WO2014178384A1 - 標的物質検出装置及び標的物質の検出方法 - Google Patents

標的物質検出装置及び標的物質の検出方法 Download PDF

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WO2014178384A1
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detection
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detected
reflected light
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横山　景介
古川　秀樹
暢子 奥谷
邦彦 笹尾
寿明 小口
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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
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length

Definitions

  • the present invention relates to a target substance detection apparatus and target substance detection method for detecting a target substance.
  • Biosensors using photonic crystals are known as means for detecting target substances such as proteins and cells and measuring concentrations (for example, Non-Patent Document 1).
  • the biosensor described in Non-Patent Document 1 irradiates light on a photonic crystal substrate on which a gold thin film is formed, and measures a change in the wavelength peak of reflected light reflected by the photonic crystal substrate.
  • the target substance is detected or the concentration of the target substance is measured.
  • the detection value of the target substance described in Non-Patent Document 1 is evaluated using the absolute value at the time of measurement.
  • the detection value of the target substance includes effects such as individual sensor differences, the number of molecules on the substrate, and individual activity differences of molecules on the substrate or molecules to be reacted. Therefore, it is desired that the detection value of the target substance varies for each biosensor (target substance capturing unit) and the reliability of the detection value of the target substance is ensured.
  • a target substance detection device has a reflection surface that captures a target substance, a target substance capturing unit that reflects light irradiated on the reflection surface, and the reflection A light detection unit that detects reflected light reflected by the surface, and a control unit that obtains the concentration of the target substance, wherein the control unit detects the target substance of the solution to be detected that is detected by the light detection unit. Based on the detection value of the reflected light reflected by the captured reflecting surface and the detection value of the reflected light reflected by the reflecting surface where the target substance of the standard solution having a known concentration of the target substance is captured Then, the concentration of the target substance contained in the solution to be detected is obtained.
  • the target substance detection device can reduce the influence of individual sensor differences and increase the reliability of the detection value. As a result, the target substance detection device can detect the target substance with high accuracy.
  • the light detection unit detects the reflected light reflected by the reflection surface on which the target substance of the solution to be detected is captured, and then captures the target substance of the standard solution. It is preferable to detect the reflected light reflected by the reflecting surface. For this reason, even if the same substrate is used for the target substance detection device, the number of molecules on the substrate, the individual differences in the activity of the molecules on the substrate or the molecules to be reacted are different between the detection of the detection solution and the standard solution. There is a correlation with detection. Since the concentration of the standard solution is known, the number of molecules on the substrate, the number of molecules on the substrate, or the activity individual difference of the molecule to be reacted, etc.
  • the target substance detection device can reduce the influence of variation due to measurement and increase the reliability of the detection value. As a result, the target substance detection device can detect the target substance with high accuracy.
  • the concentration of the target substance contained in the standard solution is preferably larger than the concentration of the target substance contained in the solution to be detected.
  • the control unit is reflected by the reflection reference surface where the target substance included in the solution to be detected and the extreme reference wavelength of the reflected light before the target substance is captured and the target solution are captured.
  • the target substance detection device can increase the reliability of the detection value by identifying the measurement value by grasping the shift amount of the extreme wavelength and reducing the variation due to the measurement. As a result, the target substance detection device can detect the target substance with high accuracy.
  • a target substance detection method includes a step of irradiating light on a reflective surface, detecting reflected light reflected by the reflective surface, and a target included in the solution to be detected.
  • a concentration calculating step for determining the concentration of the target substance contained in the solution to be detected based on the detected value detected.
  • This detection method makes it possible to grasp errors such as individual sensor differences included in the detection value of the target substance contained in the standard solution since the concentration of the standard solution is known. For this reason, by offsetting the error contained in the detection value of the target substance contained in the detection target solution, the target substance detection method can reduce the influence of individual sensor differences and increase the reliability of the detection value. . As a result, the target substance detection method can detect the target substance with high accuracy.
  • the present invention it is possible to provide a target substance detection apparatus and a target substance detection method capable of improving the dimensional accuracy of the reflecting surface of the photonic crystal and detecting the target substance with high accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a target substance detection device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a mode of changing the solution to be detected in the target substance detection apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a photonic crystal biosensor.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the flow path of the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 5 is a perspective view of the target substance capturing device.
  • FIG. 6 is a plan view of the target substance capturing device.
  • FIG. 7 is a view showing an AA cross section in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of the AA cross section in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a method for manufacturing a photonic crystal.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a target substance detection device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a mode of changing the solution to be detected in the target substance detection apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a photonic crystal
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing a photonic crystal.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a method for manufacturing a photonic crystal.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the principle of a photonic crystal biosensor.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example in which the light detection unit of the target substance detection device irradiates light to the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 16 is a flowchart of the target substance detection method according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the intensity of the extreme value of reflected light and the wavelength.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the wavelength shift amount ⁇ at the extreme value of the intensity of the reflected light and the concentration DN of avidin fixed with biotin on the reflection surface of the photonic crystal.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the relationship between the first wavelength shift amount and the second wavelength shift amount at the extreme value of the intensity of the reflected light.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 22 is a flowchart of the target substance detection method according to the second embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating the principle of a photonic crystal biosensor.
  • FIG. 24 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 25 is a diagram for explaining the principle of the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a relationship between the first wavelength shift amount and the second wavelength shift amount at the extreme value of the intensity of the reflected light.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating variations in evaluation examples.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a target substance detection device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a mode of changing the solution to be detected in the target substance detection apparatus of FIG.
  • the target substance detection device 10 includes a photonic crystal biosensor (target substance capturing unit) 11, a light detection unit 12, a control unit 13, a pump 71, a switching valve 72, and a solution to be detected according to the present embodiment.
  • a tank 73, a standard solution tank 74, and a waste liquid tank 75 are included. As shown in FIG.
  • the switching valve 72 is, for example, an electromagnetic valve, and is connected to the pump 71 by selecting the input port Ca of the tank 73 to be detected by a solenoid that responds to a command from the control unit 13.
  • the detected solution Wi is supplied to the output port Cb.
  • the switching valve 72 selects the input port Cs of the standard solution tank 74 by the solenoid responding to the command of the control unit 13, and supplies the standard solution Ws to the output port Cb connected to the pump 71. Supply.
  • the pump 71 sucks the detected solution Wi or the standard solution Ws from one of the detected solution tank 73 and the standard solution tank 74 selected by the switching valve 72, and discharges the detected solution Wi or the standard solution Ws to the inlet 23P of the photonic crystal biosensor 11. To do.
  • the solution to be detected Wi or the standard solution Ws passes through the flow path portion 24f in the photonic crystal biosensor 11, and is discharged from the outlet 23Q to the waste liquid tank 75 through the discharge path Cc to become the discharged solution Ww.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a photonic crystal biosensor.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the flow path of the photonic crystal biosensor.
  • the photonic crystal biosensor 11 includes a target substance capturing device 21, an upper plate 22, a lower plate 23, and a flow path plate 24.
  • the flow path plate 24 is sandwiched between the upper plate 22 and the lower plate 23.
  • the flow path plate 24 is provided with a flow path portion 24 f that penetrates the flow path plate 24.
  • the target substance capturing device 21 is sandwiched between the flow path plate 24 and the lower plate 23, and the reflection surface of the target substance capturing apparatus 21 is exposed to the flow path portion 24f.
  • the flow path portion 24 f is a space sealed by the inner walls of the upper plate 22, the lower plate 23, and the flow path plate 24.
  • the lower plate 23 is provided with an inflow port 23P and an outflow port 23Q that pass therethrough.
  • the shape of the flow path portion 24f is not limited to a cylindrical shape, and may be any other shape as long as the liquid can be held inside the flow path portion 24f.
  • its diameter and the like are various diameters according to the type of combination of the antibody 34 and the antigen 36, the required measurement accuracy, or the optical system of the reflected light detector. Can do.
  • the flow path section 24f is 5 mm to 50 mm in length, 1 mm to 10 mm in width, and 0.01 mm to 1 mm in height in consideration of the operation when adsorbing the antigen 36 to the antibody 34 and the convenience of handling. Is preferred.
  • the material of the upper plate 22 and the lower plate 23 is not particularly limited.
  • the upper plate 22 is a cover member that closes the flow path portion 24f, and is provided on the light incident side. More preferably, the upper plate 22 has less absorption of light having a wavelength at the extreme value of the intensity of reflected light.
  • the material of the upper plate 22 is preferably quartz (silica) or the like when measured with reflected light from the visible light region to the ultraviolet region.
  • the photonic crystal biosensor 11 can measure the reflected light more accurately in a state where the solution is filled by filling the channel portion 24f with the solution to be detected Wi or the standard solution Ws.
  • the light detection unit 12 illustrated in FIG. 1 includes a light source 51, a measurement probe 52, a light detection device 53, a first optical fiber 54, a second optical fiber 55, and a collimator lens 56.
  • the light source 51 and the measurement probe 52 are optically connected by a first optical fiber 54.
  • the measurement probe 52 and the light detection device 53 are optically connected by a second optical fiber 55.
  • a control device that is connected to the light source 51 and the light detection device 53 and that controls the light source 51 and processes a signal from the light detection device 53 may be provided.
  • the control unit 13 obtains the extreme wavelength of the reflected light detected by the light detection unit 12. At the same time, the control unit 13 detects at least the presence or absence of the target substance (for example, the antigen 36 shown in FIGS. 14, 15, etc.) based on the obtained wavelength shift (wavelength shift amount) of the extreme value.
  • the control unit 13 is, for example, a microcomputer, and includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a storage unit.
  • the CPU implements various arithmetic functions by executing programs stored in the ROM or the storage unit while using the RAM as a work area.
  • control part 13 can obtain
  • FIG. 5 is a perspective view of the target substance capturing device.
  • FIG. 6 is a plan view of the target substance capturing device.
  • FIG. 7 is a view showing a cross section taken along the line AA in FIG. 6, and shows a cross section when the target substance capturing structure 25 is cut along a plane orthogonal to the surface 27 of the target substance capturing structure 25 as the main body of the photonic crystal.
  • Show. 5 to 7 are diagrams schematically showing the thickness, size, and the like of components constituting the target substance capturing device 21 are different from actual ones. The same applies to this embodiment and other embodiments described later.
  • the target substance capturing device 21 includes a target substance capturing structure 25 and a metal film 26.
  • a reflective surface 29 in which cylindrical concave portions (hereinafter simply referred to as concave portions) 28 ⁇ / b> A are periodically formed on the surface 27 of the target substance capturing structure 25 is covered with a metal film 26.
  • a photonic crystal has a reflective surface in which concave portions with a predetermined depth or convex portions with a predetermined height are periodically formed on the surface, and when the reflective surface is irradiated with light of a specific wavelength (parallel light), the reflection It is a structure from which light can be obtained.
  • a structure that obtains reflected light of a specific wavelength when light is irradiated onto a reflective surface having concave portions or convex portions formed periodically on the surface is generally called a photonic crystal.
  • a photonic crystal is a structure having a lattice structure with sub-wavelength intervals. And when it irradiates the surface of a structure (henceforth a reflective surface) with the light of a wide region wavelength, it reflects or permeate
  • the surface state of the photonic crystal depends on, for example, the shape and material of the photonic crystal. By reading the change in the reflected light or transmitted light, the change in the surface state of the photonic crystal can be quantified. Examples of changes in the surface state of the photonic crystal include adsorption of substances on the surface and structural changes.
  • the amount of change in reflectance or transmittance at the extreme value (maximum value or minimum value) or the shift amount of the wavelength at which the reflectance or transmittance becomes an extreme value is obtained.
  • the change in the surface state of the photonic crystal can be quantified by obtaining the amount of change with respect to the extreme value of interest or by obtaining the amount of shift of the wavelength that is the extreme value of interest.
  • the target substance capturing structure 25 has a reflection surface 29 in which concave portions 28A are periodically formed on the surface 27.
  • the reflecting surface 29 is irradiated with light, light having a specific wavelength depending on the shape and material of the target substance capturing structure 25 is reflected.
  • the recesses 28A are arranged in a triangular lattice shape.
  • the diameter D1 of the recess 28A is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 100 nm or more and 500 nm or less.
  • the distance C1 between the centers of the recesses 28A is preferably 100 nm or more and 2000 nm or less, and more preferably 200 nm or more and 1000 nm or less.
  • the aspect ratio (H1 / D1) of the recess 28A is preferably 0.1 or more and 10 or less, more preferably 0.5 or more and 5.0 or less. is there.
  • the dimensions of the recess 28A are not limited to those described above, and the recess 28A may be a quadrangular lattice, a hexagonal lattice, or the like.
  • the recess 28A may be formed in a lattice shape by combining triangles, squares, and hexagons.
  • the shape and dimensions of the target substance capturing structure 25 are not limited to the shapes shown in FIGS.
  • the target substance capturing structure 25 may have a rectangular or polygonal lattice pattern formed on the surface, or a parallel line pattern or a corrugated pattern formed on the surface (more details It may be a pattern in which a pattern or the like is periodically formed), or a combination of these patterns.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of the AA cross section in FIG.
  • the target substance capturing structure 25 described above has a photonic crystal including a reflective surface having convex portions periodically formed on the surface instead of the reflective surface having concave portions periodically formed on the surface. It may be.
  • an organic material such as a synthetic resin, or an inorganic material such as a metal or a ceramic can be used.
  • Synthetic resins include polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polycycloolefin, polyamide, polyimide, acrylic, polymethacrylic acid ester, polycarbonate, polyacetal, polytetrafluoroethylene, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyvinyl chloride
  • Thermosetting resins such as vinylidene, polystyrene, polyphenylene sulfide, polyether sulfone, and polyether ether ketone, and phenol resins, urea resins, and epoxy resins can be used.
  • ceramics such as silica, alumina, zirconia, titania and yttria can be suitably used.
  • metal various alloys including steel materials can be used. Specifically, stainless steel, titanium, a titanium alloy, or the like can be preferably used.
  • Polycycloolefin synthetic resin or silica ceramic is more preferable. Among these, the polycycloolefin synthetic resin is most suitable because of its excellent processability.
  • the target substance capturing structure 25 is produced by performing fine processing on the surface of the material substrate.
  • a processing method laser processing, thermal nanoimprint, optical nanoimprint, a combination of a photomask and etching, or the like can be used.
  • a thermoplastic resin such as a polycycloolefin-based synthetic resin
  • a method using thermal nanoimprinting is preferable.
  • the metal film 26 will be described.
  • the reflecting surface 29 of the target substance capturing structure 25 is covered with a metal film 26.
  • the metal film 26 is preferably formed using at least one of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), and aluminum (Al).
  • the metal film 26 is made of Au.
  • Au is preferable as the reflective surface 29 because it is excellent in stability.
  • the surface is preferably covered with gold. By doing in this way, the usage-amount of gold
  • the thickness of the metal film 26 is small, part of the incident light on the target substance capturing structure 25 may pass through the metal film 26. As a result, a large amount of unnecessary information may be included in the reflected light from the target substance capturing structure 25, such as a decrease in the amount of information obtained from the reflected light, diffracted light, or reflected light from the back surface of the target substance capturing structure 25. There is sex. By appropriately increasing the thickness of the metal film 26, unnecessary information contained in the reflected light from the target substance capturing structure 25 can be reduced, and the detection accuracy and concentration measurement precision of the target substance can be improved. it can.
  • the thickness of the metal film 26 is moderately small because a detailed pattern shape can be easily formed on the surface 27 of the target substance capturing structure 25. For example, the corners of the pattern become sharp and it becomes easy to ensure the dimensions of the pattern.
  • the thickness of the metal film 26 is preferably 30 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 150 nm or more and 500 nm or less, and further preferably 200 nm or more and 400 nm or less. This is because the change of the reflectance with respect to the wavelength becomes almost the same when the thickness of the metal film 26 exceeds 200 nm.
  • the metal film 26 can be formed on the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25 by sputtering or vapor deposition.
  • the outermost surface of the metal film 26 is preferably Au.
  • Ag, Pt, and Al are used for the metal film 26, the wavelength of reflected light at each extreme value is 1.5 times that when Au is used as the metal film 26.
  • Ag, Pt, and Al have a sensitivity that is 1.5 times that of Au.
  • an Au film having a thickness of 5 nm can be formed on the surface of the Ag film having a thickness of 200 nm.
  • the sensitivity is 1.5 times that of an Au film having a thickness of 200 nm. Further, no change in sensitivity was observed with or without the 5 nm Au film.
  • Al is also easily oxidized like Ag, after forming an Al film on the surface 27 of the target substance capturing structure 25, it is preferable to form an oxide thin film such as Au or SiO 2 that is not easily oxidized.
  • Pt also forms an oxide thin film such as Au or SiO 2 .
  • the reflective surface 29 of the target substance capturing structure 25 is preferably modified using 3-triethoxysilylpropylamine (APTES) or the like.
  • APTES 3-triethoxysilylpropylamine
  • the metal film 26 of Au or Ag is formed on the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25, it is not APTES but has a thiol group at one end and a functional group such as an amino group or a carboxyl group at the other end. It is preferable to modify the reflecting surface 29 of the target substance capturing structure 25 using a carbon chain having a group.
  • a target substance capturing structure using a silane coupling agent having a functional group at one end for example, APTES, is used. It is preferable to modify the 25 reflecting surfaces 29.
  • the target substance capturing device 21 is obtained by covering the reflective surface 29 of the target substance capturing structure 25 with the metal film 26, the target substance capturing device is provided on the reflective surface 29 corresponding to the concave portion 28 ⁇ / b> A of the target substance capturing structure 25.
  • 21 concave portions 28 ⁇ / b> B are periodically formed.
  • the recesses 28B are arranged in a triangular lattice pattern, similar to the recesses 28A.
  • the diameter D2 of the recessed part 28B is based also on the thickness of the metal film 26, it is preferable that they are 50 nm or more and 1000 nm or less, More preferably, they are 100 nm or more and 500 nm or less.
  • the distance C2 between the centers of the recesses 28B is preferably 100 nm or more and 2000 nm or less, more preferably 200 nm or more and 1000 nm or less, like the distance C1 between the centers of the recesses 28A.
  • the aspect ratio (H2 / D2) of the recess 28B is preferably 0.1 or more and 10 or less, more preferably 0.5 or more and 5.0 or less. is there.
  • the dimension of the recess 28B is not limited to the above.
  • FIG. 9 are diagrams illustrating a method for manufacturing a photonic crystal.
  • a sheet-like resin P is prepared (step 1).
  • a mold DI having a nanometer-level microstructure or a nanometer-level periodic structure pattern is used.
  • the manufacturing apparatus presses the heated mold DI against the sheet-like resin P and presses it with a predetermined pressure for a predetermined time (step 2).
  • the manufacturing apparatus releases the mold when the temperature of the mold DI reaches a predetermined temperature, and transfers the fine structure and the periodic structure to the sheet-like resin P (step 3).
  • the target substance capturing structure 25 described above is obtained.
  • the mold DI is heated to about 160 ° C., pressed at a pressure of about 12 MPa for a predetermined time, and released when the surface temperature of the mold DI reaches about 60 ° C. .
  • a metal film 26 is formed on the surface that has been in contact with the mold DI by sputtering or a vapor deposition apparatus to complete the target substance capturing apparatus 21. (Step 4).
  • the target substance is an object to be detected by the target substance detection apparatus 10 and may be any of a polymer such as a protein, an oligomer, and a low molecule.
  • the target substance is not limited to a single molecule, and may be a complex composed of a plurality of molecules.
  • Examples of the target substance include pollutants in the atmosphere, harmful substances in water, biomarkers in the human body, and the like. Of these, cortisol and the like are preferable.
  • Cortisol is a low molecular weight substance with a molecular weight of 362 g / mol.
  • Cortisol is attracting attention as a substance that evaluates the degree of stress felt by humans because cortisol concentration in saliva increases when humans feel stress. If the concentration is measured using cortisol as a target substance, for example, the degree of stress can be evaluated by measuring the concentration of cortisol contained in human saliva. If the degree of stress is evaluated, it can be determined whether or not the subject is in a stress state at a level that leads to mental illness such as depression.
  • the target substance capturing substance is a substance that binds to the target substance and captures the target substance.
  • the term “bonded” refers to a bond that is not chemically bonded, such as a bond by chemical adsorption or van der Waals force, in addition to the case of chemically bonding.
  • the target substance capturing substance is a substance that specifically reacts with the target substance to capture the target substance, and is preferably an antibody having the target substance as an antigen.
  • Specific reaction means selectively forming a complex by reversibly or irreversibly binding to a target substance, and is not limited to a chemical reaction.
  • a substance that reacts specifically may exist in addition to the target substance.
  • the target substance can be quantified if the affinity is very small compared to the target substance.
  • an antibody using the target substance as an antigen an artificially prepared antibody, a molecule composed of a substance constituting DNA such as adenine, thymine, guanine, and cytosine, a peptide, and the like can be used.
  • the target substance capturing substance is preferably a cortisol antibody.
  • a known method can be employed to produce the target substance capturing substance.
  • the antibody can be produced by a serum method, a hybridoma method, or a phage display method.
  • Molecules composed of substances constituting DNA can be produced by, for example, the SELEX method (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment).
  • the peptide can be prepared by, for example, a phage display method.
  • the target substance capturing substance does not need to be labeled with any enzyme / isotope. However, it may be labeled with an enzyme / isotope.
  • the target substance capturing substance is fixed to the reflection surface 29 of the target substance capturing apparatus 21 shown in FIG.
  • means for fixing the target substance capturing substance to the reflection surface 29 of the target substance capturing apparatus 21 include chemical bonding such as covalent bonding, chemical adsorption, and physical adsorption, and a physical bonding method. These means can be appropriately selected according to the properties of the target substance-capturing substance.
  • the fixing means when adsorption is selected as the fixing means, the adsorption operation is as follows. For example, a solution containing the target substance trapping substance is circulated in the flow path portion 24f of the target substance trapping apparatus 21, and the target substance trapping apparatus 21 is cooled and heated for a predetermined time at room temperature or as necessary. Then, the target substance capturing substance is adsorbed on the reflecting surface 29.
  • the photonic crystal biosensor 11 preliminarily adsorbs (fixes) an antibody (for example, cortisol antibody) that binds only to a specific antigen (for example, cortisol) to the surface of the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. Thereby, the photonic crystal biosensor 11 can detect a specific antigen. This is because the optical characteristics of the target substance capturing structure 25 and various biological / chemical reactions that occur on or near the surface of the target substance capturing structure 25, for example, an antigen antibody in which a specific antigen reacts only with a specific antibody. Reaction.
  • the photonic crystal biosensor 11 may be one in which a blocking agent (protective substance) is immobilized on a reflective surface 29 on which an antibody that is a target substance capturing substance is immobilized.
  • the blocking agent is immobilized before the target substance is brought into contact with the photonic crystal biosensor 11.
  • the surface of the reflective surface 29 of the target substance capturing structure 25 is generally superhydrophobic. For this reason, impurities other than the antibody that is the target substance-capturing substance may be adsorbed on the reflecting surface 29 due to the hydrophobic interaction.
  • the optical characteristics of the target substance capturing structure 25 are greatly influenced by the surface state, it is preferable that no impurities are adsorbed on the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25.
  • a so-called blocking agent is fixed in advance so that impurities and the like are not fixed to portions other than the portion where the antibody that is the target substance capturing substance is adsorbed (fixed) to the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25. It is preferable to keep it.
  • the blocking agent is brought into contact with the surface of the target substance capturing structure 25.
  • the blocking agent skim milk, bovine serum albumin (BSA), or the like can be used.
  • FIG. 12 to 15 are diagrams for explaining the principle of the photonic crystal biosensor 11.
  • the photonic crystal biosensor 11 has optical characteristics of the target substance capturing structure 25 and various biological / chemical reactions occurring on or near the surface of the target substance capturing structure 25, for example, specific antigens are specified. A minute amount of protein or low molecular weight substance is detected by using an antigen-antibody reaction that reacts only with the antibody.
  • the photonic crystal biosensor 11 is the extreme value of the wavelength of the reflected light due to the surface plasmon resonance phenomenon and / or the localized surface plasmon resonance phenomenon when the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 is irradiated with light of a specific wavelength. Use the phenomenon that shifts.
  • an antibody (target substance capturing substance) 34 is fixed to the surface of the reflection surface 29 of the target substance capturing apparatus 21 by adsorption.
  • a blocking agent (protective substance) 35 is adsorbed in advance on a portion of the reflective surface 29 other than the portion where the antibody 34 is adsorbed, that is, the reflective surface 29 other than the portion where the antibody 34 is adsorbed. . This prevents impurities or the like from being adsorbed on the reflective surface 29 other than the portion where the antibody 34 is adsorbed.
  • the antigen (target substance) 36 is brought into contact with the photonic crystal biosensor 11 on which the antibody 34 and the blocking agent 35 are adsorbed, and an antigen-antibody reaction is performed.
  • a complex 37 in which the antigen 36 is captured by the antibody 34 is fixed to the reflecting surface 29.
  • the light detection unit 12 illustrated in FIG. 1 emits light (incident light) LI having a specific wavelength in a state where the antigen 36 is captured on the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25.
  • the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 is irradiated with parallel light.
  • the light detection unit 12 illustrated in FIG. 1 detects the reflected light LR reflected by the reflecting surface 29 and obtains the wavelength of the extreme value of the reflected light LR.
  • the control unit 13 shown in FIG. 1 calculates the wavelength at the extreme value of the intensity of the reflected light LR and the shift amount of the wavelength at the extreme value of the intensity, and the antigen 36 captured on the reflective surface 29 of the target substance capturing device 21.
  • the presence / absence of the antigen 36 is detected, or the concentration of the antigen 36 is obtained.
  • the photonic crystal biosensor 11 can change the types of various biological substances such as proteins or low molecular weight substances, such as proteins, which are detection target substances, by changing the type of combination of the antibody 34 and the antigen 36. .
  • the photonic crystal biosensor 11 when the antigen 36 is captured by the antibody 34 fixed to the reflecting surface 29, the state of the reflecting surface 29 changes, and the reflected light LR changes.
  • the photonic crystal biosensor 11 outputs an optical physical quantity.
  • This physical quantity correlates with a change in the surface state on the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 and correlates with the amount of the complex 37 formed by capturing the antigen 36 on the antibody 34 fixed to the reflecting surface 29.
  • the optical physical quantity is, for example, the shift amount of the wavelength at which the intensity of the reflected light LR is an extreme value, the change amount of the reflectance of the light, the shift amount of the wavelength at which the reflectance of the light is an extreme value, the intensity of the reflected light LR. And the amount of change in the extreme value of the intensity of the reflected light LR.
  • a shift amount of the wavelength at which the intensity of the reflected light LR or the reflectance of the light becomes an extreme value is used.
  • the target substance detection device 10 shown in FIG. 1 can be made compact. In the case of detecting vertically incident and vertically reflected light, it is preferable to detect the reflected light LR by entering light using a bifurcated optical fiber.
  • Target substance detection method Next, a method for detecting a target substance (target substance detection method) using the target substance detection apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described.
  • a cortisol antibody is adsorbed on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21 to detect and measure cortisol in saliva as a target substance to be detected.
  • the target substance capturing structure 25 a sheet obtained by cutting a cycloolefin polymer sheet having a predetermined fine structure formed on the surface by thermal nanoimprinting into a predetermined size is used.
  • FIG. 16 is a flowchart of the target substance detection method according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the intensity of the extreme value of reflected light and the wavelength.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the wavelength shift amount ⁇ at the extreme value of the intensity of the reflected light and the concentration DN of avidin fixed with biotin on the reflection surface of the photonic crystal.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the relationship between the first wavelength shift amount and the second wavelength shift amount at the extreme value of the intensity of the reflected light.
  • step S 11 a cortisol antibody solution (cortisol antibody concentration of 1 ⁇ g / ml to 1000 ⁇ g / ml) is dropped onto the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21.
  • the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand at a predetermined temperature for a predetermined time or if necessary, and the cortisol antibody is adsorbed on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21.
  • step S 12 a phosphate buffer solution (PBS: Phosphate buffered saline) is dropped onto the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. Thereafter, a rinsing process is performed a plurality of times for removal by centrifugal force or the like.
  • PBS Phosphate buffered saline
  • step S13 skim milk is dropped as the blocking agent 35 onto the reflecting surface 29 of the target substance capturing structure 25, and the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand for a predetermined time at a predetermined time or a predetermined temperature if necessary.
  • the skim milk is adsorbed to the non-adsorbing portion of the cortisol antibody on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21.
  • step S14 the rinsing process is performed a plurality of times with a phosphate buffer solution in the same manner as the rinsing process (step S12).
  • a predetermined process is performed on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21, and the photonic crystal biosensor 11 is formed.
  • step S15 the light detection unit 12 detects the reflected light LR from the reflection surface 29 when the light is applied to the reflection surface 29 on which the cortisol antibody is adsorbed in step S13, and the control unit 13 detects the reflected light.
  • LR is measured.
  • the control unit 13 measures the spectrum of the reflected light intensity of the reflected light LR.
  • the wavelength of the light (incident light LI) applied to the reflecting surface 29 is, for example, not less than 300 nm and not more than 2000 nm.
  • step S16 saliva as a solution containing cortisol is prepared in the detection solution tank 73.
  • the saliva becomes the solution to be detected Wi.
  • Pretreatment such as saliva sampling and impurity removal is performed using, for example, a commercially available saliva collection kit.
  • the preparation of saliva may be performed at any time before the saliva is dripped onto the photonic crystal biosensor 11. For example, it may be performed before the photonic crystal biosensor 11 is formed, may be performed in parallel with the formation of the photonic crystal biosensor 11, or may be performed after the reflected light intensity is measured. 10 ⁇ L to 2000 ⁇ L of saliva after sampling and pretreatment is sent to the photonic crystal biosensor 11.
  • step S17 the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand at a predetermined time for a predetermined time or, if necessary, for a predetermined time to perform an antigen-antibody reaction.
  • step S18 the rinsing process is performed a plurality of times with a phosphate buffer solution in the same manner as the rinsing process (step S12).
  • step S19 the target material detection device 10 is used to irradiate the reflection surface 29 of the target material capturing device 21 with light.
  • the light irradiated at this time is the same as the light irradiated on the reflecting surface 29 in step S15.
  • the target substance detection apparatus 10 performs the detection step of the to-be-detected solution which measures the reflected light LR from the reflective surface 29, for example, the spectrum of reflected light intensity.
  • FIG. 17 shows the reflected light intensity with respect to the wavelength (spectrum) of the reflected light.
  • GB in FIG. 17 is the reflected light before the target substance is captured, and shows the relationship between the reflected light intensity and the wavelength of the reflecting surface 29 on which the antibody is adsorbed (fixed) in step S13.
  • GA in FIG. 17 is the reflected light before the target substance is captured, and shows the relationship between the reflected light intensity and the wavelength of the reflecting surface 29 on which the antibody is adsorbed (fixed) in step S13.
  • the extreme values (minimum values) Pa and Pb of the reflected light intensity are taken when the wavelength is between 500 nm and 550 nm.
  • the wavelengths at that time are ⁇ b and ⁇ a ( ⁇ b ⁇ a).
  • ⁇ b ⁇ a As shown in FIG. 14, when the antigen is captured by the antibody fixed on the surface of the metal film that forms the reflective surface, it is much more than the case of only the reflective surface 29 that adsorbs the antibody before the antigen is captured.
  • the wavelength of the value (local minimum) Pa is shifted to a larger ⁇ a. In the present embodiment, this wavelength shift amount (wavelength shift amount) ⁇ ( ⁇ a ⁇ b) is set as the first shift amount.
  • the concentration DN of avidin as a target substance increases, and the wavelength shift amount ⁇ also increases.
  • the concentration of the target substance captured on the reflecting surface is obtained by obtaining the wavelength shift amount ⁇ .
  • the example described above is a case where biotin is used as a target substance capturing substance and avidin is used as a target substance, but the same result is obtained when cortisol is used as a target substance and a cortisol antibody is used as a target substance capturing substance.
  • the control unit 13 obtains the wavelength shift amount (first wavelength shift amount) at the extreme value (minimum value) of the reflected light intensity (or reflectance) measured in step S19.
  • the first wavelength shift amount is, for example, the wavelength ⁇ B after the target substance is captured on the reflecting surface 29 shown in FIG. 19 and the reflected light before the target substance is captured, and the antigen is adsorbed in step S11.
  • step S21 first, a solution (standard solution Ws) containing cortisol having a known concentration is prepared in the standard solution tank 74. 10 ⁇ L to 2000 ⁇ L of the standard solution Ws is delivered to the photonic crystal biosensor 11.
  • step S22 the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand for a predetermined time at a predetermined time or, if necessary, at a predetermined temperature to perform an antigen-antibody reaction.
  • step S23 the rinsing process is performed a plurality of times with a phosphate buffer solution in the same manner as the rinsing process (step S12).
  • step S 24 the target material detection device 10 is used to irradiate the reflection surface 29 of the target material capture device 21 with light.
  • the light irradiated at this time is the same as the light irradiated on the reflecting surface 29 in step S15.
  • the target substance detection apparatus 10 performs the detection step of the standard solution which measures the reflected light LR from the reflective surface 29, for example, the spectrum of reflected light intensity.
  • step S25 the control unit 13 obtains a wavelength shift (second wavelength shift amount) at the extreme value (minimum value) of the reflected light intensity (or reflectance) measured in step S24.
  • the second wavelength shift amount is, for example, the wavelength ⁇ C after the target substance is captured on the reflecting surface 29 shown in FIG. 19 and the reflected light before the target substance is captured, and the antibody is adsorbed in step S15.
  • the target substance detection device 10 processes step S15 from time (Time) T1 shown in FIG.
  • step S16 is processed from time (Time) Ta shown in FIG. 19, the spectrum of reflected light intensity will change.
  • the control part 13 can memorize
  • step S21 is processed from time (Time) Tb shown in FIG. 19, the spectrum of reflected light intensity will change.
  • the control unit 13 can store the wavelength ⁇ C after the antigen 36 whose known concentration is known to be captured by the antibody 34 on the reflecting surface 29 at the time (Time) T3 shown in FIG.
  • the control unit 13 stores the concentration L ⁇ of the target substance in the storage unit.
  • the control unit 13 can obtain the concentration L ⁇ of the target substance in the solution to be detected Wi by the following equation.
  • L ⁇ L ⁇ ⁇ (( ⁇ B ⁇ A) / ( ⁇ C ⁇ A)) (1)
  • control unit 13 obtains a value obtained by dividing ( ⁇ B ⁇ A) of the first shift amount by ( ⁇ C ⁇ A) of the second shift amount (( ⁇ B ⁇ A) / ( ⁇ C ⁇ A)), and the standard
  • the product of the concentration L ⁇ of the target substance contained in the solution Ws is obtained as the concentration L ⁇ of the target substance contained in the solution to be detected Wi.
  • the control unit 13 includes a value (( ⁇ B ⁇ A) / ( ⁇ C ⁇ A)) obtained by dividing the first shift amount ( ⁇ B ⁇ A) by the second shift amount ( ⁇ C ⁇ A), and the standard solution Ws.
  • the relationship with the concentration L ⁇ of the target substance is obtained in advance with a calibration curve, and the concentration L ⁇ of the target substance contained in the solution to be detected Wi is obtained from the value (( ⁇ B- ⁇ A) / ( ⁇ C- ⁇ A)) and the calibration curve. Also good.
  • the control unit 13 is based on the value (( ⁇ B ⁇ A) / ( ⁇ C ⁇ A)) obtained by dividing the first shift amount ( ⁇ B ⁇ A) by the second shift amount ( ⁇ C ⁇ A).
  • the concentration L ⁇ of the target substance contained in the solution to be detected Wi can be obtained.
  • the wavelength shift amount is obtained using the extreme wavelength of the reflected light intensity on the reflection surface 29 in a state where the target substance is not captured, but the present invention is not limited to this.
  • Step S15 and Step S19 when there are a plurality of extreme values, the extreme value to be focused is appropriately selected.
  • the target substance detection apparatus 10 corrects the individual difference of the photonic crystal biosensor 11 by removing the error contained in the detection value of the target substance contained in the solution to be detected by correction, and the reliability of the detection value. Can increase the sex. As a result, the target substance detection device 10 can detect the target substance with high accuracy.
  • the light detection device 53 detects the reflected light reflected by the reflecting surface where the target substance of the solution to be detected is captured, and then reflects the reflected light reflected by the reflecting surface where the target substance of the standard solution is captured. To detect.
  • the target substance detection device 10 varies in each measurement even when the same target substance capturing structure 25 is used.
  • the number of molecules on the reflecting surface, the active individual difference of the molecule on the reflecting surface or the molecule to be reacted are detected.
  • the target substance detection device 10 can correct the variation due to the measurement and increase the reliability of the detection value. . As a result, the target substance detection device 10 can detect the target substance with high accuracy.
  • the target substance detection apparatus 10 irradiates light (incident light LI) perpendicularly to the reflection surface 29 of the photonic crystal biosensor 11 with parallel light, and receives the reflected light LR reflected vertically by the reflection surface 29. Then, the target substance (for example, cortisol) is detected, or the concentration of the target substance is obtained. Since the target substance capturing device 21 is formed on the reflecting surface 29 so that the wall surface of the recess 28B has a predetermined angle with respect to the bottom surface of the recess 28B, the peak wavelength of the reflected light LR can be easily specified. be able to. For this reason, the detection accuracy of the target substance and the measurement accuracy of the concentration can be further improved. Moreover, the usage-amounts, such as a cortisol antibody solution, saliva, and a rinse liquid, can be reduced significantly.
  • the target substance capturing device 21 has the antibody 34 immobilized on the reflecting surface 29, but the present invention is not limited to this, and the target substance capturing device 21 has the antibody 34 on the reflecting surface 29. You may use without fixing.
  • a target substance detection apparatus including a target substance capturing unit according to a modification of the first embodiment will be described.
  • the target substance capturing unit according to the present embodiment is implemented except that the target substance capturing device 21 is fixed to the reflecting surface 29 of the target substance capturing apparatus 21 as an antigen (target substance) 36 and the antigen 36 is adsorbed to the antibody 34. Since it is the same as that of form 1, the overlapping description is abbreviate
  • 20 and 21 are diagrams for explaining the principle of the photonic crystal biosensor.
  • the specific reaction between the antibody 34 and the antigen 36 will be described using cortisol as the antigen 36 and an anti-cortisol antibody as the antibody 34.
  • the photonic crystal biosensor 11 is the same as the means for immobilizing the antibody 34 on the reflection surface 29 as the means for immobilizing the antigen 36 on the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21.
  • means for fixing the antigen 36 to the reflecting surface 29 include chemical bonding and physical bonding methods such as covalent bonding, chemical adsorption, and physical adsorption. These means can be appropriately selected according to the properties of the antigen 36.
  • the amount of the antigen 36 immobilized on the target substance capturing device 21 is a fixed amount.
  • the physical quantity can be output by the photonic crystal biosensor 11.
  • the fixed amount of the antigen 36 to be fixed may be appropriately changed. For example, it can be set to an optimum amount according to the range of the amount of the antigen 36 contained in the sample S.
  • the blocking agent 35 is fixed to the portion of the reflecting surface 29 where the antigen 36 is not attached.
  • the reflective surface 29 of the target substance capturing structure 25 is irradiated with light (incident light) LI of, for example, 300 nm or more and 900 nm or less as parallel light so that the optical axis is orthogonal to the reflective surface 29.
  • the light detection unit 12 detects a wavelength at which the intensity or reflectance of the reflected light LR becomes an extreme value (a minimum value in this example).
  • FIG. 22 is a flowchart of the target substance detection method according to the second embodiment.
  • 23 to 25 are diagrams for explaining the principle of the photonic crystal biosensor.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a relationship between the first wavelength shift amount and the second wavelength shift amount at the extreme value of the intensity of the reflected light.
  • the target substance is an antibody 34 that reacts with the antigen 36 immobilized on the reflecting surface 29, and explanation will be made using cortisol as the antigen 36 and an anti-cortisol antibody as the antibody 34.
  • step S31 a cortisol solution (cortisol concentration of 1 ⁇ g / ml to 2000 ⁇ g / ml) is dropped onto the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21. Then, if predetermined time or if necessary, the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand at a predetermined temperature for a predetermined time, and the cortisol antibody is used as the antigen 36 shown in FIG. Is adsorbed on the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21. And as shown in FIG. 21, the blocking agent 35 is fixed to the location where the antigen 36 of the reflective surface 29 does not adhere.
  • the reflective surface 29 may be appropriately rinsed as in the first embodiment.
  • step S32 the light detection unit 12 detects the reflected light LR from the reflection surface 29 when the reflection surface 29 of the target substance capturing structure 25 is irradiated with light, and the control unit 13 detects the reflected light LR. Measure.
  • the control unit 13 measures the spectrum of the reflected light intensity of the reflected light LR.
  • the wavelength of the light (incident light LI) applied to the reflecting surface 29 is, for example, not less than 300 nm and not more than 2000 nm. As a result, the control unit 13 is the reflected light before the target substance is captured as shown in FIG.
  • the wavelength ⁇ A reference wavelength
  • the extreme value (minimum value) of reflectance can be stored.
  • a mixture 65 including the complex 65 of the antigen 36 and the antibody 34 and the antibody 34 is prepared.
  • the mixture M is obtained by mixing the sample S containing the antigen 36 and the solution G containing the antibody 34 having a known concentration.
  • the complex 65 is obtained by reacting the antibody 34 and the antigen 36 by mixing the sample S containing the antigen 36 and the solution G containing the known amount of the antibody 34.
  • the concentration of the solution G is adjusted in advance so that the total amount of binding sites with the antigen 36 of the antibody 34 contained in the solution G is larger than the total amount of the antigen 36 contained in the sample S.
  • a part of the antibody 34 contained in the mixture M remains without binding to the antigen 36 at its binding site.
  • step S33 may be processed at any time as long as it is completed by the process of step S35 described later.
  • step S34 a standard solution Ws containing only the antibody 34 having the same concentration as the antibody 34 contained in the solution to be detected Wi prepared in step S33 and not bound to the antigen 36 is prepared.
  • the standard solution tank 74 is ready to supply the standard solution Ws. Note that step S34 may be processed at any time as long as it is completed by the process of step S39 described later.
  • step S35 the solution to be detected Wi is sent to the photonic crystal biosensor 11. Then, the mixture M comes into contact with the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21.
  • step S36 an antigen-antibody reaction is performed in which the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand for a predetermined time at a predetermined time or a predetermined temperature if necessary.
  • the antibody 34 that was not bound to antigen (not bound to cortisol) in the mixture M and the antigen 36 immobilized on the reflecting surface 29 become a complex 65, and this complex 65 becomes It adheres to the reflective surface 29.
  • step S37 the target substance detection device 10 is used to irradiate the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21 with light as shown in FIG.
  • the light irradiated at this time is the same as the light irradiated on the reflecting surface 29 in step S32.
  • the target substance detection apparatus 10 performs the detection step of the to-be-detected solution which measures the reflected light LR from the reflective surface 29, for example, the spectrum of reflected light intensity.
  • the control unit 13 can store the wavelength ⁇ B after the target substance is captured on the reflecting surface 29 shown in FIG. 25 as shown in FIG.
  • the wavelength at the extreme value of the reflected light intensity of the photonic crystal biosensor 11 changes due to the influence of an antigen-antibody reaction or the like in the vicinity of the reflecting surface 29 or the reflecting surface 29. Therefore, in step S38, the control unit 13 obtains a wavelength shift amount (first wavelength shift amount) at the extreme value (minimum value) of the reflected light intensity (or reflectance) measured in step S37.
  • the first wavelength shift amount is, for example, a difference ⁇ B ⁇ A between the wavelength ⁇ B after the target substance is captured on the reflecting surface 29 shown in FIG. 25 and the reference wavelength ⁇ A.
  • the first wavelength shift amount changes according to the change in the surface state of the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21.
  • the photonic crystal biosensor 11 outputs an optical physical quantity. This physical quantity correlates with a change in the surface state on the reflecting surface 29 and correlates with the amount of the complex 65 formed by the antigen 36 and the antibody 34 immobilized on the reflecting surface 29.
  • the target substance capturing apparatus 21 fixes cortisol, which is an antigen 36, and reacts with an anti-cortisol antibody, which is an antibody 34.
  • the molecular weight of cortisol, which is antigen 36 is very small compared to the molecular weight of anti-cortisol antibody, which is antibody 34. For this reason, the amount of the antibody 34 that has not bound to antigen (not bound to cortisol) in step S33 bound to the antigen 36 immobilized on the reflecting surface 29 in step S31 is easily grasped as a shift in wavelength.
  • the antibody 34 is immobilized on the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 and then the antigen 34 is reacted with the antibody 34, as in the present embodiment.
  • cortisol is immobilized on the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 and then the anti-cortisol antibody is reacted with cortisol, the change in the surface state of the target substance capturing device 21 becomes larger, and the photonic crystal biosensor 11.
  • the sensitivity is improved. For this reason, according to this embodiment, the sensitivity of the photonic crystal biosensor 11 can be further increased.
  • step S39 first, the pump 71 sends the anti-cortisol antibody, which is the antibody 34 having a known concentration, into the standard solution tank 74 to the flow path portion 24f. 10 ⁇ L to 2000 ⁇ L of the standard solution Ws is delivered to the photonic crystal biosensor 11.
  • the photonic crystal biosensor 11 is allowed to stand for a predetermined time at a predetermined time or, if necessary, for a predetermined time to perform an antigen-antibody reaction.
  • the photonic crystal biosensor 11 causes, for example, the antibody 34 contained in the standard solution Ws to react with the antigen 36 fixed to the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21.
  • the concentration of the antibody 34 contained in the standard solution Ws and the detection solution Wi is the same, but the antibody 34 contained in the detection solution Wi has a part of its binding site bound to the antigen 36.
  • the total amount of binding sites of the antibody 34 contained in the solution Ws with the antigen 36 is larger than that of the detection solution Wi.
  • step S40 the amount of the antibody 34 bound to the antigen 36 fixed to the reflecting surface 29 of the target substance capturing device 21 is increased as compared with that in step S35, and the surface state of the target substance capturing device 21 is changed to the step. It changes more greatly than in S35.
  • step S41 the target substance detection device 10 is used to irradiate the reflection surface 29 of the target substance capturing device 21 with light.
  • the light irradiated at this time is the same as the light irradiated on the reflecting surface 29 in step S32.
  • the target substance detection apparatus 10 performs the detection step of the standard solution which measures the reflected light LR from the reflective surface 29, for example, the spectrum of reflected light intensity.
  • the target substance detection device 10 processes step S32 from time (Time) T1 shown in FIG. And if step S35 is processed from time (Time) Ta shown in FIG. 26, the spectrum of reflected light intensity will change.
  • control part 13 can memorize
  • step S42 the control unit 13 obtains a wavelength shift amount (second wavelength shift amount) at the extreme value (minimum value) of the reflected light intensity (or reflectance) measured in step S24.
  • the second wavelength shift amount is, for example, a difference ⁇ C ⁇ A between the wavelength ⁇ C after the antibody 34 whose known concentration is known to be captured by the antigen 36 on the reflecting surface 29 and the reference wavelength ⁇ A.
  • the control unit 13 stores the concentration L ⁇ of the target substance in the storage unit.
  • X be the amount of the site to which the antigen 36 binds in the sample S
  • C be the known amount of the site to which the antibody 34 in the mixture M binds.
  • the relationship between X and C is such that X is less than C (X ⁇ C).
  • the antigen 36 and the antibody 34 undergo an antigen-antibody reaction to form a complex 65. Since X is less than C (X ⁇ C), the amount of unbound antigen 34 (cortisol unbound) in mixture M is CX.
  • the detection value of the target substance for each photonic crystal biosensor 11 is a mixture of the amount of the antigen 36 fixed to the reflective surface 29 in step S31 or the antigen 36 fixed to the reflective surface 29 in step S31.
  • the detection value detected in the standard solution detection step (S41) is the same as the detection value detected in the detection solution detection step (step S37), and the amount of the antigen 36 fixed on the reflecting surface 29 in step S31.
  • the second shift amount includes an error as much as the first shift amount, the error included in the second shift amount and the first shift amount has the same ratio or tendency with respect to each true value. There is a correlation.
  • the controller 13 calculates a value (( ⁇ B ⁇ A) / ( ⁇ C ⁇ A)) obtained by dividing the first shift amount ( ⁇ B ⁇ A) by the second shift amount ( ⁇ C ⁇ A), the value (( The error is canceled out in ( ⁇ B ⁇ A) / ( ⁇ C ⁇ A)).
  • the first wavelength shift amount ⁇ 1 ⁇ B ⁇ A and the second wavelength shift amount ⁇ 2
  • ⁇ 1 is proportional to (C ⁇ X)
  • ⁇ 2 is proportional to C. Therefore, the control unit 13 can calculate the following equation (2).
  • step S43 the control unit 13 calculates the above equation (2), and the amount X of the antigen 36 can be obtained by C ⁇ ( ⁇ 1 / ⁇ 2) ⁇ (C / k).
  • the concentration of the antigen 36 can be determined based on the amount X of the antigen 36.
  • the control unit 13 can determine the concentration of the antigen 36 in the detection target solution Wi. In this way, the control unit 13 can obtain the concentration of the target substance contained in the solution to be detected Wi based on the value ( ⁇ 1 / ⁇ 2) obtained by dividing the first shift amount ⁇ 1 by the second shift amount ⁇ 2.
  • FIG. 27 is a diagram showing variations in evaluation examples.
  • the evaluation example is the target substance capturing device 21 according to the second embodiment.
  • the comparative example obtains the concentration of the antigen 36 of the solution to be detected Wi as an absolute amount from the first shift amount in step S38.
  • the evaluation example has less variation even when the sensor sensitivity (Sensitivity (au)) on the vertical axis is the same as that of the comparative example.
  • the target substance capturing device 21 according to the second embodiment detects the target substance by removing the error included in the detected value of the antigen of the target substance contained in the solution to be detected by canceling.
  • the apparatus 10 can reduce the influence of individual differences of the photonic crystal biosensor 11 and increase the reliability of the detection value. As a result, the target substance detection device 10 according to the second embodiment can detect the target substance with high accuracy.
  • the light detection device 53 detects the reflected light reflected by the reflection surface on which the target substance (antibody 34 not bound to antigen (anti-cortisol)) of the solution to be detected Wi is detected, and then detects the target of the standard solution Ws.
  • the reflected light reflected by the reflecting surface where the substance (antibody 34) is captured is detected. For this reason, even if the target substance detection device 25 uses the same target substance capturing structure 25, the number of molecules on the reflection surface, the individual activity of the molecule to be reacted, or the molecule to be reacted varies depending on the measurement. There is a correlation between detection of Wi and detection of standard solution Ws.
  • the concentration or amount of the antibody 34 in the standard solution Ws is known, in addition to the individual difference of the photonic crystal biosensor 11 included in the detection value of the target substance contained in the standard solution Ws, molecules on the reflective surface 29 are included. It is possible to grasp the error such as the number, the active individual difference of the molecule on the reflecting surface 29 or the molecule to be reacted. As a result, by removing the error contained in the detection value of the target substance contained in the solution to be detected by canceling, the target substance detection device 10 can reduce variations due to measurement and increase the reliability of the detection value. . As a result, the target substance detection device 10 can detect the target substance with high accuracy.
  • the target substance capturing unit described above uses the target substance capturing structure 25 as a photonic crystal having a reflective surface having convex portions periodically formed on the surface instead of the reflective surface having concave portions periodically formed on the surface. May be.
  • Target Substance Detection Device 11 Photonic Crystal Biosensor (Target Substance Capture Unit) DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Light detection part 13 Control part 21 Target substance capture apparatus 22 Upper plate 23 Lower plate 24 Channel plate 25 Target substance capture structure 26 Metal film 27 Surface 28A, 28B Cylindrical recessed part (recessed part) 29 Reflective surface 34 Antibody (target substance capture substance) 35 Blocking agent (protective substance) 36 Antigen (target substance) 37, 65 Complex 51 Light source 52 Measuring probe 53 Photodetector 54 First optical fiber 55 Second optical fiber 56 Collimating lens M Mixture LI Incident light LR Reflected light

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Abstract

　センサ個体差の影響を低減し、検出値の信頼性を高めることができる標的物質検出装置及び標的物質の検出方法を提供する。標的物質検出装置は、標的物質を捕捉する反射面を有し、反射面に照射された光を反射する標的物質捕捉部と、反射面で反射された反射光を検出する光検出部と、標的物質の濃度を求める制御部と、を含み、制御部は、光検出部が検出する、被検出溶液の標的物質が捕捉された反射面で反射された反射光の検出値と、標的物質の濃度が既知である標準溶液の標的物質が捕捉された当該反射面で反射された反射光の検出値とに基づいて、被検出溶液が含む標的物質の濃度を求める。

Description

標的物質検出装置及び標的物質の検出方法
　本発明は、標的物質を検出する標的物質検出装置及び標的物質の検出方法に関する。
　タンパク質、細胞などの標的物質を検出したり濃度を測定したりする手段として、フォトニック結晶を用いたバイオセンサーが知られている（例えば、非特許文献１）。非特許文献１に記載されているバイオセンサーは、金薄膜を形成したフォトニック結晶基板に光を照射し、フォトニック結晶基板で反射された反射光の波長のピークの変化を測定することにより、標的物質の検出または標的物質の濃度の計測などを行っている。
「Investigation　of　Plasmon　resonances　in　metal　films　with　nanohole　arrays　for　biosensing　applications」：Takumi　Sannomiya,　Olivier　Scholder,　Konstantins　Jefimovs,　Christian　Hafner,　and　Andreas　B.　Dahlin,　Received　10th　December　2010,　Revised　1th　February　2011
　非特許文献１に記載の標的物質の検出値は、測定時の絶対値を用いて評価している。標的物質の検出値には、センサ個体差、基板上の分子数、基板上の分子または反応させる分子の活性個体差等の影響が含まれる。そこで、標的物質の検出値がバイオセンサー（標的物質捕捉部）毎にばらつき、標的物質の検出値の信頼性を確保することが望まれている。
　本発明は、センサ個体差の影響を低減し、検出値の信頼性を高めることができる標的物質検出装置及び標的物質の検出方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、標的物質検出装置は、標的物質を捕捉する反射面を有し、前記反射面に照射された光を反射する標的物質捕捉部と、前記反射面で反射された反射光を検出する光検出部と、前記標的物質の濃度を求める制御部と、を含み、前記制御部は、前記光検出部が検出する、被検出溶液の前記標的物質が捕捉された反射面で反射された反射光の検出値と、前記標的物質の濃度が既知である標準溶液の前記標的物質が捕捉された当該反射面で反射された反射光の検出値とに基づいて、前記被検出溶液が含む前記標的物質の濃度を求めることを特徴とする。
　これにより、標準溶液の濃度が既知であるので、標準溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、センサ個体差等の誤差を把握することができる。このため、被検出溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、誤差を相殺することにより、標的物質検出装置は、センサ個体差の影響を低減し、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、標的物質検出装置は、標的物質を精度よく検出することができる。
　本発明の望ましい態様として、前記光検出部は、前記被検出溶液の前記標的物質が捕捉された前記反射面で反射された反射光を検出した後に、前記標準溶液の前記標的物質が捕捉された当該反射面で反射された反射光を検出することが好ましい。このため、標的物質検出装置は、同じ基板を用いても測定毎にばらつく、基板上の分子数、基板上の分子または反応させる分子の活性個体差が、被検出溶液の検出と、標準溶液の検出とで相関がある。そして、標準溶液の濃度が既知であるので、標準溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、センサ個体差に加え、基板上の分子数、基板上の分子または反応させる分子の活性個体差等の誤差を把握することができる。その結果、被検出溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、誤差を相殺することにより、標的物質検出装置は、測定によるばらつきの影響を低減させ、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、標的物質検出装置は、標的物質を精度よく検出することができる。
　本発明の望ましい態様として、前記標準溶液が含む前記標的物質の濃度は、前記被検出溶液が含む前記標的物質の濃度よりも大きいことが好ましい。これにより、標的物質を捕捉する平衡状態を安定させることができ、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、標的物質検出装置は、標的物質を精度よく検出することができる。
　本発明の望ましい態様として、前記制御部は、前記標的物質が捕捉される前の前記反射光の極値の基準波長と前記被検出溶液が含む前記標的物質が捕捉された反射面で反射された反射光の極値の波長との差である第１シフト量と、前記基準波長と前記標準溶液の前記標的物質が捕捉された反射面で反射された反射光の極値の波長との差である第２シフト量とを演算し、前記第１シフト量を前記第２シフト量で除した値に基づいて、前記被検出溶液が含む前記標的物質の濃度を求めることが好ましい。
　これにより、極値の波長のシフト量を把握することで、表面状態の変化を定量化しやすくなる。標的物質検出装置は、極値の波長のシフト量を把握することで、測定値を特定し測定によるばらつきを低減することで、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、標的物質検出装置は、標的物質を精度よく検出することができる。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、標的物質の検出方法は、反射面に光を照射し、前記反射面で反射された反射光を検出するステップと、被検出溶液が含む標的物質を捕捉させた反射面に光を照射し、前記反射面で反射された反射光を検出する被検出溶液の検出ステップと、前記標的物質の濃度が既知である標準溶液の前記標的物質を捕捉させた反射面に光を照射し、前記反射面で反射された反射光を検出する標準溶液の検出ステップと、前記被検出溶液の検出ステップで検出した検出値と、前記標準溶液の検出ステップで検出した検出値とに基づいて前記被検出溶液が含む前記標的物質の濃度を求める濃度演算ステップと、を含むことを特徴とする。
　この検出方法により、標準溶液の濃度が既知であるので、標準溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、センサ個体差等の誤差を把握することができる。このため、被検出溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、誤差を相殺することにより、標的物質の検出方法は、センサ個体差の影響を低減し、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、標的物質の検出方法は、標的物質を精度よく検出することができる。
　本発明によれば、フォトニック結晶の反射面の寸法精度を向上させ、標的物質を精度よく検出することができる標的物質検出装置及び標的物質の検出方法を提供することができる。
図１は、標的物質検出装置を示す図である。 図２は、図１の標的物質検出装置において、検出する溶液を変更する態様を示す図である。 図３は、フォトニック結晶バイオセンサーを説明する分解斜視図である。 図４は、フォトニック結晶バイオセンサーの流路を説明する断面図である。 図５は、標的物質捕捉装置の斜視図である。 図６は、標的物質捕捉装置の平面図である。 図７は、図６におけるＡ－Ａ断面を示す図である。 図８は、図６におけるＡ－Ａ断面の他の例を示す図である。 図９は、フォトニック結晶の作製方法を説明する図である。 図１０は、フォトニック結晶の作製方法を説明する図である。 図１１は、フォトニック結晶の作製方法を説明する図である。 図１２は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。 図１３は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。 図１４は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。 図１５は、標的物質検出装置の光検出部がフォトニック結晶バイオセンサーに光を照射する例を示す図である。 図１６は、実施形態１に係る標的物質の検出方法のフローチャートである。 図１７は、反射光の極値の強度と波長との関係を示す図である。 図１８は、反射光の強度の極値における波長シフト量Δλとフォトニック結晶の反射面にビオチンを用いて固定したアビジンの濃度ＤＮとの関係を示す図である。 図１９は、反射光の強度の極値における第１波長シフト量と第２波長シフト量との関係を示す図である。 図２０は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。 図２１は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。 図２２は、実施形態２に係る標的物質の検出方法のフローチャートである。 図２３は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。 図２４は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。 図２５は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。 図２６は、反射光の強度の極値における第１波長シフト量と第２波長シフト量との関係を示す図である。 図２７は、評価例のばらつきを示す図である。
　以下、標的物質検出装置を実施するための形態（以下、実施形態という）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
［実施形態１］
＜標的物質検出装置＞
　実施形態１に係る標的物質捕捉部を備えた標的物質検出装置について説明する。図１は、標的物質検出装置を示す図である。図２は、図１の標的物質検出装置において、検出する溶液を変更する態様を示す図である。標的物質検出装置１０は、本実施形態に係るフォトニック結晶バイオセンサー（標的物質捕捉部）１１と、光検出部１２と、制御部１３と、ポンプ７１と、切換弁７２と、被検出溶液用タンク７３と、標準溶液用タンク７４と、廃液用タンク７５とを含む。図１に示すように、切換弁７２は、例えば、電磁弁であって、制御部１３の指令に応答するソレノイドにより、被検出溶液用タンク７３の入力ポートＣａを選択して、ポンプ７１に接続する出力ポートＣｂに被検出溶液Ｗｉを供給する。図２に示すように、切換弁７２は、制御部１３の指令に応答するソレノイドにより、標準溶液用タンク７４の入力ポートＣｓを選択して、ポンプ７１に接続する出力ポートＣｂに標準溶液Ｗｓを供給する。ポンプ７１は、切換弁７２により選択される被検出溶液用タンク７３及び標準溶液用タンク７４の一方から被検出溶液Ｗｉまたは標準溶液Ｗｓを吸引し、フォトニック結晶バイオセンサー１１の流入口２３Ｐへ吐出する。被検出溶液Ｗｉまたは標準溶液Ｗｓはフォトニック結晶バイオセンサー１１内の流路部２４ｆを通過し、流出口２３Ｑから排出路Ｃｃを通して廃液用タンク７５に排出され、排出溶液Ｗｗとなる。
［フォトニック結晶バイオセンサー］
　図１、図３及び図４を参照して、フォトニック結晶バイオセンサー１１について説明する。図３は、フォトニック結晶バイオセンサーを説明する分解斜視図である。図４は、フォトニック結晶バイオセンサーの流路を説明する断面図である。フォトニック結晶バイオセンサー１１は、標的物質捕捉装置２１と、上部プレート２２と、下部プレート２３と、流路プレート２４とを含む。流路プレート２４は、上部プレート２２と下部プレート２３とに挟まれている。流路プレート２４は、流路プレート２４を貫通する流路部２４ｆが設けられている。フォトニック結晶バイオセンサー１１は、流路プレート２４と下部プレート２３とにより標的物質捕捉装置２１を挟み、標的物質捕捉装置２１の反射面が流路部２４ｆに露出する。なお、流路部２４ｆは、上部プレート２２、下部プレート２３及び流路プレート２４の内壁で密閉された空間である。下部プレート２３には、貫通する流入口２３Ｐ及び流出口２３Ｑが設けられている。この構造により、流入口２３Ｐから流路部２４ｆへ流入する溶液は、標的物質捕捉装置２１の後述する反射面を跨いで、通過し、流出口２３Ｑから排出される。
　流路部２４ｆの形状は、円柱形に限らず、流路部２４ｆの内部に液体を保持することができれば、他の形状としてもよい。また、流路部２４ｆを円柱状とした場合、その直径などは、抗体３４及び抗原３６の組合せの種類、必要な測定精度または反射光の検出器の光学系に合わせて様々な直径とすることができる。流路部２４ｆは、上述した抗体３４に抗原３６を吸着させる際の操作、取扱いの利便性などを考慮し、長さ５ｍｍ～５０ｍｍ、幅１ｍｍ～１０ｍｍ、高さ０．０１ｍｍ～１ｍｍであることが好ましい。
　上部プレート２２及び下部プレート２３の材質などは、特に限定されない。上部プレート２２は、流路部２４ｆを塞ぐカバー部材であり、光の入射側に設けられる。上部プレート２２は、より好ましくは、反射光の強度の極値における波長の光の吸収が少ないものが好ましい。例えば、上部プレート２２の材料は、可視光線領域から紫外線領域の反射光で測定する場合は石英（シリカ）などが好ましい。
　さらに、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、流路部２４ｆに被検出溶液Ｗｉまたは標準溶液Ｗｓを充填することにより、溶液を充填した状態で反射光の測定をより正確に行うことも可能である。
［光検出部］
　次に、図１に示す光検出部１２について説明する。図１に示す光検出部１２は、光源５１と、測定プローブ５２と、光検出装置５３と、第１光ファイバー５４と、第２光ファイバー５５と、コリメートレンズ５６とを含む。光源５１と測定プローブ５２とは、第１光ファイバー５４により光学的に接続されている。測定プローブ５２と光検出装置５３とは、第２光ファイバー５５により光学的に接続されている。必要に応じて、光源５１及び光検出装置５３などに接続され、光源５１の制御及び光検出装置５３からの信号を処理する制御装置を設けてもよい。
［制御部］
　次に、図１に示す制御部１３について説明する。制御部１３は、光検出部１２が検出した反射光の極値の波長を求める。制御部１３は、それとともに、求めた極値の波長のシフト（波長シフト量）に基づいて、少なくとも標的物質（例えば、図１４、図１５などに示す抗原３６）の有無を検出する。制御部１３は、例えば、マイクロコンピュータであり、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）と、記憶部と、を含む。ＣＰＵは、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながらＲＯＭや記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、種々の演算機能を実現する。波長シフト量と標的物質捕捉装置２１の反射面２９に捕捉された標的物質の濃度とは相関がある。このため、制御部１３は、波長シフト量から反射面２９に捕捉された標的物質の濃度を求めることができる。
（金属膜被覆フォトニック結晶）
　図５は、標的物質捕捉装置の斜視図である。図６は、標的物質捕捉装置の平面図である。図７は、図６におけるＡ－Ａ断面を示す図であり、フォトニック結晶の本体として標的物質捕捉構造体２５の表面２７と直交する平面で標的物質捕捉構造体２５を切ったときの断面を示す。図５～図７は、模式的に示した図であるため、標的物質捕捉装置２１を構成する成分の厚さ、大きさ等は実際とは異なる。以下、本実施形態及び後述する他の実施形態においても同様である。図５～図７に示すように、標的物質捕捉装置２１は、標的物質捕捉構造体２５及び金属膜２６を含んでいる。標的物質捕捉装置２１は、標的物質捕捉構造体２５の表面２７に円柱状の凹部（以下、単に凹部という）２８Ａが周期的に形成された反射面２９を金属膜２６で被覆している。
　まず、標的物質捕捉構造体２５について説明する。フォトニック結晶は、表面に所定深さの凹部または所定高さの凸部が周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に特定波長の光（平行光）を照射すると、その反射光が得られる構造体である。表面に凹部または凸部が周期的に形成された反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体は、一般にフォトニック結晶と呼ばれる。
　フォトニック結晶とは、サブ波長間隔の格子構造を有する構造体である。そして、それは構造体の表面（以後、反射面という）に広領域波長の光を照射すると、フォトニック結晶の表面状態に依存した特定の波長帯の光を、反射または透過するものである。フォトニック結晶の表面状態は、例えばフォトニック結晶の形状及び材質に依存する。この反射光または透過光の変化を読み取ることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量化することができる。フォトニック結晶の表面状態の変化としては、表面への物質の吸着、構造変化などが挙げられる。表面に金属薄膜が形成されたフォトニック結晶も、光が照射されると、光の反射率または光の透過率に極値（極大値または極小値）が現れる。この反射率または透過率の極値は、金属の種類、金属の膜厚、フォトニック結晶の表面形状に依存するものである。この光の反射率または光の透過率を読み取ることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量化することができる。金属薄膜については後述する。フォトニック結晶の表面状態の変化を反射光または透過光の変化から定量化するには、次の方法を用いることができる。例えば、極値（極大値または極小値）での反射率または透過率の変化量、あるいは反射率または透過率が極値となる波長のシフト量を求めるなどである。なお、反射率または透過率の極値が複数ある場合には、任意の極値に着目する。そして、着目した極値について変化量を求めるか着目した極値となる波長のシフト量を求めることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量することができる。
　図５～図７に示すように、標的物質捕捉構造体２５は、表面２７に凹部２８Ａが周期的に形成された反射面２９を有している。この反射面２９に光を照射すると、標的物質捕捉構造体２５の形状と材質に依存した特定波長の光が反射される。
　本実施形態において、凹部２８Ａは、三角形の格子状に配置されている。また、凹部２８Ａの直径Ｄ１は、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。また、凹部２８Ａの中心間の距離Ｃ１は、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。また、凹部２８Ａの深さをＨ１としたとき、凹部２８Ａのアスペクト比（Ｈ１／Ｄ１）は、０．１以上１０以下であることが好ましく、より好ましくは、０．５以上５．０以下である。なお、凹部２８Ａの寸法は、上記のものに限定されず、凹部２８Ａは、四角形の格子、六角形の格子などでもよい。凹部２８Ａは、三角形、四角形、六角形が組み合わされて格子状になっていてもよい。
　標的物質捕捉構造体２５の形状及び寸法は、図５～図７に示した形状に限定されることはない。例えば、標的物質捕捉構造体２５の形状は、矩形または多角形の格子状のパターンが表面に形成されたもの、または平行線状パターンや波型形状パターンなどが表面に形成されたもの（詳しくは周期的にパターンなどが形成されたもの）、またはこれらのパターンの組合せであってもよい。図８は、図６におけるＡ－Ａ断面の他の例を示す図である。図８に示すように、上述した標的物質捕捉構造体２５は、表面に凹部が周期的に形成された反射面の代わりに表面に凸部が周期的に形成された反射面を備えるフォトニック結晶にしてもよい。
　標的物質捕捉構造体２５の材質としては、合成樹脂などの有機材料、金属又はセラミックなどの無機材料を使用することができる。
　合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリシクロオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、アクリル、ポリメタクリル酸エステル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することができる。
　セラミックとしては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、イットリアなどのセラミックを好適に使用することができる。
　金属としては、鉄鋼材料をはじめとして各種合金が使用可能である。具体的には、ステンレス鋼、チタンまたはチタン合金などを好適に使用することができる。
　上記した各種材料の中でも、光学特性、加工性、標的物質（ターゲットとなる物質）を含有する溶液に対する耐性、標的物質捕捉物質（特異的結合物質）の吸着性、洗浄剤に対する耐性などを考慮すると、ポリシクロオレフィン系合成樹脂若しくはシリカ系のセラミックがより好ましい。この中でも、ポリシクロオレフィン系合成樹脂は、加工性に優れており最も好適である。
　標的物質捕捉構造体２５は、上記材料基板の表面に微細な加工を施すことにより作製される。加工方法としては、レーザー加工、熱ナノインプリント、光ナノインプリント、フォトマスクとエッチングの組合せなどが使用できる。特に、ポリシクロオレフィン系合成樹脂などの熱可塑性樹脂を材料とする場合には、熱ナノインプリントによる方法が好適である。
　次に、金属膜２６について説明する。本実施形態において、図７に示すように、標的物質捕捉構造体２５は、その反射面２９が金属膜２６で被覆されている。金属膜２６は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）またはアルミニウム（Ａｌ）のうちの何れか１種類以上を用いて形成されることが好ましい。本実施形態において、金属膜２６はＡｕで形成されている。Ａｕは、安定性に優れるため、反射面２９として好ましい。金属膜２６に銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）のうちの何れか１種類以上を用いる場合、金で表面を被覆することが好ましい。このようにすることで、金の使用量を低減して標的物質捕捉構造体２５の製造コストを抑制することができる。
　金属膜２６の膜厚が小さいと、標的物質捕捉構造体２５への入射光の一部は金属膜２６を透過することがある。その結果、反射光から得られる情報量の低下、回折光または標的物質捕捉構造体２５の裏面からの反射光など、標的物質捕捉構造体２５からの反射光には不要な情報が多く含まれる可能性がある。金属膜２６の膜厚を適度に大きくすることにより、標的物質捕捉構造体２５からの反射光に含まれる不要な情報を低減して、標的物質の検出精度及び濃度の計測精度を向上させることができる。また、金属膜２６の膜厚が適度に小さいと、標的物質捕捉構造体２５の表面２７に詳細なパターン形状を作製することが容易であるので好ましい。例えば、パターンの角がシャープになって、パターンの寸法を確保することが容易となる。このような観点から、本実施形態において、金属膜２６の膜厚は、好ましくは３０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、より好ましくは１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。波長に対する反射率の変化は、金属膜２６の膜厚が２００ｎｍを超えるとほぼ同様になるためである。
　また、金属膜２６は、スパッタリングまたは蒸着装置などによって標的物質捕捉構造体２５の反射面２９に形成することができる。金属膜２６の最表面は、Ａｕとすることが好ましい。金属膜２６にＡｇ、Ｐｔ、Ａｌを用いた場合、それぞれの極値における反射光の波長は、Ａｕを金属膜２６として用いた場合に対して１．５倍となる。このように、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌは、Ａｕよりも１．５倍の感度を有する。なお、Ａｇは酸化されやすいので、標的物質捕捉構造体２５の反射面２９にＡｇを形成した後、酸化されにくいＡｕまたはＳｉＯ２などの酸化物薄膜を形成することが好ましい。この場合、２００ｎｍの厚さを有するＡｇの膜の表面に、５ｎｍの厚さを有するＡｕの膜を形成することができる。２００ｎｍの厚さを有するＡｇの膜の表面に５ｎｍの厚さを有するＡｕの膜を形成した場合、２００ｎｍの厚さを有するＡｕの膜に比べて、感度が１．５倍になる。また、５ｎｍのＡｕの膜の有無で、感度の変化は見られなかった。ＡｌもＡｇと同様に酸化されやすいので、標的物質捕捉構造体２５の表面２７にＡｌの膜を形成した後、酸化されにくいＡｕまたはＳｉＯ２などの酸化物薄膜を形成することが好ましい。抗体などで修飾するために、Ｐｔも、ＡｕまたはＳｉＯ２などの酸化物薄膜を形成することが好ましい。
　また、標的物質捕捉構造体２５の反射面２９は、3-triethoxysilylpropylamine（ＡＰＴＥＳ）などを用いて改質されることが好ましい。標的物質捕捉構造体２５の反射面２９に、ＡｕまたはＡｇの金属膜２６を形成させた場合には、ＡＰＴＥＳではなく、一端にチオール基を有し、他端にアミノ基やカルボキシル基などの官能基を有する炭素鎖を用いて標的物質捕捉構造体２５の反射面２９を改質することが好ましい。ＡｕまたはＡｇ以外の金属膜２６を標的物質捕捉構造体２５の反射面２９に形成させた場合は、一端に官能基を有するシラン系カップリング剤、例えばＡＰＴＥＳを使用して、標的物質捕捉構造体２５の反射面２９を改質することが好ましい。
　標的物質捕捉装置２１は、標的物質捕捉構造体２５の反射面２９を金属膜２６で被覆したものであるため、標的物質捕捉構造体２５の凹部２８Ａに対応して反射面２９に標的物質捕捉装置２１の凹部２８Ｂが周期的に形成されている。凹部２８Ｂは、凹部２８Ａと同様、三角形の格子状に配置されている。また、凹部２８Ｂの直径Ｄ２は、金属膜２６の厚さにもよるが、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。また、凹部２８Ｂの中心間の距離Ｃ２は、凹部２８Ａの中心間の距離Ｃ１と同様、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。また、凹部２８Ｂの深さをＨ２としたとき、凹部２８Ｂのアスペクト比（Ｈ２／Ｄ２）は、０．１以上１０以下であることが好ましく、より好ましくは、０．５以上５．０以下である。なお、凹部２８Ｂの寸法は、上記のものに限定されない。
（フォトニック結晶の作製方法）
　次に、熱ナノインプリントにより標的物質捕捉装置２１を作製する工程の一例を説明する。図９、図１０及び図１１は、フォトニック結晶の作製方法を説明する図である。図９に示すように、まず、シート状の樹脂Ｐを準備する（工程１）。次に、熱ナノインプリントでは、ナノメートルレベルの微細構造、またはナノメートルレベルの周期構造のパターンを有する金型ＤＩを用いる。そして、図１０に示すように、製造装置は、加熱した金型ＤＩをシート状の樹脂Ｐに押し付けて、所定圧力で所定時間押圧する（工程２）。次に、製造装置は、金型ＤＩの温度が所定温度になったところで離型し、微細構造及び周期構造をシート状の樹脂Ｐに転写する（工程３）。これにより、上述した標的物質捕捉構造体２５が得られる。
　樹脂Ｐがシクロオレフィン系ポリマーの場合には、金型ＤＩを１６０℃程度まで加熱し、約１２ＭＰａの圧力で所定時間押圧し、金型ＤＩの表面温度が６０℃程度になったところで離型する。
　標的物質捕捉構造体２５を作製した後、図１１に示すように、金型ＤＩと接していた表面に、スパッタリングまたは蒸着装置などによって金属膜２６を形成して、標的物質捕捉装置２１が完成する（工程４）。
（標的物質捕捉物質）
　次に、標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質について説明する。標的物質とは、標的物質検出装置１０が検出する対象物であって、タンパク質などの高分子、オリゴマー、低分子のいずれであってもよい。標的物質は、単分子に限定されず、複数の分子からなる複合体であってもよい。標的物質として、例えば、大気中の汚染物質、水中の有害物質、人体内のバイオマーカー（Biomarker）などが挙げられる。中でも、コルチゾールなどが好ましい。コルチゾールは、分子量３６２ｇ／ｍｏｌの低分子物質である。コルチゾールは、人間がストレスを感じると唾液中のコルチゾール濃度が増加するため、人間が感じているストレスの度合いを評価する物質として注目されている。コルチゾールを標的物質としてその濃度を測定すれば、例えば、人間の唾液中に含まれるコルチゾールの濃度を測定することで、ストレスの度合いを評価することができる。ストレスの度合いを評価すれば、被測定者がうつ病などの精神疾患につながるレベルのストレス状態にあるか否かを判断することができる。
　標的物質捕捉物質とは、標的物質と結合し、標的物質を捕捉する物質である。ここで、結合するとは、化学的に結合する場合の他、例えば物理吸着、ファンデルワールス力による結合のように、化学的結合によらない結合であってもよい。好ましくは、標的物質捕捉物質は、標的物質と特異的に反応して標的物質を捕捉するものであり、標的物質を抗原とした抗体であることが好ましい。特異的に反応するとは、選択的に標的物質と可逆的または不可逆的な結合をして複合体を形成することを意味し、化学反応に限定されない。また、特異的に反応する物質が標的物質以外に存在していても構わない。試料中に標的物質の他に標的物質捕捉物質と反応する物質があっても、その親和性が標的物質と比較して非常に小さい場合は、標的物質を定量することができる。標的物質捕捉物質は、標的物質を抗原とした抗体、人工的に作製した抗体、アデニン、チミン、グアニン、シトシンなどのＤＮＡを構成する物質から構成される分子、ペプチドなどを用いることができる。標的物質がコルチゾールである場合は、標的物質捕捉物質は、コルチゾール抗体であることが好ましい。
　標的物質捕捉物質を作製するには公知の方法を採用することができる。例えば、抗体は、血清法、ハイブリドーマ法、ファージディスプレイ法によって作製できる。ＤＮＡを構成する物質から構成される分子は、例えばＳＥＬＥＸ法（Systematic　Evolution　of　Ligands　by　Exponential　Enrichment:試験管内人工進化法）により作製できる。ペプチドは、例えばファージディスプレイ法により作製できる。標的物質捕捉物質は、何らかの酵素・同位体により標識されている必要はない。しかし、酵素・同位体によって標識されていてもよい。
　本実施形態において、標的物質捕捉物質は、図７に示す標的物質捕捉装置２１の反射面２９に固定される。標的物質捕捉物質を標的物質捕捉装置２１の反射面２９に固定する手段として、共有結合、化学吸着、物理吸着などの化学的結合、物理的結合方法が挙げられる。これらの手段を、標的物質捕捉物質の性質に応じて適宜選択することができる。例えば、固定する手段として吸着を選択した場合、吸着の操作は以下のようなものである。例えば、標的物質捕捉物質を含んだ溶液を、標的物質捕捉装置２１の流路部２４ｆ内に流通させ、標的物質捕捉装置２１を、所定の時間、室温で、または必要に応じて冷却・加温して、標的物質捕捉物質を反射面２９に吸着させる。
　フォトニック結晶バイオセンサー１１は、特定の抗原（例えばコルチゾール）とのみ結合する抗体（例えばコルチゾール抗体）を標的物質捕捉装置２１の反射面２９の表面に予め吸着（固定）させておく。これにより、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、特定の抗原を検出することができる。これは、標的物質捕捉構造体２５の光学的特性と、標的物質捕捉構造体２５の表面または表面近傍で起こる各種の生体・化学反応、例えば特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応とを利用するものである。
　フォトニック結晶バイオセンサー１１は、標的物質捕捉物質である抗体が固定された反射面２９に、ブロッキング剤（保護物質）が固定されたものであってもよい。ブロッキング剤は、標的物質がフォトニック結晶バイオセンサー１１に接触させられる前に固定される。標的物質捕捉構造体２５の反射面２９の表面は、一般的に超疎水性である。このため、疎水性相互作用によって標的物質捕捉物質である抗体以外の不純物が、反射面２９に吸着してしまうおそれがある。さらに、標的物質捕捉構造体２５の光学特性は表面状態に大きく影響されるので、標的物質捕捉構造体２５の反射面２９には、不純物が吸着されていないことが好ましい。標的物質捕捉構造体２５の反射面２９にブロッキング剤が固定されることで、反射光の検出精度を向上させることができる。
　したがって、標的物質捕捉物質である抗体が標的物質捕捉構造体２５の反射面２９に吸着（固定）された部分以外の箇所には、不純物などが固定されないように、いわゆるブロッキング剤を予め固定させておくことが好ましい。ブロッキング剤を予め吸着させておくには、ブロッキング剤を、標的物質捕捉構造体２５の表面に接触させる。ブロッキング剤として、スキムミルクやウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）などを使用することができる。
　次に、フォトニック結晶バイオセンサー１１が標的物質である抗原及びその濃度を検出する基本的な原理を説明する。図１２～図１５は、フォトニック結晶バイオセンサー１１の原理を説明する図である。一般的に、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、標的物質捕捉構造体２５の光学的特性と、標的物質捕捉構造体２５の表面または表面近傍で起こる各種生体・化学反応、例えば、特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応とを利用して、微量のタンパク質または低分子物質を検出するものである。そして、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に特定波長の光を照射したときの表面プラズモン共鳴現象及び／または局在表面プラズモン共鳴現象による反射光の波長の極値がシフトする現象を利用する。
　図１２に示すように、標的物質捕捉装置２１の反射面２９の表面には、抗体（標的物質捕捉物質）３４が吸着により固定されている。
　次に、図１３に示すように、反射面２９の抗体３４が吸着した部分以外の箇所、すなわち、抗体３４が吸着した部分以外の反射面２９に、ブロッキング剤（保護物質）３５を予め吸着させる。これにより、反射面２９の抗体３４が吸着した部分以外の箇所に不純物などが吸着しないようにする。
　次に、図１４に示すように、抗体３４とブロッキング剤３５とが吸着されているフォトニック結晶バイオセンサー１１に抗原（標的物質）３６を接触させ、抗原抗体反応を行う。抗体３４に抗原３６が捕捉された複合体３７が、反射面２９に固定される。
　次に、図１に示す光検出部１２は、図１５に示すように、抗原３６が標的物質捕捉構造体２５の反射面２９に捕捉されている状態で特定波長の光（入射光）ＬＩを平行光で標的物質捕捉装置２１の反射面２９に照射する。そして、図１に示す光検出部１２は、反射面２９で反射された反射光ＬＲを検出し、反射光ＬＲの極値の波長を求める。そして、図１に示す制御部１３は、反射光ＬＲの強度の極値における波長及び強度の極値における波長のシフト量を求めて、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に捕捉された抗原３６の有無を検出したり、抗原３６の濃度を求めたりする。
　フォトニック結晶バイオセンサー１１は、上記原理に基づき、抗体３４及び抗原３６の組合せの種類を変えることにより、検出対象の物質であるタンパク質などの各種生体物質または低分子量物質の種類を変えることができる。
　フォトニック結晶バイオセンサー１１では、反射面２９に固定された抗体３４に抗原３６が捕捉されることにより、反射面２９の状態が変化し、反射光ＬＲに変化が生じる。フォトニック結晶バイオセンサー１１は、光学的な物理量を出力する。この物理量は、標的物質捕捉装置２１の反射面２９における表面状態の変化に相関し、反射面２９に固定された抗体３４に抗原３６が捕捉されて形成される複合体３７の量と相関する。光学的な物理量は、例えば、反射光ＬＲの強度が極値となる波長のシフト量、光の反射率の変化量、光の反射率が極値となる波長のシフト量、反射光ＬＲの強度、反射光ＬＲの強度の極値の変化量などである。本実施形態では、反射光ＬＲの強度または光の反射率が極値となる波長のシフト量を用いる。
　光学的な物理量を出力させるには、例えば以下のようにして行う。標的物質捕捉装置２１の反射面２９に対して垂直に光を入射し、反射光ＬＲを検出する。標的物質捕捉装置２１の反射面２９の垂線に対して角度をつけて光を入射し、反射光ＬＲを検出することもできる。反射光ＬＲを検出することにより、図１に示す標的物質検出装置１０をコンパクトにすることができる。垂直に入射され、垂直に反射された光を検出する場合には、二股の光ファイバーを用いて光を入射し、反射光ＬＲを検出することが好ましい。
（標的物質の検出方法）
　次に、図１に示す標的物質検出装置１０を用いて標的物質を検出する方法（標的物質検出方法）を説明する。この例においては、標的物質捕捉装置２１の反射面２９にコルチゾール抗体を吸着させて、唾液中のコルチゾールを検出対象の標的物質として、検出・測定する場合を説明する。標的物質捕捉構造体２５としては、熱ナノインプリントにより所定の微細構造を表面に形成したシクロオレフィン系ポリマーのシートを所定の大きさに切断したものを用いている。
　図１６は、実施形態１に係る標的物質の検出方法のフローチャートである。図１７は、反射光の極値の強度と波長との関係を示す図である。図１８は、反射光の強度の極値における波長シフト量Δλとフォトニック結晶の反射面にビオチンを用いて固定したアビジンの濃度ＤＮとの関係を示す図である。図１９は、反射光の強度の極値における第１波長シフト量と第２波長シフト量との関係を示す図である。
　まず、ステップＳ１１では、コルチゾール抗体溶液（コルチゾール抗体濃度１μｇ／ｍｌ～１０００μｇ／ｍｌ）を標的物質捕捉装置２１の反射面２９に滴下する。そして、所定の時間または必要であれば、フォトニック結晶バイオセンサー１１を所定の温度で所定の時間静置し、コルチゾール抗体を標的物質捕捉装置２１の反射面２９に吸着させる。
　次に、ステップＳ１２では、リン酸緩衝液（ＰＢＳ：Phosphate　buffered　saline）を標的物質捕捉装置２１の反射面２９に滴下する。その後、遠心力などにより除去するリンス処理を複数回行う。
　次に、ステップＳ１３では、ブロッキング剤３５としてスキムミルクを標的物質捕捉構造体２５の反射面２９に滴下し、フォトニック結晶バイオセンサー１１を所定の時間または必要であれば所定の温度で所定の時間静置し、スキムミルクを標的物質捕捉装置２１の反射面２９におけるコルチゾール抗体の非吸着部に吸着させる。
　その後、ステップＳ１４では、リンス処理（ステップＳ１２）と同様に、リン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う。上述した操作により、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に所定の処理がなされ、フォトニック結晶バイオセンサー１１が形成される。
　次に、ステップＳ１５では、光検出部１２は、ステップＳ１３においてコルチゾール抗体が吸着した反射面２９に光を照射したときの反射面２９からの反射光ＬＲを検出し、制御部１３は、反射光ＬＲを計測する。制御部１３は、例えば、反射光ＬＲの反射光強度のスペクトルを計測する。反射面２９に照射する光（入射光ＬＩ）の波長は、例えば３００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。
　次に、ステップＳ１６では、まず、被検出溶液用タンク７３の中にコルチゾールを含む溶液としての唾液の準備をする。唾液は、被検出溶液Ｗｉになる。唾液のサンプリング及び不純物の除去などの前処理は、例えば、市販の唾液採取キットを用いて行う。唾液の準備は、フォトニック結晶バイオセンサー１１に唾液を滴下する前であればいつ行ってもよい。例えば、フォトニック結晶バイオセンサー１１を形成する前に行ってもよく、フォトニック結晶バイオセンサー１１を形成するのと並行して行ってもよく、反射光強度を計測した後に行ってもよい。サンプリング及び前処理の終了した唾液１０μＬ～２０００μＬをフォトニック結晶バイオセンサー１１に送出する。
　次に、ステップＳ１７では、フォトニック結晶バイオセンサー１１を、所定の時間、または必要であれば所定の温度で所定の時間、静置して抗原抗体反応を行う。
　その後、ステップＳ１８では、リンス処理（ステップＳ１２）と同様に、リン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う。
　次に、ステップＳ１９では、標的物質検出装置１０を用いて、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に光を照射する。このときに照射する光は、ステップＳ１５で反射面２９に照射した光と同一である。そして、標的物質検出装置１０は、反射面２９からの反射光ＬＲ、例えば、反射光強度のスペクトルを計測する被検出溶液の検出ステップを行う。
　フォトニック結晶バイオセンサー１１の反射光強度の極値における波長は、反射面２９または反射面２９の近傍での抗原抗体反応などにより影響を受けて変化する。このため、反応前後の反射光強度の極値における波長の差、すなわち波長シフト量から、唾液中のコルチゾールを検出できる。図１７は、反射光の波長（スペクトル）に対する反射光強度を示している。図１７のＧＢは、標的物質が捕捉される前の反射光であって、ステップＳ１３において抗体を吸着させた（固定された）反射面２９の反射光強度と波長との関係を示している。図１７のＧＡは、フォトニック結晶の反射面に固定された抗体に抗原が捕捉された場合における反射光強度と波長との関係を示している。いずれも、波長が５００ｎｍ～５５０ｎｍの間に反射光強度の極値（極小値）Ｐａ、Ｐｂをとる。そのときの波長は、λｂ、λａ（λｂ＜λａ）である。図１４に示すように、反射面を形成する金属膜の表面に固定された抗体に抗原が捕捉されると、抗原が捕捉される前の抗体を吸着させた反射面２９のみの場合よりも極値（極小値）Ｐａの波長はより大きいλａにシフトする。本実施形態では、この波長のシフト量（波長シフト量）Δλ（λａ－λｂ）を第１シフト量とする。
　図１８に示すように、標的物質としてのアビジンの濃度ＤＮが増加するとともに、波長シフト量Δλも増加する。このように、波長シフト量Δλと、滴下する標的物質の濃度ＤＮとは相関があることがわかる。両者の関係は、Δλ＝ａ×ＤＮ＋ｂ（ａ、ｂは定数）の一次式で近似できる。本実施形態では、波長シフト量Δλを求めることにより、反射面に捕捉された標的物質の濃度を求める。上述した例は、ビオチンを標的物質捕捉物質とし、アビジンを標的物質とした場合であるが、標的物質としてコルチゾールを用い、標的物質捕捉物質としてコルチゾール抗体を用いた場合も同様の結果である。
　そこで、ステップＳ２０では、制御部１３は、ステップＳ１９で計測した反射光強度（または反射率）の極値（極小値）における波長のシフト量（第１波長シフト量）を求める。第１波長シフト量は、例えば、図１９に示す反射面２９に標的物質が捕捉された後における波長λＢと、標的物質が捕捉される前の反射光であって、ステップＳ１１において抗原を吸着させた（固定された）反射面２９の反射光強度（または反射率）の極値（最小値）に対応する波長λＡ（基準波長）との差分λＢ－λＡである。
　次に、ステップＳ２１では、まず、標準溶液用タンク７４の中に濃度が既知のコルチゾールを含む溶液（標準溶液Ｗｓ）の準備をする。標準溶液Ｗｓは、１０μＬ～２０００μＬをフォトニック結晶バイオセンサー１１に送出される。
　次に、ステップＳ２２では、フォトニック結晶バイオセンサー１１を、所定の時間、または必要であれば所定の温度で所定の時間、静置して抗原抗体反応を行う。
　その後、ステップＳ２３では、リンス処理（ステップＳ１２）と同様に、リン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う。
　次に、ステップＳ２４では、標的物質検出装置１０を用いて、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に光を照射する。このときに照射する光は、ステップＳ１５で反射面２９に照射した光と同一である。そして、標的物質検出装置１０は、反射面２９からの反射光ＬＲ、例えば、反射光強度のスペクトルを計測する標準溶液の検出ステップを行う。
　ステップＳ２５では、制御部１３は、ステップＳ２４で計測した反射光強度（または反射率）の極値（極小値）における波長のシフト（第２波長シフト量）を求める。第２波長シフト量は、例えば、図１９に示す反射面２９に標的物質が捕捉された後における波長λＣと、標的物質が捕捉される前の反射光であって、ステップＳ１５において抗体を吸着させた（固定された）反射面２９の反射光強度（または反射率）の極値（最小値）に対応する波長λＡ（基準波長）との差分λＣ－λＡである。上述したように、標的物質検出装置１０は、図１９に示す時間（Ｔｉｍｅ）Ｔ１からステップＳ１５を処理する。そして、図１９に示す時間（Ｔｉｍｅ）ＴａからステップＳ１６を処理すると、反射光強度のスペクトルが変化する。そして、制御部１３は、図１９に示す時間（Ｔｉｍｅ）Ｔ２で、図１４に示す反射面２９の抗体３４に標的物質（抗原３６）が捕捉された後における波長λＢを記憶することができる。そして、図１９に示す時間（Ｔｉｍｅ）ＴｂからステップＳ２１を処理すると、反射光強度のスペクトルが変化する。また、制御部１３は、図１９に示す時間（Ｔｉｍｅ）Ｔ３において、反射面２９の抗体３４に既知の濃度が判明している抗原３６が捕捉された後における波長λＣを記憶することができる。
　上述したように、標準溶液Ｗｓの標的物質の濃度が既知である場合、制御部１３は、記憶部に標的物質の濃度Ｌαを記憶しておく。ステップＳ２６において、制御部１３は、被検出溶液Ｗｉの標的物質の濃度Ｌβは、下記式で求めることができる。
　Ｌβ＝Ｌα×（（λＢ－λＡ）／（λＣ－λＡ））　　・・・（１）
　このように、制御部１３は、第１シフト量の（λＢ－λＡ）を第２シフト量の（λＣ－λＡ）で除した値（（λＢ－λＡ）／（λＣ－λＡ））と、標準溶液Ｗｓが含む標的物質の濃度Ｌαとの積を、被検出溶液Ｗｉが含む標的物質の濃度Ｌβとして求める。制御部１３は、第１シフト量の（λＢ－λＡ）を第２シフト量の（λＣ－λＡ）で除した値（（λＢ－λＡ）／（λＣ－λＡ））と、標準溶液Ｗｓが含む標的物質の濃度Ｌαとの関係を予め検量線で求めておき、値（（λＢ－λＡ）／（λＣ－λＡ））と検量線とから被検出溶液Ｗｉが含む標的物質の濃度Ｌβを求めてもよい。このように、制御部１３は、第１シフト量の（λＢ－λＡ）を第２シフト量の（λＣ－λＡ）で除した値（（λＢ－λＡ）／（λＣ－λＡ））に基づいて、被検出溶液Ｗｉが含む標的物質の濃度Ｌβを求めることができる。
　上述した例では、標的物質が捕捉されていない状態の反射面２９における反射光強度の極値の波長を用いて波長シフト量を求めたが、これに限定されるものではない。また、ステップＳ１５、ステップＳ１９において、極値が複数ある場合には、着目する極値を適宜選定する。
　標準溶液の濃度が既知であるので、標準溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、センサ個体差等の誤差を把握することができる。このため、被検出溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、誤差を補正により除去することにより、標的物質検出装置１０は、フォトニック結晶バイオセンサー１１の個体差を補正し、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、標的物質検出装置１０は、標的物質を精度よく検出することができる。また、光検出装置５３は、被検出溶液の標的物質が捕捉された反射面で反射された反射光を検出した後に、標準溶液の標的物質が捕捉された当該反射面で反射された反射光を検出する。このため、標的物質検出装置１０は、同じ標的物質捕捉構造体２５を用いても測定毎にばらつく、反射面上の分子数、反射面上の分子または反応させる分子の活性個体差が、被検出溶液の検出と、標準溶液の検出とで相関がある。そして、標準溶液の濃度が既知であるので、標準溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、フォトニック結晶バイオセンサー１１の個体差に加え、反射面上の分子数、反射面上の分子または反応させる分子の活性個体差等の誤差を把握することができる。その結果、被検出溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、誤差を補正により除去することにより、標的物質検出装置１０は、測定によるばらつきを補正し、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、標的物質検出装置１０は、標的物質を精度よく検出することができる。
　また、標的物質検出装置１０は、平行光でフォトニック結晶バイオセンサー１１の反射面２９に対して垂直に光（入射光ＬＩ）を照射し、反射面２９で垂直に反射した反射光ＬＲを受光して、標的物質（例えば、コルチゾール）を検出したり、標的物質の濃度を求めたりする。そして、標的物質捕捉装置２１は、凹部２８Ｂの壁面が凹部２８Ｂの底面に対して所定の角度を有するように反射面２９に形成されているため、反射光ＬＲのピーク波長の特定を容易に行うことができる。このため、標的物質の検出精度及び濃度の計測精度をさらに向上させることができる。また、コルチゾール抗体溶液、唾液、リンス液などの使用量を大幅に低減することができる。
　なお、本実施形態では、標的物質捕捉装置２１は、反射面２９に抗体３４を固定しているが、これに限定されるものではなく、標的物質捕捉装置２１は、反射面２９に抗体３４を固定しないで用いてもよい。
（変形例）
　実施形態１の変形例に係る標的物質捕捉部を備えた標的物質検出装置について説明する。本実施形態に係る標的物質捕捉部は、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に固定するものを抗原（標的物質）３６とし、この抗原３６に抗体３４を吸着させることに変更したこと以外は実施形態１と同様であるため、重複した説明は省略する。
　図２０及び図２１は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。抗体３４と、抗原３６との特異的反応として、本実施形態では、抗原３６としてコルチゾールと、抗体３４として抗コルチゾール抗体とを用いて説明する。
　まず、図２０に示すように、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に抗原３６を固定する手段として、抗体３４を反射面２９に固定する手段と同様に行うことができる。抗原３６を反射面２９に固定する手段としては、例えば、共有結合、化学吸着、物理吸着などの、化学的結合、物理的結合方法が挙げられる。これらの手段は、抗原３６の性質に応じて適宜選択することができる。
　標的物質捕捉装置２１に固定される抗原３６の量は、一定量である。これにより、標的物質捕捉装置２１に固定される抗原３６に抗体３４が吸着して複合体６５（図２３、図２４参照）が形成された場合に、形成された複合体６５の量と相関する物理量を、フォトニック結晶バイオセンサー１１が出力できる。固定される抗原３６の一定量は、適宜変更してもよく、例えば、試料Ｓに含まれる抗原３６の量の範囲によって最適な量に設定することができる。
　その後、図２１に示すように、ブロッキング剤３５を反射面２９の抗原３６の付着していない箇所に固定させる。
　次に、標的物質捕捉構造体２５の反射面２９に、例えば３００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の光（入射光）ＬＩを平行光で、かつ光軸が反射面２９と直交するように照射する。このときの反射光ＬＲの強度または反射率が極値（この例では極小値）となる波長を光検出部１２が検出する。
［実施形態２］
　実施形態２に係る標的物質捕捉部を備えた標的物質検出装置について説明する。実施形態１及び変形例と同様である構成の重複した説明は省略する。図２２は、実施形態２に係る標的物質の検出方法のフローチャートである。図２３～２５は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。図２６は、反射光の強度の極値における第１波長シフト量と第２波長シフト量との関係を示す図である。実施形態２において、標的物質は、反射面２９に固定された抗原３６と反応する抗体３４であり、抗原３６としてコルチゾールと、抗体３４として抗コルチゾール抗体とを用いて説明する。
　まず、ステップＳ３１では、コルチゾール溶液（コルチゾール濃度１μｇ／ｍｌ～２０００μｇ／ｍｌ）を標的物質捕捉装置２１の反射面２９に滴下する。そして、所定の時間または必要であれば、フォトニック結晶バイオセンサー１１を所定の温度で所定の時間静置し、上述した実施形態１の変形例と同様に、図２０に示す抗原３６としてコルチゾール抗体を標的物質捕捉装置２１の反射面２９に吸着させる。そして、図２１に示すように、ブロッキング剤３５を反射面２９の抗原３６の付着していない箇所に固定させる。反射面２９は、実施形態１と同様に適宜リンス処理をしてもよい。
　次に、ステップＳ３２では、光検出部１２は、標的物質捕捉構造体２５の反射面２９に光を照射したときの反射面２９からの反射光ＬＲを検出し、制御部１３は、反射光ＬＲを計測する。制御部１３は、例えば、反射光ＬＲの反射光強度のスペクトルを計測する。反射面２９に照射する光（入射光ＬＩ）の波長は、例えば３００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。その結果、制御部１３は、図２６に示すような、標的物質が捕捉される前の反射光であって、ステップＳ３１において抗原を吸着させた（固定された）反射面２９の反射光強度（または反射率）の極値（最小値）に対応する波長λＡ（基準波長）を記憶することができる。
　次に、ステップＳ３３では、図２３に示すように、抗原３６と抗体３４との複合体６５と、抗体３４とを含む混合物Ｍを準備する。混合物Ｍは、抗原３６を含む試料Ｓと既知濃度の抗体３４を含む溶液Ｇとを混合することで得られる。複合体６５は、抗原３６を含む試料Ｓと既知量の抗体３４を含む溶液Ｇとを混合することで、抗体３４と抗原３６とが反応して得られる。混合に際しては、溶液Ｇに含まれる抗体３４が有する抗原３６との結合部位の総量が試料Ｓに含まれる抗原３６の総量よりも多くなるよう、溶液Ｇの濃度を予め調整する。これにより、混合物Ｍに含まれる抗体３４の一部は、その結合部位が抗原３６と結合せずに残る。このように、混合物Ｍには、抗原未結合（コルチゾール未結合）であった抗体３４が存在している。そして、被検出溶液用タンク７３は、混合物Ｍを被検出溶液Ｗｉとして貯留して、供給の準備がされている。なお、ステップＳ３３は、後述するステップＳ３５の処理までに完了していれば、いつ処理されていてもよい。
　次に、ステップＳ３４では、ステップＳ３３で製作した被検出溶液Ｗｉに含まれる抗体３４の濃度と同じ濃度であって、かつ抗原３６と結合してない抗体３４のみを含む標準溶液Ｗｓを準備する。そして、標準溶液用タンク７４は、標準溶液Ｗｓを供給する準備がされている。なお、ステップＳ３４は、後述するステップＳ３９の処理までに完了していれば、いつ処理されていてもよい。
　次に、ステップＳ３５では、被検出溶液Ｗｉがフォトニック結晶バイオセンサー１１に送出される。そうすると、混合物Ｍが、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に接触する。
　次に、ステップＳ３６では、フォトニック結晶バイオセンサー１１を、所定の時間、または必要であれば所定の温度で所定の時間、静置する抗原抗体反応を行う。これにより、図２４に示すように、混合物Ｍ中で抗原未結合（コルチゾール未結合）であった抗体３４と反射面２９に固定された抗原３６とは、複合体６５となり、この複合体６５が反射面２９に付着する。
　次に、ステップＳ３７では、標的物質検出装置１０を用いて、図２５に示すように、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に光を照射する。このときに照射する光は、ステップＳ３２で反射面２９に照射した光と同一である。そして、標的物質検出装置１０は、反射面２９からの反射光ＬＲ、例えば、反射光強度のスペクトルを計測する被検出溶液の検出ステップを行う。その結果、制御部１３は、図２６に示すような、図２５に示す反射面２９に標的物質が捕捉された後における波長λＢを記憶することができる。
　フォトニック結晶バイオセンサー１１の反射光強度の極値における波長は、反射面２９または反射面２９の近傍での抗原抗体反応などにより影響を受けて変化する。そこで、ステップＳ３８において、制御部１３は、ステップＳ３７で計測した反射光強度（または反射率）の極値（極小値）における波長のシフト量（第１波長シフト量）を求める。第１波長シフト量は、例えば、図２５に示す反射面２９に標的物質が捕捉された後における波長λＢと、基準波長λＡとの差分λＢ－λＡである。標的物質捕捉装置２１の反射面２９における表面状態の変化に応じて、第１波長シフト量は変化する。このように、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、光学的な物理量を出力する。この物理量は、反射面２９における表面状態の変化に相関し、反射面２９に固定された抗原３６と抗体３４とで形成される複合体６５の量と相関する。
　実施形態２に係る標的物質捕捉装置２１は、抗原３６であるコルチゾールを固定させて、抗体３４である抗コルチゾール抗体を反応させている。抗原３６であるコルチゾールの分子量は、抗体３４である抗コルチゾール抗体の分子量に比較して、非常に小さい。このため、ステップＳ３３において抗原未結合（コルチゾール未結合）の抗体３４が、ステップＳ３１で反射面２９に固定された抗原３６に結合した量は、波長のシフトとして捉えやすい。その結果、上記実施形態１のように、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に抗体３４を固定させた後、抗体３４に抗原３６を反応させる場合と比較して、本実施形態のように、標的物質捕捉装置２１の反射面２９にコルチゾールを固定させた後、コルチゾールに抗コルチゾール抗体を反応させる場合の方が、標的物質捕捉装置２１の表面状態の変化が大きくなり、フォトニック結晶バイオセンサー１１の感度が向上する。このため、本実施形態によれば、フォトニック結晶バイオセンサー１１の感度をさらに高くすることができる。
　次に、ステップＳ３９では、まず、ポンプ７１が、標準溶液用タンク７４の中に濃度が既知の抗体３４である抗コルチゾール抗体を流路部２４ｆへ送出する。標準溶液Ｗｓは、１０μＬ～２０００μＬがフォトニック結晶バイオセンサー１１に送出される。
　次に、ステップＳ４０では、フォトニック結晶バイオセンサー１１を、所定の時間、または必要であれば所定の温度で所定の時間、静置して抗原抗体反応を行う。実施形態２に係る標的物質捕捉装置２１は、フォトニック結晶バイオセンサー１１が、例えば、標準溶液Ｗｓが含む抗体３４を、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に固定された抗原３６と反応させる。標準溶液Ｗｓと被検出溶液Ｗｉとに含まれる抗体３４の濃度は同じであるが、被検出溶液Ｗｉに含まれる抗体３４は、その結合部位の一部が抗原３６と結合しているため、標準溶液Ｗｓに含まれる抗体３４が有する抗原３６との結合部位の総量は、被検出溶液Ｗｉよりも多い。この結果、ステップＳ４０において、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に固定された抗原３６に結合した抗体３４の量は、ステップＳ３５のときよりも増加し、標的物質捕捉装置２１の表面状態はステップＳ３５のときよりもさらに大きく変化する。
　次に、ステップＳ４１では、標的物質検出装置１０を用いて、標的物質捕捉装置２１の反射面２９に光を照射する。このときに照射する光は、ステップＳ３２で反射面２９に照射した光と同一である。そして、標的物質検出装置１０は、反射面２９からの反射光ＬＲ、例えば、反射光強度のスペクトルを計測する標準溶液の検出ステップを行う。上述したように、標的物質検出装置１０は、図２６に示す時間（Ｔｉｍｅ）Ｔ１からステップＳ３２を処理する。そして、図２６に示す時間（Ｔｉｍｅ）ＴａからステップＳ３５を処理すると、反射光強度のスペクトルが変化する。そして、制御部１３は、図２６に示す時間（Ｔｉｍｅ）Ｔ２で、図２５に示す反射面２９に標的物質が捕捉された後における波長λＢを記憶することができる。そして、図２６に示す時間（Ｔｉｍｅ）ＴｂからステップＳ３９を処理すると、反射光強度のスペクトルが変化する。また、制御部１３は、図２６に示す時間（Ｔｉｍｅ）Ｔ３において、反射面２９の抗原３６に既知の濃度が判明している抗体３４が捕捉された後における波長λＣを記憶することができる。
　ステップＳ４２では、制御部１３は、ステップＳ２４で計測した反射光強度（または反射率）の極値（極小値）における波長のシフト量（第２波長シフト量）を求める。第２波長シフト量は、例えば、反射面２９の抗原３６に既知の濃度が判明している抗体３４が捕捉された後における波長λＣと、基準波長λＡとの差分λＣ－λＡである。
　上述したように、標準溶液Ｗｓの標的物質である抗体の濃度が既知である場合、制御部１３は、記憶部に標的物質の濃度Ｌγを記憶しておく。試料Ｓに含まれる抗原３６の結合する部位の量をＸ、混合物Ｍ中の抗体３４の結合する部位の既知量をＣとする。このとき、ＸとＣとの関係は、ＸをＣよりも少なくする（Ｘ＜Ｃ）。混合物Ｍ中において、抗原３６と抗体３４とが抗原抗体反応して、複合体６５が形成される。ＸはＣよりも少ない（Ｘ＜Ｃ）ので、混合物Ｍ中の抗原未結合（コルチゾール未結合）の抗体３４の量は、Ｃ－Ｘとなる。そして、混合物Ｍを、一定量の抗原３６が固定された反射面２９に接触させると、混合物Ｍ中の抗体３４が反射面２９の抗原３６と抗原抗体反応して、複合体６５が形成される。ステップＳ３１において反射面２９に固定されている抗原３６の量は、混合物Ｍ中の抗体３４の量Ｃ－Ｘ以上である。ここで、フォトニック結晶バイオセンサー１１毎の標的物質の検出値は、ステップＳ３１において反射面２９に固定されている抗原３６の量、またはステップＳ３１において反射面２９に固定されている抗原３６が混合物Ｍ中の抗原未結合（コルチゾール未結合）の抗体３４に対して活性である活性個体の量の個体差の影響がある。そこで、標的物質の検出値がフォトニック結晶バイオセンサー１１毎にばらつき、標的物質の検出値の信頼性を確保することが望まれている。
　標準溶液の検出ステップ（Ｓ４１）で検出した検出値は、被検出溶液の検出ステップ（ステップＳ３７）で検出した検出値と同程度に、ステップＳ３１において反射面２９に固定されている抗原３６の量、またはステップＳ３１において反射面２９に固定されている抗原３６が混合物Ｍ中の抗原未結合（コルチゾール未結合）の抗体３４に対して活性である活性個体の量の個体差の影響である誤差を含んでいる。このため、第２シフト量も第１シフト量と同程度に誤差を含んでいるので、第２シフト量及び第１シフト量が含む誤差は、それぞれの真の値に対して同じ比率又は傾向の相関がある。
　制御部１３は、第１シフト量の（λＢ－λＡ）を第２シフト量の（λＣ－λＡ）で除した値（（λＢ－λＡ）／（λＣ－λＡ））を演算すると、値（（λＢ－λＡ）／（λＣ－λＡ））には誤差が相殺されることになる。第１波長シフト量Δλ１＝λＢ－λＡ、第２波長シフト量Δλ２とした場合、Δλ１は、（Ｃ－Ｘ）に比例し、Δλ２は、Ｃに比例する。従って、制御部１３は、下記式（２）を演算することができる。
　（Δλ１／Δλ２）＝ｋ×（（Ｃ－Ｘ）／Ｃ）　・・・（２）
　ここでｋは、（Δλ１／Δλ２）と（（Ｃ－Ｘ）／Ｃ）との相関を検量線などで実験的に求めた定数である。ステップＳ４３において、制御部１３は、上記式（２）を演算し、抗原３６の量Ｘは、Ｃ－（Δλ１／Δλ２）×（Ｃ／ｋ）で求めることができる。抗原３６の濃度は、抗原３６の量Ｘに基づいて求めることができる。その結果、制御部１３は、被検出溶液Ｗｉの抗原３６の濃度を求めることができる。このように、制御部１３は、第１シフト量Δλ１を第２シフト量Δλ２で除した値（Δλ１／Δλ２）に基づいて、被検出溶液Ｗｉが含む標的物質の濃度を求めることができる。
　図２７は、評価例のばらつきを示す図である。図２７において、評価例は、実施形態２に係る標的物質捕捉装置２１である。図２７において、比較例は、ステップＳ３８における第１シフト量から、絶対量として被検出溶液Ｗｉの抗原３６の濃度を求めている。図２７に示すように、評価例は、比較例に比べ、縦軸のセンサ感度（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ（ａ．ｕ．））を同じとした場合でも、ばらつきが小さくなる。
　以上説明したように、標準溶液Ｗｓの抗体３４の濃度又は量が既知であるので、標準溶液Ｗｓが含む混合物Ｍ中の抗原未結合（コルチゾール未結合）の抗体３４の検出値に含まれる、センサ個体差等の誤差を把握することができる。このため、実施形態２に係る標的物質捕捉装置２１は、図２７に示すように、被検出溶液が含む標的物質の抗原の検出値に含まれる、誤差を相殺により除去することにより、標的物質検出装置１０は、フォトニック結晶バイオセンサー１１の個体差の影響を低減し、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、実施形態２に係る標的物質検出装置１０は、標的物質を精度よく検出することができる。また、光検出装置５３は、被検出溶液Ｗｉの標的物質（抗原未結合（コルチゾール未結合）の抗体３４）が捕捉された反射面で反射された反射光を検出した後に、標準溶液Ｗｓの標的物質（抗体３４）が捕捉された当該反射面で反射された反射光を検出する。このため、標的物質検出装置は、同じ標的物質捕捉構造体２５を用いても測定毎にばらつく、反射面上の分子数、反射面上の分子または反応させる分子の活性個体差が、被検出溶液Ｗｉの検出と、標準溶液Ｗｓの検出とで相関がある。そして、標準溶液Ｗｓの抗体３４の濃度又は量が既知であるので、標準溶液Ｗｓが含む標的物質の検出値に含まれる、フォトニック結晶バイオセンサー１１の個体差に加え、反射面２９上の分子数、反射面２９上の分子または反応させる分子の活性個体差等の誤差を把握することができる。その結果、被検出溶液が含む標的物質の検出値に含まれる、誤差を相殺により除去することにより、標的物質検出装置１０は、測定によるばらつきを低減し、検出値の信頼性を高めることができる。その結果、標的物質検出装置１０は、標的物質を精度よく検出することができる。
　上述した標的物質捕捉部は、標的物質捕捉構造体２５を、表面に凹部が周期的に形成された反射面の代わりに表面に凸部が周期的に形成された反射面を備えるフォトニック結晶にしてもよい。
　１０　標的物質検出装置
　１１　フォトニック結晶バイオセンサー（標的物質捕捉部）
　１２　光検出部
　１３　制御部
　２１　標的物質捕捉装置
　２２　上部プレート
　２３　下部プレート
　２４　流路プレート
　２５　標的物質捕捉構造体
　２６　金属膜
　２７　表面
　２８Ａ、２８Ｂ　円柱状の凹部（凹部）
　２９　反射面
　３４　抗体（標的物質捕捉物質）
　３５　ブロッキング剤（保護物質）
　３６　抗原（標的物質）
　３７、６５　複合体
　５１　光源
　５２　測定プローブ
　５３　光検出装置
　５４　第１光ファイバー
　５５　第２光ファイバー
　５６　コリメートレンズ
　Ｍ　混合物
　ＬＩ　入射光
　ＬＲ　反射光

Claims (5)

  1. 　標的物質を捕捉する反射面を有し、前記反射面に照射された光を反射する標的物質捕捉部と、
    　前記反射面で反射された反射光を検出する光検出部と、
    　前記標的物質の濃度を求める制御部と、を含み、
    　前記制御部は、前記光検出部が検出する、被検出溶液の前記標的物質が捕捉された反射面で反射された反射光の検出値と、前記標的物質の濃度が既知である標準溶液の前記標的物質が捕捉された当該反射面で反射された反射光の検出値とに基づいて、前記被検出溶液が含む前記標的物質の濃度を求めることを特徴とする標的物質検出装置。
  2. 　前記光検出部は、前記被検出溶液の前記標的物質が捕捉された前記反射面で反射された反射光を検出した後に、前記標準溶液の前記標的物質が捕捉された当該反射面で反射された反射光を検出する請求項１に記載の標的物質検出装置。
  3. 　前記標準溶液が含む前記標的物質の濃度は、前記被検出溶液が含む前記標的物質の濃度よりも大きい請求項１または２に記載の標的物質検出装置。
  4. 　前記制御部は、
    　前記標的物質が捕捉される前の前記反射光の極値の基準波長と前記被検出溶液が含む前記標的物質が捕捉された反射面で反射された反射光の極値の波長との差である第１シフト量と、
    　前記基準波長と前記標準溶液の前記標的物質が捕捉された反射面で反射された反射光の極値の波長との差である第２シフト量とを演算し、
    　前記第１シフト量を前記第２シフト量で除した値に基づいて、前記被検出溶液が含む前記標的物質の濃度を求める請求項１から３のいずれか１項に記載の標的物質検出装置。
  5. 　反射面に光を照射し、前記反射面で反射された反射光を検出するステップと、
    　被検出溶液が含む標的物質を捕捉させた反射面に光を照射し、前記反射面で反射された反射光を検出する被検出溶液の検出ステップと、
    　前記標的物質の濃度が既知である標準溶液の前記標的物質を捕捉させた反射面に光を照射し、前記反射面で反射された反射光を検出する標準溶液の検出ステップと、
    　前記被検出溶液の検出ステップで検出した検出値と、前記標準溶液の検出ステップで検出した検出値とに基づいて前記被検出溶液が含む前記標的物質の濃度を求める濃度演算ステップと、
    　を含むことを特徴とする標的物質の検出方法。
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