(57)【要約】【課題】被検体中で進行している各種化学反応の変化過程を非破壊、非接触で分析することができ、その分析結果に基づいて被検体の性質を特定することができる分析技術を提供する。【解決手段】分析装置１０は、周波数がテラヘルツ領域のパルス電磁波ＰＷを被検体Ｔに照射する電磁波発生部１１と、電磁波発生部１１から照射され被検体Ｔで反射された反射波ＲＷを検出する反射波検出部１２と、被検体Ｔを透過した透過波ＴＷを検出する透過波検出部１３と、反射波検出部１２及び透過波検出部１３から送られる検出データの記録及び演算を行うデータ処理部１４と、を備えている。データ処理部１４は、分析演算装置１４ａと記録装置１４ｂとを備えている。【選択図】図１
2011145215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数がテラヘルツ領域の電磁波を被検体に照射する電磁波発生部と、前記電磁波発生部から照射され前記被検体で反射された反射波を検出する反射波検出部若しくは前記被検体を透過した透過波を検出する透過波検出部の少なくとも一方と、前記反射波検出部若しくは前記透過波検出部の少なくとも一方から送られる検出データの記録及び演算を行うデータ処理部と、を備え、
前記電磁波発生部が周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚのパルス電磁波をパルス幅５ｐｓ〜１００ｐｓで発生可能であり、
前記反射波検出部及び前記透過波検出部がそれぞれ前記反射波、前記透過波のスペクトルを時系列に沿って検出可能であることを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記データ処理部が、前記スペクトルのピーク波長の検出データに基づいて前記ピーク波長の時系列変化率の演算、記録を行うことが可能であることを特徴とする請求項１記載の分析装置。
【請求項３】
前記電磁波発生部が周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚ帯域における波長の異なる複数種類のパルス電磁波を同時に発生可能であることを特徴とする請求項１または２記載の分析装置。
【請求項４】
周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚのパルス電磁波をパルス幅５ｐｓ〜１００ｐｓで被検体に照射し、前記被検体で反射された反射波若しくは前記被検体を透過した透過波の少なくとも一方のスペクトルを時系列に沿って検出することを特徴とする分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数がテラヘルツ波帯域の電磁波を用いて有機物質や生体分子などを分析する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数がテラヘルツ波帯域の電磁波を生体分子、有機分子あるいは医薬品などに照射すると、これらの物質の構造や状態に由来する固有の吸収スペクトルが得られることが知られ、その吸収スペクトルに基づいて物質を特定するできることから、当該吸収スペクトルを人間の指紋に準えて「指紋スペクトル」と称することがある。近年、このようなテラヘルツ波帯域の電磁波を利用した様々な分析技術が開発されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９２５２４号公報
【特許文献２】特開２００９−７５０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２などに記載された従来の分析技術によれば、物質の静的状態、つまり測定時における分子構成、分子間の運動状態を静的に把握することは可能である。しかしながら、生体反応や有機化学反応などの各種化学反応における反応物質の変化過程を動的に把握することはできない。
【０００５】
例えば、アミノ酸で構成されているタンパク質などの生体分子を、従来の分析技術で分析した場合、分子構成を定性分析して、アミノ酸の構成分子の種類や異物の混合の有無などは分析することはできるが、生体分子として新陳代謝などの生体反応において正常な状態であるか、あるいは、ガン細胞化や病変の変化過程であるか、などを分析情報として得ることはできない。
【０００６】
また、従来の分光技術により、薬剤を分析した場合、薬剤の構成成分を分析することができたとしても、時間経過に伴う薬剤の実効果（力価）の変化過程を分析することはできない。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、被検体中で進行している各種化学反応の変化過程を非破壊、非接触で分析することができ、その分析結果に基づいて被検体の性質を特定することができる分析技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
被検体に電磁波を照射したとき、当該被検体を構成する分子や分子間の相互運動により時間軸に沿って変化する吸収スペクトルの変化率はタンパク質やその他の有機高分子固有の性質を反映していると考えられる。そこで、本発明者は、分子運動や分子間の相互運動と時間周期に対応する一定のパルス間隔のテラヘルツ電磁波を被検体に照射し、リアルタイムに吸収スペクトルなどの時系列的な変化情報を検出すれば、この検出データに基づいて個々の被検体の性質を特定することができることに想到して、本発明を成すに至った。時系列に沿って得られる吸収スペクトルの変化状況は、化学変化の過程を動的に反映するものであるため、従来の静的な「指紋スペクトル」に対し、「動的指紋スペクトル」と呼ぶことも可能ではないかと思われる。
【０００９】
本発明の分析装置は、周波数がテラヘルツ領域の電磁波を被検体に照射する電磁波発生部と、前記電磁波発生部から照射され前記被検体で反射された反射波を検出する反射波検出部若しくは前記被検体を透過した透過波を検出する透過波検出部の少なくとも一方と、前記反射波検出部若しくは前記透過波検出部の少なくとも一方から送られる検出データの記録及び演算を行うデータ処理部と、を備え、
前記電磁波発生部が周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚのパルス電磁波をパルス幅５ｐｓ〜１００ｐｓで発生可能であり、
前記反射波検出部及び前記透過波検出部がそれぞれ前記反射波、前記透過波のスペクトルを時系列に沿って検出可能であることを特徴とする。
【００１０】
このような構成とすれば、被検体で反射され若しくは被検体を透過したテラヘルツ領域のパルス状の反射波、透過波をそれぞれ反射波検出部、透過波検出部で検出することにより、被検体特有の吸収スペクトルのデータが時系列に沿って複数得られる。従って、これらの吸収スペクトルの時系列変化を見ることにより、被検体中で進行している各種化学反応の変化過程を非破壊、非接触で分析することができる。
【００１１】
また、これらの吸収スペクトルの時系列変化データは被検体特有のものであるため、複数種類の被検体を分析して得られた吸収スペクトルの時系列変化データを分析結果として蓄積しておき、新たな被検体を分析して得られた吸収スペクトルの時系列変化データを、蓄積された時系列変化データと対比して類否判定すれば、分析結果に基づいて当該被検体の性質を特定することができる。
【００１２】
また、前記データ処理部が、前記吸収スペクトルのピーク波長の検出データに基づいて前記ピーク波長の時系列変化率の演算、記録を行うことが可能であることが望ましい。
【００１３】
このような構成とすれば、前述した分析によって得られた吸収スペクトルの時系列変化データに基づいて被検体に関する詳細な情報を抽出することが可能となるため、分析精度を向上させることができる。
【００１４】
さらに、前記電磁波発生部が周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚ帯域における波長の異なる複数種類のパルス電磁波を同時に発生可能であることが望ましい。
【００１５】
このような構成とすれば、テラヘルツ帯域内において波長の異なる複数種類のパルス電磁波を被検体に対して同時に照射することが可能となるため、１回のパルス電磁波の照射により、複数の吸収スペクトルの時系列変化データを同時に得ることができる。これにより、被検体内において進行している複数種類の化学反応の状態をより正確に把握することが可能となる。
【００１６】
次に、本発明の分析方法は、周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚのパルス電磁波をパルス幅５ｐｓ〜１００ｐｓで被検体に照射し、前記被検体で反射された反射波若しくは前記被検体を透過した透過波の少なくとも一方の吸収スペクトルを時系列に沿って検出することを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすれば、被検体で反射され若しくは被検体を透過したテラヘルツ領域のパルス状の反射波、透過波を検出することにより、被検体特有の吸収スペクトルのデータが時系列に沿って複数得られる。従って、これらの吸収スペクトルの時系列変化を見ることにより、被検体中で進行している各種化学反応の変化過程を非破壊、非接触で分析することができる。
【００１８】
また、これらの吸収スペクトルの時系列変化データは被検体特有のものであるため、複数種類の被検体を分析して得られた吸収スペクトルの時系列変化データを分析結果として蓄積しておけば、新たな被検体を分析して得られた時系列変化データと、蓄積された時系列変化データと、を対比することにより、新たな被検体の性質や状態を特定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、被検体中で進行している各種化学反応の変化過程を非破壊、非接触で分析することができ、その分析結果に基づいて被検体の性質を特定することができる分析技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態である分析装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の分析装置によって得られた吸収スペクトルを示す図である。
【図３】図１の分析装置によって得られた特定波長の吸収スペクトルの時系列変化を示す図である。
【図４】図３に示す特定波長の吸収スペクトルの時系列変化を折れ線グラフ化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
分子や分子間の相互運動により時間軸に沿って変化する吸収スペクトルの変化率はタンパク質やその他の有機高分子固有の性質を反映していると考えられる。そこで、本発明者は、分子運動や分子間の相互運動と時間周期に対応する一定のパルス間隔のテラヘルツ波を被検体に照射し、リアルタイムに吸収スペクトルなどの時系列的な変化情報を検出すれば、検出された時系列変化データに基づいて個々の被検体の性質や状態を特定することができることに想到して、本発明を成すに至った。時系列に沿って得られる吸収スペクトルの変化状況は、化学変化の過程を動的に反映するものであるため、従来の静的な「指紋スペクトル」に対し、「動的指紋スペクトル」と呼ぶこともできると思われる。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の分析装置１０は、周波数がテラヘルツ領域のパルス電磁波ＰＷを被検体Ｔに照射する電磁波発生部１１と、電磁波発生部１１から照射され被検体Ｔで反射された反射波ＲＷを検出する反射波検出部１２と、被検体Ｔを透過した透過波ＴＷを検出する透過波検出部１３と、反射波検出部１２及び透過波検出部１３から送られる検出データの記録及び演算を行うデータ処理部１４と、を備えている。
【００２３】
電磁波発生部１１は周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚのパルス電磁波ＰＷをパルス幅５ｐｓ〜１００ｐｓで発生可能である。また、電磁波発生部１１は、周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚ帯域における波長の異なる複数種類のパルス電磁波ＰＷを発生可能である。なお、被検体Ｔが、酵素反応中の有機分子など、特に時間を限定して個々の特徴をもって変化する分子運動の生体分子や、酵素などの有機分子である場合を考慮して、電磁波発生部１１から被検体Ｔに照射されるパルス電磁波ＰＷは、周波数６ＴＨｚ〜０．５ＴＨｚの範囲内で連続的に変更できるようにしている。
【００２４】
反射波検出部１２及び透過波検出部１３はそれぞれ反射波ＲＷ、透過波ＴＷのスペクトルをそれぞれ時系列に沿って検出し、検出されたデータをデータ処理部１４へ送信する。
【００２５】
データ処理部１４は、分析演算装置１４ａと記録装置１４ｂとを備え、反射波検出部１２及び透過波検出部１３において得られたスペクトルのピーク波長の時系列変化データに基づいてピーク波長の時系列変化率の演算、記録を行うことが可能である。
【００２６】
分析演算装置１４ａは、反射波検出部１２及び透過波検出部１３において得られた、透過波スペクトル、反射波スペクトルの強度変化を時系列的にグラフ化して、可視化する。グラフ化により可視化されるデータは、時間列に動的に変化するスペクトルの積算に基づく、透過波、反射波の強弱変化のパターンを示す。この極めて狭い時間経過における固有の吸収などの変化を、物質の性質を判別するスペクトルとして、予め、その同一物質を構成する有機物質を特定する評価指標パターンを記録装置１４ｂに蓄積しておき、検査対象物より得られる検出データと照合して、分析を行う。
【００２７】
分析装置１０においては、被検体Ｔにおける分子運動の動的変化を一定長さの時間系列として検出するために、吸収波、透過波、反射波の検出データにおいて、各検出時間単位に同一の一波長、または、同一の複数の選択された波長を使用し、極めて短時間の検出時間単位ごとに、被検体Ｔによるテラヘルツ波の吸収スペクトル、反射スペクトルの変化を積算して、変化率をデータ化する。即ち、被検体Ｔとなる有機分子にテラヘルツ帯域のパルス電磁波ＰＷを照射して、被検体Ｔを構成する有機分子物質によるパルス電磁波ＰＷの吸収スペクトル、反射スペクトルのデータを、直接的に、実時間に沿って積算し、これらのスペクトルの変化と時間経過軸との関係をグラフ化する。
【００２８】
分析装置１０により、例えば、アミノ酸分子の時間的運動特徴の特定による生体分子の組織構成状態の分析、薬効成分の時間的運動特徴の特定による薬理効果の力価判定、その他、分子レベルでの植物生育の健全状態の把握、有機物質の動的変化に基づく食品鮮度や栄養成分の評価、薬効成分の副作用分析などを非破壊、非接触で行うことができる。
【００２９】
酸化還元反応中の有機分子や、生命活動を支えるタンパク質などの分子は、有機分子や細胞の分子自体が、化学反応時や新陳代謝などの生命活動に伴い、遠赤外線やサブミリ波を自ら放射し、他の有機分子に共鳴運動を伝搬させて、分子集団としての統一的な性質を発現させている。このような、細胞分子が発する遠赤外線やサブミリ波の波長と発生周期が、分光分析機器の使用するテラヘルツ波の波長と発生のパルス周期に一致または近接するとき、被検体より検出されるスペクトルのデータに反映されることになる。
【００３０】
このような、生体分子などから放射される電磁波は、遠赤外線からサブミリ波までの波長幅で、極めて狭い幅の時間において刻々と変化していると推測され、この放射強度の変化が、遠赤外線及びサブミリ波の時系列による検出強度に、個々の分子固有の強弱変化を与えていると考えられる。
【００３１】
この現象に基づき、使用する波長とパルス波照射間隔とを選定すれば、タンパク質の個々の性質をより明瞭に特定することができ、生体であれば、正常細胞とガン細胞の識別、狂牛病のプリオン検出、薬効成分の力価の程度などが非接触で分析可能となる。
【００３２】
ここで、図１に示す分析装置１０を使用した分析技術について、図２〜図４を参照しながら説明する。生体分子を含む被検体Ｔを図１に示すようにセットし、周波数を０．５ＴＨｚから６ＴＨｚまで連続的に変化させながら電磁波発生部１１から電磁波を照射し、そのときの吸収スペクトルを透過波検出部１３で検出し、透過波検出部１３から送信された検出データをデータ処理部１４で演算処理すると、図２に示すような吸収スペクトルのグラフが得られる。図２に示す吸収スペクトルを見ると、周波数１ＴＨｚ，２ＴＨｚ，３ＴＨｚの部分に顕著な吸収ピークがあるのが分かる。
【００３３】
そこで、周波数１ＴＨｚ，２ＴＨｚ，３ＴＨｚの部分の吸収ピークがピコ秒単位の時間内でどのように変化するのかを分析する。具体的には、図１に示すようにセットされた被検体Ｔに対し、電磁波発生部１１にて発生させた周波数１ＴＨｚ，２ＴＨｚ及び３ＴＨｚの３種類のパルス電磁波ＰＷを同時にパルス幅５ｐｓで被検体Ｔに照射し、そのときに得られた周波数１ＴＨｚ，２ＴＨｚ及び３ＴＨｚの透過電磁波ＴＷを透過波検出部１３で検出し、検出データをデータ処理部１４にて処理して、周波数１ＴＨｚ，２ＴＨｚ及び３ＴＨｚの電磁波の吸収度を５ｐｓごとの時系列に沿って並べると、図３に示すような結果が得られる。
【００３４】
図３を見ると、周波数１ＴＨｚ，３ＴＨｚの電磁波の吸収度は時系列に沿って殆ど変化していないのに対し、周波数２ＴＨｚの電磁波の吸収度は時系列に沿って大きく増減しているのが分かる。そこで、周波数２ＴＨｚの電磁波の吸収度の変化を時系列に沿ってプロットして折れ線グラフ化すると、図４に示すような結果が得られる。
【００３５】
以上のような、分析装置１０を使用した一連の分析を様々な被検体Ｔに対して実行すると、被検体Ｔにおいて生体分子レベルで進行している化学反応に応じた固有形状の折れ線グラフのデータが得られることが分かった。これらのデータは被検体Ｔ特有のものであるため、複数種類の被検体Ｔを分析して得られたデータを分析結果として蓄積しておき、新たな被検体Ｔを分析して得られたデータを、蓄積されたデータと対比して類否判定すれば、分析結果に基づいて当該被検体Ｔにて進行している化学反応や性質を特定することができる。
【００３６】
即ち、分析装置１０を使用することにより、例えば、アミノ酸分子の時間的運動特徴の特定による生体分子の組織構成状態の分析、薬効成分の時間的運動特徴の特定による薬理効果の力価判定、その他、分子レベルでの植物生育の健全状態の把握、有機物質の動的変化に基づく食品鮮度や栄養成分の評価、薬効成分の副作用分析などを非破壊、非接触で行うことができる。
【００３７】
本実施形態では、分析装置１０において周波数０．５ＴＨｚ〜６ＴＨｚのパルス電磁波ＰＷを被検体Ｔに照射したときに得られる、特定周波数の吸収スペクトルの時間変化に基づく分析技術について述べているが、本発明はこれに限定するものではないので、被検体Ｔによって反射された反射波ＲＷを反射波検出部１２で検出して得られたデータ（特定周波数の反射スペクトルの時間変化）に基づいて分析を行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の分析装置及び分析方法は、有機物質や生体分子などの分析手段として農林水産業、医薬品産業あるいは医療などの分野において広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  分析装置
１１  電磁波発生部
１２  反射波検出部
１３  透過波検出部
１４  データ処理部
１４ａ  分析演算装置
１４ｂ  記録装置
ＰＷ  パルス電磁波
ＲＷ  反射波
ＴＷ  透過波
Ｔ  被検体
【図１】
2011145215.tif 000003
【図２】
2011145215.tif 000004
【図３】
2011145215.tif 000005
【図４】
2011145215.tif 000006