JPWO2014007134A1 - Sensor chip - Google Patents
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Abstract
[課題]光源と誘電体との間に配置されていた偏光板を省略して装置を簡易にし、かつ部品点数を少なくすることができるとともに、使用できる誘電体や接着剤の材料の選択の幅を広げることができ、ひいては、誘電体と金属薄膜との密着性を良好に維持することのできるセンサーチップを提供する。[解決手段]金属薄膜24上のリガンドに捕捉されたアナライトを検出するにあたり、金属薄膜24に励起光を照射することでアナライトを検出するようにした光学式検体検出装置に使用されるセンサーチップ22であって、誘電体部材23上に偏光部材25が配置され、当該偏光部材25上に金属薄膜24が配されている、センサーチップ。[PROBLEMS] To simplify the apparatus by omitting the polarizing plate arranged between the light source and the dielectric, reduce the number of parts, and the range of selection of usable dielectric and adhesive materials Thus, a sensor chip capable of maintaining good adhesion between a dielectric and a metal thin film is provided. [Solution] In detecting an analyte trapped by a ligand on a metal thin film 24, a sensor used in an optical specimen detection apparatus that detects the analyte by irradiating the metal thin film 24 with excitation light. A sensor chip that is a chip 22, wherein a polarizing member 25 is disposed on a dielectric member 23, and a metal thin film 24 is disposed on the polarizing member 25.
Description
本発明はセンサーチップに関するもので、詳しくは表面プラズモン共鳴(SPR;Surface Plasmon Resonance)測定装置、あるいは表面プラズモン共鳴現象を応用した表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS;Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy)の原理に基づいた、表面プラズモン励起増強蛍光測定装置などの光学式検体検出装置に用いられるセンサーチップに関する。 The present invention relates to a sensor chip, and more specifically, a surface plasmon resonance (SPR) measuring device, or surface plasmon-field enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) using a surface plasmon resonance phenomenon (SPFS). The present invention relates to a sensor chip used for an optical specimen detection device such as a surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement device based on the principle of the above.
従来から、極微少な物質の検出を行う場合において、物質の物理的現象を応用することでこのような物質の検出を可能とした様々な検体検出装置が用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, when detecting a very small substance, various specimen detection apparatuses that can detect such a substance by applying a physical phenomenon of the substance have been used.
このような検体検出装置の一つとして、ナノメートルレベルなどの微細領域中で電子と光とが共鳴することにより、高い光出力を得る現象(表面プラズモン共鳴(SPR;Surface Plasmon Resonance)現象)を応用し、例えば、生体内の極微少なアナライトの検出を行うようにした表面プラズモン共鳴装置(以下、「SPR装置」と言う)が挙げられる。 As one of such specimen detection devices, the phenomenon of obtaining high light output (surface plasmon resonance (SPR) phenomenon) by resonating electrons and light in a minute region such as nanometer level. For example, a surface plasmon resonance device (hereinafter referred to as “SPR device”) that detects minute analytes in a living body can be used.
また、表面プラズモン共鳴(SPR)現象を応用した、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS;Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy)の原理に基づき、SPR装置よりもさらに高精度にアナライト検出を行えるようにした表面プラズモン励起増強蛍光測定装置(以下、「SPFS装置」と言う)も、このような検体検出装置の一つである。 In addition, based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) using the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon, it is possible to perform analyte detection with higher accuracy than the SPR device. The surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement device (hereinafter referred to as “SPFS device”) is also one of such specimen detection devices.
この表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)は、光源より照射したレーザー光などの励起光が、金属薄膜表面で全反射減衰(ATR;Attenuated Total Reflectance)する条件において、金属薄膜表面に表面プラズモン光(疎密波)を発生させることによって、光源より照射した励起光が有するフォトン量を数十倍〜数百倍に増やして、表面プラズモン光の電場増強効果を得るようになっている。 In this surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS), surface plasmon light is applied to the surface of the metal thin film under the condition that excitation light such as laser light irradiated from the light source is attenuated by total reflection (ATR) on the surface of the metal thin film. By generating (dense wave), the photon amount of excitation light irradiated from the light source is increased to several tens to several hundred times, and the electric field enhancement effect of surface plasmon light is obtained.
ところで、このようなSPR装置あるいはSPFS装置に用いられるセンサーチップとして、従来より誘電体部材としてガラス製プリズムを使用し、そのガラス製プリズムの上に金属薄膜を蒸着により形成したものが知られている。 By the way, as a sensor chip used in such an SPR device or SPFS device, a glass chip is conventionally used as a dielectric member, and a metal thin film is formed on the glass prism by vapor deposition. .
しかしながら、金属薄膜のみならずガラス製プリズムは高価であるため、ガラス製プリズムを使用したセンサーチップを、例えば、アナライトの測定のたびに交換することはコスト高となり実用的でない。 However, since glass prisms as well as metal thin films are expensive, it is not practical to replace sensor chips using glass prisms, for example, every time an analyte is measured.
そこで、近年では、ガラス製プリズムに代えて樹脂製プリズムを用いたセンサーチップが提供されている。 Thus, in recent years, sensor chips using resin prisms instead of glass prisms have been provided.
図6は、特許文献1に開示されている従来のセンサーチップを用いたSPR装置30を示したものである。
FIG. 6 shows an
この表面プラズモン共鳴装置(SPR装置30)のセンサーチップ10では、光を入射させる誘電体部材として樹脂製プリズム11が採用され、この樹脂製プリズム11がPMMA(ポリメタクリル酸メチル樹脂)等の透明樹脂により形成されている。また金属薄膜12は、樹脂製プリズム11の上面に形成されている。さらに、検査対象となる試料13は、この金属薄膜12の上に配置されている。
In the
このようなSPR装置30では、光源1から照射された入射光Lが、樹脂製プリズム11の金属薄膜12が設けられていない一方の面11bから入射され、樹脂製プリズム11と金属薄膜12との界面11aで反射され、樹脂製プリズム11の他方の面11cから出射された反射光から、所望の波長の光L1を波長選択部20で選択し、該波長選択部20で選択された光L1の光強度分布を2次元画像としてCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサー3で撮像するようにしている。In such an
このように表面プラズモン共鳴を利用したSPR装置30では、光源1と樹脂製プリズム11との間に偏光板9を配置し、この偏光板9により樹脂製プリズム11に入射される光を、P偏波した光だけに限定するようにしている。
As described above, in the
ところで、このようなSPR装置30では、光源1から樹脂製プリズム11を介して金属薄膜12へ入射される入射光Lの入射角度を調整し、共鳴角を調べるために、光源1を樹脂製プリズム11を中心として円弧状に可動させる必要がある。
By the way, in such an
その場合に、上述の偏光板9も光源1とともに円弧状に可動させなければならない。
In that case, it is necessary to move the polarizing plate 9 together with the
しかしながら、このように偏光板9を円弧状に可動させる場合には、装置の構造が複雑になるという問題があった。 However, when the polarizing plate 9 is moved in an arc shape in this way, there is a problem that the structure of the apparatus becomes complicated.
また、図6に示した従来のSPR装置30では、センサーチップ10とは別に光源1の近傍にP偏光するための偏光板9を必要とするため、その分、部品点数が増えてしまうという問題があった。
In addition, the
一方、このような表面プラズモン共鳴(SPR)現象を応用した図7に示したSPFS装置90でも、上記SPR装置30と略同様のセンサーチップ10が使用されている。すなわち、SPFS装置90のセンサーチップ10は、誘電体部材として、樹脂製プリズム11が採用され、その樹脂製プリズム11の上面に金属薄膜12が蒸着により形成されている。
On the other hand, in the
SPFS装置90では、金属薄膜12に向かって入射光Lを照射する光源1と、偏光板9と、光源1から照射され金属薄膜12で反射した反射光L2を受光する受光手段78が設けられている。In the
また、金属薄膜12に対して光源1と反対側には、アナライトを標識した蛍光物質が発する蛍光82を受光する光検出手段84が設けられている。
Further, on the side opposite to the
なお、金属薄膜12と光検出手段84との間には、蛍光82を効率よく集めるための集光部材86と、蛍光82以外に含まれる光を除去し、必要な蛍光82のみを通過する波長選択機能部材88が設けられている。
In addition, between the metal
そして、SPFS装置90においては、まず金属薄膜12上にリガンドを固定しておき、このリガンドに蛍光物質で標識されたアナライトが捕捉された状態とする。
In the
そしてこの状態で、光源1より樹脂製プリズム11内に入射光Lを照射し、この入射光Lが共鳴角θ2で金属薄膜12に入射することで、金属薄膜12上に疎密波(表面プラズモン)を生じさせる。In this state, incident light L is irradiated from the
なお、金属薄膜12上に疎密波(表面プラズモン)が生ずる際には、励起した入射光Lと金属薄膜12中の電子振動とがカップリングし、反射光L2の光量減少が生ずるため、受光手段78で受光される反射光L2のシグナルが変化(光量が減少)する地点を見つければ、疎密波(表面プラズモン)が生ずる共鳴角θ2を得ることができる。When a dense wave (surface plasmon) is generated on the metal
この疎密波(表面プラズモン)を生ずる現象により、金属薄膜12上のリガンドに捕捉されたアナライトの蛍光物質が効率良く励起され、これにより蛍光物質が発する蛍光82の光量が増大することとなる。
Due to the phenomenon of generating this density wave (surface plasmon), the fluorescent substance of the analyte trapped by the ligand on the metal
この増大した蛍光82を、集光部材86および波長選択機能部材88を介して光検出手段84で受光することで、アナライトを検出することができる。
The increased
ところで、樹脂製プリズム11の自家蛍光は、ガラス製プリズムの自家蛍光に比べて強い。これにより、SPFS装置90では、樹脂製プリズム11の自家蛍光が、検査対象の試料13の蛍光82に混ざってしまい、その自家蛍光が蛍光82のノイズとなって光検出手段84で検出されてしまうという問題があった。
By the way, the autofluorescence of the
そのため、このようなSPFS装置90では、例えば、樹脂製プリズム11として使用できる樹脂の材料の選択に制限があった。
Therefore, in such an
また、SPFS装置90において、金属薄膜12を、接着剤を用いて樹脂製プリズム11の上面に固定する場合には、その接着剤の自家蛍光の影響も無視することができない。結果として、この樹脂製プリズム11を固定するための接着剤の材料の選択にも制限があった。
Further, in the
本発明は、このような実情に鑑み、例えば、SPR装置あるいはSPFS装置などの光学式検体検出装置において、光源と誘電体部材との間に、入射光をP偏光させるために配置される偏光板を省略して装置を簡易にし、かつ部品点数を少なくすることができるセンサーチップを提供することを目的としている。 In view of such a situation, the present invention provides a polarizing plate that is disposed between a light source and a dielectric member so as to P-polarize incident light in an optical specimen detection device such as an SPR device or an SPFS device. It is an object of the present invention to provide a sensor chip that can simplify the apparatus by reducing the number of components and can reduce the number of components.
さらに、本発明では、SPFS装置などの光学式検体検出装置において、誘電体部材等により発生した自家蛍光の一部を遮蔽して光検出手段が受光する自家蛍光を抑制でき、誘電体部材の材料選択の自由度を向上できるセンサーチップを提供することを目的としている。 Furthermore, in the present invention, in an optical specimen detection apparatus such as an SPFS apparatus, a part of the autofluorescence generated by the dielectric member or the like can be shielded to suppress the autofluorescence received by the light detection means, and the material of the dielectric member The object is to provide a sensor chip capable of improving the degree of freedom of selection.
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したセンサーチップは、
金属薄膜上のリガンドに捕捉されたアナライトを検出するにあたり、前記金属薄膜に励起光を照射することで前記アナライトを検出するようにした光学式検体検出装置に使用されるセンサーチップであって、
誘電体部材上に偏光部材が配置され、当該偏光部材上に金属薄膜が配されている。In order to achieve at least one of the above objects, a sensor chip reflecting one aspect of the present invention is:
In detecting an analyte trapped by a ligand on a metal thin film, a sensor chip used in an optical specimen detection apparatus that detects the analyte by irradiating the metal thin film with excitation light. ,
A polarizing member is disposed on the dielectric member, and a metal thin film is disposed on the polarizing member.
ここで、「偏光部材」とは、入射光のうちP偏光のみを透過する部材をいう。具体的には、直線偏光板、液晶フィルム、液晶パネル、などを例示することができ、要は直線偏光板を含む透光部材であれば良い。 Here, the “polarizing member” refers to a member that transmits only P-polarized light in the incident light. Specifically, a linear polarizing plate, a liquid crystal film, a liquid crystal panel, etc. can be illustrated, and what is necessary is just a translucent member containing a linear polarizing plate.
本発明によれば、自家蛍光のため使用することができなかった材料が含有された接着剤を使用することも可能である。したがって、SPFS装置においては、誘電体部材や接着剤の材料の選択の幅を広げることができる。また、光源と誘電体部材との間に配置されていた偏光板を省くことができる。これにより、光源近傍の偏光板を不要にできることのみならず偏光板を円弧状に可動させるための装置が不要になることから、装置が簡易になるとともに部品点数を少なくすることができる。 According to the present invention, it is also possible to use an adhesive containing a material that could not be used due to autofluorescence. Therefore, in the SPFS apparatus, the selection range of the dielectric member and the adhesive material can be expanded. Further, the polarizing plate disposed between the light source and the dielectric member can be omitted. This eliminates the need for the polarizing plate in the vicinity of the light source and eliminates the need for a device for moving the polarizing plate in an arc shape, thereby simplifying the device and reducing the number of components.
さらに、SPFS装置においては、誘電体部材等により発生した自家蛍光の一部が偏光部材によって遮蔽されて光検出手段に受光される自家蛍光を抑制でき、これまで強い自家蛍光のため使用することができなかった材料の樹脂などにより誘電体部材を形成することができる。また、これと同様に自家蛍光のため使用することができなかった接着剤を使用することも可能である。 Further, in the SPFS device, a part of the autofluorescence generated by the dielectric member or the like can be suppressed by the polarizing member and received by the light detection means, and can be used for strong autofluorescence so far. The dielectric member can be formed from a resin or the like of the material that could not be formed. Similarly, it is also possible to use an adhesive that could not be used due to autofluorescence.
したがって、SPFS装置においては、誘電体部材や接着剤の材料の選択の幅を広げることができる。 Therefore, in the SPFS apparatus, the selection range of the dielectric member and the adhesive material can be expanded.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、より詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施例に係るセンサーチップが採用されたSPR装置70の概略図で、図2は図1におけるセンサーチップ周辺の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of an
本実施例においては、金属薄膜24が偏光部材25の上に形成され、偏光部材25は金属薄膜24の支持体として機能している。
In this embodiment, the metal
そして、図2に示したように、金属薄膜24と偏光部材25とによりセンサー部材18が構成されている。
As shown in FIG. 2, the
また、このようなセンサー部材18が接着剤21により誘電体部材23の上面に接着されることにより、センサーチップ22が構成されている。
In addition, the
上記誘電体部材23としては、特に限定されるものではないが、光学的には透明な材質、例えば、ガラス、セラミックスなどの各種の無機物、天然ポリマー、合成ポリマーを用いることができ、化学的安定性、製造安定性、光学的透明性の観点から、二酸化ケイ素(SiO2)または二酸化チタン(TiO2)を含むものが好ましい。The
また、本実施例では、鉛直断面形状が略台形であるプリズム形状の誘電体部材23が採用されているが、鉛直断面形状を三角形(いわゆる三角プリズム)、半円形状、半楕円形状にするなど誘電体部材23の形状は適宜変更可能である。
In this embodiment, the prism-shaped
誘電体部材23として、天然ポリマー、合成ポリマーなど樹脂製の誘電体プリズム(以下、誘電体部材23が樹脂製の誘電体プリズムである場合、樹脂製プリズムともいう)を採用すれば、ガラス製プリズムに比べて安価に形成することができる。したがって、樹脂製プリズムは実用性に優れている。
If a dielectric prism made of resin such as natural polymer or synthetic polymer is used as the dielectric member 23 (hereinafter also referred to as resin prism when the
また、誘電体部材23として、例えば、平板状の導光板を採用することもできる。但し、誘電体部材23として、導光板を採用する場合は、入射光を全反射させるための入射角度を調整する必要があることから、エッジ側の端面から光を入射させる必要がある。
Further, as the
上記偏光部材25は、液晶フィルムのようにフィルム状あるいは液晶パネルのように板状であっても良い。
The polarizing
このように偏光部材25が液晶部材から構成されていれば、光の照射範囲を容易に制御することができる。
Thus, if the polarizing
また、偏光部材25は、液晶部材に限定されず、要は、直線偏光板を含む透光部材であれば良い。
Moreover, the polarizing
上記金属薄膜24の材質としては、特に限定されるものではないが、好ましくは金、銀、アルミニウム、銅、および白金からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属からなり、より好ましくは金からなり、さらにはこれらいずれかの金属を含む合金から構成しても良い。
The material of the metal
このような金属または合金は、酸化に対して安定であり、かつ疎密波(表面プラズモン)による電場増強が大きくなることから金属薄膜24として好適である。
Such a metal or alloy is suitable as the metal
また、金属薄膜24の形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えばスパッタリング法、蒸着法(抵抗加熱蒸着法、電子線蒸着法など)、電解メッキ法、無電解メッキ法などが挙げられる。中でもスパッタリング法、蒸着法は、薄膜形成条件の調整が容易であるため好ましい。
The method for forming the metal
さらに金属薄膜24の厚さとしては、金:5〜500nm、銀:5〜500nm、アルミニウム:5〜500nm、銅:5〜500nm、白金:5〜500nm、およびそれらの合金:5〜500nmの範囲内であることが好ましい。電場増強効果の観点からは、金:20〜70nm、銀:20〜70nm、アルミニウム:10〜50nm、銅:20〜70nm、白金:20〜70nm、およびそれらの合金:10〜70nmの範囲内であることがより好ましい。
Further, the thickness of the metal
金属薄膜24の厚さが上記範囲内であれば、疎密波(表面プラズモン)が発生し易く好適である。また、金属薄膜24の大きさ(縦×横)は特に限定されない。
If the thickness of the metal
さらに、金属薄膜24の上に直接リガンドを設けることは困難であることから、先ず、金属薄膜24の上層にSAM(Self-Assembled Monolayer)からなる固相膜を設けるか、または、SAM上にCMD(カルボキシメチルデキストラン)を設けてなる固相膜を設けて、それらの固相膜にリガンドを設けることが好ましい。
Further, since it is difficult to directly provide a ligand on the metal
このように、リガンドを設けるために固相膜が設けられていれば、リガンドに捕捉されるアナライトと、金属薄膜24との離間距離を十分に確保することができるので、蛍光の金属消光を防止することができる。よって、アナライトに付着した蛍光物質の検出性を良好にし、センサー感度を向上させることができる。
Thus, if a solid phase film is provided to provide the ligand, a sufficient separation distance between the analyte captured by the ligand and the metal
また、本実施例では、上記のように形成されたセンサーチップ22の取り扱いが容易となるように、センサーチップ22がセンサー組立体26の一部として組み込まれている。
In this embodiment, the
すなわち、センサー組立体26は、一対の板状の挟持部材26a、26bと、シール部材31と、一対の板状の挟持部材26a、26b間を一体的に連結するネジなどの締結手段36とから構成されている。
That is, the
センサーチップ22と板状の挟持部材26bとの間にシール部材31を設けることにより、板状の挟持部材26bの内部に試料溶液38を充填した場合のシール性を確保することができる。
By providing the
また、一対の板状の挟持部材26a、26b間をネジなどの締結手段36で一体的に連結しているので、液溜まり部40内での試料溶液38の水密性が十分に確保されている。
Further, since the pair of plate-
センサーチップ22を挟んで上下に配置される一対の板状の挟持部材26a、26bのうち、図1における下方側に配置される一方の挟持部材26aは、誘電体部材23の外表面と同形状のテーパ状の斜面41からなる貫通孔を有するもので、その斜面41で囲まれたすり鉢状の貫通孔内に誘電体部材23の基部側が収容されることにより、誘電体部材23の移動が防止されている。
Of the pair of plate-shaped
また、誘電体部材23における図1の上方側に配置される他方の挟持部材26bは、例えば、生体中のアナライトを含有した試料溶液38を一時的に貯留することができるウェル部材として機能している。
Further, the other clamping
さらに、本実施例では、誘電体部材23と偏光部材25との間が接着剤21で接着されているが、接着剤21に代えて、ここに屈折率整合液を充填することもできる。
Further, in this embodiment, the
屈折率整合液としては、従来公知の屈折率整合液(マッチングオイル)を用いることができるが、例えば、紫外線硬化型接着剤を充填することにより、屈折率整合性のほか接着固定機能を発揮させることができる。 As the refractive index matching liquid, a conventionally known refractive index matching liquid (matching oil) can be used. For example, by filling an ultraviolet curable adhesive, an adhesive fixing function can be exhibited in addition to refractive index matching. be able to.
なお、本実施例のSPR装置70では、センサー組立体26の下方に光源33と受光手段34とが配置され、光源33および受光手段34には、照射位置や受光位置を調整するための位置調整手段42、43が具備されている。
In the
光源33から照射される励起光44としてはレーザー光が好ましく、波長200〜900nm、0.001〜1,000mWのLDレーザー、または波長230〜800nm、0.01〜100mWの半導体レーザーが好適である。
The
上記のようにして構成されたSPR装置70を用いて、例えば生体内のアナライトを検出するには、まず検出対象となるアナライトを標識化する蛍光物質を含んだ試料溶液38を液溜まり部40内に供給する。この状態を保持することにより蛍光物質で標識されたアナライトが、金属薄膜24上のリガンドに捕捉された状態となる。
In order to detect, for example, an in-vivo analyte using the SPR device configured as described above, first, a
なお、アナライトを含有する検体を液溜まり部40内に供給した後、アナライトを標識する蛍光物質を含んだ溶液を液溜まり部40内に供給してもよい。
In addition, after supplying the analyte containing the analyte into the
このようなアナライトを含む検体としては、血液、血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、便、体腔液(髄液、腹水、胸水等)などが挙げられる。 Examples of the specimen containing such an analyte include blood, serum, plasma, urine, nasal fluid, saliva, stool, body cavity fluid (spinal fluid, ascites, pleural effusion, etc.).
また、検体中に含有されるアナライトは、例えば、核酸(一本鎖であっても二本鎖であってもよいDNA、RNA、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、PNA(ペプチド核酸)等、またはヌクレオシド、ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子)、タンパク質(ポリペプチド、オリゴペプチド等)、アミノ酸(修飾アミノ酸も含む)、糖質(オリゴ糖、多糖類、糖鎖等)、脂質、またはこれらの修飾分子、複合体などが挙げられ、具体的には、AFP(αフェトプロテイン)等のがん胎児性抗原や腫瘍マーカー、シグナル伝達物質、ホルモンなどであってもよく、特に限定されない。 The analyte contained in the sample is, for example, a nucleic acid (DNA that may be single-stranded or double-stranded, RNA, polynucleotide, oligonucleotide, PNA (peptide nucleic acid), etc., or nucleoside , Nucleotides and their modified molecules), proteins (polypeptides, oligopeptides, etc.), amino acids (including modified amino acids), carbohydrates (oligosaccharides, polysaccharides, sugar chains, etc.), lipids, or their modified molecules, composites Specific examples include carcinoembryonic antigens such as AFP (α-fetoprotein), tumor markers, signal transmitters, hormones, and the like, and are not particularly limited.
さらに、この状態で光源33より金属薄膜24に励起光44を照射し、この励起光44が特定の入射角θaで金属薄膜24に入射することで、金属薄膜24上に疎密波(表面プラズモン)を生ずるようになる。
Further, in this state, the
なお、金属薄膜24上に疎密波(表面プラズモン)が生ずる際には、励起光44と金属薄膜24中の電子振動とがカップリングし、反射光50の光量が減少することとなるため、受光手段34で受光される反射光50の光量が減少する地点を見つければ、疎密波(表面プラズモン)が生ずる共鳴角を得ることができる。
When a dense wave (surface plasmon) is generated on the metal
そして、アナライトの有無によって共鳴角が変わってくるため、アナライトを含まない試料溶液を液溜まり部40に供給したときの共鳴角を予め調べておけば、共鳴角が異なった場合に所定のアナライトが試料溶液38中に含有されているか否かを知ることができる。
Since the resonance angle changes depending on the presence or absence of the analyte, if the resonance angle when the sample solution not containing the analyte is supplied to the
以下に、本発明に係るセンサーチップ22が採用された上記構成のSPR装置70の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the
すなわち、本実施例では、偏光部材25が誘電体部材23の上に設置されているので、この偏光部材25を用いることにより励起光44をP偏光することができる。
That is, in this embodiment, since the polarizing
したがって、本実施例のSPR装置70では、図6に示した位置の偏光板9を特に設置する必要がない。
Therefore, in the
これにより、部品点数の削減と装置の小型化を図ることができる。 Thereby, the number of parts can be reduced and the apparatus can be downsized.
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されない。 As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example at all.
例えば、上記実施例では、センサーチップ22を移動不能に挟持する他方の挟持部材26bをウェル部材として機能させ、試料溶液38を貯留させた状態で検査しているが、検査位置を通過する流路を形成し、試料溶液38を検査位置に対して循環、或いは、試料溶液38を検査位置に対して往き来させ試料溶液38を往復移動させることもできる。
For example, in the above embodiment, the other clamping
例えば、図3は、試料溶液38を検査位置に対して移動させることが可能な流路形成部材52をセンサーチップ22の上方に配置したセンサー構造体54(例えば、センサー構造体54を含めて、全体としてセンサーチップと呼ぶこともできる。)を示したものである。このような流路形成部材52を用いたセンサー構造体54であれば、液溜まり部40に貯留された試料溶液38を、流路形成部材52を介して往復移動あるいは一方向に循環させることができる。
For example, FIG. 3 shows a sensor structure 54 (for example, including the sensor structure 54) in which a flow
さらに上記実施例では、SPR装置70に用いられるセンサーチップ22について説明したが、このようなセンサーチップをSPFS装置にも適用することができる。
Furthermore, in the said Example, although the
図4は、センサーチップ60が採用されたSPFS装置80の概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of an SPFS device 80 in which the
本実施例のSPFS装置80は、図1に示したSPR装置70と、同一要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
In the SPFS device 80 of the present embodiment, the same components as those in the
図4に示したセンサーチップ60では、偏光部材として液晶フィルム56が採用されている。また、誘電体部材として樹脂製プリズム58が採用されている。そして、液晶フィルム56の上面に金属薄膜24が具備され、液晶フィルム56は、樹脂製プリズム58の上に接着剤21により接着されている。
In the
すなわち、本実施例のセンサーチップ60は、樹脂製プリズム58と、接着剤21と、液晶フィルム56と、金属薄膜24とから構成されている。
That is, the
また、偏光部材として機能する液晶フィルム56には、ドット毎に電圧の印加をON−OFFするための制御装置51が接続されている。
The
SPFS装置80における、センサーチップ60の上方には、光を効率良く集光するための集光部材35と、蛍光32のみを選択的に透過する(具体的には、検出対象である蛍光の主波長を含む所定波長範囲の光を選択的に透過する)ように形成された波長選択機能部材28と、光検出手段29とが設けられている。
In the SPFS device 80, only the
光検出手段29としては、特に限定されないが、例えば超高感度の光電子倍増管や、多点計測が可能なCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサー、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサーなどを用いることができる。 The photodetection means 29 is not particularly limited, but for example, an ultrasensitive photomultiplier tube, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor capable of multipoint measurement, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, or the like is used. Can do.
このようなSPFS装置80では、光源33から励起光44を照射して樹脂製プリズム58の下方から樹脂製プリズム58の側面に入射させる。このとき、励起光44は樹脂製プリズム58を介して樹脂製プリズム58の上面に形成された金属薄膜24に向かって入射角θaで照射されることになる。
In such an SPFS device 80, the
一方、光検出手段29によって蛍光32の光強度が測定される。
On the other hand, the light intensity of the
また金属薄膜24に対する励起光44の入射角度を変化させながら蛍光32を光検出手段29によって受光し、蛍光32の光強度を測定する。
Further, the
励起光44の入射角θaと蛍光32の光強度の関係を測定することができ、ATR条件(全反射減衰条件)の測定を行うことができる。
The relationship between the incident angle θa of the
すなわち、励起光44をセンサーチップ60の金属薄膜24に照射すると、金属薄膜24上に表面プラズモン光(疎密波)が発生して、この表面プラズモン光(疎密波)の強度に比例して蛍光32の光強度が変化(光量が増加)することとなるため、光検出手段29で受光する蛍光32の光強度が変化(例えば、光量が最も増加)する入射角を見つけることによってATR条件の測定が可能となる。
That is, when the
集光部材35としては、光検出手段29に蛍光シグナルを効率よく集光することを目的とするものであれば、任意の集光系でよい。簡易な集光系としては、例えば、顕微鏡などで使用されている市販の対物レンズを転用してもよい。対物レンズの倍率としては、10〜100倍が好ましい。
As the condensing
また、波長選択機能部材28としては、光学フィルター、カットフィルターなどを用いることができる。
As the wavelength
光学フィルターとしては、減光(ND)フィルター、ダイアフラムレンズなどが挙げられる。さらに、カットフィルターとしては、外光(装置外の照明光)、励起光(励起光の透過成分)、迷光(各所での励起光の散乱成分)、プラズモンの散乱光(励起光44を起源とし、センサーチップ60表面上の構造体または付着物などの影響で発生する散乱光)、酸素蛍光基質の自家蛍光などの各種ノイズ光を除去するフィルターであって、例えば、干渉フィルター、色フィルターなどが挙げられる。
Examples of the optical filter include a neutral density (ND) filter and a diaphragm lens. In addition, the cut filter includes external light (illumination light outside the apparatus), excitation light (excitation light transmission component), stray light (excitation light scattering component at various points), and plasmon scattering light (
そして、このようなSPFS装置80の使用時において、ATR条件を満たす入射角(共鳴角)で、金属薄膜24に励起光44を入射することで、金属薄膜24上に高い強度の表面プラズモン光(疎密波)が発生することになる。
When such an SPFS device 80 is used, the
この表面プラズモン光(疎密波)により、金属薄膜24上の蛍光物質が効率よく励起され、これにより蛍光物質が発する蛍光32の光量が増大し、この蛍光32を集光部材35および波長選択機能部材28を介して光検出手段29で受光することで、微細量および/または極低濃度のアナライトを検出することができる。
The surface plasmon light (dense wave) efficiently excites the fluorescent material on the metal
本実施例のSPFS装置80では、樹脂製プリズム58や、樹脂製プリズム58の上面に液晶フィルム56を固定するための接着剤21を塗布した場合であっても、これらの部材から発光する自家蛍光を液晶フィルム56により低減することができる。したがって、本発明によればセンサーチップ60を構成するにあたり、特に樹脂製プリズム58や接着剤21の材料の選択の幅を広げることができる。
In the SPFS device 80 of this embodiment, even when the
よって、これまでは屈折率が大きいという利点を有するものの自家蛍光が強いために使用することができなかった光学用特殊ポリエステルを用いて、樹脂製プリズム58を形成することが可能となる。よって、これまで用いていた樹脂製プリズム58以上の高い電場増強度を得ることができる。
Therefore, it is possible to form the
また、本発明の一実施例によるSPFS装置80では、偏光部材として液晶フィルム56を用いているので、金属薄膜24に照射する励起光44の照射エリアを電気的に制御することができる。すなわち、液晶フィルム56のドット毎にON−OFFすることが可能となるので、機械的マスクを不要にすることができる。これにより、装置のコンパクト化を図ることができる。
Further, in the SPFS device 80 according to one embodiment of the present invention, since the
さらに、液晶フィルム56を用いることにより、図5に示したように、励起光を照射する部分と、マスクにより励起光を照射しない部分との境界が明確になるため、図4に示した液溜まり部40における測定エリア(照射エリア)以外の部分を通過した光が、光検出手段29で受光されることがない。したがって、光検出手段29により正確な光量を測定することができる。
Furthermore, by using the
以上、センサーチップ60を用いたSPFS装置80の構成について説明したが、このようなSPFS装置80においては、センサーチップ60を構成する金属薄膜24が、液晶フィルム56の上に設置されているので、液晶フィルム56によりP偏光することができる。
As described above, the configuration of the SPFS device 80 using the
また、樹脂製プリズム58や接着剤21として、自家蛍光を無視することのできない材質を使用した場合であっても、それらの自家蛍光を液晶フィルム56で低減することができる。したがって、樹脂製プリズム58や接着剤21の自家蛍光が蛍光32のノイズとして検出されることを抑制することができる。
Even if a material that cannot ignore autofluorescence is used as the
これにより、誘電体部材としての樹脂製プリズム58や、固定のための接着剤21の材料の選択の幅を広げることができる。
Thereby, the range of selection of the material of the
よって、これまでは屈折率が大きいという利点を有するものの自家蛍光が強いために使用することができなかった例えば、光学用特殊ポリエステルを、樹脂製プリズム58の材料として用いることが可能となる。
Therefore, it is possible to use, for example, an optical special polyester as a material for the
また、上記SPFS装置80に採用されたセンサーチップ60では、偏光部材として液晶フィルム56を用いているが、例えば偏光性フィルム、偏光板などを採用することもできる。なお、偏光部材として液晶フィルム56を用いない場合には、図4に示した制御装置51が不要であるのは勿論である。
Further, in the
さらに、本実施例のSPFS装置80に採用されたセンサーチップ60では、接着剤21により液晶フィルム56を樹脂製プリズム58に接着しているが、この接着剤21を用いることは必須ではない。例えば、偏光部材として偏光板を採用した場合などにおいては、接着剤21を使用しないで、ネジなどの締結手段36で偏光板を樹脂製プリズム58に挟持させても良い。なお、このような場合には、偏光板と樹脂製プリズム58との間に、屈折率整合液を充填することが好ましい。
Further, in the
また、このように、偏光板と樹脂製プリズム58との間が、接着されていないセンサーチップ60であれば、図2に示したように、金属薄膜24と偏光部材25とからなるセンサー部材18を、樹脂製プリズム58から自由に切り離すことができる。これにより、樹脂製プリズム58をそのまま繰り返し使用することができる。
If the
また、金属薄膜24の上面形状が平面状である場合に限らず、例えば格子状に形成された凹凸面状に形成されている場合にも適用できることは勿論である。
Further, the present invention is not limited to the case where the upper surface shape of the metal
1 光源
9 偏光板
10 センサーチップ
11 樹脂製プリズム
12 金属薄膜
18 センサー部材
21 接着剤
22 センサーチップ
23 誘電体部材
24 金属薄膜
25 偏光部材
26 センサー組立体
26b 他方の挟持部材(ウェル部材)
28 波長選択機能部材
29 光検出手段
31 シール部材
32 蛍光
33 光源
34 受光手段
35 集光部材
36 締結手段
38 試料溶液
39 貫通孔
40 液溜まり部
42、43 位置調整手段
44 励起光
50 反射光
51 制御装置
52 流路形成部材
54 センサー構造体
56 液晶フィルム
58 樹脂製プリズム
60 センサーチップ
70 SPR装置
80 SPFS装置DESCRIPTION OF
28 Wavelength
Claims (9)
誘電体部材上に偏光部材が配置され、当該偏光部材上に金属薄膜が配されている、センサーチップ。In detecting an analyte trapped by a ligand on a metal thin film, a sensor chip used in an optical specimen detection apparatus that detects the analyte by irradiating the metal thin film with excitation light. ,
A sensor chip, wherein a polarizing member is disposed on a dielectric member, and a metal thin film is disposed on the polarizing member.
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