JP6702046B2 - Detection method and detection device - Google Patents
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Description
本発明は、検出チップの位置合わせをした後に、当該検出チップを用いて被検出物質の存在またはその量を検出する検出方法および当該検出方法に用いられる検出装置に関する。 The present invention relates to a detection method for detecting the presence or amount of a substance to be detected using the detection chip after aligning the detection chip, and a detection device used in the detection method.
タンパク質やDNAなどの生体物質を検出する測定において、微量の被検出物質を高感度かつ定量的に検出できれば、即時に患者の状態を把握し治療を行うことが可能となる。このため、微量の被検出物質に起因する微弱な光を、高感度かつ定量的に検出する分析方法および分析装置が求められている。被検出物質を高感度で検出する1つの方法として、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):SPFS)が知られている。 In a measurement for detecting a biological substance such as protein or DNA, if a small amount of the substance to be detected can be detected with high sensitivity and quantitatively, it becomes possible to immediately grasp the condition of the patient and perform treatment. For this reason, there is a demand for an analysis method and an analysis device that detect highly sensitive and quantitatively weak light due to a trace amount of a substance to be detected. Surface plasmon resonance fluorescence spectrometry (Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy: SPFS) is known as one method for detecting a substance to be detected with high sensitivity.
SPFSでは、金属膜が所定の面上に配置された誘電体部材を用いる。そして、誘電体部材を介して、表面プラズモン共鳴が生じる角度で励起光を金属膜に照射すると、金属膜表面上に局在場光(増強された電場)を発生させることができる。この局在場光により、金属膜上に捕捉された被検出物質を標識する蛍光物質が励起されるため、蛍光物質から放出された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ことができる。 In SPFS, a dielectric member having a metal film arranged on a predetermined surface is used. Then, by irradiating the metal film with excitation light at an angle at which surface plasmon resonance occurs via the dielectric member, localized field light (enhanced electric field) can be generated on the surface of the metal film. This localized field light excites a fluorescent substance that labels the substance to be detected captured on the metal film.Therefore, by detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance, the presence or amount of the substance to be detected can be detected. Can be detected.
SPFSでは、高感度かつ高精度な検出を行うためには、検出チップを高い精度で所定の位置に配置する必要がある。被検出物質の量(濃度)を正確に検出するためには、金属膜に対する励起光の入射角を高精度に調整することが必要であるが、検出チップの位置がずれていると、金属膜に対する励起光の入射角を高精度に調整することができない。一方で、ユーザーに検出チップを高い精度で所定の位置へ配置させることは、ユーザビリティ(使いやすさ)の観点から好ましくない。 In SPFS, in order to perform highly sensitive and highly accurate detection, it is necessary to arrange the detection chip at a predetermined position with high accuracy. In order to accurately detect the amount (concentration) of the substance to be detected, it is necessary to adjust the incident angle of excitation light with respect to the metal film with high accuracy. It is not possible to adjust the incident angle of the excitation light with respect to the high precision. On the other hand, disposing the detection chip at a predetermined position with high accuracy by the user is not preferable from the viewpoint of usability (usability).
SPFSにおいて、検出チップの位置合わせを行う方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のSPFSにおける検出チップの位置合わせを行う方法では、誘電体部材に向けて励起光を照射しながら、検出チップを移動させる。このとき、誘電体部材で反射した励起光の反射光を受光センサーで検出する。そして、受光センサーの受光光量に基づいて検出チップの位置情報を取得し、取得した位置情報に基づいて検出チップを位置合わせする。 In SPFS, a method of aligning the detection chip has been proposed (for example, refer to Patent Document 1). In the method of aligning the detection chip in SPFS described in Patent Document 1, the detection chip is moved while irradiating the dielectric member with excitation light. At this time, the reflected light of the excitation light reflected by the dielectric member is detected by the light receiving sensor. Then, position information of the detection chip is acquired based on the amount of light received by the light receiving sensor, and the detection chip is aligned based on the acquired position information.
しかしながら、特許文献1に記載のSPFSにおける検出チップの位置合わせを行う方法では、照射された励起光のうち、一部の励起光が誘電体部材の入射面で誘電体部材内に入射し、誘電体部材内で内部反射した光が受光センサーに到達してしまう場合がある。また、誘電体部材の形状誤差や検出チップの設置誤差によっても、照射された励起光のうち、一部の励起光が、誘電体部材内で内部反射することにより受光センサーに到達してしまう場合がある。このように、誘電体部材表面で外部反射した光だけでなく、誘電体部材内において内部反射した光までもが受光センサーで検出されてしまうと、これらが迷光となり想定外の検出結果により正確に検出チップを位置合わせできない場合がある。 However, in the method of aligning the detection chip in the SPFS described in Patent Document 1, a part of the excitation light emitted is incident on the dielectric member at the incident surface of the dielectric member, and The light internally reflected in the body member may reach the light receiving sensor. In addition, due to the shape error of the dielectric member or the installation error of the detection chip, a part of the excitation light emitted reaches the light receiving sensor by being internally reflected in the dielectric member. There is. In this way, if not only the light externally reflected on the surface of the dielectric member, but also the light internally reflected on the dielectric member is detected by the light receiving sensor, these become stray light and are more accurately detected by an unexpected detection result. In some cases, the detection chip cannot be aligned.
そこで、本発明の目的は、検出チップの位置合わせをした後に、当該検出チップを用いて被検出物質を検出する検出方法および検出装置であって、誘電体部材内に入射した光による検出チップの位置合わせ精度の低下を抑制できる検出方法および検出装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is a detection method and a detection device for detecting a substance to be detected by using the detection chip after aligning the detection chip, which is the detection chip by the light incident on the dielectric member. An object of the present invention is to provide a detection method and a detection device capable of suppressing a decrease in alignment accuracy.
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、第1面、第2面および第3面を含み、光に対して透明な誘電体部材を有し、被検出物質が前記第2面の表面側に捕捉された検出チップを保持するためのチップホルダーと、前記チップホルダーを移動させる移動ステージと、前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記誘電体部材の前記第1面に向けて光を照射するとともに、前記第1面に対して照射される光の照射角度を変更する光照射部と、前記光照射部から照射された光のうち前記誘電体部材による反射光を検出する反射光検出部と、前記光照射部から光を照射することで、前記検出チップに捕捉された前記被検出物質の量に応じて発生する検体光を検出する検体光検出部と、を有する検出装置を用いた検出方法であって、前記光照射部から照射された光のうち、前記第1面で反射した第1反射光と、前記第1面を透過し、前記第2面および前記第3面で順次反射した第2反射光とが前記反射光検出部により同時に検出されるように、前記第1面に対して前記光照射部から照射する光の照射角度を設定する工程と、前記光照射部から出射する光の照射スポットが、前記第1面および前記第1面に隣接する他の面の境界上を通過するように、前記チップホルダーに保持された前記検出チップを前記移動ステージにより移動しつつ、光の照射角度を設定する工程において設定された照射角度にて前記光照射部から光を照射し、前記反射光検出部により前記第1反射光および前記第2反射光を検出し、前記反射光検出部による前記第1反射光および前記第2反射光の検出結果に基づいて、前記チップホルダーに保持された前記検出チップの位置情報を取得する工程と、取得された前記検出チップの位置情報に基づいて、前記移動ステージにより前記検出チップを、前記検体光を検出するための検出位置に移動させる工程と、前記検出チップが前記検出位置にある状態で、前記光照射部から光を照射し、前記検体光検出部により検体光を検出することにより、前記検出位置の前記検出チップに捕捉された前記被検出物質の存在またはその量を検出する工程と、を含む。 In order to solve the above problems, a detection method according to an embodiment of the present invention includes a first surface, a second surface, and a third surface, has a dielectric member transparent to light, and includes a substance to be detected. A chip holder for holding the detection chip captured on the surface side of the second surface, a moving stage for moving the chip holder, and the dielectric member of the dielectric member of the detection chip held by the chip holder. A light irradiating section that irradiates light toward the first surface and changes an irradiation angle of the light irradiating the first surface, and a part of the light irradiating from the light irradiating section by the dielectric member. A reflected light detection unit that detects reflected light, and a sample light detection unit that detects sample light generated according to the amount of the substance to be detected captured by the detection chip by irradiating light from the light irradiation unit. And a first reflected light of the light emitted from the light emitting unit that is reflected by the first surface and the first surface that is transmitted through the first surface. The irradiation angle of the light irradiated from the light irradiation unit with respect to the first surface is set so that the second reflected light sequentially reflected by the second surface and the third surface are simultaneously detected by the reflected light detection unit. And the detection held by the chip holder so that the irradiation spot of the light emitted from the light irradiation unit passes over the boundary between the first surface and another surface adjacent to the first surface. While the chip is moved by the moving stage, light is emitted from the light irradiation unit at the irradiation angle set in the step of setting the light irradiation angle, and the reflected light detection unit causes the first reflected light and the first reflected light to be emitted. A step of detecting two reflected lights, and acquiring position information of the detection chip held in the chip holder, based on the detection results of the first reflected light and the second reflected light by the reflected light detection unit, Based on the acquired position information of the detection chip, a step of moving the detection chip by the moving stage to a detection position for detecting the sample light, in a state where the detection chip is in the detection position, Irradiating light from the light irradiation unit, by detecting the sample light by the sample light detection unit, a step of detecting the presence or the amount of the substance to be detected captured in the detection chip at the detection position, including.
また、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、第1面、第2面および第3面を含み、光に対して透明な誘電体部材を有し、被検出物質が前記第2面の表面側に捕捉された検出チップを保持するためのチップホルダーと、前記チップホルダーを移動させる移動ステージと、前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記誘電体部材の前記第1面に向けて光を照射するとともに、前記第1面に対して照射される光の照射角度を変更する光照射部と、前記光照射部から照射された光のうち前記誘電体部材による反射光を検出する反射光検出部と、前記光照射部から光を照射することで、前記検出チップに捕捉された前記被検出物質の量に応じて発生する検体光を検出する検体光検出部と、前記移動ステージ、前記光照射部、前記反射光検出部および前記検体光検出部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記光照射部から照射された光のうち、前記第1面で反射した第1反射光と、前記光照射部から照射される光が前記第1面を透過し、前記第2面および前記第3面で順次反射した第2反射光とが前記反射光検出部に同時に検出されるように、前記光照射部に光の照射角度を設定させ、前記検出チップの位置情報を取得するために、前記光照射部から出射する光の照射スポットが、前記第1面および前記第1面に隣接する他の面の境界上を通過するように、前記チップホルダーに保持された前記検出チップを前記移動ステージにより移動しつつ、光の照射角度を設定する工程において設定された照射角度にて前記光照射部から光を照射させる。 In order to solve the above problems, a detection device according to an embodiment of the present invention includes a first surface, a second surface and a third surface, has a dielectric member transparent to light, A chip holder for holding a detection chip in which a detection substance is captured on the surface side of the second surface, a moving stage for moving the chip holder, and the dielectric member of the detection chip held by the chip holder. Of the light emitted from the light irradiator, and a dielectric of the light emitted from the light irradiator, the light irradiator changing the irradiation angle of the light irradiating the first surface with the light. A reflected light detection unit that detects reflected light from a member, and by irradiating light from the light irradiation unit, sample light that detects sample light generated according to the amount of the substance to be detected captured in the detection chip A detection unit, and a control unit that controls the moving stage, the light irradiation unit, the reflected light detection unit and the sample light detection unit, the control unit, of the light emitted from the light irradiation unit. Among them, the first reflected light reflected by the first surface and the second reflected light that is the light emitted from the light irradiation unit is transmitted through the first surface and sequentially reflected by the second surface and the third surface. So as to be detected by the reflected light detection unit at the same time, the light irradiation unit sets an irradiation angle of light, and in order to acquire position information of the detection chip, irradiation of light emitted from the light irradiation unit is performed. An irradiation angle of light while moving the detection chip held by the chip holder by the moving stage so that a spot passes on a boundary between the first surface and another surface adjacent to the first surface. The light is irradiated from the light irradiation unit at the irradiation angle set in the step of setting.
本発明によれば、誘電体部材内に入射した光が反射光検出部で検出された場合であっても、精度良く検出チップを位置合わせして、被検出物質の存在またはその量を精度良く検出できる。 According to the present invention, even when the light incident on the dielectric member is detected by the reflected light detection unit, the detection chip is accurately aligned to accurately detect the presence or amount of the substance to be detected. Can be detected.
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。なお、以下の説明では、本発明に係る検出方法および検出装置の一実施の形態として、SPFSにより被検出物質を検出する検出方法および検出装置について説明するが、本発明に係る検出方法および検出装置はこれに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, a detection method and a detection apparatus for detecting a substance to be detected by SPFS will be described as an embodiment of the detection method and the detection apparatus according to the present invention. Is not limited to this.
図1は、本発明の一実施の形態に係る検出装置(表面プラズモン共鳴蛍光分析装置;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、検出装置100は、励起光照射ユニット110、反射光検出ユニット120、蛍光検出ユニット130、送液ユニット140、搬送ユニット150および制御部160を有する。検出装置100は、搬送ユニット150のチップホルダー154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、その後に検出装置100の各構成要素について説明する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a detection device (surface plasmon resonance fluorescence analysis device; SPFS device) 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
(検出チップ)
検出チップ10は、入射面(第1面)21、成膜面(第2面)22および出射面(第3面)23を有するプリズム(誘電体部材)20と、成膜面22に形成された金属膜30と、成膜面22または金属膜30上に配置された流路蓋40とを有する。通常、検出チップ10は、分析のたびに交換される。検出チップ10は、好ましくは各片の長さが数mm〜数cmの構造物であるが、「チップ」の範疇に含まれないより小型の構造物またはより大型の構造物であってもよい。
(Detection chip)
The
プリズム20は、励起光αに対して透明な誘電体からなる。プリズム20は、入射面21、成膜面22、出射面23および底面24を有する。入射面21は、励起光照射ユニット110からの励起光αをプリズム20の内部に入射させる。成膜面22上には、金属膜30が配置されている。プリズム20の内部に入射した励起光αは、金属膜30の裏面で反射する。より具体的には、励起光αは、プリズム20と金属膜30との界面(成膜面22)で内部反射する。出射面23は、金属膜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。底面24は、成膜面22と対向して配置されており、入射面21および出射面23を繋ぐ。入射面21、成膜面22、出射面23および底面24の形状は、いずれも特に限定されない。入射面21、成膜面22、出射面23および底面24の形状は、それぞれ平面であってもよいし、それぞれ曲面であってもよいし、いずれかの面が平面で、他の面が曲面であってもよい。本実施の形態では、入射面21、成膜面22、出射面23および底面24の形状は、いずれも平面である。
The
プリズム20の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、プリズム20の形状は、台形を底面とする柱体である。台形の一方の底辺に対応する面が成膜面22であり、台形の他方の底辺に対応する面が底面24であり、一方の脚に対応する面が入射面21であり、他方の脚に対応する面が出射面23である。
The shape of the
入射面21は、励起光αが励起光照射ユニット110に戻らないように形成される。励起光αの光源がレーザーダイオード(以下「LD」ともいう)である場合、励起光αがLDに戻ると、LDの励起状態が乱れてしまい、励起光αの波長や出力が変動してしまう。そこで、理想的な増強角を中心とする走査範囲において、励起光αが入射面21に垂直に入射しないように、入射面21の角度が設定される。本実施の形態では、成膜面22および入射面21の二面角θaは80°であり、成膜面22および出射面23の二面角θbは82.5°である(図6参照)。ここで、「二面角」について説明する。まず、第1平面(本実施の形態では、成膜面22)および第2平面(本実施の形態では、入射面21または出射面23)に垂直な仮想平面を仮定する。そして、第1平面および仮想平面の交線を第1仮想交線とし、第2平面および仮想平面の交線を第2仮想交線とした場合、第1仮想交線および第2仮想交線がなす2つの角度のうち小さい方の角度を「二面角」とする。
The
なお、検出チップ10の設計により、共鳴角(およびその極近傍にある増強角)が概ね決まる。設計要素は、プリズム20の屈折率、金属膜30の屈折率、金属膜30の膜厚、金属膜30の消衰係数、励起光αの波長などである。金属膜30に固定化された被検出物質によって共鳴角および増強角がシフトするが、その量は数度未満である。
The design of the
プリズム20は、複屈折特性を少なからず有する。プリズム20の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。プリズム20の材料は、好ましくは、屈折率が1.4〜1.6であり、かつ複屈折が小さい樹脂である。
The
金属膜30は、プリズム20の成膜面22上に配置されている。これにより、成膜面22に全反射する条件で入射した励起光αの光子と、金属膜30中の自由電子との間で相互作用(表面プラズモン共鳴)が生じ、金属膜30の表面上に局在場光を生じさせることができる。なお、金属膜30は、成膜面22の少なくとも一部に配置されていればよい。すなわち、金属膜30は、成膜面22の全体に配置されていてもよいし、成膜面22の一部に配置されていてもよい。また、本実施の形態では、成膜面22が平面であるため、金属膜30の裏面も平面である。
The
金属膜30の材料は、表面プラズモン共鳴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、銅、アルミ、これらの合金が含まれる。本実施の形態では、金属膜30は、金薄膜である。金属膜30の形成方法は、特に限定されない。金属膜30の形成方法の例には、スパッタリング、蒸着、メッキが含まれる。金属膜30の厚みは、特に限定されないが、30〜70nmの範囲内が好ましい。
The material of the
また、特に図示しないが、本実施の形態では、金属膜30のプリズム20と対向しない面(金属膜30の表面)には、被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定化(配置)されている。捕捉体を固定化することで、被検出物質を選択的に検出することが可能となる。本実施の形態では、金属膜30上の所定の領域(反応場)に、捕捉体が均一に固定化されている。捕捉体の種類は、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。本実施の形態では、捕捉体は、被検出物質に特異的な抗体またはその断片である。
Further, although not particularly shown, in this embodiment, a capturing body for capturing a substance to be detected is fixed (disposed) on the surface of the
流路蓋40は、金属膜30上に配置されている。金属膜30がプリズム20の成膜面22の一部にのみ形成されている場合は、流路蓋40は、成膜面22上に配置されていてもよい。流路蓋40の裏面には、流路溝が形成されており、流路蓋40は、金属膜30(およびプリズム20)と共に、液体が流れる流路41を形成する。液体の例には、被検出物質を含む試料液や、蛍光物質で標識された抗体を含む標識液、洗浄液などが含まれる。金属膜30に固定化されている捕捉体は、流路41内に露出している。流路41の両端は、流路蓋40の上面に形成された不図示の注入口および排出口とそれぞれ接続されている。流路41内へ液体が注入されると、液体は捕捉体に接触する。
The
流路蓋40は、金属膜30上から放出される蛍光γに対して透明な材料からなることが好ましい。流路蓋40の材料の例には、樹脂が含まれる。蛍光γを外部に取り出す部分が蛍光γに対して透明であれば、流路蓋40の他の部分は、不透明な材料で形成されていてもよい。流路蓋40は、例えば、両面テープや接着剤などによる接着や、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金属膜30またはプリズム20に接合されている。
The
図1に示されるように、被検出物質を検出するときには、励起光αは、入射面21からプリズム20内に入射する。プリズム20内に入射した励起光αは、金属膜30に全反射角度(表面プラズモン共鳴が生じる角度)で入射する。このように、金属膜30に対して励起光αを表面プラズモン共鳴が生じる角度で照射することで、金属膜30上に局在場光(一般に「エバネッセント光」または「近接場光」とも呼ばれる)を発生させることができる。この局在場光により、金属膜30上に存在する被検出物質を標識する蛍光物質が励起され、蛍光γが出射される。検出装置100は、蛍光物質から放出された蛍光γの光量を検出することで、被検出物質の存在または量を検出する。
As shown in FIG. 1, when the substance to be detected is detected, the excitation light α enters the
(検出装置)
次に、検出装置100の各構成要素について説明する。前述のとおり、検出装置100は、励起光照射ユニット110、反射光検出ユニット120、蛍光検出ユニット130、送液ユニット140、搬送ユニット150および制御部160を有する。
(Detection device)
Next, each component of the
励起光照射ユニット110は、チップホルダー154に保持された検出チップ10に励起光αを照射する。被検出物質を検出するときには、励起光照射ユニット110は、金属膜30に対する入射角が表面プラズモン共鳴を生じさせる角度となるように、金属膜30に対するP波のみを入射面21に向けて照射する。ここで「励起光」とは、蛍光物質を直接または間接的に励起させる光である。たとえば、励起光αは、プリズム20を介して金属膜30に表面プラズモン共鳴が生じる角度で照射されたときに、蛍光物質を励起させる局在場光を金属膜30の表面上に生じさせる光である。また、本実施の形態に係る検出装置100では、励起光αは、検出チップ10の位置決めにも使用される。詳細は後述するが、検出チップ10を位置決めするときには、励起光照射ユニット110は、成膜面22の法線に対して所定の照射角度となるように、励起光αを照射する。
The excitation
励起光照射ユニット110は、励起光αをプリズム20に向けて出射するための構成と、金属膜30の裏面に対する励起光αの入射角度を走査するための構成(成膜面22の法線に対する励起光αの照射角度を調整する構成)とを含む。本実施の形態では、励起光照射ユニット110は、光源ユニット111、角度調整部112および光源制御部113を含む。
The excitation
光源ユニット111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、金属膜30裏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。光源ユニット111は、例えば、励起光αの光源、ビーム整形光学系、APC部および温度調整部(いずれも不図示)を含む。
The
光源の種類は、特に限定されず、例えばレーザーダイオード(LD)である。光源の他の例には、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。光源から出射される光がビームでない場合は、光源から出射される光は、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光が単色光でない場合は、光源から出射される光は、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光が直線偏光でない場合は、光源から出射される光は、偏光子などにより直線偏光の光に変換される。 The type of light source is not particularly limited, and is, for example, a laser diode (LD). Other examples of light sources include light emitting diodes, mercury vapor lamps, and other laser light sources. When the light emitted from the light source is not a beam, the light emitted from the light source is converted into a beam by a lens, a mirror, a slit, or the like. When the light emitted from the light source is not monochromatic light, the light emitted from the light source is converted into monochromatic light by a diffraction grating or the like. Further, when the light emitted from the light source is not linearly polarized light, the light 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。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。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。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波成分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裏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。
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 means, and the like. The beam shaping optical system may include all or some of these. The collimator collimates the excitation light α emitted from the light source. The bandpass filter converts the excitation light α emitted from the light source into narrowband light having only the central wavelength. This is because the excitation light α from the light source has a slight wavelength distribution width. The linearly polarized light filter converts the excitation light α emitted from the light source into completely linearly polarized light. The half-wave plate adjusts the polarization direction of the excitation light α so that the P-wave component is incident on the
APC部は、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部は、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部は、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 unit controls the light source so that the output of the light source is constant. More specifically, the APC unit detects the amount of light branched from the excitation light α with a photodiode (not shown) or the like. Then, the APC unit controls the input energy by the regression circuit to control the output of the light source to be constant.
温度調整部は、例えば、ヒーターやペルチェ素子などである。光源の励起光α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、温度調整部で光源の温度を一定に保つことにより、光源の励起光αの波長およびエネルギーを一定に制御する。 The temperature adjusting unit is, for example, a heater or a Peltier element. The wavelength and energy of the excitation light α of the light source may change depending on the temperature. Therefore, the wavelength and energy of the excitation light α of the light source are controlled to be constant by keeping the temperature of the light source constant by the temperature adjusting unit.
角度調整部112は、被検出物質を検出する場合において、金属膜30(プリズム20と金属膜30との界面(成膜面22))に対するプリズム20への入射後の励起光αの出射角度を調整し、検出チップ10の位置情報を取得する場合において、成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光α(光)の出射角度(照射角度)を調整する。励起光αの照射角度を調製するためには、励起光αの光軸と、チップホルダー154とを相対的に回転させればよい。
When detecting the substance to be detected, the
たとえば、被検出物質を検出する場合において、角度調整部112は、光源ユニット111を励起光αの光軸と直交する軸(図1の紙面に対して垂直な軸)を回転軸として回動させる。このとき、出射角を走査しても金属膜30上での照射スポットの位置がほとんど変化しないように、回転軸の位置を設定する。回転中心の位置を、出射角の走査範囲の両端における2つの励起光αの光軸の交点近傍(成膜面22上の照射位置と入射面21との間)に設定することで、照射位置のズレを極小化することができる。
For example, when detecting a substance to be detected, the
金属膜30に対する励起光αの入射角のうち、プラズモン散乱光の最大光量を得られる角度が増強角である。増強角またはその近傍の角度に金属膜30に対する励起光αの入射角を設定することで、高強度の蛍光γを測定することが可能となる。なお、検出チップ10のプリズム20の材料および形状、金属膜30の膜厚、流路内の液体の屈折率などにより、励起光αの基本的な入射条件が決まるが、流路41内の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、最適な入射条件はわずかに変動する。このため、測定ごとに最適な増強角を求めることが好ましい。本実施の形態では、金属膜30の法線(図1におけるz軸方向の直線)に対する励起光αの好適な照射角度は、約70°である。
Among the angles of incidence of the excitation light α on the
また、検出チップ10の位置情報を取得する場合において、角度調整部112は、被検出物質を検出する場合と同様の軸を中心として回動させてもよいし、成膜面22に対して照射角度を走査しても入射面21上での照射スポットの位置がほとんど変化しないように、回転軸の位置を設定してもよい。
Further, when acquiring the position information of the
光源制御部113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の出射光(例えば、励起光α)の出射を制御する。光源制御部113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
なお、励起光照射ユニット110は、光源内の光学系を移動させることにより、励起光αの出射角度(照射角度)を調整するようにしてもよい。この場合、検出装置100を簡略化および小型化することができる。
The excitation
反射光検出ユニット120は、検出チップ10への操作(例えば、測定液の注入)、光学測定(例えば、増強角の検出や光学ブランク値の測定、蛍光γの検出)などを行う際の検出チップ10の位置決めのために、検出チップ10への励起光αの照射によって生じた第1反射光β1および第2反射光β2を検出する。反射光検出ユニット120は、最初の検出チップ10への操作を行う前に、検出チップ10の位置決めのために第1反射光β1および第2反射光β2を検出することが好ましい。ここで、「第1反射光β1」とは、光源から出射された光(本実施の形態では、励起光α)が入射面21で反射した光である。また、「第2反射光β2」とは、光源から出射された光が入射面21で入射し、成膜面22および出射面23で順次反射して、入射面21から出射した光である。なお、第2反射光β2の光路は、入射面21で入射した後、成膜面22および出射面23で順次反射すれば特に限定されない。本実施の形態では、第2反射光β2は、入射面21で入射した後、成膜面22および出射面23で順次反射し、他の面でさらなる反射または他の面をさらに透過することなく入射面21から出射された光である。
The reflected
受光センサー121は、励起光αの照射によって生じた第1反射光β1および第2反射光β2を検出する。受光センサー121の種類は、第1反射光β1および第2反射光β2を検出できれば特に限定されない。たとえば、受光センサー121は、フォトダイオード(PD)、エリアセンサーなどである。受光センサー121の受光面の大きさは、励起光αのビーム径よりも大きいことが好ましい。たとえば、励起光αのビーム径が1.0〜1.5mm程度の場合、受光センサー121の受光面の1辺の長さは3mm以上であることが好ましい。また、受光センサー121がエリアセンサーの場合、受光面には、複数の画素が配置されている。
The
受光センサー121は、第1反射光β1および第2反射光β2が入射できる位置に配置される。受光センサー121は、蛍光γの検出時と異なる角度で出射された励起光αの第1反射光β1および第2反射光β2が入射する位置に配置されることが好ましい。本実施の形態では、成膜面22の法線(図1におけるz軸方向の直線)に対するプリズム20への入射前の励起光αの照射角度の走査範囲は、約66〜72°の範囲内である。入射面21からの第1反射光β1および第2反射光β2が搬送ステージ(移動ステージ)152の進行方向(図1におけるx軸方向)側にある受光センサー121の方向に進むように励起光αの照射角度を設定する。このように、受光センサー121は、第1反射光β1および第2反射光β2が入射する位置に配置される(図1参照)。また、受光センサー121と入射面21との間に第1反射光β1および第2反射光β2を受光センサー121に集光するためのレンズが配置されていてもよい。
The
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の感度の変更、などを制御する。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
蛍光検出ユニット130は、金属膜30への励起光αの照射によって生じた蛍光γを検出する。また、必要に応じて、蛍光検出ユニット130は、金属膜30への励起光αの照射によって生じたプラズモン散乱光も検出する。蛍光検出ユニット130は、例えば、受光ユニット131、位置切替部132およびセンサー制御部133を含む。
The
受光ユニット131は、検出チップ10の金属膜30(成膜面22)の法線方向(図1におけるz軸方向)に配置される。受光ユニット131は、第1レンズ134、光学フィルター135、第2レンズ136および受光センサー137を含む。
The
第1レンズ134は、例えば、集光レンズであり、金属膜30上から出射される光を集光する。第2レンズ136は、例えば、結像レンズであり、第1レンズ134で集光された光を受光センサー137の受光面に結像させる。両レンズの間の光路は、略平行な光路になっている。光学フィルター135は、両レンズの間に配置されている。
The
光学フィルター135は、蛍光成分のみを受光センサー137に導き、高いS/N比で蛍光γを検出するために、励起光成分(プラズモン散乱光)を除去する。光学フィルター135の例には、励起光反射フィルター、短波長カットフィルターおよびバンドパスフィルターが含まれる。光学フィルター135は、例えば、所定の光成分を反射する多層膜を含むフィルターであるが、所定の光成分を吸収する色ガラスフィルターであってもよい。
The
受光センサー137は、蛍光γを検出する。受光センサー137は、微小量の被検出物質からの微弱な蛍光γを検出することが可能な、高い感度を有する。受光センサー137は、例えば、光電子増倍管(PMT)、アバランシェフォトダイオード(APD)、高感度のフォトダイオード(PD)などである。
The
位置切替部132は、光学フィルター135の位置を、受光ユニット131における光路上または光路外に切り替える。具体的には、受光センサー137が蛍光γを検出する時には、光学フィルター135を受光ユニット131の光路上に配置し、受光センサー137がプラズモン散乱光を検出する時には、光学フィルター135を受光ユニット131の光路外に配置する。位置切替部132は、例えば、回転駆動部と、回転運動を利用して光学フィルター135を水平方向に移動させる公知の機構(ターンテーブルやラックアンドピニオンなど)とによって構成される。
The
センサー制御部133は、受光センサー137の出力値の検出や、検出した出力値による受光センサー137の感度の管理、適切な出力値を得るための受光センサー137の感度の変更などを制御する。センサー制御部133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
送液ユニット140は、チップホルダー154に保持された検出チップ10の流路41内に、試料液や標識液、洗浄液などを供給する。送液ユニット140は、薬液チップ141、シリンジポンプ142および送液ポンプ駆動部143を含む。
The
薬液チップ141は、試料液や標識液、洗浄液などの液体を収容する容器である。薬液チップ141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142は、シリンジ144と、シリンジ144内を往復動作可能なプランジャー145とによって構成される。プランジャー145の往復運動によって、液体の吸引および排出が定量的に行われる。シリンジ144が交換可能であると、シリンジ144の洗浄が不要となる。このため、シリンジ144は、不純物の混入などを防止する観点から、交換可能であることが好ましい。シリンジ144が交換可能に構成されていない場合は、シリンジ144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144を交換せずに使用することが可能となる。
The
送液ポンプ駆動部143は、プランジャー145の駆動装置、およびシリンジポンプ142の移動装置を含む。シリンジポンプ142の駆動装置は、プランジャー145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142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142の移動装置は、例えば、シリンジポンプ142を、シリンジ144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142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 feed
送液ユニット140は、薬液チップ141より各種液体を吸引し、検出チップ10の流路41内に供給する。このとき、プランジャー145を動かすことで、検出チップ10中の流路41内を液体が往復し、流路41内の液体が攪拌される。これにより、液体の濃度の均一化や、流路41内における反応(例えば抗原抗体反応)の促進などを実現することができる。このような操作を行う観点から、検出チップ10の注入口は多層フィルムで保護されており、かつシリンジ144がこの多層フィルムを貫通した時に注入口を密閉できるように、検出チップ10およびシリンジ144が構成されていることが好ましい。
The
流路41内の液体は、再びシリンジポンプ142で吸引され、薬液チップ141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、流路41内の反応場に、蛍光物質で標識された被検出物質を配置することができる。
The liquid in the
搬送ユニット150は、検出チップ10を測定位置または送液位置に搬送し、固定する。ここで「測定位置」とは、励起光照射ユニット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γを蛍光検出ユニット130が検出する位置である。また、「送液位置」とは、送液ユニット140が検出チップ10の流路41内に液体を供給するか、または検出チップ10の流路41内の液体を除去する位置である。搬送ユニット150は、搬送ステージ152およびチップホルダー154を含む。チップホルダー154は、搬送ステージ152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154の形状は、検出チップ10を保持することが可能であり、かつ励起光α、第1反射光β1、第2反射光β2および蛍光γの光路を妨げない形状である。たとえば、チップホルダー154には、励起光α、第1反射光β1、第2反射光β2および蛍光γが通過するための開口が設けられている。搬送ステージ152は、チップホルダー154を一方向(図1におけるx軸方向)およびその逆方向に移動させる。搬送ステージ152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160は、角度調整部112、光源制御部113、センサー制御部122、位置切替部132、センサー制御部133、送液ポンプ駆動部143および搬送ステージ152を制御する。また、制御部160は、反射光検出ユニット120の検出結果に基づいて、チップホルダー154に保持された検出チップ10の位置情報を取得するとともに、搬送ステージ152によりチップホルダー154を移動させて、検出チップ10を適切な測定位置または送液位置に移動させる位置調整部としても機能する。制御部160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
(検出方法)
次に、検出装置100の検出動作(本発明の一実施の形態に係る検出方法)について説明する。図2は、検出装置100の動作手順の一例を示すフローチャートである。
(Detection method)
Next, the detection operation of the detection device 100 (the detection method according to the embodiment of the present invention) will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation procedure of the
まず、検出装置100のチップホルダー154に検出チップ10が設置される(工程S100)。
First, the
次いで、制御部160は、搬送ステージ152を操作して、検出チップ10を測定位置近傍に移動させる(工程S110)。
Next, the
次いで、制御部160は、励起光照射ユニット110および反射光検出ユニット120を操作して、励起光照射ユニット110から照射する光の照射角度を設定する(工程S120)。この工程では、励起光αが入射面21で反射した第1反射光β1と、励起光αが入射面21を透過し、成膜面22および出射面23で順次反射した第2反射光β2とが反射光検出ユニット120により同時に検出されるように、入射面21に対して励起光照射ユニット110から照射する光の照射角度を設定する。光の照射角度の設定工程において、第1反射光β1および第2反射光β2の入射面21に対する出射角は、励起光αの照射位置、照射角度、励起光が経由するプリズム20の面の角度、プリズム20の屈折率などにより決定する。
Next, the
励起光αの初期の照射角度は、例えば、成膜面22および入射面21の二面角と、成膜面22および出射面23の二面角とに基づいて設定される。このように、励起光αの初期の照射角度をプリズム20の形状に対応した固有値として設定することで、プリズム20の形状が異なる2種類の検出チップ10を使い分けて被検出物質を検出する場合に、プリズム20からの反射光が反射光検出ユニット120の最適な位置に入射するように励起光αの照射角度を初期の照射角度に対して大きく走査して調整するする必要がなくなる、または励起光αの照射角度を調整する必要がなくなるため、測定時間を短縮できる。つまり、図3のS132のステップにおいて判定がNOのフローに遷移することが少なくなり、測定時間を短縮できる。ここで、検出装置100がプリズム20の形状を認識する方法としては、例えば、プリズム20の形状情報(検出チップの種類や出荷検査データ)が記録されたバーコードを検出チップ10に配置し、検出装置100内にあるバーコードリーダー(不図示)で読み込み、読み込んだ値を基に制御部160が認識する方法がある。なお、バーコードリーダーは、装置外に配置されていてもよい。また、ユーザーがバーコードリーダーを使用して検出装置100にプリズム20の形状情報をインプットしてもよい。さらに、プリズム20の形状情報は、バーコード以外の媒体に記録してもよい。また、プリズム20の形状の情報の読取り方法もバーコードリーダーを使用しなくてもよい。
The initial irradiation angle of the excitation light α is set based on, for example, the dihedral angle of the
さらに、プリズム20を製造する際に生じた形状誤差を含めた形状情報がバーコードリーダーに記録されていれば、検出装置100に形状情報をインプットすることで、プリズム20を製造する際に生じる形状誤差による第1反射光β1および第2反射光β2の出射角度のズレを補正できる。これにより、検出チップ10の位置情報を高精度かつ測定時間を短縮して取得できる。
Further, if the shape information including the shape error generated when the
また、励起光αの初期の照射角度は、プリズム20の屈折率に応じて設定されてもよい。このように、励起光αの初期の照射角度をプリズム20の屈折率に応じて設定することにより、異なる材料で成形されたプリズム20を有する2種類の検出チップ10を使い分けて被検出物質を検出する場合に、プリズム20からの反射光が反射光検出ユニット110の最適な位置に入射するように、初期の照射角度に対して、励起光αの照射角度を大きく走査して調整する必要がなくなるため、測定時間を短縮できる。
The initial irradiation angle of the excitation light α may be set according to the refractive index of the
さらに、プリズム20を製造する際に生じた屈折率誤差も含めた屈折率情報がバーコードリーダーに記録されていれば、検出装置100に屈折率情報をインプットすることでプリズム20を製造する際に生じる屈折率誤差による第1反射光β1および第2反射光β2の出射角度のズレを補正できる。これにより、検出チップ10の位置情報を高精度かつ測定時間を短縮して取得することができる。
Further, if the refractive index information including the refractive index error generated when manufacturing the
また、励起光αの初期の照射角度は、プリズム20の形状と、プリズム20の屈折率との両方に基づいて設定されてもよい。このように、励起光αの初期の照射角度をプリズム20の形状とプリズム20の屈折率とに対応した固有値として設定することで、プリズム20の形状が異なる2種類の検出チップ10を使い分けて被検出物質を検出する場合に、プリズム20からの反射光が反射光検出ユニット110に最適な位置に入射するように励起光αの照射角度を初期の照射角度に対して大きく走査して調整する必要がなくなる、もしくは初期の照射角度から照射角度を調整する必要がなくなるため、測定時間を短縮できる。より具体的には、励起光αの初期の照射角度は、以下の式を満足する照射角度θi付近に設定することが望ましい。
sin(θa−θi)=n1cosθb (3)
[式(3)において、θaは成膜面22および入射面21の二面角であり、θiは成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光照射ユニット110からの励起光の照射角度であり、n1はプリズム20の屈折率であり、θbは成膜面22および出射面23の二面角である]
The initial irradiation angle of the excitation light α may be set based on both the shape of the
sin(θ a −θ i )=n 1 cos θ b (3)
[In the formula (3), θ a is the dihedral angle of the
さらに、プリズム20を製造する際に生じた形状誤差および屈折率誤差も含めた情報がバーコードリーダーに記録されていれば、その情報を検出装置100にインプットすることで製造時に生じた形状誤差および屈折率誤差による第1反射光β1および第2反射光β2の出射角度のズレを補正できるため、検出チップ10の位置情報を高精度かつ測定時間を短縮して取得できる。
Furthermore, if information including a shape error and a refractive index error that occur when the
このように、検出チップ10の位置情報の取得開始時における励起光照射ユニット110からの励起光αの照射角度は、検出装置100にあらかじめ記憶されている固定値に設定されていることが好ましい。
As described above, it is preferable that the irradiation angle of the excitation light α from the excitation
次いで、制御部160は、励起光照射ユニット110、反射光検出ユニット120および搬送ステージ152を操作して、検出チップ10の位置情報を取得する(工程S130)。この工程では、励起光照射ユニット110から出射する励起光αの照射スポットが、入射面21および入射面21に隣接する他の面(本実施の形態では、流路蓋40の裏面)の境界上を通過するように、チップホルダー154に保持された検出チップ10を搬送ステージ152により移動しつつ、工程S120で設定された照射角度にて励起光照射ユニット110から励起光を照射し、反射光検出ユニット120により第1反射光β1および第2反射光β2を検出し、反射光検出ユニット120で検出される第1反射光β1よび第2反射光β2の検出結果に基づいて、チップホルダー154に保持された検出チップ10の位置情報を取得する。これにより得た検出チップ10の位置と測定位置または送液位置の相対位置ずれ量を特定できる。このように、本実施の形態では、入射面21に隣接する他の面が流路蓋40の裏面であるが、入射面21に隣接する他の面が成膜面22と対向するプリズム20の底面であってもよい。
Next, the
図3は、検出チップ10の位置情報を取得する工程(工程S130)を説明するためのフローチャートである。図4は、検出チップ10の位置情報を取得する工程(工程S130)を説明するための模式図である。図5は、励起光αの照射角度を調整する工程(工程S134)を説明するための図である。図6は、受光センサー121による第1反射光β1および第2反射光β2の検出結果の例を示すグラフである。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the step (step S130) of acquiring the position information of the
図3に示されるように、検出チップ10の位置情報を取得する工程(工程S130)では、まず、検出チップ10を移動しながら受光センサー121で第1反射光β1および第2反射光β2を検出する(工程S131)。具体的には、図4Aに示されるように、検出チップ10が光源ユニット111から離れた位置にある場合、光源ユニット111が励起光αを出射すると、励起光αは流路蓋40で反射して、下側(搬送ステージ152側)に向かう。したがって、反射光検出ユニット120の受光センサー121には、検出チップ10からの反射光βは入射しない。なお、検出チップ10が光源ユニット111から離れた位置にある場合には、検出チップ10に励起光αが入射せず、第1反射光β1および第2反射光β2は発生していない。
As shown in FIG. 3, in the step of obtaining the position information of the detection chip 10 (step S130), first, the
この状態から検出チップ10を光源ユニット111側に近づけていくと、光源ユニット111から照射される励起光αの照射スポットは、プリズム20と流路蓋40との境界部(以下「エッジ部」という。プリズム20と流路蓋40の接合面が十分薄ければ、エッジ部はプリズム面21と22の境界部と同一とは言えない。)に到達する。この場合、図4Bに示されるように、励起光αのうち、一部の励起光αは、流路蓋40で反射して受光センサー121に入射しない。また、励起光αのうち、他の一部の励起光αは、入射面21で反射して第1反射光β1として、受光センサー121に入射する。また、本実施の形態では、励起光αのうち、他の一部の励起光αは、入射面21を透過して、成膜面22および出射面23で順次反射して、入射面21から出射して第2反射光β2として、受光センサー121に入射する。したがって、受光センサー121には、検出チップ10で反射した第1反射光β1および第2反射光β2が入射する。
When the
さらに検出チップ10を光源ユニット111側に近づけていくと、光源ユニット111から照射された入射面21上における励起光αの照射スポットは、すべてプリズム20の入射面21に到達する。したがって、図4Cに示されるように、受光センサー121には、検出チップ10で反射した第1反射光β1と、および第2反射光β2が入射する。このように、本実施の形態では、入射面21と、入射面21に隣接する他の面との間で照射スポットを移動させ、第1反射光β1および第2反射光β2が入射するように、入射面21に対する励起光αの照射角度を設定する。
When the
ここで、第1反射光β1と第2反射光β2との光量について検討する。ここでは、プリズム20の屈折率が1.5であり、入射面21での反射率が4%であり、金属膜30での反射率が約90%であり、出射面23での反射率が4%と仮定する。この場合、励起光αの光量を100%としたとき、第1反射光β1の光量は、励起光αの光量に対して4%の光量となる。また、励起光αの光量を100%としたとき、第2反射光β2の光量は、励起光αの光量に対して約3.5%の光量となる。すなわち、受光センサー121には、励起光αの光量を100%としたとき、最大で約7.5%の光量の反射光が入射する。
Here, the light amounts of the first reflected light β1 and the second reflected light β2 will be examined. Here, the
前述した例では、検出チップ10を移動しても第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射した場合を示したが、励起光αの初期の照射角度やプリズム20の形状誤差や設置誤差などによっては、検出チップ10を移動しても、受光センサー121に第1反射光β1および第2反射光β2が同時に入射しない場合がある。すなわち、受光センサー121が受光する光量が前述の最大光量とならない場合がある。本実施の形態では、検出チップ10を移動しても、受光センサー121に第1反射光β1および第2反射光β2が同時に入射するように、励起光αの照射角度を調整する。
In the example described above, the case where the first reflected light β1 and the second reflected light β2 are incident on the
具体的には、励起光αの照射角度は、検出チップ10を固定した状態で、励起光照射ユニット110による励起光αの照射角度の変更に伴って変化する受光センサー121での検出値に基づいて調整する。本実施の形態では、成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光αの照射角度を徐々に大きく変更させた。励起光αの照射角度が著しく小さい場合、受光センサー121において第1反射光β1および第2反射光β2は、検出されない。そして、励起光αの照射角度を徐々に大きくすると、第2反射光β2のみが受光センサー121に入射し、続いて、第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射する。そして、励起光αの照射角度をさらに大きくすると、第2反射光β2が受光センサー121に入射しなくなり、続いて、第1反射光β1も受光センサー121に入射しなくなる。そして、第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射したか否かの判断は、受光センサー121の受光光量(検出値)が設定値に到達したか否かにより判断する。本実施の形態では、受光センサー121による受光光量の設定値は、受光センサー121で検出される第1反射光β1および第2反射光β2の合計光量が励起光照射ユニット110から照射された励起光αの光量の7.5%である。受光センサー121の受光光量が設定値に到達した場合(工程S132;YES)には、当該受光光量に基づいて検出チップ10の位置情報を取得する(工程S133)。
Specifically, the irradiation angle of the excitation light α is based on the detection value of the
また、励起光αの照射角度の調整に関して、照射角度の初期位置から、任意の方向に微小に照射角度を変化させてもよい。このときの照射角度の変化量は、例えば0.01degでもよいし、0.1degでもよい。照射角度の変化量を小さくすれば高精度に位置検出ができる。一方、照射角度の変化量を大きくすれば迅速に測定できる。 Further, regarding the adjustment of the irradiation angle of the excitation light α, the irradiation angle may be minutely changed in any direction from the initial position of the irradiation angle. The change amount of the irradiation angle at this time may be, for example, 0.01 deg or 0.1 deg. Position detection can be performed with high accuracy by reducing the amount of change in the irradiation angle. On the other hand, if the change amount of the irradiation angle is increased, the measurement can be performed quickly.
図5は、励起光αの照射角度を調整する工程(工程S134)を説明するための図である。図5Aは、成膜面22に対するプリズム20への入射前の励起光αの照射角度が小さい場合における励起光αの光路図であり、図5Bは、成膜面22に対するプリズム20への入射前の励起光αの照射角度が大きい場合における励起光αの光路図であり、図5Cは、受光センサー121による第1反射光β1および第2反射光β2の検出結果の例を示す模式図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the step (step S134) of adjusting the irradiation angle of the excitation light α. FIG. 5A is an optical path diagram of the excitation light α when the irradiation angle of the excitation light α before entering the
図5A〜Cに示されるように、励起光αの照射角度は、検出チップ10を固定した状態で、励起光照射ユニット110による励起光αの照射角度の変更に伴って変化する受光センサー121での検出値に基づいて調整されることが好ましい。本実施の形態では、成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光αの照射角度を徐々に大きく変更させた。励起光αの照射角度が著しく小さい場合、受光センサー121において第1反射光β1および第2反射光β2は、検出されない(図5Cにおいて、点線で囲んだ領域A参照)。図5Aに示されるように、励起光αの照射角度を徐々に大きくすると、第2反射光β2のみが受光センサー121に入射する(図5Cにおいて、点線で囲んだ領域B参照)。図5Bに示されるように、励起光αの照射角度をさらに大きくすると、第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射する(図5Cにおいて、点線で囲んだ領域C参照)。このように、第1反射光β1および第2反射光β2が同時に受光センサー121に入射するための、成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光αの照射角度は、所定の範囲に限られることがわかる。励起光αの照射角度をさらに大きくすると、第2反射光β2が受光センサー121に入射しなくなり、第1反射光β1のみが受光センサー121に入射する(図5Cにおいて、点線で囲んだ領域D参照)。励起光αの照射角度が著しく大きい場合、受光センサー121において第1反射光β1および第2反射光β2は、検出されない(図5Cにおいて、点線で囲んだ領域E参照)。なお、第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射したか否かは、第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射したときの受光センサー121による受光光量を予め設定しておき、受光センサー121の検出結果が受光光量に到達するか否かにより判断する。
As shown in FIGS. 5A to 5C, the irradiation angle of the excitation light α changes with the change of the irradiation angle of the excitation light α by the excitation
このとき、第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射するための成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光αの照射角度を検出チップ10の位置決めにおける励起光αの照射角度とする。なお、第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射するための最も小さい励起光αの照射角度と、第1反射光β1および第2反射光β2が受光センサー121に入射するための最も大きい励起光αの照射角度との中間の角度を検出チップ10の位置決めにおける励起光αの照射角度とすることが好ましい。なお、検出装置100に使用される検出チップ100の形状や屈折率が1種類であれば、励起光αの照射角度を固定値とし、励起光α照射角度を最適な位置に調整する工程(後述のS134)を行わなくてもよい。
At this time, the irradiation angle of the excitation light α before entering the
また、受光センサー121上における第1反射光β1と第2反射光β2の照射スポットが大きく分離しないように、励起光αの照射角度は、第1反射光β1および第2反射光β2が略平行となるような角度に設定されることが好ましい。このようにすることで、受光センサー121を小型化することができる。
Further, the irradiation angle of the excitation light α is substantially parallel to the first reflected light β1 and the second reflected light β2 so that the irradiation spots of the first reflected light β1 and the second reflected light β2 on the
ここで、励起光αの照射角度と、第1反射光β1および第2反射光β2の出射角度との関係について説明する。図6は、励起光αの照射角度と、第1反射光β1および第2反射光β2の出射角度との関係を説明するための図である。図6Aは、励起光αの照射角度と、第1反射光β1の出射角度および第2反射光β2の出射角と、を説明するための図であり、図6Bは、励起光αの照射角度と、第1反射光β1および第2反射光β2の出射角度との関係を示すグラフである。図6Aの横軸は、励起光αの照射角度である。また、縦軸は、第1反射光β1または第2反射光β2の出射角度である。なお、図6Aの縦軸では、成膜面22を含む仮想平面より上側(流路蓋40)に向かう反射光の出射角度をプラスとし、成膜面22を含む仮想平面より下側(搬送ステージ152)に向かう反射光の出射角度をマイナスとして示した。図6Bにおける黒四角のシンボルは、第1反射光β1の結果を示しており、黒丸のシンボルは、第2反射光β2の結果を示している。なお、本実施の形態では、成膜面22および入射面21の二面角θaを78°とし、成膜面22および出射面23の二面角θbは、84°とし、プリズム20の屈折率を1.527としている。
Here, the relationship between the irradiation angle of the excitation light α and the emission angles of the first reflected light β1 and the second reflected light β2 will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the irradiation angle of the excitation light α and the emission angles of the first reflected light β1 and the second reflected light β2. FIG. 6A is a diagram for explaining the irradiation angle of the excitation light α, the emission angle of the first reflected light β1 and the emission angle of the second reflected light β2, and FIG. 6B is the irradiation angle of the excitation light α. 3 is a graph showing the relationship between the output angles of the first reflected light β1 and the second reflected light β2. The horizontal axis of FIG. 6A is the irradiation angle of the excitation light α. The vertical axis represents the emission angle of the first reflected light β1 or the second reflected light β2. In the vertical axis of FIG. 6A, the emission angle of the reflected light toward the upper side (flow path lid 40) of the virtual plane including the
図6Aに示されるように、励起光αの照射角度θiは、成膜面22の法線に対する角度である。また、第1反射光β1の出射角度θ1は、成膜面22を含む仮想平面に対する角度であり、第2反射光β2の出射角度θ2は、成膜面22を含む仮想平面に対する角度である。図6Bに示されるように、第1反射光β1は、励起光αの照射角度が大きくなるにつれて、出射角度が小さくなることが分かる。また、第2反射光β2は、励起光αの照射角度が大きくなるにつれて、出射角度も大きくなることが分かる。このグラフから、成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光αの照射角度は、約66〜72°の範囲内が好ましいことが分かる。
As shown in FIG. 6A, the irradiation angle θ i of the excitation light α is an angle with respect to the normal line of the
さらに、励起光αの照射角度は、以下の式(1)を満たすように調整されることが好ましい。
sin(θa−θi−3°)<n1cosθb<sin(θa−θi+3°) (1)
[式(1)において、θiは成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光照射ユニット110からの励起光の照射角度であり、n1はプリズム20の屈折率であり、θaは成膜面22および入射面21の二面角であり、θbは成膜面22および出射面23の二面角である]
Further, the irradiation angle of the excitation light α is preferably adjusted so as to satisfy the following formula (1).
sin(θ a −θ i −3°)<n 1 cos θ b <sin(θ a −θ i +3°) (1)
[In the formula (1), θ i is the irradiation angle of the excitation light from the excitation
前述の式(1)を満たすように励起光αの照射角度を調整すると、第1反射光β1および第2反射光β2は、略平行な2つの光線(光束)として受光センサー121に入射する。ここで、略平行とは、第1反射光β1と、第2反射光β2とのなす角度のうち小さい角度が3°未満であることを意味する。これにより、第1反射光β1および第2反射光β2の間隔は、ほぼ一定に保たれる(広がらない)ため、受光センサー121を小型化できる。また、受光センサー121の受光面に対して第1反射光β1および第2反射光β2が入射する範囲を小さくできるため、受光センサー121は、検出チップ10に微小な形成誤差が生じた場合であっても適切に受光できる。
When the irradiation angle of the excitation light α is adjusted so as to satisfy the above formula (1), the first reflected light β1 and the second reflected light β2 enter the
なお、励起光αの照射角度は、以下の式(2)を満たすように調整されることがより好ましい。
sin(θa−θi−1.5°)<n1cosθb<sin(θa−θi+1.5°)
(2)
[式(2)において、θiは成膜面22の法線に対するプリズム20への入射前の励起光照射ユニット110からの励起光の照射角度であり、n1はプリズム20の屈折率であり、θaは成膜面22および入射面21の二面角であり、θbは成膜面22および出射面23の二面角である]
このとき、式(2)は、第1反射光β1と、第2反射光β2とのなす角度のうち小さい角度が1.5°未満であることを意味する。
The irradiation angle of the excitation light α is more preferably adjusted so as to satisfy the following expression (2).
sin(θ a −θ i −1.5°)<n 1 cos θ b <sin(θ a −θ i +1.5°)
(2)
[In the formula (2), θ i is the irradiation angle of the excitation light from the excitation
At this time, the expression (2) means that the smaller angle of the angles formed by the first reflected light β1 and the second reflected light β2 is less than 1.5°.
そして、再度、検出チップ10を移動しながら受光センサー121で第1反射光β1および第2反射光β2を検出する(工程S131)。受光センサー121の受光光量が設定値に到達した場合(工程S132;YES)、検出チップ10の位置情報を取得する(工程S133)。
Then, again while moving the
図7は、受光センサー121による第1反射光β1および第2反射光β2の検出結果の例を示すグラフである。この例では、工程S131のように、搬送ステージ152により検出チップ10を一方向(x軸方向)に移動させながら、受光センサー121により第1反射光β1および第2反射光β2の合計の光量を測定した。図7では、3本の近似直線も示している。
FIG. 7 is a graph showing an example of the detection result of the first reflected light β1 and the second reflected light β2 by the
図7に示されるように、検出チップ10をX軸方向に移動させても、初期段階では受光センサー121において、反射光(第1反射光β1または第2反射光β2)は測定されない。これは、励起光αが、流路蓋40で反射して、下側(搬送ステージ152側)に向かい、受光センサー121に入射しないためである(図4A参照)。検出チップ10の移動を続けると、受光センサー121に入射する第1反射光β1および第2反射光β2の光量が徐々に増大する。これは、励起光αの一部が、入射面21で反射して、第1反射光β1として受光センサー121に入射するためである。また、励起光αの他の一部が、入射面21で入射して、成膜面22および出射面23で順次反射して、入射面21から出射して第2反射光β2として、受光センサー121に入射するためである(図4B参照)。検出チップ10の移動をさらに続けると、受光センサー121に入射する第1反射光β1および第2反射光β2の光量が一定となる。これは、第1反射光β1および第2反射光β2のすべてが、受光センサー121に入射するためである(図4C参照)。
As shown in FIG. 7, even when the
図7では、前半の水平部と、傾斜部と、後半の水平部のそれぞれを直線近似している。グラフ中の点Aは、前半の水平部の近似直線と傾斜部の近似直線との交点である。点Bは、傾斜部の近似直線と後半の水平部の近似直線との交点である。点Cは、点Aと点Bとの中点である。点Aは、反射光βの光量の最小値に対応する。点Bは、反射光βの光量の最大値に対応する。点Cは、反射光βの光量の中間値に対応する。 In FIG. 7, the first half of the horizontal part, the inclined part, and the second half of the horizontal part are linearly approximated. Point A in the graph is the intersection of the approximate straight line in the first half of the horizontal portion and the approximate straight line in the inclined portion. Point B is an intersection of the approximate straight line of the inclined portion and the approximate straight line of the horizontal portion in the latter half. Point C is the midpoint between points A and B. Point A corresponds to the minimum value of the amount of reflected light β. Point B corresponds to the maximum value of the amount of reflected light β. Point C corresponds to an intermediate value of the amount of reflected light β.
図7のグラフにおいて、検出チップ10の位置を特定するには、点A〜Cのいずれかを使用すればよい。点Aおよび点Bは、励起光αの照射スポットの縁がエッジ部に到達した地点を示している。したがって、励起光αの照射スポット径を考慮すれば、エッジ部の位置を特定することができ、結果として検出チップ10の位置を特定することができる。一方、点Cは、励起光αの照射スポットの中心がエッジ部に到達した地点を示している。点Cを利用する場合は、励起光αの照射スポット径を考慮することなく、エッジ部の位置を特定することができ、結果として検出チップ10の位置を特定することができる。したがって、励起光αの照射スポット径の影響を抑制する観点からは、励起光αの反射光βの光量の中間値を用いて、検出チップ10の位置を特定することが好ましい。
In the graph of FIG. 7, any of the points A to C may be used to specify the position of the
このように、検出チップ10に励起光αを照射するとともに、励起光αの第1反射光β1および第2反射光β2を同時に検出することで、検出チップ10の位置を特定することができる。
Thus, the position of the
次いで、制御部160は、工程S130で取得した検出チップ10の位置情報に基づいて、搬送ステージ152を操作して、検出チップ10を送液位置に移動させる(工程S140)。
Next, the
次いで、制御部160は、送液ユニット140を操作して、流路41内を洗浄液で洗浄する(工程S150)。なお、検出チップ10の流路41内に保湿剤が存在する場合は、捕捉体が適切に被検出物質を捕捉できるように、試料液を導入する前に流路41内を洗浄して保湿剤を除去する。
Next, the
次いで、制御部160は、工程S130で取得した検出チップ10の位置情報に基づいて、搬送ステージ152によりチップホルダー154を移動させて、検出チップ10を適切な測定位置に移動させる(工程S160)。このとき、取得した位置情報に基づいて、検出チップ10を移動させるため、高精度に検出チップ10を検出位置に移動させることができる。
Next, the
次いで、制御部160は、励起光照射ユニット110および蛍光検出ユニット130を操作して、適切な測定位置に配置された検出チップ10に励起光αを照射するとともに、励起光αと同一波長のプラズモン散乱光を検出して、増強角を検出する(工程S170)。具体的には、制御部160は、励起光照射ユニット110を操作して金属膜30に対する励起光αの入射角を走査しつつ、蛍光検出ユニット130を操作してプラズモン散乱光を検出する。このとき、制御部160は、位置切替部132を操作して、光学フィルター135を受光ユニット131の光路外に配置する。そして、制御部160は、プラズモン散乱光の光量が最大の時の金属膜30に対する励起光αの入射角を増強角として決定する。なお、増強角は、検出チップ10の位置情報を取得する工程(工程S130)で取得された励起光αの照射角度と異なることが好ましい。仮に、増強角が検出チップ10の位置情報を取得する工程(工程S130)で取得された励起光αの照射角度と同じ角度だった場合、検出チップ10から反射した第1反射光β1および第2反射光β2が、受光センサー137の受光面で反射し、蛍光検出ユニット130側に反射光が進むことで迷光が発生して測定精度が悪化するおそれがある。さらに、仮に位置検出情報を取得する工程(工程S130)の前に試料液を注入する工程(工程S150)を行う手順にした場合、検出チップ10の位置情報を取得する際に、金属膜30近傍で励起光αによるプラズモンが発生してしまい、励起光αの成膜面22での反射光量が変化し、検出センサー121で検出される光量が変化し、正確に検出チップ10の位置検出ができなくなってしまうおそれがある。
Next, the
次いで、制御部160は、励起光照射ユニット110および蛍光検出ユニット130を操作して、適切な測定位置に配置された検出チップ10に励起光αを照射するとともに、受光センサー137の出力値(光学ブランク値)を記録する(工程S180)。このとき、制御部160は、角度調整部112を操作して、金属膜30に対する励起光αの入射角を増強角に設定する。また、制御部160は、位置切替部132を制御して、光学フィルター135を受光ユニット131の光路内に配置する。
Next, the
次いで、制御部160は、工程S120で取得した検出チップ10の位置情報に基づいて、搬送ステージ152を操作して、検出チップ10を送液位置に移動させる(工程S190)。
Next, the
次いで、制御部160は、送液ユニット140を操作して、薬液チップ141内の試料液を検出チップ10の流路41内に注入する(工程S200)。流路41内では、抗原抗体反応(1次反応)によって、金属膜30上に被検出物質が捕捉される。この後、流路41内の試料液は除去され、流路内は洗浄液で洗浄される。
Next, the
次いで、制御部160は、洗浄後、送液ユニット140を操作して、蛍光物質で標識された2次抗体を含む液体(標識液)を検出チップ10の流路41内に導入する(工程S210)。流路41内では、抗原抗体反応(2次反応)によって、金属膜30上に捕捉されている被検出物質が蛍光物質で標識される。この後、流路41内の標識液は除去され、流路内は洗浄液で洗浄される。
Then, the
次いで、制御部160は、工程S130で取得した検出チップ10の位置情報に基づいて、搬送ステージ152により被検出物質を検出する検出位置に検出チップ10を移動させる(工程S220)。このとき、取得した位置情報に基づいて、検出チップ10を移動させるため、高精度に検出チップ10を測定位置に移動させることができる。
Next, the
次いで、制御部160は、励起光照射ユニット110および蛍光検出ユニット130を操作して、適切な測定位置に配置された検出チップ10に励起光αを照射するとともに、捕捉体に捕捉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た蛍光γを検出する(工程S230)。このとき、制御部160は、角度調整部112を操作して、励起光αの出射角度を増強角に設定する。また、励起光照射ユニット110は、検出チップ10の位置情報を取得する工程(工程S130)で取得された励起光αの照射角度と異なる角度で、励起光αを照射することが好ましい。制御部160は、検出値から光学ブランク値を引き、被検出物質の量に相関する蛍光強度を算出する。検出された蛍光強度は、必要に応じて、被検出物質の量や濃度などに換算される。
Next, the
以上の手順により、試料液中の被検出物質の存在またはその量を検出することができる。 By the above procedure, the presence or amount of the substance to be detected in the sample liquid can be detected.
なお、被検出物質を検出するときの励起光αの照射角度があらかじめ決まっている場合は、増強角の検出(工程S170)を省略してもよい。また、上記の説明では、被検出物質と捕捉体とを反応させる工程(1次反応、工程S200)の後に、被検出物質を蛍光物質で標識する工程(2次反応、工程S210)を行った(2工程方式)。しかしながら、被検出物質を蛍光物質で標識するタイミングは、特に限定されない。たとえば、検出チップ10の流路内に試料液を導入する前に、試料液に標識液を添加して被検出物質を予め蛍光物質で標識しておいてもよい。また、検出チップ10の流路内に試料液と標識液を同時に注入してもよい。前者の場合は、検出チップ10の流路内に試料液を注入することで、蛍光物質で標識されている被検出物質が捕捉体により捕捉される。後者の場合は、被検出物質が蛍光物質で標識されるとともに、被検出物質が捕捉体により捕捉される。いずれの場合も、検出チップ10の流路内に試料液を導入することで、1次反応および2次反応の両方を完了することができる(1工程方式)。このように1工程方式を採用する場合は、抗原抗体反応の前に増強角の検出(工程S170)が実施され、さらにその前に、励起光αの照射角度を設定する工程(工程S120)および検出チップ10の位置情報を取得する工程(工程S130)が実施される。
When the irradiation angle of the excitation light α when detecting the substance to be detected is predetermined, the enhancement angle detection (step S170) may be omitted. In the above description, after the step of reacting the substance to be detected with the capturing body (first reaction, step S200), the step of labeling the substance to be detected with a fluorescent substance (secondary reaction, step S210) is performed. (2-step method). However, the timing of labeling the substance to be detected with the fluorescent substance is not particularly limited. For example, before introducing the sample solution into the flow path of the
また、励起光αは、上記した経路と異なる経路を経て第2反射光β2として、入射面21から出射されてもよい。図8は、プリズム20における励起光αの他の光路を示した図である。図8に示されるように、第2反射光β2は、入射面21で入射した後、成膜面22および出射面23で順次反射した後に、プリズム20の底面で反射した後に、入射面21から出射してもよい。この場合、出射面23で反射した光は、底面24で全反射することが好ましい。例えば、底面24は、ミラー面であってもよい。
Further, the excitation light α may be emitted from the
また、検出装置100の検出動作(検出チップ10の位置情報を取得する工程)において、検出チップ10や検出装置100の不具合を検知してもよい。図9、10は、他の検出チップ10の位置情報を取得する工程を説明するためのフローチャートである。この検出チップ10の位置情報を取得する工程は、受光センサー121による検出値が所定値以下の場合に、励起光照射ユニット110から照射される励起光αの照射角度を調整して再度受光センサー121での検出を行うか、または、次の前記被検出物質を検出する工程において、受光センサー121での検出を停止する点のみで、前述の検出チップ10の位置情報を取得する工程(工程S130)と異なる。そこで、工程S130と同様の工程については、同様の符号を付してその工程の説明を省略する。
In addition, in the detection operation of the detection device 100 (the step of acquiring the position information of the detection chip 10), a malfunction of the
図9に示されるように、検出チップ10の位置情報を取得する工程では、検出チップ10を光源ユニット111に近づけたときの受光センサー121の受光光量が所定値以下の場合(工程S132;NO)、励起光αの照射角度を調整(工程S134)して、再度、検出チップ10を光源ユニット111に近づけながら受光センサー121で第1反射光β1および第2反射光β2を受光する。このとき、励起光αの照射角度を調整(工程S134)する工程を複数回繰り返し(工程S135;NO)、繰り返し回数が所定の回数(例えば、3回)に到達したときに(工程S135;YES)被検出物質の検出をせずに終了するようにしてもよい。このように、検出チップ10の位置情報を取得する工程において、検出チップ10や検出装置100の不具合を検知することができる。また、図2に示されるように、測定フローの比較的初期段階で不具合を検知できるため測定エラーいち早くユーザーに知らせることができるためユーザーの負担が軽減される。
As shown in FIG. 9, in the step of acquiring the position information of the
また、図10に示されるように、受光センサー121が複数の画素を有するエリアセンサーの場合、検出チップ10の位置情報を取得する工程では、第1反射光β1および第2反射光β2が入射したエリアセンサーの受光面の全画素の合計検出値に基づいて、検出チップ10の位置情報を取得し(工程S132)、第1反射光βおよび第2反射光βが到達した受光面の画素の位置に基づいて、受光センサー121での検出を停止するか否かの判断を行う工程をさらに含んでいてもよい。第1反射光β1および第2反射光β2が所定の位置で検出された場合(工程S136;YES)、検出チップ10を送液位置に移動させる工程(工程S140)に進む。一方、第1反射光β1もしくは第2反射光β2が所定の位置で検出されなかった場合(工程S136;NO)、被検出物質の検出をせずに終了する。第1反射光β1もしくは第2反射光β2が所定の位置で検出されない場合、検出チップ10の設置位置が規定範囲外に設置されていたり、検出チップ10や検出装置100に不具合があったりすることを検知でき、誤測定を防ぐことができる。
Further, as shown in FIG. 10, when the
このように、受光センサー121による受光光量が著しく小さい場合や、所定の位置に第1反射光β1および第2反射光β2が到達しなかった場合に、検出チップ10の設置位置の誤差や装置の不具合を検出できるため、被検出物質の誤測定を防ぐことができる。
As described above, when the amount of light received by the
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る検出装置100および検出方法によれば、励起光αを入射面21に照射しつつ、第1反射光β1および第2反射光β2が検出されるように、成膜面22の法線に対するプリズム20への入射角を設定するため、プリズム20内に入射した励起光αによる検出チップ10の位置合わせ精度の低下を抑制できる。
(effect)
As described above, according to the
なお、上記実施の形態では、位置情報を取得する工程および被検出物質を検出する工程において照射される光はいずれも励起光αであるが、両工程において照射される光は、同じでなくてもよい。すなわち、被検出物質を検出する工程において照射される光が励起光αであれば、検出チップ10の位置情報を取得する工程において照射される光は、励起光αでなくてもよい。また、位置情報を取得する工程および被検出物質を検出する工程において照射される光の光量も同じでなくてもよい。
In the above embodiment, the light irradiated in the step of acquiring position information and the step of detecting the substance to be detected is the excitation light α, but the light irradiated in both steps is not the same. Good. That is, if the light emitted in the step of detecting the substance to be detected is the excitation light α, the light emitted in the step of acquiring the positional information of the
また、上記実施の形態では、SPFSを利用した検出方法および検出装置100について説明したが、本発明に係る検出方法および検出装置100は、これに限定されない。たとえば、本発明は、SPR法を利用した検出方法および検出装置にも適用できる。この場合、蛍光検出ユニット130は、検出チップ10に捕捉された被検出物質の量に応じた検体光として、蛍光γではなく、プリズム20の成膜面22で反射し、出射面23で出射した光を検出する。また、本発明は、SPRを利用することなく被検出物質を標識する蛍光物質をエバネッセント光で励起するエバネッセント蛍光法を利用した検出方法および検出装置にも適用できる。この場合、検出チップ10は金属膜30を有していなくてもよい。
Further, in the above embodiment, the detection method and the
本発明に係る検出方法および検出装置は、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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The detection method and the detection device according to the present invention can detect a substance to be detected with high reliability, and are therefore useful in, for example, clinical examinations.
10 検出チップ
20 プリズム
21 入射面
22 成膜面
23 出射面
24 底面
30 金属膜
40 流路蓋
41 流路
100 検出装置
110 励起光照射ユニット
111 光源ユニット
112 角度調整部
113 光源制御部
120 反射光検出ユニット
121 受光センサー
122 センサー制御部
130 蛍光検出ユニット
131 受光ユニット
132 位置切替部
133 センサー制御部
134 第1レンズ
135 光学フィルター
136 第2レンズ
137 受光センサー
140 送液ユニット
141 薬液チップ
142 シリンジポンプ
143 送液ポンプ駆動部
144 シリンジ
145 プランジャー
150 搬送ユニット
152 搬送ステージ
154 チップホルダー
160 制御部
α 励起光
β1 第1反射光
β2 第2反射光
γ 蛍光
10
Claims (16)
前記チップホルダーを移動させる移動ステージと、
前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記誘電体部材の前記第1面に対して光を照射するための照射角度を設定し、前記照射角度にて前記第1面に対して光を照射する光照射部と、
前記光照射部から照射された光のうち前記誘電体部材による反射光を検出する反射光検出部と、
前記光照射部から光を照射することで、前記検出チップに捕捉された前記被検出物質の量に応じて発生する検体光を検出する検体光検出部と、
を有する検出装置を用いた検出方法であって、
前記光照射部から照射された光のうち、前記第1面で反射した第1反射光と、前記第1面を透過し、前記第2面および前記第3面で順次反射した第2反射光とが前記反射光検出部により同時に検出されるように、前記第1面に対して前記光照射部から照射する光の照射角度を設定する工程と、
前記光照射部から出射する光の照射スポットが、前記第1面および前記第1面に隣接する他の面の境界上を通過するように、前記チップホルダーに保持された前記検出チップを前記移動ステージにより移動しつつ、光の照射角度を設定する工程において設定された照射角度にて前記光照射部から光を照射し、前記反射光検出部により前記第1反射光および前記第2反射光を検出し、前記反射光検出部による前記第1反射光および前記第2反射光の検出結果に基づいて、前記チップホルダーに保持された前記検出チップの位置情報を取得する工程と、
取得された前記検出チップの位置情報に基づいて、前記移動ステージにより前記検出チップを、前記検体光を検出するための検出位置に移動させる工程と、
前記検出チップが前記検出位置にある状態で、前記光照射部から光を照射し、前記検体光検出部により検体光を検出することにより、前記検出位置の前記検出チップに捕捉された前記被検出物質の存在またはその量を検出する工程と、
を含む、検出方法。 Chip for holding a detection chip having a dielectric member that includes a first surface, a second surface and a third surface and is transparent to light, and a substance to be detected is trapped on the surface side of the second surface With a holder,
A moving stage for moving the chip holder,
Setting the irradiation angle to irradiate light against the first surface of the dielectric member of the detection chip held by the chip holder, light is irradiated to the first surface at the irradiation angle and the light irradiation section you,
Of the light emitted from the light irradiation unit, a reflected light detection unit that detects reflected light by the dielectric member,
By irradiating light from the light irradiation unit, a sample light detection unit that detects the sample light generated according to the amount of the substance to be detected captured in the detection chip,
A detection method using a detection device having:
Of the light emitted from the light irradiator, the first reflected light reflected by the first surface and the second reflected light transmitted through the first surface and sequentially reflected by the second surface and the third surface And a step of setting an irradiation angle of the light irradiated from the light irradiation unit with respect to the first surface, such that and are simultaneously detected by the reflected light detection unit,
The detection chip held by the chip holder is moved so that the irradiation spot of the light emitted from the light irradiation unit passes on the boundary between the first surface and another surface adjacent to the first surface. While moving by the stage, light is irradiated from the light irradiation unit at the irradiation angle set in the step of setting the light irradiation angle, and the first reflected light and the second reflected light are emitted by the reflected light detection unit. Detecting, based on the detection result of the first reflected light and the second reflected light by the reflected light detection unit, acquiring the position information of the detection chip held in the chip holder,
Based on the acquired position information of the detection chip, a step of moving the detection chip by the moving stage to a detection position for detecting the sample light,
In the state where the detection chip is at the detection position, the detection target captured by the detection chip at the detection position is irradiated with light from the light irradiation unit and the sample light is detected by the sample light detection unit. Detecting the presence or amount of a substance,
The detection method including.
sin(θa−θi−3°)<n1cosθb<sin(θa−θi+3°) (1)
[式(1)において、θiは前記第2面の法線に対する前記誘電体部材への入射前の前記光照射部から照射される光の照射角度であり、θaは前記第2面および前記第1面の二面角であり、θbは前記第2面および前記第3面の二面角であり、n1は前記誘電体部材の屈折率である] 11. In the step of setting the light irradiation angle, the light irradiation angle of the light irradiated from the light irradiation unit is set so as to satisfy the following formula (1): 11. Detection method.
sin(θ a −θ i −3°)<n 1 cos θ b <sin(θ a −θ i +3°) (1)
[In Formula (1), θ i is the irradiation angle of the light emitted from the light irradiation unit before the incidence on the dielectric member with respect to the normal to the second surface, and θ a is the second surface and Is the dihedral angle of the first surface, θ b is the dihedral angle of the second surface and the third surface, and n 1 is the refractive index of the dielectric member]
前記検出チップの位置情報を取得する工程において、前記第1反射光および前記第2反射光が入射した前記エリアセンサーの受光面の全画素の合計検出値に基づいて、前記検出チップの位置情報を取得し、前記第1反射光および前記第2反射光が到達した前記受光面の画素の位置に基づいて、次の前記被検出物質を検出する工程において、前記検体光検出部での検出を行うか否かの判断を行う、
請求項1〜12のいずれか一項に記載の検出方法。 The reflected light detection unit has an area sensor having a plurality of pixels,
In the step of acquiring the position information of the detection chip, the position information of the detection chip is calculated based on a total detection value of all pixels of the light receiving surface of the area sensor on which the first reflected light and the second reflected light are incident. In the next step of detecting the substance to be detected, based on the position of the pixel of the light receiving surface that the first reflected light and the second reflected light have reached, the detection by the sample light detection unit is performed. Judge whether or not,
The detection method according to any one of claims 1 to 12.
前記被検出物質を検出する工程では、前記光照射部は、光の照射角度を設定する工程において前記第1面に向けて照射した光の照射角度と異なる角度で、前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記金属膜に向けて光を照射し、前記検体光検出部は、前記光照射部から照射される光が前記誘電体部材内に入射し、前記金属膜に照射されて生じる表面プラズモン共鳴に起因する検体光を検出することで、前記被検出物質の存在またはその量を検出する、
請求項1〜13のいずれか一項に記載の検出方法。 A metal film is disposed on at least a part of the second surface,
In the step of detecting the substance to be detected, the light irradiation section is held by the chip holder at an angle different from the irradiation angle of the light irradiated toward the first surface in the step of setting the light irradiation angle. Light is emitted toward the metal film of the detection chip, and the sample light detection unit is a surface generated by the light emitted from the light irradiation unit entering the dielectric member and being irradiated on the metal film. By detecting the sample light due to plasmon resonance, to detect the presence or amount of the substance to be detected,
The detection method according to any one of claims 1 to 13.
前記被検出物質を検出する工程では、前記光照射部から励起光が照射され、
前記検体光検出部は、前記励起光を前記金属膜に照射することで、前記被検出物質を標識した蛍光物質から放出された蛍光を検出する、
請求項14に記載の検出方法。 On the surface of the surface of the metal film opposite to the dielectric member, a capturing body for capturing the substance to be detected is arranged,
In the step of detecting the substance to be detected, excitation light is irradiated from the light irradiation unit,
The sample light detection unit irradiates the metal film with the excitation light to detect fluorescence emitted from a fluorescent substance labeled with the substance to be detected,
The detection method according to claim 14.
前記チップホルダーを移動させる移動ステージと、
前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記誘電体部材の前記第1面に向けて光を照射するとともに、前記第1面に対して照射される光の照射角度を変更する光照射部と、
前記光照射部から照射された光のうち前記誘電体部材による反射光を検出する反射光検出部と、
前記光照射部から光を照射することで、前記検出チップに捕捉された前記被検出物質の量に応じて発生する検体光を検出する検体光検出部と、
前記移動ステージ、前記光照射部、前記反射光検出部および前記検体光検出部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記光照射部から照射された光のうち、前記第1面で反射した第1反射光と、前記光照射部から照射される光が前記第1面を透過し、前記第2面および前記第3面で順次反射した第2反射光とが前記反射光検出部に同時に検出されるように、前記光照射部に光の照射角度を設定させ、
前記検出チップの位置情報を取得するために、前記光照射部から出射する光の照射スポットが、前記第1面および前記第1面に隣接する他の面の境界上を通過するように、前記チップホルダーに保持された前記検出チップを前記移動ステージにより移動しつつ、光の照射角度を設定する工程において設定された照射角度にて前記光照射部から光を照射させる、
検出装置。 A chip for holding a detection chip which has a dielectric member including a first surface, a second surface and a third surface and is transparent to light, and in which a substance to be detected is trapped on the surface side of the second surface. With a holder,
A moving stage for moving the chip holder,
A light irradiator that irradiates light toward the first surface of the dielectric member of the detection chip held by the chip holder and changes an irradiation angle of light irradiated onto the first surface. ,
Of the light emitted from the light emitting unit, a reflected light detection unit that detects the reflected light by the dielectric member,
By irradiating light from the light irradiation unit, a sample light detection unit that detects the sample light generated according to the amount of the substance to be detected captured in the detection chip,
A control unit that controls the moving stage, the light irradiation unit, the reflected light detection unit, and the sample light detection unit;
Have
The control unit is
Of the light emitted from the light irradiation unit, the first reflected light reflected by the first surface and the light emitted from the light irradiation unit pass through the first surface, and the second surface and the second surface. The irradiation angle of light is set to the light irradiation unit so that the second reflection light sequentially reflected by the three surfaces is simultaneously detected by the reflection light detection unit,
In order to obtain the position information of the detection chip, an irradiation spot of light emitted from the light irradiation unit passes on a boundary between the first surface and another surface adjacent to the first surface, While moving the detection chip held by a chip holder by the moving stage, irradiate light from the light irradiation unit at the irradiation angle set in the step of setting the irradiation angle of light,
Detection device.
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