目的物質検出プレート、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、被検体液の導入が容易な検出チップを有し、目的物質を効率的に測定可能とする。
【解決手段】目的物質検出プレートは、検出チップを収容する収容部と前記収容部に被検体液を送液する流路とが形成された透光性のプレート本体と、前記収容部に収容される前記検出チップと、を有し、前記検出チップは、光を透過する板状の透明基体部の一の面に形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される検出溝を有し、前記検出溝は、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有するように形成された溝部の内表面上に、電場増強層が配されて形成され、前記検出溝の前記被検体液と接する最表面が検出面とされる。
【解決手段】目的物質検出プレートは、検出チップを収容する収容部と前記収容部に被検体液を送液する流路とが形成された透光性のプレート本体と、前記収容部に収容される前記検出チップと、を有し、前記検出チップは、光を透過する板状の透明基体部の一の面に形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される検出溝を有し、前記検出溝は、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有するように形成された溝部の内表面上に、電場増強層が配されて形成され、前記検出溝の前記被検体液と接する最表面が検出面とされる。
【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プレート、該目的物質検出プレート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、持ち運びか可能で、操作が簡単でかつ高感度な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、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ；Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いるＳＰＲセンサーや導波モードを用いる光導波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、環境中の汚染の評価、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】
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。
【０００５】
図２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。
【０００６】
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の光導波路層４０１ｃ表面近傍でも同様に得られる。
【０００７】
ここで、蛍光物質からの発光は、図１、図２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必要がある。
【０００８】
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や図２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。
また、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。
【０００９】
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、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。
また、こうしたプリズム、検出板及び輸送路をプレート上に配することで、効率的な検出手法の確立が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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】
【００１１】
【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】
【００１２】
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、被検体液の導入が容易な検出チップを有し、目的物質を効率的に測定可能な目的物質検出プレート、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】
【００１３】
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＞ 目的物質を検出する検出チップを収容する１つ又は複数の凹状からなる収容部と前記収容部に前記目的物質の存在を検証する被検体液を送液する流路とが形成された透光性のプレート本体と、前記収容部に収容される前記検出チップと、を有し、前記検出チップは、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形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される検出溝と、を有し、前記検出溝は、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、前記検出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プレート。
＜２＞ プレート本体が円板状の部材からなる前記＜１＞に記載の目的物質検出プレート。
＜３＞ プレート本体が円板状の部材からなり、その円心に対して、収容部より近い位置に配される被検体液を貯留する被検体液貯留部及び洗浄液を貯留する洗浄液貯留部と、前記収容部より遠い位置に配される前記被検体液及び前記洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部と、を有し、前記被検体液貯留部、前記洗浄液貯留部及び前記廃液貯留部のそれぞれが、前記被検体液、前記洗浄液及び前記廃液を送液する流路を介して前記収容部と接続される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜４＞ 透明基体部の検出溝が形成される面と反対の面が平坦に形成される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜５＞ 検出溝の形状が、断面視で台形状である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜６＞ 検出溝の底面に遮光部が形成されている＜５＞に記載の目的物質検出プレート。
＜７＞ １つの検出チップに対して複数の検出溝が並行して形成される前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜８＞ 隣接する検出溝の溝部間に間隔を有する前記＜７＞に記載の目的物質検出プレート。
＜９＞ 溝部間の間隔をなす部位に遮光部が形成されている＜８＞に記載の目的物質検出プレート。
＜１０＞ 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＜９＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１１＞ 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＜１０＞に記載の目的物質検出プレート。
＜１２＞ 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＜１０＞から＜１１＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１３＞ 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＜９＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１４＞ 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＜１３＞に記載の目的物質検出プレート。
＜１５＞ 半導体材料がシリコンである前記＜１３＞に記載の目的物質検出プレート。
＜１６＞ 光導波路層がシリカガラスで形成される前記＜１３＞から＜１５＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１７＞ 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＜１６＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１８＞ 前記＜１＞から＜１７＞のいずれかに記載の目的物質検出プレートと、前記検出チップの検出溝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、前記検出溝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。
＜１９＞ 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＜１８＞に記載の目的物質検出装置。
＜２０＞ 前記＜１８＞から＜１９＞のいずれか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、目的物質検出プレートの流路内に被検体液を送液し、検出チップの検出溝内に前記被検体液を導入する被検体液導入工程と、前記検出チップの前記検出溝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、前記検出溝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】
【００１４】
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、被検体液の導入が容易な検出チップを有し、目的物質を効率的に測定可能な目的物質検出プレート、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】
【００１５】
【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３】本発明の一実施形態に係る目的物質検出プレートを説明する説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る目的物質検出プレートを部分的に説明する説明図である。
【図５（ａ）】図４のＡ−Ａ線断面図に相当する図である。
【図５（ｂ）】図４のＢ−Ｂ線断面図に相当する図である。
【図６（ａ）】本発明の他の実施形態に係る目的物質検出プレートの平面図である。
【図６（ｂ）】本発明の他の実施形態に係る目的物質検出プレートを部分的に説明する説明図である。
【図７（ａ）】本発明における検出チップを示す斜視図である。
【図７（ｂ）】図７（ａ）に示す検出チップの側面図である。
【図７（ｃ）】図７（ｂ）に示す検出チップの説明図である。
【図８】検出チップの他の例を示す断面図である。
【図９】検出チップの更に他の例を示す断面図である。
【図１０】検出チップの更に他の例を示す断面図である。
【図１１】検出チップの更に他の例を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る目的物質検出装置の光学的配置を部分的に説明する説明図である。
【図１３】検出チップの有効性確認のために作製した光学系を示す説明図である。
【図１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（目的物質検出装置及び目的物質検出プレート）
本発明の目的物質検出装置は、本発明の目的物質検出プレートと、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、バイオマーカー等の生体物質、汚染物質、毒物、劇物、その他各種分子などを検出することができる。
【００１７】
＜目的物質検出プレート＞
前記目的物質検出プレートは、透光性のプレート本体と、前記目的物質を検出する検出チップとを有する。
【００１８】
−プレート本体−
前記プレート本体は、前記検出チップを収容する１つ又は複数の凹状からなる収容部と前記収容部に前記目的物質の存在を検証する被検体液を送液する流路とが形成されてなる。
【００１９】
前記プレート本体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円板状、三角板状、四角板状などのプレート部材が挙げられる。
前記プレート本体の形成材料としては、透光性を有す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、例えば、環状ポリオレフィン、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネートなどのプラスチック材料や高い透過性が確保できるガラス材料が挙げられる。
【００２０】
前記収容部の形成方法としては、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、前記プレート本体を射出成型で形成する方法、前記プレート本体に切削等の機械的加工を施して形成する方法などが挙げられる。
前記収容部の凹部の形状としては、特に制限はなく、収容する前記検出チップの形状、大きさに応じて適宜選択することができる。
なお、前記凹部の底面は、収容する前記検出チップの一面と安定的に接するように、平坦な面として形成されることが好ましい。
【００２１】
前記流路の形成方法としては、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、前記プレート本体を射出成型で形成する方法、前記プレート本体に切削等の機械的加工を施して形成する方法などが挙げられる。
前記流路の前記プレート本体を平面からみたときの平面形状としては、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、曲線状などとすることができる。例えば、前記プレート本体が円板状である場合には、その回動方向に沿う形の曲線状とすることができる。
また、その断面形状としては、例えば、その断面で凹状、Ｖ字状、半円状、半楕円状、台形状などとすることができる。
【００２２】
前記プレート本体としては、特に制限はないが、更に、前記被検体液を貯留する被検体液貯留部、前記被検体液を洗浄する洗浄液を貯留する洗浄液貯留部、前記被検体液及び前記洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部を有していてもよい。また、これらの液体がこぼれることを防ぐための蓋部を有していてもよい。また、これらの貯留部に液体がスムーズに入って行くように、貯留部の空気を抜くベント穴を形成しておくことも好ましい。
【００２３】
−検出チップ−
前記検出チップは、前記収容部に収容され、透明基体部と、検出溝とを有する。
なお、前記検出チップは、前記収容部の底面に対して、前記透明基体部の前記検出溝が配される面と反対側の面が接合するように収容される。
また、前記検出チップとしては、前記収容部に対して固定状態で収容されてもよいし、固定することなく収容されてもよい。
固定されない場合、前記収容部の中で前記検出チップの位置が変動しないように、位置規制することが好ましい。例えば、前記収容部を四角柱状、楕円柱状に切り出し、その内部に前記収容部の大きさよりもわずかに小さい四角柱状、楕円柱状の前記検出チップを配することで、位置規制される。
【００２４】
−−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、前記検出溝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。
【００２５】
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、前記検出溝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。
【００２６】
前記透明基体部としては、前記検出溝が形成される面と反対の面が前記収容部の底部に接するか又は近接するように前記収容部内に配される。この面は、前記収容部の底部方向から照射される光の入射面とされることから平坦に形成されることが好ましい。
【００２７】
−−検出溝−−
前記検出溝は、前記透明基体部の一の面に形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される溝として形成される。また、この検出溝は、断面視で前記透明基体部の一の面に対して一つ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、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。
【００２８】
前記検出溝の数としては、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が、前記検出溝は、前記目的物質を検出する検出面をなすことから、可能な限りその面積を増やし、前記目的物質の検出感度を向上させることが望ましく、したがって複数であることが好ましい。
この場合、１つの前記検出チップに対して複数の前記検出溝が並行して形成されることが好ましい。
【００２９】
−−−溝部−−−
前記溝部の形成方法としては、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。
【００３０】
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、又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。
【００３１】
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部の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、溝部が小さいと、検出溝が狭くなり、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、検出溝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、前記検出溝を複数配する場合、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。前記間隔が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。
また、この溝部間の間隔をなす部位では、光照射手段から照射される光が、光検出手段側に直接抜けてしまうことになるため、これらの部位には光を減衰させる遮光部を設けることが好ましい。
【００３２】
−−−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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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際、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等が挙げられる。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
−−−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、前記検出溝の表面、即ち、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。
【００３９】
ここで前記目的物質検出プレートの一実施形態を図３及び図４を用いて説明する。
図３に示すように、目的物質検出プレート１のプレート本体２は、円板状に形成され、図示しないスピンドルなどの回動手段により、図中矢印Ａ方向に回動可能とされる。
プレート本体２には、その拡大部に示すように、流路３と、収容部４と、被検体液を溜めておくための被検体液貯留部５が形成され、その回動によって、被検体液貯留部５から流路３を経由して収容部４に被検体液が導入される。４’及び５’は廃液を溜めておくための廃液貯留部である。
また、収容部４には、検出チップ８が収容され、被検体液中に存在する目的物質を検出する。即ち、図４に示すように、収容部４は、凹状に形成され、その内部に検出チップ８が収容される。この収容部４では、その側面において流路３と連結され、被検体液を検出チップ８に送液可能とされている。なお、図中の符号９は、収容部４から被検体液がこぼれることを防止する目的で配される蓋部である。
【００４０】
収容部４内に検出チップ８が収容された様子を図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ線断面に相当する図である。また、図５（ｂ）は、図４のＢ−Ｂ線断面に相当する図である。
これらの図に示すように、検出チップ８は、収容部４内に収容される。流路３から送液される被検体液は、検出溝６に導入される。プレート本体２の外部に設置された光源１０から、透明基体部７の検出溝６が形成された面と反対側の面側から光Ｌが照射され、検出溝６に光が入射される。検出溝６に光が照射されると、検出溝６に配される電場増強層により電場が増強され、目的物質又は目的物質を標識化する蛍光物質からの蛍光を観察することができる。目的物質の検出は、検出溝６上に被検体液が導入された状態で行っても良いが、被検体液を導入後、被検体液中に含まれる目的物質を検出面に固定化した捕捉物質で捕捉後、洗浄液を収容部４に導入して不純物や夾雑物を洗浄した後に行うと、不純物や夾雑物による信号を除去でき好ましい。
ここで、プレート本体２において被検体液を収容部４へ供給する側の流路３から供給された被検体液は、検出チップ８の検出溝６に沿って流れた後、廃液貯留部５’へと繋がる流路３へ排出されるように、収容部４内に検出チップ８が配置されることが好ましい。このことを実現するには、収容部４への被検体液供給口、つまり被検体液を収容部４へ供給する側の流路３と収容部４との接合部と、収容部４から被検体液を排出する排出口、つまり収容部４から廃液を排出する流路３と収容部４との接合部とを結ぶ直線と、検出溝６とが平行に配置されているか、平行状態からのずれが角度換算で±４５°以内であることが好ましい。このように流路３と検出溝６とが連結されると、流路３から検出溝６に対して被検体液を効率的に導入することができる。また、検出溝６内に洗浄液を導入させ易くなり、検出溝６内に残留する被検体液を容易に洗浄することができる。なお、図５（ａ），（ｂ）に示す例では、収容部４への被検体液供給口と収容部４から被検体液を排出する排出口とを結ぶ直線と検出溝６とは平行に配置されている。
【００４１】
このように構成される目的物質検出プレート１では、流路３と収容部４で構成される検出構造が複数形成されるため、各収容部内に配される検出チップにより、目的物質を効率的に検出することができる。また、この検出構造ごとに異なる目的物質を検出させることもでき、１回の作業で複数の目的物質の検出を行うことができ、効率的な検出試験を実施することができる。更に、検出チップ８の検出溝６が、収容部４内で被検体液の流路及び目的物質の検出面のそれぞれの役割を担うように構成されるため、流路と検出面とを別個に製造する必要がなく、生産コストを低減させることができる。
【００４２】
前記目的物質検出プレートの他の実施形態を図６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
図６（ａ）に示すように、目的物質検出プレート１００は、円板状のプレート本体１０２からなり、プレート本体１０２は、検出チップ１０８を収容する収容部１０４と、被検体液を貯留する被検体液貯留部１０５と、被検体液を洗浄する洗浄液を貯留する洗浄液貯留部１０６と、被検体液及び洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部１０７と、収容部１０４と被検体液貯留部１０５を接続する流路１０３ａと、収容部１０４と洗浄液貯留部１０６を接続する流路１０３ｂと、収容部１０４と廃液貯留部１０７を接続する流路１０３ｃとを有する。なお、プレート本体１０２の円心部分は、切り抜かれ、市販のＣＤのような形状とされている。
被検体液貯留部１０５及び洗浄液貯留部１０６は、プレート本体１０２の円心に対して、収容部１０４より近い位置に配され、廃液貯留部１０７は、収容部１０４より遠い位置に配される。
図６（ｂ）に、収容部１０４、被検体液貯留部１０５、洗浄液貯留部１０６、廃液貯留部１０７及び流路１０３ａ〜１０３ｃで構成される１つの検出ユニットを拡大して示す。
収容部１０４に収容される検出チップ１０８は、１つの検出溝１０９を有する。この検出溝１０９に対して流路１０３ａ，１０３ｂは、略Ｙ字状に形成される。この時、収容部１０４と流路１０３ａ、１０３ｂの接合部と、収容部１０４と流路１０３ｃの接合部とを結ぶ直線と検出溝１０９は、平行から±２２．５°ずれた形で配置されている。これ以外の構成については、目的物質検出プレート１の構成に準じて適宜構成される。
【００４３】
このような目的物質検出プレート１００によれば、プレート本体１０２を回動させると、遠心力により、被検体液貯留部１０５に貯留された被検体液を収容部１０４に送液させることができ、洗浄液貯留部１０６に貯留された洗浄液を収容部１０４に送液させることができ、また、収容部１０４に送液された被検体液及び洗浄液を廃液貯留部１０７に送液させることができる。また、検出チップ１０８の検出溝１０９に対して、被検体液及び洗浄液を導入させ易く、検出試験及び洗浄を効率的に行うことができる。
なお、図中では、検出チップ１０８上に検出溝１０９が１本形成されている例を示したが、１つの検出チップ１０８上に検出溝１０９は、複数本形成されていてもよい。また、図６（ａ）に示すように、収容部１０４、被検体液貯留部１０５、洗浄液貯留部１０６、廃液貯留部１０７、検出チップ１０８及び流路１０３ａ〜１０３ｃで構成される１つの検出ユニットをプレート本体１０２上に複数ユニット形成すると、同時に複数の検出試験を実施することが可能となり好ましい。
【００４４】
次に、前記検出チップの実施形態の例を図面を用いて説明する。
図７（ａ）に示す本発明の一実施形態に係る検出チップ１１は、透明基体部１２の一の面に断面Ｖ字状の溝からなる検出溝１３が形成されて構成される。また、検出溝１３は、その断面を説明する図７（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１４が配されて形成される。検出溝１３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１４の表面が前記目的物質の検出面とされる。
電場増強層１４では、図示しない光照射手段から照射される光により、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１２の検出溝１３が形成される面と反対の面である面Ｒ側から光を照射する。
【００４５】
このとき、図７（ｂ）の解説図として示す図７（ｃ）のように、透明基体部１２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１４に入射させる。即ち、透明基体部１２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１４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。
【００４６】
図７（ｃ）に示す検出溝１３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７（ｃ）に示す検出チップ１１の例では、透明基体部１２の検出溝１３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１２の形成材料の屈折率及び電場増強層１４の構成に依存する。
ここで、透明基体部１２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。検出溝１３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、検出溝１３の形成が難しくなることから、透明基体部１２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検出溝の場合、透明基体部１２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１２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１２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。
【００４７】
この例では、図７（ａ），（ｂ）に示すように、検出チップ１１には、検出溝１３が並行して形成される。このように形成することで、検出溝が１つの場合よりも検出面の表面積を多くとることができ、目的物質の検出感度を向上させることができる。
また、隣接する検出溝の溝部間には、前述のように間隔１５があってよい。このような間隔１５を有するように形成される溝部は、透明基体部１２を射出成型する際、この溝形状を形成するスタンパの溝部、即ち、間隔１５に対向する部分を鋭角に作成する必要がなくなり、生産コストの低減を図ることができる。
また、前述のように間隔１５には光を減衰させる遮光部を設けることが好ましい。
【００４８】
図８に、検出チップの他の実施形態を示す。この検出チップ２１は、透明基体部２２と、複数の検出溝２３を有する。検出溝２３の形状は、断面視で台形状とされる。このような検出チップによれば、断面がＶ字状の溝と比して、溝の底部が鋭角でなく、平坦に形成されるため、検出試験終了後に洗浄を行う際、溝の底部に洗浄液が流れ込み易く、効率的に洗浄を行うことができ、好ましい。但し、このような平面部には、間隔１５と同様に、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。
【００４９】
前記検出溝は、該溝を構成する２つの傾斜面が、左右対称でなくともよい。
例えば、図９に示すように、前記２つの傾斜面が異なる勾配を有するように検出溝３３を形成してもよい。この場合、それぞれの傾斜面で異なる発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。なお、図９中、符号３１は、検出チップを示し、符号３２は、透明基体部を示す。
【００５０】
また、前記２つの傾斜面は、多段の勾配をもって形成されていてもよい。
例えば、図１０に示すように、前記２つの傾斜面が多段の勾配を有するように検出溝４３を形成してもよい。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、図１０中、符号４１は、検出チップを示し、符号４２は、透明基体部を示す。
【００５１】
また、蛍光を片方の傾斜面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良く、例えば図１１に示したように検出溝５３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１１中、符号５１は、検出チップを示し、符号５２は、透明基体部を示す。
【００５２】
＜光照射手段＞
前記光照射手段は、前記検出チップの前記検出溝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。
【００５３】
＜光検出手段＞
前記光検出手段は、前記光照射手段から照射される光により、前記検出溝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。
【００５４】
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。
また、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。
【００５５】
＜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、送液ポンプなどが挙げられる。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。
【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前記目的物質検出装置の構成例を図１２に示す。ここでは、検出チップ６１と、光Ｌを検出チップ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、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検出溝６３を有する。
【００５７】
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。
このとき、前記光照射手段を検出チップ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、検出溝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、入射角度の変更機構や検出チップ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】
前記目的物質自体が蛍光ｋを発する場合、検出溝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、検出溝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。
【００６０】
（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。
【００６１】
前記被検体導入工程は、前記目的物質検出プレートの前記流路内に前記被検体液を送液し、前記検出チップの前記検出溝内に前記被検体液を導入する工程である。
前記光照射工程は、前記検出チップの検出溝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、前記光照射工程で実施される前記光の照射に基づき、前記検出溝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】
【００６２】
（実施例１）
本発明の有効性を確認するため、検出チップ７１と、光Ｌを検出チップ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とを有する試作機を作製した（図１３参照）。
【００６３】
ここで、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。
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に前記溝部の形状とほぼ同形の溝形状を有する検出溝７３を形成した。またこの時、透明基体部７２の検出溝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。
以上により、検出チップ７１を製造した。
【００６４】
この検出チップ７１に対し、検出溝７３を水で満たし、図１３に示すように、前記光照射手段から光を照射し、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、該検出チップ７１の検出溝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１４にその結果を示す。
該図１４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、検出チップ７１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、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。また、検出チップ７１を収容する前記目的物質検出プレートを用いれば、効率的に前記目的物質の検出を行うことができる。
【００６５】
（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層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層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（透明誘電体層７４ｃ）を堆積させた。これにより、透明基体部７２に検出溝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検出溝７３上に滴下して２時間室温で放置し、検出溝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。以上により、検出チップ７１を製造した。
【００６６】
次いで、図６（ａ）に示す目的物質検出プレート１００を以下のように作製した。
プレート本体１０２の形成母材として、ＣＯＰ（環状ポリオレフィン）基板を利用し、このＣＯＰ基板に対して、ＣＡＤデザインに基づき直径０．０１〜４ｍｍの切削工具を適宜交換しながら、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）加工機を用いて切削加工を行って、収容部１０４、被検体液貯留部１０５、洗浄液貯留部１０６、廃液貯留部１０７及び流路１０３ａ〜１０３ｃを有するプレート本体１０２を作製した。
収容部１０４の形状は、直径５．２ｍｍ、深さ１．６ｍｍの円柱状とした。
そこへ前述の検出チップ７１（チップの板の厚さ１．５ｍｍ）を、ＮＣ加工機による加工により、直径５．２ｍｍの円柱状に削り出して組み込んだ。
このとき、検出チップ７１の裏面は、組み込みが容易になるように、エッジを落としてから収容部１０４に組み込むようにした。
その後、すべての流路１０３ａ〜１０３ｃを覆うように、プレート本体１０２の全面を圧力感受性粘着透明シートによりシール（蓋）した。次いで、被検体液の注入目的ないしエアベント目的で、このシールの一部を、ＣＯ２レーザーマーカを用いて除去した。
その後、共焦点顕微鏡により、組み込んだ検出チップ７１の境界面を観察したところ、プレート本体１０２の表面（つまりシールの裏面）との隙間は、５０μｍであった。この隙間部分に、被検体液が導入され、検出溝７３の内壁に吸着した目的物質についた蛍光ラベルが、電場増強効果により強く発光することによって、目的物質を高感度で検出することが可能である。また、この隙間は、０〜２００μｍ程度と狭いことが好ましい。それは、この部分が薄層化されることによって抗原抗体反応が迅速化され、短い時間での検出が可能となるからである。
なお、被検体液貯留部１０５から収容部１０４への流路１０３ａは、幅５００μｍ、深さ１００μｍとし、洗浄液貯留部１０６から収容部１０４への流路１０３ｂは、幅２００μｍ、深さ５０μｍとし、収容部１０４から廃液貯留部１０７への流路１０３ｃは、幅３０μｍ、深さ５０μｍとした。
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。この被検出液を流路１０３ａを介して検出溝７３に注入し、検出溝７３を被検出液で満たした後、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、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を、１０３ｂを介して検出溝７３に注入し洗浄した後、検出溝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プレート１００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光を照射した。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、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、検出溝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】
【００６７】
１，１００ 目的物質検出プレート
２，１０２ プレート本体
３，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ 流路
４，１０４ 収容部
５，１０５ 被検体液貯留部
４’，５’，１０７ 廃液貯留部
６，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，１０９ 検出溝
７，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２ 透明基体部
８，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，１０８ 検出チップ
９ 蓋部
１０ 光源
１４ 電場増強層
１５ 間隔
６７，７７，２０６，４０５ 光検出器
６８ 波長フィルタ
７４ａ クロム薄膜
７４ｂ 金薄膜
７４ｃ 透明誘電体層
１０６ 洗浄液貯留部
２００ ＳＰＲセンサー
２０１，４０１ａ 透明基板
２０２ 金属薄膜層
２０３，４０２ 光学プリズム
２０４，４０３ 光源
２０５，４０４ 偏光板
２１０Ａ，４１０Ａ 入射光
２１０Ｂ，４１０Ｂ 反射光
４００ 光導波モードセンサー
４０１ 検出板
４０１ｂ 薄膜層
４０１ｃ 光導波路層
Ａ 方向
Ｒ 面
Ｌ 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プレート、該目的物質検出プレート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、持ち運びか可能で、操作が簡単でかつ高感度な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、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ；Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いるＳＰＲセンサーや導波モードを用いる光導波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、環境中の汚染の評価、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】
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。
【０００５】
図２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。
【０００６】
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の光導波路層４０１ｃ表面近傍でも同様に得られる。
【０００７】
ここで、蛍光物質からの発光は、図１、図２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必要がある。
【０００８】
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や図２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。
また、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。
【０００９】
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、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。
また、こうしたプリズム、検出板及び輸送路をプレート上に配することで、効率的な検出手法の確立が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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】
【００１１】
【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】
【００１２】
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、被検体液の導入が容易な検出チップを有し、目的物質を効率的に測定可能な目的物質検出プレート、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】
【００１３】
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＞ 目的物質を検出する検出チップを収容する１つ又は複数の凹状からなる収容部と前記収容部に前記目的物質の存在を検証する被検体液を送液する流路とが形成された透光性のプレート本体と、前記収容部に収容される前記検出チップと、を有し、前記検出チップは、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形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される検出溝と、を有し、前記検出溝は、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、前記検出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プレート。
＜２＞ プレート本体が円板状の部材からなる前記＜１＞に記載の目的物質検出プレート。
＜３＞ プレート本体が円板状の部材からなり、その円心に対して、収容部より近い位置に配される被検体液を貯留する被検体液貯留部及び洗浄液を貯留する洗浄液貯留部と、前記収容部より遠い位置に配される前記被検体液及び前記洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部と、を有し、前記被検体液貯留部、前記洗浄液貯留部及び前記廃液貯留部のそれぞれが、前記被検体液、前記洗浄液及び前記廃液を送液する流路を介して前記収容部と接続される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜４＞ 透明基体部の検出溝が形成される面と反対の面が平坦に形成される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜５＞ 検出溝の形状が、断面視で台形状である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜６＞ 検出溝の底面に遮光部が形成されている＜５＞に記載の目的物質検出プレート。
＜７＞ １つの検出チップに対して複数の検出溝が並行して形成される前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜８＞ 隣接する検出溝の溝部間に間隔を有する前記＜７＞に記載の目的物質検出プレート。
＜９＞ 溝部間の間隔をなす部位に遮光部が形成されている＜８＞に記載の目的物質検出プレート。
＜１０＞ 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＜９＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１１＞ 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＜１０＞に記載の目的物質検出プレート。
＜１２＞ 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＜１０＞から＜１１＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１３＞ 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＜９＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１４＞ 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＜１３＞に記載の目的物質検出プレート。
＜１５＞ 半導体材料がシリコンである前記＜１３＞に記載の目的物質検出プレート。
＜１６＞ 光導波路層がシリカガラスで形成される前記＜１３＞から＜１５＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１７＞ 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＜１６＞のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
＜１８＞ 前記＜１＞から＜１７＞のいずれかに記載の目的物質検出プレートと、前記検出チップの検出溝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、前記検出溝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。
＜１９＞ 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＜１８＞に記載の目的物質検出装置。
＜２０＞ 前記＜１８＞から＜１９＞のいずれか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、目的物質検出プレートの流路内に被検体液を送液し、検出チップの検出溝内に前記被検体液を導入する被検体液導入工程と、前記検出チップの前記検出溝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、前記検出溝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】
【００１４】
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、被検体液の導入が容易な検出チップを有し、目的物質を効率的に測定可能な目的物質検出プレート、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】
【００１５】
【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３】本発明の一実施形態に係る目的物質検出プレートを説明する説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る目的物質検出プレートを部分的に説明する説明図である。
【図５（ａ）】図４のＡ−Ａ線断面図に相当する図である。
【図５（ｂ）】図４のＢ−Ｂ線断面図に相当する図である。
【図６（ａ）】本発明の他の実施形態に係る目的物質検出プレートの平面図である。
【図６（ｂ）】本発明の他の実施形態に係る目的物質検出プレートを部分的に説明する説明図である。
【図７（ａ）】本発明における検出チップを示す斜視図である。
【図７（ｂ）】図７（ａ）に示す検出チップの側面図である。
【図７（ｃ）】図７（ｂ）に示す検出チップの説明図である。
【図８】検出チップの他の例を示す断面図である。
【図９】検出チップの更に他の例を示す断面図である。
【図１０】検出チップの更に他の例を示す断面図である。
【図１１】検出チップの更に他の例を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る目的物質検出装置の光学的配置を部分的に説明する説明図である。
【図１３】検出チップの有効性確認のために作製した光学系を示す説明図である。
【図１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（目的物質検出装置及び目的物質検出プレート）
本発明の目的物質検出装置は、本発明の目的物質検出プレートと、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、バイオマーカー等の生体物質、汚染物質、毒物、劇物、その他各種分子などを検出することができる。
【００１７】
＜目的物質検出プレート＞
前記目的物質検出プレートは、透光性のプレート本体と、前記目的物質を検出する検出チップとを有する。
【００１８】
−プレート本体−
前記プレート本体は、前記検出チップを収容する１つ又は複数の凹状からなる収容部と前記収容部に前記目的物質の存在を検証する被検体液を送液する流路とが形成されてなる。
【００１９】
前記プレート本体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円板状、三角板状、四角板状などのプレート部材が挙げられる。
前記プレート本体の形成材料としては、透光性を有す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、例えば、環状ポリオレフィン、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネートなどのプラスチック材料や高い透過性が確保できるガラス材料が挙げられる。
【００２０】
前記収容部の形成方法としては、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、前記プレート本体を射出成型で形成する方法、前記プレート本体に切削等の機械的加工を施して形成する方法などが挙げられる。
前記収容部の凹部の形状としては、特に制限はなく、収容する前記検出チップの形状、大きさに応じて適宜選択することができる。
なお、前記凹部の底面は、収容する前記検出チップの一面と安定的に接するように、平坦な面として形成されることが好ましい。
【００２１】
前記流路の形成方法としては、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、前記プレート本体を射出成型で形成する方法、前記プレート本体に切削等の機械的加工を施して形成する方法などが挙げられる。
前記流路の前記プレート本体を平面からみたときの平面形状としては、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、曲線状などとすることができる。例えば、前記プレート本体が円板状である場合には、その回動方向に沿う形の曲線状とすることができる。
また、その断面形状としては、例えば、その断面で凹状、Ｖ字状、半円状、半楕円状、台形状などとすることができる。
【００２２】
前記プレート本体としては、特に制限はないが、更に、前記被検体液を貯留する被検体液貯留部、前記被検体液を洗浄する洗浄液を貯留する洗浄液貯留部、前記被検体液及び前記洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部を有していてもよい。また、これらの液体がこぼれることを防ぐための蓋部を有していてもよい。また、これらの貯留部に液体がスムーズに入って行くように、貯留部の空気を抜くベント穴を形成しておくことも好ましい。
【００２３】
−検出チップ−
前記検出チップは、前記収容部に収容され、透明基体部と、検出溝とを有する。
なお、前記検出チップは、前記収容部の底面に対して、前記透明基体部の前記検出溝が配される面と反対側の面が接合するように収容される。
また、前記検出チップとしては、前記収容部に対して固定状態で収容されてもよいし、固定することなく収容されてもよい。
固定されない場合、前記収容部の中で前記検出チップの位置が変動しないように、位置規制することが好ましい。例えば、前記収容部を四角柱状、楕円柱状に切り出し、その内部に前記収容部の大きさよりもわずかに小さい四角柱状、楕円柱状の前記検出チップを配することで、位置規制される。
【００２４】
−−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、前記検出溝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。
【００２５】
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、前記検出溝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。
【００２６】
前記透明基体部としては、前記検出溝が形成される面と反対の面が前記収容部の底部に接するか又は近接するように前記収容部内に配される。この面は、前記収容部の底部方向から照射される光の入射面とされることから平坦に形成されることが好ましい。
【００２７】
−−検出溝−−
前記検出溝は、前記透明基体部の一の面に形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される溝として形成される。また、この検出溝は、断面視で前記透明基体部の一の面に対して一つ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、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。
【００２８】
前記検出溝の数としては、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が、前記検出溝は、前記目的物質を検出する検出面をなすことから、可能な限りその面積を増やし、前記目的物質の検出感度を向上させることが望ましく、したがって複数であることが好ましい。
この場合、１つの前記検出チップに対して複数の前記検出溝が並行して形成されることが好ましい。
【００２９】
−−−溝部−−−
前記溝部の形成方法としては、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。
【００３０】
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、又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。
【００３１】
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部の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、溝部が小さいと、検出溝が狭くなり、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、検出溝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、前記検出溝を複数配する場合、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。前記間隔が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。
また、この溝部間の間隔をなす部位では、光照射手段から照射される光が、光検出手段側に直接抜けてしまうことになるため、これらの部位には光を減衰させる遮光部を設けることが好ましい。
【００３２】
−−−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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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際、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等が挙げられる。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
−−−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、前記検出溝の表面、即ち、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。
【００３９】
ここで前記目的物質検出プレートの一実施形態を図３及び図４を用いて説明する。
図３に示すように、目的物質検出プレート１のプレート本体２は、円板状に形成され、図示しないスピンドルなどの回動手段により、図中矢印Ａ方向に回動可能とされる。
プレート本体２には、その拡大部に示すように、流路３と、収容部４と、被検体液を溜めておくための被検体液貯留部５が形成され、その回動によって、被検体液貯留部５から流路３を経由して収容部４に被検体液が導入される。４’及び５’は廃液を溜めておくための廃液貯留部である。
また、収容部４には、検出チップ８が収容され、被検体液中に存在する目的物質を検出する。即ち、図４に示すように、収容部４は、凹状に形成され、その内部に検出チップ８が収容される。この収容部４では、その側面において流路３と連結され、被検体液を検出チップ８に送液可能とされている。なお、図中の符号９は、収容部４から被検体液がこぼれることを防止する目的で配される蓋部である。
【００４０】
収容部４内に検出チップ８が収容された様子を図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ線断面に相当する図である。また、図５（ｂ）は、図４のＢ−Ｂ線断面に相当する図である。
これらの図に示すように、検出チップ８は、収容部４内に収容される。流路３から送液される被検体液は、検出溝６に導入される。プレート本体２の外部に設置された光源１０から、透明基体部７の検出溝６が形成された面と反対側の面側から光Ｌが照射され、検出溝６に光が入射される。検出溝６に光が照射されると、検出溝６に配される電場増強層により電場が増強され、目的物質又は目的物質を標識化する蛍光物質からの蛍光を観察することができる。目的物質の検出は、検出溝６上に被検体液が導入された状態で行っても良いが、被検体液を導入後、被検体液中に含まれる目的物質を検出面に固定化した捕捉物質で捕捉後、洗浄液を収容部４に導入して不純物や夾雑物を洗浄した後に行うと、不純物や夾雑物による信号を除去でき好ましい。
ここで、プレート本体２において被検体液を収容部４へ供給する側の流路３から供給された被検体液は、検出チップ８の検出溝６に沿って流れた後、廃液貯留部５’へと繋がる流路３へ排出されるように、収容部４内に検出チップ８が配置されることが好ましい。このことを実現するには、収容部４への被検体液供給口、つまり被検体液を収容部４へ供給する側の流路３と収容部４との接合部と、収容部４から被検体液を排出する排出口、つまり収容部４から廃液を排出する流路３と収容部４との接合部とを結ぶ直線と、検出溝６とが平行に配置されているか、平行状態からのずれが角度換算で±４５°以内であることが好ましい。このように流路３と検出溝６とが連結されると、流路３から検出溝６に対して被検体液を効率的に導入することができる。また、検出溝６内に洗浄液を導入させ易くなり、検出溝６内に残留する被検体液を容易に洗浄することができる。なお、図５（ａ），（ｂ）に示す例では、収容部４への被検体液供給口と収容部４から被検体液を排出する排出口とを結ぶ直線と検出溝６とは平行に配置されている。
【００４１】
このように構成される目的物質検出プレート１では、流路３と収容部４で構成される検出構造が複数形成されるため、各収容部内に配される検出チップにより、目的物質を効率的に検出することができる。また、この検出構造ごとに異なる目的物質を検出させることもでき、１回の作業で複数の目的物質の検出を行うことができ、効率的な検出試験を実施することができる。更に、検出チップ８の検出溝６が、収容部４内で被検体液の流路及び目的物質の検出面のそれぞれの役割を担うように構成されるため、流路と検出面とを別個に製造する必要がなく、生産コストを低減させることができる。
【００４２】
前記目的物質検出プレートの他の実施形態を図６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
図６（ａ）に示すように、目的物質検出プレート１００は、円板状のプレート本体１０２からなり、プレート本体１０２は、検出チップ１０８を収容する収容部１０４と、被検体液を貯留する被検体液貯留部１０５と、被検体液を洗浄する洗浄液を貯留する洗浄液貯留部１０６と、被検体液及び洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部１０７と、収容部１０４と被検体液貯留部１０５を接続する流路１０３ａと、収容部１０４と洗浄液貯留部１０６を接続する流路１０３ｂと、収容部１０４と廃液貯留部１０７を接続する流路１０３ｃとを有する。なお、プレート本体１０２の円心部分は、切り抜かれ、市販のＣＤのような形状とされている。
被検体液貯留部１０５及び洗浄液貯留部１０６は、プレート本体１０２の円心に対して、収容部１０４より近い位置に配され、廃液貯留部１０７は、収容部１０４より遠い位置に配される。
図６（ｂ）に、収容部１０４、被検体液貯留部１０５、洗浄液貯留部１０６、廃液貯留部１０７及び流路１０３ａ〜１０３ｃで構成される１つの検出ユニットを拡大して示す。
収容部１０４に収容される検出チップ１０８は、１つの検出溝１０９を有する。この検出溝１０９に対して流路１０３ａ，１０３ｂは、略Ｙ字状に形成される。この時、収容部１０４と流路１０３ａ、１０３ｂの接合部と、収容部１０４と流路１０３ｃの接合部とを結ぶ直線と検出溝１０９は、平行から±２２．５°ずれた形で配置されている。これ以外の構成については、目的物質検出プレート１の構成に準じて適宜構成される。
【００４３】
このような目的物質検出プレート１００によれば、プレート本体１０２を回動させると、遠心力により、被検体液貯留部１０５に貯留された被検体液を収容部１０４に送液させることができ、洗浄液貯留部１０６に貯留された洗浄液を収容部１０４に送液させることができ、また、収容部１０４に送液された被検体液及び洗浄液を廃液貯留部１０７に送液させることができる。また、検出チップ１０８の検出溝１０９に対して、被検体液及び洗浄液を導入させ易く、検出試験及び洗浄を効率的に行うことができる。
なお、図中では、検出チップ１０８上に検出溝１０９が１本形成されている例を示したが、１つの検出チップ１０８上に検出溝１０９は、複数本形成されていてもよい。また、図６（ａ）に示すように、収容部１０４、被検体液貯留部１０５、洗浄液貯留部１０６、廃液貯留部１０７、検出チップ１０８及び流路１０３ａ〜１０３ｃで構成される１つの検出ユニットをプレート本体１０２上に複数ユニット形成すると、同時に複数の検出試験を実施することが可能となり好ましい。
【００４４】
次に、前記検出チップの実施形態の例を図面を用いて説明する。
図７（ａ）に示す本発明の一実施形態に係る検出チップ１１は、透明基体部１２の一の面に断面Ｖ字状の溝からなる検出溝１３が形成されて構成される。また、検出溝１３は、その断面を説明する図７（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１４が配されて形成される。検出溝１３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１４の表面が前記目的物質の検出面とされる。
電場増強層１４では、図示しない光照射手段から照射される光により、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１２の検出溝１３が形成される面と反対の面である面Ｒ側から光を照射する。
【００４５】
このとき、図７（ｂ）の解説図として示す図７（ｃ）のように、透明基体部１２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１４に入射させる。即ち、透明基体部１２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１４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。
【００４６】
図７（ｃ）に示す検出溝１３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７（ｃ）に示す検出チップ１１の例では、透明基体部１２の検出溝１３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１２の形成材料の屈折率及び電場増強層１４の構成に依存する。
ここで、透明基体部１２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。検出溝１３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、検出溝１３の形成が難しくなることから、透明基体部１２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検出溝の場合、透明基体部１２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１２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１２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。
【００４７】
この例では、図７（ａ），（ｂ）に示すように、検出チップ１１には、検出溝１３が並行して形成される。このように形成することで、検出溝が１つの場合よりも検出面の表面積を多くとることができ、目的物質の検出感度を向上させることができる。
また、隣接する検出溝の溝部間には、前述のように間隔１５があってよい。このような間隔１５を有するように形成される溝部は、透明基体部１２を射出成型する際、この溝形状を形成するスタンパの溝部、即ち、間隔１５に対向する部分を鋭角に作成する必要がなくなり、生産コストの低減を図ることができる。
また、前述のように間隔１５には光を減衰させる遮光部を設けることが好ましい。
【００４８】
図８に、検出チップの他の実施形態を示す。この検出チップ２１は、透明基体部２２と、複数の検出溝２３を有する。検出溝２３の形状は、断面視で台形状とされる。このような検出チップによれば、断面がＶ字状の溝と比して、溝の底部が鋭角でなく、平坦に形成されるため、検出試験終了後に洗浄を行う際、溝の底部に洗浄液が流れ込み易く、効率的に洗浄を行うことができ、好ましい。但し、このような平面部には、間隔１５と同様に、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。
【００４９】
前記検出溝は、該溝を構成する２つの傾斜面が、左右対称でなくともよい。
例えば、図９に示すように、前記２つの傾斜面が異なる勾配を有するように検出溝３３を形成してもよい。この場合、それぞれの傾斜面で異なる発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。なお、図９中、符号３１は、検出チップを示し、符号３２は、透明基体部を示す。
【００５０】
また、前記２つの傾斜面は、多段の勾配をもって形成されていてもよい。
例えば、図１０に示すように、前記２つの傾斜面が多段の勾配を有するように検出溝４３を形成してもよい。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、図１０中、符号４１は、検出チップを示し、符号４２は、透明基体部を示す。
【００５１】
また、蛍光を片方の傾斜面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良く、例えば図１１に示したように検出溝５３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１１中、符号５１は、検出チップを示し、符号５２は、透明基体部を示す。
【００５２】
＜光照射手段＞
前記光照射手段は、前記検出チップの前記検出溝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。
【００５３】
＜光検出手段＞
前記光検出手段は、前記光照射手段から照射される光により、前記検出溝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。
【００５４】
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。
また、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。
【００５５】
＜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、送液ポンプなどが挙げられる。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。
【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前記目的物質検出装置の構成例を図１２に示す。ここでは、検出チップ６１と、光Ｌを検出チップ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、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検出溝６３を有する。
【００５７】
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。
このとき、前記光照射手段を検出チップ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、検出溝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、入射角度の変更機構や検出チップ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】
前記目的物質自体が蛍光ｋを発する場合、検出溝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、検出溝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。
【００６０】
（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。
【００６１】
前記被検体導入工程は、前記目的物質検出プレートの前記流路内に前記被検体液を送液し、前記検出チップの前記検出溝内に前記被検体液を導入する工程である。
前記光照射工程は、前記検出チップの検出溝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、前記光照射工程で実施される前記光の照射に基づき、前記検出溝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】
【００６２】
（実施例１）
本発明の有効性を確認するため、検出チップ７１と、光Ｌを検出チップ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とを有する試作機を作製した（図１３参照）。
【００６３】
ここで、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。
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に前記溝部の形状とほぼ同形の溝形状を有する検出溝７３を形成した。またこの時、透明基体部７２の検出溝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。
以上により、検出チップ７１を製造した。
【００６４】
この検出チップ７１に対し、検出溝７３を水で満たし、図１３に示すように、前記光照射手段から光を照射し、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、該検出チップ７１の検出溝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１４にその結果を示す。
該図１４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、検出チップ７１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、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。また、検出チップ７１を収容する前記目的物質検出プレートを用いれば、効率的に前記目的物質の検出を行うことができる。
【００６５】
（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層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層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（透明誘電体層７４ｃ）を堆積させた。これにより、透明基体部７２に検出溝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検出溝７３上に滴下して２時間室温で放置し、検出溝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。以上により、検出チップ７１を製造した。
【００６６】
次いで、図６（ａ）に示す目的物質検出プレート１００を以下のように作製した。
プレート本体１０２の形成母材として、ＣＯＰ（環状ポリオレフィン）基板を利用し、このＣＯＰ基板に対して、ＣＡＤデザインに基づき直径０．０１〜４ｍｍの切削工具を適宜交換しながら、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）加工機を用いて切削加工を行って、収容部１０４、被検体液貯留部１０５、洗浄液貯留部１０６、廃液貯留部１０７及び流路１０３ａ〜１０３ｃを有するプレート本体１０２を作製した。
収容部１０４の形状は、直径５．２ｍｍ、深さ１．６ｍｍの円柱状とした。
そこへ前述の検出チップ７１（チップの板の厚さ１．５ｍｍ）を、ＮＣ加工機による加工により、直径５．２ｍｍの円柱状に削り出して組み込んだ。
このとき、検出チップ７１の裏面は、組み込みが容易になるように、エッジを落としてから収容部１０４に組み込むようにした。
その後、すべての流路１０３ａ〜１０３ｃを覆うように、プレート本体１０２の全面を圧力感受性粘着透明シートによりシール（蓋）した。次いで、被検体液の注入目的ないしエアベント目的で、このシールの一部を、ＣＯ２レーザーマーカを用いて除去した。
その後、共焦点顕微鏡により、組み込んだ検出チップ７１の境界面を観察したところ、プレート本体１０２の表面（つまりシールの裏面）との隙間は、５０μｍであった。この隙間部分に、被検体液が導入され、検出溝７３の内壁に吸着した目的物質についた蛍光ラベルが、電場増強効果により強く発光することによって、目的物質を高感度で検出することが可能である。また、この隙間は、０〜２００μｍ程度と狭いことが好ましい。それは、この部分が薄層化されることによって抗原抗体反応が迅速化され、短い時間での検出が可能となるからである。
なお、被検体液貯留部１０５から収容部１０４への流路１０３ａは、幅５００μｍ、深さ１００μｍとし、洗浄液貯留部１０６から収容部１０４への流路１０３ｂは、幅２００μｍ、深さ５０μｍとし、収容部１０４から廃液貯留部１０７への流路１０３ｃは、幅３０μｍ、深さ５０μｍとした。
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。この被検出液を流路１０３ａを介して検出溝７３に注入し、検出溝７３を被検出液で満たした後、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、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を、１０３ｂを介して検出溝７３に注入し洗浄した後、検出溝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プレート１００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光を照射した。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、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、検出溝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】
【００６７】
１，１００ 目的物質検出プレート
２，１０２ プレート本体
３，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ 流路
４，１０４ 収容部
５，１０５ 被検体液貯留部
４’，５’，１０７ 廃液貯留部
６，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，１０９ 検出溝
７，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２ 透明基体部
８，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，１０８ 検出チップ
９ 蓋部
１０ 光源
１４ 電場増強層
１５ 間隔
６７，７７，２０６，４０５ 光検出器
６８ 波長フィルタ
７４ａ クロム薄膜
７４ｂ 金薄膜
７４ｃ 透明誘電体層
１０６ 洗浄液貯留部
２００ ＳＰＲセンサー
２０１，４０１ａ 透明基板
２０２ 金属薄膜層
２０３，４０２ 光学プリズム
２０４，４０３ 光源
２０５，４０４ 偏光板
２１０Ａ，４１０Ａ 入射光
２１０Ｂ，４１０Ｂ 反射光
４００ 光導波モードセンサー
４０１ 検出板
４０１ｂ 薄膜層
４０１ｃ 光導波路層
Ａ 方向
Ｒ 面
Ｌ 光
ｋ 蛍光
θ 入射角度
φ 底角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的物質を検出する検出チップを収容する１つ又は複数の凹状からなる収容部と前記収容部に前記目的物質の存在を検証する被検体液を送液する流路とが形成された透光性のプレート本体と、
前記収容部に収容される前記検出チップと、を有し、
前記検出チップは、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形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される検出溝と、を有し、
前記検出溝は、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、前記検出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プレート。
【請求項２】
プレート本体が円板状の部材からなる請求項１に記載の目的物質検出プレート。
【請求項３】
プレート本体が円板状の部材からなり、その円心に対して、収容部より近い位置に配される被検体液を貯留する被検体液貯留部及び洗浄液を貯留する洗浄液貯留部と、前記収容部より遠い位置に配される前記被検体液及び前記洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部と、を有し、
前記被検体液貯留部、前記洗浄液貯留部及び前記廃液貯留部のそれぞれが、前記被検体液、前記洗浄液及び前記廃液を送液する流路を介して前記収容部と接続される請求項１から２のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項４】
透明基体部の検出溝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から３のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項５】
検出溝の形状が、断面視で台形状である請求項１から４のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項６】
検出溝の底面に遮光部が形成されている請求項５に記載の目的物質検出プレート。
【請求項７】
１つの検出チップに対して複数の検出溝が並行して形成される請求項１から６のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項８】
隣接する検出溝の溝部間に間隔を有する請求項７に記載の目的物質検出プレート。
【請求項９】
溝部間の間隔をなす部位に遮光部が形成されている請求項８に記載の目的物質検出プレート。
【請求項１０】
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９のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１１】
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１０に記載の目的物質検出プレート。
【請求項１２】
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１０から１１のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１３】
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９のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１４】
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１３に記載の目的物質検出プレート。
【請求項１５】
半導体材料がシリコンである請求項１３に記載の目的物質検出プレート。
【請求項１６】
光導波路層がシリカガラスで形成される請求項１３から１５のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１７】
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１６のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の目的物質検出プレートと、
前記検出チップの検出溝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、前記検出溝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１９】
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１８に記載の目的物質検出装置。
【請求項２０】
請求項１８から１９のいずれか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、
目的物質検出プレートの流路内に被検体液を送液し、検出チップの検出溝内に前記被検体液を導入する被検体液導入工程と、
前記検出チップの前記検出溝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、前記検出溝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】
目的物質を検出する検出チップを収容する１つ又は複数の凹状からなる収容部と前記収容部に前記目的物質の存在を検証する被検体液を送液する流路とが形成された透光性のプレート本体と、
前記収容部に収容される前記検出チップと、を有し、
前記検出チップは、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形成され、前記流路と連結して前記被検体液が導入される検出溝と、を有し、
前記検出溝は、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、前記検出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プレート。
【請求項２】
プレート本体が円板状の部材からなる請求項１に記載の目的物質検出プレート。
【請求項３】
プレート本体が円板状の部材からなり、その円心に対して、収容部より近い位置に配される被検体液を貯留する被検体液貯留部及び洗浄液を貯留する洗浄液貯留部と、前記収容部より遠い位置に配される前記被検体液及び前記洗浄液からなる廃液を貯留する廃液貯留部と、を有し、
前記被検体液貯留部、前記洗浄液貯留部及び前記廃液貯留部のそれぞれが、前記被検体液、前記洗浄液及び前記廃液を送液する流路を介して前記収容部と接続される請求項１から２のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項４】
透明基体部の検出溝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から３のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項５】
検出溝の形状が、断面視で台形状である請求項１から４のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項６】
検出溝の底面に遮光部が形成されている請求項５に記載の目的物質検出プレート。
【請求項７】
１つの検出チップに対して複数の検出溝が並行して形成される請求項１から６のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項８】
隣接する検出溝の溝部間に間隔を有する請求項７に記載の目的物質検出プレート。
【請求項９】
溝部間の間隔をなす部位に遮光部が形成されている請求項８に記載の目的物質検出プレート。
【請求項１０】
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９のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１１】
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１０に記載の目的物質検出プレート。
【請求項１２】
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１０から１１のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１３】
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９のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１４】
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１３に記載の目的物質検出プレート。
【請求項１５】
半導体材料がシリコンである請求項１３に記載の目的物質検出プレート。
【請求項１６】
光導波路層がシリカガラスで形成される請求項１３から１５のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１７】
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１６のいずれかに記載の目的物質検出プレート。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の目的物質検出プレートと、
前記検出チップの検出溝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、前記検出溝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１９】
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１８に記載の目的物質検出装置。
【請求項２０】
請求項１８から１９のいずれか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、
目的物質検出プレートの流路内に被検体液を送液し、検出チップの検出溝内に前記被検体液を導入する被検体液導入工程と、
前記検出チップの前記検出溝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、前記検出溝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６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図７（ｃ）】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図７（ｃ）】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−２４６０７（Ｐ２０１３−２４６０７Ａ）
【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２０１１−１５７２４３（Ｐ２０１１−１５７２４３）
【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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