医療・健康用途向けSWIR LEDを用いた非侵襲的検出

導入

非侵襲的なセンシングは、現代の健康管理の基盤として急速に普及しつつあります。SWIR LED（900～1700 nm）は、組織散乱が少なく、光透過性が高く、分子特異的な吸収ピークを持つため、試薬、注射針、検査機器を用いることなく、痛みを伴わずにグルコース、コレステロール、総タンパク質をリアルタイムで測定できます。

SWIR LEDを選ぶ理由とは？

・皮膚における散乱は可視光/近赤外線Iよりも10～100倍低いため、光子は皮下2～3mmの間質液に到達する。

・強く明確な吸収帯：グルコース（1450/1500 nm）、コレステロール（1050/1300 nm）、タンパク質（940/1200 nm）

・ソリッドステート、バッテリー対応：mWレベルの駆動、50,000時間以上の寿命、スペクトルドリフト

・チップスケールパッケージ（1.6mm×1.6mm）は既に民生用ウェアラブル機器向けに認証済み

生理学的標的原理と最新の進歩

3.1 グルコース

メカニズム：1450 nm（グルコース＋水）と1500 nm（主に水）の間の吸光度の差と、拍動する血液量に対する速度論的補正。

現状：Appleの実験的な「シリコンフォトニクス」モジュール（SWIR LED + Geフォトダイオード）は、前腕でクラーク誤差グリッドゾーンA 78%を達成しました。珠海天輝の3mW 1450nmエミッター + 1550nmリファレンスペアは、OGTT中の30人の被験者で平均絶対相対差（MARD）を9.2%に低減しました。

3.2 コレステロール

メカニズム：1050 nm/1300 nmの反射率比は、低密度リポタンパク質（LDL）含有量と相関関係がある。

ステータス：東京大学リストバンドプロトタイプ（天輝1050nm + 1300nmデュアルチップ）対酵素アッセイ：R² = 0.87、再現性CV 4.1%。

3.3 総タンパク質

メカニズム：940 nmのペプチド結合倍音と1200 nmの側鎖結合バンド。血液量変動を相殺するために、850 nmのヘモグロビン等吸収点で正規化されています。

状況：天匯研究所による24名のボランティアに対するデモ：血漿タンパク質RMSEP 0.32 g dL⁻¹（基準：ビウレット）。

ウェアラブルデバイスと遠隔医療の統合

フォームファクター

• スマートウォッチの裏側リング：3.5 mm × 2.0 mm QFN パッケージに収められた Tianhui 製マルチ波長 SWIR LED チップ 6 個 (940/1 200/1 450 nm)、100 Hz バースト駆動、平均電力

・スマートリング：マイクロ光学拡散板を備えた柔軟なポリイミド基板。光クロストークは-35dB未満。

• コンタクトレンズ：500 µm × 500 µm、300 nm SWIR LED + グラフェン光検出器、NFC によるワイヤレス給電。

珠海天匯「ヘルス・イン・ワン」SWIRモジュール

・3波長シングルパッケージ：940 nm | 1200 nm | 1450 nm（±10 nm）、FWHM 20 nm、各3 mW sr⁻¹

・フットプリント：1.6 mm × 1.6 mm × 0.55 mm、標準SMTとリフロー対応

・消費電力：3V、100msパルス時、チャンネルあたり1mA

• 評価キット：基準光学ベンチ（光源-検出器間距離8mm）、黒色TPU製遮光板、オープンソースアルゴリズムSDK搭載のNordic nRF52ファームウェア

・規制対応：IEC 60601-1-2 EMC事前スキャンデータセットを提供。510(k)申請用に6ヶ月間の光学的許容誤差レポートを用意。

ターンキー方式のタイムライン

第1週 – 既存の筐体への光学機器の取り付け

第2週 – ファームウェアの統合とキャリブレーション

第3週 – パイロットユーザー調査（被験者20名）

第4週 – アルゴリズムの確定と本番環境への出荷承認

次世代ロードマップ

2025年：LDL/HDLサブフラクションのスペクトルデコンボリューションのために1650nmまで拡張

2026年：エネルギーハーベスティング（体温＋太陽光発電）で駆動するμWレベルのフォトニック結晶SWIR LED

2027年：完全埋め込み型0.3mm³ SWIRオプトロードとAI閉ループ薬剤送達システムの組み合わせ

珠海天輝に今すぐお問い合わせください。ベアダイから認証済み医療モジュールまで、お客様専用のSWIR LEDヘルスセンシングソリューションを共同設計いたします。