本发明涉及一种测定被测定溶液中所包含的被检测物的浓度的方法。
背景技术：
专利文献1～3及非专利文献1中公开了测定被测定溶液中所包含的被检测物(例如糖类)的浓度的方法的发明。这些文献中记载的发明是利用被检测物的氧化反应来测定被检测物的浓度，并且在该被检测物的氧化反应时使用酶。另外，非专利文献2、3中记载的发明是对被测定溶液中添加金纳米棒或金纳米颗粒来测定被检测物的浓度。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利文献特开2014-190938号公报
专利文献2：日本专利文献特开2008-185533号公报
专利文献3：日本专利文献特开2010-197046号公报
[非专利文献]
非专利文献1：yunshengxiaetal.,"均匀银纳米葡萄糖氧化酶体系对葡萄糖在亚微摩尔水平的比色显示(colorimetricvisualizationofglucoseatthesubmicromolelevelinserumbyahomogenoussilvernanoprism-glucoseoxidasesystem)",analyticalchemistry,2013,85,6241-6247
非专利文献2：yunleixianyuetal.,"金纳米棒辅助银纳米颗粒的超灵敏非酶葡萄糖测定(anultrasensitive,non-enzymaticglucoseassayviagoldnanorod-assistedgenerationofsilvernanoparticles)",nanoscale,2013,5,6303-6306
非专利文献3：tangsonglietal.,"基于金纳米颗粒辅助银镜反应的葡萄糖敏感检测(sensitivedetectionofglucosebasedongoldnanoparticlesassistedsilvermirrorreaction)",analyst,2011,136,2893-2896
非专利文献4：yunchen,etal.,"大功率酶生物燃料电池的设计(designofanenzymaticbiofuelcellwithlargepoweroutput)",j.mater.chem.a.,2015,3,11511-11516
非专利文献5：tapank.sauetal.,"室温、高收率合成多形态金纳米颗粒的水溶液(roomtemperature,high-yieldsynthesisofmultipleshapesofgoldnanoparticlesinaqueoussolution)",j.am.chem.soc.,2004,126,8648-8649
技术实现要素：
[发明所要解决的技术问题]
专利文献1～3及非专利文献1中记载的发明是在被检测物的氧化反应时使用酶，因此氧化反应的选择性高，但酶的保存及测定的操作繁杂。非专利文献2、3中记载的发明是测定灵敏度高，但由于对被测定溶液中加入金纳米棒或金纳米颗粒来进行测定，所以测定的操作繁杂，并且测定所需的费用高。
本发明是为了消除上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够容易且以低成本测定被测定溶液中所包含的被检测物的浓度的方法。
[解决问题的技术手段]
本发明的浓度测定方法是，测定包含具有还原作用的被检测物的被测定溶液中的被检测物的浓度的方法，其包括：(1)混合步骤，将金属离子的溶液、ph值调节剂及被测定溶液进行混合而制作混合液；(2)金属微小结构生成步骤，通过混合液中的被检测物的还原作用将混合液中的金属离子还原，并在支撑体上生成金属微小结构；(3)测定步骤，测定支撑体上的金属微小结构的光学响应；以及(4)解析步骤，基于光学响应的测定结果求出被测定溶液中的被检测物的浓度。另外，在混合步骤中，也可以进一步混合络合剂来制作混合液。
[发明效果]
根据本发明，能够容易地且以低成本地测定被测定溶液中所包含的被检测物的浓度。
附图说明
图1是浓度测定方法的流程图。
图2是表示测定瑞利散射强度的情形时的照射光与测定光的配置的示意图。
图3是表示测定光学密度的情形时的照射光与测定光的配置的示意图。
图4是对实施例1～4中分别使用的试样进行总结而得到的表。
图5是表示在实施例1的测定步骤s4中测定到的瑞利散射光谱的图。
图6是表示在实施例1的测定步骤s4中测定到的消光光谱的图。
图7是表示在实施例1的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图8是表示在实施例1的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图9是表示在实施例2的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(果糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图10是表示在实施例2的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(果糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图11是表示在实施例3的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(半乳糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图12是表示在实施例3的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(半乳糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图13是表示在实施例4的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图14是表示在实施例4的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图15是表示在实施例5中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图16是表示在实施例5中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
符号说明
10支撑体20金属微小结构
30盖玻片40液体
li入射光ls散射光
lt透射光s1步骤
s2步骤s3步骤
s4步骤s5步骤
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，在附图说明中，对相同要素标注相同符号，并省略重复说明。本发明并不限定于这些例示。
图1是浓度测定方法的流程图。该浓度测定方法是测定被测定溶液中所包含的被检测物的浓度的方法，通过依次进行混合步骤s1、金属微小结构生成步骤s2、清洗步骤s3、测定步骤s4以及解析步骤s5来进行浓度测定。
在混合步骤s1中，将包含被检测物的被测定溶液、金属离子的溶液、络合剂及ph值调节剂充分地混合，由此制作混合液。作为这些金属离子溶液、络合剂、ph值调节剂及被测定溶液的混合的方法或顺序，可以有各种方式。为了在制作最终的混合液后生成金属微小结构，优选最后混合被测定溶液或ph值调节剂。另外，关于络合剂，如果不需要的话，则也可以不混合络合剂。
例如，优选：首先，将金属离子溶液与络合剂溶液充分地混合，使络合剂结合于金属离子，并对其中添加ph值调节剂充分地进行混合，制成中间混合液；接着，将该中间混合液与被测定溶液充分地混合，制作最终的混合液。或者，还优选：首先，将金属离子溶液与络合剂溶液充分地混合，使络合剂结合于金属离子，并对其中添加被测定溶液充分地进行混合，制成中间混合液；接着，将该中间混合液与ph值调节剂充分地混合，制作最终的混合液。
关于被检测物，只要是具有还原作用的化合物则可以是任意的化合物，例如为糖类及醛类等。作为被检测物的糖类中，包含葡萄糖、果糖及半乳糖等。关于金属离子，只要是通过被检测物的还原作用而能够被还原的金属离子则可以是任意的，例如为银离子等。关于ph值调节剂，其是为了将混合液制成碱性而混合的成分。关于络合剂，其是为了在通过ph值调节剂进行ph值调节之后防止金属的氧化使金属离子稳定而根据需要混合的成分。根据被测定溶液的量及被检测物的浓度而适当地制备作为最终的混合液而被混合的金属离子溶液、络合剂及ph值调节剂各自的量及浓度。
在金属微小结构生成步骤s2中，通过被检测物的还原作用将金属离子还原，并在支撑体上生成金属微小结构。所谓“支撑体上的金属微小结构”是指，在金属微粒析出后，其凝聚体像岛一样分布在支撑体上的结构。此时，为了防止混合液的蒸发，优选在加湿环境下将支撑体静置规定时间。
关于支撑体，可以是制作中间混合液或混合液时所使用的容器，也可以是与容器分开地准备的基板，作为基板，例如可以为载玻片。在将与容器分开地准备的基板用作支撑体的情况下，将中间混合液及被测定溶液分别适量地滴加至基板上，使用微量吸管等在基板上将中间混合液与被测定溶液充分地混合，制作最终的混合液，从而在基板上生成金属微小结构。
作为被检测物，以葡萄糖为例进行说明。通过下述(1)式所表示的反应，混合液中的葡萄糖(glucose)被氧化，生成葡萄糖酸(gluconicacid)，并且释放出2个氢离子h+及2个电子e-(参照非专利文献4)。另一方面，对于在混合液中溶解并存在的n价金属离子mn+而言，通过n个电子e-的供给在下述(2)式所表示的反应中被还原，生成固体状的金属m。接着，该金属m成为胶体状的金属微粒(参照非专利文献5)。该金属微粒凝聚后在支撑体上生成金属微小结构。
葡萄糖(glucose)→葡萄糖酸(gluconicacid)+2h++2e-(1)
mn++ne-→m(2)
本发明的发明人认为：如果金属微粒均匀地分散在溶液中的话，则可根据该金属微粒的显色的程度对金属微粒进行定量，进一步能够测定被测定溶液中的被检测物的浓度。为了生成均匀地分散在溶液中的金属微粒，通常需要毫升以上的容量的试样。另一方面，在例如将血液设为测定对象的情况下，优选试样尽可能是微量的，因此，难以通过对均匀地分散在溶液中的金属微粒的定量而测定被检测物浓度。相对于此，本实施方式是在支撑体上生成金属微小结构来进行测定，因此，即便试样是微量的，也能够测定被检测物浓度。
在清洗步骤s3中，通过水(优选超纯水)对支撑体上生成有金属微小结构的区域进行清洗。通过该清洗，能够去除在随后的测定步骤s4的测定中不需要的溶液。另外，也可以不进行该清洗步骤s3。
在测定步骤s4中，测定支撑体上的金属微小结构的光学响应。作为光学响应，例如，既可以测定某一波长频带中的瑞利散射光谱或消光光谱，另外，也可以测定规定波长处的瑞利散射强度或光学密度。当在支撑体上的窄的区域中生成有金属微小结构的情况下，优选使用显微分光装置测定金属微小结构的光学响应。
也可以在支撑体上的生成有金属微小结构的区域干燥的状态下，测定金属微小结构的光学响应。另外，也可以将水滴加至支撑体上的生成有金属微小结构的区域后，由盖玻片覆盖着测定金属微小结构的光学响应。在将水滴加至支撑体上的生成有金属微小结构的区域的情况下、或者未进行清洗步骤s3而在支撑体上的生成有金属微小结构的区域残留有溶液的情况下，如果直接进行测定的话，则由于液体的表面形状不固定、或液体的表面形状起到透镜效果，而导致测定条件变得不稳定，因此，为了使每个被检测物的测定条件固定，优选由盖玻片覆盖着进行测定。
可以通过在显微分光装置中使用暗视野照明，来测定瑞利散射光谱或规定波长处的瑞利散射强度。图2是用于说明测定瑞利散射强度的情形时的光学配置的图。支撑体10的一个主面上形成有金属微小结构20并且被盖玻片30覆盖，在支撑体10与盖玻片30之间不仅存在金属微小结构20而且还存在水等的液体40。使入射光li从支撑体10的一侧倾斜地入射，并检测在支撑体10的另一侧沿垂直方向出射的散射光ls。基于散射光ls的检测结果而能够测定瑞利散射强度。另外，就入射光的入射方向以及散射光的检测方向来说，也可以采用除此以外的方式。
通过在显微分光装置中使用明视野照明，能够测定消光光谱或规定波长处的光学密度。图3是用于说明测定光学密度的情形时的光学配置的图。支撑体10的一个主面上形成有金属微小结构20并且被盖玻片30覆盖，在支撑体10与盖玻片30之间不仅存在金属微小结构20而且还存在水等的液体40。使入射光li从支撑体10的一侧垂直入射，并检测在支撑体10的另一侧沿垂直方向出射的透射光lt。基于透射光lt的检测结果而能够测定光学密度。
在解析步骤s5中，基于光学响应的测定结果，求出被测定溶液中的被检测物的浓度。此时，预先准备表示被检测物浓度与光学响应的测定值之间的关系的校准曲线，由此，基于对测定对象的被测定溶液测定到的光学响应的测定值与校准曲线，能够求出该被测定溶液中的被检测物的浓度。
接着，对实施例1～4进行说明。图4是对实施例1～4中分别使用的试样进行总结而得到的表。在实施例1中，使用10mm硝酸银溶液作为金属离子溶液，使用50mm硫酸铵水溶液作为络合剂，使用200mm氢氧化钠水溶液作为ph值调节剂，使用包含葡萄糖作为被检测物的被测定溶液。在实施例2中，使用包含果糖作为被检测物的被测定溶液，其他试样则与实施例1相同。在实施例3中，使用包含半乳糖作为被检测物的被测定溶液，其他试样则与实施例1相同。在实施例4中，使用100mm氨水溶液作为络合剂，其他试样则与实施例1相同。葡萄糖、果糖及半乳糖均为具有还原作用的糖类。使用载玻片作为支撑金属微小结构的支撑体。
实施例1～4各自的顺序是相同的，且如下所述。在混合步骤s1中，将金属离子溶液、络合剂及ph值调节剂分别调节为规定浓度。在容器内充分地混合金属离子溶液及络合剂，进一步向该容器内添加ph值调节剂并充分地混合，由此制作中间混合液。此时，将金属离子溶液、络合剂及ph值调节剂依次等量地进行混合。将该中间混合液30μl滴加至载玻片上，对该已滴加的液滴中添加被测定溶液10μl，且将这些在载玻片上充分地混合。
在金属微小结构生成步骤s2中，在加湿环境下将载玻片上的液滴静置1小时，通过被检测物的还原作用而将金属离子还原，在载玻片上生成金属微小结构。在清洗步骤s3中，用超纯水对载玻片上生成有金属微小结构的区域进行清洗，由此除去在随后的测定步骤s4的测定中不需要的溶液。在测定步骤s4中，测定瑞利散射及光学密度作为载玻片上的金属微小结构的光学响应。此时，在载玻片上的生成有金属微小结构的区域滴加水后用盖玻片覆盖。另外，使用显微分光装置进行测定。
图5是表示在实施例1的测定步骤s4中测定到的瑞利散射光谱的图。图5的纵轴表示的是，测定步骤s4中测定到的瑞利散射强度相对于使用测定波长范围内光学性响应平坦的扩散板时的瑞利散射强度的比值。图6是表示在实施例1的测定步骤s4中测定到的消光光谱的图。在此，将被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度设为1.0mm。在瑞利散射光谱及消光光谱的任一者中，均观察到了横跨波长范围450～700nm的宽频带的波峰。由此，确认到：银在载玻片上被还原以纳米级的颗粒状态析出，并且由这些凝聚而生成金属微小结构。
图7是表示在实施例1的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。图7的纵轴表示瑞利散射强度的对数值。图8是表示在实施例1的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图9是表示在实施例2的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(果糖)的浓度之间的关系的曲线图。图9的纵轴表示瑞利散射强度的对数值。图10是表示在实施例2的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(果糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图11是表示在实施例3的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(半乳糖)的浓度之间的关系的曲线图。图11的纵轴表示瑞利散射强度的对数值。图12是表示在实施例3的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(半乳糖)的浓度之间的关系的曲线图。
图13是表示在实施例4的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。图13的纵轴表示瑞利散射强度的对数值。图14是表示在实施例4的测定步骤s4中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
这些图7～图14中，不仅表示了被检测物在各浓度下的测定值的位置，而且也表示了对测定值相对于被检测物浓度的关系进行直线近似处理时所得到的直线。如这些图所示，在实施例1～4的任一者中，瑞利散射强度的对数值及光学密度这两者均相对于被测定溶液中的被检测物的浓度的对数值呈现较高的相关关系，从而能够得到良好的线性关系。在实施例1～3中，即便被测定溶液中的被检测物的浓度在较低的范围内，与光学密度相比，瑞利散射强度的对数值也相对于浓度的对数值呈现更高的相关关系。在实施例4中，即便被测定溶液中的被检测物的浓度以同等程度在较低的范围内，瑞利散射强度的对数值及光学密度也相对于浓度的对数值呈现较高的相关关系。
另外，与上述实施例1～4分开而独立地进行了实施例5。在实施例5中，使用10mm硝酸银水溶液作为金属离子溶液，使用10mm氢氧化钾水溶液作为ph值调节剂，使用包含葡萄糖作为被检测物的被测定溶液。另外，在本实施例中，没有使用络合剂。
在该实施例5中，将10μl的10mm硝酸银水溶液滴加至载玻片等基板上，且对该滴加点添加规定浓度的葡萄糖水溶液10μl，将这些在基板上进行混合。进一步，对滴加点添加10mm氢氧化钾水溶液5μl且在基板上进行混合，静置1小时，使微量的银的金属微小结构在基板上的溶液滴加部分析出。进一步，为了将剩余的在测定中不需要的溶液去除，将基板浸渍在超纯水中进行清洗。
图15是表示实施例5中测定到的波长500nm处的瑞利散射强度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。图15的纵轴表示瑞利散射强度的对数值。图16是表示实施例5中测定到的波长500nm处的光学密度与被测定溶液中的被检测物(葡萄糖)的浓度之间的关系的曲线图。
如这些图所示，即便是在没有使用络合剂的实施例5中，也与实施例1～4同样，瑞利散射强度的对数值及光学密度这两者均相对于被测定溶液中的被检测物的浓度的对数值呈现较高的相关关系，能够得到良好的线性关系。
如上所述，本实施方式的浓度测定方法是通过混合液中的被检测物的还原作用而在支撑体上生成金属微小结构，并且通过测定该金属微小结构的光学响应，来测定被测定溶液中的被检测物的浓度。因此，本实施方式的浓度测定方法无需使用不易处理的酶，另外，也无需在被测定溶液中添加金纳米棒，因此，能够容易地且以低成本地测定被测定溶液中的被检测物的浓度。另外，本实施方式的浓度测定方法不会受到酶的活性降低等的影响，容易保存测定中使用的试样，因此能够进行稳定的测定。
利用电响应进行血糖值测定等的目前的方法中，其灵敏度约为1mm(18mg/dl)左右。相对于此，与利用电响应的目前的测定方法相比，本实施方式的浓度测定方法能够实现高出两位数以上的灵敏度。其是与目前用于研究用途的利用酶反应的测定方法相同的程度的灵敏度。
在血糖值测定等医疗用途中，根据现有方法的被检测物的浓度的测定范围为10～600mg/dl左右。本实施方式的浓度测定方法可通过适当地调节金属离子溶液中的金属离子的浓度，而能够在被测定溶液中的被检测物的较宽的浓度范围测定被检测物的浓度。另外，在本实施方式的浓度测定方法中，也可以将被测定溶液稀释后测定被检测物的浓度，在此情况下，能够抑制杂质造成的影响。
本实施方式的浓度测定方法中的测定对象即被检测物是具有还原作用的化合物，例如为糖类或醛等。尤其是糖类在活体内具有重要的作用，测定它们的浓度关系到对活体的健康状态的把握。尤其是对于作为糖类的一种的葡萄糖在血液中的浓度而言，其是影响糖尿病的病态的重要的活体的参数。根据厚生劳动省的调查，在2013年的阶段，在日本国内，男性的16.2％为糖尿病患者，女性的9.2％为糖尿病患者。另外，根据美国的市场调查机构即联合市场研究(alliedmarketresearch)的报告，连续的葡萄糖监测的市场到2020年为止将达到568.5亿美元。
目前，主流的葡萄糖浓度测定方法是，在水溶液中通过葡萄糖氧化酶而使葡萄糖氧化并产生过氧化氢，通过监测该过氧化氢来测定葡萄糖浓度。该方法中利用酶，而酶的保存及测定的操作是繁杂的。相对于此，根据本实施方式的浓度测定方法的葡萄糖的浓度测定中不使用酶，所以容易保存测定中使用的试样，从而能够以简单的顺序以高精度且高灵敏度地进行测定，因此期待其在今后的普及。
本发明的浓度测定方法并不限定于上述实施方式及构成例，可以进行各种变化。
上述实施方式的浓度测定方法，是测定包含具有还原作用的被检测物的被测定溶液中的被检测物的浓度的方法，其构成中包括：(1)混合步骤，将金属离子的溶液、络合剂、ph值调节剂及被测定溶液进行混合而制作混合液；(2)金属微小结构生成步骤，通过混合液中的被检测物的还原作用将混合液中的金属离子还原，并在支撑体上生成金属微小结构；(3)测定步骤，测定支撑体上的金属微小结构的光学响应；以及(4)解析步骤，基于光学响应的测定结果求出被测定溶液中的被检测物的浓度。
或者，上述实施方式的浓度测定方法，是测定包含具有还原作用的被检测物的被测定溶液中的被检测物的浓度的方法，其构成中包括：(1)混合步骤，将金属离子的溶液、ph值调节剂及被测定溶液进行混合而制作混合液；(2)金属微小结构生成步骤，通过混合液中的被检测物的还原作用将混合液中的金属离子还原，并在支撑体上生成金属微小结构；(3)测定步骤，测定支撑体上的金属微小结构的光学响应；以及(4)解析步骤，基于光学响应的测定结果求出被测定溶液中的被检测物的浓度。在此情况下，根据需要，也可以是如下构成，即：在混合步骤中，将金属离子的溶液、ph值调节剂、被测定溶液及络合剂进行混合而制作混合液。
上述浓度测定方法中，也可以是如下构成，即：在混合步骤中，将金属离子的溶液、络合剂及ph值调节剂进行混合而制作中间混合液，将该中间混合液及被测定溶液进行混合而制作混合液。或者，上述浓度测定方法中，也可以是如下构成，即：在混合步骤中，将金属离子的溶液、络合剂及被测定溶液进行混合而制作中间混合液，将该中间混合液及ph值调节剂进行混合而制作混合液。
上述浓度测定方法也可以是如下构成，即，进一步包括：设置在金属微小结构生成步骤与测定步骤之间，对支撑体上生成有金属微小结构的区域进行清洗的清洗步骤。
上述浓度测定方法也可以是如下构成，即，在金属微小结构生成步骤中，在加湿环境下将支撑体静置规定时间，由此在支撑体上生成金属微小结构。
上述浓度测定方法也可以是如下构成，即，在测定步骤中，利用盖玻片将支撑体上生成有金属微小结构的区域覆盖着来测定金属微小结构的光学响应。另外，上述浓度测定方法也可以为是如下构成，即，在测定步骤中，测定瑞利散射强度或光学密度作为金属微小结构的光学响应。
[产业上的利用的可能性]
本发明能够用作能够容易地且以低成本地测定被测定溶液中所包含的被检测物的浓度的浓度测定方法。