CN103140751B - 生物分子检测设备和生物分子检测方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够进行高灵敏度测量的生物分子检测设备。将取向控制光束(117)的发射方向周期性地转换，以周期性地转换溶液内的结合分子(15)的取向方向。抽取并检测从由所述溶液内的荧光分子(14)发射的荧光(123)抽取的与所述结合分子(15)的取向周期同步的成分。从而，可以用简单的构造精确地测量检测对象物质的浓度。

Description

生物分子检测设备和生物分子检测方法

技术领域

本发明涉及检测溶液中的检测对象物质的技术。具体地，本发明涉及一种能够检测样品中的生物分子、病毒、核酸、蛋白质和细菌的生物分子检测设备和生物分子检测方法。

背景技术

近年来，正在关注生物分子检测方法，在生物分子检测方法中，医生或技术人员检测关心点处的生物分子，直接获得测量结果，并利用测量结果进行诊断和治疗。生物分子检测方法是用于通过诸如抗原抗体反应的特异性反应的高选择性来选择性地仅检测来自体液(例如，血液、尿液以及汗液)中的检测对象物质的方法。这种生物分子检测方法被尤其广泛地用于检测、检查、定量和分析少量生物分子，诸如病毒、核酸、蛋白质和细菌。

放射性免疫测定是一种实际使用的生物分子检测方法。放射性免疫测定采用被同位素标记的抗原或抗体，并检测与标记抗原或标记抗体特异性结合的抗体或抗原的存在。

荧光免疫测定是一种不采用放射性物质的生物分子检测方法。已知这样的荧光免疫测定设备，在该荧光免疫测定设备中，抗体被预先固定到反应层(称为固相)上，使测量靶溶液和标记有荧光分子的抗体流动到反应层上，并且观察反应层附近的荧光以测量已经与抗体特异性结合的抗原的浓度(例如，参照专利文献1)。

然而，利用固相的荧光免疫测定的问题在于：制备固相的成本较高。存在一种利用荧光偏振方法来确认溶液(称为液相)中的抗原抗体反应的方法作为不采用固相的方法。荧光偏振方法是一种检测由布朗运动变化所引起的荧光偏振度的变化的方法，其中所述布朗运动的变化由于分子与具有荧光标记的分子结合而使得分子尺寸变化而出现。利用荧光偏振方法的生物分子检测方法被公知为一种用于检测样品内的检测对象物质的简单且便利的方法(例如，参照专利文献2)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]

日本未审查专利公开号H7-120397

[专利文献2]

日本未审查专利公开号2008-298743

发明内容

然而，传统的荧光偏振方法利用随机的布朗运动变化，因此具有测量灵敏度受到限制的问题。另外，专利文献2中公开的方法要求荧光寿命足够长以受布朗运动变化的影响。然而，荧光寿命受样品内的成分影响。因此，存在在由专利文献2的方法获得的测量结果中将出现波动的情况。

考虑到上述情况做出本发明。本发明的一个目的是提供一种能够进行高灵敏度测量的生物分子检测设备和生物分子检测方法。

实现以上目的的本发明的生物分子检测设备是这样的生物分子检测设备，其检测由第一复合体发射的荧光和由第二复合体发射的荧光以检测或定量化溶液中存在的检测对象物质，所述第一复合体具有与所述检测对象物质特异性结合的物质和荧光分子，并且所述第二复合体由所述第一复合体与所述检测对象物质结合而成，所述生物分子检测设备包括：

光源，所述光源照射具有特定方向上的线偏振成分并激发所述荧光分子的激发光；

光接收部，所述光接收部检测由所述荧光分子发射的荧光；

取向控制装置，所述取向控制装置用于将在所述溶液内的所述第二复合体的取向周期性地转换；

同步成分抽取装置，所述同步成分抽取装置用于抽取由所述光接收部检测的荧光中与所述第二复合体取向的所述周期同步的成分；以及

计算部，所述计算部基于由所述同步成分抽取装置抽取的所述成分检测或定量化所述检测对象物质。

对于本发明的生物分子检测设备优选的是采用这样的构造，其中：

取向控制装置在第一方向上的取向与在第二方向上的取向之间转换第二复合体的取向，在所述第一方向上，第二复合体具有的荧光分子的跃迁矩的方向和激发光的线偏振成分的振动方向是平行的，在所述第二方向上，所述跃迁矩的方向和所述振动方向是垂直的。

对于本发明的生物分子检测设备优选的是采用这样的构造，其中：

第二复合体取向转换的周期由检测对象物质的分子量和体积中的一个、与检测对象物质特异性结合的物质的分子量和体积中的一个、荧光分子的分子量和体积中的一个，以及由取向控制装置施加的取向控制的强度确定。

对于本发明的生物分子检测设备优选的是采用这样的构造，其中：

取向控制装置配备有取向控制光源，所述取向控制光源照射波长与所述激发光的波长不同的光而使所述第二复合体进行取向。在这种情况下，对于取向控制光源优选的是从多个位置向所述溶液照射波长与所述激发光的波长不同的光。

对于本发明的生物分子检测设备优选的是还包括：

用于保持溶液的溶液保持部，所述溶液保持部至少在其一面具有平面。在这种情况下，对于取向控制光源优选的是向穿过所述溶液并从所述溶液保持部的所述平面射出的方向上照射波长与所述激发光的波长不同的所述光，使得波长与所述激发光的波长不同的所述光聚焦在所述溶液与所述平面之间的界面处。

对于本发明的生物分子检测设备优选的是采用这样的构造，其中：

光接收部配备对光进行分光的分光装置。在这种情况下，优选的是分光装置是具有不同特性的多个滤光器，并且优选的是光接收部根据所述荧光的波长转换所述多个滤光器。

本发明的生物分子检测方法是这样的生物分子检测方法，其检测由第一复合体发射的荧光和由第二复合体发射的荧光以检测或定量化溶液中存在的检测对象物质，所述第一复合体具有与所述检测对象物质特异性结合的物质和荧光分子，并且所述第二复合体由所述第一复合体与所述检测对象物质结合而成，所述方法包括：

照射具有特定方向上的线偏振成分并激发所述荧光分子的激发光；

周期性地转换所述溶液内的所述第二复合体的取向的步骤；

检测由所述荧光分子发射的荧光的步骤；

抽取所检测的荧光中与所述第二复合体取向的周期同步的成分的步骤；以及

基于抽取的所述成分检测或定量化所述检测对象物质的步骤。

本发明能够高灵敏度地检测生物分子。

附图说明

图1A是显示根据第一实施方案的生物分子检测设备中的抗原抗体反应的第一示意图。

图1B是显示根据第一实施方案的生物分子检测设备中的抗原抗体反应的第二示意图。

图2A是显示激发光的振动方向和荧光分子的跃迁矩平行的情况的示意图。

图2B是显示激发光的振动方向和荧光分子的跃迁矩垂直的情况的示意图。

图3A是显示自由分子(未结合抗原的抗体和荧光分子)的示意图。

图3B是显示结合分子(结合抗原的抗体和荧光分子)的示意图。

图4A是显示根据第一实施方案的生物分子检测设备的外观的透视图。

图4B是显示根据第一实施方案的生物分子检测设备在可打开部打开的状态下的图。

图5是显示生物分子检测设备的主要部件的框图。

图6是显示由取向控制光源发出的取向控制光束的发射方向的转换的示意平面图。

图7A是显示第一取向控制光束发射方向与结合分子的取向方向之间的关系的示意图。

图7B是显示垂直于图7A所示发射方向的第二取向控制光束的发射方向与结合分子的取向方向之间的关系的示意图。

图8是显示根据第一实施方案的生物分子检测设备的光接收部的详细结构的示意图。

图9是示意性地显示从样品的制备到样品的处置的过程的流程图的示意图。

图10A是显示根据第一实施方案的生物分子检测设备中的取向控制信号和PD输出的图。

图10B是显示在根据第一实施方案的生物分子检测设备中的锁定放大器输出的图。

图11A是显示根据第二实施方案的生物分子检测设备中的抗原抗体反应的第一示意图。

图11B是显示根据第二实施方案的生物分子检测设备中的抗原抗体反应的第二示意图。

图12是显示根据第二实施方案的生物分子检测设备的主要部件的方框图。

图13是显示根据第二实施方案的生物分子检测设备的光接收部的详细结构的示意图。

图14A是显示第二实施方案中关于第一检测对象物质的PD输出的图。

图14B是显示第二实施方案中关于第二检测对象物质的PD输出的图。

图15A是显示在取向控制光束从第一方向发射的情况下，荧光分子的跃迁矩与随机偏振激发光的振动方向之间的关系的概念图。

图15B是显示在取向控制光束从第二方向发射的情况下，荧光分子的跃迁矩与随机偏振激发光的振动方向之间的关系的概念图。

图16A是显示在取向控制光束从第一方向发射的情况下，荧光分子的跃迁矩与在两个方向上线偏振的激发光的振动方向之间的关系的概念图。

图16B是显示在取向控制光从第二方向发射的情况下，荧光分子的跃迁矩与在两个方向上线偏振的激发光的振动方向之间的关系的概念图。

图17A是显示其中检测与较小频率的取向控制信号同步的荧光成分的实例的图。

图17B是示例其中检测与较大频率的取向控制信号同步的荧光成分的实例的图。

图18A是用于说明伴随取向控制光束偏振轴变化的结合分子取向变化的第一概念图。

图18B是用于说明伴随取向控制光束偏振轴变化的结合分子取向变化的第二概念图。

图18C是用于说明伴随取向控制光束偏振轴变化的结合分子取向变化的第三概念图。

图19是显示线偏振激光束从试剂杯的底部表面被发射到试剂杯的多个点上的情况的概念图。

图20是显示用于使线偏振取向控制光束从预定方向发射到多个点上的取向控制光源的结构的概念图。

图21是显示用于使线偏振取向控制光束从预定方向发射到多个点上的光学系统的结构的一个实例的概念图。

图22是显示用于使线偏振取向控制光束从预定方向发射到多个点上的光学系统的结构的另一个实例的概念图。

图23是显示微透镜阵列的概念图。

图24是显示试剂杯的形状的一个实例的概念图。

图25是显示聚焦取向控制光束的焦点与试剂杯之间的位置关系的一个实例的概念图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施方案。各种特异性反应被用于检测生物分子。这里，以下描述利用抗原与抗体之间的特异性反应并基于由作为标记与抗体结合的荧光分子发射的荧光检测已经与抗体反应的抗原的设备作为实例。

(第一实施方案)

图1A和图1B是显示根据第一实施方案的生物分子检测设备中的抗原抗体反应的示意图。将参照图1A和图1B描述液体内的抗原抗体反应。这里，考虑其中将干燥抗体12放置在圆柱形试剂杯10中的情况。抗体12标记有荧光分子14。

在本实施方案中，采用从全血分离的血浆16作为样品。将血浆16分配到试剂杯10中并搅动。在与抗体12特异性结合的抗原18存在于血浆16中的情况下，抗原抗体反应将出现在抗体12与抗原18之间，并且抗体12和抗原18将以特异性结合状态存在于血浆16中，如图1B所示。

在本实施方案中，将描述其中采用从全血分离的血浆16作为样品的情况，PSA(前列腺特异性抗原)是作为检测对象物质的抗原18，并且采用抗PSA抗体作为与检测对象物质特异性结合的抗体12。采用Alexa Fluor568(由Molecular Probes制造)作为荧光分子14。Alexa Fluor568发射具有550nm至700nm的范围内的波长，具有在大约610nm的峰值的荧光。

提供相对于抗原18足够大量的抗体12。因此，抗体12的一部分保持在血浆16中而没有进行抗原抗体反应。在下文中，将通过抗原抗体反应相互结合的抗体12、抗原18和荧光分子14称为结合分子，而将没有进行抗原抗体反应但存在于液体中的抗原12和荧光分子14称为自由分子。结合分子和自由分子两者都存在于血浆16中。要注意的是除了抗原18之外的成分存在于血浆16中。然而，将除了抗原18之外的成分在图1A和图1B中省略以简化说明。

根据本发明的第一实施方案的生物分子检测设备将激发光发射到其中结合分子和自由分子两者都存在的溶液中，因为溶液是液相。接收由荧光分子14发出的荧光，并且基于所接收的荧光执行抗原18的检测并量化。因此，理想的是仅检测从包括抗原18的结合分子发出的荧光。然而，自由分子和结合分子两者都存在于溶液中。因此，当激发光被发射到溶液中时，与自由分子相关联的荧光分子14也发出荧光，从而导致产生不必要的荧光成分。因此，根据本发明的第一实施方案的生物分子检测设备计算在整个荧光数据中由与自由分子相关联的荧光分子贡献的荧光。

以下参照图2A和图2B描述通过线偏振激发光实现的荧光分子14的激发效率以说明由根据第一实施方案的生物分子检测设备100中的结合分子贡献的荧光和由自由分子贡献的荧光的计算原理。

图2A是显示激发光19的振动方向和荧光分子14的跃迁矩是平行的情况的示意图。图2B是显示激发光19的振动方向和荧光分子14的跃迁矩是垂直的情况的示意图。这里，描述了荧光分子14的纵向方向平行于跃迁矩的取向方向的情况以简化说明。注意，在本说明书中，光的“振动方向”是指电场的振动方向。在光是偏振的情况下，振动方向与偏振方向相同。

当吸收光能时荧光分子14跃迁至激发态，并且在返回至基态的过程中发射荧光。当吸收光能时荧光分子14跃迁至激发态，并且在返回至基态的过程中发射荧光。当荧光分子14被线偏振激发光19激发时，荧光分子14发射荧光，所述荧光在与激发光的偏振方向相同的方向上偏振。由荧光分子14发射的荧光的偏振度取决于其旋转运动的速度。即，如果荧光分子14没有进行旋转运动，则荧光分子14发射在与激发光19的振动方向相同的方向上偏振的荧光。当荧光分子14进行旋转运动的速度变大时，由荧光分子14发射的荧光的偏振度减小。

当将荧光分子14激发时，荧光分子内称作跃迁矩的矢量与激发光19相互作用，其中所述跃迁矩由荧光分子14的分子结构确定。跃迁矩在荧光分子14内具有独特方向，并且跃迁矩的方向与激发光19的振动方向之间的关系决定荧光分子14的激发效率。具体地，荧光分子14选择性地吸收在平行于所述荧光分子14的跃迁矩的方向上振动的光。因此，在激发光19在图2A和2B中所示的图纸的垂直方向上振动并从图纸的左侧朝向右侧传播的同时发射到荧光分子14上的情况下，激发效率在激发光19的振动方向平行于荧光分子14的跃迁矩的情况下最大(图2A)，并且在激发光19的振动方向垂直于荧光分子14的跃迁矩的情况下变为0(图2B)。跃迁矩的取向根据荧光分子14的取向变化，因此溶液内的荧光分子14的取向影响所述荧光分子14的激发效率。

以下参照图3A和3B描述溶液内的自由分子和结合分子的运动以考虑溶液内的荧光分子14的取向。图3A是显示抗体12和荧光分子14的示意图，其中所述抗体12和所述荧光分子14的结合是自由分子。图3B是显示抗体12、抗原18和荧光分子14的示意图，其中所述抗体12、抗原18和荧光分子14的结合是结合分子。

自由分子和结合分子在溶液内无规律地移动(布朗运动)，并且经受旋转运动以及在溶液内的移动。众所周知，分子在溶液内的布朗运动受到绝对温度、分子的体积、分子的分子量(质量)、溶液的粘度等的影响。由于抗原18的结合，结合分子的体积大于自由分子的体积，并且较不容易在溶液内进行布朗运动。利用自由分子13和结合分子15在溶液内的布朗运动的差异由布朗运动的变化检测结合分子15的技术是已知的。然而，因为布朗运动是随机的，检测灵敏度受到限制。

根据本发明的第一实施方案的生物分子检测设备利用激光束周期性地将溶液内的结合分子15取向，并且仅检测对应于取向周期的信号，以计算由结合分子15发射的荧光的贡献。

当将激光束发射到溶液内的自由分子13和结合分子15上时，外力作用在自由分子13和结合分子15上，并且其布朗运动被抑制。如果将由激光束施加到结合分子15上的外力标记为Fb，并且将由激光束施加到自由分子上的外力标记为Ff，因为随着存在或不存在抗原18，体积和质量不同，施加至自由分子13和结合分子15的外力的强度不同，并且Fb＞Ff。

此外，自由分子13和结合分子15在溶液内进行布朗运动的容易程度归因于其体积和分子量上的不同而不同。自由分子13具有比结合分子15更小的体积和分子量，并且因此更容易进行布朗运动。如果将取向结合分子15需要的力标记为Bb，并且将取向自由分子13需要的力标记为Bf，Bb＞Bf。如果Fb＞Bb，那么结合分子15将取向，并且如果Ff＜Bf，自由分子13将不取向。

根据本发明的第一实施方案的生物分子检测设备仅将结合分子15周期性地取向，并且通过仅检测与该取向周期相对应的信号来计算由结合分子15发射的荧光的贡献。确定如溶液的绝对温度、分子的体积、分子的分子量、溶剂的粘度和激光的强度等的因素以使得结合分子15将取向而自由分子13不取向，换言之，使得Fb＞Bb并且Ff＜Bf。分子的体积和分子量通常由检测对象物质决定，并且溶液的粘度通常由样品决定。因此，根据本发明的第一实施方案的生物分子检测设备通过改变溶液的绝对温度和激光束的强度进行调节，以获得其中仅结合分子15被取向的条件。因为这个原因，根据本发明的第一实施方案的生物分子检测设备具有调节溶液的温度和调节激光束的强度的功能。

将描述根据本发明的第一实施方案的生物分子检测设备100的构造。图4A是显示生物分子检测设备100的外观的透视图。显示部102、用户输入部104和可打开部106设置在生物分子检测设备100的侧表面上。显示部102显示测量结果等。用户输入部104是设定模式、输入样品数据等的部分。可打开部106具有上盖可以打开的构造。当设置样品时，上盖打开，而在测量期间所述上盖关闭。通过采用这种构造，可以防止来自外部的影响测量的光。

图4B是显示生物分子检测设备100处于可打开部106打开的状态下的透视图。当可打开部106打开时，试剂杯108和保持台110位于生物分子检测设备100内。试剂杯108由保持台110可移除地保持。试剂杯108是里面放置溶液的圆筒形容器。使用者将样品分配到试剂杯108中并关闭上盖以执行测量。虽然在附图中未示出，但是生物分子检测设备100还配备有试剂槽和分配部。当开始测量时，分配部从试剂槽吸取试剂，并将试剂分配到试剂杯108中。

图5是显示生物分子检测设备100的主要部件的功能框图。生物分子检测设备100包括：显示部102、用户输入部104、试剂杯108、试剂槽112、分配部114、取向控制光源116、激发光源118、AOD(声光偏转器)120、FG(函数发生器)122、光接收部124、放大器126、锁定放大器127、A/D转换部128、取样时钟生成部130、CPU132和分色镜138。

试剂杯108是其中使得储存在试剂槽112中的试剂和从患者等收集的样品反应的容器。试剂杯108可移除地连接于生物分子检测设备100。试剂杯108的容量为大约120μL。

试剂槽112是其中储存多种类型的试剂的槽。将自由分子13储存在试剂槽112中作为试剂。

分配部114由可移动吸液管、吸取器件等构成。分配部114根据来自CPU132的命令从试剂槽112吸取将要用于测量的试剂并且将所吸取的试剂分配至试剂杯108。

取向控制光源116向AOD120发射取向控制光束117，并且通过对结合分子施加外力将在试剂杯108内的溶液中存在的结合分子取向。在本说明书中，取向控制光源116对应于本发明的取向控制装置。例如，采用具有980nm的波长和700mW的输出的激光束作为取向控制光束117。取向控制光束117是荧光分子14不吸收的激光束，并且具有将不影响或破坏荧光分子14的染料的强度。取向控制光束117具有够照射试剂杯108内的全部溶液的宽度。

激发光源118向试剂杯108经由分色镜138发射激发荧光分子14的激发光119，所述激发光119由设置在激发光源118内的偏振元件线偏振。例如，采用具有532nm的波长和10mW的输出的光作为激发光。

分色镜138反射具有特定波长的光，并且透射具有其他波长的光。分色镜138反射取向控制光束117并且透射激发光119。

AOD120利用声光效应以基于输入电压改变所述AOD120内部的折射率，从而改变输入到所述AOD120的光传播的方向。AOD120基于根据从FG(函数发生器)122输出的电压信号(在下文中，输出到AOD120的信号将被称为“取向控制信号”)输入的电压来改变该AOD120内部的折射率，以改变取向控制光束117传播的方向。换句话说，通过由FG122生成的取向控制信号确定取向控制光束117传播的方向。AOD120将取向控制光束117传播的方向在照射试剂杯108的方向(在图5中由箭头134指出)和照射分色镜138的方向(在图5中由箭头136指出)之间转换。

FG122是能够产生具有各种频率和波形的电压信号的装置。FG122响应于从CPU132接收到的指令将不同的电压信号输出给AOD120、锁定放大器127和采样时钟发生部130。

CPU132指定将被FG122输出的取向控制信号，并控制AOD120转换取向控制光束117传播的方向的时机。

光接收部124由滤光器、光电二极管等构成。光接收部124设置在试剂杯108下方。光接收部124在试剂杯108下方接收由试剂杯108内的荧光分子14产生的荧光123，将接收到的荧光信号转换成模拟电信号(模拟荧光数据)，并将所述模拟电信号输出给放大器126。

放大器126放大从光接收部124输出给所述放大器126的模拟荧光数据，并将放大后的模拟荧光数据输出至锁定放大器127。

锁定放大器127将将模拟荧光数据转化为直流频率。将方波从FG122输入至锁定放大器127作为参考信号。方波具有与从FG122输出至取向控制光源116的电压信号相同的周期。锁定放大器127在从放大器126输出的模拟荧光数据中检测等于参考信号的频率成分。具体地，锁定放大器127通过同步检波仅将等于参考信号的频率成分转化为直流信号，并且仅将所述直流信号传递通过设置在其中的低通滤波器。锁定放大器127将直流信号输出至A/D转换部128。在本说明书中，锁定放大器127对应于本发明的同步成分抽取装置。

采样时钟发生部130基于从FG122输出到所述采样时钟发生部130的电压信号输入采样时钟，所述采样时钟指定A/D转换部128将模拟荧光数据采样给A/D转换部的时机。

A/D转换部128基于从采样时钟发生部部130输出给所述A/D转换部128的采样时钟对从放大器126输出给所述A/D转换部128的模拟荧光数据进行采样。A/D转换部128将采样的模拟荧光数据转换成数字数据，并将该数字数据输出给CPU132。

CPU132使用从A/D转换部128输出给所述CPU132的数字数据进行计算，并将计算结果输出给显示部102。另外，CPU132响应于从用户输入部104输入的指令控制取向控制光源116、激发光源118、分配部114和FG122的操作。具体地，CPU132将ON/OFF指令输出给取向控制光源116和激发光源118，将指定要被使用的试剂的指令和开始分配操作的指令输出给分配部114，以及将指定要被输出的电压信号的波形的指令和输出所述电压信号的指令输出给FG122。

图6是生物分子检测设备100的内部的示意性平面图，其中显示了由取向控制光源116发射的激光束的发射方向的转换。

从取向控制光源116发射的取向控制光束117穿过AOD120并进入试剂杯108。由取向控制光源116发射的取向控制光束117具有能够使试剂杯108内的所有溶液被所述激光束117照射到的宽度。

AOD120在两个方向之间交替地转换从取向控制光源116发射的取向控制光束117传播的方向。具体地，在将5V取向控制信号输入给AOD120的情况下，AOD120使取向控制光束117沿着箭头134的方向传播，而在将0V取向控制信号输入给AOD120的情况下，AOD120使取向控制光束117沿着箭头136的方向传播。

在箭头134的方向上传播的取向控制光束117进入试剂杯108的侧表面。在箭头136的方向上传播的取向控制光束117被分色镜138反射，沿着垂直于箭头134的方向传播，并进入试剂杯108的侧表面。如果试剂杯108当从上方看时被认为是钟面，则在箭头134的方向上传播的取向控制光束117从9点钟位置进入并朝向3点钟位置传播，而在箭头136的方向上传播的取向控制光束117从6点钟位置进入并朝向12点钟位置传播。即，在箭头134的方向上传播的取向控制光束117进入试剂杯108的方向与在箭头136的方向上传播的取向控制光束117进入试剂杯108的方向彼此垂直。

分色镜138仅反射具有取向控制光束117的波长的光，并透射具有其它波长的光。从激发光源118发射的激发光119穿过分色镜138，沿着与被分色镜138反射的取向控制光束117相同的方向传播，并进入试剂杯108的侧表面。

该构造能够使生物分子检测设备100通过根据来自FG122的取向控制信号的输入控制AOD120，在彼此相差90度的两个方向之间交替地转换激光束进入试剂杯108的方向。

将遮光板140设置在AOD120与试剂杯108之间，并且将生物分子检测设备100构造成使得沿着与由箭头134和箭头136指示的方向不同的方向传播的激光束不进入试剂杯108。另外，取向控制光束117在沿着箭头134的方向和沿着箭头136的方向传播的两种情况下都进入圆柱形试剂杯108的侧表面。因为试剂杯108是圆筒形的，因此即使激光所传播的方向被转换，试剂杯108的取向控制光束117进入的侧表面的形状也是相同的。

以下参照图7A和图7B描述试剂杯108内的荧光分子响应于取向控制光束117的发射方向的转换的运动。图7A是显示第一取向控制光束117发射方向与分子的取向方向之间的关系的示意图。图7B是显示第二取向控制光束117发射方向与分子的取向方向之间的关系的示意图。图7A和图7B是试剂杯108的平面图。要注意的是在本说明书中，自由分子和结合分子的“取向方向”表示抗体和荧光分子的取向完成之后抗体和荧光分子被取向的方向。

取向控制光束117所发射到的试剂杯108内的结合分子15通过接收取向控制光束117的外力而在特定方向上取向。由取向控制光束117施加的外力通过激光束撞击结合分子并被散射的反应产生。施加力的方向由激光束传播的方向以及结合分子的取向(荧光分子14、抗体12、抗原18排列的方向)决定。

通常，自由分子和结合分子分散在溶液内，在随机方向上取向。然而，被从图纸的左侧至右侧传播的取向控制光束117照射的结合分子15从在箭头134方向上传播的取向控制光束117在旋转方向上受到力，并且在其中由取向控制光束117施加的多个旋转方向上的外力在照射取向控制光束117的范围内平衡的方向的取向上稳定化，如图7A中所示。换言之，在其纵向方向与取向控制光束117传播的方向不相同的情况下，结合分子15受到外力以在向右或向左的方向上旋转。然而，在结合分子15的纵向方向与取向控制光束117传播的方向相同的情况下，向右或向左的方向上的外部旋转力平衡，并且因此结合分子稳定化。试剂杯108内的结合分子15全部成为在相同的方向(取向控制光束117传播的方向和结合分子15的纵向方向平行的方向)上取向。换言之，与全部结合分子15相关联的荧光分子14的跃迁距将排列在相同的方向。同时，试剂杯108内的自由分子13将不取向并且在溶液内进行布朗运动，因为引起布朗运动的力大于由取向控制光束117施加的外力。

当如图7B中所示，取向控制光束117传播的方向从图纸的水平方向转换至图纸的垂直方向时，已经朝向图纸的右侧取向的结合分子15将受到向左旋转的力。接收从图纸的底部至图纸的顶部传播的取向控制光束117的结合分子15在与它们被从图纸的左侧至右侧传播的取向控制光束117取向的方向垂直的方向上取向，并且稳定化。同样在这种情况下，与全部结合分子15相关联的荧光分子14的跃迁距将在相同的方向上排列。因为引起布朗运动的力大于由取向控制光束117施加的外力，试剂杯108内的自由分子13不取向，并且在溶液内进行布朗运动。以这种方式，可以通过改变取向控制光束117的发射方向而转换溶液内的结合分子15的取向方向。

在本实施方案中，已经被在箭头134的方向上传播的取向控制光束117取向的荧光分子14的跃迁矩的方向平行于线偏振激发光振动的方向，从而最大化荧光分子14的激发效率。同时，已经被在箭头136的方向上传播的取向控制光束117取向的荧光分子14的跃迁矩的方向垂直于线偏振激发光振动的方向，并且荧光分子14的激发效率为0。因此，通过AOD120进行的取向控制光束117的发射方向的转换使荧光分子14相对于线偏振激发光的激发效率在最大值与最小值(不发生激发)之间转换。在输入至AOD120的取向控制信号为5V的情况下，与结合分子15相关联的荧光分子14的激发效率变为最大，并且在输入至AOD120的取向控制信号为0V的情况下，与结合分子15相关联的荧光分子14的激发效率变为最小。

接下来，参照图8，描述光接收部124的详细结构。图8是显示光接收部124的详细结构的示意图。光接收部124包括：透镜142；滤光器144；偏振元件146；透镜148；和PD(光电二极管)150。光接收部124从试剂杯108的底侧接收荧光。

由试剂杯108内的荧光分子14发射并且朝向图纸的左侧进入光接收部124的荧光147，以及由荧光分子14发射并且朝向图纸的右侧进入光接收部124的荧光149通过透镜142聚焦并准直，之后在通过滤光器144、偏振元件146和透镜148之后进入PD150。应注意，虽然未在图8中示出，存在介于荧光147与荧光149之间的荧光。然而，该荧光的行为可由本领域技术人员预知，并且因此将对其的描述省略。

滤光器144是带通滤波器，所述带通滤波器使不同于由荧光分子14发射的荧光的光截止并防止不同于所述荧光的光(例如，激发光)进入PD150。

偏振元件146仅透射在与线偏振激发光119的振动方向相同的方向上偏振的光。在试剂杯108内散射的激发光和由荧光分子14发射的荧光在自由分子和结合分子的取向的方向正在转换的同时，具有不同于激发光的初始振动方向的振动方向，因此不能透射穿过偏振元件146。

PD150由APD(雪崩光电二极管)构成。PD150接收由透镜148聚焦的荧光，对应于由透镜148聚焦的荧光的强度产生电荷，并且将电荷输出至放大器126。

以这种方式，光接收部124将由其取向已经转换的荧光分子14发射的荧光转换为电荷。此外，光接收部124接收来自试剂杯108底侧的荧光。因此，光接收部124不易于被取向控制光束117和激发光119影响。在本实施方案中，PD150接收被透镜148聚焦的荧光，产生与荧光的强度相对应的电荷，并将产生的电荷输出给放大器126。光接收部124依此方式将由取向已经被转换的荧光分子14发射的荧光转换成电荷。另外，光接收部124接收朝向试剂杯108的底侧的荧光。因此，光接收部124不太可能受到取向控制光束117和激发光119的影响。在本说明书中，“取向的转换完成”是指其中在取向控制光束的发射方向的转换之后分子相对于由取向控制光束施加的外力处于稳定状态的状态。

接下来，描述测量期间生物分子检测设备100的操作。图9是示意性地显示从样品的制备到样品的处置的过程的流程图的示意图。

为了准备测量，首先，将从病人采集的50μL的全血156离心分离以分离血浆16。分离的血浆16在生物分子检测设备100的样品设置部中被设置。到此时的步骤由使用者执行。

生物分子检测设备100将设置在样品设置部152中的血浆16分配到新试剂杯108中，所述新试剂杯108库存在试剂杯库存部160中。接下来，生物分子检测设备100通过移液管158吸取在试剂槽112中的PSA抗体，并将吸取的PSA抗体分配到试剂杯108中。已经将血浆16和PSA抗体放到试剂杯108中的生物分子检测设备100使用内置涡旋搅拌机搅动试剂杯108，同时保持试剂杯108的温度在37℃以使抗原抗体反应发生。此后，生物分子检测设备100发射激发光、检测荧光并在检测荧光之后将试剂杯108处理到内置废料桶154中。

由FG122输出的取向控制信号和由PD150输出的PD输出的一个实例在图10A中示例。由锁定放大器127输出的锁定放大器输出的一个实例在图10B中示例。这里应注意，PD输出和锁定放大器输出的图是示意性地示例以便简化描述。

在测量之前由FG122输出的取向控制信号为0V。取向控制信号是从0至T(秒)输出5V的信号并且从T至2T(秒)输出0V信号的具有2T周期的方波。在测量之前，取向控制信号为0V，并且因此将取向控制光束136发射至试剂杯108上，并且全部结合分子在相同的方向上取向。

生物分子检测设备100在时间T1将取向控制信号转换至5V，并且向试剂杯108发射激发光。其后，当取向控制信号变为5V时，AOD120将取向控制光束117传播的方向转换，并且将取向控制光束117传播的方向从箭头136的方向转换至箭头134的方向。伴随取向控制光束117传播方向上的转换，其中相对于试剂杯108发射取向控制光束117的方向也转换90度。

伴随激光束的发射方向上的转换，结合分子15的取向方向也转换。当荧光分子的跃迁距的方向与激发光束119的振动方向变得不垂直时，发射荧光123。在取向转换过程中由与结合分子15相关联的荧光分子14发射的大部分荧光是不偏振的，并且因此由偏振元件146截除。

完成取向上的转换的与结合分子15相关联的荧光分子14具有与激发光119的振动方向平行的跃迁距，并且因此其激发效率成为最大。由完成取向上的转换的与结合分子15相关联的荧光分子14发射的荧光在与激发光的偏振方向相同的方向上偏振，并且因此到达PD150而不被偏振元件146截除。

在将激发光119照射到试剂杯108上时的时间T1的时刻，PD输出是iz的值。PD输出iz是包括由与溶液内的一部分自由分子13相关联的荧光分子14发射的荧光、设备固有的噪音等的值。当取向控制信号为0V时与结合分子15相关联的荧光分子14未被激发，并且因此不贡献于PD输出。

通过到达PD的由与结合分子15(其归因于从0V至5V改变的取向控制信号已经完成取向上的转换)相关联的荧光分子14发射的荧光123，PD输出从iz增加。在取向转换的过程中由与结合分子15相关联的荧光分子14发射的大部分荧光123是不偏振的，并且因此被偏振元件146截除。随着已经完成取向上的转换的结合分子15的数目增加，PD输出增加，并且作为当所有结合分子15的取向上的转换完成时的值达到饱和。

在5V的输出持续T秒之后，取向控制信号成为0V。T秒是大于或至少等于全部结合分子15完成取向上转换所需的时间量的时间期间。换言之，T秒是大于或等于PD输出在其值上成为饱和所需的时间量的时间期间。当所有的结合分子15完成取向上的转换并且达到时间T2时，取向控制信号从5V改变至0V。当取向控制信号从5V改变至0V时，与结合分子15相关联的荧光分子14的跃迁距的方向与激发光119的振动方向变得垂直，与结合分子15相关联的荧光分子14的激发效率成为0，并且不再发射荧光123。因此，PD输出逐渐地降低直至它成为iz。同样在这种情况下，在取向转换过程中由与结合分子15相关联的荧光分子14发射的大部分荧光123是不偏振的，并且因此被偏振元件146截除。

在从时间T2经过时间T并且取向控制信号在时间T3再次成为5V时，PD输出增加并在其值上成为饱和的。这里，将取向控制信号被设定为0V的时间期间设定为T秒，这与将取向控制信号设定为5V的时间期间相同。这是因为在取向控制光束117的输出恒定的条件下，完成溶液内结合分子15的取向上的转换所需的时间量对于其中将取向控制信号从0V改变为5V的情况和其中将取向控制信号从5V改变至0V的情况是大致相同的。

在从时间T3经过时间T并且取向控制信号在时间T4变为0V之后，PD输出降低并且成为值iz。应注意取向控制信号的单个周期为2T。因此，T4-T3＝T3-T2＝T2-T1＝T。换言之，PD输出以与取向控制信号相同的方式以周期2T周期性地重复在值上的升高和下降。

锁定放大器127从输入其中的信号中检测与参考信号同步地重复升高和下降的成分。在生物分子检测设备100中，将与取向控制信号相同的信号输入至锁定放大器127作为参考信号。换言之，锁定放大器127检测与来自PD输出的取向控制信号同步的成分。PD输出是在值上以周期2T重复升高和下降的周期性信号。由与结合分子15相关联的荧光分子14发射的荧光贡献于PD输出的所述周期性成分。因此，通过抽取与取向控制信号同步的成分，可以将结合分子15的贡献从PD输出中抽取。锁定放大器127的输出不稳定的输出，其首先重复升高和下降，但是逐渐地收敛至值S。值S是由与结合分子15相关联的荧光分子14发射的荧光的总量的PD输出。

CPU132由锁定放大器输出S计算检测对象物质的浓度C。具体地，根据下面的式(1)计算浓度C。

C＝f(S)  (1)

这里，f(S)是校准曲线函数。对于要测量的每一项，生物分子检测设备100都具有预先准备的不同的校准曲线函数，并将测量值S转换成浓度C。CPU132将获得的浓度C输出给显示部102。

如上所述，根据本发明的第一实施方案的生物分子检测设备100具有转换取向控制光束117的发射方向从而能够转换溶液内的结合分子15的取向方向的构造。结合分子15被取向控制光束117取向的方向是与结合分子15相关联的荧光分子14的跃迁矩平行于线偏振激发光的振动方向的方向，和与结合分子15相关联的荧光分子14的跃迁矩垂直于线偏振激发光的振动方向的方向。换言之，生物分子检测设备100能够在与结合分子15相关联的荧光分子14能够被激发光激发的状态和与结合分子15相关联的荧光分子14不能被激发光激发的状态之间进行转换。

锁定放大器127从所接收的荧光数据中检测与命令转换取向控制光束117的发射方向的取向控制信号同步的成分。因此，可以计算被取向控制光束117取向的与结合分子15相关联的荧光分子的贡献，并且可以用简单的结构精确地测量检测对象物质的浓度。

在上述构造中，生物分子检测设备100通过由取向控制光束117施加的外力将所有结合分子的取向转换到相同的方向。因此，与利用随机的布朗运动进行测量的情况相比较，可以进行具有更高灵敏度的测量。

应注意在本实施方案中，采用Alexa Fluor568作为荧光分子。然而，由本发明所采用的荧光分子不限于Alexa Fluor568。可以采用任何荧光分子，条件是它具有跃迁距，被激发光激发，并且发射能够被PD检测的光。

要注意的是，第一实施方案被描述为使用抗原抗体反应作为实例的情况。然而，检测对象物质和与检测对象物质特异性结合的物质的组合不局限于上述情况。例如，本发明可以应用到采用抗原检测抗体的情况、采用特定核酸检测与特定核酸杂交的核酸的情况、采用核酸检测核酸结合蛋白的情况、采用配体检测受体的情况、采用糖类检测凝集素的情况、利用蛋白酶检测的情况、利用高级结构变化的情况等。

另外，适宜的是根据结合分子的体积和分子量、溶液的粘度、溶液的温度等改变取向控制信号被设定为5V或0V期间的时间段。以结合分子在溶液内旋转的容易度确定在转换取向控制光束117的发射方向之后结合分子完成再取向所需的时间量，其中所述容易度受结合分子的体积和分子量、溶液的粘度、溶液的温度等影响。在结合分子难以在溶液内旋转的情况下，结合分子完成再取向所需的时间量变得较长。因此，适宜的是取向控制信号被设定为5V或0V期间的时间段对于完成再取向来说足够长。适宜的是，当结合分子的分子量较大时，取向控制信号被设定为5V或0V的时间期间较长，并且当结合分子的分子量较小时，取向控制信号被设定为5V或0V的时间期间较短。

另外，第一实施方案采用发射具有980nm的波长和700mW的输出的激光束作为取向控制光束117。然而，作为取向控制光束117所采用的激光束不局限于这种激光束。适宜的是根据自由分子和结合分子在溶液内旋转的容易度确定取向控制光束117的波长和输出以使得输出光束仅将结合分子取向，其中所述容易度受自由分子和结合分子的体积、自由分子和结合分子的分子量、溶液的粘度、溶液的绝对温度等影响。

(第二实施方案)

图11A和11B是显示根据第二实施方案的生物分子检测设备中的抗原抗体反应的示意图。第二实施方案利用两种类型的抗体检测单一溶液内的两种类型的抗原。

在下文中，考虑抗体22和抗体26放置在试剂杯20内的情况。分别将抗体22和抗体26用荧光分子24和荧光分子28标记。

当将样品30放置在试剂杯20中并搅拌时，如果与抗体22特异性结合的抗原32存在于样品30中，则将在抗体22与抗原32之间出现抗原抗体反应。类似地，如果与抗体26特异性结合的抗原34存在于样品30中，则将在抗体26与抗原34之间出现抗原抗体反应。

以与关于第一实施方案描述的方式相同的方式，抗体和抗原的一部分保持在样品溶液内而不进行抗原抗体反应。在下文中，将通过抗原抗体反应相互结合的抗体22、抗原32和荧光分子24称为结合分子1，而将没有进行抗原抗体反应但存在于液体中的抗原22和荧光分子24称为自由分子1。进一步地，将通过抗原抗体反应相互结合的抗体26、抗原34和荧光分子28称为结合分子2，而将没有进行抗原抗体反应但存在于液体中的抗体26和荧光分子28称为自由分子2。在本实施方案中，作为检测对象物质的抗原32和抗原34分别是PSA和SCC(鳞状细胞癌)抗原。将与PSA特异性结合的PSA抗体用作抗体22，而将与SCC特异性结合的SCC抗体用作抗体26。采用由Molecular Probes提供的Alexa Fluor568作为荧光分子24，并采用由Molecular Probes提供的Alexa Fluor555作为荧光分子28。Alexa Fluor555发射具有在从540nm至700nm范围内的波长的荧光，并且最大强度地发射具有大约570nm波长的荧光。

根据本发明的第二实施方案的生物分子检测设备将激发光发射到里面存在有两种类型的自由分子和两种类型的结合分子的溶液上，并检测或定量目标结合分子。

图12是显示根据第二实施方案的生物分子检测设备200的主要部件的方框图。要注意的是：生物分子检测设备200的与第一实施方案的生物分子检测设备100的组成元件相同的组成元件由相同的附图标记表示，并且将省略对所述组成元件的详细说明。

生物分子检测设备200在光接收部202、分配部204、试剂槽206、和CPU208的构造上与第一实施方案的生物分子检测设备100不同。

分配部204从在分开的容器中存储多种抗体的试剂槽206吸取两种类型的抗体，并将吸取的抗体分配到试剂杯108中。

光接收部202检测由试剂杯108内的荧光分子发射的荧光。光接收部202被构造成响应于来自CPU208的指令(S1)分别接收由荧光分子24发射的荧光和由荧光分子28发射的荧光。

CPU208对从A/D转换部128输出给所述CPU208的数字数据进行计算，并将计算结果输出给显示部102。另外，CPU208响应于从用户输入部104输入的指令控制取向控制光源116、激发光源118、分配部204、FG122和光接收部202的操作。具体地，CPU208将ON/OFF指令输出给取向控制光源116和激发光源118，将指定要被使用的试剂的指令和开始分配操作的指令输出给分配部204，输出指定要被输出的电压信号的波形的指令和将电压信号输出给FG122的指令，以及将转换滤光器的指令输出给光接收部202。

以下参照图13详细地描述光接收部202的构造。图13是显示根据第二实施方案的生物分子检测设备200的光接收部202的详细结构的示意图。光接收部202内的滤光器转换部210配备有两种类型的滤光器：滤光器212和滤光器214。两个滤光器是可移动的，并且滤光器转换部210被构造成能够转换由透镜142聚焦并准直的光所穿过的滤光器。

由试剂杯108内的荧光分子14发射并且朝向图纸的左侧进入光接收部202的荧光216，以及由荧光分子14发射并且朝向图纸的右侧进入光接收部202的荧光218通过透镜142聚焦并准直，之后在通过滤光器212或滤光器214、偏振元件146和透镜148之后进入PD150。应注意，虽然未在图13中示出，在荧光216与荧光218之间存在荧光。然而，这种荧光的行为可由本领域技术人员预知，并且因此将省略对其的描述。

滤光器转换部210响应于从CPU208输出给所述滤光器转换部210的指令转换要被使用的滤光器。在本实施方案中，采用由Semrock提供的SpRed-A滤光器组的光接收侧滤光器作为滤光器212。SpRed-A滤光器组的光接收侧滤光器是透射在从605nm至650nm范围内的波长的带通滤光器。同时，采用由Semrock提供的SpOr-A滤光器组的光接收侧滤光器作为滤光器214。SpOr-A滤光器组的光接收侧滤光是透射在从575nm至600nm范围内的波长的带通滤光器。

接下来，描述在测量期间生物分子检测设备200的操作。生物分子检测设备200的测量操作基本上与第一实施方案的生物分子检测设备100的测量操作相同，但是在细微点处不同。对于第一实施方案描述了分别检测自由分子和结合分子的原理，因此这里将描述如何分别检测两种类型的结合分子。

首先，生物分子检测设备200确定将要检测两种类型的结合分子中的哪一种。该确定可以例如经由用户输入部104通过使用者输入而根据需要进行。这里，将描述首先检测具有Alexa Fluor568作为荧光分子的结合分子1的情况。CPU208输出指示光接收部202内的滤光器转换部210使用滤光器212的指令。滤光器转换部210接收来自CPU208的该指令，并将滤光器212移动到被透镜142聚焦并准直的光通过的位置。当取向控制信号被改变到5V并且激发光朝向试剂杯108发射时，由溶液内的荧光分子24和荧光分子28发射荧光。由荧光分子24和荧光分子28发射的荧光被透镜142聚焦和准直并进入滤光器212。滤光器212仅透射具有在从605nm到650nm范围内的波长的光。因此，由荧光分子24发射的荧光穿过滤光器212，而由荧光分子28发射的荧光被基本上完全截除。依此方式仅可以检测由荧光分子24发射的荧光。

以与第一实施方案中相同的方式，通过生物分子检测设备200进行取向控制信号数个周期的测量。从检测由荧光分子24发射的荧光得到的PD输出在图14A中示例。这里应注意，图14A的图是示意性地示例以便简化计算。PD输出是具有与取向控制信号的周期相同的周期的信号。虽然未显示在图14A中，锁定放大器检测与来自PD输出的与取向控制信号的周期同步的成分，并且输出值S1。

接下来，CPU208从值S1计算结合分子1的浓度。具体地，以与第一实施方案相同的方式采用校准曲线函数f1(S)以将值S1转换成浓度C1。CPU208将获得的浓度C1输出给显示部102。

接下来，生物分子检测设备200进行结合分子2的测量。CPU208输出指示光接收部202内的滤光器转换部210使用滤光器214的指令。滤光器转换部210从CPU208接收该指令，并将滤光器214移动到由透镜142聚焦并准直的光通过的位置。滤光器214仅透射具有在从575nm到600nm范围内的波长的光。因此，由荧光分子24发射的荧光被滤光器214屏蔽掉，而由荧光分子28发射的荧光被透射通过所述滤光器214。依此方式可以仅检测由荧光分子28发射的荧光。

通过生物分子检测设备200进行数个周期的取向控制信号的测量。从检测由荧光分子28发射的荧光得到的PD输出在图14B中示出。这里应注意，图14B的图是示意性地示例以便简化计算。PD输出是具有与取向控制信号的周期相同的周期的信号。

测量结合分子2时转换取向控制信号的时机与测量结合分子1时转换取向控制信号的时机不同。这是因为结合分子1、自由分子1、结合分子2以及自由分子2的体积和分子量是不同的，并且分子完成取向所需的时间量不同。

如图14A和图14B中所示，PD输出从上升转换至下降的时机对于其中测量结合分子1的情况和其中测量结合分子2的情况是相同的。然而，PD输出的最大值和最小值是不同的。这归因于溶液内结合分子1和结合分子2的浓度上的不同，以及溶液内自由分子1和自由分子2的浓度上的不同。

接下来，CPU208由值S2计算结合分子2的浓度。具体地，采用校准曲线函数f2(S)将值S2转换成浓度C2。CPU208将获得的浓度C2输出给显示部102。

如上所述，除了具有第一实施方案的生物分子检测设备100的结构之外，根据本发明的第二实施方案的生物分子检测设备200采用两种类型的抗体和荧光分子作为与检测对象物质特异性结合的物质并配备有能够在两种类型的滤光器之间转换的滤光器转换部210。因此，通过使用对应于与包括检测对象物质的结合分子相关联的荧光分子的滤光器，可以仅检测由与包括检测对象物质的结合分子相关联的荧光分子发射的荧光。因此，可以精确地测量单个样品中所含有的两种类型的检测对象物质的浓度。

要注意的是：在本实施方案中采用Alexa Fluoro568和Alexa Fluoro555作为荧光分子。然而，荧光分子不局限于这些。分别与多个检测对象物质特异性结合的多种物质可以被具有充分不同而能够被滤光器分开的荧光波长的多种类型的荧光分子标记。

要注意的是：将本实施方案描述为抗原抗体反应被用作示例的情况。然而，检测对象物质和与检测对象物质特异性结合的物质的组合不局限于上述情况。例如，本发明可以应用于采用抗原检测抗体的情况、采用特定核酸检测与特定核酸杂交的核酸的情况、采用核酸检测核酸结合蛋白的情况、采用配体检测受体的情况、采用糖类检测凝集素的情况、利用蛋白酶检测的情况、利用高阶结构变化的情况等。

另外，第二实施方案被描述为采用两种类型的检测对象物质的情况。然而，检测对象物质的数量不局限于两种。同时在此情况下，检测对象物质中的每一个都可以通过以下方式被分别检测：采用与多种检测对象物质中的每一个特异性结合的多种物质，用不同类型的荧光分子标记多种特异性结合物质中的每一个，并通过用与每一种类型的荧光分子相对应的多个滤光器分离荧光来检测由每一种类型的荧光分子发射的荧光。

要注意的是：当检测对象物质的类型的数量增加时，荧光分子类型的数量增加，将存在由多种类型的荧光分子发射的荧光，并且可能存在仅使用滤光器难以分离荧光的情况。在此情况下，可以增加激发光的类型以有助于分离荧光。荧光分子的光吸收程度取决于激发光的波长，并且每一种类型的荧光分子具有容易吸收的波长带。为此，改变激发光的波长仅使荧光分子的一部分发射荧光，从而有助于使用滤光器分离荧光。另外，通过采用具有较窄通带的带通滤光器可以有助于由目标荧光分子发射的荧光的检测。

此外，在本实施方案中的光接收部采用滤光器作为对光进行分光的分光装置。然而，不必须使用滤光器对光进行分光。例如，可以由光电二极管仅接收具有特定波长的光，通过使用衍射光栅或棱镜对光进行分光。

(第一实施方案和第二实施方案的设计变更)

要注意的是：本发明的上述实施方案仅是本发明的示例，并且不限制本发明的结构。本发明的生物分子检测设备不局限于上述实施方案，并且各种改变和修改是可以的，只要所述改变和修改不背离本发明的目的。

例如，施加到溶液内的分子的外力不局限于由激光束施加的外力。可以采用磁方法或电方法，只要所述方法将外力施加到引起自由分子和结合分子完成再取向所需的时间量的差异的程度。此外，不必须采用AOD120，只要采用能够在两个方向发射激光束的结构即可。例如，可以采用使用多个取向控制光源的构造，并且取向控制光束的方向可以通过转换所采用的光源而转换。作为另一个备选，结合分子可以通过采用线偏振激光束作为取向控制光束而取向，并且结合分子取向的方向可以通过使用λ/2波长片或可以通过电信号控制的液晶相位调制器件转换其中激光束线偏振的方向而转换。

另外，在上述实施方案中，取向控制光束117传播的方向在相互垂直的两个方向之间被转换，即，将与结合分子相关联的荧光分子的跃迁矩定向成与激发光的振动方向平行，和将与结合分子相关联的荧光分子的跃迁矩的方向定向成与激发光的振动方向垂直。然而，不必要使两个方向相互垂直。例如，在定量检测对象物质的情况下，仅需要使取向控制光束传播的两个方向中的一个成为将与结合分子相关联的荧光分子的跃迁矩的方向定向成垂直于激发光的振动方向，即，不能够使该线偏振激发光激发荧光分子的取向。如果荧光分子被取向成使得线偏振激发光不能激发荧光分子，则PD输出将仅变成噪声，这是因为不会发射荧光。当激光束的发射方向被转换到另一个方向时，可以仅接收由与已经完成再取向的自由分子和结合分子相关联的荧光分子发射的荧光。换句话说，可以暂时重置荧光的发射，从而防止接收不必要的荧光以及消除由不必要的荧光造成的噪声。

在这种情况下，如果取向控制光束117传播的两个方向是垂直的，则自由分子和结合分子完成再取向所需的时间量的差值变成最大，从而产生最高S/N比。同时，如果由取向控制光束117传播的两个方向形成的角度为60度，则自由分子和结合分子完成再取向所需的时间量变得较短，并且进行测量所需的时间量也变得较短。依此方式，当由取向控制光束117传播的两个方向形成的角度由90度减少时，自由分子和结合分子完成再取向所需的时间量将变得更短，并且进行测量所需的时间量也变得更短。

另外，在进行测量以仅确定检测对象物质是否存在于溶液中，即，结合分子是否存在的情况下，仅需要将取向控制光束117的发射方向转换到具有产生结合分子完成再取向所需的时间量的差值的角度差的两个方向。即，不必须使两个方向包括使与结合分子相关联的荧光分子的跃迁矩的方向取向以垂直于激发光的振动方向的方向。如果产生结合分子完成再取向所需的时间量的差值，则所述差值将被表示在荧光数据中，因此可以确认结合分子的存在。

在以上实施方案中描述了将一个试剂杯设置在生物分子检测设备内的情况。然而，采用一个试剂杯不是必须的，而是可以采用将多个样品设置在其内的多个试剂杯设置在生物分子检测设备中的构造。在这种情况下，如果设备被构造成依次移动试剂杯至测量位置并进行测量，则可以自动测量多个样品。

要注意的是上述实施方案被描述为采用被荧光分子标记的抗体的情况。然而，使用已经被荧光分子标记的抗体不是必须的。例如，可以在试剂杯内同时进行抗体和抗原的结合以及抗体和荧光分子的结合。在这种情况下，使用者可以在单独的试剂槽中制备抗体和荧光分子，并且生物分子检测设备可以将抗体、荧光分子和样品分配到试剂杯中，以当进行测量时使反应发生。

另外，取向控制光源116和激发光源118可以构造成可移除的，使得它们可以被适于检测对象物质和荧光分子的类型的那些代替。

适宜的是，通过根据检测对象物质、特异性结合物质和荧光分子的分子量或体积，以及由取向控制装置施加的取向控制度获得所有结合分子完成取向所需的时间量并且将所获得的时间量指定为时间间隔的长度，来确定要被转换的取向控制的方向的时间间隔。在这种情况下，在所述分子完成取向之后，取向控制光束不会在相同的方向上发射，从而降低功率消耗。另外，测量不会无关地继续，并且可以缩短测量时间。

可以根据PD输出或A/D转换部的输出获得所有自由分子和所有结合分子完成取向所需的时间量。例如，如果重复多个测量周期，则可以了解输出变饱和所需的近似时间量。因此，可以计算输出变饱和所需的时间量的算术平均数，并且可以将计算的时间量指定为预定时间间隔。

与分子的取向由磁体等控制的情况相比较，在采用取向控制光束控制分子的取向的情况下避免了复杂机构。为了使用磁体控制分子的取向，例如，分子需要具有磁性，或者需要制备与其取向将被控制的分子结合的磁性分子，并且测量的准备变得复杂。

要注意的是：在本发明的上述实施方案中，描述了其中采用从全血分离的血浆作为样品的情况。然而，样品不局限于全血，而是可以采用如尿液和脊髓液的其它体液作为样品，只要检测对象物质分散在所述体液的溶液内即可。

应注意本发明的实施方案被描述为其中将结合分子取向并且不将自由分子取向的情况。然而，自由分子不被取向不是必须的。在自由分子也被取向控制光束取向的情况下，自由分子和结合分子的体积和分子量不同，并且因此它们取向的速度将不同。因为该原因，即使在取向控制光束的发射方向转换的情况下，分子完成取向转换所需的时间的量将不同，并且发射荧光的周期也将不同。因此，如果将具有结合分子完成取向转换所需的时间量两倍的参考信号输入至锁定放大器，可以检测由与结合分子相关联的荧光分子发射的荧光成分。

本发明的实施方案可以在抗原、抗体和荧光分子分散在溶液内的液相中进行测量，从而与固相测量相比较显示出初步处理简单的优点。此外，抗原和自由分子未固定于固相，并且因此抗原和自由分子可以在溶液内自由地移动，带来比使用固相的测量的过程中的反应更快的反应。

此外，本发明的实施方案不像传统的荧光偏振方法中那样检测荧光偏振程度由于布朗运动中的改变而变化。因此，即使荧光寿命受样品内的成分影响，对测量的影响也很小。

本发明的实施方案被描述为在单个方向上线偏振的激发光119发射到溶液上的情况。即，激发光119具有单个偏振面。然而，激发光119不是必须是具有单个偏振面的线偏振光束。为了获得与由第一实施方案和第二实施方案获得的相同的有益效果，激发光119仅需要具有在特定方向上线偏振的至少一个成分。这里，在特定方向上线偏振的光是：荧光分子的跃迁矩与线偏振成分的振动方向之间的关系的变化改变线偏振成分对荧光分子的激发效率的光。例如，如果可以发射随机偏振激发光，并且可以将分析器设置在光接收部的前面，使得仅接收从荧光分子发射的荧光的在特定方向上线偏振的成分。这里，随机偏振光表示振动方向是随机的并且存在在不同方向上振动的多个线偏振成分的光。

图15A和15B是显示在分别发射取向控制光束136和取向控制光束134的情况下荧光分子14的取向方向与随机偏振激发光230的振动方向之间的关系的概念图。激发光230的振动方向232a至232d表示光在垂直于激发光230传播方向的平面内的振动方向。在图15A和图15B中，振动方向232a至232d表示激发光230在不同的方向上振动。然而，事实上，除了图15A和图15B中所示的成分之外，还包括具有不同角度方向的更多成分。一般地，当在溶液内静态的荧光分子被线偏振激发光激发时，荧光分子发射在与激发光的振动方向相同的方向上偏振的荧光。当荧光分子被随机偏振激发光230激发时，荧光分子14发射随机偏振荧光234。

分析器236透射由荧光分子发射的随机偏振荧光234的在特定方向上振动的成分，并截除在其它方向上振动的成分。换句话说，只有在特定方向上振动的光通过分析器236。在图15A和图15B中，荧光234在特定方向上振动的成分是能够通过分析器236的唯一成分。因此，通过分析器236的荧光234的振动方向仅是振动方向232a。荧光234中包含的在振动方向232a振动的成分通过被在振动方向232a线偏振的激发光230的成分激发而发射。因此，只有由被在振动方向232a上线偏振的激发光230成分激发的荧光分子14发射的荧光234的成分到达光电二极管238。通过采用这种构造，即使采用随机偏振光作为激发光230，也可以相对于在特定方向上振动的光进行与由第一实施方案进行的测量相同的测量。要注意的是：荧光234的在特定方向上振动并被分析器236透射的成分不局限于在这里所述的方向上振动的成分。在任意方向上振动的成分都可以被分析器236透射，只要伴随着荧光分子14的取向方向的改变，荧光分子14的激发效率产生差异即可。

另外，图15A和图15B显示了对于所有振动方向来说振幅是恒定的示例。然而，对于所有振动方向来说振幅是恒定不是必须的。由光电二极管238接收到的随机偏振荧光234的成分仅是在特定方向上振动的成分，因此在其它方向上振动的成分被截除。

如图15A所示，当取向控制信号为0V时，被取向控制光束136取向的荧光分子14的跃迁矩的方向垂直于透射通过分析器236的成分的振动方向232a。在这种情况下，荧光分子14相对于激发光230的在振动方向232a上振动的成分的激发效率最小。因此，由荧光分子14发射的荧光234的通过分析器236并到达光电二极管238的成分的强度在这种情况下也最小。

相反，如图15B所示，当取向控制信号是5V时，被取向控制光束134取向的荧光分子14的跃迁矩的方向平行于透射穿过分析器236的成分的振动方向232a。在这种情况下，荧光分子14相对于激发光230的在振动方向232a上振动的成分的激发效率最大。因此，由荧光分子14发射的荧光234的通过分析器236并到达光电二极管238的成分的强度在这种情况下也最大。

在同样采取这种构造的情况下，当取向控制信号从0V转换到5V时，荧光分子14的取向方向将改变，并且荧光分子14的跃迁矩的方向和透射穿过分析器236的光的振动方向逐渐变成平行。伴随这种逐渐接近平行，荧光分子14相对于激发光230的在能够透射穿过分析器236的方向上振动的成分的激发效率增加。激发效率的增加使得由荧光分子14发射的荧光234的在能够透射穿过分析器236的方向上振动的成分的强度增加。即，由光电二极管238检测到的荧光的强度以与第一实施方案相同的方式逐渐增加。为此，即使在采用上述构造的情况下，表示当取向控制信号从0V转换到5V时光电二极管238的输出随着时间变化的图具有与图10A的图相同的形状。即，同样在这种情况下，可以相对于表示光电二极管238输出的图，通过进行与第一实施方案中进行的计算相同的计算，测量检测对象物质的浓度。

作为进一步的可选方式，可以采用由在相互垂直的两个方向上线偏振的两种成分构成的激发光240，如图16A和图16B的概念图中所示。激发光240仅具有两种成分，所述两种成分在垂直于激发光240传播方向的平面内在振动方向242a和242b上线偏振。即，振动方向242a和振动方向242b相互垂直。被激发光240激发的荧光分子14发射具有在与激发光240的振动方向相同的振动方向上振动的成分的荧光244。即，荧光244具有在振动方向242和242b上线偏振的两种成分。

图16A是显示取向控制信号为0V的情况的概念图。当取向控制信号为0V时，发射取向控制光束136。取向控制光束136照射的荧光分子14取向，使得所述荧光分子14的跃迁矩与振动方向242b相同。即，当取向控制信号为0V时，荧光分子的跃迁矩和激发光240的一个成分的振动方向242b平行。

偏振分束器246透射荧光244中在振动方向242a上振动的线偏振成分244a，并反射荧光244的在振动方向242b上振动的线偏振成分244b。穿过偏振分束器246的线偏振成分244a到达光电二极管248。偏振分束器246反射的线偏振成分244b到达光电二极管250。

图16B是显示取向控制信号为5V的情况的概念图。当取向控制信号为5V时，发射取向控制光束134。取向控制光束134照射的荧光分子14取向，使得所述荧光分子14的跃迁矩与振动方向242a相同。即，当取向控制信号为5V时，荧光分子的跃迁矩和激发光240的成分中的另一个的振动方向242a平行。

以下集中描述荧光244的穿过偏振分束器246的线偏振成分244a。在这种情况下，激发光240的成分中的一个的振动方向242a与荧光分子14的跃迁矩的方向之间的关系与在第一实施方案的情况下是相同的。光电二极管248的输出的时间变化类似于相对于第一实施方案所述的图10A的曲线图表示的时间变化。即，伴随着取向控制光束的发射方向的转换，结合分子的取向方向开始变化，并且光电二极管248的输出增加。光电二极管248的输出在结合分子的再取向完成之后的时刻点达到最大。在保持5V电压持续T秒之后，将取向控制信号重置到0V。当取向控制信号从5V转换到0V时，结合分子取向的方向再次转换，并且光电二极管248的输出降低。

同时，以下集中描述荧光244的被偏振分束器246反射的线偏振成分244b。在这种情况下，激发光240的成分中的另一个的振动方向242b和荧光分子14的跃迁矩的方向是平行的。因此，荧光分子14相对于激发光240的另一个成分的激发效率直到取向控制光束的发射方向转换之前都是最大的。即，荧光244的线偏振成分244b的强度直到取向控制光束的发射方向转换之前都是最大的，因此，接收荧光244被偏振分束器246反射的线偏振成分244b的光电二极管250的输出直到该时间也是最大的。伴随着取向控制光束的发射方向的转换，自由分子的取向方向开始变化，并且光电二极管250的输出降低。光电二极管250的输出在所有结合分子的再取向完成之后变成最小。保持5V电压持续T秒之后，将取向控制信号重置到0V。当取向控制信号从5V转换到0V时，结合分子取向的方向再次转换，并且光电二极管250的输出增加。这是因为激发光240的另一个成分的振动方向242b和荧光分子14的跃迁矩的方向返回到平行状态。

采用光电二极管248的输出和光电二极管250的输出将所接收的光数据归一化。通过依此方式将两个光电二极管的输出归一化，可以减小自由分子和结合分子的浓度的波动和光学系统的激发功率的波动的影响。

之后，从归一化的所接受的光数据计算结合分子的浓度。

本发明的实施方案基于饱和荧光强度值获得结合分子的浓度。然而，不是必须以这种方式获得结合分子的浓度。例如，可以采用其中取向控制光束的发射方向在取向控制光束的发射方向转换之后在荧光强度成为饱和之前返回至转换之前的发射方向的高频进行锁定检测。

图17A是示例其中取向控制信号是5V的过程的期间足够长以使得荧光强度成为饱和的取向控制信号的输出的图。图17B是示例其中取向控制信号是5V的过程的期间足够短以使得荧光强度未成为饱和的取向控制信号的输出的图。在图17A中，取向控制信号的周期t1足够长，并且在取向控制信号是5V的时间的期间足够长。因此，将所有的结合分子取向，荧光强度成为最大，并且锁定放大器的输出成为最大值i1。同时，在图17B中，取向控制信号的周期t2短，并且在所有结合分子取向之前取向控制信号成为0V。因此，荧光强度未达到理论最大值，并且锁定放大器的输出为i2。

在本发明的实施方案中，对于每个发射方向取向控制光源的数目不限于一个。可以提供多个取向控制光源，并且多个取向控制光束可以在相同的方向上发射。

在通过改变发射取向控制光束的方向来控制荧光分子的跃迁距的方向的光学系统中，可以设置从特定方向同时朝向多个点发射取向控制光束的多个光学系统以加宽取向控制光束的照射范围，以便避免在将取向控制光束聚焦至窄的范围内的情况下取向控制光束可以照射的范围将变小的问题。多个光学系统可以具有多个光路，至少在激光束进入试剂杯之前的阶段。例如，如果设置三个也包括光源的光学系统，外力施加光束从所有三个外力施加光源发射，并且外力施加光束可以从特定方向照射试剂杯三个点。作为另一个实例，即使仅设置单个光源，也可以通过采用二维激光阵列、微透镜阵列等将单个外力施加光束分支，并且可以将外力施加光束发射至对应于分支的数目的多个点上。在这种情况下，取向控制光束可以同时发射至多个点上，并且荧光分子的跃迁距可以在多个位置旋转。

本发明的实施方案被描述为荧光分子的跃迁矩的方向通过转换激光束发射的方向来控制的情况。然而，用于控制荧光分子的跃迁矩的方向的方法不局限于这种构造。例如，可以利用荧光分子的跃迁矩跟踪线偏振光的振动方向的现象，通过控制线偏振激光束的振动方向来控制荧光分子的跃迁矩的方向。

以下描述用于通过控制线偏振激光束的振动方向控制荧光分子的跃迁矩的方向的方法的示例。采用在单个方向上被线偏振的激光束，并且将激光束的偏振轴旋转以控制结合分子的取向，从而控制荧光分子的跃迁矩的方向。可以通过采用λ/2波长片控制线偏振激光束的偏振轴。λ/2波长片是用于使光的两个垂直成分之间的光程差为所述光的波长的一半的相移片，并且用于使光的偏振轴旋转。在平行于λ/2波长片的光轴方向的方向上被线偏振的光以保持不变的方式穿过所述波长片，而在与λ/2波长片的光轴方向形成45度角的方向上被线偏振的光在其偏振轴旋转90度的状态下被透射。即，通过相对于线偏振激光束转换λ/2波长片的角度，能够进行激光束以保持不变的方式穿过λ/2波长片的情况与激光束在其偏振轴旋转90度的状态下被透射的情况之间的转换。即，采用λ/2波长片通过旋转线偏振激光束的偏振轴，使结合分子可以在两个方向上被取向。

在通过控制线偏振激光束的振动方向来控制荧光分子的跃迁矩的方向的情况下，取向控制光束在垂直于其传播方向的平面内具有任意横截面形状。例如，考虑发射具有偏振轴352的线偏振取向控制光束350的情况，如图18A所示。在这种情况下，激光束250在垂直于其传播方向的方向上具有大致矩形横截面形状。考虑位于取向控制光束350的中心处的结合分子354和位于取向控制光束350的周边部分处的结合分子356的矩。

如图18B中所示，当取向控制光束350旋转时，偏振轴352旋转。位于旋转轴(偏振轴352的旋转中心)上的结合分子354立即跟踪偏振轴352的旋转，并且旋转。同时，位于取向控制光束350的周边部分处的结合分子356不能立即跟踪偏振轴352的旋转，并且变得与所述偏振轴352分离。经过一段时间以后，结合分子356也被吸入到取向控制光束350中，并且开始跟踪偏振轴352旋转的旋转。在取向控制光束350的偏振轴352从图18A的偏振轴352旋转90度的情况下，如图18C所示，结合分子354的再取向与偏振轴352的旋转的完成同时完成。同时，因为结合分子356不能立即跟踪偏振轴352的旋转，因此在完成偏振轴352的旋转之后的一段时间之后完成结合分子356的再取向。即，位于旋转轴上的结合分子354的移动是与取向控制光束350的偏振轴352的旋转同步的旋转。然而，位于取向控制光束350的周边部分处的结合分子356的移动是绕着旋转轴的旋转，其不与取向控制光束350的偏振轴352的旋转同步。

存在不能跟踪取向控制光束350的偏振轴352的旋转的结合分子的存在影响测量的情况。为了减小这种影响，优选的是取向控制光束从预定方向同时进入多个点。例如，如图19所示(试剂杯108的平面图)，可以采取其中与九个点360a至360i相对应的九个取向控制光束进入试剂杯108的构造。通过采用这种构造，位于取向控制光束的偏振轴的中心处的结合分子的数量将增加，从而减小对测量的上述影响。要注意的是：虽然这里描述了取向控制光束进入九个点的实例，但是取向控制光束进入的点的数量不局限于九个，而是可以比九个多或比九个少。理想的是取向控制光束聚焦得越窄，激光束进入越多数量的点。因此，可以使结合分子与取向控制光束的旋转同步地旋转。因此，可以降低荧光强度的突然变化，并且可以改善作为表示相对散布的指标的变化系数。

图20中显示了使激光束从预定方向同时进入多个点的取向控制光源402的结构。取向控制光源402是3×3的二维激光阵列。取向控制光源402的九个发光点404a至404i发射光。发光点具有1μm的高度和100μm的宽度。发光点之间的距离大约为100μm。

图21中显示了采用图20的取向控制光源402的光学系统的一个实例。要注意的是：用于激光束和激发光的光学系统以外的结构元件在图21中被省略。

从取向控制光源402输出的线偏振取向控制光束422穿过准直透镜406并在焦点处变成准直光束。已经穿过准直透镜406的取向控制光束422穿过扩束器408和410，然后进入λ/2波长片412。已经穿过扩束器408和410的取向控制光束422散开以变成具有特定放大率的准直光束。λ/2波长片在可旋转台上，并且被构造成是可旋转的。这种构造能够使取向控制光束422的振动方向旋转。已经穿过λ/2波长片的取向控制光束422被分色镜418反射，被透镜420聚焦，穿过试剂杯108的底部表面进入试剂杯108，并向上传播。

从光源414输出的激发光424穿过透镜426并被分色镜416反射。已经被分色镜416反射的激发光424穿过分色镜418，被透镜420聚焦，穿过试剂杯108的底部表面进入试剂杯108，并向上传播。

如果在图21中所示的光学系统中，准直透镜406的焦距被设定为3.1mm，并且透镜420的焦距被设定为4mm，则放大率为1.29x。因此，取向控制光束422的尺寸大约为1.3μm×130μm，且在试剂杯108的底部表面处具有大约129μm的间距。

以下参照图22描述使激光束从预定方向同时进入多个点的光学系统的另一实例。要注意的是：用于取向控制光束和激发光的光学系统以外的结构元件在图22中被省略。另外，与图21中所示的结构元件相同的结构元件由相同的附图标记表示，并且省略所述结构元件的详细说明。

在图22中所示的光学系统中，取向控制光源116与第一实施方案的取向控制光源相同。取向控制光束432穿过准直透镜406、扩束器408和410，并进入微透镜阵列428。如图23所示，微透镜阵列428具有以网格形状阵列的多个微透镜428a。穿过微透镜阵列428的取向控制光束432变成具有不同焦点的多个光束，如同由多个光源发射的光。取向控制光束432被针孔阵列430聚焦，被分色镜418反射，由透镜420聚焦，穿过试剂杯108的底部表面进入试剂杯108，并向上传播。可以依此方式也通过采用微透镜阵列使取向控制光束从预定方向同时进入多个点。

另外，在上述实施方案中，试剂杯具有圆筒形形状。然而，试剂杯的形状不是必须为圆筒形。例如，可以采用被成形为矩形柱并且其中具有矩形柱状溶液部的试剂杯432，如图24所示。具有矩形柱状溶液部的试剂杯432尤其适于在取向控制光束传播方向上由该光束施加的压力被用于将结合分子压在试剂杯432内壁表面上的情况。这是在结合分子的质量较轻的情况下出现的，由在取向控制光束施加的压力下结合分子移动通过溶液所引起的现象。在这种情况下，如果溶液保持部是矩形柱，则自由分子和结合分子在被压在溶液与试剂杯432之间的界面上的同时被取向。在界面是平面并且由取向控制光束施加的压力在垂直于所述界面的方向上操作的情况下，结合分子将不会因在平行于界面的方向上移动而移动出取向控制光束的照射范围。

另外，在将结合分子压在试剂杯432内壁表面上的情况下，通过设定取向控制光束的焦点的位置可以使分子更加容易地被取向。图25是显示聚焦的取向控制光束的焦点与试剂杯之间的位置关系的图。取向控制光束434进入透镜436并在血浆16与侧壁432b(侧壁432b的内表面)之间的界面处被聚焦在焦点434a。取向控制光束434的强度在焦点434a的位置处最大，因此可以以大量的压力挤压结合分子。因此，如果取向控制光束434以图25所示的方式被发射，则在将结合分子压在侧壁432b的内表面上的同时，结合分子可以被更加有效地取向。同时在这种情况下，可以通过旋转线偏振取向控制光束434的振动方向而在焦点434a的位置处改变结合分子的取向方向。

要注意的是：溶液保持部形成为矩形柱不是必须的，并且溶液保持部仅需要具有至少一个平面。如果取向控制光束被发射使得该光束聚焦在该平面上的焦点处，则结合分子将不会因在平行于平面的方向上移动而移动出取向控制光束的照射范围，并且将在被压在该平面上的同时被取向。

[工业应用领域]

本发明的生物分子检测设备和生物分子检测方法可以应用在通过利用检测对象物质和与检测对象物质特异性结合的物质之间的相互作用来检测或定量检测对象物质的设备中。

Claims (10)

1.一种生物分子检测设备，所述生物分子检测设备检测由第一复合体发射的荧光和由第二复合体发射的荧光以检测或定量化溶液中存在的检测对象物质，所述第一复合体具有与所述检测对象物质特异性结合的物质和荧光分子，并且所述第二复合体由所述第一复合体与所述检测对象物质结合而成，所述生物分子检测设备包括：

光源，所述光源照射具有特定方向上的线偏振成分并激发所述荧光分子的激发光；

光接收部，所述光接收部检测由所述荧光分子发射的荧光；

取向控制装置，所述取向控制装置用于将在所述溶液内的所述第二复合体的取向周期性地转换；

同步成分抽取装置，所述同步成分抽取装置用于抽取由所述光接收部检测的荧光中与所述第二复合体取向的所述周期同步的成分；以及

计算部，所述计算部基于由所述同步成分抽取装置抽取的所述成分检测或定量化所述检测对象物质。

2.如权利要求1所述的生物分子检测设备，其中：

所述取向控制装置在第一方向上的取向与在第二方向上的取向之间转换所述第二复合体的取向，在所述第一方向上，所述第二复合体具有的所述荧光分子的跃迁矩的方向和所述激发光的所述线偏振成分的振动方向是平行的，并且在所述第二方向上，所述跃迁矩的方向与所述振动方向是垂直的。

3.如权利要求1或2所述的生物分子检测设备，其中：

所述第二复合体取向转换的周期由以下各项决定：所述检测对象物质的分子量和体积中的一个，与所述检测对象物质特异性结合的物质的分子量和体积中的一个，所述荧光分子的分子量和体积中的一个，以及由所述取向控制装置施加的取向控制的强度。

4.如权利要求1或2所述的生物分子检测设备，其中：

所述取向控制装置配备有取向控制光源，所述取向控制光源照射波长与所述激发光的波长不同的光而使所述第二复合体进行取向。

5.如权利要求4所述的生物分子检测设备，其中：

所述取向控制光源从多个位置向所述溶液照射波长与所述激发光的波长不同的所述光。

6.如权利要求4所述的生物分子检测设备，所述生物分子检测设备包括：

用于保持所述溶液的溶液保持部，所述溶液保持部至少在其一面具有平面。

7.如权利要求6所述的生物分子检测设备，其中：

所述取向控制光源向穿过所述溶液并从所述溶液保持部的所述平面射出的方向上照射波长与所述激发光的波长不同的所述光，使得波长与所述激发光的波长不同的所述光聚焦在所述溶液与所述平面之间的界面处。

8.如权利要求1或2所述的生物分子检测设备，其中：

所述光接收部配备对光进行分光的分光装置。

9.如权利要求8所述的生物分子检测设备，其中：

所述分光装置是具有不同特性的多个滤光器；并且

所述光接收部根据所述荧光的波长转换所述多个滤光器。

10.一种生物分子检测方法，所述生物分子检测方法用于检测由第一复合体发射的荧光和由第二复合体发射的荧光以检测或定量化溶液中存在的检测对象物质，所述第一复合体具有与所述检测对象物质特异性结合的物质和荧光分子，并且所述第二复合体由所述第一复合体与所述检测对象物质结合而成，所述方法包括：

照射具有特定方向上的线偏振成分并激发所述荧光分子的激发光；

周期性地转换所述溶液内的所述第二复合体的取向的步骤；

检测由所述荧光分子发射的荧光的步骤；

抽取所检测的荧光中与所述第二复合体取向的周期同步的成分的步骤；以及

基于抽取的所述成分检测或定量化所述检测对象物质的步骤。

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