表面増強ラマン分光測定方法及び本方法を用いた表面増強ラマン分光装置
【課題】被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる表面増強ラマン分光方法および装置を提供する。
【解決手段】被検物質を金属微粒子１０５ａが形成されたセル１０５に供給し、前記セル１０５に複数の波長を含む光を照射し、前記セル１０５を透過、または、散乱、または、反射した光を分光し、分光された光を検出し、前記セル１０５にて発生した局在化表面プラズモン共鳴波長を算出する。得られた局在化表面プラズモン共鳴波長に基づき、前記セル１０５に入射させる光の波長を前記局在化表面プラズモン共鳴波長付近に制御し、発生した表面増強ラマン散乱光を検出する。検出された表面増強ラマン散乱光を分析することにより、被検成分濃度を高精度に算出する。
【解決手段】被検物質を金属微粒子１０５ａが形成されたセル１０５に供給し、前記セル１０５に複数の波長を含む光を照射し、前記セル１０５を透過、または、散乱、または、反射した光を分光し、分光された光を検出し、前記セル１０５にて発生した局在化表面プラズモン共鳴波長を算出する。得られた局在化表面プラズモン共鳴波長に基づき、前記セル１０５に入射させる光の波長を前記局在化表面プラズモン共鳴波長付近に制御し、発生した表面増強ラマン散乱光を検出する。検出された表面増強ラマン散乱光を分析することにより、被検成分濃度を高精度に算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はラマン分光法にかかり、特に、金属微粒子に光を照射した際に発生する局在化表面プラズモン共鳴による電場増強効果により励起される表面増強ラマン分光法を利用した特定物質の濃度を計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ラマン分光法は様々な応用に用いられており、例えば、ラマン分光法を用いて生体成分の濃度を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ラマン分光法を用いることにより、生体成分中の特性成分の濃度を消耗品である試薬、試験紙片及び酵素などを不要にし、さらにはそれらの消耗品の使用前の保存安全性や使用後の廃棄の問題、誤差を生じる原因となる煩雑な操作や他の成分による干渉作用などの問題をなくし、さらに多成分を同時に定量測定することができる。この従来の技術を第１の従来技術と呼ぶ。
【０００３】
表面増強ラマン分光測定方法としては、分析対象物質と量論関係をなすラマン活性物質に、群をなしている貴金属コロイドからなる表面増強ラマン散乱の基質を共存させて、その増強電場による表面増強ラマン散乱を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。本技術によると、表面増強ラマン散乱を近赤外領域の光の波長を用いて高効率で励起でき、近赤外領域の光で励起することにより、近赤外領域においてラマン分光法によって分析することにより、分析対象物が含有されるマトリックス中のきょう雑物の光吸収や蛍光といった影響を排除して、分析対象物の検出において特異性・選択性を向上させることが可能となる。この従来の技術を第２の従来技術と呼ぶ。
【０００４】
また、半透過半反射性を有し、表面がラマン散乱を生ずる光散乱面である第1の反射体と、透光体と、反射性を有する第２の反射体とを順次備えた光共振体からなり、共振による光吸収を利用して表面増強ラマン散乱を得る技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。表面増強ラマン分光法を用いた測定技術において、測定光の波長と表面増強ラマン効果を得る共鳴波長（以下、ラマン増強波長とする） とを一致させる必要があり、検出対象物質によって測定光の波長を変化させる必要のあるラマン分光法においては、測定光の波長応じたラマン増強波長を有する表面増強ラマンデバイスが必要となる。局在プラズモン共鳴を利用した表面増強ラマンデバイスにおいて、測定光の波長と局在プラズモン共鳴波長を一致させるには、金属微細構造の精密な制御を各波長に応じて行うという複雑な設計変更が必要であるが、本技術によると、共振波長が透光体の平均屈折率と厚みとに応じて変わるので、これらのファクタを変化させるだけの簡易な設計変更によってラマン増強波長を制御することができる。従って、本発明によれば、用途に応じた所望の波長において表面増強ラマン効果を有するラマン分光用デバイスを、簡易な設計変更により得ることができる。この従来の技術を第３の従来技術と呼ぶ。
【特許文献１】特開平９−０７９９８２号公報
【特許文献２】特表２００４−２０５４３５号公報
【特許文献３】特開２００８-０１４９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記第１の従来技術では、典型的には、試料物質に入射するフォトンの１０-7しかラマン散乱されない。従って、ラマン散乱されたフォトンを検出するために、ラマン分光器においては一般に、高出力レーザ及び高感度検出器が採用されている。絶対的な意味において散乱断面積が小さいのみならず、散乱されたフォトンが入射フォトンと同じエネルギーを有するレイリー散乱に比較しても小さい。これはつまり、小さなラマン信号を大きなレイリー信号及び入射信号から分離することに関して問題がある場合が多いということであり、特に、ラマン信号のエネルギーが入射信号のエネルギーに近い場合に問題となる。高出力レーザはかさばり高価であるだけでなく、非常に高い出力においては、その光放射の強度により試料物質が破壊される可能性がある。従って、光放射源の強度には上限が課される。同様に、高感度検出器もかさばり高価であることが多く、例えば液体窒素により冷却される必要がある。それに加えて、許容可能な信号対雑音比を有するラマンスペクトル信号を得るために長い積分時間が必要とされるので、検出は時間がかかるプロセスであることが多いという課題を有していた。
【０００６】
また、表面増強ラマン散乱を励起するためには、局在化表面プラズモン共鳴波長と表面増強ラマン励起波長を一致される必要がある。局在化表面プラズモン共鳴における共鳴波長は、金属微粒子等の周辺の屈折率に影響されることが知られている。つまり、被検物質を含有している血液、尿、汗等の屈折率に影響され、局在化表面プラズモン共鳴波長が変化する。これは、局在化表面プラズモンの共鳴状態が変化しているためである。この場合、表面増強ラマン散乱を励起するために利用する金属微粒子等の周辺に発生する局在化表面プラズモンにより増強された電場が変化する。したがって、表面増強ラマン散乱の発生度合いが変化してしまうため、測定が安定しない、または、電場増強効果が減少するため測定感度が低下するという課題を有していた。第２の従来技術において、このような溶液の屈折率変動による増強される電場が変動に関する影響、対策が述べられていない。
【０００７】
第３の従来技術では、前記溶液の屈折率変動による増強される電場が変動に関する課題の対策として、共振器中の透明体の厚さを変化させることにより、ラマン増強波長を制御することができるが、このためには、事前に前記溶液の屈折率の波長分散特性を特定しておく必要がある。また、前記溶液の屈折率の波長分散特性が大きいと、共振が適切に行われず、ラマン増強波長の制御が困難となるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定し、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定できる表面増強ラマン分光方法、および、表面増強ラマン分光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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の表面増強ラマン分光方法は、
ａ） 被検物質を金属微粒子が形成されたセルに供給する工程
ｂ） 前記セルに複数の波長を含む光を照射する工程
ｃ） 前記セルを透過、または、散乱、または、反射した光を分光し、分光された光を検出する工程
ｄ） 工程ｃ）により得られた結果から前記セルにて発生した局在化表面プラズモン共鳴波長を算出する工程
ｅ） 工程ｄ）で得られた局在化表面プラズモン共鳴波長に基づき、前記セルに入射させる光の波長を前記局在化表面プラズモン共鳴波長付近に制御する工程
ｆ） 発生した表面増強ラマン散乱光を検出する工程
ｇ） 工程ｆ）により検出された表面増強ラマン散乱光から生体に含まれる成分濃度を算出する工程
を含む。
【００１０】
また、本発明の表面増強ラマン分光装置は、前記方法を利用した、複数の波長の光を放射する光源と、金属の微粒子が形成されたセルと、前記セルを透過、または、透過、または、散乱した光を分光し、分光された光を検出する分光手段と、表面増強ラマン散乱を発生させるために入射した光を減衰させる光学フィルターを備え、前記分光手段の出力により前記金属微粒子にて発生した局在化表面プラズモン共鳴の共鳴波長を算出し、前記共鳴波長付近の光を放射するように前記光源を制御し、前記光学フィルターのうち前記光源の波長の光を減衰させる光学フィルターを光路中に挿入するよう制御する演算部と、を備える。
【００１１】
本構成によって、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定し、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の表面増強ラマン分光方法および本方法を用いた表面増強ラマン分光装置によれば、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【００１３】
特に、含有する成分濃度の日内変動、個体間のばらつきが大きい体液中の濃度を測定する場合や、屈折率変化に対する局在化表面プラズモン共鳴波長の変化量が大きい金属微粒子を利用する場合は有効である。この理由を以下に述べる。
【００１４】
体液中、特に血液中ではこれらの被検物質の濃度が同一個人の間でも日内変動があり、また、個体間でも被検物質の濃度差があることから、屈折率が各被検物質含有物により異なり、およそ、屈折率として０．０３〜０．０５程度の差が存在する。金属微粒子が金のロッド形状や銀のピラミッド形状の微粒子の場合、屈折率が1変化すると２００〜３００ｎｍ程度共鳴波長がシフトするので、前記状態では共鳴波長は約１０〜１５ｎｍ程度で変動する。また、屈折率の変化に対する局在化表面プラズモン共鳴波長の変化量が大きくなればなるほど、前記共鳴波長の変化量が大きくなる。一方、表面増強ラマン散乱強度は、電場の４乗に比例するといわれているため、電場増強度合いが変化した際の表面増強ラマン散乱の発生強度に与える影響が大きい。
【００１５】
本発明は、被検物質を含む被検物質含有物を構成する成分の濃度変化が大きい場合や、屈折率変化に対する局在化表面プラズモン共鳴波長の変化量が大きい金属微粒子を利用する場合に特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図１〜５を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態１における表面増強ラマン分光装置１００の構成を示す図である。図１において、局在化表面プラズモン共鳴波長を含む光を放射するハロゲン光源１０１、異なる波長を放射する複数の半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｆからなる波長可変光源１０２、波長可変光源から放射される光を反射するミラー１０３、ハロゲン光源１０１並びに波長可変光源１０２から放射された光を整形するレンズ系１０４、被検物質を保持し、金属微粒子１０５ａが設けられているセル１０５、波長可変光源１０２が放射する波長に対応したノッチフィルターが装着されたスロットと、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際に利用するノッチフィルターが装着されていないスロットを備える光学フィルタホイール１０６、グレーティング分光を行う際に光を略点光源状に整形するスリット１０７、スリット１０７を透過した光を波長に応じて分散させながら反射するグレーティング素子１０８、分散した光を検出する複数の受光領域を持つ光検出器１０９、光検出器１０９が受光した光の強度を算出し、算出した強度から局在化表面プラズモン共鳴波長を算出し、算出した局在化表面プラズモン共鳴波長に基づき波長可変光源１０２を制御し、また、波長可変光源１０２から放射された光により発生した表面増強ラマン分光スペクトルを分析することにより被検物質の濃度を算出するマイクロコンピュータ１１０である。
【００１９】
ここで、ハロゲン光源１０１、光学フィルタホイール１０６、マイクロコンピュータ１１０はそれぞれ、本発明における参照用光源、光学フィルター、演算部に相当する。また、スリット１０７、グレーティング素子１０８、光検出器１０９は本発明における分光手段に相当する。本実施の形態において分光手段として、グレーティング素子１０８と複数の受光領域を持つ光検出器１０９を用いたが、所定の波長を分光できる公知技術であれば、特に限定することなく利用できる。例えば、干渉フィルター等の分光フィルターや、音響光学素子と単一の受光領域を持つ光検出器等を利用することができる。
【００２０】
また、本発明の表面増強ラマン分光装置は、メモリ１１１を備えていてもよい。メモリ１１１には、複数の受光領域を持つ光検出器１０９の各セルに対応する波長のデータや、被検物質の濃度を算出するための表面増強ラマン散乱光の各波数における強度と被検物質の濃度の相関関係に関するデータを保持している。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるセル１０５の断面を示す図である。セル１０５は、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａ（底面サイズ＝数ｎｍ〜２００ｎｍ程度、高さ＝５０〜１００ｎｍ程度）、スペーサー１０５ｂ、基板１０５ｃ、カバーガラス１０５ｅ、スペーサー１０５ｂとカバーガラス１０５ｅで形成される被検溶液保持空間１０５ｄ、被検溶液の供給口、排出口（図示せず）から構成される。ここで、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａは、本発明における金属微粒子に相当する。ここで、三角錘状に形成された銀微粒子の製法としては、公知の技術を特に限定なく利用することができる。例えば、数百ｎｍのポリスチレンの微粒子を基板１０５ｃ上に自己配列させ、この状態において真空蒸着装置等の薄膜形成装置を用いて銀を蒸着する。その後、ポリスチレン微粒子を超音波洗浄により除去することにより形成することができる。この時、基板１０５ｃは親水性であることが、ポリスチレン微粒子が整然と自己配列することから好ましい。
【００２２】
基板１０５ｃとしては、ハロゲン光源１０１、および、表面増強ラマン散乱光の波長の光が透過するものであれば、公知技術を特に限定することなく利用することができる。例えば、ＳｉＯ２は、前記光の波長に対して透明であり、親水化が容易であるため好ましい。
【００２３】
例えば、底面が約９５ｎｍ、高さが５０ｎｍの三角錘状の銀微粒子において、空気中では、局在化表面プラズモン共鳴波長は約５７０ｎｍとなり、屈折率が１変化した場合の局在化表面プラズモン共鳴波長変化量は、約２００ｎｍとなる。ここで、被検溶液の屈折率を１．３５とした場合、空気の屈折率の差から被検溶液が銀微粒子１０５ａの周囲に満たされている場合、局在化表面プラズモン波長は約６４０ｎｍとなる。
【００２４】
ここで、本実施の形態において、参照用光源として、ハロゲン光源１０１を用いたが、局在化表面プラズモン共鳴波長を含む光を放射する光源であれば、特に限定することなく利用することができる。本実施の形態における銀微粒子１０５ａの局在化表面プラズモン共鳴波長は、被検溶液が存在する場合、約６４０ｎｍ付近となることから、６４０ｎｍの光を含み、被検溶液の屈折率変動0.05に伴う局在化表面プラズモン共鳴波長変化量を見込み、約６３５〜６４５ｎｍの光を放射する光源であれば利用でき、例えば赤色ＬＥＤ等を利用することができる。
【００２５】
また、波長可変光源１０２として異なる波長を放射する半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｅの５種類を利用する。本実施の形態において、半導体レーザ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆとして、放射する波長が、それぞれ６３５ｎｍ、６３７ｎｍ、６３９ｎｍ、６４１ｎｍ、６４３ｎｍ、６４５ｎｍであるものを利用することができる。これらは、市販の半導体レーザを利用することができる。半導体レーザは、製造において±２〜３ｎｍの中心波長のずれが発生するため、あらかじめ半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｆの波長を測定しておくことが好ましい。さらには、常に同じ波長を放射するために、半導体レーザ１０２の温度を制御することが好ましい。また、半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｆが放射する光強度を等しく設定することが、電場増強効果を均一にするという観点から好ましい。
【００２６】
光学フィルタホイール１０６は、図３に示すように、第１のノッチフィルター１０６ａ、第２のノッチフィルター１０６ｂ、第３のノッチフィルター１０６ｃ、第４のノッチフィルター１０６ｄ、第５のノッチフィルター１０６ｅ、及び、第６のノッチフィルター１０６ｆがリング１０６ｈにはめ込まれており、リング１０６ｈに穴を開けることにより空隙１０６ｇが形成されている。ここで、第１〜第６のノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆは、それぞれ半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｆが放射する波長の光を減衰させるノッチフィルターに対応する。図３に示す例では、ともに円状である第１〜第６のノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆと空隙１０６ｇがリング１０６ｈにはめ込まれることにより円盤状の部材が構成されており、その円盤状の部材の中央部にシャフト１０６ｉが設けられている。このシャフト１０６ｉを図３の矢印のように回転させることにより、第１〜第６のノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆと空隙１０６ｇとの間で切り替えることができる。シャフト１０６ｉの回転は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号により制御される。光学フィルタホイール１０６は、本発明における光学フィルターに相当する。
【００２７】
次に本実施の形態における表面増強ラマン分光方法および本方法を利用した表面増強ラマン分光装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図４には、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図を示す。まず、セル１０５に被検溶液を供給する。セル１０５に被検溶液が満たされたあと、ハロゲン光源１０１の電源を入れる。この時、光学フィルタホイール１０６は、空隙１０６ｇが光路中に挿入されている。ハロゲン光源１０１から放射された光は、セル１０５中の三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過する際、被検溶液の屈折率に応じた局在化表面プラズモン共鳴波長において光の消衰が最大となる。三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過した光がスリット１０７を透過し、グレーティング素子１０８により分散され、光検出器１０９における各受光領域に到達した光の量からマイクロコンピュータ１１０が、光検出器１０９の各受光領域が検出した光の量に基づいて局在化表面プラズモン共鳴波長を決定する。
【００２８】
この時、被検溶液が満たされたかどうかを判定するためのセンサを備えていることが好ましい。例えば、カバーガラス１０５ｅと基板１０５ｃに電極を設けておき、電極に弱い電圧をかけておく。被検溶液が例えば血液である場合、血液には電解質が含まれることから、被検溶液が満たされると電極間に電流が流れ、被検溶液がセル１０５内に満たされたどうかが判定できる。さらに前記センサの出力を利用してハロゲン光源１０１の電源を自動的にＯＮにすることが、測定を自動化できるため好ましい。
【００２９】
局在化表面プラズモン共鳴波長を算出した後、マイクロコンピュータ１１０は、局在化表面プラズモン共鳴波長の算出結果に基づき、半導体レーザ１０２のうち、局在化表面プラズモン共鳴波長に最も近い波長を放射するものを駆動すると共に、シャフト１０６ｉを回転させ、選定した半導体レーザ１０２に対応するノッチフィルターを光路中に挿入する。図５には、半導体レーザ１０２ｃが駆動され、ノッチフィルター１０３ｃが光路中に挿入されている例を示している。例えば、局在化表面プラズモン共鳴波長が６３９．５ｎｍであるとき、図５のように、６３９ｎｍの光を放射する半導体レーザ１０２ｃを駆動し、これと同時に半導体レーザ１０２ｃに対応する第３のノッチフィルター１０６ｃを光路中に挿入する。この時、図５に示すように、半導体レーザ１０２から放射される光をセル１０５に対して垂直に入射しないことが、スリット１０７に直接高輝度の光である半導体レーザ１０２の光が入射し、表面増強ラマン散乱光の測定に悪影響を与えないようにするという観点から好ましい。
【００３０】
半導体レーザ１０２ｃの光をセル１０５に入射すると、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａにおいて局在化表面プラズモンが励起され、近傍に電場増強領域が発生する。この電場増強領域において、表面増強ラマン散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光は、入射した半導体レーザ１０２ｃの光とは、波長が異なる。この時、表面増強ラマン散乱光として、ストークス光とアンチストークス光の２種類の表面増強ラマン散乱光が発生する。一般的にストークス光の方が、アンチストークス光に比較して光量が大きい。本実施の形態において、ストークス光、アンチストークス光のどちらを測定してもかまわない。
【００３１】
また、半導体レーザ１０２ｃをセル１０５に入射した際、表面増強ラマン散乱光とともに、波長が変化しないレイリー散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光とレイリー散乱光は、共にノッチフィルター１０６ｃに入射するが、レイリー散乱光は、ノッチフィルター１０６ｃにより吸収され、スリット１０７、グレーティング素子１０８にはほとんど放射されない。ノッチフィルター１０６ｃを透過した表面増強ラマン散乱光は、グレーティング素子１０８により分散させられ、各波長に応じて複数の受光領域を持つ光検出器１０９に入射される。
【００３２】
ここで、複数の受光領域を持つ光検出器１０９としては、公知技術を特に限定することなく利用することができる。例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ、１次元フォトディテクターアレイ等を利用することができる。また、受光領域の数としては、例えば４０９６個の受光領域を持つ１次元ＣＣＤ素子を利用することができる。
【００３３】
光検出器１０９に入射した光は、マイクロコンピュータ１１０により表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出される。この時、光検出器１０９における各受光領域の出力と波数に関するデータはメモリ１１１を参照する。
【００３４】
表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出されると、マイクロコンピュータ１１０は、さらにメモリ１１１に格納されている表面増強ラマン散乱光の各波数における強度と被検物質の濃度の相関関係を参照し、被検物質の濃度を算出する。算出された被検物質の濃度は、例えば、スピーカー（図示せず）を通じて音声での通知や、ディスプレイ等（図示せず）に表示させることにより、ユーザに通知される。
【００３５】
メモリ１１２に格納されている、表面増強ラマン散乱光の強度と波長の関係と被検溶液中の被検物質の濃度との相関を示す相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００３６】
まず、既知の被検成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係を測定する。この測定を、異なる被検成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００３７】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、被検物質を含む被検溶液をセル１０５に供給し、その後、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定し、さらに局在化表面プラズモン共鳴波長に対応した表面増強ラマン散乱を励起する波長の光を入射することにより、電場増強効果の変化度合いを被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも均一化し、また、電場増強効果を極大化できるため、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
本発明の別の実施の形態について、図６〜図８を用いて説明する。図６〜図８において、図１〜図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る表面増強ラマン分光装置の構成を示す図である。図６において、実施の形態１と異なる構成は、光源として、波長可変レーザ１２１を備えている点である。波長可変レーザ１２１を利用することにより、実施の形態１における半導体レーザ１０２が必要でなくなる。波長可変レーザ１２１としては、局在化表面プラズモン共鳴波長の光を放射することができる波長可変レーザ１２１であれば、公知技術を特に限定なく利用することができる。例えば、チューニングミラー、ホログラフィック回折格子等を搭載した波長可変半導体レーザ、半導体レーザ素子を温度コントロールすることにより波長を可変する半導体レーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等を利用することができる。
【００４１】
次に本実施の形態における表面増強ラマン分光方法および本方法を利用した表面増強ラマン分光装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図７には、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図を示す。まず、セル１０５に被検溶液を供給する。セル１０５に被検溶液が満たされたあと、波長可変レーザ１２１の電源を入れる。この時、光学フィルタホイール１０６は、空隙１０６ｇが光路中に挿入されている。波長可変レーザ１２１が放射する光の波長を掃引しながら放射し、波長可変レーザ１２１から放射された光は、セル１０５中の三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過する際、被検溶液の屈折率に応じた局在化表面プラズモン共鳴波長において光の消衰が最大となる。三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過した光がスリット１０７を透過し、グレーティング素子１０８により分散され、光検出器１０９における各受光領域に到達した光の量からマイクロコンピュータ１１０が、光検出器１０９の各受光領域が検出した光の量に基づいて局在化表面プラズモン共鳴波長を決定する。
【００４２】
この時、実施の形態１と同様に、被検溶液が満たされたかどうかを判定するためのセンサを備えていることが好ましい。例えば、カバーガラス１０５ｅと基板１０５ｃに電極を設けておき、電極に弱い電圧をかけておく。被検溶液が例えば血液である場合、血液には電解質が含まれることから、被検溶液が満たされると電極間に電流が流れ、被検溶液がセル１０５内に満たされたどうかが判定できる。さらに前記センサの出力を利用して波長可変レーザ１２１の電源を自動的にＯＮにすることが、測定を自動化できるため好ましい。
【００４３】
局在化表面プラズモン共鳴波長を算出した後、マイクロコンピュータ１１０は、局在化表面プラズモン共鳴波長の算出結果に基づき、波長可変レーザ１２１が放射する波長を局在化表面プラズモン共鳴波長に最も近い波長を放射するように設定すると共に、シャフト１０６ｉを回転させ、選定した波長可変レーザ１２１が放射する波長に対応するノッチフィルターを光路中に挿入する。
【００４４】
この時、光学フィルタホイール１０６が備えるノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆは、実施の形態１と同じ特性を持つ。
【００４５】
図８には、波長可変レーザ１２１が放射する波長が局在化表面プラズモン共鳴波長とほぼ等しくなるように設定され、ノッチフィルター１０３ｃが光路中に挿入されている例を示している。例えば、局在化表面プラズモン共鳴波長が６３９．５ｎｍであるとき、６３９．５ｎｍの光を放射するように波長可変レーザ１２１を駆動し、これと同時に波長可変レーザ１２１が放射する波長に対応する第３のノッチフィルター１０６ｃを光路中に挿入する。
【００４６】
波長可変レーザ１２１の光をセル１０５に入射すると、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａにおいて局在化表面プラズモンが励起され、近傍に電場増強領域が発生する。この電場増強領域において、表面増強ラマン散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光は、入射した波長可変レーザ１２１の波長の光とは、波長が異なる。この時、表面増強ラマン散乱光として、ストークス光とアンチストークス光の２種類の表面増強ラマン散乱光が発生する。一般的にストークス光の方が、アンチストークス光に比較して光量が大きい。本実施の形態において、ストークス光、アンチストークス光のどちらを測定してもかまわない。
【００４７】
また、波長可変レーザ１２１をセル１０５に入射した際、表面増強ラマン散乱光とともに、波長が変化しないレイリー散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光とレイリー散乱光は、共にノッチフィルター１０６ｃに入射するが、レイリー散乱光は、ノッチフィルター１０６ｃにより吸収され、スリット１０７、グレーティング素子１０８にはほとんど放射されない。ノッチフィルター１０６ｃを透過した表面増強ラマン散乱光は、グレーティング素子１０８により分散させられ、各波長に応じて複数の受光領域を持つ光検出器１０９に入射される。
【００４８】
光検出器１０９に入射した光は、マイクロコンピュータ１１０により表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出される。この時、光検出器１０９における各受光領域の出力と波数に関するデータはメモリ１１１を参照する。
【００４９】
表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出されると、マイクロコンピュータ１１０は、さらにメモリ１１１に格納されている表面増強ラマン散乱光の各波数における強度と被検物質の濃度の相関関係を参照し、被検物質の濃度を算出する。算出された被検物質の濃度は、例えば、スピーカー（図示せず）を通じて音声での通知や、ディスプレイ等（図示せず）に表示させることにより、ユーザに通知される。
【００５０】
メモリ１１２に格納されている、表面増強ラマン散乱光の強度と波長の関係と被検溶液中の被検物質の濃度との相関を示す相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００５１】
まず、既知の被検成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係を測定する。この測定を、異なる被検成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００５２】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００５３】
本実施の形態によれば、被検物質を含む被検溶液をセル１０５に供給し、その後、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定し、さらに局在化表面プラズモン共鳴波長に対応した表面増強ラマン散乱を励起する波長の光を入射することにより、被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも電場増強効果の変化度合いを均一化し、また、電場増強効果を極大化できるため、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
本発明の別の実施の形態について、図９〜図１１を用いて説明する。図９〜図１１において、図１〜図８と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５５】
図９は、本発明の実施の形態３に係る表面増強ラマン分光装置の構成を示す図である。図９において、実施の形態１と異なる構成は、光源として、スーパールミネッセントダイオード１３１と音響光学フィルター１３２を備えている点である。
【００５６】
複数の波長の光を放射するスーパールミネッセントダイオード１３１と音響光学フィルター１３２を利用することにより、実施の形態１における半導体レーザ１０２が必要でなくなる。スーパールミネッセントダイオード１３１としては、局在化表面プラズモン共鳴波長の光を放射することができるスーパールミネッセントダイオード１３１であれば、公知技術を特に限定なく利用することができる。
【００５７】
次に本実施の形態における表面増強ラマン分光方法および本方法を利用した表面増強ラマン分光装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図１０には、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図を示す。まず、セル１０５に被検溶液を供給する。セル１０５に被検溶液が満たされたあと、スーパールミネッセントダイオード１３１の電源を入れる。この時、光学フィルタホイール１０６は、空隙１０６ｇが光路中に挿入されている。スーパールミネッセントダイオード１３１から放射された光は、音響光学フィルター１３２に到達する。この時、音響光学フィルター１３２を駆動することにより、波長を掃引する。セル１０５中の三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過する際、被検溶液の屈折率に応じた局在化表面プラズモン共鳴波長において光の消衰が最大となる。三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過した光は、スリット１０７を透過し、グレーティング素子１０８により分散され、光検出器１０９における各受光領域に到達した光の量からマイクロコンピュータ１１０が、光検出器１０９の各受光領域が検出した光の量に基づいて局在化表面プラズモン共鳴波長を決定する。
【００５８】
この時、実施の形態１と同様に、被検溶液が満たされたかどうかを判定するためのセンサを備えていることが好ましい。例えば、カバーガラス１０５ｅと基板１０５ｃに電極を設けておき、電極に弱い電圧をかけておく。被検溶液が例えば血液である場合、血液には電解質が含まれることから、被検溶液が満たされると電極間に電流が流れ、被検溶液がセル１０５内に満たされたどうかが判定できる。さらに前記センサの出力を利用してスーパールミネッセントダイオード１３１の電源を自動的にＯＮにすることが、測定を自動化できるため好ましい。
【００５９】
局在化表面プラズモン共鳴波長を算出した後、マイクロコンピュータ１１０は、局在化表面プラズモン共鳴波長の算出結果に基づき、音響光学フィルター１３２を制御することにより、スーパールミネッセントダイオード１３１が放射した光の波長を局在化表面プラズモン共鳴波長に最も近い波長を放射するように設定すると共に、シャフト１０６ｉを回転させ、選定したスーパールミネッセントダイオード１３１が放射する波長に対応するノッチフィルターを光路中に挿入する。
【００６０】
この時、光学フィルタホイール１０６が備えるノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆは、実施の形態１と同じ特性を持つ。
【００６１】
図１１には、音響光学フィルター１３２がマイクロコンピュータ１１０により制御され、スーパールミネッセントダイオード１３１が放射する波長のうち、局在化表面プラズモン共鳴波長とほぼ等しい波長の光がセル１０５に入射するように設定され、ノッチフィルター１０３ｃが光路中に挿入されている例を示している。例えば、局在化表面プラズモン共鳴波長が６３９．５ｎｍであるとき、６３９．５ｎｍの光を放射するように音響光学フィルター１３２を駆動し、これと同時にセル１０５に入射する光の波長に対応する第３のノッチフィルター１０６ｃを光路中に挿入する。
【００６２】
音響光学フィルター１３２を通過したスーパールミネッセントダイオード１３１の光をセル１０５に入射すると、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａにおいて局在化表面プラズモンが励起され、近傍に電場増強領域が発生する。この電場増強領域において、表面増強ラマン散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光は、入射した音響光学フィルター１３２を通過したスーパールミネッセントダイオード１３１の波長の光とは、波長が異なる。この時、表面増強ラマン散乱光として、ストークス光とアンチストークス光の２種類の表面増強ラマン散乱光が発生する。一般的にストークス光の方が、アンチストークス光に比較して光量が大きい。本実施の形態において、ストークス光、アンチストークス光のどちらを測定してもかまわない。
【００６３】
また、音響光学フィルター１３２を通過したスーパールミネッセントダイオード１３１から放射された光をセル１０５に入射した際、表面増強ラマン散乱光とともに、波長が変化しないレイリー散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光とレイリー散乱光は、共にノッチフィルター１０６ｃに入射するが、レイリー散乱光は、ノッチフィルター１０６ｃにより吸収され、スリット１０７、グレーティング素子１０８にはほとんど放射されない。ノッチフィルター１０６ｃを透過した表面増強ラマン散乱光は、グレーティング素子１０８により分散させられ、各波長に応じて複数の受光領域を持つ光検出器１０９に入射される。
【００６４】
光検出器１０９に入射した光は、マイクロコンピュータ１１０により表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出される。この時、光検出器１０９における各受光領域の出力と波数に関するデータはメモリ１１１を参照する。
【００６５】
表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出されると、マイクロコンピュータ１１０は、さらにメモリ１１１に格納されている表面増強ラマン散乱光の各波数における強度と被検物質の濃度の相関関係を参照し、被検物質の濃度を算出する。算出された被検物質の濃度は、例えば、スピーカー（図示せず）を通じて音声での通知や、ディスプレイ等（図示せず）に表示させることにより、ユーザに通知される。
【００６６】
メモリ１１２に格納されている、表面増強ラマン散乱光の強度と波長の関係と被検溶液中の被検物質の濃度との相関を示す相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００６７】
まず、既知の被検成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係を測定する。この測定を、異なる被検成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００６８】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００６９】
本実施の形態によれば、被検物質を含む被検溶液をセル１０５に供給し、その後、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定し、さらに局在化表面プラズモン共鳴波長に対応した表面増強ラマン散乱を励起する波長の光を入射することにより、電場増強効果の変化度合いを被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも均一化し、また、電場増強効果を極大化できるため、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【００７０】
（実施の形態４）
本発明の別の実施の形態について、図１２〜図１３用いて説明する。図１２〜図１３において、図１〜図１１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７１】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る表面増強ラマン分光装置の構成を示す図である。図１２において、実施の形態１と異なる構成は、セル１４２として、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａを金属微粒子として利用している点と、偏光子１４１を備えている点である。
【００７２】
図１３は、本発明の第４の実施の形態におけるセル１４２の断面を示す図である。セル１４２は、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａ（短軸サイズ＝数ｎｍ〜３０ｎｍ、長軸サイズ＝数ｎｍ〜２００ｎｍ程度、直径＝数ｎｍ〜３０ｎｍ程度）が基板１０５ｃに固定化されており、スペーサー１０５ｂ、基板１０５ｃ、カバーガラス１０５ｅ、スペーサー１０５ｂとカバーガラス１０５ｅで形成される被検溶液保持空間１０５ｄ、被検溶液の供給口、排出口（図示せず）から構成される。ここで、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａは、本発明における金属微粒子に相当する。ここで、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａの製法としては、公知の技術を特に限定なく利用することができる。例えば、電解法、化学還元法、光還元法等が利用できる。ロッド状に形成された金微粒子１４２ａを基板に固定化する技術としては、例えば、静電相互作用を利用する方法を利用することができる。
【００７３】
ロッド状に形成された金微粒子１４２ａの特性としては、局在化表面プラズモン共鳴が長軸方向と短軸方向のそれぞれで発生し、局在化表面プラズモン共鳴波長は２つで発生する。長軸方向の局在化表面プラズモン共鳴波長のほうが短軸方向の局在化表面プラズモン共鳴波長よりも、長波長側に現れる。特に長軸方向の局在化表面プラズモン共鳴は周囲の屈折率変化に対して敏感に影響を受けることが知られている。また、長軸方向に共鳴した局在化表面プラズモンによる方が短軸方向に比較して電場増強効果が強いことが知られている。ロッド状に形成された金微粒子１４２ａにおいて、長軸方向に共鳴した局在化表面プラズモンを励起するためには、電場が長軸方向に偏光している光を入射するとよい。例えば、図１３に示したようにロッド状に形成された金微粒子１４２ａが一定の方向で規則正しく配列し、基板１０５ｃに固定化されている場合には、偏光子１４１を前記偏光状態となるように配置し、偏光子１４２により偏光した光をセル１４２に入射すると効率よく長軸方向の局在化表面プラズモンが励起できる。
【００７４】
例えば、短軸長が約１０ｎｍ、長軸長が約３０ｎｍ、直径が約１０ｎｍのロッド状に形成された金微粒子において、空気中では、局在化表面プラズモン共鳴波長は約７００ｎｍとなり、屈折率が１変化した場合の局在化表面プラズモン共鳴波長変化量は、約３００ｎｍとなる。ここで、被検溶液の屈折率を１．３５とした場合、空気の屈折率の差から被検溶液がロッド状に形成された金微粒子１４２ａの周囲に満たされている場合、長軸方向に共鳴した局在化表面プラズモン共鳴波長は約８０５ｎｍとなる。
【００７５】
ここで、本実施の形態におけるロッド状に形成された金微粒子１４２ａの長軸方向の局在化表面プラズモン共鳴波長は、被検溶液が存在する場合、約８００ｎｍ付近となることから、８００ｎｍの光を含み、被検溶液の屈折率変動０．０５に伴う局在化表面プラズモン共鳴波長変化量を見込み、約７９０〜８１０ｎｍの光を放射する光源であれば利用でき、例えば赤色ＬＥＤ等を利用することができる。
【００７６】
上記のように、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａは、局在化表面プラズモン共鳴波長が近赤外領域の波長となるため、被検物質が生体成分である場合、被検物質含有物中のきょう雑物質の光吸収や蛍光の影響が排除でき、被検物質の検出において、特異性・選択性を向上させることが可能となるため好ましい。
【００７７】
基板１０５ｃとしては、ハロゲン光源１０１、および、表面増強ラマン散乱光の波長の光が透過するものであれば、公知技術を特に限定することなく利用することができる。例えば、ＳｉＯ２は、前記光の波長に対して透明であり、親水化等の表面処理が容易であるため好ましい。
【００７８】
また、波長可変光源１４３として異なる波長を放射する半導体レーザ１４３ａ〜１４３ｅの５種類を利用する。本実施の形態において、半導体レーザ１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄ、１４３ｅ、１４３ｆとして、放射する波長が、それぞれ７９０ｎｍ、７９４ｎｍ、７９８ｎｍ、８０２ｎｍ、８０６ｎｍ、８１０ｎｍであるものを利用することができる。これらは、市販の半導体レーザを利用することができる。半導体レーザは、製造において±２〜３ｎｍの中心波長のずれが発生するため、あらかじめ半導体レーザ１４３ａ〜１４３ｆの波長を測定しておくことが好ましい。さらには、常に同じ波長を放射するために、半導体レーザ１０２の温度を制御することが好ましい。また、半導体レーザ１４３ａ〜１４３ｆが放射する光強度を等しく設定することが、電場増強効果を均一にするという観点から好ましい。
【００７９】
次に本実施の形態における表面増強ラマン分光方法および本方法を利用した表面増強ラマン分光装置の動作について、実施の形態１と同一であるため、省略する。
【００８０】
本実施の形態によれば、被検物質を含む被検溶液をセル１０５に供給し、その後、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定し、さらに局在化表面プラズモン共鳴波長に対応した表面増強ラマン散乱を励起する波長の光を入射することにより、被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも電場増強効果の変化度合いを均一化し、また、電場増強効果を極大化できるため、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明にかかる表面増強ラマン分光測定方法及び本方法を用いた表面増強ラマン分光装置は、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することできるため、高精度に被検物質の濃度が測定する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施の形態における表面増強ラマン分光装置の構成を示す図
【図２】本発明の一実施の形態におけるセル１０５の断面を示す図
【図３】本発明の一実施の形態における光学フィルタホイール１０６の斜視図
【図４】本発明の一実施の形態における局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図
【図５】本発明の一実施の形態における表面増強ラマン散乱光を測定する際の動作を説明する図
【図６】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン分光装置の構成を示す図
【図７】本発明の他の実施の形態における局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図
【図８】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン散乱光を測定する際の動作を説明する図
【図９】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン分光装置の構成を示す図
【図１０】本発明の他の実施の形態における局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図
【図１１】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン散乱光を測定する際の動作を説明する図
【図１２】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン分光装置の構成を示す図
【図１３】本発明の他の実施の形態におけるセル１４２の断面を示す図
【符号の説明】
【００８３】
１００ 表面増強ラマン分光装置
１０１ ハロゲン光源
１０２ 波長可変光源
１０２ａ 半導体レーザ
１０２ｂ 半導体レーザ
１０２ｃ 半導体レーザ
１０２ｄ 半導体レーザ
１０２ｅ 半導体レーザ
１０２ｆ 半導体レーザ
１０３ ミラー
１０４ レンズ
１０５ セル
１０５ａ 三角錘状の銀微粒子
１０５ｂ スペーサー
１０５ｃ 基板
１０５ｄ 被検溶液保持空間
１０６ 光学フィルタホイール
１０６ａ 第１のノッチフィルター
１０６ｂ 第２のノッチフィルター
１０６ｃ 第３のノッチフィルター
１０６ｄ 第４のノッチフィルター
１０６ｅ 第５のノッチフィルター
１０６ｆ 第６のノッチフィルター
１０６ｇ 空隙
１０６ｈ リング
１０６ｉ シャフト
１０７ スリット
１０８ グレーティング素子
１０９ 複数の受光領域を持つ光検出器
１１０ マイクロコンピュータ
１１１ メモリ
１２１ 波長可変レーザ
１３１ スーパールミネッセントダイオード
１３２ 音響光学フィルター
１４１ 偏光子
１４２ セル
１４２ａ ロッド状に形成された金微粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明はラマン分光法にかかり、特に、金属微粒子に光を照射した際に発生する局在化表面プラズモン共鳴による電場増強効果により励起される表面増強ラマン分光法を利用した特定物質の濃度を計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ラマン分光法は様々な応用に用いられており、例えば、ラマン分光法を用いて生体成分の濃度を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ラマン分光法を用いることにより、生体成分中の特性成分の濃度を消耗品である試薬、試験紙片及び酵素などを不要にし、さらにはそれらの消耗品の使用前の保存安全性や使用後の廃棄の問題、誤差を生じる原因となる煩雑な操作や他の成分による干渉作用などの問題をなくし、さらに多成分を同時に定量測定することができる。この従来の技術を第１の従来技術と呼ぶ。
【０００３】
表面増強ラマン分光測定方法としては、分析対象物質と量論関係をなすラマン活性物質に、群をなしている貴金属コロイドからなる表面増強ラマン散乱の基質を共存させて、その増強電場による表面増強ラマン散乱を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。本技術によると、表面増強ラマン散乱を近赤外領域の光の波長を用いて高効率で励起でき、近赤外領域の光で励起することにより、近赤外領域においてラマン分光法によって分析することにより、分析対象物が含有されるマトリックス中のきょう雑物の光吸収や蛍光といった影響を排除して、分析対象物の検出において特異性・選択性を向上させることが可能となる。この従来の技術を第２の従来技術と呼ぶ。
【０００４】
また、半透過半反射性を有し、表面がラマン散乱を生ずる光散乱面である第1の反射体と、透光体と、反射性を有する第２の反射体とを順次備えた光共振体からなり、共振による光吸収を利用して表面増強ラマン散乱を得る技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。表面増強ラマン分光法を用いた測定技術において、測定光の波長と表面増強ラマン効果を得る共鳴波長（以下、ラマン増強波長とする） とを一致させる必要があり、検出対象物質によって測定光の波長を変化させる必要のあるラマン分光法においては、測定光の波長応じたラマン増強波長を有する表面増強ラマンデバイスが必要となる。局在プラズモン共鳴を利用した表面増強ラマンデバイスにおいて、測定光の波長と局在プラズモン共鳴波長を一致させるには、金属微細構造の精密な制御を各波長に応じて行うという複雑な設計変更が必要であるが、本技術によると、共振波長が透光体の平均屈折率と厚みとに応じて変わるので、これらのファクタを変化させるだけの簡易な設計変更によってラマン増強波長を制御することができる。従って、本発明によれば、用途に応じた所望の波長において表面増強ラマン効果を有するラマン分光用デバイスを、簡易な設計変更により得ることができる。この従来の技術を第３の従来技術と呼ぶ。
【特許文献１】特開平９−０７９９８２号公報
【特許文献２】特表２００４−２０５４３５号公報
【特許文献３】特開２００８-０１４９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記第１の従来技術では、典型的には、試料物質に入射するフォトンの１０-7しかラマン散乱されない。従って、ラマン散乱されたフォトンを検出するために、ラマン分光器においては一般に、高出力レーザ及び高感度検出器が採用されている。絶対的な意味において散乱断面積が小さいのみならず、散乱されたフォトンが入射フォトンと同じエネルギーを有するレイリー散乱に比較しても小さい。これはつまり、小さなラマン信号を大きなレイリー信号及び入射信号から分離することに関して問題がある場合が多いということであり、特に、ラマン信号のエネルギーが入射信号のエネルギーに近い場合に問題となる。高出力レーザはかさばり高価であるだけでなく、非常に高い出力においては、その光放射の強度により試料物質が破壊される可能性がある。従って、光放射源の強度には上限が課される。同様に、高感度検出器もかさばり高価であることが多く、例えば液体窒素により冷却される必要がある。それに加えて、許容可能な信号対雑音比を有するラマンスペクトル信号を得るために長い積分時間が必要とされるので、検出は時間がかかるプロセスであることが多いという課題を有していた。
【０００６】
また、表面増強ラマン散乱を励起するためには、局在化表面プラズモン共鳴波長と表面増強ラマン励起波長を一致される必要がある。局在化表面プラズモン共鳴における共鳴波長は、金属微粒子等の周辺の屈折率に影響されることが知られている。つまり、被検物質を含有している血液、尿、汗等の屈折率に影響され、局在化表面プラズモン共鳴波長が変化する。これは、局在化表面プラズモンの共鳴状態が変化しているためである。この場合、表面増強ラマン散乱を励起するために利用する金属微粒子等の周辺に発生する局在化表面プラズモンにより増強された電場が変化する。したがって、表面増強ラマン散乱の発生度合いが変化してしまうため、測定が安定しない、または、電場増強効果が減少するため測定感度が低下するという課題を有していた。第２の従来技術において、このような溶液の屈折率変動による増強される電場が変動に関する影響、対策が述べられていない。
【０００７】
第３の従来技術では、前記溶液の屈折率変動による増強される電場が変動に関する課題の対策として、共振器中の透明体の厚さを変化させることにより、ラマン増強波長を制御することができるが、このためには、事前に前記溶液の屈折率の波長分散特性を特定しておく必要がある。また、前記溶液の屈折率の波長分散特性が大きいと、共振が適切に行われず、ラマン増強波長の制御が困難となるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定し、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定できる表面増強ラマン分光方法、および、表面増強ラマン分光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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の表面増強ラマン分光方法は、
ａ） 被検物質を金属微粒子が形成されたセルに供給する工程
ｂ） 前記セルに複数の波長を含む光を照射する工程
ｃ） 前記セルを透過、または、散乱、または、反射した光を分光し、分光された光を検出する工程
ｄ） 工程ｃ）により得られた結果から前記セルにて発生した局在化表面プラズモン共鳴波長を算出する工程
ｅ） 工程ｄ）で得られた局在化表面プラズモン共鳴波長に基づき、前記セルに入射させる光の波長を前記局在化表面プラズモン共鳴波長付近に制御する工程
ｆ） 発生した表面増強ラマン散乱光を検出する工程
ｇ） 工程ｆ）により検出された表面増強ラマン散乱光から生体に含まれる成分濃度を算出する工程
を含む。
【００１０】
また、本発明の表面増強ラマン分光装置は、前記方法を利用した、複数の波長の光を放射する光源と、金属の微粒子が形成されたセルと、前記セルを透過、または、透過、または、散乱した光を分光し、分光された光を検出する分光手段と、表面増強ラマン散乱を発生させるために入射した光を減衰させる光学フィルターを備え、前記分光手段の出力により前記金属微粒子にて発生した局在化表面プラズモン共鳴の共鳴波長を算出し、前記共鳴波長付近の光を放射するように前記光源を制御し、前記光学フィルターのうち前記光源の波長の光を減衰させる光学フィルターを光路中に挿入するよう制御する演算部と、を備える。
【００１１】
本構成によって、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定し、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の表面増強ラマン分光方法および本方法を用いた表面増強ラマン分光装置によれば、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【００１３】
特に、含有する成分濃度の日内変動、個体間のばらつきが大きい体液中の濃度を測定する場合や、屈折率変化に対する局在化表面プラズモン共鳴波長の変化量が大きい金属微粒子を利用する場合は有効である。この理由を以下に述べる。
【００１４】
体液中、特に血液中ではこれらの被検物質の濃度が同一個人の間でも日内変動があり、また、個体間でも被検物質の濃度差があることから、屈折率が各被検物質含有物により異なり、およそ、屈折率として０．０３〜０．０５程度の差が存在する。金属微粒子が金のロッド形状や銀のピラミッド形状の微粒子の場合、屈折率が1変化すると２００〜３００ｎｍ程度共鳴波長がシフトするので、前記状態では共鳴波長は約１０〜１５ｎｍ程度で変動する。また、屈折率の変化に対する局在化表面プラズモン共鳴波長の変化量が大きくなればなるほど、前記共鳴波長の変化量が大きくなる。一方、表面増強ラマン散乱強度は、電場の４乗に比例するといわれているため、電場増強度合いが変化した際の表面増強ラマン散乱の発生強度に与える影響が大きい。
【００１５】
本発明は、被検物質を含む被検物質含有物を構成する成分の濃度変化が大きい場合や、屈折率変化に対する局在化表面プラズモン共鳴波長の変化量が大きい金属微粒子を利用する場合に特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図１〜５を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態１における表面増強ラマン分光装置１００の構成を示す図である。図１において、局在化表面プラズモン共鳴波長を含む光を放射するハロゲン光源１０１、異なる波長を放射する複数の半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｆからなる波長可変光源１０２、波長可変光源から放射される光を反射するミラー１０３、ハロゲン光源１０１並びに波長可変光源１０２から放射された光を整形するレンズ系１０４、被検物質を保持し、金属微粒子１０５ａが設けられているセル１０５、波長可変光源１０２が放射する波長に対応したノッチフィルターが装着されたスロットと、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際に利用するノッチフィルターが装着されていないスロットを備える光学フィルタホイール１０６、グレーティング分光を行う際に光を略点光源状に整形するスリット１０７、スリット１０７を透過した光を波長に応じて分散させながら反射するグレーティング素子１０８、分散した光を検出する複数の受光領域を持つ光検出器１０９、光検出器１０９が受光した光の強度を算出し、算出した強度から局在化表面プラズモン共鳴波長を算出し、算出した局在化表面プラズモン共鳴波長に基づき波長可変光源１０２を制御し、また、波長可変光源１０２から放射された光により発生した表面増強ラマン分光スペクトルを分析することにより被検物質の濃度を算出するマイクロコンピュータ１１０である。
【００１９】
ここで、ハロゲン光源１０１、光学フィルタホイール１０６、マイクロコンピュータ１１０はそれぞれ、本発明における参照用光源、光学フィルター、演算部に相当する。また、スリット１０７、グレーティング素子１０８、光検出器１０９は本発明における分光手段に相当する。本実施の形態において分光手段として、グレーティング素子１０８と複数の受光領域を持つ光検出器１０９を用いたが、所定の波長を分光できる公知技術であれば、特に限定することなく利用できる。例えば、干渉フィルター等の分光フィルターや、音響光学素子と単一の受光領域を持つ光検出器等を利用することができる。
【００２０】
また、本発明の表面増強ラマン分光装置は、メモリ１１１を備えていてもよい。メモリ１１１には、複数の受光領域を持つ光検出器１０９の各セルに対応する波長のデータや、被検物質の濃度を算出するための表面増強ラマン散乱光の各波数における強度と被検物質の濃度の相関関係に関するデータを保持している。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるセル１０５の断面を示す図である。セル１０５は、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａ（底面サイズ＝数ｎｍ〜２００ｎｍ程度、高さ＝５０〜１００ｎｍ程度）、スペーサー１０５ｂ、基板１０５ｃ、カバーガラス１０５ｅ、スペーサー１０５ｂとカバーガラス１０５ｅで形成される被検溶液保持空間１０５ｄ、被検溶液の供給口、排出口（図示せず）から構成される。ここで、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａは、本発明における金属微粒子に相当する。ここで、三角錘状に形成された銀微粒子の製法としては、公知の技術を特に限定なく利用することができる。例えば、数百ｎｍのポリスチレンの微粒子を基板１０５ｃ上に自己配列させ、この状態において真空蒸着装置等の薄膜形成装置を用いて銀を蒸着する。その後、ポリスチレン微粒子を超音波洗浄により除去することにより形成することができる。この時、基板１０５ｃは親水性であることが、ポリスチレン微粒子が整然と自己配列することから好ましい。
【００２２】
基板１０５ｃとしては、ハロゲン光源１０１、および、表面増強ラマン散乱光の波長の光が透過するものであれば、公知技術を特に限定することなく利用することができる。例えば、ＳｉＯ２は、前記光の波長に対して透明であり、親水化が容易であるため好ましい。
【００２３】
例えば、底面が約９５ｎｍ、高さが５０ｎｍの三角錘状の銀微粒子において、空気中では、局在化表面プラズモン共鳴波長は約５７０ｎｍとなり、屈折率が１変化した場合の局在化表面プラズモン共鳴波長変化量は、約２００ｎｍとなる。ここで、被検溶液の屈折率を１．３５とした場合、空気の屈折率の差から被検溶液が銀微粒子１０５ａの周囲に満たされている場合、局在化表面プラズモン波長は約６４０ｎｍとなる。
【００２４】
ここで、本実施の形態において、参照用光源として、ハロゲン光源１０１を用いたが、局在化表面プラズモン共鳴波長を含む光を放射する光源であれば、特に限定することなく利用することができる。本実施の形態における銀微粒子１０５ａの局在化表面プラズモン共鳴波長は、被検溶液が存在する場合、約６４０ｎｍ付近となることから、６４０ｎｍの光を含み、被検溶液の屈折率変動0.05に伴う局在化表面プラズモン共鳴波長変化量を見込み、約６３５〜６４５ｎｍの光を放射する光源であれば利用でき、例えば赤色ＬＥＤ等を利用することができる。
【００２５】
また、波長可変光源１０２として異なる波長を放射する半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｅの５種類を利用する。本実施の形態において、半導体レーザ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆとして、放射する波長が、それぞれ６３５ｎｍ、６３７ｎｍ、６３９ｎｍ、６４１ｎｍ、６４３ｎｍ、６４５ｎｍであるものを利用することができる。これらは、市販の半導体レーザを利用することができる。半導体レーザは、製造において±２〜３ｎｍの中心波長のずれが発生するため、あらかじめ半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｆの波長を測定しておくことが好ましい。さらには、常に同じ波長を放射するために、半導体レーザ１０２の温度を制御することが好ましい。また、半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｆが放射する光強度を等しく設定することが、電場増強効果を均一にするという観点から好ましい。
【００２６】
光学フィルタホイール１０６は、図３に示すように、第１のノッチフィルター１０６ａ、第２のノッチフィルター１０６ｂ、第３のノッチフィルター１０６ｃ、第４のノッチフィルター１０６ｄ、第５のノッチフィルター１０６ｅ、及び、第６のノッチフィルター１０６ｆがリング１０６ｈにはめ込まれており、リング１０６ｈに穴を開けることにより空隙１０６ｇが形成されている。ここで、第１〜第６のノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆは、それぞれ半導体レーザ１０２ａ〜１０２ｆが放射する波長の光を減衰させるノッチフィルターに対応する。図３に示す例では、ともに円状である第１〜第６のノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆと空隙１０６ｇがリング１０６ｈにはめ込まれることにより円盤状の部材が構成されており、その円盤状の部材の中央部にシャフト１０６ｉが設けられている。このシャフト１０６ｉを図３の矢印のように回転させることにより、第１〜第６のノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆと空隙１０６ｇとの間で切り替えることができる。シャフト１０６ｉの回転は、マイクロコンピュータ１１０からの制御信号により制御される。光学フィルタホイール１０６は、本発明における光学フィルターに相当する。
【００２７】
次に本実施の形態における表面増強ラマン分光方法および本方法を利用した表面増強ラマン分光装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図４には、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図を示す。まず、セル１０５に被検溶液を供給する。セル１０５に被検溶液が満たされたあと、ハロゲン光源１０１の電源を入れる。この時、光学フィルタホイール１０６は、空隙１０６ｇが光路中に挿入されている。ハロゲン光源１０１から放射された光は、セル１０５中の三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過する際、被検溶液の屈折率に応じた局在化表面プラズモン共鳴波長において光の消衰が最大となる。三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過した光がスリット１０７を透過し、グレーティング素子１０８により分散され、光検出器１０９における各受光領域に到達した光の量からマイクロコンピュータ１１０が、光検出器１０９の各受光領域が検出した光の量に基づいて局在化表面プラズモン共鳴波長を決定する。
【００２８】
この時、被検溶液が満たされたかどうかを判定するためのセンサを備えていることが好ましい。例えば、カバーガラス１０５ｅと基板１０５ｃに電極を設けておき、電極に弱い電圧をかけておく。被検溶液が例えば血液である場合、血液には電解質が含まれることから、被検溶液が満たされると電極間に電流が流れ、被検溶液がセル１０５内に満たされたどうかが判定できる。さらに前記センサの出力を利用してハロゲン光源１０１の電源を自動的にＯＮにすることが、測定を自動化できるため好ましい。
【００２９】
局在化表面プラズモン共鳴波長を算出した後、マイクロコンピュータ１１０は、局在化表面プラズモン共鳴波長の算出結果に基づき、半導体レーザ１０２のうち、局在化表面プラズモン共鳴波長に最も近い波長を放射するものを駆動すると共に、シャフト１０６ｉを回転させ、選定した半導体レーザ１０２に対応するノッチフィルターを光路中に挿入する。図５には、半導体レーザ１０２ｃが駆動され、ノッチフィルター１０３ｃが光路中に挿入されている例を示している。例えば、局在化表面プラズモン共鳴波長が６３９．５ｎｍであるとき、図５のように、６３９ｎｍの光を放射する半導体レーザ１０２ｃを駆動し、これと同時に半導体レーザ１０２ｃに対応する第３のノッチフィルター１０６ｃを光路中に挿入する。この時、図５に示すように、半導体レーザ１０２から放射される光をセル１０５に対して垂直に入射しないことが、スリット１０７に直接高輝度の光である半導体レーザ１０２の光が入射し、表面増強ラマン散乱光の測定に悪影響を与えないようにするという観点から好ましい。
【００３０】
半導体レーザ１０２ｃの光をセル１０５に入射すると、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａにおいて局在化表面プラズモンが励起され、近傍に電場増強領域が発生する。この電場増強領域において、表面増強ラマン散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光は、入射した半導体レーザ１０２ｃの光とは、波長が異なる。この時、表面増強ラマン散乱光として、ストークス光とアンチストークス光の２種類の表面増強ラマン散乱光が発生する。一般的にストークス光の方が、アンチストークス光に比較して光量が大きい。本実施の形態において、ストークス光、アンチストークス光のどちらを測定してもかまわない。
【００３１】
また、半導体レーザ１０２ｃをセル１０５に入射した際、表面増強ラマン散乱光とともに、波長が変化しないレイリー散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光とレイリー散乱光は、共にノッチフィルター１０６ｃに入射するが、レイリー散乱光は、ノッチフィルター１０６ｃにより吸収され、スリット１０７、グレーティング素子１０８にはほとんど放射されない。ノッチフィルター１０６ｃを透過した表面増強ラマン散乱光は、グレーティング素子１０８により分散させられ、各波長に応じて複数の受光領域を持つ光検出器１０９に入射される。
【００３２】
ここで、複数の受光領域を持つ光検出器１０９としては、公知技術を特に限定することなく利用することができる。例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ、１次元フォトディテクターアレイ等を利用することができる。また、受光領域の数としては、例えば４０９６個の受光領域を持つ１次元ＣＣＤ素子を利用することができる。
【００３３】
光検出器１０９に入射した光は、マイクロコンピュータ１１０により表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出される。この時、光検出器１０９における各受光領域の出力と波数に関するデータはメモリ１１１を参照する。
【００３４】
表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出されると、マイクロコンピュータ１１０は、さらにメモリ１１１に格納されている表面増強ラマン散乱光の各波数における強度と被検物質の濃度の相関関係を参照し、被検物質の濃度を算出する。算出された被検物質の濃度は、例えば、スピーカー（図示せず）を通じて音声での通知や、ディスプレイ等（図示せず）に表示させることにより、ユーザに通知される。
【００３５】
メモリ１１２に格納されている、表面増強ラマン散乱光の強度と波長の関係と被検溶液中の被検物質の濃度との相関を示す相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００３６】
まず、既知の被検成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係を測定する。この測定を、異なる被検成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００３７】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、被検物質を含む被検溶液をセル１０５に供給し、その後、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定し、さらに局在化表面プラズモン共鳴波長に対応した表面増強ラマン散乱を励起する波長の光を入射することにより、電場増強効果の変化度合いを被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも均一化し、また、電場増強効果を極大化できるため、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
本発明の別の実施の形態について、図６〜図８を用いて説明する。図６〜図８において、図１〜図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る表面増強ラマン分光装置の構成を示す図である。図６において、実施の形態１と異なる構成は、光源として、波長可変レーザ１２１を備えている点である。波長可変レーザ１２１を利用することにより、実施の形態１における半導体レーザ１０２が必要でなくなる。波長可変レーザ１２１としては、局在化表面プラズモン共鳴波長の光を放射することができる波長可変レーザ１２１であれば、公知技術を特に限定なく利用することができる。例えば、チューニングミラー、ホログラフィック回折格子等を搭載した波長可変半導体レーザ、半導体レーザ素子を温度コントロールすることにより波長を可変する半導体レーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等を利用することができる。
【００４１】
次に本実施の形態における表面増強ラマン分光方法および本方法を利用した表面増強ラマン分光装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図７には、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図を示す。まず、セル１０５に被検溶液を供給する。セル１０５に被検溶液が満たされたあと、波長可変レーザ１２１の電源を入れる。この時、光学フィルタホイール１０６は、空隙１０６ｇが光路中に挿入されている。波長可変レーザ１２１が放射する光の波長を掃引しながら放射し、波長可変レーザ１２１から放射された光は、セル１０５中の三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過する際、被検溶液の屈折率に応じた局在化表面プラズモン共鳴波長において光の消衰が最大となる。三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過した光がスリット１０７を透過し、グレーティング素子１０８により分散され、光検出器１０９における各受光領域に到達した光の量からマイクロコンピュータ１１０が、光検出器１０９の各受光領域が検出した光の量に基づいて局在化表面プラズモン共鳴波長を決定する。
【００４２】
この時、実施の形態１と同様に、被検溶液が満たされたかどうかを判定するためのセンサを備えていることが好ましい。例えば、カバーガラス１０５ｅと基板１０５ｃに電極を設けておき、電極に弱い電圧をかけておく。被検溶液が例えば血液である場合、血液には電解質が含まれることから、被検溶液が満たされると電極間に電流が流れ、被検溶液がセル１０５内に満たされたどうかが判定できる。さらに前記センサの出力を利用して波長可変レーザ１２１の電源を自動的にＯＮにすることが、測定を自動化できるため好ましい。
【００４３】
局在化表面プラズモン共鳴波長を算出した後、マイクロコンピュータ１１０は、局在化表面プラズモン共鳴波長の算出結果に基づき、波長可変レーザ１２１が放射する波長を局在化表面プラズモン共鳴波長に最も近い波長を放射するように設定すると共に、シャフト１０６ｉを回転させ、選定した波長可変レーザ１２１が放射する波長に対応するノッチフィルターを光路中に挿入する。
【００４４】
この時、光学フィルタホイール１０６が備えるノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆは、実施の形態１と同じ特性を持つ。
【００４５】
図８には、波長可変レーザ１２１が放射する波長が局在化表面プラズモン共鳴波長とほぼ等しくなるように設定され、ノッチフィルター１０３ｃが光路中に挿入されている例を示している。例えば、局在化表面プラズモン共鳴波長が６３９．５ｎｍであるとき、６３９．５ｎｍの光を放射するように波長可変レーザ１２１を駆動し、これと同時に波長可変レーザ１２１が放射する波長に対応する第３のノッチフィルター１０６ｃを光路中に挿入する。
【００４６】
波長可変レーザ１２１の光をセル１０５に入射すると、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａにおいて局在化表面プラズモンが励起され、近傍に電場増強領域が発生する。この電場増強領域において、表面増強ラマン散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光は、入射した波長可変レーザ１２１の波長の光とは、波長が異なる。この時、表面増強ラマン散乱光として、ストークス光とアンチストークス光の２種類の表面増強ラマン散乱光が発生する。一般的にストークス光の方が、アンチストークス光に比較して光量が大きい。本実施の形態において、ストークス光、アンチストークス光のどちらを測定してもかまわない。
【００４７】
また、波長可変レーザ１２１をセル１０５に入射した際、表面増強ラマン散乱光とともに、波長が変化しないレイリー散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光とレイリー散乱光は、共にノッチフィルター１０６ｃに入射するが、レイリー散乱光は、ノッチフィルター１０６ｃにより吸収され、スリット１０７、グレーティング素子１０８にはほとんど放射されない。ノッチフィルター１０６ｃを透過した表面増強ラマン散乱光は、グレーティング素子１０８により分散させられ、各波長に応じて複数の受光領域を持つ光検出器１０９に入射される。
【００４８】
光検出器１０９に入射した光は、マイクロコンピュータ１１０により表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出される。この時、光検出器１０９における各受光領域の出力と波数に関するデータはメモリ１１１を参照する。
【００４９】
表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出されると、マイクロコンピュータ１１０は、さらにメモリ１１１に格納されている表面増強ラマン散乱光の各波数における強度と被検物質の濃度の相関関係を参照し、被検物質の濃度を算出する。算出された被検物質の濃度は、例えば、スピーカー（図示せず）を通じて音声での通知や、ディスプレイ等（図示せず）に表示させることにより、ユーザに通知される。
【００５０】
メモリ１１２に格納されている、表面増強ラマン散乱光の強度と波長の関係と被検溶液中の被検物質の濃度との相関を示す相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００５１】
まず、既知の被検成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係を測定する。この測定を、異なる被検成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００５２】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００５３】
本実施の形態によれば、被検物質を含む被検溶液をセル１０５に供給し、その後、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定し、さらに局在化表面プラズモン共鳴波長に対応した表面増強ラマン散乱を励起する波長の光を入射することにより、被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも電場増強効果の変化度合いを均一化し、また、電場増強効果を極大化できるため、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
本発明の別の実施の形態について、図９〜図１１を用いて説明する。図９〜図１１において、図１〜図８と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５５】
図９は、本発明の実施の形態３に係る表面増強ラマン分光装置の構成を示す図である。図９において、実施の形態１と異なる構成は、光源として、スーパールミネッセントダイオード１３１と音響光学フィルター１３２を備えている点である。
【００５６】
複数の波長の光を放射するスーパールミネッセントダイオード１３１と音響光学フィルター１３２を利用することにより、実施の形態１における半導体レーザ１０２が必要でなくなる。スーパールミネッセントダイオード１３１としては、局在化表面プラズモン共鳴波長の光を放射することができるスーパールミネッセントダイオード１３１であれば、公知技術を特に限定なく利用することができる。
【００５７】
次に本実施の形態における表面増強ラマン分光方法および本方法を利用した表面増強ラマン分光装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図１０には、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図を示す。まず、セル１０５に被検溶液を供給する。セル１０５に被検溶液が満たされたあと、スーパールミネッセントダイオード１３１の電源を入れる。この時、光学フィルタホイール１０６は、空隙１０６ｇが光路中に挿入されている。スーパールミネッセントダイオード１３１から放射された光は、音響光学フィルター１３２に到達する。この時、音響光学フィルター１３２を駆動することにより、波長を掃引する。セル１０５中の三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過する際、被検溶液の屈折率に応じた局在化表面プラズモン共鳴波長において光の消衰が最大となる。三角錘状の銀微粒子１０５ａを透過した光は、スリット１０７を透過し、グレーティング素子１０８により分散され、光検出器１０９における各受光領域に到達した光の量からマイクロコンピュータ１１０が、光検出器１０９の各受光領域が検出した光の量に基づいて局在化表面プラズモン共鳴波長を決定する。
【００５８】
この時、実施の形態１と同様に、被検溶液が満たされたかどうかを判定するためのセンサを備えていることが好ましい。例えば、カバーガラス１０５ｅと基板１０５ｃに電極を設けておき、電極に弱い電圧をかけておく。被検溶液が例えば血液である場合、血液には電解質が含まれることから、被検溶液が満たされると電極間に電流が流れ、被検溶液がセル１０５内に満たされたどうかが判定できる。さらに前記センサの出力を利用してスーパールミネッセントダイオード１３１の電源を自動的にＯＮにすることが、測定を自動化できるため好ましい。
【００５９】
局在化表面プラズモン共鳴波長を算出した後、マイクロコンピュータ１１０は、局在化表面プラズモン共鳴波長の算出結果に基づき、音響光学フィルター１３２を制御することにより、スーパールミネッセントダイオード１３１が放射した光の波長を局在化表面プラズモン共鳴波長に最も近い波長を放射するように設定すると共に、シャフト１０６ｉを回転させ、選定したスーパールミネッセントダイオード１３１が放射する波長に対応するノッチフィルターを光路中に挿入する。
【００６０】
この時、光学フィルタホイール１０６が備えるノッチフィルター１０６ａ〜１０６ｆは、実施の形態１と同じ特性を持つ。
【００６１】
図１１には、音響光学フィルター１３２がマイクロコンピュータ１１０により制御され、スーパールミネッセントダイオード１３１が放射する波長のうち、局在化表面プラズモン共鳴波長とほぼ等しい波長の光がセル１０５に入射するように設定され、ノッチフィルター１０３ｃが光路中に挿入されている例を示している。例えば、局在化表面プラズモン共鳴波長が６３９．５ｎｍであるとき、６３９．５ｎｍの光を放射するように音響光学フィルター１３２を駆動し、これと同時にセル１０５に入射する光の波長に対応する第３のノッチフィルター１０６ｃを光路中に挿入する。
【００６２】
音響光学フィルター１３２を通過したスーパールミネッセントダイオード１３１の光をセル１０５に入射すると、三角錘状に形成された銀微粒子１０５ａにおいて局在化表面プラズモンが励起され、近傍に電場増強領域が発生する。この電場増強領域において、表面増強ラマン散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光は、入射した音響光学フィルター１３２を通過したスーパールミネッセントダイオード１３１の波長の光とは、波長が異なる。この時、表面増強ラマン散乱光として、ストークス光とアンチストークス光の２種類の表面増強ラマン散乱光が発生する。一般的にストークス光の方が、アンチストークス光に比較して光量が大きい。本実施の形態において、ストークス光、アンチストークス光のどちらを測定してもかまわない。
【００６３】
また、音響光学フィルター１３２を通過したスーパールミネッセントダイオード１３１から放射された光をセル１０５に入射した際、表面増強ラマン散乱光とともに、波長が変化しないレイリー散乱光が発生する。発生した表面増強ラマン散乱光とレイリー散乱光は、共にノッチフィルター１０６ｃに入射するが、レイリー散乱光は、ノッチフィルター１０６ｃにより吸収され、スリット１０７、グレーティング素子１０８にはほとんど放射されない。ノッチフィルター１０６ｃを透過した表面増強ラマン散乱光は、グレーティング素子１０８により分散させられ、各波長に応じて複数の受光領域を持つ光検出器１０９に入射される。
【００６４】
光検出器１０９に入射した光は、マイクロコンピュータ１１０により表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出される。この時、光検出器１０９における各受光領域の出力と波数に関するデータはメモリ１１１を参照する。
【００６５】
表面増強ラマン散乱光強度とラマンシフト波数が算出されると、マイクロコンピュータ１１０は、さらにメモリ１１１に格納されている表面増強ラマン散乱光の各波数における強度と被検物質の濃度の相関関係を参照し、被検物質の濃度を算出する。算出された被検物質の濃度は、例えば、スピーカー（図示せず）を通じて音声での通知や、ディスプレイ等（図示せず）に表示させることにより、ユーザに通知される。
【００６６】
メモリ１１２に格納されている、表面増強ラマン散乱光の強度と波長の関係と被検溶液中の被検物質の濃度との相関を示す相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００６７】
まず、既知の被検成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係を測定する。この測定を、異なる被検成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００６８】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度とについて、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより、表面増強ラマン散乱光の波長と光強度の関係と、それらに対応する被検物質濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００６９】
本実施の形態によれば、被検物質を含む被検溶液をセル１０５に供給し、その後、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定し、さらに局在化表面プラズモン共鳴波長に対応した表面増強ラマン散乱を励起する波長の光を入射することにより、電場増強効果の変化度合いを被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも均一化し、また、電場増強効果を極大化できるため、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【００７０】
（実施の形態４）
本発明の別の実施の形態について、図１２〜図１３用いて説明する。図１２〜図１３において、図１〜図１１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７１】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る表面増強ラマン分光装置の構成を示す図である。図１２において、実施の形態１と異なる構成は、セル１４２として、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａを金属微粒子として利用している点と、偏光子１４１を備えている点である。
【００７２】
図１３は、本発明の第４の実施の形態におけるセル１４２の断面を示す図である。セル１４２は、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａ（短軸サイズ＝数ｎｍ〜３０ｎｍ、長軸サイズ＝数ｎｍ〜２００ｎｍ程度、直径＝数ｎｍ〜３０ｎｍ程度）が基板１０５ｃに固定化されており、スペーサー１０５ｂ、基板１０５ｃ、カバーガラス１０５ｅ、スペーサー１０５ｂとカバーガラス１０５ｅで形成される被検溶液保持空間１０５ｄ、被検溶液の供給口、排出口（図示せず）から構成される。ここで、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａは、本発明における金属微粒子に相当する。ここで、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａの製法としては、公知の技術を特に限定なく利用することができる。例えば、電解法、化学還元法、光還元法等が利用できる。ロッド状に形成された金微粒子１４２ａを基板に固定化する技術としては、例えば、静電相互作用を利用する方法を利用することができる。
【００７３】
ロッド状に形成された金微粒子１４２ａの特性としては、局在化表面プラズモン共鳴が長軸方向と短軸方向のそれぞれで発生し、局在化表面プラズモン共鳴波長は２つで発生する。長軸方向の局在化表面プラズモン共鳴波長のほうが短軸方向の局在化表面プラズモン共鳴波長よりも、長波長側に現れる。特に長軸方向の局在化表面プラズモン共鳴は周囲の屈折率変化に対して敏感に影響を受けることが知られている。また、長軸方向に共鳴した局在化表面プラズモンによる方が短軸方向に比較して電場増強効果が強いことが知られている。ロッド状に形成された金微粒子１４２ａにおいて、長軸方向に共鳴した局在化表面プラズモンを励起するためには、電場が長軸方向に偏光している光を入射するとよい。例えば、図１３に示したようにロッド状に形成された金微粒子１４２ａが一定の方向で規則正しく配列し、基板１０５ｃに固定化されている場合には、偏光子１４１を前記偏光状態となるように配置し、偏光子１４２により偏光した光をセル１４２に入射すると効率よく長軸方向の局在化表面プラズモンが励起できる。
【００７４】
例えば、短軸長が約１０ｎｍ、長軸長が約３０ｎｍ、直径が約１０ｎｍのロッド状に形成された金微粒子において、空気中では、局在化表面プラズモン共鳴波長は約７００ｎｍとなり、屈折率が１変化した場合の局在化表面プラズモン共鳴波長変化量は、約３００ｎｍとなる。ここで、被検溶液の屈折率を１．３５とした場合、空気の屈折率の差から被検溶液がロッド状に形成された金微粒子１４２ａの周囲に満たされている場合、長軸方向に共鳴した局在化表面プラズモン共鳴波長は約８０５ｎｍとなる。
【００７５】
ここで、本実施の形態におけるロッド状に形成された金微粒子１４２ａの長軸方向の局在化表面プラズモン共鳴波長は、被検溶液が存在する場合、約８００ｎｍ付近となることから、８００ｎｍの光を含み、被検溶液の屈折率変動０．０５に伴う局在化表面プラズモン共鳴波長変化量を見込み、約７９０〜８１０ｎｍの光を放射する光源であれば利用でき、例えば赤色ＬＥＤ等を利用することができる。
【００７６】
上記のように、ロッド状に形成された金微粒子１４２ａは、局在化表面プラズモン共鳴波長が近赤外領域の波長となるため、被検物質が生体成分である場合、被検物質含有物中のきょう雑物質の光吸収や蛍光の影響が排除でき、被検物質の検出において、特異性・選択性を向上させることが可能となるため好ましい。
【００７７】
基板１０５ｃとしては、ハロゲン光源１０１、および、表面増強ラマン散乱光の波長の光が透過するものであれば、公知技術を特に限定することなく利用することができる。例えば、ＳｉＯ２は、前記光の波長に対して透明であり、親水化等の表面処理が容易であるため好ましい。
【００７８】
また、波長可変光源１４３として異なる波長を放射する半導体レーザ１４３ａ〜１４３ｅの５種類を利用する。本実施の形態において、半導体レーザ１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄ、１４３ｅ、１４３ｆとして、放射する波長が、それぞれ７９０ｎｍ、７９４ｎｍ、７９８ｎｍ、８０２ｎｍ、８０６ｎｍ、８１０ｎｍであるものを利用することができる。これらは、市販の半導体レーザを利用することができる。半導体レーザは、製造において±２〜３ｎｍの中心波長のずれが発生するため、あらかじめ半導体レーザ１４３ａ〜１４３ｆの波長を測定しておくことが好ましい。さらには、常に同じ波長を放射するために、半導体レーザ１０２の温度を制御することが好ましい。また、半導体レーザ１４３ａ〜１４３ｆが放射する光強度を等しく設定することが、電場増強効果を均一にするという観点から好ましい。
【００７９】
次に本実施の形態における表面増強ラマン分光方法および本方法を利用した表面増強ラマン分光装置の動作について、実施の形態１と同一であるため、省略する。
【００８０】
本実施の形態によれば、被検物質を含む被検溶液をセル１０５に供給し、その後、局在化表面プラズモン共鳴波長を測定し、さらに局在化表面プラズモン共鳴波長に対応した表面増強ラマン散乱を励起する波長の光を入射することにより、被検溶液に屈折率変動が存在する場合でも電場増強効果の変化度合いを均一化し、また、電場増強効果を極大化できるため、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することで、高精度に被検物質の濃度が測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明にかかる表面増強ラマン分光測定方法及び本方法を用いた表面増強ラマン分光装置は、被検物質、および、被検物質含有物の屈折率が変化した場合でも、測定が安定させることができ、また、測定感度が低下することを防止することできるため、高精度に被検物質の濃度が測定する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施の形態における表面増強ラマン分光装置の構成を示す図
【図２】本発明の一実施の形態におけるセル１０５の断面を示す図
【図３】本発明の一実施の形態における光学フィルタホイール１０６の斜視図
【図４】本発明の一実施の形態における局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図
【図５】本発明の一実施の形態における表面増強ラマン散乱光を測定する際の動作を説明する図
【図６】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン分光装置の構成を示す図
【図７】本発明の他の実施の形態における局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図
【図８】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン散乱光を測定する際の動作を説明する図
【図９】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン分光装置の構成を示す図
【図１０】本発明の他の実施の形態における局在化表面プラズモン共鳴波長を測定する際の動作を説明する図
【図１１】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン散乱光を測定する際の動作を説明する図
【図１２】本発明の他の実施の形態における表面増強ラマン分光装置の構成を示す図
【図１３】本発明の他の実施の形態におけるセル１４２の断面を示す図
【符号の説明】
【００８３】
１００ 表面増強ラマン分光装置
１０１ ハロゲン光源
１０２ 波長可変光源
１０２ａ 半導体レーザ
１０２ｂ 半導体レーザ
１０２ｃ 半導体レーザ
１０２ｄ 半導体レーザ
１０２ｅ 半導体レーザ
１０２ｆ 半導体レーザ
１０３ ミラー
１０４ レンズ
１０５ セル
１０５ａ 三角錘状の銀微粒子
１０５ｂ スペーサー
１０５ｃ 基板
１０５ｄ 被検溶液保持空間
１０６ 光学フィルタホイール
１０６ａ 第１のノッチフィルター
１０６ｂ 第２のノッチフィルター
１０６ｃ 第３のノッチフィルター
１０６ｄ 第４のノッチフィルター
１０６ｅ 第５のノッチフィルター
１０６ｆ 第６のノッチフィルター
１０６ｇ 空隙
１０６ｈ リング
１０６ｉ シャフト
１０７ スリット
１０８ グレーティング素子
１０９ 複数の受光領域を持つ光検出器
１１０ マイクロコンピュータ
１１１ メモリ
１２１ 波長可変レーザ
１３１ スーパールミネッセントダイオード
１３２ 音響光学フィルター
１４１ 偏光子
１４２ セル
１４２ａ ロッド状に形成された金微粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物質の濃度を表面増強ラマン分光法により測定する方法であって、
ａ） 被検物質を金属微粒子が形成されたセルに供給する工程
ｂ） 前記セルに複数の波長を含む光を照射する工程
ｃ） 前記セルを透過、または、散乱、または、反射した光を分光し、分光された光を検出する工程
ｄ） 工程ｃ）により得られた結果から前記セルにて発生した局在化表面プラズモン共鳴波長を算出する工程
ｅ） 工程ｄ）で得られた局在化表面プラズモン共鳴波長に基づき、前記セルに入射させる光の波長を前記局在化表面プラズモン共鳴波長付近に制御する工程
ｆ） 発生した表面増強ラマン散乱光を検出する工程
ｇ） 工程ｆ）により検出された表面増強ラマン散乱光から被検物質濃度を算出する工程
を含む表面増強ラマン分光測定方法。
【請求項２】
前記工程ｅ）により制御された光の波長の光を減衰させる光学フィルターを選択する工程と、前記光学フィルターを光路に挿入する工程とをさらに含む請求項１記載の表面増強ラマン分光測定方法。
【請求項３】
被検物質は、生体に含まれる成分である請求項１、または２記載の表面増強ラマン分光測定方法。
【請求項４】
複数の波長の光を放射する光源と、金属の微粒子が形成されたセルと、前記セルを透過、または、透過、または、散乱した光を分光し、分光された光を検出する分光手段と、表面増強ラマン散乱を発生させるために入射した光を減衰させる複数の光学フィルターを備え、前記分光手段の出力により前記金属微粒子にて発生した局在化表面プラズモン共鳴の共鳴波長を算出し、前記共鳴波長付近の光を放射するように前記光源を制御し、前記光学フィルターのうち前記光源の波長の光を減衰させる光学フィルターを光路中に挿入するよう制御する演算部と、を備える表面増強ラマン分光装置。
【請求項５】
前記光源は、前記セルによる局在化表面プラズモン共鳴波長の光を含むことを特徴とする請求項４記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項６】
前記光源は、複数波長の光を放射する参照用光源と、特定の波長の光を放射する波長可変光源で構成されている請求項４または５記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項７】
前記波長可変光源は、複数の半導体レーザで構成されている請求項６記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項８】
前記複数の半導体レーザはそれぞれが略同一の光強度で放射されることを特徴とする請求項７記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項９】
前記光源は、波長可変レーザで構成されている請求項５記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項１０】
前記波長可変光源は、前記参照用光源と、特定の波長の光を透過させる分光フィルターから構成されている請求項６記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項１１】
前記光学フィルターは、前記波長可変光源が出射する波長を中心波長とする複数のノッチフィルターで構成されている請求項４〜１０いずれかに記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項１】
被検物質の濃度を表面増強ラマン分光法により測定する方法であって、
ａ） 被検物質を金属微粒子が形成されたセルに供給する工程
ｂ） 前記セルに複数の波長を含む光を照射する工程
ｃ） 前記セルを透過、または、散乱、または、反射した光を分光し、分光された光を検出する工程
ｄ） 工程ｃ）により得られた結果から前記セルにて発生した局在化表面プラズモン共鳴波長を算出する工程
ｅ） 工程ｄ）で得られた局在化表面プラズモン共鳴波長に基づき、前記セルに入射させる光の波長を前記局在化表面プラズモン共鳴波長付近に制御する工程
ｆ） 発生した表面増強ラマン散乱光を検出する工程
ｇ） 工程ｆ）により検出された表面増強ラマン散乱光から被検物質濃度を算出する工程
を含む表面増強ラマン分光測定方法。
【請求項２】
前記工程ｅ）により制御された光の波長の光を減衰させる光学フィルターを選択する工程と、前記光学フィルターを光路に挿入する工程とをさらに含む請求項１記載の表面増強ラマン分光測定方法。
【請求項３】
被検物質は、生体に含まれる成分である請求項１、または２記載の表面増強ラマン分光測定方法。
【請求項４】
複数の波長の光を放射する光源と、金属の微粒子が形成されたセルと、前記セルを透過、または、透過、または、散乱した光を分光し、分光された光を検出する分光手段と、表面増強ラマン散乱を発生させるために入射した光を減衰させる複数の光学フィルターを備え、前記分光手段の出力により前記金属微粒子にて発生した局在化表面プラズモン共鳴の共鳴波長を算出し、前記共鳴波長付近の光を放射するように前記光源を制御し、前記光学フィルターのうち前記光源の波長の光を減衰させる光学フィルターを光路中に挿入するよう制御する演算部と、を備える表面増強ラマン分光装置。
【請求項５】
前記光源は、前記セルによる局在化表面プラズモン共鳴波長の光を含むことを特徴とする請求項４記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項６】
前記光源は、複数波長の光を放射する参照用光源と、特定の波長の光を放射する波長可変光源で構成されている請求項４または５記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項７】
前記波長可変光源は、複数の半導体レーザで構成されている請求項６記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項８】
前記複数の半導体レーザはそれぞれが略同一の光強度で放射されることを特徴とする請求項７記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項９】
前記光源は、波長可変レーザで構成されている請求項５記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項１０】
前記波長可変光源は、前記参照用光源と、特定の波長の光を透過させる分光フィルターから構成されている請求項６記載の表面増強ラマン分光装置。
【請求項１１】
前記光学フィルターは、前記波長可変光源が出射する波長を中心波長とする複数のノッチフィルターで構成されている請求項４〜１０いずれかに記載の表面増強ラマン分光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１６００４３（Ｐ２０１０−１６００４３Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３０３（Ｐ２００９−２３０３）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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