JP2015232525A - Target substance capture device, production method of target substance capture device and detection device comprising target substance capture device - Google Patents

Target substance capture device, production method of target substance capture device and detection device comprising target substance capture device Download PDF

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Nobuko Okutani
暢子 奥谷
横山 景介
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve dimensional accuracy of a reflection surface of a photonic crystal.SOLUTION: A target substance capture device 21 comprises: a target substance capture structure 25 having a surface on which, salient parts or recess parts are formed periodically; and a metal film 26 deposited on at least part of the surface, and forms a reflection surface 29. At least a part of the target substance capture structure 25 on the metal film 26 side is photocurable resin.

Description

本発明は、標的物質捕捉装置、標的物質捕捉装置の製造方法及び標的物質捕捉装置を備えた検出装置に関する。   The present invention relates to a target substance capturing device, a method for manufacturing the target substance capturing device, and a detection apparatus including the target substance capturing device.

タンパク質、細胞などの標的物質を検出したり濃度を測定したりする手段として、フォトニック結晶を用いたバイオセンサーが知られている(例えば、非特許文献1)。非特許文献1に記載されているバイオセンサーは、金薄膜が形成されたフォトニック結晶基板に光を照射し、フォトニック結晶基板で反射された反射光の波長のピークの変化を測定することにより、標的物質を検出したり、標的物質の濃度を計測したりしている。   Biosensors using photonic crystals are known as means for detecting target substances such as proteins and cells and measuring concentrations (for example, Non-Patent Document 1). The biosensor described in Non-Patent Document 1 irradiates light on a photonic crystal substrate on which a gold thin film is formed, and measures changes in the wavelength peak of reflected light reflected by the photonic crystal substrate. The target substance is detected and the concentration of the target substance is measured.

「Investigation of Plasmon resonances in metal films with nanohole arrays for biosensing applications」:Takumi Sannomiya, Olivier Scholder, Konstantins Jefimovs, Christian Hafner, and Andreas B. Dahlin, Received 10th December 2010, Revised 1th February 2011“Investigation of Plasmon resonances in metal films with nanohole arrays for biosensing applications”: Takumi Sannomiya, Olivier Scholder, Konstantins Jefimovs, Christian Hafner, and Andreas B. Dahlin, Received 10th December 2010, Revised 1th February 2011

微細構造であるフォトニック結晶基板を作製することは容易ではなく、僅かな欠陥が反射光の波長スペクトルに大きな影響を及ぼす可能性がある。精度の高いフォトニック結晶の反射面を形成するには、ナノスケールの凹凸パターンを被成形材料に転写するナノインプリント技術が有用である。   It is not easy to produce a photonic crystal substrate having a fine structure, and a slight defect may greatly affect the wavelength spectrum of reflected light. In order to form a highly accurate reflection surface of a photonic crystal, a nanoimprint technique for transferring a nanoscale uneven pattern to a molding material is useful.

ナノインプリント技術には熱ナノインプリント技術と光ナノインプリント技術とがある。熱ナノインプリント技術は、被成形材料をガラス転移点以上に加熱しナノスケールの凹凸パターンを転写する方法である。熱ナノインプリント技術は、ガラス転移点以上に加熱することが必要となるので被成形材料が熱収縮する可能性及び加熱冷却の時間が高速プロセス実現の妨げとなる可能性がある。光ナノインプリント技術は、被成形材料に光硬化樹脂を使用し、凹凸パターンを有するナノモールド(金型)を光硬化樹脂に押圧した状態で、光(例えば紫外線)を光硬化樹脂に照射して硬化させることにより、ナノスケールの凹凸パターンを転写する方法である。   Nanoimprint technology includes thermal nanoimprint technology and optical nanoimprint technology. The thermal nanoimprint technology is a method of transferring a nanoscale uneven pattern by heating a material to be molded to a glass transition point or higher. In the thermal nanoimprint technique, since it is necessary to heat the glass transition point or higher, there is a possibility that the material to be molded may thermally shrink and the time for heating and cooling may hinder the realization of a high-speed process. Optical nanoimprint technology uses a photo-curing resin as the material to be molded, and is cured by irradiating the photo-curing resin with light (for example, ultraviolet rays) in a state where a nano mold (mold) having an uneven pattern is pressed against the photo-curing resin This is a method for transferring a nanoscale uneven pattern.

光ナノインプリント技術は、低温低圧で微細パターンを被成型材料に転写することが可能であるので、加熱冷却の時間が不要となり高速プロセスの実現が可能となる。本発明者らの検討によれば、光ナノインプリント技術によれば、熱ナノインプリント技術の4分の1程度の時間でセンサを作製することができる。また光ナノインプリント技術においては、ガラス転移点以上に加熱する必要がないため、被成型材料が熱収縮する可能性を低減できる。   Since the optical nanoimprint technology can transfer a fine pattern to a molding material at low temperature and low pressure, the heating and cooling time is not required and a high-speed process can be realized. According to the study by the present inventors, according to the optical nanoimprint technology, a sensor can be produced in about one-fourth the time of the thermal nanoimprint technology. Further, in the optical nanoimprint technique, since it is not necessary to heat the glass transition point or more, it is possible to reduce the possibility that the molding material is thermally contracted.

光硬化樹脂(硬化後)又は光硬化性樹脂(硬化前)として知られているアクリル系ポリマー又はエポキシ系ポリマーは、未硬化樹脂がモールドに残ってしまった場合、アッシング又は強アルカリ溶媒によって未硬化樹脂を除去することが必要となり、モールドが損傷する原因となる。モールドの損傷を避けるためには、オリジナルのモールドの複製であるレプリカモールドを作製する必要があり、余計な工程や費用が発生する。また、アクリル系ポリマー又はエポキシ系ポリマーの場合、光硬化の際に20%程度の体積収縮を生じる。   Acrylic polymer or epoxy polymer known as photo-curing resin (after curing) or photo-curing resin (before curing) is uncured by ashing or strong alkaline solvent if uncured resin remains in the mold It is necessary to remove the resin, which causes damage to the mold. In order to avoid damage to the mold, it is necessary to produce a replica mold that is a duplicate of the original mold, which causes extra steps and costs. In the case of an acrylic polymer or an epoxy polymer, volume shrinkage of about 20% occurs during photocuring.

本発明は、フォトニック結晶の反射面の寸法精度を向上させることを目的とする。   An object of this invention is to improve the dimensional accuracy of the reflective surface of a photonic crystal.

本発明は、凹部又は凸部が周期的に形成された表面を有する標的物質捕捉構造体と、前記表面の少なくとも一部に成膜されて反射面を形成する金属膜と、を含み、前記標的物質捕捉構造体は前記金属膜側の少なくとも一部が光硬化樹脂である標的物質捕捉装置である。   The present invention includes a target substance capturing structure having a surface in which concave portions or convex portions are periodically formed, and a metal film formed on at least a part of the surface to form a reflective surface, and the target The substance trapping structure is a target substance trapping device in which at least a part of the metal film side is a photocurable resin.

本発明は、光硬化により標的物質捕捉構造体を成形するので、ガラス転移点以上に加熱する必要がない。その結果、加熱冷却に伴う時間が不要となり工程時間を短縮できる。また熱収縮に伴う成形不良を軽減できる。   In the present invention, since the target substance capturing structure is formed by photocuring, it is not necessary to heat it beyond the glass transition point. As a result, the time required for heating and cooling becomes unnecessary, and the process time can be shortened. Further, molding defects associated with heat shrinkage can be reduced.

前記光硬化樹脂は、フッ素を含有する紫外線硬化樹脂であることが好ましい。前記紫外線硬化樹脂は、フッ素を含有する開環メタセシス重合(FROMP)ナノインプリント材料であることが好ましい。   The photocurable resin is preferably an ultraviolet curable resin containing fluorine. The ultraviolet curable resin is preferably a ring-opening metathesis polymerization (FROMP) nanoimprint material containing fluorine.

フッ素を含有する開環メタセシス重合ナノインプリント材料を使用することによって、成形後の離型性を向上させることができ、モールド内に未硬化樹脂が残留した場合も有機溶剤によって簡便に除去することができるので、モールドの損傷発生を軽減することができる。   By using a ring-opening metathesis polymerization nanoimprint material containing fluorine, it is possible to improve the releasability after molding, and even when an uncured resin remains in the mold, it can be easily removed with an organic solvent. Therefore, the occurrence of mold damage can be reduced.

標的物質は生体物質であることが好ましい。   The target substance is preferably a biological substance.

本発明は、前述した標的物質捕捉装置を備える検出装置である。   The present invention is a detection apparatus including the target substance capturing apparatus described above.

前記検出装置は、前記標的物質捕捉構造体と前記金属膜とを備えるフォトニック結晶基板を有し、前記フォトニック結晶基板からの反射光の波長の変化で標的物質の存在及び/又は濃度を検出するバイオセンサーであることが好ましい。   The detection apparatus includes a photonic crystal substrate including the target substance capturing structure and the metal film, and detects the presence and / or concentration of the target substance by changing the wavelength of reflected light from the photonic crystal substrate. It is preferable that it is a biosensor.

本発明は、所定のパターンを有する金型をシート状の光硬化性樹脂に押圧し、前記光硬化性樹脂に光を照射し、硬化後の光硬化樹脂から前記金型を離型して、凹部又は凸部が周期的に形成された表面を有する標的物質捕捉構造体を得て、前記表面の少なくとも一部に金属膜を成膜する標的物質捕捉装置の製造方法である。   The present invention presses a mold having a predetermined pattern against a sheet-like photocurable resin, irradiates the photocurable resin with light, releases the mold from the cured photocurable resin, In this method, a target substance capturing structure having a surface in which concave portions or convex portions are periodically formed is obtained, and a metal film is formed on at least a part of the surface.

本発明は、光硬化により標的物質捕捉構造体を成形するので、ガラス転移点以上に加熱する必要がない。その結果、加熱冷却に伴う時間が不要となり工程時間を短縮できる。また熱収縮に伴う成形不良を軽減できる。   In the present invention, since the target substance capturing structure is formed by photocuring, it is not necessary to heat it beyond the glass transition point. As a result, the time required for heating and cooling becomes unnecessary, and the process time can be shortened. Further, molding defects associated with heat shrinkage can be reduced.

前記光硬化性樹脂は、フッ素を含有する紫外線硬化性樹脂であり、前記光が紫外線であることが好ましい。前記紫外線硬化性樹脂は、フッ素を含有する開環メタセシス重合(FROMP)ナノインプリント材料であることが好ましい。   The photocurable resin is an ultraviolet curable resin containing fluorine, and the light is preferably ultraviolet light. The ultraviolet curable resin is preferably a ring-opening metathesis polymerization (FROMP) nanoimprint material containing fluorine.

フッ素を含有する開環メタセシス重合ナノインプリント材料を使用することによって、成形後の離型性を向上させることができ、モールド内に未硬化樹脂が残留した場合も有機溶剤によって簡便に除去することができるので、モールドの損傷発生を軽減することができる。   By using a ring-opening metathesis polymerization nanoimprint material containing fluorine, it is possible to improve the releasability after molding, and even when an uncured resin remains in the mold, it can be easily removed with an organic solvent. Therefore, the occurrence of mold damage can be reduced.

本発明は、フォトニック結晶の反射面の寸法精度を向上させることができる。   The present invention can improve the dimensional accuracy of the reflecting surface of the photonic crystal.

図1は、標的物質検出装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a target substance detection device. 図2は、標的物質捕捉装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the target substance capturing device. 図3は、標的物質捕捉装置の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the target substance capturing device. 図4は、図3におけるA−A断面を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a cross section taken along line AA in FIG. 図5は、標的物質捕捉装置の凹部の壁面の部分拡大図である。FIG. 5 is a partially enlarged view of the wall surface of the concave portion of the target substance capturing device. 図6は、標的物質捕捉装置の他の凹部の壁面の部分拡大図である。FIG. 6 is a partially enlarged view of the wall surface of another concave portion of the target substance capturing device. 図7−1は、本実施形態に係る標的物質捕捉装置の製造方法の一例を説明する図である。FIGS. 7-1 is a figure explaining an example of the manufacturing method of the target substance capture apparatus which concerns on this embodiment. 図7−2は、本実施形態に係る標的物質捕捉装置の製造方法の一例を説明する図である。7-2 is a figure explaining an example of the manufacturing method of the target substance capture apparatus which concerns on this embodiment. 図7−3は、本実施形態に係る標的物質捕捉装置の製造方法の一例を説明する図である。FIGS. 7-3 is a figure explaining an example of the manufacturing method of the target substance capture apparatus which concerns on this embodiment. 図8は、本実施形態に係る標的物質捕捉装置の製造方法の一例を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the target substance capturing device according to the present embodiment. 図9−1は、光ナノインプリントで使用する金型を示す図である。FIGS. 9-1 is a figure which shows the metal mold | die used by optical nanoimprint. 図9−2は、光ナノインプリントで金型により樹脂に転写されたパターンを示す図である。FIG. 9-2 is a diagram illustrating a pattern transferred to a resin by a metal mold by optical nanoimprint. 図10は、光硬化樹脂に転写された凹凸の各寸法を説明するための模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining each dimension of the unevenness transferred to the photo-curing resin. 図11−1は、光ナノインプリントにより作製したフォトニック結晶のAFM測定結果を示す図である。FIG. 11A is a diagram illustrating an AFM measurement result of a photonic crystal produced by optical nanoimprint. 図11−2は、熱ナノインプリントにより作製したフォトニック結晶のAFM測定結果を示す図である。FIG. 11-2 is a diagram illustrating an AFM measurement result of a photonic crystal produced by thermal nanoimprint. 図12−1は、本実施形態の変形例に係る標的物質捕捉装置の製造方法を示す図である。12-1 is a figure which shows the manufacturing method of the target substance capture apparatus which concerns on the modification of this embodiment. 図12−2は、本実施形態の変形例に係る標的物質捕捉装置の製造方法を示す図である。12-2 is a figure which shows the manufacturing method of the target substance capture apparatus which concerns on the modification of this embodiment. 図12−3は、本実施形態の変形例に係る標的物質捕捉装置の製造方法を示す図である。12-3 is a figure which shows the manufacturing method of the target substance capture apparatus which concerns on the modification of this embodiment. 図13は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor. 図14は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the principle of a photonic crystal biosensor. 図15は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor. 図16は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 16 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor. 図17は、フォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a photonic crystal biosensor. 図18は、フォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a photonic crystal biosensor. 図19は、フォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a photonic crystal biosensor. 図20は、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。FIG. 20 is a diagram for explaining a photonic crystal biosensor fixing means. 図21は、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。FIG. 21 is a diagram for explaining the photonic crystal biosensor fixing means. 図22は、フォトニック結晶バイオセンサーの別の形態を説明する図である。FIG. 22 is a diagram illustrating another embodiment of the photonic crystal biosensor. 図23は、標的物質検出装置の光検出部がフォトニック結晶バイオセンサーに光を照射する例を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating an example in which the light detection unit of the target substance detection device irradiates light to the photonic crystal biosensor. 図24は、標的物質検出装置の光検出部が有する測定プローブの構造を示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a structure of a measurement probe included in the light detection unit of the target substance detection device. 図25は、標的物質検出装置の光検出部の評価条件を示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating the evaluation conditions of the light detection unit of the target substance detection device. 図26は、標的物質検出方法のフローチャートである。FIG. 26 is a flowchart of the target substance detection method. 図27は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 27 is a diagram for explaining the principle of a photonic crystal biosensor. 図28は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 28 is a diagram for explaining the principle of a photonic crystal biosensor. 図29は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 29 is a diagram illustrating the principle of a photonic crystal biosensor. 図30は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 30 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor. 図31は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。FIG. 31 is a diagram for explaining the principle of a photonic crystal biosensor.

以下、標的物質検出装置を実施するための形態(以下、実施形態という)を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。   Hereinafter, modes for carrying out the target substance detection device (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range. Furthermore, the constituent elements disclosed in the following embodiments can be appropriately combined.

[実施形態1]
<標的物質検出装置>
実施形態1に係る標的物質捕捉装置を備えた標的物質検出装置について説明する。図1は、標的物質検出装置を示す図である。標的物質検出装置10は、本実施形態に係るフォトニック結晶バイオセンサー11(標的物質捕捉装置21)と、光検出部12と、処理部13とを含む。
[Embodiment 1]
<Target substance detection device>
A target substance detection apparatus including the target substance capturing apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a target substance detection device. The target substance detection device 10 includes a photonic crystal biosensor 11 (target substance capture device 21) according to the present embodiment, a light detection unit 12, and a processing unit 13.

[フォトニック結晶バイオセンサー]
まず、フォトニック結晶バイオセンサー11について説明する。フォトニック結晶バイオセンサー11は、標的物質捕捉装置21と、上部プレート22と、下部プレート23とを含む。上部プレート22は、開口部24が設けられている。本実施形態においては、フォトニック結晶バイオセンサー11は、上部プレート22と下部プレート23とにより標的物質捕捉装置21を挟む構造である。なお、本実施形態においては、フォトニック結晶バイオセンサー11は、上部プレート22及び下部プレート23を含んで形成されているが、これに限定されるものではなく、標的物質捕捉装置21のみで形成されていてもよい。
[Photonic crystal biosensor]
First, the photonic crystal biosensor 11 will be described. The photonic crystal biosensor 11 includes a target substance capturing device 21, an upper plate 22, and a lower plate 23. The upper plate 22 is provided with an opening 24. In the present embodiment, the photonic crystal biosensor 11 has a structure in which the target substance capturing device 21 is sandwiched between the upper plate 22 and the lower plate 23. In this embodiment, the photonic crystal biosensor 11 includes the upper plate 22 and the lower plate 23, but is not limited to this, and is formed only by the target substance capturing device 21. It may be.

(標的物質捕捉装置)
図2は、標的物質捕捉装置21の斜視図である。図3は、標的物質捕捉装置21の平面図である。図4は、図3におけるA−A断面を示す図であり、フォトニック結晶の本体として標的物質捕捉構造体25の表面27と直交する平面で標的物質捕捉構造体25を切ったときの断面を示す。後述する図5、図6も同様である。なお、図2〜図6は、模式的に示した図であるため、標的物質捕捉装置21を構成する成分の厚さ及び大きさ等は実際とは異なる。本実施形態及び後述する他の実施形態においても同様である。図2〜図4に示すように、標的物質捕捉装置21は、標的物質捕捉構造体25及び金属膜26を含んでいる。標的物質捕捉装置21は、標的物質捕捉構造体25の表面27に円柱状の凹部(以下、適宜凹部という)28Aが周期的に形成されている。この表面27を金属膜26で被覆して反射面29を形成している。反射面29は、金属膜26の表面である。反射面29は、金属膜26の標的物質捕捉構造体25の表面27側とは反対側で、金属膜26に照射された光を反射する。
(Target substance capture device)
FIG. 2 is a perspective view of the target substance capturing device 21. FIG. 3 is a plan view of the target substance capturing device 21. 4 is a diagram showing a cross section taken along the line AA in FIG. 3, and shows a cross section when the target substance capturing structure 25 is cut along a plane orthogonal to the surface 27 of the target substance capturing structure 25 as a main body of the photonic crystal. Show. The same applies to FIGS. 5 and 6 described later. 2 to 6 are diagrams schematically illustrating the thickness and size of the components constituting the target substance capturing device 21, which are different from actual ones. The same applies to this embodiment and other embodiments described later. As shown in FIGS. 2 to 4, the target substance capturing device 21 includes a target substance capturing structure 25 and a metal film 26. In the target substance capturing device 21, a cylindrical recess (hereinafter, appropriately referred to as a recess) 28 </ b> A is periodically formed on the surface 27 of the target substance capturing structure 25. The surface 27 is covered with a metal film 26 to form a reflection surface 29. The reflection surface 29 is the surface of the metal film 26. The reflection surface 29 reflects the light irradiated to the metal film 26 on the side opposite to the surface 27 side of the target substance capturing structure 25 of the metal film 26.

まず、標的物質捕捉構造体25について説明する。フォトニック結晶は、表面に所定深さの凹部又は所定高さの凸部が周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に特定波長の光(平行光)を照射すると、その反射光が得られる構造体である。表面に凹部又は凸部が周期的に形成された反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体は、一般にフォトニック結晶と呼ばれる。   First, the target substance capturing structure 25 will be described. A photonic crystal has a reflective surface in which concave portions with a predetermined depth or convex portions with a predetermined height are periodically formed on the surface, and when the reflective surface is irradiated with light of a specific wavelength (parallel light), the reflection It is a structure from which light can be obtained. A structure that obtains reflected light of a specific wavelength when light is irradiated onto a reflective surface having concave portions or convex portions formed periodically on the surface is generally called a photonic crystal.

フォトニック結晶とは、サブ波長間隔の格子構造を有する構造体である。そして、それはフォトニック結晶の表面(反射面)に広領域波長の光を照射すると、フォトニック結晶の表面状態に依存した特定の波長帯の光を、反射又は透過するものである。フォトニック結晶の表面状態は、例えばフォトニック結晶の形状及び材質に依存する。この反射光又は透過光の変化を読み取ることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量化することができる。フォトニック結晶の表面状態の変化としては、表面への物質の吸着及び構造変化などが挙げられる。表面に金属薄膜が形成されたフォトニック結晶も、光が照射されると、光の反射率又は光の透過率に極値(極大値又は極小値)が現れる。この反射率又は透過率の極値は、金属の種類、金属の膜厚、フォトニック結晶の表面形状に依存するものである。この光の反射率又は光の透過率を読み取ることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量化することができる。金属薄膜については後述する。フォトニック結晶の表面状態の変化を反射光又は透過光の変化から定量化するには、次の方法を用いることができる。例えば、極値(極大値又は極小値)での反射率又は透過率の変化量、あるいは反射率又は透過率が極値となる波長のシフト量を求めるなどである。なお、反射率又は透過率の極値が複数ある場合には、任意の極値に着目する。そして、着目した極値について変化量を求めること、又は着目した極値となる波長のシフト量を求めることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量することができる。   A photonic crystal is a structure having a lattice structure with sub-wavelength intervals. And when it irradiates the surface (reflection surface) of a photonic crystal with light of a wide wavelength range, it reflects or transmits light of a specific wavelength band depending on the surface state of the photonic crystal. The surface state of the photonic crystal depends on, for example, the shape and material of the photonic crystal. By reading the change in the reflected light or transmitted light, the change in the surface state of the photonic crystal can be quantified. Examples of changes in the surface state of the photonic crystal include adsorption of substances on the surface and structural changes. When a photonic crystal having a metal thin film formed on its surface is irradiated with light, an extreme value (maximum value or minimum value) appears in the light reflectance or light transmittance. This extreme value of reflectance or transmittance depends on the type of metal, the thickness of the metal, and the surface shape of the photonic crystal. The change in the surface state of the photonic crystal can be quantified by reading the light reflectance or light transmittance. The metal thin film will be described later. In order to quantify the change in the surface state of the photonic crystal from the change in reflected light or transmitted light, the following method can be used. For example, the amount of change in reflectance or transmittance at an extreme value (maximum value or minimum value) or the shift amount of a wavelength at which the reflectance or transmittance becomes an extreme value is obtained. Note that when there are a plurality of extreme values of reflectance or transmittance, attention is paid to arbitrary extreme values. Then, the change in the surface state of the photonic crystal can be quantified by obtaining the amount of change for the noticed extreme value or obtaining the shift amount of the wavelength that is the noticed extreme value.

図2〜図4に示すように、標的物質捕捉構造体25は、表面27に凹部28Aが周期的に形成された反射面29を有している。この反射面29に光を照射すると、標的物質捕捉構造体25の形状と材質に依存した特定波長の光が反射される。   As shown in FIGS. 2 to 4, the target substance capturing structure 25 has a reflecting surface 29 in which concave portions 28 </ b> A are periodically formed on the surface 27. When the reflecting surface 29 is irradiated with light, light having a specific wavelength depending on the shape and material of the target substance capturing structure 25 is reflected.

本実施形態において、凹部28Aは、三角形の格子状に配置されている。また、凹部28Aの直径D1は、50nm以上1000nm以下であることが好ましく、より好ましくは、100nm以上500nm以下である。また、凹部28Aの中心間の距離C1は、100nm以上2000nm以下であることが好ましく、より好ましくは、200nm以上1000nm以下である。また、凹部28Aの深さをH1としたとき、凹部28Aのアスペクト比(H1/D1)は、0.1以上10以下であることが好ましく、より好ましくは、0.5以上5.0以下である。なお、凹部28Aの寸法は、上記のものに限定されず、凹部28Aは、四角形の格子、六角形の格子などでもよい。凹部28Aは、三角形、四角形、六角形が組み合わされて格子状になっていてもよい。   In the present embodiment, the recesses 28A are arranged in a triangular lattice shape. Further, the diameter D1 of the recess 28A is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 100 nm or more and 500 nm or less. The distance C1 between the centers of the recesses 28A is preferably 100 nm or more and 2000 nm or less, and more preferably 200 nm or more and 1000 nm or less. When the depth of the recess 28A is H1, the aspect ratio (H1 / D1) of the recess 28A is preferably 0.1 or more and 10 or less, more preferably 0.5 or more and 5.0 or less. is there. The dimensions of the recess 28A are not limited to those described above, and the recess 28A may be a quadrangular lattice, a hexagonal lattice, or the like. The recess 28A may be formed in a lattice shape by combining triangles, squares, and hexagons.

標的物質捕捉構造体25の形状及び寸法は、図2〜図4に示した形状に限定されることはない。例えば、標的物質捕捉構造体25の形状は、矩形又は多角形の格子状のパターンが表面に形成されたもの、又は平行線状パターンや波型形状パターンなどが表面に形成されたもの(詳しくは周期的にパターンなどが形成されたもの)、又はこれらのパターンの組合せであってもよい。   The shape and dimensions of the target substance capturing structure 25 are not limited to the shapes shown in FIGS. For example, the target substance capturing structure 25 may have a rectangular or polygonal lattice pattern formed on the surface, or a parallel line pattern or a corrugated pattern formed on the surface (for details, see A pattern or the like formed periodically), or a combination of these patterns may be used.

標的物質捕捉構造体25は、少なくとも金属膜26側の少なくとも一部が光硬化樹脂である。標的物質捕捉構造体25の全ての材料は、光硬化樹脂であってもよい。樹脂を用いて標的物質捕捉構造体25を作製するに当たり、樹脂の温度をこの樹脂のガラス転移点以上とする必要がない。そのため、樹脂を冷却して固化させるときの容積変化が少なくなるので、寸法精度の低下が抑制される。   At least a part of the target substance capturing structure 25 on the metal film 26 side is a photocurable resin. All materials of the target substance capturing structure 25 may be a photo-curing resin. In producing the target substance capturing structure 25 using a resin, the temperature of the resin does not need to be higher than the glass transition point of the resin. Therefore, the volume change when the resin is cooled and solidified is reduced, so that the reduction in dimensional accuracy is suppressed.

光硬化樹脂としては、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化樹脂が好ましく、特に、構造中にフッ素を含有する開環メタセシス重合(FROMP:Fluorinated Ring-opening Metathesis Polymerization)型紫外線硬化樹脂が好ましい。具体的には、三井化学社製のFROMPナノインプリント材料(商品名)を使用できる。光硬化樹脂がフッ素を含有していることによって離型性が改善され、モールドに未硬化樹脂が残留することを軽減できる。また、フッ素を含有する光硬化樹脂は離型性が高いため、モールドに離型剤を塗布することなく使用できる。   As the photocurable resin, an ultraviolet curable resin that is cured by irradiation with ultraviolet rays is preferable, and in particular, a ring-opening metathesis polymerization (FROMP) type ultraviolet curable resin containing fluorine in the structure is preferable. Specifically, a FROMP nanoimprint material (trade name) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. can be used. When the photo-curing resin contains fluorine, the releasability is improved, and the remaining uncured resin in the mold can be reduced. Moreover, since the photocurable resin containing fluorine has high releasability, it can be used without applying a release agent to the mold.

標的物質捕捉構造体25は、材料基板の表面に微細な加工を施すことにより作製される。加工方法としては、光ナノインプリントが好ましい。   The target substance capturing structure 25 is manufactured by performing fine processing on the surface of the material substrate. As a processing method, optical nanoimprint is preferable.

次に、金属膜26について説明する。本実施形態において、図4に示すように、標的物質捕捉構造体25は、表面27が金属膜26で被覆されている。金属膜26は、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)又はアルミニウム(Al)のうちのいずれか1種類以上を用いて形成されることが好ましい。本実施形態において、金属膜26はAuで形成されている。Auは、安定性に優れるため、反射面29として好ましい。金属膜26に銀(Ag)又はアルミニウム(Al)のうちのいずれか1種類以上を用いる場合、金で表面を被覆することが好ましい。このようにすることで、金の使用量を低減して標的物質捕捉構造体25の製造コストを抑制することができる。   Next, the metal film 26 will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the target substance capturing structure 25 has a surface 27 covered with a metal film 26. The metal film 26 is preferably formed using one or more of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), and aluminum (Al). In the present embodiment, the metal film 26 is made of Au. Au is preferable as the reflective surface 29 because it is excellent in stability. When one or more of silver (Ag) and aluminum (Al) is used for the metal film 26, the surface is preferably covered with gold. By doing in this way, the usage-amount of gold | metal | money can be reduced and the manufacturing cost of the target substance capture structure 25 can be suppressed.

金属膜26の膜厚が小さいと、標的物質捕捉構造体25への入射光の一部は金属膜26を透過することがある。その結果、反射光から得られる情報量の低下、回折光又は標的物質捕捉構造体25の裏面からの反射光など、標的物質捕捉構造体25からの反射光には不要な情報が多く含まれる可能性がある。金属膜26の膜厚を適度に大きくすることにより、標的物質捕捉構造体25からの反射光に含まれる不要な情報を低減して、標的物質の検出精度及び濃度の計測精度を向上させることができる。また、金属膜26の膜厚が適度に小さいと、標的物質捕捉構造体25の表面27に詳細なパターン形状を作製することが容易であるので好ましい。例えば、パターンの角がシャープになって、パターンの寸法を確保することが容易となる。このような観点から、本実施形態において、金属膜26の膜厚は、好ましくは30nm以上1000nm以下であり、より好ましくは150nm以上500nm以下であり、さらに好ましくは200nm以上400nm以下である。波長に対する反射率の変化は、金属膜26の膜厚が200nmを超えるとほぼ同様になるためである。   When the thickness of the metal film 26 is small, part of the incident light on the target substance capturing structure 25 may pass through the metal film 26. As a result, a large amount of unnecessary information may be included in the reflected light from the target substance capturing structure 25, such as a reduction in the amount of information obtained from the reflected light, diffracted light, or reflected light from the back surface of the target substance capturing structure 25. There is sex. By appropriately increasing the thickness of the metal film 26, unnecessary information contained in the reflected light from the target substance capturing structure 25 can be reduced, and the detection accuracy and concentration measurement precision of the target substance can be improved. it can. In addition, it is preferable that the thickness of the metal film 26 is moderately small because a detailed pattern shape can be easily formed on the surface 27 of the target substance capturing structure 25. For example, the corners of the pattern become sharp and it becomes easy to ensure the dimensions of the pattern. From this point of view, in the present embodiment, the thickness of the metal film 26 is preferably 30 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 150 nm or more and 500 nm or less, and further preferably 200 nm or more and 400 nm or less. This is because the change of the reflectance with respect to the wavelength becomes almost the same when the thickness of the metal film 26 exceeds 200 nm.

金属膜26は、スパッタリング又は蒸着装置などによって標的物質捕捉構造体25の表面27に形成することができる。金属膜26の最表面は、Auとすることが好ましい。金属膜26にAg、Pt、Alを用いた場合、それぞれの極値における反射光の波長は、Auを金属膜26として用いた場合に対して1.5倍となる。このように、Ag、Pt、Alは、Auよりも1.5倍の感度を有する。Agは酸化されやすいので、標的物質捕捉構造体25の表面27にAgを形成した後、酸化されにくいAu又はSiOなどの酸化物薄膜を形成することが好ましい。この場合、200nmの厚さを有するAgの膜の表面に、5nmの厚さを有するAuの膜を形成することができる。200nmの厚さを有するAgの膜の表面に5nmの厚さを有するAuの膜を形成した場合、200nmの厚さを有するAuの膜に比べて、感度が1.5倍になる。また、5nmのAuの膜の有無で、感度の変化は見られなかった。AlもAgと同様に酸化されやすいので、標的物質捕捉構造体25の表面27にAlの膜を形成した後、酸化されにくいAu又はSiOなどの酸化物薄膜を形成することが好ましい。抗体などで修飾するために、Ptも、Au又はSiOなどの酸化物薄膜を形成することが好ましい。 The metal film 26 can be formed on the surface 27 of the target material capturing structure 25 by sputtering or vapor deposition. The outermost surface of the metal film 26 is preferably Au. When Ag, Pt, and Al are used for the metal film 26, the wavelength of reflected light at each extreme value is 1.5 times that when Au is used as the metal film 26. Thus, Ag, Pt, and Al have a sensitivity that is 1.5 times that of Au. Since Ag is easily oxidized, it is preferable to form an oxide thin film such as Au or SiO 2 that is not easily oxidized after forming Ag on the surface 27 of the target substance capturing structure 25. In this case, an Au film having a thickness of 5 nm can be formed on the surface of the Ag film having a thickness of 200 nm. When an Au film having a thickness of 5 nm is formed on the surface of an Ag film having a thickness of 200 nm, the sensitivity is 1.5 times that of an Au film having a thickness of 200 nm. Further, no change in sensitivity was observed with or without the 5 nm Au film. Since Al is also easily oxidized like Ag, after forming an Al film on the surface 27 of the target substance capturing structure 25, it is preferable to form an oxide thin film such as Au or SiO 2 that is not easily oxidized. In order to modify with an antibody or the like, it is preferable that Pt also forms an oxide thin film such as Au or SiO 2 .

標的物質捕捉構造体25の表面27は、3-triethoxysilylpropylamine(APTES)などを用いて改質されることが好ましい。標的物質捕捉構造体25の表面27に、Au又はAgの金属膜26を形成させた場合には、APTESではなく、一端にチオール基を有し、他端にアミノ基やカルボキシル基などの官能基を有する炭素鎖を用いて標的物質捕捉構造体25の表面27を改質することが好ましい。Au又はAg以外の金属膜26を標的物質捕捉構造体25の表面27に形成させた場合は、一端に官能基を有するシラン系カップリング剤、例えばAPTESを使用して、標的物質捕捉構造体25の表面27を改質することが好ましい。   The surface 27 of the target substance capturing structure 25 is preferably modified using 3-triethoxysilylpropylamine (APTES) or the like. When the Au or Ag metal film 26 is formed on the surface 27 of the target substance capturing structure 25, it is not APTES but has a thiol group at one end and a functional group such as an amino group or a carboxyl group at the other end. It is preferable to modify the surface 27 of the target substance capturing structure 25 by using a carbon chain having the following. When the metal film 26 other than Au or Ag is formed on the surface 27 of the target substance capturing structure 25, a silane coupling agent having a functional group at one end, such as APTES, is used to target the target substance capturing structure 25. It is preferable to modify the surface 27.

標的物質捕捉装置21は、標的物質捕捉構造体25の表面27を金属膜26で被覆し反射面29を形成したものであるため、標的物質捕捉構造体25の凹部28Aに対応して反射面29に標的物質捕捉装置21の凹部28Bが周期的に形成されている。凹部28Bは、凹部28Aと同様に、隣接する凹部同士を線で結んだ場合に上から見て複数の隣接し合う三角形の格子を形成する位置に配置されている。また、凹部28Bの直径D2は、金属膜26の厚さにもよるが、50nm以上1000nm以下であることが好ましく、より好ましくは、100nm以上500nm以下である。また、凹部28Bの中心間の距離C2は、凹部28Aの中心間の距離C1と同様、100nm以上2000nm以下であることが好ましく、より好ましくは、200nm以上1000nm以下である。また、凹部28Bの深さをH2としたとき、凹部28Bのアスペクト比(H2/D2)は、0.1以上10以下であることが好ましく、より好ましくは、0.5以上5.0以下である。なお、凹部28Bの寸法は、前述したものに限定されない。   Since the target substance capturing device 21 is formed by covering the surface 27 of the target substance capturing structure 25 with the metal film 26 to form the reflecting surface 29, the reflecting surface 29 corresponds to the recess 28 </ b> A of the target substance capturing structure 25. The recesses 28B of the target substance capturing device 21 are periodically formed. Similarly to the recess 28A, the recess 28B is arranged at a position where a plurality of adjacent triangular lattices are formed when viewed from above when adjacent recesses are connected by a line. Moreover, although the diameter D2 of the recessed part 28B is based also on the thickness of the metal film 26, it is preferable that they are 50 nm or more and 1000 nm or less, More preferably, they are 100 nm or more and 500 nm or less. Further, the distance C2 between the centers of the recesses 28B is preferably 100 nm or more and 2000 nm or less, more preferably 200 nm or more and 1000 nm or less, like the distance C1 between the centers of the recesses 28A. Further, when the depth of the recess 28B is H2, the aspect ratio (H2 / D2) of the recess 28B is preferably 0.1 or more and 10 or less, more preferably 0.5 or more and 5.0 or less. is there. In addition, the dimension of the recessed part 28B is not limited to what was mentioned above.

凹部28Bは、凹部28Bの壁面28aが凹部28Bの底面28bに所定の角度を有して形成されている。図5は、凹部28Bの壁面28aの部分拡大図である。図6は、標的物質捕捉装置の他の凹部の壁面の部分拡大図である。図5では、説明の便宜上、標的物質捕捉構造体25の表面27に設けられる金属膜26は省略する。図5に示すように、凹部28Bの壁面28aは、凹部28Bの平坦となる底面28bに所定の角度を有している。凹部28Bの底面28bの重心を通る断面において、凹部28Bの壁面28aと底面28bとの境界を第1境界部31とする。表面27と凹部28Bの壁面28aとの境界を第2境界部32とする。底面28bに対して垂直方向に第1境界部31を通る直線と、底面28bに対して水平方向に第2境界部32を通る直線との交点を交点Aとする。第1境界部31と第2境界部32とを直線で結ぶ距離をL1とする。第1境界部31と交点Aとを直線で結ぶ距離をL2とする。第2境界部32と交点Aとを直線で結ぶ距離をL3とする。L1とL2とが成す角度をθとする。このとき、凹部28Bは、下記式(1)、(2)を満たすようにL1とL2とが成す角度θが形成されている。
tanθ=L3/L2 ・・・(1)
0≦tanθ≦1.0 ・・・(2)
The recess 28B is formed such that the wall surface 28a of the recess 28B has a predetermined angle with the bottom surface 28b of the recess 28B. FIG. 5 is a partially enlarged view of the wall surface 28a of the recess 28B. FIG. 6 is a partially enlarged view of the wall surface of another concave portion of the target substance capturing device. In FIG. 5, the metal film 26 provided on the surface 27 of the target substance capturing structure 25 is omitted for convenience of explanation. As shown in FIG. 5, the wall surface 28 a of the recess 28 </ b> B has a predetermined angle with respect to the bottom surface 28 b where the recess 28 </ b> B is flat. In the cross section passing through the center of gravity of the bottom surface 28b of the recess 28B, the boundary between the wall surface 28a and the bottom surface 28b of the recess 28B is defined as a first boundary portion 31. A boundary between the surface 27 and the wall surface 28 a of the recess 28 </ b> B is defined as a second boundary portion 32. An intersection point between a straight line passing through the first boundary portion 31 in the direction perpendicular to the bottom surface 28b and a straight line passing through the second boundary portion 32 in the horizontal direction relative to the bottom surface 28b is defined as an intersection point A. A distance connecting the first boundary portion 31 and the second boundary portion 32 with a straight line is L1. A distance connecting the first boundary 31 and the intersection A with a straight line is L2. A distance connecting the second boundary portion 32 and the intersection A with a straight line is L3. Let θ be the angle formed by L1 and L2. At this time, in the recess 28B, an angle θ formed by L1 and L2 is formed so as to satisfy the following expressions (1) and (2).
tan θ = L3 / L2 (1)
0 ≦ tan θ ≦ 1.0 (2)

凹状の穴(ホール)が周期的に配列して設けられた構造を有する金属の表面に光を照射したとき、反射光の波長スペクトルにピークが観察される。反射光の波長に対する反射率が最大となる波長(ピーク波長)は、一般的に下記式(i)で求めることができる。式(i)中、λpeakは、ピーク波長であり、a0は、ホールの周期であり、i、jは、回折次数であり、εmは、金属の誘電率であり、εdは、環境の誘電率である。 When light is irradiated onto the surface of a metal having a structure in which concave holes (holes) are periodically arranged, a peak is observed in the wavelength spectrum of the reflected light. The wavelength (peak wavelength) at which the reflectance with respect to the wavelength of the reflected light is maximized can be generally obtained by the following formula (i). In equation (i), λ peak is the peak wavelength, a 0 is the hole period, i, j are the diffraction orders, ε m is the dielectric constant of the metal, and ε d is The dielectric constant of the environment.

上記式(i)によれば、凹部28Bが配置される周期を与えられればピーク波長が求まる。ピーク波長のスペクトルを観察する場合、ピーク波長のスペクトルの幅が小さい方が容易にピーク波長の位置を特定することができる。よって、凹部28Bの配置される周期が明確に与えられることで、ピーク波長のスペクトルの幅は小さくなり、ピーク波長の位置が特定し易くなる。   According to the above formula (i), the peak wavelength can be obtained if the period in which the concave portion 28B is disposed is given. When observing the spectrum of the peak wavelength, the position of the peak wavelength can be easily specified when the width of the spectrum of the peak wavelength is smaller. Therefore, when the period in which the recesses 28B are arranged is clearly given, the spectrum width of the peak wavelength is reduced, and the position of the peak wavelength is easily specified.

標的物質捕捉装置21は、凹部28Bが反射面29に周期的に形成された周期構造を有するものである。凹部28Bの壁面28aが、上記式(1)、(2)を満たすように反射面29に形成されることにより、反射光の波長スペクトルの形状は幅が狭くなり、反射光のピーク波長を容易に特定することができる。これにより、標的物質を精度よく検出することができる。この結果、フォトニック結晶バイオセンサー11のセンサ感度を高めることができる。なお、反射光の波長スペクトルの形状の幅は、半値幅などである。   The target substance capturing device 21 has a periodic structure in which the recesses 28 </ b> B are periodically formed on the reflection surface 29. By forming the wall surface 28a of the recess 28B on the reflection surface 29 so as to satisfy the above formulas (1) and (2), the width of the shape of the wavelength spectrum of the reflected light becomes narrow, and the peak wavelength of the reflected light can be easily achieved. Can be specified. Thereby, the target substance can be detected with high accuracy. As a result, the sensor sensitivity of the photonic crystal biosensor 11 can be increased. The width of the shape of the wavelength spectrum of the reflected light is a half width.

また、凹部28Bは、下記式(2)’を満たすように形成されていることが好ましい。凹部28Bの壁面28aが、上記式(1)、下記式(2)’を満たすように形成されることにより、反射光の波長スペクトルの形状はさらに幅が狭くなり、反射光のピーク波長をさらに容易に特定することができる。この結果、標的物質をさらに精度よく検出することができる。
0≦tanθ≦0.7・・・(2)’
Moreover, it is preferable that the recessed part 28B is formed so that following formula (2) 'may be satisfy | filled. By forming the wall surface 28a of the recess 28B so as to satisfy the above formula (1) and the following formula (2) ′, the shape of the wavelength spectrum of the reflected light is further narrowed, and the peak wavelength of the reflected light is further increased. Can be easily identified. As a result, the target substance can be detected with higher accuracy.
0 ≦ tan θ ≦ 0.7 (2) ′

式(2)及び(2)’から、θは0度以上となる。θ=0度である場合、標的物質捕捉装置21の表面27と凹部28Bの壁面28aとの接続部分Kが略90度になる。接続部分Kが略90度になると、標的物質捕捉装置21の形状の制御、特に凹部28Bの形状の制御が難しくなる。すなわち、凹部28Bの所期の形状を得ることが難しくなる。tanθ>0、すなわちθを0よりも大きくすることにより、特に凹部28Bの所期の形状を得やすくなるので好ましい。例えば、標的物質捕捉構造体25を射出成形型又はインプリント等で作る場合は、抜き勾配も確保できるため、好ましい。また、標的物質捕捉装置21は、比較的圧力の高い水で洗浄されるが、接続部分Kの角度が略90度になると、角が取れやすくなる。その結果、凹部28Bは所期の形状を有さなくなる可能性がある。tanθ>0、すなわちθを0よりも大きくすることにより、接続部分Kの角が取れる可能性を低減できるので、凹部28Bは、洗浄後においても所期の形状を有するようになるので好ましい。さらに、tanθ>0、すなわちθを0よりも大きくすることにより、凹部28B内に水が入りやすくなるので、標的物質を確実に凹部28Bに捕捉することができる。   From Expressions (2) and (2) ′, θ is 0 degree or more. When θ = 0 degrees, the connection portion K between the surface 27 of the target substance capturing device 21 and the wall surface 28a of the recess 28B is approximately 90 degrees. When the connecting portion K is approximately 90 degrees, it becomes difficult to control the shape of the target substance capturing device 21, particularly the shape of the recess 28B. That is, it becomes difficult to obtain the desired shape of the recess 28B. It is preferable to make tan θ> 0, that is, θ larger than 0, since the desired shape of the recess 28B can be easily obtained. For example, when the target substance capturing structure 25 is made by an injection mold or imprint, a draft angle can be secured, which is preferable. Further, the target substance capturing device 21 is washed with water having a relatively high pressure. However, when the angle of the connection portion K is approximately 90 degrees, the angle is easily removed. As a result, the recess 28B may not have the desired shape. Since tan θ> 0, that is, by making θ larger than 0, the possibility that the corner of the connecting portion K can be taken can be reduced. Therefore, the concave portion 28B is preferable because it has an intended shape even after cleaning. Furthermore, by making tan θ> 0, that is, θ larger than 0, water easily enters the recess 28B, so that the target substance can be reliably captured in the recess 28B.

(フォトニック結晶の作製方法)
次に、光ナノインプリントにより標的物質捕捉装置21を作製する工程の一例を説明する。図7−1、図7−2、図7−3及び図8は、本実施形態に係る標的物質捕捉装置の製造方法の一例を説明する図である。図7−1に示すステップS101において、まず、光硬化性樹脂102を樹脂シート101上に積層したシート状樹脂100を準備する。光ナノインプリントでは、ナノメートルレベルの微細構造、又はナノメートルレベルの周期構造のパターンを有する金型103が用いられる。図7−2に示すステップS102において、金型103を樹脂シート101上の光硬化性樹脂102に押し付けて、所定圧力で押圧しながら、所定時間紫外線UVを照射する。次に、図7−3に示すステップS103において、所定時間照射後、硬化した光硬化樹脂102’から金型103を離型し、微細構造及び周期構造が転写されたフォトニック結晶100’を得る。硬化した光硬化樹脂102’は、図1〜図6におけるフォトニック結晶の本体である標的物質捕捉構造体25に相当する。
(Method for producing photonic crystal)
Next, an example of a process for producing the target substance capturing device 21 by optical nanoimprinting will be described. FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 7C, and FIG. 8 are diagrams for explaining an example of the method for manufacturing the target substance capturing device according to the present embodiment. In step S <b> 101 shown in FIG. 7A, first, a sheet-like resin 100 in which the photocurable resin 102 is laminated on the resin sheet 101 is prepared. In optical nanoimprinting, a mold 103 having a nanometer-level microstructure or a nanometer-level periodic structure pattern is used. In step S102 shown in FIG. 7-2, the mold 103 is pressed against the photocurable resin 102 on the resin sheet 101, and is irradiated with ultraviolet rays UV for a predetermined time while being pressed with a predetermined pressure. Next, in step S103 shown in FIG. 7-3, after irradiating for a predetermined time, the mold 103 is released from the cured photocurable resin 102 ′ to obtain a photonic crystal 100 ′ to which a fine structure and a periodic structure are transferred. . The cured photo-curing resin 102 'corresponds to the target substance capturing structure 25 that is the main body of the photonic crystal in FIGS.

標的物質捕捉構造体25を作製した後、図8に示すステップS104のように、金型103と接していた表面に、スパッタリング又は蒸着装置などによって金属膜26を形成して、標的物質捕捉装置21が完成する。   After the target substance capturing structure 25 is produced, a metal film 26 is formed on the surface in contact with the mold 103 by sputtering or vapor deposition as shown in step S104 shown in FIG. Is completed.

図9−1は、光ナノインプリントで使用する金型を示す図である。図9−2は、光ナノインプリントで金型により樹脂に転写されたパターンを示す図である。金型103は外形10mm角、厚さ0.6nm程度の矩形シリコン(Si)基板であり、矩形の中心部付近に5mm角のドットパタン形成領域105を有している。このドットパタン形成領域105には、高さ200nmの円柱状の突起106が所定間隔で設けられている。この突起106が光硬化樹脂102’に転写されて凹部28Aとなる。   FIGS. 9-1 is a figure which shows the metal mold | die used by optical nanoimprint. FIG. 9-2 is a diagram illustrating a pattern transferred to a resin by a metal mold by optical nanoimprint. The mold 103 is a rectangular silicon (Si) substrate having an outer shape of 10 mm square and a thickness of about 0.6 nm, and has a dot pattern formation region 105 of 5 mm square near the center of the rectangle. In the dot pattern formation region 105, columnar protrusions 106 having a height of 200 nm are provided at predetermined intervals. The protrusion 106 is transferred to the photo-curing resin 102 ′ to form a recess 28 </ b> A.

図10は、光硬化樹脂に転写された凹凸の各寸法を説明するための模式図である。図10において、aは凹凸が繰り返される周期、bは凹部の底の径、cは凹部の入り口の径、dは凹部の深さ(あるいは凸部の高さ)を示す。使用した金型の凹凸周期は599nm以上601nm以下であった。   FIG. 10 is a schematic diagram for explaining each dimension of the unevenness transferred to the photo-curing resin. In FIG. 10, a is a cycle in which the unevenness is repeated, b is the diameter of the bottom of the recess, c is the diameter of the entrance of the recess, and d is the depth of the recess (or the height of the protrusion). The uneven | corrugated period of the used metal mold was 599 nm or more and 601 nm or less.

図10に示す各寸法について、光ナノインプリントで作製したフォトニック結晶と、熱ナノインプリントで作製したフォトニック結晶とを比較した結果を表1に示す。各寸法は同一試験片において複数個所を測定して求めた平均値である。
Table 1 shows the result of comparing the photonic crystal produced by optical nanoimprinting and the photonic crystal produced by thermal nanoimprinting for each dimension shown in FIG. Each dimension is an average value obtained by measuring a plurality of locations on the same test piece.

表1に示すように、光ナノインプリントで作製したフォトニック結晶は、熱ナノインプリントで作製したフォトニック結晶に比べて、凹部深さdがより深くなっていた。格子間隔を示す凹凸周期aも、金型により近い値となっていた。   As shown in Table 1, the photonic crystal produced by optical nanoimprint had a deeper recess depth d than the photonic crystal produced by thermal nanoimprint. The uneven period a indicating the lattice spacing was also closer to the mold.

図11−1は、光ナノインプリントで作製したフォトニック結晶との、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)の測定結果である。図11−2は、熱ナノインプリントで作製したフォトニック結晶の、原子間力顕微鏡の測定結果である。この結果からも、格子間隔を示す凹凸周期aが金型により近いものとなっていることが分かる。また、光ナノインプリントによるフォトニック結晶においては、図10に示す各寸法のバラツキは殆ど確認されなかった。   FIG. 11A is a measurement result of an atomic force microscope (AFM) with a photonic crystal produced by optical nanoimprint. FIG. 11-2 is an atomic force microscope measurement result of the photonic crystal produced by thermal nanoimprint. Also from this result, it can be seen that the uneven period a indicating the lattice interval is closer to the mold. Moreover, in the photonic crystal by optical nanoimprint, the variation of each dimension shown in FIG. 10 was hardly confirmed.

図11−1及び図11−2に示す測定チャートにおける長さlと、ピーク高さまでの距離mとから次式によってピーク比を求めることができる。
ピーク比=(l−m)/l
ピーク比が大きいほど凹部深さが深いことが分かる。
The peak ratio can be obtained from the length l in the measurement chart shown in FIGS. 11A and 11B and the distance m to the peak height by the following equation.
Peak ratio = (l−m) / l
It can be seen that the greater the peak ratio, the deeper the recess.

(変形例)
図12−1、図12−2及び図12−3は、本実施形態の変形例に係る標的物質捕捉装置の製造方法を示す図である。前述した標的物質捕捉装置の製造方法では、樹脂シート101上に光硬化性樹脂102を積層したシート状樹脂100を準備したが、本変形例では、シート状樹脂100を準備せず、ローラ又はスキージ104等を用いて、光硬化性樹脂102を金型103内に直接塗布する点が異なる。図12−1に示すステップS201において、金型103上に光硬化性樹脂102を直接塗布し、ローラ104で均一にならす。図12-2に示すステップS202において、光源から紫外光を光硬化性樹脂102に照射して硬化させる。図12−3に示すステップS203において、金型103から離型することにより、金型103のパターンが転写された光硬化樹脂102’が得られる。ここではローラを例として説明したが、スキージを使用してもよい。
(Modification)
12A, 12B, and 12C are diagrams illustrating a method for manufacturing a target substance capturing device according to a modification of the present embodiment. In the method for manufacturing the target substance capturing device described above, the sheet-like resin 100 in which the photocurable resin 102 is laminated on the resin sheet 101 is prepared. The difference is that the photocurable resin 102 is directly applied to the mold 103 using 104 or the like. In step S <b> 201 shown in FIG. 12A, the photocurable resin 102 is directly applied onto the mold 103, and the roller 104 is made uniform. In step S202 shown in FIG. 12-2, the photocurable resin 102 is irradiated with ultraviolet light from a light source to be cured. In step S203 shown in FIG. 12C, by releasing from the mold 103, a photo-curing resin 102 ′ to which the pattern of the mold 103 is transferred is obtained. Here, a roller has been described as an example, but a squeegee may be used.

(標的物質捕捉物質)
次に、標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質について説明する。標的物質とは、標的物質検出装置10が検出する対象物であって、タンパク質などの高分子、オリゴマー、低分子のいずれであってもよい。標的物質は、単分子に限定されず、複数の分子からなる複合体であってもよい。標的物質として、例えば、大気中の汚染物質、水中の有害物質、人体内のバイオマーカー(Biomarker)などが挙げられる。中でも、コルチゾールなどが好ましい。コルチゾールは、分子量362g/molの低分子物質である。コルチゾールは、人間がストレスを感じると唾液中のコルチゾール濃度が増加するため、人間が感じているストレスの度合いを評価する物質として注目されている。コルチゾールを標的物質としてその濃度を測定すれば、例えば、人間の唾液中に含まれるコルチゾールの濃度を測定することで、ストレスの度合いを評価することができる。ストレスの度合いを評価すれば、被測定者が鬱病などの精神疾患につながるレベルのストレス状態にあるか否かを判断することができる。
(Target substance capture substance)
Next, the target substance capturing substance that captures the target substance will be described. The target substance is an object to be detected by the target substance detection apparatus 10 and may be any of a polymer such as a protein, an oligomer, and a low molecule. The target substance is not limited to a single molecule, and may be a complex composed of a plurality of molecules. Examples of the target substance include pollutants in the atmosphere, harmful substances in water, biomarkers in the human body, and the like. Of these, cortisol and the like are preferable. Cortisol is a low molecular weight substance with a molecular weight of 362 g / mol. Cortisol is attracting attention as a substance that evaluates the degree of stress felt by humans because cortisol concentration in saliva increases when humans feel stress. If the concentration is measured using cortisol as a target substance, for example, the degree of stress can be evaluated by measuring the concentration of cortisol contained in human saliva. If the degree of stress is evaluated, it can be determined whether or not the subject is in a stress state at a level that leads to mental illness such as depression.

標的物質捕捉物質とは、標的物質と結合し、標的物質を捕捉する物質である。ここで、結合するとは、化学的に結合する場合の他、例えば物理吸着、ファンデルワールス力による結合のように、化学的結合によらない結合であってもよい。好ましくは、標的物質捕捉物質は、標的物質と特異的に反応して標的物質を捕捉するものであり、標的物質を抗原とした抗体であることが好ましい。特異的に反応するとは、選択的に標的物質と可逆的又は不可逆的な結合をして複合体を形成することを意味し、化学反応に限定されない。また、特異的に反応する物質が標的物質以外に存在していても構わない。試料中に標的物質の他に標的物質捕捉物質と反応する物質があっても、その親和性が標的物質と比較して非常に小さい場合は、標的物質を定量することができる。標的物質捕捉物質は、標的物質を抗原とした抗体、人工的に作製した抗体、アデニン、チミン、グアニン又はシトシンなどのDNAを構成する物質から構成される分子、ペプチドなどを用いることができる。標的物質がコルチゾールである場合は、標的物質捕捉物質は、コルチゾール抗体であることが好ましい。   The target substance capturing substance is a substance that binds to the target substance and captures the target substance. Here, the term “bonded” refers to a bond that is not chemically bonded, such as a bond by chemical adsorption or van der Waals force, in addition to the case of chemically bonding. Preferably, the target substance capturing substance is a substance that specifically reacts with the target substance to capture the target substance, and is preferably an antibody having the target substance as an antigen. Specific reaction means selectively forming a complex by reversibly or irreversibly binding to a target substance, and is not limited to a chemical reaction. Further, a substance that reacts specifically may exist in addition to the target substance. Even if there is a substance that reacts with the target substance capturing substance in addition to the target substance in the sample, the target substance can be quantified if the affinity is very small compared to the target substance. As the target substance capturing substance, an antibody using the target substance as an antigen, an artificially prepared antibody, a molecule composed of a substance constituting DNA such as adenine, thymine, guanine, or cytosine, a peptide, or the like can be used. When the target substance is cortisol, the target substance capturing substance is preferably a cortisol antibody.

標的物質捕捉物質を作製するには公知の方法を採用することができる。例えば、抗体は、血清法、ハイブリドーマ法又はファージディスプレイ法によって作製できる。DNAを構成する物質から構成される分子は、例えばSELEX法(Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment:試験管内人工進化法)により作製できる。ペプチドは、例えばファージディスプレイ法により作製できる。標的物質捕捉物質は、何らかの酵素・同位体により標識されている必要はない。しかし、酵素・同位体によって標識されていてもよい。   A known method can be employed to produce the target substance capturing substance. For example, the antibody can be produced by a serum method, a hybridoma method, or a phage display method. Molecules composed of substances constituting DNA can be prepared by, for example, the SELEX method (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment). The peptide can be prepared by, for example, a phage display method. The target substance capturing substance does not need to be labeled with any enzyme / isotope. However, it may be labeled with an enzyme / isotope.

本実施形態において、標的物質捕捉物質は、図4に示す標的物質捕捉装置21の反射面29に固定される。標的物質捕捉物質を標的物質捕捉装置21の反射面29に固定する手段として、共有結合、化学吸着、物理吸着などの化学的結合、物理的結合方法が挙げられる。これらの手段を、標的物質捕捉物質の性質に応じて適宜選択することができる。例えば、固定する手段として吸着を選択した場合、吸着の操作は以下のようなものである。例えば、標的物質を含んだ溶液を、標的物質捕捉装置21の反射面29に滴下し、標的物質捕捉装置21を、所定の時間、室温で、又は必要に応じて冷却・加温して、標的物質捕捉物質を反射面29に吸着させる。   In the present embodiment, the target substance capturing substance is fixed to the reflecting surface 29 of the target substance capturing apparatus 21 shown in FIG. Examples of means for fixing the target substance capturing substance to the reflection surface 29 of the target substance capturing apparatus 21 include chemical bonding such as covalent bonding, chemical adsorption, and physical adsorption, and a physical bonding method. These means can be appropriately selected according to the properties of the target substance-capturing substance. For example, when adsorption is selected as the fixing means, the adsorption operation is as follows. For example, a solution containing a target substance is dropped on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21, and the target substance capturing device 21 is cooled and heated for a predetermined time, at room temperature, or as necessary. The substance trapping substance is adsorbed on the reflecting surface 29.

フォトニック結晶バイオセンサー11は、特定の抗原(例えばコルチゾール)とのみ結合する抗体(例えばコルチゾール抗体)を標的物質捕捉装置21の反射面29の表面に予め吸着(固定)させておく。これにより、フォトニック結晶バイオセンサー11は、特定の抗原を検出することができる。これは、標的物質捕捉構造体25の光学的特性と、標的物質捕捉構造体25の表面又は表面近傍で起こる各種の生体・化学反応、例えば特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応とを利用するものである。   In the photonic crystal biosensor 11, an antibody (for example, cortisol antibody) that binds only to a specific antigen (for example, cortisol) is previously adsorbed (fixed) on the surface of the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. Thereby, the photonic crystal biosensor 11 can detect a specific antigen. This is because the optical characteristics of the target substance capturing structure 25 and various biological / chemical reactions that occur on or near the surface of the target substance capturing structure 25, for example, an antigen antibody in which a specific antigen reacts only with a specific antibody Reaction.

フォトニック結晶バイオセンサー11は、標的物質捕捉物質である抗体が固定された反射面29に、ブロッキング剤(保護物質)が固定されたものであってもよい。ブロッキング剤は、標的物質がフォトニック結晶バイオセンサー11に接触させられる前に固定される。標的物質捕捉構造体25の反射面29の表面は、一般的に超疎水性である。このため、疎水性相互作用によって標的物質捕捉物質である抗体以外の不純物が、反射面29に吸着してしまうおそれがある。さらに、標的物質捕捉構造体25の光学特性は表面状態に大きく影響されるので、標的物質捕捉構造体25の反射面29には、不純物が吸着されていないことが好ましい。標的物質捕捉構造体25の反射面29にブロッキング剤が固定されることで、反射光の検出精度を向上させることができる。   The photonic crystal biosensor 11 may be one in which a blocking agent (protective substance) is immobilized on a reflective surface 29 on which an antibody that is a target substance capturing substance is immobilized. The blocking agent is immobilized before the target substance is brought into contact with the photonic crystal biosensor 11. The surface of the reflective surface 29 of the target substance capturing structure 25 is generally superhydrophobic. For this reason, impurities other than the antibody that is the target substance-capturing substance may be adsorbed on the reflecting surface 29 due to the hydrophobic interaction. Furthermore, since the optical characteristics of the target substance capturing structure 25 are greatly influenced by the surface state, it is preferable that no impurities are adsorbed on the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25. By fixing the blocking agent on the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25, the detection accuracy of the reflected light can be improved.

したがって、標的物質捕捉物質である抗体が標的物質捕捉構造体25の反射面29に吸着(固定)された部分以外の箇所には、不純物などが固定されないように、いわゆるブロッキング剤を予め固定させておくことが好ましい。ブロッキング剤を予め吸着させておくには、ブロッキング剤を、標的物質捕捉構造体25の表面に接触させる。ブロッキング剤として、スキムミルクやウシ血清アルブミン(BSA)などを使用することができる。   Therefore, a so-called blocking agent is fixed in advance so that impurities and the like are not fixed to portions other than the portion where the antibody that is the target substance capturing substance is adsorbed (fixed) to the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25. It is preferable to keep it. In order to adsorb the blocking agent in advance, the blocking agent is brought into contact with the surface of the target substance capturing structure 25. As the blocking agent, skim milk, bovine serum albumin (BSA), or the like can be used.

次に、フォトニック結晶バイオセンサー11が標的物質である抗原及びその濃度を検出する基本的な原理を説明する。図13〜図16は、フォトニック結晶バイオセンサー11の原理を説明する図である。一般的に、フォトニック結晶バイオセンサー11は、標的物質捕捉構造体25の光学的特性と、標的物質捕捉構造体25の表面又は表面近傍で起こる各種生体・化学反応、例えば、特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応とを利用して、微量のタンパク質又は低分子物質を検出するものである。そして、フォトニック結晶バイオセンサー11は、標的物質捕捉装置21の反射面29に特定波長の光を照射したときの表面プラズモン共鳴現象及び局在表面プラズモン共鳴現象の少なくとも一方による反射光の波長の極値がシフトする現象を利用する。   Next, the basic principle by which the photonic crystal biosensor 11 detects the target substance antigen and its concentration will be described. 13 to 16 are diagrams for explaining the principle of the photonic crystal biosensor 11. In general, the photonic crystal biosensor 11 uses the optical characteristics of the target substance capturing structure 25 and various biological / chemical reactions that occur on or near the surface of the target substance capturing structure 25, for example, a specific antigen is specified. A minute amount of protein or low molecular weight substance is detected by utilizing an antigen-antibody reaction that reacts only with the antibody. The photonic crystal biosensor 11 has the wavelength of the reflected light due to at least one of the surface plasmon resonance phenomenon and the localized surface plasmon resonance phenomenon when the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 is irradiated with light of a specific wavelength. Use the phenomenon that the value shifts.

図13に示すように、標的物質捕捉装置21の反射面29には、抗体(標的物質捕捉物質)34が吸着により固定されている。   As shown in FIG. 13, an antibody (target substance capturing substance) 34 is fixed to the reflecting surface 29 of the target substance capturing apparatus 21 by adsorption.

次に、図14に示すように、反射面29の抗体34が吸着した部分以外の箇所、すなわち、抗体34が吸着した部分以外の反射面29に、ブロッキング剤(保護物質)35を予め吸着させる。これにより、反射面29の抗体34が吸着した部分以外の箇所に不純物などが吸着しないようにする。   Next, as shown in FIG. 14, a blocking agent (protective substance) 35 is preliminarily adsorbed on a portion of the reflective surface 29 other than the portion where the antibody 34 is adsorbed, that is, the reflective surface 29 other than the portion where the antibody 34 is adsorbed. . This prevents impurities or the like from being adsorbed on the reflective surface 29 other than the portion where the antibody 34 is adsorbed.

次に、図15に示すように、抗体34とブロッキング剤35とが吸着されているフォトニック結晶バイオセンサー11に抗原(標的物質)36を接触させ、抗原抗体反応を行う。抗体34に抗原36が捕捉された複合体37が、反射面29に固定される。   Next, as shown in FIG. 15, an antigen (target substance) 36 is brought into contact with the photonic crystal biosensor 11 on which the antibody 34 and the blocking agent 35 are adsorbed, and an antigen-antibody reaction is performed. A complex 37 in which the antigen 36 is captured by the antibody 34 is fixed to the reflecting surface 29.

次に、図1に示す光検出部12は、図16に示すように、抗原36が標的物質捕捉構造体25の反射面29に捕捉されている状態で特定波長の光(入射光)LIを平行光で標的物質捕捉装置21の反射面29に照射する。そして、図1に示す光検出部12は、反射面29で反射された反射光LRを検出し、反射光LRの極値の波長を求める。そして、図1に示す処理部13は、反射光LRの強度の極値における波長及び強度の極値における波長のシフト量を求めて、標的物質捕捉装置21の反射面29に捕捉された抗原36の有無を検出したり、抗原36の濃度を求めたりする。   Next, as illustrated in FIG. 16, the light detection unit 12 illustrated in FIG. 1 emits light (incident light) LI having a specific wavelength in a state where the antigen 36 is captured by the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25. The reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 is irradiated with parallel light. The light detection unit 12 illustrated in FIG. 1 detects the reflected light LR reflected by the reflecting surface 29 and obtains the wavelength of the extreme value of the reflected light LR. Then, the processing unit 13 shown in FIG. 1 obtains the wavelength at the extreme value of the intensity of the reflected light LR and the shift amount of the wavelength at the extreme value of the intensity, and acquires the antigen 36 captured on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. The presence / absence of the antigen 36 is detected and the concentration of the antigen 36 is obtained.

フォトニック結晶バイオセンサー11は、前述した原理に基づき、抗体34及び抗原36の組合せの種類を変えることにより、検出対象の物質であるタンパク質などの各種生体物質又は低分子量物質の種類を変えることができる。   Based on the principle described above, the photonic crystal biosensor 11 can change the type of various biological substances such as proteins or low molecular weight substances, such as proteins, which are detection target substances, by changing the type of combination of the antibody 34 and the antigen 36. it can.

フォトニック結晶バイオセンサー11では、反射面29に固定された抗体34に抗原36が捕捉されることにより、反射面29の状態が変化し、反射光LRに変化が生じる。フォトニック結晶バイオセンサー11は、光学的な物理量を出力する。この物理量は、標的物質捕捉装置21の反射面29における表面状態の変化に相関し、反射面29に固定された抗体34に抗原36が捕捉されて形成される複合体37の量と相関する。光学的な物理量は、例えば、反射光LRの強度が極値となる波長のシフト量、光の反射率の変化量、光の反射率が極値となる波長のシフト量、反射光LRの強度、反射光LRの強度の極値の変化量などである。本実施形態では、反射光LRの強度又は光の反射率が極値となる波長のシフト量を用いる。   In the photonic crystal biosensor 11, the antigen 36 is captured by the antibody 34 fixed to the reflecting surface 29, whereby the state of the reflecting surface 29 changes and the reflected light LR changes. The photonic crystal biosensor 11 outputs an optical physical quantity. This physical quantity correlates with a change in the surface state on the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 and correlates with the amount of the complex 37 formed by capturing the antigen 36 on the antibody 34 fixed to the reflecting surface 29. The optical physical quantity is, for example, the shift amount of the wavelength at which the intensity of the reflected light LR is an extreme value, the change amount of the reflectance of the light, the shift amount of the wavelength at which the reflectance of the light is an extreme value, the intensity of the reflected light LR. And the amount of change in the extreme value of the intensity of the reflected light LR. In the present embodiment, the shift amount of the wavelength at which the intensity of the reflected light LR or the reflectance of the light becomes an extreme value is used.

光学的な物理量を出力させるには、例えば次のようにする。標的物質捕捉装置21の反射面29に対して垂直に光を入射し、反射光LRを検出する。標的物質捕捉装置21の反射面29の垂線に対して角度をつけて光を入射し、反射光LRを検出することもできる。反射光LRを検出することにより、図1に示す標的物質検出装置10をコンパクトにすることができる。垂直に入射され、垂直に反射された光を検出する場合には、二股の光ファイバーを用いて光を入射し、反射光LRを検出することが好ましい。この構造については後述する。   In order to output an optical physical quantity, for example, the following is performed. Light is incident perpendicularly to the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21, and the reflected light LR is detected. The reflected light LR can also be detected by making light incident at an angle with respect to the normal of the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21. By detecting the reflected light LR, the target substance detection device 10 shown in FIG. 1 can be made compact. In the case of detecting vertically incident and vertically reflected light, it is preferable to detect the reflected light LR by entering light using a bifurcated optical fiber. This structure will be described later.

(フォトニック結晶バイオセンサーの作製方法)
図17、図18及び図19は、フォトニック結晶バイオセンサー11の説明図である。図17、図18及び図19を用いて、図1に示すフォトニック結晶バイオセンサー11の作製方法の一例について説明する。図17に示すように、標的物質捕捉装置21を下部プレート23に設置した後、図18に示すように、上部プレート22を下部プレート23の上に設置して、標的物質捕捉装置21を、下部プレート23と上部プレート22とにより挟むことにより、フォトニック結晶バイオセンサー11が作製される。開口部24の下部プレート23側における端部は、標的物質捕捉構造体25の反射面29により閉塞される。このような構造により、上部プレート22は、開口部24側の内壁と反射面29とで囲まれて形成される、一定容積の液滴保持部38を有する。開口部24側の内壁とは、上部プレート22と開口部24との境界面である、上部プレート22の内壁をいう。
(Production method of photonic crystal biosensor)
17, 18 and 19 are explanatory diagrams of the photonic crystal biosensor 11. FIG. An example of a method for producing the photonic crystal biosensor 11 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 17, 18, and 19. As shown in FIG. 17, after the target substance capturing device 21 is installed on the lower plate 23, the upper plate 22 is installed on the lower plate 23 as shown in FIG. The photonic crystal biosensor 11 is manufactured by sandwiching the plate 23 and the upper plate 22. The end of the opening 24 on the lower plate 23 side is closed by the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25. With such a structure, the upper plate 22 has a droplet holding portion 38 having a constant volume, which is formed by being surrounded by the inner wall on the opening 24 side and the reflecting surface 29. The inner wall on the opening 24 side refers to the inner wall of the upper plate 22 that is a boundary surface between the upper plate 22 and the opening 24.

図19は、液滴保持部38に所定の溶液を滴下した状態を示す。この場合、液滴保持部38が液滴保持機能を発揮するため、開口部24から溶液が流出するのを抑制する。また、溶液の量としては、液滴保持部38に広がる程度の量があれば、標的物質を検出し、かつ測定することが可能となる。   FIG. 19 shows a state in which a predetermined solution is dropped on the droplet holder 38. In this case, since the droplet holding part 38 exhibits the droplet holding function, the solution is prevented from flowing out from the opening 24. Further, as long as the amount of the solution is such that it spreads to the droplet holding unit 38, the target substance can be detected and measured.

開口部24の形状は、円柱形に限らず、開口部24の内部に液滴を保持することができれば、他の形状としてもよい。また、開口部24を円柱状とした場合、その直径などは、抗体34及び抗原36の組合せの種類、必要な測定精度又は反射光の検出器の光学系に合わせて様々な直径とすることができる。開口部24の直径は、上述した抗体34に抗原36を吸着させる際の操作、取扱いの利便性などを考慮し、0.5mm以上10mm以下であることが好ましく、より好ましくは、2mm以上6mm以下である。   The shape of the opening 24 is not limited to a cylindrical shape, and may be any other shape as long as a droplet can be held inside the opening 24. Further, when the opening 24 has a cylindrical shape, its diameter and the like may have various diameters according to the type of combination of the antibody 34 and the antigen 36, the required measurement accuracy, or the optical system of the reflected light detector. it can. The diameter of the opening 24 is preferably 0.5 mm or more and 10 mm or less, more preferably 2 mm or more and 6 mm or less in consideration of the operation when adsorbing the antigen 36 to the antibody 34 and the convenience of handling. It is.

上部プレート22及び下部プレート23の材質などは、特に限定されない。ただし、上部プレート22及び下部プレート23の表面の清浄度などを考慮すると、ステンレス鋼、ポリシクロオレフィン系樹脂、シリカなどを用いて形成されることが好ましい。   The material of the upper plate 22 and the lower plate 23 is not particularly limited. However, in consideration of the cleanliness of the surfaces of the upper plate 22 and the lower plate 23, it is preferably formed using stainless steel, polycycloolefin resin, silica, or the like.

次に、フォトニック結晶バイオセンサー11の別の形態について説明する。上部プレート22は、疎水性の材料で形成されてもよい。特に、唾液などのいわゆる親水性の溶液の検出及び測定では、上部プレート22が疎水性の材料で形成されていれば、液滴保持部38に的確に溶液を集めることができる。また、脂質などのいわゆる親油性の溶液の検出及び測定では、上部プレート22が疎水性の材料で形成されていれば、液滴保持部38に的確に溶液を集めることができる。   Next, another form of the photonic crystal biosensor 11 will be described. The upper plate 22 may be formed of a hydrophobic material. In particular, in detection and measurement of a so-called hydrophilic solution such as saliva, if the upper plate 22 is formed of a hydrophobic material, the solution can be accurately collected in the droplet holder 38. In the detection and measurement of so-called lipophilic solutions such as lipids, the solution can be accurately collected in the droplet holder 38 if the upper plate 22 is formed of a hydrophobic material.

さらに、上部プレート22は、撥水性若しくは撥油性又は撥水撥油性のある材料で形成されてもよい。すなわち、疎水性、親油性、親水性、撥水性、撥油性を発揮する表面処理又はコーティングを溶液の性質に合わせて上部プレート22に施してもよい。このようにすることで、液滴保持部38に的確に溶液を集めることができる。   Furthermore, the upper plate 22 may be formed of a material having water repellency, oil repellency, or water / oil repellency. That is, a surface treatment or coating that exhibits hydrophobicity, lipophilicity, hydrophilicity, water repellency, and oil repellency may be applied to the upper plate 22 in accordance with the properties of the solution. By doing so, the solution can be accurately collected in the droplet holder 38.

フォトニック結晶バイオセンサー11は、フォトニック結晶バイオセンサー11の下部に、図1に示す光検出部12に対してフォトニック結晶バイオセンサー11の位置を定めて、フォトニック結晶バイオセンサー11を固定するための固定材(標的物質捕捉部固定手段、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段)を装着することが好ましい。固定材としては、マグネットシート、両面テープ、接着剤などが使用できる。また、フォトニック結晶バイオセンサー11を固定するために、固定材ではなく、固定機構として真空チャック又は静電チャックを用いてもよい。フォトニック結晶バイオセンサー11を固定しておくことにより、検出・測定時の振動などによる測定位置のずれを減少することが可能となる。その結果、より正確な検出及び測定が実現できる。   The photonic crystal biosensor 11 determines the position of the photonic crystal biosensor 11 relative to the light detection unit 12 illustrated in FIG. 1 and fixes the photonic crystal biosensor 11 below the photonic crystal biosensor 11. It is preferable to attach a fixing material (target substance capturing part fixing means, photonic crystal biosensor fixing means) for the purpose. As the fixing material, a magnet sheet, a double-sided tape, an adhesive, or the like can be used. Moreover, in order to fix the photonic crystal biosensor 11, a vacuum chuck or an electrostatic chuck may be used as a fixing mechanism instead of a fixing material. By fixing the photonic crystal biosensor 11, it is possible to reduce the displacement of the measurement position due to vibration during detection and measurement. As a result, more accurate detection and measurement can be realized.

図20及び図21は、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。図20は、マグネットシート39の取付け前の状態を示し、図21は、マグネットシート39の取付け後の状態を示す。フォトニック結晶バイオセンサー11は、フォトニック結晶バイオセンサー11の下部側にマグネットシート39が取り付けられている。マグネットシート39は、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段として機能する。   20 and 21 are diagrams for explaining the photonic crystal biosensor fixing means. 20 shows a state before the magnet sheet 39 is attached, and FIG. 21 shows a state after the magnet sheet 39 is attached. The photonic crystal biosensor 11 has a magnet sheet 39 attached to the lower side of the photonic crystal biosensor 11. The magnet sheet 39 functions as a photonic crystal biosensor fixing means.

フォトニック結晶バイオセンサー11は、光ナノインプリントなどにより均一に作製されている。標的物質検出装置10がより正確に反射光を検出できるようにするため、フォトニック結晶バイオセンサー11に照射される光の入射部位及び反射部位が正確に位置決めされることが好ましい。   The photonic crystal biosensor 11 is uniformly produced by optical nanoimprint or the like. In order for the target substance detection device 10 to detect the reflected light more accurately, it is preferable that the incident site and the reflected site of the light irradiated on the photonic crystal biosensor 11 are accurately positioned.

すなわち、フォトニック結晶バイオセンサー11と後で説明する測定プローブとの測定時の位置関係は、抗原抗体反応の前後で同一であることが好ましく、同一の部分を測定することが好ましい。したがって、測定プローブとフォトニック結晶バイオセンサー11の反射面29との距離は、抗原抗体反応の前後で同一であることが好ましく、50μm以上500μm以下に固定することが好ましい。フォトニック結晶バイオセンサー11は、上部プレート22を含むことで、上部プレート22がスペーサとして機能し、測定プローブとフォトニック結晶バイオセンサー11の反射面29との距離を一定にすることができる。   That is, the positional relationship at the time of measurement between the photonic crystal biosensor 11 and the measurement probe described later is preferably the same before and after the antigen-antibody reaction, and it is preferable to measure the same part. Therefore, the distance between the measurement probe and the reflecting surface 29 of the photonic crystal biosensor 11 is preferably the same before and after the antigen-antibody reaction, and is preferably fixed to 50 μm or more and 500 μm or less. Since the photonic crystal biosensor 11 includes the upper plate 22, the upper plate 22 functions as a spacer, and the distance between the measurement probe and the reflection surface 29 of the photonic crystal biosensor 11 can be made constant.

フォトニック結晶バイオセンサー11に、反射面29における特定の位置を表示する、位置決め用のマーカーによってマークを付けるようにしてもよい。マーカーは、フォトリソグラフィー、スパッタリング、蒸着、これらを利用したリフトオフプロセス、インクなどによる印刷又はインプリントによるパターン形成などによって付けることができる。マーカーは、その位置を読み取ることができればフォトニック結晶バイオセンサー11の表面(反射面29側)又は裏面(反射面29の反対側)のどちらに付けてもよい。また、標的物質捕捉構造体25の測定部分を外して標的物質捕捉構造体25自体にマーカーを付けてもよい。さらに、マーカーを上部プレート22、下部プレート23に付けてもよい。   The photonic crystal biosensor 11 may be marked with a positioning marker that displays a specific position on the reflecting surface 29. The marker can be attached by photolithography, sputtering, vapor deposition, a lift-off process using these, printing by ink or the like, or pattern formation by imprinting. The marker may be attached to either the front surface (the reflective surface 29 side) or the back surface (the opposite side of the reflective surface 29) of the photonic crystal biosensor 11 as long as the position can be read. Alternatively, the measurement part of the target substance capturing structure 25 may be removed and a marker may be attached to the target substance capturing structure 25 itself. Further, a marker may be attached to the upper plate 22 and the lower plate 23.

次に、フォトニック結晶バイオセンサー11のさらに別の形態について説明する。図22は、フォトニック結晶バイオセンサー11の別の形態を説明する図である。図22に示すように、フォトニック結晶バイオセンサー11は、開口部24を塞ぐ部材を含む。開口部24を塞ぐ部材は、孔付カバー41とシート42とを含む。孔付カバー41は、開口部43を有する板状部材であり、孔付カバー41は、フォトニック結晶バイオセンサー11の表面(反射面29側)に設けられる。シート42は、孔付カバー41のフォトニック結晶バイオセンサー11とは反対側(光の入射側)に設けられる。シート42は、被覆部材として機能する。フォトニック結晶バイオセンサー11は、孔付カバー41とシート42とにより開口部24、43が塞がれる。   Next, still another form of the photonic crystal biosensor 11 will be described. FIG. 22 is a diagram for explaining another form of the photonic crystal biosensor 11. As shown in FIG. 22, the photonic crystal biosensor 11 includes a member that closes the opening 24. The member that closes the opening 24 includes a cover 41 with a hole and a sheet 42. The cover 41 with a hole is a plate-like member having an opening 43, and the cover 41 with a hole is provided on the surface (the reflection surface 29 side) of the photonic crystal biosensor 11. The sheet 42 is provided on the opposite side (light incident side) of the cover 41 with holes from the photonic crystal biosensor 11. The sheet 42 functions as a covering member. In the photonic crystal biosensor 11, the openings 24 and 43 are closed by the cover 41 with a hole and the sheet 42.

孔付カバー41の開口部43側の内壁と、開口部24側の内壁と、標的物質捕捉構造体25の反射面29とで囲まれた空間が、一定容積の液滴保持部44となる。開口部43側の内壁とは、孔付カバー41と開口部43との境界面である、孔付カバー41の内壁をいう。開口部43は、液滴保持部44に標的物質が配置された後、シート42により覆われる。これにより、液滴保持部44はシート42により塞がれる。   A space surrounded by the inner wall on the opening 43 side of the cover 41 with the hole, the inner wall on the opening 24 side, and the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25 is a droplet holding unit 44 having a constant volume. The inner wall on the opening 43 side refers to the inner wall of the holed cover 41 that is a boundary surface between the holed cover 41 and the opening 43. The opening 43 is covered with the sheet 42 after the target substance is disposed in the droplet holding unit 44. As a result, the droplet holder 44 is blocked by the sheet 42.

フォトニック結晶バイオセンサー11は、孔付カバー41及びシート42を備えることで、フォトニック結晶バイオセンサー11の開口部24に滴下された溶液の蒸発を抑制することができる。このため、抗原抗体反応時の蒸発などによる溶液の濃度が変化するのを抑制することができる。また、フォトニック結晶バイオセンサー11は、孔付カバー41及びシート42を備えることで、外部から溶液へ異物が混入することを抑制することができる。   The photonic crystal biosensor 11 includes the cover 41 with a hole and the sheet 42, thereby suppressing evaporation of the solution dropped on the opening 24 of the photonic crystal biosensor 11. For this reason, it can suppress that the density | concentration of the solution by evaporation at the time of an antigen antibody reaction changes. In addition, the photonic crystal biosensor 11 includes the cover 41 with a hole and the sheet 42, so that foreign matters can be prevented from entering the solution from the outside.

さらに、液滴保持部44に溶液を充填することにより、溶液を充填した状態で反射光をより正確に測定することも可能である。この場合、シート42は透明な材料であることが好ましく、より好ましくは、反射光の強度の極値における波長の光の吸収が少ないものが好ましい。例えば、シート42の材料は、可視光線領域から紫外線領域の反射光で測定する場合は石英(シリカ)などが好ましい。   Furthermore, by filling the droplet holder 44 with a solution, the reflected light can be measured more accurately in a state where the solution is filled. In this case, the sheet 42 is preferably a transparent material, and more preferably a sheet that absorbs light having a wavelength at the extreme value of the intensity of reflected light. For example, the material of the sheet 42 is preferably quartz (silica) or the like when measured with reflected light from the visible light region to the ultraviolet region.

[光検出部]
次に、図1に示す光検出部12について説明する。図1に示す光検出部12は、光源51と、測定プローブ52と、光検出装置53と、第1光ファイバー54と、第2光ファイバー55と、コリメートレンズ56とを含む。光源51と測定プローブ52とは、第1光ファイバー54により光学的に接続されている。測定プローブ52と光検出装置53とは、第2光ファイバー55により光学的に接続されている。必要に応じて、光源51及び光検出装置53などに接続され、光源51の制御及び光検出装置53からの信号を処理する制御装置を設けてもよい。
[Photodetection section]
Next, the light detection unit 12 shown in FIG. 1 will be described. The light detection unit 12 illustrated in FIG. 1 includes a light source 51, a measurement probe 52, a light detection device 53, a first optical fiber 54, a second optical fiber 55, and a collimator lens 56. The light source 51 and the measurement probe 52 are optically connected by a first optical fiber 54. The measurement probe 52 and the light detection device 53 are optically connected by a second optical fiber 55. If necessary, a control device that is connected to the light source 51 and the light detection device 53 and that controls the light source 51 and processes a signal from the light detection device 53 may be provided.

図23は、光検出部12がフォトニック結晶バイオセンサー11に光を照射する例を示す図である。図1に示す第1光ファイバー54は、図1に示す光源51からの光を測定プローブ52に導き、測定プローブ52からフォトニック結晶バイオセンサー11が有する標的物質捕捉装置21の反射面29へ照射する。コリメートレンズ56は、第1光ファイバー54から出射し、測定プローブ52から照射された光を平行光にしてから、標的物質捕捉構造体25の反射面29へ入射光LIとして照射する。第2光ファイバー55は、標的物質捕捉装置21の反射面29で反射した光を反射光LRとして受光し、図1に示す光検出装置53へ導く。コリメートレンズ56の種類は特に限定されないが、例えば、ナノストラクチャーを持つ反射防止フィルムを用いることができる。光検出装置53は、例えば、フォトトランジスタ又はCCD(Charge Coupled Device)などの受光素子を備えた、光を検出するための装置である。   FIG. 23 is a diagram illustrating an example in which the light detection unit 12 irradiates the photonic crystal biosensor 11 with light. The first optical fiber 54 shown in FIG. 1 guides the light from the light source 51 shown in FIG. 1 to the measurement probe 52, and irradiates the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21 of the photonic crystal biosensor 11 from the measurement probe 52. . The collimating lens 56 irradiates the reflecting surface 29 of the target substance capturing structure 25 as incident light LI after collimating the light emitted from the first optical fiber 54 and irradiated from the measurement probe 52. The second optical fiber 55 receives the light reflected by the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 as reflected light LR and guides it to the light detecting device 53 shown in FIG. Although the kind of collimating lens 56 is not specifically limited, For example, the antireflection film which has a nanostructure can be used. The light detection device 53 is a device for detecting light, which includes a light receiving element such as a phototransistor or a CCD (Charge Coupled Device).

図24は、図1に示す光検出部12が有する測定プローブ52の構造を示す図である。測定プローブ52は、第1光ファイバー54と第2光ファイバー55とが接合される。そして、測定プローブ52は、第1光ファイバー54の光の出射面61と、第2光ファイバー55の反射光LRの入射面62とが同一の面(入出射面)63上に配置される。このように、測定プローブ52は、第1光ファイバー54と第2光ファイバー55とが、第1光ファイバー54の出射側(出射面61側)と第2光ファイバー55の入射側(入射面62側)とで一体となっている。そして、測定プローブ52は、第1光ファイバー54と第2光ファイバー55とを用いて光を入射し、反射光LRを検出する。   FIG. 24 is a diagram showing the structure of the measurement probe 52 included in the light detection unit 12 shown in FIG. In the measurement probe 52, the first optical fiber 54 and the second optical fiber 55 are joined. In the measurement probe 52, the light exit surface 61 of the first optical fiber 54 and the incident surface 62 of the reflected light LR of the second optical fiber 55 are disposed on the same surface (incident / exit surface) 63. As described above, the measurement probe 52 includes the first optical fiber 54 and the second optical fiber 55 on the emission side (emission surface 61 side) of the first optical fiber 54 and the incident side (incident surface 62 side) of the second optical fiber 55. It is united. Then, the measurement probe 52 enters light using the first optical fiber 54 and the second optical fiber 55 and detects the reflected light LR.

測定プローブ52は、このような構造としているため、標的物質捕捉構造体25の反射面29に照射する入射光LIと、反射面29からの反射光LRとをほぼ同一の位置から出射し、入射させることができる。測定プローブ52を上述したような構造にするとともに、コリメートレンズ56を用いて測定プローブ52からの光を平行光にすることで、光検出部12は、反射面29に平行光の入射光LIを垂直に入射することができる。それとともに、反射面29から垂直に反射した反射光LRを受光することができる。このようにすることで、測定プローブ52は、反射光強度の低下を最小限に抑えることができるとともに、主として反射光LRの0次光成分を検出することができる。これにより、処理部13は、標的物質捕捉装置21の反射面29の正確な情報を得ることができるため、標的物質の検出精度及び濃度の計測精度が向上する。なお、反射光LRを検出する手法は、前述したような測定プローブ52に限定されない。例えば、コリメートレンズ56と反射面29との間にハーフミラーを配置し、ハーフミラーによって反射光LRを分離して第2光ファイバー55から光検出装置53に導いてもよい。   Since the measurement probe 52 has such a structure, the incident light LI that irradiates the reflective surface 29 of the target substance capturing structure 25 and the reflected light LR from the reflective surface 29 are emitted from substantially the same position and incident. Can be made. While the measurement probe 52 is configured as described above, and the collimator lens 56 is used to convert the light from the measurement probe 52 into parallel light, the light detection unit 12 converts the incident light LI of parallel light onto the reflection surface 29. It can be incident vertically. At the same time, the reflected light LR reflected perpendicularly from the reflecting surface 29 can be received. By doing in this way, the measurement probe 52 can suppress the fall of reflected light intensity to the minimum, and can mainly detect the 0th-order light component of the reflected light LR. Thereby, since the process part 13 can acquire the exact information of the reflective surface 29 of the target substance capture apparatus 21, the detection accuracy of a target substance and the measurement precision of a density | concentration improve. The method for detecting the reflected light LR is not limited to the measurement probe 52 as described above. For example, a half mirror may be disposed between the collimating lens 56 and the reflection surface 29, and the reflected light LR may be separated by the half mirror and guided from the second optical fiber 55 to the light detection device 53.

次に、光検出部12の評価条件を説明する。図25は、本実施形態に係る標的物質検出装置10の光検出部12の評価条件を示す図である。図25に示すように、光検出部12は、測定プローブ52の入出射面63と標的物質捕捉装置21の反射面29との間にコリメートレンズ56を配置する。コリメートレンズ56と反射面29との距離(計測距離)をh、コリメートレンズ56から出射した平行光の反射面29における直径をd1、標的物質捕捉構造体25の反射面29が露出する開口部24の直径をd2とする。本評価では、hを15mm又は40mmとし、d1を3.5mm、d2を5mmとした。反射面29に照射される光の光軸ZL及び反射面29で反射された反射光の光軸ZLは、いずれも反射面29に対して直交している。測定プローブ52の直径は200μmである。照射する光は白色光を用いた。反射率は、標準物質(アルミニウム板)の反射光強度に対する比率である。   Next, the evaluation conditions of the light detection unit 12 will be described. FIG. 25 is a diagram illustrating evaluation conditions of the light detection unit 12 of the target substance detection device 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 25, the light detection unit 12 arranges a collimator lens 56 between the incident / exit surface 63 of the measurement probe 52 and the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. The distance (measurement distance) between the collimating lens 56 and the reflecting surface 29 is h, the diameter of the parallel light emitted from the collimating lens 56 is d1, and the opening 24 through which the reflecting surface 29 of the target substance capturing structure 25 is exposed. Let d2 be the diameter of. In this evaluation, h was 15 mm or 40 mm, d1 was 3.5 mm, and d2 was 5 mm. The optical axis ZL of the light applied to the reflecting surface 29 and the optical axis ZL of the reflected light reflected by the reflecting surface 29 are both orthogonal to the reflecting surface 29. The diameter of the measurement probe 52 is 200 μm. White light was used as the irradiation light. The reflectance is the ratio of the standard material (aluminum plate) to the reflected light intensity.

[処理部]
次に、図1に示す処理部13について説明する。処理部13は、光検出部12が検出した反射光の極値の波長を求める。処理部13は、それとともに、求めた極値の波長のシフト(波長シフト量)に基づいて、少なくとも標的物質(例えば、図15、図16などに示す抗原36)の有無を検出する。処理部13は、例えば、マイクロコンピュータである。波長シフト量と標的物質捕捉装置21の反射面29に捕捉された標的物質の濃度とは相関がある。このため、処理部13は、波長シフト量から反射面29に捕捉された標的物質の濃度を求めることができる。
[Processing part]
Next, the processing unit 13 shown in FIG. 1 will be described. The processing unit 13 obtains the extreme wavelength of the reflected light detected by the light detection unit 12. At the same time, the processing unit 13 detects at least the presence / absence of the target substance (for example, the antigen 36 shown in FIGS. 15, 16, and the like) based on the obtained extreme wavelength shift (amount of wavelength shift). The processing unit 13 is, for example, a microcomputer. There is a correlation between the wavelength shift amount and the concentration of the target substance captured by the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. For this reason, the processing unit 13 can obtain the concentration of the target substance captured by the reflection surface 29 from the wavelength shift amount.

(標的物質を検出する方法)
次に、図1に示す標的物質検出装置10を用いて標的物質を検出する方法(標的物質検出方法)を説明する。この例においては、標的物質捕捉装置21の反射面29にコルチゾール抗体を吸着させて、唾液中のコルチゾールを検出対象の標的物質として、検出・測定する場合を説明する。標的物質捕捉構造体25としては、光ナノインプリントにより所定の微細構造を表面に形成したFROMPナノインプリント材料(商品名、三井化学社製)のシートを所定の大きさに切断したものを用いている。
(Method of detecting target substance)
Next, a method for detecting a target substance (target substance detection method) using the target substance detection apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described. In this example, a case will be described in which a cortisol antibody is adsorbed on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21 to detect and measure cortisol in saliva as a target substance to be detected. As the target substance capturing structure 25, a sheet of a FROMP nanoimprint material (trade name, manufactured by Mitsui Chemicals) on which a predetermined fine structure is formed by optical nanoimprint is cut into a predetermined size.

図26は、本実施形態に係る標的物質検出方法の一例を示すフローチャートである。まず、ステップS11では、コルチゾール抗体溶液(コルチゾール抗体濃度1μg/ml〜50μg/ml)を標的物質捕捉装置21の反射面29に滴下する。そして、所定の時間又は必要であれば、フォトニック結晶バイオセンサー11を所定の温度で所定の時間静置し、コルチゾール抗体を標的物質捕捉装置21の反射面29に吸着させる。   FIG. 26 is a flowchart showing an example of the target substance detection method according to the present embodiment. First, in step S <b> 11, a cortisol antibody solution (cortisol antibody concentration of 1 μg / ml to 50 μg / ml) is dropped onto the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. Then, the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand at a predetermined temperature for a predetermined time for a predetermined time or if necessary, and the cortisol antibody is adsorbed on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21.

次に、ステップS12では、リン酸緩衝液(PBS:Phosphate buffered saline)を標的物質捕捉装置21の反射面29に滴下する。その後、遠心力などにより除去するリンス処理を複数回行う。   Next, in step S <b> 12, a phosphate buffer solution (PBS) is dropped onto the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21. Thereafter, a rinsing process is performed a plurality of times for removal by centrifugal force or the like.

次に、ステップS13では、ブロッキング剤35としてスキムミルクを標的物質捕捉構造体25の反射面29に滴下し、フォトニック結晶バイオセンサー11を所定の時間又は必要であれば所定の温度で所定の時間静置し、スキムミルクを標的物質捕捉装置21の反射面29におけるコルチゾール抗体の非吸着部に吸着させる。   Next, in step S13, skim milk is dropped as the blocking agent 35 onto the reflecting surface 29 of the target substance capturing structure 25, and the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand for a predetermined time at a predetermined time or a predetermined temperature if necessary. The skim milk is adsorbed to the non-adsorbing portion of the cortisol antibody on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21.

その後、ステップS14では、リンス処理(ステップS12)と同様に、リン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う。上述した操作により、標的物質捕捉装置21の反射面29に所定の処理がなされ、フォトニック結晶バイオセンサー11が形成される。   Thereafter, in step S14, the rinsing process is performed a plurality of times with a phosphate buffer solution, similarly to the rinsing process (step S12). By the above-described operation, a predetermined process is performed on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21, and the photonic crystal biosensor 11 is formed.

次に、ステップS15では、光検出部12は、標的物質捕捉構造体25の反射面29に光を照射したときの反射面29からの反射光LRを検出し、処理部13は、反射光LRを計測する。処理部13は、例えば、反射光LRの反射光強度のスペクトルを計測する。反射面29に照射する光(入射光LI)の波長は、例えば300nm以上2000nm以下である。   Next, in step S15, the light detection unit 12 detects the reflected light LR from the reflection surface 29 when the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25 is irradiated with light, and the processing unit 13 reflects the reflected light LR. Measure. For example, the processing unit 13 measures the spectrum of the reflected light intensity of the reflected light LR. The wavelength of the light (incident light LI) applied to the reflecting surface 29 is, for example, not less than 300 nm and not more than 2000 nm.

次に、ステップS16では、まず、コルチゾールを含む溶液としての唾液の準備をする。唾液のサンプリング及び不純物の除去などの前処理は、例えば、市販の唾液採取キットを用いて行う。唾液の準備は、フォトニック結晶バイオセンサー11に唾液を滴下する前であればいつ行ってもよい。例えば、フォトニック結晶バイオセンサー11を形成する前に行ってもよく、フォトニック結晶バイオセンサー11を形成するのと並行して行ってもよく、反射光強度を計測した後に行ってもよい。サンプリング及び前処理の終了した唾液10μL〜50μLをフォトニック結晶バイオセンサー11に滴下する。   Next, in step S16, first, saliva is prepared as a solution containing cortisol. Pretreatment such as saliva sampling and impurity removal is performed using, for example, a commercially available saliva collection kit. The preparation of saliva may be performed at any time before the saliva is dripped onto the photonic crystal biosensor 11. For example, it may be performed before the photonic crystal biosensor 11 is formed, may be performed in parallel with the formation of the photonic crystal biosensor 11, or may be performed after the reflected light intensity is measured. 10 μL to 50 μL of saliva after sampling and pretreatment is dropped onto the photonic crystal biosensor 11.

次に、ステップS17では、フォトニック結晶バイオセンサー11を、所定の時間、また必要であれば所定の温度で所定の時間、静置して抗原抗体反応を行う。   Next, in step S17, the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand for a predetermined time at a predetermined temperature for a predetermined time or, if necessary, for an antigen-antibody reaction.

その後、ステップS18では、リンス処理(ステップS14)と同様に、リン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う。   Thereafter, in step S18, the rinsing process is performed a plurality of times with a phosphate buffer solution, similarly to the rinsing process (step S14).

次に、ステップS19では、標的物質検出装置10を用いて、標的物質捕捉装置21の反射面29に光を照射する。このときに照射する光は、ステップS15で反射面29に照射した光と同一である。そして、標的物質検出装置10は、反射面29からの反射光LR、例えば、反射光強度のスペクトルを計測する。   Next, in step S <b> 19, the target material detection device 10 is used to irradiate the reflection surface 29 of the target material capturing device 21 with light. The light irradiated at this time is the same as the light irradiated on the reflecting surface 29 in step S15. Then, the target substance detection device 10 measures the reflected light LR from the reflecting surface 29, for example, the spectrum of the reflected light intensity.

フォトニック結晶バイオセンサー11の反射光強度の極値における波長は、反射面29又は反射面29の近傍での抗原抗体反応などにより影響を受けて変化する。このため、反応前後の反射光強度の極値における波長の差、すなわち波長シフト量から、唾液中のコルチゾールを検出できる。また、波長シフト量から唾液中のコルチゾールの濃度を求めることができる。   The wavelength at the extreme value of the reflected light intensity of the photonic crystal biosensor 11 is affected and changed by the antigen-antibody reaction or the like in the vicinity of the reflecting surface 29 or the reflecting surface 29. For this reason, cortisol in saliva can be detected from the difference in wavelength at the extreme value of reflected light intensity before and after the reaction, that is, the amount of wavelength shift. Further, the concentration of cortisol in saliva can be obtained from the wavelength shift amount.

ステップS20では、処理部13は、ステップS19で計測した反射光強度(又は反射率)の極値(極小値)における波長のシフト(波長シフト量)を求める。波長シフト量は、例えば、反射面29に標的物質が捕捉された後における波長λ2と、反射面29に標的物質が捕捉されていないときにおける反射光強度(又は反射率)の極値(最小値)に対応する波長λ1との差分λ2−λ1である。   In step S20, the processing unit 13 obtains a wavelength shift (wavelength shift amount) at the extreme value (minimum value) of the reflected light intensity (or reflectance) measured in step S19. The wavelength shift amount is, for example, the extreme value (minimum value) of the wavelength λ2 after the target substance is captured on the reflecting surface 29 and the reflected light intensity (or reflectance) when the target substance is not captured on the reflecting surface 29. ) Is the difference λ2−λ1 with respect to the wavelength λ1.

ステップS21で、処理部13は、例えば、所定量以上の波長シフト量がある場合、唾液中にコルチゾールが存在すると判定する。また、処理部13は、波長シフト量に基づき、例えば、波長シフト量とコルチゾールの濃度との関係式を用いてコルチゾールの濃度を決定する。このとき、前記関係式は予め求めておき、処理部13の記憶部に保存しておく。   In step S <b> 21, the processing unit 13 determines that cortisol is present in saliva, for example, when there is a wavelength shift amount of a predetermined amount or more. The processing unit 13 determines the concentration of cortisol based on the amount of wavelength shift using, for example, a relational expression between the amount of wavelength shift and the concentration of cortisol. At this time, the relational expression is obtained in advance and stored in the storage unit of the processing unit 13.

上述した例では、標的物質が捕捉されていない状態の反射面29における反射光強度の極値の波長を用いて波長シフト量を求めたが、これに限定されるものではない。また、ステップS15、ステップS19において、極値が複数ある場合には、着目する極値を適宜選定する。そして、選定された極値について、波長λ1及び波長λ2を求める。   In the example described above, the wavelength shift amount is obtained using the extreme wavelength of the reflected light intensity on the reflection surface 29 in a state where the target substance is not captured, but the present invention is not limited to this. In Step S15 and Step S19, when there are a plurality of extreme values, the extreme value to be focused is appropriately selected. Then, the wavelength λ1 and the wavelength λ2 are obtained for the selected extreme value.

このように、フォトニック結晶バイオセンサー11は、反射面29に凹部28Bを周期的に複数設けた標的物質捕捉装置21を含む。凹部28Bは、凹部28Bの壁面28aが凹部28Bの底面28bに対して所定の角度を有するように標的物質捕捉装置21の反射面29に形成されている。これにより、凹部28Bの周期が明確になり、反射光LRの波長のスペクトルの形状の幅(例えば、半値幅)が小さくなるため、ピーク波長を容易に特定することができる。したがって、標的物質検出装置10は、少なくとも溶液中から標的物質(この例では、コルチゾール)を精度よく検出することができる。   As described above, the photonic crystal biosensor 11 includes the target substance capturing device 21 in which a plurality of concave portions 28B are periodically provided on the reflection surface 29. The recess 28B is formed on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21 so that the wall surface 28a of the recess 28B has a predetermined angle with respect to the bottom surface 28b of the recess 28B. Thereby, the period of the concave portion 28B becomes clear, and the width (for example, half-value width) of the spectrum shape of the wavelength of the reflected light LR becomes small, so that the peak wavelength can be easily specified. Therefore, the target substance detection device 10 can accurately detect the target substance (cortisol in this example) from at least the solution.

また、標的物質検出装置10は、平行光でフォトニック結晶バイオセンサー11の反射面29に対して垂直に光(入射光LI)を照射し、反射面29で垂直に反射した反射光LRを受光して、標的物質(例えば、コルチゾール)を検出したり、標的物質の濃度を求めたりする。そして、標的物質捕捉装置21は、凹部28Bの壁面28aが凹部28Bの底面28bに対して所定の角度を有するように反射面29に形成されているため、反射光LRのピーク波長の特定を容易に行うことができる。このため、標的物質の検出精度及び濃度の計測精度をさらに向上させることができる。また、コルチゾール抗体溶液、唾液、リンス液などの使用量を大幅に低減することができる。   Further, the target substance detection apparatus 10 irradiates light (incident light LI) perpendicularly to the reflection surface 29 of the photonic crystal biosensor 11 with parallel light, and receives the reflected light LR reflected vertically by the reflection surface 29. Then, the target substance (for example, cortisol) is detected, or the concentration of the target substance is obtained. Since the target substance capturing device 21 is formed on the reflection surface 29 so that the wall surface 28a of the recess 28B has a predetermined angle with respect to the bottom surface 28b of the recess 28B, the peak wavelength of the reflected light LR can be easily specified. Can be done. For this reason, the detection accuracy of the target substance and the measurement accuracy of the concentration can be further improved. Moreover, the usage-amounts, such as a cortisol antibody solution, saliva, and a rinse liquid, can be reduced significantly.

なお、本実施形態では、標的物質捕捉装置21は、反射面29に抗体34を固定しているが、これに限定されるものではなく、標的物質捕捉装置21は、反射面29に抗体34を固定しないで用いてもよい。   In the present embodiment, the target substance capturing device 21 has the antibody 34 immobilized on the reflecting surface 29, but the present invention is not limited to this, and the target substance capturing device 21 has the antibody 34 on the reflecting surface 29. You may use without fixing.

[実施形態2]
図1に示す標的物質検出装置10を用いて標的物質を検出する他の方法について説明する。本実施形態に係る標的物質捕捉装置21は、反射面29に固定するものを抗原(標的物質)36とし、この抗原36に抗体34を吸着させることに変更したこと以外は実施形態1と同様であるため、重複した説明は省略する。
[Embodiment 2]
Another method for detecting a target substance using the target substance detection apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described. The target substance capturing device 21 according to this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the antigen (target substance) 36 is fixed to the reflecting surface 29 and the antibody 34 is adsorbed to the antigen 36. Therefore, redundant description is omitted.

図27〜図31は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。抗体34と、抗原36との特異的反応として、本実施形態では、抗原36としてコルチゾールと、抗体34として抗コルチゾール抗体とを用いて説明する。   27 to 31 are diagrams for explaining the principle of the photonic crystal biosensor. In this embodiment, the specific reaction between the antibody 34 and the antigen 36 will be described using cortisol as the antigen 36 and an anti-cortisol antibody as the antibody 34.

まず、図27に示すように、フォトニック結晶バイオセンサー11は、標的物質捕捉装置21の反射面29に抗原36を固定する手段として、抗体34を反射面29に固定する手段と同様に行うことができる。抗原36を反射面29に固定する手段としては、例えば、共有結合、化学吸着、物理吸着などの、化学的結合、物理的結合方法が挙げられる。これらの手段は、抗原36の性質に応じて適宜選択することができる。   First, as shown in FIG. 27, the photonic crystal biosensor 11 is the same as the means for immobilizing the antibody 34 on the reflection surface 29 as the means for immobilizing the antigen 36 on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. Can do. Examples of means for fixing the antigen 36 to the reflecting surface 29 include chemical bonding and physical bonding methods such as covalent bonding, chemical adsorption, and physical adsorption. These means can be appropriately selected according to the properties of the antigen 36.

標的物質捕捉装置21に固定される抗原36の量は、一定量である。これにより、標的物質捕捉装置21に固定される抗原36に抗体34が吸着して複合体65(図29及び図30参照)が形成された場合に、形成された複合体65の量と相関する物理量を、フォトニック結晶バイオセンサー11が出力できる。固定される抗原36の一定量は、適宜変更してもよく、例えば、試料Sに含まれる抗原36の量の範囲によって最適な量に設定することができる。   The amount of the antigen 36 immobilized on the target substance capturing device 21 is a fixed amount. Thus, when the antibody 34 is adsorbed to the antigen 36 immobilized on the target substance capturing device 21 and a complex 65 (see FIGS. 29 and 30) is formed, it correlates with the amount of the complex 65 formed. The physical quantity can be output by the photonic crystal biosensor 11. The fixed amount of the antigen 36 to be fixed may be appropriately changed. For example, it can be set to an optimum amount according to the range of the amount of the antigen 36 contained in the sample S.

その後、図28に示すように、ブロッキング剤35を反射面29の抗原36の付着していない箇所に固定させる。   Thereafter, as shown in FIG. 28, the blocking agent 35 is fixed to a portion of the reflecting surface 29 where the antigen 36 is not attached.

次に、標的物質捕捉構造体25の反射面29に、例えば300nm以上900nm以下の光(入射光)LIを平行光で、かつ光軸が反射面29と直交するように照射する。このときの反射光LRの強度又は反射率が極値(この例では極小値)となる波長をλ1とする。   Next, the reflective surface 29 of the target substance capturing structure 25 is irradiated with light (incident light) LI of, for example, 300 nm or more and 900 nm or less as parallel light so that the optical axis is orthogonal to the reflective surface 29. A wavelength at which the intensity or reflectance of the reflected light LR at this time becomes an extreme value (a minimum value in this example) is λ1.

次に、図29に示すように、抗原36と抗体34との複合体65と、抗体34とを含む混合物Mを準備する。混合物Mは、抗原36を含む試料Sと既知量の抗体34を含む溶液Gとを混合することで得られる。複合体65は、抗原36を含む試料Sと既知量の抗体34を含む溶液Gとを混合することで、抗体34と抗原36とが反応して得られる。抗体34は、抗体34の既知量を試料Sに含まれる抗原36の結合する部位の量よりも多くすることにより、混合物M中に抗原36と反応せずに残ったものである。混合物Mを、標的物質捕捉装置21の反射面29に接触させる。これにより、図30に示すように、反射面29に固定された抗原36と抗体34とで複合体65を反射面29に形成させる。その後、図31に示すように、標的物質捕捉装置21の反射面29に、例えば300nm以上2000nm以下の光(入射光)LIを平行光で、かつ光軸が反射面29と直交するように照射する。このときの、反射光LRの反射光強度又は反射率が極値(この例では極小値)となる波長をλ2とする。   Next, as shown in FIG. 29, a mixture M including the complex 65 of the antigen 36 and the antibody 34 and the antibody 34 is prepared. The mixture M is obtained by mixing the sample S containing the antigen 36 and the solution G containing a known amount of the antibody 34. The complex 65 is obtained by reacting the antibody 34 and the antigen 36 by mixing the sample S containing the antigen 36 and the solution G containing the known amount of the antibody 34. The antibody 34 remains in the mixture M without reacting with the antigen 36 by increasing the known amount of the antibody 34 to the amount of the site to which the antigen 36 is contained in the sample S. The mixture M is brought into contact with the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21. Thereby, as shown in FIG. 30, a complex 65 is formed on the reflective surface 29 by the antigen 36 and the antibody 34 fixed on the reflective surface 29. Thereafter, as shown in FIG. 31, the light (incident light) LI of, for example, 300 nm or more and 2000 nm or less is irradiated to the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 as parallel light and the optical axis is orthogonal to the reflecting surface 29. To do. At this time, the wavelength at which the reflected light intensity or reflectance of the reflected light LR becomes an extreme value (a minimum value in this example) is λ2.

光の反射率が極値となる波長の波長シフト量は、λ2−λ1である。標的物質捕捉装置21の反射面29における表面状態の変化に応じて、波長シフト量は変化する。この波長シフト量に基づいて、抗原36の検出及び定量を行う。フォトニック結晶バイオセンサー11は、光学的な物理量を出力する。この物理量は、反射面29における表面状態の変化に相関し、反射面29に固定された抗原36と抗体34とで形成される複合体65の量と相関する。   The wavelength shift amount of the wavelength at which the light reflectance is an extreme value is λ2−λ1. The amount of wavelength shift changes according to the change in the surface state of the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. Based on this wavelength shift amount, the antigen 36 is detected and quantified. The photonic crystal biosensor 11 outputs an optical physical quantity. This physical quantity correlates with a change in the surface state on the reflecting surface 29 and correlates with the amount of the complex 65 formed by the antigen 36 and the antibody 34 immobilized on the reflecting surface 29.

本実施形態は、標的物質捕捉装置21に抗原36であるコルチゾールを固定させて、抗体34である抗コルチゾール抗体を反応させている。上記実施形態1のように、標的物質捕捉装置21の反射面29に抗体34を固定させた後、抗体34に抗原36を反応させる場合と比較して、本実施形態のように、標的物質捕捉装置21の反射面29にコルチゾールを固定させた後、コルチゾールに抗コルチゾール抗体を反応させる場合の方が、標的物質捕捉装置21の表面状態の変化が大きくなり、フォトニック結晶バイオセンサー11の感度が向上する。また、本実施形態では、凹部28Bは、凹部28Bの壁面28aが凹部28Bの底面28bに対して所定の角度を有するように標的物質捕捉装置21の反射面29に形成されているため、ピーク波長を容易に特定することができる。このため、本実施形態によれば、フォトニック結晶バイオセンサー11の感度をさらに高くすることができる。   In this embodiment, cortisol that is the antigen 36 is fixed to the target substance capturing device 21 and an anti-cortisol antibody that is the antibody 34 is reacted. Compared to the case where the antibody 34 is immobilized on the reflective surface 29 of the target substance capturing device 21 as in the first embodiment and then the antigen 36 is reacted with the antibody 34, the target substance is captured as in this embodiment. When cortisol is immobilized on the reflecting surface 29 of the device 21 and then the anti-cortisol antibody is reacted with cortisol, the change in the surface state of the target substance capturing device 21 becomes larger, and the sensitivity of the photonic crystal biosensor 11 is higher. improves. In the present embodiment, the concave portion 28B is formed on the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 so that the wall surface 28a of the concave portion 28B has a predetermined angle with respect to the bottom surface 28b of the concave portion 28B. Can be easily identified. For this reason, according to this embodiment, the sensitivity of the photonic crystal biosensor 11 can be further increased.

次に、抗原36の濃度の測定方法を説明する。試料Sに含まれる抗原36の結合する部位の量をX、混合物M中の抗体34の既知量をCとする。このとき、XとCとの関係は、XをCよりも少なくする(X<C)。混合物M中において、抗原36と抗体34とが抗原抗体反応して、複合体65が形成される。XはCよりも少ない(X<C)ので、混合物M中の抗体34の量は、C−Xとなる。そして、混合物Mを、一定量の抗原36が固定された反射面29に接触させると、混合物M中の抗体34が反射面29の抗原36と抗原抗体反応して、複合体65が形成される。反射面29に固定されている抗原36の量は、混合物M中の抗体34の量C−X以上である。   Next, a method for measuring the concentration of the antigen 36 will be described. Let X be the amount of the site to which antigen 36 is bound in sample S, and C be the known amount of antibody 34 in mixture M. At this time, the relationship between X and C is such that X is less than C (X <C). In the mixture M, the antigen 36 and the antibody 34 undergo an antigen-antibody reaction to form a complex 65. Since X is less than C (X <C), the amount of antibody 34 in mixture M is C-X. When the mixture M is brought into contact with the reflecting surface 29 on which a certain amount of antigen 36 is fixed, the antibody 34 in the mixture M reacts with the antigen 36 on the reflecting surface 29 to form a complex 65. . The amount of the antigen 36 fixed to the reflecting surface 29 is equal to or more than the amount CX of the antibody 34 in the mixture M.

混合物M中のすべての抗体34が反射面29の抗原36と抗原抗体反応すると、複合体65の量はC−Xになる。混合物Mを反射面29に接触させる前後において計測した波長λ1、λ2から求めた波長シフト量Δλは、反射面29に固定された複合体65の量に相当する。したがって、Δλ=k×(C−X)となる。kは、波長シフト量Δλを複合体65の量に変換するための定数である。反射面29に固定された複合体65の量と波長シフト量Δλとの関係は、予め求めておく。上記関係式から、抗原36の量Xは、C−Δλ/kで求めることができる。抗原36の濃度は、抗原36の量Xに基づいて求めることができる。   When all the antibodies 34 in the mixture M have undergone an antigen-antibody reaction with the antigen 36 on the reflecting surface 29, the amount of the complex 65 becomes C-X. The wavelength shift amount Δλ obtained from the wavelengths λ1 and λ2 measured before and after the mixture M is brought into contact with the reflecting surface 29 corresponds to the amount of the composite 65 fixed to the reflecting surface 29. Therefore, Δλ = k × (C−X). k is a constant for converting the wavelength shift amount Δλ into the amount of the complex 65. The relationship between the amount of the composite 65 fixed to the reflecting surface 29 and the wavelength shift amount Δλ is obtained in advance. From the above relational expression, the amount X of the antigen 36 can be determined by C−Δλ / k. The concentration of the antigen 36 can be determined based on the amount X of the antigen 36.

また、本実施形態では、フォトニック結晶バイオセンサー11は、例えば、複合体65と特異的に反応する二次抗体を、複合体結合物質として、標的物質捕捉装置21の反射面29に固定された複合体65と反応させるようにしてもよい。二次抗体は、複合体65よりも過剰な量を、標的物質捕捉装置21の反射面29に接触させる。そして、全ての複合体65に二次抗体を付加させて第二複合体とする。このようにすることで、標的物質捕捉装置21の表面状態の変化がさらに大きくなる。この結果、フォトニック結晶バイオセンサー11の感度がさらに上昇する。二次抗体は、そのまま使用することもできるし、他の物質を付加して使用してもよい。二次抗体が大きいほど標的物質捕捉装置21の表面状態の変化が大きくなるため、二次抗体に他の物質を付加した後、複合体65と反応させることで、フォトニック結晶バイオセンサー11の感度がさらに大きくなる。   In the present embodiment, the photonic crystal biosensor 11 is fixed to the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21 using, for example, a secondary antibody that specifically reacts with the complex 65 as a complex binding substance. You may make it react with the composite_body | complex 65. FIG. The secondary antibody is brought into contact with the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 in an amount more than the complex 65. Then, a secondary antibody is added to all the complexes 65 to form a second complex. By doing in this way, the change of the surface state of the target substance capture apparatus 21 becomes still larger. As a result, the sensitivity of the photonic crystal biosensor 11 further increases. The secondary antibody may be used as it is, or may be used after adding other substances. Since the change in the surface state of the target substance capturing device 21 increases as the secondary antibody increases, the sensitivity of the photonic crystal biosensor 11 is increased by reacting with the complex 65 after adding another substance to the secondary antibody. Becomes even larger.

反射面29に、第二複合体を形成させる場合は、第二複合体を形成させた後の反射面29に光を照射する。その結果得られる反射光強度又は反射率が極値(この例では極小値)となる波長をλ2とする。極値が複数ある場合には、着目する極値を適宜選定する。選定された任意の極値について、波長λ1及び波長λ2を求める。フォトニック結晶バイオセンサー11は、光学的な物理量を出力する。この物理量は、反射面29における表面状態の変化に相関し、反射面29に固定された第2複合体の量と相関する。これにより、第2複合体を検出及び定量する。第2複合体の量は、複合体65の量と同一であるから、複合体65を定量することができる。   In the case of forming the second composite on the reflective surface 29, the reflective surface 29 after the formation of the second composite is irradiated with light. The wavelength at which the reflected light intensity or reflectance obtained as a result is an extreme value (minimum value in this example) is λ2. When there are a plurality of extreme values, the extreme value of interest is appropriately selected. The wavelength λ1 and the wavelength λ2 are obtained for the selected arbitrary extreme value. The photonic crystal biosensor 11 outputs an optical physical quantity. This physical quantity correlates with a change in the surface state on the reflecting surface 29 and correlates with the amount of the second complex fixed to the reflecting surface 29. Thereby, the second complex is detected and quantified. Since the amount of the second complex is the same as the amount of the complex 65, the complex 65 can be quantified.

上述した標的物質捕捉装置は、標的物質捕捉構造体25を、凹部の代わりに表面に凸部が周期的に形成された反射面を備えるフォトニック結晶にしてもよい。   In the target substance capturing device described above, the target substance capturing structure 25 may be a photonic crystal including a reflective surface having convex portions formed periodically on the surface instead of the concave portions.

以上説明したように、本発明によれば、光硬化樹脂を使用する光ナノインプリント技術によりフォトニック結晶を形成することによって、フォトニック結晶の反射面の寸法精度を向上させることができる。したがって、このようなフォトニック結晶を用いた検出装置において、標的物質を精度よく検出することができる。また本発明は、離型性に優れた材料を光ナノインプリント技術に用いることによって、未硬化樹脂のモールド内残留を軽減するとともに、万が一残留してしまった場合であっても、有機溶剤等で簡便に除去しうる。さらに本発明によれば、光硬化の際の体積収縮率を軽減させることができる。   As described above, according to the present invention, the dimensional accuracy of the reflecting surface of the photonic crystal can be improved by forming the photonic crystal by the optical nanoimprint technique using the photocurable resin. Therefore, the target substance can be detected with high accuracy in such a detection apparatus using the photonic crystal. In addition, the present invention reduces the residue of uncured resin in the mold by using a material having excellent releasability for the optical nanoimprint technology, and can be easily used with an organic solvent or the like even if it remains. Can be removed. Furthermore, according to the present invention, it is possible to reduce the volume shrinkage during photocuring.

10 標的物質検出装置
11 フォトニック結晶バイオセンサー
12 光検出部
13 処理部
21 標的物質捕捉装置
22 上部プレート
23 下部プレート
24、43 開口部
25 標的物質捕捉構造体
26 金属膜
27 表面
28A、28B 円柱状の凹部(凹部)
28a 壁面
28b 底面
29 反射面
31 第1境界部
32 第2境界部
34 抗体(標的物質捕捉物質)
35 ブロッキング剤(保護物質)
36 抗原(標的物質)
37、65 複合体
38、44 液滴保持部
39 マグネットシート
41 孔付カバー
42 シート
51 光源
52 測定プローブ
53 光検出装置
54 第1光ファイバー
55 第2光ファイバー
56 コリメートレンズ
61 出射面
62 入射面
63 同一の面(入出射面)
82、93 最深部
A 交点
M 混合物
LI 入射光
LR 反射光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Target substance detection apparatus 11 Photonic crystal biosensor 12 Optical detection part 13 Processing part 21 Target substance capture apparatus 22 Upper plate 23 Lower plate 24, 43 Opening part 25 Target substance capture structure 26 Metal film 27 Surface 28A, 28B Cylindrical shape Recess (recess)
28a Wall surface 28b Bottom surface 29 Reflecting surface 31 First boundary portion 32 Second boundary portion 34 Antibody (target substance capturing substance)
35 Blocking agent (protective substance)
36 Antigen (target substance)
37, 65 Complex 38, 44 Droplet holder 39 Magnet sheet 41 Cover with hole 42 Sheet 51 Light source 52 Measuring probe 53 Photodetector 54 First optical fiber 55 Second optical fiber 56 Collimating lens 61 Emission surface 62 Incident surface 63 Same Surface (input / output surface)
82, 93 Deepest part A Intersection M Mixture LI Incident light LR Reflected light

Claims (9)

凹部又は凸部が周期的に形成された表面を有する標的物質捕捉構造体と、
前記表面の少なくとも一部に成膜されて反射面を形成する金属膜と、を含み、
前記標的物質捕捉構造体は前記金属膜側の少なくとも一部が光硬化樹脂である、
標的物質捕捉装置。
A target substance capturing structure having a surface in which concave portions or convex portions are periodically formed;
A metal film formed on at least a part of the surface to form a reflective surface,
In the target substance capturing structure, at least a part of the metal film side is a photocurable resin,
Target substance capture device.
前記光硬化樹脂が、フッ素を含有する紫外線硬化樹脂である、請求項1に記載の標的物質捕捉装置。   The target substance capturing device according to claim 1, wherein the photocurable resin is an ultraviolet curable resin containing fluorine. 前記紫外線硬化樹脂が、フッ素を含有する開環メタセシス重合ナノインプリント材料である、請求項2に記載の標的物質捕捉装置。   The target substance capturing device according to claim 2, wherein the ultraviolet curable resin is a ring-opening metathesis polymerization nanoimprint material containing fluorine. 標的物質が生体物質である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の標的物質捕捉装置。   The target substance capturing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the target substance is a biological substance. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の標的物質捕捉装置を備えた検出装置。   The detection apparatus provided with the target substance capture apparatus of any one of Claims 1-4. 前記標的物質捕捉構造体と前記金属膜とを備えるフォトニック結晶基板を有し、
前記フォトニック結晶基板からの反射光の波長の変化で標的物質の存在及び前記標的物質の濃度の少なくとも一方を検出するバイオセンサーである、請求項5に記載の検出装置。
A photonic crystal substrate comprising the target substance capturing structure and the metal film;
The detection apparatus according to claim 5, wherein the detection apparatus is a biosensor that detects at least one of the presence of a target substance and the concentration of the target substance by a change in wavelength of reflected light from the photonic crystal substrate.
所定のパターンを有する金型をシート状の光硬化性樹脂に押圧し、
前記光硬化性樹脂に光を照射し、
硬化後の光硬化樹脂から前記金型を離型して、凹部又は凸部が周期的に形成された一面を有する標的物質捕捉構造体を得て、
前記一面の少なくとも一部に金属膜を成膜する、
標的物質捕捉装置の製造方法。
Press a mold having a predetermined pattern against a sheet-like photocurable resin,
Irradiating the photocurable resin with light,
The mold is released from the cured photo-curing resin to obtain a target substance capturing structure having one surface in which concave portions or convex portions are periodically formed,
Forming a metal film on at least a part of the one surface;
A method for producing a target substance capturing device.
前記光硬化性樹脂が、フッ素を含有する紫外線硬化性樹脂であり、前記光が紫外線である、請求項7に記載の標的物質捕捉装置の製造方法。   The method for producing a target substance capturing device according to claim 7, wherein the photocurable resin is an ultraviolet curable resin containing fluorine, and the light is an ultraviolet ray. 前記紫外線硬化性樹脂が、フッ素を含有する開環メタセシス重合ナノインプリント材料である、請求項8に記載の標的物質捕捉装置の製造方法。   The method for producing a target substance capturing device according to claim 8, wherein the ultraviolet curable resin is a ring-opening metathesis polymerization nanoimprint material containing fluorine.
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