JP5835223B2 - 表面プラズモン共鳴蛍光分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）を利用して試料液中に含まれる検体の検出を行う表面プラズモン共鳴蛍光分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析方法に関するものである。

従来、タンパク質やＤＮＡ等を検出するバイオ測定において、検体（被検出物質）を高感度に検出する方法として、表面プラズモン共鳴蛍光分析（表面プラズモン励起増強蛍光分光：ＳＰＦＳ）法が知られている。

ＳＰＦＳ法は、金や銀等からなる金属膜が所定の面上に形成されたプリズムにおいて、前記所定の面に対して全反射条件となるようにプリズム側から金属膜に励起光を入射させ、金属膜において励起光が反射する際にこの金属膜からしみ出す光（エバネッセント波）を利用する。具体的に、ＳＰＦＳ法は、励起光が金属膜において全反射する際に、この金属膜からしみ出すエバネッセント波によって、金属膜の表面上に流した試料液中に含まれる検体又はこの検体に付された蛍光物質（標識物質）が励起されて発する蛍光（励起蛍光）を分析する。これにより、上記検体の存在又はその量を検出することができる。

このようなＳＰＦＳ法を利用する光学測定では、金属膜の表面近傍の電場（増強電場）が表面プラズモン共鳴によって十分に増強されるよう、個々のプリズムや反応場の状況に応じた励起光入射角（詳しくは、金属膜に対する入射角）が設定される必要がある。

特許文献１に記載の方法によれば、前記所定の面に対して全反射条件となるようにプリズム側から金属膜に向けて励起光が入射させられ、金属膜に対する励起光の入射角が変更されつつその反射光の強度が測定される。そして、この測定において反射光の受光光量が最小となったときに金属膜に表面プラズモン共鳴が生じているため、この受光光量が最小になったときの金属膜への励起光の入射角が金属膜の表面近傍の電場を十分に増強する励起光入射角とされる。

しかし、金属膜近傍の電場強度が最大になる励起光の入射角と、反射した励起光の受光光量が最小となる入射角との間には、所定のずれがある。そのため、上記のように反射した励起光の受光光量に基づいて検体の検出時の励起光の入射角が設定されると、上記のずれのために電場強度が最大のときよりも低い増強電場において検体の検出が行われる。その結果、上記の方法では、電場強度が最大の増強電場による検体の検出時よりも、感度及び精度が低下する。

日本国特開２００６−２７５５３５号公報

本発明の目的は、より精度よく検体の検出を行うことができる表面プラズモン共鳴蛍光分析装置、及び表面プラズモン共鳴蛍光分析方法を提供することである。

本発明に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析方法は、共鳴角の走査では、励起光の波長の光を遮る第１の光フィルタを受光部と金属膜との間から退避させ、検体の測定では、前記第１の光フィルタを受光部と金属膜との間に入れる。このため、本発明によれば、より精度よく検体の検出を行うことができる表面プラズモン共鳴蛍光分析装置、及び表面プラズモン共鳴蛍光分析方法を提供することができる。

上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

図１は、本実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に分析チップが設置された状態の構成を示す機能ブロック図である。 図２は、前記表面プラズモン共鳴蛍光分析装置のチップ保持部及びこのチップ保持部に保持された状態の分析チップの構成を示す拡大図である。 図３は、前記表面プラズモン共鳴蛍光分析装置における励起光の偏光状態及び金属膜における励起光の照射領域を示す図である。 図４は、前記表面プラズモン共鳴蛍光分析装置の測定光学系を説明するための図である。 図５は、前記表面プラズモン共鳴蛍光分析装置において検体を分析するときの基本シーケンスを示すフローチャートである。 図６は、図５の共鳴角走査シーケンスを示すフローチャートである。 図７は、図５の最適位置走査シーケンスを示すフローチャートである。 図８は、図５の複屈折測定シーケンスを示すフローチャートである。 図９は、図５の励起蛍光測定シーケンスを示すフローチャートである。 図１０（Ａ）は、前記表面プラズモン共鳴蛍光分析装置における反射部材の第２の位置決めを説明するための図であり、図１０（Ｂ）は、測定領域の中心位置に照射領域を移動させた状態を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置（以下、単に「分析装置」とも称する。）は、プリズムの反射界面に対して全反射条件となるように当該プリズムに入射した励起光が反射界面において反射したときの当該反射界面からしみ出すエバネッセント波（増強電場）を利用し、被検出物質（以下、単に「検体」とも称する。）に標識された（付された）蛍光物質を励起させる。そして、分析装置は、この蛍光物質の励起により生じた蛍光の光量を検出することによって検体の検出を行う。

分析装置は、図１に示すように、分析チップ５０を保持するチップ保持部１２と、チップ保持部１２に保持された状態の分析チップ５０に励起光を出射する励起光射出部２０と、分析チップ５０において生じた光の強度を測定する光測定部４０と、これらチップ保持部１２、励起光射出部２０、及び光測定部４０等の分析装置１０の各構成要素の制御を行うと共に、各種演算処理を行う制御処理部１４（制御部）と、演算結果等の各種情報を表示する表示部１６と、を備える。また、分析装置１０は、患者からの血液等の前処理を行う前処理部（図示省略）も備える。この前処理部は、試薬チップ（図略）を受け入れ、この試薬チップに注入されている血液等の前処理（血球分離や希釈、混合等）を行って試料液を生成し、この試料液を分析チップ５０に注入する。試薬チップには、複数の収納部が設けられ、各収納部には、血液等の他に、試薬、希釈液、洗浄液等が個別に封入されている。

分析チップ５０は、図２にも示すように、プリズム５１と、プリズム５１の表面に形成される金属膜５５と、検体を含む試料液や洗浄液等が金属膜５５上を当該金属膜５５に接しつつ流れる流路５８を形成する流路部材５７と、を備える。本実施形態の分析チップ５０は、検体の検出（分析）毎に交換される。

プリズム５１は、励起光射出部２０からの励起光αをプリズム５１の内部に入射させる入射面５２と、プリズム５１の内部に入射した励起光αが反射される金属膜５５が形成される成膜面（所定の面）５３と、金属膜５５によって反射された励起光αがプリズム５１の外部に射出される射出面５４と、を表面に含む。このプリズム５１は、透明なガラス又は樹脂により形成される。射出面５４は、励起光αが金属膜５５によって反射された後に最初に当る面である。射出面５４は、金属膜５５によって反射された励起光αのＳ波成分の光がプリズム５１の内部に留まらないように、入射面５２と同様に、光学面に形成される。本実施形態のプリズム５１は、屈折率が１．４〜１．６程度の透明な樹脂により形成されている。尚、プリズム５１は、ガラスにより形成されてもよい。また、プリズム５１は、入射面５２と成膜面５３と射出面５４とを当該プリズム５１の表面に含む形状であればよい。即ち、プリズム５１は、入射面５２から内部に入射した励起光αが成膜面５３上の金属膜５５によって全反射され、この励起光α（詳細には、励起光αのＳ波成分）がプリズム５１の内部において乱反射して留まらずに射出面５４から外部に射出される形状であればよい。

金属膜５５は、プリズム５１の成膜面５３上に成膜（形成）された金属製の薄膜である。本実施形態の金属膜５５は、金により形成されている。この金属膜５５は、成膜面５３に対して全反射条件となるようにプリズム５１内に入射した励起光αが金属膜５５の形成された成膜面５３において反射することにより生じたエバネッセント波（増強電場）を増幅する。即ち、成膜面５３上に金属膜５５が設けられ、この金属膜５５に表面プラズモン共鳴が生じることにより、金属膜５５のない面（成膜面５３）において励起光αが全反射してエバネッセント波が生じた場合に比べ、形成されるエバネッセント波が増幅されている（即ち、金属膜５５の表面５５ａ近傍に増強電場が形成される）。

尚、金属膜５５の素材は、金に限定されず、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属であればよい。例えば、金属膜５５は、銀、銅、アルミ等（合金を含む）であってもよい。

また、金属膜５５の表面（プリズム５１と反対側の面）５５ａには、特定の抗原を捕捉するための捕捉体５６が固定されている。この捕捉体５６は、表面処理によって金属膜５５の表面５５ａに固定される。

流路部材５７は、プリズム５１の成膜面５３（詳しくは、金属膜５５）上に設けられ、これにより、成膜面５３と共同して試料液が流れる流路５８を形成する。流路部材５７は、透明な樹脂により形成される。この流路部材５７は、接着剤、レーザ溶着や超音波溶着等の溶着、クランプ部材を用いた圧着等によりプリズム５１に接合される。流路５８は、金属膜５５と試料液とが接する領域が光測定部４０の測定領域よりも広くなるような形状を有する。

以上のように構成される分析チップ５０は、分析装置１０の前処理部に設置されると、この前処理部による前処理の終わった試料液が流路５８内に注入（供給）される。そして、試料液が注入された分析チップ５０は、金属膜５５上に固定された捕捉体５６と検体（特定の抗原）との反応が終了すると、チップ保持部１２まで搬送される。チップ保持部１２まで搬送された分析チップ５０は、分析装置１０に対して所定の姿勢となるようにチップ保持部１２に保持される。

チップ保持部１２は、検体の検出のときに分析チップ５０が分析装置１０に対して所定の姿勢となるように当該分析チップ５０を保持する。前記所定の姿勢とは、励起光射出部２０から射出された励起光αが成膜面５３に対して全反射条件となるように入射面５２からプリズム５１の内部に入射し、この入射した励起光αが金属膜５５において反射されるような姿勢である。また、チップ保持部１２は、着脱可能に分析チップ５０を保持する。本実施形態のチップ保持部１２は、流路部材５７の下側にプリズム５１が位置する姿勢となるように分析チップ５０を保持する。

尚、分析装置１０では、射出面５４から射出された光の影響が光測定部４０に及ばないように、チップ保持部１２に保持された状態の分析チップ５０の射出面５４近傍に、光吸収体（図示省略）が配置されている。

励起光射出部２０は、チップ保持部１２において保持された状態の分析チップ５０に含まれるプリズム５１の金属膜５５によって反射されるように、当該プリズム５１内に励起光αを入射させる。具体的に、励起光射出部２０は、直線偏光された励起光を射出する光源部２１と、光源部２１から出射された励起光αをプリズム５１の入射面５２まで案内する励起光学系３０と、を有する。

光源部２１は、励起光源２２を含む光源ユニット部２３と、励起光源２２から射出された励起光αを整波する第１整波部２４と、を有する。本実施形態の光源部２１は、下方に向けて励起光αを射出する。本実施形態の励起光源２２は、レーザーダイオードである。

光源ユニット部２３は、励起光源２２と、この励起光源２２の温度調整（温調）を行う温調回路２５と、を有する。この光源ユニット部２３は、励起光源２２が射出した励起光αの平行化（コメリート）を行うと共に、プリズム５１の金属膜５５に励起光αが短軸側から入射するように励起光源２２の姿勢を調整して保持する。これは、以下の理由による。

励起光源（レーザーダイオード）２２から射出される励起光αは、コメリートされても形状が扁平であり且つ偏光方向が概ね一方向に偏っている。このため、励起光源２２の姿勢が調整され、この調整後の姿勢が保持されることによって、励起光αが成膜面５３に対して全反射条件（成膜面５３に対して浅い角度）となるようにプリズム５１内に入射したときに、励起光αの成膜面５３における照射領域の輪郭形状が凡そ円形になる（図３参照）。

温調回路２５は、励起光源（レーザーダイオード）２２の温調を行うための回帰回路である。具体的に、温調回路２５は、コリメート化後に励起光αの光線から分岐させた光線光量をフォトダイオード等（図示省略）により監視し、これにより、射出される励起光αの波長及び光量が一定となるように励起光源２２の温度を調整する。これは、温度によって励起光源２２が射出する光の波長と射出エネルギーとが変動するためである。

第１整波部２４は、複数のフィルタ（光フィルタ）によって光源ユニット部２３から射出された励起光αを整波し、当該励起光αを偏光方向が一意な励起波長にする。具体的に、第１整波部２４は、第１バンドパスフィルタ（以下、単に「第１ＢＰＦ」と称する。）２６と、直線偏光フィルタ（以下、単に「ＬＰＦ」と称する。）２７と、第１ＮＤフィルタ（以下、単に「第１ＮＤＦ」と称する。）２８と、を有する。第１ＢＰＦ２６は、励起光源２２からの射出光が若干の波長分布幅を有しているため、これを中心波長のみの挟帯域にろ波する。また、ＬＰＦ２７は、励起光源２２からの射出光が若干の異位相差成分を有しているため、これを純粋な直線偏光にろ波する。また、第１ＮＤＦ２８は、いわゆる減光フィルタである。即ち、第１ＮＤＦ２８は、励起光源２２から射出された光を減光することにより、光源部２１から射出される励起光αの光量を調整する。尚、励起光源２２から射出される射出光の強度によっては、第１整波部２４に第１ＮＤＦ２８が設けられなくてもよい。

励起光学系３０は、光源部２１からチップ保持部１２に保持された状態の分析チップ５０のプリズム５１まで励起光αを案内する。この励起光学系３０は、励起光αの偏光方向を変更する偏光方向調整部３１と、励起光αのビームの輪郭形状等を調整する整形光学系３２と、励起光αのプリズム５１内への入射経路を変更して金属膜５５における励起光αの反射位置や金属膜５５に対する励起光αの入射角θを変更する入射経路調整部３５と、を有する。

偏光方向調整部３１は、１／２波長板３３と、この１／２波長板３３を回転させる回転駆動部３４と、を有する。

１／２波長板３３は、励起光学系３０の光路上に配置され、励起光αの偏光方向を連続的に回転させる偏光回転子として用いられる。回転駆動部３４は、１／２波長板３３を回転させることにより、金属膜５５に対する励起光αの偏光方向を回転させる。本実施形態の回転駆動部３４は、ステップモーターを有し、制御処理部１４からの指示信号に基づいてステップモーターを駆動して１／２波長板３３を回転させる。このように１／２波長板３３が回転すると、第１整波部２４において直線偏光された励起光αの偏光方向が回転する。これにより、金属膜５５に入射する励起光αにおけるＰ波成分の量とＳ波成分の量とが変化する。即ち、回転駆動部３４が１／２波長板３３を回転させることにより、金属膜５５においてエバネッセント波が最大限しみ出す条件（即ち、金属膜５５の表面５５ａ近傍に形成される増強電場の電場増強度が最大となる条件）から全くしみ出さない条件（即ち、金属膜５５の表面５５ａ近傍に増強電場が全く形成されない条件）まで偏光方向を自在に変化させることが可能となる。

整形光学系３２は、金属膜５５における励起光αの照射領域の輪郭が所定の直径を有する円形になるように、スリットやズーム機能等によって励起光αのビームサイズやビームの輪郭形状を調整する。尚、本実施形態の金属膜５５における励起光αの照射領域は、光測定部４０における測定領域よりも小さくなるように調整される（図１０（Ｂ）参照）。これにより、金属膜５５における励起光αの照射領域が僅かにずれても、表面プラズモン共鳴及びこの表面プラズモン共鳴に基づく増強電場に起因する光を光測定部４０が測定することができる。

入射経路調整部３５は、光源部２１からの励起光αを反射する反射部材３６と、この反射部材３６を駆動する反射部材駆動部（駆動部）３７とを有する。

反射部材３６は、励起光αを反射する反射面３６ａを有する。本実施形態の反射部材３６は、反射鏡である。この反射部材３６では、反射面３６ａに入射する前の励起光αと、当該反射面３６ａによって反射された後の励起光αと、において位相のずれや減光等が生じない誘電体多層膜（詳しくは、励起光波長においてＰ波成分とＳ波成分とのいずれとも波長依存性をなくした誘電体多層膜）が反射面３６ａ上に成膜されている。これにより、当該分析装置１０における検体の検出精度及び感度が向上する。

また、反射部材３６の裏面３６ｂには、励起光αを反射することなく吸収する無反射光吸収物質が貼り付けられている。無反射吸収物質は、例えば、吸収型ＮＤフィルム、植毛布等である。

反射部材駆動部３７は、ステージ３７ａと、このステージ３７ａに設けられ、反射部材３６を支持すると共に回転駆動する回転駆動機構（図示省略）と、ステージ３７ａを往復駆動する往復駆動機構（図示省略）と、を有する。

回転駆動機構は、反射部材３６を回転させる（図１の矢印β参照）ことにより、反射面３６ａの向きを変える。具体的に、回転駆動機構は、反射部材３６に入射する励起光αの光路と、反射部材３６による反射後の励起光αの光路と、を含む面（図１の紙面）に対して反射面３６ａが直交する姿勢となるように反射部材３６を支持する。そして、回転駆動機構は、前記反射部材３６の前記直交姿勢（反射面３６ａが前記光路を含む面に対して直交する姿勢）を維持しつつ反射面３６ａが前記光路を含む面に沿って回転するように、制御処理部１４の指示信号に基づいて反射部材３６を回転させる。この回転駆動機構は、回転モーターを有し、この回転モーターによって直接又は間接に反射部材３６を回転駆動して反射面３６ａの向きを変える。また、回転駆動機構は、制御処理部１４からの指示信号に基づいて、光源部２１からの励起光αが反射部材３６の裏面３６ｂに入射する位置まで反射部材３６を回転させることもある。本実施形態では、重心が回転中心近くを通るように反射部材３６が回転駆動機構に取り付けられ、回転モーターは、トルクが十分な大きさとなるように設定されている。本実施形態の回転モーターは、高分解能のステップモーターである。この回転モーターは、制御処理部１４からの指示信号によって、所定の角度間隔となるように（即ち、回転方向において段階的に）反射部材３６を回転させる。前記所定の間隔は、反射面３６ａの向きの調整における分解能に関係し、本機の性能によって適宜に設定される。

往復駆動機構は、光源部２１からの励起光αの光軸に沿って、ステージ３７ａ、即ち、反射部材３６を直線的に移動させる（図１における矢印γ参照）。本実施形態の往復駆動機構は、光源部２１からの励起光αの光軸方向、即ち、上下方向にステージ３７ａを往復駆動する。具体的に、往復駆動機構では、制御処理部１４からの指示信号によりステップモーターが制御され、このステップモーターにより駆動されるねじ送り機構によって、回転駆動機構と反射部材３６とが搭載されたステージ３７ａが上下方向に往復移動する。即ち、往復駆動機構は、制御処理部１４の指示信号に従い、光源部２１からの励起光αの光軸に対する反射面３６ａの向きを一定に保ったまま、前記光軸上の所定位置に反射部材３６を高精度に移動させる。

光測定部４０は、受光部４１と、分析チップ５０から受光部４１まで光を案内する測定光学系４２と、測定光学系４２において案内される光を整波する第２整波部４３と、を有する。また、光測定部４０は、分析チップ５０の金属膜５５及びこの金属膜５５と隣接する領域において生じる光（以下、単に「金属膜５５において生じる光」とも称する。）の強度（本実施形態では光量）を測定する。

受光部４１は、光を受光してその光量に応じた強度信号を出力する。本実施形態では、検体に標識された蛍光物質を励起させることによって生じる蛍光等の微弱な光を検出するため、感度とＳ／Ｎ比の高い光電子倍増管（Photomultiplier Tube：ＰＭＴ）が受光部４１として用いられる。尚、受光部４１は、ＰＭＴに限定されず、冷却ＣＣＤ型イメージセンサ等でもよい。

測定光学系４２は、図４にも示すように、迷光の影響を受け難い共役光学系であり、集光レンズ４４と結像レンズ４５とを有する。本実施形態の測定光学系４２は、群間、即ち、集光レンズ４４と結像レンズ４５との間を進行する光が平行光若しくは略平行光となる２群共役光学系である。

第２整波部４３は、測定光学系４２において案内される光から励起光成分（例えば、プラズモン散乱光やラマン散乱光、拡散光等）を除去し、測定光学系４２において案内される光の光量（強度）を調整する。この第２整波部４３は、第２バンドパスフィルタ（第１の光フィルタ）４６と、第２ＮＤフィルタ（第２の光フィルタ）４７と、各フィルタ４６，４７の位置の切り換えを行う位置切換部４８と、を有する。

第２バンドパスフィルタ（以下、単に「第２ＢＰＦ」と称する。）４６は、励起光αの波長（励起波長）の光を遮る。これにより、第２ＢＰＦ４６は、受光部４１に蛍光（検体に標識された蛍光物質が増強電場により励起して生じた光）の波長以外の波長の光（例えば、励起光射出部２０からの漏れ光やプラズモン散乱光、拡散光等）が入射することを防ぐことができる。即ち、第２ＢＰＦ４６は、受光部４１に入射する光からノイズ成分を除去し、これにより受光部４１における微弱な蛍光の検出精度及び感度の向上を図る。

第２ＮＤフィルタ４７（以下、単に「第２ＮＤＦ」と称する。）は、いわゆる減光フィルタであり、入射した光を減衰させて出射する。この第２ＮＤＦ４７は、測定光学系４２において案内されるプラズモン散乱光や拡散光等を減光することにより、微弱な光（本実施形態では蛍光）を検出するための受光部（本実施形態ではＰＭＴ）４１においてプラズモン散乱光等を測定することを可能とする。具体的には、検体の検出のときに測定する励起蛍光の光量に比べて、増強電場が最大となる励起光αの入射角θ１を求めるために測定する光の光量が非常に大きい。このため、共通の受光部４１が用いられる場合、増強電場が最大になる励起光αの入射角θ１を求めるために測定する光を第２ＮＤＦ４７によって減光することにより、受光部４１の損傷が防がれる。

これら第２ＢＰＦ４６と第２ＮＤＦ４７とは、光軸に対して略垂直な同一平面（詳しくは、測定光学系４２を進む光の光軸と略直交する平面）に沿って並ぶように共通の保持フレーム４９に保持されている。

位置切換部４８は、第２ＢＰＦ４６及び第２ＮＤＦ４７の位置をフィルタリング位置と退避位置との間において切り換える。

尚、フィルタリング位置とは、測定光学系４２における光路上の位置である。具体的に、フィルタリング位置は、集光レンズ４４と結像レンズ４５との間において、各フィルタ４６，４７がこれらレンズ４４，４５間の平行光若しくは略平行光の光軸と直交し且つ当該平行光若しくは略平行光を横断する位置である。これにより、分析装置１０では、検体を精度よく検出することができる。即ち、第２ＢＰＦ４６又第２ＮＤＦ４７がレンズ４４，４５間を進行する平行光等の光軸に対して傾斜していると、第２ＢＰＦ４６又は第２ＮＤＦ４７を通過した光の光軸がシフトするため、光測定部４０における測定精度が低下する。

一方、退避位置とは、測定光学系４２における光路から外れた位置である。

位置切換部４８は、第２ＢＰＦ４６がフィルタリング位置のときに第２ＮＤＦ４７が退避位置となり（図４参照）、第２ＢＰＦ４６が退避位置のときに第２ＮＤＦ４７がフィルタリング位置となるように、各フィルタ４６，４７の位置をそれぞれ切り換える。本実施形態の位置切換部４８は、第２ＢＰＦ４６と第２ＮＤＦ４７とが並んでいる平面に沿って保持フレーム４９を往復移動させる（図４の矢印δ参照）ことにより、各フィルタ４６，４７の位置の切り換えを行う。これにより、二つのフィルタ４６，４７の位置の切り換えが１つの駆動源によって同時に行われる。

この位置切換部４８は、制御処理部１４からの指示信号に従って各フィルタ４６，４７の位置の切り換えを行う。

尚、本実施形態の第２整波部４３には、第２ＢＰＦ４６と第２ＮＤＦ４７とが設けられているが、これに限定されない。測定される光の光量が受光部４１の許容量を超えなければ、第２整波部４３に第２ＮＤＦ４７が設けられていなくてもよい。また、測定する光によって受光部が切り換えられる構成、即ち、分析装置が、蛍光を受光するための受光部４１と、蛍光よりも光量の大きな光を受光するための受光部と、を切り換える構成を有する場合にも、第２ＮＤＦ４７がなくてもよい。

また、本実施形態では、位置切換部４８が保持フレーム４９を往復移動させることによって、各フィルタ４６，４７の位置の切り換えが行われているが、これに限定されない。例えば、第２ＢＰＦ４６と第２ＮＤＦ４７とが同一平面上に並ぶように、円板状の保持フレームが各フィルタ４６，４７をそれぞれ保持し、位置切換部がこの第２ＢＰＦ４６と第２ＮＤＦ４７との中間位置を回転中心にして円板状の保持フレームを回転させてもよい。この構成によっても、各フィルタ４６，４７の位置の切り換えが行われる。また、位置切換部が２つの駆動源を有し、第２ＢＰＦ４６の位置の切り換えと第２ＮＤＦ４７の位置の切り換えとが別々の駆動源によって行われてもよい。

制御処理部１４は、当該分析装置１０を構成する各構成要素の制御を行う。例えば、当該分析装置１０が検体を分析するときに、制御処理部１４が、光源部２１、偏光方向調整部３１、入射経路調整部３５、及び光測定部４０等を制御する。これにより、当該分析装置１０では、共鳴角走査工程、最適位置走査工程、複屈折測定工程、励起蛍光測定工程等が行われる。また、制御処理部１４は、検体を分析するときに、光測定部４０（詳しくは、受光部４１）から送られてきた出力信号に基づいて演算し、この光測定部４０により測定された蛍光に関する分析を行う。例えば、制御処理部１４は、光測定部４０により検出した単位面積あたりの蛍光の数のカウントや、時間の経過に伴う蛍光の増加量の算出等を行う。制御処理部１４による演算結果は、この制御処理部１４に接続される表示部１６に出力される。尚、制御処理部１４による具体的な制御や演算についての詳細は後述する。

表示部１６は、制御処理部１４からの出力信号に基づき、制御処理部１４における演算結果を表示する。表示部１６は、液晶ディスプレイ等のように演算結果等を画面に表示するものでもよく、プリンター等のように演算結果等をプリントアウトするものであってもよい。また、表示部１６は、画面の表示とプリントアウトとを組み合わせたものでもよい。

以上の構成の分析装置１０における検体の分析について、図５乃至図９も参照しつつ以下に説明する。尚、制御処理部１４による分析装置１０の各構成要素の制御、及び制御処理部１４で行われる演算等についての詳細も併せて説明する。

図５は、当該分析装置１０において検体を分析するときの基本シーケンスを示すフローチャートである。図６は、共鳴角走査シーケンスを示すフローチャートである。図７は、最適位置走査シーケンスを示すフローチャートである。図８は、複屈折測定シーケンスを示すフローチャートである。図９は、励起蛍光測定シーケンスを示すフローチャートである。

<前処理工程>
患者から血液等が採取され、この採取された血液等が試薬チップに注入される。この血液等が注入された試薬チップが分析装置１０の前処理部にセットされる。制御処理部１４は、このセットされた試薬チップの血液等の前処理（血球分離や希釈、混合等）を前処理部によって行い、試料液を生成する。次に、分析チップ５０が前処理部に設置されると、制御処理部１４は、前処理の終わった試料液を前処理部によって分析チップ５０の流路５８内に注入し、金属膜５５の表面に固定された捕捉体５６に検体（特定の抗原）を捕捉させる。即ち、前処理部は、捕捉体５６と検体とを反応させる。本実施形態では、捕捉体５６が、蛍光物質（本実施形態では、蛍光色素）が標識された検体を捕捉しているが、これに限定されない。例えば、捕捉体５６が検体を捕捉した後に分析チップ５０に蛍光物質が注入されることにより、この蛍光物質が捕捉体５６に捕捉された状態の検体に対して標識されてもよい。

前記反応が行われた分析チップ５０は、チップ保持部１２まで搬送され、チップ保持部１２に保持される（ステップＳ１）。

<励起光源２２の温調>
一方、励起光源（本実施形態では、レーザーダイオード）２２は、波長変動の少ない安定的な波長の出力光を出力させるために、温調回路２５によって常に温調されて定温に維持される。これは、波長がずれると表面プラズモン共鳴条件やエバネッセント波（増強電場）のしみ出し量が変化するため、血液中のタンパク質等を定量する装置において必須である。維持温度になるまでに時間がかかるため、通常、励起光源２２は、分析装置１０の電源投入時から温調回路２５によって常に温度維持される。

<共鳴角走査工程>
分析チップ５０がチップ保持部１２に保持されると、制御処理部１４は、当該分析チップ５０における最適な表面プラズモン共鳴条件の走査（共鳴角走査）を行う。そして、この走査の結果に基づき、制御処理部１４は、金属膜５５において生じる増強電場の電場強度が最も大きくなる入射角（励起入射角θ１）で励起光αが金属膜５５に入射するように、反射部材３６の位置決め（第１の位置決め）を行う（ステップＳ２）。

具体的には、制御処理部１４は、反射部材駆動部３７によって反射部材３６を駆動することにより、分析チップ５０に含まれるプリズム５１の金属膜５５への励起光αの入射条件（励起入射角θ１）の走査を行う。詳しくは、分析チップ５０に含まれるプリズム５１の材質、形状、流路充填液（試料液）屈折率等により、当該プリズム５１の金属膜５５において、表面プラズモン共鳴に基づく増強電場（エバネッセント波）の強度が最も大きくなる励起光の入射角θ１は決まっている。しかし、捕捉体５６に捕捉された検体の分子量やこの分子を構成する物質、プリズム５１側の製造誤差等により、励起光入射条件（励起入射角θ１）のゆらぎが発生する。このため、制御処理部１４は、設計に基づく励起入射角θ１ａを中心にして±１０°未満の入射角度となるように励起光αを金属膜５５に入射させる。そして、このときに金属膜５５において生じる光の光量に基づいて当該分析チップ５０における励起入射角θ１が求められる。

より詳しくは、先ず、制御処理部１４が第２整波部４３の位置切換部４８により第２ＢＰＦ４６を退避位置に移動させると共に、第２ＮＤＦ４７をフィルタリング位置に移動させる（ステップＳ２１）。このとき、偏光方向調整部３１の１／２波長板３３は、励起光射出部２０から励起光αが射出されたときに金属膜５５へ入射する励起光αにおいてＰ波成分が最も多くなるように、設計的に求められた状態（初期状態）となっている。

制御処理部１４は、反射部材駆動部３７の回転駆動機構と往復駆動機構とにより、反射部材３６を最大離反位置に移動させる（ステップＳ２２）。この最大離反位置とは、励起光射出部２０から励起光αが射出されたときに、励起光αが金属膜５５の特定の位置（本実施形態では光測定部４０の測定領域内）において反射された状態で、且つ、金属膜５５の表面５５ａ近傍領域にエバネッセント波がしみ出さない入射角θとなる、反射部材３６の位置及び反射面３６ａの向きである。

この状態において、制御処理部１４は、金属膜５５において生じた光の光量を光測定部４０によって測定する。そして、制御処理部１４は、その測定結果を、光測定部４０（詳しくは受光部４１）からの出力信号によって取得する。この反射部材３６が最大離反位置のときに光測定部４０が測定する光は、プリズム５１における表面拡散光ＳＫである。

制御処理部１４は、励起光αの金属膜５５に対する入射角θと、光測定部４０により測定した光の光量と、を関連付けて記憶する（ステップＳ２３）。このとき、第２ＢＰＦ４６が退避位置であるため、受光部４１が受光する光には、励起光αの励起波長と同じ波長の光が含まれる。この励起波長と同じ波長の光は、金属膜５５において生じたプラズモン散乱光やラマン散乱光、拡散光等である。これら励起波長と同じ波長の光は、金属膜５５において生じた表面プラズモン共鳴によって増強される。このため、前記励起波長と同じ波長の光の光量は、検体に標識された蛍光物質が励起して発した励起蛍光の光量に比べて十分に大きい。そこで、制御処理部１４が第２ＢＰＦ４６を位置切換部４８によって測定光学系４２の光路上から退避させることにより、受光部４１が励起波長の光を受光し、これにより、金属膜５５において生じる光の光量が精度よく測定される。

尚、本実施形態では、光量の小さな励起蛍光を測定する受光部４１が、励起蛍光よりも光量が非常に大きな表面プラズモン散乱光や拡散光等を測定する。このため、本実施形態の分析装置１０では、位置切換部４８が第２ＢＰＦ４６を退避位置に退避さると共に第２ＮＤＦ４７をフィルタリング位置に移動させることにより、同一の受光部（本実施形態ではＰＭＴ）４１が、両光（散乱光等と励起蛍光）の光量を測定できる。

制御処理部１４は、光源部２１から励起光αを射出させた状態において、入射経路調整部３５により、反射部材３６の位置を調整する。具体的に、制御処理部１４は、金属膜５５上における励起光αの照射位置をずらさないように、回転駆動機構によって反射面３６ａの向きを回転させる（ステップＳ２４）と共に往復駆動機構によって反射部材３６の位置を移動させる（ステップＳ２５）。詳しくは、制御処理部１４は、反射部材３６の位置と、その位置において反射面３６ａにより反射された励起光αがプリズム５１内に入射して金属膜５５の特定の位置に到達するような反射面３６ａの向きと、を対応づけたテーブルを予め記憶している。そして、制御処理部１４は、このテーブルに基づいて、回転駆動機構と往復移動機構とを制御して反射部材３６を移動させる。これにより、機構的に互いにリンクしていない往復駆動機構と回転駆動機構とによって反射部材３６の位置の変更と反射面３６ａの向きの調整とを行っても、金属膜５５における励起光αの照射位置を変えることなく金属膜５５に対する入射角θだけを変更することができる。尚、このステップＳ２４とステップＳ２５とにおいては、いずれか一方のステップが先に行われた後に他方のステップが行われてもよく、また、両ステップが同時に行われてもよい。

光測定部４０は、金属膜５５において生じた光の光量を測定してその測定結果を制御処理部１４に出力し、制御処理部１４は、入射角θと関連付けてこの測定結果を記憶する（ステップＳ２６）。

このように、制御処理部１４は、金属膜５５における照射位置がずれないようにして入射角θを変更しつつ光測定部４０により光の光量を測定し、その測定結果を記憶する。

制御処理部１４は、所定の走査領域（例えば、設計に基づく励起入射角θ１ａを中心にして±１０°未満の入射角θ）における光の光量の測定を光測定部４０によって行った後、光源部２１からの励起光αの射出を止める（ステップＳ２７）。そして、制御処理部１４は、記憶した光量の最大値と最小値とを選出し、これらを記憶する（ステップＳ２８）。また、制御処理部１４は、最大光量が得られたときの反射部材３６の位置及び反射面３６ａの向きとなるように反射部材駆動部３７によって反射部材３６を駆動する（ステップＳ２９）。

<最適位置走査工程>
反射部材３６の第１の位置決めが終わると、制御処理部１４は、金属膜５５への励起光αの照射位置（入射位置）が光測定部４０の測定領域の中心部となるように、反射部材３６の位置決め（第２の位置決め）を行う（ステップＳ３）。

詳しくは、先ず、制御処理部１４は、反射部材駆動部３７の往復駆動機構によって反射部材３６を上端位置に移動させる（ステップＳ３１）。この上端位置とは、励起光αが金属膜５５に入射したときに、その入射位置が光測定部４０の測定領域よりも外側となる位置である（図１０（Ａ）の位置Ａ参照）。制御処理部１４は、反射部材３６がこの位置のときに光源部２１により励起光αを射出させ、このときに金属膜５５において生じる光の光量を光測定部４０により測定し、その測定結果を記憶する（ステップＳ３２）。制御処理部１４は、反射部材３６が下端位置か否かを判断する（ステップＳ３３）。この下端位置についての詳細は後述する。制御処理部１４は、反射部材３６が下端位置でないと判断すると、往復駆動機構によって反射部材３６を所定量下方に移動させる（ステップＳ３４）。このとき、制御処理部１４は、回転駆動機構により反射部材３６を回転させることなく、往復駆動機構のみによって反射部材３６を移動させる。即ち、制御処理部１４は、光源部２１からの励起光αに対する反射面３６ａの向きを変えることなく、反射部材３６の位置のみを移動させる。反射部材３６が移動後、制御処理部１４は、光源部２１から励起光を射出させ、このときに金属膜５５において生じる光の光量を光測定部４０により測定し、その測定結果を記憶する（ステップＳ３２）。そして、制御処理部１４は、反射部材３６が下端位置か否かを判断する（ステップＳ３３）。制御処理部１４は、反射部材３６が下端位置に移動するまで、このステップＳ３２〜ステップＳ３４を順に繰り返す。

制御処理部１４は、光測定部４０による測定結果が記憶した各光量のうちの最大光量と比べて光量が５０％減少したか否かにより、反射部材が下端位置に到達したか否かを判断する。詳しくは、最初は、金属膜５５において励起光αの照射領域が光測定部４０の測定領域の外であるため、光測定部４０により測定される光量は小さい。そして、反射部材３６が次第に下方に移動し、励起光αの照射領域が光測定部４０の測定領域内に入ってくると（図１０(Ａ)の位置Ｂ参照）、光測定部４０により測定される光の光量が次第に大きくなる。更に反射部材３６が下方に移動し、励起光αの照射領域全体が光測定部４０の測定領域内に完全に含まれた状態となったとき（図１０（Ａ）の位置Ｃ参照）に、光測定部４０によって測定される金属膜５５において生じる光の光量は最大となる。そして、更に反射部材３６が下方に移動すると、励起光αの照射領域が光測定部４０の測定領域における反対側の端部から外側に移動する（図１０(Ａ)の位置Ｄ参照）ため、光測定部４０により測定される光の光量が減少する。即ち、ケラレ（光量落ち）が発生する。制御処理部１４は、これらの光の強度と、その強度が測定されたときの反射部材３６の上下方向の位置と、を関連付けて記憶すると共に、測定される光が最大光量の５０％落ちとなったか否かを判断する。そして、制御処理部１４は、光測定部４０により測定される光の光量が最大光量の５０％落ちとなったときに、反射部材３６が下端位置に到達したと判断する。

制御処理部１４は、反射部材３６が下端位置に移動したと判断すると、記憶している光量の各値から最大光量の５０％落ちとなっている値を選出する（ステップＳ３５）。このとき、選出される値は、２つある（図１０(Ａ)の位置Ｂと位置Ｄ参照）。制御処理部１４は、光測定部４０により測定される光量が最大光量の５０％落ちとなったときの反射部材３６の位置をそれぞれ選出する。そして、制御処理部１４は、その中心位置（図１０(Ａ)の位置Ｃｅ参照）を算出し、これを記憶する（ステップＳ３６）。制御処理部１４は、往復動駆動機構により反射部材３６を移動させて、求めた中心位置Ｃｅに照射領域を移動させる（ステップＳ３７、図１０（Ｂ）参照）。

これにより、光測定部４０により測定される分析チップ５０毎の自家蛍光の光量を一定にすることができる。詳しくは、プリズム５１内を進行する励起光αにより、プリズム５１内部において蛍光が発生する（自家蛍光）。この蛍光は、金属膜５５において生じる散乱光等（プラズモン散乱光や拡散光等）に比べて微弱である。しかし、前記蛍光は、試料液中の検体の濃度が低い場合にこの検体に標識された蛍光物質が発する励起蛍光と比べた場合に同等レベルとなるため、励起蛍光の測定においてノイズとなる。この自家蛍光は微弱であるため、励起蛍光の測定においてノイズとなり得るのは、金属膜５５における励起光αの照射領域近傍の光が殆どである。表面プラズモン共鳴が生じているときに金属膜５５によって反射される励起光αが殆んどなくなるため、光測定部４０の測定領域の入射側（図１０（Ａ）における左側）からの自家蛍光が問題となる。この自家蛍光の光量は光路長に比例する。このため、検体の分析毎に、光測定部４０の測定領域にある入射側の光路長が一定になるように、励起光αの照射位置を調整することが必要となる。そこで、上記のようにして、検体の分析毎に、光測定部４０の測定領域において励起光αの照射位置が常に中心となるように調整することにより、光測定部４０の測定領域における励起光αの入射側の光路長が一定となる。その結果、分析チップ５０（プリズム５１）毎の自家蛍光の差が抑えられ、検体の分析精度を向上させることができる。

<複屈折測定工程>
次に、励起光αがプリズム５１中を進行する際に複屈折が生じるため、制御処理部１４は、この複屈折を測定する（ステップＳ４）。そして、制御処理部１４は、検体に標識された蛍光物質からの励起蛍光の測定の際に前記複屈折を考慮することにより、検体の測定精度を向上させる。詳しくは、複屈折は、媒体中を光が透過する際に生じる。光が樹脂等の誘電体を透過する場合に複屈折が大きくなる。この複屈折は、媒体中の密度差等によって生じ、この密度差は媒体の成形時に生じる。そのため、個々のプリズム５１によって複屈折の度合いが異なる。複屈折によりプリズム５１中を進む励起光αに位相回転が生じ、金属膜５５に対してＰ波だけ入射させたいにも関わらず、この複屈折による位相回転によって励起光αにＳ波成分が生じる。この複屈折によって生じたＳ波成分の量に応じて増強電場によって励起された励起蛍光の光量が減少する。そのため、制御処理部１４がこの減少分を補正することにより、分析装置１０における検体の検出精度及び感度が向上する。

具体的に、制御処理部１４は、光源部２１から励起光αを射出させ、金属膜５５において生じた光の光量を光測定部４０によって測定する。このとき、１／２波長板３３は、初期状態である（ステップＳ４１）。そして、制御処理部１４は、１／２波長板３３を回転駆動部によって回転させつつ、光測定部４０により測定した光の光量を１／２波長板３３の回転位置（初期状態からの回転角度）と関連付けて記憶する（ステップＳ４２及びステップＳ４３）。制御処理部１４が１／２波長板３３を回転させることにより、金属膜５５に入射する励起光αのＰ波成分とＳ波成分とがそれぞれ増減する。このＰ波成分とＳ波成分との増減に伴って、光測定部４０により測定される光の光量が増減する。このとき、励起光αにおいてＰ波成分が多くなるとこれに伴ってＳ波成分が少なくなり、Ｐ波成分が少なくなるとこれに伴ってＳ波成分が多くなる。そして、金属膜５５に入射する励起光αにおいてＰ波成分が多くなるほど、光測定部４０により測定される光の光量が大きくなる。一方、Ｓ波成分が多くなるほど光測定部４０により測定される光の光量が小さくなる。これは、Ｐ波成分は表面プラズモン共鳴に寄与するが、Ｓ波成分は表面プラズモン共鳴に寄与しないためである。

制御処理部１４は、光測定部４０により測定される光の光量の最大値ＤＲｍａｘと最小値ＤＲｍｉｎが得られるまで、ステップＳ４２及びステップＳ４３を順に繰り返す（ステップＳ４４）。制御処理部１４は、最大値ＤＲｍａｘと最小値ＤＲｍｉｎとが得られると、記憶した光量と１／２波長板３３の回転位置とから、これら最大値ＤＲｍａｘと最小値ＤＲｍｉｎとを選出する（ステップＳ４５）と共に、これら各値が得られたときの１／２波長板３３の回転位置（具体的には、最大値ＤＲｍａｘが得られたときの第１回転位置と、最小値ＤＲｍｉｎが得られたときの第２回転位置と）を選出し、これらを記憶する。

次に、制御処理部１４は、記憶した最大値ＤＲｍａｘ及び最小値ＤＲｍｉｎと、共鳴角走査工程において記憶していた表面拡散光ＳＫの光量とから、以下の式（１）及び式（２）により、当該プリズム５１における複屈折による長軸回転量θｉと、補正係数Ｋとを導出し、これらを記憶する（ステップＳ４６）。

そして、制御処理部１４は、回転駆動部３４により最大値ＤＲｍａｘが得られたときの回転位置まで１／２波長板３３を回転させる。これにより、Ｐ波成分が最も多い状態で（即ち、Ｓ波成分が最も少ない状態で）励起光αが金属膜５５に入射する。

<励起蛍光測定工程>
次に、制御処理部１４は、第１の位置決め及び第２の位置決めが行われた状態の反射部材３６に対して光源部２１により励起光αを照射する。これにより、励起光αが金属膜５５に表面プラズモン共鳴を生じさせる。この表面プラズモン共鳴に基づく増強電場によって金属膜５５の捕捉体５６に捕捉された検体に標識された蛍光物質が励起して蛍光（励起蛍光）を発する。そして、制御処理部１４は、光測定部４０により励起蛍光の測定を行う（ステップＳ５）。

具体的に、制御処理部１４は、位置切換部４８により第２ＢＰＦ４６をフィルタリング位置に移動させると共に第２ＮＤＦ４７を退避位置に退避させる（ステップＳ５１：図１及び図４参照）。そして、制御処理部１４は、光源部２１から射出される励起光αが反射部材３６の裏面３６ｂに設けられた無反射光吸収物質に入射するように、反射部材駆動部３７の回転駆動機構により反射部材３６を回転させる（ステップＳ５２）。これにより、プリズム５１に励起光αが入射していない状態となる。このとき、制御処理部１４は、光測定部４０により測定を行い、このときの光測定部４０からの出力（暗ノイズＤＮ）を記憶する（ステップＳ５３）。制御処理部１４は、再び、反射部材３６の反射面３６ａに光源部２１からの励起光αが入射するように、反射部材駆動部３７の回転駆動機構により反射部材３６を回転させる（ステップＳ５４）。このときの反射面３６ａの向きは、共鳴角走査工程のステップＳ２９において設定された向きである。

制御処理部１４は、光源部２１から励起光αを射出させ、金属膜５５近傍に生じた増強電場に起因する励起蛍光の光量を光測定部４０により測定し、これを記憶する（ステップＳ５５）。これにより、制御処理部１４は、測定最大光量（第１光量値）Ｓｍａｘを得る。これは、１／２波長板３３が複屈折測定工程において求められた第１回転位置（即ち、励起光αが金属膜５５に入射したときに金属膜５５において生じる光の光量が最大値ＤＲｍａｘとなる回転位置）まで回転させられているため、金属膜５５近傍の増強電場の強度が最も大きくなっているからである。

次に、制御処理部１４は、複屈折工程において求められた第２回転位置（即ち、励起光αを金属膜５５に入射させたときに金属膜５５で生じる光の光量が最小値ＤＲｍｉｎとなる回転位置）まで回転駆動部３４によって１／２波長板３３を回転させる（ステップＳ５６）。そして、制御処理部１４は、光測定部４０により励起蛍光の光量を測定し、これを記憶する（ステップＳ５７）。これにより、制御処理部１４は、測定最小光量（第２光量値）Ｓｍｉｎを得る。

制御処理部１４は、記憶している測定最大光量Ｓｍａｘと、測定最小光量Ｓｍｉｎと、暗ノイズＤＮとから、以下の式（３−１）〜式（８）に示すようにして、プリズムにおける自家蛍光の光量ｈと、励起蛍光の光量Ｈとを導出し、これを記憶する（ステップＳ５８）。ここで、Ｓｍａｘが得られたときの励起蛍光の光量をＨ１、自家蛍光の光量をｈ１とし、Ｓｍｉｎが得られたときの励起蛍光の光量をＨ２、自家蛍光の光量をｈ２とする。

まず、

より、

また、

より、

そして、式（４）と式（６）とにより、

が得られ、複屈折測定工程で求めた補正係数Ｋが用いられて、

が導出される。

尚、プリズム５１が複屈折のない、若しくは微小な材料（樹脂も含む）で形成されている場合、制御処理部１４は、以下の近似式（９）により、励起蛍光の光量Ｈを求める。

さらに、暗ノイズ（ＤＮ）が非常に少ない測定系の場合、制御処理部１４は、以下の近似式（１０）により、励起蛍光の光量Ｈを求める。

<記憶・表示工程>
以上のようにして制御処理部１４は、複屈折の影響等を取り除いた真の励起蛍光の光量Ｈを求めた後、これを検体番号と関連付けて記憶する（ステップＳ６）。そして、制御処理部１４は、その他の記憶を消去する。また、制御処理部１４は、この検体番号と関連付けて記憶した励起蛍光の光量Ｈに基づく情報を表示部１６に出力する。表示部１６は、前記光量Ｈに基づく情報を表示する。

最後に、制御処理部１４は、反射部材３６を初期位置に復帰させて（ステップＳ７）、一連の測定を終了する。

本実施形態によれば、 高感度且つ高精度の検体の検出が可能となる。具体的には、表面プラズモン共鳴によって金属膜５５において生じる光の光量が測定されることにより、金属膜５５の表面５５ａ近傍に形成される増強電場の強度が最大となる金属膜５５への励起光αの入射角（励起入射角）θ１が精度よく得られる。このとき、金属膜５５において生じる光は、プラズモン散乱光や表面拡散光等の励起波長の光である。このため、この波長成分を遮る第２ＢＰＦ４６の位置が退避位置に切り換えられることにより、表面プラズモン共鳴に基づいて金属膜５５において生じる光の光量の増減が精度よく測定される。しかも、検体の検出時においては、測定光学系４２の光路上に第２ＢＰＦ４６が入れられることにより、光測定部４０において測定される光からプラズモン散乱光や表面拡散光等の励起波長の光の成分が除かれる。これにより、検体に標識された蛍起物質が発した励起蛍光が精度よく測定される。従って、測定により得られる信号のＳＮ比が高く、高精度且つ高感度な検体の検出が可能となる。

また、本実施形態によれば、測定結果からプリズム５１における自家蛍光の影響が取り除かれ、これにより、広範なダイナミックレンジが確保される。

詳しくは、金属膜５５に対する励起光αの偏光方向を変えつつ金属膜５５に生じる光が測定されることにより、検出された光の光量（強度）の増減から金属膜５５によって反射されるときの励起光においてＳ波成分（表面プラズモン共鳴に寄与する成分）が最も多くなるときの１／２波長板３３の回転位置と、前記励起光においてＰ波成分（表面プラズモン共鳴に寄与する成分）が最も多くなるときの１／２波長板３３の回転位置とがそれぞれ求められる。そして、励起光αの偏光方向が金属膜５５での反射時においてＳ波成分の最も多くなる状態となるように１／２波長板３３が調整され、光測定部４０が励起蛍光を測定することにより、プリズム５１における自家蛍光の光量が求められる。これにより、１／２波長板３３が調整されて励起光αの偏光状態が金属膜５５へ入射した時にＰ波成分が最も多くなる状態となったときの光測定部４０による励起蛍光の測定結果から、自家蛍光の影響を取り除くことができ、励起蛍光の抽出が可能となる。その結果、当該分析装置１０では、自家蛍光の影響が抑えられて励起蛍光が精度よく検出され、広範なダイナミックレンジが確保される。

また、本実施形態によれば、反射部材３６の駆動によって金属膜５５に対する励起光αの入射角θを変えることができるため、入射角θの変更による金属膜５５における励起光αの反射位置のずれが抑えられる。即ち、上記の構成によれば、反射部材３６の位置と反射面３６ａの向きとの変更及び調整により金属膜５５に対する励起光αの入射角θが変わる。このため、従来のように光源や複数のレンズ等からなる励起光学系全体を動かして入射角θが調整される場合に比べて可動部品の数及び可動部分の重量等が抑えられる。これにより、可動部分における駆動誤差やガタつきが抑制される。その結果、励起光αの入射角θが変更されることによる、金属膜５５における励起光αの反射位置のずれが好適に抑制される。

しかも、分析装置１０は、プリズム５１内に１つの励起光αを入射させて金属膜５５近傍に表面プラズモン共鳴に基づく増強電場を生じさせるため、従来のように入射角θの異なる複数の励起光α、α、…をプリズム５１内に同時に入射させる場合のように自家蛍光の光量が増加することを防止する。これにより、表面プラズモン共鳴によって金属膜５５近傍に生じた光が測定されることにより得られる信号において、自家蛍光に起因するＳＮ比の低下が抑えられる。

また、本実施形態によれば、表面プラズモン共鳴による増強電場の電場強度が最も大きくなるように、金属膜５５に対する励起光αの入射角θが精度よく設定される。具体的には、金属膜５５における反射光の角度スペクトルにおける吸収ピークと、増強電場の電場強度のピークとはズレてるが、表面プラズモン共鳴に起因して生じる光（金属膜５５において生じる光）の強度ピークは、増強電場の電場強度のピークと一致する。そのため、この金属膜５５において生じる光の光量が最大となったときの反射部材３６の位置及び反射面３６ａの向きとなるように反射部材３６が調整されることにより、金属膜５５に対する励起光αの入射角が、増強電場の電場強度が最も大きくなる励起入射角θ１となる。

尚、本発明の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析方法は、上記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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態の分析装置１０では、検体の検出毎に分析チップ５０が交換されるが、これに限定されない。即ち、分析装置１０の一部に分析チップが組み込まれ、一つの分析チップが繰り返し利用されて検体の検出が行われる分析装置１０であってもよい。

上記実施形態では、共鳴角走査工程において、制御処理部１４は、励起入射角θ１を求める際に、金属膜５５への励起光αの入射角θを連続的に変えながら金属膜５５において生じる光の強度（上記実施形態では光量）を測定しているが、これに限定されない。

例えば、制御処理部１４は、第１の範囲内において、入射角θを断続的に（例えば、入射角を１°刻みで）変えながら各入射角θにおける金属膜５５において生じる光の光量を測定する第１の走査と、この第１の走査の結果に基づく第２の範囲内において、入射角θを第１の走査より小さい間隔となるように（例えば、入射角を０．１°刻みで）断続的に、若しくは入射角θを連続的に変えつつ金属膜５５において生じる光の光量を測定する第２走査と、を行ってもよい。即ち、制御処理部１４は、離散ステップによる第１の走査によって第２の走査の範囲を絞り込み、その後、この絞り込んだ範囲内を細かく走査することによって金属膜５５において生じる光が最大光量となる励起入射角θ１を求めてもよい。尚、第２の範囲は第１の範囲に含まれている。

詳しくは、制御処理部１４は、例えば、設計に基づく励起入射角θ１ａを中心にして±１０°未満の入射角θの範囲（第１の範囲）内において１°刻みで入射角θを変更する。このとき、制御処理部１４は、各入射角θにおける金属膜５５において生じる光の光量を測定し（第１の走査）、その結果を対応する入射角θと関連付けて記憶する。そして、制御処理部１４は、第１の走査において最大光量が得られた入射角θを中心にして±１°以内の入射角θの範囲（第２の範囲）内において０．１°刻み又は連続的に入射角θを変更する。このとき、制御処理部１４は、金属膜５５において生じる光の光量を測定し（第２の走査）、その結果を対応する入射角θと関連付けて記憶する。そして、制御処理部１４は、この第２の走査において、最大光量が得られたときの入射角θを励起入射角θ１とする。このようにすれば、第１の範囲全体を細かく走査する場合に比べて、増強電場が最も大きくなる励起入射角θ１が効率よく求められる。

尚、共鳴角走査工程において第１の走査と第２の走査とが行われる場合であって、チップ保持部１２が複数の分析チップ５０を順に保持し、次々に検体の分析を行う分析装置１０においては、最初の分析チップ５０に対してのみ第１の走査が行われ、２つ目以降の分析チップ５０に対しては、第２の走査のみが行われるようにしてもよい。

詳しくは、制御処理部１４は、最初の分析チップ５０に対し、上記と同様にして、例えば、設計に基づく励起入射角θ１ａを中心にして±１０°未満の入射角θの範囲（第１の範囲）内において１°刻みで入射角θを変更する。このとき、制御処理部１４は、各入射角θにおける金属膜５５において生じる光の光量を測定し（第１の走査）、その結果を対応する入射角θと関連付けて記憶する。そして、制御処理部１４は、第１の走査において最大光量が得られた入射角θを中心にして±３°以内の入射角θの範囲（第２の範囲）内において０．１°刻み又は連続的に入射角θを変更する。このとき、制御処理部１４は、金属膜５５において生じる光の光量を測定し（第２の走査）、その結果を対応する入射角θと関連付けて記憶する。そして、制御処理部１４は、この第２の走査において、最大光量が得られたときの入射角θを最初の分析チップ５０における励起入射角θ１とする。

次に、制御処理部１４は、２つ目の分析チップ５０に対し、第１の走査を行うことなく最初の分析チップ５０への第１の走査において得られた第２の走査範囲内において０．１°刻み又は連続的に入射角θを変更する。このとき、制御処理部１４は、金属膜５５において生じる光の光量を測定し（第２の走査）、その結果を対応する入射角θと関連付けて記憶する。そして、制御処理部１４は、この第２の走査において、最大光量が得られたときの入射角θを２つ目の分析チップ５０における励起入射角θ１とする。このように、２つ目以降の分析チップ５０に対しては、制御処理部１４が最初の分析チップ５０によって得られた第２の範囲内における走査（第２の走査）のみを行うことにより、分析時間の短縮を図ることができる。

［実施の形態の概要］
以上の実施形態をまとめると、以下の通りである。

本実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置は、検体に付された蛍光物質が表面プラズモン共鳴に基づく電場により励起されて発した蛍光を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置であって、所定の面上に金属膜が形成されたプリズムを含む分析チップを、着脱できるように保持可能なチップ保持部と、前記チップ保持部に保持された状態の前記分析チップに含まれるプリズムの金属膜によって反射されるように当該プリズム内に励起光を入射させる励起光射出部と、前記励起光が前記金属膜によって反射されることにより、当該金属膜における前記プリズムと反対の面側において生じる光の強度を測定可能な光測定部と、前記励起光射出部と前記光測定部とを制御する制御部と、を備える。そして、前記励起光射出部は、前記プリズム内に入射した励起光が前記金属膜の特定の位置において反射された状態を保ちつつ当該励起光の前記金属膜に対する入射角を変更可能であり、前記光測定部は、前記金属膜において生じた光を受光する受光部と、前記金属膜において生じた光を前記受光部まで案内する測定光学系と、前記励起光の波長の光を遮る第１の光フィルタと、前記測定光学系における光路上のフィルタリング位置と前記光路から外れた退避位置との間において前記第１の光フィルタの位置を切り換える位置切換部と、を有し、前記制御部は、前記励起光の金属膜に対する入射角を前記励起光射出部によって変更しつつ前記金属膜において生じた光の強度を前記光測定部によって測定するときに、前記第１の光フィルタの位置を前記位置切換部によって退避位置とし、前記金属膜において生じた光の強度を測定した後に前記第１の光フィルタの位置を前記位置切換部によってフィルタリング位置とする。

また、表面プラズモン共鳴蛍光分析装置は、検体に付された蛍光物質が表面プラズモン共鳴に基づく電場により励起されて発した蛍光を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置であって、所定の面上に金属膜が形成されたプリズムと、前記プリズムの金属膜によって反射されるように当該プリズム内に励起光を入射させる励起光射出部と、前記励起光が前記金属膜によって反射されることにより、当該金属膜における前記プリズムと反対の面側において生じる光の強度を測定可能な光測定部と、前記励起光射出部と前記光測定部とを制御する制御部と、を備える。そして、前記励起光射出部は、前記プリズム内に入射した励起光が前記金属膜の特定の位置において反射された状態を保ちつつ当該励起光の前記金属膜に対する入射角を変更可能であり、前記光測定部は、前記金属膜において生じた光を受光する受光部と、前記金属膜において生じた光を前記受光部まで案内する測定光学系と、前記励起光の波長の光を遮る第１の光フィルタと、前記測定光学系における光路上のフィルタリング位置と前記光路から外れた退避位置との間において前記第１の光フィルターの位置を切り換える位置切換部と、を有し、前記制御部は、前記励起光の金属膜に対する入射角を前記励起光射出部によって変更しつつ前記金属膜において生じた光の強度を前記光測定部によって測定するときに、前記第１の光フィルタの位置を前記位置切換部によって退避位置とし、前記金属膜において生じた光の強度を測定した後に前記第１の光フィルタの位置を前記位置切換部によってフィルタリング位置としてもよい。

これらの構成によれば、検体の高感度且つ高精度な検出が可能となる。具体的には、表面プラズモン共鳴によって金属膜の表面（プリズムと反対側の面）側に生じる光の強度が測定されることにより、金属膜の表面近傍に形成される電場（増強電場）の強度が最大となる金属膜への励起光の入射角が精度よく得られる。このとき、金属膜の表面側で生じる光は、プラズモン散乱光や表面拡散光等の励起波長の光であるため、この波長成分を遮る第１の光フィルタが退避位置に切り換えられることにより、表面プラズモン共鳴に基づいて金属膜の表面側において生じる光の強度の増減が精度よく測定できる。

しかも、検体の検出時においては、測定光学系の光路上に第１の光フィルタが入れられることにより、光測定部において測定される光から励起波長であるプラズモン散乱光や表面拡散光の成分が除かれ、これにより、検体に付された蛍起物質が増強電場により励起されて発した蛍光が精度よく測定できる。

従って、測定により得られる信号のＳＮ比が高く、検体の高精度且つ高感度な検出が可能となる。

上記の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置では、前記光測定部は、入射した光を減衰させて出射する第２の光フィルタを有し、前記位置切換部は、前記第１の光フィルタがフィルタリング位置のときに前記第２の光フィルタが退避位置となり、前記第１の光フィルタが退避位置のときに前記第２の光フィルタがフィルタリング位置となるように、各光フィルタの位置をそれぞれ切り換え可能であることが好ましい。

かかる構成によれば、増強電場が最大になる励起光の入射角を求めるために測定される金属膜の表面側に生じる光によって光測定部の受光部が損傷することを防ぐことができる。具体的には、検体の検出のときに測定される蛍光の光量に比べて、増強電場が最大になる励起光の入射角を求めるために測定される光の光量が非常に大きい。このため、共通の受光部が用いられる場合に、増強電場が最大になる励起光の入射角を求めるために測定される光が第２の光フィルタによって減光されることにより、受光部の損傷が防がれる。

前記測定光学系は、群間を進行する光が平行光若しくは略平行光となる２群共役光学系であり、前記フィルタリング位置は、前記第１の光フィルタ及び前記第２の光フィルタが前記群間における平行光若しくは略平行光の光軸と直交し且つ当該平行光若しくは略平行光を横断する位置であることが好ましい。

かかる構成によれば、検体が精度よく検出される。即ち、第１の光フィルタ又第２の光フィルタが群間を進行する平行光等の光軸に対して傾斜していると、第１の光フィルタ又は第２の光フィルタを通過した光の光軸がシフトするため、光測定部における測定精度が低下する。

また、本実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析方法は、検体に付された蛍光物質が表面プラズモン共鳴に基づく電場により励起されて発した光を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析方法であって、所定の面上に金属膜が形成されたプリズムを用意し、前記金属膜上に前記検体を含む試料液を流す準備工程と、前記金属膜に表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光を前記プリズム内に入射させて当該励起光が前記金属膜の特定の位置において反射した状態を保ちながら当該励起光の金属膜への入射角を変更すると共に、前記励起光が前記金属膜によって反射されることにより当該金属膜における前記プリズムと反対の面側において生じる光の強度を測定する共鳴角走査工程と、前記共鳴角走査工程における光の測定結果に基づく入射角となるように前記励起光を前記金属膜の特定の位置に照射しつつ、前記励起光が金属膜で反射することにより当該金属膜のプリズムと反対の面側において生じた光を当該光の強度を測定する受光部によって受光してその強度を測定する測定工程と、前記共鳴角走査工程では前記励起光の波長の光を遮る第１の光フィルタを前記受光部と前記金属膜との間から退避させると共に、前記測定工程では前記第１の光フィルタを前記受光部と前記金属膜との間に入れる位置切換工程と、を備える。

かかる構成によれば、表面プラズモン共鳴によって金属膜の表面側に生じる光の強度が測定されることにより、金属膜の表面近傍に形成される電場（増強電場）の強度が最大となる金属膜への励起光の入射角が精度よく得られる。このとき、金属膜の表面側において生じる光は、プラズモン散乱光や表面拡散光等の励起波長の光である。このため、この波長成分を遮る第１の光フィルタが受光部と金属膜との間から退避させられることにより、表面プラズモン共鳴に基づいて金属薄膜の表面側において生じる光の強度の増減が精度よく測定される。しかも、検体の検出時において、受光部と金属膜との間に第１の光フィルタが入れられることにより、受光部において受光される光から励起波長であるプラズモン散乱光や表面拡散光の成分が除かれる。これにより、検体に付された蛍起物質が増強電場により励起されて発した蛍光が精度よく測定される。その結果、測定により得られる信号のＳＮ比が高く、検体の高精度且つ高感度な検出が可能となる。

以上のように、本発明に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析方法は、表面プラズモン共鳴によって生じたエバネッセント波の電場を利用して検体に含まれる蛍光物質を発光させ、この蛍光を検出することにより検体を測定するのに有用であり、検体の検出をより精度よく行うことに適している。

Claims (4)

1. 検体に付された蛍光物質が表面プラズモン共鳴に基づく電場により励起されて発した蛍光を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置であって、
   所定の面上に金属膜が形成されたプリズムを含む分析チップを、着脱できるように保持可能なチップ保持部と、
   前記チップ保持部に保持された状態の前記分析チップに含まれるプリズムの金属膜によって反射されるように当該プリズム内に励起光を入射させる励起光射出部と、
   前記励起光が前記金属膜によって反射されることにより、当該金属膜の前記プリズムと反対の面側において生じる光の強度を測定可能な光測定部と、
   前記励起光射出部と前記光測定部とを制御する制御部と、を備え、
   前記励起光射出部は、前記プリズム内に入射した励起光が前記金属膜の特定の位置において反射された状態を保ちつつ当該励起光の前記金属膜に対する入射角を変更可能であり、
   前記光測定部は、前記金属膜において生じた光を受光する受光部と、前記金属膜において生じた光を前記受光部まで案内する測定光学系と、前記励起光の波長の光を遮るバンドパスフィルタと、入射した光を減衰させて出射する減光フィルタと、前記測定光学系における光路上のフィルタリング位置と前記光路から外れた退避位置との間において前記バンドパスフィルタがフィルタリング位置のときに前記減光フィルタが退避位置となり、前記バンドパスフィルタが退避位置のときに前記減光フィルタがフィルタリング位置となるように、前記バンドパスフィルタ及び前記減光フィルタの位置をそれぞれ切り換え可能である位置切換部と、を有し、
   前記制御部は、前記励起光の金属膜に対する入射角を前記励起光射出部によって変更しつつ前記金属膜において生じた光の強度を前記光測定部によって測定するときに、前記バンドパスフィルタの位置を前記位置切換部によって退避位置とすると共に前記減光フィルタの位置を前記位置切換部によってフィルタリング位置とし、前記金属膜において生じた光の強度を測定した後に前記バンドパスフィルタの位置を前記位置切換部によってフィルタリング位置とすると共に前記減光フィルタの位置を前記位置切換部によって退避位置とすることを特徴とする表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。
2. 検体に付された蛍光物質が表面プラズモン共鳴に基づく電場により励起されて発した蛍光を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置であって、
   所定の面上に金属膜が形成されたプリズムと、
   前記プリズムの金属膜によって反射されるように当該プリズム内に励起光を入射させる励起光射出部と、
   前記励起光が前記金属膜によって反射されることにより、当該金属膜における前記プリズムと反対の面側において生じる光の強度を測定可能な光測定部と、
   前記励起光射出部と前記光測定部とを制御する制御部と、を備え、
   前記励起光射出部は、前記プリズム内に入射した励起光が前記金属膜の特定の位置において反射された状態を保ちつつ当該励起光の前記金属膜に対する入射角を変更可能であり、
   前記光測定部は、前記金属膜において生じた光を受光する受光部と、前記金属膜において生じた光を前記受光部まで案内する測定光学系と、前記励起光の波長の光を遮るバンドパスフィルタと、入射した光を減衰させて出射する減光フィルタと、前記測定光学系における光路上のフィルタリング位置と前記光路から外れた退避位置との間において前記バンドパスフィルタがフィルタリング位置のときに前記減光フィルタが退避位置となり、前記バンドパスフィルタが退避位置のときに前記減光フィルタがフィルタリング位置となるように、前記バンドパスフィルタ及び前記減光フィルタの位置をそれぞれ切り換え可能である位置切換部と、を有し、
   前記制御部は、前記励起光の金属膜に対する入射角を前記励起光射出部によって変更しつつ前記金属膜において生じた光の強度を前記光測定部によって測定するときに、前記バンドパスフィルタの位置を前記位置切換部によって退避位置とすると共に前記減光フィルタの位置を前記位置切換部によってフィルタリング位置とし、前記金属膜において生じた光の強度を測定した後に前記バンドパスフィルタの位置を前記位置切換部によってフィルタリング位置とすると共に前記減光フィルタの位置を前記位置切換部によって退避位置とすることを特徴とする表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。
3. 前記測定光学系は、群間を進行する光が平行光若しくは略平行光となる２群共役光学系であり、
   前記フィルタリング位置は、前記バンドパスフィルタ及び前記減光フィルタが前記群間における平行光若しくは略平行光の光軸と直交し且つ当該平行光若しくは略平行光を横断する位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。
4. 検体に付された蛍光物質が表面プラズモン共鳴に基づく電場により励起されて発した光を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析方法であって、
   所定の面上に金属膜が形成されたプリズムを用意し、前記金属膜上に前記検体を含む試料液を流す準備工程と、
   前記金属膜に表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光を前記プリズム内に入射させて当該励起光が前記金属膜の特定の位置において反射した状態を保ちながら当該励起光の金属膜への入射角を変更すると共に、前記励起光が前記金属膜によって反射されることにより当該金属膜における前記プリズムと反対の面側において生じる光の強度を測定する共鳴角走査工程と、
   前記共鳴角走査工程における光の測定結果に基づく入射角となるように前記励起光を前記金属膜の特定の位置に照射しつつ、前記励起光が金属膜で反射することにより当該金属膜のプリズムと反対の面側において生じた光を当該光の強度を受光する受光部によって受光してその強度を測定する測定工程と、
   前記共鳴角走査工程では前記励起光の波長の光を遮るバンドパスフィルタを前記受光部と前記金属膜との間から退避させると共に入射した光を減衰させて出射する減光フィルタを前記受光部と前記金属膜との間に入れ、かつ前記測定工程では前記バンドパスフィルタを前記受光部と前記金属膜との間に入れると共に前記減光フィルタを前記受光部と前記金属膜との間から退避させる位置切換工程と、を備えることを特徴とする表面プラズモン共鳴蛍光分析方法。

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