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公開番号2025013167
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2024076982
出願日2024-05-10
発明の名称超広帯域コヒーレント光コムを用いた生化学検出
出願人ツー-シックスデラウェアインコーポレイテッド,II-VI Delaware,Inc.
代理人個人,個人,個人
主分類G01N 21/3577 20140101AFI20250117BHJP(測定;試験)
要約【課題】超広帯域コヒーレント光コムを用いた生化学検出のためのシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】例示のバイオセンサは、光励起信号を生成するように構成された励起光源と、プログラム可能光フィルタと、光検出器と、コヒーレント混合検出を適用するように構成された検出回路とを含む。バイオセンシング作動中に、光励起信号は、少なくとも1つの目標生化学薬剤を含む生化学試料に適用され、光学検出器は、光励起信号の適用に対応するスペクトル応答を含む第1の信号を捕捉する。プログラム可能光フィルタは、目標生化学薬剤に関する一致する目標リファレンス信号に基づいて、光励起信号の複製に光フィルタリングを適用し、第2の信号を生成する。検出回路は、第1の信号と生成された第2の信号とにコヒーレント混合検出を適用する。コヒーレント混合検出を適用することは、第1の信号と第2の信号とを線ごとに結合することを含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
バイオセンシングのためのシステムであって、
光励起信号を生成するように構成された励起光源と、
光フィルタリングを適用するように構成されたプログラム可能光フィルタと、
光検出器と、
コヒーレント混合検出を適用するように構成された検出回路と
を含み、バイオセンシング作動中に、
前記光励起信号が、少なくとも１つの目標生化学薬剤を含む生化学試料に適用され、
前記光検出器が、前記光励起信号を前記生化学試料に適用することに対応するスペクトル応答を含む第１の信号を捕捉し、
前記プログラム可能光フィルタが、前記少なくとも１つの目標生化学薬剤のスペクトル応答プロファイルを含む一致する目標リファレンス信号に基づいて、前記光励起信号の複製に光フィルタリングを適用し、
前記検出回路が、前記第１の信号と、前記光励起信号の前記複製に前記光フィルタリングを適用することに基づいて生成された第２の信号とにコヒーレント混合検出を適用し、前記コヒーレント混合検出を適用することは、前記第１の信号と前記第２の信号とを線ごとに結合することを含む
ように構成されるシステム。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記励起光源は、パルス化コムレーザ源を含む、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、光増幅を適用するように構成された光増幅器をさらに含み、前記光増幅器は、前記プログラム可能光フィルタの出力に光増幅を適用して前記第２の信号を生成する、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、１つまたは複数の目標生化学薬剤を検出する際に使用するリファレンス信号を提供するように構成された制御およびスペクトルライブラリ回路をさらに含む、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記制御およびスペクトルライブラリ回路は、前記一致する目標リファレンス信号を前記プログラム可能光フィルタに提供するように構成される、システム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムであって、前記制御およびスペクトルライブラリ回路は、制御データを、前記コヒーレント混合検出を適用するための前記検出回路に提供するように構成される、システム。
【請求項７】
請求項４に記載のシステムであって、前記制御およびスペクトルライブラリ回路は、前記１つまたは複数の目標生化学薬剤に対応する１つまたは複数のリファレンス信号を含むスペクトルライブラリを保守するように構成される、システム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムであって、前記制御およびスペクトルライブラリ回路は、前記スペクトルライブラリにおいて、前記リファレンス信号のうち少なくとも１つのリファレンス信号を生成または更新するように構成される、システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、前記制御およびスペクトルライブラリ回路は、人工知能（ＡＬ）ベースの処理を使用して前記少なくとも１つのリファレンス信号を生成または更新するように構成される、システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記制御およびスペクトルライブラリ回路は、前記人工知能（ＡＬ）ベースの処理を使用する場合、機械学習（ＭＬ）を適用するように構成される、システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示の態様は、センサセンシング関連の解決策に関し、特に生化学検出に関する。より具体的には、本開示のいくつかの実装形態は、超広帯域コヒーレント光コムを用いた生化学検出を実施および利用するための方法およびシステムに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
[0002]生化学検出のための従来の慣例的なデバイスおよび解決策の制限および欠点は、そのようなシステムを、図面を参照して本出願の残りの部分で説明される本開示のいくつかの態様と比較することによって、当業者には明らかになるであろう。
【発明の概要】
【０００３】
[0003]実質的に図面のうちの少なくとも１つの図面に示される、および／またはそれに関連して説明され、特許請求の範囲においてより完全に規定される、超広帯域コヒーレント光コムを用いた生化学検出のためのシステムおよび方法が提供される。
【０００４】
[0004]本開示のこれらおよび他の利点、態様および新規な特徴、ならびにその図示される実施形態の詳細は、以下の説明および図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
[0005]例示の生体流体ベースのセンサの図である。
[0006]光（フォトニック）検出のための一致応答で使用される可能性のあるスペクトル応答を示すグラフ図である。
[0007]本開示に基づく例示のバイオセンサシステムを示すブロック図である。
[0008]本開示に基づく例示の実装形態によるバイオセンサシステムを利用する場合の例示の使用事例の図である。
[0008]本開示に基づく例示の実装形態によるバイオセンサシステムを利用する場合の例示の使用事例の図である。
[0009]本開示に基づく超広帯域コヒーレント光コムによる生化学検出を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[0010]図１は、例示の生体流体ベースのセンサの図である。図１には、バイオセンサ１００、パッチ型バイオセンサ１１０、眼鏡型バイオセンサ１２０、および腕時計型バイオセンサ１３０が示されている。
【０００７】
[0011]この点において、バイオセンサは、特定の生化学物質または薬剤（例えば、生化学化合物または分子）の検出に使用するように構成された分析センシングデバイスである。一般的にバイオセンサは、生物学的コンポーネントと物理化学的検出コンポーネントとを組み合わせる。例えば、バイオセンサは、（例えば、酵素、抗体、細胞、核酸などの）生体レセプタ、変換器（例えば、半導電性材料／ナノ材料）、および１つまたは複数の機能（例えば、信号増幅、信号処理など）を実現するための電子機器部品から構成され得る。いくつかの事例では、バイオセンサは、バイオセンサとの間でデータを通信するための送受信機、ユーザの入出力を可能にするための入出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネントなど、追加機能を提供するための追加コンポーネントを組み込むこともできる。該当する場合、バイオセンサのコンポーネントは、これらのコンポーネントによって実行される機能の様々な態様を実装するための適切な回路および他の物理的サブコンポーネントを含むことができる。
【０００８】
[0012]バイオセンサの一例示のタイプとして、グルコースバイオセンサがあり、これは人体内のグルコースを感知（測定）するのに使用される。この点において、バイオセンサ１００、パッチ型バイオセンサ１１０、眼鏡型バイオセンサ１２０、および腕時計型バイオセンサ１３０は、このようなグルコースバイオセンサの異なる例示の実装形態に対応し得る。これらのバイオセンサのそれぞれは、体内のグルコースの測定を容易にするために、特定の生体流体を感知して作動するように構成することができる。
【０００９】
[0013]例えば、バイオセンサ１００は、汗または血液などの流体中のグルコースを測定するように構成された適切なハウジング内に物理的センサを含む、生体流体センシングのための最も一般的な実装形態を表すことができる。この点において、いくつかの事例では、バイオセンサ１００は、皮膚を刺す、またはそれ以外のやり方で皮膚を貫通することにより、グルコースの測定を可能にするように構成することができる。他のバイオセンサは、皮膚を刺す必要なくセンシング（および測定）を行う代替解決策を表す。例えば、腕時計型バイオセンサ１３０は、間質液（ＩＳＦ）を感知するように、つまり、腕時計型バイオセンサ１３０の下のエリアにおいて、皮膚表面に排出される汗中のグルコースを感知して測定するように構成された電気化学的グルコメータであってもよい。同様に、着用可能パッチ型バイオセンサ１１０は、ＩＳＦ感知用に、つまり、パッチ型バイオセンサ１１０の下のエリアにおいて、皮膚表面に排出される汗中のグルコースを感知して測定するように構成されたグルコースモニタであってもよい。眼鏡型バイオセンサ１２０は、眼または涙のＩＳＦの光学的特性を捉え、その中のグルコースを感知して測定するように構成されたグルコースモニタであってもよい。涙を感知するための一体型コンタクトレンズグルコースセンサ、ＩＳＦ感知用に構成された一時的なタトゥーベースのグルコースモニタなど、他のタイプのグルコースモニタを使用することもできる。
【００１０】
[0014]前述のように、生体流体ベースのセンサなどの一部のバイオセンサは、侵襲的な方法（例えば、皮膚を刺す方法）で使用しなければならない場合があるが、非侵襲的な方法でバイオセンシングを行うことが好ましい。したがって、一部のバイオセンサは、非侵襲的なやり方で機能し得る検出技術を組み込むことがある。いくつかの事例では、バイオセンシングは、特定の生化学物質または薬剤（例えば、特定の生化学化合物、分子など）の存在を検出するために、一致応答を測定および評価すること、ならびに任意選択でそれらの量を測定することなどにより、例えば光学ベースの検出を使用して実施されてもよい。例えば、図１に示すように、バイオセンサ１００、パッチ型バイオセンサ１１０、眼鏡型バイオセンサ１２０、および腕時計型バイオセンサ１３０の各々は、光学ベースの検出を用いて、それらに特性的なグルコースバイオセンシング機能を実行するように構成され得る。それにもかかわらず、本開示はグルコースバイオセンサに限定されるものではなく、本開示に基づく解決策は、光学検出が利用され得る任意の適切なバイオセンサにおいて使用され得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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