JP4405883B2 - Target substance detection device - Google Patents

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Description

本発明は、標的物質の存在下での光透過率または光反射率の波長特性を検知して標的物質を検出するための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for detecting a target substance by detecting a wavelength characteristic of light transmittance or light reflectance in the presence of a target substance.

近年、健康問題や環境問題、更には安全性の問題に対する意識の高まりと共に、これらの問題に関与する生物学的物質、化学的物質の微量検出手法が望まれるようになってきている。この検出手法として、検出対象物質を含む液状の検体と試薬あるいはセンサ素子の相互作用に起因する光学的な特性の変化を計測するものが数多く提案されている。これら検出対象物質の光学的な検出方法としては、
(1)酵素反応を含む化学的な反応により生じる反応生成物による吸光スペクトルの変化あるいは特定波長の吸光度の変化を検出する手法、及び
(2)検出対象物質と特異的に結合する捕捉体を固定化した微粒子を用い、検出対象物質を介して微粒子の凝集体を形成させ、この凝集体による吸光スペクトルあるいは、特定波長の吸光度の変化を検出する手法、
など、スペクトル変化を検出する手法が多く提案、開発されている。
In recent years, with increasing awareness of health problems, environmental problems, and safety problems, a method for detecting trace amounts of biological substances and chemical substances involved in these problems has been desired. As this detection method, many methods for measuring changes in optical characteristics caused by the interaction between a liquid specimen containing a detection target substance and a reagent or a sensor element have been proposed. As an optical detection method for these detection target substances,
(1) A technique for detecting a change in the absorption spectrum or a change in the absorbance at a specific wavelength due to a reaction product generated by a chemical reaction including an enzyme reaction, and (2) fixing a capturing body that specifically binds to the detection target substance. A method of forming agglomerates of fine particles via a detection target substance using the activated microparticles, and detecting a change in absorbance spectrum of the aggregate or absorbance at a specific wavelength,
Many methods for detecting spectral changes have been proposed and developed.

これらの手法は、分光機を用いたスペクトル検出によっているため、スペクトル検出のため、波長域のスキャンに時間を要するという課題がある。この課題は、波長をスキャンする必要のない、ポリクロメータとアレイ状の検出手法を用いた手法により改善が可能であるが、光源、検体検知部、ポリクロメータ、検出器の配置に制約があり装置の小型化が困難という課題は残されている。   Since these methods rely on spectrum detection using a spectroscope, there is a problem that it takes time to scan the wavelength region for spectrum detection. This problem can be improved by using a polychromator and an array-type detection method that does not require wavelength scanning, but there are restrictions on the arrangement of the light source, specimen detector, polychromator, and detector. The problem remains that it is difficult to reduce the size.

また、吸光スペクトルによらない検出手法により上記の小型化課題を解決している例として、特許文献1に記載されているような、表面プラズモン共鳴法によるセンサがある。特許文献1に記載の発明は、従来の表面プラズモン共鳴方式の問題点であった、共鳴角を検出するための機構を入射光の拡がりとフォトダイオードアレイによって解決している点に特徴を有する。このセンサの利点としては、発光、受光素子が同一面内に形成されているため、検出装置の構成簡易になる点を挙げることができる。ただし、検体が接触する部位に共鳴角に相当する長さが必要となる、すなわち、1種類の検出対象物質の検出に必要なセンサ面のサイズが大きくなるため、複数の検出対象物質の同時検出には制約がある。 Further, as an example of solving the above-described miniaturization problem by a detection technique that does not rely on an absorption spectrum, there is a sensor based on a surface plasmon resonance method as described in Patent Document 1. The invention described in Patent Document 1 is characterized in that the mechanism for detecting the resonance angle, which is a problem of the conventional surface plasmon resonance method, is solved by the spread of incident light and a photodiode array. As an advantage of this sensor, the configuration of the detection device can be simplified because the light emitting and light receiving elements are formed in the same plane. However, the length corresponding to the resonance angle is required at the site where the specimen comes into contact , that is, the size of the sensor surface required for detecting one type of detection target substance is increased, so that multiple detection target substances can be detected simultaneously. There are limitations.

プラズモン共鳴を用いた手法で、上記1種類の検出対象物質の検出のセンサ面積の問題解決手法として、特許文献2の金属微粒子を用いた局在プラズモン共鳴法によるセンサがある。この局在プラズモン共鳴によるセンサ素子は、金属微粒子を用いるため、検出部の面積が微小面積で済むという利点がある。しかしながら、透過あるいは反射スペクトルを検出する必要があるため、上述したスペクトル検出を用いる手法と同様の問題は残されている。
特開平10−221245号公報 特許第3452837号明細書
As a technique for solving the problem of the sensor area of the detection of the one kind of detection target substance by the technique using plasmon resonance, there is a sensor based on the localized plasmon resonance method using metal fine particles described in Patent Document 2. Since the sensor element based on this localized plasmon resonance uses metal fine particles, there is an advantage that the area of the detection portion is small. However, since it is necessary to detect a transmission or reflection spectrum, the same problem as the method using spectrum detection described above remains.
JP-A-10-212245 Japanese Patent No. 3452837

本発明は、上記した従来技術の問題に鑑みて為されたものである。その目的は、波長スペクトル特性による対象物質の検出手法において、センサ素子部および検出装置の双方の小型化を目指すものである。さらには、検出装置の構成の簡易化も同時に目指すものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. The purpose is to reduce the size of both the sensor element unit and the detection device in the detection method of the target substance based on the wavelength spectrum characteristics. Furthermore, it aims at simplification of the structure of a detection apparatus simultaneously.

上記目的を達成するために、本発明は、標的物質と接触することで光学的な物性が変化する物質を備えた検知素子をセンサ素子として用いる。このセンサ素子部に検出のための光を照射するための光源と、センサ素子を透過した光を受光するための複数の受光手段を同一の基板上に形成しておく。さらに光源から受光手段までの光路上に分光手段を設け、分光した光が波長帯域毎に複数の受光手段それぞれに入射するようにする。上記の構成により、センサ素子の分光透過特性の検出が可能となる。 In order to achieve the above object, the present invention uses, as a sensor element, a sensing element provided with a substance whose optical physical properties change upon contact with a target substance. A light source for irradiating the sensor element part with light for detection and a plurality of light receiving means for receiving light transmitted through the sensor element are formed on the same substrate. Further, a spectroscopic unit is provided on the optical path from the light source to the light receiving unit so that the dispersed light is incident on each of the plurality of light receiving units for each wavelength band. With the above configuration, the spectral transmission characteristics of the sensor element can be detected .

すなわち、本発明にかかる標的物質の検出置は、標的物質を固定し得る表面を有し、該表面への前記標的物質の固定状態に応じて、プラズモン共鳴により、照射された波長特性が変化する検知素子と、光源と、該光源からの光を前記検知素子に照射するための光照射手段と、前記光源より照射され前記検知素子を介して得られる光を受光するための受光手段と、を備えたプラズモン共鳴を利用した標的物質の検出装置であって、
前記検知素子は、局在プラズモン共鳴を生起し得る金属微粒子を複数備えてなり、
前記受光手段と同一基板上に配された前記光源より照射された光が、前記検知素子を透過した後、分光手段により分光され、これにより異なる波長範囲の光が、複数の受光素子を有する受光素子アレイにより受光されるように構成されたことを特徴とするプラズモン共鳴を利用した標的物質の検出装置である。
That is, the detection location of a target substance according to the present invention has a surface capable of fixing the target substance, in accordance with the fixed state of the target substance to the surface, by plasmon resonance, the wavelength characteristics of irradiation light is A sensing element that changes, a light source, a light irradiation means for irradiating the detection element with light from the light source, and a light receiving means for receiving light emitted from the light source and obtained through the detection element , A target substance detection device using plasmon resonance,
The sensing element comprises a plurality of fine metal particles capable of causing localized plasmon resonance,
The light emitted from the light source disposed on the same substrate as the light receiving means passes through the detection element, and then is dispersed by the spectroscopic means, whereby light in a different wavelength range has a plurality of light receiving elements. A target substance detection apparatus using plasmon resonance, which is configured to receive light by an element array .

本発明の効果として、波長スペクトル特性によって、検体内の検出対象物質量を分析する装置の小型化に寄与することがあげられる。さらに、波長スペクトルを取得する際に機械的な駆動の必要がないため、スペクトル取得に要する時間、すなわち、分析時間の短縮に寄与する。さらに、発光素子、受光素子の電気的な素子が単一基板上に存在するため、電気的なインターフェースが簡易となり、装置構成が簡便になり、メンテナンスを行う際の作業性についても向上する。   As an effect of the present invention, it is possible to contribute to downsizing of an apparatus for analyzing the amount of a substance to be detected in a specimen by the wavelength spectrum characteristics. Furthermore, since there is no need for mechanical driving when acquiring the wavelength spectrum, it contributes to shortening the time required for acquiring the spectrum, that is, the analysis time. Further, since the electrical elements of the light emitting element and the light receiving element exist on a single substrate, the electrical interface is simplified, the apparatus configuration is simplified, and the workability during maintenance is improved.

本発明を実施するにあたり最良の形態を説明する。ここでは、本発明の検知素子部とそれ以外の光学的な構成部位に分けて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described. Here, the detection element portion of the present invention and other optical components will be described separately.

[光学的構成]
光学的構成について、図1を用いて説明する。
(図1の構成)
101は、基板である。この基板は、プリント基板でもよいし、半導体基板でも構わない。102は基板上に構成された光源としての発光素子である。発光素子としては、対象とする波長域で十分な光量があれば特に制約はないが、発光ダイオード、半導体レーザが好適である。103は、受光手段としての受光素子の複数をアレイ状に配列した受光素子アレイである。ここでは、直線に構成されたセンサアレイであり、対象とする波長域で十分な感度があれば特に制約は無い。
[Optical configuration]
The optical configuration will be described with reference to FIG.
(Configuration of FIG. 1)
Reference numeral 101 denotes a substrate. This substrate may be a printed circuit board or a semiconductor substrate. Reference numeral 102 denotes a light emitting element as a light source configured on a substrate. The light emitting element is not particularly limited as long as it has a sufficient amount of light in the target wavelength range, but a light emitting diode and a semiconductor laser are preferable. Reference numeral 103 denotes a light receiving element array in which a plurality of light receiving elements as light receiving means are arranged in an array. Here, the sensor array is configured in a straight line, and there is no particular limitation as long as it has sufficient sensitivity in the target wavelength range.

104は検知素子である。図1では、検知素子を102の発光素子と107の回折格子の間に構成しているが、図2のように分光手段と受光手段の間に構成しても構わない。検知素子の構成については、後述する。105は、発光素子からの光を絞るための遮光板である。106は、発光素子からの光を平行光にするためのコリメートレンズである。107は発光素子からの光を分光するための分光手段である回折格子である。図1では反射型の回折格子を用いているが、透過型で光学系を構成しても構わないが、回折効率により、ブレーズ型の反射回折格子を用い、1次回折光の自由スペクトル領域を用いて検出することが望ましい。また、分光手段として、回折格子ではなくプリズムを用いても構わない。また、図1では記載していないが、自由スペクトル外の波長の光による迷光を避けるために発光素子上に波長を制限するフィルタを構成するとなお好ましい。108は回折格子により分光された光を受光素子103上に導き合焦させ、各受光素子毎の検出波長範囲を狭め分光精度を向上させるための凹面鏡である。図1では、108が凹面鏡となっており、107が平面の回折格子となっているが、107を凹面回折格子、108を平面鏡としても構わない。   Reference numeral 104 denotes a detection element. In FIG. 1, the detection element is configured between the light emitting element 102 and the diffraction grating 107, but may be configured between the spectroscopic means and the light receiving means as shown in FIG. The configuration of the detection element will be described later. Reference numeral 105 denotes a light shielding plate for narrowing light from the light emitting element. Reference numeral 106 denotes a collimating lens for converting light from the light emitting element into parallel light. Reference numeral 107 denotes a diffraction grating which is a spectroscopic means for splitting light from the light emitting element. Although a reflection type diffraction grating is used in FIG. 1, a transmission type optical system may be configured. However, depending on the diffraction efficiency, a blazed reflection diffraction grating is used and a free spectral region of the first-order diffracted light is used. It is desirable to detect them. Further, as the spectroscopic means, a prism may be used instead of the diffraction grating. Although not shown in FIG. 1, it is more preferable to configure a filter for limiting the wavelength on the light emitting element in order to avoid stray light due to light having a wavelength outside the free spectrum. Reference numeral 108 denotes a concave mirror for guiding and focusing the light dispersed by the diffraction grating onto the light receiving element 103, thereby narrowing the detection wavelength range for each light receiving element and improving the spectral accuracy. In FIG. 1, 108 is a concave mirror and 107 is a flat diffraction grating, but 107 may be a concave diffraction grating and 108 may be a plane mirror.

分光手段によって複数の受光素子に入射する光の波長(波長域)をそれぞれ異ならせておき、これによって複数の光学素子での受光波長を異ならせて、各波長(または波長域)ごとの検知素子での光透過率又は光反射率を求めることができ、波長吸収スペクトルの形成に必要な所定の波長域を区分して得られた複数の波長(または波長域)のそれぞれを各受光素子に受け持たせることで、所定の波長域にわたる吸収スペクトルを得ることが可能となる。
なお、捕足であるが、101の基板を同一の半導体基板上に形成する場合、101の基板材料として、Si(シリコン)、GaAs(ガリウム砒素)基板が好適となる。また、102の発光素子であるが、Ga(ガリウム)、N(窒素)、In(インジウム)、Al(アルミニウム)、P(リン)の少なくとの一つを含む化合物によるLEDを形成することが望ましい。103の受光素子であるが、対象とする波長が可視光領域であれば、Siによるフォトダイオードが好ましく、可視光でも青色領域のみでよければ、GaAsPによるフォトダイオードが望ましい。また、赤外領域であれば、InGaAsによるフォトダイオードが望ましい。101の基板材料、102の発光素子、103の受光素子については、対象とする波長領域に応じて好適な組み合わせをとることが望ましい。ただし、101の基板については、Si基板を用いることが、基板のコストを考慮するとより望ましい。
The wavelength (wavelength range) of the light incident on the plurality of light receiving elements is made different by the spectroscopic means, and the light receiving wavelengths of the plurality of optical elements are thereby made different so that the detection element for each wavelength (or wavelength range). Each light receiving element receives each of a plurality of wavelengths (or wavelength ranges) obtained by dividing a predetermined wavelength range necessary for forming a wavelength absorption spectrum. By providing it, an absorption spectrum over a predetermined wavelength range can be obtained.
Note that, when the substrate 101 is formed on the same semiconductor substrate, Si (silicon) and GaAs (gallium arsenide) substrates are suitable as the substrate material 101. In addition, the light-emitting element 102 may be formed using a compound containing at least one of Ga (gallium), N (nitrogen), In (indium), Al (aluminum), and P (phosphorus). desirable. The light receiving element 103 is preferably a photodiode made of Si if the target wavelength is in the visible light region, and is preferably a photodiode made of GaAsP if the visible light is only in the blue region. In the infrared region, an InGaAs photodiode is desirable. It is desirable that the substrate material 101, the light emitting element 102, and the light receiving element 103 have a suitable combination according to the target wavelength region. However, for the substrate 101, it is more desirable to use a Si substrate in consideration of the cost of the substrate.

[検知素子部]
検知素子部の構成について図5〜図8を用いて説明する。図5に示しているのは、金属微粒子を用いた局在プラズモン共鳴法による検知素子の例である。図5(a)は平板の表面に金属微粒子を固定した例である。401は基板であり、402は401の基板上に固定された金属微粒子である。401の基板材料は、光学的に透明である。402の金属微粒子であるが、この微粒子を構成する金属元素としては、局在プラズモン共鳴現象が生じうる金属元素であれば如何なる金属元素でも良いが、その中でも金や銀が特に好ましい。
図5(b)および(c)は、検体としての液体試料を流すことのできる流路中に金属微粒子を固定した状態を示す。401および402は同様に基板および金属微粒子であり、上述した内容と同様であるが、401の基板に流路部403が設けられている。403は、形成された流路であり、検出対象物質を含んだ検体が流れる部位である。また、404は、流路の上面の蓋である。この404部は、光学的に透明であることが望ましい。ここ図示している例は、401の溝を形成した基板の溝の部位に金属微粒子を固定した例となっているが、404の蓋の流路部に金属微粒子を固定しても構わない。
[Detecting element section]
The configuration of the detection element unit will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows an example of a sensing element by a localized plasmon resonance method using metal fine particles. FIG. 5A shows an example in which metal fine particles are fixed on the surface of a flat plate. Reference numeral 401 denotes a substrate, and reference numeral 402 denotes metal fine particles fixed on the 401 substrate. The substrate material 401 is optically transparent . The metal element 402 is composed of any metal element that can cause a localized plasmon resonance phenomenon, and gold and silver are particularly preferable.
FIGS. 5B and 5C show a state in which metal fine particles are fixed in a flow channel through which a liquid sample as a specimen can flow. 401 and 402 are similarly a board | substrate and metal microparticles | fine-particles, and are the same as that of the content mentioned above, However, The flow-path part 403 is provided in the board | substrate of 401. FIG. Reference numeral 403 denotes a formed flow path, which is a portion through which a specimen containing a detection target substance flows. Reference numeral 404 denotes a lid on the upper surface of the flow path. The 404 parts are preferably optically transparent. The example shown here is an example in which metal fine particles are fixed to the groove portion of the substrate in which the groove 401 is formed, but the metal fine particles may be fixed to the flow path portion of the lid 404.

図5(d)は、図5(a)、(b)及び(c)の微粒子近傍の拡大図であり、実際の検出対象物質を認識する部位の説明図である。402の金属微粒子に405に示す検出対象物質と特異的に結合する捕捉体を固定している。406は検出対象物質であり、図5(d)では、405の捕捉体に捕捉されている状態を図示している。405の捕捉体の好適な例については後述する。   FIG. 5 (d) is an enlarged view of the vicinity of the fine particles in FIGS. 5 (a), (b), and (c), and is an explanatory view of a site that recognizes an actual detection target substance. A capture body that specifically binds to the detection target substance indicated by 405 is fixed to the metal fine particle 402. Reference numeral 406 denotes a detection target substance. FIG. 5D shows a state where the substance is captured by a capturing body 405. A suitable example of the 405 capturing body will be described later.

局在プラズモン共鳴による検出手法では、金属微粒子の局在プラズモン共鳴によって、特定の波長で吸収が大きくなることが知られている。この吸収ピーク波長は、金属微粒子近傍の屈折率によって変化するため、検出対象物質が捕捉体に捕捉された際に金属微粒子近傍の屈折率が変化するため、この吸収ピーク波長がシフトする。よってこのシフト量を検出することによって、検出対象物質の量を求めることができる。検出対象物質の固定状態、すなわち検出対象物質有無やその固定量を求めることができる。なお、検出対象物質と捕捉体を有する金属微粒子との反応は、流路に固定された捕捉体を有する金属微粒子に検出対象物質を含む液体試料を添加することにより行うことができる。   In the detection method using localized plasmon resonance, it is known that absorption is increased at a specific wavelength due to localized plasmon resonance of metal fine particles. Since this absorption peak wavelength changes depending on the refractive index in the vicinity of the metal fine particles, the absorption peak wavelength shifts because the refractive index in the vicinity of the metal fine particles changes when the detection target substance is captured by the capturing body. Therefore, by detecting this shift amount, the amount of the detection target substance can be obtained. The fixed state of the detection target substance, that is, the presence / absence of the detection target substance and its fixed amount can be obtained. The reaction between the detection target substance and the metal fine particles having the capturing body can be performed by adding a liquid sample containing the detection target substance to the metal fine particles having the capturing body fixed to the flow path.

図6に示しているのは、参考例としての表面プラズモン共鳴を用いた検知素子の例である。501は基板である。この基板は、透過光での測定に十分な程度に光学的に透明な素材であることが望ましく、後に記載する503のプリズムと同一の素材もしくは、屈折率の近い素材を用いることが望ましい。502は、金属薄膜であり、この金属薄膜を構成する金属元素は、プラズモン共鳴をプラズモン共鳴現象が生じうる金属元素であれば如何なる金属元素でも良いが、その中でも金や銀が特に好ましい。505は、検出対象物質と特異的に結合する捕捉体であり、502の金属薄膜に固定されている。506が検出対象物質であり、505の捕捉体に捕捉されている状態を図示している。503は、プリズムであり、検出のための入射光507を全反射角で、金属薄膜に入射させ、金属薄膜面での反射光508を取り出すために存在している。このプリズムは、検知素子には含まれないが、説明の都合上図示している。また504はインデックスマッチングオイルである。検知素子を装置側構成要素である503のプリズム上にセットする際に接触面での反射を防ぐために用いている。表面プラズモン共鳴による検出手法では、金属薄膜の表面プラズモン共鳴によって、特定の波長で吸収が大きくなり反射光強度が低くなることが知られている。この吸収ピーク波長は、金属薄膜近傍の屈折率によって変化するため、検出対象物質が捕捉体に捕捉された際に金属薄膜近傍の屈折率が変化するため、この吸収ピーク波長がシフトする。よってこのシフト量を検出することによって、検出対象物質の量を求めることができる。 FIG. 6 shows an example of a sensing element using surface plasmon resonance as a reference example . Reference numeral 501 denotes a substrate. This substrate is preferably made of a material that is optically transparent to a degree sufficient for measurement with transmitted light, and is preferably made of the same material as that of a prism 503 described later or a material having a refractive index close to each other. Reference numeral 502 denotes a metal thin film. The metal element constituting the metal thin film may be any metal element as long as it can cause a plasmon resonance phenomenon, and gold and silver are particularly preferable. Reference numeral 505 denotes a capturing body that specifically binds to the detection target substance, and is fixed to the metal thin film 502. 506 is a substance to be detected, and shows a state where it is captured by a capturing body 505. Reference numeral 503 denotes a prism which is present for making incident light 507 for detection incident on a metal thin film at a total reflection angle and extracting reflected light 508 on the surface of the metal thin film. This prism is not included in the detection element, but is shown for convenience of explanation. Reference numeral 504 denotes an index matching oil. This is used to prevent reflection on the contact surface when the detection element is set on the prism 503 of the apparatus side component. In the detection method using surface plasmon resonance, it is known that the absorption at a specific wavelength increases and the reflected light intensity decreases due to the surface plasmon resonance of the metal thin film. Since this absorption peak wavelength changes depending on the refractive index in the vicinity of the metal thin film, the absorption peak wavelength shifts because the refractive index in the vicinity of the metal thin film changes when the detection target substance is captured by the capturing body. Therefore, by detecting this shift amount, the amount of the detection target substance can be obtained.

図7に示しているのは、参考例としての酵素標識を用いた検出手法である。601は基板である。基板は、透過光での測定に十分な程度に光学的に透明であれば特に制約はない。602は、検出対象物質と特異的に結合する捕捉体である。本例では、抗体を用いており、601の基板に固定されている。603は、検出対象物質である。604は、605の酵素で標識された検出対象物質と特異的に結合する捕捉体である。606は、605の酵素に対応した酵素基質であり、607は、酵素基質に酵素が作用することで生成した酵素反応生成物である。605の酵素であるが、西洋ワサビペルオキシダーゼ(horseradish peroxidase)、アルカリフォスファターゼ(alkaline phosphatase)、βガラクトシダーゼ(β-galactosidase)が好適であるが、酵素反応の結果生成される607の酵素反応生成物が特定波長に吸収を持つ等の光学的な特徴を有すれば特に制約はない。基質としてはこれらの酵素との組合せで通常用いられているものが利用できる。例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼで標識した標的物質に結合し得る抗体(標識化抗体)を用い、これを、標的物質に特異的な抗体からなる捕捉体を基板に定法により固定しておき、この捕捉体に標的物質を捕捉してから標識化抗体を結合させ、更に基質である1,2−フェニレンジアミンを添加することで、491nmに吸収波長を有する酵素反応生成物が得られる。 FIG. 7 shows a detection method using an enzyme label as a reference example . Reference numeral 601 denotes a substrate. The substrate is not particularly limited as long as it is optically transparent enough to measure with transmitted light. Reference numeral 602 denotes a capturing body that specifically binds to the detection target substance. In this example, an antibody is used and is fixed to a substrate 601. Reference numeral 603 denotes a detection target substance. Reference numeral 604 denotes a capturing body that specifically binds to the detection target substance labeled with the enzyme 605. Reference numeral 606 denotes an enzyme substrate corresponding to the enzyme 605, and reference numeral 607 denotes an enzyme reaction product generated by the action of the enzyme on the enzyme substrate. Although 605 enzymes are preferred, horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, and β-galactosidase are preferred. There is no particular limitation as long as it has optical characteristics such as absorption at the wavelength. As the substrate, those usually used in combination with these enzymes can be used. For example, an antibody capable of binding to a target substance labeled with horseradish peroxidase (labeled antibody) is used, and a capture body composed of an antibody specific to the target substance is immobilized on a substrate by a conventional method. An enzyme reaction product having an absorption wavelength at 491 nm can be obtained by capturing a target substance, binding a labeled antibody, and adding 1,2-phenylenediamine as a substrate.

このように、酵素反応生成物が特定波長に吸収を有する場合では、透過光の吸収スペクトルに酵素反応生成物に起因する吸収スペクトルを得ることができ、この吸収スペクトルから検出対象物質の検知素子表面での固定状態、すなわち、検知素子表面での検出対象物質の有無や、その固定量を求めることができる。   Thus, when the enzyme reaction product has absorption at a specific wavelength, the absorption spectrum resulting from the enzyme reaction product can be obtained in the absorption spectrum of the transmitted light, and the detection element surface of the detection target substance can be obtained from this absorption spectrum. In other words, the presence or absence of the substance to be detected on the surface of the sensing element and the amount of the substance to be immobilized can be obtained.

図8に示しているのは、参考例としての蛍光標識を用いた検出手法である。701は基板である。基板は、透過光を測定する場合には、透過光の測定に十分な透明性を有する基板であればよく、反射光を測定する場合は、反射光の測定に十分な反射面を有する基板であればよい。702は、検出対象物質と特異的に結合する捕捉体である。本例では抗体を用いており、701の基板に固定されている。703は、検出対象物質である。704は、705の蛍光色素で標識された検出対象物質と特異的に結合する捕捉体である。本例では、蛍光色素標識した抗体である。蛍光色素としては、FITC、Cy3、Cy5がよく用いられる。706は、705の蛍光色素に対応した励起光であり、707は、705の蛍光色素から発する蛍光である。検出対象物質の固定状態に応じて蛍光が生じることで、検知素子からの蛍光の発光スペクトル強度が変化し、これにより、検出対象物質の検知素子表面での固定状態、すなわち、検知素子表面での検出対象物質の有無や、その固定量を求めることができる。なお、励起光が受光素子側に影響を与える検出系を用いる場合は、励起光が受光素子側に到達しないように適当な位置に励起光をブロックする波長制限フィルターを設ける。 FIG. 8 shows a detection method using a fluorescent label as a reference example . Reference numeral 701 denotes a substrate. When measuring transmitted light, the substrate may be a substrate having sufficient transparency for measuring transmitted light. When measuring reflected light, the substrate should be a substrate having a reflective surface sufficient for measuring reflected light. I just need it. Reference numeral 702 denotes a capturing body that specifically binds to the detection target substance. In this example, an antibody is used and is fixed to a substrate 701. Reference numeral 703 denotes a detection target substance. Reference numeral 704 denotes a capturing body that specifically binds to the detection target substance labeled with the fluorescent dye 705. In this example, it is an antibody labeled with a fluorescent dye. As the fluorescent dye, FITC, Cy3, and Cy5 are often used. Reference numeral 706 denotes excitation light corresponding to the fluorescent dye 705, and reference numeral 707 denotes fluorescence emitted from the fluorescent dye 705. Fluorescence is generated according to the fixed state of the detection target substance, so that the emission spectrum intensity of the fluorescence from the detection element changes, and thereby, the fixed state of the detection target substance on the detection element surface, i.e. The presence or absence of the detection target substance and its fixed amount can be determined. When a detection system in which excitation light affects the light receiving element side is used, a wavelength limiting filter that blocks the excitation light is provided at an appropriate position so that the excitation light does not reach the light receiving element side.

(捕捉体)
金属微粒子の表面に固定された、標的物質捕捉体は、標的物質と特異的な結合対を形成するものであれば、特に制約はない。検出対象物質と特異的に結合する結合対の組合せには、抗原/抗体、相補的DNA、リセプター/リガンド、酵素/基質があげられる。
(Captured body)
The target substance capturing body fixed on the surface of the metal fine particle is not particularly limited as long as it forms a specific binding pair with the target substance. Examples of combinations of binding pairs that specifically bind to the detection target substance include antigen / antibody, complementary DNA, receptor / ligand, and enzyme / substrate.

検体中に含まれる標的物質は、非生体物質と生体物質に大別される。非生体物質として産業上利用価値の大きいものとしては、環境汚染物質としての塩素置換数/位置の異なるPCB類、同じく塩素置換数/位置の異なるダイオキシン類、いわゆる環境ホルモンと呼ばれる内分泌撹乱物質等が挙げられる。生体物質としては、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質及びそれらの複合体から選択される生体物質が含まれ、更に詳しくは、核酸、タンパク質、糖鎖、脂質から選択される生体分子を含んでなるものであり、具体的には、DNA、RNA、アプタマー、遺伝子、染色体、細胞膜、ウイルス、抗原、抗体、レクチン、ハプテン、ホルモン、レセプター、酵素、ペプチド、スフィンゴ糖、スフィンゴ脂質の何れかから選択された物質を含むものであれば、如何なる物質にも本発明を適用することができる。更には、前記の「生体物質」を産生する細菌や細胞そのものも、本発明が対象とする「生体物質」として標的物質となり得る。   Target substances contained in a specimen are roughly classified into non-biological substances and biological substances. Industrially useful non-biological substances include PCBs with different chlorine substitution numbers / positions as environmental pollutants, dioxins with different chlorine substitution numbers / positions, endocrine disrupting substances called so-called environmental hormones, etc. Can be mentioned. Biological materials include biological materials selected from nucleic acids, proteins, sugar chains, lipids, and complexes thereof, and more specifically, biomolecules selected from nucleic acids, proteins, sugar chains, and lipids. Specifically, it is selected from DNA, RNA, aptamer, gene, chromosome, cell membrane, virus, antigen, antibody, lectin, hapten, hormone, receptor, enzyme, peptide, sphingosaccharide, sphingolipid The present invention can be applied to any substance as long as it contains any other substance. Furthermore, bacteria and cells themselves that produce the above-mentioned “biological substances” can also be target substances as “biological substances” targeted by the present invention.

以下では、その他の実施例をもって本発明を説明するが、これらは本発明の範囲をなんら限定するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with other examples, but these do not limit the scope of the present invention.

(実施例1)
第1の実施形態を図1を用いて説明する。101の基板材料上に102の発光素子を設置する。ここで、101の基板は、プリント基板を用い、発光素子としては、白色の発光ダイオードをプリント基板上に表面実装している。103の受光素子としては、フォトダイオードアレイを用いている。104は検知素子部である、ここでは、図5に示している、局在プラズモン共鳴による検知素子を用いている。この検知素子は、光学的に透明なガラス製のフローセルを用いる。このフローセルの内面の検出領域をアミノシランカップリング処理し、アミノ基が出た内面を形成し、ここに、粒径が20〜40nm金微粒子水溶液(田中貴金属工業社製)を浸漬し、金微粒子を固定する。
Example 1
A first embodiment will be described with reference to FIG. 102 light emitting elements are placed on 101 substrate material. Here, a printed circuit board is used as the substrate 101, and a white light emitting diode is surface-mounted on the printed circuit board as a light emitting element. As the light receiving element 103, a photodiode array is used. Reference numeral 104 denotes a sensing element unit. Here, a sensing element based on localized plasmon resonance shown in FIG. 5 is used. This sensing element uses an optically transparent glass flow cell. The detection region on the inner surface of the flow cell is subjected to an aminosilane coupling treatment to form an inner surface from which an amino group has come out. Fix it.

続いて、金微粒子上に捕捉体として、抗体を固定する。固定方法は、金微粒子を固定したフローセルの検出領域に金と親和性の高いチオール基を持つ、11−Mercaptoundecanoic acidのエタノール溶液で金微粒子を表面修飾する。これにより、金微粒子表面にカルボキシル基が露出される。その状態で、N−Hydroxysulfosuccinimide(同仁化学研究所社製)水溶液と1−Ethyl−3−[3−dimethylamino]propyl]carbodiimide hydrochloride(同仁化学研究所社製)水溶液を検出領域に滴下する。これにより、金微粒子表面にスクシンイミド基が露出される。続いて、固定化する抗体として、標的物質に特異的なウサギ抗マウスIgG抗体/リン酸緩衝液(pH8.0)をフローセルに入れる。金表面上に配置された前記スクシンイミド基とウサギ抗マウスIgG抗体のアミノ基を反応させることにより、ウサギ抗マウスIgG抗体を金表面上に固定化する。以上が検知素子の作成法である。   Subsequently, the antibody is immobilized on the gold fine particles as a capturing body. In the immobilization method, the gold fine particles are surface-modified with an ethanol solution of 11-mercaptodecanoic acid having a thiol group having a high affinity for gold in the detection region of the flow cell to which the gold fine particles are fixed. Thereby, the carboxyl group is exposed on the surface of the gold fine particles. In this state, an aqueous solution of N-Hydroxysulfuccinimide (manufactured by Dojindo Laboratories) and an aqueous solution of 1-Ethyl-3- [3-dimethylamino] propyl] carbohydrate hydrate (manufactured by Dojindo Laboratories) are dropped into the detection region. Thereby, the succinimide group is exposed on the surface of the gold fine particles. Subsequently, as an antibody to be immobilized, a rabbit anti-mouse IgG antibody / phosphate buffer (pH 8.0) specific for the target substance is placed in the flow cell. By reacting the succinimide group arranged on the gold surface with the amino group of the rabbit anti-mouse IgG antibody, the rabbit anti-mouse IgG antibody is immobilized on the gold surface. The above is the method for creating the sensing element.

105は、遮光板であり、102の発光ダイオードからの拡がり角を制限するのに用いている。この遮光板を通った光を106のコリメートレンズによって、平行光にしている。この平行光を107の回折格子に入射させる。107の回折格子によって、もっとも長波長の光線が111に回折し、短波長の光線が112に回折する。ここで分光した光を108の凹面鏡によって、103のフォトダイオードアレイ状に合焦させ、各受光素子毎の検出波長範囲を狭め分光精度を向上させる。このことによって、103のフォトダイオードアレイの各フォトダイオード上に各々異なる波長範囲の光が入射することになる。よって、103のフォトダイオードアレイの全画素の出力信号を検出することによって、104の検知部の局在プラズモン共鳴の吸収スペクトルを取得することが出来る。フォトダイオードからの信号処理方法について図10を用いて説明する。1011の各フォトダイオードの出力はすでに電流―電圧変換回路で電圧に変換されているものとする。ここで電流電圧変換回路は不図示であるが、オペアンプを用いた回路が一般に用いられる。この各フォトダイオードの出力を1010のホールド回路にて保持する。このホールド回路の役割としては、各フォトダイオードを同時サンプリングするし保持することである。ホールド回路により保持された出力を1009のマルチプレクサによって1008のADコンバータに入力する。ここではマルチプレクサを用いているが、シフトレジスタを用いても構わない。ADコンバータによりデジタルデータに変換した値を1001の中央演算装置にて処理し、スペクトルデータとして処理する。本実施例では、局在プラズモン共鳴を用いた検出を行っているため、図9に記載したようなスペクトルデータを取得することができる。この処理方法については、以下に記載する。   Reference numeral 105 denotes a light shielding plate, which is used to limit the divergence angle from the light emitting diode 102. The light passing through the light shielding plate is collimated by 106 collimating lenses. The parallel light is incident on 107 diffraction gratings. The longest wavelength light beam is diffracted to 111 and the short wavelength light beam is diffracted to 112 by the diffraction grating 107. The light split here is focused into the shape of the photodiode array 103 by the concave mirror 108, and the detection wavelength range for each light receiving element is narrowed to improve the spectral accuracy. As a result, light in different wavelength ranges is incident on each photodiode of the 103 photodiode array. Therefore, by detecting the output signals of all the pixels of the photodiode array 103, the absorption spectrum of the localized plasmon resonance of the detection unit 104 can be acquired. A signal processing method from the photodiode will be described with reference to FIG. Assume that the output of each photodiode 1011 has already been converted to a voltage by a current-voltage conversion circuit. Here, a current-voltage conversion circuit is not shown, but a circuit using an operational amplifier is generally used. The output of each photodiode is held by a 1010 hold circuit. The role of the hold circuit is to sample and hold each photodiode simultaneously. The output held by the hold circuit is input to the AD converter 1008 by the multiplexer 1009. Although a multiplexer is used here, a shift register may be used. The value converted into digital data by the AD converter is processed by the central processing unit 1001 and processed as spectrum data. In this embodiment, since detection using localized plasmon resonance is performed, spectrum data as shown in FIG. 9 can be acquired. This processing method will be described below.

ここで、104の検知部の変化について記載する。図5の402の金属微粒子表面に405の捕捉体が固定されている。本実施例では、この捕捉体に検出対象物質と特異的に結合する抗体を用いている。この抗体に検出対象物質406が捕捉されると金属微粒子402近傍の屈折率が変化する。このことによって図9に示すように、金属微粒子402での局在プラズモン共鳴による吸収ピーク波長がシフトする。吸収ピークのシフト量とあらかじめ既知の量の検出対象物質とから求めておいた検量線をもとに未知の検体中の検出対象物質量をもとめることができる。   Here, the change of the detection unit 104 will be described. A capturing body 405 is fixed to the surface of the metal fine particle 402 in FIG. In this example, an antibody that specifically binds to the detection target substance is used for this capturing body. When the detection target substance 406 is captured by this antibody, the refractive index near the metal fine particle 402 changes. As a result, as shown in FIG. 9, the absorption peak wavelength due to localized plasmon resonance in the metal fine particles 402 is shifted. The amount of the detection target substance in the unknown sample can be obtained based on a calibration curve obtained in advance from the shift amount of the absorption peak and a known amount of the detection target substance.

参考例1
図2を用いて第1の参考例を説明する。101の基板材料上に102の発光素子を設置する。ここで、101の基板は、プリント基板を用い、発光素子としては、白色の発光ダイオードをプリント基板上に表面実装している。103の受光素子としては、フォトダイオードアレイを用いている。105は、遮光板であり、102の発光ダイオードからの拡がり角を制限するのに用いている。この遮光板を通った光を106のコリメートレンズによって、平行光にしている。この平行光を107の回折格子に入射させる。107の回折格子によって、もっとも長波長の光線が111に回折し、短波長の光線が112に回折する。ここで分光した光を108の凹面鏡によって、103のフォトダイオードアレイ状に合焦させ、各受光素子毎の検出波長範囲を狭め分光精度を向上させる。このことによって、103のフォトダイオードアレイの各フォトダイオード上に各々異なる波長範囲の光が入射することになる。
( Reference Example 1 )
A first reference example will be described with reference to FIG. 102 light emitting elements are placed on 101 substrate material. Here, a printed circuit board is used as the substrate 101, and a white light emitting diode is surface-mounted on the printed circuit board as a light emitting element. As the light receiving element 103, a photodiode array is used. Reference numeral 105 denotes a light shielding plate, which is used to limit the divergence angle from the light emitting diode 102. The light passing through the light shielding plate is collimated by 106 collimating lenses. The parallel light is incident on 107 diffraction gratings. The longest wavelength light beam is diffracted to 111 and the short wavelength light beam is diffracted to 112 by the diffraction grating 107. The light split here is focused into the shape of the photodiode array 103 by the concave mirror 108, and the detection wavelength range for each light receiving element is narrowed to improve the spectral accuracy. As a result, light in different wavelength ranges is incident on each photodiode of the 103 photodiode array.

104は検知素子部である、ここでは、第1の実施例と同様に、図5に示している局在プラズモン共鳴による検知素子を用いている。11Xに示しているのが、検知素子内の検知部位である。この検知部位を通った分光後の光が103のフォトダイオードアレイによって検出することによって、局在プラズモンの吸収スペクトルを取得することができる。信号処理については実施例1と同様であるためここでは省く。ただし、図2に示すような、検知部位が103のフォトダイオードアレイより小さい場合、検知部位の全体のスペクトルをすべて取得することができない。そのため、104の検知素子をフォトダイオードの向きに移動させつつ、フォトダイオードの信号を取得することによって、11Xの検知部位の対象波長範囲全体のスペクトルを取得することができる。104の検知部の変化については、第1の実施例同様であるため、ここでは説明を省略する。
(参考例2)
図3を用いて、第2の参考例の説明を行う。101の基板材料上に102の発光素子を設置する。ここで、101の基板は、プリント基板を用い、発光素子としては、白色の発光ダイオードをプリント基板上に表面実装している。103の受光素子としては、フォトダイオードアレイを用いている。105は、遮光板であり、102の発光ダイオードからの拡がり角を制限するのに用いている。105を通った光を108の凹面鏡で反射させ、104の検知素子上で焦点を結ぶように配置する。ここで104の検知素子は、図7で示している酵素標識によるものを用いている。検知素子から反射した光が107の凹面の回折格子に入射する。107の回折格子で、もっとも長波長の光線が111に回折し、短波長の光線が112に回折する。ここで分光した光が107の回折格子の凹面のパワーで103のフォトダイオードアレイ上で、103のフォトダイオードアレイ上に合焦させ、各受光素子毎の検出波長範囲を狭め分光精度を向上させる。このことによって、103のフォトダイオードアレイの各フォトダイオード上に各々異なる波長範囲の光が入射することになる。フォトダイオードアレイの信号処理については実施例1と同様であるためここでは省く。
Reference numeral 104 denotes a detection element unit. Here, as in the first embodiment, the detection element based on localized plasmon resonance shown in FIG. 5 is used. What is indicated by 11X is a detection site in the detection element. Absorption spectrum of the localized plasmon can be acquired by detecting the light after the spectrum passing through the detection part by the photodiode array 103. Since the signal processing is the same as in the first embodiment, it is omitted here. However, when the detection site is smaller than the photodiode array 103 as shown in FIG. 2, the entire spectrum of the detection site cannot be acquired. Therefore, the spectrum of the entire target wavelength range of the 11X detection region can be acquired by acquiring the photodiode signal while moving the detection element 104 in the direction of the photodiode. Since the change of the detection unit 104 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted here.
(Reference Example 2)
The second reference example will be described with reference to FIG . 102 light emitting elements are placed on 101 substrate material. Here, a printed circuit board is used as the substrate 101, and a white light emitting diode is surface-mounted on the printed circuit board as a light emitting element. As the light receiving element 103, a photodiode array is used. Reference numeral 105 denotes a light shielding plate, which is used to limit the divergence angle from the light emitting diode 102. The light passing through 105 is reflected by the concave mirror 108 and placed on the sensing element 104 so as to be focused. Here, the sensing element 104 uses an enzyme label shown in FIG. The light reflected from the detection element enters the concave diffraction grating 107. With the 107 diffraction grating, the longest wavelength light beam is diffracted to 111 and the short wavelength light beam is diffracted to 112. The light split here is focused on the 103 photodiode array with the power of the concave surface of the 107 diffraction grating, thereby narrowing the detection wavelength range for each light receiving element and improving the spectral accuracy. As a result, light in different wavelength ranges is incident on each photodiode of the 103 photodiode array. Since the signal processing of the photodiode array is the same as in the first embodiment, it is omitted here.

104は検知素子部である、ここでは、図7の酵素による検知標識の素子を用いている。図7の601が検知素子の基板である。この基板上に602の検出対象物質と特異的に結合する捕捉体である抗体である。この抗体によって603の検出対象物質を捕捉している。捕捉されている検出対象物質に604で示している、酵素で標識している捕捉体である抗体が結合している。この状態で、606の酵素基質を導入させ607の酵素生成物を生成させる。ここで用いる酵素は、西洋ワサビペルオキシダーゼを用い、酵素基質として、1,2-フェニレンジアミンを用いる。この結果生成する酵素生成物は、491nmに吸収を持つ。491nmでの吸収を計測することにより検出対象物質量をもとめることができる。すなわち、103のフォトダイオードアレイの特定素子部の信号を検出すればよいことになる。フォトダイオードアレイの各検出信号処理について、実施例1と同様であるため説明は省略する。
また、104の検知素子であるが、酵素による標識の代わりに、図8のような蛍光を用いた検知素子を用いてもよい。
Reference numeral 104 denotes a detection element unit. Here, the detection label element using the enzyme shown in FIG. 7 is used. Reference numeral 601 in FIG. 7 denotes a substrate of the detection element. This is an antibody that is a capturing body that specifically binds to the detection target substance 602 on this substrate. This antibody captures 603 detection target substances. An antibody, which is a capture body labeled with an enzyme, indicated by 604 is bound to the substance to be detected that is captured. In this state, 606 enzyme substrates are introduced to generate 607 enzyme products. As the enzyme used here, horseradish peroxidase is used, and 1,2-phenylenediamine is used as an enzyme substrate. The resulting enzyme product has an absorption at 491 nm. The amount of detection target substance can be determined by measuring the absorption at 491 nm. In other words, the signal of the specific element portion of the 103 photodiode array may be detected. Since each detection signal processing of the photodiode array is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
In addition, although the detection element 104 is used, a detection element using fluorescence as shown in FIG. 8 may be used instead of the label with the enzyme.

参考例3
図4を用いて第3の参考例を説明する。101の基板材料上に102の発光素子を設置する。ここで、101の基板は、プリント基板を用い、発光素子としては、白色の発光ダイオードをプリント基板上に表面実装している。103の受光素子としては、フォトダイオードアレイを用いている。105は、遮光板であり、102の発光ダイオードからの拡がり角を制限するのに用いている。この遮光板を通った光を106のコリメートレンズによって、平行光にしている。この平行光を301のプリズムに入射させる。301のプリズムによって、104の検知素子に全反射角で302の金属薄膜に入射させる。この検知素子の詳細は、図6に記載されている。詳細は後述する。
( Reference Example 3 )
A third reference example will be described with reference to FIG. 102 light emitting elements are placed on 101 substrate material. Here, a printed circuit board is used as the substrate 101, and a white light emitting diode is surface-mounted on the printed circuit board as a light emitting element. As the light receiving element 103, a photodiode array is used. Reference numeral 105 denotes a light shielding plate, which is used to limit the divergence angle from the light emitting diode 102. The light passing through the light shielding plate is collimated by 106 collimating lenses. The parallel light is incident on the 301 prism. By the prism 301, the detection element 104 is made incident on the metal thin film 302 at a total reflection angle. Details of this sensing element are shown in FIG. Details will be described later.

検知素子表面で反射した光は、再度プリズムを通り、107の凹面回折格子に入射する。回折格子に入射した光は、もっとも長波長の光線が111に回折し、短波長の光線が112に回折する。ここで分光した光を107の凹面回折格子のパワーによって、103のフォトダイオードアレイ状に合焦させ、各受光素子毎の検出波長範囲を狭め分光精度を向上させる。このことによって、103のフォトダイオードアレイの各フォトダイオード上に各々異なる波長範囲の光が入射することになる。フォトダイオードアレイの信号処理については実施例1と同様であるためここでは省く。   The light reflected on the surface of the detection element passes through the prism again and enters the concave diffraction grating 107. As for the light incident on the diffraction grating, the longest wavelength light beam is diffracted to 111 and the short wavelength light beam is diffracted to 112. The light dispersed here is focused into the shape of the photodiode array 103 by the power of the concave diffraction grating 107, thereby narrowing the detection wavelength range for each light receiving element and improving the spectral accuracy. As a result, light in different wavelength ranges is incident on each photodiode of the 103 photodiode array. Since the signal processing of the photodiode array is the same as in the first embodiment, it is omitted here.

ここで図6を用いて検知素子部の説明する。507の入射光は、503のプリズムによって、501の検知素子上に形成された金属薄膜に全反射角で導入される。この金属薄膜面で反射した光は再度プリズムを通って、508の出射光となる。ここで、検知素子基板501とプリズム503の間には、504のインデックスマッチングオイルを設け、界面での反射を防ぐようにしておく。502の金属薄膜上には、検出対象物質506を捕捉するための捕捉体である、505の抗体が固定されている。   Here, the detection element unit will be described with reference to FIG. Incident light 507 is introduced at a total reflection angle into a metal thin film formed on the detection element 501 by a prism 503. The light reflected by the surface of the metal thin film passes through the prism again to become 508 outgoing light. Here, an index matching oil 504 is provided between the detection element substrate 501 and the prism 503 so as to prevent reflection at the interface. On the metal thin film 502, an antibody 505 that is a capturing body for capturing the detection target substance 506 is fixed.

505の抗体に検出対象物質506が捕捉されると金属薄膜502近傍の屈折率が変化する。このことによって、金属薄膜502での表面プラズモン共鳴による反射光減衰のピーク波長がシフトする。減衰のピークのシフト量とあらかじめ既知の量の検出対象物質とから求めておいた検量線をもとに未知の検体中の検出対象物質量をもとめることができる。   When the detection target substance 506 is captured by the antibody 505, the refractive index near the metal thin film 502 changes. As a result, the peak wavelength of reflected light attenuation due to surface plasmon resonance in the metal thin film 502 is shifted. The amount of the detection target substance in the unknown sample can be obtained based on the calibration curve obtained from the shift amount of the peak of attenuation and the detection target substance of a known amount in advance.

第1の実施形態の検知装置構成図である。It is a detection device block diagram of a 1st embodiment. 第1参考実施形態の検知装置構成図である。It is a detection device block diagram of the first reference embodiment. 第2参考実施形態の検知装置構成図である。It is a detection apparatus block diagram of 2nd reference embodiment. 第3参考実施形態の検知装置構成図である。It is a detection apparatus block diagram of 3rd reference embodiment. 局在プラズモン共鳴の検知素子を示す図である。It is a figure which shows the detection element of a localized plasmon resonance. 表面プラズモン共鳴の検知素子を示す図である。It is a figure which shows the detection element of surface plasmon resonance. 酵素標識の検知素子を示す図である。It is a figure which shows the detection element of an enzyme label. 蛍光標識の検知素子を示す図である。It is a figure which shows the detection element of a fluorescent label. 局在プラズモン共鳴によるスペクトル変化を示す図である。It is a figure which shows the spectrum change by local plasmon resonance. 本発明の装置構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the apparatus structure of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板
102 発光素子
103 受光素子アレイ
104 検知素子
105 遮光板
106 コリメートレンズ
107 回折格子
108 反射鏡
109 光路の中心線
110 光束の範囲を示す線
111 長波長側の回折光の光路を示す線
112 短波長側の回折光の光路を示す線
113 波長制限フィルタ
114 検知部位
301 プリズム
302 金属薄膜
401 検知素子基板
402 金属微粒子
403 流路
404 蓋材
405 捕捉体
406 検出対象物質
501 検知素子基板
502 金属薄膜
503 プリズム
504 インデックスマッチングオイル
505 捕捉体
506 検出対象物質
507 入射光
508 反射光
601 検知素子基板
602 捕捉体
603 検出対象物質
604 酵素標識捕捉体
605 酵素
606 酵素基質
607 酵素生成物
701 検知素子基板
702 捕捉体
703 検出対象物質
704 蛍光標識捕捉体
705 蛍光色素
706 励起光
707 蛍光
1001 中央演算装置
1002 メモリー
1003 固定ディスク
1004 表示装置
1005 キーボード
1006 LED点灯回路
1007 LED
1008 ADコンバータ
1009 マルチプレクサ
1010 ホールド回路
1011 フォトダイオードアレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate 102 Light emitting element 103 Light receiving element array 104 Detection element 105 Light shielding plate 106 Collimating lens 107 Diffraction grating 108 Reflecting mirror 109 Optical path center line 110 Line indicating the range of the light beam 111 Line indicating the optical path of the diffracted light on the long wavelength side 112 Short Line indicating optical path of diffracted light on wavelength side 113 Wavelength limiting filter 114 Detection site 301 Prism 302 Metal thin film 401 Detection element substrate 402 Metal fine particle 403 Flow path 404 Cover material 405 Captured body 406 Detection target substance 501 Detection element substrate 502 Metal thin film 503 Prism 504 Index matching oil 505 Capture body 506 Detection target substance 507 Incident light 508 Reflected light 601 Detection element substrate 602 Capture body 603 Detection target substance 604 Enzyme label capture body 605 Enzyme 606 Enzyme substrate 607 Enzyme life Composition 701 Detection element substrate 702 Capture body 703 Detection target substance 704 Fluorescent label capture body 705 Fluorescent dye 706 Excitation light 707 Fluorescence 1001 Central processing unit 1002 Memory 1003 Fixed disk 1004 Display device 1005 Keyboard 1006 LED lighting circuit 1007 LED
1008 AD converter 1009 Multiplexer 1010 Hold circuit 1011 Photodiode array

Claims (3)

標的物質を固定し得る表面を有し、該表面への前記標的物質の固定状態に応じて、プラズモン共鳴により、照射された波長特性が変化する検知素子と、光源と、該光源からの光を前記検知素子に照射するための光照射手段と、前記光源より照射され前記検知素子を介して得られる光を受光するための受光手段と、を備えたプラズモン共鳴を利用した標的物質の検出装置であって、
前記検知素子は、局在プラズモン共鳴を生起し得る金属微粒子を複数備えてなり、
前記受光手段と同一基板上に配された前記光源より照射された光が、前記検知素子を透過した後、分光手段により分光され、これにより異なる波長範囲の光が、複数の受光素子を有する受光素子アレイにより受光されるように構成されたことを特徴とするプラズモン共鳴を利用した標的物質の検出装置。
Has a surface capable of fixing the target substance, in accordance with the fixed state of the target substance to the surface, by plasmon resonance, and detection device wavelength characteristics of irradiation light is changed, and the light source, from a light source Detection of a target substance using plasmon resonance comprising light irradiating means for irradiating light to the sensing element and light receiving means for receiving light emitted from the light source and obtained through the sensing element A device,
The sensing element comprises a plurality of fine metal particles capable of causing localized plasmon resonance,
The light emitted from the light source disposed on the same substrate as the light receiving means passes through the detection element, and then is dispersed by the spectroscopic means, whereby light in a different wavelength range has a plurality of light receiving elements. An apparatus for detecting a target substance using plasmon resonance, wherein the apparatus is configured to receive light by an element array.
前記光源から前記検知素子を介して前記受光手段へ光を導くための反射手段をさらに有する請求項1に記載のプラズモン共鳴を利用した標的物質の検出装置。The target substance detection apparatus using plasmon resonance according to claim 1, further comprising reflection means for guiding light from the light source to the light receiving means via the detection element. 前記反射手段は凹面鏡を用いて構成され、該凹面鏡は、前記分光手段により分光された光を前記受光手段上に合焦させる請求項記載のプラズモン共鳴を利用した標的物質の検出装置The apparatus for detecting a target substance using plasmon resonance according to claim 2, wherein the reflecting means is configured by using a concave mirror, and the concave mirror focuses light split by the spectroscopic means on the light receiving means.
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