JP2017090349A - センサーチップおよびこのセンサーチップを備えた光学式検体検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＰＦＳシステムなどの光学式検体検出システムに使用され、反応層の上部を覆うように載置された流路部蓋部材の横方向の長さが、誘電体部材の横方向の長さよりも長く設定されたセンサーチップにおいて、迷光を大幅に低減して、高精度・高感度にアナライトを定量的に測定できるセンサーチップおよびこのセンサーチップを備えた光学式検体検出システムを提供する。【解決手段】金属膜３２と誘電体部材３４と反応層３６と、流路蓋部材３８と、を備え、仮想断面４０における横方向の長さＤが、誘電体部材３４における同方向の長さＥに対して長く設定されたセンサーチップ３０であり、流路蓋部材３８の誘電体部材３４側の下面３８ａと流路蓋部材３８の入射面側の端面３８ｃとのなす角度Ｘ１を鈍角に形成し、流路蓋部材３８内を全反射で導項する光を完全になくすようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance）現象を応用した表面プラズモン共鳴装置や、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ：Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）の原理に基づいた表面プラズモン励起増強蛍光測定装置などで使用されるセンサーチップおよびこのセンサーチップを備えた光学式検体検出システムに関する。

従来、極微少な物質の検出を行う場合において、物質の物理的現象を応用することでこのような物質の検出を可能とした様々な検体検出装置が用いられている。
このような検体検出装置の一つとして、ナノメートルレベルなどの微細領域中で電子と光が共鳴することにより、高い光出力を得る現象（表面プラズモン現象（ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance）現象）を応用し、例えば、生体内の極微少なアナライトの検出を行うようにした表面プラズモン共鳴装置（以下、「ＳＰＲ装置」と言う）が挙げられる。

また、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）現象を応用した、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ：Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）の原理に基づき、ＳＰＲ装置よりもさらに高感度にアナライト検出を行えるようにした表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置（以下、「ＳＰＦＳ装置」と言う）も、このような検体検出装置の一つである。

この表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）は、光源より照射したレーザー光などの励起光が、金属薄膜表面で全反射減衰（ＡＴＲ：Attenuated Total Reflectance）する条件において、金属薄膜表面に表面プラズモン光（疎密波）を発生させることによって、光源より照射した励起光が有する光密度を数十倍〜数百倍に上げて、表面プラズモン光の電場増強効果を得るようになっている。

図７は、従来のＳＰＦＳシステム１００の構成を説明するための概略構成図である。図８は図７に示したセンサーチップ１１４の概略上面図である。センサーチップ１１４は、ＳＰＦＳ装置１０１の上に載置されて、極微少な物質の検出が高感度に検出される。
なお、ＳＰＦＳ装置１０１は、センサーチップ１１４を搭載するセンサーチップ装填部１１６、投光ユニット１２２、集光部材１１７、波長選択機能部材１１９、光検出手段１２０、などから構成されている。

従来のＳＰＦＳシステム１００は、鉛直断面形状が略台形であるプリズム形状の誘電体部材１０２と、この誘電体部材１０２の水平な上面１０２ａに形成された金属膜１０４と、金属膜１０４の上面に形成された反応層１０６と、反応層１０６を囲繞するように流路１０８を形成する流路形成部材１１０及び流路蓋部材１１２とからなるセンサーチップ１１４を備えている。このセンサーチップ１１４は、図７に示したように、ＳＰＦＳ装置１０１のセンサーチップ装填部１１６の上面に、試薬ウェル４５を介して装填されている。

センサーチップ１１４の反応層１０６は、蛍光物質で標識されたアナライトを捕捉するための固相膜を有している。反応層１０６では、アナライトを含む検体液を流路１０８に送液することにより、アナライトを金属膜１０４上に固定することができる。
また、センサーチップ１１４の上方には、金属膜１０４上に発生した表面プラズモン光（疎密波）により励起された蛍光物質により発光される蛍光１１８の強度を測定するために、蛍光１１８のみを選択するように形成された波長選択機能部材１１９、光検出手段１２０が配設されている。

なお、ＳＰＦＳ装置の場合は、受光ユニット１３０によって検出される蛍光１１８がアナライト物質量に相関する光である。ここで受光ユニット１３０は、光検出手段１２０、波長選択機能部材１１９、集光部材１１７を有する。

また、図７に示したように、誘電体部材１０２の下方の一方の側面（入射面１０２ｂ）側には、投光ユニット１２２が配置されており、この投光ユニット１２２の光源から照射される励起光１２４が、誘電体部材１０２の外側下方から、誘電体部材１０２の入射面１０２ｂに入射し、誘電体部材１０２を介して、誘電体部材１０２の上面１０２ａに形成された金属膜１０４に照射される。

このように構成された従来のＳＰＦＳシステム１００では、投光ユニット１２２の光源から金属膜１０４に向かって励起光１２４を照射することにより、金属膜１０４表面に表面プラズモン光（疎密波）が発生し、この表面プラズモン光（疎密波）によって、アナライトを標識する蛍光物質が励起され、蛍光１１８が発光する。この蛍光１１８を、集光部材１１７と波長選択機能部材１１９を介して光検出手段１２０によって検出し、蛍光１１８の光量に基づき、アナライトの量を算出している。

また、検体中に含有されるアナライトは、例えば、核酸（一本鎖であっても二本鎖であってもよいＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、ＰＮＡ（ペプチド核酸）等、またはヌクレオシド、ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子）、タンパク質（ポリペプチド、オリゴペプチド等）、アミノ酸（修飾アミノ酸も含む。）、糖質（オリゴ糖、多糖類、糖鎖等）、脂質、またはこれらの修飾分子、複合体などが挙げられ、具体的には、ＡＦＰ（αフェトプロテイン）等のがん胎児性抗原や腫瘍マーカー、シグナル伝達物質、ホルモンなどであってもよく、特に限定されない。

なお、流路蓋部材１１２には、図８に示したように、検体注入口１０８ａと、検体排出口１０８ｂとが形成されている。また、検体注入口１０８ａの上方には円筒状の検体注入口部材９２が立設され、検体排出口１０８ｂの上方には、液混合用の内部空間を備えた円筒状の液溜部材９４が立設されている。

このようなＳＰＦＳ測定では、蛍光１１８の光量は、励起光１２４の光量に対して１０桁程度低いため、光検出手段１２０に励起光１２４が僅かでも入射するとＳ／Ｎが悪化し、検出精度が劣化してしまうため、迷光を低減することが重要となる。

なお、励起光１２４は、誘電体部材１０２の入射面１０２ｂから入射した後、金属膜１０４で反射し、誘電体部材１０２の出射面１０２ｃから出射するようになっている。
しかしながら、誘電体部材１０２の出射面１０２ｃにおいて、励起光１２４の一部が反射し、誘電体部材１０２の入射面１０２ｂから出射する出射面反射光１２４ｂが存在する。

この出射面反射光１２４ｂが、流路蓋部材１１２に入射し、流路蓋部材１１２の側面１１２ａで反射すると、流路蓋部材１１２内を矢印のように全反射で導光する光となる。そして、光検出手段１２０の測定領域Ｓに出射面反射光１２４ｂが存在すると、出射面反射光１２４ｂが流路蓋部材１１２を励起して自家蛍光が発生してしまい、光検出手段１２０が流路蓋部材１１２内の自家蛍光をも検出してしまい、Ｓ／Ｎの悪化に繋がる。また、自家蛍光だけでなく、出射面反射光１２４ｂが流路蓋部材１１２の測定領域Ｓ内で散乱する散乱光をも検出してしまし、Ｓ／Ｎの悪化に繋がる。また、出射面反射光１２４ｂだけでなく、下方に位置する投光ユニット１２２から出射した光の回折光や迷光、励起光がセンサーチップ装填部１１６などの装置内部を照射し散乱した光が流路蓋部材１１２に入射すると、一部の光が矢印のような全反射で導光する光が発生し、Ｓ／Ｎの悪化に繋がる。

なお、出射面反射光１２４ｂは、誘電体部材１０２の反射率が４％程度（通常の光学部材の界面の反射率）であり、流路蓋部材１１２内を全反射で導光する光は略１００％の反射率であるため、蛍光１１８に対して同等かそれ以上に大きな自家蛍光光量を発生させてしまい、除去すべき迷光と言える。

このような迷光を低減するために様々な手法が提案されている。
例えば、特許文献１では、図９に示したように、誘電体部材１６ａに向かって入射された励起光２０のうち、金属膜１２から反射した反射光２１を吸収する光吸収部４６を、誘電体部材１６ａの光路中に設けている。

また、特許文献２では、図１０に示したように、センサーチップ１０の内部の散乱光や反射光を除去するために励起光カットフィルタ（波長フィルタ）６０を上蓋１１ｂの上面に設置することで励起光Ｌをカットしている。しかしながら、このような構造でも蛍光波長は通過するため、自家蛍光による迷光が残ってしまう。

特開２０１４−１６７４７９号公報 特開２０１２−２０２９１１号公報

本発明は、このような実情に鑑み、例えば、ＳＰＦＳシステムなどの光学式検体検出システムに使用され、反応層の上部を覆うように載置された流路部蓋部材の横方向の長さが、誘電体部材の横方向の長さよりも長く設定されたセンサーチップにおいて、流路蓋部材内に入射してしまった散乱光や反射光の一部を、流路蓋部材の側面の形状により流路蓋部材内を全反射で導光して測定領域まで到達する光を発生させないようにすることで迷光を大幅に低減して、高精度・高感度にアナライトを定量的に測定できるセンサーチップおよびこのセンサーチップを備えた光学式検体検出システムを提供することを目的としている。

本発明は、前述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したセンサーチップは、
金属膜と、
前記金属膜の一方側に隣接し、励起光を入射する入射面を有する誘電体部材と、
前記金属膜の他方側に位置する反応層と、
前記反応層の上方に隣接する板状の流路蓋部材と、を備えたセンサーチップであって、
前記入射面の垂線と、前記金属膜平面との垂線とが交差する仮想断面において、
前記流路蓋部材の横方向の長さが、前記誘電体部材の横方向の長さよりも大きく、
前記流路蓋部材の前記誘電体部材側の下面と、前記流路蓋部材の横方向端面のうち前記入射面側の端面とのなす角度が、鈍角に形成されている。

さらに、本発明に係る光学式検体検出システムは、
上記センサーチップと、
前記励起光を照射する投光ユニットと、
前記金属膜に前記誘電体部材を介して前記励起光を照射したときに発生するアナライト物質量に相関する光を検出する受光ユニットとを備え、前記アナライト物質量を検出している。

本発明に係るセンサーチップによれば、流路蓋部材の立ち上がり部の角度を鈍角に形成することにより、流路蓋部材の下面から入射し立ち上がり部の斜面を反射する光において、流路蓋部材内を全反射で導光する光を完全になくすことができ、アナライトの測定感度・測定精度を向上させることができる。

図１は本発明に係るセンサーチップを備えたＳＰＦＳシステムの構成を説明するための概略図である。 図２Ａは図１に示したセンサーチップの概略斜視図である。 図２Ｂは図１に示したセンサーチップの概略上面図である。 図３は本発明に係るセンサーチップの他の実施例を示した概略断面図である。 図４は流路蓋部材に下方から光が入射した場合の光の光路を示す概略図である。 図５は流路蓋部材の下面からの光入射角度と流路蓋部材の上面からの光出射角度をプロットした図である。 図６は本発明に係る光学式検体検出システムを上方から見た場合の概略上面図である。 図７は従来のＳＰＦＳシステムの構成を説明するための概略図である。 図８は図７に示したセンサーチップの概略上面図である。 図９は特開２０１４−１６７４７９号公報に開示されている従来のセンサーチップの断面図である。 図１０は特開２０１２−２０２９１１号公報に開示されている他の従来センサーチップの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態（実施例）について、より詳細に説明する。
図１は、本発明の光学式検体検出システムの一態様であるＳＰＦＳシステムの概略を模式的に示す概略図である。

なお、以下の説明では、図１の状態において、「上」、「下」の方向を規定する。すなわち、図１の光検出手段４４は、誘電体部材３４の上方に位置しており、投光ユニット４８は、誘電体部材３４の下方に位置している。

図２Ａ、図２Ｂは、図１のＳＰＦＳシステム７０に採用されたセンサーチップ３０を示したものである。図１に示したように、本実施例に係るＳＰＦＳシステム７０のセンサーチップ３０は、金属膜３２と、金属膜３２の一方側に隣接する誘電体部材３４と、金属膜３２の他方側に位置する反応層３６と、反応層３６の上方に流路を形成する流路蓋部材３８とを備えている。このセンサーチップ３０は、図７に示した場合と同様に、ＳＰＦＳ装置６８のチップ装填部１１６に試薬ウェル４５を介して装填されている。

本実施例では、センサーチップ３０が、励起光Ｌ１に対して透光性を有する素材により形成された試薬ウェル４５を備えている。
試薬ウェル４５は、例えば、検体液や薬液などが収容される容器である。センサーチップ３０は、試薬ウェル４５に設けられたセンサーチップ装填孔４９に装填される。
また、チップ装填部１１６と流路蓋部材３８とが接するようにセンサーチップ３０がチップ装填部１１６に装填されてもよい。

また、図２Ａ、図２Ｂに示したように、センサーチップ３０の流路蓋部材３８における長手方向の両側端部には、アナライトを含む検体液を、上記反応層３６に送液するための検体流入口５５と、検体排出口５７とが形成されている。また、本実施例では、検体流入口５５の上方に円筒状の検体注入口部材５８が立設され、検体排出口５７の上方に、検体混合用の空間部が具備された液溜部材５９が立設されている。

なお、ここで用いられる検体液は、検体を用いて調製された溶液であり、例えば、検体と試薬とを混合して検体中に含有されるアナライトに蛍光物質を結合させるための処理をしたものが挙げられる。
このような検体としては、血液、血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、便、体腔液（髄液、腹水、胸水等）などが挙げられる。

なお、本実施例におけるセンサー部材３０では、検体流入口５５に接続された検体注入口部材５８と、検体排出口５７に接続された液溜部材５９とは、流路蓋部材３８に対して別体で形成されている。そして、別体で形成された検体注入口部材５８と液溜部材５９とは、後の工程で流路蓋部材３８に一体化されている。

したがって、本実施例では、例えば、流路蓋部材３８を射出成形した場合であっても、この流路蓋部材３８は、検体注入口部材５８や液溜部材５９の金型からの抜き勾配のことを考慮せずに、それ自身の形状を設定することができる。

例えば、図３に示した他の実施例のように、流路蓋部材３８の形状に対して、検体注入部材５８及び液溜部材５９の金型からの抜き勾配が異なった形状も設定することが可能である。また検体注入部材５８及び液溜部材５９の内部の勾配を図３のよう円錐形状にすると、液残りなく注入排出が容易にできる。また、検体注入部材５８と液溜部材５９は一体成形されていてもよい。

なお、図２Ａ、図２Ｂに示した実施例、および図３に示した実施例では、流路蓋部材３８の他方の端部に、混合用の液溜部材５９を設けた例を示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、検体流入口５５と検体排出口５７とを、ポンプなどの循環送液手段によって接続することで、検体液を一方側に循環送液するセンサーチップにも適用可能である。
流路蓋部材３８は、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）などの透光性が良好な樹脂から形成されている。

また、反応層３６は、図７、図８に示した従来例の場合と同様に、アナライトを含む検体液を、例えば図２Ａ、図２Ｂに示した検体流入口５５を介して流路３３に送液することにより、アナライトを金属膜３２に固定することができる。

なお、図２Ａ、図２Ｂに示した実施例および図３に示した実施例では、検体液を流路３３に送液することで反応層３６に検体液を導入する構成を示しているが、本発明はこれに限定されず、反応層３６として、ウェル部を設け、このウェル部に検体液を滞留させる構成であっても適用可能である。

一方、図１に示したように、ＳＰＦＳシステム７０のセンサーチップ３０の下方側には、金属膜３２に向かって励起光Ｌ１を照射する投光ユニット４８が配置されている。さらにセンサーチップ３０の上方側には、受光ユニット７１が配置されている。

受光ユニット７１は、絞り７３、波長選択機能部材４３、集光部材５２、および光検出手段４４などから構成されている。絞り７３は、波長選択機能部材４３や集光部材５２や光検出手段４４と一体になっていてもよい。または、絞り７３は、波長選択機能部材４３や集光部材５２や光検出手段４４を保持する部材（図示せず）と一体になっていてもよい。

センサーチップ３０において、誘電体部材３４の下方の一方の側面が、投光ユニット４８からの励起光Ｌ１が入射する入射面３４ａを形成し、誘電体部材３４の下方の他方の側面が、金属膜３２によって反射された反射光が出射する出射面３４ｂを形成している。

誘電体部材３４の材質は、少なくとも励起光Ｌ１に対して光学的に透明な材料から形成されている。また、安価で取り扱い性に優れるセンサーチップ３０を提供する上で、射出成形による樹脂材料から形成されている。

誘電体部材３４を形成する樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン類、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）などのポリ環状オレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのビニル系樹脂、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド、ポリイミド、アクリル樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などを用いることができる。

誘電体部材３４の上面には、流路溝が打ち抜かれたアクリル系粘着シートからなる流路形成部材５０が配置されている。このようなアクリル系粘着シートの厚さとしては、特に限定されるものではないが、０．１ｍｍ程度であることが好ましい。
このような流路形成部材５０が、誘電体部材３４の上面に貼着されることによって、検査溶液が収容される反応層３６が形成されている。

以下に、本実施例の特徴要件である流路蓋部材３８について詳述する。
本実施例では、投光ユニット４８の光源から金属膜３２に向かって入射角θで励起光Ｌ１を射出した場合に、励起光Ｌ１が入射する誘電体部材３４の入射面３４ａの垂線と、金属膜平面の垂線とが交差する仮想断面を、「仮想断面４０」と規定している。この仮想断面４０は、図１の流路蓋部材３８にハッチングで示されている面方向の断面である。

本実施例では、流路蓋部材３８の横方向の長さＤは、誘電体部材３４における同方向の長さＥに対して長く設定されている。

また、本実施例では、流路蓋部材３８の誘電体部材３４側の下面３８ａと、流路蓋部材３８の横方向端面のうち入射面側の端面３８ｃとのなす角度Ｘ１が、鈍角に形成されている。

すなわち、流路蓋部材３８の入射面３４ａ側に位置する下面立ち上がり部Ｘの角度Ｘ１が、鈍角に形成されている。この角度Ｘ１の範囲は、例えば、９０°＜Ｘ１＜１５０°であることが好ましい。９０°であると金型成形用の抜き勾配を確保できないのと、９０°未満であると流路蓋部材３８内を導光する光が存在しＳ／Ｎが悪化する。また１５０°以上であると流路蓋部材３８が欠けてしまう問題やセンサーチップの大型化してしまう問題がある。角度Ｘ１が、上記のような範囲に設定されていれば、流路蓋部材３８の立ち上がり部Ｘにおいて、流路蓋部材３８の下面３８ａにいかなる角度で光が入射したとしても、流路蓋部材３８の立ち上がり部Ｘの側面３８ｃを反射し流路蓋部材３８内を全反射で導光する光は存在しなくなる。そのため、誘電体部材３４の裏面を反射し流路蓋部材３８の立ち上がり部Ｘに向かう光だけでなく、投光ユニット４８から発生する回折光や迷光、励起光Ｌ１がセンサーチップ装填部１１６などの装置部内を照射し散乱した光などにおいても、流路蓋部材３８の下面３８ａにいかなる角度で光が入射したとしても、流路蓋部材３８の立ち上がり部Ｘの側面３８ｃを反射し流路蓋部材３８内を全反射で導光する光は存在しなくなる。
このため、流路蓋部材３８内を全反射で導光することは無くなり、高精度でアナライト検出が可能になる。

また、この流路蓋部材３８を導光しない光は流路蓋材３８の上面３８ｂから出射するため、測定領域Ｓの外方に予め遮光部材４７などを配置しておくと、後述する光検出手段４４に不要光が入ることを阻止することができる。これにより、ＳＰＦＳ装置７０では、励起光を照射したときに発生する蛍光をアナライト物質量に相関する光として、高精度・高感度でアナライトの検出が可能になる。

ここで、測定領域Ｓとは、流路３３及び流路蓋部材３８内における、光検出手段４４で測定可能な測定範囲（光検出手段４４まで光を導光するレンズなどがある場合は、レンズを含む受光ユニットで測定可能範囲つまり、受光ユニットの視野範囲）のことを言う。
ここで、光が屈折率ｎ１の媒質１から屈折率ｎ０（＜ｎ１）の媒質０へ向かう場合、媒質１と媒質０の界面へ入射する光の入射角度をθｉ[°]としたとき、下記条件式を満足するときに媒質１内で全反射が生じる。
ｓｉｎθｉ＞ｎ０／ｎ１

以下は、流路蓋部材３８の一例である。
図４に示したように流路蓋部材３８の屈折率を１．５、流路蓋部材３８の上面３８ｂよりも上側、及び下面３８ａよりも下側の媒質を空気、流路蓋部材３８の下面３８ａと側面３８ｃとのなす角度を９５°、９１°としたときと、比較例として８９°、８５°としたときの、流路蓋部材３８の下面３８ａへの光入射角度と流路蓋部材３８の上面３８ｂからの光出射角度をプロットした図を図５に示す。光出射角度が０°のとき、流路蓋部材３８内部を全反射で導光している。
なお、図４において、θ０は光入射角度、θ１は光出射角度、Ｘ１は流路蓋部材３８の傾斜角度である。

このように、流路蓋部材３８の下面３８ａと、入射面側の端面３８ｃとのなす角度Ｘ１を鈍角にすることで、流路蓋部材３８内を全反射して導光し測定領域Ｓまで到達する光を阻止することができるため、流路蓋部材３８の自家蛍光などを低減でき、高精度・高感度でアナライトを定量的に測定が可能となる。

また、本実施例では、流路蓋部材３８の誘電体部材３４側の下面３８ａと、流路蓋部材３８の一対の横方向端面のうち入射面３４ａ側の端面３８ｃと反対側に位置する他方の端面３８ｄとのなす角度が、鈍角に形成されている。すなわち、誘電体部材３４の出射面３４ｂ側に位置する下面立ち上がり部Ｙの角度Ｙ１が、鈍角に形成されている。この角度Ｙ１の範囲は、上記Ｘ１と同様に、例えば、９０°＜Ｙ１＜１５０°であることが好ましい。

立ち上がり部Ｙの角度Ｙ１が、このような範囲に設定されていれば、出射面３４ｂを抜けた励起光Ｌ４が装置部内で反射または散乱して流路蓋部材３８の立ち上がり部Ｙ付近に入射した場合に、いかなる角度で流路蓋部材３８の下面３８ａに光が入射したとしても、その入射した光は流路蓋部材内を全反射で導光することは無いため、高精度・高感度でアナライトを定量的に検出が可能になる。

また、この流路蓋部材３８を導光しない光は流路蓋部材３８の上面３８ｂから出射するため、測定領域Ｓの外方に予め遮光部材４７などを配置しておくと、後述する光検出手段４４に不要光が入ることを阻止することができ、さらに高感度・高精度でアナライト検出が可能になる。

さらに、本実施例のセンサーチップ３０では、流路蓋部材３８の端面３８ｃと端面３８ｄは、それぞれ平滑面に形成されている。このように、端面３８ｃ、３８ｄが平滑面に形成されていれば、乱反射が発生しないので、流路蓋部材３３内を導光する方向に光を反射させることを効果的に防止することができる。

ここで投光ユニット４８から照射される励起光Ｌ１としてはレーザー光が好ましく、波長２００〜９００ｎｍ、０．００１〜１，０００ｍＷのＬＤレーザー、または波長２３０〜８００ｎｍ、０．０１〜１００ｍＷの半導体レーザーが好適である。また、表面プラズモンの発生には金属膜３２への光入射角度依存性が存在するため、励起光Ｌ１はコリメート光であることが好適である。

一方、センサーチップ３０の上方に設けられた光検出手段４４は、反応層３６で生じた蛍光６０を受光するものであり、この光検出手段４４としては、超高感度の光電子増倍管、または多点計測が可能なＣＣＤイメージセンサを用いることが好ましい。また、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードを用いてもよい。

また、流路蓋部材３８と光検出手段４４との間には、光を効率よく集光するための集光部材５２や、供給されてくる光の中で蛍光６０のみを透過する波長選択機能部材などが設けられている。

集光部材５２としては、光検出手段４４に蛍光シグナルを効率よく集光することを目的とするものであれば、任意の集光光学系で良い。簡易な集光光学系としては、顕微鏡などで使用されている市販の対物レンズ及び接眼レンズを転用してもよい。対物レンズの倍率としては、１０〜１００倍が好ましい。集光部材は１つのレンズでもよく、複数のレンズで構成されていてもよい。２枚の非球面コリメートレンズをタンデム配置して構成した集光光学系であってもよい。このとき、各レンズの間に波長選択機能部材４３を配置することで、波長選択機能部材４３には略コリメートされた励起光及び蛍光が入射するため、入射角度依存性の高い波長選択機能部材を使用しても効率よく励起光をカットし蛍光を透過することができる。

上記波長選択機能部材４３としては、バンドバスフィルタやロングパスフィルタやダイクロイックミラーなどの干渉フィルタまたは色ガラスフィルタなどが挙げられる。

そして、ＳＰＦＳシステム７０では、誘電体部材３４の上面の金属膜３２に照射された励起光L２によって、金属膜３２の表面に表面プラズモン光（疎密波）を発生させることによって、投光ユニット４８の光源より照射した励起光L２が有する光密度を数十倍〜数百倍に上げて、表面プラズモン光の電場増強効果を得るようになっている。

このような電場増強効果により、金属膜３２に固定化されたリガンドによって、金属膜３２の表面近傍に捕捉したアナライトと結合（標識）した蛍光物質を効率良く励起させ、この蛍光を観察することによって、極微量、極低濃度のアナライトを検出するようになっている。

なお、センサーチップ３０では、投光ユニット４８から金属膜３２に入射された励起光Ｌ１のうち、誘電体部材３４の入射面３４ａから反射された入射面反射光と、誘電体部材３４側から金属膜３２に向かって出射された励起光Ｌ１のうち、金属膜３２で反射されてさらに出射面３４ｂで反射された出射面反射光とが、それぞれ流路蓋部材３８内に入射されることもある。

しかしながら、これらの光のうち流路蓋部材３８の立ち上がり部Ｘに入射されてきた光Ｌ３は、立ち上がり部Ｘから斜め上方に立ち上がるように反射されるので、流路蓋部材３８の外部に出射させることができる。

また、本実施例では、流路蓋部材３８における測定領域Ｓの外方に遮光部材４２が流路蓋部材３８の上面３８ｂに一体的に配置される事が好ましい。この遮光部材４２は、光を吸収する部材であれば、いかなるものでも良い。このような遮光部材４２が流路蓋部材３８の上面３８ａに一体に設けられていれば、測定領域Ｓの外方からノイズとなる迷光が測定領域Ｓに向かって出射されることを防止することができる。

さらに、本実施例では、流路蓋部材３８の端面３８ｃ、３８ｄが平滑面に形成されている。したがって、流路蓋部材３８の端面３８ｃ、３８ｄから乱反射が発生しないので、流路蓋部材３８内を導光する方向に光を反射させることを効果的に防止することができる。

また、本実施例では、流路蓋部材３８の上面３８ｂのうち、測定領域Ｓの外方に位置する部分が散乱面である。
すなわち、より具体的には、図６に示したように、流路蓋部材３８の上面３８ａであり、かつ測定領域Ｓの外方と仮想断面４０とが交差する交差領域の少なくとも一部を含む範囲Ｔ、Ｔが散乱面に形成されている。このように散乱面とする範囲は、上面３８ａの全ての面である必要はなく、不要な励起光が当たる可能性のある一部範囲だけでもよい。

また、上記のセンサーチップ３０が採用されたＳＰＦＳシステム７０では、センサーチップ３０と、受光ユニット７１との間において、不要光を受光ユニット７１内の光検出手段４４へ入射させるのを防止するために配置された遮蔽部材４７は、測定領域Ｓの外方に配置され、かつ流路蓋部材３８に一体化されていない。

このような位置に遮光部材４７が設けられたＳＰＦＳシステム７０では、仮に流路蓋部材３８のうち、測定領域Ｓの外方から受光ユニット７１に向かって光が出射されたとしても、その迷光を遮光部材４７で遮ることができる。

以上、説明したように、本実施例に係るセンサーチップ３０およびこのセンサーチップ３０が採用されたＳＰＦＳシステム７０によれば、誘電体部材３４の入射面３４ａあるいは誘電体部材３４の出射面３４ｂから反射した光の一部が流路蓋部材３８内の立ち上がり部Ｘ、Ｙに入射したとしても、流路蓋部材３８内を全反射で導光する光を発生させることなく、その光を斜め上方に立ち上げて反射させ、その光を流路蓋部材３８の外部に出射することができる。よって、その光もしくはその光によって発生した蛍光が光検出手段４４に迷光として検出されてしまうことを防止することができる。これにより、高精度・高感度にアナライトを測定することができる。

なお、以上の実施例では、センサーチップをＳＰＦＳシステムに適用して説明したが、本発明のセンサーチップはＳＰＦＳシステムに限定されず、ＳＰＲシステムのセンサーチップとして適用可能であることは勿論である。
なお、ＳＰＲシステムでは、誘電体部材３４の下方の他方の側面側に配置された受光ユニットによって、金属膜３２により反射された反射光を受光するようになっている。

ＳＰＲシステムの場合には、金属膜３２からの反射光がアナライト物質量に相関する光である。そのため、受光ユニットには波長選択機能部材は有しておらず、投光ユニットから出射した励起光Ｌ１と同等の波長を光検出手段で検出するようになっている。

本発明に係る光学式検体検出システムによれば、センサーチップと、励起光を照射する投光ユニットと、金属膜に誘電体部材を介して励起光を照射したときに発生するアナライト物質量に相関する光（ＳＰＦＳの場合は蛍光、ＳＰＲの場合は金属膜からの反射光）を検出する受光ユニットとを備え、さらにセンサーチップの端面が鈍角に形成されていることから、迷光を大幅に低減して、アナライト物質量に相関する光を、高精度・高感度に測定することが可能となる。

３０ センサーチップ
３２ 金属膜
３３ 流路
３４ 誘電体部材
３４ａ 入射面
３４ｂ 出射面
３６ 反応層
３８ 流路蓋部材
３８ａ 下面
３８ｂ 上面
３８ｃ 側端面
３８ｄ 側端面
４０ 仮想断面
４２ 遮光部材
４３ 波長選択機能部材
４４ 光検出手段
４５ 試薬ウェル
４７ 遮光部材
４８ 投光ユニット
５０ 流路形成部材
５２ 集光部材
５７ 検体排出口
５８ 検体注入口部材
５９ 液溜部材
６０ 蛍光
６８ ＳＰＦＳ装置
７０ ＳＰＦＳシステム
７１ 受光ユニット
７３ 絞り
１０１ ＳＰＦＳ装置

Claims (10)

1. 金属膜と、
   前記金属膜の一方側に隣接し、励起光を入射する入射面を有する誘電体部材と、
   前記金属膜の他方側に位置する反応層と、
   前記反応層の上方に隣接する板状の流路蓋部材と、を備えたセンサーチップであって、
   前記入射面の垂線と、前記金属膜平面との垂線とが交差する仮想断面において、
   前記流路蓋部材の横方向の長さが、前記誘電体部材の横方向の長さよりも大きく、
   前記流路蓋部材の前記誘電体部材側の下面と、前記流路蓋部材の一対の横方向端面のうち前記入射面側の端面とのなす角度が、
   鈍角に形成されているセンサーチップ。
2. 前記誘電体部材は、前記金属膜で前記励起光が反射した金属膜反射光が出射する出射面を有し、
   前記誘電体部材側から前記金属膜に向かって出射された前記励起光のうち、前記誘電体部材の前記入射面から反射された入射面反射光と、
   前記誘電体部材側から前記金属膜に向かって出射された前記励起光のうち、前記金属膜で反射されてさらに前記出射面で反射された出射面反射光とが、
   それぞれ前記流路蓋部材の前記入射面側の端面に入射される請求項１に記載のセンサーチップ。
3. 前記流路蓋部材の前記誘電体部材側の下面と、前記流路蓋部材の前記一対の横方向端面のうち前記入射面側の端面と反対側に位置する他方の端面とのなす角度が、鈍角に形成されている請求項１または２に記載のセンサーチップ。
4. 前記流路蓋部材の前記仮想断面における、互いに対向する一対の端面が、それぞれ平滑面である請求項１〜４のいずれかに記載のセンサーチップ。
5. 前記流路蓋部材における、測定領域の外方に遮光部材が配置され、この遮光部材は前記流路蓋部材に一体的に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載のセンサーチップ。
6. 前記流路蓋部材における前記誘電体部材に対向しない上面のうち、測定領域の外方に位置する部分が、散乱面である請求項１〜５のいずれかに記載のセンサーチップ。
7. 前記流路蓋部材の前記上面であり、かつ前記測定領域の外方と前記仮想断面とが交差する交差領域の少なくとも一部を含む範囲が散乱面である請求項６に記載のセンサーチップ。
8. 前記流路蓋部材には、アナライトを含む検体液を流路に送液するための検体流入口および検体排出口が形成されているとともに、前記検体流入口上には検体注入口部材が立設され、前記検体排出口上には、液溜部材が立設され、
   前記検体注入口部材及び前記液溜部材は、前記流路蓋部材と別体で形成された後に、前記流路蓋部材と一体化されている請求項１〜７のいずれかに記載のセンサーチップ。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のセンサーチップと、
   前記励起光を照射する投光ユニットと、
   前記金属膜に前記誘電体部材を介して前記励起光を照射したときに発生するアナライト物質量に相関する光を検出する受光ユニットとを備え、前記アナライト物質量を検出する光学的検体検出システム。
10. 前記センサーチップと、前記受光ユニットとの間において、測定領域の外方かつ前記測定領域から発する光を前記受光ユニット内の前記光検出手段へ入射させる光路の外方に、遮光部材が配置されている請求項９に記載の光学式検体検出システム。

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