以下、本発明の各実施形態による抗原濃� ��測定装置を図面を参照して説明する。始め� ��、本発明の第1の実施形態について説明する 。

<第1の実施形態>
 図1は本発明の第1の実施形態による抗原濃� �測定装置300aの光学測定部の構成例を示すブ� ��ック図である。
 抗原濃度測定装置300a(流速測定装置とも称� �る)の構成としては、光源(光発振部とも称す る)であるLED(Light Emitting Diode)100の放射した� �を、レンズ101に光束として入射させ、偏光� �102によりP偏光光のみを、シリンドリカルレ� ��ズ103により集光させ、高屈折率のプリズム1 04に入射させる。光源は、LED100のみでなく、� ��導体レーザなどを用いても良い。
 上記プリズム104は、シリンドリカルレンズ1 03により集光された光が、柱の軸方向に対し� ��平行に、入射する面に対して対向する面に� ��し、上記光の焦線107が到達するように構成� ��れている。

 上記対向する面上には、濃度を測定したい� ��原に対応する抗体が、表面プラズモン共鳴� ��起こすための金属薄膜105(たとえば、金薄膜 )上に固定され、抗体固定膜106を形成してい� �。この金属薄膜105は、光透過性媒体である� �リズム104上に形成されている(固定されてい� ��)。
 また、プリズム104に入射された光は、焦線1 07の位置にて、金属薄膜105、抗体固定膜106及� ��流路を流れる液体により反射される。この� ��射光は、レンズ108により平行光とされ、偏� ��子109によりP偏光光のみをレンズ110へ入射さ せる。レンズ110は、入射される光を受光素子 であるCCD111(CCD)面へ放射する。これらが、金� ��薄膜105上にLED100の出射光を、複数の入射角� ��の入射光に変換して直線状の焦線107位置に� ��集光する集光部を構成している。CCD111で撮� ��される画素データは、データ処理装置112に� ��力される。データ処理装置112は、制御部113a を有する。

 金属薄膜105には、測定領域(測定部とも称す る)として、抗体の固定された抗体固定領域20 1、抗体の固定されていないリファレンス領� �202から構成される試料領域200が、図2に示す� ��うに、焦線107方向(すなわち、Y1方向)に対し て、予め設定された周期にて互い違いに、焦 線107の上部に配置されている。図示はしない がフローセル(マイクロフローセル、試料セ� �とも称する)の流路は、焦線107に平行方向(す なわち、抗体固定領域201とリファレンス領域 202とが互い違いに配置された配列方向)に、� �体固定領域201とリファレンス領域202との配� �を覆い、各抗体固定領域201とリファレンス� �域202とに順次検体が到達するように形成さ� �ている。
 したがって、CCD111面には、このCCD111の上面� ��である図3に示すように、焦線107の面におい て、Y1方向の位置に対応して、焦線107の面か� ��の反射光がそれぞれピクセル単位に格子状� ��配列されている受光素子に入力される。

 また、X1方向には、入射角度に対応した、� �線107にて反射された反射光が入力される。� �れにより、試料領域200に平行に焦線107に照� �された光の、各焦線位置におけるそれぞれ� �入射角度における反射光の強度を、一括し� �検出することができる。
 上述した構成により、各抗体固定領域201に� ��定されている抗体に対して、抗原が反応し� ��結合した場合、抗体固定膜106の屈折率が変� ��し、この屈折率に対応した入射角度におけ� ��反射率が変化、すなわち抗体に抗原が付着� ��ると屈折率が高くなることにより、反射率� ��低下する入射角度(SPR角度)を、時系列にモ� �タすることにより、抗体固定膜106の屈折率� �変化を測定することができる。

 すなわち、抗体に対して抗原が吸着する� ��従い、表面プラズモン共鳴を起こす入射角� ��シフトすることを利用している。しかしな� ��ら、抗原抗体反応とは異なり単なる吸着に� ��っても入射角がシフトするため、抗体が固� ��されていないリファレンス領域202のSPR角度� ��シフトを、抗体の固定されている抗体固定� ��域201のSPRシフトから、リファレンス値とし� ��減算することにより、抗原抗体反応のみのS PRシフトを検出し、抗原濃度の測定の精度を� ��げる必要がある。

 次に、SPR角度について説明する。
 LED100からプリズム104に入射された光は、プ� ��ズム104と金属薄膜105との界面でエバネッセ� ��ト波を生起させる。エバネッセント波の波� ��k _ev は、式(1)により定義される。
 k _ev =k _p n _p sinθ ・・・ (1)
 ここで、k _p は入射光の波数、n _p はプリズム104の屈折率、θは入射角である。
 一方、金属薄膜105の表面では、表面プラズ� ��ン波が生じる。表面プラズモン波の波数k _sp は、式(2)により定義される。
 k _sp =(c/ω){εn2/(ε+n2)}1/2 ・・・ (2)
 ここで、cは光速、ωは角振動数、εは金属� �膜105の誘電率、nは被測定対象の屈折率であ� ��。

 エバネッセント波の波数k _ev と表面プラズモン波の波数k _sp とが一致する入射角θのときに、エバネッセ� ��ト波のエネルギーが表面プラズモンの励起� ��使われ、反射光の強度が減少する。したが� ��て、入射角θを変化させることにより、所� �の角度θ0(SPR角度)で極小をもつ入射角-反射� �度曲線が得られる。すなわち、表面プラズ� �ン共鳴現象による吸収を含んだ反射光が、� �属薄膜105とプリズム104との界面から反射さ� �る。
 このSPR現象は、金属薄膜105に接する被測定� ��象の検体の抗原と抗体との複合体の屈折率n に依存する。このため、極小値をとる角度θ0 から、検体に含まれる抗原濃度変化による屈 折率変化等を測定することができる。

 次に、本実施形態による抗原濃度測定装置3 00aにおける流速を算出する制御部を図面を参 照して説明する。図4は同実施形態による流� �算出を行う制御部113aの構成例を示すブロッ� ��図である。
 この図において、制御部113aは、データ入力 部11、データ記憶部12、SPR角度算出部13、補間 演算部14、波形移動部15、波形微分演算部16、 波形減算部17、標準偏差演算部18、時間差検� �部19、流速算出部20を有している。
 図1におけるSPRセンサのCCD111から、各受光素 子の画素データ、すなわち抗体固定領域201の 配列方向の各位置と、この各位置における予 め設定した入射角度範囲における入射角度と 、に対応した受光素子の反射強度を示す画素 データが、配置フレーム画像データとして入 力される。

 データ入力部11は、CCD111から入力される各� �光素子の画素データである電圧値を、対応� �る階調度に変換し、図5に示す構成の配置フ� ��ーム画像データとして、各受光素子のY1方� �の位置(抗体固定領域201及びリファレンス領� ��202の配置)に対応するアドレスAy、X1方向の� �置(入射角度に対応する位置)に対応するアド レスAxにより設定されるアドレスに対応させ� ��各アドレスに対応する受光素子の受光した� ��射強度を示す階調度のデータを、データ記� ��部12へサンプリング時間毎に読み込んで書� �込む。
 ここで、反射強度が強い場合に階調度が高� ��なり、反射強度が弱い場合に階調度が低く� ��る。なお、データ入力部11は、例えば、実� �で得られた最大の反射強度を最大の階調度� �して規格化し、入力される電圧値を階調度� �変換する。

 SPR角度算出部13は、データ記憶部12に記憶さ れているデータから、サンプリング時間単位 において、抗体固定領域201の予め設定された 位置毎に、例えば、図2の抗体固定領域201(例� ��ば、図2の抗体固定領域201A)と、リファレン� ��領域202(例えば、リファレンス領域202B)とに� ��けるSPR角度を求め、それぞれSPR測定データD Aと、SPR測定データDBとして、サンプリング時 間に対応させてSPR角度をデータ記憶部12に書� ��込む。
 また、制御部は、上記SPR測定データA及びB� �、吸着曲線LAと吸着曲線LBとして表示部に対� ��て図6の様に表示する。

 波形微分演算部16は、吸着曲線LA及び吸着曲 線LBそれぞれを時間により数値微分(以下、時 間微分)して、微分曲線DAと微分曲線DBとを生� ��する。
 補間演算部14は、微分曲線DBを時間D1単位に� ��補間、例えば直線補間する。ここで、時間D 1は、サンプリング周期をTsとし、1/nの分解能 にて補間すると
 D1=Ts/n
 となる。

 波形移動部15は、予め設定された設定時間D2 だけ移動させた後、2×D2の時間範囲を上記時� ��D1づつ移動させる。例えば、本実施形態に� �いては、設定時間D2を-(1/2)Tsとし、微分曲線D Bを設定時間D2平行移動させる。
 また、波形移動部15は、設定時間D2に時間D1� ��加算し、新たな設定時間D2とし、設定時間D2 が(1/2)Tsとなるまで、すなわち、移動時間の� �囲がTsとなるまで設定時間D2を時間D1ずつ増� �させながら、微分曲線DBを元の位置から+方� �に移動させる操作を繰り返す。

 波形減算部17は、時刻毎に、微分曲線DAのSPR 角度から、微分曲線DBのSPR角度を、対応する� ��刻毎に減算し、時刻毎のSPR差分データを、� ��定時間D2の値毎に求める。
 標準偏差演算部18は、吸着曲線LAの測定範囲 (Ts)内における時刻毎のSPR差分データの標準� �差を、設定時間D2の値毎に求める。
 時間差検出部19は、時刻毎のSPR差分データ� �最も小さな標準偏差を有する設定時間D2の値 を検出する。この設定時間D2が、抗体固定領� ��201と、リファレンス領域202とにそれぞれ検� ��が到達した時間差である。
 流速算出部20は、上記時間差により、抗体� �定領域201と、リファレンス領域202との距離� �除算することにより流速を求める。
 なお、波形移動部15、時間差検出部19、流速 算出部20をまとめて、流速演算部21aとも称す� ��。流速演算部21aは、上述したように、SPR角� ��算出部13が求めたSPR角度の時間変化に基づ� �て、フローセル内を流れる検体の流速を演� �する。

 このフローセル内を流れる検体の流速か� ��、フローセル内に検体の流れる方向に対し� ��、平行な方向に直列に配置された抗体固定� ��域201、リファレンス領域202それぞれに到達� ��るタイミングを検出することができ、抗原� ��度測定部22がSPR角度の変化速度から抗原濃� �を算出する。すなわち、上記抗原濃度測定� �22は、予め抗原濃度が明確な検体におけるSPR 角度の時間変化の結果と比較することにより 、それぞれの抗体固定領域201におけるSPR角度 の時間変化から抗原濃度を推定する。

 上述した本実施形態における検体の流速検� ��方法は、ポンプなどで体積流速を設定する� ��合と異なり、SPR角度測定に影響する実効的� ��速であり、SPR角度測定により検出される金� ��薄膜表面からの距離が400nm以内の局所的領� �(金属薄膜表面と検体との界面領域)の流れの 速度を測定できる。さらに、流路内において 流速分布があっても、図2の抗体固定領域201� �リファレンス領域202とから、隣接する組み� �わせを選び、複数の抗体固定領域とリファ� �ンス領域とを設けることにより、それぞれ� �組の抗体固定領域201とリファレンス領域202� �傍とにおける検体の流速を測定できる。
 また、上記吸着曲線LA及びLBには、吸着成分 (抗原抗体反応とは無関係な)、及びランダム� ��イズ成分とが含まれており、吸着成分によ� ��SPR角度の変化は遅い成分(ドリフト成分)な� �で、微分操作により重みを低減させ、流速� �定精度を向上させることができる。
 また、本実施形態においては、微分曲線DA� �固定し、微分曲線DBを平行移動させたが、逆 に、微分曲線DBを固定し、微分曲線DAを移動� �せても、同様に、流速を求めることができ� �。

 一方、発明者は、文献(Yuzuru Iwasakil ,2,7,� �Tatsuya Tobita3, Kazuyoshi Kurihara4,Tsutomu Horiuchi  I, Koji Suzuki and Osamu Niwa、”MEASUREMENT SCIENCE  AND TECHNOLOGY”、Meas. Sci. Technol.17、2006、p318 4-3188)においても、SPR角度測定法を用いて流� �を求めている。しかしながら、離間して異� �る位置にある領域のSPR角度の変化を用いて� �る訳ではなく、本実施形態に比較して高い� �度にて行えない。

 次に、図4及び図7を参照して本実施形態に� �る抗原濃度測定装置300aの動作を説明する。
 図7は、図4の抗原濃度測定装置300aにおける� ��速の推定処理の動作例を示すフローチャー� ��である。
 以下の説明においては、すでにデータ入力� ��11が入力した階調度データから、抗体固定� �域201とリファレンス領域202とにおけるSPR角� �の時間変化を示す吸着曲線LA、LBがSPR角度算� ��部13により算出されている。
 波形微分演算部16は、吸着曲線LA及びLBをそ� ��ぞれ時間微分し、微分曲線DA、DBを生成する (ステップS1)。

 そして、補間演算部14は、上記微分曲線DBに おけるSPR角度のデータを、サンプリング周期 間において、時間D1単位にて直線補間する(ス テップS2)。
 波形移動部15は、設定時間D2を測定時間Tsの- 1/2、すなわち-(1/2)Tsとし(ステップS3)、微分曲 線DBを時間方向に設定時間D2分だけ平行移動� �る(ステップS4)。
 微分曲線DBが移動されると、波形減算部17は 、微分曲線DAの各時刻のSPR角度から、微分曲� ��DBの対応する時刻のSPR角度を減算し、時刻� �の差分データを算出する(ステップS5)。

 そして、標準偏差演算部18は、時刻毎の差� �データの標準偏差を求め、このときの設定� �間D2を識別する設定時間識別情報とともに、 データ記憶部12に書き込む(ステップS6)。
 次に、波形移動部15は、設定時間D2が(1/2)Ts� �なったか否か、すなわち、元の位置に対し� �前後にずらした範囲がTsとなったか否かの判 定を行い(ステップS7)、設定時間D2が(1/2)Ts未� �である場合に処理をステップS8へ進め、設定 時間D2が(1/2)Ts以上である場合に処理をステッ プS11へ進める。

 設定時間D2が(1/2)Ts未満である場合、波形移� ��部15は、微分曲線DBを平行移動する前の位置 に戻す(ステップS8)とともに、吸着曲線設定� �間D2に対して時間D1を加算し、新たな設定時� ��D2とし(ステップS9)、処理をステップS4に戻� �。
 一方、ステップS7において、設定時間D2が(1/ 2)Ts以上である場合、時間差検出部19は、デー タ記憶部12において、設定時間識別情報に対� ��した各設定時間D2毎の標準偏差を順次読み� �み、読み出した順に比較していくことによ� �、最も小さな標準偏差を検出し、この標準� �差に対応する設定時間識別情報を抽出し、� �の設定時間識別情報に対応する設定時間D2を 、抗体固定領域201とリファレンス領域202とに それぞれ検体が到達する時刻の時間差として 出力する(ステップS11)。

 次に、流速算出部20は、抗体固定領域201(� ��えば、図2の抗体固定領域201A)とリファレン� ��領域202(例えば、リファレンス領域202B)とに� ��ける2点の位置の距離を、最も小さな標準偏 差に対応する設定時間D2にて除算し、フロー� ��ル内における検体の流速を算出する(ステッ プS12)。

 上述したように、本実施形態によれば、フ� ��ーセル内にて流れる検体(液体、流体)の流� �を正確に測定することができ、抗体固定領� �あるいはリファレンス領域に検体が到達す� �タイミングを検出することができ、それぞ� �の抗体固定領域における抗原抗体反応の開� �時間を精度良く補正することが可能となり� �抗原抗体反応の反応速度を正確に測定する� �とができ、抗原濃度を精度良く測定するこ� �が可能となる。
 また、本実施形態によれば、上述したよう� ��、いずれの抗体固定領域201及びリファレン� ��領域202それぞれに検体が到達するタイミン� ��を正確に検出することが可能なため、リフ� ��レンス領域202との差分測定にて、同相ノイ� ��を除去することができ、より抗原濃度の測� ��を高精度とすることができる。

<第2の実施形態>
 次に、本発明の第2の実施形態による抗原濃 度測定装置について説明する。第2の実施形� �も図4の第1の実施形態と同様の構成のため、 その説明を省略する。以下、第1の実施形態� �異なる動作について説明する。
 図1におけるSPRセンサのCCD111から、各受光素 子の画素データ、すなわち抗体固定領域の配 列方向の各位置と、この各位置における予め 設定した入射角度範囲における入射角度と、 に対応した受光素子の反射強度を示す画素デ ータが、配置フレーム画像データとして入力 される。

 補間演算部14は、吸着曲線LBを時間D1単位に� ��補間、例えば直線補間する。ここで、時間D 1は、サンプリング周期をTsとし、1/nの分解能 にて補間すると
 D1=Ts/n
 となる。
 波形移動部15は、予め設定された設定時間D2 だけ移動させた後、2×D2の時間範囲を上記時� ��D1づつ移動させる。例えば、本実施形態に� �いては、第1の実施形態と同様に、設定時間D 2を-(1/2)Tsとし、吸着曲線LBを設定時間D2平行� �動させる。
 また、波形移動部15は、設定時間D2に時間D1� ��加算し、新たな設定時間D2とし、設定時間D2 が(1/2)Tsとなるまで、すなわち、移動時間の� �囲がTsとなるまで設定時間D2を時間D1ずつ増� �させながら、吸着曲線LBを元の位置から+方� �に移動させる操作を繰り返す。

 波形減算部17は、時刻毎に、吸着曲線LAのSPR 角度から、吸着曲線LBのSPR角度を、対応する� ��刻毎に減算し、時刻毎のSPR差分データを、� ��定時間D2の値毎に求める。
 波形微分演算部16は、吸着曲線LA及び吸着曲 線LBの時刻毎の差分を、時間微分して、微分� ��分データを生成する。
 標準偏差演算部18は、時間微分した結果に� �いて、吸着曲線LAの測定範囲(Ts)内における� �刻毎の微分差分データの標準偏差を、設定� �間D2単位にて求める。

 時間差検出部19は、時刻毎の微分差分デー� �の最も小さな標準偏差を有する設定時間D2の 値を検出し、この設定時間D2を抗体固定領域2 01と、リファレンス領域202とにそれぞれ検体� ��到達した時間差である。
 流速算出部20は、上記時間差により、抗体� �定領域201と、リファレンス領域202との距離� �除算することにより流速を求める。
 抗原の濃度の測定については、すでに説明� ��た第1の実施形態と同様である。
 また、本実施形態においては、吸着曲線LA� �固定し、吸着曲線LBを平行移動させたが、逆 に、吸着曲線LBを固定し、吸着曲線LAを移動� �せても、同様に、流速を求めることができ� �。

 次に、図4及び図8を参照して本実施形態に� �る抗原濃度測定装置の動作を説明する。
 図8は、図4の抗原濃度測定装置における流� �の推定処理の動作例を示すフローチャート� �ある。
 以下の説明においては、すでにデータ入力� ��11が入力した階調度データから、抗体固定� �域201とリファレンス領域202とにおけるSPR角� �の時間変化を示す吸着曲線LA、LBがSPR角度算� ��部13により算出されている。
 補間演算部14は、上記微分曲線DBにおけるSPR 角度のデータを、サンプリング周期間におい て、時間D1単位にて直線補間する(ステップS21 )。

 次に、波形移動部15は、設定時間D2を測定時 間Tsの-1/2、すなわち-(1/2)Tsとし(ステップS22)� �吸着曲線LBを時間方向に設定時間D2分だけ平� ��移動する(ステップS23)。
 吸着曲線LBが移動されると、波形減算部17は 、吸着曲線LAの各時刻のSPR角度から、吸着曲� ��LBの対応する時刻のSPR角度を減算し、時刻� �の差分データを算出した後、差分データを� �間微分し、微分差分データを生成する(ステ� ��プS24)。
 差分データを時間微分した後、標準偏差演� ��部18は、時刻毎の微分差分データの標準偏� �を求め、このときの設定時間D2を識別する設 定時間識別情報とともに、データ記憶部12に� ��き込む(ステップS25)。

 次に、波形移動部15は、設定時間D2が(1/2)Ts� �なったか否か、すなわち、元の位置に対し� �前後にずらした範囲がTsとなったか否かの判 定を行い(ステップS26)、設定時間D2が(1/2)Ts未� ��である場合に処理をステップS27へ進め、設� ��時間D2が(1/2)Ts以上である場合に処理をステ� ��プS29へ進める。
 設定時間D2が(1/2)Ts未満である場合、波形移� ��部15は、吸着曲線LBを平行移動する前の位置 に戻す(ステップS27)とともに、設定時間D2に� �して時間D1を加算し、新たな設定時間D2とし( ステップS28)、処理をステップS23に戻す。

 一方、ステップS26において、設定時間D2� �(1/2)Ts以上である場合、時間差検出部19は、� �ータ記憶部12において、設定時間識別情報に 対応した各設定時間D2毎の標準偏差を順次読� ��込み、読み出した順に比較していくことに� ��り、最も小さな標準偏差を検出し、この標� ��偏差に対応する設定時間識別情報を抽出し� ��この設定時間識別情報に対応する設定時間D 2を、抗体固定領域201とリファレンス領域202� �にそれぞれ検体が到達する時刻の時間差と� �て出力する(ステップS29)。

 次に、流速算出部20は、抗体固定領域201(� ��えば、図2の抗体固定領域201A)とリファレン� ��領域202(例えば、リファレンス領域202B)とに� ��ける2点の位置の距離を、最も小さな標準偏 差に対応する設定時間D2にて除算し、フロー� ��ル内における検体の流速を算出する(ステッ プS30)。

 上述したように、本実施形態によれば、第1 の実施形態と同様に、フローセル内にて流れ る検体(液体、流体)の流速を正確に測定する� ��とができ、抗体固定領域あるいはリファレ� ��ス領域に検体が到達するタイミングを検出� ��ることができ、それぞれの抗体固定領域に� ��ける抗原抗体反応の開始時間を精度良く補� ��することが可能となり、抗原抗体反応の反� ��速度を正確に測定することができ、抗原濃� ��を精度良く測定することが可能となる。
 また、本実施形態によれば、上述したよう� ��、いずれの抗体固定領域201及びリファレン� ��領域202それぞれに検体が到達するタイミン� ��を正確に検出ことが可能なため、リファレ� ��ス領域202との差分測定にて、同相ノイズを� ��去することができ、より抗原濃度の測定を� ��精度とすることができる。

<第3の実施形態>
 次に、本発明の第3の実施形態について説明 する。図9は本発明の第3の実施形態に係る抗� ��濃度測定装置300bの構成を示すブロック図で ある。
 本実施形態の抗原濃度測定装置300b(流速測� �装置、SPR測定装置とも称する)は、プリズム1 と、光源2と、偏光板3と、集光レンズ4と、CCD カメラ5と、データ処理装置6と、データベー� ��7(記憶部とも称する)と、フローセル10に対� �て液体サンプルを送り出すポンプ8と、液体� ��ンプルが流れる流路9とを有する。
 本実施形態の抗原濃度測定装置300b(図9)のプ リズム1、光源2、偏光板3、集光レンズ4、CCD� �メラ5、データ処理装置6は、第1の実施形態� �原濃度測定装置300a(図1)のプリズム104、LED100� ��偏光子102、シリンドリカルレンズ103、CCD111� ��データ処理装置112にそれぞれ対応している� ��

 図10Aはフローセル10の一般的な構造を示� �平面図、図10Bは図10Aのフローセル10のI-I線断 面図である。図10A、図10Bにおいて、70はプリ� ��ム1と同じ屈折率の材料からなる板状の透明 体、71は透明体70上にスパッタ、蒸着などに� �って形成された厚さ40~60nm程度の金や銀から� ��る金属薄膜、72は金属薄膜71上に固定された 抗体などの被測定物質である。

 図11はデータ処理装置6の構成例を示すブロ� ��ク図である。データ処理装置6は、装置全体 を制御する制御部60と、制御部60のプログラ� �等を記憶する記憶部61と、抗原濃度測定装置 300bを使用する使用者が装置に対して指示を� �えるための入力部62と、使用者に対して情報 を表示するための表示部63とを有する。
 制御部60は、画像取得周期制御部64と、画像 処理部65と、測定開始信号出力部66と、反応� �果導出部67と、屈折率導出部68と、反応結果� ��正部69とを有する。

 次に、本実施形態の抗原濃度測定装置300bの 動作について説明する。図12は本実施形態で� ��いるフローセル10の構造を示す平面図であ� �。
 本実施形態では、フローセル10として、透� �体70上に形成された金属薄膜71と、金属薄膜7 1上の被測定物質配置用箇所に固定された被� �定物質72と、金属薄膜71上の検出物質配置用� ��所に固定された液体サンプル検出物質73(検� ��検出物質とも称する)とを有するものを用い る。フローセル10は、被測定物質72及び液体� �ンプル検出用物質73が上向きで、透明体70が� ��リズム1と接するようにプリズム1上に載置� �れる。

 液体サンプル検出物質73は、液体サンプ� �中に含まれる物質のうち被測定物質72との反 応が期待されるものと異なる物質と反応して 屈折率が変化する物質である。液体サンプル 検出物質73と反応する物質としては、液体サ� ��プル中に高濃度に存在する物質が好ましく� ��この物質の例としては、例えば液体サンプ� ��が牛乳である場合、カゼインがある。液体� ��ンプル検出物質73の例としては、例えば液� �サンプルが牛乳である場合、抗カゼイン、� �BSA、牛乳が初乳の場合には抗牛IgGなど、牛� �中に必ず高濃度で存在するタンパク質に対� �る抗体がある。また、液体サンプル検出物� �73の別の例として、液体サンプルが血液であ る場合には、抗アルブミンなど、血液中に必 ず高濃度で存在するタンパク質に対する抗体 がある。

 従来と同様に、単色光の光源2から放射され た光が偏光板3を通過すると、P偏光光のみが� ��過する。このP偏光光は、集光レンズ4で集� �されてプリズム1に入射し、被測定物質72が� �定されている側と反対の透明体70の側からフ ローセル10に入射する。
 一方、牛乳などの液体サンプルを流入させ� ��場合、ポンプ8は、液体サンプルを送り出す 。これにより、液体サンプルは流路9内を流� �、フローセル10上を通過する。

 データ処理装置6の画像取得周期制御部64は� ��CCDカメラ5に対して画像取得を指示する画像 取得タイミング信号を繰り返し出力する。
 CCDカメラ5は、データ処理装置6から画像取� �タイミング信号が出力されると、フローセ� �10からの反射光を検出し、濃淡画像データを 出力する。

 データ処理装置6の画像処理部65は、CCDカ� ��ラ5から出力された濃淡画像データを取り込 み、この濃淡画像データを処理して、図19に� ��したような入射角-反射率曲線のデータをフ ローセル10の被測定物質72毎および液体サン� �ル検出物質73毎に求める。

 図13は液体サンプルの導入後にCCDカメラ5� ��撮像した画像を模式的に示す図である。CCD� ��メラ5が撮像した画像には、フローセル10の� ��所の光の反射率に応じた濃淡が現れる。図1 3の201は金属薄膜71に相当する明るい(反射率� �高い)領域であり、202は被測定物質72による� �射率の谷を示す暗い(反射率が低い)領域、203 は液体サンプル検出物質73による反射率の谷� ��示す暗い領域である。画像領域203のPX方向� �座標がずれているのは、液体サンプルと液� �サンプル検出物質73との反応によって屈折率 が変化し、エバネッセンス波と表面プラズモ ン波との共鳴が起こる入射角が僅かに変化し たためである。

 図13のPX方向は図9のX2方向に相当し、光の 入射角θを表しているので、画像処理部65は� �濃淡画像データのPX方向の座標を入射角θに� ��算することが可能である。なお、ここでは� ��金属薄膜71に対する法線ではなく、金属薄� �71の面に対する光の角度を入射角θとする。� ��た、図13の濃淡画像の明るさはフローセル10 の反射率によって変化するので、画像処理部 65は、濃淡画像データの各画素の輝度値を光� ��反射率に換算することが可能である。さら� ��、CCDカメラ5が撮像した濃淡画像において、 フローセル10の被測定物質配置用箇所の位置� ��よび検出物質配置用箇所の位置は既知であ� ��。

 したがって、画像処理部65は、被測定物� �配置用箇所に相当するPY座標上で入射角-反� �率曲線を導出することを被測定物質配置用� �所毎に行うことにより、入射角-反射率曲線� ��データを被測定物質72毎に求めることがで� �る。同様に、画像処理部65は、検出物質配置 用箇所に相当するPY座標上で入射角-反射率曲 線を導出することを検出物質配置用箇所毎に 行うことにより、データを液体サンプル検出 用物質73毎に求めることができる。画像処理� ��65は、以上のような処理をCCDカメラ5から濃� ��画像データが出力される度に行う。なお、� ��13のPY方向は、図9の紙面に対して垂直なY2方 向に相当する。

 画像取得周期制御部64とCCDカメラ5と画像処� ��部65によるフローセル10の測定は、液体サン プルが導入される前から既に開始されている 。
 ここで、データ処理装置6の測定開始信号出 力部66は、画像処理部65が測定した被測定物� �72の入射角-反射率曲線のデータまたは液体� �ンプル検出物質73の入射角-反射率曲線のデ� �タから、反射率が最低となる入射角(以下、� ��鳴角θspという)を求める。そして、測定開� �信号出力部66は、フローセル10の上に液体サ� ��プルが流れ始めたと考えられる値に共鳴角� �spが達したときに、測定開始信号を出力する 。

 画像取得周期制御部64は、測定開始信号� �出力されると、この測定開始信号の出力時� �ら一定時間の間は画像取得タイミング信号� �周期、すなわち画像取得の周期を通常時よ� �も短くし、一定時間経過後は画像取得の周� �を通常時の値に戻す。このように画像取得� �周期を変更する理由については後述する。

 次に、データ処理装置6の反応結果導出部 67は、測定開始信号が出力されると、画像処� ��部65が測定した被測定物質72の入射角-反射� �曲線のデータから共鳴角θspを求める。共鳴� ��θspは、被測定物質72の屈折率および物質72� �反応した液体サンプル中の物質の屈折率に� �存する。また、被測定物質72(抗体)と液体サ� ��プル中の物質(抗原)とが反応すると、入射� �-反射率曲線は図14の特性CAから特性CBへと変� ��し、共鳴角はθspAからθspBへと変化する。

 データベース7には、共鳴角θspの変化と、� �測定物質72と液体サンプル中の物質の反応量 との関係があらかじめ登録されている。
 反応結果導出部67は、データベース7を参照� ��ることにより、共鳴角θspの変化から、被測 定物質72と液体サンプル中の物質との反応量� ��求めることができる。反応結果導出部67は� �以上のような処理を測定開始信号の出力後� �画像処理部65から入射角-反射率曲線のデー� �が出力される度に行う。

 一方、データ処理装置6の屈折率導出部68� ��、測定開始信号が出力されると、画像処理� ��65が測定した液体サンプル検出物質73の入射 角-反射率曲線のデータから共鳴角θsp’を求� ��る。共鳴角θsp’は、液体サンプル検出物質 73の屈折率および液体サンプル検出物質73と� �応した液体サンプル中の物質の屈折率に依� �する。

 データベース7には、共鳴角θsp’と屈折率� �の関係があらかじめ登録されている。
 屈折率導出部68は、データベース7を参照す� ��ことにより、共鳴角θsp’から液体サンプル 検出物質73および液体サンプル中の反応物質� ��屈折率を求めることができる。
 屈折率導出部68は、以上のような処理を測� �開始信号の出力後に画像処理部65から入射角 -反射率曲線のデータが出力される度に行う� �

 図15は屈折率導出部68が求めた屈折率の時 間変化を示す図である。図15において、実線� ��示すRは屈折率導出部68が求めた実際の屈折� ��、破線で示すRrefは液体サンプルの流速が一 定の場合の理想的な屈折率、丸印で示すSTは� ��像取得タイミングを示している。

 液体サンプル検出物質73との反応が期待さ� �る物質は、液体サンプル中に高濃度に存在� �る物質である。このため、この物質と液体� �ンプル検出物質73との反応は、液体サンプル 導入後に急激に発生し、屈折率導出部68が画� ��取得タイミング毎に求める屈折率Rは図15に� ��すように急激に上昇してその後に飽和する� ��性となる。しかし、この屈折率Rは、液体サ ンプルの流速変動のために、理想的な屈折率 Rrefからずれている。
 ここで、画像取得の周期をδT、周期δTにお� ��る屈折率Rの変化量をδRとすると、屈折率R� �変化速度V=δR/δTは、液体サンプルの流速に� �例する。

 したがって、液体サンプルの流速が理想� ��である場合の屈折率の既知の変化速度Vrefと 、実際の屈折率Rの変化速度Vとを比較すれば� ��変化速度Vの誤差量を求めることができ、こ の誤差量から液体サンプルの流速の理想値に 対する実際の流速の誤差量を求めることがで きる。被測定物質72と液体サンプル中の物質� ��の反応結果は、液体サンプルの流速(流量)� �依存するので、流速の誤差量を求めること� �できれば、反応結果をどれだけ補正すれば� �いかが分かる。

 データベース7には、屈折率Rの変化速度� �理想値Vrefが測定開始時刻t0からの経過時間t� ��にあらかじめ登録されている。また、デー� ��ベース7には、変化速度Vと理想値Vrefとの誤� ��量と、流速の誤差量とが対応付けてあらか� ��め登録されている。さらに、データベース7 には、流速の誤差量と反応量の補正量とが対 応付けてあらかじめ登録されている。

 反応結果補正部69は、測定開始信号が出� �された時刻t0以降の時間tにおいて、現在の� �折率Rと1周期前の屈折率Rとから変化量δRを� �算して、屈折率Rの変化速度V=δR/δTを計算し� ��データベース7を参照して現在の時間tにお� �る変化速度の理想値Vrefを取得して、変化速� ��Vの誤差量を計算する。さらに、反応結果補 正部69は、変化速度Vの誤差量に対応する流速 の誤差量をデータベース7から取得し、この� �速の誤差量に対応する補正量をデータベー� �7から取得して、反応結果導出部67が求めた� �応量を補正量に従って補正する。反応結果� �正部69は、以上のような処理を測定開始信号 の出力後に屈折率導出部68から屈折率Rのデー タが出力される度に行う。

 こうして、本実施形態では、液体サンプル� ��流速が変動した場合でも、被測定物質72の� �応結果を補正することができる。
 なお、以上の説明から明らかなように、CCD� ��メラ5、画像処理部65、反応結果導出部67、� �折率導出部68および反応結果補正部69は、画� ��取得の周期毎に動作する。図15に示したよ� �に、屈折率導出部68が求める屈折率は急激に 上昇した後に飽和するので、この上昇区間で は測定周期を短くして補正精度を高めること が好ましい。これが、画像取得周期制御部64� ��画像取得の周期を変更する理由である。つ� ��り、画像取得周期制御部64は、測定開始信� �が出力された時刻t0から一定時間thの間は画� ��取得タイミング信号の周期を通常時よりも� ��くし、時間th経過後は画像取得タイミング� �号の周期を通常時の値に戻す。

 従来技術による抗原濃度測定装置では、� ��乳などの液体サンプルをポンプで送り出し� ��試料セル上に流すことで、例えば牛乳に含� ��れる菌と試料セルに固定された抗体との反� ��を検出する。しかしながら、従来技術によ� ��抗原濃度測定装置では、液体サンプルの流� ��に変動があった場合に、反応結果を補正す� ��ことができないという問題点があった。例� ��ば液体サンプルの流速を高精度に調整する� ��とができない簡易型の装置や、液体サンプ� ��の粘度のばらつきなどにより、流速が液送� ��構で期待される値よりも小さくなった場合� ��、抗原と抗体の反応量も小さくなり、流速� ��理想的な値より大きくなった場合は、抗原� ��抗体の反応量も大きくなる。したがって、� ��体サンプルの流速が変動すると、正しい測� ��ができないという問題点があった。

 しかし、本実施形態によれば、液体サン� ��ル中に含まれる物質のうち被測定物質との� ��応が期待されるものと異なる物質と反応し� ��屈折率が変化する液体サンプル検出物質73� �金属薄膜上に固定したフローセル10に対して 、液体サンプルを流した状態で光を照射し、 CCDカメラ5で撮像された画像から求めた液体� �ンプル検出物質73の入射角-反射率曲線から� �の反射率が最低となる入射角である共鳴角� �求め、この共鳴角から液体サンプル検出物� �73および反応した液体サンプル中の物質の屈 折率を求め、この屈折率の変化速度から液体 サンプルの流速の誤差量を求め、この流速の 誤差量から反応量の補正量を求めることによ り、反応結果導出部67が求めた反応量を補正� ��ることができる。その結果、本実施形態に� ��れば、液体サンプルの流速変動に応じて測� ��結果を補正することができる。

 また、本実施形態では、画像処理部65が� �めた入射角-反射率曲線において共鳴角を求� ��、この共鳴角の変化からフローセル10上に� �体サンプルが流れ始めたことを検出したと� �に、測定開始信号を出力し、測定開始信号� �出力時から一定時間の間は画像取得タイミ� �グ信号の周期を通常時よりも短くすること� �より、測定結果の補正精度を高めることが� �きる。

<第4の実施形態>
 次に、本発明の第4の実施形態について説明 する。本発明が第1の実施形態と同様の部分� �ついては、それらの説明を省略する。また� �第4の実施形態と第1の実施形態では、フロー セル内を流れる検体の流速を求める方法が相 違する。よって、以下では、その相違点につ いて説明する。

 図16は、本発明の第4の実施形態による抗原� ��度検出装置のデータ処理装置の制御部113bの 構成を示すブロック図である。
 制御部113bは、データ入力部11、データ記憶� ��12、SPR角度算出部13、補間演算部14、波形微� ��演算部16、波形減算部17、標準偏差演算部18� ��波形微分・二乗部23、直線検出部24、流速検 出部25を有する。
 制御部113bが、波形微分・二乗部23、直線検� ��部24、流速検出部25を有している点において 、制御部113aが、波形移動部15、時間差検出部 19、流速算出部20を有している第1の実施形態� ��相違する。
 なお、波形微分・二乗部23、直線検出部24、 流速検出部25をまとめて、流速演算部21bとも� ��する。

 始めに、本実施形態の抗原濃度検出装置は� ��フローセルの流路を、Y1方向(図1及び図2参� �)に、屈折率の低いサンプルを流す。ここで� ��、このサンプルの屈折率を、N1とする。
 次に、本実施形態の抗原濃度検出装置は、� ��ローセルの流路を、Y1方向に、屈折率の高� �サンプルを流す。ここでは、このサンプル� �屈折率をN2とする。屈折率N1と屈折率N2との� �には、N2>N1の関係がある。
 次に、本実施形態の抗原濃度検出装置は、� ��ローセルの流路を、Y1方向に、屈折率の低� �サンプルを流す。このサンプルの屈折率は� �N1である。
 このような処理を行なう際に、フローセル� ��Y1方向に沿った複数の地点での屈折率の時� �変化を測定することにより、各時間と各地� �での屈折率を表す配列を得ることができる� �この配列を等高線表示すると、図17(a)に示す ようなグラフが得られる。
 図17(a)において、横軸は時間を示しており� �縦軸はフローセルの流路の所定地点を基準� �した距離を示している。

 図17(a)では、傾きが正の3本の直線が、時刻t 11付近に現れている。また、図17(b)では、傾� �が正の3本の直線が、時刻t12付近に現れてい� ��。それぞれの直線で結ばれた点は、SPR角度� ��同じであることを意味している。
 なお、フローセルに流すサンプルの流速が� ��常に早い場合には、時刻t11付近の3本の直線 と、時刻t12付近の3本の直線との傾きは、図17 (a)の縦軸(Y1軸)の傾きに近づく。つまり、各� �線の傾きが、無限大に近づく。
 また、フローセルに流すサンプルの流速が� ��い場合には、時刻t11付近の3本の直線と、時 刻t12付近の3本の直線との傾きは、図17(a)の横 軸(時間軸)の傾きに近づく。つまり、各直線� ��傾きが、0に近づく。

 図17(a)において、フローセルの所定地点(Y1=Y Aとなる地点)に着目すると、図17(b)に示すよ� �なグラフが得られる。なお、図17(b)において 、横軸は時間を示しており、縦軸はSPR角度を 示している。
 図16の制御部113bの直線検出部24は、図17(a)の 画像から、直線部分を検出する。本実施形態 の直線検出部24は、既知の画像処理アルゴリ� ��ムであるハフ(Hough)変換を用いて、図17(a)の� ��像から直線部分を検出する。なお、直線検� ��部24は、ハフ変換以外の既知の画像処理ア� �ゴリズムを用いて、画像から直線部分を検� �しても良い。
 波形微分・二乗部23は、ハフ変換を用いる� �線検出部24が、流速が変化する部分の検出に 適するように、図17(a)の配列データを時間方� ��に微分する。その後、波形微分・二乗部23� �、二乗処理を行なう。
 流速検出部25は、直線検出部24の演算結果か ら直線の傾きを求めて、フローセル内を流れ る検体の流速を算出する。

 第1の実施形態では、抗体固定領域201やリフ ァレンス領域202などの2点を予め決める必要� �あり、フローセル内の特定の区間での流速� �求めることができた。第4の実施形態では、� ��線の傾きから流速を求めることができるた� ��に、流速の変化を時間的に、フローセル内� ��位置に依存して求めることができる。した� ��って、抗原濃度検出装置の処理精度を高度� ��できる。
 なお、第4の実施形態では、流速を求める際 にハフ変換を用いる場合について説明したが 、この方法を、第2又は第3の実施形態に適用� ��てもよい。

 なお、第1~第4の実施形態による抗原濃度� ��定装置のデータ処理装置の各部(図4、図11、 図16)の機能を実現するためのプログラムをコ ンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し て、この記録媒体に記録されたプログラムを コンピュータシステムに読み込ませ、実行す ることにより検体の流速の検出処理を行って もよい。なお、ここでいう「コンピュータシ ステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェ� ��を含むものとする。また、「コンピュータ� ��ステム」は、ホームページ提供環境(あるい は表示環境)を備えたWWWシステムも含むもの� �する。また、「コンピュータ読み取り可能� �記録媒体」とは、フレキシブルディスク、� �磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コ� �ピュータシステムに内蔵されるハードディ� �ク等の記憶装置のことをいう。さらに「コ� �ピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、� �ンターネット等のネットワークや電話回線� �の通信回線を介してプログラムが送信され� �場合のサーバやクライアントとなるコンピ� �ータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のよう に、一定時間プログラムを保持しているもの も含むものとする。

 また、上記プログラムは、このプログラ� ��を記憶装置等に格納したコンピュータシス� ��ムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝� ��媒体中の伝送波により他のコンピュータシ� ��テムに伝送されてもよい。ここで、プログ� ��ムを伝送する「伝送媒体」は、インターネ� ��ト等のネットワーク(通信網)や電話回線等� �通信回線(通信線)のように情報を伝送する機 能を有する媒体のことをいう。また、上記プ ログラムは、前述した機能の一部を実現する ためのものであっても良い。さらに、前述し た機能をコンピュータシステムにすでに記録 されているプログラムとの組み合わせで実現 できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プ� �グラム)であっても良い。