JPWO2012093437A1 - Surface plasmon resonance fluorescence analyzer and analysis chip used in the analyzer - Google Patents
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Abstract
本発明は、プリズム部内に励起光αを入射させる励起光射出部と、金属膜と隣接する領域において生じる光を測定する光測定部と、を備え、励起光射出部は、励起光光源と、複数の光学レンズによって構築され、励起光αのビーム径を変更可能な径変更光学系とを有し、径変更光学系は、金属膜における励起光αの照射領域が金属膜における光測定部の測定領域に含まれるように励起光αのビーム径を変更することを特徴とする。The present invention includes an excitation light emitting unit that causes excitation light α to enter the prism unit, and a light measurement unit that measures light generated in a region adjacent to the metal film, and the excitation light emitting unit includes an excitation light source, A diameter changing optical system constructed by a plurality of optical lenses and capable of changing the beam diameter of the excitation light α. The diameter changing optical system has an irradiation area of the excitation light α in the metal film of the light measurement unit in the metal film. The beam diameter of the excitation light α is changed so as to be included in the measurement region.
Description
本発明は、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance:SPR)を利用して試料溶液中に含まれる検体の分析を行う表面プラズモン共鳴蛍光分析装置、及びこの分析装置において用いられる分析チップに関するものである。 The present invention relates to a surface plasmon resonance fluorescence analyzer that analyzes a sample contained in a sample solution using surface plasmon resonance (SPR), and an analysis chip used in the analyzer.
従来、タンパク質やDNA等を検出するバイオ測定において、検体(被検出物質)を高感度に検出する装置として、表面プラズモン共鳴蛍光分析(表面プラズモン励起増強蛍光分光:SPFS)法を用いた分析装置が知られている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a bioassay for detecting protein, DNA, etc., an analyzer using a surface plasmon resonance fluorescence analysis (surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy: SPFS) method as a device for detecting a sample (a substance to be detected) with high sensitivity. It is known (see Patent Document 1).
このSPFS法では、金や銀等からなる金属膜が所定の面上に形成されたプリズム内に、前記所定の面に対して全反射条件となるように励起光が入射させられ、金属膜において励起光が反射する際にこの金属膜からしみ出すエバネッセント波(電場)が利用される。 In this SPFS method, excitation light is incident on a prism formed with a metal film made of gold, silver, or the like on a predetermined surface so as to satisfy a total reflection condition with respect to the predetermined surface. An evanescent wave (electric field) that exudes from the metal film when the excitation light is reflected is used.
具体的に、上記の分析装置では、金属膜が設けられたプリズム内に励起光が入射すると、励起光が所定の入射角(プラズモン共鳴角)となるように金属膜に入射したときに、当該金属膜において表面プラズモン共鳴が生じてエバネッセント波(電場)が増強される。この状態において、金属膜の表面(プリズムと反対側の面)と接するように試料溶液が流されると、試料溶液に含まれる検体又はこの検体に付された蛍光物質(標識物質)が前記増強された電場によって励起されて蛍光(励起蛍光)を発する。上記の分析装置は、この励起蛍光を測定することによって検体の存在又はその量を高感度且つ高精度に検出する。 Specifically, in the above analyzer, when excitation light enters the prism provided with the metal film, the excitation light enters the metal film so as to have a predetermined incident angle (plasmon resonance angle). Surface plasmon resonance occurs in the metal film, and the evanescent wave (electric field) is enhanced. In this state, when the sample solution is flowed so as to contact the surface of the metal film (surface opposite to the prism), the specimen contained in the sample solution or the fluorescent substance (labeling substance) attached to the specimen is enhanced. When excited by an electric field, it emits fluorescence (excitation fluorescence). The analyzer described above detects the presence or amount of the sample with high sensitivity and high accuracy by measuring the excitation fluorescence.
上記の分析装置では、検体の分析の際に、金属膜において反射するようにプリズム内に励起光が入射すると、この励起光に起因する自家蛍光がプリズム内において生じる。この自家蛍光は、プリズムの材料特性に基づくものであり、励起光(光)がプリズム内を進行することによって生じる。このようなプリズム内に生じた自家蛍光が検体の分析の際に励起蛍光を測定する光測定部等に入射すると、この自家蛍光がノイズとなりSN比が低下する。 In the above-described analyzer, when excitation light enters the prism so as to be reflected by the metal film during analysis of the specimen, autofluorescence caused by the excitation light is generated in the prism. This autofluorescence is based on the material characteristics of the prism, and is generated when excitation light (light) travels in the prism. When autofluorescence generated in such a prism enters a light measurement unit or the like that measures excitation fluorescence during analysis of a specimen, the autofluorescence becomes noise and the SN ratio is reduced.
本発明の目的は、SPFS法を利用した分析装置において、金属膜に生じさせた表面プラズモン共鳴に起因する光を測定して得られる信号のSN比の低下を抑えることができる表面プラズモン共鳴蛍光分析装置、及びこの分析装置において用いられる分析チップを提供することである。 An object of the present invention is to provide a surface plasmon resonance fluorescence analysis capable of suppressing a decrease in the signal-to-noise ratio of a signal obtained by measuring light caused by surface plasmon resonance generated in a metal film in an analyzer utilizing the SPFS method. An apparatus and an analysis chip used in the analysis apparatus are provided.
本発明に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置、及びこの分析装置において用いられる分析チップは、励起光が金属膜によって反射されるときの当該金属膜における励起光の照射領域が光測定部の金属膜における光の測定領域に含まれるように、励起光のビーム径を変更する。このため、本発明によれば、金属膜に生じさせた表面プラズモン共鳴に起因する光を測定して得られる信号のSN比の低下を抑えることができる表面プラズモン共鳴蛍光分析装置、及びこの分析装置において用いられる分析チップを提供することができる。 In the surface plasmon resonance fluorescence analyzer according to the present invention and the analysis chip used in the analyzer, the irradiation region of the excitation light in the metal film when the excitation light is reflected by the metal film is in the metal film of the light measurement unit. The beam diameter of the excitation light is changed so as to be included in the light measurement region. For this reason, according to the present invention, a surface plasmon resonance fluorescence analyzer capable of suppressing a decrease in the SN ratio of a signal obtained by measuring light caused by surface plasmon resonance generated in a metal film, and the analyzer An analysis chip used in the above can be provided.
上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置(以下、単に「分析装置」とも称する。)は、プリズムの反射界面に対して全反射条件となるように当該プリズムに入射した励起光が反射界面において反射したときの当該反射界面からしみ出すエバネッセント波(増強電場)を利用し、被検出物質(以下、単に「検体」とも称する。)に標識された(付された)蛍光物質を励起させる。そして、分析装置は、この蛍光物質の励起により生じた蛍光の光量を検出することによって検体の検出を行う。 The surface plasmon resonance fluorescence analyzer (hereinafter also simply referred to as “analyzer”) according to the present embodiment allows excitation light incident on the prism to be reflected at the reflection interface so that the total reflection condition is satisfied with respect to the reflection interface of the prism. Using an evanescent wave (enhanced electric field) that oozes from the reflection interface when reflected, a fluorescent substance labeled (attached) to a substance to be detected (hereinafter also simply referred to as “analyte”) is excited. Then, the analyzer detects the specimen by detecting the amount of fluorescent light generated by the excitation of the fluorescent substance.
分析装置は、図1に示すように、分析チップ50を保持するチップ保持部12と、チップ保持部12に保持された状態の分析チップ50に励起光を出射する励起光射出部20と、分析チップ50において生じた光の強度を測定する光測定部40と、これらチップ保持部12、励起光射出部20、及び光測定部40等の分析装置10の各構成要素の制御を行うと共に、各種演算処理を行う制御処理部14(制御部)と、演算結果等の各種情報を表示する表示部16と、を備える。また、分析装置10は、患者からの血液等の前処理を行う前処理部(図示省略)も備える。この前処理部は、試薬チップ(図略)を受け入れ、この試薬チップに注入されている血液等の前処理(血球分離や希釈、混合等)を行って試料溶液を生成し、この試料溶液を分析チップ50に注入する。試薬チップには、複数の収納部が設けられ、各収納部には、血液等の他に、試薬、希釈液、洗浄液等が個別に封入されている。
As shown in FIG. 1, the analyzer includes a
分析チップ50は、図2にも示すように、プリズム51と、プリズム51の表面に形成される金属膜55と、検体を含む試料溶液や洗浄液等が金属膜55上を当該金属膜55に接しつつ流れる流路58を形成する流路部材57と、を備える。本実施形態の分析チップ50は、検体の検出(分析)毎に交換される。
As shown in FIG. 2, the
プリズム51は、励起光射出部20からの励起光αをプリズム51の内部に入射させる入射面52と、プリズム51の内部に入射した励起光αを反射する金属膜55が形成される成膜面(反射面)53と、金属膜55によって反射された励起光αがプリズム51の外部に射出される射出面54と、をその表面に含む。このプリズム51は、透明なガラス又は樹脂により形成される。射出面54は、励起光αが金属膜55によって反射された後に最初に当る面である。射出面54は、金属膜55によって反射された励起光αのS波成分の光がプリズム51の内部に留まらないように、入射面52と同様に、光学面に形成される。
The
本実施形態の励起光射出部20は、扁平な(詳しくは、光軸と直交する断面の輪郭が楕円形状である)ビーム状の励起光αを射出する。そして、プリズム51において、励起光αがその断面の短軸方向を入射面52に対する成膜面53の傾き方向と一致させた状態となるように入射面52からプリズム51内に入射したあと、当該励起光αが表面プラズモン共鳴に起因する電場(増強電場)の強度が最大となる入射角θlで金属膜55に入射する場合に、入射面52と成膜面53とのなす角度であるプリズム角θAが当該励起光αの金属膜55における照射領域が円形若しくは略円形となるような角度となっている(図3参照)。プリズム51の材料の屈折率、金属膜55の厚さ及び屈折率、試料溶液の屈折率等から表面プラズモン共鳴による電場増強が最大となる共鳴角は予測できる。このため、前記プリズム角θAは、設計値に基づいて決定される。このとき、各パラメータのばらつき、測定対象物の濃度等により、前記共鳴角がある程度の幅を持つため、設計中心値において照射領域が真円となるようにプリズム角θAが設定される。また、本実施形態のプリズム51は、複屈折特性を有する。具体的に、プリズム51は、屈折率が1.4〜1.6程度の透明な樹脂(誘電体)により形成されている。尚、プリズム51は、ガラスにより形成されてもよい。また、プリズム51は、入射面52と成膜面53と射出面54とを当該プリズム51の表面に含む形状であればよい。即ち、プリズム51は、入射面52から内部に入射した励起光αが成膜面53上の金属膜55によって全反射され、この励起光α(詳細には、励起光αのS波成分)がプリズム51の内部において乱反射して留まらずに射出面54から外部に射出される形状であればよい。The excitation
金属膜55は、プリズム51の成膜面53上に成膜(形成)された金属製の薄膜である。本実施形態の金属膜55は、金により形成されている。この金属膜55は、成膜面53に対して全反射条件となるようにプリズム51内に入射した励起光αが金属膜55の形成された成膜面53において反射することにより生じたエバネッセント波(増強電場)を増幅する。即ち、成膜面53上に金属膜55が設けられ、この金属膜55に表面プラズモン共鳴が生じることにより、金属膜55のない面(成膜面53)において励起光αが全反射してエバネッセント波が生じた場合に比べ、形成されるエバネッセント波が増幅されている(即ち、金属膜55の表面55a近傍に増強された電場(増強電場)が形成される)。
The
尚、金属膜55の素材は、金に限定されず、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属であればよい。例えば、金属膜55は、銀、銅、アルミ等(合金を含む)であってもよい。
The material of the
また、金属膜55の表面(プリズム51と反対側の面)55aには、特定の抗原を捕捉するための捕捉体(生理活性物質)56が固定されている。この捕捉体56は、表面処理によって金属膜55の表面55aに固定される。
A capturing body (physiologically active substance) 56 for capturing a specific antigen is fixed to the surface (surface opposite to the prism 51) 55a of the
流路部材57は、プリズム51の成膜面53(詳しくは、金属膜55)上に設けられ、これにより、成膜面53と共同して試料溶液が流れる流路58を形成する。この流路部材57は、透明な樹脂により形成される。この流路部材57は、接着剤、レーザー溶着や超音波溶着、クランプ部材を用いた圧着等によりプリズム51に接合される。流路58は、金属膜55と試料溶液とが接する領域が光測定部40の測定領域よりも広くなるような形状を有する。
The
以上のように構成される分析チップ50は、分析装置10の前処理部に設置されると、この前処理部において前処理された試料溶液が流路58内に注入(供給)される。そして、試料溶液が注入された分析チップ50は、金属膜55上に固定された捕捉体56と検体(特定の抗原)との反応が終了すると、チップ保持部12まで搬送される。チップ保持部12まで搬送された分析チップ50は、分析装置10に対して所定の姿勢となるようにチップ保持部12に保持される。
When the
チップ保持部12は、検体の検出のときに、分析チップ50が分析装置10に対して所定の姿勢となるように当該分析チップ50を保持する。前記所定の姿勢とは、励起光射出部20から射出された励起光αが成膜面53に対して全反射条件となるように入射面52からプリズム51内に入射し、この入射した励起光αが成膜面53上の金属膜55において反射されるような姿勢である。また、チップ保持部12は、着脱可能に分析チップ50を保持する。本実施形態のチップ保持部12は、流路部材57の下側にプリズム51が位置する姿勢となるように分析チップ50を保持する。
The
尚、分析装置10では、射出面54から射出された光の影響が光測定部40に及ばないように、チップ保持部12に保持された状態の分析チップ50の射出面54近傍に、光吸収体(図示省略)が配置されている。
In the analyzing
励起光射出部20は、チップ保持部12において保持された状態の分析チップ50に含まれるプリズム51の金属膜55によって反射されるように、当該プリズム51内に励起光αを入射させる。具体的に、励起光射出部20は、直線偏光された励起光αを射出する光源部21と、光源部21から出射された励起光αをプリズム51の入射面52まで案内する励起光学系30と、を有する。
The excitation
光源部21は、励起光源(励起光光源)22を含む光源ユニット部23と、励起光源22から射出された励起光αを整波する第1整波部24と、を有する。本実施形態の光源部21は、下方に向けて励起光αを射出する。
The
光源ユニット部23は、励起光源22が射出した励起光αの平行化(コリメート)を行う。また、光源ユニット部23は、プリズム51の金属膜55に励起光αが短軸側から入射するように励起光源22の姿勢を調整及び維持する。具体的に、光源ユニット部23は、励起光源22と、この励起光源22のプリズム51に対する姿勢を変更可能に当該励起光源22を保持する光源保持部122と、励起光源22を駆動してその姿勢を変更させる姿勢変更駆動部123と、励起光源22の温度調整(温調)を行う温調回路25とを有する。
The
本実施形態の励起光源22は、レーザーダイオード(半導体レーザー素子)である。この励起光源22は、上述のように、図3に示すような扁平な(詳しくは、光軸と直交する断面の輪郭が楕円形状である)ビーム状の励起光αを射出する。
The
光源保持部122は、入射面52からプリズム51内に入射するときの励起光αがその光軸を回転中心にして回転可能となるように、励起光源22を保持する。本実施形態の光源保持部122は、図4(A)乃至図5(B)にも示すように、励起光源22が取り付けられる回路基板(レーザー駆動回路基板)124と、励起光αを平行化するためのコリメートレンズ125と、コリメートレンズ125を保持するレンズ鏡胴126と、当該分析装置10に固定された基板取付台127と、を備える。
The light
レンズ鏡胴126は、保持したコリメートレンズ125の光軸と、励起光源22が射出する励起光αと、の光軸とが一致するように回路基板124に固定されている。本実施形態のレンズ鏡胴126は、円柱面形状の外周面126aを有する。このレンズ鏡胴126は、回路基板124に対し、励起光αの光軸と当該レンズ鏡胴126が保持するコリメートレンズ125の光軸とが一致するように固定されている(図4(B)参照)。
The
基板取付台127は、励起光αの光軸を回転中心にして回動可能となるように、レンズ鏡胴126の固定されている回路基板124を保持する(図4(A)、図5(A)及び図5(B)の矢印ε参照)。本実施形態では、基板取付台127の上面127aから下面127bに向けて貫通する穴部128にレンズ鏡胴126が挿入された状態で、回路基板124が基板取付台127の上面(図4(B)における上面)127aと摺接する。この穴部128は、レンズ鏡胴126の外周面126aに対応する内径の内周面を有する鏡胴保持部128aと、この鏡胴保持部128aよりも内径の小さな励起光通過部128bとを有する。回路基板124には、励起光αの光軸を中心とする円周上に間隔をおいて複数の被案内部(本実施形態では円弧形状のスリット)124aが設けられている。そして、各スリット124a内を通過するように案内部材(本実施形態ではビス)Bが基板取付台127に取り付けられている。これにより、回路基板124は、励起光αの光軸を回転中心にして回動可能となる(図5(A)及び図5(B)参照)。
The
姿勢変更駆動部123は、制御処理部14と接続され、この制御処理部14からの指示信号に基づいて励起光源22のプリズム51に対する姿勢を変更させる。具体的に、姿勢変更駆動部123は、励起光αが金属膜55に対して全反射条件(成膜面53に対して浅い角度)となるように入射したときに、励起光αの成膜面53における照射領域の輪郭が凡そ円形となるように(図3参照)励起光源22の姿勢を変更させる。本実施形態の姿勢変更駆動部123は、アクチュエータやモータ等によって構成される。この姿勢変更駆動部123は、上記のレンズ鏡胴126が固定され且つ基板取付台127に保持された回路基板124を回動させる(図5(A)及び図5(B)参照)。これにより、励起光αの成膜面53における照射領域の輪郭が凡そ円形となるように、励起光源22の姿勢が変更される。
The posture
尚、本実施形態では、光源保持部122及び姿勢変更駆動部123によって、入射面52からプリズム51内に入射するときの励起光αがその光軸を回転中心にして回転可能に構成されるが、これに限定されない。例えば、姿勢変更駆動部123が設けられていない分析装置において、作業者等が、回路基板(光源保持部)124を回動させ、励起光αが成膜面53に対して全反射条件となるようにプリズム51に入射したときに、励起光αの成膜面53における照射領域の輪郭が凡そ円形となるようにする。そして、この状態のままビスによって回路基板124が基板取付台127に固定される。
In the present embodiment, the light
温調回路25は、励起光源(レーザーダイオード)22の温調を行うための回帰回路である。具体的に、温調回路25は、コリメート化後に励起光αの光線から分岐させた光線光量をフォトダイオード等(図示省略)により監視し、これにより、射出される励起光αの波長及び光量が一定となるように励起光源22の温度を調整する。これは、温度によって励起光源22が射出する光の波長と射出エネルギーとが変動するためである。
The
第1整波部24は、複数のフィルター(光フィルター)によって光源ユニット部23から射出された励起光αを整波し、当該励起光αを偏光方向が一意な励起波長にする。具体的に、第1整波部24は、第1バンドパスフィルター(以下、単に「第1BPF」と称する。)26と、直線偏光フィルター(以下、単に「LPF」と称する。)27と、第1NDフィルター(以下、単に「第1NDF」と称する。)28と、を有する。第1BPF26は、励起光源22からの射出光が若干の波長分布幅を有しているため、これを中心波長のみの挟帯域にろ波する。また、LPF27は、励起光源22からの射出光が若干の異位相差成分を有しているため、これを純粋な直線偏光にろ波する。また、第1NDF28は、いわゆる減光フィルターである。即ち、第1NDF28は、励起光源22から射出された光を減光することにより、光源部21から射出される励起光αの光量を調整する。尚、励起光源22から射出される射出光の強度によっては、第1整波部24に第1NDF28が設けられなくてもよい。
The first
励起光学系30は、光源部21から、チップ保持部12に保持された状態の分析チップ50のプリズム51まで、励起光αを案内する。この励起光学系30は、励起光αの偏光方向を変更する偏光方向調整部31と、励起光αのビームの輪郭形状等を調整する整形光学系(径変更光学系)32と、励起光αのプリズム51内への入射経路を変更して金属膜55における励起光αの反射位置や、金属膜55に対する励起光αの入射角θを変更する入射経路調整部35と、を有する。
The excitation
偏光方向調整部31は、1/2波長板33と、この1/2波長板33を回転させる回転駆動部34と、を有する。
The polarization
1/2波長板33は、励起光学系30の光路上に配置され、励起光αの偏光方向を連続的に回転させる偏光回転子として用いられる。回転駆動部34は、1/2波長板33を回転させることにより、金属膜55に対する励起光αの偏光方向を回転させる。本実施形態の回転駆動部34は、ステップモーターを有し、制御処理部14からの指示信号に基づいてステップモーターを駆動して1/2波長板33を回転させる。このように1/2波長板33が回転すると、第1整波部24において直線偏光された励起光αの偏光方向が回転する。これにより、金属膜55に入射する励起光αにおけるP波成分の量とS波成分の量とが変化する。即ち、回転駆動部34が1/2波長板33を回転させることにより、金属膜55においてエバネッセント波が最大限しみ出す条件(即ち、金属膜55の表面55a近傍に形成される増強電場の電場増強度が最大となる条件)から、全くしみ出さない条件(即ち、金属膜55の表面55a近傍に増強電場が全く形成されない条件)まで、偏光方向を自在に変化させることが可能となる。
The half-wave plate 33 is disposed on the optical path of the excitation
整形光学系32は、複数の光学レンズ32a,32a,…によって構築される。この整形光学系32は、金属膜55における励起光αの照射領域の輪郭が所定の直径を有する円形(略円形)になるように、励起光αのビームサイズ(ビーム径)やビームの輪郭形状を調整する。具体的に、整形光学系32は、互いに光軸が一致するように並べられた複数の光学レンズ32a,32a,…を有し、各光学レンズ32a,32a間の距離を変更等することによって励起光αのビーム径を変更する。整形光学系32は、ビーム径を変更した後の励起光αも平行光となるように構成される。本実施形態の整形光学系32は、いわゆるレーザービームエキスパンダである。
The shaping
尚、整形光学系32は、上記の構成に限定されない。例えば、整形光学系は、一軸方向にのみ変倍するプリズムや円筒レンズ等であってもよい。また、本実施形態の金属膜55における励起光αの照射領域は、光測定部40における測定領域に含まれ、且つ、照射領域と略一致する大きさに調整される(図6(A)及び図6(B)参照)。詳しくは、金属膜55上において、捕捉体56が固定されている領域よりも測定領域が小さい。そして、整形光学系32は、この測定領域よりも前記照射領域が僅かに小さくなるように、励起光αのビーム径を調整する。
The shaping
入射経路調整部35は、光源部21からの励起光αを反射する反射部材36と、この反射部材36を駆動する反射部材駆動部(駆動部)37とを有する。
The incident
反射部材36は、励起光αを反射する反射面36aを有する。本実施形態の反射部材36は、反射鏡である。この反射部材36では、反射面36aに入射する前の励起光αと、当該反射面36aによって反射された後の励起光αと、において位相のずれや減光等が生じない誘電体多層膜(詳しくは、励起光波長においてP波成分とS波成分とのいずれとも波長依存性をなくした誘電体多層膜)が反射面36a上に成膜されている。これにより、当該分析装置10における検体の検出精度及び感度が向上する。
The reflecting
また、反射部材36の裏面36bには、励起光αを反射することなく吸収する無反射光吸収物質が貼り付けられている。無反射光吸収物質は、例えば、吸収型NDフィルム、植毛布等である。
Further, a non-reflecting light absorbing material that absorbs the excitation light α without reflecting is attached to the
反射部材駆動部37は、ステージ37aと、このステージ37aに設けられ、反射部材36を支持すると共に回転駆動する回転駆動機構(図示省略)と、ステージ37aを往復駆動する往復駆動機構(図示省略)と、を有する。
The reflecting member driving unit 37 is provided on the
回転駆動機構は、反射部材36を回転させる(図1の矢印β参照)ことにより、反射面36aの向きを変える。具体的に、回転駆動機構は、反射部材36に入射する励起光αの光路と、反射部材36による反射後の励起光αの光路と、を含む面(図1の紙面)に対して反射面36aが直交する姿勢となるように反射部材36を支持する。そして、回転駆動機構は、反射部材36の前記直交姿勢(反射面36aが前記光路を含む面に対して直交する姿勢)を維持しつつ反射面36aが前記光路を含む面に沿って回転するように、制御処理部14の指示信号に基づいて反射部材36を回転させる。この回転駆動機構は、回転モーターを有し、この回転モーターによって直接的又は間接的に反射部材36を回転駆動して反射面36aの向きを変える。また、回転駆動機構は、制御処理部14からの指示信号に基づいて、光源部21からの励起光αが反射部材36の裏面36bに入射するまで反射部材36を回転させることもある。本実施形態では、重心が回転中心近くを通るように反射部材36が回転駆動機構に取り付けられ、回転モーターは、トルクが十分な大きさとなるように設定されている。本実施形態の回転モーターは、高分解能のステップモーターである。この回転モーターは、制御処理部14からの指示信号によって、所定の角度間隔となるように(即ち、回転方向において段階的に)反射部材36を回転させる。前記所定の角度間隔は、反射面36aの向きの調整における分解能に関係するものであり、本機の性能によって適宜に設定される。
The rotation driving mechanism changes the direction of the reflecting
往復駆動機構は、光源部21からの励起光αの光軸に沿って、ステージ37a、即ち、反射部材36を直線的に移動させる(図1における矢印γ参照)。本実施形態の往復駆動機構は、光源部21からの励起光αの光軸方向、即ち、上下方向にステージ37aを往復駆動する。具体的に、往復駆動機構では、制御処理部14からの指示信号によりステップモーターが制御され、このステップモーターにより駆動されるねじ送り機構によって、回転駆動機構と反射部材36とが搭載されたステージ37aが上下方向に往復移動する。即ち、往復駆動機構は、制御処理部14の指示信号に従い、光源部21からの励起光αの光軸に対する反射面36aの向きを一定に保ったまま、前記光軸上の所定位置に反射部材36を高精度に移動させる。
The reciprocating drive mechanism linearly moves the
光測定部40は、受光部41と、分析チップ50から受光部41まで光を案内する測定光学系42と、測定光学系42において案内される光を整波する第2整波部43と、を有する。また、光測定部40は、分析チップ50の金属膜55及びこの金属膜55と隣接する領域において生じる光(以下、単に「金属膜55において生じる光」とも称する。)の強度(本実施形態では光量)を測定する。
The
受光部41は、光を受光してその光量に応じた強度信号を出力する。本実施形態では、検体に標識された蛍光物質を励起させることによって生じる蛍光(励起蛍光)等の微弱な光を検出するため、感度とS/N比の高い光電子倍増管(Photomultiplier Tube:PMT)が受光部41として用いられる。尚、受光部41は、PMTに限定されず、冷却CCD型イメージセンサ等でもよい。
The
測定光学系42は、図7にも示すように、迷光の影響を受け難い共役光学系であり、集光レンズ44と結像レンズ45とを有する。本実施形態の測定光学系42は、群間、即ち、集光レンズ44と結像レンズ45との間を進行する光が平行光若しくは略平行光となる2群共役光学系である。
As shown in FIG. 7, the measurement
第2整波部43は、測定光学系42において案内される光から励起光成分(例えば、プラズモン散乱光やラマン散乱光、拡散光等)を除去し、測定光学系42において案内される光の光量(強度)を調整する。この第2整波部43は、第2バンドパスフィルター(第1の光フィルター)46と、第2NDフィルター(第2の光フィルター)47と、各フィルター46,47の位置の切り換えを行う位置切換部48と、を有する。
The second
第2バンドパスフィルター(以下、単に「第2BPF」と称する。)46は、励起光αと同じ波長(励起波長)の光を遮る。これにより、第2BPF46は、受光部41に蛍光(検体に標識された蛍光物質が増強電場により励起して生じた光)の波長以外の波長の光(例えば、励起光射出部20からの漏れ光やプラズモン散乱光、拡散光等)が入射することを防ぐことができる。即ち、第2BPF46は、受光部41に入射する光からノイズ成分を除去し、これにより受光部41における微弱な蛍光の検出精度及び感度の向上を図る。
The second bandpass filter (hereinafter simply referred to as “second BPF”) 46 blocks light having the same wavelength (excitation wavelength) as the excitation light α. As a result, the
第2NDフィルター47(以下、単に「第2NDF」と称する。)は、いわゆる減光フィルターであり、入射した光を減衰させて出射する。この第2NDF47は、測定光学系42において案内されるプラズモン散乱光や拡散光等を減光することにより、微弱な光(本実施形態では蛍光)を検出するための受光部(本実施形態ではPMT)41において、プラズモン散乱光等を測定することを可能とする。具体的には、検体の検出のときに測定される励起蛍光の光量に比べて、増強電場が最大となる励起光αの入射角θ1を求めるために測定される光の光量が非常に大きい。このため、共通の受光部41が用いられる場合、増強電場が最大になる励起光αの入射角θ1を求めるために測定される光を第2NDF47が減光することにより、受光部41の損傷が防がれる。The second ND filter 47 (hereinafter simply referred to as “second NDF”) is a so-called attenuating filter, which attenuates incident light and emits it. The
これら第2BPF46と第2NDF47とは、光軸に対して略垂直な同一平面(詳しくは、測定光学系42を進む光の光軸と略直交する平面)に沿って並ぶように共通の保持フレーム49に保持されている。
The
位置切換部48は、第2BPF46及び第2NDF47の位置をフィルタリング位置と退避位置との間で切り換える。
The
尚、フィルタリング位置とは、測定光学系42における光路上の位置である。具体的に、フィルタリング位置は、集光レンズ44と結像レンズ45との間において、各フィルター46,47がこれらレンズ44,45間の平行光若しくは略平行光の光軸と直交し且つ当該平行光若しくは略平行光を横断する位置である。これにより、分析装置10では、検体を精度よく検出することができる。即ち、第2BPF46又第2NDF47がレンズ44,45間を進行する平行光等の光軸に対して傾斜していると、第2BPF46又は第2NDF47を通過した光の光軸がシフトするため、光測定部40における測定精度が低下する。
The filtering position is a position on the optical path in the measurement
一方、退避位置とは、測定光学系42における光路から外れた位置である。
On the other hand, the retracted position is a position deviated from the optical path in the measurement
位置切換部48は、第2BPF46がフィルタリング位置のときに第2NDF47が退避位置となり(図7参照)、第2BPF46が退避位置のときに第2NDF47がフィルタリング位置となるように、各フィルター46,47の位置をそれぞれ切り換える。本実施形態の位置切換部48は、第2BPF46と第2NDF47とが並んでいる平面に沿って保持フレーム49を往復移動させる(図7の矢印δ参照)ことにより、各フィルター46,47の位置の切り換えを行う。これにより、二つのフィルター46,47の位置の切り換えが1つの駆動源によって同時に行われる。
The
この位置切換部48は、制御処理部14からの指示信号に従って各フィルター46,47の位置の切り換えを行う。
The
尚、本実施形態の第2整波部43には、第2BPF46と第2NDF47とが設けられているが、これに限定されない。測定される光の光量が受光部41の許容量を超えなければ、第2整波部43に第2NDF47がなくてもよい。また、測定する光によって受光部が切り換えられる構成、即ち、分析装置が、蛍光を受光するための受光部41と、蛍光よりも光量の大きな光を受光するための受光部と、を切り換える構成を有する場合にも、第2NDF47がなくてもよい。
In addition, although the 2nd BPF46 and the 2nd NDF47 are provided in the 2nd
また、本実施形態では、位置切換部48が保持フレーム49を往復移動させることによって、各フィルター46,47の位置の切り換えが行われているが、これに限定されない。例えば、第2BPF46と第2NDF47とが同一平面上に並ぶように、円板状の保持フレームが各フィルター46,47をそれぞれ保持し、位置切換部がこの第2BPF46と第2NDF47との中間位置を回転中心にして円板状の保持フレームを回転させてもよい。この構成によっても、各フィルター46,47の位置の切り換えが行われる。また、位置切換部が2つの駆動源を有し、第2BPF46の位置の切り換えと、第2NDF47の位置の切り換えと、が別々の駆動源によって行われてもよい。
In this embodiment, the
制御処理部14は、当該分析装置10を構成する各構成要素の制御を行う。例えば、当該分析装置10が検体を分析するときに、制御処理部14が、姿勢変更駆動部123によって励起光源22の姿勢を変更させる等、光源部21、偏光方向調整部31、入射経路調整部35、及び光測定部40等を制御する。これにより、当該分析装置10では、共鳴角走査工程、最適位置走査工程、複屈折測定工程、励起蛍光測定工程等が行われる。
The control processing unit 14 controls each component constituting the
また、制御処理部14は、当該分析装置10において検体を分析するときに、光測定部40(詳しくは、受光部41)から送られてきた出力信号に基づいて演算し、この光測定部40により測定された蛍光に関する分析を行う。例えば、制御処理部14は、光測定部40により検出した単位面積あたりの蛍光の数のカウントや、時間の経過に伴う蛍光の増加量の算出等を行う。
The control processing unit 14 calculates based on the output signal sent from the light measuring unit 40 (specifically, the light receiving unit 41) when analyzing the sample in the
制御処理部14による演算結果は、この制御処理部14に接続される表示部16に出力される。尚、制御処理部14による具体的な制御や演算についての詳細は後述する。
The calculation result by the control processing unit 14 is output to the
表示部16は、制御処理部14からの出力信号に基づき、制御処理部14における演算結果を表示する。表示部16は、液晶ディスプレイ等のように演算結果等を画面に表示するものでもよく、プリンター等のように演算結果等をプリントアウトするものであってもよい。また、表示部16は、画面の表示とプリントアウトとを組み合わせたものでもよい。
The
以上の構成の分析装置10における検体の分析について、図8乃至図12も参照しつつ以下に説明する。尚、制御処理部14による分析装置10の各構成要素の制御、及び制御処理部14において行われる演算等についての詳細も併せて説明する。
The analysis of the sample in the
図8は、当該分析装置10において検体を分析するときの基本シーケンスを示すフローチャートである。図9は、共鳴角走査シーケンスを示すフローチャートである。図10は、最適位置走査シーケンスを示すフローチャートである。図11は、複屈折測定シーケンスを示すフローチャートである。図12は、励起蛍光測定シーケンスを示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing a basic sequence for analyzing a sample in the
<前処理工程>
患者から血液等が採取され、この採取された血液等が試薬チップに注入される。この血液等が注入された試薬チップが分析装置10の前処理部にセットされる。制御処理部14は、前処理部によってこのセットされた試薬チップの血液等の前処理(血球分離や希釈、混合等)を行い、これにより、試料溶液を生成する。次に、分析チップ50が前処理部に設置されると、制御処理部14は、前処理の終わった試料溶液を前処理部によって分析チップ50の流路58内に注入し、金属膜55の表面に固定された捕捉体56に検体(特定の抗原)を捕捉させる。即ち、前処理部は、捕捉体56と検体とを反応させる。本実施形態では、捕捉体56が蛍光物質(本実施形態では、蛍光色素)の標識された検体を捕捉しているが(図6(A)参照)、これに限定されない。例えば、捕捉体56が検体を捕捉した後に分析チップ50に蛍光物質が注入されることにより、この蛍光物質が捕捉体56に捕捉された状態の検体に対して標識されてもよい。<Pretreatment process>
Blood or the like is collected from the patient, and the collected blood or the like is injected into the reagent chip. The reagent chip into which the blood or the like has been injected is set in the pretreatment unit of the
前記反応が行われた分析チップ50は、チップ保持部12まで搬送され、チップ保持部12に保持される(ステップS1)。
The
<励起光源22の温調>
一方、励起光源(本実施形態では、レーザーダイオード)22は、波長変動の少ない安定的な波長の出力光を出力させるために、温調回路25によって常に温調されて定温に維持される。これは、波長がずれると表面プラズモン共鳴条件やエバネッセント波(増強電場)のしみ出し量が変化するため、血液中のタンパク質等を定量する装置において必須である。維持温度になるまでに時間がかかるため、通常、励起光源22は、分析装置10の電源投入時から温調回路25によって常に温度維持される。<Temperature control of
On the other hand, the excitation light source (in this embodiment, a laser diode) 22 is constantly temperature-controlled by the
<共鳴角走査工程>
分析チップ50がチップ保持部12に保持されると、制御処理部14は、当該分析チップ50における最適な表面プラズモン共鳴条件の走査(共鳴角走査)を行う。そして、この走査の結果に基づき、制御処理部14は、金属膜55において生じる増強電場の電場強度が最も大きくなる入射角(励起入射角θ1)で励起光αが金属膜55に入射するように、反射部材36の位置決め(第1の位置決め)を行う(ステップS2)。<Resonance angle scanning process>
When the
具体的には、制御処理部14は、反射部材駆動部37によって反射部材36を駆動することにより、分析チップ50に含まれるプリズム51の金属膜55への励起光αの入射条件(励起入射角θ1)の走査を行う。詳しくは、分析チップ50に含まれるプリズム51の材質、形状、流路充填液(試料溶液)屈折率等により、表面プラズモン共鳴に基づく増強電場(エバネッセント波)の強度が最も大きくなる励起光の入射角θ1は決まっている。しかし、捕捉体56に捕捉された検体の分子量やこの分子を構成する物質、プリズム51側の製造誤差等により、励起光入射条件(励起入射角θ1)のゆらぎが発生する。このため、制御処理部14は、設計に基づく励起入射角θ1aを中心にして±10°未満の入射角度となるように励起光αを金属膜55に入射させる。そして、このときに金属膜55において生じる光の光量に基づいて、当該分析チップ50における励起入射角θ1が求められる。Specifically, the control processing unit 14 drives the reflecting
より詳しくは、先ず、制御処理部14が第2整波部43の位置切換部48によって第2BPF46を退避位置に移動させると共に、第2NDF47をフィルタリング位置に移動させる(ステップS21)。このとき、偏光方向調整部31の1/2波長板33は、励起光射出部20から励起光αが射出されたときに金属膜55へ入射する励起光αにおいて、P波成分が最も多くなるように設計的に求められた状態(初期状態)となっている。
More specifically, first, the control processing unit 14 moves the
制御処理部14は、反射部材駆動部37の回転駆動機構と往復駆動機構とにより、反射部材36を最大離反位置に移動させる(ステップS22)。この最大離反位置とは、励起光射出部20から励起光αが射出されたときに、励起光αが金属膜55の特定の位置(本実施形態では光測定部40の測定領域内)において反射された状態で、且つ、金属膜55の表面55a近傍領域にエバネッセント波がしみ出さない入射角θとなる、反射部材36の位置及び反射面36aの向きである。
The control processing unit 14 moves the reflecting
この状態において、制御処理部14は、金属膜55において生じた光の光量を光測定部40によって測定する。そして、制御処理部14は、その測定結果を、光測定部40(詳しくは受光部41)からの出力信号によって取得する。この反射部材36が最大離反位置のときに光測定部40が測定する光は、プリズム51における表面拡散光(又は表面散乱光)SKである。
In this state, the control processing unit 14 measures the amount of light generated in the
制御処理部14は、励起光αの金属膜55に対する入射角θと、光測定部40により測定した光の強度と、を関連付けて記憶する(ステップS23)。このとき、第2BPF46が退避位置であるため、受光部41が受光する光には、励起光αの励起波長と同じ波長の光が含まれる。この励起波長と同じ波長の光は、金属膜55において生じたプラズモン散乱光やラマン散乱光、拡散光等である。これら励起波長と同じ波長の光は、金属膜55において生じた表面プラズモン共鳴により増強される。このため、前記励起波長と同じ波長の光の光量は、検体に標識された蛍光物質が励起して発した励起蛍光の光量に比べて十分大きい。そこで、制御処理部14が第2BPF46を位置切換部48によって測定光学系42の光路上から退避させることにより、受光部41が励起波長の光を受光し、これにより、金属膜55において生じる光の光量が精度よく測定される。
The control processing unit 14 stores the incident angle θ of the excitation light α with respect to the
尚、本実施形態では、光量の小さな励起蛍光を測定する受光部41が、励起蛍光よりも光量の非常に大きな表面プラズモン散乱光や拡散光等も測定する。このため、本実施形態の分析装置10では、位置切換部48が第2BPF46を退避位置に退避させると共に第2NDF47をフィルタリング位置に移動させることにより、同一の受光部(本実施形態ではPMT)41による両光(散乱光等と励起蛍光)の光量の測定が可能となる。
In this embodiment, the
制御処理部14は、光源部21から励起光αを射出させた状態において、入射経路調整部35により、反射部材36の位置を調整する。具体的に、制御処理部14は、金属膜55上における励起光αの照射位置をずらさないように、回転駆動機構によって反射面36aの向きを回転させる(ステップS24)と共に、往復駆動機構によって反射部材36の位置を移動させる(ステップS25)。詳しくは、制御処理部14は、反射部材36の位置と、その位置において反射面36aにより反射された励起光αがプリズム51内に入射して金属膜55の特定の位置に到達するような反射面36aの向きと、を対応づけたテーブルを予め記憶している。そして、制御処理部14は、このテーブルに基づいて、回転駆動機構と往復移動機構とを制御して、反射部材36を移動させる。これにより、機構的に互いにリンクしていない往復駆動機構と回転駆動機構とによって反射部材36の位置の変更と反射面36aの向きの調整とを行っても、金属膜55における励起光αの照射位置を変えることなく金属膜55に対する励起光αの入射角θだけを変更することができる。尚、このステップS24とステップS25とにおいては、いずれか一方のステップが先に行われた後に他方のステップが行われてもよく、また、両ステップが同時に行われてもよい。
In the state where the excitation light α is emitted from the
光測定部40は、金属膜55において生じた光の光量を測定してその測定結果を制御処理部14に出力し、制御処理部14は、入射角θと関連付けてこの測定結果を記憶する(ステップS26)。
The
このように、制御処理部14は、金属膜55における照射位置がずれないようにして入射角θを変更しつつ光測定部40により光の光量を測定し、その測定結果を記憶する。
As described above, the control processing unit 14 measures the amount of light by the
制御処理部14は、所定の走査領域(例えば、設計に基づく励起入射角θ1aを中心にして±10°未満の入射角θ)における光の光量の測定を光測定部40によって行った後、光源部21からの励起光αの射出を止める(ステップS27)。そして、制御処理部14は、記憶した光量の最大値と最小値とを選出し、これらを記憶する(ステップS28)。また、制御処理部14は、最大光量が得られたときの反射部材36の位置及び反射面36aの向きとなるように反射部材駆動部37によって反射部材36を駆動する(ステップS29)。The control processing unit 14 uses the
この状態で、制御処理部14は、姿勢変更駆動部123によって励起光源22の姿勢を変更することにより、金属膜55における励起光αの照射領域の輪郭を円形若しくは略円形にする。
In this state, the control processing unit 14 changes the posture of the
<最適位置走査工程>
反射部材36の第1の位置決めが終わると、制御処理部14は、金属膜55への励起光αの照射位置(入射位置)が光測定部40の測定領域の中心部となるように、反射部材36の位置決め(第2の位置決め)を行う(ステップS3)。<Optimum position scanning process>
When the first positioning of the reflecting
詳しくは、先ず、制御処理部14は、反射部材駆動部37の往復駆動機構によって反射部材36を上端位置に移動させる(ステップS31)。この上端位置とは、励起光αが金属膜55に入射したときに、その入射位置が光測定部40の測定領域よりも外側となる位置である(図13(A)の位置A参照)。制御処理部14は、反射部材36がこの位置のときに光源部21により励起光αを射出させ、このときに金属膜55において生じる光の光量を光測定部40により測定し、その測定結果を記憶する(ステップS32)。制御処理部14は、反射部材36が下端位置か否かを判断する(ステップS33)。この下端位置についての詳細は後述する。制御処理部14は、反射部材36が下端位置でないと判断すると、往復駆動機構によって反射部材36を所定量下方に移動させる(ステップS34)。このとき、制御処理部14は、回転駆動機構により反射部材36を回転させることなく、往復駆動機構のみによって反射部材36を移動させる。即ち、制御処理部14は、光源部21からの励起光αに対する反射面36aの向きを変えることなく、反射部材36の位置のみを移動させる。反射部材36の移動後、制御処理部14は、光源部21から励起光を射出させ、このときに金属膜55において生じる光の光量を光測定部40により測定し、その測定結果を記憶する(ステップS32)。そして、制御処理部14は、反射部材36が下端位置か否かを判断する(ステップS33)。制御処理部14は、反射部材36が下端位置に移動するまで、このステップS32〜ステップS34を順に繰り返す。
Specifically, first, the control processing unit 14 moves the reflecting
制御処理部14は、光測定部40による測定結果が記憶した各光量のうちの最大光量と比べて光量が50%減少したか否かにより、反射部材36が下端位置に到達したか否かを判断する。詳しくは、最初は、金属膜55において励起光αの照射領域が光測定部40の測定領域の外であるため、光測定部40により測定される光量は小さい。そして、反射部材36が次第に下方に移動し、励起光αの照射領域が光測定部40の測定領域内に入ってくると(図13(A)の位置B参照)、光測定部40により測定される光の光量が次第に大きくなる。更に反射部材36が下方に移動し、励起光αの照射領域全体が光測定部40の測定領域内に完全に含まれた状態となったとき(図13(A)の位置C参照)に、光測定部40によって測定される金属膜55において生じる光の光量は最大となる。そして、更に反射部材36が下方に移動すると、励起光αの照射領域が光測定部40の測定領域における反対側の端部から外側に移動する(図13(A)の位置D参照)ため、光測定部40により測定される光の光量が減少する。即ち、ケラレ(光量落ち)が発生する。制御処理部14は、これらの光の光量と、その光量が測定されたときの反射部材36の上下方向の位置と、を関連付けて記憶すると共に、測定される光が最大光量の50%落ちとなったか否かを判断する。そして、制御処理部14は、光測定部40により測定される光の光量が最大光量の50%落ちとなったときに、反射部材36が下端位置に到達したと判断する。
The control processing unit 14 determines whether or not the reflecting
制御処理部14は、反射部材36が下端位置に移動したと判断すると、記憶している光量の各値から最大光量の50%落ちとなっている値を選出する(ステップS35)。このとき、選出される値は、2つある(図13(A)の位置Bと位置D参照)。制御処理部14は、光測定部40により測定される光量が最大光量の50%落ちとなったときの反射部材36の位置をそれぞれ選出する。そして、制御処理部14は、その中心位置(図13(A)の位置Ce参照)を算出し、これを記憶する(ステップS36)。制御処理部14は、往復動駆動機構により反射部材36を移動させて、求めた中心位置Ceに照射領域を移動させる(ステップS37、図13(B)参照)。
When determining that the reflecting
これにより、光測定部40により測定される分析チップ50毎の自家蛍光の光量を一定にすることができる。詳しくは、プリズム51内を進行する励起光αにより、プリズム51内部において蛍光が発生する(自家蛍光)。この蛍光は、金属膜55において生じる散乱光等(プラズモン散乱光や拡散光等)に比べて微弱である。しかし、前記蛍光は、試料溶液中の検体の濃度が低い場合にこの検体に標識された蛍光物質が発する励起蛍光と比べた場合に同等レベルとなるため、励起蛍光の測定においてノイズとなる。この自家蛍光は微弱であるため、励起蛍光の測定においてノイズとなり得るのは、金属膜55における励起光αの照射領域近傍の光が殆どである。表面プラズモン共鳴が生じているときに金属膜55によって反射される励起光αが殆んどなくなるため、光測定部40の測定領域の入射側(図13(A)における左側)からの自家蛍光が問題となる。この自家蛍光の光量は、光路長に比例する。このため、検体の分析毎に、光測定部40の測定領域にある入射側の光路長が一定になるように、励起光αの照射位置を調整することが必要となる。そこで、上記のようにして、検体の分析毎に、光測定部40の測定領域において励起光αの照射位置が常に中心となるように調整することにより、光測定部40の測定領域における励起光αの入射側の光路長が一定となる。その結果、分析チップ50(プリズム51)毎の自家蛍光の差が抑えられ、検体の分析精度を向上させることができる。
Thereby, the amount of autofluorescence for each
また、本実施形態では、励起光αの照射により金属膜55において表面プラズモン共鳴が生じる範囲(照射領域)が光測定部40の測定領域内に含まれるように励起光αのビーム径が調整されることにより、金属膜55における前記測定領域以外の領域までも励起光αによって照射する場合(図14(A)参照)に比べて、ビーム径が小さくなる(図14(B)参照)。このため、光測定部40によって測定される自家蛍光の光量が抑えられる。その結果、金属膜55に生じさせた表面プラズモン共鳴に起因する光(励起蛍光)が測定されたときに得られる信号のSN比の低下が抑制される。
Further, in the present embodiment, the beam diameter of the excitation light α is adjusted so that the range (irradiation region) where surface plasmon resonance occurs in the
<複屈折測定工程>
次に、制御処理部14は、励起光αがプリズム51中を進行する際に複屈折が生じるため、この複屈折を測定する(ステップS4)。そして、制御処理部14は、検体に標識された蛍光物質からの励起蛍光の測定の際に前記複屈折を考慮することにより、検体の測定精度を向上させる。詳しくは、複屈折は、媒体中を光が透過する際に生じる。光が樹脂等の誘電体を透過する場合に複屈折が大きくなる。この複屈折は、媒体中の密度差等によって生じ、この密度差は媒体の成形時に生じる。そのため、個々のプリズム51によって複屈折の度合いが異なる。複屈折によりプリズム51中を進む励起光αに位相回転が生じ、これにより金属膜55に対してP波だけ入射させたいにも関わらずこの複屈折による位相回転によって励起光αにS波成分が生じる。この複屈折によって生じたS波成分の量に応じて増強電場によって励起された励起蛍光の光量が減少する。そのため、制御処理部14がこの減少分を補正することにより、分析装置10における検体の検出精度及び感度が向上する。<Birefringence measurement process>
Next, the control processing unit 14 measures the birefringence because birefringence occurs when the excitation light α travels through the prism 51 (step S4). Then, the control processing unit 14 improves the measurement accuracy of the specimen by taking the birefringence into consideration when measuring the excitation fluorescence from the fluorescent substance labeled on the specimen. Specifically, birefringence occurs when light passes through the medium. Birefringence increases when light passes through a dielectric such as resin. This birefringence is caused by a density difference or the like in the medium, and this density difference occurs when the medium is molded. Therefore, the degree of birefringence differs depending on the
具体的に、制御処理部14は、光源部21から励起光αを射出させ、金属膜55において生じた光の光量を光測定部40によって測定する。このとき、1/2波長板33は、初期状態である(ステップS41)。そして、制御処理部14は、1/2波長板33を回転駆動部によって回転させつつ、光測定部40により測定した光の光量を1/2波長板33の回転位置(初期状態からの回転角度)と関連付けて記憶する(ステップS42及びステップS43)。制御処理部14が1/2波長板33を回転させることにより、金属膜55に入射する励起光αのP波成分とS波成分とがそれぞれ増減する。このP波成分とS波成分との増減に伴って、光測定部40により測定される光の光量が増減する。このとき、励起光αにおいてP波成分が多くなるとこれに伴ってS波成分が少なくなり、P波成分が少なくなるとこれに伴ってS波成分が多くなる。そして、金属膜55に入射する励起光αにおいてP波成分が多くなるほど、光測定部40により測定される光の光量が大きくなる。一方、S波成分が多くなるほど光測定部40により測定される光の光量が小さくなる。これは、P波成分は表面プラズモン共鳴に寄与するが、S波成分は表面プラズモン共鳴に寄与しないためである。
Specifically, the control processing unit 14 emits the excitation light α from the
制御処理部14は、光測定部40により測定される光の光量の最大値DRmaxと最小値DRminとが得られるまで、ステップS42及びステップS43を順に繰り返す(ステップS44)。制御処理部14は、最大値DRmaxと最小値DRminとが得られると、記憶した光量と1/2波長板33の回転位置とから、これら最大値DRmaxと最小値DRminとを選出する(ステップS45)と共に、これら各値が得られたときの1/2波長板33の回転位置(具体的には、最大値DRmaxが得られたときの第1回転位置と、最小値DRminが得られたときの第2回転位置と)を選出し、これらを記憶する。The control processing unit 14 sequentially repeats step S42 and step S43 until the maximum value DR max and the minimum value DR min of the amount of light measured by the
次に、制御処理部14は、記憶した最大値DRmax及び最小値DRminと、共鳴角走査工程において記憶していた表面拡散光SKの光量とから、以下の式(1)及び式(2)により、当該プリズム51における複屈折による長軸回転量θiと、補正係数Kとを導出し、これらを記憶する(ステップS46)。
Next, the control processing unit 14 calculates the following formulas (1) and (2) from the stored maximum value DR max and minimum value DR min and the amount of surface diffused light SK stored in the resonance angle scanning process. ), The major axis rotation amount θ i due to birefringence in the
そして、制御処理部14は、回転駆動部34により最大値DRmaxが得られたときの回転位置まで1/2波長板33を回転させる。これにより、P波成分が最も多い状態で(即ち、S波成分が最も少ない状態で)励起光αが金属膜55に入射する。Then, the control processing unit 14 rotates the half-wave plate 33 to the rotation position when the maximum value DR max is obtained by the
<励起蛍光測定工程>
次に、制御処理部14は、第1の位置決め及び第2の位置決めが行われた状態の反射部材36に対して光源部21により励起光αを照射する。これにより、励起光αが金属膜55に表面プラズモン共鳴を生じさせる。この表面プラズモン共鳴に基づく増強電場によって金属膜55の捕捉体56に捕捉された検体に標識された蛍光物質が励起し、これにより、蛍光(励起蛍光)を発する。そして、制御処理部14は、光測定部40により励起蛍光の測定を行う(ステップS5)。<Excitation fluorescence measurement process>
Next, the control processing unit 14 irradiates the
具体的に、制御処理部14は、位置切換部48により第2BPF46をフィルタリング位置に移動させると共に第2NDF47を退避位置に退避させる(ステップS51:図1及び図7参照)。そして、制御処理部14は、光源部21から射出される励起光αが反射部材36の裏面36bに設けられた無反射光吸収物質に入射するように、反射部材駆動部37の回転駆動機構により反射部材36を回転させる(ステップS52)。これにより、プリズム51に励起光αが入射していない状態となる。このとき、制御処理部14は、光測定部40により測定を行い、このときの光測定部40からの出力(暗ノイズDN)を記憶する(ステップS53)。制御処理部14は、再び、反射部材36の反射面36aに光源部21からの励起光αが入射するように、反射部材駆動部37の回転駆動機構により反射部材36を回転させる(ステップS54)。このときの反射面36aの向きは、共鳴角走査工程のステップS29において設定された向きである。
Specifically, the control processing unit 14 causes the
制御処理部14は、光源部21から励起光αを射出させ、金属膜55近傍に生じ且つ増強電場に起因する励起蛍光の光量を光測定部40により測定し、これを記憶する(ステップS55)。これにより、制御処理部14は、測定最大光量(第1光量値)Smaxを得る。これは、1/2波長板33が複屈折測定工程において求められた第1回転位置(即ち、励起光αが金属膜55に入射したときに金属膜55において生じる光の光量が最大値DRmaxとなるに回転位置)まで回転させられているため、金属膜55近傍の増強電場の強度が最も大きくなっているからである。The control processing unit 14 emits the excitation light α from the
次に、制御処理部14は、複屈折工程において求められた第2回転位置(即ち、励起光αが金属膜55に入射したときに金属膜55において生じる光の光量が最小値DRminとなる回転位置)まで回転駆動部34によって1/2波長板33を回転させる(ステップS56)。そして、制御処理部14は、光測定部40により励起蛍光の光量を測定し、これを記憶する(ステップS57)。これにより、制御処理部14は、測定最小光量(第2光量値)Sminを得る。Next, the control processing unit 14 determines the second rotation position obtained in the birefringence step (that is, the amount of light generated in the
制御処理部14は、記憶している測定最大光量Smaxと、測定最小光量Sminと、暗ノイズDNとから、以下の式(3−1)〜式(8)に示すようにして、プリズムにおける自家蛍光の光量hと、励起蛍光の光量Hとを導出し、これを記憶する(ステップS58)。ここで、Smaxが得られたときの励起蛍光の光量をH1、自家蛍光の光量をh1とし、Sminが得られたときの励起蛍光の光量をH2、自家蛍光の光量をh2とする。From the stored measurement maximum light quantity S max , measurement minimum light quantity S min , and dark noise DN, the control processing unit 14 calculates the prism as shown in the following expressions (3-1) to (8). The autofluorescence light amount h and the excitation fluorescence light amount H are derived and stored (step S58). Here, the amount of excitation fluorescence when S max is obtained is H 1 , the amount of autofluorescence is h 1 , the amount of excitation fluorescence when S min is obtained is H 2 , and the amount of autofluorescence is h 2 .
まず、
より、
また、
より、
そして、式(4)と式(6)とにより、
が得られ、複屈折測定工程において求められた補正係数Kが用いられて、
が導出される。First,
Than,
Also,
Than,
And by the formula (4) and the formula (6),
And the correction coefficient K obtained in the birefringence measurement step is used,
Is derived.
尚、プリズム51が複屈折のない、若しくは微小な材料(樹脂も含む)によって形成されている場合、制御処理部14は、以下の近似式(9)により、励起蛍光の光量Hを求める。
In the case where the
さらに、暗ノイズDNが非常に少ない測定系の場合、制御処理部14は、以下の近似式(10)により、励起蛍光の光量Hを求める。
Furthermore, in the case of a measurement system with very little dark noise DN, the control processing unit 14 obtains the excitation light quantity H by the following approximate expression (10).
<記憶・表示工程>
以上のようにして制御処理部14は、複屈折の影響等を取り除いた真の励起蛍光の光量Hを求めた後、これを検体番号と関連付けて記憶する(ステップS6)。そして、制御処理部14は、その他の記憶を消去する。また、制御処理部14は、この検体番号と関連付けて記憶した励起蛍光の光量Hに基づく情報を表示部16に出力する。表示部16は、前記光量Hに基づく情報を表示する。<Memory / display process>
As described above, the control processing unit 14 obtains the true excitation fluorescence light amount H from which the influence of birefringence and the like is removed, and stores this in association with the specimen number (step S6). Then, the control processing unit 14 erases other memory. In addition, the control processing unit 14 outputs information based on the excitation fluorescence light amount H stored in association with the specimen number to the
最後に、制御処理部14は、反射部材36を初期位置に復帰させて(ステップS7)、一連の測定を終了する。
Finally, the control processing unit 14 returns the reflecting
本実施形態の分析装置10によれば、励起光αの照射により金属膜55に生じる表面プラズモン共鳴の範囲(照射範囲)が光測定部40の測定領域内に含まれるように、励起光射出部20の射出する励起光αのビーム径が変更(調整)されることによって、金属膜55における前記測定領域以外の領域までも励起光αによって照射する場合(図14(A)参照)に比べて、ビーム径が小さくなる(図14(B)参照)。このため、プリズム51内で発生する自家蛍光の光量が抑えられる。その結果、金属膜55に生じさせた表面プラズモン共鳴に起因する光(励起蛍光)が測定されたときに得られる信号のSN比の低下が抑えられる。
According to the
しかも、複数の光学レンズ32a,32a,…によって構築される整形光学系32がビーム径を変更することにより、遮光マスク等のピンホールの設けられた遮光部材がビーム径を変更する場合のような金属膜55における励起光αの光量むら及びこの光量むらを抑えるための装置の大型化が防止される。具体的には、ビーム径が遮光マスク等によって変更させられると、励起光αがピンホールを通過したときに生じる回折光と、当該励起光αと、の干渉により金属膜55の照射領域において光量むらが生じる。しかし、本発明のように遮光マスク等が用いられず、光学レンズ32aによって構築される整形光学系32がビーム径を変更することにより、回折光の発生が抑えられる。
Moreover, when the shaping
また、上記実施形態の分析装置10では、光源保持部122と、姿勢変更駆動部123とが設けられることにより、光軸と直交する断面形状の輪郭が楕円形状の励起光αを射出するダイオードレーザー等による励起光源22が用いられても、金属膜55における照射領域の輪郭を測定領域の輪郭と同じ円形若しくは略円形とすることができる。これにより、金属膜55において測定領域内の略全域に表面プラズモン共鳴が生じて検体の分析が効果的に行われる。
In the
また、本実施形態によれば、上述のプリズム角θAを有する分析チップ50が用いられるため、円形若しくは略円形の照射領域が測定領域内に含まれるようなビーム径の励起光αが入射面52からプリズム51内に入射させられることにより、プリズム51内において発生する自家蛍光の光量が抑えられつつ測定領域内の略全域に表面プラズモン共鳴を生じさせることが可能となる。その結果、励起蛍光が測定されたときに得られる信号のSN比の低下が抑えられて検体の高感度且つ高精度な分析が行われる。しかも、照射領域が円形若しくは略円形となる入射角θで励起光αが金属膜55に入射したときに、金属膜近傍の電場の強度が最大となることによって励起蛍光の光量が大きくなり、これにより、励起蛍光のより高感度且つ高精度な検出が可能となる。In addition, according to the present embodiment, since the
また、本実施形態によれば、測定結果からプリズム51における自家蛍光の影響が取り除かれ、これにより、広範なダイナミックレンジが確保される。
In addition, according to the present embodiment, the influence of autofluorescence in the
詳しくは、金属膜55に対する励起光αの偏光方向を変えつつ金属膜55に生じる光が測定されることにより、検出された光の光量(強度)の増減から金属膜55によって反射されるときの励起光αにおいてS波成分(表面プラズモン共鳴に寄与しない成分)が最も多くなるときの1/2波長板33の回転位置と、前記励起光においてP波成分(表面プラズモン共鳴に寄与する成分)が最も多くなるときの1/2波長板33の回転位置とがそれぞれ求められる。そして、励起光αの偏光方向が金属膜55での反射時においてS波成分の最も多くなる状態となるように1/2波長板33が調整され、光測定部40が励起蛍光を測定することにより、プリズム51における自家蛍光の光量が求められる。これにより、1/2波長板33が調整されて励起光αの偏光状態が金属膜55へ入射した時にP波成分が最も多くなる状態となったときの光測定部40による励起蛍光の測定結果から、自家蛍光の影響を取り除くことができ、励起蛍光の抽出が可能となる。その結果、当該分析装置10では、自家蛍光の影響が抑えられて励起蛍光が精度よく検出され、広範なダイナミックレンジが確保される。
Specifically, when the light generated in the
また、本実施形態によれば、反射部材36が駆動されることによって金属膜55に対する励起光αの入射角θが変わるため、入射角θの変更による金属膜55における励起光αの反射位置のずれが抑えられる。即ち、上記の構成によれば、反射部材36の位置と反射面36aの向きとが変更及び調整されることによって金属膜55に対する励起光αの入射角θが変わる。このため、従来のように光源や複数のレンズ等からなる励起光学系全体が動かされて入射角θが調整される場合に比べて可動部品の数及び可動部分の重量等が抑えられる。これにより、可動部分における駆動誤差やガタつきが抑制される。その結果、励起光αの入射角θの変更による金属膜55での励起光αの反射位置のずれが好適に抑制される。
In addition, according to the present embodiment, the incident angle θ of the excitation light α with respect to the
しかも、プリズム51内に1つの励起光αが入射して金属膜55近傍に表面プラズモン共鳴に基づく増強電場が生じるため、従来のように入射角θの異なる複数の励起光α、α、…がプリズム51内に同時に入射する場合のような自家蛍光の光量の増加が防がれる。これにより、表面プラズモン共鳴によって金属膜55近傍に生じた光が測定されたときに得られる信号において、自家蛍光に起因するSN比の低下が抑えられる。
Moreover, since one excitation light α is incident on the
また、本実施形態によれば、表面プラズモン共鳴によって増強電場の電場強度が最も大きくなるように、金属膜55に対する励起光αの入射角θが精度よく設定される。具体的には、金属膜55における反射光の角度スペクトルにおける吸収ピークと、増強電場の電場強度のピークとにはズレが生じる。しかし、表面プラズモン共鳴に起因して生じる光(金属膜55において生じる光)の強度ピークは、増強電場の電場強度のピークと一致する。そのため、この金属膜55において生じる光の強度が最大となったときの反射部材36の位置と反射面36aの向きとになるように反射部材36が調整されることにより、金属膜55に入射する励起光αが、増強電場の電場強度が最も大きくなる励起入射角θ1となる。Further, according to the present embodiment, the incident angle θ of the excitation light α with respect to the
また、本実施形態によれば、検体の高感度且つ高精度の検出が可能となる。具体的には、表面プラズモン共鳴によって金属膜55において生じる光の光量が測定されることにより、金属膜55の表面55a近傍に形成される増強電場の強度が最大となる金属膜55への励起光αの入射角(励起入射角)θ1が精度よく得られる。このとき、金属膜55において生じる光は、プラズモン散乱光や表面拡散光等の励起波長の光である。このため、この波長成分を遮る第2BPF46の位置が退避位置に切り換えられることにより、表面プラズモン共鳴に基づいて金属膜55において生じる光の光量の増減が精度よく測定される。しかも、検体の検出時においては、測定光学系42の光路上に第2BPF46が入れられることにより、光測定部40において測定される光からプラズモン散乱光や表面拡散光等の励起波長の光の成分が除かれる。これにより、検体に標識された蛍起物質が発した励起蛍光が精度よく測定される。従って、測定により得られる信号のSN比が高く、検体の高精度且つ高感度な検出が可能となる。In addition, according to the present embodiment, it is possible to detect a sample with high sensitivity and high accuracy. Specifically, the amount of light generated in the
尚、本発明の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置及びこの分析装置に用いられる分析チップは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The surface plasmon resonance fluorescence analyzer of the present invention and the analysis chip used in the analyzer are not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course.
上記実施形態では、扁平なビーム状の励起光αを射出する励起光源22が用いられているが、これに限定されない。例えば、光軸と直交する断面の輪郭が円形のビーム状の励起光を射出する励起光源が用いられてもよい。尚、この場合、金属膜55において照射領域の輪郭が円形若しくは略円形となるように、複数の光学レンズや偏光素子等により構築される整形光学系が、励起光のビーム形状(光軸と直交する断面の輪郭)を変形させる。但し、照射領域内において光量むらが生じないように、整形光学系を構築する光学素子において、光の回折を生じさせるような遮光マスク(ピンホールが設けられた遮光部材)等は用いられない。
In the above-described embodiment, the
分析チップ50の具体的形状は、限定されない。上記実施形態の分析チップ50は、プリズム51と流路部材57とを備え、プリズム51の成膜面53に金属膜55が成膜されているが、これに限定されない。例えば、分析チップは、図15に示すように、流路部材57とプリズム部60とを備え、このプリズム部60は、透明な板状の基板61と、この基板61の一方の面61Aの面上に設けられる金属膜55とを有してもよい。具体的には、基板61の一方の面61Aがプリズム51と反対側を向くようにして基板61がプリズム51の所定の面53の面上に配置され、これにより、プリズム部60が構築される。そして、このプリズム部60における基板61の一方の面61A側から流路部材57が当接することによって分析チップ50Aが構築される。このとき、このプリズム部60では、金属膜55がプリズム51と反対側を向いた姿勢の基板61がプリズム51の所定の面53の面上に配置される。このとき、基板61は、マッチングオイルmを介してプリズム51上に配置される。この場合、プリズム角θAは、基板61の一方の面61Aとプリズム51の入射面52とのなす角度である。The specific shape of the
[実施の形態の概要]
以上の実施形態をまとめると、以下の通りである。[Outline of the embodiment]
The above embodiment is summarized as follows.
本実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置は、プリズム部上に設けられた金属膜において生じる表面プラズモン共鳴に起因する蛍光を測定することにより検体の分析を行う表面プラズモン共鳴蛍光分析装置であって、前記金属膜によって反射されるように前記プリズム部内にビーム状の励起光を入射させる励起光射出部と、前記励起光が金属膜で反射されることにより当該金属膜と隣接する領域において生じる光を測定する光測定部と、を備える。そして、前記励起光射出部は、前記励起光を射出する励起光光源と、複数の光学レンズによって構築され、前記励起光のビーム径を変更可能な径変更光学系とを有し、前記径変更光学系は、前記励起光が前記金属膜で反射されるときの当該金属膜における励起光の照射領域が前記光測定部の前記金属膜における前記光の測定領域に含まれるように、前記励起光のビーム径を変更することを特徴とする。 The surface plasmon resonance fluorescence analyzer according to this embodiment is a surface plasmon resonance fluorescence analyzer that analyzes a specimen by measuring fluorescence caused by surface plasmon resonance generated in a metal film provided on a prism portion. , An excitation light emitting part that makes beam-like excitation light enter the prism part so as to be reflected by the metal film, and light generated in a region adjacent to the metal film when the excitation light is reflected by the metal film A light measurement unit for measuring The excitation light emitting unit includes an excitation light source that emits the excitation light, and a diameter changing optical system that is constructed by a plurality of optical lenses and is capable of changing a beam diameter of the excitation light. The optical system is configured so that the excitation light irradiation region in the metal film when the excitation light is reflected by the metal film is included in the light measurement region in the metal film of the light measurement unit. The beam diameter is changed.
かかる構成によれば、励起光のビーム径が、当該励起光の照射により金属膜に生じる表面プラズモン共鳴の範囲がこの共鳴に起因する光を測定する測定領域内に含まれるような大きさであるため、金属膜における光測定部の測定領域以外の領域までも励起光によって照射する場合(図14(A)参照)に比べて、ビーム径を小さくすることができる(図14(B)参照)。これにより、プリズム部内で発生する自家蛍光の光量が抑えられる。その結果、金属膜に生じさせた表面プラズモン共鳴に起因する光が測定されたときに得られる信号のSN比の低下が抑えられる。 According to this configuration, the beam diameter of the excitation light is such that the range of surface plasmon resonance generated in the metal film by irradiation of the excitation light is included in the measurement region for measuring light due to this resonance. Therefore, the beam diameter can be reduced (see FIG. 14B) as compared with the case where the region other than the measurement region of the light measurement unit in the metal film is irradiated with excitation light (see FIG. 14A). . Thereby, the light quantity of the autofluorescence which generate | occur | produces in a prism part is suppressed. As a result, a decrease in the signal-to-noise ratio of a signal obtained when light due to surface plasmon resonance generated in the metal film is measured can be suppressed.
しかも、複数の光学レンズによって構築される径変更光学系がビーム径を変更することにより、遮光マスク等のピンホールの設けられた遮光部材がビーム径を変更する場合のような金属膜における励起光の光量むらや、この光量むらを抑えるための装置の大型化が防止できる。具体的には、遮光マスク等によってビーム径が変更されると、励起光がピンホールを通過したときに生じた回折光と、当該励起光と、の干渉により金属膜の照射領域において光量むらが生じる。しかし、本発明のように、光学レンズによって構築される径変更光学系(即ち、遮光マスク等が用いられていない光学系)がビーム径を変更することにより、回折光の発生が抑えられる。 Moreover, the excitation light on the metal film as in the case where a light shielding member provided with a pinhole such as a light shielding mask changes the beam diameter by the diameter changing optical system constructed by a plurality of optical lenses changing the beam diameter. And an increase in the size of the apparatus for suppressing the unevenness in the amount of light can be prevented. Specifically, when the beam diameter is changed by a light shielding mask or the like, unevenness in the amount of light in the irradiation region of the metal film is caused by interference between the diffracted light generated when the excitation light passes through the pinhole and the excitation light. Arise. However, as in the present invention, the generation of diffracted light can be suppressed by changing the beam diameter by a diameter changing optical system constructed by an optical lens (that is, an optical system that does not use a light shielding mask or the like).
本実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置において、前記励起光射出部は、前記プリズム部内に入射するときの励起光がその光軸を回転中心にして回転するように前記プリズム部に対する姿勢を変更可能に前記励起光光源を保持する光源保持部と、前記励起光光源を駆動して前記プリズム部に対する姿勢を変更させる姿勢変更駆動部とを有し、前記光測定部の測定領域は、前記金属膜において円形の輪郭を有し、前記励起光光源は、光軸と直交する断面形状の輪郭が楕円形状の励起光を射出し、前記姿勢変更駆動は、前記照射領域の輪郭が円形若しくは略円形となる姿勢に前記励起光光源を駆動してもよい。 In the surface plasmon resonance fluorescence analyzer according to the present embodiment, the excitation light emitting unit changes the posture with respect to the prism unit so that the excitation light when entering the prism unit rotates about its optical axis. A light source holding unit that holds the excitation light source, and an attitude change driving unit that drives the excitation light source to change the attitude with respect to the prism unit, and the measurement region of the light measurement unit includes the metal The film has a circular contour, and the excitation light source emits excitation light having an elliptical cross-sectional shape orthogonal to the optical axis, and the posture change drive has a circular or substantially circular contour of the irradiation region. The excitation light source may be driven in such a posture.
かかる構成によれば、光軸と直交する断面形状の輪郭が楕円形状の励起光を射出する光源が用いられても、金属膜における照射領域の輪郭が測定領域の輪郭と同じ円形若しくは略円形となる。これにより、金属膜において表面プラズモン共鳴が励起光の測定領域内の略全域に生じ、検体の分析が効果的に行われる。その結果、励起光光源として、例えば、半導体レーザー等の小型で安価な光源の使用が可能となる。 According to such a configuration, even when a light source that emits excitation light having an elliptical cross-sectional shape orthogonal to the optical axis is used, the contour of the irradiation region in the metal film is the same or substantially circular as the contour of the measurement region. Become. As a result, surface plasmon resonance occurs in substantially the entire region of the excitation light measurement region in the metal film, and the specimen is effectively analyzed. As a result, a small and inexpensive light source such as a semiconductor laser can be used as the excitation light source.
また、本実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に用いられる分析チップは、表面プラズモン共鳴に起因する蛍光を測定することにより検体の分析を行う表面プラズモン共鳴蛍光分析装置において用いられる分析チップであって、前記表面プラズモン共鳴が生じる金属膜と、前記金属膜が設けられる反射面、及び前記表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光が内部に進入する面である入射面をその表面に含むプリズム部と、を備える。そして、前記プリズム部において、光軸と直交する断面の輪郭が楕円形状の励起光が前記断面の短軸方向を前記入射面に対する前記反射面の傾き方向と一致させた状態で前記入射面からプリズム部内に入射したあと前記表面プラズモン共鳴に起因する電場の強度が最大となる入射角で当該励起光が前記金属膜に入射する場合に、前記入射面と前記反射面とのなす角度であるプリズム角が当該励起光の金属膜における照射領域が円形若しくは略円形となるような角度である。 The analysis chip used in the surface plasmon resonance fluorescence analyzer according to the present embodiment is an analysis chip used in a surface plasmon resonance fluorescence analyzer that analyzes a sample by measuring fluorescence caused by surface plasmon resonance. A prism portion including a metal film on which the surface plasmon resonance occurs, a reflecting surface on which the metal film is provided, and an incident surface on which excitation light for generating the surface plasmon resonance enters the surface. And comprising. Then, in the prism portion, the excitation light having an elliptical cross section perpendicular to the optical axis has a prism shape from the incident surface in a state where the minor axis direction of the cross section coincides with the inclination direction of the reflecting surface with respect to the incident surface. A prism angle that is an angle formed by the incident surface and the reflecting surface when the excitation light is incident on the metal film at an incident angle at which the intensity of the electric field due to the surface plasmon resonance is maximized after entering the portion Is an angle at which the irradiation region of the excitation light in the metal film is circular or substantially circular.
この分析チップが用いられて検体の分析が行われることにより、円形若しくは略円形の照射領域が測定領域内に含まれるようなビーム径の励起光を入射面からプリズム部内に入射させることによって、プリズム部内において発生する自家蛍光の光量が抑えられつつ測定領域内の略全域に表面プラズモン共鳴が生じる。その結果、金属膜に生じさせた表面プラズモン共鳴に起因する光が測定されたときに得られる信号のSN比の低下が抑えられて検体の高感度且つ高精度な分析が行われる。しかも、照射領域が円形若しくは略円形となる入射角で励起光が金属膜に入射したときに金属膜近傍の電場の強度が最大となるため、表面プラズモン共鳴に起因する光の光量が大きくなる。これにより、この光のより高感度且つ高精度な検出が可能となる。 By analyzing the specimen using this analysis chip, excitation light having a beam diameter such that a circular or substantially circular irradiation region is included in the measurement region is incident on the prism portion from the incident surface. Surface plasmon resonance occurs in substantially the entire area of the measurement region while suppressing the amount of autofluorescence generated in the unit. As a result, a decrease in the signal-to-noise ratio of the signal obtained when light due to surface plasmon resonance generated in the metal film is measured is suppressed, and the specimen is analyzed with high sensitivity and high accuracy. In addition, since the intensity of the electric field near the metal film is maximized when the excitation light is incident on the metal film at an incident angle at which the irradiation region is circular or substantially circular, the amount of light caused by surface plasmon resonance increases. This makes it possible to detect this light with higher sensitivity and accuracy.
尚、この出願は、2011年1月6日に出願された日本国特許出願特願2011−001059を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2011-001059 filed on Jan. 6, 2011, the contents of which are included in the present application.
以上のように、本発明に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置及びこの分析装置において用いられる分析チップは、表面プラズモン共鳴を利用して試料溶液中に含まれる検体の分析を行うのに有用であり、金属膜に生じさせた表面プラズモン共鳴に起因する光を測定して得られる信号のSN比の低下を抑えるのに適している。 As described above, the surface plasmon resonance fluorescence analyzer according to the present invention and the analysis chip used in this analyzer are useful for analyzing a specimen contained in a sample solution using surface plasmon resonance, This is suitable for suppressing a decrease in the signal-to-noise ratio of a signal obtained by measuring light caused by surface plasmon resonance generated in the metal film.
Claims (3)
前記金属膜で反射されるように前記プリズム部内にビーム状の励起光を入射させる励起光射出部と、
前記励起光が金属膜によって反射されることにより当該金属膜と隣接する領域において生じる光を測定する光測定部と、を備え、
前記励起光射出部は、前記励起光を射出する励起光光源と、複数の光学レンズによって構築され、前記励起光のビーム径を変更可能な径変更光学系とを有し、
前記径変更光学系は、前記励起光が前記金属膜で反射されるときの当該金属膜における励起光の照射領域が前記光測定部の前記金属膜における前記光の測定領域に含まれるように、前記励起光のビーム径を変更することを特徴とする表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。A surface plasmon resonance fluorescence analyzer for analyzing a specimen by measuring fluorescence caused by surface plasmon resonance generated in a metal film provided on a prism part,
An excitation light emitting part that makes beam-like excitation light enter the prism part so as to be reflected by the metal film;
A light measurement unit that measures light generated in a region adjacent to the metal film by the excitation light being reflected by the metal film;
The excitation light emitting unit includes an excitation light source that emits the excitation light, and a diameter changing optical system that is constructed by a plurality of optical lenses and that can change a beam diameter of the excitation light,
The diameter changing optical system includes an irradiation region of the excitation light in the metal film when the excitation light is reflected by the metal film, so that the light measurement region in the metal film of the light measurement unit is included in the light measurement region. A surface plasmon resonance fluorescence analyzer characterized by changing a beam diameter of the excitation light.
前記光測定部の測定領域は、前記金属膜において円形の輪郭を有し、
前記励起光光源は、光軸と直交する断面形状の輪郭が楕円形状の励起光を射出し、
前記姿勢変更駆動は、前記照射領域の輪郭が円形若しくは略円形となる姿勢に前記励起光光源を駆動することを特徴とする請求項1に記載の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。The excitation light emitting unit includes a light source holding unit that holds the excitation light source so that the posture with respect to the prism unit can be changed so that the excitation light when entering the prism unit rotates about its optical axis. And an attitude change drive unit that drives the excitation light source to change the attitude with respect to the prism unit,
The measurement region of the light measurement unit has a circular outline in the metal film,
The excitation light source emits excitation light having an elliptical cross-sectional profile orthogonal to the optical axis,
2. The surface plasmon resonance fluorescence analyzer according to claim 1, wherein the posture change drive drives the excitation light source in a posture in which an outline of the irradiation region is circular or substantially circular.
前記表面プラズモン共鳴が生じる金属膜と、
前記金属膜が設けられる反射面、及び前記表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光が内部に進入する面である入射面をその表面に含むプリズム部と、を備え、
前記プリズム部において、光軸と直交する断面の輪郭が楕円形状の励起光が前記断面の短軸方向を前記入射面に対する前記反射面の傾き方向と一致させた状態で前記入射面からプリズム部内に入射したあと前記表面プラズモン共鳴に起因する電場の強度が最大となる入射角で当該励起光が前記金属膜に入射する場合に、前記入射面と前記反射面とのなす角度であるプリズム角が当該励起光の金属膜における照射領域が円形若しくは略円形となるような角度であることを特徴とする表面プラズモン共鳴蛍光分析装置で用いられる分析チップ。An analysis chip used in a surface plasmon resonance fluorescence analyzer for analyzing a specimen by measuring fluorescence caused by surface plasmon resonance,
A metal film in which the surface plasmon resonance occurs;
A reflecting surface on which the metal film is provided, and a prism portion including an incident surface on the surface, on which excitation light for generating surface plasmon resonance enters, and
In the prism portion, excitation light having an elliptical cross-sectional outline orthogonal to the optical axis matches the minor axis direction of the cross-section with the inclination direction of the reflecting surface with respect to the incident surface, and enters the prism portion from the incident surface. When the excitation light is incident on the metal film at an incident angle at which the intensity of the electric field due to the surface plasmon resonance is maximized after being incident, a prism angle that is an angle formed by the incident surface and the reflecting surface is An analysis chip for use in a surface plasmon resonance fluorescence analyzer characterized in that an irradiation region of an excitation light metal film is circular or substantially circular.
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