JP5637266B2 - Surface plasmon enhanced fluorescence sensor and light collecting member used in surface plasmon enhanced fluorescence sensor - Google Patents
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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。 The present invention relates to a surface plasmon enhanced fluorescence sensor based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) and a light collecting member used in the surface plasmon enhanced fluorescence sensor.
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。 Conventionally, for example, detection of minute analytes in a living body has been performed based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS).
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。 Surface plasmon excitation-enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) is a method in which a rough wave (surface plasmon) is generated on the surface of a metal thin film under the condition that the laser light (excitation light) irradiated from a light source attenuates total reflection (ATR) on the surface of the metal thin film. ) To increase the photon amount of the laser light (excitation light) emitted from the light source by several tens to several hundreds times (electric field enhancement effect of surface plasmons), thereby improving the efficiency of the fluorescent material near the metal thin film. It is a method for detecting an extremely small amount and / or an extremely low concentration of analyte by exciting well.
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。 In recent years, surface plasmon enhanced fluorescence sensors based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) have been developed. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose the technology thereof. .
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。
Such a surface plasmon enhanced
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。
The
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。
On the other hand, on the
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。
In addition, between the
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。
When the surface plasmon enhanced
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。
In addition, when a close-packed wave (surface plasmon) is generated on the metal
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。
For this reason, if the point where the signal of the metal thin film reflected
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。
Then, due to the phenomenon of generating the rough wave (surface plasmon), the fluorescent material of the
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。
By receiving the increased
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。
Thus, the surface plasmon enhanced
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。
However, in the conventional surface plasmon enhanced
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。
In addition, a lens is usually used for the
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。 In addition, the lens cannot secure sufficient light condensing efficiency, and the S / N value is low.
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。 The present invention has been made in view of such a current situation, and the condensing efficiency does not decrease, the S / N value does not decrease, and the space between the reaction layer and the light detection means is widened. It is an object of the present invention to provide a suppressed surface plasmon enhanced fluorescence sensor and a light collecting member used for the surface plasmon enhanced fluorescence sensor.
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。 Another object of the present invention is to provide a surface plasmon-enhanced fluorescent sensor and a condensing member used for the surface plasmon-enhanced fluorescent sensor that do not require focusing as in the case of a lens, and that reduce manufacturing costs.
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、
前記波長選択機能部材が、
前記円柱本体部の下面側の中央部分のみに配設されていることを特徴とする。
The present invention was invented to solve the problems in the prior art as described above,
The light collecting member of the present invention is
By irradiating one side surface of the metal thin film with excitation light and enhancing the electric field on the metal thin film, the fluorescent material in the reaction layer formed on the other side surface of the metal thin film is excited, thereby enhancing the fluorescence. A condensing member used in a surface plasmon-enhanced fluorescence sensor that is detected by a light detection means,
The condensing member is
Between the reaction layer and the light detection means,
Consists of a total reflection functional member that collects the excited fluorescence and causes the fluorescence to reach the light detection means under total reflection conditions,
The total reflection functional member has a columnar cylindrical main body,
The upper surface of the cylindrical body portion is configured to face the light detection means, and the lower surface is configured to face the reaction layer.
On the lower surface of the cylindrical main body,
A wavelength selection function member that removes unnecessary light other than the fluorescence is disposed,
The wavelength selection functional member is
It is arranged only in the central part on the lower surface side of the cylindrical main body.
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。 In this way, if the light collecting member is composed of a total reflection functional member, the fluorescence generated in the reaction layer can be reliably detected by the light detection means. Accurate fluorescence detection is possible.
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。 In addition, the total reflection functional member collects the fluorescent light and causes the fluorescent light to reach the light detection means under the total reflection condition. Therefore, there is no need for focusing unlike a lens, and the light detection means, the reaction layer, Can be narrowed.
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。 Furthermore, the function of the conventional wavelength selection function member can be given to the total reflection function member, and in that case, the function of the conventional wavelength selection function member and the light collecting member can be made only by the total reflection function member. Therefore, the distance between the light detection means and the reaction layer can be further narrowed.
また、このように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、円柱本体部の下面に、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、波長選択機能部材が円柱本体部の下面側の中央部分のみに配設されていれば、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種類又は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。
さらに波長選択機能部材が、下面側の中央部分にあれば、反応層で生ずる蛍光以外の光のうち、金属薄膜下側の誘電体部材の自家蛍光に的を絞って除去することができる。
In addition, if the light collecting member has the cylindrical body portion in this way, the fluorescence generated in the reaction layer is incident from the lower surface of the cylindrical body portion and totally reflected in the cylindrical body portion, and further, the upper surface of the cylindrical body portion. By emitting more, this fluorescence can be detected by the light detection means.
Furthermore, if a wavelength selection function member that removes unnecessary light other than fluorescence is disposed on the lower surface of the cylindrical main body, it is possible to reduce detection of stray light other than fluorescence by the light detection means. Ultrahigh-precision fluorescence detection can be performed.
In addition, if the wavelength selection function member is disposed only in the central portion on the lower surface side of the cylindrical main body, for example, the wavelength of auto-fluorescence generated from the dielectric member due to excitation light irradiation or propagation light generated at the time of plasmon generation However, it is possible to reliably remove light of different types or specific wavelengths. For this reason, it is possible to perform ultra-high accuracy fluorescence detection.
Furthermore, if the wavelength selection function member is in the central portion on the lower surface side, it is possible to remove the light other than the fluorescence generated in the reaction layer by focusing on the autofluorescence of the dielectric member below the metal thin film.
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。
Further, the light collecting member used in the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention is:
The cylindrical body portion is a solid cylindrical shape.
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。 Thus, if the column main body is a solid columnar shape, it is relatively easy to achieve the total reflection condition.
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。 In addition, since the condensing member of the present invention as described above is specialized only to make it possible to reliably detect the fluorescence by the light detection means, there is no need for focusing as in the conventional lens, and it is simple. Because of the structure, manufacturing costs can be reduced.
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さらに前記円柱本体部の上面に配設され、
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。
Further, the light collecting member used in the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention is:
The wavelength selection function member is further disposed on the upper surface of the cylindrical body part,
The wavelength selection functional member is:
It is characterized in that the wavelength of the light to be removed is different between the upper surface side and the lower surface side.
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。 If the wavelength selection function member is provided so that the wavelengths of light to be removed are different in this way, for example, the wavelengths such as autofluorescence generated from the dielectric member due to excitation light irradiation and propagation light generated at the time of plasmon generation are different. Two or more specific wavelengths of light can be reliably removed. For this reason, it is possible to perform ultra-high accuracy fluorescence detection.
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に配設される前記波長選択機能部材は、
前記円柱本体部の上面の全面に配設されることを特徴とする。
Further, the light collecting member used in the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention is:
The wavelength selection function member disposed on the upper surface of the cylindrical body part is:
It is arranged on the entire upper surface of the cylindrical main body.
このように波長選択機能部材が円柱本体部の上面の全面に配設されていれば、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。 If the wavelength selection function member is disposed on the entire upper surface of the cylindrical body in this way, only the fluorescence to be detected can be selectively taken out and detected by the light detection means, so that it has an extremely high accuracy. Fluorescence detection can be performed.
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。
Further, the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention,
The light collecting member according to any one of the above is provided.
Thus, if it is a surface plasmon intensification fluorescence sensor which arrange | positions the above-mentioned condensing member, since the condensing member has the structure which is excellent, it can perform a fluorescence detection with super high precision.
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。
Further, the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention,
The distance between the upper end portion of the total reflection functional member and the end portion of the light detection means is 5 mm or less.
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。 By setting such an interval, it is possible to suppress as much as possible that the fluorescence totally reflected in the light collecting member is scattered outside between the light detection means and the total reflection functional member. Accurate fluorescence detection can be performed.
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。
Further, the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention,
The distance between the lower end portion of the total reflection functional member and the end portion of the reaction layer is within 5 mm.
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。 By setting such an interval, it is possible to suppress the fluorescence generated in the reaction layer from scattering between the reaction layer and the total reflection functional member as much as possible. It can be performed.
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。 According to the present invention, since the condensing member has the unique configuration as described above, the condensing efficiency does not decrease and the S / N value does not decrease as in the conventional case, and the reaction layer and the light It is possible to provide a surface plasmon-enhanced fluorescence sensor that suppresses the space between the detecting means and the light condensing member used in the surface plasmon-enhanced fluorescence sensor.
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。 Further, it is possible to provide a surface plasmon-enhanced fluorescent sensor and a condensing member used for a surface plasmon-enhanced fluorescent sensor that do not require focusing unlike a lens and that can be manufactured at a reduced cost.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a first embodiment of a light collecting member used in the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention, and FIG. (A) is a top view and AA sectional view of a solid cylindrical condensing member, and FIG. 3 (b) is a top view and BB sectional view of a hollow cylindrical condensing member.
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。 In the surface plasmon enhanced fluorescence sensor and the surface plasmon enhanced fluorescence sensor of the present invention, the light collection efficiency does not decrease and the S / N value does not decrease, and there is no gap between the reaction layer and the light detection means. It is possible to reduce the manufacturing cost by suppressing the widening, further eliminating the need for focusing.
<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。
<Surface plasmon enhanced
As shown in FIG. 1, the surface plasmon enhanced
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。
The
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。
The
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。
On the other hand, on the
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。
In the surface plasmon enhanced
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。
Such a condensing
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。
Note that when a close-packed wave (surface plasmon) is generated on the metal
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。
Then, due to this rough wave (surface plasmon), the fluorescent material of the
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。
The metal
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。
Such a metal is suitable for the metal
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。
Further, the thickness of the metal
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。 From the viewpoint of the electric field enhancement effect, within the range of gold: 20-70 nm, silver: 20-70 nm, aluminum: 10-50 nm, copper: 20-70 nm, platinum: 20-70 nm, and alloys thereof: 10-70 nm More preferably.
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。
If the thickness of the metal
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。
On the other hand, the
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。 The analyte contained in the sample is, for example, a nucleic acid (DNA, RNA, polynucleotide, oligonucleotide, PNA (peptide nucleic acid), which may be single-stranded or double-stranded, or nucleoside. , Nucleotides and their modified molecules), proteins (polypeptides, oligopeptides, etc.), amino acids (including modified amino acids), carbohydrates (oligosaccharides, polysaccharides, sugar chains, etc.), lipids, or modified molecules thereof, Specific examples thereof include a complex, and may be a carcinoembryonic antigen such as AFP (α-fetoprotein), a tumor marker, a signal transduction substance, a hormone, and the like, and is not particularly limited.
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。
Furthermore, the fluorescent substance is not particularly limited as long as it is a substance that emits
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。
As the
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。
Further, such a surface plasmon enhanced
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。
Here, the angle variable unit (not shown) synchronizes the light receiving means 26 and the
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。
As described above, the surface plasmon enhanced
<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。
<Condensing
The condensing
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。
The total reflection
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。
In addition, it is preferable that the distance L1 of the space | interval of the
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。
On the other hand, the distance L2 between the end portion of the
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。
When the distance is as described above, the
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。
By the way, the condensing
なお、図3(a)に示したように集光部材32が中実円柱状の場合には、蛍光28が全反射条件となるようにすることが比較的容易である。さらに図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。
In addition, when the condensing
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。
Thus, since the condensing
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。
Next, the condensing
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。
The
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。
Thus, if the
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。
For this reason, the
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。
In FIG. 4, the concave-shaped
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。
Next, the condensing
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。
The condensing
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。
If the wavelength
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。
The wavelength
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。 Thus, if the wavelengths of light to be removed are different, light having a specific wavelength can be reliably removed.
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。
In FIG. 5, the wavelength
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。
The wavelength
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。
In addition, as such wavelength
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。 Examples of the optical filter include a neutral density (ND) filter and a diaphragm lens. The cut filter includes external light (illumination light outside the device), excitation light (excitation light transmission component), stray light (excitation light scattering component at various points), and plasmon scattering light (excitation light originated from plasmon A filter that removes various types of noise light such as scattered light generated due to the influence of structures or deposits on the surface of the excitation sensor) and autofluorescence of the enzyme fluorescent substrate, such as an interference filter and a color filter.
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。
If the wavelength
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。
In FIG. 5, the wavelength
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。
The preferred embodiments of the surface plasmon enhanced
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。
For example, the first to third embodiments of the present invention are appropriately combined, such as coating the wavelength-
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
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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、
前記波長選択機能部材が、
前記円柱本体部の下面側の中央部分のみに配設されてい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。 By irradiating one side surface of the metal thin film with excitation light and enhancing the electric field on the metal thin film, the fluorescent material in the reaction layer formed on the other side surface of the metal thin film is excited, thereby enhancing the fluorescence. A condensing member used in a surface plasmon-enhanced fluorescence sensor that is detected by a light detection means,
The condensing member is
Between the reaction layer and the light detection means,
Consists of a total reflection functional member that collects the excited fluorescence and causes the fluorescence to reach the light detection means under total reflection conditions,
The total reflection functional member has a columnar cylindrical main body,
The upper surface of the cylindrical body portion is configured to face the light detection means, and the lower surface is configured to face the reaction layer.
On the lower surface of the cylindrical main body,
A wavelength selection function member that removes unnecessary light other than the fluorescence is disposed,
The wavelength selection functional member is
A condensing member for use in a surface plasmon-enhanced fluorescent sensor, wherein the condensing member is disposed only in a central portion on a lower surface side of the cylindrical main body.
中実円柱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。 The cylindrical body portion is
The condensing member used for the surface plasmon enhanced fluorescence sensor according to claim 1 , wherein the condensing member has a solid cylindrical shape.
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。 The wavelength selection function member is further disposed on the upper surface of the cylindrical body part,
The wavelength selection functional member is:
The condensing member used for the surface plasmon enhanced fluorescence sensor according to claim 1 or 2 , wherein the wavelength of the light to be removed is different between the upper surface side and the lower surface side.
前記円柱本体部の上面の全面に配設されることを特徴とする請求項3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。 The wavelength selection function member disposed on the upper surface of the cylindrical body part is:
The condensing member used in the surface plasmon enhanced fluorescence sensor according to claim 3 , wherein the condensing member is disposed on the entire upper surface of the cylindrical main body.
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