JPWO2015194518A1 - 検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
SPFS装置は、誘電体からなるプリズムと、プリズムの1面上に形成された金属膜とを有する検出チップが装着された状態で使用される。金属膜上には、被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定されている。金属膜上に被検出物質を含む検体を提供すると、被検出物質が捕捉体により捕捉される。このとき、被検出物質は、蛍光物質で標識されていてもよいし、標識されていなくてもよい。捕捉された被検出物質が蛍光物質で標識されていない場合、捕捉された被検出物質は、さらに蛍光物質で標識される。この状態で、表面に金属膜を有するプリズムに対して全反射条件となるように励起光を照射する。これにより、励起光および金属膜中の自由電子の相互作用(表面プラズモン共鳴)が生じ、局在場光が発生する。一般にこの局在場光は、「増強電場」または「増強されたエバネッセント光」とも呼ばれ、金属膜の表面近傍の物理量変動を測定することが可能である。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選択的に励起され、蛍光物質から放出された蛍光が観察される。SPFS装置は、蛍光の光量を測定して、被検出物質の存在またはその量を検出する。
次に、導光ロッド141について詳細に説明する。図2は、検出対象領域31、導光ロッド141および光センサー145の受光面146の位置関係を示す図である。
0.8n2D<L<1.2n2D …(1)
次に、本実施の形態で使用する波長分離フィルター144の波長分離特性について説明する。図5は、本実施の形態で使用する波長分離フィルター144(ロングパスフィルター)の波長分離特性の角度依存性を説明するための図である。図5Aは、ピーク入射角(例えば35°)で入射する光線に対する波長分離フィルター144の波長分離特性を示す図であり、図5Bは、入射角が0°で入射する光線に対する波長分離フィルター144の波長分離特性を示す図である。図5Aおよび図5Bにおいて、実線は、入射角がピーク入射角(35°)の光線に対するカットオフ波長が640nmであり、入射角が0°の光線に対するカットオフ波長が680nmである波長分離フィルター144の光透過率を示す。また、一点鎖線は、主波長が635nmである励起光αのスペクトルを示し、二点鎖線は、主波長が670nmである蛍光γのスペクトルを示す。ここで、「励起光」とは、励起光αだけでなく励起光αと同じ波長の光(プラズモン散乱光β)を含むものとする。
本実施の形態に係るSPFS装置100において、光センサー145の受光面146における蛍光γの入射角と光量との関係についてシミュレーションを行った。流路41内の検出対象領域31から受光面146までの光路上には、流路蓋40、導光ロッド141、波長分離フィルター144および光センサー145が、検出対象領域31側から順番に配置されている。また、導光ロッド141の出射面143で出射した光は、波長分離フィルター144を通過したあと、センサー窓を通って受光面146に到達する。シミュレーションのための各パラメータは、流路蓋40の高さ:0.1mm、流路蓋40(PMMA)の屈折率:1.49、検出対象領域31の最大長さD’:3.0mm、導光ロッド141の軸方向の長さ:16.0mm、導光ロッド141の直径D:14.0mm、導光ロッド141の屈折率n:1.514、検出対象領域31および導光ロッド141の入射面142の間隔:0.6mm、導光ロッド141の軸方向での波長分離フィルターの長さ(厚み):1.0mm、波長分離フィルター144の屈折率:1.514、導光ロッド141の軸方向でのセンサー窓の長さ(厚み):0.8mm、センサー窓(ホウケイ酸ガラス)の屈折率:1.487、波長分離フィルター144およびセンサー窓の間隔:0.5mm、受光面146の最大長さ:8.0mmとした。
次に、SPFS装置100の動作(SPFS装置100を用いた検出方法)について説明する。図7は、SPFS装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
20 プリズム
21 プリズムの入射面
22 プリズムの成膜面
23 プリズムの出射面
30 金属膜
31 検出対象領域
40 流路蓋
41 流路
100 表面プラズモン共鳴蛍光分析装置(SPFS装置)
110 チップホルダー
120 励起光学系ユニット
121 光源ユニット
122 角度調整部
140 受光光学系
141、141’、141” 導光ロッド
142 導光ロッドの入射面
143 導光ロッドの出射面
144 波長分離フィルター
145 光センサー
146 受光面
160 制御部
161 光源制御部
162 光センサー制御部
163 制御処理部
164 フィルター制御部
θ1 導光ロッドに入射する光線の入射角
θ2 導光ロッドに入射した光線の屈折角
n1、n2 屈折率
D 導光ロッドの直径
D’ 検出対象領域の最大長さ
D” 光センサーの受光面の最大長さ
L 導光ロッドの軸方向の長さ
α 励起光
β プラズモン散乱光
γ 蛍光
Claims (7)
- 被検出物質を標識した蛍光物質から放出される蛍光を検出することにより、前記被検出物質を検出する検出装置であって、
前記被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定化された検出対象領域を含む検出チップを保持するチップホルダーと、
前記チップホルダーに保持された前記検出チップに励起光を照射するための光源と、
前記捕捉体に捕捉された前記被検出物質を標識した蛍光物質から放出される蛍光を、一端に位置する入射面で入射させ、他端に位置する出射面で出射させる導光ロッドと、
前記導光ロッドの軸方向に対して垂直な受光面を有し、前記蛍光を検出するための光センサーと、
前記検出チップおよび前記導光ロッドの間、または前記導光ロッドおよび前記光センサーの間に前記導光ロッドの軸方向に対して垂直に配置され、前記蛍光と前記蛍光以外の不要な光とを分離するための波長分離フィルターと、
を有し、
前記受光面における前記蛍光の入射角と光量との関係において、最も光量が多い入射角であるピーク入射角は0°以外であり、
前記ピーク入射角で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、前記ピーク入射角で前記受光面に入射する前記励起光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率よりも大きく、かつ入射角が0°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率より大きい、
検出装置。 - 入射角が0°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、前記ピーク入射角で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率の1/5以下である、請求項1に記載の検出装置。
- 前記波長分離フィルターは、前記導光ロッドと一体化されている、請求項1または請求項2に記載の検出装置。
- 前記導光ロッドは、前記入射面から前記出射面に向かってその断面積が一定である円柱状であり、
入射角が35°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、入射角が35°で前記受光面に入射する前記励起光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率よりも大きく、かつ入射角が0°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率より大きい、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出装置。 - 入射角が35°で前記波長分離フィルターに入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、入射角が35°で前記波長分離フィルターに入射する前記励起光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率よりも大きく、かつ入射角が0°で前記波長分離フィルターに入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率より大きい、請求項4に記載の検出装置。
- 前記導光ロッドは、前記入射面から前記出射面に向かってその断面積が連続的に小さくなるテーパー状の導光ロッド、前記入射面から前記出射面に向かってその断面積が連続的に大きくなるテーパー状の導光ロッド、または前記入射面、前記出射面もしくはこれら両方が凸レンズ状の導光ロッドである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出装置。
- 前記検出チップは、プリズムと、前記プリズム上に配置された金属膜とを有し、
前記検出対象領域は、前記金属膜の表面の少なくとも一部であり、
前記光源は、前記プリズム側から前記捕捉体が固定されている領域に対応した前記金属膜の裏面に励起光を照射し、
前記蛍光は、前記プリズムを介して前記金属膜の裏面に照射した励起光により生じる局在場光により励起され、前記蛍光物質から放出される蛍光である、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の検出装置。
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