JP6607635B2

JP6607635B2 - 測定用器具

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Publication number: JP6607635B2
Application number: JP2015177333A
Authority: JP
Inventors: 弘之竹井; 康介渡辺
Original assignee: 学校法人東洋大学
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: JP2017053703A

Description

本発明は、コンタクトレンズに付着した付着物質を表面増強ラマン分光法により測定する際に用いられる測定用器具に関する。

従来、ライフサイエンス分野では、対象者の健康状態をより簡便に診断したいという需要が高まっており、その一つとして、対象者が装着したコンタクトレンズに付着する付着物質に基づいて、健康状態を診断する技術について研究が進められている。

また、上述のようにより簡便に診断したいという需要に応じるためには、コンタクトレンズに付着する付着物質をより簡便に測定する手法が必要不可欠であり、様々な検討が進められている。

例えば、コンタクトレンズに付着する付着物質を測定する一つの手法として、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ：ＳｕｒｆａｃｅＥｎｈａｎｃｅｄＲａｍａｎＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いた測定方法が注目されている（例えば、特許文献１参照）。

また、別の手法として、コンタクトレンズに電極等の回路を設けて、付着物質であるグルコースを測定する測定方法も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２０１３−１４２５４６号公報

平沼義貴他６名、"高性能高分子材料を用いた涙液糖計測用コンタクトレンズ型グルコースセンサ" 日本大学生産工学部第４４回学術講演会講演概要（２０１１−１２−３）、８１５−８１６ページ

しかしながら、従来技術には、次のような問題があった。

特許文献１に開示されるように、コンタクトレンズの付着物質を表面増強ラマン分光法により測定する場合、コンタクトレンズの付着物質を溶液に溶かし、その溶液を、表面増強ラマン分光測定用金属ナノ粒子（以下、金属ナノ粒子として適宜説明する）を形成した平面基板上に滴下した後に、表面増強ラマン分光法により測定する。このため、測定に至るまでの準備が煩雑であるという問題がある。

一方、非特許文献１に開示されるように、回路を組み込んだ専用のコンタクトレンズを用いて付着物質を測定する場合、測定作業は簡便になるが、回路を組み込んだ専用のコンタクトレンズの製造コストは、非常に高く、この専用のコンタクトレンズを測定の度に消耗してしまうため、測定に伴う消耗品のコストが増大するという問題がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、コストの増大を抑制しつつ、コンタクトレンズの付着物質をより簡便に測定することが可能な測定用器具を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、コンタクトレンズに付着した付着物質を表面増強ラマン分光法により測定する際に用いられる測定用器具であって、前記コンタクトレンズを保持した状態で前記コンタクトレンズに接触する接触面に、表面増強ラマン分光測定用金属ナノ粒子が形成され、前記コンタクトレンズを配置し且つ透明の部材からなる第１基板と、前記第１基板に配置される前記コンタクトレンズを押圧し且つ透明の部材からなる第２基板とを備え、前記金属ナノ粒子は、前記第１基板と前記第２基板との少なくとも一方に形成されることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、上記特徴に係り、前記第１基板と前記第２基板との内の一方は、前記接触面が凸状に湾曲することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、上記特徴に係り、前記第１基板と前記第２基板との内の他方は、前記接触面が凹状に湾曲することを要旨とする。

本発明によれば、コストの増大を抑制しつつ、コンタクトレンズの付着物質をより簡便に測定することが可能な測定用器具及び測定方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る測定用器具の概略構成を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本発明の第１実施形態に係る測定用器具の一部拡大断面図である。本発明の第１実施形態に係る測定方法の動作を示すフローチャートである。本発明の実施例において測定されたラマンスペクトルの一例を示すグラフである。本発明の第１実施形態に係る測定用器具の変形例を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る測定用器具の変形例を示す断面図である。（ａ）本発明に係る測定用器具の変形例を示す断面図である。（ｂ）本発明に係る測定用器具の変形例を示す断面図である。（ｃ）本発明に係る測定用器具の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［本発明の第１実施形態］
（測定用器具の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る測定用器具１の概略構成を示す斜視図である。図１において、測定用器具１の平面方向をＸ方向及びＹ方向として規定するとともに、測定用器具１の厚み方向をＺ方向として規定する。なお、Ｘ方向及びＹ方向は、水平方向であり、Ｚ方向は、鉛直方向である。

本発明の第１実施形態に係る測定用器具１は、コンタクトレンズ１００に付着した付着物質を表面増強ラマン分光法により測定する際に用いられる。なお、測定用器具１は、コンタクトレンズ１００を測定する際の基板としての機能を有する。

具体的に、測定用器具１は、コンタクトレンズ１００を配置する第１基板１０と、第１基板１０に配置されるコンタクトレンズ１００を押圧する第２基板２０とを備える。測定用器具１は、第１基板１０と第２基板２０とによって挟持することで、コンタクトレンズ１００を保持する。

測定用器具１は、コンタクトレンズ１００を保持した状態でコンタクトレンズ１００に接触する接触面に、表面増強ラマン分光測定用金属ナノ粒子Ｍ（以下、金属ナノ粒子Ｍとして適宜説明する）が形成されている（図２〜３参照）。

測定用器具１では、コンタクトレンズ１００を保持した状態で、発光器４０から照射された励起光Ｌ１が、コンタクトレンズ１００に接触する金属ナノ粒子Ｍに照射される。励起光Ｌ１によって発光するラマン散乱光Ｌ２は、受光器５０によって受光される。受光器５０によって受光されたラマン散乱光Ｌ２は、ラマンスペクトルとして解析される。この後、ラマンスペクトルが、分光器や解析装置などの他の機器（不図示）によって分析されて、コンタクトレンズ１００に付着する付着物質が同定される。

次に、第１基板１０及び第２基板２０について具体的に説明する。図２は、図１に示す測定用器具１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は、図２に示す第１基板１０の一部拡大断面図である。

図２に示すように、第１基板１０は、板状に構成されるとともに、中央部分において、コンタクトレンズ１００を配置する凹部１１を有する。第２基板２０は、球状に構成される。第２基板２０のサイズは、第１基板１０の凹部１１に収容可能なサイズである。

第１基板１０の凹部１１の直径φ１１は、コンタクトレンズ１００の直径φ１００よりも大きい。第２基板２０の直径φ２０は、コンタクトレンズ１００の直径φ１００よりも小さい。つまり、φ１１＞φ１００＞φ２０の関係を満たす。直径φ１１及び直径φ２０は、測定対象となるコンタクトレンズ１００の直径φ１００によって選定してもよい。

第１基板１０では、凹部１１の表面が接触面１１ａを有する。このため、接触面１１ａが凹状に湾曲する。第１基板１０の凹部１１の接触面１１ａは、コンタクトレンズ１００の凸面に接触する。一方、第２基板２０は、球状に構成される。このため、コンタクトレンズ１００に接触する接触面２０ａが凸状に湾曲する。

第１基板１０の接触面１１ａの曲率半径Ｒ１は、コンタクトレンズ１００の曲率半径Ｒ３以上である。例えば、曲率半径Ｒ１は、１０ｍｍであってもよい。第２基板２０の接触面２０ａの曲率半径Ｒ２は、コンタクトレンズ１００の曲率半径Ｒ３以下である。つまり、Ｒ１≧Ｒ３≧Ｒ２の関係を満たす。なお、Ｒ１＞Ｒ３＞Ｒ２の関係を満たしてもよい。

また、本実施形態では、第１基板１０と第２基板２０との少なくともどちらか一方の基板は透明の部材からなる。

本実施形態において、第１基板１０及び第２基板２０の素材となる透明な部材は、一般に、表面増強ラマン分光法に使用される波長において透明な部材である。例えば、第１基板１０及び第２基板２０には、ガラス、プラスチックやシリコンなどの樹脂、及び他の任意の部材を使用してもよい。なお、本実施形態において「透明」とは、波長が３８０ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域の特定波長の光に対して透過率が５０％以上であることを意味している。第１基板１０及び第２基板２０の光透過率は、８０％以上であることが更に好ましい。また、第１基板１０及び第２基板２０の光透過率は、その厚みを増減することで調節してもよい。

第２基板２０は、第１基板１０にコンタクトレンズ１００が配置された状態で、コンタクトレンズ１００のＺ方向上側に配置される。第２基板２０は、自重（例えば、１０ｇ）によって、コンタクトレンズ１００を第１基板１０に向けて押圧する。

第１基板１０は、コンタクトレンズ１００に接触する接触面１１ａに、金属ナノ粒子Ｍが形成されている。

金属ナノ粒子Ｍを構成する金属は、例えば、金、銀、白金等の貴金属である。金属ナノ粒子Ｍを構成する金属は、表面増強ラマン散乱活性を有する物であれば、どのような金属を適用してもよい。また、金属ナノ粒子Ｍを形成する手法としては、例えば、次の手法を適用できる。

まず、第１基板１０の接触面１１ａに粒径が５０〜５００ｎｍのシリカナノ粒子を吸着させる。シリカナノ粒子を吸着させる方法は、第１基板１０の材料によって適宜可能であるが、例えば、真空蒸着又はメッキ法により、金薄膜を第１基板１０の接触面１１ａに形成した後に、シリカナノ粒子を吸着させてもよい。これにより、シリカナノ粒子を容易に吸着できる。

次に、真空蒸着法により、厚さ５〜５００ｎｍの金又は銀をシリカナノ粒子の一部に帽子状にコーティングすることにより、第１基板１０の接触面１１ａに貴金属帽子状ナノ粒子を形成する。

上述の例では、金属ナノ粒子Ｍとして、貴金属帽子状ナノ粒子を形成する手法を例に挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、金属ナノ粒子Ｍは、貴金属で構成されたナノ粒子そのものを第１基板１０の接触面１１ａに吸着させることで形成してもよい。

本実施形態では、金属ナノ粒子Ｍは、第１基板１０に形成されるが、金属ナノ粒子Ｍは、第１基板１０と第２基板２０との少なくとも一方に形成されていればよい。具体的には、金属ナノ粒子Ｍは、第１基板１０の接触面１１ａと第２基板２０の接触面２０ａとの少なくとも一方に形成されていればよい。

（測定方法）
次に、測定用器具１を用いた測定方法について説明する。図４は、測定方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１０において、測定用器具１を準備する。具体的に、測定用器具１の第１基板１０にコンタクトレンズ１００を配置するとともに、コンタクトレンズ１００のＺ方向上側に、第２基板２０を配置する。

ステップＳ２０において、測定用器具１を用いて、コンタクトレンズ１００に付着する付着物質を表面増強ラマン分光法により測定する。具体的に、測定用器具１に向けて、発光器４０から励起光Ｌ１を照射する。励起光Ｌ１が、第１基板１０を介して、コンタクトレンズ１００に接触する金属ナノ粒子Ｍに照射されると、ラマン散乱光Ｌ２が、受光器５０によって検出される。受光器５０によって検出されたラマン散乱光Ｌ２は、分光器（不図示）などによってラマンスペクトルとして検出される。この後、検出されたラマンスペクトルを解析することで、流体に含まれる物質を同定する。

（作用及び効果）
以上のように、第１実施形態に係る測定用器具１は、表面増強ラマン分光法によりコンタクトレンズに付着した付着物質を測定する際に、コンタクトレンズ１００を保持する。

測定用器具１は、コンタクトレンズ１００を配置する第１基板１０と、第１基板１０に配置されるコンタクトレンズ１００を押圧する第２基板２０とを備える。また、コンタクトレンズ１００に接触する第１基板１０の接触面１１ａに、金属ナノ粒子Ｍが形成されている。

このため、測定用器具１によってコンタクトレンズ１００を直接保持した状態で、コンタクトレンズに付着した付着物質を表面増強ラマン分光法により測定することができる。

従って、従来技術のように、コンタクトレンズ１００の付着物質を溶液に溶かし、その溶液を平面基板上に滴下するなどの準備作業が不要になるため、表面増強ラマン分光法による測定が簡略化される。また、従来技術のように、電極等の回路を組み込んだ専用のコンタクトレンズも不要となるため、測定に伴う消耗品のコストを抑制できる。

このように、本実施形態に係る測定用器具１によれば、コストの増大を抑制しつつ、表面増強ラマン分光法によりコンタクトレンズ１００の付着物質をより簡便に測定することができる。

また、本実施形態に係る測定用器具１では、第１基板１０と第２基板２０とは、いずれも透明の部材からなる。このため、励起光Ｌ１を第１基板１０側から照射することもできるし、第２基板２０側から照射することもできる。更に、ラマン散乱光Ｌ２を第１基板１０側から受光することもできるし、第２基板２０側から受光することもできる。

これにより、励起光Ｌ１を照射する発光器４０の配置や、ラマン散乱光Ｌ２を受光する受光器５０の配置の自由度を高めることができる。

［実施例］
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

まず、比較例に係る測定用器具と、実施例に係る測定用器具とを準備した。比較例に係る測定用器具は、金属ナノ粒子Ｍを形成していない測定用器具を用いた。一方で、実施例に係る測定用器具１は、上述した第１実施形態に係る測定用器具１を用いた。すなわち、金属ナノ粒子Ｍを形成した測定用器具１を用いた。

比較例と実施例とは、金属ナノ粒子Ｍの有無を除いて、他の構成は同様である。

そして、比較例と実施例とを用いて、コンタクトレンズ１００に付着する付着物質を、表面増強ラマン分光法により測定した。

図５には、表面増強ラマン分光法により測定した測定結果を示すグラフが示されている。図５の縦軸はラマン信号強度を示し、横軸はラマンシフト（ｃｍ−１）を示す。

図５において、データＸ１は、比較例に係る測定用器具を用いて、コンタクトレンズ１００に付着する付着物質を表面増強ラマン分光法により測定したデータである。

一方、図５において、データＸ２は、実施例に係る測定用器具１を用いて、コンタクトレンズ１００に付着する付着物質を表面増強ラマン分光法により測定したデータである。

図５に示すように、データＸ１では、ピークが見られないが、データＸ２では、明確なピークが確認できる。これにより、第１実施形態に係る測定用器具１を用いて、コンタクトレンズ１００に付着する付着物質を測定できることが確認できた。

［変形例］
次に、上述した第１実施形態の変形例について説明する。

上述した第１実施形態では、第２基板２０は、自重によって、コンタクトレンズ１００を第１基板１０に向けて押圧するように構成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、測定用器具１は、第２基板２０を押圧する押圧手段５０を更に備えていてもよい。この場合、押圧手段５０は、バネなどの弾性力を用いて押圧する構成であってもよいし、第１基板１０と第２基板２０とに設けた二つの磁極による磁力によって押圧する構成であってもよい。

また、上述した第１実施形態では、第２基板２０は、球状に構成されていたが、図７に示すように、円柱状であって、接触面２０ａが凸状に湾曲する構成であってもよい。

また、上述した第１実施形態では、第１基板１０が凹部１１を有していたが、図８（ａ）に示すように、第１基板１０は、凸部１５を備えていてもよい。この場合、凸部１５が接触面１１ａを有するとともに、凸部１５の接触面１１ａに金属ナノ粒子Ｍが形成される。また、図８（ａ）に示すように、第１基板１０が凸部１５備える場合、第２基板２０は、凸部１５を収容可能な凹部２１を備えることが好ましい。

このように、第１基板１０と第２基板２０との内の一方は、接触面１１ａが凸状に湾曲することが好ましい。また、第１基板１０と第２基板２０との内の一方は、接触面１１ａが凸状に湾曲する場合、第１基板１０と第２基板２０との内の他方は、接触面１１ａが凹状に湾曲することが好ましい。

なお、図８（ｂ）に示すように、第１基板１０が、凸部１５を備える場合、第２基板２０は、板状に構成されていてもよい。また、図８（ｃ）に示すように、第１基板１０が、凸部１５を備える場合、第２基板２０も、凸部２５を備える構成であってもよい。

［本発明のその他の実施形態］
以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。

例えば、上述の第１実施形態では、第１基板１０と第２基板２０とは、いずれも透明の部材からなる場合を例に挙げて説明したが、励起光Ｌ１の照射側及びラマン散乱光Ｌ２の受光側となる何れか一方の基板（例えば、第１基板１０）のみが、透明の部材からなるように構成されていてもよい。

また、上述の第１実施形態では、測定用器具１がコンタクトレンズ１００を保持した状態のまま、表面増強ラマン分光法により測定する場合を例に挙げて説明したがこれに限定されるものではない。例えば、測定の前に、測定用器具１がコンタクトレンズ１００を保持することによって、測定用器具１の接触面１１ａに形成される金属ナノ粒子Ｍに、コンタクトレンズ１００の付着物質を付着させる。そして、コンタクトレンズ１００の付着物質を付着させた測定用器具１を表面増強ラマン分光法により測定してもよい。

このように、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の測定用器具１及び測定方法は、コンタクトレンズに付着する付着物質を表面増強ラマン分光法によって測定する際に適用することができる。

１…測定用器具
１０…第１基板
１１…凹部
１１ａ…接触面
２０…第２基板
２０ａ…接触面
４０…発光器
５０…受光器
５０…押圧手段
１００…コンタクトレンズ
Ｍ…金属ナノ粒子

Claims

コンタクトレンズに付着した付着物質を表面増強ラマン分光法により測定する際に用いられる測定用器具であって、
前記コンタクトレンズを保持した状態で前記コンタクトレンズに接触する接触面に、表面増強ラマン分光測定用金属ナノ粒子が形成され、
前記コンタクトレンズを配置し且つ透明の部材からなる第１基板と、
前記第１基板に配置される前記コンタクトレンズを押圧し且つ透明の部材からなる第２基板とを備え、
前記金属ナノ粒子は、前記第１基板と前記第２基板との少なくとも一方に形成されることを特徴とする測定用器具。
前記第１基板と前記第２基板との内の一方は、前記接触面が凸状に湾曲することを特徴とする請求項１に記載の測定用器具。
前記第１基板と前記第２基板との内の他方は、前記接触面が凹状に湾曲することを特徴とする請求項２に記載の測定用器具。
前記第１基板と前記第２基板とは、波長３８０ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域の特定波長の光に対して透過率が５０％以上である透明の部材からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の測定用器具。