ES2952187T3 - Rendija de eliminación de luz difractada y sistema óptico de detección de muestras que utiliza la misma - Google Patents

Rendija de eliminación de luz difractada y sistema óptico de detección de muestras que utiliza la misma Download PDF

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Abstract

[Problema] Proporcionar, en un dispositivo de detección de muestras que utiliza luz de excitación reflejada, una rendija de eliminación de luz difractada que sea capaz de eliminar de forma fiable la luz difractada de la luz de excitación sin influir en la luz de excitación reflejada y proporcionar un dispositivo óptico de detección de muestras que comprenda esta luz difractada. hendidura de eliminación de luz. [Solución] Una rendija de eliminación de luz difractada proporcionada entre una unidad de fuente de luz y un cuerpo de reflexión de luz de excitación en un sistema óptico de detección de muestras en el que la luz de excitación se irradia desde la unidad de fuente de luz y la medición prescrita se lleva a cabo usando luz de excitación que ha sido reflejada. por el cuerpo de reflexión de la luz de excitación, comprendiendo dicha ranura de eliminación de luz difractada una parte principal proporcionada en una dirección aproximadamente perpendicular a la trayectoria óptica de la luz de excitación y una parte de pared lateral que se extiende desde el borde de la parte principal y está inclinada hacia arriba lado en la dirección del camino óptico de la luz de excitación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Rendija de eliminación de luz difractada y sistema óptico de detección de muestras que utiliza la misma Campo técnico
La presente invención se refiere a una rendija de eliminación de luz difractada y a un sistema óptico de detección de muestras que utiliza la misma adaptada para eliminar la luz difractada de la luz de excitación y mejorar la precisión de detección de una sustancia objetivo de medición en un sistema óptico de detección de muestras que detecta la sustancia objetivo de medición incluida en el interior de un chip sensor mediante el uso de un dispositivo de resonancia de plasmones superficiales que aplica un fenómeno de resonancia de plasmones superficiales (SPR), un dispositivo de medición de espectroscopia de fluorescencia mejorada de campo de plasmones superficiales basado en un principio de espectroscopia de fluorescencia mejorada de campo de plasmones superficiales (SPFS), o similar. Antecedentes de la técnica
Convencionalmente, en el caso de detectar una sustancia extremadamente fina, se utilizan varios tipos de dispositivos de detección de muestras capaces de detectar tal sustancia aplicando un fenómeno físico de la sustancia.
Por ejemplo, como uno de tales dispositivos de detección de muestras, es posible ejemplificar un dispositivo de resonancia de plasmones superficiales (en lo sucesivo denominado dispositivo SPR) en el que se detecta un analito extremadamente fino dentro de un cuerpo vivo mediante la aplicación de un fenómeno de obtención de salida óptica alta por resonancia entre electrones y luz en una región fina como un nivel nanométrico (fenómeno de resonancia de plasmones superficiales (SPR)).
Además, otro ejemplo de dichos dispositivos de detección de muestras es un dispositivo de medición de espectroscopia de fluorescencia mejorada de campo de plasmones superficiales (en lo sucesivo denominado “dispositivo de SPFS”) que aplica el fenómeno de resonancia de plasmones superficiales (SPR) y es capaz de detectar analitos con mayor precisión que en el dispositivo de SPR sobre la base del principio de la espectroscopia de fluorescencia mejorada por campo de plasmones superficiales (SPFS).
Tal dispositivo 100 de SPFS incluye, por ejemplo, una unidad 120 de irradiación de luz de excitación, una unidad 140 de detección de fluorescencia, un soporte 154 de chip, una unidad 160 de control y similares, y se usa en un estado en el que un chip 170 sensor está unido al soporte 154 de chip como se ilustra en la figura 8.
El chip 170 sensor incluye un elemento 172 dieléctrico, una película 174 metálica formada en el elemento 172 dieléctrico y un elemento 176 de contención de disolución de muestra fijado en el elemento 172 dieléctrico y la película 174 metálica.
Además, el ligando utilizado para capturar el analito contenido en la disolución de muestra se inmoviliza uniformemente en una región predeterminada (campo de reacción) en la película 174 metálica del chip 170 sensor.
La unidad 120 de irradiación de luz de excitación incluye una unidad 121 de fuente de luz, un mecanismo 122 de ajuste de ángulo y una unidad 123 de control de fuente de luz.
La unidad 121 de fuente de luz incluye al menos una fuente 125 de luz de luz de excitación a y un sistema 126 óptico de conformación de haz, por ejemplo. Además, también se pueden incluir un mecanismo de control automático de potencia (APC), un mecanismo de ajuste de temperatura (ambos no ilustrados) y similares.
El sistema 126 óptico de conformación de haz incluye un colimador 126a y una rendija 126b. Además, por ejemplo, se pueden incluir, según corresponda, un filtro de paso de banda, un filtro de polarización lineal, una placa de media onda, un medio de ampliación y similares.
El colimador 126a colima la luz de excitación a emitida por la fuente 125 de luz. Además, la rendija 126b ajusta el diámetro del haz, la forma del contorno y similares de la luz de excitación a de manera que la forma de un punto de irradiación en el chip sensor se convierte en un círculo de un tamaño predeterminado.
En el dispositivo 100 de SPFS así configurado, la disolución de muestra que contiene el analito se inyecta en el elemento 176 de contención de disolución de muestra del chip 170 sensor, el analito es capturado por el ligando y una sustancia fluorescente se excita para generar fluorescencia al irradiar el chip 170 sensor con la luz de excitación a de la unidad 120 de irradiación de luz de excitación en un estado en el que el analito capturado por el ligando está marcado con la sustancia fluorescente. Se detecta una cantidad del analito detectando la fluorescencia y con la unidad 140 de detección de fluorescencia.
La literatura de patente 1 divulga el preámbulo de la reivindicación 1.
Lista de citas
Literatura de Patente
Literatura de Patente 1: WO 2015/064704 A1
Literatura de Patente 2: JP 2006-242902 A
Sumario de la invención
Problema técnico
En una unidad 120 de irradiación de luz de excitación que usa una rendija 126b de este tipo, se conforma un haz en una forma predeterminada irradiando la rendija 126b con luz de excitación a desde una fuente 125 de luz, pero se genera luz difractada en la rendija (luz difractada).
Por esta razón, cuanto mayor sea la distancia desde la rendija 126b de la unidad 120 de irradiación de luz de excitación hasta un punto de irradiación de un chip 170 sensor, más se propaga la luz difractada. Dado que dicha luz difractada puede convertirse en un factor que afecte negativamente a la medición en un dispositivo 100 de SPFS, es preferible eliminar la luz difractada.
Normalmente, como método para eliminar tal luz difractada, es concebible proporcionar una rendija adicional en una trayectoria óptica de la luz de excitación a. Sin embargo, en el caso de usar la luz reflejada de la luz de excitación a como la Literatura de Patente 1 o la Literatura de Patente 2, cuando se proporciona además una rendija cerca de un espejo o del chip sensor, existe la posibilidad de que la luz reflejada de la luz de excitación a es bloqueada por la rendija. Por otro lado, en el caso de que la rendija se haga pequeña para no bloquear la luz reflejada de la luz de excitación a, la luz difractada no puede eliminarse por completo en algunos casos.
La presente invención está dirigida a proporcionar una rendija de eliminación de luz difractada y un sistema óptico de detección de muestras que incluye el mismo, en el que la luz difractada de la luz de excitación se puede eliminar de manera fiable sin afectar la luz reflejada de la luz de excitación en un dispositivo de detección de muestras que utiliza la luz reflejada de la luz de excitación.
Solución al problema
La invención se define mediante el sistema óptico de detección de muestras de la reivindicación 1 y por el método relacionado de la reivindicación 3.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con la presente invención, la rendija de eliminación de luz difractada prevista entre la unidad de irradiación de luz de excitación y una superficie de reflexión de luz de excitación elimina de forma fiable la luz difractada de la luz de excitación. Además, dado que la rendija de eliminación de luz difractada incluye la porción de pared lateral inclinada hacia el lado aguas arriba en la dirección de la trayectoria óptica de la luz de excitación, la luz difractada de la luz de excitación se elimina de forma fiable y se evita que la luz reflejada de la luz de excitación reflejada en la superficie de reflexión de la luz de excitación sea bloqueada por la rendija de eliminación de luz difractada. Por esta razón, la luz difractada de la luz de excitación se puede eliminar de forma fiable sin afectar a la luz reflejada de la luz de excitación incluso en el dispositivo de detección de muestras que utiliza la luz reflejada de la luz de excitación.
Además, dado que la parte de la pared lateral inclinada hacia el lado de aguas arriba en la dirección de la trayectoria óptica de la luz de excitación se incluye como la rendija de eliminación de luz difractada, es posible reducir el tamaño de la rendija de eliminación de luz difractada en una dirección vertical a la trayectoria óptica de la luz de excitación, y esto también puede contribuir a la miniaturización del dispositivo de detección de muestras.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático para describir una configuración de un dispositivo de medición de espectroscopia de fluorescencia mejorada de campo de plasmones superficiales (dispositivo de SPFS) que incluye una rendija de eliminación de luz difractada según una realización de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático para describir una configuración de una unidad de irradiación de luz de excitación del dispositivo de SPFS ilustrado en la figura 1.
La figura 3 ilustra vistas esquemáticas para describir un ejemplo modificado de una rendija de eliminación de luz difractada.
La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento operativo de ejemplo del dispositivo de SPFS ilustrado en la figura 1.
La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas incluidas en una etapa de detección de posición y ajuste de posición ilustrado en la figura 3.
La figura 6 ilustra diagramas esquemáticos para describir una etapa de obtener información de posición de un chip sensor (S140).
La figura 7 es un gráfico que ilustra un resultado de detección de ejemplo de la luz p reflejada por un sensor de recepción de luz.
La figura 8 es un diagrama esquemático para describir una configuración de un dispositivo de medición de espectroscopia de fluorescencia mejorada por campo de plasmones superficiales convencional (dispositivo de SPFS). Descripción de realizaciones
A continuación, describirán realizaciones (ejemplos) de la presente invención en más detalle con referencia a los dibujos.
La figura 1 es un diagrama esquemático para describir una configuración de un dispositivo de medición de espectroscopia de fluorescencia mejorada de campo de plasmones superficiales (dispositivo de SPFS) que incluye una rendija de eliminación de luz difractada según una realización de la presente invención.
Como se ilustra en la figura 1, un dispositivo 10 de SPFS incluye una unidad 20 de irradiación de luz de excitación, una unidad 30 de detección de luz de excitación, una unidad 40 de detección de fluorescencia, una unidad 50 de transporte y una unidad 60 de control.
El dispositivo 10 de SPFS se usa en un estado en el que un chip 70 sensor está unido a un soporte 54 de chip de la unidad 50 de transporte.
El chip 70 sensor incluye: un elemento 72 dieléctrico que incluye una superficie 72a incidente, una superficie 72b formada por película y una superficie 72c de emisión; una película 74 metálica formada sobre la superficie 72b formada por película; y un elemento 76 de pocillo que es un elemento de contención de disolución de muestra fijado en la superficie 72b formada por película o la película 74 metálica. Normalmente, el chip 70 sensor se reemplaza en cada inspección de muestra.
Preferiblemente, el chip 70 sensor es un objeto estructural que tiene cada lado de una longitud de aproximadamente varios milímetros a varios centímetros, pero también puede ser un objeto estructural más pequeño o un objeto estructural más grande no incluido en una categoría de “chip”.
El elemento 72 dieléctrico puede ser un prisma que incluya un dieléctrico transparente a la luz de excitación a. La superficie 72a incidente del elemento 72 dieléctrico es una superficie a través de la cual la luz de excitación a emitida por la unidad 20 de irradiación de luz de excitación incide en el interior del elemento 72 dieléctrico. Además, la película 74 metálica se forma sobre la superficie 72b formada por película. La luz de excitación a que incide en el interior del elemento 72 dieléctrico se refleja en una interfaz entre la película 74 metálica y la superficie 72b formada por película del elemento 72 dieléctrico (en lo sucesivo, denominada “superficie posterior de la película 74 metálica” por conveniencia), y la luz de excitación a se emite hacia el exterior del elemento 72 dieléctrico a través de la superficie 72c de emisión.
El elemento 72 dieléctrico tiene una forma no limitada en particular, y la forma del elemento 72 dieléctrico ilustrada en la figura 1 es un prisma que tiene una forma de sección transversal vertical de sustancialmente un hexaedro trapezoidal (pirámide cuadrangular truncada), pero la forma del elemento dieléctrico también puede ser un prisma que tenga una forma de sección transversal vertical de un triángulo (el llamado prisma triangular), un semicírculo o una semielipse. La superficie 72a incidente está formada para no impedir que la luz de excitación a regrese a la unidad 20 de irradiación de luz de excitación. En el caso de que una fuente de luz de la luz de excitación a sea, por ejemplo, un diodo láser (en lo sucesivo, también denominado “LD”), cuando la luz de excitación a regrese al LD, se producirá un estado de excitación del LD perturbado y la longitud de onda y la salida de la luz de excitación a fluctúan.
Por esta razón, se establece un ángulo de la superficie 72a incidente tal que se evita que la luz de excitación a incida verticalmente sobre la superficie 72a incidente en un intervalo de exploración centrado en un ángulo de mejora ideal. En la presente realización, un ángulo entre la superficie 72a incidente y la superficie 72b formada por película y un ángulo entre la superficie 72c de emisión y la superficie 72b formada por película son ambos de aproximadamente 80°.
Debe tenerse en cuenta que un ángulo de resonancia (y un ángulo de mejora extremadamente cercano al ángulo de resonancia) está determinado aproximadamente por el diseño del chip 70 sensor. Los elementos de diseño incluyen un índice de refracción del elemento 72 dieléctrico, un índice de refracción de la película 74 metálica, un espesor de la película 74 metálica, un coeficiente de extinción de la película 74 metálica, una longitud de onda de la luz de excitación a y similares. El ángulo de resonancia y el ángulo de mejora se desplazan por el analito inmovilizado en la película 74 metálica, pero una cantidad del mismo es inferior a varios grados.
El elemento 72 dieléctrico tiene una característica de birrefringencia en una extensión no pequeña. Los materiales ejemplares del elemento 72 dieléctrico incluyen: varios tipos de sustancias inorgánicas tales como vidrio y cerámica; polímeros naturales; polímeros sintéticos; y similares, y un material que incluye dióxido de silicio (SO 2 ) o dióxido de titanio (TO 2) es preferible desde los puntos de vista de estabilidad química, estabilidad de producción y transparencia óptica.
Además, en la medida en que el elemento dieléctrico esté formado por un material que sea ópticamente transparente para al menos la luz de excitación a, la calidad del material del elemento 72 dieléctrico no está particularmente limitada como se describe anteriormente, pero es preferible formar el elemento dieléctrico de, por ejemplo, un material de resina en términos de proporcionar el chip 7o sensor económico y de fácil manejo.
En el caso de formar el elemento 72 dieléctrico a partir del material de resina, es posible utilizar, por ejemplo: poliésteres tales como tereftalato de polietileno (PET) y naftalato de polietileno; poliolefinas como polietileno (PE) y polipropileno (PP); olefinas policíclicas tales como copolímero de olefina cíclica (COC) y polímero de olefina cíclica (COP); resinas de vinilo tales como cloruro de polivinilo y cloruro de polivinilideno; poliestireno, polieteretercetona (PEEK), polisulfona (PSF), polietersulfona (PES), policarbonato (PC), poliamida, poliimida, resina acrílica, triacetilcelulosa (TAC) y similares.
La película 74 metálica se forma sobre la superficie 72b formada por película del elemento 72 dieléctrico. Con esta configuración, se produce una interacción (resonancia de plasmones superficiales) entre los electrones libres contenidos en la película 74 metálica y los fotones de la luz de excitación a que inciden en la superficie 72b formada por película en condiciones de reflexión total, y se genera luz de campo local en una superficie de la película 74 metálica.
Un material de la película 74 metálica no está particularmente limitado en la medida en que el material sea un metal que pueda causar la resonancia de plasmones superficiales, y la película metálica esté formada, por ejemplo, a partir de al menos un tipo de metal seleccionado de un grupo que incluye oro, plata, aluminio, cobre y platino, más preferentemente formados a partir de oro, y, además, la película metálica puede formarse a partir de una aleación de estos metales. Dichos metales son adecuados para la película 74 metálica porque los metales son estables frente a la oxidación y tienen un campo eléctrico más potenciado por la luz de plasmones superficiales.
Además, un método de formación de la película 74 metálica no está particularmente limitado, pero los ejemplos del mismo pueden incluir pulverización catódica, deposición de vapor (deposición de vapor por calentamiento por resistencia, deposición de vapor por haz de electrones, etc.), recubrimiento electrolítico, recubrimiento sin electricidad y similares. Preferiblemente, es deseable usar la pulverización catódica y la deposición de vapor porque las condiciones de formación de la película metálica se pueden ajustar fácilmente.
La película 74 metálica tiene un espesor no particularmente limitado, pero es preferible un espesor en un intervalo de 5 a 500 nm, y desde el punto de vista del efecto de mejora del campo eléctrico, es más preferible que el espesor esté en un intervalo de 20 a 70 nm en caso de oro, plata, cobre y platino, en un intervalo de 10 a 50 nm en caso de aluminio, y es preferible que el espesor esté en un intervalo de 10 a 70 nm en caso de una aleación de los mismos.
En el caso de que el grosor de la película 74 metálica esté en el intervalo mencionado anteriormente, el grosor es adecuado porque la luz de plasmones superficiales se genera fácilmente. Además, en la medida en que la película 74 metálica tenga tal grosor, la dimensión (longitud x anchura) y la forma de la misma no están particularmente limitadas.
Además, la calidad del material del elemento 76 de pocillo no está particularmente limitada, y el elemento de pocillo puede fabricarse a partir de varios tipos de materiales, por ejemplo, una resina sintética, un metal, cerámica y similares.
Un método de fabricación del elemento 76 de pocillo tampoco está particularmente limitado. Por ejemplo, el elemento de pocillo se puede producir mediante moldeo de resina, troquelado o similares realizados más generalmente.
El elemento 76 de pocillo así producido se puede fijar al elemento 72 dieléctrico usando un adhesivo, un aceite de combinación, una lámina adhesiva transparente o similar que tenga un índice de refracción sustancialmente igual al del elemento 72 dieléctrico.
Además, aunque no se ilustra en la figura 1, el ligando utilizado para capturar el analito se inmoviliza en una superficie incluida en la película 74 metálica y que no mira hacia el elemento 72 dieléctrico (en adelante, denominada “superficie de la película 74 metálica” por conveniencia). Dado que el ligando está inmovilizado, el analito puede detectarse selectivamente.
En la presente realización, el ligando se inmoviliza uniformemente en una región predeterminada (campo de reacción) en la película 74 metálica. En la medida en que se pueda capturar el analito, un tipo de ligando no está particularmente limitado. En la presente realización, el ligando es un anticuerpo específico del analito o un fragmento del mismo.
Como se ilustra en la figura 1, el chip 70 sensor así configurado se adjunta al soporte 54 de chip de la unidad 50 de transporte del dispositivo 10 de SPFS, y el dispositivo 10 de SPFS detecta una muestra.
A continuación, se describirán los respectivos elementos constitutivos del dispositivo 10 de SPFS. Como se describió anteriormente, el dispositivo 10 de SPFS incluye la unidad 20 de irradiación de luz de excitación, la unidad 30 de detección de luz de excitación, la unidad 40 de detección de fluorescencia, la unidad 50 de transporte y la unidad 60 de control.
La unidad 20 de irradiación de luz de excitación emite la luz de excitación a al chip 70 sensor sostenido por el soporte 54 de chip. Como se describe más adelante, cuando se mide la fluorescencia y, la unidad 20 de irradiación de luz de excitación emite, a la superficie 72a incidente, solo una onda P para la película 74 metálica de manera que un ángulo incidente con respecto a la película 74 metálica se convierte en un ángulo que provoca resonancia de plasmones superficiales.
Aquí, la “ luz de excitación” es luz que excita directa o indirectamente una sustancia fluorescente. Por ejemplo, cuando la película 74 metálica se irradia con la luz de excitación a a través del elemento 72 dieléctrico en el ángulo que provoca la resonancia del plasmón de superficie, la luz de excitación es la luz que genera, en la superficie de la película 74 metálica, la luz de campo local que excita la sustancia fluorescente. En el dispositivo 10 de SPFS de la presente realización, la luz de excitación a se usa como luz de medición para la detección de posición y el ajuste de posición del chip 70 sensor. Tal luz de excitación a como luz de medición tiene una longitud de onda no particularmente limitada, pero preferiblemente tiene una longitud de onda desde un amplio intervalo visible hasta un intervalo infrarrojo cercano.
Debe tenerse en cuenta que se puede proporcionar una unidad de irradiación de luz de medición para emitir la luz de medición, aunque no se ilustra, además de la unidad 20 de irradiación de luz de excitación para emitir la luz de excitación y la luz de medición desde las unidades separadas respectivamente.
La unidad 20 de irradiación de luz de excitación incluye una configuración para emitir la luz de excitación a al elemento 72 dieléctrico y una configuración para escanear el ángulo incidente de la luz de excitación a con respecto a la superficie posterior de la película 74 metálica. En la presente realización, la unidad 20 de irradiación de luz de excitación incluye una unidad 21 de fuente de luz, un mecanismo 22 de ajuste de ángulo y una unidad 23 de control de fuente de luz.
La unidad 21 de fuente de luz irradia la superficie posterior de la película 74 metálica con la luz de excitación a de tal manera que la forma de un punto de irradiación se vuelve sustancialmente circular, y la luz de excitación a está colimada y tiene una longitud de onda constante y una cantidad de luz constante. La unidad 21 de fuente de luz incluye, por ejemplo, una fuente 25 de luz de la luz de excitación a y un sistema 26 óptico de conformación de haz como se ilustra en la figura 2 y también incluye un mecanismo de control automático de potencia (APC) y un mecanismo de ajuste de temperatura (ambos no ilustrados).
Un tipo de fuente 25 de luz no está particularmente limitado, y los ejemplos de la misma incluyen un diodo láser (LD), un diodo emisor de luz, una lámpara de mercurio y otras fuentes de luz láser. En el caso de que la luz emitida por la fuente 25 de luz no sea un haz, la luz emitida por la fuente 25 de luz se convierte en un haz mediante una lente, un espejo, una rendija o similar. Además, en el caso de que la luz emitida por la fuente 25 de luz no sea luz monocromática, la luz emitida por la fuente 25 de luz se convierte en luz monocromática mediante una rejilla de difracción o similar. Además, en el caso de que la luz emitida por la fuente 25 de luz no sea luz polarizada linealmente, la luz emitida por la fuente 25 de luz se convierte en luz polarizada linealmente mediante un polarizador o similar.
El sistema 26 óptico de conformación de haz incluye un colimador 26a y una rendija 26b como se ilustra en la figura 2. Además de estos elementos constituyentes, el sistema 26 óptico de conformación de haz puede incluir un filtro de paso de banda, un filtro de polarización lineal, una placa de media onda, una rendija, un medio de ampliación y similares. Además, el sistema 26 óptico de conformación de haz puede incluir todos estos o puede incluir solo algunos de estos.
El colimador 26a colima la luz de excitación a emitida por la fuente 25 de luz. La rendija 26b y los medios de ampliación ajustan el diámetro del haz y la forma del contorno de la luz de excitación a de modo que la forma del punto de irradiación en la superficie posterior de la película 74 metálica se convierte en un círculo de un tamaño predeterminado.
El filtro de paso de banda convierte la luz de excitación a emitida por la fuente 25 de luz en luz de banda estrecha que tiene solo una longitud de onda central. La razón es que la luz de excitación a de la fuente 25 de luz tiene un cierto ancho de distribución de longitud de onda.
El filtro de polarización lineal convierte la luz de excitación a emitida por la fuente 25 de luz en luz polarizada linealmente perfecta. La placa de media onda ajusta una dirección de polarización de la luz de excitación a de tal manera que un componente de onda P incide sobre la película 74 metálica.
El mecanismo de APC controla la fuente 25 de luz de manera que la salida de la fuente 25 de luz se vuelve constante. Más específicamente, el mecanismo de APC detecta una cantidad de luz derivada de la luz de excitación a utilizando un fotodiodo (no ilustrado) o similar. Entonces, el mecanismo de APC controla la salida de la fuente 25 de luz para que sea constante controlando la energía de entrada con un circuito recurrente.
El mecanismo de ajuste de temperatura es, por ejemplo, un calentador, un elemento Peltier o similar. La longitud de onda y la energía de la luz de emisión de la fuente 25 de luz pueden fluctuar dependiendo de la temperatura. Por esta razón, la longitud de onda y la energía de la luz de emisión de la fuente 25 de luz se controlan para que sean constantes manteniendo constante la temperatura de la fuente 25 de luz con el mecanismo de ajuste de temperatura.
El mecanismo 22 de ajuste de ángulo ajusta el ángulo de incidencia de la luz de excitación a con respecto a la película 74 metálica. El mecanismo 22 de ajuste de ángulo gira relativamente un eje óptico de la luz de excitación a y el soporte 54 de chip para emitir la luz de excitación a a una posición predeterminada de la película 74 metálica en un ángulo de incidencia predeterminado a través del elemento 72 dieléctrico.
Por ejemplo, el mecanismo 22 de ajuste de ángulo gira la unidad 21 de fuente de luz alrededor de un eje ortogonal al eje óptico de la luz de excitación a (alrededor de un eje vertical a un plano de papel de la figura 1). En este momento, se establece una posición del eje de rotación tal que la posición del punto de irradiación sobre la película 74 metálica no cambie sustancialmente, aunque se explore el ángulo de incidencia. La desviación de la posición de irradiación se puede minimizar estableciendo una posición de un centro de rotación en la vecindad de una intersección de los ejes ópticos de dos rayos de la luz de excitación a en ambos extremos de un intervalo de exploración del ángulo incidente (entre la posición de irradiación en la superficie 72b formada por película y la superficie 72a incidente).
Un ángulo en el que se puede obtener una cantidad máxima de luz de luz dispersada de plasmón es un ángulo de mejora fuera del ángulo incidente de la luz de excitación a con respecto a la película 74 metálica. La fluorescencia y que tiene alta intensidad se puede medir ajustando el ángulo incidente de la luz de excitación a en el ángulo de mejora o en un ángulo cercano al mismo.
Debe tenerse en cuenta que las condiciones básicas incidentes de la luz de excitación a están determinadas por el material y la forma del elemento 72 dieléctrico del chip 70 sensor, el espesor de la película 74 metálica, el índice de refracción de la disolución de muestra dentro del elemento 76 de pozo, y similares, pero las condiciones incidentes óptimas pueden fluctuar ligeramente debido al tipo y la cantidad del analito dentro del elemento 76 de pocillo, un error de forma del elemento 72 dieléctrico y similares. Por esta razón, es preferible obtener un ángulo de realce óptimo en cada inspección de muestra. En la presente realización, un ángulo de emisión adecuado de la luz de excitación a con respecto a una línea normal de la película 74 metálica (línea recta en la dirección del eje z en la figura 1) es de aproximadamente 70°.
La unidad 23 de control de fuente de luz controla varios dispositivos incluidos en la unidad 21 de fuente de luz para controlar la irradiación con la luz de excitación a de la unidad 21 de fuente de luz. La unidad 23 de control de fuente de luz incluye, por ejemplo, un ordenador o microordenador conocido que incluye un dispositivo aritmético, un dispositivo de control, un dispositivo de almacenamiento, un dispositivo de entrada y un dispositivo de salida.
Además, se proporciona una rendija 24 de eliminación de luz difractada entre la unidad 21 de fuente de luz y el chip 70 sensor. La rendija 24 de eliminación de luz difractada incluye: un material opaco e incluye una porción 24a principal proporcionada sustancialmente perpendicular a la trayectoria óptica de la luz de excitación a; y una porción 24b de pared lateral que se extiende desde una porción extrema de la porción 24a principal e inclinada hacia un lado aguas arriba en la dirección de la trayectoria óptica de la luz de excitación a.
La porción 24a principal de la rendija 24 de eliminación de luz difractada está provista de un orificio 24c de rendija que se usa para volver a conformar la luz de excitación a. Es preferible que el orificio 24c de rendija tenga una forma sustancialmente igual a la de la rendija 26b del sistema 26 óptico de conformación de haz descrito anteriormente.
La porción 24b de pared lateral de la rendija 24 de eliminación de luz difractada debe proporcionarse al menos en el lado de la porción de extremo de la porción 24a principal donde existe la luz reflejada p desde el chip 70 sensor como se describe más adelante, pero sin limitarse a ello, la porción 24b de pared lateral puede extenderse desde cada una de una pluralidad de porciones de extremo de la porción 24a principal como se ilustra en las figuras 3A y 3B, por ejemplo. Además, en el presente ejemplo, la porción 24a principal es rectangular, pero la forma de la porción 24a principal no está particularmente limitada y puede ser circular o similar.
La rendija 24 de eliminación de luz difractada se puede instalar en cualquier posición hasta que esté ubicada entre la unidad 21 de fuente de luz y el chip 70 sensor, pero es preferible colocar la rendija 24 de eliminación de luz difractada lo más cerca posible del chip 70 sensor desde el punto de vista de la supresión de la influencia de la luz difractada a l. En el caso de instalar la rendija 24 de eliminación de luz difractada cerca del chip 70 sensor, la porción 24a principal se hace lo más pequeña posible y la porción 24b de pared lateral se hace más grande, logrando así la eliminación de la luz difractada a l generada en la rendija 26b del sistema 26 óptico de conformación de haz sin bloquear la luz reflejada p.
La rendija 24 de eliminación de luz difractada se gira junto con la unidad 21 de fuente de luz mediante el mecanismo 22 de ajuste de ángulo. Es decir, la posición de la rendija 24 de eliminación de luz difractada se ajusta mediante el mecanismo 22 de ajuste de ángulo de manera que el orificio 24c de rendija de la rendija 24 de eliminación de luz difractada coincida con un eje de trayectoria óptica de la luz de excitación a.
La unidad 30 de detección de luz de excitación detecta la luz reflejada p generada en la superficie 72a incidente del chip 70 sensor al irradiar el chip 70 sensor con la luz de excitación a para determinar una posición del chip 70 sensor en el momento de realizar la medición óptica (por ejemplo, detección de ángulo de mejora, medición de un valor de blanco óptico, detección de fluorescencia y y similares). Debe tenerse en cuenta que, en la presente especificación, un elemento como el chip 70 sensor que refleja la luz de excitación a se denominará “reflector de luz de excitación”, y una interfaz que refleja la luz de excitación a se denominará “superficie de reflexión de luz de excitación”.
Preferiblemente, la unidad 30 de detección de luz de excitación detecta la luz reflejada p para determinar la posición del chip 70 sensor antes de realizar la medición óptica inicial. En muchos casos, dado que la medición óptica inicial es la detección del ángulo de mejora, es preferible detectar la luz p reflejada antes de la detección del ángulo de mejora. En caso de no realizar la detección del ángulo de mejora, la luz reflejada p se detecta antes de la medición del blanco óptico. En caso de no realizar tanto la detección del ángulo de mejora como la medición del valor de blanco óptico, la luz reflejada p se detecta antes que la detección de fluorescencia y. En la presente realización, la unidad 30 de detección de luz de excitación detecta la luz reflejada p de la luz de excitación a. La unidad 30 de detección de luz de excitación incluye un sensor 31 de recepción de luz y una unidad 32 de control de sensor.
El sensor 31 de recepción de luz detecta la luz reflejada p de la luz de excitación a. Un tipo de sensor 31 de recepción de luz no está particularmente limitado en cuanto a que sea capaz de detectar la luz reflejada p de la luz de excitación a y, por ejemplo, puede usarse un fotodiodo (PD).
Preferiblemente, una superficie receptora de luz del sensor 31 de recepción de luz tiene un tamaño mayor que el diámetro del haz de la luz de excitación a. Por ejemplo, en un caso en el que el diámetro del haz de la luz de excitación a es de aproximadamente 1 a 1,5 mm, la superficie receptora de luz del sensor 31 de recepción de luz tiene cada lado de una longitud de, preferentemente, 3 mm o más.
El sensor 31 de recepción de luz está dispuesto en una posición en la que incide la luz reflejada p de la luz de excitación a. En la presente realización, el sensor 31 de recepción de luz está dispuesto en una posición en la que la luz reflejada p de la superficie 72a incidente del elemento 72 dieléctrico y la luz reflejada p de una superficie 76a límite del elemento 76 de pocillo son incidentes. Preferiblemente, el sensor 31 de recepción de luz está dispuesto en una posición en la que incide la luz reflejada p de la luz de excitación a emitida en un ángulo igual o cercano al mismo en el momento de la detección de fluorescencia y.
Dado que la posición de irradiación con la luz de excitación a cambia ligeramente por un cambio en el ángulo de incidencia, la precisión en la determinación de la posición en el momento de detectar la fluorescencia y se puede mejorar ajustando el ángulo de incidencia de la luz de excitación a en el mismo ángulo o un ángulo cercano al mismo ángulo entre el momento de determinar la posición del chip 70 sensor y el momento de la detección de fluorescencia y.
En la presente realización, en un caso donde el ángulo de emisión de la luz de excitación a con respecto a la línea normal de la película 74 metálica (la línea recta en la dirección del eje z en la figura 1) es de aproximadamente 70°, la luz reflejada p desde la superficie 72a incidente se desplaza en una dirección sustancialmente horizontal a una dirección de desplazamiento de una plataforma 52 de transporte (una dirección del eje x en la figura 1). Por lo tanto, el sensor 31 de recepción de luz está dispuesto en una posición en la que incide la luz p reflejada que se desplaza en la dirección horizontal.
La unidad 32 de control de sensor controla la detección de un valor de salida del sensor 31 de recepción de luz, la gestión de la sensibilidad del sensor 31 de recepción de luz de acuerdo con el valor de salida detectado, un cambio en la sensibilidad del sensor 31 de recepción de luz para obtener un valor de salida apropiado, y similares. La unidad 32 de control de sensor incluye, por ejemplo, un ordenador o microordenador conocido que incluye un dispositivo aritmético, un dispositivo de control, un dispositivo de almacenamiento, un dispositivo de entrada y un dispositivo de salida.
La unidad 40 de detección de fluorescencia detecta la fluorescencia y generada a partir de una sustancia fluorescente excitada al irradiar la película 74 metálica con la luz de excitación a. Además, la unidad 40 de detección de fluorescencia también detecta, según sea necesario, la luz dispersada de plasmón generada al irradiar la película 74 metálica con la luz de excitación a. La unidad 40 de detección de fluorescencia incluye, por ejemplo, una unidad 41 de recepción de luz, un mecanismo 47 de cambio de posición y una unidad 48 de control de sensor.
La unidad 41 de recepción de luz está dispuesta en la dirección normal de la película 74 metálica del chip 70 sensor (la dirección del eje z en la figura 1). La unidad 41 de recepción de luz incluye una primera lente 42, un filtro 43 óptico, una segunda lente 44 y un sensor 45 de recepción de luz.
La primera lente 42 es, por ejemplo, una lente de condensación y condensa la luz generada a partir de la película 74 metálica. La segunda lente 44 es, por ejemplo, una lente de formación de imágenes y forma una imagen de la luz condensada en la primera lente 42 en una superficie receptora de luz del sensor 45 de recepción de luz. Las trayectorias ópticas entre las dos lentes 42 y 44 son trayectorias ópticas sustancialmente paralelas. El filtro 43 óptico está dispuesto entre las dos lentes 42 y 44.
El filtro 43 óptico guía solo un componente fluorescente al sensor 45 de recepción de luz y elimina un componente de luz de excitación (luz dispersa de plasmón) para detectar la fluorescencia y con una S/N alta. El filtro 43 óptico incluye, por ejemplo, un filtro de reflexión de luz de excitación, un filtro de corte de longitud de onda corta y un filtro de paso de banda. El filtro 43 óptico es, por ejemplo, un filtro que incluye una película multicapa que refleja un componente de luz predeterminado, pero también puede ser un filtro de vidrio de color que absorbe un componente de luz predeterminado.
El sensor 45 de recepción de luz detecta la fluorescencia y. El sensor 45 de recepción de luz no está particularmente limitado en cuanto a tener una alta sensibilidad capaz de detectar una fluorescencia y débil de una sustancia fluorescente que marca una cantidad muy pequeña del analito y, por ejemplo, un tubo fotomultiplicador (PMT), un fotodiodo de avalancha (APD) o similares.
El mecanismo 47 de cambio de posición cambia una posición del filtro 43 óptico entre en una trayectoria óptica o fuera de la trayectoria óptica de la unidad 41 de recepción de luz. Específicamente, cuando el sensor 45 de recepción de luz detecta la fluorescencia y, el filtro 43 óptico se coloca en la trayectoria óptica de la unidad 41 de recepción de luz, y cuando el sensor 45 de recepción de luz detecta la luz dispersada por plasmones, el filtro 43 óptico se coloca fuera de la trayectoria óptica de la unidad 41 de recepción de luz. El mecanismo 47 de cambio de posición incluye, por ejemplo, una unidad de accionamiento de rotación y un mecanismo conocido (una plataforma giratoria, un piñón y cremallera o similar) que mueve el filtro 43 óptico en una dirección horizontal utilizando un movimiento de rotación.
La unidad 48 de control de sensor controla la detección de un valor de salida del sensor 45 de recepción de luz, la gestión de la sensibilidad del sensor 45 de recepción de luz de acuerdo con el valor de salida detectado, un cambio en la sensibilidad del sensor 45 de recepción de luz para obtener un valor de salida apropiado, y similares. La unidad 48 de control de sensor incluye, por ejemplo, un ordenador o microordenador conocido que incluye un dispositivo aritmético, un dispositivo de control, un dispositivo de almacenamiento, un dispositivo de entrada y un dispositivo de salida.
La unidad 50 de transporte transporta, a una posición de medición, el chip 70 sensor fijado al soporte 54 de chip por un usuario, y lo fija. Aquí, la “posición de medición” representa una posición en la que la unidad 20 de irradiación de luz de excitación irradia el chip 70 sensor con la luz de excitación a y la unidad 40 de detección de fluorescencia detecta la fluorescencia y generada con la irradiación.
Debe tenerse en cuenta que la unidad 50 de transporte también se usa para cambiar la distancia entre el chip 70 sensor y la unidad 21 de fuente de luz de la unidad 20 de irradiación de luz de excitación en una etapa de detección de posición y ajuste de posición que se describe más adelante.
La unidad 50 de transporte incluye la plataforma 52 de transporte y el soporte 54 de chip. El soporte 54 de chip está fijado a la plataforma 52 de transporte y sujeta de forma separable el chip 70 sensor. El soporte 54 de chip tiene una forma que no está particularmente limitada en la medida en que el soporte de chip puede sujetar el chip 70 sensor y no interrumpe las trayectorias ópticas de la luz de excitación a, la luz reflejada p y la fluorescencia y. Por ejemplo, el soporte 54 de chip incluye una abertura para dejar pasar la luz de excitación a, la luz reflejada p y la fluorescencia y.
La plataforma 52 de transporte puede mover el soporte 54 de chip en una dirección (la dirección del eje x en la figura 1) y en una dirección opuesta a la misma. La plataforma 52 de transporte es accionada, por ejemplo, por un motor paso a paso.
La unidad 60 de control controla el mecanismo 22 de ajuste de ángulo, la unidad 23 de control de fuente de luz, el mecanismo 47 de cambio de posición, la unidad 48 de control de sensor y la plataforma 52 de transporte. Además, la unidad 60 de control también funciona como una unidad de ajuste de posición que identifica la posición del chip 70 sensor sostenido por el soporte 54 de chip sobre la base de un resultado de detección de la unidad 30 de detección de luz de excitación y mueve el chip 70 sensor a una posición de medición apropiada moviendo el soporte 54 de chip usando la plataforma 52 de transporte. La unidad 60 de control incluye, por ejemplo, un ordenador o microordenador conocido que incluye un dispositivo aritmético, un dispositivo de control, un dispositivo de almacenamiento, un dispositivo de entrada y un dispositivo de salida.
A continuación, se describirá un flujo de detección de muestras utilizando el dispositivo 10 de SPFS. La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento operativo de ejemplo del dispositivo 10 de SPFS, y la figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas dentro de la etapa de detección de posición y ajuste de posición ilustradas en la figura 4.
En primer lugar, un usuario inyecta, en el elemento 76 de pozo, una disolución de muestra que contiene el ligando que se une únicamente al analito para ser un objetivo de detección, e inmoviliza el ligando en la película 74 metálica (reacción primaria) y luego limpia el elemento 76 de pozo para eliminar sustancias no capturadas por el ligando (S100).
Debe tenerse en cuenta que la disolución de muestra utilizada aquí es una disolución preparada utilizando una muestra, y un ejemplo de la misma puede incluir una disolución aplicada con tratamiento al mezclar la muestra con un reactivo para unir una sustancia fluorescente al analito contenido dentro de la muestra.
Ejemplos de dicha muestra incluyen sangre, suero, plasma, orina, fluido nasal, saliva, heces, fluido celómico (líquido cefalorraquídeo, ascitis, derrame pleural, etc.) y similares.
Además, ejemplos del analito contenido dentro de la muestra incluyen ácidos nucleicos (ADN de cadena simple o doble, ARN, polinucleótidos, oligonucleótidos, PNA (ácidos nucleicos peptídicos), etc., o nucleósidos, nucleótidos y moléculas modificadas de los mismos), proteína ( polipéptidos, oligopéptidos, etc.), aminoácidos (incluidos los aminoácidos modificados), sacáridos (oligosacáridos, polisacáridos, cadenas de azúcar, etc.), lípidos o una molécula modificada y un complejo del mismo, y puede ser específicamente un antígeno carcinoembrionario tal como una afetoproteína (AFP), un marcador tumoral, una sustancia señalizadora, una hormona o similar, y el analito no está particularmente limitado.
El chip 70 sensor así preparado se fija al soporte 54 de chip de la unidad 50 de transporte situada en una posición de fijación/separación (S1l0). El chip 70 sensor unido al soporte 54 de chip es transportado cerca de la posición de medición por la unidad 50 de transporte (S120).
En este momento, la unidad 60 de control obtiene información de posición del chip 70 sensor e información de posición relativa entre el elemento 76 de pocillo y el elemento 72 dieléctrico al hacer funcionar la unidad 20 de irradiación de luz de excitación, la unidad 30 de detección de luz de excitación y la plataforma 52 de transporte, y también ajusta la posición del chip 70 sensor sobre la base de la información de posición obtenida (S130).
Como se ilustra en la figura 5, en la etapa de detección de posición y ajuste de posición, la información de posición del chip sensor se obtiene primero (S l3 l). Entonces, se identifica un grado de desviación de posición del chip 70 sensor con respecto a la posición de medición en base a la información de posición del chip 70 sensor (S132). A continuación, el chip 70 sensor se dispone en una posición de medición apropiada moviendo el soporte 54 de chip por la plataforma 52 de transporte sobre la base de la información de posición obtenida y el grado de la desviación de posición (S133).
La figura 6 es un diagrama esquemático para describir la etapa de obtener la información de posición del chip 70 sensor (S130).
Primero, como se ilustra en la figura 6A, cuando la unidad 21 de fuente de luz emite la luz de excitación a en un caso donde el chip 70 sensor está en una posición distante de la unidad 21 de fuente de luz, la luz de excitación a se refleja en una superficie lateral del elemento 76 de pocillo y se dirige hacia arriba. Por lo tanto, la luz reflejada p del chip 70 sensor no incide en el sensor 31 de recepción de luz de la unidad 30 de detección de luz de excitación.
Cuando el chip 70 sensor se mueve más cerca de la unidad 21 de fuente de luz, la luz de excitación a de la unidad 21 de fuente de luz llega a una porción de límite (en adelante, denominada “porción de borde”) entre el elemento 76 de pocillo y el elemento 72 dieléctrico. En este caso, como se ilustra en la figura 6B, la luz de excitación a (luz reflejada p) reflejada en la superficie inferior del elemento 76 de pocillo no incide sobre el sensor 31 de recepción de luz, pero la luz de excitación a (luz reflejada p) reflejada en la superficie 72a incidente del elemento 72 dieléctrico incide sobre el sensor 31 de recepción de luz. Por lo tanto, la luz reflejada p desde el chip 70 sensor incide parcialmente en el sensor 31 de recepción de luz.
Cuando el chip 70 sensor se mueve más cerca de la unidad 21 de fuente de luz, toda la luz de excitación a de la unidad 21 de fuente de luz llega a la superficie 72a incidente del elemento 72 dieléctrico. Por lo tanto, toda la luz p reflejada desde el chip 70 sensor incide sobre el sensor 31 de recepción de luz como se ilustra en la figura 6C.
La figura 7 es un gráfico que ilustra un resultado de detección de ejemplo de la luz p reflejada por el sensor 31 de recepción de luz. En este ejemplo, la intensidad de la luz reflejada p es medida por el sensor 31 de recepción de luz mientras mueve el chip 70 sensor hacia la unidad 21 de fuente de luz por la plataforma 52 de transporte. La luz de excitación a tiene un diámetro de haz de aproximadamente 1 a 1,5 mm.
Como se ilustra en la figura 7, cuando el chip 70 sensor se acerca a la unidad 21 de fuente de luz, la cantidad de luz reflejada p que incide sobre el sensor 31 de recepción de luz desde una posición A aumenta gradualmente. La razón es que la luz de excitación a se refleja parcialmente en la superficie 72a incidente e incide sobre el sensor 31 de recepción de luz como se ilustra en la figura 6B.
Entonces, cuando el chip 70 sensor se mueve sobre una posición B, la cantidad de luz de la luz reflejada p que incide sobre el sensor 31 de recepción de luz se vuelve sustancialmente constante. La razón es que, como se ilustra en la figura 6C, toda la luz de excitación a se refleja en la superficie 72a incidente del elemento 72 dieléctrico y toda la luz reflejada p incide en el sensor 31 de recepción de luz.
Por lo tanto, una porción inclinada entre la posición A y la posición B ilustrada en la figura 7 coincide con el tiempo cuando la luz de excitación a pasa a través de la porción de borde. Debe tenerse en cuenta que el ancho de la porción inclinada corresponde al diámetro del haz (alrededor de 1 a 1,5 mm) en la dirección del eje x de la luz de excitación a.
Aquí, una posición M, que es un punto medio entre la posición A y la posición B, puede identificarse como una porción de borde, es decir, una posición de una porción de extremo del elemento 72 dieléctrico. Debe tenerse en cuenta que la posición M puede establecerse simplemente como el punto medio entre la posición A y la posición B, pero la posición de la porción de borde puede identificarse más correctamente al: obtener un valor mínimo de la cantidad de luz de la luz reflejada p (correspondiente a la cantidad de luz en la posición A) y un valor máximo de la cantidad de luz de la luz reflejada p (correspondiente a la cantidad de luz en la posición B) en el gráfico ilustrado en la figura 7; calcular un valor medio de los mismos; y detectar una posición para que sea el valor medio en la porción inclinada. La información de posición de esta posición M se define como información de posición de la porción de borde.
La posición del chip 70 sensor puede identificarse mediante la información de posición de la porción de borde, y es posible detectar si el chip 70 sensor está correctamente dispuesto o no en la posición de medición.
En caso de que el chip 70 sensor no esté dispuesto en la posición de medición, la plataforma 52 de transporte se activa para mover el chip 70 sensor a la posición de medición. Normalmente, dado que se fija una distancia entre la posición de la porción de borde y una región que se irradiará con la luz de excitación a en la superficie posterior de la película 74 metálica (la región en la parte posterior del campo de reacción), el chip 70 sensor se puede colocar en la posición de medición apropiada moviendo el soporte 54 de chip una distancia predeterminada desde la posición de la porción de borde usando la plataforma 52 de transporte.
Debe tenerse en cuenta que, en un caso en el que el chip 70 sensor esté dispuesto de forma desviada en la dirección de la altura (la dirección del eje z) (por ejemplo, en un caso en el que una materia extraña esté intercalada entre el chip 70 sensor y el soporte 54 de chip) también, el chip 70 sensor puede disponerse en la posición de medición apropiada moviendo el soporte 54 de chip en la dirección del eje x la distancia predeterminada desde la posición de la porción de borde. Debe tenerse en cuenta que la unidad 60 de control almacena la posición de medición apropiada.
Por lo tanto, en un estado en el que el chip 70 sensor está dispuesto en la posición de medición apropiada, la unidad 60 de control hace funcionar la unidad 20 de irradiación de luz de excitación y la unidad 40 de detección de fluorescencia para irradiar el chip 70 sensor con la luz de excitación a y también detecta teniendo la luz dispersada del plasmón la misma longitud de onda que la luz de excitación a para detectar el ángulo de mejora (S140).
Específicamente, la unidad 60 de control hace funcionar la unidad 40 de detección de fluorescencia para detectar la luz dispersada de plasmones mientras hace funcionar la unidad 20 de irradiación de luz de excitación para escanear el ángulo incidente de la luz de excitación a con respecto a la película 74 metálica. En este momento, la unidad 60 de control hace funcionar el mecanismo 47 de cambio de posición para colocar el filtro 43 óptico fuera de la trayectoria óptica de la unidad 41 de recepción de luz. Entonces, la unidad 60 de control determina, como ángulo de mejora, el ángulo de incidencia de la luz de excitación a cuando la cantidad de luz de la luz dispersada de plasmones llega a ser máxima.
A continuación, la unidad 60 de control hace funcionar la unidad 20 de irradiación de luz de excitación y la unidad 40 de detección de fluorescencia para irradiar, con la luz de excitación a, el chip 70 sensor dispuesto en la posición de medición adecuada, y también registra un valor de salida (valor de blanco óptico) del sensor 45 de recepción de luz (S150).
En este momento, la unidad 60 de control hace funcionar el mecanismo 22 de ajuste de ángulo para establecer el ángulo de incidencia de la luz de excitación a en el ángulo de mejora. Además, la unidad 60 de control hace funcionar el mecanismo 47 de cambio de posición para colocar el filtro 43 óptico en la trayectoria óptica de la unidad 41 de recepción de luz.
A continuación, la unidad 60 de control hace funcionar la plataforma 52 de transporte para mover el chip 70 sensor a la posición de conexión/desconexión, y el usuario desconecta el chip 70 sensor del soporte 54 de chip (S160).
Luego, el usuario introduce, en el elemento 76 de pocillo, líquido (disolución de marcado) que contiene un anticuerpo secundario marcado con la sustancia fluorescente (S170). Dentro del elemento 76 de pocilio, el analito capturado en la película 74 metálica se marca con la sustancia fluorescente mediante una reacción antígeno-anticuerpo (reacción secundaria). Después de eso, se limpia el interior del elemento 76 de pocillo para eliminar las sustancias fluorescentes libres y similares.
Luego, el usuario conecta el chip 70 sensor al soporte 54 de chip ubicado en la posición de conexión/desconexión nuevamente (S180). El chip 70 sensor unido al soporte 54 de chip es transportado por la unidad 50 de transporte a la posición de medición apropiada almacenada en la unidad 60 de control (S190).
Debe tenerse en cuenta que, en este momento, el chip 70 sensortambién se puede colocar en la posición de medición adecuada realizando un control similar a la etapa S130 descrita anteriormente sin utilizar la información de la posición de medición adecuada almacenada en la unidad 60 de control.
A continuación, la unidad 60 de control hace funcionar la unidad 20 de irradiación de luz de excitación y la unidad 40 de detección de fluorescencia para irradiar, con la luz de excitación a, el chip 70 sensor dispuesto en la posición de medición adecuada, y también detecta la fluorescencia y liberada de la sustancia fluorescente que marca el analito capturado por el ligando (S200). Si es necesario, la conversión en una cantidad o concentración del analito se puede realizar sobre la base de la intensidad de la fluorescencia y detectada.
Con los procedimientos descritos anteriormente, se puede detectar la existencia o la cantidad del analito en la disolución de muestra.
Obsérvese que la detección de posición y el ajuste de posición (S130), la detección del ángulo de mejora (S150) y la medición del valor de blanco óptico (S160) pueden realizarse antes de la reacción primaria (S100).
Además, en el caso de que el ángulo de incidencia de la luz de excitación a se determine de antemano, se puede omitir la detección del ángulo de mejora (S150). En este caso, la detección de posición y el ajuste de posición del chip 70 sensor (S130) se realizan antes de la medición del valor de blanco óptico (S160). Por lo tanto, es preferible que la detección de posición y el ajuste de posición del chip 70 sensor (S130) se realicen antes de realizar inicialmente la medición óptica (la detección del ángulo de mejora, la medición del valor de blanco óptico y la detección de fluorescencia).
Además, en la descripción anterior, la reacción secundaria de marcar el analito con la sustancia fluorescente (S170) se realiza después de la reacción primaria de hacer reaccionar el analito con el ligando (S100) (método de dos etapas). Sin embargo, el momento de marcar el analito con la sustancia fluorescente no está particularmente limitado.
Por ejemplo, se puede agregar una disolución de marcado a la disolución de muestra para marcar el analito con la sustancia fluorescente antes de la introducción de la disolución de muestra en el elemento 76 de pocillo. Además, el analito marcado con la sustancia fluorescente es capturado por el ligando inyectando la disolución de muestra y la disolución de marcado en el elemento 76 de pocillo al mismo tiempo. En este caso, el analito se marca con la sustancia fluorescente y el ligando también captura el analito.
En cualquier caso, tanto la reacción primaria como la reacción secundaria pueden completarse introduciendo la disolución de muestra en el elemento 76 de pocillo (método de una sola etapa). En el caso de adoptar así el método de una sola etapa, la detección del ángulo de mejora (S150) se realiza antes de la reacción antígeno-anticuerpo y, además, la detección de posición y el ajuste de posición del chip sensor se realizan (S130 y S140) antes.
Además, en la realización descrita anteriormente, se ha descrito el caso de adoptar el elemento de pocillo como el elemento de contención de disolución de muestra, pero como se describió anteriormente, en la medida en que el elemento de contención de disolución de muestra incluye la superficie límite a través de la cual se refleja la luz de excitación a en la superficie límite puede incidir en el sensor 31 de recepción de luz de la unidad 30 de detección de luz de excitación, el elemento de contención de disolución de muestra no está particularmente limitado, y se pueden realizar varios tipos de modificaciones dentro del alcance sin apartarse del objeto de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas, tal como la adopción de una tapa de trayectoria de flujo en un chip sensor del tipo de trayectoria de flujo.
Lista de signos de referencia
10 Dispositivo de SPFS
20 Unidad de irradiación de luz de excitación
21 Unidad de fuente de luz
22 Mecanismo de ajuste de ángulo
23 Unidad de control de fuente de luz
24 Rendija de eliminación de luz difractada
24a Porción principal
24b Porción de pared lateral
24c Orificio de rendija
25 Fuente de luz
26 Sistema óptico de conformación de haz
26a Colimador
26b Rendija
30 Unidad de detección de luz de excitación
31 Sensor de recepción de luz
32 Unidad de control de sensor
40 Unidad de detección de fluorescencia
41 Unidad de recepción de luz
42 Lente
43 Filtro óptico
44 Lente
45 Sensor de recepción de luz
47 Mecanismo de cambio de posición
48 Unidad de control de sensor
50 Unidad de transporte
52 Plataforma de transporte
54 Soporte de chip
60 Unidad de control
70 Chip sensor
72 Elemento dieléctrico
72a Superficie incidente
72b Superficie formada por película
72c Superficie de emisión
74 Película metálica
76 Elemento de pocillo
76a Superficie límite
100 Dispositivo de SPFS
120 Unidad de irradiación de luz de excitación
121 Unidad de fuente de luz
122 Mecanismo de ajuste de ángulo
123 Unidad de control de fuente de luz
125 Fuente de luz
126 Sistema óptico de conformación de haz
126a Colimador
126b Rendija
140 Unidad de detección de fluorescencia
154 Soporte de chip
160 Unidad de control
170 Chip sensor
172 Elemento dieléctrico
174 Película metálica
176 Elemento de contención de disolución de muestra

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (10) óptico de detección de muestras que detecta una muestra irradiando un chip (70) sensor con luz de excitación desde una unidad (21) de fuente de luz, comprendiendo el chip (70) sensor:
un elemento (72) dieléctrico;
una película (74) metálica adyacente a una superficie superior del elemento (72) dieléctrico; y
un elemento (176) de contención de disolución de muestra dispuesto en una superficie superior de la película (74) metálica,
en el que
el chip (70) sensor es un reflector de luz de excitación, y
en el que el sistema (10) óptico de detección de muestras emite luz de excitación desde la unidad (21) de fuente de luz y además determina una posición del chip sensor utilizando la luz reflejada de la luz de excitación reflejada en el reflector de luz de excitación,
en el que el sistema (10) óptico de detección de muestras comprende además una unidad (30) de detección de luz de excitación que detecta, a partir de la luz reflejada, la luz reflejada que se desplaza en una dirección predeterminada y una unidad (40) de detección de fluorescencia,
en el que la unidad (21) de fuente de luz forma parte de una unidad (20) de irradiación de luz,
en el que se acciona una plataforma (52) de transporte para mover el chip (70) sensor a una posición de medición,
en el que la posición de medición representa una posición donde la unidad (20) de irradiación de luz de excitación irradia el chip (70) sensor con la luz de excitación y la unidad (40) de detección de fluorescencia detecta la fluorescencia generada con la irradiación, caracterizado porque:
se proporciona una rendija (24) de eliminación de luz difractada,
en el que la rendija (24) de eliminación de luz difractada comprende:
una porción (24a) principal provista en una dirección sustancialmente perpendicular a una trayectoria óptica de la luz de excitación y que incluye un orificio (24c) de rendija; y
una porción (24b) de pared lateral que se extiende desde una porción de extremo de la porción (24a) principal y se inclina hacia un lado aguas arriba en la dirección de la trayectoria óptica de la luz de excitación, en el que la rendija (24) de eliminación de luz difractada se proporciona entre la unidad (21) de fuente de luz y el reflector de luz de excitación para eliminar la luz difractada de la luz de excitación,
en el que la porción (24b) de pared lateral se proporciona al menos en un lado de la porción de extremo de la porción (24a) principal donde existe la luz reflejada, y no bloquea la luz reflejada.
2. Sistema (10) óptico de detección de muestras según la reivindicación 1, en el que la unidad (21) de fuente de luz incluye:
una fuente (25) de luz que emite la luz de excitación;
un colimador (26) que colima la luz de excitación emitida por la fuente (25) de luz; y
una rendija (26b) que conforma una forma de la luz de excitación colimada.
3. Método para usar el sistema (10) óptico de detección de muestras según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende
una etapa de detección de posición, en la que se obtiene la información de posición del chip (70) sensor y una etapa de ajuste de posición, en la que la desviación de posición del chip (70) sensor con respecto a la posición de medición se identifica sobre la base de esta información de posición y el chip (70) sensor es movido por la plataforma (52) de transporte sobre la base de la información de posición obtenida y el grado de la desviación de posición (S133).
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