特許 7290319 濃縮呼気凝縮液の旋光度測定装置及び測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-05

(45)【発行日】2023-06-13

(54)【発明の名称】濃縮呼気凝縮液の旋光度測定装置及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/21 20060101AFI20230606BHJP

   G01J 4/04 20060101ALI20230606BHJP

【ＦＩ】

G01N21/21 Z

G01J4/04 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019205810

(22)【出願日】2019-10-28

(65)【公開番号】P2021067659

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-10-26

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】303000774

【氏名又は名称】株式会社グローバルファイバオプティックス

(74)【代理人】

【識別番号】110001106

【氏名又は名称】弁理士法人キュリーズ

(72)【発明者】

【氏名】梶岡 博

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０７０６４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２２５０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９９４７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】Divya TANKASALA et al.，Non-invasive glucose detection in exhaled breath condensate，Translational Research，2019年05月30日，Vol. 213，PP.1-22

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｊ ３／００－Ｇ０１Ｊ ４／０４

Ｇ０１Ｊ ７／００－Ｇ０１Ｊ ９／０４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

毎分Ｕ（ｍｌ：ミリリットル）の採取率でＴ（分）間採取された呼気凝縮液をＮ倍に濃縮した検体である濃縮呼気凝縮液を作成する濃縮機構と、
光路長Ｄ（ｃｍ）、断面積Ｓ（ｃｍ^２）のセルと、
前記濃縮呼気凝縮液が収容された前記セルにレーザ光を入射し、旋光度の最小検出感度がθ_０（度）の検出器でグルコース濃度がＰ（ｍｏｌ／Ｌ）の前記濃縮呼気凝縮液の旋光度をＱ（％）の精度で測定する旋光度測定系と、
を備え、
前記濃縮機構、前記セルおよび前記旋光度測定系は、Ｒを２～３の範囲の定数としたとき、前記Ｎと前記Ｄの積Ｎ・Ｄが以下の条件を満たすことを特徴とする旋光度測定装置。
１０５θ_０／（Ｐ・Ｑ）≦Ｎ・Ｄ≦Ｔ・Ｕ／ＲＳ・・・・・（１）

【請求項2】

請求項１に記載の旋光度測定装置が、所定の体積Ｖ _１ の前記呼気凝縮液を濃縮容器に移す機構、前記呼気凝縮液の溶媒を蒸発させ乾固させる機構、該濃縮容器にＶ _１ のＮ分の１である所定の体積Ｖ _２ の超純水を加えて前記呼気凝縮液の溶質と均一に混ぜ合わせて前記濃縮呼気凝縮液を作る機構、該濃縮呼気凝縮液の一部又は全部を、断面積がＳ（ｃｍ^２）で光路長がＤ（ｃｍ）でレーザ光を入出射する窓を有するセルに移す機構、セルに偏光光を伝搬させ、セルを伝搬した光の偏光を測定する機構、および偏光を測定する状態のままで該セルを含む容器に体積がＶ_１以上の超純水を加え、前記セルを伝搬した光の偏光を測定し、偏光特性と偏光特性の差から前記濃縮呼気凝縮液の旋光度を求める機構からなることを特徴とする旋光度測定装置。

【請求項3】

請求項２に記載の旋光度測定装置において、該セルが光ファイバジャイロのセンシングループの中に設置され、該セルの左右両端から直線偏光をそれぞれ左右円偏光化した光として入射し、該光ファイバジャイロの体積Ｖ _２ の超純水を加えた後の前記濃縮呼気凝縮液が収容された前記セルを伝搬した光の偏光を測定する際の出力を、体積がＶ _１ 以上の超純水を加えた後の前記濃縮呼気凝縮液が収容された前記セルを伝搬した光の偏光を測定する際の出力と比較することで前記濃縮呼気凝縮液の旋光度を求めることを特徴とする旋光度測定装置。

【請求項4】

毎分Ｕ（ｍｌ）の採取率でＴ（分）間採取された呼気凝縮液をＮ倍に濃縮した検体である濃縮呼気凝縮液を光路長Ｄ（ｃｍ）、断面積Ｓ（ｃｍ^２）のセルに入れ、セルにレーザ光を入射し、旋光度の最小検出感度がθ_０（度）の検出器でグルコース濃度がＰ（ｍｏｌ／Ｌ）の前記濃縮呼気凝縮液の旋光度をＱ（％）の精度で測定する旋光度測定系において、Ｒを２～３の範囲の定数としたとき、前記Ｎと前記Ｄの積Ｎ・Ｄが以下の条件を満たすことを特徴とする旋光度測定方法。
１０５θ_０／（Ｐ・Ｑ）≦Ｎ・Ｄ≦Ｔ・Ｕ／ＲＳ・・・・・（１）

【請求項5】

請求項４に記載の旋光度測定方法が、第１の工程として、所定の体積Ｖ _１ の前記呼気凝縮液を濃縮容器に移す工程、第２の工程として、前記呼気凝縮液の溶媒を蒸発させ乾固させる工程、第３の工程として、該濃縮容器にＶ _１ のＮ分の１である所定の体積Ｖ _２ の超純水を加えて前記呼気凝縮液の溶質と均一に混ぜ合わせ前記濃縮呼気凝縮液を作る工程、第４の工程として、該濃縮呼気凝縮液の一部又は全部を断面積がＳ（ｃｍ^２）で光路長がＤ（ｃｍ）でレーザ光を入出射する窓を有するセルに移す工程、第５の工程として、セルに偏光光を伝搬させセルを伝搬した光の偏光を測定する工程、第６の工程として、第５の測定工程のままで該セルを含む容器に体積がＶ_１以上の超純水を加えセルを伝搬した光の偏光を測定し、第５の工程の偏光特性と第６の工程の偏光特性の差から前記濃縮呼気凝縮液の旋光度を求めるという６つの工程からなることを特徴とする旋光度測定方法。

【請求項6】

請求項５に記載の旋光度測定方法において、該セルを光ファイバジャイロのセンシングループの中に設置し、該セルの左右両端から直線偏光をそれぞれ左右円偏光化した光を入射し、該光ファイバジャイロの第５の工程の場合の出力と第６の工程の場合の出力との差で前記濃縮呼気凝縮液の旋光度を求めることを特徴とする旋光度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、呼気凝縮液（以下、ＥＢＣともいう）の旋光度を測定する装置及び方法に関する。特に、呼気凝縮液に含まれるグルコースの旋光度を測定し採血することなしに被検者の血糖値を高い精度で推定する非侵襲血糖値推定装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

血液中のグルコース濃度の測定方法として実用化されているのは、採血した血液を電気化学的に測定するものである。しかし、この方法は採血に伴ういくつかの問題点がある。すなわち、採血による痛み、採血針や消毒綿の廃棄の問題、採血針、試薬、消毒綿などの消耗品のコストの問題などである。特に糖尿病患者は１日３度の食事の前後に採血による血糖値測定が必要であり長年にわたり年間１０００回以上の採血を行うことは非常に苦痛を伴う。このため、これまでいくつかの非侵襲血糖値推定方法が開発されてきたがまだ広く実用化されたものはない。

【0003】

発明者はこれまで特許文献１および２に記載されている複屈折率測定装置で生体やＥＢＣの旋光度を測定することで血糖値を推定する方法を試してきた。この方法は、本発明の請求項３に記載の方法に該当し特許文献１および２に詳述されている。ＥＢＣは汗や涙と異なり１０分間の自然呼吸でおよそ１．５ｍＬの量が採取できる。一方非特許文献１，２などにより、ＥＢＣのグルコース濃度は血糖と強い相関があることおよびＥＢＣに含まれるグルコース濃度は血糖のおよそ２０００分の１であることが実験的に示されている。健常者の血糖値は約１００ｍｇ／ｄＬであり、この濃度のグルコースの旋光度は、セル長が１ｃｍの場合に５ｘ１０^－３度であるので、ＥＢＣに含まれるグルコースの旋光度はセル長が１ｃｍの場合およそ２．５ｘ１０^－６度となる。この旋光度を十分な精度で測定するためには非常に高精度な旋光度測定技術が必要である。

【0004】

特許文献１および２に記載の光ファイバジャイロを用いた旋光度測定装置や方法（本特許請求範囲３や６）においては、２．５ｘ１０^－６度の旋光度を測定するためには最小分解能がおよそ０．００１度／時オーダ以下の超高精度光ファイバジャイロが必要となる。すなわちＥＢＣのグルコース濃度を測定するためには装置が非常に高価となり実現性がないことがわかる。

【0005】

近年ＥＢＣのグルコースが血糖値と強い相関があることはすでに公知となっているのでＥＢＣのグルコースを濃縮することによって市販の旋光計や光ファイバジャイロを用いた旋光計でＥＢＣのグルコース濃度を推定することを検討した。実験としては濃度が既知のグルコース溶液を用いて濃縮実験を行った。濃縮方法は窒素などの乾燥ガスを１．５ｍＬのグルコース溶液に吹き付け、溶媒である水を蒸発させたのちに０．１５ｍＬの超純水に溶かし、グルコース濃度を１０倍に濃縮することを試みた。濃縮されたグルコースの旋光度を測定したところおよそ１０倍の旋光度が得られ、グルコース溶液の１０倍濃縮が確認できた。

【0006】

本方法では初めに溶媒を蒸発させ残った溶質のグルコースを所定の超純水に溶かして濃縮を図った。この方法は濃縮に窒素ガス以外の化学物質を使わないので、検体の旋光物質の濃度に影響を与えない。さらに、本方法では、溶媒を蒸発させたあとに加える超純水の量を変えることで、意図する濃縮度が実現できるメリットがある。例えば、１．５ｍＬのＥＢＣの場合、溶媒を除去した後に０．０１５ｍＬの純水に溶かせば、１００倍の濃縮が可能となる。

【0007】

前述したように、ＥＢＣの場合、１０分間の自然呼吸で約１．５ｍＬのＥＢＣが得られるが、これを１００倍に濃縮すると、濃縮ＥＢＣ（検体）の体積は１５μＬと１００分の１に減少する。検体に偏光光を伝搬させ旋光度を測る測定においては旋光度はセル長に比例するのでセルの長さＤ（ｃｍ）は長いほど望ましい。しかしあまり長くすると検体の量が不足して測定できない。

【0008】

現在までにＥＢＣのグルコース濃度はおよそ０．０１ｍモル／Ｌオーダであることが分かっている。このような超低濃度の旋光度を十分な精度で測定するための方策としては、濃縮度Ｎを高めるか、検体（セル）長Ｄを長くするか、計測に使用する光ファイバジャイロの最小分解能θ_０が小さい、すなわちハイエンドな光ファイバジャイロを用いるかのいずれかである。一方、自然呼吸の呼気を冷却して採取するＥＢＣの採取時間はできるだけ短くしたい。できれば数分以下に抑えたい。これはＥＢＣ採取にもある程度の倦怠感があるし、ＥＢＣの体積が多いと濃縮に時間を要するからである。一方、セルの断面積Ｓ（ｃｍ^２）はセルにレーザ光を絞り込む際のレンズ系の設計と関係する。一般的にセル長Ｄを大きくすると、検体を収納するセルの断面積Ｓは大きくなり、測定に必要な検体量は多くなり、濃縮度Ｎとトレードオフの関係にある。セル長Ｄと濃縮度Ｎが小さいと、最小分解能θ_０が小さいハイエンドな光ファイバジャイロが必要となり、測定装置全体のコストアップとなる。

【0009】

このように、本発明に記載のＥＢＣの旋光度測定装置を設計・製造する場合には、以下のパラメータが互いに密接に関係している。
―ＥＢＣの濃縮度Ｎ
―セル長Ｄ（ｃｍ）
―セル断面Ｓ（ｃｍ^２）
―ＥＢＣ採取時間Ｔ（分）
―ＥＢＣ採取レートＵ（ｍＬ／分）
―使用する光ファイバジャイロの最小分解能θ_０（度）
―目標の旋光度の測定精度：分解能θ_０のｑ（％）
このように濃縮されたＥＢＣの旋光度を精度よく安定に測定するための設計・製造パラメータが多数あるので最適な設計指針が立てにくいという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特許第４５５６４６３号公報

【文献】特開２０１６－１２２１１６号公報

【0011】

【文献】Ｈａｍｉｌｔｏｎ，Ｍａｒｋ，ＩＩ”Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｇｌｕｃｏｓｅ ｉｎ ｅｘｈａｌｅｄ ｂｒｅａｔｈ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｔｏ ｂｌｏｏｄ ｇｌｕｃｏｓｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ”米国Ｐｕｒｄｕｅ大学学位論文、ページ数：９５，出版年：２０１４，学位授与日：２０１４，

【文献】Ａｒｕｎ Ｐａｍｉｄｉｐａｎｉ，”Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｇｌｕｃｏｓｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｅｘｈａｌｅｄ ｂｒｅａｔｈ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅｓ ａｎｄ ｂｌｏｏｄ”米国Ｐｕｒｄｕｅ大学学位論文、２０１０，１１９ｐａｇｅｓ

【文献】ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ／Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．４／ＰＰ７２０－７２６ １ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明が解決しようとする課題は、従来困難とされていた超低濃度のＥＢＣのグルコース濃度の測定を可能にしようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記課題を解決するためになされた本発明に係る呼気凝縮液（ＥＢＣ）の旋光度の測定装置や方法の特徴は、旋光度の測定対象であるＥＢＣを濃縮し、その濃縮度Ｎ、測定長Ｄ、測定部の断面積Ｓ、ＥＢＣ採取時間Ｔ、使用する光ファイバジャイロの最小分解能θ_０などの多くの設計パラメータに対し、ＥＢＣの濃縮度Ｎと検体長Ｄの積の範囲を限定したことである。

【0014】

課題を解決するためになされた本発明の第１の発明（以下、発明１という）は、毎分Ｕ（ｍｌ：ミリリットル）の採取率でＴ（分）間採取された呼気凝縮液をＮ倍に濃縮した検体である濃縮呼気凝縮液を作成する濃縮機構と、光路長Ｄ（ｃｍ）、断面積Ｓ（ｃｍ^２）のセルと、前記濃縮呼気凝縮液が収容された前記セルにレーザ光を入射し、旋光度の最小検出感度がθ_０（度）の検出器でグルコース濃度がＰ（ｍｏｌ／Ｌ）の前記濃縮呼気凝縮液の旋光度をＱ（％）の精度で測定する旋光度測定系と、を備え、前記濃縮機構、前記セルおよび前記旋光度測定系は、Ｒを２～３の範囲の定数としたとき、前記Ｎと前記Ｄの積Ｎ・Ｄが以下の条件を満たすことを特徴とする旋光度測定装置である。
１０５θ_０／（Ｐ・Ｑ）≦Ｎ・Ｄ≦Ｔ・Ｕ／ＲＳ・・・・・（１）

【0015】

発明１を展開してなされた本発明の例としての第２の発明（以下、発明２という）は、発明１に記載の旋光度測定装置が、所定の体積Ｖ _１ の前記呼気凝縮液を濃縮容器に移す機構、前記呼気凝縮液の溶媒を蒸発させ乾固させる機構、該濃縮容器にＶ _１ のＮ分の１である所定の体積Ｖ _２ の超純水を加えて前記呼気凝縮液の溶質と均一に混ぜ合わせて前記濃縮呼気凝縮液を作る機構、該濃縮呼気凝縮液の一部又は全部を、断面積がＳ（ｃｍ^２）で光路長がＤ（ｃｍ）でレーザ光を入出射する窓を有するセルに移す機構、セルに偏光光を伝搬させ、セルを伝搬した光の偏光を測定する機構、および偏光を測定する状態のままで該セルを含む容器に体積がＶ_１以上の超純水を加え、前記セルを伝搬した光の偏光を測定し、偏光特性と偏光特性の差から前記濃縮呼気凝縮液の旋光度を求める機構からなることを特徴とする旋光度測定装置である。

【0016】

発明２を展開してなされた本発明の例としての第３の発明（以下、発明３という）は、発明１または２に記載の旋光度測定装置において、該セルが光ファイバジャイロのセンシングループの中に設置され、該セルの左右両端から直線偏光をそれぞれ左右円偏光化した光として入射し、該光ファイバジャイロの体積Ｖ _２ の超純水を加えた後の前記濃縮呼気凝縮液が収容された前記セルを伝搬した光の偏光を測定する際の出力を、体積がＶ _１ 以上の超純水を加えた後の前記濃縮呼気凝縮液が収容された前記セルを伝搬した光の偏光を測定する際の出力と比較することで前記濃縮呼気凝縮液の旋光度を求めることを特徴とする旋光度測定装置である。

【0017】

課題を解決するためになされた本発明の第４の発明（以下、発明４という）は、毎分Ｕ（ｍｌ）の採取率でＴ（分）間採取された呼気凝縮液をＮ倍に濃縮した検体である濃縮呼気凝縮液を光路長Ｄ（ｃｍ）、断面積Ｓ（ｃｍ^２）のセルに入れ、セルにレーザ光を入射し、旋光度の最小検出感度がθ_０（度）の検出器でグルコース濃度がＰ（ｍｏｌ／Ｌ）の前記濃縮呼気凝縮液の旋光度をＱ（％）の精度で測定する旋光度測定系において、Ｒを２～３の範囲の定数としたとき、前記Ｎと前記Ｄの積Ｎ・Ｄが（１）式の条件を満たすことを特徴とする旋光度測定方法である。

【0018】

発明４を展開してなされた本発明の例としての第５の発明（以下、発明５という）は、発明４に記載の旋光度測定方法において、第１の工程として、所定の体積Ｖ _１ の前記呼気凝縮液を濃縮容器に移す工程、第２の工程として、前記呼気凝縮液の溶媒を蒸発させ乾固させる工程、第３の工程として、該濃縮容器にＶ _１ のＮ分の１である所定の体積Ｖ _２ の超純水を加えて前記呼気凝縮液の溶質と均一に混ぜ合わせ前記濃縮呼気凝縮液を作る工程、第４の工程として、該濃縮呼気凝縮液の一部又は全部を断面積がＳ（ｃｍ^２）で光路長がＤ（ｃｍ）でレーザ光を入出射する窓を有するセルに移す工程、第５の工程として、セルに偏光光を伝搬させセルを伝搬した光の偏光を測定する工程、第６の工程として、第５の工程で偏光を測定する状態のままで該セルを含む容器に体積がＶ_１以上の超純水を加え、セルを伝搬した光の偏光を測定し、第５の工程の偏光特性と第６の工程の偏光特性の差から前記濃縮呼気凝縮液の旋光度を求めるという６つの工程からなることを特徴とする旋光度測定方法である。

【0019】

発明５を展開してなされた本発明の例としての第６の発明（発明６という）は、該セルを光ファイバジャイロのセンシングループの中に設置し、該セルの左右両端から直線偏光をそれぞれ左右円偏光化した光を入射し、該光ファイバジャイロの第５の工程の場合の出力と第６の工程の場合の出力との差で前記濃縮呼気凝縮液の旋光度を求めることを特徴とする旋光度測定方法である。

【発明の効果】

【0020】

ＥＢＣを濃縮して、光ファイバジャイロを利用した旋光度測定装置でＥＢＣのグルコース濃度を測定する装置の製造・設計諸元には、段落（０００９）で述べたように、多くのパラメータが関係している。本発明は、所定のグレードの光ファイバジャイロを用いて超微小な旋光度を測定するために、セル長Ｄ（ｃｍ）と濃縮度Ｎの積に条件を付け設計条件を明確にしたことである。
このようにして従来困難であったＥＢＣのグルコース濃度を測定できるようにし、非侵襲血糖測定を可能とした。

【0021】

本発明の旋光度計測装置と旋光度計測方法は、採血しないで生体の血糖値を推定できるので、被検者にとって針による採血に伴う煩わしさや苦痛がないこと、採血針の廃棄処理が不要で衛生的であること、採血の時に使用しているグルコースと反応する試薬、採血針、消毒綿などが不要となるので、年間１０万円以上のランニングコストが不要になり経済的であるなどのメリットがある。その上血糖値測定が簡単なので血糖値モニターが１日何回でも可能で、糖尿病患者、その予備軍、健常者の健康管理などに使えるなど、大きな効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明のＥＢＣを濃縮して旋光度を測定する装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の光ファイバジャイロを用いた旋光度測定系のブロック図である。

【符号の説明】

【0023】

１：冷却装置
２：ＥＢＣ
３－１，３－２：液送装置
４：濃縮容器
５：セル（図は断面）
６：伝搬部の断面
７：ガス吹き付け用ノズル
８：超純水
９：光源部（ＳＬＤ，ＡＳＥ）
１０－１，１０－２：方向性結合器
１１：光ファイバ型偏光子
１２：直線偏光スイッチ
１３－１，１３－２：直線偏光を左右円偏光に変換するデバイス
１４：偏波面保存光ファイバ
１５：受光器
１６：信号処理回路
１７：コントローラ（パソコン）
１８－１，１８－２：時計方向、反時計方向に伝搬する光
１９：旋光度信号（例えばＲＳ２３２Ｃ）

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面と数式を参照して本発明の実施の形態例について説明する。なお、説明に用いる各図は、本発明の実施の形態例を理解できる程度に、各構成成分の寸法、形状、配置関係などを概略的に示してある。そして本発明の説明の都合上、部分的に拡大率を変えて図示する場合もあり、本発明の実施の形態例の説明に用いる図は、必ずしも実施例などの実物や記述と相似形でない場合もある。また、各図において、同様な構成成分については同一の符号を付けて示し、重複する説明を省略することもある。また、本発明の説明では、旋光度計測装置の説明で旋光度計測方法の説明を兼ねる場合があり、その逆のこともある。

【0025】

図１は本発明のＥＢＣを濃縮して旋光度を測定する装置の構成を示すブロック図である。符号１は呼気を冷却する装置である。本例では、予め冷却した金属の筒をプラスティックパイプにかぶせたものを使用した。符号２はＥＢＣである。符号３－１，３－２はそれぞれ一定量のＥＢＣと超純水を濃縮容器４に送る装置である。符号５は容器の底にあるセル部（検体部）、６は光の伝搬部の断面図、７は窒素ガスを吹き付けるノズル、８は超純水である。実験では符号３－１，３－２の装置はピペットで代用した。

【0026】

はじめに、体積Ｖ_１のＥＢＣを容器４に滴下し濃縮を行った。濃縮は窒素ガスを検体液面に吹き付けるノズル７で行った。ノズルは容器４の中央付近に１個あるいはレーザ光の伝搬方向（図１では奥行）に複数個配置されている。濃縮が進行すると、最終的には溶媒が完全に蒸発して、溶質が容器の内面や底に付着する。このように溶媒が蒸発した後に、体積がＶ_２（＝Ｖ_１のＮ分の１）の超純水容器４にＥＢＣを滴下し均一に混ぜ合わせた。このようにして濃縮度Ｎ倍の濃縮ＥＢＣを作製した。

【0027】

ここで滴下する超純水の量がＶ_２であるが、Ｓ・Ｄ（セルの体積）に等しい場合（図１では液面がちょうど検体部の上部の時）には、滴下する超純水の量がＶ_２より少しでも少なくなるとレーザ光の伝搬ができなくなる。容器壁面や底に付着した溶質を超純水と完全に混ぜ合わされるためには、超純水の量はＳ・Ｄの２～３倍が望ましい。すなわちＲ＝２～３が望ましい。ＥＢＣの採取率をＵ（ｍｌ／分）としＴ分間採取するとすれば次式が成立する。
ＲＳ・Ｄ≦ Ｔ・Ｕ／Ｎ・・・・・・・・（２）
この式を変形すると容易に（１）式の右半分の不等式が得られる。

【0028】

図２は本発明の濃縮ＥＢＣの偏光特性の測定系のブロック図である。図２は特許文献１，２に原理と実施例が記載されている。光源部９（例えば、ＳＬＤ，ＡＳＥ）から出射した出射光は符号１０－１の方向性結合器で分岐され、光ファイバ型偏光子１１、直交偏光スイッチ１２および方向性結合器１０－２を介してループ用偏波面保存光ファイバ１４に導かれる。分岐された直線偏光は時計方向伝搬光１８－１および反時計方向伝搬光１８－２となってループ用偏波面保存光ファイバ１４を双方向に伝搬し、それぞれ直線偏光を円偏光に変換するデバイス１３－１および１３－２を透過しセル部５を時計回りと反時計回りに伝搬し、再び方向性結合器１０－２で合波され、直交偏光スイッチ１２、光ファイバ型偏光子１１および方向性結合器１０－１を介して受光器１５で受光され、信号処理部１６で旋光度が計算される。計算された旋光度信号１９はコントローラ（例えば、パソコン）１７に送られる。

【0029】

次に図２の測定器を用いた旋光度の求め方を説明する。まずＥＢＣの濃縮が終了した時に、ＥＢＣの体積Ｖ_１のＮ分の１の超純水を加え、均一にＮ倍に濃縮された検体の旋光度を求める。この時の光ファイバジャイロの出力をφ１とする。次に、その状態で容器４に超純水を追加で加え、全体の体積がほぼＶ_１に等しくなるようして容器４の内部を均一に混ぜ合わせる。このような状態になったときの光ファイバジャイロの出力をφ２とする。φ１とφ２の差を濃縮度Ｎで割った値がセル長ＤのＥＢＣの旋光度である。

【0030】

ここで図２の測定系で旋光度が測定できる原理に簡単に触れておく。一般に直線偏光が旋光する現象は、直線偏光を左右の円偏光に分解した場合に左右円偏光に位相差があるからである。図２のセル部に旋光性がある物質があると、符号１３－１，１３－２で直線偏光がそれぞれ左右円偏光に変換されるので、セル部で両回り光に位相差が発生する。符号１３－１，１３－２のデバイスは直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換するので、センシングループ用偏波面保存光ファイバ１４を伝搬しセルを通過した光は、時計方向伝搬光１８－１および反時計方向伝搬光１８－２と同じ直線偏光となって方向性結合器１０－２に戻ってくる。特許文献２に記載がある図２の測定系ではセル部でのみ左右両回り光に位相差が発生しそれが旋光度に等しくなる。

【0031】

次に今回検討した濃縮方法について説明する。今回は濃度が１００ｍｇ／ｄＬと既知のグルコース溶液を用いて次の２つの方法を試みた。
方法１：試料１００ｍｇ／ｄＬのグルコース（２．０ｍＬ）を乾固させたのち、０．２０ｍＬの超純水に再溶解した。この場合の目標の濃縮度は１０倍である。
方法２：メタノール、超純水の順に洗浄したカートリッジ（ＩｎｅｒｔＳｅｐ^ＴＭ Ｓｌｉｍ－ＪＣ１８）に試料１００ｍｇ／ｄＬのグルコース（２．０ｍＬ）を通液し、超純水、ヘキサンの順に洗浄したのち、９５％メタノール（０．０１ｍｏｌ／Ｌ酢酸）で吸着した成分を溶出した。

【0032】

その結果、方法２では濃縮がほとんど確認できなかったが、方法１ではおよそ１０倍に濃縮されていることが確認できた。これは濃縮前後のグルコースの旋光度を請求項３（図２）の方法で測定することで検証できた。

【0033】

グルコースの分子量は１８０ｇであり、検体長が１ｃｍの時の旋光度は約０．００５３であるので、グルコース１（ｍｏｌ／Ｌ）当りの旋光度はおおよそ０．９５度となる。従って、グルコース濃度がＰ（ｍｏｌ／Ｌ）のＥＢＣの旋光度は０．９５Ｐ度となる。ここで使用する光ファイバジャイロの旋光度の最小分解能をθ_０とし、Ｐ（ｍｏｌ／Ｌ）の濃度のＥＢＣをＮ倍に濃縮した検体の旋光度をＱ％の精度で測定したい場合には、
θ_０≦ Ｎ・Ｄ（０．９５Ｐ・Ｑ／１００）・・・・・・・・（３）
の関係が成立しなければならない。

【0034】

（３）式を変形すると請求項１の（１）式の左側の不等式（４）が得られる。
１０５θ_０／（Ｐ・Ｑ）≦ Ｎ・Ｄ ・・・・・・（４）

【0035】

実験ではＥＢＣを約１０分間の自然呼吸で約１．５ｍＬ（１５００μＬ）を採取し、これを濃縮前の体積Ｖ_１とし容器４に入れた。このＥＢＣを濃縮し完全に溶媒を蒸発させたのちに、体積１５μＬ（Ｖ_２）の超純水を容器４に滴下して、１００倍に濃縮した濃縮ＥＢＣを作った。（１）式の左側の不等式（４）にθ_０＝０．０００１（度）、Ｐ＝０．０１ｍ（ｍｏｌ／Ｌ），Ｑ＝５（％）を代入すると、不等式（４）の左辺は２１０となる。今セル長をＤ＝５ｃｍとすると、濃縮度Ｎは３６で（４）式は満たされる。すなわち、（４）式は使用する光ファイバの最小分解能、検体の旋光度のおおよそのオーダ、さらにそれを何％の精度で測定するかが判れば濃縮度Ｎとセル長Ｄの積の目安が得られることになる。

【0036】

次に（１）式の右半分の不等式（５）を検討する。
Ｎ・Ｄ ≦ Ｔ・Ｕ／ＲＳ ・・・・（５）
この式を以下のように変形する。ここでセル断面は正方形で１辺の長さをｒとすると
ｒ≦０．０１８９√Ｔ （ｃｍ）・・・・・（６）
が成立する。ここでＥＢＣの採取率ＵはＵ＝０．１５ｍＬ／分、Ｒ＝３を用いた。
この式はＥＢＣ採取時間とセルの断面の大きさの関係を表す。例えば採取時間が１分の場合にはセル断面の１辺が１８９μｍ以下であれば（１）式の右半分の不等式が成立することを意味する。

【0037】

以上をまとめると、ＥＢＣの濃縮度Ｎとセル長Ｄの積Ｎ・Ｄは目標とする検体の旋光度と使用する光ファイバジャイロの最小分解能より決まり、積Ｎ・Ｄが判れば、ＥＢＣ採取時間と検体を透過するレーザビームの大きさ、すなわちセルにレーザ光を入射するレンズ系の設計仕様がわかる。
（実施の変形例）

【0038】

本発明の実施例として、初めに溶媒を完全に除去し、それに純水を加え、濃縮ＥＢＣの旋光度を測定したが、濃縮過程において、濃縮体積、具体的には濃縮ＥＢＣの液面をモニターし、それがＶ_２になった時点で濃縮を停止し、旋光度を測定し、そのあとで超純水を体積がＶ_１になるまで加え、旋光度を測定する方法もできる。
また本発明の実施例として、初めに溶媒を完全に除去し、それに純水を加えて溶質を溶かし均一な濃縮ＥＢＣを作製し、その濃縮容器内で旋光度を測定したが、濃縮された検体またはその一部を別の計測用セルに移し替えて旋光度を測定する方法もできる。

【0039】

以上、本発明を説明したが、本発明は、前記の例に狭く限定されるものではなく、本発明の前記の如き技術思想に則って多くのバリエーションを可能とするものである。

【産業上の利用可能性】

【0040】

以上説明したように、本発明によって、これまで実現されていなかった呼気凝縮液（ＥＢＣ）を利用した無侵襲の血糖値の推定が可能になる。その結果、糖尿病患者は１日に数回の採血の苦痛と煩わしさから解放される。また、本発明から導かれる血糖値測定器を予防保全的に活用することにより、現在世界的に増加している糖尿病患者数を減らすことができ、その治療に必要な費用を大幅に低減することができる。

【0041】

本発明により病院や一般家庭で採血することなく血糖値の推定ができるようになり、本発明の装置や方法を医療機器や健康機器として広く用いることができ、本発明は介護を含め健康機器分野、医療機器分野などの発展に大きく寄与することができるものである。

【図1】

【図2】