検出方法、および該検出方法に用いられる磁性体含有誘電体粒子
【課題】磁性粒子による結合物の局在化を利用した検出方法の実用性を高める。
【解決手段】被検出物質Ａと特異的に結合する第１の結合物質Ｂ1に、磁性粒子Ｍを内包すると共に液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子Ｐが付与されてなる磁性付与結合物質Ｂｍと、被検出物質Ａと特異的に結合する第２の結合物質Ｂ2に光応答性標識Ｏが付与されてなる標識結合物質Ｂｏとを、被検対象である液体試料Ｓと混合して結合反応させ、試料セル１０内に磁界を発生させて、局所領域に磁性付与結合物質Ｂｍを引き寄せ、磁性付与結合物質Ｂｍを引き寄せた状態で、局所領域を含む所定領域Ｅのみに励起光を照射して、所定領域に存在する光応答性標識Ｏから光信号を生じさせ、光信号を検出する。ここで、磁性体含有誘電体粒子Ｐにおける磁性粒子Ｍの体積含有率は５０％以下とし、誘電体材料として励起光に対し透明な材料を用いる。
【解決手段】被検出物質Ａと特異的に結合する第１の結合物質Ｂ1に、磁性粒子Ｍを内包すると共に液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子Ｐが付与されてなる磁性付与結合物質Ｂｍと、被検出物質Ａと特異的に結合する第２の結合物質Ｂ2に光応答性標識Ｏが付与されてなる標識結合物質Ｂｏとを、被検対象である液体試料Ｓと混合して結合反応させ、試料セル１０内に磁界を発生させて、局所領域に磁性付与結合物質Ｂｍを引き寄せ、磁性付与結合物質Ｂｍを引き寄せた状態で、局所領域を含む所定領域Ｅのみに励起光を照射して、所定領域に存在する光応答性標識Ｏから光信号を生じさせ、光信号を検出する。ここで、磁性体含有誘電体粒子Ｐにおける磁性粒子Ｍの体積含有率は５０％以下とし、誘電体材料として励起光に対し透明な材料を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中の被検出物質を検出する検出方法および該検出方法に用いられる磁性体含有誘電体粒子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオ測定においては、例えば、試料に含まれる被検出物質である抗原を検出するため、基板上に被検出物質と特異的に結合する１次抗体を固定しておき、基板上に試料を供給することにより、１次抗体に被検出物質を特異的に結合させ、次いで、被検出物質と特異的に結合する、蛍光標識が付与された２次抗体を添加し、被検出物質と結合させることにより、１次抗体―被検出物質―２次抗体の、所謂サンドイッチを形成し、２次抗体に付与されている蛍光標識からの蛍光を検出するサンドイッチ法や、競合法などのアッセイ方法がよく知られている。
【０００３】
また、蛍光標識からの蛍光検出の方法としては、基板表面で全反射する励起光を基板裏面から入射し、基板表面に染み出すエバネッセント波により蛍光を励起してその蛍光を検出する方法（エバネッセント蛍光法）が知られている。
【０００４】
一方、エバネッセント蛍光法において、感度を向上させるため、プラズモン共鳴による電場増強の効果を利用する方法が特許文献２、非特許文献１などに提案されている。表面プラズモン増強蛍光法は、プラズモン共鳴を生じさせるため、基板上に金属層を設け、基板と金属層との界面に対して基板裏面から、全反射角以上の角度で励起光を入射し、この励起光の照射により金属層に表面プラズモンを生じさせ、その電場増強作用によって、蛍光信号を増大させてＳ／Ｎを向上させるものである。
【０００５】
同様に、エバネッセント蛍光法において、センサ部の電場を増強する効果を有するものとして、導波モードによる電場増強効果を利用する方法が非特許文献２に提案されている。この光導波モード増強蛍光分光法（OWF：Optical waveguide mode enhanced fluorescence spectroscopy)は、基板上に金属層と、誘電体などからなる光導波層とを順次形成し、基板裏面から全反射角以上の角度で励起光を入射し、この励起光の照射により光導波層に光導波モードを生じさせ、その電場増強効果によって、蛍光信号を増強させるものである。
【０００６】
また、特許文献３および非特許文献３には、表面プラズモンによる増強された電場において励起された蛍光標識からの蛍光を検出するのではなく、その蛍光が金属層に新たに表面プラズモンを誘起して生じる放射光（SPCE: Surface Plasmon-Coupled Emission)をプリズム側から取り出す方法が提案されている。
【０００７】
このように、バイオ測定等においては、蛍光標識された被検出物質を検出するための種々の検出方法が提案されている。
【０００８】
一方、上記のような基板に固定された１次抗体とサンドイッチ形成させて蛍光検出を行う場合、サンドイッチ結合体と未反応の二次抗体とを分離する必要があることから、一般的には、測定に際して未反応の二次抗体を洗浄する洗浄工程を要する。洗浄工程は手間であると共に測定に時間がかかる原因となっている。また、洗浄工程において被検出物質の一部は廃棄される上清とともに除去されることもあるため、被検出物質が微量成分の場合には、検出感度の低下をもたらす場合がある。また、被検出物質と一次抗体の反応は、一次抗体を結合した固相表面と被検出物質を含む溶液（液相）との反応であるために反応効率が悪く、高速化の妨げとなっている。
【０００９】
これに対し特許文献４では、洗浄工程を要せず、被検出物質を定量することができ、しかも固相と液相に基づく反応の遅延問題を解決して、高速化を実現するための方法が提案されている。詳細には、１次抗体を磁性粒子、２次抗体を蛍光色素にて標識し、基板上に１次抗体を固定することなく、液相中にて、１次抗体−被検出物質−１次抗体結合体を形成させ、この結合体を磁石を用いて局在化させることにより未反応の２次抗体と分離し、洗浄工程を経ることなく、局在化させた結合体に対してエバネッセント光を照射して蛍光信号を測定する方法が開示されている。
【００１０】
なお、この特許文献４においては、明細書段落[0030]に、液体試料中における分散性の点から、つまり粒子同士が自己凝集しないようにするという観点から、磁性粒子の大きさが１００ｎｍ（０．１μｍ）以下が好ましいと記載されている。
また同様に、特許文献５においても、磁性粒子を用いたセンシング方法が提案されており、磁性粒子として、粒子径が１００ｎｍ以下の微粒子を用いる例が挙げられている。
【００１１】
しかしながら本発明者の実験によれば１００ｎｍ以下の磁性粒子では、結合体の速やかな局在化（濃縮）、すなわち実用レベルの数分程度での濃縮を再現することができなかった。
【００１２】
一方、特許文献６には、数十ｎｍの磁性粒子を用い、磁性粒子単体と、該磁性粒子が被検出物質とを含む複合体との磁石に対する応答性の違い、すなわち濃縮速度の違いにより、両者を分離して、複合体からの信号測定を行う方法が記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−７７３３８号公報
【特許文献２】特開平１０−３０７１４１号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／００５３９７４号明細書
【特許文献４】特開２００５−７７３３８号公報
【特許文献５】特開平５−２６４５４７号公報
【特許文献６】特開平１−２７２９７０号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】W.Knoll他、Analytical Chemistry 77(2005), p.2426-2431
【非特許文献２】2007年春季 応用物理学会 予稿集 Ｎo.３,P.1378
【非特許文献３】Thorsten Liebermann Wolfgang Knoll, "Surface-plasmon field-enhanced fluorescence spectroscopy" ColＬ0ids and Surfaces A 171(2000)115-130
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、磁性粒子による局在化を用いた検出方法は、液相での反応が可能、かつ結合物質と未反応の二次抗体との分離のための洗浄工程を不要な点で、バイオ測定法として極めて魅力的でありながら、アイディアのまま実用化されてこなかった。
【００１６】
この原因を鋭意研究した結果、本発明者らは、磁性粒子を用いた結合体の局在化を実用化するにあたり次のような問題点を見出した。
１）磁性粒子の保存環境等により、検出方法に使用する前に磁性粒子が磁化されて磁性粒子同士がくっついてしまい、使用時に分散性が低下してしまう恐れがある。
２）磁性粒子が金属材料を含む場合、磁性粒子が光応答性標識と近接すると、光信号を吸収してしまう現象、所謂金属消光が生じ、検出される光信号量を低下させてしまう場合があり、信号の定量性の低下（バラツキ）に繋がる。
３）磁性粒子が鉄酸化物を主材料とする場合、有機物等を表面修飾させるのが困難である。
【００１７】
本発明は上記事情を鑑みて、上記問題を解決し、磁性粒子による結合体の局在化を利用した、実用化に耐えうる検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の検出方法は、被検出物質と特異的に結合する第１の結合物質に、磁性粒子を内包すると共に液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子が付与されてなる磁性付与結合物質と、前記被検出物質と特異的に結合する第２の結合物質および前記被検出物質と競合して前記第１の結合物質と特異的に結合する第３の結合物質のいずれか一方の結合物質に光応答性標識が付与されてなる標識結合物質とを用意し、
被検対象である液体試料、前記磁性付与結合物質および前記標識結合物質を混合して結合反応させ、
前記磁性付与結合物質と前記標識結合物質とが混合された前記液体試料を保持する試料セル内に磁界を発生させて、該試料セル内の局所領域に、前記磁性付与結合物質を引き寄せ、
該局所領域に該磁性付与結合物質を引き寄せた状態で、該局所領域を含む所定領域のみに励起光を照射して、該所定領域に存在する前記光応答性標識から光信号を生じさせ、
該光信号を検出し、該光信号の検出量に基づいて前記液体試料中の前記被検出物質の量を求める検出方法であって、
前記磁性体含有誘電体粒子の誘電材料が前記励起光に対して透明であり、かつ、前記磁性体含有誘電体粒子における前記磁性粒子の体積含有率が５０％以下であることを特徴とする。
【００１９】
前記誘電材料としては、ＳｉＯ2あるいは、光透過性樹脂が好ましい。
光透過性樹脂としては、光透過性に優れるポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロアレフィン系樹脂が特に好ましい。
【００２０】
前記体積含有率が２５％以下であることがより好ましい。
【００２１】
前記磁性体含有誘電体粒子における前記官能基としては、塩基性官能基としてアミノ基、第四級アンモニウム基等を用いてもよいし、マイナス電荷に帯電するように酸性官能基、例えばカルボキシル基、スルホン酸基やリン酸基等を用いてもよい。
【００２２】
ここで、サンドイッチ法によるアッセイの場合、前記磁性付与結合物質と、前記被検出物質と、前記第２の結合物質に光応答性標識が付与されてなる前記標識結合物質との結合体（所謂、サンドイッチ結合体）の最大長が２００ｎｍ以上であることが好ましい。また、競合法によるアッセイの場合、前記磁性付与結合物質と、前記第３の結合物質に光応答性標識が付与されてなる前記標識結合物質との結合体（所謂、競合結合体）の最大長が２００ｎｍ以上であるが好ましい。ここで、最大長とは、結合体の長径であり、基本的に該結合体を構成する複数要素をつなぎあわせた合計の長さとする。
【００２３】
前記磁性体含有誘電体粒子の粒子径は、１００ｎｍ以上、好ましくは１５０ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
誘電体粒子に内包される磁性粒子は、単数であっても複数であってもよく、磁石等により生じる磁界により前記局所領域に引き寄せられる磁性体であればよいが、特には、鉄系磁性材料または白金系磁性材料からなるものが好ましい。
【００２５】
前記励起光として、赤外光を用いることが望ましい。
【００２６】
前記光応答性標識としては、励起光の照射により光信号として蛍光を生じるものであってもよいし、励起光の照射により光信号として散乱光を生じるものであってもよい。さらには、励起光の照射により光信号として局在プラズモンを生じるものであってもよい。具体的には、蛍光色素分子、蛍光色素分子を誘電体材料により内包する蛍光微粒子、または金属微粒子等が挙げられる。金属微粒子は、励起光の照射を受けて散乱光を生じ、また、その表面に局在プラズモンを生じうる。この場合、散乱光を光信号として検出するようにしてもよいし、局在プラズモンを光信号として、該局在プラズモンに起因する放射光を検出するようにしてもよい。
【００２７】
前記試料セルとして、前記液体試料と接触する試料接触面を有する壁の一部が透明な誘電体プレートにより構成されてなるものを用い、該試料接触面近傍領域を、前記局所領域とし、前記誘電体プレートからなる壁の外側から、該誘電体プレートの前記試料接触面に対して全反射条件で光を照射することにより、該試料接触面側に生じるエバネッセント光を、前記励起光として用いることができる。
【００２８】
前記試料セルとして、前記誘電体プレートの前記試料接触面に金属膜が成膜されてなるものを用いてもよし、さらに該金属膜上に光導波層を備えてなるものを用いてもよい。
【００２９】
前記光信号を検出する方法としては、該光信号を直接検出してもよいし、該光信号を間接的に検出してもよい。
【００３０】
光信号を間接的に検出する方法としては、前記試料セルとして、金属膜が成膜された誘電体プレートを備えたものを用いた場合、前記励起光の照射により前記光応答性標識から生じた光信号が前記金属膜に表面プラズモンを励起し、該表面プラズモンの励起に起因して放射される放射光を検出することにより間接的に前記光信号を検出する方法が好適である。また、前記試料セルとして、金属膜上に光導波層を備えた誘電体プレートを備えたものを用いた場合、前記励起光の照射により前記光応答性標識から生じた光信号が前記光導波層の光導波モードを励起し、該光導波モードの励起に起因して放射される放射光を検出することにより間接的に前記光信号を検出する方法が好適である。
光応答性標識が蛍光を生じるものである場合、蛍光が光信号として金属膜に表面プラズモンを、あるいは光導波層の光導波モードを励起する。一方、光応答性標識が金属微粒子である場合、励起光により金属微粒子の表面に生じる局在プラズモンが光信号として、金属膜に表面プラズモンを、あるいは光導波層の光導波モードを励起する。
【００３１】
本発明の磁性体含有誘電体粒子は、磁性粒子を内包すると共に、液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾されており、誘電体材料が前記励起光に対して透明であり、かつ、前記磁性粒子の体積含有率が５０％以下であることを特徴とするものである。
【００３２】
前記誘電体材料はＳｉＯ2あるいは、光透過性樹脂が好ましい。
光透過性樹脂としては、光透過性に優れるポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロアレフィン系樹脂であることが好ましい。
【００３３】
前記磁性粒子の体積含有率は２５％以下であることが好ましい
【００３４】
前記官能基がカルボキシル基であることが特に好ましい。粒子径は１００ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。また、前記磁性粒子が、鉄系磁性体材料または白金系磁性体材料からなるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の検出方法によれば、磁性粒子を誘電体内に内包すると共に、液体試料中で極性を生じる官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子を用いており、保存環境により、誘電体粒子中の磁性粒子が磁化されて、誘電体粒子同士がくっついたとしても、液体試料中では、表面の官能基の極性により反発して分散性を向上させることができる。また、磁性粒子が誘電体内に内包されているため、磁性粒子自体と光応答性標識とをある程度離間させることができるので磁性粒子に金属材料が用いられている際に生じる金属消光を抑制することができ、信号強度の低下および信号量のバラツキを抑制することができる。さらに、磁性粒子の表面に表面修飾させる場合と比較して、誘電体粒子への有機物等の表面修飾は容易に行うことができるため、官能基の表面修飾および第１の結合物質の付与を磁性体材料に関わらず容易に行うことができる。
【００３６】
また、磁性体含有誘電体粒子の誘電体として励起光に対して透明なものを用いているので、誘電体粒子の誘電体材料部分においては励起光が吸収等により減衰されるのを抑制することができる。さらに、磁性体含有誘電体粒子における磁性体の含有率を５０％以下であるので、試料セル内の局所領域に、磁性付与結合物質を引き寄せた際に、磁性体による局所領域上における屈折率の変化や着色を抑制すると共に、磁性体粒子による散乱光を抑制することができ、光信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００３７】
特に、サンドイッチ法によるアッセイの場合、サンドイッチ結合体の最大長を２００ｎｍ以上とすれば、また、競合法によるアッセイの場合、競合結合体の最大長を２００ｎｍ以上とすれば、濃縮性を高め、測定時間を実用レベル（数分程度）にすることができる。
【００３８】
さらに、磁性体含有誘電体粒子の粒子径を１００ｎｍ以上とすれば、結合体としての大きさを容易に２００ｎｍ以上とすることができるため、濃縮性を高め、測定時間を実用レベル（数分程度）にすることができる。
【００３９】
[背景技術]の項に述べた通り、本発明者らの実験によれば、１００ｎｍ以下の微粒子を用いた場合、ブラウン運動による擾乱を大きく受けるために、濃縮速度が遅く測定に十分な濃縮が行われるまでに時間がかかりすぎるという問題があった。他方、特許文献１に、分散性の点から粒子径は１００ｎｍ以下が望ましい、と記載されている通り、１００ｎｍを超えると分散性が低下するという問題がある。すなわち、磁性粒子の分散と濃縮（ブラウン運動に勝つ力を得る）とを両立することが極めて困難であった。これに対し、本発明においては、液体試料中で極性を有する官能基を表面に備えた磁性体含有誘電体粒子を用いたことにより、液体試料中での分散性を担保しつつ、結合体の最大長を２００ｎｍ以上とし、磁性体含有誘電体粒子の粒子径を１００ｎｍ以上、１μｍ以下程度とすることにより濃縮性を高めることができ、分散性と濃縮性を両立させて実用性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】磁性体含有誘電体粒子の構成を示す模式図
【図２】磁気濃縮指数の測定方法を説明するための図
【図３Ａ】磁気濃縮指数の粒子径依存性を示す図
【図３Ｂ】磁性体含有微粒子の吸光スペクトルを示す図
【図４Ａ】磁性体含有誘電体粒子の磁気濃縮前の分散状態を示す暗視野顕微鏡写真
【図４Ｂ】磁性体含有誘電体粒子の磁気濃縮時の状態を示す暗視野顕微鏡写真
【図４Ｃ】磁性体含有誘電体粒子の磁気濃縮後の再分散状態を示す暗視野顕微鏡写真
【図５Ａ】磁性粒子の磁気濃縮前の分散状態を示す暗視野顕微鏡写真（比較例）
【図５Ｂ】磁性粒子の磁気濃縮時の状態を示す暗視野顕微鏡写真（比較例）
【図５Ｃ】磁性粒子の磁気濃縮後の再分散状態を示す暗視野顕微鏡写真（比較例）
【図６Ａ】濃縮時のセンサ部における磁性粒子と蛍光色素の数を示す概念図（比較例）
【図６Ｂ】濃縮時のセンサ部における磁性体含有微粒子と蛍光色素の数を示す概念図
【図７】局所領域上の屈折率と全反射との関係についてのシミュレーション結果を示す図
【図８】本発明の第１実施形態の検出方法を実施するための検出装置を示す概略構成図
【図９Ａ】本発明の第１実施形態による検出方法の手順を示す図（磁界印加前）
【図９Ｂ】本発明の第１実施形態による検出方法の手順を示す図（磁界印加後）
【図１０】本発明の第２実施形態の検出方法を実施するための検出装置を示す概略構成図
【図１１】本発明の第３実施形態の検出方法を実施するための検出装置を示す概略構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において説明の便宜上、各部の寸法は実際のものとは異ならせている。
【００４２】
「磁性体含有誘電体粒子」
まず、本発明の検出方法で用いられる磁性体含有誘電体粒子Ｐについて説明する。図１に示すように、磁性体含有誘電体粒子Ｐは、１または複数の磁性粒子Ｍを内包すると共に、液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾されている。
【００４３】
磁性粒子Ｍの形状は特に制限なく、球状、ロッド状等が挙げられるが、粒子径は１００ｎｍ以下であるものが好ましく、複数内包させる場合には１５〜４０ｎｍ程度の大きさのものが好適である。磁性粒子の材質は、特に制限されず、四三酸化鉄、三二酸化鉄、各種フェライト、または、鉄、マンガン、ニッケル、コバルト、クロム、白金(Ｐｔ)などの金属およびこれらの合金からなる磁性体が挙げられる。特には、酸化鉄などの鉄系磁性体材料、白金を含む合金などの白金系磁性体材料が好ましい。
【００４４】
誘電体材料としては、後述する励起光に対して透明な材料であればよく、ＳｉＯ2や光透過性樹脂が特に好ましい。光透過性樹脂材料としてはポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン系樹脂などが挙げられる。ここで、励起光に対し透明とは、励起光ピーク波長に対し、透過率が８５％以上であることをいうこととする。
【００４５】
官能基としては、図１に示すように、マイナス電荷に帯電するように酸性官能基であるカルボキシル基を用いるものとしたが、その他、液体試料中で極性を示すものであればよく、塩基性官能基としてアミノ基、第四級アンモニウム基等を用いてもよく、酸性官能基として、スルホン酸基やリン酸基等を用いても良い。
【００４６】
磁性体含有誘電体粒子Ｐの形状は特に制限なく、球状、ロッド状などが挙げられる。また粒子径は、１００ｎｍ以上、さらには１５０ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。なお、ここで粒子径とは粒子の最大径をいうものとする。
【００４７】
磁性体含有誘電体粒子Ｐの好ましい粒子径は以下の実験から導き出したものである。
図２に示すように、実験では、溶液５中に、磁性体含有誘電体粒子Ｐを分散させた後、サンプル容器６の底面下方に磁石７を配置して磁気分離（濃縮）処理を行った。サンプル容器６の底面厚さは１ｍｍ程度であり、磁石７による底面での磁束密度は１４４．１ｍＴであった。その磁気分離処理前後において、サンプル溶液５の上澄み液をピペット８で吸引し、その上澄み液について、波長５００ｎｍでの吸光度（透明度）を測定した。
【００４８】
磁気分離処理前後の吸光度としては、磁石を配置してから１分後のサンプル溶液についての吸光度Ａと、磁石を配置する前のサンプル溶液についての吸光度Ｂとを測定した。測定値から磁気濃縮指数＝１００×（Ｂ−Ａ）／Ｂ（％）を求めた。
【００４９】
磁性体含有誘電体粒子Ｐの濃縮能力（磁気濃縮指数）の粒子径依存性を図３に示す。図３において、縦軸は磁気濃縮指数であり、数値が大きいほど濃縮能力が高い（すなわち濃縮処理後の透明度が高い）ことを示している。
【００５０】
なお、同様に誘電体に含有されていない磁性体粒子についても同様の測定を行った。その結果を図３に併せて示している。
【００５１】
図３に示すように、粒子径１００ｎｍ以下の場合、磁気分離処理１分では誘電体粒子Ｐはほとんど濃縮（局在化）されず、一方、粒子径１００ｎｍを超えると徐々に濃縮指数が大きくなり、粒子径が１５０ｎｍ程度で濃縮指数が約５０％、粒子径２００ｎｍで８０％、３００ｎｍ以上の場合、磁気分離処理１分でほぼ透明度磁気濃縮指数がほぼ１００％となっており、濃縮が速やかになされていることが明らかになった。
【００５２】
すなわち、上記実験から粒子径は２００ｎｍ以上でないと、実用的なレベル（ここでは１分と想定した。）での粒子の局在化が困難であると考えられる。なお、２００ｎｍ以上であれば、１μｍ程度までは十分に実用レベルと考えられるが、大きくなりすぎると、分散性が低下するという問題がある。分散性の観点からは、粒子径は小さいほどよい。したがって、粒子径は２００ｎｍ程度が最適である。
【００５３】
上記濃縮能力については、誘電体に含有されていない磁性体粒子であっても同様の結果が得られた。
本実験においては、各粒子径の磁性体含有誘電体粒子としては、いずれも磁性体の体積含有率が３０数％程度のものを用いている。また、磁性体粒子は体積含有率が１００％に相当する。磁性体の体積含有率に関わらず同様の結果が得られており、濃縮においては、磁性体の含有率が３０数％程度であっても十分に濃縮可能であるといえると同時に、粒子径のサイズが重要なファクターであることが明らかである。
【００５４】
但し、上記測定は磁性体含有誘電体粒子のみで濃縮能力を測定している。現実には、抗原抗体反応によるサンドイッチ結合体あるいは競合結合体を形成した状態で、濃縮させることから、このサンドイッチ結合体あるいは競合結合体などの結合体全体でのサイズ（最大長）が２００ｎｍ以上であればよいと考えられる。すなわち、磁性体含有誘電体粒子の粒子径は、２００ｎｍより小さいものであっても、実用レベルの濃縮速度を達成可能であり、アッセイ法等に応じて標識結合物質等との結合体としてのサイズが２００ｎｍ以上となる粒子径であればよい。
【００５５】
被検出物質がＴ４抗体である場合、サンドイッチ結合体を構成する抗体は１５ｎｍ程度、抗体のサイズは数ｎｍ(〜１０ｎｍ)程度となる。例えば、磁性体含有誘電体粒子が１００ｎｍの場合、このときに用いる標識結合物質の標識として、１００ｎｍ程度の蛍光ビーズを用いることで、結合体の最大長が、２００ｎｍ以上が容易に実現できる。また、好ましくは磁性体含有誘電体粒子が１６０ｎｍ程度であれば、標識結合物質の標識として、ｃｙ−３、ｃｙ−５のような、蛍光色素（〜１ｎｍ）を用いても、最大長が２００ｎｍ程度となる。
【００５６】
また、粒子径９００ｎｍの磁性体含有誘電体粒子について、磁気分離処理前後の分散液における吸光度を測定した結果を図３Ｂに示す。吸光度の測定は上記と同様の方法で行った。
図３Ｂに示すように、粒子径９００ｎｍの磁性体含有誘電体粒子は速やかに濃縮され、上澄みは濃縮後透明化することが分かる。一方、磁気分離処理前の吸光度には波長依存性があることが明らかになった。なお、本実験は、鉄系の磁性体材料を用いて行ったが、白金系磁性材料を用いた場合にも、ほぼ同様の波長依存性が観測される。
【００５７】
波長７００ｎｍ以上の赤外光波長において吸光度が小さくなることから、本発明の検出方法においては、励起光として赤外光を用いることが好ましい。光信号検出時には、濃縮されるため上澄み液は透明化するが、センサ部においては、引き寄せられた磁性体含有誘電体が多数存在するため、磁性体による吸収度の小さい波長が適するからである。
【００５８】
磁性体含有誘電体粒子の分散性について説明する。
図４Ａ〜４Ｃは、本発明に用いられる粒子径１５０ｎｍの磁性体含有誘電体粒子の溶液中への分散時（図４Ａ）、磁界印加による磁気濃縮時（図４Ｂ）、その後磁界の印加を排除した再分散時（図４Ｃ）の粒子の状態についての暗視野顕微鏡写真である。
【００５９】
比較のため、図５Ａ〜図５Ｃに、磁性体含有誘電体粒子と同一粒子径の磁性粒子について、溶液中への分散時（図５Ａ）、磁界印加による磁気濃縮時（図５Ｂ）、その後磁界の印加を排除した再分散時（図５Ｃ）の粒子の状態についての暗視野顕微鏡写真を示す。なお、磁性体含有誘電体粒子と磁性粒子とは、それぞれに好適かつ公知の文献等にて広く知られた方法で、表面修飾されている。すなわち、磁性体含有誘電体粒子は特開２００７−４５９８２号公報の段落[0003]、Gang Xie 他、J. Appl. Polm. Sci. 87, (2003) pp.1733-1738、日方幹雄、エアロゾル研究 22（2007）,pp.282-288のpp.283「3.1 粒子の合成」の章に記されている「スチレンのような荷電を有しないモノマーを、アクリル酸のようなカルボキシル基を有するモノマーと共重合することでカルボキシル基を有する磁性ポリマー粒子が合成する」方法を用い、磁性粒子の場合は、「成田麻子他,高分子論文集 65（2008）, pp.321-333 pp.325 」の「3.1分散性の制御」の章、およびその参照文献59)である「D. Maity, D.C. Agrawal ,Journal of Magnetism and Magnetic Materials 308 (2007) 46-55」に記載された方法を用いて、それぞれ官能基であるカルボキシル基を表面修飾させている。
図４Ａ〜４Ｃおよび図５Ａ〜５Ｃにおいて、明るく（白く）表示されているのが粒子である。
【００６０】
図５Ａから、磁性粒子は、最初の分散時においても部分的な凝集が生じており、一方、磁性体含有誘電体粒子は、最初の分散時は、ほとんど凝集することなく、均一に分散されている。
【００６１】
図４Ｂおよび図５Ｂから、磁界が印加されると、磁性体含有誘電体粒子も磁性粒子も磁力線に沿って濃縮され局在化していることがわかる。なお、磁性体含有誘電体粒子は、磁性粒子と比較して磁力線に沿ってより線状に局在化している。
【００６２】
図５Ｃから、磁界が解除されたとき、磁性粒子は互いにくっつき合った状態となっているのが認められる。一方、図４Ｃは全体的に明るく１粒ずつの粒子としては認識しがたいが、磁性体含有誘電体粒子は、互いにくっつき合うことなく、再分散が開始され雲状になっていることがわかる。
【００６３】
磁性粒子の分散性が磁性体含有誘電体粒子の分散性が低いのは、それぞれに好適な表面修飾方で官能基を修飾した場合でも、磁性粒子に表面に修飾される官能基の絶対数が磁性体含有誘電体粒子のそれに較べ格段に少ないために、官能基の極性による粒子同士の反発よりも磁化による引力が大きいことに起因すると考えられる。
【００６４】
このように、磁性体含有誘電体粒子は、磁性粒子と比較して非常に分散性が高く、保存環境等により一旦磁化される場合があったとしても、試料液中においては凝集することなく分散させることができると考えられる。
【００６５】
以下に説明する本発明の検出方法においては、上述の磁性体含有誘電体粒子を用いていることから、表面修飾が容易であり、高い分散性を得ることができる。また、光信号検出の際に光応答性標識が励起された際、光応答性標識が金属材料に近接している場合、エネルギー移動に伴う金属消光が生じるが、磁性体含有誘電体粒子においては、磁性粒子が誘電体に内包されているため、光応答性標識からある程度の距離をおくことができ、金属消光を抑制することができる。
【００６６】
さらに、抗原抗体反応等の免疫測定においては、抗原（被検体）に対し、反応を充分に行われるために、抗体（磁性付与結合物質）を過剰に添加するのが一般的である。図６Ａは、基板９上における、抗体に磁性粒子を付与したものを用いた場合の磁性粒子Ｍと蛍光色素（あるいは蛍光色素含有粒子）Ｏとの数の関係を概念的に示したものである。単純に、ダイナミックレンジを３桁確保しようとするとき、その下限で検出されるべき検体数に対して、少なくとも１０００倍以上、一般には１０万倍程度の抗体を添加する。このとき、１０万個の磁性粒子に対し光信号応答性標識の数は１個であり、励起光の磁性粒子による散乱光の方が標識からの光信号（例えば、蛍光色素からの蛍光量）よりも大きくなってしまう。また、磁性粒子が密に並ぶことによって、センサ部において着色（マグネタイトの場合茶色、白金系磁性体の場合黒色）して屈折率が上昇し、全反射光を照射した場合にエバネッセント光が発生しなくなる場合がある。
【００６７】
図３に示した通り、ブラウン運動に勝つための磁石による濃縮能力は、磁性体の体積含有率１００％の磁性粒子と磁性体の体積含有率が３０数％の磁性体含有誘電体粒子とでほとんど差がなく、その粒径に大きく依存している。上述の磁性粒子による散乱光や着色の問題を回避するためには、磁性体含有誘電体粒子における磁性体の体積含有率を小さくすることが好ましい。
【００６８】
図６Ｂは、本発明の磁性体含有誘電体粒子を抗体に付与したものを用いた場合の、基板９上における、磁性体含有誘電体粒子Ｐと蛍光色素（あるいは蛍光色素含有粒子）Ｏとの数の関係を概念的に示したものである。図６Ａの場合と比較すると磁性体の量が少なくなるため、散乱光や着色が抑制されると考えられる。
特には、磁性体含有誘電体粒子における磁性体の体積含有率は５０％以下、さらには、２５％以下であることが好ましい。
【００６９】
本発明者は、以下のシミュレーションによって、散乱光や着色の影響を抑制するための、好ましい体積含有率を明らかにした。
【００７０】
基板上に磁性体含有誘電体粒子が密に配置（具体的には、φ２００ｎｍの粒子を最密充填に近い、７０％（基板表面に対する面積比）で配置）された状態で励起光の全反射角を求めるシミュレーションを行った。結果を図７に示す。
シミュレーションは、基板として比較的高屈折率な材料であるＳＦ２（ｎ＝１．６５）を用いた場合、および一般的な材料であるＢＫ７（ｎ＝１．５２）を用いた場合について行った。
また、磁性体として四三酸化鉄（ｎ＝２．４２）を用い、誘電体材料としてＳｉＯ２（ｎ＝１．４４）を用いるものとし、励起光として波長６３３ｎｍのレーザ光を用いるものとした。
【００７１】
図７に示すように、基板としてＳＦ２を用いたとき、磁性体の体積含有率が５０％を超えると、いかなる入射角に対しても全反射をしなくなることが明らかになった。さらに、基板としてＢＫ７を用いたとき、磁性体の体積含有率が２５％を超えると、いかなる入射角に対しても全反射しなくなることが明らかになった。
上述の結果から、屈折率が比較的高い材料を基板として用いれば、体積含有率が５０％程度までは許容できることがわかった。また、実用的には、一般的な材料を基板として用いることが好ましいことから、体積含有率２５％以下が望ましいと考えられる。励起光波長、基板材料、磁性体材料は、上記に限るものではないが、実用上想定される材料については、各材料の組み合わせ等を検討すると、５０％以下、好ましくは２５％以下の体積含有率の磁性体を含有する磁性体含有誘電体粒子を用いればよいと考えられる。
【００７２】
「第１実施形態の検出方法」
本発明の第１の実施形態にかかる検出方法は、被検出物質である抗原が検査対象である生体試料（尿、血液、鼻水）などに含まれているか否か、および／またはその量（濃度）を検出するバイオセンシング方法である。図８は、本検出方法を実施するための検出装置１の概略構成を示す全体図であり、図９Ａ、図９Ｂは、検出方法の手順を説明するための図である。
【００７３】
本検出方法において用いられる試料セル１０は、液体試料Ｓと接触する試料接触面を有する壁の一部である、底面が透明な誘電体プレート１１により構成されてなり、その誘電体プレート１１の試料接触面側には、金属膜１２が蒸着等により成膜形成されている。なお、この金属膜１２が設けられた領域はセンサ部１４を構成する。金属膜１２の厚みは、金属膜１２の材料と、励起光の波長により表面プラズモンが強く励起されるように適宜定めることが望ましい。例えば、励起光として７８０ｎｍに中心波長を有するレーザ光を用い、金属膜として金（Ａｕ）膜を用いる場合、金属膜の厚みは５０ｎｍ±２０ｎｍが好適である。さらに好ましくは、４７ｎｍ±１０ｎｍである。なお、金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とするものが好ましい。
【００７４】
図８に示す検出装置１は、試料セル１０の所定領域のみに励起光を照射するための励起光照射光学系２０と、試料セル１０の上方に配置され、蛍光を検出する光検出器３０と、試料セル１０の金属膜１２近傍の局所領域に、試料セル１０内で形成されたサンドイッチ結合体を、引き寄せる（濃縮する）ために、磁界を印加する磁界印加手段３５とを備えている。
【００７５】
励起光照射光学系２０は、試料セル１０の誘電体プレート１１の裏面から、レーザ光Ｌ0を誘電体プレート１１と金属膜１２との界面で全反射する入射角度で、レーザ光Ｌ0を入射させることにより、金属膜１２上に励起光としてのエバネッセント光を生じさせるものである。エバネッセント光の滲み出し領域Ｅはレーザ光Ｌ0の界面から波長程度であり、この滲み出し領域が、励起光が照射される所定領域に相当する。励起光照射光学系２０は、レーザ光Ｌ0を出力する半導体レーザ（ＬＤ）等からなる光源２１と、誘電体プレート１１に一面が接触するように配置されたプリズム２２とを備えている。プリズム２２は、誘電体プレート１１と金属膜１２との界面でレーザ光Ｌ0が全反射するように誘電体プレート１１内にレーザ光Ｌ0を導光するものである。なお、プリズム２２と誘電体プレート１１とは、一体的に構成されていてもよいし、屈折率マッチングオイルを介して接触されていてもよい。光源２１は、レーザ光Ｌ0が、プリズム２２を介して、誘電体プレートと金属膜との界面に、全反射角以上で、かつ金属膜で表面プラズモン共鳴を生じさせる特定の角度で入射するように配置構成されている。レーザ光Ｌ0は、前述の特定の角度を含むファンビームとして入射させるようにしてもよい。光源２１とプリズム２２との間に必要に応じて導光部材をさらに配置してもよい。なお、レーザ光Ｌ0は、表面プラズモンを誘起するようにｐ偏光で界面に対して入射される。
【００７６】
光検出器３０としては、具体的には、ＣＣＤ、ＰＤ（フォトダイオード）、フォトマルチプライア、ｃ−ＭＯＳ等を適宜用いることができる。
【００７７】
磁界印加手段３５は、電磁石であってもよいし、永久磁石であってもよい。電磁石を用いれば、磁性粒子を引き寄せたいときに必要に応じてコイルに電流を流し磁界を生じさせることができる。永久磁石を用いる場合には、磁性粒子を引き寄せたいときに、図８に示すセンサ部１４下方の位置に磁石を配置し、磁界を印加したくないときには、センサ部近傍に磁界が生じない程度に磁石を離間させればよい。永久磁石としては、アルニコ磁石、フェライト磁石、ＭＫ鋼、ＫＳ鋼、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石などが挙げられるが、これらに限るものではない。
【００７８】
本実施形態の検出方法によるバイオセンシング方法の手順を説明する。図９Ａおよび図９Ｂは、試料セルへの磁界印加前後を示す模式図である。
【００７９】
本検出方法においては、まず、被検出物質Ａと特異的に結合する第１の結合物質Ｂ1に、上述した、磁性粒子Ｍを内包すると共に液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子Ｐが付与されてなる磁性付与結合物質Ｂｍと、被検出物質Ａと特異的に結合する第２の結合物質Ｂ2に光応答性標識Ｏが付与されてなる標識結合物質Ｂｏとを用意する。ここで、第１の結合物質Ｂ1および第２の結合物質Ｂ2は、被検出物質Ａである抗原に対し、互いに別の部位（エピトープ）に結合する１次抗体および２次抗体である。抗体を磁性体含有誘電体粒子Ｐに固定するには、表面修飾されているカルボキシル基を利用したアミンカップリング法を用いることができる。
【００８０】
光応答性標識Ｏとしては、蛍光色素分子を用いる。なお、本発明において、光応答性標識Ｏは、励起光の照射を受けて光信号を生じるものであれば蛍光色素分子に限るものではなく、蛍光色素分子が透明材料で内包されてなる蛍光微粒子、量子ドットなど、励起光の照射により蛍光を生じるものの他、金属微粒子のような励起光の照射により散乱光や局在プラズモンを生じるものを用いてもよい。
【００８１】
次に、図９Ａに示すように、被検対象である液体試料Ｓ、磁性付与結合物質Ｂｍおよび標識結合物質Ｂｏを混合して結合反応させる。なお、液体試料Ｓへの磁性付与結合物質Ｂｍ、標識結合物質Ｂｏの混合のタイミングは特に制限されず、同時であってもよいし、逐次であってもよい。液体試料中に抗原Ａが存在する場合、磁性付与結合物質Ｂｍ（１次抗体Ｂ1）−抗原Ａ−標識結合物質Ｂｏ（２次抗体Ｂ1）のサンドイッチ結合体が形成される。
【００８２】
その後、図９Ｂに示すように、磁性付与結合物質Ｂｍと標識結合物質Ｂｏとが混合された液体試料Ｓを保持する試料セル１０内に磁界を発生させて、試料セル１０内の局所領域である金属膜１２表面に、磁性付与結合物質Ｂｍを引き寄せ、金属膜１２表面に磁性付与結合物質Ｂｍを引き寄せた状態で、光信号の検出を行う。
【００８３】
磁性付与結合物質Ｂｍを局所領域に引き寄せると、結果としてその磁性付与結合物質Ｂｍとサンドイッチ結合体を構成している抗原Ａおよび標識結合物質Ｂｏがその局所領域を含む所定領域内に引き寄せられることとなる。一方、未反応の標識結合物質Ｂｏは、所定領域へ引き寄せられることなく、液体試料中を浮遊している。すなわち、混合された標識結合物質のうち、所定領域には抗原Ａと反応した標識結合物質Ｂｏのみが局在化されている。なお、液体試料中を浮遊している未反応の標識結合物質Ｂｏは、測定時間短縮の観点から未洗浄の方が好ましいが、用途によっては洗い流しても構わない。
【００８４】
そこで、局所領域を含む所定領域のみに励起光を照射して、所定領域に存在する光応答性標識Ｏから光信号を生じさせれば、抗原と結合した標識のみからの信号を取得することができる。
【００８５】
励起光照射光学系２０により、レーザ光Ｌ0を、誘電体プレート１１と金属膜１２との界面に全反射条件で入射させる。レーザ光Ｌ0が界面で全反射する際、金属膜１２表面にはエバネッセント光が滲み出すと共に、表面プラズモンが生じる。表面プラズモンによりバネッセント光が増強され、この増強されたエバネッセント光により、光応答性標識Ｏである蛍光色素分子が励起されて蛍光Ｌｆが生じる。すなわち、本実施形態において、エバネッセント光が光応答性標識である蛍光色素分子を励起する励起光であり、金属膜１２表面を含むエバネッセント光の滲み出し領域Ｅが所定領域に相当する。
【００８６】
光検出器３０により蛍光Ｌｆを検出する。蛍光Ｌｆも表面プラズモン共鳴による電場増強の効果を受け強度が強められるため、Ｓ／Ｎのよい信号を取得することができる。
【００８７】
この蛍光Ｌｆの検出量に基づいて、被検出物質の量を求める。被検出物質の量（濃度）は、予め用意されている、蛍光の検出量と濃度との検量線に基づいて求めることができる。なお、ここでの被検出物質の量を求めることには、被検出物質の存在の有無を求めることも含む。
【００８８】
本実施形態の検出方法は、液相において結合反応を行うため、固相との結合を含む結合反応を行う場合と比較して反応速度が速い。また、粒子の分散性がよいので、反応速度のさらなる向上効果が得られる。既述の磁性体含有誘電体粒子を用いて、サンドイッチ結合体をセンサ部へ効果的に引き寄せることにより、被検出物質である抗原と反応した標識結合物質と、未反応の標識結合物質とを容易に分離することができる。１００ｎｍ以上の粒子径の磁性体含有誘電体粒子を用い、サンドイッチ結合体を２００ｎｍ以上とすれば、磁界印加時の濃縮速度（局所領域への局在化の速度）を実用レベルとすることができる。さらに、光信号検出の際に光応答性標識が励起された際、光応答性標識が金属材料に近接している場合、エネルギー移動に伴う金属消光が生じるが、本発明の磁性体含有誘電体粒子においては、磁性粒子が誘電体に内包されているため、光応答性標識からある程度の距離をおくことができ、金属消光を抑制することができ、光信号のＳ／Ｎの向上効果、信号量のバラツキ抑制効果も得られる。
【００８９】
なお、本実施形態においては、誘電体プレート１１上に金属膜１２を備え、表面プラズモン共鳴による電場増強の効果が生じるようにしてＳ／Ｎの向上を図っているが、金属膜１２がなく、単なるエバネッセント蛍光法においても、本発明の検出方法は適用でき、磁性体含有誘電体粒子を用いた場合の上記効果を同様に得ることができる。
【００９０】
「第２実施形態の検出方法」
第２の実施形態の検出方法およびその検出方法を実施するための検出装置２を図１０を参照して説明する。以下の図面において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。図１０に示す検出装置２は、光検出器３０の配置が、第１の実施形態の装置１と異なり、光信号の検出方法が異なる。
【００９１】
本実施形態においては、光検出器３０が、蛍光が金属層に新たに表面プラズモンを誘起することによって誘電体プレート１１の金属膜形成面と反対の面側から放射される、新たに誘起された表面プラズモンからの放射光Ｌｐを検出するように、試料セル１０のセンサ部１４下方に配置されている。
【００９２】
本実施形態の検出方法によるセンシングの手順は第１の実施形態と同様である。光応答性標識Ｏからの光信号である蛍光を直接検出するのではなく、該蛍光が金属膜１２表面に新たに表面プラズモンを励起することにより生じる放射光Ｌｐを検出することにより、間接的に光信号を検出する点で第１の実施形態と異なる。
【００９３】
本実施形態の方法では、試料セル１０において、液体試料Ｓと磁性付与結合物質Ｂｍと標識結合物質Ｂｏを混合し、結合反応によりサンドイッチ結合体を形成させた後、磁石３５を誘電体プレート１１の下方に配置することにより、サンドイッチ結合体をセンサ部１４に引き寄せる。サンドイッチ結合体をセンサ部１４に引き寄せた状態で、第１の実施形態と同様に、励起光照射光学系２０によりレーザ光Ｌ0を照射する。
【００９４】
励起光照射光学系２０により、レーザ光Ｌ0を、誘電体プレート１１と金属膜１２との界面に全反射条件で入射させる。レーザ光Ｌ0が界面で全反射する際、金属膜１２表面にはエバネッセント光が滲み出すと共に、表面プラズモンが生じる。表面プラズモンによりバネッセント光が増強され、この増強されたエバネッセント光により、光応答性標識Ｏである蛍光色素分子が励起されて蛍光Ｌｆが生じる。この蛍光Ｌｆは表面プラズモンにより増強されており、この増強された蛍光Ｌｆにより、金属膜１２の表面に新たな表面プラズモンが生じ、該表面プラズモンに起因する放射光Ｌｐが放射される。この放射光Ｌｐを誘電体プレート１１の下面側から特定の角度で射出され、これを光検出器３０により検出することにより、標識結合物質と結合した被検出物質の有無および／または量を検出することができる。
【００９５】
放射光Ｌｐは蛍光が金属膜の特定の波数の表面プラズモンと結合する際に生じるものであり、蛍光の波長に応じてその結合する波数は定まり、その波数に応じて放射光の出射角度が定まる。通常レーザ光Ｌ0の波長と蛍光の波長とは異なることから、蛍光により励起される表面プラズモンは、レーザ光Ｌ0により生じた表面プラズモンとは異なる波数のものとなり、レーザ光Ｌ0の入射角度とは異なる角度で放射光Ｌｐは放射される。
【００９６】
本実施形態においても、磁性体含有誘電体粒子Ｐと第１の結合物質Ｂ１とからなる磁性付与結合物質Ｂｍを用いたアッセイを行い、磁性体含有誘電体粒子Ｐを磁石等の磁界印加手段によりセンサ部に引き寄せた状態で蛍光を生じさせ、この増強された蛍光に起因する放射光を検出するので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
さらに、本実施形態では、センサ表面で生じる蛍光に起因する光をセンサ裏面側から検出するので、蛍光Ｌｆが光吸収の大きい溶媒を通過する距離を数十ｎｍ程度と削減することができる。したがって、例えば血液における光吸収をほぼ無視することができ、血液を遠心分離し赤血球などの着色成分を除去したり、血球フィルタを通して血清あるいは血漿状態にしたりするという前処理を行うことなく測定が可能となる。
【００９８】
「第３実施形態の検出方法」
第３の実施形態の検出方法およびその検出方法を実施するための検出装置３を図１１を参照して説明する。図１１に示す第３の実施形態の検出装置３の構成は、第１の実施形態の検出装置１の構成と同じであるが、本実施形態で用いられる試料セル１０’は、金属膜１２の表面にさらに光導波層１３を備えたセンサ部１４を有している点で、第１および第２の実施形態で用いられている試料セル１０と異なる。
【００９９】
本実施形態の検出方法によるセンシングの手順は第１および第２の実施形態と同様であり、センサ部１４上における電場増強の原理が異なるのみである。
【０１００】
本実施形態においては、励起光照射光学系２０により、誘電体プレートと金属膜との界面に全反射条件でレーザ光Ｌ0を入射した際、第１および第２の実施形態の場合と同様にセンサ部１４上に励起光としてエバネッセント光を生じる。また、このエバネッセント光が光導波層１３の光導波モードを励起することにより、光導波層１３表面に滲み出してしるエバネッセント光が増強される。本実施形態においては、エバネッセント光が、この光導波モードの励起により増強される点で第１の実施形態と異なる。
【０１０１】
光導波層１３の層厚は、特に制限されることはなく、光導波モードが誘起されるように、レーザ光Ｌ0の波長、入射角度および光導波層１５の屈折率等を考慮して定めればよい。例えば、レーザ光Ｌ0として７８０ｎｍに中心波長を有するレーザ光を用い、光導波層１５として１層のシリコン酸化膜からなるものを用いる場合には、５００〜６００ｎｍ程度が好ましい。なお、光導波層１５は、１層以上の誘電体等の光導波材料からなる内部光導波層を含む積層構造であってもよく、この積層構造は、金属層側から順に内部光導波層および内部金属層の交互積層構造であることが好ましい。
【０１０２】
なお、光導波モードによる電場増強の効果により、蛍光色素分子から生じる蛍光も増強されたものとなる。光検出器３０によって、この蛍光Ｌｆを検出することにより、標識結合物質と結合した被検出物質の有無および／または量を検出することができる。
【０１０３】
本実施形態においても、磁性体含有誘電体粒子Ｐと第１の結合物質Ｂ1とからなる磁性付与結合物質Ｂｍを用いたアッセイを行い、磁性体含有誘電体粒子Ｐを磁石等の磁界印加手段によりセンサ部に引き寄せた状態で蛍光を検出するので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
なお、第３の実施形態の検出方法で用いた、光導波層１３を備えた試料セル１０’を用い、第２の実施形態の検出方法のように、センサ部１４の下方からの放射光を検出するよう構成することもできる。その場合、光応答性標識である蛍光色素分子からの光信号である蛍光が、光導波層１３の光導波モードを新たに励起し、この光導波モードの励起に伴う放射光を検出することにより光信号を間接的に検出することとなる。
【０１０５】
各実施形態で例示したように、本発明の検出方法は、所定領域内の光応答性標識が励起されることによって生じる光信号を検出するものであるが、光信号の検出は、光応答性標識から生じる光信号（上記実施形態では蛍光）を直接検出してもよいし、間接的に検出してもよい。
【０１０６】
上記各実施形態においては、全て非競合法であるサンドイッチ法によるアッセイを用いたセンシング方法を例として説明したが、本発明の検出方法はサンドイッチ法のみならず、競合法によるアッセイを用いたセンシング方法にも適用することができる。競合法によるアッセイの場合には、被検出物質である抗原Ａと競合して、第１の結合物質（１次抗体）と結合する第３の結合物質（競合抗原）に、光応答性標識を付与した標識結合物質を用いればよい。
【０１０７】
また、上記各実施形態においては、光応答性標識として蛍光色素分子を用いたが、他の好ましい例としては、金属微粒子が挙げられる。標識として利用される金属微粒子は、少なくとも表面が金属膜で覆われた微粒子であって、光の照射により表面に局在プラズモンを生じる粒子径のものであればよい。金属微粒子の形状は特に制限なく、球状およびロッド状等が挙げられる。金属微粒子は、エバネッセント光を散乱して散乱光を生じるので、これを光信号として検出すればよい。また、あるいは、金属微粒子（または、その表面の金属膜）の材料として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とするものを用いた場合、励起光の照射により金属微粒子の表面に局在プラズモンが生じる。この局在プラズモンを光信号として、金属膜に表面プラズモンを、あるいは光導波層に光導波モードを励起させ、該励起に伴う放射光を検出するよう構成してもよい。なお、この場合、金属微粒子の粒子径は、局在プラズモンを効果的に励起することから、励起光の波長より小さいことが好ましい。
【０１０８】
なお、所定領域にのみ励起光を照射する励起光照射光学系としては、上記実施形態において説明した、エバネッセント光を生じさせる光学系が一般的であるが、光応答性標識として、例えば蛍光、特に２光子吸収で励起されて蛍光を発する高分子を用いる場合、非常に高いエネルギーの光が照射されなければ２光子吸収励起が生じないため、ＮＡの大きな対物レンズ等によりレーザ光を、サンドイッチ結合体を局在化させた所定領域に収束させ、その領域でのみ２光子吸収を生じさせる励起光として機能させるよう構成された励起光照射光学系を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１、２、３ 検出装置
１０、１０’ 試料セル
１１ 誘電体プレート
１２ 金属膜
１３ 光導波層
１４ センサ部
２０ 励起光照射光学系
２１ 光源
２２ プリズム
３０ 光検出器
３５ 磁界印加手段
Ａ 抗原（被検出物質）
Ｂ１ １次抗体（第１の結合物質）
Ｂ２ ２次抗体（第２の結合物質）
Ｂｍ 磁性付与結合物質
Ｂｏ 標識結合物質
Ｌ0 レーザ光
Ｌｆ 蛍光
Ｌｐ 放射光
Ｍ 磁性粒子
Ｏ 光応答性標識
Ｐ 磁性体含有誘電体粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中の被検出物質を検出する検出方法および該検出方法に用いられる磁性体含有誘電体粒子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオ測定においては、例えば、試料に含まれる被検出物質である抗原を検出するため、基板上に被検出物質と特異的に結合する１次抗体を固定しておき、基板上に試料を供給することにより、１次抗体に被検出物質を特異的に結合させ、次いで、被検出物質と特異的に結合する、蛍光標識が付与された２次抗体を添加し、被検出物質と結合させることにより、１次抗体―被検出物質―２次抗体の、所謂サンドイッチを形成し、２次抗体に付与されている蛍光標識からの蛍光を検出するサンドイッチ法や、競合法などのアッセイ方法がよく知られている。
【０００３】
また、蛍光標識からの蛍光検出の方法としては、基板表面で全反射する励起光を基板裏面から入射し、基板表面に染み出すエバネッセント波により蛍光を励起してその蛍光を検出する方法（エバネッセント蛍光法）が知られている。
【０００４】
一方、エバネッセント蛍光法において、感度を向上させるため、プラズモン共鳴による電場増強の効果を利用する方法が特許文献２、非特許文献１などに提案されている。表面プラズモン増強蛍光法は、プラズモン共鳴を生じさせるため、基板上に金属層を設け、基板と金属層との界面に対して基板裏面から、全反射角以上の角度で励起光を入射し、この励起光の照射により金属層に表面プラズモンを生じさせ、その電場増強作用によって、蛍光信号を増大させてＳ／Ｎを向上させるものである。
【０００５】
同様に、エバネッセント蛍光法において、センサ部の電場を増強する効果を有するものとして、導波モードによる電場増強効果を利用する方法が非特許文献２に提案されている。この光導波モード増強蛍光分光法（OWF：Optical waveguide mode enhanced fluorescence spectroscopy)は、基板上に金属層と、誘電体などからなる光導波層とを順次形成し、基板裏面から全反射角以上の角度で励起光を入射し、この励起光の照射により光導波層に光導波モードを生じさせ、その電場増強効果によって、蛍光信号を増強させるものである。
【０００６】
また、特許文献３および非特許文献３には、表面プラズモンによる増強された電場において励起された蛍光標識からの蛍光を検出するのではなく、その蛍光が金属層に新たに表面プラズモンを誘起して生じる放射光（SPCE: Surface Plasmon-Coupled Emission)をプリズム側から取り出す方法が提案されている。
【０００７】
このように、バイオ測定等においては、蛍光標識された被検出物質を検出するための種々の検出方法が提案されている。
【０００８】
一方、上記のような基板に固定された１次抗体とサンドイッチ形成させて蛍光検出を行う場合、サンドイッチ結合体と未反応の二次抗体とを分離する必要があることから、一般的には、測定に際して未反応の二次抗体を洗浄する洗浄工程を要する。洗浄工程は手間であると共に測定に時間がかかる原因となっている。また、洗浄工程において被検出物質の一部は廃棄される上清とともに除去されることもあるため、被検出物質が微量成分の場合には、検出感度の低下をもたらす場合がある。また、被検出物質と一次抗体の反応は、一次抗体を結合した固相表面と被検出物質を含む溶液（液相）との反応であるために反応効率が悪く、高速化の妨げとなっている。
【０００９】
これに対し特許文献４では、洗浄工程を要せず、被検出物質を定量することができ、しかも固相と液相に基づく反応の遅延問題を解決して、高速化を実現するための方法が提案されている。詳細には、１次抗体を磁性粒子、２次抗体を蛍光色素にて標識し、基板上に１次抗体を固定することなく、液相中にて、１次抗体−被検出物質−１次抗体結合体を形成させ、この結合体を磁石を用いて局在化させることにより未反応の２次抗体と分離し、洗浄工程を経ることなく、局在化させた結合体に対してエバネッセント光を照射して蛍光信号を測定する方法が開示されている。
【００１０】
なお、この特許文献４においては、明細書段落[0030]に、液体試料中における分散性の点から、つまり粒子同士が自己凝集しないようにするという観点から、磁性粒子の大きさが１００ｎｍ（０．１μｍ）以下が好ましいと記載されている。
また同様に、特許文献５においても、磁性粒子を用いたセンシング方法が提案されており、磁性粒子として、粒子径が１００ｎｍ以下の微粒子を用いる例が挙げられている。
【００１１】
しかしながら本発明者の実験によれば１００ｎｍ以下の磁性粒子では、結合体の速やかな局在化（濃縮）、すなわち実用レベルの数分程度での濃縮を再現することができなかった。
【００１２】
一方、特許文献６には、数十ｎｍの磁性粒子を用い、磁性粒子単体と、該磁性粒子が被検出物質とを含む複合体との磁石に対する応答性の違い、すなわち濃縮速度の違いにより、両者を分離して、複合体からの信号測定を行う方法が記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−７７３３８号公報
【特許文献２】特開平１０−３０７１４１号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／００５３９７４号明細書
【特許文献４】特開２００５−７７３３８号公報
【特許文献５】特開平５−２６４５４７号公報
【特許文献６】特開平１−２７２９７０号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】W.Knoll他、Analytical Chemistry 77(2005), p.2426-2431
【非特許文献２】2007年春季 応用物理学会 予稿集 Ｎo.３,P.1378
【非特許文献３】Thorsten Liebermann Wolfgang Knoll, "Surface-plasmon field-enhanced fluorescence spectroscopy" ColＬ0ids and Surfaces A 171(2000)115-130
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、磁性粒子による局在化を用いた検出方法は、液相での反応が可能、かつ結合物質と未反応の二次抗体との分離のための洗浄工程を不要な点で、バイオ測定法として極めて魅力的でありながら、アイディアのまま実用化されてこなかった。
【００１６】
この原因を鋭意研究した結果、本発明者らは、磁性粒子を用いた結合体の局在化を実用化するにあたり次のような問題点を見出した。
１）磁性粒子の保存環境等により、検出方法に使用する前に磁性粒子が磁化されて磁性粒子同士がくっついてしまい、使用時に分散性が低下してしまう恐れがある。
２）磁性粒子が金属材料を含む場合、磁性粒子が光応答性標識と近接すると、光信号を吸収してしまう現象、所謂金属消光が生じ、検出される光信号量を低下させてしまう場合があり、信号の定量性の低下（バラツキ）に繋がる。
３）磁性粒子が鉄酸化物を主材料とする場合、有機物等を表面修飾させるのが困難である。
【００１７】
本発明は上記事情を鑑みて、上記問題を解決し、磁性粒子による結合体の局在化を利用した、実用化に耐えうる検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の検出方法は、被検出物質と特異的に結合する第１の結合物質に、磁性粒子を内包すると共に液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子が付与されてなる磁性付与結合物質と、前記被検出物質と特異的に結合する第２の結合物質および前記被検出物質と競合して前記第１の結合物質と特異的に結合する第３の結合物質のいずれか一方の結合物質に光応答性標識が付与されてなる標識結合物質とを用意し、
被検対象である液体試料、前記磁性付与結合物質および前記標識結合物質を混合して結合反応させ、
前記磁性付与結合物質と前記標識結合物質とが混合された前記液体試料を保持する試料セル内に磁界を発生させて、該試料セル内の局所領域に、前記磁性付与結合物質を引き寄せ、
該局所領域に該磁性付与結合物質を引き寄せた状態で、該局所領域を含む所定領域のみに励起光を照射して、該所定領域に存在する前記光応答性標識から光信号を生じさせ、
該光信号を検出し、該光信号の検出量に基づいて前記液体試料中の前記被検出物質の量を求める検出方法であって、
前記磁性体含有誘電体粒子の誘電材料が前記励起光に対して透明であり、かつ、前記磁性体含有誘電体粒子における前記磁性粒子の体積含有率が５０％以下であることを特徴とする。
【００１９】
前記誘電材料としては、ＳｉＯ2あるいは、光透過性樹脂が好ましい。
光透過性樹脂としては、光透過性に優れるポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロアレフィン系樹脂が特に好ましい。
【００２０】
前記体積含有率が２５％以下であることがより好ましい。
【００２１】
前記磁性体含有誘電体粒子における前記官能基としては、塩基性官能基としてアミノ基、第四級アンモニウム基等を用いてもよいし、マイナス電荷に帯電するように酸性官能基、例えばカルボキシル基、スルホン酸基やリン酸基等を用いてもよい。
【００２２】
ここで、サンドイッチ法によるアッセイの場合、前記磁性付与結合物質と、前記被検出物質と、前記第２の結合物質に光応答性標識が付与されてなる前記標識結合物質との結合体（所謂、サンドイッチ結合体）の最大長が２００ｎｍ以上であることが好ましい。また、競合法によるアッセイの場合、前記磁性付与結合物質と、前記第３の結合物質に光応答性標識が付与されてなる前記標識結合物質との結合体（所謂、競合結合体）の最大長が２００ｎｍ以上であるが好ましい。ここで、最大長とは、結合体の長径であり、基本的に該結合体を構成する複数要素をつなぎあわせた合計の長さとする。
【００２３】
前記磁性体含有誘電体粒子の粒子径は、１００ｎｍ以上、好ましくは１５０ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
誘電体粒子に内包される磁性粒子は、単数であっても複数であってもよく、磁石等により生じる磁界により前記局所領域に引き寄せられる磁性体であればよいが、特には、鉄系磁性材料または白金系磁性材料からなるものが好ましい。
【００２５】
前記励起光として、赤外光を用いることが望ましい。
【００２６】
前記光応答性標識としては、励起光の照射により光信号として蛍光を生じるものであってもよいし、励起光の照射により光信号として散乱光を生じるものであってもよい。さらには、励起光の照射により光信号として局在プラズモンを生じるものであってもよい。具体的には、蛍光色素分子、蛍光色素分子を誘電体材料により内包する蛍光微粒子、または金属微粒子等が挙げられる。金属微粒子は、励起光の照射を受けて散乱光を生じ、また、その表面に局在プラズモンを生じうる。この場合、散乱光を光信号として検出するようにしてもよいし、局在プラズモンを光信号として、該局在プラズモンに起因する放射光を検出するようにしてもよい。
【００２７】
前記試料セルとして、前記液体試料と接触する試料接触面を有する壁の一部が透明な誘電体プレートにより構成されてなるものを用い、該試料接触面近傍領域を、前記局所領域とし、前記誘電体プレートからなる壁の外側から、該誘電体プレートの前記試料接触面に対して全反射条件で光を照射することにより、該試料接触面側に生じるエバネッセント光を、前記励起光として用いることができる。
【００２８】
前記試料セルとして、前記誘電体プレートの前記試料接触面に金属膜が成膜されてなるものを用いてもよし、さらに該金属膜上に光導波層を備えてなるものを用いてもよい。
【００２９】
前記光信号を検出する方法としては、該光信号を直接検出してもよいし、該光信号を間接的に検出してもよい。
【００３０】
光信号を間接的に検出する方法としては、前記試料セルとして、金属膜が成膜された誘電体プレートを備えたものを用いた場合、前記励起光の照射により前記光応答性標識から生じた光信号が前記金属膜に表面プラズモンを励起し、該表面プラズモンの励起に起因して放射される放射光を検出することにより間接的に前記光信号を検出する方法が好適である。また、前記試料セルとして、金属膜上に光導波層を備えた誘電体プレートを備えたものを用いた場合、前記励起光の照射により前記光応答性標識から生じた光信号が前記光導波層の光導波モードを励起し、該光導波モードの励起に起因して放射される放射光を検出することにより間接的に前記光信号を検出する方法が好適である。
光応答性標識が蛍光を生じるものである場合、蛍光が光信号として金属膜に表面プラズモンを、あるいは光導波層の光導波モードを励起する。一方、光応答性標識が金属微粒子である場合、励起光により金属微粒子の表面に生じる局在プラズモンが光信号として、金属膜に表面プラズモンを、あるいは光導波層の光導波モードを励起する。
【００３１】
本発明の磁性体含有誘電体粒子は、磁性粒子を内包すると共に、液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾されており、誘電体材料が前記励起光に対して透明であり、かつ、前記磁性粒子の体積含有率が５０％以下であることを特徴とするものである。
【００３２】
前記誘電体材料はＳｉＯ2あるいは、光透過性樹脂が好ましい。
光透過性樹脂としては、光透過性に優れるポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロアレフィン系樹脂であることが好ましい。
【００３３】
前記磁性粒子の体積含有率は２５％以下であることが好ましい
【００３４】
前記官能基がカルボキシル基であることが特に好ましい。粒子径は１００ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。また、前記磁性粒子が、鉄系磁性体材料または白金系磁性体材料からなるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の検出方法によれば、磁性粒子を誘電体内に内包すると共に、液体試料中で極性を生じる官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子を用いており、保存環境により、誘電体粒子中の磁性粒子が磁化されて、誘電体粒子同士がくっついたとしても、液体試料中では、表面の官能基の極性により反発して分散性を向上させることができる。また、磁性粒子が誘電体内に内包されているため、磁性粒子自体と光応答性標識とをある程度離間させることができるので磁性粒子に金属材料が用いられている際に生じる金属消光を抑制することができ、信号強度の低下および信号量のバラツキを抑制することができる。さらに、磁性粒子の表面に表面修飾させる場合と比較して、誘電体粒子への有機物等の表面修飾は容易に行うことができるため、官能基の表面修飾および第１の結合物質の付与を磁性体材料に関わらず容易に行うことができる。
【００３６】
また、磁性体含有誘電体粒子の誘電体として励起光に対して透明なものを用いているので、誘電体粒子の誘電体材料部分においては励起光が吸収等により減衰されるのを抑制することができる。さらに、磁性体含有誘電体粒子における磁性体の含有率を５０％以下であるので、試料セル内の局所領域に、磁性付与結合物質を引き寄せた際に、磁性体による局所領域上における屈折率の変化や着色を抑制すると共に、磁性体粒子による散乱光を抑制することができ、光信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００３７】
特に、サンドイッチ法によるアッセイの場合、サンドイッチ結合体の最大長を２００ｎｍ以上とすれば、また、競合法によるアッセイの場合、競合結合体の最大長を２００ｎｍ以上とすれば、濃縮性を高め、測定時間を実用レベル（数分程度）にすることができる。
【００３８】
さらに、磁性体含有誘電体粒子の粒子径を１００ｎｍ以上とすれば、結合体としての大きさを容易に２００ｎｍ以上とすることができるため、濃縮性を高め、測定時間を実用レベル（数分程度）にすることができる。
【００３９】
[背景技術]の項に述べた通り、本発明者らの実験によれば、１００ｎｍ以下の微粒子を用いた場合、ブラウン運動による擾乱を大きく受けるために、濃縮速度が遅く測定に十分な濃縮が行われるまでに時間がかかりすぎるという問題があった。他方、特許文献１に、分散性の点から粒子径は１００ｎｍ以下が望ましい、と記載されている通り、１００ｎｍを超えると分散性が低下するという問題がある。すなわち、磁性粒子の分散と濃縮（ブラウン運動に勝つ力を得る）とを両立することが極めて困難であった。これに対し、本発明においては、液体試料中で極性を有する官能基を表面に備えた磁性体含有誘電体粒子を用いたことにより、液体試料中での分散性を担保しつつ、結合体の最大長を２００ｎｍ以上とし、磁性体含有誘電体粒子の粒子径を１００ｎｍ以上、１μｍ以下程度とすることにより濃縮性を高めることができ、分散性と濃縮性を両立させて実用性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】磁性体含有誘電体粒子の構成を示す模式図
【図２】磁気濃縮指数の測定方法を説明するための図
【図３Ａ】磁気濃縮指数の粒子径依存性を示す図
【図３Ｂ】磁性体含有微粒子の吸光スペクトルを示す図
【図４Ａ】磁性体含有誘電体粒子の磁気濃縮前の分散状態を示す暗視野顕微鏡写真
【図４Ｂ】磁性体含有誘電体粒子の磁気濃縮時の状態を示す暗視野顕微鏡写真
【図４Ｃ】磁性体含有誘電体粒子の磁気濃縮後の再分散状態を示す暗視野顕微鏡写真
【図５Ａ】磁性粒子の磁気濃縮前の分散状態を示す暗視野顕微鏡写真（比較例）
【図５Ｂ】磁性粒子の磁気濃縮時の状態を示す暗視野顕微鏡写真（比較例）
【図５Ｃ】磁性粒子の磁気濃縮後の再分散状態を示す暗視野顕微鏡写真（比較例）
【図６Ａ】濃縮時のセンサ部における磁性粒子と蛍光色素の数を示す概念図（比較例）
【図６Ｂ】濃縮時のセンサ部における磁性体含有微粒子と蛍光色素の数を示す概念図
【図７】局所領域上の屈折率と全反射との関係についてのシミュレーション結果を示す図
【図８】本発明の第１実施形態の検出方法を実施するための検出装置を示す概略構成図
【図９Ａ】本発明の第１実施形態による検出方法の手順を示す図（磁界印加前）
【図９Ｂ】本発明の第１実施形態による検出方法の手順を示す図（磁界印加後）
【図１０】本発明の第２実施形態の検出方法を実施するための検出装置を示す概略構成図
【図１１】本発明の第３実施形態の検出方法を実施するための検出装置を示す概略構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において説明の便宜上、各部の寸法は実際のものとは異ならせている。
【００４２】
「磁性体含有誘電体粒子」
まず、本発明の検出方法で用いられる磁性体含有誘電体粒子Ｐについて説明する。図１に示すように、磁性体含有誘電体粒子Ｐは、１または複数の磁性粒子Ｍを内包すると共に、液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾されている。
【００４３】
磁性粒子Ｍの形状は特に制限なく、球状、ロッド状等が挙げられるが、粒子径は１００ｎｍ以下であるものが好ましく、複数内包させる場合には１５〜４０ｎｍ程度の大きさのものが好適である。磁性粒子の材質は、特に制限されず、四三酸化鉄、三二酸化鉄、各種フェライト、または、鉄、マンガン、ニッケル、コバルト、クロム、白金(Ｐｔ)などの金属およびこれらの合金からなる磁性体が挙げられる。特には、酸化鉄などの鉄系磁性体材料、白金を含む合金などの白金系磁性体材料が好ましい。
【００４４】
誘電体材料としては、後述する励起光に対して透明な材料であればよく、ＳｉＯ2や光透過性樹脂が特に好ましい。光透過性樹脂材料としてはポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン系樹脂などが挙げられる。ここで、励起光に対し透明とは、励起光ピーク波長に対し、透過率が８５％以上であることをいうこととする。
【００４５】
官能基としては、図１に示すように、マイナス電荷に帯電するように酸性官能基であるカルボキシル基を用いるものとしたが、その他、液体試料中で極性を示すものであればよく、塩基性官能基としてアミノ基、第四級アンモニウム基等を用いてもよく、酸性官能基として、スルホン酸基やリン酸基等を用いても良い。
【００４６】
磁性体含有誘電体粒子Ｐの形状は特に制限なく、球状、ロッド状などが挙げられる。また粒子径は、１００ｎｍ以上、さらには１５０ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。なお、ここで粒子径とは粒子の最大径をいうものとする。
【００４７】
磁性体含有誘電体粒子Ｐの好ましい粒子径は以下の実験から導き出したものである。
図２に示すように、実験では、溶液５中に、磁性体含有誘電体粒子Ｐを分散させた後、サンプル容器６の底面下方に磁石７を配置して磁気分離（濃縮）処理を行った。サンプル容器６の底面厚さは１ｍｍ程度であり、磁石７による底面での磁束密度は１４４．１ｍＴであった。その磁気分離処理前後において、サンプル溶液５の上澄み液をピペット８で吸引し、その上澄み液について、波長５００ｎｍでの吸光度（透明度）を測定した。
【００４８】
磁気分離処理前後の吸光度としては、磁石を配置してから１分後のサンプル溶液についての吸光度Ａと、磁石を配置する前のサンプル溶液についての吸光度Ｂとを測定した。測定値から磁気濃縮指数＝１００×（Ｂ−Ａ）／Ｂ（％）を求めた。
【００４９】
磁性体含有誘電体粒子Ｐの濃縮能力（磁気濃縮指数）の粒子径依存性を図３に示す。図３において、縦軸は磁気濃縮指数であり、数値が大きいほど濃縮能力が高い（すなわち濃縮処理後の透明度が高い）ことを示している。
【００５０】
なお、同様に誘電体に含有されていない磁性体粒子についても同様の測定を行った。その結果を図３に併せて示している。
【００５１】
図３に示すように、粒子径１００ｎｍ以下の場合、磁気分離処理１分では誘電体粒子Ｐはほとんど濃縮（局在化）されず、一方、粒子径１００ｎｍを超えると徐々に濃縮指数が大きくなり、粒子径が１５０ｎｍ程度で濃縮指数が約５０％、粒子径２００ｎｍで８０％、３００ｎｍ以上の場合、磁気分離処理１分でほぼ透明度磁気濃縮指数がほぼ１００％となっており、濃縮が速やかになされていることが明らかになった。
【００５２】
すなわち、上記実験から粒子径は２００ｎｍ以上でないと、実用的なレベル（ここでは１分と想定した。）での粒子の局在化が困難であると考えられる。なお、２００ｎｍ以上であれば、１μｍ程度までは十分に実用レベルと考えられるが、大きくなりすぎると、分散性が低下するという問題がある。分散性の観点からは、粒子径は小さいほどよい。したがって、粒子径は２００ｎｍ程度が最適である。
【００５３】
上記濃縮能力については、誘電体に含有されていない磁性体粒子であっても同様の結果が得られた。
本実験においては、各粒子径の磁性体含有誘電体粒子としては、いずれも磁性体の体積含有率が３０数％程度のものを用いている。また、磁性体粒子は体積含有率が１００％に相当する。磁性体の体積含有率に関わらず同様の結果が得られており、濃縮においては、磁性体の含有率が３０数％程度であっても十分に濃縮可能であるといえると同時に、粒子径のサイズが重要なファクターであることが明らかである。
【００５４】
但し、上記測定は磁性体含有誘電体粒子のみで濃縮能力を測定している。現実には、抗原抗体反応によるサンドイッチ結合体あるいは競合結合体を形成した状態で、濃縮させることから、このサンドイッチ結合体あるいは競合結合体などの結合体全体でのサイズ（最大長）が２００ｎｍ以上であればよいと考えられる。すなわち、磁性体含有誘電体粒子の粒子径は、２００ｎｍより小さいものであっても、実用レベルの濃縮速度を達成可能であり、アッセイ法等に応じて標識結合物質等との結合体としてのサイズが２００ｎｍ以上となる粒子径であればよい。
【００５５】
被検出物質がＴ４抗体である場合、サンドイッチ結合体を構成する抗体は１５ｎｍ程度、抗体のサイズは数ｎｍ(〜１０ｎｍ)程度となる。例えば、磁性体含有誘電体粒子が１００ｎｍの場合、このときに用いる標識結合物質の標識として、１００ｎｍ程度の蛍光ビーズを用いることで、結合体の最大長が、２００ｎｍ以上が容易に実現できる。また、好ましくは磁性体含有誘電体粒子が１６０ｎｍ程度であれば、標識結合物質の標識として、ｃｙ−３、ｃｙ−５のような、蛍光色素（〜１ｎｍ）を用いても、最大長が２００ｎｍ程度となる。
【００５６】
また、粒子径９００ｎｍの磁性体含有誘電体粒子について、磁気分離処理前後の分散液における吸光度を測定した結果を図３Ｂに示す。吸光度の測定は上記と同様の方法で行った。
図３Ｂに示すように、粒子径９００ｎｍの磁性体含有誘電体粒子は速やかに濃縮され、上澄みは濃縮後透明化することが分かる。一方、磁気分離処理前の吸光度には波長依存性があることが明らかになった。なお、本実験は、鉄系の磁性体材料を用いて行ったが、白金系磁性材料を用いた場合にも、ほぼ同様の波長依存性が観測される。
【００５７】
波長７００ｎｍ以上の赤外光波長において吸光度が小さくなることから、本発明の検出方法においては、励起光として赤外光を用いることが好ましい。光信号検出時には、濃縮されるため上澄み液は透明化するが、センサ部においては、引き寄せられた磁性体含有誘電体が多数存在するため、磁性体による吸収度の小さい波長が適するからである。
【００５８】
磁性体含有誘電体粒子の分散性について説明する。
図４Ａ〜４Ｃは、本発明に用いられる粒子径１５０ｎｍの磁性体含有誘電体粒子の溶液中への分散時（図４Ａ）、磁界印加による磁気濃縮時（図４Ｂ）、その後磁界の印加を排除した再分散時（図４Ｃ）の粒子の状態についての暗視野顕微鏡写真である。
【００５９】
比較のため、図５Ａ〜図５Ｃに、磁性体含有誘電体粒子と同一粒子径の磁性粒子について、溶液中への分散時（図５Ａ）、磁界印加による磁気濃縮時（図５Ｂ）、その後磁界の印加を排除した再分散時（図５Ｃ）の粒子の状態についての暗視野顕微鏡写真を示す。なお、磁性体含有誘電体粒子と磁性粒子とは、それぞれに好適かつ公知の文献等にて広く知られた方法で、表面修飾されている。すなわち、磁性体含有誘電体粒子は特開２００７−４５９８２号公報の段落[0003]、Gang Xie 他、J. Appl. Polm. Sci. 87, (2003) pp.1733-1738、日方幹雄、エアロゾル研究 22（2007）,pp.282-288のpp.283「3.1 粒子の合成」の章に記されている「スチレンのような荷電を有しないモノマーを、アクリル酸のようなカルボキシル基を有するモノマーと共重合することでカルボキシル基を有する磁性ポリマー粒子が合成する」方法を用い、磁性粒子の場合は、「成田麻子他,高分子論文集 65（2008）, pp.321-333 pp.325 」の「3.1分散性の制御」の章、およびその参照文献59)である「D. Maity, D.C. Agrawal ,Journal of Magnetism and Magnetic Materials 308 (2007) 46-55」に記載された方法を用いて、それぞれ官能基であるカルボキシル基を表面修飾させている。
図４Ａ〜４Ｃおよび図５Ａ〜５Ｃにおいて、明るく（白く）表示されているのが粒子である。
【００６０】
図５Ａから、磁性粒子は、最初の分散時においても部分的な凝集が生じており、一方、磁性体含有誘電体粒子は、最初の分散時は、ほとんど凝集することなく、均一に分散されている。
【００６１】
図４Ｂおよび図５Ｂから、磁界が印加されると、磁性体含有誘電体粒子も磁性粒子も磁力線に沿って濃縮され局在化していることがわかる。なお、磁性体含有誘電体粒子は、磁性粒子と比較して磁力線に沿ってより線状に局在化している。
【００６２】
図５Ｃから、磁界が解除されたとき、磁性粒子は互いにくっつき合った状態となっているのが認められる。一方、図４Ｃは全体的に明るく１粒ずつの粒子としては認識しがたいが、磁性体含有誘電体粒子は、互いにくっつき合うことなく、再分散が開始され雲状になっていることがわかる。
【００６３】
磁性粒子の分散性が磁性体含有誘電体粒子の分散性が低いのは、それぞれに好適な表面修飾方で官能基を修飾した場合でも、磁性粒子に表面に修飾される官能基の絶対数が磁性体含有誘電体粒子のそれに較べ格段に少ないために、官能基の極性による粒子同士の反発よりも磁化による引力が大きいことに起因すると考えられる。
【００６４】
このように、磁性体含有誘電体粒子は、磁性粒子と比較して非常に分散性が高く、保存環境等により一旦磁化される場合があったとしても、試料液中においては凝集することなく分散させることができると考えられる。
【００６５】
以下に説明する本発明の検出方法においては、上述の磁性体含有誘電体粒子を用いていることから、表面修飾が容易であり、高い分散性を得ることができる。また、光信号検出の際に光応答性標識が励起された際、光応答性標識が金属材料に近接している場合、エネルギー移動に伴う金属消光が生じるが、磁性体含有誘電体粒子においては、磁性粒子が誘電体に内包されているため、光応答性標識からある程度の距離をおくことができ、金属消光を抑制することができる。
【００６６】
さらに、抗原抗体反応等の免疫測定においては、抗原（被検体）に対し、反応を充分に行われるために、抗体（磁性付与結合物質）を過剰に添加するのが一般的である。図６Ａは、基板９上における、抗体に磁性粒子を付与したものを用いた場合の磁性粒子Ｍと蛍光色素（あるいは蛍光色素含有粒子）Ｏとの数の関係を概念的に示したものである。単純に、ダイナミックレンジを３桁確保しようとするとき、その下限で検出されるべき検体数に対して、少なくとも１０００倍以上、一般には１０万倍程度の抗体を添加する。このとき、１０万個の磁性粒子に対し光信号応答性標識の数は１個であり、励起光の磁性粒子による散乱光の方が標識からの光信号（例えば、蛍光色素からの蛍光量）よりも大きくなってしまう。また、磁性粒子が密に並ぶことによって、センサ部において着色（マグネタイトの場合茶色、白金系磁性体の場合黒色）して屈折率が上昇し、全反射光を照射した場合にエバネッセント光が発生しなくなる場合がある。
【００６７】
図３に示した通り、ブラウン運動に勝つための磁石による濃縮能力は、磁性体の体積含有率１００％の磁性粒子と磁性体の体積含有率が３０数％の磁性体含有誘電体粒子とでほとんど差がなく、その粒径に大きく依存している。上述の磁性粒子による散乱光や着色の問題を回避するためには、磁性体含有誘電体粒子における磁性体の体積含有率を小さくすることが好ましい。
【００６８】
図６Ｂは、本発明の磁性体含有誘電体粒子を抗体に付与したものを用いた場合の、基板９上における、磁性体含有誘電体粒子Ｐと蛍光色素（あるいは蛍光色素含有粒子）Ｏとの数の関係を概念的に示したものである。図６Ａの場合と比較すると磁性体の量が少なくなるため、散乱光や着色が抑制されると考えられる。
特には、磁性体含有誘電体粒子における磁性体の体積含有率は５０％以下、さらには、２５％以下であることが好ましい。
【００６９】
本発明者は、以下のシミュレーションによって、散乱光や着色の影響を抑制するための、好ましい体積含有率を明らかにした。
【００７０】
基板上に磁性体含有誘電体粒子が密に配置（具体的には、φ２００ｎｍの粒子を最密充填に近い、７０％（基板表面に対する面積比）で配置）された状態で励起光の全反射角を求めるシミュレーションを行った。結果を図７に示す。
シミュレーションは、基板として比較的高屈折率な材料であるＳＦ２（ｎ＝１．６５）を用いた場合、および一般的な材料であるＢＫ７（ｎ＝１．５２）を用いた場合について行った。
また、磁性体として四三酸化鉄（ｎ＝２．４２）を用い、誘電体材料としてＳｉＯ２（ｎ＝１．４４）を用いるものとし、励起光として波長６３３ｎｍのレーザ光を用いるものとした。
【００７１】
図７に示すように、基板としてＳＦ２を用いたとき、磁性体の体積含有率が５０％を超えると、いかなる入射角に対しても全反射をしなくなることが明らかになった。さらに、基板としてＢＫ７を用いたとき、磁性体の体積含有率が２５％を超えると、いかなる入射角に対しても全反射しなくなることが明らかになった。
上述の結果から、屈折率が比較的高い材料を基板として用いれば、体積含有率が５０％程度までは許容できることがわかった。また、実用的には、一般的な材料を基板として用いることが好ましいことから、体積含有率２５％以下が望ましいと考えられる。励起光波長、基板材料、磁性体材料は、上記に限るものではないが、実用上想定される材料については、各材料の組み合わせ等を検討すると、５０％以下、好ましくは２５％以下の体積含有率の磁性体を含有する磁性体含有誘電体粒子を用いればよいと考えられる。
【００７２】
「第１実施形態の検出方法」
本発明の第１の実施形態にかかる検出方法は、被検出物質である抗原が検査対象である生体試料（尿、血液、鼻水）などに含まれているか否か、および／またはその量（濃度）を検出するバイオセンシング方法である。図８は、本検出方法を実施するための検出装置１の概略構成を示す全体図であり、図９Ａ、図９Ｂは、検出方法の手順を説明するための図である。
【００７３】
本検出方法において用いられる試料セル１０は、液体試料Ｓと接触する試料接触面を有する壁の一部である、底面が透明な誘電体プレート１１により構成されてなり、その誘電体プレート１１の試料接触面側には、金属膜１２が蒸着等により成膜形成されている。なお、この金属膜１２が設けられた領域はセンサ部１４を構成する。金属膜１２の厚みは、金属膜１２の材料と、励起光の波長により表面プラズモンが強く励起されるように適宜定めることが望ましい。例えば、励起光として７８０ｎｍに中心波長を有するレーザ光を用い、金属膜として金（Ａｕ）膜を用いる場合、金属膜の厚みは５０ｎｍ±２０ｎｍが好適である。さらに好ましくは、４７ｎｍ±１０ｎｍである。なお、金属膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とするものが好ましい。
【００７４】
図８に示す検出装置１は、試料セル１０の所定領域のみに励起光を照射するための励起光照射光学系２０と、試料セル１０の上方に配置され、蛍光を検出する光検出器３０と、試料セル１０の金属膜１２近傍の局所領域に、試料セル１０内で形成されたサンドイッチ結合体を、引き寄せる（濃縮する）ために、磁界を印加する磁界印加手段３５とを備えている。
【００７５】
励起光照射光学系２０は、試料セル１０の誘電体プレート１１の裏面から、レーザ光Ｌ0を誘電体プレート１１と金属膜１２との界面で全反射する入射角度で、レーザ光Ｌ0を入射させることにより、金属膜１２上に励起光としてのエバネッセント光を生じさせるものである。エバネッセント光の滲み出し領域Ｅはレーザ光Ｌ0の界面から波長程度であり、この滲み出し領域が、励起光が照射される所定領域に相当する。励起光照射光学系２０は、レーザ光Ｌ0を出力する半導体レーザ（ＬＤ）等からなる光源２１と、誘電体プレート１１に一面が接触するように配置されたプリズム２２とを備えている。プリズム２２は、誘電体プレート１１と金属膜１２との界面でレーザ光Ｌ0が全反射するように誘電体プレート１１内にレーザ光Ｌ0を導光するものである。なお、プリズム２２と誘電体プレート１１とは、一体的に構成されていてもよいし、屈折率マッチングオイルを介して接触されていてもよい。光源２１は、レーザ光Ｌ0が、プリズム２２を介して、誘電体プレートと金属膜との界面に、全反射角以上で、かつ金属膜で表面プラズモン共鳴を生じさせる特定の角度で入射するように配置構成されている。レーザ光Ｌ0は、前述の特定の角度を含むファンビームとして入射させるようにしてもよい。光源２１とプリズム２２との間に必要に応じて導光部材をさらに配置してもよい。なお、レーザ光Ｌ0は、表面プラズモンを誘起するようにｐ偏光で界面に対して入射される。
【００７６】
光検出器３０としては、具体的には、ＣＣＤ、ＰＤ（フォトダイオード）、フォトマルチプライア、ｃ−ＭＯＳ等を適宜用いることができる。
【００７７】
磁界印加手段３５は、電磁石であってもよいし、永久磁石であってもよい。電磁石を用いれば、磁性粒子を引き寄せたいときに必要に応じてコイルに電流を流し磁界を生じさせることができる。永久磁石を用いる場合には、磁性粒子を引き寄せたいときに、図８に示すセンサ部１４下方の位置に磁石を配置し、磁界を印加したくないときには、センサ部近傍に磁界が生じない程度に磁石を離間させればよい。永久磁石としては、アルニコ磁石、フェライト磁石、ＭＫ鋼、ＫＳ鋼、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石などが挙げられるが、これらに限るものではない。
【００７８】
本実施形態の検出方法によるバイオセンシング方法の手順を説明する。図９Ａおよび図９Ｂは、試料セルへの磁界印加前後を示す模式図である。
【００７９】
本検出方法においては、まず、被検出物質Ａと特異的に結合する第１の結合物質Ｂ1に、上述した、磁性粒子Ｍを内包すると共に液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子Ｐが付与されてなる磁性付与結合物質Ｂｍと、被検出物質Ａと特異的に結合する第２の結合物質Ｂ2に光応答性標識Ｏが付与されてなる標識結合物質Ｂｏとを用意する。ここで、第１の結合物質Ｂ1および第２の結合物質Ｂ2は、被検出物質Ａである抗原に対し、互いに別の部位（エピトープ）に結合する１次抗体および２次抗体である。抗体を磁性体含有誘電体粒子Ｐに固定するには、表面修飾されているカルボキシル基を利用したアミンカップリング法を用いることができる。
【００８０】
光応答性標識Ｏとしては、蛍光色素分子を用いる。なお、本発明において、光応答性標識Ｏは、励起光の照射を受けて光信号を生じるものであれば蛍光色素分子に限るものではなく、蛍光色素分子が透明材料で内包されてなる蛍光微粒子、量子ドットなど、励起光の照射により蛍光を生じるものの他、金属微粒子のような励起光の照射により散乱光や局在プラズモンを生じるものを用いてもよい。
【００８１】
次に、図９Ａに示すように、被検対象である液体試料Ｓ、磁性付与結合物質Ｂｍおよび標識結合物質Ｂｏを混合して結合反応させる。なお、液体試料Ｓへの磁性付与結合物質Ｂｍ、標識結合物質Ｂｏの混合のタイミングは特に制限されず、同時であってもよいし、逐次であってもよい。液体試料中に抗原Ａが存在する場合、磁性付与結合物質Ｂｍ（１次抗体Ｂ1）−抗原Ａ−標識結合物質Ｂｏ（２次抗体Ｂ1）のサンドイッチ結合体が形成される。
【００８２】
その後、図９Ｂに示すように、磁性付与結合物質Ｂｍと標識結合物質Ｂｏとが混合された液体試料Ｓを保持する試料セル１０内に磁界を発生させて、試料セル１０内の局所領域である金属膜１２表面に、磁性付与結合物質Ｂｍを引き寄せ、金属膜１２表面に磁性付与結合物質Ｂｍを引き寄せた状態で、光信号の検出を行う。
【００８３】
磁性付与結合物質Ｂｍを局所領域に引き寄せると、結果としてその磁性付与結合物質Ｂｍとサンドイッチ結合体を構成している抗原Ａおよび標識結合物質Ｂｏがその局所領域を含む所定領域内に引き寄せられることとなる。一方、未反応の標識結合物質Ｂｏは、所定領域へ引き寄せられることなく、液体試料中を浮遊している。すなわち、混合された標識結合物質のうち、所定領域には抗原Ａと反応した標識結合物質Ｂｏのみが局在化されている。なお、液体試料中を浮遊している未反応の標識結合物質Ｂｏは、測定時間短縮の観点から未洗浄の方が好ましいが、用途によっては洗い流しても構わない。
【００８４】
そこで、局所領域を含む所定領域のみに励起光を照射して、所定領域に存在する光応答性標識Ｏから光信号を生じさせれば、抗原と結合した標識のみからの信号を取得することができる。
【００８５】
励起光照射光学系２０により、レーザ光Ｌ0を、誘電体プレート１１と金属膜１２との界面に全反射条件で入射させる。レーザ光Ｌ0が界面で全反射する際、金属膜１２表面にはエバネッセント光が滲み出すと共に、表面プラズモンが生じる。表面プラズモンによりバネッセント光が増強され、この増強されたエバネッセント光により、光応答性標識Ｏである蛍光色素分子が励起されて蛍光Ｌｆが生じる。すなわち、本実施形態において、エバネッセント光が光応答性標識である蛍光色素分子を励起する励起光であり、金属膜１２表面を含むエバネッセント光の滲み出し領域Ｅが所定領域に相当する。
【００８６】
光検出器３０により蛍光Ｌｆを検出する。蛍光Ｌｆも表面プラズモン共鳴による電場増強の効果を受け強度が強められるため、Ｓ／Ｎのよい信号を取得することができる。
【００８７】
この蛍光Ｌｆの検出量に基づいて、被検出物質の量を求める。被検出物質の量（濃度）は、予め用意されている、蛍光の検出量と濃度との検量線に基づいて求めることができる。なお、ここでの被検出物質の量を求めることには、被検出物質の存在の有無を求めることも含む。
【００８８】
本実施形態の検出方法は、液相において結合反応を行うため、固相との結合を含む結合反応を行う場合と比較して反応速度が速い。また、粒子の分散性がよいので、反応速度のさらなる向上効果が得られる。既述の磁性体含有誘電体粒子を用いて、サンドイッチ結合体をセンサ部へ効果的に引き寄せることにより、被検出物質である抗原と反応した標識結合物質と、未反応の標識結合物質とを容易に分離することができる。１００ｎｍ以上の粒子径の磁性体含有誘電体粒子を用い、サンドイッチ結合体を２００ｎｍ以上とすれば、磁界印加時の濃縮速度（局所領域への局在化の速度）を実用レベルとすることができる。さらに、光信号検出の際に光応答性標識が励起された際、光応答性標識が金属材料に近接している場合、エネルギー移動に伴う金属消光が生じるが、本発明の磁性体含有誘電体粒子においては、磁性粒子が誘電体に内包されているため、光応答性標識からある程度の距離をおくことができ、金属消光を抑制することができ、光信号のＳ／Ｎの向上効果、信号量のバラツキ抑制効果も得られる。
【００８９】
なお、本実施形態においては、誘電体プレート１１上に金属膜１２を備え、表面プラズモン共鳴による電場増強の効果が生じるようにしてＳ／Ｎの向上を図っているが、金属膜１２がなく、単なるエバネッセント蛍光法においても、本発明の検出方法は適用でき、磁性体含有誘電体粒子を用いた場合の上記効果を同様に得ることができる。
【００９０】
「第２実施形態の検出方法」
第２の実施形態の検出方法およびその検出方法を実施するための検出装置２を図１０を参照して説明する。以下の図面において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。図１０に示す検出装置２は、光検出器３０の配置が、第１の実施形態の装置１と異なり、光信号の検出方法が異なる。
【００９１】
本実施形態においては、光検出器３０が、蛍光が金属層に新たに表面プラズモンを誘起することによって誘電体プレート１１の金属膜形成面と反対の面側から放射される、新たに誘起された表面プラズモンからの放射光Ｌｐを検出するように、試料セル１０のセンサ部１４下方に配置されている。
【００９２】
本実施形態の検出方法によるセンシングの手順は第１の実施形態と同様である。光応答性標識Ｏからの光信号である蛍光を直接検出するのではなく、該蛍光が金属膜１２表面に新たに表面プラズモンを励起することにより生じる放射光Ｌｐを検出することにより、間接的に光信号を検出する点で第１の実施形態と異なる。
【００９３】
本実施形態の方法では、試料セル１０において、液体試料Ｓと磁性付与結合物質Ｂｍと標識結合物質Ｂｏを混合し、結合反応によりサンドイッチ結合体を形成させた後、磁石３５を誘電体プレート１１の下方に配置することにより、サンドイッチ結合体をセンサ部１４に引き寄せる。サンドイッチ結合体をセンサ部１４に引き寄せた状態で、第１の実施形態と同様に、励起光照射光学系２０によりレーザ光Ｌ0を照射する。
【００９４】
励起光照射光学系２０により、レーザ光Ｌ0を、誘電体プレート１１と金属膜１２との界面に全反射条件で入射させる。レーザ光Ｌ0が界面で全反射する際、金属膜１２表面にはエバネッセント光が滲み出すと共に、表面プラズモンが生じる。表面プラズモンによりバネッセント光が増強され、この増強されたエバネッセント光により、光応答性標識Ｏである蛍光色素分子が励起されて蛍光Ｌｆが生じる。この蛍光Ｌｆは表面プラズモンにより増強されており、この増強された蛍光Ｌｆにより、金属膜１２の表面に新たな表面プラズモンが生じ、該表面プラズモンに起因する放射光Ｌｐが放射される。この放射光Ｌｐを誘電体プレート１１の下面側から特定の角度で射出され、これを光検出器３０により検出することにより、標識結合物質と結合した被検出物質の有無および／または量を検出することができる。
【００９５】
放射光Ｌｐは蛍光が金属膜の特定の波数の表面プラズモンと結合する際に生じるものであり、蛍光の波長に応じてその結合する波数は定まり、その波数に応じて放射光の出射角度が定まる。通常レーザ光Ｌ0の波長と蛍光の波長とは異なることから、蛍光により励起される表面プラズモンは、レーザ光Ｌ0により生じた表面プラズモンとは異なる波数のものとなり、レーザ光Ｌ0の入射角度とは異なる角度で放射光Ｌｐは放射される。
【００９６】
本実施形態においても、磁性体含有誘電体粒子Ｐと第１の結合物質Ｂ１とからなる磁性付与結合物質Ｂｍを用いたアッセイを行い、磁性体含有誘電体粒子Ｐを磁石等の磁界印加手段によりセンサ部に引き寄せた状態で蛍光を生じさせ、この増強された蛍光に起因する放射光を検出するので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
さらに、本実施形態では、センサ表面で生じる蛍光に起因する光をセンサ裏面側から検出するので、蛍光Ｌｆが光吸収の大きい溶媒を通過する距離を数十ｎｍ程度と削減することができる。したがって、例えば血液における光吸収をほぼ無視することができ、血液を遠心分離し赤血球などの着色成分を除去したり、血球フィルタを通して血清あるいは血漿状態にしたりするという前処理を行うことなく測定が可能となる。
【００９８】
「第３実施形態の検出方法」
第３の実施形態の検出方法およびその検出方法を実施するための検出装置３を図１１を参照して説明する。図１１に示す第３の実施形態の検出装置３の構成は、第１の実施形態の検出装置１の構成と同じであるが、本実施形態で用いられる試料セル１０’は、金属膜１２の表面にさらに光導波層１３を備えたセンサ部１４を有している点で、第１および第２の実施形態で用いられている試料セル１０と異なる。
【００９９】
本実施形態の検出方法によるセンシングの手順は第１および第２の実施形態と同様であり、センサ部１４上における電場増強の原理が異なるのみである。
【０１００】
本実施形態においては、励起光照射光学系２０により、誘電体プレートと金属膜との界面に全反射条件でレーザ光Ｌ0を入射した際、第１および第２の実施形態の場合と同様にセンサ部１４上に励起光としてエバネッセント光を生じる。また、このエバネッセント光が光導波層１３の光導波モードを励起することにより、光導波層１３表面に滲み出してしるエバネッセント光が増強される。本実施形態においては、エバネッセント光が、この光導波モードの励起により増強される点で第１の実施形態と異なる。
【０１０１】
光導波層１３の層厚は、特に制限されることはなく、光導波モードが誘起されるように、レーザ光Ｌ0の波長、入射角度および光導波層１５の屈折率等を考慮して定めればよい。例えば、レーザ光Ｌ0として７８０ｎｍに中心波長を有するレーザ光を用い、光導波層１５として１層のシリコン酸化膜からなるものを用いる場合には、５００〜６００ｎｍ程度が好ましい。なお、光導波層１５は、１層以上の誘電体等の光導波材料からなる内部光導波層を含む積層構造であってもよく、この積層構造は、金属層側から順に内部光導波層および内部金属層の交互積層構造であることが好ましい。
【０１０２】
なお、光導波モードによる電場増強の効果により、蛍光色素分子から生じる蛍光も増強されたものとなる。光検出器３０によって、この蛍光Ｌｆを検出することにより、標識結合物質と結合した被検出物質の有無および／または量を検出することができる。
【０１０３】
本実施形態においても、磁性体含有誘電体粒子Ｐと第１の結合物質Ｂ1とからなる磁性付与結合物質Ｂｍを用いたアッセイを行い、磁性体含有誘電体粒子Ｐを磁石等の磁界印加手段によりセンサ部に引き寄せた状態で蛍光を検出するので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
なお、第３の実施形態の検出方法で用いた、光導波層１３を備えた試料セル１０’を用い、第２の実施形態の検出方法のように、センサ部１４の下方からの放射光を検出するよう構成することもできる。その場合、光応答性標識である蛍光色素分子からの光信号である蛍光が、光導波層１３の光導波モードを新たに励起し、この光導波モードの励起に伴う放射光を検出することにより光信号を間接的に検出することとなる。
【０１０５】
各実施形態で例示したように、本発明の検出方法は、所定領域内の光応答性標識が励起されることによって生じる光信号を検出するものであるが、光信号の検出は、光応答性標識から生じる光信号（上記実施形態では蛍光）を直接検出してもよいし、間接的に検出してもよい。
【０１０６】
上記各実施形態においては、全て非競合法であるサンドイッチ法によるアッセイを用いたセンシング方法を例として説明したが、本発明の検出方法はサンドイッチ法のみならず、競合法によるアッセイを用いたセンシング方法にも適用することができる。競合法によるアッセイの場合には、被検出物質である抗原Ａと競合して、第１の結合物質（１次抗体）と結合する第３の結合物質（競合抗原）に、光応答性標識を付与した標識結合物質を用いればよい。
【０１０７】
また、上記各実施形態においては、光応答性標識として蛍光色素分子を用いたが、他の好ましい例としては、金属微粒子が挙げられる。標識として利用される金属微粒子は、少なくとも表面が金属膜で覆われた微粒子であって、光の照射により表面に局在プラズモンを生じる粒子径のものであればよい。金属微粒子の形状は特に制限なく、球状およびロッド状等が挙げられる。金属微粒子は、エバネッセント光を散乱して散乱光を生じるので、これを光信号として検出すればよい。また、あるいは、金属微粒子（または、その表面の金属膜）の材料として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とするものを用いた場合、励起光の照射により金属微粒子の表面に局在プラズモンが生じる。この局在プラズモンを光信号として、金属膜に表面プラズモンを、あるいは光導波層に光導波モードを励起させ、該励起に伴う放射光を検出するよう構成してもよい。なお、この場合、金属微粒子の粒子径は、局在プラズモンを効果的に励起することから、励起光の波長より小さいことが好ましい。
【０１０８】
なお、所定領域にのみ励起光を照射する励起光照射光学系としては、上記実施形態において説明した、エバネッセント光を生じさせる光学系が一般的であるが、光応答性標識として、例えば蛍光、特に２光子吸収で励起されて蛍光を発する高分子を用いる場合、非常に高いエネルギーの光が照射されなければ２光子吸収励起が生じないため、ＮＡの大きな対物レンズ等によりレーザ光を、サンドイッチ結合体を局在化させた所定領域に収束させ、その領域でのみ２光子吸収を生じさせる励起光として機能させるよう構成された励起光照射光学系を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１、２、３ 検出装置
１０、１０’ 試料セル
１１ 誘電体プレート
１２ 金属膜
１３ 光導波層
１４ センサ部
２０ 励起光照射光学系
２１ 光源
２２ プリズム
３０ 光検出器
３５ 磁界印加手段
Ａ 抗原（被検出物質）
Ｂ１ １次抗体（第１の結合物質）
Ｂ２ ２次抗体（第２の結合物質）
Ｂｍ 磁性付与結合物質
Ｂｏ 標識結合物質
Ｌ0 レーザ光
Ｌｆ 蛍光
Ｌｐ 放射光
Ｍ 磁性粒子
Ｏ 光応答性標識
Ｐ 磁性体含有誘電体粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物質と特異的に結合する第１の結合物質に、磁性粒子を内包すると共に液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子が付与されてなる磁性付与結合物質と、前記被検出物質と特異的に結合する第２の結合物質および前記被検出物質と競合して前記第１の結合物質と特異的に結合する第３の結合物質のいずれか一方の結合物質に光応答性標識が付与されてなる標識結合物質とを用意し、
被検対象である液体試料、前記磁性付与結合物質および前記標識結合物質を混合して結合反応させ、
前記磁性付与結合物質と前記標識結合物質とが混合された前記液体試料を保持する試料セル内に磁界を発生させて、該試料セル内の局所領域に、前記磁性付与結合物質を引き寄せ、
該局所領域に該磁性付与結合物質を引き寄せた状態で、該局所領域を含む所定領域のみに励起光を照射して、該所定領域に存在する前記光応答性標識から光信号を生じさせ、
該光信号を検出する検出方法であって、
前記磁性体含有誘電体粒子の誘電材料が前記励起光に対して透明であり、かつ、前記磁性体含有誘電体粒子における前記磁性粒子の体積含有率が５０％以下であることを特徴とする検出方法。
【請求項２】
前記誘電材料がＳｉＯ2であることを特徴とする請求項１記載の検出方法。
【請求項３】
前記誘電材料が光透過性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の検出方法。
【請求項４】
前記体積含有率が２５％以下であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の検出方法。
【請求項５】
前記磁性体含有誘電体粒子の粒子径が１００ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の検出方法。
【請求項６】
前記励起光として、赤外光を用いることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の検出方法。
【請求項７】
請求項１から６いずれか１項記載の検出方法において用いられる磁性体含有誘電体粒子であって、
磁性粒子を内包すると共に、液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾されており、
誘電体材料が前記励起光に対して透明であり、かつ、前記磁性粒子の体積含有率が５０％以下であることを特徴とする磁性体含有誘電体粒子。
【請求項８】
前記誘電体材料がＳｉＯ2であることを特徴とする請求項７記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項９】
前記誘電材料が光透過性樹脂であることを特徴とする請求項７記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１０】
前記磁性粒子の体積含有率が２５％以下であることを特徴とする請求項７から９いずれか１項載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１１】
前記官能基がカルボキシル基であることを特徴とする請求項７から１０いずれか１項記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１２】
粒子径が１００ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項７から１１いずれか１項記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１３】
前記磁性粒子が、鉄系磁性体材料または白金系磁性体材料からなるものであることを特徴とする請求項７から１２いずれか１項記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１】
被検出物質と特異的に結合する第１の結合物質に、磁性粒子を内包すると共に液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾された磁性体含有誘電体粒子が付与されてなる磁性付与結合物質と、前記被検出物質と特異的に結合する第２の結合物質および前記被検出物質と競合して前記第１の結合物質と特異的に結合する第３の結合物質のいずれか一方の結合物質に光応答性標識が付与されてなる標識結合物質とを用意し、
被検対象である液体試料、前記磁性付与結合物質および前記標識結合物質を混合して結合反応させ、
前記磁性付与結合物質と前記標識結合物質とが混合された前記液体試料を保持する試料セル内に磁界を発生させて、該試料セル内の局所領域に、前記磁性付与結合物質を引き寄せ、
該局所領域に該磁性付与結合物質を引き寄せた状態で、該局所領域を含む所定領域のみに励起光を照射して、該所定領域に存在する前記光応答性標識から光信号を生じさせ、
該光信号を検出する検出方法であって、
前記磁性体含有誘電体粒子の誘電材料が前記励起光に対して透明であり、かつ、前記磁性体含有誘電体粒子における前記磁性粒子の体積含有率が５０％以下であることを特徴とする検出方法。
【請求項２】
前記誘電材料がＳｉＯ2であることを特徴とする請求項１記載の検出方法。
【請求項３】
前記誘電材料が光透過性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の検出方法。
【請求項４】
前記体積含有率が２５％以下であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の検出方法。
【請求項５】
前記磁性体含有誘電体粒子の粒子径が１００ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の検出方法。
【請求項６】
前記励起光として、赤外光を用いることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の検出方法。
【請求項７】
請求項１から６いずれか１項記載の検出方法において用いられる磁性体含有誘電体粒子であって、
磁性粒子を内包すると共に、液体試料中で極性を示す官能基が表面修飾されており、
誘電体材料が前記励起光に対して透明であり、かつ、前記磁性粒子の体積含有率が５０％以下であることを特徴とする磁性体含有誘電体粒子。
【請求項８】
前記誘電体材料がＳｉＯ2であることを特徴とする請求項７記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項９】
前記誘電材料が光透過性樹脂であることを特徴とする請求項７記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１０】
前記磁性粒子の体積含有率が２５％以下であることを特徴とする請求項７から９いずれか１項載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１１】
前記官能基がカルボキシル基であることを特徴とする請求項７から１０いずれか１項記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１２】
粒子径が１００ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする請求項７から１１いずれか１項記載の磁性体含有誘電体粒子。
【請求項１３】
前記磁性粒子が、鉄系磁性体材料または白金系磁性体材料からなるものであることを特徴とする請求項７から１２いずれか１項記載の磁性体含有誘電体粒子。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１５９３２５（Ｐ２０１２−１５９３２５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４５９（Ｐ２０１１−１７４５９）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]