JP6197796B2 - Detection device - Google Patents

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Description

本発明は、表面プラズモンを利用してアナライトの存在またはその量を検出する検出装置に関する。   The present invention relates to a detection device that detects the presence or amount of an analyte using surface plasmons.

以前から、表面プラズモンを利用してアナライトの存在またはその量を検出する検出装置が知られている。このような検出装置としては、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance:以下「SPR」と略記する)装置および表面プラズモン励起増強蛍光分光(Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy:以下「SPFS」と略記する)装置が知られている。これらの装置は、プリズムと、プリズムの1面に形成された金属薄膜と、金属薄膜上に固定された捕捉体(例えば抗体)とを有する。これらの装置では、プリズムの内部から金属薄膜にレーザー光を照射することで、金属薄膜で表面プラズモンが発生する。これらの装置は、この表面プラズモンを利用してアナライトを検出する。   Detection devices that detect the presence or amount of an analyte using surface plasmons have been known for some time. As such a detection device, a surface plasmon resonance (SPR) device and a surface plasmon-field enhanced fluorescence spectroscopy (hereinafter abbreviated as “SPFS”) device are used. It has been known. These devices include a prism, a metal thin film formed on one surface of the prism, and a capturing body (for example, an antibody) fixed on the metal thin film. In these apparatuses, surface plasmons are generated in the metal thin film by irradiating the metal thin film with laser light from the inside of the prism. These devices use this surface plasmon to detect the analyte.

これらの装置では、金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査して、表面プラズモン共鳴が最大となるときの入射角(以下「共鳴角」という)を決定することが必要である。すなわち、SPR装置では、共鳴角のシフト量を測定してアナライトを検出するため、金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査して共鳴角を決定することが必要である。また、SPFS装置では、最大効率かつ同一エネルギーで蛍光物質を励起するために、金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査して共鳴角を決定することが必要である。   In these apparatuses, it is necessary to scan the incident angle of the laser beam on the metal thin film to determine the incident angle (hereinafter referred to as “resonance angle”) when the surface plasmon resonance is maximized. That is, in the SPR apparatus, in order to detect the analyte by measuring the shift amount of the resonance angle, it is necessary to determine the resonance angle by scanning the incident angle of the laser beam on the metal thin film. Further, in the SPFS apparatus, in order to excite the fluorescent substance with the maximum efficiency and the same energy, it is necessary to determine the resonance angle by scanning the incident angle of the laser beam with respect to the metal thin film.

上記のように金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査する場合は、金属薄膜上の照射スポットの位置を変えずに入射角のみを変えることが必要である。ところが、これらの装置では、プリズムを介して金属薄膜に光を照射するため、照射スポットの位置を変えずに入射角のみを変えることは容易ではない。そこで、入射角を変えることによる照射スポットの位置ずれを解消するための手段が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。   When scanning the incident angle of the laser beam on the metal thin film as described above, it is necessary to change only the incident angle without changing the position of the irradiation spot on the metal thin film. However, in these apparatuses, since light is irradiated onto the metal thin film through the prism, it is not easy to change only the incident angle without changing the position of the irradiation spot. Accordingly, means for eliminating the positional deviation of the irradiation spot due to changing the incident angle has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、三角柱形状のプリズムの1面に形成された金属薄膜にレーザー光を照射して金属薄膜を評価する減衰全反射型薄膜評価装置が開示されている。減衰全反射型薄膜評価装置でも、金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査することが必要である。特許文献1に記載の装置では、レーザー光の光軸とプリズムとを相対的に回転させるだけでなく、さらにレーザー光の光軸とプリズムとを相対的に移動させることで、入射角を変えることによる照射スポットの位置ずれを防止している。   Patent Document 1 discloses an attenuated total reflection thin film evaluation apparatus that evaluates a metal thin film by irradiating a metal thin film formed on one surface of a triangular prism with a laser beam. Even in the attenuated total reflection thin film evaluation apparatus, it is necessary to scan the incident angle of the laser beam with respect to the metal thin film. In the apparatus described in Patent Document 1, not only the optical axis of the laser beam and the prism are relatively rotated, but also the incident angle is changed by relatively moving the optical axis of the laser beam and the prism. This prevents misalignment of the irradiation spot.

特許文献2には、半円柱形状のプリズムを有するSPR装置が開示されている。特許文献2に記載の装置では、半円柱の中心軸を回転軸としてレーザー光源を回転させることで、入射角を変えることによる照射スポットの位置ずれを防止している。   Patent Document 2 discloses an SPR device having a semi-cylindrical prism. In the apparatus described in Patent Document 2, the position of the irradiation spot is prevented from being changed by changing the incident angle by rotating the laser light source about the central axis of the semi-cylinder.

特開平6−288902号公報JP-A-6-288902 特開2004−354092号公報JP 2004-354092 A

特許文献1に記載の装置には、複数の駆動機構を設けなければならないため、構成が複雑であり、かつ製造コストが増大するという問題がある。特許文献2に記載の装置には、プリズム表面に対してレーザー光が垂直に入射するため、反射光が光源に戻り、レーザー光の光量や波長などが変化してしまうという問題がある。また、特許文献2に記載の装置には、入射面が曲面であるため、レーザー光線の中央部と周縁部とでプリズム表面に対する入射角が異なるという問題もある。   The apparatus described in Patent Document 1 has a problem that the configuration is complicated and the manufacturing cost increases because a plurality of drive mechanisms must be provided. The apparatus described in Patent Document 2 has a problem in that since the laser light is perpendicularly incident on the prism surface, the reflected light returns to the light source and the amount of light, wavelength, and the like of the laser light change. Moreover, since the incident surface is a curved surface, the apparatus described in Patent Document 2 has a problem that the incident angle with respect to the prism surface is different between the central portion and the peripheral portion of the laser beam.

本発明の目的は、金属薄膜上の照射スポットの位置を変えずに入射角を変えることができる検出装置であって、単純な構成でかつプリズム表面からの反射光が光源に戻らない検出装置を提供することである。   An object of the present invention is a detection device that can change the incident angle without changing the position of the irradiation spot on the metal thin film, and has a simple configuration and does not return reflected light from the prism surface to the light source. Is to provide.

上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る検出装置は、入射面および金属薄膜を形成された面を有するプリズムを含む検出チップを装着され、励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜に照射することで、アナライトの存在またはその量を検出する検出装置であって、前記検出チップを保持するためのチップホルダーと、前記励起光を出射する光源と、前記励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜の所定の位置に所定の角度で照射するために、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを相対的に回転させる角度調整部と、を有し、前記角度調整部は、前記入射面に対する入射角が0°にならず、かつ前記金属薄膜で表面プラズモンが発生する角度を含む角度範囲内で、前記金属薄膜に対する前記励起光の入射角を走査し、前記角度調整部は、前記金属薄膜に対する前記励起光の入射角を走査する際に、前記角度範囲の最小角度、中心角度および最大角度のときの前記入射面に入射する前記励起光の光軸の延長線に囲まれて形成される三角形の内接円の円心を円心とし、前記内接円の円心から、前記角度範囲の最小角度および最大角度のときの前記入射面に入射する前記励起光の光軸の延長線の交点までの距離を半径とする円の範囲内に位置する点を中心として、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを、前記三角形を含む仮想の平面上において相対的に回転させる。 In order to solve the above problems, a detection apparatus according to an embodiment of the present invention is equipped with a detection chip including a prism having an incident surface and a surface on which a metal thin film is formed, and excitation light is transmitted through the incident surface. A detection device for detecting the presence or amount of an analyte by irradiating the metal thin film, a chip holder for holding the detection chip, a light source for emitting the excitation light, and the excitation light An angle adjusting unit that relatively rotates the optical axis of the excitation light and the chip holder in order to irradiate a predetermined position of the metal thin film at a predetermined angle through the incident surface; The angle adjustment unit scans the incident angle of the excitation light with respect to the metal thin film within an angle range including an angle at which an incident angle with respect to the incident surface is not 0 ° and a surface plasmon is generated in the metal thin film, Previous The angle adjustment unit, when scanning the incident angle of the excitation light to the metal thin film, the extension of the excitation light optical axis incident on the incident plane when the minimum angle, the central angle and the maximum angle of the angle range The excitation light incident on the incident surface at the minimum angle and the maximum angle of the angle range from the center of the inscribed circle, with the center of the inscribed circle of the triangle formed surrounded by the line as the center relative around a point located within the circle and the distance to the intersection of the extension line to the radius of the optical axis, and said tip holder and the optical axis of the excitation light, on a virtual plane including the triangle Rotate.

本発明によれば、簡単な構成で、金属薄膜上の照射スポットの位置を変えずに入射角を変えることができるため、検出感度の高い装置を安価に製造することができる。また、本発明によれば、プリズム表面からの反射光が光源に戻らないため、アナライトの存在またはその量を高精度に検出することができる。   According to the present invention, since the incident angle can be changed with a simple configuration without changing the position of the irradiation spot on the metal thin film, an apparatus with high detection sensitivity can be manufactured at low cost. Further, according to the present invention, since the reflected light from the prism surface does not return to the light source, the presence or amount of the analyte can be detected with high accuracy.

実施の形態1に係るSPFS装置の構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an SPFS apparatus according to a first embodiment. 検出チップの断面図である。It is sectional drawing of a detection chip. 実施の形態1に係るSPFS装置の動作手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an operation procedure of the SPFS apparatus according to the first embodiment. 実施の形態1に係るSPFS装置におけるチップホルダーの回転中心の位置を説明するためのプリズムの模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a prism for explaining the position of the rotation center of the chip holder in the SPFS device according to the first embodiment. 実施の形態2に係るSPFS装置の構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of an SPFS apparatus according to a second embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
実施の形態1では、本発明に係る検出装置であるSPFS装置の一実施の形態について説明する。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, an embodiment of an SPFS apparatus that is a detection apparatus according to the present invention will be described.

まず、SPFS装置の概要について説明する。SPFS装置は、誘電体からなるプリズムと、プリズムの1面に形成された金属薄膜と、金属薄膜のプリズムに対向しない面に固定された捕捉体(例えば抗体)とを有する。サンプル中にアナライトが存在する場合は、この捕捉体にアナライトが捕捉される。捕捉されたアナライトは、蛍光物質で標識されている。プリズムの内部から金属薄膜に臨界角以上の入射角で励起光(レーザー光)を照射すると、エバネッセント波が生じる。このエバネッセント波により、蛍光物質が励起され、蛍光を放出する。SPFS装置は、この蛍光の光量を検出することで、アナライトの存在またはその量を検出する。   First, an outline of the SPFS apparatus will be described. The SPFS device includes a prism made of a dielectric, a metal thin film formed on one surface of the prism, and a capturing body (for example, an antibody) fixed to a surface of the metal thin film that does not face the prism. If an analyte is present in the sample, the analyte is captured by this capturing body. The captured analyte is labeled with a fluorescent substance. When excitation light (laser light) is irradiated from the inside of the prism onto the metal thin film at an incident angle greater than the critical angle, an evanescent wave is generated. The evanescent wave excites the fluorescent material and emits fluorescence. The SPFS device detects the presence or amount of the analyte by detecting the amount of the fluorescent light.

図1は、実施の形態1に係るSPFS装置100の構成を示す模式図である。図1に示されるように、SPFS装置100は、励起光出射部110、基台120、チップホルダー130、回転モーター140、光検出部150を有する。また、SPFS装置100は、各駆動部の制御や光検出部150における受光量の定量化などを一元的に行う、不図示の制御部も有する。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an SPFS apparatus 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the SPFS device 100 includes an excitation light emitting unit 110, a base 120, a chip holder 130, a rotary motor 140, and a light detection unit 150. The SPFS device 100 also includes a control unit (not shown) that centrally performs control of each drive unit and quantification of the amount of light received by the light detection unit 150.

SPFS装置100は、チップホルダー130に検出チップ10を装着した状態で使用される。後述するように、検出チップ10は、入射面21、成膜面22および出射面23を有するプリズム20と、成膜面22に形成された金属薄膜30と、成膜面22上に配置された流路部材40とを有する(図2参照)。   The SPFS device 100 is used with the detection chip 10 mounted on the chip holder 130. As will be described later, the detection chip 10 is disposed on the prism 20 having the incident surface 21, the film formation surface 22, and the emission surface 23, the metal thin film 30 formed on the film formation surface 22, and the film formation surface 22. And a flow path member 40 (see FIG. 2).

励起光出射部110は、励起光源としてレーザーダイオード(以下「LD」と略記する)を有し、チップホルダー130に保持された検出チップ10の入射面21に向けて励起光α(シングルモードレーザー光)を出射する。より具体的には、励起光出射部110は、検出チップ10に含まれる金属薄膜30によって励起光αが全反射されるように、金属薄膜30に対するP波のみを入射面21に向けて出射する。励起光出射部110は、LDユニット、第1整波器および整形光学系(いずれも不図示)を有する。   The excitation light emitting unit 110 has a laser diode (hereinafter abbreviated as “LD”) as an excitation light source, and the excitation light α (single mode laser light) is directed toward the incident surface 21 of the detection chip 10 held by the chip holder 130. ). More specifically, the excitation light emitting unit 110 emits only the P wave toward the incident surface 21 so that the excitation light α is totally reflected by the metal thin film 30 included in the detection chip 10. . The excitation light emitting unit 110 includes an LD unit, a first wave adjuster, and a shaping optical system (all not shown).

LDユニットは、コリメートされ、かつ波長および光量が一定の励起光αを、金属薄膜30表面における照射スポットの形状が略円形となるように出射する。LDユニットは、励起光源としてのLDと、LDから出射された励起光αをコリメートするコリメーターと、励起光αの光量を一定にするための温度調整回路とを有する。LDから出射される励起光αは、コリメートされてもその輪郭形状が扁平である。このため、金属薄膜30表面における照射スポットの形状が略円形となるように、LDは所定の姿勢で保持される。また、LDから出射される励起光αの波長および光量は、温度によって変化する。このため、温度調整回路は、コリメートされた後の励起光αから分岐させた光の光量をフォトダイオードなどにより監視し、励起光αの波長および光量が一定となるようにLDの温度を調整する。   The LD unit emits the collimated excitation light α having a constant wavelength and light amount so that the shape of the irradiation spot on the surface of the metal thin film 30 is substantially circular. The LD unit includes an LD as an excitation light source, a collimator that collimates the excitation light α emitted from the LD, and a temperature adjustment circuit for making the light amount of the excitation light α constant. The excitation light α emitted from the LD has a flat outline shape even when collimated. Therefore, the LD is held in a predetermined posture so that the shape of the irradiation spot on the surface of the metal thin film 30 is substantially circular. Further, the wavelength and light amount of the excitation light α emitted from the LD vary depending on the temperature. For this reason, the temperature adjustment circuit monitors the light amount of the light branched from the collimated excitation light α using a photodiode or the like, and adjusts the temperature of the LD so that the wavelength and the light amount of the excitation light α are constant. .

第1整波器は、第1バンドパスフィルター(以下「BPF1」と略記する)および直線偏光フィルター(以下「LP」と略記する)を含み、LDユニットから出射された光を整波する。LDユニットからの励起光αは、若干の波長分布幅を有しているため、BPF1は、LDユニットからの励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。また、LDユニットからの励起光αは、完全な直線偏光ではないため、LPは、LDユニットからの励起光αを完全な直線偏光の光にする。   The first wave adjuster includes a first bandpass filter (hereinafter abbreviated as “BPF1”) and a linear polarization filter (hereinafter abbreviated as “LP”), and harmonizes the light emitted from the LD unit. Since the excitation light α from the LD unit has a slight wavelength distribution width, the BPF 1 turns the excitation light α from the LD unit into narrowband light having only the center wavelength. In addition, since the excitation light α from the LD unit is not completely linearly polarized light, the LP converts the excitation light α from the LD unit into completely linearly polarized light.

整形光学系は、金属薄膜30表面における照射スポットの形状が所定サイズの円形となるように、励起光αのビーム径や輪郭形状などを調整する。整形光学系から出射された励起光αは、検出チップ10に含まれるプリズム20に照射される。整形光学系は、例えばスリットやズーム手段などである。   The shaping optical system adjusts the beam diameter, contour shape, and the like of the excitation light α so that the shape of the irradiation spot on the surface of the metal thin film 30 is a circular shape having a predetermined size. The excitation light α emitted from the shaping optical system is applied to the prism 20 included in the detection chip 10. The shaping optical system is, for example, a slit or zoom means.

チップホルダー130は、励起光出射部110から出射された励起光αの光軸に直交する軸を中心として回転可能に基台120に保持されている。チップホルダー130は、回転モーター140と接続されており、回転モーター140により回転させられる。回転モーター140は、基台120に固定されている。チップホルダー130および回転モーター140は、共同して、励起光αの光軸に対してチップホルダー130(および検出チップ10)を回転させる。すなわち、本実施の形態のSPFS装置100では、チップホルダー130および回転モーター140は、共同して、励起光αの光軸とチップホルダー130とを相対的に回転させる角度調整部として機能する。チップホルダー130の回転中心の位置については、後で詳細に説明する。   The chip holder 130 is held on the base 120 so as to be rotatable about an axis orthogonal to the optical axis of the excitation light α emitted from the excitation light emitting unit 110. The chip holder 130 is connected to the rotation motor 140 and is rotated by the rotation motor 140. The rotary motor 140 is fixed to the base 120. The chip holder 130 and the rotation motor 140 jointly rotate the chip holder 130 (and the detection chip 10) with respect to the optical axis of the excitation light α. That is, in the SPFS device 100 of the present embodiment, the chip holder 130 and the rotation motor 140 function together as an angle adjustment unit that relatively rotates the optical axis of the excitation light α and the chip holder 130. The position of the rotation center of the chip holder 130 will be described in detail later.

光検出部150は、チップホルダー130に保持された検出チップ10の金属薄膜30のプリズム20と対向しない面に対向するように配置されている。より具体的には、光検出部150は、金属薄膜30表面における励起光αの照射スポットを通り、かつ金属薄膜30表面に垂直な直線上に配置されている。光検出部150は、金属薄膜30のプリズム20と対向しない面から出射される光を検出する。たとえば、光検出部150は、金属薄膜30上の蛍光物質から放出された蛍光βや、金属薄膜30からのプラズモン散乱光を検出する。光検出部150は、集光レンズおよび結像レンズを含む鏡筒151と、第2バンドパスフィルター(以下「BPF2」と略記する)を含む第2整波器152と、BPF2の位置を切り替える切替モーター153と、受光センサー154とを有する。   The light detection unit 150 is disposed so as to face the surface of the metal thin film 30 of the detection chip 10 held by the chip holder 130 that does not face the prism 20. More specifically, the light detection unit 150 is disposed on a straight line that passes through the irradiation spot of the excitation light α on the surface of the metal thin film 30 and is perpendicular to the surface of the metal thin film 30. The light detection unit 150 detects light emitted from the surface of the metal thin film 30 that does not face the prism 20. For example, the light detection unit 150 detects fluorescence β emitted from the fluorescent material on the metal thin film 30 and plasmon scattered light from the metal thin film 30. The light detection unit 150 switches the position of the lens barrel 151 including a condensing lens and an imaging lens, the second wave shaper 152 including a second bandpass filter (hereinafter abbreviated as “BPF2”), and the BPF2. A motor 153 and a light receiving sensor 154 are included.

鏡筒151に含まれる集光レンズおよび結像レンズは、迷光の影響を受けにくい共役光学系を構成する。集光レンズと結像レンズとの間を進行する光は、略平行光となる。集光レンズおよび結像レンズは、金属薄膜30上の蛍光像を受光センサー154の受光面上に結像させる。   The condensing lens and the imaging lens included in the lens barrel 151 constitute a conjugate optical system that is not easily affected by stray light. The light traveling between the condenser lens and the imaging lens is substantially parallel light. The condenser lens and the imaging lens form a fluorescent image on the metal thin film 30 on the light receiving surface of the light receiving sensor 154.

第2整波器152は、集光レンズおよび結像レンズの間に位置するように、鏡筒151に設けられている。BPF2は、励起光αの波長の光を遮ることで、受光センサー154に蛍光の波長以外の光(例えば、励起光出射部110からの漏れ光や、プラズモン散乱光、拡散光など)が到達することを防ぐ。すなわち、BPF2は、受光センサー154に到達する光からノイズ成分を除去し、微弱な蛍光の検出精度および感度の向上に寄与する。BPF2の位置は、切替モーター153により切り替えられる。蛍光を検出する場合は、BPF2は、光路上に位置するように鏡筒151内に挿入される。一方、プラズモン散乱光を検出する場合は、BPF2は、光路外に位置するように鏡筒151から退出させられる。   The second wave adjuster 152 is provided in the lens barrel 151 so as to be positioned between the condenser lens and the imaging lens. The BPF 2 blocks light having the wavelength of the excitation light α, so that light other than the fluorescence wavelength (for example, leakage light from the excitation light emitting unit 110, plasmon scattered light, diffused light, etc.) reaches the light receiving sensor 154. To prevent that. That is, the BPF 2 removes a noise component from the light that reaches the light receiving sensor 154, and contributes to improvement in detection accuracy and sensitivity of weak fluorescence. The position of BPF 2 is switched by a switching motor 153. When detecting fluorescence, the BPF 2 is inserted into the lens barrel 151 so as to be positioned on the optical path. On the other hand, when detecting plasmon scattered light, the BPF 2 is retreated from the lens barrel 151 so as to be located outside the optical path.

受光センサー154は、金属薄膜30上の蛍光像を検出する。たとえば、受光センサー154は、感度およびSN比が高い光電子増倍管である。受光センサー154は、アバランシェ・フォトダイオード(APD)などであってもよい。なお、チップホルダー130の回転に伴い金属薄膜30上の蛍光像も傾くが、その角度は数度であること、蛍光物質からは全方位に等しく蛍光が放出されることから、受光する光量の変化は無視することができる。   The light receiving sensor 154 detects a fluorescent image on the metal thin film 30. For example, the light receiving sensor 154 is a photomultiplier tube with high sensitivity and high S / N ratio. The light receiving sensor 154 may be an avalanche photodiode (APD) or the like. The fluorescence image on the metal thin film 30 also tilts with the rotation of the chip holder 130, but the angle is several degrees, and the fluorescence is emitted from the fluorescent material equally in all directions. Can be ignored.

なお、金属薄膜30の一方の面(プリズム20と対向する面)における励起光αの照射スポットα1の大きさは、金属薄膜30の他方の面(光検出部150と対向する面)における光検出部150による測定領域β1の大きさよりも小さくなるように調整される(図2参照)。このようにすることで、プリズム20の各パラメータの誤差により照射スポットα1がわずかに位置ずれした場合であっても、照射スポットα1が測定領域β1から外れることを防止できる。   Note that the size of the irradiation spot α1 of the excitation light α on one surface (surface facing the prism 20) of the metal thin film 30 is such that the light detection on the other surface (surface facing the light detection unit 150) of the metal thin film 30 is performed. The size is adjusted to be smaller than the size of the measurement region β1 by the unit 150 (see FIG. 2). By doing in this way, even if the irradiation spot α1 is slightly displaced due to the error of each parameter of the prism 20, it is possible to prevent the irradiation spot α1 from deviating from the measurement region β1.

図2は、検出チップ10の断面図である。図2に示されるように、検出チップ10は、プリズム20、金属薄膜30および流路部材40を有する。検出チップ10は、アナライトの検出ごとに交換される。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the detection chip 10. As shown in FIG. 2, the detection chip 10 includes a prism 20, a metal thin film 30, and a flow path member 40. The detection chip 10 is replaced whenever an analyte is detected.

プリズム20は、屈折率が1.4〜1.6程度の透明な樹脂により形成されている。なお、プリズム20は、ガラスにより形成されていてもよい。プリズム20は、励起光出射部110からの励起光αをプリズム20の内部に入射させる入射面21と、プリズム20の内部に入射した励起光αを反射する金属薄膜30が形成される成膜面22と、金属薄膜30で反射した励起光αをプリズム20の外部に出射させる出射面23とを有する。たとえば、入射面21と成膜面22との角度および成膜面22と出射面23との角度は、いずれも約80°である。   The prism 20 is formed of a transparent resin having a refractive index of about 1.4 to 1.6. The prism 20 may be made of glass. The prism 20 has an incident surface 21 on which the excitation light α from the excitation light emitting unit 110 is incident on the inside of the prism 20 and a film formation surface on which a metal thin film 30 that reflects the excitation light α incident on the inside of the prism 20 is formed. 22 and an emission surface 23 for emitting the excitation light α reflected by the metal thin film 30 to the outside of the prism 20. For example, the angle between the incident surface 21 and the film formation surface 22 and the angle between the film formation surface 22 and the emission surface 23 are both about 80 °.

金属薄膜30は、プリズム20の成膜面22上に形成されている。金属薄膜30は、励起光αが金属薄膜30と成膜面22との界面で全反射することにより生じるエバネッセント波(増強電場)を増幅させる。すなわち、成膜面22上の金属薄膜30に表面プラズモン共鳴を生じさせることにより、金属薄膜30の無い面(成膜面22)で励起光αを全反射させてエバネッセント波を生じさせる場合に比べ、形成されるエバネッセント波を増幅させることができる。   The metal thin film 30 is formed on the film formation surface 22 of the prism 20. The metal thin film 30 amplifies the evanescent wave (enhanced electric field) generated by the total reflection of the excitation light α at the interface between the metal thin film 30 and the film formation surface 22. That is, by generating surface plasmon resonance in the metal thin film 30 on the film formation surface 22, the excitation light α is totally reflected on the surface without the metal thin film 30 (film formation surface 22) to generate an evanescent wave. The evanescent wave formed can be amplified.

金属薄膜30の素材は、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属であれば特に限定されない。金属薄膜30の素材の例には、金、銀、銅、アルミ、これらの合金が含まれる。本実施の形態では、金属薄膜30は、金薄膜である。   The material of the metal thin film 30 is not particularly limited as long as it is a metal that causes surface plasmon resonance. Examples of the material of the metal thin film 30 include gold, silver, copper, aluminum, and alloys thereof. In the present embodiment, the metal thin film 30 is a gold thin film.

また、図2では図示しないが、金属薄膜30のプリズム20と対向しない面には、アナライトを捕捉するための捕捉体が固定されている。捕捉体の種類は、アナライトを捕捉することができれば特に限定されない。たとえば、捕捉体は、アナライトに特異的な抗体である。   Although not shown in FIG. 2, a capturing body for capturing the analyte is fixed to the surface of the metal thin film 30 that does not face the prism 20. The type of the capturing body is not particularly limited as long as the analyte can be captured. For example, the capture body is an antibody specific for the analyte.

流路部材40は、プリズム20の成膜面22上に配置されている。流路部材40は、成膜面22および金属薄膜30と共に試料液が流れる流路41を形成する。流路41の両端は、流路部材40の上面に形成された注入口42および排出口43とそれぞれ接続されている。流路部材40は、透明な樹脂により形成されており、接着剤による接着や、レーザー溶着、超音波溶着、クランプ部材を用いた圧着などによりプリズム20に接合されている。流路41は、金属薄膜30とサンプルとが接する領域が光検出部150の測定領域β1よりも広くなるように形成されている。   The flow path member 40 is disposed on the film formation surface 22 of the prism 20. The flow path member 40 forms a flow path 41 through which the sample solution flows together with the film formation surface 22 and the metal thin film 30. Both ends of the channel 41 are connected to an inlet 42 and an outlet 43 formed on the upper surface of the channel member 40, respectively. The flow path member 40 is formed of a transparent resin, and is joined to the prism 20 by adhesion using an adhesive, laser welding, ultrasonic welding, pressure bonding using a clamp member, or the like. The channel 41 is formed such that the region where the metal thin film 30 and the sample are in contact with each other is wider than the measurement region β1 of the light detection unit 150.

検出チップ10は、SPFS装置100の前処理部(不図示)に設置されると、流路41内にサンプルを注入される。そして、サンプルを注入された検出チップ10は、金属薄膜30上に固定された捕捉体とアナライトとの反応が終了した後、チップホルダー130まで搬送され、チップホルダー130に所定の姿勢で装着される。   When the detection chip 10 is installed in a preprocessing unit (not shown) of the SPFS device 100, a sample is injected into the flow channel 41. The detection chip 10 into which the sample has been injected is transported to the chip holder 130 after the reaction between the capturing body fixed on the metal thin film 30 and the analyte is completed, and is mounted on the chip holder 130 in a predetermined posture. The

次に、SPFS装置100の検出動作について説明する。図3は、SPFS装置100の動作手順の一例を示すフローチャートである。   Next, the detection operation of the SPFS device 100 will be described. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of an operation procedure of the SPFS apparatus 100.

まず、事前準備として、検出チップ10の流路41にサンプルなどを注入して、金属薄膜30上に固定された捕捉体に、蛍光物質で標識されたアナライトを捕捉させておく。たとえば、検出チップ10の流路41にアナライトを含むサンプルを注入する。これにより、サンプル中のアナライトの少なくとも一部は、捕捉体(例えば、抗体)に捕捉される。次いで、流路41内を緩衝液などで洗浄し、捕捉体に捕捉されなかった物質を除去する。次いで、蛍光物質で標識された別の捕捉体(例えば、蛍光標識抗体)を含む液体を流路41に注入する。これにより、金属薄膜30上に固定された捕捉体に捕捉されたアナライトを蛍光物質で標識することができる。最後に、流路41内を緩衝液などで再度洗浄し、遊離の蛍光物質などを除去する。以上の手順により、金属薄膜30上に固定された捕捉体に、蛍光物質で標識されたアナライトを捕捉させることができる。   First, as a preliminary preparation, a sample or the like is injected into the flow channel 41 of the detection chip 10, and an analyte labeled with a fluorescent substance is captured by a capturing body fixed on the metal thin film 30. For example, a sample containing an analyte is injected into the flow path 41 of the detection chip 10. Thereby, at least a part of the analyte in the sample is captured by the capturing body (for example, antibody). Next, the inside of the flow path 41 is washed with a buffer solution or the like to remove substances not captured by the capturing body. Next, a liquid containing another capturing body (for example, a fluorescently labeled antibody) labeled with a fluorescent substance is injected into the channel 41. Thereby, the analyte captured by the capturing body fixed on the metal thin film 30 can be labeled with the fluorescent substance. Finally, the inside of the flow path 41 is washed again with a buffer solution or the like to remove free fluorescent substances. By the above procedure, the analyte labeled with the fluorescent substance can be captured by the capturing body fixed on the metal thin film 30.

また、もう一つの事前準備として、SPFS装置100の電源を入れて、励起光出射部110内のLDの温度を一定にしておく。前述のとおり、LDから出射される励起光αの波長および光量は、温度によって変化するからである。励起光αの波長および光量が変化すると、プラズモン共鳴の条件や、エバネッセント波の発生量も変化してしまう。LDの温度が一定になるまでには時間が掛かるため、余裕を持って電源を入れておくことが好ましい。   As another advance preparation, the SPFS device 100 is turned on to keep the temperature of the LD in the excitation light emitting unit 110 constant. This is because, as described above, the wavelength and light amount of the excitation light α emitted from the LD vary with temperature. When the wavelength and light quantity of the excitation light α change, the plasmon resonance conditions and the amount of evanescent waves generated also change. Since it takes time until the LD temperature becomes constant, it is preferable to turn on the power supply with a margin.

LDの温度が一定になった後、チップホルダー130に検出チップ10を装着する(ステップS10)。前述のとおり、検出チップ10では、金属薄膜30上に固定された捕捉体に、蛍光物質で標識されたアナライトが捕捉されている。   After the LD temperature becomes constant, the detection chip 10 is mounted on the chip holder 130 (step S10). As described above, in the detection chip 10, the analyte labeled with the fluorescent substance is captured by the capturing body fixed on the metal thin film 30.

次に、励起光αを金属薄膜30の所定の位置に照射しながら、金属薄膜30に対する励起光αの入射角を走査して、最適な共鳴角を決定する(ステップS20)。具体的には、光検出部150内のBPF2を光路から退出させた後、励起光αを金属薄膜30の所定の位置に照射しながら、後述する回転中心を中心としてチップホルダー130を回転させる。このとき、光検出部150は、金属薄膜30からのプラズモン散乱光を検出する。必要に応じて、光検出部150内において、光路にNDフィルターを挿入してもよい。SPFS装置100は、後述する回転中心を中心としてチップホルダー130を回転させることで、金属薄膜30上の照射スポットの位置を変えずに入射角のみを変えることができる。制御部は、励起光αの光軸とチップホルダー130との相対回転角度と、プラズモン散乱光の光量を記憶する。さらに、制御部は、プラズモン散乱光の光量が最大のときの相対回転角度を、最適な共鳴角として決定する。制御部は、金属薄膜30に対する励起光αの入射角がステップS20で決定した共鳴角となるように、チップホルダー130を回転させ、固定する(ステップS30)。   Next, while irradiating the predetermined position of the metal thin film 30 with the excitation light α, the incident angle of the excitation light α with respect to the metal thin film 30 is scanned to determine the optimum resonance angle (step S20). Specifically, after the BPF 2 in the light detection unit 150 is withdrawn from the optical path, the chip holder 130 is rotated around a rotation center described later while irradiating a predetermined position of the metal thin film 30 with the excitation light α. At this time, the light detection unit 150 detects plasmon scattered light from the metal thin film 30. If necessary, an ND filter may be inserted in the optical path in the light detection unit 150. The SPFS apparatus 100 can change only the incident angle without changing the position of the irradiation spot on the metal thin film 30 by rotating the chip holder 130 around the rotation center described later. The control unit stores the relative rotation angle between the optical axis of the excitation light α and the chip holder 130 and the amount of plasmon scattered light. Furthermore, the control unit determines the relative rotation angle when the amount of plasmon scattered light is maximum as the optimum resonance angle. The control unit rotates and fixes the chip holder 130 so that the incident angle of the excitation light α with respect to the metal thin film 30 becomes the resonance angle determined in step S20 (step S30).

次に、ステップS30で設定された最適な入射角における、蛍光の光量を検出する(ステップS40)。具体的には、光検出部150内のBPF2を光路上に挿入した後、励起光αを金属薄膜30の所定の位置に最適な入射角で照射しながら、測定領域β1からの蛍光を測定する。制御部は、検出値を記憶すると共に、表示器に表示させる(ステップS50)。この後、チップホルダー130を初期位置に戻して、一連の測定を終了する(ステップS60)。   Next, the amount of fluorescent light at the optimum incident angle set in step S30 is detected (step S40). Specifically, after the BPF 2 in the light detection unit 150 is inserted in the optical path, the fluorescence from the measurement region β1 is measured while irradiating the excitation light α to a predetermined position of the metal thin film 30 at an optimal incident angle. . The control unit stores the detected value and displays it on the display (step S50). Thereafter, the chip holder 130 is returned to the initial position, and a series of measurements is completed (step S60).

以上のように、SPFS装置100を用いてアナライトを検出する際には、励起光αを金属薄膜30に照射しながらチップホルダー130を回転させて、金属薄膜30に対する励起光αの入射角を走査する(ステップS20)。このステップについて、図4を参照して、より詳細に説明する。   As described above, when the analyte is detected using the SPFS device 100, the tip holder 130 is rotated while irradiating the metal thin film 30 with the excitation light α, and the incident angle of the excitation light α with respect to the metal thin film 30 is determined. Scan (step S20). This step will be described in more detail with reference to FIG.

基本的には、検出チップ10の構成により、金属薄膜30に対する励起光αの最適な入射角(すなわち共鳴角)は決定される。この共鳴角に関わるパラメータとしては、プリズム20の屈折率や、金属薄膜30を構成する金属の屈折率と消衰係数、金属薄膜30の膜厚、励起光αの波長などが挙げられる。しかしながら、検出時に使用する蛍光物質の種類および量、プリズム20の形状誤差などにより、共鳴角は計算値からわずかにずれることが多い。そこで、計算値を中心として両側数度未満の角度範囲で入射角を走査して、真の共鳴角を決定することが必要である。   Basically, the optimum incident angle (that is, the resonance angle) of the excitation light α with respect to the metal thin film 30 is determined by the configuration of the detection chip 10. Parameters relating to this resonance angle include the refractive index of the prism 20, the refractive index and extinction coefficient of the metal constituting the metal thin film 30, the film thickness of the metal thin film 30, the wavelength of the excitation light α, and the like. However, the resonance angle often deviates slightly from the calculated value due to the type and amount of fluorescent material used during detection, the shape error of the prism 20, and the like. Therefore, it is necessary to determine the true resonance angle by scanning the incident angle within an angle range of less than several degrees on both sides with the calculated value as the center.

前述のとおり、本実施の形態のSPFS装置100では、チップホルダー130を回転させて、金属薄膜30に対する励起光αの入射角(図4に示される角度A)を走査する。このとき、SPFS装置100は、入射面21に対する入射角が0°にならず、かつ金属薄膜30で表面プラズモンが発生する角度を含む角度範囲(図4に示される角度範囲B:以下「走査角度範囲」という)内で、金属薄膜30に対する励起光αの入射角を走査する。入射面21に対する入射角が0°にならないようにするのは、入射面21からの反射光が励起光出射部110に戻らないようにするためである。走査角度範囲Bは、10°以内であり、入射面21に対する励起光αの入射角(図4に示される角度D)は、0°を超え10°以下である。   As described above, in the SPFS apparatus 100 of the present embodiment, the chip holder 130 is rotated to scan the incident angle of the excitation light α with respect to the metal thin film 30 (angle A shown in FIG. 4). At this time, the SPFS device 100 does not have an incident angle with respect to the incident surface 21 of 0 °, and includes an angle range including an angle at which surface plasmon is generated in the metal thin film 30 (angle range B shown in FIG. Within the range, the incident angle of the excitation light α with respect to the metal thin film 30 is scanned. The reason why the incident angle with respect to the incident surface 21 is not 0 ° is to prevent the reflected light from the incident surface 21 from returning to the excitation light emitting unit 110. The scanning angle range B is within 10 °, and the incident angle of the excitation light α with respect to the incident surface 21 (angle D shown in FIG. 4) is more than 0 ° and not more than 10 °.

励起光αの入射面21に対する最小入射角について、より詳細に検討する。励起光αのビームサイズをdとし、入射面21からのLDの距離をLとしたとき、避けるべき最小入射角はATAN(d/2L)となる。励起光αのレーザー強度は、ガウス分布している。ガウス分布しているレーザー光のビーム径は、中心強度の1/e(13.5%)とするのが一般的である。しかしながら、中心強度の0.1%程度のレーザー強度であっても戻り光の影響が出るため、励起光αの入射面21に対する最小入射角は、上記最小入射角の2倍のATAN(d/L)とすることが好ましい。たとえば、励起光αの入射面21に対する最小入射角を5°とすれば、実用上十分である(実際はもっと小さくしても問題ない)。The minimum incident angle of the excitation light α with respect to the incident surface 21 will be examined in more detail. When the beam size of the excitation light α is d and the distance of the LD from the incident surface 21 is L, the minimum incident angle to be avoided is ATRAN (d / 2L). The laser intensity of the excitation light α has a Gaussian distribution. In general, the beam diameter of the Gaussian distributed laser light is 1 / e 2 (13.5%) of the center intensity. However, even if the laser intensity is about 0.1% of the central intensity, the influence of the return light appears. Therefore, the minimum incident angle of the excitation light α with respect to the incident surface 21 is Atan (d / L) is preferable. For example, if the minimum incident angle of the excitation light α with respect to the incident surface 21 is 5 °, it is sufficient for practical use (actually, there is no problem even if it is made smaller).

また、SPFS装置100は、走査角度範囲Bの最小角度のときの入射面21に入射する励起光αの光軸の延長線と、走査角度範囲Bの最大角度のときの入射面21に入射する励起光αの光軸の延長線との交点Cを中心として、チップホルダー130を回転させる。このようにすることで、金属薄膜30上の照射スポットα1の位置を変えずに金属薄膜30に対する励起光αの入射角を変えることができる(図4参照)。実用上は、上記交点Cだけでなく、交点Cから金属薄膜30表面における励起光αの照射スポットの直径の10%以内の距離に位置する点を回転中心としても、大きな問題はない。   Further, the SPFS apparatus 100 is incident on the optical axis extension line of the excitation light α incident on the incident surface 21 at the minimum angle in the scanning angle range B and on the incident surface 21 at the maximum angle in the scanning angle range B. The chip holder 130 is rotated around the intersection C with the extension line of the optical axis of the excitation light α. By doing so, the incident angle of the excitation light α with respect to the metal thin film 30 can be changed without changing the position of the irradiation spot α1 on the metal thin film 30 (see FIG. 4). In practice, not only the intersection C but also a point located within 10% of the diameter of the irradiation spot of the excitation light α on the surface of the metal thin film 30 from the intersection C has no major problem.

走査角度範囲Bの中心角度のときの励起光αの光軸と、走査角度範囲Bの最小角度および最大角度のときの励起光αの光軸とは、1点では交差せず、微小な三角形を作る。この場合、その三角形の内接円の中心を回転中心としたときに、照射位置の変動が一番小さくなる。三角形が大きくなると、照射位置のずれも大きくなる。残留物質の不均一性や、観察光学系の像面照度分布などで照射位置がずれると、蛍光量が変化してしまう。照射位置のずれは、回転中心と各光線との距離および共鳴角度に略比例する。たとえば、共鳴角度が70°の場合に、励起光αが光軸に直交する方向に所定距離移動したとき、金属薄膜30表面における面方向の照射位置は、前記所定距離の約3倍移動してしまう。しかしながら、前述の交点Cまたは交点Cから金属薄膜30表面における励起光αの照射スポットの直径の10%以内の距離に位置する点を回転中心とすることで、実用上問題ない範囲まで照射位置ずれを抑制することができる。なお、走査角度範囲Bを狭くするとともに、入射面21の法線に近づけることで、前述の三角形を小さくすることができる。   The optical axis of the excitation light α at the center angle of the scanning angle range B and the optical axis of the excitation light α at the minimum angle and the maximum angle of the scanning angle range B do not intersect at one point, and are minute triangles. make. In this case, when the center of the inscribed circle of the triangle is the center of rotation, the variation of the irradiation position is the smallest. As the triangle becomes larger, the displacement of the irradiation position also becomes larger. If the irradiation position is deviated due to non-uniformity of residual substances or image plane illuminance distribution of the observation optical system, the amount of fluorescence changes. The deviation of the irradiation position is approximately proportional to the distance between the rotation center and each light beam and the resonance angle. For example, when the resonance angle is 70 °, when the excitation light α moves a predetermined distance in a direction orthogonal to the optical axis, the irradiation position in the surface direction on the surface of the metal thin film 30 moves about three times the predetermined distance. End up. However, the irradiation position is shifted to a range where there is no practical problem by using the rotation point as the intersection C or a point located within 10% of the diameter of the irradiation spot of the excitation light α on the surface of the metal thin film 30 from the intersection C. Can be suppressed. In addition, the above-mentioned triangle can be made small by narrowing the scanning angle range B and bringing it close to the normal line of the incident surface 21.

以上の点を考慮して、共鳴角および走査角度範囲Bから、検出チップ10における入射面21の角度が規定される。金属薄膜30における表面プラズモンの発生量が最大となるときの、プリズム20内に入射した励起光αの光軸と入射面21の法線との角度(微小角)をθとする。ここで、Sinθ≒θと大雑把に近似し、プリズム屈折率を1.5としたとき、プリズム20内に入射する励起光αの光軸と入射面21の法線との成す角度(入射面21に対する入射角;図4に示される角度D)は、1.5θである。プリズム20内における共鳴角の走査角度範囲±εも小さいため、走査角度範囲Bの最大角度および最小角度における入射面21に対する励起光αの入射角(図4に示される角度D)は、1.5(θ±ε)となる。1.5(θ±ε)が0°を含む場合、戻り光が生じることになる。一方、1.5(θ±ε)が過剰に大きい場合、照射位置のずれ幅が大きくなってしまう。前述のとおり、戻り光を防ぐ観点から、1.5(θ−ε)は、ATAN(d/L)以上(例えば5°以上)であることが好ましい。また、ε≦5°なので、共鳴角におけるプリズム20内の励起光αの光軸と入射面21の法線との成す角θは、8.4°以上となり、入射面21に対する励起光αの入射角の振り角度範囲は、±7.5°以下となる。プリズム屈折率を2.0(ガラスの最大値)としたときは、共鳴角と入射面21の法線との成す角θは、7.5°以上となり、励起光αの入射角の振り角度範囲は、±10°以下(振り幅20°以下)となる。したがって、金属薄膜30における表面プラズモンの発生量が最大となるときの、プリズム20内に入射した励起光αの光軸と入射面21の法線との角度は、5〜20°の範囲内であることが好ましい。   Considering the above points, the angle of the incident surface 21 in the detection chip 10 is defined from the resonance angle and the scanning angle range B. Let θ be the angle (small angle) between the optical axis of the excitation light α incident on the prism 20 and the normal line of the incident surface 21 when the amount of surface plasmons generated in the metal thin film 30 is maximized. Here, when approximated as Sinθ≈θ and the refractive index of the prism is 1.5, an angle formed by the optical axis of the excitation light α incident on the prism 20 and the normal line of the incident surface 21 (incident surface 21 The angle of incidence to the angle; the angle D) shown in FIG. 4 is 1.5θ. Since the scanning angle range ± ε of the resonance angle in the prism 20 is also small, the incident angle of the excitation light α with respect to the incident surface 21 at the maximum angle and the minimum angle in the scanning angle range B (angle D shown in FIG. 4) is 1. 5 (θ ± ε). When 1.5 (θ ± ε) includes 0 °, return light is generated. On the other hand, when 1.5 (θ ± ε) is excessively large, the deviation width of the irradiation position becomes large. As described above, from the viewpoint of preventing return light, it is preferable that 1.5 (θ−ε) is equal to or greater than ATAN (d / L) (eg, 5 ° or greater). Since ε ≦ 5 °, the angle θ between the optical axis of the excitation light α in the prism 20 and the normal line of the incident surface 21 at the resonance angle is 8.4 ° or more, and the excitation light α with respect to the incident surface 21 The swing angle range of the incident angle is ± 7.5 ° or less. When the refractive index of the prism is 2.0 (the maximum value of glass), the angle θ formed by the resonance angle and the normal line of the incident surface 21 is 7.5 ° or more, and the swing angle of the incident angle of the excitation light α. The range is ± 10 ° or less (the swing width is 20 ° or less). Therefore, the angle between the optical axis of the excitation light α incident on the prism 20 and the normal line of the incident surface 21 when the amount of surface plasmon generation in the metal thin film 30 is maximum is within a range of 5 to 20 °. Preferably there is.

以上のとおり、本実施の形態のSPFS装置100は、走査角度範囲Bの最小角度のときの入射面21に入射する励起光αの光軸の延長線と、走査角度範囲Bの最大角度のときの入射面21に入射する励起光αの光軸の延長線との交点Cまたはその近傍を中心として、チップホルダー130を回転させるため、金属薄膜30上の照射スポットα1の位置を変えずに金属薄膜30に対する励起光αの入射角を変えることができる。   As described above, the SPFS device 100 according to the present embodiment has the extension line of the optical axis of the excitation light α incident on the incident surface 21 at the minimum angle in the scanning angle range B and the maximum angle in the scanning angle range B. In order to rotate the chip holder 130 around or near the intersection C with the extension line of the optical axis of the excitation light α incident on the light incident surface 21, the position of the irradiation spot α 1 on the metal thin film 30 is not changed. The incident angle of the excitation light α with respect to the thin film 30 can be changed.

(実施の形態2)
実施の形態1では、励起光αの光軸に対してチップホルダー130を回転させるSPFS装置100について説明したが、実施の形態2では、チップホルダー130に対して励起光αの光軸を回転させるSPFS装置200について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the SPFS device 100 that rotates the chip holder 130 with respect to the optical axis of the excitation light α has been described. However, in the second embodiment, the optical axis of the excitation light α is rotated with respect to the chip holder 130. The SPFS device 200 will be described.

図5は、実施の形態2に係るSPFS装置200の構成を示す図である。図5に示されるように、SPFS装置200は、励起光出射部110、基台120、チップホルダー210、回転レバー220、回転モーター230、光検出部150を有する。また、SPFS装置200は、各駆動部の制御や光検出部150における受光量の定量化などを一元的に行う、不図示の制御部も有する。実施の形態2に係るSPFS装置200は、実施の形態1に係るSPFS装置100と同様に、チップホルダー210に検出チップ10を装着した状態で使用される。なお、実施の形態1に係るSPFS装置100と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the SPFS apparatus 200 according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the SPFS device 200 includes an excitation light emitting unit 110, a base 120, a chip holder 210, a rotation lever 220, a rotation motor 230, and a light detection unit 150. The SPFS device 200 also includes a control unit (not shown) that centrally performs control of each drive unit and quantification of the amount of light received by the light detection unit 150. Similar to the SPFS apparatus 100 according to the first embodiment, the SPFS apparatus 200 according to the second embodiment is used with the detection chip 10 mounted on the chip holder 210. Note that the same components as those of the SPFS device 100 according to Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

チップホルダー210は、実施の形態1に係るSPFS装置100のチップホルダー130とは異なり、回転できない状態で基台120に固定されている。   Unlike the chip holder 130 of the SPFS device 100 according to the first embodiment, the chip holder 210 is fixed to the base 120 so as not to rotate.

一方、実施の形態2に係るSPFS装置200では、回転レバー220が、励起光出射部110から出射された励起光αの光軸に直交する軸を中心として回転可能に基台120およびチップホルダー210に保持されている。回転レバー220の回転中心の位置は、実施の形態1に係るSPFS装置100のチップホルダー130の回転中心の位置と同じである。回転レバー220の回転中心は、検出チップ10のプリズム20内に位置するため、回転レバー220の回転軸は、チップホルダー210の外側に分断して設けられている。   On the other hand, in the SPFS device 200 according to the second embodiment, the rotating lever 220 is rotatable about the axis orthogonal to the optical axis of the excitation light α emitted from the excitation light emitting unit 110 and the base 120 and the chip holder 210. Is held in. The position of the rotation center of the rotation lever 220 is the same as the position of the rotation center of the chip holder 130 of the SPFS device 100 according to the first embodiment. Since the rotation center of the rotation lever 220 is located in the prism 20 of the detection chip 10, the rotation axis of the rotation lever 220 is provided on the outside of the chip holder 210.

励起光出射部110は、基台120ではなく、回転レバー220に固定されている。励起光出射部110は、励起光αの光軸が回転レバー220の回転中心を通るように、回転レバー220に固定されている。回転レバー220は、回転モーター230と接続されており、回転モーター230により回転させられる。回転モーター230は、基台120に固定されている。回転レバー220および回転モーター230は、共同して、チップホルダー210(および検出チップ10)に対して励起光αの光軸を回転させる。すなわち、本実施の形態のSPFS装置200では、回転レバー220および回転モーター230は、共同して、励起光αの光軸とチップホルダー210とを相対的に回転させる角度調整部として機能する。   The excitation light emitting unit 110 is fixed to the rotation lever 220 instead of the base 120. The excitation light emitting unit 110 is fixed to the rotation lever 220 so that the optical axis of the excitation light α passes through the rotation center of the rotation lever 220. The rotation lever 220 is connected to the rotation motor 230 and is rotated by the rotation motor 230. The rotary motor 230 is fixed to the base 120. The rotation lever 220 and the rotation motor 230 jointly rotate the optical axis of the excitation light α with respect to the chip holder 210 (and the detection chip 10). That is, in the SPFS device 200 of the present embodiment, the rotary lever 220 and the rotary motor 230 function together as an angle adjustment unit that relatively rotates the optical axis of the excitation light α and the chip holder 210.

本実施の形態のSPFS装置200は、チップホルダー130(および検出チップ10)の代わりに回転レバー220(および励起光出射部110)を回転させる点を除いては、実施の形態1に係るSPFS装置100と同様の手順で動作する。   The SPFS apparatus 200 according to the present embodiment is the SPFS apparatus according to the first embodiment, except that the rotating lever 220 (and the excitation light emitting unit 110) is rotated instead of the chip holder 130 (and the detection chip 10). It operates in the same procedure as 100.

実施の形態2に係るSPFS装置200は、実施の形態1に係るSPFS装置100と同様の効果を有する。   The SPFS device 200 according to the second embodiment has the same effect as the SPFS device 100 according to the first embodiment.

なお、上記各実施の形態ではSPFS装置について説明したが、本発明に係る検出装置はSPFS装置に限定されない。たとえば、本発明に係る検出装置は、SPR装置であってもよい。この場合、SPR装置は、金属薄膜で反射され、出射面から出射された励起光を検出する光検出部を有する。   In addition, although each said embodiment demonstrated the SPFS apparatus, the detection apparatus which concerns on this invention is not limited to a SPFS apparatus. For example, the detection device according to the present invention may be an SPR device. In this case, the SPR device includes a light detection unit that detects excitation light reflected from the metal thin film and emitted from the emission surface.

本出願は、2012年11月15日出願の特願2012−251149に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。   This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2012-251149 of an application on November 15, 2012. The contents described in the application specification and the drawings are all incorporated herein.

本発明の検出装置は、高感度かつ高精度でアナライトの存在またはその量を検出することができるため、例えば臨床検査などに有用である。   Since the detection apparatus of the present invention can detect the presence or amount of an analyte with high sensitivity and high accuracy, it is useful for clinical examinations, for example.

10 検出チップ
20 プリズム
21 入射面
22 成膜面
23 出射面
30 金属薄膜
40 流路部材
41 流路
42 注入口
43 排出口
100,200 SPFS装置
110 励起光出射部
120 基台
130,210 チップホルダー
140,230 回転モーター
150 光検出部
151 鏡筒
152 第2整波器
153 切替モーター
154 受光センサー
220 回転レバー
α 励起光
α1 励起光の照射領域
β 蛍光
β1 蛍光の測定領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Detection chip | tip 20 Prism 21 Incident surface 22 Film-forming surface 23 Output surface 30 Metal thin film 40 Channel member 41 Channel 42 Inlet 43 Outlet 100,200 SPFS apparatus 110 Excitation light emission part 120 Base 130,210 Chip holder 140 , 230 Rotating motor 150 Photodetector 151 Lens barrel 152 Second wave adjuster 153 Switching motor 154 Light receiving sensor 220 Rotating lever α Excitation light α1 Excitation light irradiation region β Fluorescence β1 Fluorescence measurement region

Claims (7)

入射面および金属薄膜を形成された面を有するプリズムを含む検出チップを装着され、励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜に照射することで、アナライトの存在またはその量を検出する検出装置であって、
前記検出チップを保持するためのチップホルダーと、
前記励起光を出射する光源と、
前記励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜の所定の位置に所定の角度で照射するために、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを相対的に回転させる角度調整部と、
を有し、
前記角度調整部は、前記入射面に対する入射角が0°にならず、かつ前記金属薄膜で表面プラズモンが発生する角度を含む角度範囲内で、前記金属薄膜に対する前記励起光の入射角を走査し、
前記角度調整部は、前記金属薄膜に対する前記励起光の入射角を走査する際に、前記角度範囲の最小角度、中心角度および最大角度のときの前記入射面に入射する前記励起光の光軸の延長線に囲まれて形成される三角形の内接円の円心を円心とし、前記内接円の円心から、前記角度範囲の最小角度および最大角度のときの前記入射面に入射する前記励起光の光軸の延長線の交点までの距離を半径とする円の範囲内に位置する点を中心として、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを、前記三角形を含む仮想の平面上において相対的に回転させる、
検出装置。
Detection that detects the presence or amount of an analyte by mounting a detection chip including a prism having an incident surface and a surface on which a metal thin film is formed, and irradiating the metal thin film with excitation light through the incident surface A device,
A chip holder for holding the detection chip;
A light source that emits the excitation light;
An angle adjusting unit that relatively rotates the optical axis of the excitation light and the chip holder in order to irradiate the excitation light at a predetermined angle to the predetermined position of the metal thin film through the incident surface;
Have
The angle adjustment unit scans the incident angle of the excitation light with respect to the metal thin film within an angle range including an angle at which an incident angle with respect to the incident surface is not 0 ° and a surface plasmon is generated in the metal thin film. ,
When the angle adjustment unit scans the incident angle of the excitation light with respect to the metal thin film , the optical axis of the excitation light incident on the incident surface at the minimum angle, the center angle, and the maximum angle of the angle range. The excitation that is incident on the incident surface at the minimum angle and the maximum angle of the angle range from the center of the inscribed circle, with the center of the inscribed circle of the triangle formed surrounded by the extension line as the center. around a point located within a distance a of a circle radius to the intersection of the extension line of the optical axis of the light, and said tip holder and the optical axis of the excitation light, on a virtual plane including the triangle Rotate relatively,
Detection device.
前記角度調整部は、前記内接円の範囲内に位置する点を中心として、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを、前記仮想の平面上において相対的に回転させる、請求項1に記載の検出装置。The angle adjustment unit relatively rotates the optical axis of the excitation light and the chip holder on the virtual plane around a point located within the range of the inscribed circle. The detection device described. 前記角度調整部は、前記内接円の円心を中心として、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを、前記仮想の平面上において相対的に回転させる、請求項2に記載の検出装置。The detection apparatus according to claim 2, wherein the angle adjustment unit relatively rotates the optical axis of the excitation light and the chip holder on the virtual plane with a center of the inscribed circle as a center. . 前記角度調整部は、前記入射面に対する前記励起光の入射角が0°を超え10°以下となる範囲で、前記励起光の入射角を走査する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出装置。 Said angle adjustment unit, to the extent the incident angle of the excitation light to the incident surface becomes less 10 ° beyond the 0 °, scanning the incident angle of the excitation light, in any one of claims 1 to 3 The detection device described. 前記金属薄膜における表面プラズモンの発生量が最大となるときの、前記プリズム内に入射した前記励起光の光軸と前記入射面の法線との角度が5〜20°の範囲内である検出チップを装着される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の検出装置。 A detection chip in which the angle between the optical axis of the excitation light incident on the prism and the normal to the incident surface is within a range of 5 to 20 ° when the amount of surface plasmons generated in the metal thin film is maximized The detection device according to claim 1, wherein the detection device is mounted. 前記金属薄膜の前記プリズムと対向しない面から出射される光を検出する光検出部をさらに有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の検出装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a light detection unit that detects light emitted from a surface of the metal thin film that does not face the prism. 前記励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜に照射したときに、前記金属薄膜によって反射された前記励起光を検出する光検出部をさらに有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の検出装置。 7. The apparatus according to claim 1, further comprising: a light detection unit configured to detect the excitation light reflected by the metal thin film when the excitation light is irradiated onto the metal thin film through the incident surface. The detection device described.
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