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超音波アシスト中赤外分光イメージングによる非侵襲血糖値センサーの基礎研究

Research Project

Project/Area Number 18J22468
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
Research InstitutionKagawa University

Principal Investigator

川嶋 なつみ  香川大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords赤外分光法 / 干渉計 / フーリエ分光 / 視野絞り / 生体計測 / 超音波 / 非侵襲血糖値センサー / フーリエ分光法 / ヘルスケアセンサー / パラメトリック効果
Outline of Annual Research Achievements

日常生活における生体成分計測が可能な非侵襲血糖値センサー等のヘルスケアセンサーの実現を目指し、ウェアラブル端末に搭載可能な中赤外分光装置としてワンショットフーリエ分光法を提案している。本分光法のように傾斜プリズム等を用いることで可動域をなくし空間的に位相差を与える干渉計は、干渉性の維持を目的として視野絞りを使用する必要があり、ある点光源からの光束を1次元もしくは2次元で観測することから、光の利用効率が低く感度不足が課題であった。そこで、周期的に開口部と遮光部を設けた視野絞りによる検出光量及び干渉鮮明度の向上が可能なインターフェログラム重畳法を提案した。
インターフェログラム重畳法により光子エネルギーが低い赤外領域においても水分含有率の高い試料の高感度分光計測が可能となったが、分光特性の狭帯域化が生じた。3種類の遮光板を用いて実験を行った結果、開口部数の増加に伴って狭帯域化が生じている様子を確認した。インターフェログラム重畳法による視野絞りの開口幅の算出には使用する光の中心波長(使用する波長帯が8~12マイクロメートルの場合、中心波長は10マイクロメートル)を用いる。すなわち、開口部からの入射光のうち中心波長付近における光の干渉縞のみが位相が揃った状態で結像面に形成され、逆に中心波長から離れた波長の光は中心波長の干渉縞に対して位相のずれた位置に干渉縞を形成することで打ち消し合いが生じ分光特性の狭帯域化が起こったと考えた。この現象を利用し擬似的に分光器の波長分解能を向上させる波長選択型多重スリットと、狭帯域化現象を解消する広帯域型多重スリットを提案した。広帯域型多重スリットの試作視野絞りと厚さ25マイクロメートルの液体セルを使用してエタノール水溶液の分光計測を行った結果、エタノールの9.38マイクロメートルにおける吸収ピーク、及び4種類の濃度と吸光度において高い相関を確認できた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Superimposing interferogram method using a multi-slit array to enhance sensitivity and interference definition of spatial-phase-shift interferometers2020

    • Author(s)
      Kawashima Natsumi、Kitazaki Tomoya、Nogo Kosuke、Nishiyama Akira、Wada Kenji、Ishimaru Ichiro
    • Journal Title

      Optical Review

      Volume: 27 Issue: 6 Pages: 530-541

    • DOI

      10.1007/s10043-020-00626-4

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Parametric standing wave generation of a shallow reflection plane in a nonrigid sample for use in a noninvasive blood glucose monitor2019

    • Author(s)
      Tomoya Kitazaki; Natsumi Kawashima; Naoyuki Yamamoto; Hiroyuki Nomura; Hanyue Kang; Akira Nishiyama; Kenji Wada; Ichiro Ishimaru
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Optics

      Volume: 24(3) Issue: 03 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1117/1.jbo.24.3.036003

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ultrasonic standing wave preparation of a liquid cell for glucose measurements in urine by midinfrared spectroscopy and potential application to smart toilets2018

    • Author(s)
      Naoyuki Yamamoto Natsumi Kawashima Tomoya Kitazaki Keita Mori Hanyue Kang Akira Nishiyama Kenji Wada Ichiro Ishimaru
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Optics

      Volume: 23(5) Issue: 05 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1117/1.jbo.23.5.050503

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] インターフェログラム重畳法によるマルチスリット搭載型高感度中赤外ワンショットフーリエ分光器2020

    • Author(s)
      川嶋なつみ,北崎友哉,野郷孝介,石丸伊知郎
    • Organizer
      2020年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] インターフェログラム重畳法を用いた広帯域多重スリットによる高感度中赤外フーリエ分光器2020

    • Author(s)
      川嶋なつみ,北崎友哉,足立智,野郷孝介,西山成,和田健司,石丸伊知郎
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultra-miniature (diameter: 6mm, thickness: 5mm) low-cost (price:1,000 EUR) point-one-shot mid- infrared Fourier spectroscopic imager for ear clip type non-invasive blood glucose sensors2019

    • Author(s)
      Natsumi Kawashima, Satoru Adachi, Tomoya Kitazaki, Hanyue Kang, Akira Nishiyama, Kenji Wada, and Ichiro Ishimaru
    • Organizer
      SPIE/OSA European Conferences on Biomedical Optics
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イヤリング型非侵襲血糖値センサーを目指した超音波アシスト中赤外フーリエ分光法2019

    • Author(s)
      川嶋なつみ,北崎友哉,西山成,和田健司,石丸伊知郎
    • Organizer
      2019年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] イヤリング型非侵襲血糖値センサーを目指した皮膚表層近傍における微弱な反射光検出が可能な高感度中赤外分光法2019

    • Author(s)
      川嶋なつみ,北崎友哉,西山成,和田健司,石丸伊知郎
    • Organizer
      第4回黒潮カンファレンス
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチスリット搭載型高感度中赤外ワンショットフーリエ分光器2019

    • Author(s)
      川嶋なつみ,北崎友哉,西山成,和田健司,石丸伊知郎
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultrasonic-assisted point-one-shot mid-infrared Fourier spectroscopy for realization of ear-clip type non-invasive blood glucose sensors: ultra-miniature point-one-shot mid-infrared spectroscopic imager (diameter: 10 mm, thickness: 25 mm) configured of only 1 lens (1st report)2019

    • Author(s)
      Natsumi Kawashima, Ichiro Ishimaru, Tomoya Kitazaki, Kosuke Nogo, Hanyue Kang, Akira Nishiyama, Kenji Wada
    • Organizer
      SPIE. Photonics West 2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultrasonic-assisted point-one-shot mid-infrared Fourier spectroscopy for realization of ear-clip type non-invasive blood glucose sensors: ultrasonic-assisted method for production of a reflection plane near the skin surface and detection of the blood glucose absorption peak in mice (2nd report)2019

    • Author(s)
      Natsumi Kawashima, Ichiro Ishimaru, Tomoya Kitazaki, Kosuke Nogo, Hanyue Kang, Akira Nishiyama, Kenji Wada
    • Organizer
      SPIE. Photonics West 2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Detection of Blood Glucose Level in Mice using Ultrasonic-assisted Mid-infrared Fourier Spectroscopy for realizing Earring-type Non-invasive Blood Glucose Sensors2018

    • Author(s)
      Natsumi KAWASHIMA, Tomoya KITAZAKI, Hiroyuki NOMURA, Akira NISHIYAMA, Kenji WADA, and Ichiro ISHIMARU
    • Organizer
      Imaging and Applied Optics 2018 (Optical Society of America)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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