JP2009210316A - Emission measuring device - Google Patents

Emission measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP2009210316A
JP2009210316A JP2008051790A JP2008051790A JP2009210316A JP 2009210316 A JP2009210316 A JP 2009210316A JP 2008051790 A JP2008051790 A JP 2008051790A JP 2008051790 A JP2008051790 A JP 2008051790A JP 2009210316 A JP2009210316 A JP 2009210316A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
working electrode
light
reflecting mirror
concave
objective lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008051790A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Miyagawa
智 宮川
Takako Tomikawa
貴子 冨川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2008051790A priority Critical patent/JP2009210316A/en
Publication of JP2009210316A publication Critical patent/JP2009210316A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an emission measuring device can improve detection sensitivity by increasing a light quantity condensed by an objective lens and allowed to enter a photomultiplier. <P>SOLUTION: This emission measuring device for measuring a biosubstance measuring chip having a working electrode having a recessed part or a projection part formed on a center part in order to measure a biosample, is equipped with: a lens unit arranged so that the center of the recessed part or the projection part agrees with an optical axis; a reflecting mirror arranged between the lens unit and the working electrode, and having a hole and a focal point passed by the optical axis; and a light receiving sensor arranged on a position where light emitted from the lens unit is received. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光標識剤の発光量を測定する発光測定装置に関する。より詳細には、発光測定装置の検出感度を向上する技術に関する。   The present invention relates to a luminescence measuring apparatus for measuring the luminescence amount of a luminescent labeling agent. More specifically, the present invention relates to a technique for improving detection sensitivity of a luminescence measuring device.

従来の発光測定装置は、DNAやたんぱく質の量を発光標識剤の発光量により測定する。発光標識剤を標識したDNAやたんぱく質を電極へ特異的に吸着させ、電極近傍にある発光標識剤を電気化学反応によって発光させる。この電気化学発光を光センサで受光し、光量を電気信号に変換して発光量データとして出力する。   A conventional luminescence measuring apparatus measures the amount of DNA or protein by the luminescence amount of a luminescent labeling agent. A DNA or protein labeled with a luminescent labeling agent is specifically adsorbed to the electrode, and the luminescent labeling agent in the vicinity of the electrode is caused to emit light by an electrochemical reaction. The electrochemiluminescence is received by an optical sensor, and the amount of light is converted into an electrical signal and output as emission amount data.

図16に従来の発光測定装置を示す。チップ基板200に光学的に透明なカバー204によって蓋をし、サンプル液や試薬を流すための流路203を形成している。流路203のチップ基板表面には電気化学反応を行う2種類の電極、作用極201と対極202を形成している。たんぱく質をサンドイッチ法により抗原抗体反応させる場合は次のような手順で行う。作用極201には目的タンパク質に特異的に結合する一次抗体をあらかじめ固定しておく。   FIG. 16 shows a conventional luminescence measuring apparatus. The chip substrate 200 is covered with an optically transparent cover 204 to form a flow path 203 for flowing a sample solution and a reagent. On the surface of the chip substrate in the flow path 203, two types of electrodes for performing an electrochemical reaction, a working electrode 201 and a counter electrode 202 are formed. When the protein is allowed to undergo an antigen-antibody reaction by the sandwich method, the procedure is as follows. A primary antibody that specifically binds to the target protein is immobilized on the working electrode 201 in advance.

流路203にサンプル液を流すと、一次抗体と特異的なたんぱく質のみ作用極201上で結合する。次に、目的タンパク質に特異的に結合し、発光標識剤を標識した二次抗体を流路203に流すと、作用極201上に目的たんぱく質がある場合にのみ二次抗体が結合する。流路203中の不要な二次抗体を緩衝液で洗い流し、作用極201と対極202との間に電圧を印加すると、作用極201上に二次抗体が結合している場合には作用極201上で発光し、二次抗体が結合していない場合には発光しない。作用極201上の発光205を対物レンズ206と集光レンズ207によって光電子増倍管208の受光面209に導き、フォトンカウント方式によって発光量を測定する。この発光量を元に目的タンパク質の量や有無を判定する(例えば、特許文献1参照。)。
特開平6−34548号公報
When the sample solution is passed through the flow path 203, only the primary antibody and the specific protein bind on the working electrode 201. Next, when a secondary antibody that specifically binds to the target protein and is labeled with a luminescent labeling agent is passed through the flow path 203, the secondary antibody binds only when the target protein is present on the working electrode 201. When unnecessary secondary antibody in the flow path 203 is washed away with a buffer solution and a voltage is applied between the working electrode 201 and the counter electrode 202, the working electrode 201 is bonded to the working electrode 201. It emits light above and does not emit light when the secondary antibody is not bound. The light emission 205 on the working electrode 201 is guided to the light receiving surface 209 of the photomultiplier tube 208 by the objective lens 206 and the condenser lens 207, and the light emission amount is measured by the photon counting method. Based on the amount of luminescence, the amount and presence of the target protein are determined (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 6-34548

しかしながら、前記従来の構成では、生体物質検出チップ上の発光標識剤からの発光は放射状に照射されるので、対物レンズに入射する光はそのうちの一部のみで、それ以外の光は、利用される事なく捨てられている。そのため、対物レンズで集光して光電子増倍管へ入射する光量が少ないため、検出感度を向上することができないという課題を有していた。   However, in the conventional configuration, since light emitted from the luminescent labeling agent on the biological material detection chip is irradiated radially, only a part of the light incident on the objective lens is used, and other light is used. It is thrown away without being. For this reason, there is a problem that the detection sensitivity cannot be improved because the amount of light collected by the objective lens and incident on the photomultiplier tube is small.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、対物レンズで集光して光電子増倍管へ入射する光量を増やして検出感度の向上ができる発光測定装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a luminescence measuring apparatus capable of improving detection sensitivity by increasing the amount of light collected by an objective lens and incident on a photomultiplier tube.

前記従来の課題を解決するために、本発明の発光測定装置は、生体サンプルを測定するために中央部に凹部又は凸部が形成された作用極を持つ生体物質測定チップを測定する発光測定装置において、前記凹部又は凸部の中心と光軸が一致するように配置したレンズユニットと、前記レンズユニットと前記作用極との間に配置された前記光軸が通過する孔と焦点とを有する反射鏡と、前記レンズユニットから出射された光を受光する位置に配置された受光センサとを備えることを特徴としたものである。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, the luminescence measuring apparatus of the present invention is a luminescence measuring apparatus for measuring a biological material measuring chip having a working electrode in which a concave portion or a convex portion is formed at a central portion in order to measure a biological sample. A lens unit disposed so that the optical axis coincides with the center of the concave or convex portion, and a reflection having a hole and a focal point through which the optical axis disposed between the lens unit and the working electrode passes. The apparatus includes a mirror and a light receiving sensor disposed at a position for receiving the light emitted from the lens unit.

本発明の発光測定装置によれば、発光標識剤の発光のうち、従来は対物レンズに入射させることができなかった発光も入射させることができ、光電子増倍管へ入射させられる光量を増加させることができるので、高い検出感度を実現することができる。   According to the luminescence measuring apparatus of the present invention, among the luminescence of the luminescent labeling agent, luminescence that could not be incident on the objective lens can be incident, and the amount of light incident on the photomultiplier tube is increased. Therefore, high detection sensitivity can be realized.

以下に、本発明の発光測定装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the luminescence measuring apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1に、本発明の実施の形態1における発光測定装置の全体構成図を示す。図1において、生体物質検出チップ7の中央部には発光標識を標識した生体物質を滴下している。その生体物質検出チップ7を生体物質検出チップ固定台41上へ固定し、生体物質検出チップ7の中央部からの発光を受光ユニット40にて検出する。生体物質検出チップ7はチップ位置合わせ用突起48で位置規制し、受光ユニット40の光軸である受光ユニット光軸15と生体物質検出チップ7の発光中心とが位置するように固定している。受光ユニット40は対物レンズ11と集光レンズ12とからなるレンズユニットと、反射鏡20と、受光センサとして光電子増倍管ユニット13とで構成している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a luminescence measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a biological material labeled with a luminescent label is dropped at the center of the biological material detection chip 7. The biological material detection chip 7 is fixed onto the biological material detection chip fixing base 41, and light emission from the central portion of the biological material detection chip 7 is detected by the light receiving unit 40. The biological material detection chip 7 is regulated by a chip alignment protrusion 48 and fixed so that the light receiving unit optical axis 15 that is the optical axis of the light receiving unit 40 and the light emission center of the biological material detection chip 7 are positioned. The light receiving unit 40 includes a lens unit including the objective lens 11 and the condenser lens 12, a reflecting mirror 20, and a photomultiplier tube unit 13 as a light receiving sensor.

受光ユニット40では生体物質検出チップ7からの発光を反射鏡20で反射するとともに対物レンズ11と集光レンズ12とで構成するレンズユニットで光電子増倍管ユニット13の受光面14へと集光する。受光ユニット光軸15は、対物レンズ11と集光レンズ12とで構成するレンズユニットの光軸と同一とし生体物質検出チップ7に対して垂直にしている。反射鏡20は受光ユニット光軸15の周りに対称な球面ミラーであり、その中央部をくりぬいた形状である。くりぬいているのは、生体物質検出チップ7で発光した光線のうち対物レンズ11へ入射する光線を遮らないようにするためである。   In the light receiving unit 40, light emitted from the biological material detection chip 7 is reflected by the reflecting mirror 20 and is condensed on the light receiving surface 14 of the photomultiplier tube unit 13 by a lens unit constituted by the objective lens 11 and the condenser lens 12. . The optical axis 15 of the light receiving unit is the same as the optical axis of the lens unit constituted by the objective lens 11 and the condenser lens 12 and is perpendicular to the biological material detection chip 7. The reflecting mirror 20 is a spherical mirror that is symmetrical around the optical axis 15 of the light receiving unit, and has a shape in which the center is hollowed out. The reason for hollowing out is to prevent the light incident on the objective lens 11 from being blocked by the light emitted from the biological material detection chip 7.

反射鏡20の球面の中心は生体物質検出チップ7の発光の中心とほぼ一致させている。反射鏡20をこのような形状と配置とすることで、対物レンズ11へ直接入射しない光線を反射して生体物質検出チップ7へと戻すことができる。生体物質検出チップ7の中心には金属反射膜製の電極があり、反射鏡20から戻ってきた光を反射する。金属反射膜製の電極は凹形状としているので、反射の方向は対物レンズ11の方向となる。   The center of the spherical surface of the reflecting mirror 20 is substantially coincident with the light emission center of the biological material detection chip 7. By setting the reflecting mirror 20 in such a shape and arrangement, it is possible to reflect light rays that are not directly incident on the objective lens 11 and return them to the biological material detection chip 7. There is an electrode made of a metal reflecting film at the center of the biological material detection chip 7, and reflects the light returned from the reflecting mirror 20. Since the electrode made of a metal reflection film has a concave shape, the direction of reflection is the direction of the objective lens 11.

このように受光ユニット40と生体物質検出チップ7とを構成することで、生体物質検出チップ7の発光はレンズユニットへ入射すると共に、反射鏡20で反射された光が生体物質検出チップ7上へと戻り、さらに生体物質検出チップ7で反射されてレンズユニットへ入射する。従って、レンズユニットへは、直接光と反射鏡20での反射光とが合計されて入射するので検出光量が2倍になり、その結果、検出感度が2倍になる。このメカニズムの詳細は後述する。   By configuring the light receiving unit 40 and the biological material detection chip 7 in this manner, the light emitted from the biological material detection chip 7 is incident on the lens unit, and the light reflected by the reflecting mirror 20 is transferred onto the biological material detection chip 7. Then, the light is further reflected by the biological material detection chip 7 and enters the lens unit. Therefore, since the direct light and the reflected light from the reflecting mirror 20 are added to the lens unit and incident, the detected light amount is doubled, and as a result, the detection sensitivity is doubled. Details of this mechanism will be described later.

生体物質検出チップ7で発光させるための電圧の印加は次のように行う。図示していないホストPCよりホストPCインターフェース47を介してコントローラ46へ電圧印加のプロファイルを設定する。この電圧印加プロファイルは、例えば、0ボルトよりスタートし、1秒後に1.3Vまで上昇し、その後2秒間だけ1.3Vを保持した後0ボルトになるというステップになる。電圧印加部42でこの電圧印加プロファイルに基づいた電圧を生成し、生体物質検出チップ固定台41に配置した電極を介して生体物質検出チップ7へと接続される。この接続方法はどのような方法でも構わないが、生体物質検出チップ7を脱着可能とするため、生体物質検出チップ7への電気的接続は、ばね電極で生体物質検出チップ7を押さえる構成とするのが良い。   Application of a voltage for causing the biological material detection chip 7 to emit light is performed as follows. A voltage application profile is set from the host PC (not shown) to the controller 46 via the host PC interface 47. This voltage application profile is, for example, a step of starting from 0 volt, rising to 1.3 V after 1 second, holding 1.3 V for 2 seconds, and then becoming 0 volt. The voltage application unit 42 generates a voltage based on the voltage application profile, and is connected to the biological material detection chip 7 via an electrode disposed on the biological material detection chip fixing base 41. Any connection method may be used, but in order to allow the biological material detection chip 7 to be detached, the electrical connection to the biological material detection chip 7 is configured to hold the biological material detection chip 7 with a spring electrode. Is good.

受光ユニット40で受光した検出光量の信号処理は次のように行う。光電子増倍管ユニット13はフォトンカウント方式であり、受光した光量に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号を一定時間単位でカウンタ43にてカウントし、カウント値メモリ44へと順次格納する。タイミング生成部45で一定時間単位でのカウントとカウント値の格納を制御するためのタイミング信号を生成する。タイミング生成部45のタイミング信号生成のスタート/ストップはコントローラ46よりコントロールする。コントローラ46はカウント値メモリ44よりカウント値データをホストPCインターフェース47を介して図示していないホストPCへ転送する。ここでは、一定時間単位を10msとし、10ms単位でカウントして10ms間に発生したパルス数をカウント値データとした。光電子増倍管ユニット13の出力パルスの最小の周期であるパルス幅分解能は70nsのものを用いており、このとき10ms間の最大パルス数は142,857個のため、カウンタ43には18ビットのものを採用した。発光量の測定時間を3秒間としたのでカウント値メモリ44のメモリの個数は301個としている。   The signal processing of the detected light amount received by the light receiving unit 40 is performed as follows. The photomultiplier tube unit 13 is of a photon count method and outputs a pulse signal according to the received light quantity. The pulse signal is counted by the counter 43 at regular time units, and is sequentially stored in the count value memory 44. The timing generation unit 45 generates a timing signal for controlling counting in a fixed time unit and storage of the count value. The start / stop of timing signal generation of the timing generation unit 45 is controlled by the controller 46. The controller 46 transfers count value data from the count value memory 44 to a host PC (not shown) via the host PC interface 47. Here, the constant time unit is 10 ms, and the number of pulses generated in 10 ms after counting in 10 ms units is used as the count value data. The pulse width resolution which is the minimum period of the output pulse of the photomultiplier tube unit 13 is 70 ns. At this time, the maximum number of pulses for 10 ms is 142,857, so the counter 43 has 18 bits. The thing was adopted. Since the measurement time of the light emission amount is 3 seconds, the number of memories in the count value memory 44 is 301.

発光量測定の動作は、生体物質検出チップ7への電圧印加と受光ユニット40で受光した検出光量の信号処理とを同期して行う。まず、図示していないホストPCよりホストPCインターフェース47を介してコントローラ46へ測定スタートのコマンドを発行する。測定スタートのコマンドにより、コントローラ46より電圧印加部42へ電圧プロファイルを出力し、生体物質検出チップ7へ電圧プロファイルに基づいた電圧を印加する。同時にタイミング生成部45をスタートさせ、受光ユニット40で受光した検出光量の信号処理を開始する。所定の測定時間が経過すると、電圧印加部42への電圧プロファイルが出力を停止して生体物質検出チップ7への電圧印加を停止する。同時にタイミング生成部45をストップして検出光量の信号処理を停止する。その後、検出光量データとしてカウント値メモリ44のカウント値データをホストPCインターフェース47を介して図示していないホストPCへと転送して測定完了する。   The operation of measuring the amount of luminescence is performed in synchronization with voltage application to the biological material detection chip 7 and signal processing of the detected light amount received by the light receiving unit 40. First, a measurement start command is issued from the host PC (not shown) to the controller 46 via the host PC interface 47. In response to the measurement start command, the controller 46 outputs a voltage profile to the voltage application unit 42 and applies a voltage based on the voltage profile to the biological material detection chip 7. At the same time, the timing generator 45 is started, and signal processing of the detected light amount received by the light receiving unit 40 is started. When a predetermined measurement time elapses, the voltage profile to the voltage application unit 42 stops outputting, and the voltage application to the biological material detection chip 7 is stopped. At the same time, the timing generation unit 45 is stopped to stop the signal processing of the detected light amount. Thereafter, the count value data in the count value memory 44 is transferred to the host PC (not shown) via the host PC interface 47 as the detected light quantity data, and the measurement is completed.

図2に、本発明の実施の形態1における電圧印加部のブロック図を示す。電圧印加プロファイル記憶部30よりD/Aコンバータ31へ電圧データを順次送って電圧印加プロファイルに基づいた電圧を発生する。オペアンプ32により参照極接点34の電圧がD/Aコンバータ31の出力電圧と等しくなるように対極接点33に電圧を印加する。作用極接点35はGNDへ接地している。作用極接点35は作用極へ、参照極接点34は参照極へ、対極接点33は対極へと接続している。先に述べた電圧印加プロファイルの1.3Vとは参照極に対する作用極の電位で定義される。ここでは、作用極はGNDに接地され電位がゼロなので、参照極の電位が−1.3Vになるように対極の電位がマイナス方向で設定されることになる。つまり、D/Aコンバータの出力電圧は電圧印加プロファイルと符号が逆であり、ここでは−1.3Vとなっている。   FIG. 2 shows a block diagram of the voltage application unit in the first embodiment of the present invention. Voltage data is sequentially sent from the voltage application profile storage unit 30 to the D / A converter 31 to generate a voltage based on the voltage application profile. The operational amplifier 32 applies a voltage to the counter electrode contact 33 so that the voltage of the reference electrode contact 34 becomes equal to the output voltage of the D / A converter 31. The working electrode contact 35 is grounded to GND. The working electrode contact 35 is connected to the working electrode, the reference electrode contact 34 is connected to the reference electrode, and the counter electrode contact 33 is connected to the counter electrode. The voltage application profile described above of 1.3 V is defined by the potential of the working electrode with respect to the reference electrode. Here, since the working electrode is grounded to GND and the potential is zero, the potential of the counter electrode is set in the minus direction so that the potential of the reference electrode becomes −1.3V. That is, the output voltage of the D / A converter is opposite in sign to the voltage application profile, and is −1.3 V here.

図3に、本発明の実施の形態1における生体物質検出チップを上面から見た図を示す。本実施例では、チップ基板4はガラス製で厚みは1mm、大きさは20mm角とし、チップ基板4上には作用極1、対極2、参照極3の3つの電極を形成した。これら3つの電極は3電極法にて電気化学発光を行うための電極である。チップ基板4の中央部に発光標識の発光部位となる作用極1を円形に形成し、作用極1を囲むように対極2を配置し、作用極1と対極2との隙間に参照極3を配置している。本実施例では、作用極1の円形部の直径は3mm、対極2までの隙間は1mm、対極2の円形部の外周の直径は7mm、隙間にある参照極3の線幅は0.2mmとした。3つの電極はチップ基板4の端に向けて伸ばしてあり、これは電圧印加部と接続するための接点部である。   FIG. 3 shows a top view of the biological material detection chip according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the chip substrate 4 is made of glass and has a thickness of 1 mm and a size of 20 mm square, and three electrodes of a working electrode 1, a counter electrode 2, and a reference electrode 3 are formed on the chip substrate 4. These three electrodes are electrodes for performing electrochemiluminescence by a three-electrode method. A working electrode 1 serving as a light emitting portion of the light emitting label is formed in a circular shape at the center of the chip substrate 4, a counter electrode 2 is disposed so as to surround the working electrode 1, and a reference electrode 3 is provided in a gap between the working electrode 1 and the counter electrode 2. It is arranged. In this embodiment, the diameter of the circular part of the working electrode 1 is 3 mm, the gap to the counter electrode 2 is 1 mm, the diameter of the outer periphery of the circular part of the counter electrode 2 is 7 mm, and the line width of the reference electrode 3 in the gap is 0.2 mm. did. The three electrodes extend toward the end of the chip substrate 4, which is a contact portion for connecting to the voltage application portion.

作用極1、対極2及び参照極3には、発光標識の発光を反射する材料として、金をスパッタして形成した。先に述べた反射鏡からの光を受光ユニットへとチップ上で反射させるために、電極材料は反射率が高い必要がある。電極の材料としては、例えば、金、白金、パラジウム、ロジウムのような貴金属が挙げられる。発光標識の発光はあらゆる方向に放射されるが、電極の反射によってチップ下方への光が上方へ放射するようにでき、集光量を上げられるメリットもある。3つの電極が集まる中央部を囲むように液だめ用ゴム5を配置している。3つの電極のチップ基板4の端にある接点部が露出するように、液だめ用ゴム5の外形はチップ基板4よりも小さいほうが良い。本実施例では、液だめ用ゴム5の液滴部の直径は7.5mmとした。   The working electrode 1, the counter electrode 2, and the reference electrode 3 were formed by sputtering gold as a material that reflects the light emitted from the luminescent label. In order to reflect the light from the above-described reflecting mirror to the light receiving unit on the chip, the electrode material needs to have a high reflectance. Examples of the electrode material include noble metals such as gold, platinum, palladium, and rhodium. The light emitted from the light-emitting label is emitted in all directions, but light reflected downward from the chip can be emitted upward due to the reflection of the electrodes, and there is an advantage that the amount of light collection can be increased. The reservoir rubber 5 is arranged so as to surround the central portion where the three electrodes are gathered. The external shape of the liquid reservoir rubber 5 should be smaller than that of the chip substrate 4 so that the contact portions at the ends of the chip substrate 4 of the three electrodes are exposed. In the present embodiment, the diameter of the droplet portion of the reservoir rubber 5 is 7.5 mm.

図4に、本発明の実施の形態1における生体物質検出チップの図3中のA−A’での断面図を示す。チップ基板4上の中央部に作用極1があり、作用極の中央部は凹の円錐形状となっている。円錐の頂点は、図3で示したチップ中央にある作用極1の円形部分の中心と一致している。チップ基板4の垂線に対する円錐の側面とのなす角、より正確には円錐の母線とのなす角を本実施例では62.5度とした。従って、この円錐の頂角は125度となっている。この頂角の角度設定は先に述べた発光測定装置の反射鏡20の反射光が対物レンズ11へ入射するように光線追跡によって求めた。   FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 3 of the biological material detection chip according to the first embodiment of the present invention. A working electrode 1 is provided at the center of the chip substrate 4, and the center of the working electrode has a concave conical shape. The apex of the cone coincides with the center of the circular portion of the working electrode 1 at the center of the tip shown in FIG. In this embodiment, the angle formed by the side surface of the cone with respect to the perpendicular of the chip substrate 4, more precisely, the angle formed by the generatrix of the cone is 62.5 degrees in this embodiment. Therefore, the apex angle of this cone is 125 degrees. This apex angle was determined by ray tracing so that the reflected light of the reflecting mirror 20 of the light emission measuring device described above was incident on the objective lens 11.

作用極1の周りを取り囲むように対極2があり、その外側に液だめ用ゴム5を配置することで、電解液を液滴6のように全ての電極上に貯留することが出来る。液だめ用ゴム5は液滴6の液漏れを防ぐ必要があるため、チップ基板4への吸着性が高く、撥水性の高い素材としてシリコンゴムが良い。本実施例では、液滴6の電解液の液量は80μlとしたので、80μlの液滴が溢れないようにシリコンゴムの厚みは1mmとした。   The counter electrode 2 is provided so as to surround the working electrode 1, and the liquid reservoir rubber 5 is disposed on the outer side of the counter electrode 2, so that the electrolyte can be stored on all the electrodes like the droplet 6. Since the liquid storage rubber 5 needs to prevent liquid droplets 6 from leaking, silicon rubber is preferable as a material having high adsorptivity to the chip substrate 4 and high water repellency. In this embodiment, since the amount of the electrolyte solution of the droplet 6 is 80 μl, the thickness of the silicon rubber is 1 mm so that the 80 μl droplet does not overflow.

図5に、本発明の実施の形態1における生体物質検出チップの発光を光電子増倍管へ集光する構成を示す。生体物質検出チップ7はチップ基板4上の中央部に作用極1があり、その周辺に対極2がある。さらに外側に液だめ用ゴム5を配置し、電解液を液滴6のように溜めている。作用極1上に発光標識を標識した生体物質を滴下しており、作用極1と対極間に電圧を印加すると発光標識が作用極1上で発光する。   FIG. 5 shows a configuration for condensing light emitted from the biological material detection chip according to the first embodiment of the present invention onto a photomultiplier tube. The biological material detection chip 7 has a working electrode 1 at the center on the chip substrate 4 and a counter electrode 2 around it. Further, a reservoir rubber 5 is disposed on the outside, and the electrolytic solution is stored like droplets 6. A biological substance labeled with a luminescent label is dropped on the working electrode 1, and when a voltage is applied between the working electrode 1 and the counter electrode, the luminescent label emits light on the working electrode 1.

生体物質検出チップ7からの発光を対物レンズ11で集光し、さらに集光レンズ12で光電子増倍管ユニット13の受光面14へと集光する。対物レンズ11、集光レンズ12、光電子増倍管ユニット13の光軸である受光ユニット光軸15は作用極1の中心にくるように配置する。本実施例では、対物レンズ11の焦点距離は40mm、有効径は30mm、集散角Uは22度とした。対物レンズ11の集散角Uは発光中心より広がって対物レンズへ入射する光線のうち最も外側の光線と光軸とがなす角度のことである。   Light emitted from the biological material detection chip 7 is collected by the objective lens 11 and further collected by the condenser lens 12 onto the light receiving surface 14 of the photomultiplier tube unit 13. The light receiving unit optical axis 15, which is the optical axis of the objective lens 11, the condenser lens 12, and the photomultiplier tube unit 13, is arranged at the center of the working electrode 1. In this embodiment, the focal length of the objective lens 11 is 40 mm, the effective diameter is 30 mm, and the convergence angle U is 22 degrees. The convergence angle U of the objective lens 11 is an angle formed by the outermost ray and the optical axis among the rays that are spread from the emission center and enter the objective lens.

また本実施例では、集光レンズ12には対物レンズ11と同じものを用い、受光ユニット40の全長を短くするため対物レンズ11と集光レンズ12との間隔は1mmとした。対物レンズ11の前側焦点位置が作用極1の中心となるように対物レンズ11を配置し、集光レンズ12の後側焦点位置が受光面14となるように光電子増倍管ユニット13を配置した。これにより、作用極1の像が受光面14に結像するようにしている。   In the present embodiment, the same condenser lens 12 as the objective lens 11 is used, and the distance between the objective lens 11 and the condenser lens 12 is set to 1 mm in order to shorten the overall length of the light receiving unit 40. The objective lens 11 is arranged so that the front focal position of the objective lens 11 is the center of the working electrode 1, and the photomultiplier tube unit 13 is arranged so that the rear focal position of the condenser lens 12 is the light receiving surface 14. . Thereby, an image of the working electrode 1 is formed on the light receiving surface 14.

本実施例では、反射鏡20は曲率半径40mm、有効径は79mm、中心のくりぬき穴径は40mmで、集散角Vが30度〜80度の光線を反射するようになっている。反射鏡20の光軸は受光ユニット光軸15に一致させて、くりぬき穴の中心に対物レンズ11があり、それを取り囲むような配置としている。生体物質検出チップ7との位置関係は作用極1の中心に反射鏡20の焦点位置が来るように反射鏡20を配置する。この反射鏡20はガラス製の凹面にアルミを蒸着した表面反射鏡とした。表面反射鏡ならば素材はガラスである必要はなく金属や樹脂でも構わないし、逆にガラス製の凸面にアルミを蒸着した反射鏡を電極から遠ざかる方向へ凸の向きに取り付けたのでも構わない。   In this embodiment, the reflecting mirror 20 reflects a light beam having a radius of curvature of 40 mm, an effective diameter of 79 mm, a central bore hole diameter of 40 mm, and a convergence angle V of 30 to 80 degrees. The optical axis of the reflecting mirror 20 is aligned with the optical axis 15 of the light receiving unit, and the objective lens 11 is located at the center of the bored hole so as to surround it. The reflecting mirror 20 is arranged so that the focal position of the reflecting mirror 20 comes to the center of the working electrode 1 with respect to the positional relationship with the biological material detection chip 7. The reflecting mirror 20 was a surface reflecting mirror in which aluminum was deposited on a glass concave surface. If it is a surface reflecting mirror, the material need not be glass and may be metal or resin, or conversely, a reflecting mirror in which aluminum is deposited on a convex surface made of glass may be attached in a convex direction away from the electrode.

対物レンズ11の焦点距離や反射鏡20の曲率半径は作用極1の半径に対して10倍以上とするのが良い。この焦点距離や曲率半径が小さいと収差の影響が大きくなり、作用極1の外周寄りの発光成分が受光面14へ到達しなくなるためである。大きくしすぎるのは光学的には問題ないが、装置サイズが大きくなる等、実用的ではない。   The focal length of the objective lens 11 and the radius of curvature of the reflecting mirror 20 are preferably 10 times or more than the radius of the working electrode 1. This is because when the focal length and the radius of curvature are small, the influence of aberration increases, and the light emitting component near the outer periphery of the working electrode 1 does not reach the light receiving surface 14. Making it too large is not optically problematic, but is not practical, for example, because the size of the apparatus becomes large.

次に反射鏡20で反射される光の光路について説明する。図5に示すように、作用極1の右側面から出て反射鏡20へ向かう光線16は、反射鏡20の右側の面で反射されて光線17となる。その後、作用極1の左側面で反射して光線18となり対物レンズ11、集光レンズ12を通って受光面14へ到達する。反射鏡20は受光ユニット光軸15のまわりに対称に配置されているので、作用極の反対側の側面から出た光も対称的な光路をたどる。   Next, the optical path of the light reflected by the reflecting mirror 20 will be described. As shown in FIG. 5, the light beam 16 that exits from the right side surface of the working electrode 1 and travels toward the reflecting mirror 20 is reflected by the right surface of the reflecting mirror 20 to become a light beam 17. Thereafter, the light is reflected from the left side surface of the working electrode 1 to become a light beam 18, and reaches the light receiving surface 14 through the objective lens 11 and the condenser lens 12. Since the reflecting mirror 20 is arranged symmetrically around the light receiving unit optical axis 15, the light emitted from the side surface on the opposite side of the working electrode follows a symmetrical optical path.

作用極1の左側面から出て反射鏡20の左側面へ向かった光は反射鏡20で反射されて作用極1の右側面へと戻る。この戻ってきた光はちょうど対物レンズ11の方向へ作用極で反射し、最終的に受光面14へ到達する。反射鏡20が30度〜80度の光線を反射するようにできているので、反射反射鏡20へ向かう光束の中心が受光ユニット光軸15とのなす角は55度である。その光束が対物レンズ11の中心に向かうように作用極1で反射すると最も効率良く反射光を導くことができる。そのためには、作用極の法線と受光ユニット光軸15とのなす角を55度の半分の27.5度にするのが良い。従って、作用極1の円錐の頂角は125度としている。このようにして、作用極1上の発光は反射鏡20で反射され作用極1でさらに反射されて対物レンズ11、集光レンズ12を通って受光面14へ到達する。   Light exiting from the left side surface of the working electrode 1 and traveling toward the left side surface of the reflecting mirror 20 is reflected by the reflecting mirror 20 and returns to the right side surface of the working electrode 1. The returned light is reflected by the working electrode in the direction of the objective lens 11 and finally reaches the light receiving surface 14. Since the reflecting mirror 20 reflects the light beam of 30 to 80 degrees, the angle formed by the center of the light beam toward the reflecting mirror 20 and the light receiving unit optical axis 15 is 55 degrees. When the light beam is reflected by the working electrode 1 so as to be directed toward the center of the objective lens 11, the reflected light can be guided most efficiently. For this purpose, the angle formed between the normal of the working electrode and the light receiving unit optical axis 15 is preferably 27.5 degrees, which is half of 55 degrees. Accordingly, the apex angle of the cone of the working electrode 1 is 125 degrees. In this way, light emitted from the working electrode 1 is reflected by the reflecting mirror 20 and further reflected by the working electrode 1, and reaches the light receiving surface 14 through the objective lens 11 and the condenser lens 12.

図6に、本発明の実施の形態1における光電子増倍管へ直接入射する光線の追跡図を示す。液滴6の中央部にある作用極の下側面から対物レンズ11、集光レンズ12を通って受光面14へ到達する光線を示している。   FIG. 6 is a tracking diagram of light rays that are directly incident on the photomultiplier tube according to the first embodiment of the present invention. Light rays reaching the light receiving surface 14 from the lower surface of the working electrode at the center of the droplet 6 through the objective lens 11 and the condenser lens 12 are shown.

図7に、本発明の実施の形態1における反射鏡を経由する光線の追跡図を示す。液滴6の中央部にある作用極1の下側面から反射鏡20へ向かい、反射鏡20で反射されて作用極の上側面で再び反射、対物レンズ11、集光レンズ12を通って受光面14へ到達する光線を示している。このように、反射鏡20がない図6の光線に加えて、図7に示すような反射鏡20からの反射光を受光面14に入射させることにより、検出光量を2倍に増加させることができる。   FIG. 7 shows a tracking diagram of light rays passing through the reflecting mirror in the first embodiment of the present invention. From the lower surface of the working electrode 1 at the center of the droplet 6 toward the reflecting mirror 20, reflected by the reflecting mirror 20 and reflected again by the upper surface of the working electrode, and passes through the objective lens 11 and the condenser lens 12 to receive light. The light rays reaching 14 are shown. As described above, the reflected light from the reflecting mirror 20 as shown in FIG. 7 is incident on the light receiving surface 14 in addition to the light beam of FIG. it can.

それでは、本発明の実施の形態1の発光測定装置を用いたDNAの検出例について説明する。まず、生化学的試料からDNAサンプルを抽出する。痰、血液、糞便、精液、唾液、培養細胞、組織細胞、その他DNAを有する生化学的試料から超音波、振とうなどの物理手段、DNA抽出溶液を用いる化学的手段を用いて必要試料を抽出する。抽出された長鎖の2本鎖DNAは制限酵素、あるいは超音波などの物理的手段によって任意の長さに切断する。切断された2本鎖DNAは熱処理、あるいはアルカリ変性により1本鎖DNAに分離される。これらの工程によりDNAサンプルを得る。   Now, an example of DNA detection using the luminescence measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described. First, a DNA sample is extracted from a biochemical sample. Extract necessary samples from sputum, blood, feces, semen, saliva, cultured cells, tissue cells, and other biochemical samples containing DNA using physical means such as ultrasound and shaking, and chemical means using DNA extraction solutions To do. The extracted long double-stranded DNA is cleaved to an arbitrary length by a restriction enzyme or physical means such as ultrasonic waves. The cut double-stranded DNA is separated into single-stranded DNA by heat treatment or alkali denaturation. A DNA sample is obtained by these steps.

次に、検出すべきDNAと特異的に結合可能な部位を持つDNAプローブを磁性微粒子の表面に固定する。磁性微粒子は、電気絶縁材料であるポリスチレンやデキストランのようなポリマーに酸化鉄のような可磁化物質を分散させたものである。前記磁性微粒子の粒径は、10nm〜10μmと幅広く選択可能であり、特に限定されるものではないが、溶液中での分散性および分離、回収性から、300nm〜5μmが好ましい。   Next, a DNA probe having a site capable of specifically binding to the DNA to be detected is immobilized on the surface of the magnetic fine particle. Magnetic fine particles are obtained by dispersing a magnetizable substance such as iron oxide in a polymer such as polystyrene or dextran, which is an electrically insulating material. The particle size of the magnetic fine particles can be selected from a wide range of 10 nm to 10 μm, and is not particularly limited, but is preferably 300 nm to 5 μm from the viewpoint of dispersibility in solution, separation and recovery.

さらに、標識剤を準備する。本発明で使用される標識剤は、検出すべきDNAと特異的に結合可能な部位であるDNAプローブと、発光標識に結合しているものである。DNAと特異的に結合可能な部位としては、前述の磁性微粒子に固定化したDNAプローブと同様、検出すべきDNA配列に対して相補的な塩基配列を有する1本鎖のDNAである。   Furthermore, a labeling agent is prepared. The labeling agent used in the present invention is one that binds to a luminescent label and a DNA probe that is a site capable of specifically binding to the DNA to be detected. The site capable of specifically binding to DNA is single-stranded DNA having a base sequence complementary to the DNA sequence to be detected, like the above-described DNA probe immobilized on magnetic fine particles.

発光標識としては、配位子に複素環系化合物を有する金属錯体が挙げられる。そして特に、中心金属がルテニウム、オスニウムである錯体は良好な電気化学発光特性を有し、このような良好な電気化学発光特性を有する物質としては、例えば、ルテニウムビピリジン錯体、ルテニウムフェナントロリン錯体、オスニウムビピリジン錯体、オスニウムフェナントロリン錯体などがある。   Examples of the luminescent label include a metal complex having a heterocyclic compound as a ligand. In particular, a complex in which the central metal is ruthenium or osmium has good electrochemiluminescence properties, and examples of the material having such good electrochemiluminescence properties include ruthenium bipyridine complexes, ruthenium phenanthroline complexes, and osmium. Examples include bipyridine complexes and osnium phenanthroline complexes.

前述のようにして得られたDNAサンプル、DNAプローブが固定された磁性微粒子および標識剤を、反応容器で混合し、ハイブリダイズさせる。DNAサンプル中に検出すべきDNA配列が存在していると、標識剤がDNAサンプルを介して磁性微粒子に結合した複合体を形成する。   The DNA sample obtained as described above, the magnetic fine particles to which the DNA probe is immobilized, and the labeling agent are mixed in a reaction vessel and hybridized. When the DNA sequence to be detected is present in the DNA sample, the labeling agent forms a complex bound to the magnetic fine particles through the DNA sample.

ハイブリダイズさせた後、結合しなかった非目的サンプルや未反応物質はB/F分離により除去する。B/F分離は、反応容器の一部に磁石を配置し、磁力により磁性微粒子を固定後、溶液を除去することで行う。このB/F分離によって、磁性微粒子に結合した検出すべきDNA配列および標識剤を選択的に得ることができる。   After hybridization, non-target samples and unreacted substances that have not bound are removed by B / F separation. B / F separation is performed by placing a magnet in a part of the reaction vessel, fixing the magnetic fine particles by magnetic force, and then removing the solution. By this B / F separation, the DNA sequence to be detected and the labeling agent bound to the magnetic fine particles can be selectively obtained.

B/F分離後、複合体から発光標識を分離する。この発光標識の分離は、少なくとも電気化学発光物質を磁性微粒子から分離できればよく、DNAプローブは切断、分解された状態であってもよい。また、標識剤のDNAプローブやDNAサンプル、磁性微粒子に固定化されたDNAプローブとともに磁性微粒子から分離されてもよい。このような発光標識を分離する方法としては、アルカリ変性、熱変性、物理破壊、酵素分解などが挙げられる。   After B / F separation, the luminescent label is separated from the complex. The luminescent label may be separated as long as at least the electrochemiluminescent substance can be separated from the magnetic fine particles, and the DNA probe may be in a cleaved and decomposed state. Further, it may be separated from the magnetic fine particles together with the DNA probe or DNA sample of the labeling agent and the DNA probe immobilized on the magnetic fine particles. Examples of a method for separating such a luminescent label include alkali denaturation, heat denaturation, physical destruction, and enzymatic degradation.

このようにして発光標識の分離を行った後、複合体から分離した発光標識を含む溶液を、生体物質検出チップ7の作用極1に滴下した後、乾燥により作用極上に固定する。   After separating the luminescent label in this way, a solution containing the luminescent label separated from the complex is dropped onto the working electrode 1 of the biological material detection chip 7 and then fixed on the working electrode by drying.

次に、電解液を生体物質検出チップ7上に滴下する。ここで、電解液は、支持電解質および還元剤を含む溶液であり、公知のものが使用可能である。支持電解質としては、溶液にイオン導電性を与える物質、例えば、リン酸ナトリウムや塩化ナトリウムのような塩を挙げられる。また、還元剤としては、電気化学的に酸化した電気化学発光物質を還元し、励起状態にする物質、例えば、トリエチルアミンやトリプロピルアミン、シュウ酸などが挙げられる。   Next, the electrolytic solution is dropped onto the biological material detection chip 7. Here, the electrolytic solution is a solution containing a supporting electrolyte and a reducing agent, and a known one can be used. Examples of the supporting electrolyte include substances that give ionic conductivity to the solution, for example, salts such as sodium phosphate and sodium chloride. Examples of the reducing agent include substances that reduce an electrochemically oxidized electrochemiluminescent substance to an excited state, such as triethylamine, tripropylamine, and oxalic acid.

生体物質検出チップ7に対して電位を印加し、電気化学発光させる。そして、光電子増倍管13により電位印加中の電気化学発光の発光量を検出し、測定値はコントローラ46により図示しないホストPCへ転送する。   A potential is applied to the biological material detection chip 7 to cause electrochemiluminescence. The photomultiplier tube 13 detects the amount of electrochemiluminescence emission during potential application, and the measured value is transferred by the controller 46 to a host PC (not shown).

図8に本発明の実施の形態1における電圧波形と発光波形の具体的な一例を示す。上側のグラフは印加する電圧波形で横軸が時間、縦軸が電圧値である。下側のグラフは発光波形で、横軸が時間、縦軸が発光量を示す光電子増倍管の単位時間当たりのカウント値である。本実施の形態において印加電圧は、電圧波形100に示すように、t1を1秒とし、1秒で1.3Vまで掃印し、2秒間1.3Vを保持した。また、発光量の検出の単位時間は10msとし、10ms毎の光電子増倍管からのパルスをカウント値としてプロットした。発光波形101は従来技術による発光波形であり、発光波形102は本実施の形態による発光波形である。この従来技術による発光検出は、反射鏡を装備していない受光ユニットを用いた。図8において、本実施の形態による発光波形102の場合は、従来技術による発光波形101と比較し、約2倍高い値を得られている。この差は、図7で説明した反射鏡と作用極による反射による効果であり、本発明が高感度な検出に有効である結果を示すものである。   FIG. 8 shows a specific example of the voltage waveform and the light emission waveform in the first embodiment of the present invention. The upper graph shows the voltage waveform to be applied, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing voltage value. The lower graph is a light emission waveform, which is a count value per unit time of the photomultiplier tube in which the horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates the light emission amount. In this embodiment, as shown in the voltage waveform 100, the applied voltage was t1 for 1 second, swept to 1.3V in 1 second, and maintained at 1.3V for 2 seconds. Further, the unit time for detecting the light emission amount was 10 ms, and the pulse from the photomultiplier tube every 10 ms was plotted as a count value. The light emission waveform 101 is a light emission waveform according to the prior art, and the light emission waveform 102 is a light emission waveform according to the present embodiment. The light emission detection by this prior art used the light-receiving unit which is not equipped with the reflecting mirror. In FIG. 8, in the case of the light emission waveform 102 according to the present embodiment, a value approximately twice as high as that of the light emission waveform 101 according to the prior art is obtained. This difference is an effect of reflection by the reflecting mirror and the working electrode described in FIG. 7, and shows the result that the present invention is effective for highly sensitive detection.

これまで、凹部の形状を円錐で説明したが、三角錐、四角錐、六角錐のように多角錐でも構わない。いずれの場合も頂角は125度とするのが良く、円錐の場合と同様にして対向する電極面で反射させて、検出光量を増加させることができる。   So far, the shape of the concave portion has been described as a cone. In either case, the apex angle is preferably set to 125 degrees, and the amount of detected light can be increased by reflecting on the opposing electrode surfaces in the same manner as in the case of the cone.

(実施の形態2)
実施の形態1では、作用極の凹部が一つのみの場合であったが、複数の凹部でも同様に実現可能である。また、凹部の形状は円錐でもかまわないし、多角錐でも構わない。実施の形態1の構成と異なるところは作用極の凹部が複数の凹部で構成されている点であり、その他の生体物質測定チップ及びそれを用いた発光測定装置の構成は実施の形態1と同じである。複数の凹部を持つ作用極の構成例を図9から図12で説明する。それぞれの図において図の左半分は作用極1の正面図で、右半分はA−A’での断面図である。図9に、作用極1が複数の円錐で構成されている場合を示す。正面図の白抜きの1個1個が円錐形状の凹部である。図10に、作用極1が複数の三角錐で構成されている場合を示す。正面図の白抜きの1個1個が三角錐形状の凹部である。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the working electrode has only one concave portion, but a plurality of concave portions can be similarly realized. The shape of the concave portion may be a cone or a polygonal pyramid. The difference from the configuration of the first embodiment is that the concave portion of the working electrode is composed of a plurality of concave portions, and the other biological material measurement chip and the configuration of the luminescence measurement apparatus using the same are the same as those of the first embodiment. It is. A configuration example of a working electrode having a plurality of recesses will be described with reference to FIGS. In each figure, the left half of the figure is a front view of the working electrode 1 and the right half is a cross-sectional view taken along the line AA ′. FIG. 9 shows a case where the working electrode 1 is composed of a plurality of cones. Each white outline in the front view is a conical recess. FIG. 10 shows a case where the working electrode 1 is composed of a plurality of triangular pyramids. Each white outline in the front view is a triangular pyramid-shaped recess.

図11に、作用極1が複数の四角錐で構成されている場合を示す。正面図の白抜きの1個1個が四角錐形状の凹部である。図12に、作用極1が複数の六角錐で構成されている場合を示す。正面図の白抜きの1個1個が六角錐形状の凹部である。いずれの場合も対向する作用極で反射させて検出光量を増大させることができる。これら検出光量を増大させる仕組みは実施の形態1と同じである。また、本発明の実施の形態2の生体物質測定チップ及びそれを用いた発光測定装置を用いたDNAの検出例についても実施の形態1と同様に行うことができ、その効果も同様に図8に示すように発光波形は約2倍高い値を得られている。   FIG. 11 shows a case where the working electrode 1 is composed of a plurality of quadrangular pyramids. Each white outline in the front view is a quadrangular pyramid-shaped recess. FIG. 12 shows a case where the working electrode 1 is composed of a plurality of hexagonal pyramids. Each white outline in the front view is a hexagonal pyramid-shaped recess. In either case, the amount of detected light can be increased by reflection at the opposing working electrode. The mechanism for increasing the detected light quantity is the same as in the first embodiment. In addition, the detection example of DNA using the biological material measurement chip and the luminescence measurement apparatus using the same according to the second embodiment of the present invention can be performed in the same manner as in the first embodiment, and the effect is also shown in FIG. As shown in FIG. 2, the emission waveform is about twice as high.

(実施の形態3)
実施の形態1では、作用極は凹形状としたが、凸形状でも同様に実現可能である。実施の形態1の構成と異なるところは作用極の凹部が凸部で構成されている点であり、その他の生体物質測定チップ及びそれを用いた発光測定装置の構成は実施の形態1と同じである。対物レンズ11の方へ突き出た円錐形状を持つ作用極の場合の構成例を図13から図15で説明する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, the working electrode has a concave shape, but a convex shape can be similarly realized. The difference from the configuration of the first embodiment is that the concave portion of the working electrode is formed of a convex portion, and the other biomaterial measurement chip and the configuration of the luminescence measurement device using the same are the same as those of the first embodiment. is there. A configuration example in the case of a working electrode having a conical shape protruding toward the objective lens 11 will be described with reference to FIGS.

直接対物レンズ11に向かう発光は実施の形態1と全く同じである。反射鏡20で反射される光の光路は異なり、実施の形態1とは正反対の反射面を使う。図13に示すように、作用極1の右側面から出て反射鏡20へ向かう光線66は、反射鏡20の左側の面で反射されて光線67となる。その後、作用極1の左側面で反射して光線68となり対物レンズ11、集光レンズ12を通って受光面14へ到達する。受光ユニット光軸15のまわりに対称なので、作用極の反対側の側面から出た光も対称的な光路をたどる。   The light emitted directly toward the objective lens 11 is exactly the same as in the first embodiment. The optical path of light reflected by the reflecting mirror 20 is different, and a reflection surface opposite to that in the first embodiment is used. As shown in FIG. 13, the light beam 66 that exits from the right side surface of the working electrode 1 and travels toward the reflecting mirror 20 is reflected by the left surface of the reflecting mirror 20 to become a light beam 67. Thereafter, the light is reflected on the left side surface of the working electrode 1 to become a light beam 68 and reaches the light receiving surface 14 through the objective lens 11 and the condenser lens 12. Since it is symmetrical around the optical axis 15 of the light receiving unit, the light emitted from the side surface on the opposite side of the working electrode follows a symmetrical optical path.

作用極1の左側面から出て反射鏡20の右側面へ向かった光は反射鏡20で反射されて作用極1の右側面へと戻る。この戻ってきた光はちょうど対物レンズ11の方向へ作用極で反射し、最終的に受光面14へ到達する。反射鏡20が30度〜80度の光線を反射するようにできているので、反射反射鏡20へ向かう光束の中心が受光ユニット光軸15とのなす角は55度である。その光束が対物レンズ11の中心に向かうように作用極1で反射すると最も効率良く反射光を導くことができる。そのためには、作用極の法線と受光ユニット光軸15とのなす角を55度の半分の27.5度にするのが良い。従って、作用極1の円錐の頂角は125度としている。このようにして、作用極1上の発光は反射鏡20で反射され作用極1でさらに反射されて対物レンズ11、集光レンズ12を通って受光面14へ到達する。   Light exiting from the left side surface of the working electrode 1 and traveling toward the right side surface of the reflecting mirror 20 is reflected by the reflecting mirror 20 and returns to the right side surface of the working electrode 1. The returned light is reflected by the working electrode in the direction of the objective lens 11 and finally reaches the light receiving surface 14. Since the reflecting mirror 20 reflects the light beam of 30 to 80 degrees, the angle formed by the center of the light beam toward the reflecting mirror 20 and the light receiving unit optical axis 15 is 55 degrees. When the light beam is reflected by the working electrode 1 so as to be directed toward the center of the objective lens 11, the reflected light can be guided most efficiently. For this purpose, the angle formed between the normal of the working electrode and the light receiving unit optical axis 15 is preferably 27.5 degrees, which is half of 55 degrees. Accordingly, the apex angle of the cone of the working electrode 1 is 125 degrees. In this way, light emitted from the working electrode 1 is reflected by the reflecting mirror 20 and further reflected by the working electrode 1, and reaches the light receiving surface 14 through the objective lens 11 and the condenser lens 12.

図14に、本発明の実施の形態3における光電子増倍管へ直接入射する光線の追跡図を示す。液滴6の中央部にある作用極の下側面から対物レンズ11、集光レンズ12を通って受光面14へ到達する光線を示している。図15に、本発明の実施の形態1における反射鏡を経由する光線の追跡図を示す。液滴6の中央部にある作用極1の下側面から反射鏡20へ向かい、反射鏡20で反射されて作用極の上側面で再び反射、対物レンズ11、集光レンズ12を通って受光面14へ到達する光線を示している。このように、反射鏡20がない図14の光線に加えて、図15に示すような反射鏡20からの反射光を受光面14に入射させることにより、検出光量を2倍に増加させることができる。   FIG. 14 is a tracking diagram of light rays that are directly incident on the photomultiplier tube according to the third embodiment of the present invention. Light rays reaching the light receiving surface 14 from the lower surface of the working electrode at the center of the droplet 6 through the objective lens 11 and the condenser lens 12 are shown. FIG. 15 is a tracking diagram of light rays passing through the reflecting mirror in the first embodiment of the present invention. From the lower surface of the working electrode 1 at the center of the droplet 6 toward the reflecting mirror 20, reflected by the reflecting mirror 20 and reflected again by the upper surface of the working electrode, and passes through the objective lens 11 and the condenser lens 12 to receive light. The light rays reaching 14 are shown. As described above, in addition to the light beam of FIG. 14 without the reflecting mirror 20, the reflected light from the reflecting mirror 20 as shown in FIG. it can.

また、本発明の実施の形態3の生体物質測定チップ及びそれを用いた発光測定装置を用いたDNAの検出例についても実施の形態1と同様に行うことができ、その効果も同様に図8に示すように発光波形は約2倍高い値を得られている。   Further, the detection example of DNA using the biological material measurement chip according to the third embodiment of the present invention and the luminescence measurement apparatus using the same can be performed in the same manner as in the first embodiment, and the effect thereof is also shown in FIG. As shown in FIG. 2, the emission waveform is about twice as high.

ここでは、凸部の形状を円錐で説明したが、三角錐、四角錐、六角錐のように多角錐でも構わない。いずれの場合も頂角は125度とするのが良く、円錐の場合と同様にして反対側の電極面で反射させて、検出光量を増加させることができる。   Here, the shape of the convex portion has been described as a cone, but it may be a polygonal pyramid such as a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, or a hexagonal pyramid. In either case, the apex angle is preferably set to 125 degrees, and the amount of detected light can be increased by reflecting on the opposite electrode surface in the same manner as in the case of the cone.

(実施の形態4)
実施の形態3では、作用極の凸部が一つのみの場合であったが、複数の凸部でも同様に実現可能である。また、凸部の形状は円錐でもかまわないし、多角錐でも構わない。実施の形態1の構成と異なるところは作用極の凸部が複数の凸部で構成されている点であり、その他の生体物質測定チップ及びそれを用いた発光測定装置の構成は実施の形態1と同じである。複数の凸部を持つ作用極の構成例についても実施の形態2で示した図9から図12の凹部が凸部へ変わるだけである。左半分の正面図の白抜きの1個1個が凸部であり、右半分のA−A’断面図は凸と凹との関係が逆になる。いずれの場合も対向する作用極で反射させて検出光量を増大させることができる。これら検出光量を増大させる仕組みは実施の形態3と同じである。また、本発明の実施の形態4の生体物質測定チップ及びそれを用いた発光測定装置を用いたDNAの検出例についても実施の形態1と同様に行うことができ、その効果も同様に図8に示すように発光波形は約2倍高い値を得られている。
(Embodiment 4)
In the third embodiment, there is only one convex portion of the working electrode, but a plurality of convex portions can be similarly realized. The shape of the convex portion may be a cone or a polygonal pyramid. The difference from the configuration of the first embodiment is that the convex portion of the working electrode is composed of a plurality of convex portions, and the configuration of the other biological material measurement chip and the luminescence measurement apparatus using the same are described in the first embodiment. Is the same. In the configuration example of the working electrode having a plurality of convex portions, only the concave portions in FIGS. 9 to 12 shown in the second embodiment are changed to convex portions. Each white outline in the front view of the left half is a convex portion, and the AA ′ cross-sectional view of the right half has a reverse relationship between the convex and concave portions. In either case, the amount of detected light can be increased by reflection at the opposing working electrode. The mechanism for increasing the detected light quantity is the same as in the third embodiment. Further, the detection example of DNA using the biological material measurement chip and the luminescence measurement apparatus using the same according to the fourth embodiment of the present invention can be performed in the same manner as in the first embodiment, and the effect is also shown in FIG. As shown in FIG. 2, the emission waveform is about twice as high.

以上のように、本発明で示したように生体物質検出チップ7の作用極1に凹部もしくは凸部を設け、対物レンズ11への光束を遮らないようにくりぬいた反射鏡20をその球面中心が作用極の中心に略一致するように配置することにより、対物レンズ11に直接入射しない発光成分を反射鏡20で反射させ、さらに作用極1で再度反射させて対物レンズ11に入射させ、検出感度を向上することができる。   As described above, as shown in the present invention, a concave or convex portion is provided on the working electrode 1 of the biological material detection chip 7, and the reflecting mirror 20 that is hollowed out so as not to block the light beam to the objective lens 11 has a spherical center. By arranging so as to be substantially coincident with the center of the working electrode, the light emitting component that is not directly incident on the objective lens 11 is reflected by the reflecting mirror 20, and is further reflected by the working electrode 1 to be incident on the objective lens 11, thereby detecting sensitivity. Can be improved.

本発明にかかる発光測定装置は、発光標識剤の発光のうち、従来は対物レンズに入射させることができなかった発光も入射させることができ、光電子増倍管へ入射させられる光量を増加させることができるので、高い検出感度を実現することができる効果を有し、光を集光し、光量を増加させる用途として有用である。   The luminescence measuring apparatus according to the present invention can also enter the luminescence of the luminescent labeling agent that could not be incident on the objective lens conventionally, and increase the amount of light incident on the photomultiplier tube. Therefore, it has the effect of realizing high detection sensitivity, and is useful as a use for condensing light and increasing the amount of light.

本発明の実施の形態1における発光測定装置の全体構成図1 is an overall configuration diagram of a luminescence measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における電圧印加部のブロック図The block diagram of the voltage application part in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における生体物質検出チップの上面図Top view of biological material detection chip in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における生体物質検出チップの断面図Sectional drawing of the biological material detection chip in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における生体物質検出チップの発光を光電子増倍管へ集光する構成を示す図The figure which shows the structure which condenses light emission of the biological material detection chip in Embodiment 1 of this invention to a photomultiplier tube. 本発明の実施の形態1における光電子増倍管へ直接入射する光線の追跡図Tracking diagram of light rays directly incident on the photomultiplier tube in the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態1における反射鏡を経由する光線の追跡図Tracking diagram of light rays passing through reflecting mirror in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における電圧波形と発光波形を示す図The figure which shows the voltage waveform and light emission waveform in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における作用極表面を多数の円錐で構成した図The figure which comprised the working-electrode surface in Embodiment 2 of this invention with many cones 本発明の実施の形態2における作用極表面を多数の三角錐で構成した図The figure which comprised the working electrode surface in Embodiment 2 of this invention with many triangular pyramids 本発明の実施の形態2における作用極表面を多数の四角錐で構成した図The figure which comprised the working-electrode surface in Embodiment 2 of this invention with many square pyramids 本発明の実施の形態2における作用極表面を多数の六角錐で構成した図The figure which comprised the working-electrode surface in Embodiment 2 of this invention with many hexagonal pyramids 本発明の実施の形態3における生体物質検出チップの発光を光電子増倍管へ集光する構成を示す図The figure which shows the structure which condenses light emission of the biological material detection chip in Embodiment 3 of this invention to a photomultiplier tube. 本発明の実施の形態3における光電子増倍管へ直接入射する光線の追跡図Tracking diagram of light beam directly incident on photomultiplier tube in embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態3における反射鏡を経由する光線の追跡図Tracking diagram of light ray passing through reflecting mirror in Embodiment 3 of the present invention 従来の発光測定装置の集光の構成を示す図The figure which shows the structure of the condensing of the conventional light emission measuring device

符号の説明Explanation of symbols

1 作用極
2 対極
3 参照極
4 チップ基板
5 液だめ用ゴム
6 液滴
7 生体物質検出チップ
11 対物レンズ
12 集光レンズ
13 光電子増倍管ユニット
14 受光面
15 受光ユニット光軸
20 反射鏡
40 受光ユニット
41 生体物質検出チップ固定台
42 電圧印加部
43 カウンタ
44 カウント値メモリ
45 タイミング生成部
46 コントローラ
48 チップ位置合わせ用突起
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Working electrode 2 Counter electrode 3 Reference electrode 4 Chip substrate 5 Liquid reservoir 6 Droplet 7 Biological substance detection chip 11 Objective lens 12 Condensing lens 13 Photomultiplier tube unit 14 Light receiving surface 15 Light receiving unit Optical axis 20 Reflector 40 Light receiving Unit 41 Biological substance detection chip fixing table 42 Voltage application unit 43 Counter 44 Count value memory 45 Timing generation unit 46 Controller 48 Chip alignment protrusion

Claims (11)

生体サンプルを測定するために中央部に凹部又は凸部が形成された作用極を持つ生体物質測定チップを測定する発光測定装置において、
前記凹部又は凸部の中心と光軸が一致するように配置したレンズユニットと、
前記レンズユニットと前記作用極との間に配置された前記光軸が通過する孔と焦点とを有する反射鏡と、
前記レンズユニットから出射された光を受光する位置に配置された受光センサと、
を備えた発光測定装置。
In a luminescence measuring device for measuring a biological material measuring chip having a working electrode in which a concave portion or a convex portion is formed in the central portion in order to measure a biological sample,
A lens unit arranged so that the optical axis coincides with the center of the concave or convex part,
A reflector having a hole and a focal point through which the optical axis is disposed, disposed between the lens unit and the working electrode;
A light receiving sensor disposed at a position for receiving light emitted from the lens unit;
A luminescence measuring device comprising:
前記反射鏡の焦点と前記作用極の凹部又は凸部の中心とが一致するように前記反射鏡を配置した請求項1に記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to claim 1, wherein the reflecting mirror is arranged so that a focal point of the reflecting mirror coincides with a center of a concave portion or a convex portion of the working electrode. 前記反射鏡の前記作用極側の面は金属反射膜が形成された凹面である請求項2に記載の発光測定装置。 The light emission measuring device according to claim 2, wherein the working electrode side surface of the reflecting mirror is a concave surface on which a metal reflecting film is formed. 前記反射鏡は、光透過性部材で構成され前記作用極と反対の側の面は金属反射膜を形成した凸面である請求項2に記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to claim 2, wherein the reflecting mirror is formed of a light transmissive member, and a surface opposite to the working electrode is a convex surface on which a metal reflecting film is formed. 前記作用極の凹部又は凸部を円錐形状とした請求項1に記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to claim 1, wherein the concave portion or the convex portion of the working electrode has a conical shape. 前記作用極の凹部又は凸部を多角錐形状とした請求項1に記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to claim 1, wherein the concave or convex portion of the working electrode has a polygonal pyramid shape. 前記レンズユニットは、対物レンズと集光レンズとから成り、前記作用極の発光面と前記受光センサの受光面とが結像関係となるように前記対物レンズと前記集光レンズとを配置した請求項1に記載の発光測定装置。 The lens unit includes an objective lens and a condensing lens, and the objective lens and the condensing lens are arranged such that a light emitting surface of the working electrode and a light receiving surface of the light receiving sensor are in an imaging relationship. Item 2. The luminescence measuring device according to Item 1. 前記対物レンズの焦点距離と前記球面ミラーの曲率半径とを共に前記生体物質測定チップの作用極の中央部の最大幅に対して10倍以上とした請求項7に記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to claim 7, wherein both the focal length of the objective lens and the radius of curvature of the spherical mirror are 10 times or more the maximum width of the central portion of the working electrode of the biological material measuring chip. 前記作用極に複数の凹部もしくは凸部を有する請求項1から請求項8に記載の発光測定装置。 The light emission measuring device according to claim 1, wherein the working electrode has a plurality of concave portions or convex portions. 前記凹部もしくは前記凸部を全て同一の円錐形状とした請求項9に記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to claim 9, wherein all the concave portions or the convex portions have the same conical shape. 前記凹部もしくは前記凸部を全て同一の多角錐形状とした請求項9に記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to claim 9, wherein all the concave portions or the convex portions have the same polygonal pyramid shape.
JP2008051790A 2008-03-03 2008-03-03 Emission measuring device Pending JP2009210316A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008051790A JP2009210316A (en) 2008-03-03 2008-03-03 Emission measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008051790A JP2009210316A (en) 2008-03-03 2008-03-03 Emission measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009210316A true JP2009210316A (en) 2009-09-17

Family

ID=41183636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008051790A Pending JP2009210316A (en) 2008-03-03 2008-03-03 Emission measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009210316A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011154591A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 Sakari Kulmala Low-cost electrode chip variants and methods for multi analyte analysis and referencing based on cathodic electroluminescence
WO2012032891A1 (en) * 2010-09-08 2012-03-15 株式会社日立製作所 Measurement apparatus and measurement method both utilizing biological substance detection element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011154591A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 Sakari Kulmala Low-cost electrode chip variants and methods for multi analyte analysis and referencing based on cathodic electroluminescence
US9535029B2 (en) 2010-06-11 2017-01-03 Labmaster Oy Low-cost electrode chip variants and methods for multi analyte analysis and referencing based on cathodic electroluminescence
WO2012032891A1 (en) * 2010-09-08 2012-03-15 株式会社日立製作所 Measurement apparatus and measurement method both utilizing biological substance detection element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100516835C (en) Local plasmon resonance sensor and examination instrument
CN102549445B (en) A biosensor system for single particle detection
ES2913283T3 (en) test cartridges
US7799558B1 (en) Ligand binding assays on microarrays in closed multiwell plates
JP2011516878A (en) Carrier for light detection in small sample volumes
US8686376B2 (en) Microarray characterization system and method
EP1797195B1 (en) Method and apparatus for the detection of labeling elements in a sample
JP5295149B2 (en) Biological material analysis method and biological material analysis cell, chip and apparatus used therefor
US20080130003A1 (en) Chemical sensing apparatus and chemical sensing method
JP2007516413A (en) Support with surface structure to detect evanescent fields with high sensitivity
JP2006208294A (en) Device and method for concurrently imaging plasmon resonance and fluorescence
CN101467027A (en) Integrated biosensing device having photo detector
JP2006276000A (en) System of measuring fluorescent molecule
US20120258553A1 (en) Analyte measurement apparatus and method
JP2007003401A (en) Sample analyzer
CN103278481A (en) Binding assays utilizing time-resolved up-converting luminescence detection
JP2010210378A (en) Sensing method and sensing kit to be used of the same
US20230194413A1 (en) Microscopic object detection device, detection system, and detection method
JP2009198416A (en) Biological substance measuring chip, and light emission measuring device using it
JP6926731B2 (en) Detection chip, detection kit, detection system and detection method of the substance to be detected
JP2009210316A (en) Emission measuring device
ES2914111T3 (en) Apparatus and method for detecting and measuring biomolecular interactions
JP3641100B2 (en) Electrochemiluminescence detection cell
US20110093213A1 (en) Fluid providing apparatus
CN211426276U (en) Micro-droplet fluorescence detection system with reflecting layer