなくす）ことや、低電力が組み込まれたコンピューターシステムを使用してスタンドアロンのコンピューターシステムの必要性をなくすことが挙げられる。また、液体／溶液分析のために低電力の赤外光出射部および受信部を使用することが挙げられる。前記システムの低電力性により、また、電力系統に接続しなくても長期間（数時間）稼働するように設計されたシステムにおいて（例えばリチウムイオン電池等を用いて）バッテリーを軽量化することもできる。バッテリーは、使い切りのものでもよし、充電式でもよい。この分光システムをスマートフォンまたはスマートデバイス、またはその他の携帯可能な手持ち式デバイスを用いて製作することにより、前記分光システムのサイズは前記臨床または研究の場で用いられている現行の高精密な分光器よりも小型になる。
【００５５】
本発明の前記分光システムおよび方法の企図される用途には、これに限られるものではないが、遠隔または'現地'での医学的評価、治療、健康管理、薬物の検出およびレベル管理（例えば、リチウムレベル、デバコート（Ｄｅｐａｋｏｔｅ）レベル、ジゴキシン（Ｄｉｇｏｘｉｎ）レベル等）、薬物乱用スクリーニング（例えば、個人的、運動競技モニタリング、司法／裁判所の指示による薬物スクリーニング等）、死亡、障害または健康保険スクリーニング、あるいはその他の薬物モニタリング計画が含まれる。これらの用途の幾つかは、さらに、生物学的または化学的検定を含む。例えば、これに限られないが、血液分析、血球数検査、免疫検定、ホルモン分析、あるいは組織試料形態または病理の試験または記録、血液、尿、唾液、体液、感染性液体、癌性液体、身体の副産物、毒素、またはその他の生体媒質分析を含む。前記デバイスおよび方法は、食品サービス環境において、健康または安全管理の一環として使用されてもよく、例えば、バクテリアまたは食品汚染の表面検査、または、生物によって消費されるその他の産物の汚染に関する検査に使用されてもよい。
【００５６】
本発明の追加の用途としては、これに限られるものではないが、例えば土または水試料等の環境試料の分析が含まれる。例えば、淀んだ水、沼、川、湖、海の環境試料分析が含まれ、微生物および／または汚染物質等の組成分析およびモニタリングに利用される。
【００５７】
本発明は例示的な態様で説明されており、本明細書で使用される用語は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、単に本発明の実施形態の例示を提供するものと解釈されるべきである。すなわち、本発明の範囲が他の実施形態を十分に含むものであり且つ明細記載した通り以外にも実施できることを理解されよう。単数形での要素の言及は、明記されていない限り"１つおよび１つのみ"を意味するものではなく、むしろ"１若しくはそれ以上"を意味することを意図する。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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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９ａ】
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【図９ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【国際調査報告】
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