(57)【要約】  本発明は、被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された電磁波の特性を検出することにより、前記被測定物の有無または量を測定する方法であって、前記空隙配置構造体は、主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、前記被測定物の少なくとも一部は、担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持されることを特徴とする、測定方法である。
2014017431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された電磁波の特性を検出することにより、前記被測定物の有無または量を測定する方法であって、
前記空隙配置構造体は、その主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、
前記被測定物の少なくとも一部は担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持されることを特徴とする、測定方法。
【請求項２】
前記担体粒子は前記空隙部より小さい、請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記被測定物を前記担体粒子に吸着させ、その後に前記担体粒子を前記空隙配置構造体に吸着させることにより、前記被測定物の少なくとも一部が担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持される、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記担体粒子を前記空隙配置構造体に吸着させ、その後に前記被測定物を前記担体粒子に吸着させることにより、前記被測定物の少なくとも一部が担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持される、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項５】
前記担体粒子は、その表面に、前記被測定物に吸着する部分および前記空隙配置構造体に吸着する部分を有している、請求項１〜４のいずれかに記載の測定方法。
【請求項６】
前記空隙配置構造体は、その表面に、前記担体粒子に吸着する部分を有している、請求項１〜５のいずれかに記載の測定方法。
【請求項７】
前記担体粒子において、前記被測定物と吸着する部分は、前記被測定物に特異的に吸着するホスト分子で修飾されている、請求項５に記載の測定方法。
【請求項８】
請求項１に記載の測定方法に用いられる測定デバイスであって、
空隙配置構造体、および、該空隙配置構造体に保持された担体粒子を含み、
前記空隙配置構造体は、その主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、
前記担体粒子は、その表面に前記被測定物と吸着する部分を有している、測定デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の測定方法およびそれに用いる測定デバイスに関する。より詳しくは、空隙部を有する空隙配置構造体に被測定物を保持し、該空隙配置構造体に電磁波を照射して、空隙配置構造体で散乱した電磁波の特性を検出することにより、被測定物の有無または量を測定する測定方法、および、それに用いる測定デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物質の特性を分析するために、空隙配置構造体に被測定物を保持して、その被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射し、その透過スペクトル等を解析して被測定物の有無または量を検出する測定方法が用いられている。具体的には、例えば、金属メッシュフィルタに付着したタンパク質などの被測定物に、テラヘルツ波を照射して透過スペクトルを解析する手法が挙げられる。【０００３】
このような電磁波を用いた透過スペクトルの解析手法の従来技術として、特許文献１には、被測定物が保持された空隙領域を有する空隙配置構造体（具体的には、メッシュ状の導体板）に向かって、空隙配置構造体の主面に垂直な方向に対して斜めの方向から電磁波を照射して、空隙配置構造体を透過した電磁波を測定し、測定値の周波数特性に生じたディップ波形の位置が、被測定物の存在により移動することに基づいて被測定物の特性を検出する測定方法が開示されている。【０００４】
しかしながら、このような従来技術よりも、さらに測定感度に優れた測定方法の提供が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８５５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来よりも、さらに測定感度に優れた測定方法、および、それに用いられる測定デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体で散乱された電磁波の特性を検出することにより、前記被測定物の有無または量を測定する方法であって、
前記空隙配置構造体は、その主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、
前記被測定物の少なくとも一部は担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持されることを特徴とする、測定方法である。【０００８】
前記担体粒子は前記空隙部より小さいことが好ましい。
前記被測定物を前記担体粒子に吸着させ、その後に前記担体粒子を前記空隙配置構造体に吸着させることにより、前記被測定物の少なくとも一部が担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持されることが好ましい。【０００９】
前記担体粒子を前記空隙配置構造体に吸着させ、その後に前記被測定物を前記担体粒子に吸着させることにより、前記被測定物の少なくとも一部が担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持されることが好ましい。【００１０】
前記担体粒子は、その表面に、前記被測定物に吸着する部分および前記空隙配置構造体に吸着する部分を有していることが好ましい。【００１１】
前記空隙配置構造体は、その表面に、前記担体粒子に吸着する部分を有していることが好ましい。【００１２】
前記担体粒子において、前記被測定物と吸着する部分は、前記被測定物に特異的に吸着するホスト分子で修飾されていることが好ましい。【００１３】
また、本発明は、上記の測定方法に用いられる測定デバイスであって、
空隙配置構造体、および、該空隙配置構造体に保持された担体粒子を含み、
前記空隙配置構造体は、その主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、
前記担体粒子は、その表面に前記被測定物と吸着する部分を有している、測定デバイスにも関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来よりも、さらに測定感度に優れた測定方法、および、それに用いられる測定デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の測定方法の概要を説明するための模式図である。
【図２】本発明で用いる空隙配置構造体の構造を説明するための模式図である。
【図３】比較例１の透過スペクトルにおけるピーク周波数を基準としたときの、実施例１および比較例２の透過スペクトルにおけるピーク周波数のシフト量を示すグラフである。
【図４】実施例２と比較例３の結果から、透過率ピーク周波数［ＴＨｚ］について、初期値と被測定物吸着後を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明の測定方法の一例の概略を図１を用いて説明する。図１は、本発明の測定方法に用いられる測定装置の一例の全体構造を模式的に示す図である。この測定装置は、レーザ２（例えば、短光パルスレーザ）から照射されるレーザ光を半導体材料に照射することで発生する電磁波（例えば、２０ＧＨｚ〜１２０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波）パルスを利用するものである。
【００１７】
図１の構成において、レーザ２から出射したレーザ光を、ハーフミラー２０で２つの経路に分岐する。一方は、電磁波発生側の光伝導素子７１に照射され、もう一方は、複数のミラー２１（同様の機能のものは付番を省略）を用いることで、時間遅延ステージ２６を経て受信側の光伝導素子７２に照射される。光伝導素子７１、７２としては、ＬＴ−ＧａＡｓ（低温成長ＧａＡｓ）にギャップ部をもつダイポールアンテナを形成した一般的なものを用いることができる。また、レーザ２としては、ファイバー型レーザやチタンサファイアなどの固体を用いたレーザなどを使用できる。さらに、電磁波の発生、検出には、半導体表面をアンテナなしで用いたり、ＺｎＴｅ結晶の様な電気光学結晶を用いたりしてもよい。ここで、発生側となる光伝導素子７１のギャップ部には、電源３により適切なバイアス電圧が印加されている。
【００１８】
発生した電磁波は放物面ミラー２２で平行ビームにされ、放物面ミラー２３によって、空隙配置構造体１に照射される。空隙配置構造体１を透過したテラヘルツ波は、放物面ミラー２４，２５によって光伝導素子７２で受信される。光伝導素子７２で受信された電磁波信号は、アンプ６で増幅されたのちロックインアンプ４で時間波形として取得される。そして、算出手段を含むＰＣ（パーソナルコンピュータ）５でフーリエ変換などの信号処理された後に、空隙配置構造体１の透過率スペクトルなどが算出される。ロックインアンプ４で取得するために、発振器８の信号で発生側の光伝導素子７１のギャップに印加する電源３からのバイアス電圧を変調（振幅５Ｖ〜３０Ｖ）している。これにより同期検波を行うことでＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
以上に説明した測定方法は、一般にテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）と呼ばれる方法である。
【００２０】
図１では、散乱が透過である場合、すなわち電磁波の透過率を測定する場合を示している。本発明において「散乱」とは、前方散乱の一形態である透過や、後方散乱の一形態である反射などを含む広義の概念を意味し、好ましくは透過や反射である。さらに好ましくは、０次方向の透過や０次方向の反射である。
【００２１】
なお、一般的に、回折格子の格子間隔をｓ、入射角をｉ、回折角をθ、波長をλとしたとき、回折格子によって回折されたスペクトルは、
ｓ（ｓｉｎ  ｉ  −ｓｉｎ  θ）＝ｎλ  …（１）
と表すことができる。上記「０次方向」の０次とは、上記式（１）のｎが０の場合を指す。ｓおよびλは０となり得ないため、ｎ＝０が成立するのは、ｓｉｎ  ｉ−  ｓｉｎ  θ＝０の場合のみである。従って、上記「０次方向」とは、入射角と回折角が等しいとき、つまり電磁波の進行方向が変わらないような方向を意味する。
【００２２】
本発明で用いられる電磁波は、空隙配置構造体の構造に応じて散乱を生じさせることのできる電磁波であれば特に限定されず、電波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線等のいずれも使用することができ、その周波数も特に限定されるものではないが、好ましくは１ＧＨｚ〜１ＰＨｚであり、さらに好ましくは２０ＧＨｚ〜２００ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波である。
【００２３】
電磁波は、例えば、所定の偏波方向を有する直線偏光の電磁波（直線偏波）や無偏光の電磁波（無偏波）を用いることができる。直線偏光の電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源としてＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波や、半導体レーザから出射される可視光や、光伝導アンテナから放射される電磁波等が挙げられる。無偏光の電磁波としては、高圧水銀ランプやセラミックランプから放射される赤外光等が挙げられる。
【００２４】
本発明において、被測定物の有無または量を測定するとは、被測定物となる化合物の定量を行うことであり、例えば、溶液中等の微量の被測定物の含有量を測定する場合や、被測定物の同定を行う場合などが挙げられる。
【００２５】
（空隙配置構造体）
本発明で用いられる空隙配置構造体は、その主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有している。例えば、複数の該空隙部は、空隙配置構造体の主面上の少なくとも一方向に周期的に配置されている。ただし、空隙部は、その全てが周期的に配置されていてもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、一部の空隙部が周期的に配置され、他の空隙部が非周期的に配置されていてもよい。
【００２６】
空隙配置構造体は、好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられる。
【００２７】
２次元周期構造体としては、例えば、図２に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部が配置された板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図２（ａ）に示す空隙配置構造体１は、その主面１０ａ側からみて正方形の空隙部１１が、該正方形の各辺と平行な２つの配列方向（図中の縦方向と横方向）に等しい間隔で設けられた板状構造体である。
【００２８】
空隙配置構造体の空隙部の寸法や配置、空隙配置構造体の厚み等は、特に制限されず、測定方法や、空隙配置構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計される。
【００２９】
例えば、空隙部が図２（ａ）に示すように縦横に規則的に配置された空隙配置構造体１において、図２（ｂ）にｄで示される空隙部の孔サイズは、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。このようにすることで、散乱する電磁波の強度がより強くなり、信号をより検出しやすくなる。具体的な孔サイズは０．１５〜１５０μｍであることが好ましく、測定感度向上の観点からは、孔サイズが０．９〜９μｍであることがより好ましい。
【００３０】
また、空隙部が図２（ａ）に示すように縦横に規則的に配置された空隙配置構造体１において、図２（ｂ）にｓで示される空隙部の格子間隔（ピッチ）は、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。このようにすることで、散乱がより生じやすくなる。具体的な格子間隔は０．１５〜１５０μｍであることが好ましく、測定感度向上の観点からは、格子間隔が１．３〜１３μｍであることがより好ましい。
【００３１】
また、空隙配置構造体の厚みは、測定に用いる電磁波の波長の５倍以下であることが好ましい。このようにすることで、散乱する電磁波の強度がより強くなって信号を検出しやすくなる。
【００３２】
空隙配置構造体の全体の寸法は、特に制限されず、照射される電磁波のビームスポットの面積等に応じて決定される。
【００３３】
空隙配置構造体は、その表面に、後述の担体粒子に吸着する部分を有していることが好ましい。この部分に担体粒子が吸着することにより、被測定物の少なくとも一部は、担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持される。
【００３４】
「担体粒子に吸着する部分」は、担体粒子に対する吸着性を有していれば特に限定されないが、担体粒子に対する特異的な吸着性を有していることが好ましい。「担体粒子に吸着する部分」には、被測定物に非特異的に吸着するような材質から構成される空隙配置構造体の表面の一部も含まれるが、高い測定感度を得る観点からは、被測定物に対する後述のホスト分子で修飾された部分であることが好ましい。
【００３５】
ただし、本発明においては、被測定物の空隙配置構造体への吸着の全てを担体粒子を介して行う必要はなく、被測定物の一部を、担体粒子を介さずに空隙配置構造体の表面に直接吸着してもよい。空隙配置構造体への担体粒子を介した吸着と、空隙配置構造体への直接的な吸着とを併用することにより、空隙配置構造体への被測定物の吸着量が増加し、測定感度を向上できる場合も考えられるからである。
【００３６】
空隙配置構造体は、少なくとも一部の表面が導体で形成されていることが好ましい。空隙配置構造体１の少なくとも一部の表面とは、図２（ａ）に示す主面１０ａ、側面１０ｂ、空隙部側面１１ａのうちいずれかの一部の表面である。
【００３７】
ここで、導体とは、電気を通す物体（物質）のことであり、金属だけでなく半導体も含まれる。金属としては、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基などの官能基を有する化合物の官能基と結合することのできる金属や、ヒドロキシ基、アミノ基などの官能基を表面にコーティングできる金属、ならびに、これらの金属の合金を挙げることができる。具体的には、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられ、好ましくは金、銀、銅、ニッケル、クロムであり、さらに好ましくは金、ニッケルである。金、ニッケルを用いた場合、特にホスト分子がチオール基（−ＳＨ基）を有する場合に該チオール基を用いてホスト分子を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、ニッケルを用いた場合、特にホスト分子がアルコキシシラン基を有する場合、該アルコキシシラン基を用いてホスト分子を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、半導体としては、例えば、ＩＶ族半導体（Ｓｉ、Ｇｅなど）や、ＩＩ−ＶＩ族半導体（ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなど）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなど）、ＩＶ族化合物半導体（ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体（ＣｕＩｎＳｅ2など）などの化合物半導体、有機半導体が挙げられる。
【００３８】
（担体粒子）
本発明の測定方法は、被測定物の少なくとも一部が、担体粒子を介して空隙配置構造体に保持されることを特徴とする。「担体粒子」とは、被測定物等を担持することのできる粒子状の物質である。担体粒子の形状は、特に限定されない。
【００３９】
担体粒子のサイズは、空隙部のサイズより小さいことが好ましい。空隙部のサイズとは、空隙配置構造体の主面方向から見た形状における輪郭上の２点間の最長の距離であり、例えば、空隙配置構造体が図２に示すような正方形の空隙部を有する構造体である場合、空隙部の孔サイズ（図２のｄ）である。担体粒子のサイズとは、担体粒子の表面上の２点間の最長の距離であり、例えば、担体粒子が実質的に球状である場合は担体粒子の直径である。担体粒子のサイズが空隙部のサイズより大きい場合、空隙部が担体粒子で塞がれてしまい、空隙配置構造体の所望の共振特性が得られず、測定が困難になるからである。
【００４０】
担体粒子のサイズは、空隙部のサイズの１／２００〜１／２の範囲内にあることがより好ましい。具体的には、担体粒子の平均粒子径が、空隙部のサイズ平均値の１／２００〜１／２の範囲内にあることが好ましく、２０ｎｍ〜４μｍであることが好ましい。ここで、平均粒子径とは、ＳＥＭ観察により求めた担体粒子の一次粒子径の平均値である。
【００４１】
担体粒子の材質は、特に限定されないが、例えば、樹脂材料や金属材料が挙げられる。樹脂材料としては、例えば、ポリグリシジルメタクリレートなどの（メタ）アクリル樹脂やポリスチレン樹脂等が挙げられる。また、セラミック材料としては、シリカやアルミナ等が挙げられる。金属材料としては、金、銀などが挙げられる。好ましくは誘電率（あるいは屈折率）が大きな材料である。
【００４２】
担体粒子は、その表面に、「被測定物に吸着する部分」および「空隙配置構造体に吸着する部分」を有していることが好ましい。
【００４３】
「被測定物と吸着する部分」には、被測定物に非特異的に吸着するような材質から構成される部分も含まれるが、高い測定感度を得る観点からは、被測定物に対するホスト分子で修飾された部分であることが好ましい。
【００４４】
「空隙配置構造体に吸着する部分」には、空隙配置構造体に非特異的に吸着するような材質から構成される部分も含まれるが、高い測定感度を得る観点からは、空隙配置構造体に対するホスト分子で修飾された部分であることが好ましい。
【００４５】
なお、本発明において、「吸着」には、例えば、分子間力（ファンデルワールス力）による物理吸着や、化学結合による化学吸着が含まれる。化学結合としては、共有結合（例えば、金属―チオール基間の共有結合など）、イオン結合、金属結合、水素結合などが挙げられる。
【００４６】
ホスト分子とは、被測定物に特異的に吸着する分子である。ホスト分子と被測定物の組み合わせとしては、例えば、抗原と抗体、糖鎖とタンパク質、脂質とタンパク質、低分子化合物（リガンド）とタンパク質、タンパク質とタンパク質、一本鎖ＤＮＡと一本鎖ＤＮＡなどが挙げられる。ホスト分子の具体例としては、ビオチン基、カルボキシル基、スルホ基、アミノ基等を有する分子や、ストレプトアビジン、プロテインＡやＧ、抗体などのタンパク質が挙げられる。
【００４７】
（実施形態１）
本実施形態では、被測定物を担体粒子に吸着させ、その後に担体粒子を空隙配置構造体に吸着させることにより、被測定物を担体粒子を介して空隙配置構造体に保持する。
【００４８】
より具体的には、例えば、被測定物の溶液に上述のような担体粒子の溶液を混合して、被測定物を担体粒子に吸着させる。次に、該混合液中に空隙配置構造体を浸漬し、空隙配置構造体の表面に被測定物の少なくとも一部を担体粒子を介して吸着させる。次に、空隙配置構造体を混合液中から取り出し、溶媒や余分な担体粒子や被測定物を洗浄し、空隙配置構造体を乾燥してから、上述のような測定装置を用いて被測定物の特性を測定する。
【００４９】
本発明において、担体粒子に被測定物を吸着させる方法や、空隙配置構造体に担体粒子を吸着させる方法としては、種々公知の方法を採用することができる。
【００５０】
本実施形態によれば、被測定物のみを空隙配置構造体に吸着させる方法と比べて、被測定物が担体粒子と共に空隙配置構造体に保持されることにより、担体粒子によるラベル効果が得られる。すなわち、空隙配置構造体に吸着する物質量が、実際の被測定物よりも増大することで、散乱電磁波の特性の変化量が増大し、測定感度が向上する。
【００５１】
また、被測定物を担体粒子に吸着させる工程を経ることにより、被測定物の溶液等に含まれる共雑物が低減されるため、空隙配置構造体への共雑物の非特異的吸着等が低減され、測定感度が向上する。
【００５２】
本発明の測定方法においては、上述のようにして求められる空隙配置構造体において散乱した電磁波の特性に関する少なくとも１つのパラメータに基づいて、被測定物の有無または量が測定される。例えば、空隙配置構造体１において前方散乱（透過）した電磁波の周波数特性に生じたディップ波形や、後方散乱（反射）した電磁波の周波数特性に生じたピーク波形などが、被測定物の存在により変化することに基づいて被測定物の有無または量を測定することができる。
【００５３】
ここで、ディップ波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の透過率）が相対的に大きくなる周波数範囲において、空隙配置構造体の周波数特性（例えば、透過率スペクトル）に部分的に見られる谷型（下に凸）の部分の波形である。また、ピーク波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の反射率）が相対的に小さくなる周波数範囲において、空隙配置構造体の周波数特性（例えば、反射率スペクトル）に部分的に見られる山型（上に凸）の波形である。
【００５４】
（実施形態２）
本実施形態は、担体粒子を空隙配置構造体に吸着させ、その後に被測定物を担体粒子に吸着させることにより、被測定物を担体粒子を介して空隙配置構造体に保持する点において、実施形態１とは異なる。他の点については実施形態１と同様であるため、説明は省略する。
【００５５】
測定感度向上のために、空隙配置構造体に保持される被測定物の絶対量を増加させる方法の１つとして、空隙配置構造体の表面積を大きくすることが考えられる。例えば、空隙配置構造体の表面に多孔めっき等を施すことにより、空隙配置構造体の表面積を増加させる方法が挙げられる。
【００５６】
一方で、多くの被測定物に対して、測定感度を向上させるためには、空隙配置構造体の空隙部のサイズおよびピッチを小さくすることが望ましい。これにより、電磁波を照射した際に共振現象が生じている空間を小さくすること、すなわち、局在電磁界領域を小さくすることで、その範囲内における被測定物の有無による散乱電磁波の特性変化への影響が大きくなり、より微小（あるいは微量）な被測定物を測定できるためである。
【００５７】
しかし、空隙配置構造体の空隙部を微小化する場合（例えば、空隙部のサイズが数μｍ以下）において、空隙配置構造体全体の共振特性に影響を与えないように、さらに微小な多孔（例えば、ナノレベルの多孔）を有するめっきを施すことは技術的に困難である。
【００５８】
これに対して、本実施形態のように、担体粒子を空隙配置構造体の表面に吸着させる場合においては、担体粒子の粒径は微小化が比較的容易であるため、粒径を、例えばナノレベルに制御することで、該担体粒子の吸着によって形成される多孔質層の多孔のサイズをナノレベルに制御することが可能となる。これにより、従来よりも測定感度に優れた測定方法および測定デバイスが提供される。また、担体粒子の粒径分布を均一に制御することにより、得られる多孔質層の孔径も均一に制御することが可能となり、共振特性の再現性に優れた測定方法および測定デバイスが提供される。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００６０】
（実施例１）
本実施例では、図２に示されるような、正方形状の空隙部が平板状の構造体の主面方向に正方格子状に周期配置された構造体（空隙配置構造体）と担体粒子とを用いて、生体試料中のコレラ毒素の測定を行った。【００６１】
［空隙配置構造体の作製］
本実施例で用いた空隙配置構造体は、以下の方法で作製した。【００６２】
まず、３００ｍｍ角の平滑面を有するステンレス製導体板を用意し、その一方の主面上に感光性厚膜フォトレジスト（ＪＳＲ社製）を厚み５μｍで塗布し、該感光性樹脂材料を乾燥することで感光性樹脂層を形成した。【００６３】
図２の主面１０ａ方向に周期的に配置された空隙部１１に対応するフォトマスクを用いて、上記感光性厚膜フォトレジストの空隙部１１に相当する部分をＵＶ硬化させた。空隙部１１以外の部分（構造体部分）に相当する感光性厚膜フォトレジストの非硬化部分をリンス液で除去し、ステンレス製導体板を露出させた。このようにしてフォトリソグラフィーによるパターニングが終わった面に対して、剥離用のポリマー溶液を塗布し、該ポリマー溶液を乾燥することで、導体板露出部分に極薄い剥離層を形成した。【００６４】
このようにして準備した導体板をＮｉ電解めっき浴中に配置し通電することで、導体板露出部分に形成された剥離層上のみにＮｉめっき膜を厚み１．５μｍで形成した。その後、導体板に残る感光性樹脂層の硬化部分を溶剤にて除去し、導体板からＮｉめっき膜を剥離した。得られたＮｉめっき膜の表面に、無電解Ａｕめっきを施すことで、Ａｕで被覆されたＮｉ製の空隙配置構造体Ａを得た。【００６５】
得られた空隙配置構造体Ａは、孔サイズ４μｍの空隙部が、６．５μｍのピッチで配列されており、厚さは１．５μｍであった。該空隙配置構造体を主面方向から見た形状は、直径６ｍｍの円形であった。【００６６】
［担体粒子の作製］
担体粒子を作製するにあたり、ポリグリシジルメタクリレートを主成分とする直径２００ｎｍ程度の高い分散性を持つナノ微粒子を使用した。該ナノ微粒子の表面はカルボキシル基で修飾されており、このカルボキシル基を介して、アミノ基を有する任意の化合物を担持することができる。このようなものとして、例えばＦＧビーズ（ＣＯＯＨビーズ）（多摩川精機製）が挙げられる。【００６７】
さらに、ナノ微粒子の表面に、コレラ毒素（被測定物）の受容体であるガングリオシドＧＭ１を固定した。固定は、担体粒子表面のカルボキシ基と、コレラ毒素の受容体であるガングリオシドＧＭ１リソ体のアミノ基との間でアミノ結合を形成することにより行った。このようにして、ガングリオシドＧＭ１が固定された、ポリグリシジルメタクリレートを主成分とする直径２００ｎｍ程度の高い分散性を持つナノ微粒子からなる担体粒子（以下、ＧＭ１固定化粒子と示すことがある）を作製した。【００６８】
［空隙構造体Ａの表面処理］
空間配置構造体Ａの表面処理は、陽イオン吸着型と陰イオン吸着型の２種類の表面処理を行った。【００６９】
陽イオン吸着型の表面処理は、まず、空隙配置構造体Ａをアセトンに浸漬し、１０分間振とう洗浄後、別のビーカーに取り出し、窒素ガスで乾燥させた。次に、陽イオン吸着型自己組織化膜形成試薬が２５０μＬ投入された５ｍＬサンプル管瓶に、遮光した状態で空隙配置構造体Ａを、室温で２０時間浸漬した。その後、空隙配置構造体Ａを取り出し、エタノールで洗浄し、窒素ガスで乾燥させ、固定用冶具で保持した。【００７０】
なお、自己組織化膜形成試薬は、エタノールに溶解した１ｍＭの（ａ）および（ｂ）；
（ａ）：ＨＳ−（ＣＨ２）１１−ＯＨ（（株）同仁化学研究所）
（ｂ）：ＨＳ−（ＣＨ２）１１−ＳＯ３Ｎａ（ＰｒｏＣｈｉｍｉａ社）
を（ａ）：（ｂ）＝３：１で混合して作製した。【００７１】
陰イオン吸着型の表面処理は、空隙配置構造体Ａをアセトンに浸漬し、１０分間振とう洗浄後、別のビーカーに取り出し、窒素ガスで乾燥させた。次に、陰イオン吸着型自己組織化膜形成試薬が２５０ｍＬ投入された５ｍＬサンプル管瓶に、遮光した状態で空隙配置構造体Ａを、室温で２０時間浸漬した。その後、空隙配置構造体Ａを取り出し、エタノールで洗浄し、窒素ガスで乾燥させ、固定用冶具で保持した。【００７２】
なお、自己組織化膜形成試薬は、エタノールに溶解した１ｍＭの（ａ）および（ｂ）；
（ａ）：ＨＳ−（ＣＨ２）１１−ＯＨ（（株）同仁化学研究所）
（ｂ）：ＨＳ−（ＣＨ２）１１−ＮＭｅ３＋Ｃｌ−（ＰｒｏＣｈｉｍｉａ社）
を（ａ）：（ｂ）＝３：１で混合して作製した。【００７３】
［空隙構造体への担体粒子および被測定物の吸着］
ＧＭ１固定化粒子１００μｇをチューブに分取し、緩衝液Ａ（０．０５Ｍ  Ｔｒｉｓ、０．２Ｍ  ＮａＣｌ、０．００１Ｍ  Ｎａ２ＥＤＴＡ、ｐＨ７．５）を２００μＬ添加し、ＧＭ１固定化粒子を緩衝液中に分散させた。その後にネオジム磁石を用いてＧＭ１固定化粒子を沈降させ、上清を廃棄した（この操作を以下、磁気分離とよぶ）。これを２回繰り返し、緩衝液ＡによるＧＭ１固定化粒子の洗浄を計３回行った。次に、２０μｇ／ｍＬの緩衝液Ａを溶媒とするコレラ毒素溶液（Ｌｉｓｔ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社）を作製し、該コレラ毒素溶液４００μＬへＧＭ１固定化粒子を分散させ、４℃でおだやかに攪拌しながら４時間かけて結合反応を行った。その後、磁気分離を行い、上清を廃棄した。次に、２００μＬの緩衝液ＡにＧＭ１固定化粒子を分散させ、磁気分離を行い、上清を廃棄した。これを２回繰り返し、緩衝液ＡによるＧＭ１固定化粒子の洗浄を計３回行った。洗浄後、２００μＬの緩衝液ＡにＧＭ１固定化粒子を分散させ、４℃に保った。【００７４】
次に、ＧＭ１固定化粒子が分散した緩衝液Ａを４０μＬ、上記２種類の表面処理を施した空隙配置構造体Ａ、および、表面処理を施していない空隙構造体Ａ上にのせ、室温で３０分静置した。その後、緩衝液Ａを４ｍＬ加え５分間振とう後、緩衝液Ａを廃棄する操作を２回実施することによって、緩衝液Ａによる空隙配置構造体Ａの洗浄を行った。その後、水４ｍＬを加え５分間振とう後、水を廃棄する操作を２回行い、水による空隙配置構造体Ａの洗浄を計２回行った。その後、空隙配置構造体Ａを１０分間減圧下で乾燥させた。【００７５】
このようにして得られた、コレラ毒素およびＧＭ１固定化粒子が吸着した空隙配置構造体について、ＦＴ−ＩＲにより透過スペクトルの測定を行った。ここで、電磁波は空隙配置構造体の主面に垂直な方向から照射した。【００７６】
（比較例１）
空隙配置構造体Ａに、緩衝液Ａを４ｍＬ加え５分間振とう後、緩衝液Ａを廃棄する操作を２回実施することによって、緩衝液Ａによる空隙配置構造体Ａの洗浄を行った。その後、水４ｍＬを加え５分間振とう後、水を廃棄する操作を２回行い、水による空隙配置構造体Ａの洗浄を計２回行った。その後、空隙配置構造体Ａを１０分間減圧下で乾燥させた。【００７７】
以上の処理を実施した（ＧＭ１固定化粒子およびコレラ毒素を吸着させていない）空隙配置構造体Ａについて、ＦＴ−ＩＲにより透過スペクトルの測定を行った。【００７８】
（比較例２）
粒子が分散した緩衝液Ａではなく、２０μｇ／ｍＬのコレラ毒素（Ｌｉｓｔ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社）溶液そのものを空隙配置構造体にのせることで、担体粒子を含まず、コレラ毒素が直接空隙配置構造体に吸着した試料を作製し、ＦＴ−ＩＲにより透過スペクトルの測定を行った。【００７９】
上記実施例１、比較例１および比較例２の測定により得られた透過スペクトルにおいて、透過率が最大となる波数（ｃｍ−１）を表１に示す。【００８０】
【表１】
2014017431.tif 000003
【００８１】
また、比較例１の透過率が最大となる波数を基準としたときの、実施例１および比較例２の透過率が最大となる波数のシフト量（ｃｍ−１）を、表２および図３のグラフに示す。【００８２】
【表２】
2014017431.tif 000004
【００８３】
実施例１の透過率が最大となる波数のシフト量は、自己組織化膜形成処理を行わなかった場合は７．５５ｃｍ−１、陽イオン吸着処理を行った場合は７．６２ｃｍ−１、陰イオン吸着処理を行った場合は２５．６ｃｍ−１であった。また、比較例２の透過率が最大となる波数は、自己組織化膜形成処理を行わなかった場合は３．５３ｃｍ−１、陽イオン吸着処理を行った場合は３．６３ｃｍ−１、陰イオン吸着処理を行った場合は７．１５ｃｍ−１であった。以上のとおり、担体粒子を用いなかった比較例２に対し、担体粒子を用いた実施例１の方が、透過率が最大となる波数のシフト量が大きく、測定感度が有意に向上することが確認された。【００８４】
（実施例２）
表面に無電解Ａｕめっきが施されていないこと以外は、実施例１と同様の空隙配置構造体Ｂを用意した。【００８５】
次に、アルコキシシラン末端を有するビオチン分子とエタノールを用意し、濃度５００μｇ／ｍＬのビオチン溶液を作製した。空隙配置構造体Ｂをビオチン溶液に約１２時間浸漬させ、浸漬後、超純水にて洗浄することで、ビオチン分子が表面に固定化された空隙配置構造体Ｂを得た。【００８６】
次に、平均粒径１００ｎｍのＳｉＯ２ナノ粒子を用意し、ビオチン溶液に浸漬、超音波洗浄機を用いてＳｉＯ２ナノ粒子の分散を行った後、約１２時間室温放置した。放置後、遠心分離器でＳｉＯ２ナノ粒子を分離し、上清を捨て、溶媒を超純水に置換した。さらに、この遠心・置換作業を２回繰り返した後、乾燥することで、ビオチン固定化ＳｉＯ２ナノ粒子を得た。【００８７】
次に、ＰＢＳ溶液を用いて、濃度５００μｇ／ｍＬのストレプトアビジンン溶液を作製した。次に、ビオチン固定化ＳｉＯ２ナノ粒子を上記ストレプトアビジン溶液に添加し、分散させた後、約１２時間室温放置した。そして、超純水と遠心分離器を用いて、同様の手順で、洗浄・乾燥を行い、ストレプトアビジン固定化ＳｉＯ２ナノ粒子からなる担体粒子を得た。【００８８】
次に、ストレプトアビジン固定化ＳｉＯ２ナノ粒子をＰＢＳ溶液に添加し、分散させた後、ビオチン分子固定化空隙配置構造体Ｂを浸漬し、１２時間放置した。放置後、空隙配置構造体Ｂを水洗した後、さらに、濃度５００［μｇ／ｍＬ］のストレプトアビジンンのＰＢＳ溶液中に１２時間浸漬・放置した。そして、空隙配置構造体Ｂを水洗・乾燥した後、初期特性として、ＦＴ−ＩＲを用いて透過特性を評価した。【００８９】
次に、被測定物として、５‘末端側をビオチン標識したＤＮＡ一本鎖（１７ｍｅｒ、配列ＧＴＡ  ＡＡＡ  ＣＧＡ  ＣＧＧ  ＣＣＡ  ＧＴ）を用意した。そして、初期特性評価が終了した空隙配置構造体Ｂを、濃度５００［μｇ／ｍＬ］のビオチン標識ＤＮＡのＰＢＳ溶液中に浸漬、１２時間放置した。放置後、空隙配置構造体Ｂを水洗・乾燥することで、被測定物であるビオチン標識ＤＮＡ一本鎖がストレプトアビジンを介して、ストレプトアビジン固定化ＳｉＯ２ナノ粒子表面、あるいは、空隙配置構造体表面に吸着したサンプルを得た。ＦＴ-ＩＲを用いて透過特性を評価し、初期特性からの変化を評価した。【００９０】
（比較例３）
ビオチン分子が表面に固定化された空隙配置構造体Ｂを濃度５００［μｇ／ｍＬ］のストレプトアビジンンのＰＢＳ溶液中に１２時間浸漬・放置した。放置後、空隙配置構造体Ｂを水洗・乾燥した後、初期特性として、ＦＴ-ＩＲを用いて通過特性を評価した。【００９１】
初期特性の評価が終了した空隙配置構造体Ｂを、濃度５００［μｇ／ｍＬ］のビオチン標識ＤＮＡのＰＢＳ溶液中に浸漬、１２時間放置した。放置後、空隙配置構造体Ｂを水洗・乾燥することで、被測定物であるビオチン標識ＤＮＡ一本鎖がストレプトアビジンを介して、空隙配置構造体表面に吸着したサンプルを得た。ＦＴ-ＩＲを用いて該サンプルの透過特性を評価し、初期特性からの変化を求めた。【００９２】
図４に、実施例２と比較例３の結果から、透過率ピーク周波数［ＴＨｚ］について、初期値と被測定物吸着後を比較したグラフを示す。図４に示す結果から、実施例２は、比較例３と比較して、初期特性の透過率ピーク周波数に対し、被測定物吸着後の透過ピーク周波数の変化量が大きく、測定感度が向上していることがわかる。【００９３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９４】
１  空隙配置構造体、１０ａ  主面、１０ｂ  側面、１０ｃ  外周、１０１  突起部、１１  空隙部、１１ａ  空隙部側面、２  レーザ、２０  ハーフミラー、２１  ミラー、２２，２３，２４，２５  放物面ミラー、２６  時間遅延ステージ、３  電源、４  ロックインアンプ、５  ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、６  アンプ、７１，７２  光電導素子、８  発振器。
【図１】
2014017431.tif 000005
【図２】
2014017431.tif 000006
【図３】
2014017431.tif 000007
【図４】
2014017431.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月8日(2015.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体の少なくとも主面で散乱された電磁波の特性を検出することにより、前記被測定物の有無または量を測定する方法であって、
前記空隙配置構造体は、前記主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、
前記被測定物の少なくとも一部は担体粒子を介して前記空隙配置構造体の少なくとも前記主面に保持されることを特徴とする、測定方法。
【請求項２】
前記担体粒子は前記空隙部より小さい、請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記被測定物を前記担体粒子に吸着させ、その後に前記担体粒子を前記空隙配置構造体に吸着させることにより、前記被測定物の少なくとも一部が担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持される、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記担体粒子を前記空隙配置構造体に吸着させ、その後に前記被測定物を前記担体粒子に吸着させることにより、前記被測定物の少なくとも一部が担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持される、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項５】
前記担体粒子は、その表面に、前記被測定物に吸着する部分および前記空隙配置構造体に吸着する部分を有している、請求項１〜４のいずれかに記載の測定方法。
【請求項６】
前記空隙配置構造体は、少なくとも前記主面に、前記担体粒子に吸着する部分を有している、請求項１〜５のいずれかに記載の測定方法。
【請求項７】
前記担体粒子において、前記被測定物と吸着する部分は、前記被測定物に特異的に吸着するホスト分子で修飾されている、請求項５に記載の測定方法。
【請求項８】
請求項１に記載の測定方法に用いられる測定デバイスであって、
空隙配置構造体、および、該空隙配置構造体に保持された担体粒子を含み、
前記空隙配置構造体は、その主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、
前記担体粒子は、その表面に前記被測定物と吸着する部分を有している、測定デバイス。
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月29日(2016.2.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体の少なくとも主面で散乱された電磁波の特性を検出することにより、前記被測定物の有無または量を測定する方法であって、
前記空隙配置構造体は、前記主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、
前記被測定物の少なくとも一部は、樹脂材料およびセラミック材料の少なくともいずれかからなる担体粒子を介して、前記空隙配置構造体の少なくとも前記主面に保持されることを特徴とする、測定方法。
【請求項２】
前記担体粒子は前記空隙部より小さい、請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記被測定物を前記担体粒子に吸着させ、その後に前記担体粒子を前記空隙配置構造体に吸着させることにより、前記被測定物の少なくとも一部が担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持される、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記担体粒子を前記空隙配置構造体に吸着させ、その後に前記被測定物を前記担体粒子に吸着させることにより、前記被測定物の少なくとも一部が担体粒子を介して前記空隙配置構造体に保持される、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項５】
前記担体粒子は、その表面に、前記被測定物に吸着する部分および前記空隙配置構造体に吸着する部分を有している、請求項１〜４のいずれかに記載の測定方法。
【請求項６】
前記空隙配置構造体は、少なくとも前記主面に、前記担体粒子に吸着する部分を有している、請求項１〜５のいずれかに記載の測定方法。
【請求項７】
前記担体粒子において、前記被測定物と吸着する部分は、前記被測定物に特異的に吸着するホスト分子で修飾されている、請求項５に記載の測定方法。
【請求項８】
請求項１に記載の測定方法に用いられる測定デバイスであって、
空隙配置構造体、および、該空隙配置構造体に保持された担体粒子を含み、
前記空隙配置構造体は、その主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有し、
前記担体粒子は、その表面に前記被測定物と吸着する部分を有している、測定デバイス。
【国際調査報告】
2014017431.tif 000009
2014017431.tif 000010
2014017431.tif 000011
2014017431.tif 000012