WO2019049817A1 - センサチップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法 - Google Patents

センサチップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法 Download PDF

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WO2019049817A1
WO2019049817A1 PCT/JP2018/032555 JP2018032555W WO2019049817A1 WO 2019049817 A1 WO2019049817 A1 WO 2019049817A1 JP 2018032555 W JP2018032555 W JP 2018032555W WO 2019049817 A1 WO2019049817 A1 WO 2019049817A1
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light
transmitting substrate
layer
simulation
refractive index
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PCT/JP2018/032555
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裕樹 芦葉
藤巻 真
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国立研究開発法人産業技術総合研究所
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
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    • GPHYSICS
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    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals

Definitions

  • the present invention relates to a sensor chip capable of detecting fluorescence or the like emitted from a target substance or the like by excitation of a waveguide mode, a target substance detection device, and a target substance detection method.
  • a waveguide mode sensor is used as a sensor for detecting minute substances present in a solution.
  • a detection plate responsible for detecting the target substance in the guided wave mode sensor a first layer formed of a metal material or a semiconductor material on a light transmitting substrate and a second layer formed of a dielectric material are stacked in this order.
  • the light is irradiated to such a detection plate at a specific incident angle while satisfying the total reflection condition from the back surface side (the light transmissive substrate side)
  • light having a specific wavelength propagates in the detection plate Coupling with a mode (also referred to as an optical waveguide mode, a waveguide mode, an optical waveguide mode, etc.), the waveguide mode is excited.
  • the structure which detects the reflected light of the said light irradiated to the said detection board first is mentioned.
  • the intensity of the reflected light changes at a specific incident angle at which the guided mode is excited, and the incident angle at which the guided mode is excited is the dielectric constant near the surface of the detection plate.
  • the detection of the target substance is performed using the change according to That is, when the target substance is adsorbed or approached to the surface of the detection plate and the dielectric constant changes, the incident angle that changes the intensity of the reflected light changes, so that the target substance It can be detected as characteristic change of reflected light.
  • a configuration has also been developed for detecting fluorescence emitted from the target substance on the detection plate or a fluorescent label that binds to the target substance.
  • the target substance is detected using an enhanced electric field generated near the surface of the detection plate when the guided mode is excited. That is, by detecting the fluorescence emitted from the target substance or the like excited by the enhanced electric field, fluorescence observation with less background light can be performed (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
  • an external force-assisted near-field illumination biosensor (EFA-NI biosensor) has also been proposed.
  • the external force assisted near-field illumination biosensor In the external force assisted near-field illumination biosensor, light signals before application of the magnetic field are compared by observing the state before and after application of a magnetic field by a magnetic field application unit (for example, a magnet) using magnetic particles coupled to the target substance. Out of the above, the noise signal is excluded. That is, while the target substance bonded to the magnetic particles is moved by the application of the magnetic field, the noise generated due to the flaws on the surface of the detection plate is not moved by the application of the magnetic field, so it becomes a moving optical signal. By performing focused detection, it is possible to perform fluorescence observation excluding the noise signal (for example, see Non-Patent Document 3).
  • the waveguide mode sensor of the type that performs fluorescence observation is effective in detecting as a target substance a minute substance present in a solution, in particular, a biorelated substance such as DNA, RNA, protein, virus or bacteria.
  • the first layer in the detection plate it is effective to form by performing a heat treatment as a film suitable for excitation of the waveguide mode.
  • a heat treatment as a film suitable for excitation of the waveguide mode.
  • the first layer is formed by a method such as sputtering, or if the first layer is heated at a temperature of about several hundred degrees after formation, defects in the film are removed and the film is easily obtained as a homogeneous film. Depending on the material, crystallization is promoted and formation of a highly transparent film is also possible.
  • the second layer it is effective to form by heat treatment as a film suitable for excitation of the guided mode.
  • the second layer is formed by a method such as sputtering, or if the second layer is heated at a temperature of about several hundred degrees after formation, defects in the film are removed and it is easy to obtain a homogeneous film.
  • a method of forming the second layer a method of thermally oxidizing the first layer at a high temperature near 1,000 ° C. to obtain the second layer is also disclosed (for example, see Patent Document 1).
  • the light transmitting substrate in the detection plate is a substrate on which the first layer and the second layer are formed, when the light transmitting substrate is formed of a plastic material, heating by several hundred degrees is performed.
  • Heat treatment can not be performed on the first layer and the second layer, and hence the first layer and the first layer suitable for excitation of the guided mode can be obtained. There is a problem that the second layer can not be obtained.
  • the light transmitting substrate is formed of the plastic material, there is a problem that the chemical resistance of the detection plate is impaired.
  • a surface modifying molecule silane derivative, thiol derivative, etc.
  • a method of performing the surface modification for example, a method in which a solution in which the surface modifying molecule is dissolved is coated on the surface of the detection plate, or the detection plate in a vapor atmosphere of a solution in which the surface modifying molecule is dissolved There is a way to put it.
  • Some of the surface modifying molecules require an organic solvent having high solvency to a plastic material such as toluene in order to be dissolved, but such an organic solvent is formed on the plastic material to the light transmitting substrate. If it adheres or adsorbs, the light transmitting substrate may be dissolved. For this reason, when the light transmitting substrate is formed of a plastic material, usable surface modifying molecules are limited to the surface modifying molecules of the type not using the organic solvent.
  • the problems of the heat resistance and the chemical resistance of the detection plate can be solved by forming the light transmitting substrate with a glass material.
  • the detection plate is mounted on an optical prism to introduce light for exciting the waveguide mode, and the detection plate and the optical prism constitute a sensor chip.
  • the optical prism is required to have the same refractive index as the light transmissive substrate, and when the light transmissive substrate is formed of the glass material, the optical prism is also formed of the same glass material. Is effective (see, for example, Patent Document 2).
  • the optical prism formed of the glass material that is, the glass prism has a problem that it is very expensive compared to the optical prism formed of the plastic material, that is, the plastic prism.
  • the sensor chip In the case of detecting the bio-related substance, in many cases the sensor chip is disposable for each detection, but since the glass prism constituting the sensor chip is expensive, detection is performed for each detection, detection The cost of the In order to solve these problems, it is also conceivable to remove the glass prism from the used detection plate and attach it to the unused detection plate. However, removal and attachment of such a glass prism is time-consuming, and changes in the sensor signal occur depending on the state of attachment, which causes variations in the measurement results.
  • the sensor chip is required to manufacture more inexpensively while assuming that it is disposable.
  • the plastic prism is used as the optical prism, the same refraction is performed by the optical prism and the light transmitting substrate. It becomes difficult to get the rate. Therefore, at present, there is no sensor chip which makes the heat resistance and the chemical resistance compatible with the inexpensive manufacturability.
  • Patent No. 5424229 gazette Patent No. 5885350
  • the present invention solves the above problems in the prior art, achieves both heat resistance and chemical resistance, and inexpensive manufacturability, and also uses a sensor chip capable of exciting a waveguide mode and the sensor chip
  • An object of the present invention is to provide a substance detection device and a target substance detection method.
  • the present inventors earnestly studied to solve the above problems, and as a result, obtained the following findings.
  • the problem of heat resistance and chemical resistance of the detection plate and the problem of inexpensive manufacturability of the sensor chip are achieved by forming the light transmitting substrate with the glass material and using the plastic prism as the optical prism. It is solved simultaneously by using.
  • the light transmissive substrate and the optical prism have different refractive indexes, and it becomes unclear whether they can be used for detection of the target substance.
  • the guided mode sensor has been developed with a type that detects characteristic change of the reflected light as a starting point.
  • the type that detects the characteristic change of the reflected light when the light transmitting substrate and the optical prism have different refractive indexes, an optical interface is generated between them, and the incident light at this interface is not necessary. Reflection, that is, multiple reflections, which in turn cause Fabry-Perot resonance due to the multiple reflections.
  • the Fabry-Perot resonance occurs, a large number of spike-like noises are generated on the reflection spectrum of the reflected light, and the change in reflectance due to the noise becomes very large.
  • the same refractive index is set for the light transmitting substrate and the optical prism. Further, in the type for performing the fluorescence observation developed after that, the detection principle of the target substance is common in utilizing the excitation of the guided mode, and the detection plate for exciting the guided mode. Since it takes time and labor to set up various optical systems, such as selection of materials of each component layer, setting of thickness, setting of incident angle, the refractive index is made to be the same between the light transmitting substrate and the optical prism. Research has been made with settings in a type for detecting characteristic changes of the reflected light as a template, and settings for making the same refractive index in the light transmitting substrate and the optical prism have been normalized.
  • the present invention is based on the above-mentioned findings, and means for solving the above-mentioned problems are as follows. That is, ⁇ 1> A light transmitting substrate formed of a glass material having a softening point of 600 ° C. or more, and a first formed of any of a metal material, a semiconductor material, and a first dielectric material on the light transmitting substrate And a second layer formed of a second dielectric material are arranged in this order, and a waveguide mode excitation layer is disposed, and light is emitted from the light transmitting substrate side under total reflection conditions.
  • a sensor chip comprising: an optical prism made of a plastic plastic material and having a refractive index different from that of the light transmitting substrate.
  • thermoplastic plastic material is any of polymethyl methacrylate, cyclic olefin polymer, polystyrene, polycarbonate, polyester and cyclic olefin copolymer.
  • a target substance detection device characterized by comprising: ⁇ 8> A target substance detection method for detecting a target substance using the sensor chip according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the liquid sample introduces a liquid sample on a waveguide mode excitation layer.
  • the above-mentioned problems in the prior art can be solved, and heat resistance and chemical resistance and inexpensive manufacturability are compatible, and a sensor chip capable of exciting a waveguide mode and the sensor A target substance detection device and a target substance detection method using a chip can be provided.
  • FIG. 5 It is a figure (1) which shows the simulation result in the example 6 of a simulation. It is a figure (2) which shows the simulation result in the example 6 of a simulation. It is a figure (3) which shows the simulation result in the example 6 of a simulation. It is a figure (4) which shows the simulation result in the simulation example 6.
  • FIG. It is a figure (1) which shows the simulation result in the example 7 of a simulation. It is a figure (2) which shows the simulation result in simulation example 7.
  • FIG. It is a figure (3) which shows the simulation result in the example 7 of a simulation.
  • the sensor chip of the present invention has a detection plate and an optical prism.
  • a light transmitting substrate and a waveguide mode excitation layer are disposed in the detection plate, and an enhanced electric field is formed on the waveguide mode excitation layer when light is irradiated from the light transmitting substrate side under total reflection conditions. It is made possible.
  • the enhanced electric field is in the vicinity of the surface of the waveguide mode excitation layer, that is, the side on which the light transmitting substrate of the detection plate is disposed, It is an electric field generated only in the vicinity of the opposite surface, and has the property of rapidly decaying away from the surface of the guided mode excitation layer.
  • the sensor chip is capable of detecting the detection light generated due to the presence of the target substance in the liquid sample introduced onto the surface of the guided wave mode excitation layer by the enhanced electric field.
  • the light transmitting substrate is a substrate formed of a glass material having a softening point of 600 ° C. or higher.
  • the heat resistance with respect to the heat processing at the time of formation of the said waveguide mode excitation layer is acquired because the said softening point is 600 degreeC or more.
  • the softening point is preferably as high as possible, and is not particularly limited, but from the viewpoint of the production cost and availability of the light transmitting substrate, the upper limit is about 1,700 ° C. which is the softening point of high purity silica glass. It is preferable to In addition, chemical resistance can be obtained by forming the light transmitting substrate with the glass material.
  • the term "softening point” refers to a softening point measured by the fiber elongation method according to JIS-R3103-1.
  • “chemical resistance” means that when a test plate having a thickness of 0.8 mm to 1.2 mm is immersed in the erosion solution for 48 hours, using either toluene or ethanol as the erosion solution, It shows that there is no change in the appearance of the test plate and that the reduction in mass of the test plate is 1% or less.
  • “light transmissive” indicates that the visible light transmittance is 0.5% or more.
  • the refractive index of the light transmitting substrate is not particularly limited as long as it is a refractive index different from the refractive index of the optical prism, but in general, the heat resistance of glass having a lower refractive index is higher than that of glass having a high refractive index. It is preferably 1.450 to 1.550 because a property is obtained.
  • the glass material which is a forming material of the transmissive substrate is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but it is preferable in addition to the viewpoint of manufacturing cost and availability of the light transmissive substrate. Silica glass is preferable from the viewpoint of obtaining the light transmitting substrate satisfying the above refractive index.
  • silica glass itself formed of silicon dioxide (SiO 2 ) as a single component, silica glass containing impurities such as fused silica glass, boron silica glass, fluorine-doped silica glass, germanium-doped silica It includes glass obtained by adding an additive to silica glass such as glass, and includes, for example, BK7 glass, Pyrex glass (registered trademark), and the like.
  • “refractive index” refers to the refractive index at the wavelength of light used for excitation of the waveguide mode.
  • the waveguide mode excitation layer is a layer in which a first layer and a second layer are stacked in this order on the light transmitting substrate, and the waveguide mode can be excited.
  • the guided mode is excited by irradiating the detection plate with light from the light transmissive substrate side under total reflection conditions.
  • the first layer is formed of a metal material, a semiconductor material, and a first dielectric material.
  • metallic material metallic materials, such as gold, silver, copper
  • the semiconductor material is not particularly limited, and examples thereof include known semiconductor materials or compound semiconductor materials such as Si, Ge, SiGe and the like, and among them, Si and Ge which easily obtain a high refractive index of 3.000 or more are preferable.
  • the first dielectric material is not particularly limited and, for example, known light transmissive dielectric materials such as TiO 2 and Ta 2 O 5 may be mentioned. Among them, a high refractive index of 2.500 or more is preferable.
  • the thickness of the first layer an optimum value is determined according to the constituent material and the wavelength of the light to be irradiated, and it is known that this value can be calculated from the calculation using the Fresnel equation. There is. In general, when light in a wavelength range of near ultraviolet to near infrared is used, the first thickness is several nm to several hundreds nm.
  • the method for forming the first layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the material to be formed. For example, a known method such as sputtering can be mentioned, and further, It is preferable to perform homogenization and crystallization of the layer by performing heat treatment on the layer 1.
  • the second layer is formed of a second dielectric material.
  • the second dielectric material is not particularly limited, and examples thereof include glass materials such as silica glass, oxides such as TiO 2 , nitrides such as AlN, and fluorides such as MgF 2 and CaF. Among them, silica glass which is easy to obtain a low refractive index of about 1.450 to 1.550 and has a low extinction coefficient is preferable.
  • silica glass itself formed of silicon dioxide (SiO 2 ) as a single component as the silica glass, glass in which an additive is added to silica glass such as boron silica glass, fluorine added silica glass, germanium added silica glass, etc. including.
  • the thickness of the second layer the optimum value is determined by the constituent material and the wavelength of light to be irradiated as in the first layer, and this value is calculated from the calculation using the Fresnel equation. It is known to be possible. Generally, the thickness of the second layer is several tens nm to several ⁇ m.
  • the method for forming the second layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the material to be formed. For example, a known method such as sputtering can be mentioned, and further, It is preferable to heat the layer 2 to homogenize the layer.
  • the first layer is formed of a semiconductor
  • the second layer can be formed by thermal oxidation of the first layer.
  • the liquid sample to be detected for the target substance is introduced onto the second layer of the guided wave mode excitation layer. Therefore, the second layer is not particularly limited, but it is preferable to apply a surface treatment to attach a surface modifying molecule capable of binding to the target substance or the like.
  • the method for carrying out the surface treatment is not particularly limited, and a method in which a solution in which the surface modifying molecule is dissolved is applied to the surface of the second layer or a vapor atmosphere of a solution in which the surface modifying molecule is dissolved And the method of placing the detection plate.
  • the light transmitting substrate is formed of the glass material which is a material having chemical resistance
  • an organic solvent having high solvency with respect to a plastic material such as toluene can also be used as a solvent species of the solution.
  • the surface modifying molecule can be used without particular limitation, based on the wide selectivity of the solvent species, and examples thereof include silane derivatives and thiol derivatives.
  • the optical prism is disposed in optical contact with the surface of the detection plate on the side of the light transmitting substrate, is formed of a thermoplastic plastic material, and has a refractive index different from that of the light transmitting substrate. Be done. Since the optical prism is formed of the thermoplastic plastic material, it can be obtained at a lower cost than a glass prism formed of a glass material.
  • the refractive index of the optical prism is not particularly limited and may be lower or higher than the refractive index of the light transmitting substrate, but is preferably higher than the refractive index of the light transmitting substrate. That is, it is known that if the refractive index of the light transmitting substrate and the optical prism is the same, the enhanced electric field can be obtained preferably by increasing the refractive index of the light transmitting substrate and the optical prism. While advancing research on the light transmitting substrate having different refractive indices and the sensor chip including the optical prism, when the refractive index of the optical prism is increased, the refractive index of the light transmitting substrate is low. Also, it has been newly found that the preferred enhanced electric field is obtained.
  • the preferable enhanced electric field means that the peak height is increased and the half width of the peak is reduced in the electric field enhanced degree spectrum, that is, the band is narrowed.
  • the narrowing of the electric field enhancement degree spectrum corresponds to the narrowing of the spectrum of excitation light in the measurement of fluorescence and the like.
  • an optical filter or the like is placed on the light detector side to separate and measure the fluorescence signal and the excitation light, so that the wavelength band of the excitation light does not overlap with the measurement wavelength band of fluorescence. There is a need to.
  • the electric field enhancement degree spectrum is narrowed, it is easy to separate and measure the fluorescence signal and the excitation light without overlapping the wavelength band without using the optical filter or the like on the light source side.
  • the refractive index of the optical prism is 0.020 or more higher than the refractive index of the light transmitting substrate, the electric field enhancement spectrum can be further narrowed.
  • the excitation light having a wavelength of 500 nm is incident
  • the height of the refractive index of the optical prism with respect to the refractive index of the light transmitting substrate exceeds 0.103, that is, when the refractive index of the optical prism exceeds 1.565, the light transmitting substrate and the optical prism At the interface between the two, total reflection occurs, and it becomes impossible to excite the guided mode.
  • the height of the refractive index of the optical prism with respect to the refractive index of the light transmitting substrate needs to be determined in consideration of the total reflection condition determined by the incident angle of the excitation light.
  • the specific refractive index of the optical prism is preferably 1.470 to 1.650. When the refractive index is less than 1.470, it is difficult to obtain the condition to make it higher than the refractive index of the light transmitting substrate, and when the refractive index exceeds 1.650, the light transmitting substrate and the optical prism This narrows the range of selection of forming materials, which increases the manufacturing cost, and narrows the range of selection of the excitation conditions of the waveguide mode.
  • thermoplastic plastic material ie, the formation material of the said optical prism
  • the said optical which satisfies a suitable refractive index
  • polymethyl methacrylate, cyclic olefin polymers, polystyrene, polycarbonate, polyester, cyclic olefin copolymers are preferable.
  • a shape of the said optical prism According to the objective, it can select suitably, For example, a triangular prism, a trapezoidal prism, a semi-cylindrical prism, a hemispherical prism is mentioned.
  • a refractive index adjustment oil, a refractive index adjustment polymer sheet or an optical adhesive may be disposed between the detection plate and the optical prism. It is preferable that the two be in close contact so as to be optically continuous.
  • the liquid sample on which the target substance is to be detected is introduced to the surface on the waveguide mode excitation layer side of the detection plate, that is, the surface of the sensor chip.
  • a method of holding the liquid sample on the surface of the sensor chip for example, after the liquid sample is dropped on the surface of the sensor chip, covering with a cover glass or the like can be mentioned. Further, in order to reliably hold the liquid sample, a liquid sample tank may be formed on the surface of the sensor chip.
  • the liquid sample tank is not particularly limited, but is erected on the surface of the sensor chip so as to surround all or a part of the surface area of the sensor chip from the viewpoint of a simple configuration, and the bottom is the surface It is preferable that a side wall portion, which is a component of the liquid sample tank, be disposed.
  • a side wall portion which is a component of the liquid sample tank.
  • limiting in particular as a forming material of the said side wall part A well-known glass material, resin material, etc. can be mentioned, Also as a formation method of the said side wall part, the well-known method according to material should be mentioned. it can.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic configuration of a sensor chip according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor chip 1 comprises a light transmitting substrate 2 and a first layer 3 formed of any of a metal material, a semiconductor material and a first dielectric material on the light transmitting substrate 2.
  • a waveguide mode excitation layer is formed by laminating the second layer 4 formed of the second dielectric material in this order, and light is irradiated from the light transmitting substrate 2 side under total reflection conditions.
  • a detection plate 5 capable of forming an enhanced electric field on the waveguide mode excitation layer when it is exposed, and an optical prism disposed in optical contact with the surface of the detection plate 5 on the light transmitting substrate 2 side And 6.
  • the light transmitting substrate 2 is formed of a glass material having a softening point of 600 ° C. or more, and has heat resistance and chemical resistance.
  • the optical prism 6 is formed of a thermoplastic plastic material, and can be manufactured at lower cost than a glass prism.
  • the light transmitting substrate 2 and the optical prism 6 are formed of different materials and configured to have different refractive indexes, but from the light transmitting substrate 2 side through the optical prism 6 When light is irradiated under total reflection conditions, the enhanced electric field can be formed on the guided mode excitation layer.
  • the refractive index of the optical prism 6 is set higher than the refractive index of the light transmitting substrate 2, a more preferable enhanced electric field can be obtained.
  • the sensor chip 1 both heat resistance and chemical resistance, and inexpensive manufacturability can be achieved, and the waveguiding mode can be excited.
  • the target substance by the enhanced electric field can be obtained. Can be detected.
  • the target substance detection device of the present invention includes the sensor chip of the present invention, a light irradiation unit, and a light detection unit, and as necessary, a magnetic field application unit.
  • the target substance or the labeling substance that labels the target substance is caused to fluoresce or generate scattered light by the enhanced electric field accompanying the excitation of the waveguide mode in the sensor chip.
  • the target substance is detected with the fluorescence or the scattered light as the detection light.
  • the labeling substance is not particularly limited, and examples thereof include a fluorescent labeling substance and a light scattering substance, which specifically adsorb or bind to the target substance to label the target substance.
  • the fluorescent labeling substance for example, known fluorescent substances such as fluorescent dyes, quantum dots, fluorescent stains and the like can be used.
  • well-known light-scattering substances such as a nanoparticle, a polystyrene bead, a gold nanoparticle, can be used, for example.
  • the method for coupling the target substance to the labeling substance is not particularly limited, and known binding methods such as physical adsorption, antigen-antibody reaction, DNA hybridization, biotin-avidin bond, chelate bond, amino bond and the like may be used. It can apply.
  • the light irradiator is a portion capable of emitting light under the condition of total reflection from the light transmitting substrate side to the detection plate via the optical prism.
  • a light source of the said light irradiation part According to the objective, it can select suitably, A well-known lamp, LED, a laser, etc. are mentioned.
  • the enhanced electric field is formed on the surface of the sensor chip by irradiating the detection plate with light under the total reflection condition through the optical prism, and the target material or the like is exposed by the enhanced electric field. Generate detection light. Therefore, the role required of the light irradiation part is only to irradiate light to the detection plate under the total reflection condition through the optical prism, and if it plays such a role, selection of a light source There is no limit to
  • a radiation source such as a lamp or LED
  • all of the emitted light in all directions irradiated to the detection plate is all It is preferable to satisfy the reflection condition.
  • guide parts such as a collimating lens which controls the irradiation direction of irradiation light to a specific direction.
  • a monochromatic light source having a wavelength capable of exciting the fluorescence
  • light from a light source having a wide wavelength band such as a lamp or an LED is used. It is preferable to transmit an optical filter such as a band pass filter so as to be monochromatic, extract only a wavelength capable of exciting fluorescence, and then irradiate the sensor chip with the light.
  • the light detection unit is disposed on the surface of the detection plate on the waveguide mode excitation layer side, and is generated due to the presence of the target substance in the liquid sample introduced onto the waveguide mode excitation layer.
  • the light to be detected can be detected.
  • an imaging device may be selected as the light detection unit.
  • Image sensors such as a well-known CCD image sensor and a CMOS image sensor, can be used.
  • the magnetic field application unit is formed of at least one of a first magnetic field application unit and a second magnetic field application unit.
  • the target substance detection device it is possible to configure an external force assisted near field illumination biosensor in which the magnetic field applied from the magnetic field application unit is an external force.
  • the target substance is detected using the magnetic particles that bind to the target substance.
  • the magnetic particles are not particularly limited, and known magnetic beads and the like can be used.
  • the method of binding the target substance to the magnetic particles is not particularly limited, and physical adsorption may be performed depending on the substance. Known binding methods such as antigen-antibody reaction, DNA hybridization, biotin-avidin binding, chelate binding, amino binding and the like can be applied.
  • the first magnetic field application unit is configured such that the magnetic particles contained in the liquid sample introduced onto the guided mode excitation layer are in a direction parallel to the surface of the guided mode excitation layer or in the guided mode excitation layer. It is a portion to which a first magnetic field to be moved in a direction away from the surface can be applied.
  • the target substance (and the labeling substance) constituting a conjugate with the magnetic particles generates an optical signal only in the enhanced electric field. Also, the electric field strength of the enhanced electric field attenuates as it gets farther from the surface of the guided mode excitation layer.
  • the optical signal is attenuated, and further, the distance to the extent that the electric field strength of the enhanced electric field can be regarded as zero.
  • the light signal of the combined body disappears.
  • the light signal emitted from the combined body that has fluctuated on the surface by the application of the first magnetic field is fluctuation of the light signal. It becomes possible to measure over time.
  • the target substance detection device detects the target substance by detecting such attenuation (including extinction) or fluctuation (which may be accompanied by attenuation or extinction) of the light signal.
  • the first magnetic field application unit is not particularly limited as long as the combination can be moved by application of a magnetic field, and can be appropriately selected according to the purpose. Any one or more can be used.
  • the second magnetic field application unit is disposed at a position opposite to the side on which the detection plate of the optical prism is attached, and the magnetism in the liquid sample introduced onto the surface of the guided wave mode excitation layer It is a portion to which a second magnetic field can be applied which attracts particles onto the surface of the guided mode excitation layer.
  • a second magnetic field can be applied which attracts particles onto the surface of the guided mode excitation layer.
  • it can select suitably, For example, it can comprise using a well-known electromagnet and permanent magnet.
  • the magnetic particles are moved in a direction having a vector component in a direction parallel to the in-plane direction of the surface of the waveguide mode excitation layer in a state where the second magnetic field is applied. It is preferable that it is a possible part.
  • the electromagnet or the permanent magnet is held on a slide member, and the detection plate is near the area to be irradiated with the light from the light irradiation unit.
  • An initial state in which an electromagnet or the permanent magnet is positioned, and a state in which the electromagnet or the permanent magnet is moved in a direction having a vector component in a direction parallel to the in-plane direction of the surface of the guided mode excitation layer It can be configured by moving control between them.
  • the said electromagnet it is set as the state made to excite continuously or intermittently during the said movement control.
  • the intensity of excitation may be changed during the movement control.
  • the magnetic particles can be moved in a direction having a vector component in a direction parallel to the in-plane direction of the surface of the guided mode excitation layer while the second magnetic field application unit applies the second magnetic field. And noise signals can be eliminated.
  • the target substance (and the labeling substance) bonded to the magnetic particles moves following the movement of the second magnetic field application unit
  • the target substance (and the labeling substance) moves due to scratches on the surface of the waveguide mode excitation layer. Since the noise signal does not move following the movement of the second magnetic field application unit, the noise signal can be eliminated by performing detection based on the moving optical signal.
  • the target substance detection method of the present invention is a method of detecting the target substance using the sensor chip of the present invention, and, as required, a liquid sample introduction step, a light irradiation step, and a light detection step. And b.
  • the liquid sample introduction step is a step of introducing the liquid sample onto the waveguide mode excitation layer.
  • the method for carrying out the liquid sample step is not particularly limited, and the liquid sample dropped on the surface of the waveguide mode excitation layer may be covered with a cover glass and held, or the liquid sample tank may be attached to the sensor chip If the liquid sample is formed, the liquid sample may be introduced into the liquid sample tank.
  • the light irradiation step is a step of irradiating the detection plate with light from the light transmitting substrate side under total reflection conditions through the optical prism.
  • the said light irradiation process can be implemented by the said light irradiation part in the said target substance detection apparatus of this invention.
  • the light detection step is a step of detecting the to-be-detected light generated due to the presence of the target substance in the liquid sample based on the light irradiation step.
  • the light detection step can be performed by the light detection unit in the target substance detection device of the present invention.
  • the coupled body transfer step the coupled body of the target substance and the magnetic particles contained in the liquid sample introduced onto the surface of the guided mode excitation layer is subjected to the guided mode excitation by applying a first magnetic field. Moving the first combined body in a direction parallel to the surface of the layer or in a direction away from the surface of the guided mode excitation layer, and a position opposite to the side on which the detection plate of the optical prism is attached The step is carried out in any of a second combined body moving step of drawing the combined body in the liquid sample onto the surface of the guided wave mode excitation layer by application of a second magnetic field from a magnetic field applying unit.
  • the magnetic field applying unit is further moved in a direction having a vector component in a direction parallel to the in-plane direction of the surface of the waveguide mode excitation layer in a state where the second magnetic field is applied. It is preferable that the step of moving the combined body is made to follow the movement of the magnetic field application unit.
  • the combined body transfer step can be performed by the magnetic field application unit in the target substance detection device of the present invention.
  • FIG. 2 is explanatory drawing which shows schematic structure of the target substance detection apparatus based on one Embodiment of this invention.
  • the target substance detection device 100 includes a sensor chip 1, a light irradiation unit 101, and a light detection unit 102.
  • the configuration and effects of the sensor chip 1 are the same as those described with reference to FIG.
  • the light irradiator 101 is configured to be capable of irradiating light to the detection plate 5 via the optical prism 6 from the side of the light transmissive substrate 2 under total reflection conditions.
  • the light detection unit 102 is disposed on the surface of the detection plate 5 on the waveguide mode excitation layer side, and the presence of the target substance in the liquid sample (not shown) introduced onto the waveguide mode excitation layer. The light to be detected which is generated due to
  • the liquid sample is introduced onto the surface of the sensor chip 1 (liquid sample introduction step).
  • light is irradiated to the detection plate 5 from the light transmitting substrate 2 side under the total reflection condition through the optical prism 6 using the light irradiation unit 101 (light irradiation process). That is, based on light irradiation under total reflection conditions, the waveguide mode excitation layer excites the waveguide mode, and the enhanced electric field is generated on the waveguide mode excitation layer.
  • the light detection unit 102 detects the to-be-detected light generated due to the presence of the target substance in the liquid sample (light detection step). That is, fluorescence or scattered light from the target substance or the like generated based on the enhanced electric field is detected by the light detection unit 102 as the detection light.
  • the target substance can be detected.
  • simulation tests were conducted as follows. In this simulation, the enhanced electric field of the sensor chip is obtained by calculation, and the excited state of the guided mode is confirmed.
  • the light transmitting substrate 2 is a synthetic quartz glass substrate (SiO 2 substrate) having a thickness of 0.73 mm
  • the first layer 3 of the waveguide mode excitation layer is a single crystal silicon layer (Si layer) having a thickness of 33 nm.
  • the detection plate 5 is assumed to have the second layer 4 as a thermally oxidized silicon layer (SiO 2 layer) having a thickness of 400 nm.
  • a sensor chip 1 in which the detection plate 5 is mounted on a trapezoidal optical prism 6 is assumed.
  • the refractive index n prism of the optical prism 6 is changed to 1.400, 1.420, 1.461, 1.500, 1.540, and 1.600, and these comparative examinations are performed. Further, it is assumed that water is placed on the surface (second layer 4) of the detection plate 5.
  • the Fresnel equation was solved using a transfer matrix method according to the following reference 1 to calculate the electric field intensity distribution. Further, the value of the electric field intensity relatively indicates the degree of electric field enhancement on the surface of the detection plate 5 when the intensity of light immediately before entering the inclined surface of the optical prism 6 is 1.
  • Reference 1 M. Born and E. Wolf, Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light, 6th ed., Chap. 1 (1980).
  • FIGS. 3 (a) to 3 (f) are diagrams (1) to (6) showing simulation results in simulation example 1, respectively.
  • FIGS. 3A to 3F the peak of the electric field strength attributable to the excitation of the guided mode is confirmed in all cases. That is, in addition to the case where the refractive index of the optical prism 6 and the refractive index of the light transmitting substrate 2 shown in FIG. The peak of the electric field strength due to the excitation of the mode is confirmed (see FIGS. 3 (a), (b), (d), (e) and (f)). Further, as shown in FIGS.
  • the refractive index of the optical prism 6 higher than the refractive index of the light transmitting substrate 2, the refractive index of the optical prism 6 and the refractive index of the light transmitting substrate 2 are larger than in the case where they are the same. It is confirmed that the maximum value of the electric field strength can be obtained.
  • Simulation example 2 Next, the relationship between the excitation of the waveguide mode in the sensor chip 1 and the wavelength of light used (the excitation wavelength ⁇ of the waveguide mode) will be examined.
  • simulation is performed by changing the wavelength (540 nm) of light used in simulation example 1 to 400 nm, 500 nm, 600 nm, and 700 nm.
  • the base angle (refer to “ ⁇ ” in FIG. 2) of the optical prism 6 is fixed at 32 °, and the first layer 3 and the first layer 3 are selected as the optimum conditions for obtaining the largest electric field strength under this base angle condition. Change the thickness of each of the two layers 4.
  • Each thickness of the first layer 3 and the second layer 4 constituting the optimum conditions is the wavelength of light used (400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm) and the forming material of the optical prism 6 (SiO 2 ; synthetic silica glass , PMMA; polymethyl methacrylate, COP; cyclic olefin polymer, PS: polystyrene) thickness of each of the first layer 3 and the second layer 4 when the wavelength of light used is 400 nm (t) Is shown in Table 1 below, the thickness (t) of the first layer 3 and the second layer 4 when the wavelength of light used is 500 nm is shown in Table 2 below, and the wavelength of light used is 600 nm The thicknesses (t) of the first layer 3 and the second layer 4 at one time are shown in Table 3 below, and the thicknesses of the first layer 3 and the second layer 4 when the wavelength of light used is 700 nm. Each thickness (t) is shown in Table 4 below. Conditions other than these follow the
  • 4 (a) to 4 (d) are diagrams (1) to (4) showing simulation results in simulation example 2 when the wavelength of light used is 400 nm
  • FIGS. d) is a figure (1)-(4) which shows the simulation result in the simulation example 2 when the wavelength of the light to be used is 500 nm
  • FIG. 6 (a)-(d) is a wavelength of the light to be used 7 (a) to 7 (d) show simulation results in Simulation Example 2 when the wavelength is 600 nm
  • FIG. 7 (a) to 7 (d) show simulation example 2 when the wavelength of light used is 700 nm.
  • FIG. 6 is a diagram (1) to (4) showing simulation results in FIG. Further, numerical results of the simulation are shown together in Tables 1 to 4 below. “Peak” in Tables 1 to 4 indicates the maximum value of the electric field strength.
  • the forming material of the optical prism 6 is PS
  • PS polystyrene
  • the maximum value of the electric field strength is smaller than in the case where the refractive index of the optical prism 6 and the refractive index of the light transmitting substrate 2 are the same. Therefore, while the wavelength (500 nm, 600 nm, 700 nm) for increasing the electric field strength is higher than the case where the refractive index of the optical prism 6 and the refractive index of the light transmitting substrate 2 are the same, the electric field strength becomes lower. It should be noted that there is also a wavelength (400 nm).
  • an optical filter or the like is placed on the light source side to narrow the excitation light, and the fluorescence signal and the fluorescent light are combined without overlapping wavelength bands. It is necessary to separate and measure the excitation light. As a result of narrowing the electric field enhancement degree spectrum, it is easy to separate and measure the fluorescence signal and the excitation light without overlapping the wavelength band without using the optical filter or the like on the light source side. Become.
  • the refractive index of the optical prism 6 is light transmitting
  • the refractive index of the substrate 2 is preferably higher than that of the substrate 2. That is, it is preferable that the forming material of the optical prism 6 is PMMA (polymethyl methacrylate), COP (cyclic olefin polymer), PS (polystyrene).
  • the half width of the peak waveform of the light source spectrum is smaller than the half width of the peak waveform of the electric field strength.
  • the maximum value of the electric field strength obtained by excitation is determined by the peak height of the peak waveform of the electric field strength.
  • the synthetic quartz glass substrate (SiO 2 substrate) having a thickness of 0.73 mm which is the condition of the light transmitting substrate 2 in simulation example 2, is changed to a BK7 glass substrate having a thickness of 0.73 mm. Comparison with simulation results of synthetic quartz glass substrate (SiO 2 substrate) is performed.
  • the wavelengths of light to be used are 500 nm and 600 nm, and the thicknesses (t) of the first layer 3 and the second layer 4 are as shown in Tables 5 and 6 below.
  • 8 (a) to 8 (e) are diagrams (1) to (5) showing simulation results in simulation example 3 when the wavelength of light used is 500 nm
  • FIGS. e) is a figure (1)-(5) which shows the simulation result in simulation example 3 when the wavelength of the light to be used is 600 nm.
  • numerical results of simulation are shown in Tables 5 and 6 below. “Peak” in Tables 5 and 6 has the same meaning as in Tables 1 to 4.
  • the refractive index of the optical prism 6 is made higher than the refractive index of the light transmissive substrate 2, whereby the refractive index of the optical prism 6 and the refraction of the light transmissive substrate 2 are obtained.
  • the maximum value of the electric field strength is obtained larger than in the case where the rate is the same (see FIGS. 8A to 8E and Tables 5 and 9A to 9E and 6). Further, it is confirmed that the half width of the peak waveform becomes narrower as the refractive index of the optical prism 6 becomes higher (the wavelength band of the light to be used is narrowed), as in the simulation example 2. (Refer to FIG. 8 (a) to (e) and FIG. 9 (a) to (e)).
  • Simulation example 4 Next, the base angle of the optical prism 6 which is the condition of the optical system in the simulation example 2 is changed from 32 ° to 38 °, and comparison with the simulation result in the simulation example 2 is performed.
  • the wavelength of light to be used is 500 nm, and the thickness (t) of each of the first layer 3 and the second layer 4 is as shown in Table 7 below. Conditions other than these follow the simulation example 2.
  • 10 (a) to 10 (c) are diagrams (1) to (3) showing simulation results in simulation example 4, respectively.
  • numerical results of the simulation are shown in Table 7 below. “Peak” in Table 7 has the same meaning as in Tables 1 to 4.
  • Simulation example 5 the single crystal silicon layer (Si layer) which is the condition of the first layer 3 in simulation example 2 is changed to a titanium oxide layer (TiO 2 layer), and a single crystal silicon layer (Si layer) in simulation example 2 Compare with the simulation results of The wavelength of light to be used is 500 nm, and each thickness (t) of the first layer 3 and the second layer 4 is as shown in Table 8 below. Conditions other than these follow the simulation example 2.
  • FIGS. 11 (a) to (d) are diagrams (1) to (4) showing simulation results in simulation example 5, respectively. Also, numerical results of the simulation are shown in Table 8 below. “Peak” in Table 8 has the same meaning as in Tables 1 to 4.
  • the half width of the peak waveform becomes narrower as the refractive index of the optical prism 6 becomes higher (the wavelength band of the light to be used is narrowed), as in the simulation example 2. (See FIGS. 11 (a) to (d) and Table 8).
  • Simulation example 6 the single crystal silicon layer (Si layer) which is the condition of the first layer 3 in simulation example 2 is changed to a gold layer (Au layer), and a simulation of the single crystal silicon layer (Si layer) in simulation example 2 make a comparison with the results.
  • the wavelength of light to be used is 600 nm, and each thickness (t) of the first layer 3 and the second layer 4 is as shown in Table 9 below. Conditions other than these follow the simulation example 2.
  • FIGS. 12 (a) to 12 (d) are diagrams (1) to (4) showing simulation results in simulation example 6, respectively. Also, numerical results of the simulation are shown in Table 9 below. “Peak” in Table 9 has the same meaning as in Tables 1 to 4.
  • the half width of the peak waveform becomes narrower as the refractive index of the optical prism 6 becomes higher (the wavelength band of the light to be used is narrowed), as in the simulation example 2. (See FIGS. 12 (a)-(d) and Table 9).
  • the thermal oxide layer (SiO 2 layer) which is the condition of the second layer 4 in the simulation example 2 is changed to the BK7 glass layer, and the simulation result of the thermal oxide layer (SiO 2 layer) in the simulation example 2 Compare with.
  • the wavelength of light to be used is 500 nm, and each thickness (t) of the first layer 3 and the second layer 4 is as shown in Table 10 below. Conditions other than these follow the simulation example 2.
  • FIGS. 13 (a) to 13 (d) are diagrams (1) to (4) showing simulation results in simulation example 7, respectively. Also, numerical results of the simulation are shown together in Table 10 below. “Peak” in Table 10 has the same meaning as in Tables 1 to 4.
  • the peak of the electric field strength due to the excitation of the guided mode is confirmed. Further, as in the simulation example 2, by setting the refractive index of the optical prism 6 higher than the refractive index of the light transmitting substrate 2, the refractive index of the optical prism 6 and the refractive index of the light transmitting substrate 2 are the same. The maximum value of the electric field strength larger than that in some cases can be obtained (see FIGS. 13 (a) to (d) and Table 10).
  • the half width of the peak waveform becomes narrower as the refractive index of the optical prism 6 becomes higher (the wavelength band of the light to be used is narrowed), as in the simulation example 2. (See FIGS. 13 (a)-(d) and Table 10).
  • the target substance according to Reference Example 1 As follows is confirmed. After producing a detection device, a waveguide mode excitation test was performed.
  • the target substance detection apparatus according to the reference example 1 is based on the configuration of the target substance detection apparatus shown in FIG. The following description will be made using the reference numerals in FIG.
  • the light transmitting substrate 2 is a synthetic quartz glass substrate (SiO 2 substrate) having a thickness of 0.73 mm
  • the first layer 3 of the waveguide mode excitation layer is a single crystal silicon layer (Si layer) having a thickness of 33 nm.
  • a detection plate 5 was prepared in which the second layer 4 was a thermally oxidized silicon layer (SiO 2 layer) having a thickness of 390 nm.
  • a sensor chip 1 was prepared in which the detection plate 5 was mounted on a trapezoidal optical prism 6.
  • the optical prism 6 a BK7 prism having a refractive index different from that of the SiO 2 substrate which is the light transmitting substrate 2 was used.
  • the base angle of the prism was 32 °.
  • a matching oil for SiO 2 was used to join the detection plate 5 and the optical prism 6.
  • the optical prism 6 one formed of a thermoplastic plastic material is used, but here, since the mold for molding the thermoplastic plastic material into a prism is expensive, the optical prism 6 is formed of BK7 glass
  • a target substance detection device configured by substituting the BK7 prism is referred to as a reference example 1.
  • the optical prism 6 can be manufactured at low cost using the thermoplastic plastic material by injection molding. Also, although the manufacturing cost is affected, forming the optical prism 6 having the same light transmittance and refractive index as the BK7 prism as the optical characteristics involved in the excitation of the waveguide mode with the thermoplastic plastic material Therefore, even if the BK7 prism is substituted for the optical prism formed of the thermoplastic plastic material, the guided mode excitation is not affected. That is, the test results of the waveguide mode excitation test described below are also applicable to the case of using the optical prism formed of the thermoplastic plastic material.
  • white light emitted from a white LED is converted into parallel light through an optical fiber and a collimator lens, s-polarized light through a polarizing plate, and then horizontal direction (a light transmitting substrate 2 and an optical prism 6
  • the inclined surface of the optical prism 6 is irradiated from the direction parallel to the in-plane direction of the joint surface.
  • An aqueous solution of silica colloid is placed on the sensor chip 1 and the waveguide mode excited near the surface of the sensor chip 1 is scattered by the silica colloid and can be detected as scattered light.
  • the generated scattered light was configured to be guided to a spectroscope via an objective lens for an optical microscope with a magnification of 5 times.
  • An electric field intensity spectrum of the scattered light is acquired by the spectroscope.
  • FIG. 14 An electric field intensity spectrum acquired using the target substance detection device according to the reference example 1 is shown in FIG.
  • the illustrated electric field intensity spectrum is normalized using the peak value of the electric field intensity peak at a wavelength of 600 nm.
  • electric field intensity peaks are confirmed near wavelengths of 440 nm, 500 nm, and 600 nm, respectively.
  • electric field intensity peaks near wavelengths of 440 nm and 600 nm are derived from the spectrum of the white LED as a light source.
  • the electric field intensity peak near the wavelength of 500 nm is irrelevant to the spectrum of the white LED, it can be considered to be derived from guided mode excitation. Therefore, it can be concluded that guided mode excitation is possible even when the light transmissive substrate 2 and the optical prism 6 have different refractive indices.
  • the target substance detection device according to the reference simulation having the same configuration as the target substance detection device according to the reference example 1 was set by the same setting method as the above-described simulation example. Water is placed on the surface (second layer 4) of the detection plate 5 in accordance with the test conditions of the waveguide mode test for the target substance detection device according to the reference example 1 with respect to the target material device according to the reference simulation.
  • the same simulation as that of the above-described simulation example is performed under the assumption of using the s-polarized light as excitation light, and the result of generating an electric field enhanced peak at a wavelength of 503 nm is obtained.
  • the electric field enhanced peak (wavelength 503 nm) obtained by the target substance detection device related to this reference simulation is positive with the electric field enhanced peak (wavelength near 500 nm, see FIG. 14) obtained using the target substance detection device related to reference example 1. Therefore, it is supported that the simulation results of the reference simulation have extremely high reliability, that is, the simulation results of the above simulation example have extremely high reliability.

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Abstract

【課題】本発明は、耐熱性及び耐薬品性と、安価な製造性とを両立させ、かつ、導波モードを励起可能なセンサチップ等を提供することを課題とする。 【解決手段】センサチップ1は、軟化点が600℃以上のガラス材料で形成される光透過性基板2と、光透過性基板2上に金属材料、半導体材料及び第1の誘電体材料のいずれかで形成される第1の層3と第2の誘電体材料で形成される第2の層4とがこの順で積層されて構成される導波モード励起層とが配され、光透過性基板2側から全反射条件で光が照射されたときに前記導波モード励起層上に増強電場が形成可能とされる検出板5と、検出板5の光透過性基板2側の面に対し光学的に密着させて配され、熱可塑性プラスチック材料で形成されるとともに屈折率が光透過性基板2と異なる光学プリズム6と、を有することを特徴とする。

Description

センサチップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法
 本発明は、導波モードの励起により目的物質等から発せられる蛍光等を検出可能なセンサチップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法に関する。
 溶液中に存在する微小物質を検出するセンサとして、導波モードセンサが用いられている。
 前記導波モードセンサにおいて前記目的物質の検出を担う検出板としては、光透過性基板上に金属材料や半導体材料で形成される第1の層と誘電体材料で形成される第2の層とがこの順で積層されたものが用いられる。
 このような検出板に対し、裏面側(前記光透過性基板側)から全反射条件を満たしつつ特定の入射角度で前記光を照射すると、特定波長の光が前記検出板内を伝搬する導波モード(光導波モード、導波路モード、光導波路モードなどとも呼ばれる)と結合し、前記導波モードが励起される。
 前記導波モードセンサとしては、先ず、前記検出板に照射される前記光の反射光を検出する構成が挙げられる。この構成では、前記導波モードが励起される特定の入射角度において前記反射光の強度が変化すること、また、前記導波モードが励起される前記入射角度が前記検出板の表面近傍の誘電率によって変化することを利用して前記目的物質の検出を行う。即ち、前記検出板の表面に前記目的物質が吸着したり接近して前記誘電率に変化が生じると、前記反射光の強度を変化させる前記入射角度に変化をもたらすことから、前記目的物質を前記反射光の特性変化として検出することができる。
 その後、前記検出板上の前記目的物質又は前記目的物質と結合する蛍光標識から発せられる蛍光を検出する構成も開発されている。この構成では、前記導波モードが励起された際に前記検出板の表面近傍に生じる増強電場を利用して前記目的物質の検出を行う。即ち、前記増強電場により励起された前記目的物質等から発せられる蛍光を検出することでバックグラウンド光が少ない蛍光観察を行うことができる(例えば、非特許文献1,2参照)。
 更に、蛍光観察を行う構成としては、外力支援近接場照明バイオセンサ(EFA-NIバイオセンサ;External Force-Assisted Near-field Illumination biosensor)も提案されている。前記外力支援近接場照明バイオセンサでは、前記目的物質と結合する磁性粒子を用い、磁場印加部(例えば、磁石)による磁場の印加前後の様子を比較観察することで、前記磁場印加前における光信号のうち、ノイズ信号を排除した検出を行う。即ち、前記磁性粒子と結合した前記目的物質が前記磁場の印加により移動するのに対し、前記検出板表面のキズ等により生ずるノイズは、前記磁場の印加により移動しないことから、移動する光信号に着目した検出を行うことで、前記ノイズ信号を排除した蛍光観察を行うことができる(例えば、非特許文献3参照)。
 これら蛍光観察を行うタイプの導波モードセンサは、溶液中に存在する微小物質、特にDNA、RNA、タンパク質、ウイルス、細菌等の生体関連物質を前記目的物質として検出することに有効である。
 ところで、前記検出板における前記第1の層としては、前記導波モードの励起に好適な膜として加熱処理を行って形成することが有効である。例えば、前記第1の層をスパッタリング等の方法で形成する際や形成後に数百度程度の温度で加熱すると、膜内の欠陥が除去されるとともに均質な膜として得られ易い。材料によっては結晶化が促進され、透明度の高い膜の形成も可能となる。
 また、前記第2の層としても、前記導波モードの励起に好適な膜として加熱処理を行って形成することが有効である。例えば、前記第2の層をスパッタリング等の方法で形成する際や形成後に数百度程度の温度で加熱すると、膜内の欠陥が除去されるとともに均質な膜として得られ易い。前記第2の層の形成方法として、前記第1の層を1,000℃近くの高温で熱酸化して前記第2の層を得る方法も開示されている(例えば、特許文献1参照)。
 ここで、前記検出板における前記光透過性基板は、前記第1の層及び前記第2の層が形成される基板であるところ、前記光透過性基板をプラスチック材料で形成すると、数百度の加熱に対する耐熱性を持たないため、前記第1の層及び前記第2の層に対する前記加熱処理を行うことができず、延いては、前記導波モードの励起に好適な前記第1の層及び前記第2の層を得ることができない問題がある。
 また、前記光透過性基板を前記プラスチック材料で形成すると、前記検出板の耐薬品性が損なわれる問題がある。前記目的物質として特に前記生体関連物質を検出する場合、前記検出板の表面(前記第2の層側の面)に前記目的物質と結合可能な表面修飾分子(シラン誘導体、チオール誘導体等)を付着させる表面処理が行われる。前記表面修飾を行う方法としては、例えば、前記表面修飾分子を溶解させた溶液を前記検出板の表面に塗工する方法や前記表面修飾分子を溶解させた溶液の蒸気雰囲気下に前記検出板を置く方法が挙げられる。一部の前記表面修飾分子は、溶解させるためにトルエン等のプラスチック材料に対する溶解力の高い有機溶媒が必要であるが、このような有機溶媒が前記プラスチック材料で形成される前記光透過性基板に付着したり吸着すると前記光透過性基板が溶解してしまうことがある。このため、前記光透過性基板をプラスチック材料で形成すると、使用可能な前記表面修飾分子が前記有機溶媒を用いないタイプの前記表面修飾分子に限られることとなる。
 前記検出板の前記耐熱性及び前記耐薬品性の問題は、ガラス材料により前記光透過性基板を形成することで解決することができる。
 しかし、前記光透過性基板を前記ガラス材料により形成する場合、次のような問題を生じさせる。
 前記検出板は、前記導波モードを励起させるための光を導入させるため、光学プリズム上に取付けられ、前記検出板と前記光学プリズムとでセンサチップを構成する。前記光学プリズムがない状態で前記検出板に光を入射させると、前記検出板での全反射条件が得られにくく、前記導波モードを励起させることが困難となる。
 ここで、前記光学プリズムとしては、前記光透過性基板と同じ屈折率であることが求められ、前記光透過性基板を前記ガラス材料により形成する場合、前記光学プリズムも同一の前記ガラス材料で形成することが有効とされる(例えば、特許文献2参照)。
 しかしながら、前記ガラス材料で形成された前記光学プリズム、つまり、ガラスプリズムは、プラスチック材料で形成された前記光学プリズム、つまり、プラスチックプリズムと比べて非常に高価である問題がある。
 前記生体関連物質の検出を行う場合には、前記センサチップを検出ごとに使い捨てることが多いが、前記センサチップを構成する前記ガラスプリズムが高価であることから、検出ごとに使い捨てる場合、検出の費用が嵩むこととなる。
 こうした問題を解決するため、使用済みの前記検出板から前記ガラスプリズムを取外し、未使用の前記検出板に取付けることも考えられる。
 しかしながら、こうしたガラスプリズムの取外し及び取付けには手間がかかるうえ、取付けの状態によりセンサ信号に変化が生じることから、測定結果にバラつきが生じる原因となる。
 そのため、使い捨てを前提としつつ、前記センサチップをより安価に製造することが求められることとなるが、前記光学プリズムとして前記プラスチックプリズムを用いると、前記光学プリズムと前記光透過性基板とで同じ屈折率を得ることが困難となる。
 したがって、前記耐熱性及び前記耐薬品性と、安価な製造性とを両立させる前記センサチップが存在していないのが現状である。
特許第5424229号公報 特許第5885350号公報
M. Fujimaki et al. Optics Express, Vol. 23 (2015) pp.10925 - 10937 K. Nomura et al. J. Appl. Phys. Vol. 113, (2013) pp.143103-1-143103-6 M. Yasuura and M. Fujimaki, Sci. Rep. Vol. 6, pp. 39241-1-39241-7 (2016)
 本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、耐熱性及び耐薬品性と、安価な製造性とを両立させ、かつ、導波モードを励起可能なセンサチップ並びに前記センサチップを用いた目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供することを課題とする。
 本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、次の知見を得た。
 前記検出板の耐熱性及び耐薬品性の問題と、前記センサチップの安価な製造性の問題とは、前記光透過性基板を前記ガラス材料で形成し、かつ、前記光学プリズムとして前記プラスチックプリズムを用いることで同時に解決される。
 しかしながら、このような構成の前記センサチップでは、前記光透過性基板と前記光学プリズムとで異なる屈折率を有することとなり、前記目的物質の検出に用いることができるか不明となる。
 今、従来技術において、前記光透過性基板と前記光学プリズムとで同じ屈折率とされる理由について検討してみる。
 前記導波モードセンサは、前記反射光の特性変化を検出するタイプを出発点として開発されたものである。
 前記反射光の特性変化を検出するタイプでは、前記光透過性基板と前記光学プリズムとで異なる屈折率であると、これらの間に光学的な界面が生じることで、この界面における入射光の不要な反射、つまり多重反射が生じ、延いては、前記多重反射に起因するファブリペロー共振が生じる。前記ファブリペロー共振が生じると、前記反射光の反射スペクトル上にスパイク状のノイズが多数発生することとなり、延いては、前記ノイズに起因する反射率変化が非常に大きくなることから、前記目的物質の検出が困難となる。
 したがって、前記反射光の特性変化を検出するタイプでは、前記光透過性基板と前記光学プリズムとで同じ屈折率が設定されることとなる。
 また、その後に開発された前記蛍光観察を行うタイプでは、前記目的物質の検出原理が前記導波モードの励起を利用する点で共通するうえ、前記導波モードを励起させるための前記検出板の各構成層の材料の選択、厚みの設定、入射角度の設定といった光学系の各種設定に時間と労力とを要することから、前記光透過性基板と前記光学プリズムとで屈折率が同じとされる前記反射光の特性変化を検出するタイプにおける設定をテンプレートとして研究が進められ、前記光透過性基板と前記光学プリズムとで同じ屈折率とする設定が常態化されている。
 しかし、前記蛍光観察を行うタイプでは、前記反射光を利用した測定を行わないことから前記反射光を利用することに起因する制約を受けない可能性がある。
 そこで、前記光透過性基板と前記光学プリズムとで異なる屈折率である場合に、果たして前記導波モードの励起による前記増強電場が形成可能であるかが問題となるが、本発明者らは、前記光透過性基板及び前記光学プリズムの屈折率を揃えられない想定外の実験において、前記光透過性基板及び前記光学プリズムの屈折率が異なる場合であっても、前記導波モードの励起による前記増強電場が形成されていることを偶然、発見した。
 本発明者らは、この発見を研究の端緒として、更なる検討を重ね、前記光透過性基板及び前記光学プリズムの屈折率が異なる場合であっても、前記導波モードの励起による前記増強電場が形成可能であることの知見を得た。
 本発明は、前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
 <1> 軟化点が600℃以上のガラス材料で形成される光透過性基板と、前記光透過性基板上に金属材料、半導体材料及び第1の誘電体材料のいずれかで形成される第1の層と第2の誘電体材料で形成される第2の層とがこの順で積層されて構成される導波モード励起層とが配され、前記光透過性基板側から全反射条件で光が照射されたときに前記導波モード励起層上に増強電場が形成可能とされる検出板と、前記検出板の前記光透過性基板側の面に対し光学的に密着させて配され、熱可塑性プラスチック材料で形成されるとともに屈折率が前記光透過性基板と異なる光学プリズムと、を有することを特徴とするセンサチップ。
 <2> 光透過性基板の屈折率が1.450~1.550である前記<1>に記載のセンサチップ。
 <3> ガラス材料がシリカガラスである前記<1>から<2>のいずれかに記載のセンサチップ。
 <4> 光学プリズムの屈折率が1.470~1.650であり、かつ、光透過性基板の屈折率よりも高い前記<1>から<3>のいずれかに記載のセンサチップ。
 <5> 光学プリズムの屈折率が光透過性基板の屈折率よりも0.020以上高い前記<4>に記載のセンサチップ。
 <6> 熱可塑性プラスチック材料がポリメタクリル酸メチル、環状オレフィンポリマー、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル及び環状オレフィンコポリマーのいずれかである前記<1>から<5>のいずれかに記載のセンサチップ。
 <7> 前記<1>から<6>のいずれかに記載のセンサチップと、光学プリズムを介して検出板に対し光透過性基板側から全反射条件で光が照射可能とされる光照射部と、検出板の導波モード励起層側の面上に配され、前記導波モード励起層上に導入される液体試料中の目的物質の存在に起因して生ずる被検出光が検出可能とされる光検出部と、を有することを特徴とする目的物質検出装置。
 <8> 前記<1>から<6>のいずれかに記載のセンサチップを用いて目的物質の検出を行う目的物質検出方法であって、導波モード励起層上に液体試料を導入する液体試料導入工程と、光学プリズムを介して検出板に対し光透過性基板側から全反射条件で光を照射する光照射工程と、前記光照射工程に基づき前記液体試料中の前記目的物質の存在に起因して生ずる被検出光を検出する光検出工程と、を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
 本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、耐熱性及び耐薬品性と、安価な製造性とを両立させ、かつ、導波モードを励起可能なセンサチップ並びに前記センサチップを用いた目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る目的物質検出装置の概略構成を示す説明図である。 シミュレーション例1におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 シミュレーション例1におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 シミュレーション例1におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 シミュレーション例1におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 シミュレーション例1におけるシミュレーション結果を示す図(5)である。 シミュレーション例1におけるシミュレーション結果を示す図(6)である。 使用する光の波長が400nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 使用する光の波長が400nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 使用する光の波長が400nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 使用する光の波長が400nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 使用する光の波長が700nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 使用する光の波長が700nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 使用する光の波長が700nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 使用する光の波長が700nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(5)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(5)である。 シミュレーション例4におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 シミュレーション例4におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 シミュレーション例4におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 シミュレーション例5におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 シミュレーション例5におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 シミュレーション例5におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 シミュレーション例5におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 シミュレーション例6におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 シミュレーション例6におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 シミュレーション例6におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 シミュレーション例6におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 シミュレーション例7におけるシミュレーション結果を示す図(1)である。 シミュレーション例7におけるシミュレーション結果を示す図(2)である。 シミュレーション例7におけるシミュレーション結果を示す図(3)である。 シミュレーション例7におけるシミュレーション結果を示す図(4)である。 参考例1に係る目的物質検出装置を用いて取得された電場強度スペクトルを示す図である。
(センサチップ)
 本発明のセンサチップは、検出板と、光学プリズムとを有する。
<検出板>
 前記検出板は、光透過性基板と導波モード励起層とが配され、前記光透過性基板側から全反射条件で光が照射されたときに前記導波モード励起層上に増強電場が形成可能とされる。
 前記増強電場は、前記導波モード励起層に前記導波モードが励起された際に、前記導波モード励起層の表面近傍、つまり、前記検出板の前記光透過性基板が配される側と反対側の面の近傍のみに生じる電場であり、前記導波モード励起層の表面から遠ざかるにつれて急激に減衰する性質を有する。
 前記センサチップでは、前記増強電場により前記導波モード励起層の表面上に導入される液体試料中の目的物質の存在に起因して生ずる被検出光を検出可能とする。
-光透過性基板-
 前記光透過性基板は、軟化点が600℃以上のガラス材料で形成される基板である。
 前記軟化点が600℃以上であることで、前記導波モード励起層の形成時における加熱処理に対する耐熱性が得られる。前記軟化点としては、高い程好ましく、特に制限はないが、前記光透過性基板の製造コスト及び入手し易さの観点から、高純度シリカガラスの軟化点である約1,700℃程度を上限とすることが好ましい。
 また、前記光透過性基板が前記ガラス材料で形成されることで耐薬品性が得られる。
 なお、本明細書において、「軟化点」とは、JIS-R3103-1に準じてファイバーエロンゲーション法により測定される軟化点を示す。
 また、本明細書において、「耐薬品性」とは、トルエン及びエタノールのいずれかを侵食液として、前記侵食液に厚さ0.8mm~1.2mmの試験板を48時間浸漬させたとき、前記試験板の外観に変化がないこと及び前記試験板の質量低下が1%以下であることのいずれかを示す。
 また、本明細書において、「光透過性」とは、可視光透過率が0.5%以上であることを示す。
 前記光透過性基板の屈折率としては、前記光学プリズムの屈折率と異なる屈折率であれば、特に制限はないが、一般に屈折率の高いガラスに比べて屈折率の低いガラスの方が高い耐熱性が得られることから、1.450~1.550が好ましい。
 また、前記透過性基板の形成材料である前記ガラス材料としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、前記光透過性基板の製造コスト及び入手し易さの観点に加え、好適な屈折率を満足する前記光透過性基板が得られる観点から、シリカガラスが好ましい。前記シリカガラスとしては、二酸化珪素(SiO)を単一成分として形成されるシリカガラスそのもののほか、溶融石英ガラスのような不純物を含むシリカガラス、ホウ素シリカガラス、フッ素添加シリカガラス、ゲルマニウム添加シリカガラスなどのシリカガラスに添加剤を添加したガラスを含み、例えば、BK7ガラスやパイレックスガラス(登録商標)などを含む。
 なお、本明細書において、「屈折率」とは前記導波モードの励起に用いる光の波長における屈折率を示す。
-導波モード励起層-
 前記導波モード励起層は、前記光透過性基板上に第1の層と第2の層とがこの順で積層されて構成され、前記導波モードが励起可能とされる層である。
 前記導波モードは、前記検出板に対して前記光透過性基板側から全反射条件で光を照射することで励起される。
--第1の層--
 前記第1の層は、金属材料、半導体材料及び第1の誘電体材料で形成される。
 前記金属材料としては、特に制限はなく、例えば、金、銀、銅等の金属材料が挙げられる。
 前記半導体材料としては、特に制限はなく、Si、Ge、SiGe等の公知の半導体材料又は化合物半導体材料が挙げられるが、中でも、3.000以上の高い屈折率が得られ易いSi、Geが好ましい。
 前記第1の誘電体材料としては、特に制限はなく、例えば、TiO、Ta等の公知の光透過性の誘電体材料が挙げられるが、中でも、2.500以上の高い屈折率が得られ易く、消衰係数が低い(光透過性が高い)TiOが好ましい。
 また、前記第1の層の厚みとしては、構成材料及び照射する光の波長によって最適値が決定されるとともに、この値は、フレネルの式を用いた計算から算出可能であることが知られている。一般に、近紫外から近赤外域の波長帯の光を使用する場合、前記第1の厚みは、数nm~数百nmとなる。
 なお、前記第1の層の形成方法としては、特に制限はなく、形成材料に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタリング法等の公知の方法が挙げることができるが、更に、前記第1の層に対し加熱処理を行うことで、層の均質化や結晶化を行うことが好ましい。
--第2の層--
 前記第2の層は、第2の誘電体材料で形成される。
 前記第2の誘電体材料としては、特に制限はなく、例えば、シリカガラス等のガラス材料、TiO等の酸化物、AlN等の窒化物、MgF、CaF等のフッ化物が挙げられるが、中でも、屈折率が1.450~1.550程度の低い屈折率が得られ易く、消衰係数が低いシリカガラスが好ましい。前記シリカガラスとしては、二酸化珪素(SiO)を単一成分として形成されるシリカガラスそのもののほか、ホウ素シリカガラス、フッ素添加シリカガラス、ゲルマニウム添加シリカガラスなどのシリカガラスに添加剤を添加したガラスを含む。
 また、前記第2の層の厚みとしては、前記第1の層と同様に構成材料及び照射する光の波長によって最適値が決定されるとともに、この値は、フレネルの式を用いた計算から算出可能であることが知られている。一般に前記第2の層の厚みは、数十nm~数μmとなる。
 なお、前記第2の層の形成方法としては、特に制限はなく、形成材料に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタリング法等の公知の方法が挙げることができるが、更に、前記第2の層に対し加熱処理を行うことで、層の均質化を行う方法が好ましい。また、前記第1の層が半導体で形成されている場合、前記第1の層の熱酸化により前記第2の層を形成することもできる。
 前記導波モード励起層の前記第2の層上には、前記目的物質の検出対象とされる前記液体試料が導入される。したがって、前記第2の層としては、特に制限はないが、前記目的物質等と結合可能な表面修飾分子を付着させる表面処理が施されることが好ましい。
 前記表面処理の実施方法としては、特に制限はなく、前記表面修飾分子を溶解させた溶液を前記第2の層の表面に塗工する方法や前記表面修飾分子を溶解させた溶液の蒸気雰囲気下に前記検出板を置く方法が挙げられる。
 ここで、前記光透過性基板は、耐薬品性を有する材料である前記ガラス材料で形成されるため、前記溶液の溶媒種としてトルエン等のプラスチック材料に対する溶解力の高い有機溶媒も用いることができる。
 また、前記表面修飾分子としては、前記溶媒種の広い選択性に基づき、特に制限はなく用いることができ、例えば、シラン誘導体、チオール誘導体等を挙げることができる。
<光学プリズム>
 前記光学プリズムは、前記検出板の前記光透過性基板側の面に対し光学的に密着させて配され、熱可塑性プラスチック材料で形成されるとともに屈折率が前記光透過性基板と異なるものとして構成される。
 前記光学プリズムは、前記熱可塑性プラスチック材料で形成されるため、ガラス材料で形成されるガラスプリズムよりも安価に入手することができる。
 前記光学プリズムの屈折率としては、特に制限はなく、前記光透過性基板の屈折率に対し低くても高くてもよいが、前記光透過性基板の屈折率よりも高いことが好ましい。
 即ち、前記光透過性基板と前記光学プリズムの屈折率が同一の場合、前記光透過性基板と前記光学プリズムの屈折率を高くすると好適な前記増強電場が得られることが知られているが、互いに屈折率が異なる前記光透過性基板及び前記光学プリズムで構成される前記センサチップについての研究を進める中で、前記光学プリズムの屈折率を高くすると、前記光透過性基板の屈折率が低くても、好適な前記増強電場が得られることが新たに判明した。
 ここで、好適な前記増強電場とは、電場増強度スペクトルにおいてピーク高さが高くなり、かつ、ピークの半値幅が小さくなること、即ち、狭帯域化することを言う。前記電場増強度スペクトルが狭帯域化することは、蛍光等の測定における励起光のスペクトルが狭帯域化することに相当する。
 一般に蛍光測定においては、光検出器側に光学フィルタ等を置いて蛍光シグナルと前記励起光とを分離して測定することから、前記励起光の波長帯域が蛍光の測定波長帯域と重ならないようにする必要がある。そのため、ランプやLED等の波長帯域の広い光源を用いる場合、前記光源側に光学フィルタ等を置いて前記励起光を狭帯域化させる必要がある。
 前記電場増強度スペクトルが狭帯域化されると、前記光源側の前記光学フィルタ等を用いずとも、波長帯域を重ねずに前記蛍光シグナルと前記励起光とを分離して測定することが容易となる。
 特に、前記光学プリズムの屈折率が前記光透過性基板の屈折率よりも0.020以上高いと、より一層、前記電場増強度スペクトルを狭帯域化させることができる。ただし、例えば前記光透過性基板として波長500nmにおける屈折率1.462である合成石英ガラス基板を用い、前記光学プリズムとして底角35度の台形プリズムを用い、波長500nmの前記励起光を入射する場合、前記光透過性基板の屈折率に対する前記光学プリズムの屈折率の高さが0.103を超える、つまり前記光学プリズムの屈折率が1.565を超えると、前記光透過性基板と前記光学プリズムとの界面で全反射を生じ、前記導波モードを励起することが不可能となる。このように、前記光透過性基板の屈折率に対する前記光学プリズムの屈折率の高さは、前記励起光の入射角によって定まる全反射条件を考慮した上で定める必要がある。
 なお、前記光学プリズムの具体的な屈折率としては、1.470~1.650であることが好ましい。前記屈折率が1.470未満であると、前記光透過性基板の屈折率よりも高くする条件が得られにくく、前記屈折率が1.650を超えると、前記光透過性基板及び前記光学プリズムの形成材料の選択の幅を狭め、製造コストが嵩む要因となり、また、前記導波モードの励起条件の選択の幅を狭めることとなる。
 また、前記熱可塑性プラスチック材料、つまり、前記光学プリズムの形成材料としては、特に制限はないが、前記光学プリズムの製造コスト及び入手し易さの観点に加え、好適な屈折率を満足する前記光学プリズムが得られる観点から、ポリメタクリル酸メチル、環状オレフィンポリマー、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、環状オレフィンコポリマーが好ましい。
 前記光学プリズムの形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、三角形プリズム、台形プリズム、半円柱プリズム、半球プリズムが挙げられる。
 また、前記検出板に前記光学プリズムを密着させる方法としては、特に制限はないが、前記検出板と前記光学プリズムとの間に屈折率調節オイル、屈折率調節ポリマーシートや光学的接着材を配することで、双方が光学的に連続となるように密着させることが好ましい。
 前記検出板の前記導波モード励起層側の面、つまり、前記センサチップの表面には、前記目的物質の検出対象とされる液体試料が導入される。前記液体試料を前記センサチップの表面上に保持させる方法としては、例えば、前記液体試料を前記センサチップの表面上に滴下した後、カバーガラス等で覆うことが挙げられる。
 また、前記液体試料を確実に保持させるため、前記センサチップの表面上に液体試料槽を形成してもよい。前記液体試料槽としては、特に制限はないが、簡易な構成とする観点から、前記センサチップ表面領域の全体又は一部を囲むように前記センサチップの表面上に立設され、前記表面を底とした前記液体試料槽の構成部とされる側壁部が配されることで、構成されることが好ましい。
 なお、前記側壁部の形成材料としては、特に制限はなく、公知のガラス材料、樹脂材料等を挙げることができ、前記側壁部の形成方法としても、材料に応じた公知の方法を挙げることができる。
 前記センサチップの一実施形態を図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るセンサチップの概略構成を示す説明図である。
 図1に示すように、センサチップ1は、光透過性基板2と光透過性基板2上に金属材料、半導体材料及び第1の誘電体材料のいずれかで形成される第1の層3と第2の誘電体材料で形成される第2の層4とがこの順で積層されて構成される導波モード励起層とが配され、光透過性基板2側から全反射条件で光が照射されたときに前記導波モード励起層上に増強電場が形成可能とされる検出板5と、検出板5の光透過性基板2側の面に対し光学的に密着させて配される光学プリズム6とを有する。
 ここで、光透過性基板2は、軟化点が600℃以上のガラス材料で形成され、耐熱性及び耐薬品性を持つ。また、光学プリズム6は、熱可塑性プラスチック材料で形成され、ガラスプリズムよりも安価に製造することができる。
 このようにセンサチップ1では、光透過性基板2と光学プリズム6とが異なる材料で形成され、異なる屈折率を有するように構成されるが、光学プリズム6を介して光透過性基板2側から全反射条件で光が照射されると、前記導波モード励起層上に前記増強電場が形成可能である。更には、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くして構成すると、より好適な前記増強電場が得られる。
 したがって、センサチップ1によれば、耐熱性及び耐薬品性と、安価な製造性とを両立させ、かつ、前記導波モードを励起させることができ、延いては、前記増強電場による前記目的物質の検出を行うことができる。
(目的物質検出装置)
 本発明の目的物質検出装置は、本発明の前記センサチップと、光照射部と、光検出部とを有し、必要に応じて、磁場印加部を有する。
 前記目的物質検出装置では、前記センサチップにおける前記導波モードの励起に伴う前記増強電場により、前記目的物質又は前記目的物質を標識化する前記標識物質を蛍光発光させるか又は散乱光を発生させ、これら蛍光又は散乱光を被検出光として前記目的物質を検出する。
 前記標識物質としては、特に制限はなく、前記目的物質と特異的に吸着ないし結合して前記目的物質を標識化する蛍光標識物質や光散乱物質が挙げられる。
 前記蛍光標識物質としては、例えば、蛍光色素、量子ドット、蛍光染色剤等の公知の蛍光物質を用いることができる。
 また、前記光散乱物質としては、例えば、ナノ粒子、ポリスチレンビーズや金ナノ粒子などの公知の光散乱物質を用いることができる。
 なお、前記目的物質と前記標識物質との結合方法としては、特に制限はなく、物理吸着、抗原-抗体反応、DNAハイブリダイゼーション、ビオチン-アビジン結合、キレート結合、アミノ結合などの公知の結合方法を適用することができる。
<光照射部>
 前記光照射部は、前記光学プリズムを介して前記検出板に対し前記光透過性基板側から全反射条件で光が照射可能とされる部である。
 前記光照射部の光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のランプ、LED、レーザー等が挙げられる。
 本発明では、前記光学プリズムを介して前記検出板に対し全反射条件で光を照射することで前記センサチップの表面上に前記増強電場を形成し、前記増強電場によって前記目的物質等から前記被検出光を発生させる。
 そのため、前記光照射部に求められる役割としては、前記光学プリズムを介して前記検出板に対し全反射条件で光を照射することのみであり、このような役割を担うものであれば光源の選択に制限がない。
 ランプ、LED等の放射光源を用いる場合には、前記センサチップの表面側からの照射光の漏れ出しを避けるため、放射される光のうち前記検出板に照射される全ての方位における光が全反射条件を満たすことが好ましい。こうしたことから、放射光源を用いる場合には、照射光の照射方向を特定の方位に規制するコリメートレンズ等の案内部を用いてもよい。
 また、前記光検出部で検出される被検出光が蛍光である場合、蛍光を励起可能な波長を持つ単色光源を用いるか、又は、ランプ、LED等の広い波長帯域を持つ光源からの光をバンドパスフィルタ等の光学フィルタを透過させて単色化し、蛍光を励起可能な波長のみを取り出した後に前記センサチップに照射することが好ましい。
<光検出部>
 前記光検出部は、前記検出板の前記導波モード励起層側の面上に配され、前記導波モード励起層上に導入される前記液体試料中の前記目的物質の存在に起因して生ずる前記被検出光が検出可能とされる部である。
 前記光検出部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のフォトダイオード、光電子増倍管等の光検出器を用いることができる。
 光信号の情報を2次元画像情報として取得することができると、光点として現れる前記2次元画像情報における光信号の位置情報、前記2次元画像から把握されるサイズ情報、前記光点における光信号強度の増減情報を時系列で観察することにより、その光点が、目的物質等によるものであるか否かの情報が得られる。
 このような2次元画像情報の取得を可能とするには、前記光検出部として撮像デバイスを選択すればよい。前記撮像デバイスとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のCCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ等のイメージセンサを用いることができる。
<磁場印加部>
 前記磁場印加部は、第1の磁場印加部及び第2の磁場印加部の少なくともいずれかで形成される。
 前記目的物質検出装置では、前記磁場印加部から印加される磁場を外力とした外力支援近接場照明バイオセンサを構成することができる。
 前記磁場印加部を持つ場合、前記目的物質と結合する前記磁性粒子を用いて前記目的物質を検出する。前記磁性粒子としては、特に制限はなく、公知の磁気ビーズ等を用いることができ、また、前記目的物質と前記磁性粒子との結合方法としては、特に制限はなく、物質に応じて、物理吸着、抗原-抗体反応、DNAハイブリダイゼーション、ビオチン-アビジン結合、キレート結合、アミノ結合などの公知の結合方法を適用することができる。
<第1の磁場印加部>
 前記第1の磁場印加部は、前記導波モード励起層上に導入される前記液体試料に含まれる前記磁性粒子を前記導波モード励起層の表面と平行な方向又は前記導波モード励起層の表面から遠ざける方向に移動させる第1磁場を印加可能とされる部である。
 前記磁性粒子とともに結合体を構成する前記目的物質(及び前記標識物質)は、前記増強電場内においてのみ光信号を発生する。また、前記増強電場の電場強度は、前記導波モード励起層の表面から遠ざかるにつれて減衰する。そのため、遠ざけ磁場の印加によって前記結合体が前記導波モード励起層の表面から遠ざけられると光信号が減衰し、更に、前記結合体が、前記増強電場の電場強度がゼロとみなせる程度までの距離以上に前記導波モード励起層の表面から遠ざけられると、前記結合体の光信号が消滅することとなる。また、前記光検出部に撮像デバイスを用い、2次元画像情報を取得できる場合には、前記第1の磁場の印加によって表面上で変動した前記結合体の発する光信号は、前記光信号の変動として経時的に計測することが可能となる。前記目的物質検出装置では、このような光信号の減衰(消滅を含む)又は変動(減衰、消滅を伴い得る)を検知して、前記目的物質を検知する。
 前記第1の磁場印加部としては、磁場の印加により前記結合体を移動させることが可能であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の電磁石及び永久磁石のいずれか1つ以上を用いることができる。
<第2の磁場印加部>
 前記第2の磁場印加部は、前記光学プリズムの前記検出板が取付けられる側と反対側の位置に配されるとともに前記導波モード励起層の表面上に導入された前記液体試料中の前記磁性粒子を前記導波モード励起層の表面上に引き寄せる第2磁場を印加可能とされる部である。
 前記第2の磁場印加部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の電磁石及び永久磁石を用いて構成することができる。
 このような前記第2の磁場印加部を有すると、前記液体試料中を浮遊する前記結合体を前記導波モード励起層の表面に引き寄せることができ、短時間で前記目的物質の検出を行うことができる。
 また、前記第2の磁場印加部としては、前記第2磁場を印加させた状態で前記磁性粒子を前記導波モード励起層の表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動可能とされる部であることが好ましい。
 このような前記第2の磁場印加部としては、例えば、スライド部材上に前記電磁石又は前記永久磁石を保持し、前記検出板における前記光照射部からの前記光が照射される領域の近傍に前記電磁石又は前記永久磁石を位置させる初期状態と、前記導波モード励起層の表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に向けて前記電磁石又は前記永久磁石を移動させた状態との間で移動制御させることで構成することができる。なお、前記電磁石を用いる場合、前記移動制御中、連続的或いは断続的に励磁させた状態とする。また、前記移動制御中に励磁の強度を変化させてもよい。
 前記第2の磁場印加部が前記第2磁場を印加させた状態で前記磁性粒子を前記導波モード励起層の表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動可能とされる部であると、ノイズ信号を排除することができる。
 即ち、前記磁性粒子と結合した前記目的物質(及び前記標識物質)が前記第2の磁場印加部の移動に追従して移動するのに対し、前記導波モード励起層の表面のキズ等により生ずるノイズ信号は、前記第2の磁場印加部の移動に追従して移動しないことから、移動する光信号に着目した検出を行うことで、前記ノイズ信号を排除することができる。
(目的物質検出方法)
 本発明の目的物質検出方法は、本発明の前記センサチップを用いて前記目的物質の検出を行う方法であり、液体試料導入工程と、光照射工程と、光検出工程と、必要に応じて、結合体移動工程とを含む。
<液体試料導入工程>
 前記液体試料導入工程は、前記導波モード励起層上に前記液体試料を導入する工程である。
 前記液体試料工程の実施方法としては、特に制限はなく、前記導波モード励起層の表面上に滴下された前記液体試料をカバーガラスで覆い、保持することや、前記センサチップに前記液体試料槽が形成される場合には、前記液体試料槽内に前記液体試料を導入することが挙げられる。
<光照射工程>
 前記光照射工程は、前記光学プリズムを介して前記検出板に対し前記光透過性基板側から全反射条件で光を照射する工程である。
 前記光照射工程は、本発明の前記目的物質検出装置における前記光照射部により実施することができる。
<光検出工程>
 前記光検出工程は、前記光照射工程に基づき前記液体試料中の前記目的物質の存在に起因して生ずる前記被検出光を検出する工程である。
 前記光検出工程は、本発明の前記目的物質検出装置における前記光検出部により実施することができる。
<結合体移動工程>
 前記結合体移動工程は、前記導波モード励起層の表面上に導入される前記液体試料に含まれる前記目的物質と前記磁性粒子との前記結合体を第1磁場の印加により前記導波モード励起層の表面と平行な方向又は前記導波モード励起層の表面から遠ざける方向に移動させる第1結合体移動工程、及び、前記光学プリズムの前記検出板が取付けられる側と反対側の位置に配される磁場印加部からの第2磁場の印加により前記液体試料中の前記結合体を前記導波モード励起層の表面上に引き寄せる第2結合体移動工程のいずれかで実施される工程である。
 前記第2結合体移動工程としては、更に、前記第2磁場を印加した状態で前記磁場印加部を前記導波モード励起層の表面の面内方向と平行な方向のベクトル成分を持つ方向に移動させ、前記磁場印加部の移動に追従させて前記結合体を移動させる工程であることが好ましい。
 前記結合体移動工程は、本発明の前記目的物質検出装置における前記磁場印加部により実施することができる。
 本発明の前記目的物質装置及び前記目的物質検出方法の例を図2を参照しつつ、具体的に説明する。なお、図2は、本発明の一実施形態に係る目的物質検出装置の概略構成を示す説明図である。
 図2に示すように、目的物質検出装置100は、センサチップ1と、光照射部101と、光検出部102とを有する。
 センサチップ1の構成及び効果は、図1を用いて説明した事項と同様であるため、説明を省略する。
 光照射部101は、光学プリズム6を介して検出板5に対し光透過性基板2側から全反射条件で光を照射可能に構成される。
 光検出部102は、検出板5の前記導波モード励起層側の面上に配され、前記導波モード励起層上に導入される前記液体試料(不図視)中の前記目的物質の存在に起因して生ずる前記被検出光が検出可能に構成される
 このような目的物質検出装置100を用いた前記目的物質検出方法としては、先ずセンサチップ1の表面上に前記液体試料を導入する(液体試料導入工程)。
 次いで、光照射部101を用いて光学プリズム6を介して検出板5に対し光透過性基板2側から全反射条件で光を照射する(光照射工程)。即ち、全反射条件での光照射に基づき、前記導波モード励起層に前記導波モードを励起させ、前記導波モード励起層上に前記増強電場を発生させる。
 最後に、光検出部102により、液体試料中の前記目的物質の存在に起因して生ずる前記被検出光を検出する(光検出工程)。即ち、前記増強電場に基づいて生じる前記目的物質等からの蛍光や散乱光を前記被検出光として光検出部102で検出する。
 以上により、目的物質検出装置100及び前記目的物質検出方法では、前記目的物質の検出を行うことができる。
(シミュレーション)
 本発明の効果を確認するため、次のようにシミュレーション試験を行った。
 本シミュレーションでは、前記センサチップの前記増強電場を計算により求めるとともに、前記導波モードの励起状態を確認する。
(シミュレーション例1)
 本シミュレーションの対象となるモデルは、図2に示す目的物質検出装置の構成に準じたものとする。以下では、図2における符号を用いた説明とする。
 先ず、光透過性基板2を厚みが0.73mmの合成石英ガラス基板(SiO基板)とし、前記導波モード励起層の第1の層3を厚みが33nmの単結晶シリコン層(Si層)とし、第2の層4を厚みが400nmの熱酸化シリコン層(SiO層)とした検出板5を想定する。
 この検出板5を台形の光学プリズム6上に取付けたセンサチップ1を想定する。なお、ここでは、光学プリズム6の屈折率nprismを1.400,1.420,1.461,1.500,1.540,1.600に変化させてこれらの比較検討を行う。
 また、検出板5の表面(第2の層4)上には、水が置かれている状態を想定する。
 光学系としては、水平方向(光透過性基板2と光学プリズム6との接合面の面内方向と平行な方向)から波長が540nmの光を光学プリズム6の傾斜面に照射することとし、また、光学プリズム6の底角(図2中の「φ」参照)を20°~70°の範囲で変化させることで検出板5に対する入射角度(図2中の「θ」参照)を変化させることとした。
 前記増強電場の計算方法としては、下記参考文献1に従い、フレネルの式を転送行列法を用いて解き、電場強度分布を求めることで行った。また、電場強度の値は、光学プリズム6の傾斜面に入射する直前の光の強度を1としたときの検出板5の表面における電場増強度を相対的に表している。
 参考文献1:M. Born and E. Wolf, Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light, 6th ed., Chap. 1 (1980).
 以上のモデルをシミュレーション例1としてシミュレーション試験を行った。シミュレーション結果を図3(a)~(f)に示す。なお、図3(a)~(f)は、シミュレーション例1におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(6)である。
 図3(a)~(f)に示すように、全てのケースで前記導波モードの励起に起因する前記電場強度のピークが確認される。
 即ち、図3(c)に示す光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じ値(1.461)である場合に加え、両者の屈折率が異なる場合も前記導波モードの励起に起因する前記電場強度のピークが確認される(図3(a),(b),(d),(e),(f)参照)。
 また、図3(a)~(b)に示すように、光学プリズム6の屈折率が光透過性基板2の屈折率よりも低い場合には、前記電場強度の最大値が、図3(c)に示す光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合に比べ小さい値となっている一方で、図3(d)~(f)に示すように、光学プリズム6の屈折率が光透過性基板2の屈折率よりも高い場合には、前記電場強度の最大値が、図3(c)に示す光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合に比べ大きい値となっている。
 即ち、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも、より大きな前記電場強度の最大値を得られることが確認される。
(シミュレーション例2)
 次に、センサチップ1における前記導波モードの励起と使用する光の波長(前記導波モードの励起波長λ)との関係を検討する。
 ここでは、シミュレーション例1における使用する光の波長(540nm)を400nm,500nm,600nm,700nmに変化させてシミュレーションを行う。
 また、光学プリズム6の底角(図2中の「φ」参照)を32°で固定し、この底角の条件で最も大きな前記電場強度が得られる最適条件として、第1の層3及び第2の層4の各厚みを変更する。前記最適条件を構成する第1の層3及び第2の層4の各厚みは、使用する光の波長(400nm,500nm,600nm,700nm)及び光学プリズム6の形成材料(SiO;合成石英ガラス,PMMA;ポリメタクリル酸メチル,COP;環状オレフィンポリマー,PS;ポリスチレン)ごとに異なり、使用する光の波長が400nmであるときの第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)を下記表1に示し、使用する光の波長が500nmであるときの第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)を下記表2に示し、使用する光の波長が600nmであるときの第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)を下記表3に示し、使用する光の波長が700nmであるときの第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)を下記表4に示す。
 なお、これら以外の条件は、シミュレーション例1の条件に従う。
 以上のモデルをシミュレーション例2としてシミュレーション試験を行った。シミュレーション結果を図4(a)~(d)、図5(a)~(d)、図6(a)~(d)、図7(a)~(d)に示す。
 なお、図4(a)~(d)が、使用する光の波長が400nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(4)であり、図5(a)~(d)が、使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(4)であり、図6(a)~(d)が、使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(4)であり、図7(a)~(d)が、使用する光の波長が700nmであるときのシミュレーション例2におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(4)である。
 また、シミュレーションの数値結果を下記表1~4に併せて示す。
 なお、表1~4中の「Peak」は、前記電場強度の最大値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 これらのシミュレーション結果に示すように、シミュレーション例2では、シミュレーション例1と同様に、図4(a)~(d)及び表1に示すケース(使用する光の波長:400nm)、図5(a)~(d)及び表2に示すケース(使用する光の波長:500nm)、図6(a)~(d)及び表3に示すケース(使用する光の波長:600nm)、図7(a)~(d)及び表4に示すケース(使用する光の波長:700nm)の全てのケースで前記導波モードの励起に起因する前記電場強度のピークが確認される。
 また、シミュレーション例2では、シミュレーション例1と同様に、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも、より大きな前記電場強度の最大値を得られる傾向が確認される(図4(a)~(d)及び表1、図5(a)~(d)及び表2、図6(a)~(d)及び表3、並びに、図7(a)~(d)及び表4参照)。
 ただし、図4(a),(d)及び表1の「n=1.470」,「n=1.629」の各欄についての比較から理解されるように光学プリズム6の形成材料をPS(ポリスチレン)としたときは、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも、前記電場強度の最大値が小さい結果となっている。
 したがって、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも前記電場強度を高める波長(500nm,600nm,700nm)が存在する一方で、前記電場強度が低くなる波長(400nm)も存在することに留意する必要がある。
 また、前記ピーク波形の半値幅は、光学プリズム6の屈折率が高くなるにつれて狭くなる(使用する光の波長の波長帯が狭帯域化される)ことが確認される(図4(a)~(d)、図5(a)~(d)、図6(a)~(d)及び図7(a)~(d)参照)。
 LEDや白色光源などの波長帯域に幅のある光源で前記導波モードを励起する場合は、前記電場強度のピーク波形の半値幅よりも、光源スペクトルの半値幅の方が大きくなることが想定される。
 一般に蛍光測定においては、ランプやLED等の波長帯域の広い光源を用いる場合、前記光源側に光学フィルタ等を置いて前記励起光を狭帯域化させ、波長帯域を重ねずに前記蛍光シグナルと前記励起光とを分離して測定する必要がある。
 前記電場増強度スペクトルが狭帯域化される結果、前記光源側の前記光学フィルタ等を用いずとも、波長帯域を重ねずに前記蛍光シグナルと前記励起光とを分離して測定することが容易となる。
 そのため、光透過性基板2を合成石英ガラス基板とするセンサチップ1に対し、前記波長帯域に幅のある光源を用いて前記導波モードを励起させる場合、光学プリズム6の屈折率が光透過性基板2の屈折率よりも高いことが好ましい。つまり、光学プリズム6の形成材料がPMMA(ポリメタクリル酸メチル),COP(環状オレフィンポリマー),PS(ポリスチレン)であることが好ましい。
 狭帯域の光源(例えば、レーザー光源)で前記導波モードを励起する場合は、前記電場強度のピーク波形の半値幅よりも光源スペクトルのピーク波形の半値幅の方が小さく、前記導波モードの励起により得られる前記電場強度の最大値は、前記電場強度のピーク波形のピーク高さで決まる。
 この最大値は、先に説明の通り、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも大きな値が得られる傾向にある。
 したがって、前記狭帯域の光源を用いる場合にも、光学プリズム6の屈折率が光透過性基板2の屈折率よりも高いことが好ましい。
(シミュレーション例3)
 次に、シミュレーション例2における光透過性基板2の条件である厚みが0.73mmの合成石英ガラス基板(SiO基板)を、厚みが0.73mmのBK7ガラス基板に変更し、シミュレーション例2における合成石英ガラス基板(SiO基板)のシミュレーション結果との比較を行う。
 使用する光の波長は、500nm及び600nmとし、第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)は、下記表5,6に示す通りである。また、光学プリズム6の形成材料としては、SiO(合成石英ガラス),PMMA(ポリメタクリル酸メチル),COP(環状オレフィンポリマー),PS(ポリスチレン)のほか、光透過性基板2と同一の屈折率である場合を検討するため、BK7ガラスを加えている。
 これら以外の条件は、シミュレーション例2に従う。
 なお、表5が使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション内容を示し、表6が使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション内容を示す。
 以上のモデルをシミュレーション例3としてシミュレーション試験を行った。シミュレーション結果を図8(a)~(e)、図9(a)~(e)に示す。
 なお、図8(a)~(e)が、使用する光の波長が500nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(5)であり、図9(a)~(e)が、使用する光の波長が600nmであるときのシミュレーション例3におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(5)である。
 また、シミュレーションの数値結果を下記表5,6に併せて示す。
 なお、表5,6中の「Peak」は、表1~4におけるものと同義である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 これらのシミュレーション結果に示すように、シミュレーション例3では、シミュレーション例2と同様に、図8(a)~(e)及び表5に示すケース(使用する光の波長:500nm)、図9(a)~(e)及び表6に示すケース(使用する光の波長:600nm)の全てのケースで前記導波モードの励起に起因する前記電場強度のピークが確認される。
 また、シミュレーション例3では、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも、より大きな前記電場強度の最大値を得られる(図8(a)~(e)及び表5並びに図9(a)~(e)及び表6参照)。
 また、前記ピーク波形の半値幅は、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率が高くなるにつれて狭くなる(使用する光の波長の波長帯が狭帯域化される)ことが確認される(図8(a)~(e)及び図9(a)~(e)参照)。
(シミュレーション例4)
 次に、シミュレーション例2における光学系の条件である光学プリズム6の底角を、32°から38°に変更し、シミュレーション例2におけるシミュレーション結果との比較を行う。
 使用する光の波長は、500nmとし、第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)は、下記表7に示す通りである。
 これら以外の条件は、シミュレーション例2に従う。
 以上のモデルをシミュレーション例4としてシミュレーション試験を行った。シミュレーション結果を図10(a)~(c)に示す。なお、図10(a)~(c)は、シミュレーション例4におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(3)である。
 また、シミュレーションの数値結果を下記表7に併せて示す。
 なお、表7中の「Peak」は、表1~4におけるものと同義である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 これらのシミュレーション結果に示すように、シミュレーション例4では、図10(a)~(c)及び表7に示すケースで前記導波モードの励起に起因する前記電場強度のピークが確認される。
 また、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも、より大きな前記電場強度の最大値を得られる(図10(a)~(c)及び表7参照)。
 しかしながら、光学プリズム6の形成材料をPS(ポリスチレン)とする場合、前記電場増強分布が求まらなかった。これは、シミュレーション例4の条件では、光学プリズム6の屈折率が高くなった結果、光学プリズム6と光透過性基板2との界面で全反射を生じるようになったためと考えられる。
 また、前記ピーク波形の半値幅は、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率が高くなるにつれて狭くなる(使用する光の波長の波長帯が狭帯域化される)ことが確認される(図10(a)~(c)参照)。
(シミュレーション例5)
 次に、シミュレーション例2における第1の層3の条件である単結晶シリコン層(Si層)を、酸化チタン層(TiO層)に変更し、シミュレーション例2における単結晶シリコン層(Si層)のシミュレーション結果との比較を行う。
 使用する光の波長は、500nmとし、第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)は、下記表8に示す通りである。
 これら以外の条件は、シミュレーション例2に従う。
 以上のモデルをシミュレーション例5としてシミュレーション試験を行った。シミュレーション結果を図11(a)~(d)に示す。なお、図11(a)~(d)は、シミュレーション例5におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(4)である。
 また、シミュレーションの数値結果を下記表8に併せて示す。
 なお、表8中の「Peak」は、表1~4におけるものと同義である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 これらのシミュレーション結果に示すように、シミュレーション例5では、図11(a)~(d)及び表8に示すケースで前記導波モードの励起に起因する前記電場強度のピークが確認される。
 また、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも、より大きな前記電場強度の最大値を得られる(図11(a)~(d)及び表8参照)。
 また、前記ピーク波形の半値幅は、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率が高くなるにつれて狭くなる(使用する光の波長の波長帯が狭帯域化される)ことが確認される(図11(a)~(d)及び表8参照)。
(シミュレーション例6)
 次に、シミュレーション例2における第1の層3の条件である単結晶シリコン層(Si層)を、金層(Au層)に変更し、シミュレーション例2における単結晶シリコン層(Si層)のシミュレーション結果との比較を行う。
 使用する光の波長は、600nmとし、第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)は、下記表9に示す通りである。
 これら以外の条件は、シミュレーション例2に従う。
 以上のモデルをシミュレーション例6としてシミュレーション試験を行った。シミュレーション結果を図12(a)~(d)に示す。なお、図12(a)~(d)は、シミュレーション例6におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(4)である。
 また、シミュレーションの数値結果を下記表9に併せて示す。
 なお、表9中の「Peak」は、表1~4におけるものと同義である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 これらのシミュレーション結果に示すように、シミュレーション例6では、図12(a)~(d)及び表9に示すケースで前記導波モードの励起に起因する前記電場強度のピークが確認される。
 また、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも、より大きな前記電場強度の最大値を得られる(図12(a)~(d)及び表9参照)。
 また、前記ピーク波形の半値幅は、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率が高くなるにつれて狭くなる(使用する光の波長の波長帯が狭帯域化される)ことが確認される(図12(a)~(d)及び表9参照)。
(シミュレーション例7)
 次に、シミュレーション例2における第2の層4の条件である熱酸化シリコン層(SiO層)を、BK7ガラス層に変更し、シミュレーション例2における熱酸化シリコン層(SiO層)のシミュレーション結果との比較を行う。
 使用する光の波長は、500nmとし、第1の層3及び第2の層4の各厚み(t)は、下記表10に示す通りである。
 これら以外の条件は、シミュレーション例2に従う。
 以上のモデルをシミュレーション例7としてシミュレーション試験を行った。シミュレーション結果を図13(a)~(d)に示す。なお、図13(a)~(d)は、シミュレーション例7におけるシミュレーション結果を示す図(1)~(4)である。
 また、シミュレーションの数値結果を下記表10に併せて示す。
 なお、表10中の「Peak」は、表1~4におけるものと同義である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 これらのシミュレーション結果に示すように、シミュレーション例7では、図13(a)~(d)及び表10に示すケースで前記導波モードの励起に起因する前記電場強度のピークが確認される。
 また、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで、光学プリズム6の屈折率と光透過性基板2の屈折率とが同じである場合よりも、より大きな前記電場強度の最大値を得られる(図13(a)~(d)及び表10参照)。
 また、前記ピーク波形の半値幅は、シミュレーション例2と同様に、光学プリズム6の屈折率が高くなるにつれて狭くなる(使用する光の波長の波長帯が狭帯域化される)ことが確認される(図13(a)~(d)及び表10参照)。
 シミュレーション例1~7に示したように、光学プリズム6の屈折率を光透過性基板2の屈折率よりも高くすることで好適な前記増強電場を得ることができる。しかし、単に光学プリズム6の材料に屈折率の高い材料を用いるのみによってこの好適な前記増強電場を得られるわけではない。これらのシミュレーション結果が示すように、光学プリズム6の屈折率に合わせて、光学プリズム6の底角、検出板5に対する光の入射角度、第1の層3及び第2の層4の各厚みを最適化することが肝要である。即ち、これらの最適化を行わない場合、好適な前記増強電場は得られないことに注意する必要がある。
(参考例1)
 前記シミュレーションで確認した、屈折率の異なるプリズム上での導波モード励起が実際に生じることを検証するとともに、前記シミュレーション結果の信頼性を確認するため、次のように参考例1に係る目的物質検出装置を作製のうえ、導波モード励起試験を行った。
 参考例1に係る目的物質検出装置は、図2に示す目的物質検出装置の構成に準じたものとした。以下では、図2における符号を用いた説明とする。
 先ず、光透過性基板2を厚みが0.73mmの合成石英ガラス基板(SiO基板)とし、前記導波モード励起層の第1の層3を厚みが33nmの単結晶シリコン層(Si層)とし、第2の層4を厚みが390nmの熱酸化シリコン層(SiO層)とした検出板5を用意した。
 次に、この検出板5を台形の光学プリズム6上に取付けたセンサチップ1を用意した。光学プリズム6としては、光透過性基板2であるSiO基板と屈折率が異なる、BK7プリズムを用いた。プリズムの底角は32°とした。検出板5と光学プリズム6の接合にはSiO用のマッチングオイルを用いた。
 本発明では、光学プリズム6として、熱可塑性プラスチック材料で形成されるものを用いるが、ここでは、前記熱可塑性プラスチック材料をプリズムに成形する金型が高額であるため、BK7ガラスで形成された前記BK7プリズムで代用し、構成された目的物質検出装置を参考例1とする。
 しかしながら、一旦前記金型を作製すれば、射出成型により前記熱可塑性プラスチック材料を用いて安価に光学プリズム6を製造することができる。
 また、製造コストにこそ影響が生じるものの、導波モードの励起に関与する光学特性として前記BK7プリズムと同様の光透過性及び屈折率を持つ光学プリズム6を、前記熱可塑性プラスチック材料で形成することができるため、前記熱可塑性プラスチック材料で形成された光学プリズムを前記BK7プリズムで代用しても、導波モード励起に影響が生じない。つまり、以下に述べる導波モード励起試験の試験結果は、前記熱可塑性プラスチック材料で形成された光学プリズムを用いた場合にも当て嵌まる。
 光学系としては、白色LEDから発された白色光を、光ファイバ及びコリメータレンズを介して平行光とし、偏光板を通してs偏光とした後、水平方向(光透過性基板2と光学プリズム6との接合面の面内方向と平行な方向)から光学プリズム6の傾斜面に照射する構成とした。
 センサチップ1上には、シリカコロイド水溶液を置き、センサチップ1の表面近傍に励起された導波モードをシリカコロイドにより散乱させ、散乱光として検出可能とした。
 検出系としては、発生した前記散乱光を、倍率5倍の光学顕微鏡用対物レンズを介して分光器に導くように構成した。前記分光器により前記散乱光の電場強度スペクトルが取得される。
-試験結果-
 参考例1に係る目的物質検出装置を用いて取得した電場強度スペクトルを図14に示す。なお、図示される電場強度スペクトルは、波長600nmの電場強度ピークのピーク値を用いて正規化されている。
 図14に示されるように、波長440nm付近、500nm付近及び600nm付近にそれぞれ電場強度ピークが確認される。
 これらのピークのうち、波長440nm付近及び600nm付近の電場強度ピークは、光源である前記白色LEDのスペクトルに由来するものである。
 一方、波長500nm付近の電場強度ピークは、前記白色LEDのスペクトルと無関係であることから、導波モード励起に由来するものと見ることができる。
 したがって、光透過性基板2と光学プリズム6とで屈折率が異なる場合においても、導波モードの励起が可能であると結論付けられる。
-シミュレーション試験の信頼性-
 前述のシミュレーション例と同様の設定方法により、参考例1に係る目的物質検出装置と同じ構成の参考シミュレーションに係る目的物質検出装置を設定した。
 この参考シミュレーションに係る目的物質装置に対し、参考例1に係る目的物質検出装置に対する前記導波モード試験の試験条件に合わせて検出板5の表面(第2の層4)上に水が置かれている状態を想定し、かつ、励起光としてs偏光を用いることを想定して、前述のシミュレーション例と同様のシミュレーションを行うと、波長503nmに電場増強ピークを生じる結果が得られた。
 この参考シミュレーションに係る目的物質検出装置で得られる電場増強ピーク(波長503nm)は、参考例1に係る目的物質検出装置を用いて得られた電場増強ピーク(波長500nm付近、図14参照)と正に合致することから、参考シミュレーションのシミュレーション結果が極めて高い信頼性を持つこと、延いては、前述のシミュレーション例のシミュレーション結果が極めて高い信頼性を持つことの裏付けとなる。
   1   センサチップ
   2   光透過性基板
   3   第1の層
   4   第2の層
   5   検出板
   6   光学プリズム
  100  目的物質検出装置
  101  光照射部
  102  光検出部
   θ   入射角度
   φ   底角

 

Claims (8)

  1.  軟化点が600℃以上のガラス材料で形成される光透過性基板と、前記光透過性基板上に金属材料、半導体材料及び第1の誘電体材料のいずれかで形成される第1の層と第2の誘電体材料で形成される第2の層とがこの順で積層されて構成される導波モード励起層とが配され、前記光透過性基板側から全反射条件で光が照射されたときに前記導波モード励起層上に増強電場が形成可能とされる検出板と、
     前記検出板の前記光透過性基板側の面に対し光学的に密着させて配され、熱可塑性プラスチック材料で形成されるとともに屈折率が前記光透過性基板と異なる光学プリズムと、を有することを特徴とするセンサチップ。
  2.  光透過性基板の屈折率が1.450~1.550である請求項1に記載のセンサチップ。
  3.  ガラス材料がシリカガラスである請求項1から2のいずれかに記載のセンサチップ。
  4.  光学プリズムの屈折率が1.470~1.650であり、かつ、光透過性基板の屈折率よりも高い請求項1から3のいずれかに記載のセンサチップ。
  5.  光学プリズムの屈折率が光透過性基板の屈折率よりも0.020以上高い請求項4に記載のセンサチップ。
  6.  熱可塑性プラスチック材料がポリメタクリル酸メチル、環状オレフィンポリマー、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル及び環状オレフィンコポリマーのいずれかである請求項1から5のいずれかに記載のセンサチップ。
  7.  請求項1から6のいずれかに記載のセンサチップと、
     光学プリズムを介して検出板に対し光透過性基板側から全反射条件で光が照射可能とされる光照射部と、
     検出板の導波モード励起層側の面上に配され、前記導波モード励起層上に導入される液体試料中の目的物質の存在に起因して生ずる被検出光が検出可能とされる光検出部と、
     を有することを特徴とする目的物質検出装置。
  8.  請求項1から6のいずれかに記載のセンサチップを用いて目的物質の検出を行う目的物質検出方法であって、
     導波モード励起層上に液体試料を導入する液体試料導入工程と、
     光学プリズムを介して検出板に対し光透過性基板側から全反射条件で光を照射する光照射工程と、
     前記光照射工程に基づき前記液体試料中の前記目的物質の存在に起因して生ずる被検出光を検出する光検出工程と、
     を含むことを特徴とする目的物質検出方法。

     
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022060166A (ja) * 2020-10-02 2022-04-14 ポール・コーポレーション シングルユースプリズムを有する屈折計及び再使用可能な光学系

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266906A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Fuji Photo Film Co Ltd 測定方法および測定装置
JP2006275912A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Fuji Photo Film Co Ltd 測定装置
JP2010043934A (ja) * 2008-08-12 2010-02-25 Fujifilm Corp 検出方法、検出用試料セル、検出用キット及び検出装置
JP2010210451A (ja) * 2009-03-11 2010-09-24 Fujifilm Corp 全反射照明型センサチップ、その製造方法およびそれを用いたセンシング方法
US20110236998A1 (en) * 2008-08-28 2011-09-29 Marco Liscidini Methods and devices for detection of analytes using bloch surface wave-enhanced diffraction-based sensors
WO2013027544A1 (ja) * 2011-08-25 2013-02-28 コニカミノルタホールディングス株式会社 計測装置及びセンサーチップ
JP5424229B2 (ja) * 2007-09-28 2014-02-26 独立行政法人産業技術総合研究所 酸化膜を用いた光導波モードセンサー及びその製造方法
US20160178516A1 (en) * 2013-08-04 2016-06-23 Photonicsys Ltd. Optical sensor based with multilayered plasmonic structure comprising a nanoporous metallic layer

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266906A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Fuji Photo Film Co Ltd 測定方法および測定装置
JP2006275912A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Fuji Photo Film Co Ltd 測定装置
JP5424229B2 (ja) * 2007-09-28 2014-02-26 独立行政法人産業技術総合研究所 酸化膜を用いた光導波モードセンサー及びその製造方法
JP2010043934A (ja) * 2008-08-12 2010-02-25 Fujifilm Corp 検出方法、検出用試料セル、検出用キット及び検出装置
US20110236998A1 (en) * 2008-08-28 2011-09-29 Marco Liscidini Methods and devices for detection of analytes using bloch surface wave-enhanced diffraction-based sensors
JP2010210451A (ja) * 2009-03-11 2010-09-24 Fujifilm Corp 全反射照明型センサチップ、その製造方法およびそれを用いたセンシング方法
WO2013027544A1 (ja) * 2011-08-25 2013-02-28 コニカミノルタホールディングス株式会社 計測装置及びセンサーチップ
US20160178516A1 (en) * 2013-08-04 2016-06-23 Photonicsys Ltd. Optical sensor based with multilayered plasmonic structure comprising a nanoporous metallic layer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022060166A (ja) * 2020-10-02 2022-04-14 ポール・コーポレーション シングルユースプリズムを有する屈折計及び再使用可能な光学系
JP7305720B2 (ja) 2020-10-02 2023-07-10 ポール・コーポレーション シングルユースプリズムを有する屈折計及び再使用可能な光学系

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