蛍光センサ、針型蛍光センサ、およびアナライトの計測方法
励起光により発生する蛍光によりグルコースを計測する針型蛍光センサ３３０であって、針先端部３３２に配設されたセンサ部３１０と、センサ部３１０から針後端部３３４にわたって配設された金属線３２１、３２２、３２３と、を有する針本体部３３３と、針本体部３３３と一体化しており、金属線３２１、３２２、３２３が延設されたコネクタ３３５と、を具備し、センサ部３１０が第１の主面と第２の主面とを有するシリコン基板３１１と、蛍光を電気信号に変換するＰＤ素子３１２と、蛍光を透過し、励起光を発生するＬＥＤ素子３１５と、アナライトとの相互作用および励起光により蛍光を発生するインジケータ層３１７と、を有し、ＰＤ素子３１２、ＬＥＤ素子３１５、およびインジケータ層３１７が、シリコン基板３１１の第１の主面の上でオーバーラップしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内のアナライトの濃度を計測する微小蛍光光度計である蛍光センサ、前記蛍光センサを有する針型蛍光センサ、および前記蛍光センサを用いた前記アナライトの計測方法に関し、特に半導体製造技術およびマイクロマシン製造技術を用いて作製される蛍光センサ、および前記蛍光センサを有する針型蛍光センサ、および前記蛍光センサを用いた前記アナライトの計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体中のアナライトすなわち被計測物質、の存在確認または濃度を測定するための様々な分析装置が開発されている。たとえば、一定容量の透明容器に、アナライトの存在によって性質が変化し蛍光を発生する蛍光色素とアナライトを含む被計測溶液とを注入し、励起光を照射し蛍光色素からの蛍光強度を計測することによりアナライト濃度を定量する蛍光光度計が知られている。
【０００３】
一方、特定のアナライト検出に特化した小型の蛍光光度計では、光源と光検出器と被計測溶液の特定のアナライトと相互作用する蛍光色素を含有したインジケータ層とを有している。そして被計測溶液中のアナライトが進入可能なインジケータ層に光源からの励起光を照射することで、インジケータ層内の蛍光色素が被計測溶液中の特定のアナライト濃度に応じた光量の蛍光を発生し、その蛍光を光検出器が受光する。光検出器は光電変換素子であり、受光した光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号から被計測溶液中のアナライト濃度が測定される。
【０００４】
そして近年、微量試料中の特定のアナライトを計測するために、半導体製造技術およびマイクロマシン製造技術を用いて作製される微小蛍光光度計が提案されている。
【０００５】
たとえば、図１および図２に示す蛍光センサ１１０が、米国特許第５０３９４９０号明細書に開示されている。以下の図においてアナライト２は模式的に表示している。
【０００６】
図１および図２に示すように、蛍光センサ１１０は、外部の光源からの励起光Ｅが透過可能な透明支持基板１０１と、蛍光Ｆを電気信号に変換する光検出器である光電変換素子部１０３と、励起光Ｅを集光する集光機能部１０５Ａを有する光学板状部１０５と、アナライト２と相互作用することによって励起光Ｅの入射により蛍光Ｆを発するインジケータ層１０６と、カバー層１０９とから構成されている。
【０００７】
光電変換素子部１０３は、たとえばシリコンからなる基板１０３Ａに光電変換素子が形成されている。基板１０３Ａは励起光Ｅを透過しない。このため、蛍光センサ１１０では、光電変換素子部１０３の周囲に励起光Ｅが透過可能な空隙領域１２０を有している。
【０００８】
すなわち、空隙領域１２０を通過し光学板状部１０５に入射した励起光Ｅだけが、光学板状部１０５の作用により、インジケータ層１０６中の、光電変換素子部１０３の上部付近に集光される。集光された励起光Ｅ２と、インジケータ層１０６の内部に進入したアナライト２の相互作用により、蛍光Ｆが発生する。発生した蛍光Ｆの一部は光電変換素子部１０３に入射し、光電変換素子部１０３において蛍光強度、つまりアナライト２の濃度に比例した電流または電圧などの信号が発生する。なお励起光Ｅは、光電変換素子部１０３上に配設されたフィルタ（不図示）の作用により、光電変換素子部１０３には入射しない。
【０００９】
以上の説明のように蛍光センサ１１０は、透明支持基板１０１上（on）に、光電変換素子部１０３であるフォトダイオードを励起光Ｅの通路である空隙領域１２０を確保した基板１０３Ａに形成し、その上（above）に、光学板状部１０５およびインジケータ層１０６を配設したものである。
【００１０】
しかし、上記の公知の蛍光センサ１１０は、励起光Ｅの通路である空隙領域１２０と光電変換素子部１０３の領域とを、同一平面上に有する。このため、より多くの励起光Ｅをインジケータ層１０６に導光するために通路である空隙領域１２０の面積を広くすると、光電変換素子部１０３の面積が狭くなるため、蛍光センサの感度を高めることにはならない。反対に光電変換素子部１０３の検出感度を高くするために光電変換素子部１０３の面積を広くすると、励起光Ｅの通路である空隙領域１２０の面積が狭くなりインジケータ層１０６に導光する励起光Ｅが減少してしまうために、やはり蛍光センサの感度を高めることにはならない。すなわち、上記構造の積層構造の蛍光センサでは、高い検出感度を有する蛍光センサを得ることは困難であった。
【００１１】
一方、針型センサは、針先端部が被検体に穿刺されることにより、蛍光センサであるセンサ部が被検体の生体内に挿入され、被検体の血液または体液中のアナライトすなわち被計測物質の濃度を測定するセンサである。そして短期留置型針型センサは、所定の期間、たとえば一週間、被検体の体内の被計測物質の濃度を連続して測定可能である。
【００１２】
図３および図４に示す針型蛍光センサは国際公開ＷＯ０６／０９０５９６号パンフレットに開示されているバイオセンサ２１０である。なお、以下の図においてアナライト２は模式的に示している。バイオセンサ２１０は、針状の中空容器２１２と、中空容器２１２内に挿入された担体筒２１４と、担体筒２１４内に端部が挿入された光ファイバ２１８とからなる。中空容器２１２は、一方が尖り、他方が開口している。中空容器２１２の側部には複数個の貫通孔２２０が設けられている。担体筒２１４は薄い膜を丸めたものからなる。そしてセンサ部２１６は光ファイバ２１８の端部に蛍光色素であるルテニウム有機錯体薄膜２２４を被覆したインジケータ部のみからなる。
【００１３】
アナライト２は、貫通孔２２０を介してセンサ部２１６に進入する。バイオセンサ２１０は、光ファイバ２１８を介してセンサ部２１６にバイオセンサ２１０の外部の光源（不図示）から励起光を照射し、センサ部２１６で発生するアナライト濃度に応じた光量の蛍光を光ファイバ２１８を介して受光し分析する光検出器（不図示）をバイオセンサ２１０の外部に備えている。
【００１４】
以上の説明のように、バイオセンサ２１０は、励起光および蛍光を光ファイバ２１８を使用して伝送する光ファイバ伝送方式である。このような光ファイバ伝送方式の針型センサでは、光ファイバ２１８を針状の中空容器２１２に挿通するため製造工程が繁雑である。また、光ファイバ２１８を介して伝送されてきた蛍光は後段に設けたフォトダイオードなどの光検出器で電気信号に変更するが、細い光ファイバ２１８を通過可能な光量は限定されるため、信号を大きく増幅する必要があり、その結果、検出信号のＳ／Ｎ比が悪くなり検出感度が低下することがある。
【００１５】
また、バイオセンサ２１０は、光ファイバ２１８を具備した中空容器２１２に負荷がかかると、光ファイバ２１８の導波路損失の変化により光信号強度が変化し、アナライト濃度情報に誤差が発生する。これを補正するためには、レファレンス用光ファイバが必要になるなど、さらに構成が複雑化する。さらに、センサ部２１６近傍に配設する温度センサの信号伝送なども光ファイバ方式で行う場合には、使用する光ファイバの本数が増えて、さらに構成が複雑となっていた。
【００１６】
一方、米国特許第７３８８１１０号明細書および米国特許第７５２４９８５号明細書には、糖類と結合して蛍光を発する疎水性部位に親水性基を導入した蛍光モノマー化合物と（メタ）アクリルアミド残基を有する重合性単量体とを共重合することにより得られた蛍光センサ物質および前記蛍光センサ物質をインジケータ部に用いた体内埋め込み用の糖類測定用センサが開示されている。
【００１７】
本発明は検出感度の高い蛍光センサを提供することを目的とする。さらに本発明は検出感度の高い針型蛍光センサを提供することを目的とする。さらに本発明は検出感度の高いアナライトの計測方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成すべく、本発明の実施の形態の蛍光センサは、第１の主面と第２の主面とを有する基体と、励起光を発生する発光素子と、生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により、蛍光を発生するインジケータ層と、前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している。
【００１９】
また、上記蛍光センサを有する本発明の別の実施の形態の針型蛍光センサは、針先端部に配設された上記蛍光センサであるセンサ部と、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線と、を有する針本体部と、前記針本体部と一体化しており、前記複数の金属線が延設されたコネクタと、を具備し、前記センサ部が第１の主面と第２の主面とを有する基体と、励起光を発生する発光素子と、前記生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生するインジケータ層と、前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している。
【００２０】
さらに、本発明の別の実施の形態のアナライトの計測方法は、発光素子が発生した励起光が、インジケータ層に導光される励起光照射工程と、前記インジケータ層が、前記アナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生する蛍光発生工程と、前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過して光電変換素子に入射し、電気信号に変換される光電変換工程と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】公知の蛍光センサの概略断面構造を示した説明図である。
【図２】公知の蛍光センサの概略構造を説明するための分解図である。
【図３】公知の針型蛍光センサの概略構成を示す側面図である。
【図４】公知の針型蛍光センサの概略断面構成を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態の蛍光センサの概略断面構成を示す模式図である。
【図６】第１の実施の形態の蛍光センサの概略構造を説明するための分解図である。
【図７】第１の実施の形態の蛍光センサのフィルタであるシリコン膜または炭化シリコン膜の光透過率の波長依存性を示す図である。
【図８Ａ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８Ｂ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８Ｃ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８Ｄ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８Ｅ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図９Ａ】第１の実施の形態の蛍光センサのフィルタの構造を説明するための断面模式図である。
【図９Ｂ】第２の実施の形態の蛍光センサのフィルタの構造を説明するための断面模式図である。
【図１０】第３の実施の形態の蛍光センサの概略断面構成を示す模式図である。
【図１１】第４の実施の形態の蛍光センサの概略断面構成を示す模式図である。
【図１２Ａ】第１の実施の形態の蛍光センサのフォトダイオード素子を説明するための断面模式図である。
【図１２Ｂ】第５の実施の形態の蛍光センサのフォトダイオード素子を説明するための断面模式図である。
【図１２Ｃ】第５の実施の形態の変形例の蛍光センサのフォトダイオード素子を説明するための断面模式図である。
【図１３】第６の実施の形態の針型蛍光センサを有するセンサシステムの模式図である。
【図１４】第６の実施の形態の針型蛍光センサの針先端部の断面構造を説明するための断面模式図である。
【図１５】第６の実施の形態の針型蛍光センサの針先端部の構造を説明するための分解図である。
【図１６Ａ】第６の実施の形態の針型蛍光センサの針本体部の構造を説明するための断面模式図である。
【図１６Ｂ】第７の実施の形態の針型蛍光センサの針本体部の構造を説明するための断面模式図である。
【図１７Ａ】第８の実施の形態の針型蛍光センサの針本体部の構造を説明するための断面模式図である。
【図１７Ｂ】第８の実施の形態の針型蛍光センサの針本体部の構造を説明するための断面模式図である。
【図１８】第９の実施の形態の針型蛍光センサの針先端部の断面構造を説明するための断面模式図である。
【図１９】第９の実施の形態の変形例の針型蛍光センサの針先端部の断面構造を説明するための断面模式図である。
【図２０】第１０の実施の形態の針型蛍光センサの針先端部の断面構造を説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を用いて、本発明の第１の実施の形態の蛍光センサ１０について説明する。
【００２３】
図５および図６に示すように本実施の形態の蛍光センサ１０は、基体であり、第１の主面１１Ａと第２の主面１１Ｂとを有するシリコン基板１１と、光電変換素子であるフォトダイオード（Photo Diode：以下「ＰＤ」ともいう。）素子１２と、酸化シリコン膜（SiO2膜）１３と、フィルタ１４と、蛍光を透過する発光素子である発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」ともいう。）素子１５と、エポキシ樹脂膜１６と、インジケータ層１７と、遮光層１８とが、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａの上（above）に順に積層された構造を有する。そして、ＰＤ素子１２、フィルタ１４、ＬＥＤ素子１５、およびインジケータ層１７の、それぞれ少なくとも一部が、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａ上（above）の同一領域内に配設されている。ここで、「同一領域内に配設」とはインジケータ層１７からの蛍光の少なくとも一部がＬＥＤ素子１５を透過した後、ＰＤ素子１２に入ることを特徴とし、ＰＤ素子１２はＬＥＤ素子１５でインジケータ層１７と隔絶されていることを表している。
【００２４】
言い換えれば、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａに形成されたＰＤ素子１２の上（above）に、ＬＥＤ素子１５とフィルタ１４とが配設され、ＬＥＤ素子１５とフィルタ１４の上（above）にインジケータ層１７が配設されており、ＰＤ素子１２、フィルタ１４、ＬＥＤ素子１５、およびインジケータ層１７が、シリコン基板１１の第１の主面上（above）でオーバーラップ（overlap）しており、インジケータ層１７が発生した蛍光が、ＬＥＤ素子１５およびとフィルタ１４を透過し、ＰＤ素子１２において電気信号に変換される。
【００２５】
なお蛍光センサ１０は、ＰＤ素子１２、フィルタ１４、ＬＥＤ素子１５、およびインジケータ層１７のそれぞれの中央部が、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａ上（above）の同一領域内に配設されていることが、より好ましい。
【００２６】
すなわち、蛍光センサ１０においてはインジケータ層１７からの蛍光を透過する発光素子であるＬＥＤ素子１５を用いることにより、公知の蛍光センサとは全く異なる構造を実現している。
【００２７】
後述するように、蛍光センサ１０では遮光層１８が、生体中の血液または体液と接触することにより、アナライト２が遮光層１８を通過してインジケータ層１７に進入する。
【００２８】
シリコン基板１１はＰＤ素子１２が第１の主面１１Ａ上（on）に作成されている基体である。シリコン基板１１は製造工程において数十μｍ程度までの薄膜化が可能であるが、数十μｍ程度まで薄膜化しても励起光および蛍光を透過しない。光電変換素子として、ＰＤ素子１２を基体表面に形成する場合は、基体としては単結晶シリコン基板が好適であるが、製造方法によってはシリコン基板ではなく、その他の半導体基板など多様な材料から選択可能である。
【００２９】
ＰＤ素子１２は蛍光を電気信号に変換する光電変換素子であり、光電変換素子としてはＰＤ素子１２に限られるものではなく、フォトコンダクタ（光導電体）、またはフォトトランジスタ（Photo Transistor：以下「PT」ともいう）などの各種光電変換素子から選択可能である。そしてフォトダイオードまたはフォトトランジスタが、最も高感度でかつ安定性に優れた蛍光検出感度が実現でき、その結果、検出感度および検出精度に優れる蛍光センサ１０が実現できるため特に好ましい。
【００３０】
酸化シリコン膜（SiO2膜）１３は第１の保護膜であり、たとえば数十〜数百ｎｍの厚さを有する第１の保護膜としてはシリコン窒化膜（SiN膜）、または酸化シリコン膜とシリコン窒化膜とからなる複合積層膜を用いてもよい。
【００３１】
フィルタ１４はＬＥＤ素子１５が発生する励起光Ｅは通さず、それよりも長波長の蛍光Ｆは通す吸収型光学フィルタである。すなわち、蛍光センサ１０は、蛍光より短波長である励起光を吸収し、蛍光を透過するフィルタ１４を、ＰＤ素子１２とＬＥＤ素子１５との間に有する。なお、以下では蛍光Ｆの波長が４６０ｎｍ付近であり、励起光Ｅの波長が３７５ｎｍ付近の場合を例に説明するが、これに限られるものではない。
【００３２】
図７は所定膜厚のシリコン膜または炭化シリコン（ＳｉＣ）膜が波長に対して光が透過する割合（光透過率）を示す図であり、横軸は光の波長を示し縦軸は光透過率を示している。そして（Ａ）は膜厚が０．５μｍのシリコン膜の場合を、（Ｂ）は膜厚が３６０μｍの炭化シリコン膜の場合を示している。
【００３３】
図７に示すように（Ａ）シリコン膜、（Ｂ）炭化シリコン膜のいずれも、３７５ｎｍ付近の紫外線の励起光Ｅの波長では透過率は１０−７以下であるのに対して、４６０ｎｍ付近の蛍光Ｆの波長では透過率１０−１以上すなわち１０％以上と、波長による透過率の比としては６桁以上の透過率選択性を有する。
【００３４】
特にシリコン膜をフィルタ１４として使用する場合、１μｍの厚さで十分なため、周知の半導体製造工程において、フィルタ１４をシリコン基板１１上（above）に一体的に形成できる。なおフィルタ１４の材料のシリコンとしては、ノンドープであってもよいが、燐などの不純物をドープした、サブμｍ〜数μｍの厚さを有する多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜などが好ましい。
【００３５】
またフィルタ１４としてガリウムリン（ＧａＰ）も、３７５ｎｍ付近より短い励起光の波長では透過率が小さく、４６０ｎｍの蛍光の波長では透過率が大きいため、好ましく用いることができる。
【００３６】
蛍光センサ１０はフィルタ１４を光吸収型とすることにより励起光の良好な遮断特性および蛍光の良好な透過特性が得られる。また蛍光センサ１０は単層のフィルタ１４をＰＤ素子１２上（above）に配設するだけで済むため、フィルタ１４が安価に配設できる。特に単層の光吸収層であるフィルタ１４の材料としてシリコン、または炭化シリコンを選択することにより良好な励起光の遮断特性および蛍光の透過特性が実現でき、かつ製造の安定性および制御性に優れている。
【００３７】
ＬＥＤ素子１５は、励起光を発光し、かつ、蛍光を透過する発光素子である。発光素子としては、ＬＥＤ素子に限られるものではなく、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、またはレーザーダイオード素子など多様な種類の発光素子の中から、特に蛍光を透過する素子を選択すればよい。そして、蛍光透過率、光発生効率、励起光の波長選択性の広さ、および励起光となる紫外線以外の波長の光を僅かしか発しないことなどの観点からは、ＬＥＤ素子が好ましい。
【００３８】
さらに蛍光透過率という観点から、ＬＥＤ素子１５は、第２の基板であるサファイア基板１５Ａ上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂよりなる紫外線発光ＬＥＤ素子が特に好ましい。すなわち、サファイア基板１５Ａおよび窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂは、蛍光の透過率がよい。
【００３９】
窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂとしては、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の材料を用いることができる。さらに紫外線発光ＬＥＤとして、ＺｎＯ系、ＡｌＮ系、ダイヤモンド系等の材料を用いてもよい。
【００４０】
ＬＥＤ素子１５は、サファイア基板１５Ａの一面に窒化ガリウム系化合物半導体１５ＢからなるＬＥＤ発光部が形成されており、ＬＥＤ発光部からの励起光はサファイア基板１５Ａ内部を通過してＬＥＤ発光部が形成されている面とは反対の面からも放出される。なお、蛍光を透過するサファイア基板１５Ａは、シリコン基板１１と同様、数十μｍ程度までの薄膜化が可能である。
【００４１】
なお発光素子として有機ＥＬ素子の中で蛍光を透過する素子を用いる場合には、基体であるシリコン基板上（above）にウエハプロセスで一体形成可能である。すなわち、超薄膜のアルミニウム陰電極と、発光層である低分子アルミニウム錯体または高分子π共役系ポリマーと、陽電極であるＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜を、半導体製造工程により積層することで蛍光を透過する有機ＥＬ素子は作成できる。このため、発光素子として有機ＥＬ素子を用いた蛍光センサ１０は薄型化が可能であり、かつ一体形成による低コスト化を実現可能である。
【００４２】
エポキシ樹脂膜１６は第２の保護膜である。第２の保護膜としては、たとえばＬＥＤ素子１５をフィルタ１４に接着するときに用いるシリコーン樹脂、または透明な非晶性フッ素樹脂なども使用可能である。第２の保護膜は、電気的絶縁性を有すること、水分遮断性を有すること、励起光Ｅおよび蛍光Ｆに対して良好な透過率を有すること、などの特性を有する材料から選択される。
【００４３】
また、蛍光センサ１０の第２の保護膜の特性として励起光が照射されても膜中での蛍光の発生が小さいことが重要である。なお、この蛍光の発生が小さいという特性は、インジケータ層１７を除いた蛍光センサ１０の全ての透明材料の重要特性であることは言うまでもない。
【００４４】
インジケータ層１７は、進入してきたアナライト２との相互作用および励起光により蛍光を発生、すなわちアナライト２の濃度に応じた光量の蛍光を発生する。インジケータ層１７の層厚は数十μｍ程度に設定されている。インジケータ層１７は、アナライト２の量、すなわち試料中のアナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生する蛍光色素が含まれたベース材料から構成されている。なおインジケータ層１７のベース材料は、ＬＥＤ素子１５からの励起光および蛍光色素からの蛍光が良好に透過できる透明性をもつことが好ましい。ここで、蛍光色素は、試料中に存在するアナライト２そのものでも良い。
【００４５】
蛍光色素は、アナライト２の種類に応じて選択され、アナライト２の量に応じて発生する蛍光の光量が可逆的に変化する蛍光色素ならば、どのようなものでも使用できる。たとえば生体内の水素イオン濃度または二酸化炭素を測定する場合には、ヒドロキシピレントリスルホン酸誘導体、糖類を測定する場合には蛍光残基を有するフェニルボロン酸誘導体、カリウムイオンを測定する場合には蛍光残基を有するクラウンエーテル誘導体などを用いることができる。
【００４６】
そして、生体内のグルコースのような糖類を測定する場合には、ルテニウム有機錯体、蛍光フェニルボロン酸誘導体、またはフルオレセイン等の蛍光色素が結合した蛋白質であってグルコースと可逆結合するもの等を用いることができる。ルテニウム有機錯体としてはルテニウムと2,2'-ビピリジン、1,10-フェナントロリン、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、4,7-ジメチル-1,10-フェナントロリン、4,7-ジスルホン化ジフェニル-1,10-フェナントロリン、2,2'-ビ-2-チアゾリン、2,2'-ビチアゾール、5-ブロモ-1,10-フェナントロリン、および5-クロロ-1,10-フェナントロリン等との錯体等を用いることができる。さらに、ルテニウム有機錯体のルテニウムに代えてオスミウム、イリジウム、ロジウム、レニウムおよびクロム等の有機錯体を用いることができる。なお蛍光フェニルボロン酸誘導体としては、特に２つのフェニルボロン酸と蛍光残基としてアントラセンを含む化合物が検出感度が高い。
【００４７】
以上の説明のように、本発明の蛍光センサ１０は、蛍光色素の選択によって、酸素センサ、グルコースセンサ、ｐＨセンサ、免疫センサ、または微生物センサなど、多様な用途に対応している。
【００４８】
インジケータ層１７は、たとえば、含水し易いハイドロゲルをベース材料として、ハイドロゲル内に上記蛍光色素を包含または結合させている。ハイドロゲルの成分としてはメチルセルロースもしくはデキストランなどの多糖類、（メタ）アクリルアミド、メチロールアクリルアミド、もしくはヒドロキシエチルアクリレート等のモノマーを重合して作製するアクリル系ハイドロゲル、またはポリエチレングリコールとジイソシアネートから作製するウレタン系ハイドロゲルなどを用いることができる。また、インジケータ層１７としては蛍光色素を含有した液体を使用することもできる。液体または流動性のあるゾルをインジケータ層１７としてとして使用する場合には、たとえば周囲を固体の壁とし、その内部に液体を密閉した構造とする。
【００４９】
また、血液または体液中の糖類を検出する場合にはインジケータ層１７として、蛍光モノマー化合物（蛍光色素）と、（メタ）アクリルアミド残基を有する重合単量体とを共重合することにより得られる蛍光センサ物質を用いてもよい。蛍光モノマー化合物としては、たとえば、９，１０−ビス（メチレン）［［Ｎ−（オルトボロノベンジル）メチレン］−Ｎ−［（アクリロイルポリオキシエチレン）カルボニルアミノ］−ｎ−ヘキサメチレン］−２−アセチルアントラセン（以下、「Ｆ−ＰＥＧ−ＡＡｍ」という）を好ましく用いることができる。
【００５０】
蛍光センサ１０は、長時間の連続モニタに適しているため、生体内の糖類の濃度の定量モニタを行うためのグルコースセンサに特に好ましく用いることができる。
【００５１】
なおインジケータ層１７は、エポキシ樹脂膜１６に、図示していないシランカップリング剤などよりなる接着層を介して接合されている。なお、エポキシ樹脂膜１６を配設しないで、インジケータ層１７がＬＥＤ素子１５の表面に、直接、接合された構造であってもよい。またＬＥＤ素子１５の表面、すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂが形成されているのと反対側のサファイア基板１５Ａの表面に、凹部を形成し、インジケータ層１７またはインジケータ層１７の一部を埋入してもよい。
【００５２】
そして、最上層である遮光層１８は、インジケータ層１７の上部表面側に配設された、厚さが数十μｍ以下の層であり、体液または血液と接触する。遮光層１８は、励起光および蛍光が蛍光センサ１０の外部へ漏光するのを防止すると同時に、外光が蛍光センサ１０の内部に進入を防止する。
ここで、遮光層１８はＬＥＤ素子１５由来以外の光、すなわち蛍光センサ１０に入射し蛍光信号を乱す可能性を有する不要光を遮光するために、インジケータ層１７だけでなく蛍光センサ１０全体を覆うことが望ましい。遮光層１８は、アナライト２が、その内部を通過してインジケータ層１７に到達するのを妨げない材料を用いて構成されている。水溶液中のアナライト分析に用いられる蛍光センサ１０の場合は、遮光層１８の材料としては、たとえば微多孔質の金属もしくはセラミックス、またはインジケータ層１７に用いるハイドロゲルにカーボンブラックもしくはカーボンナノチューブなど光を通さない微粒子を混合した複合材料が好適である。なお、図示しないが、蛍光センサ１０のＬＥＤ素子１５、フィルタ１４、およびＰＤ素子１２の周囲側面も、遮光層１８と同じ材料またはカーボンブラックを配合した遮光機能を有する樹脂でコーティングしたり、遮光機能を有する金属膜を蒸着したりすることが好ましい。
【００５３】
上記説明の構造を有する蛍光センサ１０では、ＬＥＤ素子１５からの励起光Ｅが、インジケータ層１７中の蛍光色素に照射される。蛍光色素が発生した蛍光Ｆは、ＬＥＤ素子１５およびフィルタ１４を通過してＰＤ素子１２に到達し、電気信号に変換される。
次に、本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法について簡単に説明する。
最初に、シリコン基板１１となるシリコンウエハ１１Ｗの第１の主面１１Ａに多数のＰＤ素子１２が形成される（図８Ａ）。そしてＰＤ素子１２の表面に第１の保護膜となる数十〜数百ｎｍの厚さを有する酸化シリコン膜１３が形成される。そして酸化シリコン膜１３の表面に、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンなどよりなるフィルタ１４が形成される（図８Ｂ）。ここまでの工程は半導体製造の前工程と同様の工程であり、多数のＰＤ素子１２等がシリコンウエハ１１Ｗに一括形成され、その後、個々の素子に個片化される。
【００５４】
続いて個片化された各素子のフィルタ１４上（on）の所定位置に、ＬＥＤ素子１５などの発光素子が配設される。ＬＥＤ素子１５の配設には、光学的に透明なアクリル樹脂もしくはシリコーン樹脂などを使用した接着法、フリップチップボンディング法、または接合界面をプラズマ処理などで活性化して接合するプラズマ活性化接合法などの各種接合法など、色々な方法が使用可能である。
【００５５】
次に必要に応じて第２の保護膜としてエポキシ樹脂膜１６をＬＥＤ素子１５上（on）に形成したのち、シランカップリング剤などの接着層を介して、インジケータ層１７が接合される。インジケータ層１７の接着層も、励起光が照射されても蛍光を発生しない材料が用いられる。蛍光センサ１０では、インジケータ層１７は、蛍光色素を有するＦ−ＰＥＧ−ＡＡｍを、アクリルアミドおよびメチレンビスアクリルアミドとともに、過硫酸ナトリウムおよびＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンの存在下で重合し、厚さ２５μｍのゲルフィルムとして作成した。最後に遮光層１８がインジケータ層１７上（on）に形成され、蛍光センサ１０が完成する。
【００５６】
なお、本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法としてウエハレベルパッケージング技術を用いることも可能である。
【００５７】
すなわち図８Ａに示すように、半導体製造の前工程と同様の工程にて、第１のウエハであるシリコンウエハ１１Ｗの第１の主面１１Ａに多数個のＰＤ素子１２を形成するＰＤ素子形成工程が行われる。ついで図８Ｂに示すように、酸化シリコン膜１３Ａとフィルタ膜１４Ａとを形成するフィルタ形成工程が行われる。一方、第２のウエハであるサファイア基板に一括して多数個のＬＥＤ素子１５を形成し個片化するＬＥＤ素子形成工程が行われる。そして図８Ｃに示すように、第２のウエハを個片化して得られるＬＥＤ素子１５を、第１のウエハのフィルタ膜１４Ａに接合するＬＥＤ素子接合工程が行われる。さらに図８Ｄに示すように、インジケータ膜１７Ａと遮光膜１８Ａとを形成するインジケータ膜形成工程が行われる。最後に、図８Ｅに示すように、第１のウエハを個片化して蛍光センサ１０を得る個片化工程が行われる。
【００５８】
あるいは、本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法として、第２のウエハのＬＥＤ素子形成工程の後に第２のウエハにインジケータ膜１７Ａと遮光膜１８Ａとを形成するインジケータ膜形成工程を行い第２のウエハを個片化しインジケータ膜付きＬＥＤ素子を得る。そして、インジケータ膜付きＬＥＤ素子を第１のウエハに接合した後に、第１のウエハを個片化して蛍光センサ１０を得る個片化工程を行ってもよい。
【００５９】
また本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法として、フィルタ膜付き第１のウエハとインジケータ膜付き第２のウエハとを接合してから個片化工程を行ってもよい。なお、この製造方法を用いる場合には、ＬＥＤ素子等の電気配線のための電極部がウエハを個片化したときに切断面に露出するようにしておく必要がある
次に、図５および図６を参照しながら、本実施の形態の蛍光センサ１０の動作を説明する。蛍光センサ１０は少なくとも遮光層１８の外面が生体内に留置されると、体液中または血液中のアナライト２が遮光層１８の内部を通過してインジケータ層１７に進入する。
【００６０】
蛍光センサ１０では、ＬＥＤ素子１５から励起光が発光される。たとえば、ＬＥＤ素子１５の発光のパルス幅は１０ｍｓ〜１００ms、パルス電流は１ｍＡ〜１００ｍＡ程度、また、励起光の中心波長は３７５ｎｍ前後である。励起光は、たとえば３０秒に１回の間隔で発光させる。
【００６１】
ＬＥＤ素子１５からの励起光はエポキシ樹脂膜１６を透過して、インジケータ層１７に入射する。すなわち、励起光照射工程ではＬＥＤ素子１５が発生した励起光が、インジケータ層１７に導光される。すると、蛍光発生工程において、インジケータ層１７が、アナライト２との相互作用および励起光によりアナライト２の量に比例する強度の蛍光を発する。またインジケータ層１７の蛍光色素は、たとえば、Ｆ−ＰＥＧ−ＡＡｍの場合、波長３７５ｎｍの励起光に対して波長４６０ｎｍをピークとする蛍光を発生する。なお、フィルタ１４の作用によりＬＥＤ素子１５からの励起光はＰＤ素子１２へは、ＰＤ素子１２の計測上問題ないレベルまで遮断される。
【００６２】
インジケータ層１７からの蛍光は、エポキシ樹脂膜１６とＬＥＤ素子１５とフィルタ１４と酸化シリコン膜１３とを透過し、ＰＤ素子１２に入射する。そしてインジケータ層１７からの蛍光はＰＤ素子１２において光電変換され、光発生電荷を生じる。すなわち光電変換工程において、インジケータ層１７が発生した蛍光の少なくとも一部、実際には大部分が、ＬＥＤ素子１５を透過して、ＰＤ素子１２に導光され、電気信号に変換される。
【００６３】
蛍光センサ１０では、図示しない信号検出回路が、ＰＤ素子１２からの光発生電荷に起因する電流として、または、蓄積した光発生電荷を電圧として、アナライト量を検出する。
なお、信号検出回路は、イメージセンサなどで公知の、FDA(Floating Diffusion Amplifier)を用いた方法を用いることにより、さらに高精度な信号検出が可能となる。
【００６４】
ここで、蛍光センサ１０では、励起光および蛍光は、ＬＥＤ素子１５の内部を通過、すなわち窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂが形成されたサファイア基板１５Ａの表面と裏面を通過する。そこで各種光の利用効率を向上させるため、ＬＥＤ素子１５の表裏面に光学的な反射防止のための構造を形成してもよい。反射防止構造としては、λ/４膜（４分のλ膜）が代表的であるが、表面に光波長よりも寸法的に小さいナノ突起構造を有する構成を用いてもよい。
【００６５】
なお、アナライト２が存在しないインジケータ層１７から蛍光がでることによるＰＤ素子１２からの信号、および、蛍光を受光していないＰＤ素子１２からの信号はオフセット出力とよばれる。信号検出回路は、このオフセット出力を信号成分から差し引き、それをアナライト情報とすることで、アナライト２の存在量に比例した信号出力を得ることができる。たとえば、信号検出回路は、励起光発光直前の信号を読み出して記憶し、続いて蛍光信号を読み出して、両者の差分を再度信号として読み出す。
【００６６】
なお図示しないがＰＤ素子１２の近傍には温度センサが配設されている。温度センサからの、温度信号も、ＰＤ素子１２からの蛍光信号と同様に金属配線を通して信号検出回路に伝えられる。そして信号検出回路は、蛍光強度のデータを、温度情報などで補正して、アナライト２の濃度信号を得る。なお、温度センサとしてはＰＤ素子１２と同じシリコン基板１１上（on）に形成される半導体温度センサであることが好ましい。
また、光電変換素子としてＰＤ素子１２を有する蛍光センサ１０では、ＰＤ素子１２を温度センサとして使用することも可能である。すなわち光電変換動作を行っていないときにＰＤ素子１２を温度センサとして使用することもできる。
以上の説明のように、本実施の形態の蛍光センサ１０では、ＬＥＤ素子１５からインジケータ層１７に放射された励起光は、インジケータ層１７内の蛍光色素を励起し蛍光を放射させる。この蛍光のうち、ＬＥＤ素子１５側に放射される蛍光は、ＬＥＤ素子１５とインジケータ層１７との界面での反射およびＬＥＤ素子１５を通過する際に吸収される一部を除いて大部分がＬＥＤ素子１５内部を通過し、さらにフィルタ１４を通過して、ＰＤ素子１２に到達する。すなわち蛍光センサ１０のＰＤ素子１２は、ＬＥＤ素子１５を透過した蛍光を受光し、蛍光信号を得る。一方、ＬＥＤ素子１５からＰＤ素子１２側に放射される励起光は、フィルタ１４で反射または吸収され、フィルタ１４で反射された光はＬＥＤ素子１５を通過してインジケータ層１７に達し、蛍光色素を励起する。
【００６７】
蛍光センサ１０は公知の蛍光センサに比べて励起光および蛍光の利用効率が大幅に高く、検出感度の高い蛍光センサである。また蛍光センサ１０では励起光および蛍光の幾何光学的光路設計は不要であり、単に層状に各構成要素を積層するだけで良い。このため、蛍光センサ１０は微小にするほど精度が要求される光路設計上のパターンの位置決めが不要であり製造し易い。そして蛍光センサ１０は公知の蛍光センサに比べて励起光強度が大きく、かつ大面積を有する光電変換素子が配設可能であるため、公知の蛍光センサよりも検出感度および検出精度に優れる。
【００６８】
さらに、蛍光センサ１０は複雑で精度の必要な幾何光学的光路設計が不要でありながら、インジケータ層１７とＬＥＤ素子１５とが平行に積層されるため、励起光が不均一にインジケータ層１７に照射されるリスクが少ないので、微小であっても均質な蛍光信号が得られる。
【００６９】
さらに蛍光センサ１０は、公知の蛍光センサのように光源、または光源および光検出器を外部に有するのではなく、光源（発光素子）と光検出器（光電変換素子）とインジケータ層とを一体的に有する小型の蛍光光度計である。
【００７０】
以上の説明のように、本実施の形態の、蛍光センサを用いたアナライトの計測方法は、発光素子が発生した励起光がインジケータ層に導光される励起光照射工程と、前記インジケータ層が前記アナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生する蛍光発生工程と、前記インジケータ層が発生した前記蛍光が前記発光素子を透過して光電変換素子に入射し電気信号に変換される光電変換工程と、を具備する。
【００７１】
本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法は、蛍光センサ１０の安定大量製造に貢献する。製造された蛍光センサ１０は検出感度が高く、小型であるも関わらず、検出感度および検出精度に優れ、また製造歩留まりが良好で低価格化が可能である。
【００７２】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の蛍光センサ１０Ａについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ａは第１の実施の形態の蛍光センサ１０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
第１の実施の形態の蛍光センサ１０のフィルタ１４は、単層シリコン膜などによるフィルタであったが、本実施の形態の蛍光センサ１０Ａのフィルタ１４Ｃ（図５、図６参照）は、多重干渉型フィルタである。すなわち、フィルタ１４Ｃは、単層シリコン膜などを薄膜に分割して積層することにより、吸収効果に加えて多重干渉効果を有する。
以下、図９Ａ〜図９Ｂを参照しながら多重干渉効果型のフィルタ１４Ｃについて説明する。図９Ａは、単層フィルタの断面模式図であり、図９Ｂは本実施の形態のフィルタの断面模式図である。すなわち、図９Ａは単層のシリコン層２２がそれより屈折率の低い酸化シリコン層２１により挟まれている単層フィルタ２３の例を示しており、図９Ｂはシリコン層２２が２分割されたシリコン層２２Ａおよび２２Ｂの間に酸化シリコン層２１がある多重干渉効果型のフィルタ２４の例を示している。
【００７３】
すなわち、蛍光センサ１０Ａの多重干渉効果型のフィルタ１４Ｃでは、図９Ｂに示すようにシリコン層２２Ａおよび２２Ｂが、それより屈折率の低い酸化シリコン層２１で挟まれている構造を有している。ここで、干渉効果による光透過率のピーク波長：λと、層厚：Ｔとの関係は以下の（式１）で表される（自由端-自由端条件）。
【００７４】
Ｔ＝λ×Ｋ／（２×n）・・・（式１）
ここで、Ｋは自然数、nはシリコンの屈折率である。
【００７５】
同様に、透過率が最小、すなわちボトムとなる条件は、以下の（式２）で表される
Ｔ＝λ×（２×K−１）／（４×n）・・・（式２）
（式１）および（式２）より、以下の（式３）の関係に近い層厚値を選択すると、干渉効果により、さらに望ましいフィルタ特性、すなわち、励起光は通過しにくく、蛍光は通過しやすい特性となる。
【００７６】
λｆ×K１/（２×nf）＝λｓ×（２×K２−１）／（４×nｓ）・・・（式３）
ここでフットノートのｆは蛍光を、またsは励起光を表す。Ｋ１、Ｋ２は整数である。
【００７７】
たとえば、（式３）に、λｆ＝４６０ｎｍ、ｎｆ＝４．５８、λｓ＝３７５ｎｍ、ｎｓ＝６．７１の値を代入すると、以下に示す（式４）の不定方程式が得られる。
【００７８】
（２×K２−１）／Ｋ１＝３．６・・・（式４）
（式４）より、Ｋ１＝２の場合、Ｋ２＝４．１となり、自然数解に近い値が得られる。
【００７９】
また、Ｋ１＝２の場合はシリコン層の厚さは（式１）より、１０１．５ｎｍとなる。すなわち、フィルタ１４Ｃのシリコン膜の全厚が５００ｎｍの場合は、１００ｎｍの層に５分割すれば良い。
【００８０】
多層のシリコン膜の、それぞれのシリコン層の間は、シリコンより低屈折率の酸化シリコン（SiO2）を介在させる。その場合、酸化シリコン層の最適条件も、（式１）がピーク条件、（式２）がボトム条件となり、酸化シリコンの場合（３７５ｎｍでｎ＝１．４７４、４６０ｎｍでｎ＝１．４６）は、以下の（式５）に示す不定方程式を得る（固定端-固定端条件）。
【００８１】
（２×K２−１）／Ｋ１＝２．４８・・・（式５）
（式５）より、Ｋ２＝３、Ｋ１＝２．０２が自然数解に近く、この場合、酸化シリコン層の厚さは３１５ｎｍとなる。
【００８２】
つまり、フィルタとして全厚５００ｎｍのシリコン膜を用いる場合は、シリコン膜を１００ｎｍ厚の層に５分割し、その間を３１５ｎｍの酸化シリコン層で挟めばよい。なお、酸化シリコンに代えて窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いてもよい。
【００８３】
本実施の形態の蛍光センサ１０Ａは、第１の実施の形態の蛍光センサ１０が有する効果を有する。さらに、励起光などの蛍光とは異なる波長の光の遮断特性に優れ、かつ蛍光のさらなる良好な透過特性を有する多重干渉型のフィルタ１４Ｃを具備するため、蛍光センサ１０よりも検出信号のＳ／Ｎ比向上が実現できる。
【００８４】
すなわち、蛍光センサ１０Ａは、フィルタ１４Ｃが、光吸収作用、透過作用および多重干渉効果を兼ね備えた機能を有するため、励起光の最適な遮断特性および蛍光の最適な透過特性が実現できる。特に、多層膜からなるフィルタ１４Ｃが、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層とから構成されているため、多層膜の各々の層厚の制御性が良好でかつ再現性に優れた光学特性が得られ、標準的な半導体製造技術およびマイクロマシン製造技術に適合した製造工程で多層膜が作成可能である。
【００８５】
以上の説明のように本実施の形態の蛍光センサ１０Ａのフィルタは、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層のいずれかと、からなる多重干渉型フィルタであり、前記蛍光より短波長の前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過する。
【００８６】
なお、以上説明したフィルタ１４は吸収型フィルタだったが、フィルタは吸収型フィルタに限られるものではなく、励起光のみをシャープにカットするノッチフィルタ、励起光よりも波長の長い光のみを透過させるエッジフィルタもしくはショートカットフィルタとも称されるロングパスフィルタ、回折型フィルタ、または偏光型フィルタなどを使用してもよい。また、フィルタとして前記各種のフィルタを組み合わせて使用してもよい。
【００８７】
さらに、ＰＤ素子１２の表面に高濃度不純物拡散層を形成し、その拡散層で励起光を吸収してもよい。この場合、拡散層がフィルタ１４に相当する。もちろん、拡散層形成においては、吸収長の長い蛍光の信号強度は殆ど低下しない条件に設定する。
【００８８】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態の蛍光センサ１０Ｂについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ｂは第１の実施の形態の蛍光センサ１０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図１０に示すように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｂは、ＬＥＤ素子１５とインジケータ層１７との間にさらに集光部であるフレネルレンズ１６Ｃを追加形成した蛍光センサである。フレネルレンズ１６Ｃは、屈折率が異なる２種類のエポキシ樹脂膜１６Ａとエポキシ樹脂膜１６Ｂとの界面に所定の凹凸を形成したものである。フレネルレンズ１６Ｃは、ＬＥＤ素子１５からの励起光を効率良くインジケータ層１７に入射し、またインジケータ層１７からの蛍光を効率良くＰＤ素子１２に集める効果を有する。フレネルレンズ１６Ｃのかわりに集光部としてエポキシ樹脂膜１６とは別体の構成要素であるレンズ等を用いてもよい。
【００８９】
また、図１０においては、ＬＥＤ素子１５とインジケータ層１７の間に集光部であるフレネルレンズ１６Ｃを配設した蛍光センサ１０Ｂを示しているが、それに代えて、またはそれに加えて、ＰＤ素子１２とフィルタ１４の間の第１の絶縁膜（酸化シリコン膜１３）に集光部を配設した蛍光センサであってもよい。
【００９０】
本実施の形態の蛍光センサ１０Ｂは、第１の実施の形態の蛍光センサ１０が有する効果に加えて、集光部であるフレネルレンズ１６Ｃの存在により、蛍光センサ１０よりも、さらに高感度な蛍光センサである。なお、図２に示したように米国特許第５０３９４９０号明細書に開示されている蛍光センサ１１０では、フレーム形状の空隙領域１２０を通過した励起光Ｅを、前記フレーム形状の中央部に配置されたインジケータ層１０６に集光するために集光機能部１０５Ａは不可欠であった。これに対して図６に示したように本発明の蛍光センサでは、励起光Ｅをインジケータ層１７に照射するために集光部は必須の構成要素ではない。またインジケータ層１７が発生した蛍光は、ＬＥＤ素子１５を透過し、ＰＤ素子１２において前記電気信号に変換されるため、この場合も集光部は必須の構成要素ではない。
【００９１】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態の蛍光センサ１０Ｃについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ｃは第１の実施の形態の蛍光センサ１０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００９２】
図５等に示したように第１の実施の形態の蛍光センサ１０等は、インジケータ層１７の上（on）にアナライト２が進入可能な遮光層１８が配置されていた。これに対して、図１１に示すように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｃはアナライト２が図面向かって左側から遮光層１８を介してインジケータ層１７の側面から進入する蛍光センサである。
【００９３】
図１１に示すように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｃは、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａに形成されたＰＤ素子１２の上（above）に、インジケータ層１７が配設され、インジケータ層１７の上（above）にＬＥＤ素子１５が配設されており、インジケータ層１７の側面からインジケータ層１７に進入したアナライト２により発生した蛍光が、ＰＤ素子１２に入射し電気信号に変換される。また、蛍光より短波長である励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタ１４を、ＰＤ素子１２とインジケータ層１７との間、に有する。そして、所定の厚さを有するインジケータ層の側面を覆う遮光層が、アナライトを通過させる特性を有する。
【００９４】
そして図１１に示すように、蛍光センサ１０Ｃは、ポリイミド、パリレン、または環状ポリオレフィンなどの樹脂よりなる保護層１９を有し、保護層１９の先端部、すなわち遮光層１８側を被検体に穿刺することにより、被検体の体液中または血液中のアナライト２を測定する。保護層１９は外部との遮光を行うために、その材料中にカーボンブラックなどの光遮断性材料を含ませ、光学的に不透明な特性をもたしている。シリコン基板１１、ＰＤ素子１２、酸化シリコン膜１３、およびフィルタ１４は第１の実施の形態の蛍光センサ１０等と同様である。そしてフィルタ１４上（on）の先端部側には遮光層１８が、後端部側にはインジケータ層１７が形成され、その上（on）にＬＥＤ素子１５が配設されている。すなわち、蛍光センサ１０Ｃは、光電変換素子であるＰＤ素子１２と、フィルタ１４と、インジケータ層１７と、発光素子であるＬＥＤ素子１５と、が基体であるシリコン基板１１の第１の主面上（above）に、この順に形成されている
さらに蛍光センサ１０Ｃでは、発光素子であるＬＥＤ素子１５とインジケータ層１７との間に、励起光よりも長波長の光を遮断する機能を有する長波長カットフィルタ１４Ｄが配設されている。
【００９５】
蛍光センサ１０Ｃでは、ＬＥＤ素子１５からの励起光は長波長カットフィルタ１４Ｄにより長波長成分がカットされた後、インジケータ層１７に照射される。インジケータ層１７からの蛍光はフィルタ１４と酸化シリコン膜１３を通過してＰＤ素子１２で検出される。
【００９６】
本実施の形態の蛍光センサ１０Ｃは、第１の実施の形態の蛍光センサ１０Ａが有する効果に加えて、発光素子から励起光波長よりも長波長の光が発生しても、長波長カットフィルタ１４ＤによりＰＤ素子１２には長波長の光は入射しない。このため、ＰＤ素子１２は蛍光のみを検出するため、検出信号のＳ／Ｎ比がよい。
【００９７】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄは第１の実施の形態の蛍光センサ１０等と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００９８】
第１の実施の形態の蛍光センサ１０ではフィルタ１４を配設することにより発光素子からＰＤ素子１２に入射する不要な励起光をカットしていた。これに対して本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄでは、構造に特徴のあるＰＤ素子１２Ｄを有するため、フィルタ１４を有していなくとも不要な励起光を検出しない。なお第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄの基本構造は、フィルタ１４を有していない点を除けば、第１の実施の形態の蛍光センサ１０等と同様である。
【００９９】
図１２Ａ〜図１２Ｃに蛍光センサのＰＤ素子の断面構造模式図を示す。図１２Ａに示す第１の実施の形態の蛍光センサ１０等のＰＤ素子１２では、ｎ型領域とｐ＋型領域の間の電流を電流計３１により蛍光信号を検出していた。これに対して、図１２Ｂに示す本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄでは、ＰＤ素子１２Ｄは、シリコン基板１１の内部に形成された深さの異なる２個のＰＤ受光部（ｐ＋型領域）Ｐ１、Ｐ２を有し、深い方のＰＤ受光部Ｐ２の電流を電流計３２により検出する。このためＰＤ素子１２Ｄでは進入深さの浅い光、すなわち短波長成分の影響を電気的にカットした蛍光信号を得ることができる。
【０１００】
このため、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄは、フィルタ１４を有していない簡単な構造でありながら、第１の実施の形態の蛍光センサ１０と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
以上の説明のように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄは、ＰＤ素子１２Ｄが、第１の受光部Ｐ１と、第１の受光部Ｐ１よりも深部にｎ型領域Ｎを介して形成された第２の受光部Ｐ２と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された第１の受光部Ｐ１と第２の受光部Ｐ２のうち、第２の受光部Ｐ２に流れる電流を検出することにより、入射する励起光による電気信号を電気的にカットする。
【０１０２】
なお、蛍光センサ１０Ｄにさらに第１の実施の形態の蛍光センサ１０等と同様の励起光を吸収し蛍光を透過するフィルタを配設してもよい。また、上記説明では受光部がＰ型ダイオードからなる場合を説明したが、導電性と極性を逆にしてもよく、すなわち、Ｎ型ダイオードにより構成してもよい。
【０１０３】
＜第５の実施の形態の変形例＞
次に、本発明の第５の実施の形態の変形例の蛍光センサ１０Ｅについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ｅは第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄと類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１０４】
第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄは構造に特徴のあるＰＤ素子１２Ｄを有するため、フィルタ１４を有していなくとも不要な励起光を検出しなかった。これに対して、本変形例の蛍光センサ１０Ｅは励起光をカットするフィルタ１４を有し、かつ蛍光センサ１０Ｄと同様に構造に特徴のあるＰＤ素子１２Ｅを有する。
【０１０５】
すなわち、図１２Ｃに示すように、蛍光センサ１０ＥのＰＤ素子１２Ｅは、シリコン基板１１の内部に形成された深さの異なる２個のＰＤ受光部（ｐ＋型領域）Ｐ１、Ｐ２を有し、浅い方のＰＤ受光部Ｐ１の電流を電流計３３により検出する。
【０１０６】
蛍光センサ１０Ｅは、蛍光センサ１０Ｄ等と同様の効果を有し、よりＳ／Ｎ比に優れた蛍光信号の検出が可能となる。
【０１０７】
以上の説明のように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｅは、ＰＤ素子１２Ｅが、第１の受光部Ｐ１と、第１の受光部Ｐ１よりも深部にｎ型領域Ｎを介して形成された第２の受光部Ｐ２と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された第１の受光部Ｐ１と第２の受光部Ｐ２のうち、第１の受光部Ｐ１に流れる電流を検出することにより、蛍光よりも長波長のノイズ光による電気信号を電気的にカットする。
【０１０８】
なお、蛍光センサ１０Ｄまたは蛍光センサ１０Ｅにおいて、図１２Ｂまたは図１２Ｃに示した２個のＰＤ受光部に異なる逆バイアス電圧を印加し各々に印加するバイアス電圧の調節により、最適なＳ／Ｎ比の蛍光信号を得ることも可能である。
【０１０９】
＜第６の実施の形態＞
以下、図面を用いて、本発明の第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０について説明する。図１３に示すように、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０は本体部３４０およびレシーバー３４５と組み合わせてセンサシステム３０１として使用される。すなわち、センサシステム３０１は針型蛍光センサ３３０と、針型蛍光センサ３３０が計測した情報を送信する本体部３４０と、本体部３４０からの信号を受信し記憶するレシーバー３４５とを有する。本体部３４０とレシーバー３４５との間の信号の送受信は無線または有線で行われる。
【０１１０】
針型蛍光センサ３３０は、針先端部３３２に、第１の実施の形態の蛍光センサであるセンサ部３１０を有する細長い針本体部３３３と、針本体部３３３の針後端部３３４と一体化しておりたコネクタ３３５とを有する。コネクタ３３５は本体部３４０の嵌合部３４１と着脱自在に嵌合する。針型蛍光センサ３３０はコネクタ３３５が本体部３４０の嵌合部３４１と機械的に嵌合することにより、本体部３４０と電気的に接続される。針本体部３３３の針先端部は被検者に穿刺可能なように断面が針中央部よりも細径化されていてもよい。逆に針本体部３３３の針後端部３３４は針中央部よりも太径化されていてもよい。なお、被検者への負担低減のためには針本体部３３３の先端の断面寸法は２００μｍ角以下が好ましい。
【０１１１】
後述するように、針本体部３３３とコネクタ３３５とは、センサ部３１０および金属配線等が形成されたシリコン基板からエッチング処理および／または機械加工処理により一体的に形成することも可能である。
【０１１２】
本体部３４０は、図示しないがレシーバー３４５との間で無線で信号を送受信するための無線アンテナと、電池等の電源と、センサ部３１０の駆動および制御などを行う各種回路を有する。各種回路としてはたとえば、信号を増幅する増幅回路、回路用基準クロック発生回路、ロジック回路、データ処理回路、ＡＤ変換処理用回路、モード制御回路、メモリ回路、および通信用高周波発生器回路などを例示することができる。なお、レシーバー３４５との間で有線で送受信する場合には、本体部３４０は、無線アンテナに代えて信号線を有する。
【０１１３】
針型蛍光センサ３３０は感染防止等のために使用後は処分される使い捨て(ディスポ)部であるが、本体部３４０およびレシーバー３４５は繰り返し再使用されるリユース部である。
【０１１４】
針型蛍光センサ３３０は本体部３４０と嵌合した状態で、被検者自身が体表面から針本体部３３３を穿刺して、生体内の真皮層に針先端部３３２が留置される。または被検者自身が針本体部３３３を穿刺した後、針型蛍光センサ３３０が本体部３４０と嵌合されてもよい。そして、センサシステム３０１では、たとえば体液中のグルコース濃度を連続して測定し、レシーバー３４５のメモリに記憶することができる。すなわち、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０は連続使用期間が一週間程度の短期皮下留置型の針型蛍光センサである。特に、針型蛍光センサ３３０はグルコース連続モニタ装置として好ましく用いることができる。
【０１１５】
次に、図１４および図１５を用いて、針型蛍光センサ３３０の、針本体部３３３および針先端部３３２のセンサ部３１０の構造について説明する。
【０１１６】
図１４に示すように、針型蛍光センサ３３０の針本体部３３３は、樹脂基板３２４と、保護層３２６と、６本の金属線３２１、３２２、３２３とを有する。
【０１１７】
樹脂基板３２４と、保護層３２６とは、たとえばポリイミド、ポリパラキシリレン、または環状ポリオレフィンなどの樹脂よりなり、針先端部３３２に外部からの光が入射するのを遮光するために、材料中にカーボンブラックなどの光遮断性材料を含有し、光学的に不透明な特性を有している。
【０１１８】
金属線３２１、３２２、３２３はアルミニウムまたは銅などの導電体よりなり、センサ部３１０の電気配線としての役割に加えて、針本体部３３３の剛性増加の機能を有する。金属線３２１、３２２、３２３は針先端部３３２に配設されたセンサ部３１０から針後端部３３４にわたって配設されており、さらにコネクタ３３５まで延設され、コネクタ３３５と嵌合した本体部の各種回路と接続されている。
【０１１９】
ここで、金属線３２１は光電変換素子であるフォトダイオード（Photo Diode：以下「ＰＤ」ともいう。）素子３１２からの蛍光信号を本体部３４０に伝達し、金属線３２２は本体部３４０から発光素子である発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」ともいう。）素子３１５に駆動電力を供給し、金属線３２３は温度センサ３２７（図１５参照）からの温度信号を本体部３４０に伝達する。
【０１２０】
なお、図１５では、金属線３２１、３２２、３２３は、それぞれ２本の金属線３２１Ａおよび３２１Ｂ、３２２Ａおよび３２２Ｂ、３２３Ａおよび３２３Ｂからなり、金属線３２１、３２２と金属線３２３とは絶縁層（不図示）を介して多層構造を有する場合を例示している。絶縁層の材料として保護層３２６と同じ材料を用いてもよく、この場合には保護層３２６内に金属線３２１、３２２、３２３が埋め込まれた構造となる。また、図１５では金属線３２１、３２２、３２３をシリコン基板３１１よりも下に図示しているが、金属線３２１、３２２、３２３はシリコン基板３１１上（on）に形成されていてもよい。
【０１２１】
なお、金属線３２１、３２２、３２３は、蒸着法、スパッタ法、めっき法、もしくは前記の組み合わせ等のアディティブ法、金属箔のエッチングによるサブトラクト法、またはバルク細線を用いて形成することができる。
【０１２２】
なおセンサ部３１０の基本構造は、すでに説明した蛍光センサ１０であるが、構成要素の符号は、３００を加算した数字で表現している。すなわち、針型蛍光センサ３３０は蛍光センサ１０を有する。
【０１２３】
なおＰＤ素子３１２と金属線３２１とは、ボンディングワイヤ３２８、または貫通配線などの手段により、電気的に結線されている。
【０１２４】
そして、インジケータ層３１７上（on）、つまりセンサ部の最表面には、ハイドロゲルとカーボンブラック等とで構成される遮光層３１８が形成されており各種光の遮断を行う。ここで遮光層３１８はアナライトを通過させる特性を有している。なおインジケータ層３１７および遮光層３１８の厚さは、それぞれ数十μｍ程度に設定されている。遮光層３１８は、針先端部３３２だけでなく、針型蛍光センサ３３０の全体を覆っていてもよいし、針先端部３３２以外はチタンからなる金属膜など異なる部材により遮光してもよい。遮光層３１８を有する針型蛍光センサ３３０は、外部に励起光が漏れ出さず人体に関して安全な、かつ、良好なＳ／Ｎ比の蛍光信号を得ることができる。
また、図１５に示すように、針先端部３３２のセンサ部３１０には温度センサ３２７も配設されている。温度センサ３２７からの温度信号は金属線３２３を介して本体部３４０に伝送される。温度センサ３２７としては、蛍光温度計などの光学型、サーミスタ型、金属薄膜抵抗型、またはPN接合の順方向電流の温度特性を基礎におく半導体型などがあるが、温度に対する応答の直線性の観点、および後述するシリコン基板３１１への形成の観点から、半導体型温度センサが好ましい。すなわち、図１５においては温度センサ３２７をシリコン基板３１１と別体のものとして表示しているが、半導体型の温度センサ３２７はＰＤ素子３１２と同じシリコン基板３１１に形成することができる。
【０１２５】
また、光電変換素子としてＰＤ素子３１２を有する針型蛍光センサでは、ＰＤ素子３１２を温度センサとして使用することも可能である。すなわち光電変換動作を行っていないときにＰＤ素子３１２を温度センサとして使用することもできる。
以上の説明のように、本実施の形態の針型蛍光センサは、第１の実施の形態の蛍光センサを有し、生体内に留置する針先端部に配設された前記蛍光センサであるセンサ部と、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線と、を有する針本体部と、前記針本体部と一体化しており、前記複数の金属線が延設されたコネクタと、を具備する。
【０１２６】
次に、針型蛍光センサ３３０の動作について説明する。すでに説明したように、使用時には被検者により針先端部３３２と針本体部３３３の一部とは、体表より皮下の真皮層に穿刺し挿入／留置される。針型蛍光センサ３３０を体内に挿入するときには、被検者は必要に応じてアウターニードルなどを使用してもよい。なお、針型蛍光センサ３３０は目的に応じて適した生体内の組織、たとえば、血管等に挿入し留置してもよい。または生体と生体外の装置とをつなぐチューブ等を介して血液等が循環している場合に、生体外のチューブに穿刺してもよい。なお真皮層に挿入／留置された蛍光センサはアナライト検出のレスポンスが特に良い。
【０１２７】
まず、本体部３４０より、コネクタ３３５および針本体部３３３の金属線３２２を介して供給される駆動電力信号によりＬＥＤ素子３１５から励起光が発光される。たとえば、ＬＥＤ素子３１５の発光のパルス幅は１０ｍｓ〜１００ms、パルス電流は１ｍＡ〜１００ｍＡ程度、また、励起光の中心波長は３７５ｎｍ前後である。励起光は、たとえば３０秒に１回の間隔で発光させる。
【０１２８】
ＬＥＤ素子３１５からの励起光はインジケータ層３１７に入射する。インジケータ層３１７はアナライト２の量に比例する強度の蛍光を発する。なお、アナライト２は遮光層３１８を通過して、インジケータ層３１７に進入する。またインジケータ層３１７の蛍光色素はたとえば波長３７５ｎｍの励起光に対して波長４６０ｎｍの蛍光を発生する。
【０１２９】
インジケータ層３１７からの蛍光は、ＬＥＤ素子３１５とフィルタ３１４等とを透過し、ＰＤ素子３１２に入射する。すなわち、針型蛍光センサ３３０のＬＥＤ素子３１５は蛍光を透過する。そして、蛍光はＰＤ素子３１２において光電変換され、光発生電荷を生じ、蛍光信号となり、この蛍光信号が、金属線３２１を通して本体部３４０へと伝送される。
【０１３０】
なお、針型蛍光センサ３３０ではＰＤ素子３１２の近傍に増幅回路ＩＣを配設することとも可能であり、この場合はＰＤ素子３１２からの蛍光信号を増幅してから金属線３２１を介して本体部３４０に伝送するため、さらに良好なＳ／Ｎ比を有する信号が得られる。
なお温度センサ３２７からの、温度信号も、ＰＤ素子３１２からの蛍光信号と同様に金属線３２３を介して本体部３４０に伝送される。
針型蛍光センサ３３０で計測された蛍光強度のデータは、たとえば、１２bit以上のデジタルデータ情報として、１０分間に１回ほどのインターバルで、本体部３４０の無線アンテナを介してレシーバー３４５に伝送される。そして蛍光強度のデータは温度情報などで補正されて、アナライト濃度が算出される。
【０１３１】
なおレシーバー３４５は算出したアナライト濃度をメモリに記憶するが、アナライト濃度を表示部に表示したり、アナライト濃度が予め設定した範囲を超えた場合に警告を発生したりしてもよい。
【０１３２】
ここで、針型蛍光センサ３３０の動作モードとして、スリープモード、オン／オフモード、セイフティーモード、などのモードを設定可能な場合には、モード選択によりセンサ部３１０を駆動する電池等の電源の長寿命化が実現できる。
【０１３３】
また針型蛍光センサ３３０は、針本体部３３３の長さには自由度がある、すなわち必要に応じて長くすることが可能であるため、センサ部３１０に隣接して他のタイプのセンサ、たとえばｐＨセンサまたはインシュリンセンサなどの各種センサの併設も可能である。
【０１３４】
以上の説明のように、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０のセンサ部３１０は送受信信号等を金属線３２１、３２２、３２３を介して電気的に伝送するため、光ファイバは不必要である。このため、針型蛍光センサ３３０は針本体部３３３の変形が生じても、安定したセンサ信号が得られる。さらには針型蛍光センサ３３０の作成も、光ファイバを用いないため簡便であり、同時に針型蛍光センサ３３０の小型化が実現できる。また、針型蛍光センサ３３０は針先端部３３２で蛍光信号を電気信号に変換するため、光ファイバセンサに比べて高感度となる。すなわち、針型蛍光センサ３３０は、高感度化、高精度化、小型化、低価格化、および安定化した針型蛍光センサである。さらに針型蛍光センサ３３０の針本体部３３３は樹脂基板３２４と金属線３２１、３２２、３２３と保護層３２６とを有していたため、フレキシブルで強度が高い。
【０１３５】
また、針型蛍光センサ３３０は、先端部分のサイズの縮小が容易となり、真皮層に挿入が容易な小型で高精度なアナライト検出用蛍光センサである。また針型蛍光センサ３３０は、針本体部の曲げなどがあっても信号劣化は大幅に改善される。以上のように、針型蛍光センサ３３０は、構成が簡単で検出感度の高い針型蛍光センサである。
【０１３６】
針型蛍光センサ３３０は、長時間の連続計測に適しているため、血液中の糖類の定量を行うための短期皮下留置型の針型グルコースセンサに特に好ましく用いることができる。
【０１３７】
＜第７の実施の形態＞
次に、図１６Ａ、図１６Ｂを用いて、本発明の第７の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１３８】
図１６Ａに示すように、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０の針本体部３３３は樹脂基板３２４と金属線３２１、３２２、３２３と保護層３２６とを有していた。これに対して、図１６Ｂに示すように本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａの針本体部３３３Ａはシリコン基板３１１と金属線３２１、３２２、３２３と保護層３２６とを有している。つまり第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０の針本体部３３３の樹脂基板３２４に代えて、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａの針本体部３３３Ａはシリコン基板３１１を有する。
【０１３９】
針本体部３３３Ａのシリコン基板はＰＤ素子３１２が形成されるシリコン基板３１１が延在した部分である。シリコン基板３１１は、すでに説明したように、数十μｍ前後に厚さを薄膜化するため、針本体部３３３Ａはフレキシブルな特性を有する。なおシリコン基板３１１の脆性を補い強化するため、チタンまたはＳＵＳなどの金属材料をシリコン基板３１１の裏面などに形成してもよい。
本実施の形態の針型蛍光センサ３３０は、樹脂基板３２４を有する第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａが有する効果に加えて、針本体部３３３Ａは針本体部３３３よりもさらに強度特性に優れ、かつフレキシブルである。針型蛍光センサ３３０Ａは針本体部３３３Ａが剛性を有するために、体表面よりの針本体部の挿入が容易となる。このため、針型蛍光センサ３３０Ａはアウターニードルを用いることなく、針本体部３３３Ａのみでも挿入が可能である。
【０１４０】
さらに、コネクタ３３５の主構造物もシリコン基板３１１から一体形成されていることが好ましい。いずれもが、シリコン基板３１１から一体的に作成された、蛍光センサを有するセンサ部（針先端部）と、針本体部３３３Ａと、コネクタ３５５と、を具備する針型蛍光センサ３３０は、針型蛍光センサ３３０Ａの効果を有しさらに製造工程を単純化できる。
【０１４１】
すなわち、生体内の糖類を連続計測する針型蛍光センサは、いずれもが、第１の主面と第２の主面とを有するシリコン基板から一体的に作成された、生体に穿刺し前記生体内に留置する針先端部に配設されたセンサ部と、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線を有する針本体部と、前記複数の金属線が延設され前記センサ部が検出した情報を外部のレシーバーに送信する本体部と着脱自在に嵌合するコネクタと、を具備し、前記センサ部が励起光を発生する、サファイア基板上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子と、血液中または体液中の前記糖類との相互作用および前記励起光により、前記糖類の濃度に応じた蛍光を発生するインジケータ層と、前記蛍光を電気信号に変換するフォトダイオードまたはフォトトランジスタからなる光電変換素子と、前記蛍光より短波長である前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタと、前記糖類が通過可能な遮光層と、を有し、前記シリコン基板の前記第１の主面に形成された前記光電変換素子の上（above）に順に、前記フィルタ、前記発光素子、前記インジケータ層、および前記遮光層が互いにオーバーラップして、おり、前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過し、前記光電変換素子において前記電気信号に変換される。
【０１４２】
＜第８の実施の形態＞
次に、図１７Ａ、図１７Ｂを用いて、本発明の第８の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｂについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｂは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１４３】
図１７Ａに示すように、針型蛍光センサ３３０Ｂの針本体部３３３Ｂは、４本の金属線３２１Ｃ、３２２Ｃ、３２３Ｃ、３２９を有している。ここで、金属線３２１ＣはＰＤ素子３１２からの蛍光信号を本体部３４０に伝達し、金属線３２２Ｃは本体部３４０からＬＥＤ素子３１５に駆動電力を供給し、金属線３２３Ｃは温度センサ３２７からの温度信号を本体部３４０に伝達し、金属線３２９は共通のアース線である。すなわち、針型蛍光センサ３３０Ｂは、センサ部の異なる部材のアース線を共通化することにより針本体部３３３Ｂ内を挿通する金属線の本数を減ずることができ、たとえば４本の金属線だけでセンサ部３１０との信号の送受信を行うことができる。
【０１４４】
さらに、ＰＤ素子３１２を温度センサとして使用する針型蛍光センサの場合には、たとえば３本の金属線だけでセンサ部３１０との信号等の送受信を行うことができる。
【０１４５】
本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｂは針型蛍光センサ３３０が有する効果に加えて、金属線の本数を減ずることができるため、針本体部３３３Ｂの断面積を小さくすること、つまり細径化が可能である。なお針型蛍光センサ３３０Ｂは多層構造の金属線を有することからも、針本体部３３３Ｂの細径化が可能である。
【０１４６】
なお、図１７Ａでは、針本体部３３３Ｂにはシリコン基板３１１を有していない第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似の形態を示しているが、第７の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａのようにシリコン基板を残存してもよい。すなわち、第８の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｂの金属線構成は第７の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａはもちろん、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０にも適用可能である。
【０１４７】
なお、図１７Ｂに示す針型蛍光センサ３３０Ｃのように、針本体部３３３Ｃの中の金属線３２１Ｃ、３２２Ｃ、３２３Ｃ、３２９を多層配線構造としない構造も、もちろん可能である。また針型蛍光センサ３３０Ｃのように、針本体部３３３Ｃの断面形状は矩形ではなく、たとえば円形等であってもよい。
【０１４８】
＜第９の実施の形態＞
次に、本発明の第９の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｄについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｄは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する
図１８に示すように、針型蛍光センサ３３０Ｄのセンサ部３１０Ｄは、針型蛍光センサ３３０等のセンサ部３１０が有している第１の光電変換素子であるＰＤ素子３１２（以下「第１のＰＤ素子」という。）に加えて、第１のＰＤ素子３１２と同様の機能を有する第２のＰＤ素子３１２Ｄと、比較インジケータ層３１７Ｄとを有する。比較インジケータ層３１７Ｄは、インジケータ層３１７と同様にハイドロゲルなどよりなるが、その層中には蛍光色素を含ませず、励起光入射時にはハイドロゲル等からの蛍光、つまりアナライト２が存在しない状態での蛍光を発生する。すなわち、センサ部３１０Ｄはアナライトの影響を受けない電気信号であるオフセット信号を出力する第２のＰＤ素子３１２Ｄを有する。
【０１４９】
なお、図１８においては、シリコン基板３１１の表面に、第１のＰＤ素子３１２と、第２のＰＤ素子３１２Ｄと、温度センサ３２７と、フィルタ３１４とが、半導体製造工程を用いて一体形成されている例を示しており、金属配線は表示していない。そして図１８に示すようにＬＥＤ素子３１５、フィルタ３１４および遮光層３１８は、第１のＰＤ素子３１２上（above）と第２のＰＤ素子３１２Ｄ上（above）とで同じものを共用している。
【０１５０】
針型蛍光センサ３３０Ｄでは、ＬＥＤ素子３１５がインジケータ層３１７と比較インジケータ層３１７Ｄとに励起光を照射し、第１のＰＤ素子３１２がインジケータ層３１７からのアナライト濃度に対応した蛍光信号を出力し、第２のＰＤ素子３１２Ｄが比較インジケータ層３１７Ｄからのアナライトが存在しない場合の電気信号であるオフセット信号を出力する。針型蛍光センサ３３０Ｄでは、両信号の差を取ることによりアナライト濃度のみに対応した正確な蛍光信号を得ることができる。
【０１５１】
以上の説明のように、針型蛍光センサ３３０Ｄでは、針先端部に、アナライトの影響を受けない電気信号を出力する第２の光電変換素子であるＰＤ素子３１２Ｄを有する第２のセンサ部を有する。
【０１５２】
本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｄは、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０が有する効果を有し、さらに良好なＳ／Ｎ比を有するアナライトの濃度信号が検出可能となるため、検出精度が高い。
【０１５３】
ここで、図１９は針型蛍光センサ３３０Ｄと同様の効果を有す第９の実施の形態の変形例の針型蛍光センサ３３０Ｅの構造を示している。すなわち、針型蛍光センサ３３０Ｅにおいては、比較インジケータ層３１７Ｅは、インジケータ層３１７と同一の構成であるが、比較インジケータ層３１７Ｅへのアナライト２の進入を妨げる、たとえば金属膜からなる遮光層３１８Ｅを有する。アナライト２が励起光により蛍光を発生する蛍光色素の場合には、本変形例の針型蛍光センサ３３０Ｅを用いることが好ましい。
【０１５４】
＜第１０の実施の形態＞
次に、本発明の第１０の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１５５】
図１４等に示したように第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０等では、インジケータ層３１７の上部からアナライト２が進入するように遮光層３１８が配置されていた。これに対して、図２０に示すように、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆのセンサ部３１０Ｆの基本構造は第４の実施の形態の蛍光センサ１０Ｃであり、アナライト２が図面向かって左側から遮光層３１８を介してインジケータ層３１７に進入する針型蛍光センサである。
【０１５６】
すなわち、図２０に示すように、針型蛍光センサ３３０Ｆのセンサ部３１０Ｆは、針先端部３３２、すなわち遮光層３１８側を被検体に穿刺することにより、被検体の体液中のアナライト２を測定する。針本体部３３３は外部との遮光を行うために、その材料中にカーボンブラックなどの光遮断性材料を含ませ、光学的に不透明な特性をもたせた保護層３２６とシリコン基板３１１と金属線（不図示）とを有する。シリコン基板３１１、ＰＤ素子３１２、およびフィルタ３１４等は第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０等と同様である。そしてフィルタ３１４の先端部側には遮光層３１８が、後端部側にはインジケータ層３１７が形成され、その上（on）にＬＥＤ素子３１５が配設され、さらにＬＥＤ素子３１５上（on）には反射層３１９が形成されている。すなわち、センサ部３１０Ｆは、光電変換素子であるＰＤ素子３１２と、フィルタ３１４と、インジケータ層３１７と、発光素子であるＬＥＤ素子３１５と、が基体であるシリコン基板３１１の第１の主面上（above）に、この順に形成されている
さらにセンサ部３１０Ｆでは、発光素子であるＬＥＤ素子３１５とインジケータ層３１７との間に、励起光よりも長波長の光を遮断する機能を有する長波長カットフィルタ３１４Ｆが配設されている。
【０１５７】
針型蛍光センサ３３０Ｆでは、ＬＥＤ素子３１５が発生した励起光は、反射層３１９で反射された光と、直接、長波長カットフィルタ３１４Ｆに入射した光とが、ともに長波長カットフィルタ３１４Ｆにより長波長成分がカットされた後、インジケータ層３１７に照射される。インジケータ層３１７からの蛍光はフィルタ３１４を通過してＰＤ素子３１２で検出される。
【０１５８】
なお、針型蛍光センサ３３０Ｆにおいて、インジケータ層３１７と遮光層３１８との関係は図２０に示す構造に限られるものではない。たとえば、図示はしないが、保護層３２６の一部分に、インジケータ層３１７の右部にまで到達する厚さを有する遮光層３１８、または、保護層３２６内部を貫通するトンネル状の遮光層３１８を形成する構造でもよい。すなわち、図２０に示すような状態ではアナライト２が、図面向かって右側から遮光層３１８を通過しインジケータ層３１７に進入する構造の針型蛍光センサである。もちろん前記構造と図２０に示す構造を併用してもよい。
【０１５９】
以上の説明のように、針型蛍光センサ３３０Ｆでは、シリコン基板に形成された光電変換素子の上（above）にインジケータ層が形成され、前記インジケータ層の上（above）にフィルタを介して発光素子が配設されている。そして、所定の厚さを有するインジケータ層の側面を覆う遮光層が、アナライトを通過させる特性を有する。
【０１６０】
蛍光センサ１０Ｃを有する本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆは、インジケータ層の針先端方向側の側面から進入したアナライト２による蛍光を検出するため、先端部以外を光学的に不透明な特性をもたせた保護層３２６で覆うことができる。このため、針型蛍光センサ３３０Ｆは、針型蛍光センサ３３０等が有する効果に加えて、励起光が外部に漏れる恐れがなく、特に安全性が高い。
【０１６１】
さらに、針型蛍光センサ３３０Ｆは、ＬＥＤ素子３１５から励起光波長よりも長波長の光が発生しても、長波長カットフィルタ３１４ＦによりＰＤ素子３１２には長波長の光は入射しない。このため、ＰＤ素子３１２は蛍光のみを検出するため、検出信号のＳ／Ｎ比がよい。またＬＥＤ素子３１５は反射層３１９を有するため発生した励起光を効率良くインジケータ層３１７に照射することができる。
【０１６２】
＜第１１の実施の形態＞
次に、本発明の第１１の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１６３】
第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０のセンサ部３１０ではフィルタ３１４を配設することによりＬＥＤ素子３１５からＰＤ素子３１２に入射する不要な励起光をカットしていた。これに対して本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇのセンサ部３１０Ｇの基本構造は、図１２Ｂに示した第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄであり、構造に特徴のある２つのＰＤ素子３１２Ｇを有するため、フィルタ３１４を有していなくとも不要な励起光を検出しない。なお第１１の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇの基本構造は、フィルタ３１４を有していない点を除けば、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０等と同様である。
【０１６４】
蛍光センサ１０Ｄを有する本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇは、フィルタ３１４を有していない簡単な構造でありながら、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０および蛍光センサ１０Ｄと同様の効果を得ることができる。
【０１６５】
＜第１１の実施の形態の変形例＞
次に、本発明の第１１の実施の形態の変形例の針型蛍光センサ３３０Ｇ２について説明する。本変形例の針型蛍光センサ３３０Ｇ２は第１１の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇと類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１６６】
第１１の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇのセンサ部３１０Ｇは図１２Ｂに示した蛍光センサ１０Ｄであり、構造に特徴のある２つのＰＤ素子を有するため、フィルタ３１４を有していなくとも不要な励起光を検出しなかった。これに対して、本変形例の針型蛍光センサ３３０Ｇ２のセンサ部３１０Ｇは、励起光をカットするフィルタ３１４を有し、かつ第１１の実施の形態の針型蛍光センサと同様に構造に特徴のあるＰＤ素子３１２Ｇ２を有する。
【０１６７】
すなわち本変形例の針型蛍光センサ３３０Ｇ２は、すでに図１２Ｃを用いて説明した第５の実施の形態の変形例の蛍光センサ１０Ｅとフィルタとをセンサ部に有する。
【０１６８】
蛍光センサ１０Ｅを有する本変形例の針型蛍光センサは、第１１の実施の形態の針型蛍光センサおよび蛍光センサ１０Ｅと同様の効果を有し、よりＳ／Ｎ比に優れた蛍光信号の検出が可能となる。
【０１６９】
＜第１２の実施の形態＞
次に、本発明の第１２の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｈについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｈは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１７０】
本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｈのセンサ部３１０Ｈは、図１０に示した第３の実施の形態の蛍光センサ１０Ｂであり、集光部であるフレネルレンズ１６Ｃを有する。
【０１７１】
蛍光センサ１０Ｂを有する本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｈは、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０が有する効果に加えて、集光部であるフレネルレンズ１６Ｃの存在により、針型蛍光センサ３３０よりも、さらに高感度である。
本発明は、上述した実施の形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。また、上述した実施の形態および変形例の構成を他の実施の形態等と組み合わせてもよい。
【０１７２】
＜付記事項＞
第４の実施の形態の蛍光センサ１０Ｃは、以下の通りである。
【０１７３】
１．第１の主面と第２の主面とを有する基体と、励起光を発生する発光素子と、生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により、蛍光を発生するインジケータ層と、前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している蛍光センサ。
【０１７４】
２．前記基体がシリコン基板であり、前記シリコン基板の前記第１の主面に形成された前記光電変換素子の上（above）に、前記インジケータ層が配設され、前記インジケータ層の上（above）に前記発光素子が配設されており、前記インジケータ層の側面から前記インジケータ層に進入した前記アナライトにより発生した前記蛍光が、前記光電変換素子に入射する上記１に記載の蛍光センサ。
【０１７５】
３．前記蛍光より短波長である前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタを、前記光電変換素子と前記インジケータ層との間、に有する上記２に記載の蛍光センサ。
【０１７６】
４．前記フィルタが、シリコン、炭化シリコンまたはガリウムリンのいずれかからなる単層の光吸収層である上記３に記載の蛍光センサ。
【０１７７】
５．前記フィルタが、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層のいずれかと、からなる多重干渉型フィルタである上記３に記載の蛍光センサ。
【０１７８】
６．前記光電変換素子が、第１の受光部と、前記第１の受光部よりも深部に形成された第２の受光部と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された前記第１の受光部または前記第２の受光部のいずれかの電流を検出することで、入射する前記励起光による電気信号を電気的にカットする上記２に記載の蛍光センサ。
【０１７９】
７．前記発光素子が、サファイア基板上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光ダイオード素子であり、前記光電変換素子が、フォトダイオードまたはフォトトランジスタからなる上記３〜６に記載の蛍光センサ。
【０１８０】
８．前記発光素子と前記インジケータ層との間、または、前記フィルタと前記光電変換素子との間の、少なくともいずれかに、集光部を有する上記３〜７に記載の蛍光センサ。
【０１８１】
９．前記アナライトが血液中または体液中の糖類である上記１〜８に記載の蛍光センサ。
【０１８２】
１０．第１０の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆは、針先端部に上記１〜９のいずれかの蛍光センサであるセンサ部を有し、さらに、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線と、を有する針本体部と、前記針本体部と一体化しており、前記複数の金属線が延設されたコネクタと、を具備する。
【０１８３】
１１．さらに前記コネクタが、前記センサ部が計測した情報を送信する本体部と、着脱自在に嵌合する上記１０に記載の針型蛍光センサ。
【０１８４】
１２．前記針本体部が、樹脂基板または前記シリコン基板と、樹脂からなる保護層と、前記複数の金属線と、を有する上記１１に記載の針型蛍光センサ。
【０１８５】
１３． 前記複数の金属線が、絶縁層を介して積層された多層構造を有する上記１２に記載の針型蛍光センサ。
【０１８６】
１４． 前記センサ部、前記針本体部および前記コネクタが、前記シリコン基板から一体的に作成された上記１１に記載の針型蛍光センサ。
【０１８７】
本出願は、２００９年４月１３日に日本国に出願された特願２００９−９７３３０号および特願２００９−９７３３１号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内のアナライトの濃度を計測する微小蛍光光度計である蛍光センサ、前記蛍光センサを有する針型蛍光センサ、および前記蛍光センサを用いた前記アナライトの計測方法に関し、特に半導体製造技術およびマイクロマシン製造技術を用いて作製される蛍光センサ、および前記蛍光センサを有する針型蛍光センサ、および前記蛍光センサを用いた前記アナライトの計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体中のアナライトすなわち被計測物質、の存在確認または濃度を測定するための様々な分析装置が開発されている。たとえば、一定容量の透明容器に、アナライトの存在によって性質が変化し蛍光を発生する蛍光色素とアナライトを含む被計測溶液とを注入し、励起光を照射し蛍光色素からの蛍光強度を計測することによりアナライト濃度を定量する蛍光光度計が知られている。
【０００３】
一方、特定のアナライト検出に特化した小型の蛍光光度計では、光源と光検出器と被計測溶液の特定のアナライトと相互作用する蛍光色素を含有したインジケータ層とを有している。そして被計測溶液中のアナライトが進入可能なインジケータ層に光源からの励起光を照射することで、インジケータ層内の蛍光色素が被計測溶液中の特定のアナライト濃度に応じた光量の蛍光を発生し、その蛍光を光検出器が受光する。光検出器は光電変換素子であり、受光した光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号から被計測溶液中のアナライト濃度が測定される。
【０００４】
そして近年、微量試料中の特定のアナライトを計測するために、半導体製造技術およびマイクロマシン製造技術を用いて作製される微小蛍光光度計が提案されている。
【０００５】
たとえば、図１および図２に示す蛍光センサ１１０が、米国特許第５０３９４９０号明細書に開示されている。以下の図においてアナライト２は模式的に表示している。
【０００６】
図１および図２に示すように、蛍光センサ１１０は、外部の光源からの励起光Ｅが透過可能な透明支持基板１０１と、蛍光Ｆを電気信号に変換する光検出器である光電変換素子部１０３と、励起光Ｅを集光する集光機能部１０５Ａを有する光学板状部１０５と、アナライト２と相互作用することによって励起光Ｅの入射により蛍光Ｆを発するインジケータ層１０６と、カバー層１０９とから構成されている。
【０００７】
光電変換素子部１０３は、たとえばシリコンからなる基板１０３Ａに光電変換素子が形成されている。基板１０３Ａは励起光Ｅを透過しない。このため、蛍光センサ１１０では、光電変換素子部１０３の周囲に励起光Ｅが透過可能な空隙領域１２０を有している。
【０００８】
すなわち、空隙領域１２０を通過し光学板状部１０５に入射した励起光Ｅだけが、光学板状部１０５の作用により、インジケータ層１０６中の、光電変換素子部１０３の上部付近に集光される。集光された励起光Ｅ２と、インジケータ層１０６の内部に進入したアナライト２の相互作用により、蛍光Ｆが発生する。発生した蛍光Ｆの一部は光電変換素子部１０３に入射し、光電変換素子部１０３において蛍光強度、つまりアナライト２の濃度に比例した電流または電圧などの信号が発生する。なお励起光Ｅは、光電変換素子部１０３上に配設されたフィルタ（不図示）の作用により、光電変換素子部１０３には入射しない。
【０００９】
以上の説明のように蛍光センサ１１０は、透明支持基板１０１上（on）に、光電変換素子部１０３であるフォトダイオードを励起光Ｅの通路である空隙領域１２０を確保した基板１０３Ａに形成し、その上（above）に、光学板状部１０５およびインジケータ層１０６を配設したものである。
【００１０】
しかし、上記の公知の蛍光センサ１１０は、励起光Ｅの通路である空隙領域１２０と光電変換素子部１０３の領域とを、同一平面上に有する。このため、より多くの励起光Ｅをインジケータ層１０６に導光するために通路である空隙領域１２０の面積を広くすると、光電変換素子部１０３の面積が狭くなるため、蛍光センサの感度を高めることにはならない。反対に光電変換素子部１０３の検出感度を高くするために光電変換素子部１０３の面積を広くすると、励起光Ｅの通路である空隙領域１２０の面積が狭くなりインジケータ層１０６に導光する励起光Ｅが減少してしまうために、やはり蛍光センサの感度を高めることにはならない。すなわち、上記構造の積層構造の蛍光センサでは、高い検出感度を有する蛍光センサを得ることは困難であった。
【００１１】
一方、針型センサは、針先端部が被検体に穿刺されることにより、蛍光センサであるセンサ部が被検体の生体内に挿入され、被検体の血液または体液中のアナライトすなわち被計測物質の濃度を測定するセンサである。そして短期留置型針型センサは、所定の期間、たとえば一週間、被検体の体内の被計測物質の濃度を連続して測定可能である。
【００１２】
図３および図４に示す針型蛍光センサは国際公開ＷＯ０６／０９０５９６号パンフレットに開示されているバイオセンサ２１０である。なお、以下の図においてアナライト２は模式的に示している。バイオセンサ２１０は、針状の中空容器２１２と、中空容器２１２内に挿入された担体筒２１４と、担体筒２１４内に端部が挿入された光ファイバ２１８とからなる。中空容器２１２は、一方が尖り、他方が開口している。中空容器２１２の側部には複数個の貫通孔２２０が設けられている。担体筒２１４は薄い膜を丸めたものからなる。そしてセンサ部２１６は光ファイバ２１８の端部に蛍光色素であるルテニウム有機錯体薄膜２２４を被覆したインジケータ部のみからなる。
【００１３】
アナライト２は、貫通孔２２０を介してセンサ部２１６に進入する。バイオセンサ２１０は、光ファイバ２１８を介してセンサ部２１６にバイオセンサ２１０の外部の光源（不図示）から励起光を照射し、センサ部２１６で発生するアナライト濃度に応じた光量の蛍光を光ファイバ２１８を介して受光し分析する光検出器（不図示）をバイオセンサ２１０の外部に備えている。
【００１４】
以上の説明のように、バイオセンサ２１０は、励起光および蛍光を光ファイバ２１８を使用して伝送する光ファイバ伝送方式である。このような光ファイバ伝送方式の針型センサでは、光ファイバ２１８を針状の中空容器２１２に挿通するため製造工程が繁雑である。また、光ファイバ２１８を介して伝送されてきた蛍光は後段に設けたフォトダイオードなどの光検出器で電気信号に変更するが、細い光ファイバ２１８を通過可能な光量は限定されるため、信号を大きく増幅する必要があり、その結果、検出信号のＳ／Ｎ比が悪くなり検出感度が低下することがある。
【００１５】
また、バイオセンサ２１０は、光ファイバ２１８を具備した中空容器２１２に負荷がかかると、光ファイバ２１８の導波路損失の変化により光信号強度が変化し、アナライト濃度情報に誤差が発生する。これを補正するためには、レファレンス用光ファイバが必要になるなど、さらに構成が複雑化する。さらに、センサ部２１６近傍に配設する温度センサの信号伝送なども光ファイバ方式で行う場合には、使用する光ファイバの本数が増えて、さらに構成が複雑となっていた。
【００１６】
一方、米国特許第７３８８１１０号明細書および米国特許第７５２４９８５号明細書には、糖類と結合して蛍光を発する疎水性部位に親水性基を導入した蛍光モノマー化合物と（メタ）アクリルアミド残基を有する重合性単量体とを共重合することにより得られた蛍光センサ物質および前記蛍光センサ物質をインジケータ部に用いた体内埋め込み用の糖類測定用センサが開示されている。
【００１７】
本発明は検出感度の高い蛍光センサを提供することを目的とする。さらに本発明は検出感度の高い針型蛍光センサを提供することを目的とする。さらに本発明は検出感度の高いアナライトの計測方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成すべく、本発明の実施の形態の蛍光センサは、第１の主面と第２の主面とを有する基体と、励起光を発生する発光素子と、生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により、蛍光を発生するインジケータ層と、前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している。
【００１９】
また、上記蛍光センサを有する本発明の別の実施の形態の針型蛍光センサは、針先端部に配設された上記蛍光センサであるセンサ部と、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線と、を有する針本体部と、前記針本体部と一体化しており、前記複数の金属線が延設されたコネクタと、を具備し、前記センサ部が第１の主面と第２の主面とを有する基体と、励起光を発生する発光素子と、前記生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生するインジケータ層と、前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している。
【００２０】
さらに、本発明の別の実施の形態のアナライトの計測方法は、発光素子が発生した励起光が、インジケータ層に導光される励起光照射工程と、前記インジケータ層が、前記アナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生する蛍光発生工程と、前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過して光電変換素子に入射し、電気信号に変換される光電変換工程と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】公知の蛍光センサの概略断面構造を示した説明図である。
【図２】公知の蛍光センサの概略構造を説明するための分解図である。
【図３】公知の針型蛍光センサの概略構成を示す側面図である。
【図４】公知の針型蛍光センサの概略断面構成を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態の蛍光センサの概略断面構成を示す模式図である。
【図６】第１の実施の形態の蛍光センサの概略構造を説明するための分解図である。
【図７】第１の実施の形態の蛍光センサのフィルタであるシリコン膜または炭化シリコン膜の光透過率の波長依存性を示す図である。
【図８Ａ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８Ｂ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８Ｃ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８Ｄ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図８Ｅ】第１の実施の形態の蛍光センサの製造方法を説明するための断面模式図である。
【図９Ａ】第１の実施の形態の蛍光センサのフィルタの構造を説明するための断面模式図である。
【図９Ｂ】第２の実施の形態の蛍光センサのフィルタの構造を説明するための断面模式図である。
【図１０】第３の実施の形態の蛍光センサの概略断面構成を示す模式図である。
【図１１】第４の実施の形態の蛍光センサの概略断面構成を示す模式図である。
【図１２Ａ】第１の実施の形態の蛍光センサのフォトダイオード素子を説明するための断面模式図である。
【図１２Ｂ】第５の実施の形態の蛍光センサのフォトダイオード素子を説明するための断面模式図である。
【図１２Ｃ】第５の実施の形態の変形例の蛍光センサのフォトダイオード素子を説明するための断面模式図である。
【図１３】第６の実施の形態の針型蛍光センサを有するセンサシステムの模式図である。
【図１４】第６の実施の形態の針型蛍光センサの針先端部の断面構造を説明するための断面模式図である。
【図１５】第６の実施の形態の針型蛍光センサの針先端部の構造を説明するための分解図である。
【図１６Ａ】第６の実施の形態の針型蛍光センサの針本体部の構造を説明するための断面模式図である。
【図１６Ｂ】第７の実施の形態の針型蛍光センサの針本体部の構造を説明するための断面模式図である。
【図１７Ａ】第８の実施の形態の針型蛍光センサの針本体部の構造を説明するための断面模式図である。
【図１７Ｂ】第８の実施の形態の針型蛍光センサの針本体部の構造を説明するための断面模式図である。
【図１８】第９の実施の形態の針型蛍光センサの針先端部の断面構造を説明するための断面模式図である。
【図１９】第９の実施の形態の変形例の針型蛍光センサの針先端部の断面構造を説明するための断面模式図である。
【図２０】第１０の実施の形態の針型蛍光センサの針先端部の断面構造を説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を用いて、本発明の第１の実施の形態の蛍光センサ１０について説明する。
【００２３】
図５および図６に示すように本実施の形態の蛍光センサ１０は、基体であり、第１の主面１１Ａと第２の主面１１Ｂとを有するシリコン基板１１と、光電変換素子であるフォトダイオード（Photo Diode：以下「ＰＤ」ともいう。）素子１２と、酸化シリコン膜（SiO2膜）１３と、フィルタ１４と、蛍光を透過する発光素子である発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」ともいう。）素子１５と、エポキシ樹脂膜１６と、インジケータ層１７と、遮光層１８とが、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａの上（above）に順に積層された構造を有する。そして、ＰＤ素子１２、フィルタ１４、ＬＥＤ素子１５、およびインジケータ層１７の、それぞれ少なくとも一部が、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａ上（above）の同一領域内に配設されている。ここで、「同一領域内に配設」とはインジケータ層１７からの蛍光の少なくとも一部がＬＥＤ素子１５を透過した後、ＰＤ素子１２に入ることを特徴とし、ＰＤ素子１２はＬＥＤ素子１５でインジケータ層１７と隔絶されていることを表している。
【００２４】
言い換えれば、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａに形成されたＰＤ素子１２の上（above）に、ＬＥＤ素子１５とフィルタ１４とが配設され、ＬＥＤ素子１５とフィルタ１４の上（above）にインジケータ層１７が配設されており、ＰＤ素子１２、フィルタ１４、ＬＥＤ素子１５、およびインジケータ層１７が、シリコン基板１１の第１の主面上（above）でオーバーラップ（overlap）しており、インジケータ層１７が発生した蛍光が、ＬＥＤ素子１５およびとフィルタ１４を透過し、ＰＤ素子１２において電気信号に変換される。
【００２５】
なお蛍光センサ１０は、ＰＤ素子１２、フィルタ１４、ＬＥＤ素子１５、およびインジケータ層１７のそれぞれの中央部が、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａ上（above）の同一領域内に配設されていることが、より好ましい。
【００２６】
すなわち、蛍光センサ１０においてはインジケータ層１７からの蛍光を透過する発光素子であるＬＥＤ素子１５を用いることにより、公知の蛍光センサとは全く異なる構造を実現している。
【００２７】
後述するように、蛍光センサ１０では遮光層１８が、生体中の血液または体液と接触することにより、アナライト２が遮光層１８を通過してインジケータ層１７に進入する。
【００２８】
シリコン基板１１はＰＤ素子１２が第１の主面１１Ａ上（on）に作成されている基体である。シリコン基板１１は製造工程において数十μｍ程度までの薄膜化が可能であるが、数十μｍ程度まで薄膜化しても励起光および蛍光を透過しない。光電変換素子として、ＰＤ素子１２を基体表面に形成する場合は、基体としては単結晶シリコン基板が好適であるが、製造方法によってはシリコン基板ではなく、その他の半導体基板など多様な材料から選択可能である。
【００２９】
ＰＤ素子１２は蛍光を電気信号に変換する光電変換素子であり、光電変換素子としてはＰＤ素子１２に限られるものではなく、フォトコンダクタ（光導電体）、またはフォトトランジスタ（Photo Transistor：以下「PT」ともいう）などの各種光電変換素子から選択可能である。そしてフォトダイオードまたはフォトトランジスタが、最も高感度でかつ安定性に優れた蛍光検出感度が実現でき、その結果、検出感度および検出精度に優れる蛍光センサ１０が実現できるため特に好ましい。
【００３０】
酸化シリコン膜（SiO2膜）１３は第１の保護膜であり、たとえば数十〜数百ｎｍの厚さを有する第１の保護膜としてはシリコン窒化膜（SiN膜）、または酸化シリコン膜とシリコン窒化膜とからなる複合積層膜を用いてもよい。
【００３１】
フィルタ１４はＬＥＤ素子１５が発生する励起光Ｅは通さず、それよりも長波長の蛍光Ｆは通す吸収型光学フィルタである。すなわち、蛍光センサ１０は、蛍光より短波長である励起光を吸収し、蛍光を透過するフィルタ１４を、ＰＤ素子１２とＬＥＤ素子１５との間に有する。なお、以下では蛍光Ｆの波長が４６０ｎｍ付近であり、励起光Ｅの波長が３７５ｎｍ付近の場合を例に説明するが、これに限られるものではない。
【００３２】
図７は所定膜厚のシリコン膜または炭化シリコン（ＳｉＣ）膜が波長に対して光が透過する割合（光透過率）を示す図であり、横軸は光の波長を示し縦軸は光透過率を示している。そして（Ａ）は膜厚が０．５μｍのシリコン膜の場合を、（Ｂ）は膜厚が３６０μｍの炭化シリコン膜の場合を示している。
【００３３】
図７に示すように（Ａ）シリコン膜、（Ｂ）炭化シリコン膜のいずれも、３７５ｎｍ付近の紫外線の励起光Ｅの波長では透過率は１０−７以下であるのに対して、４６０ｎｍ付近の蛍光Ｆの波長では透過率１０−１以上すなわち１０％以上と、波長による透過率の比としては６桁以上の透過率選択性を有する。
【００３４】
特にシリコン膜をフィルタ１４として使用する場合、１μｍの厚さで十分なため、周知の半導体製造工程において、フィルタ１４をシリコン基板１１上（above）に一体的に形成できる。なおフィルタ１４の材料のシリコンとしては、ノンドープであってもよいが、燐などの不純物をドープした、サブμｍ〜数μｍの厚さを有する多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜などが好ましい。
【００３５】
またフィルタ１４としてガリウムリン（ＧａＰ）も、３７５ｎｍ付近より短い励起光の波長では透過率が小さく、４６０ｎｍの蛍光の波長では透過率が大きいため、好ましく用いることができる。
【００３６】
蛍光センサ１０はフィルタ１４を光吸収型とすることにより励起光の良好な遮断特性および蛍光の良好な透過特性が得られる。また蛍光センサ１０は単層のフィルタ１４をＰＤ素子１２上（above）に配設するだけで済むため、フィルタ１４が安価に配設できる。特に単層の光吸収層であるフィルタ１４の材料としてシリコン、または炭化シリコンを選択することにより良好な励起光の遮断特性および蛍光の透過特性が実現でき、かつ製造の安定性および制御性に優れている。
【００３７】
ＬＥＤ素子１５は、励起光を発光し、かつ、蛍光を透過する発光素子である。発光素子としては、ＬＥＤ素子に限られるものではなく、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、またはレーザーダイオード素子など多様な種類の発光素子の中から、特に蛍光を透過する素子を選択すればよい。そして、蛍光透過率、光発生効率、励起光の波長選択性の広さ、および励起光となる紫外線以外の波長の光を僅かしか発しないことなどの観点からは、ＬＥＤ素子が好ましい。
【００３８】
さらに蛍光透過率という観点から、ＬＥＤ素子１５は、第２の基板であるサファイア基板１５Ａ上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂよりなる紫外線発光ＬＥＤ素子が特に好ましい。すなわち、サファイア基板１５Ａおよび窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂは、蛍光の透過率がよい。
【００３９】
窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂとしては、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の材料を用いることができる。さらに紫外線発光ＬＥＤとして、ＺｎＯ系、ＡｌＮ系、ダイヤモンド系等の材料を用いてもよい。
【００４０】
ＬＥＤ素子１５は、サファイア基板１５Ａの一面に窒化ガリウム系化合物半導体１５ＢからなるＬＥＤ発光部が形成されており、ＬＥＤ発光部からの励起光はサファイア基板１５Ａ内部を通過してＬＥＤ発光部が形成されている面とは反対の面からも放出される。なお、蛍光を透過するサファイア基板１５Ａは、シリコン基板１１と同様、数十μｍ程度までの薄膜化が可能である。
【００４１】
なお発光素子として有機ＥＬ素子の中で蛍光を透過する素子を用いる場合には、基体であるシリコン基板上（above）にウエハプロセスで一体形成可能である。すなわち、超薄膜のアルミニウム陰電極と、発光層である低分子アルミニウム錯体または高分子π共役系ポリマーと、陽電極であるＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜を、半導体製造工程により積層することで蛍光を透過する有機ＥＬ素子は作成できる。このため、発光素子として有機ＥＬ素子を用いた蛍光センサ１０は薄型化が可能であり、かつ一体形成による低コスト化を実現可能である。
【００４２】
エポキシ樹脂膜１６は第２の保護膜である。第２の保護膜としては、たとえばＬＥＤ素子１５をフィルタ１４に接着するときに用いるシリコーン樹脂、または透明な非晶性フッ素樹脂なども使用可能である。第２の保護膜は、電気的絶縁性を有すること、水分遮断性を有すること、励起光Ｅおよび蛍光Ｆに対して良好な透過率を有すること、などの特性を有する材料から選択される。
【００４３】
また、蛍光センサ１０の第２の保護膜の特性として励起光が照射されても膜中での蛍光の発生が小さいことが重要である。なお、この蛍光の発生が小さいという特性は、インジケータ層１７を除いた蛍光センサ１０の全ての透明材料の重要特性であることは言うまでもない。
【００４４】
インジケータ層１７は、進入してきたアナライト２との相互作用および励起光により蛍光を発生、すなわちアナライト２の濃度に応じた光量の蛍光を発生する。インジケータ層１７の層厚は数十μｍ程度に設定されている。インジケータ層１７は、アナライト２の量、すなわち試料中のアナライト濃度に応じた強度の蛍光を発生する蛍光色素が含まれたベース材料から構成されている。なおインジケータ層１７のベース材料は、ＬＥＤ素子１５からの励起光および蛍光色素からの蛍光が良好に透過できる透明性をもつことが好ましい。ここで、蛍光色素は、試料中に存在するアナライト２そのものでも良い。
【００４５】
蛍光色素は、アナライト２の種類に応じて選択され、アナライト２の量に応じて発生する蛍光の光量が可逆的に変化する蛍光色素ならば、どのようなものでも使用できる。たとえば生体内の水素イオン濃度または二酸化炭素を測定する場合には、ヒドロキシピレントリスルホン酸誘導体、糖類を測定する場合には蛍光残基を有するフェニルボロン酸誘導体、カリウムイオンを測定する場合には蛍光残基を有するクラウンエーテル誘導体などを用いることができる。
【００４６】
そして、生体内のグルコースのような糖類を測定する場合には、ルテニウム有機錯体、蛍光フェニルボロン酸誘導体、またはフルオレセイン等の蛍光色素が結合した蛋白質であってグルコースと可逆結合するもの等を用いることができる。ルテニウム有機錯体としてはルテニウムと2,2'-ビピリジン、1,10-フェナントロリン、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン、4,7-ジメチル-1,10-フェナントロリン、4,7-ジスルホン化ジフェニル-1,10-フェナントロリン、2,2'-ビ-2-チアゾリン、2,2'-ビチアゾール、5-ブロモ-1,10-フェナントロリン、および5-クロロ-1,10-フェナントロリン等との錯体等を用いることができる。さらに、ルテニウム有機錯体のルテニウムに代えてオスミウム、イリジウム、ロジウム、レニウムおよびクロム等の有機錯体を用いることができる。なお蛍光フェニルボロン酸誘導体としては、特に２つのフェニルボロン酸と蛍光残基としてアントラセンを含む化合物が検出感度が高い。
【００４７】
以上の説明のように、本発明の蛍光センサ１０は、蛍光色素の選択によって、酸素センサ、グルコースセンサ、ｐＨセンサ、免疫センサ、または微生物センサなど、多様な用途に対応している。
【００４８】
インジケータ層１７は、たとえば、含水し易いハイドロゲルをベース材料として、ハイドロゲル内に上記蛍光色素を包含または結合させている。ハイドロゲルの成分としてはメチルセルロースもしくはデキストランなどの多糖類、（メタ）アクリルアミド、メチロールアクリルアミド、もしくはヒドロキシエチルアクリレート等のモノマーを重合して作製するアクリル系ハイドロゲル、またはポリエチレングリコールとジイソシアネートから作製するウレタン系ハイドロゲルなどを用いることができる。また、インジケータ層１７としては蛍光色素を含有した液体を使用することもできる。液体または流動性のあるゾルをインジケータ層１７としてとして使用する場合には、たとえば周囲を固体の壁とし、その内部に液体を密閉した構造とする。
【００４９】
また、血液または体液中の糖類を検出する場合にはインジケータ層１７として、蛍光モノマー化合物（蛍光色素）と、（メタ）アクリルアミド残基を有する重合単量体とを共重合することにより得られる蛍光センサ物質を用いてもよい。蛍光モノマー化合物としては、たとえば、９，１０−ビス（メチレン）［［Ｎ−（オルトボロノベンジル）メチレン］−Ｎ−［（アクリロイルポリオキシエチレン）カルボニルアミノ］−ｎ−ヘキサメチレン］−２−アセチルアントラセン（以下、「Ｆ−ＰＥＧ−ＡＡｍ」という）を好ましく用いることができる。
【００５０】
蛍光センサ１０は、長時間の連続モニタに適しているため、生体内の糖類の濃度の定量モニタを行うためのグルコースセンサに特に好ましく用いることができる。
【００５１】
なおインジケータ層１７は、エポキシ樹脂膜１６に、図示していないシランカップリング剤などよりなる接着層を介して接合されている。なお、エポキシ樹脂膜１６を配設しないで、インジケータ層１７がＬＥＤ素子１５の表面に、直接、接合された構造であってもよい。またＬＥＤ素子１５の表面、すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂが形成されているのと反対側のサファイア基板１５Ａの表面に、凹部を形成し、インジケータ層１７またはインジケータ層１７の一部を埋入してもよい。
【００５２】
そして、最上層である遮光層１８は、インジケータ層１７の上部表面側に配設された、厚さが数十μｍ以下の層であり、体液または血液と接触する。遮光層１８は、励起光および蛍光が蛍光センサ１０の外部へ漏光するのを防止すると同時に、外光が蛍光センサ１０の内部に進入を防止する。
ここで、遮光層１８はＬＥＤ素子１５由来以外の光、すなわち蛍光センサ１０に入射し蛍光信号を乱す可能性を有する不要光を遮光するために、インジケータ層１７だけでなく蛍光センサ１０全体を覆うことが望ましい。遮光層１８は、アナライト２が、その内部を通過してインジケータ層１７に到達するのを妨げない材料を用いて構成されている。水溶液中のアナライト分析に用いられる蛍光センサ１０の場合は、遮光層１８の材料としては、たとえば微多孔質の金属もしくはセラミックス、またはインジケータ層１７に用いるハイドロゲルにカーボンブラックもしくはカーボンナノチューブなど光を通さない微粒子を混合した複合材料が好適である。なお、図示しないが、蛍光センサ１０のＬＥＤ素子１５、フィルタ１４、およびＰＤ素子１２の周囲側面も、遮光層１８と同じ材料またはカーボンブラックを配合した遮光機能を有する樹脂でコーティングしたり、遮光機能を有する金属膜を蒸着したりすることが好ましい。
【００５３】
上記説明の構造を有する蛍光センサ１０では、ＬＥＤ素子１５からの励起光Ｅが、インジケータ層１７中の蛍光色素に照射される。蛍光色素が発生した蛍光Ｆは、ＬＥＤ素子１５およびフィルタ１４を通過してＰＤ素子１２に到達し、電気信号に変換される。
次に、本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法について簡単に説明する。
最初に、シリコン基板１１となるシリコンウエハ１１Ｗの第１の主面１１Ａに多数のＰＤ素子１２が形成される（図８Ａ）。そしてＰＤ素子１２の表面に第１の保護膜となる数十〜数百ｎｍの厚さを有する酸化シリコン膜１３が形成される。そして酸化シリコン膜１３の表面に、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンなどよりなるフィルタ１４が形成される（図８Ｂ）。ここまでの工程は半導体製造の前工程と同様の工程であり、多数のＰＤ素子１２等がシリコンウエハ１１Ｗに一括形成され、その後、個々の素子に個片化される。
【００５４】
続いて個片化された各素子のフィルタ１４上（on）の所定位置に、ＬＥＤ素子１５などの発光素子が配設される。ＬＥＤ素子１５の配設には、光学的に透明なアクリル樹脂もしくはシリコーン樹脂などを使用した接着法、フリップチップボンディング法、または接合界面をプラズマ処理などで活性化して接合するプラズマ活性化接合法などの各種接合法など、色々な方法が使用可能である。
【００５５】
次に必要に応じて第２の保護膜としてエポキシ樹脂膜１６をＬＥＤ素子１５上（on）に形成したのち、シランカップリング剤などの接着層を介して、インジケータ層１７が接合される。インジケータ層１７の接着層も、励起光が照射されても蛍光を発生しない材料が用いられる。蛍光センサ１０では、インジケータ層１７は、蛍光色素を有するＦ−ＰＥＧ−ＡＡｍを、アクリルアミドおよびメチレンビスアクリルアミドとともに、過硫酸ナトリウムおよびＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンの存在下で重合し、厚さ２５μｍのゲルフィルムとして作成した。最後に遮光層１８がインジケータ層１７上（on）に形成され、蛍光センサ１０が完成する。
【００５６】
なお、本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法としてウエハレベルパッケージング技術を用いることも可能である。
【００５７】
すなわち図８Ａに示すように、半導体製造の前工程と同様の工程にて、第１のウエハであるシリコンウエハ１１Ｗの第１の主面１１Ａに多数個のＰＤ素子１２を形成するＰＤ素子形成工程が行われる。ついで図８Ｂに示すように、酸化シリコン膜１３Ａとフィルタ膜１４Ａとを形成するフィルタ形成工程が行われる。一方、第２のウエハであるサファイア基板に一括して多数個のＬＥＤ素子１５を形成し個片化するＬＥＤ素子形成工程が行われる。そして図８Ｃに示すように、第２のウエハを個片化して得られるＬＥＤ素子１５を、第１のウエハのフィルタ膜１４Ａに接合するＬＥＤ素子接合工程が行われる。さらに図８Ｄに示すように、インジケータ膜１７Ａと遮光膜１８Ａとを形成するインジケータ膜形成工程が行われる。最後に、図８Ｅに示すように、第１のウエハを個片化して蛍光センサ１０を得る個片化工程が行われる。
【００５８】
あるいは、本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法として、第２のウエハのＬＥＤ素子形成工程の後に第２のウエハにインジケータ膜１７Ａと遮光膜１８Ａとを形成するインジケータ膜形成工程を行い第２のウエハを個片化しインジケータ膜付きＬＥＤ素子を得る。そして、インジケータ膜付きＬＥＤ素子を第１のウエハに接合した後に、第１のウエハを個片化して蛍光センサ１０を得る個片化工程を行ってもよい。
【００５９】
また本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法として、フィルタ膜付き第１のウエハとインジケータ膜付き第２のウエハとを接合してから個片化工程を行ってもよい。なお、この製造方法を用いる場合には、ＬＥＤ素子等の電気配線のための電極部がウエハを個片化したときに切断面に露出するようにしておく必要がある
次に、図５および図６を参照しながら、本実施の形態の蛍光センサ１０の動作を説明する。蛍光センサ１０は少なくとも遮光層１８の外面が生体内に留置されると、体液中または血液中のアナライト２が遮光層１８の内部を通過してインジケータ層１７に進入する。
【００６０】
蛍光センサ１０では、ＬＥＤ素子１５から励起光が発光される。たとえば、ＬＥＤ素子１５の発光のパルス幅は１０ｍｓ〜１００ms、パルス電流は１ｍＡ〜１００ｍＡ程度、また、励起光の中心波長は３７５ｎｍ前後である。励起光は、たとえば３０秒に１回の間隔で発光させる。
【００６１】
ＬＥＤ素子１５からの励起光はエポキシ樹脂膜１６を透過して、インジケータ層１７に入射する。すなわち、励起光照射工程ではＬＥＤ素子１５が発生した励起光が、インジケータ層１７に導光される。すると、蛍光発生工程において、インジケータ層１７が、アナライト２との相互作用および励起光によりアナライト２の量に比例する強度の蛍光を発する。またインジケータ層１７の蛍光色素は、たとえば、Ｆ−ＰＥＧ−ＡＡｍの場合、波長３７５ｎｍの励起光に対して波長４６０ｎｍをピークとする蛍光を発生する。なお、フィルタ１４の作用によりＬＥＤ素子１５からの励起光はＰＤ素子１２へは、ＰＤ素子１２の計測上問題ないレベルまで遮断される。
【００６２】
インジケータ層１７からの蛍光は、エポキシ樹脂膜１６とＬＥＤ素子１５とフィルタ１４と酸化シリコン膜１３とを透過し、ＰＤ素子１２に入射する。そしてインジケータ層１７からの蛍光はＰＤ素子１２において光電変換され、光発生電荷を生じる。すなわち光電変換工程において、インジケータ層１７が発生した蛍光の少なくとも一部、実際には大部分が、ＬＥＤ素子１５を透過して、ＰＤ素子１２に導光され、電気信号に変換される。
【００６３】
蛍光センサ１０では、図示しない信号検出回路が、ＰＤ素子１２からの光発生電荷に起因する電流として、または、蓄積した光発生電荷を電圧として、アナライト量を検出する。
なお、信号検出回路は、イメージセンサなどで公知の、FDA(Floating Diffusion Amplifier)を用いた方法を用いることにより、さらに高精度な信号検出が可能となる。
【００６４】
ここで、蛍光センサ１０では、励起光および蛍光は、ＬＥＤ素子１５の内部を通過、すなわち窒化ガリウム系化合物半導体１５Ｂが形成されたサファイア基板１５Ａの表面と裏面を通過する。そこで各種光の利用効率を向上させるため、ＬＥＤ素子１５の表裏面に光学的な反射防止のための構造を形成してもよい。反射防止構造としては、λ/４膜（４分のλ膜）が代表的であるが、表面に光波長よりも寸法的に小さいナノ突起構造を有する構成を用いてもよい。
【００６５】
なお、アナライト２が存在しないインジケータ層１７から蛍光がでることによるＰＤ素子１２からの信号、および、蛍光を受光していないＰＤ素子１２からの信号はオフセット出力とよばれる。信号検出回路は、このオフセット出力を信号成分から差し引き、それをアナライト情報とすることで、アナライト２の存在量に比例した信号出力を得ることができる。たとえば、信号検出回路は、励起光発光直前の信号を読み出して記憶し、続いて蛍光信号を読み出して、両者の差分を再度信号として読み出す。
【００６６】
なお図示しないがＰＤ素子１２の近傍には温度センサが配設されている。温度センサからの、温度信号も、ＰＤ素子１２からの蛍光信号と同様に金属配線を通して信号検出回路に伝えられる。そして信号検出回路は、蛍光強度のデータを、温度情報などで補正して、アナライト２の濃度信号を得る。なお、温度センサとしてはＰＤ素子１２と同じシリコン基板１１上（on）に形成される半導体温度センサであることが好ましい。
また、光電変換素子としてＰＤ素子１２を有する蛍光センサ１０では、ＰＤ素子１２を温度センサとして使用することも可能である。すなわち光電変換動作を行っていないときにＰＤ素子１２を温度センサとして使用することもできる。
以上の説明のように、本実施の形態の蛍光センサ１０では、ＬＥＤ素子１５からインジケータ層１７に放射された励起光は、インジケータ層１７内の蛍光色素を励起し蛍光を放射させる。この蛍光のうち、ＬＥＤ素子１５側に放射される蛍光は、ＬＥＤ素子１５とインジケータ層１７との界面での反射およびＬＥＤ素子１５を通過する際に吸収される一部を除いて大部分がＬＥＤ素子１５内部を通過し、さらにフィルタ１４を通過して、ＰＤ素子１２に到達する。すなわち蛍光センサ１０のＰＤ素子１２は、ＬＥＤ素子１５を透過した蛍光を受光し、蛍光信号を得る。一方、ＬＥＤ素子１５からＰＤ素子１２側に放射される励起光は、フィルタ１４で反射または吸収され、フィルタ１４で反射された光はＬＥＤ素子１５を通過してインジケータ層１７に達し、蛍光色素を励起する。
【００６７】
蛍光センサ１０は公知の蛍光センサに比べて励起光および蛍光の利用効率が大幅に高く、検出感度の高い蛍光センサである。また蛍光センサ１０では励起光および蛍光の幾何光学的光路設計は不要であり、単に層状に各構成要素を積層するだけで良い。このため、蛍光センサ１０は微小にするほど精度が要求される光路設計上のパターンの位置決めが不要であり製造し易い。そして蛍光センサ１０は公知の蛍光センサに比べて励起光強度が大きく、かつ大面積を有する光電変換素子が配設可能であるため、公知の蛍光センサよりも検出感度および検出精度に優れる。
【００６８】
さらに、蛍光センサ１０は複雑で精度の必要な幾何光学的光路設計が不要でありながら、インジケータ層１７とＬＥＤ素子１５とが平行に積層されるため、励起光が不均一にインジケータ層１７に照射されるリスクが少ないので、微小であっても均質な蛍光信号が得られる。
【００６９】
さらに蛍光センサ１０は、公知の蛍光センサのように光源、または光源および光検出器を外部に有するのではなく、光源（発光素子）と光検出器（光電変換素子）とインジケータ層とを一体的に有する小型の蛍光光度計である。
【００７０】
以上の説明のように、本実施の形態の、蛍光センサを用いたアナライトの計測方法は、発光素子が発生した励起光がインジケータ層に導光される励起光照射工程と、前記インジケータ層が前記アナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生する蛍光発生工程と、前記インジケータ層が発生した前記蛍光が前記発光素子を透過して光電変換素子に入射し電気信号に変換される光電変換工程と、を具備する。
【００７１】
本実施の形態の蛍光センサ１０の製造方法は、蛍光センサ１０の安定大量製造に貢献する。製造された蛍光センサ１０は検出感度が高く、小型であるも関わらず、検出感度および検出精度に優れ、また製造歩留まりが良好で低価格化が可能である。
【００７２】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の蛍光センサ１０Ａについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ａは第１の実施の形態の蛍光センサ１０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
第１の実施の形態の蛍光センサ１０のフィルタ１４は、単層シリコン膜などによるフィルタであったが、本実施の形態の蛍光センサ１０Ａのフィルタ１４Ｃ（図５、図６参照）は、多重干渉型フィルタである。すなわち、フィルタ１４Ｃは、単層シリコン膜などを薄膜に分割して積層することにより、吸収効果に加えて多重干渉効果を有する。
以下、図９Ａ〜図９Ｂを参照しながら多重干渉効果型のフィルタ１４Ｃについて説明する。図９Ａは、単層フィルタの断面模式図であり、図９Ｂは本実施の形態のフィルタの断面模式図である。すなわち、図９Ａは単層のシリコン層２２がそれより屈折率の低い酸化シリコン層２１により挟まれている単層フィルタ２３の例を示しており、図９Ｂはシリコン層２２が２分割されたシリコン層２２Ａおよび２２Ｂの間に酸化シリコン層２１がある多重干渉効果型のフィルタ２４の例を示している。
【００７３】
すなわち、蛍光センサ１０Ａの多重干渉効果型のフィルタ１４Ｃでは、図９Ｂに示すようにシリコン層２２Ａおよび２２Ｂが、それより屈折率の低い酸化シリコン層２１で挟まれている構造を有している。ここで、干渉効果による光透過率のピーク波長：λと、層厚：Ｔとの関係は以下の（式１）で表される（自由端-自由端条件）。
【００７４】
Ｔ＝λ×Ｋ／（２×n）・・・（式１）
ここで、Ｋは自然数、nはシリコンの屈折率である。
【００７５】
同様に、透過率が最小、すなわちボトムとなる条件は、以下の（式２）で表される
Ｔ＝λ×（２×K−１）／（４×n）・・・（式２）
（式１）および（式２）より、以下の（式３）の関係に近い層厚値を選択すると、干渉効果により、さらに望ましいフィルタ特性、すなわち、励起光は通過しにくく、蛍光は通過しやすい特性となる。
【００７６】
λｆ×K１/（２×nf）＝λｓ×（２×K２−１）／（４×nｓ）・・・（式３）
ここでフットノートのｆは蛍光を、またsは励起光を表す。Ｋ１、Ｋ２は整数である。
【００７７】
たとえば、（式３）に、λｆ＝４６０ｎｍ、ｎｆ＝４．５８、λｓ＝３７５ｎｍ、ｎｓ＝６．７１の値を代入すると、以下に示す（式４）の不定方程式が得られる。
【００７８】
（２×K２−１）／Ｋ１＝３．６・・・（式４）
（式４）より、Ｋ１＝２の場合、Ｋ２＝４．１となり、自然数解に近い値が得られる。
【００７９】
また、Ｋ１＝２の場合はシリコン層の厚さは（式１）より、１０１．５ｎｍとなる。すなわち、フィルタ１４Ｃのシリコン膜の全厚が５００ｎｍの場合は、１００ｎｍの層に５分割すれば良い。
【００８０】
多層のシリコン膜の、それぞれのシリコン層の間は、シリコンより低屈折率の酸化シリコン（SiO2）を介在させる。その場合、酸化シリコン層の最適条件も、（式１）がピーク条件、（式２）がボトム条件となり、酸化シリコンの場合（３７５ｎｍでｎ＝１．４７４、４６０ｎｍでｎ＝１．４６）は、以下の（式５）に示す不定方程式を得る（固定端-固定端条件）。
【００８１】
（２×K２−１）／Ｋ１＝２．４８・・・（式５）
（式５）より、Ｋ２＝３、Ｋ１＝２．０２が自然数解に近く、この場合、酸化シリコン層の厚さは３１５ｎｍとなる。
【００８２】
つまり、フィルタとして全厚５００ｎｍのシリコン膜を用いる場合は、シリコン膜を１００ｎｍ厚の層に５分割し、その間を３１５ｎｍの酸化シリコン層で挟めばよい。なお、酸化シリコンに代えて窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いてもよい。
【００８３】
本実施の形態の蛍光センサ１０Ａは、第１の実施の形態の蛍光センサ１０が有する効果を有する。さらに、励起光などの蛍光とは異なる波長の光の遮断特性に優れ、かつ蛍光のさらなる良好な透過特性を有する多重干渉型のフィルタ１４Ｃを具備するため、蛍光センサ１０よりも検出信号のＳ／Ｎ比向上が実現できる。
【００８４】
すなわち、蛍光センサ１０Ａは、フィルタ１４Ｃが、光吸収作用、透過作用および多重干渉効果を兼ね備えた機能を有するため、励起光の最適な遮断特性および蛍光の最適な透過特性が実現できる。特に、多層膜からなるフィルタ１４Ｃが、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層とから構成されているため、多層膜の各々の層厚の制御性が良好でかつ再現性に優れた光学特性が得られ、標準的な半導体製造技術およびマイクロマシン製造技術に適合した製造工程で多層膜が作成可能である。
【００８５】
以上の説明のように本実施の形態の蛍光センサ１０Ａのフィルタは、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層のいずれかと、からなる多重干渉型フィルタであり、前記蛍光より短波長の前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過する。
【００８６】
なお、以上説明したフィルタ１４は吸収型フィルタだったが、フィルタは吸収型フィルタに限られるものではなく、励起光のみをシャープにカットするノッチフィルタ、励起光よりも波長の長い光のみを透過させるエッジフィルタもしくはショートカットフィルタとも称されるロングパスフィルタ、回折型フィルタ、または偏光型フィルタなどを使用してもよい。また、フィルタとして前記各種のフィルタを組み合わせて使用してもよい。
【００８７】
さらに、ＰＤ素子１２の表面に高濃度不純物拡散層を形成し、その拡散層で励起光を吸収してもよい。この場合、拡散層がフィルタ１４に相当する。もちろん、拡散層形成においては、吸収長の長い蛍光の信号強度は殆ど低下しない条件に設定する。
【００８８】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態の蛍光センサ１０Ｂについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ｂは第１の実施の形態の蛍光センサ１０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図１０に示すように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｂは、ＬＥＤ素子１５とインジケータ層１７との間にさらに集光部であるフレネルレンズ１６Ｃを追加形成した蛍光センサである。フレネルレンズ１６Ｃは、屈折率が異なる２種類のエポキシ樹脂膜１６Ａとエポキシ樹脂膜１６Ｂとの界面に所定の凹凸を形成したものである。フレネルレンズ１６Ｃは、ＬＥＤ素子１５からの励起光を効率良くインジケータ層１７に入射し、またインジケータ層１７からの蛍光を効率良くＰＤ素子１２に集める効果を有する。フレネルレンズ１６Ｃのかわりに集光部としてエポキシ樹脂膜１６とは別体の構成要素であるレンズ等を用いてもよい。
【００８９】
また、図１０においては、ＬＥＤ素子１５とインジケータ層１７の間に集光部であるフレネルレンズ１６Ｃを配設した蛍光センサ１０Ｂを示しているが、それに代えて、またはそれに加えて、ＰＤ素子１２とフィルタ１４の間の第１の絶縁膜（酸化シリコン膜１３）に集光部を配設した蛍光センサであってもよい。
【００９０】
本実施の形態の蛍光センサ１０Ｂは、第１の実施の形態の蛍光センサ１０が有する効果に加えて、集光部であるフレネルレンズ１６Ｃの存在により、蛍光センサ１０よりも、さらに高感度な蛍光センサである。なお、図２に示したように米国特許第５０３９４９０号明細書に開示されている蛍光センサ１１０では、フレーム形状の空隙領域１２０を通過した励起光Ｅを、前記フレーム形状の中央部に配置されたインジケータ層１０６に集光するために集光機能部１０５Ａは不可欠であった。これに対して図６に示したように本発明の蛍光センサでは、励起光Ｅをインジケータ層１７に照射するために集光部は必須の構成要素ではない。またインジケータ層１７が発生した蛍光は、ＬＥＤ素子１５を透過し、ＰＤ素子１２において前記電気信号に変換されるため、この場合も集光部は必須の構成要素ではない。
【００９１】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態の蛍光センサ１０Ｃについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ｃは第１の実施の形態の蛍光センサ１０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００９２】
図５等に示したように第１の実施の形態の蛍光センサ１０等は、インジケータ層１７の上（on）にアナライト２が進入可能な遮光層１８が配置されていた。これに対して、図１１に示すように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｃはアナライト２が図面向かって左側から遮光層１８を介してインジケータ層１７の側面から進入する蛍光センサである。
【００９３】
図１１に示すように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｃは、シリコン基板１１の第１の主面１１Ａに形成されたＰＤ素子１２の上（above）に、インジケータ層１７が配設され、インジケータ層１７の上（above）にＬＥＤ素子１５が配設されており、インジケータ層１７の側面からインジケータ層１７に進入したアナライト２により発生した蛍光が、ＰＤ素子１２に入射し電気信号に変換される。また、蛍光より短波長である励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタ１４を、ＰＤ素子１２とインジケータ層１７との間、に有する。そして、所定の厚さを有するインジケータ層の側面を覆う遮光層が、アナライトを通過させる特性を有する。
【００９４】
そして図１１に示すように、蛍光センサ１０Ｃは、ポリイミド、パリレン、または環状ポリオレフィンなどの樹脂よりなる保護層１９を有し、保護層１９の先端部、すなわち遮光層１８側を被検体に穿刺することにより、被検体の体液中または血液中のアナライト２を測定する。保護層１９は外部との遮光を行うために、その材料中にカーボンブラックなどの光遮断性材料を含ませ、光学的に不透明な特性をもたしている。シリコン基板１１、ＰＤ素子１２、酸化シリコン膜１３、およびフィルタ１４は第１の実施の形態の蛍光センサ１０等と同様である。そしてフィルタ１４上（on）の先端部側には遮光層１８が、後端部側にはインジケータ層１７が形成され、その上（on）にＬＥＤ素子１５が配設されている。すなわち、蛍光センサ１０Ｃは、光電変換素子であるＰＤ素子１２と、フィルタ１４と、インジケータ層１７と、発光素子であるＬＥＤ素子１５と、が基体であるシリコン基板１１の第１の主面上（above）に、この順に形成されている
さらに蛍光センサ１０Ｃでは、発光素子であるＬＥＤ素子１５とインジケータ層１７との間に、励起光よりも長波長の光を遮断する機能を有する長波長カットフィルタ１４Ｄが配設されている。
【００９５】
蛍光センサ１０Ｃでは、ＬＥＤ素子１５からの励起光は長波長カットフィルタ１４Ｄにより長波長成分がカットされた後、インジケータ層１７に照射される。インジケータ層１７からの蛍光はフィルタ１４と酸化シリコン膜１３を通過してＰＤ素子１２で検出される。
【００９６】
本実施の形態の蛍光センサ１０Ｃは、第１の実施の形態の蛍光センサ１０Ａが有する効果に加えて、発光素子から励起光波長よりも長波長の光が発生しても、長波長カットフィルタ１４ＤによりＰＤ素子１２には長波長の光は入射しない。このため、ＰＤ素子１２は蛍光のみを検出するため、検出信号のＳ／Ｎ比がよい。
【００９７】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄは第１の実施の形態の蛍光センサ１０等と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００９８】
第１の実施の形態の蛍光センサ１０ではフィルタ１４を配設することにより発光素子からＰＤ素子１２に入射する不要な励起光をカットしていた。これに対して本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄでは、構造に特徴のあるＰＤ素子１２Ｄを有するため、フィルタ１４を有していなくとも不要な励起光を検出しない。なお第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄの基本構造は、フィルタ１４を有していない点を除けば、第１の実施の形態の蛍光センサ１０等と同様である。
【００９９】
図１２Ａ〜図１２Ｃに蛍光センサのＰＤ素子の断面構造模式図を示す。図１２Ａに示す第１の実施の形態の蛍光センサ１０等のＰＤ素子１２では、ｎ型領域とｐ＋型領域の間の電流を電流計３１により蛍光信号を検出していた。これに対して、図１２Ｂに示す本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄでは、ＰＤ素子１２Ｄは、シリコン基板１１の内部に形成された深さの異なる２個のＰＤ受光部（ｐ＋型領域）Ｐ１、Ｐ２を有し、深い方のＰＤ受光部Ｐ２の電流を電流計３２により検出する。このためＰＤ素子１２Ｄでは進入深さの浅い光、すなわち短波長成分の影響を電気的にカットした蛍光信号を得ることができる。
【０１００】
このため、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄは、フィルタ１４を有していない簡単な構造でありながら、第１の実施の形態の蛍光センサ１０と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
以上の説明のように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｄは、ＰＤ素子１２Ｄが、第１の受光部Ｐ１と、第１の受光部Ｐ１よりも深部にｎ型領域Ｎを介して形成された第２の受光部Ｐ２と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された第１の受光部Ｐ１と第２の受光部Ｐ２のうち、第２の受光部Ｐ２に流れる電流を検出することにより、入射する励起光による電気信号を電気的にカットする。
【０１０２】
なお、蛍光センサ１０Ｄにさらに第１の実施の形態の蛍光センサ１０等と同様の励起光を吸収し蛍光を透過するフィルタを配設してもよい。また、上記説明では受光部がＰ型ダイオードからなる場合を説明したが、導電性と極性を逆にしてもよく、すなわち、Ｎ型ダイオードにより構成してもよい。
【０１０３】
＜第５の実施の形態の変形例＞
次に、本発明の第５の実施の形態の変形例の蛍光センサ１０Ｅについて説明する。本実施の形態の蛍光センサ１０Ｅは第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄと類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１０４】
第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄは構造に特徴のあるＰＤ素子１２Ｄを有するため、フィルタ１４を有していなくとも不要な励起光を検出しなかった。これに対して、本変形例の蛍光センサ１０Ｅは励起光をカットするフィルタ１４を有し、かつ蛍光センサ１０Ｄと同様に構造に特徴のあるＰＤ素子１２Ｅを有する。
【０１０５】
すなわち、図１２Ｃに示すように、蛍光センサ１０ＥのＰＤ素子１２Ｅは、シリコン基板１１の内部に形成された深さの異なる２個のＰＤ受光部（ｐ＋型領域）Ｐ１、Ｐ２を有し、浅い方のＰＤ受光部Ｐ１の電流を電流計３３により検出する。
【０１０６】
蛍光センサ１０Ｅは、蛍光センサ１０Ｄ等と同様の効果を有し、よりＳ／Ｎ比に優れた蛍光信号の検出が可能となる。
【０１０７】
以上の説明のように、本実施の形態の蛍光センサ１０Ｅは、ＰＤ素子１２Ｅが、第１の受光部Ｐ１と、第１の受光部Ｐ１よりも深部にｎ型領域Ｎを介して形成された第２の受光部Ｐ２と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された第１の受光部Ｐ１と第２の受光部Ｐ２のうち、第１の受光部Ｐ１に流れる電流を検出することにより、蛍光よりも長波長のノイズ光による電気信号を電気的にカットする。
【０１０８】
なお、蛍光センサ１０Ｄまたは蛍光センサ１０Ｅにおいて、図１２Ｂまたは図１２Ｃに示した２個のＰＤ受光部に異なる逆バイアス電圧を印加し各々に印加するバイアス電圧の調節により、最適なＳ／Ｎ比の蛍光信号を得ることも可能である。
【０１０９】
＜第６の実施の形態＞
以下、図面を用いて、本発明の第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０について説明する。図１３に示すように、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０は本体部３４０およびレシーバー３４５と組み合わせてセンサシステム３０１として使用される。すなわち、センサシステム３０１は針型蛍光センサ３３０と、針型蛍光センサ３３０が計測した情報を送信する本体部３４０と、本体部３４０からの信号を受信し記憶するレシーバー３４５とを有する。本体部３４０とレシーバー３４５との間の信号の送受信は無線または有線で行われる。
【０１１０】
針型蛍光センサ３３０は、針先端部３３２に、第１の実施の形態の蛍光センサであるセンサ部３１０を有する細長い針本体部３３３と、針本体部３３３の針後端部３３４と一体化しておりたコネクタ３３５とを有する。コネクタ３３５は本体部３４０の嵌合部３４１と着脱自在に嵌合する。針型蛍光センサ３３０はコネクタ３３５が本体部３４０の嵌合部３４１と機械的に嵌合することにより、本体部３４０と電気的に接続される。針本体部３３３の針先端部は被検者に穿刺可能なように断面が針中央部よりも細径化されていてもよい。逆に針本体部３３３の針後端部３３４は針中央部よりも太径化されていてもよい。なお、被検者への負担低減のためには針本体部３３３の先端の断面寸法は２００μｍ角以下が好ましい。
【０１１１】
後述するように、針本体部３３３とコネクタ３３５とは、センサ部３１０および金属配線等が形成されたシリコン基板からエッチング処理および／または機械加工処理により一体的に形成することも可能である。
【０１１２】
本体部３４０は、図示しないがレシーバー３４５との間で無線で信号を送受信するための無線アンテナと、電池等の電源と、センサ部３１０の駆動および制御などを行う各種回路を有する。各種回路としてはたとえば、信号を増幅する増幅回路、回路用基準クロック発生回路、ロジック回路、データ処理回路、ＡＤ変換処理用回路、モード制御回路、メモリ回路、および通信用高周波発生器回路などを例示することができる。なお、レシーバー３４５との間で有線で送受信する場合には、本体部３４０は、無線アンテナに代えて信号線を有する。
【０１１３】
針型蛍光センサ３３０は感染防止等のために使用後は処分される使い捨て(ディスポ)部であるが、本体部３４０およびレシーバー３４５は繰り返し再使用されるリユース部である。
【０１１４】
針型蛍光センサ３３０は本体部３４０と嵌合した状態で、被検者自身が体表面から針本体部３３３を穿刺して、生体内の真皮層に針先端部３３２が留置される。または被検者自身が針本体部３３３を穿刺した後、針型蛍光センサ３３０が本体部３４０と嵌合されてもよい。そして、センサシステム３０１では、たとえば体液中のグルコース濃度を連続して測定し、レシーバー３４５のメモリに記憶することができる。すなわち、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０は連続使用期間が一週間程度の短期皮下留置型の針型蛍光センサである。特に、針型蛍光センサ３３０はグルコース連続モニタ装置として好ましく用いることができる。
【０１１５】
次に、図１４および図１５を用いて、針型蛍光センサ３３０の、針本体部３３３および針先端部３３２のセンサ部３１０の構造について説明する。
【０１１６】
図１４に示すように、針型蛍光センサ３３０の針本体部３３３は、樹脂基板３２４と、保護層３２６と、６本の金属線３２１、３２２、３２３とを有する。
【０１１７】
樹脂基板３２４と、保護層３２６とは、たとえばポリイミド、ポリパラキシリレン、または環状ポリオレフィンなどの樹脂よりなり、針先端部３３２に外部からの光が入射するのを遮光するために、材料中にカーボンブラックなどの光遮断性材料を含有し、光学的に不透明な特性を有している。
【０１１８】
金属線３２１、３２２、３２３はアルミニウムまたは銅などの導電体よりなり、センサ部３１０の電気配線としての役割に加えて、針本体部３３３の剛性増加の機能を有する。金属線３２１、３２２、３２３は針先端部３３２に配設されたセンサ部３１０から針後端部３３４にわたって配設されており、さらにコネクタ３３５まで延設され、コネクタ３３５と嵌合した本体部の各種回路と接続されている。
【０１１９】
ここで、金属線３２１は光電変換素子であるフォトダイオード（Photo Diode：以下「ＰＤ」ともいう。）素子３１２からの蛍光信号を本体部３４０に伝達し、金属線３２２は本体部３４０から発光素子である発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」ともいう。）素子３１５に駆動電力を供給し、金属線３２３は温度センサ３２７（図１５参照）からの温度信号を本体部３４０に伝達する。
【０１２０】
なお、図１５では、金属線３２１、３２２、３２３は、それぞれ２本の金属線３２１Ａおよび３２１Ｂ、３２２Ａおよび３２２Ｂ、３２３Ａおよび３２３Ｂからなり、金属線３２１、３２２と金属線３２３とは絶縁層（不図示）を介して多層構造を有する場合を例示している。絶縁層の材料として保護層３２６と同じ材料を用いてもよく、この場合には保護層３２６内に金属線３２１、３２２、３２３が埋め込まれた構造となる。また、図１５では金属線３２１、３２２、３２３をシリコン基板３１１よりも下に図示しているが、金属線３２１、３２２、３２３はシリコン基板３１１上（on）に形成されていてもよい。
【０１２１】
なお、金属線３２１、３２２、３２３は、蒸着法、スパッタ法、めっき法、もしくは前記の組み合わせ等のアディティブ法、金属箔のエッチングによるサブトラクト法、またはバルク細線を用いて形成することができる。
【０１２２】
なおセンサ部３１０の基本構造は、すでに説明した蛍光センサ１０であるが、構成要素の符号は、３００を加算した数字で表現している。すなわち、針型蛍光センサ３３０は蛍光センサ１０を有する。
【０１２３】
なおＰＤ素子３１２と金属線３２１とは、ボンディングワイヤ３２８、または貫通配線などの手段により、電気的に結線されている。
【０１２４】
そして、インジケータ層３１７上（on）、つまりセンサ部の最表面には、ハイドロゲルとカーボンブラック等とで構成される遮光層３１８が形成されており各種光の遮断を行う。ここで遮光層３１８はアナライトを通過させる特性を有している。なおインジケータ層３１７および遮光層３１８の厚さは、それぞれ数十μｍ程度に設定されている。遮光層３１８は、針先端部３３２だけでなく、針型蛍光センサ３３０の全体を覆っていてもよいし、針先端部３３２以外はチタンからなる金属膜など異なる部材により遮光してもよい。遮光層３１８を有する針型蛍光センサ３３０は、外部に励起光が漏れ出さず人体に関して安全な、かつ、良好なＳ／Ｎ比の蛍光信号を得ることができる。
また、図１５に示すように、針先端部３３２のセンサ部３１０には温度センサ３２７も配設されている。温度センサ３２７からの温度信号は金属線３２３を介して本体部３４０に伝送される。温度センサ３２７としては、蛍光温度計などの光学型、サーミスタ型、金属薄膜抵抗型、またはPN接合の順方向電流の温度特性を基礎におく半導体型などがあるが、温度に対する応答の直線性の観点、および後述するシリコン基板３１１への形成の観点から、半導体型温度センサが好ましい。すなわち、図１５においては温度センサ３２７をシリコン基板３１１と別体のものとして表示しているが、半導体型の温度センサ３２７はＰＤ素子３１２と同じシリコン基板３１１に形成することができる。
【０１２５】
また、光電変換素子としてＰＤ素子３１２を有する針型蛍光センサでは、ＰＤ素子３１２を温度センサとして使用することも可能である。すなわち光電変換動作を行っていないときにＰＤ素子３１２を温度センサとして使用することもできる。
以上の説明のように、本実施の形態の針型蛍光センサは、第１の実施の形態の蛍光センサを有し、生体内に留置する針先端部に配設された前記蛍光センサであるセンサ部と、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線と、を有する針本体部と、前記針本体部と一体化しており、前記複数の金属線が延設されたコネクタと、を具備する。
【０１２６】
次に、針型蛍光センサ３３０の動作について説明する。すでに説明したように、使用時には被検者により針先端部３３２と針本体部３３３の一部とは、体表より皮下の真皮層に穿刺し挿入／留置される。針型蛍光センサ３３０を体内に挿入するときには、被検者は必要に応じてアウターニードルなどを使用してもよい。なお、針型蛍光センサ３３０は目的に応じて適した生体内の組織、たとえば、血管等に挿入し留置してもよい。または生体と生体外の装置とをつなぐチューブ等を介して血液等が循環している場合に、生体外のチューブに穿刺してもよい。なお真皮層に挿入／留置された蛍光センサはアナライト検出のレスポンスが特に良い。
【０１２７】
まず、本体部３４０より、コネクタ３３５および針本体部３３３の金属線３２２を介して供給される駆動電力信号によりＬＥＤ素子３１５から励起光が発光される。たとえば、ＬＥＤ素子３１５の発光のパルス幅は１０ｍｓ〜１００ms、パルス電流は１ｍＡ〜１００ｍＡ程度、また、励起光の中心波長は３７５ｎｍ前後である。励起光は、たとえば３０秒に１回の間隔で発光させる。
【０１２８】
ＬＥＤ素子３１５からの励起光はインジケータ層３１７に入射する。インジケータ層３１７はアナライト２の量に比例する強度の蛍光を発する。なお、アナライト２は遮光層３１８を通過して、インジケータ層３１７に進入する。またインジケータ層３１７の蛍光色素はたとえば波長３７５ｎｍの励起光に対して波長４６０ｎｍの蛍光を発生する。
【０１２９】
インジケータ層３１７からの蛍光は、ＬＥＤ素子３１５とフィルタ３１４等とを透過し、ＰＤ素子３１２に入射する。すなわち、針型蛍光センサ３３０のＬＥＤ素子３１５は蛍光を透過する。そして、蛍光はＰＤ素子３１２において光電変換され、光発生電荷を生じ、蛍光信号となり、この蛍光信号が、金属線３２１を通して本体部３４０へと伝送される。
【０１３０】
なお、針型蛍光センサ３３０ではＰＤ素子３１２の近傍に増幅回路ＩＣを配設することとも可能であり、この場合はＰＤ素子３１２からの蛍光信号を増幅してから金属線３２１を介して本体部３４０に伝送するため、さらに良好なＳ／Ｎ比を有する信号が得られる。
なお温度センサ３２７からの、温度信号も、ＰＤ素子３１２からの蛍光信号と同様に金属線３２３を介して本体部３４０に伝送される。
針型蛍光センサ３３０で計測された蛍光強度のデータは、たとえば、１２bit以上のデジタルデータ情報として、１０分間に１回ほどのインターバルで、本体部３４０の無線アンテナを介してレシーバー３４５に伝送される。そして蛍光強度のデータは温度情報などで補正されて、アナライト濃度が算出される。
【０１３１】
なおレシーバー３４５は算出したアナライト濃度をメモリに記憶するが、アナライト濃度を表示部に表示したり、アナライト濃度が予め設定した範囲を超えた場合に警告を発生したりしてもよい。
【０１３２】
ここで、針型蛍光センサ３３０の動作モードとして、スリープモード、オン／オフモード、セイフティーモード、などのモードを設定可能な場合には、モード選択によりセンサ部３１０を駆動する電池等の電源の長寿命化が実現できる。
【０１３３】
また針型蛍光センサ３３０は、針本体部３３３の長さには自由度がある、すなわち必要に応じて長くすることが可能であるため、センサ部３１０に隣接して他のタイプのセンサ、たとえばｐＨセンサまたはインシュリンセンサなどの各種センサの併設も可能である。
【０１３４】
以上の説明のように、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０のセンサ部３１０は送受信信号等を金属線３２１、３２２、３２３を介して電気的に伝送するため、光ファイバは不必要である。このため、針型蛍光センサ３３０は針本体部３３３の変形が生じても、安定したセンサ信号が得られる。さらには針型蛍光センサ３３０の作成も、光ファイバを用いないため簡便であり、同時に針型蛍光センサ３３０の小型化が実現できる。また、針型蛍光センサ３３０は針先端部３３２で蛍光信号を電気信号に変換するため、光ファイバセンサに比べて高感度となる。すなわち、針型蛍光センサ３３０は、高感度化、高精度化、小型化、低価格化、および安定化した針型蛍光センサである。さらに針型蛍光センサ３３０の針本体部３３３は樹脂基板３２４と金属線３２１、３２２、３２３と保護層３２６とを有していたため、フレキシブルで強度が高い。
【０１３５】
また、針型蛍光センサ３３０は、先端部分のサイズの縮小が容易となり、真皮層に挿入が容易な小型で高精度なアナライト検出用蛍光センサである。また針型蛍光センサ３３０は、針本体部の曲げなどがあっても信号劣化は大幅に改善される。以上のように、針型蛍光センサ３３０は、構成が簡単で検出感度の高い針型蛍光センサである。
【０１３６】
針型蛍光センサ３３０は、長時間の連続計測に適しているため、血液中の糖類の定量を行うための短期皮下留置型の針型グルコースセンサに特に好ましく用いることができる。
【０１３７】
＜第７の実施の形態＞
次に、図１６Ａ、図１６Ｂを用いて、本発明の第７の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１３８】
図１６Ａに示すように、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０の針本体部３３３は樹脂基板３２４と金属線３２１、３２２、３２３と保護層３２６とを有していた。これに対して、図１６Ｂに示すように本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａの針本体部３３３Ａはシリコン基板３１１と金属線３２１、３２２、３２３と保護層３２６とを有している。つまり第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０の針本体部３３３の樹脂基板３２４に代えて、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａの針本体部３３３Ａはシリコン基板３１１を有する。
【０１３９】
針本体部３３３Ａのシリコン基板はＰＤ素子３１２が形成されるシリコン基板３１１が延在した部分である。シリコン基板３１１は、すでに説明したように、数十μｍ前後に厚さを薄膜化するため、針本体部３３３Ａはフレキシブルな特性を有する。なおシリコン基板３１１の脆性を補い強化するため、チタンまたはＳＵＳなどの金属材料をシリコン基板３１１の裏面などに形成してもよい。
本実施の形態の針型蛍光センサ３３０は、樹脂基板３２４を有する第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａが有する効果に加えて、針本体部３３３Ａは針本体部３３３よりもさらに強度特性に優れ、かつフレキシブルである。針型蛍光センサ３３０Ａは針本体部３３３Ａが剛性を有するために、体表面よりの針本体部の挿入が容易となる。このため、針型蛍光センサ３３０Ａはアウターニードルを用いることなく、針本体部３３３Ａのみでも挿入が可能である。
【０１４０】
さらに、コネクタ３３５の主構造物もシリコン基板３１１から一体形成されていることが好ましい。いずれもが、シリコン基板３１１から一体的に作成された、蛍光センサを有するセンサ部（針先端部）と、針本体部３３３Ａと、コネクタ３５５と、を具備する針型蛍光センサ３３０は、針型蛍光センサ３３０Ａの効果を有しさらに製造工程を単純化できる。
【０１４１】
すなわち、生体内の糖類を連続計測する針型蛍光センサは、いずれもが、第１の主面と第２の主面とを有するシリコン基板から一体的に作成された、生体に穿刺し前記生体内に留置する針先端部に配設されたセンサ部と、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線を有する針本体部と、前記複数の金属線が延設され前記センサ部が検出した情報を外部のレシーバーに送信する本体部と着脱自在に嵌合するコネクタと、を具備し、前記センサ部が励起光を発生する、サファイア基板上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子と、血液中または体液中の前記糖類との相互作用および前記励起光により、前記糖類の濃度に応じた蛍光を発生するインジケータ層と、前記蛍光を電気信号に変換するフォトダイオードまたはフォトトランジスタからなる光電変換素子と、前記蛍光より短波長である前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタと、前記糖類が通過可能な遮光層と、を有し、前記シリコン基板の前記第１の主面に形成された前記光電変換素子の上（above）に順に、前記フィルタ、前記発光素子、前記インジケータ層、および前記遮光層が互いにオーバーラップして、おり、前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過し、前記光電変換素子において前記電気信号に変換される。
【０１４２】
＜第８の実施の形態＞
次に、図１７Ａ、図１７Ｂを用いて、本発明の第８の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｂについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｂは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１４３】
図１７Ａに示すように、針型蛍光センサ３３０Ｂの針本体部３３３Ｂは、４本の金属線３２１Ｃ、３２２Ｃ、３２３Ｃ、３２９を有している。ここで、金属線３２１ＣはＰＤ素子３１２からの蛍光信号を本体部３４０に伝達し、金属線３２２Ｃは本体部３４０からＬＥＤ素子３１５に駆動電力を供給し、金属線３２３Ｃは温度センサ３２７からの温度信号を本体部３４０に伝達し、金属線３２９は共通のアース線である。すなわち、針型蛍光センサ３３０Ｂは、センサ部の異なる部材のアース線を共通化することにより針本体部３３３Ｂ内を挿通する金属線の本数を減ずることができ、たとえば４本の金属線だけでセンサ部３１０との信号の送受信を行うことができる。
【０１４４】
さらに、ＰＤ素子３１２を温度センサとして使用する針型蛍光センサの場合には、たとえば３本の金属線だけでセンサ部３１０との信号等の送受信を行うことができる。
【０１４５】
本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｂは針型蛍光センサ３３０が有する効果に加えて、金属線の本数を減ずることができるため、針本体部３３３Ｂの断面積を小さくすること、つまり細径化が可能である。なお針型蛍光センサ３３０Ｂは多層構造の金属線を有することからも、針本体部３３３Ｂの細径化が可能である。
【０１４６】
なお、図１７Ａでは、針本体部３３３Ｂにはシリコン基板３１１を有していない第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似の形態を示しているが、第７の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａのようにシリコン基板を残存してもよい。すなわち、第８の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｂの金属線構成は第７の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ａはもちろん、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０にも適用可能である。
【０１４７】
なお、図１７Ｂに示す針型蛍光センサ３３０Ｃのように、針本体部３３３Ｃの中の金属線３２１Ｃ、３２２Ｃ、３２３Ｃ、３２９を多層配線構造としない構造も、もちろん可能である。また針型蛍光センサ３３０Ｃのように、針本体部３３３Ｃの断面形状は矩形ではなく、たとえば円形等であってもよい。
【０１４８】
＜第９の実施の形態＞
次に、本発明の第９の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｄについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｄは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する
図１８に示すように、針型蛍光センサ３３０Ｄのセンサ部３１０Ｄは、針型蛍光センサ３３０等のセンサ部３１０が有している第１の光電変換素子であるＰＤ素子３１２（以下「第１のＰＤ素子」という。）に加えて、第１のＰＤ素子３１２と同様の機能を有する第２のＰＤ素子３１２Ｄと、比較インジケータ層３１７Ｄとを有する。比較インジケータ層３１７Ｄは、インジケータ層３１７と同様にハイドロゲルなどよりなるが、その層中には蛍光色素を含ませず、励起光入射時にはハイドロゲル等からの蛍光、つまりアナライト２が存在しない状態での蛍光を発生する。すなわち、センサ部３１０Ｄはアナライトの影響を受けない電気信号であるオフセット信号を出力する第２のＰＤ素子３１２Ｄを有する。
【０１４９】
なお、図１８においては、シリコン基板３１１の表面に、第１のＰＤ素子３１２と、第２のＰＤ素子３１２Ｄと、温度センサ３２７と、フィルタ３１４とが、半導体製造工程を用いて一体形成されている例を示しており、金属配線は表示していない。そして図１８に示すようにＬＥＤ素子３１５、フィルタ３１４および遮光層３１８は、第１のＰＤ素子３１２上（above）と第２のＰＤ素子３１２Ｄ上（above）とで同じものを共用している。
【０１５０】
針型蛍光センサ３３０Ｄでは、ＬＥＤ素子３１５がインジケータ層３１７と比較インジケータ層３１７Ｄとに励起光を照射し、第１のＰＤ素子３１２がインジケータ層３１７からのアナライト濃度に対応した蛍光信号を出力し、第２のＰＤ素子３１２Ｄが比較インジケータ層３１７Ｄからのアナライトが存在しない場合の電気信号であるオフセット信号を出力する。針型蛍光センサ３３０Ｄでは、両信号の差を取ることによりアナライト濃度のみに対応した正確な蛍光信号を得ることができる。
【０１５１】
以上の説明のように、針型蛍光センサ３３０Ｄでは、針先端部に、アナライトの影響を受けない電気信号を出力する第２の光電変換素子であるＰＤ素子３１２Ｄを有する第２のセンサ部を有する。
【０１５２】
本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｄは、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０が有する効果を有し、さらに良好なＳ／Ｎ比を有するアナライトの濃度信号が検出可能となるため、検出精度が高い。
【０１５３】
ここで、図１９は針型蛍光センサ３３０Ｄと同様の効果を有す第９の実施の形態の変形例の針型蛍光センサ３３０Ｅの構造を示している。すなわち、針型蛍光センサ３３０Ｅにおいては、比較インジケータ層３１７Ｅは、インジケータ層３１７と同一の構成であるが、比較インジケータ層３１７Ｅへのアナライト２の進入を妨げる、たとえば金属膜からなる遮光層３１８Ｅを有する。アナライト２が励起光により蛍光を発生する蛍光色素の場合には、本変形例の針型蛍光センサ３３０Ｅを用いることが好ましい。
【０１５４】
＜第１０の実施の形態＞
次に、本発明の第１０の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１５５】
図１４等に示したように第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０等では、インジケータ層３１７の上部からアナライト２が進入するように遮光層３１８が配置されていた。これに対して、図２０に示すように、本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆのセンサ部３１０Ｆの基本構造は第４の実施の形態の蛍光センサ１０Ｃであり、アナライト２が図面向かって左側から遮光層３１８を介してインジケータ層３１７に進入する針型蛍光センサである。
【０１５６】
すなわち、図２０に示すように、針型蛍光センサ３３０Ｆのセンサ部３１０Ｆは、針先端部３３２、すなわち遮光層３１８側を被検体に穿刺することにより、被検体の体液中のアナライト２を測定する。針本体部３３３は外部との遮光を行うために、その材料中にカーボンブラックなどの光遮断性材料を含ませ、光学的に不透明な特性をもたせた保護層３２６とシリコン基板３１１と金属線（不図示）とを有する。シリコン基板３１１、ＰＤ素子３１２、およびフィルタ３１４等は第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０等と同様である。そしてフィルタ３１４の先端部側には遮光層３１８が、後端部側にはインジケータ層３１７が形成され、その上（on）にＬＥＤ素子３１５が配設され、さらにＬＥＤ素子３１５上（on）には反射層３１９が形成されている。すなわち、センサ部３１０Ｆは、光電変換素子であるＰＤ素子３１２と、フィルタ３１４と、インジケータ層３１７と、発光素子であるＬＥＤ素子３１５と、が基体であるシリコン基板３１１の第１の主面上（above）に、この順に形成されている
さらにセンサ部３１０Ｆでは、発光素子であるＬＥＤ素子３１５とインジケータ層３１７との間に、励起光よりも長波長の光を遮断する機能を有する長波長カットフィルタ３１４Ｆが配設されている。
【０１５７】
針型蛍光センサ３３０Ｆでは、ＬＥＤ素子３１５が発生した励起光は、反射層３１９で反射された光と、直接、長波長カットフィルタ３１４Ｆに入射した光とが、ともに長波長カットフィルタ３１４Ｆにより長波長成分がカットされた後、インジケータ層３１７に照射される。インジケータ層３１７からの蛍光はフィルタ３１４を通過してＰＤ素子３１２で検出される。
【０１５８】
なお、針型蛍光センサ３３０Ｆにおいて、インジケータ層３１７と遮光層３１８との関係は図２０に示す構造に限られるものではない。たとえば、図示はしないが、保護層３２６の一部分に、インジケータ層３１７の右部にまで到達する厚さを有する遮光層３１８、または、保護層３２６内部を貫通するトンネル状の遮光層３１８を形成する構造でもよい。すなわち、図２０に示すような状態ではアナライト２が、図面向かって右側から遮光層３１８を通過しインジケータ層３１７に進入する構造の針型蛍光センサである。もちろん前記構造と図２０に示す構造を併用してもよい。
【０１５９】
以上の説明のように、針型蛍光センサ３３０Ｆでは、シリコン基板に形成された光電変換素子の上（above）にインジケータ層が形成され、前記インジケータ層の上（above）にフィルタを介して発光素子が配設されている。そして、所定の厚さを有するインジケータ層の側面を覆う遮光層が、アナライトを通過させる特性を有する。
【０１６０】
蛍光センサ１０Ｃを有する本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆは、インジケータ層の針先端方向側の側面から進入したアナライト２による蛍光を検出するため、先端部以外を光学的に不透明な特性をもたせた保護層３２６で覆うことができる。このため、針型蛍光センサ３３０Ｆは、針型蛍光センサ３３０等が有する効果に加えて、励起光が外部に漏れる恐れがなく、特に安全性が高い。
【０１６１】
さらに、針型蛍光センサ３３０Ｆは、ＬＥＤ素子３１５から励起光波長よりも長波長の光が発生しても、長波長カットフィルタ３１４ＦによりＰＤ素子３１２には長波長の光は入射しない。このため、ＰＤ素子３１２は蛍光のみを検出するため、検出信号のＳ／Ｎ比がよい。またＬＥＤ素子３１５は反射層３１９を有するため発生した励起光を効率良くインジケータ層３１７に照射することができる。
【０１６２】
＜第１１の実施の形態＞
次に、本発明の第１１の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１６３】
第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０のセンサ部３１０ではフィルタ３１４を配設することによりＬＥＤ素子３１５からＰＤ素子３１２に入射する不要な励起光をカットしていた。これに対して本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇのセンサ部３１０Ｇの基本構造は、図１２Ｂに示した第５の実施の形態の蛍光センサ１０Ｄであり、構造に特徴のある２つのＰＤ素子３１２Ｇを有するため、フィルタ３１４を有していなくとも不要な励起光を検出しない。なお第１１の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇの基本構造は、フィルタ３１４を有していない点を除けば、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０等と同様である。
【０１６４】
蛍光センサ１０Ｄを有する本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇは、フィルタ３１４を有していない簡単な構造でありながら、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０および蛍光センサ１０Ｄと同様の効果を得ることができる。
【０１６５】
＜第１１の実施の形態の変形例＞
次に、本発明の第１１の実施の形態の変形例の針型蛍光センサ３３０Ｇ２について説明する。本変形例の針型蛍光センサ３３０Ｇ２は第１１の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇと類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１６６】
第１１の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｇのセンサ部３１０Ｇは図１２Ｂに示した蛍光センサ１０Ｄであり、構造に特徴のある２つのＰＤ素子を有するため、フィルタ３１４を有していなくとも不要な励起光を検出しなかった。これに対して、本変形例の針型蛍光センサ３３０Ｇ２のセンサ部３１０Ｇは、励起光をカットするフィルタ３１４を有し、かつ第１１の実施の形態の針型蛍光センサと同様に構造に特徴のあるＰＤ素子３１２Ｇ２を有する。
【０１６７】
すなわち本変形例の針型蛍光センサ３３０Ｇ２は、すでに図１２Ｃを用いて説明した第５の実施の形態の変形例の蛍光センサ１０Ｅとフィルタとをセンサ部に有する。
【０１６８】
蛍光センサ１０Ｅを有する本変形例の針型蛍光センサは、第１１の実施の形態の針型蛍光センサおよび蛍光センサ１０Ｅと同様の効果を有し、よりＳ／Ｎ比に優れた蛍光信号の検出が可能となる。
【０１６９】
＜第１２の実施の形態＞
次に、本発明の第１２の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｈについて説明する。本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｈは第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１７０】
本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｈのセンサ部３１０Ｈは、図１０に示した第３の実施の形態の蛍光センサ１０Ｂであり、集光部であるフレネルレンズ１６Ｃを有する。
【０１７１】
蛍光センサ１０Ｂを有する本実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｈは、第６の実施の形態の針型蛍光センサ３３０が有する効果に加えて、集光部であるフレネルレンズ１６Ｃの存在により、針型蛍光センサ３３０よりも、さらに高感度である。
本発明は、上述した実施の形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。また、上述した実施の形態および変形例の構成を他の実施の形態等と組み合わせてもよい。
【０１７２】
＜付記事項＞
第４の実施の形態の蛍光センサ１０Ｃは、以下の通りである。
【０１７３】
１．第１の主面と第２の主面とを有する基体と、励起光を発生する発光素子と、生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により、蛍光を発生するインジケータ層と、前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している蛍光センサ。
【０１７４】
２．前記基体がシリコン基板であり、前記シリコン基板の前記第１の主面に形成された前記光電変換素子の上（above）に、前記インジケータ層が配設され、前記インジケータ層の上（above）に前記発光素子が配設されており、前記インジケータ層の側面から前記インジケータ層に進入した前記アナライトにより発生した前記蛍光が、前記光電変換素子に入射する上記１に記載の蛍光センサ。
【０１７５】
３．前記蛍光より短波長である前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタを、前記光電変換素子と前記インジケータ層との間、に有する上記２に記載の蛍光センサ。
【０１７６】
４．前記フィルタが、シリコン、炭化シリコンまたはガリウムリンのいずれかからなる単層の光吸収層である上記３に記載の蛍光センサ。
【０１７７】
５．前記フィルタが、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層のいずれかと、からなる多重干渉型フィルタである上記３に記載の蛍光センサ。
【０１７８】
６．前記光電変換素子が、第１の受光部と、前記第１の受光部よりも深部に形成された第２の受光部と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された前記第１の受光部または前記第２の受光部のいずれかの電流を検出することで、入射する前記励起光による電気信号を電気的にカットする上記２に記載の蛍光センサ。
【０１７９】
７．前記発光素子が、サファイア基板上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光ダイオード素子であり、前記光電変換素子が、フォトダイオードまたはフォトトランジスタからなる上記３〜６に記載の蛍光センサ。
【０１８０】
８．前記発光素子と前記インジケータ層との間、または、前記フィルタと前記光電変換素子との間の、少なくともいずれかに、集光部を有する上記３〜７に記載の蛍光センサ。
【０１８１】
９．前記アナライトが血液中または体液中の糖類である上記１〜８に記載の蛍光センサ。
【０１８２】
１０．第１０の実施の形態の針型蛍光センサ３３０Ｆは、針先端部に上記１〜９のいずれかの蛍光センサであるセンサ部を有し、さらに、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線と、を有する針本体部と、前記針本体部と一体化しており、前記複数の金属線が延設されたコネクタと、を具備する。
【０１８３】
１１．さらに前記コネクタが、前記センサ部が計測した情報を送信する本体部と、着脱自在に嵌合する上記１０に記載の針型蛍光センサ。
【０１８４】
１２．前記針本体部が、樹脂基板または前記シリコン基板と、樹脂からなる保護層と、前記複数の金属線と、を有する上記１１に記載の針型蛍光センサ。
【０１８５】
１３． 前記複数の金属線が、絶縁層を介して積層された多層構造を有する上記１２に記載の針型蛍光センサ。
【０１８６】
１４． 前記センサ部、前記針本体部および前記コネクタが、前記シリコン基板から一体的に作成された上記１１に記載の針型蛍光センサ。
【０１８７】
本出願は、２００９年４月１３日に日本国に出願された特願２００９−９７３３０号および特願２００９−９７３３１号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と第２の主面とを有する基体と、
励起光を発生する発光素子と、
生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により、蛍光を発生するインジケータ層と、
前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、
前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している蛍光センサ。
【請求項２】
前記基体がシリコン基板であり、
前記シリコン基板の前記第１の主面に形成された前記光電変換素子の上（above）に、前記発光素子が配設され、前記発光素子の上（above）に前記インジケータ層が配設されており、
前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過し、前記光電変換素子に入射する請求項１に記載の蛍光センサ。
【請求項３】
前記蛍光より短波長である前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタを、前記光電変換素子と前記発光素子との間に有する請求項２に記載の蛍光センサ。
【請求項４】
前記フィルタが、シリコン、炭化シリコンまたはガリウムリンのいずれかからなる単層の光吸収層である請求項３に記載の蛍光センサ。
【請求項５】
前記フィルタが、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層のいずれかと、からなる多重干渉型フィルタである請求項３に記載の蛍光センサ。
【請求項６】
前記光電変換素子が、第１の受光部と、前記第１の受光部よりも深部に形成された第２の受光部と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された前記第１の受光部または前記第２の受光部のいずれかの電流を検出することで、入射する前記励起光による電気信号を電気的にカットする請求項２に記載の蛍光センサ。
【請求項７】
前記アナライトが血液中または体液中の糖類である請求項３に記載の蛍光センサ。
【請求項８】
前記発光素子が、サファイア基板上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光ダイオード素子であり、
前記光電変換素子が、フォトダイオードまたはフォトトランジスタからなる請求項７に記載の蛍光センサ。
【請求項９】
前記発光素子と前記インジケータ層との間、または、前記フィルタと前記光電変換素子との間の、少なくともいずれかに、集光部を有する請求項８に記載の蛍光センサ。
【請求項１０】
生体に穿刺する針型蛍光センサであって、
生体内に留置する針先端部に配設されたセンサ部と、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線と、を有する針本体部と、
前記針本体部と一体化しており、前記複数の金属線が延設されたコネクタと、を具備し、
前記センサ部が
第１の主面と第２の主面とを有する基体と、
励起光を発生する発光素子と、
前記生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生するインジケータ層と、
前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、
前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している針型蛍光センサ。
【請求項１１】
前記基体がシリコン基板であり、
前記シリコン基板の前記第１の主面に形成された前記光電変換素子の上（above）に、前記発光素子が配設され、前記発光素子の上（above）に前記インジケータ層が配設されており、
前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過し、前記光電変換素子に入射する請求項１０に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１２】
前記蛍光より短波長である前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタを、前記光電変換素子と前記発光素子との間に有する請求項１１に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１３】
前記フィルタが、シリコン、炭化シリコンまたはガリウムリンのいずれかからなる単層の光吸収層である請求項１２に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１４】
前記フィルタが、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層のいずれかと、からなる多重干渉型フィルタである請求項１２に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１５】
前記光電変換素子が、第１の受光部と、前記第１の受光部よりも深部に形成された第２の受光部と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された前記第１の受光部または前記第２の受光部のいずれかの電流を検出することで、入射する前記励起光による電気信号を電気的にカットする請求項１１に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１６】
前記アナライトが血液中または体液中の糖類である請求項１２に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１７】
前記発光素子が、サファイア基板上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光ダイオード素子であり、
前記光電変換素子が、フォトダイオードまたはフォトトランジスタからなる請求項１６に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１８】
前記コネクタが、前記センサ部が計測した情報を送信する本体部と、着脱自在に嵌合する請求項１７に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１９】
前記センサ部が、温度センサを有する請求項１８に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２０】
前記針先端部に、前記アナライトの影響を受けない電気信号を出力する第２の光電変換素子を有する第２のセンサ部を有する請求項１８に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２１】
前記針本体部が、樹脂基板または前記シリコン基板と、樹脂からなる保護層と、前記複数の金属線と、を有する請求項１８に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２２】
前記複数の金属線が、絶縁層を介して積層された多層構造を有する請求項２１に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２３】
前記発光素子と前記インジケータ層との間、または、前記フィルタと前記光電変換素子との間の、少なくともいずれかに、集光部を有する請求項１８に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２４】
蛍光センサを用いたアナライトの計測方法であって、
発光素子が発生した励起光が、インジケータ層に導光される励起光照射工程と、
前記インジケータ層が、前記アナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生する蛍光発生工程と、
前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過して光電変換素子に入射し、電気信号に変換される光電変換工程と、を具備するアナライトの計測方法。
【請求項２５】
前記アナライトが血液中または体液中の糖類である請求項２４に記載のアナライトの計測方法。
【請求項１】
第１の主面と第２の主面とを有する基体と、
励起光を発生する発光素子と、
生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により、蛍光を発生するインジケータ層と、
前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、
前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している蛍光センサ。
【請求項２】
前記基体がシリコン基板であり、
前記シリコン基板の前記第１の主面に形成された前記光電変換素子の上（above）に、前記発光素子が配設され、前記発光素子の上（above）に前記インジケータ層が配設されており、
前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過し、前記光電変換素子に入射する請求項１に記載の蛍光センサ。
【請求項３】
前記蛍光より短波長である前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタを、前記光電変換素子と前記発光素子との間に有する請求項２に記載の蛍光センサ。
【請求項４】
前記フィルタが、シリコン、炭化シリコンまたはガリウムリンのいずれかからなる単層の光吸収層である請求項３に記載の蛍光センサ。
【請求項５】
前記フィルタが、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層のいずれかと、からなる多重干渉型フィルタである請求項３に記載の蛍光センサ。
【請求項６】
前記光電変換素子が、第１の受光部と、前記第１の受光部よりも深部に形成された第２の受光部と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された前記第１の受光部または前記第２の受光部のいずれかの電流を検出することで、入射する前記励起光による電気信号を電気的にカットする請求項２に記載の蛍光センサ。
【請求項７】
前記アナライトが血液中または体液中の糖類である請求項３に記載の蛍光センサ。
【請求項８】
前記発光素子が、サファイア基板上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光ダイオード素子であり、
前記光電変換素子が、フォトダイオードまたはフォトトランジスタからなる請求項７に記載の蛍光センサ。
【請求項９】
前記発光素子と前記インジケータ層との間、または、前記フィルタと前記光電変換素子との間の、少なくともいずれかに、集光部を有する請求項８に記載の蛍光センサ。
【請求項１０】
生体に穿刺する針型蛍光センサであって、
生体内に留置する針先端部に配設されたセンサ部と、前記センサ部から針後端部にわたって配設された複数の金属線と、を有する針本体部と、
前記針本体部と一体化しており、前記複数の金属線が延設されたコネクタと、を具備し、
前記センサ部が
第１の主面と第２の主面とを有する基体と、
励起光を発生する発光素子と、
前記生体内のアナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生するインジケータ層と、
前記蛍光を電気信号に変換する光電変換素子と、を具備し、
前記光電変換素子、前記発光素子、および前記インジケータ層が、前記基体の前記第１の主面の上（above）でオーバーラップ（overlap）している針型蛍光センサ。
【請求項１１】
前記基体がシリコン基板であり、
前記シリコン基板の前記第１の主面に形成された前記光電変換素子の上（above）に、前記発光素子が配設され、前記発光素子の上（above）に前記インジケータ層が配設されており、
前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過し、前記光電変換素子に入射する請求項１０に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１２】
前記蛍光より短波長である前記励起光を反射、吸収、または反射吸収し、前記蛍光を透過するフィルタを、前記光電変換素子と前記発光素子との間に有する請求項１１に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１３】
前記フィルタが、シリコン、炭化シリコンまたはガリウムリンのいずれかからなる単層の光吸収層である請求項１２に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１４】
前記フィルタが、シリコン層と、酸化シリコン層または窒化シリコン層のいずれかと、からなる多重干渉型フィルタである請求項１２に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１５】
前記光電変換素子が、第１の受光部と、前記第１の受光部よりも深部に形成された第２の受光部と、を有し、同一のバイアス電圧が印加された前記第１の受光部または前記第２の受光部のいずれかの電流を検出することで、入射する前記励起光による電気信号を電気的にカットする請求項１１に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１６】
前記アナライトが血液中または体液中の糖類である請求項１２に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１７】
前記発光素子が、サファイア基板上（on）に形成された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光ダイオード素子であり、
前記光電変換素子が、フォトダイオードまたはフォトトランジスタからなる請求項１６に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１８】
前記コネクタが、前記センサ部が計測した情報を送信する本体部と、着脱自在に嵌合する請求項１７に記載の針型蛍光センサ。
【請求項１９】
前記センサ部が、温度センサを有する請求項１８に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２０】
前記針先端部に、前記アナライトの影響を受けない電気信号を出力する第２の光電変換素子を有する第２のセンサ部を有する請求項１８に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２１】
前記針本体部が、樹脂基板または前記シリコン基板と、樹脂からなる保護層と、前記複数の金属線と、を有する請求項１８に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２２】
前記複数の金属線が、絶縁層を介して積層された多層構造を有する請求項２１に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２３】
前記発光素子と前記インジケータ層との間、または、前記フィルタと前記光電変換素子との間の、少なくともいずれかに、集光部を有する請求項１８に記載の針型蛍光センサ。
【請求項２４】
蛍光センサを用いたアナライトの計測方法であって、
発光素子が発生した励起光が、インジケータ層に導光される励起光照射工程と、
前記インジケータ層が、前記アナライトとの相互作用および前記励起光により蛍光を発生する蛍光発生工程と、
前記インジケータ層が発生した前記蛍光が、前記発光素子を透過して光電変換素子に入射し、電気信号に変換される光電変換工程と、を具備するアナライトの計測方法。
【請求項２５】
前記アナライトが血液中または体液中の糖類である請求項２４に記載のアナライトの計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公表番号】特表２０１２−５２００８７（Ｐ２０１２−５２００８７Ａ）
【公表日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３６６５７（Ｐ２０１１−５３６６５７）
【出願日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２０１０／０５６７３０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１９９１６
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２０１０／０５６７３０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１９９１６
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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