JPS6127703B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生体関連物質について複数の情報を同
時にかつ短時間で測定するための方法及び装置に
関するものである。

生体物質、特に蛋白質、酵素等の生体高分子は
複数な構造と反応性を有し、それらの定性、定量
及び構造解析ならびに反応性の測定には従来より
多種様な手段が用いられている。

すなわち、分光測定に例をとれば、物質の一次
構造に関する吸収スペクトル、二次構造に関する
螢光スペクトル、円偏光二色性スペクトル及びラ
マンスペクトル等であり、また、温度、試料溶液
濃度、及びPH等の測定条件を変えることによつて
物質の性質（構造及び反応性）に関する多くの情
報を引出すことができる。

一方、物質の構造及び反応性に関する総合的な
情報は上述した個別的な分析測定の結果を単純に
寄せ集めるだけで得られるものではない。何とな
れば、厳密に同一個所から同一条件において多数
の物理的に同一の試料を採取することは不可能で
あり、また、生体高分子あるいは生体関連合成高
分子からなる測定試料は、それが生命活動を荷う
複雑な化学反応回路に関係しているため、通常は
多成分系として得られる場合が多く、条件及び時
間とともに急激に変化しやすいからである。した
がつて生体関連物質の測定にあたつてはできるだ
け多くの情報を同時にかつ短時間に求めることが
重要である。

本発明は、生体関連質測定における上記の要求
を満たすための多次元同時測定の方法及び装置を
提供しようとするものである。

本発明において、同一試料についき種々の測定
を同時に行うことは、測定時間の短縮に寄与する
という長所をもつことは勿論、異種の観測量の間
の厳密な相関関係が求められる点により本質的な
意義が存するものであり、これにより、医学的診
断（特に臨床検査）や、その他の生体検査に新た
な道を拓くものである。

特に本発明者は、円偏光二色性、吸光度および
螢光発色強度を単一試料について同時に測定し、
かつそれらの経時自然変化あるいは測定条件パラ
メータについての変化の対比または相関関係を表
示させ、観測することにより、複雑な構造をも
ち、刻々に変化するか、あるいは設定条件パラメ
ーターによつて微妙に挙動が変化する生体関連物
質について、予期しない有益な情報が得られるこ
とを見出したものである。

略述すれば、本発明は選択された波長の光を周
期的な交互円偏光として試料に照射し、その照射
光の強度を検知すると共に前記照射光のうち、試
料を透過した光を検知して試料の円偏光二色性及
び及光度を同時に測定し、更に、前記試料が照射
光に励起されて発する螢光の強度を検出し、前記
円偏光二色度及び螢光発光強度を受入れ、それら
データのうち少くとも二者の経時自然変化あるい
は測定条件パラメータについての変化の対比また
は相関関係を表示しかつ記録することを特徴とす
る生体関連物質の多次元測定用同時測光方法及び
装置を提供するものである。

上記において、円偏光二色性、吸光度及び螢光
発光強度の少くとも二者の変化の対比というの
は、これらの三者の測定値のうちの少くとも二者
について、時間、試料溶液濃度、PH、波長などの
各種パラメーターによつる変化を対比することを
いうものであり、また、相関関係というのは、こ
れら三者の測定値のうちの少くとも二者の相関関
係をグラフ表示したものなどをいうのである。

本発明方法を実施する装置は、次の構成要素で
構成される。

ａ 光源と、 ｂ 前記光源の光から特定波長を取り出すための
分光器と、 ｃ 前記特定波長光を周期的に左及び右回りの円
偏光とするための円偏光変調器と、 ｄ 前記交互円偏光を試料に照射するための試料
セルと、 ｅ 前記試料に照射された光の強度を検出するた
めに、前記分光器から出た光を検出するための
光電検出器と、 ｆ 前記試料セルを透過した交互円偏光を検出す
るための光電検出器と、 ｇ 前記検出器出力において試料の波長吸収を示
す直流分から吸光度を表す信号を取出すための
回路と、 ｈ 前記検出器出力の交流分と直流分との比を検
出して試料の円偏光二色性を表す信号を取出す
るための回路と、 ｉ 前記試料セルにおいて分光器からの入射光軸
と交叉する軸上に発せられる試料からの螢光を
検知するための分光及び検出器と、 ｊ 前記分光及び検出器の出力から試料の螢光発
光を表す信号を取出すための回路と、ならび
に、 ｋ 前記ｇの回路で得られた吸光度、前記ｈの回
路で得られた円偏光二色性および前記ｊの回路
で得られた螢光発光強度のデータを受入れ、そ
れらデータのうち少くとも二者の経時自然変化
あるいは測定条件パラメーターについての変化
の対比または相関関係を表示する機構。

上記装置は、また、好ましくは試料セルの温度
を自動的に制御する手段を備えることができる。

第１図は本発明方法を実施するための装置構成
を示すもので、図の左端における光源１を始端と
する光軸A₁上には分光器２、ハーフミラー３、
ストレスモジユレータ等からなる円偏光変調器
４、試料セル５及び光電検出器６が順次配置され
ている。試料セル５には、変調器４によつて一定
周期で入換わる左右円偏光が交互に照射されるの
で、このセル５を透過した光にもとづく検出器６
の光電流出力には交流及び直流の両成分を含んで
おり、これら両成分は信号増幅回路７に供給さ
れ、増幅された後、吸光度測定回路８には直流分
のみが、円偏光二色性測定回路９には直流分及び
交流分が交流分が供給される。吸光度測定回路
８、及び円偏光二色性測定回路９の出力はそれぞ
れデータ処理制御装置１０に供給され、この制御
装置１０は各データの補正、相関、総合等の演算
を行う。表示及び記録装置１１はこの演算結果を
表示するためのグラフイツクレコーダ、Ｘ―Ｙプ
ロツタ及びテレタイプ等からなる。

上述の吸光及び円二色性測定のための検出器６
は光軸A₁の終端に配置されたものであるが、本
発明においては光軸A₁と交叉する試料セルから
の廷長軸A₂上に別の検出器１２が分光器１３を
介して配置される。この検出器１２は試料が照射
光によつて励起され、エネルギー変位を生ず際に
放出する光エネルギー、すなわち螢光を検出する
ものであり、その測定回路１４に出力信号を供給
し、測定回路１４の出力は他の測定値と同様にデ
ータ処理制御装置１０に供給される。

データ処理制御装置１０は、各測定回路８，９
及び１４における出力データの相関及び補正処理
を行うだけでなく、試料セル５への照射光の波長
走査のための分光器操作、円偏光変調器４の制
御、及び試料セル５の温度制御さらにPH、濃度等
をも指令するものであり、このため円偏光変調回
路１５及び温度制御回路１６は、データ処理制御
装置１０の指令及び制御下にそれぞれ円偏光変調
器４の動作及び試料セル５の温度その他の条件を
制御するのに用いられる。

試料への照射光強度はハーフミラー３の反射光
を検出する光電検出器１７と、その検知出力の増
幅器からなるモニター回路１８によつて監視さ
れ、その監視出力はデータ処理制御装置１０に供
給され、ここで照射光の時間的又は波長に応じた
変動の影響を各測定データから相殺するのに用い
られる。

本発明の装置は以上の通りに構成されるので、
試料の吸収（スペクトル）、円偏光二色性（スペ
クトル）及び螢光（スペクトル）が、試料の温
度、溶液のPHや濃度等をパラメータとして同時に
測定できることは明らかである。

すなわち、データ処理処び制御装置１０が始動
し、光源１が点灯され、分光器２が波長走査又は
特定波長の選択を行うと、同時に円偏光変調回路
１５が変調器４に加えるべき一定周期の交番電圧
を発生し、変調器４は、この周期に従つて左右交
互の円偏光を生ずる。すなわち、変調器４がスト
ルスモジユレータからなるときは、圧電結晶体
と、これに着設された石英ガラス又はその他の光
学結晶素子とを備え、前者に交番電圧を加える
と、後者には交番的に応力が生じ、その応力複屈
析のために、入射する偏光が左右交番の円偏光と
なるのである。変調器４の前段には所望に応じて
直線偏光素子が挿入される。

この定周期交互円偏光の強度は、一定成分と、
円偏光周期に応じた振動成分とを含んでおり、試
料セル５を透過した光もまた、この両成分を含ん
でいる。すなわち検出出器５の出力光電流のう
ち、上述の一定成分に対応する直流分は試料の照
射光強度に応じた吸光度を表し、交流分は直流分
との対比（比例定数の消去等を目的とする）にお
いて試料の円偏光二色性を表すことに留意すべき
である。結局吸光度測定回路８は検出器６の出力
を増幅した増幅器７の出力のうち直流成分を取り
出して増幅し、データ処理装置１０で吸光度を演
算する。円二色性測定回路９は交流分及び直流分
をともに受け入れ、前者を整流・平滑して後者と
の比を求め、それぞれ吸光度及び円二色性を表す
信号を発生する。

試料セル５の光軸A₂の終端におかれた検出器
１２は分光器１３を介して試料の螢光発光を検知
しうることは、前述の吸光度と同様の理由により
明らかである。

かくしてデータ処理制御装置１０には試料の吸
光度、円偏光二色性及びに関するデータが同時に
供給されるとともに、並行してモニター回路１８
より照射光強度のデータが供給される。

データ処理制御装置においては、まず各データ
及び照射光強度の監視データを各別に記憶又は記
録するためのデジタル処理を行うとともに、各デ
ータの時間的推移、データ相互の関係等を効果的
に表示するための処理を行う。後者のデータ処理
の内容には次のようなものがある。

ａ 吸収スペクトル、円偏光二色性スペクトル及
び螢光スペクトルの各二次元データの時間的変
化（パラメータ）を表す各三次元スペクトルを
得ること、 ｂ 同様の各二次元スペクトルの、試料溶液濃度
又はPH（パラメータ）に応じた変化を表す各三
次元スペクトルを得ること、 ｃ 同様の各二次元スペクトルの、試料温度（パ
ラメータ）に応じた変化を表す各三次元スペク
トルを得ること、 ｄ 試料温度、濃度（PH）、時間及び波長の各々
を基準とする吸光度―円二色性、吸光度―螂光
強度、螢光強度―円二色性の相関図を得るこ
と、 ｅ ｘ，ｙ，ｚ軸をそれぞれ吸光度、円二色性、
螢光強度とするｄと同様な方法による三次元相
関図を得ること ｆ 上記ｄ，ｅの相関図をその基準変数以外のパ
ラメータを用いて相関スペクトルを形成するこ
と、 一次データから、二次データあるいは三次デー
タを得るための処理には以上のような種類があ
り、これらの高次データは生体試料の特性を多角
的に示すきわめて有益な情報となり、病患部の検
出等、臨床的に役立つであろうことも明らかであ
る。そして重要なことは、本発明においてかかる
有益なデータ処理を可能にした多次元同時測定光
方式を提供したことである。

第２図〜第４図は上記のようなデータ処理を行
つた後表示されるグラフの例を示すものである。

第２図は、酸化型及び還元型のチトクロームＣ
について、吸光度の差スペクトを時間をパラメー
タとして測定した場合の三次元プロツトであり、
試料の酸化、還元速度とスペクトル変化の関係を
よく示している。

また、第３図のグラフはある種の試料について
の吸光（波長λ_２）―温度特性と、螢光強度（波
長λ_１）―温度特性の温度を基準とする相関曲線
の予想図で、溶液のPHをパラメータとして作図し
てある。この図は試料（生物関連物質）の環境
（PH等）に応じた構造の変化や安定性等を知るこ
とができる。

さらに、第４図は、たとえばPHを変数とした前
記ｅの三次元相関の様相を示す図である。

なお、第２〜４図に示した以外で前記ａ〜ｆに
述べたすべてのグラフも同様に得ることが可能で
あり、試料及び測定の目的に応じて取捨選択され
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置を示すブ
ロツク線図、第２図は試料の吸光度（差）スペク
トルの時間的変化と示す三次元グラフ、第３図は
温度を基準とし、PHをパラメータとした螢光強度
―吸収強度の相関グラフ、第４図は吸収―螢光―
円二色性相関を示す三次元相関図である。 １……光源、３……ハーフミラー、５……試料
セル、６，１２，１７……光電検出器、他は、図
中に記した通りであり省略する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 選択された波長光の周期的な左右交互円偏光
   を試料に照射し、 その照射光の強度を検知すると共に前記照射光
   のうち試料を透過した光を検知して試料の円偏光
   二色性及び吸光度を同時に測定し、 更に前記試料が光照射を受けることにより発す
   る螢光の強度を検出し、 前記円偏光二色性、吸光度及び螢光発光強度の
   データを受入れ、それらデータのうち少くとも二
   者の経時自然変化あるいは測定条件パラメータに
   ついての変化の対比または相関関係を表示するこ
   とを特徴とする生体関連物質の多次元測定用同時
   測定光方法。 ２ ａ 光源と、 ｂ 前記光源の光から特定波長を取り出すための
   分光器と、 ｃ 前記特定波長光を周期的に左及び右回りの円
   偏光とするための円偏光変調器と、 ｄ 前記交互円偏光を試料に照射するための試料
   セルと、 ｅ 前記試料に照射された光の強度を検出するた
   めに、前記分光器から出た光を検出するための
   光電検出器と、 ｆ 前記試料セルを透過した交互円偏光を検出す
   るための光電検出器と、 ｇ 前記検出器出力において試料の波長吸収を示
   す直流分から吸光度を表す信号を取出すための
   回路と、 ｈ 前記検出器出力の交流分と直流分との比を検
   出して試料の円偏光二色性を表す信号を取出す
   ための回路と、 ｉ 前記試料セルにおいて分光器からの入射光軸
   と交叉する軸上に発せられる試料からの螢光を
   検出するための分光及び検出器と、 ｊ 前記分光及び検出器の出力から試料の螢光発
   光を表す信号を取出すための回路と、 ｋ 前記ｇの回路で得られた吸光度、前記ｈの回
   路で得られた円偏光二色性および前記ｊの回路
   で得られた螢光光強度のデータを受入れ、それ
   らデータのうち少くとも二者の経時自然変化あ
   るいは測定条件パラメーターについての変化の
   対比または相関関係を表示する機構とを備えた
   ことを特徴とする生体関連物質の多次元測定用
   同時光装置。 ３ 試料セルの温度を自動的に制御する手段を備
   えたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の装置。