JP2013213736A - Analyzer for trace constituent - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サンプルに含まれる微量成分を分析する微量成分分析装置に関する。 The present invention relates to a trace component analyzer that analyzes trace components contained in a sample.
疾患(癌・糖尿病・胃潰瘍など)の進行とともに増加する生体因子は、血液検査による腫瘍マーカーとして用いられている。しかし、多くの腫瘍マーカーは、健康な人の血液中にも存在するために、腫瘍マーカーの検査のみで疾患の診断ができる場合は限られている(PSA:前立腺癌は診断可能)。
また、血液検査をする際に行う採血は、患者に苦痛及び心理的圧迫を与え、また感染症のリスクから完全に免れることができない。
Biological factors that increase with the progression of disease (cancer, diabetes, gastric ulcer, etc.) are used as tumor markers by blood tests. However, since many tumor markers are also present in the blood of a healthy person, there are only a limited number of cases where a disease can be diagnosed only by examining the tumor markers (PSA: prostate cancer can be diagnosed).
In addition, blood collection performed during a blood test gives pain and psychological pressure to the patient, and cannot be completely free from the risk of infection.
このために、非侵襲による血液中の腫瘍マーカーの濃度レベルのモニタリングが期待されている。この非侵襲によるモニタリング方法の一例として、患者の呼気時の腫瘍マーカーを検出する方法が挙げられる。特に肺癌・乳癌患者と健康な人とでは、呼気中の揮発性有機化合物(アルカン、芳香族化合物、ベンゼン誘電体など)の相対的な濃度が、異なるとの報告がある。 For this reason, non-invasive monitoring of the concentration level of tumor markers in blood is expected. As an example of this non-invasive monitoring method, there is a method of detecting a tumor marker during exhalation of a patient. In particular, there are reports that the relative concentrations of volatile organic compounds (alkanes, aromatic compounds, benzene dielectrics, etc.) in breath differ between lung cancer / breast cancer patients and healthy people.
そのような、患者の呼気から検出される腫瘍マーカーは、内因性化合物そのものである場合や、内因性化合物から派生したものである場合がある。そのような腫瘍マーカーを患者の呼気から検出して、血中における内因性化合物の濃度をモニタリングする技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 Such tumor markers detected from the patient's breath may be endogenous compounds themselves or derived from endogenous compounds. A technique for detecting such a tumor marker from a patient's breath and monitoring the concentration of an endogenous compound in the blood has been proposed (for example, Patent Document 1).
しかし、現状においては、質量分析法を用いても、すべての内因性化合物を充分な感度で検出することはできていない。このために、呼気から腫瘍マーカーを検出して疾患の診断する技術は実用化に至っていない。 However, at present, even if mass spectrometry is used, not all endogenous compounds can be detected with sufficient sensitivity. For this reason, a technique for diagnosing a disease by detecting a tumor marker from breath has not been put into practical use.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、赤外吸光光度法によりサンプルに含まれる微量成分を高感度で分析する微量成分分析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a trace component analyzer that analyzes a trace component contained in a sample with high sensitivity by infrared absorption spectrometry.
微量成分分析装置において、光線を出力する光源と、前記光線の入射面,入射した前記光線を反射させる反射面,及びこの反射面で反射した光線を出力する出力面を有するプリズムと、前記光線の光軸上に配置され前記プリズムを挟んで前記光線を多重反射させる共振器と、前記多重反射して前記共振器を通過した光線を検出する検出器と、前記プリズムの前記反射面にサンプルを接触させた状態における前記検出器の検出信号に基づいて前記サンプルの微量成分を分析する分析部と、を備える。 In the trace component analyzer, a light source that outputs light, a prism having an incident surface of the light, a reflecting surface that reflects the incident light, and an output surface that outputs the light reflected by the reflecting surface; A resonator disposed on the optical axis that multi-reflects the light beam with the prism interposed therebetween, a detector that detects the multi-reflected light beam that has passed through the resonator, and a sample in contact with the reflective surface of the prism And an analysis unit that analyzes a trace component of the sample based on a detection signal of the detector in a state where the detection is performed.
本発明により赤外吸光光度法によりサンプルに含まれる微量成分を高感度で分析する微量成分分析装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a trace component analyzer that analyzes a trace component contained in a sample with high sensitivity by infrared absorptiometry.
(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、第1実施形態に係る微量成分分析装置10は、単色光の光線23を出力する光源11と、この光線23の入射面31,入射した光線23を反射させる反射面33,及びこの反射面33で反射した光線24を出力する出力面32を有するプリズム30と、これら光線23,24の光軸上に配置されプリズム30を挟んでこれら光線23,24を多重反射させる共振器21と、多重反射して共振器21を通過した光線25を検出する検出器16と、プリズム30の反射面33にサンプル35を接触させた状態における検出器16の検出信号26に基づいてサンプル35の微量成分を分析する分析部17と、を備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the
サンプル35は、人体の一部(例えば指)等が対象で、疾患診断のマーカーとなる微量成分(生体因子成分)が非侵襲的に検出される。具体的には、指をプリズム30の反射面33に押し当てて、血糖値(グルコース)等のモニタリングを実施する。なお、サンプル35は、特に限定されるものではなく、固体表面を介して成分分析を目的とするものであれば適宜対象となる。
The
光源11は、生体因子成分の吸収スペクトルのうちこの生体因子成分に特徴的なピークに対応する波長を有する単色光の光線23を出力する。
この光源11が出力した光線23は、共振器21の一方のミラー27を通過した後に、プリズム30の入射面31に垂直に入射する。そして、プリズム30に入射した光線23は、その反射面33で全反射すると、サンプル35に向けてエバネセント波を照射する。サンプル35に照射されたエバネセント波は、検査対象の生体因子成分と相互作用するために、この生体因子成分の濃度に対応して、反射光線24の強度が減少する。
The
The
ここで、入射光線23が反射面33を通過せずに全反射する条件として、入射光線23の反射面33に対する入射角が臨界角以上であることが求められ、さらにプリズム30とその外側(空気又はサンプル35)との屈折率の差が大きいことが求められる。
このため、プリズム30は屈折率が2以上であることが望ましく、具体的には高屈折率ガラスK−PSFn214等が好適に採用される。
Here, as a condition for the
For this reason, it is desirable for the
共振器21は、入射した光線の一部を反射して残りを透過するミラー27,28の対が、それぞれ入射光線23の光軸及び反射光線24の光軸と直交するように配置されている。そして、これらミラー27,28の間の光路長Lは、光線23,24の波長λとした場合、共振条件を成立させるため次式(1)の関係を有している。
mλ=2L(m:自然数) (1)
The
mλ = 2L (m: natural number) (1)
この共振条件の関係を満たすことにより、光線23,24は、共振器21の内部において多重反射した後に、その外部に通過する光線25を出力することになる。そして、プリズム30の反射面33において、サンプル35内の生体因子成分とエバネセント波との相互作用が繰り返され、通過光線25の強度がさらに減少する。
これにより、注目する生体因子成分(腫瘍マーカー)を高感度にモニタリングすることができる。
By satisfying the relationship of this resonance condition, the
Thereby, the biological factor component (tumor marker) of interest can be monitored with high sensitivity.
コリメートレンズ14及び集光レンズ15は、光源11と共振器21のミラー27との間に設置されている。これにより、コリメートレンズ14のコリメート径と集光レンズ15の焦点距離を最適化し、共振器21のモード整合を行うことにより、生体因子成分の分析の高感度化を図ることができる。
共振器21を通過した光線25を検出器16が受光すると、この検出器16は、この光線25の強度を示す検出信号26を出力する。
The
When the
分析部17は、検査対象となる生体因子成分が含まれていない参照サンプル(図示略)を、サンプル35と共通条件で分析した結果の検出信号をデータ記憶している。
そして、サンプル35をプリズム30の反射面33に接触させた状態で取得した検出信号26と参照サンプルの検出信号との変化率(ΔI/I)から、サンプル35の微量成分の定量結果(生体因子成分(腫瘍マーカー)の濃度)が導かれる。
なお、この定量結果は、プリズム30に接する参照サンプル(図示略)及びサンプル35における各々の屈折率、吸光度及びエバネセント光の侵入長の違いを考慮した補正を実行することにより、さらに精度が向上する。
The
Then, from the rate of change (ΔI / I) between the
Note that the accuracy of the quantitative result is further improved by executing correction in consideration of the difference in refractive index, absorbance, and evanescent light penetration length in the reference sample (not shown) in contact with the
(第2実施形態)
図2に示すように、第2実施形態に係る微量成分分析装置10において、光源12は複数の単色光(例示は第1単色光23a及び第2単色光23bの二種類)を出力し、共振器21は複数配置され(図示は第1共振器21a及び第2共振器21bの二つ)それぞれにおいて(第1単色光23a及び第2単色光23bの二種類のうち)対応する単色光を選択的に多重反射させる。
なお、図2において図1と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 2, in the
2 that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
光源12は、第1単色光23a及び第2単色光23bを、それぞれ独立に出力するものである。
第1共振器21aは、第1単色光23aの波長λに対して共振条件(前記式(1))を充足するように、光路長が設定されている。そして、第1共振器21aは、第2単色光23bを素通りさせて、第1単色光23aのみを選択的に多重反射させて、通過光線25を出力する。
第2共振器21bは、第2単色光23bの波長λに対して共振条件(前記式(1))を充足するように、光路長が設定されている。そして、第2共振器21bは、第1単色光23aを素通りさせて、第2単色光23bのみを選択的に多重反射させて、通過光線25を出力する。
The
The optical path length of the
The optical path length of the
検出器16は、第1共振器21aを通過した光線25、及び第2共振器21bを通過した光線25をそれぞれ個別に入射させ、それぞれの光線25の強度を示す検出信号26を出力する。
The
これら複数の単色光23a,23bの光線23は、生体因子成分の吸収スペクトルのうちこの生体因子成分に特徴的なピークに対応する波長を、それぞれが有している。このために、第2実施形態に係る微量成分分析装置10では、複数の吸収スペクトルに基づいて生体因子成分(腫瘍マーカー)を検出するために、サンプル35の微量成分の定量精度が向上する。もしくは、複数の生体因子成分(腫瘍マーカー)のモニタリングを一台の装置で実施することが可能になる。
The
具体例を挙げると、第1単色光23aを揮発性有機化合物の吸収スペクトルにマッチングさせ、第2単色光23bをグルコースの吸収スペクトルにマッチングさせる。
この場合、第1共振器21aのミラー27a,28aは、揮発性有機化合物の吸収スペクトル(約3000cm-1)に対応する波長の光線23を多重反射するが、グルコースの吸収スペクトルに対応する波長の光線23は透過する。また、第2共振器21bのミラー27b,28bは、グルコースの吸収スペクトルに対応する波長の光線23を多重反射するが、揮発性有機化合物の吸収スペクトルに対応する波長の光線23は透過する。
これにより、肺癌・乳癌患者の呼気中の生体因子成分である揮発性有機化合物と、糖尿病の生体因子成分であるグルコースとを、一台で分析可能な微量成分分析装置10が提供される。
As a specific example, the first
In this case, the
Thereby, the
(第3実施形態)
図3に示すように、第3実施形態に係る微量成分分析装置10は、共振器21を構成する一対のミラーのうちいずれか一方(ミラー28)を移動させて多重反射の生じる光路長Lを可変させる光路長可変部22を、さらに備えている。
なお、図3において図1と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 3, the trace
3 that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
光路長可変部22は、ステッピングモータによる送り機構や圧電素子等で構成され、光線23,24の波長λと光路長Lとの関係が共振条件(式(1))を満たすように駆動する。具体的には、検出器16の検出信号26に基づいて、受光される通過光線25の強度を観察しながらミラー28の位置を調整する。
このように光路長Lを微調整する機能を備えることにより、共振器21の内部において高いエンハンス率が実現され、高感度の微量分析が可能となる。
The optical path length
By providing the function of finely adjusting the optical path length L in this way, a high enhancement rate is realized inside the
(第4実施形態)
図4に示すように、第4実施形態に係る微量成分分析装置10は、光源13が出力する光線は連続光23cであり、検出器16の検出信号26をフーリエ変換して共振器21を通過した光線25の波長スペクトルを導く分光部18と、をさらに備えている。
なお、図4において図3と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 4, in the trace
4 that are the same as or correspond to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
ここで、連続光23cは、サンプル35におけるエネルギー吸収の大きい赤外帯域の光を用いる。
光源13から連続光23cが共振器21に入射すると、共振条件(式(1))を満たす波長λの単色光の強度が共振により極大値を示す。ここで、連続光23cを構成する一つの単色光に着目すると、光路長可変部22による光路長Lの連続変化に対応して、その強度が正弦的に変化する。そして、この光路長Lの変化に対応して、連続光23cを構成する各々の単色光の強度は、各々の波長に対応した別々の周期で正弦的に変化する。このため検出器16は、このように正弦的に強度変化する各々の単色光を重畳させた通過光線25を受光することとなる。
Here, as the
When the
分光部18は、検出器16の検出信号26をフーリエ変換して連続光23cを構成する単色光の各々の強度を演算することにより、通過光線25の波長スペクトルを導く。
なお、通過光線25の分光方法として、検出器16により通過光線25の光強度を検出した後にデータ演算(フーリエ変換)する方法を示したが、回折格子等を用いて通過光線25をハードウェアで分光する方法もある。
このように、光源13に連続光23cを用いることにより、広帯域における光吸収特性を得ることができるので、サンプル35の定性的な分析も可能になる。
The
In addition, although the method of performing a data calculation (Fourier transform) after detecting the light intensity of the passing
Thus, by using the
(第5実施形態)
図5に示すように、第5実施形態に係る微量成分分析装置10は、プリズム30の反射面33には、サンプル(図示略)を収容して加圧するサンプル室34が備えられている。
なお、図5において図1と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 5, in the
5 that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
サンプル室34は、ガス状のサンプル(図示略)を封入する封入口36と、収容したサンプルを加圧する加圧部37とを有している。
第5実施形態では、肺癌・乳癌患者の呼気中の、揮発性有機化合物(アルカン、芳香族化合物、ベンゼン誘電体など)の濃度のモニタリングをすることを目的としている。
このサンプル室34にサンプルとしての呼気を閉じ込めた後に、加圧することによって室内の生体因子成分の密度を増加させることができ、希薄な濃度条件下であっても高感度分析が可能となる。
The
The fifth embodiment aims to monitor the concentration of volatile organic compounds (alkanes, aromatic compounds, benzene dielectrics, etc.) in the breath of lung cancer / breast cancer patients.
After confining the exhaled breath as a sample in the
以上述べた少なくともひとつの実施形態の微量成分分析装置によれば、赤外吸光光度法によりサンプルに含まれる微量成分を高感度で分析することができるために、例えば非侵襲による生体因子成分(腫瘍マーカー)のモニタリングを高精度で実施することができる。 According to the trace component analyzer of at least one embodiment described above, since trace components contained in a sample can be analyzed with high sensitivity by infrared absorption spectrometry, for example, a non-invasive biological factor component (tumor) Marker) can be monitored with high accuracy.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…微量成分分析装置、11…単色光の光源、12…複数の単色光の光源、13…連続光の光源、14…コリメートレンズ、15…集光レンズ、16…検出器、17…分析部、18…分光部、21…共振器、21a…第1共振器、21b…第2共振器、22…光路長可変部、23…入射光線(光線)、23a…第1単色光、23b…第2単色光、23c…連続光、24…反射光線(光線)、25…通過光線(光線)、26…検出信号、27(27a,27b)…ミラー、28(28a,28b)…ミラー、30…プリズム、31…入射面、32…出力面、33…反射面、34…サンプル室、35…サンプル、36…封入口、37…加圧部、L…光路長。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光線の入射面,入射した前記光線を反射させる反射面,及びこの反射面で反射した光線を出力する出力面を有するプリズムと、
前記光線の光軸上に配置され前記プリズムを挟んで前記光線を多重反射させる共振器と、
前記多重反射して前記共振器を通過した光線を検出する検出器と、
前記プリズムの前記反射面にサンプルを接触させた状態における前記検出器の検出信号に基づいて前記サンプルの微量成分を分析する分析部と、を備えることを特徴とする微量成分分析装置。 A light source that outputs light rays;
A prism having an incident surface of the light beam, a reflective surface that reflects the incident light beam, and an output surface that outputs the light beam reflected by the reflective surface;
A resonator that is arranged on the optical axis of the light beam and multi-reflects the light beam across the prism;
A detector that detects the light beam that has passed through the resonator with the multiple reflection;
An analysis unit that analyzes a trace component of the sample based on a detection signal of the detector in a state in which the sample is in contact with the reflecting surface of the prism.
前記光源が出力する光線は、単色光であることを特徴とする微量成分分析装置。 In the trace component analyzer of Claim 1,
The light component output from the light source is monochromatic light.
前記光源は、複数の単色光を出力し、
前記共振器は、複数配置され、それぞれにおいて対応する前記単色光を選択的に多重反射させることを特徴とする微量成分分析装置。 In the trace amount analyzer according to claim 2,
The light source outputs a plurality of monochromatic lights,
A plurality of the resonators are arranged, and the single component light corresponding to each of the resonators is selectively multiple-reflected, and the trace component analyzing apparatus is characterized in that
前記共振器を構成する一対のミラーのうちいずれか一方を移動させて前記多重反射の生じる光路長を可変させる光路長可変部を、さらに備えることを特徴とする微量成分分析装置。 In the trace component analyzer of any one of Claims 1-3,
The trace component analyzing apparatus, further comprising: an optical path length varying unit that moves one of the pair of mirrors constituting the resonator to vary the optical path length in which the multiple reflection occurs.
前記光源が出力する光線は、連続光であり、
前記検出器の検出信号をフーリエ変換して前記共振器を通過した光線の波長スペクトルを導く分光部を、さらに備えることを特徴とする微量成分分析装置。 In the trace amount analyzer according to claim 4,
The light beam output from the light source is continuous light,
A trace component analyzing apparatus, further comprising a spectroscopic unit that performs a Fourier transform on a detection signal of the detector and derives a wavelength spectrum of a light beam that has passed through the resonator.
前記プリズムの前記反射面には、前記サンプルを収容して加圧するサンプル室が備えられることを特徴とする微量成分分析装置。 In the trace component analyzer of any one of Claims 1-5,
The trace component analyzing apparatus according to claim 1, wherein a sample chamber for storing and pressurizing the sample is provided on the reflecting surface of the prism.
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Cited By (2)
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CN106483071A (en) * | 2016-12-30 | 2017-03-08 | 郑州光力科技股份有限公司 | A kind of gas detector and its absorption cell |
JP2017519214A (en) * | 2014-06-16 | 2017-07-13 | ディアモンテク、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツングDiamontech Gmbh | Non-invasive substance analysis |
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2012
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