JP2010038624A - Detection method and detector - Google Patents

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尚 大塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect fluorescence with high sensitivity by reducing noise light with high efficiency in an evanescent fluorescence detection method using fluorescent coloring matter hard to separate the noise light by a wavelength filter. <P>SOLUTION: In a detection method for detecting an amount of a detection target substance A on the basis of the quantity of light Ld containing signal light Lf caused by the excitation of a fluorescent label F by bonding a fluorescent label bonding substance B<SB>F</SB>, of which the amount corresponds to that of the detection target substance A in a liquid sample S, to a sensor part 14, the amount of the detection target substance A is detected by using a fluorescent label F, which is obtained by including a plurality of fluorescent coloring matter molecules f by a dielectric 16 through which the fluorescence Lf generated from a plurality of the fluorescent coloring matter molecules f is transmitted, as the fluorescent label F, and by detecting the amount of the polarizing component Lc of the light Ld crossing the polarizing direction of exciting light Lo at a right angle. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、試料中の被検出物質を検出する検出方法および検出装置に関するものである。   The present invention relates to a detection method and a detection apparatus for detecting a substance to be detected in a sample.

従来、バイオ測定等において、高感度かつ容易な測定法として蛍光検出法が広く用いられている。この蛍光検出法は、特定波長の光により励起されて蛍光を発する被検出物質を含むと考えられる試料に上記特定波長の励起光を照射し、そのとき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、被検出物質が蛍光体ではない場合、蛍光色素で標識されて被検出物質と特異的に結合する物質を試料に接触させ、その後上記と同様にして蛍光を検出することにより、この結合すなわち被検出物質の存在を確認することも広くなされている。   Conventionally, a fluorescence detection method has been widely used as a highly sensitive and easy measurement method in biomeasurement and the like. In this fluorescence detection method, the presence of a substance to be detected is detected by irradiating a sample considered to contain a substance to be detected that is excited by light of a specific wavelength to emit fluorescence and then detecting the fluorescence at that time. It is a method to confirm. In addition, when the substance to be detected is not a fluorescent substance, this binding, that is, by detecting the fluorescence in the same manner as described above, by contacting a substance labeled with a fluorescent dye and specifically binding to the substance to be detected, and then detecting fluorescence. The existence of a substance to be detected is also widely confirmed.

バイオ測定においては、例えば、試料に含まれる被検出物質である抗原を検出するため、基板上に被検出物質と特異的に結合する1次抗体を固定しておき、基板上に試料を供給することにより、1次抗体に被検出物質を特異的に結合させ、次いで、被検出物質と特異的に結合する、蛍光標識が付与された2次抗体を添加し、被検出物質と結合させることにより、1次抗体―被検出物質―2次抗体の、所謂サンドイッチを形成し、2次抗体に付与されている蛍光標識からの蛍光を検出するサンドイッチ法や、被検出物質と競合して1次抗体と特異的に結合する、蛍光標識された競合2次抗体を被検出物質と競合的に1次抗体と結合させ、1次抗体と結合した競合2次抗体からの蛍光を検出する競合法などのアッセイがなされる。   In biomeasurement, for example, in order to detect an antigen that is a detected substance contained in a sample, a primary antibody that specifically binds to the detected substance is fixed on the substrate, and the sample is supplied onto the substrate. By specifically binding the detected substance to the primary antibody, and then adding a secondary antibody to which a fluorescent label is attached that specifically binds to the detected substance and binding the detected substance to the primary antibody. A sandwich method in which a so-called sandwich of primary antibody-substance to be detected-secondary antibody is formed to detect fluorescence from a fluorescent label attached to the secondary antibody, or primary antibody in competition with the target substance A competitive method in which a fluorescently labeled competitive secondary antibody that specifically binds to a primary antibody is competitively bound to a substance to be detected, and fluorescence from the competitive secondary antibody bound to the primary antibody is detected. An assay is made.

この際、基板上に固定された1次抗体と被検出物質を介して結合した2次抗体、あるいは直接結合した競合2次抗体のみからの蛍光を検出するために、エバネッセント光により蛍光を励起するエバネッセント蛍光法が提案されている。エバネッセンと蛍光法は、基板表面で全反射する励起光を基板裏面から入射し、基板表面に滲み出すエバネッセント波により蛍光を励起してその蛍光を検出するものである。   At this time, the fluorescence is excited by evanescent light in order to detect the fluorescence from only the secondary antibody bound to the primary antibody immobilized on the substrate via the substance to be detected or the directly bound competitive secondary antibody. An evanescent fluorescence method has been proposed. In the evanescent and fluorescent methods, excitation light that is totally reflected on the substrate surface is incident from the back surface of the substrate, and the fluorescence is excited by an evanescent wave that exudes to the substrate surface to detect the fluorescence.

エバネッセント蛍光法において、感度を向上させるため、プラズモン共鳴による電場増強の効果を利用する方法が特許文献1、非特許文献1などに提案されている。表面プラズモン増強蛍光法は、プラズモン共鳴を生じさせるため、基板上に金属層を設け、基板と金属層との界面に対して基板裏面から、全反射角以上の角度で励起光を入射し、この励起光の照射により金属層に表面プラズモンを生じさせ、その電場増強作用によって、蛍光信号を増大させてS/Nを向上させるものである。   In order to improve sensitivity in the evanescent fluorescence method, Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and the like have proposed methods utilizing the effect of electric field enhancement by plasmon resonance. In the surface plasmon enhanced fluorescence method, in order to generate plasmon resonance, a metal layer is provided on the substrate, and excitation light is incident on the interface between the substrate and the metal layer from the back surface of the substrate at an angle greater than the total reflection angle. The surface plasmon is generated in the metal layer by the irradiation of the excitation light, and the S / N is improved by increasing the fluorescence signal by the electric field enhancing action.

同様に、エバネッセント蛍光法において、センサ部の電場を増強する効果を有するものとして、導波モードによる電場増強効果を利用する方法が非特許文献2に提案されている。この光導波モード増強蛍光分光法(OWF:Optical waveguide mode enhanced fluorescence spectroscopy)は、基板上に金属層と、誘電体などからなる光導波層とを順次形成し、基板裏面から全反射角以上の角度で励起光を入射し、この励起光の照射により光導波層に光導波モードを生じさせ、その電場増強効果によって、蛍光信号を増強させるものである。   Similarly, in the evanescent fluorescence method, a method using the electric field enhancement effect by the waveguide mode is proposed in Non-Patent Document 2 as having the effect of enhancing the electric field of the sensor unit. In this optical waveguide mode enhanced fluorescence spectroscopy (OWF), a metal layer and an optical waveguide layer made of a dielectric or the like are sequentially formed on a substrate, and an angle greater than the total reflection angle from the back surface of the substrate. Excitation light is incident on the optical waveguide layer, an optical waveguide mode is generated in the optical waveguide layer by irradiation of the excitation light, and the fluorescence signal is enhanced by the electric field enhancement effect.

また、特許文献2および非特許文献3には、表面プラズモンにより増強された電場において励起された蛍光標識からの蛍光を検出するのではなく、その蛍光が金属層に新たに表面プラズモンを誘起して生じる放射光(SPCE: Surface Plasmon-Coupled Emission)をプリズム側から取り出す方法が提案されている。   In Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, instead of detecting fluorescence from a fluorescent label excited in an electric field enhanced by surface plasmon, the fluorescence newly induces surface plasmon in the metal layer. A method has been proposed in which the generated radiant light (SPCE: Surface Plasmon-Coupled Emission) is extracted from the prism side.

しかしながら、上記した信号増強方法では、検出したい蛍光信号と同時に、センサ部上にあるゴミや傷等に起因する励起光の散乱光や、センサ部表面における励起光の反射光等のノイズ光も増強されて検出されてしまう。従って、更なる高感度化、特に検出限界の向上には、ノイズ光の減少が必須課題となっている。
特開平10−307141号公報 米国特許出願公開第2005/0053974号明細書 W.Knoll他、Analytical Chemistry 77(2005), p.2426-2431 2007年春季 応用物理学会 予稿集 No.3,P.1378 Thorsten Liebermann Wolfgang Knoll, "Surface-plasmon field-enhanced fluorescence spectroscopy" Colloids and Surfaces A 171(2000)115-130 「蛍光分光とイメージングの手法」 pp.14-24,学会出版センタ(2006)
However, in the signal enhancement method described above, simultaneously with the fluorescent signal to be detected, noise light such as scattered light of excitation light caused by dust or scratches on the sensor part and reflected light of excitation light on the sensor part surface is also enhanced. Will be detected. Therefore, reduction of noise light is an essential issue for further enhancement of sensitivity, particularly improvement of detection limit.
JP-A-10-307141 US Patent Application Publication No. 2005/0053974 W. Knoll et al., Analytical Chemistry 77 (2005), p.2426-2431 2007 Spring Japan Society of Applied Physics Proceedings No.3, P.1378 Thorsten Liebermann Wolfgang Knoll, "Surface-plasmon field-enhanced fluorescence spectroscopy" Colloids and Surfaces A 171 (2000) 115-130 "Methods of fluorescence spectroscopy and imaging" pp.14-24, Academic Publishing Center (2006)

蛍光信号光とノイズ光との分離には、波長フィルタを用いる方法がよく知られているが、この方法はストークスシフトが大きい蛍光色素を使用する場合に有効な方法であり、バイオ測定では自家蛍光(吸収)を生じるサンプルを対象とすることから、ストークスシフトの小さい、長波長域において蛍光を発する蛍光色素を用いられることが多く、分離が難しい。   A method using a wavelength filter is well known for separating fluorescence signal light and noise light, but this method is effective when a fluorescent dye having a large Stokes shift is used. Since samples that cause (absorption) are targeted, fluorescent dyes that emit fluorescence in a long wavelength range with a small Stokes shift are often used, and separation is difficult.

また、偏光フィルタを用いて蛍光信号光とノイズ光との分離する方法も知られている。しかしながら、蛍光信号の偏光は励起光の偏光とほぼ正の相関を持つため(非特許文献4)、この方法は、蛍光分子がブラウン運動による回転や近接する蛍光分子間のエネルギー移動を生じて偏光の解消が生じるような場合にしか適用することができない。上記エバネッセント蛍光法等の近接場光を利用する蛍光検出法においては蛍光色素がセンシング面に固定されるため、ブラウン運動による回転は生じにくく、更に検出限界が向上した場合には被検出物質自体が少なくなるため、蛍光分子が疎らになり蛍光分子間のエネルギー移動も生じにくい。非特許文献3では、表面プラズモン共鳴を利用した蛍光検出において、蛍光信号の偏光は励起光の偏光、つまりp偏光に強く偏っていることを確認されている。   Also known is a method of separating fluorescent signal light and noise light using a polarizing filter. However, since the polarization of the fluorescence signal has a substantially positive correlation with the polarization of the excitation light (Non-Patent Document 4), this method causes the rotation of the fluorescence molecules due to Brownian motion and the energy transfer between adjacent fluorescence molecules. It can only be applied to cases where such a resolution occurs. In the fluorescence detection method using near-field light such as the above evanescent fluorescence method, since the fluorescent dye is fixed to the sensing surface, rotation due to Brownian motion is difficult to occur, and when the detection limit is further improved, the target substance itself is not detected. Therefore, the fluorescent molecules become sparse and energy transfer between the fluorescent molecules hardly occurs. In Non-Patent Document 3, it has been confirmed that in fluorescence detection using surface plasmon resonance, the polarization of the fluorescence signal is strongly biased to the polarization of excitation light, that is, p-polarization.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ストークスシフトが小さく波長フィルタによるノイズ光の分離が難しい蛍光色素を用いる近接場光を利用する蛍光検出法において、高効率にノイズ光を低減させて高感度検出が可能な蛍光検出方法及び装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a fluorescence detection method using near-field light using a fluorescent dye having a small Stokes shift and difficult to separate noise light by a wavelength filter, noise light is reduced with high efficiency. It is an object of the present invention to provide a fluorescence detection method and apparatus capable of highly sensitive detection.

本発明の検出方法は、誘電体プレートと、該誘電体プレートの一面に少なくとも金属層が設けられてなるセンサ部とからなるセンサチップを用意し、
前記センサ部に液体試料を接触させることにより、該センサ部上に、該液体試料中の被検出物質の量に応じた量の蛍光標識結合物質を結合させ、
前記センサ部に直線偏光の励起光を照射することにより、該センサ部上に増強した光電場を生じさせ、該増強した光電場内において前記蛍光標識結合物質の蛍光標識を励起し、該蛍光標識の励起に起因して生じる信号光を含む光の量に基づいて、前記被検出物質の量を検出する検出方法において、
前記蛍光標識として、複数の蛍光色素分子を、該複数の蛍光色素分子から生じる蛍光を透過する誘電体により包含してなる蛍光物質を用い、
前記励起光の偏光方位と直交する、前記光の偏光成分の量を検出することにより、前記被検出物質の量を検出することを特徴とするものである。
The detection method of the present invention prepares a sensor chip comprising a dielectric plate and a sensor unit in which at least a metal layer is provided on one surface of the dielectric plate,
By bringing a liquid sample into contact with the sensor unit, an amount of the fluorescent label binding substance according to the amount of the substance to be detected in the liquid sample is bound on the sensor unit,
By irradiating the sensor unit with linearly polarized excitation light, an enhanced photoelectric field is generated on the sensor unit, the fluorescence label of the fluorescent label binding substance is excited in the enhanced photoelectric field, and the fluorescence label In a detection method for detecting the amount of the substance to be detected based on the amount of light including signal light generated due to excitation,
As the fluorescent label, using a fluorescent substance comprising a plurality of fluorescent dye molecules included by a dielectric that transmits fluorescence generated from the plurality of fluorescent dye molecules,
The amount of the substance to be detected is detected by detecting the amount of the polarization component of the light orthogonal to the polarization direction of the excitation light.

なお、ここで「蛍光標識結合物質」は被検出物質の量に応じた量だけセンサ部上に結合する蛍光標識された結合物質であり、例えば、サンドイッチ法によるアッセイを行う場合には、被検出物質と特異的に結合する結合物質と蛍光標識とから構成され、競合法によるアッセイを行う場合には、被検出物質と競合する結合物質と蛍光標識とから構成される。   Here, the “fluorescent label binding substance” is a fluorescently labeled binding substance that binds on the sensor unit by an amount corresponding to the amount of the target substance. For example, when performing an assay by the sandwich method, When the assay is performed by a competitive method, the binding substance specifically binds to the substance and the fluorescent label.

本明細書において、蛍光色素分子には、有機系色素及び量子ドット等の無機系色素も含まれることとする。また、前記センサ部に入射される励起光は、励起光照射光学系から出射された直後に直線偏光である励起光であってもよいし、前記センサ部に入射される直前の偏光状態が直線偏光である励起光であってもよい。   In the present specification, the fluorescent dye molecules include organic dyes and inorganic dyes such as quantum dots. The excitation light incident on the sensor unit may be excitation light that is linearly polarized immediately after being emitted from the excitation light irradiation optical system, and the polarization state immediately before entering the sensor unit may be linear. It may be excitation light that is polarized light.

また、「被検出物質の量を検出する」とは被検出物質の存在の有無を含み、定量的な量のみならず、定性的な量を含むものとする。   Further, “detecting the amount of the substance to be detected” includes the presence or absence of the substance to be detected, and includes not only a quantitative amount but also a qualitative amount.

ここで「光電場」とは、励起光の照射により生じるエバネッセント光もしくは近接場光に起因する電場をいうものとする。
また、「増強した光電場を生じさせる」とは、光電場を増強させることによって、増強した光電場を形成することを意味するものであり、光電場を増強させる方法は、プラズモン共鳴によるものであってもよいし、光導波モードの励起によるものであってもよい。
Here, the “photoelectric field” refers to an electric field caused by evanescent light or near-field light generated by irradiation with excitation light.
Further, “to generate an enhanced photoelectric field” means that an enhanced photoelectric field is formed by enhancing the photoelectric field, and a method for enhancing the photoelectric field is based on plasmon resonance. It may be due to excitation of an optical waveguide mode.

また、「前記蛍光標識結合物質の蛍光標識の励起に起因して生じる信号光の量に基づいて、前記被検出物質の量を検出する」方法としては、蛍光標識からの蛍光を直接検出するものであってもよいし、間接的に検出するものであってもよい。
具体的には、以下の態様(1)〜(4)が挙げられる。
Further, as a method of “detecting the amount of the substance to be detected based on the amount of signal light generated due to the excitation of the fluorescent label of the fluorescent label-binding substance”, a method for directly detecting fluorescence from the fluorescent label Or may be detected indirectly.
Specifically, the following modes (1) to (4) are mentioned.

(1)前記励起光の照射により前記金属層にプラズモンを励起し、該プラズモンにより前記増強した光電場を生じさせ、前記蛍光標識の励起に起因して生じる前記光として、該励起によって該蛍光標識から生じる蛍光を検出することにより前記被検出物質の量を検出する。
(2)前記励起光の照射により前記金属層にプラズモンを励起し、該プラズモンにより前記増強した光電場を生じさせ、前記蛍光標識の励起に起因して生じる前記光として、該励起によって該蛍光標識から生じる蛍光が前記金属層に新たにプラズモンを誘起することにより、前記誘電体プレートの前記他面から放射される放射光を検出することにより前記被検出物質の量を検出する。
(3)前記センサチップとして、前記金属層上に光導波層を備えたものを用い、前記励起光の照射により前記光導波層に光導波モードを励起し、該光導波モードにより前記増強した光電場を生じさせ、前記蛍光標識の励起に起因して生じる前記光として、該励起によって該蛍光標識から生じる蛍光を検出することにより前記被検出物質の量を検出する。
(4)前記センサチップとして、前記金属層上に光導波層を備えたものを用い、前記励起光の照射により前記光導波層に光導波モードを励起し、該光導波モードにより前記増強した光電場を生じさせ、前記蛍光標識の励起に起因して生じる前記光として、該励起によって該蛍光標識から生じる蛍光が前記金属層に新たにプラズモンを誘起することにより、前記誘電体プレートの前記他面から放射される放射光を検出することにより前記被検出物質の量を検出する。
(1) The plasmon is excited on the metal layer by irradiation of the excitation light, the enhanced photoelectric field is generated by the plasmon, and the fluorescence label is generated by the excitation as the light generated due to the excitation of the fluorescence label. The amount of the substance to be detected is detected by detecting the fluorescence generated from.
(2) The plasmon is excited on the metal layer by irradiation of the excitation light, the enhanced photoelectric field is generated by the plasmon, and the fluorescence label is generated by the excitation as the light generated due to the excitation of the fluorescence label. The amount of the substance to be detected is detected by detecting the radiated light emitted from the other surface of the dielectric plate by newly inducing the plasmon in the metal layer by the fluorescence generated from.
(3) The sensor chip having an optical waveguide layer on the metal layer is used to excite an optical waveguide mode in the optical waveguide layer by irradiation of the excitation light, and the enhanced photoelectric by the optical waveguide mode. An amount of the substance to be detected is detected by generating a field and detecting fluorescence generated from the fluorescent label by the excitation as the light generated due to the excitation of the fluorescent label.
(4) The sensor chip is provided with an optical waveguide layer on the metal layer, the optical waveguide mode is excited in the optical waveguide layer by the irradiation of the excitation light, and the enhanced photoelectric is generated by the optical waveguide mode. As the light generated due to excitation of the fluorescent label, a fluorescence generated from the fluorescent label due to the excitation newly induces a plasmon in the metal layer, thereby generating the other surface of the dielectric plate. The amount of the substance to be detected is detected by detecting the emitted light emitted from the sensor.

(1)および(2)においては、前記金属層を金属膜とし、金属膜と基板との界面に基板裏面から全反射角度以上の角度でp偏光の励起光を入射させ、金属膜表面に表面プラズモンを励起するものであってもよいし、前記金属層を、励起光の波長よりも小さい周期の凹凸を表面に有する金属微細構造体あるいは、励起光の波長よりも小さいサイズの複数の金属ナノロッドにより構成し、励起光の照射により、金属微細構造体あるいは金属ナノロッドに局在プラズモンを励起するものであってもよい。   In (1) and (2), the metal layer is a metal film, p-polarized excitation light is incident on the interface between the metal film and the substrate at an angle greater than the total reflection angle from the back surface of the substrate, and the surface of the metal film is exposed. It may be one that excites plasmons, and the metal layer has a metal fine structure having irregularities with a period smaller than the wavelength of excitation light on the surface, or a plurality of metal nanorods having a size smaller than the wavelength of excitation light And the local plasmon may be excited in the metal microstructure or the metal nanorod by irradiation with excitation light.

本発明の検出装置は、上述の本発明の検出方法に用いられる検出装置であって、
前記センサチップを収容する収容部と、
前記センサ部に前記励起光を照射する励起光源を含む励起光照射光学系と、
該励起光の照射により該センサ部上に生じた前記増強した光電場における、前記蛍光標識の励起に起因して生じる信号光を含む光から前記励起光の偏光方位と直交する偏光成分を分離して取り出す偏光分離手段と、
前記分離された偏光成分の量を検出する光検出手段とを備えたことを特徴とするものである。
The detection device of the present invention is a detection device used in the detection method of the present invention described above,
An accommodating portion for accommodating the sensor chip;
An excitation light irradiation optical system including an excitation light source that irradiates the excitation light to the sensor unit;
In the enhanced photoelectric field generated on the sensor unit by the irradiation of the excitation light, a polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light is separated from light including signal light generated due to excitation of the fluorescent label. Polarized light separating means to be taken out,
And a light detecting means for detecting the amount of the separated polarization component.

本発明の検出装置は、更に、前記励起光の反射光の強度を検出する光検出器と、前記励起光源から出射された前記励起光の偏光状態を制御する偏光調整素子と、前記検出された強度に応じて、前記センサ部に入射される前記励起光のp偏光成分の強度が最大となるように前記偏光調整素子を操作する制御手段とを有することが好ましい。   The detection apparatus of the present invention further includes a photodetector that detects an intensity of reflected light of the excitation light, a polarization adjustment element that controls a polarization state of the excitation light emitted from the excitation light source, and the detected It is preferable to have control means for operating the polarization adjusting element so that the intensity of the p-polarized component of the excitation light incident on the sensor unit is maximized according to the intensity.

本発明の検出方法および装置によれば、センサ部上に、試料に含有される被検出物質の量に応じて結合される蛍光標識結合物質の蛍光標識として、複数の蛍光色素分子を、該蛍光色素分子からの蛍光を透過する誘電体により包含してなる蛍光物質を用いることにより、励起光の偏光方向と直交する偏光成分の蛍光信号を生じさせることができるので、検出光に含まれるノイズ光と蛍光信号とを偏光分離し、高効率にノイズ光を低減させることができる。   According to the detection method and apparatus of the present invention, a plurality of fluorescent dye molecules are used as a fluorescent label of a fluorescent label binding substance that is bound on the sensor unit according to the amount of the target substance contained in the sample. By using a fluorescent substance that is included by a dielectric that transmits fluorescence from the dye molecule, a fluorescence signal having a polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light can be generated, so noise light included in the detection light And the fluorescence signal are polarized and separated, and noise light can be reduced with high efficiency.

本発明によれば、これまで偏光を利用したノイズ光の分離が困難とされていた近接場光を利用する蛍光検出法において、ノイズ光の偏光分離が可能となるので、ストークスシフトが小さく波長フィルタによるノイズ光の分離が難しい蛍光色素を用いる場合にも、高効率にノイズ光を低減させ、S/Nのよい安定した信号を検出することができ、被検出物質の有無および/または量を精度よく検出することができる。   According to the present invention, in the fluorescence detection method using near-field light, which has been difficult to separate noise light using polarized light, polarization of noise light can be separated, so that the Stokes shift is small and the wavelength filter is reduced. Even when using fluorescent dyes where it is difficult to separate noise light, it is possible to reduce noise light with high efficiency, detect stable signals with good S / N, and accurately detect the presence and / or amount of the substance to be detected. Can be detected well.

「検出方法および装置」
本発明の検出方法及び装置は、エバネッセント蛍光法等の近接場光を利用する蛍光検出において偏光分離によりノイズ光と信号光とを分離することによりS/Nを向上させて、より高感度な蛍光検出及び検出限界の向上を実現したものである。
"Detection method and apparatus"
The detection method and apparatus of the present invention improves the S / N ratio by separating noise light and signal light by polarization separation in fluorescence detection using near-field light such as evanescent fluorescence, and thus more sensitive fluorescence. The detection and the detection limit are improved.

「背景技術」の項目において述べたように、エバネッセント蛍光法等の近接場光を利用する蛍光検出において、蛍光標識がセンシング面に固定されるため、蛍光標識として蛍光色素分子そのものを用いる場合は、蛍光色素分子にブラウン運動による回転は生じにくく、更に検出限界が向上した場合には被検出物質自体が少なくなるため、蛍光分子間のエネルギー移動も生じにくい。そのため、励起光の蛍光信号の偏光は励起光の偏光とほぼ正の相関を持つため、これまで、偏光分離によるノイズ光と信号光との分離によりS/Nを向上させることはできなかった。   As described in the section of “Background Technology”, in fluorescence detection using near-field light such as evanescent fluorescence, the fluorescent label is fixed to the sensing surface. Rotation of the fluorescent dye molecules due to Brownian motion is unlikely to occur, and when the detection limit is further improved, the substance to be detected itself is reduced, so that energy transfer between fluorescent molecules is also unlikely to occur. Therefore, since the polarization of the fluorescence signal of the excitation light has a substantially positive correlation with the polarization of the excitation light, it has not been possible to improve the S / N ratio by separating noise light and signal light by polarization separation.

本発明者は、近接場光を利用する蛍光検出法において、偏光の解消機能を有する蛍光標識を用いることにより、偏光分離によりノイズ光を高効率に分離することにはじめて成功した。以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において説明の便宜上、各部の寸法は実際のものとは異ならせている。   The present inventor succeeded in separating noise light with high efficiency by polarization separation by using a fluorescent label having a function of depolarizing polarization in a fluorescence detection method using near-field light. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For convenience of explanation in each figure, the dimensions of each part are different from the actual ones.

本発明の検出方法は、エバネッセント蛍光法等の近接場光を利用する蛍光検出法、例えば図1に示すように、誘電体プレート11と、該プレート11の一面に設けられた少なくとも金属層12を含むセンサ部14とからなるセンサチップ10を用い、センサ部14に液体試料Sを接触させることにより、該センサ部14上に、液体試料Sに含有される被検出物質Aの量に応じた量の蛍光標識結合物質Bを結合させ、センサ部14に直線偏光の励起光Loを照射することにより、センサ部14上に増強した光電場Dを生じさせ、該増強した光電場D内において、蛍光標識結合物質Bの蛍光標識Fを励起し、蛍光標識Fの励起に起因して生じる信号光Lfを含む光Ldの量に基づいて、被検出物質Aの量を検出する検出方法であって、蛍光標識Fとして、複数の蛍光色素分子fを、該蛍光色素分子fからの蛍光を透過する誘電体により包含してなる蛍光物質Fを用い、励起光Loの偏光方位と直交する、光Ldの偏光成分Lcの量を検出することにより、被検出物質Aの量を検出することを特徴とするものである。 The detection method of the present invention is a fluorescence detection method using near-field light such as evanescent fluorescence. For example, as shown in FIG. 1, a dielectric plate 11 and at least a metal layer 12 provided on one surface of the plate 11 are provided. The amount corresponding to the amount of the substance A to be detected contained in the liquid sample S on the sensor unit 14 by bringing the liquid sample S into contact with the sensor unit 14 using the sensor chip 10 including the sensor unit 14 included. In this enhanced photoelectric field D, the fluorescence label binding substance BF is bound and the sensor unit 14 is irradiated with linearly polarized excitation light Lo, thereby generating an enhanced photoelectric field D on the sensor unit 14. exciting the fluorescent labels F of the fluorescent label binding substance B F, based on the amount of light Ld including the signal light Lf generated due to the excitation of the fluorescent labels F, a detection method for detecting the amount of the detection target substance a Fluorescent As the light F, a fluorescent material F including a plurality of fluorescent dye molecules f including a dielectric that transmits the fluorescence from the fluorescent dye molecules f is used, and the polarization of the light Ld is orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo. The amount of the substance A to be detected is detected by detecting the amount of the component Lc.

なお、センサ部14に、蛍光標識結合物質Bを結合させた後に、液体試料S中の、センサ部14に結合せずに滞留あるいは非特異吸着している蛍光標識結合物質Bをセンサ部14上から除去し、その後、被検出物質Aの量を検出することが望ましい。なお、ここで、センサ部14に結合するとは、センサ部14に対して特異的に結合することを意味し、具体的には、蛍光標識結合物質Bが特異的に結合する物質Bが固定層としてセンサ部14に設けられており、この固定層に結合する形態が挙げられる。 Incidentally, the sensor unit 14, after binding the fluorescent label binding substance B F, in the liquid sample S, a fluorescent label binding substance B F the sensor portion staying or non-specific adsorption without binding to the sensor unit 14 14 is removed from above, and then the amount of the substance A to be detected is preferably detected. Here, binding to the sensor unit 14 means specifically binding to the sensor unit 14, specifically, the substance B 1 to which the fluorescent label binding substance BF specifically binds. It is provided in the sensor part 14 as a fixed layer, and the form couple | bonded with this fixed layer is mentioned.

以下に示す本発明に係る一実施形態の検出装置1〜6は、上記検出方法を実施するためのものであって、センサチップ10を収容する収容部13と、センサ部14に励起光Loを照射する励起光源21を含む励起光照射光学系20と、励起光Loの照射によりセンサ部14上に生じる増強した光電場Dにおける、蛍光標識fの励起に起因して生じる信号光Lfを含む光Ldから励起光Loの偏光方位と直交する偏光成分Lcを分離して取り出す偏光分離手段40と、分離された偏光成分Lcの量を検出する光検出手段30とを備えている。   Detection devices 1 to 6 according to an embodiment of the present invention described below are for carrying out the above-described detection method. The detection devices 1 to 6 include an accommodating portion 13 that accommodates the sensor chip 10 and excitation light Lo on the sensor portion 14. Light including signal light Lf generated due to excitation of the fluorescent label f in the excitation light irradiation optical system 20 including the excitation light source 21 to be irradiated and the enhanced photoelectric field D generated on the sensor unit 14 by irradiation of the excitation light Lo. A polarization separation unit 40 that separates and extracts a polarization component Lc orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo from Ld and a light detection unit 30 that detects the amount of the separated polarization component Lc are provided.

センサ部14に入射される励起光Loがp偏光であることが好ましい場合は、励起光Loの反射光Lの強度を検出する光検出器50と、励起光源21から出射された励起光の偏光状態を制御する偏光調整素子23と、光検出器50において検出された強度に応じて、センサ部14に入射される励起光Loのp偏光成分の強度が最大となるように偏光調整素子23を操作する制御手段60とを備えた構成としてもよい(図4を参照)。 If it is preferable excitation light Lo incident on the sensor unit 14 is p-polarized light, a photodetector 50 for detecting the intensity of the reflected light L R of the excitation light Lo, the excitation light emitted from excitation light source 21 The polarization adjusting element 23 that controls the polarization state and the polarization adjusting element 23 so that the intensity of the p-polarized component of the excitation light Lo incident on the sensor unit 14 is maximized according to the intensity detected by the photodetector 50. It is good also as a structure provided with the control means 60 which operates (refer FIG. 4).

蛍光標識Fは、図2に示すように、複数の蛍光色素分子fを、該複数の蛍光色素分子fからエバネッセント光L(光電場D)により励起される蛍光Lfを透過する誘電体16により包含してなる蛍光物質である。複数の蛍光色素分子fを含む蛍光物質Fを用いれば、蛍光Lf量を増加させることができ、且つ、蛍光Lfを透過する誘電体16により蛍光色素分子fが内包されていることにより、蛍光色素分子fが金属層12に近接した場合に生じる金属消光を防止し、また、蛍光Lfの偏光をランダム化することができる。 As shown in FIG. 2, the fluorescent label F includes a plurality of fluorescent dye molecules f, and a dielectric 16 that transmits the fluorescent Lf excited by the evanescent light L E (photoelectric field D) from the plurality of fluorescent dye molecules f. It is a fluorescent substance comprising. If a fluorescent substance F containing a plurality of fluorescent dye molecules f is used, the amount of fluorescent Lf can be increased, and the fluorescent dye molecules f are encapsulated by the dielectric 16 that transmits the fluorescent Lf. Metal quenching that occurs when the molecule f approaches the metal layer 12 can be prevented, and the polarization of the fluorescence Lf can be randomized.

蛍光色素分子が金属層に接近しすぎた場合に生じる消光は、金属へのエネルギー移動に伴うものであり、このエネルギー移動の程度は、金属が半無限の厚さを持つ平面なら距離の3乗に反比例して、金属が無限に薄い平板なら距離の4乗に反比例して、また、金属が微粒子なら距離の6乗に反比例して小さくなる。従って、金属層12と蛍光色素分子fとの間の距離は少なくとも数nm以上、より好ましくは10nm以上確保しておくことが望ましい。
従来金属消光を防止する方法としては、金属層12上に自己組織化膜(SAM)を形成し、さらにカルボキシメチルデキストラン(CMD)膜を作製して金属膜と蛍光色素分子との距離を離す方法が知られている。しかしながら、金属膜上にこれらの金属消光を防止するための膜を設けるのは、センサチップ作製工程を複雑なものとし、非常に手間がかかる。一方、蛍光物質Fを用いれば、金属層12と所定以上の距離を保つことができるため、上述のような金属消光防止のための膜を設けることなく、非常に簡便な方法で効果的に金属消光を防止することができる。
The quenching that occurs when the fluorescent dye molecules are too close to the metal layer is associated with the energy transfer to the metal, and the degree of this energy transfer is the cube of the distance if the metal is a plane with a semi-infinite thickness. When the metal is an infinitely thin flat plate, it is inversely proportional to the fourth power of the distance, and when the metal is a fine particle, it is decreased inversely proportional to the sixth power of the distance. Therefore, it is desirable to ensure the distance between the metal layer 12 and the fluorescent dye molecule f at least several nm or more, more preferably 10 nm or more.
Conventionally, as a method for preventing metal quenching, a self-assembled film (SAM) is formed on the metal layer 12, and a carboxymethyl dextran (CMD) film is formed to increase the distance between the metal film and the fluorescent dye molecule. It has been known. However, providing a film for preventing such metal quenching on the metal film complicates the sensor chip manufacturing process and is very laborious. On the other hand, if the fluorescent substance F is used, the metal layer 12 can be kept at a predetermined distance or more, so that the metal can be effectively effectively provided by a very simple method without providing a film for preventing metal quenching as described above. Quenching can be prevented.

また、蛍光標識Fは、センサ部14の表面に固定されるので、それ自身の回転は生じにくいが、図2に示されるように、励起光Loによりセンサ部14の表面に生じたエバネッセント波L(光電場D)が蛍光標識F内に入射されると、エバネッセント波L及びその光電場Dにより励起され、増強された蛍光Lfは、蛍光標識Fの誘電体16内部で反射及び多重散乱される。また、図示されるように蛍光標識F内部に、複数存在するため蛍光色素分子f間のエネルギー移動が生じ易い。従って、蛍光標識F内での反射や多重散乱、そして蛍光色素分子f間でのエネルギー移動により偏光がランダム化され、励起光Loの偏光が解消される。 Further, since the fluorescent label F is fixed on the surface of the sensor unit 14, it does not easily rotate itself, but as shown in FIG. 2, the evanescent wave L generated on the surface of the sensor unit 14 by the excitation light Lo as shown in FIG. 2. When E (optical field D) is incident on the fluorescent labels F, it is excited by the evanescent wave L E and its optical field D, enhanced fluorescence Lf is reflected and multiple scattering inside the dielectric 16 of the fluorescent labels F Is done. Further, as shown in the figure, since there are a plurality of fluorescent labels F, energy transfer between the fluorescent dye molecules f is likely to occur. Accordingly, the polarization is randomized by reflection and multiple scattering in the fluorescent label F, and energy transfer between the fluorescent dye molecules f, and the polarization of the excitation light Lo is eliminated.

この偏光解消効果は、蛍光標識F内の蛍光色素分子fの密度が高ければ高いほど、更に蛍光色素分子fの異方性が強いほど、そして、誘電体16の複屈折が大きいほど大きくなる。蛍光色素分子fの密度が高いほど蛍光色素分子の相互作用及び多重散乱の効果が大きくなり、また、蛍光色素分子fの異方性が強いほど、蛍光色素分子内のダイポールの誘起される方向がランダムに近接して存在することになるためより偏光のランダム化を生じる。また、誘電体16自身の複屈折が高ければその複屈折性により偏光が乱されて偏光が解消される。上記のように、蛍光標識Fを標識として用いることにより、信号光となる蛍光Lfの偏光をランダム化することができる。   This depolarization effect increases as the density of the fluorescent dye molecules f in the fluorescent label F increases, the anisotropy of the fluorescent dye molecules f increases, and the birefringence of the dielectric 16 increases. The higher the density of the fluorescent dye molecule f, the larger the interaction of the fluorescent dye molecule and the effect of multiple scattering, and the stronger the anisotropy of the fluorescent dye molecule f, the more the direction in which the dipole in the fluorescent dye molecule is induced. Since they are present in close proximity to each other, the polarization is more randomized. If the birefringence of the dielectric 16 itself is high, the polarization is disturbed by the birefringence and the polarization is eliminated. As described above, by using the fluorescent label F as a label, the polarization of the fluorescence Lf that becomes signal light can be randomized.

信号光の偏光だけでなく、蛍光標識F内に入射したエバネッセント光Lの偏光もランダム化される。しかしながら、信号光とノイズ光とが分離される前の光Ldに含まれるノイズ光中において、蛍光標識F内に入射されたエバネッセント光Lの割合は少なく、センサ部14の表面の傷や、表面上にある又は表面付近に浮遊する塵、また、センサ部14上に固定された被検出物質Aと特異的に結合する物質B等に起因するエバネッセント光Lの散乱光成分がほとんどであることから、ノイズ光のほとんどの偏光状態は励起光Loと同じであると考えられる。 Not only polarization of the signal light, the polarization of the evanescent light L E incident on the fluorescent labels F are also randomized. However, the noise light in which is included in front of the light Ld where the signal light and noise light is separated, the fluorescence-labeled ratio of F in incident on the evanescent light L E is small, scratches and the surface of the sensor portion 14, dust suspended with or near the surface on the surface, also the scattered light component of the evanescent light L E caused by the substance B 1 such that the detection target substance a specifically bind fixed on the sensor section 14 is almost Therefore, it is considered that most of the polarization state of the noise light is the same as that of the excitation light Lo.

従って、光Ldを偏光分離手段40を介して取り出した励起光Loの偏光方向と直交する光Ldの成分Lc(以下、検出光Lcとする)含まれるノイズ光強度は、光Ldのノイズ光強度に比して例えば50分の1程度にまで低減される(後記実施例を参照)。   Accordingly, the noise light intensity included in the component Lc of the light Ld orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo extracted from the light Ld via the polarization separation means 40 (hereinafter referred to as detection light Lc) is the noise light intensity of the light Ld. For example, it is reduced to about 1/50 (see the examples described later).

偏光分離手段40を介して検出される信号光Lfの強度は、ノイズ光と同様励起光Loの偏光方向と直交する成分のみになるため小さくなるが、ノイズ光と異なって信号光のほとんどの偏光がランダム化されていることから、光Ldの信号光強度に比して例えば3分の1程度となる(後記実施例を参照)。検出光Lcにおいて信号光強度が3分の1となっても、ノイズ光強度が50分の1となれば、そのS/Nは1桁向上することになる。従って、S/Nの高い高感度検出及び検出限界の向上を実現することができる。   The intensity of the signal light Lf detected through the polarization separation means 40 becomes small because it becomes only a component orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo as in the case of noise light, but unlike the noise light, most of the polarization of the signal light is reduced. Is randomized, for example, about one third of the signal light intensity of the light Ld (see the examples described later). Even if the signal light intensity in the detection light Lc is 1/3, if the noise light intensity is 1/50, the S / N is improved by one digit. Therefore, high sensitivity detection with high S / N and improvement in detection limit can be realized.

上記したように、蛍光標識Fは、複数の蛍光色素分子fを、該複数の蛍光色素分子fからエバネッセント光L(光電場D)により励起される蛍光Lfを透過する誘電体16により包含してなる蛍光物質である(図2)。 As described above, the fluorescent labels F is a plurality of fluorescent dye molecules f, and encompassed by a dielectric 16 that transmits fluorescence Lf to be excited from the fluorescent dye molecules f the plurality of the evanescent light L E (optical field D) (FIG. 2).

誘電体16としては、蛍光色素分子fを内包でき、かつ、エバネッセント光L(光電場D)及び蛍光Lfを透過可能なものであれば特に制限なく、ポリスチレンやSiO2などが挙げられる。偏光ランダム化の観点から、誘電体16自身に複屈折性を有するものであることが好ましい。ポリスチレンは複屈折の大きな高分子物質として知られている。また、誘電体16として、複屈折性を大きくするために、上記したポリスチレンやSiO2等のマトリックスに、針状結晶(炭酸ストロンチウム等)等の異方性の強い無機物質又は有機物質等を包含させたものを用いてもよい。異方性物質は、S/Nを大きく低下させるような散乱光を引き起こす要因とならない事が好ましいため、散乱光を生じない大きさ及び密度とすることが好ましい。 The dielectric 16 can be encapsulated fluorescent dye molecules f, and is not particularly limited as long as it can transmit the evanescent light L E (optical field D) and fluorescence Lf, and the like polystyrene or SiO 2 is. From the viewpoint of polarization randomization, the dielectric 16 itself preferably has birefringence. Polystyrene is known as a polymer material having a large birefringence. Further, in order to increase the birefringence, the dielectric 16 includes a highly anisotropic inorganic substance or organic substance such as a needle-like crystal (strontium carbonate, etc.) in the matrix such as polystyrene or SiO 2 described above. You may use what was made to do. It is preferable that the anisotropic substance does not cause a scattered light that greatly reduces the S / N, and therefore it is preferable that the anisotropic substance has a size and density that does not generate the scattered light.

蛍光色素分子fとしては、特に制限なく、有機系色素及び量子ドット等の無機系色素も含まれる。バイオ測定の用途では自家蛍光(吸収)を生じるサンプルを対象とすることから、ストークスシフトの小さい、長波長域において蛍光を発する蛍光色素/蛍光色素分子を用いることが好ましい。赤外励起可能な蛍光色素としては、林原生物化学研究所 NK−529(励起波長〜640nm)、NK−1836(励起波長〜650nm)、NK−2014(励起波長〜780nm)、Dyomics社製 DY−785−L (励起波長〜760nm)、DY−785−L (励起波長〜770nm)、等が挙げられる。   The fluorescent dye molecule f is not particularly limited, and includes organic dyes and inorganic dyes such as quantum dots. Since the sample that generates autofluorescence (absorption) is targeted for biomeasurement use, it is preferable to use a fluorescent dye / fluorescent dye molecule that emits fluorescence in a long wavelength range with a small Stokes shift. Examples of fluorescent dyes that can be excited by infrared light include Hayashibara Biochemical Research Institute NK-529 (excitation wavelength: 640 nm), NK-1836 (excitation wavelength: 650 nm), NK-2014 (excitation wavelength: 780 nm), DY- manufactured by Dyomics. 785-L (excitation wavelength to 760 nm), DY-785-L (excitation wavelength to 770 nm), and the like.

蛍光標識Fの粒径は特に制限ないが、蛍光量およびセンサ部上への最密充填密度の観点および、表面プラズモンの擾乱の観点から70nm〜900nmのものがさらに好ましく、130nm〜500nmのものが特に好ましい。本明細書において、蛍光標識Fの粒径は、略球状の粒子の場合にはその直径であり、球状でない粒子の場合にはその最大幅と最小幅との平均の長さで定義するものとする。   The particle size of the fluorescent label F is not particularly limited, but is preferably 70 nm to 900 nm, more preferably 130 nm to 500 nm from the viewpoint of the amount of fluorescence and the closest packing density on the sensor part and the disturbance of the surface plasmon. Particularly preferred. In the present specification, the particle size of the fluorescent label F is defined by the average length of the maximum width and the minimum width in the case of a substantially spherical particle, and in the case of a non-spherical particle. To do.

蛍光標識(蛍光物質)Fは、ポリスチレン等の誘電体粒子に上記した蛍光色素を含浸させることにより作製してもよいし、所望の波長で励起可能なものであれば、市販の蛍光ビーズを利用してもよい。例えば、StockerYale社製LD光源(品番DL−3147−160F、DL−3357−165、波長655nm)等を用いる場合は、Bangs Laboratories社製蛍光ビーズ(品番FC03F/8632)、直径510nm、励起波長660nm、 蛍光波長690nm)、Molecular Probes社製蛍光ビーズ(品番F8807、直径200nm、 励起波長660nm、蛍光波長680nm)、StockerYale社製LD光源(品番DL−3148−023、DL−3038−011、波長635nm)等を用いる場合は、Molecular Probes社製蛍光ビーズ(品番F8816、直径1000nm、励起波長625nm、蛍光波長645nm)等の市販の蛍光ビーズを使用することができる。上記に例示した蛍光ビーズの粒子表面はカルボキシル基にて修飾されているので、2次抗体をアミンカップリングにて結合させることができる。   The fluorescent label (fluorescent substance) F may be prepared by impregnating dielectric particles such as polystyrene with the above-described fluorescent dye, and commercially available fluorescent beads are used as long as they can be excited at a desired wavelength. May be. For example, when using an LD light source (product number DL-3147-160F, DL-3357-165, wavelength 655 nm) manufactured by StockerYale, etc., fluorescent beads manufactured by Bangs Laboratories (product number FC03F / 8632), diameter 510 nm, excitation wavelength 660 nm, Fluorescence wavelength 690 nm), Molecular Probes fluorescent beads (product number F8807, diameter 200 nm, excitation wavelength 660 nm, fluorescence wavelength 680 nm), StockerYale LD light source (product numbers DL-3148-023, DL-3038-011, wavelength 635 nm), etc. Can be used with commercially available fluorescent beads such as Molecular Probes (Part No. F8816, diameter 1000 nm, excitation wavelength 625 nm, fluorescence wavelength 645 nm). wear. Since the particle surface of the fluorescent beads exemplified above is modified with a carboxyl group, the secondary antibody can be bound by amine coupling.

蛍光標識結合物質Bは、被検出物質Aの量に応じた量だけセンサ部14上に結合する蛍光標識された結合物質であり、図1で示すように、サンドイッチ法によるアッセイを行う場合には、被検出物質と特異的に結合する結合物質と上述の蛍光物質Fとから構成されるものであり、後記する競合法によるアッセイを行う場合には、被検出物質と競合する結合物質と蛍光物質Fとから構成されるものである。より具体的には、センサチップ10として、センサ部14に被検出物質Aと特異的に結合する第1の結合物質Bが固定層として固定されたものを用いた場合、サンドイッチ法では、蛍光標識結合物質Bとして、被検出物質Aと特異的に結合する第2の結合物質Bと、この結合物質Bが修飾された蛍光物質Fとからなるものを用い、競合法では、蛍光標識結合物質として、被検出物質Aと競合して第1の結合物質と特異的に結合する第3の結合物質と、この結合物質が修飾された蛍光物質Fとからなるものを用いる。被検出物質Aが抗原である場合、第1の結合物質Bとして所謂1次抗体を用い、蛍光標識結合物質として所謂標識2次抗体を用いればよい。 The fluorescently labeled binding substance BF is a fluorescently labeled binding substance that binds on the sensor unit 14 by an amount corresponding to the amount of the target substance A. As shown in FIG. 1, when performing an assay by the sandwich method, Is composed of a binding substance that specifically binds to the substance to be detected and the above-mentioned fluorescent substance F. When assaying by the competitive method described later, the binding substance that competes with the substance to be detected and fluorescence It consists of the substance F. More specifically, when a sensor chip 10 is used in which the first binding substance B 1 that specifically binds to the substance A to be detected is fixed as a fixed layer to the sensor unit 14, the sandwich method uses a fluorescence. As the label binding substance BF , a substance composed of a second binding substance B 2 that specifically binds to the substance A to be detected and a fluorescent substance F modified with this binding substance B 2 is used. As the label binding substance, a substance composed of a third binding substance that specifically binds to the first binding substance in competition with the substance to be detected A and a fluorescent substance F in which the binding substance is modified is used. When the substance A to be detected is an antigen, a so-called primary antibody may be used as the first binding substance B 1 and a so-called labeled secondary antibody may be used as the fluorescent label binding substance.

本発明の検出方法は、励起光の照射によりセンサ部上に増強した光電場を生じさせ、その増強した光電場において蛍光標識が励起されることによって生じる光を検出するものであるが、光電場を増強させる方法は、表面プラズモン共鳴あるいは局在プラズモン共鳴によるものであってもよいし、光導波モードの励起によるものであってもよい。また、蛍光標識から生じる蛍光を直接検出してもよいし、間接的に検出してもよい。具体的な態様については、以下の各実施形態で説明する。   The detection method of the present invention generates an enhanced photoelectric field on the sensor unit by irradiation with excitation light, and detects light generated by excitation of a fluorescent label in the enhanced photoelectric field. The method of enhancing the power may be by surface plasmon resonance or localized plasmon resonance, or by excitation of an optical waveguide mode. Further, the fluorescence generated from the fluorescent label may be detected directly or indirectly. Specific embodiments will be described in the following embodiments.

<第1の実施形態>
第1実施形態の検出方法および装置について図1を参照して説明する。図1は第1の実施形態の検出装置の概略構成を示す全体図である。本実施形態の検出方法および装置は、表面プラズモン共鳴により光電場を増強させ、増強された光電場において励起された蛍光を検出する蛍光検出方法および装置である。
<First Embodiment>
A detection method and apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an overall view showing a schematic configuration of a detection apparatus according to the first embodiment. The detection method and apparatus of the present embodiment is a fluorescence detection method and apparatus that enhances a photoelectric field by surface plasmon resonance and detects fluorescence excited in the enhanced photoelectric field.

本実施形態の本蛍光検出方法では、誘電体プレート11およびその一面の所定領域に少なくとも金属層12として金属膜が設けられてなるセンサ部14を備えたセンサチップ10を用い、このセンサチップ10上に液体試料Sを保持する試料保持部(収容部)13が備えられ、センサチップ10と液体試料を保持可能な収容部13による箱状の試料セルを用いている。
金属膜12は、所定領域に開口を有するマスクをプレート11の一表面に形成し、既知の蒸着法で成膜形成することができる。金属膜12の厚みは、金属膜12の材料と、励起光の波長により表面プラズモンが強く励起されるように適宜定めることが望ましい。例えば、励起光として655nmに中心波長を有するレーザ光を用い、金属膜として金(Au)膜を用いる場合、金属膜の厚みは50nm±20nmが好適である。さらに好ましくは、47nm±10nmである。なお、金属膜は、Au、Ag、Cu、Al、Pt、Ni、Ti、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも1種の金属を主成分とするものが好ましい。なおここで、「主成分」は、含量90質量%以上の成分と定義する。
In the present fluorescence detection method of the present embodiment, a sensor chip 10 including a sensor part 14 in which a metal film is provided as at least a metal layer 12 in a predetermined region on one surface of the dielectric plate 11 is used. Is provided with a sample holding part (accommodating part) 13 for holding a liquid sample S, and uses a box-shaped sample cell with the sensor chip 10 and an accommodating part 13 capable of holding a liquid sample.
The metal film 12 can be formed by a known vapor deposition method by forming a mask having an opening in a predetermined region on one surface of the plate 11. The thickness of the metal film 12 is desirably determined as appropriate so that the surface plasmon is strongly excited by the material of the metal film 12 and the wavelength of the excitation light. For example, when laser light having a center wavelength of 655 nm is used as excitation light and a gold (Au) film is used as the metal film, the thickness of the metal film is preferably 50 nm ± 20 nm. More preferably, it is 47 nm ± 10 nm. The metal film is preferably composed mainly of at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Ti, and alloys thereof. Here, the “main component” is defined as a component having a content of 90% by mass or more.

誘電体プレート11の構成材料としては、励起光Loに対して透光性を有するものであれば特に制限なく、ガラス等が好ましい。本明細書において、透光性を有するとは、所定の波長の光に対する透過率が80%以上であることと定義する。   The constituent material of the dielectric plate 11 is not particularly limited as long as it has translucency with respect to the excitation light Lo, and glass or the like is preferable. In this specification, having translucency is defined as having a transmittance of 80% or more for light of a predetermined wavelength.

蛍光検出装置1は、センサチップ10を収容する収容部13と、収容部13に収容されたセンサチップ10の誘電体プレート11と金属膜12との界面に直線偏光の励起光Loを全反射角以上の入射角度で、センサチップ10の金属膜形成面とは反対の他面側から入射させる励起光照射光学系20と、励起光Loの照射によりセンサ部12上に生じた、増強した光電場Dにおける、蛍光標識Fの励起に起因して生じる信号光を含む光Ldから励起光Loの偏光方位と直交する偏光成分Lcを分離して取り出す偏光分離手段40と、偏光成分Lcを検出する光検出手段30とを備えている。   The fluorescence detection device 1 is configured to receive a linearly polarized excitation light Lo at the interface between a housing part 13 that houses the sensor chip 10 and the dielectric plate 11 and the metal film 12 of the sensor chip 10 housed in the housing part 13. The excitation light irradiation optical system 20 that is incident from the other surface side opposite to the metal film formation surface of the sensor chip 10 at the above incident angle, and the enhanced photoelectric field generated on the sensor unit 12 by irradiation of the excitation light Lo. The light for detecting the polarization component Lc, and the polarization separation means 40 for separating and extracting the polarization component Lc orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo from the light Ld including the signal light generated due to the excitation of the fluorescent label F in D Detection means 30.

本実施形態では、励起光Loは、表面プラズモンを誘起するようにp偏光で誘電体プレート11と金属膜12との界面に対して入射させる。励起光照射光学系20は、励起光Loを出力する半導体レーザ(LD)等からなる励起光源21と、励起光Loを直線偏光(p偏光)とする偏光調整素子23と、誘電体プレート11に一面が接触するように配置されたプリズム22とを備えている。プリズム22は、誘電体プレート11と金属膜12との界面で励起光Loが全反射するように誘電体プレート11内に励起光Loを導光するものである。     In the present embodiment, the excitation light Lo is incident on the interface between the dielectric plate 11 and the metal film 12 with p-polarization so as to induce surface plasmons. The excitation light irradiation optical system 20 includes an excitation light source 21 composed of a semiconductor laser (LD) or the like that outputs excitation light Lo, a polarization adjusting element 23 that makes the excitation light Lo linearly polarized light (p-polarized light), and a dielectric plate 11. And a prism 22 arranged so that one surface is in contact therewith. The prism 22 guides the excitation light Lo into the dielectric plate 11 so that the excitation light Lo is totally reflected at the interface between the dielectric plate 11 and the metal film 12.

偏光調整素子23は、p偏光のみを取り出す偏光子である。プリズム22の構成材料としては特に制限なく、ガラスやポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィンを含む非晶性ポリオレフィン(APO)等が好ましい。
なお、本実施形態ではプリズム22と誘電体プレート11とは、屈折率マッチングオイルを介して接触されている。励起光源21は、プリズム22の他の一面からセンサチップ10の試料接触面10aで励起光Loが全反射角以上で、かつ金属膜12で表面プラズモン共鳴する特定の角度で入射するように配置されている。さらに、光源21とプリズム22との間には必要に応じて導光部材を配置してもよい。また、プリズム22と誘電体プレート11とが一体的に形成されていてもよい。
The polarization adjusting element 23 is a polarizer that extracts only p-polarized light. The constituent material of the prism 22 is not particularly limited, and glass, polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), amorphous polyolefin (APO) containing cycloolefin, and the like are preferable.
In the present embodiment, the prism 22 and the dielectric plate 11 are in contact via a refractive index matching oil. The excitation light source 21 is arranged so that the excitation light Lo is incident on the sample contact surface 10a of the sensor chip 10 from the other surface of the prism 22 at a specific angle that is greater than the total reflection angle and resonates with the metal film 12 at the surface plasmon resonance. ing. Further, a light guide member may be disposed between the light source 21 and the prism 22 as necessary. Further, the prism 22 and the dielectric plate 11 may be integrally formed.

収容部13は、センサチップ10を収容する際に、センサチップのセンサ部14がプリズム22上に配置され、光検出手段30で蛍光が検出できるよう構成されている。収容部13の構成材料としては、励起光Lo及び信号光(蛍光)Lfに対して透光性を有するものであれば特に制限されず、ガラス等が挙げられる。収容部13中のセル(センサチップ10)は交換可能である。   The accommodating portion 13 is configured such that when the sensor chip 10 is accommodated, the sensor portion 14 of the sensor chip is disposed on the prism 22 so that the light detection means 30 can detect fluorescence. As a constituent material of the accommodating part 13, if it has translucency with respect to excitation light Lo and signal light (fluorescence) Lf, it will not restrict | limit, Glass etc. are mentioned. The cell (sensor chip 10) in the accommodating part 13 is replaceable.

蛍光(信号光)Lfは、収容部13のプリズム22と反対側の面側(図示上方)から、光検出手段30により検出する。光検出手段30により検出される検出光Lcは、収容部13から検出される光Ldから偏光分離手段40により、励起光Loの偏光方向と直交する偏光成分、すなわちs偏光成分を取り出したものである。偏光分離手段40は、偏光調整手段23とクロスニコル状態に配される偏光フィルタである。また、光検出手段30としては、CCD、PD(フォトダイオード)、フォトマルチプライア、c−MOS等の光検出器を適宜用いることができ、例えば富士フイルム株式会社製 LAS-1000 plus(商品名)を好適に用いることができる。また、光検出手段30は、検出条件に応じて偏光フィルタ以外のフィルタや分光器等の分光手段と組み合わせて用いることができる。 The fluorescence (signal light) Lf is detected by the light detection means 30 from the surface side (upper side in the drawing) of the housing portion 13 opposite to the prism 22. The detection light Lc detected by the light detection means 30 is obtained by extracting the polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo, that is, the s-polarization component, from the light Ld detected from the accommodating portion 13 by the polarization separation means 40. is there. The polarization separation unit 40 is a polarization filter arranged in a crossed Nicols state with the polarization adjustment unit 23. As the light detection means 30, a light detector such as a CCD, PD (photodiode), photomultiplier, c-MOS can be used as appropriate. For example, LAS-1000 plus (trade name) manufactured by FUJIFILM Corporation. Can be suitably used. Further, the light detection means 30 can be used in combination with a spectral means such as a filter other than a polarizing filter or a spectroscope depending on detection conditions.

以下に、蛍光検出装置1を用いた本実施形態の蛍光検出方法について説明する。
ここでは、一例として、試料Sに含まれる被測定物質として抗原Aを検出する場合について説明する。
Below, the fluorescence detection method of this embodiment using the fluorescence detection apparatus 1 is demonstrated.
Here, as an example, a case where the antigen A is detected as the substance to be measured contained in the sample S will be described.

センサチップ10として、センサチップ10の金属膜12上に、抗原Aと特異的に結合する第1の結合物質として1次抗体Bが固定層として修飾されているものを用意する。
まず、収容部13中に検査対象である液体試料Sを流し、センサチップ10の金属膜12上に試料Sを接触させる。次いで同様に抗原Aと特異的に結合する第2の結合物質である2次抗体Bと蛍光標識Fとからなる蛍光標識結合物質(標識2次抗体)Bを含む溶液を流す。この場合、金属膜12に表面修飾される1次抗体Bと蛍光標識結合物質Bの2次抗体Bとして、被検出物質である抗原Aに対して互いに別の部位に結合するものを用いる。蛍光標識Fは、誘電体粒子中に蛍光色素分子fを内包する蛍光物質Fである。
A sensor chip 10 is prepared in which a primary antibody B 1 is modified as a fixed layer on the metal film 12 of the sensor chip 10 as a first binding substance that specifically binds to the antigen A.
First, the liquid sample S to be inspected is caused to flow through the storage unit 13, and the sample S is brought into contact with the metal film 12 of the sensor chip 10. Then Similarly flow a solution containing the second binding agent is a secondary antibody B 2 and the fluorescent labels F consisting of a fluorescent label binding substance (labeled secondary antibody) B F to bind to antigen A specifically. In this case, as the secondary antibody B 2 of the primary antibody B 1 and the fluorescent label binding substance B F is the surface modified metal film 12, those that bind to different sites from each other with respect to antigen A to be detected Use. The fluorescent label F is a fluorescent substance F that encloses fluorescent dye molecules f in dielectric particles.

試料S中に抗原Aが存在すれば、1次抗体Bに抗原Aが特異的に結合し、さらに抗原Aに蛍光標識結合物質Bの2次抗体Bが結合して、1次抗体B1−抗原A−2次抗体B結合体(以下、サンドイッチ結合体という。)が形成される。 If antigen A is present in sample S, antigen A specifically binds to primary antibody B 1 , and further, secondary antibody B 2 of fluorescently labeled binding substance BF binds to antigen A, and primary antibody B1- antigen A-2 primary antibody B 2 conjugate (hereinafter, referred to as a sandwich conjugate.) are formed.

その後、サンドイッチ結合体と、未反応の蛍光標識結合物質Bを分離するため、緩衝液を流し、未反応の蛍光標識結合物質を排除する。 Thereafter, in order to separate the sandwich conjugate from the unreacted fluorescently labeled binding substance BF , a buffer is passed to eliminate the unreacted fluorescently labeled binding substance.

被検出物質(抗原A)への標識のタイミングは特に制限されず、被検出物質(抗原A)を第1の結合物質(1次抗体B)に結合させる前に、予め試料に蛍光標識Fを添加しておいてもよい。 The timing of labeling the target substance (antigen A) is not particularly limited, and before the target substance (antigen A) is bound to the first binding substance (primary antibody B 1 ), the sample is labeled with a fluorescent label F. May be added.

その後、センサチップ10の誘電体プレート11の所定領域に向けて励起光照射光学系20により励起光Loを照射する。励起光照射光学系20により励起光Loが誘電体プレート11と金属膜12との界面に対して全反射角以上の特定の入射角度で入射されることにより、金属膜上12の試料S中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って金属膜12中に表面プラズモンが励起される。励起光Loの入射により金属層12上に生じている光電場(エバネッセント波Lに起因する電場)が、この表面プラズモンにより増強され、金属層上に光電場増強領域Dが形成される。電場増強領域D、特に金属膜12表面近傍においては、蛍光標識Fが励起されて(実質的にはその蛍光物質中の蛍光色素分子fが励起されて)蛍光Lfが発生する。表面プラズモンによる光電場増強の効果により蛍光は増強されたものとなる。 Thereafter, the excitation light Lo is irradiated by the excitation light irradiation optical system 20 toward a predetermined region of the dielectric plate 11 of the sensor chip 10. The excitation light Lo is incident on the interface between the dielectric plate 11 and the metal film 12 by the excitation light irradiation optical system 20 at a specific incident angle that is equal to or greater than the total reflection angle, thereby entering the sample S on the metal film 12. Evanescent waves ooze and surface plasmons are excited in the metal film 12 by the evanescent waves. Optical field that occurs on the metal layer 12 by the incident excitation light Lo (electric field caused by the evanescent wave L E) is enhanced by the surface plasmon, optical field enhancement region D is formed on the metal layer. In the electric field enhancement region D, particularly in the vicinity of the surface of the metal film 12, the fluorescent label F is excited (substantially, the fluorescent dye molecule f in the fluorescent material is excited) to generate fluorescence Lf. The fluorescence is enhanced by the effect of enhancement of the photoelectric field by the surface plasmon.

光検出手段30によりこの蛍光Lfを検出することにより、蛍光標識結合物質と結合した被検出物質の有無および/または量を検出することができるが、既に述べたように、光検出手段30の配される収容部13のプリズム22と反対側の面に存在する光Ldには、信号光である蛍光Lfだけでなく、センサ部14上の傷や塵、1次抗体B1等に起因する散乱光等のノイズ光が含まれる。一方、本実施形態では、上記したように、信号光とノイズ光とでは偏光状態が異なるため、偏光分離手段40を介して光検出手段30により検出光Lcを検出することにより、ノイズ光を高効率にカットしたS/Nの高い蛍光検出を行うことができる。   By detecting this fluorescence Lf by the light detection means 30, it is possible to detect the presence and / or amount of the target substance bound to the fluorescent label binding substance. The light Ld present on the surface opposite to the prism 22 of the accommodating portion 13 is not only the fluorescence Lf that is signal light, but also the scattered light caused by scratches and dust on the sensor portion 14, the primary antibody B1, etc. Such noise light is included. On the other hand, in the present embodiment, as described above, since the polarization state is different between the signal light and the noise light, the noise light is increased by detecting the detection light Lc by the light detection means 30 via the polarization separation means 40. It is possible to detect fluorescence with high S / N which is cut efficiently.

また、センサ部14上にサンドイッチ結合物を形成させ、サンドイッチ結合物と、未反応の蛍光標識結合物質Bとを分離する工程は、センサチップ10を検出装置1の収容部13にセットする前に行ってもよいし、セット後に行ってもよい。 Further, the step of forming a sandwich bonded product on the sensor unit 14 and separating the sandwich bonded product from the unreacted fluorescent label binding substance BF is performed before the sensor chip 10 is set in the housing unit 13 of the detection device 1. Or may be performed after setting.

上記実施形態の検出方法および装置によれば、センサ部14上に、試料Sに含有される被検出物質Aの量に応じて結合される蛍光標識結合物質Bの蛍光標識として、複数の蛍光色素分子fを、蛍光色素分子fからの蛍光を透過する誘電体により包含してなる蛍光物質Fを用いることにより、励起光Loの偏光方向と直交する偏光成分の蛍光信号Lfを生じさせることができるので、光Ldに含まれるノイズ光と蛍光信号とを偏光分離し、高効率にノイズ光を低減させることができる。 According to the detection method and apparatus of the above-described embodiment, a plurality of fluorescent lights are used as the fluorescent label of the fluorescent label binding substance BF that is bound on the sensor unit 14 according to the amount of the target substance A contained in the sample S. By using the fluorescent substance F that includes the dye molecule f with a dielectric that transmits the fluorescence from the fluorescent dye molecule f, a fluorescence signal Lf having a polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo can be generated. Therefore, the noise light and the fluorescence signal included in the light Ld can be polarized and separated, and the noise light can be reduced with high efficiency.

本発明によれば、これまで偏光を利用したノイズ光の分離が困難とされていた近接場光を利用する蛍光検出法において、ノイズ光の偏光分離が可能となるので、ストークスシフトが小さく波長フィルタによるノイズ光の分離が難しい蛍光色素fを用いる場合にも、高効率にノイズ光を低減させ、S/Nのよい安定した信号を検出することができ、被検出物質Aの有無および/または量を精度よく検出することができる。   According to the present invention, in the fluorescence detection method using near-field light, which has been difficult to separate noise light using polarized light, polarization of noise light can be separated, so that the Stokes shift is small and the wavelength filter is reduced. Even when a fluorescent dye f that is difficult to separate by noise light is used, it is possible to reduce noise light with high efficiency and detect a stable signal with good S / N, and the presence and / or amount of the substance A to be detected. Can be detected with high accuracy.

<第1の実施形態の設計変更例>
上述の各実施形態においては励起光Loとして、界面に所定の角度θで入射する平行光を入射するものとしたが、励起光としては、図3に模式的に示すような、角度θを中心に角度幅Δθを持つファンビーム(集束光)を用いてもよい。ファンビームの場合、プリズム122とプリズム上の金属膜112との界面に対して、角度θ―Δθ/2〜θ+Δθ/2の範囲の入射角度で入射することになり、この角度範囲内に共鳴角があれば、金属膜112に表面プラズモンを励起することができる。金属膜上への試料供給の前後において、金属膜上の媒質の屈折率が変化し、そのために表面プラズモンが生じる共鳴角が変化する。上述の実施形態のように平行光を励起光として用いる場合、共鳴角が変化するたびに平行光の入射角度を調整する必要がある。しかし、図3に示すような、界面に入射する入射角度に幅を持たせたファンビームを用いることにより、入射角度の調整をすることなく、共鳴角の変化に対応することができる。なお、ファンビームは入射角度による強度変化が少ないフラットな分布を持つものであることがより好ましい。
<Design change example of the first embodiment>
In each of the embodiments described above, parallel light incident on the interface at a predetermined angle θ is incident as the excitation light Lo, but the excitation light is centered on the angle θ as schematically shown in FIG. Alternatively, a fan beam (focused light) having an angular width Δθ may be used. In the case of a fan beam, the light beam is incident on the interface between the prism 122 and the metal film 112 on the prism at an incident angle in the range of angle θ−Δθ / 2 to θ + Δθ / 2, and the resonance angle is within this angle range. If there is, surface plasmon can be excited in the metal film 112. Before and after supplying the sample onto the metal film, the refractive index of the medium on the metal film changes, so that the resonance angle at which surface plasmons are generated changes. When parallel light is used as excitation light as in the above-described embodiment, it is necessary to adjust the incident angle of parallel light every time the resonance angle changes. However, by using a fan beam having a wide incident angle incident on the interface as shown in FIG. 3, it is possible to cope with a change in resonance angle without adjusting the incident angle. In addition, it is more preferable that the fan beam has a flat distribution with little intensity change due to the incident angle.

また、誘電体プリズム22や誘電体プレート11として、例えば複屈折性の大きな樹脂製のものを用いた場合等は、励起光Loが誘電体プリズム22に入射してから金属膜20に到達するまでに、p偏光およびs偏光の間に位相差δが生じて、例えば右回り楕円偏光状態に変化することがある。   When the dielectric prism 22 or the dielectric plate 11 is made of, for example, a resin having a large birefringence, the excitation light Lo is incident on the dielectric prism 22 and reaches the metal film 20. In addition, there is a case where a phase difference δ is generated between the p-polarized light and the s-polarized light, for example, changing to a clockwise elliptically polarized state.

このとき、励起光Liのうちp偏光成分は表面プラズモン励起に寄与できるが、偏光状態の回転により生じたs偏光成分は表面プラズモンを励起することができない。すなわち、表面プラズモンを励起することができる励起光量が実質的に減少するという問題が生じることになる。   At this time, the p-polarized component of the excitation light Li can contribute to surface plasmon excitation, but the s-polarized component generated by the rotation of the polarization state cannot excite the surface plasmon. That is, there arises a problem that the amount of excitation light that can excite surface plasmons is substantially reduced.

このような場合は、図4に示される検出装置2のように、励起光Loの反射光Lの強度を検出する光検出器50と、光検出器50において検出された強度に応じて、センサ部14に入射される励起光Loのp偏光成分の強度が最大となるように偏光調整素子23を操作する制御手段60とを備えた構成とすることにより、金属膜12に到達する励起光の変更状態をp偏光のみを持つ直線偏光とし、励起光量の減少を防ぐことができる。 In such a case, as the detection device 2 shown in FIG. 4, a light detector 50 for detecting the intensity of the reflected light L R of the excitation light Lo, depending on the detected intensity in the light detector 50, Excitation light that reaches the metal film 12 is configured by including a control unit 60 that operates the polarization adjusting element 23 so that the intensity of the p-polarized component of the excitation light Lo incident on the sensor unit 14 is maximized. Is changed to linearly polarized light having only p-polarized light, and a decrease in the amount of excitation light can be prevented.

検出装置2では、あらかじめ励起光Loの偏光状態を上記の位相差と逆の位相差を持つ左回り楕円偏光状態にしてから、励起光Loを誘電体プリズム22に入射する。例えば、誘電体プリズム22による複屈折の影響により、上記のように誘電体プリズム22内で位相差δの右回り楕円偏光状態となってしまう場合には、誘電体プリズム22に入射される前に、あらかじめ励起光Loの偏光状態を位相差−δの左回り楕円偏光状態になるように調整する。このように誘電体プリズム6内で生じる位相差δをあらかじめ与えておいた位相差−δによって相殺することで、励起光Loの上記界面20aに到達した際の偏光状態をp偏光のみを持つ直線偏光状態とすることにより、励起光のエネルギーを表面プラズモンの励起に有効に利用することが可能となる。   In the detection device 2, the excitation light Lo is incident on the dielectric prism 22 after the polarization state of the excitation light Lo is previously changed to a counterclockwise elliptical polarization state having a phase difference opposite to the above phase difference. For example, in the case where a right-handed elliptical polarization state having a phase difference δ is caused in the dielectric prism 22 as described above due to the influence of birefringence by the dielectric prism 22, before entering the dielectric prism 22. The polarization state of the excitation light Lo is adjusted in advance so that it becomes a counterclockwise elliptical polarization state with a phase difference of −δ. Thus, by canceling out the phase difference δ generated in the dielectric prism 6 with the phase difference −δ given in advance, the polarization state when the excitation light Lo reaches the interface 20a is a straight line having only p-polarized light. By setting the polarization state, the energy of the excitation light can be effectively used for the excitation of the surface plasmon.

この場合、偏光調整素子23は、例えばλ/2板及びλ/4板からなるものであり、λ/2板によって偏光軸の傾きを調整し、λ/4板によって偏光状態の広がり具合を調整する。なお、偏光調整素子23は、これらに制限されるものではなく、ポッケルスセル等を用いてもよい。   In this case, the polarization adjusting element 23 is composed of, for example, a λ / 2 plate and a λ / 4 plate, and the inclination of the polarization axis is adjusted by the λ / 2 plate and the spread state of the polarization state is adjusted by the λ / 4 plate. To do. The polarization adjusting element 23 is not limited to these, and a Pockels cell or the like may be used.

偏光子Hは、反射光Lの特定偏光成分を抽出することができれば、特に制限されず偏光プリズムおよび偏光板等を用いることできる。 Polarizers H is, if it is possible to extract a specific polarized component of the reflected light L R, can be used particularly restricted without polarizing prism and the polarization plate or the like.

自動偏光調整機構60は、光検出器50からの検出信号に応じて、金属膜12に入射される際に励起光Loのp偏光の強度が最大となるように、誘電体プリズム22に入射される前の励起光Loの偏光状態を調整するため偏光調整素子23を操作するものである。自動偏光調整機構60は、パーソナルコンピューター(PC)等を含む。   The automatic polarization adjusting mechanism 60 is incident on the dielectric prism 22 so that the intensity of the p-polarized light of the excitation light Lo is maximized when incident on the metal film 12 according to the detection signal from the photodetector 50. The polarization adjusting element 23 is operated in order to adjust the polarization state of the excitation light Lo before starting. The automatic polarization adjusting mechanism 60 includes a personal computer (PC) or the like.

そして、誘電体プレート11と金属膜12との界面で全反射条件を満たすように励起光Loを入射して、金属膜12内に表面プラズモンを励起させるように界面での反射角を変えながら、偏光子Hを通して反射光Lを光検出器50でモニタリングし、その反射光Lの角度スペクトルを求めて、スペクトル中に現れる吸収ピーク(暗線)から、金属膜12に接している試料Sの屈折率あるいはその変化等の物性を測定する。このとき、光検出器50は、反射光Lのs偏光成分を偏光子Hで抽出しながら、その検出信号を自動偏光調整機構60にフィードバックし、また、自動偏光調整機構60はこのs偏光の強度が最小となるように偏光調整素子23を操作して励起光Loの偏光状態を調整する。なお暗線測定時は、偏光子を取り除くか反射光Lのp偏光成分のみが透過するように調整する。 Then, the excitation light Lo is incident so that the total reflection condition is satisfied at the interface between the dielectric plate 11 and the metal film 12, and the reflection angle at the interface is changed so as to excite the surface plasmon in the metal film 12, monitored by the photodetector 50 reflected light L R through a polarizer H, seeking angular spectrum of the reflected light L R, the absorption peak appearing in the spectrum (dark line), of the sample S in contact with the metal film 12 Measure physical properties such as refractive index or its change. In this case, the optical detector 50, while the s-polarized component of the reflected light L R extracted by the polarizer H, and feeds back the detection signal to the automatic polarization adjusting mechanism 60, also, an automatic polarization adjusting mechanism 60 is the s-polarized light The polarization adjustment element 23 is operated so as to minimize the intensity of the excitation light Lo, and the polarization state of the excitation light Lo is adjusted. Note when the dark line measurements, only p-polarized light component of the reflected light L R or remove polarizer is adjusted so as to transmit.

上記の方法では、励起光Loが金属膜12に反射され、反射光Lが誘電体プリズム22内を伝搬するときにも、誘電体プリズム22による複屈折の影響を受けるが、これは励起光Loの照射点を調整して、反射光Lが反射して誘電体プリズム22内を伝搬する距離を極力短くすることによって回避できる。 In the above method, the excitation light Lo is reflected on the metal film 12, when the reflected light L R is propagated through the dielectric prism 22, it is affected by the birefringence due to the dielectric prism 22, which is excitation light This can be avoided by adjusting the irradiation point of Lo and shortening the distance that the reflected light LR is reflected and propagates through the dielectric prism 22 as much as possible.

上記した自動偏光調整機構を備えた構成は、以下に示す第3〜第5実施形態にも適用可能である。いずれの場合も第1実施形態と同様に、励起光の反射光Lの偏光成分を検出して自動偏光調整機構により励起光Loの偏光状態を補正するものであるので、第3〜第5実施形態に適用した実施形態については説明を省略する。 The configuration provided with the automatic polarization adjustment mechanism described above can also be applied to the third to fifth embodiments described below. Like the first embodiment in any case, since by detecting the polarized components of the reflected light L R of the excitation light is to correct the polarization state of the pumping light Lo by automatic polarization adjusting mechanism, the third to fifth Description of the embodiment applied to the embodiment is omitted.

<第2の実施形態>
第2の実施形態である検出方法および装置について図5を参照して説明する。図5は第2の実施形態の検出装置の概略構成を示す全体図である。本実施形態の検出方法および装置は、局在プラズモン共鳴により光電場を増強させ、増強された光電場において励起された蛍光を検出する蛍光検出方法および装置である。なお、以下においては、第1実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
<Second Embodiment>
A detection method and apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an overall view showing a schematic configuration of the detection apparatus according to the second embodiment. The detection method and apparatus of the present embodiment is a fluorescence detection method and apparatus that enhances a photoelectric field by localized plasmon resonance and detects fluorescence excited in the enhanced photoelectric field. In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図5に示す蛍光検出装置3は、用いられるセンサチップ10’と、励起光照射光学系20’とが上述の第1の実施形態の蛍光検出装置1とは異なる。   The fluorescence detection device 3 shown in FIG. 5 is different from the fluorescence detection device 1 of the first embodiment described above in the sensor chip 10 ′ and the excitation light irradiation optical system 20 ′ used.

センサチップ10’は誘電体プレート11上に設けられる金属層12’として、励起光の照射を受けて、所謂局在プラズモンを生じる、表面に励起光Loの波長よりも小さい凹凸構造を有する金属微細構造体、あるいは、励起光Loの波長よりも小さいサイズの複数の金属ナノロッドを備えている。このような局在プラズモンを生じさせる金属層12’を備えた場合には、励起光を金属層12’と誘電体プレート11との界面に全反射するように入射させる必要はなく、ここでは、励起光照射光学系20’は、誘電体プレート11上方から励起光Loを照射するよう構成されている。   The sensor chip 10 ′ is a metal layer 12 ′ provided on the dielectric plate 11, which is irradiated with excitation light to generate a so-called localized plasmon, and has a metal fine structure having a concavo-convex structure smaller than the wavelength of the excitation light Lo on the surface. A structure or a plurality of metal nanorods having a size smaller than the wavelength of the excitation light Lo is provided. When the metal layer 12 ′ that generates such localized plasmons is provided, it is not necessary to make the excitation light incident on the interface between the metal layer 12 ′ and the dielectric plate 11 so as to be totally reflected. The excitation light irradiation optical system 20 ′ is configured to irradiate the excitation light Lo from above the dielectric plate 11.

励起光照射光学系20’は、励起光Loを出力する半導体レーザ(LD)等からなる光源21と、励起光Loを直線偏光(p偏光)とする偏光調整素子23と、励起光Loを反射してセンサチップ10’へ導光するハーフミラー23とを備えている。ハーフミラー23は、励起光Loを反射し、蛍光Lfを透過するものである。   The excitation light irradiation optical system 20 ′ includes a light source 21 composed of a semiconductor laser (LD) or the like that outputs excitation light Lo, a polarization adjusting element 23 that makes the excitation light Lo linearly polarized light (p-polarized light), and reflects the excitation light Lo. And a half mirror 23 for guiding light to the sensor chip 10 '. The half mirror 23 reflects the excitation light Lo and transmits the fluorescence Lf.

センサチップ10’の具体例を図6A〜図6Cに斜視図で示し説明する。
図6Aに示すセンサチップ10Aは、誘電体プレート11と、該プレート11の所定領域上にアレイ状に固着された複数の金属粒子73aからなる金属微細構造体73で構成されている。金属粒子73aの配列パターンは適宜設計できるが、略規則的であることが好ましい。かかる構成では、金属粒子73aの平均的な径及びピッチが励起光Loの波長よりも小さく設計される。
A specific example of the sensor chip 10 ′ will be described with reference to FIGS. 6A to 6C in perspective views.
A sensor chip 10A shown in FIG. 6A includes a dielectric plate 11 and a metal microstructure 73 composed of a plurality of metal particles 73a fixed in an array on a predetermined region of the plate 11. The arrangement pattern of the metal particles 73a can be designed as appropriate, but is preferably substantially regular. In such a configuration, the average diameter and pitch of the metal particles 73a are designed to be smaller than the wavelength of the excitation light Lo.

図6Bに示すセンサチップ10Bは、誘電体プレート11と、該プレートの上の所定領域に設けられた、金属細線74aが格子状にパターン形成された金属パターン層からなる金属微細構造体74で構成されている。金属パターン層のパターンは適宜設計でき、略規則的であることが好ましい。かかる構成では、金属細線74aの平均的な線幅及びピッチが励起光Loの波長よりも小さく設計される。   A sensor chip 10B shown in FIG. 6B is composed of a dielectric plate 11 and a metal microstructure 74 which is provided in a predetermined region on the plate and is composed of a metal pattern layer in which fine metal wires 74a are patterned in a lattice pattern. Has been. The pattern of the metal pattern layer can be designed as appropriate and is preferably substantially regular. In such a configuration, the average line width and pitch of the fine metal wires 74a are designed to be smaller than the wavelength of the excitation light Lo.

図6Cに示すセンサチップ10Cは特開2007−171003号公報に記載のような、Alなどの金属76の陽極酸化の過程で形成される金属酸化物体77の複数の微細孔77a内に成長させた複数のマッシュルーム状の金属75aからなる金属微細構造体75により構成されている。ここでは金属酸化物体77が誘電体プレートに相当する。この金属微細構造体75は、金属体(Al等)の一部を陽極酸化して金属酸化物体(Al等)とし、陽極酸化の過程で形成される金属酸化物体77の複数の微細孔77a内に各々金属75aをメッキ等により成長させて得ることができる。
図6Cに示す例では、マッシュルーム状の金属75aの頭部が粒子状であり、サンプルプレート表面から見れば、金属微粒子が配列されたような構造になっている。かかる構成では、マッシュルーム状の金属75aの頭部が凸部であり、その平均的な径およびピッチが励起光Loの波長よりも小さく設計される。
A sensor chip 10C shown in FIG. 6C is grown in a plurality of fine holes 77a of a metal oxide body 77 formed in the process of anodizing a metal 76 such as Al as described in JP-A-2007-171003. The metal fine structure 75 is composed of a plurality of mushroom-like metals 75a. Here, the metal oxide body 77 corresponds to a dielectric plate. This metal microstructure 75 is obtained by anodizing a part of a metal body (Al, etc.) to form a metal oxide body (Al 2 O 3 etc.), and a plurality of fine metal oxide bodies 77 formed in the process of anodization. Each metal 75a can be grown in the hole 77a by plating or the like.
In the example shown in FIG. 6C, the head of the mushroom-like metal 75a is in the form of particles, and when viewed from the surface of the sample plate, the metal fine particles are arranged. In such a configuration, the head of the mushroom-shaped metal 75a is a convex portion, and the average diameter and pitch are designed to be smaller than the wavelength of the excitation light Lo.

なお、励起光の照射を受けて局在プラズモンを生じる金属層12’としては、その他、特開2006−322067号公報、特開2006-250924号公報などに記載の金属体を陽極酸化して得られる微細構造体を利用した種々の形態の金属微細構造体を用いることができる。   The metal layer 12 ′ that generates localized plasmons upon irradiation with excitation light is obtained by anodizing a metal body described in JP-A-2006-332067, JP-A-2006-250924, and the like. Various forms of metal microstructures using the resulting microstructure can be used.

さらには、局在プラズモンを生じさせる金属層は、表面が粗面化された金属膜により構成されていてもよい。粗面化方法としては、酸化還元等を利用した電気化学的な方法等が挙げられる。また、金属層を、サンプルプレート上に配置された複数の金属ナノロッドにより構成してもよい。金属ナノロッドのサイズは、短軸長さが3nm〜50nm程度、長軸長さが25nm〜1000nm程度であり、長軸長さを励起光の波長よりも小さいサイズとする。金属ナノロッドについては、例えば特開2007-139612号公報に記載されている。   Furthermore, the metal layer that generates localized plasmons may be formed of a metal film having a roughened surface. Examples of the roughening method include an electrochemical method using oxidation reduction and the like. Moreover, you may comprise a metal layer by the some metal nanorod arrange | positioned on the sample plate. The metal nanorods have a minor axis length of about 3 nm to 50 nm and a major axis length of about 25 nm to 1000 nm, and the major axis length is smaller than the wavelength of the excitation light. The metal nanorod is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-139612.

なお、金属層12’として用いられる、金属微細構造体あるいは金属ナノロッドとしては、Au、Ag、Cu、Al、Pt、Ni、Ti、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも1種の金属を主成分とするものが好ましい。   The metal microstructure or metal nanorod used as the metal layer 12 ′ is at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Ti, and alloys thereof. The main component is preferred.

蛍光検出装置3を用いた本実施形態の蛍光検出方法について説明する。
センサチップを用意し、抗原―抗体反応をさせる工程は、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。以下の実施形態において同様とする。
センサチップ10’を収容部13にセットした状態で、センサチップ10’の誘電体プレート11の所定領域に向けて励起光照射光学系20‘により励起光Loを照射する。光源21から出射された励起光Loはハーフミラー23により反射されてセンサチップ10’の試料接触面上に入射される。この励起光Loの照射により、金属層12’の表面で局在プラズモンが励起される。励起光Loの入射により金属層12’上に生じている光電場(近接場光に起因する電場)が、この局在プラズモンにより増強され、金属層上に光電場増強領域Dが形成される。電場増強領域D、特に金属膜12’表面近傍においては、蛍光標識Fが励起されて(実質的にはその蛍光物質中の蛍光色素分子fが励起されて)蛍光Lfが発生する。このとき、局在プラズモンによる光電場増強の効果により蛍光は増強されたものとなる。光検出手段30によって、この蛍光Lfを検出することにより、蛍光標識結合物質と結合した被検出物質の有無および/または量を検出することができる。
The fluorescence detection method of this embodiment using the fluorescence detection apparatus 3 will be described.
The process of preparing the sensor chip and causing the antigen-antibody reaction is the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. The same applies to the following embodiments.
With the sensor chip 10 ′ set in the housing portion 13, the excitation light Lo is irradiated by the excitation light irradiation optical system 20 ′ toward a predetermined region of the dielectric plate 11 of the sensor chip 10 ′. The excitation light Lo emitted from the light source 21 is reflected by the half mirror 23 and is incident on the sample contact surface of the sensor chip 10 ′. By irradiation with the excitation light Lo, localized plasmons are excited on the surface of the metal layer 12 ′. A photoelectric field (electric field caused by near-field light) generated on the metal layer 12 ′ by the incidence of the excitation light Lo is enhanced by this localized plasmon, and a photoelectric field enhancement region D is formed on the metal layer. In the electric field enhancement region D, particularly in the vicinity of the surface of the metal film 12 ′, the fluorescent label F is excited (substantially, the fluorescent dye molecule f in the fluorescent material is excited) to generate fluorescence Lf. At this time, the fluorescence is enhanced by the effect of enhancement of the photoelectric field by the localized plasmons. By detecting this fluorescence Lf by the light detection means 30, it is possible to detect the presence and / or amount of the target substance bound to the fluorescent label binding substance.

本実施形態においても、第1実施形態と同様に、複数の蛍光色素分子fを、蛍光色素分子fからの蛍光を透過する誘電体により包含してなる蛍光物質Fを用い、偏光分離手段40を介して、励起光Loの偏光方向と直交する偏光成分の検出光Lcを検出するので、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a fluorescent substance F including a plurality of fluorescent dye molecules f by a dielectric that transmits fluorescence from the fluorescent dye molecules f is used, and the polarization separating means 40 is provided. Thus, since the detection light Lc of the polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo is detected, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

<第3の実施形態>
第3の実施形態の検出方法および装置について図7を参照して説明する。図7は第3の実施形態の検出装置の概略構成を示す全体図である。本実施形態の検出方法および装置は、表面プラズモン共鳴により電場を増強させ、増強された電場において励起された蛍光が金属層に新たにプラズモンを誘起することにより、誘電体プレートの金属層形成面と反対の面側から放射される、新たに誘起されたプラズモンからの放射光を検出する放射光検出方法および装置である。
<Third Embodiment>
A detection method and apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an overall view showing a schematic configuration of the detection apparatus of the third embodiment. The detection method and apparatus of the present embodiment enhances an electric field by surface plasmon resonance, and fluorescence excited in the enhanced electric field newly induces plasmon in the metal layer, thereby forming a metal layer forming surface of the dielectric plate. A radiation detection method and apparatus for detecting radiation emitted from a newly induced plasmon emitted from the opposite surface side.

図7に示す放射光検出装置4は、第1の実施形態の蛍光検出装置と光検出器の配置が異なる。本放射光検出装置4においては、光検出手段30が、増強された電場において励起された蛍光が、金属層12に新たに表面プラズモンを誘起することによって誘電体プレート11の金属層形成面と反対の面側(図示下方側)から放射される、新たに誘起されたプラズモンからの放射光Lpを検出するように配置されている。   The emitted light detection device 4 shown in FIG. 7 is different from the fluorescence detection device of the first embodiment in the arrangement of the photodetectors. In the present radiation detection device 4, the light detection means 30 is opposite to the metal layer forming surface of the dielectric plate 11 by the fluorescence excited by the enhanced electric field newly inducing the surface plasmon in the metal layer 12. It arrange | positions so that the emitted light Lp from the newly induced plasmon radiated | emitted from the surface side (lower side of illustration) may be detected.

放射光検出装置4を用いた本実施形態の放射光検出方法について説明する。
センサチップ10を収容部13にセットした状態で、第1実施形態と同様に、励起光照射光学系20により励起光Loを照射する。励起光照射光学系20により励起光Loが誘電体プレート11と金属膜12との界面に対して全反射角以上の特定の入射角度で入射されることにより、金属膜上12の試料S中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って金属膜12中に表面プラズモンが励起される。励起光Loの入射により金属層上に生じている光電場(エバネッセント波に起因する電場)が、この表面プラズモンにより増強され、金属層上に光電場増強領域Dが形成される。電場増強領域D、特に金属膜12表面近傍においては、蛍光標識Fが励起されて(実質的にはその蛍光物質中の蛍光色素分子fが励起されて)蛍光Lfが発生する。このとき、表面プラズモンによる光電場増強の効果により蛍光は増強されたものとなる。本実施形態では、金属膜12上で生じたこの蛍光Lfが、金属膜12に表面プラズモンを新たに誘起し、この表面プラズモンによりセンサチップ10の金属膜形成面と反対側から特定の角度で放射光Lpが射出される。光検出手段30によって、この放射光Lpを検出することにより、蛍光標識結合物質BFと結合した被検出物質Aの有無および/または量を検出することができる。
A radiation light detection method of the present embodiment using the radiation light detection device 4 will be described.
In the state where the sensor chip 10 is set in the housing part 13, the excitation light Lo is irradiated by the excitation light irradiation optical system 20 as in the first embodiment. The excitation light Lo is incident on the interface between the dielectric plate 11 and the metal film 12 by the excitation light irradiation optical system 20 at a specific incident angle that is equal to or greater than the total reflection angle, thereby entering the sample S on the metal film 12. Evanescent waves ooze and surface plasmons are excited in the metal film 12 by the evanescent waves. A photoelectric field (electric field caused by evanescent waves) generated on the metal layer by the incidence of the excitation light Lo is enhanced by this surface plasmon, and a photoelectric field enhancement region D is formed on the metal layer. In the electric field enhancement region D, particularly in the vicinity of the surface of the metal film 12, the fluorescent label F is excited (substantially, the fluorescent dye molecule f in the fluorescent material is excited) to generate fluorescence Lf. At this time, the fluorescence is enhanced by the effect of enhancing the photoelectric field by the surface plasmon. In this embodiment, the fluorescence Lf generated on the metal film 12 induces a new surface plasmon on the metal film 12, and the surface plasmon emits at a specific angle from the side opposite to the metal film formation surface of the sensor chip 10. Light Lp is emitted. By detecting this emitted light Lp by the light detection means 30, it is possible to detect the presence and / or amount of the detection target substance A bound to the fluorescent label binding substance BF.

放射光Lpは蛍光が金属膜の特定の波数の表面プラズモンと結合する際に生じるものであり、蛍光の波長に応じてその結合する波数は定まり、その波数に応じて放射光の出射角度が定まる。通常励起光Loの波長と蛍光の波長とは異なることから、蛍光により励起される表面プラズモンは、励起光Loにより生じた表面プラズモンとは異なる波数のものとなり、励起光Loの入射角度とは異なる角度で放射光Lpは放射される。   The emitted light Lp is generated when the fluorescence is combined with surface plasmons having a specific wave number of the metal film. The wave number to be combined is determined according to the wavelength of the fluorescence, and the emission angle of the emitted light is determined according to the wave number. . Since the wavelength of the excitation light Lo is usually different from the wavelength of the fluorescence, the surface plasmon excited by the fluorescence has a wave number different from that of the surface plasmon generated by the excitation light Lo, and is different from the incident angle of the excitation light Lo. The emitted light Lp is emitted at an angle.

誘電体プレート11の金属層形成面と反対側の面には、上記放射光Lpとノイズ光が含まれる光Ldが存在する。本実施形態においても、第1実施形態と同様に、複数の蛍光色素分子fを、蛍光色素分子fからの蛍光を透過する誘電体により包含してなる蛍光物質Fを用い、偏光分離手段40を介して、光Ldの、励起光Loの偏光方向と直交する偏光成分の検出光Lcを検出するので、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   On the surface of the dielectric plate 11 opposite to the surface on which the metal layer is formed, there is light Ld containing the radiated light Lp and noise light. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a fluorescent substance F including a plurality of fluorescent dye molecules f by a dielectric that transmits fluorescence from the fluorescent dye molecules f is used, and the polarization separating means 40 is provided. Thus, the detection light Lc of the polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo of the light Ld is detected, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained.

さらに、本実施形態では、センサ表面で生じる蛍光に起因する光をセンサ裏面側から検出するので、蛍光Lfが光吸収の大きい溶媒を通過する距離を数十nm程度と削減することができる。したがって、例えば血液における光吸収をほぼ無視することができ、血液を遠心分離し赤血球などの着色成分を除去したり、血球フィルタを通して血清あるいは血漿状態にしたりするという前処理を行うことなく測定が可能となる。   Furthermore, in the present embodiment, since light caused by fluorescence generated on the sensor surface is detected from the back side of the sensor, the distance that the fluorescence Lf passes through a solvent having a large light absorption can be reduced to about several tens of nm. Therefore, for example, light absorption in blood can be almost ignored, and measurement can be performed without pretreatment of centrifuging blood to remove colored components such as erythrocytes, or making it serum or plasma through a blood cell filter It becomes.

<第4の実施形態>
第4の実施形態の検出方法および装置について図8を参照して説明する。図8は第4の実施形態の検出装置の概略構成を示す全体図である。本実施形態の検出方法および装置は、金属層上に光導波層を備えたセンサチップを用い、励起光の照射により光導波層に光導波モードを励起し、光導波モードにより光電場を増強させ、増強された光電場において励起された蛍光を検出する蛍光検出方法および装置である。
<Fourth Embodiment>
A detection method and apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an overall view showing a schematic configuration of a detection apparatus according to the fourth embodiment. The detection method and apparatus of the present embodiment uses a sensor chip having an optical waveguide layer on a metal layer, excites an optical waveguide mode in the optical waveguide layer by irradiation of excitation light, and enhances a photoelectric field by the optical waveguide mode. A fluorescence detection method and apparatus for detecting fluorescence excited in an enhanced photoelectric field.

図8に示す蛍光検出装置5の構成は、第1の実施形態の蛍光検出装置の構成と同じであるが、用いられるセンサチップが異なり、このセンサチップの違いにより、光電場増強のメカニズムが異なる。   The configuration of the fluorescence detection device 5 shown in FIG. 8 is the same as the configuration of the fluorescence detection device of the first embodiment, but the sensor chip used is different, and the mechanism of photoelectric field enhancement is different due to the difference in this sensor chip. .

センサチップ10”は金属層12a上に光導波層12bを備えている。光導波層12bの層厚は、特に制限されることはなく、光導波モードが誘起されるように、励起光Loの波長、入射角度および光導波層12bの屈折率等を考慮して定めることができる。例えば、上記と同様に励起光Loとして780nmに中心波長を有するレーザ光を用い、光導波層12bとして1層のシリコン酸化膜からなるものを用いる場合には、500〜600nm程度が好ましい。なお、光導波層12bは、1層以上の誘電体等の光導波材料からなる内部光導波層を含む積層構造であってもよく、この積層構造は、金属層側から順に内部光導波層および内部金属層の交互積層構造であることが好ましい。   The sensor chip 10 ″ includes an optical waveguide layer 12b on the metal layer 12a. The layer thickness of the optical waveguide layer 12b is not particularly limited, and the excitation light Lo can be induced so that the optical waveguide mode is induced. It can be determined in consideration of the wavelength, the incident angle, the refractive index of the optical waveguide layer 12b, etc. For example, similarly to the above, a laser beam having a center wavelength of 780 nm is used as the excitation light Lo, and one layer as the optical waveguide layer 12b. In the case of using a silicon oxide film, the thickness is preferably about 500 to 600 nm The optical waveguide layer 12b has a laminated structure including an internal optical waveguide layer made of an optical waveguide material such as one or more dielectrics. This laminated structure is preferably an alternating laminated structure of an internal optical waveguide layer and an internal metal layer in order from the metal layer side.

蛍光検出装置5を用いた本実施形態の蛍光検出方法について説明する。
センサチップ10”を収容部13にセットした状態で、第1の実施形態と同様に、励起光照射光学系20により励起光Loを照射する。励起光照射光学系20により励起光Loが誘電体プレート11と金属層12aとの界面に対して全反射角以上の特定の入射角度で入射されることにより、金属層12a上にエバネッセント波が滲み出し、このエバネッセント波が光導波層12bの光導波モードと結合し、光導波モードが励起される。励起光の入射により光導波層上に生じている光電場(エバネッセント波に起因する電場)が、この光導波モードにより増強され、光導波層上に光電場増強領域Dが形成される。電場増強領域D、特に金属膜12表面近傍においては、蛍光標識Fが励起されて(実質的にはその蛍光物質中の蛍光色素分子fが励起されて)蛍光Lfが発生する。このとき、光導波モードによる光電場増強の効果により蛍光は増強されたものとなる。光検出手段30によって、この蛍光Lfを検出することにより、蛍光標識結合物質と結合した被検出物質の有無および/または量を検出することができる。
The fluorescence detection method of this embodiment using the fluorescence detection device 5 will be described.
In the state where the sensor chip 10 ″ is set in the housing portion 13, the excitation light Lo is irradiated by the excitation light irradiation optical system 20 in the same manner as in the first embodiment. The excitation light Lo is radiated by the excitation light irradiation optical system 20. By being incident on the interface between the plate 11 and the metal layer 12a at a specific incident angle equal to or greater than the total reflection angle, an evanescent wave oozes out on the metal layer 12a, and the evanescent wave is guided through the optical waveguide layer 12b. The optical waveguide mode is excited by coupling with the mode, and the photoelectric field (electric field caused by the evanescent wave) generated on the optical waveguide layer by the incidence of the excitation light is enhanced by this optical waveguide mode, and on the optical waveguide layer. In the electric field enhancement region D, particularly in the vicinity of the surface of the metal film 12, the fluorescent label F is excited (substantially, the fluorescent dye molecule f in the fluorescent material is excited). At this time, the fluorescence is enhanced by the effect of the enhancement of the photoelectric field by the optical waveguide mode, and the fluorescence label binding substance is detected by detecting the fluorescence Lf by the light detection means 30. It is possible to detect the presence and / or amount of the substance to be detected bound to.

本実施形態においても、第1実施形態と同様に、複数の蛍光色素分子fを、蛍光色素分子fからの蛍光を透過する誘電体により包含してなる蛍光物質Fを用い、偏光分離手段40を介して、励起光Loの偏光方向と直交する偏光成分の検出光Lcを検出するので、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a fluorescent substance F including a plurality of fluorescent dye molecules f by a dielectric that transmits fluorescence from the fluorescent dye molecules f is used, and the polarization separating means 40 is provided. Thus, since the detection light Lc of the polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo is detected, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

さらに、光導波モードの励起により生じる光増強電場分布は、表面プラズモンにより生じる光増強電場分布と比較して表面からの距離に伴う電場減衰の程度が緩やかであることから、蛍光標識として、複数の蛍光色素分子を内包する径の大きな蛍光物質を用いた場合、表面プラズモンによる光電場増強を用いるよりも大きな蛍光量増加効果を得ることができる。   Furthermore, the light-enhanced electric field distribution generated by the excitation of the optical waveguide mode has a gentler degree of electric field attenuation with the distance from the surface than the light-enhanced electric field distribution generated by the surface plasmon. When a fluorescent substance having a large diameter encapsulating the fluorescent dye molecule is used, a larger fluorescence amount increasing effect can be obtained than when the photoelectric field enhancement by surface plasmon is used.

<第5の実施形態>
第5の実施形態の検出方法および装置について図9を参照して説明する。図9は第5の実施形態の検出装置の概略構成示す全体図である。本実施形態の検出方法および装置は、金属層上に光導波層を備えたセンサチップを用い、励起光の照射により光導波層に光導波モードを励起し、光導波モードにより光電場を増強させ、増強された光電場において励起された蛍光が金属層に新たにプラズモンを誘起することにより、誘電体プレートの金属層形成面と反対の面側から放射される、新たに誘起されたプラズモンからの放射光を検出する放射光検出方法および装置である。
<Fifth Embodiment>
A detection method and apparatus according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an overall view showing a schematic configuration of the detection apparatus of the fifth embodiment. The detection method and apparatus of the present embodiment uses a sensor chip having an optical waveguide layer on a metal layer, excites an optical waveguide mode in the optical waveguide layer by irradiation of excitation light, and enhances a photoelectric field by the optical waveguide mode. The fluorescence excited in the enhanced photoelectric field induces a new plasmon in the metal layer, which is emitted from the surface opposite to the metal layer forming surface of the dielectric plate, from the newly induced plasmon. A radiation detection method and apparatus for detecting radiation.

図9に示す本実施形態の放射光検出装置6は、第3の実施形態の放射光検出装置と同様の構成であり、本実施形態の検出方法において用いられるセンサチップは第4の実施形態の蛍光検出方法で用いられるセンサチップと同様である。   The synchrotron radiation detection device 6 of this embodiment shown in FIG. 9 has the same configuration as that of the synchrotron radiation detection device of the third embodiment, and the sensor chip used in the detection method of this embodiment is the same as that of the fourth embodiment. This is the same as the sensor chip used in the fluorescence detection method.

放射光検出装置6を用いた本実施形態の蛍光検出方法について説明する。   The fluorescence detection method of this embodiment using the synchrotron radiation detection device 6 will be described.

センサチップ10”を収容部13にセットした状態で、第1の実施形態と同様に、励起光照射光学系20により励起光Loを照射する。励起光照射光学系20により励起光Loが誘電体プレート11と金属層12aとの界面に対して全反射角以上の特定の入射角度で入射されることにより、金属層12a上にエバネッセント波が滲み出し、このエバネッセント波が光導波層12bの光導波モードと結合し、光導波モードが励起される。励起光の入射により光導波層上に生じている光電場(エバネッセント波に起因する電場)が、この光導波モードにより増強され、光導波層上に光電場増強領域Dが形成される。電場増強領域D、特に金属膜12表面近傍においては、蛍光標識Fが励起されて(実質的にはその蛍光物質中の蛍光色素分子fが励起されて)蛍光Lfが発生する。このとき、光導波モードによる光電場増強の効果により蛍光は増強されたものとなる。光導波層12b上で生じたこの蛍光Lfが、金属膜12に表面プラズモンを新たに誘起し、この表面プラズモンによりセンサチップ10の金属膜形成面と反対側から特定の角度で放射光Lpが射出される。光検出手段30によって、この放射光Lpを検出することにより、蛍光標識Fが標識された被検出物質の有無および/または量を検出することができる。   In the state where the sensor chip 10 ″ is set in the housing portion 13, the excitation light Lo is irradiated by the excitation light irradiation optical system 20 in the same manner as in the first embodiment. The excitation light Lo is radiated by the excitation light irradiation optical system 20. By being incident on the interface between the plate 11 and the metal layer 12a at a specific incident angle equal to or greater than the total reflection angle, an evanescent wave oozes out on the metal layer 12a, and the evanescent wave is guided through the optical waveguide layer 12b. The optical waveguide mode is excited by coupling with the mode, and the photoelectric field generated on the optical waveguide layer by the incidence of the excitation light (the electric field due to the evanescent wave) is enhanced by this optical waveguide mode, and on the optical waveguide layer. In the electric field enhancement region D, particularly in the vicinity of the surface of the metal film 12, the fluorescent label F is excited (substantially, the fluorescent dye molecule f in the fluorescent material is excited). In this case, the fluorescence Lf is generated, and the fluorescence is enhanced by the effect of enhancement of the photoelectric field by the optical waveguide mode, and the fluorescence Lf generated on the optical waveguide layer 12b is applied to the surface plasmon on the metal film 12. Then, the surface plasmon emits the radiated light Lp at a specific angle from the side opposite to the metal film forming surface of the sensor chip 10. By detecting the radiated light Lp by the light detection means 30, The presence and / or amount of the substance to be detected labeled with the fluorescent label F can be detected.

本実施形態においても、第1実施形態と同様に、複数の蛍光色素分子fを、蛍光色素分子fからの蛍光を透過する誘電体16により包含してなる蛍光物質Fを用い、偏光分離手段40を介して、励起光Loの偏光方向と直交する偏光成分の検出光Lcを検出するので、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the polarization separating unit 40 uses a fluorescent material F including a plurality of fluorescent dye molecules f including a dielectric 16 that transmits fluorescence from the fluorescent dye molecules f. Since the detection light Lc of the polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light Lo is detected via the above, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

また、本実施形態では、センサ表面で生じる蛍光に起因する光をセンサ裏面側から検出するので、蛍光Lfが光吸収の大きい溶媒を通過する距離を数十nm程度と削減することができ、第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、光導波モードの励起による電場増強を用いていることから、第4の実施形態と同様に蛍光量増加効果を得ることができる。
Further, in the present embodiment, the light caused by the fluorescence generated on the sensor surface is detected from the back side of the sensor, so the distance that the fluorescence Lf passes through the solvent having a large light absorption can be reduced to about several tens of nm. The same effect as that of the third embodiment can be obtained.
Furthermore, since the electric field enhancement by excitation of the optical waveguide mode is used, the effect of increasing the amount of fluorescence can be obtained as in the fourth embodiment.

蛍光標識として、図10に示すように、さらに、誘電体16の表面に蛍光を透過する厚みの金属皮膜19が設けられたものを(F’)用いてもよい。金属被膜19は、誘電体16の全表面を覆うものであってもよいし、全表面を覆うものでなく、一部表面が露出するように設けられたものであってもよい。金属被膜19の材料としては、上述の金属層と同様の金属材料を用いることができる。   As the fluorescent label, as shown in FIG. 10, (F ′) may be used in which the surface of the dielectric 16 is further provided with a metal film 19 having a thickness that transmits fluorescence. The metal coating 19 may cover the entire surface of the dielectric 16, or may cover the entire surface, and may be provided so that a part of the surface is exposed. As a material of the metal coating 19, the same metal material as that of the above-described metal layer can be used.

蛍光物質の表面に金属被膜19を備えた場合、センサチップ10、10’の金属層12、12’に発生した表面プラズモンあるいは局在プラズモンが蛍光物質F’の金属被膜19のウィスパリング・ギャラリー・モードにカップリングし、蛍光物質F’内の蛍光色素分子fをさらに高効率に励起できる。なお、ウィスパリング・ギャラリー・モードとは、ここで用いられるφ5300nm以下程度の蛍光物質のような微小球の球表面に局在し、周回する電磁波モードである。   When the metal film 19 is provided on the surface of the fluorescent material, the surface plasmon or local plasmon generated on the metal layers 12 and 12 ′ of the sensor chip 10, 10 ′ is a whispering gallery of the metal film 19 of the fluorescent material F ′. By coupling to the mode, the fluorescent dye molecule f in the fluorescent substance F ′ can be excited with higher efficiency. The whispering gallery mode is an electromagnetic wave mode that localizes and circulates on the surface of a microsphere such as a fluorescent material having a diameter of about 5300 nm or less used here.

蛍光物質への金属被膜方法の一例を挙げる。
まず、前述手順により消光防止性蛍光物質を作製し、その表面にポリエチレンイミン(PEI)(エポミン、日本触媒社)を修飾する。
次に、粒子表面のPEIに粒径15nmのPdナノ粒子(平均粒径19nm、徳力本社)を吸着させる。
Pdナノ粒子が吸着したポリスチレン粒子を無電解金メッキ液(HAuCl、小島化学薬品社)に浸漬させることで、Pdナノ粒子を触媒とする無電界メッキを利用して、ポリスチレン粒子表面に金膜を作製する。
An example of a metal coating method on a fluorescent material is given.
First, a quenching-resistant fluorescent material is prepared by the above-described procedure, and polyethyleneimine (PEI) (Epomin, Nippon Shokubai Co., Ltd.) is modified on the surface.
Next, Pd nanoparticles having an average particle diameter of 15 nm (average particle diameter of 19 nm, Tokuru Head Office) are adsorbed on the PEI on the particle surface.
By immersing polystyrene particles adsorbed with Pd nanoparticles in an electroless gold plating solution (HAuCl 4 , Kojima Chemical Co., Ltd.), a gold film is formed on the polystyrene particle surface using electroless plating using Pd nanoparticles as a catalyst. Make it.

本発明に係る実施例について説明する。
(実施例1)
蛍光標識として、Bangs Laboratories社製蛍光粒子(品番FC03F/8632)、直径510nm、励起波長660nm、 蛍光波長690nm)を用意し、アミンカップリングにより粒子表面に抗hCGモノクロナール抗体からなる2次抗体を結合させて標識2次抗体(蛍光標識結合物質)を調製した。
Embodiments according to the present invention will be described.
Example 1
As fluorescent labels, fluorescent particles manufactured by Bangs Laboratories (product number FC03F / 8863), diameter 510 nm, excitation wavelength 660 nm, fluorescence wavelength 690 nm) are prepared, and a secondary antibody comprising an anti-hCG monoclonal antibody is applied to the particle surface by amine coupling. A labeled secondary antibody (fluorescent label binding substance) was prepared by binding.

次に、表面に2次抗体とはエピトープの異なる抗hCGモノクロナール抗体からなる1次抗体が固定層として固定されてなる金膜を備えた、試料セルを用意した。生理食塩水(NaCl、150mM(mmol/L)含有)中に、標識2次抗体、及び被検出物質としてhCGを含む試料液を用意し、試料セルに試料液を流し、抗原―抗体反応により、固定層にサンドイッチ結合体を形成させ、緩衝液により未反応の標識2次抗体を洗い流した。   Next, a sample cell having a gold film on which a primary antibody composed of an anti-hCG monoclonal antibody having a different epitope from that of the secondary antibody was fixed as a fixed layer on the surface was prepared. In physiological saline (containing NaCl, 150 mM (mmol / L)), a sample solution containing a labeled secondary antibody and hCG as a substance to be detected is prepared, the sample solution is allowed to flow through the sample cell, and an antigen-antibody reaction is performed. A sandwich conjugate was formed on the fixed layer, and unreacted labeled secondary antibody was washed away with a buffer.

次に、図1に示される検出装置と同様の構成の検出装置に試料セルをセットし、レーザ光からp偏光のみを取り出した励起光を、誘電体プリズムを用いて金膜に対して、全反射可能となるように入射させて、試料セル内の蛍光物質において蛍光を励起し、試料セルの誘電体プリズムと反対側の面から信号光(蛍光)及び散乱光(ノイズ光)の測定を行った。   Next, a sample cell is set in a detection device having the same configuration as the detection device shown in FIG. 1, and excitation light obtained by extracting only p-polarized light from the laser light is completely applied to the gold film using a dielectric prism. Incident light is reflected so that fluorescence is excited in the fluorescent substance in the sample cell, and signal light (fluorescence) and scattered light (noise light) are measured from the surface of the sample cell opposite to the dielectric prism. It was.

光源には、StockerYale社製LD光源(品番DL−3147−160F、DL−3357−165、波長655nm)を用い、散乱光(〜655nm)と信号光(〜690nm)との分離および測定には波長選択フィルターを用い、いずれの場合においても偏光分離手段により、p偏光成分及びs偏光成分をそれぞれ取りだして富士フイルム株式会社製LAS-1000plusにより検出してその強度を比較した。   As the light source, an LD light source (product number DL-3147-160F, DL-3357-165, wavelength 655 nm) manufactured by Stocker Yale is used, and the wavelength is used for separation and measurement of scattered light (˜655 nm) and signal light (˜690 nm). In each case, a p-polarized light component and an s-polarized light component were taken out using a selection filter and detected by LAS-1000plus manufactured by FUJIFILM Corporation, and their intensities were compared.

その結果、信号光(蛍光)は、p偏光成分対s偏光成分の強度比は2:1であり、散乱光(ノイズ光)のp偏光成分対s偏光成分の強度比は50:1となった。s偏光成分を検出することにより、信号光強度としては3分の1となるが、散乱光成分は50分の1となる。従って、蛍光標識としてポリスチレンにより蛍光色素分子を内包してなる蛍光物質Fを用い、s偏光成分を検出することにより、ノイズ光の割合を約1桁程度低減させてS/Nの高い高感度検出が可能なことが確認された。   As a result, in the signal light (fluorescence), the intensity ratio of the p-polarized component to the s-polarized component is 2: 1, and the intensity ratio of the p-polarized component to the s-polarized component of the scattered light (noise light) is 50: 1. It was. By detecting the s-polarized component, the signal light intensity is reduced to 1/3, but the scattered light component is reduced to 1/50. Therefore, by using the fluorescent substance F containing fluorescent dye molecules with polystyrene as the fluorescent label and detecting the s-polarized component, the ratio of noise light is reduced by about an order of magnitude and high-sensitivity detection with high S / N. Was confirmed to be possible.

また、LAS−1000plusにより撮影(露光時間1秒)した、信号光の各偏光成分のパターンを図11Aと図11Bに、同じくLAS−1000plusにより撮影(露光時間0.01秒)した、散乱光の各偏光成分のパターンを図12Aと図12Bに示す。図12Aにおいて、中央部やや左上のハッチングの施してある部分は強度が強すぎてサチュレートしている部分である。図11、図12からも、S/Nの向上を確認することができた。   Moreover, the pattern of each polarization component of the signal light imaged with LAS-1000plus (exposure time 1 second) is shown in FIGS. 11A and 11B, and the pattern of scattered light imaged with LAS-1000plus (exposure time 0.01 seconds) is also used. The pattern of each polarization component is shown in FIGS. 12A and 12B. In FIG. 12A, the hatched portion in the middle part is slightly saturated and is saturated. From FIG. 11 and FIG. 12, the improvement of S / N could be confirmed.

本発明の表面プラズモンセンサは、バイオセンサ等として好ましく利用できる。   The surface plasmon sensor of the present invention can be preferably used as a biosensor or the like.

本発明の第1実施形態による蛍光検出装置を示す概略構成図1 is a schematic configuration diagram showing a fluorescence detection device according to a first embodiment of the present invention. 誘電体により複数の蛍光色素分子を包含してなる蛍光標識の断面及び蛍光標識内の光の多重反射の様子を示す模式図Schematic diagram showing the cross section of a fluorescent label including a plurality of fluorescent dye molecules by a dielectric and the state of multiple reflection of light in the fluorescent label 励起光照射光学系の設計変更例を示す図Diagram showing a design change example of the excitation light irradiation optical system 偏光調整素子及びその制御手段を備えた第1実施形態の設計変更例を示す図The figure which shows the example of a design change of 1st Embodiment provided with the polarization adjusting element and its control means 本発明の第2実施形態による蛍光検出装置を示す概略構成図The schematic block diagram which shows the fluorescence detection apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による蛍光検出装置に用いられるセンサチップのセンサ部を示す概略構成図The schematic block diagram which shows the sensor part of the sensor chip used for the fluorescence detection apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による蛍光検出装置に用いられるセンサチップのセンサ部を示す概略構成図The schematic block diagram which shows the sensor part of the sensor chip used for the fluorescence detection apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による蛍光検出装置に用いられるセンサチップのセンサ部を示す概略構成図The schematic block diagram which shows the sensor part of the sensor chip used for the fluorescence detection apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による検出装置を示す概略構成図The schematic block diagram which shows the detection apparatus by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態による検出装置を示す概略構成図The schematic block diagram which shows the detection apparatus by 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態による検出装置を示す概略構成図The schematic block diagram which shows the detection apparatus by 5th Embodiment of this invention. 金属被膜を有する蛍光物質を示す模式図Schematic showing a fluorescent substance with a metal coating 実施例1の信号光のp偏光成分の強度パターンIntensity pattern of p-polarized component of signal light of Example 1 実施例1の信号光のs偏光成分の強度パターンIntensity pattern of the s-polarized component of the signal light of Example 1 実施例1の散乱光のp偏光成分の強度パターンIntensity pattern of the p-polarized component of the scattered light of Example 1 実施例1の散乱光のs偏光成分の強度パターンIntensity pattern of the s-polarized component of the scattered light of Example 1

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3、4、5、6 検出装置
10、10’、10” センサチップ
11 誘電体プレート
12 金属層(金属膜)
12’ 金属層(金属微細構造体)
16 誘電体
19 金属被膜
20、20’ 励起光照射光学系
21 励起光源
23 偏光調整素子
30 光検出手段
40 偏光分離手段
50 光検出器
A 抗原(被検出物質)
1次抗体(第1の結合物質)
2次抗体(第2の結合物質)
標識2次抗体(蛍光標識結合物質)
F 蛍光物質(蛍光標識)
f 蛍光色素分子
Lo 励起光
Lf 蛍光
Lp 放射光
Ld 信号光を含む光
Lc 励起光の偏光方位と直交する、信号光を含む光の偏光成分(検出光)
励起光の反射光
1, 2, 3, 4, 5, 6 Detector 10, 10 ', 10 "Sensor chip 11 Dielectric plate 12 Metal layer (metal film)
12 'metal layer (metal microstructure)
16 Dielectric 19 Metal coating 20, 20 ′ Excitation light irradiation optical system 21 Excitation light source 23 Polarization adjusting element 30 Photodetection means 40 Polarization separation means 50 Photodetector A Antigen (substance to be detected)
B 1 primary antibody (first binding substance)
B 2 secondary antibody (second binding substance)
BF labeled secondary antibody (fluorescently labeled binding substance)
F Fluorescent substance (fluorescent label)
f Fluorescent dye molecule Lo Excitation light Lf Fluorescence Lp Radiation light Ld Light including signal light Lc Polarization component of light including signal light (detection light) orthogonal to the polarization direction of excitation light
Reflected light of LR excitation light

Claims (8)

誘電体プレートと、該誘電体プレートの一面に少なくとも金属層が設けられてなるセンサ部とからなるセンサチップを用意し、
前記センサ部に液体試料を接触させることにより、該センサ部上に、該液体試料中の被検出物質の量に応じた量の蛍光標識結合物質を結合させ、
前記センサ部に直線偏光の励起光を照射することにより、該センサ部上に増強した光電場を生じさせ、該増強した光電場内において前記蛍光標識結合物質の蛍光標識を励起し、該蛍光標識の励起に起因して生じる信号光を含む光の量に基づいて、前記被検出物質の量を検出する検出方法において、
前記蛍光標識として、複数の蛍光色素分子を、該複数の蛍光色素分子から生じる蛍光を透過する誘電体により包含してなる蛍光物質を用い、
前記励起光の偏光方位と直交する、前記光の偏光成分の量を検出することにより、前記被検出物質の量を検出することを特徴とする検出方法。
Preparing a sensor chip comprising a dielectric plate and a sensor portion in which at least a metal layer is provided on one surface of the dielectric plate;
By bringing a liquid sample into contact with the sensor unit, an amount of the fluorescent label binding substance according to the amount of the substance to be detected in the liquid sample is bound on the sensor unit,
By irradiating the sensor unit with linearly polarized excitation light, an enhanced photoelectric field is generated on the sensor unit, the fluorescence label of the fluorescent label binding substance is excited in the enhanced photoelectric field, and the fluorescence label In a detection method for detecting the amount of the substance to be detected based on the amount of light including signal light generated due to excitation,
As the fluorescent label, using a fluorescent substance comprising a plurality of fluorescent dye molecules included by a dielectric that transmits fluorescence generated from the plurality of fluorescent dye molecules,
A detection method comprising: detecting an amount of the substance to be detected by detecting an amount of a polarization component of the light orthogonal to a polarization direction of the excitation light.
前記励起光の照射により前記金属層にプラズモンを励起し、該プラズモンにより前記増強した光電場を生じさせ、
前記蛍光標識の励起に起因して生じる前記光として、該励起によって該蛍光標識から生じる蛍光を検出することにより前記被検出物質の量を検出することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
Excitation of plasmons in the metal layer by irradiation of the excitation light, causing the enhanced photoelectric field by the plasmons,
The detection method according to claim 1, wherein the amount of the detection target substance is detected by detecting fluorescence generated from the fluorescent label by the excitation as the light generated due to the excitation of the fluorescent label. .
前記励起光の照射により前記金属層にプラズモンを励起し、該プラズモンにより前記増強した光電場を生じさせ、
前記蛍光標識の励起に起因して生じる前記光として、該励起によって該蛍光標識から生じる蛍光が前記金属層に新たにプラズモンを誘起することにより、前記誘電体プレートの前記他面から放射される放射光を検出することにより前記被検出物質の量を検出することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
Excitation of plasmons in the metal layer by irradiation of the excitation light, causing the enhanced photoelectric field by the plasmons,
As the light generated due to the excitation of the fluorescent label, the fluorescence generated from the fluorescent label by the excitation induces a new plasmon in the metal layer, thereby radiating from the other surface of the dielectric plate. The detection method according to claim 1, wherein the amount of the substance to be detected is detected by detecting light.
前記直線偏光がp偏光であり、前記プラズモンが、表面プラズモンであることを特徴とする請求項2又は3に記載の検出方法。   The detection method according to claim 2 or 3, wherein the linearly polarized light is p-polarized light, and the plasmon is a surface plasmon. 前記センサチップとして、前記金属層上に光導波層を備えたものを用い、
前記励起光の照射により前記光導波層に光導波モードを励起し、該光導波モードにより前記増強した光電場を生じさせ、
前記蛍光標識の励起に起因して生じる前記光として、該励起によって該蛍光標識から生じる蛍光を検出することにより前記被検出物質の量を検出することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
As the sensor chip, one having an optical waveguide layer on the metal layer,
Excitation of an optical waveguide mode in the optical waveguide layer by irradiation of the excitation light, causing the enhanced photoelectric field by the optical waveguide mode,
The detection method according to claim 1, wherein the amount of the detection target substance is detected by detecting fluorescence generated from the fluorescent label by the excitation as the light generated due to the excitation of the fluorescent label. .
前記センサチップとして、前記金属層上に光導波層を備えたものを用い、
前記励起光の照射により前記光導波層に光導波モードを励起し、該光導波モードにより前記増強した光電場を生じさせ、
前記蛍光標識の励起に起因して生じる前記光として、該励起によって該蛍光標識から生じる蛍光が前記金属層に新たにプラズモンを誘起することにより、前記誘電体プレートの前記他面から放射される放射光を検出することにより前記被検出物質の量を検出することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
As the sensor chip, one having an optical waveguide layer on the metal layer,
Excitation of an optical waveguide mode in the optical waveguide layer by irradiation of the excitation light, causing the enhanced photoelectric field by the optical waveguide mode,
As the light generated due to the excitation of the fluorescent label, the fluorescence generated from the fluorescent label by the excitation induces a new plasmon in the metal layer, thereby radiating from the other surface of the dielectric plate. The detection method according to claim 1, wherein the amount of the substance to be detected is detected by detecting light.
請求項1〜6のいずれに記載の検出方法に用いられる検出装置であって、
前記センサチップを収容する収容部と、
前記センサ部に前記励起光を照射する励起光源を含む励起光照射光学系と、
該励起光の照射により該センサ部上に生じた前記増強した光電場における、前記蛍光標識の励起に起因して生じる信号光を含む光から前記励起光の偏光方位と直交する偏光成分を分離して取り出す偏光分離手段と、
前記分離された偏光成分の量を検出する光検出手段とを備えたことを特徴とする検出装置。
A detection device used in the detection method according to claim 1,
An accommodating portion for accommodating the sensor chip;
An excitation light irradiation optical system including an excitation light source that irradiates the excitation light to the sensor unit;
In the enhanced photoelectric field generated on the sensor unit by the irradiation of the excitation light, a polarization component orthogonal to the polarization direction of the excitation light is separated from light including signal light generated due to excitation of the fluorescent label. Polarized light separating means to be taken out,
And a light detecting means for detecting the amount of the separated polarization component.
前記励起光の反射光の強度を検出する光検出器と、前記励起光源から出射された前記励起光の偏光状態を制御する偏光調整素子と、前記検出された強度に応じて、前記センサ部に入射される前記励起光のp偏光成分の強度が最大となるように前記偏光調整素子を操作する制御手段とを有することを特徴とする請求項7に記載の検出装置。   A light detector that detects the intensity of reflected light of the excitation light, a polarization adjustment element that controls the polarization state of the excitation light emitted from the excitation light source, and a sensor unit according to the detected intensity. The detection apparatus according to claim 7, further comprising a control unit that operates the polarization adjustment element so that the intensity of the p-polarized component of the incident excitation light is maximized.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012053001A (en) * 2010-09-03 2012-03-15 Seishin Shoji Kk Measurement device and measurement method
WO2012042804A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 コニカミノルタホールディングス株式会社 Surface plasmon resonance fluorescence analysis device and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
JP2012088248A (en) * 2010-10-21 2012-05-10 Konica Minolta Holdings Inc Surface plasmon resonance fluorescence analyzer and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
JP2012098256A (en) * 2010-11-05 2012-05-24 Konica Minolta Holdings Inc Surface plasmon resonance fluorescence analysis apparatus and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
WO2012067013A1 (en) * 2010-11-15 2012-05-24 コニカミノルタホールディングス株式会社 Surface plasmon excitation enhancement fluorescence measurement device, sensor structure used therefor, and auxiliary dielectric member provided to sensor structure
JP2012168099A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Konica Minolta Holdings Inc Surface plasmon measurement device and surface plasmon measurement method
WO2015155799A1 (en) * 2014-04-08 2015-10-15 コニカミノルタ株式会社 Surface plasmon enhanced fluorescence measurement device and surface plasmon enhanced fluorescence measurement method
WO2016098581A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-23 コニカミノルタ株式会社 Surface plasmon-enhanced fluorescence measurement device and surface plasmon-enhanced fluorescence measurement method
JPWO2016098653A1 (en) * 2014-12-15 2017-09-21 コニカミノルタ株式会社 Detection method and detection apparatus
WO2018012436A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Optical detection apparatus and optical detection method
WO2019176442A1 (en) * 2018-03-16 2019-09-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 Detecting device, detecting substrate, and detecting method

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012053001A (en) * 2010-09-03 2012-03-15 Seishin Shoji Kk Measurement device and measurement method
JP5807641B2 (en) * 2010-09-30 2015-11-10 コニカミノルタ株式会社 Surface plasmon resonance fluorescence analyzer and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
WO2012042804A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 コニカミノルタホールディングス株式会社 Surface plasmon resonance fluorescence analysis device and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
JP2012088248A (en) * 2010-10-21 2012-05-10 Konica Minolta Holdings Inc Surface plasmon resonance fluorescence analyzer and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
JP2012098256A (en) * 2010-11-05 2012-05-24 Konica Minolta Holdings Inc Surface plasmon resonance fluorescence analysis apparatus and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
WO2012067013A1 (en) * 2010-11-15 2012-05-24 コニカミノルタホールディングス株式会社 Surface plasmon excitation enhancement fluorescence measurement device, sensor structure used therefor, and auxiliary dielectric member provided to sensor structure
JP2012168099A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Konica Minolta Holdings Inc Surface plasmon measurement device and surface plasmon measurement method
JPWO2015155799A1 (en) * 2014-04-08 2017-04-13 コニカミノルタ株式会社 Surface plasmon enhanced fluorescence measuring apparatus and surface plasmon enhanced fluorescence measuring method
US10495575B2 (en) 2014-04-08 2019-12-03 Konica Minolta, Inc. Surface plasmon enhanced fluorescence measurement device and surface plasmon enhanced fluorescence measurement method
US20170030833A1 (en) * 2014-04-08 2017-02-02 Konica Minolta, Inc. Surface plasmon enhanced fluorescence measurement device and surface plasmon enhanced fluorescence measurement method
WO2015155799A1 (en) * 2014-04-08 2015-10-15 コニカミノルタ株式会社 Surface plasmon enhanced fluorescence measurement device and surface plasmon enhanced fluorescence measurement method
JPWO2016098653A1 (en) * 2014-12-15 2017-09-21 コニカミノルタ株式会社 Detection method and detection apparatus
JPWO2016098581A1 (en) * 2014-12-15 2017-09-28 コニカミノルタ株式会社 Surface plasmon enhanced fluorescence measuring apparatus and surface plasmon enhanced fluorescence measuring method
EP3236242A4 (en) * 2014-12-15 2017-12-06 Konica Minolta, Inc. Surface plasmon-enhanced fluorescence measurement device and surface plasmon-enhanced fluorescence measurement method
WO2016098581A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-23 コニカミノルタ株式会社 Surface plasmon-enhanced fluorescence measurement device and surface plasmon-enhanced fluorescence measurement method
US10690596B2 (en) 2014-12-15 2020-06-23 Konica Minolta, Inc. Surface plasmon-enhanced fluorescence measurement device and surface plasmon-enhanced fluorescence measurement method
WO2018012436A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Optical detection apparatus and optical detection method
JPWO2018012436A1 (en) * 2016-07-12 2019-05-09 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Optical detection apparatus and optical detection method
US10768112B2 (en) 2016-07-12 2020-09-08 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Optical detection device and optical detection method
WO2019176442A1 (en) * 2018-03-16 2019-09-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 Detecting device, detecting substrate, and detecting method
JPWO2019176442A1 (en) * 2018-03-16 2021-04-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 Detection device, detection board and detection method
JP7361338B2 (en) 2018-03-16 2023-10-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 Detection device, detection board and detection method

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