(57)【要約】      （修正有）【課題】生体内に埋め込まれたチップに対して生体外からレーザ光を照射し、発生する表面増強ラマン散乱光を検出する生体成分計測方法であって、チップ表面に形成された金属構造体で発生する熱を抑制し、生体への影響を軽減させる。【解決手段】レーザ光１０１を強度変調し、変調されたレーザ光を生体内に埋め込まれたチップ１０３に照射することでチップで発生する熱を抑制し、生体への悪影響を軽減させ、かつ変調信号による同期検波１０７で、検出感度を向上させることができる。【選択図】図１
2013205079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を強度変調する変調手段と、前記変調手段に変調信号を与える信号源と、特定の波長のレーザ光のみを抽出する光フィルタと、光検出器とを備えた生体成分計測装置と、
表面に金属構造体が形成され、生体内に埋め込まれたチップと、からなり、
前記金属構造体で発生する表面増強ラマン散乱光を検出して、生体内の被検物質の濃度を算出する生体成分計測方法であって、
前記レーザ光を、前記変調信号に基づいて前記変調手段で強度変調し、時間的に断続的な出力光を作成する過程と、
前記出力光を、生体内に埋め込まれた前記チップ表面の前記金属構造体に生体外から照射する過程と、
前記金属構造体で発生した表面増強ラマン散乱光の中から、前記光フィルタで特定の波長の表面増強ラマン散乱光を透過させ、前記光検出器で検出する過程と、
前記光検出器の出力信号に基づき、被検物質の濃度を算出する過程と、
からなる生体成分計測方法。
【請求項２】
レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を強度変調する変調手段と、前記変調手段に変調信号を与える信号源と、特定の波長のレーザ光のみを抽出する光フィルタと、光検出器と、前記変調信号を参照信号として、前記光検出器の出力信号を同期検波するロックインアンプとを備えた生体成分計測装置と、
表面に金属構造体が形成され、生体内に埋め込まれたチップと、からなり、
前記金属構造体で発生する表面増強ラマン散乱光を検出して、生体内の被検物質の濃度を算出する生体成分計測方法であって、
前記レーザ光を前記変調信号に基づいて前記変調手段で強度変調し、時間的に断続的な出力光を作成する過程と、
前記出力光を、生体内に埋め込まれた前記チップ表面の前記金属構造体に生体外から照射する過程と、
前記金属構造体で発生した表面増強ラマン散乱光の中から、前記光フィルタで特定の波長の表面増強ラマン散乱光を透過させ、前記光検出器で検出する過程と、
前記変調信号を参照信号として、前記光検出器の出力信号を前記ロックインアンプで同期検波する過程と、
前記ロックインアンプの出力信号に基づき、被検物質の濃度を算出する過程と、
からなる生体成分計測方法。
【請求項３】
前記時間的に断続的な出力光は、パルス状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体成分計測方法。
【請求項４】
前記パルスのデューティ比は５％以上、５０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の生体成分計測方法。
【請求項５】
前記パルスは一定周期でハイレベルとローレベルを繰り返す信号であり、前記ローレベルの出力は、前記ハイレベルの出力の４０％以下であることを特徴とする請求項３から４のいずれかに記載の生体成分計測方法。
【請求項６】
前記チップを生体の真皮中に埋め込むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の生体成分計測方法。
【請求項７】
前記レーザ光の波長は６５０ｎｍから８００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の生体成分計測方法。
【請求項８】
前記金属構造体は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉの中のいずれか一つの材料を主として構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の生体成分計測方法。
【請求項９】
生体内の前記被検物質は、細胞間質液中に拡散したグルコースであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の生体成分計測方法。
【請求項１０】
前記レーザ光源から出力される前記レーザ光の出力強度は２ｍＷ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の生体成分計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体に含まれる成分の濃度を計測する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体に照射した光の反射光または透過光に基づいて、当該生体に含まれるグルコースのような成分の濃度を計測する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１は、生体成分の生体内での３次元分布を計測する方法を開示している。当該方法では、まず、複数の波長のレーザ光が生体内で集束するように生体に照射される。レーザ光が照射される位置および集束される位置を走査しながら反射光を分光分析することで、生体成分の生体内での３次元分布が計測される。
【０００４】
特許文献２は、グルコース濃度を計測する方法を開示している。当該方法では、まず、グルコースと反応すると蛍光特性を変化させる試薬を含有する微粒子が皮膚上層に埋め込まれる。次に、生体外から励起波長に光が微粒子に照射され、微粒子で発生した蛍光を経皮的に測定する。測定された蛍光に基づき、グルコース濃度が計測される。
【０００５】
特許文献３は、プラズモン共鳴を利用して検体中の標的物質を検知する方法を開示している。当該方法では、短軸方向と長軸方向で長さの異なる柱状形状を有する金属構造体を基板上に配向性を持たせて配し、入射する光の偏光方向を長軸方向にそろえることによって、プラズモン共鳴を効果的に利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０１９４４号公報
【特許文献２】特表２００４−５１０５２７号公報
【特許文献３】特開２００７−２４８２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の構成では、生体内のグルコースのような成分の濃度を計測する場合、グルコースと反応すると蛍光特性を変化させる試薬を含有する微粒子を生体内に埋め込む。蛍光特性を有する試薬は、一般的に光の照射によって蛍光特性は劣化していく。そのため、連続的に生体に埋め込んで計測することは非常に困難である。
【０００８】
一方、プラズモン共鳴を利用して標的物質を検知するセンサチップを生体内に埋め込む場合、蛍光特性を有する試薬のように光照射による劣化は原理的に生じないため、連続的に生体に埋め込むことは可能である。しかし、このようなセンサチップでは、生体内に照射されたレーザ光によって金属構造体で局在的表面プラズモンを発生させると、金属表面で非常に高温の熱が発生してしまう。そのため、金属に触れる部材や、あるいは生体への影響が非常に大きく、信頼性の面で非常に大きな課題を有していた。
【０００９】
本発明は、従来の課題を解決するもので、生体に埋め込まれたチップに対して生体外からレーザ光を照射し、発生する表面増強ラマン散乱光を検出する生体成分計測方法であって、チップ表面に形成された金属構造体で発生する発熱を軽減させ、生体への悪影響を軽減させる生体成分計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来の課題を解決するために、本発明では金属構造体での発熱量を軽減させる計測方法を提供する。具体的には次のように実現される。
【００１１】
レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を強度変調する変調手段と、前記変調手段に変調信号を与える信号源と、特定の波長のレーザ光のみを抽出する光フィルタと、光検出器とを備えた生体成分計測装置と、表面に金属構造体が形成され、生体内に埋め込まれたチップと、からなり、前記金属構造体で発生する表面増強ラマン散乱光を検出して、生体内の被検物質の濃度を算出する生体成分計測方法であって、前記レーザ光を、前記変調信号に基づいて前記変調手段で強度変調し、時間的に断続的な出力光を作成する過程と、前記出力光を、生体内に埋め込まれた前記チップ表面の前記金属構造体に生体外から照射する過程と、前記金属構造体で発生した表面増強ラマン散乱光の中から、前記光フィルタで特定の波長の表面増強ラマン散乱光を透過させ、前記光検出器で検出する過程と、前記光検出器の出力信号に基づき、被検物質の濃度を算出する過程と、からなることを特徴とする。
【００１２】
また、レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を強度変調する変調手段と、前記変調手段に変調信号を与える信号源と、特定の波長のレーザ光のみを抽出する光フィルタと、光検出器と、前記変調信号を参照信号として、前記光検出器の出力信号を同期検波するロックインアンプとを備えた生体成分計測装置と、表面に金属構造体が形成され、生体内に埋め込まれたチップと、からなり、前記金属構造体で発生する表面増強ラマン散乱光を検出して、生体内の被検物質の濃度を算出する生体成分計測方法であって、前記レーザ光を前記変調信号に基づいて前記変調手段で強度変調し、時間的に断続的な出力光を作成する過程と、前記出力光を、生体内に埋め込まれた前記チップ表面の前記金属構造体に生体外から照射する過程と、前記金属構造体で発生した表面増強ラマン散乱光の中から、前記光フィルタで特定の波長の表面増強ラマン散乱光を透過させ、前記光検出器で検出する過程と、前記変調信号を参照信号として、前記光検出器の出力信号を前記ロックインアンプで同期検波する過程と、前記ロックインアンプの出力信号に基づき、被検物質の濃度を算出する過程と、からなることを特徴とする。
【００１３】
また、前記時間的に断続的な出力光は、パルス状であっても良い。
【００１４】
また、前記パルスのデューティ比は５％以上、５０％以下であっても良い。
【００１５】
前記パルスは一定周期でハイレベルとローレベルを繰り返す信号であり、前記ローレベルの出力は、前記ハイレベルの出力の４０％以下であっても良い。
【００１６】
また、前記チップを生体の真皮中に埋め込むことを特徴としても良い。
【００１７】
また、前記レーザ光の波長は６５０ｎｍから８００ｎｍの範囲内であっても良い。
【００１８】
また、前記金属構造体は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉの中のいずれか一つの材料を主として構成されても良い。
【００１９】
また、生体内の前記被検物質は、細胞間質液中に拡散したグルコースであっても良い。
【００２０】
前記レーザ光源から出力される前記レーザ光の出力強度は２ｍＷ以下であっても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の生体成分計測方法によれば、生体内の被検物質の濃度を精度よく計測しながら、生体内に埋め込まれたチップ表面での発熱量を軽減させ、生体への悪影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における生体内のグルコース濃度を計測する装置の模式図
【図２】本発明の実施の形態１における光を照射された皮膚の断面を表す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるセンサチップの構造の一例を示す図
【図４】センサチップ表面で発生する熱とパルス信号との関係を調べる実験装置の模式図
【図５】パルス波形とセンサチップ表面温度の変化を説明する図
【図６】パルス波形とセンサチップ表面温度の変化を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
実施の形態１における生体成分の濃度を計測する方法について、図を参照しながら説明する。
【００２５】
図２は、光を照射された皮膚の断面を示す。符号２０１は生体表面にある表皮組織を示す。表皮組織２０１は、およそ０．２ｍｍから０．５ｍｍの厚さを有する。符号２０２は真皮組織を示す。真皮組織２０２は、およそ０．５から２ｍｍの厚さを有する。符号２０３はセンサチップを示す。センサチップ２０３は真皮組織２０２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。本明細書に記載されている用語「体液」とは、組織細胞間の体液である細胞間質液を意味する。
【００２６】
真皮組織２０２は複数の毛細血管を有するため、体液は当該毛細血管中の成分を含有している。特にグルコースは血管において高い浸透性を有するので、体液のグルコース濃度は、血糖値との高い相関性を有する。
【００２７】
符号２０４は主に脂肪組織から構成される皮下組織を示す。符号２０５は、７８５ｎｍの波長を有する直線偏光光を示す。直線偏光光２０５は、１００μｍの直径を有する円形のビーム形状を有している。直線偏光光は表皮組織２０１を透過し、センサチップ２０３に照射される。直線偏光光は、図２に示されるＺ方向に伝播する。直線偏光光２０５の偏光方向はＸＹ平面内に存在する。
【００２８】
符号２０６は、皮膚表面で反射された反射光である。反射光２０６は、妨害成分のラマン散乱および蛍光を含んでいる。すなわち、反射光２０６は、直線偏光光２０５と同一波長の光だけではなく、より長い波長を有するラマン散乱光のストークス光成分および蛍光を含んでいる。また、反ストークス光成分も含んでいる。反ストークス光成分は、ストークス光成分に比べ遥かに微弱な成分であり、直線偏光光２０５よりも短い波長を有する。
【００２９】
符号２０７は表皮組織２０１内の屈折率の不均一性によって発生する拡散光および散乱光を示す。拡散光および散乱光２０７も反射光２０６と同様、直線偏光光２０５と同一波長の光だけではなく、妨害成分のラマン散乱光や蛍光を含んでいる。
【００３０】
図３はセンサチップの構造の一例を示す。センサチップは、符号３０１に示す基板と当該基板の表面に配置された符号３０２に示す金属構造体から構成されている。金属構造体３０２に光が照射されることによって局在化表面プラズモン共鳴を発生する。金属構造体３０２の一例として、例えば、楕円柱や、円柱状の金属ドットが規則正しく配列したものなどが利用できる。金属ドットの材料としては、ＡｕやＡｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉなどが利用できる。これら金属材料は局在化表面プラズモン共鳴が非常に発生しやすい材料である。また、これら金属材料を含んだ合金材料を利用しても同様の効果が得られる。金属構造体はおおよそ１００ｎｍ程度の大きさの金属ドットで構成されており、センサチップに入射される光の波長（励起波長）で局在化表面プラズモン共鳴が発生するように金属ドットの形状や、それら金属ドット間の距離などが決定される。これら金属ドットの形状は、それぞれの材料によって最適形状が異なるが、形状を調整することによって、任意の波長に共鳴点を設定することが可能である。また、金属ドットは、入射光の偏光方向に合わせ、配置される。例えば、図３に示す楕円柱形状の金属ドットの場合、底面の楕円の長軸が照射されるレーザ光の偏光方向であるＸ方向にそろえて配置されている。
【００３１】
基板３０１は、約１００μｍの直径および約１００μｍの厚みを有している。基板３０１の材料としては、ガラス、シリコンや生体適合性のある樹脂などが用いられる。
【００３２】
図２に示すように金属構造体３０２を具備する面が皮膚表面２０１と平行になるようにセンサチップは真皮組織２０２中に埋め込まれる。表皮組織２０１からセンサチップ２０３までの距離は約１ｍｍから１．５ｍｍ程度である。
【００３３】
Ｘ方向の偏光を有する直線偏光光がセンサチップに照射されると、金属構造体上で局在化表面プラズモン共鳴が生じ、金属構造体近傍の電磁場強度を増強する。これは、金属構造体の近傍（０．５ｎｍ〜３０ｎｍ以内）に位置する成分のラマン散乱光の増強ももたらす。このようにして表面増強ラマン散乱光が発生する。
【００３４】
表面増強ラマン散乱光は、通常のラマン散乱光よりも１０４から１０６倍以上の強度を有する。したがって、金属構造体の近傍にある成分で発生する表面増強ラマン散乱光は、皮膚表面、表皮組織、または真皮組織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。これは金属構造体の近傍の体液に含有されている成分のラマン散乱光が選択的に増強されていることを意味している。このようにして迷光および妨害成分の影響が低減される。
【００３５】
このセンサチップによって濃度計測する生体成分として代表的なものがグルコースである。グルコースのような成分の量は、生体成分に含まれる妨害成分の量よりも遥かに少ない。したがって、グルコースの通常のラマン散乱光は、迷光ならびに皮膚表面および表皮組織の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。そのため、グルコースの通常のラマン散乱光は抽出されない。
【００３６】
しかし、センサチップによって、真皮組織の体液に含まれるグルコースのラマン散乱光は増強されうる。これにより、グルコースのラマン散乱光が選択的に抽出される。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できる。
【００３７】
グルコースの表面増強ラマン散乱光スペクトルは励起波長である照射光の波長からの波数のズレが００ｃｍ−１から１５００ｃｍ−１の範囲（ラマンシフトの範囲）でグルコース特有の複数のピークを有する。
【００３８】
なお、波数ｋと波長λとの間の関係は以下の数式１の通りである。
【００３９】
数式１    ｋ（ｃｍ−１）＝１０７／λ（ｎｍ）
当該複数のピークの中でもラマンシフトが１１２０ｃｍ−１にあるピークは、体液中でグルコースに対して多数となる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。したがって、当該ラマンシフトが１１２０ｃｍ−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。センサチップに照射されるレーザ光の波長が７８５ｎｍである場合、これよりも波数が１１２０ｃｍ−１だけ小さい波長、即ち波長８６０．７ｎｍの散乱光がグルコースからのラマン散乱光に対応する。したがって、生体から返ってくる散乱光、反射光のうち、８６０．７ｎｍの光のみを光学フィルタなどを使用してピックアップすることによって、グルコース濃度を切り分けて算出することが可能となる。
【００４０】
信号強度の高いラマン散乱光を得るためには、非常に強い局在プラズモン共鳴をチップ上で発生させることが必要となる。強い局在プラズモン共鳴を発生させるための方法として、一つはセンサチップに照射するレーザ光の強度をできるだけ高くすることがあげられる。しかしながら、生体に対してレーザ光を照射することになるため、皮膚に対する障害が発生しないレーザ光強度を選択する必要がある。生体の皮膚をより透過する波長としては、６５０ｎｍ以上、８００ｎｍ以下の波長を有する赤色もしくは近赤外光が好ましい。特に、７８５ｎｍなどの近赤外光が好ましい。このような赤色もしくは近赤外光の場合では、皮膚に対する障害を生じさせないためにはレーザ光強度としては２ｍＷ以下としなければならない。また、強い局在プラズモン共鳴を発生させるための方法として、一つは、センサチップの金属構造体部分での電場増強効果をできる限り増大させることがあげられる。しかしながら、強い局在プラズモン共鳴が発生すると、その共鳴部分で金属構造体が強く発熱する現象が現れる。生体内に埋め込んだチップが発熱すると、発生した熱はチップ周辺に存在する細胞間質液などの体液によって、ある程度は熱拡散していくことになるが、プラズモン共鳴が大きくなればなるほど、チップ周辺の生体組織への影響が無視できなくなってくる。特に、生体内で温度が４３度以上となると、タンパク質などが変質を起こしてしまうため、周辺の細胞などに悪影響を及ぼしてしまう。そのため、チップ表面の金属構造体は局在プラズモン共鳴発生時においても４３度より低くなるように温度コントロールをする必要がある。
【００４１】
図１に本発明の実施の形態１における生体内のグルコース濃度を計測する装置の模式図を示す。符号１０１は光源である７８５ｎｍの近赤外波長を出力する半導体レーザ、符号１０２はレーザ光を強度変調する変調手段（光変調器）である。ここでは、半導体レーザ１０１と光変調器１０２を個別に配置したが、半導体レーザ１０１の駆動電流をコントロールすることによって強度変調を行うことも可能である。その場合は、光変調器１０２が無くともかまわない。その場合は半導体レーザ１０１が変調手段を兼ねることになる。符号１０３は生体の皮下に埋め込んだセンサチップ、符号１０４はセンサチップ１０３近傍から皮膚外に出力される反射光や散乱光のうち特定波長のみを透過させる光学フィルタ、符号１０５は光検出器である。光学フィルタ１０４では、グルコースのラマン散乱光を正確に検出するために、照射するレーザ光の波長７８５ｎｍから波数１１２０ｃｍ−１だけ波長シフトした８６０．７ｎｍの波長の光だけを透過するバンドパスフィルタを用いている。光検出器１０５で検出されたラマン散乱光強度は、符号１０７に示すロックインアンプを通して、符号１０８に示すコンピュータに入力され、グルコース量が解析される。また、符号１０６に示すパルスジェネレータで、レーザ光を変調するパルス信号を発生させており、信号は光変調器１０２とロックインアンプ１０７の両者に入力される。ロックインアンプ１０７では、光検出器１０５からの信号のうち、パルスジェネレータ１０６からの変調信号に同期する成分のみを同期検波し、微弱な信号からノイズ成分を除去し高精度な信号検出を実現している。本発明の実施の形態１ではロックインアンプでの同期検波を行っているが、この構成はかならずしも必要ではない。ロックインアンプを用いない場合においても、コンピュータ１０８において、パルスジェネレータ１０６からの信号に同期する成分のみを解析することによって、濃度解析は可能である。しかしノイズ除去の観点から、ロックインアンプによる同期検波を行った方が好ましい。
【００４２】
パルスジェネレータで生成したパルス信号に合わせて、光変調器１０２でレーザ光の強度がパルス状に変調される。センサチップ１０３に照射されるレーザ光は断続的にオン／オフを繰り返す形となる。この構成によって、センサチップ上の金属構造体で局在プラズモン共鳴が生じた場合の発熱も断続的に発生することになる。発生した熱は体液によって熱拡散していくため、断続的なプラズモン共鳴の周期やオン／オフの比率（デューティ比）をコントロールすることによって、生体に悪影響を及ぼさない温度範囲にコントロールすることができる。
【００４３】
センサチップ表面で発生する熱と、パルス信号との関係を調べるために、温度センサを取り付けたセンサチップを、人間の皮膚構造に近い構造を持つヤギに埋込み、パルス信号のパターンと発生する温度との関係を評価した。図４に実験装置の模式図を示す。
【００４４】
符号４０１は光源である７８５ｎｍの近赤外波長を出力する半導体レーザ、符号４０２はレーザ光を強度変調する変調手段（光変調器）である。ここでは、半導体レーザ４０１と光変調器４０２を個別に配置したが、半導体レーザ４０１の駆動電流をコントロールすることによって強度変調を行うことも可能である。その場合は、光変調器４０２が無くともかまわない。その場合は半導体レーザ４０１が変調手段を兼ねることになる。符号４０３は生体の皮下に埋め込んだセンサチップ、符号４０４はセンサチップ４０３近傍から皮膚外に出力される反射光や散乱光のうち特定波長のみを透過させる光学フィルタ、符号４０５は光検出器である。光学フィルタ４０４では、グルコースのラマン散乱光を正確に検出するために、照射するレーザ光の波長７８５ｎｍから波数１１２０ｃｍ−１だけ波長シフトした８６０．７ｎｍの波長の光だけを透過するバンドパスフィルタを用いている。光検出器４０５で検出されたラマン散乱光強度は、符号４０７に示すロックインアンプを通して、符号４０８に示すコンピュータに入力され、グルコース量が解析される。また、符号４０６に示すパルスジェネレータで、レーザ光を変調するパルス信号を発生させており、信号は光変調器４０２、ロックインアンプ４０７、そしてコンピュータ４０８に入力される。ロックインアンプ４０７では、光検出器４０５からの信号のうち、パルスジェネレータ４０６からの変調信号に同期する成分のみを同期検波し、微弱な信号からノイズ成分を除去し高精度な信号検出を実現している。センサチップ４０３には温度センサ４０９が設けられており、センサチップ表面で発生した熱の温度をリアルタイムに測定することができるようにしている。また、測定した温度データはコンピュータ４０８に送られ、パルスジェネレータ４０６からの変調信号とともにデータを記録できるようにした。
【００４５】
この実験装置を用いて、パルスジェネレータ４０６で発生したパルスパターンと、センサチップ４０３表面で発生した熱の温度の関係を測定した。
【００４６】
図５（ａ）にパルスジェネレータで発生させたパルス波形、（ｂ）に温度センサで測定したセンサチップ表面の温度変化を示す。両波形は時間変化の様子である。実験は、パルス波形の周期ＤＴを１００ｍｓとし、約２秒間の計測を行った。また、ここではパルス波形がオン状態のときの時間をｄｔ＿ｏｎ、オン状態のときのレーザ光強度をＰ＿ｏｎ、オフ状態のときのレーザ光強度をＰ＿ｏｆｆとおいた。また、計測期間中において、センサチップ表面の温度が到達した最大の温度を、最大到達温度Ｔ＿ｍａｘとした。
【００４７】
パルス信号のデューティ比ｄｔ＿ｏｎ／ＤＴを７０％から１％まで変化させたときの最大到達温度の結果を表１に示す。なお周期ＤＴは１００ｍｓ固定、レーザ光強度はＰ＿ｏｎを２ｍＷ、Ｐ＿ｏｆｆを０ｍＷ固定とした。また、グルコースの濃度計測は、検出基準となる１５ｍｇ／ｄｌの計測精度が確保できるかどうかで判定を行った。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
デューティ比が５０％以下では最大到達温度は４３℃を超えないが、５０％よりも大きくなると、４３℃以上の到達温度となってしまい。生体に対する悪影響が生じてしまう。また、デューティ比が５％よりも小さくなると、最大到達温度は問題が無いが、約２秒間という現実的な計測時間においては、目標としているグルコース濃度の計測精度を得ることができなかった。
【００５０】
図６（ａ）にパルスジェネレータで発生させたパルス波形、（ｂ）に温度センサで測定したセンサチップ表面の温度変化を示す。両波形は時間変化の様子である。この実験では、パルス波形の周期ＤＴを１００ｍｓ固定、パルス波形のデューティ比を５０％に固定、パルス波形がオン時のレーザ光出力を２ｍＷに固定して、パルス波形がオフ時のレーザ光出力を変化させた。
【００５１】
このときの最大到達温度の結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
2013205079.tif 000004
【００５３】
パルス波形がオフ時のレーザ光強度が０．８ｍＷ以下（つまりオン時の光強度２ｍＷの４０％以下）においては、最大到達温度はほぼ同じ温度で、４３℃以下となった。しかし、０．８ｍＷより大きい光強度の場合では、最大到達温度は４３℃を超えてしまい、生体に対する悪影響が生じてしまう。また、グルコースの濃度計測に関しては、全ての条件で目標の計測精度を確保することができた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明にかかる生体成分計測方法は、生体内に埋め込んだチップと、生体成分計測装置を用いて、生体内の被検成分の濃度を計測する方法であり、生体内に埋め込んだチップで発生する熱量を軽減させる性能を有している。そのため、長期間に渡り生体内にチップを埋め込んで、生体の被検成分の濃度を計測する手段として有用である。特に、生体内のグルコース濃度を測定して、糖尿病患者の日々の血糖値管理を行う手段として有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１０１    半導体レーザ
１０２    光変調器
１０３    センサチップ
１０４    光学フィルタ
１０５    光検出器
１０６    パルスジェネレータ
１０７    ロックインアンプ
１０８    コンピュータ
２０１    表皮組織
２０２    真皮組織
２０３    センサチップ
２０４    皮下組織
２０５    直線偏光光
２０６    皮膚表面で反射された反射光
２０７    表皮組織で発生する拡散光や散乱光
３０１    基板
３０２    金属構造体
４０１    半導体レーザ
４０２    光変調器
４０３    センサチップ
４０４    光学フィルタ
４０５    光検出器
４０６    パルスジェネレータ
４０７    ロックインアンプ
４０８    コンピュータ
４０９    温度センサ
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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