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。

为了实现可以在日常生活中测量生物学成分的非侵入性血糖水平传感器等医疗传感器，我们提议将单发傅立叶光谱作为可以安装在可穿戴设备中的中红外光谱。使用倾斜的棱镜和其他干涉仪消除运动范围并提供空间相位差的干涉仪，例如在此光谱中，需要使用场停止以保持连贯性，并且由于在一个或二维中观察到来自点光源的光通量，因此光利用的效率很低，并且缺乏敏感性。因此，已经提出了一种干涉图叠加方法，该方法允许通过使用定期开口和光屏蔽部分的场停止来改善检测到的光量和干扰清晰度。干涉图叠加方法已经实现了高度敏感的光谱测量，即使在光子能量较低的红外区域，具有高水分含量的样品，但光谱特性的缩小也发生了变窄。实验是使用三种类型的轻型屏蔽板进行的，并确认随着开口数量的增加而发生的狭窄带正在发生。所使用的光的中心波长（如果使用的波长为8至12微米，则中央波长为10微米），可通过干涉图叠加方法计算。换句话说，有人认为，仅在图像平面上形成了在开口灯的中心波长附近的光条，其相位的相位处于均匀状态，另一方面，在远离中心波长的干扰条之间的波长处的光线偏离了相位，该位置与中心范围的特征相比，在中心范围内的特征是取消范围，从而取消了中心的特征，从而取消了远方的特征。我们提出了一个波长选择性的多路复用缝隙，该狭缝使用这种现象来为光谱仪的波长分辨率和宽带多路复用缝隙进行伪造，从而消除了窄带现象。使用宽带多裂片的原型场停止和厚度为25微米的液体细胞进行乙醇水溶液的光谱测量，并在9.38微米的乙醇吸收峰与四种类型的浓度和吸收性之间存在高相关性。

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