研究内容 | 東北大学大学院医工学研究科　[松浦] 研究室

Our research
研究内容

赤外光を用いたヘルスケアシステムの開発

中赤外光と呼ばれる波長の長い赤外光を用いると，生体を構成するタンパク質，脂質，糖質などの構造を分析することができます．

当研究室では中赤外レーザ光を用いた「光音響分光法」という方法で，採血なしで血液成分を推定する方法について研究しています．この方法は血中成分が光を吸収した際に生じる熱膨張を音波や超音波として検出するもので，体表から深い部分の成分を検出できます．将来的には耳たぶなどに装着可能なウェアラブルデバイスの開発などにより，血糖値をはじめとするさまざまな血液成分を日常的にモニタリングすることが可能となることが期待されます．

Development of a Healthcare System Using Infrared Light

By utilizing long-wavelength infrared light, known as mid-infrared light, it is possible to analyze the structures of proteins, lipids, carbohydrates, and other components that make up living organisms. Our group is researching a method called “photoacoustic spectroscopy” using mid-infrared laser light to estimate blood components without drawing blood. This method detects thermal expansion generated when blood components absorb light, converting it into acoustic or ultrasonic waves. It can detect components deep within the body from the skin surface. In the future, we expect that developing wearable devices, such as those attachable to the earlobe, will enable daily monitoring of various blood components, including blood glucose levels.

光音響分光法
Photoacoustic spectroscopy

紫外光を用いた呼気分析手法の研究

呼気中には人体におけるエネルギー代謝の際に発生するさまざまな成分が含まれています．これらの成分は肺の奥の方からわずかに放出されるため，とても濃度が低く，さらにわずかな量しかとれないため，それを正確に分析することはとても難しいのが現状です．私たちはこれらの成分が紫外光という波長のきわめて短い光に強く吸収されることに着目し，さらにそれを中空光ファイバという，細くて長い光を通すチューブの中に閉じ込めることにより，わずかな量の呼気中の微少成分を正確に分析する手法を開発しています．この方法により，例えば脂肪を燃焼させる有酸素運動を有効に行えているかなどのモニタリングが可能になります．

Research on Breath Analysis Methods Using Ultraviolet Light

Breath contains various components generated during energy metabolism in the human body. These components are released only in trace amounts from deep within the lungs, making their concentrations extremely low. Furthermore, only minimal quantities can be collected, making their accurate analysis very difficult at present. We have focused on the fact that these components strongly absorb ultraviolet light, which has an extremely short wavelength. Furthermore, by trapping this light within a hollow optical fiber—a thin, long tube that transmits light—we are developing a technique to accurately analyze minute trace components in very small amounts of breath. This method enables monitoring, for example, whether aerobic exercise that burns fat is being performed effectively.

呼気分光分析システム
Breath analysis system

迅速病態診断のための赤外分光システムの開発

脳腫瘍などの脳疾患の病態診断のためには，通常MRIやCTといった画像診断が必要とされます．私たちのグループでは，少量の血液の赤外吸収スペクトルから脳疾患の種類や悪性度の判別を行う手法の開発を行っています．この方法では，特定の試薬や試料の前処理が不要で，かつ簡易な装置で実施可能なため，将来的にはさまざまな疾患について，トリアージとしての迅速診断を行うシステムの開発が期待されます．

Development of an Infrared Spectroscopy System for Rapid Pathological Diagnosis

Diagnosing brain diseases such as brain tumors typically requires imaging techniques like MRI or CT. Our group is developing a method to distinguish the type and malignancy of brain diseases from the infrared absorption spectrum of a small blood sample. This method requires no specific reagents or sample pretreatment and can be performed using simple equipment. Consequently, it holds promise for future development into a rapid diagnostic system for triage across various diseases.

血液分析システム
Blood analysis system

中空光ファイバとその応用

当研究室では中空光ファイバという特殊な光伝送路の研究をおこなっています．このファイバは，直径1ミリ以下のガラスチューブの内側に，金属や樹脂の薄膜を形成したもので，光はチューブの内面で反射を繰り返しながら，内部の空洞部分を伝搬します．このファイバの材料や構造を適当に選択することにより，伝送可能波長域は軟Ｘ線からテラヘルツときわめて広範囲におよび，普通のガラスファイバでは伝送できない強力なレーザ光や，赤外・紫外などの波長のレーザ光を効率よく伝送することができます．中空光ファイバをはじめ，このファイバのための合分波器などのデバイスや，中空光ファイバのさまざまな応用について研究を行っています．

Hollow-core optical fiber and its applications

Our laboratory conducts research on hollow-core optical fibers, a specialized type of optical transmission medium. This fiber consists of a thin metal or resin film formed inside a glass tube with a diameter of less than 1 millimeter. Light propagates through the internal cavity by repeatedly reflecting off the inner surface of the tube. By appropriately selecting the materials and structure of this fiber, the transmissible wavelength range extends extremely broadly from soft X-rays to terahertz frequencies. This enables efficient transmission of powerful laser light, such as infrared and ultraviolet wavelengths, which cannot be transmitted by ordinary glass fibers. We conduct research on hollow optical fibers, devices such as combiners and splitters for these fibers, and various applications of hollow optical fibers.