JP2009168735A - Detection element and detection method - Google Patents

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Yoichiro Iida
洋一郎 飯田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection element and a detection method capable of detection spectrum changes steadily at high sensitivity, and which utilizes plasmon resonance. <P>SOLUTION: By using a detection element comprising a base substance, a flat metallic structure provided on the surface of the base substance, fine metallic particles secured to the upper surface of the metallic structure and a capturing object to selectively and specifically capture target substances of the liquid analyte, the target substances in the liquid analyte are captured by fine metallic particles, further, captured on the surface of the metal structure of the detection element, and thus the detection sensitivity by using plasmon resonance is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、液状検体中の標的物質を検出するための検出素子、および検出方法に関する。   The present invention relates to a detection element and a detection method for detecting a target substance in a liquid 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。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 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. 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、金属微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 fine particles has been promoted as one method for meeting such requirements.

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。また、特許文献2には、金属微粒子への物質の吸着を検出するための構成として、アルミニウムを主成分とした材料を陽極酸化することにより形成されたアルミナ層の微細孔内に金属微粒子を配置した構成が開示されている。特許文献2においては、アルミナ層の微細孔内に配置された金属微粒子と試料溶液中の金属微粒子が、検出対象物質を介して近接することによるプラズモン共鳴波長の変化が測定される。
特許第03452837号公報 特開2005−195440号公報
In Patent Document 1, a change in the refractive index of a medium is detected by measuring a change in the absorption spectrum of light transmitted through the medium using plasmon resonance of the metal fine particles immobilized on the substrate, and the adsorption of the substance to the metal fine particles is performed. And a technique for detecting deposition. In Patent Document 2, as a configuration for detecting the adsorption of a substance to metal fine particles, the metal fine particles are arranged in the micropores of an alumina layer formed by anodizing a material mainly composed of aluminum. The configuration is disclosed. In Patent Document 2, the change in the plasmon resonance wavelength due to the proximity of the metal fine particles arranged in the micropores of the alumina layer and the metal fine particles in the sample solution through the detection target substance is measured.
Japanese Patent No. 03452837 JP 2005-195440 A

特許文献1におけるように基板上に金属微粒子を固定すると、金属微粒子同士がプラズモン相互作用を起こし、吸収スペクトルのピーク幅が広がってしまう。そのため、金属微粒子周囲の媒質の屈折率変化が小さい場合や、物質の吸着量が非常に少ない場合には、微小な吸収スペクトル変化を検出することが困難となる。このような基板上の金属微粒子同士のプラズモン相互作用を起こさないように、金属微粒子の固定密度を低くすると、吸収スペクトルの吸光度自体が小さくなってしまい、この場合も微小な吸収スペクトル変化を検出することが困難となる。   When metal fine particles are fixed on a substrate as in Patent Document 1, metal fine particles cause plasmon interaction, and the peak width of the absorption spectrum is widened. Therefore, it is difficult to detect a minute change in absorption spectrum when the refractive index change of the medium around the metal fine particles is small or when the amount of adsorption of the substance is very small. If the fixing density of the metal fine particles is lowered so that the plasmon interaction between the metal fine particles on the substrate does not occur, the absorbance itself of the absorption spectrum becomes small, and in this case also, a minute change in the absorption spectrum is detected. It becomes difficult.

一方、特許文献2には、基体の表面に半球状で露出する金属微粒子に対し、試料溶液中の金属微粒子が、基体表面の金属微粒子の最も上側や基体表面との境界に吸着する等、吸着位置が定まらないため、共鳴条件の変化が安定しないという課題がある。また、特許文献2における素子構造では、基体側の金属微粒子のサイズが、微細孔の径方向のサイズに対する微細孔の深さ方向のサイズ、つまりアスペクト比が大きいため、プラズモン共鳴条件を大きく変化させることができないという課題がある。   On the other hand, in Patent Document 2, the metal fine particles in the sample solution are adsorbed on the uppermost side of the metal fine particles on the surface of the substrate or on the boundary with the substrate surface with respect to the metal fine particles exposed in a hemispherical shape on the surface of the substrate. Since the position is not determined, there is a problem that the change of the resonance condition is not stable. In the element structure in Patent Document 2, since the size of the fine metal particles on the substrate side is large in the depth direction of the micropores with respect to the size in the radial direction of the micropores, that is, the aspect ratio is large, the plasmon resonance condition is greatly changed. There is a problem that it cannot be done.

本発明にかかる検出素子は、液状検体中の標的物質を光学的に検出する素子であって、
基体と、該基体の表面に設けられた扁平な金属構造体と、該金属構造体の上面に固定された金属微粒子及び前記液状検体の標的物質を選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体と、
を有することを特徴とする検出素子。
The detection element according to the present invention is an element that optically detects a target substance in a liquid specimen,
A substrate, a flat metal structure provided on the surface of the substrate, metal fine particles fixed on the upper surface of the metal structure, and a capturing body for selectively or specifically capturing a target substance of the liquid specimen;
A detection element comprising:

本発明の検出方法は、液状検体中の標的物質を光学的に検出する方法であって、
上記構成の検出素子を準備する工程と、
前記標的物質と選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体を固定した金属微粒子を前記液状検体中に分散させる工程と、
前記液状検体を前記金属構造体と接触させる工程と、
前記金属構造体に光源からの検出光を照射する工程と、
前記金属構造体からの、反射光または透過光の、強度またはスペクトルを測定する工程と、
前記反射光または透過光の、強度またはスペクトル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。
The detection method of the present invention is a method for optically detecting a target substance in a liquid specimen,
Preparing a detection element having the above-described configuration;
Dispersing the fine metal particles fixed with the target substance and a capturing body selectively or specifically captured in the liquid specimen;
Contacting the liquid specimen with the metal structure;
Irradiating the metal structure with detection light from a light source;
Measuring the intensity or spectrum of reflected or transmitted light from the metal structure;
And obtaining a characteristic of the liquid specimen from the intensity or spectrum of the reflected light or transmitted light.

本発明によれば、上述した金属微粒子の吸着位置が定まらないという課題を、金属構造体の上面のみに標的物質と選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体を固定させることで、金属微粒子の吸着位置を金属構造体の上面に限定させることができる。また、金属構造体を扁平形状として基体表面に配置してそのアスペクト比を大きくし、かつ、金属構造体の上面に金属微粒子を予め固定しておくことで、プラズモン共鳴の条件を大きく変化させることができる。その結果、検出素子表面での状態変化に応じて、より大きなプラズモン共鳴の変化を得ることができ、検出光におけるスペクトルの変化を大きくすることができる。以上より、安定且つ高感度にスペクトル変化を検出することができる、検出素子、検出方法を提供することができる。   According to the present invention, the problem that the adsorption position of the metal fine particles is not fixed is determined by fixing a capture body that selectively or specifically captures the target substance only on the upper surface of the metal structure. The position can be limited to the top surface of the metal structure. Placing the metal structure in a flat shape on the substrate surface to increase its aspect ratio and preliminarily fixing metal fine particles on the upper surface of the metal structure can greatly change the plasmon resonance conditions. Can do. As a result, a larger plasmon resonance change can be obtained in accordance with the state change on the detection element surface, and the spectrum change in the detection light can be increased. As described above, it is possible to provide a detection element and a detection method capable of detecting a spectrum change stably and with high sensitivity.

以下、本発明を実施するための最良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, the best mode 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。   First, the detection element of the present invention will be described.

本発明の検出素子は、液状検体中の標的物質を光学的に検出するため検出素子であり、基体と、基体表面に設けられた扁平な金属構造体とを有する。扁平な金属構造体の少なくとも上面が露出しており、この上面に金属微粒子と、標的物質を選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体とが固定されている。   The detection element of the present invention is a detection element for optically detecting a target substance in a liquid specimen, and has a base and a flat metal structure provided on the surface of the base. At least the upper surface of the flat metal structure is exposed, and the metal fine particles and the capturing body for selectively or specifically capturing the target substance are fixed on the upper surface.

以下、基体、金属構造体、金属微粒子、金属構造体の上面に金属微粒子を固定するためのカップリング層、捕捉体及び標的物質について説明する。   Hereinafter, the substrate, the metal structure, the metal fine particles, the coupling layer for fixing the metal fine particles on the upper surface of the metal structure, the capturing body, and the target substance will be described.

(基体)
本発明における、基体は金属構造体を設けるための平面を有するものであればいかなるものでも良いが、光源から照射される光に対して透過率が高いものが好ましい。光源から照射される光に対して透過率が高い材料としては、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。
(Substrate)
In the present invention, the substrate may be any substrate as long as it has a plane for providing a metal structure, but preferably has a high transmittance with respect to light irradiated from a light source. Examples of the material having a high transmittance with respect to the light emitted from the light source include silica, quartz, PMMA (polymethyl methacrylate), and polystyrene.

(扁平な金属構造体)
本発明における、扁平な金属構造体について説明する。扁平な金属構造体とは、図1に示すような金属構造体101の厚さ104に対する大きさ103が大きいもののことをいう。なお、厚さ104は、金属構造体101が形成される基体102の平面と垂直な方向の2点間の距離の最大値であり、大きさ103は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である。
(Flat metal structure)
The flat metal structure in the present invention will be described. A flat metal structure means that the size 103 with respect to the thickness 104 of the metal structure 101 as shown in FIG. 1 is large. The thickness 104 is the maximum value of the distance between two points in the direction perpendicular to the plane of the base 102 on which the metal structure 101 is formed, and the size 103 is parallel to the plane on which the metal structure is formed. It is the maximum value of the distance between any two points in the metal structure in a plane.

金属構造体の大きさは20nm以上1000nm以下であることが好ましく、40nm以上450nm以下であることがより好ましい。さらに、金属構造体の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。また、金属構造体の大きさに対する厚さ(以降、アスペクト比と記載する場合がある)は2分の1以下であることが好ましい。さらに好ましくは、4分の1以下であることが良い。金属構造体の上面に金属微粒子が固定される場合、局在表面プラズモン共鳴の共鳴条件が変化する。このとき、金属構造体の厚さが非常に薄い場合、共鳴条件の変化が大きく変化するため、結果吸収スペクトルのピーク変化も大きくなる。   The size of the metal structure is preferably 20 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 40 nm or more and 450 nm or less. Furthermore, the thickness of the metal structure is preferably 10 nm or more and 100 nm or less. Moreover, it is preferable that the thickness with respect to the magnitude | size of a metal structure (henceforth an aspect ratio may be described) is 1/2 or less. More preferably, it is good that it is 1/4 or less. When metal fine particles are fixed on the upper surface of the metal structure, the resonance condition of localized surface plasmon resonance changes. At this time, when the thickness of the metal structure is very thin, the change in resonance condition changes greatly, and as a result, the peak change in the absorption spectrum also increases.

製法に着目して述べれば、本発明における金属構造体には、金属パターンとして例示できるものも挙げられる。具体的な例として、図2(a)〜(i)に示すようなものが挙げられる。   If it mentions paying attention to a manufacturing method, what can be illustrated as a metal pattern in the metal structure in this invention is also mentioned. Specific examples include those shown in FIGS. 2A to 2I.

扁平な金属構造体を構成する金属は、局在表面プラズモン共鳴現象を生じる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 flat metal structure is preferably a metal that causes a localized surface plasmon resonance phenomenon. 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.

(金属微粒子)
本発明における金属微粒子について説明する。本発明における金属微粒子としては、以下の2種を用いる。
(1)金属構造体に予め固定されて検出に用いられるもの。
(2)標的物質を捕捉する捕捉体を有し、標的物質を介して金属構造体の上面に固定されるもの。
(Metal fine particles)
The metal fine particles in the present invention will be described. The following two types are used as the metal fine particles in the present invention.
(1) Those fixed to a metal structure in advance and used for detection.
(2) One having a capturing body that captures a target substance and being fixed to the upper surface of the metal structure via the target substance.

上記の(1)および(2)の両方の金属微粒子の大きさは、直径が、5nm以上300nm以下であり、かつ、金属構造体の大きさよりも小さいことが好ましい。金属微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。すなわち、この直径の範囲は測定法にかかる誤差を厳密に反映するものではなく、この範囲内に粒径を有する微粒子から測定目的にあったものを選択すればよい。金属構造体上に固定される各金属微粒子の粒径は、均一であることが好ましい。   The size of both the metal fine particles (1) and (2) is preferably 5 nm to 300 nm in diameter and smaller than the size of the metal structure. When the metal fine particle is not a true sphere, the particle diameter obtained by a commercially available particle size measuring apparatus is regarded as the diameter. That is, the diameter range does not strictly reflect an error in the measurement method, and fine particles having a particle size within this range may be selected for the purpose of measurement. The particle diameter of each metal fine particle fixed on the metal structure is preferably uniform.

金属微粒子を構成する金属は、金属構造体と同様、局在表面プラズモン共鳴現象を生じる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。金属構造体と同じ金属からなる金属微粒子を用いることがより好ましい。   The metal constituting the metal fine particles is preferably a metal that causes a localized surface plasmon resonance phenomenon as in the metal structure. 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. It is more preferable to use metal fine particles made of the same metal as the metal structure.

(カップリング層)
金属構造体の上面への金属微粒子の固定では、カップリング層を介することにより、より強固に金属微粒子を固定することができる。このカップリング層は、例えば、チオール基、ジスルフィド基、アミノ基といった金属と結合しやすい官能基を有するカップリング剤を用いることで形成可能である。このようなカップリング層を金属構造体の上面に形成させても良いし、金属微粒子表面に形成させても良い。
(Coupling layer)
In fixing the metal fine particles to the upper surface of the metal structure, the metal fine particles can be fixed more firmly through the coupling layer. This coupling layer can be formed, for example, by using a coupling agent having a functional group that easily binds to a metal such as a thiol group, a disulfide group, or an amino group. Such a coupling layer may be formed on the upper surface of the metal structure, or may be formed on the surface of the metal fine particles.

(捕捉体及び標的物質)
捕捉体及び標的物質について説明する。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。捕捉体としては、例えば以下のものが挙げられる。
・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。
・上記の構造、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。
(Capturer and target substance)
The capturing body and the target substance will be described. Any capture body can be used without particular limitation as long as it captures a target substance selectively or specifically. Examples of the capturing body include the following.
・ Recognizes the shape and size of the target substance using the three-dimensional structure of the polymer compound.
・ Recognize target substances using hydrogen bonds, coordination bonds, electrostatic interactions, hydrophobic fields, etc.
・ Recognize target substances by using some of the above structures, bonds, actions, etc. in combination.

このように本発明及び本明細書中でいう「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。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 described above, the term “capture” in the present invention and the present specification is a concept that broadly encompasses general substance recognition using various interactions. The target substance to be captured 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.

標的物質の標的物質捕捉体による特異的な捕捉は、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)、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。   Specific capture of the target substance by 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), ligand-receptor interaction, DNA hybridization, DNA-protein (transcription factor, etc.) interaction, lectin-sugar chain interaction , Etc.

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「生体関連物質」を産生する細菌や細胞そのものも、「生体関連物質」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, the bacteria and cells themselves that produce the “biologically related substance” can also become target substances and capturing bodies as “biologically related substances”.

次に、本発明における、金属構造体の上面のみが露出されている検出素子について説明する。   Next, the detection element in the present invention in which only the upper surface of the metal structure is exposed will be described.

本発明における、金属構造体の上面のみが露出されている検出素子は、上述した、基体、金属構造体、金属微粒子から構成される。金属微粒子が固定される前の構成例として、図3(a)にあるような基体302中に埋め込まれた金属構造体301の構成が挙げられる。また、これ以外の構成例として、図4(a)および(b)にあるような、基体402上の金属構造体401の側面が、金属粒子や捕捉体が結合しない物質からなる層403で被覆されている構成も挙げられる。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。   In the present invention, the detection element in which only the upper surface of the metal structure is exposed is composed of the above-described substrate, metal structure, and metal fine particles. As a configuration example before the metal fine particles are fixed, a configuration of the metal structure 301 embedded in the base body 302 as shown in FIG. As another configuration example, the side surface of the metal structure 401 on the substrate 402 as shown in FIGS. 4A and 4B is covered with a layer 403 made of a substance to which metal particles and a capturing body do not bind. The structure currently made is also mentioned. Needless to say, the present invention is not limited to these examples, and various modifications exist within the scope of the present invention.

本発明における、金属構造体の上面のみが、基体表面に露出されている構成は、図3(b)のような金属構造体の上面が基体表面から突出した構成も含む。この構成では、金属構造体の端部が、基体表面から曲線を描いて金属構造体の上面に接続している、いわゆる角部(エッジ部)を面取りして曲面とした形状を有する。このような面取り形状においても、図3(a)と同様の効果を得ることができる。   In the present invention, the configuration in which only the upper surface of the metal structure is exposed on the substrate surface includes a configuration in which the upper surface of the metal structure projects from the substrate surface as shown in FIG. In this configuration, the end portion of the metal structure has a curved shape by chamfering so-called corner portions (edge portions) connected to the upper surface of the metal structure by drawing a curve from the substrate surface. Even in such a chamfered shape, the same effect as in FIG. 3A can be obtained.

以上の構成から、本発明における、金属構造体の上面とは、金属構造体が形成される基体の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となる2点を通る面、またはそれよりも上側の面で、基体表面に露出した金属構造体の表面のことを指す。   From the above configuration, the upper surface of the metal structure in the present invention is the maximum value of the distance between any two points in the metal structure in a plane parallel to the plane of the base on which the metal structure is formed. It refers to the surface of the metal structure exposed on the surface of the substrate on the surface passing through the point or on the upper surface.

次に、本発明における、液状検体の特性を光学的に検出するための、測定系概略図を図5に示す。図5は、本発明の検出方法のための検出装置の一例となる、測定系概略図である。この測定系は、光源501、検出器508及び演算装置509を有する。液状検体の特性を光学的に求めるための検出素子503へ入射光502は、光源501から照射される。検出素子503を透過した光507は、検出器508により計測される。演算装置509により、検出器508で得られた信号から液状検体の特性を求める。本例では、透過した光を検出する測定系について説明しているが、反射した光を検出する測定系にしても良い。   Next, FIG. 5 shows a schematic diagram of a measurement system for optically detecting the characteristics of a liquid specimen in the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram of a measurement system as an example of a detection apparatus for the detection method of the present invention. This measurement system includes a light source 501, a detector 508, and a calculation device 509. Incident light 502 is irradiated from a light source 501 to a detection element 503 for optically determining the characteristics of a liquid specimen. The light 507 transmitted through the detection element 503 is measured by the detector 508. The arithmetic device 509 obtains the characteristics of the liquid specimen from the signal obtained by the detector 508. In this example, a measurement system that detects transmitted light is described. However, a measurement system that detects reflected light may be used.

以下、本発明の検出装置を構成する、光源、検出器、演算装置に関して説明する。   Hereinafter, a light source, a detector, and an arithmetic unit that constitute the detection device of the present invention will be described.

(光源)
本発明に用いられる、検出素子への検出光を照射する光源は、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。尚、本発明の検出装置は光源501と検出素子503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503への検出光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。
(light source)
The light source for irradiating the detection light to the detection element used in the present invention may be any wavelength band that causes plasmon resonance with the metal structure. Accordingly, various light sources such as lasers and LEDs are used as the light source. Preferred examples of the light source include a halogen lamp, a tungsten lamp, a xenon lamp, etc., which are broadband white light sources. Note that the detection apparatus of the present invention may have various optical systems between the light source 501 and the detection element 503. Examples of such an optical system include a lens optical system for adjusting the detection light irradiation area to the detection element 503, a collimating optical system (collimator), a polarizing plate for polarizing the detection light, A spectroscopic optical system such as a monochromator may be used.

(検出器)
本発明に用いられる、検出器508は、検出素子503を透過した光の特性を検出できる受光素子を有してい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。透過光、もしくは反射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)等を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503を透過、もしくは反射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。
(Detector)
The detector 508 used in the present invention may be any detector as long as it has a light receiving element capable of detecting the characteristics of the light transmitted through the detection element 503, but needs to be selected in accordance with a change in characteristics used for detection. is there. When detecting a change in the intensity of transmitted light or reflected light, a photodiode, a photomultiplier tube (PMT), or the like can be used. When detecting a spectral change, it is preferable to use a spectroscope using a spectroscopic optical system. When a spectroscopic optical system is used, spectroscopic measurement may be performed by passing light transmitted through or reflected by the detection element 503 through a spectroscope such as a monochromator or a polychromator.

(演算装置)
本発明に検出装置の演算装置は、上記検出器508により得られる信号から、液状検体が検出素子503に接触したことによる透過、もしくは反射した光の特性の変化を演算する装置である。より具体的には、検体が検出素子503に接触し、金属構造体505に標的物質が金属構造体505上に固定された捕捉体により捕捉されたか否か、捕捉された場合いかなる量の標的物質が捕捉されたかを演算する装置である。透過光、もしくは反射光の強度を測定する場合はその強度変化を、透過光、もしくは反射光のスペクトルを測定する場合はそのスペクトル変化を演算する機構が備わっていることが好ましい。
(Arithmetic unit)
The calculation device of the detection apparatus according to the present invention is a device that calculates a change in the characteristics of transmitted or reflected light due to the liquid sample coming into contact with the detection element 503 from the signal obtained by the detector 508. More specifically, whether or not the specimen is in contact with the detection element 503 and the target substance is captured by the metal structure 505 by the capture body fixed on the metal structure 505, and any amount of the target substance when captured. It is a device that calculates whether or not is captured. It is preferable to provide a mechanism for calculating the intensity change when measuring the intensity of transmitted light or reflected light, and calculating the spectrum change when measuring the spectrum of transmitted light or reflected light.

尚、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。   In addition, it is preferable that the detection device 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.

最後に、本発明における、検出方法について説明する。本発明の検出方法は、液状検体中の標的物質を光学的に検出する方法である。   Finally, a detection method in the present invention will be described. The detection method of the present invention is a method for optically detecting a target substance in a liquid specimen.

本発明の検出方法は、例えば前述した検出装置を用い、少なくとも以下の工程を経ることにより実施することができる。
(1)上面に金属微粒子と捕捉体が固定されている金属構造体を準備する工程
(2)捕捉体を固定した金属微粒子を液状検体中に分散させる工程
(3)液状検体を金属構造体と接触させる工程
(4)金属構造体に光源からの検出光を照射する工程
(5)金属構造体からの、反射光または透過光の強度、スペクトルを測定する工程
(6)反射光または透過光の強度、スペクトルから液状検体の特性を求める工程
以下、それぞれの工程について説明する。
The detection method of the present invention can be carried out by using at least the following steps using, for example, the above-described detection apparatus.
(1) A step of preparing a metal structure in which metal fine particles and a capturing body are fixed on the upper surface (2) A step of dispersing metal fine particles having the capturing body fixed in a liquid sample (3) A liquid sample and a metal structure Contacting step (4) irradiating the metal structure with detection light from the light source (5) measuring intensity or spectrum of reflected or transmitted light from the metal structure (6) reflecting or transmitting light Steps for obtaining the characteristics of the liquid specimen from the intensity and spectrum will be described below.

(1)上面に金属微粒子と捕捉体が固定されている金属構造体を準備する工程
本工程は、本発明における検出素子である、上面に金属微粒子と標的物質を選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体が固定されている扁平な金属構造体を準備する工程である。以下、本発明における検出素子を準備するため、金属構造体上面に金属微粒子と捕捉体の固定方法の具体例について説明するが、これに限定されない。
(1) Step of preparing a metal structure in which metal fine particles and a capturing body are fixed on the upper surface This step selectively or specifically captures metal fine particles and a target substance on the upper surface, which is a detection element in the present invention. This is a step of preparing a flat metal structure to which the capturing body is fixed. Hereinafter, in order to prepare the detection element in the present invention, a specific example of a method for fixing the metal fine particles and the capturing body on the upper surface of the metal structure will be described, but the present invention is not limited thereto.

まず、扁平な金属構造体の上面に金属微粒子を固定する方法について説明する。金属微粒子の固定には前記カップリング層を金属構造体上面に形成することにより行うことができる。   First, a method for fixing metal fine particles on the upper surface of a flat metal structure will be described. The metal fine particles can be fixed by forming the coupling layer on the upper surface of the metal structure.

次に、金属微粒子を上面に固定した金属構造体の上面へ標的物質を選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体を固定する方法について説明する。標的物質を選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体は、金属構造体の上面に直接的ないし間接的に固定できるものであればいかなるものでもよい。また、捕捉体を固定する方法としてはいかなる方法でも良く、捕捉体としての機能を無くさなければよい。捕捉体を直接的に固定する場合、捕捉体には、標的物質を認識する部位だけでなく、捕捉体の方に金属構造体表面の材質に対して親和性の良い部位がある必要がある。金属構造体表面は金属を含有しているため捕捉体側にチオール基、ジスルフィド基、アミノ基等、金属と親和性の良い官能基を有すると直接固定することが可能となる。   Next, a method for fixing a capturing body that selectively or specifically captures a target substance on the upper surface of a metal structure having metal fine particles fixed on the upper surface will be described. Any capturing body that selectively or specifically captures the target substance may be used as long as it can be directly or indirectly immobilized on the upper surface of the metal structure. Further, any method may be used as a method for fixing the capturing body, as long as the function as the capturing body is not lost. When the capture body is directly fixed, the capture body needs to have not only a site for recognizing the target substance but also a site with good affinity for the material on the surface of the metal structure on the capture body. Since the surface of the metal structure contains a metal, it can be directly fixed if it has a functional group having a good affinity for the metal, such as a thiol group, a disulfide group, or an amino group, on the capturing body side.

捕捉体が金属を認識する部位を備えていない場合、捕捉体は金属構造体表面に間接的に固定することになる。この場合、捕捉体はカップリング層を介して固定される。本工程で用いられるカップリング層とは、金属と捕捉体をそれぞれ認識する部位を備えていればいかなるものでも良い。例えば、金属構造体表面が金であり、捕捉体がアミノ基と親和性のある官能基を有する場合、両末端にアミノ基とチオール基を有するアミノエタンチオールを用いると、チオール基と金の親和性が強いため、金表面にアミノ基が現れた状態となる。そのため、金属構造体表面に現れたアミノ基と捕捉体が結合し、金属構造体表面に捕捉体を固定することが可能となる。   When the capturing body does not have a site for recognizing metal, the capturing body is indirectly fixed to the surface of the metal structure. In this case, the capturing body is fixed via the coupling layer. The coupling layer used in this step may be any layer as long as it has a site for recognizing the metal and the capturing body. For example, when the metal structure surface is gold and the capture body has a functional group having an affinity for an amino group, if aminoethanethiol having an amino group and a thiol group at both ends is used, the affinity between the thiol group and the gold Due to the strong nature, amino groups appear on the gold surface. For this reason, the amino group appearing on the surface of the metal structure and the capturing body are bonded to each other, and the capturing body can be fixed to the surface of the metal structure.

(2)捕捉体を固定した金属微粒子を液状検体中に分散させる工程
本工程は、捕捉体を固定した金属微粒子を標的物質が含まれる液状検体に分散させる工程である。まず、捕捉体を固定した金属微粒子を用意する。金属微粒子に標的物質を捕捉する捕捉体の固定方法は、金属構造体に捕捉体を固定する、工程(1)と同様の方法で良いが、同様のものを提供できる方法であればいかなる方法を用いても良い。この方法で準備した、捕捉体を固定した金属微粒子の分散液を標的物質が含まれる液状検体に分散させる。このようにすることで、液状検体中の標的物質が、金属微粒子に固定された捕捉体に捕捉される。
(3)液状検体を金属構造体と接触させる工程
本工程における、金属構造体と液状検体との接触とは、上記工程(2)により形成される標的物質が捕捉された金属微粒子が金属構造体の捕捉体近傍に存在する、もしくは接することをいう。金属微粒子に捕捉された標的物質が金属構造体に固定された捕捉体に捕捉されることにより、金属構造体の上面に金属微粒子が固定されることになる。工程(2)においては、捕捉体を固定した金属微粒子を液状検体に分散させる工程について記載してあるが、先に液状検体を金属構造体に接触させることにより、液状検体中の標的物質を金属構造体に固定された捕捉体で捕捉させ、捕捉体を固定した金属微粒子が含まれる分散液を検出素子に接触させるという工程を経ることによっても、金属構造体の上面に金属微粒子が固定されることになる。
(2) Dispersing the metal fine particles on which the capturing body is fixed in the liquid sample This step is a process for dispersing the metal fine particles on which the capturing body is fixed in the liquid sample containing the target substance. First, metal fine particles to which a capturing body is fixed are prepared. The capturing method for capturing the target substance on the metal fine particles may be the same method as in step (1), in which the capturing material is immobilized on the metal structure. It may be used. A dispersion of metal fine particles prepared by this method and having a capturing body fixed thereto is dispersed in a liquid specimen containing a target substance. By doing so, the target substance in the liquid specimen is captured by the capturing body fixed to the metal fine particles.
(3) The step of bringing the liquid specimen into contact with the metal structure In this step, the contact between the metal structure and the liquid specimen means that the metal fine particles in which the target substance formed in the step (2) is captured are the metal structure. It is present near or in contact with the trap. When the target substance captured by the metal fine particles is captured by the capture body fixed to the metal structure, the metal fine particles are fixed to the upper surface of the metal structure. In the step (2), the step of dispersing the metal fine particles with the capturing body immobilized in the liquid sample is described. However, by bringing the liquid sample into contact with the metal structure first, the target substance in the liquid sample is converted into a metal. The metal fine particles are also fixed to the upper surface of the metal structure by performing a process of capturing with the capturing body fixed to the structure and bringing the dispersion liquid containing the metal fine particles to which the capturing body is fixed into contact with the detection element. It will be.

(4)〜(6)の工程
上記工程(4)〜(6)は、図5に挙げられる検出装置を用い、上述した操作によって実施することができる。
Steps (4) to (6) The above steps (4) to (6) can be performed by the above-described operation using the detection device shown in FIG.

(実施例1)
実施例1について、図6、7を用いて説明する。
Example 1
Example 1 will be described with reference to FIGS.

本実施例では、検出素子の作製と、その作製過程における金属微粒子の固定と吸収スペクトルについて説明する。   In this example, the production of the detection element, and the fixing and absorption spectrum of the metal fine particles in the production process will be described.

<上面が露出した金構造体の作製>
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、これに対して、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(a)に示すような、基体602上に200nm角の正方形状の孤立した金パターン601を形成することができる。一方、上記のプロセスにおいて、マスクに用いたレジストをアッシャーにより除去する前に、SiO2を20nmの膜厚で蒸着してから金パターン上のレジストを除去する。これにより、本実施例で用いる図6(b)のような上面のみが露出され、側壁がSiO2層で被覆された金の構造体601を形成することができる。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金属パターンを形成してもかまわない。
<Preparation of gold structure with exposed upper surface>
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 on the gold thin film, and 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, an ICP etcher is used to etch the gold thin film and the adhesive layer in the resist non-covered portion. After etching, the resist used for the mask is removed by an asher. Through this step, a 200 nm square square gold pattern 601 can be formed on the substrate 602 as shown in FIG. On the other hand, in the above process, before removing the resist used for the mask by the asher, SiO 2 is deposited to a thickness of 20 nm, and then the resist on the gold pattern is removed. Thereby, it is possible to form a gold structure 601 in which only the upper surface as shown in FIG. 6B used in this embodiment is exposed and the side wall is covered with the SiO 2 layer. Although an electron beam drawing apparatus is used here, a metal 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.

<金微粒子固定>
金構造体の上面へ金微粒子を固定する。まず、金と結合性の高いチオール基を有する、アミノエタンチオールのエタノール溶液を供給して金構造体の上面を表面修飾する。これにより、金と結合性のある、アミノ基が表面に表れる。そこへ、直径が40nmの金コロイド溶液(田中貴金属工業社製)を供給し金構造体上面に金微粒子を固定して、本実施例における検出素子を得ることができる。
<Gold fine particle fixation>
Gold fine particles are fixed to the upper surface of the gold structure. First, an ethanol solution of aminoethanethiol having a thiol group having high binding property with gold is supplied to modify the upper surface of the gold structure. As a result, an amino group capable of binding to gold appears on the surface. A gold colloid solution (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) having a diameter of 40 nm is supplied thereto, and gold fine particles are fixed on the upper surface of the gold structure, whereby the detection element in this example can be obtained.

<金微粒子固定時間と吸収スペクトル>
上記金微粒子の固定について、金構造体の上面へ固定される金微粒子の数は金微粒子溶液の濃度を変えずに、固定時間を長くすることにより、制御できる。以下、金微粒子の固定時間と検出素子の吸収スペクトルについて説明する。
<Gold fine particle fixation time and absorption spectrum>
Regarding the fixation of the gold fine particles, the number of gold fine particles fixed to the upper surface of the gold structure can be controlled by increasing the fixing time without changing the concentration of the gold fine particle solution. Hereinafter, the fixing time of the gold fine particles and the absorption spectrum of the detection element will be described.

金微粒子溶液の固定時間と検出素子の吸収スペクトルのピーク波長の関係は、図7のようになる。この検量線をもとに固定条件を自由に選択できるようにしておくことで、検出素子の初期の吸収スペクトルのピーク波長を制御することができる。固定時間が短い場合は金の構造体上面に固定される金微粒子が少なく、ピーク波長は長波長側へシフトするが、固定される金微粒子が多くなると、短波長側へのシフトに切り替わる。これは、固定される金微粒子が膜としての性質を帯び始めるためである。金微粒子の固定数がさらに多くなり、金構造体上面の被覆率が大きくなるにつれ、短波長側へのシフトの度合いが大きくなる。   The relationship between the fixing time of the gold fine particle solution and the peak wavelength of the absorption spectrum of the detection element is as shown in FIG. By making it possible to freely select a fixed condition based on this calibration curve, the peak wavelength of the initial absorption spectrum of the detection element can be controlled. When the fixing time is short, there are few gold fine particles fixed on the upper surface of the gold structure, and the peak wavelength shifts to the long wavelength side. However, when the gold fine particles to be fixed increase, the shift to the short wavelength side is performed. This is because the gold fine particles to be fixed start to have a film property. As the number of fixed gold fine particles increases and the coverage of the upper surface of the gold structure increases, the degree of shift to the short wavelength side increases.

固定時間が長くなると金構造体上のアミノ基と金微粒子間の反応が平衡状態に達するため、一定数以上の金微粒子は固定できなくなる。このため、同一の反応系を用いる場合、ピーク波長はある波長に収束する。これ以上金微粒子を固定させる場合は、固定させるための反応系を変えることにより可能となる。   When the fixing time becomes long, the reaction between the amino group on the gold structure and the gold fine particles reaches an equilibrium state, and therefore, a certain number or more of gold fine particles cannot be fixed. For this reason, when the same reaction system is used, the peak wavelength converges to a certain wavelength. When the gold fine particles are further fixed, it is possible to change the reaction system for fixing.

本実施例では、金構造体上面への金微粒子固定には平衡状態に達するまで十分な時間をかけ、それを検出素子とする。   In this embodiment, a sufficient amount of time is required to fix the gold fine particles on the upper surface of the gold structure until an equilibrium state is reached, and this is used as a detection element.

(実施例2)
実施例2について、図8を用いて説明する。
<検出装置>
本実施例の検出装置を図8を用いて説明する。光源であるハロゲンランプを備える光源ユニット804、検出器である分光器803、素子が存在する反応領域806へ液状検体等を供給、排出するための流入口801、流出口802、送液ポンプ805、排出される液状検体等を溜める廃液リザーバ809からなっている。また、検出するための分光器803からの信号から液状検体の特性を求める演算装置808、演算装置808から得られた結果を表示する表示ユニット807を備えている。
<検出素子>
本実施例では、実施例1で作製したものを検出素子とする。
<捕捉体固定>
その後、グルタルアルデヒド水溶液を素子へ供給する。これにより、金属構造体表面にアルデヒド基が露出する。続いて、固定する抗体として、標的物質に特異的な抗ヒト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抗体のアミノ基とアルデヒド基が結合し、抗ヒトCRP抗体を金構造体の上面に固定させることができる。
<標的物質 金属構造体と接触>
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。
<捕捉体固定金微粒子 金構造体複合体と接触>
この表面に抗ヒトCRP抗体を固定した金微粒子の溶液を反応領域806へ供給し金構造体の上面のヒトCPRと抗原抗体反応により、金微粒子が固定される。金微粒子表面への抗ヒトCRP抗体の固定は、予め行っておく。金微粒子表面にアミノエタンチオールのエタノール溶液、グルタルアルデヒド水溶液を供給し、アルデヒド基を表面に表しておき、そこへ抗ヒトCRP抗体を供給することで金微粒子表面に固定できる。
(Example 2)
Example 2 will be described with reference to FIG.
<Detection device>
The detection apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. A light source unit 804 having a halogen lamp as a light source, a spectroscope 803 as a detector, an inlet 801, an outlet 802, and a liquid feed pump 805 for supplying and discharging a liquid specimen to and from a reaction region 806 in which elements are present; It comprises a waste liquid reservoir 809 for storing liquid specimens to be discharged. Further, a calculation device 808 for obtaining the characteristics of the liquid specimen from the signal from the spectroscope 803 for detection, and a display unit 807 for displaying the results obtained from the calculation device 808 are provided.
<Detection element>
In this example, the sensor manufactured in Example 1 is used as a detection element.
<Fixed body>
Thereafter, an aqueous glutaraldehyde solution is supplied to the device. Thereby, the aldehyde group is exposed on the surface of the metal structure. Subsequently, an amino group and an aldehyde group of the anti-human CRP antibody are bound by flowing in a Tris-HCl buffer solution (pH 8.0) to which an anti-human CRP antibody specific to the target substance is added as an antibody to be immobilized, Anti-human CRP antibody can be immobilized on the top surface of the gold structure.
<Contact with target substance metal structure>
Next, human CRP is supplied to the reaction region 806 of the predetermined amount detection element, and human CRP as a target substance is captured by the anti-human CRP antibody by an antigen-antibody reaction between human CRP and the anti-human CRP antibody.
<Captured body fixed gold fine particles and contact with gold structure composite>
A solution of gold fine particles having an anti-human CRP antibody immobilized on the surface is supplied to the reaction region 806, and the gold fine particles are immobilized by an antigen-antibody reaction with human CPR on the upper surface of the gold structure. Immobilization of the anti-human CRP antibody on the gold fine particle surface is performed in advance. An aminoethanethiol ethanol solution and a glutaraldehyde aqueous solution are supplied to the surface of the gold fine particles, the aldehyde groups are represented on the surface, and an anti-human CRP antibody is supplied thereto to fix the gold fine particle surface.

<測定>
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。
<Measurement>
After the reaction, the spectrum is measured with a spectroscope. The spectrum at this time and the spectrum before reaction are compared by a central operator 808 which is an arithmetic unit. This difference is a change in the local plasmon resonance state of the detection element due to the target substance being captured in the vicinity of the detection element. The change in the localized plasmon resonance state is displayed on the display unit 807 which is a display device.

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、金微粒子の吸着量を揃えて作製した検出素子を複数用い、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。この時、計測は経時的に行われることが好ましい。これは、標的物質を吸着する前の金微粒子の固定量が少ない検出素子を用いる場合、異なる濃度の標的物質で吸収スペクトルのピーク波長が等しくなることがあるためである。   In this embodiment, the concentration of the target substance is obtained from the degree of change of the spectrum by the central operator 808 and displayed on the display unit 807. Regarding the relationship between the change in spectrum and the concentration of the target substance, the relationship between the change in spectrum and the concentration is obtained in advance using a plurality of detection elements prepared with the same amount of gold fine particles adsorbed and using a standard sample with a plurality of known concentrations. Keep it. Furthermore, a function of spectral change and concentration is obtained by creating a calibration curve based on this relationship. Using this function, the concentration of a target substance whose concentration is unknown can be determined based on the change in spectrum during actual measurement. At this time, the measurement is preferably performed over time. This is because when using a detection element with a small amount of gold fine particles before adsorbing the target substance, the peak wavelengths of the absorption spectra may be equal at different concentrations of the target substance.

また、低濃度の標的物質を計測する場合は、金構造体表面の金微粒子の固定量をスペクトル変化の勾配が最大となるところで調整することが好ましい。標的物質吸着後の捕捉体を固定させた金微粒子吸着によるスペクトル変化が大きくなるためである。   Moreover, when measuring a low concentration target substance, it is preferable to adjust the fixed amount of the gold fine particles on the surface of the gold structure where the gradient of the spectrum change becomes maximum. This is because the spectrum change due to the adsorption of the gold fine particles to which the capturing body after the target substance adsorption is fixed becomes large.

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、最大値をもつ、波長での、スペクトルピークの変化でもよいし、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 addition, although it described as the change of a spectrum here, this spectrum change may be the change of the spectrum peak in the wavelength which has the maximum value, and the change of peak shape, such as the half width of the peak of the spectrum waveform, is used. Further, the light intensity at one or a plurality of wavelength points may be used.

本発明の検出素子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the detection element of this invention. 本発明の金属構造体の形状を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the shape of the metal structure of this invention. 本発明の金属構造体の表面のみが露出した検出素子の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the detection element which only the surface of the metal structure of this invention exposed. 本発明の金属構造体の表面のみが露出した検出素子の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the detection element which only the surface of the metal structure of this invention exposed. 本発明の検出装置の構成の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a structure of the detection apparatus of this invention. 本発明の実施例1に関する検出素子の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the detection element regarding Example 1 of this invention. 発明における金属構造体表面に金属微粒子が固定されるときの固定時間と検出素子の吸収スペクトルのピーク波長の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the fixed time when a metal microparticle is fixed to the metal structure surface in invention, and the peak wavelength of the absorption spectrum of a detection element. 本発明の実施例2に関するブロック図である。It is a block diagram regarding Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 金属構造体
102 基体
103 金属構造体の大きさ
104 金属構造体の厚さ
301 金属構造体
302 基体
401 金属構造体
402 基体
501 光源
502 入射光
503 検出素子
504 基体
505 金属構造体
506 金属微粒子
507 透過光
508 検出器
509 演算装置
601 金属構造体
602 基体
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
101 Metal Structure 102 Base 103 Size of Metal Structure 104 Metal Structure Thickness 301 Metal Structure 302 Base 401 Metal Structure 402 Base 501 Light Source 502 Incident Light 503 Detection Element 504 Base 505 Metal Structure 506 Metal Fine Particle 507 Transmitted light 508 Detector 509 Arithmetic device 601 Metal structure 602 Substrate 801 Inlet 802 Outlet 803 Detector 804 Light source unit 805 Liquid feed pump 806 Reaction area 807 Display unit 808 Central operator 809 Waste liquid reservoir

Claims (3)

液状検体中の標的物質を光学的に検出する素子であって、
基体と、該基体の表面に設けられた扁平な金属構造体と、該金属構造体の上面に固定された金属微粒子及び前記液状検体の標的物質を選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体と、
を有することを特徴とする検出素子。
An element for optically detecting a target substance in a liquid specimen,
A substrate, a flat metal structure provided on the surface of the substrate, metal fine particles fixed on the upper surface of the metal structure, and a capturing body for selectively or specifically capturing a target substance of the liquid specimen;
A detection element comprising:
前記金属構造体の上面が、前記基体の表面に露出されている請求項1に記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein an upper surface of the metal structure is exposed on a surface of the base. 液状検体中の標的物質を光学的に検出する方法であって、
請求項1または2に記載の検出素子を準備する工程と、
前記標的物質と選択的ないし特異的に捕捉する捕捉体を固定した金属微粒子を前記液状検体中に分散させる工程と、
前記液状検体を前記金属構造体と接触させる工程と、
前記金属構造体に光源からの検出光を照射する工程と、
前記金属構造体からの、反射光または透過光の、強度またはスペクトルを測定する工程と、
前記反射光または透過光の、強度またはスペクトル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。
A method for optically detecting a target substance in a liquid specimen,
Preparing the detection element according to claim 1 or 2,
Dispersing the fine metal particles fixed with the target substance and a capturing body selectively or specifically captured in the liquid specimen;
Contacting the liquid specimen with the metal structure;
Irradiating the metal structure with detection light from a light source;
Measuring the intensity or spectrum of reflected or transmitted light from the metal structure;
And obtaining a characteristic of the liquid specimen from the intensity or spectrum of the reflected light or transmitted light.
JP2008009297A 2008-01-18 2008-01-18 Detection element and detection method Pending JP2009168735A (en)

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