專(zhuān)利名稱(chēng)：使用電磁波的檢測(cè)方法以及檢測(cè)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(shuō)明書(shū)中稱(chēng)為太赫茲波)，進(jìn)行物質(zhì)(待檢物)信息的取得的檢測(cè)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(kāi)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(yǔ)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(cè)方法(專(zhuān)利 文獻(xiàn)1:特開(kāi)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(jiǎn)便地檢查它們的結(jié)構(gòu) 差異、有無(wú)變性、有無(wú)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(wú)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(kù)化，可 簡(jiǎn)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(zhuān)利文獻(xiàn)1: Immunochemistry， vol. 8， pp. 871-874， PergamonPress 1971) 、 Western印跡法(非專(zhuān)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(cè)定。此外，作為通過(guò)計(jì)量測(cè)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(lái)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(xiàn)、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(méi)有提出過(guò)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(cè)的方法。 因而，例如，透射頻波譜的頻率依賴(lài)性的變化幅度當(dāng)相對(duì)噪聲的基線(xiàn)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(cè)定的相位差波鐠中，只是線(xiàn)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(cè)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(wèn)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(cè)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(lái)觀察波長(zhǎng)的位移 量，所以存在軟材料的損傷的問(wèn)題。進(jìn)而，在太赫茲波的區(qū)域中因?yàn)榕c 激發(fā)波長(zhǎng)接近而分離困難，所以在精度上存在問(wèn)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(lái)推定的方法，所以仍 然存在診斷精度的問(wèn)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(wèn)題，使用從0. lTHz至10THz的頻率范圍中選擇的電磁 波檢測(cè)物質(zhì)狀態(tài)變化的本發(fā)明的檢測(cè)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(cè)從上述物質(zhì)透 射或者反射來(lái)的電磁波。在第4步驟中，根據(jù)上述檢測(cè)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(lài)性，算出上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴(lài)性的、直線(xiàn)擬合時(shí)的直 線(xiàn)斜率或直線(xiàn)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(lài)性的直線(xiàn)斜率和在上述第4步驟中算出的上述物質(zhì)的 直線(xiàn)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(lài)性，可以從透過(guò)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(lài)性的直線(xiàn)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(cè)物質(zhì)狀態(tài)的變化的本發(fā)明的檢測(cè)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(cè)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(cè)部件檢測(cè)從上述物質(zhì)中透射或者反射來(lái)的電磁波。上述計(jì)算部件 根據(jù)上述檢測(cè)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(lài)性，算出上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻 率依賴(lài)性的、直線(xiàn)擬合時(shí)的直線(xiàn)斜率或者直線(xiàn)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(lài)性的直線(xiàn)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(xiàn)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(cè)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(wú)標(biāo)識(shí)地檢測(cè)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(kāi)發(fā)/步驟 檢查等中提高檢查效率。
通過(guò)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(cè)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(yǔ)，以
及時(shí)間波形的例子的圖。
圖4A、 4B、 4C、 4D是說(shuō)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(lèi)(dC HC1 )的透射波譜以及相位差波
譜的例子的曲線(xiàn)圖。
圖7是表示DNA的透射波譜的例子的圖。
圖8是表示無(wú)機(jī)結(jié)晶(MgF)的吸收波鐠的例子的曲線(xiàn)圖。
圖9是表示本發(fā)明的其他實(shí)施例的檢測(cè)裝置的構(gòu)成圖。
圖IO是表示使用了傳送線(xiàn)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(cè)裝置的光學(xué)配置圖。
圖12A、 12B、 12C是表示由包含傳送線(xiàn)路型傳感器的檢測(cè)裝置產(chǎn)生
的相位差波鐠的例子的曲線(xiàn)圖。
圖13A、圖13B、圖13C是說(shuō)明本發(fā)明的其他的實(shí)施例的反射測(cè)定
系統(tǒng)的檢測(cè)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(cè)定例子的圖。 圖15是表示激素的透射波譜的其他測(cè)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(cè)定例子的圖。 圖17是表示食品添加物的透射波謙的其他測(cè)定例子的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，說(shuō)明本發(fā)明的檢測(cè)方法以及檢測(cè)裝置的實(shí)施方式。本發(fā)明是 檢測(cè)物質(zhì)狀態(tài)的變化的發(fā)明，代表性地是檢測(cè)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(cè)出
的變性程度定義為物質(zhì)的主要構(gòu)成元素沒(méi)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(lèi)、糖類(lèi)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(huà)， 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(jiǎn)便的方法檢測(cè)它們。
本發(fā)明的檢測(cè)方法以及檢測(cè)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(cè)。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(cè)、摻雜狀態(tài)的檢測(cè)、色味的檢測(cè)等中。另一方面， 即使在無(wú)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(cè)中，能夠在材料 開(kāi)發(fā)和制造步驟中的檢查等中應(yīng)用。
此處，說(shuō)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(cè)物 質(zhì)狀態(tài)變化的檢測(cè)方法及裝置對(duì)于各種物質(zhì)是共用的。
首先，用圖l說(shuō)明使用太赫茲波的檢測(cè)裝置的一種實(shí)施方式。該裝 置利用通過(guò)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(zhǎng)？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(guò)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(xiàn)的一般的元件。其中對(duì)此并沒(méi) 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(zhǎng)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(cè)中不將半導(dǎo) 體表面用作天線(xiàn)，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(cè)部件。
此時(shí)，為了能夠測(cè)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(yǔ)、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(lái)自電源2的偏壓 (振幅5V 30V)。通過(guò)由此進(jìn)行同步檢波來(lái)提高S/N。以上說(shuō)明的檢 測(cè)方法一般稱(chēng)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(ài))等中進(jìn)行測(cè)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(shù)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(yǔ)。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(lài)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(xiàn)表示在保持構(gòu)件沒(méi)有待檢物的參照狀態(tài) 的結(jié)果，白色三角的線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)表 示在保持部件中沒(méi)有待檢物的參照狀態(tài)的結(jié)果，白色圓圏的線(xiàn)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(xiàn)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(cè)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(yǔ)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(shuō)明。在圖3A中，在曲線(xiàn)圖中的曲線(xiàn)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(wú)關(guān)。此處，特別是如果在0. 2THz至2. 5THz的區(qū)域上以直線(xiàn) 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(cè)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(cè)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(lái)說(shuō)，將上述特性作為校準(zhǔn)曲線(xiàn)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定(這是通過(guò)檢測(cè)來(lái)自待檢物的反射 波進(jìn)行的)。此外，不言自明地，吸收比測(cè)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(shuō)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(cè)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(cè)量的部 件的例子。但是，在檢測(cè)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(cè)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(cè)器93檢測(cè)，求得待檢物 91的透射率。
此外，使用參量振蕩器等的波長(zhǎng)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(xiàn)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(cè)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(cè)定。
如從上述說(shuō)明可知的那樣，本發(fā)明的檢測(cè)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(cè)，如果檢測(cè) 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(xiàn)進(jìn)行直 線(xiàn)擬合時(shí)的斜率，則可以同樣應(yīng)用本發(fā)明的檢測(cè)方法。
如上所述，用本實(shí)施方式，用筒便的測(cè)定系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)用太赫茲波 檢測(cè)物質(zhì)狀態(tài)變化(例如，變性的程度)的檢測(cè)方法以及裝置。
以下，說(shuō)明更具體的實(shí)施例。
(實(shí)施例l)
說(shuō)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(guò)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(guò)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(xiàn)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?qǐng)D3C)。和表示它的參照物的相位差 光譜也示于圖3B中。可知相位差光譜相對(duì)頻率單調(diào)增加，其斜率因有 無(wú)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(cè)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(cè)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(cè)BSA那樣的蛋白質(zhì)的變性程度。作為該檢測(cè)方法，當(dāng)以 透射率角度來(lái)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(xiàn)斜率進(jìn)行比較即可。此外，從相位差波譜角度來(lái)看的情況下，只要 與線(xiàn)性變化相同以0. 2THz至2. 5THz的范圍的直線(xiàn)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(cè)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(shuō)明的THz-TDS法那樣求得相位特性困難， 此外測(cè)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(cè)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(guò)取出在2~ 5THz中直線(xiàn)擬合的斜率進(jìn)行比較來(lái)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(zhǎng)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(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)化并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部件中，則通過(guò)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(cè)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(cè)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(guò)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(guò)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(kāi)，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(guò)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(shuō)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(guò)復(fù)合了其他的主要原因而表現(xiàn)出的。在該檢測(cè)方法中，不僅 檢測(cè)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(cè)到維生素和 激素那樣的配體分子，和通過(guò)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(jiǎn)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(lèi)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(lèi)，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(méi)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(cè)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(méi)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(cè)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(méi)有固有振動(dòng)波譜的情況 能夠定義為在相位差波譜中沒(méi)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(cè)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(shuō)來(lái)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(shuō)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(chēng)在實(shí) 際的人類(lèi)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(cè)p53蛋白質(zhì)的變異即變性的有無(wú)，則能夠預(yù)測(cè) 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(cè)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(wú)害的蛋白質(zhì)結(jié)合， 不斷地異?；Ｗ儺惖碾貌《拘纬蓧K，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(lèi)。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(méi)有發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榧词垢腥久庖呦到y(tǒng)也沒(méi)有察覺(jué)，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(cè)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(shuō)， 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(zhǎng)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(guò)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(wú)和表達(dá)量的診斷是 有效的。
此外，有報(bào)告說(shuō)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(kāi)發(fā)聯(lián)系起來(lái)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(cè)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(cè)是當(dāng)務(wù)之急，但更簡(jiǎn)單并且正確 的檢測(cè)方法非常缺乏，現(xiàn)在常使用的檢測(cè)方法是在背景技術(shù)中說(shuō)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(cè) 的蛋白的抗原性充分考慮用于檢測(cè)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(cè)方法主要是利用抗體、抗原 的免疫性的方法。即，只不過(guò)是利用合成的抗體檢測(cè)蛋白質(zhì)的一部分的 氨基酸序列的不同。不能說(shuō)所使用的抗體不能檢測(cè)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(cè)方法最終都需要用熒光 色素檢測(cè)。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(cè)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(wèn)。最重要的是， 雖然能夠用這些方法檢測(cè)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(jiǎn)便地進(jìn)行檢測(cè)。此處舉出的 病例是病理診斷的一個(gè)例子。可以說(shuō)能夠用本發(fā)明的檢測(cè)方法檢測(cè)與各種疾病有關(guān)的蛋白質(zhì)的異?；蛘咦冃?，其應(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(cè)方法是應(yīng)用于DNA檢測(cè)的方法。對(duì)于平 均堿基長(zhǎng)為2000個(gè)堿基的鮭魚(yú)的DNA進(jìn)行了和實(shí)施例l相同的測(cè)定。 在DNA中，有形成2條鏈結(jié)構(gòu)的ds-DNA狀態(tài)，和解開(kāi)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(xiàn)的斜率進(jìn)行比較，能夠檢測(cè)在待檢物 樣本中的ss-DNA和ds-DNA的比例。
說(shuō)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(cè)某一堿基 序列的有無(wú)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(méi)有那樣的序列。利用上述的太赫茲波的透射波譜能 夠檢測(cè)該表現(xiàn)的有無(wú)。
本實(shí)施例提供通過(guò)作為太赫茲波的頻率波語(yǔ)特性的透射波譜的斜 率的不同能夠簡(jiǎn)便地檢測(cè)DNA的結(jié)構(gòu)造上的不同的檢測(cè)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(lái)檢測(cè)。
(實(shí)施例4)
本發(fā)明的第4實(shí)施例是表示無(wú)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(cè)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(xiàn)80表示)和Co摻雜的情況下(用實(shí)線(xiàn)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(wú)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(xiàn)斜率的話(huà)，則變成如圖8的虛線(xiàn)81、 83那樣。
這樣通過(guò)Co的摻雜出現(xiàn)顯著的直線(xiàn)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(cè)。
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(yǔ)的斜率檢測(cè)。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(cè)中也可以應(yīng)用本檢測(cè)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(cè)商標(biāo))、聚乙烯、聚烯烴等樹(shù)脂材料的狀態(tài)變化的檢測(cè)。
(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(cè)方法，而使用圖10所示那樣的傳送線(xiàn)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(xiàn) 路。在本實(shí)施例中將微波傳輸帶線(xiàn)路作為傳送線(xiàn)路105使用。
進(jìn)而，對(duì)太赫茲波的照射部件、檢測(cè)部件進(jìn)行集成，檢測(cè)部件和照 射部件分別由LT-GaAs薄膜104a、 104b和引出線(xiàn)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(cè)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(xiàn)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(cè)待檢物107的狀態(tài)的不同。檢測(cè)和圖l的例子一樣，通 過(guò)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(lái)自激光器110的2個(gè)激光光使得分別照射在傳送線(xiàn)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(yǔ)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(cè)定中使用的傳輸線(xiàn)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(xiàn)表示，在圖12B的2條鏈中用虛線(xiàn)表示，能夠判別其斜率的不同。此 處，因?yàn)樵谕干洳ㄕZ(yǔ)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(yǔ)的樣子并圖像化的圖。同樣，用實(shí) 線(xiàn)表示的是一條鏈，用虛線(xiàn)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(yǔ)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(shuō)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?qǐng)D3C)。
在本實(shí)施例中，通過(guò)將待檢物涂布在傳送線(xiàn)路附近，具有能夠以微 量的待檢物進(jìn)行檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施例6)
使用圖13A至圖13C說(shuō)明本發(fā)明的第6實(shí)施例。該例子是通過(guò)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(xiàn)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?xún)?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(cè)商標(biāo))等樹(shù)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(guò)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(cè)定。這種情況下，例如以各種頻率檢測(cè)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(xiàn)斜率。
隔壁構(gòu)成構(gòu)件201是為了按在實(shí)施例1中說(shuō)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(cè)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(xiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)的整體測(cè)定系統(tǒng)，也可以與在 實(shí)施例1中說(shuō)明過(guò)的圖l所示的系統(tǒng)一樣。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)樣品時(shí)，只要將 發(fā)生單一頻率振蕩的振蕩器208和檢測(cè)反射波的檢測(cè)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(xiàn)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(xiàn)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(lèi)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(guò)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(cè)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(yǔ)，能夠從中算出上述直線(xiàn)斜率。通過(guò) 這種測(cè)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(chēng)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(lèi)型。這種情況下，對(duì) 導(dǎo)電材料的厚度沒(méi)有限制，但當(dāng)用lTHz測(cè)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(cè)液體的測(cè)定系統(tǒng)的例子，檢測(cè)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(shuō)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(cè)定的 透射波語(yǔ)，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(cè)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(cè)定。
例如在組胺中在1. 5 ~ 3THz的直線(xiàn)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T(mén)Hz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(xiàn)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(cè)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(lái)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(cè)方法，是使用從0.1THz至10THz的頻率范圍中選擇的電磁波檢測(cè)物質(zhì)狀態(tài)變化的檢測(cè)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(cè)從上述物質(zhì)透射或者反射來(lái)的電磁波的第3步驟；從上述檢測(cè)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(lài)性，算出上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴(lài)性的直線(xiàn)擬合時(shí)的直線(xiàn)斜率或者直線(xiàn)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(lài)性的直線(xiàn)斜率和在上述第4步驟中計(jì)算出的上述物質(zhì)的直線(xiàn)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(cè)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(cè)方法，其特征在于求得上述物質(zhì) 的性質(zhì)的頻率依賴(lài)性的直線(xiàn)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(cè)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(cè)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(cè)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(guò)檢測(cè)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(lái)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(cè)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(cè)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(cè)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(xiàn)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(lài)性。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)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(lài)性。
11. 一種檢測(cè)裝置，使用從0. ITHz至10THz的頻率范圍中選擇的 電磁波檢測(cè)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(cè)從上述物質(zhì)透射或者反射的電磁波的檢測(cè)部件； 從上述檢測(cè)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(lài)性，算出上述物質(zhì)的性質(zhì)的頻率依賴(lài)性的直線(xiàn)擬合時(shí)的直線(xiàn)斜率或直線(xiàn)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(lài)性的直線(xiàn)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(wú)太赫茲波的頻帶的固有振動(dòng)波譜都使用太赫茲波檢測(cè)物質(zhì)狀態(tài)的變化的檢測(cè)方法以及裝置。檢測(cè)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(cè)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(cè)部件1、7檢測(cè)從物質(zhì)8透射或者反射來(lái)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(lài)性，算出物質(zhì)8的性質(zhì)的頻率依賴(lài)性的擬合直線(xiàn)時(shí)的直線(xiàn)斜率或者直線(xiàn)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(lài)性的直線(xiàn)斜率和用計(jì)算部件算出的物質(zhì)8的直線(xiàn)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(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)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(qǐng)人:佳能株式會(huì)社;獨(dú)立行政法人理化學(xué)研究所