JP2009204484A - Sensing device - Google Patents

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Toshihito Kimura
俊仁 木村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensing device capable of detecting a substance to be detected in a sample with high precision and high reproducibility. <P>SOLUTION: The sensing device has a prism, a metal film arranged on one surface of the prism, a substrate to which a flow channel for supplying the sample on the metal film is formed and which is arranged on one surface of the prism, a light source for emitting light, an incident light optical system for making the light emitted from the light source incident on the prism at an angle totally reflecting the light emitted from the light source by the boundary surface of the prism and the metal film, and a light detection means for detecting the light generated in the vicinity of the metal film. The incident light optical system is constituted so that a plurality of beams of light different in incident angle and substantially equal in intensity are ejected on the boundary surface at respective positions thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、検出面に光を所定の入射角で入射させることで発生する増強場を利用して被検出物質を検出するセンシング装置に関するものである。   The present invention relates to a sensing device that detects a substance to be detected using an enhancement field that is generated when light is incident on a detection surface at a predetermined incident angle.

バイオ測定(生体分子反応の測定)等において被検出物質を高感度かつ容易に検出(または測定)する方法としては、特定波長の光により励起され蛍光を発する蛍光物質(つまり、蛍光性を有する物質)からの蛍光を検出することで、被検出物質を検出(または測定)する蛍光法がある。
この蛍光法は、例えば、被検出物質が蛍光物質の場合は、被検出物質を含むと考えられる検査対象試料に特定波長の励起光を照射し、そのときの蛍光を検出することによって被検出物質の存在を確認する方法である。
また、蛍光法は、被検出物質が蛍光物質ではない場合も、被検出物質と特異的に結合する特異的結合物質を蛍光物質で標識し、この特異的結合物質を被検出物質に結合させ、その後上記と同様にして、蛍光(具体的には、被検出物質と結合した特異的結合物質を標識する蛍光物質の蛍光)を検出することにより、被検出物質の存在を確認することができる。
As a method for detecting (or measuring) a target substance with high sensitivity and ease in biomeasurement (measurement of biomolecular reaction), etc., a fluorescent substance that is excited by light of a specific wavelength and emits fluorescence (that is, a substance having fluorescence) ) To detect (or measure) a substance to be detected.
For example, when the substance to be detected is a fluorescent substance, this fluorescence method irradiates the sample to be examined, which is considered to contain the substance to be detected, with excitation light having a specific wavelength, and detects the fluorescence at that time to detect the substance to be detected. It is a method of confirming the existence of.
Further, in the fluorescence method, even when the substance to be detected is not a fluorescent substance, a specific binding substance that specifically binds to the substance to be detected is labeled with a fluorescent substance, and this specific binding substance is bound to the substance to be detected. Thereafter, in the same manner as described above, the presence of the substance to be detected can be confirmed by detecting fluorescence (specifically, the fluorescence of the fluorescent substance that labels the specific binding substance bound to the substance to be detected).

また、蛍光法を用いて被検出物質をさらに高感度に検出する方法としては、蛍光物質を励起させるために金属膜の表面プラズモン共鳴による増強電場を利用する方法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3)。   In addition, as a method of detecting a substance to be detected with higher sensitivity using a fluorescence method, a method using an enhanced electric field by surface plasmon resonance of a metal film to excite the fluorescent substance has been proposed (for example, a patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

特許文献1、特許文献2及び特許文献3に記載された方法は、いずれも、蛍光物質により標識された被検出物質を金属膜の近傍に配置した状態で、金属薄膜とプリズム(半円柱プリズム、三角形ガラスプリズム)との境界面に、プラズモン共鳴条件を満たす角度(プラズモン共鳴角)で光を入射させて金属薄膜に増強された電場を発生させ、金属薄膜近傍にある物質を強く励起し、蛍光を増幅させるというものであり、表面プラズモン増強蛍光(以下「SPF」ともいう。)を利用した蛍光検出法である。   In any of the methods described in Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3, a metal thin film and a prism (half-column prism, Light is incident on the interface with the triangular glass prism at an angle that satisfies the plasmon resonance condition (plasmon resonance angle) to generate an enhanced electric field in the metal thin film, strongly exciting the substance in the vicinity of the metal thin film, and fluorescence This is a fluorescence detection method utilizing surface plasmon enhanced fluorescence (hereinafter also referred to as “SPF”).

ここで、特許文献2に記載されているように、表面プラズモンの電場は、金属表面に強く局在し、かつ、金属表面からの距離に応じて指数関数的に減衰するため、金属表面に吸着固定されている蛍光標識抗体(つまり蛍光物質)のみを選択的かつ高確率で励起することができる。これにより、特許文献2に記載されているように、SPFを利用した蛍光検出法を用いることで、界面から離れた位置にある妨害物質の影響を最小限に抑制することができ、高精度に被検出物質を検出することも可能になる。   Here, as described in Patent Document 2, the electric field of the surface plasmon is strongly localized on the metal surface and decays exponentially according to the distance from the metal surface, so that it is adsorbed on the metal surface. Only the immobilized fluorescently labeled antibody (that is, fluorescent substance) can be selectively excited with high probability. Thereby, as described in Patent Document 2, by using the fluorescence detection method using SPF, it is possible to suppress the influence of interfering substances located at a position away from the interface to a minimum, and with high accuracy. It becomes possible to detect a substance to be detected.

また、特許文献2及び特許文献3は、金属膜が載置されたプリズムの角度を調整する回転機構を設け、この回転機構によりプリズムの角度を調整することで、光源から射出された光を最適なプラズモン共鳴角でプリズムに入射させることが記載されている。   Patent Document 2 and Patent Document 3 provide a rotation mechanism that adjusts the angle of the prism on which the metal film is mounted, and the light emitted from the light source is optimized by adjusting the angle of the prism by this rotation mechanism. It is described that the light is incident on the prism at a plasmon resonance angle.

また、表面プラズモン増強効果を利用して、被検出物質を検出する方法としては、表面プラズモンにより励起された蛍光を検出する方法以外にも散乱光を検出する方法がある。
特許文献4には、プリズムの表面に金属膜と、金属膜の表面に配置された抗原・抗体反応により被検出物質をトラップする機能薄膜と、この機能薄膜に触れる状態で試料液を供給するフローセルとを有する表面プラズモンセンサが記載されている。
この表面プラズモンセンサは、金属膜上に表面プラズモン増強効果を利用して励起された表面プラズモンの電場が、機能薄膜に存在している被検出物質により乱されることで生じる散乱光を検出することで、被検出物質を検出している。このように、蛍光ではなく、散乱光を検出する方法でも、被検出物質を検出することができる。
Moreover, as a method for detecting a substance to be detected using the surface plasmon enhancement effect, there is a method for detecting scattered light other than a method for detecting fluorescence excited by surface plasmon.
In Patent Document 4, a metal film on the surface of a prism, a functional thin film that traps a substance to be detected by an antigen / antibody reaction disposed on the surface of the metal film, and a flow cell that supplies a sample liquid in contact with the functional thin film A surface plasmon sensor is described.
This surface plasmon sensor detects scattered light generated when the electric field of the surface plasmon excited on the metal film using the surface plasmon enhancement effect is disturbed by the target substance present in the functional thin film. The substance to be detected is detected. Thus, the substance to be detected can be detected by a method that detects scattered light instead of fluorescence.

特開2002−62255号公報JP 2002-62255 A 特開2001−21565号公報JP 2001-21565 A 特開2002−257731号公報JP 2002-257731 A 特開平10−78390号公報JP-A-10-78390

ここで、表面プラズモンのプラズモン共鳴条件は、照明光の波長、金属膜への入射角、プリズムの屈折率や凹凸、金属膜の誘電率、厚みや粗密度、金属膜上に配置される試料の種類、状態、等により変化する。しかしながら、最大の増強度で再現性よく検出をするために、特許文献2及び3に記載されているような、回転機構を設け、基板及びプリズムを回転させ、最適角度を検出する方法では、装置コストが高くなり、また、最適角度を検出している感に、金属膜上の蛍光物質の蛍光量が減少していくという問題があった。
また、光の入射角度を調整する機構を設ける代わりに、上記の物理定数や位置関係を保障(一定状態に維持)するための温度調整と、各部材の形状を同一にすることも考えられるが、装置や、チップの製造設備が高価となり、特に低コスト化の要求が厳しい血液診断用途では受け入れられない。また、最適角度を検出している感に、金属膜上の蛍光物質の蛍光量が減少していくという問題もある。
こういった問題が、プラズモンを用いたセンシング装置の実用化の実現を阻む要因だった。
Here, the plasmon resonance condition of surface plasmon includes the wavelength of illumination light, the incident angle to the metal film, the refractive index and unevenness of the prism, the dielectric constant of the metal film, the thickness and the coarse density, and the sample placed on the metal film. Varies with type, condition, etc. However, in order to detect the maximum intensity with good reproducibility, as described in Patent Documents 2 and 3, a rotation mechanism is provided, the substrate and the prism are rotated, and the optimum angle is detected. There is a problem that the cost increases, and the amount of fluorescence of the fluorescent material on the metal film decreases as the optimum angle is detected.
Further, instead of providing a mechanism for adjusting the incident angle of light, it is conceivable that the temperature adjustment for ensuring (maintaining in a constant state) the physical constants and the positional relationship described above and making the shape of each member the same. However, this is not acceptable for blood diagnostic applications where equipment and chip manufacturing facilities are expensive and demands for cost reduction are particularly severe. In addition, there is a problem that the amount of fluorescence of the fluorescent material on the metal film decreases in the sense that the optimum angle is detected.
These problems were factors that hindered the practical application of sensing devices using plasmons.

これに対して、特許文献1〜3に記載したようなSPFを利用した蛍光検出法及び特許文献4に記載した被検出物質が表面プラズモンを乱すことで生じる散乱光を検出する検出法では、特許文献1に記載されているように、光源から射出された光をレンズ等で集光し所定の角度幅の光にして、金属膜に入射させることで、一定の角度幅の光を金属膜に入射させる。このように、一定角度幅の光を入射させ、その収束角度内での角度調整を不要とすることでコストダウンを図っている。   On the other hand, in the fluorescence detection method using SPF as described in Patent Documents 1 to 3 and the detection method described in Patent Document 4 for detecting scattered light generated by disturbing the surface plasmon, Patents 4 As described in Document 1, the light emitted from the light source is collected by a lens or the like to be converted into light having a predetermined angular width and incident on the metal film, so that light having a certain angular width is incident on the metal film. Make it incident. In this way, light of a certain angle width is incident, and the angle adjustment within the convergence angle is not required, thereby reducing the cost.

しかしながら、光源から射出される光は、光束の位置(例えば、光束中心からの距離)によって光の強度が変化する(つまり、強度分布がある)ため、表面プラズモン共鳴が発生する角度が変化することで、表面プラズモンがつくる電場の強度が変化してしまうという問題がある。
また、蛍光物質による蛍光は、同一の蛍光物質であっても表面プラズモンがつくる電場の強度によって変化するため、表面プラズモンがつくる電場の強度が変化してしまうと、同一、同量の蛍光物質であっても蛍光の光量が変化し検出値が変化してしまうため、検出の精度が下がり、再現性が低下するという問題がある。この問題は、濃度検出を行う場合に顕著な問題となる。
However, since the light emitted from the light source changes its intensity (that is, has an intensity distribution) depending on the position of the light beam (for example, the distance from the light beam center), the angle at which surface plasmon resonance occurs changes. Thus, there is a problem that the intensity of the electric field generated by the surface plasmon changes.
In addition, since the fluorescence by the fluorescent material changes depending on the intensity of the electric field generated by the surface plasmon even if it is the same fluorescent material, if the intensity of the electric field generated by the surface plasmon changes, the same and the same amount of fluorescent material Even if it exists, since the amount of fluorescence changes and the detection value changes, there is a problem that the detection accuracy is lowered and the reproducibility is lowered. This problem becomes a significant problem when density detection is performed.

また、被検出物質と結合する物質が金属膜上に不均一に設けられていたり、金属膜の厚みのむらがあったりすると、被検出物質は、金属膜上に不均一に付着する。これに対しては、集光レンズにより集光され、金属面に入射する光の焦点を金属膜よりも先の位置とすることで、金属膜状の一定幅の領域に光を照射させる方法がある。
しかしながら、この方法でも、上述したように表面プラズモン共鳴が発生する角度が変化すると、表面プラズモン共鳴が発生する角度で入射する光の位置が変化する。このため、その照射位置による金属膜の厚みや、被検出物質の付着むらにより、検出値が変化してしまい、再現性が低下し、検出精度が低くなるという問題がある。
また、表面プラズモンがつくる電場を利用して被検出物質を検出する場合に限らず、検出面に光を所定の入射角で入射させることで発生する増強場を利用して被検出物質を検出する場合にも、同様の問題がある。
In addition, if the substance that binds to the substance to be detected is provided unevenly on the metal film or if the thickness of the metal film is uneven, the substance to be detected adheres unevenly on the metal film. On the other hand, there is a method of irradiating light on a metal film-like region of constant width by setting the focal point of light that is collected by a condenser lens and incident on the metal surface to a position ahead of the metal film. is there.
However, even in this method, when the angle at which surface plasmon resonance occurs is changed as described above, the position of incident light changes at the angle at which surface plasmon resonance occurs. For this reason, there is a problem that the detection value changes due to the thickness of the metal film depending on the irradiation position and unevenness of the detection target substance, the reproducibility is lowered, and the detection accuracy is lowered.
Further, not only when detecting a substance to be detected using an electric field generated by surface plasmons, but also detecting a substance to be detected by using an enhancement field generated when light is incident on a detection surface at a predetermined incident angle. There are similar problems.

本発明の目的は、上記従来技術に基づく問題点を解消し、試料中の被検出物質を高精度かつ再現性高く検出することができる表面プラズモン増強効果を用いたセンシング装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sensing device using a surface plasmon enhancement effect capable of solving the problems based on the above-described conventional technology and detecting a substance to be detected in a sample with high accuracy and high reproducibility. .

上記課題を解決するために、本発明は、検出面に光を所定の入射角で入射させることで発生する増強場を利用して試料内の被検出物質を検出するセンシング装置であって、プリズムと、前記プリズムの一面上に配置された金属膜と、前記プリズムの一面上に配置され、前記金属膜上に試料を供給する流路が形成された基板と、光を射出する光源と、前記光源から射出された光を、前記プリズムと前記金属膜との境界面で全反射する角度で前記プリズムに入射させる入射光光学系と、前記金属膜近傍で発生した光を検出する光検出手段とを有し、前記入射光光学系は、前記境界面の各位置に、入射角度が異なり、かつ強度が実質的に等しい複数の光線を入射させることを特徴とするセンシング装置を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a sensing device that detects a substance to be detected in a sample using an enhancement field generated by making light incident on a detection surface at a predetermined incident angle, and includes a prism. A metal film disposed on one surface of the prism, a substrate disposed on one surface of the prism and provided with a flow path for supplying a sample on the metal film, a light source for emitting light, An incident light optical system for causing the light emitted from the light source to be incident on the prism at an angle at which the light is totally reflected by the boundary surface between the prism and the metal film; and a light detection means for detecting light generated in the vicinity of the metal film; The incident light optical system provides a sensing device characterized in that a plurality of light beams having different incident angles and substantially equal intensities are incident on each position of the boundary surface. .

ここで、前記入射光学系は、集束点の位置及び光束中心の傾斜角度が異なる複数の光束を前記境界面に入射させることが好ましい。
また、前記光源は、1つの光束を射出する光射出装置であり、前記入射光学系は、前記光源から射出された1つの光束から、集束点の位置が異なる複数の光束を生成することが好ましい。
また、前記光源は、コヒーレントな光を射出することが好ましい。
また、前記入射光学系は、生成した複数の光束から前記境界面に入射させる光束を選択する選択手段を有し、前記選択手段は、前記境界面に入射させる光束を順番に切り替え、前記境界面に同時に集束点の異なる光束を入射させないことが好ましい。
また、前記光源は、インコヒーレントな光を射出することが好ましい。
Here, it is preferable that the incident optical system causes a plurality of light beams having different focal point positions and light beam center inclination angles to enter the boundary surface.
Further, it is preferable that the light source is a light emitting device that emits one light beam, and the incident optical system generates a plurality of light beams having different focal point positions from one light beam emitted from the light source. .
The light source preferably emits coherent light.
The incident optical system includes a selection unit that selects a light beam incident on the boundary surface from the plurality of generated light beams. The selection unit sequentially switches the light beam incident on the boundary surface, and the boundary surface It is preferable not to allow light beams having different focal points to enter simultaneously.
The light source preferably emits incoherent light.

また、前記光源は、同一波長の光を射出する複数の個別光源で構成され、前記入射光光学系は、1つの前記個別光源から射出される光を1つの前記光束とすることが好ましい。
また、前記入射光光学系は、1つの集光レンズを有し、前記個別光源は、互いに異なる角度で、射出した光を前記集光レンズに入射させることが好ましい。
Preferably, the light source is composed of a plurality of individual light sources that emit light of the same wavelength, and the incident light optical system uses light emitted from one individual light source as one light beam.
Further, it is preferable that the incident light optical system has a single condensing lens, and the individual light sources cause the emitted light to enter the condensing lens at different angles.

ここで、前記入射光光学系は、光源から射出された光を散乱させる散乱部を備えることが好ましい。
また、前記散乱部は、前記光源から射出された光の光路上に配置された散乱板であることが好ましい。
また、前記散乱部は、前記プリズムの表面に形成された砂刷り面であることが好ましい。
Here, it is preferable that the incident light optical system includes a scattering unit that scatters light emitted from the light source.
Moreover, it is preferable that the said scattering part is a scattering plate arrange | positioned on the optical path of the light inject | emitted from the said light source.
Moreover, it is preferable that the said scattering part is the sand printing surface formed in the surface of the said prism.

また、前記光検出手段の検出結果に基づいて、前記試料内の前記被検出物質の濃度を算出する算出手段を有することが好ましい。
また、前記被検出物質は、蛍光性を有する物質、または、蛍光性を有する物質で標識された物質であることが好ましい。
Further, it is preferable to have a calculation unit that calculates the concentration of the substance to be detected in the sample based on the detection result of the light detection unit.
Further, the substance to be detected is preferably a fluorescent substance or a substance labeled with a fluorescent substance.

本発明によれば、境界面の各位置に、入射角度の異なる複数の光線を入射させることで、プラズモン共鳴角が異なる角度となった場合でも、また、蛍光物質の量が位置により変化した場合でも、発生する表面プラズモンに起因して発生する増強電場の強度を均一にすることができる。このように表面プラズモンの強度を均一にできることで、高い再現性でかつ高精度に試料中の被検出物質を検出することができる。
また、プラズモン共鳴角が異なる角度でも再現性の高い検出ができることで、設計誤差の許容範囲を大きくすることができ、装置コストを安価にすることができる。
According to the present invention, even when the plasmon resonance angle becomes different by causing a plurality of light beams having different incident angles to enter each position on the boundary surface, or when the amount of the fluorescent material changes depending on the position. However, it is possible to make the intensity of the enhanced electric field generated due to the generated surface plasmon uniform. Since the intensity of the surface plasmon can be made uniform in this way, the substance to be detected in the sample can be detected with high reproducibility and high accuracy.
In addition, since detection with high reproducibility can be performed even at different plasmon resonance angles, the allowable range of design error can be increased, and the apparatus cost can be reduced.

本発明に係るにセンシング装置について、添付の図面に示す実施形態を基に詳細に説明する。   A sensing device according to the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明のセンシング装置の一実施形態であるセンシング装置10の概略構成を示すブロック図であり、図2(A)は、図1に示したセンシング装置10の光源12、入射光光学系14、サンプルユニット16の概略構成を示す上面図であり、図2(B)は、図2(A)のB−B線断面図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a sensing device 10 which is an embodiment of the sensing device of the present invention. FIG. 2A shows a light source 12 and incident light optics of the sensing device 10 shown in FIG. It is a top view which shows schematic structure of the system | strain 14 and the sample unit 16, and FIG.2 (B) is a BB sectional drawing of FIG. 2 (A).

図1、図2(A)及び(B)に示すようにセンシング装置10は、基本的に、所定波長の光を射出する光源12と、光源12から射出された光(以下「励起光」ともいう。)を導光し集光する入射光光学系14と、被検出物質84を含有する試料(つまり測定対象)82を保持し、入射光光学系14により集光された光が入射されるサンプルユニット16と、サンプルユニット16の測定位置から射出される光を検出する光検出手段18と、光検出手段18の検出結果に基づいて被検出物質を検出する(つまり、光検出手段18で検出した信号をデジタル化し被検出物質の有無、濃度を判断する)算出手段20とを有し、試料82に含有されている被検出物質84を検出(及び測定)する。
また、センシング装置10は、さらに、励起光を変調するファンクションジェネレータ(以下「FG」ともいう。)24と、FG24で発生された電圧に比例した電流を光源12に流す光源ドライバ26とを有する。
ここで、FG24は、High、Lowの電圧の繰り返しクロックを発生する信号発生器である。FG24が信号を光源ドライバ26に流し、光源ドライバ26がその電圧に比例した電流を光源12に流すことで、光源12は、クロックに応じて変調された光を発光する。また、FG24のクロックは、ロックインアンプ64に接続されており、ロックインアンプ64は、FG24から流されるクロックと同期した信号のみを光検出手段18の出力から取り出す。
また、図示は省略したが、センシング装置10の各部は互いの位置関係を固定するために支持機構により支持されている。
As shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, the sensing device 10 basically includes a light source 12 that emits light of a predetermined wavelength and light emitted from the light source 12 (hereinafter referred to as “excitation light”). The incident light optical system 14 that guides and collects the light and the sample (that is, the measurement target) 82 that contains the substance 84 to be detected are held, and the light condensed by the incident light optical system 14 is incident thereon. The sample unit 16, the light detection means 18 for detecting light emitted from the measurement position of the sample unit 16, and the detection target substance are detected based on the detection result of the light detection means 18 (that is, detected by the light detection means 18). And calculating means 20 for determining the presence / absence and concentration of the detected substance by detecting the detected substance 84 contained in the sample 82 (and measuring).
The sensing device 10 further includes a function generator (hereinafter also referred to as “FG”) 24 that modulates excitation light, and a light source driver 26 that causes a current proportional to the voltage generated by the FG 24 to flow to the light source 12.
Here, the FG 24 is a signal generator that generates a repetitive clock of high and low voltages. The FG 24 sends a signal to the light source driver 26, and the light source driver 26 sends a current proportional to the voltage to the light source 12, so that the light source 12 emits light modulated according to the clock. The clock of the FG 24 is connected to the lock-in amplifier 64, and the lock-in amplifier 64 takes out only the signal synchronized with the clock sent from the FG 24 from the output of the light detection means 18.
Although not shown, each part of the sensing device 10 is supported by a support mechanism in order to fix the mutual positional relationship.

光源12は、所定波長の光を出射する半導体レーザである。なお、光源としては、半導体レーザに限定されず、LED、ランプ、SLD等も用いることができる。   The light source 12 is a semiconductor laser that emits light of a predetermined wavelength. Note that the light source is not limited to a semiconductor laser, and an LED, a lamp, an SLD, or the like can also be used.

入射光光学系14は、コリメータレンズ30と、偏光フィルタ32と、光分割部34と、集光レンズ36を有し、励起光の光路において、光源12側からコリメータレンズ30、偏光フィルタ32、光分割部34、集光レンズ36の順で配置されている。したがって、光源12から射出された光は、コリメータレンズ30、偏光フィルタ32、光分割部34、集光レンズ36をこの順で透過し、その後、サンプルユニット16に入射する。   The incident light optical system 14 includes a collimator lens 30, a polarizing filter 32, a light splitting unit 34, and a condensing lens 36. In the optical path of excitation light, the collimator lens 30, the polarizing filter 32, and the light from the light source 12 side. The dividing unit 34 and the condenser lens 36 are arranged in this order. Therefore, the light emitted from the light source 12 passes through the collimator lens 30, the polarization filter 32, the light splitting unit 34, and the condenser lens 36 in this order, and then enters the sample unit 16.

コリメータレンズ30は、光源12から射出され、所定角度で放射状に拡散する光を平行光に変換する。
偏光フィルタ32は、透過した光を後述するサンプルユニット16の反射面に対してP偏光となる方向に偏光するフィルタである。
The collimator lens 30 converts light emitted from the light source 12 and radially diffusing at a predetermined angle into parallel light.
The polarizing filter 32 is a filter that polarizes the transmitted light in the direction of P-polarized light with respect to the reflection surface of the sample unit 16 described later.

次に、図3(A)及び(B)を用いて光分割部34について説明する。ここで、図3(A)は、光源から射出される光がサンプルユニットに入射するまでの光路を示す説明図であり、図3(B)光源から射出される光がサンプルユニットに入射するまでの光路における各光束の広がりを示す説明図である。なお、図3(A)及び(B)は、図2(B)に示す面と同一の面を示している。
光分割部34は、図3(A)及び(B)に示すように、第1ハーフミラー102a、第2ハーフミラー102b、第3ハーフミラー102cと、第1シリンドリカルレンズ104a、第2シリンドリカルレンズ104b、第3シリンドリカルレンズ104cと、第1ミラー106a、第2ミラー106b、第3ミラー106c、第3ミラー106dとを有し、コリメータレンズ30で平行光とされ、偏光フィルタ32で偏光された光を、3つの光束(第1光束108a、第2光束108b、第3光束108c)に分岐し、集光レンズ36に入射させる。
Next, the light splitting unit 34 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 3A is an explanatory diagram showing an optical path until light emitted from the light source enters the sample unit, and FIG. 3B until light emitted from the light source enters the sample unit. It is explanatory drawing which shows the breadth of each light beam in this optical path. 3A and 3B show the same surface as the surface shown in FIG.
As shown in FIGS. 3A and 3B, the light splitting unit 34 includes a first half mirror 102a, a second half mirror 102b, a third half mirror 102c, a first cylindrical lens 104a, and a second cylindrical lens 104b. The third cylindrical lens 104c, the first mirror 106a, the second mirror 106b, the third mirror 106c, and the third mirror 106d. The collimator lens 30 converts the light into parallel light and the light polarized by the polarizing filter 32. The light is branched into three light beams (a first light beam 108 a, a second light beam 108 b, and a third light beam 108 c) and is incident on the condenser lens 36.

ここで、第1ハーフミラー102a、第2ハーフミラー102b、第3ハーフミラー102cは、それぞれ、通過する光のうち半分の光はそのまま透過し、半分の光は、反射するビームスプリッタである。
また、第1シリンドリカルレンズ104a、第2シリンドリカルレンズ104bは、後述するサンプルユニット16の流路45の長手方向に平行な方向が軸方向となる柱状の凹型レンズであり、シリンドリカルレンズ30により平行光とされた光を、柱状の軸に垂直な面のみに所定角度で拡散させる。
また、第3シリンドリカルレンズ104cは、後述するサンプルユニット16の流路45の長手方向に平行な方向が軸方向となる柱状の凸型レンズであり、コリメータレンズ30により平行光とされた光を柱状の軸に垂直な面(図2(B)に示す面と平行な面)のみに所定角度で集光させる。
また、第1ミラー106a、第2ミラー106b、第3ミラー106c、第3ミラー106dは、鏡面であり、入射した光を反射させる。
Here, each of the first half mirror 102a, the second half mirror 102b, and the third half mirror 102c is a beam splitter that transmits half the light as it is, and reflects the half light.
The first cylindrical lens 104 a and the second cylindrical lens 104 b are columnar concave lenses whose axial direction is parallel to the longitudinal direction of the flow path 45 of the sample unit 16 to be described later. The diffused light is diffused at a predetermined angle only on a plane perpendicular to the columnar axis.
The third cylindrical lens 104c is a columnar convex lens whose axial direction is parallel to the longitudinal direction of the flow path 45 of the sample unit 16 to be described later. The third cylindrical lens 104c is a columnar light that is collimated by the collimator lens 30. The light is condensed at a predetermined angle only on a surface perpendicular to the axis of (a surface parallel to the surface shown in FIG. 2B).
The first mirror 106a, the second mirror 106b, the third mirror 106c, and the third mirror 106d are mirror surfaces, and reflect incident light.

次に、各部材の配置関係と、各光束の光路について説明する。
まず、偏光フィルタ32と集光レンズ36とを結んだ直線上に、偏光フィルタ32側から、第1ハーフミラー102a、第1シリンドリカルレンズ104a、第2ハーフミラー102b、第3ハーフミラー102cの順で配置されている。
ここで、第1ハーフミラー102aは、反射面が光源12から射出された光の光軸(以下単に「光軸L」という。)に対して45°傾斜して配置されている。つまり、第1ハーフミラー102aは、反射面が、光軸Lに垂直な面に対して図中時計回り方向に45°回転された向きに配置されている。また、第2ハーフミラー102bは、反射面が、光軸Lに垂直な面に対して45°から微小角度引いた角度、図中反時計回り方向に回転された向きで配置され、第3ハーフミラー102cは、反射面が、第1ハーフミラー102aよりも図中反時計回り方向に微小角度回転された向きで配置されている。
Next, the arrangement relationship of each member and the optical path of each light beam will be described.
First, on the straight line connecting the polarizing filter 32 and the condenser lens 36, the first half mirror 102a, the first cylindrical lens 104a, the second half mirror 102b, and the third half mirror 102c are arranged in this order from the polarizing filter 32 side. Has been placed.
Here, the first half mirror 102a is disposed such that the reflection surface is inclined by 45 ° with respect to the optical axis of light emitted from the light source 12 (hereinafter simply referred to as “optical axis L”). That is, in the first half mirror 102a, the reflecting surface is arranged in a direction rotated by 45 ° in the clockwise direction in the drawing with respect to the surface perpendicular to the optical axis L. Further, the second half mirror 102b is arranged such that the reflecting surface is rotated at an angle obtained by subtracting a minute angle from 45 ° with respect to the surface perpendicular to the optical axis L, and rotated counterclockwise in the figure. The mirror 102c is arranged such that the reflecting surface is rotated by a minute angle in the counterclockwise direction in the drawing relative to the first half mirror 102a.

偏光フィルタ32を透過した光は、第1ハーフミラー102aで透過光と反射光に分割され、透過光が第1光束108aとなり、反射光が第2光束108bとなる。
第1光束108aは、その後、第1シリンドリカルレンズ104aで所定角度に拡散され(図3(B)参照)、第2ハーフミラー102b、さらに、第3ハーフミラー102cを透過し、集光レンズ34で集光される。なお、第1光束108aは、第2ハーフミラー102bで出力の半分が反射光として分割され、さらに、第3ハーフミラー102cで出力の半分が反射光として分割される。これらの分割された光は、不要光であるため、装置外に射出されたり、光吸収体により吸収させたりする。
The light transmitted through the polarizing filter 32 is divided into transmitted light and reflected light by the first half mirror 102a, and the transmitted light becomes the first light beam 108a and the reflected light becomes the second light beam 108b.
The first light beam 108a is then diffused at a predetermined angle by the first cylindrical lens 104a (see FIG. 3B), passes through the second half mirror 102b, and further through the third half mirror 102c, and is collected by the condenser lens 34. Focused. In the first light beam 108a, half of the output is split as reflected light by the second half mirror 102b, and half of the output is split as reflected light by the third half mirror 102c. Since these divided lights are unnecessary light, they are emitted outside the apparatus or absorbed by a light absorber.

第1ミラー106a及び第2ミラー106bは、第1ハーフミラー102aよりも第2光束108bの進行方向側に、第1ハーフミラー102a、第2ハーフミラー102b、第1ミラー106a及び第2ミラー106bが長方形の頂点となる位置関係に配置されている。つまり、第1ハーフミラー102aと第2ハーフミラー102bとを結んだ線と、第1ミラー106aと第2ミラー106bとを結んだ線が平行となり、第1ハーフミラー102aと第1ミラー106aとを結んだ線と、第2ハーフミラー102bと第2ミラー106bとを結んだ線が平行となり、各部を結んだ線同士のなす角が直角なる位置関係で配置されている。
また、第1ミラー106aは、反射面が光軸Lに垂直な面に対して図中時計回り方向に45°回転された向きに配置されており、第2ミラー106bは、反射面が光軸Lに垂直な面に対して図中反時計回り方向に45°回転された向きに配置されている。
また、第2ミラー106bと第2ハーフミラー102bとの間には、第2シリンドリカルレンズ104bが配置されている。
The first mirror 106a and the second mirror 106b have a first half mirror 102a, a second half mirror 102b, a first mirror 106a, and a second mirror 106b closer to the traveling direction of the second light beam 108b than the first half mirror 102a. It is arranged in the positional relationship that becomes the vertex of the rectangle. That is, the line connecting the first half mirror 102a and the second half mirror 102b is parallel to the line connecting the first mirror 106a and the second mirror 106b, and the first half mirror 102a and the first mirror 106a are connected to each other. The connected lines and the lines connecting the second half mirror 102b and the second mirror 106b are parallel to each other, and the angles formed by the lines connecting the respective parts are arranged at a right angle.
The first mirror 106a is disposed in a direction in which the reflecting surface is rotated by 45 ° in the clockwise direction in the drawing with respect to the surface perpendicular to the optical axis L, and the second mirror 106b has a reflecting surface whose optical axis is the optical axis. It is arranged in a direction rotated 45 ° counterclockwise in the figure with respect to a plane perpendicular to L.
A second cylindrical lens 104b is disposed between the second mirror 106b and the second half mirror 102b.

第2光束108bは、第1ハーフミラー102aから第1ミラー106a方向に進行し、第1ミラー106aで反射され、第2ミラー106bで反射され、第2シリンドリカルレンズ104bで拡散された後(図3(B)参照)、第2ハーフミラー102bで反射され、第3ハーフミラー102cを透過し、集光レンズ34で集光される。ここで、第2ハーフミラー102bの反射面が、第2ハーフミラー102bに入射する直前の第2光束108bの進行方向に対して45°よりも時計回り側に微小角度回転した向きで配置されているため、第2ハーフミラー102bを中心とした場合、第2光束108bの光軸は、第1光束108の光軸よりも所定角度時計回り側に所定角度傾いている。
なお、第2光束108bも、第2ハーフミラー102bで出力の半分が透過光として分割され、さらに、第3ハーフミラー102cで出力の半分が反射光として分割される。
この第2ハーフミラー102bで分割された透過光は、第3光束108cとなる。また、第3ハーフミラー102cで分割された反射光は、不要光であるため、装置外に射出されたり、光吸収体により吸収させたりする。
The second light beam 108b travels from the first half mirror 102a toward the first mirror 106a, is reflected by the first mirror 106a, is reflected by the second mirror 106b, and is diffused by the second cylindrical lens 104b (FIG. 3). (See (B)), the light is reflected by the second half mirror 102 b, passes through the third half mirror 102 c, and is collected by the condenser lens 34. Here, the reflection surface of the second half mirror 102b is arranged in a direction rotated by a minute angle clockwise from 45 ° with respect to the traveling direction of the second light beam 108b immediately before entering the second half mirror 102b. Therefore, when the second half mirror 102b is centered, the optical axis of the second light beam 108b is inclined by a predetermined angle clockwise from the optical axis of the first light beam 108 by a predetermined angle.
In the second light beam 108b, half of the output is split as transmitted light by the second half mirror 102b, and half of the output is split as reflected light by the third half mirror 102c.
The transmitted light divided by the second half mirror 102b becomes a third light beam 108c. Moreover, since the reflected light divided | segmented by the 3rd half mirror 102c is unnecessary light, it is inject | emitted out of an apparatus or it is made to absorb with a light absorber.

第3ミラー106c及び第4ミラー106dは、第2ハーフミラー102bよりも第3光束108cの進行方向側に、第2ハーフミラー102b、第3ハーフミラー102c、第3ミラー106c及び第4ミラー106dが長方形の頂点となる位置関係に配置されている。つまり、第2ハーフミラー102bと第3ハーフミラー102cとを結んだ線と、第3ミラー106cと第4ミラー106dとを結んだ線が平行となり、第2ハーフミラー102bと第3ミラー106cとを結んだ線と、第3ハーフミラー102cと第4ミラー106dとを結んだ線が平行となり、各部を結んだ線同士のなす角が直角なる位置関係で配置されている。
また、第3ミラー106cは、反射面が光軸Lに垂直な面に対して図中反時計回り方向に45°回転された向きに配置されており、第4ミラー106dは、反射面が光軸Lに垂直な面に対して図中時計回り方向に45°回転された向きに配置されている。
また、第2ミラー106bと第2ハーフミラー102bとの間には、第2シリンドリカルレンズ104bが配置されている。
The third mirror 106c and the fourth mirror 106d are arranged so that the second half mirror 102b, the third half mirror 102c, the third mirror 106c, and the fourth mirror 106d are closer to the traveling direction of the third light beam 108c than the second half mirror 102b. It is arranged in the positional relationship that becomes the vertex of the rectangle. That is, the line connecting the second half mirror 102b and the third half mirror 102c and the line connecting the third mirror 106c and the fourth mirror 106d are parallel, and the second half mirror 102b and the third mirror 106c are connected to each other. The connected lines and the lines connecting the third half mirror 102c and the fourth mirror 106d are parallel to each other, and the angles formed by the lines connecting the respective parts are arranged at a right angle.
The third mirror 106c is arranged in a direction in which the reflecting surface is rotated by 45 ° counterclockwise in the drawing with respect to the surface perpendicular to the optical axis L, and the fourth mirror 106d has a reflecting surface that is light. It is arranged in a direction rotated by 45 ° in the clockwise direction in the drawing with respect to a plane perpendicular to the axis L.
A second cylindrical lens 104b is disposed between the second mirror 106b and the second half mirror 102b.

第3光束108cは、第2ハーフミラー102bから第3ミラー106c方向に進行し、第3ミラー106cで反射され、第4ミラー106dで反射され、第3シリンドリカルレンズ104bで集光された後(図3(B)参照)、第3ハーフミラー102cで反射され、集光レンズ34で集光される。ここで、第3ハーフミラー102cの反射面が、第3ハーフミラー102cに入射する直前の第3光束108cの進行方向に対して45°よりも反時計回り側に微小角度回転した向きで配置されているため、第3ハーフミラー102cを中心とした場合、第3光束108cの光軸は、第1光束108の光軸よりも所定角度反時計回り側に所定角度傾いている。
なお、第3光束108cも、第3ハーフミラー102cで出力の半分が透過光として分割される。
この第3ハーフミラー102cで分割された透過光は、不要光であるため、装置外に射出されたり、光吸収体により吸収させたりする。
The third light beam 108c travels from the second half mirror 102b in the direction of the third mirror 106c, is reflected by the third mirror 106c, is reflected by the fourth mirror 106d, and is collected by the third cylindrical lens 104b (see FIG. 3 (B)), the light is reflected by the third half mirror 102c and condensed by the condenser lens 34. Here, the reflecting surface of the third half mirror 102c is arranged in a direction rotated by a minute angle counterclockwise from 45 ° with respect to the traveling direction of the third light beam 108c immediately before entering the third half mirror 102c. Therefore, when the third half mirror 102 c is the center, the optical axis of the third light beam 108 c is inclined by a predetermined angle counterclockwise by a predetermined angle from the optical axis of the first light beam 108.
The third light beam 108c is also split by the third half mirror 102c with half of the output as transmitted light.
Since the transmitted light divided by the third half mirror 102c is unnecessary light, it is emitted outside the apparatus or absorbed by a light absorber.

第1光束108a、第2光束108b、第3光束108cのいずれの光成分も光源12から射出されてから、第1ハーフミラー102a、第2ハーフミラー102b、第3ハーフミラー102cに一回をずつ透過するため、光の強度は、いずれも、光源12から射出された時点の8分の1となる。また、第3光束108cは、第2シリンドリカルレンズ104bで第2光束108bの一部として拡散された後、第3シリンドリカルレンズ104cで集光される。このように、第3シリンドリカルレンズ104cで集光することで、第3光束108cは第2光束108bよりも光路長が長いが、第2光束108bと同様の拡散角で集光レンズに入射させることができる。   All of the light components of the first light beam 108a, the second light beam 108b, and the third light beam 108c are emitted from the light source 12, and then once each to the first half mirror 102a, the second half mirror 102b, and the third half mirror 102c. In order to transmit, the intensity | strength of light will become 1/8 of the time of being inject | emitted from the light source 12, all. The third light beam 108c is diffused as a part of the second light beam 108b by the second cylindrical lens 104b, and then condensed by the third cylindrical lens 104c. Thus, by condensing with the third cylindrical lens 104c, the third light beam 108c has an optical path length longer than that of the second light beam 108b, but is incident on the condensing lens at the same diffusion angle as the second light beam 108b. Can do.

光分割部34は、以上のような構成であり、偏光フィルタ32を透過した光を、光軸の角度が互いに異なり、また、集束点が互いに異なる第1光束108a、第2光束108b、第3光束108cに分割し、集光レンズ36に入射させる。   The light splitting unit 34 is configured as described above, and the light transmitted through the polarization filter 32 is different from each other in the angle of the optical axis and the first light beam 108a, the second light beam 108b, and the third light beam having different focal points. The light beam 108 c is divided and incident on the condenser lens 36.

図1及び図2(A)及び(B)に戻り他の部分について説明する。
集光レンズ36は、図2(A)及び(B)に示すように、後述するサンプルユニットの流路の長手方向に平行な方向が軸方向となる柱状レンズであり、第1光束108a、第2光束108b及び第3光束108cを、それぞれ柱状の軸に垂直な面(図2(B)に示す面と平行な面)のみに集光させる。
Returning to FIG. 1 and FIGS. 2A and 2B, the other parts will be described.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the condenser lens 36 is a columnar lens whose axial direction is parallel to the longitudinal direction of the flow path of the sample unit, which will be described later. The two light beams 108b and the third light beam 108c are condensed only on a surface perpendicular to the columnar axis (a surface parallel to the surface shown in FIG. 2B).

次に、サンプルユニット16は、プリズム38と、金属膜40と、基板42と、透明カバー44を有し、プリズム38の一面に形成された金属膜40上に被検出物質84を含有する試料82が載置される。   Next, the sample unit 16 includes a prism 38, a metal film 40, a substrate 42, and a transparent cover 44, and a sample 82 containing a substance 84 to be detected on the metal film 40 formed on one surface of the prism 38. Is placed.

プリズム38は、断面が二等辺三角形となる略三角柱形状(正確には、二等辺三角形の各頂点部分を二等辺三角形の底面に垂直または平行に切断した六角柱形状)のプリズムであり、光源12から射出され入射光光学系14で集光される光(つまり、第1光束108a、第2光束108b及び第3光束108c)の光路上に配置されている。
プリズム38は、入射光光学系14で集光された光が、3つの側面のうち二等辺三角形の2つの斜辺のうちの1つの辺で構成される面から入射する向きで配置されている。
プリズム38は、公知の透明樹脂や光学ガラスで形成することができ、例えば、日本ゼオン株式会社製ZEONEX(登録商標)330R(屈折率1.50)を材料として形成することができる。また、プリズム38は、コストをより低くすることができるため、光学ガラスよりも樹脂で形成することが好ましく、例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィンを含む非晶性ポリオレフィン(APO)等の樹脂で形成することが好ましい。
プリズム38は、このような構成であり、入射光光学系14で集光された光を、二等辺三角形の2つの斜辺のうちの1つの辺で構成される面から入射させ、二等辺三角形の底辺で構成される面で反射し、二等辺三角形の2つの斜辺のうちの他方の辺で構成される面から射出する。
The prism 38 is a prism having a substantially triangular prism shape whose cross section is an isosceles triangle (precisely, a hexagonal prism shape obtained by cutting each vertex portion of the isosceles triangle perpendicularly or parallel to the bottom surface of the isosceles triangle). Are arranged on the optical path of light (that is, the first light beam 108a, the second light beam 108b, and the third light beam 108c) emitted from the light beam and collected by the incident light optical system 14.
The prism 38 is arranged in such a direction that the light condensed by the incident light optical system 14 enters from a surface constituted by one of the two oblique sides of the isosceles triangle among the three side surfaces.
The prism 38 can be formed of a known transparent resin or optical glass. For example, ZEONEX (registered trademark) 330R (refractive index 1.50) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. can be used as a material. In addition, the prism 38 is preferably formed of a resin rather than optical glass because the cost can be further reduced. For example, the amorphous polyolefin containing polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and cycloolefin is used. It is preferably formed of a resin such as (APO).
The prism 38 has such a configuration, and the light collected by the incident light optical system 14 is incident from a surface formed by one of the two oblique sides of the isosceles triangle, and the isosceles triangle The light is reflected from the surface formed by the base and emitted from the surface formed by the other of the two oblique sides of the isosceles triangle.

金属膜40は、プリズム38の二等辺三角形の底辺で構成される面の一部(具体的には、プリズム38に入射した光が照射される領域を含む領域)に形成された金属の薄膜である。
ここで、金属膜40に用いる材料としては、Au、Ag、Cu、Pt、Ni、Al等の金属を用いることができる。なお、試料として液体を用いる場合は、液体との反応を抑制するためにAu、Ptを用いること好ましい。
また、金属膜40の形成方法としては、種々の方法を用いることができ、例えば、スパッタ、蒸着、めっき、貼り付け等によりプリズム38上に形成することができる。
ここで、図4は、図2(A)及び(B)に示すサンプルユニット16の金属膜40の一部を拡大して示す拡大模式図である。
図4に示すように、金属膜40の表面には、被検出物質84と特定的に結合する特異的結合物質である1次抗体80が固定されている。
The metal film 40 is a metal thin film formed on a part of a surface formed by the base of the isosceles triangle of the prism 38 (specifically, a region including a region irradiated with light incident on the prism 38). is there.
Here, as a material used for the metal film 40, metals such as Au, Ag, Cu, Pt, Ni, and Al can be used. In addition, when using a liquid as a sample, in order to suppress reaction with a liquid, it is preferable to use Au and Pt.
Various methods can be used for forming the metal film 40. For example, the metal film 40 can be formed on the prism 38 by sputtering, vapor deposition, plating, pasting, or the like.
Here, FIG. 4 is an enlarged schematic view showing a part of the metal film 40 of the sample unit 16 shown in FIGS. 2A and 2B in an enlarged manner.
As shown in FIG. 4, a primary antibody 80, which is a specific binding substance that specifically binds to the detection target substance 84, is immobilized on the surface of the metal film 40.

基板42は、プリズム38の二等辺三角形の底辺で構成される面に配置された板状部材であり、金属膜40に試料82を供給する流路45が形成されている。
流路45は、金属膜40を横断して形成された直線状の線状部46と、線状部46の一方の端部に形成され、測定時に試料82が供給される液溜りとなる始端部47と、線状部46の他方の端部に形成され、始端部47に供給され線状部46を通過した試料82が到着する液溜りとなる終端部48とで構成される。
また、金属膜40よりも始端部47側の線状部46には、蛍光物質86によって標識された二次抗体88が載置された二次抗体載置領域49が設けられている。
ここで、二次抗体88とは、被検出物質84と特定的に結合する特異的結合物質である。
The substrate 42 is a plate-like member arranged on the surface formed by the bases of the isosceles triangles of the prism 38, and the flow path 45 for supplying the sample 82 to the metal film 40 is formed.
The flow path 45 is formed at a linear line portion 46 formed across the metal film 40 and at one end of the line portion 46, and a starting end serving as a liquid reservoir to which a sample 82 is supplied during measurement. A portion 47 and a terminal portion 48 that is formed at the other end of the linear portion 46 and serves as a reservoir for the sample 82 that has been supplied to the starting end portion 47 and passed through the linear portion 46 to arrive.
Further, a secondary antibody placement region 49 on which a secondary antibody 88 labeled with a fluorescent material 86 is placed is provided on the linear portion 46 closer to the start end portion 47 than the metal film 40.
Here, the secondary antibody 88 is a specific binding substance that specifically binds to the substance 84 to be detected.

透明カバー44は、基板42のプリズム38と接している面とは反対側の面に接合された透明な板状の部材である。透明カバー44は、基板42のプリズム38と接している面とは反対側の面を塞ぐことで、基板42に形成された流路45を密閉している。
また、透明カバー44は、流路45の始端部47に対応する部分及び流路45の終端部48に対応する部分に開口が形成されている。また、透明カバー44は、始端部47(さらには終端部48)に対応する位置に形成した開口に開閉可能な蓋を設けてもよい。
サンプルユニット16は、基本的に以上のような構成である。ここで、プリズム38と、金属膜40と基板42とは、一体で形成することが好ましい。
The transparent cover 44 is a transparent plate-like member bonded to the surface of the substrate 42 opposite to the surface in contact with the prism 38. The transparent cover 44 seals the flow path 45 formed in the substrate 42 by closing the surface of the substrate 42 opposite to the surface in contact with the prism 38.
The transparent cover 44 has openings formed in a portion corresponding to the start end portion 47 of the flow channel 45 and a portion corresponding to the end portion 48 of the flow channel 45. In addition, the transparent cover 44 may be provided with an openable / closable lid at an opening formed at a position corresponding to the start end portion 47 (and also the end portion 48).
The sample unit 16 is basically configured as described above. Here, the prism 38, the metal film 40, and the substrate 42 are preferably formed integrally.

また、光源12と入射光光学系14とサンプルユニット16とは、入射光光学系14からプリズム38に入射した光をプリズム38と金属膜40との境界面で全反射させてプリズムの他方の面から射出させる位置関係で配置されている。   The light source 12, the incident light optical system 14, and the sample unit 16 cause the light incident on the prism 38 from the incident light optical system 14 to be totally reflected at the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40, and thereby the other surface of the prism. It is arranged in a positional relationship for injection.

光検出手段18は、検出光光学系50と、フォトダイオード(以下「PD」という。)52と、フォトダイオードアンプ(以下「PDアンプ」という。)54とを有し、サンプルユニット16の金属膜40上の光(つまり、金属膜40上にある試料82から射出される光)を検出する。   The light detection means 18 includes a detection light optical system 50, a photodiode (hereinafter referred to as “PD”) 52, and a photodiode amplifier (hereinafter referred to as “PD amplifier”) 54, and the metal film of the sample unit 16. The light on 40 (that is, the light emitted from the sample 82 on the metal film 40) is detected.

検出光光学系50は、第1レンズ56と、カットフィルタ58と、第2レンズ60と、これらを支持する支持部62とを有し、金属膜40上(より正確には金属膜40の近傍)から射出されている光を集光し、PD52に入射させる。また、検出光光学系50は、金属膜40で発光された光の光路上において、金属膜40側から順に第1レンズ56、カットフィルタ58、第2レンズ60の順に互いに所定間隔離間して配置されている。   The detection light optical system 50 includes a first lens 56, a cut filter 58, a second lens 60, and a support portion 62 that supports them, and is on the metal film 40 (more precisely, in the vicinity of the metal film 40). ) Is collected and made incident on the PD 52. The detection light optical system 50 is arranged on the optical path of the light emitted from the metal film 40 in the order of the first lens 56, the cut filter 58, and the second lens 60 in order from the metal film 40 side. Has been.

第1レンズ56は、コリメータレンズであり、金属膜40に対向して配置されており、金属膜40上で発光し、第1レンズ56に到達した光を平行光にする。
カットフィルタ58は、励起光と同一波長の光を選択的にカットし、励起光と異なる波長の光(例えば、蛍光物質86に起因する蛍光等)を通過させる特性を有するフィルタであり、第1レンズ56で平行光とされた光のうち、励起光と異なる波長の光のみを通過させる。
第2レンズ60は、集光レンズであり、カットフィルタ58を透過した光を集光し、PD52に入射入射させる。
支持部62は、第1レンズ56と、カットフィルタ58と、第2レンズ60と互いに所定間隔離間させて一体的に保持する保持部材である。
The first lens 56 is a collimator lens, and is disposed so as to face the metal film 40. The first lens 56 emits light on the metal film 40 and changes the light reaching the first lens 56 into parallel light.
The cut filter 58 is a filter having a characteristic of selectively cutting light having the same wavelength as the excitation light and passing light having a wavelength different from that of the excitation light (for example, fluorescence caused by the fluorescent material 86). Of the light that has been converted into parallel light by the lens 56, only light having a wavelength different from that of the excitation light is allowed to pass.
The second lens 60 is a condensing lens, condenses the light transmitted through the cut filter 58, and makes it incident on the PD 52.
The support portion 62 is a holding member that integrally holds the first lens 56, the cut filter 58, and the second lens 60 while being spaced apart from each other by a predetermined distance.

PD52は、受光した光を電気信号に変換する光検出器であり、第2レンズ60で集光され、入射した光を電気信号に変換する。またPD52は、変換した電気信号を検出信号としてPDアンプ54に送る。
PDアンプ54は、検出信号を増幅する増幅器であり、PD52から送られた検出信号を増幅し、算出手段20に送る。
The PD 52 is a photodetector that converts received light into an electrical signal, and condenses the incident light that is collected by the second lens 60 into an electrical signal. The PD 52 sends the converted electrical signal to the PD amplifier 54 as a detection signal.
The PD amplifier 54 is an amplifier that amplifies the detection signal, amplifies the detection signal sent from the PD 52, and sends it to the calculation means 20.

算出手段20は、ロックインアンプ64とPC(つまり演算部)66とを有し、検出信号から被検出対象の質量、濃度等を算出する。   The calculation means 20 includes a lock-in amplifier 64 and a PC (that is, a calculation unit) 66, and calculates the mass, concentration, etc. of the detection target from the detection signal.

ロックインアンプ64は、検出信号のうち参照信号と等しい周波数成分を増幅する増幅器であり、PDアンプ54により増幅された検出信号のうち、FG24から送られた参照信号と同期する信号成分を増幅する。ロックインアンプ64で増幅された検出信号は、PC66に流される(出力される)。   The lock-in amplifier 64 is an amplifier that amplifies a frequency component equal to the reference signal in the detection signal, and amplifies a signal component synchronized with the reference signal sent from the FG 24 among the detection signals amplified by the PD amplifier 54. . The detection signal amplified by the lock-in amplifier 64 is sent (output) to the PC 66.

PC66は、ロックインアンプ64から供給された検出信号をデジタル信号に変換し、変換した信号に基づいて、試料中の被検出物質の濃度を検出する。ここで、試料中の被検出物質の濃度は、被検出物質の個数と液量との関係から算出することができる。また、被検出物質の個数は、個数既知の被検出物質を用いて検出信号の強度と被検出物質の個数との関係を算出し検量線を作成しておくことで算出することができる。なお、サンプルユニット16の基板42の流路45に供給する試料の液量を一定量とすること(または、一定量となるように設計すること)で、簡単かつ正確に濃度を算出することができる。
センシング装置10は、基本的に以上のような構成である。
The PC 66 converts the detection signal supplied from the lock-in amplifier 64 into a digital signal, and detects the concentration of the substance to be detected in the sample based on the converted signal. Here, the concentration of the substance to be detected in the sample can be calculated from the relationship between the number of substances to be detected and the amount of liquid. The number of substances to be detected can be calculated by calculating the relationship between the intensity of the detection signal and the number of substances to be detected using a known substance to be detected and creating a calibration curve. It should be noted that the concentration can be easily and accurately calculated by setting the amount of the sample liquid supplied to the flow path 45 of the substrate 42 of the sample unit 16 to be a constant amount (or by designing it to be a constant amount). it can.
The sensing device 10 is basically configured as described above.

以下、センシング装置10の作用について説明することで本発明をより詳細に説明する。図5(A)〜(C)は、それぞれ、サンプルユニット16での試料82の流れを示す説明図であり、図6は、試料82が到達した金属膜40の一部を拡大して示す拡大模式図である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by describing the operation of the sensing device 10. 5A to 5C are explanatory views showing the flow of the sample 82 in the sample unit 16, respectively. FIG. 6 is an enlarged view showing a part of the metal film 40 reached by the sample 82. FIG. It is a schematic diagram.

まず、図5(A)に示すように、サンプルユニット16の基板42の流路45の始端部47に、被検出物質84を含有する試料82を滴下する。
始端部47に滴下された試料82は、毛細管形状により、線状部46及びガラスカバー44で形成された管の中を終端部48に向けて移動する。
First, as shown in FIG. 5A, a sample 82 containing a substance to be detected 84 is dropped onto the start end 47 of the flow path 45 of the substrate 42 of the sample unit 16.
The sample 82 dropped on the start end 47 moves in the tube formed by the linear portion 46 and the glass cover 44 toward the end portion 48 due to the capillary shape.

始端部47から終端部48に向けて線状部46を移動する試料82は、図5(B)に示すように、線状部46の二次抗体載置領域49に到達する。試料82が二次抗体載置領域49に到達すると、試料82に含有されている被検出物質84と二次抗体載置領域49に載置されている二次抗体88との間で抗原抗体反応がおき、被検出物質84と二次抗体88とが結合する。また、この二次抗体88は、蛍光物質86により標識されているため、二次抗体88と結合した被検出物質84は、蛍光物質86により標識された状態となる。   The sample 82 moving along the linear portion 46 from the start end portion 47 toward the end portion 48 reaches the secondary antibody placement region 49 of the linear portion 46 as shown in FIG. When the sample 82 reaches the secondary antibody placement region 49, an antigen-antibody reaction occurs between the target substance 84 contained in the sample 82 and the secondary antibody 88 placed in the secondary antibody placement region 49. The detected substance 84 and the secondary antibody 88 bind to each other. Further, since the secondary antibody 88 is labeled with the fluorescent material 86, the detection target substance 84 bound to the secondary antibody 88 is in a state of being labeled with the fluorescent material 86.

二次抗体載置領域49を通過した試料82は、線状部をさらに終端部48側に移動し、金属膜40に到達する。試料82が金属膜40に到達すると、図6に示すように、試料82に含有されている被検出物質84と金属膜40上に固定されている一次抗体80との間で抗原抗体反応がおき、被検出物質84が一次抗体80に捕捉される。ここで、一次抗体80に捕捉された被検出物質84は、二次抗体載置領域49で蛍光物質86により標識された状態であるため、被検出物質84を捕捉した一次抗体80は、蛍光物質86で標識された状態となる。つまり、被検出物質84は、一次抗体80と二次抗体88とでサンドイッチされた状態となる。   The sample 82 that has passed through the secondary antibody placement region 49 further moves to the end portion 48 side through the linear portion and reaches the metal film 40. When the sample 82 reaches the metal film 40, an antigen-antibody reaction occurs between the detection target substance 84 contained in the sample 82 and the primary antibody 80 immobilized on the metal film 40, as shown in FIG. The detected substance 84 is captured by the primary antibody 80. Here, since the detection target substance 84 captured by the primary antibody 80 is in a state of being labeled with the fluorescent substance 86 in the secondary antibody placement region 49, the primary antibody 80 that has captured the detection target substance 84 is the fluorescent substance. It becomes a state labeled at 86. That is, the substance to be detected 84 is sandwiched between the primary antibody 80 and the secondary antibody 88.

金属膜40を通過した試料82は、終端部48まで移動する。また、一次抗体80により捕捉されなかった被検出物質84、被検出物質84に結合されなかった二次抗体88及び蛍光物質86も試料82とともに終端部48まで移動する。
これにより、図5(C)に示すように、金属膜40上に二次抗体88と結合し、蛍光物質86により標識され、かつ一次抗体80に捕捉された被検出物質84が残った状態となる。
The sample 82 that has passed through the metal film 40 moves to the end portion 48. In addition, the detected substance 84 not captured by the primary antibody 80, the secondary antibody 88 not bound to the detected substance 84, and the fluorescent substance 86 also move to the terminal portion 48 together with the sample 82.
As a result, as shown in FIG. 5C, the detection target substance 84 bound to the secondary antibody 88 on the metal film 40, labeled with the fluorescent substance 86, and captured by the primary antibody 80 remains. Become.

このように、金属膜40上に蛍光物質86により標識された二次抗体88と被検出物質84と固定化された一次抗体80のみが残った状態となったら、金属膜40に励起光を照射する。
具体的には、FG24で決定された強度変調信号に基づいて光源ドライバ26から流れる電流に基づいて、光源12から励起光を射出させる。励起光は、光源12から射出された後、入射光光学系14により、遮光板36により一部の励起光が遮断され、コリメータレンズ30より平行光とされ、その後、偏光フィルタ32により偏光され、光分割部34により、第1光束108a、第2光束108b、第3光束108bとされた後、集光レンズ36により一方向のみ集光される。
集光レンズ36により集光された第1光束108a、第2光束108b、第3光束108bは、プリズム38に入射され、所定の角度幅の光としてプリズム38と金属膜40との境界面に到達し、プリズム38と金属膜40との境界面で全反射され、プリズム38から射出される。なお、集光レンズ36は、第1光束108a、第2光束108b、第3光束108bの集束点が、プリズム38と金属膜40との境界面を一定距離越えた位置となるように集光する。
また、集光レンズ36により一方向のみに集光することで、プリズム38と金属膜40との境界面の線状部46の延在方向に平行な方向には、同一角度の光を入射することができる。
As described above, when only the secondary antibody 88 labeled with the fluorescent material 86, the detected substance 84, and the immobilized primary antibody 80 remain on the metal film 40, the metal film 40 is irradiated with excitation light. To do.
Specifically, excitation light is emitted from the light source 12 based on the current flowing from the light source driver 26 based on the intensity modulation signal determined by the FG 24. After the excitation light is emitted from the light source 12, a part of the excitation light is blocked by the light shielding plate 36 by the incident light optical system 14, is converted into parallel light by the collimator lens 30, and is then polarized by the polarization filter 32. The light splitting unit 34 makes the first light beam 108 a, the second light beam 108 b, and the third light beam 108 b, and then condenses only in one direction by the condenser lens 36.
The first light beam 108a, the second light beam 108b, and the third light beam 108b collected by the condenser lens 36 are incident on the prism 38 and reach the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40 as light having a predetermined angular width. Then, the light is totally reflected at the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40 and is emitted from the prism 38. The condensing lens 36 condenses the condensing points of the first light beam 108a, the second light beam 108b, and the third light beam 108b so that they are positioned beyond the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40 by a certain distance. .
Further, by collecting light in only one direction by the condensing lens 36, light having the same angle is incident in a direction parallel to the extending direction of the linear portion 46 at the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40. be able to.

プリズム38に入射した励起光(つまり、第1光束108a、第2光束108b、第3光束108b)がプリズム38と金属膜40との境界面で全反射されることで、金属膜40の流路45側の面(プリズム38側とは反対側の面)に、エバネッセント波が滲み出し、このエバネッセント波により、金属膜40中に表面プラズモンが励起される。この表面プラズモンにより金属膜40の表面に電界分布が生じ、電場増強領域が形成される。
このとき、所定の角度幅で入射された励起光のうち、プリズム38と金属膜40との境界面に所定角度(具体的には、プラズモン共鳴条件を満たす角度)した入射した励起光により発生した、エバネッセント波と表面プラズモンとが共鳴し、表面プラズモン共鳴(プラズモン増強効果)が発生する。このように、表面プラズモン共鳴(プラズモン増強効果)が発生した領域では、より強い電場増強が形成される。ここで、プラズモン共鳴条件は、入射された光により発生したエバネッセント波の波数ベクトルと、表面プラズモンの端数とが等しくなり、波数整合が成立する条件であり、上述したように、試料の種類、試料の状態、金属膜の厚み、密度、励起光の波長、入射角度等種々の条件に基づいて決まる。なお、本発明において、プラズモン共鳴角及び励起光(つまり、各光束)の入射角度は、金属面に垂直な線とのなす角である。
The excitation light (that is, the first light beam 108a, the second light beam 108b, and the third light beam 108b) incident on the prism 38 is totally reflected on the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40, so that the flow path of the metal film 40 is obtained. An evanescent wave oozes out on the 45 side surface (the surface opposite to the prism 38 side), and surface plasmons are excited in the metal film 40 by the evanescent wave. This surface plasmon causes an electric field distribution on the surface of the metal film 40, and an electric field enhancement region is formed.
At this time, the excitation light incident at a predetermined angle width is generated by the incident excitation light having a predetermined angle (specifically, an angle satisfying the plasmon resonance condition) on the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40. The evanescent wave and the surface plasmon resonate to generate surface plasmon resonance (plasmon enhancement effect). Thus, a stronger electric field enhancement is formed in a region where surface plasmon resonance (plasmon enhancement effect) occurs. Here, the plasmon resonance condition is a condition in which the wave number vector of the evanescent wave generated by the incident light is equal to the fraction of the surface plasmon, and the wave number matching is established. It is determined based on various conditions such as the state, the thickness and density of the metal film, the wavelength of excitation light, and the incident angle. In the present invention, the plasmon resonance angle and the incident angle of the excitation light (that is, each light beam) are angles formed with a line perpendicular to the metal surface.

また、このとき、エバネッセント波の滲み出している領域において蛍光物質86がある場合、励起されて蛍光を発生させる。また、エバネッセント波が染み出している領域とほぼ同等の領域に存在する表面プラズモンによる電場増強の効果、特に、表面プラズモン共鳴により増強された電場増強の効果により、この蛍光が増強される。
なお、エバネッセント波の滲み出し領域外の蛍光物質は励起されないため、蛍光を発生させない。
このようにして、金属膜40上に固定された被検出物質84を標識する蛍光物質86の蛍光は、励起され、増強される。
蛍光物質86から射出された光は、光検出手段18の第1レンズ56に入射し、カットフィルタ58を透過し、第2レンズ60で集光され、PD52に入射され電気信号に変換される。また、第1レンズ56に入射した光のうち励起光を同一波長の光は、カットフィルタ58を透過できないため、励起光成分は、PD52まで到達しない。
At this time, if the fluorescent material 86 is present in the area where the evanescent wave is exuded, it is excited to generate fluorescence. In addition, this fluorescence is enhanced by the effect of electric field enhancement by surface plasmons existing in a region substantially equivalent to the region where the evanescent wave oozes out, particularly by the effect of electric field enhancement enhanced by surface plasmon resonance.
It should be noted that the fluorescent material outside the area where the evanescent wave exudes is not excited and thus does not generate fluorescence.
In this way, the fluorescence of the fluorescent substance 86 that labels the detection target substance 84 fixed on the metal film 40 is excited and enhanced.
The light emitted from the fluorescent material 86 enters the first lens 56 of the light detection means 18, passes through the cut filter 58, is collected by the second lens 60, enters the PD 52, and is converted into an electrical signal. In addition, since the light having the same wavelength as the excitation light among the light incident on the first lens 56 cannot pass through the cut filter 58, the excitation light component does not reach the PD 52.

PD52で生成された電気信号は、検出信号として、PDアンプ54で増幅され、ロックインアンプ64で、参照信号と同期する信号成分を増幅する。これにより、励起光に起因して発生した光を増幅することができるため、その他のノイズ成分(例えば、部屋の蛍光灯、装置内のセンサーの光など、検出光光学系50以外からPD52に入射した光や、PDで発生する暗電流)と蛍光物質86から射出された光とを確実に識別することができる。
ロックインアンプ64で増幅された検出信号は、PC66に送られる。
PC66は、信号をA/D変換し、あらかじめ記憶していた検量線に基づき、被検出物質84の算出結果から、試料82中の被検出物質84の濃度を検出する。
センシング装置10は、以上のようにして、試料82中の被検出物質84の濃度を検出する。
The electric signal generated by the PD 52 is amplified by the PD amplifier 54 as a detection signal, and the signal component synchronized with the reference signal is amplified by the lock-in amplifier 64. As a result, the light generated due to the excitation light can be amplified, so that other noise components (for example, fluorescent light in the room, sensor light in the apparatus, etc., enter the PD 52 from other than the detection light optical system 50. And the light emitted from the fluorescent material 86 can be reliably identified.
The detection signal amplified by the lock-in amplifier 64 is sent to the PC 66.
The PC 66 A / D-converts the signal and detects the concentration of the detected substance 84 in the sample 82 from the calculation result of the detected substance 84 based on the calibration curve stored in advance.
The sensing device 10 detects the concentration of the detection target substance 84 in the sample 82 as described above.

センシング装置10によれば、プリズム38と金属膜40との境界面に集束点の異なる3本の光束、つまり、第1光束108a、第2光束108b、第3光束108cを入射させることで、境界面の各位置に角度の異なる3本の光線を入射させることができる。
これにより、プラズモン共鳴角により、各位置で発生する増強電場(正確には、表面プラズモンに起因して発生する増強電場)の強度が変化することを防止でき、プラズモン共鳴角によらず、金属膜上に発生する増強電場の強度を均一にすることができる。
According to the sensing device 10, the boundary between the prism 38 and the metal film 40 is made to be incident by entering three light beams having different focal points, that is, the first light beam 108 a, the second light beam 108 b, and the third light beam 108 c. Three light beams having different angles can be incident on each position of the surface.
As a result, the intensity of the enhanced electric field generated at each position (more precisely, the enhanced electric field generated due to the surface plasmon) can be prevented from changing due to the plasmon resonance angle, and the metal film can be used regardless of the plasmon resonance angle. The intensity of the enhanced electric field generated above can be made uniform.

より詳細に説明すると、正規分布をのように強度に差がある光を励起光として用いる場合は、プラズモン共鳴角が異なると、その角度により励起光の強度が大きく変化する。
ここで、図7(A)及び(B)は、それぞれ従来の励起光の強度と表面プラズモン共鳴の発生条件との関係を示す模式図である。
図7(A)には、励起光を正規分布の強度分布の光とし、光励起光の光束の中心付近の光がプラズモン共鳴角θ1と一致した場合の励起光の強度分布90とプリズム38と金属膜40との境界面で全反射された後の光の強度分布92を示し、図7(B)には、励起光を正規分布の強度分布の光とし、励起光の光束の中心から離れた位置の光がプラズモン共鳴角θ2と一致した場合の励起光の強度分布90’とプリズム38と金属膜40との境界面で全反射された後の光の強度分布92’を示す。
図7(A)に示すように、プラズモン共鳴角θ1で入射した光で表面プラズモン共鳴が発生する場合は強度分布90のうち頂点付近の強度の光(図7(A)中丸で示す強度の光)が表面プラズモン共鳴に変換される光となる。また、図7(B)に示すように、プラズモン共鳴角θ2で入射した光で表面プラズモン共鳴が発生する場合は、強度分布90’のうち中腹付近の強度の光(図7(B)中丸で示す強度の光)が表面プラズモン共鳴に変換される光となる。このため、表面プラズモン共鳴に寄与する光の強度が大きく異なる値となる。また、強度分布92と強度分布92’に示すように、反射光の強度分布も強度分布92の方が強度分布92’よりも大きく減少している。つまり、プラズモン共鳴角θ1の方がプラズモン共鳴角θ2の場合よりも表面プラズモン共鳴に利用されるエネルギーが多くなる。
このように、表面プラズモン共鳴に変換される光の強度が大きく異なると、金属膜上に発生する増強電場の強度も大きく異なる。具体的には、図7(A)に示す場合の方が図7(B)に示す場合よりも増強電場の強度が大きくなる。
また、表面プラズモン共鳴が発生する位置(プラズモン共鳴角で入射する光の位置)が異なるため、金属膜表面上の一次抗体80のムラや、被検出物質84の一次抗体80への付着ムラ等があると、金属膜上に発生する増強電場の強度が同一でも金属膜の位置により蛍光量が変化してしまうことになる。
More specifically, when light having a difference in intensity such as a normal distribution is used as excitation light, if the plasmon resonance angle is different, the intensity of the excitation light greatly changes depending on the angle.
Here, FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams showing the relationship between the intensity of the conventional excitation light and the generation conditions of surface plasmon resonance, respectively.
FIG. 7A shows the intensity distribution 90 of the excitation light, the prism 38, and the metal when the excitation light is light having a normal distribution intensity distribution and the light near the center of the light flux of the optical excitation light coincides with the plasmon resonance angle θ1. An intensity distribution 92 of the light after being totally reflected at the boundary surface with the film 40 is shown. FIG. 7B shows that the excitation light is a light having a normal distribution intensity distribution and is separated from the center of the luminous flux of the excitation light. An intensity distribution 90 ′ of excitation light when the light at the position coincides with the plasmon resonance angle θ2 and an intensity distribution 92 ′ of light after being totally reflected at the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40 are shown.
As shown in FIG. 7A, when surface plasmon resonance occurs with light incident at a plasmon resonance angle θ1, light having an intensity near the apex of the intensity distribution 90 (light having an intensity indicated by a circle in FIG. 7A). ) Becomes light converted to surface plasmon resonance. In addition, as shown in FIG. 7B, when surface plasmon resonance is generated by light incident at a plasmon resonance angle θ2, light having an intensity near the middle of the intensity distribution 90 ′ (in the middle circle in FIG. 7B). Light having the intensity shown) is converted into surface plasmon resonance. For this reason, the intensity of light that contributes to surface plasmon resonance has a significantly different value. Further, as shown in the intensity distribution 92 and the intensity distribution 92 ′, the intensity distribution of the reflected light is greatly reduced in the intensity distribution 92 than in the intensity distribution 92 ′. That is, the energy used for the surface plasmon resonance is larger in the plasmon resonance angle θ1 than in the case of the plasmon resonance angle θ2.
Thus, when the intensity of light converted to surface plasmon resonance is greatly different, the intensity of the enhanced electric field generated on the metal film is also greatly different. Specifically, the strength of the enhanced electric field is larger in the case shown in FIG. 7A than in the case shown in FIG.
Further, since the position where the surface plasmon resonance occurs (the position of the incident light at the plasmon resonance angle) is different, unevenness of the primary antibody 80 on the surface of the metal film, unevenness of adhesion of the detected substance 84 to the primary antibody 80, etc. If so, even if the intensity of the enhanced electric field generated on the metal film is the same, the amount of fluorescence changes depending on the position of the metal film.

次に、図8(A)は、第1光束108aと金属膜40(より正確には、プリズム38と金属膜40との境界面)との関係を示す説明図であり、図8(B)は、第2光束108bと金属膜40との関係を示す説明図であり、図8(C)は、第3光束108cと金属膜40との関係を示す説明図である。また、図9は、各光束の入射角度と光量との関係を示すグラフである。なお、図9では、横軸を境界面への入射角度[°]とし、縦軸を各光束の相対光量とした。
センシング装置10は、図8(A)に示すように、第1光束108aを、光束の中心が原点0の位置となるように金属膜40へ入射させ、図8(B)に示すように、第2光束108bを、第1光束108aよりも金属膜40とのなす角が大きくなる角度で、かつ、光束の中心が原点0の位置となるように金属膜40へ入射させ、図8(C)に示すように、第3光束108cを、第1光束108aよりも金属膜40とのなす角が小さくなる角度で、かつ、光束の中心が原点0の位置となるように金属膜40へ入射させる。
このように、第1光束108a、第2光束108b及び第3光束108cを互いに角度の異なる3方向から入射させることで、図9に示すように金属膜80に入射する光の強度を所定の角度範囲で略一定にすることができる。
このように、入射角度における光の強度を均一にできることで、プラズモン共鳴角によらず、金属膜上に発生する増強電場の強度を略一定にすることができる。
Next, FIG. 8A is an explanatory diagram showing the relationship between the first light beam 108a and the metal film 40 (more precisely, the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40), and FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between the second light beam 108b and the metal film 40, and FIG. 8C is an explanatory diagram showing a relationship between the third light beam 108c and the metal film 40. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the incident angle of each light beam and the amount of light. In FIG. 9, the horizontal axis is the incident angle [°] to the boundary surface, and the vertical axis is the relative light quantity of each light beam.
As shown in FIG. 8A, the sensing device 10 causes the first light beam 108a to enter the metal film 40 so that the center of the light beam is at the position of the origin 0, and as shown in FIG. The second light beam 108b is incident on the metal film 40 so that the angle formed with the metal film 40 is larger than that of the first light beam 108a and the center of the light beam is at the position of the origin 0, and FIG. ), The third light beam 108c is incident on the metal film 40 so that the angle formed with the metal film 40 is smaller than that of the first light beam 108a and the center of the light beam is at the origin 0 position. Let
In this way, by making the first light beam 108a, the second light beam 108b, and the third light beam 108c incident from three directions having different angles, the intensity of light incident on the metal film 80 is set to a predetermined angle as shown in FIG. The range can be made substantially constant.
Thus, by making the light intensity uniform at the incident angle, the intensity of the enhanced electric field generated on the metal film can be made substantially constant regardless of the plasmon resonance angle.

ここで、図10(A)及び図10(B)は、それぞれ、各光束とサンプルユニットで発生する蛍光の強度との関係を示すグラフである。なお、図10(A)及び図10(B)は、蛍光物質の量は同一量としている場合である。
例えば、測定時にプラズモン共鳴角が第1光束108aの中心の入射角度と近い場合は、第1光束108aを入射することにより発生する増強電場の強度が高くなり、第2光束108b、第3光束を入射することにより発生する増強電場の強度が低くなる。したがって、図10(A)に示すように、第1光束108aに起因する(被検出物質を標識する蛍光物質の)蛍光の強度が高くなり、第2光束108b、第3光束108cに起因する蛍光の強度が低くなる。
これに対して、図10(A)に示す測定よりもサンプルの屈折率の低いサンプルユニットを測定する場合等、プラズモン共鳴角がより低くなると、プラズモン共鳴角は、図10(A)に示す測定の場合よりも、第1光束108aの中心の入射角度とは遠くなり、第2光束108bの中心の入射角度と近くなる。したがって、第2光束108bに起因する蛍光の強度が高くなり、第1光束108a、第3光束108cに起因する蛍光の強度が低くなる。
このように、測定時のプラズモン共鳴角により、1つの光束に起因する蛍光の強度は、変化するが、3本の光束のうちのいずれかの光束に起因する蛍光の強度が低下したら、他の光束の強度が高くなるため、プラズモン共鳴角によらず、増強電場の強度を実質的に一定にすることができ、蛍光物質が同一量の場合は、蛍光の強度を同一にすることができ、再現性が高くかつ高精度な測定をすることができる。
Here, FIG. 10 (A) and FIG. 10 (B) are graphs showing the relationship between each light flux and the intensity of fluorescence generated in the sample unit, respectively. 10A and 10B show the case where the amount of the fluorescent material is the same.
For example, when the plasmon resonance angle is close to the incident angle at the center of the first light beam 108a at the time of measurement, the intensity of the enhanced electric field generated by entering the first light beam 108a is increased, and the second light beam 108b and the third light beam are transmitted. The intensity of the enhanced electric field generated by the incident becomes low. Therefore, as shown in FIG. 10A, the intensity of the fluorescence (of the fluorescent substance that labels the substance to be detected) caused by the first light flux 108a increases, and the fluorescence caused by the second light flux 108b and the third light flux 108c. The strength of is reduced.
On the other hand, when the plasmon resonance angle is lower, such as when measuring a sample unit having a lower refractive index of the sample than the measurement shown in FIG. 10 (A), the plasmon resonance angle is measured as shown in FIG. 10 (A). In this case, the incident angle at the center of the first light beam 108a is far from the incident angle at the center of the second light beam 108b. Therefore, the intensity of the fluorescence caused by the second light flux 108b is increased, and the intensity of the fluorescence caused by the first light flux 108a and the third light flux 108c is reduced.
As described above, the intensity of the fluorescence caused by one light beam changes depending on the plasmon resonance angle at the time of measurement, but if the intensity of the fluorescence caused by any one of the three light beams decreases, Since the intensity of the luminous flux increases, the intensity of the enhanced electric field can be made substantially constant regardless of the plasmon resonance angle, and when the amount of the fluorescent material is the same, the intensity of the fluorescence can be made the same, Highly reproducible and highly accurate measurement can be performed.

また、入射角度が異なる3本の光束を、光束の中心が同一位置となるよう境界面に入射させることで、プラズモン共鳴角がずれた場合でも、各位値における増強電場の強度を均一にすることができる。つまり、プラズモン共鳴角が変化した場合でも、図10に示す全体の蛍光量の場合と同様に、各位置に入射する3本の光束の光線のいずれかの光束の光線に起因して発生する増強電場(正確には、光線に起因して発生する表面プラズモンに起因しての発生する増強電場)の強度が低下したら、他の光束の光線に起因して発生する増強電場の強度が高くなる。また、各光束の強度分布は同一であり、かつ、光束の中心が同一位置となるように境界面に入射させているため、入射幅が異なるため光束により多少のずれはあるが、各位値に入射する光束の光線の強度は実質的に一定となる。これにより、プラズモン共鳴角によらず、各位置で発生する増強電場の強度を一定にすることができる。
これにより、一定条件で検出することができるため、サンプルユニットの一次抗体のむら等により検出ムラがある場合も、再現性が高くかつ高精度な測定をすることができる。
In addition, even when the plasmon resonance angle is shifted, the intensity of the enhanced electric field at each level is made uniform by causing three light beams having different incident angles to enter the boundary surface so that the centers of the light beams are at the same position. Can do. That is, even when the plasmon resonance angle changes, as in the case of the entire fluorescence amount shown in FIG. 10, the enhancement generated due to the light beam of one of the three light beams incident on each position. When the strength of the electric field (more precisely, the enhanced electric field generated due to the surface plasmon generated due to the light beam) decreases, the strength of the enhanced electric field generated due to the light beam of the other light flux increases. In addition, the intensity distribution of each light beam is the same, and the light beam is incident on the boundary surface so that the center of the light beam is at the same position. The intensity of the incident light beam is substantially constant. Thereby, the intensity of the enhanced electric field generated at each position can be made constant regardless of the plasmon resonance angle.
Thereby, since it can detect on fixed conditions, even when there is a detection nonuniformity by the nonuniformity of the primary antibody of a sample unit, etc., a highly reproducible and highly accurate measurement can be performed.

以上のように、プラズモン共鳴角の角度によらず、金属膜上に発生する増強電場(正確には、表面プラズモンに起因して発生する増強電場)の強度を実質的に均一にできることで、蛍光物質の蛍光を増強する増強電場の強度を一定にすることができる。したがって、プラズモン共鳴角の角度が異なるサンプルユニットで測定した場合でも、被検出物質の量、濃度に対する検出信号の強度が一定となる。
これにより、再現性の高い測定をすることができ、被検出物質の量、濃度を正確に検出(もしくは測定)することができる。
また、プラズモン共鳴角を検出する必要がないため、短時間で検出することができる。また、条件設定のために、測定前に蛍光物質を励起することもないため、蛍光物質の蛍光の強度が低下することも防止できる。
As described above, the intensity of the enhanced electric field generated on the metal film (more precisely, the enhanced electric field generated due to the surface plasmon) can be made substantially uniform regardless of the plasmon resonance angle. The intensity of the enhanced electric field that enhances the fluorescence of the substance can be made constant. Therefore, even when measurement is performed with sample units having different plasmon resonance angles, the intensity of the detection signal with respect to the amount and concentration of the substance to be detected is constant.
Thereby, measurement with high reproducibility can be performed, and the amount and concentration of the substance to be detected can be accurately detected (or measured).
Further, since it is not necessary to detect the plasmon resonance angle, it can be detected in a short time. Moreover, since the fluorescent material is not excited before the measurement for setting the conditions, it is possible to prevent the fluorescence intensity of the fluorescent material from being lowered.

また、プラズモン共鳴角は、金属膜上に配置される試料や、被検出物質によっても変化するが、本発明のセンシング装置のよれば、異なる試料、被検出物質を用いてプラズモン共鳴角が変化した場合(例えば数度から10数度)も角度調節することなく、同一の装置で検出することができる。
例えば、1つのセンシング装置で、試料として尿を用い尿の中の被検出物質を検出することも、試料として血液を用い、血液の中の被検出物質を検出することもできる。
より具体的には、サンプルユニットを基本的に同様の構成(プリズムは、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)を用いて作製)で作製した場合、全血と尿は、個体差・体調差により、サンプルユニットの屈折率が1.335から1.36までの範囲でばらつく。
ここで、例えば、励起光の波長を657nmとすると、屈折率が1.335の場合は、最適なプラズモン共鳴角(増強度が最も高くなる入射角)が73.3°となり、屈折率が1.36の場合は、最適なプラズモン共鳴角が、77.67°となり、最適なプラズモン共鳴角が約4.3°変化する。
本発明によれば、上述したように、プラズモン共鳴角によらず金属膜上に発生する増強電場の強度を略均一にすることができるため、このようにプラズモン共鳴角が数°変化した場合でも、同一条件で測定することができる。
このように、本発明によれば、検出する対象もより多くすることができる。また、プラズモン共鳴角によらず、金属膜上に発生する増強電場の強度を一定にすることができるため、検出物質によって、検出精度にバラツキが生じることを防止できる。
The plasmon resonance angle also varies depending on the sample placed on the metal film and the substance to be detected. However, according to the sensing device of the present invention, the plasmon resonance angle is changed using a different sample and substance to be detected. In some cases (for example, several to ten degrees), it is possible to detect with the same device without adjusting the angle.
For example, a single sensing device can detect a substance to be detected in urine using urine as a sample, or can detect a substance to be detected in blood using blood as a sample.
More specifically, when the sample unit is manufactured with basically the same configuration (the prism is manufactured using PMMA (polymethyl methacrylate)), the whole blood and urine are sampled due to individual differences and physical condition differences. The unit refractive index varies from 1.335 to 1.36.
Here, for example, when the wavelength of the excitation light is 657 nm, when the refractive index is 1.335, the optimum plasmon resonance angle (incident angle at which the enhancement is highest) is 73.3 °, and the refractive index is 1. In the case of .36, the optimum plasmon resonance angle is 77.67 °, and the optimum plasmon resonance angle changes by about 4.3 °.
According to the present invention, as described above, the intensity of the enhanced electric field generated on the metal film can be made substantially uniform regardless of the plasmon resonance angle, so even when the plasmon resonance angle changes by several degrees in this way. Can be measured under the same conditions.
Thus, according to the present invention, the number of objects to be detected can be increased. Moreover, since the intensity of the enhanced electric field generated on the metal film can be made constant irrespective of the plasmon resonance angle, it is possible to prevent the detection accuracy from being varied depending on the detection substance.

また、プラズモン共鳴角の角度が異なるサンプルユニットで再現性の高い測定を可能となることで、サンプルユニットの許容誤差を大きくすることができるため、サンプルユニットを安価に製造することが可能となる。   In addition, since it is possible to perform highly reproducible measurement with sample units having different plasmon resonance angles, the tolerance of the sample unit can be increased, so that the sample unit can be manufactured at low cost.

ここで、上述した実施形態のように光源12としてレーザー光源(つまり、コヒーレントな光を射出する光源)を用いる場合は、サンプルユニットの境界面に入射させる光束を選択する(つまり、光束を切り換える)光束選択手段を設けることが好ましい。
ここで、光束選択手段としては、光分割部の各光束の光路上にシャッタを配置した構成が例示される。
Here, when a laser light source (that is, a light source that emits coherent light) is used as the light source 12 as in the above-described embodiment, a light beam incident on the boundary surface of the sample unit is selected (that is, the light beam is switched). It is preferable to provide a light beam selection means.
Here, as the light beam selection means, a configuration in which a shutter is arranged on the optical path of each light beam of the light splitting unit is exemplified.

この光束選択手段により、境界面に入射させる光束を、第1光束108aのみ、第2光束108bのみ、第3光束108cのみという状態に順次切り換えることが好ましい。より具体的には、第1光束108aを境界面に入射させている時は、第2光束108b及び第3光束108cを対応するシャッタで遮蔽し、第2光束108bを境界面に入射させている時は、第1光束108a及び第3光束108cを対応するシャッタで遮蔽し、第3光束108cを境界面に入射させている時は、第1光束108a及び第2光束108bを対応するシャッタで遮蔽する。
このように、境界面に入射させる光束を順次切り換えることで、各光束により発生する表面プラズモンに起因する蛍光強度を各光束毎に検出することができる。また、同一位置に2つの光束を同時に入射させないことで、光の干渉が発生することを防止できる。
It is preferable to sequentially switch the light beam incident on the boundary surface to only the first light beam 108a, only the second light beam 108b, and only the third light beam 108c by the light beam selecting means. More specifically, when the first light beam 108a is incident on the boundary surface, the second light beam 108b and the third light beam 108c are shielded by the corresponding shutter, and the second light beam 108b is incident on the boundary surface. At times, the first light beam 108a and the third light beam 108c are shielded by the corresponding shutter, and when the third light beam 108c is incident on the boundary surface, the first light beam 108a and the second light beam 108b are shielded by the corresponding shutter. To do.
In this way, by sequentially switching the light beams incident on the boundary surface, the fluorescence intensity caused by the surface plasmon generated by each light beam can be detected for each light beam. In addition, it is possible to prevent light interference by preventing two light beams from being simultaneously incident on the same position.

また、光源としては、上述したようにインコヒーレントな光を射出する光源(例えば、LED、ランプ)ことも好ましい。
インコヒーレントな光を射出する光源を用いることで、光の干渉を発生させることなく、複数の光束を同時に境界面に入射させてることができる。これにより、光選択手段を設ける必要もなく、また、安定して、短時間で、測定を行うことができる。
また、光源として、SLD等のある程度の干渉性のある光を射出する光源を用いる場合は、用途、また、必要とされる検出精度により、光束毎に入射させるか、同時に複数の光束を入射させるかを選択すればよい。
Further, as described above, it is also preferable that the light source emits incoherent light (for example, an LED or a lamp).
By using a light source that emits incoherent light, a plurality of light beams can be simultaneously incident on the boundary surface without causing light interference. Thereby, it is not necessary to provide light selection means, and measurement can be performed stably in a short time.
In addition, when a light source that emits light having a certain degree of coherence, such as an SLD, is used as the light source, it is made incident for each light beam, or a plurality of light beams are incident simultaneously, depending on the application and required detection accuracy. You just have to choose.

ここで、センシング装置10では、光源から射出された1つの光束を入射光光学系で分割することで、複数の光束を生成したが本発明はこれに限定されない。
以下、図11を用いて本発明のセンシング装置の他の実施形態について説明する。ここで、図11は、本発明のセンシング装置の他の実施形態であるセンシング装置200の概略構成を示すブロック図であり、図12は、図11に示したセンシング装置200の光源202、入射光光学系204、サンプルユニット16の断面図である。
Here, in the sensing device 10, a plurality of light beams are generated by dividing one light beam emitted from the light source by the incident light optical system, but the present invention is not limited to this.
Hereinafter, another embodiment of the sensing device of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a sensing device 200 as another embodiment of the sensing device of the present invention, and FIG. 12 shows the light source 202 and incident light of the sensing device 200 shown in FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical system 204 and a sample unit 16. FIG.

ここで、センシング装置200は、光源202および入射光光学系204の構成を除いて他の構成は、図1に示すセンシング装置10と同様であるので同様の構成要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略し、以下センシング装置200に特有の点について重点的に説明する。   Here, since the sensing device 200 is the same as the sensing device 10 shown in FIG. 1 except for the construction of the light source 202 and the incident light optical system 204, the same components are denoted by the same reference numerals. Detailed description thereof will be omitted, and points unique to the sensing device 200 will be mainly described below.

図11及び図12に示すように、センシング装置200は、基本的に、所定波長の光を射出する光源202と、入射光光学系204と、サンプルユニット16と、光検出手段18と、算出手段20とを有する。また、センシング装置100も、さらに、FG24と光源ドライバ26とを有する。   As shown in FIGS. 11 and 12, the sensing device 200 basically includes a light source 202 that emits light of a predetermined wavelength, an incident light optical system 204, a sample unit 16, a light detection means 18, and a calculation means. 20. In addition, the sensing device 100 further includes an FG 24 and a light source driver 26.

光源202は、第1光束220aを射出する第1個別光源210aと、第2光束220bを射出する第2個別光源210bと、第3光束220cを射出する第3個別光源210cと、光源ドライバ26から流れてくる電流を第1個別光源210a、第2個別光源210b及び第3個別光源210c(以下まとめて「各個別光源」ともいう。)に流す分配部212とを有する。
各個別光源は、所定波長の光を出射する半導体レーザである。また、第1個別光源210a、第2個別光源210b及び第3個別光源210cは、互いに同一波長の光を射出する。
ここで、第1光束220aは、集光レンズ36の軸(焦点とレンズ中心とを結ぶ線)に平行な光であり、第2光束220bは、第1光束220aに対して所定角度(図12中おいて第1光束に反時計周り方向に所定角度)傾斜した光であり、第3光束220cは、第1光束220aに対して第2光束220bとは逆側に所定角度(図12中おいて第1光束に時計周り方向に所定角度)傾斜した光である。
また、分配部212は、光源ドライバ26と、各個別光源とに接続されており、光源ドライバ26からの流された電流を各個別光源に流す。
The light source 202 includes a first individual light source 210 a that emits a first light beam 220 a, a second individual light source 210 b that emits a second light beam 220 b, a third individual light source 210 c that emits a third light beam 220 c, and the light source driver 26. And a distribution unit 212 for flowing the flowing current to the first individual light source 210a, the second individual light source 210b, and the third individual light source 210c (hereinafter collectively referred to as “each individual light source”).
Each individual light source is a semiconductor laser that emits light of a predetermined wavelength. The first individual light source 210a, the second individual light source 210b, and the third individual light source 210c emit light having the same wavelength.
Here, the first light beam 220a is light parallel to the axis of the condenser lens 36 (a line connecting the focal point and the lens center), and the second light beam 220b is a predetermined angle (FIG. 12) with respect to the first light beam 220a. The third light beam 220c is inclined at a predetermined angle (a predetermined angle in the counterclockwise direction) with respect to the first light beam, and the third light beam 220c is opposite to the second light beam 220b with respect to the first light beam 220a. The light is inclined by a predetermined angle in the clockwise direction with respect to the first light flux.
In addition, the distribution unit 212 is connected to the light source driver 26 and each individual light source, and flows the current that is supplied from the light source driver 26 to each individual light source.

入射光光学系204は、励起光の光路上に配置された第1コリメータレンズ214a、第2コリメータレンズ214b、第3コリメータレンズ214cと、偏光フィルタ32と集光レンズ36とを有し、光源202の各個別光源から射出された第1光束220a、第2光束220b、第3光束220cをそれぞれを偏光し、それぞれ集光してサンプルユニット16の所定位置に所定の角度で入射させる。
ここで、入射光光学系204は、各個別光源に対応してそれぞれ第1コリメータレンズ214a、第2コリメータレンズ214b、第3コリメータレンズ214cが配置されており、全ての個別光源に共通して1つの偏光フィルム34及び1つの集光レンズ36が配置されている。
The incident light optical system 204 includes a first collimator lens 214a, a second collimator lens 214b, a third collimator lens 214c, a polarizing filter 32, and a condensing lens 36 disposed on the optical path of the excitation light. The first light beam 220a, the second light beam 220b, and the third light beam 220c emitted from the individual light sources are respectively polarized, condensed, and incident on a predetermined position of the sample unit 16 at a predetermined angle.
Here, in the incident light optical system 204, a first collimator lens 214a, a second collimator lens 214b, and a third collimator lens 214c are arranged corresponding to each individual light source. Two polarizing films 34 and one condenser lens 36 are arranged.

第1コリメータレンズ214aは、第1個別光源210aと偏光フィルタ32との間に配置され、第1個別光源210aから射出された第1光束220aを平行光とする。
また、第2コリメータレンズ214bは、第2個別光源210bと偏光フィルタ32との間に配置され、第2個別光源210bから射出された第2光束220bを平行光とする。
また、第3コリメータレンズ214cは、第3個別光源210cと偏光フィルタ32との間に配置されており、第3個別光源210cから射出された第3光束220cを平行光とする。
The first collimator lens 214a is disposed between the first individual light source 210a and the polarizing filter 32, and uses the first light beam 220a emitted from the first individual light source 210a as parallel light.
The second collimator lens 214b is disposed between the second individual light source 210b and the polarization filter 32, and makes the second light beam 220b emitted from the second individual light source 210b parallel light.
The third collimator lens 214c is disposed between the third individual light source 210c and the polarization filter 32, and uses the third light beam 220c emitted from the third individual light source 210c as parallel light.

ここで、偏光フィルタ32及び集光レンズ36は、図1に示すセンシング装置10の偏光フィルタ32及び集光レンズ36と同様の構成であるので、説明を省略する。   Here, the polarizing filter 32 and the condensing lens 36 have the same configuration as the polarizing filter 32 and the condensing lens 36 of the sensing device 10 shown in FIG.

センシング装置200の光源202及び入射光光学系204は、以上のような構成であり、第1光源210aから射出された第1光束220aは、第1コリメータレンズ214aで平行光とされ、その後偏光フィルタ32で偏光され、集光レンズ36で集光された後、サンプルユニット16に入射される。また、同様に、第2光源210bから射出された第2光束220bも、第2コリメータレンズ214bで平行光とされ、その後偏光フィルタ32で偏光され、集光レンズ36で集光された後、サンプルユニット16に入射され、第3光源210cから射出された第3光束220cも、第3コリメータレンズ214cで平行光とされ、その後、偏光フィルタ32で偏光され、集光レンズ36で集光された後、サンプルユニット16に入射される。
なお、光源202及び入射光光学系204は、各個別光源の配置位置、互いの角度、集光レンズの頂点等を調整し、境界面における、第1光束220a、第2光束220b、第3光束220cの中心が同じ位置となるように入射されている。
The light source 202 and the incident light optical system 204 of the sensing device 200 are configured as described above, and the first light beam 220a emitted from the first light source 210a is converted into parallel light by the first collimator lens 214a, and then the polarization filter. After being polarized by 32 and condensed by the condenser lens 36, it is incident on the sample unit 16. Similarly, the second light beam 220b emitted from the second light source 210b is also converted into parallel light by the second collimator lens 214b, then polarized by the polarizing filter 32, condensed by the condenser lens 36, and then sampled. The third light beam 220c incident on the unit 16 and emitted from the third light source 210c is also converted into parallel light by the third collimator lens 214c, then polarized by the polarization filter 32, and condensed by the condenser lens 36. , Is incident on the sample unit 16.
The light source 202 and the incident light optical system 204 adjust the arrangement position of each individual light source, the mutual angle, the vertex of the condenser lens, etc., and the first light beam 220a, the second light beam 220b, and the third light beam at the boundary surface. The light is incident so that the center of 220c is at the same position.

また、第1光束220aと、第2光束220bと、第3光束220cとは、互いに異なる角度で射出され、平行光とされ、異なる角度で集光レンズ36に入射するため、光束の集束点が互いに異なる位置となる。また、光束の中心の境界面への入射角も互いに異なる角度となる。   In addition, the first light beam 220a, the second light beam 220b, and the third light beam 220c are emitted at different angles, are converted into parallel light, and are incident on the condenser lens 36 at different angles. The positions are different from each other. Also, the incident angles to the boundary surface at the center of the light flux are different from each other.

センシング装置200のように、光源として、複数の個別光源を設け、各個別光源から射出される光を、互いに集束点が異なり、光束の中心の傾斜角度が異なる光束とすることでも上述したセンシング装置10と同様の効果を得ることができる。   As in the sensing device 200, a plurality of individual light sources are provided as light sources, and the light emitted from each individual light source is a light beam having a different focal point and a different tilt angle at the center of the light beam. 10 can be obtained.

なお、センシング装置200のように、複数の個別光源を用いる場合は、個別光源から射出される光の干渉性に関わらず、基本的に光の干渉は発生しないため、複数の個別交換からそれぞれ射出された光束を同時に境界面に入射させても、一定強度の光を入射させることができる。
また、センシング装置200のように、複数の個別光源を用いる場合も、分配部212で電流を流す個別光源を選択し、光を射出する個別光源を順次切り替え、境界面に入射させる光束を順次切り換えるようにしてもよい。
Note that when a plurality of individual light sources are used as in the sensing device 200, light interference does not basically occur regardless of the coherence of light emitted from the individual light sources. Even if the light fluxes made incident on the boundary surface at the same time, it is possible to make light with a constant intensity incident.
Further, even when a plurality of individual light sources are used as in the sensing device 200, the individual light sources that allow current to flow are selected by the distribution unit 212, the individual light sources that emit light are sequentially switched, and the light flux that is incident on the boundary surface is sequentially switched. You may do it.

ここで、センシング装置10及びセンシング装置200では、集束点の位置及び光束中心の傾斜角度が異なる複数の光束を境界面に入射させたが、本発明は、境界面の各位置に、入射角度の異なる複数の光線を入射させることができればよく、例えば、入射光光学系に散乱部を設け、光源から射出された光を散乱部により散乱させた後、境界面に入射させるようにしてもよい。   Here, in the sensing device 10 and the sensing device 200, a plurality of light beams having different focal point positions and light beam center tilt angles are incident on the boundary surface. A plurality of different light beams may be incident. For example, a scattering unit may be provided in the incident light optical system, and light emitted from the light source may be scattered by the scattering unit and then incident on the boundary surface.

図13は、本発明のセンシング装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。ここで、センシング装置300は、光源302、入射光光学系304およびサンプルユニット306の構成を除いて他の構成は、基本的に、図1に示すセンシング装置10と同様であるので同様の構成要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略し、以下センシング装置300に特有の点について重点的に説明する。
図13に示すセンシング装置300は、基本的に、所定波長の光を射出する光源302と、入射光光学系304と、サンプルユニット306を有する。また図示は省略するが、センシング装置300は、センシング装置10と同様に、光検出手段と、算出手段と、FGと、光源ドライバとを有する。
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the sensing device of the present invention. Here, the sensing device 300 is basically the same as the sensing device 10 shown in FIG. 1 except for the configuration of the light source 302, the incident light optical system 304, and the sample unit 306. Are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and points unique to the sensing device 300 will be described below with emphasis.
A sensing device 300 shown in FIG. 13 basically includes a light source 302 that emits light of a predetermined wavelength, an incident light optical system 304, and a sample unit 306. Although not shown, the sensing device 300 includes a light detection unit, a calculation unit, an FG, and a light source driver, like the sensing device 10.

光源302は、所定波長の光を射出するLEDである。なお、光源302としては、レーザー光源、SLD、ランプ等の上述した各種光源を用いることができる。   The light source 302 is an LED that emits light of a predetermined wavelength. As the light source 302, the above-described various light sources such as a laser light source, an SLD, and a lamp can be used.

入射光光学系304は、散乱板310を有し、光源302から射出された光をサンプルユニット306に入射させる。
散乱板(または拡散板ともいう。)310は、光源302から射出された光を指向性のない光とし、所定角度幅の範囲で均一に散乱する散乱板であり、光源302から射出された光を散乱させて射出する。ここで、散乱板310としては、オパールガラスにより作製した散乱板を用いることができる。
The incident light optical system 304 has a scattering plate 310 and makes the light emitted from the light source 302 enter the sample unit 306.
The scatter plate (also referred to as a diffuser plate) 310 is a scatter plate that makes light emitted from the light source 302 non-directional light and scatters uniformly within a predetermined angular width, and is emitted from the light source 302. Is scattered and ejected. Here, as the scattering plate 310, a scattering plate made of opal glass can be used.

サンプルユニット306は、プリズム312と、金属膜40と、基板42と、透明カバー44とを有する。ここで、金属膜40と、基板42と、透明カバー44は、サンプルユニット16の各部と基本的に同様の構成であるので、その詳細な説明は省略する。なお、サンプルユニット306の基板42は、その一部が金属膜40上に突出している点で異なるが、基本的な機能はサンプルユニット16の基板と同様である。
プリズム312は、断面が長方形となるプリズムであり、光源302から射出され、入射光光学系304を通過した光の光路上に配置されている。
プリズム312は、直方体形状のプリズムであり、1つの面が金属膜40及び基板42と接している。また、プリズム312は、入射光光学系304を通過した光が、金属膜40及び基板42と接している面に直交する面から入射する向きで配置されている。また、プリズム312は、上述したプリズム38と同様の材料で形成することができる。
プリズム312は、このような構成であり、入射光光学系310を透過した光を、金属膜40と接している面に直交する面から入射させ、金属膜40と接している面で反射し、入射光光学系310を透過した光が入射する面とは反対側の面から射出する。
The sample unit 306 includes a prism 312, a metal film 40, a substrate 42, and a transparent cover 44. Here, since the metal film 40, the substrate 42, and the transparent cover 44 have basically the same configuration as each part of the sample unit 16, detailed description thereof will be omitted. The substrate 42 of the sample unit 306 is different in that a part of the substrate 42 protrudes on the metal film 40, but the basic function is the same as that of the sample unit 16.
The prism 312 is a prism having a rectangular cross section, and is disposed on the optical path of light emitted from the light source 302 and passed through the incident light optical system 304.
The prism 312 is a rectangular parallelepiped prism, and one surface is in contact with the metal film 40 and the substrate 42. The prism 312 is arranged in such a direction that light that has passed through the incident light optical system 304 enters from a surface that is orthogonal to the surface in contact with the metal film 40 and the substrate 42. The prism 312 can be formed of the same material as the prism 38 described above.
The prism 312 has such a configuration, and the light transmitted through the incident light optical system 310 is incident from a surface orthogonal to the surface in contact with the metal film 40 and is reflected by the surface in contact with the metal film 40. The light transmitted through the incident light optical system 310 is emitted from the surface opposite to the surface on which the light is incident.

センシング装置300は、以上のような構成であり、光源302から所定角度幅で放射して射出される光を入射光光学系304の散乱板310で散乱させた後、サンプルユニット306のプリズム312と金属膜40との境界面に入射させる。
これにより、境界面の各位値に、散乱板310で種々の角度に散乱された光線(つまり境界面への入射角が異なる複数の光線)を入射させることができる。
具体的には、図13に示すように、光源302から射出された光は、放射され所定幅の光として散乱板310に入射する。この散乱板310に入射した所定幅の光は、散乱板310に入射した各位置で所定角度幅でどの角度へも均一に散乱され、散乱された光線は、それぞれ境界面に入射する。このとき、散乱板310の各位置で散乱された光線がそれぞれ境界面に入射するため、境界面の各位置には、散乱板310の異なる位置で散乱された複数の光線が入射する。この散乱板310の異なる位置で散乱された光線は、それぞれ光路が異なるため、互いに境界面への入射角度が異なる角度となる。以上より、境界面の各位値には、散乱板310で種々の角度に散乱された光線(つまり境界面への入射角が異なる複数の光線)が入射される。
The sensing device 300 is configured as described above. After the light emitted from the light source 302 with a predetermined angle width is scattered by the scattering plate 310 of the incident light optical system 304, the sensing device 300 and the prism 312 of the sample unit 306 The light is incident on the boundary surface with the metal film 40.
As a result, light scattered at various angles by the scattering plate 310 (that is, a plurality of light beams having different incident angles on the boundary surface) can be incident on each value of the boundary surface.
Specifically, as shown in FIG. 13, the light emitted from the light source 302 is emitted and enters the scattering plate 310 as light having a predetermined width. The light having a predetermined width incident on the scattering plate 310 is uniformly scattered at any angle with a predetermined angle width at each position incident on the scattering plate 310, and the scattered light beams enter the boundary surface. At this time, since the light beams scattered at each position of the scattering plate 310 are incident on the boundary surface, a plurality of light beams scattered at different positions on the scattering plate 310 are incident on each position of the boundary surface. Since the light beams scattered at different positions on the scattering plate 310 have different optical paths, the incident angles on the boundary surfaces are different from each other. From the above, light rays scattered at various angles by the scattering plate 310 (that is, a plurality of light rays having different incident angles on the boundary surface) are incident on each value of the boundary surface.

このように、センシング装置300も、境界面の各位値に、散乱板310で種々の角度に散乱された光線(つまり境界面への入射角が異なる複数の光線)を入射させることで、プラズモン共鳴角によらず、実質的に同じ強度の増強電場を形成することができ、上記センシング装置10と同様の効果を得ることができる。
また、センシング装置300は、入射光光学系に散乱板を設けるのみでよいため装置構成を簡単にすることができる。
As described above, the sensing device 300 also causes the plasmon resonance by causing light beams scattered at various angles by the scattering plate 310 (that is, a plurality of light beams having different incident angles to the boundary surface) to enter the respective values of the boundary surface. Regardless of the angle, an enhanced electric field having substantially the same intensity can be formed, and the same effect as the sensing device 10 can be obtained.
In addition, since the sensing device 300 only needs to provide a scattering plate in the incident light optical system, the device configuration can be simplified.

また、センシング装置300では、入射光光学系に散乱板を用いて光源から射出された光を散乱させたが本発明はこれに限定されない。
ここで、図14は、本発明のセンシング装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
ここで、図14に示すセンシング装置350は、入射光光学系354の構成及びサンプルユニット356を除いて他の構成は、基本的に、図13に示すセンシング装置300と同様であるので同様の構成要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略し、以下センシング装置350に特有の点について重点的に説明する。
図14に示すセンシング装置350は、基本的に、所定波長の光を射出する光源302と、入射光光学系354と、サンプルユニット356を有する。また図示は省略するが、センシング装置350は、センシング装置300と同様に、光検出手段と、算出手段と、FGと、光源ドライバとを有する。
ここで、サンプルユニット356は、プリズム364の光源302から射出された光が入射する面に後述する入射光光学系354の砂刷り面362が形成されていることを除き他の構成はサンプルユニット306と同様の構成である。
In the sensing device 300, the light emitted from the light source is scattered using a scattering plate in the incident light optical system, but the present invention is not limited to this.
Here, FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the sensing device of the present invention.
Here, since the sensing device 350 shown in FIG. 14 is basically the same as the sensing device 300 shown in FIG. 13 except for the configuration of the incident light optical system 354 and the sample unit 356, the same configuration is used. Elements will be denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and points specific to the sensing device 350 will be mainly described below.
A sensing device 350 shown in FIG. 14 basically includes a light source 302 that emits light of a predetermined wavelength, an incident light optical system 354, and a sample unit 356. Although not shown, the sensing device 350 includes a light detection unit, a calculation unit, an FG, and a light source driver, like the sensing device 300.
Here, the sample unit 356 has the same configuration as that of the sample unit 306 except that a sand printing surface 362 of the incident light optical system 354 described later is formed on the surface on which light emitted from the light source 302 of the prism 364 is incident. It is the same composition as.

入射光光学系354は、コリメータレンズ360と、サンプルユニット356のプリズム362に形成された砂刷り面362とで構成され、光源302から射出された光をサンプルユニット306に入射させる。
コリメータレンズ360は、光源302から射出され、所定角度で放射状に拡散する光を平行光に変換する。
砂刷り面362は、光源302から射出され、コリメータレンズ360で平行光とされた光を指向性のない光とし、所定角度幅の範囲で均一に散乱する散乱部であり、プリズム364の光源302から射出された光が入射する面に形成されている。ここで、砂刷り面362は、光を散乱させる形状であればよく、微細な凹凸を形成する等種々の形状とすればよい。また、プリズム364への砂刷り面362の形成方法も特に限定されず、例えば、やすり等の機械的な加工でに凹凸を形成する方法、エッチング等の化学的な加工で凹凸を形成する方法を用いることができる。
The incident light optical system 354 includes a collimator lens 360 and a sand printing surface 362 formed on the prism 362 of the sample unit 356, and makes the light emitted from the light source 302 enter the sample unit 306.
The collimator lens 360 converts the light emitted from the light source 302 and radially diffusing at a predetermined angle into parallel light.
The sandprint surface 362 is a scattering portion that is emitted from the light source 302 and is converted into parallel light by the collimator lens 360 and has non-directional light, and is uniformly scattered within a predetermined angular width. The light source 302 of the prism 364 It is formed on the surface on which the light emitted from is incident. Here, the sand-printed surface 362 only needs to have a shape that scatters light, and may have various shapes such as forming fine irregularities. In addition, the method for forming the sand printing surface 362 on the prism 364 is not particularly limited. For example, a method for forming irregularities by mechanical processing such as a file or a method for forming irregularities by chemical processing such as etching. Can be used.

センシング装置350は、以上のような構成であり、光源302から所定角度幅で放射して射出される光をコリメータレンズ360で平行光とし、砂刷り面362が形成された面からプリズム364に入射させる。したがって、平行光は、砂刷り面362で散乱され、散乱光とされた後、プリズム364内部に入射し、サンプルユニット306のプリズム312と金属膜40との境界面に入射する。
これにより、境界面の各位値に、砂刷り面362で種々の角度に散乱された光線(つまり境界面への入射角が異なる複数の光線)を入射させることができる。
このように、散乱板に変えてプリズムに砂刷り面を設けた場合も、センシング装置と同様に、境界面の各位値に、入射角が異なる複数の光線を入射させることができ、プラズモン共鳴角によらず、実質的に同じ強度の増強電場を形成することができ、上記センシング装置10と同様の効果を得ることができる。
The sensing device 350 is configured as described above. Light emitted from the light source 302 with a predetermined angular width is emitted as parallel light by the collimator lens 360, and is incident on the prism 364 from the surface on which the sand printing surface 362 is formed. Let Accordingly, the parallel light is scattered by the sand printing surface 362 and converted into scattered light, and then enters the prism 364 and enters the boundary surface between the prism 312 and the metal film 40 of the sample unit 306.
As a result, light scattered at various angles by the sand-printed surface 362 (that is, a plurality of light rays having different incident angles on the boundary surface) can be incident on each value of the boundary surface.
As described above, even when the prism is provided with a sand-printed surface instead of the scattering plate, a plurality of light beams having different incident angles can be made incident on each value of the boundary surface, similarly to the sensing device, and the plasmon resonance angle. Regardless, it is possible to form an enhanced electric field having substantially the same intensity, and the same effect as that of the sensing device 10 can be obtained.

以上、本発明に係るセンシング装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。   Although the sensing device according to the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Good.

例えば、センシング装置10及びセンシング装置200では、いずれも、3本の光束がサンプルユニットの境界面に入射するようにしたが、入射させる光束の数は、特に限定されず、2本でも4本以上でもよい。入射する光の本数を多くすることで、より正確な検出を行うことが可能となる。   For example, in each of the sensing device 10 and the sensing device 200, three light beams are incident on the boundary surface of the sample unit. However, the number of incident light beams is not particularly limited, and two or four or more light beams are incident. But you can. By increasing the number of incident light, more accurate detection can be performed.

また、光源から射出され、サンプルユニットの境界面に入射する各光束の位置(光束の中心からの距離)毎の強度を程均一にする(具体的には、プリズムに入射する光の強度分布の最高強度と最低強度との差を小さくする)ように光強度分布調整手段を設けることも好ましい。ここで、光強度分布調整手段としては、光の光路上に配置され、光源から射出される光のうち一定強度以下の光を遮断する(つまり、光源中心の強度が均一の領域のみの光を透過させる)遮光板や、強度に応じて透過率を変化させた逆ガウシアンフィルタが例示される。
このように光強度分布調整手段を設けることで、各光束のサンプル各位値に入射する光の強度を均一にすることができ、各位値における表面プラズモンの強度をより均一にすることができる。これにより、サンプルユニットの位置により蛍光物質の分布ムラがある場合も、全体としての蛍光をより正確に測定することができるため、より再現性の高い検出を行うことが可能となる。
Further, the intensity of each light beam emitted from the light source and incident on the boundary surface of the sample unit (the distance from the center of the light beam) is made uniform (specifically, the intensity distribution of the light incident on the prism) It is also preferable to provide a light intensity distribution adjusting means so as to reduce the difference between the maximum intensity and the minimum intensity. Here, the light intensity distribution adjusting means is arranged on the optical path of the light, and blocks light having a certain intensity or less from the light emitted from the light source (that is, only the light having a uniform intensity at the center of the light source). Examples include a light-shielding plate that transmits light and an inverse Gaussian filter in which the transmittance is changed in accordance with the intensity.
By providing the light intensity distribution adjusting means as described above, the intensity of light incident on each sample value of each light beam can be made uniform, and the surface plasmon intensity at each value can be made more uniform. As a result, even when there is uneven distribution of the fluorescent material depending on the position of the sample unit, the fluorescence as a whole can be measured more accurately, so that detection with higher reproducibility can be performed.

また、センシング装置10では、入射光学系にシリンドリカルレンズまたは集光レンズを用い、光源から射出された光を集光したが、これに限定されず、光源から所定の放射角で射出された光を集光させずにプリズムと金属膜との境界面に入射させてもよい。
また、偏光フィルタも必ずしも設ける必要はなく、特に、光源としてレーザ光源を用いる場合は、光源から射出される光が偏光された光であるので、偏光フィルムは設けなくてもよい。
In the sensing device 10, a cylindrical lens or a condensing lens is used for the incident optical system to collect the light emitted from the light source. However, the present invention is not limited to this, and the light emitted from the light source at a predetermined radiation angle is collected. You may make it inject into the interface of a prism and a metal film, without condensing.
In addition, it is not always necessary to provide a polarizing filter. In particular, when a laser light source is used as a light source, the light emitted from the light source is polarized light, and thus a polarizing film may not be provided.

また、上述した実施形態では、いずれも試料に含まれる被検出物質の個数または濃度を検出したが、本発明はこれに限定されず、試料に被検出物質が含有されるが否か(つまり、試料の中に被検出物質があるか否か)を検出してもよい。   In the above-described embodiments, the number or concentration of the detection target substance contained in the sample is detected. However, the present invention is not limited to this, and whether or not the detection target substance is contained in the sample (that is, Whether or not there is a substance to be detected in the sample) may be detected.

また、上述した実施形態では、いずれも蛍光物質に標識された二次抗体に被検出物質を結合させた状態で、金属膜上に発生する増強電場により増強された蛍光物質の蛍光を検出し、被検出物質を検出したが、被検出物質を蛍光物質により標識する方法は特に限定されず、例えば、被検出物質事態が蛍光物質である場合は、二次抗体を設ける必要はない。
また、本発明のセンシング装置は、金属膜上に被検出物質に付着(または近傍に配置)されている状態で表面プラズモンを発生させた場合に生じる散乱光(ラマン散乱光)を検出する方式のセンシング装置にも用いることができる。
Further, in the above-described embodiments, the fluorescence of the fluorescent substance enhanced by the enhanced electric field generated on the metal film is detected in a state where the substance to be detected is bound to the secondary antibody labeled with the fluorescent substance, Although the substance to be detected is detected, the method for labeling the substance to be detected with a fluorescent substance is not particularly limited. For example, when the substance to be detected is a fluorescent substance, it is not necessary to provide a secondary antibody.
In addition, the sensing device of the present invention is a method for detecting scattered light (Raman scattered light) generated when surface plasmon is generated in a state of being attached (or arranged in the vicinity) to a substance to be detected on a metal film. It can also be used for sensing devices.

また、上述した実施形態では、いずれも金属膜の表面にエバネッセント波及び表面プラズモンを発生させ、さらに表面プラズモン共鳴を発生させることで、増強された電場を形成させたが本発明はこれに限定されず、増強電場が形成される面への光の入射角度によって増強度が変化する(つまり、所定の入射角で光が入射したときのみ増強場が変化する)種々の方式に用いることができる。例えば、プリズム上に金膜と厚み約1μmのSiO膜とを積層させ、所定角度で入射した光をSiO膜内で共振させることで増強された電場を形成する方式にも用いることができる。 Further, in the above-described embodiments, an enhanced electric field is formed by generating evanescent waves and surface plasmons on the surface of the metal film and further generating surface plasmon resonance, but the present invention is not limited to this. In other words, the present invention can be used in various systems in which the enhancement intensity changes depending on the incident angle of light on the surface where the enhanced electric field is formed (that is, the enhanced field changes only when light is incident at a predetermined incident angle). For example, it can be used for a method of forming an enhanced electric field by laminating a gold film and a SiO 2 film having a thickness of about 1 μm on a prism and resonating light incident at a predetermined angle in the SiO 2 film. .

本発明のセンシング装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of one Embodiment of the sensing apparatus of this invention. (A)は、図1に示したセンシング装置の光源、入射光光学系、サンプルユニットの概略構成を示す上面図であり、(B)は、(A)のB−B線断面図である。(A) is a top view which shows schematic structure of the light source of the sensing apparatus shown in FIG. 1, an incident light optical system, and a sample unit, (B) is a BB sectional drawing of (A). (A)及び(B)は、光源から射出される光がサンプルユニットに入射するまでの光路を示す説明図である。(A) And (B) is explanatory drawing which shows the optical path until the light inject | emitted from a light source injects into a sample unit. 図2(A)及び(B)に示すサンプルユニットの金属膜の一部を拡大して示す拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram which expands and shows a part of metal film of the sample unit shown to FIG. 2 (A) and (B). (A)〜(C)は、それぞれ、サンプルユニットでの試料の流れを示す説明図である。(A)-(C) is explanatory drawing which shows the flow of the sample in a sample unit, respectively. 試料が到達した金属膜の一部を拡大して示す拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram which expands and shows a part of metal film which the sample reached | attained. (A)及び(B)は、それぞれ従来の励起光の強度と表面プラズモン共鳴の発生条件との関係を示す模式図である。(A) And (B) is a schematic diagram which shows the relationship between the intensity | strength of the conventional excitation light, and the generation conditions of surface plasmon resonance, respectively. (A)は、第1光束と金属膜との関係を示す説明図であり、(B)は、第2光束と金属膜との関係を示す説明図であり、(C)は、第3光束と金属膜との関係を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the relationship between a 1st light beam and a metal film, (B) is explanatory drawing which shows the relationship between a 2nd light beam and a metal film, (C) is a 3rd light beam. It is explanatory drawing which shows the relationship between a metal film. 各光束の入射角度と光量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the incident angle and light quantity of each light beam. (A)及び(B)は、それぞれ、各光束とサンプルユニットで発生する蛍光の強度との関係を示すグラフである。(A) And (B) is a graph which shows the relationship between each light beam and the intensity | strength of the fluorescence which generate | occur | produces in a sample unit, respectively. 本発明のセンシング装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of other embodiment of the sensing apparatus of this invention. 図11に示したセンシング装置の光源、入射光光学系、サンプルユニットの断面図である。It is sectional drawing of the light source of the sensing apparatus shown in FIG. 11, an incident light optical system, and a sample unit. 本発明のセンシング装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of other embodiment of the sensing apparatus of this invention. 本発明のセンシング装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of other embodiment of the sensing apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 センシング装置
12 光源
14 入射光光学系
16 サンプルユニット
18 光検出手段
20 算出手段
24 ファンクションジェネレータ(FG)
26 光源ドライバ
30 コリメータレンズ
32 偏光フィルタ
34 光分割部
36 集光レンズ
38 プリズム
40 金属膜
42 基板
44 透明カバー
45 流路
46 線状部
47 始端部
48 終端部
49 二次抗体載置領域
50 検出光光学系
52 フォトダイオード(PD)
54 フォトダイオードアンプ(PDアンプ)
56 第1レンズ
58 カットフィルタ
60 第2レンズ
62 支持部
64 ロックインアンプ
66 PC
80 一次抗体
82 試料
84 被検出物質
86 蛍光物質
88 二次抗体
102a、102b、102c (第1、第2、第3)ハーフミラー
104a、104b、104c (第1、第2、第3)シリンドリカルレンズ
106a、106b、106c、106d (第1、第2、第3、第4)ミラー
108a、220a 第1光束
108b、220b 第2光束
108c、220c 第3光束
210a、210b、210c (第1、第2、第3)個別光源
212 分配部
214a、214b、214c (第1、第2、第3)コリメータレンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensing apparatus 12 Light source 14 Incident light optical system 16 Sample unit 18 Light detection means 20 Calculation means 24 Function generator (FG)
26 Light source driver 30 Collimator lens 32 Polarizing filter 34 Light splitting portion 36 Condensing lens 38 Prism 40 Metal film 42 Substrate 44 Transparent cover 45 Flow path 46 Linear portion 47 Start end portion 48 End portion 49 Secondary antibody placement region 50 Detection light Optical system 52 Photodiode (PD)
54 Photodiode amplifier (PD amplifier)
56 First lens 58 Cut filter 60 Second lens 62 Support section 64 Lock-in amplifier 66 PC
80 Primary antibody 82 Sample 84 Detected substance 86 Fluorescent substance 88 Secondary antibody 102a, 102b, 102c (first, second, third) half mirror 104a, 104b, 104c (first, second, third) cylindrical lens 106a, 106b, 106c, 106d (first, second, third, fourth) mirrors 108a, 220a first light beam 108b, 220b second light beam 108c, 220c third light beam 210a, 210b, 210c (first, second 3) Individual light source 212 Distributor 214a, 214b, 214c (first, second, third) collimator lens

Claims (13)

検出面に光を所定の入射角で入射させることで発生する増強場を利用して試料内の被検出物質を検出するセンシング装置であって、
プリズムと、
前記プリズムの一面上に配置された金属膜と、
前記プリズムの一面上に配置され、前記金属膜上に試料を供給する流路が形成された基板と、
光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を、前記プリズムと前記金属膜との境界面で全反射する角度で前記プリズムに入射させる入射光光学系と、
前記金属膜近傍で発生した光を検出する光検出手段とを有し、
前記入射光光学系は、前記境界面の各位置に、入射角度が異なり、かつ強度が実質的に等しい複数の光線を入射させることを特徴とするセンシング装置。
A sensing device that detects a substance to be detected in a sample using an enhancement field generated by making light incident on a detection surface at a predetermined incident angle,
Prism,
A metal film disposed on one surface of the prism;
A substrate disposed on one surface of the prism and having a flow path for supplying a sample on the metal film;
A light source that emits light;
An incident light optical system for causing the light emitted from the light source to be incident on the prism at an angle at which the light is totally reflected at a boundary surface between the prism and the metal film;
Photodetection means for detecting light generated in the vicinity of the metal film,
The incident light optical system causes a plurality of light beams having different incident angles and substantially equal intensities to enter each position of the boundary surface.
前記入射光学系は、集束点の位置及び光束中心の傾斜角度が異なる複数の光束を前記境界面に入射させる請求項1に記載のセンシング装置。   The sensing apparatus according to claim 1, wherein the incident optical system causes a plurality of light beams having different focal point positions and light beam center inclination angles to be incident on the boundary surface. 前記光源は、1つの光束を射出する光射出装置であり、
前記入射光学系は、前記光源から射出された1つの光束から、集束点の位置が異なる複数の光束を生成する請求項1に記載のセンシング装置。
The light source is a light emitting device that emits one light beam,
The sensing apparatus according to claim 1, wherein the incident optical system generates a plurality of light beams having different focal point positions from one light beam emitted from the light source.
前記光源は、コヒーレントな光を射出する請求項3に記載のセンシング装置。   The sensing device according to claim 3, wherein the light source emits coherent light. 前記入射光学系は、生成した複数の光束から前記境界面に入射させる光束を選択する選択手段を有し、
前記選択手段は、前記境界面に入射させる光束を順番に切り替え、前記境界面に同時に集束点の異なる光束を入射させない請求項4に記載のセンシング装置。
The incident optical system has selection means for selecting a light beam to be incident on the boundary surface from a plurality of generated light beams,
5. The sensing device according to claim 4, wherein the selection unit sequentially switches light beams incident on the boundary surface, and does not simultaneously input light beams having different focal points to the boundary surface.
前記光源は、インコヒーレントな光を射出する請求項3に記載のセンシング装置。   The sensing device according to claim 3, wherein the light source emits incoherent light. 前記光源は、同一波長の光を射出する複数の個別光源で構成され、
前記入射光光学系は、1つの前記個別光源から射出される光を1つの前記光束とする請求項3に記載のセンシング装置。
The light source is composed of a plurality of individual light sources that emit light of the same wavelength,
The sensing apparatus according to claim 3, wherein the incident light optical system uses light emitted from one individual light source as one light beam.
前記入射光光学系は、1つの集光レンズを有し、
前記個別光源は、互いに異なる角度で、射出した光を前記集光レンズに入射させる請求項7に記載のセンシング装置。
The incident light optical system has one condenser lens,
The sensing device according to claim 7, wherein the individual light sources cause the emitted light to enter the condenser lens at different angles.
前記入射光光学系は、光源から射出された光を散乱させる散乱部を備える請求項1に記載のセンシング装置。   The sensing apparatus according to claim 1, wherein the incident light optical system includes a scattering unit that scatters light emitted from a light source. 前記散乱部は、前記光源から射出された光の光路上に配置された散乱板である請求項9に記載のセンシング装置。   The sensing device according to claim 9, wherein the scattering unit is a scattering plate arranged on an optical path of light emitted from the light source. 前記散乱部は、前記プリズムの表面に形成された砂刷り面である請求項9に記載のセンシング装置。   The sensing device according to claim 9, wherein the scattering portion is a sand printing surface formed on a surface of the prism. 前記光検出手段の検出結果に基づいて、前記試料内の前記被検出物質の濃度を算出する算出手段を有する請求項1〜11のいずれかに記載のセンシング装置。   The sensing device according to claim 1, further comprising a calculation unit that calculates a concentration of the substance to be detected in the sample based on a detection result of the light detection unit. 前記被検出物質は、蛍光性を有する物質、または、蛍光性を有する物質で標識された物質である請求項1〜12のいずれかに記載のセンシング装置。   The sensing device according to claim 1, wherein the substance to be detected is a fluorescent substance or a substance labeled with a fluorescent substance.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012132386A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 富士フイルム株式会社 Detection method and detection device
US9006686B2 (en) 2010-09-30 2015-04-14 Konica Minolta Holdings, Inc. Surface plasmon resonance fluorescence analysis device and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
WO2016194061A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 オリンパス株式会社 Optical-characteristic-detection optical system, measurement probe, and optical-characteristic-detection device

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