JPWO2017086128A1 - 検出方法、検出装置および検査用キット - Google Patents

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Abstract

開口部を備え内部に液体を収容するための収容部と、開口部を覆うと共に収容部の内部および外部を連通する貫通部を備えた弾性シートとを有する検出チップに、貫通部を介して収容部に送液用のノズルを挿入し、ノズルが貫通部を塞ぐように弾性シートに接した状態で収容部内に液体を提供する。貫通部は、孔または切れ込みで形成されている。孔の開口の最大長さまたは切れ込みの最大長さは、収容部内に液体を提供する際にノズルが貫通部を塞ぐように挿入されたときの弾性シートに接する部分のノズルの外径より小さい。

Description

本発明は、被検出物質の存在またはその量を検出するための検出方法および検出装置、ならびに被検出物質の存在またはその量を検出するために使用される検査用キットに関する。
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。そこで、微量の被検出物質を高感度かつ定量的に検出するための検出装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の検出装置では、検体を収容するための流路（収容部）を含み、当該流路の内部および外部を連通する開口が設けられているチップ本体と、当該開口を覆う弾性部材（弾性シート）とを有する検出チップが使用される。弾性シートは、第１シート、第２シートおよび第１シートがこの順に積層された３層構造を有する。第１シートは、高延性および低弾性を有する高分子シート（フィルム）である。第２シートは、第１シートよりも延性が低いアルミニウムシートである。特許文献１に記載の検出装置では、流路内に液体を注入したり、流路内から液体を吸引したりするためのノズル部材（以下、単に「ノズル」ともいう）を弾性シートに押し当てて、破膜する。このとき、弾性シートに開口部が形成されるとともに、ノズルの外周面に弾性シートを密着させることができる。これにより、特許文献１に記載の検出装置では、流路内の圧力変動によって発生しうる、上記開口部（破膜により形成された貫通部）からの液漏れを防止することができる。また、この検出装置では、ノズルおよび弾性シートが密着しているため、送液時に発生した流路内の圧力を維持することができ、適切に送液を行うことができる。
特開２０１２−１５９３５８号公報
しかしながら、特許文献１に記載の検出装置では、弾性シートにノズルを押し当てて破膜する必要があるため、破膜時にノズルおよび検出装置に大きな負荷がかかる。したがって、ノズルおよび検出装置には、破膜時の負荷に耐えるために十分な剛性が必要となる。また、弾性シートは延性を有するため、ノズルが弾性シートに押し当てられても、弾性シートはすぐに破膜されることなく所定の距離だけ伸びてしまう。このため、特許文献１に記載の検出装置では、破膜されるために弾性シートが伸びうる空間を収容部に確保する必要がある。したがって、特許文献１に記載の検出チップには、小型化の観点から改善の余地がある。
本発明の第１の目的は、検出チップの弾性シートを破膜しなくても、送液用のノズルを、貫通部が設けられている弾性シートに、当該貫通部を塞ぐように接触させて、適切に送液を行うことができる検出方法および検出装置を提供することである。また、本発明の第２の目的は、検出チップの弾性シートを破膜しなくても、送液用のノズルを、貫通部を塞ぐように弾性シートに接触させることができる検査用キット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方法は、検体中の被検出物質の存在または量を検出するための検出方法であって、開口部を備え内部に液体を収容するための収容部と、前記開口部を覆うと共に前記収容部の内部および外部を連通する貫通部を備えた弾性シートとを有する検出チップに、前記貫通部を介して前記収容部に送液用のノズルを挿入し、前記ノズルが前記貫通部を塞ぐように前記弾性シートに接した状態で前記収容部内に液体を提供する工程を含み、前記貫通部は、孔または切れ込みで形成されており、前記孔の開口の最大長さまたは前記切れ込みの最大長さは、前記収容部内に液体を提供する際に前記ノズルが前記貫通部を塞ぐように挿入されたときの前記弾性シートに接する部分の前記ノズルの外径より小さい。
上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る検出装置は、検体中の被検出物質の存在または量を検出するための検出装置であって、開口部を備え内部に液体を収容するための収容部と、前記開口部を覆うと共に前記収容部の内部および外部を連通する貫通部を備えた弾性シートとを有する検出チップを保持するためのチップホルダーと、送液用のノズルが取り付けられるポンプを含み、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収容部内に送液するための送液部と、を有し、前記送液部は、前記貫通部を介して前記収容部に前記ノズルを挿入し、前記ノズルが前記貫通部を塞ぐように前記弾性シートに接している状態で、前記収容部内に液体を提供し、前記貫通部は、孔または切れ込みで形成されており、前記孔の開口の最大長さまたは前記切れ込みの最大長さは、前記送液部が前記収容部内に液体を提供する際に前記ノズルを前記貫通部が塞がれるように挿入したときの前記弾性シートに接する部分の前記ノズルの外径より小さい。
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査用キットは、開口部を備え内部に液体を収容するための収容部と、前記開口部を覆うと共に前記収容部の内部と外部とを連通する貫通部を備えた弾性シートと、を有する検出チップと、前記貫通部を介して前記収容部に挿入され、前記収容部内に液体を提供するための送液用のノズルと、を有し、前記貫通部は、孔または切れ込みで形成されており、前記孔の開口の最大長さまたは前記切れ込みの最大長さは、前記収容部の底面から前記弾性シートまでの深さに対応する、前記ノズルの長さ方向における前記ノズルの先端からの位置での前記ノズルの外径より小さい。
本発明によれば、適切に送液を行うことができるため、被検出物質を高精度に検出することができる。また、弾性シートを破膜する必要がないため、送液用のノズルと検出装置とに求められる剛性を低減できるとともに、検出チップを小型化することもできる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る表面プラズモン増強蛍光検出装置の構成を示す図である。 図２Ａ〜Ｃは、本発明の一実施の形態に係る検出チップの構成を示す図である。 図３Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態の変形例に係る検出チップにおける弾性シートの構成を示す平面図である。 図４Ａ〜Ｃは、弾性シートの機能を説明するための本発明の一実施の形態に係る検出チップの部分断面模式図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る表面プラズモン励起増強蛍光検出装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。 図６Ａ、Ｂは、ノズルの挿入距離とノズルにかかる力との関係を示すグラフである。 図７Ａ、Ｂは、孔（貫通部）の直径と、破膜距離もしくは貫通距離または破膜力もしくは挿入力との関係を示すグラフである。
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。以下の説明では、検出装置の代表例として、表面プラズモン共鳴蛍光分析法（表面プラズモン励起増強蛍光分光法（Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy：以下、「ＳＰＦＳ」と略記する）を利用する装置（以下、「ＳＰＦＳ装置」ともいう）について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００の構成を示す図である。図１に示されるように、ＳＰＦＳ装置１００は、検出チップ１０に光を照射するための光照射ユニット（光照射部）１１０と、検出チップ１０から放出された蛍光γを検出するための受光ユニット（光検出部）１２０と、送液するための送液ユニット（送液部）１３０と、検出チップ１０を搬送するための搬送ユニット１４０と、これらを制御するための制御部（処理部）１５０とを有する。ＳＰＦＳ装置１００は、搬送ユニット１４０のチップホルダー１４１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。
（検出チップの構成）
図２Ａ〜Ｃは、本実施の形態に係る検出チップ１０の構成を示す図である。図２Ａは検出チップ１０の平面図であり、図２Ｂは検出チップ１０の左側面図であり、図２Ｃは図２ＡにおけるＣ−Ｃ線の断面図である。
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上に形成されている金属膜３０と、金属膜３０上に配置され、第１貫通孔４１、撹拌用貫通孔４２および流路溝４３を有する流路蓋４０と、流路蓋４０上に配置されている弾性シート５０とを有する。検出チップ１０は、撹拌用貫通孔４２を覆うシートを有していてもよく、有していなくてもよい。本実施の形態に係る検出チップ１０は、流路蓋４０上に配置されているシート６０をさらに有する。流路蓋４０が金属膜３０上に配置されることにより、開口部を備え内部に液体を収容するための収容部が形成される。本実施の形態では、流路蓋４０に形成された流路溝４３が金属膜３０により閉塞されることで、液体が流れる流路４４が形成される。これと同時に、流路蓋４０に形成された第１貫通孔４１および撹拌用貫通孔４２の一方の開口が金属膜３０により閉塞される。第１貫通孔４１の他方の開口は、流路４４の内部および外部を連通する開口部４５となる。弾性シート５０は第１貫通孔４１の他方の開口を覆っており、シート６０は撹拌用貫通孔４２の他方の開口を覆っている。本実施の形態では、収容部は、流路４４と、一方の開口が金属膜３０により閉塞されている第１貫通孔４１および撹拌用貫通孔４２とからなる。なお、本明細書において「シート」という用語は、フィルムを含む用語として使用される。
プリズム２０は、励起光αに対して透明な誘電体からなる。前述のとおり、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、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。図２Ｂ、Ｃに示されるように、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。入射面２１は、励起光αが光照射ユニット１１０に戻らないように形成されている。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からである。そこで、理想的な共鳴角または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。
ここで「共鳴角」とは、金属膜３０に対する励起光αの入射角を走査した場合に、出射面２３から出射される反射光（不図示）の光量が最小となるときの、入射角を意味する。また、「増強角」とは、金属膜３０に対する励起光αの入射角を走査した場合に、検出チップ１０の上方に放出される励起光αと同一波長の散乱光（以下「プラズモン散乱光」という）βの光量が最大となるときの、入射角を意味する。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を構成する樹脂の例には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、およびシクロオレフィン系ポリマーが含まれる。プリズム２０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ことが好ましい。
金属膜３０は、プリズム２０の一面（成膜面２２）上であって流路４４内に形成されている。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；ＳＰＲ）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の材料は、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の材料の例には、金、銀、銅、アルミニウム、および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、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（不図示）が固定化されている。より具体的には、捕捉体は、金属膜３０の表面に直接的または間接的に固定化されている。捕捉体により、被検出物質を選択的に検出することが可能となる。捕捉体が固定化された金属膜３０の表面の少なくとも一部は、捕捉体および被検出物質の結合（１次反応）や、被検出物質の蛍光標識（２次反応）などの反応が行われる反応場として設定される。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４４を挟んで配置されている。金属膜３０がプリズム２０の全面に形成されていない場合、流路蓋４０は、流路４４を挟んで成膜面２２上に配置されていてもよい。前述のとおり、流路蓋４０の裏面には、流路溝４３が形成されており、金属膜３０上に流路蓋４０が配置されることで、検体や蛍光標識液、洗浄液などの液体が流れる流路４４が形成される。反応場は、流路４４内に露出している。流路４４内へ液体が注入されると、流路４４内において、これらの液体は反応場の捕捉体に接触する。
流路蓋４０は、金属膜３０の反応場から放出された光（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樹脂部材である。流路蓋４０の材料は、これらの光に対して透明であれば特に限定されない。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。
流路４４を流れる液体の種類は、特に限定されない。液体の種類の例には、被検出物質を含む検体、蛍光物質を含む蛍光標識液、および緩衝液が含まれる。検体および被検出物質の種類は、特に限定されない。検体の例には、血液や血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、精液などの体液およびその希釈液が含まれる。被検出物質の例には、核酸（ＤＮＡやＲＮＡなど）、タンパク質（ポリペプチドやオリゴペプチドなど）、アミノ酸、糖質、脂質およびこれらの修飾分子が含まれる。
流路蓋４０の第１貫通孔４１は、開口部４５を有し、開口部４５は、後述する弾性シート５０の貫通部５１を介して、流路４４の内部および外部を連通する。
弾性シート５０は、開口部４５を覆うと共に流路４４の内部と外部とを連通させる貫通部５１を備えた、延性および弾性を有するシート状の部材である。弾性シート５０が延性を有さず、かつ引裂強度が小さい場合、ノズル１６０（後述）を、貫通部５１を塞ぐように挿入するときに、弾性シート５０が裂けてしまい、流路４４内の圧力を保つことができない。弾性シート５０は、流路蓋４０の開口部４５を覆うように流路蓋４０上に配置されている。このとき、貫通部５１は、流路蓋４０の開口部４５に対応する位置に配置されている。
貫通部５１は、流路４４の内部および外部を連通するように構成されている。流路４４内に液体を提供する際に、ノズル１６０の先端が送液を行うための高さ（以下、「送液高さ」ともいう）に位置するまで、貫通部５１を介してノズル１６０が流路４４に挿入されたとき、ノズル１６０は貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接する（接触する）。ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接することで、送液時において第１貫通孔４１側の流路４４内を密封することができる。貫通部５１の形状および大きさは、上記機能を発揮することができれば特に限定されず、ノズル１６０の形状および大きさに応じて適宜設計されうる。貫通部５１の形状は、孔および切れ込みである。孔および切れ込みの形状も、上記機能を発揮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、図２Ａに示されるように、貫通部５１は、円形状の孔で形成されている。図３Ａ、Ｂは、本実施の形態の変形例に係る検出チップにおける弾性シート５０’、５０”の構成を示す平面図である。図３Ａに示されるように、弾性シート５０’の貫通部５１’は、四角形状の孔で形成されている。また、図３Ｂに示されるように、弾性シート５０”の貫通部５１”は、十字の切れ込みで形成されている。
ノズル１６０および弾性シート５０の密着性を高める観点から、孔の開口の最大長さまたは切れ込みの最大長さは、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０が貫通部５１を介して流路４４内に挿入されたときに弾性シート５０に接する部分のノズル１６０の外径より小さい。言い換えると、孔の開口の最大長さまたは切れ込みの最大長さは、流路４４の底面から弾性シート５０までの深さに対応する、ノズル１６０の長さ方向におけるノズル１６０の先端からの位置でのノズル１６０の外形より小さい。また、孔の開口の最大長さまたは切れ込みの最大長さは、流路４４内にノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように挿入されたとき、すなわちノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０が貫通部５１を介して流路４４内に挿入されたときに弾性シート５０に接する部分のノズル１６０の外径の１／２以下であることがより好ましい。また、孔の開口の最大長さ、孔の開口の最小長さ、切れ込みの最大長さおよび切れ込みの最小長さは、特に限定されず、ノズル１６０の大きさに応じて適宜設定されうる。孔の開口の最大長さおよび切れ込みの最大長さは、例えば、１．５ｍｍである。また、孔の開口の最小長さおよび切れ込みの最小長さは、例えば、０．１ｍｍである。
弾性シート５０の材料は、ノズル１６０を、貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接触させることができる程度に弾性を有していれば特に限定されない。弾性シート５０の材料の例には、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、ナイロン、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、シリコーン、ポリウレタン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）およびポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が含まれる。ノズル１６０および弾性シート５０の密着性を高める観点から、弾性シート５０の引張弾性定数は、０．０５〜２ＧＰａであることが好ましい。また、弾性シート５０の引張破断伸度（測定方法については、後述の実施例３参照）は、２００〜２０００％であることが好ましい。また、弾性シート５０の引裂強度（測定方法については、後述の実施例４参照）は、８０〜３０００ｍＮであることが好ましい。弾性シート５０の厚みは、所望の弾性を得ることができれば特に限定されず、弾性シート５０の材料に応じて適宜設定されうる。たとえば、弾性シート５０の厚みは、１０〜５００μｍである。また、弾性シート５０の外形形状および大きさは、貫通部５１が上記機能を発揮することができ、励起光αや蛍光γなどの光の光路を妨げなければ特に限定されない。
シート６０は、撹拌用貫通孔４２の開口を覆っている。シート６０には、空気孔６１が形成されている。これにより、送液用のノズル１６０から流路４４内に押し流された液体が流路４４内を流れることができる。シート６０の材料は、特に限定されない。たとえば、シート６０の材料の例には、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、シリコーン、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が含まれる。
弾性シート５０は、開口部４５の周囲に粘着シート７０を介して接合されていることが好ましい。これにより、弾性シート５０は、より強固に流路蓋４０上に固定されうる。粘着シート７０は、貫通部５１に対応する位置に、第２貫通孔７１を有することが好ましい。このとき、第２貫通孔７１の開口の最小長さは、流路４４内に液体を提供する際にノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように流路４４に挿入されたとき、すなわちノズル１６０の先端が送液高さに位置するまで、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように挿入されたときに第２貫通孔７１に対応する部分のノズル１６０の外径より大きいことが好ましい。これにより、ノズル１６０が粘着シート７０に触れることなく、弾性シート５０を貫通部５１の近傍において、より強固に流路蓋４０上に固定することができる。また、流路蓋４０上に弾性シート５０を強固に固定する観点から、粘着シート７０は、開口部４５を取り囲むように配置されており、開口部４５から離れる方向において少なくとも１ｍｍ以上の幅を有することが好ましい。
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の屈折率や、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上に捕捉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。
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でプリズム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）となるように入射して、反射する。上記界面からの反射光は、出射面２３でプリズム２０外に出射される（図示省略）。また、表面プラズモン共鳴が生じる角度で励起光αが上記界面に入射することで、反応場からは、プラズモン散乱光βおよび蛍光γが、受光ユニット１２０の方向へ放出される。
（検出チップの製造方法）
次に、本実施の形態に係る検出チップ１０の製造方法の一例について説明する。検出チップ１０の製造方法は、これに限定されるものではない。
本実施の形態に係る検出チップ１０は、例えば、１）プリズム２０、流路蓋４０、弾性シート５０およびシート６０をそれぞれ準備する工程と、２）プリズム２０上に金属膜３０および反応場を形成する工程と、３）金属膜３０および反応場が形成されたプリズム２０と、流路蓋４０と、弾性シート５０およびシート６０とをこの順番で固定する工程とを行うことにより製造されうる。以下、各工程について説明する。
まず、プリズム２０、流路蓋４０、弾性シート５０およびシート６０をそれぞれ準備する。たとえば、プリズム２０および流路蓋４０は、射出成形法により樹脂を所望の形状に成形することにより準備してもよいし、既製品を購入してもよい。また、たとえば、弾性シート５０およびシート６０は、既製品を購入し、所望の形状にカットしてもよい。
次いで、プリズム２０上に金属膜３０および反応場を順次形成する。金属膜３０は、プリズム２０の成膜面２２の一部に形成してもよいし、全面に形成してもよい。金属膜３０の形成方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択されうる。金属膜３０の形成方法の例には、スパッタリング、蒸着およびメッキが含まれる。次いで、金属膜３０上に捕捉体を直接的または間接的に固定化すればよい。これにより、反応場をプリズム２０上に形成することができる。
捕捉体の固定化方法は、特に限定されない。たとえば、金属膜３０の上に、捕捉体を結合させた自己組織化単分子膜（以下「ＳＡＭ」という）または高分子膜を形成すればよい。ＳＡＭの例には、ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）１１−ＳＨなどの置換脂肪族チオールで形成された膜が含まれる。高分子膜を構成する材料の例には、ポリエチレングリコールおよびＭＰＣポリマーが含まれる。また、捕捉体に結合可能な反応性基（または反応性基に変換可能な官能基）を有する高分子を金属膜３０に固定化し、この高分子に捕捉体を結合させてもよい。
次いで、プリズム２０、流路蓋４０および弾性シート５０をこの順番で固定し、流路蓋４０の撹拌用貫通孔４２の開口を塞ぐようにシート６０を流路蓋４０上に固定する。流路蓋４０をプリズム２０上に固定する方法と、弾性シート５０およびシート６０を流路蓋４０上に固定する方法とは、特に限定されず、公知の方法から適宜選択されうる。たとえば、プリズム２０と流路蓋４０とを固定する方法、ならびに流路蓋４０と弾性シート５０およびシート６０とを固定する方法の例には、両面テープや接着剤などによる接着、レーザー溶着、および超音波溶着が含まれる。本実施の形態では、流路蓋４０および弾性シート５０は、粘着シート７０により固定されている。また、プリズム２０（金属膜３０）および流路蓋４０と、流路蓋４０およびシート６０とは、両面テープ８０により接着されている。
（ＳＰＦＳ装置の構成）
次に、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、ＳＰＦＳ装置１００は、光照射ユニット（光照射部）１１０、受光ユニット（光検出部）１２０、送液ユニット（送液部）１３０、搬送ユニット１４０および制御部（処理部）１５０を有する。
光照射ユニット１１０は、チップホルダー１４１に保持された検出チップ１０のプリズム２０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）を照射する。より具体的には、光源ユニット１１１は、金属膜３０の裏面のうち、反応場に対応する領域に、励起光αを全反射角度となるように出射する。
光照射ユニット（光照射部）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、光源ユニット１１１に含まれる各種機器を制御する光源制御部１１３とを有する。
光源ユニット１１１は、励起光αを出射する。たとえば、光源ユニット１１１は、励起光αの光源、ビーム整形光学系、ＡＰＣ機構および温度調整機構（いずれも図示省略）を有する。
光源の種類は、特に限定されない。光源の種類の例には、レーザーダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード、水銀灯、その他のレーザー光源が含まれる。光源から出射される励起光αの波長は、例えば、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である。
また、光源から出射される励起光αがビームでない場合は、光源から出射される励起光αは、レンズや鏡、スリットなどによりビームに変換される。また、光源から出射される励起光αが単色光でない場合は、光源から出射される励起光αは、回折格子などにより単色光に変換される。さらに、光源から出射される励起光αが直線偏光でない場合は、光源から出射される励起光αは、偏光子などにより直線偏光の光に変換される。
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、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（プリズム２０と金属膜３０との界面（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は、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）の所定の位置に所定の入射角で照射させるために、励起光αの光軸とチップホルダー１４１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を金属膜３０上において励起光αの光軸と直交する軸（図１の紙面に対して垂直な軸）を中心軸として回転させる。
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からの励起光αのパワーや照射時間などを調整する。光源制御部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。
受光ユニット１２０は、金属膜３０上から出射される光（プラズモン散乱光βまたは蛍光γ）を検出する。受光ユニット（光検出部）１２０は、チップホルダー１４１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。受光ユニット１２０は、受光光学系ユニット１２１に配置された第１レンズ１２２、光学フィルター１２３、第２レンズ１２４および受光センサー１２５と、位置切替え機構１２６と、受光センサー制御部１２７とを有する。受光ユニット１２０は、さらに集光レンズ群や開口絞り、蛍光フィルターなどを有していてもよい。
第１レンズ１２２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１２４は、例えば、結像レンズであり、第１レンズ１２２で集光された光を受光センサー１２５の受光面に結像させる。両レンズの間の光路は、略平行になっている。
光学フィルター１２３は、第１レンズ１２２と第２レンズ１２４との間に配置されている。光学フィルター１２３は、入射光のうち、蛍光成分のみを透過させ、励起光成分（プラズモン散乱光β）を除去する。光学フィルター１２３が励起光成分を除去することにより、高いＳ／Ｎ比で蛍光γを検出することができる。光学フィルター１２３の種類の例には、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。
受光センサー１２５は、検出チップ１０から放出されるプラズモン散乱光βおよび蛍光γを検出する。受光センサー１２５の種類は、上記目的を達成することができれば特に限定されないが、受光量が増加しても検出値のばらつきが小さいものが好ましい。受光センサー１２５は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）である。
位置切替え機構１２６は、光学フィルター１２３の位置を、受光光学系ユニット１２１における光路上または光路外に切り替える。具体的には、光学ブランク値または蛍光値を測定する時には、光学フィルター１２３を受光光学系ユニット１２１における光路上に配置し、受光センサー１２５がプラズモン散乱光βを検出する時には、光学フィルター１２３を光路外に配置する。
受光センサー制御部１２７は、受光センサー１２５の出力値の検出や、検出した出力値による受光センサー１２５の感度の管理、適切な出力値を得るための受光センサー１２５の感度を制御する。受光センサー制御部１２７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。
送液ユニット（送液部）１３０は、チップホルダー１４１に保持された検出チップ１０の流路４４内に、検体や蛍光標識液、洗浄液などの液体を供給したり、流路４４内からこれらの液体を除去したりする。送液ユニット１３０は、液体チップ１３１、ポンプ本体（ポンプ）１３２および送液ポンプ駆動機構１３４を有する。
液体チップ１３１は、検体や蛍光標識液、洗浄液などの液体を収容する容器である。液体チップ１３１としては、通常、複数の容器が液体の種類に応じて配置されるか、または複数の容器が一体化したチップが配置される。
ポンプ本体（ポンプ）１３２は、プランジャーポンプ１３３１およびポンプノズル１３３２を含む。プランジャーポンプ１３３１は、シリンジおよびプランジャーを含む（いずれも不図示）。プランジャーは、シリンジ内を往復する。プランジャーの往復運動によって、液体の送液（吸引および吐出）が定量的に行われる。ポンプノズル１３３２は、ノズル１６０を着脱可能に保持する。
送液ポンプ駆動機構１３４は、プランジャーの駆動装置と、ノズル１６０の移動装置とを含む。プランジャーの駆動装置は、プランジャー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、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。ノズル１６０の移動装置は、例えば、ノズル１６０を、ノズル１６０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。ノズル１６０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。
送液ユニット１３０は、液体チップ１３１から各種液体を吸引し、検出チップ１０の流路４４内に供給する。プランジャーを動かすことで、流路４４内を液体が往復し、シート６０で覆われた撹拌用貫通孔４２内で、液体が適切に撹拌される。これにより、液体の濃度分布の均一化や、流路４４内における反応（例えば、１次反応および２次反応）を促進することができる。流路４４内の液体は、再び送液用のノズル１６０で吸引され、液体チップ１３１などに排出される。これらの動作の繰り返しにより、各種液体による反応、洗浄などを実施し、流路４４内に、蛍光物質で標識された被検出物質などを配置することができる。
送液時に流路４４内の圧力を維持するための弾性シート５０の機能について説明する。図４Ａ〜Ｃは、弾性シート５０の機能を説明するための本実施の形態に係る検出チップ１０の部分断面模式図である。図４Ａはノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入する前の状態を示し、図４Ｂは弾性シート５０がノズル１６０に接触するようにノズル１６０が貫通部５１を介して流路４４内に挿入されたときの状態を示し、図４Ｃはノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように送液高さに位置するまで挿入されたときの状態を示す。
本実施の形態に係るノズル１６０はその先端から離れるにつれて外径が長くなるテーパー面を有する（図４Ａ参照）。このため、ノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に向けて挿入していくと、所定の位置で弾性シート５０がノズル１６０に接触する（図４Ｂ参照）。そして、ノズル１６０を、貫通部５１を塞ぐようにさらに深く挿入していくと、弾性シート５０はノズル１６０により押し広げられる。このとき、弾性シート５０は復元力により元の形状に戻ろうとするため、ノズル１６０は弾性シート５０によって締め付けられる（図４Ｃ参照）。これにより、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように挿入されたときに、弾性シート５０がノズル１６０に接触して、開口部４５の隙間を防ぐことができるため、送液時に発生した流路４４内の圧力を維持することができる。この結果として、ノズル１６０から液体を押し出したときに、空気が開口部４５の隙間から漏れないため、流路４４内に液体を押し流すことができる。また、流路４４内からノズル１６０に液体を吸引したときに、開口部４５の隙間から空気が入り込まないので、流路４４内の液体を吸引することができる。このように、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００は、適切に送液を行うことができる。
弾性シート５０の復元力を高めて、ノズル１６０および弾性シート５０の密着性を高める観点からは、弾性シート５０の材料は弾性力の大きい材料であることが好ましい。また、弾性シート５０の厚みは厚いことが好ましい。さらに、貫通部５１の大きさ（孔の開口の最大長さまたは切れ込みの最大長さ）は小さいことが好ましい。ただし、ノズル１６０およびＳＰＦＳ装置１００にかかる負担が過度にならないように、弾性シート５０の材料、厚みおよび貫通部５１の大きさは、適宜調整されることが好ましい。
搬送ユニット１４０は、検出チップ１０を設置位置、検出位置または送液位置に搬送し、固定する。ここで「設置位置」とは、検出チップ１０をＳＰＦＳ装置１００に設置するための位置である。また、「検出位置」とは、光照射ユニット１１０が検出チップ１０に励起光αを照射したときに発生する蛍光γを受光ユニット１２０が検出する位置である。さらに、「送液位置」とは、送液ユニット１３０が検出チップ１０の流路４４内に液体を供給するか、または検出チップ１０の流路４４内の液体を除去する位置である。
搬送ユニット１４０は、チップホルダー１４１および搬送ステージ１４２を含む。
チップホルダー１４１は、搬送ステージ１４２上に固定されており、検出チップ１０を着脱可能に保持する。チップホルダー１４１の形状は、検出チップ１０を保持することができ、かつ励起光αや蛍光γ、反射光などの光の光路を妨げない形状である。
搬送ステージ１４２は、チップホルダー１４１を一方向およびその逆方向に移動させる。搬送ステージ１４２も、励起光αや蛍光γ、反射光などの光の光路を妨げない形状である。搬送ステージ１４２は、例えば、ステッピングモーターなどで駆動される。
制御部１５０は、角度調整部１１２、光源制御部１１３、位置切替え機構１２６、受光センサー制御部１２７、送液ポンプ駆動機構１３４および搬送ステージ１４２を制御する。また、制御部１５０は、受光センサー１２５の検出結果に基づいて被検出物質の存在または量を示すシグナル値を算出するための処理部としても機能する。制御部１５０は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含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。
（ノズルの構成）
ノズル１６０は、液体を収容することができ、送液時に液体チップ１３１または流路４４内に挿入される。ノズル１６０は、ＳＰＦＳ装置１００のポンプノズル１３３２に取り付けられる。ノズル１６０の大きさおよび形状は、特に限定されない。また、前述のとおり、本実施の形態に係る検出チップ１０では、ノズル１６０は、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまで、貫通部５１を塞ぐように流路４４に挿入される。ノズル１６０の形状は、その先端から離れるにつれて外径が長くなるテーパー形状であってもよい。本実施の形態に係るノズル１６０の形状は、その先端から離れるにつれてノズル１６０の外径が長くなるテーパー形状である。ノズル１６０は、例えば、ピペットチップである。
ノズル１６０が交換可能であると、ノズル１６０の洗浄が不要となる。このため、不純物の混入などを防止する観点から好ましい。ノズル１６０が交換可能に構成されていない場合は、ノズル１６０内を洗浄する構成をＳＰＦＳ装置１００にさらに付加することにより、ノズル１６０を交換せずに使用することが可能となる。
（検査用キットの構成）
なお、検出チップ１０およびノズル１６０は、検体中の被検出物質を検出するための検査用キットとして使用されうる。このとき、前述のとおり、孔の開口の最大長さまたは切れ込みの最大長さは、ノズル１６０の長さ方向におけるノズル１６０の先端から、流路４４の底面から弾性シート５０までの深さに対応する位置でのノズル１６０の外形より小さい。
（ＳＰＦＳ装置の検出動作）
次に、ＳＰＦＳ装置１００の検出動作（本実施の形態に係る検出方法）について説明する。図５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、検出チップ１０を準備して、ＳＰＦＳ装置１００の設置位置に配置されているチップホルダー１４１に検出チップ１０を設置する。また、検出チップ１０の金属膜３０上に保湿剤が存在する場合は、捕捉体が適切に被検出物質を捕捉できるように、金属膜３０上を洗浄して保湿剤を除去する。このとき、送液ユニット１３０は、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で流路４４内に緩衝液などを提供して、流路４４内を洗浄する。そして、流路４４内の洗浄後、送液ユニット１３０は、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で流路４４内から緩衝液を除去する。
次いで、金属膜３０上に蛍光物質が存在しない状態で蛍光γと同じ波長の光を含む光の検出を行い、光学ブランク値を測定する（工程Ｓ２０）。ここで、「光学ブランク値」とは、検出チップ１０の上方に放出される背景光の光量を意味する。
具体的には、制御部１５０は、搬送ステージ１４２を制御して、検出チップ１０を設置位置から検出位置に移動させる。この後、制御部１５０は、光源制御部１１３を制御して、光照射ユニット１１０の光源ユニット１１１から励起光αを金属膜３０の所定の位置に照射する。これとともに、制御部１５０は、受光センサー制御部１２７を制御して、受光センサー１２５で光を検出する。これにより、光学ブランク値が測定される。測定された光学ブランク値は、制御部（処理部）１５０に送信され、記憶される。
次いで、検体中の被検出物質と捕捉体とを結合させる（１次反応；工程Ｓ３０）。具体的には、制御部１５０は、搬送ステージ１４２を制御して、検出チップ１０を検出位置から送液位置に移動させる。この後、制御部１５０は、送液ポンプ駆動機構１３４を制御して、液体チップ１３１中の検体をノズル１６０内に吸引し、吸引した検体を流路４４内に提供する。このとき、送液ユニット１３０は、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で流路４４内に検体を提供する。そして、送液ユニット１３０は、吸引および吐出を繰り返すことにより、流路４４内で検体を往復送液させる。本実施の形態では、送液ユニット１３０は、貫通部５１を塞ぐように流路４４内に挿入した１つのノズル１６０により液体を往復送液する。これにより、検体中に被検出物質が存在する場合は、被検出物質の少なくとも一部を金属膜３０上に直接的または間接的に結合させることができる。次いで、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で、制御部１５０は、送液ポンプ駆動機構１３４を制御して、流路４４内の検体をノズル１６０内に吸引して、流路４４内から検体を除去する。さらに、流路４４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。このとき、送液ユニット１３０は、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で流路４４内に緩衝液などを提供して、流路４４内を洗浄する。そして、流路４４内の洗浄後、送液ユニット１３０は、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で流路４４内から緩衝液を除去する。
次いで、捕捉体に結合した被検出物質を蛍光物質で標識する（２次反応；工程Ｓ４０）。具体的には、制御部１５０は、送液ポンプ駆動機構１３４を制御して、液体チップ１３１中の蛍光標識液をノズル１６０内に吸引し、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で、吸引した蛍光標識液を流路４４内に提供し、流路４４内で蛍光標識液を往復送液させる。これにより、被検出物質を蛍光物質で標識することができる。蛍光標識液は、例えば、蛍光物質で標識された抗体（２次抗体）を含む緩衝液である。次いで、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で、制御部１５０は、送液ポンプ駆動機構１３４を制御して、流路４４内の蛍光標識液をノズル１６０内に吸引して、流路４４内から蛍光標識液を除去する。さらに、流路４４内を緩衝液などで洗浄して、遊離の蛍光物質などを除去する。このとき、送液ユニット１３０は、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で流路４４内に緩衝液などを提供して、流路４４内を洗浄する。そして、流路４４内の洗浄後、送液ユニット１３０は、ノズル１６０の先端が送液高さに位置するまでノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入し、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接している状態で流路４４内から緩衝液を除去する。
工程Ｓ３０および工程Ｓ４０においては、孔（貫通部５１）の開口の最大長さは、その先端が送液高さに位置するまでノズル１６０が貫通部５１を介して流路４４内に挿入されたとき（送液ユニット１３０がノズル１６０を、貫通部５１を介して流路４４内に挿入したとき）の弾性シート５０に接する部分のノズル１６０の外径より小さい。たとえば、孔（貫通部５１）の開口の最大長さは、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように挿入されたときの弾性シート５０に接する部分のノズル１６０の外径の１／２以下であることが好ましい。これにより、ノズル１６０および弾性シート５０をより高い密着性で密着させることができ、適切に送液を行うことができる。
次いで、金属膜３０上に蛍光物質で標識された被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、励起光αを金属膜３０に照射して、金属膜３０上の被検出物質を標識している蛍光物質から放出される蛍光γを検出し、蛍光値を測定する（工程Ｓ５０）。
具体的には、制御部１５０は、搬送ステージ１４２を制御して、検出チップ１０を送液位置から検出位置に移動させる。この後、制御部１５０は、光源制御部１１３を制御して、金属膜３０に向けて光照射ユニット１１０の光源ユニット１１１から励起光αを出射させる。これと同時に、制御部１５０は、受光センサー制御部１２７を制御して、受光センサー１２５で蛍光γを検出する。これにより、蛍光値が測定される。測定された蛍光値は、制御部（処理部）１５０に送信され、記録される。
最後に、被検出物質の存在またはその量を示すシグナル値を算出する（工程Ｓ６０）。蛍光値は、主として、被検出物質を標識する蛍光物質に由来する蛍光成分（シグナル値）と、ノイズに由来する光学ブランク値とを含む。したがって、制御部（処理部）１５０は、工程Ｓ５０で得られた蛍光値から工程Ｓ２０で得られた光学ブランク値を引くことで、被検出物質の量に相関するシグナル値を算出することができる。シグナル値は、あらかじめ作成しておいた検量線により、被検出物質の量や濃度などに換算される。
以上の手順により、検体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。
前述のとおり、従来の検出チップでは、例えば、高分子シート、アルミニウムシートおよび高分子シートをこの順で積層した３層構造からなる弾性シートが用いられている。３層構造からなる弾性シートを用いるのは、従来の検出チップにおいて単層の高分子シートを用いた場合、高分子シートが延性を有するため、ノズルを押しつけても高分子シートが伸びてしまい、適切に破膜することができないからである。これに対し、本実施の形態に係る検出チップ１０では、弾性シート５０が貫通部５１を有するため、弾性シート５０を破膜する必要がない。このため、単層の弾性シート５０を用いたとしても、ノズル１６０が貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接触させて、適切に送液をすることができる。この結果として、本実施の形態に係る検出チップ１０では、弾性シート５０の材料が減少するため、検出チップ１０を低コスト化することができる。
（効果）
以上のように、本実施の形態に係る検出チップ１０を使用することで、弾性シート５０を破膜しなくても、ノズル１６０を、貫通部５１を塞ぐように弾性シート５０に接触させた状態で適切に送液を行うことができる。本実施の形態に係る検出チップ１０では、弾性シートを破膜する必要がないため、送液用のノズル１６０と検出装置とに求められる剛性を低減できるとともに、破膜のための空間を確保する必要がないため、検出チップ１０を小型化することができる。また、本実施の形態に係る検出方法および検出装置では、適切に送液を行うことができるため、被検出物質の存在または量を高精度に検出することができる。さらに、本実施の形態に係る検査用キットを使用すれば、被検出物質の存在または量を高精度に検出することができる。
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されない。なお、以下の実施例において、圧力の数値は、大気圧との差分を表している。たとえば、圧力が３０〜２００［ｋＰａ］と記載されているとき、大気圧を考慮すると、流路内の圧力は１３０〜３００［ｋＰａ］程度となる。
［実施例１］
１．検査用キット（検出チップおよびノズル）の準備
貫通部としてφ０．５ｍｍまたはφ１ｍｍの孔が設けられている弾性シートにより流路蓋の第１貫通孔が塞がれている検出チップを準備した。比較のために、孔が設けられていない弾性シートにより流路蓋の第１貫通孔が塞がれている従来の検出チップも準備した。孔が設けられている弾性シートを有する検出チップでは、弾性シートとして、厚さが６０μｍの直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）シートを使用した。孔が設けられていない弾性シートを有する検出チップでは、弾性シートとして、厚さが５０μｍのＬＬＤＰＥシート、厚さが９μｍのアルミニウムシートおよび厚さが５０μｍのＬＬＤＰＥシートをこの順で積層した積層体を使用した。また先端の外径が１ｍｍであるノズルを準備した。なお、その先端が送液高さに位置するまでノズルが孔を介して流路内に挿入されたとき、弾性シートおよびノズルの接触部におけるノズルの外径は、２．３ｍｍである。
２．破膜距離または貫通距離と、ノズルにかかる最大の力との測定
各検出チップについて、ノズルの先端が弾性シートの上面と同じ高さにある状態を基準として、送液用のノズルを降下させていった。そして、孔が設けられていない弾性シートを有する検出チップでは、ノズルの先端が弾性シートを破膜するまでにノズルが移動した距離（以下、「破膜距離」ともいう）を測定した。孔が設けられている弾性シートを有する検出チップでは、ノズルの先端が弾性シートの孔を通過するまでにノズルが移動した距離（以下、「貫通距離」ともいう）を測定した。これと同時に、ノズルの先端を送液高さまで挿入するまでの間にノズルにかかった最大の力を測定した。
図６Ａ、Ｂは、ノズルの挿入距離と、ノズルにかかる力との関係を示すグラフである。図６Ａは孔が設けられていない弾性シートを有する検出チップについてのグラフを示し、図６Ｂは孔が設けられている弾性シートを有する検出チップについてのグラフを示す。ノズルを降下させていくと、ノズルが弾性シートに押し付けられる。この間、図６Ａ、Ｂに示されるように、ノズルに加わる力は、大きくなっていく。次いで、孔が設けられていない弾性シートを有する検出チップでは、ノズルが弾性シートを破膜し、孔が設けられている弾性シートを有する検出チップでは、ノズルの先端が孔を通過する。このとき、ノズルにかかる力は、急に小さくなる。次いで、ノズルは、その先端が送液高さに位置するまで孔（または破膜により形成された孔）内に挿入される。この間、ノズルは弾性シートの孔を押し広げていくため、ノズルにかかる力は大きくなっていく。図６Ａに示されるように、孔が設けられていない弾性シートを有する検出チップでは、ノズルの先端を送液高さまで挿入するまでの間にノズルにかかる最大の力は、破膜の直前にノズルにかかる力である（以下、「破膜力」ともいう）。また、図６Ｂに示されるように、孔が設けられている弾性シートを有する検出チップでは、ノズルの先端を送液高さまで挿入するまでの間にノズルにかかる最大の力は、ノズルの先端が送液高さに達したときにノズルにかかる力である（以下、「挿入力」ともいう）。
３．結果
図７Ａは、孔の直径と、破膜距離または貫通距離との関係を示すグラフであり、図７Ｂは、孔の直径と、破膜力または挿入力との関係を示すグラフである。図７Ａ、Ｂにおいて、黒丸（●）は孔が設けられていない弾性シートを有する検出チップについての結果を示し、白丸（○）はφ０．５ｍｍの孔が設けられている弾性シートを有する検出チップについての結果を示し、白い四角（□）はφ１．０ｍｍの孔が設けられている弾性シートを有する検出チップについての結果を示す。図７Ａにおいて、横軸は孔の直径［ｍｍ］を示し、縦軸は破膜距離または貫通距離［ｍｍ］を示す。図７Ｂにおいて、横軸は孔の直径［ｍｍ］を示し、縦軸は破膜力または挿入力［Ｎ］を示す。
図７Ａに示されるように、孔が設けられていない弾性シートを有する検出チップについての結果（破膜距離および破膜力）と比較して、孔が設けられている弾性シートを有する検出チップについては、貫通距離および挿入力がともに減少していた。これは、孔が設けられていない弾性シートを有する検出チップでは、弾性シートを破膜する必要があるのに対して、孔が設けられている弾性シートを有する検出チップでは、弾性シートを破膜する必要がないためと考えられる。
以上の結果から、本実施の形態に係る検出チップでは、貫通距離が減少していることから、検出チップに求められる高さが減少するため、検出チップを小型化することができることがわかる。また、挿入力も減少していることから、ノズルおよび検出装置に加わる負荷を軽減できるため、ノズルおよび検出装置に求められる剛性を低減することができることがわかる。
［実施例２］
１．検査用キット（検出チップおよびノズル）の準備
貫通部としてφ０．５ｍｍ、φ１ｍｍ、φ１．５ｍｍまたはφ２ｍｍの孔が設けられている弾性シートにより流路蓋の第１貫通孔が塞がれている検出チップを準備した。比較のために、実施例１で使用したものと同一の、孔が設けられていない弾性シートにより流路蓋の第１貫通孔が塞がれている従来の検出チップも準備した。孔が設けられている弾性シートを有する検出チップでは、弾性シートとして、厚さが６０μｍの直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）シートを使用した。また、ノズルとしては、実施例１で使用したものと同一のノズルを準備した。
２．検出チップの密封性の評価
各検出チップについて、流路蓋の第２貫通孔を塞ぎ、ノズルの先端が送液高さに位置するまで、ノズルを、孔を塞ぐように挿入した状態で、送液ポンプ駆動機構でプランジャーを制御し、流路内の空気を圧縮して圧力を高めることで、流路内を３０〜２００［ｋＰａ］のうち所定の圧力となるようにした。そして、各検出チップの密封性について、以下の基準により評価した。実用に耐えうる観点から、少なくとも５０ｋＰａの圧力に耐えることができる場合を合格と判断した。
○：流路内の圧力を保持できた
△：流路内の圧力をほぼ保持できたが、リークがわずかに確認された
孔の直径、流路内の圧力および各検出チップの密封性の関係を表１に示す。
Figure 2017086128
表１に示されるように、孔の直径が小さいほど、流路内の圧力を維持できることがわかった。これは、孔の直径が小さいほど、ノズルおよび弾性シートの密着性が高くなるためと考えられる。この結果から、本発明に係る検出チップでは、弾性シートに孔が形成されていたとしても、孔の直径がノズルの外径に対して所定の範囲内にあれば、流路内の圧力を十分に維持できることがわかった。また、その先端が送液高さに位置するまでノズルが孔を介して流路内に挿入されたときの弾性シートに接する部分のノズルの外径は、２．３ｍｍである。このことから、孔の開口の最大長さが、弾性シートに接する部分のノズルの外径の１／２以下になるように孔を介して流路内にノズルを挿入した状態で液体を提供することが好ましいことがわかる。
［実施例３］
１．検査用キット（検出チップおよびノズル）の準備
貫通部としてφ１．５ｍｍの孔が設けられている弾性シートにより流路蓋の第１貫通孔が塞がれている検出チップを準備した。弾性シートとしては、引張破断伸度が１５０％のＰＥＴシート（厚み３８μｍ）、５００％のナイロンシート（厚み５０μｍ）、１０００％のＬＬＤＰＥシート（厚み８０μｍ）または１７００％のＬＬＤＰＥシート（厚み１００μｍ）をそれぞれ使用した。引張破断伸度は、各弾性シートから５ｍｍ×６０ｍｍの試験片を切り出して、長軸方向における試験片の両端を２５ｍｍずつチャックで挟んで引っ張り試験を行うことで評価した。また、ノズルとしては、実施例１で使用したものと同一のノズルを準備した。
２．検出チップの密封性の評価
各検出チップについて、流路蓋の第２貫通孔を塞ぎ、ノズルの先端が送液高さに位置するまで、ノズルを、孔を塞ぐように挿入した状態で、送液ポンプ駆動機構で流路内の空気を圧縮して流路内の圧力を２０［ｋＰａ］とした。そして、各検出チップの密封性について、以下の基準により評価した。
○：流路内の圧力を保持できた
×：流路内の圧力をほぼ保持できたが、リークがわずかに確認された
孔の直径、弾性シートの引張破断伸度および各検出チップの密封性の関係を表２に示す。
Figure 2017086128
表２に示されるように、直径１．５ｍｍの孔が設けられている弾性シートを有する検出チップでは、引張破断伸度が大きい方が、流路内の圧力を維持できることがわかった。これは、弾性シートの引張破断伸度が大きいほど、孔を塞ぐように挿入されたノズルにより弾性シートが伸ばされうるため、ノズルと弾性シートの密着部分が大きくなり、ノズルと弾性シートとの密着性がよくなったためと考えられる。この結果から、弾性シートの引張破断伸度が所定の範囲内であれば、流路内の圧力を十分に維持できることがわかった。一方で、本実施例においては、引張破断伸度が１５０％のときは、弾性シートとノズルとが密着していなかったため、リークがわずかに確認された。
［実施例４］
１．検査用キット（検出チップおよびノズル）の準備
貫通部としてφ１．０ｍｍ、φ１．５ｍｍまたはφ２．０ｍｍの孔が設けられている弾性シートにより流路蓋の第１貫通孔が塞がれている検出チップを準備した。弾性シートとしては、引裂強度が７０ｍＮであり、厚みが３８μｍであるＰＥＴシートと、引裂強度が２００ｍＮであり、厚みが６０μｍである無延伸ポリプロピレンシートと、引裂強度が２０００ｍＮであり、厚みが１００μｍであるＬＬＤＰＥシートとを使用した。各弾性シートの引裂強度は、各弾性シートから２．３ｃｍ×５ｃｍの試験片を切り出して、試験片の中心を通り短軸方向に沿う方向に試験片を引き裂くことで評価した。また、ノズルとしては、実施例１で使用したものと同一のノズルを準備した。
２．検出チップの密封性の評価
各検出チップについて、流路蓋の第２貫通孔を塞ぎ、ノズルの先端が送液高さに位置するまで、ノズルを、孔を塞ぐように挿入した状態で、送液ポンプ駆動機構でプランジャーを制御し、流路内の空気を圧縮して流路内の圧力を２０［ｋＰａ］とした。そして、各検出チップの密封性について、以下の基準により評価した。
○：流路内の圧力を保持できた
×：流路内の圧力をほぼ保持できたが、リークがわずかに確認された
孔の直径、弾性シートの引裂強度および各検出チップの密封性の関係を表３に示す。
Figure 2017086128
表３に示されるように、孔の直径が大きいほど、引裂強度が小さくても流路内の圧力を維持できることがわかった。これは、孔の直径が大きい場合と比較して、孔の直径が小さい場合には、ノズル挿入時に弾性シートがより押し広げられるため、引裂強度が小さいと、挿入されたノズルの弾性シートへの負荷によって、弾性シートが裂けてしまったためと考えられる。この結果から、孔の直径が長くても、弾性シートの引裂強度が所定の範囲内であれば、流路内の圧力を十分に維持できることがわかった。本実施例から、弾性シートの引裂強度は、８０〜３０００ｍＮであれば、孔の直径の長さによらず、高い密封性を保持できると推定される。一方で、本実施例において、孔の直径が１．０ｍｍまたは１．５ｍｍであり、かつ引裂強度が７０ｍＮのときは、ノズルが孔を塞ぐように弾性シートに接していなかったため、リークがわずかに確認された。
本出願は、２０１５年１１月１６日出願の特願２０１５−２２４２１３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。
本発明に係る検出方法、検出装置および検査用キットによれば、被検出物質を高い信頼性で検出することができるため、例えば臨床検査などに有用である。
１０ 検出チップ
２０ プリズム
２１ 入射面
２２ 成膜面
２３ 出射面
３０ 金属膜
４０ 流路蓋
４１ 第１貫通孔
４２ 撹拌用貫通孔
４３ 流路溝
４４ 流路
４５ 開口部
５０、５０’、５０” 弾性シート
５１、５１’、５１” 貫通部
６０ シート
６１ 空気孔
７０ 粘着シート
７１ 第２貫通孔
８０ 両面テープ
１００ 表面プラズモン共鳴蛍光分析装置（ＳＰＦＳ装置）
１１０ 光照射ユニット（光照射部）
１１１ 光源ユニット
１１２ 角度調整機構
１１３ 光源制御部
１２０ 受光ユニット（光検出部）
１２１ 受光光学系ユニット
１２２ 第１レンズ
１２３ 光学フィルター
１２４ 第２レンズ
１２５ 受光センサー
１２６ 位置切替え機構
１２７ 受光センサー制御部
１３０ 送液ユニット（送液部）
１３１ 液体チップ
１３２ ポンプ本体
１３３１ プランジャーポンプ
１３３２ ポンプノズル
１３４ 送液ポンプ駆動機構
１４０ 搬送ユニット
１４１ チップホルダー
１４２ 搬送ステージ
１５０ 制御部（処理部）
１６０ ノズル
α 励起光
β プラズモン散乱光
γ 蛍光

Claims (12)

  1. 検体中の被検出物質の存在または量を検出するための検出方法であって、
    開口部を備え内部に液体を収容するための収容部と、前記開口部を覆うと共に前記収容部の内部および外部を連通する貫通部を備えた弾性シートとを有する検出チップに、前記貫通部を介して前記収容部に送液用のノズルを挿入し、前記ノズルが前記貫通部を塞ぐように前記弾性シートに接している状態で前記収容部内に液体を提供する工程を含み、
    前記貫通部は、孔または切れ込みで形成されており、
    前記孔の開口の最大長さまたは前記切れ込みの最大長さは、前記収容部内に液体を提供する際に前記ノズルが前記貫通部を塞ぐように挿入されたときの前記弾性シートに接する部分の前記ノズルの外径より小さい、
    検出方法。
  2. 前記弾性シートは、前記開口部の周囲に粘着シートを介して接合されている、請求項１に記載の検出方法。
  3. 前記粘着シートは、前記貫通部に対応する位置に貫通孔を有し、
    前記貫通孔の開口の最小長さは、前記収容部内に液体を提供する際に前記ノズルが前記貫通部を塞ぐように前記収容部に挿入されたときの前記貫通孔に対応する部分の前記ノズルの外径より大きい、
    請求項２に記載の検出方法。
  4. 前記弾性シートの厚みは、１０〜５００μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出方法。
  5. 前記孔の開口の最大長さまたは前記切れ込みの最大長さは、前記収容部内に液体を提供する際に前記ノズルが前記貫通部を塞ぐように挿入されたときの前記弾性シートに接する部分の前記ノズルの外径の１／２以下である、請求項１に記載の検出方法。
  6. 前記粘着シートは、前記開口部を取り囲むように配置されており、前記開口部から離れる方向において少なくとも１ｍｍ以上の幅を有する、請求項２または請求項３に記載の検出方法。
  7. 前記ノズルにより前記収容部内で液体を往復送液する工程をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出方法。
  8. 前記検出チップに光を照射したときに放出される蛍光を検出する工程をさらに含み、
    前記検出チップは、誘電体からなるプリズムと、前記プリズムの一面上であって前記収容部内に配置されている金属膜と、をさらに有し、
    前記液体を提供する工程では、前記収容部内に被検出物質を含む検体を提供して、前記金属膜上に前記被検出物質を直接的または間接的に結合させ、
    前記蛍光を検出する工程では、前記金属膜上に蛍光物質で標識された前記被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、表面プラズモン共鳴が発生するように、前記プリズム側から前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する、
    請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出方法。
  9. 検体中の被検出物質の存在または量を検出するための検出装置であって、
    開口部を備え内部に液体を収容するための収容部と、前記開口部を覆うと共に前記収容部の内部および外部を連通する貫通部を備えた弾性シートとを有する検出チップを保持するためのチップホルダーと、
    送液用のノズルが取り付けられるポンプを含み、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収容部内に送液するための送液部と、
    を有し、
    前記送液部は、前記貫通部を介して前記収容部に前記ノズルを挿入し、前記ノズルが前記貫通部を塞ぐように前記弾性シートに接している状態で、前記収容部内に液体を提供し、
    前記貫通部は、孔または切れ込みで形成されており、
    前記孔の開口の最大長さまたは前記切れ込みの最大長さは、前記送液部が前記収容部内に液体を提供する際に前記ノズルを前記貫通部が塞がれるように挿入したときの前記弾性シートに接する部分の前記ノズルの外径より小さい、
    検出装置。
  10. 前記送液部は、前記ノズルにより前記収容部内で液体を往復送液する、請求項９に記載の検出装置。
  11. 前記チップホルダーに保持されている前記検出チップに光を照射するための光照射部と、
    前記検出チップに光を照射したときに放出される蛍光を検出するための光検出部と、
    をさらに有し、
    前記検出チップは、誘電体からなるプリズムと、前記プリズムの一面上であって前記収容部内に配置されている金属膜と、をさらに有し、
    前記光検出部は、前記金属膜上に蛍光物質で標識されている被検出物質が直接的または間接的に結合されている状態で、前記光照射部が前記金属膜上で表面プラズモン共鳴が発生するように、前記プリズム側から前記金属膜に光を照射したときに、前記金属膜上の前記蛍光物質から放出される蛍光を検出する、
    請求項９または請求項１０に記載の検出装置。
  12. 開口部を備え内部に液体を収容するための収容部と、前記開口部を覆うと共に前記収容部の内部と外部とを連通する貫通部を備えた弾性シートと、を有する検出チップと、
    前記貫通部を介して前記収容部に挿入され、前記収容部内に液体を提供するための送液用のノズルと、
    を有し、
    前記貫通部は、孔または切れ込みで形成されており、
    前記孔の開口の最大長さまたは前記切れ込みの最大長さは、前記収容部の底面から前記弾性シートまでの深さに対応する、前記ノズルの長さ方向における前記ノズルの先端からの位置での前記ノズルの外径より小さい、
    検査用キット。
JP2017551804A 2015-11-16 2016-10-28 検出方法、検出装置および検査用キット Pending JPWO2017086128A1 (ja)

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