JP2007327948A - Element, apparatus, and method for detection - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検体の特性を検出するための検出素子、検出装置、および検出方法に関する。 The present invention relates to a detection element, a detection apparatus, and a detection method for detecting a characteristic of a specimen.
近年、健康問題や環境問題、更には食の安全性の問題に対する意識の高まりと共に、これらの問題に関与する物質(いわゆる生体関連物質などの化学物質(以下、標的物質と記載する))を検出する方法が望まれるようになってきた。 In recent years, along with the growing awareness of health and environmental issues, as well as food safety issues, substances related to these issues (so-called biological substances and other chemical substances (hereinafter referred to as target substances)) are detected. A way to do it has come to be desired.
標的物質を検出するには高感度な検出技術が必要となる場合が多い。というのは、標的物質が含まれる試料の採取量は限られていることが多く、更に、血液中の蛋白質などの場合、様々な物質が混在した中に極微量しか標的物質が含まれていないことがあるためである。このような理由から、標的物質の検出方法において、微量な検体に含まれる微量な標的物質を検出できるような高感度の検出技術が求められている。 In order to detect a target substance, a highly sensitive detection technique is often required. This is because the amount of samples that contain target substances is often limited, and in addition, in the case of proteins in blood, only a very small amount of target substance is contained in a mixture of various substances. Because there are things. For these reasons, there is a need for a high-sensitivity detection technique that can detect a trace amount of a target substance contained in a trace amount of sample in a target substance detection method.
このような要求に応えるためのひとつの手法として、金属の粒子のプラズモン共鳴を利用した測定方法の開発が進められている。 Development of a measurement method using plasmon resonance of metal particles is underway as one method for meeting such demands.
特許文献1には、基板に固定化された金属微粒子のプラズモン共鳴を用いて、媒質の透過光の吸収スペクトル変化を測定することによって媒質の屈折率変化を検出し、金属微粒子への物質の吸着や堆積を検出する技術が開示されている。
In
また、特許文献2には、微小流路中に複数の金属微粒子を配置し、流路に測定光を入射することによって、透過光の吸収スペクトル変化を高感度に測定する技術が開示されている。
特許文献1において基板上の金属微粒子の密度を低下させた場合、単一の金属微粒子の吸収スペクトルが測定され、金属微粒子同士の相互作用による吸収スペクトルの影響を受け難くなるため、吸収スペクトルの変化が検出されやすくなると推測される。しかしながら、そのような場合、単位面積あたりの金属微粒子の数が減少するため、スペクトルの吸光度が絶対的に減少してしまうことが考えられる。スペクトルの吸光度が減少すると、吸収スペクトルの特性を測定することが困難となり、検出器でスペクトルの変化を安定的かつ高感度に検出することが困難となるという問題がある。
When the density of the metal fine particles on the substrate is reduced in
一方、特許文献2においては、スペクトルの吸光度を増大させることが可能である。しかしながら、金属微粒子同士の相互作用による吸収スペクトルの影響を減少させるには、素子の製造上困難を伴うという問題がある。 On the other hand, in Patent Document 2, it is possible to increase the absorbance of the spectrum. However, in order to reduce the influence of the absorption spectrum due to the interaction between the metal fine particles, there is a problem that it is difficult to manufacture the device.
本発明は、
検出光を用いて検体の特性を検出する検出素子であって、
前記検出素子が、
互いに離間した複数の金属構造体と、
前記互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面を有する基体と、
前記平面の一部によって少なくとも一部が構成される検体収容部とを有し、
前記平面が複数存在し、
該複数の平面のうちのいずれかの平面が、他の全ての平面と交わる法線を有していることを特徴とする検出素子である。
The present invention
A detection element that detects the characteristics of a specimen using detection light,
The detection element is
A plurality of metal structures spaced apart from each other;
A base having a plane on which a plurality of metal structures spaced apart from each other exist;
A specimen containing portion constituted at least in part by a part of the plane,
A plurality of said planes;
Any one of the plurality of planes has a normal line that intersects with all the other planes.
また、別の本発明は、
検体の特性を検出する装置であって、
検出素子と、
前記検出素子に検出光を照射する光源と、
前記検出素子から出射した出射光を受光する受光素子と、
前記受光素子により得られる信号から検体の特性を求める演算装置と、
を有し、
前記検出素子が、
互いに離間した複数の金属構造体と、
前記互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面を有する基体と、
前記平面の一部によって少なくとも一部が構成される検体収容部とを有し、
前記平面が複数存在し、
前記複数の平面のうちのいずれかの平面が、他のすべての平面と交わる法線を有していることを特徴とする検出装置である。
Another aspect of the present invention is:
An apparatus for detecting the characteristics of a specimen,
A sensing element;
A light source for irradiating the detection element with detection light;
A light receiving element that receives outgoing light emitted from the detection element;
An arithmetic unit for obtaining characteristics of the specimen from a signal obtained by the light receiving element;
Have
The detection element is
A plurality of metal structures spaced apart from each other;
A base having a plane on which a plurality of metal structures spaced apart from each other exist;
A specimen containing portion constituted at least in part by a part of the plane,
A plurality of said planes;
Any one of the plurality of planes has a normal line that intersects with all the other planes.
前記複数の平面のうちの任意の平面は、他の全ての平面と交わる法線を有していることが好ましい。
前記検出素子が有する前記金属構造体の表面に前記検体中の標的物質を捕捉する捕捉体を有していることが好ましい。
It is preferable that an arbitrary plane among the plurality of planes has a normal line that intersects with all the other planes.
It is preferable that a capture body for capturing the target substance in the specimen is provided on the surface of the metal structure included in the detection element.
前記複数の平面は、前記検出光の進行経路内に存在し、前記複数の平面の各々において、前記平面の法線と前記検出光のなす角が20°以内となる位置に存在することが好ましい。 It is preferable that the plurality of planes exist in a traveling path of the detection light, and in each of the plurality of planes, an angle formed by a normal line of the plane and the detection light is within 20 °. .
また、別の本発明は、複数の金属構造体と、該複数の金属構造体が互いに離間して存在する平面を有する基体と、該平面の一部によって少なくとも一部が構成される検体収容部とを有する検出素子を用いて検体の特性を検出する方法であって、
前記検出素子が複数の前記平面を有し、
前記検体収容部に前記検体を導入する工程と、
前記複数の平面を横切るように前記検出素子に前記検出光を照射する工程と、
前記検出素子から出射した出射光を受光素子によって受光する工程と、
前記受光素子から出力される信号から検体の特性を求める工程と
を有することを特徴とする検出方法である。
According to another aspect of the present invention, there is provided a specimen storage portion that is at least partly constituted by a plurality of metal structures, a base having a plane on which the plurality of metal structures are separated from each other, and a part of the plane. A method for detecting the characteristics of a specimen using a detection element having
The detection element has a plurality of the planes;
Introducing the sample into the sample container;
Irradiating the detection light to the detection element so as to cross the plurality of planes;
Receiving light emitted from the detection element by a light receiving element;
And a step of obtaining a specimen characteristic from a signal output from the light receiving element.
前記複数の平面を横切るように前記検出素子に前記検出光を照射する工程は、
前記複数の平面が検出光の進行経路内に存在し、前記複数の平面の各々における法線と前記検出光のなす角が20°以内となるように前記検出光を前記検出素子に照射する工程であることが好ましい。
Irradiating the detection element with the detection light so as to cross the plurality of planes,
A step of irradiating the detection element with the detection light such that the plurality of planes are present in a traveling path of the detection light, and an angle formed between a normal line in each of the plurality of planes and the detection light is within 20 °. It is preferable that
また、別の本発明は、検出光を用いて液状検体の特性を検出する検出素子であって、
液状検体収容部と、互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面を有する基体と、を有し、
前記平面は前記液状検体収容部の壁面となっており、
前記平面が前記検出光を横切るように複数存在することを特徴とする検出素子である。
Another aspect of the present invention is a detection element for detecting characteristics of a liquid specimen using detection light,
A liquid specimen container, and a base having a plane on which a plurality of metal structures separated from each other are present,
The plane is a wall surface of the liquid specimen storage unit,
A plurality of the planes exist so as to cross the detection light.
また、別の本発明は、液状検体の特性を検出する装置であって、
検出素子と、
前記検出素子に検出光を照射する光源と、
前記検出素子を透過した光を受光する受光素子と、
前記受光素子により得られる信号から検体の特性を求める演算装置と、を有し、
前記検出素子が、液状検体収容部と、互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面を有する基体と、を有し、
前記平面は前記液状検体収容部の壁面となっており、
前記平面が前記検出光を横切るように複数存在することを特徴とする検出装置である。
Another aspect of the present invention is an apparatus for detecting characteristics of a liquid specimen,
A sensing element;
A light source for irradiating the detection element with detection light;
A light receiving element that receives light transmitted through the detection element;
An arithmetic device for obtaining the characteristics of the specimen from the signal obtained by the light receiving element,
The detection element includes a liquid specimen storage portion and a base having a plane on which a plurality of metal structures separated from each other are present,
The plane is a wall surface of the liquid specimen storage unit,
A plurality of the planes exist so as to cross the detection light.
また、別の本発明は、液状検体の特性を検出する方法であって、
液状検体収容部と、互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面を有する基体と、
を有し、前記平面が前記液状検体収容部の壁面となっており、前記平面が複数存在する検出素子の液状検体収容部に前記液状検体を導入する工程と、
複数の前記平面を横切るように前記検出素子に検出光を照射する工程と、
前記検出素子を透過した光を受光素子によって受光する工程と、
前記受光素子から出力される信号から、液状検体の特性を求める工程と
を有することを特徴とする検出方法である。
Another aspect of the present invention is a method for detecting a characteristic of a liquid specimen,
A liquid specimen container, and a base having a plane on which a plurality of metal structures separated from each other exist,
A step of introducing the liquid sample into the liquid sample storage portion of the detection element in which the plane is a wall surface of the liquid sample storage portion and a plurality of the planes exist;
Irradiating the detection element with detection light so as to cross a plurality of the planes;
Receiving light transmitted through the detection element by a light receiving element;
And a step of obtaining characteristics of the liquid specimen from a signal output from the light receiving element.
尚、検体もしくは液状検体の特性を検出する方法において、これらの工程の順序は特定されているものではない。 In the method for detecting the characteristics of the specimen or liquid specimen, the order of these steps is not specified.
以上の本発明において、前記金属構造体の表面に、検体中の標的物質を選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体を有することが好ましい。また、前記金属構造体が、パターン化された扁平状の構造体であることが好ましい。 In the present invention described above, it is preferable that a capture body that selectively or specifically captures a target substance in a specimen is provided on the surface of the metal structure. Moreover, it is preferable that the said metal structure is a patterned flat structure.
本発明は、高感度にかつ安定して検出を行うことができる、検出素子、検出装置、及び検出方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a detection element, a detection device, and a detection method that can perform detection with high sensitivity and stability.
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は請求項によって特定されるものであって、以下の形態及び実施例に限定解釈されるものではない。たとえば、以下の形態及び実施例の材料、組成条件、反応条件、部材や素子の配置等は、当業者が理解可能な範囲で自由に変更して本発明を実現することができる。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. In addition, this invention is specified by a claim, Comprising: It is not limitedly interpreted to the following forms and Examples. For example, the present invention can be realized by freely changing materials, composition conditions, reaction conditions, arrangement of members and elements, and the like in the following forms and examples within a range that can be understood by those skilled in the art.
まず、本発明の検出素子について説明する。
本発明の検出素子は、検出光を用いて検体の特性を検出する素子である。検体の特性を検出するというのは、検体が有する物理的特性や化学的特性などのいかなる特性を検出する場合も包含する。検体の特性を検出する理解しやすい例としては、検体の化学的特性(検体と検出素子の構成要素との相互作用の有無など)を、素子の物理的特性(たとえば光学的特性など)を用いて検出する場合などが挙げられる。より具体的な例としては、検体中の標的物質の有無またはその濃度を測定するために、検体と素子を接触させた後に、素子に検出光を照射し、素子からの出射光を検出して、検出光と出射光の変化を測定する場合などが挙げられる。なお、本発明の検出素子の検出対象である検体は、液状のみならず、たとえば気体状などの液状ではないものであっても良い。もっとも、検出の容易性という観点からは、液状の検体であることが好ましい。
First, the detection element of the present invention will be described.
The detection element of the present invention is an element that detects the characteristics of a specimen using detection light. The detection of the characteristics of the specimen includes the detection of any characteristics such as physical characteristics and chemical characteristics of the specimen. As an easy-to-understand example of detecting the characteristics of a specimen, the chemical characteristics of the specimen (such as the presence or absence of interaction between the specimen and the constituent elements of the detection element) and the physical characteristics of the element (such as optical characteristics) are used. For example. As a more specific example, in order to measure the presence or concentration of a target substance in a specimen, after contacting the specimen and the element, the element is irradiated with detection light, and light emitted from the element is detected. In the case of measuring changes in detection light and outgoing light, and the like. Note that the specimen that is the detection target of the detection element of the present invention may be not only liquid but also non-liquid such as gaseous. However, from the viewpoint of easy detection, a liquid specimen is preferable.
図1(a)に本発明の検出素子の一例を示す。 FIG. 1A shows an example of the detection element of the present invention.
検出素子100は、複数の金属構造体101と、基体102と、検体収容部103とを有し、複数の金属構造体101は基体102が有する平面104に互いに離間して存在する。すなわち、基体102は互いに離間した複数の金属構造体101が存在する平面104を有する。また、金属構造体が存在する複数の平面104のいずれかの平面が他の全ての平面と交わる法線を有している。なお、以下、「互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面」を単に「金属構造体が存在する平面」と記載する場合がある。また、検体収容部103は、複数の金属構造体101が存在する平面の一部によって少なくとも一部が構成されている。
The
具体的には、例えば、図2に示すように、金属構造体が存在する平面104が検出素子100に入射する光(検出光)105を横切るように複数存在する構成とする。なお、本発明において、「平面が検出光を横切るように存在する」とは、前記平面と前記検出光が非平行(より好ましくは垂直ないし略垂直)で存在し、前記平面が前記検出光の進行経路内に存在することとする。ここで、略垂直とは90°±20°のこととする。したがって、前記金属構造体101が存在する平面104の法線と前記検出光105がなす角は20°以内であることがより好ましい。
Specifically, for example, as shown in FIG. 2, a plurality of
ここで、検出光が直線状ではなく、円柱や直方体のような立体形状で存在する場合には、立体形状の中心に存在する直線を角度を決定する際の基準として考えることとする。 Here, when the detection light is not linear but exists in a three-dimensional shape such as a cylinder or a rectangular parallelepiped, the straight line existing at the center of the three-dimensional shape is considered as a reference for determining the angle.
なお、金属構造体が存在する平面が検出光を横切るように複数存在する素子の形態としては、図1(a)や図1(d)に示すような、対向して存在する基体の対向する面の各々に金属構造体101が存在し、金属構造体が存在する平面104によって検体収容部103が挟み込まれた素子の形態のみに限られない。例えば、図1(e)に示すように、金属構造体が存在する平面104を有する基体102が複数存在し、金属構造体が存在する平面104と金属構造体が存在しない平面106が交互に存在する素子であっても良い。また、基体の両面が金属構造体が存在する平面104となっている素子(図1(b)や図1(c)に示す素子など)などが考えられる。ここで、金属構造体が存在する複数の平面のうち、任意の平面に存在する金属構造体と前記平面とは異なる平面に存在する金属構造体は、金属構造体が形成される平面と平行な面を基準として対称に存在しても良いし、対称に存在しなくても良い。具体的には、金属構造体が形成される平面と平行な面を基準として対称に存在する場合とは、図1の(a)、(b)、(d)、(e)に示すような場合であり、対称に存在しない場合とは、図1(c)や図1(f)のような場合である。
In addition, as a form of the element in which a plurality of planes on which the metal structures are present cross the detection light, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (d), opposing substrates are opposed to each other. The configuration is not limited to the element in which the
また、複数の金属構造体が存在する平面は、前記複数の平面のうちの任意の平面が他の全ての平面と交わる法線を有していることが好ましいが、いずれかの平面が他の全ての平面と交わる法線を有していれば良い。したがって、例えば、図1(g)に示すように、金属構造体が存在する平面104同士は非平行でも構わない。
Moreover, it is preferable that the plane in which the plurality of metal structures exist has a normal line in which an arbitrary plane among the plurality of planes intersects with all the other planes. It suffices to have normals that intersect all the planes. Therefore, for example, as shown in FIG. 1G, the
これらの例に限らず、本発明の範囲内にはさまざまな変形例が存在することは言うまでもない。例えば、図3に示すように、金属構造体201が存在する平面を有する基体202を複数組み合わせて、検体の流路を形成するようにしても良い。
Needless to say, the present invention is not limited to these examples, and various modifications exist within the scope of the present invention. For example, as shown in FIG. 3, a sample flow path may be formed by combining a plurality of
いずれの例においても、本発明の検出素子を測定に用いる場合、素子に入射した検出光は金属構造体が存在する平面を複数通過した後に素子から出射することになる。そのような構成とすることによって、前記検出光が金属構造体に吸収される頻度が多くなり、金属構造体近傍の微小な屈折率変化による僅かなスペクトル変化を、安定的かつ高感度に検出することが可能となる。 In any example, when the detection element of the present invention is used for measurement, the detection light incident on the element is emitted from the element after passing through a plurality of planes where the metal structure exists. By adopting such a configuration, the detection light is frequently absorbed by the metal structure, and a slight spectral change due to a minute refractive index change in the vicinity of the metal structure is detected stably and with high sensitivity. It becomes possible.
なお、本発明において、金属構造体を基体の平面に存在させる大きな効果の一つは、検出素子の製造が容易になる点である。より具体的には、平面であることにより、金属構造体同士を離間させたパターンの形成や、金属構造体を固定化させるための基体の下地処理などを容易に行うことができる。
また、本発明の検出素子は、検出素子表面(より好ましくは金属構造体表面)に検体中の標的物質を選択的に捕捉する捕捉体を有することが好ましい。捕捉体を有することにより、検体中の標的物質の有無もしくは濃度を検出することが可能となる。
In the present invention, one of the great effects of allowing the metal structure to exist on the plane of the substrate is that the detection element can be easily manufactured. More specifically, when the surface is flat, it is possible to easily form a pattern in which the metal structures are separated from each other, or to perform a base treatment of a base for fixing the metal structures.
In addition, the detection element of the present invention preferably has a capturing body that selectively captures the target substance in the specimen on the surface of the detection element (more preferably, the surface of the metal structure). By having the capturing body, it is possible to detect the presence or absence or concentration of the target substance in the specimen.
以下、図1に示した検出素子100を構成する各部について詳細に説明する。
Hereinafter, each part which comprises the
(基体)
基体102は、複数の金属構造体101を設けるための平面104を有するものであれば如何なるものでも良い。その中でも特に、検出光の透過を阻害しないものが良いため、検出光に対する透過率が高い材料で構成することが好ましい。検出光に対する透過率が高い材料としては、例えば、シリカ、石英、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、ポリスチレンなどが挙げられる。また、基体102は複数の層の積層構造であっても良く、前述した材料の層を積層して形成したものであっても良い。また、基体の形状は、一般的には、直方体形状などの多面体形状を有することが好ましく、より一般的には平板状(これも直方体の一種である)とすることができる。また、基体の形状はこれらに限られず、図3のように、金属構造体201が存在する基体202が櫛型形状をなしており、金属構造体が存在する平面204を有する基体202同士が連結していても良い。
(Substrate)
As long as the base |
(金属構造体が存在する平面)
複数の金属構造体が存在する平面104は、基体102が有する表面の一部である。
複数の金属構造体が存在する平面104は、例えば、図1の(a)〜(d)に示すように、平板状の基体102が有する平面のうち最大面積を有する二つの表面(以下、基体が有する面のうち二つの対向する面が他の面と比べて大面積である場合、これらの対向する二面のそれぞれを「主面」ということにする)とすることができる。ここで、本発明において「平面」とは、表面粗さが5nm以下の平らな面(曲面ではない)のこととする。なお、前述したように、一般的には、基体102の形状は、直方体形状などの多面体形状を有するため、該多面体の一表面を金属構造体が存在する平面とすることができる。また、より一般的には、基体102は、平板状であるため、平板状の基体の一表面とすることができる。
(Plane where the metal structure exists)
A
For example, as shown in FIGS. 1A to 1D, the
もっとも、金属構造体が存在する平面は多面体の一表面である必要はない。少なくとも基板のうち検出光が通過する領域が金属構造体の存在する平面を含んでいれば良い。もちろん、基体の表面全てが平面形状である必要はない。 However, the plane on which the metal structure exists does not have to be one surface of the polyhedron. It suffices that at least the region of the substrate through which the detection light passes includes a plane on which the metal structure exists. Of course, it is not necessary that the entire surface of the substrate has a planar shape.
また、後述するように、金属構造体が存在する平面を有する基体は、検体と外界との境界領域となっているとは限らない。言い換えると、該基体の両側(基体によって分けられる領域のいずれも)が検体収容部となっていてもかまわない。この場合、測定時には、該基体の両側に検体が存在することになる。 Further, as will be described later, a substrate having a flat surface on which a metal structure exists is not necessarily a boundary region between the specimen and the outside. In other words, both sides of the base (both of the areas divided by the base) may be the specimen storage section. In this case, at the time of measurement, the specimen exists on both sides of the substrate.
また、図1の(d)のように金属構造体が存在する平面104が対向して存在し、平面104で挟み込んで検体収容部を構成し、該検体収容部に検体を流して用いる場合、前記平面同士の間隔は300nm〜1mmであることが好ましい。する場合、前記平面104同士の間隔は・・・〜・・・(上限下限を規定してください)であることが好ましい。これは、金属構造体が存在する平面104の間隔が狭すぎると、各金属構造体101が有するプラズモン同士が相互作用し、空間的な電場の分布・強度に影響を及ぼしてしまい、センサー感度が低下してしまう可能性があるからである。また、間隔が広すぎると、金属構造体の密度が低いことにより信号強度が弱くなる場合があるからである。また、同様の理由により、基体の両面が金属構造体が存在する平面である場合は、前記基体の金属構造体被形成面に垂直な方向の厚さは・・・(上限下限を規定してください)であることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 1 (d), when the
また、図1の(d)のように金属構造体が存在する平面104が対向して存在し、平面104で挟み込んで検体収容部を構成し、該検体収容部に検体を流して用いる場合、前記平面同士の間隔は300nm〜1mmであることが好ましい。これは、金属構造体が存在する平面104の間隔が狭すぎると、各金属構造体101が有するプラズモン同士が相互作用し、空間的な電場の分布・強度に影響を及ぼしてしまい、センサー感度が低下してしまう可能性があるからである。また、間隔が広すぎると、間隔が広すぎると検体中の標的物質と金属構造体の表面に存在する捕捉体との反応効率が低下してしまうからである。なお、反応効率が低下することなく、かつ検体が流れやすい前記平面同士の距離を考えると、20μm〜200μmとすることがより好ましい。
Further, as shown in FIG. 1 (d), when the
(検体収容部)
検体収容部103は、検体を収容する役割を有するとともに、検出素子が捕捉体を有する場合は、検体と検出素子の捕捉体とが接する場としての役割を有するものである。検体収容部103は、金属構造体が存在する平面104の一部によって少なくとも一部が構成される空隙のことである。より詳細には、検体収容部103は、基体102の金属構造体101が存在する平面104のうち金属構造体101が存在しない部分の少なくとも一部と、金属構造体101の前記平面104に接していない表面とで前記検体収容部103の少なくとも一部が構成されている。更に具体的に示すと、検体収容部103は、例えば、図1(a)、(d)、(f)に示す例では、基体102の金属構造体101が存在する平面104のうち金属構造体101が存在しない部分と、金属構造体101の前記平面104に接していない表面とで構成される部分同士で挟まれた空隙のことである。また、図1(e)に示す例では、基体102の金属構造体101が存在する平面104のうち金属構造体101が存在しない部分と金属構造体101の前記平面104に接していない表面で構成される部分と、前記基体とは異なる基体の金属構造体が存在しない平面106で挟まれる空隙のことである。また、図1(b)および(c)に示す例では、基体102の金属構造体101が存在する平面104のうち金属構造体101が存在しない部分と基体以外のもの(例えば検出素子100が流路の内部に存在する場合の流路の壁面など)で挟まれた空隙のことである。
(Sample storage part)
The
なお、前述したように、検体収容部103は空隙であるため、「Aが検体収容部103の少なくとも一部を構成する」とは、A(Aが厚みを有する場合はAの表面)が検体収容部103と検体収容部以外の部分との境界に存在し、Aは検体収容部には含まれないという意味である。
As described above, since the
なお、基体と金属構造体との間に接着層などの層が存在する場合は、基体が積層構造を有しているものと考え、該層の表面が金属構造体が存在する平面の少なくとも一部を構成していると考えるものとする。すなわち、基体が有する前記層のうち金属構造体が存在している部分が、基体の金属構造体が存在する平面のうち金属構造体が存在する部分とする。また、基体が有する前記層のうち金属構造体が存在しない部分が基体の金属構造体が存在する平面のうち金属構造体が存在しない部分とする。 When a layer such as an adhesive layer exists between the base and the metal structure, the base is considered to have a laminated structure, and the surface of the layer is at least one of the planes on which the metal structure exists. Suppose that it constitutes a part. That is, a portion where the metal structure is present in the layer of the substrate is a portion where the metal structure is present on a plane where the metal structure of the substrate is present. Further, a portion where the metal structure does not exist in the layer of the base is a portion where the metal structure does not exist in a plane where the metal structure of the base exists.
また、検出素子は、複数の基体を用いて、前記金属構造体が存在する面に垂直な面同士を接着剤などにより連結させて構成する、もしくは前記面を検体の流路の壁面に固定させる構成とすることもできる。そのような場合、検体収容部は、基体の金属構造体が存在する平面のうち金属構造体が存在しない部分の少なくとも一部と、金属構造体が前記平面に接していない表面と、接着層とで前記検体収容部の少なくとも一部が構成されることになる。 In addition, the detection element is configured by using a plurality of substrates and connecting surfaces perpendicular to the surface on which the metal structure exists with an adhesive or the like, or fixing the surface to the wall surface of the sample flow path. It can also be configured. In such a case, the specimen container includes at least a part of a plane where the metal structure of the base is present, a surface where the metal structure is not in contact with the plane, an adhesive layer, Thus, at least a part of the specimen storage unit is configured.
また、検体収容部103は検体を移動させない状態で保持する構成(いわゆるバッチ系の構成)を有していてもよいが、検体を移動させる状態で保持する構成を有していることが好ましい。すなわち、検体収容部103は検体が通過する流路の一部であることが好ましい。この場合、検体収容部に検体を流通させながら検出光を照射しても良いし、検体の流通を遮断してから検出光を照射しても良い。
In addition, the
また、検体収容部が流路の一部である場合、図4(a)に示すように、検出素子200自体を流路205内に設置しても良いし、図4(b)に示すように検出素子200が有する検体収容部203自体で流路の少なくとも一部を形成しても良い。ここで、206は流入口を示し、207は流出口を示す。
When the specimen storage part is a part of the flow path, the
なお、検体収容部203で流路を形成すると、検体の検出素子200への導入や、必要に応じた検出素子200の洗浄を、簡便に行えるため好ましい。例えば、図4(b)の例では、流入口206、流出口207を用いて検体の導入および洗浄を行うことができる。なお、捕捉体は、本発明の検出装置に検出素子をセットする前に固定しても良いし、検出素子をセットした後に固定しても良い。
Note that it is preferable to form a flow path in the
(金属構造体)
本発明における金属構造体は、前記平面上に互いに隔離されて配設されるものであれば如何なるものでも良い。
(Metal structure)
The metal structure in the present invention may be any metal structure as long as it is disposed on the plane so as to be isolated from each other.
金属構造体を構成する金属は、本発明の好適な測定方法である局在表面プラズモン共鳴法との関連で言えば、プラズモン共鳴を示す金属であることが好ましい。具体的には、金、銀、銅、アルミニウム、白金、亜鉛、これらの元素の二種以上からなる合金、これらの元素の少なくとも一種を含む合金を挙げることができる。より好ましくは、局在表面プラズモン共鳴を顕著に示す金や銀が挙げられる。 The metal constituting the metal structure is preferably a metal exhibiting plasmon resonance in the context of the localized surface plasmon resonance method which is a preferred measurement method of the present invention. Specific examples include gold, silver, copper, aluminum, platinum, zinc, an alloy composed of two or more of these elements, and an alloy containing at least one of these elements. More preferably, gold | metal | money and silver which show a localized surface plasmon resonance notably are mentioned.
また、金属構造体の形状は、球形、略球形といった多面でない形状、球形状あるいは略球形状の一部を切り取った形状、円柱、多角柱、円錐、角錐、厚さを持ったリング形状、厚さを持った井型や田型形状などの種々の多面体形状などが挙げられる。金属構造体として金属粒子を用いることもできる。なお、金属粒子は真球である必要はなく、多面体などであってもよい。 In addition, the shape of the metal structure can be a spherical shape, a non-polyhedral shape such as a spherical shape, a spherical shape or a shape obtained by cutting a part of a substantially spherical shape, a cylindrical shape, a polygonal column, a cone, a pyramid, a ring shape with a thickness, Various polyhedron shapes such as well-shaped well-shaped and paddy-shaped shapes can be mentioned. Metal particles can also be used as the metal structure. The metal particles do not have to be true spheres, and may be polyhedrons.
ここで、金属構造体として金属粒子を用いる場合には、金属コロイドや誘電体を核に有するコアシェル型金属粒子などを用いてもよい。コアシェル型金属粒子の例としては、図6(a)に示すような、金属微粒子の断面が、金属コア(金属コロイド)401、誘電体シェル層402、金属シェル層403からなるシェル構造をした粒子が例として挙げられる。もっともシェル層の層数、材質、積層順序、金属粒子の形状等は、これに限定されるものではない。
Here, when metal particles are used as the metal structure, core-shell type metal particles having a metal colloid or a dielectric as a core may be used. As an example of the core-shell type metal particle, as shown in FIG. 6A, a particle having a shell structure in which a cross section of a metal fine particle includes a metal core (metal colloid) 401, a
金属構造体が金属微粒子である場合である場合には、その大きさは一般的には金属微粒子と呼んでも良い大きさであり、直径は10nm以上500nm以下であることが好ましい。金属粒子が真球でない場合、市販の粒径測定装置によって得られた粒径を直径とみなす。 When the metal structure is a metal fine particle, the size is generally a size that may be called a metal fine particle, and the diameter is preferably 10 nm or more and 500 nm or less. When the metal particle is not a true sphere, the particle diameter obtained by a commercially available particle size measuring apparatus is regarded as the diameter.
また、製法に着目して述べれば、発明の金属構造体うちいくつかの例は金属パターンとも呼びうる。なお、製造を容易にするとともに、歩留まりを向上させるという観点からは、図5(b)や図5(c)に示すように金属構造体として金属パターンを基体上に形成することが好ましい。なお、図5(a)に示す例は、平板状の基体302の二つの主面上に金属微粒子301を形成した検出素子の例であり、図5(b)および(c)は、平板状の基体302の二つの主面上に金属パターンからなる金属構造体303を形成した検出素子の例である。金属構造体として、金属微粒子を用いるよりも金属パターンを用いた方が良い理由は以下である。図5(a)にあるように、金属微粒子を用いた場合には、部分的な凝集が偶発的に起こることが考えられる。その場合、単一の金属微粒子とは異なる特性を示すため、検出されるスペクトルのばらつきが生じてしまい、センサー感度が低下する恐れがある。一方、金属パターンを有する素子を用いた場合、上記のような凝集を防ぎ、金属微小構造体同士の間隔を調節できるため、検出されるスペクトルの特性を制御することが容易になる。具体的にはスペクトルの精度が向上する。
Further, when focusing attention on the manufacturing method, some examples of the metal structure of the invention can be called metal patterns. From the viewpoint of facilitating the production and improving the yield, it is preferable to form a metal pattern as a metal structure on the substrate as shown in FIGS. 5B and 5C. The example shown in FIG. 5A is an example of a detection element in which metal
また、図5(c)に示す例は、図5(b)に示す例と類似する例であるが、金属構造体304は扁平状の形状を有している点で図5(b)に示す例と異なる。金属パターンとしては、扁平状の形状をなすものであることが好ましい。これは、金属構造体は、アスペクト比が小さいほど、周囲の屈折率変化に対するプラズモン共鳴条件の変化が大きくなるからである。なお、ここでの「金属構造体のアスペクト比」とは、基板の金属構造体被形成面に垂直な面で金属構造体を切断した断面において、基板の金属構造体被形成面に垂直な方向に存在する線分のうちの最も長い線分の長さを、金属構造体被形成面に平行でありかつ前記金属構造体被形成面に垂直な方向に存在する線分に垂直に存在する線分のうち最も長い線分の長さで割ったものとする。また、扁平状の形状とは、平たい形状のことであり、本発明においては、アスペクト比が2分の1以下のもののこととする。さらに好ましくは、4分の1以下であることが好ましい。
Further, the example shown in FIG. 5C is an example similar to the example shown in FIG. 5B, but the
また、金属パターンの形状のその他の例としては、図6(b)〜(j)に示すようなものが挙げられる。ここで、図6は、金属構造体を、基板の金属構造体被形成面と平行な面で切断した断面図である。 Other examples of the shape of the metal pattern include those shown in FIGS. 6B to 6J. Here, FIG. 6 is a cross-sectional view of the metal structure cut along a plane parallel to the metal structure formation surface of the substrate.
なお、金属構造体を平面上に種々の成膜法を用いて作製する場合、その大きさは粒径測定装置で測定することは困難である。このような場合の金属構造体の好ましい大きさは以下のとおりである。まず、好ましい厚さ(金属構造体が形成される平面と垂直な方向の平均の厚さ)は、10nm以上100nm以下である。また、大きさ(金属構造体が形成される平面と平行な平面での金属構造体における任意の2点間の距離の最大値)は、10nm以上1450nm以下であることが好ましく、50nm以上450nm以下であることがより好ましい。 In addition, when producing a metal structure on a plane using various film-forming methods, it is difficult to measure the size with a particle size measuring apparatus. The preferable size of the metal structure in such a case is as follows. First, a preferable thickness (an average thickness in a direction perpendicular to a plane on which the metal structure is formed) is 10 nm or more and 100 nm or less. The size (maximum value of the distance between any two points in the metal structure in a plane parallel to the plane on which the metal structure is formed) is preferably 10 nm or more and 1450 nm or less, and 50 nm or more and 450 nm or less. It is more preferable that
金属構造体同士の間隔(隣り合う金属構造体間の最短距離)は、好ましくは50nm以上2μm以下、より好ましくは150nm以上1μmである。金属構造体が存在する平面同士の間隔についての記載において述べたように、金属構造体間の間隔が狭すぎると、各金属構造体が有するプラズモン同士が相互作用し、空間的な電場の分布・強度に影響を及ぼしてしまう。その結果、センサー感度が低下してしまう可能性がある。また、間隔が広すぎると、金属構造体の密度が低いことにより信号強度が弱くなるため、感度を高くするためには特殊な光学系が必要となってしまう。 The distance between metal structures (the shortest distance between adjacent metal structures) is preferably 50 nm or more and 2 μm or less, and more preferably 150 nm or more and 1 μm. As described in the description of the distance between the planes where the metal structures exist, if the distance between the metal structures is too narrow, the plasmons of each metal structure interact with each other, and the spatial electric field distribution / It will affect the strength. As a result, the sensor sensitivity may decrease. On the other hand, if the distance is too wide, the signal intensity becomes weak because the density of the metal structure is low, and therefore a special optical system is required to increase the sensitivity.
また、基体上にある程度の大きさの平面が存在しなければ(基体がある程度の大きさの平面を有さなければ)、金属パターンを形成することは困難となる。したがって、検出素子の製造を容易にするという観点からも、金属構造体を存在させるための平面が重要となる。 Further, if there is no plane having a certain size on the substrate (if the substrate does not have a plane having a certain size), it is difficult to form a metal pattern. Accordingly, a plane for allowing the metal structure to exist is also important from the viewpoint of facilitating the production of the detection element.
以下、捕捉体および標的物質について説明する。 Hereinafter, the capturing body and the target substance will be described.
(捕捉体及び標的物質)
捕捉体は金属構造体表面もしくは金属構造体の近傍に配置される。
捕捉体としては、標的物質を選択的ないし特異的に捕捉するものであれば特に限定なく利用できる。なお、「標的物質を選択的に捕捉する」とは、複数の物質を捕捉するものの、標的物質を捕捉する力が特に強いことであり、「標的物質を特異的に捕捉する」とは標的物質のみ捕捉することである。
(Capturer and target substance)
The capturing body is disposed on the surface of the metal structure or in the vicinity of the metal structure.
Any capture body can be used without particular limitation as long as it captures a target substance selectively or specifically. Note that “selectively capture target substances” means that a plurality of substances are captured, but the ability to capture target substances is particularly strong, and “specifically capture target substances” means target substances. Is only to capture.
本発明における捕捉体としては、高分子化合物の三次元構造を利用して標的物質の形状、大きさなどを認識するもの、水素結合、配位結合、静電的相互作用、疎水場などを利用して標的物質を認識するものなどが挙げられる。また、これらの構造、結合、作用などのうちのいくつかを複合的に利用して標的物質を認識するものであっても良い。このように本発明及び本明細書における「捕捉」は種々の相互作用を用いた物質認識一般を広く包含する概念である。また、捕捉体によって捕捉される標的物質は、分子やイオンといった比較的小さいものだけではなく、分子の集合体や細胞などであってもよい。 As the capturing body in the present invention, one that recognizes the shape and size of the target substance using the three-dimensional structure of the polymer compound, hydrogen bond, coordination bond, electrostatic interaction, hydrophobic field, etc. are used. And those that recognize the target substance. Further, some of these structures, bonds, actions, etc. may be used in combination to recognize the target substance. As described above, “capture” in the present invention and the present specification is a concept that broadly encompasses general substance recognition using various interactions. In addition, the target substance captured by the capturing body is not limited to a relatively small substance such as a molecule or an ion, but may be an assembly of molecules or a cell.
標的物質と標的物質捕捉体との特異的な捕捉は、本発明の検出素子により捕捉の前後の物理的/化学的変化量を検出可能であればいかなる種類の相互作用によるものでもよい。好ましい相互作用としては、抗原−抗体反応、抗原−アプタマー(特定構造を有するRNA断片)相互作用、リガンド−レセプター相互作用、DNAハイブリダイゼーション、DNA−タンパク質(転写因子等)相互作用、レクチン−糖鎖相互作用、等が挙げられる。したがって、標的物質と標的物質捕捉体の組み合わせは、前記相互作用もしくは前記反応を行う組み合わせ(例えば、抗原−抗体など)とすることができる。 Specific capture between the target substance and the target substance capturing body may be based on any kind of interaction as long as the physical / chemical change amount before and after the capture can be detected by the detection element of the present invention. Preferred interactions include antigen-antibody reaction, antigen-aptamer (RNA fragment having a specific structure) interaction, ligand-receptor interaction, DNA hybridization, DNA-protein (transcription factor, etc.) interaction, lectin-sugar chain Interaction, etc. Therefore, the combination of the target substance and the target substance capturing body can be a combination (for example, an antigen-antibody) that performs the interaction or the reaction.
標的物質は、上記の相互作用などの任意の相互作用によって捕捉体に選択的ないし特異的に捕捉されることで、本発明の検出素子により検出されるものであれば、いかなる物質も検出対象となる。 Any target substance can be detected as long as it is detected by the detection element of the present invention by being selectively or specifically captured by the capturing body by any interaction such as the above-described interaction. Become.
標的物質および捕捉体の代表例としては、生体関連物質が挙げられる。生体関連物質としては、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質から選択される生体関連分子及びそれらの複合体が挙げられる。より具体的には、DNA、RNA、アプタマー、遺伝子、染色体、細胞膜、ウイルス、抗原、抗体、レクチン、ハプテン、ホルモン、レセプタ、酵素、ペプチドの何れかから選択された物質が、本発明の捕捉体または標的物質として好ましい例として挙げられる。また、前記の「生体物質」を産生する細菌や細胞そのものも、「生体物質」として標的物質および捕捉体となり得る。 A typical example of the target substance and the capturing body is a biological substance. Examples of the biological substance include biological molecules selected from nucleic acids, proteins, sugar chains, lipids, and complexes thereof. More specifically, a substance selected from any of DNA, RNA, aptamer, gene, chromosome, cell membrane, virus, antigen, antibody, lectin, hapten, hormone, receptor, enzyme, and peptide is the capturing body of the present invention. Or it is mentioned as a preferable example as a target substance. In addition, bacteria and cells themselves that produce the “biological substance” can also become a target substance and a capturing body as the “biological substance”.
次に、前記検出素子を用いた検出装置について説明する。
図7(a)〜(b)は本発明における検出装置の構成の一例を示す概念図である。本例の検出装置は、検体の特性を光学検出する装置であって、前記検出素子500と、前記検出素子500に検出光505を照射する光源504と、前記検出素子500を透過した光(透過光)507を受光する受光素子506と、前記受光により得られる信号から、検体の特性を求める演算装置(不図示)とを有している。
Next, a detection apparatus using the detection element will be described.
7A and 7B are conceptual diagrams showing an example of the configuration of the detection apparatus according to the present invention. The detection apparatus of this example is an apparatus that optically detects the characteristics of a specimen, and includes the
検出素子500は図3に示した素子と同様のものであり、金属構造体502が存在する平面501を有する基体503を複数組み合わせたものである。図中508は検体の流入口、509は検体の流出口であり、流入口508から流出口509に至る空隙が検体の流路の一部(検体収容部512)となっている。また、金属構造体502の表面に検体中の標的物質を捕捉する捕捉体(図示せず)を固定する。
The
本発明における検出装置に関して上述の構成を用いることにより、検体中の標的物質を検出する操作を連続的に行うことが可能となる。つまり、標的物質を捕捉する捕捉体を検出素子500に固定して、標的物質を含む検体を検出素子500に投入し、検出光505を照射することで、検体中の標的物質に関する濃度等の量的情報を検出するまでの一連の工程を行うための手段を一つの装置に付与することが可能となる。
By using the above-described configuration for the detection apparatus according to the present invention, an operation for detecting a target substance in a specimen can be continuously performed. In other words, a capturing body that captures a target substance is fixed to the
以下、図7に示す検出装置500を構成する、光源504、受光素子506、演算装置(図示せず)に関して順に説明する。
Hereinafter, the
(光源)
本発明に用いられる検出光は金属構造体とプラズモン共鳴を起こす波長帯であればいかなるものでも良い。したがって、光源としては、レーザー、LED等の種々のものが用いられうる、好ましい光源としては、広帯域な白色光源である、ハロゲンランプ、タングステンランプ、キセノンランプ等が挙げられる。なお、本発明の検出装置は光源と検出素子との間に種々の光学系を有していても良い。そのような光学系の例としては、検出素子への検出光(図7(a)に示す例では光源の出射光505でもある)の照射領域を調整するためのレンズ光学系、コリメートするための光学系(コリメーター)、検出光を偏光させるための偏光板、モノクロメーター等の分光光学系が挙げられる。図7(b)に示す検出装置は、光源504と検出素子501との間にモノクロメーターからなる分光光学系510を設けた例である。それにより、光源の出射光505を単色光511として検出素子に入射させている。その他の点は図7(a)に示す装置と同じである。
(light source)
The detection light used in the present invention may be any wavelength as long as it causes a plasmon resonance with the metal structure. Accordingly, various light sources such as lasers and LEDs can be used as the light source. Preferred light sources include a broadband white light source such as a halogen lamp, a tungsten lamp, and a xenon lamp. The detection apparatus of the present invention may have various optical systems between the light source and the detection element. As an example of such an optical system, a lens optical system for adjusting an irradiation region of detection light to the detection element (in the example shown in FIG. 7A, also emitted
なお、光源504と検出素子500との間に限らず、検出光の光路中の任意の位置に種々の光学系を設けることが可能である。
Various optical systems can be provided at arbitrary positions in the optical path of the detection light, not limited to between the
(受光素子)
受光素子506は検出素子500を透過した光507の特性を検出できる受光素子であればいかなるものでも良いが、検出に利用する特性変化に合わせて選択する必要がある。
(Light receiving element)
The
また、透過光の強度変化を検出する場合、フォトダイオードや光電子増倍管(PMT)などを受光素子として用いることができる。スペクトル変化を検出する場合は、分光光学系を用いた検出器(所謂、分光器)を用いることが好ましい。分光光学系を用いる場合、検出素子を透過した光をモノクロメーター、ポリクロメーター等の分光器に通すことで分光測定しても良い。なお、前述した図7(b)に示す例のように、モノクロメーター等の分光光学系510を用いて検出素子に照射する前に分光し、分光される波長を変化させ、透過光の強度を測定することでスペクトル測定を行っても良い。
When detecting a change in the intensity of transmitted light, a photodiode, a photomultiplier tube (PMT), or the like can be used as a light receiving element. When detecting a spectral change, it is preferable to use a detector (so-called spectroscope) using a spectroscopic optical system. When a spectroscopic optical system is used, spectroscopic measurement may be performed by passing light transmitted through the detection element through a spectroscope such as a monochromator or polychromator. Note that, as in the example shown in FIG. 7B described above, the light is split before irradiating the detection element using the spectroscopic
(演算装置)
本例の検出装置における演算装置は、上記受光素子506により得られる信号から、検体が検出素子500の金属構造体502に接触したことによる透過光特性の変化を演算する手段である。より具体的には、検体が検出素子500の金属構造体502に接触した際に、検体中の標的物質が捕捉体によって捕捉されたか否か、捕捉されたとするといかなる量の標的物質が捕捉されたか、を演算する。透過光507の強度を信号とする場合その強度変化を、透過光507のスペクトルを信号とする場合そのスペクトル変化を検出する手段であり、その特性変化を信号処理する機構が備わっていることが好ましい。信号処理によりその特性を定量評価できる機構が備わっていれば、さらに好ましい。このような機構としては、例えば、予め取得しておいた標的物質の量と透過光の特性変化の相関関係を示すデータと比較することで標的物質の量を演算することができるような機構が挙げられる。
(Arithmetic unit)
The arithmetic device in the detection apparatus of this example is means for calculating a change in transmitted light characteristics due to the contact of the specimen with the
なお、本発明の検出素子としては、金属構造体近傍で検出光が吸収される回数が最も多くなるため、図7のように、透過光を出射光とする構成が好ましい。しかしながら、検出光に金属構造体が存在する平面を複数回透過させた後に反射させて、反射光を出射光として検出する構成とすることも可能である。例えば、光源から最も離れた金属構造体が存在する平面を有する基板を反射率の高い材料で形成する構成とすることができる。そのような場合は、図7のように、検出素子を基準として受光素子を光源と反対側に存在させるのではなく、検出素子を基準として光源と同一側に存在させる。なお、検出光を検出素子に対して垂直もしくは略垂直に入射させ、金属構造体が存在する平面を複数回透過した反射光を出射光とする場合には、ビームスプリッターなどにより検出光と出射光を分けることも可能である。 In addition, since the detection element of this invention has the largest frequency | count of detection light being absorbed in the metal structure vicinity, the structure which uses transmitted light as emitted light like FIG. 7 is preferable. However, it is also possible to adopt a configuration in which the detection light is reflected as the outgoing light after being transmitted through the plane where the metal structure is present a plurality of times and then reflected. For example, a substrate having a flat surface on which a metal structure farthest from the light source exists can be formed of a highly reflective material. In such a case, as shown in FIG. 7, the light receiving element is not present on the side opposite to the light source with reference to the detection element, but is present on the same side as the light source with reference to the detection element. When the detection light is incident perpendicularly or substantially perpendicularly to the detection element and the reflected light that has been transmitted through the plane on which the metal structure is present a plurality of times is used as the outgoing light, the detection light and the outgoing light are output by a beam splitter or the like. Can also be separated.
また、本発明の検出装置は、演算結果を出力する装置(たとえば表示装置)を有していることが好ましい。演算結果を出力する装置は、演算装置とは別に存在しても良いし、演算装置と一体になっていてもよい。
次に、本発明における検出方法について説明する。
Moreover, it is preferable that the detection device of the present invention has a device (for example, a display device) that outputs a calculation result. The device that outputs the calculation result may exist separately from the calculation device, or may be integrated with the calculation device.
Next, the detection method in the present invention will be described.
本発明の検出方法は、
前述した検出素子に検体を導入する工程と、
前記検出素子が有する基体の互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面を横切るように前記検出素子に検出光を照射する工程と、
前記検出素子を出射した光を受光素子によって受光する工程と、
前記受光素子から出力される信号から、検体の特性を求める工程と、
を有する。
The detection method of the present invention comprises:
Introducing the sample into the detection element described above;
Irradiating the detection element with detection light so as to cross a plane on which a plurality of metal structures separated from each other of the base of the detection element exists;
Receiving light emitted from the detection element by a light receiving element;
Obtaining the characteristics of the specimen from the signal output from the light receiving element;
Have
例えば、前述した図7に示す例の検出装置を用いることによって、本発明の検出方法を実現することができる。 For example, the detection method of the present invention can be realized by using the detection apparatus of the example shown in FIG.
(実施例1)
実施例1について、図7、8を用いて説明する。
Example 1
Example 1 will be described with reference to FIGS.
<検出素子作製>
膜厚20nmの金薄膜を、予めTiの接着層を表面に施した0.725mm厚の石英基板上にスパッタリングにて形成する。金薄膜上にネガレジストを塗布し、これを電子線描画装置を用いて200nm×200nmの正方形状に露光し、正方形状のレジストパターンを形成する。このレジストをマスクとして、ICPエッチャを用いて、レジスト非被覆部の金薄膜および接着層をエッチングする。エッチング後マスクに用いたレジストをアッシャーにより除去する。この工程を経ることによって、図6(b)に示すような、200nm角の正方形状の孤立した金パターンを形成することで、互いに離間した複数の金属構造体が一主面に存在する基体を製作する。尚ここでは電子線描画装置をもちいたが、集束イオンビーム加工装置、X線露光装置、紫外線露光装置、エキシマ露光装置を用いてパターンを形成してもかまわない。また、ここでは、エッチングによる方法を記載したが、リフトオフ法で作製してもかまわない。
<Detection element fabrication>
A gold thin film with a thickness of 20 nm is formed by sputtering on a 0.725 mm thick quartz substrate having a Ti adhesive layer applied in advance to the surface. A negative resist is applied onto the gold thin film, and this is exposed to a square shape of 200 nm × 200 nm using an electron beam drawing apparatus to form a square resist pattern. Using this resist as a mask, the gold thin film and the adhesive layer in the resist non-covered portion are etched using an ICP etcher. After etching, the resist used for the mask is removed by an asher. By passing through this process, a base having a plurality of metal structures spaced apart from each other on one main surface is formed by forming a 200 nm square square gold pattern as shown in FIG. 6B. To manufacture. Although an electron beam drawing apparatus is used here, a pattern may be formed using a focused ion beam processing apparatus, an X-ray exposure apparatus, an ultraviolet exposure apparatus, or an excimer exposure apparatus. In addition, although the etching method is described here, it may be formed by a lift-off method.
このようにして得られた互いに離間した金からなる複数の金属構造体601が一主面に存在する基体602を3枚平行に並べて、図8に示すような検出素子600を作製する。 A detection element 600 as shown in FIG. 8 is manufactured by arranging three bases 602 each having a plurality of metal structures 601 made of gold separated from each other in parallel on one main surface.
<検出装置>
図9は本実施例の検出装置の構成図である。
光源であるハロゲンランプ701、検出素子700、および、受光素子である分光器708からなっている。また、検出素子700は図8の検出素子600と同一のものを示す。709は基体703が有する金属構造体が存在する平面であり、710は金属構造体が存在する平面709と金属構造体704と基体703によって構成される検体収容部である。なお、検出素子には流路の一部が形成されており、検体収容部710が流路の一部となっている。検体の導入や洗浄のための流入口705、流出口706が設けられている。また、704は金からなる金属構造体であり、702は検出素子への検出光、707は検出素子を透過した光(透過光)である。
<Detection device>
FIG. 9 is a configuration diagram of the detection apparatus of this embodiment.
It consists of a
<検出方法>
図10を用いて、本実施例における検出方法について詳細に説明する。
検出素子の流入口801と流出口802と流路の他の部分(送液ポンプ805と結合した部分、及び廃液リザーバ809と結合した部分)とを図10に示すように結合する。また、分光器(受光素子)を有する検出器803と光源としてハロゲンランプを用いた光源ユニット804との光軸上に反応領域(金属構造体が存在する領域)806が位置するように検出素子の位置を配置する。この状態であらかじめ、反応前のスペクトルを、分光器を用いて検出する。その後に送液ポンプ805を駆動し、金と親和性の高いチオール基を持つ11−Mercaptoundecanoic acidのエタノール溶液を素子内(検体収容部内)に供給し、金からなる金属構造体を表面修飾する。その後、N−Hydroxysulfosuccinimide(同仁化学研究所社製)水溶液と1−Ethyl−3−[3−dimethylamino]propyl]carbodiimide hydrochloride(同仁化学研究所社製)水溶液を素子内(検体収容部内)に供給する。これにより、金属構造体表面にスクシンイミド基が露出する。続いて、固定する抗体として、標的物質であるヒトCRPを特異的に捕捉する抗ヒトCRP抗体を加えたトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)を流入することで抗ヒトCRP抗体を検出素子に固定させる。次に、ヒトCRPを既定量検出素子の反応領域806に供給し、ヒトCRPと抗ヒトCRP抗体の抗原抗体反応により、標的物質であるヒトCRPを抗ヒトCRP抗体によって捕捉させる。反応後、分光器により、スペクトルを測定する。この際のスペクトルと反応前のスペクトルを演算装置である中央演算子808で比較する。この差が、検出素子近傍に標的物質が捉えられたことによる、検出素子の局在プラズモン共鳴状態の変化となっている。この局在プラズモン共鳴状態の変化は、表示装置である表示ユニット807に表示される。
<Detection method>
The detection method in the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 10, the inlet 801 and the
本実施例では、中央演算子808によってスペクトルの変化度合いから標的物質の濃度を求め、表示ユニット807に表示する。スペクトルの変化と標的物質濃度の関係については、あらかじめ、既知の複数濃度の標準検体を用いて、スペクトル変化と濃度の関係を取得しておく。さらに、この関係をもとに検量線を作成するなどして、スペクトル変化と濃度の関数を求めておく。この関数を用いて、実際の計測時には、スペクトル変化をもとに濃度が未知の標的物質の濃度をもとめることができる。なお、ここではスペクトルの変化と記載したが、このスペクトル変化は、スペクトルピークの変化(吸光度の最大値をもつ波長の変化)でもよいし、スペクトルの波形のピークの半値幅等のピーク形状の変化を用いてもよい。さらには、一つあるいは、複数の波長点での光強度を用いても構わない。
In this embodiment, the concentration of the target substance is obtained from the degree of change of the spectrum by the
(実施例2)
実施例2について、図10、11を用いて説明する。
(Example 2)
Example 2 will be described with reference to FIGS.
<検出素子作製>
予め全面がアミノ基で修飾されたガラス基板901(松浪ガラス社製)を、平均粒径40nmの金微粒子902の溶液(田中貴金属社製)溶液に24時間浸漬し、純水で洗浄した後チッソガスで乾燥させる。
<Detection element fabrication>
A glass substrate 901 (manufactured by Matsunami Glass Co., Ltd.) whose entire surface has been modified with amino groups in advance is immersed in a solution of gold
その後、以下の手順で、標的物質を捕捉する捕捉体を金微粒子の表面に固定させる。まず、金と親和性の高いチオール基を持つ、11−Mercaptoundecanoic acidのエタノール溶液を加え金微粒子を表面修飾する。その後、N−Hydroxysulfosuccinimide(同仁化学研究所社製)水溶液と1−Ethyl−3−[3−dimethylamino]propyl]carbodiimide hydrochloride(同仁化学研究所社製)水溶液と接触させる。これにより、金微粒子表面にスクシンイミド基が露出する。続いて、固定する抗体として、標的物質であるヒトCRPを特異的に捕捉する抗ヒトCRP抗体を加えたトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)を滴下する。金微粒子表面上に配置された前記スクシンイミド基と抗ヒトCRP抗体のアミノ基を反応させることにより、抗ヒトCRP抗体903を金微粒子902表面上に固定する。金微粒子表面上の未反応のスクシンイミド基は、Hydroxylamine Hydrochlorideを添加して脱離させる。このようにして得られる図11のような、捕捉体である抗ヒトCRP抗体903が固定化された金微粒子が互いに対向する二つの主面に形成された基板を検出素子の一部とする。
Thereafter, the capturing body for capturing the target substance is fixed to the surface of the gold fine particles by the following procedure. First, an ethanol solution of 11-Mercaptodecanoic acid having a thiol group having a high affinity for gold is added to modify the surface of the gold fine particles. Thereafter, the solution is brought into contact with an aqueous solution of N-Hydroxysulfuccinimide (manufactured by Dojindo Laboratories) and an aqueous solution of 1-Ethyl-3- [3-dimethylamino] propyl] carbohydrate hydride (manufactured by Dojindo Laboratories). Thereby, the succinimide group is exposed on the surface of the gold fine particles. Subsequently, a Tris-HCl buffer solution (pH 8.0) to which an anti-human CRP antibody that specifically captures human CRP as a target substance is added as an antibody to be immobilized is dropped. The
そして、図12に示すように、このような基板1005(図11の抗ヒトCRP抗体903が固定化された金微粒子が互いに対向する二つの主面に形成された基板と同じもの)の両面のそれぞれに、一条の溝を設けたポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane:以下、PDMSとする)チップ1007を配することによって検出素子1003を形成する。この溝を基板1005側に配することによって、検体収容部(流路の一部)1006を形成することができる。なお、検体収容部1006の一部が反応領域1004となる。
Then, as shown in FIG. 12, both surfaces of such a substrate 1005 (the same as the substrate formed on the two main surfaces on which the gold fine particles on which the
<検出装置構成>
引き続き、図12を用いて、本実施例で用いる検出装置の構成について説明する。
本例の検出装置は光源である発光中心波長が532nmの緑色半導体レーザー1001、検出素子1003、および、透過光の受光素子としてフォトダイオード1008を有している。これらは、検出光1002が反応領域1004に照射されるように、かつ検出素子を透過した光(透過光)1009がフォトダイオード1008に入射するように、配置されている。
<Detection device configuration>
Next, the configuration of the detection apparatus used in this example will be described with reference to FIG.
The detection apparatus of this example includes a
<検出方法>
本実施例も、実施例1と同様の検出方法を経ることにより、標的物質を検出することができる。ただし、本実施例の場合、光源ユニットには半導体レーザーが、受光素子にはフォトダイオードが用いられる。
<Detection method>
In this example as well, the target substance can be detected through the same detection method as in Example 1. However, in this embodiment, a semiconductor laser is used for the light source unit, and a photodiode is used for the light receiving element.
また、本実施例の場合、既に金微粒子に標的物質捕捉体として抗ヒトCRP抗体が固定されているため、検出時には抗ヒトCRP抗体を固定する工程が省かれる。 In the present example, since the anti-human CRP antibody is already immobilized on the gold microparticle as a target substance capturing body, the step of immobilizing the anti-human CRP antibody is omitted during detection.
100 検出素子
101 金属構造体
102 基体
103 検体収容部
104 金属構造体が存在する平面
105 検出光
106 金属構造体が存在しない平面
200 検出素子
201 金属構造体
202 基体
203 検体収容部
204 金属構造体が存在する平面
205 流路
206 流入口
207 流出口
301 金属微粒子
302 基体
303 金属パターンからなる金属構造体
304 扁平状の形状を有する金属パターンからなる金属構造体
401 金属コア
402 誘電体シェル層
403 金属シェル層
500 検出素子
501 金属構造体が存在する平面
502 金属構造体
503 基体
504 光源
505 検出光(光源の出射光)
506 受光素子
507 透過光(検出素子を透過した光)
508 流入口
509 流出口
510 分光光学系
511 単色光
512 検体収容部
600 検出素子
601 金の金属構造体
602 基体(石英基板)
700 検出素子
701 ハロゲンランプ
702 入射光
703 基体
704 金からなる金属構造体
705 流入口
706 流出口
707 透過光
708 分光器
709 金属構造体が存在する平面
710 検体収容部
801 流入口
802 流出口
803 検出器
804 光源ユニット
805 送液ポンプ
806 反応領域
807 表示ユニット
808 中央演算子
809 廃液リザーバ
901 アミノ基で修飾されたガラス基板
902 金微粒子
903 抗ヒトCRP抗体
1001 緑色半導体レーザー
1002 入射光
1003 検出素子
1004 反応領域
1005 基板
1006 液状検体収容部(流路の一部)
1007 PDMSチップ
1008 フォトダイオード
1009 透過光
DESCRIPTION OF
506
508
700
1007
Claims (10)
前記検出素子が、
互いに離間した複数の金属構造体と、
前記互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面を有する基体と、
前記平面の一部によって少なくとも一部が構成される検体収容部とを有し、
前記平面が複数存在し、
前記複数の平面のうちのいずれかの平面が、他の全ての平面と交わる法線を有していることを特徴とする検出素子。 A detection element that detects the characteristics of a specimen using detection light,
The detection element is
A plurality of metal structures spaced apart from each other;
A base having a plane on which a plurality of metal structures spaced apart from each other exist;
A specimen containing portion constituted at least in part by a part of the plane,
A plurality of said planes;
Any one of the plurality of planes has a normal line intersecting with all the other planes.
検出素子と、
前記検出素子に検出光を照射する光源と、
前記検出素子から出射した出射光を受光する受光素子と、
前記受光素子により得られる信号から検体の特性を求める演算装置と、
を有し、
前記検出素子が、
互いに離間した複数の金属構造体と、
前記互いに離間した複数の金属構造体が存在する平面を有する基体と、
前記平面の一部によって少なくとも一部が構成される検体収容部とを有し、
前記平面が複数存在し、
前記複数の平面のうちのいずれかの平面が、他の全ての平面と交わる法線を有していることを特徴とする検出装置。 A detection device for detecting a characteristic of a specimen,
A sensing element;
A light source for irradiating the detection element with detection light;
A light receiving element that receives outgoing light emitted from the detection element;
An arithmetic unit for obtaining characteristics of the specimen from a signal obtained by the light receiving element;
Have
The detection element is
A plurality of metal structures spaced apart from each other;
A base having a plane on which a plurality of metal structures spaced apart from each other exist;
A specimen containing portion constituted at least in part by a part of the plane,
A plurality of said planes;
Any one of the plurality of planes has a normal line intersecting with all the other planes.
前記検出素子が複数の前記平面を有し、
前記検体収容部に前記検体を導入する工程と、
前記複数の平面を横切るように前記検出素子に前記検出光を照射する工程と、
前記検出素子から出射した出射光を受光素子によって受光する工程と、
前記受光素子から出力される信号から検体の特性を求める工程と
を有することを特徴とする検出方法。 Using a detection element having a plurality of metal structures, a base having a plane on which the plurality of metal structures are spaced apart from each other, and a specimen containing portion at least partially constituted by a part of the plane A method for detecting the characteristics of a specimen,
The detection element has a plurality of the planes;
Introducing the sample into the sample container;
Irradiating the detection light to the detection element so as to cross the plurality of planes;
Receiving light emitted from the detection element by a light receiving element;
And a step of obtaining a specimen characteristic from a signal output from the light receiving element.
前記複数の平面が検出光の進行経路内に存在し、前記複数の平面の各々における法線と前記検出光のなす角が20°以内となるように前記検出光を前記検出素子に照射する工程であることを特徴とする請求項9に記載の検出方法。 Irradiating the detection element with the detection light so as to cross the plurality of planes,
A step of irradiating the detection element with the detection light such that the plurality of planes are present in a traveling path of the detection light, and an angle formed between a normal line in each of the plurality of planes and the detection light is within 20 °. The detection method according to claim 9, wherein:
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