| 研究課題/領域番号 |
25420311
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
木野 彩子 東北大学, 医工学研究科, 産学官連携研究員 (30536082)
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| 研究分担者 |
松浦 祐司 東北大学, 医工学研究科, 教授 (10241530)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 中空光ファイバ / 全反射プローブ / 血中グルコース濃度 |
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| 研究概要 |
ATR測定値はプリズムの押し付け圧力により大きく変動する．この影響を低減するため，1)圧力の直接測定による補正，2)圧力変動の影響をキャンセル可能な数値処理，3)圧力変動そのものの低減，の３通りの対応について検討した．
1)については，重量計の上に設置した生体ファントムにプリズム先端を押し付けた状態でスペクトル測定を行い，圧力とスペクトル強度との関係を明らかにした．ある一定の値まではプリズムの押し付け圧力にスペクトル強度が比例し，その後は一定の強度に収束することを確認した．同一試料に関しては高い再現性が得られ，同時測定の圧力値による補正も可能であるが，測定対象部位により結果はばらつきがあり，異なる補正方法を用いる必要があった．
2)としてはグルコース以外の成分の吸収ピーク強度を用いてスペクトル強度を正規化する方法が考えられる．皮膚への浸透度に優れ，安定な飽和炭化水素であり体に害のないスクワランオイルを内部標準物質として選択し，この吸収ピーク強度を用いてスペクトル強度の正規化を行うことにより良好な結果が得られ，測定誤差を従来の3分の1以下に低減した．
3)として，現状のものと比較して試料への接触面積が大きいATRプリズムを用いる方法について検討した．このようなプリズムでは接触面の圧力密度が低く抑えられ，圧力変動の影響が低減される．また，試料表面での反射回数の増大が可能であり，検出感度の上でも大きな改善が見込める．試料上で複数回の反射が起こる新しい形状のSiプリズムを設計・製作し，導入を試みた．圧力変動による測定誤差は従来の半分以下に低減したが，反射回数によるスペクトル増強は予想を下回った．この理由としては，光路長の増大による反射角度の分散に加えてSi自体の材料吸収が考えられる．今後はより高い透過特性を持つプリズム材料や，入射端面の反射防止コート等について引き続き検討する．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
プリズムの押し付け圧力変動によるATR測定誤差低減のため，当初の実施計画に沿って1)圧力の直接測定による補正，2)圧力変動の影響をキャンセル可能な数値処理，3)圧力変動そのものの低減，の３通りの対応について検討した結果，2)有効な内部標準物質の導入により測定回毎のスペクトル強度補正を行うことで一定率の変動誤差低減を達成した．また，3)においては新形状のプリズムを製作・導入することによりさらなるS/N比の向上が期待できる結果を得ており，プリズムの材質および構造の最適化等，引き続き検討を行うことで初期目標を上回る改善が見込める．
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続きプリズムの押し付け圧力変動によるATR測定誤差低減1)圧力の直接測定による補正，2)圧力変動の影響をキャンセル可能な数値処理，3)圧力変動そのものの低減について検討する．3)においては，新形状のプリズムに関し引き続き検討を行いさらなる改善を目指すと同時に，ATRプリズムを使用せず試料表面の反射スペクトルを直接測定する方法についても検討する．ここまでの結果を総括し，1)～3)の組み合わせにより現状での測定誤差50％から通常の簡易血液検査法と同程度である誤差10％の実現を目指す．
次に，測定時間の短縮について検討する．現状のFTIR 分光器を用いた測定では，光源の強度が小さく十分な感度を得るための積分時間を得る必要があり，これ以上の時間短縮は難しい．そこで，より大きな光出力が得られる量子カスケードレーザ（QCL）を用いた測定法について検討する．ただしQCL は単一波長で発振するため，その波長を選択する必要があるが，その際には，これまでのFTIR による検討によりすでに明らかになっているグルコースの吸収ピーク（1,040 cm-1）を選択し，QCL の動作温度をペルチェ素子で制御することにより発振波長をコントロールする．また，前項ii)で述べたように基準物質を用いた正規化を行うために必要な基準波長との２波長による測定を行えば信頼性の高い分析が可能であるため，２つの QCL からの光を結合させて測定を行う系を構築する．その際には２つのQCL 間でパルスのタイミングをずらし，一つの検出器で測定を行う．これにより現状の2 分という測定時間を10 秒程度まで短縮することが期待できるが，測定系の最適化を進めながら，実際にどの程度の時間短縮を達成できるかについて検討する．
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