JP6638343B2 - Sensor chip and optical sample detection system equipped with the sensor chip - Google Patents
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Description
本発明は、表面プラズモン共鳴(SPR:Surface Plasmon Resonance)現象を応用した表面プラズモン共鳴装置や、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS:Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy)の原理に基づいた表面プラズモン励起増強蛍光測定装置などで使用されるセンサーチップおよびこのセンサーチップを備えた光学式検体検出システムに関する。 The present invention relates to a surface plasmon resonance apparatus that applies a surface plasmon resonance (SPR) phenomenon, and a surface plasmon excitation based on the principle of surface plasmon-excited fluorescence spectroscopy (SPFS). The present invention relates to a sensor chip used in an enhanced fluorescence measurement device and the like, and an optical sample detection system provided with the sensor chip.
従来、極微少な物質の検出を行う場合において、物質の物理的現象を応用することでこのような物質の検出を可能とした様々な検体検出装置が用いられている。
このような検体検出装置の一つとして、ナノメートルレベルなどの微細領域中で電子と光が共鳴することにより、高い光出力を得る現象(表面プラズモン現象(SPR:Surface Plasmon Resonance)現象)を応用し、例えば、生体内の極微少なアナライトの検出を行うようにした表面プラズモン共鳴装置(以下、「SPR装置」と言う)が挙げられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the case of detecting a very small substance, various specimen detection apparatuses that can detect such a substance by applying a physical phenomenon of the substance have been used.
As one of such specimen detection devices, a phenomenon of obtaining high light output by resonating electrons and light in a fine region such as a nanometer level (Surface Plasmon Resonance (SPR) phenomenon) is applied. For example, a surface plasmon resonance device (hereinafter, referred to as an “SPR device”) configured to detect minute analytes in a living body may be used.
また、表面プラズモン共鳴(SPR)現象を応用した、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS:Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy)の原理に基づき、SPR装置よりもさらに高感度にアナライト検出を行えるようにした表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置(以下、「SPFS装置」と言う)も、このような検体検出装置の一つである。 Also, based on the principle of Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy (SPFS) that applies the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon, analyte detection can be performed with higher sensitivity than an SPR device. The surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectrometer (hereinafter, referred to as “SPFS device”) is one of such sample detectors.
この表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)は、光源より照射したレーザー光などの励起光が、金属薄膜表面で全反射減衰(ATR:Attenuated Total Reflectance)する条件において、金属薄膜表面に表面プラズモン光(疎密波)を発生させることによって、光源より照射した励起光が有する光密度を数十倍〜数百倍に上げて、表面プラズモン光の電場増強効果を得るようになっている。 This surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) uses surface plasmon light on the surface of a metal thin film under the condition that excitation light such as laser light emitted from a light source is attenuated by the total reflection (ATR) on the surface of the metal thin film. By generating (compression waves), the light density of the excitation light emitted from the light source is increased to several tens to several hundreds of times, and an electric field enhancing effect of surface plasmon light is obtained.
図7は、従来のSPFSシステム100の構成を説明するための概略構成図である。図8は図7に示したセンサーチップ114の概略上面図である。センサーチップ114は、SPFS装置101の上に載置されて、極微少な物質の検出が高感度に検出される。
なお、SPFS装置101は、センサーチップ114を搭載するセンサーチップ装填部116、投光ユニット122、集光部材117、波長選択機能部材119、光検出手段120、などから構成されている。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram for explaining the configuration of the
The SPFS
従来のSPFSシステム100は、鉛直断面形状が略台形であるプリズム形状の誘電体部材102と、この誘電体部材102の水平な上面102aに形成された金属膜104と、金属膜104の上面に形成された反応層106と、反応層106を囲繞するように流路108を形成する流路形成部材110及び流路蓋部材112とからなるセンサーチップ114を備えている。このセンサーチップ114は、図7に示したように、SPFS装置101のセンサーチップ装填部116の上面に、試薬ウェル45を介して装填されている。
The
センサーチップ114の反応層106は、蛍光物質で標識されたアナライトを捕捉するための固相膜を有している。反応層106では、アナライトを含む検体液を流路108に送液することにより、アナライトを金属膜104上に固定することができる。
また、センサーチップ114の上方には、金属膜104上に発生した表面プラズモン光(疎密波)により励起された蛍光物質により発光される蛍光118の強度を測定するために、蛍光118のみを選択するように形成された波長選択機能部材119、光検出手段120が配設されている。
The
Further, only the
なお、SPFS装置の場合は、受光ユニット130によって検出される蛍光118がアナライト物質量に相関する光である。ここで受光ユニット130は、光検出手段120、波長選択機能部材119、集光部材117を有する。
In the case of the SPFS device, the
また、図7に示したように、誘電体部材102の下方の一方の側面(入射面102b)側には、投光ユニット122が配置されており、この投光ユニット122の光源から照射される励起光124が、誘電体部材102の外側下方から、誘電体部材102の入射面102bに入射し、誘電体部材102を介して、誘電体部材102の上面102aに形成された金属膜104に照射される。
As shown in FIG. 7, a
このように構成された従来のSPFSシステム100では、投光ユニット122の光源から金属膜104に向かって励起光124を照射することにより、金属膜104表面に表面プラズモン光(疎密波)が発生し、この表面プラズモン光(疎密波)によって、アナライトを標識する蛍光物質が励起され、蛍光118が発光する。この蛍光118を、集光部材117と波長選択機能部材119を介して光検出手段120によって検出し、蛍光118の光量に基づき、アナライトの量を算出している。
In the
また、検体中に含有されるアナライトは、例えば、核酸(一本鎖であっても二本鎖であってもよいDNA、RNA、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、PNA(ペプチド核酸)等、またはヌクレオシド、ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子)、タンパク質(ポリペプチド、オリゴペプチド等)、アミノ酸(修飾アミノ酸も含む。)、糖質(オリゴ糖、多糖類、糖鎖等)、脂質、またはこれらの修飾分子、複合体などが挙げられ、具体的には、AFP(αフェトプロテイン)等のがん胎児性抗原や腫瘍マーカー、シグナル伝達物質、ホルモンなどであってもよく、特に限定されない。 The analyte contained in the sample is, for example, a nucleic acid (DNA, RNA, polynucleotide, oligonucleotide, PNA (peptide nucleic acid), which may be single-stranded or double-stranded, or a nucleoside). , Nucleotides and their modified molecules), proteins (polypeptides, oligopeptides, etc.), amino acids (including modified amino acids), carbohydrates (oligosaccharides, polysaccharides, sugar chains, etc.), lipids, or modified molecules thereof, Examples thereof include a complex, and specific examples thereof include a carcinoembryonic antigen such as AFP (α-fetoprotein), a tumor marker, a signal transmitting substance, a hormone, and the like, and are not particularly limited.
なお、流路蓋部材112には、図8に示したように、検体注入口108aと、検体排出口108bとが形成されている。また、検体注入口108aの上方には円筒状の検体注入口部材92が立設され、検体排出口108bの上方には、液混合用の内部空間を備えた円筒状の液溜部材94が立設されている。
Note that, as shown in FIG. 8, a
このようなSPFS測定では、蛍光118の光量は、励起光124の光量に対して10桁程度低いため、光検出手段120に励起光124が僅かでも入射するとS/Nが悪化し、検出精度が劣化してしまうため、迷光を低減することが重要となる。
In such SPFS measurement, since the light quantity of the
なお、励起光124は、誘電体部材102の入射面102bから入射した後、金属膜104で反射し、誘電体部材102の出射面102cから出射するようになっている。
しかしながら、誘電体部材102の出射面102cにおいて、励起光124の一部が反射し、誘電体部材102の入射面102bから出射する出射面反射光124bが存在する。
The
However, part of the
この出射面反射光124bが、流路蓋部材112に入射し、流路蓋部材112の側面112aで反射すると、流路蓋部材112内を矢印のように全反射で導光する光となる。そして、光検出手段120の測定領域Sに出射面反射光124bが存在すると、出射面反射光124bが流路蓋部材112を励起して自家蛍光が発生してしまい、光検出手段120が流路蓋部材112内の自家蛍光をも検出してしまい、S/Nの悪化に繋がる。また、自家蛍光だけでなく、出射面反射光124bが流路蓋部材112の測定領域S内で散乱する散乱光をも検出してしまし、S/Nの悪化に繋がる。また、出射面反射光124bだけでなく、下方に位置する投光ユニット122から出射した光の回折光や迷光、励起光がセンサーチップ装填部116などの装置内部を照射し散乱した光が流路蓋部材112に入射すると、一部の光が矢印のような全反射で導光する光が発生し、S/Nの悪化に繋がる。
When the outgoing surface reflected
なお、出射面反射光124bは、誘電体部材102の反射率が4%程度(通常の光学部材の界面の反射率)であり、流路蓋部材112内を全反射で導光する光は略100%の反射率であるため、蛍光118に対して同等かそれ以上に大きな自家蛍光光量を発生させてしまい、除去すべき迷光と言える。
The emission surface reflected
このような迷光を低減するために様々な手法が提案されている。
例えば、特許文献1では、図9に示したように、誘電体部材16aに向かって入射された励起光20のうち、金属膜12から反射した反射光21を吸収する光吸収部46を、誘電体部材16aの光路中に設けている。
Various techniques have been proposed to reduce such stray light.
For example, in
また、特許文献2では、図10に示したように、センサーチップ10の内部の散乱光や反射光を除去するために励起光カットフィルタ(波長フィルタ)60を上蓋11bの上面に設置することで励起光Lをカットしている。しかしながら、このような構造でも蛍光波長は通過するため、自家蛍光による迷光が残ってしまう。
Further, in
本発明は、このような実情に鑑み、例えば、SPFSシステムなどの光学式検体検出システムに使用され、反応層の上部を覆うように載置された流路部蓋部材の横方向の長さが、誘電体部材の横方向の長さよりも長く設定されたセンサーチップにおいて、流路蓋部材内に入射してしまった散乱光や反射光の一部を、流路蓋部材の側面の形状により流路蓋部材内を全反射で導光して測定領域まで到達する光を発生させないようにすることで迷光を大幅に低減して、高精度・高感度にアナライトを定量的に測定できるセンサーチップおよびこのセンサーチップを備えた光学式検体検出システムを提供することを目的としている。 In view of such circumstances, for example, the present invention is used in an optical sample detection system such as a SPFS system, and the lateral length of a flow path portion cover member placed so as to cover an upper portion of a reaction layer is reduced. In a sensor chip set to be longer than the length of the dielectric member in the horizontal direction, part of the scattered light or reflected light that has entered the flow passage cover member flows through the side surface shape of the flow passage cover member. A sensor chip that can quantitatively measure analytes with high precision and high sensitivity by greatly reducing stray light by preventing light reaching the measurement area by guiding light inside the roadside member by total internal reflection. And an optical sample detection system provided with the sensor chip.
本発明は、前述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したセンサーチップは、
金属膜と、
前記金属膜の一方側に隣接し、励起光を入射する入射面を有する誘電体部材と、
前記金属膜の他方側に位置する反応層と、
前記反応層の上方に隣接する板状の流路蓋部材と、を備えたセンサーチップであって、
前記入射面の垂線と、前記金属膜平面の垂線とを含み、且つ前記金属膜平面に垂直な仮想断面において、
前記流路蓋部材の横方向の長さが、前記誘電体部材の横方向の長さよりも大きく、
前記流路蓋部材の前記誘電体部材側の下面と、前記流路蓋部材の横方向端面のうち前記入射面側の端面とのなす角度が、鈍角に形成されている。
The present invention has been invented to solve the problems in the prior art as described above, and in order to realize at least one of the above-described objects, a sensor chip reflecting one aspect of the present invention is ,
A metal film,
A dielectric member that is adjacent to one side of the metal film and has an incident surface on which excitation light is incident;
A reaction layer located on the other side of the metal film,
A plate-shaped flow channel cover member adjacent above the reaction layer, and a sensor chip comprising:
And the perpendicular of the entrance surface, and a perpendicular line of the metal Makutaira surface, and the vertical virtual cross section to the metal film plane,
The lateral length of the channel cover member is greater than the lateral length of the dielectric member,
The angle formed between the lower surface of the flow path cover member on the side of the dielectric member and the end face of the flow path cover member on the incident surface side of the lateral end faces is obtuse.
さらに、本発明に係る光学式検体検出システムは、
上記センサーチップと、
前記励起光を照射する投光ユニットと、
前記金属膜に前記誘電体部材を介して前記励起光を照射したときに発生するアナライト物質量に相関する光を検出する受光ユニットとを備え、前記アナライト物質量を検出している。
Further, the optical sample detection system according to the present invention,
The above sensor chip,
A light emitting unit for irradiating the excitation light,
A light-receiving unit that detects light correlated with the amount of analyte substance generated when the metal film is irradiated with the excitation light via the dielectric member, and detects the amount of analyte substance.
本発明に係るセンサーチップによれば、流路蓋部材の立ち上がり部の角度を鈍角に形成することにより、流路蓋部材の下面から入射し立ち上がり部の斜面を反射する光において、流路蓋部材内を全反射で導光する光を完全になくすことができ、アナライトの測定感度・測定精度を向上させることができる。 According to the sensor chip of the present invention, by forming the angle of the rising portion of the flow path cover member at an obtuse angle, the light incident from the lower surface of the flow path cover member and reflecting the slope of the rising portion can be used as the flow path cover member. The light guided by total internal reflection can be completely eliminated, and the measurement sensitivity and measurement accuracy of the analyte can be improved.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態(実施例)について、より詳細に説明する。
図1は、本発明の光学式検体検出システムの一態様であるSPFSシステムの概略を模式的に示す概略図である。
Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an outline of an SPFS system which is one embodiment of the optical sample detection system of the present invention.
なお、以下の説明では、図1の状態において、「上」、「下」の方向を規定する。すなわち、図1の光検出手段44は、誘電体部材34の上方に位置しており、投光ユニット48は、誘電体部材34の下方に位置している。
In the following description, “up” and “down” directions are defined in the state of FIG. That is, the
図2A、図2Bは、図1のSPFSシステム70に採用されたセンサーチップ30を示したものである。図1に示したように、本実施例に係るSPFSシステム70のセンサーチップ30は、金属膜32と、金属膜32の一方側に隣接する誘電体部材34と、金属膜32の他方側に位置する反応層36と、反応層36の上方に流路を形成する流路蓋部材38とを備えている。このセンサーチップ30は、図7に示した場合と同様に、SPFS装置68のチップ装填部116に試薬ウェル45を介して装填されている。
2A and 2B show the
本実施例では、センサーチップ30が、励起光L1に対して透光性を有する素材により形成された試薬ウェル45を備えている。
試薬ウェル45は、例えば、検体液や薬液などが収容される容器である。センサーチップ30は、試薬ウェル45に設けられたセンサーチップ装填孔49に装填される。
また、チップ装填部116と流路蓋部材38とが接するようにセンサーチップ30がチップ装填部116に装填されてもよい。
In this embodiment, the
The reagent well 45 is, for example, a container that stores a sample liquid, a drug solution, and the like. The
Further, the
また、図2A、図2Bに示したように、センサーチップ30の流路蓋部材38における長手方向の両側端部には、アナライトを含む検体液を、上記反応層36に送液するための検体流入口55と、検体排出口57とが形成されている。また、本実施例では、検体流入口55の上方に円筒状の検体注入口部材58が立設され、検体排出口57の上方に、検体混合用の空間部が具備された液溜部材59が立設されている。
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, a sample liquid containing an analyte is supplied to the
なお、ここで用いられる検体液は、検体を用いて調製された溶液であり、例えば、検体と試薬とを混合して検体中に含有されるアナライトに蛍光物質を結合させるための処理をしたものが挙げられる。
このような検体としては、血液、血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、便、体腔液(髄液、腹水、胸水等)などが挙げられる。
The sample liquid used here is a solution prepared using a sample, for example, a process of mixing a sample and a reagent to bind a fluorescent substance to an analyte contained in the sample. Things.
Examples of such a sample include blood, serum, plasma, urine, nasal fluid, saliva, stool, body cavity fluid (cerebrospinal fluid, ascites, pleural effusion, etc.).
なお、本実施例におけるセンサー部材30では、検体流入口55に接続された検体注入口部材58と、検体排出口57に接続された液溜部材59とは、流路蓋部材38に対して別体で形成されている。そして、別体で形成された検体注入口部材58と液溜部材59とは、後の工程で流路蓋部材38に一体化されている。
In the
したがって、本実施例では、例えば、流路蓋部材38を射出成形した場合であっても、この流路蓋部材38は、検体注入口部材58や液溜部材59の金型からの抜き勾配のことを考慮せずに、それ自身の形状を設定することができる。
Therefore, in the present embodiment, for example, even when the flow path cover
例えば、図3に示した他の実施例のように、流路蓋部材38の形状に対して、検体注入部材58及び液溜部材59の金型からの抜き勾配が異なった形状も設定することが可能である。また検体注入部材58及び液溜部材59の内部の勾配を図3のよう円錐形状にすると、液残りなく注入排出が容易にできる。また、検体注入部材58と液溜部材59は一体成形されていてもよい。
For example, as in the other embodiment shown in FIG. 3, a shape in which the draft of the
なお、図2A、図2Bに示した実施例、および図3に示した実施例では、流路蓋部材38の他方の端部に、混合用の液溜部材59を設けた例を示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、検体流入口55と検体排出口57とを、ポンプなどの循環送液手段によって接続することで、検体液を一方側に循環送液するセンサーチップにも適用可能である。
流路蓋部材38は、例えばPMMA(ポリメタクリル酸メチル樹脂)などの透光性が良好な樹脂から形成されている。
In the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B and the embodiment shown in FIG. 3, an example in which a
The
また、反応層36は、図7、図8に示した従来例の場合と同様に、アナライトを含む検体液を、例えば図2A、図2Bに示した検体流入口55を介して流路33に送液することにより、アナライトを金属膜32に固定することができる。
In addition, the
なお、図2A、図2Bに示した実施例および図3に示した実施例では、検体液を流路33に送液することで反応層36に検体液を導入する構成を示しているが、本発明はこれに限定されず、反応層36として、ウェル部を設け、このウェル部に検体液を滞留させる構成であっても適用可能である。
2A and 2B and the embodiment shown in FIG. 3 show a configuration in which the sample liquid is introduced into the
一方、図1に示したように、SPFSシステム70のセンサーチップ30の下方側には、金属膜32に向かって励起光L1を照射する投光ユニット48が配置されている。さらにセンサーチップ30の上方側には、受光ユニット71が配置されている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a
受光ユニット71は、絞り73、波長選択機能部材43、集光部材52、および光検出手段44などから構成されている。絞り73は、波長選択機能部材43や集光部材52や光検出手段44と一体になっていてもよい。または、絞り73は、波長選択機能部材43や集光部材52や光検出手段44を保持する部材(図示せず)と一体になっていてもよい。
The light receiving unit 71 includes a
センサーチップ30において、誘電体部材34の下方の一方の側面が、投光ユニット48からの励起光L1が入射する入射面34aを形成し、誘電体部材34の下方の他方の側面が、金属膜32によって反射された反射光が出射する出射面34bを形成している。
In the
誘電体部材34の材質は、少なくとも励起光L1に対して光学的に透明な材料から形成されている。また、安価で取り扱い性に優れるセンサーチップ30を提供する上で、射出成形による樹脂材料から形成されている。
The material of the
誘電体部材34を形成する樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン類、環状オレフィンコポリマー(COC)、環状オレフィンポリマー(COP)などのポリ環状オレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのビニル系樹脂、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド、ポリイミド、アクリル樹脂、トリアセチルセルロース(TAC)などを用いることができる。
Examples of the resin material forming the
誘電体部材34の上面には、流路溝が打ち抜かれたアクリル系粘着シートからなる流路形成部材50が配置されている。このようなアクリル系粘着シートの厚さとしては、特に限定されるものではないが、0.1mm程度であることが好ましい。
このような流路形成部材50が、誘電体部材34の上面に貼着されることによって、検査溶液が収容される反応層36が形成されている。
On the upper surface of the
By reacting such a flow
以下に、本実施例の特徴要件である流路蓋部材38について詳述する。
本実施例では、投光ユニット48の光源から金属膜32に向かって入射角θで励起光L1を射出した場合に、励起光L1が入射する誘電体部材34の入射面34aの垂線と、金属膜平面の垂線とが交差する仮想断面を、「仮想断面40」と規定している。この仮想断面40は、図1の流路蓋部材38にハッチングで示されている面方向の断面である。
Hereinafter, the flow path cover
In the present embodiment, when the excitation light L1 is emitted from the light source of the
本実施例では、流路蓋部材38の横方向の長さDは、誘電体部材34における同方向の長さEに対して長く設定されている。
In the present embodiment, the lateral length D of the flow path cover
また、本実施例では、流路蓋部材38の誘電体部材34側の下面38aと、流路蓋部材38の横方向端面のうち入射面側の端面38cとのなす角度X1が、鈍角に形成されている。
Further, in the present embodiment, the angle X1 between the
すなわち、流路蓋部材38の入射面34a側に位置する下面立ち上がり部Xの角度X1が、鈍角に形成されている。この角度X1の範囲は、例えば、90°<X1<150°であることが好ましい。90°であると金型成形用の抜き勾配を確保できないのと、90°未満であると流路蓋部材38内を導光する光が存在しS/Nが悪化する。また150°以上であると流路蓋部材38が欠けてしまう問題やセンサーチップの大型化してしまう問題がある。角度X1が、上記のような範囲に設定されていれば、流路蓋部材38の立ち上がり部Xにおいて、流路蓋部材38の下面38aにいかなる角度で光が入射したとしても、流路蓋部材38の立ち上がり部Xの側面38cを反射し流路蓋部材38内を全反射で導光する光は存在しなくなる。そのため、誘電体部材34の裏面を反射し流路蓋部材38の立ち上がり部Xに向かう光だけでなく、投光ユニット48から発生する回折光や迷光、励起光L1がセンサーチップ装填部116などの装置部内を照射し散乱した光などにおいても、流路蓋部材38の下面38aにいかなる角度で光が入射したとしても、流路蓋部材38の立ち上がり部Xの側面38cを反射し流路蓋部材38内を全反射で導光する光は存在しなくなる。
このため、流路蓋部材38内を全反射で導光することは無くなり、高精度でアナライト検出が可能になる。
That is, the angle X1 of the lower surface rising portion X located on the
For this reason, light is not guided inside the flow path cover
また、この流路蓋部材38を導光しない光は流路蓋材38の上面38bから出射するため、測定領域Sの外方に予め遮光部材47などを配置しておくと、後述する光検出手段44に不要光が入ることを阻止することができる。これにより、SPFS装置70では、励起光を照射したときに発生する蛍光をアナライト物質量に相関する光として、高精度・高感度でアナライトの検出が可能になる。
In addition, since light that does not guide the flow path cover
ここで、測定領域Sとは、流路33及び流路蓋部材38内における、光検出手段44で測定可能な測定範囲(光検出手段44まで光を導光するレンズなどがある場合は、レンズを含む受光ユニットで測定可能範囲つまり、受光ユニットの視野範囲)のことを言う。
ここで、光が屈折率n1の媒質1から屈折率n0(<n1)の媒質0へ向かう場合、媒質1と媒質0の界面へ入射する光の入射角度をθi[°]としたとき、下記条件式を満足するときに媒質1内で全反射が生じる。
sinθi>n0/n1
Here, the measurement area S is a measurement range in the
Here, when the light travels from the medium 1 having the refractive index n1 to the medium 0 having the refractive index n0 (<n1), when the incident angle of the light incident on the interface between the medium 1 and the medium 0 is θi [°], When the conditional expression is satisfied, total reflection occurs in the
sinθi> n0 / n1
以下は、流路蓋部材38の一例である。
図4に示したように流路蓋部材38の屈折率を1.5、流路蓋部材38の上面38bよりも上側、及び下面38aよりも下側の媒質を空気、流路蓋部材38の下面38aと側面38cとのなす角度を95°、91°としたときと、比較例として89°、85°としたときの、流路蓋部材38の下面38aへの光入射角度と流路蓋部材38の上面38bからの光出射角度をプロットした図を図5に示す。光出射角度が0°のとき、流路蓋部材38内部を全反射で導光している。
なお、図4において、θ0は光入射角度、θ1は光出射角度、X1は流路蓋部材38の傾斜角度である。
The following is an example of the
As shown in FIG. 4, the refractive index of the flow path cover
In FIG. 4, θ0 is the light incident angle, θ1 is the light emission angle, and X1 is the inclination angle of the flow path cover
このように、流路蓋部材38の下面38aと、入射面側の端面38cとのなす角度X1を鈍角にすることで、流路蓋部材38内を全反射して導光し測定領域Sまで到達する光を阻止することができるため、流路蓋部材38の自家蛍光などを低減でき、高精度・高感度でアナライトを定量的に測定が可能となる。
In this manner, by making the angle X1 between the
また、本実施例では、流路蓋部材38の誘電体部材34側の下面38aと、流路蓋部材38の一対の横方向端面のうち入射面34a側の端面38cと反対側に位置する他方の端面38dとのなす角度が、鈍角に形成されている。すなわち、誘電体部材34の出射面34b側に位置する下面立ち上がり部Yの角度Y1が、鈍角に形成されている。この角度Y1の範囲は、上記X1と同様に、例えば、90°<Y1<150°であることが好ましい。
In this embodiment, the
立ち上がり部Yの角度Y1が、このような範囲に設定されていれば、出射面34bを抜けた励起光L4が装置部内で反射または散乱して流路蓋部材38の立ち上がり部Y付近に入射した場合に、いかなる角度で流路蓋部材38の下面38aに光が入射したとしても、その入射した光は流路蓋部材内を全反射で導光することは無いため、高精度・高感度でアナライトを定量的に検出が可能になる。
If the angle Y1 of the rising portion Y is set in such a range, the excitation light L4 that has passed through the
また、この流路蓋部材38を導光しない光は流路蓋部材38の上面38bから出射するため、測定領域Sの外方に予め遮光部材47などを配置しておくと、後述する光検出手段44に不要光が入ることを阻止することができ、さらに高感度・高精度でアナライト検出が可能になる。
In addition, since light that does not guide the flow path cover
さらに、本実施例のセンサーチップ30では、流路蓋部材38の端面38cと端面38dは、それぞれ平滑面に形成されている。このように、端面38c、38dが平滑面に形成されていれば、乱反射が発生しないので、流路蓋部材33内を導光する方向に光を反射させることを効果的に防止することができる。
Further, in the
ここで投光ユニット48から照射される励起光L1としてはレーザー光が好ましく、波長200〜900nm、0.001〜1,000mWのLDレーザー、または波長230〜800nm、0.01〜100mWの半導体レーザーが好適である。また、表面プラズモンの発生には金属膜32への光入射角度依存性が存在するため、励起光L1はコリメート光であることが好適である。
Here, the excitation light L1 emitted from the
一方、センサーチップ30の上方に設けられた光検出手段44は、反応層36で生じた蛍光60を受光するものであり、この光検出手段44としては、超高感度の光電子増倍管、または多点計測が可能なCCDイメージセンサを用いることが好ましい。また、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードを用いてもよい。
On the other hand, the
また、流路蓋部材38と光検出手段44との間には、光を効率よく集光するための集光部材52や、供給されてくる光の中で蛍光60のみを透過する波長選択機能部材などが設けられている。
Further, between the
集光部材52としては、光検出手段44に蛍光シグナルを効率よく集光することを目的とするものであれば、任意の集光光学系で良い。簡易な集光光学系としては、顕微鏡などで使用されている市販の対物レンズ及び接眼レンズを転用してもよい。対物レンズの倍率としては、10〜100倍が好ましい。集光部材は1つのレンズでもよく、複数のレンズで構成されていてもよい。2枚の非球面コリメートレンズをタンデム配置して構成した集光光学系であってもよい。このとき、各レンズの間に波長選択機能部材43を配置することで、波長選択機能部材43には略コリメートされた励起光及び蛍光が入射するため、入射角度依存性の高い波長選択機能部材を使用しても効率よく励起光をカットし蛍光を透過することができる。
As the light-collecting member 52, any light-collecting optical system may be used as long as the light-collecting member 52 aims to efficiently collect the fluorescent signal on the
上記波長選択機能部材43としては、バンドバスフィルタやロングパスフィルタやダイクロイックミラーなどの干渉フィルタまたは色ガラスフィルタなどが挙げられる。 Examples of the wavelength selection function member 43 include an interference filter such as a band-pass filter, a long-pass filter, and a dichroic mirror, and a color glass filter.
そして、SPFSシステム70では、誘電体部材34の上面の金属膜32に照射された励起光L2によって、金属膜32の表面に表面プラズモン光(疎密波)を発生させることによって、投光ユニット48の光源より照射した励起光L2が有する光密度を数十倍〜数百倍に上げて、表面プラズモン光の電場増強効果を得るようになっている。
Then, in the
このような電場増強効果により、金属膜32に固定化されたリガンドによって、金属膜32の表面近傍に捕捉したアナライトと結合(標識)した蛍光物質を効率良く励起させ、この蛍光を観察することによって、極微量、極低濃度のアナライトを検出するようになっている。
Due to such an electric field enhancing effect, the ligand immobilized on the
なお、センサーチップ30では、投光ユニット48から金属膜32に入射された励起光L1のうち、誘電体部材34の入射面34aから反射された入射面反射光と、誘電体部材34側から金属膜32に向かって出射された励起光L1のうち、金属膜32で反射されてさらに出射面34bで反射された出射面反射光とが、それぞれ流路蓋部材38内に入射されることもある。
In the
しかしながら、これらの光のうち流路蓋部材38の立ち上がり部Xに入射されてきた光L3は、立ち上がり部Xから斜め上方に立ち上がるように反射されるので、流路蓋部材38の外部に出射させることができる。
However, of these lights, the light L3 incident on the rising portion X of the flow path cover
また、本実施例では、流路蓋部材38における測定領域Sの外方に遮光部材42が流路蓋部材38の上面38bに一体的に配置される事が好ましい。この遮光部材42は、光を吸収する部材であれば、いかなるものでも良い。このような遮光部材42が流路蓋部材38の上面38aに一体に設けられていれば、測定領域Sの外方からノイズとなる迷光が測定領域Sに向かって出射されることを防止することができる。
Further, in this embodiment, it is preferable that the light shielding member 42 is disposed integrally with the
さらに、本実施例では、流路蓋部材38の端面38c、38dが平滑面に形成されている。したがって、流路蓋部材38の端面38c、38dから乱反射が発生しないので、流路蓋部材38内を導光する方向に光を反射させることを効果的に防止することができる。
Further, in this embodiment, the end surfaces 38c and 38d of the flow path cover
また、本実施例では、流路蓋部材38の上面38bのうち、測定領域Sの外方に位置する部分が散乱面である。
すなわち、より具体的には、図6に示したように、流路蓋部材38の上面38aであり、かつ測定領域Sの外方と仮想断面40とが交差する交差領域の少なくとも一部を含む範囲T、Tが散乱面に形成されている。このように散乱面とする範囲は、上面38aの全ての面である必要はなく、不要な励起光が当たる可能性のある一部範囲だけでもよい。
In the present embodiment, a portion of the
That is, more specifically, as shown in FIG. 6, the
また、上記のセンサーチップ30が採用されたSPFSシステム70では、センサーチップ30と、受光ユニット71との間において、不要光を受光ユニット71内の光検出手段44へ入射させるのを防止するために配置された遮蔽部材47は、測定領域Sの外方に配置され、かつ流路蓋部材38に一体化されていない。
Further, in the
このような位置に遮光部材47が設けられたSPFSシステム70では、仮に流路蓋部材38のうち、測定領域Sの外方から受光ユニット71に向かって光が出射されたとしても、その迷光を遮光部材47で遮ることができる。
In the
以上、説明したように、本実施例に係るセンサーチップ30およびこのセンサーチップ30が採用されたSPFSシステム70によれば、誘電体部材34の入射面34aあるいは誘電体部材34の出射面34bから反射した光の一部が流路蓋部材38内の立ち上がり部X、Yに入射したとしても、流路蓋部材38内を全反射で導光する光を発生させることなく、その光を斜め上方に立ち上げて反射させ、その光を流路蓋部材38の外部に出射することができる。よって、その光もしくはその光によって発生した蛍光が光検出手段44に迷光として検出されてしまうことを防止することができる。これにより、高精度・高感度にアナライトを測定することができる。
As described above, according to the
なお、以上の実施例では、センサーチップをSPFSシステムに適用して説明したが、本発明のセンサーチップはSPFSシステムに限定されず、SPRシステムのセンサーチップとして適用可能であることは勿論である。
なお、SPRシステムでは、誘電体部材34の下方の他方の側面側に配置された受光ユニットによって、金属膜32により反射された反射光を受光するようになっている。
In the above embodiment, the sensor chip is applied to the SPFS system. However, the sensor chip of the present invention is not limited to the SPFS system, but can be applied to the SPR system.
In the SPR system, the light reflected by the
SPRシステムの場合には、金属膜32からの反射光がアナライト物質量に相関する光である。そのため、受光ユニットには波長選択機能部材は有しておらず、投光ユニットから出射した励起光L1と同等の波長を光検出手段で検出するようになっている。
In the case of the SPR system, light reflected from the
本発明に係る光学式検体検出システムによれば、センサーチップと、励起光を照射する投光ユニットと、金属膜に誘電体部材を介して励起光を照射したときに発生するアナライト物質量に相関する光(SPFSの場合は蛍光、SPRの場合は金属膜からの反射光)を検出する受光ユニットとを備え、さらにセンサーチップの端面が鈍角に形成されていることから、迷光を大幅に低減して、アナライト物質量に相関する光を、高精度・高感度に測定することが可能となる。 According to the optical sample detection system according to the present invention, the sensor chip, the light projecting unit for irradiating the excitation light, and the amount of the analyte substance generated when the metal film is irradiated with the excitation light via the dielectric member. A light receiving unit that detects correlated light (fluorescence in the case of SPFS, light reflected from a metal film in the case of SPR) is provided, and the end surface of the sensor chip is formed at an obtuse angle, so that stray light is significantly reduced. As a result, it is possible to measure light correlated with the amount of the analyte substance with high accuracy and high sensitivity.
30 センサーチップ
32 金属膜
33 流路
34 誘電体部材
34a 入射面
34b 出射面
36 反応層
38 流路蓋部材
38a 下面
38b 上面
38c 側端面
38d 側端面
40 仮想断面
42 遮光部材
43 波長選択機能部材
44 光検出手段
45 試薬ウェル
47 遮光部材
48 投光ユニット
50 流路形成部材
52 集光部材
57 検体排出口
58 検体注入口部材
59 液溜部材
60 蛍光
68 SPFS装置
70 SPFSシステム
71 受光ユニット
73 絞り
101 SPFS装置
Claims (10)
前記金属膜の一方側に隣接し、励起光を入射する入射面を有する誘電体部材と、
前記金属膜の他方側に位置する反応層と、
前記反応層の上方に隣接する板状の流路蓋部材と、を備えたセンサーチップであって、
前記入射面の垂線と、前記金属膜平面の垂線とを含み、且つ前記金属膜平面に垂直な仮想断面において、
前記流路蓋部材の横方向の長さが、前記誘電体部材の横方向の長さよりも大きく、
前記流路蓋部材の前記誘電体部材側の下面と、前記流路蓋部材の一対の横方向端面のうち前記入射面側の端面とのなす角度が、鈍角に形成されているセンサーチップ。 A metal film,
A dielectric member that is adjacent to one side of the metal film and has an incident surface on which excitation light is incident;
A reaction layer located on the other side of the metal film,
A plate-shaped flow channel cover member adjacent above the reaction layer, and a sensor chip comprising:
And the perpendicular of the entrance surface, and a perpendicular line of the metal Makutaira surface, and the vertical virtual cross section to the metal film plane,
The lateral length of the channel cover member is greater than the lateral length of the dielectric member,
A sensor chip, wherein an angle formed between a lower surface of the flow path cover member on the side of the dielectric member and an end face of the pair of lateral end faces of the flow path cover member on the incident surface side is obtuse.
前記誘電体部材側から前記金属膜に向かって出射された前記励起光のうち、前記誘電体部材の前記入射面から反射された入射面反射光と、
前記誘電体部材側から前記金属膜に向かって出射された前記励起光のうち、前記金属膜で反射されてさらに前記出射面で反射された出射面反射光とが、
それぞれ前記流路蓋部材の前記入射面側の端面に入射される請求項1に記載のセンサーチップ。 The dielectric member has an emission surface from which the metal film reflected light from which the excitation light is reflected by the metal film is emitted,
Of the excitation light emitted toward the metal film from the dielectric member side, incident surface reflected light reflected from the incident surface of the dielectric member,
Of the excitation light emitted toward the metal film from the dielectric member side, the emission surface reflected light reflected on the metal film and further reflected on the emission surface,
2. The sensor chip according to claim 1, wherein each of the sensor chips is incident on an end surface on the incident surface side of the flow path cover member. 3.
前記検体注入口部材及び前記液溜部材は、前記流路蓋部材と別体で形成された後に、前記流路蓋部材と一体化されている請求項1〜7のいずれか一項に記載のセンサーチップ。 A sample inlet and a sample outlet for supplying a sample liquid containing an analyte to the flow channel are formed in the channel cover member, and a sample inlet member stands on the sample inlet. A liquid storage member is provided upright on the sample outlet,
The sample injection port member and the liquid storage member are formed separately from the flow path cover member, and then integrated with the flow path cover member according to any one of claims 1 to 7. Sensor chip.
前記励起光を照射する投光ユニットと、
前記金属膜に前記誘電体部材を介して前記励起光を照射したときに発生するアナライト物質量に相関する光を検出する受光ユニットとを備え、前記アナライト物質量を検出する光学式検体検出システム。 A sensor chip according to any one of claims 1 to 8,
A light emitting unit for irradiating the excitation light,
Through said dielectric member and a light receiving unit for detecting light to correlate the analyte substance amount generated when irradiated with the excitation light, the analyte substance amount detecting an optical analyte detection on the metal film system.
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