JP6658752B2 - Detection chip, detection method, detection device and detection system - Google Patents
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Description
本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して被検出物質の存在またはその量を検出するための検出チップ、ならびにこの検出チップを使用して被検出物質の存在またはその量を検出するための検出方法、検出装置および検出システムに関する。 The present invention provides a detection chip for detecting the presence or amount of a substance to be detected using surface plasmon resonance, and a detection method for detecting the presence or amount of the substance to be detected using the detection chip. , A detection device and a detection system.
臨床検査などにおいて、タンパク質やDNAなどの微量の被検出物質を高感度かつ定量的に検出することができれば、患者の状態を迅速に把握して治療を行うことが可能となる。このため、微量の被検出物質を高感度かつ定量的に検出できる検出装置が求められている。 In clinical examinations and the like, if a trace amount of a substance to be detected such as protein or DNA can be detected with high sensitivity and quantitatively, it becomes possible to quickly grasp the condition of a patient and perform treatment. For this reason, there is a demand for a detection device that can detect a trace amount of a substance to be detected with high sensitivity and quantitatively.
被検出物質を高感度に検出できる検出装置として、表面プラズモン共鳴蛍光分析法(表面プラズモン励起増強蛍光分光法(Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy):以下「SPFS」と略記する)を利用する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a detection device capable of detecting a target substance with high sensitivity, a device using surface plasmon resonance fluorescence spectroscopy (Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy: hereinafter abbreviated as “SPFS”) is known. It is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に記載の検出装置では、表面に周期構造を有する基板と、基板の周期構造の上に形成された金属膜(金属層)と、金属膜の上に形成された消光抑制層と、消光抑制層の上に結合された捕捉体(二重特異性抗体)とを有する検出チップ(バイオチップ)が使用される。この検出装置では、蛍光物質で標識されている被検出物質が捕捉体に捕捉されている状態で、表面プラズモン共鳴が生じる角度で金属膜に励起光を照射して、金属膜の表面上に局在場光を発生させる。この局在場光により、金属膜上に捕捉されている被検出物質を標識する蛍光物質が選択的に励起され、蛍光物質から蛍光が放出される。検出装置は、この蛍光を検出することで、被検出物質の存在またはその量を検出する。 In the detection device described in Patent Document 1, a substrate having a periodic structure on the surface, a metal film (metal layer) formed on the periodic structure of the substrate, an extinction suppressing layer formed on the metal film, A detection chip (biochip) having a capture body (bispecific antibody) bound on the quenching suppression layer is used. In this detection device, in a state where a substance to be detected, which is labeled with a fluorescent substance, is captured by a capturing body, the metal film is irradiated with excitation light at an angle at which surface plasmon resonance occurs, and a local light is applied to the surface of the metal film. Generates field light. This local field light selectively excites a fluorescent substance that labels the substance to be detected captured on the metal film, and emits fluorescence from the fluorescent substance. The detection device detects the presence or amount of the target substance by detecting the fluorescence.
蛍光検出時には、金属膜上で表面プラズモン共鳴を生じさせるために適切な入射角で金属膜に励起光を照射することが好ましい。特許文献1に記載の検出装置では、金属膜における励起光の反射率の入射角依存性を測定し、適切な入射角を決定している。 At the time of fluorescence detection, it is preferable to irradiate the metal film with excitation light at an appropriate incident angle in order to generate surface plasmon resonance on the metal film. In the detection device described in Patent Literature 1, the incident angle dependence of the reflectance of the excitation light on the metal film is measured, and an appropriate incident angle is determined.
しかしながら、特許文献1に記載の検出装置には、適切な入射角を決定するための工程を行うことにより被検出物質を高精度に検出することができるものの、検出時間が長くなるという問題がある。また、金属膜における励起光の反射率の入射角依存性を測定するために、金属膜に対する励起光の入射角を走査しなければならず、走査機構が必要となる。このため、検出装置の大型化および高コスト化を招いてしまうという問題もある。 However, the detection device described in Patent Literature 1 can detect a target substance with high accuracy by performing a process for determining an appropriate incident angle, but has a problem in that the detection time is long. . Further, in order to measure the incident angle dependence of the reflectance of the excitation light on the metal film, the incident angle of the excitation light on the metal film must be scanned, and a scanning mechanism is required. For this reason, there is also a problem that the size and cost of the detection device are increased.
本発明の第1の目的は、表面プラズモン共鳴を利用して被検出物質の存在またはその量を検出するための検出チップであって、金属膜に対する励起光の入射角を走査することなく、被検出物質の高精度な検出を可能とする検出チップを提供することである。また、本発明の第2の目的は、この検出チップを使用して、被検出物質の存在またはその量を検出するための検出方法、検出装置および検出システムを提供することである。 A first object of the present invention is a detection chip for detecting the presence or amount of a substance to be detected by utilizing surface plasmon resonance, wherein the detection chip does not scan the incident angle of the excitation light with respect to the metal film. An object of the present invention is to provide a detection chip that enables highly accurate detection of a detection substance. A second object of the present invention is to provide a detection method, a detection device, and a detection system for detecting the presence or amount of a substance to be detected using the detection chip.
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チップは、検出チップの金属膜に表面プラズモン共鳴が発生するように光を照射したときに、前記金属膜上の蛍光物質から放出される蛍光を検出することで、被検出物質の存在またはその量を検出するために使用される検出チップであって、支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜と、を有し、前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、前記分割領域は、蛍光物質から蛍光を放出させるために前記金属膜に光が照射されたときに、前記光の照射スポット内に複数種類の前記分割領域が同時に含まれるように配置されている。 In order to solve the above problem, a detection chip according to an embodiment of the present invention emits light from a fluorescent substance on the metal film when the metal film of the detection chip is irradiated with light so that surface plasmon resonance occurs. A detection chip used to detect the presence or amount of a substance to be detected by detecting the fluorescence to be detected, the support and a metal film including a diffraction grating disposed on the support Wherein the diffraction grating includes a plurality of types of divided regions having different grating pitches, respectively, and the divided regions are irradiated with light on the metal film in order to emit fluorescent light from a fluorescent substance. Are arranged so that a plurality of types of the divided regions are simultaneously included in the light irradiation spot.
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方法は、検出チップの金属膜に表面プラズモン共鳴が発生するように光を照射したときに、前記金属膜上の蛍光物質から放出される蛍光を検出することで、被検出物質の存在またはその量を検出するための検出方法であって、支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜とを有する検出チップの、前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質を直接的または間接的に結合させる工程と、前記金属膜上に前記蛍光物質で標識されている前記被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する工程と、を含み、前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、前記蛍光を検出する工程では、複数種類の前記分割領域が照射スポット内に同時に含まれるように前記金属膜に光を照射する。 In order to solve the above problems, a detection method according to an embodiment of the present invention is characterized in that when a metal film of a detection chip is irradiated with light so that surface plasmon resonance occurs, the metal film is emitted from a fluorescent substance on the metal film. A detection method for detecting the presence or amount of a substance to be detected by detecting the fluorescence to be detected, comprising a support, and a metal film including a diffraction grating disposed on the support. A step of directly or indirectly bonding a substance to be detected, which is labeled with a fluorescent substance on the metal film, of the detection chip, and wherein the substance to be detected, which is labeled with the fluorescent substance on the metal film, When the metal film is irradiated with light so that surface plasmon resonance is generated in a state where it is directly or indirectly coupled, a step of detecting fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film, Including the times The lattice includes a plurality of types of divided regions each having a different lattice pitch, and in the step of detecting the fluorescence, the metal film is irradiated with light so that the plurality of types of the divided regions are simultaneously included in an irradiation spot. .
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、検出チップの金属膜に表面プラズモン共鳴が発生するように光を照射したときに、前記金属膜上の蛍光物質から放出される蛍光を検出することで、被検出物質の存在またはその量を検出するための検出装置であって、支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜とを有する検出チップを保持するためのホルダーと、前記ホルダーに保持された前記検出チップの前記金属膜に光を照射する光照射部と、前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、前記光照射部が前記金属膜上で表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する光検出部と、を有し、前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、前記光照射部は、照射スポット内に複数種類の前記分割領域を同時に含むように前記金属膜に光を照射する。 In order to solve the above problems, a detection device according to an embodiment of the present invention emits light from a fluorescent substance on the metal film when the metal film of the detection chip is irradiated with light so that surface plasmon resonance occurs. A detection device for detecting the presence or amount of a substance to be detected by detecting the fluorescence to be detected, comprising a support and a metal film including a diffraction grating disposed on the support. A holder for holding a detection chip, a light irradiating unit for irradiating the metal film of the detection chip held by the holder with light, and a substance to be detected that is labeled with a fluorescent substance on the metal film directly. When the light irradiating unit irradiates the metal film with light so that surface plasmon resonance occurs on the metal film in a state where the fluorescent material is coupled to the fluorescent material on the metal film, Emitted fluorescence And a light detection unit for detecting, wherein the diffraction grating includes a plurality of types of divided regions each having a different grating pitch, and the light irradiation unit includes a plurality of types of the divided regions simultaneously in an irradiation spot. The metal film is irradiated with light as described above.
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システムは、検出チップの金属膜に表面プラズモン共鳴が発生するように光を照射したときに、前記金属膜上の蛍光物質から放出される蛍光を検出することで、被検出物質の存在またはその量を検出するための検出システムであって、支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜と、を有し、前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含む検出チップと、前記検出チップを保持するためのホルダーと、前記ホルダーに保持された前記検出チップの前記金属膜に光を照射する光照射部と、前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、前記光照射部が前記金属膜上で表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する光検出部と、を有する検出装置と、を有し、前記光照射部は、照射スポット内に複数種類の前記分割領域を同時に含むように前記金属膜に光を照射する。 In order to solve the above problem, a detection system according to an embodiment of the present invention emits light from a fluorescent substance on the metal film when the metal film of the detection chip is irradiated with light so that surface plasmon resonance occurs. By detecting the fluorescence to be detected, a detection system for detecting the presence or amount of the substance to be detected, a support, and disposed on the support, a metal film including a diffraction grating, The diffraction grating has a detection chip including a plurality of divided regions each having a different grating pitch, a holder for holding the detection chip, and the metal film of the detection chip held by the holder. A light irradiating unit that irradiates light, and a substance to be detected, which is labeled with a fluorescent substance on the metal film, is directly or indirectly coupled to the light irradiating unit, and the light irradiating unit has a surface on the metal film. When irradiating the metal film with light such that plasmon resonance occurs, a light detection unit that detects fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film, and The light irradiator irradiates the metal film with light so as to simultaneously include a plurality of types of the divided regions in the irradiation spot.
本発明によれば、金属膜に対する励起光の入射角を走査することなく、被検出物質を高精度に検出することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a to-be-detected substance can be detected with high precision, without scanning the incident angle of the excitation light with respect to a metal film.
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。以下の説明では、検出装置の代表例として、表面プラズモン共鳴(SPR)を利用して被検出物質を検出する、表面プラズモン励起増強蛍光検出装置(以下、「SPFS装置」ともいう)について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, a surface plasmon excitation-enhanced fluorescence detection device (hereinafter, also referred to as an “SPFS device”) that detects a substance to be detected using surface plasmon resonance (SPR) will be described as a representative example of the detection device.
[実施の形態1]
(検出システム)
図1は、実施の形態1に係る検出システム1の構成を示す図である。本実施の形態に係る検出システム1は、検出チップ10およびSPFS装置100を有する。以下、本実施の形態に係る検出チップ10およびSPFS装置100について説明する。[Embodiment 1]
(Detection system)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a detection system 1 according to the first embodiment. The detection system 1 according to the present embodiment includes a
(SPFS装置および検出チップの構成)
図1に示されるように、SPFS装置100は、検出チップ10に光を照射する光照射ユニット(光照射部)110と、検出チップ10から放出された蛍光βを検出する受光ユニット(光検出部)120と、送液するための送液ユニット130と、検出チップ10を搬送するための搬送ユニット140と、これらを制御する制御部(処理部)150とを有する。SPFS装置100は、搬送ユニット140のチップホルダー142に検出チップ10を装着した状態で使用される。そこで、検出チップ10について先に説明し、その後にSPFS装置100の各構成要素について説明する。(Configuration of SPFS device and detection chip)
As shown in FIG. 1, the
図2A、Bは、実施の形態1に係る検出チップ10の構成を示す図である。図2Aは、検出チップ10の平面図であり、図2Bは、図2AにおけるB−B線の断面図である。図3は、実施の形態1に係る検出チップ10における回折格子35の斜視図である。以下、図2A、Bおよび図3に示されるように、検出チップ10の高さ方向をz方向とし、回折格子35の周期的構造の配列方向をx方向とし、z方向とx方向に垂直な方向をy方向とする。図4は、本実施の形態に係る検出チップ10の金属膜30に励起光αを照射したときの、回折格子35と照射スポット60との関係を示す模式図である。本実施の形態では、照射スポット60の形状は、円形状である。
2A and 2B are diagrams illustrating a configuration of the
図2A、Bに示されるように、検出チップ10は、基板(支持体)20と、基板20上に配置された、回折格子35を含む金属膜30と、基板20上に配置された枠体40とを有する。基板20上に枠体40を配置することで液体を収容するための収容部が形成される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
基板20は、金属膜30の支持部材である。基板20の形状は、特に限定されない。また、基板20の材料は、金属膜30を支持できる機械的強度を有するものであれば特に限定されない。基板20の材料の例には、ガラスや石英、シリコンなどの無機材料;アクリル樹脂やポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィンなどの樹脂が含まれる。
The
金属膜30は、一方の面を収容部内に向けて、基板20上に配置されている。前述のとおり、金属膜30は、回折格子35を含む。これにより、金属膜30に所定の入射角で光を照射すると、金属膜30中に生じる表面プラズモンと、回折格子35により生じるエバネッセント波とが結合して、表面プラズモン共鳴(SPR)が生じる。また、金属膜30の厚みは、特に限定されず、例えば、30〜500nmであり、好ましくは100〜300nmである。金属膜30の材料は、表面プラズモンを生じさせうる金属であれば特に限定されない。金属膜30の材料の例には、金、銀、アルミニウム、プラチナ、銅、およびこれらの合金が含まれる。
The
回折格子35は、金属膜30に励起光αを照射されたときに、エバネッセント波を生じさせる。回折格子35は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域を含む。また、複数種類の分割領域は、それぞれ複数の領域を含む。詳細については後述するが、図4に示されるように、分割領域は、検出チップ10の回折格子35に励起光αが照射されたときに、励起光αの照射スポット60内に同程度の面積割合で複数種類の分割領域が含まれるように配置されていることが好ましい。たとえば、複数種類の分割領域は、照射スポット60内において、その合計面積が最大である種類の分割領域の合計面積と、その合計面積が最小である種類の分割領域の合計面積との比は、4:6〜6:4の範囲内となるように配置されていることが好ましい。また、金属膜30上における励起光αの照射スポット60の位置がずれても、照射スポット60内に含まれる複数種類の分割領域の面積比は実質的に変化しないことが好ましい。たとえば、分割領域は、励起光αの照射スポット60を金属膜30の面方向に沿って移動させたときに、照射スポット60内に含まれる複数種類の分割領域の面積の割合の変化率がそれぞれ30%以下となるように配置されていることが好ましい。ここで、各分割領域の面積の割合の変化率とは、照射スポット60の移動前における照射スポット60内に含まれる各分割領域の面積の割合に対する、照射スポット60の移動後における照射スポット60内に含まれる各分割領域の面積の割合の変化率の大きさをいう。
The
分割領域の種類の数は、特に限定されない。しかし、金属膜30上の照射スポット60の位置がずれても、照射スポット60内に含まれる複数種類の分割領域の割合が変動するのを抑制する観点からは、分割領域の種類の数は、偶数であってもよい。図2〜図4に示されるように、本実施の形態では、分割領域の種類の数は、2つである。すなわち、回折格子35は、第1分割領域36および第2分割領域37を含む。図3に示されるように、第1分割領域36および第2分割領域37における回折格子35の格子ピッチは、互いに異なる。図2A、Bおよび図4では、第1分割領域36を黒色で示し、第2分割領域37を白色で示す。第1分割領域36および第2分割領域37は、それぞれ複数の領域を含む。
The number of types of divided regions is not particularly limited. However, even if the position of the
分割領域(第1分割領域36および第2分割領域37)の外形の平面視形状も、特に限定されない。分割領域の外形の平面視形状の例には、四角形状、多角形状、円形状および楕円形状が含まれる。本実施の形態では、第1分割領域36および第2分割領域37の外形の平面視形状は、四角形状である。図2Aに示されるように、分割領域は、金属膜30の面方向(x方向およびy方向)に沿う第1方向(y方向)においては異なる種類の分割領域と隣接しておらず、かつ第1方向(y方向)に直交する、金属膜30の面方向(x方向およびy方向)に沿う第2方向(x方向)においては異なる種類の分割領域と隣接するように配置されている。
The external shape of the divided regions (the first divided
また、各分割領域(第1分割領域36および第2分割領域37)における格子形状は、エバネッセント波を生じさせることができれば特に限定されない。図3に示されるように、本実施の形態では、各分割領域(第1分割領域36および第2分割領域37)は、いずれも1次元回折格子であり、互いに平行な複数の溝(凹条)が所定の間隔で形成されている。隣接する溝の中心間距離および溝の深さは、エバネッセント波を生じさせることができれば特に限定されず、照射される光の波長に応じて適宜設定されうる。たとえば、隣接する溝の中心間距離は、100〜2000nmの範囲内であることが好ましく、溝の深さは、10〜1000nmの範囲内であることが好ましい。また、溝の断面形状も特に限定されない。溝の断面形状の例には、矩形波形状、正弦波形状、および鋸歯形状が含まれる。本実施の形態では、溝の断面形状は、矩形波形状である。なお、後述する励起光αの光軸は、xz平面に平行である。
The lattice shape in each of the divided regions (the first divided
回折格子35には、被検出物質を捕捉するための捕捉体50が固定化されている。回折格子35(金属膜30)上において、捕捉体50が固定化されている領域を、特に「反応場」という。本実施の形態では、捕捉体50は、第1分割領域36および第2分割領域37に亘って略均一に固定化されており、反応場は、第1分割領域36および第2分割領域37に亘って形成されている。また、捕捉体50は、被検出物質に特異的に結合することができる。このため、被検出物質は、捕捉体50を介して金属膜30(回折格子35)上に結合されうる。
A capturing
捕捉体50の種類は、被検出物質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50は、被検出物質に特異的に結合可能な抗体(1次抗体)またはその断片、被検出物質に特異的に結合可能な酵素などである。
The type of the capturing
検出チップ10の使用時には、回折格子35は、反応や洗浄などの操作のために緩衝液などの液体に接触する。したがって、通常、回折格子35は、液体を収容可能な空間に配置される。本実施の形態では、回折格子35は、収容部の底部に配置されている。図5は、変形例に係る検出チップ10’を示す断面模式図である。回折格子35は、本実施の形態のように収容部(ウェル)の底面に配置されていてもよいし、図5に示されるように、液体を連続して供給されうる流路(フローセル)の内表面(例えば底面)に配置されていてもよい。
When the
枠体40は、図2Aに示されるように、貫通孔を有する部材であり、基板20上に配置されている。貫通孔の内面は、収容部の側面となる。枠体40の厚みは、特に限定されず、収容部に収容する液体の量に応じて適宜設計されうる。
The
収容部は、検体などの液体を収容する。収容部の形状や大きさなどは、所望の量の液体を収容することができれば、特に限定されず、用途に応じて適宜設計されうる。前述のとおり、収容部は、枠体40を基板20上に配置することで形成されているが、収容部を形成する方法は、これに限定されない。収容部を形成する方法の他の例には、その下面に凹部を形成された蓋を基板20上に配置することが含まれる。
The storage unit stores a liquid such as a specimen. The shape and size of the storage section are not particularly limited as long as a desired amount of liquid can be stored, and can be appropriately designed according to the application. As described above, the housing portion is formed by arranging the
収容部に収容される液体の種類は、特に限定されない。液体の種類の例には、被検出物質を含む検体や、蛍光物質を含む蛍光標識液、緩衝液などが含まれる。通常、液体の屈折率および誘電率は、水の屈折率および誘電率と同程度である。検体および被検出物質の種類は、特に限定されない。検体の例には、血液や血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、精液などの体液およびその希釈液が含まれる。被検出物質の例には、核酸(DNAやRNAなど)、タンパク質(ポリペプチドやオリゴペプチドなど)、アミノ酸、糖質、脂質およびこれらの修飾分子が含まれる。 The type of liquid stored in the storage section is not particularly limited. Examples of the type of liquid include a specimen containing a substance to be detected, a fluorescent labeling liquid containing a fluorescent substance, a buffer, and the like. Usually, the refractive index and the dielectric constant of a liquid are comparable to the refractive index and the dielectric constant of water. The types of the sample and the substance to be detected are not particularly limited. Examples of specimens include body fluids such as blood, serum, plasma, urine, nasal fluid, saliva, semen, and diluents thereof. Examples of the substance to be detected include nucleic acids (such as DNA and RNA), proteins (such as polypeptides and oligopeptides), amino acids, carbohydrates, lipids, and modified molecules thereof.
(検出チップの製造方法)
次に、本実施の形態に係る検出チップ10の製造方法の一例について説明する。検出チップ10の製造方法は、これに限定されるものではない。(Method of manufacturing detection chip)
Next, an example of a method for manufacturing the
本実施の形態に係る検出チップ10は、例えば、1)基板20および枠体40をそれぞれ準備する工程と、2)基板20上に金属膜30および反応場を形成する工程と、3)金属膜30および反応場が形成された基板20と、枠体40とを互いに固定する工程と、を行うことにより製造されうる。以下、各工程について説明する。
The
まず、基板20および枠体40をそれぞれ準備する。基板20としては、中心間距離が互いに異なる複数の溝が形成されている2種類の領域を含む基板を準備する。このとき、2種類の領域は、それぞれ複数の領域を含む。たとえば、平板状の樹脂基板に、中心間距離が互いに異なる複数の溝を形成して、2種類の領域を形成してもよい。2種類の領域は、それぞれ第1分割領域36または第2分割領域37となる。複数の溝を形成する方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択されうる。たとえば、金型成形法やリソグラフィ法などにより溝を形成してもよいし、凹凸が形成された原版を用いてプレス加工を行うことにより溝を形成してもよい。
First, the
また、枠体40の準備として、平板状の樹脂基板に貫通孔を形成してもよい。貫通孔を形成する方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択されうる。たとえば、金型成形法などにより、平板に貫通孔を形成すればよい。また、貫通孔が形成された平板を購入してもよい。
Further, as a preparation of the
次いで、基板20上に金属膜30および反応場を順次形成する。金属膜30は、基板20において溝が形成されている面の一部に形成してもよいし、全面に形成してもよい。金属膜30の形成方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択されうる。金属膜30の形成方法の例には、スパッタリング、蒸着およびメッキが含まれる。次いで、金属膜30上に捕捉体50を直接的または間接的に固定化すればよい。これにより、反応場を基板20上に形成することができる。
Next, a
また、捕捉体50の固定化方法も、特に限定されない。たとえば、金属膜30の上に、捕捉体50を結合させた自己組織化単分子膜(以下「SAM」という)または高分子膜を形成すればよい。SAMの例には、HOOC−(CH2)11−SHなどの置換脂肪族チオールで形成された膜が含まれる。高分子膜を構成する材料の例には、ポリエチレングリコールおよびMPCポリマーが含まれる。また、捕捉体50に結合可能な反応性基(または反応性基に変換可能な官能基)を有する高分子を金属膜30に固定化し、この高分子に捕捉体50を結合させてもよい。Further, the method of fixing the capturing
なお、金属膜30の形成と、回折格子35の形成との順番は、上記の方法に限定されない。たとえば、平板状の基板20上に金属膜30を形成した後、金属膜30に格子形状を付与してもよい。この方法によっても、第1分割領域36および第2分割領域37を金属膜30上に配置することができる。
Note that the order of forming the
次いで、基板20と、枠体40とを固定する。枠体40を基板20上に固定する方法は、特に限定されない。たとえば、基板20と枠体40とを固定する方法の例には、両面テープや接着剤などによる接着、レーザー溶着、および超音波溶着が含まれる。
Next, the
以上の手順により、本実施の形態に係る検出チップ10を製造することができる。なお、金属膜30および反応場を形成する工程と、基板20および枠体40を固定する工程とを行う順番は、これに限定されない。たとえば、基板20上に枠体40を固定した後に、金属膜30および反応場を形成してもよい。
Through the above procedure, the
次に、SPFS装置100の各構成要素について説明する。前述のとおり、SPFS装置100は、光照射ユニット(光照射部)110、受光ユニット(光検出部)120、送液ユニット130、搬送ユニット140および制御部(処理部)150を有する。
Next, each component of the
光照射ユニット110は、所定の入射角θ1でチップホルダー142に保持された検出チップ10の金属膜30(回折格子35)に励起光αを照射する。このとき、光照射ユニット110は、複数種類(本実施の形態では、2種類)の分割領域(第1分割領域36および第2分割領域37)が光の照射スポット60内に同時に含まれるように金属膜30に励起光αを照射する(図4参照)。また、光照射ユニット110は、金属膜30中の表面プラズモンと結合できる回折光が回折格子35で生じるように、金属膜30の表面に対するp偏光の光を金属膜30(回折格子35)に照射する。金属膜30上の照射スポット60内における光量は略均一であることが好ましく、具体的には光量が最大の点と光量が最小の点との光量の比が4:6〜6:4の範囲内であることが好ましい。蛍光βは、特定の方向に指向性を持って出射される。たとえば、蛍光βの出射角θ2は、2θ1で近似される。なお、SPRが生じる条件では、励起光αの反射光γは、ほとんど生じない。
また、励起光αの光軸は、回折格子35における周期的構造の配列方向(x方向)に沿う。したがって、励起光αの光軸はxz平面に平行である(図1参照)。励起光αは、金属膜30の表面に対するp偏光の光であることから、励起光αの電界の振動方向は、励起光αの光軸および金属膜30の表面に対する法線を含むxz平面に平行である。
Further, the optical axis of the excitation light α is along the arrangement direction (x direction) of the periodic structure in the
光照射ユニット110は、励起光αを出射する光源ユニット111と、光源ユニット111に含まれる各種機器を制御する光源制御部112とを有する。
The
光源ユニット111は、励起光αを出射する。たとえば、光源ユニット111は、励起光αの光源、ビーム整形光学系、APC機構および温度調整機構(いずれも図示省略)を有する。
The
光源の種類は、特に限定されない。光源の種類の例には、レーザーダイオード(LD)、発光ダイオード、水銀灯、その他のレーザー光源が含まれる。たとえば、光源から出射される励起光αの波長は、400nm〜1000nmの範囲内である。 The type of the light source is not particularly limited. Examples of light source types include laser diodes (LDs), light emitting diodes, mercury lamps, and other laser light sources. For example, the wavelength of the excitation light α emitted from the light source is in the range of 400 nm to 1000 nm.
また、光源から出射される励起光αがビームでない場合は、光源から出射される励起光αは、レンズや鏡、スリットなどによりビームに変換される。また、光源から出射される励起光αが単色光でない場合は、光源から出射される励起光αは、回折格子などにより単色光に変換される。さらに、光源から出射される励起光αが直線偏光でない場合は、光源から出射される励起光αは、偏光子などにより直線偏光の光に変換される。 When the excitation light α emitted from the light source is not a beam, the excitation light α emitted from the light source is converted into a beam by a lens, a mirror, a slit, or the like. When the excitation light α emitted from the light source is not monochromatic light, the excitation light α emitted from the light source is converted into monochromatic light by a diffraction grating or the like. Further, when the excitation light α emitted from the light source is not linearly polarized light, the excitation light α emitted from the light source is converted into linearly polarized light by a polarizer or the like.
ビーム整形光学系は、例えば、コリメーターやバンドパスフィルター、直線偏光フィルター、半波長板、スリット、ズーム手段などを含む。ビーム整形光学系は、これらのすべてを含んでいてもよいし、一部を含んでいてもよい。 The beam shaping optical system includes, for example, a collimator, a bandpass filter, a linear polarization filter, a half-wave plate, a slit, a zoom unit, and the like. The beam shaping optical system may include all of them, or may include some of them.
コリメーターは、光源から出射された励起光αをコリメートする。 The collimator collimates the excitation light α emitted from the light source.
バンドパスフィルターは、光源から出射された励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。光源からの励起光αは、若干の波長分布幅を有しているためである。 The band-pass filter converts the excitation light α emitted from the light source into narrow-band light having only the center wavelength. This is because the excitation light α from the light source has a slight wavelength distribution width.
直線偏光フィルターは、光源から出射された励起光αを完全な直線偏光の光にする。半波長板は、金属膜30にp偏光成分の光が入射するように励起光αの偏光方向を調整する。スリットおよびズーム手段は、金属膜30における照射スポット60の形状および面積が所定の形状および面積となるように、励起光αの輪郭形状やビーム径(例えば、φ1mm)などを調整する。
The linearly polarized light filter converts the excitation light α emitted from the light source into a completely linearly polarized light. The half-wave plate adjusts the polarization direction of the excitation light α so that the light of the p-polarized component enters the
照射スポット60の形状および面積は、特に限定されず、複数種類の分割領域の形状や面積などに応じて、適宜設定されうる。照射スポット60の形状の例には、四角形状、多角形状、円形状および楕円形状が含まれる。前述のとおり、本実施の形態では、照射スポット60の形状は、円形状である。
The shape and area of the
APC機構は、光源の出力が一定となるように光源を制御する。より具体的には、APC機構は、励起光αから分岐させた光の光量を不図示のフォトダイオードなどで検出する。そして、APC機構は、回帰回路で投入エネルギーを制御することで、光源の出力を一定に制御する。 The APC mechanism controls the light source so that the output of the light source becomes constant. More specifically, the APC mechanism detects the amount of light branched from the excitation light α using a photodiode (not shown) or the like. Then, the APC mechanism controls the output of the light source to be constant by controlling the input energy by the regression circuit.
温度調整機構は、例えば、ヒーターやペルチェ素子などである。光源の出射光の波長およびエネルギーは、温度によって変動することがある。このため、温度調整機構で光源の温度を一定に保つことにより、光源の出射光の波長およびエネルギーを一定に制御する。 The temperature adjustment mechanism is, for example, a heater, a Peltier element, or the like. The wavelength and energy of the light emitted from the light source may fluctuate depending on the temperature. Therefore, by keeping the temperature of the light source constant by the temperature adjustment mechanism, the wavelength and energy of the light emitted from the light source are controlled to be constant.
光源制御部112は、光源ユニット111に含まれる各種機器を制御して、光源ユニット111からの励起光αのパワーや照射時間などを調整する。光源制御部112は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
The light
受光ユニット120は、金属膜30上に蛍光物質で標識されている被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、光照射ユニット110が金属膜30上でSPRが発生するように金属膜30に光を照射したときに、金属膜30上で蛍光物質から放出される蛍光βを検出する。図1に示されるように、受光ユニット120は、光照射ユニット110に対して、励起光αの光軸と金属膜30との交点を通り、かつ金属膜30の表面に対する法線を挟むように配置されている。
The
受光ユニット120は、受光センサー121および受光センサー制御部122を有する。受光ユニット120は、さらに集光レンズ群や開口絞り、蛍光フィルターなどを有していてもよい。
The
受光センサー121は、金属膜30上に存在する蛍光物質から放出される蛍光βを検出して、金属膜30上の蛍光像を検出する。受光センサー121の種類は、特に限定されず、例えば、感度およびSN比が高い光電子増倍管であり、アバランシェ・フォトダイオード(APD)やフォトダイオード(PD)、CCDイメージセンサーなどであってもよい。
The
受光センサー制御部122は、受光センサー121の出力値の検出や、検出した出力値による受光センサー121の感度の管理、適切な出力値を得るための受光センサー121の感度を制御する。受光センサー制御部122は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
The light receiving
送液ユニット130は、チップホルダー142に保持された検出チップ10の収容部内に、検体や蛍光標識液、洗浄液などの液体を供給し、収容部内からこれらの液体を除去する。送液ユニット130は、液体チップ131、シリンジポンプ132および送液ポンプ駆動機構135を含む。
The
液体チップ131は、検体や蛍光標識液、洗浄液などの液体を収容する容器である。液体チップ131としては、通常、複数の容器が液体の種類に応じて配置されるか、または複数の容器が一体化したチップが配置される。
The
シリンジポンプ132は、シリンジ133と、シリンジ133内を往復動作可能なプランジャー134とによって構成される。プランジャー134の往復運動によって、液体の吸引および吐出が定量的に行われる。シリンジ133が交換可能であると、シリンジ133の洗浄が不要となる。このため、不純物の混入などを防止する観点から好ましい。シリンジ133が交換可能に構成されていない場合は、シリンジ133内を洗浄する構成をさらに付加することにより、シリンジ133を交換せずに使用することが可能となる。
The
送液ポンプ駆動機構135は、プランジャー134の駆動装置、およびシリンジポンプ132の移動装置を含む。シリンジポンプ132の駆動装置は、プランジャー134を往復運動させるための装置であり、例えば、ステッピングモーターを含む。ステッピングモーターを含む駆動装置は、シリンジポンプ132の送液量や送液速度を管理できるため、検出チップ10の残液量を管理する観点から好ましい。シリンジポンプ132の移動装置は、例えば、シリンジポンプ132を、シリンジ133の軸方向(例えば垂直方向)と、軸方向を横断する方向(例えば水平方向)との二方向に自在に動かす。シリンジポンプ132の移動装置は、例えば、ロボットアーム、2軸ステージまたは上下動自在なターンテーブルによって構成される。
The liquid feeding
送液ユニット130は、液体チップ131より各種液体を吸引し、検出チップ10の収容部内に供給する。収容部が流路である場合、プランジャー134を動かすことで、流路内を液体が往復し、流路内の液体が撹拌される。これにより、液体の濃度分布の均一化や、流路内における反応(例えば、後述する1次反応および2次反応)を促進することができる。収容部内の液体は、再びシリンジポンプ132で吸引され、液体チップ131などに排出される。これらの動作の繰り返しにより、各種液体による反応、洗浄などを実施し、収容部内に、蛍光物質で標識された被検出物質などを配置することができる。
The
搬送ユニット140は、検出チップ10を設置位置、検出位置または送液位置に搬送し、固定する。ここで「設置位置」とは、検出チップ10をSPFS装置100に設置するための位置である。また、「検出位置」とは、光照射ユニット110が検出チップ10に励起光αを照射し、それに伴い発生する蛍光βを受光ユニット120が検出する位置である。さらに、「送液位置」とは、送液ユニット130が検出チップ10の収容部内に液体を供給するか、または検出チップ10の収容部内の液体を除去する位置である。
The
搬送ユニット140は、搬送ステージ141およびチップホルダー142を含む。
The
チップホルダー142は、搬送ステージ141上に固定されており、検出チップ10を着脱可能に保持する。チップホルダー142の形状は、検出チップ10を保持することができ、かつ励起光αや蛍光β、反射光γなどの光の光路を妨げない形状である。
The
搬送ステージ141は、チップホルダー142を一方向およびその逆方向に移動させる。搬送ステージ141も、励起光αや蛍光β、反射光γなどの光の光路を妨げない形状である。搬送ステージ141は、例えば、ステッピングモーターなどで駆動される。
The
制御部150は、光源制御部112、受光センサー制御部122、送液ポンプ駆動機構135および搬送ステージ141を制御する。また、制御部150は、受光センサー121の検出結果に基づいて被検出物質の存在またはその量を示すシグナル値を算出するための処理部としても機能する。制御部150は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含み、ソフトウェアを実行するコンピュータである。
The
(SPFS装置の検出動作)
次に、SPFS装置100の検出動作(本実施の形態に係る検出方法)について説明する。図6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。(Detection operation of SPFS device)
Next, a detection operation of the SPFS device 100 (a detection method according to the present embodiment) will be described. FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of an operation procedure of the
まず、検出の準備をする(工程S10)。具体的には、検出チップ10を準備して、SPFS装置100の設置位置に配置されているチップホルダー142に検出チップ10を設置する。また、検出チップ10の金属膜30上に保湿剤が存在する場合は、捕捉体50が適切に被検出物質を捕捉できるように、金属膜30上を洗浄して保湿剤を除去する。
First, preparation for detection is performed (step S10). Specifically, the
次いで、金属膜30上に蛍光物質が存在しない状態で蛍光βと同じ波長の光を含む光の検出を行い、光学ブランク値を測定する(工程S20)。ここで、「光学ブランク値」とは、検出チップ10の上方に放出される背景光の光量を意味する。
Next, in the state where no fluorescent substance is present on the
具体的には、制御部150は、搬送ステージ141を制御して、検出チップ10を設置位置から検出位置に移動させる。この後、制御部150は、光源制御部112を制御して、光照射ユニット110の光源ユニット111から励起光αを金属膜30(回折格子35)の所定の位置に照射するとともに、制御部150は、受光センサー制御部122を制御して、受光センサー121で光を検出し、光学ブランク値を得る。測定された光学ブランク値は、制御部(処理部)150に送信され、記憶される。詳細については後述するが、このとき、光照射ユニット110は、第1分割領域36および第2分割領域37が照射スポット60内に同時に含まれるように金属膜30に励起光αを照射する。
Specifically, the
次いで、検体中の被検出物質と捕捉体50とを結合させる(1次反応;工程S30)。具体的には、制御部150は、搬送ステージ141を制御して、検出チップ10を検出位置から送液位置に移動させる。この後、制御部150は、送液ポンプ駆動機構135を制御して、液体チップ131中の検体を収容部内に提供する。これにより、検体中に被検出物質が存在する場合は、被検出物質の少なくとも一部は金属膜30上の捕捉体50により捕捉される。この後、収容部内を緩衝液などで洗浄して、捕捉体50に捕捉されなかった物質を除去する。
Next, the substance to be detected in the sample is bound to the capturing body 50 (primary reaction; step S30). Specifically, the
次いで、捕捉体50に結合した被検出物質を蛍光物質で標識する(2次反応;工程S40)。具体的には、制御部150は、送液ポンプ駆動機構135を制御して、液体チップ131中の蛍光標識液を収容部内に提供する。これにより、被検出物質を蛍光物質で標識することができる。蛍光標識液は、例えば、蛍光物質で標識された抗体(2次抗体)を含む緩衝液である。この後、収容部内を緩衝液などで洗浄し、遊離の蛍光物質などを除去する。
Next, the target substance bound to the capturing
次いで、金属膜30(回折格子35)上に蛍光物質で標識された被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、励起光αを金属膜30(回折格子35)に照射して、金属膜30上の被検出物質を標識する蛍光物質から放出される蛍光βを検出し、蛍光値を測定する(工程S50)。
Next, the excitation light α is irradiated to the metal film 30 (diffraction grating 35) in a state where the detection target substance labeled with the fluorescent substance is directly or indirectly bonded to the metal film 30 (diffraction grating 35). Then, the fluorescence β emitted from the fluorescent substance labeling the substance to be detected on the
具体的には、制御部150は、搬送ステージ141を制御して、検出チップ10を送液位置から検出位置に移動させる。この後、制御部150は、光源制御部112を制御して、金属膜30(回折格子35)に向けて光照射ユニット110の光源ユニット111から励起光αを出射させる。これと同時に、制御部150は、受光センサー制御部122を制御して、受光センサー121で蛍光βを検出する。これにより、受光センサー121は、蛍光値を測定することができる。測定された蛍光値は、制御部(処理部)150に送信され、記録される。このとき、光照射ユニット110は、第1分割領域36および第2分割領域37が照射スポット60内に同時に含まれるように金属膜30に励起光αを照射する。これにより、第1分割領域36上で結合されている被検出物質を標識する蛍光物質から放出される蛍光βと、第2分割領域37上で結合されている被検出物質を標識する蛍光物質から放出される蛍光βとを検出することができる。
Specifically, the
最後に、被検出物質の存在またはその量を示すシグナル値を算出する(工程S60)。蛍光値は、主として、被検出物質を標識する蛍光物質に由来する蛍光成分(シグナル値)と、ノイズに由来する光学ブランク値とを含む。したがって、制御部(処理部)150は、工程S50で得られた蛍光値から工程S20で得られた光学ブランク値を引くことで、被検出物質の量に相関するシグナル値を算出することができる。シグナル値は、あらかじめ作成しておいた検量線により、被検出物質の量や濃度などに換算される。 Finally, a signal value indicating the presence or the amount of the substance to be detected is calculated (step S60). The fluorescence value mainly includes a fluorescence component (signal value) derived from a fluorescent substance that labels the substance to be detected, and an optical blank value derived from noise. Therefore, the control unit (processing unit) 150 can calculate a signal value correlated with the amount of the target substance by subtracting the optical blank value obtained in step S20 from the fluorescence value obtained in step S50. . The signal value is converted to the amount or concentration of the substance to be detected by a calibration curve created in advance.
以上の手順により、検体中の被検出物質の存在または被検出物質の量を検出することができる。 According to the above procedure, the presence of the target substance or the amount of the target substance in the sample can be detected.
本実施の形態に係るSPFS装置100は、本実施の形態に係る検出チップ10を使用するため、金属膜30に対する励起光αの入射角を走査することなく、被検出物質を高精度に検出することができる。以下、この点について説明する。比較のため、格子ピッチの種類が1つである回折格子を含む検出チップ(以下、「比較用の検出チップ」ともいう)を使用した場合についても説明する。図7A、Bは、金属膜に対する励起光αの入射角と、励起光αの反射光γの光量との関係を示すグラフである。図7Aは、比較用の検出チップを使用した場合のグラフであり、図7Bは、本実施の形態に係る検出チップ10を使用した場合のグラフである。
Since the
前述のとおり、SPRを発生させるために最適な励起光αの入射角は、回折格子35の格子ピッチや励起光αの波長などに依存する。SPFS装置100では、SPRが発生するように金属膜30に励起光αが照射されたときに、金属膜30上から蛍光βが放出される。このとき、反射光γの光量が最も小さくなるときに、SPRが最大となり、放出される蛍光βの光量も最大となる。このときの入射角を共鳴角(または増強角)という。そして、励起光αの入射角が共鳴角からずれるにつれて、反射光γの光量は大きくなり、蛍光βの光量は小さくなる。このため、従来の検出チップ(比較用の検出チップ)を用いて励起光αの金属膜30に対する入射角と反射光γの光量との関係をグラフにすると、共鳴角で反射光γの光量が最小となる下に凸の曲線となる(図7A参照)。
As described above, the optimum incident angle of the excitation light α for generating the SPR depends on the grating pitch of the
図7Aに示されるように、比較用の検出チップを使用した場合、共鳴角(約9.1°)から励起光αの入射角が±0.4°変化すると、反射光γの光量が増大する。このときの反射光γの光量の増大は、シグナル値の4%分の減少に相当する。これは、従来の検出チップ(比較用の検出チップ)を使用したSPFS装置では、励起光αの入射角が共鳴角からずれると、検出される蛍光βの光量が大きく減少してしまうことを意味する。このため、被検出物質の高精度な検出を実現するためには、金属膜に対する励起光αの最適な入射角(共鳴角)を決定するための工程が必要となってしまう。したがって、従来の検出チップを用いる従来のSPFS装置では、金属膜に対する励起光αの入射角を走査するための走査機構が必要となる。これにより、SPFS装置は、大型化してしまい、かつコストが高くなってしまう。また、共鳴角を決定するために時間を要するため、検出時間が長くなってしまう。 As shown in FIG. 7A, when the detection chip for comparison is used, when the incident angle of the excitation light α changes from the resonance angle (about 9.1 °) by ± 0.4 °, the amount of the reflected light γ increases. I do. An increase in the amount of the reflected light γ at this time corresponds to a decrease of 4% of the signal value. This means that in the SPFS device using the conventional detection chip (detection chip for comparison), if the incident angle of the excitation light α deviates from the resonance angle, the amount of the detected fluorescence β greatly decreases. I do. Therefore, in order to realize highly accurate detection of the substance to be detected, a step for determining an optimum incident angle (resonance angle) of the excitation light α with respect to the metal film is required. Therefore, the conventional SPFS device using the conventional detection chip requires a scanning mechanism for scanning the incident angle of the excitation light α on the metal film. As a result, the SPFS device is increased in size and cost. Further, since it takes time to determine the resonance angle, the detection time becomes long.
これに対し、本実施の形態に係る検出チップ10の金属膜30は、格子ピッチが互いに異なる2種類の分割領域(第1分割領域36および第2分割領域37)を含む回折格子35を有する。そして、本実施の形態に係るSPFS装置100では、光照射ユニット110は、第1分割領域36および第2分割領域37が照射スポット60内に同時に含まれるように金属膜30に励起光αを照射する。このため、図7Bに示されるように、反射光γの光量は、第1分割領域36からの反射光γの光量(図7Bの一方の破線参照)および第2分割領域37からの反射光γの光量(図7Bの他方の破線参照)の合計(図7Bの実線参照)となる。なお、図7Bにおいて破線で示される第1分割領域36(または第2分割領域37)からの反射光γの光量は、第1分割領域36(または第2分割領域37)が照射スポット60の全面を占めていると仮定した場合の反射光γの光量である。このため、照射スポット60内における第1分割領域36の面積と第2分割領域37の面積とが同じである場合、第1分割領域36(または第2分割領域37)からの反射光γの光量は、図7Bの破線から読み取られる値の半分となる。したがって、図7Bにおいて実線で示される照射スポット60からの反射光γの合計光量は、各入射角における、破線で示される2つの曲線から読み取られる値の和の1/2の値として算出される。そして、第1分割領域36および第2分割領域37の格子ピッチをそれぞれ適切に設定した場合、図7Bにおいて実線で示される照射スポット60からの反射光γの合計光量は、入射角が変化してもほとんど変化しなくなる。具体的には、本実施の形態に係る検出チップ10を使用した本実施の形態に係るSPFS装置100では、共鳴角(反射光γの合計光量が最も小さい入射角)から入射角が±0.4°変化しても、反射光γの合計光量はほとんど増大しない。このときの反射光γの合計光量の増大は、シグナル値のわずか1.3%分の減少に相当する。これは、本実施の形態に係るSPFS装置100では、金属膜30に対する励起光αの入射角が共鳴角からずれても、検出される蛍光βの光量がほとんど変化しないことを意味する。このため、本実施の形態に係るSPFS装置100では、金属膜30に対する励起光αの入射角を走査しなくても、被検出物質を高精度に検出することができる。
On the other hand, the
一方、本実施の形態に係るSPFS装置100では、第1分割領域36および第2分割領域37のそれぞれに最適な入射角(共鳴角)とは異なる入射角で金属膜30に励起光αを照射する。したがって、第1分割領域36に最適な入射角(例えば8.1°)と第2分割領域37に最適な入射角(例えば10.1°)との間の入射角で金属膜30に励起光αを照射した場合、第1分割領域36および第2分割領域37のいずれにおいてもSPRは最大とならない。このことは、図7Bのグラフにおいて、実線で示される曲線の反射光γの光量が破線で示される曲線の反射光γの光量よりも大きいことからもわかる。その結果、検出される蛍光βの光量が減少してしまうことになるが、これは大きな問題とはならない。たとえば、励起光αのパワーを上げて、検出される蛍光βの光量を増大させることにより、被検出物質の検出精度を維持することができる。
On the other hand, in the
また、図7Bのグラフにおいて実線で示されるように、本実施の形態に係る検出チップ10では、励起光αの入射角を変化させても反射光γの光量が変化しないことが好ましい。すなわち、図7Bのグラフにおいて、実線で示される曲線の傾きが小さくなるように、破線で示される2つの分割領域に由来する成分の割合が調整されることが好ましい。すなわち、励起光αの照射スポット60内に同程度の面積割合で複数種類の分割領域がそれぞれ含まれることが好ましい。たとえば、照射スポット60内において、その合計面積が最大である種類の分割領域の合計面積と、その合計面積が最小である種類の分割領域の合計面積との比は、4:6〜6:4の範囲内であることが好ましい。
Further, as shown by the solid line in the graph of FIG. 7B, in the
(シミュレーション)
ここで、回折格子の格子ピッチと、共鳴角との関係をシミュレーションした。具体的には、格子ピッチが350nmまたは400nmの回折格子に、波長635nmの励起光αを入射させたときの共鳴角をシミュレーションにより求めた。シミュレーションの結果を表1に示す。表1から、格子ピッチが10nm異なると、共鳴角が2°変化することがわかる。(simulation)
Here, the relationship between the grating pitch of the diffraction grating and the resonance angle was simulated. Specifically, the resonance angle when excitation light α having a wavelength of 635 nm was made incident on a diffraction grating having a grating pitch of 350 nm or 400 nm was obtained by simulation. Table 1 shows the results of the simulation. Table 1 shows that the resonance angle changes by 2 ° when the grating pitch differs by 10 nm.
図7Bのグラフにおいて実線で示されるように、本実施の形態に係る検出チップ10では、励起光αの入射角を変化させても反射光γの光量が変化しないように、第1分割領域36および第2分割領域37の格子ピッチが設定されることが好ましい。すなわち、図7Bのグラフにおいて、実線で示される曲線の傾きが小さくなるように、破線で示される2つの曲線の位置を調整することが好ましい。上記シミュレーションからもわかるように、第1分割領域36および第2分割領域37の格子ピッチを調整することで、第1分割領域36および第2分割領域37の共鳴角を調整すること、すなわち図7Bのグラフにおいて破線で示される2つの曲線の位置を水平方向に移動することができる。したがって、励起光αの入射角を変化させても反射光γの光量が変化しないように、第1分割領域36および第2分割領域37の格子ピッチを設定することが好ましい。
As shown by the solid line in the graph of FIG. 7B, in the
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る検出チップ10を使用することで、本実施の形態に係る検出方法では、金属膜30に対する励起光αの入射角を走査することなく、短時間で、被検出物質を高精度に検出することができる。本実施の形態に係るSPFS装置100および検出システム1では、励起光αの入射角の走査機構が不要となり、装置の大型化および高コスト化を防止することができる。(effect)
As described above, by using the
[実施の形態2]
(検出システム)
図1は、実施の形態2に係る検出システム2の構成を示す図である。本実施の形態に係る検出システム2は、検出チップ210およびSPFS装置100を有する。以下、本実施の形態に係る検出チップ210およびSPFS装置100について説明する。[Embodiment 2]
(Detection system)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a detection system 2 according to the second embodiment. The detection system 2 according to the present embodiment includes the
(検出チップおよびSPFS装置の構成)
図8は、実施の形態2に係る検出チップ210の平面図である。検出チップ210では、金属膜230の回折格子235のみが実施の形態1に係る検出チップ10と異なる。そこで、実施の形態1において説明した構成要素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。また、本実施の形態に係る検出チップ210を使用した検出方法およびSPFS装置は、実施の形態1に係る検出方法およびSPFS装置100と同様であるため、その説明を省略する。また、図9は、実施の形態2に係る検出チップ210における回折格子235と励起光αの照射スポット260との関係を示す模式図である。本実施の形態では、照射スポット260の形状は、四角形状である。(Configuration of detection chip and SPFS device)
FIG. 8 is a plan view of the
金属膜230は、一方の面を収容部内に向けて、基板20上に配置されている。金属膜230は、回折格子235を含む。また、金属膜230の厚みや材料などは、特に限定されず、実施の形態1に係る検出チップ10における回折格子35と同様である。
The
回折格子235は、金属膜230に励起光αを照射されたときに、エバネッセント波を生じさせる。回折格子235は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域を含む。また、複数種類の分割領域は、それぞれ複数の領域を含む。図8に示されるように、本実施の形態では、回折格子235は、格子ピッチが互いに異なる第1分割領域236および第2分割領域237を含む。図8では、第1分割領域236を黒色で示し、第2分割領域237を白色で示す。本実施の形態では、第1分割領域236および第2分割領域237の外形の平面視形状は、四角形状である。分割領域(第1分割領域236および第2分割領域237)は、第1分割領域236の辺と、第2分割領域237の辺とが対向するように配置されている。また、各分割領域(第1分割領域236および第2分割領域237)における隣接する溝の中心間距離、溝の深さおよび溝の断面形状は、エバネッセント波を生じさせることができれば特に限定されず、実施の形態1に係る検出チップ10と同様である。
The
また、金属膜230上における励起光αの照射スポット260の位置がずれても、照射スポット260内に含まれる複数種類の分割領域の面積比が変化するのを抑制する観点から、照射スポット260の形状と、複数種類の分割領域の形状とは、同一形状であることが好ましく、かつ相似形状であることが好ましい。また、第1分割領域236および第2分割領域237にそれぞれ含まれる各領域の面積は、互いに同程度であることが好ましい。第1分割領域236および第2分割領域237に含まれる各領域の面積は、特に限定されないが、例えば、照射スポット260の面積が1mm2である場合、0.4〜0.6mm2である。また、照射スポット260内には、分割領域に含まれる各領域がそれぞれ同数含まれることが好ましい。一方、照射スポット260の面積と比較して、分割領域に含まれる各領域の面積が十分微小であれば、照射スポット260の形状と、分割領域の形状とは、異なっていてもよい。このとき、各分割領域の照射スポット260に対する面積比は、それぞれ0.01以上かつ0.5以下であることが好ましい。たとえば、照射スポット260の面積が1mm2である場合、分割領域に含まれる各領域の面積が0.01mm2以上かつ0.5mm2以下であれば、分割領域に含まれる各領域の面積が照射スポット260に対して十分微小であるといえる。In addition, even if the position of the
図9に示されるように、本実施の形態では、照射スポット260の形状と、分割領域(第1分割領域236および第2分割領域237)の形状とは、ともに四角形状であり、相似形状である。また、照射スポット260には、第1分割領域236および第2分割領域237がそれぞれ2つずつ含まれる。
As shown in FIG. 9, in the present embodiment, the shape of
(効果)
本実施の形態に係る検出チップ210を使用しても、実施の形態1と同様に、金属膜230に対する励起光αの入射角を走査することなく、被検出物質を高精度に検出することができる。(effect)
Even when the
[実施の形態3]
(検出システム)
図1は、実施の形態3に係る検出システム3の構成を示す図である。本実施の形態に係る検出システム3は、検出チップ310およびSPFS装置100を有する。以下、本実施の形態に係る検出チップ310およびSPFS装置100について説明する。[Embodiment 3]
(Detection system)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a detection system 3 according to a third embodiment. The detection system 3 according to the present embodiment includes the detection chip 310 and the
(検出チップおよびSPFS装置の構成)
図10A、Bは、実施の形態3に係る検出チップ310の構成を示す図である。図10Aは、検出チップ310の平面図であり、図10Bは、図10AにおけるB−B線の断面図である。検出チップ310では、金属膜330の回折格子335のみが実施の形態1に係る検出チップ10と異なる。そこで、実施の形態1において説明した構成要素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。また、本実施の形態に係る検出チップ310を使用した検出方法およびSPFS装置は、実施の形態1に係る検出方法およびSPFS装置100と同様であるため、それらの説明を省略する。また、図11は、実施の形態3に係る検出チップ310における回折格子335と励起光αの照射スポット360との関係を示す模式図である。本実施の形態では、照射スポット360の形状は、四角形状である。(Configuration of detection chip and SPFS device)
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a configuration of the detection chip 310 according to the third embodiment. FIG. 10A is a plan view of the detection chip 310, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 10A. In the detection chip 310, only the
金属膜330は、一方の面を収容部内に向けて、基板20上に配置されている。金属膜330は、回折格子335を含む。また、金属膜330の厚みや材料などは、特に限定されず、実施の形態1に係る検出チップ10における回折格子35と同様である。
The
回折格子335は、金属膜330に励起光αを照射されたときに、エバネッセント波を生じさせる。回折格子335は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域を含む。シグナル値の減少率が抑制される励起光αの入射角範囲を広くする観点からは、分割領域の種類の数は、3つ以上であることが好ましい。また、複数種類の分割領域は、それぞれ複数の領域を含む。図10Aに示されるように、本実施の形態では、図10A、Bに示されるように、分割領域の種類の数は、3つであり、回折格子335は、格子ピッチが互いに異なる第1分割領域336、第2分割領域337および第3分割領域338を含む。図10A、Bおよび図11では、第1分割領域336を黒色で示し、第2分割領域337を白色で示し、第3分割領域338をハッチングで示す。本実施の形態では、第1分割領域336、第2分割領域337および第3分割領域338の外形の平面視形状は、四角形状である。図10Aに示されるように、分割領域は、金属膜330の面方向(x方向およびy方向)に沿う第1方向(y方向)においては異なる種類の分割領域と隣接しておらず、かつ第1方向(y方向)に直交する、金属膜330の面方向(x方向およびy方向)に沿う第2方向(x方向)においては異なる種類の分割領域と隣接するように配置されている。
The
また、各分割領域(第1分割領域336、第2分割領域337および第3分割領域338)における隣接する溝の中心間距離、溝の深さおよび溝の断面形状は、エバネッセント波を生じさせることができれば特に限定されず、実施の形態1に係る検出チップ10と同様である。本実施の形態では、第1分割領域336における隣接する溝の中心間距離は400nmであり、第2分割領域337における隣接する溝の中心間距離は391.5nmであり、第3分割領域338における隣接する溝の中心間距離は380nmである。このとき、前述した回折格子の格子ピッチと、共鳴角との関係のシミュレーション結果を考慮すると、第1分割領域336についての共鳴角と、第2分割領域337についての共鳴角との差は、1.7°であり、第1分割領域336についての共鳴角と、第3分割領域338についての共鳴角との差は、4°である。
The distance between the centers of the adjacent grooves in each of the divided regions (the first divided region 336, the second divided region 337, and the third divided region 338), the depth of the groove, and the sectional shape of the groove may cause an evanescent wave. The configuration is not particularly limited as long as it can be performed, and is similar to the
照射スポット360の形状および面積は、特に限定されず、実施の形態1に係る照射スポット60と同様である。照射スポット360の形状の例には、四角形状、多角形状、円形状および楕円形状が含まれる。図11に示されるように、本実施の形態では、照射スポット360の形状は、四角形状である。
The shape and area of the
本実施の形態に係るSPFS装置100は、本実施の形態に係る検出チップ310を使用するため、金属膜330に対する励起光αの入射角を走査することなく、被検出物質を高精度に検出することができる。以下、この点について説明する。比較のため、比較用の検出チップを使用した場合についても説明する。図12A、Bは、金属膜に対する励起光αの入射角と、励起光αの反射光γの光量との関係を示すグラフである。図12Aは、比較用の検出チップを使用した場合のグラフであり、図12Bは、本実施の形態に係る検出チップ310を使用した場合のグラフである。
Since the
前述のとおり、比較用の検出チップを使用した場合、共鳴角(約9.1°)から励起光αの入射角が変化すると、反射光γの光量が増大し、これはシグナル値の減少に相当する(図12A参照)。このとき、シグナルの減少率が1%以内に抑制される入射角範囲の大きさは、約0.4°である。 As described above, when the detection chip for comparison is used, when the incident angle of the excitation light α changes from the resonance angle (about 9.1 °), the amount of the reflected light γ increases, which decreases the signal value. (See FIG. 12A). At this time, the size of the incident angle range in which the signal reduction rate is suppressed within 1% is about 0.4 °.
一方、本実施の形態に係る検出チップ310を使用した場合、図12Bにおいて実線で示される照射スポット360からの反射光γの合計光量は、図12Bにおいて破線で示される、各分割領域(第1分割領域336、第2分割領域337および第3分割領域338)からの反射光γの光量の和の1/3となる。そして、図12Bの実線で示されるように、本実施の形態に係る検出チップ310を使用したSPFS装置100では、シグナル値の減少率が1%以内に抑制される入射角範囲の大きさは、約2°である。すなわち、本実施の形態に係る検出チップ310を使用した場合、比較用の検出チップを使用した場合と比較して、シグナル値の減少率が1%以内に抑制される入射角範囲を5倍広くすることができる。
On the other hand, when the detection chip 310 according to the present embodiment is used, the total light amount of the reflected light γ from the
また、本実施の形態に係るSPFS装置100では、第1分割領域336、第2分割領域337および第3分割領域338のそれぞれに最適な入射角(共鳴角)とは異なる入射角で金属膜330に励起光αを照射する。したがって、各分割領域のいずれにおいてもSPRは最大とならない。このことは、図12Bのグラフにおいて、実線で示される曲線の反射光γの光量が破線で示される曲線の反射光γの光量よりも大きいことからもわかる。その結果、検出される蛍光βの光量が減少してしまうことになるが、これは大きな問題とはならない。たとえば、励起光αのパワーを上げて、検出される蛍光βの光量を増大させることにより、被検出物質の検出精度を維持することができる。
Further, in the
図12Bのグラフにおいて実線で示されるように、本実施の形態に係る検出チップ310では、励起光αの入射角を変化させても反射光γの光量が変化しないことが好ましい。すなわち、図12Bのグラフにおいて、実線で示される曲線の傾きが小さくなるように、破線で示される3つの分割領域に由来する成分の割合が調整されることが好ましい。このとき、分割領域は、励起光αの照射スポット360内に同程度の面積割合で複数種類の分割領域が含まれるように配置されていることが好ましい。たとえば、分割領域は、照射スポット360内において、その合計面積が最大である種類の分割領域の合計面積と、その合計面積が最小である種類の分割領域の合計面積との比が4:6〜6:4の範囲内となるように配置されていることが好ましい。
As shown by the solid line in the graph of FIG. 12B, in detection chip 310 according to the present embodiment, it is preferable that the amount of reflected light γ does not change even if the incident angle of excitation light α is changed. That is, in the graph of FIG. 12B, it is preferable that the ratio of the components derived from the three divided regions indicated by the broken lines be adjusted so that the slope of the curve indicated by the solid line becomes small. At this time, it is preferable that the divided regions are arranged such that a plurality of types of divided regions are included in the
(効果)
本実施の形態に係る検出チップ310を使用しても、実施の形態1と同様に、金属膜330に対する励起光αの入射角を走査することなく、被検出物質を高精度に検出することができる。また、本実施の形態に係る検出方法、検出装置および検出システムでは、実施の形態1と比較して、励起光αの入射角を変化させても反射光γの光量が変化しない入射角範囲をさらに広げることができる。(effect)
Even when the detection chip 310 according to the present embodiment is used, similarly to the first embodiment, the substance to be detected can be detected with high accuracy without scanning the angle of incidence of the excitation light α on the
本出願は、2015年6月19日出願の特願2015−124071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. 2015-124071 filed on June 19, 2015. The entire contents described in the specification and drawings of the application are incorporated herein by reference.
本発明に係る検出チップ、検出方法、検出装置および検出システムによれば、被検出物質を高い信頼性で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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the detection chip, the detection method, the detection apparatus, and the detection system which concern on this invention, since a to-be-detected substance can be detected with high reliability, it is useful for a clinical test etc., for example.
1、2、3 検出システム
10、10’210、310 検出チップ
20 基板(支持体)
30、230、330 金属膜
35、235、335 回折格子
36、236、336 第1分割領域
37、237、337 第2分割領域
338 第3分割領域
40 枠体
50 捕捉体
60、260、360 照射スポット
100 表面プラズモン共鳴蛍光分析装置(SPFS装置)
110 光照射ユニット(光照射部)
111 光源ユニット
112 光源制御部
120 受光ユニット(光検出部)
121 受光センサー
122 受光センサー制御部
130 送液ユニット
131 液体チップ
132 シリンジポンプ
133 シリンジ
134 プランジャー
135 送液ポンプ駆動機構
140 搬送ユニット
141 搬送ステージ
142 チップホルダー
150 制御部(処理部)
α 励起光
β 蛍光
γ 反射光1, 2, 3
30, 230, 330
110 Light irradiation unit (light irradiation unit)
111
121
α excitation light β fluorescence γ reflected light
Claims (29)
支持体と、
前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜と、
を有し、
前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、
前記分割領域は、蛍光物質から蛍光を放出させるために前記金属膜に光が照射されたときに、前記光の照射スポット内に複数種類の前記分割領域が同時に含まれるように配置されており、
前記照射スポットの大きさは、前記回折格子の大きさよりも小さく、
前記照射スポットを前記金属膜の面方向に沿って移動させたとき、移動前および移動後の前記照射スポットの位置が前記回折格子上のいずれの位置であっても、前記照射スポット内に含まれる複数種類の前記分割領域の面積の割合の変化率は、それぞれ30%以下である、
検出チップ。 When the metal film of the detection chip is irradiated with light so as to generate surface plasmon resonance, the presence or amount of the substance to be detected is detected by detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film. Detection chip used for
A support,
A metal film including a diffraction grating, disposed on the support,
Has,
The diffraction grating includes a plurality of divided regions each having a different grating pitch,
The divided region, when the light in the metal layer in order to emit fluorescence from the fluorescent material is irradiated, a plurality of types of the divided regions to the irradiation spot of the light is arranged to be included at the same time,
The size of the irradiation spot is smaller than the size of the diffraction grating,
When the irradiation spot is moved along the surface direction of the metal film, the position of the irradiation spot before and after the movement is any position on the diffraction grating, and is included in the irradiation spot. The rate of change of the ratio of the area of the plurality of types of divided regions is 30% or less.
Detection chip.
支持体と、A support,
前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜と、A metal film including a diffraction grating, disposed on the support,
を有し、Has,
前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、The diffraction grating includes a plurality of divided regions each having a different grating pitch,
前記分割領域は、蛍光物質から蛍光を放出させるために前記金属膜に光が照射されたときに、前記光の照射スポット内に複数種類の前記分割領域が同時に含まれるように配置されており、The divided regions are arranged such that when the metal film is irradiated with light to emit fluorescence from a fluorescent substance, a plurality of types of the divided regions are simultaneously included in an irradiation spot of the light,
前記金属膜に照射される励起光の入射角は、前記回折格子対する共鳴角ではない入射角である、 The incident angle of the excitation light applied to the metal film is an incident angle that is not a resonance angle with respect to the diffraction grating.
検出チップ。Detection chip.
前記第1分割領域および前記第2分割領域の形状は、四角形状であり、
複数の前記第1分割領域および複数の前記第2分割領域は、前記第1分割領域の辺と前記第2分割領域の辺とが対向するように配置されている、
請求項7に記載の検出チップ。 The divided region includes a first divided region and a second divided region having a different lattice pitch from the first divided region,
The shapes of the first divided region and the second divided region are rectangular,
The plurality of first divided regions and the plurality of second divided regions are arranged such that sides of the first divided region and sides of the second divided region face each other.
A detection chip according to claim 7 .
支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜とを有する検出チップの、前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質を直接的または間接的に結合させる工程と、
前記金属膜上に前記蛍光物質で標識されている前記被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する工程と、
を含み、
前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、
前記蛍光を検出する工程では、複数種類の前記分割領域が前記光の照射スポット内に同時に含まれるように前記金属膜に前記光を照射し、
前記照射スポットの大きさは、前記回折格子の大きさよりも小さく、
前記照射スポットを前記金属膜の面方向に沿って移動させたとき、移動前および移動後の前記照射スポットの位置が前記回折格子上のいずれの位置であっても、前記照射スポット内に含まれる複数種類の前記分割領域の面積の割合の変化率は、それぞれ30%以下である、
検出方法。 When the metal film of the detection chip is irradiated with light so that surface plasmon resonance is generated, the presence or amount of the substance to be detected is detected by detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film. Detection method for
A detection chip having a support and a metal film including a diffraction grating disposed on the support, wherein a substance to be detected, which is labeled with a fluorescent substance, is directly or indirectly bound to the metal film. Process and
In the state where the detection target substance that is labeled with the fluorescent substance is directly or indirectly bound on the metal film, when the metal film is irradiated with light so that surface plasmon resonance is generated, Detecting fluorescence emitted from the fluorescent material on the metal film,
Including
The diffraction grating includes a plurality of divided regions each having a different grating pitch,
Wherein in the step of detecting the fluorescence, by irradiating the light on the metal film as the divided regions of the plurality of types are simultaneously contained in the irradiation spot of the light,
The size of the irradiation spot is smaller than the size of the diffraction grating,
When the irradiation spot is moved along the surface direction of the metal film, the position of the irradiation spot before and after the movement is any position on the diffraction grating and is included in the irradiation spot. The rate of change of the area ratio of each of the plurality of types of divided regions is 30% or less.
Detection method.
支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜とを有する検出チップの、前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質を直接的または間接的に結合させる工程と、A detection chip having a support and a metal film including a diffraction grating disposed on the support, wherein a substance to be detected, which is labeled with a fluorescent substance, is directly or indirectly bound to the metal film. Process and
前記金属膜上に前記蛍光物質で標識されている前記被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する工程と、In the state where the detection target substance that is labeled with the fluorescent substance is directly or indirectly bound on the metal film, when the metal film is irradiated with light so that surface plasmon resonance is generated, Detecting fluorescence emitted from the fluorescent material on the metal film,
を含み、Including
前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、The diffraction grating includes a plurality of divided regions each having a different grating pitch,
前記蛍光を検出する工程では、複数種類の前記分割領域が前記光の照射スポット内に同時に含まれるように前記金属膜に前記光を照射し、In the step of detecting the fluorescence, the metal film is irradiated with the light so that the plurality of types of the divided regions are simultaneously included in the irradiation spot of the light,
前記金属膜に照射される励起光の入射角は、前記回折格子に対する共鳴角ではない入射角である、The incident angle of the excitation light applied to the metal film is an incident angle that is not a resonance angle with respect to the diffraction grating.
検出方法。Detection method.
前記分割領域の形状は、いずれも同一形状であり、かつ四角形状、多角形状または円形状であり、
複数種類の前記分割領域にそれぞれ含まれる各領域の前記照射スポットに対する面積比は、それぞれ0.01以上かつ0.5以下である、
請求項11〜17のいずれか一項に記載の検出方法。 The shape of the irradiation spot is circular or elliptical,
The shapes of the divided areas are all the same, and are square, polygonal, or circular,
The area ratio of each region included in each of the plurality of types of divided regions to the irradiation spot is 0.01 or more and 0.5 or less, respectively.
The detection method according to any one of claims 11 to 17 .
支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜とを有する検出チップを保持するためのホルダーと、
前記ホルダーに保持された前記検出チップの前記金属膜に光を照射する光照射部と、
前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、前記光照射部が前記金属膜上で表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する光検出部と、
を有し、
前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、
前記光照射部は、前記光の照射スポット内に複数種類の前記分割領域を同時に含むように前記金属膜に前記光を照射し、
前記照射スポットの大きさは、前記回折格子の大きさよりも小さく、
前記照射スポットを前記金属膜の面方向に沿って移動させたとき、移動前および移動後の前記照射スポットの位置が前記回折格子上のいずれの位置であっても、前記照射スポット内に含まれる複数種類の前記分割領域の面積の割合の変化率は、それぞれ30%以下である、
検出装置。 When the metal film of the detection chip is irradiated with light so that surface plasmon resonance is generated, the presence or amount of the substance to be detected is detected by detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film. A detection device for
Support, and a holder for holding a detection chip having a metal film including a diffraction grating, disposed on the support,
A light irradiation unit that irradiates light to the metal film of the detection chip held by the holder,
In a state in which a substance to be detected, which is labeled with a fluorescent substance, is directly or indirectly bound on the metal film, the light irradiating unit causes the metal film to generate surface plasmon resonance on the metal film. When irradiating light, a light detection unit that detects fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film,
Has,
The diffraction grating includes a plurality of divided regions each having a different grating pitch,
The light irradiation unit irradiates the light to the metal film so as to include a plurality of types of the divided areas simultaneously to the irradiation spot of the light,
The size of the irradiation spot is smaller than the size of the diffraction grating,
When the irradiation spot is moved along the surface direction of the metal film, the position of the irradiation spot before and after the movement is any position on the diffraction grating and is included in the irradiation spot. The rate of change of the area ratio of each of the plurality of types of divided regions is 30% or less.
Detection device.
支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜とを有する検出チップを保持するためのホルダーと、
前記ホルダーに保持された前記検出チップの前記金属膜に光を照射する光照射部と、
前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、前記光照射部が前記金属膜上で表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する光検出部と、
を有し、
前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含み、
前記光照射部は、前記光の照射スポット内に複数種類の前記分割領域を同時に含むように前記金属膜に前記光を照射し、
前記金属膜に照射される励起光の入射角は、前記回折格子に対する共鳴角ではない入射角である、
検出装置。 When the metal film of the detection chip is irradiated with light so that surface plasmon resonance is generated, the presence or amount of the substance to be detected is detected by detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film. A detection device for
Support, and a holder for holding a detection chip having a metal film including a diffraction grating, disposed on the support,
A light irradiation unit that irradiates light to the metal film of the detection chip held by the holder,
In a state in which a substance to be detected, which is labeled with a fluorescent substance, is directly or indirectly bound on the metal film, the light irradiating unit causes the metal film to generate surface plasmon resonance on the metal film. When irradiating light, a light detection unit that detects fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film,
Has,
The diffraction grating includes a plurality of divided regions each having a different grating pitch,
The light irradiation unit irradiates the light to the metal film so as to include a plurality of types of the divided areas simultaneously to the irradiation spot of the light,
The incident angle of the excitation light applied to the metal film is an incident angle that is not a resonance angle with respect to the diffraction grating.
Detection device.
前記分割領域の形状は、いずれも同一形状であり、かつ四角形状、多角形状または円形状であり、
複数種類の前記分割領域にそれぞれ含まれる各領域の前記照射スポットに対する面積比は、それぞれ0.01以上かつ0.5以下である、
請求項22または請求項23に記載の検出装置。 The shape of the irradiation spot is circular or elliptical,
The shapes of the divided areas are all the same, and are square, polygonal, or circular,
The area ratio of each region included in each of the plurality of types of divided regions to the irradiation spot is 0.01 or more and 0.5 or less, respectively.
The detection device according to claim 22 or 23 .
支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜と、を有し、前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含む検出チップと、
前記検出チップを保持するためのホルダーと、前記ホルダーに保持された前記検出チップの前記金属膜に光を照射する光照射部と、前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、前記光照射部が前記金属膜上で表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する光検出部と、を有する検出装置と、
を有し、
前記光照射部は、前記光の照射スポット内に複数種類の前記分割領域を同時に含むように前記金属膜に前記光を照射し、
前記照射スポットの大きさは、前記回折格子の大きさよりも小さく、
前記照射スポットを前記金属膜の面方向に沿って移動させたとき、移動前および移動後の前記照射スポットの位置が前記回折格子上のいずれの位置であっても、前記照射スポット内に含まれる複数種類の前記分割領域の面積の割合の変化率は、それぞれ30%以下である、
検出システム。 When the metal film of the detection chip is irradiated with light so that surface plasmon resonance is generated, the presence or amount of the substance to be detected is detected by detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance on the metal film. Detection system for
Support, and disposed on the support, a metal film including a diffraction grating, wherein the diffraction grating, a detection pitch including a plurality of each of a plurality of types of divided regions each having a different grating pitch,
A holder for holding the detection chip, a light irradiating unit that irradiates the metal film of the detection chip held by the holder with light, and a target substance that is labeled with a fluorescent substance on the metal film. When the light irradiation unit irradiates the metal film with light so that surface plasmon resonance occurs on the metal film in a state where the fluorescent material is directly or indirectly coupled, the fluorescent material on the metal film is A light detection unit that detects fluorescence emitted from
Has,
The light irradiation unit irradiates the light to the metal film so as to include a plurality of types of the divided areas simultaneously to the irradiation spot of the light,
The size of the irradiation spot is smaller than the size of the diffraction grating,
When the irradiation spot is moved along the surface direction of the metal film, the position of the irradiation spot before and after the movement is any position on the diffraction grating and is included in the irradiation spot. The rate of change of the area ratio of each of the plurality of types of divided regions is 30% or less.
Detection system.
支持体と、前記支持体上に配置された、回折格子を含む金属膜と、を有し、前記回折格子は、格子ピッチがそれぞれ異なる複数種類の分割領域をそれぞれ複数含む検出チップと、Support, and disposed on the support, a metal film including a diffraction grating, wherein the diffraction grating, a detection pitch including a plurality of each of a plurality of types of divided regions each having a different grating pitch,
前記検出チップを保持するためのホルダーと、前記ホルダーに保持された前記検出チップの前記金属膜に光を照射する光照射部と、前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、前記光照射部が前記金属膜上で表面プラズモン共鳴が発生するように前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する光検出部と、を有する検出装置と、A holder for holding the detection chip, a light irradiating unit that irradiates the metal film of the detection chip held by the holder with light, and a target substance that is labeled with a fluorescent substance on the metal film. When the light irradiation unit irradiates the metal film with light so that surface plasmon resonance occurs on the metal film in a state where the fluorescent material is directly or indirectly coupled, the fluorescent material on the metal film is A light detection unit that detects fluorescence emitted from
を有し、Has,
前記光照射部は、前記光の照射スポット内に複数種類の前記分割領域を同時に含むように前記金属膜に前記光を照射し、The light irradiation unit irradiates the light to the metal film so as to simultaneously include a plurality of types of the divided regions in the irradiation spot of the light,
前記金属膜に照射される励起光の入射角は、前記回折格子への共鳴角ではない入射角である、The incident angle of the excitation light applied to the metal film is an incident angle that is not a resonance angle to the diffraction grating.
検出システム。Detection system.
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