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

超声辅助中红外光谱成像无创血糖水平传感器基础研究

• 批准号: 18J22468
• 负责人: 川嶋 なつみ
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22468/
• 关键词: 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

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。

我们提出一次性傅里叶光谱作为一种可安装在可穿戴设备上的中红外光谱设备，旨在实现医疗保健传感器，例如可以测量日常生活中生物成分的非侵入性血糖水平传感器。像这种光谱方法一样，使用倾斜棱镜等来消除运动范围并产生空间相位差的干涉仪需要使用视场光阑来保持相干性，因为它是在一维或二维中观察的。问题是光利用率低且缺乏灵敏度。因此，我们提出了一种干涉图叠加方法，该方法可以使用具有周期性孔径和遮光罩的视场光阑来提高检测光量和干涉清晰度。尽管干涉图叠加方法使得即使在光子能量较低的红外区域也可以对高含水量的样品进行高灵敏度的光谱测量，但光谱特性变得窄带。使用三种类型的遮光板进行实验的结果表明，随着孔径数量的增加，频带变窄。所用光线的中心波长用于通过干涉图叠加法计算视场光阑的孔径宽度（如果所用波长范围为8至12微米，则中心波长为10微米）。换句话说，从孔径入射的光中，只有接近中心波长的光在成像面上形成同相位的干涉条纹，相反，波长远离中心波长的光在成像面上形成干涉条纹。另一方面，认为在异相位置形成干涉条纹导致光谱特性的抵消和变窄。我们提出了一种波长选择性多重狭缝，利用这种现象以伪方式提高光谱仪的波长分辨率，以及消除频带变窄现象的宽带多重狭缝。使用宽带多缝原型视场光阑和厚度为 25 微米的液池对乙醇水溶​​液进行光谱测量，结果发现乙醇的吸收峰位于 9.38 微米处，并且四种类型之间存在高度相关性我能够确认浓度和吸光度。

项目成果

Superimposing interferogram method using a multi-slit array to enhance sensitivity and interference definition of spatial-phase-shift interferometers

利用多缝阵列叠加干涉图方法提高空间相移干涉仪的灵敏度和干涉清晰度

• DOI: 10.1007/s10043-020-00626-4
• 发表时间: 2020
• 期刊: Optical Review
• 影响因子: 1.2
• 作者: Kawashima Natsumi;Kitazaki Tomoya;Nogo Kosuke;Nishiyama Akira;Wada Kenji;Ishimaru Ichiro
• 通讯作者: Ishimaru Ichiro

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

配备多缝的高灵敏度中红外单次傅立叶光谱仪

• 发表时间: 2019
• 作者: Natsumi Kawashima;Satoru Adachi;Tomoya Kitazaki;Hanyue Kang;Akira Nishiyama;Kenji Wada;and Ichiro Ishimaru;川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎;川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎;川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎
• 通讯作者: 川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎

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

超声辅助中红外傅立叶光谱用​​于耳环式无创血糖传感器

• 发表时间: 2019
• 作者: Natsumi Kawashima;Satoru Adachi;Tomoya Kitazaki;Hanyue Kang;Akira Nishiyama;Kenji Wada;and Ichiro Ishimaru;川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎
• 通讯作者: 川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎

Parametric standing wave generation of a shallow reflection plane in a nonrigid sample for use in a noninvasive blood glucose monitor

• DOI: 10.1117/1.jbo.24.3.036003
• 发表时间: 2019-03-01
• 期刊: JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS
• 影响因子: 3.5
• 作者: Kitazaki, Tomoya;Kawashima, Natsumi;Ishimaru, Ichiro
• 通讯作者: Ishimaru, Ichiro

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

高灵敏度中红外光谱，可检测皮肤表层附近的微弱反射光，适用于耳环型无创血糖传感器

• 发表时间: 2019
• 作者: Natsumi Kawashima;Satoru Adachi;Tomoya Kitazaki;Hanyue Kang;Akira Nishiyama;Kenji Wada;and Ichiro Ishimaru;川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎;川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎
• 通讯作者: 川嶋なつみ，北崎友哉，西山成，和田健司，石丸伊知郎