(57)【要約】【課題】赤外吸光光度法によりサンプルに含まれる微量成分を高感度で分析する微量成分分析装置を提供することを目的とする。【解決手段】微量成分分析装置１０は、単色光の光線２３を出力する光源１１と、この光線２３の入射面３１，入射した光線２３を反射させる反射面３３，及びこの反射面３３で反射した光線２４を出力する出力面３２を有するプリズム３０と、これら光線２３，２４の光軸上に配置されプリズム３０を挟んでこれら光線２３，２４を多重反射させる共振器２１と、多重反射して共振器２１を通過した光線２５を検出する検出器１６と、プリズム３０の反射面３３にサンプル３５を接触させた状態における検出器１６の検出信号２６に基づいてサンプル３５の微量成分を分析する分析部１７と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を出力する光源と、
前記光線の入射面，入射した前記光線を反射させる反射面，及びこの反射面で反射した光線を出力する出力面を有するプリズムと、
前記光線の光軸上に配置され前記プリズムを挟んで前記光線を多重反射させる共振器と、
前記多重反射して前記共振器を通過した光線を検出する検出器と、
前記プリズムの前記反射面にサンプルを接触させた状態における前記検出器の検出信号に基づいて前記サンプルの微量成分を分析する分析部と、を備えることを特徴とする微量成分分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の微量成分分析装置において、
前記光源が出力する光線は、単色光であることを特徴とする微量成分分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の微量成分分析装置において、
前記光源は、複数の単色光を出力し、
前記共振器は、複数配置され、それぞれにおいて対応する前記単色光を選択的に多重反射させることを特徴とする微量成分分析装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の微量成分分析装置において、
前記共振器を構成する一対のミラーのうちいずれか一方を移動させて前記多重反射の生じる光路長を可変させる光路長可変部を、さらに備えることを特徴とする微量成分分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の微量成分分析装置において、
前記光源が出力する光線は、連続光であり、
前記検出器の検出信号をフーリエ変換して前記共振器を通過した光線の波長スペクトルを導く分光部を、さらに備えることを特徴とする微量成分分析装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の微量成分分析装置において、
前記プリズムの前記反射面には、前記サンプルを収容して加圧するサンプル室が備えられることを特徴とする微量成分分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルに含まれる微量成分を分析する微量成分分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
疾患（癌・糖尿病・胃潰瘍など）の進行とともに増加する生体因子は、血液検査による腫瘍マーカーとして用いられている。しかし、多くの腫瘍マーカーは、健康な人の血液中にも存在するために、腫瘍マーカーの検査のみで疾患の診断ができる場合は限られている（ＰＳＡ：前立腺癌は診断可能）。
また、血液検査をする際に行う採血は、患者に苦痛及び心理的圧迫を与え、また感染症のリスクから完全に免れることができない。
【０００３】
このために、非侵襲による血液中の腫瘍マーカーの濃度レベルのモニタリングが期待されている。この非侵襲によるモニタリング方法の一例として、患者の呼気時の腫瘍マーカーを検出する方法が挙げられる。特に肺癌・乳癌患者と健康な人とでは、呼気中の揮発性有機化合物（アルカン、芳香族化合物、ベンゼン誘電体など）の相対的な濃度が、異なるとの報告がある。
【０００４】
そのような、患者の呼気から検出される腫瘍マーカーは、内因性化合物そのものである場合や、内因性化合物から派生したものである場合がある。そのような腫瘍マーカーを患者の呼気から検出して、血中における内因性化合物の濃度をモニタリングする技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５１９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、現状においては、質量分析法を用いても、すべての内因性化合物を充分な感度で検出することはできていない。このために、呼気から腫瘍マーカーを検出して疾患の診断する技術は実用化に至っていない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、赤外吸光光度法によりサンプルに含まれる微量成分を高感度で分析する微量成分分析装置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】
【０００８】
微量成分分析装置において、光線を出力する光源と、前記光線の入射面，入射した前記光線を反射させる反射面，及びこの反射面で反射した光線を出力する出力面を有するプリズムと、前記光線の光軸上に配置され前記プリズムを挟んで前記光線を多重反射させる共振器と、前記多重反射して前記共振器を通過した光線を検出する検出器と、前記プリズムの前記反射面にサンプルを接触させた状態における前記検出器の検出信号に基づいて前記サンプルの微量成分を分析する分析部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により赤外吸光光度法によりサンプルに含まれる微量成分を高感度で分析する微量成分分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る微量成分分析装置の第１実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明に係る微量成分分析装置の第２実施形態を示すブロック図。
【図３】本発明に係る微量成分分析装置の第３実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明に係る微量成分分析装置の第４実施形態を示すブロック図。
【図５】本発明に係る微量成分分析装置の第５実施形態を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係る微量成分分析装置１０は、単色光の光線２３を出力する光源１１と、この光線２３の入射面３１，入射した光線２３を反射させる反射面３３，及びこの反射面３３で反射した光線２４を出力する出力面３２を有するプリズム３０と、これら光線２３，２４の光軸上に配置されプリズム３０を挟んでこれら光線２３，２４を多重反射させる共振器２１と、多重反射して共振器２１を通過した光線２５を検出する検出器１６と、プリズム３０の反射面３３にサンプル３５を接触させた状態における検出器１６の検出信号２６に基づいてサンプル３５の微量成分を分析する分析部１７と、を備えている。
【００１２】
サンプル３５は、人体の一部（例えば指）等が対象で、疾患診断のマーカーとなる微量成分（生体因子成分）が非侵襲的に検出される。具体的には、指をプリズム３０の反射面３３に押し当てて、血糖値（グルコース）等のモニタリングを実施する。なお、サンプル３５は、特に限定されるものではなく、固体表面を介して成分分析を目的とするものであれば適宜対象となる。
【００１３】
光源１１は、生体因子成分の吸収スペクトルのうちこの生体因子成分に特徴的なピークに対応する波長を有する単色光の光線２３を出力する。
この光源１１が出力した光線２３は、共振器２１の一方のミラー２７を通過した後に、プリズム３０の入射面３１に垂直に入射する。そして、プリズム３０に入射した光線２３は、その反射面３３で全反射すると、サンプル３５に向けてエバネセント波を照射する。サンプル３５に照射されたエバネセント波は、検査対象の生体因子成分と相互作用するために、この生体因子成分の濃度に対応して、反射光線２４の強度が減少する。
【００１４】
ここで、入射光線２３が反射面３３を通過せずに全反射する条件として、入射光線２３の反射面３３に対する入射角が臨界角以上であることが求められ、さらにプリズム３０とその外側（空気又はサンプル３５）との屈折率の差が大きいことが求められる。
このため、プリズム３０は屈折率が２以上であることが望ましく、具体的には高屈折率ガラスＫ−ＰＳＦｎ２１４等が好適に採用される。
【００１５】
共振器２１は、入射した光線の一部を反射して残りを透過するミラー２７，２８の対が、それぞれ入射光線２３の光軸及び反射光線２４の光軸と直交するように配置されている。そして、これらミラー２７，２８の間の光路長Ｌは、光線２３，２４の波長λとした場合、共振条件を成立させるため次式（１）の関係を有している。
ｍλ＝２Ｌ（ｍ：自然数）    （１）
【００１６】
この共振条件の関係を満たすことにより、光線２３，２４は、共振器２１の内部において多重反射した後に、その外部に通過する光線２５を出力することになる。そして、プリズム３０の反射面３３において、サンプル３５内の生体因子成分とエバネセント波との相互作用が繰り返され、通過光線２５の強度がさらに減少する。
これにより、注目する生体因子成分（腫瘍マーカー）を高感度にモニタリングすることができる。
【００１７】
コリメートレンズ１４及び集光レンズ１５は、光源１１と共振器２１のミラー２７との間に設置されている。これにより、コリメートレンズ１４のコリメート径と集光レンズ１５の焦点距離を最適化し、共振器２１のモード整合を行うことにより、生体因子成分の分析の高感度化を図ることができる。
共振器２１を通過した光線２５を検出器１６が受光すると、この検出器１６は、この光線２５の強度を示す検出信号２６を出力する。
【００１８】
分析部１７は、検査対象となる生体因子成分が含まれていない参照サンプル（図示略）を、サンプル３５と共通条件で分析した結果の検出信号をデータ記憶している。
そして、サンプル３５をプリズム３０の反射面３３に接触させた状態で取得した検出信号２６と参照サンプルの検出信号との変化率（ΔＩ／Ｉ）から、サンプル３５の微量成分の定量結果（生体因子成分（腫瘍マーカー）の濃度）が導かれる。
なお、この定量結果は、プリズム３０に接する参照サンプル（図示略）及びサンプル３５における各々の屈折率、吸光度及びエバネセント光の侵入長の違いを考慮した補正を実行することにより、さらに精度が向上する。
【００１９】
（第２実施形態）
図２に示すように、第２実施形態に係る微量成分分析装置１０において、光源１２は複数の単色光（例示は第１単色光２３ａ及び第２単色光２３ｂの二種類）を出力し、共振器２１は複数配置され（図示は第１共振器２１ａ及び第２共振器２１ｂの二つ）それぞれにおいて（第１単色光２３ａ及び第２単色光２３ｂの二種類のうち）対応する単色光を選択的に多重反射させる。
なお、図２において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００２０】
光源１２は、第１単色光２３ａ及び第２単色光２３ｂを、それぞれ独立に出力するものである。
第１共振器２１ａは、第１単色光２３ａの波長λに対して共振条件（前記式（１））を充足するように、光路長が設定されている。そして、第１共振器２１ａは、第２単色光２３ｂを素通りさせて、第１単色光２３ａのみを選択的に多重反射させて、通過光線２５を出力する。
第２共振器２１ｂは、第２単色光２３ｂの波長λに対して共振条件（前記式（１））を充足するように、光路長が設定されている。そして、第２共振器２１ｂは、第１単色光２３ａを素通りさせて、第２単色光２３ｂのみを選択的に多重反射させて、通過光線２５を出力する。
【００２１】
検出器１６は、第１共振器２１ａを通過した光線２５、及び第２共振器２１ｂを通過した光線２５をそれぞれ個別に入射させ、それぞれの光線２５の強度を示す検出信号２６を出力する。
【００２２】
これら複数の単色光２３ａ，２３ｂの光線２３は、生体因子成分の吸収スペクトルのうちこの生体因子成分に特徴的なピークに対応する波長を、それぞれが有している。このために、第２実施形態に係る微量成分分析装置１０では、複数の吸収スペクトルに基づいて生体因子成分（腫瘍マーカー）を検出するために、サンプル３５の微量成分の定量精度が向上する。もしくは、複数の生体因子成分（腫瘍マーカー）のモニタリングを一台の装置で実施することが可能になる。
【００２３】
具体例を挙げると、第１単色光２３ａを揮発性有機化合物の吸収スペクトルにマッチングさせ、第２単色光２３ｂをグルコースの吸収スペクトルにマッチングさせる。
この場合、第１共振器２１ａのミラー２７ａ，２８ａは、揮発性有機化合物の吸収スペクトル（約３０００ｃｍ-1）に対応する波長の光線２３を多重反射するが、グルコースの吸収スペクトルに対応する波長の光線２３は透過する。また、第２共振器２１ｂのミラー２７ｂ，２８ｂは、グルコースの吸収スペクトルに対応する波長の光線２３を多重反射するが、揮発性有機化合物の吸収スペクトルに対応する波長の光線２３は透過する。
これにより、肺癌・乳癌患者の呼気中の生体因子成分である揮発性有機化合物と、糖尿病の生体因子成分であるグルコースとを、一台で分析可能な微量成分分析装置１０が提供される。
【００２４】
（第３実施形態）
図３に示すように、第３実施形態に係る微量成分分析装置１０は、共振器２１を構成する一対のミラーのうちいずれか一方（ミラー２８）を移動させて多重反射の生じる光路長Ｌを可変させる光路長可変部２２を、さらに備えている。
なお、図３において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００２５】
光路長可変部２２は、ステッピングモータによる送り機構や圧電素子等で構成され、光線２３，２４の波長λと光路長Ｌとの関係が共振条件（式（１））を満たすように駆動する。具体的には、検出器１６の検出信号２６に基づいて、受光される通過光線２５の強度を観察しながらミラー２８の位置を調整する。
このように光路長Ｌを微調整する機能を備えることにより、共振器２１の内部において高いエンハンス率が実現され、高感度の微量分析が可能となる。
【００２６】
（第４実施形態）
図４に示すように、第４実施形態に係る微量成分分析装置１０は、光源１３が出力する光線は連続光２３ｃであり、検出器１６の検出信号２６をフーリエ変換して共振器２１を通過した光線２５の波長スペクトルを導く分光部１８と、をさらに備えている。
なお、図４において図３と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００２７】
ここで、連続光２３ｃは、サンプル３５におけるエネルギー吸収の大きい赤外帯域の光を用いる。
光源１３から連続光２３ｃが共振器２１に入射すると、共振条件（式（１））を満たす波長λの単色光の強度が共振により極大値を示す。ここで、連続光２３ｃを構成する一つの単色光に着目すると、光路長可変部２２による光路長Ｌの連続変化に対応して、その強度が正弦的に変化する。そして、この光路長Ｌの変化に対応して、連続光２３ｃを構成する各々の単色光の強度は、各々の波長に対応した別々の周期で正弦的に変化する。このため検出器１６は、このように正弦的に強度変化する各々の単色光を重畳させた通過光線２５を受光することとなる。
【００２８】
分光部１８は、検出器１６の検出信号２６をフーリエ変換して連続光２３ｃを構成する単色光の各々の強度を演算することにより、通過光線２５の波長スペクトルを導く。
なお、通過光線２５の分光方法として、検出器１６により通過光線２５の光強度を検出した後にデータ演算（フーリエ変換）する方法を示したが、回折格子等を用いて通過光線２５をハードウェアで分光する方法もある。
このように、光源１３に連続光２３ｃを用いることにより、広帯域における光吸収特性を得ることができるので、サンプル３５の定性的な分析も可能になる。
【００２９】
（第５実施形態）
図５に示すように、第５実施形態に係る微量成分分析装置１０は、プリズム３０の反射面３３には、サンプル（図示略）を収容して加圧するサンプル室３４が備えられている。
なお、図５において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００３０】
サンプル室３４は、ガス状のサンプル（図示略）を封入する封入口３６と、収容したサンプルを加圧する加圧部３７とを有している。
第５実施形態では、肺癌・乳癌患者の呼気中の、揮発性有機化合物（アルカン、芳香族化合物、ベンゼン誘電体など）の濃度のモニタリングをすることを目的としている。
このサンプル室３４にサンプルとしての呼気を閉じ込めた後に、加圧することによって室内の生体因子成分の密度を増加させることができ、希薄な濃度条件下であっても高感度分析が可能となる。
【００３１】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の微量成分分析装置によれば、赤外吸光光度法によりサンプルに含まれる微量成分を高感度で分析することができるために、例えば非侵襲による生体因子成分（腫瘍マーカー）のモニタリングを高精度で実施することができる。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０…微量成分分析装置、１１…単色光の光源、１２…複数の単色光の光源、１３…連続光の光源、１４…コリメートレンズ、１５…集光レンズ、１６…検出器、１７…分析部、１８…分光部、２１…共振器、２１ａ…第１共振器、２１ｂ…第２共振器、２２…光路長可変部、２３…入射光線（光線）、２３ａ…第１単色光、２３ｂ…第２単色光、２３ｃ…連続光、２４…反射光線（光線）、２５…通過光線（光線）、２６…検出信号、２７（２７ａ，２７ｂ）…ミラー、２８（２８ａ，２８ｂ）…ミラー、３０…プリズム、３１…入射面、３２…出力面、３３…反射面、３４…サンプル室、３５…サンプル、３６…封入口、３７…加圧部、Ｌ…光路長。
【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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