JP3586244B2 - 携帯型検査装置および携帯型検査システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型検査装置および携帯型検査システムに関し、詳しくは血液中や水溶液中のグルコース濃度を測定するための携帯型検査装置および携帯型検査システムに係わる。
【0002】
【従来の技術】
例えば特開平9−61346号公報には平面光導波路型グルコースセンサが開示されている。このグルコースセンサは、基板表面に光が入射、放出される一対のグレーティングを形成し、これらグレーティング間に位置する前記基板表面に単一の光導波路層を形成し、さら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。
【0003】
このような構造のグルコースセンサにおいて、検体中の血液等の生体分子を前記分子認識機能および情報変換機能を有する膜に接触した状態でレーザ光のような光を前記グレーティングを通して前記光導波路層に入射させ、エバネッセント波を発生させ、前記光導波路層上の膜による前記検体中の生体分子との反応に起因する前記エバネッセント波の変化量を前記グレーティングから放出される光を受光する受光素子により検出して前記検体中の生体分子を分析する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のグルコースセンサは光導波路層が単層で、ここで発生するエバネッセント波の変化量の検出には感度的に限界があり、また前記光導波路層上の膜構造から検体中の極微量の生体分子分析に不向きであるという問題があった。
【0005】
本発明は、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を提供しようとするものである。
【0006】
本発明は、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を備え、さらにこの検査装置の蓄電池の充電が可能で、得られたグルコースの検出データの処理が可能な携帯型検査システムを提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る携帯型検査装置は、基板と、この基板表面に形成された第1光導波路層と、この第1光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第1光導波路層上に形成され、この第1光導波路層より高屈折率を有する第2光導波路層と、この第2光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されたメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ;および
前記チップが装着され、前記チップの第1光導波路層に光を入射するための光源と、前記第1光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット;を具備したことを特徴とするものである。
【0008】
本発明に係る別の携帯型検査装置は、基板と、この基板表面に形成された第1光導波路層と、この第1光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第1光導波路層上に形成され、この第1光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第2光導波路層と、この第2光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ;および
前記チップが装着され、前記チップの第1光導波路層に光を入射するための光源と、前記第1光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第2光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット;
を具備したことを特徴とするものである。
【0009】
本発明に係る携帯型検査システムは、基板と、この基板表面に形成された第1光導波路層と、この第1光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第1光導波路層上に形成され、この第1光導波路層より高屈折率を有する第2光導波路層と、この第2光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されるメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ;前記チップが装着され、前記チップの第1光導波路層に光を入射するための光源と、前記第1光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット;前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置;および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置;
を具備したことを特徴とするものである。
【0010】
本発明に係る別の携帯型検査システムは、基板と、この基板表面に形成された第1光導波路層と、この第1光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第1光導波路層上に形成され、この第1光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第2光導波路層と、この第2光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ;
前記チップが装着され、前記チップの第1光導波路層に光を入射するための光源と、前記第1光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第2光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する前記チップの検知部の変化を検出する携帯可能な検出ユニット;
前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置;および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置;
を具備したことを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【0012】
図1に本発明の携帯型検査装置が組み込まれた携帯型検査システムの構成を示す概略斜視図、図2は図1の携帯型検査装置を示す概略図、図3は図2のチップを詳述する概略断面図、図4は図1の検出ユニットと充電装置との結合方式を示す回路図である。
【0013】
グルコースを検出するための例えば使い捨て可能なチップ10は、図1および図2に示すように検出ユニット30に対して着脱が可能である。この検出ユニット30は、前記チップ10が挿入された状態で携帯可能である。前記検出ユニット30は、充電装置60に例えば電磁結合されている。この充電装置60は、パーソナルコンピュータ70に接続されている。
【0014】
次に、前記チップ10、検出ユニット30および充電装置60を詳細に説明する。
【0015】
1)チップ10
このチップ10は、使い捨て可能で、グルコースの検出毎に交換される。
【0016】
前記チップ10は、図3に示すように例えばガラスからなる基板11を有する。この基板11は、表面にこの基板11より高屈折率の第1光導波路層12が形成されている。この第1光導波路層12は、例えばカリウム、ナトリウム、銀等の高屈折率元素を前記ガラス成分とイオン交換することにより形成される。2つのグレーティング13は、前記第1光導波路層12より高い屈折率を有し、前記第1光導波路層12の両端部付近表面にそれぞれ形成されている。これらのグレーティング13は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、GaAsにより作られ、前記第1光導波路層2より高い屈折率を有する。外周が傾斜した形状の第2光導波路層14は、前記2つのグレーティング13の間に位置する前記第1光導波路層12上に形成されている。この第2光導波路層14は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、GaAsにより作られ、前記第1光導波路層より高い屈折率を有する。
【0017】
保護膜15は、前記グレーティング13を含む前記第1光導波路層12上に形成され、かつ前記第2光導波路層14上面に対応する部分に矩形状の開口部16が形成されている。この保護膜15は、例えばフッ素樹脂のような前記グレーティング13に比べて低屈折率を有する材料から作られている。例えば黒色顔料から作られた迷光トラッピング層17は、保護膜15の表面(前記開口部16の内面を除く)に形成されている。
【0018】
なお、前記基板11の屈折率をn1、第1光導波路層12の屈折率をn2、第2光導波路層14の屈折率をn3および保護膜15の屈折率をn4、とすると、それらの屈折率の大小関係は、n3>n2>n1>n4となる。
【0019】
酵素および発色試薬を含む機能層18は、前記開口部16から露出した第2光導波路層14表面部分に形成されている。例えばポリカーボネートから作られる多孔質膜19は、前記開口部16から露出した前記機能層18上に形成されている。
【0020】
電界が印加されるメッシュ状導電性薄膜20は、前記多孔質膜19に直接接触するか、または所望の間隔をあけて対向配置されている。このメッシュ状導電性薄膜20は、例えばチタンのスパッタ膜、チタン薄板(エッチングプレート)等から作られる。
【0021】
前記機能層18に含有される酵素としては、例えばアルブミン、グルコースオキシダーゼ、ペルオキシダーゼまたはムタロターゼ等を用いることができる。
【0022】
前記機能層18に含有される発色試薬としては、例えば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、3,3’,5,5’−テトラメチルベンジリデン等を用いることができる。
【0023】
前記機能層18は、例えばa)前記酵素および発色色素を架橋高分子で固定化した構造のもの、b)酵素を色素の発色機能を発現する分子構造を持つ脂質分子で固定化した構造のもの等を挙げることができる。
【0024】
前記a)の機能層で用いられる架橋高分子としては、例えば光架橋性ポリビニルアルコールのような水素結合性の官能基を含む高分子を挙げることができる。
【0025】
前記2)の機能層で用いられる色素の発色機能を発現する分子構造を持つ脂質分子としては、例えば下記化1に示す構造式を有する化合物を挙げることができる。
【0026】
【化1】
【0027】
2)検出ユニット30
この検出ユニット30は、中央演算制御器(CPU)31を備えている。このCPU31は、変調回路32およびAPC回路33を通して発光素子、例えば半導体レーザ34に接続され、そのCPU31からの制御信号が前記半導体レーザ34に出力される。前記半導体レーザ34で発光されたレーザ光は、偏光フィルタ35を通して前記チップ10の基板11に入射される。前記APC回路33は、前記CPU31に接続されている。
【0028】
受光素子、例えばフォトダイオード36は、前記チップ10の第1、第2の光導波路層12、14を伝播した光が偏光フィルタ37を通して入射される。このフォトダイオード36は、復調回路38に接続されている。この復調回路38は、A/Dコンバータ39を通して前記CPU31に接続されている。また、前記復調回路38はゲイン調整回路40およびD/Aコンバータ41を通して前記CPU31に接続されている。
【0029】
前記CPU31は、D/Aコンバータ42およびアンプ回路43を通して前記チップ10のメッシュ状導電性薄膜20に電界を印加するための電極44に接続されている。
【0030】
前記CPU31は、ここに蓄えられたデータを保存するためのバックアップメモリとしてのシリアルE2PROM45に接続されている。前記CPU31は、ここに蓄えられたデータを表示するための液晶ディスプレイ46に接続されている。
【0031】
二次電池、例えばニッケル水素蓄電池47は、DC−DCコンバータ48を通して前記CPU31、半導体レーザ34、フォトダイオード36、電極44、シリアルE2PROM45および液晶ディスプレイ46等にそれら部材に電圧を供給するために接続されている。
【0032】
前記蓄電池47は、図4に示すようにブリッジ回路49に接続され、このブリッジ回路49には電源用誘導コイル50が接続されている。前記CPU31は、シリアルポート51に接続され、このシリアルポート51は図4に示すようにデータ転送用誘導コイル52が接続されている。
【0033】
前述したチップ10が挿入された検出ユニット30は、携帯可能で検体(例えば人体の皮膚)に常時、装着される。
【0034】
3)充電装置60
この充電装置60は、前記検出ユニット30の電源用誘導コイル50と電磁結合される電源用誘導コイル61および前記検出ユニット30のデータ転送用誘導コイル52と電磁結合されるデータ転送用誘導コイル62を有する。前記電源用誘導コイル61は、交流電源63に接続されている。データ転送用誘導コイル62は、マイコン64に接続されている。このマイコン64は、シリアルポート65を通してネット結合、情報記憶、データ解析等を実行するための前記パーソナルコンピュータ70に接続されている。
【0035】
前述した携帯型検査システムの作用を説明する。
【0036】
チップ10を検出ユニット30に挿入し、このチップ10の多孔質膜19側のメッシュ状導電性薄膜20を検体、例えば人体の皮膚に接触させて固定する。検出ユニット30の蓄電池47をオンしてCPU31から電極作動信号をD/Aコンバータ42およびアンプ回路43を通して電極44に出力すると、この電極44から前記チップ10のメッシュ状導電性薄膜20に所望の電界(例えばパルス状電界)が印加される。このとき、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜19を通して前記機能層18に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記機能層18の酵素との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記機能層18中の発色試薬を発色させる。
【0037】
このような状態で、図2および図3に示すCPU31から半導体レーザの作動信号を変調回路32およびAPC回路33を通して半導体レーザ34に出力すると、その半導体レーザ34が発光し、そのレーザ光は偏光フィルタ35を通して前記チップ10の基板11裏面側に入射される。このレーザ光は、前記基板11を通してグレーティング13と第1光導波路層12の界面で屈折されてその第1光導波路層12を伝播される。第1光導波路層12を伝播される光は、この第1光導波路層12より高屈折率の第2光導波路層14との界面で2つのモード(Tmモード、Teモード)に分割され、各光導波路層12,14を伝播する。このとき、前記機能層18における前記発色試薬の発色に基づく変化(例えば吸光度変化)によりこの機能層18直下の第2光導波路層14を伝播する光の位相が変化する。このように第1、第2の光導波路層12,14を伝播した光は、反対側の端部付近においてそれら光導波路層12,14の界面で再び結合、干渉するため、前記第2光導波路層14を伝播する光の位相変化を増幅できる。その結果、前記機能膜18における人体の皮膚下のグルコースと酵素の反応、発色試薬の発色に基づく第2光導波路層14を伝播する光の極微な変化を検出ユニット30の偏光フィルタ37を通してフォトダイオード36で検出される。このフォトダイオード36での検出信号は、復調回路38、ゲイン調整回路40およびD/Aコンバータ41を通して前記CPU31に出力される。このCPU31に入力された検出信号は、検体のグルコース値として信号処理され、そのデータはバックアップメモリとしてのシリアルE2PROM45に蓄積、保存され、かつそのデータは液晶ディスプレイ46に表示される。
【0038】
前記CPU31の指令により前述した検出操作を継続的に実行することにより、人体の皮膚下のグルコース値データ(例えば1日分のデータ)を前記検出ユニット30のシリアルE2PROM45に逐次、蓄積、保存する。なお、チップ10は使い捨てで、前記検出操作毎に検出ユニット30から使用済みのチップ10を抜き取り、検出ユニット30に新しいチップ10を挿入する。
【0039】
データが保存された検出ユニット30を充電装置60にそれらを無線接続することが可能な範囲に設置し、それら検出ユニット30および充電装置60を作動すると、前記検出ユニット30のシリアルE2PROM45に蓄積、保存されたグルコース値データは検出ユニット30側でCPU31およびシリアルポート51を通してデータ転送用誘導コイル52に出力され、さらにそのデータは充電装置60側で前記コイル50と電磁結合されるデータ転送用誘導コイル62を通してマイコン64に転送、つまり無線転送される。マイコン64に無線転送されたデータは、シリアルポート65を通してパーソナルコンピュータ70に出力され、ここでデータの記憶、解析等がなされる。
【0040】
また、充電装置60側の交流電源63からの交流電圧は電源用誘導コイル61、この誘導コイル61と電磁結合される電源用誘導コイル50およびブリッジ回路49を通して蓄電池47に供給、つまり無線供給されて充電がなされる。
【0041】
以上、本実施形態の携帯型検査装置によれば次のような効果を奏する。
【0042】
(1)図3に示す構造のチップ10の酵素および発色試薬を含む機能層18の前方にメッシュ状導電性薄膜20を配置し、この導電性薄膜20に検出ユニット30の電極44から所望の電界(例えばパルス状電界)を印加することにより検体中のグルコース(例えば人体の皮膚下のグルコースを含む体液)を前記機能層18に効率よく抽出する、いわゆる低浸襲作用を図ることができ、かつ光導波路を第1、第2の光導波路層12,14により構成して前記機能層18における検体(人体の皮膚下)のグルコースと酵素の反応、発色試薬の発色に基づく第2光導波路層14を伝播する光の極微な変化を検出できるため、前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【0043】
(2)図3に示すようにグレーティング13を含む前記第1光導波路層12上に保護膜15を形成することによって、前記第1光導波路層12およびグレーティング13を外部圧力が直接加わるのを防止できる。このため、前記第1光導波路層12およびグレーティング13に外部圧力が直接加わることに伴うそれら部材の屈折率変化によって、その第1光導波路層12を伝播する光が外部に漏れるのを防止できる。しかも、保護膜15を前記第1光導波路層12に比べて低屈折率材料で形成することによって、その第1光導波路層12を伝播する光を第1光導波路層12と保護膜15との界面で効果的に全反射させて第1光導波路層12内に封じ込めることができるため、前記第1光導波路層12から光が外部に漏れるのを防止できる。その結果、検体中の極微量のグルコースをより高感度で分析することが可能になる。
【0044】
(3)迷光トラッピング層17を前記保護膜15の表面(開口部6の内面を除く)に形成することによって、第1光導波路層12を伝播する光が前記保護膜15との界面から保護膜15側に漏れた場合、その漏光を迷光トラッピング層17でトラップすることができる。
【0045】
すなわち、第1光導波路層12を伝播する光が前記保護膜15との界面から保護膜15側に漏れると、前記保護膜15表面と外界(空気)との屈折率の差により前記漏光は保護膜15表面で全反射して第2光導波路層14に迷光として入射されるため、前述した検体中のグルコースの検出感度を低下させる。これに対し、前記迷光トラッピング層17を前記保護膜15の表面に形成することによって、前記漏光が保護膜15表面で全反射することなくトラッピング層17でトラップできるため、その漏光が第2光導波路層14に迷光として入射するのを防止でき、検体中のグルコースをより高感度で分析することが可能になる。
【0046】
(4)酵素および発色試薬を含む機能層18を多孔質膜19で覆うことによって、前記機能層18に対する検体(例えば体液)中のグルコース以外の不純物、例えば蛋白や血球の影響、つまり機能層18における酵素とグルコースの酵素反応、発色試薬の発色反応に基づく変化によりこの機能層18直下の第2光導波路層14を伝播する光の強度変化および位相差変化(TEモード)に対して作用する外乱、を低減でき、検体中の極微量のグルコースをより一層高感度で分析することが可能になる。
【0047】
(5)チップ10が挿入された検出ユニット30は、携帯可能で検体(例えば人体の皮膚)に常時、装着でき、かつ前記チップ10は使い捨て可能であるため、人体の体液中のグルコース値の経時的変化を検出することができる。また、前記検出ユニット30において、CPU31からの指令、蓄電池47からの電圧供給により検体のグルコースを検出するための駆動、制御、検出データの蓄積、保存を簡便に実行できる。
【0048】
(6)検出ユニット30に液晶ディスプレイ46を組み込めば、CPU31の検出データを表示してグルコース値を目視確認できる。
【0049】
前述した検査装置に充電装置60およびパーソナルコンピュータ70を組み込むことによって、前記検査装置で得られたグルコース値の検出データの処理が可能で、かつ電池交換などの操作が不要な簡便な検査システムを実現することができる。
【0050】
また、検出ユニット30と充電装置60とを無線接続すれば、グルコース値の検出データの転送、処理が容易な検査システムを実現することができる。
【0051】
なお、前述した実施形態ではチップとして図3に示す構造のものを用いたが、これに限定されず、以下に説明する図5〜図7に示す構造のチップを用いてもよい。ただし、図5〜図7に示すチップにおいて図3と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【0052】
図5に示すチップ10は、第2光導波路層14上に発色試薬固定化層21を形成し、この発色試薬固定化層21上に酵素固定化層22を形成した構造を有する。つまり、図5に示すチップ10は前述した図3の機能層18を発色試薬固定化層21と酵素固定化層22の2つの層の分離した構造を有する。
【0053】
前記発色試薬固定化層は、前記第2光導波路層表面に例えば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、3,3’,5,5’−テトラメチルベンジリデンのような発色試薬を例えばアミノアルキルトリメトキシシランのようなシランカップリング剤または光架橋ポリビニルアルコールのような架橋高分子を介して固定化することにより形成される。
【0054】
前記酵素固定化層は、例えばアルブミン、グルコースオキシタダーゼ、ペルオキシダーゼまたはムタロダーゼの酵素を例えば前記化1に示す構造式を有する化合物のような脂質の膜で固定化することにより形成される。
【0055】
このような図5に示す構成のチップ10を図1に示すように検出ユニット30に挿入し、その多孔質膜19側のメッシュ状導電性薄膜20を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、このメッシュ状導電性薄膜20に検出ユニット30の電極から所望の電界(例えばパルス状電界)を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜19を通して前記酵素固定化層24に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記酵素固定化層22との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記酵素固定化層22直下の発色試薬固定化層21を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット30からレーザ光をチップ10の基板11に入射し、第1、第2の光導波路層12、14を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【0056】
図6に示すチップ10は、2つのグレーティング13の間に位置する第1光導波路層12上にこの第1光導波路層12より高屈折率の導電性材料、例えば酸化錫(SnO2)、インジウム錫酸化物(ITO)から作られる第2光導波路層23を形成した構造を有する。
【0057】
このような図6に示す構成のチップ10において、酵素および発色試薬を含む機能層18に設けられた多孔質膜19を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、この多孔質膜19の後方に配置された導電性材料から作られる第2光導波路層23に検出ユニット30の電極から所望の電界(例えばパルス状電界)を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜19を通して前記機能層18に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記機能層18の酵素との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記機能層18中の発色試薬を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット30からレーザ光をチップ10の基板11に入射し、第1、第2の光導波路層12、14を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【0058】
図7に示すチップ10は、2つのグレーティング13の間に位置する第1光導波路層12上にこの第1光導波路層12より高屈折率の導電性材料、例えば酸化錫(SnO2)、インジウム錫酸化物(ITO)から作られる第2光導波路層23を形成し、この第2光導波路層23上に図5と同様な発色試薬固定化層21を形成し、この発色試薬固定化層13上に第2実施形態で説明したのと同様な酵素固定化層22を形成した構造を有する。
【0059】
このような図7に示す構成のチップ10において、酵素固定化層22に設けられた多孔質膜19を検体、例えば人体の皮膚に接触させ、この多孔質膜19の後方に配置された導電性材料から作られる第2光導波路層23に検出ユニット30の電極から所望の電界(例えばパルス状電界)を印加すると、前記人体の皮膚下のグルコースを含む体液が前記多孔質膜19を通して前記機能層18に効率よく抽出される、いわゆる低浸襲作用がなされる。この体液中のグルコースは、前記酵素固定化層22との間で酵素反応がなされ、この酵素反応により前記酵素固定化層22直下の発色試薬固定化層21を発色させる。このような状態で、前述した実施形態と同様に検出ユニット30からレーザ光をチップ10の基板11に入射し、第1、第2の光導波路層12、14を伝播した光を受光することによって、前述した実施形態と同様に前記検体中の極微量のグルコースを高感度で分析することができる。
【0060】
また、前述した実施形態では検出ユニット30と充電装置60とを無線接続したが、有線接続してもよい。
【0061】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を提供できる。
【0062】
本発明によれば、検体、例えば体液中の極微量のグルコースを高感度かつ高精度で検出することが可能で、かつ持ち運びが容易な携帯型検査装置を備え、さらにこの検査装置の蓄電池の充電が可能で、得られたグルコースの検出データの処理が可能な携帯型検査システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の携帯型検査装置が組み込まれた携帯型検査システムの構成を示す概略斜視図。
【図2】図1の携帯型検査装置を示す概略図。
【図3】図2のチップを詳述する概略断面図。
【図4】図1の検出ユニットと充電装置との結合方式を示す回路図。
【図5】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【図6】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【図7】本発明の携帯型検査装置に用いられるチップの別の形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
10…チップ、
11…基板、
13…グレーディング、
12…第1光導波路層、
14…第2光導波路層、
18…機能層、
19…多孔質膜、
20…メッシュ状導電性薄膜、
21…発色試薬固定化層、
22…酵素固定化層、
23…導電性材料から作られる第2光導波路層、
30…検出ユニット、
31…中央演算制御器(CPU)、
34…半導体レーザ、
36…フォトダイオード、
44…電極、
45…シリアルE2PROM、
47…ニッケル水素蓄電池、
60…充電装置、
63…交流電源、
64…マイコン、
70…パーソナルコンピュータ。
Claims (9)
- 基板と、この基板表面に形成された第1光導波路層と、この第1光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第1光導波路層上に形成され、この第1光導波路層より高屈折率を有する第2光導波路層と、この第2光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されたメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ;および
前記チップが装着され、前記チップの第1光導波路層に光を入射するための光源と、前記第1光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する携帯可能な検出ユニット;
を具備したことを特徴とする携帯型検査装置。 - 基板と、この基板表面に形成された第1光導波路層と、この第1光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第1光導波路層上に形成され、この第1光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第2光導波路層と、この第2光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ;および
前記チップが装着され、前記チップの第1光導波路層に光を入射するための光源と、前記第1光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第2光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する携帯可能な検出ユニット;
を具備したことを特徴とする携帯型検査装置。 - 前記チップは、測定毎に廃棄することが可能で、かつ前記検出ユニットに対して着脱可能な構造を有することを特徴とする請求項1または2の携帯型検査装置。
- 前記チップの前記機能層は、前記第2光導波路層上に形成された発色試薬固定化層およびこの発色試薬固定化層上に形成された酵素固定化層とから構成されることを特徴とする請求項1または2記載の携帯型検査装置。
- 基板と、前記基板表面に形成された第1光導波路層と、この第1光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第1光導波路層上に形成され、この第1光導波路層より高屈折率を有する第2光導波路層と、この第2光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層と、この機能層に対して所望の間隔をあけて対向配置されるメッシュ状導電性薄膜とを有するチップ;
前記チップが装着され、前記チップの第1光導波路層に光を入射するための光源と、前記第1光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップのメッシュ状導電性薄膜に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する携帯可能な検出ユニット;
前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置;および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置;
を具備したことを特徴とする携帯型検査システム。 - 基板と、前記基板表面に形成された第1光導波路層と、この第1光導波路層の両端部付近表面にそれぞれ形成されたグレーティングと、このグレーティングの間に位置する前記第1光導波路層上に形成され、この第1光導波路層より高屈折率で導電性材料から作られる第2光導波路層と、この第2光導波路層上に形成された酵素および発色試薬を含む機能層とを有するチップ;
前記チップが装着され、前記チップの第1光導波路層に光を入射するための光源と、前記第1光導波路層から放射される光を受光する受光素子と、前記チップの第2光導波路層に電界を印加するための電極と、前記光源の駆動制御、前記受光素子からの信号の処理および前記電極への電圧制御を行うための中央演算制御器と、この中央演算制御器からのデータを記憶するための記憶部材と、前記光源、受光素子、電極、中央演算制御器および記憶部材を駆動するための二次電池とを有する携帯可能な検出ユニット;
前記検出ユニットの中央演算制御器から出力される測定データの演算処理およびシステムの制御を行うための演算制御装置;および
前記検出ユニットの二次電池の充電、前記検出ユニットから出力される測定データの前記演算制御装置への伝送および前記演算制御装置からの信号の検出ユニットへの伝送を行う機能を併せ持つ充電装置;
を具備したことを特徴とする携帯型検査システム。 - 前記チップは、測定毎に廃棄することが可能で、かつ前記検出装置に対して着脱可能な構造を有することを特徴とする請求項5または6の携帯型検査システム。
- 前記チップの前記機能層は、前記第2光導波路層上に形成された発色試薬固定化層およびこの発色試薬固定化層上に形成された酵素固定化層とから構成されることを特徴とする請求項5または6の携帯型検査システム。
- 前記検出ユニットと前記充電装置との間のデータの伝送および前記充電装置から前記検出装置への充電は、電磁結合によりなされることを特徴とする請求項5または6記載の携帯型検査システム。
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