JP5382107B2 - 表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材 - Google Patents
表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材 Download PDFInfo
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Description
本発明は、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ；Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）の原理に基づいた表面プラズモン増強蛍光センサおよびこの表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材に関する。
従来より、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づき、例えば生体内の極微少なアナライトの検出が行われている。
表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）は、光源より照射したレーザ光（励起光）が金属薄膜表面で全反射減衰（ＡＴＲ；attenuated total reflectance）する条件において、金属薄膜表面に粗密波（表面プラズモン）を発生させることによって、光源より照射したレーザ光（励起光）が有するフォトン量を数十倍〜数百倍に増やし（表面プラズモンの電場増強効果）、これにより金属薄膜近傍の蛍光物質を効率良く励起させることによって、極微量および／または極低濃度のアナライトを検出する方法である。
近年、このような表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいた表面プラズモン増強蛍光センサの開発が進められており、例えば特許文献１や特許文献２などにその技術開示がなされている。
このような表面プラズモン増強蛍光センサ１００は、図６に示したように基本的な構造において、まず金属薄膜１０２と、金属薄膜１０２の一方側面に形成された反応層１０４と、他方側面に形成された誘電体部材１０６と、を有するチップ構造体１０８を備えている。
そして、チップ構造体１０８の誘電体部材１０６側には、誘電体部材１０６内に入射され、金属薄膜１０２に向かって励起光１１０を照射する光源１１２を備え、さらに光源１１２から照射され金属薄膜１０２で反射した金属薄膜反射光１１４を受光する受光手段１１６が備えられている。
一方、チップ構造体１０８の反応層１０４側には、反応層１０４で捕捉されたアナライトを標識した蛍光物質が発する蛍光１１８を受光する光検出手段１２０が設けられている。
なお、反応層１０４と光検出手段１２０との間には、蛍光１１８を効率よく集光するための集光部材１２２と、蛍光１１８以外に含まれる光を除去し、必要な蛍光のみを選択する波長選択機能部材１２４が設けられている。
そして、表面プラズモン増強蛍光センサ１００の使用においては、金属薄膜１０２上に、あらかじめ蛍光物質で標識されたアナライトが捕捉された反応層１０４を形成しておき、この状態で光源１１２より誘電体部材１０６内に励起光１１０を照射し、この励起光１１０が特定の角度（共鳴角）１３４で金属薄膜１０２に入射することで、金属薄膜１０２上に粗密波（表面プラズモン）を生ずることとなる。
なお、金属薄膜１０２上に粗密波（表面プラズモン）が生ずる際には、励起光１１０と金属薄膜１０２中の電子振動とがカップリングし、金属薄膜反射光１１４の光量減少という現象が生ずる。
このため、受光手段１１６で受光される金属薄膜反射光１１４のシグナルが変化（光量が減少）する地点を見つければ、粗密波（表面プラズモン）が生ずる共鳴角１３４を得ることができる。
そして、この粗密波（表面プラズモン）を生ずる現象により、金属薄膜１０２上の反応層１０４の蛍光物質が効率良く励起され、これにより蛍光物質が発する蛍光１１８の光量が増大することとなる。
この増大した蛍光１１８を、集光部材１２２および波長選択機能部材１２４を介して光検出手段１２０で受光することで、極微量および／または極低濃度のアナライトを検出することができるようになっている。
このように、表面プラズモン増強蛍光センサ１００は、特に生体分子間などの微細な分子活動を観察可能とする高感度計測センサである。
しかしながら、上述したような従来の表面プラズモン増強蛍光センサ１００では、集光部材１２２および波長選択機能部材１２４の両部材を用いて、増強された蛍光１１８を光検出手段１２０で検出するようになっているため、反応層１０４と光検出手段１２０との間が広くなってしまい、これにより蛍光１１８の集光効率が落ちてＳ／Ｎの値が低下するという問題が生ずる場合があった。
また、このような集光部材１２２には通常レンズが用いられているが、レンズは非常に高価であり、焦点合わせが非常に大変なものもあった。
しかも、レンズでは十分な集光効率が確保できず、やはりＳ／Ｎの値が低くなってしまう問題を有するものであった。
本発明はこのような現状に鑑みなされたものであって、集光効率が落ちてＳ／Ｎの値が低下することがなく、反応層と光検出手段との間が広くなってしまうことを抑えた表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材を提供することを目的とする。
また本発明は、レンズのように焦点合わせの必要がなく、製造コストを抑えた表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材を提供することを目的とする。
本発明は、前述したような従来技術における問題点を解決するために発明されたものであって、本発明の集光部材は、
金属薄膜の一方側面に励起光を照射し、前記金属薄膜上の電場を増強させることにより、前記金属薄膜の他方側面に形成された反応層の蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出するようにした表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材であって、
前記集光部材は、
前記反応層と前記光検出手段との間に配設されるものであって、
前記励起された蛍光を集光し、この蛍光を全反射条件で前記光検出手段に到達させる全反射機能部材から構成されており、
前記全反射機能部材が、円柱状の円柱本体部を有し、
前記円柱本体部の上面が前記光検出手段と対向し、下面が前記反応層と対向するように構成され、
前記円柱本体部の下面が、凹面形状であることを特徴とする。
金属薄膜の一方側面に励起光を照射し、前記金属薄膜上の電場を増強させることにより、前記金属薄膜の他方側面に形成された反応層の蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出するようにした表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材であって、
前記集光部材は、
前記反応層と前記光検出手段との間に配設されるものであって、
前記励起された蛍光を集光し、この蛍光を全反射条件で前記光検出手段に到達させる全反射機能部材から構成されており、
前記全反射機能部材が、円柱状の円柱本体部を有し、
前記円柱本体部の上面が前記光検出手段と対向し、下面が前記反応層と対向するように構成され、
前記円柱本体部の下面が、凹面形状であることを特徴とする。
このように集光部材が全反射機能部材で構成されていれば、反応層で生じた蛍光を、確実に光検出手段で検出することができるため、Ｓ／Ｎの値を上げて、超高精度な蛍光検出が可能である。
また、全反射機能部材は、蛍光を集光し、この蛍光を全反射条件で光検出手段に到達させるものであるため、レンズのように焦点合わせの必要もなく、光検出手段と反応層との間隔を狭めることできる。
さらに、従来の波長選択機能部材の役割を全反射機能部材に持たせることができ、その場合には、全反射機能部材のみで、従来の波長選択機能部材および集光部材の役割をなすことができるため、光検出手段と反応層との間隔をより狭めることができる。
また、集光部材が円柱本体部を有していれば、反応層で生じた蛍光は、円柱本体部の下面から入射されて円柱本体部内で全反射し、さらに円柱本体部の上面より出射することで、この蛍光を光検出手段で検出することができるようになる。
さらに円柱本体部の下面が凹面形状であれば、反応層で生じた蛍光を効率良く集光して円柱本体部内に取り込むことができる。このため、蛍光の超高精度な検出を行うことができる。
さらに円柱本体部の下面が凹面形状であれば、反応層で生じた蛍光を効率良く集光して円柱本体部内に取り込むことができる。このため、蛍光の超高精度な検出を行うことができる。
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材は、
前記円柱本体部の上面が、凹面形状であることを特徴とする。
このように円柱本体部の上面が凹面形状であれば、円柱本体部内で全反射した蛍光を凹面形状部で集光した状態で光検出手段に送ることができる。このため、蛍光の超高精度な検出を行うことができる。
前記円柱本体部の上面が、凹面形状であることを特徴とする。
このように円柱本体部の上面が凹面形状であれば、円柱本体部内で全反射した蛍光を凹面形状部で集光した状態で光検出手段に送ることができる。このため、蛍光の超高精度な検出を行うことができる。
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材は、前記円柱本体部が、中実円柱状であることを特徴とする。
このように円柱本体部が中実円柱状であれば、全反射条件とすることが比較的容易である。
なお、このような本発明の集光部材は、単に蛍光を確実に光検出手段で検出可能とすることに特化しているため、従来のレンズのように焦点合わせの必要もなく、また簡単な構造であるため、製造コストを抑えることもできる。
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材は、
前記円柱本体部の上面および／または下面に、
前記蛍光以外の不要な光を除去する波長選択機能部材が配設されていることを特徴とする。
前記円柱本体部の上面および／または下面に、
前記蛍光以外の不要な光を除去する波長選択機能部材が配設されていることを特徴とする。
このように波長選択機能部材が配設されていれば、蛍光以外の迷光を光検出手段で検出してしまうことを低減できるため、さらに超高精度な蛍光検出を行うことができる。
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材は、
前記波長選択機能部材が前記円柱本体部の上面および下面に配設される場合において、
前記波長選択機能部材は、
上面側と下面側とで除去対象となる光の波長が異なるように構成されていることを特徴とする。
前記波長選択機能部材が前記円柱本体部の上面および下面に配設される場合において、
前記波長選択機能部材は、
上面側と下面側とで除去対象となる光の波長が異なるように構成されていることを特徴とする。
このように除去対象となる光の波長が異なるように波長選択機能部材を設ければ、例えば、励起光の照射により誘電体部材から発生した自家蛍光やプラズモン発生時に発生した伝播光といった波長が異なる２種類又はそれ以上の特定の波長の光を確実に除去することができる。このため、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材は、
前記波長選択機能部材が、
前記円柱本体部の上面および下面の全部分および／または一部分に配設されることを特徴とする。
前記波長選択機能部材が、
前記円柱本体部の上面および下面の全部分および／または一部分に配設されることを特徴とする。
このように波長選択機能部材が全部分および／または一部分に配設されていれば、除去対象となる光の発生箇所に合わせて波長選択機能部材を設けることができる。このため、検出対象となる蛍光のみを選択的に取り出して、光検出手段で検出できるようになるため、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサは、
上記いずれかに記載の集光部材を配設してなることを特徴とする。このように上記した集光部材を配設してなる表面プラズモン増強蛍光センサであれば、集光部材が得意な構成を有しているため、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
上記いずれかに記載の集光部材を配設してなることを特徴とする。このように上記した集光部材を配設してなる表面プラズモン増強蛍光センサであれば、集光部材が得意な構成を有しているため、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサは、
前記全反射機能部材の上面端部と前記光検出手段の端部との間隔が、５ｍｍ以内であることを特徴とする。
前記全反射機能部材の上面端部と前記光検出手段の端部との間隔が、５ｍｍ以内であることを特徴とする。
このような間隔に設定すれば、集光部材内で全反射した蛍光が、光検出手段と全反射機能部材との間から、外部に散乱してしまうことを極力抑えることができるため、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサは、
前記全反射機能部材の下面端部と前記反応層の端部との間隔が、５ｍｍ以内であることを特徴とする。
前記全反射機能部材の下面端部と前記反応層の端部との間隔が、５ｍｍ以内であることを特徴とする。
このような間隔に設定すれば、反応層で生じた蛍光が、反応層と全反射機能部材との間から、外部に散乱してしまうことを極力抑えることができるため、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
本発明によれば、集光部材が上記したような特異な構成を有しているため、従来のように集光効率が落ちてＳ／Ｎの値が低下することがなく、反応層と光検出手段との間が広くなってしまうことを抑えた表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材を提供することができる。
また、レンズのように焦点合わせの必要がなく、製造コストを抑えた表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。図１は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサの概略図、図２は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材の第１の実施例を説明するための概略図、図３（ａ）は中実円柱状の集光部材の上面図およびＡ−Ａ断面図、図３（ｂ）は中空円柱状の集光部材の上面図およびＢ−Ｂ断面図である。
本発明の表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材は、集光効率が落ちてＳ／Ｎの値が低下することがなく、反応層と光検出手段との間が広くなってしまうことを抑え、さらに焦点合わせの必要がなく、製造コストを抑えることができるものである。
＜表面プラズモン増強蛍光センサ１０＞
本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０は、図１に示したように、まず金属薄膜１２と、金属薄膜１２の一方側面に形成された反応層１４と、他方側面に形成された誘電体部材１６と、を有するチップ構造体１８を備えている。
本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０は、図１に示したように、まず金属薄膜１２と、金属薄膜１２の一方側面に形成された反応層１４と、他方側面に形成された誘電体部材１６と、を有するチップ構造体１８を備えている。
そして、チップ構造体１８の誘電体部材１６側には、誘電体部材１６内に入射され、金属薄膜１２に向かって励起光２０を照射する光源２２を備え、さらに光源２２から照射され金属薄膜１２に反射した金属薄膜反射光２４を受光する受光手段２６が備えられている。
光源２２から照射される励起光２０としてはレーザ光が好ましく、波長２００〜９００ｎｍ、０．００１〜１，０００ｍＷのＬＤレーザ、または波長２３０〜８００ｎｍ、０．０１〜１００ｍＷの半導体レーザが好適である。
一方、チップ構造体１８の反応層１４側には、反応層１４で生じた蛍光２８を受光する光検出手段３０が設けられている。光検出手段３０としては、超高感度の光電子増倍管、または多点計測が可能なＣＣＤイメージセンサを用いることが好ましい。
なお、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０においては、チップ構造体１８の反応層１４と光検出手段３０との間に、全反射機能部材３４を有する集光部材３２が配設されている。
このような集光部材３２は、蛍光２８を集光し、この蛍光２８を全反射条件で光検出手段３０に到達させるように構成されたものである。そして、このような表面プラズモン増強蛍光センサ１０の使用においては、金属薄膜１２上に、例えばあらかじめ蛍光物質が標識されたアナライトが捕捉された反応層１４を設け、この状態で、光源２２より誘電体部材１６内に励起光２０を照射し、この励起光２０が特定の角度（共鳴角４４）で金属薄膜１２に入射することで、金属薄膜１２上に粗密波（表面プラズモン）を生ずるようにすることができる。
なお、金属薄膜１２上に粗密波（表面プラズモン）が生ずる際には、励起光２０と金属薄膜１２中の電子振動とがカップリングし、金属薄膜反射光２４のシグナルが変化（光量が減少）することとなるため、受光手段２６で受光される金属薄膜反射光２４のシグナルが変化（光量が減少）する地点を見つければ良い。
そして、この粗密波（表面プラズモン）により、金属薄膜１２上の反応層１４の蛍光物質が効率良く励起され、これにより蛍光物質が発する蛍光２８の光量が増大し、この蛍光２８を、集光部材３２を介して光検出手段３０で収集することで、極微量および／または極低濃度のアナライトを検出することができる。
なお、チップ構造体１８の金属薄膜１２の材質としては、好ましくは金，銀，アルミニウム，銅，および白金からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属からなり、より好ましくは金からなり、さらにこれら金属の合金からなることである。
このような金属は、酸化に対して安定であり、かつ粗密波（表面プラズモン）による電場増強が大きくなることから金属薄膜１２に好適である。また、金属薄膜１２の形成方法としては、例えばスパッタリング法，蒸着法（抵抗加熱蒸着法，電子線蒸着法等），電解メッキ，無電解メッキ法などが挙げられる。中でもスパッタリング法，蒸着法は、薄膜形成条件の調整が容易であるため好ましい。
さらに金属薄膜１２の厚さとしては、金：５〜５００ｎｍ、銀：５〜５００ｎｍ、アルミニウム：５〜５００ｎｍ、銅：５〜５００ｎｍ、白金：５〜５００ｎｍ、およびそれらの合金：５〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
電場増強効果の観点からは、金：２０〜７０ｎｍ、銀：２０〜７０ｎｍ、アルミニウム：１０〜５０ｎｍ、銅：２０〜７０ｎｍ、白金：２０〜７０ｎｍ、およびそれらの合金：１０〜７０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
金属薄膜１２の厚さが上記範囲内であれば、粗密波（表面プラズモン）が発生し易く好適である。また、このような厚さを有する金属薄膜１２であれば、大きさ（縦×横）は特に限定されないものである。
一方、反応層１４は、アナライトに蛍光物質を結合させたものを検体中に含有したものであり、このような検体としては、血液，血清，血漿，尿，鼻孔液，唾液，便，体腔液（髄液，腹水，胸水等）などが挙げられる。
また、検体中に含有されるアナライトは、例えば、核酸（一本鎖であっても二本鎖であってもよいＤＮＡ，ＲＮＡ，ポリヌクレオチド，オリゴヌクレオチド，ＰＮＡ（ペプチド核酸）等、またはヌクレオシド，ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子），タンパク質（ポリペプチド、オリゴペプチド等），アミノ酸（修飾アミノ酸も含む。），糖質（オリゴ糖，多糖類，糖鎖等），脂質，またはこれらの修飾分子，複合体などが挙げられ、具体的には、ＡＦＰ（αフェトプロテイン）等のがん胎児性抗原や腫瘍マーカー，シグナル伝達物質，ホルモンなどであってもよく、特に限定されない。
さらに蛍光物質としては、所定の励起光２０を照射するか、または電界効果を利用することで励起し、蛍光２８を発する物質であれば特に限定されないものである。なお本明細書でいう蛍光２８とは、燐光など各種の発光も含まれるものである。
また、誘電体部材１６としては、光学的に透明な各種の無機物，天然ポリマー，合成ポリマーを用いることができ、化学的安定性，製造安定性および光学的透明性の観点から、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）または二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含むことが好ましい。
さらに、このような表面プラズモン増強蛍光センサ１０は、光源２２から金属薄膜１２に照射される励起光２０による表面プラズモン共鳴の最適角（共鳴角４４）を調整するため、角度可変部（図示せず）や、受光手段２６および／または光検出手段３０に入力された情報を処理するためのコンピュータ（図示せず）などを有しても良いものである。
ここで、角度可変部（図示せず）は、サーボモータで全反射減衰（ＡＴＲ）条件を求めるために受光手段２６と光源２２とを同期し、４５〜８５°の角度変更を可能とし、分解能が０．０１°以上であることが好ましい。
このような構成を有する本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０は、上記したように集光部材３２の構成が特徴的な構造を有している。以下、このような集光部材３２について詳細に説明する。
＜集光部材３２＞
本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０に用いられる集光部材３２は、図２に示したように励起された蛍光２８を集光し、この蛍光２８を全反射条件で光検出手段３０に到達させるようにした全反射機能部材３４から構成されている。
本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０に用いられる集光部材３２は、図２に示したように励起された蛍光２８を集光し、この蛍光２８を全反射条件で光検出手段３０に到達させるようにした全反射機能部材３４から構成されている。
そして全反射機能部材３４は、円柱本体部３６を有し、光検出手段３０に対向する側が上面３８、反応層１４と対向する側が下面４０となっている。このような全反射機能部材３４の材質は、蛍光２８が全反射条件で光検出手段３０へ到達できるものであれば、いかなる材質であっても良いが、好ましくはガラスまたは透明性樹脂を用いることが好ましい。
なお、全反射機能部材３４の上面３８端部と、光検出手段３０の端部との間隔の距離Ｌ１は、５ｍｍ以内であることが好ましく、より好ましくは２ｍｍ以内である。
一方、全反射機能部材３４の下面４０端部と、反応層１４の端部との間隔の距離Ｌ２は、５ｍｍ以内であることが好ましく、より好ましくは２ｍｍ以内である。
以上のような間隔の距離とすれば、集光部材３２内で全反射した蛍光２８が、光検出手段３０と全反射機能部材３４との間から、外部に散乱してしまうことを極力抑えることができ、また反応層１４で生じた蛍光２８が、反応層１４と全反射機能部材３４との間から、外部に散乱してしまうことを極力抑えることができるため、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
ところで、このようにして構成される集光部材３２は、円柱本体部３６の形状が、図３（ａ）に示したように中実円柱状であるか、図３（ｂ）に示したように中空円柱状とすることができる。
なお、図３（ｂ）に示したように集光部材３２が中空円柱状の場合には、筒状の内壁面あるいは外壁面を例えば鏡面層（図示せず）とし、蛍光２８が全反射条件となるようにすることができる。
このように、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０に用いられる集光部材３２は、上記したような特異な構造であるため、反応層１４で生じた蛍光２８の超高精度な検出を行うことができる。
次に、図４に示した集光部材３２は、本発明の第２の実施例における概略図である。図４に示した集光部材３２は、図２および図３に示した第１の実施例の集光部材３２と基本的には同じ構成であるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
図４に示した集光部材３２は、全反射機能部材３４の上面３８，下面４０が凹面形状となっている点で、実施例１と異なっている。
このように全反射機能部材３４の下面４０が凹面形状となっていれば、反応層１４で生じた蛍光２８を凹面形状部４６で効率良く集光して円柱本体部３６内に取り込むことができる。また、全反射機能部材３４の上面３８を凹面形状とすることにより、円柱本体部３６内で全反射した蛍光２８を凹面形状部４８で集光した状態で光検出手段３０に送ることが可能である。
このため、反応層１４で生じた蛍光２８をさらに効率よく集光し、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
なお、図４においては、凹面形状部４６，４８が全反射機能部材３４の上面３８，下面４０の両側に設けられているが、いずれか一方のみに形成されていても良いものであり、適宜選択可能なものである。但し、反応層１４で生じた蛍光２８を効率良く集光して円柱本体部３６内に取り込むには、全反射機能部材３４の下面４０に凹面形状部４６を設けることが好ましい。
次に、図５に示した集光部材３２は、本発明の第３の実施例における概略図である。図５に示した集光部材３２は、図２および図３に示した第１の実施例の集光部材３２と基本的には同じ構成であるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
図５に示した集光部材３２は、円柱本体部３６の上面３８および下面４０に、蛍光２８以外の不要な光を除去する波長選択機能部材４２，５０が配設されている点で、実施例１と異なっている。
このように波長選択機能部材４２，５０が配設されていれば、蛍光２８以外の迷光を光検出手段３０で検出してしまうことがなくなるため、さらに超高精度な蛍光検出を行うことができる。
なお、円柱本体部３６の上面３８および下面４０に配設される波長選択機能部材４２，５０は、上面３８側と下面４０側とで除去対象となる光の波長が異なるように構成されていることが好ましい。
このように除去対象となる光の波長が異なるようにすれば、特定の波長の光を確実に除去することができる。
なお、図５においては、下面４０側の波長選択機能部材５０が、下面４０の一部分（中央部分）にのみ設けられているが、これは反応層１４で生ずる蛍光物質の発する蛍光２８の範囲５２が半球面状であるのに対して、反応層１４で生ずる蛍光２８以外の光のうち、金属薄膜１２下側の誘電体部材１６の自家蛍光の範囲５４が棒状であるため、この自家蛍光に的を絞って除去するためである。
上面３８側の波長選択機能部材４２については、上面３８の全面に設けられており、ここでは主にプラズモン発生時に発生する伝播光を除去するようになっている。
なお、このような波長選択機能部材４２，５０としては、光学フィルタ，カットフィルタなどを用いることができる。
光学フィルタとしては、例えば、減光（ＮＤ）フィルタ，ダイアフラムレンズなどが挙げられる。またカットフィルタとしては、外光（装置外の照明光），励起光（励起光の透過成分），迷光（各所での励起光の散乱成分），プラズモンの散乱光（励起光を起源とし、プラズモン励起センサ表面上の構造体または付着物などの影響で発生する散乱光），酵素蛍光基質の自家蛍光などの各種ノイズ光を除去するフィルタであって、例えば干渉フィルタ，色フィルタなどが挙げられる。
このように除去対象となる光の発生箇所に合わせて波長選択機能部材４２，５０を設ければ、必要以上に蛍光２８を除去してしまうことがなく、検出対象となる蛍光２８のみを選択的に取り出して、光検出手段３０で検出できるようになるため、さらに超高精度な蛍光検出を行うことができる。
なお、図５においては、下面４０側に配設された波長選択機能部材５０は、円柱本体部３６側に少し入った箇所に設けられているように図示されているが、これは説明の便宜のためであり、例えば下面４０上に配設しても良いものである。
以上、本発明における表面プラズモン増強蛍光センサ１０およびこれに用いられる集光部材３２の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではないものである。
例えば、図４に示した集光部材３２の凹面形状部４６，４８に、図５に示した波長選択機能部材４２をコーティングするなど、本発明の実施例１〜実施例３を適宜組み合わせた形態であっても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。
１０ 表面プラズモン増強蛍光センサ
１２ 金属薄膜
１４ 反応層
１６ 誘電体部材
１８ チップ構造体
２０ 励起光
２２ 光源
２４ 金属薄膜反射光
２６ 受光手段
２８ 蛍光
３０ 光検出手段
３２ 集光部材
３４ 全反射機能部材
３６ 円柱本体部
３８ 上面
４０ 下面
４２ 波長選択機能部材
４４ 共鳴角
４６ 凹面形状部
４８ 凹面形状部
５０ 波長選択機能部材
５２ 反応層で生ずる蛍光物質の発する蛍光の範囲
５４ 自家蛍光の範囲
Ｌ１ 間隔の距離
Ｌ２ 間隔の距離
１００ 表面プラズモン増強蛍光センサ
１０２ 金属薄膜
１０４ 反応層
１０６ 誘電体部材
１０８ チップ構造体
１１０ 励起光
１１２ 光源
１１４ 金属薄膜反射光
１１６ 受光手段
１１８ 蛍光
１２０ 光検出手段
１２２ 集光部材
１２４ 波長選択機能部材
１３４ 共鳴角
１２ 金属薄膜
１４ 反応層
１６ 誘電体部材
１８ チップ構造体
２０ 励起光
２２ 光源
２４ 金属薄膜反射光
２６ 受光手段
２８ 蛍光
３０ 光検出手段
３２ 集光部材
３４ 全反射機能部材
３６ 円柱本体部
３８ 上面
４０ 下面
４２ 波長選択機能部材
４４ 共鳴角
４６ 凹面形状部
４８ 凹面形状部
５０ 波長選択機能部材
５２ 反応層で生ずる蛍光物質の発する蛍光の範囲
５４ 自家蛍光の範囲
Ｌ１ 間隔の距離
Ｌ２ 間隔の距離
１００ 表面プラズモン増強蛍光センサ
１０２ 金属薄膜
１０４ 反応層
１０６ 誘電体部材
１０８ チップ構造体
１１０ 励起光
１１２ 光源
１１４ 金属薄膜反射光
１１６ 受光手段
１１８ 蛍光
１２０ 光検出手段
１２２ 集光部材
１２４ 波長選択機能部材
１３４ 共鳴角
Claims (9)
- 金属薄膜の一方側面に励起光を照射し、前記金属薄膜上の電場を増強させることにより、前記金属薄膜の他方側面に形成された反応層の蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出するようにした表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材であって、
前記集光部材は、
前記反応層と前記光検出手段との間に配設されるものであって、
前記励起された蛍光を集光し、この蛍光を全反射条件で前記光検出手段に到達させる全反射機能部材から構成されており、
前記全反射機能部材が、円柱状の円柱本体部を有し、
前記円柱本体部の上面が前記光検出手段と対向し、下面が前記反応層と対向するように構成され、
前記円柱本体部の下面が、凹面形状であることを特徴とする表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材。 - 前記円柱本体部の上面が、
凹面形状であることを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材。 - 前記円柱本体部が、
中実円柱状であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材。 - 前記円柱本体部の上面および／または下面に、
前記蛍光以外の不要な光を除去する波長選択機能部材が配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材。 - 前記波長選択機能部材が前記円柱本体部の上面および下面に配設される場合において、
前記波長選択機能部材は、
上面側と下面側とで除去対象となる光の波長が異なるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材。 - 前記波長選択機能部材が、
前記円柱本体部の上面および下面の全部分および／または一部分に配設されることを特徴とする請求項４または５に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる集光部材。 - 請求項１から６のいずれかに記載の集光部材を配設してなることを特徴とする表面プラズモン増強蛍光センサ。
- 前記全反射機能部材の上面端部と前記光検出手段の端部との間隔が、５ｍｍ以内であることを特徴とする請求項７に記載の表面プラズモン増強蛍光センサ。
- 前記全反射機能部材の下面端部と前記反応層の端部との間隔が、５ｍｍ以内であることを特徴とする請求項７または８に記載の表面プラズモン増強蛍光センサ。
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