JP5673211B2 - 光学式検体検出装置 - Google Patents
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このような検体検出装置の一つとして、ナノメートルレベルなどの微細領域中で電子と光とが共鳴することにより、高い光出力を得る現象(表面プラズモン共鳴(SPR;Surface Plasmon Resonance)現象)を応用し、例えば、生体内の極微少なアナライトの検出を行うようにした表面プラズモン共鳴装置(以下、「SPR装置」と言う)が挙げられる。
一方で、集光ビームを用いる方法では、同時に所定範囲の入射角度における反射光の光強度を測定することができるため、測定速度は速いが、受光部における1画素の受光素子が出力する受光信号は、所望の入射角度における反射光だけに起因する受光信号ではなく、所望の入射角度の前後の角度範囲における反射光までを含んだ平均的な受光信号であるため、測定精度が低かった。
誘電体部材上に形成された金属薄膜を有するセンサチップが装填され、励起光を照射することで検体の検出を行う光学式検体検出装置であって、
前記誘電体部材に入射させる励起光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズの前側焦点距離に位置する投光位置から、前記集光レンズ及び前記誘電体部材を介して前記金属薄膜に励起光を照射する点光源と、を備え、
前記金属薄膜に対する励起光の入射角を変更する際に、前記点光源が、前記集光レンズの光軸に垂直な平面内で直線移動するように構成されるとともに、
前記点光源が、平行光束を照射する光源と、前記光源から照射された光を前記投光位置において点光源になるように制限するように構成された複数のアパーチャー孔が配列されたアパーチャー部材とを備え、前記複数のアパーチャー孔に対して垂直に前記光源からの平行光束が照射されるように構成されており、
前記複数のアパーチャー孔のうち一つのアパーチャー孔のみを開状態とするように開閉の切り替えが行えるように構成されるとともに、
前記アパーチャー孔の開閉を順次行うように構成されていることを特徴とする。
また、投光位置に擬似的に点光源を作り出すことができ、
また、複数のアパーチャー孔の開閉だけを行えばよく、光源やアパーチャー部材の直線移動が必要なくなるため、振動ノイズなどの発生をより抑えることが可能となる。
前記金属薄膜上に、電場増強度測定用部材が配置され、
前記励起光を前記金属薄膜に照射した際に発生する表面プラズモン光によって、前記電場増強度測定用部材が励起され発生した光を、前記光検出手段によって測定するように構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光学式検体検出装置は、前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質であることを特徴とする。
このような電場増強度測定用部材を用いることによって、蛍光物質や光散乱物質が表面プラズモン光によって励起され、蛍光や散乱光として光を発生されるため、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの素子を用いた光検出手段によって蛍光や散乱光を測定することができる。
このように構成することによって、本発明の光学式検体検出装置を、表面プラズモン共鳴装置として用いることが可能となる。
このように構成することによって、投光位置を誘電体部材に近づけることができるため、光学式検体検出装置の小型化を図ることができる。
さらには、点光源や投光ユニットを直線移動させればいいので、点光源や投光ユニットの移動速度を向上させることができ、迅速に測定を行うことができる。
図1は、本発明の光学式検体検出装置であるSPR装置の概略を模式的に示す概略図、図2は、図1のSPR装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件(ATR条件)を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。
本発明のSPR装置10は、鉛直断面形状が略台形であるプリズム形状の誘電体部材12と、この誘電体部材12の水平な上面12aに形成された金属薄膜14とからなるセンサチップ16を備えており、このセンサチップ16は、SPR装置10のセンサチップ装填部18に装填されている。
また、誘電体部材12の下方の他方の側面12cの側には、励起光24が金属薄膜14によって反射された金属薄膜反射光26を受光する受光手段28が備えられている。
また、金属薄膜14の材質としては、特に限定されるものではないが、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構成してもよい。
このように構成される本実施例のSPR装置10を用いた、ATR条件の測定方法について、以下に説明する。
図3は、本発明の光学式検体検出装置であるSPR装置の概略を模式的に示す概略図、図4は、図3のSPR装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件(ATR条件)を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。
図5は、本発明の光学式検体検出装置であるSPR装置の概略を模式的に示す概略図、図6は、図5のSPR装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件(ATR条件)を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。
図7は、本発明の光学式検体検出装置であるSPR装置の概略を模式的に示す概略図、図8は、図7のSPR装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件(ATR条件)を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。
なお、集光レンズ22と誘電体部材12とを一体化する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、光学的に透明な接着剤などを用いて集光レンズ22と誘電体部材12を接着すればよい。
図9は、本発明の光学式検体検出装置であるSPR装置の概略を模式的に示す概略図、図10は、図9のSPF装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件(ATR条件)を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。
図11は、本発明の光学式検体検出装置であるSPFS装置の概略を模式的に示す概略図、図12は、図11のSPFS装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件(ATR条件)を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。
この実施例のSPFS装置50は、図1、図2に示したSPR装置10と基本的には同様な構成であり、また、原理も基本的には同様であるので、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。なお、図面を明瞭にするために、図12ではマスク19の記載を省略している。
なお、蛍光物質層52を構成する蛍光物質としては、所定の励起光を照射するか、または電界効果を利用することで励起し、蛍光を発する物質であれば、特に限定されない。なお、本明細書において、「蛍光」とは、燐光など各種の発光も含まれる。
このように構成される本実施例のSPFS装置50を用いた、ATR条件の測定方法について、以下に説明する。
このように、点光源20を投光位置21aから投光位置21bまで移動させることによって、集光レンズ22を透過して平行な光とされた励起光24は、金属薄膜14に向かって、入射角α1から入射角α2までの範囲で照射されることになる。
蛍光物質層52の代わりに光散乱物質層を設ける場合であっても、同様に、点光源20を投光位置21aから投光位置21bまで移動させることによって、入射角α1から入射角α2までの範囲において、励起光24の入射角と散乱光の光強度の関係を測定することができ、ATR条件の測定を行うことができる。
上述するように構成された本願発明のSPFS装置50を用いて、検体の検出を行う場合には、図13に示すように、電場増強度測定用部材の代わりに反応層60が形成され、この反応層60で生じた蛍光58を光検出手段56によって受光して、その光強度を測定することになる。
光学フィルタとしては、減光(ND)フィルタ、ダイアフラムレンズなどが挙げられる。さらに、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、センサチップ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)、酸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。
12 誘電体部材
12a 上面
12b 側面
12c 側面
14 金属薄膜
16 センサチップ
18 センサチップ装填部
19 マスク
20 点光源
21 投光位置
21a 投光位置
21b 投光位置
22 集光レンズ
23 界面
24 励起光
26 金属薄膜反射光
28 受光手段
29 反射光集光レンズ
30 投光ユニット
31 擬似的な点光源
32 チップ
34 集光レンズ
36 アパーチャー部材
36a アパーチャー孔
38 平行光光源
40 平行光
50 SPFS装置
52 蛍光物質層
54 測定部材
56 光検出手段
58 蛍光
60 反応層
62 集光部材
64 波長選択機能部材
102 光源
104 集光ビーム
106 反射光
108 受光手段
Claims (6)
- 誘電体部材上に形成された金属薄膜を有するセンサチップが装填され、励起光を照射することで検体の検出を行う光学式検体検出装置であって、
前記誘電体部材に入射させる励起光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズの前側焦点距離に位置する投光位置から、前記集光レンズ及び前記誘電体部材を介して前記金属薄膜に励起光を照射する点光源と、を備え、
前記金属薄膜に対する励起光の入射角を変更する際に、前記点光源が、前記集光レンズの光軸に垂直な平面内で直線移動するように構成されるとともに、
前記点光源が、平行光束を照射する光源と、前記光源から照射された光を前記投光位置において点光源になるように制限するように構成された複数のアパーチャー孔が配列されたアパーチャー部材とを備え、前記複数のアパーチャー孔に対して垂直に前記光源からの平行光束が照射されるように構成されており、
前記複数のアパーチャー孔のうち一つのアパーチャー孔のみを開状態とするように開閉の切り替えが行えるように構成されるとともに、
前記アパーチャー孔の開閉を順次行うように構成されていることを特徴とする光学式検体検出装置。 - 前記金属薄膜の励起光が入射される面側とは反対の面側から出射された光を検出する光検出手段が設けられるとともに、
前記金属薄膜上に、電場増強度測定用部材が配置され、
前記励起光を前記金属薄膜に照射した際に発生する表面プラズモン光によって、前記電場増強度測定用部材が励起され発生した光を、前記光検出手段によって測定するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学式検体検出装置。 - 前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質であることを特徴とする請求項2に記載の光学式検体検出装置。
- 前記電場増強度測定用部材が、光散乱物質であることを特徴とする請求項2に記載の光学式検体検出装置。
- 前記金属薄膜によって反射された励起光を受光する受光手段が設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
- 前記誘電体部材と、前記集光レンズとを一体化した構造とすることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
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