WO2014017433A1 - 光学式検体検出装置 - Google Patents

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WO2014017433A1
WO2014017433A1 PCT/JP2013/069784 JP2013069784W WO2014017433A1 WO 2014017433 A1 WO2014017433 A1 WO 2014017433A1 JP 2013069784 W JP2013069784 W JP 2013069784W WO 2014017433 A1 WO2014017433 A1 WO 2014017433A1
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light
thin film
metal thin
liquid crystal
excitation light
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PCT/JP2013/069784
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幸登 中村
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/648—Specially adapted constructive features of fluorimeters using evanescent coupling or surface plasmon coupling for the excitation of fluorescence

Definitions

  • the present invention is based on the principle of surface plasmon resonance (SPR) measuring device and surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS; Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy) applying the surface plasmon resonance phenomenon.
  • SPR surface plasmon resonance
  • SPFS surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy
  • the present invention relates to an optical analyte detection device such as a surface plasmon excitation enhanced fluorescence measurement device.
  • SPFS device based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) using the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon, analyte detection can be performed with higher accuracy than the SPR device.
  • SPFS device The surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectrometer (hereinafter referred to as “SPFS device”) is also one of such specimen detection devices.
  • 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 emitted from a light source attenuates total reflection (ATR) on the surface of the metal thin film.
  • excitation light such as laser light emitted from a light source attenuates total reflection (ATR) on the surface of the metal thin film.
  • ATR total reflection
  • the condition for total reflection attenuation is that the light receiving unit receives the reflected light reflected from the surface of the metal thin film while changing the incident angle of the excitation light irradiated from the light source toward the surface of the metal thin film. , By measuring the light intensity of the reflected light or by measuring the light intensity of the surface plasmon light generated on the surface of the metal thin film.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-61286
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-501393
  • a method of rotating a light projecting unit including a light source using a stepping motor, a gear train, or the like is used.
  • a method for measuring the light intensity of the reflected light at a predetermined incident angle without rotating the light projecting unit for example, as shown in FIG.
  • a method of simultaneously measuring the light intensity of the reflected light 106 at an incident angle within a predetermined range by the light receiving means 108 is also used.
  • the light intensity of the reflected light at a predetermined range of incident angles can be measured at the same time. Is an average received light signal including not only a received light signal caused by reflected light at a desired incident angle but also reflected light in an angular range before and after the desired incident angle, so that the measurement accuracy was low.
  • an optical specimen detection apparatus that can perform measurement and perform measurement quickly.
  • the optical specimen detection apparatus can be reduced in size and cost, and mechanical.
  • an optical analyte detection device that can suppress the influence of noise and can stabilize the output of excitation light applied to a metal thin film.
  • the present invention was invented in order to solve the above-described problems in the prior art, and in order to realize at least one of the above-described objects, an optical sample reflecting one aspect of the present invention.
  • the detection device An optical analyte detection device that detects an analyte by irradiating a metal thin film with excitation light via a dielectric member, A condensing lens for condensing excitation light incident on the dielectric member; A liquid crystal substrate disposed at the front focal position of the condenser lens; A projection unit that irradiates the metal thin film with excitation light through the liquid crystal substrate, the condenser lens, and the dielectric member;
  • the liquid crystal substrate is configured to include an aperture that transmits only a part of the excitation light by changing the liquid crystal alignment, By moving the aperture of the liquid crystal substrate, the incident angle of the excitation light with respect to the metal thin film can be changed.
  • the optical specimen detection apparatus can be reduced in size and cost, and can be influenced by mechanical noise. And the output of excitation light applied to the metal thin film can be stabilized.
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing an outline of an SPR device which is an embodiment of the optical analyte detection device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the traveling direction of light when searching for a condition (ATR condition) for attenuated total reflection on the surface of the metal thin film in the SPR device of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic view schematically showing the configuration of the liquid crystal substrate.
  • FIG. 4 is a schematic view schematically showing an outline of another embodiment of the SPR device which is an aspect of the optical analyte detection device of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view schematically showing an outline of still another example of the SPR device which is an aspect of the optical analyte detection device of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing an outline of an SPR device which is an embodiment of the optical analyte detection device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the traveling direction of light when searching
  • FIG. 6 is a schematic view schematically showing an outline of an SPFS apparatus which is another aspect of the optical analyte detection apparatus of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic view schematically showing the traveling direction of light when searching for a condition (ATR condition) for attenuated total reflection on the surface of the metal thin film in the SPFS apparatus of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram schematically showing a device configuration in the case where sample detection is performed using the SPFS device which is an aspect of the optical sample detection device of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram for explaining an example of a reaction space forming member.
  • FIG. 9A is a schematic configuration diagram illustrating an example of a well member, and FIG. It is a schematic block diagram which shows an example.
  • FIG. 9A is a schematic configuration diagram illustrating an example of a well member, and FIG. It is a schematic block diagram which shows an example.
  • FIG. 9A is a schematic configuration diagram illustrating an example of a well member,
  • FIG. 10 is a schematic view schematically showing an outline of another embodiment of the SPFS apparatus which is an aspect of the optical specimen detection apparatus of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic view schematically showing the outline of still another embodiment of the SPFS apparatus which is an aspect of the optical analyte detection apparatus of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a method of measuring the light intensity of reflected light at a predetermined range of incident angles in a conventional optical specimen detection apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an outline of an SPR device which is an aspect of the optical specimen detection device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the entire surface of a metal thin film in the SPR device of FIG. It is the schematic diagram which represented typically the advancing direction of the light at the time of searching the conditions (ATR conditions) which carry out reflection attenuation.
  • An SPR device 10 of this embodiment includes a prism-shaped dielectric member 12 having a substantially trapezoidal vertical cross-sectional shape, and a metal thin film 14 formed on a horizontal upper surface 12a of the dielectric member 12.
  • the sensor chip 16 is provided, and the sensor chip 16 is loaded in the sensor chip loading unit 18 of the SPR device 10.
  • a light projecting unit 20 and a liquid crystal substrate 22 that transmits only a part of the light emitted from the light projecting unit 20 are provided on the side surface 12 b below the dielectric member 12.
  • a condensing lens 24 is provided for converting the light transmitted through the liquid crystal substrate 22 into a parallel light flux.
  • a light receiving means 30 for receiving the metal thin film reflected light 29 in which the excitation light 26 is reflected by the metal thin film 14 is provided on the other side surface 12 c below the dielectric member 12.
  • the light projecting unit 20 includes, for example, a light source 27 including an LD (Laser Diode), an LED (Light Emitting Diode), an HID (High Intensity Discharge) lamp (High Intensity Discharge Lamp), and the like. It comprises a collimating lens 28 that makes the irradiated light a parallel light beam.
  • a light source 27 including an LD (Laser Diode), an LED (Light Emitting Diode), an HID (High Intensity Discharge) lamp (High Intensity Discharge Lamp), and the like. It comprises a collimating lens 28 that makes the irradiated light a parallel light beam.
  • the liquid crystal substrate 22 includes two polarizing filters 22a and 22e and transparent electrodes 22b and 22d so as to sandwich the liquid crystal layer 22c.
  • a voltage is applied to the transparent electrodes 22b and 22d from the outside. Yes.
  • liquid crystal substrate 22 changes the liquid crystal alignment of the liquid crystal layer 22c for each unit element of a predetermined size, that is, whether or not the excitation light 26 is transmitted can be changed. 22d is preferably configured.
  • a portion where the liquid crystal alignment of the liquid crystal layer 22c is changed so as to transmit light irradiated from the light projecting unit 20 has a role of an aperture.
  • a portion of the liquid crystal substrate 22 that transmits the excitation light 26 is referred to as an aperture 21 of the liquid crystal substrate 22.
  • the size (diameter) of the aperture 21 is not particularly limited, but can be appropriately determined based on the wavelength of the excitation light 26.
  • the size (diameter) ⁇ of the aperture 21 is preferably a size obtained by the following formula 1.
  • the excitation light 26 can be irradiated onto the metal thin film 14 with a desired light beam diameter, and the generation of disturbance light can be suppressed, thus improving measurement accuracy. Can be made.
  • the liquid crystal substrate 22 is preferably configured so that light transmitted through the liquid crystal substrate 22 becomes p-polarized light. With this configuration, it is not necessary to separately provide a polarizing plate between the light projecting unit 20 and the metal thin film 14.
  • liquid crystal substrate 22 is configured such that the aperture 21 can move in a plane perpendicular to the optical axis of the condenser lens 24, and a position that transmits light irradiated from the light projecting unit 20 (hereinafter, referred to as “light emitting unit 20”). "Transmission position 23”) can be changed.
  • the aperture 21 should just be comprised so that linear movement is possible to the direction where the irradiation angle of the excitation light 26 irradiated with respect to the metal thin film 14 is changed at least, ie, the X direction in FIG.
  • the aperture 21 is configured to be linearly moved continuously in the X direction.
  • the present invention is not limited thereto, and for example, the liquid crystal substrate 22 is intermittently moved linearly in the X direction. It is also possible to configure so that only the predetermined position is the aperture 21.
  • the movement of the aperture 21 is not limited to a linear movement, and may be configured to move along a curve or to position the aperture 21 at a random location on the liquid crystal substrate 22. There is no particular limitation as long as the incident angle of the irradiated excitation light 26 can be appropriately changed.
  • Adjustment of the position (transmission position 23) of the aperture 21 of the liquid crystal substrate 22 is performed by applying a voltage to the transparent electrodes 22b and 22d by a liquid crystal controller (not shown) connected to the transparent electrodes 22b and 22d of the liquid crystal substrate 22, for example. This is done by controlling the position (that is, the unit element to which the voltage is applied).
  • the excitation light 26 that has passed through the liquid crystal substrate 22 is converted into a parallel light flux by the condenser lens 24, enters the side surface 12 b of the dielectric member 12 from below the outer side of the dielectric member 12, and passes through the dielectric member 12. Irradiation is directed toward the metal thin film 14 formed on the upper surface 12 a of the dielectric member 12.
  • the position where the liquid crystal substrate 22 is disposed coincides with the focal length f (front focal position) of the condenser lens 24, and the main optical axis of the excitation light 26 irradiated from the light projecting unit 20 (ie, the main optical axis).
  • the dielectric member 12 and the condensing lens so that the condensing position of the upper surface 12 a of the dielectric member 12 is irradiated with the optical axis of the excitation light irradiated in parallel to the optical axis of the condensing lens 24.
  • the distance to 24 is adjusted.
  • the ATR condition of the SPR device 10 can be measured and the liquid crystal substrate 22 only needs to be electrically controlled, as will be described later, without rotating the light projecting unit 20.
  • the SPR device 10 can be reduced in size and cost, and the influence of mechanical noise such as vibration noise can be suppressed, and the output of the excitation light applied to the metal thin film can be stabilized.
  • the transmission position 23 moves in a plane perpendicular to the optical axis of the condenser lens 24, and the light receiving means 30 receives the metal thin film reflected light 29 so that the transmission position 23 is received.
  • a linear movement or a rotational movement is made in accordance with the movement of 23.
  • a means (not shown) for moving the light receiving means 30 linearly or rotationally for example, it can be controlled using a stepping motor or a servo motor, or a gear train can be used.
  • the excitation light 26 irradiated from the light projecting unit 20 is not particularly limited, but excitation light having a wavelength of 200 to 900 nm and 0.001 to 1,000 mW is preferable. Excitation light of 230 to 800 nm and 0.01 to 100 mW is preferable.
  • the excitation light 26 is preferably coherent light with high coherence such as laser light, for example.
  • the dielectric member 12 is not particularly limited, but optically transparent, for example, various inorganic materials such as glass and ceramics, natural polymers, and synthetic polymers can be used, and the chemical stability. From the viewpoints of production stability and optical transparency, those containing silicon dioxide (SiO 2 ) or titanium dioxide (TiO 2 ) are preferred.
  • the prism-shaped dielectric member 12 having a substantially trapezoidal vertical cross-sectional shape is used.
  • the vertical cross-sectional shape is a triangle (so-called triangular prism), a semicircular shape, a semi-elliptical shape, etc.
  • the shape of the member 12 can be changed as appropriate.
  • the condensing lens 24 is configured as a single lens, but the condensing lens 24 may be configured by combining a plurality of lenses.
  • the material of the metal thin film 14 is not particularly limited, but is preferably made of at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, aluminum, copper, and platinum, more preferably It is made of gold and may be made of an alloy of these metals.
  • such a metal is suitable for the metal thin film 14 because it is stable against oxidation and, as will be described later, the electric field enhancement due to surface plasmon light (dense wave) increases.
  • the method for forming the metal thin film 14 is not particularly limited, and examples thereof include a sputtering method, a vapor deposition method (resistance heating vapor deposition method, electron beam vapor deposition method, etc.), electrolytic plating, electroless plating method, and the like. . It is preferable to use a sputtering method or a vapor deposition method because it is easy to adjust the thin film formation conditions.
  • the thickness of the metal thin film 14 is not particularly limited, but preferably gold: 5 to 500 nm, silver: 5 to 500 nm, aluminum: 5 to 500 nm, copper: 5 to 500 nm, platinum: 5 Desirably within the range of ⁇ 500 nm and their alloys: 5 to 500 nm.
  • more preferable thicknesses of the metal thin film 14 are: gold: 20 to 70 nm, silver: 20 to 70 nm, aluminum: 10 to 50 nm, copper: 20 to 70 nm, platinum: 20 Desirably within the range of ⁇ 70 nm and their alloys: 10-70 nm.
  • the thickness of the metal thin film 14 is within the above range, surface plasmon light (dense wave), which will be described later, is easily generated, which is preferable.
  • the size (vertical x horizontal) size and shape are not particularly limited.
  • the upper surface shape of the metal thin film 14 is not limited to a planar shape, and can be applied to a case where the metal thin film 14 is formed in an uneven surface formed in a lattice shape, for example.
  • the sensor chip 16 composed of the dielectric member 12 and the metal thin film 14 is loaded into the sensor chip loading unit 18 of the SPR device 10.
  • the configuration as in the present embodiment can be obtained.
  • ATR Condition Measurement Method ATR condition measurement method using the SPR device 10 of the present embodiment configured as described above will be described below.
  • the excitation light 26 is irradiated from the light projecting unit 20, and the liquid crystal substrate 22 is transmitted at the transmission position 23a.
  • the excitation light 26 transmitted through the liquid crystal substrate 22 is converted into a parallel light flux through the condenser lens 24 and is incident on the side surface 12b of the dielectric member 12 from the lower outside of the dielectric member 12.
  • the excitation light 26 is irradiated through the dielectric member 12 toward the metal thin film 14 formed on the upper surface 12a of the dielectric member 12 at an incident angle ⁇ 1.
  • the metal thin film reflected light 29 reflected on the surface of the metal thin film 14 is emitted from the other side surface 12c of the dielectric member 12 through the dielectric member 12 at a reflection angle ⁇ 1, and is received by the light receiving means 30 and received by the metal.
  • the light intensity of the thin film reflected light 29 is measured.
  • the incident angle of the excitation light 26 with respect to the metal thin film 14 is changed to the incident angle ⁇ 1.
  • the metal thin film reflected light 29 is received by the light receiving means 30 while changing from 1 to the incident angle ⁇ 2, and the light intensity of the metal thin film reflected light 29 is measured.
  • the relationship between the incident angle of the excitation light 26 and the light intensity of the metal thin film reflected light 29 can be measured, and the ATR condition can be measured.
  • the metal thin film 14 When the metal thin film 14 is irradiated with the excitation light 26 under the ATR condition, surface plasmon light (dense wave) is generated on the metal thin film 14. At this time, the excitation light 26 and the electronic vibration in the metal thin film 14 are coupled to change the light intensity of the metal thin film reflected light 29 (the amount of light is reduced).
  • the ATR condition can be measured by finding the incident angle at which the light intensity of the reflected light 29 changes (for example, the amount of light decreases most).
  • FIG. 4 is a schematic view schematically showing an outline of another example of the SPR device which is an aspect of the optical specimen detection device of the present invention.
  • the SPR device 10 of this embodiment has basically the same configuration as that of the SPR device 10 shown in FIGS. 1 to 3, and the principle is also the same. A detailed description thereof will be omitted.
  • a second liquid crystal substrate 32 is provided immediately before the condenser lens 24.
  • the second liquid crystal substrate 32 has the same configuration as the liquid crystal substrate 22, and has a role of adjusting the beam diameter of the excitation light 26 transmitted through the liquid crystal substrate 22 (the diameter of the excitation light 26).
  • the size (diameter) of the aperture 21 of the liquid crystal substrate 22 is not particularly limited, and may be an aperture 21 as small as a pinhole.
  • the size (diameter) of the aperture 33 of the second liquid crystal substrate 32 is not particularly limited, but can be appropriately determined based on the wavelength of the excitation light 26 as in the first embodiment.
  • the metal thin film reflected light 29 is condensed between the dielectric member 12 and the light receiving means 30 on the other side surface below the dielectric member 12 and irradiated to the light receiving means 30.
  • a reflected light condensing lens 31 is provided.
  • the beam diameter of the excitation light 26 that has passed through the liquid crystal substrate 22 can be adjusted, and diffracted light that adversely affects the measurement accuracy can be blocked to improve the measurement accuracy.
  • the position of the aperture 21 (transmission position 23) of the liquid crystal substrate 22 is moved from the transmission position 23a to the transmission position 23b in a plane perpendicular to the optical axis of the condenser lens 24.
  • the measurement of the ATR condition can be performed with high accuracy and speed.
  • FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing an outline of still another example of the SPR device which is an aspect of the optical specimen detection device of the present invention.
  • the SPR device 10 of this embodiment has basically the same configuration as that of the SPR device 10 shown in FIGS. 1 to 4 and also has the same principle. A detailed description thereof will be omitted.
  • the condensing lens 24 and the dielectric member 12 are spaced apart from each other, but in this embodiment, the condensing lens 24 is one of the lower portions of the dielectric member 12. It is bonded to the side surface 12b of the, and has an integrated structure.
  • the light projecting unit 20 can be brought close to the dielectric member 12, and the SPR device 10 can be downsized.
  • the means for integrating the condenser lens 24 and the dielectric member 12 is not particularly limited.
  • the condenser lens 24 and the dielectric member using an optically transparent adhesive or the like is used. 12 may be bonded.
  • the condensing lens 24 and the dielectric member 12 may be formed of materials having different refractive indexes, but a smaller refractive index difference can reduce reflection loss at the interface between them. preferable.
  • the position of the aperture 21 (transmission position 23) of the liquid crystal substrate 22 is moved from the transmission position 23a to the transmission position 23b in a plane perpendicular to the optical axis of the condenser lens 24.
  • the incident angle of the excitation light 26 with respect to the metal thin film 14 can be changed from the incident angle ⁇ 1 to the incident angle ⁇ 2, and the measurement of the ATR condition can be performed with high accuracy and speed.
  • FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing the outline of an SPFS device which is an embodiment of the optical specimen detection device of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the entire surface of a metal thin film in the SPFS device of FIG. It is the schematic diagram which represented typically the advancing direction of the light at the time of searching the conditions (ATR conditions) which carry out reflection attenuation.
  • the SPFS device 11 of this embodiment has basically the same configuration as the SPR device 10 shown in FIGS. 1 to 5 and has the same principle. The same reference numerals are assigned and detailed description thereof is omitted.
  • a fluorescent material layer 34 is formed on the upper surface of the metal thin film 14 as a member for measuring electric field enhancement. Is formed.
  • the dielectric member 12, the metal thin film 14, and the fluorescent material layer 34 constitute a measuring member 36.
  • the fluorescent material constituting the fluorescent material layer 34 is not particularly limited as long as it is a material that emits fluorescence by irradiating predetermined excitation light or using a field effect to emit light.
  • fluorescent includes various types of light emission such as phosphorescence.
  • a light detection means 40 for receiving the fluorescence 38 generated from the fluorescent material layer 34 excited by the surface plasmon light (dense wave) generated on the metal thin film 14.
  • the photodetection means 40 is not particularly limited.
  • an ultrasensitive photomultiplier tube a CCD (Charge-Coupled Device) image sensor capable of multipoint measurement, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
  • An image sensor or the like can be used.
  • the ATR condition of the SPFS device 11 can be measured and the liquid crystal substrate 22 only needs to be electrically controlled, as will be described later, without rotating the light projecting unit 20.
  • the SPFS device 11 can be reduced in size and cost, can suppress the influence of mechanical noise such as vibration noise, and can stabilize the output of the excitation light applied to the metal thin film.
  • ATR Condition Measuring Method ATR condition measuring method using the SPFS apparatus 11 of the present embodiment configured as described above will be described below.
  • the excitation light 26 is irradiated from the light projecting unit 20, and the liquid crystal substrate 22 is transmitted at the transmission position 23a.
  • the excitation light 26 transmitted through the liquid crystal substrate 22 is converted into a parallel light flux through the condenser lens 24 and is incident on the side surface 12b of the dielectric member 12 from the lower outside of the dielectric member 12.
  • the excitation light 26 is irradiated through the dielectric member 12 toward the metal thin film 14 formed on the upper surface 12a of the dielectric member 12 at an incident angle ⁇ 1.
  • the light detection means 40 measures the light intensity of the fluorescence 38 generated from the fluorescent material layer 34, that is, the intensity of surface plasmon light (dense wave) generated on the metal thin film 14.
  • the incident angle of the excitation light 26 with respect to the metal thin film 14 is changed to the incident angle ⁇ 1.
  • the fluorescence 38 is received by the light detection means 40 while changing from 1 to the incident angle ⁇ 2, and the light intensity of the fluorescence 38 (the intensity of the surface plasmon light (dense wave)) is measured.
  • the relationship between the incident angle of the excitation light 26 and the light intensity of the fluorescence 38 can be measured, and the ATR condition can be measured.
  • the ATR condition when the metal thin film 14 is irradiated with the excitation light 26, surface plasmon light (dense wave) is generated on the metal thin film 14, and the fluorescence 38 is proportional to the intensity of the surface plasmon light (dense wave). Since the light intensity changes (the amount of light increases), the ATR condition can be measured by finding the incident angle at which the light intensity of the fluorescence 38 received by the light detection means 40 changes (for example, the amount of light increases most). It becomes.
  • the fluorescence 38 generated when the fluorescent material of the fluorescent material layer 34 is excited by surface plasmon light (dense wave) is measured by the light detection means 40.
  • the light detection means 40 may measure the scattered light by providing a light scattering material layer as the electric field enhancement measurement member.
  • the light scattering material constituting the light scattering material layer for example, fine particles such as gold colloid, titanium oxide, silicon, and SiO 2 (glass) can be used.
  • a light scattering material layer is provided instead of the fluorescent material layer 34, similarly, by moving the transmission position 23 from the transmission position 23a to the transmission position 23b, in the range from the incident angle ⁇ 1 to the incident angle ⁇ 2. The relationship between the incident angle of the excitation light 26 and the light intensity of the scattered light can be measured, and the ATR condition can be measured.
  • the light collection member 44 for condensing light efficiently, and the wavelength selection function member 46 formed so as to selectively transmit only the fluorescence 38. Is provided.
  • any condensing system may be used as long as it aims at efficiently condensing the fluorescent signal on the light detecting means 40.
  • a simple condensing system for example, a commercially available objective lens used in a microscope or the like may be used. The magnification of the objective lens is preferably 10 to 100 times.
  • an optical filter As the wavelength selection function member 46, an optical filter, a cut filter, etc. can be used.
  • the optical filter include a neutral density (ND) filter and a diaphragm lens.
  • cut filters external light (illumination light outside the device), excitation light (excitation light transmission component), stray light (excitation light scattering component in various places), plasmon scattered light (excitation light originated from, Scattered light generated by the influence of structures or deposits on the sensor chip surface), and various noise lights such as autofluorescence of the oxygen fluorescent substrate, such as interference filters and color filters. .
  • the reaction layer 42 formed on the metal thin film 14 captures, for example, an analyte previously labeled with a fluorescent substance.
  • the light projecting unit 20 The excitation light 26 irradiated into the dielectric member 12 is incident on the metal thin film 14 at an incident angle (resonance angle) that satisfies the ATR condition obtained as described above, whereby surface plasmons are formed on the metal thin film 14. Light (dense wave) will be generated.
  • the surface plasmon light (dense wave) efficiently excites the fluorescent substance that labels the analyte in the reaction layer 42 on the metal thin film 14, thereby increasing the amount of the fluorescent light 38 emitted from the fluorescent substance. Is received by the light detection means 40 through the light collecting member 44 and the wavelength selection function member 46, so that a minute amount and / or extremely low concentration of the analyte can be detected.
  • a solid phase film 48 for capturing an analyte labeled with a fluorescent substance, and a sample solution containing the analyte labeled with the fluorescent substance is introduced onto the solid phase film 48.
  • the reaction space forming member 50 can be configured.
  • the solid phase film 48 is a structure on which a ligand for capturing an analyte is immobilized.
  • the solid phase film formed on the SAM (Self-Assembled Monolayer) and the SAM. can be constituted by layers.
  • solid phase layer examples include glucose, carboxymethylated glucose, and vinyl esters, acrylic esters, methacrylic esters, olefins, styrenes, crotonic esters, itaconic diesters, malee, and the like.
  • hydrophilic polymers such as dextran and dextran derivatives and vinyl esters, acrylic esters, methacrylic esters, olefins, styrenes, crotonic esters, itaconic diesters, maleic diesters, fumaric acid Jie
  • the reaction space forming member 50 includes a well member 51 for temporarily storing the sample liquid, a flow path member 52 that can circulate the sample liquid to the reaction area 48a on the metal thin film 14, and the like. Can be used.
  • the well member 51 is a member for forming a reaction space 54 by configuring a wall of the reaction area 48 a so as to surround the reaction area 48 a on the metal thin film 14. For example, by injecting the sample liquid into the reaction space 54 using a pipette or the like, the analyte in the sample liquid reacts with the solid phase film 48 of the reaction layer 42, and the analyte enters the solid phase film 48. Will be captured.
  • the flow path member 52 forms a flow path 56 by the dielectric member 12 and the flow path member 52 so that the sample liquid circulates to the reaction area 48a. It is a member for doing.
  • a reaction space 54 is formed on the reaction area 48 a in the flow channel 56, and the analyte in the sample liquid and the solid phase film 48 of the reaction layer 42 are made to flow through the reaction space 54. As a result, the analyte is captured by the solid phase film 48.
  • the method for allowing the sample liquid to flow through the flow path 56 is not particularly limited, but a pump (not shown) is connected to both ends 56a and 56b of the flow path 56 so that the sample liquid can be unidirectionally passed.
  • the sample liquid may be circulated to the reaction area 48a by injecting the sample liquid from the end portion 56a of the flow path 56 using a pipette and sucking and discharging the sample liquid using the pipette. Also good.
  • the reaction efficiency between the analyte and the solid phase film is increased even with a small amount of sample liquid, and the detection accuracy of the analyte can be improved. it can.
  • reaction space forming member 50 (well member 51, flow path member 52) is not particularly limited, and examples thereof include various inorganic materials such as glass and ceramics, natural polymers, synthetic polymers, and the like. Can be used.
  • reaction area 48 a When the reaction area 48 a is covered with the reaction space forming member 50 as in the flow path member 52, it is necessary to use an optically transparent material so that the fluorescence 38 can be observed by the light detection means 40.
  • sample fluid examples include blood, serum, plasma, urine, nasal fluid, saliva, stool, body cavity fluid (spinal fluid, ascites, pleural effusion, etc.).
  • the analyte contained in the sample liquid is, for example, a nucleic acid (DNA, RNA, polynucleotide, oligonucleotide, PNA (peptide nucleic acid), which may be single-stranded or double-stranded, or the like, or Nucleosides, nucleotides and their modified molecules), proteins (polypeptides, oligopeptides, etc.), amino acids (including modified amino acids), carbohydrates (oligosaccharides, polysaccharides, sugar chains, etc.), lipids, or modified molecules thereof, Specific examples thereof include a complex, and may be a carcinoembryonic antigen such as AFP ( ⁇ -fetoprotein), a tumor marker, a signal transduction substance, a hormone, and the like, and is not particularly limited.
  • AFP ⁇ -fetoprotein
  • FIG. 10 is a schematic view schematically showing an outline of another example of the SPFS device which is an aspect of the optical specimen detection device of the present invention
  • the SPFS device 11 of this embodiment has basically the same configuration as the SPR device 10 shown in FIGS. 1 to 5 and the SPFS device 11 shown in FIGS.
  • the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the light projecting unit 20 is disposed on one side 12b below the dielectric member 12. However, in this embodiment, the one side 12b below the dielectric member 12 is disposed.
  • the light projection unit 20, the liquid crystal substrate 22, and the condenser lens 24 are disposed on one side above the dielectric member 12.
  • the light projecting unit 20 and the light detection means 40 can be arranged on the same side, so that the SPFS device 11 as a whole can be further downsized.
  • the position (transmission position 23) of the aperture 21 of the liquid crystal substrate 22 is moved from the transmission position 23a to the transmission position 23b, so that in the range from the incident angle ⁇ 1 to the incident angle ⁇ 2.
  • the relationship between the incident angle of the excitation light 26 and the light intensity of the fluorescence or scattered light can be measured, and the ATR condition can be measured.
  • FIG. 11 is a schematic view schematically showing an outline of still another example of the SPFS device which is an aspect of the optical specimen detection device of the present invention.
  • the SPFS device 11 of this embodiment has basically the same configuration and the same principle as the SPR device 10 shown in FIGS. 1 to 5 and the SPFS device 11 shown in FIGS.
  • the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a microlens array substrate 35 is provided between the light projecting unit 20 and the liquid crystal substrate 22.
  • the microlens array substrate 35 is irradiated on the liquid crystal substrate 22 with the density of the excitation light 26 irradiated from the light projecting unit 20 being increased.
  • the amount of the excitation light 26 irradiated on the metal thin film 14 formed on the upper surface 12 a of the dielectric member 12 can be increased, and the metal thin film It is possible to increase the intensity of surface plasmon light (dense wave) generated on the surface 14, and consequently increase the intensity of fluorescence excited by the surface plasmon light (dense wave).
  • the position (transmission position 23) of the aperture 21 of the liquid crystal substrate 22 is moved from the transmission position 23a to the transmission position 23b, so that in the range from the incident angle ⁇ 1 to the incident angle ⁇ 2.
  • the relationship between the incident angle of the excitation light 26 and the light intensity of the fluorescence or scattered light can be measured, and the ATR condition can be measured.
  • the fluorescent substance in the reaction layer 42 on the metal thin film 14 is efficiently excited, thereby increasing the amount of fluorescence 38 emitted from the fluorescent substance.
  • the light detection means 40 By receiving the fluorescence 38 by the light detection means 40 through the light collecting member 44 and the wavelength selection function member 46, it is possible to detect an analyte having a minute amount and / or an extremely low concentration.
  • the present invention is used to measure the condition for total reflection attenuation (ATR condition).
  • ATR condition the condition for total reflection attenuation
  • it can be used as an optical specimen detection device when changing the incident angle of excitation light, and can be used not only in SPR devices and SPFS devices but also in industrial fields such as optical inspection.
  • the present invention can be applied without being limited to any field, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
  • the present invention is, for example, a condition that attenuates total reflection (ATR condition) in a field that requires high-precision detection, such as a clinical test such as a blood test using surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS). It is possible to measure the incident angle (resonance angle) of the optimum excitation light that satisfies the above conditions with high accuracy and speed.
  • ATR condition a condition that attenuates total reflection
  • SPFS surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy

Abstract

[課題] 投光ユニットを回転移動させることなく、ＳＰＲ装置やＳＰＦＳ装置のＡＴＲ条件を測定することができ、振動ノイズなどの機械的ノイズの影響がなく高精度の測定ができるとともに、迅速に測定を行うことができる光学式検体検出装置を提供する。 [解決手段] 金属薄膜に誘電体部材を介して励起光を照射することで検体の検出を行う光学式検体検出装置であって、誘電体部材に入射させる励起光を集光する集光レンズと、集光レンズの前側焦点位置に配置された液晶基板と、液晶基板、集光レンズ、誘電体部材を介して金属薄膜に励起光を照射する投光ユニットとを備え、液晶基板は、液晶配向を変化させることによって、励起光の一部だけを透過させるアパーチャーを備えるように構成するとともに、液晶基板のアパーチャーの位置を移動することにより、金属薄膜に対する励起光の入射角を変更可能なように構成する。

Description

光学式検体検出装置
　本発明は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ；Surface Plasmon Resonance）測定装置、及び、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関する。
　従来、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。
　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。
　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分光測定装置（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。
　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。
　ところで、全反射減衰（ＡＴＲ）する条件は、金属薄膜表面に向かって光源より照射された励起光の金属薄膜表面に対する入射角を変えながら、金属薄膜表面で反射した反射光を受光部によって受光し、その反射光の光強度を測定したり、金属薄膜表面に発生した表面プラズモン光の光強度を測定したりすることによって求められる。
　従来、金属薄膜表面に対する励起光の入射角を変えるためには、例えば、特許文献１（特開２００４－６１２８６号公報）や特許文献２（特開２００７－５０１３９３号公報）などに開示されているように、ステッピングモーターや歯車列などを用いて、光源を含む投光ユニットを回動させる方法が用いられている。
　また、投光ユニットを回動させないで所定範囲の入射角度における反射光の光強度を測定する方法としては、例えば、図１２に示すように、光源１０２から照射される光として集光ビーム１０４を用いることで、同時に所定範囲の入射角度における反射光１０６の光強度を受光手段１０８で測定する方法も用いられている。
特開２００４－６１２８６号公報 特開２００７－５０１３９３号公報
　しかしながら、ステッピングモーターや歯車列などを用いて、投光ユニットを回動させる方法では、投光ユニット部の重量が大きくなるため、回動させること、特に鉛直方向に回動させることによって、重量負荷がかかり、振動ノイズなどが信号に混入してしまい、測定精度が低下する原因となる。
　このため、投光ユニットを回動させる方法では、回転速度を遅くすることによって、振動ノイズの発生を抑制しているため、測定速度を速くすることが困難であった。
　一方で、集光ビームを用いる方法では、同時に所定範囲の入射角度における反射光の光強度を測定することができるため、測定速度は速いが、受光部における１画素の受光素子が出力する受光信号は、所望の入射角度における反射光だけに起因する受光信号ではなく、所望の入射角度の前後の角度範囲における反射光までを含んだ平均的な受光信号であるため、測定精度が低かった。
　また、金属薄膜表面に表面プラズモン光（疎密波）を発生させるためには、ｐ偏光の励起光を金属薄膜に照射する必要があるため、投光ユニットから照射される光をｐ偏光化するために、投光ユニットと金属薄膜との間に偏光板を設ける必要があった。
　本発明では、このような現状に鑑み、投光ユニットを回転移動させることなく、ＳＰＲ装置やＳＰＦＳ装置のＡＴＲ条件を測定することができ、振動ノイズなどの機械的ノイズの影響がなく高精度の測定ができるとともに、迅速に測定を行うことができる光学式検体検出装置を提供する。
　さらに本発明では、少なくとも投光ユニット側に機械的駆動部品を使用せず、また、偏光板を用いる必要もなくなるため、光学式検体検出装置として、小型化、低コスト化が図れるとともに、機械的ノイズの影響を抑制でき、金属薄膜に照射する励起光の出力を安定させることができる光学式検体検出装置を提供する。
　本発明は、前述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、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光学式検体検出装置は、
　金属薄膜に誘電体部材を介して励起光を照射することで検体の検出を行う光学式検体検出装置であって、
　前記誘電体部材に入射させる励起光を集光する集光レンズと、
　前記集光レンズの前側焦点位置に配置された液晶基板と、
　前記液晶基板、前記集光レンズ、前記誘電体部材を介して前記金属薄膜に励起光を照射する投光ユニットと、を備え、
　前記液晶基板は、液晶配向を変化させることによって、励起光の一部だけを透過させるアパーチャーを備えるように構成するとともに、
　前記液晶基板のアパーチャーの位置移動することにより、前記金属薄膜に対する励起光の入射角を変更可能なように構成される。
　本発明によれば、投光ユニットを回転移動させる必要がなく、回転移動にともなう振動ノイズなどの機械的ノイズの影響を受けないため、高精度の測定を行うことができる。
　また、少なくとも投光ユニット側に機械的駆動部品を使用せず、また、偏光板を用いる必要もなくなるため、光学式検体検出装置として、小型化、低コスト化が図れるとともに、機械的ノイズの影響を抑制でき、金属薄膜に照射する励起光の出力を安定させることができる。
　さらには、少なくとも投光ユニット側を機械的駆動させる必要がなく、液晶基板を電気的に制御すればよいだけなので、振動ノイズなどの機械的ノイズの影響がなく、高精度、かつ、迅速にＡＴＲ条件の測定や検体検出を行うことができる。
図１は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＲ装置の概略を模式的に示す概略図である。 図２は、図１のＳＰＲ装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件（ＡＴＲ条件）を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。 図３は、液晶基板の構成を模式的に示す概略図である。 図４は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＲ装置の別の実施例における概略を模式的に示す概略図である。 図５は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＲ装置のさらに別の実施例における概略を模式的に示す概略図である。 図６は、本発明の光学式検体検出装置の別の態様であるＳＰＦＳ装置の概略を模式的に示す概略図である。 図７は、図６のＳＰＦＳ装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件（ＡＴＲ条件）を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。 図８は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＦＳ装置を用いて検体検出を行う場合の装置構成を模式的に表した概略図である。 図９は、反応空間形成部材の一例を説明するための概略構成図であって、図９（ａ）は、ウェル部材の例を示す概略構成図、図９（ｂ）は、流路部材の例を示す概略構成図である。 図１０は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＦＳ装置の別の実施例の概略を模式的に示す概略図である。 図１１は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＦＳ装置のさらに別の実施例の概略を模式的に示す概略図である。 図１２は、従来の光学式検体検出装置において所定範囲の入射角度における反射光の光強度を測定する方法を説明するための概略図である。
　以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいて、より詳細に説明する。
[実施例１]
１．ＳＰＲ装置の実施例
　図１は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＲ装置の概略を模式的に示す概略図、図２は、図１のＳＰＲ装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件（ＡＴＲ条件）を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。
１－１．ＳＰＲ装置の構成
　この実施例のＳＰＲ装置１０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１２と、この誘電体部材１２の水平な上面１２ａに形成された金属薄膜１４とからなるセンサーチップ１６を備えており、このセンサーチップ１６は、ＳＰＲ装置１０のセンサーチップ装填部１８に装填されている。
　また、誘電体部材１２の下方の一方の側面１２ｂの側には、図１に示すように、投光ユニット２０と、投光ユニット２０から照射される光を一部だけ透過させる液晶基板２２と、液晶基板２２を透過した光を平行光束とする集光レンズ２４が設けられている。
　また、誘電体部材１２の下方の他方の側面１２ｃの側には、励起光２６が金属薄膜１４によって反射された金属薄膜反射光２９を受光するための受光手段３０が備えられている。
　投光ユニット２０は、例えば、ＬＤ（Laser Diode；レーザーダイオード）やＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）、ＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプ（高輝度放電ランプ）などからなる光源２７と、光源２７から照射された光を平行光束とするコリメートレンズ２８とから構成されている。
　また、液晶基板２２は、図３に示すように、液晶層２２ｃを挟むように、２枚の偏光フィルタ２２ａ，２２ｅ及び透明電極２２ｂ，２２ｄを備えている。そして、投光ユニット２０から照射された光を一部だけ透過させるように、液晶層２２ｃの液晶配向を変化させるため、透明電極２２ｂ，２２ｄに対して外部から電圧を印加するように構成されている。
　なお、液晶基板２２は、所定の大きさの単位素子ごとに液晶層２２ｃの液晶配向を変化させる、すなわち、励起光２６を透過させるか否かを変化させることができるように、透明電極２２ｂ，２２ｄが構成されていることが好ましい。
　このように構成された液晶基板２２は、投光ユニット２０から照射された光を透過させるように、液晶層２２ｃの液晶配向を変化させた箇所がアパーチャーの役割を有している。本明細書においては、液晶基板２２の励起光２６を透過させる箇所を、液晶基板２２のアパーチャー２１と呼ぶ。アパーチャー２１の大きさ（直径）は、特に限定されるものではないが、励起光２６の波長に基づいて適宜決定することができる。
　具体的には、アパーチャー２１の大きさ（直径）ωは、下記式１によって求められる大きさとすることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　このようにアパーチャーの大きさ（直径）ωを調整することによって、所望の光束径で励起光２６を金属薄膜１４に照射することができ、外乱光が生じるのを抑制できるため、測定精度を向上させることができる。
　なお、液晶基板２２を透過した光がｐ偏光となるように、液晶基板２２を構成することが好ましい。このように構成することによって、投光ユニット２０と金属薄膜１４との間に、個別に偏光板を設ける必要がなくなる。
　また、液晶基板２２は、アパーチャー２１が集光レンズ２４の光軸に垂直な平面内で移動可能となるように構成されており、投光ユニット２０から照射された光を透過させる位置（以下、「透過位置２３」という）が変更可能となっている。
　なお、アパーチャー２１は、少なくとも金属薄膜１４に対して照射される励起光２６の照射角度が変更される方向、すなわち、図２においてＸ方向に直線移動可能に構成されていればよい。
　なお、本実施例においては、アパーチャー２１をＸ方向へ連続的に直線移動させるように構成しているが、これに限らず、例えば、Ｘ方向へ断続的に直線移動させるように、液晶基板２２の所定の位置のみをアパーチャー２１とするように構成することもできる。
　また、アパーチャー２１の移動は直線移動に限らず、曲線移動させたり、液晶基板２２のランダムな箇所にアパーチャー２１を位置するように構成することもでき、後述するように、金属薄膜１４に対して照射される励起光２６の入射角を適宜変更可能であれば特に限定されるものではない。
　液晶基板２２のアパーチャー２１の位置（透過位置２３）の調整は、例えば、液晶基板２２の透明電極２２ｂ，２２ｄに接続された液晶コントローラ（図示せず）によって、透明電極２２ｂ，２２ｄに電圧を印加する位置（すなわち、電圧を印加する単位素子）を制御することによって行われる。
　液晶基板２２を透過した励起光２６は、集光レンズ２４によって平行光束とされ、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射して、誘電体部材１２を介して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４に向かって照射されるようになっている。
　なお、液晶基板２２が配置される位置は、集光レンズ２４の焦点距離ｆ（前側焦点位置）と一致しており、また、投光ユニット２０から照射された励起光２６の主光軸（すなわち、集光レンズ２４の光軸に対して平行に照射される励起光の光軸）が、誘電体部材１２の上面１２ａの集光位置に照射されるように、誘電体部材１２と集光レンズ２４との距離が調整されている。
　このように構成することによって、投光ユニット２０を回転移動させることなく、後述するように、ＳＰＲ装置１０のＡＴＲ条件を測定することができ、液晶基板２２を電気的に制御すればよいだけなので、振動ノイズなどの機械的ノイズの影響がなく高精度の測定ができるとともに、迅速に測定を行うことができる。
　さらには、少なくとも投光ユニット２０側に機械的駆動部品を使用する必要がなくなり、また、液晶基板２２によって励起光をｐ偏光化することができるため、偏光板を個別に備える必要がなくなる。
　このため、ＳＰＲ装置１０として、小型化、低コストが図れるとともに、振動ノイズなど機械的ノイズの影響を抑制でき、金属薄膜に照射する励起光の出力を安定させることができる。
　このように構成されたＳＰＲ装置１０では、透過位置２３が集光レンズ２４の光軸に垂直な平面内で移動するとともに、受光手段３０が、金属薄膜反射光２９を受光するように、透過位置２３の移動に合わせて直線移動もしくは回転移動するようになっている。
　なお、受光手段３０を直線移動もしくは回転移動させる手段（図示せず）としては、例えば、ステッピングモーターやサーボモーターを使って制御したり、歯車列を使うこともできる。
　本実施例において、投光ユニット２０から照射される励起光２６としては、特に限定されるものではないが、波長２００～９００ｎｍ、０．００１～１，０００ｍＷの励起光が好ましく、更には、波長２３０～８００ｎｍ、０．０１～１００ｍＷの励起光が好ましい。
　また、光束径が拡がるのを抑制し、光束の平行性を向上させることができることから、励起光２６は、例えば、レーザー光などのコヒーレンスの高いコヒーレント光であることが好ましい。
　このように、励起光２６としてコヒーレント光を用いることによって、励起光２６の光束径が拡がるのを抑制し、光束の平行性を向上させることができ、測定精度を向上させることができる。
　また、誘電体部材１２としては、特に限定されるものではないが、光学的に透明な、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。
　また、この実施例では、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１２を用いたが、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１２の形状は、適宜変更可能である。
　また、この実施例では、集光レンズ２４を１枚のレンズとして構成しているが、複数のレンズを組み合わせて集光レンズ２４を構成してもよい。
　また、金属薄膜１４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、これら金属の合金から構成してもよい。
　すなわち、このような金属は、酸化に対して安定であり、かつ、後述するように、表面プラズモン光（疎密波）による電場増強が大きくなるので、金属薄膜１４として好適である。
　また、金属薄膜１４の形成方法としては、特に限定されるものではなく、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、無電解メッキ法などが挙げられる。好ましくは、スパッタリング法、蒸着法を使用するのが、薄膜形成条件の調整が容易であるので望ましい。
　さらに、金属薄膜１４の厚さとしては、特に限定されるものではないが、好ましくは、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の範囲内であるのが望ましい。
　なお、後述する電場増強効果の観点からは、より好ましい金属薄膜１４の厚さとしては、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の範囲内であるのが望ましい。
　金属薄膜１４の厚さが上記範囲内であれば、後述する表面プラズモン光（疎密波）が発生し易く好適である。また、このような厚さを有する金属薄膜１４であれば、大きさ（縦×横）の寸法、形状は、特に限定されない。
　また、金属薄膜１４の上面形状は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。
　なお、本実施例では、誘電体部材１２と金属薄膜１４とからなるセンサーチップ１６を、ＳＰＲ装置１０のセンサーチップ装填部１８に装填するようにしているが、これに限らず、ＳＰＲ装置１０のセンサーチップ装填部１８に固定された誘電体部材１２上に、金属薄膜１４が形成された誘電体薄膜を載置することで、本実施例のような構成とすることもできる。
１－２．ＡＴＲ条件の測定方法について
　このように構成される本実施例のＳＰＲ装置１０を用いた、ＡＴＲ条件の測定方法について、以下に説明する。
　先ず、投光ユニット２０から励起光２６を照射して、透過位置２３ａにおいて液晶基板２２を透過させる。液晶基板２２を透過した励起光２６は、集光レンズ２４を介し、平行光束とされ、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射させる。このとき、励起光２６は、誘電体部材１２を介して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４に向かって、入射角α１で照射されることになる。
　一方、金属薄膜１４表面で反射された金属薄膜反射光２９は、反射角α１で誘電体部材１２を介して、誘電体部材１２の他方の側面１２ｃから出射されて、受光手段３０によって受光し金属薄膜反射光２９の光強度が測定される。
　液晶基板２２の透過位置２３を、透過位置２３ａから透過位置２３ｂまで、集光レンズ２４の光軸に垂直な平面内で移動させることによって、金属薄膜１４に対する励起光２６の入射角を入射角α１から入射角α２まで変化させながら、金属薄膜反射光２９を受光手段３０によって受光し、金属薄膜反射光２９の光強度を測定する。
　すなわち、入射角α１から入射角α２までの範囲において、励起光２６の入射角と金属薄膜反射光２９の光強度の関係を測定することができ、ＡＴＲ条件の測定を行うことができる。
　ＡＴＲ条件において、励起光２６を金属薄膜１４に照射すると、金属薄膜１４上に表面プラズモン光（疎密波）が生じる。このとき、励起光２６と金属薄膜１４中の電子振動とがカップリングし、金属薄膜反射光２９の光強度が変化（光量が減少）することとなるため、受光手段３０で受光される金属薄膜反射光２９の光強度が変化（例えば、光量が最も減少）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。
[実施例２]
２．ＳＰＲ装置の別の実施例
　図４は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＲ装置の別の実施例における概略を模式的に示す概略図である。
　この実施例のＳＰＲ装置１０は、図１～３に示したＳＰＲ装置１０と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　この実施例では、集光レンズ２４の直前に第２の液晶基板３２が設けられている。
　第２の液晶基板３２は、液晶基板２２と同様な構成となっており、液晶基板２２を透過した励起光２６の光束径（励起光２６の直径）を調整する役割を有している。
　このように励起光２６の光束径を調整することによって、測定精度に悪い影響を与える回折光を遮断し、測定精度を向上させることができる。
　なお、本実施例において、液晶基板２２のアパーチャー２１の大きさ（直径）は特に限定されず、ピンホール程度の小さなアパーチャー２１であっても構わない。
　また、第２の液晶基板３２のアパーチャー３３の大きさ（直径）も、特に限定されるものではないが、励起光２６の波長に基づいて実施例１と同様に適宜決定することができる。
　さらに、この実施例では、誘電体部材１２の下方の他方の側面側で、誘電体部材１２と受光手段３０との間に、金属薄膜反射光２９を集光して、受光手段３０に照射するための反射光集光レンズ３１が設けられている。
　このように構成することで、反射光集光レンズ３１によって金属薄膜反射光２９が受光手段３０に集められるため、受光手段３０を動かす必要がなくなり、受光手段３０の移動にともなう振動ノイズなどの機械的ノイズを抑制することができ、高精度、かつ、迅速にＡＴＲ条件の測定や検体検出を行うことができる。
　さらに、液晶基板２２を透過した励起光２６の光束径を調整することができ、測定精度に悪い影響を与える回折光を遮断し、測定精度を向上させることができる。
　このように構成したＳＰＲ装置１０でも、液晶基板２２のアパーチャー２１の位置（透過位置２３）を、透過位置２３ａから透過位置２３ｂまで、集光レンズ２４の光軸に垂直な平面内で移動させることによって、金属薄膜１４に対する励起光２６の入射角を入射角α１から入射角α２まで変化させて、ＡＴＲ条件の測定を高い精度で、かつ、迅速に行うことができる。
[実施例３]
３．ＳＰＲ装置の別の実施例
　図５は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＲ装置のさらに別の実施例における概略を模式的に示す概略図である。
　この実施例のＳＰＲ装置１０は、図１～４に示したＳＰＲ装置１０と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　図１～４に示したＳＰＲ装置１０では、集光レンズ２４と誘電体部材１２とが離間して配置されていたが、この実施例では、集光レンズ２４が誘電体部材１２の下方の一方の側面１２ｂに接着され、一体化構造となっている。
　このように構成することによって、投光ユニット２０を誘電体部材１２に近づけることができ、ＳＰＲ装置１０の小型化を図ることができる。
　なお、集光レンズ２４と誘電体部材１２とを一体化する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、光学的に透明な接着剤などを用いて集光レンズ２４と誘電体部材１２を接着すればよい。
　この実施例の場合、集光レンズ２４と誘電体部材１２とは、屈折率が異なる素材によって形成されていてもよいが、屈折率差が小さい方が両者の界面での反射ロスを低減できるため好ましい。
　このように構成したＳＰＲ装置１０においても、液晶基板２２のアパーチャー２１の位置（透過位置２３）を、透過位置２３ａから透過位置２３ｂまで、集光レンズ２４の光軸に垂直な平面内で移動させることによって、金属薄膜１４に対する励起光２６の入射角を入射角α１から入射角α２まで変化させて、ＡＴＲ条件の測定を高い精度で、かつ、迅速に行うことができる。
[実施例４]
４．ＳＰＦＳ装置の実施例
　図６は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＦＳ装置の概略を模式的に示す概略図、図７は、図６のＳＰＦＳ装置において、金属薄膜表面で全反射減衰する条件（ＡＴＲ条件）を探索する際の光の進行方向を模式的に表した模式図である。
４－１．ＳＰＦＳ装置の構成
　この実施例のＳＰＦＳ装置１１は、図１～５に示したＳＰＲ装置１０と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　ＳＰＦＳ装置１１では、金属薄膜１４上に発生した表面プラズモン光（疎密波）により励起された蛍光の強度を測定するため、金属薄膜１４の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層３４が形成されている。
　そして、誘電体部材１２と、金属薄膜１４と、蛍光物質層３４とで、測定部材３６が構成されている。
　なお、蛍光物質層３４を構成する蛍光物質としては、所定の励起光を照射するか、または電界効果を利用することで励起し、蛍光を発する物質であれば、特に限定されない。なお、本明細書において、「蛍光」とは、燐光など各種の発光も含まれる。
　また、測定部材３６の上方には、金属薄膜１４上に発生した表面プラズモン光（疎密波）によって励起された蛍光物質層３４から発生する蛍光３８を受光する光検出手段４０が設けられている。
　光検出手段４０としては、特に限定されるものではないが、例えば、超高感度の光電子増倍管や、多点計測が可能なＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどを用いることができる。
　このように構成することによって、投光ユニット２０を回転移動させることなく、後述するように、ＳＰＦＳ装置１１のＡＴＲ条件を測定することができ、液晶基板２２を電気的に制御すればよいだけなので、振動ノイズなどの機械的ノイズの影響がなく高精度の測定ができるとともに、迅速に測定を行うことができる。
　さらには、少なくとも投光ユニット２０側に機械的駆動部品を使用する必要がなくなり、また、液晶基板２２によって励起光をｐ偏光化することができるため、偏光板を個別に備える必要がなくなる。
　このため、ＳＰＦＳ装置１１として、小型化、低コストが図れるとともに、振動ノイズなど機械的ノイズの影響を抑制でき、金属薄膜に照射する励起光の出力を安定させることができる。
４－２．ＡＴＲ条件の測定方法について
　このように構成される本実施例のＳＰＦＳ装置１１を用いた、ＡＴＲ条件の測定方法について、以下に説明する。
　先ず、投光ユニット２０から励起光２６を照射して、透過位置２３ａにおいて液晶基板２２を透過させる。液晶基板２２を透過した励起光２６は、集光レンズ２４を介し、平行光束とされ、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射させる。このとき、励起光２６は、誘電体部材１２を介して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４に向かって、入射角α１で照射されることになる。
　一方、光検出手段４０によって、蛍光物質層３４から発生する蛍光３８の光強度、すなわち、金属薄膜１４上に発生した表面プラズモン光（疎密波）の強度が測定される。
　液晶基板２２の透過位置２３を、透過位置２３ａから透過位置２３ｂまで、集光レンズ２４の光軸に垂直な平面内で移動させることによって、金属薄膜１４に対する励起光２６の入射角を入射角α１から入射角α２まで変化させながら、蛍光３８を光検出手段４０によって受光し、蛍光３８の光強度（表面プラズモン光（疎密波）の強度）を測定する。
　すなわち、入射角α１から入射角α２までの範囲において、励起光２６の入射角と蛍光３８の光強度の関係を測定することができ、ＡＴＲ条件の測定を行うことができる。
　ＡＴＲ条件において、励起光２６を金属薄膜１４に照射すると、金属薄膜１４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３８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４０で受光する蛍光３８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。
　また、本実施例においては、蛍光物質層３４の蛍光物質が表面プラズモン光（疎密波）によって励起されて発生した蛍光３８を光検出手段４０によって測定しているが、蛍光物質層３４の代わりに、電場増強度測定用部材として光散乱物質層を設けることによって、散乱光を光検出手段４０によって測定するように構成してもよい。
　この場合、光散乱物質層を構成する光散乱物質としては、例えば、金コロイド、酸化チタン、シリコン、ＳｉＯ2（ガラス）などの微粒子を用いることができる。
　蛍光物質層３４の代わりに光散乱物質層を設ける場合であっても、同様に、透過位置２３を透過位置２３ａから透過位置２３ｂまで移動させることによって、入射角α１から入射角α２までの範囲において、励起光２６の入射角と散乱光の光強度の関係を測定することができ、ＡＴＲ条件の測定を行うことができる。
４－３．検体検出時の装置構成について
　上述するように構成された本実施例のＳＰＦＳ装置１１を用いて、検体の検出を行う場合には、図８に示すように、電場増強度測定用部材の代わりに反応層４２が形成され、この反応層４２で生じた蛍光３８を光検出手段４０によって受光し、その蛍光強度を測定することになる。
　なお、反応層４２と光検出手段４０との間には、光を効率よく集光するための集光部材４４と、蛍光３８のみ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４６が設けられている。
　集光部材４４としては、光検出手段４０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。
　また、波長選択機能部材４６としては、光学フィルタ、カットフィルタなどを用いることができる。
　光学フィルタとしては、減光（ＮＤ）フィルタ、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（励起光を起源とし、センサーチップ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であって、例えば、干渉フィルタ、色フィルタなどが挙げられる。
　そして、このようなＳＰＦＳ装置１１の使用時において、金属薄膜１４上に形成された反応層４２に、例えば、あらかじめ蛍光物質で標識されたアナライトを捕捉させ、この状態で、投光ユニット２０より誘電体部材１２内に照射された励起光２６が、上述するようにして求められたＡＴＲ条件を満たす入射角（共鳴角）で、金属薄膜１４に入射することで、金属薄膜１４上に表面プラズモン光（疎密波）が発生することになる。
　この表面プラズモン光（疎密波）により、金属薄膜１４上の反応層４２内のアナライトを標識する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３８の光量が増大し、この蛍光３８を集光部材４４および波長選択機能部材４６を介して光検出手段４０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。
　なお、反応層４２としては、蛍光物質で標識されたアナライトを捕捉するための固相膜４８と、この固相膜４８上に蛍光物質で標識されたアナライトを含有する検体液を導入するための反応空間形成部材５０とから構成することができる。
　固相膜４８は、アナライトを捕捉するためのリガンドが固定化されるものであって、例えば、ＳＡＭ（Self-Assembled Monolayer；自己組織化単分子膜）及びＳＡＭ上に形成された固相化層によって構成することができる。
　なお、固相化層としては、例えば、グルコース，カルボキシメチル化グルコース，ならびにビニルエステル類，アクリル酸エステル類，メタクリル酸エステル類，オレフィン類，スチレン類，クロトン酸エステル類，イタコン酸ジエステル類，マレイン酸ジエステル類，フマル酸ジエステル類，アリル化合物類，ビニルエーテル類およびビニルケトン類それぞれに包含される単量体からなる群より選択される少なくとも１種の単量体から構成される高分子を含むことが好ましく、デキストランおよびデキストラン誘導体などの親水性高分子ならびにビニルエステル類，アクリル酸エステル類，メタクリル酸エステル類，オレフィン類，スチレン類，クロトン酸エステル類，イタコン酸ジエステル類，マレイン酸ジエステル類，フマル酸ジエステル類，アリル化合物類，ビニルエーテル類およびビニルケトン類それぞれに包含される疎水性単量体から構成される疎水性高分子を含むことがより好ましく、カルボキシメチルデキストラン（ＣＭＤ）などのデキストランが生体親和性、非特異的な吸着反応の抑制性、高い親水性の観点から特に好適である。
　また、反応空間形成部材５０としては、検体液を一時的に貯留するためのウェル部材５１や、検体液を金属薄膜１４上の反応エリア４８ａに対して循環させることができる流路部材５２などを用いることができる。
　ウェル部材５１は、図９（ａ）に示すように、金属薄膜１４上の反応エリア４８ａを囲繞するように反応エリア４８ａの壁を構成し、反応空間５４を形成するための部材である。
　この反応空間５４に、例えば、ピペットなどを用いて検体液を注入することによって、検体液中のアナライトと反応層４２の固相膜４８とが反応して、固相膜４８にアナライトが捕捉されることになる。
　また、流路部材５２は、図９（ｂ）に示すように、誘電体部材１２と流路部材５２とによって流路５６を形成し、検体液が反応エリア４８ａに対して循環するように構成するための部材である。
　すなわち、流路５６内の反応エリア４８ａ上が反応空間５４となっており、この反応空間５４に検体液を流通させることによって、検体液中のアナライトと反応層４２の固相膜４８とが反応して、固相膜４８にアナライトが捕捉されることになる。
　なお、流路５６に検体液を流通させる方法としては、特に限定されるものではないが、流路５６の両端部５６ａ，５６ｂにポンプ（図示せず）を接続して、検体液を一方向に循環させてもよいし、流路５６の端部５６ａからピペットを用いて検体液を注入するとともに、ピペットによって検体液を吸排することによって、反応エリア４８ａに対して検体液を往復移動させてもよい。
　特に、反応エリア４８ａに対して検体液を往復移動させることによって、少量の検体液であっても、アナライトと固相膜との反応効率が高くなり、アナライトの検出精度を向上させることができる。
　また、このような反応空間形成部材５０（ウェル部材５１、流路部材５２）の材料としては、特に限定されるものではなく、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、合成ポリマーなどを用いることができる。
　なお、流路部材５２のように反応エリア４８ａを反応空間形成部材５０によって覆う場合には、光検出手段４０によって蛍光３８を観測可能なように、光学的に透明な材料を用いる必要がある。
　なお、このような検体液としては、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。
　また、検体液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。
[実施例５]
５．ＳＰＦＳ装置の別の実施例
　図１０は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＦＳ装置の別の実施例における概略を模式的に示す概略図である。
　この実施例のＳＰＦＳ装置１１は、図１～５に示したＳＰＲ装置１０及び図６～９に示したＳＰＦＳ装置１１と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　実施例１～４では、投光ユニット２０を誘電体部材１２の下方の一方の側面１２ｂの側に配置していたが、この実施例では、誘電体部材１２の下方の一方の側面１２ｂの側に反射鏡３７を配置し、投光ユニット２０、液晶基板２２、集光レンズ２４は誘電体部材１２の上方の一方の側方に配置されている。
　このように構成することによって、投光ユニット２０と光検出手段４０を同じ側に配置することができるため、ＳＰＦＳ装置１１全体として、さらに小型化を図ることができる。
　このように構成されたＳＰＦＳ装置１１においても、液晶基板２２のアパーチャー２１の位置（透過位置２３）を透過位置２３ａから透過位置２３ｂまで移動させることによって、入射角α１から入射角α２までの範囲において、励起光２６の入射角と蛍光や散乱光の光強度の関係を測定することができ、ＡＴＲ条件の測定を行うことができる。
　また、検体検出に用いる場合であっても、上述するように、金属薄膜１４上の反応層４２内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３８の光量が増大し、この蛍光３８を集光部材４４および波長選択機能部材４６を介して光検出手段４０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。
[実施例６]
６．ＳＰＦＳ装置の別の実施例
　図１１は、本発明の光学式検体検出装置の一態様であるＳＰＦＳ装置のさらに別の実施例における概略を模式的に示す概略図である。
　この実施例のＳＰＦＳ装置１１は、図１～５に示したＳＰＲ装置１０及び図６～１０に示したＳＰＦＳ装置１１と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　この実施例のＳＰＦＳ装置１１では、投光ユニット２０と液晶基板２２との間にマイクロレンズアレイ基板３５を備えている。
　マイクロレンズアレイ基板３５は、投光ユニット２０から照射された励起光２６の密度を高めて液晶基板２２に照射されることになる。
　このようにマイクロレンズアレイ基板３５によって励起光２６の密度を高めることによって、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４に照射される励起光２６の光量を高めることができ、金属薄膜１４上に発生する表面プラズモン光（疎密波）の強度を高め、ひいては、表面プラズモン光（疎密波）によって励起された蛍光の強度も高めることができる。
　このように構成されたＳＰＦＳ装置１１においても、液晶基板２２のアパーチャー２１の位置（透過位置２３）を透過位置２３ａから透過位置２３ｂまで移動させることによって、入射角α１から入射角α２までの範囲において、励起光２６の入射角と蛍光や散乱光の光強度の関係を測定することができ、ＡＴＲ条件の測定を行うことができる。
　また、検体検出に用いる場合であっても、上述するように、金属薄膜１４上の反応層４２内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３８の光量が増大し、この蛍光３８を集光部材４４および波長選択機能部材４６を介して光検出手段４０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。
　以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、全反射減衰する条件（ＡＴＲ条件）を測定するために用いているが、光学式検体検出装置として、励起光の入射角を変える場合に用いることができ、さらには、ＳＰＲ装置やＳＰＦＳ装置に限らず、例えば、光学検査のような工業分野などにおいても使用可能であり、何ら分野を限定されず適用可能であり、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　本発明は、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野において、全反射減衰する条件（ＡＴＲ条件）を満たした最適な励起光の入射角（共鳴角）を高精度かつ迅速に測定することができる。
１０　　　ＳＰＲ装置
１１　　　ＳＰＦＳ装置
１２　　　誘電体部材
１２ａ　　上面
１２ｂ　　側面
１２ｃ　　側面
１３　　　界面
１４　　　金属薄膜
１６　　　センサーチップ
１８　　　センサーチップ装填部
２０　　　投光ユニット
２１　　　アパーチャー
２２　　　液晶基板
２２ａ，２２ｅ　　偏光フィルタ
２２ｂ，２２ｄ　　透明電極
２２ｃ　　液晶層
２３　　　透過位置
２３ａ　　透過位置
２３ｂ　　透過位置
２４　　　集光レンズ
２６　　　励起光
２７　　　光源
２８　　　コリメートレンズ
２９　　　金属薄膜反射光
３０　　　受光手段
３１　　　反射光集光レンズ
３２　　　第２の液晶基板
３３　　　アパーチャー
３４　　　蛍光物質層
３５　　　マイクロレンズアレイ基板
３６　　　測定部材
３７　　　反射鏡
３８　　　蛍光
４０　　　光検出手段
４２　　　反応層
４４　　　集光部材
４６　　　波長選択機能部材
４８　　　固相膜
４８ａ　　反応エリア
５０　　　反応空間形成部材
５１　　　ウェル部材
５２　　　流路部材
５４　　　反応空間
５６　　　流路
５６ａ，５６ｂ　　端部
１０２　　光源
１０４　　集光ビーム
１０６　　反射光
１０８　　受光手段

Claims (13)

  1. 　金属薄膜に誘電体部材を介して励起光を照射することで検体の検出を行う光学式検体検出装置であって、
    　前記誘電体部材に入射させる励起光を集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズの前側焦点位置に配置された液晶基板と、
    　前記液晶基板、前記集光レンズ、前記誘電体部材を介して前記金属薄膜に励起光を照射する投光ユニットと、を備え、
    　前記液晶基板は、液晶配向を変化させることによって、励起光の一部だけを透過させるアパーチャーを備えるように構成するとともに、
    　前記液晶基板のアパーチャーの位置を移動することにより、前記金属薄膜に対する励起光の入射角を変更可能なように構成されている光学式検体検出装置。
  2. 　前記液晶基板と前記集光レンズとの間に、第２の液晶基板を備える請求項１に記載の光学式検体検出装置。
  3. 　前記誘電体部材の下方の一方の側面側に、前記投光ユニットから照射された励起光を、前記金属薄膜に照射するための反射鏡をさらに備え、
    　前記投光ユニットと前記液晶基板と前記集光レンズとが、前記誘電体部材の上方の一方の側方に配置される請求項１または２に記載の光学式検体検出装置。
  4. 　前記投光ユニットと前記液晶基板との間に、マイクロレンズアレイ基板を備える請求項１から３のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
  5. 　前記投光ユニットから照射される励起光が、コヒーレント光であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
  6. 　前記アパーチャーの大きさが、下記式１によって求められる大きさである請求項１から５のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  7. 　前記金属薄膜の励起光が入射される面側とは反対の面側から出射された光を検出する光検出手段が設けられるとともに、
    　前記金属薄膜上に、電場増強度測定用部材が配置され、
    　前記励起光を前記金属薄膜に照射した際に発生する表面プラズモン光によって、前記電場増強度測定用部材が励起され発生した光を、前記光検出手段によって測定するように構成されている請求項１から６のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
  8. 　前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質である請求項７に記載の光学式検体検出装置。
  9. 　前記電場増強度測定用部材が、光散乱物質である請求項７に記載の光学式検体検出装置。
  10. 　前記金属薄膜の励起光が入射される面側とは反対の面側から出射された光を検出する光検出手段が設けられるとともに、
    　前記金属薄膜上に、蛍光物質で標識されたアナライトが捕捉される反応層が配置され、
    　前記反応層に、前記蛍光物質で標識されたアナライトが捕捉された状態で、前記励起光を前記金属薄膜に照射した際に発生する表面プラズモン光によって、前記蛍光物質が励起され発生した蛍光を、前記光検出手段によって測定するように構成されている請求項１から６のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
  11. 　前記金属薄膜によって反射された励起光を受光する受光手段が設けられている請求項１から１０のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
  12. 　前記誘電体部材と前記受光手段との間に、前記金属薄膜によって反射された励起光を集光して前記受光手段に照射するための反射光集光レンズを備える請求項１１に記載の光学式検体検出装置。
  13. 　前記誘電体部材と、前記集光レンズとを一体化した構造とする請求項１から１２のいずれかに記載の光学式検体検出装置。
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