You are more transparent than you think - Sajan Saini

翻訳: Charlotte Swift 校正: Tomoyuki Suzuki

It’s an increasingly common sight in hospitals around the world:

世界中の病院で当たり前に なりつつある光景があります

a nurse measures our height, weight, blood pressure,

それは 看護婦が患者の身長 体重 血圧を測るとともに

and attaches a glowing plastic clip to our finger.

プラスチックでてきた 光る クリップを指にはめる光景です

Suddenly, a digital screen reads out the oxygen level in our bloodstream.

突然 デジタル画面に血中の 酸素濃度が表示されます

How did that happen?

どうやって 測ったのでしょうか？

How can a plastic clip learn something about our blood…

プラスチックのクリップが どのようにして血液の情報を得るのでしょうか

without a blood sample?

採血もしていないのに…

Here’s the trick:

その仕組みはこうです

our bodies are translucent,

私たちの体は 半透明 ―

meaning they don’t completely block and reflect light.

つまり 光を完全に遮断し 反射するのではありません

Rather, they allow some light to actually pass through our skin,

むしろ 多少の光は 皮膚 筋肉 血管を通り抜けます

muscles, and blood vessels.

Don’t believe it?

信じられませんか？

Hold a flashlight to your thumb.

親指に懐中電灯を 当ててみてください

Light, it turns out, can help probe the insides of our bodies.

光を使って体内を 調べることが可能なのです

Consider that medical fingerclip—

医療用の指クリップを 思い出してみてください

it’s called a pulse oximeter.

パルスオキシメーター（酸素濃度計） というものです

When you inhale, your lungs transfer oxygen into hemoglobin molecules,

息を吸うと肺の酸素は ヘモグロビン分子の中に運ばれます

and the pulse oximeter measures the ratio of oxygenated to oxygen-free hemoglobin.

パルスオキシメーターはヘモグロビンのうち 酸化されたものの割合を測ります

It does this by using a tiny red LED light on one side of the fingerclip,

指クリップの片側から 微小な赤い光が出て

and a small light detector on the other.

反対側にある光検知器で 測定されます

When the LED shines into your finger,

LED（発光ダイオード）が 指に照らされると

oxygen-free hemoglobin in your blood vessels absorbs the red light

血管内の酸素と結合しているヘモグロビンより 酸素と結合していないヘモグロビンの方が

more strongly than its oxygenated counterpart.

より強く赤い光を 吸収します

So the amount of light that makes it out the other side

したがって 反対側まで 光が届くかは

depends on the concentration ratio of the two types of hemoglobin.

これら２種類のヘモグロビンの 濃度比によります

But any two patients will have different-sized blood vessels in their fingers.

ところが どの２人の患者を比べても 指の血管の太さは異なります

For one patient, a saturation reading of ninety-five percent

ある患者に対し 健常な値である 95パーセントの酸素飽和度を示す ―

corresponds to a healthy oxygen level,

測定値が得られても

but for another with smaller arteries,

危険なことに 同じ測定値が

the same reading could dangerously misrepresent the actual oxygen level.

細い動脈の患者に対しては 実際の酸素濃度を示していないかもしれません

This can be accounted for with a second infrared wavelength LED.

この点は２本目の赤外線波長 LEDによって補われます

Light comes in a vast spectrum of wavelengths,

入射する光のスペクトルは 幅広い波長域をもっており

and infrared light lies just beyond the visible colors.

赤外線は可視光域のすぐ外側にあります

All molecules, including hemoglobin,

ヘモグロビンを含む 全ての分子は

absorb light at different efficiencies across this spectrum.

スペクトルの各波長において 異なる吸収率を示すので

So contrasting the absorbance of red to infrared light

赤い光と赤外線の 吸収率を比べることにより

provides a chemical fingerprint to eliminate the blood vessel size effect.

血管の太さによる影響を排除した 化学的な指紋情報を提供します

Today, an emerging medical sensor industry is exploring all-new degrees

現在では 医療用センサー産業が出現し 精密な化学的指紋装置を開発しており

of precision chemical fingerprinting,

using tiny light-manipulating devices no larger than a tenth of a millimeter.

0.1ミリ以下の 極小の光操作デバイスを用いています

This microscopic technology,

この微視的な技術は

called integrated photonics,

集積フォトニクスといい

is made from wires of silicon that guide light—

光の進路を導くシリコンワイヤーで できており

like water in a pipe—

まるでパイプを通る 水のように

to redirect, reshape, even temporarily trap it.

光の向きや波形を変え 一時的に閉じ込めさえします

A ring resonator device, which is a circular wire of silicon,

リング共振器は円形の シリコンワイヤーでてきており

is a light trapper that enhances chemical fingerprinting.

光を閉じ込め 化学的指紋の 信号を強めます

When placed close to a silicon wire,

シリコンワイヤーの すぐ側におくと

a ring siphons off and temporarily stores only certain waves of light—

リングは特定の光を吸収し 一時的に閉じ込めます

those whose periodic wavelength fits a whole number of times

それは 波長を整数倍すると 円周長と一致するような光です

along the ring’s circumference.

It’s the same effect at work when we pluck guitar strings.

これはギターの弦を 弾くのと同じ効果で

Only certain vibrating patterns dominate a string of a particular length,

特定の長さの弦に対し あるパターンで振動し

to give a fundamental note and its overtones.

基音やその倍音が 出るのと同じです

Ring resonators were originally designed

リング共振器の 当初の設計目的は

to efficiently route different wavelengths of light—

光通信網において デジタルデータの 個々のチャンネルに対応する

each a channel of digital data—

異なる波長の光の

in fiber optics communication networks.

経路制御を 効率的に行うことでした

But some day this kind of data traffic routing

いつしかこのような データ通信の経路制御技術が

may be adapted for miniature chemical fingerprinting labs,

極小の化学的指紋検査室 として応用され

on chips the size of a penny.

１セント硬貨サイズのチップ上に 載せられるかもしれません

These future labs-on-a-chip may easily, rapidly,

この未来の「チップ上の検査室」は 容易に敏速に

and non-invasively detect a host of illnesses,

そして非侵襲的に多くの病気を 特定することができます

by analyzing human saliva or sweat in a doctor’s office

診察室や便利なことに家で 人の唾液や汗などを分析するのです

or the convenience of our homes.

Human saliva in particular

人の唾液は特に

mirrors the composition of our bodies’ proteins and hormones,

人体のタンパク質やホルモンの 成分を反映するので

and can give early-warning signals for certain cancers

ある種の癌や感染症 自己免疫疾患などを

and infectious and autoimmune diseases.

早い段階で警告 することができます

To accurately identify an illness,

病気を的確に 特定するために

labs-on-a-chip may rely on several methods,

「チップ上の検査室」は

including chemical fingerprinting,

化学的指紋を含む いくつかの方法により

to sift through the large mix of trace substances in a sample of spit.

唾のサンプル中にある 無数の 微量物質をふるいにかけます

Various biomolecules in saliva absorb light at the same wavelength—

唾液の中には同一の波長の光を吸収する 様々な生体分子がありますが

but each has a distinct chemical fingerprint.

それぞれに特徴的な 化学的指紋があります

In a lab-on-a-chip, after the light passes through a saliva sample,

チップ上の検査室では光が 唾液サンプルを通過した後

a host of fine-tuned rings

多くの微調整されたリングが

may each siphon off a slightly different wavelength of light

波長の少しづつ異なる 光を吸収し

and send it to a partner light detector.

対となる光検知器へと 送ります

Together, this bank of detectors will resolve

幾層にも重なった 検知器のおかげで

the cumulative chemical fingerprint of the sample.

サンプル中の混合した 化学的指紋情報を個々に識別できます

From this information, a tiny on-chip computer,

この情報をチップ上の 極小コンピューターにある

containing a library of chemical fingerprints for different molecules,

異なる分子の化学的指紋の データベースと照らし合わせ

may figure out their relative concentrations,

相対的な濃度を 割り出し

and help diagnose a specific illness.

特定の病気を 診断します

From globe-trotting communications to labs-on-a-chip,

世界を駆け巡る通信から チップ上の検査室に至るまで

humankind has repurposed light to both carry and extract information.

情報を送信したり抽出するなど 人類は光の異なる使い方を見出しました

Its ability to illuminate continues to astonish us with new discoveries.

光の「照らす力」を使った新しい発明は 私たちを驚かせ続けることでしょう