CN103080726B - 用于测量包含于测试溶液中的抗原的浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了生物物质浓度测量设备，其尺寸小且能够以高精度探测测试物质的浓度。生物物质浓度测量设备包括用于通过使用盒单元来测量第一基底105a和第二基底105b的光学性质的光学测量设备，所述盒单元用于生物物质浓度测量并包括：第一基底105a，在所述第一基底105a上，多个第一金属纳米棒109a固定为使得其长轴在同一方向上配向，所述多个第一金属纳米棒109a均被以特定结合至测试物质的物质更改；以及第二基底，在所述第二基底上，多个第二金属纳米棒109b固定为使得其长轴垂直于所述第一基底上的第一金属纳米棒的长轴配向，所述多个第二金属纳米棒109b均被以阻挡物质更改，并且根据该光学性质以高精度计算生物物质浓度。

Description

用于测量包含于测试溶液中的抗原的浓度的方法
技术领域
本发明涉及用于测量包含于测试溶液中的抗原的浓度的方法，该方法利用以光辐照金属而产生的表面等离子体共振。
背景技术
需要机敏、高效和简单地进行医学诊断、基因分析等。因此，最近对容许对非常小量的生物物质进行高灵敏探测的技术给予了重视。
例如，表面等离子体共振用于用于探测生物物质的方法中，该生物物质诸如是包含于血液、汗液、尿液等的测试溶液中的蛋白质、荷尔蒙和低分子量化合物。表面等离子体通过金属中的自由电子与电磁波(光)相互作用而产生。与荧光探测方法和电化学方法不同，使用表面等离子体共振的探测方法不需要对生物物质进行标记并且简单。
表面等离子体共振的范例包括传播式(propagating)表面等离子体共振和局域化(localized)表面等离子体共振。
使用传播式表面等离子体共振的传感器具有例如三角棱镜。薄金属膜形成于三角棱镜的表面之一上。光从棱镜的不同表面施加于具有薄金属膜的表面。当光以某一角度进入薄金属膜时，产生传播式表面等离子体共振。此一定角度称为共振角。共振角取决于存在于薄金属膜(约100nm)附近的材料的折射率(介电常数)。因此，传播式表面等离子体共振传感器能够高灵敏地探测附近材料的性质的改变。
当传播式表面等离子体共振用于生物传感器中时，抗体固定于薄金属膜的表面上。通过使包含生物物质(抗原)的测试溶液与薄金属膜的表面接触，抗原和抗体彼此反应并结合。因为薄金属膜附近的折射率改变，所以共振角改变。如果提前获得了测试溶液中包含的抗原的浓度与共振角之间的相关性，则能够根据共振角的改变来计算抗原浓度。
专利文献1公开了使用局域化表面等离子体共振的方法。根据专利文献1，涂覆有稀有金属的电介质颗粒(以下称作“颗粒”)形成于基底表面的多个区域中。结合至生物分子的抗体固定于形成于一个区域(以下称作“信号区域”)中的颗粒上。信号区域指示反映生物分子的浓度的共振波长。处理形成于另一区域(以下，“基准区域”)中的颗粒，使得防止发生至生物分子的结合。通过以光辐照，在每一个区域中观测到了局域化表面等离子体共振。在信号区域中，至生物分子的结合改变反射谱。其间，在基准区域中，生物分子不结合，并且从而反射谱不改变。能够基于信号区域中的反射谱与基准区域中的反射谱之间的差异来获得由至生物分子的结合而引起的反射谱改变的量。基于反射谱改变的量来计算生物分子的浓度。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本专利No.3528800
发明内容
技术问题
利用常规局域化表面等离子体传感器高灵敏地探测测试物质的浓度，该局域化表面等离子体传感器在其表面上具有信号区域和基准区域。然而，在光施加于两个探测区域，即信号区域和基准区域时，必需至少移动光源或基底之一。为了保持或提高测量精度，必需以高精度控制光源的位置、探测区域、以及光电探测器。因此，光源或基底的移动能够降低测量精度。
本发明的目的是提供用于测量包含于测试溶液中的抗原的浓度的方法，其既不移动光源也不移动基底，具有改善的精度。
技术方案
一种用于通过使用用于测量生物物质的浓度的设备来测量包含在测试溶液中的第一抗原的浓度的方法，所述方法包括以下步骤(a)至(l)：
步骤(a)：准备所述设备，
所述设备包括：
盒单元，其中包括第一区域、第二区域和用于容纳所述测试溶液的空间；
光源；
偏振片，用于使从所述光源发射的光偏振；以及
光接收器，用于接收沿光轴通过所述盒单元的光，所述光轴与所述第一区域、所述第二区域和用于容纳所述测试溶液的所述空间相交，其中
多个第一金属纳米棒固定于所述第一区域上，所述多个第一金属纳米棒均在其表面上具有第一抗体，
多个第二金属纳米棒固定于所述第二区域上，所述多个第二金属纳米棒均在其表面上具有阻挡物质，
所述多个第一金属纳米棒的长轴在同一方向上配向，
所述多个第二金属纳米棒的长轴在同一方向上配向，
所述第一金属纳米棒的长轴方向与所述第二金属纳米棒的长轴方向正交，并且
所述偏振片或所述盒单元中的至少任意一个可绕所述光轴旋转；
步骤(b)：向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液，以容许所述第一抗原结合至所述第一抗体，而不容许所述第一抗原结合至所述阻挡物质；
步骤(c)：使平行于所述多个第一金属纳米棒的所述长轴方向的偏振光沿所述光轴通过所述盒单元，以利用所述光接收器接收得到的第一光；
步骤(d)：基于所述第一光，计算由所述第一抗原结合至所述抗体而引起的局域化表面等离子体共振波长的频变量Δλa；
步骤(e)：使所述偏振片或所述盒单元中的至少任意一个旋转，使得通过所述偏振片的偏振光平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向；
步骤(f)：使平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向的偏振光沿所述光轴通过所述盒单元，以利用所述光接收器接收得到的第二光；
步骤(g)：基于所述第二光，计算由向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液而引起的所述局域化表面等离子体共振波长的频变量Δλb；
步骤(h)：基于校准曲线和由以下等式差＝Δλa－Δλb表示的所述差来计算所述第一抗原的所述浓度；
步骤(i)：在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，使平行于所述多个第一金属纳米棒的所述长轴方向的所述偏振光沿所述光轴透过所述盒单元，以获得第三光；
步骤(j)：基于所述第三光，计算在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，由所述多个所述第一金属纳米棒引起的局域化表面等离子体共振波长λa0，其中，
在步骤(d)，计算由所述第一抗原结合至所述抗体而提供的局域化表面等离子体共振波长λa1，并且根据以下等式Δλa＝λa1－λa0获得所述量Δλa；
步骤(k)：在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，使平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向的所述偏振光沿所述光轴透过所述盒单元，以获得第四光；以及
步骤(l)：基于所述第四光，计算在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，由所述第二金属纳米棒引起的局域化表面等离子体共振波长λb0，其中，
在步骤(g)，获得由向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液而提供的局域化表面等离子体共振波长λb1，并且根据以下等式Δλb＝λb1－λb0获得所述量Δλb。
一种用于通过使用用于测量生物物质的浓度的设备来测量包含在测试溶液中的第一抗原的浓度的方法，所述方法包括以下步骤(a)至(l)：
步骤(a)：准备所述设备，
所述设备包括：
盒单元，其中包括第一区域、第二区域和用于容纳所述测试溶液的空间；
光源，向所述盒单元发射偏振光；
光接收器，用于接收沿光轴通过所述盒单元的光，所述光轴与所述第一区域、所述第二区域和用于容纳所述测试溶液的所述空间相交，其中
多个第一金属纳米棒固定于所述第一区域上，所述多个第一金属纳米棒均在其表面上具有第一抗体，
多个第二金属纳米棒固定于所述第二区域上，所述多个第二金属纳米棒均在其表面上具有阻挡物质，
所述多个第一金属纳米棒的长轴在同一方向上配向，
所述多个第二金属纳米棒的长轴在同一方向上配向，
所述第一金属纳米棒的长轴方向与所述第二金属纳米棒的长轴方向正交，并且
所述光源或所述盒单元中的至少任意一个可绕所述光轴旋转；
步骤(b)：向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液，以容许所述第一抗原结合至所述第一抗体，并且不容许所述第一抗原结合至所述阻挡物质；
步骤(c)：使平行于所述多个第一金属纳米棒的所述长轴方向的偏振光沿所述光轴通过所述盒单元，以利用所述光接收器接收得到的第一光；
步骤(d)：基于所述第一光，计算由所述第一抗原结合至所述抗体而引起的局域化表面等离子体共振波长的频变量Δλa；
步骤(e)：使所述光源或所述盒单元中的至少任意一个旋转，使得所述偏振光平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向；
步骤(f)：使平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向的偏振光沿所述光轴通过所述盒单元，以利用所述光接收器接收得到的第二光；
步骤(g)：基于所述第二光，计算由向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液而引起的所述局域化表面等离子体共振波长的频变量Δλb；
步骤(h)：基于校准曲线和由以下等式差＝Δλa－Δλb表示的所述差来计算所述第一抗原的所述浓度；
步骤(i)：在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，使平行于所述多个第一金属纳米棒的所述长轴方向的所述偏振光沿所述光轴透过所述盒单元，以获得第三光；
步骤(j)：基于所述第三光，计算在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，由所述多个所述第一金属纳米棒引起的局域化表面等离子体共振波长λa0，其中，
在步骤(d)，计算由所述第一抗原结合至所述抗体而提供的局域化表面等离子体共振波长λa1，并且根据以下等式Δλa＝λa1－λa0获得所述量Δλa；
步骤(k)：在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，使平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向的所述偏振光沿所述光轴透过所述盒单元，以获得第四光；以及
步骤(l)：基于所述第四光，计算在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，由所述第二金属纳米棒引起的局域化表面等离子体共振波长λb0，其中，
在步骤(g)，获得由向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液而提供的局域化表面等离子体共振波长λb1，并且根据以下等式Δλb＝λb1－λb0获得所述量Δλb。
有益效果
本发明提供用于测量包含在测试溶液中的抗原的浓度的方法。该方法不需要光源和基底均移动并且实现了测量精度的提高。
附图说明
图1是示例根据实施例1的生物物质浓度测量设备的配置的图示；
图2是示例根据实施例1的盒单元(cell)105的横截面的图示；
图3是根据实施例1的盒单元105的部分的透视图；
图4是示出Au纳米棒的吸收谱的图示；
图5(A)是其上形成有随机配向的Au纳米棒的基底105h的配置图示，并且图5(B)是示出其上形成有随机配向的Au纳米棒的基底105h的吸收谱的示图；
图6(A)是其上形成有Au纳米棒以使得Au纳米棒的长轴在同一方向上配向的基底105a的配置图示，图6(B)是示出当向基底105a施加具有Au纳米棒的短轴方向的偏振光时，基底105a的吸收谱的示图；图6(C)示出了当向基底105a施加具有Au纳米棒的长轴方向的偏振光时，基底105a的吸收谱；
图7是示例根据本发明的实施例2的生物物质浓度测量设备的配置的图示；
图8是示例根据本发明的实施例2的盒单元205的横截面的图示；
图9是根据本发明的实施例2的盒单元205的部分的透视图；
图10是示例根据本发明的实施例3的生物物质浓度测量设备的配置的图示；
图11是示例根据本发明的实施例3的用于生物物质浓度测量的盒单元405的配置的图示；
图12是示例根据本发明的实施例4的生物物质浓度测量设备的配置的图示；
图13是示例根据本发明的实施例4的盒单元505的横截面的图示；
图14是根据本发明的实施例4的盒单元505的部分的透视图；
图15是示例根据本发明的实施例5的生物物质浓度测量设备的配置的图示；
图16是示例根据本发明的实施例5的盒单元605的横截面的图示；
图17是根据本发明的实施例5的盒单元605的部分的透视图；
图18(A)是其上形成有Au纳米棒以使得Au纳米棒的长轴在同一方向上配向的第一基底105a的配置图，图18(B)是示出在测试溶液供应之前向第一基底105a施加平行于Au纳米棒的长轴的偏振光时，第一基底105a的吸收谱的示图，以及图18(C)是示出在测试溶液供应之后向第一基底105a施加平行于Au纳米棒的长轴的偏振光时，第一基底105a的吸收谱的示图；
图19(A)是其上形成有Au纳米棒以使得Au纳米棒的长轴在同一方向上配向的第二基底105b的配置图，图19(B)是示出在测试溶液供应之前向第二基底105b施加平行于Au纳米棒的长轴的偏振光时，第二基底105b的吸收谱的示图，以及图19(C)是示出在测试溶液供应之后向第二基底105b施加平行于Au纳米棒的长轴的偏振光时，第二基底105b的吸收谱的示图；
图20(A)是盒单元105的分解图示，图20(B)是示出向盒单元105施加具有y方向的偏振光时，第一基底105a的吸收谱的示图，以及图20(C)是示出向盒单元105施加具有y方向的偏振光时，第二基底105b的吸收谱的示图。
具体实施方式
以下，将参照图来描述本发明的实施例。
(实施例1)
将参照图1至3来描述实施例1。
(设备100的描述)
图1示例了根据实施例1的用于测量生物物质的浓度的设备100的配置。设备100包括盒单元105和光学测量设备200。
光学测量设备200包括光源101、透镜102、偏振片103、透镜104、狭缝106光栅装置107、光接收器108、以及微型计算机110。
光源101辐射包括局域化表面等离子体共振波长的光。光源101优选地是卤素光源。
透镜102(第一透镜102)调节从光源101辐射的光。
偏振片103使从卤素光源101辐射并通过透镜102调节的光偏振。
透镜104(第二透镜104)调节通过盒单元105的光。
在执行光栅分光术时，狭缝106将光调节为基本点光的形式。
光栅装置107反射通过狭缝106的光，同时光栅装置107根据波长使光分散。
光接收器108具有多个光接收区域并探测分散的光。
微型计算机110(即计算部分)计算光接收器108接收的光的强度。微型计算机110根据计算的强度计算局域化表面等离子体共振波长。微型计算机110基于计算的局域化表面等离子体共振波长来计算测试物质的浓度。
盒单元105容纳测试溶液。盒单元105包括第一基底105a和第二基底105b。第一基底105a包括多个第一金属纳米棒，多个第一金属纳米棒具有在同一方向上配向的长轴。每一个金属纳米棒具有约2nm至100nm的短轴和约50nm至500nm的长轴。与第一基底105a类似，第二基底105b包括多个第二金属纳米棒。
第一基底105a和第二基底105b分别对应于第一区域和第二区域。金属纳米棒能够形成于基底的整个表面上或部分表面上。
光接收器108的范例是CCD(电荷耦合器件)、CM OS、或一维光探测器阵列。光接收器108优选地包括多个光接收区域。
偏振片103的范例是由有机分子形成的偏振膜。
偏振片103或盒单元105中的至少任一个绕光轴旋转。更不用说，光轴平行于第一基底105的法线方向。
光学测量设备200优选地包括存储器111。存储器111存储对应于光接收器108的每一个光接收区域的波长数据和关于局域化表面等离子体共振波长的频变(shift)量与生物物质浓度之间的关系的数据(即校准曲线)。
图2示例根据实施例1的盒单元105。
盒单元105包括第一基底105a、第二基底105b、第一间隔物105c、第二间隔物105d、以及盖玻璃105e。第一基底105a包括多个第一金属纳米棒109a。第二基底105b包括多个第二金属纳米棒109b。
如图2中所示，第一测试溶液容纳空间105f由第一基底105a、第一间隔物105c、以及盖玻璃105e围绕。类似地，第二测试溶液容纳空间105g由第一基底105a、第二间隔物105d以及第二基底105b围绕。第一测试溶液容纳空间105f和第二测试溶液容纳空间105g中的每一个空间包括用于测试溶液的供应入口和排出出口(未示出)。
第一基底105a、第二基底105b以及盖玻璃105e的材料不受特别限制，只要容许来自光源101的光从其通过就行。材料优选地是SiO2。
图3示例了第一基底105a和第二基底105b。
第一基底105a包括多个第一金属纳米棒109a，多个第一金属纳米棒109a具有在同一方向上配向的长轴。多个第一金属纳米棒109a可以共同地称为“第一金属纳米棒组”。
第二基底105b包括多个第二金属纳米棒109b，多个第二金属纳米棒109b具有在同一方向上配向的长轴。多个第二金属纳米棒109b可以共同地称为“第二金属纳米棒组”。多个第一金属纳米棒109a的长轴与多个第二金属纳米棒109b的长轴正交。
利用第一抗体112a对多个第一金属纳米棒109a进行更改，以形成测量区域。其间，利用阻挡物质112c对多个第二金属纳米棒109b进行更改，以形成基准区域。抗原、蛋白质、以及肽均不结合至阻挡物质112c。抗体包括包含在测试溶液中的测试物质。蛋白质包括白蛋白和球蛋白。
阻挡物质112c的范例是卵白蛋白、牛血清白蛋白、酪蛋白、脱脂乳、在侧链处具有磷脂极性基团的M PC(2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱(2-methacryloyloxyethy lphosphorylcholine))聚合物、含M PC聚合物的聚合物、或含M PC聚合物的共聚物。
其上形成有多个第一金属纳米棒109a和第二金属纳米棒109b的第一基底105a的表面和第二基底105b的表面面对同一的方向。
(基底制造方法)
用于制造第一基底105a和第二基底105b的方法不受特别限制。例如，通过使用x射线光刻或电子束光刻取得精细的结构。接下来，溅射金属以制造基底105。
通过使用x射线光刻或电子束光刻在Si基底上制备模子。通过使用纳米印刷技术在树脂上制备纳米棒。溅射金属以制备金属纳米棒，由此制造基底105。
使用通过使用化学反应的合成方法或使用光反应的合成方法合成的金属纳米棒，并且能够制造基底105。
剪应力以预定方向施加于包含金属纳米棒的组分，由此能够将金属纳米棒的长轴在同一方向上配向。更具体地，包含分散剂、溶剂、树脂、以及金属纳米棒的组分施加至基底。通过使用微凹版涂布器(m icro-gravurecoater)，能够施加组分，同时能够在与基底移动的方向相反的方向上施加一定量的剪应力。替代地，可以在施加组分期间或之后以预定方向施加电或磁力，由此长轴能够在同一方向上配向。
金属纳米棒109的材料是银、金、铜、铝、或铂。能够使用多种材料。金属纳米棒呈现两个局域化表面等离子体共振带。一个局域化表面等离子体共振带源自短轴方向。当使用Au纳米棒时，该一个局域化表面等离子体共振带在接近520nm的波长处出现。同时，另一局域化表面等离子体共振带源自长轴。当使用Au纳米棒时，另一局域化表面等离子体共振带在600至1500nm的波长处出现。
(吸收谱的描述)
图4示出了Au纳米棒的吸收谱，该纳米棒均具有10nm的平均短轴长度和37nm的平均长轴长度。510nm的波长附近的峰是源自短轴的局域化表面等离子体共振带。780nm的波长附近的峰是源自长轴的局域化表面等离子体共振带。局域化表面等离子体共振带中的吸收峰波长称为局域化表面等离子体共振波长。
在实施例1中，源自长轴的局域化表面等离子体共振波长优选地为700至1000nm。
包括多个第一金属纳米棒109a和第二金属纳米棒109b的基底具有强的偏振特性，多个第一金属纳米棒109a和第二金属纳米棒109b具有在同一方向上配向的长轴。图5(A)示例包括随机配向的金属纳米棒109c的基底105h。图5(B)示出了其吸收谱。对于任何入射偏振光，基底105h具有源自短轴和长轴的局域化表面等离子体共振带中的吸收峰，如图5(B)中所示。
图6(A)示例包括第一金属纳米棒109a的基底105a，第一金属纳米棒109a具有在同一方向y上配向的长轴。图6(B)示出了通过沿垂直于长轴的方向(即图6(A)中的x方向)施加偏振光时产生的吸收谱。图6(C)示出了通过沿平行于长轴的方向(即图6(A)中的y方向)施加偏振光时产生的吸收谱。
如根据图6(B)和6(C)所理解的，对于沿x方向的偏振光，基底105a仅呈现源自短轴的局域化表面等离子体共振带的吸收谱。对于沿y方向的偏振光，基底105a仅呈现源自长轴的局域化表面等离子体共振带的吸收谱。
通过将偏振光设定为平行于第一金属纳米棒109a的长轴或第二金属纳米棒109b的长轴中的任一个，容许获得特定于第一基底105a或第二基底105b中的任一个的吸收谱。偏振片103或盒单元105中的任一个绕光轴旋转，使得偏振光变为平行于第一金属纳米棒109a的长轴或第二金属纳米棒109b的长轴中的任一个。偏振片103和盒单元105均能够旋转。
多个第一金属纳米棒的长轴需要与多个第二金属纳米棒的长轴正交。以下参照图20描述原因。
图20(A)示例盒单元105的分解图。在盒单元105的第一基底105a上，第一金属纳米棒109a形成为使得其长轴在同一方向上配向。平行于第一金属纳米棒109a的长轴的轴定义为y方向，并且平行于第一金属纳米棒109a的短轴的轴定义为x方向。在盒单元105的第二基底105b上，第二金属纳米棒109b形成为使得其长轴在同一方向上配向。如图20(A)中所示，第二金属纳米棒109b形成为使得其长轴相对于y方向以45度的角倾斜。换句话说，在盒单元105中，多个第一金属纳米棒109a的长轴不正交于多个第二金属纳米棒109b的长轴。
在盒单元105中，为了仅获得源自第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振的吸收，平行于第一金属纳米棒109a的长轴的偏振光，即具有y方向的偏振光，需要入射于其上。图20(B)示出了当具有y方向的偏振光施加于盒单元105时，第一基底105a的吸收谱。根据图20(B)，仅容许观测源自第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振的吸收峰。
具有y方向并施加于盒单元105的偏振光通过第一基底105a，并且然后施加于第二基底105b。图20(C)示出了具有y方向的偏振光施加于第二基底105b时，第二基底105b的吸收谱。根据图20(C)，看似出现了两个吸收峰。长波侧的吸收峰是源自第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振的吸收峰，并且短波侧的吸收峰是源自第二金属纳米棒109b的短轴的局域化表面等离子体共振的吸收峰。之所以出现两个吸收峰的原因是，具有y方向的偏振光包括分别平行于第二金属纳米棒109b的长轴和短轴的两个偏振光分量。从而，利用施加的以仅获得源自第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振的吸收的具有y方向的偏振光，也获得了源自第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振的吸收。从而，不可能仅获得源自第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振的吸收。因此，当施加具有y方向的偏振光以仅获得源自第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振的吸收时，需要防止产生源自第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振的吸收。为了这样做，需要第二金属纳米棒109b的长轴垂直于具有y方向的偏振光。
(用于测量抗原的浓度的方法)
以下，将参照图描述根据实施例1的通过使用设备100来测量测试溶液中包含的抗原的浓度的方法。
(预测量)
首先，准备设备100。然后将盒单元105插入到光学测量设备200中。在预测量中，盒单元105未容纳测试溶液。换句话说，通常，盒单元105处于真空状态或填充有空气。
光源101通电。从光源101辐射的光受到透镜102的调节并通过偏振片103。
通过偏振片103的偏振光仅具有平行于第一金属纳米棒109a的长轴的偏振光分量。当偏振光通过盒单元105时，强度衰减光在源自第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振波长处达到最大。光在源自第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振波长处不衰减。通过盒单元105的偏振光由透镜104会聚，通过狭缝106，被光栅装置107分散(disperse)，并且到达光接收器108。此偏振光对应于权利要求中的“第三光”。
微型计算机110基于在光接收器108的每一个光接收区域处探测的光强度来确定光衰减最大处的波长。此波长存储于存储器111中作为供应测试溶液之前的波长
[Chem.04]
λa0。
在确定波长
[Chem.05]
λa0
后，微型计算机110使偏振片103旋转90度。此旋转使得通过偏振片103的偏振光仅具有平行于第二金属纳米棒109b的长轴的偏振光分量。
当偏振光通过盒单元105时，光衰减在源自第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振波长处达到最大。此偏振光对应于权利要求中的“第四光”。在源自第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振波长处，该光不衰减。与以上类似，波长存储在存储器111中作为供应测试溶液之前的
[Chem.06]
波长λb0。
[Chem.07]
波长λa0：
通过偏振光发生的光衰减最大化处的波长，其仅具有平行于第一金属纳米棒109a的长轴的偏振光分量，在供应测试溶液之前通过盒单元105。
[Chem.08]
波长λb0：
通过偏振光发生的光衰减最大化处的波长，其仅具有平行于第二金属纳米棒109b的长轴的偏振光分量，在供应测试溶液之前通过盒单元105。
在本实施例中，在供应测试溶液之前，通过盒单元105和设备100确定
[Chem.09]
波长λa0和波长λb0。
替代地，先前确定的
[Chem.10]
波长λa0和波长λb0
可以存储在存储器111中。
(步骤(a)和步骤(b))
准备设备100。盒单元105填充有测试溶液。包含在测试溶液中的抗原特定结合至第一金属纳米棒109a上的抗体112a。其时，抗原不结合至阻挡(blocking)物质112c。
(步骤(c))
在抗原充分结合至抗体112a之后，光源101通电。类似于
[Chem.11]
波长λa0
的测量，仅具有平行于第一金属纳米棒109a的长轴的偏振光分量的偏振光透过盒单元105，获得第一光。光接收器108接收第一光。
(步骤(d))
基于光接收器108处的光强度，微型计算机110确定光衰减最大处的波长。此波长存储在存储器111中作为供应测试溶液之后的
[Chem.12]
波长λa1。
然后，微型计算机110根据以下等式
[Chem.14]
Δλa＝λa1－λa0
来计算抗由原至抗体的结合而引起的共振波长的频变量
[Chem.13]
Δλa。
(步骤(e))
此后，微型计算机110使偏振片103旋转90度。此旋转使得通过偏振片103的偏振光仅具有平行于第二金属纳米棒109b的长轴的偏振光分量。
(步骤(f))
类似于
[Chem.15]
波长λb0
的测量，仅具有平行于第二金属纳米棒109b的长轴的偏振光分量的偏振光透过盒单元105，获得第二光。光接收器108接收第二光。
(步骤(g))
微型计算机110基于光接收器108处的光强度，确定光衰减最大处的波长。此波长存储在存储器111中作为供应测试溶液之后的波长
[Chem.16]
波长λb1。
然后，根据以下等式
[Chem.18]
Δλb＝λb1－λb0，
微型计算机110计算由测试溶液与多个第二金属纳米棒109b的接触而引起的共振波长的频变量
[Chem.17]
Δλb。
(步骤(h))
微型计算机110计算
[Chem.19]
Δλa与Δλb
之间的差，以计算由抗原至抗体112a的结合引起的共振波长的精确的频变量
[Chem.20]
Δλ。
此后，微型计算机110参照精确的共振波长频变量
[Chem.21]
Δλ
与抗原的浓度之间的关系(以下，称为“校准曲线”)来计算抗原的浓度。不必说，微型计算机110先前在存储器111中存储了校准曲线。
将计算的抗原的浓度通知给用户，例如利用扬声器(未示出)或显示器。
能够例如根据以下程序获得校准曲线。
生产了具有各种抗原浓度的测试溶液。测试溶液的溶剂是纯水，并且测试溶液的溶质是抗原。测量供应测试溶液之前，盒单元105的局域化表面等离子体共振
[Chem.22]
波长λa0和λb0。
然后，具有已知抗原浓度的测试溶液供应至盒单元105，并且测量
[Chem.23]
波长λa1和λb1。
然后，根据以下三个等式
[Chem.25]
Δλa＝λa1－λa0
Δλb＝λb1－λb0
Δλ＝λa－λb
计算关于抗原浓度的共振波长频变量
[Chem.24]
Δλ。
对于具有各种抗原浓度的测试溶液，获得了
[Chem.26]
Δλ
并且对其进行了绘图，其中竖直轴表示共振波长频变量
[Chem.27]
Δλ
而水平轴表示抗原浓度，由此获得了校准曲线。
(本发明的目的和有益效果的细节)
源自长轴的局域化表面等离子体共振波长对每一个金属纳米棒附近的折射率非常敏感。
当使用均具有10nm的平均短轴长度和37m的平均长轴长度的Au纳米棒时，1.0*100的折射率的改变使得源自长轴的局域化表面等离子体共振波长向长波侧频变约220nm。
抗原结合至用以更改(modify)Au纳米棒的抗体，并且局域化表面等离子体共振波长归因于每一个Au纳米棒附近的折射率的改变而发生频变。
测量抗原结合至抗体之前的局域化表面等离子体共振波长与抗原接合至抗体之后的局域化表面等离子体共振波长之间的差，即共振波长频变量。基于共振波长频变量，计算由抗原结合至抗体的引起的折射率改变的量。以此方式，计算抗原的浓度。
然而，不仅归因于抗原至抗体的结合，而且归因于金属纳米棒附近的介质从真空或空气改变至测试溶液，每一个金属纳米棒附近的折射率改变。
换句话说，共振波长频变量
[Chem.28]
Δλa
包括由抗原至抗体的结合引起的局域化表面等离子体共振波长的频变量(以下，称作“频变量A1”。这等于
[Chem.29]
Δλ
)和由每一个金属纳米棒附近的介质从真空或空气改变至测试溶液而引起的共振波长的频变量(以下称作“频变量A2”)。
测试溶液可以包含白蛋白和球蛋白。每一个个体具有不同的白蛋白浓度。每一个个体具有不同的球蛋白浓度。频变量
[Chem.30]
Δλa
包括白蛋白浓度和球蛋白浓度作为频变量A2。从而，仅根据频变量
[Chem.31]
Δλa
难以精确获得抗原的浓度。
将参照图18-23详细描述原因。
图18(A)示例第一基底105a，第一基底105a具有利用第一抗体112a更改的第一金属纳米棒109a。
图18(B)示出了在供应测试溶液之前平行于第一金属纳米棒109a的长轴的光施加至第一基底105a产生的吸收谱。
[Chem.32]
λa0
是获得的局域化表面等离子体共振波长。
图18(C)示出了供应测试溶液且抗原充分结合至第一抗体112a之后的吸收谱。
[Chem.33]
λa1
是图18(C)中的实线表示的谱中的局域化表面等离子体共振波长。图18(C)中的虚线表示图18(B)中的吸收谱。
由抗原至抗体112a的结合引起的共振波长的频变量
[Chem.34]
Δλa
由以下等式
[Chem.35]
Δλa＝λa1－λa0
表示。
[Chem.36]
Δλa
不仅包括频变量A1，而且包括频变量A2。
当抗原的浓度为0M时，
[Chem.37]
Δλa
仅指示(indicate)由每一个金属纳米棒附近的介质从空气改变至测试溶液产生的折射率改变而引起的共振波长频变(频变量A2)。
测试溶液的折射率根据抗原以外的材料(例如白蛋白和球蛋白)的浓度改变。白蛋白和球蛋白的浓度能够根据每一个个体而改变。因此，即使当抗原的浓度为0M时，
[Chem.38]
Δλa
也能够根据每一个个体改变。从而，不能仅根据
[Chem.39]
Δλa
来精确计算抗原的浓度。特别是，当抗原的浓度等于或低于10-10M时，此趋势显著出现。这是因为白蛋白和球蛋白的血液浓度为约10-3。
当测试物质为包含在诸如血液、尿液、唾液和汗液的体液中的疾病标记物或荷尔蒙时，本发明特别有效。以下将描述原因。
包含在体液中的抗原的浓度非常低。更具体地，浓度为10-15至10-8M。其时，包含在血液中的白蛋白或球蛋白的浓度为约10-3M。每一个个体具有不同的白蛋白或球蛋白浓度。最大浓度约为最小浓度的两倍。例如，白蛋白的最大浓度和最小浓度之间的差为约2000mg/dl。
此浓度差引起个体之间的血液的折射率的差异。1mg/dl的蛋白质浓度改变引起约1.9*10-6的折射率改变。因此，个体之间的白蛋白引起的折射率的最大差为约3.8*10-3。
当使用Au纳米棒时，1.0*100(＝1)的折射率改变引起约250nm的共振波长频变。因此，3.8*10-3的折射率改变引起约0.95nm的共振波长频变。其时，通过使具有约10-12M的浓度的抗原结合至抗体而引起的共振波长的频变量约为10-2nm。从而，通过使抗原结合至抗体而引起的共振波长的频变量比由取决于每一个个体的白蛋白浓度差而引起的频变量低得多。此外，血液中，糖和盐影响折射率。
从而，共振波长的频变量不能标识为取决于个体引起的频变量或标识为通过使抗原结合至抗体而引起的频变量，并且因此不能精确地获得抗原浓度。
在本发明中，如图19(A)中所示，第二基底105b包括利用阻挡物质112c更改的多个第二金属纳米棒109b作为基准区域。
图19(B)示出了在供应测试溶液之前通过将平行于第二金属纳米棒109b的长轴的光施加于第二基底105b而产生的吸收谱。
[Chem.40]
λb0
是获得的局域化表面等离子体共振波长。
图19(C)示出了在供应测试溶液之后的吸收谱。
[Chem.41]
λb1
是图19(C)中的实线指示的谱中的局域化表面等离子体共振波长。图19(C)中的虚线指示图19(B)中的吸收谱。
共振波长频变量
[Chem.42]
Δλb
等于由多个第二金属纳米棒109b附近的介质从真空或空气改变至测试溶液而引起的共振波长的频变量A2，并且由以下等式
[Chem.43]
Δλb＝λb1-λb0
表示。
通过获得
[Chem.45]
Δλa与Δλb
之间的差来计算共振波长频变量
[Chem.44]
A1(＝Δλ)
(其它)
在本实施例中，卤素光源101用作光源。然而，能够使用任何光源，而不对光源做特别限制，只要光源辐射包括局域化表面等离子体共振波长的光就行。在本实施例中，使用卤素光源101，其光为非偏振的。然而，能够使用具有特别偏振光的光源。具有特别偏振光的光源的范例是激光光源。当使用具有特别偏振光的光源时，波长片能够用作偏振光控制构件。
通过利用马达旋转具有特别偏振光的光源来旋转偏振方向的构件也能够用作偏振光控制构件。
那时，优选地，包括用于确定是否填充了测试溶液的传感器。例如，给盖玻璃105e和第一基底105a设置电极，并且，此外，给第一基底105a和第二基底105b设置其它电极。在盒单元105插入到光学测量设备200中之后，弱电压施加至电极。在测试溶液为例如血液时，当填充了测试溶液时，归因于包含在血液中的电解质，电流在电极之间流动。从而，确定了测试溶液是否填充于第一测试溶液容纳空间105f和第二测试溶液容纳空间105g中。此外，优选地，通过使用传感器的输出来给卤素光源101自动通电，因为容许自动进行测量。
(实施例2)
将参照图7至9描述本发明的其它实施例。
在图7至9中，与图1至3中的部件相同的部件由相同参考数字标明，并且省略其描述。
图7是示例根据本发明的实施例2的生物物质浓度测量设备的配置的图示。图7中，配置与实施例1中的配置的不同在于：盒单元205配置为用于生物物质浓度测量的盒单元，使得其上形成第一金属纳米棒109a的第一基底105a的表面面对其上形成第二金属纳米棒109b的第二基底105b的表面。其它配置相同，并且从而省略其描述。
图8是根据本发明的实施例2的盒单元205的横截面视图。盒单元205包括间隔物205c和其上设置第一金属纳米棒109a和第二金属纳米棒109b的第一基底105a和第二基底105b。另外，盒单元105还包括由第一基底105a、间隔物205c、以及第二基底105b形成的测试溶液保留空间205f、用于测试溶液的供应入口和排出出口(未示出)。
图9是其中形成金属纳米棒的盒单元205的第一基底105a和第二基底105b的部分的透视图。在第一基底105a上，形成金属纳米棒109a，使得其长轴在同一方向上配向。在第二基底105b上，形成第二金属纳米棒109b，使得其长轴垂直于形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴配向。利用抗体112a修改第一金属纳米棒109a。利用阻挡物质112c更改第二金属纳米棒109b。
盒单元205形成为使得其上第一金属纳米棒109a和第二金属纳米棒109b的表面面对彼此。与实施例1不同，测试溶液容纳空间的数量为一，从而，容易供应测试溶液。
用于确定测试溶液是否填充的传感器具有简单的配置。例如，电极设置于第一基底105a和第二基底105b。在盒单元205插入光学测量设备200中之后，将弱电压施加至电极。在测试溶液为例如血液的情况下，当填充了测试溶液时，归因于包含在血液中的电解质，电流在电极之间流动。从而，确定测试溶液是否填充于测试溶液容纳空间205f中。此外，优选地，通过使用传感器的输出来自动地给卤素光源101通电，因为容许自动进行测量。
根据本实施例的生物物质浓度测量设备的操作与实施例1中的操作相同，并且从而，省略了其描述。根据本实施例，容许提供用于生物物质浓度测量的盒单元，其使得容易供应测试溶液并容易制造。
(实施例3)
将参照图10和11描述本发明的另一实施例。
本实施例中的配置与实施例1中的配置的不同在于：用于生物物质浓度测量的盒单元405在第二基底105b的底部包括齿轮313，并且光学测量设备400包括耦合至用于生物物质浓度测量的盒单元405的齿轮313的齿轮113、耦合至齿轮113的轴杆114、以及耦合至轴杆114的用于旋转齿轮113的马达115。其它配置相同，并且从而省略其描述。
图11是示例根据本发明的实施例3的用于生物物质浓度测量的盒单元405的配置的图示。图11A是示例用于生物物质浓度测量的盒单元405的横截面的图示，而图11B是用于生物物质浓度测量的盒单元405的分解透视图。
齿轮313设置在第二基底105b的底部处。齿轮313具有通孔306，以不阻挡通过第一基底105a和第二基底105b的光。
本实施例中的齿轮113、轴杆114、马达115、以及齿轮313对应于本发明中的旋转构件。在本实施例中，偏振片103用于从卤素光源101选择偏振光。然而，也能够使用具有特别偏振光的光源。具有特别偏振光的光源的范例是激光光源。当使用具有特别偏振光的光源时，不必使用偏振片103。
接下来，将参照图描述根据本实施例的生物物质浓度测量设备的操作。首先，盒单元405插入到光学测量设备400中。当盒单元405插入到光学测量设备400中时，卤素光源101通电。由卤素光源101辐射的光受到透镜102的调节并且通过偏振片103。
微型计算机110通过使用马达115旋转齿轮113来旋转盒单元405，使得通过偏振片103的光的偏振方向和形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴方向彼此平行。
作为用于探测通过偏振片103的光的偏振方向和形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴方向彼此平行的手段，可以使用其中凹陷(未示出)设置在盒单元405中用于容许识别并利用光传感器来探测形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴方向的方法。
通过偏振片103的光通过已经旋转的盒单元405，使得光平行于形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴。那时，光衰减在源自形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振波长处达到最大。光在源自形成于第二基底105b上的第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振波长处不衰减。通过盒单元105的光由透镜104会聚，通过狭缝106，由光栅107分散，并且到达光接收器108的每一个光接收区域。
基于在光接收器108的每一个光接收区域处探测的光强度，微型计算机110确定光衰减最大处的波长，并将确定的波长作为测试溶液供应之前的第一波长
[Chem.46]
λa0
存储在存储器111中。
在确定测试溶液供应之前的第一波长
[Chem.47]
λa0
之后，通过使用马达115旋转齿轮113来旋转盒单元405，使得通过偏振片103的光的偏振方向和形成于第二基底105b上的第二金属纳米棒109b的长轴方向彼此平行。
通过偏振片103的光通过盒单元405，盒单元405已经被旋转以使得该光平行于形成于第二基底105b上的第二金属纳米棒109b的长轴。那时，光不在源自形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振波长处衰减。其间，同时，光衰减在源自形成于第二基底105b上的第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振波长处达到最大。
通过盒单元105的光由透镜104会聚，通过狭缝106，由光栅装置107分散，并且到达光接收器108的每一个光接收区域。基于在光接收器108的每一个光接收区域处探测的光强度，微型计算机110确定衰减最大处的波长，将确定的波长作为在测试溶液供应之前的第二波长
[Chem.48]
λb0
存储在存储器111中，并且给卤素光源101断电。将
[Chem.49]
λa0和λb0
的测量完成并且能够供应测试溶液的状态通知给用户，例如通过扬声器(未示出)利用声音或通过显示在显示器(未示出)上来进行通知。然后，供应包含测试物质的测试溶液。
当测试溶液填充于盒单元105中时，为测试溶液中的测试物质的抗原特定结合至第一金属纳米棒109a上的抗体112a。
在预定时间段逝去且抗原结合至抗体112a之后，给卤素光源101通电。由卤素光源101辐射的光受到透镜102的调节并通过偏振片103。
微型计算机110通过使用马达115旋转齿轮113来旋转盒单元405，使得通过偏振片103的光的偏振方向和形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴方向彼此平行。
通过偏振片103的光通过盒单元405，盒单元405已经被旋转以使得该光平行于形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴。那时，光衰减在源自形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振波长处达到最大。光不在源自形成于第二基底105b上的第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振波长处衰减。
通过盒单元105的光由透镜104会聚，通过狭缝106，由光栅装置107分散，并且到达光接收器108的每一个光接收区域。
基于在光接收器108的每一个光接收区域处探测的光强度，微型计算机110确定衰减最大处的波长，将确定的波长作为在测试溶液供应之后的第一波长
[Chem.50]
λa1
存储在存储器111中。
那时，优选地，包括传感器用于确定是否填充了测试溶液。例如，电极设置为覆盖玻璃105e和第一基底105a，并且此外，其它电极设置于第一基底105a和第二基底105b。在盒单元405插入到光学测量设备400中之后，弱电压施加于电极。在测试溶液为例如血液的情况下，当填充了测试溶液时，归因于包含在血液中的电解质，电流在电极之间流动。从而，确定了测试溶液是否填充于测试溶液保留空间105f和第二测试溶液保留空间105g中。此外，优选地，通过使用传感器的输出来自动地给卤素光源101通电，因为容许自动进行测量。
在确定供应测试溶液之后的第一波长
[Chem.51]
λa1
之后，微型计算机110通过使用马达115旋转齿轮113来旋转盒单元405，使得通过偏振片103的光的偏振方向和形成于第二基底105b上的第二金属纳米棒109b的长轴方向彼此平行。
通过偏振片103的光通过盒单元405，盒单元405已经被旋转以使得该光平行于形成于第二基底105b上的第二金属纳米棒109b的长轴。那时，光不在源自形成于第一基底105a上的第一金属纳米棒109a的长轴的局域化表面等离子体共振波长处衰减。其间，同时，光衰减在源自形成于第二基底105b上的第二金属纳米棒109b的长轴的局域化表面等离子体共振波长处达到最大。
通过盒单元105的光由透镜104会聚，通过狭缝106，由光栅装置107分散，并且到达光接收器108的每一个光接收区域。基于在光接收器108的每一个光接收区域处探测的光强度，微型计算机110确定衰减最大处的波长，并将确定的波长作为在测试溶液供应之后的第二波长
[Chem.52]
λb1
存储在存储器111中。
接下来，微型计算机110计算
[Chem.53]
λa1与λa0
之间的差以计算第一基底中的共振波长频变量
[Chem.54]
Δλa。
类似地，微型计算机110计算
[Chem.55]
λb1与λb0
之间的差以计算第二基底中的共振波长频变量
[Chem.56]
Δλb。
此外，微型计算机110计算
[Chem.57]
Δλa与Δλb
之间的差以计算由结合至抗体112a且为测试物质的抗原引起的共振波长频变量
[Chem.58]
Δλ。
其后，微型计算机参照共振波长频变量
[Chem.59]
Δλ
与测试物质浓度之间的关系，并计算测试物质的浓度，该关系为先前存储在存储器111中的。将计算的测试物质的浓度通知给用户，例如通过扬声器(未示出)利用声音或通过显示在显示器(未示出)上来进行通知。
在本实施例中，盒单元旋转构件设置在根据实施例1的生物物质浓度测量设备中。然而，盒单元旋转构件可以类似地设置在根据实施例2的生物物质浓度测量设备中。在本实施例中，更改的物质是抗体，但是另一物质能够是抗体。在本实施例中，卤素光源101用作光源。然而，能够使用任何光源，而不特别限制光源，只要其能够辐射包括局域化表面等离子体共振波长的光就行。
根据本实施例，仅旋转盒单元，并且不必改变光源、探测区域、以及光探测器之间的位置关系和移动测量区域。不必提供多个光轴用于光辐照和增大辐照区域的尺寸，并且从而设备配置是简单的并且容许以高精度测量生物物质浓度。
(实施例4)
将参照图12至14来描述本发明的另一实施例。
在图12中，配置与实施例1中的配置的不同在于：为用于生物物质浓度测量的盒单元的盒单元505配置为使得第二金属纳米棒109b形成于平面基底505a的在平面基底505a的表面的背面上的表面上，第一金属纳米棒109a形成于该表面上。除盒单元505外的配置是相同的，并且从而省略了其描述。
图13是根据实施例4的盒单元505的横截面视图。盒单元505包括平面基底505a、第一盖玻璃505b、第二盖玻璃505e、第一间隔物505c、第二间隔物505d、用于测试溶液的供应入口(未示出)和排出出口(未示出)，第一金属纳米棒109a和第二金属纳米棒109b设置在该平面基底505a上。另外，盒单元505具有由第一盖玻璃505b、平面基底505a、以及第一间隔物505c形成的第一测试溶液容纳空间505f和由第二盖玻璃505e、平面基底505a、以及第二间隔物505d形成的第二溶液容纳空间505g。
图14是盒单元505的平面基底505a的部分的透视图，该部分是形成金属纳米棒的地方。在平面基底505a的一个表面上，第一金属纳米棒109a形成为使得其长轴在同一方向上配向。在平面基底505a的另一表面上，第二金属纳米棒109b(仅示出其部分)形成为使得其长轴垂直于第一金属纳米棒109a的长轴方向配向。利用第一抗体112a更改第一金属纳米棒109a，并利用第二阻挡物质112c更改第二金属纳米棒109b。
归因于该配置，不必联接其上形成金属纳米棒的基底，并且从而不通过联接而使第一金属纳米棒109a和第二金属纳米棒109b的长轴的方向之间的关系从垂直发生改变。从而，这导致测量精度的提高。根据本实施例的生物物质浓度测量设备的操作与实施例1中的相同，并且从而省略其描述。此外，可以在实施例3中设置测量区域和参考区域。
根据本实施例，容许设置以高精度生产并且提供高测量精度的用于生物物质浓度测量的盒单元。
(实施例5)
将参照图15至17描述本发明的另一实施例。
在图15中，配置与实施例1中的配置的不同在于：为用于生物物质浓度测量的盒单元的盒单元605配置为使得其上形成有第一金属纳米棒109a的第一基底605a的表面和其上形成有第二金属纳米棒109b的第二基底605b的表面面对相反方向。除盒单元605外的配置是相同的，并且从而省略了其描述。
图16是根据实施例5的盒单元605的横截面视图。盒单元605包括其上设置第一金属纳米棒109a的第一基底605a、其上设置第二金属纳米棒109b的第二基底605b、第一盖玻璃605e、第二盖玻璃605h、第一间隔物605c、第二间隔物605d、第三间隔物605i、以及用于测试溶液的供应入口(未示出)和排出出口(未示出)。另外，盒单元605具有由第一盖玻璃605e、第一基底605a、以及第一间隔物605c形成的第一测试溶液容纳空间505f和由第二盖玻璃605h、第二基底605b、以及第三间隔物605i形成的第二溶液容纳空间605g。
图17是盒单元605的第一基底605a的形成金属纳米棒的部分和盒单元605的第二基底605b的形成金属纳米棒的部分的透视图。在第一基底605a上，第一金属纳米棒109a形成为使得其长轴在同一方向上配向。在第二基底605b上，第二金属纳米棒109b形成为使得其长轴垂直于第一金属纳米棒109a的长轴配向。其上形成第一金属纳米棒109a的第一基底605a的表面和其上形成第二金属纳米棒109b的第二基底605b的表面面对相反方向。利用第一抗体112a更改第一金属纳米棒109a，并利用阻挡物质112c更改第二金属纳米棒109b。
根据本实施例的生物物质浓度测量设备的操作与实施例1中的相同，并且从而省略其描述。根据本实施例，容许设置提供高测量精度的用于生物物质浓度测量的盒单元。
工业适用性
根据本发明的生物物质浓度测量设备尺寸小并且能够以高精度测量生物物质浓度，并且从而当测试物质的浓度低和测量多个测试物质浓度时，是有用的。
参考符号列表
100，300                      生物物质浓度测量设备
101                           卤素光源
102                           透镜
103                           偏振片
104                           透镜
105，205，305，405，505，605  盒单元
105a，605a                    第一基底
105b，605b                    第二基底
105c，505c，605c              第一间隔物
105d，505d，605d              第二间隔物
105e                          盖玻璃
105f，505f，605f              第一测试溶液容纳空间
105g，505g，605g              第二测试溶液容纳空间
105h                          基底
106                           狭缝
107                           光栅装置
108               具有多个光接收区域的光探测器
109a，109b，109c  金属纳米棒
110               微型计算机
111               存储器
112a              第一抗体
112b              第二抗体
112c              阻挡物质
113               齿轮
114               轴杆
115               马达
200，400          光学测量设备
205c              间隔物
205f              测试溶液容纳空间
306               通孔
313               齿轮
505a              平面基底
505b，605e        第一盖玻璃
505e，605h        第二盖玻璃
605i              第三间隔物

Claims (18)

1.一种用于通过使用用于测量生物物质的浓度的设备来测量包含在测试溶液中的第一抗原的浓度的方法，所述方法包括以下步骤(a)至(l)：
步骤(a)：准备所述设备，
所述设备包括：
盒单元，其中包括第一区域、第二区域和用于容纳所述测试溶液的空间；
光源；
偏振片，用于使从所述光源发射的光偏振；以及
光接收器，用于接收沿光轴通过所述盒单元的光，所述光轴与所述第一区域、所述第二区域和用于容纳所述测试溶液的所述空间相交，其中
多个第一金属纳米棒固定于所述第一区域上，所述多个第一金属纳米棒中的每个均在其表面上具有第一抗体，
多个第二金属纳米棒固定于所述第二区域上，所述多个第二金属纳米棒中的每个均在其表面上具有阻挡物质，
所述多个第一金属纳米棒的长轴在同一方向上配向，
所述多个第二金属纳米棒的长轴在同一方向上配向，
所述第一金属纳米棒的长轴方向与所述第二金属纳米棒的长轴方向正交，并且
所述偏振片或所述盒单元中的至少任意一个可绕所述光轴旋转；
步骤(b)：向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液，以容许所述第一抗原结合至所述第一抗体，而不容许所述第一抗原结合至所述阻挡物质；
步骤(c)：使平行于所述多个第一金属纳米棒的所述长轴方向的偏振光沿所述光轴通过所述盒单元，以利用所述光接收器接收得到的第一光；
步骤(d)：基于所述第一光，计算由所述第一抗原结合至所述抗体而引起的局域化表面等离子体共振波长的频变量Δλa；
步骤(e)：使所述偏振片或所述盒单元中的至少任意一个旋转，使得通过所述偏振片的偏振光平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向；
步骤(f)：使平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向的偏振光沿所述光轴通过所述盒单元，以利用所述光接收器接收得到的第二光；
步骤(g)：基于所述第二光，计算由向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液而引起的所述局域化表面等离子体共振波长的频变量Δλb；
步骤(h)：基于校准曲线和由以下等式：差＝Δλa－Δλb表示的所述差来计算所述第一抗原的所述浓度；
步骤(i)：在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，使平行于所述多个第一金属纳米棒的所述长轴方向的所述偏振光沿所述光轴透过所述盒单元，以获得第三光；
步骤(j)：基于所述第三光，计算在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，由所述多个所述第一金属纳米棒引起的局域化表面等离子体共振波长λa0；
步骤(k)：在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，使平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向的所述偏振光沿所述光轴透过所述盒单元，以获得第四光；以及
步骤(l)：基于所述第四光，计算在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，由所述第二金属纳米棒引起的局域化表面等离子体共振波长λb0，
其中，在步骤(d)，计算由所述第一抗原结合至所述抗体而提供的局域化表面等离子体共振波长λa1，并且根据以下等式：Δλa＝λa1－λa0获得所述量Δλa，
其中，在步骤(g)，获得由向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液而提供的局域化表面等离子体共振波长λb1，并且根据以下等式：Δλb＝λb1－λb0获得所述量Δλb。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述盒单元包括第一基底和第二基底，
所述第一基底在其一个表面上具有所述第一区域，并且
所述第二基底在其一个表面上具有所述第二区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一区域和所述第二区域面对同一方向。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
第一间隔物布置在所述第一区域周围，
盖布置为隔着所述第一间隔物面对所述第一基底，
所述第一区域、所述第一间隔物、和所述盖形成第一空间，
第二间隔物布置在所述第二区域周围，
所述第一基底的另一表面、所述第二区域、和所述第二间隔物形成第二空间，并且
所述第一空间和所述第二空间形成用于容纳所述测试溶液的所述空间。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一区域面对所述第二区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
间隔物布置在所述第一区域周围或所述第二区域周围，并且
所述第一区域、所述第二区域、和所述间隔物形成用于容纳所述测试溶液的所述空间。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，
第一间隔物布置在所述第一区域周围，
第一盖布置为隔着所述第一间隔物面对所述第一基底，
所述第一区域、所述第一间隔物、和所述第一盖形成第一空间，
第二间隔物布置在所述第二区域周围，
第二盖布置为隔着所述第二间隔物面对所述第二基底，
所述第二区域、所述第二间隔物、和所述第二盖形成第二空间，并且
所述第一空间和所述第二空间形成用于容纳所述测试溶液的所述空间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述盒单元包括第一基底，并且
所述第一基底在其一个表面上具有所述第一区域，并且在其另一表面上具有所述第二区域。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
第一间隔物布置在所述第一区域周围，
第一盖布置为隔着所述第一间隔物面对所述第一基底，
第二间隔物布置在所述第二区域周围，
第二盖布置为隔着所述第二间隔物面对所述第一基底，
所述第一区域、所述第一间隔物、和所述第一盖形成第一空间，
所述第二区域、所述第二间隔物、和所述第二盖形成第二空间，并且
所述第一空间和所述第二空间形成用于容纳所述测试溶液的所述空间。
10.一种用于通过使用用于测量生物物质的浓度的设备来测量包含在测试溶液中的第一抗原的浓度的方法，所述方法包括以下步骤(a)至(l)：
步骤(a)：准备所述设备，
所述设备包括：
盒单元，其中包括第一区域、第二区域和用于容纳所述测试溶液的空间；
光源，向所述盒单元发射偏振光；
光接收器，用于接收沿光轴通过所述盒单元的光，所述光轴与所述第一区域、所述第二区域和用于容纳所述测试溶液的所述空间相交，其中
多个第一金属纳米棒固定于所述第一区域上，所述多个第一金属纳米棒均在其表面上具有第一抗体，
多个第二金属纳米棒固定于所述第二区域上，所述多个第二金属纳米棒均在其表面上具有阻挡物质，
所述多个第一金属纳米棒的长轴在同一方向上配向，
所述多个第二金属纳米棒的长轴在同一方向上配向，
所述第一金属纳米棒的长轴方向与所述第二金属纳米棒的长轴方向正交，并且
所述光源或所述盒单元中的至少任意一个可绕所述光轴旋转；
步骤(b)：向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液，以容许所述第一抗原结合至所述第一抗体，并且不容许所述第一抗原结合至所述阻挡物质；
步骤(c)：使平行于所述多个第一金属纳米棒的所述长轴方向的偏振光沿所述光轴通过所述盒单元，以利用所述光接收器接收得到的第一光；
步骤(d)：基于所述第一光，计算由所述第一抗原结合至所述抗体而引起的局域化表面等离子体共振波长的频变量Δλa；
步骤(e)：使所述光源或所述盒单元中的至少任意一个旋转，使得所述偏振光平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向；
步骤(f)：使平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向的偏振光沿所述光轴通过所述盒单元，以利用所述光接收器接收得到的第二光；
步骤(g)：基于所述第二光，计算由向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液而引起的所述局域化表面等离子体共振波长的频变量Δλb；
步骤(h)：基于校准曲线和由以下等式差＝Δλa－Δλb表示的所述差来计算所述第一抗原的所述浓度；
步骤(i)：在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，使平行于所述多个第一金属纳米棒的所述长轴方向的所述偏振光沿所述光轴透过所述盒单元，以获得第三光；
步骤(j)：基于所述第三光，计算在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，由所述多个所述第一金属纳米棒引起的局域化表面等离子体共振波长λa0；
步骤(k)：在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，使平行于所述多个第二金属纳米棒的所述长轴方向的所述偏振光沿所述光轴透过所述盒单元，以获得第四光；以及
步骤(l)：基于所述第四光，计算在向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液之前，由所述第二金属纳米棒引起的局域化表面等离子体共振波长λb0，其中，
在步骤(d)，计算由所述第一抗原结合至所述抗体而提供的局域化表面等离子体共振波长λa1，并且根据以下等式Δλa＝λa1－λa0获得所述量Δλa，
在步骤(g)，获得由向用于容纳所述测试溶液的所述空间供应所述测试溶液而提供的局域化表面等离子体共振波长λb1，并且根据以下等式Δλb＝λb1－λb0获得所述量Δλb。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，
所述盒单元包括第一基底和第二基底，
所述第一基底在其一个表面上具有所述第一区域，并且
所述第二基底在其一个表面上具有所述第二区域。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一区域和所述第二区域面对同一方向。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，
第一间隔物布置在所述第一区域周围，
盖布置为隔着所述第一间隔物面对所述第一基底，
所述第一区域、所述第一间隔物、和所述盖形成第一空间，
第二间隔物布置在所述第二区域周围，
所述第一基底的另一表面、所述第二区域、和所述第二间隔物形成第二空间，并且
所述第一空间和所述第二空间形成用于容纳所述测试溶液的所述空间。
14.根据权利要求11的所述方法，其中，所述第一区域面对所述第二区域。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，
间隔物布置在所述第一区域周围或所述第二区域周围，并且
所述第一区域、所述第二区域、和所述间隔物形成用于容纳所述测试溶液的所述空间。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，
第一间隔物布置在所述第一区域周围，
第一盖布置为隔着所述第一间隔物面对所述第一基底，
所述第一区域、所述第一间隔物、和所述第一盖形成第一空间，
第二间隔物布置在所述第二区域周围，
第二盖布置为隔着所述第二间隔物面对所述第二基底，
所述第二区域、所述第二间隔物、和所述第二盖形成第二空间，并且
所述第一空间和所述第二空间形成用于容纳所述测试溶液的所述空间。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，
所述盒单元包括第一基底，并且
所述第一基底在其一个表面上具有所述第一区域，并且在其另一表面上具有所述第二区域。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，
第一间隔物布置在所述第一区域周围，
第一盖布置为隔着所述第一间隔物面对所述第一基底，
第二间隔物布置在所述第二区域周围，
第二盖布置为隔着所述第二间隔物面对所述第一基底，
所述第一区域、所述第一间隔物、和所述第一盖形成第一空间，
所述第二区域、所述第二间隔物、和所述第二盖形成第二空间，并且
所述第一空间和所述第二空间形成用于容纳所述测试溶液的所述空间。
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