JP5703098B2 - 生体分子検出装置および生体分子検出方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態1では、溶液中に存在する抗原を検出するために、この抗原の特定の2箇所に特異的に結合し得る2種類の蛍光標識20a、20bを別途合成する。図1(A)は蛍光標識20aの模式図、図1(B)は蛍光標識20bの模式図である。蛍光標識20a、20bは、金属粒子が含まれるように合成されるので、表面プラズモン共鳴が起こると蛍光を発する。本実施の形態では、これら2種類の蛍光標識を均一溶液中に導入して抗原と結合させることにより、検出対象物質である特定の1種類の抗原を検出する。
図1(B)に示した蛍光標識を以下第2の複合体20bと呼ぶこととする。第2の複合体20bは、直径が20nmの金ナノ粒子8の表面全体をSiO2からなる厚み10nmの金属消光防止膜で覆い、金属消光防止膜の表面に複数の第2の抗体12bと複数の蛍光分子14と複数のBSA24とが結合した複合体である。第2の抗体12b、蛍光分子14およびBSA24は、金属消光防止膜の表面全体に偏りなく配置される。このように、第1の複合体20aおよび第2の複合体20bは、形状的に等方的な構成を採る。
従って、抗原18を含む第3の複合体22から発生する蛍光のみを検出することが望ましいが、第1の複合体20a、第2の複合体20bおよび第3の複合体22は血漿16内に混在しているため、血漿16に励起光を照射すると、第1の複合体20aおよび第2の複合体20bに付随している蛍光分子14も蛍光を発生して不要成分となる。そこで、生体分子検出装置100は、第3の複合体22の配向方向を光により切り替えつつ蛍光を検出し、配向の切り替えに伴う蛍光強度の変化に基づいて全蛍光データの中から第3の複合体22に付随する蛍光分子から発生する蛍光の寄与分を算出する。
C=f(S)・・・(1)
実施の形態2では、4種類の複合体を使用し、均一溶液中で検出対象物質である特定の2種類の抗原を検出する。4種類の複合体の内2種類は、実施の形態1で示した第1の複合体20aおよび第2の複合体20bと同一のものであるため説明を省略する。本実施の形態で使用する残りの2種類の複合体である第4の複合体および第5の複合体について説明する。
第3の抗体12cおよび第4の抗体12dは抗原40に対してサンドイッチ法を行うための抗体であるため、第4の複合体20cおよび第5の複合体20dの双方が抗原40と結合した場合には、図12(C)のように第4の複合体20cと第5の複合体20dが抗原40を挟んで向かい合った位置に結合する。すなわち、第6の複合体38においては、第4の複合体20c、抗原40および第5の複合体20dが直線上に並んだ構造となる。以下、第6の複合体38において、第4の複合体20c、抗原40および第5の複合体20dが並んだ方向を長軸方向といい、長軸方向に垂直な方向を短軸方向という。第6の複合体38において、第4の複合体22cが有する金ナノ粒子8と第5の複合体22dが有する金ナノ粒子8との距離は、約30nmとなる。
なお、血漿16中には抗原18および抗原40以外の成分も存在するが、説明を簡単にするため、図13(A)および(B)においては抗原18および抗原40以外の成分は省略して示してある。
12a 第1の抗体
12b 第2の抗体
14、36 蛍光分子
16 血漿
18、40 抗原
20a、26a、32a 第1の複合体
20b、26b、32b 第2の複合体
20c 第4の複合体
20d 第5の複合体
22、28、34 第3の複合体
24 BSA
30 金ナノロッド
38 第6の複合体
100、200 生体分子検出装置
116、230 配向制御用光源部
118 励起光源部
120、238 偏向方向制御部
124、204 受光部
208 フィルタ切替部
210、212 フィルタ
214 偏光子
218 フォトダイオード
Claims (15)
- 生体分子上の特定部位に特異的に結合し得る第1の物質と金属粒子と蛍光分子とを有する第1の複合体、および前記特定部位と異なる前記生体分子上の部位に特異的に結合し得る第2の物質と金属粒子と蛍光分子とを有する第2の複合体を含む溶液を保持する容器と、
前記第1の複合体が前記第1の物質を介して前記生体分子に結合し、前記第2の複合体が前記第2の物質を介して前記生体分子に結合した第3の複合体を前記溶液中で少なくとも2つの方向へ配向させる配向制御手段と、
特定方向の直線偏光成分のみを有し、前記第1の複合体および前記第2の複合体の金属粒子に表面プラズモン共鳴を引き起こす光を前記溶液に照射する光源と、
前記第1の複合体および前記第2の複合体の金属粒子の表面プラズモン共鳴により発生する電場により前記第1の複合体および前記第2の複合体の蛍光分子から発せられた蛍光を検出する受光部と、
前記受光部が検出した蛍光の内、前記第3の複合体が配向する周期に同期する成分を抽出する同期成分抽出手段と、
を具備する生体分子検出装置。 - 前記配向制御手段は、
前記光源から照射される光と異なる光であって直線偏光した光を前記溶液に照射する配向制御偏光光源と、
該配向制御偏光光源から照射される光の偏光軸を回動させることにより、前記第3の複合体を前記溶液中で少なくとも2つの方向へ配向させる偏光軸回動手段と、
を具備する請求項1の生体分子検出装置。 - 前記配向制御光源は、前記光源から照射される光と異なる光であって直線偏光した光を前記溶液に対して複数の位置から照射する請求項2の生体分子検出装置。
- 前記配向制御手段は、
前記光源から照射される光と異なる光を前記溶液に照射する配向制御光源と、
該配向制御光源から照射される光の照射方向を切り替えることにより、前記第3の複合体を前記溶液中で少なくとも2つの方向へ配向させる切替手段と、
を具備する請求項1の生体分子検出装置。 - 前記光源から照射される光と異なる光を前記溶液の複数の位置に照射する配向制御光源を具備する請求項4の生体分子検出装置。
- 前記配向制御手段は、
前記第3の複合体の長軸方向と前記光源から照射される光の振動方向とが平行となる第1の方向、および、
前記第3の複合体の長軸方向と前記光源から照射される光の振動方向とが垂直となる第2の方向、
へ前記第3の複合体を配向させる請求項1乃至5のいずれか1項に記載の生体分子検出装置。 - 前記配向制御手段は、前記第3の複合体の配向方向を所定の時間間隔で変化させ、
前記同期成分抽出手段は、前記第3の複合体が含まれる溶液から発生する蛍光の強度を複数回測定して前記第3の複合体が配向する周期に同期する成分を抽出することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項の生体分子検出装置。 - 前記所定の時間間隔は、前記溶液中に存在する全ての前記第3の複合体の配向が完了する時間間隔であることを特徴とする請求項7の生体分子検出装置。
- 前記光源から照射される光の波長は、前記蛍光分子により吸収されない波長であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項の生体分子検出装置。
- 前記同期成分抽出手段は、
前記第3の複合体の配向方向の変化により、前記第3の複合体から発生する蛍光量が変化することを利用して、記第3の複合体が配向する周期に同期する成分を抽出する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の生体分子検出装置。 - 前記溶液は、少なくとも一部に平面を有する容器保持部に保持されることを特徴とする請求項2または3に記載の生体分子検出装置。
- 前記配向制御偏光光源は、
前記光源から照射される光と異なる光であって直線偏光した光を、前記溶液を通って前記容器保持部の平面から出射する方向に照射し、
かつ、前記光源から照射される光と異なる光であって直線偏光した光を、前記溶液と前記平面との界面において焦点を結ばせることを特徴とする請求項11の生体分子検出装置。 - 前記溶液は、少なくとも一部に平面を有する容器保持部に保持されることを特徴とする請求項4または5に記載の生体分子検出装置。
- 前記配向制御光源は、
前記光源から照射される光と異なる光を、前記溶液を通って前記容器保持部の平面から出射する方向に照射し、
かつ、前記光源から照射される光と異なる光を、前記溶液と前記平面との界面において焦点を結ばせることを特徴とする請求項13の生体分子検出装置。 - 検体に含まれる生体分子上の特定部位に特異的に結合し得る第1の物質と金属粒子と蛍光分子とを有する第1の複合体、および前記特定部位と異なる前記生体分子上の部位に特異的に結合し得る第2の物質と金属粒子と蛍光分子とを有する第2の複合体を含む溶液と検体とを混合するステップと、
前記第1の複合体が前記第1の物質を介して前記生体分子に結合し、前記第2の複合体が前記第2の物質を介して前記生体分子に結合した第3の複合体を前記溶液中で少なくとも2つの方向へ配向させるステップと、
特定方向の直線偏光成分のみを有し、前記第1の複合体および前記第2の複合体の金属粒子に表面プラズモン共鳴を引き起こす光を前記溶液に照射するステップと、
前記第1の複合体および前記第2の複合体の金属粒子の表面プラズモン共鳴により発生する電場により前記第1の複合体および前記第2の複合体の蛍光分子から発せられた蛍光を検出するステップと、
前記受光部が検出した蛍光の内、前記第3の複合体が配向する周期に同期する成分を抽出するステップと、
を具備する生体分子検出方法。
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