JPH0627019A

JPH0627019A - 分子振動アナライザー

Info

Publication number: JPH0627019A
Application number: JP4185437A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yoshida; 敏吉田
Original assignee: OOITA IKA UNIV
Current assignee: OOITA IKA UNIV
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【構成】赤外線源、赤外線検出手段、赤外線を透過し、
かつ透過する赤外線が内部で全反射し得る材質からなる
棒状体、該赤外線源から生じた赤外線を該棒状体の入射
端部に導く入射光伝達手段、および該棒状体の出射端部
から出射した赤外線を該赤外線検出手段に導く出射光伝
達手段を具備する。棒状体としてはセレン化亜鉛が好適
に用いられる。赤外線源から生じた赤外線を棒状体に導
入しつつ、口腔粘膜を棒状体表面に所定時間接触させる
ことにより、口腔粘膜の赤外吸収スペクトルを得ること
ができる。【効果】口腔内の粘膜に含まれる物質を非侵襲的に同定
することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、生体の代謝変化を非
侵襲的にモニタ−することが可能な装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】口腔内の粘膜は、皮膚の表面とは異な
り、角質層が非常に薄く絶えず分泌物で湿っている状態
にある。このため、粘膜の状態は体内、特に血液中の物
質の組成に大きく影響されることが考えられる。したが
って、この粘膜の脂質、タンパク質、糖質等の分析を非
侵襲的に行なうことができれば、生体の代謝変化をモニ
タ−するための有用な臨床技術となり得る。

【０００３】一方、赤外線を物質に通過させることによ
り、その物質に特有の吸収スペクトルが得られることが
知られている。この赤外線吸収スペクトルは、赤外線に
より励起される分子の振動数を反映しており、分子構造
に関する有力な情報を提供する。このため、赤外線吸収
スペクトルを用いて未知物質の同定、定性・定量分析等
を行なうことが可能であり、赤外線吸収分光法として広
く応用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような状況を考慮
すると、口腔内粘膜の分析に赤外線を用いることによ
り、口腔内粘膜に含まれる物質を非侵襲的に同定し得る
ことが考えられる。

【０００５】しかしながら、赤外線を用いた生体の測定
装置としては、手などの皮膚の表面の脂質や水分を分析
する装置がスキンアナライザ−として知られている程度
であり、口腔内粘膜に含まれる物質の分析を非侵襲的に
行なう装置は知られていない。また、このスキンアナラ
イザ−を口腔内粘膜の分析に利用することも非常に困難
である。

【０００６】したがって、この発明は、赤外線を用いて
口腔内の粘膜に含まれる物質を非侵襲的に同定すること
が可能な装置、すなわち分子振動アナライザ−を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による分子振動
アナライザ−は、赤外線源と、赤外線検出手段と、赤外
線を透過し得る材質からなる棒状体と、該赤外線源から
生じた赤外線を該棒状体の入射端部に導く入射光伝達手
段と、該棒状体の出射端部から出射した赤外線を該赤外
線検出手段に導く出射光伝達手段とを具備することを特
徴とする。

【０００８】この発明の分子振動アナライザ−に用いら
れる赤外線源および赤外線検出手段はそれぞれユニット
として独立したものでもよいが、一般に市販されている
赤外分光光度計には赤外線源および赤外線検出器が組み
込まれており、これをそのままこの発明のアナライザ−
に使用することができる。市販の赤外分光光度計の中で
も、高感度測定が要求され、かつスペクトル間の演算が
必要となることを考慮すると、フ−リエ変換赤外分光光
度計（ＦＴＩＲ）を用いることが好ましい。

【０００９】この発明の分子振動アナライザ−に用いら
れる棒状体は、赤外線を透過し得る材質からなり、かつ
導入された赤外線がその内部で全反射し得るものであれ
ばどのようなものでもよい。そのような棒状体の材質と
しては種々のものを挙げることができるが、安全性を考
慮した場合、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）が特に好まし
い。

【００１０】この発明の分子振動アナライザ−における
入射光伝達手段および出射光伝達手段としては、通常用
いられる光伝達手段を用いることができ、入射光と出射
光とで異なる伝達手段を用いてもよい。具体的には、例
えば、適当な反射鏡および／またはレンズを組み合わせ
てなる光学系、および光ファイバ−を挙げることができ
る。

【００１１】図１は、この発明による分子振動アナライ
ザ−の一具体例の概略構成を示す図である。図１に示す
ように、赤外分光光度計 1は赤外線源 2および赤外線検
出器3を具備しており、この赤外分光光度計 1には入射
光伝達手段 5、出射光伝達手段 6およびセレン化亜鉛結
晶からなる棒材 7を有する測定アダプタ− 4が接続され
ている。

【００１２】図１に示す測定アダプタ− 4のより詳細な
具体例を、平面断面図として図２に示す。この測定アダ
プタ−は、アダプタ−本体11、棒材 7および棒材支持体
12からなる。アダプタ−本体11は、平面形状が方台形で
ある底面13と、この方台形状底面の上辺を含む一部が矩
形に露出するよう設けられた壁面および上面とにより形
成された筐体である。ここで、方台形とは、台形と長方
形とを組み合わせた形状であり、かつ台形を構成する一
対の平行な辺のいずれか一辺と長方形を構成する辺のい
ずれか一辺とが一致する形状をいう。アダプタ−本体11
の赤外分光光度計に対向する壁面には、赤外分光光度計
の赤外線源から生じ測定アダプタ−に入射する赤外線を
通過させるための開口部14、およびアダプタ−から出射
し赤外線検出器に入射する赤外線を通過させるための開
口部15が形成されている。これら開口部14および15の周
縁部にはそれぞれ赤外分光光度計に接続するための接続
部16が設けられている。また、露出した底面17を挟んで
対向する壁面には棒材 7に入射する赤外線を通過させる
ための開口部18および棒材 7から出射する赤外線を通過
させるための開口部19が設けられている。

【００１３】アダプタ−本体11内部には、放物面鏡20、
21、22、23、24および25が、鏡体支持体26または27を介
して底面13の所定の位置に固定されている。また、露出
した底面17を挟んで対向する、開口部18および19を含む
壁面に接して鏡室28が形成され、鏡室28内にはカセグレ
ン鏡29および副鏡30が、カセグレン鏡29の開孔部が壁面
の開口部18および19に重なるように収容されている。

【００１４】棒材 7は、アダプタ−本体11の露出底面17
上に着脱自在に固定された棒材支持体12上に載置され、
その軸線が、底面17を挟んで対向する壁面に設けられた
開口部18および19の中心を結ぶ線と一致するように固定
されている。この棒材 7の固定部位を図３に示す。図３
に示すように、鏡室28の外部壁面には下部挟持体35が設
けられており、棒材支持体12はその一部が下部挟持体35
に接するように固定されている。また、棒材支持体12に
は、上部挟持体36を有するア−ム37が回動可能に設けら
れている。上部挟持体36の下部断面形状は下部支持体35
の上部断面形状に合致しており、ア−ム37を回動して上
部挟持体36の下端と下部挟持体35の上端とを合わせるこ
とにより挟持体35および36は一体をなす。棒材支持体12
の端部近傍および下部挟持体35の上端には窪みが形成さ
れており、棒材 7はこの窪みに載置され、下部挟持体35
と上部挟持体36とにより挟持される。

【００１５】この測定アダプタ−における光路図を図４
に示す。図４に示されるように、アダプタ−本体11の開
口部14から入射した赤外線は、放物面鏡20、21および22
で順次反射され、鏡室28内に導かれる。鏡室28に入射し
た赤外線は、次いでカセグレン鏡の副鏡30およびカセグ
レン鏡本体29で反射し、棒材 7に入射する。棒材 7に入
射した赤外線は、棒材 7中を全反射しながら透過し、他
端より出射する。棒材7から出射した赤外線は、次に、
カセグレン鏡本体29、カセグレン副鏡30で順次反射して
鏡室28から出射し、さらに放物面鏡23、24および25で順
次反射してアダプタ−本体11の開口部15から出射する。

【００１６】この装置を用いた口腔内粘膜の測定は次の
ように行なう。まず、被検者は口を水ですすいだ後唇の
水分を軽く紙で拭き取る。次いで、棒状体、すなわちセ
レン化亜鉛の棒を唇で軽くくわえ、口腔内粘膜が結晶表
面によく接触するように指で唇を押さえる。この状態を
測定に必要な時間維持することにより、口腔内粘膜の表
面から数ミクロン以内に存在する物質の吸収スペクトル
を得ることができる。測定時間は使用する赤外線源の出
力等により適宜選択し得るが、通常50秒程度である。こ
の測定時間は積算時間なので、測定時間を長くするほど
ノイズを小さくすることができる。測定および結果の解
析は、通常の赤外吸収スペクトル分析の手法に準じて行
なうことができる。

【００１７】この具体例においては、棒状体としてセレ
ン化亜鉛（ＺｎＳｅ）を用いている。Ｓｅは、食物中に
含まれ、人体にはある程度必要な元素である。栄養学資
料によると、Ｓｅは、白米に 0.3ｐｐｍ、ニンニクには
0.9ｐｐｍ含まれていると報告されている。また、Ｚｎ
は必須元素であり、この場合毒性は問題にならない。

【００１８】ＺｎＳｅは水に溶解しないことは知られて
いるが、人の唾液中にどの程度溶出するのかはこれまで
報告がない。そこで、以下に示す方法により溶出の程度
を測定した。

【００１９】［人の唾液中に溶出するＺｎＳｅ量の測
定］（方法）人の唾液を 3ｍｌビ−カ−に取り、その中に蒸
留水でよく洗浄したＺｎＳｅ結晶の破片 0.43 ｇを静か
に置いた。このビ−カ−を37℃でゆっくりと揺らしなが
ら晒し、10分後および20分後にピペットで唾液を 0.2ｍ
ｌずつ採取して、試験管に移した。この試験管は、事前
に、 0.1ＭＨＣｌおよびＮａＯＨでよく洗浄したもの
を用いた。採取した唾液を凍結乾燥し、原子吸光法によ
り定量測定した。測定した試料は以下の３種類である。

【００２０】１）コントロ−ルとしてＺｎＳｅをつけな
い唾液２）ＺｎＳｅを10分間つけた唾液３）ＺｎＳｅを20分間つけた唾液（結果）定量測定の結果は以下の通りであった。

【００２１】１）検出不能２）93ｐｐｂ３）16ｐｐｂこの発明の装置を用いて測定する際に実際に口腔粘膜に
ＺｎＳｅを接触させている時間は 1分以内である。上記
結果から明らかなように、その10倍以上の時間唾液に晒
した場合でも、Ｓｅ原子の溶出量は 0.1ｐｐｍ以下であ
る。また、晒す時間を長くしても溶出量が増加すること
はなかった。実際の測定の後には水で口をよくすすぐこ
ととしているので、これらの結果と考え合わせると、体
内に取り込まれる量はほとんど無視できる。

【００２２】したがって、ＺｎＳｅを用いた実験は人体
には何ら危険はない。ただし、ＺｎＳｅの結晶を破壊し
て破片を飲み込んでしまうことも考えられるが、これは
歯を閉じたまま測定を行なうことにより予防することが
できる。歯を閉じたままであれば、万一結晶が破壊され
た場合であっても飲み込む動作が起こることはない。

【００２３】

【作用】この発明の分子振動アナライザ−においては、
セレン化亜鉛等の結晶からなる棒材中を赤外線が全反射
しながら透過している。一般に全反射の際には、光が疎
の物質の表面から光の波長程度の深さまで侵入すること
が知られており、この性質を利用して、境界面で多重回
の全反射を行なわせ、疎物質の表面に存在する数ミクロ
ン程度の試料層の吸収スペクトルを測定する方法が、減
衰全反射法（ＡＴＲ法）と呼ばれて利用されている。し
たがって、この棒材を唇でくわえて口腔内粘膜を棒材の
表面に密着させることにより、口腔内粘膜の表面から数
ミクロン以内に存在する物質の赤外吸収スペクトルを得
ることができる。

【００２４】

【実施例】以下、この発明による分子振動アナライザ−
を用いた実験例について説明する。

【００２５】実験例１：口腔粘膜表面の脂質の動態市販のフ−リエ変換赤外分光光度計ＪＩＲ-100（ＪＥＯ
Ｌ社製）に、図２に示す測定アダプタ−を装着した分子
振動アナライザ−を用いて口腔粘膜の測定を行なった。
測定方法は、上記測定アダプタ−の具体的な説明におい
て記載した測定方法に準じた。すなわち、まず、水で口
をすすぎ唇の水分を軽く紙で拭き取った被検者にセレン
化亜鉛の棒を唇で軽くくわえさせ、指で唇を押さえさせ
た。この状態で45秒間測定を行なった。その結果得られ
た赤外吸収スペクトルを図５に示す。図５からは、3400
ｃｍ^-1付近の糖質のＯＨ基、2800−3000ｃｍ^-1に見られ
る脂肪酸のメチレン基（ＣＨ₂）やメチル基（Ｃ
Ｈ₃）、1740ｃｍ^-1に見られる脂肪酸エステル（Ｃ＝
Ｏ）、1650および1550ｃｍ^-1のタンパク質のアミドＩお
よびIIの吸収、1230−1090ｃｍ^-1のリン脂質のリン酸基
の吸収等を明確に検出することが可能である。なお、図
５に示す赤外吸収スペクトルからは、水などのバックグ
ランドスペクトルは差し引いてある。

【００２６】生化学的測定により、口腔粘膜の主な脂質
成分はリン脂質、遊離コレステロ−ル、トリグリセリド
であることが知られている。したがって、1740ｃｍ^-1の
エステルの吸収の大部分は、トリグリセリドとリン脂質
とのエステル結合からのシグナルであると考えられる。
特に、トリグリセリドの1740ｃｍ^-1の吸収は強く出るの
で、2850ｃｍ^-1の脂肪酸メチレン（一応、全脂質量を反
映するものと考えられる）の吸収強度と1740ｃｍ^-1のエ
ステルの吸収強度との比率（ＥＳＴ／ＬＩＰ）にその組
織中のトリグリセリドの量が相当程度反映しているもの
と思われる。また、このトリグリセリドは主に血液から
運ばれてその組織に蓄積したものと考えられるので、血
液中のトリグリセリドの量とも無関係ではないものと思
われる。さらに、食事をすることにより食物中から直接
取り込まれたものとも考えられるし、食事の際に粘膜に
直接・付着吸収されたものの影響も大きいものと考えら
れる。

【００２７】上述の通りに測定して得られた特定の個人
の赤外吸収スペクトルからＥＳＴ／ＬＩＰ比を求め、こ
れを時間に対してプロットしたグラフを図６に示す。図
６において、白抜きの記号はＥＳＴ／ＬＩＰ比（［174
0］／［2850］）を示し、丸は朝食を抜き昼食を摂った
場合、四角は朝食を摂り昼食を抜いた場合、および三角
は朝食と昼食を共に摂った場合をそれぞれ示す。また、
黒丸は朝食を抜き昼食を摂った場合の脂質／タンパク質
比（［2850］／［1550］）を示す。このグラフからは食
事の有無とＥＳＴ／ＬＩＰ比との関係を見ることができ
る。図７は、このＥＳＴ／ＬＩＰ比を得るために用いた
２次微分スペクトルを各時間ごとに示したものである。

【００２８】図６より、ＥＳＴ／ＬＩＰ比は食事の影響
を敏感に受けることが分かる。また、ＥＳＴ／ＬＩＰ比
は夕方 5時前後になるとほぼ一定の値になることも分か
る。この一定の値は個人差や男女差があり、蓄積したト
リグリセリドの量にも影響されるものと推測される。

【００２９】さらに、このＥＳＴ／ＬＩＰ比から、血液
中のトリグリセリドの量の異常を検出することも可能で
あるものと思われる。

【００３０】上記実験例においてはＥＳＴ／ＬＩＰ比を
用いて代謝変化のモニタリングを行なっているが、他の
吸収ピ−クの比を用いてモニタリングを行なうこともで
きる。

【００３１】比較例１上記実験例１で用いた装置を用い、セレン化亜鉛の棒を
唇でくわえる代わりに指で挟んだ他は実験例１と同様の
操作を行なった。すなわち、この比較例においては、指
の皮膚の測定を行なった。その結果得られた赤外吸収ス
ペクトルを図８に示す。

【００３２】図８に示す赤外吸収スペクトルは、図５に
示す口腔粘膜の赤外吸収スペクトルとはかなり異なり、
角化層の成分と粘膜の成分との相違を示している。すな
わち、本願発明の分子振動アナライザ−を用いることに
より、測定対象に含まれる成分の変化を明確に検出する
ことが可能である。これは、粘膜に何らかの代謝異常が
生じた場合には、成分の変化からこの異常を感知するこ
とが可能であることを意味している。また、得られたデ
−タを分析することにより、その異常が糖質由来のもの
か、またはタンパク質由来のものかを推定することも可
能である。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、この発明による分子振動
アナライザ−を用いることにより、赤外線を用いて口腔
内の粘膜に含まれる物質を非侵襲的に同定することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の分子振動アナライザ−の概略構成を
示す図。

【図２】この発明の分子振動アナライザ−における測定
アダプタ−の一態様を示す平面図。

【図３】図２に示す測定アダプタ−における棒状体の固
定部位を示す斜視図。

【図４】図２に示す測定アダプタ−内の光路を示す図。

【図５】図２に示す測定アダプタ−を装着した分子振動
アナライザ−を用いて得られた口腔粘膜の赤外吸収スペ
クトル。

【図６】食事の有無とＥＳＴ／ＬＩＰ比との関係を示す
図。

【図７】図６に示すグラフを得るために用いた２次微分
スペクトルを各測定時間ごとに示す図。

【図８】図５に示す赤外吸収スペクトルの測定と同様の
条件で測定した指の皮膚の赤外吸収スペクトル。

【符号の説明】１…赤外分光光度計、２…赤外線源、３…赤外線検出
器、４…測定アダプタ−、５…入射光伝達手段、６…出
射光伝達手段、７…棒材、11…アダプタ−本体、12…棒
材支持体、13…底面14、15、18、19…赤外線通過用開口
部、20、21、22、23、24、25…放物面鏡、28…鏡室、29
…カセグレン鏡、30…副鏡、35…下部支持体、36…上部
支持体、37…ア−ム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線源と、赤外線検出手段と、赤外線を透過し得る材質からなる棒状体と、該赤外線源から生じた赤外線を該棒状体の入射端部に導
く入射光伝達手段と、該棒状体の出射端部から出射した赤外線を該赤外線検出
手段に導く出射光伝達手段とを具備する分子振動アナラ
イザ−。