JP4584352B1

JP4584352B1 - 生体成分濃度の測定方法および測定装置

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Publication number: JP4584352B1
Application number: JP2010507732A
Authority: JP
Inventors: 勝南口; 達朗河村; 正彦塩井; 敦松原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: JPWO2010119495A1; ATE545857T1; US7884934B2; CN102007396A; EP2261639A1; EP2261639A4; EP2261639B1; WO2010119495A1; US20110001976A1; CN102007396B

Abstract

第１領域、第２領域および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、光源、偏光板ならびに受光器を備え、第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、第１金属ナノロッドの長軸方向が、第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、偏光板およびセルの少なくとも一方が、光軸を回転軸として回転可能である生体成分濃度測定装置を提供する。
【選択図】図６

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴を利用した、生体成分濃度の測定方法および測定装置に関する。

医療診断、遺伝子解析などは、迅速、高効率、かつ簡便に行うことが求められる。そこで、近年、微量な生体成分を高感度に検出する技術が重要になっている。

例えば、血液、汗、尿などの被検溶液に含まれる、蛋白質、ホルモン、低分子化合物などの生体成分を検出する方法では、表面プラズモン共鳴が利用されている。表面プラズモン共鳴は、金属中の自由電子と、電磁波（光）とが相互作用することによって起こる。表面プラズモン共鳴を用いた検出法は、蛍光検出法および電気化学法とは異なり、生体成分に標識することを必要とせず、簡便である。

表面プラズモン共鳴としては、伝搬型表面プラズモン共鳴および局在型表面プラズモン共鳴が挙げられる。
伝搬型表面プラズモン共鳴を用いたセンサは、例えば、三角プリズムを有する。三角プリズムの面の１つには、金属薄膜が形成されている。プリズムの別の面から、金属薄膜を有する面に光が照射される。金属薄膜に特定の角度から光が入射すると、伝搬型表面プラズモン共鳴が発生する。この特定の角度を、共鳴角度という。共鳴角度は、金属薄膜の近傍（約１００ｎｍ）に存在する物質の屈折率（誘電率）に依存する。そのため、伝搬型表面プラズモン共鳴センサは、周辺物質の物性変化を高感度に検出することができる。

伝搬型表面プラズモン共鳴をバイオセンサで利用する場合、金属薄膜の表面に抗体が固定化される。金属薄膜表面に、生体成分（抗原）を含む被検溶液を接触させることにより、抗原と抗体とが反応し、結合する。これにより、金属薄膜の近傍における屈折率が変化するため、共鳴角度が変化する。被検溶液に含まれる抗原の濃度と、共鳴角度との相関関係を予め求めておけば、共鳴角度の変化から抗原の濃度を算出することができる。

一方、局在型表面プラズモン共鳴は、微粒子に光を照射することで発生する。微粒子としては、金属微粒子、金属のコーティングを有する誘電体微粒子などが用いられる。局在型表面プラズモン共鳴の共鳴波長は、微粒子の近傍に存在する物質の屈折率に依存する。ここで、「近傍」とは、例えば微粒子が球形の金属微粒子である場合、微粒子の表面から半径の長さ程度までの領域をいう。

局在型表面プラズモン共鳴をバイオセンサで利用する場合、微粒子の表面に抗体が固定化される。微粒子に、抗原を含む被検溶液を接触させることにより、抗原と抗体とが反応し、結合する。これにより、微粒子の近傍における屈折率が変化する。したがって、微粒子の透過光または反射光を分光してスペクトルを観測し、その共鳴波長を求めることで、被検溶液に含まれる抗原の濃度を算出できる。

特許文献１は、局在型表面プラズモン共鳴を利用した生体成分検出装置を開示している。特許文献１では、基板表面が複数の領域に分割されている。各領域に、金属のコーティングを有する誘電体微粒子が形成されている。金属のコーティングを有する誘電体微粒子には、生体成分と反応する抗体が固定化される。ここで、各検出領域に形成される誘電体微粒子は、それぞれ異なる光学特性を有する。もしくは、各検出領域に、それぞれ異なる抗体が固定化される。この場合、各検出領域において、それぞれ異なる生体成分が、抗体と反応し、結合する。各検出領域に光を照射することで、生体成分の濃度を反映した共鳴波長が示される。特許文献１では、各検出領域の光学特性を検出することにより、複数の生体成分を検出している。

特許第３５２８８００号公報

特許文献１では、基板表面に複数の検出領域を設けている。これにより、複数の種類の生体成分を検出できるため、利便性が向上する。しかし、複数の検出領域に光を照射するために、光を走査することまたは検出領域を移動させることを必要とする。これらの走査または移動中に光軸がずれるため、測定精度が低下し得る。測定精度を向上させるためには、光源、検出領域および受光器の互いの位置関係が、高精度に制御されることを必要とする。よって、特許文献１による装置は複雑な構成を有し、小型化に適していない。

各検出領域に同時に光を照射することも考えられる。しかし、複数の光軸を設けることまたは照射領域を大きくすることが必要とされる。

本発明は、生体成分濃度測定装置を用いて被検溶液に含まれる第１抗原の濃度および第２抗原の濃度を測定する方法であって、
前記生体成分濃度測定装置を準備する工程、
ここで、前記生体成分濃度測定装置は、第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、光源、前記光源から照射された光を偏光する偏光板、ならびに前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルを透過した光を受け取る受光器を備え、前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、前記偏光板および前記セルの少なくとも一方が、前記光軸を回転軸として回転可能であり、
前記被検溶液を前記被検溶液保持空間に供給し、前記第１抗原および前記第２抗原を、前記第１抗体および前記第２抗体とそれぞれ反応させる工程、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、得られた第１の光を前記受光器で受け取る工程、
前記偏光板および前記セルの少なくとも一方を回転させ、前記偏光板を透過した偏光を複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行に設定する工程、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、得られた第２の光を前記受光器で受け取る工程、ならびに
前記第１の光および前記第２の光に基づいて、前記第１抗原の濃度および前記第２抗原の濃度を算出する工程を有する、方法を提供する。

更に、本発明は、生体成分濃度測定装置を用いて被検溶液に含まれる第１抗原の濃度および第２抗原の濃度を測定する方法であって、
前記生体成分濃度測定装置を準備する工程、
ここで、前記生体成分濃度測定装置は、第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、偏光した光を前記セルに照射する光源、ならびに前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルを透過した光を受け取る受光器を備え、前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、前記光源および前記セルの少なくとも一方が、前記光軸を回転軸として回転可能であり、
前記被検溶液を前記被検溶液保持空間に供給し、前記第１抗原および前記第２抗原を、前記第１抗体および前記第２抗体とそれぞれ反応させる工程、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、得られた第１の光を前記受光器で受け取る工程、
前記光源および前記セルの少なくとも一方を回転させ、前記光源から照射される偏光を複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行に設定する工程、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、得られた第２の光を前記受光器で受け取る工程、ならびに
前記第１の光および前記第２の光に基づいて、前記第１抗原の濃度および前記第２抗原の濃度を算出する工程を有する、方法を提供する。

更に、本発明は、セルを用いて被検溶液に含まれる第１抗原の濃度および第２抗原の濃度を測定する方法であって、
前記セルを準備する工程、
ここで、前記セルは、第１領域、第２領域および被検溶液保持空間を内部に具備し、前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、
前記被検溶液を前記被検溶液保持空間に供給し、前記第１抗原および前記第２抗原を、前記第１抗体および前記第２抗体とそれぞれ反応させる工程、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルに透過させ、第１の光を得る工程、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、第２の光を得る工程、ならびに
前記第１の光および前記第２の光に基づいて、前記第１抗原の濃度および前記第２抗原の濃度を算出する工程を有する、方法を提供する。

本発明は、第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、光源、前記光源から照射された光を偏光する偏光板、ならびに前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルを透過した光を受け取る受光器を備え、前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、前記偏光板および前記セルの少なくとも一方が、前記光軸を回転軸として回転可能である、生体成分濃度測定装置を提供する。

更に、本発明は、第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、偏光した光を前記セルに照射する光源、ならびに前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルを透過した光を受け取る受光器を備え、前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、前記光源および前記セルの少なくとも一方が、前記光軸を回転軸として回転可能である、生体成分濃度測定装置を提供する。

本発明の一実施形態において、前記セルは、第１基板および第２基板を具備する。前記第１基板は、一方の面に前記第１領域を有し、前記第２基板は、一方の面に前記第２領域を有する。

本発明の一実施形態において、前記第１領域と、前記第２領域とは、同一方向を向いている。
本形態においては、第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向するカバーが配される。前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記カバーは、第１空間を形成している。前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配されている。前記第１基板の他方の面、前記第２領域および前記第２スペーサは、第２空間を形成している。前記第１空間および前記第２空間は、前記被検溶液保持空間を形成している。

本発明の他の一実施形態において、前記第１領域は、前記第２領域に対向している。
本形態においては、前記第１領域の周囲または前記第２領域の周囲に、スペーサが配され、前記第１領域、前記第２領域および前記スペーサが、前記被検溶液保持空間を形成している。

本発明の他の一実施形態においては、前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配される。前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーは、第１空間を形成している。前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、前記第２スペーサを介して前記第２基板と対向する第２カバーが配される。前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーは、第２空間を形成している。前記第１空間および前記第２空間は、前記被検溶液保持空間を形成している。

本発明の他の一実施形態においては、前記セルが、第１基板を具備し、前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、他方の面に前記第２領域を有する。
本形態においては、前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配される。前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、前記第２スペーサを介して前記第１基板と対向する第２カバーが配される。前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーは、第１空間を形成しており、前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーは、第２空間を形成している。前記第１空間および前記第２空間は、前記被検溶液保持空間を形成している。

本発明によれば、被検溶液に含まれる複数の生体成分の濃度を高精度かつ容易に検出することができる方法および小型化の容易な生体成分濃度測定装置を提供することができる。

金を表面に有する金属ナノロッドの吸収スペクトルを示す。同一方向に配向した長軸を有する複数の金属ナノロッドが固定化された基板の構成を概略的に示す。金属ナノロッドの短軸方向と平行な偏光を照射したときの、金属ナノロッドの吸収スペクトルを示す。金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を照射したときの、金属ナノロッドの吸収スペクトルを示す。ランダムに配向した複数の金属ナノロッドが固定化された基板の構成を概略的に示す。図３Ａに係る金属ナノロッドの吸収スペクトルを示す。本発明の実施の形態１に係るセルの断面を概略的に示す。本発明の実施の形態１に係る第１基板および第２基板を概略的に示す。本発明の実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。本発明の実施の形態２に係るセルの断面を概略的に示す。本発明の実施の形態２に係る第１基板および第２基板を概略的に示す。本発明の実施の形態２に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。本発明の実施の形態３に係るセルの断面を概略的に示す。本発明の実施の形態３に係る第１基板および第２基板を概略的に示す。本発明の実施の形態３に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。本発明の実施の形態４に係るセルの断面を概略的に示す。本発明の実施の形態４に係る基板を概略的に示す。本発明の実施の形態４に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。本発明の実施の形態５に係るセルの断面および分解斜視図を概略的に示す。本発明の実施の形態５に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。

本発明は、金属ナノロッドの局在型表面プラズモン共鳴を利用する。具体的には、共鳴波長における第１抗原の影響による光の強度の消衰および第２抗原の影響による光の強度の消衰をそれぞれ求める。光の強度の消衰が極大となる波長のシフト量から、被検溶液に含まれる第１抗原の濃度および第２抗原の濃度を、高精度かつ容易に測定することができる。

（i）工程ａ
第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間をその内部に具備するセルを用いる。被検溶液保持空間には、第１抗原および第２抗原を含む被検溶液が供給される。

第１領域および第２領域は、互いに対向していてもよく、対向していなくてもよい。第１領域および第２領域は、セルにおいて同一方向を向いていてもよく、向いていなくてもよい。第１領域および第２領域は、好ましくは、それぞれの主面が互いに平行になるように配置される。

第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されている。第１抗体は、被検溶液に含まれる第１抗原と特異的に反応し、結合する。第１抗体は、第１抗原の種類に応じて適宜選択することができる。

第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されている。第２抗体は、被検溶液に含まれる第２抗原と特異的に反応し、結合する。第２抗体は、第２抗原の種類に応じて適宜選択することができる。

金属ナノロッドが固定化されている状態とは、例えば、第１金属ナノロッドが第１領域に堆積（deposit）している状態、第１領域と第１金属ナノロッドとが、化学的または物理的に結合している状態をいう。金属ナノロッドとは、長軸と短軸とを有する金属微粒子または金属のコーティングを有する誘電体微粒子をいう。

第１金属ナノロッドおよび第２金属ナノロッド（以下、単に金属ナノロッドともいう）は、好ましくは、金、銀、銅、アルミニウムおよび白金よりなる群から選択される少なくとも１種を表面に有する。なかでも、金属ナノロッドは、化学的安定性に優れる金を表面に有することがより好ましい。金を表面に有する金属ナノロッドは、波長５２０ｎｍ付近および波長６００〜１５００ｎｍに、それぞれ短軸由来および長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドを示す。第１金属ナノロッドと第２金属ナノロッドとは、同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。

図１は、金を表面に有する金属ナノロッドの吸収スペクトルを示す。図１に係る金属ナノロッドは、１０ｎｍの平均長さを有する短軸および３７ｎｍの平均長さを有する長軸を有する。波長５１０ｎｍ付近および波長７８０ｎｍ付近には、それぞれ短軸由来および長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドが存在する。

水に吸収されにくく、かつ多くの生体成分に吸収されにくいという観点から、長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長は、７００〜１０００ｎｍであることが好ましい。

金属ナノロッドは、２ｎｍ以上かつ１００ｎｍ以下の短軸および２０ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下の長軸を有することが好ましい。長軸Ｘと短軸Ｙとの比Ｘ／Ｙは、２〜１０であることが好ましい。

本発明に係るセルにおいて、複数の第１金属ナノロッドの長軸は、同一方向に配向している。複数の第２金属ナノロッドの長軸も、同一方向に配向している。
複数の金属ナノロッドの長軸を同一方向に配向させることで、強い偏光特性が得られる。図２Ａは、長軸が同一方向に配向した複数の金属ナノロッド１０９ａが固定化された基板の構成を概略的に示す。図２Ｂは、金属ナノロッドの長軸方向に対して垂直な方向（図２Ａのｘ方向）の偏光、つまり短軸方向に平行な偏光を照射したときの、金属ナノロッドの吸収スペクトルを示す。図２Ｃは、金属ナノロッドの長軸方向に対して平行な方向（図２Ａのｙ方向）の偏光を照射したときの、金属ナノロッドの吸収スペクトルを示す。図２Ｂおよび図２Ｃに係る金属ナノロッドは金を表面に有する。

図２Ｂおよび図２Ｃに示されるように、基板１０５ａは、ｘ方向の偏光に対して、短軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドによる吸収のみを示す。一方、ｙ方向の偏光に対して、基板１０５ａは、長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドによる吸収のみを示す。

金属ナノロッドにおいて、短軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドよりも、長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドのほうが、周辺物質の屈折率の変化に敏感である。そこで、長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドの共鳴波長シフト量から、第１抗原および第２抗原の濃度を算出する。これにより、第１抗原および第２抗原の濃度を、高精度かつ容易に測定できる。

一方、複数の金属ナノロッドの長軸方向が同一方向に配向せず、ランダムに配向している場合、偏光特性を有さない。図３Ａは、ランダムに配向した複数の金属ナノロッド１０９ｃが固定化された基板１０５ｈの構成を概略的に示す。図３Ｂは、図３Ａの金属ナノロッドの吸収スペクトルを示す。基板１０５ｈは、どのような方向の偏光に対しても、図３Ｂに示すような短軸と長軸両方に由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドによる吸収を有する。よって、第１抗原および第２抗原の濃度を高精度に測定することは困難である。

本発明に係るセルにおいて、第１金属ナノロッドの長軸方向は、第２金属ナノロッドの長軸方向に、直交している。この状態で、第１領域、第２領域および被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って、複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を上記のセルに透過させる。このとき、第１金属ナノロッドの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長においては、光の強度の消衰が極大となる。一方、第２金属ナノロッドの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長においては、光の強度は消衰しない。これにより、第１抗原の影響による局在型表面プラズモン共鳴波長の消衰のみを観測できる。

複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、上記と同様の光軸に沿って上記のセルに透過させると、第１金属ナノロッド１０９ａの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長においては、光の強度は消衰しない。一方、第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長においては、光の強度の消衰が極大となる。これにより、第２抗原の影響による局在型表面プラズモン共鳴波長の消衰のみを測定することができる。

すなわち、第１抗原および第２抗原の影響によるそれぞれの光の強度の消衰を、本発明に係るセルに透過させる偏光の方向を変えるという簡易な方法で、高い精度で測定することができる。そのため、第１抗原および第２抗原の濃度を、高精度かつ容易に測定することができる。

複数の第１金属ナノロッドの長軸方向が、複数の第２金属ナノロッドの長軸方向に直交していない場合、複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光は、複数の第２金属ナノロッドの長軸方向の影響を受ける。この場合、第１金属ナノロッドの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドによる吸収だけでなく、第２金属ナノロッドの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴バンドによる吸収も発生する。そのため、第１金属ナノロッドおよび第２金属ナノロッドのいずれか一方に特有の吸収スペクトルを得ることができない。よって、第１抗原および第２抗原の濃度を、高い精度で測定することは困難である。

（ii）工程ｂ
工程ｂでは、第１抗原および第２抗原を含む被検溶液を、被検溶液保持空間に供給する。これにより、第１抗原および第２抗原が、それぞれ第１金属ナノロッドの表面の第１抗体および第２金属ナノロッドの表面の第２抗体と反応する。

被検溶液としては、例えば、血液、汗、尿、唾液、涙等が挙げられる。
例えば、被検溶液が尿である場合、第１抗原はアルブミンであり、第２抗原はクレアチニンである。この場合、第１抗体としては、例えば抗アルブミン抗体が挙げられる。第２抗体としては、抗クレアチニン抗体が挙げられる。

（iii）工程ｃ
工程ｃでは、複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、第１領域、第２領域および被検溶液保持空間と交差する光軸に沿ってセルに透過させる。得られた第１の光から、第１抗原の濃度を算出する。

複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光をセルに透過させることで、第１金属ナノロッドの長軸由来、すなわち第１抗原の影響を受けた局在型表面プラズモン共鳴バンドによる吸収が発生する。第１の光の強度の消衰が極大となる波長が、局在型表面プラズモン共鳴波長（第１波長）である。第１金属ナノロッドの長軸方向に平行な偏光が、第２金属ナノロッドの長軸方向に直交していることから、第２金属ナノロッドの長軸に由来する光の強度は消衰しない。

ここで、第１抗原の影響を受けていない第１金属ナノロッドの局在型表面プラズモン共鳴波長をあらかじめ求めておく。
第１波長を、第１抗原の影響を受けていない局在型表面プラズモン共鳴波長と比較する。波長のシフト量から、第１抗原の濃度が算出できる。

（iv）工程ｄ
工程ｄでは、複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、工程ｃと同様の光軸に沿ってセルに透過させる。得られた第２の光から、第２抗原の濃度を算出する。

複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光をセルに透過させることで、第２金属ナノロッドの長軸由来、すなわち第２抗原の影響を受けた局在型表面プラズモン共鳴バンドによる吸収が発生する。第２の光の強度の消衰が極大となる波長が、局在型表面プラズモン共鳴波長（第２波長）である。第２金属ナノロッドの長軸方向に平行な偏光が、第１金属ナノロッドの長軸方向に直交していることから、第１金属ナノロッドの長軸に由来する光の強度は消衰しない。

工程ｃと同様に、第２抗原の影響を受けていない第２金属ナノロッドの局在型表面プラズモン共鳴波長をあらかじめ求めておく。第２波長を、第２抗原の影響を受けていない局在型表面プラズモン共鳴波長と比較する。波長のシフト量から、第２抗原の濃度が算出できる。

複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、工程ｃと同様の光軸に沿ってセルに透過させる方法は特に限定されない。本発明では、例えば、第１領域、第２領域および被検溶液保持空間を有するセルと、偏光した光をセルに照射する光源または偏光板と、セルを透過した光を受け取る受光器とを備える、生体成分濃度測定装置を用いる。

この場合、偏光した光をセルに照射する光源、偏光板およびセルの少なくとも１つを、光軸を軸にして回転させればよい。複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光をセルに照射できる位置で、光源、偏光板またはセルを固定することで、所望の偏光をセルに透過させることができる。

これにより、セルを透過させる偏光を、複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な方向と、複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な方向との間で切り替えることができる。よって、上記の工程ｃおよび工程ｄを容易に行うことができる。これにより、第１抗原の影響を受けた吸収スペクトルおよび第２抗原の影響を受けた吸収スペクトルを、容易に得ることができる。

すなわち、本発明によれば、光源、第１領域、第２領域および受光器の位置関係を制御したり、セルを移動したりすることを必要としない。そのため、光軸のずれが抑制される。更に、光を照射するための光軸を複数設けたり、光を照射する範囲を大きくしたりすることも必要としない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態について図４〜図６を用いて説明する。

図４は、本実施の形態に係るセルの断面を概略的に示す。
セル１０５は、第１基板１０５ａ、第２基板１０５ｂ、第１スペーサ１０５ｃ、第２スペーサ１０５ｄおよびカバーガラス１０５ｅを備える。

第１基板１０５ａは、一方の面に第１領域を有する。第１領域には、複数の第１金属ナノロッド１０９ａが固定化される。複数の第１金属ナノロッド１０９ａの長軸は、同一方向に配向している。第１金属ナノロッドの平均寸法の一例は、長軸の平均長さ３７ｎｍ、短軸の平均長さ１０ｎｍである。
第１領域は、第１基板の全面であってもよいし、一部であってもよい。第１基板は、１００μｍ²以上の面積を有することが好ましい。

第２基板１０５ｂは、一方の面に第２領域を有する。第２領域には、複数の第２金属ナノロッド１０９ｂが固定化される。複数の第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸は、同一方向に配向している。第２金属ナノロッドの平均寸法の一例は、第１金属ナノロッドと同様に、長軸の平均長さ３７ｎｍ、短軸の平均長さ１０ｎｍである。
第２領域は、第２基板の全面であってもよいし、一部であってもよい。第２基板は、１００μｍ²以上の面積を有することが好ましい。

長軸が同一方向に配向した複数の金属ナノロッドを基板に固定化する方法としては、公知の技術を特に限定なく利用することができる。例えば、Ｘ線リソグラフィまたは電子線リソグラフィを用いて、基板に所定のパターンを有するマスクを形成する。この基板に金属をスパッタリングし、その後、マスクを除去することで、所望のパターンの金属ナノロッドが形成された基板が得られる。

あるいは、Ｓｉ基板に、Ｘ線リソグラフィまたは電子線リソグラフィを用いて金型を作製する。金型を樹脂に押しつけることにより、パターンを樹脂に転写する。すなわち、ナノインプリンティング技術を利用して、樹脂のナノロッドを作製する。その後、金属をスパッタリングすることで、表面に金属を有する金属ナノロッドが得られる。

この他、化学反応を用いる合成法、光反応を用いる合成法などの公知の技術により、金属ナノロッドを合成してもよい。
例えば、金属ナノロッド、分散剤、溶媒および樹脂を含むペーストを、基板に塗布する。このとき、例えば、マイクログラビアコーターの手段によって、基板の進行方向と反対の方向に一定の剪断応力をかけて、ペーストを塗布する。あるいは、ペーストの塗布中または塗布後に、電気的もしくは磁気的な力を一定方向に加えてもよい。これらの方法により、複数の金属ナノロッドの長軸を、同一方向に配向させることができる。

図４に示すように、第１スペーサ１０５ｃは、第１領域の周囲に配されている。カバーガラス１０５ｅは、第１スペーサ１０５ｃを介して第１基板１０５ａに対向する。第１領域、第１スペーサ１０５ｃおよびカバーガラス１０５ｅは、第１空間１０５ｆを形成している。

第２スペーサ１０５ｄは、第２領域の周囲に配されている。第１基板１０５ａの他方の面、第２領域および第２スペーサ１０５ｄは、第２空間１０５ｇを形成している。

第１空間１０５ｆおよび第２空間１０５ｇは、それぞれ独立して被検溶液の供給口および排出口（図示せず）を備える。第１空間１０５ｆおよび第２空間１０５ｇは、被検溶液保持空間に相当する。第１領域、第２領域、第１空間および第２空間は、１本の光軸と交わるように配置されている。

図５は、本実施の形態に係る第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂを概略的に示す。第１金属ナノロッド１０９ａの長軸方向は、第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸方向に直交している。第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂは、その主面が平行となるように配されている。第１領域と、第２領域とは、同一方向を向いている。

第１金属ナノロッド１０９ａの表面は第１抗体１１２ａを有する。第１抗体１１２ａは、被検溶液に含まれる第１抗原と反応し、結合する。第２金属ナノロッド１０９ｂの表面は第２抗体１１２ｂを有する。第２抗体１１２ｂは、被検溶液に含まれる第２抗原と反応し、結合する。

第１基板１０５ａ、第２基板１０５ｂおよびカバーガラス１０５ｅの材質は、ハロゲン光源１０１の波長の光が透過する公知の材質であればよい。例えば、ＳｉＯ₂は、上記の光の波長に対して透明であることから好ましい。具体的には、石英ガラス、ＳｉＯ₂の単結晶などが挙げられる。

生体成分濃度測定装置は、セルと、光学測定装置とを具備する。光学測定装置は、光源と、偏光板と、受光器とを備える。更に、光学測定装置は、セルを透過した光を分光する分光装置、セルまたは偏光板を回転させる回転装置、演算部および記憶部を備えていてもよい。

図６は、本発明の実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。図６の生体成分濃度測定装置１００は、上記のセル１０５および光学測定装置１０を具備する。

光学測定装置１０は、光源であるハロゲン光源１０１、レンズ１０２、偏光板１０３、レンズ１０４、スリット１０６、グレーティング素子１０７、受光器１０８、演算部であるマイクロコンピュータ１１０および記憶部であるメモリ１１１を備える。スリット１０６およびグレーティング素子１０７は、分光装置である。偏光板１０３とレンズ１０４との間には、セル１０５が配置される。光学測定装置１０において、偏光板１０３は、第１領域、第２領域および被検溶液保持空間と交差する光軸を回転軸として回転可能である。

ハロゲン光源１０１は、局在型表面プラズモン共鳴波長を含む光を照射する。レンズ１０２は、ハロゲン光源１０１から照射される光を整形する。

光源は、金属ナノロッドの局在型表面プラズモン共鳴波長を含む光を照射する光源であればよい。
本実施の形態では、光源は無偏光のハロゲン光源１０１であるが、例えば、偏光した光を照射する光源を用いてもよい。この場合、偏光板の代わりに、偏光を回転させるための波長板を用いてもよい。偏光した光を照射する光源としては、レーザー光源などが挙げられる。

偏光板１０３は、レンズ１０２で整形される光の偏光を選択する。偏光板は特に限定されず、例えば有機分子を用いた偏光フィルムのような公知の偏光板を利用できる。

回転装置としては、例えばモータ（図示せず）を用いる。偏光した光を照射する光源を用いる場合、光源を回転装置で回転させて偏光の方向を制御してもよい。

レンズ１０４は、セル１０５を透過した光を整形する。
分光装置であるスリット１０６およびグレーティング素子１０７は、セルを透過した光から、所定の波長を分光する。スリット１０６は、レンズ１０４を透過した光を略点光源状に整形する。グレーティング素子１０７は、スリット１０６を透過した光を、波長に応じて分散させながら反射させる。

分光装置は特に限定されず、所定の波長を分光できる公知の分光装置を用いることができる。他の分光装置としては、例えば、干渉フィルター等の分光フィルターおよび音響光学素子を利用することができる。

受光器１０８は、分光装置で分散された光を検出する。受光器は特に限定されず、例えば公知技術を利用することができる。例えば、複数の受光領域を有するＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳおよび１次元フォトディテクターアレイを利用することができる。例えば、４０９６個の受光領域を持つ１次元ＣＣＤ素子を利用することができる。または、単一の受光領域を有する受光器を用いることもできる。

演算部であるマイクロコンピュータ１１０は、局在型表面プラズモン共鳴の共鳴波長を算出し、共鳴波長のシフト量から生体成分濃度を算出する。マイクロコンピュータ１１０は、受光器１０８が検出した光の強度から局在型表面プラズモン共鳴波長を算出する。更に、マイクロコンピュータ１１０は、局在型表面プラズモン共鳴波長に基づいて、被検溶液に含まれる第１抗原および第２抗原の濃度を算出する。

記憶部であるメモリ１１１は、偏光状態の情報、セルの回転角度の情報、波長に関する情報などを格納する。偏光状態の情報は、セルを透過する偏光の方向などを含む。波長に関する情報は、例えば受光器１０８の各受光領域に対応する波長、局在型表面プラズモン共鳴波長の共鳴波長シフト量と、第１抗原の濃度または第２抗原の濃度との相関関係、第１抗原の影響を受けていない第１金属ナノロッドの局在型表面プラズモン共鳴波長、第２抗原の影響を受けていない第２金属ナノロッドの局在型表面プラズモン共鳴波長を含む。

局在型表面プラズモン共鳴波長と、被検溶液に含まれる第１抗原の濃度または第２抗原の濃度との相関関係は、例えば、以下の方法で得られる。

まず、既知の生体成分濃度を有する被検溶液の、局在型表面プラズモン共鳴波長を測定する。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の被検溶液について行う。これにより、各波長に対応する生体成分濃度のデータが得られる。

セル１０５は、好ましくは、被検溶液保持空間に被検溶液が十分に供給されているかどうかを判定するセンサ（図示せず）を備える。例えば、カバーガラス１０５ｅおよび第１基板１０５ａは、第１電極対を備える。第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂは、第２電極対を備える。これにより、セル１０５を光学測定装置１０に挿入すると、電極に弱い電圧がかかる。ここで、血液などの被検溶液は、電解質を含む。そのため、被検溶液をセルに供給すると、電極間に電流が流れる。これにより、被検溶液が被検溶液保持空間に十分に供給されているかどうかを判定できる。センサの出力を利用して、ハロゲン光源１０１の電源を自動的に入れてもよい。これにより、生体成分濃度の測定を自動化できる。

次に、本実施の形態における生体成分濃度測定装置の動作について、図面を参照しながら説明する。

まず、セル１０５に第１抗原および第２抗原を含む被検溶液を供給する。

これにより、第１抗原は、第１金属ナノロッド１０９ａの表面の第１抗体１１２ａと特異的に反応し、結合する。第２抗原は、第２金属ナノロッド１０９ｂの表面の第２抗体１１２ｂと特異的に反応し、結合する。

第１抗体１１２ａおよび第２抗体１１２ｂと、第１抗原および第２抗原とをそれぞれ十分に反応させた後、セル１０５を光学測定装置１０に挿入する。

その後、ハロゲン光源１０１の電源を入れる。ハロゲン光源１０１から放射される光は、レンズ１０２により整形され、偏光板１０３を通過する。次に、偏光板１０３を透過した偏光を、複数の第１金属ナノロッド１０９ａの長軸方向と平行に設定する。このとき、必要であれば、偏光板１０３または偏光した光を照射する光源を回転させる。

［第１波長の測定］
偏光は、所定の光軸に沿ってセル１０５を透過する。光軸は、第１基板１０５ａの第１領域、第２基板１０５ｂの第２領域、第１空間１０５ｆおよび第２空間１０５ｇと交差するように設定される。

セル１０５を透過した光（第１の光）は、レンズ１０４により集光される。第１の光はスリット１０６を透過し、グレーティング素子１０７により分散され、受光器１０８で検出される。
このとき、第１金属ナノロッド１０９ａの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長では、第１の光の強度の消衰が極大となる。一方、第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長では、第１の光の強度は消衰しない。

マイクロコンピュータ１１０は、第１の光の強度の消衰が極大となる波長（第１波長）を決定する。第１波長は、メモリ１１１に格納される。第１波長は、第１金属ナノロッド１０９ａの長軸由来、すなわち第１抗原の影響を受けた局在型表面プラズモン共鳴波長である。

［第２波長の測定］
マイクロコンピュータ１１０が、偏光板１０３を９０°回転させる。これにより、偏光を、複数の第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸方向と平行に設定する。

偏光は、第１波長の測定と同様の光軸に沿ってセル１０５を透過する。

セルを透過した光（第２の光）は、第１の光と同様に分散され、受光器１０８で検出される。
このとき、第１金属ナノロッド１０９ａの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長では、第２の光の強度は消衰しない。一方、第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長では、第２の光の強度の消衰が極大となる。

マイクロコンピュータ１１０は、第２の光の強度の消衰が極大となる波長（第２波長）を決定する。第２波長は、メモリ１１１に格納される。第２波長は、第２金属ナノロッド１０９ａの長軸由来、すなわち第２抗原の影響を受けた局在型表面プラズモン共鳴波長である。

［第１抗原の濃度］
マイクロコンピュータ１１０は、第１抗体１１２ａに第１抗原が結合する前の第１金属ナノロッドの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長（第１参照波長）をメモリ１１１から読み出す。第１参照波長は、第１抗原の影響を受けていない。マイクロコンピュータ１１０は、第１波長を第１参照波長と比較し、波長シフト量を求める。

その後、マイクロコンピュータ１１０は、第１波長の波長シフト量と第１抗原の濃度との相関関係をメモリ１１１から参照し、第１抗原の濃度を算出する。

［第２抗原の濃度］
マイクロコンピュータ１１０は、第２抗体１１２ｂに第２抗原が結合する前の第２金属ナノロッドの長軸由来の局在型表面プラズモン共鳴波長（第２参照波長）をメモリ１１１から読み出す。第２参照波長は、第２抗原の影響を受けていない。マイクロコンピュータ１１０は、第２波長を第２参照波長と比較し、波長シフト量を求める。

その後、マイクロコンピュータ１１０は、第２波長の波長シフト量と第２抗原の濃度との相関関係をメモリ１１１から参照し、第２抗原の濃度を算出する。

得られた第１抗原および第２抗原の濃度は、スピーカー（図示せず）を通じた音声、ディスプレイ（図示せず）への表示などにより、ユーザに通知される。

（実施の形態２）
本発明の別の実施の形態について、図７〜図９を用いて説明する。

図７〜図９において、図４〜図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図７は、本実施の形態に係るセルの断面を概略的に示す。
セル２０５は、実施の形態１と同様の第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂ、ならびにスペーサ２０５ｃを備える。スペーサ２０５ｃは、第１領域の周囲または第２領域の周囲に配されている。第１領域、第２領域およびスペーサ２０５ｃは、被検溶液保持空間２０５ｆを形成している。第１領域、第２領域および被検溶液保持空間は、１本の光軸と交わるように配置されている。被検溶液保持空間２０５ｆは、被検溶液の供給口および排出口（図示せず）を備える。

図８は、本実施の形態に係る第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂを概略的に示す。第１金属ナノロッド１０９ａの長軸方向は、第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸方向に直交している。第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂは、その主面が平行となるように配されている。第１領域は、第２領域に対向している。第１金属ナノロッド１０９ａの表面は第１抗体１１２ａを有する。第２金属ナノロッド１０９ｂの表面は第２抗体１１２ｂを有する。

被検溶液保持空間２０５ｆに、第１抗原および第２抗原を含む被検溶液が供給されると、第１抗原は、第１金属ナノロッド１０９ａの表面の第１抗体１１２ａと特異的に反応し、結合する。第２抗原は、第２金属ナノロッド１０９ｂの表面の第２抗体１１２ｂと特異的に反応し、結合する。

図９は、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。図９の生体成分濃度測定装置２００は、上記のセル２０５を備えること以外、実施の形態１と同様の構成を有する。

本実施の形態では、被検溶液保持空間が１つであるため、被検溶液が満たされているかどうかを判定するセンサの構成も簡便になる。

本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の動作は、実施の形態１と基本的に同様である。そのため、説明を省略する。本実施の形態に係るセルは、被検溶液保持空間が１つであるため、被検溶液を容易に供給できる。更に、セルの作製も容易である。

（実施の形態３）
本発明の別の実施の形態について、図１０〜図１２を用いて説明する。図１０〜１２において、図４〜図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１０は、本実施の形態に係るセルの断面を概略的に示す。
セル３０５は、実施の形態１と同様の第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂ、第１カバーガラス３０５ｅ、第２カバーガラス３０５ｈ、第１スペーサ３０５ｃ、第２スペーサ３０５ｄならびに第３スペーサ３０５ｉを備える。

第１スペーサ３０５ｃは、第１領域の周囲に配されている。第１カバーガラス３０５ｅは、第１スペーサ３０５ｃを介して第１基板１０５ａに対向する。第１領域、第１スペーサ３０５ｃおよび第１カバーガラス３０５ｅは、第１空間３０５ｆを形成している。

第２スペーサ３０５ｄは、第２領域の周囲に配されている。第２カバーガラス３０５ｈは、第２スペーサ３０５ｄを介して第２基板１０５ｂに対向する。第２領域、第２スペーサ３０５ｄおよび第２カバーガラス３０５ｈは、第２空間３０５ｇを形成している。第３スペーサ３０５ｉは、第１基板１０５ａと第２基板１０５ｂとの間に配されている。

第１空間３０５ｆおよび第２空間３０５ｇは、それぞれ独立して被検溶液の供給口および排出口（図示せず）を備える。第１空間３０５ｆおよび第２空間３０５ｇは、被検溶液保持空間を構成する。第１領域、第２領域、第１空間および第２空間は、１本の光軸と交わるように配置されている。

図１１は、本実施の形態に係る第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂを概略的に示す。図１１において、第１金属ナノロッド１０９ａの長軸方向は、第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸方向に直交している。第１基板１０５ａおよび第２基板１０５ｂは、その主面が平行となるように配されている。第１領域と、第２領域とは、同一方向を向いておらず、かつ互いに対向していない。第１金属ナノロッド１０９ａの表面は第１抗体１１２ａを有する。第２金属ナノロッド１０９ｂの表面は第２抗体１１２ｂを有する。

図１２は、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。図１２の生体成分濃度測定装置３００は、上記のセル３０５を備えること以外、実施の形態１と同様の構成を有する。

本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の動作は、実施の形態１と基本的に同様であるため、説明を省略する。本実施の形態に係るセルは、第１空間と第２空間が互いに独立している。そのため、他方の抗体の影響を受けることがない。よって、高い精度で第１抗原および第２抗原の濃度を測定できる。更に、第１基板および第２基板として同じ基板を作製し、互いの金属ナノロッドが直交するように貼り合わせるだけで、セルを容易に作製できる。

（実施の形態４）
本発明の別の実施の形態について、図１３〜図１５を用いて説明する。

図１３は、本実施の形態に係るセルの断面を概略的に示す。
セル４０５は、基板４０５ａ、第１カバーガラス４０５ｂ、第２カバーガラス４０５ｅ、第１スペーサ４０５ｃおよび第２スペーサ４０５ｄを備える。基板４０５ａは、一方の面に、複数の第１金属ナノロッド１０９ａが固定化される第１領域を有し、他方の面に、複数の第２金属ナノロッド１０９ｂが固定化される第２領域を有する。

第１スペーサ４０５ｃは、第１領域の周囲に配されている。第１カバーガラス４０５ｂは、第１スペーサ４０５ｃを介して基板４０５ａに対向する。第１領域、第１スペーサ４０５ｃおよび第１カバーガラス４０５ｂは、第１空間４０５ｆを形成している。

第２スペーサ４０５ｄは、第２領域の周囲に配されている。第２カバーガラス４０５ｅは、第２スペーサ４０５ｄを介して基板４０５ａに対向する。第２領域、第２スペーサ４０５ｄおよび第２カバーガラス４０５ｅは、第２空間４０５ｇを形成している。

第１空間４０５ｆおよび第２空間４０５ｇは、それぞれ独立して被検溶液の供給口および排出口（図示せず）を備える。第１空間４０５ｆおよび第２空間４０５ｇは、被検溶液保持空間を構成する。第１領域、第２領域、第１空間および第２空間は、一本の光軸と交わるように配置されている。

図１４は、本実施の形態に係る基板４０５ａを概略的に示す。図１４において、第１金属ナノロッド１０９ａの長軸方向は、第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸方向に直交している。第１金属ナノロッド１０９ａの表面は第１抗体１１２ａを有する。第２金属ナノロッド１０９ｂの表面は第２抗体１１２ｂを有する。

図１５は、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。図１５の生体成分濃度測定装置４００は、上記のセル４０５を備えること以外、実施の形態１と同様の構成を有する。

本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の動作は、実施の形態１と基本的に同様である。そのため、説明を省略する。本実施の形態に係るセルは、各々に金属ナノロッドが固定化された複数の基板を組み合わせることを必要としない。そのため、第１金属ナノロッドの長軸方向が、第２金属ナノロッドの長軸方向に直交するように複数の基板を配する必要がない。複数の基板を用いないため、セルの小型化も容易である。更に、複数の基板の貼り合わせに起因する、第１金属ナノロッド１０９ａおよび第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸の方向のずれを抑制できる。

（実施の形態５）
本発明の別の実施の形態について、図１６Ａ〜図１７を用いて説明する。

図１６〜１７において、図４〜図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１６は、本実施の形態に係るセルの断面および分解斜視図を概略的に示す。

本実施の形態に係るセル５０５は、実施の形態１に係るセル１０５と基本的に同様の構成を有する。セル５０５は、第２基板１０５ｂの第２領域を有さない面に、歯車５１３を備える。歯車５１３は、その中央付近に、光軸と交差する貫通孔５０６を有する。貫通孔５０６の大きさは特に限定されず、少なくとも光源から照射される光を遮らないような大きさであればよい。これにより、光は、歯車５１３によって遮られることなく、セル５０５を透過する。

本実施の形態に係る光学測定装置は、セルを回転させる回転装置を備える。図１７は、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の構成を概略的に示す。光学測定装置５０は、回転装置である歯車１１３、シャフト１１４およびモータ１１５を備える。歯車１１３は、セル５０５の歯車５１３と接している。これにより、セル５０５は、光軸を回転軸として回転される。歯車１１３は、シャフト１１４を介してモータ１１５に接続されている。モータ１１５は、マイクロコンピュータ１１０に接続されている。マイクロコンピュータ１１０は、モータ１１５を動作させ、セル５０５を回転させる。

本実施の形態では、ハロゲン光源１０１を用いているが、実施の形態１と同様に、偏光した光を照射する光源を用いてもよい。この場合、偏光板１０３は用いなくてもよい。

生体成分濃度測定装置５００は、フォトセンサ（図示せず）を備えていてもよい。フォトセンサは、セル５０５を透過する偏光と、第１金属ナノロッド１０９ａの長軸方向および第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸方向のいずれか一方の方向とが平行であることを検知する。この場合、セル５０５は、偏光と、第１金属ナノロッド１０９ａの長軸方向および第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸方向のいずれか一方の方向とが平行になったときにフォトセンサの光を遮るように、セル５０５の円弧状の外周に凸部を備えることが好ましい。フォトセンサの光を凸部が遮ることにより、偏光が、いずれか一方の金属ナノロッドの長軸方向と平行であることを検知できる。

まず、実施の形態１と同様にして、第１波長を求める。このとき、必要であれば、セル５０５を回転させて、偏光を、複数の第１金属ナノロッド１０９ａの長軸方向と平行に設定する。

第１波長を求めた後、マイクロコンピュータ１１０は、モータ１１５を動作させ、セル５０５を９０°回転させる。これにより、偏光を、複数の第２金属ナノロッド１０９ｂの長軸方向と平行に設定する。

その後、実施の形態１と同様にして、第２波長を求める。これにより、第１抗原の濃度および第２抗原の濃度を算出することができる。

本実施の形態では、実施の形態１と類似の構成のセルを用いているが、実施の形態２〜４と類似の構成のセルを用いてもよい。

本発明に係る生体成分濃度測定装置は小型であり、かつ高精度に複数の生体成分濃度を測定することができる。そのため、被検溶液に含まれる複数の抗原の濃度が低い場合に有用である。

１００、２００、３００、４００、５００生体成分濃度測定装置
１０１ハロゲン光源
１０３偏光板
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５セル
１０５ａ第１基板
１０５ｂ第２基板
１０５ｃ、３０５ｃ、４０５ｃ第１スペーサ
１０５ｄ、３０５ｄ、４０５ｄ第２スペーサ
１０５ｅカバーガラス
１０５ｆ、３０５ｆ、４０５ｆ第１空間
１０５ｇ、３０５ｇ、４０５ｇ第２空間
１０８受光器
１０９ａ第１金属ナノロッド
１０９ｂ第２金属ナノロッド
１１０マイクロコンピュータ
１１２ａ第１抗体
１１２ｂ第２抗体
１１３歯車
１１４シャフト
１１５モーター
１０、５０光学測定装置
２０５ｃスペーサ
２０５ｆ被検溶液保持空間
５０６貫通孔
５１３歯車
４０５ａ基板
３０５ｅ、４０５ｂ第１カバーガラス
３０５ｈ、４０５ｅ第２カバーガラス
３０５ｉ第３スペーサ

Claims

生体成分濃度測定装置を用いて被検溶液に含まれる第１抗原の濃度および第２抗原の濃度を測定する方法であって、
前記生体成分濃度測定装置を準備する工程、
ここで、前記生体成分濃度測定装置は、
第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、
光源、
前記光源から照射された光を偏光する偏光板、ならびに
前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルを透過した光を受け取る受光器を備え、
前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、
前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、
前記偏光板および前記セルの少なくとも一方が、前記光軸を回転軸として回転可能であり、
前記被検溶液を前記被検溶液保持空間に供給し、前記第１抗原および前記第２抗原を、前記第１抗体および前記第２抗体とそれぞれ反応させる工程、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、得られた第１の光を前記受光器で受け取る工程、
前記偏光板および前記セルの少なくとも一方を回転させ、前記偏光板を透過した偏光を複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行に設定する工程、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、得られた第２の光を前記受光器で受け取る工程、ならびに、
前記第１の光および前記第２の光に基づいて、前記第１抗原の濃度および前記第２抗原の濃度を算出する工程を有する、方法。
前記セルが、第１基板および第２基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、
前記第２基板が、一方の面に前記第２領域を有する、請求項１記載の方法。
前記第１領域と、前記第２領域とが、同一方向を向いている、請求項２記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向するカバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第１基板の他方の面、前記第２領域および前記第２スペーサが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項３記載の方法。
前記第１領域が、前記第２領域に対向している、請求項２記載の方法。
前記第１領域の周囲または前記第２領域の周囲に、スペーサが配され、
前記第１領域、前記第２領域および前記スペーサが、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項５記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第２基板と対向する第２カバーが配され、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項２記載の方法。
前記セルが、第１基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、他方の面に前記第２領域を有する、請求項１記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第１基板と対向する第２カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項８記載の方法。
生体成分濃度測定装置を用いて被検溶液に含まれる第１抗原の濃度および第２抗原の濃度を測定する方法であって、
前記生体成分濃度測定装置を準備する工程、
ここで、前記生体成分濃度測定装置は、
第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、
偏光した光を前記セルに照射する光源、ならびに
前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルを透過した光を受け取る受光器を備え、
前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、
前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、
前記光源および前記セルの少なくとも一方が、前記光軸を回転軸として回転可能であり、
前記被検溶液を前記被検溶液保持空間に供給し、前記第１抗原および前記第２抗原を、前記第１抗体および前記第２抗体とそれぞれ反応させる工程、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、得られた第１の光を前記受光器で受け取る工程、
前記光源および前記セルの少なくとも一方を回転させ、前記光源から照射される偏光を複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行に設定する工程、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、得られた第２の光を前記受光器で受け取る工程、ならびに、
前記第１の光および前記第２の光に基づいて、前記第１抗原の濃度および前記第２抗原の濃度を算出する工程を有する、方法。
前記セルが、第１基板および第２基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、
前記第２基板が、一方の面に前記第２領域を有する、請求項１０記載の方法。
前記第１領域と、前記第２領域とが、同一方向を向いている、請求項１１記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向するカバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第１基板の他方の面、前記第２領域および前記第２スペーサが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項１２記載の方法。
前記第１領域が、前記第２領域に対向している、請求項１１記載の方法。
前記第１領域の周囲または前記第２領域の周囲に、スペーサが配され、
前記第１領域、前記第２領域および前記スペーサが、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項１４記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第２基板と対向する第２カバーが配され、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項１１記載の方法。
前記セルが、第１基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、他方の面に前記第２領域を有する、請求項１０記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第１基板と対向する第２カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項１７記載の方法。
セルを用いて被検溶液に含まれる第１抗原の濃度および第２抗原の濃度を測定する方法であって、
前記セルを準備する工程、
ここで、前記セルは、
第１領域、第２領域および被検溶液保持空間を内部に具備し、
前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、
前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、
前記被検溶液を前記被検溶液保持空間に供給し、前記第１抗原および前記第２抗原を、前記第１抗体および前記第２抗体とそれぞれ反応させる工程、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルに透過させ、第１の光を得る工程、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸方向と平行な偏光を、前記光軸に沿って前記セルに透過させ、第２の光を得る工程、ならびに
前記第１の光および前記第２の光に基づいて、前記第１抗原の濃度および前記第２抗原の濃度を算出する工程を有する、方法。
前記セルが、第１基板および第２基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、
前記第２基板が、一方の面に前記第２領域を有する、請求項１９記載の方法。
前記第１領域と、前記第２領域とが、同一方向を向いている、請求項２０記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向するカバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第１基板の他方の面、前記第２領域および前記第２スペーサが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項２１記載の方法。
前記第１領域が、前記第２領域に対向している、請求項２０記載の方法。
前記第１領域の周囲または前記第２領域の周囲に、スペーサが配され、
前記第１領域、前記第２領域および前記スペーサが、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項２３記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第２基板と対向する第２カバーが配され、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項２０記載の方法。
前記セルが、第１基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、他方の面に前記第２領域を有する、請求項１９記載の方法。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第１基板と対向する第２カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項２６記載の方法。
第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、
光源、
前記光源から照射された光を偏光する偏光板、ならびに
前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルを透過した光を受け取る受光器を備え、
前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、
前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、
前記偏光板および前記セルの少なくとも一方が、前記光軸を回転軸として回転可能である、生体成分濃度測定装置。
前記セルが、第１基板および第２基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、
前記第２基板が、一方の面に前記第２領域を有する、請求項２８記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域と、前記第２領域とが、同一方向を向いている、請求項２９記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向するカバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第１基板の他方の面、前記第２領域および前記第２スペーサが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項３０記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域が、前記第２領域に対向している、請求項２９記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域の周囲または前記第２領域の周囲に、スペーサが配され、
前記第１領域、前記第２領域および前記スペーサが、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項３２記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第２基板と対向する第２カバーが配され、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項２９記載の生体成分濃度測定装置。
前記セルが、第１基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、他方の面に前記第２領域を有する、請求項２８記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第１基板と対向する第２カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項３５記載の生体成分濃度測定装置。
第１領域、第２領域、および被検溶液保持空間を内部に具備するセル、
偏光した光を前記セルに照射する光源、ならびに
前記第１領域、前記第２領域および前記被検溶液保持空間と交差する光軸に沿って前記セルを透過した光を受け取る受光器を備え、
前記第１領域には、表面に第１抗体を有する複数の第１金属ナノロッドが固定化されており、
前記第２領域には、表面に第２抗体を有する複数の第２金属ナノロッドが固定化されており、
前記複数の第１金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記複数の第２金属ナノロッドの長軸が同一方向に配向しており、
前記第１金属ナノロッドの長軸方向が、前記第２金属ナノロッドの長軸方向に直交しており、
前記光源および前記セルの少なくとも一方が、前記光軸を回転軸として回転可能である、生体成分濃度測定装置。
前記セルが、第１基板および第２基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、
前記第２基板が、一方の面に前記第２領域を有する、請求項３７記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域と、前記第２領域とが、同一方向を向いている、請求項３８記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向するカバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第１基板の他方の面、前記第２領域および前記第２スペーサが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項３９記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域が、前記第２領域に対向している、請求項３８記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域の周囲または前記第２領域の周囲に、スペーサが配され、
前記第１領域、前記第２領域および前記スペーサが、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項４１記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第２基板と対向する第２カバーが配され、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項３８記載の生体成分濃度測定装置。
前記セルが、第１基板を具備し、
前記第１基板が、一方の面に前記第１領域を有し、他方の面に前記第２領域を有する、請求項３７記載の生体成分濃度測定装置。
前記第１領域の周囲に、第１スペーサが配され、
前記第１スペーサを介して前記第１基板と対向する第１カバーが配され、
前記第２領域の周囲に、第２スペーサが配され、
前記第２スペーサを介して前記第１基板と対向する第２カバーが配され、
前記第１領域、前記第１スペーサおよび前記第１カバーが、第１空間を形成しており、
前記第２領域、前記第２スペーサおよび前記第２カバーが、第２空間を形成しており、
前記第１空間および前記第２空間が、前記被検溶液保持空間を形成している、請求項４４記載の生体成分濃度測定装置。