JP6717201B2 - Detection method and detection device - Google Patents
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Description
本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出する検出方法および検出装置に関する。 The present invention relates to a detection method and a detection device for detecting the presence or the amount of a substance to be detected contained in a sample by using surface plasmon resonance.
臨床検査などにおいて、タンパク質やDNAなどの微量の被検出物質を高感度かつ定量的に検出することができれば、患者の状態を迅速に把握して治療を行うことが可能となる。このため、微量の被検出物質を高感度かつ定量的に検出できる方法が求められている。 If a trace amount of a substance to be detected such as protein or DNA can be detected with high sensitivity and quantitatively in a clinical test or the like, it is possible to quickly grasp the patient's condition and perform treatment. Therefore, there is a demand for a method capable of detecting a trace amount of a substance to be detected with high sensitivity and quantitatively.
被検出物質を高感度に検出できる方法として、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy):以下「SPFS」と略記する)が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy (hereinafter abbreviated as "SPFS") is known as a method capable of detecting a substance to be detected with high sensitivity (for example, refer to Patent Document 1). ..
特許文献1に記載の表面プラズモン励起増強蛍光分析法は、金属薄膜が形成されたプリズムに対して金属薄膜で全反射するように金属薄膜への入射角を変化させながら励起光を照射し、金属薄膜で励起光が全反射されることにより金属薄膜の表面に生じるプラズモン散乱光を測定する工程と、測定されたプラズモン散乱光の強度が最大となる入射角(増強角)を励起光の金属薄膜に対する入射角に決定する工程と、被検出物質に特異的に結合できる第1捕捉体(例えば1次抗体)が固定された金属薄膜上に、被検出物質および蛍光物質で標識された第2捕捉体(例えば2次抗体)を提供する反応工程と、決定した増強角で励起光を照射し、金属薄膜上の被検出物質を標識した蛍光物質から放出された蛍光の蛍光強度を測定する検出工程と、を含む。 The surface plasmon excitation enhanced fluorescence analysis method described in Patent Document 1 irradiates excitation light while changing the incident angle to the metal thin film so that the prism on which the metal thin film is formed is totally reflected by the metal thin film. The step of measuring the plasmon scattered light generated on the surface of the metal thin film due to the total reflection of the excitation light by the thin film, and the incident angle (enhancing angle) that maximizes the intensity of the measured plasmon scattered light The angle of incidence with respect to the target substance, and the second capture labeled with the substance to be detected and the fluorescent substance on the metal thin film on which the first capture body (eg, primary antibody) capable of specifically binding to the substance to be detected is immobilized. And a detection step of measuring the fluorescence intensity of fluorescence emitted from the fluorescent substance labeled with the substance to be detected on the metal thin film, by irradiating excitation light at a determined enhancement angle And, including.
特許文献1に記載の表面プラズモン励起増強蛍光分析法では、金属薄膜上に被検出物質を提供すると、第1捕捉体に被検出物質が結合する。次いで、被検出物質が結合した金属薄膜上に第2捕捉体および蛍光物質を提供すると、被検出物質が蛍光物質で標識される。この状態で金属薄膜に励起光を照射すると、被検出物質を標識する蛍光物質は、表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance:以下「SPR」と略記する)により増強された電場により励起され、蛍光を放出する。したがって、蛍光物質から放出された蛍光を検出することで、被検出物質の存在またはその量を検出することができる。 In the surface plasmon excitation enhanced fluorescence analysis method described in Patent Document 1, when the substance to be detected is provided on the metal thin film, the substance to be detected is bound to the first capturing body. Next, when the second capturing body and the fluorescent substance are provided on the metal thin film to which the substance to be detected is bound, the substance to be detected is labeled with the fluorescent substance. When the metal thin film is irradiated with excitation light in this state, the fluorescent substance labeling the substance to be detected is excited by an electric field enhanced by Surface Plasmon Resonance (hereinafter abbreviated as “SPR”) and emits fluorescence. To do. Therefore, the presence or amount of the substance to be detected can be detected by detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance.
しかしながら、特許文献1に記載の表面プラズモン励起増強蛍光分析法で用いられる増強角は、温度により異なることが知られている。具体的には、増強角は、金属薄膜の温度変化によって当該金属薄膜の屈折率が増加または減少することや、プリズムが温度変化により膨張または収縮することなどによって変化してしまう。特に、温度を調整しない分析方法では、増強角の決定時と、被検出物質の検出時との温度が異なる場合があるため、被検出物質の検出時において、最適な増強角で被検出物質を検出できず、検出精度が低下してしまうという問題があった。 However, it is known that the enhancement angle used in the surface plasmon excitation enhanced fluorescence analysis method described in Patent Document 1 varies depending on the temperature. Specifically, the enhancement angle changes due to the increase or decrease in the refractive index of the metal thin film due to the temperature change of the metal thin film, the expansion or contraction of the prism due to the temperature change, and the like. In particular, in an analysis method in which the temperature is not adjusted, the temperature at the time of determining the enhancement angle may differ from the temperature at the time of detecting the substance to be detected. There is a problem in that detection cannot be performed and the detection accuracy decreases.
本発明の目的は、表面プラズモン共鳴を利用する検出方法および検出装置であって、被検出物質をより高感度に検出することができる検出方法および検出装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a detection method and a detection apparatus that utilize surface plasmon resonance, which can detect a substance to be detected with higher sensitivity.
上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る検出方法は、表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出方法であって、金属膜と、前記金属膜上に固定された捕捉体とを有するチップの前記金属膜上に前記検体を提供して、前記捕捉体と前記被検出物質とを結合させる第1工程と、前記第1工程の後、前記金属膜の温度を直接的または間接的に測定し、前記金属膜の温度と入射光によって前記金属膜から生じるプラズモン散乱光の強度が最大となるときの入射光の入射角である増強角または前記金属膜に照射された入射光の反射光の光量が最小となるときの入射光の入射角である共鳴角との関係の情報に基づいて、入射光の入射角を前記増強角または前記共鳴角に決定する第2工程と、前記第2工程の後、前記増強角または前記共鳴角で前記金属膜に対して入射光を照射させ、入射光によって生じたシグナルを検出することで前記被検出物質を検出する第3工程と、を含む。 In order to solve the above problems, a detection method according to an embodiment of the present invention is a detection method for detecting the presence or the amount of a substance to be detected contained in a sample by using surface plasmon resonance. A first step of providing the analyte on the metal film of a chip having a metal film and a capturing body fixed on the metal film to bind the capturing body and the substance to be detected, After the first step, the temperature of the metal film is directly or indirectly measured, and the incident light is incident when the intensity of the plasmon scattered light generated from the metal film due to the temperature of the metal film and the incident light is maximum. Based on the information on the relationship between the enhancement angle which is the angle or the resonance angle which is the incident angle of the incident light when the amount of reflected light of the incident light irradiated on the metal film is the minimum, the incident angle of the incident light is A second step of determining the enhancement angle or the resonance angle, and after the second step, irradiating the metal film with incident light at the enhancement angle or the resonance angle and detecting a signal generated by the incident light. And a third step of detecting the substance to be detected.
また、上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る検出装置は、表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出装置であって、表面プラズモン共鳴が生じるように、金属膜と、前記金属膜上に固定された捕捉体とを有するチップの前記金属膜に入射光を照射する光照射部と、前記金属膜に照射された入射光によって生じたシグナルを検出する光検出部と、前記金属膜の温度を直接的または間接的に測定する温度測定部と、前記金属膜の温度と、入射光によって前記金属膜から生じるプラズモン散乱光の強度が最大となるときの入射光の入射角である増強角または前記金属膜に照射された入射光の反射光の光量が最小となるときの入射光の入射角である共鳴角との関係の情報を記憶している記憶部と、前記温度測定部で測定した前記金属膜の温度と、前記記憶部に記憶された情報とに基づいて、入射光の前記入射角を前記増強角または前記共鳴角に決定する処理部と、を有し、前記光照射部は、前記処理部により決定された前記増強角または前記共鳴角で前記金属膜に対して入射光を照射し、前記光検出部は、前記処理部により決定された前記増強角または前記共鳴角で前記金属膜に照射された入射光によって生じたシグナルを検出する。 Further, in order to solve the above problems, the detection device according to one embodiment of the present invention is a detection device for detecting the presence or the amount of a substance to be detected contained in a sample by using surface plasmon resonance. Then, so that surface plasmon resonance occurs, a light irradiation unit that irradiates the metal film of the chip having a metal film and a capturing body fixed on the metal film with incident light, and irradiates the metal film. A photodetector for detecting a signal generated by incident light, a temperature measuring unit for directly or indirectly measuring the temperature of the metal film, the temperature of the metal film, and a plasmon generated from the metal film by the incident light. A resonance angle, which is the incident angle of the incident light when the intensity of the scattered light is the maximum, which is the incident angle of the incident light, or the amount of the reflected light of the incident light that is applied to the metal film is the minimum, Based on the temperature of the metal film measured by the temperature measuring unit and the information stored in the storage unit, the incident angle of the incident light is the enhancement angle. Or a processing unit for determining the resonance angle, wherein the light irradiation unit irradiates the metal film with incident light at the enhancement angle or the resonance angle determined by the processing unit, The detection unit detects a signal generated by the incident light with which the metal film is irradiated at the enhancement angle or the resonance angle determined by the processing unit.
本発明によれば、表面プラズモン共鳴を利用する検出方法および検出装置において、被検出物質をより高感度に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to detect a substance to be detected with higher sensitivity in a detection method and a detection apparatus that utilize surface plasmon resonance.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係る検出装置100の構成を示す模式図である。[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a
図1に示されるように、検出装置100は、チップホルダー70と、光照射部110と、光検出部120と、温度測定部130と、記憶部141および処理部142を含む制御部140とを有する。検出装置100は、チップホルダー70にプリズム20を有するチップ10を装着した状態で使用される。実施の形態1に係る検出装置100は、プリズム20を利用するプリズムカップリング(PC)−SPFS装置である。そこで、プリズム20を有するチップ10について先に説明し、その後に検出装置100について説明する。
As shown in FIG. 1, the
(チップの構成)
図2は、チップの構成を示す模式図である。図2Aは、チップ10の斜視図であり、図2Bは、チップ10の断面図であり、図2Cは、チップ10’の他の形態の断面図である。(Chip configuration)
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the chip. 2A is a perspective view of the
図2A、Bに示されるように、チップ10は、プリズム20、金属膜30および流路蓋40を有する。通常、チップ10は、検出ごとに交換される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
プリズム20は、励起光αに対して透明な誘電体からなる。プリズム20は、入射面21、成膜面22および出射面23を有する。入射面21は、光照射部110からの励起光αをプリズム20の内部に入射させる。成膜面22上には、金属膜30が配置されている。プリズム20の内部に入射した励起光αは、金属膜30の裏面で反射する。より具体的には、励起光αは、プリズム20と金属膜30との界面(成膜面22)で反射する。出射面23は、金属膜30の裏面で反射した励起光αの反射光βをプリズム20の外部に出射させる。
The
プリズム20の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、プリズム20の形状は、台形を底面とする柱体である。台形の一方の底辺に対応する面が成膜面22であり、一方の脚に対応する面が入射面21であり、他方の脚に対応する面が出射面23である。
The shape of the
入射面21は、励起光αが光照射部110に戻らないように形成される。励起光αの光源がレーザーダイオード(以下「LD」ともいう)である場合、励起光αがLDに戻ると、LDの励起状態が乱れてしまい、励起光αの波長や出力が変動してしまう。そこで、所定の走査範囲において、励起光αが入射面21に垂直に入射しないように、入射面21の角度が設定される。本実施の形態では、入射面21と成膜面22とのなす角度および成膜面22と出射面23とのなす角度は、いずれも約80°である。
The
なお、チップ10の設計により、増強角が概ね決まる。設計要素は、プリズム20の屈折率、金属膜30の屈折率、金属膜30の膜厚、金属膜30の消衰係数、励起光αの波長などである。金属膜30に固定化された被検出物質によって増強角がシフトするが、その量は数度未満である。ここで「増強角」とは、金属膜30に励起光αを照射したことにより、金属膜30で生じるプラズモン散乱光の光量が最大となる励起光αの入射角である。
It should be noted that the design of the
プリズム20は、複屈折特性を少なからず有する。プリズム20の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。プリズム20の材料は、好ましくは、屈折率が1.4〜1.6であり、かつ複屈折が小さい樹脂である。
The
金属膜30は、プリズム20の成膜面22上に配置されている。これにより、成膜面22に全反射条件で入射した励起光αの光子と、金属膜30中の自由電子との間で相互作用(表面プラズモン共鳴)が生じ、金属膜30の表面上に局在場光を生じさせることができる。
The
金属膜30の材料は、表面プラズモン共鳴を生じさせうる金属であれば特に限定されない。金属膜30の材料の例には、金、銀、銅、アルミ、これらの合金が含まれる。本実施の形態では、金属膜30は、金薄膜である。金属膜30の形成方法は、特に限定されない。金属膜30の形成方法の例には、スパッタリング、蒸着、メッキが含まれる。金属膜30の厚みは、特に限定されないが、30〜70nmの範囲内が好ましい。
The material of the
金属膜30(反応場)には、被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定されている。捕捉体は、被検出物質に特異的に結合する。本実施の形態では、金属膜30の表面に、捕捉体が略均一に固定化されている。捕捉体の種類は、被検出物質を捕捉することができれば特に限定されない。たとえば、捕捉体は、被検出物質に特異的な抗体(1次抗体)またはその断片、被検出物質に特異的に結合可能な酵素などである。
A capture body for capturing the substance to be detected is fixed to the metal film 30 (reaction field). The capture body specifically binds to the substance to be detected. In the present embodiment, the capturing body is substantially uniformly immobilized on the surface of the
捕捉体の固定化方法は、特に限定されない。たとえば、金属膜30の上に、捕捉体を結合させた自己組織化単分子膜(以下「SAM」という)または高分子膜を形成すればよい。SAMの例には、HOOC−(CH2)11−SHなどの置換脂肪族チオールで形成された膜が含まれる。高分子膜を構成する材料の例には、ポリエチレングリコールおよびMPCポリマーが含まれる。また、捕捉体に結合可能な反応性基(または反応性基に変換可能な官能基)を有する高分子を金属膜30に固定化し、この高分子に捕捉体を結合させてもよい。The method for immobilizing the capturing body is not particularly limited. For example, a self-assembled monolayer (hereinafter referred to as “SAM”) or a polymer film to which a capturing body is bound may be formed on the
流路蓋40は、金属膜30上に配置されている。金属膜30がプリズム20の成膜面22の一部にのみ形成されている場合は、流路蓋40は、成膜面22上に配置されていてもよい。流路蓋40の裏面には、流路溝が形成されており、流路蓋40は、金属膜30(およびプリズム20)と共に、液体が流れる流路43を形成する。液体の例には、被検出物質を含む試料液や、蛍光物質で標識された抗体を含む標識液、洗浄液などが含まれる。流路43の両端は、流路蓋40の上面に形成された注入口41および排出口42にそれぞれ接続されている。なお、後述の接触式の温度センサー131は、注入口41または排出口42から挿入され、金属膜30の温度を測る(図2B参照)。
The
流路蓋40は、金属膜30上から放出される蛍光γおよびプラズモン散乱光δに対して透明な材料からなることが好ましい。流路蓋40の材料の例には、樹脂が含まれる。蛍光γおよびプラズモン散乱光δを外部に取り出す部分が蛍光γおよびプラズモン散乱光δに対して透明であれば、流路蓋40の他の部分は、不透明な材料で形成されていてもよい。流路蓋40は、例えば、両面テープや接着剤などによる接着や、レーザー溶着、超音波溶着、クランプ部材を用いた圧着などにより金属膜30またはプリズム20に接合されている。
The
なお、図2Cに示されるように、チップ10’は、流路43に代えてウェル44を有していてもよい。このチップ10’では、ウェル44の開口部(流路蓋40’に形成された貫通孔)から検体を提供したり、温度センサー131によって金属膜30の温度を測定したりする。
Note that, as shown in FIG. 2C, the
図1に示されるように、励起光αは、入射面21からプリズム20内に入射する。プリズム20内に入射した励起光αは、金属膜30に全反射角度(表面プラズモン共鳴が生じる角度)で入射する。このように金属膜30に対して励起光αを表面プラズモン共鳴が生じる角度で照射することで、金属膜30上に局在場光(一般に「エバネッセント光」または「近接場光」とも呼ばれる)を発生させることができる。この局在場光により、金属膜30上に存在する被検出物質を標識する蛍光物質が励起され、蛍光γが出射される。検出装置100は、蛍光物質から放出された蛍光γの光量を検出することで、被検出物質の存在または量を検出する。
As shown in FIG. 1, the excitation light α enters the
(SPFS装置の構成)
次に、検出装置100の各構成要素について説明する。前述のとおり、検出装置100は、チップホルダー70と、光照射部110と、光検出部120と、温度測定部130と、記憶部141および処理部142を含む制御部140とを有する。(Structure of SPFS device)
Next, each component of the
チップホルダー70は、チップ10を保持する。チップホルダー70の形状は、チップ10を保持することができ、かつ励起光αの光路を妨げなければ特に限定されない。本実施の形態では、チップホルダー70は、流路蓋40を側方から把持することでチップ10を保持するように構成されている。
The
光照射部110は、チップホルダー70に保持されたチップ10(金属膜30の裏面)に励起光αを出射する。蛍光γの測定時には、光照射部110は、金属膜30に対する入射角が表面プラズモン共鳴を生じさせる角度となるように、励起光αを入射面21に向けて出射する。ここで「励起光」とは、蛍光物質を直接または間接的に励起させる光である。たとえば、励起光αは、プリズム20を介して金属膜30に表面プラズモン共鳴が生じる角度で照射されたときに、蛍光物質を励起させる局在場光を金属膜30の表面上に生じさせる光である。
The
光照射部110は、光源ユニット111、第1角度調整機構112および光源制御部113を含む。
The
光源ユニット111は、コリメートされ、かつ波長および光量が一定の励起光αを、金属膜30裏面における照射スポットの形状が略円形となるように出射する。光源ユニット111は、例えば、励起光αの光源、ビーム整形光学系、APC機構および温度調整機構(いずれも不図示)を含む。
The
光源の種類は、特に限定されず、例えばレーザーダイオード(LD)である。光源の他の例には、発光ダイオード、水銀灯、その他のレーザー光源が含まれる。光源から出射される光がビームでない場合は、光源から出射される光は、レンズや鏡、スリットなどによりビームに変換される。また、光源から出射される光が単色光でない場合は、光源から出射される光は、回折格子などにより単色光に変換される。さらに、光源から出射される光が直線偏光でない場合は、光源から出射される光は、偏光子などにより直線偏光の光に変換される。 The type of light source is not particularly limited, and is, for example, a laser diode (LD). Other examples of light sources include light emitting diodes, mercury vapor lamps, and other laser light sources. When the light emitted from the light source is not a beam, the light emitted from the light source is converted into a beam by a lens, a mirror, a slit, or the like. When the light emitted from the light source is not monochromatic light, the light emitted from the light source is converted into monochromatic light by a diffraction grating or the like. Further, when the light emitted from the light source is not linearly polarized light, the light emitted from the light source is converted into linearly polarized light by a polarizer or the like.
ビーム整形光学系は、例えば、コリメーターやバンドパスフィルター、直線偏光フィルター、半波長板、スリット、ズーム手段などを含んでいてもよい。コリメーターは、光源から出射された励起光αをコリメートする。バンドパスフィルターは、光源から出射された励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。光源からの励起光αは、若干の波長分布幅を有しているためである。直線偏光フィルターは、光源から出射された励起光αを完全な直線偏光の光にする。半波長板は、金属膜30にP波成分が入射するように励起光αの偏光方向を調整する。スリットおよびズーム手段は、金属膜30の裏面における照射スポットの形状が所定サイズの円形となるように、励起光αのビーム径や輪郭形状などを調整する。APC機構は、光源の出力が一定となるように光源を制御する。より具体的には、APC機構は、励起光αから分岐させた光の光量を不図示のフォトダイオードなどで検出する。そして、APC機構は、回帰回路で投入エネルギーを制御することで、光源の出力を一定に制御する。温度調整機構は、例えば、ヒーターやペルチェ素子などである。光源から出射される光の波長およびエネルギーは、温度によって変動することがある。このため、温度調整機構で光源の温度を一定に保つことにより、光源から出射される光の波長およびエネルギーを一定に制御する。
The beam shaping optical system may include, for example, a collimator, a bandpass filter, a linear polarization filter, a half-wave plate, a slit, a zoom means, or the like. The collimator collimates the excitation light α emitted from the light source. The bandpass filter converts the excitation light α emitted from the light source into narrowband light having only the central wavelength. This is because the excitation light α from the light source has a slight wavelength distribution width. The linearly polarized light filter converts the excitation light α emitted from the light source into completely linearly polarized light. The half-wave plate adjusts the polarization direction of the excitation light α so that the P-wave component is incident on the
第1角度調整機構112は、金属膜30の裏面(プリズム20と金属膜30との界面(成膜面22))への励起光αの入射角を調整する。第1角度調整機構112は、プリズム20を介して金属膜30裏面の所定の位置に向けて所定の入射角で励起光αを照射するために、励起光αの光軸とチップ10(金属膜30)とを相対的に回転させる。本実施の形態では、第1角度調整機構112は、励起光αの光軸と直交する軸(図1の紙面に対して垂直な軸)を回転軸として光源ユニット111を回動させる。このとき、入射角を変化させても金属膜30上での照射スポットの位置がほとんど変化しないように、回転軸の位置を設定する。回転中心の位置を、入射角の走査範囲の両端における2つの励起光αの光軸の交点近傍(成膜面22上の照射位置と入射面21との間)に設定することで、照射位置のズレを極小化することができる。
The first
前述したように、金属膜30の裏面に対する励起光αの入射角のうち、プラズモン散乱光δの最大光量を得られる角度が増強角である。増強角の角度に励起光αの入射角を設定することで、高強度の蛍光γを測定することが可能となる。なお、チップ10のプリズム20の材料および形状、金属膜30の膜厚、流路43内の液体の屈折率などにより、励起光αの基本的な入射条件が決まるが、流路43内の蛍光物質の種類および量、プリズム20の形状誤差などにより、最適な入射条件はわずかに変動する。本実施の形態では、金属膜30の法線Nに対する励起光αの好適な出射角は、約70°である。
As described above, among the angles of incidence of the excitation light α on the back surface of the
光源制御部113は、光源ユニット111に含まれる各種機器を制御して、光源ユニット111の出射光(励起光α)の出射を制御する。光源制御部113は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
The light
光検出部120は、被検出物質の検出時において金属膜30の裏面への励起光αの照射によって生じた蛍光γと、増強角の測定時において金属膜30の裏面への励起光αの照射によって生じたプラズモン散乱光δとを検出する。光検出部120は、例えば、受光ユニット121、位置切替機構122および受光センサー制御部123を含む。
The
受光ユニット121は、チップ10の金属膜30の表面に対する法線Z方向に配置される。受光ユニット121は、第1レンズ124、光学フィルター125、第2レンズ126および受光センサー127を含む。
The
第1レンズ124は、例えば、集光レンズであり、金属膜30上から出射される光を集光する。第2レンズ126は、例えば、結像レンズであり、第1レンズ124で集光された光を受光センサー127の受光面に結像させる。両レンズの間の光路は、略平行な光路になっている。光学フィルター125は、両レンズの間に配置されている。
The
光学フィルター125は、蛍光成分のみを受光センサー127に導き、高いS/N比で蛍光γを検出するために、励起光成分(プラズモン散乱光δ)を除去する。光学フィルター125の例には、励起光反射フィルター、短波長カットフィルターおよびバンドパスフィルターが含まれる。光学フィルター125は、例えば、所定の光成分を反射する多層膜を含むフィルターであるが、所定の光成分を吸収する色ガラスフィルターであってもよい。
The
受光センサー127は、蛍光γまたはプラズモン散乱光δを検出する。受光センサー127は、微小量の被検出物質からの微弱な蛍光γまたはプラズモン散乱光δを検出することが可能な高い感度を有する。受光センサー127は、例えば、光電子増倍管(PMT)やアバランシェフォトダイオード(APD)などである。
The
位置切替機構122は、光学フィルター125の位置を、受光ユニット121における光路上または光路外に切り替える。具体的には、位置切替機構122は、受光センサー127が蛍光γを検出する時には、光学フィルター125を受光ユニット121の光路上に配置し、受光センサー127がプラズモン散乱光δを検出する時には、光学フィルター125を受光ユニット121の光路外に配置する。位置切替機構122は、例えば、回転駆動部と、回転運動を利用して光学フィルター125を水平方向に移動させる公知の機構(ターンテーブルやラックアンドピニオンなど)とによって構成される。
The
受光センサー制御部123は、受光センサー127の出力値の検出や、検出した出力値による受光センサー127の感度の管理、適切な出力値を得るための受光センサー127の感度の変更などを制御する。受光センサー制御部123は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
The light receiving
温度測定部130は、金属膜30の温度を直接的または間接的に測定する。温度測定部130は、温度センサー131および温度センサー調整機構132を有する。温度センサー131の種類は、金属膜30の温度を測定することができれば、特に限定されず、接触式であってもよいし、非接触式であってもよい。接触式の温度センサー131の例には、サーミスタ温度計、測温抵抗体温度計、熱電対温度計などが含まれる。また、非接触式の温度センサー131の例には、放射温度計、二色温度計、サーモグラフィーなどが含まれる。本実施の形態では、温度センサー131は、接触式の温度計である。温度センサー調整機構132は、温度センサー131の位置や、検出した出力値を制御部140(記憶部141)に送る。
The
制御部140は、例えば、記憶部141、処理部142、演算装置、制御装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成されており、第1角度調整機構112、光源制御部113、位置切替機構122、温度センサー調整機構132および受光センサー制御部123を制御する。記憶部141は、金属膜30の温度と、最適な入射光の入射角との関係の情報を記憶している。具体的には、本実施の形態では、記憶部141は、金属膜30の温度と、照射された入射光によって金属膜30から生じるプラズモン散乱光δの強度が最大となる増強角との関係の情報を記憶している。この情報は、被検出物質の検出前に作成してもよいし、外部で作成されたものであってもよい。処理部142は、温度測定部130で測定した金属膜30の温度と、記憶部141に記憶された情報とに基づいて、入射光の入射角を最適な入射角(増強角)に決定する。
The
(検出装置の検出動作)
次に、検出装置100の検出動作(実施の形態1に係る検出方法)について説明する。図3は、検出装置100の動作手順の一例を示すフローチャートである。この例では、捕捉体として1次抗体が金属膜30上に固定化されている。また、蛍光標識に使用する捕捉体として、蛍光物質で標識された2次抗体を使用している。(Detection operation of the detection device)
Next, the detection operation of the detection device 100 (the detection method according to the first embodiment) will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of an operation procedure of the
まず、測定の準備をする(工程S110)。具体的には、チップ10を準備して、チップホルダー70にチップ10を設置する。また、チップ10の金属膜30上に保湿剤が存在する場合は、1次抗体が適切に被検出物質を捕捉できるように、金属膜30上を洗浄して保湿剤を除去する。
First, the measurement is prepared (step S110). Specifically, the
次いで、検体中の被検出物質と一次抗体とを反応させる(1次反応、工程S120)。具体的には、金属膜30上に検体を提供して、検体と1次抗体とを接触させる。検体中に被検出物質が存在する場合は、被検出物質の少なくとも一部は1次抗体に結合する。この後、金属膜30上を緩衝液などで洗浄して、1次抗体に結合しなかった物質を除去する。検体および被検出物質の種類は、特に限定されない。検体の例には、血液や血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、精液などの体液およびその希釈液が含まれる。また、被検出物質の例には、核酸(DNAやRNAなど)、タンパク質(ポリペプチドやオリゴペプチドなど)、アミノ酸、糖質、脂質およびこれらの修飾分子が含まれる。
Then, the substance to be detected in the sample is reacted with the primary antibody (primary reaction, step S120). Specifically, a sample is provided on the
次いで、1次抗体に結合した被検出物質を蛍光物質で標識する(2次反応、工程S130)。具体的には、蛍光物質で標識された2次抗体を含む蛍光標識液を金属膜30上に提供して、1次抗体に結合した被検出物質と蛍光標識液とを接触させる。蛍光標識液は、例えば、蛍光物質で標識された2次抗体を含む緩衝液である。被検出物質が1次抗体に結合している場合は、被検出物質の少なくとも一部は、蛍光物質で標識される。蛍光物質で標識した後は、金属膜30上を緩衝液などで洗浄し、遊離の2次抗体などを除去することが好ましい。
Next, the substance to be detected bound to the primary antibody is labeled with a fluorescent substance (secondary reaction, step S130). Specifically, a fluorescent labeling liquid containing a secondary antibody labeled with a fluorescent substance is provided on the
なお、1次反応(工程S120)と2次反応(工程S130)との順番は、これに限定されない。たとえば、被検出物質を2次抗体に結合させた後に、これらの複合体を含む液体を金属膜30上に提供してもよい。また、金属膜30上に検体と蛍光標識液を同時に提供してもよい。
The order of the primary reaction (step S120) and the secondary reaction (step S130) is not limited to this. For example, a liquid containing these complexes may be provided on the
次いで、入射角を調整する(工程S140)。具体的には、制御部140は、温度測定部130に測定させた金属膜30の温度と、プリズム20を介して金属膜30の裏面に照射された励起光αによって金属膜30から生じるプラズモン散乱光の強度が最大となる増強角との関係の情報に基づいて、励起光αの入射角をその金属膜30における増強角に決定する。
Next, the incident angle is adjusted (step S140). Specifically, the
ここで、図4および図5を参照して、金属膜30の温度と、入射角の補正角度との関係の求め方について詳細に説明する。図4は、入射角の調整方法を説明するためのフローチャートである。図5は、金属膜の温度差と、増強角の補正角度との関係を示すグラフである。図5の横軸は、金属膜の温度差(℃)であり、縦軸は入射角の補正角度(°)である。
Here, a method of obtaining the relationship between the temperature of the
増強角は、温度によりわずかに変化することが知られている。そこで、本実施の形態では、金属膜30の温度に応じて入射角をその温度における増強角に設定し、当該入射角で励起光αを照射して、励起された蛍光物質から放出された蛍光γを検出することで、被検出物質の検出精度を向上させている。具体的には、予め記憶部141に金属膜30の基準温度(例えば、20°)と任意の金属膜30の温度との温度差(℃)と、その温度差における入射角の補正角度(°)との関係の情報を記憶しておく。ここで、入射角の補正角度(°)とは、金属膜30の基準温度と、検出時の金属膜30の温度との差分値(温度差)に対して、検出時の金属膜の温度における増強角に合わせるための、基準温度における増強角からの増強角の差分値である。図4および図5に示されるように、金属膜30の温度差と、入射角の補正角度との関係を求めるためには、まず、任意の複数の金属膜30の温度と、当該金属膜30の温度における増強角を測定する(工程S141)。金属膜30の温度を直接的に測定する場合には、温度センサー131を流路蓋40の注入口41または排出口42に挿入し、温度センサー131を金属膜30に接触させて測定する。また、金属膜30の温度を関節的に測定する場合には、温度センサー131を流路蓋40上に移動させた状態で流路蓋40または検体の温度を測定する。このとき、金属膜30の温度は、流路蓋40または検体の温度に近似している。次いで、基準温度と前記任意の金属膜30の温度との差分値をそれぞれ求める(工程S142)。そして、基準温度における増強角と前記任意の金属膜30の温度における増強角の差分値をそれぞれ求める(工程S143)。なお、増強角を求めるためには、第1角度調整機構112により励起光αの光軸の角度を走査しながら、受光センサー127によりプラズモン散乱光δを検出する。そして、プラズモン散乱光δの光量が最大となる励起光αの入射角を増強角とする。
It is known that the enhancement angle changes slightly with temperature. Therefore, in the present embodiment, the incident angle is set to the enhancement angle at that temperature according to the temperature of the
次いで、制御部140は、温度測定部130を駆動して、金属膜30の温度を測定する(工程S144)。次いで、制御部140は、当該金属膜30の温度と基準温度との差分値(温度差)を求める。そして、制御部140は、当該差分値に対応する入射角の補正角度を求めた後、検出時の金属膜30の温度に対応する増強角を決定する。最後に、第1角度調整機構112を駆動して、励起光αの入射角を増強角となるように調整する(工程S145)。
Next, the
次いで、被検出物質を検出する(工程S150)。具体的には、制御部140は、光源制御部113を駆動して励起光αを工程S140で決定した入射角で金属膜30の所定の位置に照射させながら、受光センサー制御部123を駆動して金属膜30(金属膜30表面およびその近傍)上から放出される蛍光γの強度を検出するように受光センサー127を制御する。このとき、制御部140は、位置切替機構122を操作して、光学フィルター125を受光ユニット121の光路上に配置する。このとき、光学フィルター125はプラズモン散乱光δを透過させないため、蛍光γのみが受光センサー127に検出される。蛍光強度は、必要に応じて、被検出物質の量や濃度などに換算される。
Next, the substance to be detected is detected (step S150). Specifically, the
なお、検出装置100は、2次反応(工程S130)の前にブランク値を測定してもよい。この場合、被検出物質を検出する工程(工程S150)では、蛍光γの検出値からブランク値を引くことで、検体中の被検出物質の量を示す蛍光γの量を算出する。ブランク値の測定では、制御部140は、入射光の入射角を走査しながら、金属膜30上に励起光αを照射する。そして、制御部140は、励起光αの照射により金属膜30から生じたプラズモン散乱光の強度の最大値をブランク値として得る。
The
以上のように、本実施の形態に係る検出装置100は、金属膜30の温度に関わらず、増強角で被検出物質を検出することができるため、被検出物質をより高感度に検出することができる。
As described above, the
[実施の形態2]
実施の形態2に係る検出装置200は、回折格子50を利用する格子カップリング(GC)−SPFS装置である点において、実施の形態1に係る検出装置100と異なる。そこで、実施の形態1に係る検出装置100と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。[Second Embodiment]
The
図6は、実施の形態2に係る検出装置200の構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the
図6に示されるように、検出装置200は、チップホルダー80と、光照射部110と、光検出部220と、温度測定部130と、記憶部141および処理部142を含む制御部140とを有する。検出装置200は、チップホルダー80に回折格子50を有するチップ90を装着した状態で使用される。
As shown in FIG. 6, the
(チップの構成)
図7A、Bおよび図8A、Bは、チップ90の構成を示す模式図である。図7Aは、1次元回折格子の斜視図であり、図7Bは、2次元回折格子の斜視図である。図8Aは、チップ90の第1の態様を模式的に示す図であり、図8Bは、チップ90’の第2の態様を模式的に示す図である。(Chip configuration)
7A and 7B and FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams showing the configuration of the
図6〜図8に示されるように、チップ90は、基板60、金属膜30および流路蓋40を有する。金属膜30には、回折格子50が形成されている。回折格子50には捕捉体(例えば1次抗体)が固定化されており、回折格子50の表面は、捕捉体と被検出物質とが結合するための反応場としても機能する。なお、図6では、捕捉体および被検出物質を省略している。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
基板60は、金属膜30の支持部材である。基板60の材料は、金属膜30を支持できる機械的強度を有するものであれば特に限定されない。基板60の材料の例には、ガラスや石英、シリコンなどの無機材料、ポリメタクリル酸メチルやポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィンなどの樹脂が含まれる。
The substrate 60 is a support member for the
金属膜30は、基板60上に配置されている。前述のとおり、金属膜30には、回折格子50が形成されている。金属膜30に光を照射すると、金属膜30中に生じる表面プラズモンと、回折格子50により生じるエバネッセント波とが結合して、表面プラズモン共鳴が生じる。本実施の形態のおける金属膜30の材料、形成方法および厚みは、実施の形態1における金属膜30と同じ材料、同じ形成方法および同じ厚みである。
The
回折格子50は、金属膜30に光を照射された時に、エバネッセント波を生じさせる。回折格子50の形状は、エバネッセント波を生じさせることができれば特に限定されない。たとえば、回折格子50は、図7Aに示されるように1次元回折格子であってもよいし、図7Bに示されるように2次元回折格子であってもよい。図7Aに示される1次元回折格子では、金属膜30の表面に、互いに平行な複数の凸条が所定の間隔で形成されている。図7Bに示される2次元回折格子では、金属膜30の表面に、所定形状の凸部が周期的に配置されている。凸部の配列の例には、正方格子、三角(六方)格子などが含まれる。回折格子50の断面形状の例には、矩形波形状、正弦波形状、鋸歯形状などが含まれる。
The
回折格子50の形成方法は、特に限定されない。たとえば、平板状の基板60の上に金属膜30を形成した後、金属膜30に凹凸形状を付与してもよい。また、予め凹凸形状を付与された基板60の上に、金属膜30を形成してもよい。いずれの方法であっても、回折格子50を含む金属膜30を形成することができる。
The method for forming the
図6に示されるように、励起光αは、所定の入射角で金属膜30(回折格子50)に照射される。照射領域では、金属膜30で生じた表面プラズモンと、回折格子50により生じたエバネッセント波が結合し、SPRが生じる。照射領域に蛍光物質が存在する場合は、SPRにより形成された増強電場により、蛍光物質が励起され、蛍光γが放出される。GC−SPFSでは、蛍光γは特定の方向に指向性を持って出射される。なお、励起光αの反射光は、ほとんど生じない。
As shown in FIG. 6, the excitation light α is applied to the metal film 30 (diffraction grating 50) at a predetermined incident angle. In the irradiation region, the surface plasmon generated in the
なお、チップ90は、図8Bに示されるように、流路43に変えてウェル44を有していてもよい。この場合、チップ90’は、ウェル44の開口部(流路蓋40’に形成された貫通孔)から検体を提供したり、温度センサー131によって金属膜30の温度を測定したりする。
The
(検出装置の構成)
次に、検出装置200の各構成要素について説明する。前述のとおり、検出装置200は、チップホルダー80と、光照射部110と、光検出部220と、温度測定部130と、記憶部141および処理部142を含む制御部140と有する回折格子50を利用する格子カップリング(GC)−SPFS装置である。(Structure of detector)
Next, each component of the
チップホルダー80は、上面が開放された箱状に形成されている。チップホルダー80は、その内部にチップ90を収容する。
The
光照射部110は、波長および光量が一定の励起光αを、チップ90の金属膜30(回折格子50)に照射する。このとき、光照射部110は、金属膜30中の表面プラズモンと結合できる回折光が回折格子50で生じるように、励起光αを金属膜30(回折格子50)に照射する。励起光αの光軸は、回折格子50における周期的構造の配列方向(図7A、Bにおけるx軸方向)に沿う。
The
光照射部110は、光源ユニット111、第1角度調整機構112および光源制御部113を含む。
The
第1角度調整機構112は、回折格子50への励起光αの入射角を調整する。第1角度調整機構112は、励起光αの光軸と金属膜30との交点を通り、かつ金属膜30の表面上の直線を回転軸として励起光αの光軸とチップ10(金属膜30)とを相対的に回転させる。本実施の形態では、第1角度調整機構112は、励起光αの光軸と金属膜30との交点を通り、かつ金属膜30の表面上の直線を回転軸として光照射部110を回転させる。励起光αの入射角は、回折格子50のピッチや励起光αの波長、金属膜30を構成する金属の種類などに応じて適切に選択される。
The first
光検出部220は、光照射部110に対して、励起光αの光軸と金属膜30との交点を通り、かつ金属膜30の表面に対する法線Nを挟むように配置されている。光検出部220は、金属膜30に生じるプラズモン散乱光δまたは回折格子50(反応場)上の蛍光物質から放出される蛍光γを検出する。
The
光検出部220は、例えば、受光センサー127、第2角度調整機構221および受光センサー制御部123を含む。光検出部220は、さらに集光レンズ群や開口絞り、蛍光フィルターなどを有していてもよい。受光センサー127は、プラズモン散乱光δまたは蛍光γを検出する。
The
第2角度調整機構221は、受光センサー127が蛍光γを検出できるように、受光センサー127の光軸を調整する。第2角度調整機構221は、蛍光γの光軸と金属膜30の交点を通り、かつ蛍光γの光軸に直交する軸を回転軸として受光センサー127を回動させる。
The second
受光センサー127は、蛍光γを検出して、金属膜30上の蛍光像を検出する。たとえば、受光センサー127は、感度およびSN比が高い光電子増倍管である。受光センサー127は、アバランシェ・フォトダイオード(APD)やフォトダイオード(PD)、CCDイメージセンサなどであってもよい。
The
集光レンズ群(図示省略)は、チップ90と受光センサー127との間に配置され、迷光の影響を受けにくい共役光学系を構成する。集光レンズ群は、金属膜30上の蛍光像を受光センサー127の受光面上に結像させる。
The condenser lens group (not shown) is arranged between the
蛍光フィルター(図示省略)は、チップ90と受光センサー127との間に配置される。蛍光フィルターは、例えば、カットフィルターおよび減光(ND)フィルターを含み、受光センサー127に到達する光から蛍光γ以外のノイズ成分(例えば、励起光αや外光など)を除去したり、受光センサー127に到達する光の光量を調整したりする。
The fluorescent filter (not shown) is arranged between the
制御部140は、例えば、記憶部141、処理部142、制御装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成されており、第1角度調整機構112、光源制御部113、温度センサー調整機構132、受光センサー制御部123、第2角度調整機構221を制御する。記憶部141は、金属膜30の温度と、最適な入射光の入射角との関係の情報を記憶している。具体的には、本実施の形態では、記憶部141は、金属膜30の温度と、照射された入射光によって金属膜30から生じるプラズモン散乱光δの強度が最大となる増強角との関係の情報を記憶している。この情報は、被検出物質の検出前に作成してもよいし、外部で作成されたものであってもよい。処理部142は、温度測定部130で測定した金属膜30の温度と、記憶部141に記憶された情報とに基づいて、入射光の入射角を最適な入射角(増強角)に決定する。
The
(検出装置の検出動作)
次に、実施の形態2に係る検出装置200の検出動作(検出方法)について説明する。なお、実施の形態1に係る検出装置100の検出動作と同じ工程は、同じ符号を付してその説明を省略する。(Detection operation of the detection device)
Next, the detection operation (detection method) of the
図9は、検出装置200の動作手順の一例を示すフローチャートである。この例では、捕捉体として1次抗体が金属膜30(回折格子50)上に固定化されている。また、蛍光標識に使用する捕捉体として、蛍光物質で標識された2次抗体を使用している。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation procedure of the
まず、測定の準備をする(工程S110)。 First, the measurement is prepared (step S110).
次いで、検体中の被検出物質と一次抗体とを反応させる(1次反応、工程S120)。 Then, the substance to be detected in the sample is reacted with the primary antibody (primary reaction, step S120).
次いで、1次抗体に結合した被検出物質を蛍光物質で標識する(2次反応、工程S130)。 Next, the substance to be detected bound to the primary antibody is labeled with a fluorescent substance (secondary reaction, step S130).
次いで、入射角を調整する(工程S240)。具体的には、制御部140は、温度測定部130に測定させた金属膜30の温度と、金属膜30の表面(回折格子50)に照射された励起光αによって金属膜30から生じるプラズモン散乱光δの強度が最大となる増強角との関係の情報に基づいて、励起光αの入射角を増強角に決定する。なお、金属膜30の温度と、増強角との関係の求め方は、励起光αを金属膜30の表面(回折格子50)に照射する点以外は、実施の形態1における工程S140と同様であるので、その説明を省略する。
Then, the incident angle is adjusted (step S240). Specifically, the
次いで、被検出物質を検出する(工程S150)。具体的には、制御部140は、光源制御部113により励起光αを工程S240で決定した増強角で金属膜30の所定の位置に照射させながら、金属膜30(金属膜30表面およびその近傍)上から放出される蛍光γの強度を検出するように受光センサー制御部123を制御する。蛍光強度は、必要に応じて、被検出物質の量や濃度などに換算される。
Next, the substance to be detected is detected (step S150). Specifically, the
なお、検出装置200でも、2次反応(工程S130)の前にブランク値を測定してもよい。この場合、被検出物質を検出する工程(工程S150)では、蛍光γの検出値からブランク値を引くことで、検体中の被検出物質の量を示す蛍光γの量を算出する。
In the
以上のように、本実施の形態に係る検出装置200は、実施の形態1に係る検出装置100と同様の効果を有する。
As described above, the
(変形例)
同じ量の蛍光物質であっても、温度の違いによって当該蛍光物質から放出される蛍光γの強度が異なる場合がある。そこで、実施の形態1の変形例に係る検出方法では、蛍光γの強度を補正している。実施の形態1、2に係る検出装置100、200の他の検出動作は、検出された蛍光γの強度を補正する工程S160をさらに有していてもよい。なお、実施の形態1、2に係る検出装置100、200の検出動作と同じ工程は、同じ符号を付してその説明を省略する。(Modification)
Even with the same amount of fluorescent substance, the intensity of fluorescence γ emitted from the fluorescent substance may differ depending on the temperature. Therefore, in the detection method according to the modification of the first embodiment, the intensity of the fluorescence γ is corrected. Other detection operations of the
図10は、実施の形態1、2に係る検出装置100、200の動作手順の他の一例を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing another example of the operation procedure of the
まず、測定の準備をする(工程S110)。 First, the measurement is prepared (step S110).
次いで、検体中の被検出物質と一次抗体とを反応させる(1次反応、工程S120)。 Then, the substance to be detected in the sample is reacted with the primary antibody (primary reaction, step S120).
次いで、1次抗体に結合した被検出物質を蛍光物質で標識する(2次反応、工程S130)。 Next, the substance to be detected bound to the primary antibody is labeled with a fluorescent substance (secondary reaction, step S130).
次いで、増強角を調整する(工程S140、工程S240)。 Next, the enhancement angle is adjusted (step S140, step S240).
次いで、被検出物質を検出する(工程S150)。具体的には、制御部140は、光源制御部113により励起光αを工程S140、または工程S240で決定した増強角で金属膜30の所定の位置に照射させながら、金属膜30(金属膜30表面およびその近傍)上から放出される蛍光γの強度を検出するように受光センサー制御部123を制御する。
Next, the substance to be detected is detected (step S150). Specifically, the
次いで、検出した蛍光強度を補正する(工程S160)。具体的には、制御部140は、金属膜30の温度と、照射された励起光によって生じる蛍光γの強度との関係の情報に基づいて、受光センサー127で検出された蛍光強度を調整する。
Next, the detected fluorescence intensity is corrected (step S160). Specifically, the
ここで、図11および図12を参照して、金属膜30の温度と、蛍光強度の補正係数との関係の求め方について詳細に説明する。図11は、蛍光強度の補正方法を説明するためのフローチャートである。図12は、金属膜の温度差と、蛍光強度の補正係数との関係をグラフに表したものであり、図12の横軸は、金属膜の温度差(℃)であり、縦軸は蛍光強度の補正係数である。
Here, a method of obtaining the relationship between the temperature of the
図11および図12に示されるように、記憶部141には、金属膜30の基準温度(例えば、20°)と任意の金属膜30の温度との温度差(℃)と、その温度差における蛍光強度の補正係数との関係の情報を記憶しておく。ここで、蛍光強度の補正係数とは、金属膜30の基準温度と、検出時の金属膜30の温度との差分値(温度差)に対して、検出時の金属膜の温度における適切な蛍光強度に合わせるための、基準温度における蛍光強度に対する任意の温度における蛍光強度の割合である。金属膜30の温度差と、蛍光強度の補正係数との関係は、まず、任意の複数の金属膜30の温度と、当該金属膜30の温度における蛍光強度を測定する(工程S161)。このとき、励起光αの入射角度は増強角であることが好ましい。次いで、基準温度における蛍光強度に対する任意の温度における蛍光強度の割合をそれぞれ求める(工程S162)。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the
次いで、制御部140は、被検出物質の検出時(工程S150)における金属膜30の温度と基準温度との差分値(温度差)を求める(工程S163)。そして、制御部140は、当該差分値に対応する蛍光強度の補正係数を求めた後、検出された蛍光強度に当該補正係数を用いることで適正な蛍光強度を決定する(工程S164)。蛍光強度は、必要に応じて、被検出物質の量や濃度などに換算される。
Next, the
なお、実施の形態1、2に係る検出装置100、200では、あらかじめ記憶部141に記憶された情報に基づいて増強角を調整したが、当該情報は、検出装置100、200の検出動作において得るようにしてもよい。この場合、当該情報の取得は、1次反応(工程S120)の前に行われる。
In the
具体的には、1次反応の前に、金属膜30を加温または冷却して、当該金属膜30の温度と、当該金属膜30の温度において、励起光αを金属膜30の所定の位置に照射させながら、第1角度調整機構112により金属膜30に対する励起光αの入射角度を走査させる。また、制御部140は、光検出部120、220が金属膜30上からのプラズモン散乱光δを検出するように制御する。金属膜30で反射した励起光αの反射光βは、受光センサー127に到達する。これにより、制御部140は、励起光αの入射角度とプラズモン散乱光δの光量との関係を含むデータを得る。そして、制御部140は、データを解析して、増強角を求める。次いで、金属膜30の基準温度と任意の金属膜30の温度との温度差(℃)と、その温度差における増強角の補正角度(°)との関係の情報を得てもよい。そして、得られた情報を工程S140、工程S240で使用してもよい。
Specifically, before the primary reaction, the
[実施の形態3]
実施の形態3に係る検出装置300は、SPR装置である点において、実施の形態1に係る検出装置100と異なる。そこで、実施の形態1に係る検出装置100と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。[Third Embodiment]
The
図13は、実施の形態3に係る検出装置300の構成を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of the
図13に示されるように、検出装置300は、チップホルダー70と、光照射部110と、光検出部320と、温度測定部130と、記憶部141および処理部142を含む制御部140と有する。検出装置300は、チップホルダー70にチップ10を装着した状態で使用される。チップホルダー70およびチップ10は、同一のものを使用することができる。なお、本実施の形態におけるチップホルダー70は、励起光αの光路および反射光βの光路も妨げない。
As shown in FIG. 13, the
光検出部320は、光照射部110に対して、励起光αの光軸と金属膜30との交点を通り、かつ金属膜30の表面に対する法線Nを挟むように配置されている。光検出部320は、入射面21から入射し、金属膜30の裏面で反射して出射面23から出射された励起光αの反射光βを検出する。
The
光検出部320は、例えば、受光センサー127、第2角度調整機構321および受光センサー制御部123を含む。光検出部320は、さらに集光レンズ群や開口絞り、蛍光フィルターなどを有していてもよい。
The
第2角度調整機構321は、受光センサー127が反射光βを検出できるように、受光センサー127の光軸を調整する。第2角度調整機構321は、反射光βの光軸と金属膜30の裏面との交点を通り、かつ反射光βの光軸に直交する軸を回転軸として受光センサー127を回動させる。受光センサー127は、反射光βを検出する。たとえば、受光センサー127は、感度およびSN比が高い光電子増倍管である。
The second
制御部140は、例えば、記憶部141、処理部142、演算装置、制御装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成されており、第1角度調整機構112、光源制御部113、第2角度調整機構321、受光センサー制御部123および温度センサー調整機構132を制御する。記憶部141は、金属膜30の温度と、最適な入射光の入射角との関係の情報を記憶する。具体的には、本実施の形態では、記憶部141は、金属膜30の温度と、照射された入射光によって金属膜30で反射し、出射面23から出射した反射光βの光量が最小となる共鳴角との関係の情報を記憶する。この情報は、被検出物質の検出前に作成してもよいし、外部で作成されたものであってもよい。処理部142は、温度測定部130で測定した金属膜30の温度と、記憶部141に記憶された情報とに基づいて、入射光の入射角を最適な共鳴角に決定する。
The
(検出装置の検出動作)
次に、実施の形態3に係る検出装置300の検出動作(検出方法)について説明する。なお、実施の形態1に係る検出装置100の検出動作と同じ工程は、同じ符号を付してその説明を省略する。(Detection operation of the detection device)
Next, the detection operation (detection method) of the
図14は、実施の形態3に係る検出装置300の動作手順の他の一例を示すフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart showing another example of the operation procedure of the
まず、測定の準備をする(工程S110)。 First, the measurement is prepared (step S110).
次いで、検体中の被検出物質と一次抗体とを反応させる(1次反応、工程S120)。 Then, the substance to be detected in the sample is reacted with the primary antibody (primary reaction, step S120).
次いで、1次抗体に結合した被検出物質を蛍光物質で標識する(2次反応、工程S130)。 Next, the substance to be detected bound to the primary antibody is labeled with a fluorescent substance (secondary reaction, step S130).
次いで、入射角を調整する(工程S340)。具体的には、制御部140は、金属膜30の温度を測定させて、金属膜30の温度と、プリズム20を介して金属膜30の裏面に照射された励起光αの反射光βの光量が最小となる共鳴角との関係の情報に基づいて、励起光αの入射角を共鳴角に決定する。なお、金属膜30の温度と、増強角との関係の求め方は、増強角でなく共鳴角を求める点以外は、実施の形態1における工程S140と同様である。共鳴角を求めるためには、第1角度調整機構112により励起光αの光軸の角度を走査しながら、受光センサー127により反射光βを検出する。そして、反射光βの光量が最小となる励起光αの入射角を共鳴角とする。
Next, the incident angle is adjusted (step S340). Specifically, the
次いで、被検出物質を検出する(工程S150)。具体的には、制御部140は、光源制御部113により励起光αを工程S340で決定した共鳴角で金属膜30の所定の位置に照射させながら、励起光αの反射光βを検出するように受光センサー制御部123を制御する。光量は、必要に応じて、被検出物質の量や濃度などに換算される。
Next, the substance to be detected is detected (step S150). Specifically, the
なお、検出装置300でも、2次反応(工程S130)の前にブランク値を測定してもよい。この場合、被検出物質を検出する工程(工程S150)では、蛍光γの検出値からブランク値を引くことで、検体中の被検出物質の量を示す蛍光γの量を算出する。ブランク値の測定では、制御部140は、入射光の入射角を走査しながら、プリズム20を介して金属膜30に励起光αを照射する。そして、制御部140は、金属膜30で反射した励起光αの反射光βの最小値をブランク値として得る。
In the
以上のように、本実施の形態に係る検出装置300は、実施の形態1に係る検出装置100と同様の効果を有する。
As described above, the
本出願は、2014年12月15日出願の特願2014−253407に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。 This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2014-253407 filed on Dec. 15, 2014. The contents described in the application specification and drawings are incorporated herein by reference.
また、本発明に係る検出方法および検出装置は、被検出物質を高い信頼性で測定することもできる。よって、非常に簡易な定量免疫測定システムの開発、普及および発展に寄与することも期待される。 In addition, the detection method and the detection device according to the present invention can measure the substance to be detected with high reliability. Therefore, it is expected to contribute to the development, spread and development of a very simple quantitative immunoassay system.
10、10’、90、90’ チップ
20 プリズム
21 入射面
22 成膜面
23 出射面
30 金属膜
40、40’ 流路蓋
41 注入口
42 排出口
43 流路
50 回折格子
60 基板
70、80 チップホルダー
100、200、300 検出装置
110 光照射部
111 光源ユニット
112 第1角度調整機構
113 光源制御部
120、220、320 光検出部
121 受光ユニット
122 位置切替機構
123 受光センサー制御部
124 第1レンズ
125 光学フィルター
126 第2レンズ
127 受光センサー
130 温度測定部
131 温度センサー
132 温度センサー調整機構
140 制御部
141 記憶部
142 処理部
221、321 第2角度調整機構
α 励起光
β 反射光
γ 蛍光
δ プラズモン散乱光10, 10', 90, 90'
Claims (7)
金属膜と、前記金属膜上に固定された捕捉体とを有するチップの前記金属膜上に前記検体を提供して、前記捕捉体と前記被検出物質とを結合させる第1工程と、
前記第1工程の後、前記金属膜の温度を直接的または間接的に測定し、前記金属膜の温度と入射光によって前記金属膜から生じるプラズモン散乱光の強度が最大となるときの入射光の入射角である増強角との関係の情報に基づいて、入射光の入射角を前記増強角に決定する第2工程と、
前記第2工程の後、前記増強角で前記金属膜に対して入射光を照射させ、入射光によって生じたシグナルを検出することで前記被検出物質を検出する第3工程と、を含む、
検出方法。 A detection method for detecting the presence or amount of a substance to be detected contained in a sample by using surface plasmon resonance,
A first step of providing the analyte on the metal film of a chip having a metal film and a capturing body fixed on the metal film, and binding the capturing body and the substance to be detected;
After the first step, the temperature of the metal film is measured directly or indirectly to measure the temperature of the metal film and the incident light when the intensity of plasmon scattered light generated from the metal film due to the incident light is maximum. A second step of determining the incident angle of the incident light to the enhancement angle based on information on the relationship with the enhancement angle which is the incident angle;
After the second step, a third step of detecting the substance to be detected by irradiating the metal film with incident light at the enhancement angle and detecting a signal generated by the incident light.
Detection method.
前記第2工程では、前記金属膜の温度と、前記プリズムを介して前記金属膜の裏面に照射された励起光によって前記金属膜から生じるプラズモン散乱光の強度が最大となる前記増強角との関係の情報に基づいて、励起光の前記入射角を前記増強角に決定し、
前記第3工程では、前記プリズムを介して前記金属膜の裏面に対して励起光を照射し、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出することで前記被検出物質を検出する、
請求項1に記載の検出方法。 In the first step, on the metal film of a chip having a prism having an incident surface and a film formation surface, a metal film arranged on the film formation surface, and a trapping body fixed to the surface of the metal film. To provide a fluorescent substance for labeling the analyte and the substance to be detected, to bind the capture body and the substance to be detected, and to label the substance to be detected with the fluorescent substance,
In the second step, the relationship between the temperature of the metal film and the enhancement angle at which the intensity of the plasmon scattered light generated from the metal film due to the excitation light applied to the back surface of the metal film through the prism is maximum. Based on the information of, to determine the incident angle of the excitation light to the enhancement angle,
In the third step, the target substance is detected by irradiating the back surface of the metal film with excitation light through the prism and detecting the fluorescence emitted from the fluorescent substance.
The detection method according to claim 1.
前記第2工程では、前記金属膜の温度と、前記回折格子に照射された励起光によって前記金属膜から生じるプラズモン散乱光の強度が最大となる前記増強角との関係の情報に基づいて、励起光の前記入射角を前記増強角に決定し、
前記第3工程では、前記増強角で前記捕捉体が固定された前記回折格子に対して励起光を照射し、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出することで前記被検出物質を検出する、
請求項1に記載の検出方法。 In the first step, the sample is provided on the diffraction grating of a chip having a metal film having a diffraction grating formed thereon and a capturing body fixed to the diffraction grating and capturing a substance to be detected labeled with a fluorescent substance. And providing a fluorescent substance for labeling the substance to be detected, binding the capture body and the substance to be detected, and labeling the substance to be detected with the fluorescent substance,
In the second step, the excitation is performed based on information on the relationship between the temperature of the metal film and the enhancement angle at which the intensity of plasmon scattered light generated from the metal film by the excitation light with which the diffraction grating is irradiated is maximized. Determining the incident angle of light to be the enhancement angle,
In the third step, the substance to be detected is detected by irradiating the diffraction grating, on which the capturing body is fixed at the enhancement angle, with excitation light, and detecting fluorescence emitted from the fluorescent substance.
The detection method according to claim 1.
表面プラズモン共鳴が生じるように、金属膜と、前記金属膜上に固定された捕捉体とを有するチップの前記金属膜に入射光を照射する光照射部と、
前記金属膜に照射された入射光によって生じたシグナルを検出する光検出部と、
前記金属膜の温度を直接的または間接的に測定する温度測定部と、
前記金属膜の温度と、入射光によって前記金属膜から生じるプラズモン散乱光の強度が最大となるときの入射光の入射角である増強角との関係の情報を記憶している記憶部と、
前記温度測定部で測定した前記金属膜の温度と、前記記憶部に記憶された情報とに基づいて、入射光の前記入射角を前記増強角に決定する処理部と、を有し、
前記光照射部は、前記処理部により決定された前記増強角で前記金属膜に対して入射光を照射し、
前記光検出部は、前記処理部により決定された前記増強角で前記金属膜に照射された入射光によって生じたシグナルを検出する、
検出装置。 A detection device for detecting the presence or amount of a substance to be detected contained in a specimen by using surface plasmon resonance,
A light irradiation unit that irradiates the metal film of a chip having a metal film and a trapping material fixed on the metal film with incident light so that surface plasmon resonance occurs,
A photodetector for detecting a signal generated by incident light applied to the metal film,
A temperature measurement unit for directly or indirectly measuring the temperature of the metal film,
A storage unit that stores information on the relationship between the temperature of the metal film and the enhancement angle that is the incident angle of the incident light when the intensity of the plasmon scattered light generated from the metal film by the incident light is maximum,
A temperature of the metal film measured by the temperature measuring unit, based on the information stored in the storage unit, a processing unit that determines the incident angle of the incident light to the enhancement angle ,
The light irradiation unit irradiates the metal film with incident light at the enhancement angle determined by the processing unit,
The light detection unit detects a signal generated by incident light with which the metal film is irradiated at the enhancement angle determined by the processing unit,
Detection device.
前記光照射部は、前記金属膜に対して前記プリズムを介して励起光を照射し、
前記光検出部は、前記金属膜に照射された励起光によって前記被検出物質を標識した前記蛍光物質から放出された蛍光を検出し、
前記記憶部は、前記金属膜の温度と、照射された入射光によって前記金属膜から生じるプラズモン散乱光の強度が最大となる前記増強角との関係の情報を記憶し、
前記処理部は、前記温度測定部で測定した前記金属膜の温度と、前記記憶部に記憶された情報とに基づいて、励起光の前記入射角を前記増強角に決定する、
請求項5に記載の検出装置。 The chip has a prism having an incident surface and a film-forming surface, a metal film disposed on the film-forming surface, and a metal substance fixed on the metal film for capturing a substance to be detected labeled with a fluorescent substance. And a capturing body,
The light irradiation unit irradiates the metal film with excitation light through the prism,
The photodetector detects the fluorescence emitted from the fluorescent substance labeled with the substance to be detected by the excitation light applied to the metal film,
The storage unit stores information on the relationship between the temperature of the metal film and the enhancement angle at which the intensity of plasmon scattered light generated from the metal film by the incident light that is irradiated is maximum.
The processing unit determines the incident angle of the excitation light to be the enhancement angle, based on the temperature of the metal film measured by the temperature measuring unit and the information stored in the storage unit,
The detection device according to claim 5 .
前記光照射部は、前記回折格子に対して励起光を照射し、
前記光検出部は、前記回折格子に照射された励起光によって前記被検出物質を標識した前記蛍光物質から放出された蛍光を検出し、
前記記憶部は、前記金属膜の温度と、照射された入射光によって前記金属膜に生じるプラズモン散乱光の強度が最大となる前記増強角との関係の情報を記憶し、
前記処理部は、前記温度測定部で測定された前記金属膜の温度と、前記記憶部に記憶された情報とに基づいて、励起光の前記入射角を前記増強角に決定する、
請求項5に記載の検出装置。 The chip has a metal film on which a diffraction grating is formed, and a capture body that is fixed to the diffraction grating and captures a substance to be detected that is labeled with a fluorescent substance,
The light irradiation unit irradiates the diffraction grating with excitation light,
The photodetector detects fluorescence emitted from the fluorescent substance labeled with the substance to be detected by the excitation light applied to the diffraction grating,
The storage unit stores information on the relationship between the temperature of the metal film and the enhancement angle at which the intensity of the plasmon scattered light generated in the metal film by the incident light applied is maximum.
The processing unit, based on the temperature of the metal film measured by the temperature measuring unit, and the information stored in the storage unit, determines the incident angle of the excitation light to the enhancement angle,
The detection device according to claim 5 .
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