專利名稱：使用電磁波的檢測方法以及檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用從0. lTHz至10THz的頻率范圍中選擇的電磁波(在 本說明書中稱為太赫茲波)，進(jìn)行物質(zhì)(待檢物)信息的取得的檢測方 法以及裝置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年，利用太赫茲波的技術(shù)開發(fā)日盛。特別是太赫茲波的光子能量 與分子骨架振動(dòng)和分子間相互作用的能量擬合，用分光學(xué)的方法得到的 波語被用于物質(zhì)的分析。
對(duì)于這種技術(shù)，提出了照射與和食品的構(gòu)成要素的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的固有 振動(dòng)頻率相等的太赫茲波，根據(jù)其吸收波譜鑒定物質(zhì)的檢測方法(專利 文獻(xiàn)1:特開2005-172775號(hào)公報(bào))。列舉作為食品的構(gòu)成要素的DNA 和蛋白質(zhì)、細(xì)菌、病毒等，記載了能夠迅速并且簡便地檢查它們的結(jié)構(gòu) 差異、有無變性、有無毒素等的要點(diǎn)。
通常已知太赫茲波具有物質(zhì)固有的振動(dòng)頻率，可根據(jù)其波諉信息知 道物質(zhì)的存在和狀態(tài)。
但是，在高分子材料和水合物中，多數(shù)是在太赫茲波的區(qū)域中難以 判別固有振動(dòng)波譜的材料，存在不一定能用上述方法檢查的物質(zhì)。其原 因如下。這是因?yàn)樵谔掌澆ǖ念l帶中的高分子固有振動(dòng)數(shù)有無數(shù)個(gè)， 所以作為疊加的結(jié)果，難以分離特征性的峰加以觀察的緣故。此外，是 因?yàn)橛煞肿娱g力引起的固有振動(dòng)數(shù)由于變成非結(jié)晶狀態(tài)和溶液、水合狀 態(tài)而消失的緣故。這種情況下，就要使用紅外分光等以往方法。在紅外 分光中有傅立葉變換紅外分光法(FT-IR)和拉曼分光法等，與太赫茲 波相比，其能夠使針對(duì)高能量一方的分子鍵的波鐠數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)庫化，可 簡便地進(jìn)行物質(zhì)的評(píng)價(jià)。
另一方面，例如在進(jìn)行蛋白質(zhì)分析的情況下，作為使用了抗原-抗
體反應(yīng)的方法，有ELIZA法(非專利文獻(xiàn)1: Immunochemistry， vol. 8， pp. 871-874， PergamonPress 1971) 、 Western印跡法(非專利文獻(xiàn)2: Analytical Biochemistry, vol.112, pp. 195-203， (1981))等，可 以進(jìn)行高靈敏度的測定。此外，作為通過計(jì)量測定物質(zhì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、相 變現(xiàn)象、聲子、沖撞緩和現(xiàn)象等來觀察物質(zhì)內(nèi)部的狀態(tài)變化、在廣意上 的變性狀態(tài)的方法，有使用X射線、光等電磁波、磁性、超聲波等的方 法。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，以往沒有提出過在太赫茲波的頻帶(0. 1至lOTHz左右) 中用固有的振動(dòng)波鐠不能判別時(shí)，使用太赫茲波進(jìn)行有效檢測的方法。 因而，例如，透射頻波譜的頻率依賴性的變化幅度當(dāng)相對(duì)噪聲的基線的 起伏不足夠大的情況下，不能進(jìn)行物質(zhì)的鑒定。此外，在使用太赫茲時(shí) 域分光法(THz-TDS)測定的相位差波鐠中，只是線性的變化，在明確 的拐點(diǎn)和極值點(diǎn)、不連續(xù)點(diǎn)難以檢測的情況下，也不能進(jìn)行物質(zhì)的鑒定。
另一方面，在以往使用的紅外分光中，在FT-IR中觀察某幾個(gè)振動(dòng) 波謙。但是，作為問題可以例舉因?yàn)樵谀芰糠矫嬷胁话叻肿庸逃?的骨架振動(dòng)和分子間相互作用的能量的區(qū)域，所以在物質(zhì)的鑒定這一點(diǎn) 上有局限；定量分析困難。此外，因?yàn)樾枰谡婵涨恢斜９艽龣z物，所 以在具有生物分子功能那樣的液體樣品和水合物的狀態(tài)下測定是困難 的。此外，在拉曼分光中，因?yàn)橛酶吣芰康募す饧ぐl(fā)來觀察波長的位移 量，所以存在軟材料的損傷的問題。進(jìn)而，在太赫茲波的區(qū)域中因?yàn)榕c 激發(fā)波長接近而分離困難，所以在精度上存在問題。
此外，在采用ELIZA法和Western印跡法等的生物化學(xué)方法中，對(duì)
于特定的分子靈敏度非常高。但是，因?yàn)槭瞧茐恼w結(jié)構(gòu)使之成為多肽 狀態(tài)，根據(jù)蛋白質(zhì)的一部分的氨基酸序列的差異來推定的方法，所以仍 然存在診斷精度的問題。其原因是即使序列正確，蛋白質(zhì)也不一定能夠 正常地發(fā)揮功能。因此尋求直接評(píng)價(jià)三維高級(jí)構(gòu)象(conformation)的
方法。
鑒于上述問題，使用從0. lTHz至10THz的頻率范圍中選擇的電磁 波檢測物質(zhì)狀態(tài)變化的本發(fā)明的檢測方法的特征在于，具有以下的第1 至第5步驟。在第1步驟中，將物質(zhì)配置在待檢物保持部上。在第2步 驟中，向上述物質(zhì)照射上述電磁波。在第3步驟中，檢測從上述物質(zhì)透 射或者反射來的電磁波。在第4步驟中，根據(jù)上述檢測到的電磁波和上 述照射的電磁波的信息，求得針對(duì)上述照射的電磁波的上述物質(zhì)的性質(zhì) 的頻率依賴性，算出上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性的、直線擬合時(shí)的直 線斜率或直線斜率。在第5步驟中，對(duì)預(yù)先求得的基準(zhǔn)物質(zhì)的上述物質(zhì) 的性質(zhì)的頻率依賴性的直線斜率和在上述第4步驟中算出的上述物質(zhì)的 直線斜率進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)上述物質(zhì)狀態(tài)的變化。作為上述物質(zhì)的性質(zhì)的 頻率依賴性，可以從透過率、吸收率、反射率、相位差中至少選擇l個(gè)。 此外，特別是求得上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性的直線斜率時(shí)的頻率范 圍從0. 2THz至2. 5THz的范圍中選擇。
此外，鑒于上述課題，使用從0. lTHz至10THz的頻率范圍中選擇 的電磁波檢測物質(zhì)狀態(tài)的變化的本發(fā)明的檢測裝置的特征在于具有保 持物質(zhì)的待檢物保持部；照射部件、檢測部件、計(jì)算部件、評(píng)價(jià)部件。 上述照射部件向保持在上述待檢物保持部上的物質(zhì)照射上述電磁波。上 述檢測部件檢測從上述物質(zhì)中透射或者反射來的電磁波。上述計(jì)算部件 根據(jù)上述檢測到的電磁波和上述照射的電磁波的信息，求得針對(duì)上述照 射的電磁波的上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性，算出上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻 率依賴性的、直線擬合時(shí)的直線斜率或者直線斜率。上述評(píng)價(jià)部件將預(yù)
先求得的基準(zhǔn)狀態(tài)的上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性的直線斜率和在上 述計(jì)算部件中計(jì)算出的上述物質(zhì)的直線斜率進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)上述物質(zhì)狀
態(tài)的變化。
如果采用本發(fā)明，能夠不管是否可以觀測太赫茲波的頻帶的固有振 動(dòng)波鐠，都使用太赫茲波以非接觸、非破壞、無標(biāo)識(shí)地檢測物質(zhì)狀態(tài)的 變化。這樣，能夠在用于醫(yī)療的病理診斷、用于工業(yè)材料的開發(fā)/步驟 檢查等中提高檢查效率。
通過下述的例示性的實(shí)施例的描述和參照所附附圖可以更清楚本 發(fā)明的特點(diǎn)。


圖l是表示本發(fā)明的實(shí)施例l等的檢測裝置的構(gòu)成圖。
圖2是表示待檢物的保持構(gòu)件的例子的側(cè)視圖。
圖3A、 3B、 3C是表示蛋白質(zhì)(BSA)的透射波譜、相位差波語，以
及時(shí)間波形的例子的圖。
圖4A、 4B、 4C、 4D是說明蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)以及狀態(tài)的變化的圖。
圖5是表示蛋白質(zhì)(抗生素物素蛋白)的透射波鐠的例子的圖。
圖6A、 6B是表示核酸堿基類(dC HC1 )的透射波譜以及相位差波
譜的例子的曲線圖。
圖7是表示DNA的透射波譜的例子的圖。
圖8是表示無機(jī)結(jié)晶(MgF)的吸收波鐠的例子的曲線圖。
圖9是表示本發(fā)明的其他實(shí)施例的檢測裝置的構(gòu)成圖。
圖IO是表示使用了傳送線路型傳感器的實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖ll是包含圖10的傳感器的檢測裝置的光學(xué)配置圖。
圖12A、 12B、 12C是表示由包含傳送線路型傳感器的檢測裝置產(chǎn)生
的相位差波鐠的例子的曲線圖。
圖13A、圖13B、圖13C是說明本發(fā)明的其他的實(shí)施例的反射測定
系統(tǒng)的檢測裝置的構(gòu)成圖。
圖14是表示蛋白質(zhì)(BSA)的透射波譜的其他測定例子的圖。 圖15是表示激素的透射波譜的其他測定例子的圖。 圖16是表示神經(jīng)遞質(zhì)的透射波鐠的其他測定例子的圖。 圖17是表示食品添加物的透射波謙的其他測定例子的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，說明本發(fā)明的檢測方法以及檢測裝置的實(shí)施方式。本發(fā)明是 檢測物質(zhì)狀態(tài)的變化的發(fā)明，代表性地是檢測物質(zhì)由從正常狀態(tài)下結(jié)構(gòu) 變化引起的變性程度。這種情況下，所謂在作為對(duì)象的待檢物中檢測出
的變性程度定義為物質(zhì)的主要構(gòu)成元素沒有大變化，因微量的元素的 增減、構(gòu)成元素內(nèi)的結(jié)合狀態(tài)的變化等，物質(zhì)的整體的或者一部分的結(jié) 構(gòu)發(fā)生了變化的變性狀態(tài)的程度。
例如，如果是蛋白質(zhì)、DNA等核酸類、糖類等的生物相關(guān)性分子， 由于結(jié)合狀態(tài)的改變，整體的立體結(jié)構(gòu)(如果是DNA還包含1條鏈，2 條鏈的差異)變化。這例如是因加熱和光照射等引起的。這是因?yàn)樵谌?體之中，如果有某種異常產(chǎn)生或者先天性地存在該變性了的分子的話， 因?yàn)榕c疾病的發(fā)現(xiàn)、診斷等有關(guān)聯(lián)，所以在應(yīng)用上是非常重要的。例如， 已知發(fā)現(xiàn)癌癥、BSE (瘋牛病)、黑色素腫瘤、ALS (肌肉萎縮性側(cè)索硬 化癥)等疾病有特定的變性蛋白，重要的是能夠用簡便的方法檢測它們。
本發(fā)明的檢測方法以及檢測裝置此外還可以在產(chǎn)業(yè)利用上適用到 重要的構(gòu)成材料等的狀態(tài)變化的檢測。作為有機(jī)材料，有有機(jī)發(fā)光材 料、有機(jī)半導(dǎo)體、色素、顏料、染料、調(diào)色劑等，考慮應(yīng)用于因結(jié)構(gòu)變 化引起劣化的狀態(tài)檢測、摻雜狀態(tài)的檢測、色味的檢測等中。另一方面， 即使在無機(jī)材料中也一樣，可以應(yīng)用到發(fā)光材料、半導(dǎo)體、電介體材料、 液晶、色素、顏料、染料、調(diào)色劑等的狀態(tài)變化的檢測中，能夠在材料 開發(fā)和制造步驟中的檢查等中應(yīng)用。
此處，說明應(yīng)用于蛋白質(zhì)的檢查中的實(shí)施方式。其中，雖然與物質(zhì) 相應(yīng)地使用適宜的裝置，但對(duì)于在0. 1至10THz的太赫茲波帶中檢測物 質(zhì)狀態(tài)變化的檢測方法及裝置對(duì)于各種物質(zhì)是共用的。
首先，用圖l說明使用太赫茲波的檢測裝置的一種實(shí)施方式。該裝 置利用通過將飛秒激光照射在半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生的小于等于皮秒的脈 沖幅度的太赫茲波脈沖。
在圖1的構(gòu)成中，將從具有1000飛秒(fsec)的脈沖幅度的光纖 型飛秒激光器l射出的波長？80nm、平均功率40mW的激光光用半透半反鏡10分支為2路。 一方照射在電磁波發(fā)生側(cè)的光傳導(dǎo)元件6上，另一 方通過使用多個(gè)反射鏡ll(同樣功能的反射鏡省略標(biāo)號(hào))，經(jīng)由時(shí)間延 遲臺(tái)16照射在接收側(cè)的光傳導(dǎo)元件7上。作為光傳導(dǎo)元件6、 7使用形 成了在LT-GaAs上具有間隙部的偶極天線的一般的元件。其中對(duì)此并沒 有特別限定。作為激光光如果將脈沖幅度設(shè)置成更窄的10飛秒，能夠 拉長用太赫茲波分光時(shí)的頻帶。此外，除了光纖激光器以外，也可以使 用鈦藍(lán)寶石等固體激光器。進(jìn)而，在太赫茲波的發(fā)生、檢測中不將半導(dǎo) 體表面用作天線，也可以使用ZnTe結(jié)晶那樣的電光學(xué)結(jié)晶。此處，在 成為發(fā)生側(cè)的光傳導(dǎo)元件6的上述間隙部上用電源2施壓適宜的偏壓。
所發(fā)生的太赫茲波用拋物面反射鏡12形成平行光束，用拋物面反 射鏡13照射在保持于待檢物保持部上的待檢物(被檢查的物質(zhì))8。在 本實(shí)施方式中，光纖型飛秒激光器l、光傳導(dǎo)元件6等構(gòu)成照射部件。
透射了待檢物8的太赫茲波再次靠拋物面反射鏡14、 15的作用被 光傳導(dǎo)元件7接收。在本實(shí)施方式中，用光纖型飛秒激光器l、時(shí)間延 遲臺(tái)16、光傳導(dǎo)元件7等構(gòu)成檢測部件。
此時(shí)，為了能夠測定待檢物8的多個(gè)位置，也可以使待檢物8在同 一平面內(nèi)可以移動(dòng)。用光傳導(dǎo)元件7接收到的太赫茲波信號(hào)在用放大器 5放大后用鎖定放大器3作為時(shí)間波形取得。而后在用包含計(jì)算部件的 PC (個(gè)人計(jì)算機(jī))4進(jìn)行傅立葉變換等的信號(hào)處理后，能夠算出待檢物 8的透射波語、相位差波鐠等。為了用鎖定放大器3取得，用振蕩器9 的信號(hào)調(diào)制施加在發(fā)生側(cè)的光傳導(dǎo)元件6的間隙上的來自電源2的偏壓 (振幅5V 30V)。通過由此進(jìn)行同步檢波來提高S/N。以上說明的檢 測方法一般稱為太赫茲時(shí)域分光法(THz-TDS)。
待檢物8如果是固體狀則只要直接配置在保持部的位置上即可。如 果是液體狀的物質(zhì)也可以滲入到微型膜濾器(例如，日本保羅公司的商 品名思寶愛)等中進(jìn)行測定。圖2表示用于保持這種情況下的待檢物的 構(gòu)件。向用于避免待檢物之間的干涉的隔壁(孔)20內(nèi)注入待檢物，固 定在微型膜濾器22上。在圖2中，21是用樹脂等構(gòu)成隔壁21的構(gòu)件， 23是為了遮斷太赫茲波光的雜散光和噪聲光而使用的金屬構(gòu)件。將微型
膜濾器22夾在構(gòu)件21和金屬構(gòu)件23之間。
用這種方式調(diào)查蛋白質(zhì)BSA (bovine serum albumin)的太赫茲波 吸收波語。由此，得到因圖3A至3C所示那樣的蛋白質(zhì)的量和變性狀態(tài) 而不同的頻率依賴性[(a)透射波譜、(b)相位差波譜、(c)時(shí)間波 形]。在圖3A和圖3B中，實(shí)線表示在保持構(gòu)件沒有待檢物的參照狀態(tài) 的結(jié)果，白色三角的線表示計(jì)算出滲入了濃度20mg/ml的正常狀態(tài)的待 檢物的相對(duì)參照狀態(tài)的變化量的結(jié)果，白色方形的線表示計(jì)算了滲入濃 度20mg/ml的變性狀態(tài)待檢物的相對(duì)參照狀態(tài)的變化量的結(jié)果，黑色三 角形的線表示計(jì)算了滲入濃度1 Omg/ml的變性狀態(tài)待檢物的相對(duì)參照狀 態(tài)的變化量的結(jié)果，黑色四邊形的線表示計(jì)算了滲入濃度10mg/ml的變 性狀態(tài)的待檢物的相對(duì)參照狀態(tài)的變換量的結(jié)果。在圖3C中，實(shí)線表 示在保持部件中沒有待檢物的參照狀態(tài)的結(jié)果，白色圓圏的線表示計(jì)算 了滲入了濃度20mg/ml的變性狀態(tài)待檢物的相對(duì)參照狀態(tài)的變化量的結(jié) 果，黑色圓圏的線表示計(jì)算了滲入濃度20mg/ml的正常狀態(tài)待檢物的相 對(duì)參照狀態(tài)的變化量的結(jié)果。
對(duì)于測定條件和待檢物狀態(tài)，雖然如圖3A的透射波譜所示那樣， 固有振動(dòng)光語不能清楚地判別，但可在透射波譜中看到顯著的差別。對(duì) 此在后述的實(shí)施例也有說明。在圖3A中，在曲線圖中的曲線上看到的 起伏是因?yàn)樵谖⑿湍V器22的上下兩端面上的干涉而出現(xiàn)的，和固有 振動(dòng)波譜無關(guān)。此處，特別是如果在0. 2THz至2. 5THz的區(qū)域上以直線 擬合進(jìn)行斜率比較，可知在變性狀態(tài)和正常狀態(tài)有很大的差異。進(jìn)而， 即使在圖3B的相位差波i普、圖3C的時(shí)間波形位移中也分別可以比較， 能夠同樣地在檢測變性狀態(tài)中使用。而且，圖3A的透射波譜和圖3B的 相位差波譜是在作為用THz-TDS測量的原始數(shù)據(jù)的圖3C的時(shí)間波形上 實(shí)施傅立葉變換等的處理求得的。
在本實(shí)施方式中，對(duì)于適當(dāng)?shù)臐舛群涂偰枖?shù)的大于等于1個(gè)的基 準(zhǔn)狀態(tài)的物質(zhì)來說，將上述特性作為校準(zhǔn)曲線存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。而后， 根據(jù)進(jìn)行針對(duì)這些頻率的變化的比例(斜率)、相對(duì)在上述PC4中的計(jì) 算部件中算出的實(shí)際的測定樣品的頻率的變化的比例(斜率)的比較，用上述PC4的評(píng)價(jià)部件能夠評(píng)價(jià)在測定樣品中變性物質(zhì)以何種程度摻雜 其中。
此處雖然表示了透射率測定的情況，但也可以算出吸收率(這是從 透射率算出的)、或進(jìn)行反射率測定(這是通過檢測來自待檢物的反射 波進(jìn)行的)。此外，不言自明地，吸收比測定結(jié)果可以替代(或組合) 透射率或吸收率。此外，作為其他的實(shí)施方式，也有利用使用在后述實(shí) 施例中說明的全反射光學(xué)系統(tǒng)和利用在傳送路上的太赫茲波的傳播進(jìn) 4亍檢測的方法。
此外，本實(shí)施方式是使用了以用THz-TDS的太赫茲波脈沖測量的部 件的例子。但是，在檢測中，使用許多單一頻率的太赫茲波光源，例如， 使用多個(gè)后行波管、量子級(jí)聯(lián)激光器、共振隧道二極管，可以根據(jù)在各 自的頻率點(diǎn)上的透射率、吸收率、反射率、相位差等將變化的比例作為 斜率計(jì)算。圖9表示該測定系統(tǒng)的例子。從作為照射部件的振蕩器90 發(fā)生的太赫茲波用未圖示的光學(xué)系統(tǒng)照射在被保持構(gòu)件92支撐的待檢 物91上。透射了待檢物91的太赫茲波用檢測器93檢測，求得待檢物 91的透射率。
此外，使用參量振蕩器等的波長可變太赫茲波光源等，求得在多個(gè) 頻率點(diǎn)上的透射率等，可算出上述直線斜率。進(jìn)而，在傅立葉變換紅外 發(fā)光計(jì)(FT-IR)中大概能夠在lTHz 數(shù)百THz的寬范圍中取得透射波 譜。因而，F(xiàn)T-IR可以在對(duì)THz測定裝置而言為S/N比不充分的頻帶， 例如在3~ 10THz中有效地測定。
如從上述說明可知的那樣，本發(fā)明的檢測方法因?yàn)槭怯^察頻率波鐠 的整體變化，所以還能夠應(yīng)用到物質(zhì)的固有振動(dòng)波譜不能特定的情況。 當(dāng)然即使在有固有振動(dòng)波譜的情況下，不是用峰的變化檢測，如果檢測 對(duì)除去存在峰的不連續(xù)點(diǎn)或者極值點(diǎn)的單調(diào)變化的部分的曲線進(jìn)行直 線擬合時(shí)的斜率，則可以同樣應(yīng)用本發(fā)明的檢測方法。
如上所述，用本實(shí)施方式，用筒便的測定系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)用太赫茲波 檢測物質(zhì)狀態(tài)變化(例如，變性的程度)的檢測方法以及裝置。
以下，說明更具體的實(shí)施例。
(實(shí)施例l)
說明本發(fā)明的實(shí)施例1。在實(shí)施例1中，使用上述圖1的THz-TDS 裝置，調(diào)查正常以及熱變性過的BSA蛋白質(zhì)的太赫茲波透射波i普。在其 中在用孔20劃分圖2那樣的微型膜濾器22構(gòu)成的膜器件上滴下BSA蛋 白質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查。作為熱變性的條件，以72至75。C進(jìn)行3分鐘。此外， 滴下的蛋白質(zhì)是在純水中使之分別為10mg/ml、 20mg/ml的濃度地溶解 了正常以及熱變性過的BSA蛋白質(zhì)液體。前者(10mg/ml )提供60 m 1、 后者(20mg/ml)提供30jil的體積，分別使之為相同摩爾數(shù)地進(jìn)行比 較。
其結(jié)果，如在圖3A所看到的那樣，在頻率0. 2THz至3THz的區(qū)域 中的蛋白質(zhì)的透射波中，在任何濃度的情況下，對(duì)正常以及熱變性BSA 進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了顯著的差。而且，記入到曲線圖中的"天然的(native)" 表示正常，"變性的(denatured)"表示變性，"參照(ref ernce ) 或者REF"表示只滴下了在溶液制作中使用的純水的結(jié)果。
此外，在滴下了變性蛋白質(zhì)和正常蛋白質(zhì)的膜透射后的THz波時(shí)間 波形的峰位置上產(chǎn)生時(shí)間差(參照圖3C)。和表示它的參照物的相位差 光譜也示于圖3B中?？芍辔徊罟庾V相對(duì)頻率單調(diào)增加，其斜率因有 無變性、濃度而具有顯著的差異。此外，知道在任何濃度的情況下，與 正常相比變性BSA—方透射率都高，相位差的變化率小。此外，隨著濃 度的上升，看到透射率增大、相位差降低。當(dāng)混合了正常和變性的BSA 的情況下，分別表示中間的位置的透射波譜、相位差波譜。
在圖3A、 3B中雖然在大于等于2. 7THz中在特性上看到離散，但這 是因?yàn)镾/N比下降的緣故。為了提高該區(qū)域的測定精度，只要提高太赫 茲波的功率，或更多地進(jìn)行平均化處理即可。此外，對(duì)于遍及整體的透 射波鐠上觀測到以lTHz左右的寬間隔的起伏，這是厚度為140jam的膜 器件的兩端面中的法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的效果。因而，在算出斜率時(shí)在對(duì) 其加以補(bǔ)正后進(jìn)行。
這樣，若知道濃度和供給的量，如果對(duì)太赫茲波產(chǎn)生的透射率進(jìn)行比較就能夠檢測BSA那樣的蛋白質(zhì)的變性程度。作為該檢測方法，當(dāng)以 透射率角度來看的情況下，在選擇的頻率范圍例如，在顯著看到變化的 0. 2THz至2. 5THz的范圍中，只要以用最小二乘法等進(jìn)行了 1次擬合的 直線斜率進(jìn)行比較即可。此外，從相位差波譜角度來看的情況下，只要 與線性變化相同以0. 2THz至2. 5THz的范圍的直線斜率進(jìn)行比較即可。 這些頻率范圍可以根據(jù)待檢物適宜地選擇斜率出現(xiàn)顯著差異的容易判 別的范圍。
另 一 方面當(dāng)進(jìn) 一 步在寬頻帶中測定頻率波鐠的情況下，只要使用 FT-IR裝置即可。雖然如上面說明的THz-TDS法那樣求得相位特性困難， 此外測定需要時(shí)間，但是當(dāng)想得到直至更高頻率的數(shù)據(jù)的情況下是有效 的方法。
圖14表示用FT-IR裝置測定和上述相同的樣品的結(jié)果。如2THz lOTHz的數(shù)據(jù)所表示的，和THz-TDS的情況一樣，變性的蛋白質(zhì)一方透 射率增高。例如因?yàn)樵诖笥诘扔?THz變成平坦的特性，所以可知能夠 通過取出在2~ 5THz中直線擬合的斜率進(jìn)行比較來判別正常/變性。
而且因?yàn)樵贔T-IR裝置中，在THz-TDS裝置所擅長的3THz以下S/N 比變差，根據(jù)需要可以相互補(bǔ)充。
如果預(yù)先把濃度以及所提供的總摩爾數(shù)作為參數(shù)將盡可能多的校 準(zhǔn)曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)庫化并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部件中，則通過對(duì)針對(duì)這樣的透射率 的頻率的變化的比例(斜率)、針對(duì)相位差的頻率的斜率進(jìn)行比較，能 夠檢測變性程度。因?yàn)檫@樣的透射波譜、相位差波譜、時(shí)間特性全部相 互關(guān)聯(lián)，所以作為檢測方法可以對(duì)透射波譜或者相位差波譜進(jìn)行比較， 也可以通過2個(gè)或者2個(gè)以上的組合進(jìn)行判別。
如上所述，由于熱變性而透射率上升的原因被認(rèn)為是利用熱變性的 蛋白質(zhì)的構(gòu)象的變化，進(jìn)行分子間的能量再分配，變化波及到蛋白質(zhì)分 子間的介質(zhì)響應(yīng)以及分子集團(tuán)的振動(dòng)模式的緣故。圖4A至圖4D表示了 它們的形態(tài)。圖4A表示正常狀態(tài)的蛋白質(zhì)，此處，例如，通過硫的SS 鍵40保持立體結(jié)構(gòu)。圖4C表示整體性的形態(tài)。如果因某種原因SS鍵 打開，則能形成2個(gè)SH鍵41，立體結(jié)構(gòu)破壞，但認(rèn)為SH鍵在和其它的
分子的SH鍵之間，通過再結(jié)合能夠形成SS鍵，由此分子之間凝聚。在 圖4D中表示這樣形成的變性分子43和正常分子42。其結(jié)果，在圖4C 的狀態(tài)和圖4D的狀態(tài)之間，認(rèn)為在針對(duì)太赫茲波的吸收系數(shù)以及折射 率中產(chǎn)生差別。附帶說明這是因?yàn)榧词乖谡顟B(tài)下也由于濃度而在透 射率中存在差別。即，如果濃度稀，因?yàn)榉肿泳鶆虻胤稚?，所以和太?茲波的相互作用的剖面積增大而透射率減小，但在高濃度下有某種程度 凝聚，在同樣摩爾數(shù)中，反倒是濃度高的一方的透射率上升。實(shí)際上， 認(rèn)為是通過復(fù)合了其他的主要原因而表現(xiàn)出的。在該檢測方法中，不僅 檢測因變性引起的異常蛋白質(zhì)，而且在蛋白質(zhì)中還能夠觀測到維生素和 激素那樣的配體分子，和通過蛋白質(zhì)之間的結(jié)合產(chǎn)生的構(gòu)象的變化。該 方法提供了簡便的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)判別法，能夠作為臨床利用中的有用的工 具使用。
用不同種類的蛋白質(zhì)的抗生物素蛋白進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。圖5表示 以20mg/ml提供了 45 p 1時(shí)的透射波譜。在熱變性(在72。C下3分鐘) 后的蛋白質(zhì)(用黑色方形表示。白色方形表示正常的狀態(tài))中，同樣地 透射率上升，但其上升的程度和BSA不同?？芍鶕?jù)蛋白質(zhì)的種類，變 性引起的透射率和相位移量的變化的比例不同。
即使在太赫茲波區(qū)域上沒有發(fā)現(xiàn)顯著的固有振動(dòng)波譜的情況下，只 要知道針對(duì)頻率而言的蛋白質(zhì)性質(zhì)變化的比例，即只要知道在某一頻率 范圍中的變化的斜率，就能夠檢測蛋白質(zhì)的變性程度。
此處涉及對(duì)不能判別固有振動(dòng)波譜的定義。如在圖3B中已闡述的 那樣，當(dāng)沒有固有振動(dòng)波譜的情況下，相位差光譜只相對(duì)頻率單調(diào)增加。 另一方面，作為比較例，觀測脫氧胞嘧啶鹽酸鹽(dc . HC1)如圖6A所 示那樣具有顯著的固有振動(dòng)波譜。并且，如果看圖6B的相位差波譜， 可知存在與振動(dòng)峰相對(duì)應(yīng)有極值點(diǎn)和拐點(diǎn)、不連續(xù)點(diǎn)。而且，在本例子 中因?yàn)樾∮诘扔?. 2THz變成噪聲成分，所以在相位差波譜的極值點(diǎn)和 拐點(diǎn)、不連續(xù)點(diǎn)的判斷中不使用。這樣，所謂沒有固有振動(dòng)波譜的情況 能夠定義為在相位差波譜中沒有極值點(diǎn)和拐點(diǎn)、不連續(xù)點(diǎn)。 (實(shí)施例2)
本發(fā)明的第2實(shí)施例將在實(shí)施例1中所述那樣的蛋白質(zhì)的變性狀態(tài) 的檢測應(yīng)用到疾病的診斷。
蛋白質(zhì)的三維立體結(jié)構(gòu)、即構(gòu)象在蛋白質(zhì)的活性中是最重要的，構(gòu) 象的稍許變化對(duì)DNA和配體的結(jié)合及蛋白質(zhì)之間的結(jié)合等有重大影響。 這樣，不僅影響細(xì)胞的穩(wěn)定性的維持，而且有時(shí)對(duì)細(xì)胞的生存也有影響。 已有報(bào)告說來自蛋白質(zhì)構(gòu)象的變異即變性的異常蛋白質(zhì)與包括癌癥在 內(nèi)的、瘋牛病、阿爾茲海默病、帕金森氏癥等有關(guān)系的目前已知的病等 各種疾病相關(guān)聯(lián)。此處，就幾種在病理診斷中使用的作為耙子的蛋白質(zhì) 進(jìn)行說明。
已知p53基因是代表性的抑癌基因，該基因正常地發(fā)揮功能所產(chǎn)生 的p53蛋白質(zhì)起到抑制癌變的作用。從伴隨DNA突發(fā)變異和缺失等的變 異p53基因產(chǎn)生失去了正常功能的變異p53蛋白質(zhì)。即，變異的p53蛋 白質(zhì)因?yàn)槭チ苏53蛋白質(zhì)的構(gòu)象，所以不具有活性。報(bào)告稱在實(shí) 際的人類癌癥中約一半存在p53蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)異常，大致100%的癌癥是 因p53途徑的某個(gè)發(fā)生變異而產(chǎn)生的。這可被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡中細(xì)胞難 以死亡的原因。在癌癥的性質(zhì)診斷中，如果使用實(shí)施例1的方法用針對(duì) 太赫茲波的頻率波謙檢測p53蛋白質(zhì)的變異即變性的有無，則能夠預(yù)測 對(duì)治療的反應(yīng)性，或進(jìn)行治療方法的選擇，或在臨床預(yù)后的推測中使用。
另一方面，BSE (牛海綿性腦炎)是因異常蛋白質(zhì)"朊病毒"在腦 內(nèi)蓄積引起的疾病。因某種原因進(jìn)入人體的異常的朊病毒和原本在體內(nèi) 的正常的朊病毒、特別是與神經(jīng)細(xì)胞所包含的很多無害的蛋白質(zhì)結(jié)合， 不斷地異?；?。變異的朊病毒形成塊，破壞神經(jīng)元，使腦子遍布空洞。 難以研究的原因之一是BSE不屬于一般的感染癥的分類。在普通的感染 癥中，細(xì)菌和病毒等侵入人體在體內(nèi)制作病灶。直到目前，引起B(yǎng)SE疾 病的細(xì)菌和病毒還沒有發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榧词垢腥久庖呦到y(tǒng)也沒有察覺，所以 難以治療。在這種疾病的早期診斷中最有利的方法是采用本發(fā)明的方法 檢測變性蛋白質(zhì)朊病毒。
此外，惡性黑色素腫瘤是皮膚癌的一種，但有研究報(bào)告的結(jié)果說， 對(duì)于預(yù)防、延遲致命性惡性黑色素腫瘤的轉(zhuǎn)移的免疫反應(yīng)而言，當(dāng)在患
者的免疫細(xì)胞的表面上有特殊的標(biāo)志物的情況下，壽命延長率增高。患
者的T淋巴細(xì)胞(殺傷腫瘤的免疫細(xì)胞)如果具有趨化因子受體CXCR3 這一特定的蛋白質(zhì)，則判明患者的生存率提高50%左右。即，通過誘發(fā) 在T細(xì)胞表面上的特定的趨化因子受體，可以提高生存率。使用太赫茲 波光，以實(shí)施例1的方法進(jìn)行該蛋白質(zhì)的誘發(fā)的有無和表達(dá)量的診斷是 有效的。
此外，有報(bào)告說在目前已知的病癥之一中，額顳葉萎縮的FTD，和 肌肉逐漸不能動(dòng)作的肌萎縮側(cè)索硬化癥ALS的患者的神經(jīng)細(xì)胞中有共同 的蛋白質(zhì)的異常。除了期待與新的治療方法的開發(fā)聯(lián)系起來外，還關(guān)注 和阿爾茲海默病等其他的神經(jīng)疑難病的關(guān)聯(lián)性。在正常的細(xì)胞中存在于 核中的蛋白質(zhì)"TDP-43"在FTD和ALS的患者的大腦的細(xì)胞中都在核之 外，可知細(xì)胞自身不具有正常的功能。用本發(fā)明的檢測方法，將上述的 各種異常的變性蛋白質(zhì)和健康者的正常蛋白質(zhì)比較，如果能夠觀察到構(gòu) 象的變化，則有希望作為新的診斷方法。
如上所述，盡管異常蛋白質(zhì)的檢測是當(dāng)務(wù)之急，但更簡單并且正確 的檢測方法非常缺乏，現(xiàn)在常使用的檢測方法是在背景技術(shù)中說明的 ELISA法和Western印跡法，以及免疫沉淀法等。在該方法中，想檢測 的蛋白的抗原性充分考慮用于檢測的處理，即因還原、加熱處理而損失 的可能性。此外，其他的異常蛋白質(zhì)的檢測方法主要是利用抗體、抗原 的免疫性的方法。即，只不過是利用合成的抗體檢測蛋白質(zhì)的一部分的 氨基酸序列的不同。不能說所使用的抗體不能檢測出蛋白質(zhì)的變異，該 蛋白質(zhì)就正常起作用。此外，幾乎全部這些檢測方法最終都需要用熒光 色素檢測。熒光色素和DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合的機(jī)理不清楚。即，還存有 檢測到的蛋白質(zhì)是否真正再現(xiàn)存活體中的狀態(tài)這一疑問。最重要的是， 雖然能夠用這些方法檢測出作為蛋白質(zhì)的成份的氨基酸的序列的不同， 但存在不能看到動(dòng)態(tài)的蛋白質(zhì)自身的整體像的缺點(diǎn)。
因而，使用上述實(shí)施例1的各種太赫茲波分光，可以有效地對(duì)異常 蛋白質(zhì)的變性不添加前處理和熒光標(biāo)記等簡便地進(jìn)行檢測。此處舉出的 病例是病理診斷的一個(gè)例子。可以說能夠用本發(fā)明的檢測方法檢測與各種疾病有關(guān)的蛋白質(zhì)的異?；蛘咦冃裕鋺?yīng)用于各種病理診斷。
(實(shí)施例3)
本發(fā)明的第3實(shí)施例的檢測方法是應(yīng)用于DNA檢測的方法。對(duì)于平 均堿基長為2000個(gè)堿基的鮭魚的DNA進(jìn)行了和實(shí)施例l相同的測定。 在DNA中，有形成2條鏈結(jié)構(gòu)的ds-DNA狀態(tài)，和解開2條鏈結(jié)構(gòu)的結(jié) 合成為l條鏈結(jié)構(gòu)時(shí)的(熱變性的條件是95。C下5分鐘)ss-DNA狀態(tài)。 對(duì)于這些兩個(gè)狀態(tài)的DNA,圖7表示以10mg/ml提供60 ju 1時(shí)的透射波 譜。
仍然在透射波譜中看到顯著的差別，可知ss-DNA(用黑色四方形表 示)的一方的透射率高。即，如果用1THz至2THz中的平均變化的比例， 例如用最小二乘法求出的擬合直線的斜率進(jìn)行比較，能夠檢測在待檢物 樣本中的ss-DNA和ds-DNA的比例。
說明將它作為DNA傳感器應(yīng)用的情況。預(yù)先準(zhǔn)備用于檢測某一堿基 序列的有無的探針DNA,提供想檢查的DNA的1條鏈狀態(tài)的物質(zhì)，使之 結(jié)合形成2條鏈的情況下，表現(xiàn)待檢物變成目標(biāo)堿基序列。反之如果仍 是1條鏈的狀態(tài)則沒有那樣的序列。利用上述的太赫茲波的透射波譜能 夠檢測該表現(xiàn)的有無。
本實(shí)施例提供通過作為太赫茲波的頻率波語特性的透射波譜的斜 率的不同能夠簡便地檢測DNA的結(jié)構(gòu)造上的不同的檢測方法以及裝置。 此處雖然未圖示，但還可以根據(jù)實(shí)施例1的各種相位差波譜、時(shí)間波形 的移位或者它們的組合來檢測。
(實(shí)施例4)
本發(fā)明的第4實(shí)施例是表示無機(jī)物質(zhì)狀態(tài)變化也能夠同樣用太赫茲 波的頻率波譜的形狀檢測的例子。
圖8表示對(duì)于作為光學(xué)材料的重要的MgF2結(jié)晶，在非摻雜的情況下 (用實(shí)線80表示)和Co摻雜的情況下(用實(shí)線82表示)下針對(duì)太赫 茲波的吸收波譜的不同。從O. 5THz至2. 5THz都是大致單調(diào)增加，但在 摻雜了 Co中在2. OTHz附近看到了峰值那樣的波譜。無論哪種，如果在 從0. 5THz至2. OTHz的區(qū)域中用最小二乘法求擬合直線斜率的話，則變成如圖8的虛線81、 83那樣。
這樣通過Co的摻雜出現(xiàn)顯著的直線81、 83的斜率的差，能夠?qū)?雜產(chǎn)生的晶體結(jié)構(gòu)的不同作為摻雜濃度的函數(shù)進(jìn)行檢測。
這表示即使摻雜的物質(zhì)不同，不進(jìn)行有目的的摻雜而導(dǎo)入雜質(zhì)，晶 體品質(zhì)劣化這種情況下，也同樣能夠用頻率波語的斜率檢測。此外，作 為晶體，如果針對(duì)太赫茲波的衰減并不是特別大則能夠應(yīng)用，在LiNb03、 水晶、藍(lán)寶石等的狀態(tài)變化的檢測中也可以應(yīng)用本檢測方法。不僅能應(yīng) 用于固體的晶體，也可以應(yīng)用于液晶等。進(jìn)而，也可以應(yīng)用于特富龍(注 冊商標(biāo))、聚乙烯、聚烯烴等樹脂材料的狀態(tài)變化的檢測。
(實(shí)施例5 )
本發(fā)明的第5實(shí)施例是不使用如此前的實(shí)施例那樣在空間上讓待檢 物和太赫茲波相互作用的檢測方法，而使用圖10所示那樣的傳送線路 器件。
在圖10中，100是Si等的保持基板，101是由Ti/Au等金屬構(gòu)成 的接地平面，102是BCB((苯并環(huán)丁烯The Dow Chemical公司制造) 的商品名)等的電介質(zhì)材料，105是由Ti/An等金屬圖案構(gòu)成的傳送線 路。在本實(shí)施例中將微波傳輸帶線路作為傳送線路105使用。
進(jìn)而，對(duì)太赫茲波的照射部件、檢測部件進(jìn)行集成，檢測部件和照 射部件分別由LT-GaAs薄膜104a、 104b和引出線103a、 103b和電極間 隙部106a、 106b構(gòu)成。如果在間隙部106b上施加電壓照射飛秒激光則 發(fā)出太赫茲波，只要用另一方的間隙部106a檢測與飛秒激光器的照射 同步的電流成分即可。
待檢物如用符號(hào)107所示那樣涂布在傳送線路105的上部。這樣， 用和實(shí)施例1 一樣的THz-TDS系統(tǒng)以透射波譜、相位差波譜、時(shí)間波形 的位移量等檢測待檢物107的狀態(tài)的不同。檢測和圖l的例子一樣，通 過用鎖定放大器113取得對(duì)用放大器5放大的太赫茲波信號(hào)和振蕩器9 的信號(hào)進(jìn)行了混頻的信號(hào)，然后其輸出用PC114進(jìn)行處理。
圖11表示用于評(píng)價(jià)它的THz-TDS系統(tǒng)?；旧虾蛨D1的構(gòu)成相同。 因此，在同一功能部分上標(biāo)注和圖l相同的符號(hào)。此處，使用透鏡112
調(diào)整來自激光器110的2個(gè)激光光使得分別照射在傳送線路器件115的 間隙部106a、 106b上。電磁波發(fā)生側(cè)的調(diào)制此處不使用施加在器件上 的電壓而使用以振蕩器9的信號(hào)驅(qū)動(dòng)的光斷續(xù)器111進(jìn)行。
作為待檢物107使用了和實(shí)施例3相同的DNA。圖12A、 12B表示以 0. 5jug/ju 1的濃度進(jìn)行了 900nl的涂布時(shí)的相位差波語的例子。圖12A 是ss-DAN的圖，圖UB是ds-DNA的圖。在計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)，估算實(shí)際上待 檢物和電磁波相互作用的區(qū)域，將針對(duì)涂布量的相互作用的效果標(biāo)準(zhǔn) 化。
從圖12A、 12B可知，當(dāng)是在測定中使用的傳輸線路105的情況下， 頻帶直到lTHz附近，因反射的影響等，作為大的細(xì)致的頻率特性的凹 凸產(chǎn)生波紋(ripple)。但是，將平均的斜率在圖12A的1條鏈中用實(shí) 線表示，在圖12B的2條鏈中用虛線表示，能夠判別其斜率的不同。此 處，因?yàn)樵谕干洳ㄕZ中也包含以波紋為基礎(chǔ)的大的噪聲成分，所以使用 了判別更容易的相位差頻譜，但也可以使用透射率(即傳輸)波譜和吸
圖12C是容易知道該相位差波語的樣子并圖像化的圖。同樣，用實(shí) 線表示的是一條鏈，用虛線表示的是二條鏈，少量的(A)是120和121， 使量增加的(B)是122和123。 1條鏈的一方從實(shí)施例3的結(jié)果中知道 透射率高，在同樣量中作為結(jié)果相位差波語的斜率會(huì)比2條鏈減小。進(jìn) 而，根據(jù)該相位差波鐠的斜率的、因供給量引起的變化的比例也能夠?qū)?1條鏈和2條鏈進(jìn)行判別。這用在實(shí)施例1中說明的時(shí)間波形的峰的位 移量和峰位移的變化率也可以判別(參照圖3C)。
在本實(shí)施例中，通過將待檢物涂布在傳送線路附近，具有能夠以微 量的待檢物進(jìn)行檢測的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施例6)
使用圖13A至圖13C說明本發(fā)明的第6實(shí)施例。該例子是通過使用 全反射棱鏡耦合器202并使用漸逝波，而提高反射波引起的變化的靈敏 度的例子。圖13A是該棱鏡耦合器的剖面圖，圖13B是圖13A的單點(diǎn)劃 線部的剖面圖。在圖13A至13C中，201是粘貼在半圓筒形的棱鏡耦合器202的上面的隔壁構(gòu)成構(gòu)件，在其上設(shè)置多個(gè)孔200。作為棱鏡耦合 器202因?yàn)獒槍?duì)太赫茲波的損耗和分散等小，所以優(yōu)選用高阻抗Si材 料制作的棱鏡。其中，該材料也可以是氧化鎂等的電介質(zhì)材料、特富龍 (注冊商標(biāo))等樹脂材料。
在上述構(gòu)成中，如圖13B所示如果太赫茲波205向耦合器202入射， 則反射太赫茲波被射出，但在反射面附近發(fā)生了漸逝波。因此通過在孔 200上配置膜濾器204并提供待檢物，漸逝波和待檢物相互作用能夠進(jìn) 行靈敏度高的測定。這種情況下，例如以各種頻率檢測敏感地反映待檢 物的狀態(tài)的反射太赫茲波，將其結(jié)果作為在許多頻率中的反射率作圖。 由此，得到反射波譜，能夠據(jù)此算出上述直線斜率。
隔壁構(gòu)成構(gòu)件201是為了按在實(shí)施例1中說明的那樣如圖13A所示 地排列提供多個(gè)待檢物的孔200并高速測定而設(shè)置的構(gòu)件。此處，為了 使待檢物和漸逝波效率良好地相互作用，希望將膜濾器204設(shè)置成50 jum左右的厚度。作為待檢物，即使不使用膜濾器，也可以配置液體單 元，或也可以直接設(shè)置粉末或者固體。
此處，作為取得校準(zhǔn)曲線的數(shù)據(jù)庫時(shí)的整體測定系統(tǒng)，也可以與在 實(shí)施例1中說明過的圖l所示的系統(tǒng)一樣。當(dāng)實(shí)際檢測樣品時(shí)，只要將 發(fā)生單一頻率振蕩的振蕩器208和檢測反射波的檢測器207配置成圖 13B所示那樣即可，為了調(diào)查在頻率波譜中的直線斜率，只要準(zhǔn)備多個(gè) 單一頻率振蕩器即可。在圖13B中表示1個(gè)光線路徑，但也可以設(shè)置成 在待檢物保持部分上多重反射的結(jié)構(gòu)。
此外，作為比使用全反射的漸逝波效率還高的方法，如圖13C所示， 有將導(dǎo)電材料206夾在膜濾器204和耦合器202的表面之間的類型。作 為該導(dǎo)電材料206適當(dāng)?shù)厥褂枚逊e了 n型Si薄膜(厚度2. 5 jara)的材 料，以3THz附近的頻率發(fā)生表面等離子體激元。其中，作為該導(dǎo)電材 料206也可以使用在InAs、 GaAs等其他的半導(dǎo)體中摻雜雜質(zhì)的材料或 Au、 Al等金屬。
在表面上和上述一樣地通過配置50Mm左右厚度的膜濾器2(M，敏 感地反映待檢物的狀態(tài)，存在反太赫茲波的吸收強(qiáng)的傾向顯現(xiàn)的角度。
在該角度中，檢測各頻率的反射太赫茲波。如果將該結(jié)果作為在多個(gè)頻 率中的反射率作圖，得到反射波語，能夠從中算出上述直線斜率。通過 這種測定能夠以良好的靈敏度評(píng)價(jià)待檢物的狀態(tài)。該例子是介紹將導(dǎo)電
材料206配置在待檢物和全反射面之間的克萊舒曼(kretschmann)配 置的例子，反之也可以使用稱為在全反射面和導(dǎo)電材料之間配置包含待 檢物的膜濾器的奧托(0tto)配置(未圖示)的類型。這種情況下，對(duì) 導(dǎo)電材料的厚度沒有限制，但當(dāng)用lTHz測定的情況下希望作為配置膜 濾器的間隙在小于等于10jum左右。這種情況下也可以設(shè)置成多重反射 結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例是提供將液體狀的少量樣品加入到液體單元等中，能夠靈 敏度更好地檢測液體的測定系統(tǒng)的例子，檢測方法等和實(shí)施例1至3 —樣。
C實(shí)施例7 )
本發(fā)明的第7實(shí)施例是在生物相關(guān)的分子中判別固體(晶體)狀態(tài)、 在作為水溶液溶解后在實(shí)施例1中說明的微型膜濾器上涂布并干燥的溶
解物的狀態(tài)的不同的例子。
圖15是激素( 一種生物活性物質(zhì))例如組胺(C5H9N3; MW: 111. 15 ) 以固體狀態(tài)(solid)和溶解狀態(tài)(dissolve)在FT-IR裝置中測定的 透射波語，圖16是表示在作為體內(nèi)生理活性物質(zhì)(神經(jīng)遞質(zhì))乙酰膽 堿((CH3) 3N+CH2CH2OCOCH3Cl-; MW: 181.66)的固體(solid)和溶解 物(dissolve)的THz-TDS中的測定結(jié)果的圖。將溶解物調(diào)節(jié)到溶液濃 度20mg/ml;滴下量30ul，個(gè)體制作混合了聚乙烯粉末的顆粒進(jìn)行 了測定。
例如在組胺中在1. 5 ~ 3THz的直線斜率中因?yàn)槿芙馕锏男甭蚀笏?能夠判別。此外，在乙酰膽堿中0. 5-2THz的斜率因?yàn)楣腆w的斜率大所 以能夠判別。在固體中雖然以晶體狀態(tài)存在，但在溶解物中因?yàn)榻Y(jié)晶性 變差，變化為含有水合物的狀態(tài)，所以認(rèn)為表現(xiàn)為THz的透射波鐠的差。 如果采用本發(fā)明，則能夠用在透射波譜中選擇的在頻帶中的直線擬合了 的斜率評(píng)價(jià)狀態(tài)的不同。
如果釆用本實(shí)施例，則對(duì)于控制其他的激素、神經(jīng)遞質(zhì)等生命活動(dòng) 成為疾病的指標(biāo)那樣的生物分子(生物體內(nèi)的活性物質(zhì))也全部適用， 能夠進(jìn)行狀態(tài)的檢查。
(實(shí)施例"
釆用本發(fā)明的第8實(shí)施例應(yīng)用于食品添加物，和實(shí)施例7—樣判別 是固體還者溶解物。
圖17是用FT-IR裝置測定了亞硝酸鈉(NaN02; MW: 69)的例子， 在溶解物中調(diào)整為溶液濃度20mg/ml,滴下量30ul。
例如，能夠用4-5THz的斜率來判別是固體或者溶解物。如果釆用 本實(shí)施例，則對(duì)于各種食品添加物能夠以非破壞方式進(jìn)行添加狀態(tài)的檢 查。
權(quán)利要求
1.一種檢測方法，是使用從0.1THz至10THz的頻率范圍中選擇的電磁波檢測物質(zhì)狀態(tài)變化的檢測方法，其特征在于，具有將物質(zhì)配置在待檢物保持部上的第1步驟；在上述物質(zhì)上照射上述電磁波的第2步驟；檢測從上述物質(zhì)透射或者反射來的電磁波的第3步驟；從上述檢測到的電磁波和上述照射的電磁波的信息中，求得針對(duì)上述照射的電磁波的上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性，算出上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性的直線擬合時(shí)的直線斜率或者直線斜率的第4步驟；和對(duì)預(yù)先求得的基準(zhǔn)狀態(tài)的上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性的直線斜率和在上述第4步驟中計(jì)算出的上述物質(zhì)的直線斜率進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)上述物質(zhì)狀態(tài)變化的第5步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于作為上述物質(zhì) 的性質(zhì)，從透射率、吸收率、反射率、相位差中選擇至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于求得上述物質(zhì) 的性質(zhì)的頻率依賴性的直線斜率時(shí)的頻率范圍從0. 2THz至2. 5THz的范 圍中選擇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于上述物質(zhì)是生 物相關(guān)分子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于上述物質(zhì)是食 品添加物，具有進(jìn)行其狀態(tài)的檢查的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于上述生物相關(guān) 分子是蛋白質(zhì)，具有通過檢測P53蛋白質(zhì)、TDP-43蛋白質(zhì)或者朊病毒蛋 白質(zhì)的狀態(tài)變化來進(jìn)行病理診斷的步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于上述生物相關(guān) 分子是激素、神經(jīng)遞質(zhì)等生物體內(nèi)的活性物質(zhì)，具有進(jìn)行其狀態(tài)診斷的 步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于上述物質(zhì)是液體狀物質(zhì)，在上述待檢物保持部中使用微型膜濾器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于使用具有上述 待檢物保持部的高頻傳送線路，求得針對(duì)上述照射的電磁波的上述物質(zhì) 的性質(zhì)的頻率依賴性。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于使用具有上述 待檢物保持部的全反射棱鏡，求得針對(duì)上述照射的電磁波的上述物質(zhì)的 性質(zhì)的頻率依賴性。
11. 一種檢測裝置，使用從0. ITHz至10THz的頻率范圍中選擇的 電磁波檢測物質(zhì)狀態(tài)變化，其特征在于，具有保持物質(zhì)的待檢物保持部；在保持于上述待檢物保持部上的物質(zhì)上照射上述電磁波的照射部件；檢測從上述物質(zhì)透射或者反射的電磁波的檢測部件； 從上述檢測到的電磁波和上述照射的電磁波的信息中，求得針對(duì)上 述照射的電磁波的上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性，算出上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性的直線擬合時(shí)的直線斜率或直線斜率的計(jì)算部件；和 對(duì)預(yù)先求得的基準(zhǔn)狀態(tài)的上k物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性的直線斜物質(zhì)狀態(tài)的變化的評(píng)價(jià)部件。
全文摘要
提供一種能夠不管有無太赫茲波的頻帶的固有振動(dòng)波譜都使用太赫茲波檢測物質(zhì)狀態(tài)的變化的檢測方法以及裝置。檢測裝置具有保持物質(zhì)8的待檢物保持部；照射部件1、6；檢測部件1、7；計(jì)算部件、評(píng)價(jià)部件。照射部件1、6在保持于待檢物保持部上的物質(zhì)8上照射太赫茲波。檢測部件1、7檢測從物質(zhì)8透射或者反射來的太赫茲波。計(jì)算部件求得針對(duì)所照射的太赫茲波的物質(zhì)8的性質(zhì)的頻率依賴性，算出物質(zhì)8的性質(zhì)的頻率依賴性的擬合直線時(shí)的直線斜率或者直線斜率。評(píng)價(jià)部件對(duì)預(yù)先求得的基準(zhǔn)狀態(tài)的物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴性的直線斜率和用計(jì)算部件算出的物質(zhì)8的直線斜率進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)物質(zhì)狀態(tài)的變化。
文檔編號(hào)G01N21/17GK101196467SQ20071019648
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者尾內(nèi)敏彥, 山下將嗣, 笠井信太郎, 米山春子 申請人:佳能株式會(huì)社;獨(dú)立行政法人理化學(xué)研究所