(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象物質の濃度を適切に測定できる濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法を提供する。【解決手段】濃度測定方法は、測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する測定部１９に、第１の光１３ａを照射して、第１の特異的結合物質の表面増強ラマン散乱光１４ａを検出する第１の工程と、表面増強ラマン散乱光１４ａの強度に基づいて、測定部１９の使用可否を判定する第２の工程と、第２の工程で使用可能と判定された測定部１９に、測定対象物質と結合する性質を有する、蛍光物質で標識された第２の特異的結合物質と、測定対象物質とを含む試料２２を導入する第３の工程と、第３の工程が実施された測定部１９に、第２の光１３ｂを照射して、蛍光物質の表面増強蛍光１４ｂを検出し、測定対象物質の濃度を測定する第４の工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する測定部に、第１の光を照射して、前記第１の特異的結合物質の表面増強ラマン散乱光を検出する第１の工程と、
前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記測定部の使用可否を判定する第２の工程と、
前記第２の工程で使用可能と判定された前記測定部に、前記測定対象物質と結合する性質を有する、蛍光物質で標識された第２の特異的結合物質と、前記測定対象物質とを含む試料を導入する第３の工程と、
前記第３の工程が実施された前記測定部に、第２の光を照射して、前記蛍光物質の表面増強蛍光を検出し、前記測定対象物質の濃度を測定する第４の工程と、を含む、
濃度測定方法。
【請求項２】
前記第２の工程において、前記表面増強ラマン散乱光の強度が、所定の閾値以上の場合に、前記測定部を使用することは可能であると判定する、
請求項１に記載の濃度測定方法。
【請求項３】
前記測定部は、第１の測定部と第２の測定部とを含み、
前記第１の測定部について、前記第１の工程を実施した後の前記第２の工程において、前記表面増強ラマン散乱光の強度が所定の閾値未満の場合に、前記第１の測定部を使用することは不能であると判定し、その後、
前記第２の測定部について、前記第１の工程を実施した後の前記第２の工程において、前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記第２の測定部の使用可否を判定する、
請求項１または２に記載の濃度測定方法。
【請求項４】
前記第１の工程における前記第１の光の照射と、前記第３の工程における前記第２の光の照射とは、同一の光源によって行われる、
請求項１から３のいずれか一項に記載の濃度測定方法。
【請求項５】
前記第１の光及び前記第２の光は、同一波長である、
請求項４に記載の濃度測定方法。
【請求項６】
前記第１の工程における前記第１の光の照射パワーは、前記第３の工程における前記第２の光の照射パワーよりも大きい、
請求項１から５のいずれか一項に記載の濃度測定方法。
【請求項７】
測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する測定部に、光を照射する光照射部と、
前記測定対象物質と結合する性質を有する、蛍光物質で標識された第２の特異的結合物質と、前記測定対象物質とを含む試料を、前記測定部に導入する試料導入部と、
表面増強ラマン散乱光及び表面増強蛍光を検出する光検出部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記光照射部を制御して、前記測定部に第１の光を照射し、
前記第１の光の照射に応じて前記光検出部で検出された前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記測定部の使用可否を判定し、
使用可能と判定された前記測定部に、前記試料導入部を制御して前記試料を導入し、
前記試料が導入された前記測定部に、前記光照射部を制御して第２の光を照射し、
前記第２の光の照射に応じて前記光検出部で検出された表面増強蛍光の強度に基づいて、前記測定対象物質の濃度を算出する、
濃度測定装置。
【請求項８】
前記測定部は、第１の測定部と第２の測定部とを含み、
前記制御部は、前記第１の測定部について使用不能と判定した場合に、前記第１の測定部には、前記試料の導入及び前記第２の光の照射を行わずに、前記第２の測定部の使用可否を判定する、
請求項７に記載の濃度測定装置。
【請求項９】
測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する測定部に、第１の光を照射して、前記第１の特異的結合物質の表面増強ラマン散乱光を検出する第１の工程と、
前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記測定部の使用可否を判定する第２の工程と、
を含む、
検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属ナノ構造の蛍光増強効果を利用した測定対象物質の濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質の濃度を測定する技術としては、蛍光法が広く用いられている。この蛍光法では、測定対象物質を蛍光物質で標識して、蛍光物質を励起できる光（励起光）を照射し、このとき発生する蛍光を検出して、蛍光の強度により、測定対象物質の濃度を測定する。
【０００３】
このような蛍光法において、検出の感度を向上させるために、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光（ＳＰＦＳ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ−ｆｉｅｌｄ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を利用する方法、いわゆる、表面増強蛍光法が知られている。かかる方法では、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によって発生する表面プラズモン共鳴光により蛍光物質を励起して蛍光を発生させ、その蛍光である表面プラズモン励起増強蛍光を検出することにより、測定対象物質の濃度を測定する。表面増強蛍光法は、通常の蛍光法よりも１〜３桁程度高い信号増強度が得られ、通常の蛍光法では測定できない低濃度の測定対象物質の濃度も測定できる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０１９７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される従来技術では、上述した利点はあるものの、適切に測定できない場合がある。
【０００６】
そこで、本開示は、測定対象物質の濃度を適切に測定できる濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る濃度測定方法は、測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する測定部に、第１の光を照射して、前記第１の特異的結合物質の表面増強ラマン散乱光を検出する第１の工程と、前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記測定部の使用可否を判定する第２の工程と、前記第２の工程で使用可能と判定された前記測定部に、前記測定対象物質と結合する性質を有する、蛍光物質で標識された第２の特異的結合物質と、前記測定対象物質とを含む試料を導入する第３の工程と、前記第３の工程が実施された前記測定部に、第２の光を照射して、前記蛍光物質の表面増強蛍光を検出し、前記測定対象物質の濃度を測定する第４の工程と、を含む。
【０００８】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、測定対象物質の濃度を適切に測定できる濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態に係る濃度測定装置の構成図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る濃度測定装置の動作を説明するための図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る濃度測定方法のフローチャートである。
【図４】図４は、図３のステップＳ０３における他の処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第１の工程を説明するための、図１のＶ−Ｖ線における測定部の一部を示す概略断面図である。
【図６】図６は、第４の工程を説明するための、図１のＶ−Ｖ線における測定部の一部を示す概略断面図である。
【図７】図７は、固定化抗体を金属ナノ構造に固定化する前後の測定部の表面増強ラマン散乱スペクトルを示す図である。
【図８】図８は、センサデバイス上に配置された６つの測定部それぞれに固定化された固定化抗体の表面増強ラマン散乱スペクトルを示す図である。
【図９】図９は、測定対象物質（ＮＰ）と結合した標識抗体の表面増強蛍光スペクトルを示す図である。
【図１０】図１０は、本実施の形態における制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示に至った知見）
タンパク質の濃度を測定する技術としては、蛍光法が広く用いられている。蛍光法の一例として、例えば、免疫クロマトグラフ法がある。これは、ニトロセルロース膜などを基材とした平板状の試験片を用いた技術である。試験片には測定対象物質と特異的に結合する抗体が基材に固定化されている。この試験片に、測定対象物質と、蛍光標識された抗体、すなわち、標識抗体とを含むサンプル溶液を滴下すると、標識抗体と結合した測定対象物質は、試験片の基材に固定化された抗体、すなわち、固定化抗体に捕捉される。このとき、試験片に励起光を照射すると、当該測定対象物質の濃度に応じた強度の蛍光が発生する。この蛍光を検出することにより、測定対象物質の濃度を測定することができる。
【００１２】
また、免疫クロマトグラフ法を高感度化するために、表面プラズモン励起増強蛍光分光（ＳＰＦＳ）を利用する技術がある。この技術では、例えば、サンプル溶液を流す流路内に、金属ナノ構造を形成した領域が設けられ、この金属ナノ構造上に測定対象物質と結合する抗体が固定化されている。この流路に、測定対象物質と、蛍光標識された抗体、すなわち、標識抗体とを含むサンプル溶液を滴下すると、標識抗体と結合した測定対象物質は、流路内に固定化された抗体、すなわち、固定化抗体に捕捉される。このとき、金属ナノ構造に局在する表面プラズモンとの共鳴、いわゆる、局在化表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を引き起こす波長の光を照射すると、金属ナノ粒子表面に局在している自由電子が集団振動を起こす。この自由電子の集団振動は、金属ナノ粒子に分極を誘起し、発生したプラズモンは金属ナノ粒子表面に局在化した形になる。これを局在化表面プラズモンという。この局在化表面プラズモンが存在する近傍領域では、光と分子の相互作用が著しく増幅される。そのため、局在化表面プラズモンが存在する近傍領域では、標識抗体の蛍光物質が励起されて発生した蛍光が増強される。このように、局在化表面プラズモンにより増強された蛍光を表面増強蛍光という。この表面増強蛍光の強度は、当該測定対象物質の濃度に応じて増加する。また、表面増強蛍光法では、通常の蛍光法よりも１〜３桁程度高い強度を示す。従って、通常の蛍光法では測定できない低濃度の測定対象物質も測定できる（特許文献１参照）。
【００１３】
上記のように、表面増強蛍光法は、通常の蛍光法よりも高感度の蛍光検出法であるが、以下の問題がある。
【００１４】
表面増強蛍光法においては、金属ナノ構造上に固定化された固定化抗体が測定対象物質を介して標識抗体を捕捉して、標識抗体の蛍光物質が発する蛍光を増強している。この増強された蛍光、すなわち、表面増強蛍光を検出して、蛍光の強度により測定対象物質の濃度を算出している。このとき、固定化抗体の金属ナノ構造への固定化密度が不十分だと捕捉できる標識抗体の数が低下し、表面増強蛍光の強度も低下する。これにより、測定対象物質の濃度が不適切に低く算出されてしまう。
【００１５】
また、金属ナノ構造を有する測定部を複数備えるセンサデバイスを用いる場合、それぞれの測定部の金属ナノ構造の増強の程度、すなわち、金属ナノ構造の増強度が異なる場合がある。金属ナノ構造の増強度が測定部毎に異なると、同一濃度の溶液を複数の測定部で測定しても、それぞれの測定部で検出する表面増強蛍光の強度が異なるため、算出された測定対象物質の濃度も異なってしまう。
【００１６】
以上のように、測定部の、測定対象物質の濃度と得られる表面増強蛍光の強度との関係（以下、「感度」とする。）は、固定化抗体の固定化密度及び金属ナノ構造の増強度に依存する。すなわち、各測定部の感度の均一性は、固定化密度及び金属ナノ構造の増強度の均一性によって決まる。
【００１７】
上記のように、センサデバイス上に複数形成された各測定部の感度の均一性に関わる品質を確保するには、各測定部の固定化抗体の固定化密度及び金属ナノ構造の増強度の双方を検査し、適切な測定部のみを選択して測定に使用する必要がある。
【００１８】
しかしながら、このような検査は、破壊検査として行われている。破壊検査とは、検査することで、検査に供された測定部を測定に使用できない状態にしてしまう検査をいう。つまり、適切な測定部のみを選択するために、濃度が既知の校正溶液を用いた表面増強蛍光法によって検査を行う。この検査によって、測定部に固定化された抗体（固定化抗体）が校正溶液中の校正物質と結合してしまうため、測定部の再利用は困難である。
【００１９】
このように、従来の表面増強蛍光法では、適切な測定部のみを選択するために、測定部の固定化抗体が測定に使用可能な状態で測定部の感度を検査すること、つまり、非破壊で検査することができないという問題がある。
【００２０】
また、従来の表面増強蛍光法では、参照用の測定部および校正溶液などを準備する必要があるため、手間がかかり、不便である。さらに、測定用の測定部で測定した後、参照用の測定部と比較して濃度を算出する必要があり、精度が良いとは言えない。
【００２１】
上記問題を解決するために、本開示は、簡易に、かつ、高精度に測定対象物質の濃度を測定できる濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法を提供する。
【００２２】
本開示の一態様に係る濃度測定方法は、測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する測定部に、第１の光を照射して、前記第１の特異的結合物質の表面増強ラマン散乱光を検出する第１の工程と、前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記測定部の使用可否を判定する第２の工程と、前記第２の工程で使用可能と判定された前記測定部に、前記測定対象物質と結合する性質を有する、蛍光物質で標識された第２の特異的結合物質と、前記測定対象物質とを含む試料を導入する第３の工程と、前記第３の工程が実施された前記測定部に、第２の光を照射して、前記蛍光物質の表面増強蛍光を検出し、前記測定対象物質の濃度を測定する第４の工程と、を含む。
【００２３】
これにより、測定対象物質の濃度を測定する前に、測定部に第１の光を照射するだけで、測定部の第１の特異的結合物質の固定化密度及び金属ナノ構造の増強度の双方を検査することができ、適切な測定部のみを選択して測定に使用することができる。そのため、簡便に、かつ、高精度に測定対象物質の濃度を測定することができる。また、例えば、参照用の測定部及び校正溶液などの、専用の材料、設備、工程を追加する必要がないため、簡便に、非破壊で測定対象物質の濃度を測定することができる。
【００２４】
例えば、本開示の一態様に係る濃度測定方法は、前記第２の工程において、前記表面増強ラマン散乱光の強度が、所定の閾値以上の場合に、前記測定部を使用することは可能であると判定してもよい。
【００２５】
これにより、適切な感度を有する測定部のみを選択して測定に使用することができるため、高精度に測定対象物質の濃度を測定することができる。
【００２６】
例えば、本開示の一態様に係る濃度測定方法は、前記測定部は、第１の測定部と第２の測定部とを含み、前記第１の測定部について、前記第１の工程を実施した後の前記第２の工程において、前記表面増強ラマン散乱光の強度が所定の閾値未満の場合に、前記第１の測定部を使用することは不能であると判定し、その後、前記第２の測定部について、前記第１の工程を実施した後の前記第２の工程において、前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記第２の測定部の使用可否を判定してもよい。
【００２７】
これにより、第２の測定部についても同じの操作を繰り返すため、効率よく検査を実施することができる。
【００２８】
例えば、本開示の一態様に係る濃度測定方法は、前記第１の工程における前記第１の光の照射と、前記第３の工程における前記第２の光の照射とは、同一の光源によって行われてもよい。
【００２９】
これにより、光源の切り替えを行う必要がなく、簡便に測定を行うことができる。
【００３０】
例えば、本開示の一態様に係る濃度測定方法は、前記第１の光及び前記第２の光は、同一波長であってもよい。
【００３１】
これにより、簡便に測定を行うことができる。
【００３２】
例えば、本開示の一態様に係る濃度測定方法は、前記第１の工程における前記第１の光の照射パワーは、前記第３の工程における前記第２の光の照射パワーよりも大きくてもよい。
【００３３】
第３の工程で検出される表面増強蛍光の強度は、通常の蛍光法で検出される蛍光の強度よりも１〜３桁程度高いため、第２の光の照射パワーが比較的小さくても、表面増強蛍光を検出できる。そのため、第３の工程における第２の光の照射パワーは、第１の工程における第１の光の照射パワーよりも小さくてもよい。これにより、消費エネルギーを低減することができる。
【００３４】
また、本開示の一態様に係る濃度測定装置は、測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する測定部に、光を照射する光照射部と、前記測定対象物質と結合する性質を有する、蛍光物質で標識された第２の特異的結合物質と、前記測定対象物質とを含む試料を、前記測定部に導入する試料導入部と、表面増強ラマン散乱光及び表面増強蛍光を検出する光検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記光照射部を制御して、前記測定部に前記第１の光を照射し、前記第１の光の照射に応じて前記光検出部で検出された前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記測定部の使用可否を判定し、使用可能と判定された前記測定部に、前記導入部を制御して前記試料を導入し、前記試料が導入された前記測定部に、前記光照射部を制御して前記第２の光を照射し、前記第２の光の照射に応じて前記光検出部で検出された表面増強蛍光の強度に基づいて、前記測定対象物質の濃度を算出する。
【００３５】
これにより、測定対象物質の濃度を測定する前に、測定部に第１の光を照射するだけで、測定部の第１の特異的結合物質の固定化密度及び金属ナノ構造の増強度の双方を検査することができ、適切な測定部のみを選択して測定に使用することができる。そのため、簡便に、かつ、高精度に測定対象物質の濃度を測定することができる。
【００３６】
例えば、本開示の一態様に係る濃度測定装置は、前記測定部は、第１の測定部と第２の測定部とを含み、前記制御部は、前記第１の測定部について使用不能と判定した場合に、前記第１の測定部には、前記試料の導入及び前記第２の光の照射を行わずに、前記第２の測定部の使用可否を判定してもよい。
【００３７】
これにより、試料及び第２の光の照射により消費されるエネルギーを無駄に使用することがなくなるため、適切に測定を実施することができる。
【００３８】
また、本開示の一態様に係る検査方法は、測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する測定部に、第１の光を照射して、前記第１の特異的結合物質の表面増強ラマン散乱光を検出する第１の工程と、前記表面増強ラマン散乱光の強度に基づいて、前記測定部の使用可否を判定する第２の工程と、を含む。
【００３９】
これにより、測定に使用する前に適切な測定部のみを選択することができるだけでなく、測定部を出荷する前に適切な測定部のみを選択して、例えば、識別子などに情報を紐づけすることができる。
【００４０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００４１】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。
【００４２】
（実施の形態）
以下、本開示の実施の形態に関して図１及び図２を用いて説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る濃度測定装置１００の構成図である。
【００４３】
本実施の形態に係る濃度測定装置１００は、測定対象物質の濃度を測定する装置であって、光照射部１２と試料導入部２１と光検出部１７と制御部１８とを備える。
【００４４】
光照射部１２は、複数の測定部１９のそれぞれに光を照射する。ここで、測定部１９は、測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質が固定された金属ナノ構造を有する。
【００４５】
試料導入部２１は、測定対象物質と結合する性質を有する、蛍光物質で標識された（以下、「蛍光標識された」と称する。）第２の特異的結合物質と、測定対象物質とを含む試料２２を測定部１９に導入する。
【００４６】
光検出部１７は、表面増強ラマン散乱光及び表面増強蛍光を検出する。
【００４７】
なお、特異的結合物質とは、測定対象物質に特異的に結合する性質を有する物質をいい、例えば、抗体、抗原、ハプテン、オリゴヌクレオチド、エフェクター、レセプター、酵素、酵素補助因子、または酵素阻害剤などが、特異的結合物質の一例として挙げられる。中でも、特異性及び安定性の観点から、特異的結合物質は抗原及び抗体であってもよい。本実施の形態では、第１の特異的結合物質及び第２の特異的結合物質の一例として、抗体を挙げて説明する。
【００４８】
また、測定対象物質とは、抗原抗体反応により第１の特異的結合物質と結合して免疫複合体を形成し得るものであればよい。例えば、細菌（特に、病原性細菌）、放線菌、酵母、カビ、またはウイルスなどの微生物が、測定対象物質の一例として挙げられる。また、例えば、それら微生物に対する抗体、または細菌などが産生する毒素が、測定対象物質の一例として挙げられる。また、例えば、腫瘍マーカー抗原などの生体試料中の抗原性ペプチドなどが、測定対象物質の一例として挙げられる。本実施の形態では、インフルエンザウイルスの核タンパク質（ＮＰ：Ｎｕｃｌｅｏｐｒｏｔｅｉｎ）を測定対象物質の一例として説明する。
【００４９】
図１に示すように、複数の測定部１９は、例えば、複数の測定部１９ａ〜１９ｆである。ここで、複数の測定部１９ａ〜１９ｆは、使用可否を判定する検査に供される順に、それぞれ第１の測定部１９ａ、第２の測定部１９ｂ、第３の測定部１９ｃ、第４の測定部１９ｄ、第５の測定部１９ｅ及び第６の測定部１９ｆと称される。
【００５０】
また、測定部１９は、例えば、基板上に設けられる。この測定部１９が設けられた基板がセンサデバイス１１として使用される。この場合、測定部１９は、センサデバイス１１の一部に設けられてもよく、全体に亘って設けられてもよい。また、センサデバイス１１の基板は、矩形状であってもよく、円形状であってもよい。
【００５１】
以下、濃度測定装置１００に含まれる各構成について、具体的に説明する。
【００５２】
光照射部１２は、例えば、レーザ発振器であり、測定部１９に略平行な光である第１の光１３ａまたは第２の光１３ｂを照射する。測定前に適切な測定部１９を選択するために、測定部１９の感度を検査する場合は、光照射部１２は、測定部１９に第１の光１３ａを照射する。また、測定部１９に試料２２を導入し、測定対象物質の濃度を測定する場合は、光照射部１２は、測定部１９に第２の光１３ｂを照射する。第１の光１３ａ及び第２の光１３ｂは、同一波長であってもよい。また、第１の光１３ａの照射パワーは、第２の光１３ｂの照射パワーよりも大きくてもよい。
【００５３】
試料導入部２１は、試料２２を測定部１９に導入するが、試料２２は、上述のとおり測定対象物質と蛍光標識された抗体（以下、単に、「標識抗体」と称する。）との混合物であってもよく、混合物でなくてもよい。試料２２が混合物でない場合、試料導入部２１は、例えば、測定対象物質を測定部１９に導入し、測定対象物質が、測定部１９の金属ナノ構造に固定化された抗体（以下、単に、「固定化抗体」と称する。）に結合した後、測定対象物質に特異的に結合する標識抗体を測定部１９に導入してもよい。
【００５４】
光検出部１７は、固定化抗体の表面増強ラマン散乱光１４ａまたは標識抗体の蛍光物質の表面増強蛍光１４ｂ（図２の（ｂ）参照）を分光して検出する。測定部１９で発生した表面増強ラマン散乱光１４ａまたは表面増強蛍光１４ｂは、レンズ１５で集光され、光検出部１７に入射する。このとき、光照射部１２が測定部１９に照射した略平行な光である第１の光１３ａまたは第２の光１３ｂ（図２の（ｂ）参照）の反射光もレンズ１５で集光されるが、フィルター１６によって第１の光１３ａまたは第２の光１３ｂの波長の光が遮断される。そのため、光検出部１７では、表面増強ラマン散乱光１４ａのスペクトルまたは表面増強蛍光１４ｂのスペクトルの出力信号が検出される。ここで、フィルター１６は、光照射部１２からの略平行な光である第１の光１３ａ及び第２の光１３ｂを透過させず、かつ、測定部１９で発生した表面増強ラマン散乱光１４ａ及び表面増強蛍光１４ｂを透過させることができるフィルターであれば、特に限定されない。例えば、フィルター１６は、ロングパスフィルターであってもよい。
【００５５】
また、濃度測定装置１００は、位置制御部２０を備えてもよい。位置制御部２０は、制御部１８からのコマンドに応じて、センサデバイス１１をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させる。
【００５６】
制御部１８は、例えば、コンピュータであり、光照射部１２、光検出部１７、位置制御部２０、及び試料導入部２１を制御する。
【００５７】
図２は、本実施の形態に係る濃度測定装置１００の動作を説明するための図である。
【００５８】
まず、濃度測定装置１００は、測定部１９の検査を行う。具体的には、制御部１８は、図２の（ａ）に示すように、位置制御部２０にコマンドを送信し、センサデバイス１１を所定の位置に移動させることによって、略平行な光である第１の光１３ａが照射される測定部１９（ここでは、第１の測定部１９ａとする。）を選択する。次に、制御部１８は、光照射部１２に所定のコマンドを送信し、略平行な光である第１の光１３ａの波長及び照射パワーを制御する。次に、制御部１８は、光検出部１７からの出力信号を受信する。その出力信号は、表面増強ラマン散乱光１４ａのスペクトルを示す。制御部１８は、表面増強ラマン散乱光１４ａのスペクトルに基づいて、第１の測定部１９ａの利用の可否を判定する。次に、制御部１８は、位置制御部２０にコマンドを送信し、センサデバイス１１を所定の位置に移動させることによって、使用可否を判定する他の測定部１９ｂ〜１９ｆを選択する。上述の動作と同様にして、制御部１８は、他の測定部１９ｂ〜１９ｆの使用可否を判定する。
【００５９】
続いて、濃度測定装置１００は、測定対象物質の濃度測定を行う。つまり、第１の測定部１９ａが使用可能と判定された場合、制御部１８は、図２の（ｂ）に示すように、第１の測定部１９ａに試料２２を導入するコマンドを試料導入部２１に送信し、測定対象物質の濃度測定を開始する。具体的には、制御部１８は、試料導入部２１にコマンドを送信し、測定対象物質の濃度測定に使用可能な第１の測定部１９ａに試料２２を導入する。次に、制御部１８は、光照射部１２にコマンドを送信し、略平行な光である第２の光１３ｂの波長及び照射パワーを制御する。次に、制御部１８は、光検出部１７からの出力信号を受信する。その出力信号は、表面増強蛍光１４ｂのスペクトルを示す。制御部１８は、表面増強蛍光１４ｂのスペクトルに基づいて、測定対象物質の濃度を算出する。次に、制御部１８は、位置制御部２０にコマンドを送信し、センサデバイス１１を所定の位置に移動させ、測定対象物質の濃度測定に使用可能な他の測定部１９を選択する。上述の動作と同様にして、制御部１８は、他の測定部１９において、測定対象物質の濃度を測定する。
【００６０】
具体的には、制御部１８は、試料導入部２１を制御して、蛍光標識された抗体と測定対象物質とを含む試料（以下、サンプル溶液２２と称する場合がある。）を第１の測定部１９ａに導入する。サンプル溶液２２が導入された第１の測定部１９ａでは、標識抗体と測定対象物質とが結合した複合体が第１の測定部１９ａの固定化抗体と結合する。この結合に要する時間が経過した後に、第１の測定部１９ａからサンプル溶液２２を除去し、第１の測定部１９ａを緩衝液等で洗浄することで、固定化抗体と結合しなかった複合体を第１の測定部１９ａから除去する。次に、低出力の略平行な光である第２の光１３ｂを、使用可能と判定された第１の測定部１９ａに照射する。これにより、第１の測定部１９ａの金属ナノ構造の表面で局在化表面プラズモン共鳴が引き起こされ、複合体の蛍光物質の蛍光が増強される。この表面増強蛍光１４ｂはレンズ１５で集光され、表面増強蛍光１４ｂのみがフィルター１６を透過し、光検出部１７に入射する。このようにして、光検出部１７は、表面増強蛍光１４ｂを分光して検出できる。光検出部１７は、表面増強蛍光１４ｂの強度に基づいた出力信号を制御部１８に送信する。制御部１８は、この出力信号を受信して、測定対象物質の濃度を算出する。測定対象物質の濃度を測定するステップでは、制御部１８は、光照射部１２を制御して、第２の光１３ｂのパワーを第１の光１３ａのパワーよりも大幅に低減させる。なお、他の測定部１９ｂ〜１９ｆについても使用可能と判定された場合、上述した手順と同様にして測定対象物質の濃度を測定する。
【００６１】
測定対象物質の濃度は、一定体積の溶媒中に含まれる微生物の遺伝子または核タンパク質などの測定対象物質の、例えば、質量、モル数またはｕｎｉｔ数で表されてもよい。
【００６２】
一方、図２（ａ）に示す例において、第１の測定部１９ａが使用不能と判定された場合、制御部１８は、第１の測定部１９ａには、試料２２の導入及び第２の光１３ｂの照射を行わず、第２の測定部１９ｂの使用可否を判定する。このとき、制御部１８は、位置制御部２０にセンサデバイス１１を移動させるコマンドを送信し、第２の測定部１９ｂを所定の位置に移動させる。次に、制御部１８は、光照射部１２に第１の光１３ａを照射するコマンドを送信して、第２の測定部１９ｂに第１の光１３ａを照射させる。次に、光検出部１７は、光検出部１７で検出した表面増強ラマン散乱光の強度に基づいた出力信号を、制御部１８に送信する。制御部１８は、光検出部１７からの出力信号を受信し、第２の測定部１９ｂの使用可否を判定する。第２の測定部１９ｂが使用可能と判定された場合、制御部１８は、上述の動作と同様にして、つまり、図２の（ｂ）に示すように、測定対象物質の濃度を測定するステップを開始する。
【００６３】
第１の測定部１９ａに続き、第２の測定部１９ｂが使用不能と判定された場合には、制御部１８は、第２の測定部１９ｂには、試料２２の導入及び第２の光１３ｂの照射を行わず、上述した動作と同様に、位置制御部２０及び光照射部１２のそれぞれにコマンドを送信し、第３の制御部１９ｃの使用可否を判定する。なお、制御部１８は、他の測定部１９ｄ〜１９ｆについても、同様の手順でそれぞれの測定部１９ｄ〜１９ｆの使用可否を判断し、適切な測定部１９を選択する。
【００６４】
なお、本実施の形態に係る濃度測定方法では、測定部１９の使用可否を判定しながら、使用可能な測定部１９で測定対象物質の濃度測定を行うが、センサデバイス１１上の全ての測定部１９の使用可否の判定を一度に行った後、測定対象物質の濃度測定を行ってもよい。この場合、使用可能と判定された測定部１９の情報を制御部１８の記憶部に記憶させる。これにより、測定対象物質の濃度測定を行う場合に、制御部１８は、使用可能と判定された測定部１９の情報に基づき、位置制御部２０にコマンドを送信することによって、センサデバイス１１の位置を制御することができる。
【００６５】
図３は、本実施の形態に係る濃度測定方法のフローチャートである。図３に示すように、本実施の形態に係る濃度測定方法は、大きく分けて２つのステップがある。１つは、測定部１９の感度を検査する（以下、検査ステップという）ステップＳ１０であり、もう１つは、測定対象物質の濃度を測定するステップ（以下、測定ステップという）Ｓ２０である。
【００６６】
検査ステップＳ１０では、濃度測定装置１００は、まず、測定対象物質に結合する性質を有する第１の特異的結合物質（抗体）が固定された金属ナノ構造を有する測定部１９に、第１の光１３ａを照射して、第１の特異的結合物質（抗体）の表面増強ラマン散乱光１４ａを検出する（ステップＳ０１）。次に、濃度測定装置１００は、測定部１９から得られる表面増強ラマン散乱光１４ａの強度が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ０２）。ここで、濃度測定装置１００は、所定の閾値以上である場合（ステップＳ０２でＹＥＳ）、測定部１９が使用可能であると判定する。一方、測定部１９から得られる表面増強ラマン散乱光の強度が所定の閾値未満である場合（ステップＳ０２でＮＯ）、濃度測定装置１００は、測定部１９が使用不能と判定する。
【００６７】
次に、測定ステップＳ２０では、濃度測定装置１００は、まず、ステップＳ０２で使用可能と判定された測定部１９に、測定対象物質と結合する性質を有する、蛍光標識された第２の特異的結合物質（標識抗体）と、測定対象物質とを含む試料２２を導入する（ステップＳ０３）。次に、濃度測定装置１００は、測定部１９に、第２の光１３ｂを照射して、蛍光物質の表面増強蛍光１４ｂを検出し、測定対象物質の濃度を測定する（ステップＳ０４）。
【００６８】
図４は、図３のステップＳ０３における他の処理を示すフローチャートである。上述したように、ステップＳ０３では、蛍光標識された第２の特異的結合物質（標識抗体）と測定対象物質とが結合した複合体を試料２２として測定部１９に導入してもよく、図４に示す手順で試料２２を導入してもよい。
【００６９】
まず、濃度測定装置１００は、測定対象物質を測定部１９に導入し（ステップＳ０３１）、測定対象物質を測定部１９の固定化抗体に結合させる。測定部１９から余剰の測定対象物質を除去し、測定部１９緩衝液等で洗浄することで、固定化抗体と結合しなかった測定対象物質を測定部１９から除去する。次に、濃度測定装置１００は、蛍光標識された第２の特異的結合物質（標識抗体）を測定部１９に導入し（ステップＳ０３２）、標識抗体を固定化抗体に結合した測定対象物質に結合させる。測定部１９から余剰の標識抗体を除去し、測定部１９を緩衝液等で洗浄することで、測定対象物質と結合しなかった標識抗体を測定部から除去する。
【００７０】
以下、ステップＳ０１（第１の工程）及びステップＳ０４（第４の工程）について詳細に説明する。なお、ステップＳ０２（第２の工程）及びステップＳ０３（第３の工程）については、実施例で詳細に説明する。
【００７１】
図５は、第１の工程を説明するための、図１のＶ−Ｖ線における測定部１９の一部を示す概略断面図である。図５に示すように、測定部１９は、一方の面に複数の半球状の突起を有する基板３１と、基板３１に形成された複数の半球状の突起の表面を被覆する金属薄膜３２と、金属薄膜３２に固定された第１の特異的結合物質（固定化抗体）３３とを有する。
【００７２】
基板３１は、例えば、オレフィン等の樹脂で構成される。基板３１の一方の面には直径が１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度の半球状の突起が複数形成されている。半球状の突起は、例えば、ナノインプリント法で形成される。
【００７３】
金属薄膜３２の材料は、局在化表面プラズモン共鳴を生じさせうる金属であれば特に限定されない。金属薄膜３２の材料は、例えば、金、銀、銅またはアルミニウム等の金属、またはこれらの合金等が挙げられる。また、金属薄膜３２の膜厚は、３０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。金属薄膜３２は、基板３１の一方の面に複数形成された半球状の突起の全てを被覆している。このように、金属薄膜３２で被覆された、直径が１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度の半球状の突起構造を、金属ナノ構造という。この金属ナノ構造に特定の波長の光を照射すると、局在化表面プラズモン共鳴が発生する。
【００７４】
また、金属薄膜３２は、試料２２と接する側の表面に、測定対象物質２３と結合する第１の特異的結合物質（固定化抗体）３３が固定化されている。この測定部１９に、金属ナノ構造で局在化表面プラズモン共鳴を誘起できる波長の略平行な光である第１の光１３ａを照射すると、固定化抗体３３の表面増強ラマン散乱光１４ａが発生する。なお、本図では省略しているが、測定部１９で発生した表面増強ラマン散乱光１４ａは、レンズ１５（図１参照）で集光され、表面増強ラマン散乱光１４ａのみがフィルター１６（図１参照）を透過し、光検出部１７（図１参照）に入射する。
【００７５】
この表面増強ラマン散乱光１４ａは、固定化抗体３３のラマン散乱光が金属ナノ構造で発生した局在化表面プラズモン共鳴の効果を受けて増強された光である。ここで、「金属ナノ構造の増強度」とは、金属ナノ構造で発生する局在化表面プラズモン共鳴の影響を受けていない通常のラマン散乱光の強度と、表面増強ラマン散乱光の強度との比（表面増強ラマン散乱光の強度／通常のラマン散乱光の強度）である。
【００７６】
この増強度は、金属ナノ構造のサイズ、金属種、金属表面の粗さによって決まり、１０１〜１０１３程度の広範囲に及ぶ。本実施の形態では、図５の基板３１上の複数の半球状の突起の直径、金属薄膜３２の膜厚及び表面粗さによって金属ナノ構造の増強度が決まり、各測定部１９におけるこれらの僅かの違いが、測定部１９における金属ナノ構造の増強度の違いになる。
【００７７】
また、固定化抗体３３のラマン散乱光の強度は固定化抗体の密度にも依存している。そのため、固定化抗体の密度の増加に応じて、固定化抗体の表面増強ラマン散乱光の強度も増加する。略平行な光である第１の光１３ａの照射領域は一定であり、この照射領域中に固定化されている固定化抗体の数、即ち、固定化密度に比例した強度の固定化抗体の通常のラマン散乱光が発生する。この通常のラマン散乱光は、さらに照射領域にある金属ナノ構造の局在化表面プラズモンにより増強される。固定化抗体の表面増強ラマン散乱光の強度は、固定化密度に金属ナノ構造の増強度を乗じた値に比例する。この固定化密度に金属ナノ構造の増強度を乗じた値は、測定部１９の感度と正の相関があるので、固定化抗体の表面増強ラマン散乱光の強度を判定することにより、各測定部１９の感度を判定することができる。
【００７８】
図６は、第４の工程を説明するための、図１のＶ−Ｖ線における測定部１９の一部を示す概略断面図である。なお、図５で説明した内容と同様のものについては、ここでの説明を省略する。
【００７９】
第３の工程で測定部１９に導入された上述の試料２２は、蛍光物質２４で標識された第２の特異的結合物質２５（標識抗体２６）と測定対象物質２３とを含む。ここでは、試料２２の一例として、標識抗体２６と測定対象物質２３とが結合した複合体２７を挙げて説明する。測定部１９の固定化抗体３３は、測定対象物質２３と特異的に結合する性質を有する。そのため、測定対象物質２３は、測定部１９の固定化抗体３３と特異的に結合する。
【００８０】
第４の工程では、第３の工程で使用可能と判定された測定部１９に、試料２２を導入し、測定部１９の固定化抗体３３と結合した複合体２７の量を第２の光１３ｂを照射して測定する。第２の光１３ｂは、金属ナノ構造に局在化表面プラズモン共鳴を発生させ、かつ、標識抗体２６の蛍光物質２４を励起させる波長の略平行な光である。測定部１９に第２の光１３ｂを照射すると、複合体２７の蛍光物質２４の表面増強蛍光１４ｂが発生する。なお、本図では省略しているが、測定部１９で発生した表面増強蛍光１４ｂは、レンズ１５（図１参照）で集光され、表面増強蛍光１４ｂのみがフィルター１６（図１参照）を透過し、光検出部１７（図１参照）に入射する。光検出部１７は、表面増強蛍光１４ｂのスペクトルの強度に基づく出力信号を制御部１８（図２の（ｂ）参照）に送信する。制御部１８は、その出力信号を受信し、測定対象物質２３の濃度を算出する。
【００８１】
次に、測定対象物質２３の濃度を測定する手順を簡単に説明する。固定化抗体３３が金属ナノ構造の金属薄膜３２に固定化された測定部１９に、制御部１８（図１参照）が位置制御部２０（図１参照）及び試料導入部２１（図１参照）を制御して、上述の測定対象物質２３を含む試料２２を導入する。そうすると、標識抗体２６と測定対象物質２３とが結合した複合体２７が固定化抗体３３と結合する。この結合に要する時間が経過した後に、試料２２を測定部１９から除去した後、測定部１９を緩衝液等で洗浄する。この洗浄により、固定化抗体３３と結合しなかった、標識抗体２６と測定対象物質２３とが結合した複合体２７、及びサンプル溶液２２中の共存物質が除去される。標識抗体２６は、測定対象物質２３を介して固定化抗体３３に結合する。固定化抗体３３と結合した標識抗体２６の数は、測定対象物質２３の濃度に応じて増加する。また、発生する表面増強蛍光１４ｂの強度は、標識抗体２６の数に比例するので、光検出部１７（図１参照）が表面増強蛍光１４ｂの強度を検出することで、制御部１８は測定対象物質２３の濃度を算出する。
【００８２】
ここで、固定化抗体３３の密度が増加すると、固定化抗体３３に捕捉される標識抗体２６の数は増加する。さらに、表面増強蛍光１４ｂの強度は金属ナノ構造の増強度に比例する。従って、表面増強蛍光１４ｂの強度は、固定化密度及び金属ナノ構造の増強度を乗じた値に正の相関を持つ。サンプル溶液２２中の測定対象物質２３の濃度が同じでも、固定化密度及び金属ナノ構造の増強度を乗じた値が増加すれば、表面増強蛍光１４ｂの強度も増加する。従って、固定化密度及び金属ナノ構造の増強度を乗じた値の増加は、測定部１９の感度が向上することを意味する。そのため、上記したように固定化抗体３３の表面増強ラマン散乱光１４ａ（図１参照）の強度を測定することで、測定部１９の感度を判定できる。
【００８３】
なお、表面増強蛍光１４ｂの強度から測定対象物質２３の濃度を算出するときは、事前に濃度が既知の標準溶液を用いて表面増強蛍光１４ｂの強度と測定対象物質２３の濃度との関係を示す検量線を作成するとよい。これにより、検量線を参照して、表面増強蛍光スペクトルのピークを示す波長の蛍光強度から濃度を算出できる。
【００８４】
以上のように、本実施の形態に係る濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法により、測定部１９の感度を濃度測定に使用する前に非破壊で判定することができる。また、使用可能な測定部を選択し、すぐにその測定部を濃度測定に使用することで、測定対象物質の濃度測定の精度を向上させることができる。
【００８５】
（実施例）
本実施の形態における実施例を以下に説明する。
【００８６】
［準備］
本実施例では、金属薄膜３２として膜厚３００ｎｍの金薄膜を、基板３１として厚さ１８８μｍのオレフィンフィルムを用いた。また、測定対象物質２３として、インフルエンザウイルスの核タンパク質（ＮＰ：Ｎｕｃｌｅｏｐｒｏｔｅｉｎ）を用いた。固定化抗体３３及び標識抗体２６は、ＮＰと特異的に結合するモノクローナル抗体である。なお、固定化抗体３３及び標識抗体２６は、それぞれＮＰとの結合部位が異なる。そのため、固定化抗体３３及び標識抗体２６は、固定化抗体３３、ＮＰ、標識抗体２６の順にＮＰを介して結合する。これをサンドイッチ結合という。標識抗体２６は、固定化抗体３３とは異なる、ＮＰと特異的に結合するモノクローナル抗体を、蛍光物質２４で修飾したものを用いた。
【００８７】
［固定化抗体の固定化方法］
金薄膜上に、チオール基末端とカルボキシル基末端とを有する分子（以下、チオール誘導体と称する。）からなる自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成した。具体的には、ＳＡＭは、チオール誘導体を溶解したエタノール溶液（以下、チオール誘導体のエタノール溶液と称する。）に、金属ナノ構造を浸漬して形成した。このとき、チオール誘導体のエタノール溶液の濃度は０．１ｍＭ〜１０ｍＭであり、金属ナノ構造の浸漬時間は１時間〜１２時間である。これにより、チオール基末端が金属薄膜の金と結合するので、カルボキシル基末端を表面に有するＳＡＭが形成された。次いで、カルボキシル基末端を表面に有するＳＡＭのカルボキシル基に、アミノカップリング法により固定化抗体のアミノ基を共有結合で連結させて、固定化抗体を金属薄膜上に固定化した。固定化抗体の固定化密度は、ＳＡＭの密度及びアミノカップリング法による固定化抗体のアミノ基とＳＡＭ表面のカルボキシル基との共有結合の結合収率に依存している。
【００８８】
ＳＡＭの密度は次の原因で低下する。金属薄膜３２上に残渣物が残留していると、残渣物が残留している領域では、チオール誘導体のチオール基が金属薄膜３２を構成する金と結合できないので、ＳＡＭが形成されない領域、すなわち、ピンホールが発生する。また、チオール誘導体のエタノール溶液に金属ナノ構造を浸漬するときに、金属ナノ構造が複数の半球状の突起を有するため、気泡が金属薄膜３２に引っかかる場合がある。その場合、気泡が金属薄膜３２に引っかかった領域でも、チオール誘導体のチオール基が金属薄膜３２を構成する金と結合できないので、ＳＡＭが形成されない領域、すなわち、ピンホールが発生する。これらの原因で発生したピンホールによって、ＳＡＭの密度が低下する。
【００８９】
さらに、アミノカップリング法による固定化抗体のアミノ基とＳＡＭ表面のカルボキシル基との共有結合の結合収率は、ＳＡＭ上の残渣物、カップリング反応を進める材料の活性の低下、残留した気泡によって低下する。
【００９０】
上記の要因で、センサデバイス１１を作製した時点でも、センサデバイス１１上に設けられた複数の測定部１９における固定化抗体の固定化密度は、ばらつく。さらに、センサデバイス１１を一定期間保存した後、濃度測定に使用する場合、センサデバイス１１の保存環境によっては、センサデバイス１１上に設けられた複数の測定部１９における固定化抗体の固定化密度は、ばらつきがさらに大きくなる。そのため、センサデバイス１１を一定期間保存した場合、各測定部１９の感度は、センサデバイス１１の製造直後よりもさらにばらつく。
【００９１】
［検査方法］
センサデバイス１１上の測定部１９に、略平行な光である第１の光１３ａを照射した。このとき、第１の光１３ａの波長は７８５ｎｍであり、測定部における第１の光の照射パワーは５０ｍＷであった。本実施例における金属ナノ構造では、測定部１９に第１の光１３ａ（波長：７８５ｎｍ）を照射すると局在化表面プラズモン共鳴が発生するので、金属薄膜３２の近傍にある固定化抗体３３のラマン散乱光が増強され表面増強ラマン散乱光１４ａとなる。この表面増強ラマン散乱光１４ａについて図７を用いて説明する。
【００９２】
図７は、固定化抗体３３を金属ナノ構造に固定化する前後の測定部１９の表面増強ラマン散乱スペクトルを示す図である。図７では、横軸はラマンシフト（ｃｍ−１）を示し、縦軸は表面増強ラマン散乱光の強度（カウント）を示す。点線で示すスペクトルは、固定化抗体３３を金属ナノ構造に固定化する前の測定部１９で生じた表面増強ラマン散乱光のスペクトルを示す。このとき、金属ナノ構造の表面は金属薄膜３２で覆われている。実線で示すスペクトルは、固定化抗体３３を金属ナノ構造に固定化した後の測定部１９で生じた表面増強ラマン散乱光１４ａのスペクトルを示す。
【００９３】
点線で示すスペクトルには、幾つかのブロードなピークが見られるが、これらのピークは、金薄膜上の残渣物の表面増強ラマン散乱光１４ａのバンドに由来したものである。一方、実線で示すスペクトルにおいて、丸ａ及び丸ｂで囲んだ部分に、幾つかのシャープなピークが見られる。これらのピークは、固定化抗体３３の表面増強ラマン散乱光１４ａのバンドに由来したものであり、１０３０ｃｍ−１、１０８０ｃｍ−１、１１３０ｃｍ−１、１３２０ｃｍ−１、及び１４６０ｃｍ−１付近に位置している。これらの固定化抗体３３の表面増強ラマン散乱光１４ａのバンドの強度は、金属ナノ構造に固定化された固定化抗体３３の密度に比例する。
【００９４】
図８は、センサデバイス１１上に配置された６つの測定部１９それぞれに固定化された固定化抗体３３の表面増強ラマン散乱スペクトルを示す図である。実線で示した３つのスペクトル（Ａ群）では、丸ｃ及び丸ｄで囲んだ部分の固定化抗体３３の表面増強ラマン散乱光１４ａのバンドの強度は閾値以上であるので、金属ナノ構造に固定化された固定化抗体３３の密度は十分であると判定され、これらの３つの測定部１９は測定対象物質の濃度測定に使用可能であると判定される。一方、点線で示した３つのスペクトル（Ｂ群）では、丸ｅ及び丸ｆで囲んだ部分の固定化抗体３３の表面増強ラマン散乱光の強度は閾値よりも小さいので、金属ナノ構造に固定化された固定化抗体３３の密度は不十分であると判定され、これらの３つの測定部１９は測定対象物質の濃度測定に使用不能であると判定される。
【００９５】
ここで、測定部１９の使用可否を判定する表面増強ラマン散乱光１４ａの強度の閾値の一例として、丸ｃ及び丸ｅで囲んだ部分に検出される１０３０ｃｍ−１、１０８０ｃｍ−１、及び１１３０ｃｍ−１付近のバンドに対しては、閾値は４５００カウントであり、丸ｄ及び丸ｆで囲んだ部分に検出される１３２０ｃｍ−１及び１４６０ｃｍ−１付近のバンドに対しては、閾値は３０００カウントである。ただし、これらの閾値は、目標とする測定部１９の感度に応じて設定する。例えば、高感度の測定部１９のみ利用したい場合は、上記一例よりも閾値を高く設定する。さらに、感度の均一性を向上させたい場合は、閾値に基準範囲を設け、バンドの強度が、基準範囲にある場合を利用可能としてもよい。例えば、１０３０ｃｍ−１、１０８０ｃｍ−１、及び１１３０ｃｍ−１付近のバンドに対して、５０００カウント〜６０００カウントを閾値の基準範囲に設定して、この範囲にカウントが現れる測定部１９を利用可能と判定する。なお、閾値は、固定化抗体３３を金属ナノ構造に固定化する前の測定部１９で生じた表面増強ラマン散乱光１４ａのスペクトル（図７の点線で示すスペクトル）に対する固定化抗体３３を金属ナノ構造に固定化した後の測定部１９で生じた表面増強ラマン散乱光１４ａのスペクトル（図７の実線で示すスペクトル）の比率に基づいて設定してもよい。例えば、閾値は、固定化抗体３３を金属ナノ構造に固定化する前の測定部１９で生じた表面増強ラマン散乱光１４ａの強度の１．５倍以上であってもよい。
【００９６】
［濃度測定方法］
次に、測定対象物質の濃度を測定する方法について説明する。
【００９７】
測定対象物質２３であるＮＰを含んだ試料２２（サンプル溶液）を測定部１９に導入した。ここで、サンプル溶液２２中のＮＰは、蛍光物質２４で標識された抗体２５と複合体２７を形成しているものを使用した。このようなサンプル溶液２２は、固定化抗体３３を固定化した測定部１９に接触すると、複合体２７が固定化抗体３３に結合するため、サンプル溶液２２中のＮＰの濃度に応じた数の標識抗体２６が固定化抗体３３に結合する。次いで、センサデバイス１１上の測定部１９に、略平行な光である第２の光１３ｂを照射し、標識抗体２６の表面増強蛍光のスペクトルを約０．０５秒で取得した。このとき、第２の光１３ｂの波長は、第１の光１３ａの波長と同一であり、測定部１９における第２の光１３ｂの照射パワーは５μＷである。なお、第２の光１３ｂの照射パワーでは、固定化抗体の表面増強ラマン散乱光１４ａは観測できず、後述する表面増強蛍光スペクトルには表れない。
【００９８】
図９は、測定対象物質２３（ＮＰ）と結合した標識抗体２６の表面増強蛍光スペクトルを示す図である。図９では、横軸は得られる表面増強蛍光光の波長（ｎｍ）を示し、縦軸は表面増強蛍光スペクトルの強度を示す。実線で示すスペクトル（Ｃ）は、ＮＰ濃度が高い場合の表面増強蛍光スペクトルであり、点線で示すスペクトル（Ｄ）は、ＮＰ濃度が低い場合の表面増強蛍光スペクトルである。
【００９９】
図９に示すように、スペクトルＣ及びスペクトルＤのピークは、約８００ｎｍであった。そのため、制御部１８は光検出部１７から出力された出力信号のうち、表面増強蛍光スペクトルのピークがある８００ｎｍの強度を示す出力信号に基づいて、ＮＰの濃度を算出した。
【０１００】
以上のように、本実施例によれば測定対象物質の濃度を測定する前に、濃度測定に使用可能な測定部を選択することができるので、濃度測定の信頼性及び精度を向上することができる。さらに、サンプル溶液の浪費を抑制することができる。
【０１０１】
本開示に係る濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法は、上記実施例で示したように、簡易に、かつ、高精度に測定対象物質の濃度を測定するために、測定部に照射する略平行な光の照射パワーを変更し、制御部における光検出部の出力信号の解析方法を追加するだけで、非破壊検査を実現できる。即ち、測定部の検査に必要な専用の材料及び新規の構成要素を追加することなく、制御部のプログラムの設定を変えるだけで、非破壊検査を実現できる。そのため、本開示に係る濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法は、簡易で無駄がなく、極めて実用的である。
【０１０２】
また、本開示に係る濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法は、センサデバイスの製造直後だけでなく、センサデバイスを使用する直前に検査できるので、測定部の感度が経時変化によりばらつきが生じても、測定対象物質の濃度を適切に測定できる。
【０１０３】
図１０は、本実施の形態における制御部１８のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すように、制御部１８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）４２と、メインメモリ４３と、入出力部４５と、表示装置４６と、入力装置４７とを備える。
【０１０４】
ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２またはストレージ４４などに記憶された制御プログラムを実行するプロセッサである。
【０１０５】
ＲＯＭ４２は、制御プログラムなどを保持する読み出し専用記憶領域である。例えば、電気的に内容を書き換えることができるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などである。
【０１０６】
メインメモリ４３は、ＣＰＵ４１が制御プログラムを実行するときに使用するワークエリアとして用いられる揮発性の記憶領域である。
【０１０７】
ストレージ４４は、制御プログラム及びコンテンツなどを保持する不揮発性の記憶領域である。
【０１０８】
入出力部４５は、制御部１８に接続されている内部機器と外部機器とに対してデータの入出力を行う入出力インターフェースである。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）または赤外線通信ポートなどのような短距離無線伝達インターフェース、ＩＥＥＥ８０２．３またはＩＥＥＥ８０２．１１などのようなネットワークインターフェースなどである。
【０１０９】
表示装置４６は、情報を画像として表示する表示装置である。表示装置４６は、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどである。
【０１１０】
入力装置４７は、ユーザによる入力操作を受け付ける入力装置である。入力装置４７は、例えば、タッチパネル、キーボードまたはマウスなどである。
【０１１１】
例えば、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２からプログラムを読み出して実行することによって、濃度測定装置１００に対して、図３または図４に示すフローチャートにしたがった処理を実行させる。
【０１１２】
以上、本開示に係る濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法について、実施の形態及び実施例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び実施例に施したものや、実施の形態及び実施例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本開示に係る濃度測定方法、濃度測定装置及び検査方法は、例えば、空港、病院、宿泊施設、または教育機関など人が多く集まる場所に設置され、空気中に浮遊するウイルスの種類または量などを検出するために用いられるウイルス検出装置に有用である。
【符号の説明】
【０１１４】
１１  センサデバイス
１２  光照射部
１３ａ  第１の光
１３ｂ  第２の光
１４ａ  表面増強ラマン散乱光
１４ｂ  表面増強蛍光
１５  レンズ
１６  フィルター
１７  光検出部
１８  制御部
１９、１９ａ〜１９ｆ  測定部
２０  位置制御部
２１  試料導入部
２２  試料（サンプル溶液）
２３  測定対象物質
２４  蛍光物質
２５  第２の特異的結合物質（抗体）
２６  標識抗体
２７  複合体
３１  基板
３２  金属薄膜
３３  第１の特異的結合物質（固定化抗体）
４１  ＣＰＵ
４２  ＲＯＭ
４３  メインメモリ
４４  ストレージ
４５  入出力部
４６  表示装置
４７  入力装置
１００  濃度測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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