標的物質濃度測定装置および標的物質濃度測定方法
【課題】標的物質の濃度を、鋭敏かつ簡易に測定する装置を提供すること。
【解決手段】標的物質捕捉部が、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、反射面に光を照射すると、特定波長における第１の強度の反射光が得られる構造体と反射面に固定されるとともに標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質とを含み、測定部が、標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、特定波長において反射光の強度を測定し、演算部が、標的物質が標的物質捕捉部と接触させられる前における反射光の、特定波長における第２の強度を、第１の強度又は第２の強度で除した第１の相対強度と、標的物質が標的物質捕捉部に接触させられた後における反射光の、特定波長における第３の強度を、第２の強度を除した強度と同じ強度で除した第２の相対強度との差に基づいて標的物質の濃度を求める標的物質濃度測定装置。
【解決手段】標的物質捕捉部が、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、反射面に光を照射すると、特定波長における第１の強度の反射光が得られる構造体と反射面に固定されるとともに標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質とを含み、測定部が、標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、特定波長において反射光の強度を測定し、演算部が、標的物質が標的物質捕捉部と接触させられる前における反射光の、特定波長における第２の強度を、第１の強度又は第２の強度で除した第１の相対強度と、標的物質が標的物質捕捉部に接触させられた後における反射光の、特定波長における第３の強度を、第２の強度を除した強度と同じ強度で除した第２の相対強度との差に基づいて標的物質の濃度を求める標的物質濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標的物質の濃度を測定する装置および標的物質の濃度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質、細胞の濃度測定の手段として、特許文献１（特表２００９−５１０３９１）等に開示されるフォトニック結晶バイオセンサーが用いられている。
【０００３】
このフォトニック結晶バイオセンサーは、サブ波長間隔格子構造モールドに、液体エラストマーを入れて硬化させて製作したナノ多孔性フィルムの表面に、金属膜、カバー層を成膜し、金属膜またはカバー層に１つ以上の特異的結合物質を固定化した構造になっている。このセンサーに広領域波長の光を照射すると、センサーの形状および材質に依存した特定の波長帯の反射光が得られる。
【０００４】
このセンサーの検出方法は、検出対象の物質に対する特異的結合物質をセンサーに固定させて反射光強度がピークとなる波長を測定する。
【０００５】
次に、センサーの上に検出対象の物質を含む溶液を滴下し、検出対象の物質と特異的結合物質の結合が完了した後で、反射光強度がピークとなる波長を測定する。
【０００６】
前後の反射光強度がピークとなる波長の差から、検出対象の物質の濃度を算出することが出来る。
【０００７】
また、別のフォトニック結晶バイオセンサーでは、抗原抗体反応の前後での、反射光の特定波長における強度の変化量から標的物質である抗原の濃度を測定しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５１０３９１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「センサーズ アンド アクチベータース Ｂ ケミカル」（Sensors and Actuators B Chemical）、２０１０年６月３０日、第１４８巻、１号、ｐ２６９−２７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載されているセンサーは波長の差を用いるため、特定の波長帯を検出する装置が必要となり、単波長の光を用いた装置と比べた場合、検出装置の構造が複雑になり製作コストが高くなってしまう。一方、フォトニック結晶バイオセンサーの光学特性にはバラツキがあり、単純に反射光の強度の変化量を求め、この値を濃度決定に用いたのみでは、濃度の測定値にもバラツキが生じる。
【００１１】
本発明は、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる標的物質濃度測定装置および標的物質濃度測定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】
【００１２】
そこで、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、標的物質捕捉部と、測定部と、演算部とを含み、前記標的物質捕捉部は、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、特定波長において第１の強度の反射光が得られる構造体と前記反射面に固定されるとともに標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質とを含み、前記測定部は、前記標的物質捕捉部の前記反射面側に光を照射し、前記特定波長における反射光の強度を測定し、前記演算部は、前記標的物質が前記標的物質捕捉部と接触させられる前における反射光の、前記特定波長における第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、前記標的物質が前記標的物質捕捉部に接触させられた後における反射光の、前記特定波長における第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度との差に基づいて前記標的物質の濃度を求めることを特徴とする。
【００１３】
これにより、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記第１の相対強度が、前記第２の強度を前記第１の強度で除した値であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記標的物質捕捉部が、前記標的物質捕捉物質が前記反射面に固定された後であって前記標的物質が前記標的物質捕捉部に接触させられる前に、前記反射面に固定されるブロッキング剤をさらに含み、前記演算部は、第２の強度として前記ブロッキング剤が前記反射面に固定された後における反射光の強度を用いることを特徴とする。
【００１６】
これにより、構造体の反射光強度のバラツキ、および標的物質捕捉物質やブロッキング剤の構造体への固定量のバラツキの影響が除外された、より正確な標的物質濃度の測定結果を得ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記標的物質捕捉部が、開口部を有する液滴保持部をさらに含み、前記開口部の一端は前記構造体の前記反射面により閉塞されていることを特徴とする。これにより、標的物質捕捉物質の使用量、標的物質の濃度を測定するための試料、リンス液などの必要量を大幅に低減することができる。
【００１８】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記液滴保持部が、疎水性材料で構成されていることを特徴とする。これにより、さらに標的物質捕捉物質の使用量、標的物質の濃度を測定するための試料、リンス液などの必要量を大幅に低減することができる。
【００１９】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記開口部に前記標的物質を配置した後に前記開口部を覆う、被覆部材をさらに含むことを特徴とする。これにより、試料の蒸発を防止することができ、試料の濃度変化を防止し、外部からの異物の混入を防止する。
【００２０】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記被覆部材の少なくとも一部が、透明体であることを特徴とする。これにより、開口部に溶液を充填した状態で反射光の測定をより正確に行うことができる。
【００２１】
また本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記反射面における特定の位置を表示するマーカーをさらに含むことを特徴とする。これにより、特定の位置で反射光強度を測定することができる。
【００２２】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記マーカーが、線対称軸を持たない図形で構成されていることを特徴とする。これにより、標的物質捕捉部の反射面側と反射面の反対側とを区別することができる。
【００２３】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記測定部に対する前記標的物質捕捉部の位置を定めて前記標的物質捕捉部を固定する、標的物質捕捉部固定手段を含むことを特徴とする。これにより、検出・測定時の振動等による測定位置のずれを減少することが可能となり、より正確な検出・測定ができる。
【００２４】
本発明に係る標的物質測定装置は、前記標的物質捕捉部固定手段が、真空チャック機構であることを特徴とする。これにより、検出・測定時の振動等による測定位置のずれを減少することが可能となり、より正確な検出・測定ができる。
【００２５】
また、本発明に係る標的物質測定装置は、前記構造体の格子面における法線を軸として前記標的物質捕捉部を回転させる標的物質捕捉部回転手段を含むことを特徴とする。これにより、測定結果のバラツキを低減することができる。
【００２６】
また、本発明に係る標的物質測定装置は、前記標的物質捕捉部を載置し、少なくとも前記測定部からの光が照射される範囲に貫通孔が形成されて前記光を通過させる標的物質捕捉部載置部と、前記貫通孔で囲まれた空間を通過した光を前記貫通孔とは別の位置に反射する反射手段とを含むことを特徴とする。これにより、標的物質測定装置の測定精度を向上させることができる。
【００２７】
また、本発明に係る標的物質濃度測定方法は、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体について、前記反射光の第１の強度を得るステップと、前記反射面に、前記標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質を固定して、標的物質捕捉部を作成するステップと、前記標的物質捕捉部に前記標的物質を接触させる前に、前記標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、反射光の前記特定波長における第２の強度を得るステップと、前記標的物質捕捉部に、前記標的物質を接触させるステップと、前記標的物質を接触させた前記標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、反射光の前記特定波長における第３の強度を得るステップと、前記第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、前記第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度との差に基づいて前記標的物質の濃度を求めるステップと、を含むことを特徴とする。
【００２８】
これにより、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【００２９】
また本発明に係る標的物質濃度測定装置は、凹凸形状が格子状に配列され、格子間隔、深さ、格子の寸法がナノまたはマイクロメートルの構造体について、前記構造体の厚さが約５μｍ以上で、前記構造体の表面に１つ以上の物質を固定化し、前記構造体の凹凸形状がある側に光を照射すると前記構造体の形状と材質に依存した特定波長の反射光が得られ、前記反射光の強度を前記構造体の表面に物質を固定化した状態またはしていない状態の前記反射光の強度で除算し、前記除算値の変化量によって前記物質の濃度を定量化することを特徴とする。
【００３０】
これにより、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【００３１】
また、好ましい態様として、前記構造体の凹凸形状がある側に、孔付きプレートを接合したセンサーが好ましい。
【００３２】
また、好ましい態様として、前記孔付きプレートの上に、穴付カバーとシートによって前記孔付きプレートの上部に密閉空間を設けた前記センサーが好ましい。
【００３３】
また、好ましい態様として、前記構造体の凹凸形状がある側または無い側に、マーカーを有した前記センサーが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の標的物質濃度測定装置によれば、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。また、本発明の標的物質濃度測定方法によれば、簡易な装置で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、実施形態１に係る標的物質濃度測定装置の概略を説明する図である。
【図２−１】図２−１は、フォトニック結晶を説明する図である。
【図２−２】図２−２は、図２−１のＡ−Ａ断面図である。
【図２−３】図２−３は、フォトニック結晶の作成方法を説明する図である。
【図２−４】図２−４は、フォトニック結晶の作成方法を説明する図である。
【図２−５】図２−５は、フォトニック結晶の作成方法を説明する図である。
【図３−１】図３−１は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図３−２】図３−２は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図３−３】図３−３は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図３−４】図３−４は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図４−１】図４−１は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。
【図４−２】図４−２は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。
【図４−３】図４−３は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。
【図５−１】図５−１は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。
【図５−２】図５−２は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。
【図６−１】図６−１は、実施形態１に係るマーカーを説明する図である。
【図６−２】図６−２は、実施形態１に係るマーカーの拡大図である。
【図６−３】図６−３は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図６−４】図６−４は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図６−５】図６−５は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図７−１】図７−１は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図７−２】図７−２は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図７−３】図７−３は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図８】図８は、フォトニック結晶バイオセンサーの別の形態を説明する図である。
【図９】図９は、実施形態１の標的物質濃度測定装置の原理を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施形態１の標的物質濃度測定方法を説明する図である。
【図１１−１】図１１−１は、実施形態１の測定部による検出・測定結果を示す図である。
【図１１−２】図１１−２は、実施形態１の測定部による検出・測定結果を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態１の標的物質濃度測定装置による検出・測定結果を示す図である。
【図１３】図１３は、実施形態２に係る標的物質測定装置の概略図である。
【図１４】図１４は、真空チャック機構の一部の分解図である。
【図１５−１】図１５−１は、フォトニック結晶を回転させたときの結晶方位の変化を説明する図である。
【図１５−２】図１５−２は、フォトニック結晶を回転させたときの結晶方位の変化を説明する図である。
【図１６】図１６は、回転台を使用せずに行った複数回の測定結果を示す図である。
【図１７】図１７は、フォトニック結晶バイオセンサーの回転角度に対して、反射光の光強度をプロットした図である。
【図１８】図１８は、回転台を使用して行った１０回の測定結果を示す図である。
【図１９】図１９は、フォトニック結晶バイオセンサー載置部および反射鏡の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。また、同一機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
［実施形態１］
本実施形態の標的物質濃度測定装置を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の標的物質濃度測定装置の概略を示す図である。標的物質濃度測定装置１は、標的物質捕捉部であるフォトニック結晶バイオセンサー２００と、測定部３００と、演算部６００とを含む。
【００３８】
まず、標的物質捕捉部であるフォトニック結晶バイオセンサー２００について説明する。標的物質捕捉部であるフォトニック結晶バイオセンサー２００は、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、第１の強度である特定波長の反射光が得られる構造体と前記反射面に固定されるとともに標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質とを含む。
【００３９】
表面に凹部と凸部とが周期的に形成され、凹部と凸部とが形成された反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体は、一般にフォトニック結晶と呼ばれるものである。
【００４０】
図２−１および図２−２は、フォトニック結晶（構造体）を説明する図である。図２−１はフォトニック結晶１００の平面図を示し、図２−２は図２−１におけるＡ−Ａ断面を示す。
【００４１】
フォトニック結晶１００は、表面に、凸部１１１と孔（凹部）１１０とが周期的に形成されたものである。この凸部１１１と孔（凹部）１１０とが周期的に形成された面が、フォトニック結晶１００の反射面１１２であり、この反射面１１２に光を照射すると、フォトニック結晶１００の形状と材質に依存した特定波長の光が反射される。フォトニック結晶１００の形態としては、例えば微小な円柱状の孔（凹部）１１０がその表面に配置されているものを好適に使用することができる。例えば図２−１および図２−２に示す形態のフォトニック結晶１００の場合であれば、円柱状の孔（凹部）１１０の直径Ｄは５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、円柱状の孔（凹部）１１０同士の間隔が１００ｎｍを超え２０００ｎｍ以下のものとすることが好ましい。
【００４２】
図２−１および図２−２に示す円柱状の孔（凹部）１１０を有するフォトニック結晶１００は、本実施形態の構造体として好適なものの一つである。円柱状の孔（凹部）１１０の直径Ｄは約２５０ｎｍであり、円柱状の孔（凹部）１１０間の間隔は円柱中心部同士の間隔で約５００ｎｍであり、円柱状の孔（凹部）１１０は三角形の格子状に配置されており、円柱状の孔（凹部）１１０の深さＨは約１５０ｎｍである。
【００４３】
本実施形態の構造体の形態は、図２−１および図２−２に示した形態に限定されることはない。例えば、矩形または多角形の格子状の微細パターンが表面に形成されたもの、もしくは、平行線状パターンや波型形状パターン等が表面に形成されたもの、詳しくは周期的にパターン等が形成されたもの、またはこれらのパターンの組合せであってもよい。
【００４４】
フォトニック結晶１００の材質としては、合成樹脂等の有機材料、金属・セラミック等の無機材料を使用することができる。
【００４５】
合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリシクロオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、アクリル、ポリメタクリル酸エステル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が使用できる。
【００４６】
セラミックとしては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、イットリア等のセラミックを好適に使用することができる。
【００４７】
金属としては、鉄鋼材料をはじめ各種合金が使用可能である。具体的には、ステンレス鋼やチタン、チタン合金等を好適に使用できる。
【００４８】
上記した各種材料の中でも、光学特性、加工性、標的物質（ターゲットとなる物質）を含有する溶液に対する耐性、標的物質捕捉物質（特異的結合物質）の吸着性、洗浄剤に対する耐性等を考慮すると、ポリシクロオレフィン系合成樹脂もしくはシリカ系のセラミックがより好ましい。この中でも、ポリシクロオレフィン系合成樹脂は加工性に優れており最も好適である。
【００４９】
フォトニック結晶１００は、上記材料基板の表面に微細な加工を施すことにより作成される。加工方法としては、レーザー加工、熱ナノインプリント、光ナノインプリント、フォトマスクとエッチングの組合せ等が使用できる。
【００５０】
特に、ポリシクロオレフィン系合成樹脂等の熱可塑性樹脂を材料とする場合には、熱ナノインプリントによる方法が好適である。
【００５１】
熱ナノインプリントによりフォトニック結晶１００を作成する工程の一例を、図を用いて説明する。図２−３、図２−４および図２−５は、フォトニック結晶１００の作成方法を説明する図である。熱ナノインプリントは、ナノメートルレベルの微細構造、あるいはナノメートルレベルの周期構造のパターンを有する金型を加熱してシート状の樹脂に押し付けて微細構造や周期構造をシート状の樹脂に転写する方法である。
【００５２】
シクロオレフィン系ポリマーの場合であれば、金型を１４０℃程度まで加熱し（図２−３）、約６ＭＰａの圧力で所定時間押圧し（図２−４）、金型表面温度が６０℃程度になったところで離型することが好ましい（図２−５）。
【００５３】
次に、標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質について説明する。標的物質とは、濃度を検出する対象物であって、タンパク質などの高分子、オリゴマー、低分子のいずれであってもよい。例えば、生体内に存在する、生体活性物質が挙げられ、なかでも、コルチゾールが好ましい。コルチゾールとは分子量３６２ｇ／ｍｏｌの低分子物質であり、人間がストレスを感じると唾液中のコルチゾール濃度が増加するため、人間が感じているストレスの度合いを評価する物質として注目されている。コルチゾールを標的物質としてその濃度を測定すれば、例えば、ヒトの唾液中のコルチゾールの濃度を測定することで、ストレスの度合いを評価することができる。
【００５４】
標的物質捕捉物質とは、標的物質と結合し、標的物質を捕捉する物質である。ここで、結合するとは、化学的に結合する場合のほか、例えば物理吸着、ファンデルワールス力による結合のように、化学的結合によらない結合であってもよい。好ましくは、標的物質捕捉物質は、標的物質と特異的に結合して標的物質を捕捉するものであり、標的物質を抗原とした抗体であることが好ましい。標的物質がコルチゾールである場合は、標的物質捕捉物質は、コルチゾール抗体であることが好ましい。
【００５５】
標的物質捕捉物質は、フォトニック結晶１００の反射面１１２に固定される。標的物質捕捉物質をフォトニック結晶１００の反射面１１２に固定する手段として、例えば吸着が挙げられる。吸着の操作は例えば以下のようなものである。標的物質捕捉物質を含んだ溶液を、フォトニック結晶１００の反射面１１２に滴下し、所定の時間、室温で、または必要に応じ冷却・加温して、標的物質捕捉物質を反射面１１２に吸着させる。
【００５６】
標的物質捕捉部は、特定の抗原（例えばコルチゾール）とのみ結合する抗体（例えばコルチゾール抗体）をフォトニック結晶１００の表面にあらかじめ吸着（固定）させておくことにより、特定の抗原を検出するフォトニック結晶バイオセンサー２００とすることができる。これは、フォトニック結晶１００の光学的特性と、フォトニック結晶１００の表面もしくは表面近傍で起こる各種の生体・化学反応、例えば特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応を利用するものである。
【００５７】
標的物質捕捉部は、標的物質捕捉物質である抗体がフォトニック結晶１００の反射面１１２に固定された後の反射面１１２に、ブロッキング剤（保護物質）が固定されたものであってもよい。ブロッキング剤は、標的物質が標的物質捕捉部に接触させられる前に固定される。フォトニック結晶１００の表面は、一般的に超疎水性であり、疎水性相互作用によって標的物質捕捉物質である抗体以外の不純物を吸着してしまうおそれがある。さらに、フォトニック結晶１００の光学特性は表面状態に大きく影響されるので、フォトニック結晶１００の表面には、なるべく不純物が吸着されていない方が検出の精度は向上する。
【００５８】
したがって、標的物質捕捉物質である抗体が吸着（固定）された部分以外の箇所には、不純物等が固定されない様に、いわゆるブロッキング剤をあらかじめ固定させておくことが好ましい。ブロッキング剤をあらかじめ吸着させておくには、ブロッキング剤を、フォトニック結晶１００の表面に接触させる。ブロッキング剤として、スキムミルクやウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）等を使用することができる。次に、標的物質捕捉部であるフォトニック結晶バイオセンサー２００が標的物質である抗原の濃度を検出する基本的な原理を説明する。
【００５９】
図３−１、図３−２、図３−３および図３−４は、標的物質捕捉部である、フォトニック結晶バイオセンサー２００の原理を説明する図である。一般的に、フォトニック結晶バイオセンサーは、フォトニック結晶の光学的特性と、フォトニック結晶表面または表面近傍で起こる各種生体・化学反応、例え特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応を利用して、微量のタンパク質や低分子物質を検出するものである。
【００６０】
図３−１には、フォトニック結晶バイオセンサー２００が示される。フォトニック結晶バイオセンサー２００の表面（反射面１１２）には、抗体１１３が吸着により固定されている。
【００６１】
次に、図３−２に示すように、抗体１１３が吸着した部分以外の箇所、すなわち、抗体１１３が吸着した部分以外の反射面１１２に、不純物等が吸着しないように、いわゆるブロッキング剤１１５（保護物質）をあらかじめ吸着させておく。
【００６２】
次に、図３−３に示すように、抗体１１３とブロッキング剤１１５が吸着されているフォトニック結晶バイオセンサー２００に、抗原１１４を接触させ、抗原抗体反応を行う。
【００６３】
次に、図３−４に示す通り、フォトニック結晶１００の反射面１１２に吸着させた抗体１１３に、抗原１１４が捕捉された状態で特定波長の光を照射して反射光強度を測定する。後で説明する演算部は、この測定値を、あらかじめ測定しておいた図３−１の状態や、図３−２の状態（すなわち、抗体１１３が吸着した部分以外のフォトニック結晶１００の反射面１１２に、ブロッキング剤１１５を吸着させた状態）での測定値と比較換算または演算をすることにより、抗原１１４の有無の検出、さらには抗原１１４の含有量等を測定することができる。ただし、図３−２の状態での測定値と比較換算または演算をすることが好ましい。これによって、より検出の精度を向上させることができる。
【００６４】
上記原理に基づき、抗原抗体の組合せの種類を変えることにより、検出対象の物質であるタンパク質等の各種生体物質や低分子量物質の種類を変えることが可能である。
【００６５】
次に、フォトニック結晶バイオセンサー２００の構造について説明する。図４−１、図４−２および図４−３は、フォトニック結晶バイオセンサー２００の説明図である。図４−１は、フォトニック結晶バイオセンサー２００の一部分解図である。フォトニック結晶バイオセンサー２００は、下部のプレート２１０と開口部２４０が設けられているプレート２２０によりフォトニック結晶１００を挟む構造としている。この場合のフォトニック結晶１００は、上述した円柱状の孔（凹部）を有する形態以外の別の形態であってもよい。図４−２は組み立て後のフォトニック結晶バイオセンサー２００を示している。開口部２４０の一端は、フォトニック結晶１００の反射面１１２により閉塞される。このような構造のため、プレート２２０の開口部２４０側内壁と反射面１１２とで囲まれたある一定容積の凹部２４１（液滴保持部）ができる。図４−３は、開口部２４０側内壁と反射面１１２とで囲まれた凹部２４１に所定の溶液を滴下した状態を示す。この場合、開口部２４０側内壁と反射面１１２とで形成される凹部２４１が液滴保持機能を発揮するため、開口部２４０から液滴が流出するのを防止し、かつ、溶液の量としては凹部２４１に広がる程度の量があれば、十分な検出・測定が可能となる。なお、開口部２４０側内壁とは、プレート２２０と開口部２４０との境界面である、プレート２２０の内壁をいう。
【００６６】
開口部２４０は、液滴保持機能を有する形状であれば図示した円柱形に限らず、各種の形状とすることができる。また、開口部２４０を円柱状とした場合、その直径等は、抗体や抗原の組合せの種類や、必要な測定精度、あるいは、反射光の検出器の光学系に合わせて様々な直径とすることができる。好ましくは、開口部２４０は直径０．５ｍｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。より好ましくは、上記リンス操作や吸着操作時の操作や取り扱いの利便性を考慮し２〜６ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００６７】
プレート２１０，２２０の材質等も特に制約は無いが、表面の清浄度等を考慮すると、ステンレス鋼、ポリシクロオレフィン系樹脂、シリカ等を有するものを使用することが好ましい。
次に、本発明のフォトニック結晶バイオセンサーの別の形態について説明する。
【００６８】
図４−１に示す開口部２４０が設けられているプレート２２０を疎水性の材料とすることができる。特に、唾液等のいわゆる親水性の溶液の検出・測定を行う場合に凹部２４１に的確に溶液を集めることができる。また、脂質等のいわゆる親油性の溶液の検出・測定を行う場合はプレート２２０を親水性のものとすることもできる。
【００６９】
さらに、プレート２２０を撥水もしくは撥油性あるいは撥水撥油性のある材料で形成することも好ましい。また、疎水性、親水性、撥水性、撥油性を発揮する表面処理やコーティングを施したものとしてもよい。これらにより、凹部２４１に的確に溶液を集めることができる。
【００７０】
フォトニック結晶バイオセンサー２００の下部に、測定部３００に対してフォトニック結晶バイオセンサー２００の位置を定めて、フォトニック結晶バイオセンサー２００を固定するための固定材（標的物質捕捉部固定手段、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段）を装着することも好ましい。固定材としては、マグネットシート、両面テープ、接着剤等が使用できる。また、固定材ではなく、固定機構として真空チャックや静電チャックによる固定を用いてもよい。この場合、さらに、これらの組合せにより固定してもよい。固定機構として真空チャックによる固定を用いた形態は、実施形態２として後で詳述する。
【００７１】
フォトニック結晶バイオセンサー２００を固定しておくことにより、検出・測定時の振動等による測定位置のずれを減少することが可能となり、より正確な検出・測定ができる。
【００７２】
図５−１および図５−２は、本実施形態に係るフォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。フォトニック結晶バイオセンサー２０１は、フォトニック結晶バイオセンサー２００にマグネットシート４１０を取り付けたものである。図５−１はマグネットシート４１０の取り付け前、図５−２はマグネットシート４１０の取り付け後の状態を示す。マグネットシート４１０は、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段として機能する。
【００７３】
また、フォトニック結晶バイオセンサー２００は、熱ナノインプリント等により均一に作成されているとはいえ、より一層の検出・測定の正確さを期するのであれば、フォトニック結晶バイオセンサー２００上の光学特性のバラツキも考慮し、光の入射・反射部位も正確に位置決めすることが好ましい。
【００７４】
すなわち、フォトニック結晶バイオセンサー２００と後で説明する測定プローブとの測定時の位置関係は、抗体抗原反応の前後で同一であることが好ましく、同一の部分を測定することが好ましい。したがって、測定プローブとフォトニック結晶バイオセンサー２００の反射面１１２との距離は、抗体抗原反応の前後で同一であることが好ましく、５０〜５００μｍに固定することが好ましい。フォトニック結晶バイオセンサー２００が、プレート２２０を含むことで、プレート２２０がスペーサとして機能し、測定プローブとフォトニック結晶バイオセンサー２００の反射面１１２との距離を一定とすることができる。
【００７５】
また、フォトニック結晶バイオセンサー２００に、反射面１１２における特定の位置を表示する、位置決め用のマーカーによって、マークを付けることが好ましい。位置決めのためのマーカーは、フォトリソグラフィー、スパッタリング、蒸着、あるいはこれらを利用したリフトオフプロセス、インク等による印刷、インプリントによるパターン形成等によって付けることができる。
【００７６】
マーカーは、その位置を読み取ることができればフォトニック結晶バイオセンサー２００の表面（反射面１１２側）および裏面（反射面１１２の反対側）のどちらに付けてもよい。また、フォトニック結晶１００の測定部分を外してフォトニック結晶１００自体にマーカーを付けてもよいし、図４−１に示すプレート２２０、２１０に付けてもよい。
【００７７】
図６−１は実施形態に係るマーカーを説明する図である。図６−２は、実施形態に係るマーカーの拡大図である。図６−１に示すフォトニック結晶バイオセンサー２００は、フォトニック結晶１００にマーカーを付けたものである。図６−１は、開口部２４０に対応する、フォトニック結晶１００の部分に千鳥格子状のマーカーＭ１を５箇所付けたものである。
【００７８】
各千鳥格子の中央部が反射光測定のための測定エリアＡとなっている。すなわち、図６−１に示すフォトニック結晶バイオセンサー２００では、開口部２４０内に５箇所の測定エリアＡがあり、各測定エリアＡとも抗原抗体反応の前後で正確に位置を合わせることができるため、より一層正確な検出、測定が可能となる。また、測定エリアＡ内に不純物が存在している場合には、不純物が存在する測定エリアＡにおける反射光強度のデータを使用しないこととして、よりいっそう正確な検出・測定が可能となる。
【００７９】
図６−３、図６−４および図６−５は、実施形態に係るマーカーの別の形態を示す図であり、千鳥格子以外のマーカーを例示するものである。マーカーとして、（図６−３）環状のマーカーＭ２、（図６−４）複数の三角形で構成され、それぞれの三角形の一つの頂点が測定エリアＡの境界を示すマーカーＭ３、（図６−５）複数の線分で構成され、線分の始点が測定エリアＡの境界を示すマーカーＭ４が挙げられる。
【００８０】
図７−１、図７−２および図７−３は、実施形態に係るマーカーの別の形態を示す図である。（図７−１）マーカーＭ５は、３つの正方形と、一部が欠けた正方形とを有し、各形状は測定エリアＡの境界に外接している。（図７−２）マーカーＭ６は、３つの三角形と、一つの台形とを有し、三角形の頂点が測定エリアＡの境界を示している。（図７−３）マーカーＭ７は複数の線分で構成された、合同の３つの図形と、これらとは異なる一つの図形とを有し、線分の始点が測定エリアＡの境界を示す。マーカーＭ５，Ｍ６，Ｍ７の形状は、いずれも、非対称の形状、詳しくは、線対称軸を持たない図形である。このようにマーカーの形状を、非対称、詳しくは線対称軸を持たない図形とすることで、抗原抗体反応の前後で正確に位置を合わせることができる。また、フォトニック結晶１００の表裏の判別も目視や低倍率の拡大で可能となるため、検出・測定効率がより向上する。
【００８１】
次に、フォトニック結晶バイオセンサーの別の形態を説明する。図８はフォトニック結晶バイオセンサーの別の形態を説明する図である。フォトニック結晶バイオセンサー２０２は、フォトニック結晶バイオセンサー２００に、開口部２４０を塞ぐ部材を設けたものである。フォトニック結晶バイオセンサー２０２では、穴付カバー５１０とシート５２０により開口部２４０を塞ぐ構造としている。穴付きカバー５１０は、開口部５１１を有する板状部材であり、この穴付きカバー５１０は、フォトニック結晶バイオセンサー２００に重ねられて用いられる。開口部５１１は、穴付カバー５１０の開口部５１１側内壁に囲まれた空間５１２に標的物質が配置された後、シート５２０により覆われる。なお、この場合、穴付きカバー５１０の開口部５１１側内壁と、フォトニック結晶バイオセンサー２００の開口部２４０側内壁と、フォトニック結晶１００の反射面１１２とで、液滴保持部が構成されている。シート５２０は、被覆部材として機能している。なお、開口部５１１側内壁とは、穴付カバー５１０と開口部５１１との境界面である、穴付カバー５１０の内壁をいう。
【００８２】
穴付カバー５１０およびシート５２０により滴下した溶液の蒸発を防止することが可能であり、抗原抗体反応時の蒸発等による溶液の濃度変化の防止や、外部からの異物の混入防止に効果がある。
【００８３】
また、穴付カバー５１０とシート５２０及びフォトニック結晶バイオセンサー２００の開口部２４０側内壁で形成される空間５１２に、溶液を充填することにより、溶液を充填した状態で反射光の測定をより正確に行うことも可能である。
【００８４】
そのため、シート５２０は透明な材料で作成されていることが好ましく、より好ましくは、反射光強度を測定する波長の光の吸収が少ないものが好ましい。たとえば、可視光線領域から紫外線領域の反射光で測定する場合は石英（シリカ）等が好ましい。
【００８５】
次に、本実施形態に係る標的物質濃度測定装置に含まれる、測定部および演算部について詳しく説明する。
【００８６】
図１に示すように、本実施形態の標的物質濃度測定装置１は、液滴保持機能を有するフォトニック結晶バイオセンサー２００と、光学系機器である測定部３００と、演算部６００とで構成されている。フォトニック結晶バイオセンサー２００と光学系機器である測定部３００とで検出装置を構成している。測定部３００は、光源３１０、測定プローブ３２０、光検出装置３３０から構成されている。光源３１０と測定プローブ３２０、光検出装置３３０と測定プローブ３２０は、光ファイバー３４０、３５０により光学的に接続されている。また、必要に応じ、光源３１０や光検出装置３３０等に接続され、光源３１０の制御や、光検出装置３３０からの信号を処理する制御装置を設けてもよい。
【００８７】
測定プローブ３２０の内部構造について図９を参照して説明する。測定プローブ３２０には、光源３１０に光学的に接続されている入射光用の光ファイバー３４０と光検出装置３３０に光学的に接続されている反射光用の光ファイバー３５０とが収容されている。
【００８８】
光源３１０からの光は、光ファイバー３４０を介してフォトニック結晶バイオセンサー２００に照射され、フォトニック結晶バイオセンサー２００からの反射光が光ファイバー３５０を介して光検出装置３３０に到達する。光検出装置３３０は反射光の強度を測定するものである。
【００８９】
次に、演算部６００について説明する。演算部６００は、フォトニック結晶１００（構造体）の反射面１１２に光を照射して得られる特定波長における反射光の強度を第１の強度とした場合に、抗原１１４（標的物質）がフォトニック結晶バイオセンサー２００（標的物質捕捉部）と接触させられる前における反射光の、前記特定波長における第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、抗原１１４がフォトニック結晶バイオセンサー２００に接触させられた後における反射光の、前記特定波長における第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度とを求め、前記第１の相対強度と前記第２の相対強度との差に基づいて抗原１１４（標的物質）の濃度を求める。演算部６００は、マイクロコンピュータなどの演算装置で構成される。
【００９０】
標的物質である抗原１１４の濃度を求めるにあたり、第２の強度と第３の強度との差に基づいて抗原１１４の濃度を求めるのではなく、第１の相対強度と第２の相対強度との差に基づいて抗原１１４の濃度を求めるのは、以下の理由による。
【００９１】
フォトニック結晶１００のみの反射光強度、すなわち、フォトニック結晶１００に標的物質捕捉物質である抗体１１３が吸着（固定）される前に測定された、フォトニック結晶１００の反射光強度は、熱ナノインプリントの成形条件などによってフォトニック結晶バイオセンサー２００ごとにバラツキが発生する場合がある。また、抗体１１３およびブロッキング剤１１５がフォトニック結晶１００へ吸着する量は、フォトニック結晶バイオセンサー２００毎にバラツキがある為、測定結果の反射光強度をそのまま使用した場合は、抗原１１４の含有量の結果に影響を及ぼしてしまうことがある。
【００９２】
そこで、抗体吸着工程（ＡＮ）後の特定波長における反射光の強度（Ｉ２ａ）、ブロッキング剤吸着工程（ＢＬ）後の特定波長における反射光の強度（第２の強度：Ｉ２）、抗原吸着工程（ＣＯ）後の特定波長における反射光の強度（第３の強度：Ｉ３）を、抗体１１３を吸着させる前のフォトニック結晶１００（ＰＣ）の反射光の特定波長における強度（フォトニック結晶１００のみの反射光強度）（第１の強度：Ｉ１）で除算し、除算した値の変化量｜Ｉ３／Ｉ１−Ｉ２／Ｉ１｜によって抗原１１４の濃度を定量化することで、フォトニック結晶１００の反射光強度のバラツキおよび抗体１１３やブロッキング剤１１５の吸着量のバラツキを無視することが可能となる。なお、除算する強度は各工程のいずれかの反射光の強度を用いてもよい。また、第２の強度と第３の強度との差を求め、これを第１の強度で除することによって変化量を求めてもよい。また、Ｉ２の代わりに、Ｉ２ａを用いて変化量を求めてもよい。ただし、Ｉ２ａではなくＩ２を用いた場合は、よりフォトニック結晶１００の反射光強度のバラツキおよび抗体１１３やブロッキング剤１１５の吸着量のバラツキを無視することが可能になる。
【００９３】
演算部６００は、測定部３００から、抗体１１３を吸着させる前のフォトニック結晶１００の反射光の強度Ｉ１、抗体吸着工程の後の反射光の強度Ｉ２ａ、ブロッキング剤吸着工程の後の反射光の強度Ｉ２、抗原吸着工程の後の反射光の強度Ｉ３を取得する。
【００９４】
演算部６００は、取得した反射光の強度から、第１の相対強度Ｉ２／Ｉ１と、第２の相対強度Ｉ３／Ｉ１とを求める。そして、第１の相対強度と、第２の相対強度との差｜Ｉ３／Ｉ１−Ｉ２／Ｉ１｜を求める。演算部６００は、第２の強度と第３の強度との差｜Ｉ３−Ｉ２｜を求めてから、これを第１の強度Ｉ１で除すことによって第１の相対強度と第２の相対強度との差を求めてもよい。
【００９５】
次に、演算部６００は、あらかじめ作成されている、濃度と、第１の相対強度と第２の相対強度との差との相関関係を示すデータと、求めた第１の相対強度と第２の相対強度との差を比較して、抗原１１４の濃度を決定する。濃度と、第１の相対強度と第２の相対強度との差との相関関係は、濃度が既知の抗原１１４を含む試料を、標的物質濃度測定装置１で測定しておくことによって作成することができる。
【００９６】
次に、実際の検出・測定に関わる操作方法について説明する。図１０は、本実施形態の標的物質濃度測定方法を説明する図であり、コルチゾール抗体をフォトニック結晶１００の表面である反射面１１２に吸着させて、唾液中のコルチゾールという物質を検出対象として、検出・測定する場合の操作方法の概要を示すものである。
【００９７】
フォトニック結晶１００としては、熱ナノインプリントにより所定の微細構造を表面に形成したシクロオレフィン系ポリマーのシートを所定の大きさに切断したものを用いている。
【００９８】
まず、フォトニック結晶１００について、所定の光学測定系を有する検出器、すなわち標的物質濃度測定装置１を用いて、反射面１１２により反射された反射光の、所定の波長における強度Ｉ１を測定する（ステップＳ１）。
【００９９】
次に、コルチゾール抗体溶液（コルチゾール抗体濃度１〜５０μｇ／ｍｌ）をフォトニック結晶１００の表面である反射面１１２に滴下して、所定の時間、または必要であれば所定の温度で所定の時間静置し、コルチゾール抗体をフォトニック結晶１００の表面である反射面１１２に吸着させる（ステップＳ２）。
【０１００】
その後、リン酸緩衝液（ＰＢＳ：Phosphate buffered saline）をフォトニック結晶１００の表面である反射面１１２に滴下し、その後遠心力等により除去するリンス処理を複数回行う（ステップＳ３）。
【０１０１】
次に、所定の光学測定系を有する検出器、すなわち標的物質濃度測定装置１を用いて、コルチゾール抗体が吸着されたフォトニック結晶１００について、反射光強度Ｉ２ａを測定する（ステップＳ４）。
【０１０２】
次に、ブロッキング剤１１５としてスキムミルクをフォトニック結晶１００表面に滴下し、所定の時間、または必要であれば所定の温度で所定の時間静置し、スキムミルクをフォトニック結晶１００表面のコルチゾール抗体の非吸着部に吸着させる（ステップＳ５）。その後、前記リンス処理と同様にリン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う（ステップＳ６）。以上の操作により、フォトニック結晶１００の表面に所定の処理がなされ、フォトニック結晶バイオセンサー２００が形成される。
【０１０３】
次に、所定の光学測定系を有する検出器、すなわち標的物質濃度測定装置１を用いて、所定の波長におけるフォトニック結晶バイオセンサー２００の反射光強度Ｉ２を測定する（ステップＳ７）。
【０１０４】
コルチゾールを含む溶液としての唾液の準備をする。唾液のサンプリング次いで不純物の除去等の前処理は、市販の唾液採取キットを用いて行う。唾液の準備は、フォトニック結晶バイオセンサー２００に唾液を滴下する前であればいつ行ってもよい。例えば、フォトニック結晶バイオセンサー２００を形成する前に行ってもよく、フォトニック結晶バイオセンサー２００を形成するのと並行して行ってもよく、反射光強度Ｉ２を測定した後に行ってもよい。
【０１０５】
次に、サンプリング及び前処理の終了した唾液１０μＬ〜５０μＬを前記フォトニック結晶バイオセンサー２００に滴下する（ステップＳ８）。所定の時間、また必要であれば所定の温度で所定の時間静置して抗原抗体反応を行い（ステップＳ９）、前記リンス処理と同様にリン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う（ステップＳ１０）。
【０１０６】
次に、前記同様所定の光学系を有する検出器、すなわち標的物質濃度測定装置１を用いて、コルチゾール吸着後のフォトニック結晶バイオセンサー２００の所定の波長での反射光強度Ｉ３を測定する（ステップＳ１１）。
【０１０７】
フォトニック結晶バイオセンサー２００の反射光強度は、表面もしくは表面近傍での抗体抗原反応等により影響を受けて変化するため、反応前後の反射光強度の差から、換算や演算等を行い、唾液中のコルチゾールを検出あるいは濃度を測定することができる。
【０１０８】
また、フォトニック結晶１００の反射光強度のバラツキおよび抗体１１３やブロッキング剤１１５の吸着量のバラツキの影響を除外するために、抗体吸着（ＡＮ）後の反射光の強度Ｉ２ａ、ブロッキング剤吸着（ＢＬ）後の反射光の強度Ｉ２、コルチゾール吸着（ＣＯ）後の反射光の強度Ｉ３を、フォトニック結晶１００のみ（ＰＣ）の反射光の強度Ｉ１で除算し、除算した値の変化量（ＣＯ−ＢＬ：｜Ｉ３／Ｉ１−Ｉ２／Ｉ１｜）を求める（ステップＳ１２）。なお、除算する強度は各工程のいずれかの反射光の強度を用いてもよく、Ｉ２ａまたはＩ２であってもよい。次いで、この変化量によってコルチゾールの濃度を定量化する（ステップＳ１３）。
【０１０９】
更に、本実施形態のフォトニック結晶バイオセンサー２００は、図４−１、図４−２および図４−３に示すように、液滴保護機能を有しているため、コルチゾール抗体溶液、唾液、リンス液ともその必要量を大幅に低減することができる。
【０１１０】
次に、フォトニック結晶１００として、熱ナノインプリントにより所定の微細構造を表面に形成したシクロオレフィン系ポリマーのシートを所定の大きさに切断したものを用い、液滴保持機能を有するプレートを有する形態のフォトニック結晶バイオセンサー２００を用いた、標的物質濃度測定装置１により測定した結果を説明する。図１１−１および図１１−２は、本実施形態の測定部３００による検出・測定結果を示す図である。図１２は、本実施形態の標的物質濃度測定装置１による検出・測定結果を示す図である。
【０１１１】
図１１−１に示す測定グラフは、コルチゾール抗体が吸着したフォトニック結晶バイオセンサー２００を用いてコルチゾールを検出した結果である。フォトニック結晶１００のみ（ＰＣ）の反射光の強度と比較して、抗体吸着（ＡＮ）後、ブロッキング剤吸着（ＢＬ）後、コルチゾール吸着（ＣＯ）後の各工程を経る毎に、フォトニック結晶１００の反射面１１２の状態が変化して反射光の強度が減少している。
【０１１２】
コルチゾール抗体は、コルチゾールと強く結合する性質を有するため、ＢＬ工程からＣＯ工程までの反射光の強度の変化は、コルチゾールがフォトニック結晶バイオセンサー２００（センサー）に吸着して検出されたことを示すものである。しかしながら、上記の反射光の強度を直接用いてコルチゾール濃度の算出を行おうとした場合、フォトニック結晶バイオセンサー２００毎に有している熱ナノインプリントの成形条件などによって生じるフォトニック結晶１００のみの反射光の強度Ｉ１のバラツキや、コルチゾール抗体やブロッキング剤の吸着量のバラツキが影響してしまう為、ＰＣ工程の反射光の強度Ｉ１を基準値１００％として、各工程の反射光の強度を除算してパーセント表記に変換した。この方法によって、フォトニック結晶１００の反射光強度のバラツキおよびコルチゾール抗体やブロッキング剤の吸着量のバラツキを無視することが可能となる。
【０１１３】
図１１−２は、上記除算後に反射光強度のピーク波長である５００ｎｍの反射光強度に着目した場合の各工程の反射光強度の変化量を示したものである。この図よりＰＣ工程からＣＯ工程を経る毎に、反射光強度が減少していることが判る。
【０１１４】
また、コルチゾール抗体（抗体）やブロッキング剤の吸着量のバラツキによって、試験条件を同じにした場合でも各工程の減少量はフォトニック結晶バイオセンサー２００毎に異なった値になるが、ＢＬ工程からＣＯ工程にかけては一様な変化量を示す。
【０１１５】
この現象は、コルチゾール抗体（抗体）およびブロッキング剤の吸着の仕方と、コルチゾールの吸着の仕方の違いによって発生する。コルチゾール抗体およびブロッキング剤は、フォトニック結晶バイオセンサー２００への吸着を確実なものにするために、フォトニック結晶バイオセンサー２００の表面積への吸着限界量の約１０倍の濃度にしているため、フォトニック結晶バイオセンサー２００に積層状態で吸着している。そのため、試験条件を同じにしても層の厚さまでは制御できずに、結果としてフォトニック結晶バイオセンサー２００毎に反射光強度の減少量が異なってしまう。一方、検出対象であるコルチゾールは、コルチゾール抗体およびブロッキング剤と比較して低濃度であり、積層したコルチゾール抗体の、表面のコルチゾール抗体のみと結合するため、結果としてフォトニック結晶バイオセンサー２００の表面に単層に近い状態で吸着する。したがって、ＢＬ工程からＣＯ工程の変化量はコルチゾール抗体やブロッキング剤の吸着量のバラツキを無視したものであり、フォトニック結晶バイオセンサー２００毎のバラツキは発生しなくなる。
【０１１６】
さらに、コルチゾール濃度を１ｎｍｏｌ／Ｌ〜４１ｎｍｏｌ／Ｌまで変化させたときのＢＬ工程からＣＯ工程までの反射光の強度の変化量を測定した結果を図１２に示す。図１２は、実施形態の標的物質濃度測定装置による検出・測定結果を示す図である。
【０１１７】
図１２に示す測定結果から、一定の条件であればコルチゾール濃度と反射光強度との変化量の間には相関があることがわかる。そのため、コルチゾール濃度が未知の唾液を滴下した際に生じる反射光強度の変化量から、唾液中のコルチゾール濃度を測定することができる。
【０１１８】
［実施形態２］
次に、別の実施形態に係る標的物質測定装置について説明する。図１３は、本実施形態に係る標的物質測定装置の概略図である。標的物質測定装置１ａは、標的物質固定手段として真空チャック機構７００を含むものである。図１４は、真空チャック機構７００の一部の分解図である。標的物質測定装置１ａは、フォトニック結晶バイオセンサー２００と、測定部３００と、演算部６００と、真空チャック機構７００（標的物捕捉部固定手段）とを備える。真空チャック機構７００は、測定部３００に対してフォトニック結晶バイオセンサー２００の位置を定めて、これを固定するものである。
【０１１９】
真空チャック機構７００は、センサー台７０１、真空チャック部材７０２，エアコネクタ７０３、エアチューブ７０４，真空ポンプ７０５を含む。センサー台７０１は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置する盤状の部材であり、測定プローブ３２０の先端と対向するように配置される。センサー台７０１には、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置するセンサー台７０１の面とその反対の面とを通ずる、円形の貫通孔７０６が形成されている。測定プローブ３２０から照射された光は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を透過し、透過した光がセンサー台７０１に照射される。貫通孔７０６は、少なくとも透過した光が照射されるセンサー台７０１の範囲に形成されている。真空チャック機構７００の真空チャック機能の実現のためには、貫通孔７０６は必須ではない。貫通孔７０６については後で詳述する。
【０１２０】
貫通孔７０６の周囲には、真空チャックのための真空チャック用貫通孔７０７が等間隔に８個形成されている。真空チャック用貫通孔７０７は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置するセンサー台７０１の面と、その反対の面とを通ずる。真空チャック用貫通孔７０７の個数は８個に限定されず、これより少なくてもよいし多くてもよい。また真空チャック用貫通孔７０７の位置も、貫通孔７０６の周囲に限定されず、測定の際に、フォトニック結晶バイオセンサー２００が接するセンサー台７０１の位置であればよい。センサー台７０１には、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置する面と反対側に、真空チャック部材７０２が嵌め込まれる凹部７０８が形成されている。
【０１２１】
真空チャック部材７０２は、直方体の部材であり、凹部７０８に嵌め込まれる。真空チャック部材７０２の、センサー台７０１と接する面には、凹部７０９が形成されている。凹部７０９は、深さに特に限定はないが、１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度が好ましく、１ｍｍ以上２ｍｍ以下がさらに好ましい。凹部７０９は、真空チャック部材７０２がセンサー台７０１に嵌め込まれたときに、真空チャック部材７０２が真空チャック用貫通孔７０７を塞がないような範囲に形成されている。真空チャック部材７０２には、センサー台７０１に嵌め込まれたときに貫通孔７０６と対向する位置に、円環状の縁をもつ貫通孔７１１が形成されている。円環状の縁は、真空チャック部材７０２の凹部７０９とセンサー台７０１とで形成される減圧空間と、貫通孔７０６および貫通孔７１１とを分離するためのものである。貫通孔７１１の口径は、貫通孔７０６の口径と等しい。凹部７０９には、エアコネクタ７０３との接続部７１０が形成されている。接続部７１０にエアコネクタ７０３が接続され、エアコネクタ７０３と真空ポンプ７０５とはエアチューブ７０４で接続される。本実施形態では、真空チャック部材７０２とセンサー台７０１とは別体として構成されているが、一体として構成されていてもよい。
【０１２２】
センサー台７０１に真空チャック部材７０２を嵌め込み、真空ポンプ７０５を作動させると、真空チャック部材７０２の凹部７０９とセンサー台７０１とで形成される空間が減圧され、センサー台７０１の真空チャック用貫通孔７０７から吸気が行われる。センサー台７０１にフォトニック結晶バイオセンサー２００を載置すると、フォトニック結晶バイオセンサー２００がセンサー台７０１に固定される。これにより、検出・測定時の振動等による測定位置のずれを減少することが可能となり、より正確な検出・測定ができる。また、フォトニック結晶バイオセンサー２００をセンサー台７０１に真空チャック機構７００により固定することで、フォトニック結晶バイオセンサー２００のたわみを減少させることができる。
【０１２３】
本実施形態に係る標的物質測定装置は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を回転させる回転台８００（標的物質捕捉部回転手段、標的物質捕捉部回転部、フォトニック結晶バイオセンサー回転部）を備える。
【０１２４】
回転台８００は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置するセンサー台７０１と、センサー台７０１のフォトニック結晶バイオセンサー２００を載置する側とは反対側に配置されて、センサー台７０１を支持する支持台８０１とを含む。本実施形態では、センサー台７０１と支持台８０１とが別体として構成されているが、一体として構成されていてもよい。支持台８０１は、円筒形状をしており、センサー台７０１の法線を軸として回転させることができる。ここで、センサー台７０１の法線とは、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置するセンサー台７０１の盤面に垂直な線である。
【０１２５】
フォトニック結晶バイオセンサー２００は、フォトニック結晶バイオセンサー２００のフォトニック結晶１００（構造体）に測定プローブ３２０から照射される光が当たるように、センサー台７０１の盤上に載置される。このとき、センサー台７０１の盤面と、フォトニック結晶バイオセンサー２００を構成するフォトニック結晶１００の格子面とは、ほぼ平行、好ましくは平行である。したがって、センサー台７０１の法線は、フォトニック結晶１００の格子面の法線である。支持台８０１を、センサー台７０１の法線を回転軸として回転させる構成とすることで、フォトニック結晶バイオセンサー２００を、フォトニック結晶１００の格子面の法線を軸として回転させることができる。
【０１２６】
次に、回転台８００を、以上のように構成することによる効果について説明する。図１５−１および図１５−２は、フォトニック結晶を回転させたときの結晶方位の変化を説明する図である。図１５−１および図１５−２により、三角格子の凹凸形状を有するフォトニック結晶１００について結晶方位の変化を説明するが、フォトニック結晶が三角格子ではなくとも、例えば正方格子のものであっても同様に結晶方位の変化を説明できる。図１５−１および図１５−２は、フォトニック結晶１００を、格子面と垂直な方向からみた図である。格子面は紙面と同一である。図１５−１において、フォトニック結晶１００の結晶方位は、ＯＡの方向と、ＯＢの方向とに代表される。図１５−１のフォトニック結晶１００を、格子面と垂直な直線を軸として、すなわち紙面と垂直な直線を軸として左周りに回転させると、フォトニック結晶１００は、図１５−２に示す配置となる。回転させた後のフォトニック結晶１００の結晶方位は、ＯＡ´の方向とＯＢ´の方向とに代表される。結晶方位と、軸との角度は９０°であり、回転の前後で変化はない。しかし、フォトニック結晶１００の格子面を通る、格子面に対して垂直ではない直線と、結晶方位との角度は、回転の前後で異なる。測定プローブ３２０からフォトニック結晶１００に照射される入射光の方向が、フォトニック結晶１００の格子面に対して垂直ではない場合に、フォトニック結晶１００を回転させると、回転の前後で入射光の方向とフォトニック結晶１００の結晶方位との角度が変化する。角度が変化すると、入射光が照射されるフォトニック結晶１００の反射面１１２の状態が変化するため、反射光の強度に変化が生じる。
【０１２７】
測定プローブ３２０からフォトニック結晶１００に照射される入射光の方向と、フォトニック結晶１００の格子面との角度は、例えば６５．２°〜９０°の範囲であり、入射光のすべてがフォトニック結晶１００の格子面に対して垂直なわけではない。すなわち入射光のすべてがセンサー台７０１の盤面に対して垂直なわけではない。したがって、フォトニック結晶１００がセンサー台７０１の盤面上で回転すると、フォトニック結晶１００の結晶方位と入射光の方向との角度は変化する。
【０１２８】
センサー台７０１にフォトニック結晶バイオセンサー２００を載置して、同一のフォトニック結晶バイオセンサー２００について複数の測定を行うと、センサー台７０１に垂直な直線を軸としてフォトニック結晶バイオセンサー２００が予期されない回転角度で回転して、フォトニック結晶バイオセンサー２００の測定位置は測定の度にずれる。そのため、フォトニック結晶１００の結晶方位と入射光との角度が異なる、複数の測定条件下での測定結果が得られてしまう。図１６は、回転台８００を使用せずに行った複数回の測定結果を示す図である。図１６に示すように、同一のフォトニック結晶バイオセンサー２００について、回転台８００によるフォトニック結晶バイオセンサー２００の回転を行わずに複数の測定を行うと、反射光の強度に７〜１０％程度のバラツキが生じてしまう。
【０１２９】
回転台８００を使用してフォトニック結晶バイオセンサー２００を回転させると、センサー台７０１の法線、すなわちセンサー台７０１に垂直な直線を軸としてフォトニック結晶バイオセンサー２００を任意の回転角度で回転させることができる。これにより、フォトニック結晶バイオセンサー２００のフォトニック結晶１００の結晶方位と、測定プローブ３２０からフォトニック結晶１００に照射される入射光の方向との角度を、任意に変化させることができる。
【０１３０】
図１７は、フォトニック結晶バイオセンサー２００の回転角度に対して、反射光の光強度をプロットした図である。測定方法を詳しく説明する。フォトニック結晶バイオセンサー２００をセンサー台７０１に載置し、真空チャック機構７００を用いてフォトニック結晶バイオセンサー２００をセンサー台７０１に固定する。次に回転台８００を右回りに所定の角度だけ回転させ、回転台８００の回転角度、すなわち回転台８００と共に回転するフォトニック結晶バイオセンサー２００の回転角度に対応する、反射光の光強度を測定する。図１７によれば、フォトニック結晶バイオセンサー２００の回転角度の変化に従い、光強度は正弦波状に変化していることがわかる。そこで、フォトニック結晶バイオセンサー２００の回転角度を変化させつつ、反射光の光強度を測定し、得られた光強度の最大値をフォトニック結晶バイオセンサー２００の評価に使用することとした。
【０１３１】
回転台８００を用いた測定結果のバラツキを調べるために、同一のフォトニック結晶バイオセンサー２００について、１０回の測定を行った。各回の測定について、フォトニック結晶バイオセンサー２００をセンサー台７０１から取り外し、再びセンサー台に載置して固定した後、回転台８００を回転させて光強度の最大値を測定するという作業を行った、図１８は、回転台８００を使用して行った１０回の測定結果を示す図であり、波長と光強度の最大値との関係が表されている。図１８を図１６と比較することにより、回転台８００を回転させて得られた光強度は、回転台８００を回転させないで得られた光強度よりもバラツキが低減されていることがわかる。
【０１３２】
したがって、標的物質測定装置１ａが、フォトニック結晶１００の格子面における法線を軸としてフォトニック結晶バイオセンサー２００を回転させる回転台８００を備えていることによって、測定結果のバラツキを低減することができる。
【０１３３】
標的物質測定装置１ａは、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１（標的物質捕捉部載置部）と、反射鏡９００（反射手段）とを備える。図１９は、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１および反射鏡９００の概略図である。センサー台７０１と、真空チャック部材７０２とセンサー台７０１とは、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１を構成する。フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１には、測定プローブ３２０からの光が照射される範囲に貫通孔７０６および貫通孔７１１が形成されている。貫通孔７０６はセンサー台７０１に形成され、貫通孔７１１は真空チャック部材７０２に形成されている。センサー台７０１に真空チャック部材７０２が嵌め合わされてフォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１が構成されたとき、貫通孔７０６と貫通孔７１１とは口径が一致し、貫通孔７０６と貫通孔７１１とで、連続した貫通孔９０２が構成される。
【０１３４】
貫通孔９０２は、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１のフォトニック結晶バイオセンサー２００を載置する面側からその反対側に通じる。貫通孔９０２は、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１の、少なくとも測定プローブ３２０からの光が照射される範囲に形成されている。なお、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１の、測定プローブ３２０からの光が照射される範囲とは、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１に貫通孔９０２が形成されていないとした場合に、測定プローブ３２０からの光が照射される、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１の、フォトニック結晶バイオセンサー２００が載置される面の部分をいう。また、貫通孔９０２で囲まれた空間９０３は、円柱状である。そのため、測定プローブ３２０からの光は、貫通孔９０２で囲まれた空間９０３を直進し、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１を通過する。貫通孔９０２の内径９０２Ｄは、測定プローブ３２０からの光がフォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１により反射されることなく、貫通孔９０２で囲まれた空間９０３を通過できる程度の大きさであればよく、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【０１３５】
貫通孔９０２で囲まれた空間９０３を通過した測定プローブ３２０からの光は、反射鏡９００に到達する。反射鏡９００の反射面は、測定プローブ３２０からの光の進行方向に対して斜めとなるように配置されており、そのため、測定プローブ３２０からの光は、反射鏡９００により、貫通孔９０２とは別の位置に反射される。したがって、測定プローブ３２０からの光は、貫通孔９０２で囲まれた空間９０３を逆進せず、したがって測定プローブ３２０へ向かうことはない。反射鏡９００は、測定プローブ３２０からの光を貫通孔９０２とは別の位置に反射するのであれば、どのような形状でもよく、反射率もどのような値でもよい。反射鏡９００として、プリズムなどを用いることができる。
【０１３６】
標的物質測定装置１ａが、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１と反射鏡９００とを含むことで、次のような効果を奏する。標的物質を測定する際、測定プローブ３２０からの光は、フォトニック結晶１００の反射面１１２により反射されて、測定プローブ３２０に向かい、反射光強度が測定される。しかし、測定プローブ３２０からの光はすべて反射面１１２により反射されるのではなく、一部がフォトニック結晶バイオセンサー２００を透過する。この透過した光が、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１により反射されることが低減されるので、反射面１１２により反射された光以外の光が測定プローブ３２０に入ることを防止することができる。その結果、標的物質測定装置１ａの測定精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明の標的物質濃度測定装置および標的物質濃度測定方法は、各種の生体関連物質や低分子物質の検出に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１、１ａ 標的物質濃度測定装置
１００ フォトニック結晶（構造体）
１１０ 孔（凹部）
１１１ 凸部
１１２ 反射面
１１３ 抗体（標的物質捕捉物質）
１１４ 抗原（標的物質）
１１５ ブロッキング剤
２００、２０１、２０２ フォトニック結晶バイオセンサー（標的物質捕捉部）
２１０ プレート
２２０ プレート
２４０、５１１ 開口部
２４１ 凹部（液滴保持部）
３００ 測定部
３１０ 光源
３２０ 測定プローブ
３３０ 光検出装置
３４０，３５０ 光ファイバー
４１０ マグネットシート
５１０ 穴付カバー
５１２ 空間
５２０ シート
６００ 演算部
７００ 真空チャック機構
７０１ センサー台
７０２ 真空チャック部材
７０３ エアコネクタ
７０４ エアチューブ
７０５ 真空ポンプ
７０６ 貫通孔
７０７ 真空チャック用貫通孔
７０８ 凹部
７０９ 凹部
７１０ 接続部
７１１ 貫通孔
８００ 回転台（標的物質捕捉部回転手段）
８０１ 支持台
９００ 反射鏡（反射手段）
９０１ フォトニック結晶バイオセンサー載置部（標的物質捕捉部載置部）
９０２ 貫通孔
９０３ 空間
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７ マーカー
Ａ 測定エリア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標的物質の濃度を測定する装置および標的物質の濃度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質、細胞の濃度測定の手段として、特許文献１（特表２００９−５１０３９１）等に開示されるフォトニック結晶バイオセンサーが用いられている。
【０００３】
このフォトニック結晶バイオセンサーは、サブ波長間隔格子構造モールドに、液体エラストマーを入れて硬化させて製作したナノ多孔性フィルムの表面に、金属膜、カバー層を成膜し、金属膜またはカバー層に１つ以上の特異的結合物質を固定化した構造になっている。このセンサーに広領域波長の光を照射すると、センサーの形状および材質に依存した特定の波長帯の反射光が得られる。
【０００４】
このセンサーの検出方法は、検出対象の物質に対する特異的結合物質をセンサーに固定させて反射光強度がピークとなる波長を測定する。
【０００５】
次に、センサーの上に検出対象の物質を含む溶液を滴下し、検出対象の物質と特異的結合物質の結合が完了した後で、反射光強度がピークとなる波長を測定する。
【０００６】
前後の反射光強度がピークとなる波長の差から、検出対象の物質の濃度を算出することが出来る。
【０００７】
また、別のフォトニック結晶バイオセンサーでは、抗原抗体反応の前後での、反射光の特定波長における強度の変化量から標的物質である抗原の濃度を測定しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５１０３９１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「センサーズ アンド アクチベータース Ｂ ケミカル」（Sensors and Actuators B Chemical）、２０１０年６月３０日、第１４８巻、１号、ｐ２６９−２７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載されているセンサーは波長の差を用いるため、特定の波長帯を検出する装置が必要となり、単波長の光を用いた装置と比べた場合、検出装置の構造が複雑になり製作コストが高くなってしまう。一方、フォトニック結晶バイオセンサーの光学特性にはバラツキがあり、単純に反射光の強度の変化量を求め、この値を濃度決定に用いたのみでは、濃度の測定値にもバラツキが生じる。
【００１１】
本発明は、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる標的物質濃度測定装置および標的物質濃度測定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】
【００１２】
そこで、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、標的物質捕捉部と、測定部と、演算部とを含み、前記標的物質捕捉部は、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、特定波長において第１の強度の反射光が得られる構造体と前記反射面に固定されるとともに標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質とを含み、前記測定部は、前記標的物質捕捉部の前記反射面側に光を照射し、前記特定波長における反射光の強度を測定し、前記演算部は、前記標的物質が前記標的物質捕捉部と接触させられる前における反射光の、前記特定波長における第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、前記標的物質が前記標的物質捕捉部に接触させられた後における反射光の、前記特定波長における第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度との差に基づいて前記標的物質の濃度を求めることを特徴とする。
【００１３】
これにより、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記第１の相対強度が、前記第２の強度を前記第１の強度で除した値であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記標的物質捕捉部が、前記標的物質捕捉物質が前記反射面に固定された後であって前記標的物質が前記標的物質捕捉部に接触させられる前に、前記反射面に固定されるブロッキング剤をさらに含み、前記演算部は、第２の強度として前記ブロッキング剤が前記反射面に固定された後における反射光の強度を用いることを特徴とする。
【００１６】
これにより、構造体の反射光強度のバラツキ、および標的物質捕捉物質やブロッキング剤の構造体への固定量のバラツキの影響が除外された、より正確な標的物質濃度の測定結果を得ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記標的物質捕捉部が、開口部を有する液滴保持部をさらに含み、前記開口部の一端は前記構造体の前記反射面により閉塞されていることを特徴とする。これにより、標的物質捕捉物質の使用量、標的物質の濃度を測定するための試料、リンス液などの必要量を大幅に低減することができる。
【００１８】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記液滴保持部が、疎水性材料で構成されていることを特徴とする。これにより、さらに標的物質捕捉物質の使用量、標的物質の濃度を測定するための試料、リンス液などの必要量を大幅に低減することができる。
【００１９】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記開口部に前記標的物質を配置した後に前記開口部を覆う、被覆部材をさらに含むことを特徴とする。これにより、試料の蒸発を防止することができ、試料の濃度変化を防止し、外部からの異物の混入を防止する。
【００２０】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記被覆部材の少なくとも一部が、透明体であることを特徴とする。これにより、開口部に溶液を充填した状態で反射光の測定をより正確に行うことができる。
【００２１】
また本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記反射面における特定の位置を表示するマーカーをさらに含むことを特徴とする。これにより、特定の位置で反射光強度を測定することができる。
【００２２】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記マーカーが、線対称軸を持たない図形で構成されていることを特徴とする。これにより、標的物質捕捉部の反射面側と反射面の反対側とを区別することができる。
【００２３】
また、本発明に係る標的物質濃度測定装置は、前記測定部に対する前記標的物質捕捉部の位置を定めて前記標的物質捕捉部を固定する、標的物質捕捉部固定手段を含むことを特徴とする。これにより、検出・測定時の振動等による測定位置のずれを減少することが可能となり、より正確な検出・測定ができる。
【００２４】
本発明に係る標的物質測定装置は、前記標的物質捕捉部固定手段が、真空チャック機構であることを特徴とする。これにより、検出・測定時の振動等による測定位置のずれを減少することが可能となり、より正確な検出・測定ができる。
【００２５】
また、本発明に係る標的物質測定装置は、前記構造体の格子面における法線を軸として前記標的物質捕捉部を回転させる標的物質捕捉部回転手段を含むことを特徴とする。これにより、測定結果のバラツキを低減することができる。
【００２６】
また、本発明に係る標的物質測定装置は、前記標的物質捕捉部を載置し、少なくとも前記測定部からの光が照射される範囲に貫通孔が形成されて前記光を通過させる標的物質捕捉部載置部と、前記貫通孔で囲まれた空間を通過した光を前記貫通孔とは別の位置に反射する反射手段とを含むことを特徴とする。これにより、標的物質測定装置の測定精度を向上させることができる。
【００２７】
また、本発明に係る標的物質濃度測定方法は、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体について、前記反射光の第１の強度を得るステップと、前記反射面に、前記標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質を固定して、標的物質捕捉部を作成するステップと、前記標的物質捕捉部に前記標的物質を接触させる前に、前記標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、反射光の前記特定波長における第２の強度を得るステップと、前記標的物質捕捉部に、前記標的物質を接触させるステップと、前記標的物質を接触させた前記標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、反射光の前記特定波長における第３の強度を得るステップと、前記第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、前記第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度との差に基づいて前記標的物質の濃度を求めるステップと、を含むことを特徴とする。
【００２８】
これにより、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【００２９】
また本発明に係る標的物質濃度測定装置は、凹凸形状が格子状に配列され、格子間隔、深さ、格子の寸法がナノまたはマイクロメートルの構造体について、前記構造体の厚さが約５μｍ以上で、前記構造体の表面に１つ以上の物質を固定化し、前記構造体の凹凸形状がある側に光を照射すると前記構造体の形状と材質に依存した特定波長の反射光が得られ、前記反射光の強度を前記構造体の表面に物質を固定化した状態またはしていない状態の前記反射光の強度で除算し、前記除算値の変化量によって前記物質の濃度を定量化することを特徴とする。
【００３０】
これにより、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【００３１】
また、好ましい態様として、前記構造体の凹凸形状がある側に、孔付きプレートを接合したセンサーが好ましい。
【００３２】
また、好ましい態様として、前記孔付きプレートの上に、穴付カバーとシートによって前記孔付きプレートの上部に密閉空間を設けた前記センサーが好ましい。
【００３３】
また、好ましい態様として、前記構造体の凹凸形状がある側または無い側に、マーカーを有した前記センサーが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の標的物質濃度測定装置によれば、簡易な構成で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。また、本発明の標的物質濃度測定方法によれば、簡易な装置で、鋭敏に標的物質の濃度を測定することができ、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、実施形態１に係る標的物質濃度測定装置の概略を説明する図である。
【図２−１】図２−１は、フォトニック結晶を説明する図である。
【図２−２】図２−２は、図２−１のＡ−Ａ断面図である。
【図２−３】図２−３は、フォトニック結晶の作成方法を説明する図である。
【図２−４】図２−４は、フォトニック結晶の作成方法を説明する図である。
【図２−５】図２−５は、フォトニック結晶の作成方法を説明する図である。
【図３−１】図３−１は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図３−２】図３−２は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図３−３】図３−３は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図３−４】図３−４は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図４−１】図４−１は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。
【図４−２】図４−２は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。
【図４−３】図４−３は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーを説明する図である。
【図５−１】図５−１は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。
【図５−２】図５−２は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。
【図６−１】図６−１は、実施形態１に係るマーカーを説明する図である。
【図６−２】図６−２は、実施形態１に係るマーカーの拡大図である。
【図６−３】図６−３は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図６−４】図６−４は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図６−５】図６−５は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図７−１】図７−１は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図７−２】図７−２は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図７−３】図７−３は、実施形態１に係るマーカーの別の形態を示す図である。
【図８】図８は、フォトニック結晶バイオセンサーの別の形態を説明する図である。
【図９】図９は、実施形態１の標的物質濃度測定装置の原理を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施形態１の標的物質濃度測定方法を説明する図である。
【図１１−１】図１１−１は、実施形態１の測定部による検出・測定結果を示す図である。
【図１１−２】図１１−２は、実施形態１の測定部による検出・測定結果を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態１の標的物質濃度測定装置による検出・測定結果を示す図である。
【図１３】図１３は、実施形態２に係る標的物質測定装置の概略図である。
【図１４】図１４は、真空チャック機構の一部の分解図である。
【図１５−１】図１５−１は、フォトニック結晶を回転させたときの結晶方位の変化を説明する図である。
【図１５−２】図１５−２は、フォトニック結晶を回転させたときの結晶方位の変化を説明する図である。
【図１６】図１６は、回転台を使用せずに行った複数回の測定結果を示す図である。
【図１７】図１７は、フォトニック結晶バイオセンサーの回転角度に対して、反射光の光強度をプロットした図である。
【図１８】図１８は、回転台を使用して行った１０回の測定結果を示す図である。
【図１９】図１９は、フォトニック結晶バイオセンサー載置部および反射鏡の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。また、同一機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
［実施形態１］
本実施形態の標的物質濃度測定装置を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の標的物質濃度測定装置の概略を示す図である。標的物質濃度測定装置１は、標的物質捕捉部であるフォトニック結晶バイオセンサー２００と、測定部３００と、演算部６００とを含む。
【００３８】
まず、標的物質捕捉部であるフォトニック結晶バイオセンサー２００について説明する。標的物質捕捉部であるフォトニック結晶バイオセンサー２００は、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、第１の強度である特定波長の反射光が得られる構造体と前記反射面に固定されるとともに標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質とを含む。
【００３９】
表面に凹部と凸部とが周期的に形成され、凹部と凸部とが形成された反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体は、一般にフォトニック結晶と呼ばれるものである。
【００４０】
図２−１および図２−２は、フォトニック結晶（構造体）を説明する図である。図２−１はフォトニック結晶１００の平面図を示し、図２−２は図２−１におけるＡ−Ａ断面を示す。
【００４１】
フォトニック結晶１００は、表面に、凸部１１１と孔（凹部）１１０とが周期的に形成されたものである。この凸部１１１と孔（凹部）１１０とが周期的に形成された面が、フォトニック結晶１００の反射面１１２であり、この反射面１１２に光を照射すると、フォトニック結晶１００の形状と材質に依存した特定波長の光が反射される。フォトニック結晶１００の形態としては、例えば微小な円柱状の孔（凹部）１１０がその表面に配置されているものを好適に使用することができる。例えば図２−１および図２−２に示す形態のフォトニック結晶１００の場合であれば、円柱状の孔（凹部）１１０の直径Ｄは５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、円柱状の孔（凹部）１１０同士の間隔が１００ｎｍを超え２０００ｎｍ以下のものとすることが好ましい。
【００４２】
図２−１および図２−２に示す円柱状の孔（凹部）１１０を有するフォトニック結晶１００は、本実施形態の構造体として好適なものの一つである。円柱状の孔（凹部）１１０の直径Ｄは約２５０ｎｍであり、円柱状の孔（凹部）１１０間の間隔は円柱中心部同士の間隔で約５００ｎｍであり、円柱状の孔（凹部）１１０は三角形の格子状に配置されており、円柱状の孔（凹部）１１０の深さＨは約１５０ｎｍである。
【００４３】
本実施形態の構造体の形態は、図２−１および図２−２に示した形態に限定されることはない。例えば、矩形または多角形の格子状の微細パターンが表面に形成されたもの、もしくは、平行線状パターンや波型形状パターン等が表面に形成されたもの、詳しくは周期的にパターン等が形成されたもの、またはこれらのパターンの組合せであってもよい。
【００４４】
フォトニック結晶１００の材質としては、合成樹脂等の有機材料、金属・セラミック等の無機材料を使用することができる。
【００４５】
合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリシクロオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、アクリル、ポリメタクリル酸エステル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が使用できる。
【００４６】
セラミックとしては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、イットリア等のセラミックを好適に使用することができる。
【００４７】
金属としては、鉄鋼材料をはじめ各種合金が使用可能である。具体的には、ステンレス鋼やチタン、チタン合金等を好適に使用できる。
【００４８】
上記した各種材料の中でも、光学特性、加工性、標的物質（ターゲットとなる物質）を含有する溶液に対する耐性、標的物質捕捉物質（特異的結合物質）の吸着性、洗浄剤に対する耐性等を考慮すると、ポリシクロオレフィン系合成樹脂もしくはシリカ系のセラミックがより好ましい。この中でも、ポリシクロオレフィン系合成樹脂は加工性に優れており最も好適である。
【００４９】
フォトニック結晶１００は、上記材料基板の表面に微細な加工を施すことにより作成される。加工方法としては、レーザー加工、熱ナノインプリント、光ナノインプリント、フォトマスクとエッチングの組合せ等が使用できる。
【００５０】
特に、ポリシクロオレフィン系合成樹脂等の熱可塑性樹脂を材料とする場合には、熱ナノインプリントによる方法が好適である。
【００５１】
熱ナノインプリントによりフォトニック結晶１００を作成する工程の一例を、図を用いて説明する。図２−３、図２−４および図２−５は、フォトニック結晶１００の作成方法を説明する図である。熱ナノインプリントは、ナノメートルレベルの微細構造、あるいはナノメートルレベルの周期構造のパターンを有する金型を加熱してシート状の樹脂に押し付けて微細構造や周期構造をシート状の樹脂に転写する方法である。
【００５２】
シクロオレフィン系ポリマーの場合であれば、金型を１４０℃程度まで加熱し（図２−３）、約６ＭＰａの圧力で所定時間押圧し（図２−４）、金型表面温度が６０℃程度になったところで離型することが好ましい（図２−５）。
【００５３】
次に、標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質について説明する。標的物質とは、濃度を検出する対象物であって、タンパク質などの高分子、オリゴマー、低分子のいずれであってもよい。例えば、生体内に存在する、生体活性物質が挙げられ、なかでも、コルチゾールが好ましい。コルチゾールとは分子量３６２ｇ／ｍｏｌの低分子物質であり、人間がストレスを感じると唾液中のコルチゾール濃度が増加するため、人間が感じているストレスの度合いを評価する物質として注目されている。コルチゾールを標的物質としてその濃度を測定すれば、例えば、ヒトの唾液中のコルチゾールの濃度を測定することで、ストレスの度合いを評価することができる。
【００５４】
標的物質捕捉物質とは、標的物質と結合し、標的物質を捕捉する物質である。ここで、結合するとは、化学的に結合する場合のほか、例えば物理吸着、ファンデルワールス力による結合のように、化学的結合によらない結合であってもよい。好ましくは、標的物質捕捉物質は、標的物質と特異的に結合して標的物質を捕捉するものであり、標的物質を抗原とした抗体であることが好ましい。標的物質がコルチゾールである場合は、標的物質捕捉物質は、コルチゾール抗体であることが好ましい。
【００５５】
標的物質捕捉物質は、フォトニック結晶１００の反射面１１２に固定される。標的物質捕捉物質をフォトニック結晶１００の反射面１１２に固定する手段として、例えば吸着が挙げられる。吸着の操作は例えば以下のようなものである。標的物質捕捉物質を含んだ溶液を、フォトニック結晶１００の反射面１１２に滴下し、所定の時間、室温で、または必要に応じ冷却・加温して、標的物質捕捉物質を反射面１１２に吸着させる。
【００５６】
標的物質捕捉部は、特定の抗原（例えばコルチゾール）とのみ結合する抗体（例えばコルチゾール抗体）をフォトニック結晶１００の表面にあらかじめ吸着（固定）させておくことにより、特定の抗原を検出するフォトニック結晶バイオセンサー２００とすることができる。これは、フォトニック結晶１００の光学的特性と、フォトニック結晶１００の表面もしくは表面近傍で起こる各種の生体・化学反応、例えば特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応を利用するものである。
【００５７】
標的物質捕捉部は、標的物質捕捉物質である抗体がフォトニック結晶１００の反射面１１２に固定された後の反射面１１２に、ブロッキング剤（保護物質）が固定されたものであってもよい。ブロッキング剤は、標的物質が標的物質捕捉部に接触させられる前に固定される。フォトニック結晶１００の表面は、一般的に超疎水性であり、疎水性相互作用によって標的物質捕捉物質である抗体以外の不純物を吸着してしまうおそれがある。さらに、フォトニック結晶１００の光学特性は表面状態に大きく影響されるので、フォトニック結晶１００の表面には、なるべく不純物が吸着されていない方が検出の精度は向上する。
【００５８】
したがって、標的物質捕捉物質である抗体が吸着（固定）された部分以外の箇所には、不純物等が固定されない様に、いわゆるブロッキング剤をあらかじめ固定させておくことが好ましい。ブロッキング剤をあらかじめ吸着させておくには、ブロッキング剤を、フォトニック結晶１００の表面に接触させる。ブロッキング剤として、スキムミルクやウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）等を使用することができる。次に、標的物質捕捉部であるフォトニック結晶バイオセンサー２００が標的物質である抗原の濃度を検出する基本的な原理を説明する。
【００５９】
図３−１、図３−２、図３−３および図３−４は、標的物質捕捉部である、フォトニック結晶バイオセンサー２００の原理を説明する図である。一般的に、フォトニック結晶バイオセンサーは、フォトニック結晶の光学的特性と、フォトニック結晶表面または表面近傍で起こる各種生体・化学反応、例え特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応を利用して、微量のタンパク質や低分子物質を検出するものである。
【００６０】
図３−１には、フォトニック結晶バイオセンサー２００が示される。フォトニック結晶バイオセンサー２００の表面（反射面１１２）には、抗体１１３が吸着により固定されている。
【００６１】
次に、図３−２に示すように、抗体１１３が吸着した部分以外の箇所、すなわち、抗体１１３が吸着した部分以外の反射面１１２に、不純物等が吸着しないように、いわゆるブロッキング剤１１５（保護物質）をあらかじめ吸着させておく。
【００６２】
次に、図３−３に示すように、抗体１１３とブロッキング剤１１５が吸着されているフォトニック結晶バイオセンサー２００に、抗原１１４を接触させ、抗原抗体反応を行う。
【００６３】
次に、図３−４に示す通り、フォトニック結晶１００の反射面１１２に吸着させた抗体１１３に、抗原１１４が捕捉された状態で特定波長の光を照射して反射光強度を測定する。後で説明する演算部は、この測定値を、あらかじめ測定しておいた図３−１の状態や、図３−２の状態（すなわち、抗体１１３が吸着した部分以外のフォトニック結晶１００の反射面１１２に、ブロッキング剤１１５を吸着させた状態）での測定値と比較換算または演算をすることにより、抗原１１４の有無の検出、さらには抗原１１４の含有量等を測定することができる。ただし、図３−２の状態での測定値と比較換算または演算をすることが好ましい。これによって、より検出の精度を向上させることができる。
【００６４】
上記原理に基づき、抗原抗体の組合せの種類を変えることにより、検出対象の物質であるタンパク質等の各種生体物質や低分子量物質の種類を変えることが可能である。
【００６５】
次に、フォトニック結晶バイオセンサー２００の構造について説明する。図４−１、図４−２および図４−３は、フォトニック結晶バイオセンサー２００の説明図である。図４−１は、フォトニック結晶バイオセンサー２００の一部分解図である。フォトニック結晶バイオセンサー２００は、下部のプレート２１０と開口部２４０が設けられているプレート２２０によりフォトニック結晶１００を挟む構造としている。この場合のフォトニック結晶１００は、上述した円柱状の孔（凹部）を有する形態以外の別の形態であってもよい。図４−２は組み立て後のフォトニック結晶バイオセンサー２００を示している。開口部２４０の一端は、フォトニック結晶１００の反射面１１２により閉塞される。このような構造のため、プレート２２０の開口部２４０側内壁と反射面１１２とで囲まれたある一定容積の凹部２４１（液滴保持部）ができる。図４−３は、開口部２４０側内壁と反射面１１２とで囲まれた凹部２４１に所定の溶液を滴下した状態を示す。この場合、開口部２４０側内壁と反射面１１２とで形成される凹部２４１が液滴保持機能を発揮するため、開口部２４０から液滴が流出するのを防止し、かつ、溶液の量としては凹部２４１に広がる程度の量があれば、十分な検出・測定が可能となる。なお、開口部２４０側内壁とは、プレート２２０と開口部２４０との境界面である、プレート２２０の内壁をいう。
【００６６】
開口部２４０は、液滴保持機能を有する形状であれば図示した円柱形に限らず、各種の形状とすることができる。また、開口部２４０を円柱状とした場合、その直径等は、抗体や抗原の組合せの種類や、必要な測定精度、あるいは、反射光の検出器の光学系に合わせて様々な直径とすることができる。好ましくは、開口部２４０は直径０．５ｍｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。より好ましくは、上記リンス操作や吸着操作時の操作や取り扱いの利便性を考慮し２〜６ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００６７】
プレート２１０，２２０の材質等も特に制約は無いが、表面の清浄度等を考慮すると、ステンレス鋼、ポリシクロオレフィン系樹脂、シリカ等を有するものを使用することが好ましい。
次に、本発明のフォトニック結晶バイオセンサーの別の形態について説明する。
【００６８】
図４−１に示す開口部２４０が設けられているプレート２２０を疎水性の材料とすることができる。特に、唾液等のいわゆる親水性の溶液の検出・測定を行う場合に凹部２４１に的確に溶液を集めることができる。また、脂質等のいわゆる親油性の溶液の検出・測定を行う場合はプレート２２０を親水性のものとすることもできる。
【００６９】
さらに、プレート２２０を撥水もしくは撥油性あるいは撥水撥油性のある材料で形成することも好ましい。また、疎水性、親水性、撥水性、撥油性を発揮する表面処理やコーティングを施したものとしてもよい。これらにより、凹部２４１に的確に溶液を集めることができる。
【００７０】
フォトニック結晶バイオセンサー２００の下部に、測定部３００に対してフォトニック結晶バイオセンサー２００の位置を定めて、フォトニック結晶バイオセンサー２００を固定するための固定材（標的物質捕捉部固定手段、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段）を装着することも好ましい。固定材としては、マグネットシート、両面テープ、接着剤等が使用できる。また、固定材ではなく、固定機構として真空チャックや静電チャックによる固定を用いてもよい。この場合、さらに、これらの組合せにより固定してもよい。固定機構として真空チャックによる固定を用いた形態は、実施形態２として後で詳述する。
【００７１】
フォトニック結晶バイオセンサー２００を固定しておくことにより、検出・測定時の振動等による測定位置のずれを減少することが可能となり、より正確な検出・測定ができる。
【００７２】
図５−１および図５−２は、本実施形態に係るフォトニック結晶バイオセンサー固定手段を説明する図である。フォトニック結晶バイオセンサー２０１は、フォトニック結晶バイオセンサー２００にマグネットシート４１０を取り付けたものである。図５−１はマグネットシート４１０の取り付け前、図５−２はマグネットシート４１０の取り付け後の状態を示す。マグネットシート４１０は、フォトニック結晶バイオセンサー固定手段として機能する。
【００７３】
また、フォトニック結晶バイオセンサー２００は、熱ナノインプリント等により均一に作成されているとはいえ、より一層の検出・測定の正確さを期するのであれば、フォトニック結晶バイオセンサー２００上の光学特性のバラツキも考慮し、光の入射・反射部位も正確に位置決めすることが好ましい。
【００７４】
すなわち、フォトニック結晶バイオセンサー２００と後で説明する測定プローブとの測定時の位置関係は、抗体抗原反応の前後で同一であることが好ましく、同一の部分を測定することが好ましい。したがって、測定プローブとフォトニック結晶バイオセンサー２００の反射面１１２との距離は、抗体抗原反応の前後で同一であることが好ましく、５０〜５００μｍに固定することが好ましい。フォトニック結晶バイオセンサー２００が、プレート２２０を含むことで、プレート２２０がスペーサとして機能し、測定プローブとフォトニック結晶バイオセンサー２００の反射面１１２との距離を一定とすることができる。
【００７５】
また、フォトニック結晶バイオセンサー２００に、反射面１１２における特定の位置を表示する、位置決め用のマーカーによって、マークを付けることが好ましい。位置決めのためのマーカーは、フォトリソグラフィー、スパッタリング、蒸着、あるいはこれらを利用したリフトオフプロセス、インク等による印刷、インプリントによるパターン形成等によって付けることができる。
【００７６】
マーカーは、その位置を読み取ることができればフォトニック結晶バイオセンサー２００の表面（反射面１１２側）および裏面（反射面１１２の反対側）のどちらに付けてもよい。また、フォトニック結晶１００の測定部分を外してフォトニック結晶１００自体にマーカーを付けてもよいし、図４−１に示すプレート２２０、２１０に付けてもよい。
【００７７】
図６−１は実施形態に係るマーカーを説明する図である。図６−２は、実施形態に係るマーカーの拡大図である。図６−１に示すフォトニック結晶バイオセンサー２００は、フォトニック結晶１００にマーカーを付けたものである。図６−１は、開口部２４０に対応する、フォトニック結晶１００の部分に千鳥格子状のマーカーＭ１を５箇所付けたものである。
【００７８】
各千鳥格子の中央部が反射光測定のための測定エリアＡとなっている。すなわち、図６−１に示すフォトニック結晶バイオセンサー２００では、開口部２４０内に５箇所の測定エリアＡがあり、各測定エリアＡとも抗原抗体反応の前後で正確に位置を合わせることができるため、より一層正確な検出、測定が可能となる。また、測定エリアＡ内に不純物が存在している場合には、不純物が存在する測定エリアＡにおける反射光強度のデータを使用しないこととして、よりいっそう正確な検出・測定が可能となる。
【００７９】
図６−３、図６−４および図６−５は、実施形態に係るマーカーの別の形態を示す図であり、千鳥格子以外のマーカーを例示するものである。マーカーとして、（図６−３）環状のマーカーＭ２、（図６−４）複数の三角形で構成され、それぞれの三角形の一つの頂点が測定エリアＡの境界を示すマーカーＭ３、（図６−５）複数の線分で構成され、線分の始点が測定エリアＡの境界を示すマーカーＭ４が挙げられる。
【００８０】
図７−１、図７−２および図７−３は、実施形態に係るマーカーの別の形態を示す図である。（図７−１）マーカーＭ５は、３つの正方形と、一部が欠けた正方形とを有し、各形状は測定エリアＡの境界に外接している。（図７−２）マーカーＭ６は、３つの三角形と、一つの台形とを有し、三角形の頂点が測定エリアＡの境界を示している。（図７−３）マーカーＭ７は複数の線分で構成された、合同の３つの図形と、これらとは異なる一つの図形とを有し、線分の始点が測定エリアＡの境界を示す。マーカーＭ５，Ｍ６，Ｍ７の形状は、いずれも、非対称の形状、詳しくは、線対称軸を持たない図形である。このようにマーカーの形状を、非対称、詳しくは線対称軸を持たない図形とすることで、抗原抗体反応の前後で正確に位置を合わせることができる。また、フォトニック結晶１００の表裏の判別も目視や低倍率の拡大で可能となるため、検出・測定効率がより向上する。
【００８１】
次に、フォトニック結晶バイオセンサーの別の形態を説明する。図８はフォトニック結晶バイオセンサーの別の形態を説明する図である。フォトニック結晶バイオセンサー２０２は、フォトニック結晶バイオセンサー２００に、開口部２４０を塞ぐ部材を設けたものである。フォトニック結晶バイオセンサー２０２では、穴付カバー５１０とシート５２０により開口部２４０を塞ぐ構造としている。穴付きカバー５１０は、開口部５１１を有する板状部材であり、この穴付きカバー５１０は、フォトニック結晶バイオセンサー２００に重ねられて用いられる。開口部５１１は、穴付カバー５１０の開口部５１１側内壁に囲まれた空間５１２に標的物質が配置された後、シート５２０により覆われる。なお、この場合、穴付きカバー５１０の開口部５１１側内壁と、フォトニック結晶バイオセンサー２００の開口部２４０側内壁と、フォトニック結晶１００の反射面１１２とで、液滴保持部が構成されている。シート５２０は、被覆部材として機能している。なお、開口部５１１側内壁とは、穴付カバー５１０と開口部５１１との境界面である、穴付カバー５１０の内壁をいう。
【００８２】
穴付カバー５１０およびシート５２０により滴下した溶液の蒸発を防止することが可能であり、抗原抗体反応時の蒸発等による溶液の濃度変化の防止や、外部からの異物の混入防止に効果がある。
【００８３】
また、穴付カバー５１０とシート５２０及びフォトニック結晶バイオセンサー２００の開口部２４０側内壁で形成される空間５１２に、溶液を充填することにより、溶液を充填した状態で反射光の測定をより正確に行うことも可能である。
【００８４】
そのため、シート５２０は透明な材料で作成されていることが好ましく、より好ましくは、反射光強度を測定する波長の光の吸収が少ないものが好ましい。たとえば、可視光線領域から紫外線領域の反射光で測定する場合は石英（シリカ）等が好ましい。
【００８５】
次に、本実施形態に係る標的物質濃度測定装置に含まれる、測定部および演算部について詳しく説明する。
【００８６】
図１に示すように、本実施形態の標的物質濃度測定装置１は、液滴保持機能を有するフォトニック結晶バイオセンサー２００と、光学系機器である測定部３００と、演算部６００とで構成されている。フォトニック結晶バイオセンサー２００と光学系機器である測定部３００とで検出装置を構成している。測定部３００は、光源３１０、測定プローブ３２０、光検出装置３３０から構成されている。光源３１０と測定プローブ３２０、光検出装置３３０と測定プローブ３２０は、光ファイバー３４０、３５０により光学的に接続されている。また、必要に応じ、光源３１０や光検出装置３３０等に接続され、光源３１０の制御や、光検出装置３３０からの信号を処理する制御装置を設けてもよい。
【００８７】
測定プローブ３２０の内部構造について図９を参照して説明する。測定プローブ３２０には、光源３１０に光学的に接続されている入射光用の光ファイバー３４０と光検出装置３３０に光学的に接続されている反射光用の光ファイバー３５０とが収容されている。
【００８８】
光源３１０からの光は、光ファイバー３４０を介してフォトニック結晶バイオセンサー２００に照射され、フォトニック結晶バイオセンサー２００からの反射光が光ファイバー３５０を介して光検出装置３３０に到達する。光検出装置３３０は反射光の強度を測定するものである。
【００８９】
次に、演算部６００について説明する。演算部６００は、フォトニック結晶１００（構造体）の反射面１１２に光を照射して得られる特定波長における反射光の強度を第１の強度とした場合に、抗原１１４（標的物質）がフォトニック結晶バイオセンサー２００（標的物質捕捉部）と接触させられる前における反射光の、前記特定波長における第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、抗原１１４がフォトニック結晶バイオセンサー２００に接触させられた後における反射光の、前記特定波長における第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度とを求め、前記第１の相対強度と前記第２の相対強度との差に基づいて抗原１１４（標的物質）の濃度を求める。演算部６００は、マイクロコンピュータなどの演算装置で構成される。
【００９０】
標的物質である抗原１１４の濃度を求めるにあたり、第２の強度と第３の強度との差に基づいて抗原１１４の濃度を求めるのではなく、第１の相対強度と第２の相対強度との差に基づいて抗原１１４の濃度を求めるのは、以下の理由による。
【００９１】
フォトニック結晶１００のみの反射光強度、すなわち、フォトニック結晶１００に標的物質捕捉物質である抗体１１３が吸着（固定）される前に測定された、フォトニック結晶１００の反射光強度は、熱ナノインプリントの成形条件などによってフォトニック結晶バイオセンサー２００ごとにバラツキが発生する場合がある。また、抗体１１３およびブロッキング剤１１５がフォトニック結晶１００へ吸着する量は、フォトニック結晶バイオセンサー２００毎にバラツキがある為、測定結果の反射光強度をそのまま使用した場合は、抗原１１４の含有量の結果に影響を及ぼしてしまうことがある。
【００９２】
そこで、抗体吸着工程（ＡＮ）後の特定波長における反射光の強度（Ｉ２ａ）、ブロッキング剤吸着工程（ＢＬ）後の特定波長における反射光の強度（第２の強度：Ｉ２）、抗原吸着工程（ＣＯ）後の特定波長における反射光の強度（第３の強度：Ｉ３）を、抗体１１３を吸着させる前のフォトニック結晶１００（ＰＣ）の反射光の特定波長における強度（フォトニック結晶１００のみの反射光強度）（第１の強度：Ｉ１）で除算し、除算した値の変化量｜Ｉ３／Ｉ１−Ｉ２／Ｉ１｜によって抗原１１４の濃度を定量化することで、フォトニック結晶１００の反射光強度のバラツキおよび抗体１１３やブロッキング剤１１５の吸着量のバラツキを無視することが可能となる。なお、除算する強度は各工程のいずれかの反射光の強度を用いてもよい。また、第２の強度と第３の強度との差を求め、これを第１の強度で除することによって変化量を求めてもよい。また、Ｉ２の代わりに、Ｉ２ａを用いて変化量を求めてもよい。ただし、Ｉ２ａではなくＩ２を用いた場合は、よりフォトニック結晶１００の反射光強度のバラツキおよび抗体１１３やブロッキング剤１１５の吸着量のバラツキを無視することが可能になる。
【００９３】
演算部６００は、測定部３００から、抗体１１３を吸着させる前のフォトニック結晶１００の反射光の強度Ｉ１、抗体吸着工程の後の反射光の強度Ｉ２ａ、ブロッキング剤吸着工程の後の反射光の強度Ｉ２、抗原吸着工程の後の反射光の強度Ｉ３を取得する。
【００９４】
演算部６００は、取得した反射光の強度から、第１の相対強度Ｉ２／Ｉ１と、第２の相対強度Ｉ３／Ｉ１とを求める。そして、第１の相対強度と、第２の相対強度との差｜Ｉ３／Ｉ１−Ｉ２／Ｉ１｜を求める。演算部６００は、第２の強度と第３の強度との差｜Ｉ３−Ｉ２｜を求めてから、これを第１の強度Ｉ１で除すことによって第１の相対強度と第２の相対強度との差を求めてもよい。
【００９５】
次に、演算部６００は、あらかじめ作成されている、濃度と、第１の相対強度と第２の相対強度との差との相関関係を示すデータと、求めた第１の相対強度と第２の相対強度との差を比較して、抗原１１４の濃度を決定する。濃度と、第１の相対強度と第２の相対強度との差との相関関係は、濃度が既知の抗原１１４を含む試料を、標的物質濃度測定装置１で測定しておくことによって作成することができる。
【００９６】
次に、実際の検出・測定に関わる操作方法について説明する。図１０は、本実施形態の標的物質濃度測定方法を説明する図であり、コルチゾール抗体をフォトニック結晶１００の表面である反射面１１２に吸着させて、唾液中のコルチゾールという物質を検出対象として、検出・測定する場合の操作方法の概要を示すものである。
【００９７】
フォトニック結晶１００としては、熱ナノインプリントにより所定の微細構造を表面に形成したシクロオレフィン系ポリマーのシートを所定の大きさに切断したものを用いている。
【００９８】
まず、フォトニック結晶１００について、所定の光学測定系を有する検出器、すなわち標的物質濃度測定装置１を用いて、反射面１１２により反射された反射光の、所定の波長における強度Ｉ１を測定する（ステップＳ１）。
【００９９】
次に、コルチゾール抗体溶液（コルチゾール抗体濃度１〜５０μｇ／ｍｌ）をフォトニック結晶１００の表面である反射面１１２に滴下して、所定の時間、または必要であれば所定の温度で所定の時間静置し、コルチゾール抗体をフォトニック結晶１００の表面である反射面１１２に吸着させる（ステップＳ２）。
【０１００】
その後、リン酸緩衝液（ＰＢＳ：Phosphate buffered saline）をフォトニック結晶１００の表面である反射面１１２に滴下し、その後遠心力等により除去するリンス処理を複数回行う（ステップＳ３）。
【０１０１】
次に、所定の光学測定系を有する検出器、すなわち標的物質濃度測定装置１を用いて、コルチゾール抗体が吸着されたフォトニック結晶１００について、反射光強度Ｉ２ａを測定する（ステップＳ４）。
【０１０２】
次に、ブロッキング剤１１５としてスキムミルクをフォトニック結晶１００表面に滴下し、所定の時間、または必要であれば所定の温度で所定の時間静置し、スキムミルクをフォトニック結晶１００表面のコルチゾール抗体の非吸着部に吸着させる（ステップＳ５）。その後、前記リンス処理と同様にリン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う（ステップＳ６）。以上の操作により、フォトニック結晶１００の表面に所定の処理がなされ、フォトニック結晶バイオセンサー２００が形成される。
【０１０３】
次に、所定の光学測定系を有する検出器、すなわち標的物質濃度測定装置１を用いて、所定の波長におけるフォトニック結晶バイオセンサー２００の反射光強度Ｉ２を測定する（ステップＳ７）。
【０１０４】
コルチゾールを含む溶液としての唾液の準備をする。唾液のサンプリング次いで不純物の除去等の前処理は、市販の唾液採取キットを用いて行う。唾液の準備は、フォトニック結晶バイオセンサー２００に唾液を滴下する前であればいつ行ってもよい。例えば、フォトニック結晶バイオセンサー２００を形成する前に行ってもよく、フォトニック結晶バイオセンサー２００を形成するのと並行して行ってもよく、反射光強度Ｉ２を測定した後に行ってもよい。
【０１０５】
次に、サンプリング及び前処理の終了した唾液１０μＬ〜５０μＬを前記フォトニック結晶バイオセンサー２００に滴下する（ステップＳ８）。所定の時間、また必要であれば所定の温度で所定の時間静置して抗原抗体反応を行い（ステップＳ９）、前記リンス処理と同様にリン酸緩衝液によりリンス処理を複数回行う（ステップＳ１０）。
【０１０６】
次に、前記同様所定の光学系を有する検出器、すなわち標的物質濃度測定装置１を用いて、コルチゾール吸着後のフォトニック結晶バイオセンサー２００の所定の波長での反射光強度Ｉ３を測定する（ステップＳ１１）。
【０１０７】
フォトニック結晶バイオセンサー２００の反射光強度は、表面もしくは表面近傍での抗体抗原反応等により影響を受けて変化するため、反応前後の反射光強度の差から、換算や演算等を行い、唾液中のコルチゾールを検出あるいは濃度を測定することができる。
【０１０８】
また、フォトニック結晶１００の反射光強度のバラツキおよび抗体１１３やブロッキング剤１１５の吸着量のバラツキの影響を除外するために、抗体吸着（ＡＮ）後の反射光の強度Ｉ２ａ、ブロッキング剤吸着（ＢＬ）後の反射光の強度Ｉ２、コルチゾール吸着（ＣＯ）後の反射光の強度Ｉ３を、フォトニック結晶１００のみ（ＰＣ）の反射光の強度Ｉ１で除算し、除算した値の変化量（ＣＯ−ＢＬ：｜Ｉ３／Ｉ１−Ｉ２／Ｉ１｜）を求める（ステップＳ１２）。なお、除算する強度は各工程のいずれかの反射光の強度を用いてもよく、Ｉ２ａまたはＩ２であってもよい。次いで、この変化量によってコルチゾールの濃度を定量化する（ステップＳ１３）。
【０１０９】
更に、本実施形態のフォトニック結晶バイオセンサー２００は、図４−１、図４−２および図４−３に示すように、液滴保護機能を有しているため、コルチゾール抗体溶液、唾液、リンス液ともその必要量を大幅に低減することができる。
【０１１０】
次に、フォトニック結晶１００として、熱ナノインプリントにより所定の微細構造を表面に形成したシクロオレフィン系ポリマーのシートを所定の大きさに切断したものを用い、液滴保持機能を有するプレートを有する形態のフォトニック結晶バイオセンサー２００を用いた、標的物質濃度測定装置１により測定した結果を説明する。図１１−１および図１１−２は、本実施形態の測定部３００による検出・測定結果を示す図である。図１２は、本実施形態の標的物質濃度測定装置１による検出・測定結果を示す図である。
【０１１１】
図１１−１に示す測定グラフは、コルチゾール抗体が吸着したフォトニック結晶バイオセンサー２００を用いてコルチゾールを検出した結果である。フォトニック結晶１００のみ（ＰＣ）の反射光の強度と比較して、抗体吸着（ＡＮ）後、ブロッキング剤吸着（ＢＬ）後、コルチゾール吸着（ＣＯ）後の各工程を経る毎に、フォトニック結晶１００の反射面１１２の状態が変化して反射光の強度が減少している。
【０１１２】
コルチゾール抗体は、コルチゾールと強く結合する性質を有するため、ＢＬ工程からＣＯ工程までの反射光の強度の変化は、コルチゾールがフォトニック結晶バイオセンサー２００（センサー）に吸着して検出されたことを示すものである。しかしながら、上記の反射光の強度を直接用いてコルチゾール濃度の算出を行おうとした場合、フォトニック結晶バイオセンサー２００毎に有している熱ナノインプリントの成形条件などによって生じるフォトニック結晶１００のみの反射光の強度Ｉ１のバラツキや、コルチゾール抗体やブロッキング剤の吸着量のバラツキが影響してしまう為、ＰＣ工程の反射光の強度Ｉ１を基準値１００％として、各工程の反射光の強度を除算してパーセント表記に変換した。この方法によって、フォトニック結晶１００の反射光強度のバラツキおよびコルチゾール抗体やブロッキング剤の吸着量のバラツキを無視することが可能となる。
【０１１３】
図１１−２は、上記除算後に反射光強度のピーク波長である５００ｎｍの反射光強度に着目した場合の各工程の反射光強度の変化量を示したものである。この図よりＰＣ工程からＣＯ工程を経る毎に、反射光強度が減少していることが判る。
【０１１４】
また、コルチゾール抗体（抗体）やブロッキング剤の吸着量のバラツキによって、試験条件を同じにした場合でも各工程の減少量はフォトニック結晶バイオセンサー２００毎に異なった値になるが、ＢＬ工程からＣＯ工程にかけては一様な変化量を示す。
【０１１５】
この現象は、コルチゾール抗体（抗体）およびブロッキング剤の吸着の仕方と、コルチゾールの吸着の仕方の違いによって発生する。コルチゾール抗体およびブロッキング剤は、フォトニック結晶バイオセンサー２００への吸着を確実なものにするために、フォトニック結晶バイオセンサー２００の表面積への吸着限界量の約１０倍の濃度にしているため、フォトニック結晶バイオセンサー２００に積層状態で吸着している。そのため、試験条件を同じにしても層の厚さまでは制御できずに、結果としてフォトニック結晶バイオセンサー２００毎に反射光強度の減少量が異なってしまう。一方、検出対象であるコルチゾールは、コルチゾール抗体およびブロッキング剤と比較して低濃度であり、積層したコルチゾール抗体の、表面のコルチゾール抗体のみと結合するため、結果としてフォトニック結晶バイオセンサー２００の表面に単層に近い状態で吸着する。したがって、ＢＬ工程からＣＯ工程の変化量はコルチゾール抗体やブロッキング剤の吸着量のバラツキを無視したものであり、フォトニック結晶バイオセンサー２００毎のバラツキは発生しなくなる。
【０１１６】
さらに、コルチゾール濃度を１ｎｍｏｌ／Ｌ〜４１ｎｍｏｌ／Ｌまで変化させたときのＢＬ工程からＣＯ工程までの反射光の強度の変化量を測定した結果を図１２に示す。図１２は、実施形態の標的物質濃度測定装置による検出・測定結果を示す図である。
【０１１７】
図１２に示す測定結果から、一定の条件であればコルチゾール濃度と反射光強度との変化量の間には相関があることがわかる。そのため、コルチゾール濃度が未知の唾液を滴下した際に生じる反射光強度の変化量から、唾液中のコルチゾール濃度を測定することができる。
【０１１８】
［実施形態２］
次に、別の実施形態に係る標的物質測定装置について説明する。図１３は、本実施形態に係る標的物質測定装置の概略図である。標的物質測定装置１ａは、標的物質固定手段として真空チャック機構７００を含むものである。図１４は、真空チャック機構７００の一部の分解図である。標的物質測定装置１ａは、フォトニック結晶バイオセンサー２００と、測定部３００と、演算部６００と、真空チャック機構７００（標的物捕捉部固定手段）とを備える。真空チャック機構７００は、測定部３００に対してフォトニック結晶バイオセンサー２００の位置を定めて、これを固定するものである。
【０１１９】
真空チャック機構７００は、センサー台７０１、真空チャック部材７０２，エアコネクタ７０３、エアチューブ７０４，真空ポンプ７０５を含む。センサー台７０１は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置する盤状の部材であり、測定プローブ３２０の先端と対向するように配置される。センサー台７０１には、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置するセンサー台７０１の面とその反対の面とを通ずる、円形の貫通孔７０６が形成されている。測定プローブ３２０から照射された光は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を透過し、透過した光がセンサー台７０１に照射される。貫通孔７０６は、少なくとも透過した光が照射されるセンサー台７０１の範囲に形成されている。真空チャック機構７００の真空チャック機能の実現のためには、貫通孔７０６は必須ではない。貫通孔７０６については後で詳述する。
【０１２０】
貫通孔７０６の周囲には、真空チャックのための真空チャック用貫通孔７０７が等間隔に８個形成されている。真空チャック用貫通孔７０７は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置するセンサー台７０１の面と、その反対の面とを通ずる。真空チャック用貫通孔７０７の個数は８個に限定されず、これより少なくてもよいし多くてもよい。また真空チャック用貫通孔７０７の位置も、貫通孔７０６の周囲に限定されず、測定の際に、フォトニック結晶バイオセンサー２００が接するセンサー台７０１の位置であればよい。センサー台７０１には、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置する面と反対側に、真空チャック部材７０２が嵌め込まれる凹部７０８が形成されている。
【０１２１】
真空チャック部材７０２は、直方体の部材であり、凹部７０８に嵌め込まれる。真空チャック部材７０２の、センサー台７０１と接する面には、凹部７０９が形成されている。凹部７０９は、深さに特に限定はないが、１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度が好ましく、１ｍｍ以上２ｍｍ以下がさらに好ましい。凹部７０９は、真空チャック部材７０２がセンサー台７０１に嵌め込まれたときに、真空チャック部材７０２が真空チャック用貫通孔７０７を塞がないような範囲に形成されている。真空チャック部材７０２には、センサー台７０１に嵌め込まれたときに貫通孔７０６と対向する位置に、円環状の縁をもつ貫通孔７１１が形成されている。円環状の縁は、真空チャック部材７０２の凹部７０９とセンサー台７０１とで形成される減圧空間と、貫通孔７０６および貫通孔７１１とを分離するためのものである。貫通孔７１１の口径は、貫通孔７０６の口径と等しい。凹部７０９には、エアコネクタ７０３との接続部７１０が形成されている。接続部７１０にエアコネクタ７０３が接続され、エアコネクタ７０３と真空ポンプ７０５とはエアチューブ７０４で接続される。本実施形態では、真空チャック部材７０２とセンサー台７０１とは別体として構成されているが、一体として構成されていてもよい。
【０１２２】
センサー台７０１に真空チャック部材７０２を嵌め込み、真空ポンプ７０５を作動させると、真空チャック部材７０２の凹部７０９とセンサー台７０１とで形成される空間が減圧され、センサー台７０１の真空チャック用貫通孔７０７から吸気が行われる。センサー台７０１にフォトニック結晶バイオセンサー２００を載置すると、フォトニック結晶バイオセンサー２００がセンサー台７０１に固定される。これにより、検出・測定時の振動等による測定位置のずれを減少することが可能となり、より正確な検出・測定ができる。また、フォトニック結晶バイオセンサー２００をセンサー台７０１に真空チャック機構７００により固定することで、フォトニック結晶バイオセンサー２００のたわみを減少させることができる。
【０１２３】
本実施形態に係る標的物質測定装置は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を回転させる回転台８００（標的物質捕捉部回転手段、標的物質捕捉部回転部、フォトニック結晶バイオセンサー回転部）を備える。
【０１２４】
回転台８００は、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置するセンサー台７０１と、センサー台７０１のフォトニック結晶バイオセンサー２００を載置する側とは反対側に配置されて、センサー台７０１を支持する支持台８０１とを含む。本実施形態では、センサー台７０１と支持台８０１とが別体として構成されているが、一体として構成されていてもよい。支持台８０１は、円筒形状をしており、センサー台７０１の法線を軸として回転させることができる。ここで、センサー台７０１の法線とは、フォトニック結晶バイオセンサー２００を載置するセンサー台７０１の盤面に垂直な線である。
【０１２５】
フォトニック結晶バイオセンサー２００は、フォトニック結晶バイオセンサー２００のフォトニック結晶１００（構造体）に測定プローブ３２０から照射される光が当たるように、センサー台７０１の盤上に載置される。このとき、センサー台７０１の盤面と、フォトニック結晶バイオセンサー２００を構成するフォトニック結晶１００の格子面とは、ほぼ平行、好ましくは平行である。したがって、センサー台７０１の法線は、フォトニック結晶１００の格子面の法線である。支持台８０１を、センサー台７０１の法線を回転軸として回転させる構成とすることで、フォトニック結晶バイオセンサー２００を、フォトニック結晶１００の格子面の法線を軸として回転させることができる。
【０１２６】
次に、回転台８００を、以上のように構成することによる効果について説明する。図１５−１および図１５−２は、フォトニック結晶を回転させたときの結晶方位の変化を説明する図である。図１５−１および図１５−２により、三角格子の凹凸形状を有するフォトニック結晶１００について結晶方位の変化を説明するが、フォトニック結晶が三角格子ではなくとも、例えば正方格子のものであっても同様に結晶方位の変化を説明できる。図１５−１および図１５−２は、フォトニック結晶１００を、格子面と垂直な方向からみた図である。格子面は紙面と同一である。図１５−１において、フォトニック結晶１００の結晶方位は、ＯＡの方向と、ＯＢの方向とに代表される。図１５−１のフォトニック結晶１００を、格子面と垂直な直線を軸として、すなわち紙面と垂直な直線を軸として左周りに回転させると、フォトニック結晶１００は、図１５−２に示す配置となる。回転させた後のフォトニック結晶１００の結晶方位は、ＯＡ´の方向とＯＢ´の方向とに代表される。結晶方位と、軸との角度は９０°であり、回転の前後で変化はない。しかし、フォトニック結晶１００の格子面を通る、格子面に対して垂直ではない直線と、結晶方位との角度は、回転の前後で異なる。測定プローブ３２０からフォトニック結晶１００に照射される入射光の方向が、フォトニック結晶１００の格子面に対して垂直ではない場合に、フォトニック結晶１００を回転させると、回転の前後で入射光の方向とフォトニック結晶１００の結晶方位との角度が変化する。角度が変化すると、入射光が照射されるフォトニック結晶１００の反射面１１２の状態が変化するため、反射光の強度に変化が生じる。
【０１２７】
測定プローブ３２０からフォトニック結晶１００に照射される入射光の方向と、フォトニック結晶１００の格子面との角度は、例えば６５．２°〜９０°の範囲であり、入射光のすべてがフォトニック結晶１００の格子面に対して垂直なわけではない。すなわち入射光のすべてがセンサー台７０１の盤面に対して垂直なわけではない。したがって、フォトニック結晶１００がセンサー台７０１の盤面上で回転すると、フォトニック結晶１００の結晶方位と入射光の方向との角度は変化する。
【０１２８】
センサー台７０１にフォトニック結晶バイオセンサー２００を載置して、同一のフォトニック結晶バイオセンサー２００について複数の測定を行うと、センサー台７０１に垂直な直線を軸としてフォトニック結晶バイオセンサー２００が予期されない回転角度で回転して、フォトニック結晶バイオセンサー２００の測定位置は測定の度にずれる。そのため、フォトニック結晶１００の結晶方位と入射光との角度が異なる、複数の測定条件下での測定結果が得られてしまう。図１６は、回転台８００を使用せずに行った複数回の測定結果を示す図である。図１６に示すように、同一のフォトニック結晶バイオセンサー２００について、回転台８００によるフォトニック結晶バイオセンサー２００の回転を行わずに複数の測定を行うと、反射光の強度に７〜１０％程度のバラツキが生じてしまう。
【０１２９】
回転台８００を使用してフォトニック結晶バイオセンサー２００を回転させると、センサー台７０１の法線、すなわちセンサー台７０１に垂直な直線を軸としてフォトニック結晶バイオセンサー２００を任意の回転角度で回転させることができる。これにより、フォトニック結晶バイオセンサー２００のフォトニック結晶１００の結晶方位と、測定プローブ３２０からフォトニック結晶１００に照射される入射光の方向との角度を、任意に変化させることができる。
【０１３０】
図１７は、フォトニック結晶バイオセンサー２００の回転角度に対して、反射光の光強度をプロットした図である。測定方法を詳しく説明する。フォトニック結晶バイオセンサー２００をセンサー台７０１に載置し、真空チャック機構７００を用いてフォトニック結晶バイオセンサー２００をセンサー台７０１に固定する。次に回転台８００を右回りに所定の角度だけ回転させ、回転台８００の回転角度、すなわち回転台８００と共に回転するフォトニック結晶バイオセンサー２００の回転角度に対応する、反射光の光強度を測定する。図１７によれば、フォトニック結晶バイオセンサー２００の回転角度の変化に従い、光強度は正弦波状に変化していることがわかる。そこで、フォトニック結晶バイオセンサー２００の回転角度を変化させつつ、反射光の光強度を測定し、得られた光強度の最大値をフォトニック結晶バイオセンサー２００の評価に使用することとした。
【０１３１】
回転台８００を用いた測定結果のバラツキを調べるために、同一のフォトニック結晶バイオセンサー２００について、１０回の測定を行った。各回の測定について、フォトニック結晶バイオセンサー２００をセンサー台７０１から取り外し、再びセンサー台に載置して固定した後、回転台８００を回転させて光強度の最大値を測定するという作業を行った、図１８は、回転台８００を使用して行った１０回の測定結果を示す図であり、波長と光強度の最大値との関係が表されている。図１８を図１６と比較することにより、回転台８００を回転させて得られた光強度は、回転台８００を回転させないで得られた光強度よりもバラツキが低減されていることがわかる。
【０１３２】
したがって、標的物質測定装置１ａが、フォトニック結晶１００の格子面における法線を軸としてフォトニック結晶バイオセンサー２００を回転させる回転台８００を備えていることによって、測定結果のバラツキを低減することができる。
【０１３３】
標的物質測定装置１ａは、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１（標的物質捕捉部載置部）と、反射鏡９００（反射手段）とを備える。図１９は、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１および反射鏡９００の概略図である。センサー台７０１と、真空チャック部材７０２とセンサー台７０１とは、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１を構成する。フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１には、測定プローブ３２０からの光が照射される範囲に貫通孔７０６および貫通孔７１１が形成されている。貫通孔７０６はセンサー台７０１に形成され、貫通孔７１１は真空チャック部材７０２に形成されている。センサー台７０１に真空チャック部材７０２が嵌め合わされてフォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１が構成されたとき、貫通孔７０６と貫通孔７１１とは口径が一致し、貫通孔７０６と貫通孔７１１とで、連続した貫通孔９０２が構成される。
【０１３４】
貫通孔９０２は、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１のフォトニック結晶バイオセンサー２００を載置する面側からその反対側に通じる。貫通孔９０２は、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１の、少なくとも測定プローブ３２０からの光が照射される範囲に形成されている。なお、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１の、測定プローブ３２０からの光が照射される範囲とは、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１に貫通孔９０２が形成されていないとした場合に、測定プローブ３２０からの光が照射される、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１の、フォトニック結晶バイオセンサー２００が載置される面の部分をいう。また、貫通孔９０２で囲まれた空間９０３は、円柱状である。そのため、測定プローブ３２０からの光は、貫通孔９０２で囲まれた空間９０３を直進し、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１を通過する。貫通孔９０２の内径９０２Ｄは、測定プローブ３２０からの光がフォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１により反射されることなく、貫通孔９０２で囲まれた空間９０３を通過できる程度の大きさであればよく、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【０１３５】
貫通孔９０２で囲まれた空間９０３を通過した測定プローブ３２０からの光は、反射鏡９００に到達する。反射鏡９００の反射面は、測定プローブ３２０からの光の進行方向に対して斜めとなるように配置されており、そのため、測定プローブ３２０からの光は、反射鏡９００により、貫通孔９０２とは別の位置に反射される。したがって、測定プローブ３２０からの光は、貫通孔９０２で囲まれた空間９０３を逆進せず、したがって測定プローブ３２０へ向かうことはない。反射鏡９００は、測定プローブ３２０からの光を貫通孔９０２とは別の位置に反射するのであれば、どのような形状でもよく、反射率もどのような値でもよい。反射鏡９００として、プリズムなどを用いることができる。
【０１３６】
標的物質測定装置１ａが、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１と反射鏡９００とを含むことで、次のような効果を奏する。標的物質を測定する際、測定プローブ３２０からの光は、フォトニック結晶１００の反射面１１２により反射されて、測定プローブ３２０に向かい、反射光強度が測定される。しかし、測定プローブ３２０からの光はすべて反射面１１２により反射されるのではなく、一部がフォトニック結晶バイオセンサー２００を透過する。この透過した光が、フォトニック結晶バイオセンサー載置部９０１により反射されることが低減されるので、反射面１１２により反射された光以外の光が測定プローブ３２０に入ることを防止することができる。その結果、標的物質測定装置１ａの測定精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明の標的物質濃度測定装置および標的物質濃度測定方法は、各種の生体関連物質や低分子物質の検出に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１、１ａ 標的物質濃度測定装置
１００ フォトニック結晶（構造体）
１１０ 孔（凹部）
１１１ 凸部
１１２ 反射面
１１３ 抗体（標的物質捕捉物質）
１１４ 抗原（標的物質）
１１５ ブロッキング剤
２００、２０１、２０２ フォトニック結晶バイオセンサー（標的物質捕捉部）
２１０ プレート
２２０ プレート
２４０、５１１ 開口部
２４１ 凹部（液滴保持部）
３００ 測定部
３１０ 光源
３２０ 測定プローブ
３３０ 光検出装置
３４０，３５０ 光ファイバー
４１０ マグネットシート
５１０ 穴付カバー
５１２ 空間
５２０ シート
６００ 演算部
７００ 真空チャック機構
７０１ センサー台
７０２ 真空チャック部材
７０３ エアコネクタ
７０４ エアチューブ
７０５ 真空ポンプ
７０６ 貫通孔
７０７ 真空チャック用貫通孔
７０８ 凹部
７０９ 凹部
７１０ 接続部
７１１ 貫通孔
８００ 回転台（標的物質捕捉部回転手段）
８０１ 支持台
９００ 反射鏡（反射手段）
９０１ フォトニック結晶バイオセンサー載置部（標的物質捕捉部載置部）
９０２ 貫通孔
９０３ 空間
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７ マーカー
Ａ 測定エリア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的物質捕捉部と、測定部と、演算部とを含み、
前記標的物質捕捉部は、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、特定波長において第１の強度の反射光が得られる構造体と
前記反射面に固定されるとともに標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質とを含み、
前記測定部は、前記標的物質捕捉部の前記反射面側に光を照射し、前記特定波長における反射光の強度を測定し、
前記演算部は、前記標的物質が前記標的物質捕捉部と接触させられる前における反射光の、前記特定波長における第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、前記標的物質が前記標的物質捕捉部に接触させられた後における反射光の、前記特定波長における第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度との差に基づいて前記標的物質の濃度を求める
ことを特徴とする、標的物質濃度測定装置。
【請求項２】
前記第１の相対強度が、前記第２の強度を前記第１の強度で除した値であることを特徴とする、請求項１に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項３】
前記標的物質捕捉部は、前記標的物質捕捉物質が前記反射面に固定された後であって前記標的物質が前記標的物質捕捉部に接触させられる前に、前記反射面に固定されるブロッキング剤をさらに含み、
前記演算部は、第２の強度として前記ブロッキング剤が前記反射面に固定された後における反射光の強度を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載された標的物質濃度測定装置。
【請求項４】
前記標的物質捕捉部は、開口部を有する液滴保持部をさらに含み、前記開口部の一端は前記構造体の前記反射面により閉塞されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項５】
前記液滴保持部は、疎水性材料で構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項６】
前記開口部で囲まれた空間に前記標的物質を配置した後に前記開口部を覆う、被覆部材をさらに含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項７】
前記被覆部材の少なくとも一部は、透明体であることを特徴とする、請求項６に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項８】
前記反射面における特定の位置を表示するマーカーをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項９】
前記マーカーは、線対称軸を持たない図形で構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１０】
前記測定部に対する前記標的物質捕捉部の位置を定めて前記標的物質捕捉部を固定する、標的物質捕捉部固定手段を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１１】
前記標的物質捕捉部固定手段は、真空チャック機構であることを特徴とする、請求項１０に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１２】
前記構造体の格子面における法線を軸として前記標的物質捕捉部を回転させる標的物質捕捉部回転手段を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１３】
前記標的物質捕捉部を載置し、少なくとも前記測定部からの光が照射される範囲に貫通孔が形成されて前記光を通過させる標的物質捕捉部載置部と、
前記貫通孔で囲まれた空間を通過した光を前記貫通孔とは別の位置に反射する反射手段と、
を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１４】
表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体について、
前記反射光の第１の強度を得るステップと、
前記反射面に、前記標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質を固定して、標的物質捕捉部を作成するステップと、
前記標的物質捕捉部に前記標的物質を接触させる前に、前記標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、反射光の前記特定波長における第２の強度を得るステップと、
前記標的物質捕捉部に、前記標的物質を接触させるステップと、
前記標的物質を接触させた前記標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、反射光の前記特定波長における第３の強度を得るステップと、
前記第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、前記第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度との差に基づいて前記標的物質の濃度を求めるステップと、
を含むことを特徴とする、標的物質濃度測定方法。
【請求項１５】
凹凸形状が格子状に配列され、格子間隔、深さ、格子の寸法がナノまたはマイクロメートルの構造体について、前記構造体の厚さが約５μｍ以上で、前記構造体の表面に１つ以上の物質を固定化し、前記構造体の凹凸形状がある側に光を照射すると前記構造体の形状と材質に依存した特定波長の反射光が得られ、前記反射光の強度を前記構造体の表面に物質を固定化した状態またはしていない状態の前記反射光の強度で除算し、前記除算値の変化量によって前記物質の濃度を定量化することを特徴とする標的物質濃度測定装置。
【請求項１】
標的物質捕捉部と、測定部と、演算部とを含み、
前記標的物質捕捉部は、表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、特定波長において第１の強度の反射光が得られる構造体と
前記反射面に固定されるとともに標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質とを含み、
前記測定部は、前記標的物質捕捉部の前記反射面側に光を照射し、前記特定波長における反射光の強度を測定し、
前記演算部は、前記標的物質が前記標的物質捕捉部と接触させられる前における反射光の、前記特定波長における第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、前記標的物質が前記標的物質捕捉部に接触させられた後における反射光の、前記特定波長における第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度との差に基づいて前記標的物質の濃度を求める
ことを特徴とする、標的物質濃度測定装置。
【請求項２】
前記第１の相対強度が、前記第２の強度を前記第１の強度で除した値であることを特徴とする、請求項１に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項３】
前記標的物質捕捉部は、前記標的物質捕捉物質が前記反射面に固定された後であって前記標的物質が前記標的物質捕捉部に接触させられる前に、前記反射面に固定されるブロッキング剤をさらに含み、
前記演算部は、第２の強度として前記ブロッキング剤が前記反射面に固定された後における反射光の強度を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載された標的物質濃度測定装置。
【請求項４】
前記標的物質捕捉部は、開口部を有する液滴保持部をさらに含み、前記開口部の一端は前記構造体の前記反射面により閉塞されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項５】
前記液滴保持部は、疎水性材料で構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項６】
前記開口部で囲まれた空間に前記標的物質を配置した後に前記開口部を覆う、被覆部材をさらに含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項７】
前記被覆部材の少なくとも一部は、透明体であることを特徴とする、請求項６に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項８】
前記反射面における特定の位置を表示するマーカーをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項９】
前記マーカーは、線対称軸を持たない図形で構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１０】
前記測定部に対する前記標的物質捕捉部の位置を定めて前記標的物質捕捉部を固定する、標的物質捕捉部固定手段を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１１】
前記標的物質捕捉部固定手段は、真空チャック機構であることを特徴とする、請求項１０に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１２】
前記構造体の格子面における法線を軸として前記標的物質捕捉部を回転させる標的物質捕捉部回転手段を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１３】
前記標的物質捕捉部を載置し、少なくとも前記測定部からの光が照射される範囲に貫通孔が形成されて前記光を通過させる標的物質捕捉部載置部と、
前記貫通孔で囲まれた空間を通過した光を前記貫通孔とは別の位置に反射する反射手段と、
を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の標的物質濃度測定装置。
【請求項１４】
表面に凹部と凸部とが周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体について、
前記反射光の第１の強度を得るステップと、
前記反射面に、前記標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質を固定して、標的物質捕捉部を作成するステップと、
前記標的物質捕捉部に前記標的物質を接触させる前に、前記標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、反射光の前記特定波長における第２の強度を得るステップと、
前記標的物質捕捉部に、前記標的物質を接触させるステップと、
前記標的物質を接触させた前記標的物質捕捉部の反射面側に光を照射し、反射光の前記特定波長における第３の強度を得るステップと、
前記第２の強度を、前記第１の強度または前記第２の強度で除した値である第１の相対強度と、前記第３の強度を、前記第２の強度を除した強度と同じ強度で除した値である第２の相対強度との差に基づいて前記標的物質の濃度を求めるステップと、
を含むことを特徴とする、標的物質濃度測定方法。
【請求項１５】
凹凸形状が格子状に配列され、格子間隔、深さ、格子の寸法がナノまたはマイクロメートルの構造体について、前記構造体の厚さが約５μｍ以上で、前記構造体の表面に１つ以上の物質を固定化し、前記構造体の凹凸形状がある側に光を照射すると前記構造体の形状と材質に依存した特定波長の反射光が得られ、前記反射光の強度を前記構造体の表面に物質を固定化した状態またはしていない状態の前記反射光の強度で除算し、前記除算値の変化量によって前記物質の濃度を定量化することを特徴とする標的物質濃度測定装置。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−４】
【図２−５】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図３−４】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図５−１】
【図５−２】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図７−１】
【図７−２】
【図７−３】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１−１】
【図１１−２】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５−１】
【図１５−２】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図２−４】
【図２−５】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図３−４】
【図４−１】
【図４−２】
【図４−３】
【図５−１】
【図５−２】
【図６−１】
【図６−２】
【図６−３】
【図６−４】
【図６−５】
【図７−１】
【図７−２】
【図７−３】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１−１】
【図１１−２】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５−１】
【図１５−２】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−９８２７２（Ｐ２０１２−９８２７２Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１５４７（Ｐ２０１１−１８１５４７）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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