JPWO2016147937A1 - 検出装置 - Google Patents

Abstract

検出装置は、ホルダー、光照射部、角度調整部、受光センサー、受光光学系、光学フィルターおよび制御部を有する。受光光学系は検出チップから放出された光を受光センサーに導く。光学フィルターは受光光学系内に配置され、励起光と同じ波長の光であるプラズモン散乱光の一部を遮断し、検出チップから放出された光のうち、前記プラズモン散乱光の一部と、前記蛍光物質から放出された蛍光とを透過させる。受光センサーは検出チップから放出され、光学フィルターを透過したプラズモン散乱光の一部と、蛍光とを検出する。制御部はプラズモン散乱光の検出結果に基づいて、角度調整部を制御して、励起光の入射角を所定の入射角に調整する。

Description

本発明は、検体に含まれる被検出物質の検出を行う検出装置に関する。

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。

被検出物質を高感度に検出できる方法として、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）：以下「ＳＰＦＳ」と略記する）が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１、２には、ＳＰＦＳを利用する検出装置が開示されている。これらの検出装置では、誘電体からなるプリズムと、プリズムの一面上に形成された金属膜と、金属膜上に固定された捕捉体（例えば抗体）とを有する検出チップを使用する。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（１次反応）。捕捉された被検出物質は、さらに蛍光物質で標識される（２次反応）。この状態で、表面プラズモン共鳴が生じる角度で、プリズムを介して金属膜に励起光を照射すると、金属膜表面上に局在場光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選択的に励起され、蛍光物質から蛍光が放出される。これらの検出装置では、この蛍光を検出して、被検出物質の存在または量を検出する。

このようなＳＰＦＳを利用する検出装置では、微弱な蛍光を定量的に検出するために、光電子増倍管（Photomultiplier Tube：ＰＭＴ）やアバランシェフォトダイオード（Avalanche photodiode：ＡＰＤ）などの高感度な光センサーを用いることが必要である。

特開平１０−３０７１４１号公報 国際公開第２０１２／０４２８０７号

ＳＰＦＳを利用する検出装置では、検出感度および検出精度を十分に向上させるために、蛍光強度が最大となるように金属膜に対する励起光の入射角を設定する必要がある。

特許文献１に記載の検出装置では、金属膜からの反射光の強度が最小となるときの入射角（以下、「共鳴角」という）で励起光を照射している。しかしながら、蛍光の強度が最大となるときの入射角と共鳴角とはわずかに異なるため、特許文献１に記載の検出装置には、検出感度および検出精度に改善の余地がある。

一方、特許文献２に記載の検出装置では、表面プラズモン共鳴により発生する散乱光（以下「プラズモン散乱光」という）の強度が最大となるときの入射角（以下、「増強角」という）で励起光を照射している。増強角は、共鳴角よりも蛍光の強度が最大となるときの入射角に近いため、特許文献２に記載の検出装置は、特許文献１に記載の検出装置に比べて検出感度および検出精度の点で優れている。しかしながら、特許文献２に記載の検出装置では、蛍光を検出するための受光センサーを用いてプラズモン散乱光も検出するため、増強角を決定する際に受光光学系の光路から励起光カットフィルター（光学フィルター）を退避させなければならないという問題がある。

本発明の目的は、光学フィルターを受光光学系の光路から退避させることなく、プラズモン散乱光が最大となる増強角を決定することができる検出装置を提供することである。

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、誘電体からなるプリズムと、前記プリズムの一面上に配置された金属膜とを有する検出チップが装着され、前記プリズムを介して前記金属膜に励起光を照射することで、前記金属膜上に存在する被検出物質を標識する蛍光物質を表面プラズモン共鳴に基づく局在場光により励起させ、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出することで、前記被検出物質の存在または量を検出する検出装置であって、前記検出チップを保持するホルダーと、励起光を出射する光照射部と、前記プリズムを介して前記金属膜に所定の入射角で励起光を照射するために、前記金属膜に対する励起光の入射角を調整する角度調整部と、前記光照射部が前記金属膜に対して励起光を照射したときに、前記検出チップから放出された光を検出する受光センサーと、前記検出チップから放出された光を前記受光センサーに導く受光光学系と、前記受光光学系内に配置され、前記励起光と同じ波長の光であるプラズモン散乱光の一部を遮断する光学フィルターと、前記角度調整部を制御する制御部と、を有し、前記光学フィルターは、前記検出チップから放出された光のうち、前記プラズモン散乱光の一部と、前記蛍光物質から放出された蛍光とを透過させ、前記受光センサーは、前記金属膜上に前記蛍光物質が存在しない状態で、前記光照射部が前記金属膜に対して励起光を照射したときに、前記検出チップから放出され、前記光学フィルターを透過した前記プラズモン散乱光の一部を検出し、前記制御部は、前記受光センサーの前記プラズモン散乱光の検出結果に基づいて、前記所定の入射角を決定し、前記角度調整部を制御して、前記金属膜に対する励起光の入射角を前記所定の入射角に調整し、前記受光センサーは、前記金属膜上に前記蛍光物質で標識された前記被検出物質が存在する状態で、前記金属膜で表面プラズモン共鳴が発生するように、前記光照射部が前記金属膜に対して前記所定の入射角で励起光を照射したときに、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出する。

本発明によれば、ＳＰＦＳを利用する被検出物質の検出において、光学フィルターを受光光学系の光路から退避させることなく、プラズモン散乱光が最大となる増強角を決定することができる。したがって、本発明によれば、高感度、高精度かつ高速に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。また、本発明によれば、検出装置の小型化および低コスト化を実現することもできる。

図１は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置の構成を示す模式図である。 図２Ａ、Ｂは、ＰＭＴおよびＰＤの検出精度を示す概念グラフである。 図３は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。 図４Ａ〜Ｃは、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置における励起光カットフィルターの機能を説明するための概念グラフである。 図５は、実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置の構成を示す模式図である。

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。

［実施の形態１］
（検出装置の構成）
まず、本発明の実施の形態１に係る検出装置の代表例として、表面プラズモン共鳴蛍光分析装置（以下「ＳＰＦＳ装置」ともいう）について説明する。

図１は、実施の形態１に係る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、ＳＰＦＳ装置１００は、検出チップ１０に励起光αを照射するための励起光照射ユニット（光照射部）１１０と、検出チップ１０から放出された光（プラズモン散乱光βおよび蛍光γ）を検出するための受光ユニット１２０と、これらを制御する制御部１３０と、検出チップ１０を着脱可能に保持するためのチップホルダー１４０と、検出チップ１０に送液するための送液ユニット（不図示）とを有する。ＳＰＦＳ装置１００は、チップホルダー１４０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。

図１に示されるように、検出チップ１０は、入射面２１、成膜面２２および出射面２３を有するプリズム２０と、成膜面２２上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、検出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である構造物であるが、「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。

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および出射面２３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の上には、金属膜３０が形成される。プリズム２０の内部に入射した励起光αは、金属膜３０で反射する。より具体的には、プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）で反射する。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。

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、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。底面となる台形は、等脚台形であることが好ましい。これにより、入射面２１と出射面２３とが対称になり、励起光αのＳ波成分がプリズム２０内に滞留しにくくなる。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が励起光源であるレーザーダイオードに戻ると、レーザーダイオード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からである。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。たとえば、入射面２１と成膜面２２との角度および成膜面２２と出射面２３との角度は、いずれも約８０°である。

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、かつ複屈折および自家蛍光が小さい樹脂である。

金属膜３０は、プリズム２０の成膜面２２上に形成されている。金属膜３０を設けることで、成膜面２２に全反射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。金属膜３０の素材は、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属であれば特に限定されない。金属膜３０の素材の例には、金、銀、銅、アルミニウム、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。

また、図１では図示しないが、金属膜３０のプリズム２０と対向しない面には、被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定化されている。これにより、被検出物質を選択的に検出するための検出領域を形成することができる。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。たとえば、捕捉体は、被検出物質に特異的に結合可能な抗体またはその断片である。

流路蓋４０は、金属膜３０のプリズム２０と対向しない面上に、流路４１を挟んで配置されている。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、流路４１を挟んで成膜面２２上に配置されていてもよい。流路蓋４０は、金属膜３０（およびプリズム２０）と共に、検体や蛍光標識液、洗浄液などの液体が流れる流路４１を形成する。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注入口および排出口（いずれも図示省略）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、流路４１内において、これらの液体は捕捉体に接触する。流路蓋４０は、金属膜３０のプリズム２０と対向しない面およびその近傍から放出された光（プラズモン散乱光βおよび蛍光γ）に対して透明な材料からなる。流路蓋４０の材料の例には、樹脂が含まれる。これらの光を受光ユニット１２０に導くことができれば、流路蓋４０の一部は、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、両面テープまたは接着剤による接着や、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。

図１に示されるように、プリズム２０へ導かれた励起光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、プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）に全反射角度（表面プラズモン共鳴が生じる角度）となるように入射する。界面からの反射光は、出射面２３からプリズム２０外に出射される（図示省略）。一方、表面プラズモン共鳴が生じる角度で励起光αが界面に入射することで、金属膜３０およびその近傍から、プラズモン散乱光βおよび蛍光γが、受光ユニット１２０の方向へ出射される。また、検出チップ１０を構成する樹脂部材（プリズム２０）から、自家蛍光が放出される（図示省略）。

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、励起光照射ユニット（光照射部）１１０、受光ユニット１２０、制御部１３０およびチップホルダー（ホルダー）１４０を有する。

励起光照射ユニット１１０は、励起光αを出射する光源ユニット１１１と、プリズム２０および金属膜３０の界面（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を調整する角度調整部１１２とを有する。

光源ユニット１１１は、励起光αの光源を有し、チップホルダー１４０に保持された検出チップ１０の入射面２１に向けて励起光α（シングルモードレーザー光）を出射する。より具体的には、光源ユニット１１１は、検出チップ１０のプリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）に対して励起光αが全反射角度となるように、界面に対するＰ波のみを入射面２１に向けて出射する。

光源の種類は、特に限定されないが、受光センサー１２５としてフォトダイオード（ＰＤ）などの高感度でない光検出器を使用する場合、受光センサー１２５の受光光量を増やす観点から、光源はハイパワーであることが好ましい。光源は、例えば、金属膜３０上の被照射面におけるパワーが１ｍＷ／ｍｍ^２以上となるように励起光αを照射できるレーザーダイオード（ＬＤ）である。これにより、被検出物質を標識する蛍光物質からより強い強度の蛍光γを放出させることができる。また、ＬＤが出射する励起光αの波長は特に限定されないが、例えば、６５０〜６７０ｎｍであることが好ましい。高出力のＬＤを安価に入手できるためである。光源の種類の他の例には、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。

また、光源から出射される励起光αがビームでない場合には、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には、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には、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。

また、光源ユニット１１１は、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）をさらに有する。

整形光学系は、プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）における照射スポットの形状が所定サイズの円形状となるように、励起光αのビーム径や輪郭形状などを調整する。整形光学系から出射された励起光αは、検出チップ１０のプリズム２０に照射される。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（ＢＰＦ）、直線偏光フィルター（ＬＰ）、半波長板、スリット、ズーム手段などを含む。

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の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。

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。

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。

角度調整部１１２は、金属膜３０（成膜面２２）への励起光αの入射角を調整する。角度調整部１１２は、プリズム２０を介して金属膜３０（成膜面２２）の所定の位置に所定の入射角で励起光αを照射するために、励起光αの光軸とチップホルダーとを相対的に回転させる。本実施の形態では、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を中心として回転させる。このとき、入射角を走査しても金属膜３０（成膜面２２）上での照射位置がほとんど移動しないように、回転軸の位置を設定する。たとえば、回転中心の位置を、入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。

受光ユニット１２０は、チップホルダー１４０に保持された検出チップ１０の金属膜３０のプリズム２０と対向しない面に対向するように配置されている。より具体的には、後述の第１レンズ１２２、第２レンズ１２４および受光センサー１２５が、金属膜３０（成膜面２２）における励起光αの照射スポットを通る、金属膜３０表面に垂直な直線上に位置するように、受光ユニット１２０は配置されている。受光ユニット１２０は、検出チップ１０から放出される光（プラズモン散乱光β、蛍光γおよび自家蛍光）を検出する。受光ユニット１２０は、第１レンズ１２２、励起光カットフィルター１２３および第２レンズ１２４を含む受光光学系１２１と、受光センサー１２５とを有する。受光光学系１２１は、検出チップ１０から放出された光を受光センサー１２５に導く。

第１レンズ１２２および第２レンズ１２４は、迷光の影響を受けにくい共役光学系を構成する。第１レンズ１２２と第２レンズ１２４との間を進行する光は、略平行光となる。第１レンズ１２２および第２レンズ１２４は、検出チップ１０から放出される光を受光センサー１２５の受光面上に結像させる。また、この後説明するように、第１レンズ１２２および第２レンズ１２４は、励起光カットフィルター１２３と共に、検出チップ１０から出射される光（プラズモン散乱光β、蛍光γおよび自家蛍光）を受光センサー１２５の受光面に集光させる。

励起光カットフィルター（光学フィルター）１２３は、第１レンズ１２２および第２レンズ１２４の間に配置されている。励起光カットフィルター１２３は、励起光αと同一の波長の光（プラズモン散乱光β）の一部（大部分）を遮断する。一方で、励起光カットフィルター１２３は、検出チップ１０から放出された光のうち、プラズモン散乱光βの一部と、蛍光物質から放出された蛍光γとを透過させる。本実施の形態では、励起光カットフィルター１２３は、検出チップ１０から放出された自家蛍光の少なくとも一部もさらに透過させる。詳細については後述するが、これにより、ＳＰＦＳ装置１００は、蛍光γ検出時におけるノイズ成分となるプラズモン散乱光βの大部分を除去して、被検出物質を高精度に検出でき、かつ励起光カットフィルター１２３を退避させることなく、透過されたプラズモン散乱光βを受光センサー１２５で検出して増強角を決定することができる。このような効果を発揮することができれば、励起光カットフィルター１２３のプラズモン散乱光βの透過率は、特に限定されないが、０．００５％超かつ１％未満であることが好ましい。また、励起光カットフィルター１２３は、検出チップ１０から放出される自家蛍光の光量に対するプラズモン散乱光βの光量が０．５倍超かつ１００倍未満となるように、プラズモン散乱光βを透過させることが好ましい。

励起光カットフィルター１２３の種類の例には、片面または両面に誘電体多層膜が配置された反射型フィルターが含まれる。誘電体多層膜は、高屈折率材料からなる層と低屈折率材料からなる層とを交互に繰り返し積層することで形成されうる。このとき、各層の厚みや数などを適切に設定することで、所望の透過特性のフィルターを得ることができる。高屈折率材料の例には、ＴｉやＮｂ、Ｔａ、Ｌａなどの酸化物（例えば、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５など）が含まれる。低屈折率材料の例には、ＳｉやＡｌなどの酸化物（例えば、ＳｉＯ_２など）が含まれる。たとえば、ガラス基板（ＢＫ７）の表面に、Ｎｂ_２Ｏ_５層（厚み約１００ｎｍ）とＳｉＯ_２層（厚み約１００ｎｍ）とを交互に４０〜５０層積層して誘電体多層膜（厚み４０００〜５０００ｎｍ）を形成することで、励起光カットフィルター１２３を作製することができる。このようにして得られる励起光カットフィルター１２３では、フィルターへの主光線の入射角が０°の場合、励起光αの波長と同じ波長の光（例えば、６６０ｎｍ）の反射率は９９％以上であり、励起光αの波長より３０ｎｍ波長が大きい光（例えば、６９０ｎｍ）の反射率は数％以下である。

励起光カットフィルター１２３の種類の他の例には、色ガラスからなる吸収型フィルターが含まれる。一般的に、吸収型フィルターの透過スペクトルにおいて、カットオフ波長（励起光カットフィルター１２３が励起光αを吸収する波長帯域と、励起光αを透過させる波長帯域との境界を示す波長）近傍の透過率をシャープに立ち上げることは難しい。このため、反射型フィルターと比較して、透過型フィルターの励起光αの遮光性は劣る。しかしながら、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００では、励起光カットフィルター１２３は、プラズモン散乱光βの一部を透過させる。このため、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００では、遮光性は劣るものの、安価な色ガラスフィルターを使用することができる。

受光センサー１２５は、検出チップ１０から放出された光を検出する。たとえば、受光センサー１２５の種類の例には、感度およびＳＮ比が高い光電子増倍管（ＰＭＴ）およびアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）が含まれる。ハイパワーの光源を使用する場合には、受光センサー１２５として、高感度でないフォトダイオード（ＰＤ）などを使用してもよい。ＳＰＦＳ装置１００の小型化および低コスト化の観点からは、ＰＤを使用することが好ましい。

一般的に、受光センサー１２５からの出力値は、受光光量、受光感度および増幅倍率に比例する。図２Ａ、Ｂは、ＰＭＴおよびＰＤの検出精度を示す概念グラフである。図２Ａは、受光センサー１２５からの出力値と、検出値の標準偏差（ばらつき）σとの関係を示す概念グラフである。図２Ｂは、出力値からブランク値Ｂを減算したシグナル値Ｓ（Ｓ＝出力値−Ｂ：蛍光光量に相当）と光学ブランク値Ｂとの比（Ｓ／Ｂ比）と、変動係数ＣＶ（標準偏差σとシグナル値Ｓとの比（σ／Ｓ比））との関係を示す概念グラフである。図２Ｂにおけるシグナル値Ｓの範囲は、図２ＡにおいてＰＤの標準偏差σがＰＭＴの標準偏差σより小さくなるときの範囲について示している。また、図２Ａ、Ｂにおいて、破線はＰＭＴについて示し、実線はＰＤについて示す。

図２Ａに示されるように、ＰＭＴのような高感度な受光センサーについては、出力値が小さいときには標準偏差σは小さいものの、出力値が大きくなるに伴い標準偏差σも大きくなる。このため、変動係数ＣＶ（σ／Ｓ）は、シグナル値Ｓが大きくなっても、それほど小さくならない。これに対し、ＰＤのような低感度な受光センサーについては、シグナル値Ｓが極めて小さい領域での標準偏差σは大きいが、標準偏差σの増加率が小さいため、変動係数ＣＶは、シグナル値Ｓが大きくなるほど飛躍的に小さくなる。このため、受光センサー１２５からのシグナル値Ｓを増やせば、ＰＭＴを使用した場合と比較して、ＰＤを使用した場合の方がより正確な測定をすることができる。

また、図２ＡのＰＤの標準偏差σがＰＭＴの標準偏差σより小さい出力値を示す領域においては、図２Ｂに示されるように、シグナル値Ｓに対して光学ブランク値Ｂが大きくなった（Ｓ／Ｂが小さくなった）としても、ＰＭＴの変動係数ＣＶと比較してＰＤの変動係数ＣＶの増加率は小さい。このため、シグナル値Ｓに対して光学ブランク値Ｂが大きくなった（Ｓ／Ｂが小さくなった）としても、ＰＭＴを使用した場合と比較して、ＰＤを使用した場合の方がより正確な測定をすることができる。

ＰＤの受光感度は、ＰＭＴと比較して、数万分の１（例えば、５万分の１）倍であるため、本実施の形態では、増幅倍率を、ＰＭＴを使用する場合の１０００倍とし、かつ励起光αの光量を、ＰＭＴを使用する場合の２０〜５０倍としている。これにより、同一の検出チップ１０を使用して検出を行っても、ＰＭＴを使用した場合と、ＰＤを使用した場合とで同程度のシグナル値Ｓを得ることができる。このように、ＰＤの標準偏差σがＰＭＴの標準偏差σより小さくなるようにシグナル値Ｓ（出力値）を増やすことで、ＰＤを使用した場合に、ＰＭＴを使用するよりも高精度に検出を行うことができる。

なお、金属膜３０の一方の面（プリズム２０と対向する面）における励起光αの照射スポットの大きさは、金属膜３０の他方の面（第１レンズ１２２と対向する面）における受光センサー１２５による検出領域の大きさよりも小さくなるように調整される。このようにすることで、プリズム２０の各パラメータの誤差により照射スポットがわずかに位置ずれした場合であっても、照射スポットが検出領域から外れることを防止できる。

制御部１３０は、各駆動部の制御や、受光センサー１２５における受光量の定量化などを一元的に行う。本実施の形態では、制御部１３０は、光源ユニット１１１を制御する光源制御部１３１と、受光センサー１２５を制御する受光センサー制御部１３２と、制御処理部１３３とを有する。制御処理部１３３は、角度調整部１１２、光源制御部１３１および受光センサー制御部１３２を包括的に制御して、ＳＰＦＳ装置１００全体の動作を制御する。制御部１３０は、例えば、ソフトウェアを実行するコンピュータである。後述するように、制御部１３０（制御処理部１３３）は、受光センサー１２５によるプラズモン散乱光βの検出結果に基づいて、所定の入射角（本実施の形態では、増強角）を決定し、角度調整部１１２を制御して、蛍光検出時の金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を調整する。

チップホルダー１４０は、所定の位置で検出チップ１０を保持する。検出チップ１０は、チップホルダー１４０に保持された状態で、励起光照射ユニット１１０からの励起光αを照射される。このとき、金属膜３０のプリズム２０と対向しない面およびその近傍からは、励起光αと同一波長のプラズモン散乱光β、蛍光物質から放出された蛍光γおよび検出チップ１０の自家蛍光が上方に放出される。また、励起光αは、プリズム２０と金属膜３０との界面で反射して、プリズム２０の外部に出射される（図示省略）。

（ＳＰＦＳ装置の検出動作）
次に、ＳＰＦＳ装置１００の検出動作について説明する。図３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。

まず、検出の準備をする（工程Ｓ１０）。具体的には、ＳＰＦＳ装置１００のチップホルダー１４０に検出チップ１０を設置する。また、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、流路４１内を洗浄して保湿剤を除去する。

次いで、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）の所定の位置に照射しながら、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を走査して、最適な入射角を決定する（工程Ｓ２０）。具体的には、制御処理部１３３は、光源ユニット１１１および角度調整部１１２を制御して、金属膜３０上に蛍光物質が存在しない状態で、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）の所定の位置に照射しながら、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を走査する。同時に、制御処理部１３３は、受光センサー１２５が検出チップ１０から放出された光（プラズモン散乱光βおよび検出チップ１０の自家蛍光）を検出するように、受光センサー制御部１３２を制御する。このとき、検出チップ１０から放出されたプラズモン散乱光βは、第１レンズ１２２によりコリメートされ、励起光カットフィルター１２３に到達する。励起光カットフィルター１２３は、プラズモン散乱光βの一部と、検出チップ１０の自家蛍光とを透過させる。励起光カットフィルター１２３を透過した光は、第２レンズ１２４で集光され、受光センサー１２５で検出される。これにより、制御処理部１３３は、励起光αの入射角と、検出チップ１０から放出された光の強度との関係を含むデータを得る。そして、制御処理部１３３は、データを２次近似などのフィッティングにより解析して、検出した光の強度（検出値）が最大となる入射角（増強角）を決定する。

なお、増強角は、基本的には、プリズム２０の素材および形状、金属膜３０の厚み、流路４１内の液体の屈折率などにより決まるが、流路４１内の捕捉体の種類および量、プリズム２０の形状誤差などの各種要因によりわずかに変動する。このため、検出を行うたびに増強角を決定することが好ましい。増強角は、０.１°程度のオーダーで決定される。

次いで、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を、工程Ｓ２０で決定した増強角に設定する（工程Ｓ３０）。具体的には、制御処理部１３３は、角度調整部１１２を制御して、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を増強角に調整する。以後の工程では、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角は、増強角のままである。

次いで、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）に照射して、励起光カットフィルター１２３を透過した光（検出チップ１０の自家蛍光およびプラズモン散乱光β）の強度（光学ブランク値）を測定する（工程Ｓ４０）。具体的には、制御処理部１３３は、光源制御部１３１を制御して、光源ユニット１１１に励起光αを出射させる。同時に、制御処理部１３３は、受光センサー１２５が励起光カットフィルター１２３を透過した光を検出するように、受光センサー制御部１３２を制御する。測定値は、制御処理部１３３に送信され、光学ブランク値として記録される。

次いで、検体中の被検出物質と捕捉体とを反応させる（１次反応；工程Ｓ５０）。具体的には、送液ユニット側において検出チップ１０の流路４１内に検体を注入して、検体と捕捉体とを接触させる。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捕捉体により捕捉される。この後、流路４１内を緩衝液などで洗浄して、捕捉体に捕捉されなかった物質を除去する。検体の種類は、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。

次いで、捕捉体に捕捉された被検出物質を蛍光物質で標識する（２次反応；工程Ｓ６０）。具体的には、流路４１内に蛍光標識液を注入する。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。蛍光標識液が流路４１に注入されると、蛍光標識液が被検出物質に接触し、被検出物質が蛍光物質で標識される。この後、流路４１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。

最後に、金属膜３０上に蛍光物質で標識された被検出物質が存在する状態で、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）に照射して、検出チップ１０から放出される蛍光γを検出して、蛍光値を測定する（工程Ｓ７０）。具体的には、制御処理部１３３は、光源制御部１３１を制御して、光源ユニット１１１に励起光αを出射させる。同時に、制御処理部１３３は、受光センサー１２５が金属膜（金属膜３０およびその近傍）上から放出される蛍光γを検出するように、受光センサー制御部１３２を制御する。制御処理部１３３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。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。

以上の手順により、励起光カットフィルター１２３を受光光学系１２１の光路から退避させることなく、検体中の被検出物質の存在またはその量を高精度に検出することができる。

ここで、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００において使用される、プラズモン散乱光βを一部透過させる励起光カットフィルター１２３の機能について説明する。ここでは、励起光カットフィルター１２３としてプラズモン散乱光βを一部透過させる色ガラス（プラズモン散乱光βの透過率が約０．０８％）を使用してプラズモン散乱光βを測定することで、増強角を決定する場合について説明する。比較のために、励起光カットフィルターとしてプラズモン散乱光βをほぼ完全に遮断する高性能バンドパスフィルター（ＢＰＦ；プラズモン散乱光βの透過率が０．０１％以下）を使用した場合と、励起光カットフィルターを使用しない場合とについても説明する。

図４Ａ〜Ｃは、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００における励起光カットフィルター１２３の機能を説明するための概念グラフである。図４Ａは、励起光カットフィルターとしてプラズモン散乱光βをほぼ完全に遮断する高性能バンドパスフィルター（ＢＰＦ）を使用した場合における、励起光αの入射角と受光センサー１２５の受光光量との関係を示す。図４Ｂは、励起光カットフィルターを使用しない場合における、励起光αの入射角と受光センサー１２５の受光光量との関係を示す。図４Ｃは、プラズモン散乱光βを一部透過させる励起光カットフィルター１２３を使用した場合における、励起光αの入射角と受光センサー１２５の受光光量との関係を示す。いずれのグラフにおいても、金属膜３０上に蛍光物質が存在しない状態で、金属膜３０に対する励起光αの入射角を走査している。図４Ａ〜Ｃにおいて、一点鎖線は、検出チップ１０から放出される自家蛍光を示し、破線はプラズモン散乱光βを示し、実線は自家蛍光およびプラズモン散乱光βの和を示す。

図４Ａに示されるように、プラズモン散乱光βをほぼ完全に遮断する励起光カットフィルターを使用する場合、ほぼすべてのプラズモン散乱光βは遮断されるため、受光センサー１２５に到達する光は、主として、検出チップ１０から放出される自家蛍光からなる。プラズモン散乱光βの光量は、金属膜３０上で生じる表面プラズモン共鳴の影響により、励起光αの入射角に応じて大きく変化するのに対し（図４Ｂの破線参照）、自家蛍光の光量は、表面プラズモン共鳴による影響を受けない（図４Ａの一点鎖線参照）。このため、プラズモン散乱光βをほぼ完全に遮断する励起光カットフィルターを使用する場合、励起光αの入射角を変えても表面プラズモン共鳴に起因する受光センサー１２５の受光光量の変化を検出することができない（図４Ａの実線参照）。その結果、適切に増強角を決定することができない。

一方、図４Ｂに示されるように、励起光カットフィルターを使用しない場合、受光センサー１２５に到達する光には、プラズモン散乱光βおよび自家蛍光が含まれる。このとき、プラズモン散乱光βは励起光カットフィルターで全く遮断されないため、プラズモン散乱光βの光量は、自家蛍光よりも圧倒的に多い。このため、プラズモン散乱光βが最大となるときの励起光αの入射角を検出することで、増強角を決定することができる。しかしながら、この態様では、プラズモン散乱光βをほぼ完全に遮断する励起光カットフィルターを使用する態様（図４Ａ参照）と比較して、約１０００倍以上のプラズモン散乱光βが検出される。これにより、被検出物質を標識する蛍光物質から放出される微弱な蛍光γを検出する工程（工程Ｓ７０）では、このプラズモン散乱光βがノイズとなってしまい、ＳＮ比が低下する原因となる。

したがって、プラズモン散乱光βをほぼ完全に遮断する励起光カットフィルターを有する従来のＳＰＦＳ装置では、高精度な検出を実現するために、増強角を決定する工程（工程Ｓ２０）では、光路上から励起光カットフィルターを退避させた状態でプラズモン散乱光βを検出し、蛍光γを検出する工程（工程Ｓ７０）では、光路上に励起光カットフィルターを挿入してプラズモン散乱光βを遮断した状態で蛍光γを検出していた。

これに対して、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００では、励起光カットフィルター１２３は、検出チップ１０から放出された光のうち、プラズモン散乱光βの一部と、自家蛍光と、蛍光物質から放出された蛍光γとを透過させることができる。このため、図４Ｃに示されるように、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００は、増強角を測定するために必要な光量であって、かつ蛍光γの検出に妨げとならない適切な光量のプラズモン散乱光βを受光センサー１２５に到達させることができる。このため、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００では、増強角を決定する工程（工程Ｓ２０）において、光路上から励起光カットフィルター１２３を退避させる必要がない。

このとき、適切な光量のプラズモン散乱光βを透過させる観点から、励起光カットフィルター１２３のプラズモン散乱光βの透過率は、０．００５％超かつ１％未満であることが好ましい。また、励起光カットフィルター１２３は、検出チップ１０から放出される自家蛍光の光量に対するプラズモン散乱光βの光量が０．５倍超かつ１００倍未満となるように、プラズモン散乱光βを透過させることが好ましい。これにより、自家蛍光に対して十分に強いプラズモン散乱光βを受光することで、増強角（プラズモン散乱光βの光量の極大値）を決定することができるとともに、蛍光γの検出の妨げにならない程度にプラズモン散乱光βの透過光量を抑えることで、蛍光γを高精度に検出することができる。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００では、検出チップ１０から放出され、励起光カットフィルター１２３を透過したプラズモン散乱光βの一部の光を利用して、増強角を決定することができる。このため、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００では、励起光カットフィルター１２３を受光光学系１２１の光路上から退避させることなく、増強角を決定することができる。したがって、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００では、従来のＳＰＦＳ装置（特許文献２参照）のように励起光カットフィルター１２３の位置を切替える機構が不要であり、検出装置の小型化および低コスト化を実現することができる。また、本実施の形態に係る検出装置では、励起光カットフィルター１２３の位置を切替える工程が不要であるため、検出時間を短縮化することができる。

また、本実施の形態では、１次反応（工程Ｓ５０）および２次反応（工程Ｓ６０）を連続して行い、両工程の間で検出チップ１０を、送液ユニット側から励起光照射ユニット１１０および受光ユニット１２０側に移動させていない。このため、検出チップ１０の移動時間分、検出にかかる合計時間を短縮することができる。また、１次反応時間と、２次反応時間と、１次反応および２次反応の間隔時間とを一定に保つことにより、測定精度を向上させることもできる。一方で、１次反応（工程Ｓ５０）を行った後に、増強角の決定（工程Ｓ２０）、入射角の増強角への設定（工程Ｓ３０）および光学ブランク値の測定（工程Ｓ４０）を行ってもよい。この場合、１次反応（工程Ｓ５０）と２次反応（工程Ｓ６０）との間に検出チップ１０を移動させる必要があるものの、捕捉体に被検出物質が捕捉された状態で増強角の決定、および光学ブランク値の測定をすることができる。その結果、蛍光値を測定する工程（工程Ｓ７０）に、より近い状態で増強角を決定し、かつ光学ブランク値を測定できるため、増強角をより正確に決定し、かつ光学ブランク値をより正確に測定することができ、測定精度をより向上させることができる。

従来は、微少量の検体の濃度を正確に検出する観点から、シグナル値／ブランク値（Ｓ／Ｂ）比を高くするために、高性能ＢＰＦを用い、かつ励起光αをできるだけ除去するという方法や、微弱なシグナルを低ノイズで検出可能な高感度な受光センサー（例えばＰＭＴ）を用いるという手法などが用いられてきた。しかし、前述のとおり、この場合、励起光カットフィルター１２３を光路上から退避させなければならない。

これに対し、本実施の形態では、プラズモン散乱光βの一部を透過させる励起光カットフィルター１２３（例えば、色ガラスフィルター）と、ＰＭＴより検出感度の低いＰＤを使用する。このため、プラズモン散乱光βの一部を透過させることで、Ｓ／Ｂ比は低下する。しかしながら、ＰＭＴを使用した場合と比較して、ＰＤを使用した場合には、受光光量が増加したとしても検出値の標準偏差σの増加率がより小さい。また、受光光量が大きいときは変動係数ＣＶ（σ／Ｓ）が小さくなり、Ｓ／Ｂ比が低下したとしても変動係数ＣＶの増大を抑えることができる。これらの結果として、ＰＭＴを使用した場合と比較して、ＰＤを使用した場合には、より高精度な検出を行うことができる（図２Ａ、Ｂ参照）。

［実施の形態２］
実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置２００は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００と同様に、励起光照射ユニット１１０、受光ユニット２２０、制御部１３０およびチップホルダー１４０を有する。実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置２００は、受光ユニット２２０の構成のみが実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００と異なる。そこで、本実施の形態では、受光ユニット２２０についてのみ説明する。

図５は、実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置２００の構成を示す模式図である。図５に示されるように、受光ユニット２２０は、導光部材（導光ロッド２２６）および励起光カットフィルター１２３を含む受光光学系２２１と、受光センサー１２５とを有する。受光光学系２２１は、検出チップ１０から放出された光を受光センサー１２５に導く。

導光ロッド２２６は、透光性を有し、検出チップ１０から放出された光（プラズモン散乱光β、蛍光γおよび自家蛍光）を一端に位置する入射面２２７で入射させ、他端に位置する出射面２２８で出射させて受光センサー１２５に導く。

導光ロッド２２６の形状および材料は、検出チップ１０から放出された光を受光センサー１２５に導くことができれば特に限定されない。導光ロッド２２６の形状は、導光ロッド２２６の軸方向に直交する断面において、入射面２２７から出射面２２８に向かってその断面積が一定である円柱形状であってもよいし、断面積が一定でないテーパー形状であってもよい。また、入射面２２７および出射面２２８の形状は、平面形状であってもよいし、曲面形状であってもよい。本実施の形態では、導光ロッド２２６は円柱形状であり、入射面２２７および出射面２２８の形状は、平面形状である。導光ロッド２２６の材料の例には、透明な樹脂および透明なガラスが含まれる。また、導光ロッド２２６の屈折率は、特に限定されないが、１．４〜２．０程度であることが好ましい。

導光ロッド２２６の開口数（ＮＡ）は、高いことが好ましい。これにより、検出チップ１０から放出された光を多く入射させることができる。

また、導光ロッド２２６の側面には、導光ロッド２２６の入射面２２７で入射した蛍光γの漏洩を防止するための反射膜が形成されていてもよい。反射膜は、例えばアルミニウムや金などの蒸着膜である。

導光ロッド２２６の入射面２２７は、円柱における一方の端面（底面）であり、金属膜３０の表面に対向して配置されている。導光ロッド２２６の入射面２２７と検出チップ１０の検出領域との間隔は、０．５〜５．０ｍｍ程度である。導光ロッド２２６の入射面２２７の直径は、検出領域の最大長さより長い。これにより、検出領域から放出された蛍光γを効率的に導光ロッド２２６に入射させることができる。ここで「検出領域の最大長さ」とは、検出領域の外縁部上の２点を両端とする線分のうち最も長い線分の長さをいう。たとえば、検出領域が円形であった場合、検出領域の最大長さは直径である。また、検出領域が矩形であった場合、検出領域の最大長さは対角線の長さである。

出射面２２８は、円柱における他方の端面（底面）であり、受光センサー１２５の受光面（またはその手前に配置された励起光カットフィルター１２３）に対向して配置されている。出射面２２８と受光センサー１２５の受光面との間隔は、０．５〜５．０ｍｍ程度である。導光ロッド２２６の出射面２２８の直径は、受光センサー１２５の受光面の最大長さより短いことが好ましい。なお、「受光面の最大長さ」とは、受光センサー１２５の受光面の外縁部上の２点を両端とする線分のうち最も長い線分の長さを意味する。

励起光カットフィルター１２３は、チップホルダー１４０と導光ロッド２２６の入射面２２７との間に配置されていてもよいし、導光ロッド２２６の出射面２２８と受光センサー１２５との間に配置されていてもよい。本実施の形態では、励起光カットフィルター１２３は、導光ロッド２２６の出射面２２８と受光センサー１２５との間に配置されている。

励起光カットフィルター１２３の種類によっては、透過特性に入射角依存性を有するものがある。たとえば、誘電体多層膜からなる励起光カットフィルター１２３では、光線が入射角０°で入射する場合と比較して、光線が０°より大きい入射角で入射する場合に励起光カットフィルター１２３のカットオフ波長が短波長側に変化する。このため、様々な入射角で光線が励起光カットフィルター１２３に入射する場合、励起光カットフィルター１２３は、入射した一部の光を透過させることができる。本実施の形態では、導光ロッド２２６の出射面２２８から出射された光は、様々な入射角で励起光カットフィルター１２３に入射する。結果として、励起光カットフィルター１２３における光透過特性の入射角依存性を利用して、適切な量のプラズモン散乱光βを透過させることができる。このとき、プラズモン散乱光βの透過光量は、励起光カットフィルター１２３のカットオフ波長と導光ロッドのＮＡとを任意に設定し、励起光カットフィルター１２３への入射角度範囲を制御することで、容易に適切な量に設定することができる。このため、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置２００では、励起光カットフィルター１２３として、高性能ＢＰＦを使用してもよい。この場合、高性能ＢＰＦは入射角０°で入射する、励起光αの波長と同じ波長のプラズモン散乱光βをほぼ完全に遮断するが、導光ロッド２２６を使用することで０°より大きい入射角で入射する光線を透過させることができる。一方、高性能ＢＰＦだけでなく、入射角０°で入射する励起光αに対して遮光率が悪い低性能ＢＰＦや、色ガラスフィルターなどの吸収側フィルターなどのように、より安価な光学フィルターを使用してもよい。吸収型フィルターでは、吸収色素の含有量やフィルターの厚さを制御することで、容易にプラズモン散乱光βの透過率を制御することができる。

（効果）
本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置２００は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００と同様に、プラズモン散乱光βの一部を透過させることで励起光カットフィルター１２３を受光光学系２２１の光路上から退避させることなく、増強角を測定することができる。また、ＳＰＦＳ装置２００では、導光ロッド２２６を使用することにより、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００のように共役光学系を構成する必要がないため、さらなる検出装置の小型化および低コスト化を実現することができる。また、受光センサー１２５としてＰＤを使用し、励起光カットフィルター１２３として色ガラスフィルターを使用することで、さらなる小型化および低コスト化を実現することができる。

なお、上記実施の形態２では、導光ロッド２２６および励起光カットフィルター１２３が別体化されている場合について説明したが、励起光カットフィルター１２３は、導光ロッド２２６と一体化されていてもよい。たとえば、導光ロッド２２６の入射面２２７または出射面２２８に誘電体多層膜を形成することで、導光ロッド２２６および励起光カットフィルター１２３を一体化してもよいし、導光ロッド２２６を色ガラスフィルターと同じ材料で形成してもよい。これにより、ＳＰＦＳ装置２００をさらに小型化し、かつ簡素化することができる。

本出願は、２０１５年３月１７日出願の特願２０１５−０５３４６７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。

本発明に係る検出装置は、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。

１０ 検出チップ
２０ プリズム
２１ （プリズムの）入射面
２２ 成膜面
２３ （プリズムの）出射面
３０ 金属膜
４０ 流路蓋
４１ 流路
１００、２００ ＳＰＦＳ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
１２０、２２０ 受光ユニット
１２１、２２１ 受光光学系
１２２ 第１レンズ
１２３ 励起光カットフィルター
１２４ 第２レンズ
１２５ 受光センサー
２２６ 導光ロッド
２２７ （導光ロッドの）入射面
２２８ （導光ロッドの）出射面
１３０ 制御部
１３１ 光源制御部
１３２ 受光センサー制御部
１３３ 制御処理部
１４０ チップホルダー
α 励起光
β プラズモン散乱光
γ 蛍光

Claims (7)

1. 誘電体からなるプリズムと、前記プリズムの一面上に配置された金属膜とを有する検出チップが装着され、前記プリズムを介して前記金属膜に励起光を照射することで、前記金属膜上に存在する被検出物質を標識する蛍光物質を表面プラズモン共鳴に基づく局在場光により励起させ、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出することで、前記被検出物質の存在または量を検出する検出装置であって、
   前記検出チップを保持するホルダーと、
   励起光を出射する光照射部と、
   前記プリズムを介して前記金属膜に所定の入射角で励起光を照射するために、前記金属膜に対する励起光の入射角を調整する角度調整部と、
   前記光照射部が前記金属膜に対して励起光を照射したときに、前記検出チップから放出された光を検出する受光センサーと、
   前記検出チップから放出された光を前記受光センサーに導く受光光学系と、
   前記受光光学系内に配置され、前記励起光と同じ波長の光であるプラズモン散乱光の一部を遮断する光学フィルターと、
   前記角度調整部を制御する制御部と、
   を有し、
   前記光学フィルターは、前記検出チップから放出された光のうち、前記プラズモン散乱光の一部と、前記蛍光物質から放出された蛍光とを透過させ、
   前記受光センサーは、前記金属膜上に前記蛍光物質が存在しない状態で、前記光照射部が前記金属膜に対して励起光を照射したときに、前記検出チップから放出され、前記光学フィルターを透過した前記プラズモン散乱光の一部を検出し、
   前記制御部は、前記受光センサーの前記プラズモン散乱光の検出結果に基づいて、前記所定の入射角を決定し、前記角度調整部を制御して、前記金属膜に対する励起光の入射角を前記所定の入射角に調整し、
   前記受光センサーは、前記金属膜上に前記蛍光物質で標識された前記被検出物質が存在する状態で、前記金属膜で表面プラズモン共鳴が発生するように、前記光照射部が前記金属膜に対して前記所定の入射角で励起光を照射したときに、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出する、
   検出装置。
2. 前記検出チップから放出された光には、前記検出チップの自家蛍光がさらに含まれ、
   前記光学フィルターは、前記自家蛍光の光量に対する前記プラズモン散乱光の光量が０．５倍超かつ１００倍未満となるように、前記プラズモン散乱光を透過させる、
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記光学フィルターにおける前記プラズモン散乱光の透過率は、０．００５％超かつ１％未満である、請求項１または請求項２に記載の検出装置。
4. 前記受光光学系は、前記検出チップから放出された光を、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を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。
5. 前記受光センサーは、フォトダイオードである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出装置。
6. 前記光照射部は、前記金属膜上の被照射面におけるパワーが１ｍＷ／ｍｍ^２以上となるように励起光を照射する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出装置。
7. 前記光照射部が出射する励起光の波長は、６５０〜６７０ｎｍ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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