JP5923811B2 - Target substance detection plate, target substance detection apparatus, and target substance detection method - Google Patents
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Description
本発明は、光導波モードや表面プラズモン共鳴を利用して、被検体液中に含まれる目的物質を検出する目的物質検出プレート、該目的物質検出プレートを有する目的物質検出装置及び該目的物質検出装置を用いた目的物質検出方法に関する。 The present invention relates to a target substance detection plate that detects a target substance contained in a sample liquid using an optical waveguide mode or surface plasmon resonance, a target substance detection apparatus having the target substance detection plate, and the target substance detection apparatus The present invention relates to a target substance detection method using the
昨今、健康診断、製薬、疾患や伝染病の早期発見、環境汚染検出、テロ対策などのさまざまな分野で、持ち運びか可能で、操作が簡単でかつ高感度な検出器が必要とされている。携行が可能な程度に小さく、液体中に含まれる様々な物質の測定が可能なセンサーとして、表面プラズモン共鳴(SPR;Surface Plasmon Resonance)を用いるSPRセンサーや導波モードを用いる光導波センサーが知られている(例えば、非特許文献1〜19、及び特許文献1〜7参照)。これらのセンサーは、疾患に起因する様々なバイオマーカーやウイルスの検出、たんぱく質などの様々なバイオ物質の選択的な検出、環境中の汚染の評価、テロに用いられる毒物や違法薬物、爆薬の検出に用いられてきている。 In recent years, there is a need for a portable, easy-to-operate and high-sensitivity detector in various fields such as medical examinations, pharmaceuticals, early detection of diseases and infectious diseases, environmental pollution detection, and anti-terrorism measures. As a sensor that is small enough to be carried and can measure various substances contained in a liquid, an SPR sensor using surface plasmon resonance (SPR) and an optical waveguide sensor using a waveguide mode are known. (For example, refer nonpatent literatures 1-19 and patent documents 1-7.). These sensors detect various biomarkers and viruses resulting from disease, selectively detect various biomaterials such as proteins, assess environmental pollution, detect toxic and illegal drugs used in terrorism, and explosives Has been used.
図1に、クレッチマン配置と呼ばれる最もポピュラーなSPRセンサー200の構成例を示す。このSPRセンサー200は、透明基板201上に金や銀、アルミニウムなどの金属を蒸着して金属薄膜層202を形成し、透明基板201の金属薄膜層202を形成した面と反対側の面に光学プリズム203を密着させた構造からなり、光源204から照射されるレーザー光を偏光板205にて偏光し、光学プリズム203を通して透明基板201に照射する。入射光210Aは、全反射となる条件で入射する。入射光210Aの金属の表面側に染み出すエバネセント波によって、ある入射角度で表面プラズモン共鳴が発現する。入射角度θは、光学系を駆動させて適宜変更する。表面プラズモン共鳴が起こると、エバネセント波は表面プラズモンによって吸収されるので、この入射角付近では反射光の強度が著しく減少する。表面プラズモン共鳴が発現する条件は、金属薄膜層202表面近傍の誘電率によって変化することから、金属薄膜層202の表面において物質の吸着や接近、離脱、変質が生じると、反射光210Bの強度に変化が現れる。よって、金属薄膜層202の表面上に被検出試料が結合したり吸着して誘電率に変化が生じると、入射光210Aの反射特性に変化が生じるため、金属薄膜層202から反射される反射光210Bの強度変化を光検出器206によりモニターすることによって、被検出試料を検出することができる。 FIG. 1 shows a configuration example of the most popular SPR sensor 200 called a Kretschmann arrangement. In this SPR sensor 200, a metal thin film layer 202 is formed by vapor deposition of a metal such as gold, silver, or aluminum on a transparent substrate 201, and an optical surface is formed on the surface of the transparent substrate 201 opposite to the surface on which the metal thin film layer 202 is formed. The prism 203 has a structure in which the prism 203 is in close contact, and the laser light emitted from the light source 204 is polarized by the polarizing plate 205 and irradiated to the transparent substrate 201 through the optical prism 203. Incident light 210A is incident under conditions of total reflection. Surface plasmon resonance appears at a certain incident angle by the evanescent wave that oozes out to the metal surface side of the incident light 210A. The incident angle θ is appropriately changed by driving the optical system. When surface plasmon resonance occurs, the evanescent wave is absorbed by the surface plasmon, so that the intensity of the reflected light is remarkably reduced near this incident angle. The condition for surface plasmon resonance to appear varies depending on the dielectric constant in the vicinity of the surface of the metal thin film layer 202. Therefore, if adsorption, approach, separation, or alteration of a substance occurs on the surface of the metal thin film layer 202, the intensity of the reflected light 210B is increased. Change appears. Therefore, when the detected sample is bonded to or adsorbed on the surface of the metal thin film layer 202 and the dielectric constant changes, the reflection characteristic of the incident light 210A changes, so that the reflected light reflected from the metal thin film layer 202 is reflected. The sample to be detected can be detected by monitoring the intensity change of 210B by the photodetector 206.
光導波モードセンサーは、SPRセンサーとよく似た構造を持ち、やはりセンサーの検出面における、物質の吸着や誘電率の変化を検出するセンサーである。この光導波モードセンサーは、SPRセンサーで用いることができる全ての光学系と同等の光学系を使用することが可能であることが知られている。 The optical waveguide mode sensor has a structure very similar to that of the SPR sensor, and also detects a substance adsorption or a change in dielectric constant on the detection surface of the sensor. It is known that this optical waveguide mode sensor can use an optical system equivalent to all optical systems that can be used in the SPR sensor.
図2に、クレッチマン配置と類似の配置を用いた光導波モードセンサー400を示す。光導波モードセンサー400は、透明基板401aと、その上に被覆した金属層又は半導体層で構成される薄膜層401bと、更にこの薄膜層401b上に形成される光導波路層401cとからなる検出板401を用いる。この検出板401の光導波路層401cが形成されている面とは反対側の面に屈折率調節オイルを介して光学プリズム402が密着される。光源403から照射され、偏光板404にて偏光された入射光410Aは、光学プリズム402を通して検出板401に照射される。入射光410Aは、検出板401に対して全反射となる条件で入射する。ある特定の入射角度θにおいて、入射光410Aが光導波路内を伝搬する光導波モード(漏洩モード、又はリーキーモードとも呼ばれる)と結合すると、光導波モードが励起され、この入射角近傍で光の反射光強度が大きく変化する。このような光導波モードの励起条件は、光導波路層401c表面近傍の誘電率によって変化することから、光導波路層401cの表面において物質の吸着や接近、離脱、変質が生じると、反射光410Bの強度に変化が現れる。この変化を光検出器405により観測することにより、光導波路層401c表面における物質の吸着や接近、離脱、変質といった現象を検出することができる。 FIG. 2 shows an optical waveguide mode sensor 400 using an arrangement similar to the Kretschmann arrangement. The optical waveguide mode sensor 400 includes a transparent substrate 401a, a thin film layer 401b composed of a metal layer or a semiconductor layer coated thereon, and an optical waveguide layer 401c formed on the thin film layer 401b. 401 is used. The optical prism 402 is brought into close contact with the surface of the detection plate 401 opposite to the surface on which the optical waveguide layer 401c is formed via refractive index adjusting oil. Incident light 410 </ b> A emitted from the light source 403 and polarized by the polarizing plate 404 is applied to the detection plate 401 through the optical prism 402. The incident light 410A is incident on the detection plate 401 under conditions that cause total reflection. When the incident light 410A is coupled with an optical waveguide mode (also called a leakage mode or leaky mode) propagating in the optical waveguide at a certain incident angle θ, the optical waveguide mode is excited, and light is reflected near the incident angle. The light intensity changes greatly. Such an optical waveguide mode excitation condition changes depending on the dielectric constant in the vicinity of the surface of the optical waveguide layer 401c. Therefore, if adsorption, approach, separation, or alteration of a substance occurs on the surface of the optical waveguide layer 401c, the reflected light 410B Changes appear in intensity. By observing this change with the photodetector 405, it is possible to detect phenomena such as adsorption, approach, separation, and alteration of substances on the surface of the optical waveguide layer 401c.
SPRセンサーや光導波モードセンサーには、検出面に光励起発光が可能な物質、例えば蛍光色素など(以下、蛍光物質と呼ぶ)、を付着又は近接させると、蛍光物質の発光を増強する効果もある。この効果は、しばしば、物質検出をする際の信号の増幅に用いられる。例えば、図1中の金属薄膜層202表面近傍に所望の特定物質を捕捉した際、この特定物質が非常に小さい物質であったり、量が著しく少なかったり、その誘電率が周辺媒質と殆ど同じであったりした場合、図1で示した、反射光特性の変化を観測する手法では、十分な信号を得られない場合がある。このとき、捕捉した特定物質に対し、蛍光物質を付着させて標識として用いる。付着した蛍光物質は、励起光によって励起されたプラズモンによる電場増強効果で発光強度が強められるため、前記特定物質の捕捉を間接的に高感度で検出が可能となる。この効果は、図2の光導波路層401c表面近傍でも同様に得られる。 An SPR sensor or an optical waveguide mode sensor has an effect of enhancing the light emission of a fluorescent material when a substance capable of light excitation light emission such as a fluorescent dye (hereinafter referred to as a fluorescent material) is attached to or brought close to the detection surface. . This effect is often used to amplify signals during substance detection. For example, when a desired specific substance is captured in the vicinity of the surface of the metal thin film layer 202 in FIG. 1, the specific substance is very small, the amount is remarkably small, or the dielectric constant is almost the same as that of the surrounding medium. In some cases, the method of observing the change in reflected light characteristics shown in FIG. 1 may not provide a sufficient signal. At this time, a fluorescent substance is attached to the captured specific substance and used as a label. The attached fluorescent substance is enhanced in light emission intensity due to the electric field enhancement effect of plasmons excited by excitation light, so that the capture of the specific substance can be indirectly detected with high sensitivity. This effect is also obtained in the vicinity of the surface of the optical waveguide layer 401c in FIG.
ここで、蛍光物質からの発光は、図1、図2のいずれの場合も、主に検出板の励起光を照射する側とは反対側、つまり蛍光物質が付着している側に発せられることから、この発光を検出するためには、発光を検出する装置、例えばCCDや光電子増倍管、フォトダイオードなどの光検出器を、検出板の検出面側、つまりプリズムを配する面と反対側に配置する必要がある。 Here, in both cases of FIGS. 1 and 2, light emission from the fluorescent material is mainly emitted to the side opposite to the side of the detection plate where the excitation light is irradiated, that is, the side where the fluorescent material is attached. Therefore, in order to detect this luminescence, a device for detecting the luminescence, for example, a photo detector such as a CCD, a photomultiplier tube, or a photodiode is connected to the detection surface side of the detection plate, that is, the side opposite to the surface on which the prism is arranged. Need to be placed in.
以上に示した、SPRセンサーや光導波モードセンサーは、既に様々な装置も販売され、広く使用されているが、一般的な測定の場合、図1や図2に示したような、プリズムと検出板の他に、検出対象となる目的物質を検出面表面に輸送するための輸送路、例えば、被検体が液体の場合、流路を検出板表面に配置する必要がある。そのため、部品点数が多くなり、取扱いが容易でないという問題がある。
また、実際の使用時には、プリズムと検出板と輸送路とを接合させて用いる必要があるが、この接合工程は、検出毎に検出板や輸送路を交換する場合には、毎回行う必要があり、システムが複雑になってしまうという問題点がある。
また、部品としてのプリズムは、一般的に高精度の研磨を必要とし、高価であるという問題点がある。
The SPR sensor and optical waveguide mode sensor shown above are already widely used and widely used. However, in the case of general measurement, the prism and detection as shown in FIG. 1 and FIG. In addition to the plate, when the target substance to be detected is transported to the surface of the detection surface, for example, when the subject is a liquid, the channel needs to be arranged on the surface of the detection plate. Therefore, there are problems that the number of parts increases and handling is not easy.
In actual use, it is necessary to join the prism, the detection plate, and the transportation path, but this joining process must be performed every time the detection plate or transportation path is replaced for each detection. There is a problem that the system becomes complicated.
In addition, the prism as a part generally requires high-precision polishing and is expensive.
プリズム、検出板及び輸送路を一体的に形成したものとしては、特許文献7に開示のバイオチップが挙げられる。このバイオチップでは、基板に、輸送路としての微細流体チャネルが形成されるとともに、該微細流体チャネル中に第1及び第2傾斜面によって形成された複数の楔状の先鋭部が形成されている。また、先鋭部の傾斜面上には、表面プラズモンを励起する金属層と、蛍光体で標識化された標的分子と特異結合する捕捉分子が固定された誘電体層とが形成され、誘電体層に標的物質が固定された場合に、表面プラズモンを通じて励起される蛍光体から蛍光が検出される。
このバイオチップによれば、プリズム、検出板及び輸送路の機能を奏する各部が基板に対して、一体的に形成されており、部品点数を減らすことができる。
しかしながら、このバイオチップにおいては、標的分子の検出面をなす先鋭部と、輸送路としての微細流体チャネルとが別個に形成されるため、依然としてシステムが複雑で、生産コストが高くなるという問題がある。
また、こうしたプリズム、検出板及び輸送路をプレート上に配することで、効率的な検出手法の確立が求められている。
An example in which the prism, the detection plate, and the transportation path are integrally formed is a biochip disclosed in Patent Document 7. In this biochip, a microfluidic channel as a transport path is formed on a substrate, and a plurality of wedge-shaped sharpened portions formed by first and second inclined surfaces are formed in the microfluidic channel. In addition, a metal layer that excites surface plasmons and a dielectric layer on which a capture molecule that specifically binds to a target molecule labeled with a phosphor is fixed are formed on the inclined surface of the sharpened portion. When the target substance is immobilized on the fluorescent material, fluorescence is detected from the phosphor excited through the surface plasmon.
According to this biochip, each part that functions as a prism, a detection plate, and a transport path is formed integrally with the substrate, and the number of parts can be reduced.
However, in this biochip, there is a problem in that the system is complicated and the production cost is high because the sharp part that forms the detection surface of the target molecule and the microfluidic channel as the transport path are formed separately. .
Moreover, establishment of an efficient detection method is demanded by arranging such a prism, a detection plate, and a transportation path on the plate.
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、SPRセンサー及び光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムと検出板とで構成される検出チップの部品点数を減らし、小型で安価で簡便に製造可能で、目的物質を迅速かつ高感度で検出でき、更に、被検体液の導入が容易な検出チップを有し、目的物質を効率的に測定可能な目的物質検出プレート、目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and achieve the following objects. That is, the present invention reduces the number of parts of the detection chip composed of the optical prism and the detection plate used in the SPR sensor and the optical waveguide mode sensor, can be easily manufactured in a small size and at a low cost, and the target substance can be obtained quickly and highly. An object of the present invention is to provide a target substance detection plate, a target substance detection device, and a target substance detection method that have a detection chip that can be detected with sensitivity and that allows easy introduction of an analyte liquid and that can efficiently measure the target substance. And
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> 目的物質を検出する検出チップを収容する1つ又は複数の凹状からなる収容部と前記収容部に前記目的物質の存在を検証する被検体液を送液する流路とが形成された透光性のプレート本体と、前記収容部に収容される前記検出チップと、を有し、前記検出チップは、光を透過する板状の透明基体部と、前記透明基体部の一の面に形成され、前記流路と連結して前記流路方向に沿って前記被検体液が導入される検出溝と、を有し、前記検出溝は、断面視で前記一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有し、断面V字状、断面台形状及び断面多角形状のいずれかの形状で形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成され、前記検出溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされるとともに、1つの前記検出チップに対して複数並行して形成され、隣接する前記検出溝の溝部間に間隔を有し、前記溝部間の前記間隔をなす部位に第1の遮光部が形成されていることを特徴とする目的物質検出プレート。
<2> プレート本体が円板状の部材からなる前記<1>に記載の目的物質検出プレート。
<3> プレート本体が円板状の部材からなり、その円心に対して、収容部より近い位置に配される被検体液を貯留する被検体液貯留部及び洗浄液を貯留する洗浄液貯留部と、前記収容部より遠い位置に配される前記被検体液及び前記洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部と、を有し、前記被検体液貯留部、前記洗浄液貯留部及び前記廃液貯留部のそれぞれが、前記被検体液、前記洗浄液及び前記廃液を送液する流路を介して前記収容部と接続される前記<1>から<2>のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
<4> 透明基体部の検出溝が形成される面と反対の面が平坦に形成される前記<1>から<3>のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
<5> 検出溝の形状が、断面視で台形状である前記<1>から<4>のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
<6> 検出溝の底面に第2の遮光部が形成されている<5>に記載の目的物質検出プレート。
<7> 電場増強層は、溝部上に表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層が配されて形成される前記<1>から<6>のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
<8> 表面プラズモン励起層の形成材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む前記<7>に記載の目的物質検出プレート。
<9> 表面プラズモン励起層の表面が透明誘電体で被覆される前記<7>から<8>のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
<10> 電場増強層は、溝部上に金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層と透明材料で形成される光導波路層とがこの順で配されて形成される前記<1>から<6>のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
<11> 金属材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む前記<10>に記載の目的物質検出プレート。
<12> 半導体材料がシリコンである前記<10>に記載の目的物質検出プレート。
<13> 光導波路層がシリカガラスで形成される前記<10>から<12>のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
<14> 検出面に目的物質を捕捉する表面処理が施される前記<1>から<13>のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
<15> 前記<1>から<14>のいずれかに記載の目的物質検出プレートと、前記検出チップの検出溝が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、前記光の照射に基づき、前記検出溝内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出手段と、を有することを特徴とする目的物質検出装置。
<16> 光照射手段は、光源と、該光源から発せられる光を直線偏光に偏光する偏光板と、を有する前記<15>に記載の目的物質検出装置。
<17> 前記<15>から<16>のいずれかに記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、目的物質検出プレートの流路内に被検体液を送液し、検出チップの検出溝内に前記被検体液を導入する被検体液導入工程と、前記検出チップの前記検出溝が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、前記光の照射に基づき、前記検出溝内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出工程と、を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
Means for solving the problems are as follows. That is,
<1> One or a plurality of concave accommodating portions for accommodating a detection chip for detecting a target substance, and a flow path for supplying a sample liquid for verifying the presence of the target substance to the accommodating portion are formed. A translucent plate main body and the detection chip housed in the housing portion, wherein the detection chip is disposed on one surface of the transparent base portion and a plate-like transparent base portion that transmits light And a detection groove that is connected to the flow path and into which the analyte liquid is introduced along the flow path direction . An electric field enhancement layer is disposed at least on the inner surface of the groove having an inclined surface inclined at a gradient at least in part and formed in any one of a V-shaped cross-section, a cross-sectional trapezoidal shape, and a cross-sectional polygonal shape. A part or all of the outermost surface formed and in contact with the analyte liquid in the detection groove is Rutotomoni is a detection surface of the target substance, is formed by a plurality parallel to one of said detecting chip has a spacing between grooves of said detection groove adjacent, first a portion forming the spacing between the groove target substance detection plate characterized by Rukoto 1 of the light shielding portion is formed.
<2> The target substance detection plate according to <1>, wherein the plate body is formed of a disk-shaped member.
<3> The plate main body is made of a disk-shaped member, and with respect to the center of the plate, a specimen liquid storage section that stores a specimen liquid disposed at a position closer to the storage section and a cleaning liquid storage section that stores a cleaning liquid A waste liquid storage section that stores waste liquid consisting of the analyte liquid and the cleaning liquid disposed at a position farther from the storage section, and the analyte liquid storage section, the cleaning liquid storage section, and the waste liquid storage section The target substance detection plate according to any one of <1> to <2>, wherein each of the target substance detection plates is connected to the container through a flow path for feeding the analyte liquid, the cleaning liquid, and the waste liquid.
<4> The target substance detection plate according to any one of <1> to <3>, wherein a surface opposite to the surface on which the detection groove of the transparent base portion is formed is formed flat.
<5> The target substance detection plate according to any one of <1> to <4>, wherein the detection groove has a trapezoidal shape in a cross-sectional view.
<6> The target substance detection plate according to <5>, wherein a second light-shielding portion is formed on the bottom surface of the detection groove .
<7> The target substance detection plate according to any one of <1> to <6>, wherein the electric field enhancement layer is formed by arranging a surface plasmon excitation layer that expresses surface plasmon resonance on the groove.
< 8 > The target substance detection plate according to < 7 >, wherein the material for forming the surface plasmon excitation layer includes at least one of gold, silver, copper, platinum, and aluminum.
< 9 > The target substance detection plate according to any one of < 7 > to < 8 >, wherein the surface of the surface plasmon excitation layer is coated with a transparent dielectric.
The <10> electric field enhancing layer, the items <1> which the optical waveguide layer which is formed by a thin film layer and the transparent material formed of a metal material or a semiconductor material over the grooves are formed are arranged in this order <6 > The target substance detection plate according to any one of the above.
< 11 > The target substance detection plate according to < 10 >, wherein the metal material contains at least one of gold, silver, copper, platinum, and aluminum.
< 12 > The target substance detection plate according to < 10 >, wherein the semiconductor material is silicon.
< 13 > The target substance detection plate according to any one of < 10 > to < 12 >, wherein the optical waveguide layer is formed of silica glass.
< 14 > The target substance detection plate according to any one of <1> to < 13 >, wherein a surface treatment for capturing the target substance is performed on the detection surface.
< 15 > Light irradiation for irradiating the electric field enhancement layer with light from the surface opposite to the surface on which the detection groove of the detection chip is formed, and the target substance detection plate according to any one of <1> to < 14 > And a light detection means for detecting fluorescence emitted from a target substance in the sample liquid existing in the detection groove or a fluorescent substance for labeling the target substance based on the irradiation of the light. A target substance detection device.
< 16 > The target substance detection device according to < 15 >, wherein the light irradiation unit includes a light source and a polarizing plate that polarizes light emitted from the light source into linearly polarized light.
< 17 > A target substance detection method for detecting a target substance using the target substance detection apparatus according to any one of < 15 > to < 16 >, wherein the analyte liquid is placed in a flow path of the target substance detection plate. Analyte liquid introduction step of feeding and introducing the analyte liquid into the detection groove of the detection chip, and irradiating the electric field enhancement layer with light from the side opposite to the surface where the detection groove of the detection chip is formed And a light detection step for detecting fluorescence emitted from a target substance in the sample liquid present in the detection groove or a fluorescent substance for labeling the target substance based on the light irradiation. A method of detecting a target substance, comprising:
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、SPRセンサー及び光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムと検出板とで構成される検出チップの部品点数を減らし、小型で安価で簡便に製造可能で、目的物質を迅速かつ高感度で検出でき、更に、被検体液の導入が容易な検出チップを有し、目的物質を効率的に測定可能な目的物質検出プレート、目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供することができる。 According to the present invention, the above-mentioned problems in the prior art can be solved, the number of parts of the detection chip composed of the optical prism and the detection plate used in the SPR sensor and the optical waveguide mode sensor can be reduced, and the size and cost can be reduced. Target substance detection plate, target substance that can detect target substance efficiently, can detect target substance quickly and with high sensitivity, and has a detection chip that allows easy introduction of analyte liquid A detection apparatus and a target substance detection method can be provided.
(目的物質検出装置及び目的物質検出プレート)
本発明の目的物質検出装置は、本発明の目的物質検出プレートと、光照射手段と、光検出手段と、必要に応じて、その他の部材とを有する。
本発明の目的物質検出装置では、目的物質として、例えば、ウイルス、たんぱく質、DNA、バイオマーカー等の生体物質、汚染物質、毒物、劇物、その他各種分子などを検出することができる。
(Target substance detection device and target substance detection plate)
The target substance detection apparatus of the present invention includes the target substance detection plate of the present invention, a light irradiation means, a light detection means, and other members as required.
In the target substance detection apparatus of the present invention, for example, biological substances such as viruses, proteins, DNA, biomarkers, contaminants, poisons, deleterious substances, and other various molecules can be detected as target substances.
<目的物質検出プレート>
前記目的物質検出プレートは、透光性のプレート本体と、前記目的物質を検出する検出チップとを有する。
<Target substance detection plate>
The target substance detection plate has a translucent plate main body and a detection chip for detecting the target substance.
−プレート本体−
前記プレート本体は、前記検出チップを収容する1つ又は複数の凹状からなる収容部と前記収容部に前記目的物質の存在を検証する被検体液を送液する流路とが形成されてなる。
-Plate body-
The plate main body is formed with one or a plurality of concave accommodating portions for accommodating the detection chip, and a flow path for supplying an analyte liquid for verifying the presence of the target substance to the accommodating portion.
前記プレート本体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円板状、三角板状、四角板状などのプレート部材が挙げられる。
前記プレート本体の形成材料としては、透光性を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、環状ポリオレフィン、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネートなどのプラスチック材料や高い透過性が確保できるガラス材料が挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular as a shape of the said plate main body, According to the objective, it can select suitably, For example, plate members, such as disk shape, triangular plate shape, and square plate shape, are mentioned.
The material for forming the plate body is not particularly limited as long as it has translucency, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, plastic materials such as cyclic polyolefin, acrylic, polystyrene, and polycarbonate, and high transparency are available. The glass material which can be ensured is mentioned.
前記収容部の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記プレート本体を射出成型で形成する方法、前記プレート本体に切削等の機械的加工を施して形成する方法などが挙げられる。
前記収容部の凹部の形状としては、特に制限はなく、収容する前記検出チップの形状、大きさに応じて適宜選択することができる。
なお、前記凹部の底面は、収容する前記検出チップの一面と安定的に接するように、平坦な面として形成されることが好ましい。
A method for forming the housing portion is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, a method of forming the plate body by injection molding, or mechanical processing such as cutting is performed on the plate body. And the like.
There is no restriction | limiting in particular as a shape of the recessed part of the said accommodating part, According to the shape and magnitude | size of the said detection chip to accommodate, it can select suitably.
The bottom surface of the recess is preferably formed as a flat surface so as to be in stable contact with one surface of the detection chip to be accommodated.
前記流路の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記プレート本体を射出成型で形成する方法、前記プレート本体に切削等の機械的加工を施して形成する方法などが挙げられる。
前記流路の前記プレート本体を平面からみたときの平面形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、直線状、曲線状などとすることができる。例えば、前記プレート本体が円板状である場合には、その回動方向に沿う形の曲線状とすることができる。
また、その断面形状としては、例えば、その断面で凹状、V字状、半円状、半楕円状、台形状などとすることができる。
The method for forming the flow path is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, the plate body is formed by injection molding, or the plate body is subjected to mechanical processing such as cutting. And the like.
There is no restriction | limiting in particular as a planar shape when the said plate main body of the said flow path is seen from a plane, According to the objective, it can select suitably, It can be linear form, curved form, etc. For example, when the plate body has a disc shape, the plate body may have a curved shape along the rotation direction.
Moreover, as the cross-sectional shape, for example, a concave shape, a V-shape, a semicircular shape, a semi-elliptical shape, and a trapezoidal shape can be used in the cross-section.
前記プレート本体としては、特に制限はないが、更に、前記被検体液を貯留する被検体液貯留部、前記被検体液を洗浄する洗浄液を貯留する洗浄液貯留部、前記被検体液及び前記洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部を有していてもよい。また、これらの液体がこぼれることを防ぐための蓋部を有していてもよい。また、これらの貯留部に液体がスムーズに入って行くように、貯留部の空気を抜くベント穴を形成しておくことも好ましい。 The plate body is not particularly limited, and further includes a sample liquid storage unit for storing the sample liquid, a cleaning liquid storage unit for storing a cleaning liquid for cleaning the sample liquid, the sample liquid, and the cleaning liquid. You may have the waste liquid storage part which stores the waste liquid which becomes. Moreover, you may have a cover part for preventing that these liquids spill. It is also preferable to form a vent hole for venting the air in the reservoir so that the liquid smoothly enters these reservoirs.
−検出チップ−
前記検出チップは、前記収容部に収容され、透明基体部と、検出溝とを有する。
なお、前記検出チップは、前記収容部の底面に対して、前記透明基体部の前記検出溝が配される面と反対側の面が接合するように収容される。
また、前記検出チップとしては、前記収容部に対して固定状態で収容されてもよいし、固定することなく収容されてもよい。
固定されない場合、前記収容部の中で前記検出チップの位置が変動しないように、位置規制することが好ましい。例えば、前記収容部を四角柱状、楕円柱状に切り出し、その内部に前記収容部の大きさよりもわずかに小さい四角柱状、楕円柱状の前記検出チップを配することで、位置規制される。
-Detection chip-
The detection chip is housed in the housing portion and has a transparent base portion and a detection groove.
The detection chip is accommodated so that the surface of the transparent base portion opposite to the surface on which the detection groove is disposed is bonded to the bottom surface of the accommodation portion.
The detection chip may be housed in a fixed state with respect to the housing part or may be housed without being fixed.
When not fixed, it is preferable to restrict the position of the detection chip so that the position of the detection chip does not fluctuate in the housing portion. For example, the housing part is cut into a rectangular column shape or an elliptical column shape, and the position is regulated by arranging the detection chip having a rectangular column shape or an elliptical column shape slightly smaller than the size of the housing part therein.
−−透明基体部−−
前記透明基体部は、光を透過する板状の部材としてなる。
前記透明基体部の形成材料としては、前記光透過性を有し、前記検出溝が形成可能である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、射出成型技術を用いて量産が可能なポリスチレン、ポリカーボネート等のプラスチック材料、高い透明性が確保できるシリカガラス等のガラス材料が好ましい。
--Transparent substrate part--
The transparent base portion is a plate-like member that transmits light.
The material for forming the transparent base portion is not particularly limited as long as it has the light transmission property and the detection groove can be formed, and can be appropriately selected according to the purpose. A plastic material such as polystyrene or polycarbonate that can be mass-produced by use, or a glass material such as silica glass that can ensure high transparency is preferable.
前記透明基体部は、従来のSPRセンサー又は光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムの役割を有する。
即ち、前記光照射手段から照射される光を、前記検出溝に形成される後述の溝部の傾斜面に対して、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起される特定の入射角度で導入する役割を有する。
そのため、前記透明基体部の屈折率の下限としては、1.33以上が好ましく、1.38以上がより好ましく、1.42以上がさらに好ましい。また、前記屈折率の上限としては、4以下が好ましく、3以下がより好ましい。
なお、この屈折率については、別途図面を用いて後述する。
The transparent base portion functions as an optical prism used in a conventional SPR sensor or an optical waveguide mode sensor.
That is, it plays a role of introducing light emitted from the light irradiation means at a specific incident angle at which surface plasmon resonance or an optical waveguide mode is excited with respect to an inclined surface of a groove portion described later formed in the detection groove. Have.
Therefore, the lower limit of the refractive index of the transparent base portion is preferably 1.33 or more, more preferably 1.38 or more, and further preferably 1.42 or more. Further, the upper limit of the refractive index is preferably 4 or less, and more preferably 3 or less.
The refractive index will be described later using a separate drawing.
前記透明基体部としては、前記検出溝が形成される面と反対の面が前記収容部の底部に接するか又は近接するように前記収容部内に配される。この面は、前記収容部の底部方向から照射される光の入射面とされることから平坦に形成されることが好ましい。 The transparent base portion is disposed in the housing portion such that a surface opposite to the surface on which the detection groove is formed is in contact with or close to the bottom portion of the housing portion. This surface is preferably formed flat because it is an incident surface for light irradiated from the bottom direction of the housing portion.
−−検出溝−−
前記検出溝は、前記透明基体部の一の面に形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される溝として形成される。また、この検出溝は、断面視で前記透明基体部の一の面に対して一つの勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、電場増強層が配されて形成される。ここで、電場増強層とは、表面プラズモン共鳴の励起が可能な層状の構造で形成される層(表面プラズモン励起層)及び、光導波モードの励起が可能な層状の構造で形成される層を指す。電場増強層に関しては、別途後述する。
--Detection groove--
The detection groove is formed on one surface of the transparent base portion, and is formed as a groove that is connected to the flow path and into which the analyte liquid is introduced. In addition, the detection groove has an electric field enhancement layer on an inner surface of the groove part formed so as to have at least a part of an inclined surface inclined with a single inclination with respect to one surface of the transparent base part in a cross-sectional view. Is formed. Here, the electric field enhancement layer includes a layer formed with a layered structure capable of exciting surface plasmon resonance (surface plasmon excited layer) and a layer formed with a layered structure capable of exciting optical waveguide mode. Point to. The electric field enhancement layer will be described later separately.
前記検出溝の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、1つでもよいし、複数であってもよいが、前記検出溝は、前記目的物質を検出する検出面をなすことから、可能な限りその面積を増やし、前記目的物質の検出感度を向上させることが望ましく、したがって複数であることが好ましい。
この場合、1つの前記検出チップに対して複数の前記検出溝が並行して形成されることが好ましい。
The number of the detection grooves is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. The number of detection grooves may be one or plural, and the detection groove may be a detection for detecting the target substance. Therefore, it is desirable to increase the area as much as possible to improve the detection sensitivity of the target substance.
In this case, it is preferable that a plurality of the detection grooves are formed in parallel for one detection chip.
−−−溝部−−−
前記溝部の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記溝部を有するように前記透明基体部を射出成型する方法、前記透明基体部に機械的な手段、例えば切削手段を用いて形成する方法などが挙げられる。
--Groove-
The method for forming the groove is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, a method of injection molding the transparent base portion so as to have the groove, Examples thereof include a method of forming using a means such as a cutting means.
前記溝部は、断面視で前記透明基体部の一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有する。
前記溝部の形状としては、前記傾斜面を少なくとも一部に有するものであれば、特に制限はなく、例えば、断面V字状、断面台形状、断面多角形状などの形状が挙げられる。ただし、前記傾斜面が曲面とされ、一の勾配をもって傾斜する部分を一切有しない断面U字状の形状や断面半円状の形状などは、含まない。前記傾斜面が曲面であると、前記電場増強層における表面プラズモン又は光導波モードの励起が限定的となり、十分に目的物質を検出することができない。
したがって、前記溝部を構成する溝側面には、前記一の勾配をもって傾斜する傾斜面が少なくとも一部に存在する必要がある。一方、こうした観点から、前記傾斜面としては、前記目的物質を検出する検出面に形成されていればよく、前記溝部の長さ方向の全体に亘って形成されている必要はない。
また、前記溝部の長さ方向の全体に亘って前記傾斜面が形成されている場合でも、当該傾斜面のすべてを検出に使用する必要はなく、その一部のみに光照射を行い、又はその一部でのみ目的物質の捕捉を行い、検出を行ってもよい。
前記溝部を構成する溝側面としては、このような傾斜面を有する限り特に制限はなく、左右対称に形成されていてもよいし、左右非対称に形成されていてもよい。
なお、これらの詳細については、別途、図面を用いて後述する。
The groove has at least a part of an inclined surface that is inclined with a single gradient with respect to one surface of the transparent base portion in a cross-sectional view.
The shape of the groove is not particularly limited as long as it has at least a part of the inclined surface, and examples thereof include a V-shaped cross section, a trapezoidal cross section, and a polygonal cross section. However, the inclined surface is a curved surface, and does not include a U-shaped cross section or a semicircular cross-sectional shape that does not have any portion inclined with a single gradient. When the inclined surface is a curved surface, the excitation of the surface plasmon or the optical waveguide mode in the electric field enhancement layer is limited, and the target substance cannot be sufficiently detected.
Accordingly, at least a part of the inclined surface inclined with the one gradient needs to be present on the side surface of the groove constituting the groove portion. On the other hand, from this point of view, the inclined surface only needs to be formed on the detection surface for detecting the target substance, and need not be formed over the entire length of the groove.
Further, even when the inclined surface is formed over the entire length of the groove portion, it is not necessary to use all of the inclined surface for detection, and only a part thereof is irradiated with light, or Only a part of the target substance may be captured and detected.
As long as it has such an inclined surface as a groove side surface which comprises the said groove part, there is no restriction | limiting, You may form symmetrically and may be formed asymmetrically.
Details of these will be described later with reference to the drawings.
前記溝部を前記透明基体部の一の面上からみたときの開口幅、即ち、前記一の面における前記左右の溝部の側面の間隔としては、特に制限はないが、5μm〜5cmが好ましい。前記開口幅が5μm未満であると、構造が微細なため、作製が困難となり、製造コストが高くなってしまい、また、溝部が小さいと、検出溝が狭くなり、粘性の高い液体は流れなくなってしまう。一方、前記開口幅が5cmを超えると、検出溝の内容積もそれにつれて大きくなるため、多くの被検体液が必要となってしまう。
また、前記溝部の深さとしては、特に制限はないが、上記と同じ理由で、5μm〜5cmが好ましい。
また、前記検出溝を複数配する場合、即ち、前記溝部を複数形成する場合、隣接する溝部の間隔としては、特に制限はないが、5μm〜5cmが好ましい。前記間隔が5μm未満であると、構造が微細なため、作製が困難となり、製造コストが高くなってしまう。前記間隔が5cmを超えると、検出チップ自体が大きくなってしまい、作製時に材料を多く必要とする、保管時にスペースを取ってしまう、などの不都合が生じることがある。
また、この溝部間の間隔をなす部位では、光照射手段から照射される光が、光検出手段側に直接抜けてしまうことになるため、これらの部位には光を減衰させる遮光部を設けることが好ましい。
The opening width when the groove is viewed from one surface of the transparent base portion, that is, the distance between the side surfaces of the left and right groove portions on the one surface is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 5 cm. If the opening width is less than 5 μm, the structure is fine, making it difficult to manufacture and increasing the manufacturing cost. If the groove is small, the detection groove becomes narrow and a highly viscous liquid does not flow. End up. On the other hand, when the opening width exceeds 5 cm, the inner volume of the detection groove increases accordingly, and thus a lot of analyte liquid is required.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular as the depth of the said groove part, However For the same reason as the above, 5 micrometers-5 cm are preferable.
Further, when a plurality of the detection grooves are arranged, that is, when a plurality of the groove portions are formed, the interval between the adjacent groove portions is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 5 cm. If the distance is less than 5 μm, the structure is fine, making it difficult to manufacture and increasing the manufacturing cost. If the distance exceeds 5 cm, the detection chip itself becomes large, which may cause inconveniences such as requiring a large amount of material during production and taking up space during storage.
In addition, light emitted from the light irradiating means is directly emitted to the light detecting means side at the portions forming the interval between the groove portions. Therefore, light shielding portions for attenuating the light are provided at these portions. Is preferred.
−−−電場増強層−−−
前記電場増強層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、(A)前記溝部上に表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層を配することで形成することができ、また、(B)前記溝部上に光導波モードを励起する層構造を配することで形成することができる。ここで、前記光導波モードを励起する層構造は、金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層と透明材料で形成される光導波路層とをこの順で前記溝部上に配することで形成することができる。
---- Electric field enhancement layer ---
There is no restriction | limiting in particular as said electric field enhancement layer, According to the objective, it can select suitably, For example, (A) Forming by arranging the surface plasmon excitation layer which expresses surface plasmon resonance on the said groove part In addition, (B) a layer structure for exciting the optical waveguide mode may be disposed on the groove. Here, the layer structure for exciting the optical waveguide mode is formed by arranging a thin film layer formed of a metal material or a semiconductor material and an optical waveguide layer formed of a transparent material in this order on the groove. be able to.
(A)前記表面プラズモン励起層の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、入射する光の波長において負の誘電率を有する金属材料が挙げられるが、金、銀、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む金属材料が好ましい。
この金属材料で形成される金属層は、プリズムを介してある入射角度で光を受けると、表面側に染み出したエバネセント波が表面プラズモンの励起条件を満たし、前記金属層の表面に前記表面プラズモン共鳴を発現させる。
前記金属層の厚みとしては、金属材料及び入射する光の波長によってその最適値が決定されるが、この値はフレネルの式を用いた計算から算出が可能であることが知られている。一般的に、近紫外域から近赤外域で表面プラズモンを励起する場合、前記金属層の厚さは数nm〜数十nmとなる。
(A) The material for forming the surface plasmon excitation layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include metal materials having a negative dielectric constant at the wavelength of incident light. A metal material containing at least one of gold, silver, platinum and aluminum is preferable.
When the metal layer formed of the metal material receives light at a certain incident angle through the prism, the evanescent wave that oozes to the surface side satisfies the excitation condition of the surface plasmon, and the surface plasmon is formed on the surface of the metal layer. Resonance is developed.
The optimum thickness of the metal layer is determined by the metal material and the wavelength of incident light. It is known that this value can be calculated from calculation using the Fresnel equation. Generally, when surface plasmon is excited from the near ultraviolet region to the near infrared region, the thickness of the metal layer is several nm to several tens of nm.
前記表面プラズモン励起層、即ち、前記金属層の形成方法としては、特に制限はなく、蒸着法、スパッタリング法、CVD法、PVD法、スピンコート法等の公知の形成方法が挙げられるが、前記溝部が形成される前記透明基体部の形成材料が前記プラスチック材料や前記ガラス材料である場合、前記金属層を直接前記溝部上に形成すると、密着性が低く、簡単にはがれてしまうことがある。
そのため、密着性を向上させる観点から、前記溝部の内表面上にニッケルやクロムを形成材料とする接着層を形成し、この接着層上に前記金属層を形成することが好ましい。
The method for forming the surface plasmon excitation layer, that is, the metal layer is not particularly limited, and examples thereof include well-known formation methods such as a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, a PVD method, and a spin coating method. In the case where the material for forming the transparent base portion on which is formed is the plastic material or the glass material, if the metal layer is directly formed on the groove portion, the adhesion may be low and easily peeled off.
Therefore, from the viewpoint of improving adhesion, it is preferable to form an adhesive layer made of nickel or chromium on the inner surface of the groove and form the metal layer on the adhesive layer.
後述する目的物質又は該目的物質を標識化する蛍光物質からの発光を検出する際、前記目的物質又は前記蛍光物質が、前記金属層に近接すると、発光した光が再度前記金属層に吸収され、発光効率が低下するクエンチングと呼ばれる現象が起こる。
この場合、前記目的物質及び前記蛍光物質を前記金属層の表面から離す目的で、厚みが数nmから数十nm程度の被覆層を形成するとクエンチングが抑制され、発光効率の低下を抑えられることが知られている。
こうしたことから、前記表面プラズモン励起層、即ち、前記金属層の表面が透明誘電体で被覆されることが好ましい。
前記透明誘電体としては、特に制限はなく、シリカガラス等のガラス材料、有機高分子材料、ウシ血清アルブミン等のたんぱく質など、厚さ数nmから数十nmの透明膜を形成可能な材料等が挙げられる。
When detecting light emission from a target substance or a fluorescent substance that labels the target substance described later, when the target substance or the fluorescent substance comes close to the metal layer, the emitted light is absorbed again by the metal layer, A phenomenon called quenching occurs in which the luminous efficiency decreases.
In this case, if a coating layer having a thickness of several nanometers to several tens of nanometers is formed for the purpose of separating the target substance and the fluorescent substance from the surface of the metal layer, quenching is suppressed and a decrease in luminous efficiency can be suppressed. It has been known.
Therefore, it is preferable that the surface plasmon excitation layer, that is, the surface of the metal layer is covered with a transparent dielectric.
The transparent dielectric is not particularly limited, and may be a material capable of forming a transparent film having a thickness of several nanometers to several tens of nanometers, such as a glass material such as silica glass, an organic polymer material, or a protein such as bovine serum albumin. Can be mentioned.
(B)前記光導波モードを励起する層構造の形成において、前記薄膜層を形成する前記金属材料としては、特に制限はなく、例えば、一般に入手が可能で、安定な金属及びその合金などが挙げられるが、金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含むことが好ましい。
前記薄膜層を形成する半導体材料としては、特に制限はなく、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料又は既知の化合物半導体材料が挙げられるが、特にシリコンは安価で加工が容易であるため好ましい。
前記薄膜層の厚みとしては、前記表面プラズモン励起層の金属層と同様で、前記薄膜層の材料及び入射する光の波長によってその最適値が決定されるが、この値はフレネルの式を用いた計算から算出が可能であることが知られている。一般的に、近紫外域から近赤外域の波長帯の光を使用する場合、前記薄膜層の厚さは数nm〜数百nmとなる。
なお、前記薄膜層として前記金属材料を選択する場合、密着性を向上させるために、前記溝部と前記薄膜層との間に、前述したクロムやニッケルの接着層を配することが好ましい。
(B) In the formation of the layer structure for exciting the optical waveguide mode, the metal material for forming the thin film layer is not particularly limited, and examples thereof include generally available and stable metals and alloys thereof. However, it preferably contains at least one of gold, silver, copper, platinum and aluminum.
There is no restriction | limiting in particular as a semiconductor material which forms the said thin film layer, For example, semiconductor materials, such as silicon and germanium, or a known compound semiconductor material are mentioned, However, Since silicon is cheap and easy to process, it is preferable.
The thickness of the thin film layer is the same as that of the metal layer of the surface plasmon excitation layer, and the optimum value is determined by the material of the thin film layer and the wavelength of incident light, and this value is calculated using the Fresnel equation. It is known that calculation is possible from calculation. Generally, when using light in a wavelength band from the near ultraviolet region to the near infrared region, the thickness of the thin film layer is several nm to several hundred nm.
When the metal material is selected as the thin film layer, it is preferable to dispose the aforementioned chromium or nickel adhesive layer between the groove and the thin film layer in order to improve adhesion.
また、前記光導波路層の形成材料としては、光透過性の高い透明材料であれば特に制限はなく、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、アクリル樹脂等の樹脂材料、酸化チタン等の金属酸化物、窒化アルミニウム等の金属窒化物などが挙げられるが、作製が容易で、化学的安定性が高い酸化シリコンが好ましい。この場合、前記薄膜層を前記シリコンで形成すれば、前記シリコンの層の表面側を酸化させることで、簡便に形成することができる。 In addition, the material for forming the optical waveguide layer is not particularly limited as long as it is a transparent material having high light transmittance. For example, a resin material such as silicon oxide, silicon nitride, and acrylic resin, a metal oxide such as titanium oxide, Examples thereof include metal nitrides such as aluminum nitride, but silicon oxide is preferable because it is easy to manufacture and has high chemical stability. In this case, if the thin film layer is formed of silicon, it can be easily formed by oxidizing the surface side of the silicon layer.
−−−表面処理−−−
前記目的物質を選択的に検出する場合、特に制限はないが、前記検出溝の表面、即ち、検出面に前記目的物質を特異的に捕捉するための表面処理が施されることが好ましい。
前記表面処理の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記表面プラズモン励起層としての前記金属層に貴金属を用いて前記検出面とする場合には、金属−チオール結合を用いて捕捉物質を前記検出面に固定化させる化学修飾方法などが挙げられ、また、前記金属層を被覆する前記透明誘電体としてシリカガラスなどのガラス材料を用い、このガラス被覆層を前記検出面とする場合には、シランカップリングを用いて前記検出面に捕捉物質を固定化させる化学修飾方法などが挙げられる。
また、前記光導波路層の表面を前記検出面とする場合の表面処理方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光導波路層として酸化シリコンを用い、その表面を前記検出面とする場合には、前記ガラス被覆層と同様、シランカップリングにて前記検出面に捕捉物質を固定化させる化学修飾方法などが挙げられる。
---- Surface treatment ---
When the target substance is selectively detected, there is no particular limitation, but it is preferable that a surface treatment for specifically capturing the target substance is performed on the surface of the detection groove, that is, the detection surface.
The surface treatment method is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.For example, when the noble metal is used for the metal layer as the surface plasmon excitation layer, Examples include a chemical modification method in which a capture substance is immobilized on the detection surface using a metal-thiol bond, and a glass material such as silica glass is used as the transparent dielectric covering the metal layer. When the layer is used as the detection surface, a chemical modification method for immobilizing a capture substance on the detection surface using silane coupling may be used.
The surface treatment method when the surface of the optical waveguide layer is the detection surface is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.For example, using silicon oxide as the optical waveguide layer, When the surface is used as the detection surface, a chemical modification method for immobilizing a capture substance on the detection surface by silane coupling as in the case of the glass coating layer.
ここで前記目的物質検出プレートの一実施形態を図3及び図4を用いて説明する。
図3に示すように、目的物質検出プレート1のプレート本体2は、円板状に形成され、図示しないスピンドルなどの回動手段により、図中矢印A方向に回動可能とされる。
プレート本体2には、その拡大部に示すように、流路3と、収容部4と、被検体液を溜めておくための被検体液貯留部5が形成され、その回動によって、被検体液貯留部5から流路3を経由して収容部4に被検体液が導入される。4’及び5’は廃液を溜めておくための廃液貯留部である。
また、収容部4には、検出チップ8が収容され、被検体液中に存在する目的物質を検出する。即ち、図4に示すように、収容部4は、凹状に形成され、その内部に検出チップ8が収容される。この収容部4では、その側面において流路3と連結され、被検体液を検出チップ8に送液可能とされている。なお、図中の符号9は、収容部4から被検体液がこぼれることを防止する目的で配される蓋部である。
Here, an embodiment of the target substance detection plate will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, the plate body 2 of the target substance detection plate 1 is formed in a disc shape and can be rotated in the direction of arrow A in the figure by a rotating means such as a spindle (not shown).
As shown in the enlarged portion, the plate body 2 is formed with a flow path 3, an accommodating portion 4, and an analyte liquid storage portion 5 for accumulating the analyte liquid. A sample liquid is introduced from the liquid storage section 5 into the storage section 4 via the flow path 3. 4 'and 5' are waste liquid storage units for storing the waste liquid.
In addition, a detection chip 8 is stored in the storage unit 4 to detect a target substance present in the sample liquid. That is, as shown in FIG. 4, the accommodating part 4 is formed in a concave shape, and the detection chip 8 is accommodated therein. The container 4 is connected to the flow path 3 on the side surface thereof, and the analyte liquid can be sent to the detection chip 8. Note that reference numeral 9 in the figure denotes a lid portion disposed for the purpose of preventing the sample liquid from spilling from the storage portion 4.
収容部4内に検出チップ8が収容された様子を図5(a),(b)を用いて説明する。図5(a)は、図4のA−A線断面に相当する図である。また、図5(b)は、図4のB−B線断面に相当する図である。
これらの図に示すように、検出チップ8は、収容部4内に収容される。流路3から送液される被検体液は、検出溝6に導入される。プレート本体2の外部に設置された光源10から、透明基体部7の検出溝6が形成された面と反対側の面側から光Lが照射され、検出溝6に光が入射される。検出溝6に光が照射されると、検出溝6に配される電場増強層により電場が増強され、目的物質又は目的物質を標識化する蛍光物質からの蛍光を観察することができる。目的物質の検出は、検出溝6上に被検体液が導入された状態で行っても良いが、被検体液を導入後、被検体液中に含まれる目的物質を検出面に固定化した捕捉物質で捕捉後、洗浄液を収容部4に導入して不純物や夾雑物を洗浄した後に行うと、不純物や夾雑物による信号を除去でき好ましい。
ここで、プレート本体2において被検体液を収容部4へ供給する側の流路3から供給された被検体液は、検出チップ8の検出溝6に沿って流れた後、廃液貯留部5’へと繋がる流路3へ排出されるように、収容部4内に検出チップ8が配置されることが好ましい。このことを実現するには、収容部4への被検体液供給口、つまり被検体液を収容部4へ供給する側の流路3と収容部4との接合部と、収容部4から被検体液を排出する排出口、つまり収容部4から廃液を排出する流路3と収容部4との接合部とを結ぶ直線と、検出溝6とが平行に配置されているか、平行状態からのずれが角度換算で±45°以内であることが好ましい。このように流路3と検出溝6とが連結されると、流路3から検出溝6に対して被検体液を効率的に導入することができる。また、検出溝6内に洗浄液を導入させ易くなり、検出溝6内に残留する被検体液を容易に洗浄することができる。なお、図5(a),(b)に示す例では、収容部4への被検体液供給口と収容部4から被検体液を排出する排出口とを結ぶ直線と検出溝6とは平行に配置されている。
A state in which the detection chip 8 is accommodated in the accommodating portion 4 will be described with reference to FIGS. FIG. 5A is a view corresponding to a cross section taken along line AA of FIG. FIG. 5B is a view corresponding to a cross section taken along line BB in FIG.
As shown in these drawings, the detection chip 8 is accommodated in the accommodating portion 4. The analyte liquid sent from the flow path 3 is introduced into the detection groove 6. Light L is irradiated from the light source 10 installed outside the plate body 2 from the surface of the transparent base portion 7 opposite to the surface on which the detection groove 6 is formed, and the light enters the detection groove 6. When the detection groove 6 is irradiated with light, the electric field is enhanced by the electric field enhancement layer disposed in the detection groove 6, and the fluorescence from the target substance or the fluorescent substance that labels the target substance can be observed. The target substance may be detected in a state where the sample liquid is introduced into the detection groove 6, but after the sample liquid is introduced, the target substance contained in the sample liquid is immobilized on the detection surface. It is preferable to carry out the cleaning after introducing the cleaning liquid into the container 4 after washing with the substance and washing the impurities and impurities because signals due to the impurities and impurities can be removed.
Here, after the analyte liquid supplied from the flow path 3 on the side of supplying the analyte liquid to the container 4 in the plate body 2 flows along the detection groove 6 of the detection chip 8, the waste liquid reservoir 5 ′. It is preferable that the detection chip 8 is disposed in the accommodating portion 4 so as to be discharged to the flow path 3 connected to the. In order to realize this, the sample liquid supply port to the storage unit 4, that is, the junction between the flow channel 3 on the side for supplying the sample liquid to the storage unit 4 and the storage unit 4, An outlet for discharging the sample liquid, that is, a straight line connecting the flow path 3 for discharging the waste liquid from the storage portion 4 and the joint portion of the storage portion 4, and the detection groove 6 are arranged in parallel or from the parallel state. The deviation is preferably within ± 45 ° in terms of angle. When the flow path 3 and the detection groove 6 are connected in this way, the analyte liquid can be efficiently introduced from the flow path 3 to the detection groove 6. In addition, the cleaning liquid can be easily introduced into the detection groove 6, and the analyte liquid remaining in the detection groove 6 can be easily cleaned. In the example shown in FIGS. 5A and 5B, the detection groove 6 and the straight line connecting the sample liquid supply port to the storage unit 4 and the discharge port for discharging the sample liquid from the storage unit 4 are parallel. Is arranged.
このように構成される目的物質検出プレート1では、流路3と収容部4で構成される検出構造が複数形成されるため、各収容部内に配される検出チップにより、目的物質を効率的に検出することができる。また、この検出構造ごとに異なる目的物質を検出させることもでき、1回の作業で複数の目的物質の検出を行うことができ、効率的な検出試験を実施することができる。更に、検出チップ8の検出溝6が、収容部4内で被検体液の流路及び目的物質の検出面のそれぞれの役割を担うように構成されるため、流路と検出面とを別個に製造する必要がなく、生産コストを低減させることができる。 In the target substance detection plate 1 configured as described above, a plurality of detection structures each including the flow path 3 and the accommodating part 4 are formed. Can be detected. Moreover, different target substances can be detected for each detection structure, and a plurality of target substances can be detected in one operation, and an efficient detection test can be performed. Further, since the detection groove 6 of the detection chip 8 is configured to play the roles of the flow path of the analyte liquid and the detection surface of the target substance in the accommodating portion 4, the flow path and the detection surface are separately provided. There is no need to manufacture, and the production cost can be reduced.
前記目的物質検出プレートの他の実施形態を図6(a),(b)を用いて説明する。
図6(a)に示すように、目的物質検出プレート100は、円板状のプレート本体102からなり、プレート本体102は、検出チップ108を収容する収容部104と、被検体液を貯留する被検体液貯留部105と、被検体液を洗浄する洗浄液を貯留する洗浄液貯留部106と、被検体液及び洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部107と、収容部104と被検体液貯留部105を接続する流路103aと、収容部104と洗浄液貯留部106を接続する流路103bと、収容部104と廃液貯留部107を接続する流路103cとを有する。なお、プレート本体102の円心部分は、切り抜かれ、市販のCDのような形状とされている。
被検体液貯留部105及び洗浄液貯留部106は、プレート本体102の円心に対して、収容部104より近い位置に配され、廃液貯留部107は、収容部104より遠い位置に配される。
図6(b)に、収容部104、被検体液貯留部105、洗浄液貯留部106、廃液貯留部107及び流路103a〜103cで構成される1つの検出ユニットを拡大して示す。
収容部104に収容される検出チップ108は、1つの検出溝109を有する。この検出溝109に対して流路103a,103bは、略Y字状に形成される。この時、収容部104と流路103a、103bの接合部と、収容部104と流路103cの接合部とを結ぶ直線と検出溝109は、平行から±22.5°ずれた形で配置されている。これ以外の構成については、目的物質検出プレート1の構成に準じて適宜構成される。
Another embodiment of the target substance detection plate will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b).
As shown in FIG. 6A, the target substance detection plate 100 is composed of a disc-shaped plate body 102. The plate body 102 includes a housing portion 104 that houses a detection chip 108, and a subject that stores a specimen liquid. A sample liquid storage unit 105, a cleaning liquid storage unit 106 for storing a cleaning liquid for cleaning the sample liquid, a waste liquid storage unit 107 for storing a waste liquid composed of the sample liquid and the cleaning liquid, a storage unit 104, and a sample liquid storage unit 105 , A flow path 103b that connects the storage section 104 and the cleaning liquid storage section 106, and a flow path 103c that connects the storage section 104 and the waste liquid storage section 107. The central part of the plate main body 102 is cut out to have a shape like a commercially available CD.
The analyte liquid storage unit 105 and the cleaning liquid storage unit 106 are disposed at a position closer to the center of the plate body 102 than the storage unit 104, and the waste liquid storage unit 107 is disposed at a position farther from the storage unit 104.
FIG. 6B shows an enlarged view of one detection unit including the storage unit 104, the analyte liquid storage unit 105, the cleaning liquid storage unit 106, the waste liquid storage unit 107, and the flow paths 103a to 103c.
The detection chip 108 accommodated in the accommodation unit 104 has one detection groove 109. The flow paths 103a and 103b are formed in a substantially Y shape with respect to the detection groove 109. At this time, the detection groove 109 and the straight line connecting the joint portion between the storage portion 104 and the flow paths 103a and 103b and the joint portion between the storage portion 104 and the flow path 103c are arranged with a deviation of ± 22.5 ° from parallel. ing. Other configurations are appropriately configured according to the configuration of the target substance detection plate 1.
このような目的物質検出プレート100によれば、プレート本体102を回動させると、遠心力により、被検体液貯留部105に貯留された被検体液を収容部104に送液させることができ、洗浄液貯留部106に貯留された洗浄液を収容部104に送液させることができ、また、収容部104に送液された被検体液及び洗浄液を廃液貯留部107に送液させることができる。また、検出チップ108の検出溝109に対して、被検体液及び洗浄液を導入させ易く、検出試験及び洗浄を効率的に行うことができる。
なお、図中では、検出チップ108上に検出溝109が1本形成されている例を示したが、1つの検出チップ108上に検出溝109は、複数本形成されていてもよい。また、図6(a)に示すように、収容部104、被検体液貯留部105、洗浄液貯留部106、廃液貯留部107、検出チップ108及び流路103a〜103cで構成される1つの検出ユニットをプレート本体102上に複数ユニット形成すると、同時に複数の検出試験を実施することが可能となり好ましい。
According to such a target substance detection plate 100, when the plate body 102 is rotated, the analyte liquid stored in the analyte liquid storage unit 105 can be sent to the storage unit 104 by centrifugal force. The cleaning liquid stored in the cleaning liquid storage unit 106 can be sent to the storage unit 104, and the analyte liquid and the cleaning liquid sent to the storage unit 104 can be sent to the waste liquid storage unit 107. Further, the analyte liquid and the cleaning liquid can be easily introduced into the detection groove 109 of the detection chip 108, and the detection test and the cleaning can be performed efficiently.
Although an example in which one detection groove 109 is formed on the detection chip 108 is shown in the drawing, a plurality of detection grooves 109 may be formed on one detection chip 108. Further, as shown in FIG. 6A, one detection unit including a storage unit 104, a specimen liquid storage unit 105, a cleaning liquid storage unit 106, a waste liquid storage unit 107, a detection chip 108, and flow paths 103a to 103c. It is preferable to form a plurality of units on the plate body 102 because a plurality of detection tests can be performed simultaneously.
次に、前記検出チップの実施形態の例を図面を用いて説明する。
図7(a)に示す本発明の一実施形態に係る検出チップ11は、透明基体部12の一の面に断面V字状の溝からなる検出溝13が形成されて構成される。また、検出溝13は、その断面を説明する図7(b)に示すように、断面V字状に形成された溝部の内表面上に、電場増強層14が配されて形成される。検出溝13内には、目的物質の存在を検証する被検体液が導入され、その最表面、ここでは電場増強層14の表面が前記目的物質の検出面とされる。
電場増強層14では、図示しない光照射手段から照射される光により、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起され、層内及び層表面付近に強い電場が形成される。前記光照射手段では、透明基体部12の検出溝13が形成される面と反対の面である面R側から光を照射する。
Next, an example of an embodiment of the detection chip will be described with reference to the drawings.
The detection chip 11 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 7A is configured by forming a detection groove 13 having a V-shaped cross section on one surface of the transparent base portion 12. Further, as shown in FIG. 7B for explaining the cross section of the detection groove 13, the electric field enhancing layer 14 is formed on the inner surface of the groove portion formed in a V-shaped cross section. An analyte liquid for verifying the presence of the target substance is introduced into the detection groove 13, and its outermost surface, here, the surface of the electric field enhancement layer 14 is used as the target substance detection surface.
In the electric field enhancement layer 14, surface plasmon resonance or an optical waveguide mode is excited by light irradiated from a light irradiation means (not shown), and a strong electric field is formed in the layer and in the vicinity of the layer surface. In the said light irradiation means, light is irradiated from the surface R side which is a surface opposite to the surface in which the detection groove | channel 13 of the transparent base | substrate part 12 is formed.
このとき、図7(b)の解説図として示す図7(c)のように、透明基体部12は、点線で示す三角形プリズムとして機能する領域を有し、面R側から照射される光Lを特定の入射角度で電場増強層14に入射させる。即ち、透明基体部12は、SPRセンサー及び光導波モードセンサーにおける光学プリズムとして機能し、電場増強層14の表面近傍での電場を増強させて、この現象に由来する目的物質の検出を可能とする。なお、面Rは、プリズムの入射面として機能することから、平坦性が高いことが好ましい。 At this time, as shown in FIG. 7C, which is an explanatory diagram of FIG. 7B, the transparent base portion 12 has a region functioning as a triangular prism indicated by a dotted line, and the light L irradiated from the surface R side. Is incident on the electric field enhancement layer 14 at a specific incident angle. That is, the transparent substrate 12 functions as an optical prism in the SPR sensor and the optical waveguide mode sensor, and enhances the electric field in the vicinity of the surface of the electric field enhancement layer 14 to enable detection of a target substance derived from this phenomenon. . In addition, since the surface R functions as an incident surface of the prism, it is preferable that the surface R has high flatness.
図7(c)に示す検出溝13の溝部における底角φは、該溝部を形成する傾斜面に対する光Lの入射角度θによって決定される。例えば、この図7(c)に示す検出チップ11の例では、透明基体部12の検出溝13が形成される面とその反対の面である面Rとが平行で、溝部を形成する2つの傾斜面が左右対称で、前記光照射手段から光Lを面Rに対して垂直に入射させる場合としている。この場合の底角φ(°)は、(90°−θ)×2となる角度で選択される。
入射角度θは、表面プラズモン共鳴及び光導波モードの励起条件によって決定されることから、底角φは、透明基体部12の形成材料の屈折率及び電場増強層14の構成に依存する。
ここで、透明基体部12の屈折率が低すぎると、入射角度θを大きくする必要があり、ひいては底角φを小さくする必要が生ずる。検出溝13の開口幅が数100μm以下のマイクロ流路の場合、底角φが30°以下である場合には、検出溝13の形成が難しくなることから、透明基体部12の屈折率としては、1.38以上が好ましく、1.42以上がより好ましい。一方、加工の難易度が特に問題とならない大きさの検出溝の場合、透明基体部12の屈折率はさらに低くて良いが、少なくとも水の屈折率1.33より高いことが好ましい。
一方、透明基体部12の屈折率が高すぎると、光Lを面Rに入射した際、面Rでの反射が強くなってしまう、という問題点がある。また、屈折率が高くなお且つ透明性も高い材料は候補が限られてしまう。よって、透明基体部12の屈折率としては、4以下が好ましく、3以下がより好ましい。
The base angle φ at the groove portion of the detection groove 13 shown in FIG. 7C is determined by the incident angle θ of the light L with respect to the inclined surface forming the groove portion. For example, in the example of the detection chip 11 shown in FIG. 7C, the surface on which the detection groove 13 of the transparent base portion 12 is formed and the surface R which is the opposite surface are parallel to each other, and two grooves forming the groove portion are formed. The inclined surfaces are bilaterally symmetric and light L is incident perpendicularly to the surface R from the light irradiation means. In this case, the base angle φ (°) is selected as an angle of (90 ° −θ) × 2.
Since the incident angle θ is determined by the excitation conditions of the surface plasmon resonance and the optical waveguide mode, the base angle φ depends on the refractive index of the material forming the transparent base portion 12 and the configuration of the electric field enhancement layer 14.
Here, if the refractive index of the transparent base portion 12 is too low, it is necessary to increase the incident angle θ, and consequently the base angle φ. In the case of a micro-channel having an opening width of the detection groove 13 of several hundreds μm or less, since the formation of the detection groove 13 becomes difficult when the base angle φ is 30 ° or less, the refractive index of the transparent base portion 12 is 1.38 or more is preferable, and 1.42 or more is more preferable. On the other hand, in the case of a detection groove having such a size that the processing difficulty is not particularly problematic, the refractive index of the transparent base portion 12 may be lower, but is preferably at least higher than the refractive index of water 1.33.
On the other hand, if the refractive index of the transparent base portion 12 is too high, there is a problem that when the light L is incident on the surface R, reflection on the surface R becomes strong. In addition, candidates for materials having a high refractive index and high transparency are limited. Therefore, the refractive index of the transparent base portion 12 is preferably 4 or less, and more preferably 3 or less.
この例では、図7(a),(b)に示すように、検出チップ11には、検出溝13が並行して形成される。このように形成することで、検出溝が1つの場合よりも検出面の表面積を多くとることができ、目的物質の検出感度を向上させることができる。
また、隣接する検出溝の溝部間には、前述のように間隔15があってよい。このような間隔15を有するように形成される溝部は、透明基体部12を射出成型する際、この溝形状を形成するスタンパの溝部、即ち、間隔15に対向する部分を鋭角に作成する必要がなくなり、生産コストの低減を図ることができる。
また、前述のように間隔15には光を減衰させる遮光部を設けることが好ましい。
In this example, as shown in FIGS. 7A and 7B, the detection groove 13 is formed in parallel in the detection chip 11. By forming in this way, the surface area of the detection surface can be increased as compared with the case where there is one detection groove, and the detection sensitivity of the target substance can be improved.
Further, as described above, there may be a space 15 between the groove portions of the adjacent detection grooves. When the transparent base portion 12 is injection-molded, the groove portion formed so as to have such a gap 15 needs to be formed at an acute angle in the stamper groove portion that forms this groove shape, that is, the portion facing the gap 15. The production cost can be reduced.
Further, as described above, it is preferable to provide a light shielding portion for attenuating light at the interval 15.
図8に、検出チップの他の実施形態を示す。この検出チップ21は、透明基体部22と、複数の検出溝23を有する。検出溝23の形状は、断面視で台形状とされる。このような検出チップによれば、断面がV字状の溝と比して、溝の底部が鋭角でなく、平坦に形成されるため、検出試験終了後に洗浄を行う際、溝の底部に洗浄液が流れ込み易く、効率的に洗浄を行うことができ、好ましい。但し、このような平面部には、間隔15と同様に、光を減衰させる遮光部を設け、光検出器側に光照射手段からの光がなるべく到達しないようにすることが好ましい。 FIG. 8 shows another embodiment of the detection chip. The detection chip 21 has a transparent base portion 22 and a plurality of detection grooves 23. The shape of the detection groove 23 is a trapezoid in a cross-sectional view. According to such a detection chip, the bottom of the groove is formed flat rather than an acute angle as compared with a groove having a V-shaped cross section. Therefore, when cleaning is performed after the detection test is finished, a cleaning liquid is applied to the bottom of the groove. Is easy to flow in and can be efficiently cleaned, which is preferable. However, it is preferable to provide a light-shielding part for attenuating light in such a flat part as in the case of the interval 15 so that light from the light irradiation means does not reach the photodetector side as much as possible.
前記検出溝は、該溝を構成する2つの傾斜面が、左右対称でなくともよい。
例えば、図9に示すように、前記2つの傾斜面が異なる勾配を有するように検出溝33を形成してもよい。この場合、それぞれの傾斜面で異なる発光特性が得られるため、2つの異なる検出を同時に実施可能である。
例えば、左右の面で、それぞれ異なる波長で電場増強が生じるように設定しておく。例えば、左側の面では、550nmの光によって表面プラズモンが励起されるように設定し、右側の面では、660nmの光で表面プラズモンが励起されるように設定する。左側の面では、550nmの励起光で発光する蛍光色素が特異的に吸着されるような検体の測定を実施し、右側の面では、660nmの励起光で発光する蛍光色素が特異的に吸着されるような検体の測定を実施する。光源には、550nmの励起光と、660nmの励起光とをそれぞれ備え、交互に照射するか、交互にフィルタなどで遮光することによって、それぞれの励起光による信号を左右それぞれの面から検出できるため2つの検体を同時に検出することが可能となる。なお、図9中、符号31は、検出チップを示し、符号32は、透明基体部を示す。
In the detection groove, the two inclined surfaces constituting the groove may not be symmetrical.
For example, as shown in FIG. 9, the detection groove 33 may be formed so that the two inclined surfaces have different gradients. In this case, since different light emission characteristics are obtained on the respective inclined surfaces, two different detections can be performed simultaneously.
For example, the left and right surfaces are set so that electric field enhancement occurs at different wavelengths. For example, the left surface is set so that surface plasmons are excited by light of 550 nm, and the right surface is set so that surface plasmons are excited by light of 660 nm. On the left side, the sample is measured so that the fluorescent dye emitting with 550 nm excitation light is specifically adsorbed. On the right side, the fluorescent dye emitting with 660 nm excitation light is specifically adsorbed. Measure the sample. The light source is provided with excitation light of 550 nm and excitation light of 660 nm, respectively, and signals by each excitation light can be detected from the left and right surfaces by alternately irradiating or shielding with a filter or the like. Two specimens can be detected simultaneously. In FIG. 9, reference numeral 31 indicates a detection chip, and reference numeral 32 indicates a transparent substrate portion.
また、前記2つの傾斜面は、多段の勾配をもって形成されていてもよい。
例えば、図10に示すように、前記2つの傾斜面が多段の勾配を有するように検出溝43を形成してもよい。この場合、勾配ごとに異なる励起波長による検出を同時に実施することが可能となる。なお、図10中、符号41は、検出チップを示し、符号42は、透明基体部を示す。
The two inclined surfaces may be formed with a multi-stage gradient.
For example, as shown in FIG. 10, the detection groove 43 may be formed so that the two inclined surfaces have a multi-stage gradient. In this case, it is possible to simultaneously perform detection with different excitation wavelengths for each gradient. In addition, in FIG. 10, the code | symbol 41 shows a detection chip and the code | symbol 42 shows a transparent base | substrate part.
また、蛍光を片方の傾斜面でのみ検出する場合は、検出に使用しない側の面の成す角度は、検出に特に影響を与えないことから、どのような形状を取っていても良く、例えば図11に示したように検出溝53の検出に使用しない側の面を垂直に形成してもよい。なお、図11中、符号51は、検出チップを示し、符号52は、透明基体部を示す。 In addition, in the case where fluorescence is detected only on one inclined surface, the angle formed by the surface not used for detection does not particularly affect the detection. As shown in FIG. 11, the surface not used for detection of the detection groove 53 may be formed vertically. In FIG. 11, reference numeral 51 denotes a detection chip, and reference numeral 52 denotes a transparent substrate portion.
<光照射手段>
前記光照射手段は、前記検出チップの前記検出溝が形成される面と反対の面側から前記電場増強層に光を照射する手段である。
前記光照射手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、レーザー、白色ランプ、LEDなどの光源、前記光源からの光をコリメートするコリメータ、前記光源からの光を集光するレンズ、前記光源からの光を偏光する偏光板など、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。
中でも、前記光源から発せられる光を直線偏光に偏光する偏光板を有して構成されることが好ましい。
<Light irradiation means>
The light irradiation means is means for irradiating the electric field enhancement layer with light from a surface side of the detection chip opposite to a surface where the detection groove is formed.
There is no restriction | limiting in particular as a structure of the said light irradiation means, According to the objective, it can select suitably, For example, light sources, such as a laser, a white lamp, LED, the collimator which collimates the light from the said light source, From the said light source It can be configured by appropriately selecting from known optical members such as a lens for condensing the light of the above and a polarizing plate for polarizing the light from the light source.
Especially, it is preferable to have a polarizing plate that polarizes light emitted from the light source into linearly polarized light.
<光検出手段>
前記光検出手段は、前記光照射手段から照射される光により、前記検出溝内に存在する前記被検体液中の前記目的物質又は前記目的物質を標識化する前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する手段として構成される。
<Light detection means>
The light detection means detects fluorescence emitted from the target substance or the fluorescent substance that labels the target substance in the sample liquid present in the detection groove by light emitted from the light irradiation means. It is configured as a means to do.
前記光検出手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記蛍光を検出するCCD、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出器、前記蛍光を前記光検出器に導く光ファイバ、前記蛍光を集光して前記光検出器に導く集光レンズなど、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。
また、検出される光が前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光に由来するものであるのか、それ以外の光によるものなのかを区別するために、前記蛍光波長帯の光のみを透過する波長フィルタを介して前記光検出器による検出を行ってもよい。
The configuration of the light detection means is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. The photodetector for detecting the fluorescence, such as a CCD, a photodiode, or a photomultiplier tube, and the fluorescence to the light An optical fiber that leads to a detector and a condensing lens that condenses the fluorescence and guides it to the photodetector can be appropriately selected from known optical members.
In addition, in order to distinguish whether the detected light is derived from the fluorescence emitted from the target substance or the fluorescent substance or from other light, only the light in the fluorescence wavelength band is transmitted. Detection by the photodetector may be performed via a wavelength filter.
<その他の部材>
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、送液ポンプなどが挙げられる。前記送液ポンプとしては、前記流路に前記被検体液を送液するポンプなどが挙げられる。
<Other members>
There is no restriction | limiting in particular as said other member, According to the objective, it can select suitably, For example, a liquid feeding pump etc. are mentioned. Examples of the liquid delivery pump include a pump that delivers the analyte liquid to the flow path.
前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する前記目的物質検出装置の構成例を図12に示す。ここでは、検出チップ61と、光Lを検出チップ61の面R側から照射する光照射手段(不図示)と、前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光kを蛍光kの波長帯域の光のみを透過する波長フィルタ68を介して検出する光検出器67とを有する。また、検出チップ61は、透明基体部62と、その一の面に形成される検出溝63を有する。 FIG. 12 shows a configuration example of the target substance detection apparatus that detects fluorescence emitted from the target substance or the fluorescent substance. Here, the detection chip 61, the light irradiation means (not shown) that irradiates the light L from the surface R side of the detection chip 61, and the fluorescence k emitted from the target substance or the fluorescent substance is the light in the wavelength band of the fluorescence k. And a photodetector 67 that detects light through a wavelength filter 68 that transmits only the light. Further, the detection chip 61 has a transparent base portion 62 and a detection groove 63 formed on one surface thereof.
照射する光Lとしては、前記目的物質又は前記蛍光色素の励起帯の波長に対応するレーザー光か、光フィルタや分光器などで単色化した光を用いる。
このとき、前記光照射手段を検出チップ61の面R側で半円を描くように周回させるか、又は検出チップ61の方を固定された前記光照射手段の周りで周回させて、光Lの入射角度を変え、検出溝63の前記電場増強層に光Lを照射すると、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起される特定の角度において、発光強度が増大する現象が観測でき、観測している発光が表面プラズモン共鳴又は光導波モードによって生じたものか、表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に関与しない光Lの迷光が前記蛍光物質に照射され、前記目的物質の検出とは無関係に発光したものかを確認することができる。
As the light L to be irradiated, laser light corresponding to the wavelength of the excitation band of the target substance or the fluorescent dye, or light monochromatized by an optical filter or a spectroscope is used.
At this time, the light irradiation means is rotated so as to draw a semicircle on the surface R side of the detection chip 61, or the detection chip 61 is rotated around the fixed light irradiation means, and the light L When the incident angle is changed and the electric field enhancement layer of the detection groove 63 is irradiated with the light L, the phenomenon that the emission intensity increases can be observed and observed at a specific angle at which the surface plasmon resonance or the optical waveguide mode is excited. Whether the light emission is caused by surface plasmon resonance or optical waveguide mode, or the stray light of light L that is not involved in excitation of surface plasmon resonance or optical waveguide mode is irradiated to the fluorescent material, and emitted regardless of the detection of the target substance It can be confirmed.
ただ、入射角度の変更機構や検出チップ61を周回させる回転機構は、可動部を必要とするため、検出装置そのものが大型化するデメリットがある。装置を小型且つ安価に構成するには、入射角度を一定の角度に固定した状態で蛍光強度を観測し、目的物質を検出する手法が好ましい。 However, since the incident angle changing mechanism and the rotating mechanism for rotating the detection chip 61 require a movable part, there is a demerit that the detection apparatus itself is increased in size. In order to configure the apparatus in a small size and at a low cost, a method of observing the fluorescence intensity and detecting the target substance with the incident angle fixed at a constant angle is preferable.
前記目的物質自体が蛍光kを発する場合、検出溝63の検出面で前記目的物質を捕捉し、前記目的物質の発光の有無及び発光強度を観測することによって、前記目的物質の有無及び量が観測できる。
しかし、多くの物質は、強い発光特性を示さないので、検出溝63の検出面で捕捉した後、前記蛍光物質を前記目的物質に付着させて発光を観測する。
前記蛍光物質を付着させる方法に関しては、特に制限はなく、公知の手法を適用することができ、例えば、前記目的物質に特異的に吸着する抗体に前記蛍光物質を結合させておき、この蛍光物質付きの抗体を前記目的物質に吸着させる方法が挙げられる。
When the target substance itself emits fluorescence k, the target substance is captured on the detection surface of the detection groove 63, and the presence / absence and amount of the target substance are observed by observing the presence / absence and emission intensity of the target substance. it can.
However, since many substances do not exhibit strong light emission characteristics, after capturing on the detection surface of the detection groove 63, the fluorescent substance is attached to the target substance and light emission is observed.
The method for attaching the fluorescent substance is not particularly limited, and a known technique can be applied. For example, the fluorescent substance is bound to an antibody that specifically adsorbs to the target substance, and the fluorescent substance is used. And a method of adsorbing the attached antibody to the target substance.
(目的物質検出方法)
本発明の目的物質検出方法は、本発明の前記目的物質検出装置を用いて前記目的物質を検出する方法であって、被検体液導入工程と、光照射工程と、光検出工程とを含む。
(Target substance detection method)
The target substance detection method of the present invention is a method for detecting the target substance using the target substance detection apparatus of the present invention, and includes an analyte liquid introduction step, a light irradiation step, and a light detection step.
前記被検体導入工程は、前記目的物質検出プレートの前記流路内に前記被検体液を送液し、前記検出チップの前記検出溝内に前記被検体液を導入する工程である。
前記光照射工程は、前記検出チップの検出溝が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する工程である。
前記光検出工程は、前記光照射工程で実施される前記光の照射に基づき、前記検出溝内に存在する前記被検体液中の前記目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する工程である。
これらの工程は、前記目的物質検出装置で説明した事項により適宜実施することができる。
The analyte introducing step is a step of feeding the analyte liquid into the flow path of the target substance detection plate and introducing the analyte liquid into the detection groove of the detection chip.
The light irradiation step is a step of irradiating the electric field enhancement layer with light from the surface opposite to the surface on which the detection groove of the detection chip is formed.
The light detection step is emitted from the target substance in the sample liquid existing in the detection groove or a fluorescent substance that labels the target substance based on the light irradiation performed in the light irradiation step. This is a step of detecting fluorescence.
These steps can be appropriately performed according to the matters described in the target substance detection apparatus.
(実施例1)
本発明の有効性を確認するため、検出チップ71と、光Lを検出チップ71の面R側から照射する光照射手段(不図示)と、前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出器77とを有する試作機を作製した(図13参照)。
Example 1
In order to confirm the effectiveness of the present invention, detection chip 71, light irradiation means (not shown) for irradiating light L from the surface R side of detection chip 71, and fluorescence emitted from the target substance or the fluorescent substance are detected. A prototype having an optical detector 77 was manufactured (see FIG. 13).
ここで、検出チップ71は、次のように製造した。
先ず、ポリスチレンを形成材料とし、射出成型により断面V字状の溝部が形成された板状の透明基体部72を作製した。前記溝部を構成する2つの傾斜面は、左右対称とし、その底角φは、49°とした。また、前記溝部の開口幅は、300μmとした。
次いで、この透明基体部72の前記溝部が形成された面に対して、該溝部が形成されていない平坦領域に対して垂直方向から、この平坦領域において厚みが0.6nmとなるようにクロムを蒸着させ、前記溝部が形成された面全体に接着層としてのクロム薄膜74aを形成した。
次いで、前記平坦領域において厚みが100nmとなるように金を蒸着させ、クロム薄膜74a上に表面プラズモン励起層としての金薄膜74bを形成した。
次いで、前記平坦領域において厚みが49nmとなるようにスパッタリング法によりシリカガラス薄膜を堆積させ、金薄膜74bの表面を透明誘電体74cで被覆した。
これにより、透明基体部72に前記溝部の形状とほぼ同形の溝形状を有する検出溝73を形成した。またこの時、透明基体部72の検出溝73の開口部以外の上面に積層されたクロム薄膜74aと金薄膜74bは遮光部として働く。
以上により、検出チップ71を製造した。
Here, the detection chip 71 was manufactured as follows.
First, a plate-like transparent base portion 72 having a V-shaped cross section formed by injection molding using polystyrene as a forming material was produced. The two inclined surfaces constituting the groove were left-right symmetric, and the base angle φ was 49 °. Moreover, the opening width of the groove was 300 μm.
Next, with respect to the surface of the transparent base portion 72 on which the groove is formed, chromium is applied so that the thickness in the flat region is 0.6 nm from a direction perpendicular to the flat region where the groove is not formed. A chromium thin film 74a as an adhesive layer was formed on the entire surface where the groove was formed by vapor deposition.
Next, gold was vapor-deposited so as to have a thickness of 100 nm in the flat region, and a gold thin film 74b as a surface plasmon excitation layer was formed on the chromium thin film 74a.
Next, a silica glass thin film was deposited by sputtering so that the thickness in the flat region was 49 nm, and the surface of the gold thin film 74b was covered with a transparent dielectric 74c.
As a result, a detection groove 73 having a groove shape substantially the same as the shape of the groove portion was formed in the transparent base portion 72. At this time, the chrome thin film 74a and the gold thin film 74b laminated on the upper surface of the transparent base portion 72 other than the opening of the detection groove 73 serve as a light shielding portion.
Thus, the detection chip 71 was manufactured.
この検出チップ71に対し、検出溝73を水で満たし、図13に示すように、前記光照射手段から光を照射し、検出チップ71の面R側から該面Rに対して垂直な方向から光を直径約1mmのビーム径で入射させた。前記光照射手段は、白色光源と、該白色光源から発せられる光をp偏光に直線偏光させる偏光板とで構成し、また、前記白色光源と、該白色光源から発せられる光をs偏光に直線偏光させる偏光板とで構成し、2通りに構成した。
前記2通りの光照射手段により検出チップ71のR面側から照射された白色光の透過光を、該検出チップ71の検出溝73が形成された面に対向配置した光検出器77にて測定した。図14にその結果を示す。
該図14は、透過光強度の波長依存性を示しており、s偏光の場合に比べ、p偏光の場合には、570nm〜870nmの波長領域において、明確な透過光強度の増加が確認できる。s偏光の場合には表面プラズモンが励起され得ないことを考慮すれば、この現象は、p偏光された入射光により、前記波長領域において表面プラズモンが励起され、その結果、前記入射光が強く散乱されて生じたものと考えられる。
このように、検出チップ71を用いれば、従来のように、プリズムと検出チップとの煩雑な貼り合せ工程を経ることなく、検出チップ71で容易に表面プラズモンを励起することが可能であり、また、この表面プラズモンの励起により、蛍光物質からの蛍光も容易に増強することができる。また、検出チップ71を収容する前記目的物質検出プレートを用いれば、効率的に前記目的物質の検出を行うことができる。
As shown in FIG. 13, the detection chip 71 is filled with water and irradiated with light from the light irradiating means, and from the surface R side of the detection chip 71 in a direction perpendicular to the surface R. Light was incident with a beam diameter of about 1 mm in diameter. The light irradiation means includes a white light source and a polarizing plate that linearly polarizes light emitted from the white light source into p-polarized light, and linearly s-polarizes light emitted from the white light source and the white light source. It comprised with the polarizing plate made to polarize, and comprised it in two ways.
The transmitted light of the white light irradiated from the R surface side of the detection chip 71 by the two types of light irradiation means is measured by the photodetector 77 arranged opposite to the surface where the detection groove 73 of the detection chip 71 is formed. did. FIG. 14 shows the result.
FIG. 14 shows the wavelength dependence of transmitted light intensity, and a clear increase in transmitted light intensity can be confirmed in the wavelength region of 570 nm to 870 nm in the case of p-polarized light as compared with the case of s-polarized light. Considering that surface plasmons cannot be excited in the case of s-polarized light, this phenomenon is caused by excitation of surface plasmons in the wavelength region by p-polarized incident light, resulting in strong scattering of the incident light. This is thought to have occurred.
Thus, if the detection chip 71 is used, it is possible to easily excite surface plasmons with the detection chip 71 without going through a complicated bonding process between the prism and the detection chip as in the prior art. The fluorescence from the fluorescent substance can be easily enhanced by the excitation of the surface plasmon. Further, if the target substance detection plate that accommodates the detection chip 71 is used, the target substance can be efficiently detected.
(実施例2)
実施例1と同様に先ず、ポリスチレンを形成材料とし、射出成型により断面V字状の溝部が形成された板状の透明基体部72を作製した。前記溝部の構造は、実施例1と同じである。この透明基体部72の前記溝部が形成された面に対して、該溝部が形成されていない平坦領域に対して垂直方向から、この平坦領域において厚みが0.6nmとなるようにクロムを蒸着させ、接着層としてのクロム薄膜層74aを形成した。次いで、このクロム層上に、前記平坦領域において厚みが120nmとなるように金を蒸着させて表面プラズモン励起層としての金薄膜層74bを形成した。次いで、この金の層上に、前記平坦領域において厚みが49nmとなるようにスパッタリング法によりシリカガラス薄膜(透明誘電体層74c)を堆積させた。これにより、透明基体部72に検出溝73を形成した。
その後、この薄膜を堆積した透明基体を弱アルカリ水溶液に24時間浸漬後乾燥した後、0.1v/v%3−アミノプロピルトリエトキシシランのエタノール溶液に15時間浸漬し、シリカガラス表面に反応活性なアミノ基を修飾した。その後、透明基体をエタノールでリンスし乾燥後、0.5mMのスルホスクシンイミジル−N−(D−ビオチニル)−6−アミノヘキサネートを含むリン酸緩衝生理食塩水を検出溝73上に滴下して2時間室温で放置し、検出溝表面に目的物質を捕捉する物質としてビオチンを導入した。以上により、検出チップ71を製造した。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, first, a plate-shaped transparent base portion 72 having a V-shaped cross section formed by injection molding using polystyrene as a forming material was produced. The structure of the groove is the same as in the first embodiment. Chromium is vapor-deposited on the surface of the transparent substrate 72 where the groove is formed, from the direction perpendicular to the flat area where the groove is not formed, so that the thickness of the flat area is 0.6 nm. Then, a chromium thin film layer 74a as an adhesive layer was formed. Next, gold was deposited on the chromium layer so that the thickness in the flat region was 120 nm, thereby forming a gold thin film layer 74b as a surface plasmon excitation layer. Next, a silica glass thin film (transparent dielectric layer 74c) was deposited on the gold layer by sputtering so that the thickness in the flat region was 49 nm. As a result, the detection groove 73 was formed in the transparent base portion 72.
Thereafter, the transparent substrate on which the thin film was deposited was immersed in a weak alkaline aqueous solution for 24 hours and then dried, and then immersed in an ethanol solution of 0.1 v / v% 3-aminopropyltriethoxysilane for 15 hours to react on the silica glass surface. The amino group was modified. Thereafter, the transparent substrate is rinsed with ethanol, dried, and phosphate buffered saline containing 0.5 mM sulfosuccinimidyl-N- (D-biotinyl) -6-aminohexanate is dropped onto the detection groove 73. Then, it was allowed to stand at room temperature for 2 hours, and biotin was introduced as a substance for capturing the target substance on the detection groove surface. Thus, the detection chip 71 was manufactured.
次いで、図6(a)に示す目的物質検出プレート100を以下のように作製した。
プレート本体102の形成母材として、COP(環状ポリオレフィン)基板を利用し、このCOP基板に対して、CADデザインに基づき直径0.01〜4mmの切削工具を適宜交換しながら、NC(Numerical Control)加工機を用いて切削加工を行って、収容部104、被検体液貯留部105、洗浄液貯留部106、廃液貯留部107及び流路103a〜103cを有するプレート本体102を作製した。
収容部104の形状は、直径5.2mm、深さ1.6mmの円柱状とした。
そこへ前述の検出チップ71(チップの板の厚さ1.5mm)を、NC加工機による加工により、直径5.2mmの円柱状に削り出して組み込んだ。
このとき、検出チップ71の裏面は、組み込みが容易になるように、エッジを落としてから収容部104に組み込むようにした。
その後、すべての流路103a〜103cを覆うように、プレート本体102の全面を圧力感受性粘着透明シートによりシール(蓋)した。次いで、被検体液の注入目的ないしエアベント目的で、このシールの一部を、CO2レーザーマーカを用いて除去した。
その後、共焦点顕微鏡により、組み込んだ検出チップ71の境界面を観察したところ、プレート本体102の表面(つまりシールの裏面)との隙間は、50μmであった。この隙間部分に、被検体液が導入され、検出溝73の内壁に吸着した目的物質についた蛍光ラベルが、電場増強効果により強く発光することによって、目的物質を高感度で検出することが可能である。また、この隙間は、0〜200μm程度と狭いことが好ましい。それは、この部分が薄層化されることによって抗原抗体反応が迅速化され、短い時間での検出が可能となるからである。
なお、被検体液貯留部105から収容部104への流路103aは、幅500μm、深さ100μmとし、洗浄液貯留部106から収容部104への流路103bは、幅200μm、深さ50μmとし、収容部104から廃液貯留部107への流路103cは、幅30μm、深さ50μmとした。
被検出液としては、蛍光色素Alexa700(Invitrogen社製)が付いたストレプトアビジンを目的物質として100nM含むリン酸緩衝生理食塩水を用いた。この被検出液を流路103aを介して検出溝73に注入し、検出溝73を被検出液で満たした後、ビオチンによるストレプトアビジンの捕捉のために1時間室温で放置した。
その後、不純物等を洗浄するために、0.05v/v%のトリトンX−100(ナカライテスク社製)を含むリン酸緩衝生理食塩水を、103bを介して検出溝73に注入し洗浄した後、検出溝73をリン酸緩衝生理食塩水で満たした。
以上のプロセスを経た目的物質検出プレート100に、コリメータレンズと偏光板を備えた波長680nm±10nmの光を発する光フィルタ付きLEDを光照射手段として光を照射した。また、光検出器77として冷却CCDカメラを用い、このCCDカメラの前に、波長710nm以上の光を透過する光フィルタと波長720nm以上の光を透過する光フィルタを設置して、光検出手段を構成した。露光時間は60秒間とした。
光照射手段よりp偏光を照射したところ、Alexa700からの蛍光を観測することができた。一方、光照射手段よりs偏光を照射したところ、Alexa700からの蛍光は観測されなかった。表面プラズモンはp偏光の光の照射によってのみ励起されることから、観測結果は、検出溝73内の検出面における表面プラズモン励起層による表面プラズモンの励起によって蛍光色素からの蛍光が増強され、高感度で検体が検出できたことを示す。
Next, the target substance detection plate 100 shown in FIG. 6A was produced as follows.
A COP (cyclic polyolefin) substrate is used as a base material for forming the plate body 102, and NC (Numerical Control) is appropriately replaced with a cutting tool having a diameter of 0.01 to 4 mm based on the CAD design. Cutting was performed using a processing machine, and the plate main body 102 including the storage unit 104, the specimen liquid storage unit 105, the cleaning liquid storage unit 106, the waste liquid storage unit 107, and the flow paths 103a to 103c was manufactured.
The shape of the accommodating portion 104 was a cylindrical shape having a diameter of 5.2 mm and a depth of 1.6 mm.
The above-described detection chip 71 (chip plate thickness: 1.5 mm) was cut into a cylindrical shape with a diameter of 5.2 mm and incorporated by machining with an NC processing machine.
At this time, the back surface of the detection chip 71 is assembled in the housing portion 104 after the edge is dropped so that the assembly is easy.
Thereafter, the entire surface of the plate body 102 was sealed (covered) with a pressure-sensitive adhesive transparent sheet so as to cover all the flow paths 103a to 103c. Next, a part of the seal was removed using a CO 2 laser marker for the purpose of injecting the analyte liquid or for the purpose of air venting.
Thereafter, when the boundary surface of the incorporated detection chip 71 was observed with a confocal microscope, the gap with the surface of the plate body 102 (that is, the back surface of the seal) was 50 μm. The analyte is introduced into the gap and the fluorescent label attached to the target substance adsorbed on the inner wall of the detection groove 73 emits light strongly due to the electric field enhancement effect, so that the target substance can be detected with high sensitivity. is there. The gap is preferably as narrow as about 0 to 200 μm. This is because the antigen-antibody reaction is accelerated by thinning this part, and detection in a short time becomes possible.
The flow path 103a from the analyte liquid storage section 105 to the storage section 104 has a width of 500 μm and a depth of 100 μm, and the flow path 103b from the cleaning liquid storage section 106 to the storage section 104 has a width of 200 μm and a depth of 50 μm. The flow path 103c from the storage unit 104 to the waste liquid storage unit 107 has a width of 30 μm and a depth of 50 μm.
As the solution to be detected, phosphate buffered saline containing 100 nM streptavidin with a fluorescent dye Alexa700 (manufactured by Invitrogen) as a target substance was used. This detection liquid was injected into the detection groove 73 via the flow path 103a, and after filling the detection groove 73 with the detection liquid, it was left at room temperature for 1 hour to capture streptavidin with biotin.
Thereafter, in order to clean impurities, phosphate buffered saline containing 0.05 v / v% Triton X-100 (manufactured by Nacalai Tesque) was injected into the detection groove 73 through 103b and washed. The detection groove 73 was filled with phosphate buffered saline.
The target substance detection plate 100 that has undergone the above process was irradiated with light using an LED with an optical filter that emits light having a wavelength of 680 nm ± 10 nm provided with a collimator lens and a polarizing plate. In addition, a cooled CCD camera is used as the photodetector 77, and an optical filter that transmits light with a wavelength of 710 nm or more and an optical filter that transmits light with a wavelength of 720 nm or more are installed in front of the CCD camera, Configured. The exposure time was 60 seconds.
When p-polarized light was irradiated from the light irradiation means, fluorescence from Alexa 700 could be observed. On the other hand, when s-polarized light was irradiated from the light irradiation means, fluorescence from Alexa 700 was not observed. Since the surface plasmon is excited only by irradiation with p-polarized light, the observation results show that the fluorescence from the fluorescent dye is enhanced by excitation of the surface plasmon by the surface plasmon excitation layer on the detection surface in the detection groove 73, and high sensitivity. Shows that the sample was detected.
1,100 目的物質検出プレート
2,102 プレート本体
3,103a,103b,103c 流路
4,104 収容部
5,105 被検体液貯留部
4’,5’,107 廃液貯留部
6,13,23,33,43,53,63,73,109 検出溝
7,12,22,32,42,52,62,72 透明基体部
8,11,21,31,41,51,61,71,108 検出チップ
9 蓋部
10 光源
14 電場増強層
15 間隔
67,77,206,405 光検出器
68 波長フィルタ
74a クロム薄膜
74b 金薄膜
74c 透明誘電体層
106 洗浄液貯留部
200 SPRセンサー
201,401a 透明基板
202 金属薄膜層
203,402 光学プリズム
204,403 光源
205,404 偏光板
210A,410A 入射光
210B,410B 反射光
400 光導波モードセンサー
401 検出板
401b 薄膜層
401c 光導波路層
A 方向
R 面
L 光
k 蛍光
θ 入射角度
φ 底角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Target substance detection plate 2,102 Plate main body 3,103a, 103b, 103c Flow path 4,104 Storage part 5,105 Analyte liquid storage part 4 ', 5', 107 Waste liquid storage part 6,13,23, 33, 43, 53, 63, 73, 109 Detection groove 7, 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72 Transparent substrate part 8, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 108 Detection chip DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Cover part 10 Light source 14 Electric field enhancement layer 15 Space | interval 67,77,206,405 Photo detector 68 Wavelength filter 74a Chrome thin film 74b Gold thin film 74c Transparent dielectric layer 106 Cleaning liquid storage part 200 SPR sensor 201, 401a Transparent substrate 202 Metal thin film Layers 203 and 402 Optical prisms 204 and 403 Light sources 205 and 404 Polarizing plates 210A and 410A Incident light 210 , 410B reflected light 400 optical waveguide mode sensor 401 detecting plate 401b thin layer 401c optical waveguide layer A direction R side L light k fluorescence θ incident angle φ base angle
Claims (17)
前記収容部に収容される前記検出チップと、を有し、
前記検出チップは、光を透過する板状の透明基体部と、前記透明基体部の一の面に形成され、前記流路と連結して前記流路方向に沿って前記被検体液が導入される検出溝と、を有し、
前記検出溝は、断面視で前記一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有し、断面V字状、断面台形状及び断面多角形状のいずれかの形状で形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成され、前記検出溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされるとともに、1つの前記検出チップに対して複数並行して形成され、
隣接する前記検出溝の溝部間に間隔を有し、前記溝部間の前記間隔をなす部位に第1の遮光部が形成されていることを特徴とする目的物質検出プレート。 Translucent formed with one or a plurality of concave accommodating parts for accommodating a detection chip for detecting a target substance, and a flow path for supplying a sample liquid for verifying the presence of the target substance in the accommodating part The plate body,
The detection chip housed in the housing portion,
The detection chip is formed on a plate-like transparent base portion that transmits light and one surface of the transparent base portion, and is connected to the flow path to introduce the analyte liquid along the flow path direction. And a detection groove
The detection groove has at least a part of an inclined surface inclined with a single gradient with respect to the one surface in a cross-sectional view, and is formed in any one of a V-shaped cross section, a trapezoidal cross section, and a polygonal cross section. is on the groove inner surface of the formed at least electric field enhancement layer is disposed, said detection groove part or the whole of the outermost surface in contact with the test solution is the detection surface of the target substance Rutotomoni, 1 A plurality of the detection chips are formed in parallel,
Wherein a spacing between grooves of the detection groove, target substance detection plate characterized that you have been first light-shielding portion is formed at a portion forming the spacing between the grooves adjacent to each other.
前記被検体液貯留部、前記洗浄液貯留部及び前記廃液貯留部のそれぞれが、前記被検体液、前記洗浄液及び前記廃液を送液する流路を介して前記収容部と接続される請求項1から2のいずれかに記載の目的物質検出プレート。 The plate body is made of a disk-shaped member, and with respect to the center of the plate, the specimen liquid storage section that stores the specimen liquid disposed at a position closer to the storage section, the cleaning liquid storage section that stores the cleaning liquid, and the storage A waste liquid storage section that stores the waste liquid composed of the analyte liquid and the cleaning liquid disposed at a position farther from the section,
2. The sample liquid storage unit, the cleaning liquid storage unit, and the waste liquid storage unit are respectively connected to the storage unit through a flow path for supplying the sample liquid, the cleaning liquid, and the waste liquid. 3. The target substance detection plate according to any one of 2 above.
前記検出チップの検出溝が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、 A light irradiation means for irradiating the electric field enhancement layer with light from the surface opposite to the surface on which the detection groove of the detection chip is formed;
前記光の照射に基づき、前記検出溝内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出手段と、 A light detection means for detecting fluorescence emitted from a target substance in a sample liquid existing in the detection groove or a fluorescent substance for labeling the target substance based on the light irradiation;
を有することを特徴とする目的物質検出装置。 The target substance detection apparatus characterized by having.
目的物質検出プレートの流路内に被検体液を送液し、検出チップの検出溝内に前記被検体液を導入する被検体液導入工程と、 A sample liquid introduction step of sending the sample liquid into the flow path of the target substance detection plate and introducing the sample liquid into the detection groove of the detection chip;
前記検出チップの前記検出溝が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、 A light irradiation step of irradiating the electric field enhancement layer with light from the surface opposite to the surface on which the detection groove of the detection chip is formed;
前記光の照射に基づき、前記検出溝内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出工程と、 A light detection step of detecting fluorescence emitted from a target substance in a sample liquid present in the detection groove or a fluorescent substance for labeling the target substance based on the irradiation of the light;
を含むことを特徴とする目的物質検出方法。 A target substance detection method comprising:
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