JP2014032148A - Surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure and surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system - Google Patents

Surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure and surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system Download PDF

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Daisuke Matsumoto
大輔 松本
Genki Adachi
玄紀 安達
Naoyuki Nakanishi
直之 中西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the need for a collimator in surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement.SOLUTION: A dielectric substrate 1 has a metal thin film 2 formed on a surface of a base material transmitting light. A reaction layer 3 including a fluorescent substance is formed on a surface of the metal thin film 2. A reverse surface of the metal thin film 2 at the part where the reaction layer 3 is formed is irradiated with excitation light at an angle where a surface plasmon is excited from the base material side of the dielectric substrate 1, and the fluorescent substance emits fluorescent light. A light guide member 5 transmits the fluorescent light emitted by the reaction layer 3 from the reaction layer 3 to a light detection part 25. A wavelength selection member 6 is arranged in an optical path of the fluorescent light transmitted from the reaction layer 3 to the light detection part 25. The wavelength selection member 6 transmits light having the wavelength of the fluorescent light at a predetermined rate or higher without reference to the angle of incidence, and attenuates light having the wavelength of the excitation light to a predetermined rate or lower.

Description

本発明は、表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体および表面プラズモン励起増強蛍光測定システムに関する。   The present invention relates to a surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure and a surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system.

表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS:Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy)を用いて、例えば生体反応で生成される微量な物質を検出することが行われている。SPFSでは、蛍光物質を励起させる励起光に比べて蛍光の光強度が極めて低いため、蛍光を検出する際に反射した励起光から蛍光を高い精度で弁別して検出することが必要である。   For example, a minute amount of a substance generated by a biological reaction is detected using surface plasmon-excited fluorescence spectroscopy (SPFS). In SPFS, the light intensity of fluorescence is extremely low compared to the excitation light that excites the fluorescent substance, so that it is necessary to discriminate and detect the fluorescence with high accuracy from the reflected excitation light when detecting the fluorescence.

例えば、特許文献1には、蛍光を全反射条件で光検出手段に到達させる全反射機能部材(集光部材)の上面または下面に、蛍光以外の不要な光を除去する波長選択機能部材を配設することが開示されている。特許文献1の表面プラズモン増強蛍光センサでは、波長選択機能部材として、干渉フィルターを用いることが記載されている。   For example, in Patent Document 1, a wavelength selection function member that removes unnecessary light other than fluorescence is arranged on the upper or lower surface of a total reflection function member (condensing member) that causes fluorescence to reach the light detection means under total reflection conditions. Is disclosed. In the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of Patent Document 1, it is described that an interference filter is used as a wavelength selection function member.

特許文献3には、表面プラズモン共鳴角検出(SPR)法とSPFS法を組み合わせることにより、被検体の特性を高精度に検出する技術が開示されている。特許文献3の表面プラズモン共鳴角および蛍光同時検出装置は、光源からの光を所定角度幅で、基板における金属薄膜の境界に照射して、反射光より検出される表面プラズモン共鳴角と、基板における金属薄膜の境界にて光が全反射する際に生じるエバネッセント波により励起される蛍光物質からの蛍光とに基づいて、試料プローブに結合した被検体を検出する。   Patent Document 3 discloses a technique for detecting the characteristics of an object with high accuracy by combining a surface plasmon resonance angle detection (SPR) method and an SPFS method. The surface plasmon resonance angle and fluorescence simultaneous detection device of Patent Document 3 irradiates light from a light source with a predetermined angle width to the boundary of a metal thin film on a substrate, and detects the surface plasmon resonance angle detected from reflected light and the substrate. The analyte bound to the sample probe is detected based on the fluorescence from the fluorescent material excited by the evanescent wave generated when the light is totally reflected at the boundary of the metal thin film.

蛍光染料や蛍光ラベルモノクロナール抗体などの蛍光物質で蛍光標識された細胞を解析する場合には、蛍光の波長を選択するために色ガラスフィルターを用いることがある(例えば、特許文献2参照)。しかし、SPFSでは蛍光の光強度が極めて低いので、計測対象の蛍光を減衰させず励起光を大幅に減衰させて効果的に波長選択するために、干渉フィルターが用いられている。   When analyzing cells fluorescently labeled with a fluorescent substance such as a fluorescent dye or a fluorescent-labeled monoclonal antibody, a colored glass filter may be used to select the fluorescence wavelength (see, for example, Patent Document 2). However, since the fluorescence light intensity is extremely low in SPFS, an interference filter is used to effectively attenuate the excitation light without effectively attenuating the fluorescence to be measured and to select the wavelength effectively.

国際公開第2010/101052号International Publication No. 2010/101052 特開平05−45355号公報JP 05-45355 A 特開2002−62255号公報JP 2002-62255 A

干渉フィルターは、波長選択性は色ガラスフィルターよりも高い。また、透過する光の減衰率が小さく、カットする光の減衰率は極めて高い。しかし、干渉フィルターは波長選択特性が入射角に大きく依存し、干渉フィルターの面に規定の角度で入射する光については、高い波長選択性を有するが、入射角が規定の角度から変化すると、カット波長域が短波長側へシフトし、透過率も減少する。   The interference filter has higher wavelength selectivity than the colored glass filter. Further, the attenuation rate of transmitted light is small, and the attenuation rate of light to be cut is extremely high. However, the interference filter has a wavelength selection characteristic that greatly depends on the incident angle, and has high wavelength selectivity for light incident on the surface of the interference filter at a specified angle. However, if the incident angle changes from the specified angle, it will be cut. The wavelength band shifts to the short wavelength side, and the transmittance also decreases.

そこで、干渉フィルターで波長選択するには、観測対象の光をコリメーターで平行光線にして干渉フィルターに入射させる必要がある。コリメーターを構成するためにレンズを備え、調整する必要がある。コリメーターでは、点光源ではなく一定の面積をもつ反応場の蛍光のコリメーションを行うことは困難である。さらに、散乱してコリメーターに入射する励起光も平行にする必要があるが、そのような光学系の調整は難しい。そして、コリメート光を形成すると光密度が低下し、受光素子の限られた受光面積に十分な光を導くことが難しくなる。   Therefore, in order to select a wavelength with the interference filter, it is necessary to make the light to be observed be a parallel light beam with a collimator and to enter the interference filter. It is necessary to provide and adjust the lens to configure the collimator. With a collimator, it is difficult to collimate fluorescence of a reaction field having a certain area, not a point light source. Furthermore, it is necessary to make the excitation light scattered and incident on the collimator parallel, but it is difficult to adjust such an optical system. When collimated light is formed, the light density decreases, and it becomes difficult to guide sufficient light to the limited light receiving area of the light receiving element.

また、微弱な蛍光を受光素子に導くために、レンズを用いる光学系では、多段のレンズを組む必要がある。この場合、光学系がかさばるだけでなく、光軸の調整が難しく、さらに使用中に光軸がずれる可能性がある。したがって、表面プラズモン励起増強蛍光測定装置の大型化、および製造コストの増大につながる。そしてレンズ径と距離に基づく開口数により、導光すべき光が制限されるため、高感度化には不利である。さらに、蛍光が点光源でないこと、および多方位からの励起光の散乱光を理想的に平行光にすることは困難である。蛍光と励起光の強度比からすると、平行光にならない光成分がかなり高い割合を占める。   In addition, in order to introduce weak fluorescence to the light receiving element, it is necessary to assemble a multistage lens in an optical system using a lens. In this case, not only is the optical system bulky, but it is difficult to adjust the optical axis, and the optical axis may be shifted during use. Therefore, the surface plasmon excitation enhanced fluorescence measuring device is increased in size and the manufacturing cost is increased. Since the light to be guided is limited by the numerical aperture based on the lens diameter and distance, it is disadvantageous for high sensitivity. Furthermore, it is difficult that fluorescence is not a point light source and that the scattered light of excitation light from multiple directions is ideally parallel light. Considering the intensity ratio of fluorescence and excitation light, the light component that does not become parallel light occupies a considerably high ratio.

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、表面プラズモン励起増強蛍光測定において、コリメーターを不要とすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to eliminate the need for a collimator in surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体は、
光を透過する基材の表面に金属薄膜が形成された基板と、
前記基材側から、前記金属薄膜の表面に蛍光物質を含む反応層が形成される部分の前記金属薄膜の裏面に、表面プラズモンを励起する角度で励起光が照射されることによって前記蛍光物質が発生する蛍光を、前記反応層から、該蛍光を電気信号に変換する光検出部に透過させる導光部と、
前記導光部の前記蛍光の光路中に配置され、入射角度に関係なく、前記蛍光の波長の光を所定の割合以上透過させ、前記励起光の波長の光を所定の割合以下に減衰させる、入射角非依存性の波長選択部材と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure according to the first aspect of the present invention comprises:
A substrate having a metal thin film formed on the surface of a base material that transmits light;
The fluorescent material is irradiated from the base material side by excitation light at an angle that excites surface plasmons on the back surface of the metal thin film where the reaction layer containing the fluorescent material is formed on the surface of the metal thin film. A light guide that transmits the generated fluorescence from the reaction layer to a light detection unit that converts the fluorescence into an electrical signal;
Arranged in the light path of the fluorescence of the light guide part, regardless of the incident angle, the light of the wavelength of the fluorescence is transmitted more than a predetermined ratio, the light of the wavelength of the excitation light is attenuated to a predetermined ratio or less, An incident angle independent wavelength selection member;
It is characterized by providing.

好ましくは、前記波長選択部材は、前記蛍光の波長の光の透過率と前記蛍光以外の波長の光の透過率との比が2以上であることを特徴とする。   Preferably, the wavelength selection member is characterized in that a ratio between the transmittance of light having the fluorescence wavelength and the transmittance of light having a wavelength other than the fluorescence is 2 or more.

好ましくは、前記蛍光以外の波長の光が、少なくとも前記励起光を含むことを特徴とする。   Preferably, the light having a wavelength other than the fluorescence includes at least the excitation light.

好ましくは、前記蛍光以外の波長の光が、前記励起光であることを特徴とする。   Preferably, light having a wavelength other than the fluorescence is the excitation light.

好ましくは、前記導光部の一部に導光部材を含み、前記導光部材に前記波長選択部材が一体に形成されていることを特徴とする。   Preferably, a part of the light guide part includes a light guide member, and the wavelength selection member is integrally formed with the light guide member.

または、前記導光部の一部に導光部材を含み、前記導光部材の少なくとも一部が前記波長選択部材の性質を有する物質で形成されてもよい。   Alternatively, a light guide member may be included in a part of the light guide unit, and at least a part of the light guide member may be formed of a material having the property of the wavelength selection member.

好ましくは、前記導光部材を保持する導光部材保持部を有し、
前記導光部材保持部は、前記導光部材の遮光部材として機能する、
ことを特徴とする。
Preferably, it has a light guide member holding portion for holding the light guide member,
The light guide member holding portion functions as a light shielding member of the light guide member.
It is characterized by that.

さらに、前記導光部材保持部は、複数の部材から構成され、該複数の部材を嵌合することで組み立て可能であってよい。   Furthermore, the light guide member holding portion may be composed of a plurality of members and assembled by fitting the plurality of members.

好ましくは、前記導光部材と前記基板との間に、前記蛍光物質が発生する蛍光を前記導光部材に集める集光レンズが配置されていることを特徴とする。   Preferably, a condensing lens is disposed between the light guide member and the substrate to collect fluorescence generated by the fluorescent material on the light guide member.

好ましくは、前記基板の前記金属薄膜が形成される面を覆い、前記反応層が形成される部分を通る流路が形成されたカバーを備え、
前記集光レンズは、前記カバーに固定または一体に形成されていることを特徴とする。
Preferably, a cover is provided that covers a surface of the substrate on which the metal thin film is to be formed and has a flow path that passes through a portion on which the reaction layer is to be formed.
The condensing lens is fixed to or integrally formed with the cover.

あるいは、前記集光レンズは、前記導光部材側に固定または一体に形成されていてもよい。   Alternatively, the condensing lens may be fixed or integrally formed on the light guide member side.

好ましくは、前記導光部材の、前記蛍光が入射する面と前記蛍光が出射する面以外の側面を遮光する、遮光部材を備えることを特徴とする。   Preferably, the light guide member includes a light shielding member that shields a side surface other than the surface on which the fluorescence is incident and the surface on which the fluorescence is emitted.

好ましくは、前記基板の前記金属薄膜が形成される面を覆い、前記反応層が形成される部分を通る流路が形成されたカバーを備え、
前記カバーは、前記流路に液体を通すノズルまたはチューブを挿入する孔が形成されていることを特徴とする。
Preferably, a cover is provided that covers a surface of the substrate on which the metal thin film is to be formed and has a flow path that passes through a portion on which the reaction layer is to be formed.
The cover is formed with a hole for inserting a nozzle or a tube through which the liquid passes.

本発明の第2の観点に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムは、
第1の観点に係る表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体と、
前記基材側から、前記金属薄膜における前記反応層の裏面に表面プラズモンを励起する角度で励起光を照射する光源と、
蛍光物質が発生する蛍光を電気信号に変換する光検出部と、
を備えることを特徴とする。
The surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system according to the second aspect of the present invention is:
A surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure according to a first aspect;
A light source that emits excitation light at an angle that excites surface plasmons on the back surface of the reaction layer in the metal thin film from the base material side,
A light detection unit that converts fluorescence generated by the fluorescent material into an electrical signal;
It is characterized by providing.

本発明によれば、表面プラズモン励起増強蛍光測定において、コリメーターを不要とすることができる。   According to the present invention, a collimator can be dispensed with in surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement.

本発明の実施の形態1に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the surface plasmon excitation enhanced fluorescence measuring system which concerns on Embodiment 1 of this invention. フィルターの概念的な特性を示す図である。It is a figure which shows the conceptual characteristic of a filter. 本発明の実施の形態2に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the surface plasmon excitation enhanced fluorescence measuring system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the surface plasmon excitation enhanced fluorescence measuring system which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the surface plasmon excitation enhanced fluorescence measuring system which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the surface plasmon excitation enhanced fluorescence measuring system which concerns on Embodiment 5 of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。表面プラズモン励起増強蛍光測定システム(以下、SPFSシステムという)20は、表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体21、光源22、励起光導光部23、受光部24および光検出部25から構成される。表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体(以下、SPF取得構造体という)21は、誘電体基板1、反応層3、集光レンズ4、ロッドレンズ(導光部材)5および波長選択部材(光フィルター)6を備える。誘電体基板1は、光(励起光)を透過する基材(誘電体)の表面に金属薄膜2が形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a cross section of a surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system according to Embodiment 1 of the present invention. The surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system (hereinafter referred to as SPFS system) 20 includes a surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure 21, a light source 22, an excitation light guide 23, a light receiver 24, and a light detector 25. A surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure (hereinafter referred to as SPF acquisition structure) 21 includes a dielectric substrate 1, a reaction layer 3, a condensing lens 4, a rod lens (light guide member) 5, and a wavelength selection member (light filter). 6 is provided. In the dielectric substrate 1, a metal thin film 2 is formed on the surface of a base material (dielectric material) that transmits light (excitation light).

集光レンズ4は、例えば半球レンズである。集光レンズ4は、反応層3に対向し、反応層3に当接または一定の距離に近接して、カバー11に保持される。集光レンズ4とカバー11を一体に形成してもよい。ロッドレンズ5は、レンズホルダ(導光部材保持部)12によって集光レンズ4の凸面に当接または近接して保持される。ロッドレンズ5は、例えば、光ファイバガラスまたは透明性樹脂から形成される。集光レンズ4とロッドレンズ5の光軸は一致し、光軸が反応層3の中心を通るように配置される。集光レンズ4とロッドレンズ5は、導光部材である。   The condenser lens 4 is a hemispherical lens, for example. The condensing lens 4 is opposed to the reaction layer 3 and is held by the cover 11 in contact with the reaction layer 3 or close to a certain distance. The condensing lens 4 and the cover 11 may be integrally formed. The rod lens 5 is held in contact with or close to the convex surface of the condenser lens 4 by a lens holder (light guide member holding portion) 12. The rod lens 5 is made of, for example, optical fiber glass or transparent resin. The optical axes of the condensing lens 4 and the rod lens 5 coincide with each other, and the optical axes pass through the center of the reaction layer 3. The condensing lens 4 and the rod lens 5 are light guide members.

ロッドレンズ5の、集光レンズ4と反対側には、波長選択部材6を挟んで、光検出部25が対向して配置される。光検出部25は、受光面がロッドレンズ5の端面に対向している。光検出部25は、例えば、光電子倍増管(PMT:Photomultiplier Tube)である。   On the opposite side of the rod lens 5 from the condensing lens 4, a light detection unit 25 is disposed to face the wavelength selection member 6. In the light detection unit 25, the light receiving surface faces the end surface of the rod lens 5. The light detection unit 25 is, for example, a photomultiplier tube (PMT).

波長選択部材6は、光の入射角に依存しない波長選択特性を有する。波長選択部材6には、例えば、色ガラスフィルターを用いる。波長選択部材6には、色ガラスフィルターの他、色水、オイル、着色したプラスティック等を用いることができる。例えば、波長選択部材6として、所望の波長選択特性を有する色素の溶液を透明な容器に封入して用いてもよい。また、着色した可撓性のあるフィルムなどを用いることができる。波長選択部材6を、ロッドレンズ5の端面に密着させて一体化してもよい。   The wavelength selection member 6 has a wavelength selection characteristic that does not depend on the incident angle of light. For the wavelength selection member 6, for example, a colored glass filter is used. As the wavelength selection member 6, in addition to a colored glass filter, colored water, oil, colored plastic, or the like can be used. For example, as the wavelength selection member 6, a dye solution having desired wavelength selection characteristics may be enclosed in a transparent container. Further, a colored flexible film or the like can be used. The wavelength selection member 6 may be integrated by being brought into close contact with the end surface of the rod lens 5.

誘電体基板1は、励起光導光部23に密着されて載置される。励起光導光部23は、例えば、プリズムまたはシリンドリカルレンズである。図1では、励起光導光部23として、シリンドリカルレンズの場合が示されている。励起光導光部23と誘電体基板1の境界で、励起光Eが反射しないように、間に誘電体基板1と同じ屈折率を有し透明な液を塗布して密着させる。誘電体基板1と励起光導光部23を一体に形成してもよい。   The dielectric substrate 1 is placed in close contact with the excitation light guide 23. The excitation light guide 23 is, for example, a prism or a cylindrical lens. In FIG. 1, a cylindrical lens is shown as the excitation light guide 23. In order to prevent the excitation light E from being reflected at the boundary between the excitation light guide 23 and the dielectric substrate 1, a transparent liquid having the same refractive index as that of the dielectric substrate 1 is applied and adhered between them. The dielectric substrate 1 and the excitation light guide 23 may be formed integrally.

光源22は、誘電体基板1の励起光導光部23側から金属薄膜2に、表面プラズモン共鳴角で励起光Eを照射する。受光部24は、励起光Eを受光し、励起光Eの強度から表面プラズモン共鳴が生起しているかどうかを検知する。また、外部に散乱させないように励起光Eを吸収する。   The light source 22 irradiates the metal thin film 2 with the excitation light E at the surface plasmon resonance angle from the excitation light guide part 23 side of the dielectric substrate 1. The light receiving unit 24 receives the excitation light E and detects whether surface plasmon resonance has occurred from the intensity of the excitation light E. Further, the excitation light E is absorbed so as not to be scattered outside.

誘電体基板1と金属薄膜2の境界にて光が全反射する際に生じるエバネッセント波により、反応層3に含まれる蛍光物質から蛍光が発生する。例えば、抗原抗体反応により捕捉された標識蛍光分子を、局在偏光により励起することによって蛍光を発生する。蛍光の光量は、蛍光を発生する反応物質の量(濃度)に依存する。蛍光の光量を測定することによって、反応物質の量(濃度)を知ることができる。   Fluorescence is generated from the fluorescent material contained in the reaction layer 3 by the evanescent wave generated when the light is totally reflected at the boundary between the dielectric substrate 1 and the metal thin film 2. For example, fluorescence is generated by exciting a labeled fluorescent molecule captured by an antigen-antibody reaction with localized polarization. The amount of fluorescence depends on the amount (concentration) of the reactive substance that generates fluorescence. By measuring the amount of fluorescent light, the amount (concentration) of the reactant can be known.

なお、誘電体基板1の表面に形成される金属薄膜2の材質として、好ましくは、金、銀、アルミニウム、銅および白金からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属である。より好ましくは、金属薄膜2は金からなり、さらにこれらの金属の合金または積層であってもよい。   The material of the metal thin film 2 formed on the surface of the dielectric substrate 1 is preferably at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, aluminum, copper and platinum. More preferably, the metal thin film 2 is made of gold, and may be an alloy or a laminate of these metals.

励起される蛍光物質からの蛍光は、集光レンズ4でロッドレンズ5の径に集光され、ロッドレンズ5の端面に入射される。集光レンズ4は、ロッドレンズ5に入射する蛍光が、ロッドレンズ5の側面で全反射するか、側面に当たることなくロッドレンズ5の他端から出射するように、蛍光を集光する。ロッドレンズ5の集光レンズ4側の端面から入射した光は、ロッドレンズ5の材質による減衰を受けるのみで、ほとんど他端から出射する。   Fluorescence from the excited fluorescent material is condensed to the diameter of the rod lens 5 by the condenser lens 4 and is incident on the end surface of the rod lens 5. The condensing lens 4 condenses the fluorescence so that the fluorescence incident on the rod lens 5 is totally reflected on the side surface of the rod lens 5 or is emitted from the other end of the rod lens 5 without hitting the side surface. The light incident from the end surface of the rod lens 5 on the condenser lens 4 side is only attenuated by the material of the rod lens 5 and is almost emitted from the other end.

さらに、ロッドレンズ5の側面に反射層、例えば、アルミニウム、金、銀などの金属をスパッタリング等で成膜して、臨界角に満たない光線も側面で反射させて導光させてもよい。また、レンズホルダ12の内壁に同様の表面処理を施してもよいし、ロッドレンズ5とレンズホルダ12のすき間に光を反射する物質を充填してもよい。このようにして、ロッドレンズ5の集光レンズ4側の端面から入射した光を、他端から出射させることが望ましい。   Furthermore, a reflective layer, for example, a metal such as aluminum, gold, or silver may be formed on the side surface of the rod lens 5 by sputtering or the like, and a light beam that is less than the critical angle may be reflected and guided by the side surface. Further, the same surface treatment may be applied to the inner wall of the lens holder 12, or a material that reflects light may be filled in the gap between the rod lens 5 and the lens holder 12. In this way, it is desirable that the light incident from the end surface of the rod lens 5 on the condenser lens 4 side is emitted from the other end.

ロッドレンズ5から出射した光は、波長選択部材6で蛍光以外の波長の光が大きく減衰されて、光検出部25の受光面に入射する。反応層3(金属薄膜2)から光検出部25に到る光の経路を導光部という。本実施の形態のSPF取得構造体21は、導光部の蛍光の光路中に、入射角に関係なく、蛍光の波長の光を所定の割合以上透過させ、励起光の波長の光を所定の割合以下に減衰させる、入射角非依存性の波長選択部材6が配置される。   The light emitted from the rod lens 5 is incident on the light receiving surface of the light detection unit 25 after the light having a wavelength other than fluorescence is greatly attenuated by the wavelength selection member 6. The light path from the reaction layer 3 (metal thin film 2) to the light detection unit 25 is referred to as a light guide unit. The SPF acquisition structure 21 of the present embodiment transmits the light having the fluorescence wavelength at a predetermined ratio or more in the optical path of the fluorescence of the light guide unit regardless of the incident angle, and transmits the light having the wavelength of the excitation light to the predetermined wavelength. An incident angle-independent wavelength selection member 6 that attenuates to a ratio or less is disposed.

蛍光を発生する反応場は一定の面積を有し、点光源ではないのでロッドレンズ5から出射する光は平行光線にはならない。また、波長選択部材6には、平行ではない蛍光以外に、励起光が洩れた光、および、励起光が反射または散乱した光が、さまざまな入射角で入射する。しかし、波長選択部材6は入射角に依存しない波長選択特性を有するので、蛍光以外の光は入射角によらず一様に減衰される。その結果、コリメーターを用いなくても光検出部25で蛍光の光量を検知することができる。   The reaction field that generates fluorescence has a certain area and is not a point light source, so the light emitted from the rod lens 5 does not become a parallel light beam. In addition to the fluorescence that is not parallel, light from which the excitation light has leaked and light from which the excitation light has been reflected or scattered are incident on the wavelength selection member 6 at various incident angles. However, since the wavelength selection member 6 has wavelength selection characteristics that do not depend on the incident angle, light other than fluorescence is uniformly attenuated regardless of the incident angle. As a result, the amount of fluorescent light can be detected by the light detection unit 25 without using a collimator.

図2は、フィルターの概念的な特性を示す図である。図2の色ガラスフィルターの透過率Aは、減衰が小さい(透過する)波長の透過率と減衰が大きい(遮断する)波長の透過率の比(選択比という)が、干渉フィルターの透過率Bの選択比より小さい。また、干渉フィルターの透過率Bは、遮断する波長から透過する波長への傾きが急峻であるのに対して、色ガラスフィルターの遮断する波長から透過する波長への傾きはなだらかである。しかし、干渉フィルターの透過率Bは、規定の入射角の場合であって、規定の入射角からずれた光の成分があると、透過率Bは、一点鎖線で示される透過率B’のように大きく変化し、透過率Bのような選択比は得られない。   FIG. 2 is a diagram illustrating the conceptual characteristics of the filter. The transmittance A of the colored glass filter in FIG. 2 is the ratio (referred to as the selection ratio) of the transmittance of the wavelength having a small attenuation (transmitting) and the transmittance of the wavelength having a large attenuation (blocking) (referred to as a selection ratio). Is smaller than the selection ratio. Further, the transmittance B of the interference filter has a steep slope from the wavelength to be blocked to the wavelength to be transmitted, whereas the slope from the wavelength to be cut off by the colored glass filter is gentle. However, the transmittance B of the interference filter is in the case of a specified incident angle, and if there is a light component deviated from the specified incident angle, the transmittance B is as shown by the transmittance B ′ indicated by a one-dot chain line. Thus, the selection ratio such as the transmittance B cannot be obtained.

図2の透過率B’および二点鎖線で示される透過率B”は、干渉フィルターに規定の入射角より大きい角度で入射する光がある場合の一例を概念的に示す。規定の入射角をθ(透過率Bのとき)、透過率B’のときの入射角をθ’、透過率B”のときの入射角をθ”としたとき、θ<θ’<θ”の関係にあり、通常θ=0°(入射面の法線に一致する)である。フィルターに入射する全光線の入射角がθであれば、干渉フィルターは透過率Bの特性となるのであるが、実際はθ’やθ”のようにθより大きい任意の入射角で干渉フィルターに入射する成分も混じる。干渉フィルターに規定の入射角より大きい角度で入射する光線が生じる理由の一つ目は、蛍光を発生する反応場は一定の面積を有し、点光源ではないので、コリメートしても入射角が一定にはならないことが挙げられる。二つ目は、多方面から反射されて入射する励起光の散乱光の成分が挙げられる。その他にも、例えば反応場と光軸とのズレ、多段レンズであればレンズどうしの光軸のズレ、干渉フィルターの傾きなど、光軸上に配置される各要素の相対位置のズレによって生じる。   The transmittance B ′ and the transmittance B ″ indicated by a two-dot chain line in FIG. 2 conceptually show an example in the case where there is light incident on the interference filter at an angle larger than a prescribed incident angle. θ (when the transmittance is B), θ ′ is the incident angle when the transmittance is B ′, and θ ″ is the incident angle when the transmittance is B ″, θ <θ ′ <θ ″. Usually θ = 0 ° (corresponding to the normal of the incident surface). If the incident angle of all rays incident on the filter is θ, the interference filter has the characteristic of transmittance B, but actually the incident light enters the interference filter at an arbitrary incident angle larger than θ, such as θ ′ and θ ″. The first reason for the generation of light rays incident on the interference filter at an angle greater than the specified incident angle is that the reaction field that generates fluorescence has a certain area and is not a point light source. However, the incident angle does not become constant, and the second is the scattered light component of the excitation light that is reflected from many directions. In the case of a multi-stage lens, a shift occurs due to a shift in the relative position of each element arranged on the optical axis, such as a shift in the optical axis between lenses, an inclination of an interference filter, or the like.

このθより大きい入射角の光線は一様に分布するものでなく、入射角θ、θ’、θ”の光線量の比率は、発光位置の光軸に対するズレ、発光面における発光強度のムラ、励起光の散乱光の強度や方向などによって変動する。あるときは(入射角θの光量)>(入射角θ’の光量)>(入射角θ”の光量)となり、またあるときは(入射角θの光量)<(入射角θ’の光量)<(入射角θ”の光量)、またあるときは(入射角θ’の光量)>(入射角θの光量)>(入射角θ”の光量)などと光量の比率がランダムに変動する。つまり、測定毎に、透過率B、B’およびB”の比率が異なり、したがって、結果的に測定結果のばらつきとなる。   Light rays having an incident angle larger than θ are not uniformly distributed, and the ratio of the light amounts of incident angles θ, θ ′, θ ″ is a deviation from the optical axis of the light emitting position, unevenness of light emission intensity on the light emitting surface, It varies depending on the intensity and direction of the scattered light of the excitation light, etc. In some cases (light quantity at incident angle θ)> (light quantity at incident angle θ ′)> (light quantity at incident angle θ ″). (Light quantity at angle θ) <(light quantity at incident angle θ ′) <(light quantity at incident angle θ ″), and sometimes (light quantity at incident angle θ ′)> (light quantity at incident angle θ)> (incident angle θ ″) The ratio of the light amount and the light amount varies randomly. That is, the ratio of the transmittances B, B ′, and B ″ is different for each measurement, and as a result, the measurement results vary.

なお、便宜上透過率B、B’およびB”の3ポイントでモデル化して説明したが、本来は無限のポイント数があり、それらの比率が測定毎に変動することは明らかである。透過率B’および透過率B”では、透過率Bに比べて、選択する右側の波長領域の透過率が低下し、遮断する左側の波長の透過率が増加する。それだけでなく、遮断する波長と透過する波長の境界が遮断側に移動し、傾きがなだらかになる。その結果、発光強度IEで示される、励起光の波長の透過する成分が増加する。   For convenience, the description has been made by modeling with three points of transmittances B, B ′, and B ″, but there are originally an infinite number of points, and it is clear that the ratio thereof varies for each measurement. In 'and transmittance B', the transmittance in the right wavelength region to be selected is lower than the transmittance B, and the transmittance in the left wavelength to be blocked is increased. In addition, the boundary between the wavelength to be blocked and the wavelength to be transmitted moves to the blocking side, and the inclination becomes gentle. As a result, the transmitted component of the wavelength of the excitation light indicated by the emission intensity IE increases.

波長選択部材6の波長選択特性は、目的の蛍光の波長の透過率(S2)と励起光の波長の透過率(S1)の比(透過率相対比=S2/S1)で表すことができる。図2の、右下がりのハッチングを付した部分の面積を蛍光の発光強度IFの面積で除した値を、蛍光の波長の透過率S2とする。また、右上がりのハッチングを付した部分の面積を励起光の発光強度IEで除した値を、励起光の波長の透過率S1とする。波長選択部材6の波長選択特性を、透過率相対比=S2/S1で表す。   The wavelength selection characteristic of the wavelength selection member 6 can be represented by the ratio of the transmittance (S2) of the wavelength of the target fluorescence and the transmittance (S1) of the wavelength of the excitation light (transmittance relative ratio = S2 / S1). The value obtained by dividing the area of the hatched portion in FIG. 2 by the area of the fluorescence emission intensity IF is defined as the fluorescence wavelength transmittance S2. Further, the value obtained by dividing the area of the hatched portion by the right upward by the emission intensity IE of the excitation light is defined as the transmittance S1 of the wavelength of the excitation light. The wavelength selection characteristic of the wavelength selection member 6 is represented by transmittance relative ratio = S2 / S1.

波長選択部材6の波長選択特性は、計測する対象の蛍光の波長と励起光の波長に合わせて選択される。波長選択部材6の、蛍光の波長の光の透過率と蛍光以外の波長の光の透過率の比は、好ましくは2以上である。なお好ましくは、波長選択部材6の透過率相対比(S2/S1)が2以上である。波長選択部材6の透過率相対比(S2/S1)は、より好ましくは5以上、いっそう好ましくは10以上、さらに好ましくは30以上、なおいっそう好ましくは50以上である。   The wavelength selection characteristic of the wavelength selection member 6 is selected according to the wavelength of the fluorescence to be measured and the wavelength of the excitation light. The ratio of the transmittance of light having a wavelength of fluorescence and the transmittance of light having a wavelength other than fluorescence of the wavelength selection member 6 is preferably 2 or more. Preferably, the relative transmittance ratio (S2 / S1) of the wavelength selection member 6 is 2 or more. The transmittance relative ratio (S2 / S1) of the wavelength selection member 6 is more preferably 5 or more, still more preferably 10 or more, still more preferably 30 or more, and still more preferably 50 or more.

実施の形態1のSPFSシステム20を用いて、C−反応性タンパク質(CRP)の濃度を測定した。例えば、波長選択部材6の透過率相対比(S2/S1)を50以上とした場合、CRPの濃度が10−7mg/dLから10−3mg/dLの範囲で、変動係数(CV:Coefficient of Variation、標準偏差/平均値)がいずれも10以下という、極めて良好な結果を得た。 The concentration of C-reactive protein (CRP) was measured using the SPFS system 20 of the first embodiment. For example, when the relative transmittance ratio (S2 / S1) of the wavelength selection member 6 is 50 or more, the coefficient of variation (CV: Coefficient) is obtained when the CRP concentration ranges from 10 −7 mg / dL to 10 −3 mg / dL. of Variation, standard deviation / average value) were 10 or less, and very good results were obtained.

従来のSPFSシステムでは、微少な蛍光を減衰させないために干渉フィルターを採用するが、コリメーションが難しい。そして、コリメーションを行わなければ、励起光を有効に除去できない。それに対して、本実施の形態では、蛍光と除去しきれない励起光との比率(SN比)を重視して、入射角に依存しない波長選択を実施するコンセプトである。これによって、干渉フィルターおよびコリメーターを用いるSPFSシステムと同等以上の測定精度が得られた。   In the conventional SPFS system, an interference filter is employed in order not to attenuate minute fluorescence, but collimation is difficult. And unless collimation is performed, excitation light cannot be removed effectively. On the other hand, the present embodiment is a concept for emphasizing the ratio (S / N ratio) between fluorescence and excitation light that cannot be removed, and performing wavelength selection independent of the incident angle. As a result, measurement accuracy equal to or better than that of an SPFS system using an interference filter and a collimator was obtained.

また、一定の面積を有する反応場の不均一な発光をロッドレンズ5に通すと、ホモジナイズ効果により、例えば円形断面のロッドレンズ5の場合、出射光の光密度分布がガウシアン分布になる。そのため、たとえ光検出部25の受光面が小さくても、効率的に光検出部25に入射させることが可能となる。その結果、蛍光を検出する感度が向上する。   Further, when non-uniform light emission in the reaction field having a certain area is passed through the rod lens 5, the light density distribution of the emitted light becomes Gaussian distribution due to the homogenization effect, for example, in the case of the rod lens 5 having a circular cross section. Therefore, even if the light receiving surface of the light detection unit 25 is small, it can be efficiently incident on the light detection unit 25. As a result, the sensitivity for detecting fluorescence is improved.

なお、本実施の形態1のSPF取得構造体21は、取り扱いまたは交換の単位を限定しているわけではない。すなわち、本明細書において、「SPFS取得構造体」は、当該構造体を構成する全ての部材が一体的に形成されていてもよいし、前記部材が各々分離可能な形態に形成されていてもよいし、また、前記SPFS取得構造体を構成する複数の前記部材のうちの一部がまとまって分離可能な形態に形成されていてもよい。例えば、本明細書中、反応層3が形成される部分を含む、測定ごとに交換する単位をSPFSデバイスと呼ぶことができる。そして、例えば、SPFSシステムからSPFSデバイスを除いた構成を、SPFS装置と呼ぶことができる。なお、本明細書中、「システム」は、本発明のSPFS取得構造体を用いて対象物質の測定・検出を行うために必要な部材の集合体ないし組み合わせを意味する。SPFSデバイスは、測定ごとに交換可能で、例えば、金属薄膜2を含む誘導体基板1および反応層3だけでもよい。誘電体基板1と励起光導光部23を一体に形成して、励起光導光部23を含み、金属薄膜2が成膜されて反応層3が形成された誘電体基板1をSPFSデバイスとしてもよい。図1では、励起光導光部23から、誘電体基板1および反応層3までをSPFSデバイス26とする例が示されている。誘電体基板1と励起光導光部23を一体に形成すると、SPFSデバイス26を交換する都度、誘電体基板1と励起光導光部23とを位置合わせして密着させる工程を省略できる。   The SPF acquisition structure 21 according to the first embodiment does not limit the unit for handling or replacement. That is, in the present specification, in the “SPFS acquisition structure”, all members constituting the structure may be integrally formed, or the members may be formed in a separable form. Alternatively, a part of the plurality of members constituting the SPFS acquisition structure may be formed in a separable form. For example, in this specification, a unit exchanged for each measurement including a portion where the reaction layer 3 is formed can be referred to as an SPFS device. For example, a configuration in which the SPFS device is removed from the SPFS system can be referred to as an SPFS device. In the present specification, “system” means an assembly or combination of members necessary for performing measurement / detection of a target substance using the SPFS acquisition structure of the present invention. The SPFS device can be replaced for each measurement. For example, only the derivative substrate 1 including the metal thin film 2 and the reaction layer 3 may be used. The dielectric substrate 1 and the excitation light guide 23 may be integrally formed, and the dielectric substrate 1 including the excitation light guide 23 and having the metal thin film 2 formed thereon and the reaction layer 3 may be used as an SPFS device. . FIG. 1 shows an example in which the SPFS device 26 extends from the excitation light guide 23 to the dielectric substrate 1 and the reaction layer 3. When the dielectric substrate 1 and the excitation light guide 23 are integrally formed, the step of aligning and closely contacting the dielectric substrate 1 and the excitation light guide 23 each time the SPFS device 26 is replaced can be omitted.

また、誘導体基板1から集光レンズ4およびカバー11を組み合わせてSPFSデバイス26としてもよい。この場合も、誘電体基板1と励起光導光部23を一体に形成することができる。さらに、誘導体基板1からロッドレンズ5およびレンズホルダ12までを組み合わせて交換の単位とすることもできる。   Further, the SPFS device 26 may be formed by combining the condenser lens 4 and the cover 11 from the derivative substrate 1. Also in this case, the dielectric substrate 1 and the excitation light guide 23 can be formed integrally. Furthermore, the unit from the derivative substrate 1 to the rod lens 5 and the lens holder 12 can be combined to form an exchange unit.

実施の形態1では、ロッドレンズ5、レンズホルダ12、波長選択部材6および光検出部25は、相対的に変位しないように支持される。波長選択部材6は、選択する波長(蛍光)に合わせて交換可能である。実施の形態1では、波長選択部材6を測定対象に応じて交換することによって、集光レンズ4からロッドレンズ5およびレンズホルダ12まで、同じ構成とすることができる。   In the first embodiment, the rod lens 5, the lens holder 12, the wavelength selection member 6, and the light detection unit 25 are supported so as not to be relatively displaced. The wavelength selection member 6 can be exchanged according to the wavelength (fluorescence) to be selected. In the first embodiment, the same configuration from the condenser lens 4 to the rod lens 5 and the lens holder 12 can be obtained by exchanging the wavelength selection member 6 according to the measurement target.

(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。実施の形態2では、ロッドレンズが入射角に依存しない波長選択部材を兼ねる。実施の形態2のSPF取得構造体21は、実施の形態1のロッドレンズ5および波長選択部材6に代えて、波長選択性を有するロッドレンズ(導光部材)7を備える。その他の構成は、実施の形態1と同様である。ロッドレンズ7は、例えば、色ガラスから形成される。ロッドレンズ7は、透明性樹脂にフィルター効果となる成分を混ぜ合わせ、塗布、もしくはコーティングして形成してもよい。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a cross section of a surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment, the rod lens also serves as a wavelength selection member that does not depend on the incident angle. The SPF acquisition structure 21 according to the second embodiment includes a rod lens (light guide member) 7 having wavelength selectivity instead of the rod lens 5 and the wavelength selection member 6 according to the first embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment. The rod lens 7 is made of colored glass, for example. The rod lens 7 may be formed by mixing, applying, or coating a transparent resin with a component that provides a filter effect.

実施の形態2のSPFSシステム20でも、集光レンズ4からロッドレンズ7に入射する光の入射角に関わらず、一様に励起光を減衰できる。その結果、実施の形態1と同様に、コリメーターを用いなくても光検出部25で蛍光の光量を検知することができる。また、ロッドレンズ7は、実施の形態1のロッドレンズ5と同様、ホモジナイズ効果により、効率的に光検出部25に入射させることが可能となる。   Even in the SPFS system 20 of the second embodiment, the excitation light can be uniformly attenuated regardless of the incident angle of the light incident on the rod lens 7 from the condenser lens 4. As a result, similarly to the first embodiment, the light detection unit 25 can detect the amount of fluorescence without using a collimator. In addition, the rod lens 7 can be efficiently incident on the light detection unit 25 by the homogenization effect similarly to the rod lens 5 of the first embodiment.

実施の形態2のSPFSシステム20は、実施の形態1に比べて、波長選択部材6がないので、部品点数が少なく、構造を簡略にできる。なお、取り扱いまたは交換の単位を、例えば、金属薄膜2を含む誘導体基板1および反応層3の部分などとしてもよいことは、実施の形態1と同様である。図3では、励起光導光部23から、集光レンズ4およびカバー11までをSPFSデバイス26として交換可能とする例が示されている。   Since the SPFS system 20 of the second embodiment does not have the wavelength selection member 6 as compared with the first embodiment, the number of parts is small and the structure can be simplified. As in the first embodiment, the unit of handling or replacement may be, for example, a portion of the derivative substrate 1 including the metal thin film 2 and the reaction layer 3. FIG. 3 shows an example in which the SPFS device 26 can be exchanged from the excitation light guide 23 to the condenser lens 4 and the cover 11.

(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。実施の形態3では、金属薄膜2の上に、流路10が形成されたシート9を貼り付けて、流路10を反応部として用いる。シート9は、微粘着フィルムなどで形成する。また、カバー11、レンズホルダ12などを遮光部材で形成し、カバー11に通液用のノズル(またはチューブ)8を挿入する孔が形成されている。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows a cross section of a surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system according to Embodiment 3 of the present invention. In Embodiment 3, the sheet 9 on which the flow path 10 is formed is attached on the metal thin film 2, and the flow path 10 is used as a reaction part. The sheet 9 is formed of a slightly adhesive film or the like. Further, the cover 11, the lens holder 12, and the like are formed of a light shielding member, and a hole for inserting the liquid passing nozzle (or tube) 8 is formed in the cover 11.

一方のノズル8から、流路10に蛍光物質と反応物質を含む溶液を注入し、他方のノズル8から流路10の気体を抜いて、流路10に溶液を導入する。光源22から励起光Eを金属薄膜2に照射することによって、その反対側の流路10の部分に表面プラズモンを励起する。光が全反射する際に生じるエバネッセント波により、その近傍の溶液(反応層:図示せず)に含まれる蛍光物質から蛍光が発生する。蛍光は、実施の形態2と同様に、集光レンズ4で集光され、ロッドレンズ7で励起光が除去されて、光検出部25に入射する。   From one nozzle 8, a solution containing a fluorescent substance and a reactive substance is injected into the flow path 10, and the gas in the flow path 10 is extracted from the other nozzle 8 to introduce the solution into the flow path 10. By irradiating the metal thin film 2 with the excitation light E from the light source 22, surface plasmons are excited in the portion of the channel 10 on the opposite side. Due to the evanescent wave generated when the light is totally reflected, fluorescence is generated from the fluorescent material contained in the nearby solution (reaction layer: not shown). Similarly to the second embodiment, the fluorescence is collected by the condenser lens 4, the excitation light is removed by the rod lens 7, and enters the light detection unit 25.

カバー11およびレンズホルダ12は、遮光するだけでなく、光を反射しないように表面を黒色または励起光を吸収する色(励起光だけを照射すると黒色に見える)に塗装、フィルム貼付、メッキまたはスパッタリングなどによって遮光可能で、望ましくは更に光を反射しない薄膜を付与することが望ましい。あるいは、蛍光を透過する窓以外は、励起光を吸収する色の材料を用いてもよい。図4には示されていないが、カバー11は、ロッドレンズ7を挿入できるように形成し、レンズホルダ12との接触面は隙間ができないようにする。これによって、ロッドレンズ7の光軸合わせおよび集光レンズ4との距離(当接または一定間隔)の設定を行い、外部からの光を遮る。   The cover 11 and the lens holder 12 are not only shielded from light, but the surface is painted black or colored to absorb excitation light (appears black when irradiated with excitation light only) so that light is not reflected, film pasting, plating or sputtering. For example, it is desirable to provide a thin film that can be shielded by light and does not reflect light. Or you may use the material of the color which absorbs excitation light except the window which permeate | transmits fluorescence. Although not shown in FIG. 4, the cover 11 is formed so that the rod lens 7 can be inserted, and the contact surface with the lens holder 12 does not have a gap. Thereby, the optical axis alignment of the rod lens 7 and the distance (contact or constant interval) with the condenser lens 4 are set, and the light from the outside is blocked.

実施の形態3では、さらに、励起光導光部23の表面にARコート(Anti Reflection Coat:反射防止膜)23aを施している。また、ロッドレンズ7の表面にもARコート7aを施している。ARコート23aおよび7aによって、表面反射による迷光成分を低減することができる。   In the third embodiment, an AR coat (Anti Reflection Coat) 23a is further applied to the surface of the excitation light guide 23. The surface of the rod lens 7 is also provided with an AR coat 7a. The AR coats 23a and 7a can reduce stray light components due to surface reflection.

ロッドレンズ7の入射角に依存しない波長選択性によって、実施の形態2と同様に、コリメーターを用いなくても光検出部25で蛍光の光量を検知することができる。実施の形態3のSPFSシステム20では、カバー11およびレンズホルダ12の遮光と反射防止、さらにARコート23aおよび7aの反射防止などによって、不要な光が光検出部25に入射するのを低減することができる。その結果、SPFSシステムの測定精度を向上することができる。   With the wavelength selectivity that does not depend on the incident angle of the rod lens 7, as in the second embodiment, the light amount of the fluorescence can be detected by the light detection unit 25 without using a collimator. In the SPFS system 20 of the third embodiment, unnecessary light is prevented from entering the light detection unit 25 by shielding and preventing reflection of the cover 11 and the lens holder 12, and further preventing reflection of the AR coats 23a and 7a. Can do. As a result, the measurement accuracy of the SPFS system can be improved.

(実施の形態4)
図5は、本発明の実施の形態4に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。実施の形態4では、実施の形態3から流路10を形成する構造を変更している。図5に示されるように、誘電体基板1(金属薄膜2)の上にカバー11によって流路10を構成する。カバー11には、反応層(図示せず)を通る流路10が形成されている。集光レンズ4は、カバー11に固定または一体に形成される。誘電体基板1とカバー11および集光レンズ4を一体化することで部品点数を削減することができる。その他の構成は、実施の形態3と同様である。
(Embodiment 4)
FIG. 5 shows a cross section of a surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system according to Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment, the structure for forming the flow path 10 is changed from the third embodiment. As shown in FIG. 5, a flow path 10 is configured by a cover 11 on a dielectric substrate 1 (metal thin film 2). A flow path 10 that passes through a reaction layer (not shown) is formed in the cover 11. The condenser lens 4 is fixed to or integrally formed with the cover 11. By integrating the dielectric substrate 1, the cover 11, and the condenser lens 4, the number of components can be reduced. Other configurations are the same as those of the third embodiment.

実施の形態4ではさらに、カバー11にレンズホルダ12が収まる凹部を設け、そこにレンズホルダ12を嵌合する構造にしている。すなわち、導光部材である集光レンズ4とロッドレンズ7を保持する部材は、カバー11とレンズホルダ12の2つの部材から構成され、相互に嵌合することで組み立て可能である。この構造によって、集光レンズ4およびロッドレンズ7の周囲の遮光、ならびに、ロッドレンズ7と集光レンズ4の軸合わせと距離調整を行うことが可能になる。   In the fourth embodiment, the cover 11 is further provided with a recess in which the lens holder 12 can be accommodated, and the lens holder 12 is fitted therein. In other words, the member that holds the condensing lens 4 and the rod lens 7 that are light guide members is composed of two members, the cover 11 and the lens holder 12, and can be assembled by fitting together. With this structure, light shielding around the condensing lens 4 and the rod lens 7, and axial alignment and distance adjustment between the rod lens 7 and the condensing lens 4 can be performed.

カバー11は、誘電体基板1に接着などで固定される。したがって、集光レンズ4は、カバー11を介して、誘電体基板1に固定される。実施の形態4においても、励起光導光部23から、集光レンズ4およびカバー11までをSPFSデバイス26とすることができる(図示せず)。   The cover 11 is fixed to the dielectric substrate 1 by adhesion or the like. Accordingly, the condenser lens 4 is fixed to the dielectric substrate 1 via the cover 11. Also in the fourth embodiment, the SPFS device 26 can be formed from the excitation light guide 23 to the condenser lens 4 and the cover 11 (not shown).

実施の形態4のSPFSシステムでは、実施の形態3に比べて、部品点数が削減され、また、遮光性能がさらに向上している。その結果、SPF取得構造体21の取り扱いが容易になっている。   In the SPFS system of the fourth embodiment, the number of parts is reduced and the light shielding performance is further improved as compared with the third embodiment. As a result, the handling of the SPF acquisition structure 21 is facilitated.

(実施の形態5)
図6は、本発明の実施の形態5に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。実施の形態5では、集光レンズ4をレンズホルダ12が保持する構成を採用する。実施の形態5では、実施の形態4の構成から、集光レンズ4をレンズホルダ12に移し、流路10に接する蛍光透過部材13を設ける。蛍光透過部材13は、ガラス、石英、プラスチック(PMMA(Poly(Methyl Methacrylate))、PS(polystyrene)、またはPC(Polycarbonate)等)などで形成される。その他のSPF取得構造体21の構成は、実施の形態4と同様である。
(Embodiment 5)
FIG. 6 shows a cross section of a surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system according to Embodiment 5 of the present invention. In the fifth embodiment, a configuration in which the lens holder 12 holds the condenser lens 4 is employed. In the fifth embodiment, the condensing lens 4 is moved to the lens holder 12 from the configuration of the fourth embodiment, and the fluorescent transmission member 13 in contact with the flow path 10 is provided. The fluorescent transmission member 13 is made of glass, quartz, plastic (PMMA (Poly (Methyl Methacrylate)), PS (polystyrene), PC (Polycarbonate), or the like). Other configurations of the SPF acquisition structure 21 are the same as those in the fourth embodiment.

集光レンズ4は、レンズホルダ12内に設置される。レンズホルダ12によって、集光レンズ4は、ロッドレンズ7に当接もしくは一定の距離に保つように固定される。集光レンズ4は、ロッドレンズ7と一体に形成されてもよい。集光レンズ4の流路10側の面には、ARコート4aを施している。実施の形態5においては、例えば、集光レンズ4を含まず、励起光導光部23からカバー11までをSPFSデバイス26とすることができる(図示せず)。   The condenser lens 4 is installed in the lens holder 12. The condensing lens 4 is fixed by the lens holder 12 so as to be in contact with the rod lens 7 or to be kept at a constant distance. The condenser lens 4 may be formed integrally with the rod lens 7. An AR coat 4a is applied to the surface of the condenser lens 4 on the flow path 10 side. In the fifth embodiment, for example, the condenser lens 4 is not included, and the portion from the excitation light guide 23 to the cover 11 can be used as the SPFS device 26 (not shown).

集光レンズ4は、ロッドレンズ7と共にレンズホルダ12に保持されるので、集光レンズ4とロッドレンズ7の光軸がずれることはない。そして、ARコート4aによって、反射を抑え、蛍光を有効にロッドレンズ7に集光することができる。これらによって、誘電体基板1と流路10を形成する構成(カバー11および蛍光透過部材13)を簡易にできる。すなわち、金属薄膜2を含む誘電体基板1、カバー11および蛍光透過部材13を一体にして交換の単位とすることが容易にできる。   Since the condensing lens 4 is held by the lens holder 12 together with the rod lens 7, the optical axes of the condensing lens 4 and the rod lens 7 do not shift. Then, the AR coat 4a can suppress reflection, and can effectively collect the fluorescence on the rod lens 7. By these, the structure (the cover 11 and the fluorescence transmission member 13) which forms the dielectric substrate 1 and the flow path 10 can be simplified. That is, the dielectric substrate 1 including the metal thin film 2, the cover 11, and the fluorescent transmission member 13 can be easily integrated into an exchange unit.

1 誘電体基板
2 金属薄膜
3 反応層
4 集光レンズ
5 ロッドレンズ(導光部材)
6 波長選択部材
7 ロッドレンズ(導光部材)
8 チューブ
9 シート
10 流路
11 カバー
12 レンズホルダ(導光部材保持部)
13 蛍光透過部材
20 表面プラズモン励起増強蛍光測定システム(SPFSシステム)
21 表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体(SPF取得構造体)
22 光源
23 励起光導光部
24 受光部
25 光検出部
26 SPFSデバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dielectric substrate 2 Metal thin film 3 Reaction layer 4 Condensing lens 5 Rod lens (light guide member)
6 Wavelength selection member 7 Rod lens (light guide member)
8 Tube 9 Sheet 10 Flow path 11 Cover 12 Lens holder (light guide member holding portion)
13 Fluorescent transmission member 20 Surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system (SPFS system)
21 Surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure (SPF acquisition structure)
Reference Signs List 22 Light source 23 Excitation light guide unit 24 Light receiver 25 Photodetector 26 SPFS device

Claims (14)

光を透過する基材の表面に金属薄膜が形成された基板と、
前記基材側から、前記金属薄膜の表面に蛍光物質を含む反応層が形成される部分の前記金属薄膜の裏面に、表面プラズモンを励起する角度で励起光が照射されることによって前記蛍光物質が発生する蛍光を、前記反応層から、該蛍光を電気信号に変換する光検出部に透過させる導光部と、
前記導光部の前記蛍光の光路中に配置され、入射角度に関係なく、前記蛍光の波長の光を所定の割合以上透過させ、前記励起光の波長の光を所定の割合以下に減衰させる、入射角非依存性の波長選択部材と、
を備えることを特徴とする表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
A substrate having a metal thin film formed on the surface of a base material that transmits light;
The fluorescent material is irradiated from the base material side by excitation light at an angle that excites surface plasmons on the back surface of the metal thin film where the reaction layer containing the fluorescent material is formed on the surface of the metal thin film. A light guide that transmits the generated fluorescence from the reaction layer to a light detection unit that converts the fluorescence into an electrical signal;
Arranged in the light path of the fluorescence of the light guide part, regardless of the incident angle, the light of the wavelength of the fluorescence is transmitted more than a predetermined ratio, the light of the wavelength of the excitation light is attenuated to a predetermined ratio or less, An incident angle independent wavelength selection member;
A surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure comprising:
前記波長選択部材は、前記蛍光の波長の光の透過率と前記蛍光以外の波長の光の透過率との比が2以上であることを特徴とする、請求項1に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   2. The surface plasmon excitation enhancement according to claim 1, wherein the wavelength selection member has a ratio of a transmittance of light having a wavelength of the fluorescence to a transmittance of light having a wavelength other than the fluorescence of 2 or more. Fluorescence acquisition structure. 前記蛍光以外の波長の光が、少なくとも前記励起光を含むことを特徴とする請求項2に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   The surface plasmon excitation-enhanced fluorescence acquisition structure according to claim 2, wherein the light having a wavelength other than the fluorescence includes at least the excitation light. 前記蛍光以外の波長の光が、前記励起光であることを特徴とする請求項2に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   3. The surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure according to claim 2, wherein the light having a wavelength other than the fluorescence is the excitation light. 前記導光部の一部に導光部材を含み、前記導光部材に前記波長選択部材が一体に形成されていることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   5. The surface according to claim 1, wherein a part of the light guide part includes a light guide member, and the wavelength selection member is formed integrally with the light guide member. 6. Plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure. 前記導光部の一部に導光部材を含み、前記導光部材の少なくとも一部が前記波長選択部材の性質を有する物質で形成されていることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   The light guide member is included in a part of the light guide part, and at least a part of the light guide member is formed of a material having properties of the wavelength selection member. 2. The surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure according to claim 1. 前記導光部材を保持する導光部材保持部を有し、
前記導光部材保持部は、前記導光部材の遮光部材として機能する、
ことを特徴とする請求項5または6に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
A light guide member holding portion for holding the light guide member;
The light guide member holding portion functions as a light shielding member of the light guide member.
The surface plasmon excitation-enhanced fluorescence acquisition structure according to claim 5 or 6.
前記導光部材保持部は、複数の部材から構成され、該複数の部材を嵌合することで組み立て可能であることを特徴とする請求項7に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   8. The surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure according to claim 7, wherein the light guide member holding portion is composed of a plurality of members and can be assembled by fitting the plurality of members. 前記導光部材と前記基板との間に、前記蛍光物質が発生する蛍光を前記導光部材に集める集光レンズが配置されていることを特徴とする、請求項5ないし8のいずれか1項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   The condensing lens which collects the fluorescence which the said fluorescent substance generate | occur | produces in the said light guide member is arrange | positioned between the said light guide member and the said board | substrate, The any one of Claim 5 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. The surface plasmon excitation-enhanced fluorescence acquisition structure described in 1. 前記基板の前記金属薄膜が形成される面を覆い、前記反応層が形成される部分を通る流路が形成されたカバーを備え、
前記集光レンズは、前記カバーに固定または一体に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
Covering a surface of the substrate on which the metal thin film is formed, and having a cover in which a flow path passing through a portion where the reaction layer is formed is formed;
The surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure according to claim 9, wherein the condenser lens is fixed to or integrally formed with the cover.
前記集光レンズは、前記導光部材側に固定または一体に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   The surface plasmon excitation-enhanced fluorescence acquisition structure according to claim 9, wherein the condenser lens is fixed or integrally formed on the light guide member side. 前記導光部材の、前記蛍光が入射する面と前記蛍光が出射する面以外の側面を遮光する、遮光部材を備えることを特徴とする、請求項5ないし11のいずれか1項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。   The surface according to any one of claims 5 to 11, further comprising a light shielding member that shields a side surface of the light guide member other than a surface on which the fluorescence is incident and a surface on which the fluorescence is emitted. Plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure. 前記基板の前記金属薄膜が形成される面を覆い、前記反応層が形成される部分を通る流路が形成されたカバーを備え、
前記カバーは、前記流路に液体を通すノズルまたはチューブを挿入する孔が形成されていることを特徴とする、請求項1ないし12のいずれか1項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
Covering a surface of the substrate on which the metal thin film is formed, and having a cover in which a flow path passing through a portion where the reaction layer is formed is formed;
The surface plasmon excitation-enhanced fluorescence acquisition structure according to any one of claims 1 to 12, wherein the cover is formed with a hole for inserting a nozzle or a tube through which a liquid passes through the flow path. .
請求項1ないし13のいずれか1項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体と、
前記基材側から、前記金属薄膜における前記反応層の裏面に表面プラズモンを励起する角度で励起光を照射する光源と、
蛍光物質が発生する蛍光を電気信号に変換する光検出部と、
を備えることを特徴とする表面プラズモン励起増強蛍光測定システム。
The surface plasmon excitation enhanced fluorescence acquisition structure according to any one of claims 1 to 13,
A light source that emits excitation light at an angle that excites surface plasmons on the back surface of the reaction layer in the metal thin film from the base material side,
A light detection unit that converts fluorescence generated by the fluorescent material into an electrical signal;
A surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement system comprising:
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