JP5241274B2 - Detection method of detected substance - Google Patents

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Description

本発明は、検出面に光を所定の入射角で入射させることで発生する増強場を利用して被検出物質を検出する被検出物質の検出方法に関するものである。 The present invention relates to a detection method for a substance to be detected, which detects a substance to be detected by using an enhancement field generated by making light incident on a detection surface at a predetermined incident angle.

バイオ測定(生体分子反応の測定)等において被検出物質を高感度かつ容易に検出(または測定)する方法としては、特定波長の光により励起され蛍光を発する蛍光物質(つまり、蛍光性を有する物質)からの蛍光を検出することで、被検出物質を検出(または測定)する蛍光法がある。
この蛍光法は、例えば、被検出物質が蛍光物質の場合は、被検出物質を含むと考えられる検査対象試料に特定波長の励起光を照射し、そのときの蛍光を検出することによって被検出物質の存在を確認する方法である。
また、蛍光法は、被検出物質が蛍光物質ではない場合も、被検出物質と特異的に結合する特異的結合物質を蛍光物質で標識し、この特異的結合物質を被検出物質に結合させ、その後上記と同様にして、蛍光(具体的には、被検出物質と結合した特異的結合物質を標識する蛍光物質の蛍光)を検出することにより、被検出物質の存在を確認することができる。
As a method for detecting (or measuring) a substance to be detected with high sensitivity and ease in biomeasurement (measurement of biomolecular reaction), etc., a fluorescent substance that is excited by light of a specific wavelength and emits fluorescence (that is, a substance having fluorescence) ) To detect (or measure) a substance to be detected.
For example, when the substance to be detected is a fluorescent substance, this fluorescence method irradiates the sample to be examined, which is considered to contain the substance to be detected, with excitation light having a specific wavelength, and detects the fluorescence at that time to detect the substance to be detected. It is a method of confirming the existence of.
Further, in the fluorescence method, even when the substance to be detected is not a fluorescent substance, a specific binding substance that specifically binds to the substance to be detected is labeled with a fluorescent substance, and this specific binding substance is bound to the substance to be detected. Thereafter, in the same manner as described above, the presence of the substance to be detected can be confirmed by detecting fluorescence (specifically, the fluorescence of the fluorescent substance that labels the specific binding substance bound to the substance to be detected).

また、蛍光法を用い被検出物質をさらに高感度に検出する方法としては、蛍光物質を励起させるために金属膜の表面プラズモン共鳴による増強電場を利用する方法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3)。   In addition, as a method for detecting a substance to be detected with higher sensitivity using a fluorescence method, a method using an enhanced electric field by surface plasmon resonance of a metal film to excite the fluorescent substance has been proposed (for example, Patent Documents). 1, Patent Document 2 and Patent Document 3).

特許文献1、特許文献2及び特許文献3に記載された方法は、いずれも、蛍光物質により標識された被検出物質を金属膜の近傍に配置した状態で、金属薄膜とプリズム(半円柱プリズム、三角形ガラスプリズム)との境界面に、プラズモン共鳴条件を満たす角度(プラズモン共鳴角)で光を入射させて金属薄膜に増強された電場を発生させ、金属薄膜近傍にある物質を強く励起し、蛍光を増幅させるというものであり、表面プラズモン増強蛍光(以下「SPF」ともいう。)を利用した蛍光検出法である。   In any of the methods described in Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3, a metal thin film and a prism (half-column prism, Light is incident on the interface with the triangular glass prism at an angle that satisfies the plasmon resonance condition (plasmon resonance angle) to generate an enhanced electric field in the metal thin film, strongly exciting the substance in the vicinity of the metal thin film, and fluorescence This is a fluorescence detection method utilizing surface plasmon enhanced fluorescence (hereinafter also referred to as “SPF”).

ここで、特許文献2に記載されているように、表面プラズモンの電場は、金属表面に強く局在し、かつ、金属表面からの距離に応じて指数関数的に減衰するため、金属表面に吸着固定されている蛍光標識抗体(つまり蛍光物質)のみを選択的かつ高確率で励起することができる。これにより、特許文献2に記載されているように、SPFを利用した蛍光検出法を用いることで、界面から離れた位置にある妨害物質の影響を最小限に抑制することができ、高精度に被検出物質を検出することも可能になる。   Here, as described in Patent Document 2, the electric field of the surface plasmon is strongly localized on the metal surface and decays exponentially according to the distance from the metal surface. Only the immobilized fluorescently labeled antibody (that is, the fluorescent substance) can be selectively excited with high probability. Thereby, as described in Patent Document 2, by using the fluorescence detection method using SPF, it is possible to suppress the influence of interfering substances located at a position away from the interface to a minimum, and with high accuracy. It is also possible to detect a substance to be detected.

また、特許文献2及び特許文献3は、金属膜が載置されたプリズムの角度を調整する回転機構を設け、この回転機構によりプリズムの角度を調整することで、光源から射出された光を最適なプラズモン共鳴角でプリズムに入射させることが記載されている。   Patent Document 2 and Patent Document 3 provide a rotation mechanism that adjusts the angle of the prism on which the metal film is mounted, and the light emitted from the light source is optimized by adjusting the angle of the prism by this rotation mechanism. It is described that the light is incident on the prism at a plasmon resonance angle.

また、表面プラズモン増強効果を利用して、被検出物質を検出する方法としては、表面プラズモンにより励起された蛍光を検出する方法以外にも散乱光を検出する方法がある。
特許文献4には、プリズムの表面に金属膜と、金属膜の表面に配置された抗原・抗体反応により被検出物質をトラップする機能薄膜と、この機能薄膜に触れる状態で試料液を供給するフローセルとを有する表面プラズモンセンサが記載されている。
この表面プラズモンセンサは、金属膜上に表面プラズモン増強効果を利用して励起された表面プラズモンの電場が、機能薄膜に存在している被検出物質により乱されることで生じる散乱光を検出することで、被検出物質を検出している。このように、蛍光ではなく、散乱光を検出する方法でも、被検出物質を検出することができる。
Moreover, as a method for detecting a substance to be detected using the surface plasmon enhancement effect, there is a method for detecting scattered light other than a method for detecting fluorescence excited by surface plasmon.
In Patent Document 4, a metal film on the surface of a prism, a functional thin film that traps a substance to be detected by an antigen / antibody reaction disposed on the surface of the metal film, and a flow cell that supplies a sample liquid in contact with the functional thin film A surface plasmon sensor is described.
This surface plasmon sensor detects scattered light generated when the electric field of the surface plasmon excited on the metal film using the surface plasmon enhancement effect is disturbed by the target substance present in the functional thin film. The substance to be detected is detected. Thus, the substance to be detected can be detected by a method that detects scattered light instead of fluorescence.

特開2002−62255号公報JP 2002-62255 A 特開2001−21565号公報JP 2001-21565 A 特開2002−257731号公報JP 2002-257731 A 特開平10−78390号公報JP-A-10-78390

ここで、表面プラズモンのプラズモン共鳴条件は、照明光の波長、金属膜への入射角、プリズムの屈折率や凹凸、金属膜の誘電率、厚みや粗密度、金属膜上に配置される試料の種類、状態、等により変化する。しかしながら、最大の増強度で再現性よく検出をするために、特許文献2及び3に記載されているような、回転機構を設け、基板及びプリズムを回転させ、最適角度を検出する方法では、装置コストが高くなり、また、最適角度を検出している感に、金属膜上の蛍光物質の蛍光量が減少していくという問題があった。
また、光の入射角度を調整する機構を設ける代わりに、上記の物理定数や位置関係を保障(一定状態に維持)するための温度調整と、各部材の形状を同一にすることも考えられるが、装置や、チップの製造設備が高価となり、特に低コスト化の要求が厳しい血液診断用途では受け入れられない。
こういった問題が、プラズモンを用いたセンシング装置の実用化の実現を阻む要因だった。
Here, the plasmon resonance condition of surface plasmon includes the wavelength of illumination light, the incident angle to the metal film, the refractive index and unevenness of the prism, the dielectric constant of the metal film, the thickness and the coarse density, and the sample placed on the metal film. Varies with type, condition, etc. However, in order to detect the maximum intensity with good reproducibility, as described in Patent Documents 2 and 3, a rotation mechanism is provided, the substrate and the prism are rotated, and the optimum angle is detected. There is a problem that the cost increases, and the amount of fluorescence of the fluorescent material on the metal film decreases as the optimum angle is detected.
Further, instead of providing a mechanism for adjusting the incident angle of light, it is conceivable that the temperature adjustment for ensuring (maintaining in a constant state) the physical constants and the positional relationship described above and making the shape of each member the same. However, this is not acceptable for blood diagnostic applications where equipment and chip manufacturing facilities are expensive and demands for cost reduction are particularly severe.
These problems were factors that hindered the practical application of sensing devices using plasmons.

これに対して、特許文献1〜3に記載したようなSPFを利用した蛍光検出法及び特許文献4に記載した被検出物質が表面プラズモンを乱すことで生じる散乱光を検出する検出法では、特許文献1に記載されているように、光源から射出された光をレンズ等で集光し所定の角度幅の光にして、金属膜に入射させることで、一定の角度幅の光を金属膜に入射させる。このように、一定角度幅の光を入射させ、その収束角度内での角度調整を不要とすることでコストダウンを図っている。   On the other hand, in the fluorescence detection method using SPF as described in Patent Documents 1 to 3 and the detection method described in Patent Document 4 for detecting scattered light generated by disturbing the surface plasmon, Patents 4 As described in Document 1, the light emitted from the light source is collected by a lens or the like to be converted into light having a predetermined angular width and incident on the metal film, so that light having a certain angular width is incident on the metal film. Make it incident. In this way, light of a certain angle width is incident, and the angle adjustment within the convergence angle is not required, thereby reducing the cost.

しかしながら、光源から射出される光は、光束の位置(例えば、光束中心からの距離)によって光の強度が変化する(つまり、強度分布がある)ため、表面プラズモン共鳴が発生する角度が変化することで、表面プラズモンがつくる電場の強度が変化してしまうという問題がある。
また、蛍光物質による蛍光は、同一の蛍光物質であっても表面プラズモンがつくる電場の強度によって変化するため、表面プラズモンがつくる電場の強度が変化してしまうと、同一、同量の蛍光物質であっても蛍光の光量が変化し検出値が変化してしまうため、検出の精度が下がり、再現性が低下するという問題がある。
また、表面プラズモンがつくる電場を利用して被検出物質を検出する場合に限らず、検出面に光を所定の入射角で入射させることで発生する増強場を利用して被検出物質を検出する場合にも、同様の問題がある。
However, since the light emitted from the light source changes its intensity (that is, has an intensity distribution) depending on the position of the light beam (for example, the distance from the light beam center), the angle at which surface plasmon resonance occurs changes. Thus, there is a problem that the intensity of the electric field generated by the surface plasmon changes.
In addition, since the fluorescence by the fluorescent material changes depending on the intensity of the electric field generated by the surface plasmon even if it is the same fluorescent material, if the intensity of the electric field generated by the surface plasmon changes, the same and the same amount of fluorescent material Even if it exists, since the amount of fluorescence changes and the detection value changes, there is a problem that the detection accuracy is lowered and the reproducibility is lowered.
Further, not only when detecting a substance to be detected using an electric field generated by surface plasmons, but also detecting a substance to be detected by using an enhancement field generated when light is incident on a detection surface at a predetermined incident angle. There are similar problems.

本発明の目的は、上記従来技術に基づく問題点を解消し、試料中の被検出物質を高精度かつ再現性高く検出することができる被検出物質の検出方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for detecting a substance to be detected, which can solve the problems based on the above prior art and can detect the substance to be detected in a sample with high accuracy and high reproducibility.

上記課題を解決するために、本発明は、検出面に光を所定の入射角で入射させることで発生する増強場を利用して試料内の被検出物質を検出する方法であって、前記試料が供給される金属膜が一面上に配置されるプリズムと前記金属膜との境界面で全反射する角度で、前記プリズムに、前記試料によらず前記金属膜に増強場を発生させる所定の波長域におけるスペクトルの最大強度が最低強度の1.1倍以下のスペクトル分布を有する光を入射させて、前記金属膜近傍で発生した光を検出する被検出物質の検出方法を提供するものである。 In order to solve the above problems, the present invention is a method for detecting a substance to be detected in a sample by using an enhancement field generated by making light incident on a detection surface at a predetermined incident angle, Is a predetermined wavelength that causes the prism to generate an enhancement field on the metal film regardless of the sample at an angle at which the metal film to be supplied is totally reflected at the boundary surface between the prism and the metal film disposed on one surface. The present invention provides a method for detecting a substance to be detected, in which light having a spectral distribution whose maximum spectrum intensity is 1.1 times or less of the minimum intensity is incident to detect light generated in the vicinity of the metal film .

ここで、前記プリズムに入射するスペクトル分布を有する光は、光源から射出された光を、スペクトル調整手段を用いて生成するのが好ましい。
また、前記所定の波長域は、波長幅が15nm以上であることが好ましい。
また、前記光源は、白色光を射出する光源であることも好ましい。
前記スペクトル調整手段は、波長毎に透過率の異なるフィルタであることが好ましい。
Here, it is preferable that the light having a spectral distribution incident on the prism is generated by using a spectrum adjusting unit.
The predetermined wavelength region preferably has a wavelength width of 15 nm or more.
The light source is preferably a light source that emits white light.
The spectrum adjusting means is preferably a filter having a different transmittance for each wavelength.

さらに、前記プリズムに入射するスペクトル分布を有する光は、光源から射出され、前記光源から射出された光を、前記光源から射出された光を集光する集光レンズ及び前記光源から射出された光をP偏光方向に偏光する偏光フィルタを用いて、前記プリズムと前記金属膜との境界面で全反射する角度で前記プリズムに入射させるのが好ましい。  Further, light having a spectral distribution incident on the prism is emitted from a light source, and the light emitted from the light source is collected from a light collecting lens that collects the light emitted from the light source and the light emitted from the light source. Is preferably incident on the prism at an angle that causes total reflection at the boundary surface between the prism and the metal film.

ここで、前記光源は、互いに異なる波長の光を射出する複数の個別光源を有し、前記個別光源から射出される光を合波し、所定の波長域におけるスペクトルの最大強度が最低強度の1.1倍以下となるスペクトル分布の光を射出することが好ましい。   Here, the light source has a plurality of individual light sources that emit light having different wavelengths, and combines the light emitted from the individual light sources, and the maximum intensity of the spectrum in a predetermined wavelength region is 1 with the lowest intensity. It is preferable to emit light having a spectral distribution that is less than 1 time.

また、前記光検出の検出結果に基づいて、前記試料内の前記被検出物質の濃度を算出する算出手段を有することが好ましい。
また、前記被検出物質は、蛍光性を有する物質、または、蛍光性を有する物質で標識された物質であることが好ましい。
さらに、前記スペクトル分布を有する光の所定の波長域におけるスペクトルの最大強度が最低強度の1.03倍以下であるのが好ましい。
Further, based on the detection result of the optical discovery, it is preferable to have a calculating means for calculating the concentration of the substance to be detected in said sample.
Further, the substance to be detected is preferably a fluorescent substance or a substance labeled with a fluorescent substance.
Furthermore, it is preferable that the maximum intensity of the spectrum in a predetermined wavelength region of the light having the spectrum distribution is 1.03 times or less of the minimum intensity.

本発明によれば、光源から所定波長幅の光を射出させ、スペクトル調整手段によりプリズムに入射する光を所定波長幅において最高強度と最低強度との差が小さい光とすることで、任意の波長において表面プラズモン増強効果が発生するプラズモン共鳴角が測定毎に変化した場合も、つまり、所定のプラズモン共鳴角となる波長が測定毎に変化した場合も、表面プラズモンに起因して発生する増強電場の強度を均一にすることができる。このように表面プラズモンに起因して発生する増強電場の強度を均一にできることで、高い再現性でかつ高精度に試料中の被検出物質を検出することができる。
また、任意の波長において表面プラズモン増強効果が発生するプラズモン共鳴角が測定毎に変化した場合、つまり、所定のプラズモン共鳴角となる波長が変化した場合も、再現性の高い検出ができることで、設計誤差の許容範囲を大きくすることができ、装置コストを安価にすることができる。
According to the present invention, light having a predetermined wavelength width is emitted from a light source, and light having a small difference between the maximum intensity and the minimum intensity at a predetermined wavelength width is made light that is incident on the prism by the spectrum adjustment unit. Even when the plasmon resonance angle at which the surface plasmon enhancement effect occurs in each case changes in each measurement, that is, when the wavelength at which the predetermined plasmon resonance angle changes every measurement, the enhanced electric field generated due to the surface plasmon The strength can be made uniform. Since the intensity of the enhanced electric field generated due to the surface plasmon can be made uniform as described above, the detection target substance in the sample can be detected with high reproducibility and high accuracy.
In addition, when the plasmon resonance angle at which the surface plasmon enhancement effect occurs at an arbitrary wavelength changes from measurement to measurement, that is, when the wavelength at which the predetermined plasmon resonance angle changes, the design can be performed with high reproducibility. The allowable range of error can be increased, and the apparatus cost can be reduced.

本発明に係る被検出物質の検出方法について、添付の図面に示す実施形態を基に詳細に説明する。 A method for detecting a substance to be detected according to the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明の被検出物質の検出方法を実施するセンシング装置の一実施形態であるセンシング装置10の概略構成を示すブロック図であり、図2(A)は、図1に示したセンシング装置10の光源12、入射光光学系14、サンプルユニット16の概略構成を示す上面図であり、図2(B)は、図2(A)のB−B線断面図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a sensing device 10 that is an embodiment of a sensing device that implements the method for detecting a substance to be detected of the present invention, and FIG. 2 (A) shows the sensing shown in FIG. It is a top view which shows schematic structure of the light source 12, the incident light optical system 14, and the sample unit 16 of the apparatus 10, FIG.2 (B) is a BB sectional drawing of FIG. 2 (A).

図1、図2(A)及び(B)に示すようにセンシング装置10は、基本的に、所定波長幅の光を射出する光源12と、光源12から射出された光(以下「励起光」ともいう。)を導光し集光する入射光光学系14と、光源12から射出された光のスペクトルを調整するスペクトル調整手段15と、被検出物質84を含有する試料(つまり測定対象)82を保持し、入射光光学系14により集光された光が入射されるサンプルユニット16と、サンプルユニット16の測定位置から射出される光を検出する光検出手段18と、光検出手段18の検出結果に基づいて被検出物質を検出する(つまり、光検出手段18で検出した信号をデジタル化し被検出物質の有無、濃度を判断する)算出手段20とを有し、試料82に含有されている被検出物質84を検出(及び測定)する。
また、センシング装置10は、さらに、励起光を変調するファンクションジェネレータ(以下「FG」ともいう。)24と、FG24で発生された電圧に比例した電流を光源12に流す光源ドライバ26とを有する。
ここで、FG24は、High、Lowの電圧の繰り返しクロックを発生する信号発生器である。FG24が信号を光源ドライバ26に流し、光源ドライバ26がその電圧に比例した電流を光源12に流すことで、光源12は、クロックに応じて変調された光を発光する。また、FG24のクロックは、ロックインアンプ64に接続されており、ロックインアンプ64は、FG24から流されるクロックと同期した信号のみを光検出手段18の出力から取り出す。
また、図示は省略したが、センシング装置10の各部は互いの位置関係を固定するために支持機構により支持されている。
As shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, the sensing device 10 basically includes a light source 12 that emits light having a predetermined wavelength width, and light emitted from the light source 12 (hereinafter “excitation light”). The incident light optical system 14 that guides and collects the light, the spectrum adjustment means 15 that adjusts the spectrum of the light emitted from the light source 12, and the sample (that is, the measurement target) 82 that contains the substance 84 to be detected. , The sample unit 16 into which the light condensed by the incident light optical system 14 is incident, the light detection means 18 for detecting the light emitted from the measurement position of the sample unit 16, and the detection by the light detection means 18 Based on the result, the detection substance is detected (that is, the signal detected by the light detection means 18 is digitized to determine the presence / absence and concentration of the detection substance) and contained in the sample 82 Detected substance 4 detects (and measures).
The sensing device 10 further includes a function generator (hereinafter also referred to as “FG”) 24 that modulates excitation light, and a light source driver 26 that causes a current proportional to the voltage generated by the FG 24 to flow to the light source 12.
Here, the FG 24 is a signal generator that generates a repetitive clock of high and low voltages. The FG 24 sends a signal to the light source driver 26, and the light source driver 26 sends a current proportional to the voltage to the light source 12, so that the light source 12 emits light modulated according to the clock. The clock of the FG 24 is connected to the lock-in amplifier 64, and the lock-in amplifier 64 takes out only the signal synchronized with the clock sent from the FG 24 from the output of the light detection means 18.
Although not shown, each part of the sensing device 10 is supported by a support mechanism in order to fix the mutual positional relationship.

光源12は、所定の波長幅の光を射出する光射出装置であり、本実施形態では、ピークが660nmとなる強度分布の光を射出するLED(スタンレー社製EBR3368S)を用いている。   The light source 12 is a light emitting device that emits light having a predetermined wavelength width. In the present embodiment, an LED (EBR3368S manufactured by Stanley) that emits light having an intensity distribution with a peak of 660 nm is used.

入射光光学系14は、コリメータレンズ30と、シリンドリカルレンズ32と、偏光フィルタ34とを有し、励起光の光路において、光源12側からコリメータレンズ30、シリンドリカルレンズ32、偏光フィルタ34の順で配置されている。したがって、光源12から射出された光は、コリメータレンズ30、シリンドリカルレンズ32、偏光フィルタ34をこの順で透過し、その後、サンプルユニット16に入射する。   The incident light optical system 14 includes a collimator lens 30, a cylindrical lens 32, and a polarization filter 34. The collimator lens 30, the cylindrical lens 32, and the polarization filter 34 are arranged in this order from the light source 12 side in the optical path of the excitation light. Has been. Therefore, the light emitted from the light source 12 passes through the collimator lens 30, the cylindrical lens 32, and the polarization filter 34 in this order, and then enters the sample unit 16.

コリメータレンズ30は、光源12から射出され、所定角度で放射状に拡散する光を平行光に変換する。
シリンドリカルレンズ32は、図2(A)及び(B)に示すように、後述するサンプルユニットの流路の長手方向に平行な方向が軸方向となる柱状レンズであり、コリメータレンズ30により平行光とされた光を柱状の軸に垂直な面(図2(B)に示す面と平行な面)のみに集光させる。
偏光フィルタ34は、透過した光を後述するサンプルユニット16の反射面に対してp偏光となる方向に偏光するフィルタである。
The collimator lens 30 converts light emitted from the light source 12 and radially diffusing at a predetermined angle into parallel light.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the cylindrical lens 32 is a columnar lens whose axial direction is parallel to the longitudinal direction of the flow path of the sample unit, which will be described later. The collected light is condensed only on a plane perpendicular to the columnar axis (a plane parallel to the plane shown in FIG. 2B).
The polarizing filter 34 is a filter that polarizes the transmitted light in the direction of p-polarized light with respect to the reflection surface of the sample unit 16 described later.

次に、スペクトル調整手段15は、波長域毎に透過率が異なるフィルタであり、入射光光学系14のシリンドリカルレンズ32と偏光フィルタ34との間の励起光の光路上に配置されている。スペクトル調整手段15は、光源12から射出された光のスペクトル分布を調整する。
ここで、図3(A)は、スペクトル調整手段15の透過率と、光源から射出される光との関係を示すグラフであり、図3(B)は、スペクトル調整手段15を通過した光のスペクトル分布と、光源から射出された光のスペクトル分布を示すグラフである。ここで、図3(A)は、横軸を波長[nm]とし、縦軸を相対強度と透過率とした。また、図3(B)は、横軸を波長[nm]とし、縦軸を相対強度とした。
Next, the spectrum adjusting unit 15 is a filter having a different transmittance for each wavelength region, and is disposed on the optical path of the excitation light between the cylindrical lens 32 and the polarizing filter 34 of the incident light optical system 14. The spectrum adjusting unit 15 adjusts the spectral distribution of the light emitted from the light source 12.
Here, FIG. 3A is a graph showing the relationship between the transmittance of the spectrum adjusting unit 15 and the light emitted from the light source, and FIG. 3B is a graph of the light that has passed through the spectrum adjusting unit 15. It is a graph which shows spectrum distribution and spectrum distribution of the light inject | emitted from the light source. Here, in FIG. 3A, the horizontal axis represents wavelength [nm], and the vertical axis represents relative intensity and transmittance. In FIG. 3B, the horizontal axis represents wavelength [nm] and the vertical axis represents relative intensity.

スペクトル調整手段15は、図3(A)に示すように、波長毎に透過率が異なり、光源から射出される光のスペクトル分布(強度分布)に反比例した透過率分布を有するフィルタである。つまり、スペクトル調整手段15は、光源12から射出される光の強度が強い波長域は、透過率が低く、光源12から射出される光の強度が低い波長域となるにしたがって、透過率が高くなる分布である。
スペクトル調整手段15は、上述のような透過率分布であり、図3(B)に点線で示すような波長毎に強度が異なるスペクトル分布を有する光である光源から射出された光を、波長毎に異なる透過率で透過させることで、図3(B)に実線で示すような一定波長域の強度が実質的に均一な光とする。
As shown in FIG. 3A, the spectrum adjusting unit 15 is a filter having a transmittance distribution that is different in transmittance for each wavelength and inversely proportional to the spectrum distribution (intensity distribution) of light emitted from the light source. That is, the spectrum adjusting unit 15 has a low transmittance in a wavelength region where the intensity of light emitted from the light source 12 is high, and the transmittance increases as the wavelength region in which the intensity of light emitted from the light source 12 is low. Distribution.
The spectrum adjusting unit 15 has a transmittance distribution as described above, and converts light emitted from a light source, which is light having a spectral distribution having different intensities for each wavelength as indicated by a dotted line in FIG. By transmitting the light with different transmittances, the light in the constant wavelength region as shown by the solid line in FIG.

次に、サンプルユニット16は、プリズム38と、金属膜40と、基板42と、透明カバー44を有し、プリズム38の一面に形成された金属膜40上に被検出物質84を含有する試料82が載置される。   Next, the sample unit 16 includes a prism 38, a metal film 40, a substrate 42, and a transparent cover 44, and a sample 82 containing a substance 84 to be detected on the metal film 40 formed on one surface of the prism 38. Is placed.

プリズム38は、断面が二等辺三角形となる略三角柱形状(正確には、二等辺三角形の各頂点部分を二等辺三角形の底面に垂直または平行に切断した六角柱形状)のプリズムであり、光源12から射出され入射光光学系14で集光される光の光路上に配置されている。
プリズム38は、入射光光学系14で集光された光が、3つの側面のうち二等辺三角形の2つの斜辺のうちの1つの辺で構成される面から入射する向きで配置されている。
プリズム38は、公知の透明樹脂や光学ガラスで形成することができ、例えば、日本ゼオン株式会社製ZEONEX(登録商標)330R(屈折率1.50)を材料として形成することができる。また、プリズム38は、コストをより低くすることができるため、光学ガラスよりも樹脂で形成することが好ましく、例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネイト(PC)、シクロオレフィンを含む非晶性ポリオレフィン(APO)等の樹脂で形成することが好ましい。
プリズム38は、このような構成であり、入射光光学系14で集光された光を、二等辺三角形の2つの斜辺のうちの1つの辺で構成される面から入射させ、二等辺三角形の底辺で構成される面で反射し、二等辺三角形の2つの斜辺のうちの他方の辺で構成される面から射出する。
The prism 38 is a prism having a substantially triangular prism shape whose cross section is an isosceles triangle (precisely, a hexagonal prism shape obtained by cutting each vertex portion of the isosceles triangle perpendicularly or parallel to the bottom surface of the isosceles triangle). Are arranged on the optical path of the light emitted from and collected by the incident light optical system 14.
The prism 38 is arranged in such a direction that the light condensed by the incident light optical system 14 enters from a surface constituted by one of the two oblique sides of the isosceles triangle among the three side surfaces.
The prism 38 can be formed of a known transparent resin or optical glass. For example, ZEONEX (registered trademark) 330R (refractive index 1.50) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. can be used as a material. In addition, the prism 38 is preferably formed of a resin rather than optical glass because the cost can be further reduced. For example, the amorphous polyolefin containing polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and cycloolefin is used. It is preferably formed of a resin such as (APO).
The prism 38 has such a configuration, and the light collected by the incident light optical system 14 is incident from a surface formed by one of the two oblique sides of the isosceles triangle, and the isosceles triangle The light is reflected from the surface formed by the base and emitted from the surface formed by the other of the two oblique sides of the isosceles triangle.

金属膜40は、プリズム38の二等辺三角形の底辺で構成される面の一部(具体的には、プリズム38に入射した光が照射される領域を含む領域)に形成された金属の薄膜である。
ここで、金属膜40に用いる材料としては、Au、Ag、Cu、Pt、Ni、Al等の金属を用いることができる。なお、試料として液体を用いる場合は、液体との反応を抑制するためにAu、Ptを用いること好ましい。
また、金属膜40の形成方法としては、種々の方法を用いることができ、例えば、スパッタ、蒸着、めっき、貼り付け等によりプリズム38上に形成することができる。
ここで、図4は、図2(A)及び(B)に示すサンプルユニット16の金属膜40の一部を拡大して示す拡大模式図である。
図4に示すように、金属膜40の表面には、被検出物質84と特定的に結合する特異的結合物質である1次抗体80が固定されている。
The metal film 40 is a metal thin film formed on a part of a surface formed by the base of the isosceles triangle of the prism 38 (specifically, a region including a region irradiated with light incident on the prism 38). is there.
Here, as a material used for the metal film 40, metals such as Au, Ag, Cu, Pt, Ni, and Al can be used. In addition, when using a liquid as a sample, in order to suppress reaction with a liquid, it is preferable to use Au and Pt.
Various methods can be used for forming the metal film 40. For example, the metal film 40 can be formed on the prism 38 by sputtering, vapor deposition, plating, pasting, or the like.
Here, FIG. 4 is an enlarged schematic view showing a part of the metal film 40 of the sample unit 16 shown in FIGS. 2A and 2B in an enlarged manner.
As shown in FIG. 4, a primary antibody 80, which is a specific binding substance that specifically binds to the detection target substance 84, is immobilized on the surface of the metal film 40.

基板42は、プリズム38の二等辺三角形の底辺で構成される面に配置された板状部材であり、金属膜40に試料82を供給する流路45が形成されている。
流路45は、金属膜40を横断して形成された直線状の線状部46と、線状部46の一方の端部に形成され、測定時に試料82が供給される液溜りとなる始端部47と、線状部46の他方の端部に形成され、始端部47に供給され線状部46を通過した試料82が到着する液溜りとなる終端部48とで構成される。
また、金属膜40よりも始端部47側の線状部46には、蛍光物質86によって標識された二次抗体88が載置された二次抗体載置領域49が設けられている。
ここで、二次抗体88とは、被検出物質84と特定的に結合する特異的結合物質である。
なお、本実施形態のように、光源12として660nmがピークとなる強度分布の光を射出するLEDを用いる場合は、蛍光物質86として、励起波長が660nm、蛍光波長が690nm、粒径がΦ=210nm、かつ、COOH基を有する蛍光ビーズ(Bangs Laboratories社製、FC02F/7040)、または、最大励起波長が650nm、かつ、蛍光波長が668nmである蛍光素子(Molecular Probes社製、Alexa647)を用いることが好ましい。
The substrate 42 is a plate-like member arranged on the surface formed by the bases of the isosceles triangles of the prism 38, and the flow path 45 for supplying the sample 82 to the metal film 40 is formed.
The flow path 45 is formed at a linear line portion 46 formed across the metal film 40 and at one end of the line portion 46, and a starting end serving as a liquid reservoir to which a sample 82 is supplied during measurement. A portion 47 and a terminal portion 48 that is formed at the other end of the linear portion 46 and serves as a reservoir for the sample 82 that has been supplied to the starting end portion 47 and passed through the linear portion 46 to arrive.
Further, a secondary antibody placement region 49 on which a secondary antibody 88 labeled with a fluorescent material 86 is placed is provided on the linear portion 46 closer to the start end portion 47 than the metal film 40.
Here, the secondary antibody 88 is a specific binding substance that specifically binds to the substance 84 to be detected.
Note that, as in the present embodiment, when an LED that emits light with an intensity distribution having a peak at 660 nm is used as the light source 12, the excitation wavelength is 660 nm, the fluorescence wavelength is 690 nm, and the particle diameter is Φ = Use fluorescent beads having 210 nm and COOH groups (Bangs Laboratories, FC02F / 7040) or fluorescent elements having a maximum excitation wavelength of 650 nm and a fluorescence wavelength of 668 nm (Molecular Probes, Alexa647). Is preferred.

透明カバー44は、基板42のプリズム38と接している面とは反対側の面に接合された透明な板状の部材である。透明カバー44は、基板42のプリズム38と接している面とは反対側の面を塞ぐことで、基板42に形成された流路45を密閉している。
また、透明カバー44は、流路45の始端部47に対応する部分及び流路45の終端部48に対応する部分に開口が形成されている。また、透明カバー44は、始端部47(さらには終端部48)に対応する位置に形成した開口に開閉可能な蓋を設けてもよい。
なお、サンプルユニット16は、基本的に以上のような構成である。ここで、プリズム38と、金属膜40と基板42とは、一体で形成することが好ましい。
The transparent cover 44 is a transparent plate-like member bonded to the surface of the substrate 42 opposite to the surface in contact with the prism 38. The transparent cover 44 seals the flow path 45 formed in the substrate 42 by closing the surface of the substrate 42 opposite to the surface in contact with the prism 38.
The transparent cover 44 has openings formed in a portion corresponding to the start end portion 47 of the flow channel 45 and a portion corresponding to the end portion 48 of the flow channel 45. In addition, the transparent cover 44 may be provided with an openable / closable lid at an opening formed at a position corresponding to the start end portion 47 (and also the end portion 48).
The sample unit 16 is basically configured as described above. Here, the prism 38, the metal film 40, and the substrate 42 are preferably formed integrally.

ここで、光源12と入射光光学系14とサンプルユニット16とは、入射光光学系14からプリズム38に入射した光をプリズム38と金属膜40との境界面で全反射させてプリズムの他方の面から射出させる位置関係で配置されている。   Here, the light source 12, the incident light optical system 14, and the sample unit 16 totally reflect the light incident on the prism 38 from the incident light optical system 14 at the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40, and the other of the prisms. They are arranged in a positional relationship for injection from the surface.

光検出手段18は、検出光光学系50と、フォトダイオード(以下「PD」という。)52と、フォトダイオードアンプ(以下「PDアンプ」という。)54とを有し、サンプルユニット16の金属膜40上の光(つまり、金属膜40上にある試料82から射出される光)を検出する。   The light detection means 18 includes a detection light optical system 50, a photodiode (hereinafter referred to as “PD”) 52, and a photodiode amplifier (hereinafter referred to as “PD amplifier”) 54, and the metal film of the sample unit 16. The light on 40 (that is, the light emitted from the sample 82 on the metal film 40) is detected.

検出光光学系50は、第1レンズ56と、カットフィルタ58と、第2レンズ60と、これらを支持する支持部62とを有し、金属膜40上(より正確には金属膜40の近傍)から射出されている光を集光し、PD52に入射させる。また、検出光光学系50は、金属膜40で発光された光の光路上において、金属膜40側から順に第1レンズ56、カットフィルタ58、第2レンズ60の順に互いに所定間隔離間して配置されている。   The detection light optical system 50 includes a first lens 56, a cut filter 58, a second lens 60, and a support portion 62 that supports them, and is on the metal film 40 (more precisely, in the vicinity of the metal film 40). ) Is collected and made incident on the PD 52. The detection light optical system 50 is arranged on the optical path of the light emitted from the metal film 40 in the order of the first lens 56, the cut filter 58, and the second lens 60 in order from the metal film 40 side. Has been.

第1レンズ56は、コリメータレンズであり、金属膜40に対向して配置されており、金属膜40上で発光し、第1レンズ56に到達した光を平行光にする。
カットフィルタ58は、励起光と同一波長の光を選択的にカットし、励起光と異なる波長の光(例えば、蛍光物質86に起因する蛍光等)を通過させる特性を有するフィルタであり、第1レンズ56で平行光とされた光のうち、励起光と異なる波長の光のみを通過させる。
第2レンズ60は、集光レンズであり、カットフィルタ58を透過した光を集光し、PD52に入射入射させる。
支持部62は、第1レンズ56と、カットフィルタ58と、第2レンズ60と互いに所定間隔離間させて一体的に保持する保持部材である。
The first lens 56 is a collimator lens, and is disposed so as to face the metal film 40. The first lens 56 emits light on the metal film 40 and changes the light reaching the first lens 56 into parallel light.
The cut filter 58 is a filter having a characteristic of selectively cutting light having the same wavelength as the excitation light and passing light having a wavelength different from that of the excitation light (for example, fluorescence caused by the fluorescent material 86). Of the light that has been converted into parallel light by the lens 56, only light having a wavelength different from that of the excitation light is allowed to pass.
The second lens 60 is a condensing lens, condenses the light transmitted through the cut filter 58, and makes it incident on the PD 52.
The support portion 62 is a holding member that integrally holds the first lens 56, the cut filter 58, and the second lens 60 while being spaced apart from each other by a predetermined distance.

PD52は、受光した光を電気信号に変換する光検出器であり、第2レンズ60で集光され、入射した光を電気信号に変換する。またPD52は、変換した電気信号を検出信号としてPDアンプ54に送る。
PDアンプ54は、検出信号を増幅する増幅器であり、PD52から送られた検出信号を増幅し、算出手段20に送る。
The PD 52 is a photodetector that converts received light into an electrical signal, and condenses the incident light that is collected by the second lens 60 into an electrical signal. The PD 52 sends the converted electrical signal to the PD amplifier 54 as a detection signal.
The PD amplifier 54 is an amplifier that amplifies the detection signal, amplifies the detection signal sent from the PD 52, and sends it to the calculation means 20.

算出手段20は、ロックインアンプ64とPC(つまり演算部)66とを有し、検出信号から被検出対象の質量、濃度等を算出する。   The calculation means 20 includes a lock-in amplifier 64 and a PC (that is, a calculation unit) 66, and calculates the mass, concentration, etc. of the detection target from the detection signal.

ロックインアンプ64は、検出信号のうち参照信号と等しい周波数成分を増幅する増幅器であり、PDアンプ54により増幅された検出信号のうち、FG24から送られた参照信号と同期する信号成分を増幅する。ロックインアンプ64で増幅された検出信号は、PC66に流される(出力される)。   The lock-in amplifier 64 is an amplifier that amplifies a frequency component equal to the reference signal in the detection signal, and amplifies a signal component synchronized with the reference signal sent from the FG 24 among the detection signals amplified by the PD amplifier 54. . The detection signal amplified by the lock-in amplifier 64 is sent (output) to the PC 66.

PC66は、ロックインアンプ64から供給された検出信号をデジタル信号に変換し、変換した信号に基づいて、試料中の被検出物質の濃度を検出する。ここで、試料中の被検出物質の濃度は、被検出物質の個数と液量との関係から算出することができる。また、被検出物質の個数は、個数既知の被検出物質を用いて検出信号の強度と被検出物質の個数との関係を算出し検量線を作成しておくことで算出することができる。なお、サンプルユニット16の基板42の流路45に供給する試料の液量を一定量とすること(または、一定量となるように設計すること)で、簡単かつ正確に濃度を算出することができる。
センシング装置10は、基本的に以上のような構成である。
The PC 66 converts the detection signal supplied from the lock-in amplifier 64 into a digital signal, and detects the concentration of the substance to be detected in the sample based on the converted signal. Here, the concentration of the substance to be detected in the sample can be calculated from the relationship between the number of substances to be detected and the amount of liquid. The number of substances to be detected can be calculated by calculating the relationship between the intensity of the detection signal and the number of substances to be detected using a known substance to be detected and creating a calibration curve. It should be noted that the concentration can be easily and accurately calculated by setting the amount of the sample liquid supplied to the flow path 45 of the substrate 42 of the sample unit 16 to be a constant amount (or by designing it to be a constant amount). it can.
The sensing device 10 is basically configured as described above.

以下、センシング装置10の作用について説明することで本発明をより詳細に説明する。図5(A)〜(C)は、それぞれ、サンプルユニット16での試料82の流れを示す説明図であり、図6は、試料82が到達した金属膜40の一部を拡大して示す拡大模式図である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by describing the operation of the sensing device 10. 5A to 5C are explanatory views showing the flow of the sample 82 in the sample unit 16, respectively. FIG. 6 is an enlarged view showing a part of the metal film 40 reached by the sample 82. FIG. It is a schematic diagram.

まず、図5(A)に示すように、サンプルユニット16の基板42の流路45の始端部47に、被検出物質84を含有する試料82を滴下する。
始端部47に滴下された試料82は、毛細管形状により、線状部46及びガラスカバー44で形成された管の中を終端部48に向けて移動する。
First, as shown in FIG. 5A, a sample 82 containing a substance to be detected 84 is dropped onto the start end 47 of the flow path 45 of the substrate 42 of the sample unit 16.
The sample 82 dropped on the start end 47 moves in the tube formed by the linear portion 46 and the glass cover 44 toward the end portion 48 due to the capillary shape.

始端部47から終端部48に向けて線状部46を移動する試料82は、図5(B)に示すように、線状部46の二次抗体載置領域49に到達する。試料82が二次抗体載置領域49に到達すると、試料82に含有されている被検出物質84と二次抗体載置領域49に載置されている二次抗体88との間で抗原抗体反応がおき、被検出物質84と二次抗体88とが結合する。また、この二次抗体88は、蛍光物質86により標識されているため、二次抗体88と結合した被検出物質84は、蛍光物質86により標識された状態となる。   The sample 82 moving along the linear portion 46 from the start end portion 47 toward the end portion 48 reaches the secondary antibody placement region 49 of the linear portion 46 as shown in FIG. When the sample 82 reaches the secondary antibody placement region 49, an antigen-antibody reaction occurs between the target substance 84 contained in the sample 82 and the secondary antibody 88 placed in the secondary antibody placement region 49. The detected substance 84 and the secondary antibody 88 bind to each other. Further, since the secondary antibody 88 is labeled with the fluorescent material 86, the detection target substance 84 bound to the secondary antibody 88 is in a state of being labeled with the fluorescent material 86.

二次抗体載置領域49を通過した試料82は、線状部をさらに終端部48側に移動し、金属膜40に到達する。試料82が金属膜40に到達すると、図6に示すように、試料82に含有されている被検出物質84と金属膜40上に固定されている一次抗体80との間で抗原抗体反応がおき、被検出物質84が一次抗体80に捕捉される。ここで、一次抗体80に捕捉された被検出物質84は、二次抗体載置領域49で蛍光物質86により標識された状態であるため、被検出物質84を捕捉した一次抗体80は、蛍光物質86で標識された状態となる。つまり、被検出物質84は、一次抗体80と二次抗体88とでサンドイッチされた状態となる。   The sample 82 that has passed through the secondary antibody placement region 49 further moves to the end portion 48 side through the linear portion and reaches the metal film 40. When the sample 82 reaches the metal film 40, an antigen-antibody reaction occurs between the detection target substance 84 contained in the sample 82 and the primary antibody 80 immobilized on the metal film 40, as shown in FIG. The detected substance 84 is captured by the primary antibody 80. Here, since the detection target substance 84 captured by the primary antibody 80 is in a state of being labeled with the fluorescent substance 86 in the secondary antibody placement region 49, the primary antibody 80 that has captured the detection target substance 84 is the fluorescent substance. It becomes a state labeled at 86. That is, the substance to be detected 84 is sandwiched between the primary antibody 80 and the secondary antibody 88.

金属膜40を通過した試料82は、終端部48まで移動する。また、一次抗体80により捕捉されなかった被検出物質84、被検出物質84に結合されなかった二次抗体88及び蛍光物質86も試料82とともに終端部48まで移動する。
これにより、図5(C)に示すように、金属膜40上に二次抗体88と結合し、蛍光物質86により標識され、かつ一次抗体80に捕捉された被検出物質84が残った状態となる。
The sample 82 that has passed through the metal film 40 moves to the end portion 48. In addition, the detected substance 84 not captured by the primary antibody 80, the secondary antibody 88 not bound to the detected substance 84, and the fluorescent substance 86 also move to the terminal portion 48 together with the sample 82.
As a result, as shown in FIG. 5C, the detection target substance 84 bound to the secondary antibody 88 on the metal film 40, labeled with the fluorescent substance 86, and captured by the primary antibody 80 remains. Become.

このように、金属膜40上に蛍光物質86により標識された二次抗体88と被検出物質84と固定化された一次抗体80のみが残った状態となったら、金属膜40に励起光を照射する。
具体的には、FG24で決定された強度変調信号に基づいて光源ドライバ26から流れる電流に基づいて、光源12から励起光を射出させる。励起光は、光源12から射出された後、入射光光学系14及びスペクトル調整手段15を透過する。具体的には、励起光は、コリメータレンズ30により平行光とされ、その後、シリンドリカルレンズ32により一方向のみ集光され、スペクトル調整手段15により一定波長幅の強度が実質的に均一にされ、偏光フィルタ34により偏光される。
入射光光学系14及びスペクトル調整手段15を通過した光は、プリズム38に入射され、所定の角度幅の光としてプリズム38と金属膜40との境界面に到達し、プリズム38と金属膜40との境界面で全反射され、プリズム38から射出される。なお、シリンドリカルレンズ32は、プリズム38と金属膜40との境界面を一定距離越えた位置が焦点となるように集光する。
また、コリメータレンズ30により生成された平行光を、シリンドリカルレンズ32により一方向のみに集光することで、プリズム38と金属膜40との境界面の線状部46の延在方向に平行な方向には、同一角度の光を入射することができる。
As described above, when only the secondary antibody 88 labeled with the fluorescent material 86, the detected substance 84, and the immobilized primary antibody 80 remain on the metal film 40, the metal film 40 is irradiated with excitation light. To do.
Specifically, excitation light is emitted from the light source 12 based on the current flowing from the light source driver 26 based on the intensity modulation signal determined by the FG 24. The excitation light is emitted from the light source 12 and then passes through the incident light optical system 14 and the spectrum adjusting means 15. Specifically, the excitation light is converted into parallel light by the collimator lens 30, and then collected in only one direction by the cylindrical lens 32, and the intensity of a certain wavelength width is substantially uniformed by the spectrum adjusting unit 15, Polarized by the filter 34.
The light that has passed through the incident light optical system 14 and the spectrum adjusting unit 15 is incident on the prism 38 and reaches the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40 as light having a predetermined angular width. Are totally reflected at the boundary surface of the light and emitted from the prism 38. The cylindrical lens 32 collects light so that a position beyond a certain distance beyond the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40 becomes a focal point.
In addition, the parallel light generated by the collimator lens 30 is condensed in only one direction by the cylindrical lens 32, so that the direction parallel to the extending direction of the linear portion 46 at the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40 is obtained. Can be made incident at the same angle.

励起光がプリズム38と金属膜40との境界面で全反射されることで、金属膜40の流路45側の面(プリズム38側とは反対側の面)に、エバネッセント波が滲み出し、このエバネッセント波により、金属膜40中に表面プラズモンが励起される。この表面プラズモンにより金属膜40の表面に電界分布が生じ、電場増強領域が形成される。
このとき、所定の角度幅で入射された励起光のうち、プリズム38と金属膜40との境界面に所定角度(具体的には、プラズモン共鳴条件を満たす角度)した入射した励起光により発生した、エバネッセント波と表面プラズモンとが共鳴し、表面プラズモン共鳴(プラズモン増強効果)が発生する。このように、表面プラズモン共鳴(プラズモン増強効果)が発生した領域では、より強い電場増強が形成される。ここで、プラズモン共鳴条件とは、入射された光により発生したエバネッセント波の波数ベクトルと、表面プラズモンの端数とが等しくなり、波数整合が成立する条件であり、上述したように、試料の種類、試料の状態、金属膜の厚み、密度、励起光の波長、入射角度等種々の条件に基づいて決まる。なお、本発明において、プラズモン共鳴角及び励起光の入射角は、金属面に垂直な線とのなす角である。
Since the excitation light is totally reflected at the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40, an evanescent wave oozes out on the surface on the flow channel 45 side of the metal film 40 (surface opposite to the prism 38 side), Surface plasmons are excited in the metal film 40 by the evanescent wave. This surface plasmon causes an electric field distribution on the surface of the metal film 40, and an electric field enhancement region is formed.
At this time, the excitation light incident at a predetermined angle width is generated by the incident excitation light having a predetermined angle (specifically, an angle satisfying the plasmon resonance condition) on the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40. The evanescent wave and the surface plasmon resonate to generate surface plasmon resonance (plasmon enhancement effect). Thus, a stronger electric field enhancement is formed in a region where surface plasmon resonance (plasmon enhancement effect) occurs. Here, the plasmon resonance condition is a condition in which the wave number vector of the evanescent wave generated by the incident light is equal to the fraction of the surface plasmon, and the wave number matching is established. It is determined based on various conditions such as the state of the sample, the thickness and density of the metal film, the wavelength of the excitation light, and the incident angle. In the present invention, the plasmon resonance angle and the incident angle of the excitation light are angles formed with a line perpendicular to the metal surface.

このとき、エバネッセント波の滲み出している領域において蛍光物質86がある場合、励起されて蛍光を発生させる。また、エバネッセント波が染み出している領域とほぼ同等の領域に存在する表面プラズモンによる電場増強の効果、特に、表面プラズモン共鳴により増強された電場増強の効果により、この蛍光が増強される。
なお、エバネッセント波の滲み出し領域外の蛍光物質は励起されないため、蛍光を発生させない。
このようにして、金属膜40上に固定された被検出物質84を標識する蛍光物質86の蛍光は、励起され、増強される。
蛍光物質86から射出された光は、光検出手段18の第1レンズ56に入射し、カットフィルタ58を透過し、第2レンズ60で集光され、PD52に入射され電気信号に変換される。また、第1レンズ56に入射した光のうち励起光を同一波長の光は、カットフィルタ58を透過できないため、励起光成分は、PD52まで到達しない。
At this time, if the fluorescent material 86 is present in the area where the evanescent wave is exuded, it is excited to generate fluorescence. In addition, this fluorescence is enhanced by the effect of electric field enhancement by surface plasmons existing in a region substantially equivalent to the region where the evanescent wave oozes out, particularly by the effect of electric field enhancement enhanced by surface plasmon resonance.
It should be noted that the fluorescent material outside the area where the evanescent wave exudes is not excited and thus does not generate fluorescence.
In this way, the fluorescence of the fluorescent substance 86 that labels the detection target substance 84 fixed on the metal film 40 is excited and enhanced.
The light emitted from the fluorescent material 86 enters the first lens 56 of the light detection means 18, passes through the cut filter 58, is collected by the second lens 60, enters the PD 52, and is converted into an electrical signal. In addition, since the light having the same wavelength as the excitation light among the light incident on the first lens 56 cannot pass through the cut filter 58, the excitation light component does not reach the PD 52.

PD52で生成された電気信号は、検出信号として、PDアンプ54で増幅され、ロックインアンプ64で、参照信号と同期する信号成分を増幅する。これにより、励起光に起因して発生した光を増幅することができるため、その他のノイズ成分(例えば、部屋の蛍光灯、装置内のセンサーの光など、検出光光学系50以外からPD52に入射した光や、PDで発生する暗電流)と蛍光物質86から射出された光とを確実に識別することができる。
ロックインアンプ64で増幅された検出信号は、PC66に送られる。
PC66は、信号をA/D変換し、あらかじめ記憶していた検量線に基づき、被検出物質84の算出結果から、試料82中の被検出物質84の濃度を検出する。
センシング装置10は、以上のようにして、試料82中の被検出物質84の濃度を検出する。
The electric signal generated by the PD 52 is amplified by the PD amplifier 54 as a detection signal, and the signal component synchronized with the reference signal is amplified by the lock-in amplifier 64. As a result, the light generated due to the excitation light can be amplified, so that other noise components (for example, fluorescent light in the room, sensor light in the apparatus, etc., enter the PD 52 from other than the detection light optical system 50. And the light emitted from the fluorescent material 86 can be reliably identified.
The detection signal amplified by the lock-in amplifier 64 is sent to the PC 66.
The PC 66 A / D-converts the signal and detects the concentration of the detected substance 84 in the sample 82 from the calculation result of the detected substance 84 based on the calibration curve stored in advance.
The sensing device 10 detects the concentration of the detection target substance 84 in the sample 82 as described above.

センシング装置10によれば、光源12から所定波長幅の光を射出させ、スペクトル調整手段15により所定波長域内における各波長の強度を実質的に均一(つまり、最高強度と最低強度の差が小さいスペクトル分布)にすることで、プラズモン共鳴角がずれた場合でも、強度差の少ない増強電場を発生させることができる。   According to the sensing device 10, light having a predetermined wavelength width is emitted from the light source 12, and the spectrum adjusting unit 15 causes the intensity of each wavelength in the predetermined wavelength region to be substantially uniform (that is, a spectrum having a small difference between the maximum intensity and the minimum intensity). Distribution), even when the plasmon resonance angle is deviated, an enhanced electric field with a small intensity difference can be generated.

以下、図7を用い波長とプラズモン共鳴角の関係について、より詳細に説明する。ここで、図7は、単波長の励起光の入射角度と境界面での反射率との関係を示すグラフであり、横軸を入射角度[°]とし、縦軸を反射率とした。ここで、反射率とは、プリズム38と金属膜40との境界面に入射した光の強度に対する、プリズム38と金属膜40との境界面で反射された光の強度の割合である。また、プリズム38と金属膜40との境界面で反射されなかった光は、表面プラズモンに変換されている。したがって、反射率が低いほど(境界面で反射される光の量が少ないほど)、より強い表面プラズモンが発生し、より強い増強電場が形成されていることになる。   Hereinafter, the relationship between the wavelength and the plasmon resonance angle will be described in more detail with reference to FIG. Here, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the incident angle of single-wavelength excitation light and the reflectance at the boundary surface, where the horizontal axis is the incident angle [°] and the vertical axis is the reflectance. Here, the reflectance is the ratio of the intensity of light reflected at the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40 to the intensity of light incident on the boundary surface between the prism 38 and the metal film 40. Further, the light that is not reflected at the interface between the prism 38 and the metal film 40 is converted into surface plasmons. Therefore, the lower the reflectance (the smaller the amount of light reflected at the boundary surface), the stronger the surface plasmon is generated, and the stronger electric field is formed.

また、図7には、金属膜を厚さ50nmの金で形成し、試料として水を用い、プリズムとして屈折率n=1.60のプリズムを用い、励起光として、波長λ=656nmの光を用いた測定例1、金属膜、試料、励起光は、測定例1と同一とし、プリズムとして屈折率n=1.65のプリズムを用いた測定例2、さらに、金属膜、試料は、測定例1と同一とし、プリズムとして屈折率n=1.65のプリズムを用い、励起光として、波長λ=701nmの光を用いた測定例3の測定結果を示す。   In FIG. 7, a metal film is formed of gold with a thickness of 50 nm, water is used as a sample, a prism with a refractive index n = 1.60 is used as a prism, and light with a wavelength λ = 656 nm is used as excitation light. The measurement example 1, the metal film, the sample, and the excitation light used are the same as those in the measurement example 1. The measurement example 2 uses a prism having a refractive index n = 1.65 as the prism. 1 shows a measurement result of Measurement Example 3 in which a prism having a refractive index n = 1.65 is used as the prism, and light having a wavelength λ = 701 nm is used as excitation light.

測定例1と測定例2に示すように、サンプルユニット(測定例では、プリズムの屈折率)が異なると、表面プラズモンへの変換効率が最も高い角度、つまり共鳴角が変化する。そのため、同一角度で同一強度の励起光を入射させた場合でもサンプルユニットにより表面プラズモンの発生量が変化することになる。具体的には、入射角度を63度で光を入射させた場合、測定例1の場合よりも測定例2の場合の方が反射率が10%上がるため、表面プラズモンの強度が下がることになる。
次に、測定例1と測定例3に示すように、サンプルユニットが異なる場合も、励起光の波長を調整することにより、同様の反射率の分布とすることができる。つまり、入射角は変化させずに射出する光の波長を変化させることで、表面プラズモンに起因する増強電場強度を同一にすることができる。
つまり、プラズモン共鳴角は、波長によっても変化するため、異なるサンプルユニットを用い、任意の波長におけるプラズモン共鳴角が変化した場合でも、励起光の波長を変化させることで、同一の入射角で、同じ量だけ、表面プラズモン共鳴に起因する増強電場を発生させることができる。
As shown in Measurement Example 1 and Measurement Example 2, when the sample unit (in the measurement example, the refractive index of the prism) is different, the angle with the highest conversion efficiency to the surface plasmon, that is, the resonance angle changes. Therefore, even when excitation light having the same intensity is incident at the same angle, the amount of surface plasmon generated varies depending on the sample unit. Specifically, when light is incident at an incident angle of 63 degrees, the reflectance in the measurement example 2 is increased by 10% in the measurement example 2 than in the measurement example 1, so that the intensity of the surface plasmon is decreased. .
Next, as shown in Measurement Example 1 and Measurement Example 3, even when the sample units are different, the same reflectance distribution can be obtained by adjusting the wavelength of the excitation light. That is, by changing the wavelength of the emitted light without changing the incident angle, the enhanced electric field intensity caused by the surface plasmon can be made the same.
In other words, since the plasmon resonance angle also changes depending on the wavelength, even if the plasmon resonance angle at an arbitrary wavelength is changed using different sample units, the same incident angle can be obtained by changing the wavelength of the excitation light. Only an amount can generate an enhanced electric field due to surface plasmon resonance.

ここで、センシング装置10は、一定幅の波長域の光を実質的に均一な強度で入射させることで、サンプルユニットの任意の波長におけるプラズモン共鳴角が異なる場合でも、一定幅の波長域の中で同一の反射率分布の波長を含むことができる。つまり、センシング装置10は、サンプルユニット毎に、光の入射角がプラズモン共鳴角となる波長が異なる場合でも、所定波長幅の光を入射させているため、表面プラズモン増強効果を発生させることができる。また、所定波長幅の光を入射させることで、表面プラズモン増強効果を効率よく発生させる波長の前後の波長も、サンプルユニット毎に入射することができるため、サンプルユニットによらず、表面プラズモンに起因して発生する増強電場の強度を実質的に同一にすることができる。   Here, the sensing device 10 makes light of a wavelength range of a certain width incident with substantially uniform intensity, so that even if the plasmon resonance angle at an arbitrary wavelength of the sample unit differs, The wavelength of the same reflectance distribution can be included. That is, the sensing device 10 can generate a surface plasmon enhancement effect because light of a predetermined wavelength width is incident even when the wavelength at which the incident angle of light becomes the plasmon resonance angle is different for each sample unit. . In addition, by making light of a predetermined wavelength width incident, the wavelengths before and after the wavelength that efficiently generates the surface plasmon enhancement effect can also be incident on each sample unit. Thus, the intensity of the enhanced electric field generated can be made substantially the same.

このように、サンプルユニットによらず(ある波長における表面プラズモンの共鳴角によらず)、金属膜上に発生する表面プラズモンに起因して発生する増強電場の強度を実質的に均一にできることで、蛍光物質の蛍光を増強する増強電場の強度を一定にすることができる。したがって、任意の波長におけるプラズモン共鳴角の角度が異なるサンプルユニットで測定した場合(条件が異なる測定の場合)でも、被検出物質の量、濃度に対する検出信号の強度が一定となる。
これにより、再現性の高い測定をすることができ、被検出物質の量、濃度を正確に検出(もしくは測定)することができる。
また、プラズモン共鳴角を検出する必要がないため、短時間で検出することができる。また、条件設定のために、測定前に蛍光物質を励起することもないため、蛍光物質の蛍光の強度が低下することも防止できる。
Thus, regardless of the sample unit (regardless of the resonance angle of the surface plasmon at a certain wavelength), the intensity of the enhanced electric field generated due to the surface plasmon generated on the metal film can be made substantially uniform, The intensity of the enhanced electric field that enhances the fluorescence of the fluorescent substance can be made constant. Therefore, even when measurement is performed with sample units having different plasmon resonance angles at arbitrary wavelengths (measurement under different conditions), the intensity of the detection signal with respect to the amount and concentration of the substance to be detected is constant.
Thereby, measurement with high reproducibility can be performed, and the amount and concentration of the substance to be detected can be accurately detected (or measured).
Further, since it is not necessary to detect the plasmon resonance angle, it can be detected in a short time. Moreover, since the fluorescent material is not excited before the measurement for setting the conditions, it is possible to prevent the fluorescence intensity of the fluorescent material from being lowered.

また、プラズモン共鳴角は、金属膜上に配置される試料や、被検出物質によっても変化するが、本発明のセンシング装置のよれば、一定の波長幅の光を、差のない強度で入射できることで、異なる試料、被検出物質を用いてプラズモン共鳴角が変化した場合も角度調節することなく、同一の装置で検出することができる。
例えば、1つのセンシング装置で、試料として尿を用い尿の中の被検出物質を検出することも、試料として血液を用い、血液の中の被検出物質を検出することもできる。
このように本発明によれば、検出する対象もより多くすることができる。また、プラズモン共鳴角によらず、表面プラズモンに起因して発生する増強電場の強度を一定にすることができるため、検出物質によって、検出精度にバラツキが生じることを防止できる。
The plasmon resonance angle also varies depending on the sample placed on the metal film and the substance to be detected, but according to the sensing device of the present invention, light of a certain wavelength width can be incident with no difference in intensity. Thus, even when the plasmon resonance angle is changed using different samples and substances to be detected, it can be detected by the same apparatus without adjusting the angle.
For example, a single sensing device can detect a substance to be detected in urine using urine as a sample, or can detect a substance to be detected in blood using blood as a sample.
As described above, according to the present invention, the number of objects to be detected can be increased. Moreover, since the intensity of the enhanced electric field generated due to the surface plasmon can be made constant irrespective of the plasmon resonance angle, it is possible to prevent the detection accuracy from being varied depending on the detection substance.

また、任意の波長におけるプラズモン共鳴角の角度が異なるサンプルユニットで再現性の高い測定を可能となることで、サンプルユニットの許容誤差を大きくすることができるため、サンプルユニットを安価に製造することが可能となる。   In addition, by allowing highly reproducible measurement with sample units having different plasmon resonance angles at arbitrary wavelengths, the tolerance of the sample unit can be increased, so that the sample unit can be manufactured at low cost. It becomes possible.

また、スペクトル調整手段(本実施形態ではフィルタ)を設けるという簡単な構成で、被検出物質の量、濃度を正確に検出(もしくは測定)することが可能となるため、回転機構等を用いるよりも装置を安価にすることができる。   In addition, since it is possible to accurately detect (or measure) the amount and concentration of a substance to be detected with a simple configuration of providing a spectrum adjusting means (a filter in this embodiment), rather than using a rotating mechanism or the like. The apparatus can be made inexpensive.

ここで、本実施形態では、スペクトル調整手段をシリンドリカルレンズと偏光フィルタとの間に配置したが、スペクトル調整手段の配置位置は、光源とサンプルユニットとの間の励起光の光路上にあれば特に限定されず、コリメータレンズよりも光源側でもよく、また、コリメータレンズとシリンドリカルレンズの間でも、偏光フィルタよりもプリズム側でもよい。   Here, in this embodiment, the spectrum adjusting means is arranged between the cylindrical lens and the polarizing filter. However, the arrangement position of the spectrum adjusting means is particularly on the optical path of the excitation light between the light source and the sample unit. It is not limited, The light source side may be sufficient as a collimator lens, The prism side rather than a polarizing filter may be sufficient between a collimator lens and a cylindrical lens.

また、より正確に被検出物質の検出、測定を行うことができるため、上記実施形態のように、スペクトル調整手段が、所定波長域におけるスペクトル分布が実質的に均一となるように調整することが最も好ましいが、所定波長域において、スペクトルの最大強度が最低強度が1.1倍以下となるスペクトル分布にすることで、表面プラズモンの強度を実質的に均一にすることができる。また、表面プラズモンに起因して発生する増強電場の強度をより均一にすることができるため、スペクトル調整手段は、所定波長域において、スペクトルの最大強度が最低強度が1.03倍以下となるスペクトル分布とすることが好ましい。   In addition, since the substance to be detected can be detected and measured more accurately, the spectrum adjusting means can adjust the spectrum distribution in the predetermined wavelength region to be substantially uniform as in the above embodiment. Most preferably, the intensity of the surface plasmon can be made substantially uniform by setting the spectrum distribution so that the maximum intensity of the spectrum is 1.1 times or less in the predetermined wavelength range. In addition, since the intensity of the enhanced electric field generated due to the surface plasmon can be made more uniform, the spectrum adjusting means has a spectrum in which the maximum intensity of the spectrum is 1.03 times or less in the predetermined wavelength range. A distribution is preferable.

また、上記実施形態では、光源として、一定波長域の光を射出するLED光源を用いたが、本発明はこれに限定されず、一定長さの波長域の光を射出する光源、より具体的には、試料によらず金属膜にプラズモン増強効果を発生させる所定の波長域を含む波長域の光を射出する光源であればよく、種々の光源を用いることができる。
ここで、試料によらず金属膜にプラズモン増強効果を発生させる所定の波長域とは、想定されるサンプルユニット、試料のいずれの組み合わせとしても、波長域の中にセンシング装置の光の入射角がプラズモン共鳴角となる波長を含むように設定する波長域である。
ここで、所定の波長域は、波長幅を15nm以上とすることが好ましい。波長幅を上記範囲にすることで、プラズモン共鳴角がずれた場合も均一な強度の電場を形成することができる。
また、光源としては、図8に示すようなスペクトル分布の光、つまり、白色光を射出する白色光源(例えば、白色LED)も好適に用いることができる。なお、図8に示す白色光源のスペクトル分布は、25℃の場合のスペクトル分布である。
図8に示すように白色光源は、広範囲はスペクトル分布の光であるため、光源として白色光を用い、スペクトル調整手段で、強度を均一にすることで、より多くの種類のサンプルユニット、試料に対応させることができ、また、許容誤差をより広くすることができる。
In the above embodiment, an LED light source that emits light in a certain wavelength region is used as the light source. However, the present invention is not limited to this, and a light source that emits light in a certain wavelength region is more specific. The light source may be any light source that emits light in a wavelength range including a predetermined wavelength range that generates a plasmon enhancement effect on the metal film regardless of the sample, and various light sources can be used.
Here, the predetermined wavelength range that generates the plasmon enhancement effect on the metal film regardless of the sample is the combination of the assumed sample unit and sample, and the incident angle of the light of the sensing device is within the wavelength range. It is a wavelength region set so as to include a wavelength that becomes a plasmon resonance angle.
Here, the predetermined wavelength region preferably has a wavelength width of 15 nm or more. By setting the wavelength width within the above range, an electric field having a uniform intensity can be formed even when the plasmon resonance angle is shifted.
Moreover, as a light source, the light of the spectrum distribution as shown in FIG. 8, ie, the white light source (for example, white LED) which inject | emits white light, can be used suitably. In addition, the spectrum distribution of the white light source shown in FIG. 8 is a spectrum distribution in the case of 25 degreeC.
As shown in FIG. 8, since the white light source has a broad spectrum of light, white light is used as the light source and the intensity is uniformed by the spectrum adjusting means, so that more types of sample units and samples can be obtained. In addition, the tolerance can be made wider.

ここで、センシング装置10では、光源として一定波長域の光を射出する光源を用い、かつ、スペクトル調整手段により光源から射出された光のスペクトルの強度を調整したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、光源にスペクトル調整手段を組み合わせ、所定の波長域のスペクトルの強度が実質的に均一の光を射出する光源としてもよい。
具体的には、光源として互いに波長の異なる光を射出する複数のLEDを用い、各LEDから射出される光を合波することで、所定の波長域のスペクトルの強度が実質的に均一の光を射出するようにしてもよい。
なお、ハイパスフィルタや、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ等により、各LEDから射出される光の各波長の強度を調整することで、合波させる場合も各波長における強度を調整することができる。
Here, in the sensing device 10, a light source that emits light in a certain wavelength range is used as the light source, and the spectrum intensity of the light emitted from the light source is adjusted by the spectrum adjusting unit, but the present invention is not limited to this. .
For example, a spectrum adjusting unit may be combined with a light source to emit light having a substantially uniform spectrum intensity in a predetermined wavelength range.
Specifically, a plurality of LEDs that emit light having different wavelengths are used as a light source, and the light emitted from each LED is combined so that the spectrum intensity in a predetermined wavelength region is substantially uniform. May be injected.
In addition, by adjusting the intensity of each wavelength of the light emitted from each LED with a high-pass filter, a low-pass filter, a band-pass filter, or the like, the intensity at each wavelength can be adjusted even when they are combined.

ここで、蛍光物質は、波長によって蛍光の励起効率が変化するため、スペクトル調整手段は、蛍光物質の励起スペクトル及び励起光率に基づいて、励起光のスペクトルを調整することが好ましい。
また、表面プラズモン共鳴は、励起光の波長によって共鳴角が変化することに加え、電場の増強度も、波長毎に変化する。一般的に励起光が長波長となるに従って増強度は、高くなる。そのため、スペクトル調整手段は、励起光の波長とその波長により発生する表面プラズモン共鳴により発生する電場の最大増強度との関係に基づいて励起光のスペクトルを調整することが好ましい。例えば、励起光の波長が高くなるに従って強度が低くなるようにすることが好ましい。これにより、より高精度に被検出物質を検出することができる。
Here, since the fluorescence excitation efficiency of the fluorescent material changes depending on the wavelength, the spectrum adjusting means preferably adjusts the spectrum of the excitation light based on the excitation spectrum and the excitation light rate of the fluorescent material.
Further, in the surface plasmon resonance, in addition to the change of the resonance angle depending on the wavelength of the excitation light, the enhancement of the electric field also changes for each wavelength. In general, the enhancement increases as the excitation light has a longer wavelength. Therefore, the spectrum adjusting means preferably adjusts the spectrum of the excitation light based on the relationship between the wavelength of the excitation light and the maximum enhancement of the electric field generated by the surface plasmon resonance generated by the wavelength. For example, it is preferable that the intensity decreases as the wavelength of the excitation light increases. Thereby, the substance to be detected can be detected with higher accuracy.

以上、本発明に係る被検出物質の検出方法およびこれを実施するセンシング装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。 As mentioned above, although the detection method of the to-be-detected substance based on this invention and the sensing apparatus which implements this were demonstrated in detail, this invention is not limited to the above embodiment, The range which does not deviate from the summary of this invention In the above, various improvements and changes may be made.

例えば、上述した実施形態では、いずれも入射光光学系として、コリメータレンズと集光レンズとなるシリンドリカルレンズとを設け、光源から射出された光をコリメータレンズで平行光にした後、シリンドリカルレンズで集光させたが、本発明はこれに限定されず、集光レンズのみを設け、光源から射出された光を平行光にせずに集光レンズで集光させる構成としてもよい。   For example, in each of the above-described embodiments, a collimator lens and a cylindrical lens serving as a condensing lens are provided as the incident light optical system. However, the present invention is not limited to this, and only the condensing lens may be provided, and the light emitted from the light source may be condensed by the condensing lens without being converted into parallel light.

また、センシング装置10では、入射光学系にシリンドリカルレンズまたは集光レンズを用い、光源から射出された光を集光したが、これに限定されず、光源から所定の放射角で射出された光を集光させずにプリズムと金属膜との境界面に入射させてもよい。
また、偏光フィルタも必ずしも設ける必要はなく、光源として予め偏光された励起光を射出する光源、例えば、レーザ光源(正確には、光波長域の光を射出するレーザ光源)を用いる場合は、光源から射出される光が偏光された光であるので、偏光フィルムは設けなくてもよい。
In the sensing device 10, a cylindrical lens or a condensing lens is used for the incident optical system to collect the light emitted from the light source. However, the present invention is not limited to this, and the light emitted from the light source at a predetermined radiation angle is collected. You may make it inject into the interface of a prism and a metal film, without condensing.
In addition, a polarizing filter is not necessarily provided. When a light source that emits prepolarized excitation light, for example, a laser light source (more precisely, a laser light source that emits light in the optical wavelength range) is used as a light source, Since the light emitted from the light is polarized light, the polarizing film may not be provided.

また、上述した実施形態では、いずれも試料に含まれる被検出物質の個数または濃度を検出したが、本発明はこれに限定されず、試料に被検出物質が含有されるが否か(つまり、試料の中に被検出物質があるか否か)を検出してもよい。   In the above-described embodiments, the number or concentration of the detection target substance contained in the sample is detected. However, the present invention is not limited to this, and whether or not the detection target substance is contained in the sample (that is, Whether or not there is a substance to be detected in the sample) may be detected.

また、上述した実施形態では、いずれも蛍光物質に標識された二次抗体に被検出物質を結合させた状態で、表面プラズモンに起因して発生した増強電場により増強された蛍光物質の蛍光を検出し、被検出物質を検出したが、被検出物質を蛍光物質により標識する方法は特に限定されず、例えば、被検出物質自体が蛍光物質である場合は、二次抗体を設ける必要はない。
また、本発明のセンシング装置は、金属膜上に被検出物質に付着(または近傍に配置)されている状態で表面プラズモンを発生させた場合に生じる散乱光(ラマン散乱光)を検出する方式のセンシング装置にも用いることができる。
In the above-described embodiments, the fluorescence of the fluorescent substance enhanced by the enhanced electric field generated due to the surface plasmon is detected in a state where the target substance is bound to the secondary antibody labeled with the fluorescent substance. However, although the detection target substance is detected, the method of labeling the detection target substance with a fluorescent substance is not particularly limited. For example, when the detection target substance itself is a fluorescent substance, it is not necessary to provide a secondary antibody.
In addition, the sensing device of the present invention is a method for detecting scattered light (Raman scattered light) generated when surface plasmon is generated in a state of being attached (or arranged in the vicinity) to a substance to be detected on a metal film. It can also be used for sensing devices.

また、上述した実施形態では、いずれも金属膜の表面にエバネッセント波及び表面プラズモンを発生させ、さらに表面プラズモン共鳴を発生させることで、増強された電場を形成させたが本発明はこれに限定されず、増強電場が形成される面への光の入射角度によって増強度が変化する(つまり、所定の入射角で光が入射したときのみ増強場が変化する)種々の方式に用いることができる。例えば、プリズム上に金膜と厚み約1μmのSiO膜とを積層させ、所定角度で入射した光をSiO膜内で共振させることで増強された電場を形成する方式にも用いることができる。 Further, in the above-described embodiments, an enhanced electric field is formed by generating evanescent waves and surface plasmons on the surface of the metal film and further generating surface plasmon resonance, but the present invention is not limited to this. In other words, the present invention can be used in various systems in which the enhancement intensity changes depending on the incident angle of light on the surface where the enhanced electric field is formed (that is, the enhanced field changes only when light is incident at a predetermined incident angle). For example, it can be used for a method of forming an enhanced electric field by laminating a gold film and a SiO 2 film having a thickness of about 1 μm on a prism and resonating light incident at a predetermined angle in the SiO 2 film. .

本発明のセンシング装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of one Embodiment of the sensing apparatus of this invention. (A)は、図1に示したセンシング装置の光源、入射光光学系、サンプルユニットの概略構成を示す上面図であり、(B)は、(A)のB−B線断面図である。(A) is a top view which shows schematic structure of the light source of the sensing apparatus shown in FIG. 1, an incident light optical system, and a sample unit, (B) is a BB sectional drawing of (A). (A)は、スペクトル調整手段の透過率と、光源から射出される光との関係を示すグラフであり、(B)は、スペクトル調整手段を通過した光のスペクトル分布と、光源から射出された光のスペクトル分布を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the transmittance | permeability of a spectrum adjustment means, and the light inject | emitted from a light source, (B) is the spectrum distribution of the light which passed the spectrum adjustment means, and was inject | emitted from the light source. It is a graph which shows spectrum distribution of light. 図2(A)及び(B)に示すサンプルユニットの金属膜の一部を拡大して示す拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram which expands and shows a part of metal film of the sample unit shown to FIG. 2 (A) and (B). (A)〜(C)は、それぞれ、サンプルユニットでの試料の流れを示す説明図である。(A)-(C) is explanatory drawing which shows the flow of the sample in a sample unit, respectively. 試料が到達した金属膜の一部を拡大して示す拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram which expands and shows a part of metal film which the sample reached | attained. 単波長の励起光の入射角度と境界面での反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the incident angle of the excitation light of a single wavelength, and the reflectance in a boundary surface. 本発明のセンシング装置に用いることができる光源の他の一例のスペクトル分布を示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum distribution of another example of the light source which can be used for the sensing apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 センシング装置
12 光源
14 入射光光学系
15 スペクトル調整手段
16 サンプルユニット
18 光検出手段
20 算出手段
24 ファンクションジェネレータ(FG)
26 光源ドライバ
30 コリメータレンズ
32 シリンドリカルレンズ
34 偏光フィルタ
38 プリズム
40 金属膜
42 基板
44 透明カバー
45 流路
46 線状部
47 始端部
48 終端部
49 二次抗体載置領域
50 検出光光学系
52 フォトダイオード(PD)
54 フォトダイオードアンプ(PDアンプ)
56 第1レンズ
58 カットフィルタ
60 第2レンズ
62 支持部
64 ロックインアンプ
66 PC
80 一次抗体
82 試料
84 被検出物質
86 蛍光物質
88 二次抗体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensing apparatus 12 Light source 14 Incident light optical system 15 Spectrum adjustment means 16 Sample unit 18 Light detection means 20 Calculation means 24 Function generator (FG)
26 Light source driver 30 Collimator lens 32 Cylindrical lens 34 Polarizing filter 38 Prism 40 Metal film 42 Substrate 44 Transparent cover 45 Flow path 46 Linear portion 47 Start end portion 48 End portion 49 Secondary antibody placement region 50 Detection light optical system 52 Photodiode (PD)
54 Photodiode amplifier (PD amplifier)
56 First lens 58 Cut filter 60 Second lens 62 Support section 64 Lock-in amplifier 66 PC
80 Primary antibody 82 Sample 84 Detected substance 86 Fluorescent substance 88 Secondary antibody

Claims (10)

検出面に光を所定の入射角で入射させることで発生する増強場を利用して試料内の被検出物質を検出する方法であって、
前記試料が供給される金属膜が一面上に配置されるプリズムと前記金属膜との境界面で全反射する角度で、前記プリズムに、前記試料によらず前記金属膜に増強場を発生させる所定の波長域におけるスペクトルの最大強度が最低強度の1.1倍以下のスペクトル分布を有する光を入射させて、前記金属膜近傍で発生した光を検出する被検出物質の検出方法。
A method for detecting a substance to be detected in a sample using an enhancement field generated by making light incident on a detection surface at a predetermined incident angle,
The angle at which the metal film to which the sample is supplied is totally reflected at the interface between the prism disposed on one surface and the metal film, and causing the prism to generate an enhancement field on the metal film regardless of the sample. A method for detecting a substance to be detected, wherein light having a spectral distribution in which the maximum intensity of the spectrum in the wavelength region is 1.1 times or less of the minimum intensity is incident to detect light generated in the vicinity of the metal film.
前記所定の波長域は、波長幅が15nm以上である請求項1に記載の被検出物質の検出方法。 The method for detecting a substance to be detected according to claim 1, wherein the predetermined wavelength region has a wavelength width of 15 nm or more . 前記プリズムに入射するスペクトル分布を有する光は、光源から射出された光を、スペクトル調整手段を用いて生成する請求項1または2に記載の被検出物質の検出方法。 3. The method for detecting a substance to be detected according to claim 1 , wherein the light having a spectral distribution incident on the prism is generated by using spectral adjustment means to emit light emitted from a light source . 前記光源は、白色光を射出する光源である請求項3に記載の被検出物質の検出方法。 The method for detecting a substance to be detected according to claim 3, wherein the light source is a light source that emits white light. 前記スペクトル調整手段は、波長毎に透過率の異なるフィルタである請求項3または4に記載の被検出物質の検出方法。 The method for detecting a substance to be detected according to claim 3 or 4 , wherein the spectrum adjusting means is a filter having different transmittance for each wavelength. 前記プリズムに入射するスペクトル分布を有する光は、光源から射出され、
前記光源から射出された光を、前記光源から射出された光を集光する集光レンズ及び前記光源から射出された光をP偏光方向に偏光する偏光フィルタを用いて、前記プリズムと前記金属膜との境界面で全反射する角度で前記プリズムに入射させる請求項〜5のいずれかに記載の被検出物質の検出方法。
Light having a spectral distribution incident on the prism is emitted from a light source,
The prism and the metal film using a condenser lens that condenses the light emitted from the light source, and a polarizing filter that polarizes the light emitted from the light source in a P-polarization direction. The method for detecting a substance to be detected according to any one of claims 3 to 5, wherein the light is incident on the prism at an angle at which the light is totally reflected at the boundary surface.
前記光源は、互いに異なる波長の光を射出する複数の個別光源を有し、前記個別光源から射出される光を合波し、所定の波長域におけるスペクトルの最大強度が最低強度の1.1倍以下となるスペクトル分布の光を射出する請求項〜6のいずれかに記載の被検出物質の検出方法。 The light source includes a plurality of individual light sources that emit light having different wavelengths, and combines the light emitted from the individual light sources so that the maximum intensity of the spectrum in a predetermined wavelength region is 1.1 times the minimum intensity. The method for detecting a substance to be detected according to any one of claims 3 to 6, wherein light having a spectral distribution as follows is emitted. 前記光検出の検出結果に基づいて、前記試料内の前記被検出物質の濃度を算出する算出手段を有する請求項1〜7のいずれかに記載の被検出物質の検出方法。   The detection method of the to-be-detected substance in any one of Claims 1-7 which has a calculation means to calculate the density | concentration of the to-be-detected substance in the said sample based on the detection result of the said light detection. 前記被検出物質は、蛍光性を有する物質、または、蛍光性を有する物質で標識された物質である請求項1〜8のいずれかに記載の被検出物質の検出方法。   The method for detecting a substance to be detected according to claim 1, wherein the substance to be detected is a substance having fluorescence or a substance labeled with a substance having fluorescence. 前記スペクトル分布を有する光の所定の波長域におけるスペクトルの最大強度が最低強度の1.03倍以下である請求項1〜9のいずれかに記載の被検出物質の検出方法。   The method for detecting a substance to be detected according to claim 1, wherein the maximum intensity of the spectrum in a predetermined wavelength region of the light having the spectrum distribution is 1.03 times or less of the minimum intensity.
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