目的物質検出チップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法
【課題】ＳＰＲセンサー及び光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムと検出板とで構成される検出チップの部品点数を減らし、小型で安価で簡便に製造可能で、目的物質を迅速かつ高感度で検出でき、更に、被検体液の送液が容易な目的物質検出チップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供すること。
【解決手段】本発明の目的物質検出チップは、光を透過する板状の透明基体部と、前記透明基体部の一の面に溝として形成され、前記溝の長さ方向に目的物質の存在を検証する被検体液が送液される流路と、を有し、前記流路は、断面視で前記一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成され、前記溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされることを特徴とする。
【解決手段】本発明の目的物質検出チップは、光を透過する板状の透明基体部と、前記透明基体部の一の面に溝として形成され、前記溝の長さ方向に目的物質の存在を検証する被検体液が送液される流路と、を有し、前記流路は、断面視で前記一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成され、前記溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波モードや表面プラズモン共鳴を利用して、被検体液中に含まれる目的物質を検出する目的物質検出チップ、該目的物質検出チップを有する目的物質検出装置及び該目的物質検出装置を用いた目的物質検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、健康診断、製薬、疾患や伝染病の早期発見、環境汚染検出、テロ対策などのさまざまな分野で、持ち運びが可能で、操作が簡単でかつ高感度に目的物質を検出可能である検出器が必要とされている。
携行が可能な程度に小さく、液体中に含まれる様々な物質の測定が可能なセンサーとしては、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ；Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いるＳＰＲセンサーや光導波モードを用いる光導波モードセンサーが知られている（例えば、非特許文献１〜１９、及び特許文献１〜７参照）。これらのセンサーは、疾患に起因する様々なバイオマーカーやウイルスの検出、たんぱく質などの様々なバイオ物質の選択的な検出、環境中に含まれる重金属や油などによる環境汚染の評価、テロに用いられる毒物や違法薬物、爆薬の検出に用いられてきている。
【０００３】
図１に、クレッチマン配置と呼ばれる最もポピュラーなＳＰＲセンサー２００の構成例を示す。このＳＰＲセンサー２００は、透明基板２０１上に金や銀、アルミニウムなどの金属を蒸着して金属薄膜層２０２を形成し、透明基板２０１の金属薄膜層２０２を形成した面と反対側の面に光学プリズム２０３を密着させた構造からなり、光源２０４から照射されるレーザー光を偏光板２０５にて偏光し、光学プリズム２０３を通して透明基板２０１に照射する。入射光２１０Ａは、全反射となる条件で入射する。入射光２１０Ａの金属の表面側に染み出すエバネセント波によって、ある入射角度で表面プラズモン共鳴が発現する。入射角度θは、光学系を駆動させて適宜変更する。表面プラズモン共鳴が起こると、エバネセント波は表面プラズモンによって吸収されるので、この入射角付近では反射光の強度が著しく減少する。表面プラズモン共鳴が発現する条件は、金属薄膜層２０２表面近傍の誘電率によって変化することから、金属薄膜層２０２の表面において物質の吸着や接近、離脱、変質が生じると、反射光２１０Ｂの強度に変化が現れる。よって、金属薄膜層２０２の表面上に被検出試料が結合したり吸着して誘電率に変化が生じると、入射光２１０Ａの反射特性に変化が生じるため、金属薄膜層２０２から反射される反射光２１０Ｂの強度変化を光検出器２０６によりモニターすることによって、被検出試料を検出することができる。
【０００４】
また、ＳＰＲセンサーにおいて、光学系を簡素化し、小型化を実現した系として、波長分解型測定法が報告されている（例えば、非特許文献６、７参照）。図２に、非特許文献６の報告に係る光学系のＳＰＲセンサー３００の概要を示す。入射光３１０Ａは、光源３０１から光ファイバ３０２Ａを介して光学プリズム３０３の手前まで導かれ、コリメートレンズ３０４によって平行光にされ、偏光板３０５にてｐ偏光にされた後に、光学プリズム３０３に入射される。この入射光３１０Ａは、光学プリズム３０３上に密着する形で配された透明基板３０６上の金属薄膜層３０７に照射され、金属薄膜層３０７から反射される反射光３１０Ｂとして、集光レンズ３０８を通じて光ファイバ３０２Ｂで光検出器３０９まで導かれる。ここで光検出器３０９は、分光器３０９Ａを備えており、反射光３１０Ｂの反射スペクトルを観測する。このＳＰＲセンサー３００は、前述のＳＰＲセンサー２００と同様に、金属薄膜層３０７表面近傍で誘電率の変化が生じると、反射スペクトルに変化が生じ、誘電率変化を検知できる一方で、前述のＳＰＲセンサー２００と異なり、光学系を駆動させて入射光３１０Ａの金属薄膜層に対する入射角度を変更することなく、反射光３１０Ｂを波長分解して測定に供する、つまりスペクトルを測定するため、光学系を簡素にし、装置を小型化できる利点を有する。
【０００５】
光導波モードセンサーは、ＳＰＲセンサーとよく似た構造を持ち、やはりセンサーの検出面における、物質の吸着や誘電率の変化を検出するセンサーである。この光導波モードセンサーは、ＳＰＲセンサーで用いることができる全ての光学系と同等の光学系を使用することが可能であることが知られている。
【０００６】
図３に、クレッチマン配置と類似の配置を用いた光導波モードセンサー４００を示す。光導波モードセンサー４００は、透明基板４０１ａと、その上に被覆した金属層又は半導体層で構成される薄膜層４０１ｂと、更にこの薄膜層４０１ｂ上に形成される光導波路層４０１ｃとからなる検出板４０１を用いる。この検出板４０１の光導波路層４０１ｃが形成されている面とは反対側の面に屈折率調節オイルを介して光学プリズム４０２が密着される。光源４０３から照射され、偏光板４０４にて偏光された入射光４１０Ａは、光学プリズム４０２を通して検出板４０１に照射される。入射光４１０Ａは、検出板４０１に対して全反射となる条件で入射する。ある特定の入射角度θにおいて、入射光４１０Ａが光導波路内を伝搬する光導波モード（漏洩モード、又はリーキーモードとも呼ばれる）と結合すると、光導波モードが励起され、この入射角近傍で光の反射光強度が大きく変化する。このような光導波モードの励起条件は、光導波路層４０１ｃ表面近傍の誘電率によって変化することから、光導波路層４０１ｃの表面において物質の吸着や接近、離脱、変質が生じると、反射光４１０Ｂの強度に変化が現れる。この変化を光検出器４０５により観測することにより、光導波路層４０１ｃ表面における物質の吸着や接近、離脱、変質といった現象を検出することができる。
【０００７】
また、図４に、図２に示したＳＰＲセンサー３００の光学系を光導波モードセンサーに適用した光導波モードセンサー５００の概要を示す。該図４に示す光照射手段は、光源５０１と、光ファイバ５０２Ａと、コリメートレンズ５０３と偏光板５０４で構成されている。光源５０１からの光は、光ファイバ５０２Ａに入射され、光学プリズム５０５に入射しやすい位置に導かれる。光ファイバ５０２Ａの先に配置されたコリメートレンズ５０３により、光ファイバ５０２Ａからの出射光は、平行光となるように設定される。また、この出射光は、偏光板５０４にて所望の偏光状態に偏光された後に、光学プリズム５０５に入射される。光学プリズム５０５に入射された光は、検出板５０６で反射され、反射光として光学プリズム５０５から出射された後、集光レンズ５０７により集光されて光ファイバ５０２Ｂに取り込まれ、分光器５０８及び光検出器５０９にて、反射強度又は反射スペクトルを観測可能とされる。検出板５０６は、透明基板５０６ａ上に、金属層又は半導体層で構成される薄膜層５０６ｂと、光導波路層５０６ｃとがこの順で配されたもので構成され、検出板５０６の光導波路層５０６ｃが配される面と反対側の面に光学プリズム５０５が光学的に密着されて配される。このような構造を有する光導波モードセンサー５００により、入射光が検出板５０６で反射された後の特性、例えば反射光スペクトルを観測すると、入射光のある特定波長帯域の光が、検出板５０６の表面に形成された光導波路層５０６ｃ内及びその近傍を局在的に伝搬する光導波モードを励起する条件を満たし、この波長帯域で反射強度が著しく変化する現象が生じる。この光導波モード励起条件は、検出板５０６の光導波路層５０６ｃ表面近傍の誘電率によって変化するため、光導波路層５０６ｃ表面近傍の誘電率に変化があると、反射スペクトルが変化する。これにより、反射スペクトルの変化又はある特定波長帯域の反射光強度の変化を観測することで、光導波路層５０６ｃ表面近傍において誘電率変化を引き起こしている原因、例えば、物質の吸着や接近、離脱、変質を光検出器５０９で検出することができる。
また、光導波モードセンサーでは、光導波路層にナノ孔を形成し検出面の表面積を増大させると、検出感度が飛躍的に向上することがこれまでに報告されている。（例えば、特許文献４、５、非特許文献１０〜１３参照）
【０００８】
ＳＰＲセンサーや光導波モードセンサーには、検出面に光励起発光が可能な物質、例えば蛍光色素など（以下、蛍光物質と呼ぶ）、を付着又は近接させると、蛍光物質の発光を増強する効果もある。この効果は、しばしば、物質検出をする際の信号の増幅に用いられる。例えば、図１中の金属薄膜層２０２表面近傍に所望の特定物質を捕捉した際、この特定物質が非常に小さい物質であったり、量が著しく少なかったり、その誘電率が周辺媒質と殆ど同じであったりした場合、図１で示した、反射光特性の変化を観測する手法では、十分な信号を得られない場合がある。このとき、捕捉した特定物質に対し、蛍光物質を付着させて標識として用いる。付着した蛍光物質は、励起光によって励起されたプラズモンによる電場増強効果で発光強度が強められるため、前記特定物質の捕捉を間接的に高感度で検出が可能となる。この効果は、図２の金属薄膜層３０７表面近傍、図３の光導波路層４０１ｃ表面近傍、図４の光導波路層５０６ｃ表面近傍でも同様に得られる。
【０００９】
ここで、蛍光物質からの発光は、図１〜４のいずれの場合も、主に検出板の励起光を照射する側とは反対側、つまり蛍光物質が付着している側に発せられることから、この発光を検出するためには、発光を検出する装置、例えばＣＣＤや光電子増倍管、フォトダイオードなどの光検出器を、検出板の検出面側、つまりプリズムを配する面と反対側に配置する。
【００１０】
以上に示した、ＳＰＲセンサーや光導波モードセンサーは、既に様々な装置も販売され、広く使用されているが、一般的な測定の場合、図１〜４に示したような、プリズムと検出板の他に、検出対象となる目的物質を検出面表面に輸送するための輸送路、例えば、被検体が液体の場合、流路を検出板表面に配置する必要がある。そのため、部品点数が多くなり、取扱いが容易でないという問題がある。
また、実際の使用時には、プリズムと検出板と輸送路とを接合させて用いる必要があるが、この接合工程は、検出毎に検出板や輸送路を交換する場合には、毎回行う必要があり、システムが複雑になってしまうという問題点がある。
更に、部品としてのプリズムは、一般的に高精度の研磨を必要とし、高価であるという問題点がある。
【００１１】
プリズム、検出板及び輸送路を一体的に形成したものとしては、特許文献７に開示のバイオチップが挙げられる。このバイオチップでは、基板に、輸送路としての微細流体チャネルが形成されるとともに、該微細流体チャネル中に第１及び第２傾斜面によって形成された複数の楔状の先鋭部が形成されている。また、先鋭部の傾斜面上には、表面プラズモンを励起する金属層と、蛍光体で標識化された標的分子と特異結合する捕捉分子が固定された誘電体層とが形成され、誘電体層に標的物質が固定された場合に、表面プラズモンを通じて励起される蛍光体から蛍光が検出される。
このバイオチップによれば、プリズム、検出板及び輸送路の機能を奏する各部が基板に対して、一体的に形成されており、部品点数を減らすことができる。
しかしながら、このバイオチップにおいては、微細流体チャネルにおける被検体液の送液方向に対して、先鋭部の傾斜面が対向するように形成され、被検体液の送液を先鋭部が立ち塞ぐように構成されているため、被検体液を微細流体チャネル中に送液し難いという問題がある。
また、このバイオチップにおいては、標的分子の検出面をなす先鋭部と、輸送路としての微細流体チャネルとが別個に形成されるため、依然としてシステムが複雑で、生産コストが高くなるという問題がある。
更に、検出面を先鋭部とする構成では、該先鋭部の第１傾斜面に入射される反射光が対向する第２傾斜面に反射されることから、第１傾斜面における標的分子の存在を、反射光の特性変化に基づいて検出する図１〜図４の光学系を用いて検出することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４５８１１３５号公報
【特許文献２】特許第４５９５０７２号公報
【特許文献３】特開２００７−２７１５９６号公報
【特許文献４】特開２００８− ４６０９３号公報
【特許文献５】特開２００９− ８５７１４号公報
【特許文献６】国際公開第２０１０／ ８７０８８号
【特許文献７】特開２０１０−１４５４０８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，ＭＲＳ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ １６，ｐｐ．２９-３９（１９９１年）
【非特許文献２】Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．４９，ｐｐ．５６９−６３８（１９９８年）
【非特許文献３】Ｈ．Ｋａｎｏ ａｎｄ Ｓ．Ｋａｗａｔａ，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３３，ｐｐ．５１６６−５１７０（１９９４年）
【非特許文献４】Ｃ．Ｎｙｌａｎｄｅｒ，Ｂ．Ｌｉｅｄｂｅｒｇ，ａｎｄ Ｔ．Ｌｉｎｄ，Ｓｅｎｓｏｒ．Ａｃｔｕａｔ．３，ｐｐ．７９−８８（１９８２／８３年）
【非特許文献５】Ｋ．Ｋａｍｂｈａｍｐａｔｉ，Ｔ．Ａ．Ｍ．Ｊａｋｏｂ，Ｊ．Ｗ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｍ．Ｃａｉ，Ｊ．Ｅ．Ｐｅｍｂｅｒｔｏｎ，ａｎｄ Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ １７，ｐｐ．１１６９−１１７５（２００１年）
【非特許文献６】Ｏ．Ｒ．Ｂｏｌｄｕｃ，Ｌ．Ｓ．Ｌｉｖｅ，ａｎｄ Ｊ．Ｆ．Ｍａｓｓｏｎ，Ｔａｌａｎｔａ ７７，ｐｐ．１６８０−１６８７（２００９年）
【非特許文献７】Ｉ．Ｓｔａｍｍｌｅｒ，Ａ．Ｂｒｅｃｈｔ，ａｎｄ Ｇ．Ｇａｕｇｌｉｔｚ，Ｓｅｎｓｏｒ．Ａｃｔｕａｔ．Ｂ５４，ｐｐ９８−１０５（１９９９年）
【非特許文献８】Ｍ．Ｏｓｔｅｒｆｅｌｄ，Ｈ．Ｆｒａｎｋｅ，ａｎｄ Ｃ．Ｆｅｇｅｒ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２，ｐｐ．２３１０−２３１２（１９９３年）
【非特許文献９】Ｅ．Ｆ．Ａｕｓｔ ａｎｄ Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７３，ｐ．２７０５（１９９３年）
【非特許文献１０】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｔ．Ｉｋｅｄａ，Ｙ．Ｏｈｋｉ，ａｎｄ Ｔ．Ｋｏｍａｔｓｕｂａｒａ，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ８４，ｐｐ．１６８５−１６８９（２００７年）
【非特許文献１１】Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｎ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｔ．Ｋｏｍａｔｓｕｂａｒａ，Ｔ．Ｉｋｅｄａ，ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｋｉ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １５，ｐｐ．２５９２−２５９７（２００７年）
【非特許文献１２】Ｋ．Ｈ．Ａ．Ｌａｕ，Ｌ．Ｓ．Ｔａｎ，Ｋ．Ｔａｍａｄａ，Ｍ．Ｓ．Ｓａｎｄｅｒ，ａｎｄ Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ１０８，ｐｐ．１０８１２（２００４年）
【非特許文献１３】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｙ．Ｋｏｇａｎｅｚａｗａ，Ｙ．Ｏｈｋｉ，ａｎｄ Ｔ．Ｋｏｍａｔｓｕｂａｒａ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １６，ｐｐ．６４０８−６４１６（２００８年）
【非特許文献１４】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｎ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｙ．Ｋｏｇａｎｅｚａｗａ，ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｋｉ，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９，ｐｐ．０９５５０３−１−０９５５０３−７（２００８年）
【非特許文献１５】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｔ．Ｉｋｅｄａ，Ｙ．Ｋｏｇａｎｅｚａｗａ，ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｋｉ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ２２９，ｐｐ．３２０−３２６（２００８年）
【非特許文献１６】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，Ｋ．Ｓａｔｏ，Ｔ．Ｋａｔｏ，Ｓ．Ｃ．Ｂ．Ｇｏｐｉｎａｔｈ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，ａｎｄＹ．Ｏｈｋｉ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １８，ｐｐ．１５７３２−１５７４０（２０１０年）
【非特許文献１７】Ｒ．Ｐ．Ｐｏｄｇｏｒｓｅｋ，Ｈ．Ｆｒａｎｋｅ，Ｊ．Ｗｏｏｄｓ，ａｎｄ Ｓ．Ｍｏｒｒｉｌｌ，Ｓｅｎｓｏｒ．Ａｃｔｕａｔ．Ｂ５１ ｐｐ．１４６−１５１（１９９８年）
【非特許文献１８】Ｊ．Ｊ．Ｓａａｒｉｎｅｎ，Ｓ．Ｍ．Ｗｅｉｓｓ，Ｐ．Ｍ．Ｆａｕｃｈｅｔ，ａｎｄ Ｊ．Ｅ．Ｓｉｐｅ，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ １３，ｐｐ．３７５４−３７６４（２００５年）
【非特許文献１９】Ｇ．Ｒｏｎｇ，Ａ．Ｎａｊｍａｉｅ，Ｊ．Ｅ．Ｓｉｐｅ，ａｎｄ Ｓ．Ｍ．Ｗｅｉｓｓ，Ｂｉｏｓｅｎｓ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．２３，ｐｐ．１５７２−１５７６（２００８年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、ＳＰＲセンサー及び光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムと検出板とで構成される検出チップの部品点数を減らし、小型で安価で簡便に製造可能で、目的物質を迅速かつ高感度で検出でき、更に、被検体液の送液が容易な目的物質検出チップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 光を透過する板状の透明基体部と、前記透明基体部の一の面に溝として形成され、前記溝の長さ方向に目的物質の存在を検証する被検体液が送液される流路と、を有し、前記流路は、断面視で前記一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成され、前記溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされることを特徴とする目的物質検出チップ。
＜２＞ 透明基体部の流路が形成される面と反対の面が平坦に形成される前記＜１＞に記載の目的物質検出チップ。
＜３＞ 溝部を構成する左右の溝側面が左右対称に形成される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜４＞ 電場増強層は、溝部上に表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層が配されて形成される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜５＞ 表面プラズモン励起層の形成材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む前記＜４＞に記載の目的物質検出チップ。
＜６＞ 表面プラズモン励起層の表面が透明誘電体で被覆される前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜７＞ 電場増強層は、溝部上に金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層と透明材料で形成される光導波路層とがこの順で配されて形成される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜８＞ 金属材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む前記＜７＞に記載の目的物質検出チップ。
＜９＞ 半導体材料がシリコンである前記＜７＞に記載の目的物質検出チップ。
＜１０＞ 光導波路層がシリカガラスで形成される前記＜７＞から＜９＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜１１＞ 検出面に目的物質を捕捉する表面処理が施される前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜１２＞ 流路の開口部を塞ぐように、透明基体部の前記流路が形成される面上に蓋部が配される前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜１３＞ 蓋部は、透明な樹脂材料又はガラス材料で形成される、シール材及び板材のいずれかで構成される前記＜１２＞に記載の目的物質検出チップ。
＜１４＞ 蓋部は、反射材及び反射層を持つシール材又は板材のいずれかで構成される前記＜１２＞に記載の目的物質検出チップ。
＜１５＞ 前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の目的物質検出チップと、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、前記電場増強層から反射された光を検出する光検出手段と、を有することを特徴とする目的物質検出装置。
＜１６＞ 前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の目的物質検出チップと、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出手段と、を有することを特徴とする目的物質検出装置。
＜１７＞ 光照射手段は、光源と、該光源から発せられる光を直線偏光に偏光する偏光板と、を有する前記＜１５＞から＜１６＞のいずれかに記載の目的物質検出装置。
＜１８＞ 前記＜１５＞に記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、目的物質検出チップの流路内に目的物質の存在を検証する被検体液を送液する被検体液送液工程と、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、前記電場増強層から反射された光を検出する光検出工程と、を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
＜１９＞ 前記＜１６＞に記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、目的物質検出チップの流路内に目的物質の存在を検証する被検体液を送液する被検体液送液工程と、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出工程と、を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、ＳＰＲセンサー及び光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムと検出板とで構成される検出チップの部品点数を減らし、小型で安価で簡便に製造可能で、目的物質を迅速かつ高感度で検出でき、更に、被検体液の送液が容易な目的物質検出チップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術に係る表面プラズモン共鳴を用いたＳＰＲセンサーの光学配置の一例を示す説明図である。
【図２】従来技術に係る表面プラズモン共鳴を用いたＳＰＲセンサーの光学配置の他の例を示す説明図である。
【図３】従来技術に係る光導波モードセンサーの光学配置の一例を示す説明図である。
【図４】従来技術に係る光導波モードセンサーの光学配置の他の例を示す説明図である。
【図５（ａ）】本発明の一実施形態に係る目的物質検出チップを示す斜視図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）に示す目的物質検出チップの側面図である。
【図５（ｃ）】図５（ｂ）に示す目的物質検出チップの説明図である。
【図６（ａ）】本発明の他の実施形態に係る目的物質検出チップの平面図である。
【図６（ｂ）】図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図６（ｃ）】図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７（ａ）】蓋部を配した状態を示す断面図（１）である。
【図７（ｂ）】蓋部を配した状態を示す断面図（２）である。
【図８（ａ）】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図８（ｂ）】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る目的物質検出装置を示す説明図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図１３】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る目的物質検出装置を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施例に係る目的物質検出装置を示す説明図である。
【図１６】ｐ偏光された直線偏光及びｓ偏光された直線偏光を照射したときの、透過光強度の波長依存性を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例に係る目的物質検出装置を用いた目的物質の検出結果の例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（目的物質検出装置及び目的物質検出チップ）
本発明の目的物質検出装置は、本発明の目的物質検出チップと、光照射手段と、光検出手段と、必要に応じて、その他の部材とを有する。
本発明の目的物質検出装置では、目的物質として、例えば、ウイルス、たんぱく質、ＤＮＡ等の生体物質、重金属、油分、毒物、劇物、その他各種分子などを検出することができる。また、誘電率の変化を伴う物質の変質を観測することもできる。
【００１９】
＜目的物質検出チップ＞
前記目的物質検出チップは、透明基体部と、流路と、必要に応じて、その他の部材とを有する。
【００２０】
−透明基体部−
前記透明基体部は、光を透過する板状の部材としてなる。
前記透明基体部の形成材料としては、前記光透過性を有し、前記流路が形成可能である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、射出成型技術を用いて量産が可能なポリスチレン、ポリカーボネート等のプラスチック材料、高い透明性が確保できるシリカガラス等のガラス材料が好ましい。
【００２１】
前記透明基体部は、従来のＳＰＲセンサー又は光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムの役割を有する。
即ち、前記光照射手段から照射される光を、前記透明基体部に形成される後述の溝部の傾斜面に対して、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起される特定の入射角度で導入する役割を有する。
そのため、前記透明基体部の屈折率の下限としては、１．３３以上が好ましく、１．３８以上がより好ましく、１．４２以上がさらに好ましい。
また、前記屈折率の上限としては、４以下が好ましく、３以下がより好ましい。
なお、この屈折率については、別途図面を用いて後述する。
【００２２】
−流路−
前記流路は、前記透明基体部の一の面に溝として形成され、前記溝の長さ方向に前記目的物質の存在を検証する被検体液が送液される。また、この流路は、断面視で前記透明基体部の一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成される。ここで、電場増強層とは、表面プラズモン共鳴の励起が可能な層状の構造で形成される層（表面プラズモン励起層）及び、光導波モードの励起が可能な層状の構造で形成される層を指す。電場増強層に関しては、別途後述する。また、前記流路は、溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされる。
このような流路の構成によれば、前記被検体液を送液する輸送路としての役割と、前記目的物質を検出する検出面としての役割とを兼備させることができ、前記被検体液を容易に送液することができるとともに、前記輸送路と前記検出面とを別個に形成するよりも生産コストを低減させることができる。
【００２３】
前記目的物質検出チップにおける前記流路の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１つでもよいし、複数であってもよい。
前記流路の前記被検体液が流れる方向の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。ただし、照射される光が直線偏光である場合、効率よく表面プラズモン共鳴を励起するには、前記傾斜面に対し常にｐ偏光された光が入射されることが好ましく、また、効率よく光導波モードを励起するには、前記傾斜面に対し常にｓ偏光又はｐ偏光された光が入射されることが好ましいことから、前記流路において、前記検出に供される部分は直線状であることが好ましい。
また、前記流路における溝としては、前記透明基体部に形成される前記溝部に前記電場増強層を配して形成されるため、その断面形状としては、前記溝部の形状に相似した形状とされる。
【００２４】
−−溝部−−
前記透明基体部に前記溝部を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記溝部を有するように前記透明基体部を射出成型する方法、前記透明基体部に機械的な手段、例えば切削手段を用いて形成する方法などが挙げられる。中でも、安価で生産性良く前記目的物質検出チップを製造することができることから、前記射出成型する方法が好ましい。
【００２５】
前記溝部は、断面視で前記透明基体部の一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有する。
前記溝部の形状としては、前記傾斜面を少なくとも一部に有するものであれば、特に制限はなく、例えば、断面Ｖ字状、断面台形状、断面多角形状などの形状が挙げられる。ただし、前記傾斜面が曲面とされ、一の勾配をもって傾斜する部分を一切有しない断面Ｕ字状の形状や断面半円状の形状などは、含まない。前記傾斜面が曲面であると、前記電場増強層における表面プラズモン又は光導波モードの励起が限定的となり、十分に目的物質を検出することができない。
したがって、前記溝部を構成する溝側面には、前記一の勾配をもって傾斜する傾斜面が少なくとも一部に存在する必要がある。一方、こうした観点から、前記傾斜面としては、前記目的物質を検出する検出面に形成されていればよく、前記溝部の長さ方向の全体に亘って形成されている必要はない。
また、前記溝部の長さ方向の全体に亘って前記傾斜面が形成されている場合でも、当該傾斜面のすべてを検出に使用する必要はなく、その一部のみに光照射を行い、またはその一部でのみ目的物質の捕捉を行い、検出を行ってもよい。
前記溝部を構成する溝側面としては、このような傾斜面を有する限り特に制限はなく、左右対称に形成されていてもよいし、左右非対称に形成されていてもよい。
なお、これらの詳細については、別途、図面を用いて後述する。
【００２６】
前記溝部を前記透明基体部の一の面上からみたときの開口幅、即ち、前記一の面における前記左右の溝側面の間隔としては、特に制限はないが、５μｍ〜５ｃｍが好ましい。前記開口幅が５μｍ未満であると、構造が微細なため、作製が困難となり、製造コストが高くなってしまい、また、前記溝部が小さいと、前記流路が狭くなり、粘性の高い液体は流れなくなってしまう。一方、前記開口幅が５ｃｍを超えると、前記流路の内容積もそれにつれて大きくなるため、多くの被検体液が必要となってしまう。
また、前記溝部の深さとしては、特に制限はないが、上記と同じ理由で、５μｍ〜５ｃｍが好ましい。
また、前記流路を複数配する場合、即ち、前記溝部を複数形成する場合、隣接する溝部の間隔としては、特に制限はないが、５μｍ〜５ｃｍが好ましい。前記間隔が５μｍ未満であると、構造が微細なため、作製が困難となり、製造コストが高くなってしまうことや、間隔が狭いことから、隣接する流路間で被検体液の漏れが生じ易く被検体液が混ざってしまう恐れがあり、５ｃｍを超えると、検出チップ自体が大きくなってしまい、作製時に材料を多く必要とする、保管時にスペースを取ってしまう、などの不都合が生じることがある。
【００２７】
−−電場増強層−−
前記電場増強層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、（Ａ）前記溝部上に表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層を配することで形成することができ、また、（Ｂ）前記溝部上に光導波モードを励起する層構造を配することで形成することができる。ここで、前記光導波モードを励起する層構造は、金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層と透明材料で形成される光導波路層とをこの順で前記溝部上に配することで形成することができる。
【００２８】
（Ａ）前記表面プラズモン励起層の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、入射する光の波長において負の誘電率を有する金属材料が挙げられるが、金、銀、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む金属材料が好ましい。
この金属材料で形成される金属層は、プリズムを介してある入射角度で光を受けると、表面側に染み出したエバネセント波が表面プラズモンの励起条件を満たし、前記金属層の表面に前記表面プラズモン共鳴を発現させる。
前記金属層の厚みとしては、金属材料及び入射する光の波長によってその最適値が決定されるが、この値はフレネルの式を用いた計算から算出が可能であることが知られている。一般的に、近紫外域から近赤外域で表面プラズモンを励起する場合、前記金属層の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍとなる。
【００２９】
前記表面プラズモン励起層、即ち、前記金属層の形成方法としては、特に制限はなく、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スピンコート法等の公知の形成方法が挙げられるが、前記溝部が形成される前記透明基体部の形成材料が前記プラスチック材料や前記ガラス材料である場合、前記金属層を直接前記溝部上に形成すると、密着性が低く、簡単にはがれてしまうことがある。
そのため、密着性を向上させる観点から、前記溝部の内表面上にニッケルやクロムを形成材料とする接着層を形成し、この接着層上に前記金属層を形成することが好ましい。
【００３０】
後述する目的物質又は該目的物質を標識化する蛍光物質からの発光を検出する場合、前記目的物質又は前記蛍光物質が、前記金属層に近接すると、発光した光が再度前記金属層に吸収され、発光効率が低下するクエンチングと呼ばれる現象が起こる。
この場合、前記目的物質及び前記蛍光物質を前記金属層の表面から離す目的で、厚みが数ｎｍから数十ｎｍ程度の被覆層を形成するとクエンチングが抑制され、発光効率の低下を抑えられることが知られている。
こうしたことから、前記表面プラズモン励起層、即ち、前記金属層の表面が透明誘電体で被覆されることが好ましい。
前記透明誘電体としては、特に制限はなく、シリカガラス等のガラス材料、有機高分子材料、ウシ血清アルブミン等のたんぱく質など、厚さ数ｎｍから数十ｎｍの透明膜を形成可能な材料が挙げられる。
【００３１】
（Ｂ）前記光導波モードを励起する層構造の形成において、前記薄膜層を形成する前記金属材料としては、特に制限はなく、例えば、一般に入手が可能で、安定な金属及びその合金などが挙げられるが、金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含むことが好ましい。
前記薄膜層を形成する半導体材料としては、特に制限はなく、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料又は既知の化合物半導体材料が挙げられるが、特にシリコンは安価で加工が容易であるため好ましい。
前記薄膜層の厚みとしては、前記表面プラズモン励起層の金属層と同様で、前記薄膜層の材料及び入射する光の波長によってその最適値が決定されるが、この値はフレネルの式を用いた計算から算出が可能であることが知られている。一般的に、近紫外域から近赤外域の波長帯の光を使用する場合、前記薄膜層の厚さは数ｎｍ〜数百ｎｍとなる。
なお、前記薄膜層として前記金属材料を選択する場合、密着性を向上させるために、前記溝部と前記薄膜層との間に、前述したクロムやニッケルの接着層を配することが好ましい。
【００３２】
また、前記光導波路層の形成材料としては、光透過性の高い透明材料であれば特に制限はなく、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、アクリル樹脂等の樹脂材料、酸化チタン等の金属酸化物、窒化アルミニウム等の金属窒化物などが挙げられるが、作製が容易で、化学的安定性が高い酸化シリコンが好ましい。この場合、前記薄膜層を前記シリコンで形成すれば、前記シリコンの層の表面側を酸化させることで、簡便に形成することができる。
【００３３】
−−表面処理−−
前記目的物質を選択的に検出する場合、特に制限はないが、前記流路の表面、即ち、前記目的物質の検出面に前記目的物質を特異的に捕捉するための表面処理が施されることが好ましい。
前記表面処理の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記表面プラズモン励起層としての前記金属層に貴金属を用いて前記検出面とする場合には、金属−チオール結合を用いて捕捉物質を前記検出面に固定化させる化学修飾方法などが挙げられ、また、前記金属層を被覆する前記透明誘電体としてシリカガラスなどのガラス材料を用い、このガラス被覆層を前記検出面とする場合には、シランカップリングを用いて前記検出面に捕捉物質を固定化させる化学修飾方法などが挙げられる。
また、前記光導波路層の表面を前記検出面とする場合の表面処理方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光導波路層として酸化シリコンを用い、その表面を前記検出面とする場合には、前記ガラス被覆層と同様、シランカップリングにて前記検出面に捕捉物質を固定化させる化学修飾方法などが挙げられる。
【００３４】
−その他の部材−
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、蓋部、貫通孔等が挙げられる。
【００３５】
前記蓋部は、前記流路に導入される前記被検体液が前記流路からこぼれないように、前記流路の開口部を塞ぐように、前記透明基体部の前記流路が形成される面上に配される。
前記蓋部の形成材料としては、特に制限はないが、前記目的物質又は該目的物質を標識化する蛍光物質からの発光を検出する場合、その発光を透過する透明材料で形成されることが好ましい。これにより、前記光検出手段による発光検出に基づき前記目的物質の存在を感度良く検出することができる。
このような蓋部としては、例えば、透明な樹脂材料又はガラス材料で形成される、シール材及び板材のいずれかで構成される。
なお、前記電場増強層から反射される反射光を検出する場合、前記蓋部を、例えば、反射材及び反射層を持つシール材又は板材のいずれかで構成することで、前記反射光を前記透明基体部側に反射させて該透明基体部中に伝搬させるようにしてもよい。
【００３６】
前記貫通孔は、前記透明基体を貫通するように形成され、前記流路に前記被検体液を導入し、前記流路に導入された前記被検体液を排出する目的で形成される。
前記貫通孔としては、例えば、２つの前記貫通孔が、それぞれの貫通先の端部が前記流路における前記被検体液が流れる方向の始端と終端とに対して連接されるように、前記透明基体部の前記流路が形成される面と反対の面側から穿設されて設けられる。
【００３７】
前記目的物質検出チップの実施形態の例を図面を用いて説明する。
図５（ａ）に示す本発明の一実施形態に係る目的物質検出チップ１は、透明基体部２の一の面に断面Ｖ字状の溝からなる流路３が形成されて構成される。また、流路３は、その断面を説明する図５（ｂ）に示すように、断面Ｖ字状に形成された溝部の内表面上に、電場増強層４が配されて形成される。流路３内には、目的物質の存在を検証する被検体液が導入され、その最表面、ここでは電場増強層４の表面が前記目的物質の検出面とされる。
電場増強層４では、図示しない光照射手段から照射される光Ｌにより、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起され、層内及び層表面付近に強い電場が形成される。前記光照射手段では、透明基体部２の流路３が形成される面と反対の面である面Ｒ側から光Ｌを照射する。
【００３８】
このとき、図５（ｂ）の解説図として示す図５（ｃ）のように、透明基体部２は、点線で示す三角形プリズムとして機能する領域を有し、面Ｒ側から照射される光Ｌを特定の入射角度で電場増強層４に入射させる。即ち、透明基体部２は、ＳＰＲセンサー及び光導波モードセンサーにおける光学プリズムとして機能し、電場増強層４の表面近傍での電場を増強させて、この現象に由来する目的物質の検出を可能とする。なお、面Ｒは、プリズムの入射面として機能することから、平坦性が高いことが好ましい。
【００３９】
図５（ｃ）に示す透明基体部２の溝部における底角φは、該溝部を形成する傾斜面に対する光Ｌの入射角度θによって決定される。例えば、この図５（ｃ）に示す目的物質検出チップ１の例では、透明基体部２の流路３が形成される面とその反対の面である面Ｒとが平行で、溝部を形成する２つの傾斜面が左右対称で、前記光照射手段から光Ｌを面Ｒに対して垂直に入射させる場合としている。この場合の底角φ（°）は、（９０°−θ）×２となる角度で選択される。
入射角度θは、表面プラズモン共鳴及び光導波モードの励起条件によって決定されることから、底角φは、透明基体部２の形成材料の屈折率及び電場増強層４の構成に依存する。
ここで、透明基体部２の屈折率が低すぎると、入射角度θを大きくする必要があり、ひいては底角φを小さくする必要が生ずる。流路３の開口幅が数１００μｍ以下のマイクロ流路の場合、底角φが３０°以下である場合には、流路３の形成が難しくなることから、透明基体部２の屈折率としては、１．３８以上が好ましく、１．４２以上がより好ましい。一方、加工の難易度が特に問題とならない大きさの流路の場合、透明基体部２の屈折率はさらに低くて良いが、少なくとも水の屈折率１．３３より高いことが好ましい。
一方、透明基体部２の屈折率が高すぎると、光Ｌを面Ｒに入射した際、面Ｒでの反射が強くなってしまう、という問題点がある。また、屈折率が高くなお且つ透明性も高い材料は候補が限られてしまう。よって、透明基体部２の屈折率としては、４以下が好ましく、３以下がより好ましい。
【００４０】
前記目的物質検出チップの他の実施形態を図６（ａ）を用いて説明する。図６（ａ）に示す目的物質検出チップ１１では、透明基体部１２の一の面に４つの流路１３が形成される。流路１３は、図６（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す図６（ｂ）に示されるように、それぞれが断面Ｖ字状の溝として形成される。また、図６（ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面を示す図６（ｃ）に示されるように、前記被検体液を流路１３に導入する貫通孔１５と、流路１３に導液された被検体液を排出する貫通孔１５’とが形成される。
【００４１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、目的物質検出チップ１１に対して、蓋部１６を配した状態を示す図である。即ち、蓋部１６は、板状又はシート状の部材からなり、流路１３の開口を塞ぐように透明基体部１２上に配され、流路１３から前記被検体液がこぼれることを防止する。この場合、被検体液は図７（ｂ）の貫通孔１５の下側開口部より導入され、流路１３を流れた後、貫通孔１５’の下側開口部より排出される。なお、前記被検体液の送液は、流路１３が細い場合、毛細管現象によって自然に行われるが、効率的に送液するため、圧力を付加した状態で行ってもよい。
【００４２】
図８（ａ）は、溝部の形状をＶ字状から台形状に変更させた変更例を示す断面図である。即ち、図８（ａ）に示す目的物質検出チップ２１では、透明基体部２２と、流路２３と、蓋部２６とで構成され、流路２３としては、台形状に形成される。
溝部の形状ひいては流路の溝形状がＶ字状である場合、流路の溝側面すべてを検出面として利用できるメリットがある一方、流路の左右の溝側面が交差する底部が鋭角となり、この部分に送液された被検体液及びこの部分に捕捉された目的物質やその他の不純物を洗浄し難くなる。そのため、各検出試験ごとに行われる洗浄に大きな負担がかかるとともに、洗浄しきれなかった被検体液、目的物質及びその他の不純物の存在により、検出に誤りが生ずることがある。
この点、台形状の流路２３とすれば、底部が鋭角になることがないため、使用後の被検体液及び目的物質の洗浄が容易となる。この流路２３の台形状の底部の幅方向（図中左右方向）の長さとしては、流路２３の開口幅を５μｍ〜５ｃｍとしたときに、２μｍ〜４ｃｍが好ましい。
【００４３】
図８（ｂ）は、前記流路の溝形状を多角形状に変形させた変更例を示す断面図である。即ち、図８（ｂ）に示す目的物質検出チップ２１’では、透明基体部２２’と、流路２３’と、蓋部２６’とで構成され、透明基体部２２’の溝部における溝側面、ひいては流路２３’の溝側面が多段の勾配をもって形成される。この場合、勾配ごとに異なる励起波長による検出を同時に実施することが可能となる。
なお、流路２３’の更なる変更例については、前記目的物質検出装置における具体的な検出方法ととともに、後掲の図面で説明をする。
【００４４】
＜光照射手段＞
前記光照射手段は、前記目的物質検出チップの前記流路が形成される面と反対の面側から前記電場増強層に光を照射する手段である。
前記光照射手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、レーザー、白色ランプ、ＬＥＤなどの光源、前記光源からの光をコリメートするコリメータ、前記光源からの光を集光するレンズ、前記光源からの光を偏光する偏光板など、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。
中でも、前記光源から発せられる光を直線偏光に偏光する偏光板を有して構成されることが好ましい。
【００４５】
＜光検出手段＞
前記光検出手段は、（Ｃ）前記電場増強層から反射される反射光を検出する手段として構成される。また、検出の手段として、前記目的物質又は前記目的物質を標識化する前記蛍光物質からの蛍光を検出する場合には、（Ｄ）前記光照射手段から照射される光により、前記流路内に存在する前記被検体液中の前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する手段として構成される。これら２つの態様では、前記光検出手段の光学配置が異なる。
【００４６】
前記光検出手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記（Ｃ）の場合、前記反射光を検出するＣＣＤ、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出器、前記反射光を前記光検出器に導く光ファイバ、前記反射光を集光して前記光検出器に導く集光レンズなど、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。
また、前記波長分解型測定法を用いる場合、前記光検出手段として、分光器と光検出器とを備えることにより、反射光のスペクトルを測定するか、ある特定波長領域における反射光強度を測定する。
また、前記（Ｄ）の場合、前記蛍光を検出するＣＣＤ、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出器、前記蛍光を前記光検出器に導く光ファイバ、前記蛍光を集光して前記光検出器に導く集光レンズなど、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。検出される光が前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光に由来するものであるのか、それ以外の光によるものなのかを区別するために、前記蛍光波長帯の光のみを透過する波長フィルタを介して前記光検出器による検出を行ってもよい。
【００４７】
＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、連結流路、送液ポンプなどが挙げられる。
前記連結流路としては、目的に応じて様々な機能を持つ流路からなり、例えば、前記被検体液を分離するための分岐部、前記被検体液を混ぜ合わせる合流部を有するものが挙げられ、これらは、前記流路又は前記貫通孔に連接されて配される。
また、前記送液ポンプとしては、前記流路に前記被検体液を送液するポンプなどが挙げられる。
【００４８】
前記目的物質検出装置で前記目的物質を検出する具体的な構成例を、図面を用いて以下に説明する。
【００４９】
前記目的物質の検出を前記電場増強層から反射される反射光を検出する場合、図９に示すような光学配置とすることができる。
即ち、目的物質検出装置３０は、目的物質検出チップ３１と、該目的物質検出チップ３１の面Ｒ側から光Ｌ１，Ｌ２を照射する光照射手段（不図示）と、該目的物質検出チップ３１の左右側部近傍にそれぞれ配される２つの光検出器３７、３７’とで構成される。目的物質検出チップ３１は、透明基体部３２と、該透明基体部３２の溝部を構成する左右の溝側面を左右対称として形成された流路３３と、該流路３３の開口を塞ぐように透明基体部３２上に形成された蓋部３６とで構成される。
目的物質検出チップ３１の面Ｒ側から流路３３に対して照射された光Ｌ１，Ｌ２は、流路３３の２つの傾斜面により、図中左右方向に反射される。ここでは、透明基体部３２を空気より屈折率が高い材料で形成すると同時に、蓋部３６を透明基体部３２の形成材料より屈折率が低い材料で形成することで、各反射光が透明基体部３２内で全反射しながら伝搬するように構成されている。また、蓋部３６を反射部材により形成しても、同様の効果を得ることができる。
透明基体部３２と蓋部３６の屈折率が同じか、または蓋部３６の屈折率の方が大きい場合は、各反射光は、蓋部３６の上側の表面で反射して伝搬することになる。
伝搬した光は、透明基体部３２の側面から出射されるため、この位置に光検出器３７、３７’を配して光を検出する。このとき、効率良く光を光検出器３７、３７’に取り込むために、透明基体部３２の側面（光の出射面）を平坦に形成することが好ましく、よって、必要に応じ、研磨を施すことが好ましい。また、この光の出射面付近に集光レンズを配して、光をより多く光検出器に取り込むことも好ましい。
【００５０】
照射する光として、レーザー光のような単色光を用いる場合、入射角度の変更機構により、前記光照射手段を目的物質検出チップ３１の面Ｒ側で半円を描くように周回させるか、又は目的物質検出チップ３１の方を固定された前記光照射手段の周りで周回させて、入射角度を変えながら、表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に伴う反射率の変化を観測することで、前記目的物質の捕捉時に生じる反射率の入射角度依存性の変化を捉えて、前記目的物質の有無を検出する。なお、同様の測定は、集光レンズ（不図示）によって、流路３３の傾斜面に光を集光しながら角度をつけ、表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に伴う反射特性の変化を観測することでも実施可能である。
入射角度の変更機構や目的物質検出チップ３１を周回させる回転機構は、可動部を必要とするため、検出装置そのものが大型化するデメリットがある。そこで、入射角度を一定の角度に固定した状態で反射光強度を観測し、目的物質の捕捉時に生じる反射光強度の増減を観測することによって、目的物質を検出する手法も好ましい。この場合は、光を流路３３の傾斜面に集光する機構も不要である。
【００５１】
照射する光として、ランプ光やＬＥＤなどの白色光を用いる場合、光はコリメートした後、目的物質検出チップ３１の面Ｒ側から入射させる。その反射光は、分光器を備えた検出器３７、３７’によって検出される。表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に伴う反射スペクトルを観測し、前記目的物質の捕捉時に生じる反射スペクトルの変化を捉えて、前記目的物質の有無を検出する。この場合も、単色光を用いた時に必要な入射角度の変更機構や光を流路３３の傾斜面に集光する機構が不要となるため、装置が簡略化でき好ましい。
【００５２】
なお、前記白色光を用いる場合、測定中に光の入射角度を変化させると、この入射角度の変化によって、前記反射率の波長依存性が変化するため、前記目的物質の捕捉時の反射特性の変化を読み取ることが難しくなってしまう。
そのため、この場合、光の入射角度は、一定の角度に固定しておくことが好ましい。この角度に関しては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、流路３３を構成する２つの傾斜面が左右対称の場合、面Ｒに対して垂直に光を入射すると、左右に配置された光検出器３７、３７’で目的物質の検出が可能となる。
更にこのとき、図１０に示すように、面Ｒに対して入射角度を傾けると、入射角度θ１と入射角度θ２とで左右の傾斜面に光が入射され、左右の傾斜面で異なる反射特性が得られることから、目的に応じ、左右の面で異なる検出を同時に実施することが可能となる。
【００５３】
ただし、以上で述べた目的物質検出チップ３１の左右の面を両方用いての検出を必ず実施する必要はなく、目的物質検出チップ３１の左右のいずれか一方にのみ光検出器３７を配置して検出を行ってもよい。また、流路３３を構成する２つの傾斜面は、必ずしも左右対称である必要はなく、例えば、図１１に示すように、反射光を目的物質検出チップ４１の片側でのみ検出する場合は、検出に使用しない側の面の成す角度は、検出に特に影響を与えないことから、どのような形状を取っていてもよく、例えば図に示したように流路４３の検出に使用しない側の面を垂直に形成してもよい。なお、図中の符号４６は、蓋部を示す。
【００５４】
また、図１２に示すように、流路５３を形成する透明基体部５２の、溝部を構成する２つの傾斜面を左右非対称として形成すると、それぞれの傾斜面で異なる反射特性が得られるため、２つの異なる検出を同時に実施可能である。なお、図１２中の符号５１は、目的物質検出チップを示し、符号５６は、蓋部を示す。
【００５５】
図１３に示すように、流路８３を形成する透明基体部８２の溝部を多角形状に構成し、流路８３内に面Ｒと平行な平面を持たせることで、底部が鋭角になることを避け、被検体液及び目的物質の洗浄を容易に行うことができる。また、透明基体部８２の厚さに制限があって、深い流路を形成できない場合には、図１３に示す断面形状を持つ流路８３を用いることで、図８（ａ）に示す台形型より、広い傾斜面を得ることができ、より高い感度が期待できる。なお、この場合、底部の凸部の上辺、つまり凸部を構成する２つの傾斜面の間の部分は、この凸部を構成する一方の傾斜面で反射された光がこの凸部の他方の傾斜面で再度反射されないよう、ある程度の幅を持っていることが好ましい。なお、図１３中の符号８１は、目的物質検出チップを示し、符号８６は、蓋部を示す。
【００５６】
前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する場合の前記目的物質検出装置の構成例を図１４に示す。即ち、目的物質検出装置６０は、目的物質検出チップ６１と、光Ｌを目的物質検出チップ６１の面Ｒ側から照射する光照射手段（不図示）と、前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光ｋを蛍光ｋの波長帯域の光のみを透過する波長フィルタ６８を介して検出する光検出器６７とを有する。また、目的物質検出チップ６１は、透明基体部６２と、その一の面に形成される流路６３と、該流路６３を塞ぐように透明基体部６２上に配される蓋部６６と、蓋部６６上の流路６３の開口と対向する位置以外に配される遮光部６９とを有する。図１４では、遮光部６９は蓋部６６の上に形成されているが、これは、透明基体部６２の流路６３の開口部以外の上面部と蓋部６６との間に形成してもよい。
【００５７】
ここで、照射する光Ｌとしては、前記目的物質又は前記蛍光色素の励起帯の波長に対応するレーザー光か、光フィルタや分光器などで単色化した光を用いる。入射角度は、反射光の測定時と同様に、面Ｒに対して垂直に入射してもよく、ある一定の角度を持って入射してもよい。
このとき、前記光照射手段を目的物質検出チップ６１の面Ｒ側で半円を描くように周回させるか、又は目的物質検出チップ６１の方を固定された前記光照射手段の周りで周回させて、光Ｌの入射角度を変え、流路６３の前記電場増強層に光Ｌを照射すると、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起される特定の角度において、発光強度が増大する現象が観測でき、観測している発光が表面プラズモン共鳴又は光導波モードによって生じたものか、表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に関与しない光Ｌの迷光が前記蛍光物質に照射され、前記目的物質の検出とは無関係に発光したものかを確認することができる。
【００５８】
ただ、反射光を検出する場合と同様で、入射角度の変更機構や目的物質検出チップ６１を周回させる回転機構は、可動部を必要とするため、検出装置そのものが大型化するデメリットがある。装置を小型且つ安価に構成するには、入射角度を一定の角度に固定した状態で蛍光強度を観測し、目的物質を検出する手法が好ましい。
【００５９】
蛍光を検出する場合でも、既述の反射光を検出する場合と同様の溝構造の流路を持つ目的物質検出チップを用いることができる。つまり、図５（ｂ）に示したような断面Ｖ字状の溝、図８（ａ）に示すような断面台形状の溝、図８（ｂ）に示すような断面多角形状の溝、図１１に示すような一つの傾斜面のみを検出に用いる溝、図１２に示すような左右非対称なＶ字状の溝など、が適用可能である。また、図１３に示すような断面多角形状の溝も適用可能である。ただし、図８（ａ）や図１３に示す目的物質検出チップのように、流路内に面Ｒと平行な平面を持つ場合、これらの平面部には、光を減衰させる遮光部を設け、光検出器側に光照射手段からの光がなるべく到達しないようにすることが好ましい。
【００６０】
図１２に示すように、流路５３を構成する２つの傾斜面を左右非対称として形成すると、それぞれの傾斜面で異なる蛍光特性が得られるため、２つの異なる検出を同時に実施可能である。
例えば、左右の面で、それぞれ異なる波長で電場増強が生じるように設定しておく。例えば、左側の面では、５５０ｎｍの光によって表面プラズモンが励起されるように設定し、右側の面では、６６０ｎｍの光で表面プラズモンが励起されるように設定する。左側の面では、５５０ｎｍの励起光で発光する蛍光色素が特異的に吸着されるような検体の測定を実施し、右側の面では、６６０ｎｍの励起光で発光する蛍光色素が特異的に吸着されるような検体の測定を実施する。光源には、５５０ｎｍの励起光と、６６０ｎｍの励起光とをそれぞれ備え、交互に照射するか、交互にフィルタなどで遮光することによって、それぞれの励起光による信号を左右それぞれの面から検出できるため２つの検体を同時に検出することが可能となる。更に、図８（ｂ）のように、流路２３’を構成する２つの傾斜面を複数段の異なる角度の面で構成すれば、さらに多くの異なる励起波長による検出を同時に実施することが可能となる。
【００６１】
前記目的物質自体が蛍光ｋを発する場合、流路６３の検出面で前記目的物質を捕捉し、前記目的物質の発光の有無及び発光強度を観測することによって、前記目的物質の有無及び量が観測できる。
しかし、多くの物質は、強い発光特性を示さないので、流路６３の検出面で捕捉した後、前記蛍光物質を前記目的物質に付着させて発光を観測する。
前記蛍光物質を付着させる方法に関しては、特に制限はなく、公知の手法を適用することができ、例えば、前記目的物質に特異的に吸着する抗体に前記蛍光物質を結合させておき、この蛍光物質付きの抗体を前記目的物質に吸着させる方法が挙げられる。
【００６２】
（目的物質検出方法）
本発明の目的物質検出方法は、本発明の前記目的物質検出装置を用いて前記目的物質を検出する方法であって、被検体液導入工程と、光照射工程と、光検出工程とを含む。
【００６３】
前記被検体導入工程は、前記目的物質検出チップの前記流路内に前記目的物質の存在を検証する被検体液を導入する工程である。
前記光照射工程は、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する工程である。
前記光検出工程は、（Ｅ）前記電場増強層から反射された光を検出する工程、又は（Ｆ）前記光照射工程で実施される前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する前記被検体液中の前記目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する工程である。
これらの工程は、前記目的物質検出チップ及び前記目的物質検出装置で説明した事項により適宜実施することができる。
【実施例】
【００６４】
（実施例１）
本発明の実施例として、図１５に示す目的物質検出装置７０を製造した。
該目的物質検出装置７０は、目的物質検出チップ７１と、光Ｌを目的物質検出チップ７１の面Ｒ側から照射する光照射手段（不図示）と、前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出器７７とを有する。
【００６５】
目的物質検出チップ７１は、次のように製造した。
先ず、ポリスチレンを形成材料とし、射出成型により断面Ｖ字状の溝部が形成された板状の透明基体部７２を作製した。前記溝部を構成する２つの傾斜面は、左右対称とし、その底角φは、４９°とした。また、前記溝部の開口幅は、３００μｍとした。溝部の被検体液が流れる方向の長さは３５ｍｍとし、溝部の両端部には直径１ｍｍの貫通孔（不図示）を形成した。
次いで、この透明基体部７２の前記溝部が形成された面に対して、該溝部が形成されていない平坦領域に対して垂直方向から、この平坦領域において厚みが０．６ｎｍとなるようにクロムを蒸着させ、前記溝部が形成された面全体に接着層としてのクロム薄膜７４ａを形成した。
次いで、前記平坦領域において厚みが１００ｎｍとなるように金を蒸着させ、クロム薄膜７４ａ上に表面プラズモン励起層としての金薄膜７４ｂを形成した。
次いで、前記平坦領域において厚みが４９ｎｍとなるようにスパッタリング法によりシリカガラス薄膜を堆積させ、金薄膜７４ｂの表面を透明誘電体７４ｃで被覆した。
これにより、透明基体部７２に流路７３を形成した。またこの時、透明基体部７２の流路７３の開口部以外の上面に積層されたクロム薄膜７４ａと金薄膜７４ｂは遮光部として働く。
次いで、ポリメチルメタクリレートを主成分とするカバーフィルムを蓋部７６として用い、流路７３の開口部分をシーリングした。以上により、目的物質検出チップ７１を製造した。
【００６６】
一方の貫通孔から水を注入して流路７３内を水で満たした後、この目的物質検出チップ７１に対し、図１５に示すように、目的物質検出装置７０の前記光照射手段から光を照射し、目的物質検出チップ７１の面Ｒ側から該面Ｒに対して垂直な方向から光を直径約１ｍｍのビーム径で入射させた。前記光照射手段は、白色光源と、該白色光源から発せられる光をｐ偏光に直線偏光させる偏光板とで構成し、また、前記白色光源と、該白色光源から発せられる光をｓ偏光に直線偏光させる偏光板とで構成し、２通りに構成した。
前記２通りの光照射手段により目的物質検出チップ７１のＲ面側から照射された白色光の透過光を、該目的物質検出チップ７１の流路７３が形成された面に対向配置した光検出器７７にて測定した。図１６にその結果を示す。
該図１６は、透過光強度の波長依存性を示しており、ｓ偏光の場合に比べ、ｐ偏光の場合には、５７０ｎｍ〜８７０ｎｍの波長領域において、明確な透過光強度の増加が確認できる。ｓ偏光の場合には表面プラズモンが励起され得ないことを考慮すれば、この現象は、ｐ偏光された入射光により、前記波長領域において表面プラズモンが励起され、その結果、前記入射光が強く散乱されて生じたものと考えられる。
このように、目的物質検出装置７０を用いれば、従来のように、プリズムと検出チップとの煩雑な貼り合せ工程を経ることなく、目的物質検出チップ７１で容易に表面プラズモンを励起することが可能であり、また、この表面プラズモンの励起により、蛍光物質からの蛍光も容易に増強することができる。
【００６７】
（実施例２）
実施例１と同様に先ず、ポリスチレンを形成材料とし、射出成型により断面Ｖ字状の溝部が形成された板状の透明基体部７２を作製した。前記溝部の構造は、実施例１と同じである。この透明基体部７２の前記溝部が形成された面に対して、該溝部が形成されていない平坦領域に対して垂直方向から、この平坦領域において厚みが０．６ｎｍとなるようにクロムを蒸着させ、接着層としてのクロム薄膜７４ａを形成した。次いで、このクロム層上に、前記平坦領域において厚みが１２０ｎｍとなるように金を蒸着させて表面プラズモン励起層としての金薄膜７４ｂを形成した。次いで、この金の層上に、前記平坦領域において厚みが４９ｎｍとなるようにスパッタリング法によりシリカガラス薄膜（透明誘電体７４ｃ）を堆積させた。これにより、透明基体部７２に流路７３を形成した。
その後、この薄膜を堆積した透明基体を弱アルカリ水溶液に２４時間浸漬後乾燥した後、０．１ｖ／ｖ％３−アミノプロピルトリエトキシシランのエタノール溶液に１５時間浸漬し、シリカガラス表面に反応活性なアミノ基を修飾した。その後、透明基体をエタノールでリンスし乾燥後、０．５ｍＭのスルホスクシンイミジル−Ｎ−（Ｄ−ビオチニル）−６−アミノヘキサネートを含むリン酸緩衝生理食塩水を流路７３上に滴下して２時間室温で放置し、流路表面に目的物質を捕捉する物質としてビオチンを導入した。以上のプロセスの後に、ポリメチルメタクリレートを主成分とするカバーフィルムを蓋部７６として用い、流路７３の開口部分をシーリングした。以上により、目的物質検出チップ７１を製造した。
被検出液としては、蛍光色素Ａｌｅｘａ７００（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社製）が付いたストレプトアビジンを目的物質として１００ｎＭ含むリン酸緩衝生理食塩水を用いた。この被検出液を貫通孔より流路７３に注入し、流路中を被検出液で満たした後、該貫通孔部分をテープで封止し、ビオチンによるストレプトアビジンの捕捉のために１時間室温で放置した。
その後、貫通孔部分の封止を解き、不純物等を洗浄するために、０．０５ｖ／ｖ％のトリトンＸ−１００（ナカライテスク社製）を含むリン酸緩衝生理食塩水で５回流路を洗浄した後、流路７３をリン酸緩衝生理食塩水で満たした。
以上のプロセスを経た目的物質検出チップ７１に、コリメータレンズと偏光板を備えた波長６８０ｎｍ±１０ｎｍの光を発する光フィルタ付きＬＥＤを光照射手段として直径約１ｃｍの光Ｌを照射した。また、光検出器７７として冷却ＣＣＤカメラを用い、このＣＣＤカメラの前に、波長７１０ｎｍ以上の光を透過する光フィルタと波長７２０ｎｍ以上の光を透過する光フィルタを設置して、光検出手段を構成した。露光時間は６０秒間とした。
光照射手段よりｐ偏光を照射したところ、図１７に示す写真中の白線として見られる、流路に沿って光るＡｌｅｘａ７００からの蛍光を観測することができた。一方、光照射手段よりｓ偏光を照射したところ、Ａｌｅｘａ７００からの蛍光は観測されなかった。表面プラズモンはｐ偏光の光の照射によってのみ励起されることから、観測結果は、流路７３内の検出面における表面プラズモン励起層による表面プラズモンの励起によって蛍光色素からの蛍光が増強され、高感度で検体が検出できたことを示す。
【符号の説明】
【００６８】
１，１１，２１，２１’，３１，４１，５１，６１，７１，８１ 目的物質検出チップ
２，１２，２２，２２’，３２，４２，５２，６２，７２，８２ 透明基体部
３，１３，２３，２３’，３３，４３，５３，６３，７３，８３ 流路
４ 電場増強層
１５，１５’ 貫通孔
１６，２６，２６’，３６，４６，５６，６６，７６，８６ 蓋部
３０，６０，７０ 目的物質検出装置
３７，３７’，６７，７７，２０６，３０９，４０５，５０９ 光検出器
６８ 波長フィルタ
６９ 遮光部
７４ａ クロム薄膜
７４ｂ 金薄膜
７４ｃ 透明誘電体
２０１，３０６，４０１ａ，５０６ａ 透明基板
４０１，５０６ 検出板
４０１ｂ，５０６ｂ 薄膜層
４０１ｃ，５０６ｃ 光導波路層
３０２Ａ，３０２Ｂ，５０２Ａ，５０２Ｂ 光ファイバ
３０４，５０３ コリメートレンズ
２０５，３０５，４０４，５０４ 偏光板
２０３，３０３，４０２，５０５ 光学プリズム
３０８，５０７ 集光レンズ
３０９Ａ，５０８ 分光器
２００，３００ ＳＰＲセンサー
２０２，３０７ 金属薄膜層
２０４，３０１，４０３，５０１ 光源
２１０Ａ，３１０Ａ，４１０Ａ 入射光
２１０Ｂ，３１０Ｂ，４１０Ｂ 反射光
４００，５００ 光導波モードセンサー
Ｒ 面
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２， 光
ｋ 蛍光
θ 入射角度
φ 底角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波モードや表面プラズモン共鳴を利用して、被検体液中に含まれる目的物質を検出する目的物質検出チップ、該目的物質検出チップを有する目的物質検出装置及び該目的物質検出装置を用いた目的物質検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、健康診断、製薬、疾患や伝染病の早期発見、環境汚染検出、テロ対策などのさまざまな分野で、持ち運びが可能で、操作が簡単でかつ高感度に目的物質を検出可能である検出器が必要とされている。
携行が可能な程度に小さく、液体中に含まれる様々な物質の測定が可能なセンサーとしては、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ；Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いるＳＰＲセンサーや光導波モードを用いる光導波モードセンサーが知られている（例えば、非特許文献１〜１９、及び特許文献１〜７参照）。これらのセンサーは、疾患に起因する様々なバイオマーカーやウイルスの検出、たんぱく質などの様々なバイオ物質の選択的な検出、環境中に含まれる重金属や油などによる環境汚染の評価、テロに用いられる毒物や違法薬物、爆薬の検出に用いられてきている。
【０００３】
図１に、クレッチマン配置と呼ばれる最もポピュラーなＳＰＲセンサー２００の構成例を示す。このＳＰＲセンサー２００は、透明基板２０１上に金や銀、アルミニウムなどの金属を蒸着して金属薄膜層２０２を形成し、透明基板２０１の金属薄膜層２０２を形成した面と反対側の面に光学プリズム２０３を密着させた構造からなり、光源２０４から照射されるレーザー光を偏光板２０５にて偏光し、光学プリズム２０３を通して透明基板２０１に照射する。入射光２１０Ａは、全反射となる条件で入射する。入射光２１０Ａの金属の表面側に染み出すエバネセント波によって、ある入射角度で表面プラズモン共鳴が発現する。入射角度θは、光学系を駆動させて適宜変更する。表面プラズモン共鳴が起こると、エバネセント波は表面プラズモンによって吸収されるので、この入射角付近では反射光の強度が著しく減少する。表面プラズモン共鳴が発現する条件は、金属薄膜層２０２表面近傍の誘電率によって変化することから、金属薄膜層２０２の表面において物質の吸着や接近、離脱、変質が生じると、反射光２１０Ｂの強度に変化が現れる。よって、金属薄膜層２０２の表面上に被検出試料が結合したり吸着して誘電率に変化が生じると、入射光２１０Ａの反射特性に変化が生じるため、金属薄膜層２０２から反射される反射光２１０Ｂの強度変化を光検出器２０６によりモニターすることによって、被検出試料を検出することができる。
【０００４】
また、ＳＰＲセンサーにおいて、光学系を簡素化し、小型化を実現した系として、波長分解型測定法が報告されている（例えば、非特許文献６、７参照）。図２に、非特許文献６の報告に係る光学系のＳＰＲセンサー３００の概要を示す。入射光３１０Ａは、光源３０１から光ファイバ３０２Ａを介して光学プリズム３０３の手前まで導かれ、コリメートレンズ３０４によって平行光にされ、偏光板３０５にてｐ偏光にされた後に、光学プリズム３０３に入射される。この入射光３１０Ａは、光学プリズム３０３上に密着する形で配された透明基板３０６上の金属薄膜層３０７に照射され、金属薄膜層３０７から反射される反射光３１０Ｂとして、集光レンズ３０８を通じて光ファイバ３０２Ｂで光検出器３０９まで導かれる。ここで光検出器３０９は、分光器３０９Ａを備えており、反射光３１０Ｂの反射スペクトルを観測する。このＳＰＲセンサー３００は、前述のＳＰＲセンサー２００と同様に、金属薄膜層３０７表面近傍で誘電率の変化が生じると、反射スペクトルに変化が生じ、誘電率変化を検知できる一方で、前述のＳＰＲセンサー２００と異なり、光学系を駆動させて入射光３１０Ａの金属薄膜層に対する入射角度を変更することなく、反射光３１０Ｂを波長分解して測定に供する、つまりスペクトルを測定するため、光学系を簡素にし、装置を小型化できる利点を有する。
【０００５】
光導波モードセンサーは、ＳＰＲセンサーとよく似た構造を持ち、やはりセンサーの検出面における、物質の吸着や誘電率の変化を検出するセンサーである。この光導波モードセンサーは、ＳＰＲセンサーで用いることができる全ての光学系と同等の光学系を使用することが可能であることが知られている。
【０００６】
図３に、クレッチマン配置と類似の配置を用いた光導波モードセンサー４００を示す。光導波モードセンサー４００は、透明基板４０１ａと、その上に被覆した金属層又は半導体層で構成される薄膜層４０１ｂと、更にこの薄膜層４０１ｂ上に形成される光導波路層４０１ｃとからなる検出板４０１を用いる。この検出板４０１の光導波路層４０１ｃが形成されている面とは反対側の面に屈折率調節オイルを介して光学プリズム４０２が密着される。光源４０３から照射され、偏光板４０４にて偏光された入射光４１０Ａは、光学プリズム４０２を通して検出板４０１に照射される。入射光４１０Ａは、検出板４０１に対して全反射となる条件で入射する。ある特定の入射角度θにおいて、入射光４１０Ａが光導波路内を伝搬する光導波モード（漏洩モード、又はリーキーモードとも呼ばれる）と結合すると、光導波モードが励起され、この入射角近傍で光の反射光強度が大きく変化する。このような光導波モードの励起条件は、光導波路層４０１ｃ表面近傍の誘電率によって変化することから、光導波路層４０１ｃの表面において物質の吸着や接近、離脱、変質が生じると、反射光４１０Ｂの強度に変化が現れる。この変化を光検出器４０５により観測することにより、光導波路層４０１ｃ表面における物質の吸着や接近、離脱、変質といった現象を検出することができる。
【０００７】
また、図４に、図２に示したＳＰＲセンサー３００の光学系を光導波モードセンサーに適用した光導波モードセンサー５００の概要を示す。該図４に示す光照射手段は、光源５０１と、光ファイバ５０２Ａと、コリメートレンズ５０３と偏光板５０４で構成されている。光源５０１からの光は、光ファイバ５０２Ａに入射され、光学プリズム５０５に入射しやすい位置に導かれる。光ファイバ５０２Ａの先に配置されたコリメートレンズ５０３により、光ファイバ５０２Ａからの出射光は、平行光となるように設定される。また、この出射光は、偏光板５０４にて所望の偏光状態に偏光された後に、光学プリズム５０５に入射される。光学プリズム５０５に入射された光は、検出板５０６で反射され、反射光として光学プリズム５０５から出射された後、集光レンズ５０７により集光されて光ファイバ５０２Ｂに取り込まれ、分光器５０８及び光検出器５０９にて、反射強度又は反射スペクトルを観測可能とされる。検出板５０６は、透明基板５０６ａ上に、金属層又は半導体層で構成される薄膜層５０６ｂと、光導波路層５０６ｃとがこの順で配されたもので構成され、検出板５０６の光導波路層５０６ｃが配される面と反対側の面に光学プリズム５０５が光学的に密着されて配される。このような構造を有する光導波モードセンサー５００により、入射光が検出板５０６で反射された後の特性、例えば反射光スペクトルを観測すると、入射光のある特定波長帯域の光が、検出板５０６の表面に形成された光導波路層５０６ｃ内及びその近傍を局在的に伝搬する光導波モードを励起する条件を満たし、この波長帯域で反射強度が著しく変化する現象が生じる。この光導波モード励起条件は、検出板５０６の光導波路層５０６ｃ表面近傍の誘電率によって変化するため、光導波路層５０６ｃ表面近傍の誘電率に変化があると、反射スペクトルが変化する。これにより、反射スペクトルの変化又はある特定波長帯域の反射光強度の変化を観測することで、光導波路層５０６ｃ表面近傍において誘電率変化を引き起こしている原因、例えば、物質の吸着や接近、離脱、変質を光検出器５０９で検出することができる。
また、光導波モードセンサーでは、光導波路層にナノ孔を形成し検出面の表面積を増大させると、検出感度が飛躍的に向上することがこれまでに報告されている。（例えば、特許文献４、５、非特許文献１０〜１３参照）
【０００８】
ＳＰＲセンサーや光導波モードセンサーには、検出面に光励起発光が可能な物質、例えば蛍光色素など（以下、蛍光物質と呼ぶ）、を付着又は近接させると、蛍光物質の発光を増強する効果もある。この効果は、しばしば、物質検出をする際の信号の増幅に用いられる。例えば、図１中の金属薄膜層２０２表面近傍に所望の特定物質を捕捉した際、この特定物質が非常に小さい物質であったり、量が著しく少なかったり、その誘電率が周辺媒質と殆ど同じであったりした場合、図１で示した、反射光特性の変化を観測する手法では、十分な信号を得られない場合がある。このとき、捕捉した特定物質に対し、蛍光物質を付着させて標識として用いる。付着した蛍光物質は、励起光によって励起されたプラズモンによる電場増強効果で発光強度が強められるため、前記特定物質の捕捉を間接的に高感度で検出が可能となる。この効果は、図２の金属薄膜層３０７表面近傍、図３の光導波路層４０１ｃ表面近傍、図４の光導波路層５０６ｃ表面近傍でも同様に得られる。
【０００９】
ここで、蛍光物質からの発光は、図１〜４のいずれの場合も、主に検出板の励起光を照射する側とは反対側、つまり蛍光物質が付着している側に発せられることから、この発光を検出するためには、発光を検出する装置、例えばＣＣＤや光電子増倍管、フォトダイオードなどの光検出器を、検出板の検出面側、つまりプリズムを配する面と反対側に配置する。
【００１０】
以上に示した、ＳＰＲセンサーや光導波モードセンサーは、既に様々な装置も販売され、広く使用されているが、一般的な測定の場合、図１〜４に示したような、プリズムと検出板の他に、検出対象となる目的物質を検出面表面に輸送するための輸送路、例えば、被検体が液体の場合、流路を検出板表面に配置する必要がある。そのため、部品点数が多くなり、取扱いが容易でないという問題がある。
また、実際の使用時には、プリズムと検出板と輸送路とを接合させて用いる必要があるが、この接合工程は、検出毎に検出板や輸送路を交換する場合には、毎回行う必要があり、システムが複雑になってしまうという問題点がある。
更に、部品としてのプリズムは、一般的に高精度の研磨を必要とし、高価であるという問題点がある。
【００１１】
プリズム、検出板及び輸送路を一体的に形成したものとしては、特許文献７に開示のバイオチップが挙げられる。このバイオチップでは、基板に、輸送路としての微細流体チャネルが形成されるとともに、該微細流体チャネル中に第１及び第２傾斜面によって形成された複数の楔状の先鋭部が形成されている。また、先鋭部の傾斜面上には、表面プラズモンを励起する金属層と、蛍光体で標識化された標的分子と特異結合する捕捉分子が固定された誘電体層とが形成され、誘電体層に標的物質が固定された場合に、表面プラズモンを通じて励起される蛍光体から蛍光が検出される。
このバイオチップによれば、プリズム、検出板及び輸送路の機能を奏する各部が基板に対して、一体的に形成されており、部品点数を減らすことができる。
しかしながら、このバイオチップにおいては、微細流体チャネルにおける被検体液の送液方向に対して、先鋭部の傾斜面が対向するように形成され、被検体液の送液を先鋭部が立ち塞ぐように構成されているため、被検体液を微細流体チャネル中に送液し難いという問題がある。
また、このバイオチップにおいては、標的分子の検出面をなす先鋭部と、輸送路としての微細流体チャネルとが別個に形成されるため、依然としてシステムが複雑で、生産コストが高くなるという問題がある。
更に、検出面を先鋭部とする構成では、該先鋭部の第１傾斜面に入射される反射光が対向する第２傾斜面に反射されることから、第１傾斜面における標的分子の存在を、反射光の特性変化に基づいて検出する図１〜図４の光学系を用いて検出することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４５８１１３５号公報
【特許文献２】特許第４５９５０７２号公報
【特許文献３】特開２００７−２７１５９６号公報
【特許文献４】特開２００８− ４６０９３号公報
【特許文献５】特開２００９− ８５７１４号公報
【特許文献６】国際公開第２０１０／ ８７０８８号
【特許文献７】特開２０１０−１４５４０８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，ＭＲＳ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ １６，ｐｐ．２９-３９（１９９１年）
【非特許文献２】Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．４９，ｐｐ．５６９−６３８（１９９８年）
【非特許文献３】Ｈ．Ｋａｎｏ ａｎｄ Ｓ．Ｋａｗａｔａ，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３３，ｐｐ．５１６６−５１７０（１９９４年）
【非特許文献４】Ｃ．Ｎｙｌａｎｄｅｒ，Ｂ．Ｌｉｅｄｂｅｒｇ，ａｎｄ Ｔ．Ｌｉｎｄ，Ｓｅｎｓｏｒ．Ａｃｔｕａｔ．３，ｐｐ．７９−８８（１９８２／８３年）
【非特許文献５】Ｋ．Ｋａｍｂｈａｍｐａｔｉ，Ｔ．Ａ．Ｍ．Ｊａｋｏｂ，Ｊ．Ｗ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｍ．Ｃａｉ，Ｊ．Ｅ．Ｐｅｍｂｅｒｔｏｎ，ａｎｄ Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ １７，ｐｐ．１１６９−１１７５（２００１年）
【非特許文献６】Ｏ．Ｒ．Ｂｏｌｄｕｃ，Ｌ．Ｓ．Ｌｉｖｅ，ａｎｄ Ｊ．Ｆ．Ｍａｓｓｏｎ，Ｔａｌａｎｔａ ７７，ｐｐ．１６８０−１６８７（２００９年）
【非特許文献７】Ｉ．Ｓｔａｍｍｌｅｒ，Ａ．Ｂｒｅｃｈｔ，ａｎｄ Ｇ．Ｇａｕｇｌｉｔｚ，Ｓｅｎｓｏｒ．Ａｃｔｕａｔ．Ｂ５４，ｐｐ９８−１０５（１９９９年）
【非特許文献８】Ｍ．Ｏｓｔｅｒｆｅｌｄ，Ｈ．Ｆｒａｎｋｅ，ａｎｄ Ｃ．Ｆｅｇｅｒ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２，ｐｐ．２３１０−２３１２（１９９３年）
【非特許文献９】Ｅ．Ｆ．Ａｕｓｔ ａｎｄ Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７３，ｐ．２７０５（１９９３年）
【非特許文献１０】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｔ．Ｉｋｅｄａ，Ｙ．Ｏｈｋｉ，ａｎｄ Ｔ．Ｋｏｍａｔｓｕｂａｒａ，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ８４，ｐｐ．１６８５−１６８９（２００７年）
【非特許文献１１】Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｎ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｔ．Ｋｏｍａｔｓｕｂａｒａ，Ｔ．Ｉｋｅｄａ，ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｋｉ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １５，ｐｐ．２５９２−２５９７（２００７年）
【非特許文献１２】Ｋ．Ｈ．Ａ．Ｌａｕ，Ｌ．Ｓ．Ｔａｎ，Ｋ．Ｔａｍａｄａ，Ｍ．Ｓ．Ｓａｎｄｅｒ，ａｎｄ Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ１０８，ｐｐ．１０８１２（２００４年）
【非特許文献１３】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｙ．Ｋｏｇａｎｅｚａｗａ，Ｙ．Ｏｈｋｉ，ａｎｄ Ｔ．Ｋｏｍａｔｓｕｂａｒａ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １６，ｐｐ．６４０８−６４１６（２００８年）
【非特許文献１４】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｎ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｙ．Ｋｏｇａｎｅｚａｗａ，ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｋｉ，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９，ｐｐ．０９５５０３−１−０９５５０３−７（２００８年）
【非特許文献１５】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｃ．Ｒｏｃｋｓｔｕｈｌ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，Ｊ．Ｔｏｍｉｎａｇａ，Ｔ．Ｉｋｅｄａ，Ｙ．Ｋｏｇａｎｅｚａｗａ，ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｋｉ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ２２９，ｐｐ．３２０−３２６（２００８年）
【非特許文献１６】Ｍ．Ｆｕｊｉｍａｋｉ，Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，Ｋ．Ｓａｔｏ，Ｔ．Ｋａｔｏ，Ｓ．Ｃ．Ｂ．Ｇｏｐｉｎａｔｈ，Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｋ．Ａｗａｚｕ，ａｎｄＹ．Ｏｈｋｉ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １８，ｐｐ．１５７３２−１５７４０（２０１０年）
【非特許文献１７】Ｒ．Ｐ．Ｐｏｄｇｏｒｓｅｋ，Ｈ．Ｆｒａｎｋｅ，Ｊ．Ｗｏｏｄｓ，ａｎｄ Ｓ．Ｍｏｒｒｉｌｌ，Ｓｅｎｓｏｒ．Ａｃｔｕａｔ．Ｂ５１ ｐｐ．１４６−１５１（１９９８年）
【非特許文献１８】Ｊ．Ｊ．Ｓａａｒｉｎｅｎ，Ｓ．Ｍ．Ｗｅｉｓｓ，Ｐ．Ｍ．Ｆａｕｃｈｅｔ，ａｎｄ Ｊ．Ｅ．Ｓｉｐｅ，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ １３，ｐｐ．３７５４−３７６４（２００５年）
【非特許文献１９】Ｇ．Ｒｏｎｇ，Ａ．Ｎａｊｍａｉｅ，Ｊ．Ｅ．Ｓｉｐｅ，ａｎｄ Ｓ．Ｍ．Ｗｅｉｓｓ，Ｂｉｏｓｅｎｓ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．２３，ｐｐ．１５７２−１５７６（２００８年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、ＳＰＲセンサー及び光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムと検出板とで構成される検出チップの部品点数を減らし、小型で安価で簡便に製造可能で、目的物質を迅速かつ高感度で検出でき、更に、被検体液の送液が容易な目的物質検出チップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 光を透過する板状の透明基体部と、前記透明基体部の一の面に溝として形成され、前記溝の長さ方向に目的物質の存在を検証する被検体液が送液される流路と、を有し、前記流路は、断面視で前記一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成され、前記溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされることを特徴とする目的物質検出チップ。
＜２＞ 透明基体部の流路が形成される面と反対の面が平坦に形成される前記＜１＞に記載の目的物質検出チップ。
＜３＞ 溝部を構成する左右の溝側面が左右対称に形成される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜４＞ 電場増強層は、溝部上に表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層が配されて形成される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜５＞ 表面プラズモン励起層の形成材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む前記＜４＞に記載の目的物質検出チップ。
＜６＞ 表面プラズモン励起層の表面が透明誘電体で被覆される前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜７＞ 電場増強層は、溝部上に金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層と透明材料で形成される光導波路層とがこの順で配されて形成される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜８＞ 金属材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む前記＜７＞に記載の目的物質検出チップ。
＜９＞ 半導体材料がシリコンである前記＜７＞に記載の目的物質検出チップ。
＜１０＞ 光導波路層がシリカガラスで形成される前記＜７＞から＜９＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜１１＞ 検出面に目的物質を捕捉する表面処理が施される前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜１２＞ 流路の開口部を塞ぐように、透明基体部の前記流路が形成される面上に蓋部が配される前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
＜１３＞ 蓋部は、透明な樹脂材料又はガラス材料で形成される、シール材及び板材のいずれかで構成される前記＜１２＞に記載の目的物質検出チップ。
＜１４＞ 蓋部は、反射材及び反射層を持つシール材又は板材のいずれかで構成される前記＜１２＞に記載の目的物質検出チップ。
＜１５＞ 前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の目的物質検出チップと、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、前記電場増強層から反射された光を検出する光検出手段と、を有することを特徴とする目的物質検出装置。
＜１６＞ 前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の目的物質検出チップと、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出手段と、を有することを特徴とする目的物質検出装置。
＜１７＞ 光照射手段は、光源と、該光源から発せられる光を直線偏光に偏光する偏光板と、を有する前記＜１５＞から＜１６＞のいずれかに記載の目的物質検出装置。
＜１８＞ 前記＜１５＞に記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、目的物質検出チップの流路内に目的物質の存在を検証する被検体液を送液する被検体液送液工程と、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、前記電場増強層から反射された光を検出する光検出工程と、を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
＜１９＞ 前記＜１６＞に記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、目的物質検出チップの流路内に目的物質の存在を検証する被検体液を送液する被検体液送液工程と、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出工程と、を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、ＳＰＲセンサー及び光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムと検出板とで構成される検出チップの部品点数を減らし、小型で安価で簡便に製造可能で、目的物質を迅速かつ高感度で検出でき、更に、被検体液の送液が容易な目的物質検出チップ、目的物質検出装置及び目的物質検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術に係る表面プラズモン共鳴を用いたＳＰＲセンサーの光学配置の一例を示す説明図である。
【図２】従来技術に係る表面プラズモン共鳴を用いたＳＰＲセンサーの光学配置の他の例を示す説明図である。
【図３】従来技術に係る光導波モードセンサーの光学配置の一例を示す説明図である。
【図４】従来技術に係る光導波モードセンサーの光学配置の他の例を示す説明図である。
【図５（ａ）】本発明の一実施形態に係る目的物質検出チップを示す斜視図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）に示す目的物質検出チップの側面図である。
【図５（ｃ）】図５（ｂ）に示す目的物質検出チップの説明図である。
【図６（ａ）】本発明の他の実施形態に係る目的物質検出チップの平面図である。
【図６（ｂ）】図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図６（ｃ）】図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７（ａ）】蓋部を配した状態を示す断面図（１）である。
【図７（ｂ）】蓋部を配した状態を示す断面図（２）である。
【図８（ａ）】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図８（ｂ）】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る目的物質検出装置を示す説明図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図１３】本発明の更に他の実施形態に係る目的物質検出チップの断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る目的物質検出装置を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施例に係る目的物質検出装置を示す説明図である。
【図１６】ｐ偏光された直線偏光及びｓ偏光された直線偏光を照射したときの、透過光強度の波長依存性を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例に係る目的物質検出装置を用いた目的物質の検出結果の例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（目的物質検出装置及び目的物質検出チップ）
本発明の目的物質検出装置は、本発明の目的物質検出チップと、光照射手段と、光検出手段と、必要に応じて、その他の部材とを有する。
本発明の目的物質検出装置では、目的物質として、例えば、ウイルス、たんぱく質、ＤＮＡ等の生体物質、重金属、油分、毒物、劇物、その他各種分子などを検出することができる。また、誘電率の変化を伴う物質の変質を観測することもできる。
【００１９】
＜目的物質検出チップ＞
前記目的物質検出チップは、透明基体部と、流路と、必要に応じて、その他の部材とを有する。
【００２０】
−透明基体部−
前記透明基体部は、光を透過する板状の部材としてなる。
前記透明基体部の形成材料としては、前記光透過性を有し、前記流路が形成可能である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、射出成型技術を用いて量産が可能なポリスチレン、ポリカーボネート等のプラスチック材料、高い透明性が確保できるシリカガラス等のガラス材料が好ましい。
【００２１】
前記透明基体部は、従来のＳＰＲセンサー又は光導波モードセンサーに用いられる光学プリズムの役割を有する。
即ち、前記光照射手段から照射される光を、前記透明基体部に形成される後述の溝部の傾斜面に対して、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起される特定の入射角度で導入する役割を有する。
そのため、前記透明基体部の屈折率の下限としては、１．３３以上が好ましく、１．３８以上がより好ましく、１．４２以上がさらに好ましい。
また、前記屈折率の上限としては、４以下が好ましく、３以下がより好ましい。
なお、この屈折率については、別途図面を用いて後述する。
【００２２】
−流路−
前記流路は、前記透明基体部の一の面に溝として形成され、前記溝の長さ方向に前記目的物質の存在を検証する被検体液が送液される。また、この流路は、断面視で前記透明基体部の一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成される。ここで、電場増強層とは、表面プラズモン共鳴の励起が可能な層状の構造で形成される層（表面プラズモン励起層）及び、光導波モードの励起が可能な層状の構造で形成される層を指す。電場増強層に関しては、別途後述する。また、前記流路は、溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされる。
このような流路の構成によれば、前記被検体液を送液する輸送路としての役割と、前記目的物質を検出する検出面としての役割とを兼備させることができ、前記被検体液を容易に送液することができるとともに、前記輸送路と前記検出面とを別個に形成するよりも生産コストを低減させることができる。
【００２３】
前記目的物質検出チップにおける前記流路の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１つでもよいし、複数であってもよい。
前記流路の前記被検体液が流れる方向の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。ただし、照射される光が直線偏光である場合、効率よく表面プラズモン共鳴を励起するには、前記傾斜面に対し常にｐ偏光された光が入射されることが好ましく、また、効率よく光導波モードを励起するには、前記傾斜面に対し常にｓ偏光又はｐ偏光された光が入射されることが好ましいことから、前記流路において、前記検出に供される部分は直線状であることが好ましい。
また、前記流路における溝としては、前記透明基体部に形成される前記溝部に前記電場増強層を配して形成されるため、その断面形状としては、前記溝部の形状に相似した形状とされる。
【００２４】
−−溝部−−
前記透明基体部に前記溝部を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記溝部を有するように前記透明基体部を射出成型する方法、前記透明基体部に機械的な手段、例えば切削手段を用いて形成する方法などが挙げられる。中でも、安価で生産性良く前記目的物質検出チップを製造することができることから、前記射出成型する方法が好ましい。
【００２５】
前記溝部は、断面視で前記透明基体部の一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有する。
前記溝部の形状としては、前記傾斜面を少なくとも一部に有するものであれば、特に制限はなく、例えば、断面Ｖ字状、断面台形状、断面多角形状などの形状が挙げられる。ただし、前記傾斜面が曲面とされ、一の勾配をもって傾斜する部分を一切有しない断面Ｕ字状の形状や断面半円状の形状などは、含まない。前記傾斜面が曲面であると、前記電場増強層における表面プラズモン又は光導波モードの励起が限定的となり、十分に目的物質を検出することができない。
したがって、前記溝部を構成する溝側面には、前記一の勾配をもって傾斜する傾斜面が少なくとも一部に存在する必要がある。一方、こうした観点から、前記傾斜面としては、前記目的物質を検出する検出面に形成されていればよく、前記溝部の長さ方向の全体に亘って形成されている必要はない。
また、前記溝部の長さ方向の全体に亘って前記傾斜面が形成されている場合でも、当該傾斜面のすべてを検出に使用する必要はなく、その一部のみに光照射を行い、またはその一部でのみ目的物質の捕捉を行い、検出を行ってもよい。
前記溝部を構成する溝側面としては、このような傾斜面を有する限り特に制限はなく、左右対称に形成されていてもよいし、左右非対称に形成されていてもよい。
なお、これらの詳細については、別途、図面を用いて後述する。
【００２６】
前記溝部を前記透明基体部の一の面上からみたときの開口幅、即ち、前記一の面における前記左右の溝側面の間隔としては、特に制限はないが、５μｍ〜５ｃｍが好ましい。前記開口幅が５μｍ未満であると、構造が微細なため、作製が困難となり、製造コストが高くなってしまい、また、前記溝部が小さいと、前記流路が狭くなり、粘性の高い液体は流れなくなってしまう。一方、前記開口幅が５ｃｍを超えると、前記流路の内容積もそれにつれて大きくなるため、多くの被検体液が必要となってしまう。
また、前記溝部の深さとしては、特に制限はないが、上記と同じ理由で、５μｍ〜５ｃｍが好ましい。
また、前記流路を複数配する場合、即ち、前記溝部を複数形成する場合、隣接する溝部の間隔としては、特に制限はないが、５μｍ〜５ｃｍが好ましい。前記間隔が５μｍ未満であると、構造が微細なため、作製が困難となり、製造コストが高くなってしまうことや、間隔が狭いことから、隣接する流路間で被検体液の漏れが生じ易く被検体液が混ざってしまう恐れがあり、５ｃｍを超えると、検出チップ自体が大きくなってしまい、作製時に材料を多く必要とする、保管時にスペースを取ってしまう、などの不都合が生じることがある。
【００２７】
−−電場増強層−−
前記電場増強層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、（Ａ）前記溝部上に表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層を配することで形成することができ、また、（Ｂ）前記溝部上に光導波モードを励起する層構造を配することで形成することができる。ここで、前記光導波モードを励起する層構造は、金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層と透明材料で形成される光導波路層とをこの順で前記溝部上に配することで形成することができる。
【００２８】
（Ａ）前記表面プラズモン励起層の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、入射する光の波長において負の誘電率を有する金属材料が挙げられるが、金、銀、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む金属材料が好ましい。
この金属材料で形成される金属層は、プリズムを介してある入射角度で光を受けると、表面側に染み出したエバネセント波が表面プラズモンの励起条件を満たし、前記金属層の表面に前記表面プラズモン共鳴を発現させる。
前記金属層の厚みとしては、金属材料及び入射する光の波長によってその最適値が決定されるが、この値はフレネルの式を用いた計算から算出が可能であることが知られている。一般的に、近紫外域から近赤外域で表面プラズモンを励起する場合、前記金属層の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍとなる。
【００２９】
前記表面プラズモン励起層、即ち、前記金属層の形成方法としては、特に制限はなく、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スピンコート法等の公知の形成方法が挙げられるが、前記溝部が形成される前記透明基体部の形成材料が前記プラスチック材料や前記ガラス材料である場合、前記金属層を直接前記溝部上に形成すると、密着性が低く、簡単にはがれてしまうことがある。
そのため、密着性を向上させる観点から、前記溝部の内表面上にニッケルやクロムを形成材料とする接着層を形成し、この接着層上に前記金属層を形成することが好ましい。
【００３０】
後述する目的物質又は該目的物質を標識化する蛍光物質からの発光を検出する場合、前記目的物質又は前記蛍光物質が、前記金属層に近接すると、発光した光が再度前記金属層に吸収され、発光効率が低下するクエンチングと呼ばれる現象が起こる。
この場合、前記目的物質及び前記蛍光物質を前記金属層の表面から離す目的で、厚みが数ｎｍから数十ｎｍ程度の被覆層を形成するとクエンチングが抑制され、発光効率の低下を抑えられることが知られている。
こうしたことから、前記表面プラズモン励起層、即ち、前記金属層の表面が透明誘電体で被覆されることが好ましい。
前記透明誘電体としては、特に制限はなく、シリカガラス等のガラス材料、有機高分子材料、ウシ血清アルブミン等のたんぱく質など、厚さ数ｎｍから数十ｎｍの透明膜を形成可能な材料が挙げられる。
【００３１】
（Ｂ）前記光導波モードを励起する層構造の形成において、前記薄膜層を形成する前記金属材料としては、特に制限はなく、例えば、一般に入手が可能で、安定な金属及びその合金などが挙げられるが、金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含むことが好ましい。
前記薄膜層を形成する半導体材料としては、特に制限はなく、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料又は既知の化合物半導体材料が挙げられるが、特にシリコンは安価で加工が容易であるため好ましい。
前記薄膜層の厚みとしては、前記表面プラズモン励起層の金属層と同様で、前記薄膜層の材料及び入射する光の波長によってその最適値が決定されるが、この値はフレネルの式を用いた計算から算出が可能であることが知られている。一般的に、近紫外域から近赤外域の波長帯の光を使用する場合、前記薄膜層の厚さは数ｎｍ〜数百ｎｍとなる。
なお、前記薄膜層として前記金属材料を選択する場合、密着性を向上させるために、前記溝部と前記薄膜層との間に、前述したクロムやニッケルの接着層を配することが好ましい。
【００３２】
また、前記光導波路層の形成材料としては、光透過性の高い透明材料であれば特に制限はなく、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、アクリル樹脂等の樹脂材料、酸化チタン等の金属酸化物、窒化アルミニウム等の金属窒化物などが挙げられるが、作製が容易で、化学的安定性が高い酸化シリコンが好ましい。この場合、前記薄膜層を前記シリコンで形成すれば、前記シリコンの層の表面側を酸化させることで、簡便に形成することができる。
【００３３】
−−表面処理−−
前記目的物質を選択的に検出する場合、特に制限はないが、前記流路の表面、即ち、前記目的物質の検出面に前記目的物質を特異的に捕捉するための表面処理が施されることが好ましい。
前記表面処理の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記表面プラズモン励起層としての前記金属層に貴金属を用いて前記検出面とする場合には、金属−チオール結合を用いて捕捉物質を前記検出面に固定化させる化学修飾方法などが挙げられ、また、前記金属層を被覆する前記透明誘電体としてシリカガラスなどのガラス材料を用い、このガラス被覆層を前記検出面とする場合には、シランカップリングを用いて前記検出面に捕捉物質を固定化させる化学修飾方法などが挙げられる。
また、前記光導波路層の表面を前記検出面とする場合の表面処理方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光導波路層として酸化シリコンを用い、その表面を前記検出面とする場合には、前記ガラス被覆層と同様、シランカップリングにて前記検出面に捕捉物質を固定化させる化学修飾方法などが挙げられる。
【００３４】
−その他の部材−
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、蓋部、貫通孔等が挙げられる。
【００３５】
前記蓋部は、前記流路に導入される前記被検体液が前記流路からこぼれないように、前記流路の開口部を塞ぐように、前記透明基体部の前記流路が形成される面上に配される。
前記蓋部の形成材料としては、特に制限はないが、前記目的物質又は該目的物質を標識化する蛍光物質からの発光を検出する場合、その発光を透過する透明材料で形成されることが好ましい。これにより、前記光検出手段による発光検出に基づき前記目的物質の存在を感度良く検出することができる。
このような蓋部としては、例えば、透明な樹脂材料又はガラス材料で形成される、シール材及び板材のいずれかで構成される。
なお、前記電場増強層から反射される反射光を検出する場合、前記蓋部を、例えば、反射材及び反射層を持つシール材又は板材のいずれかで構成することで、前記反射光を前記透明基体部側に反射させて該透明基体部中に伝搬させるようにしてもよい。
【００３６】
前記貫通孔は、前記透明基体を貫通するように形成され、前記流路に前記被検体液を導入し、前記流路に導入された前記被検体液を排出する目的で形成される。
前記貫通孔としては、例えば、２つの前記貫通孔が、それぞれの貫通先の端部が前記流路における前記被検体液が流れる方向の始端と終端とに対して連接されるように、前記透明基体部の前記流路が形成される面と反対の面側から穿設されて設けられる。
【００３７】
前記目的物質検出チップの実施形態の例を図面を用いて説明する。
図５（ａ）に示す本発明の一実施形態に係る目的物質検出チップ１は、透明基体部２の一の面に断面Ｖ字状の溝からなる流路３が形成されて構成される。また、流路３は、その断面を説明する図５（ｂ）に示すように、断面Ｖ字状に形成された溝部の内表面上に、電場増強層４が配されて形成される。流路３内には、目的物質の存在を検証する被検体液が導入され、その最表面、ここでは電場増強層４の表面が前記目的物質の検出面とされる。
電場増強層４では、図示しない光照射手段から照射される光Ｌにより、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起され、層内及び層表面付近に強い電場が形成される。前記光照射手段では、透明基体部２の流路３が形成される面と反対の面である面Ｒ側から光Ｌを照射する。
【００３８】
このとき、図５（ｂ）の解説図として示す図５（ｃ）のように、透明基体部２は、点線で示す三角形プリズムとして機能する領域を有し、面Ｒ側から照射される光Ｌを特定の入射角度で電場増強層４に入射させる。即ち、透明基体部２は、ＳＰＲセンサー及び光導波モードセンサーにおける光学プリズムとして機能し、電場増強層４の表面近傍での電場を増強させて、この現象に由来する目的物質の検出を可能とする。なお、面Ｒは、プリズムの入射面として機能することから、平坦性が高いことが好ましい。
【００３９】
図５（ｃ）に示す透明基体部２の溝部における底角φは、該溝部を形成する傾斜面に対する光Ｌの入射角度θによって決定される。例えば、この図５（ｃ）に示す目的物質検出チップ１の例では、透明基体部２の流路３が形成される面とその反対の面である面Ｒとが平行で、溝部を形成する２つの傾斜面が左右対称で、前記光照射手段から光Ｌを面Ｒに対して垂直に入射させる場合としている。この場合の底角φ（°）は、（９０°−θ）×２となる角度で選択される。
入射角度θは、表面プラズモン共鳴及び光導波モードの励起条件によって決定されることから、底角φは、透明基体部２の形成材料の屈折率及び電場増強層４の構成に依存する。
ここで、透明基体部２の屈折率が低すぎると、入射角度θを大きくする必要があり、ひいては底角φを小さくする必要が生ずる。流路３の開口幅が数１００μｍ以下のマイクロ流路の場合、底角φが３０°以下である場合には、流路３の形成が難しくなることから、透明基体部２の屈折率としては、１．３８以上が好ましく、１．４２以上がより好ましい。一方、加工の難易度が特に問題とならない大きさの流路の場合、透明基体部２の屈折率はさらに低くて良いが、少なくとも水の屈折率１．３３より高いことが好ましい。
一方、透明基体部２の屈折率が高すぎると、光Ｌを面Ｒに入射した際、面Ｒでの反射が強くなってしまう、という問題点がある。また、屈折率が高くなお且つ透明性も高い材料は候補が限られてしまう。よって、透明基体部２の屈折率としては、４以下が好ましく、３以下がより好ましい。
【００４０】
前記目的物質検出チップの他の実施形態を図６（ａ）を用いて説明する。図６（ａ）に示す目的物質検出チップ１１では、透明基体部１２の一の面に４つの流路１３が形成される。流路１３は、図６（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す図６（ｂ）に示されるように、それぞれが断面Ｖ字状の溝として形成される。また、図６（ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面を示す図６（ｃ）に示されるように、前記被検体液を流路１３に導入する貫通孔１５と、流路１３に導液された被検体液を排出する貫通孔１５’とが形成される。
【００４１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、目的物質検出チップ１１に対して、蓋部１６を配した状態を示す図である。即ち、蓋部１６は、板状又はシート状の部材からなり、流路１３の開口を塞ぐように透明基体部１２上に配され、流路１３から前記被検体液がこぼれることを防止する。この場合、被検体液は図７（ｂ）の貫通孔１５の下側開口部より導入され、流路１３を流れた後、貫通孔１５’の下側開口部より排出される。なお、前記被検体液の送液は、流路１３が細い場合、毛細管現象によって自然に行われるが、効率的に送液するため、圧力を付加した状態で行ってもよい。
【００４２】
図８（ａ）は、溝部の形状をＶ字状から台形状に変更させた変更例を示す断面図である。即ち、図８（ａ）に示す目的物質検出チップ２１では、透明基体部２２と、流路２３と、蓋部２６とで構成され、流路２３としては、台形状に形成される。
溝部の形状ひいては流路の溝形状がＶ字状である場合、流路の溝側面すべてを検出面として利用できるメリットがある一方、流路の左右の溝側面が交差する底部が鋭角となり、この部分に送液された被検体液及びこの部分に捕捉された目的物質やその他の不純物を洗浄し難くなる。そのため、各検出試験ごとに行われる洗浄に大きな負担がかかるとともに、洗浄しきれなかった被検体液、目的物質及びその他の不純物の存在により、検出に誤りが生ずることがある。
この点、台形状の流路２３とすれば、底部が鋭角になることがないため、使用後の被検体液及び目的物質の洗浄が容易となる。この流路２３の台形状の底部の幅方向（図中左右方向）の長さとしては、流路２３の開口幅を５μｍ〜５ｃｍとしたときに、２μｍ〜４ｃｍが好ましい。
【００４３】
図８（ｂ）は、前記流路の溝形状を多角形状に変形させた変更例を示す断面図である。即ち、図８（ｂ）に示す目的物質検出チップ２１’では、透明基体部２２’と、流路２３’と、蓋部２６’とで構成され、透明基体部２２’の溝部における溝側面、ひいては流路２３’の溝側面が多段の勾配をもって形成される。この場合、勾配ごとに異なる励起波長による検出を同時に実施することが可能となる。
なお、流路２３’の更なる変更例については、前記目的物質検出装置における具体的な検出方法ととともに、後掲の図面で説明をする。
【００４４】
＜光照射手段＞
前記光照射手段は、前記目的物質検出チップの前記流路が形成される面と反対の面側から前記電場増強層に光を照射する手段である。
前記光照射手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、レーザー、白色ランプ、ＬＥＤなどの光源、前記光源からの光をコリメートするコリメータ、前記光源からの光を集光するレンズ、前記光源からの光を偏光する偏光板など、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。
中でも、前記光源から発せられる光を直線偏光に偏光する偏光板を有して構成されることが好ましい。
【００４５】
＜光検出手段＞
前記光検出手段は、（Ｃ）前記電場増強層から反射される反射光を検出する手段として構成される。また、検出の手段として、前記目的物質又は前記目的物質を標識化する前記蛍光物質からの蛍光を検出する場合には、（Ｄ）前記光照射手段から照射される光により、前記流路内に存在する前記被検体液中の前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する手段として構成される。これら２つの態様では、前記光検出手段の光学配置が異なる。
【００４６】
前記光検出手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記（Ｃ）の場合、前記反射光を検出するＣＣＤ、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出器、前記反射光を前記光検出器に導く光ファイバ、前記反射光を集光して前記光検出器に導く集光レンズなど、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。
また、前記波長分解型測定法を用いる場合、前記光検出手段として、分光器と光検出器とを備えることにより、反射光のスペクトルを測定するか、ある特定波長領域における反射光強度を測定する。
また、前記（Ｄ）の場合、前記蛍光を検出するＣＣＤ、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出器、前記蛍光を前記光検出器に導く光ファイバ、前記蛍光を集光して前記光検出器に導く集光レンズなど、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。検出される光が前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光に由来するものであるのか、それ以外の光によるものなのかを区別するために、前記蛍光波長帯の光のみを透過する波長フィルタを介して前記光検出器による検出を行ってもよい。
【００４７】
＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、連結流路、送液ポンプなどが挙げられる。
前記連結流路としては、目的に応じて様々な機能を持つ流路からなり、例えば、前記被検体液を分離するための分岐部、前記被検体液を混ぜ合わせる合流部を有するものが挙げられ、これらは、前記流路又は前記貫通孔に連接されて配される。
また、前記送液ポンプとしては、前記流路に前記被検体液を送液するポンプなどが挙げられる。
【００４８】
前記目的物質検出装置で前記目的物質を検出する具体的な構成例を、図面を用いて以下に説明する。
【００４９】
前記目的物質の検出を前記電場増強層から反射される反射光を検出する場合、図９に示すような光学配置とすることができる。
即ち、目的物質検出装置３０は、目的物質検出チップ３１と、該目的物質検出チップ３１の面Ｒ側から光Ｌ１，Ｌ２を照射する光照射手段（不図示）と、該目的物質検出チップ３１の左右側部近傍にそれぞれ配される２つの光検出器３７、３７’とで構成される。目的物質検出チップ３１は、透明基体部３２と、該透明基体部３２の溝部を構成する左右の溝側面を左右対称として形成された流路３３と、該流路３３の開口を塞ぐように透明基体部３２上に形成された蓋部３６とで構成される。
目的物質検出チップ３１の面Ｒ側から流路３３に対して照射された光Ｌ１，Ｌ２は、流路３３の２つの傾斜面により、図中左右方向に反射される。ここでは、透明基体部３２を空気より屈折率が高い材料で形成すると同時に、蓋部３６を透明基体部３２の形成材料より屈折率が低い材料で形成することで、各反射光が透明基体部３２内で全反射しながら伝搬するように構成されている。また、蓋部３６を反射部材により形成しても、同様の効果を得ることができる。
透明基体部３２と蓋部３６の屈折率が同じか、または蓋部３６の屈折率の方が大きい場合は、各反射光は、蓋部３６の上側の表面で反射して伝搬することになる。
伝搬した光は、透明基体部３２の側面から出射されるため、この位置に光検出器３７、３７’を配して光を検出する。このとき、効率良く光を光検出器３７、３７’に取り込むために、透明基体部３２の側面（光の出射面）を平坦に形成することが好ましく、よって、必要に応じ、研磨を施すことが好ましい。また、この光の出射面付近に集光レンズを配して、光をより多く光検出器に取り込むことも好ましい。
【００５０】
照射する光として、レーザー光のような単色光を用いる場合、入射角度の変更機構により、前記光照射手段を目的物質検出チップ３１の面Ｒ側で半円を描くように周回させるか、又は目的物質検出チップ３１の方を固定された前記光照射手段の周りで周回させて、入射角度を変えながら、表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に伴う反射率の変化を観測することで、前記目的物質の捕捉時に生じる反射率の入射角度依存性の変化を捉えて、前記目的物質の有無を検出する。なお、同様の測定は、集光レンズ（不図示）によって、流路３３の傾斜面に光を集光しながら角度をつけ、表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に伴う反射特性の変化を観測することでも実施可能である。
入射角度の変更機構や目的物質検出チップ３１を周回させる回転機構は、可動部を必要とするため、検出装置そのものが大型化するデメリットがある。そこで、入射角度を一定の角度に固定した状態で反射光強度を観測し、目的物質の捕捉時に生じる反射光強度の増減を観測することによって、目的物質を検出する手法も好ましい。この場合は、光を流路３３の傾斜面に集光する機構も不要である。
【００５１】
照射する光として、ランプ光やＬＥＤなどの白色光を用いる場合、光はコリメートした後、目的物質検出チップ３１の面Ｒ側から入射させる。その反射光は、分光器を備えた検出器３７、３７’によって検出される。表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に伴う反射スペクトルを観測し、前記目的物質の捕捉時に生じる反射スペクトルの変化を捉えて、前記目的物質の有無を検出する。この場合も、単色光を用いた時に必要な入射角度の変更機構や光を流路３３の傾斜面に集光する機構が不要となるため、装置が簡略化でき好ましい。
【００５２】
なお、前記白色光を用いる場合、測定中に光の入射角度を変化させると、この入射角度の変化によって、前記反射率の波長依存性が変化するため、前記目的物質の捕捉時の反射特性の変化を読み取ることが難しくなってしまう。
そのため、この場合、光の入射角度は、一定の角度に固定しておくことが好ましい。この角度に関しては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、流路３３を構成する２つの傾斜面が左右対称の場合、面Ｒに対して垂直に光を入射すると、左右に配置された光検出器３７、３７’で目的物質の検出が可能となる。
更にこのとき、図１０に示すように、面Ｒに対して入射角度を傾けると、入射角度θ１と入射角度θ２とで左右の傾斜面に光が入射され、左右の傾斜面で異なる反射特性が得られることから、目的に応じ、左右の面で異なる検出を同時に実施することが可能となる。
【００５３】
ただし、以上で述べた目的物質検出チップ３１の左右の面を両方用いての検出を必ず実施する必要はなく、目的物質検出チップ３１の左右のいずれか一方にのみ光検出器３７を配置して検出を行ってもよい。また、流路３３を構成する２つの傾斜面は、必ずしも左右対称である必要はなく、例えば、図１１に示すように、反射光を目的物質検出チップ４１の片側でのみ検出する場合は、検出に使用しない側の面の成す角度は、検出に特に影響を与えないことから、どのような形状を取っていてもよく、例えば図に示したように流路４３の検出に使用しない側の面を垂直に形成してもよい。なお、図中の符号４６は、蓋部を示す。
【００５４】
また、図１２に示すように、流路５３を形成する透明基体部５２の、溝部を構成する２つの傾斜面を左右非対称として形成すると、それぞれの傾斜面で異なる反射特性が得られるため、２つの異なる検出を同時に実施可能である。なお、図１２中の符号５１は、目的物質検出チップを示し、符号５６は、蓋部を示す。
【００５５】
図１３に示すように、流路８３を形成する透明基体部８２の溝部を多角形状に構成し、流路８３内に面Ｒと平行な平面を持たせることで、底部が鋭角になることを避け、被検体液及び目的物質の洗浄を容易に行うことができる。また、透明基体部８２の厚さに制限があって、深い流路を形成できない場合には、図１３に示す断面形状を持つ流路８３を用いることで、図８（ａ）に示す台形型より、広い傾斜面を得ることができ、より高い感度が期待できる。なお、この場合、底部の凸部の上辺、つまり凸部を構成する２つの傾斜面の間の部分は、この凸部を構成する一方の傾斜面で反射された光がこの凸部の他方の傾斜面で再度反射されないよう、ある程度の幅を持っていることが好ましい。なお、図１３中の符号８１は、目的物質検出チップを示し、符号８６は、蓋部を示す。
【００５６】
前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する場合の前記目的物質検出装置の構成例を図１４に示す。即ち、目的物質検出装置６０は、目的物質検出チップ６１と、光Ｌを目的物質検出チップ６１の面Ｒ側から照射する光照射手段（不図示）と、前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光ｋを蛍光ｋの波長帯域の光のみを透過する波長フィルタ６８を介して検出する光検出器６７とを有する。また、目的物質検出チップ６１は、透明基体部６２と、その一の面に形成される流路６３と、該流路６３を塞ぐように透明基体部６２上に配される蓋部６６と、蓋部６６上の流路６３の開口と対向する位置以外に配される遮光部６９とを有する。図１４では、遮光部６９は蓋部６６の上に形成されているが、これは、透明基体部６２の流路６３の開口部以外の上面部と蓋部６６との間に形成してもよい。
【００５７】
ここで、照射する光Ｌとしては、前記目的物質又は前記蛍光色素の励起帯の波長に対応するレーザー光か、光フィルタや分光器などで単色化した光を用いる。入射角度は、反射光の測定時と同様に、面Ｒに対して垂直に入射してもよく、ある一定の角度を持って入射してもよい。
このとき、前記光照射手段を目的物質検出チップ６１の面Ｒ側で半円を描くように周回させるか、又は目的物質検出チップ６１の方を固定された前記光照射手段の周りで周回させて、光Ｌの入射角度を変え、流路６３の前記電場増強層に光Ｌを照射すると、表面プラズモン共鳴又は光導波モードが励起される特定の角度において、発光強度が増大する現象が観測でき、観測している発光が表面プラズモン共鳴又は光導波モードによって生じたものか、表面プラズモン共鳴又は光導波モードの励起に関与しない光Ｌの迷光が前記蛍光物質に照射され、前記目的物質の検出とは無関係に発光したものかを確認することができる。
【００５８】
ただ、反射光を検出する場合と同様で、入射角度の変更機構や目的物質検出チップ６１を周回させる回転機構は、可動部を必要とするため、検出装置そのものが大型化するデメリットがある。装置を小型且つ安価に構成するには、入射角度を一定の角度に固定した状態で蛍光強度を観測し、目的物質を検出する手法が好ましい。
【００５９】
蛍光を検出する場合でも、既述の反射光を検出する場合と同様の溝構造の流路を持つ目的物質検出チップを用いることができる。つまり、図５（ｂ）に示したような断面Ｖ字状の溝、図８（ａ）に示すような断面台形状の溝、図８（ｂ）に示すような断面多角形状の溝、図１１に示すような一つの傾斜面のみを検出に用いる溝、図１２に示すような左右非対称なＶ字状の溝など、が適用可能である。また、図１３に示すような断面多角形状の溝も適用可能である。ただし、図８（ａ）や図１３に示す目的物質検出チップのように、流路内に面Ｒと平行な平面を持つ場合、これらの平面部には、光を減衰させる遮光部を設け、光検出器側に光照射手段からの光がなるべく到達しないようにすることが好ましい。
【００６０】
図１２に示すように、流路５３を構成する２つの傾斜面を左右非対称として形成すると、それぞれの傾斜面で異なる蛍光特性が得られるため、２つの異なる検出を同時に実施可能である。
例えば、左右の面で、それぞれ異なる波長で電場増強が生じるように設定しておく。例えば、左側の面では、５５０ｎｍの光によって表面プラズモンが励起されるように設定し、右側の面では、６６０ｎｍの光で表面プラズモンが励起されるように設定する。左側の面では、５５０ｎｍの励起光で発光する蛍光色素が特異的に吸着されるような検体の測定を実施し、右側の面では、６６０ｎｍの励起光で発光する蛍光色素が特異的に吸着されるような検体の測定を実施する。光源には、５５０ｎｍの励起光と、６６０ｎｍの励起光とをそれぞれ備え、交互に照射するか、交互にフィルタなどで遮光することによって、それぞれの励起光による信号を左右それぞれの面から検出できるため２つの検体を同時に検出することが可能となる。更に、図８（ｂ）のように、流路２３’を構成する２つの傾斜面を複数段の異なる角度の面で構成すれば、さらに多くの異なる励起波長による検出を同時に実施することが可能となる。
【００６１】
前記目的物質自体が蛍光ｋを発する場合、流路６３の検出面で前記目的物質を捕捉し、前記目的物質の発光の有無及び発光強度を観測することによって、前記目的物質の有無及び量が観測できる。
しかし、多くの物質は、強い発光特性を示さないので、流路６３の検出面で捕捉した後、前記蛍光物質を前記目的物質に付着させて発光を観測する。
前記蛍光物質を付着させる方法に関しては、特に制限はなく、公知の手法を適用することができ、例えば、前記目的物質に特異的に吸着する抗体に前記蛍光物質を結合させておき、この蛍光物質付きの抗体を前記目的物質に吸着させる方法が挙げられる。
【００６２】
（目的物質検出方法）
本発明の目的物質検出方法は、本発明の前記目的物質検出装置を用いて前記目的物質を検出する方法であって、被検体液導入工程と、光照射工程と、光検出工程とを含む。
【００６３】
前記被検体導入工程は、前記目的物質検出チップの前記流路内に前記目的物質の存在を検証する被検体液を導入する工程である。
前記光照射工程は、前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する工程である。
前記光検出工程は、（Ｅ）前記電場増強層から反射された光を検出する工程、又は（Ｆ）前記光照射工程で実施される前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する前記被検体液中の前記目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する工程である。
これらの工程は、前記目的物質検出チップ及び前記目的物質検出装置で説明した事項により適宜実施することができる。
【実施例】
【００６４】
（実施例１）
本発明の実施例として、図１５に示す目的物質検出装置７０を製造した。
該目的物質検出装置７０は、目的物質検出チップ７１と、光Ｌを目的物質検出チップ７１の面Ｒ側から照射する光照射手段（不図示）と、前記目的物質又は前記蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出器７７とを有する。
【００６５】
目的物質検出チップ７１は、次のように製造した。
先ず、ポリスチレンを形成材料とし、射出成型により断面Ｖ字状の溝部が形成された板状の透明基体部７２を作製した。前記溝部を構成する２つの傾斜面は、左右対称とし、その底角φは、４９°とした。また、前記溝部の開口幅は、３００μｍとした。溝部の被検体液が流れる方向の長さは３５ｍｍとし、溝部の両端部には直径１ｍｍの貫通孔（不図示）を形成した。
次いで、この透明基体部７２の前記溝部が形成された面に対して、該溝部が形成されていない平坦領域に対して垂直方向から、この平坦領域において厚みが０．６ｎｍとなるようにクロムを蒸着させ、前記溝部が形成された面全体に接着層としてのクロム薄膜７４ａを形成した。
次いで、前記平坦領域において厚みが１００ｎｍとなるように金を蒸着させ、クロム薄膜７４ａ上に表面プラズモン励起層としての金薄膜７４ｂを形成した。
次いで、前記平坦領域において厚みが４９ｎｍとなるようにスパッタリング法によりシリカガラス薄膜を堆積させ、金薄膜７４ｂの表面を透明誘電体７４ｃで被覆した。
これにより、透明基体部７２に流路７３を形成した。またこの時、透明基体部７２の流路７３の開口部以外の上面に積層されたクロム薄膜７４ａと金薄膜７４ｂは遮光部として働く。
次いで、ポリメチルメタクリレートを主成分とするカバーフィルムを蓋部７６として用い、流路７３の開口部分をシーリングした。以上により、目的物質検出チップ７１を製造した。
【００６６】
一方の貫通孔から水を注入して流路７３内を水で満たした後、この目的物質検出チップ７１に対し、図１５に示すように、目的物質検出装置７０の前記光照射手段から光を照射し、目的物質検出チップ７１の面Ｒ側から該面Ｒに対して垂直な方向から光を直径約１ｍｍのビーム径で入射させた。前記光照射手段は、白色光源と、該白色光源から発せられる光をｐ偏光に直線偏光させる偏光板とで構成し、また、前記白色光源と、該白色光源から発せられる光をｓ偏光に直線偏光させる偏光板とで構成し、２通りに構成した。
前記２通りの光照射手段により目的物質検出チップ７１のＲ面側から照射された白色光の透過光を、該目的物質検出チップ７１の流路７３が形成された面に対向配置した光検出器７７にて測定した。図１６にその結果を示す。
該図１６は、透過光強度の波長依存性を示しており、ｓ偏光の場合に比べ、ｐ偏光の場合には、５７０ｎｍ〜８７０ｎｍの波長領域において、明確な透過光強度の増加が確認できる。ｓ偏光の場合には表面プラズモンが励起され得ないことを考慮すれば、この現象は、ｐ偏光された入射光により、前記波長領域において表面プラズモンが励起され、その結果、前記入射光が強く散乱されて生じたものと考えられる。
このように、目的物質検出装置７０を用いれば、従来のように、プリズムと検出チップとの煩雑な貼り合せ工程を経ることなく、目的物質検出チップ７１で容易に表面プラズモンを励起することが可能であり、また、この表面プラズモンの励起により、蛍光物質からの蛍光も容易に増強することができる。
【００６７】
（実施例２）
実施例１と同様に先ず、ポリスチレンを形成材料とし、射出成型により断面Ｖ字状の溝部が形成された板状の透明基体部７２を作製した。前記溝部の構造は、実施例１と同じである。この透明基体部７２の前記溝部が形成された面に対して、該溝部が形成されていない平坦領域に対して垂直方向から、この平坦領域において厚みが０．６ｎｍとなるようにクロムを蒸着させ、接着層としてのクロム薄膜７４ａを形成した。次いで、このクロム層上に、前記平坦領域において厚みが１２０ｎｍとなるように金を蒸着させて表面プラズモン励起層としての金薄膜７４ｂを形成した。次いで、この金の層上に、前記平坦領域において厚みが４９ｎｍとなるようにスパッタリング法によりシリカガラス薄膜（透明誘電体７４ｃ）を堆積させた。これにより、透明基体部７２に流路７３を形成した。
その後、この薄膜を堆積した透明基体を弱アルカリ水溶液に２４時間浸漬後乾燥した後、０．１ｖ／ｖ％３−アミノプロピルトリエトキシシランのエタノール溶液に１５時間浸漬し、シリカガラス表面に反応活性なアミノ基を修飾した。その後、透明基体をエタノールでリンスし乾燥後、０．５ｍＭのスルホスクシンイミジル−Ｎ−（Ｄ−ビオチニル）−６−アミノヘキサネートを含むリン酸緩衝生理食塩水を流路７３上に滴下して２時間室温で放置し、流路表面に目的物質を捕捉する物質としてビオチンを導入した。以上のプロセスの後に、ポリメチルメタクリレートを主成分とするカバーフィルムを蓋部７６として用い、流路７３の開口部分をシーリングした。以上により、目的物質検出チップ７１を製造した。
被検出液としては、蛍光色素Ａｌｅｘａ７００（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社製）が付いたストレプトアビジンを目的物質として１００ｎＭ含むリン酸緩衝生理食塩水を用いた。この被検出液を貫通孔より流路７３に注入し、流路中を被検出液で満たした後、該貫通孔部分をテープで封止し、ビオチンによるストレプトアビジンの捕捉のために１時間室温で放置した。
その後、貫通孔部分の封止を解き、不純物等を洗浄するために、０．０５ｖ／ｖ％のトリトンＸ−１００（ナカライテスク社製）を含むリン酸緩衝生理食塩水で５回流路を洗浄した後、流路７３をリン酸緩衝生理食塩水で満たした。
以上のプロセスを経た目的物質検出チップ７１に、コリメータレンズと偏光板を備えた波長６８０ｎｍ±１０ｎｍの光を発する光フィルタ付きＬＥＤを光照射手段として直径約１ｃｍの光Ｌを照射した。また、光検出器７７として冷却ＣＣＤカメラを用い、このＣＣＤカメラの前に、波長７１０ｎｍ以上の光を透過する光フィルタと波長７２０ｎｍ以上の光を透過する光フィルタを設置して、光検出手段を構成した。露光時間は６０秒間とした。
光照射手段よりｐ偏光を照射したところ、図１７に示す写真中の白線として見られる、流路に沿って光るＡｌｅｘａ７００からの蛍光を観測することができた。一方、光照射手段よりｓ偏光を照射したところ、Ａｌｅｘａ７００からの蛍光は観測されなかった。表面プラズモンはｐ偏光の光の照射によってのみ励起されることから、観測結果は、流路７３内の検出面における表面プラズモン励起層による表面プラズモンの励起によって蛍光色素からの蛍光が増強され、高感度で検体が検出できたことを示す。
【符号の説明】
【００６８】
１，１１，２１，２１’，３１，４１，５１，６１，７１，８１ 目的物質検出チップ
２，１２，２２，２２’，３２，４２，５２，６２，７２，８２ 透明基体部
３，１３，２３，２３’，３３，４３，５３，６３，７３，８３ 流路
４ 電場増強層
１５，１５’ 貫通孔
１６，２６，２６’，３６，４６，５６，６６，７６，８６ 蓋部
３０，６０，７０ 目的物質検出装置
３７，３７’，６７，７７，２０６，３０９，４０５，５０９ 光検出器
６８ 波長フィルタ
６９ 遮光部
７４ａ クロム薄膜
７４ｂ 金薄膜
７４ｃ 透明誘電体
２０１，３０６，４０１ａ，５０６ａ 透明基板
４０１，５０６ 検出板
４０１ｂ，５０６ｂ 薄膜層
４０１ｃ，５０６ｃ 光導波路層
３０２Ａ，３０２Ｂ，５０２Ａ，５０２Ｂ 光ファイバ
３０４，５０３ コリメートレンズ
２０５，３０５，４０４，５０４ 偏光板
２０３，３０３，４０２，５０５ 光学プリズム
３０８，５０７ 集光レンズ
３０９Ａ，５０８ 分光器
２００，３００ ＳＰＲセンサー
２０２，３０７ 金属薄膜層
２０４，３０１，４０３，５０１ 光源
２１０Ａ，３１０Ａ，４１０Ａ 入射光
２１０Ｂ，３１０Ｂ，４１０Ｂ 反射光
４００，５００ 光導波モードセンサー
Ｒ 面
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２， 光
ｋ 蛍光
θ 入射角度
φ 底角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する板状の透明基体部と、
前記透明基体部の一の面に溝として形成され、前記溝の長さ方向に目的物質の存在を検証する被検体液が送液される流路と、を有し、
前記流路は、断面視で前記一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成され、前記溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされることを特徴とする目的物質検出チップ。
【請求項２】
透明基体部の流路が形成される面と反対の面が平坦に形成される請求項１に記載の目的物質検出チップ。
【請求項３】
溝部を構成する左右の溝側面が左右対称に形成される請求項１から２のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項４】
電場増強層は、溝部上に表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層が配されて形成される請求項１から３のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項５】
表面プラズモン励起層の形成材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む請求項４に記載の目的物質検出チップ。
【請求項６】
表面プラズモン励起層の表面が透明誘電体で被覆される請求項４から５のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項７】
電場増強層は、溝部上に金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層と透明材料で形成される光導波路層とがこの順で配されて形成される請求項１から３のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項８】
金属材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む請求項７に記載の目的物質検出チップ。
【請求項９】
半導体材料がシリコンである請求項７に記載の目的物質検出チップ。
【請求項１０】
光導波路層がシリカガラスで形成される請求項７から９のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項１１】
検出面に目的物質を捕捉する表面処理が施される請求項１から１０のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項１２】
流路の開口部を塞ぐように、透明基体部の前記流路が形成される面上に蓋部が配される請求項１から１１のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項１３】
蓋部は、透明な樹脂材料又はガラス材料で形成される、シール材及び板材のいずれかで構成される請求項１２に記載の目的物質検出チップ。
【請求項１４】
蓋部は、反射材及び反射層を持つシール材又は板材のいずれかで構成される請求項１２に記載の目的物質検出チップ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の目的物質検出チップと、
前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、
前記電場増強層から反射された光を検出する光検出手段と、
を有することを特徴とする目的物質検出装置。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれかに記載の目的物質検出チップと、
前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、
前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出手段と、
を有することを特徴とする目的物質検出装置。
【請求項１７】
光照射手段は、光源と、該光源から発せられる光を直線偏光に偏光する偏光板と、を有する請求項１５から１６のいずれかに記載の目的物質検出装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、
目的物質検出チップの流路内に目的物質の存在を検証する被検体液を送液する被検体液送液工程と、
前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、
前記電場増強層から反射された光を検出する光検出工程と、
を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、
目的物質検出チップの流路内に目的物質の存在を検証する被検体液を送液する被検体液送液工程と、
前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、
前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出工程と、
を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
【請求項１】
光を透過する板状の透明基体部と、
前記透明基体部の一の面に溝として形成され、前記溝の長さ方向に目的物質の存在を検証する被検体液が送液される流路と、を有し、
前記流路は、断面視で前記一の面に対して一の勾配をもって傾斜する傾斜面を少なくとも一部に有するように形成された溝部の内表面上に、少なくとも電場増強層が配されて形成され、前記溝の前記被検体液と接する最表面の一部又は全部が前記目的物質の検出面とされることを特徴とする目的物質検出チップ。
【請求項２】
透明基体部の流路が形成される面と反対の面が平坦に形成される請求項１に記載の目的物質検出チップ。
【請求項３】
溝部を構成する左右の溝側面が左右対称に形成される請求項１から２のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項４】
電場増強層は、溝部上に表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層が配されて形成される請求項１から３のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項５】
表面プラズモン励起層の形成材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む請求項４に記載の目的物質検出チップ。
【請求項６】
表面プラズモン励起層の表面が透明誘電体で被覆される請求項４から５のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項７】
電場増強層は、溝部上に金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層と透明材料で形成される光導波路層とがこの順で配されて形成される請求項１から３のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項８】
金属材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む請求項７に記載の目的物質検出チップ。
【請求項９】
半導体材料がシリコンである請求項７に記載の目的物質検出チップ。
【請求項１０】
光導波路層がシリカガラスで形成される請求項７から９のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項１１】
検出面に目的物質を捕捉する表面処理が施される請求項１から１０のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項１２】
流路の開口部を塞ぐように、透明基体部の前記流路が形成される面上に蓋部が配される請求項１から１１のいずれかに記載の目的物質検出チップ。
【請求項１３】
蓋部は、透明な樹脂材料又はガラス材料で形成される、シール材及び板材のいずれかで構成される請求項１２に記載の目的物質検出チップ。
【請求項１４】
蓋部は、反射材及び反射層を持つシール材又は板材のいずれかで構成される請求項１２に記載の目的物質検出チップ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の目的物質検出チップと、
前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、
前記電場増強層から反射された光を検出する光検出手段と、
を有することを特徴とする目的物質検出装置。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれかに記載の目的物質検出チップと、
前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射手段と、
前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出手段と、
を有することを特徴とする目的物質検出装置。
【請求項１７】
光照射手段は、光源と、該光源から発せられる光を直線偏光に偏光する偏光板と、を有する請求項１５から１６のいずれかに記載の目的物質検出装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、
目的物質検出チップの流路内に目的物質の存在を検証する被検体液を送液する被検体液送液工程と、
前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、
前記電場増強層から反射された光を検出する光検出工程と、
を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の目的物質検出装置を用いて目的物質を検出する目的物質検出方法であって、
目的物質検出チップの流路内に目的物質の存在を検証する被検体液を送液する被検体液送液工程と、
前記目的物質検出チップの流路が形成される面と反対の面側から電場増強層に光を照射する光照射工程と、
前記光の照射に基づき、前記流路内に存在する被検体液中の目的物質又は前記目的物質を標識化する蛍光物質から発せられる蛍光を検出する光検出工程と、
を含むことを特徴とする目的物質検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図５（ｃ）】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図６（ｃ）】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図５（ｃ）】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図６（ｃ）】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−２４６０６（Ｐ２０１３−２４６０６Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７２４２（Ｐ２０１１−１５７２４２）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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