(57)【要約】      （修正有）【課題】励起光を金属薄膜に照射して粗密波（表面プラズモン）を生じさせて励起された蛍光物質が生ずる蛍光を正確に検出し、検出感度を上げても超高精度に蛍光検出を行うことのできる表面プラズモン増強蛍光センサに用るチップ構造体を提供する。【解決手段】表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体であって、前記チップ構造体は、金属薄膜と、前記金属薄膜の一方側面に形成された反応層と、前記金属薄膜の他方側面に形成された誘電体部材と、から少なくとも構成され、前記誘電体部材の外側から前記金属薄膜に光源より励起光を照射し、前記金属薄膜上の電場を増強させることにより、前記金属薄膜上に形成された前記反応層の蛍光物質を励起させる際、前記誘電体部材が、前記反応層の蛍光物質を励起させる励起波長の光を前記金属薄膜へ到達させ、前記蛍光物質の蛍光波長の光が前記金属薄膜に到達することを低減する励起光選択透過部を有する。【選択図】図２
2010271124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体であって、
前記チップ構造体は、
金属薄膜と、
前記金属薄膜の一方側面に形成された反応層と、
前記金属薄膜の他方側面に形成された誘電体部材と、
から少なくとも構成され、
前記誘電体部材の外側から前記金属薄膜に光源より励起光を照射し、前記金属薄膜上の電場を増強させることにより、前記金属薄膜上に形成された前記反応層の蛍光物質を励起させる際において、
前記誘電体部材が、
前記反応層の蛍光物質を励起させる励起波長の光を前記金属薄膜へ到達させ、前記蛍光物質の蛍光波長の光が前記金属薄膜に到達することを低減する励起光選択透過部を有することを特徴とする表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体。
【請求項２】
前記励起光選択透過部が、
前記誘電体部材の基材上に形成された励起光選択透過層であり、前記誘電体部材の基材と前記金属薄膜との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体。
【請求項３】
前記励起光選択透過部が、
前記誘電体部材の励起光入射面に形成された励起光選択透過層であることを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体。
【請求項４】
前記励起光選択透過層が、
スパッタリング法および／または真空蒸着法により成膜されていることを特徴とする請求項２または３に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体。
【請求項５】
前記励起光選択透過部は、
前記蛍光物質の蛍光波長の光を吸収する特性を有する添加剤を前記誘電体部材中に含有してなることを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体。
【請求項６】
前記添加剤が、
前記誘電体部材の全体に含有されていることを特徴とする請求項５に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体。
【請求項７】
前記添加剤が、
前記誘電体部材の一部分に含有されていることを特徴とする請求項５に記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体。
【請求項８】
前記励起光が、
前記金属薄膜に共鳴角で入射された励起光であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のチップ構造体を配設してなることを特徴とする表面プラズモン増強蛍光センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の表面プラズモン増強蛍光センサを用いて行われることを特徴とする検体検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ；Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）の原理に基づいた表面プラズモン増強蛍光センサおよびこの表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体ならびにこの表面プラズモン増強蛍光センサを用いた検体検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づき、例えば生体内の極微少なアナライトの検出が行われている。
表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）は、光源より照射したレーザ光（励起光）が金属薄膜表面で全反射減衰（ＡＴＲ；attenuated total reflectance）する条件において、金属薄膜表面に粗密波（表面プラズモン）を発生させることによって、光源より照射したレーザ光（励起光）が有するフォトン量を数十倍〜数百倍に増やし（表面プラズモンの電場増強効果）、これにより金属薄膜近傍の蛍光物質を効率良く励起させることによって、極微量および／または極低濃度のアナライトを検出する方法である。
【０００３】
近年、このような表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいた表面プラズモン増強蛍光センサの開発が進められており、例えば特許文献１や特許文献２などにその技術開示がなされている。
【０００４】
このような表面プラズモン増強蛍光センサ１００は、図６に示したように基本的な構造において、まず金属薄膜１０２と、金属薄膜１０２の一方側面に形成された反応層１０４と、他方側面に形成された誘電体部材１０６と、を有するチップ構造体１０８を備えている。
【０００５】
そして、チップ構造体１０８の誘電体部材１０６側には、誘電体部材１０６内に入射され、金属薄膜１０２に向かって励起光１１０を照射する光源１１２を備え、さらに光源１１２から照射され金属薄膜１０２で反射した金属薄膜反射光１１４を受光する受光手段１１６が備えられている。
【０００６】
一方、チップ構造体１０８の反応層１０４側には、反応層１０４で捕捉されたアナライトを標識した蛍光物質が発する蛍光１１８を受光する光検出手段１２０が設けられている。
【０００７】
なお、反応層１０４と光検出手段１２０との間には、蛍光１１８を効率よく集光するための集光部材１２２と、蛍光１１８以外に含まれる光を除去し、必要な蛍光のみを選択する波長選択機能部材１２４が設けられている。
【０００８】
そして、表面プラズモン増強蛍光センサ１００の使用においては、金属薄膜１０２上に、あらかじめ蛍光物質で標識されたアナライトが捕捉された反応層１０４を形成しておき、この状態で光源１１２より誘電体部材１０６内に励起光１１０を照射し、この励起光１１０が特定の角度（共鳴角）θ１で金属薄膜１０２に入射することで、金属薄膜１０２上に粗密波（表面プラズモン）を生ずるようになっている。
【０００９】
なお、金属薄膜１０２上に粗密波（表面プラズモン）が生ずる際には、励起光１１０と金属薄膜１０２中の電子振動とがカップリングし、金属薄膜反射光１１４の光量減少という現象が生ずる。
【００１０】
このため、受光手段１１６で受光される金属薄膜反射光１１４のシグナルが変化（光量が減少）する地点を見つければ、粗密波（表面プラズモン）が生ずる共鳴角θ１を得ることができる。
【００１１】
そして、この粗密波（表面プラズモン）を生ずる現象により、金属薄膜１０２上の反応層１０４の蛍光物質が効率良く励起され、これにより蛍光物質が発する蛍光１１８の光量が増大することとなる。
【００１２】
この増大した蛍光１１８を、集光部材１２２および波長選択機能部材１２４を介して光検出手段１２０で受光することで、極微量および／または極低濃度のアナライトを検出することができるようになっている。
【００１３】
このように、表面プラズモン増強蛍光センサ１００は、特に生体分子間などの微細な分子活動を観察可能とする高感度計測センサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３２９４６０５号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述したような従来の表面プラズモン増強蛍光センサ１００において、光検出手段１２０の検出感度を高めて行くと、検出対象である「反応層１０４の蛍光物質が生じる蛍光１１８」以外に、この「蛍光１１８の波長に近い波長の光」、または「蛍光１１８の波長と重なる波長を有する光」についても合わさって検出されていることが本発明者らによって確認され、真の蛍光検出が行われていないことが判明した。
【００１６】
つまり、このような従来の表面プラズモン増強蛍光センサ１００では、波長選択機能部材１２４によって蛍光１１８以外の光を低減してはいるものの、蛍光１１８に近い波長の光，蛍光１１８蛍光波長と重なる波長を有する光については、従来の光検出手段１２０と反応層１０４との間に設けられた波長選択機能部材１２４では十分な除去はできず、特に極微量および/または極低濃度のアナライトを検出するための高精度で高感度の蛍光検出には不十分であることが分かった。
【００１７】
また、従来の波長選択機能部材１２４によって、蛍光１１８の蛍光波長と重なる波長を有する不要な光を完全に除去しようとすると、検出対象である蛍光物質の蛍光１１８までをも低下させることにつながり、検出感度の向上が見込めなくなるという問題もある。
【００１８】
このような蛍光１１８の蛍光波長に近い波長の光，蛍光波長と重なる波長を有する光は、蛍光１１８の検出感度が高まれば高まるほど、検出値の正確性に悪影響を及ぼすため、この蛍光１１８以外の光を確実に除去し、検出感度を上げても精度良く蛍光検出ができる表面プラズモン増強蛍光センサが望まれている。
【００１９】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、検出対象である反応層の蛍光物質が発する蛍光を確実に検出し、検出感度を上げても超高精度に蛍光検出を行うことのできる表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体ならびに表面プラズモン増強蛍光センサを用いた検体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】
【００２０】
本発明は、前述したような従来技術における問題点を解決するために発明されたものであって、
本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体は、
金属薄膜と、
前記金属薄膜の一方側面に形成された反応層と、
前記金属薄膜の他方側面に形成された誘電体部材と、
から少なくとも構成され、
前記誘電体部材の外側から前記金属薄膜に光源より励起光を照射し、前記金属薄膜上の電場を増強させることにより、前記金属薄膜上に形成された前記反応層の蛍光物質を励起させる際において、
前記誘電体部材が、
前記反応層の蛍光物質を励起させる励起波長の光を前記金属薄膜へ到達させ、前記蛍光物質の蛍光波長の光が前記金属薄膜に到達することを低減する励起光選択透過部を有することを特徴とする。
【００２１】
このように励起光選択透過部が設けられていれば、励起光は金属薄膜に到達し表面プラズモンを生じさせて反応層の蛍光物質を励起させることができ、かつ、反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の不要な光を低減させることができるので、反応層の極微量の蛍光も超高精度に検出することができる。
【００２２】
また、本発明のチップ構造体は、
前記励起光選択透過部が、
前記誘電体部材の基材上に形成された励起光選択透過層であり、前記誘電体部材の基材と前記金属薄膜との間に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
特に誘電体部材の基材と金属薄膜との間に形成された励起光選択透過層では、励起光を誘電体部材に入射することによって誘電体部材から生じる極微弱な蛍光（自家蛍光）などの光に、反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の不要な成分があったとしても、その波長の光が金属薄膜に到達する前に低減させることができるので、励起光により金属薄膜の更に後方の反応層で生じる極微量の検出対象である蛍光を超高精度に検出することができる。
【００２４】
また、本発明のチップ構造体は、
前記励起光選択透過部が、
前記誘電体部材の励起光入射面に形成された励起光選択透過層であることを特徴とする。
【００２５】
このように誘電体部材の励起光入射面に励起光選択透過層を設けていれば、反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の光を低減できるため、蛍光検出の際には、反応層の極微量の蛍光も超高精度に検出することができる。
【００２６】
特に、誘電体部材の励起光入射面に形成された励起光選択透過層では、励起光の光源から発せられる反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる光が誘電体部材に入射することを低減できる。
このため、反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる不要な光が金属薄膜に到達することを低減し、検出対象の反応層で発生する極微量の蛍光も超高精度に検出することができる。
【００２７】
また、本発明のチップ構造体は、
前記励起光選択透過層が、
スパッタリング法および／または真空蒸着法により成膜されていることを特徴とする。
このようにスパッタリング法および／または真空蒸着法であれば、特に容易に励起光選択透過層を形成することができる。
【００２８】
また、本発明のチップ構造体は、
前記励起光選択透過部は、
前記蛍光物質の蛍光波長の光を吸収する特性を有する添加剤を前記誘電体部材中に含有してなることを特徴とする。
【００２９】
このように励起光選択透過部が、反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる不要な光を吸収する特性を有する添加剤を誘電体部材中に含有してなれば、誘電体部材そのものが、反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の光、特に誘電体部材に励起光を入射することによって誘電体部材から生じる蛍光（自家蛍光）などを吸収できるため、検出対象の蛍光検出の際には、反応層の極微量の蛍光も超高精度に検出することができる。
【００３０】
また、本発明のチップ構造体は、
前記添加剤が、
前記誘電体部材の全体に含有されていることを特徴とする。
【００３１】
このように誘電体部材の全体が励起光選択透過部となっていれば、この添加剤を誘電体部材の基材の原材料中に添加しておき、この添加剤を含有した原材料を用いて誘電体部材を成形することなどで、誘電体部材の全体を簡単且つ容易に励起光選択透過部とすることができる。
【００３２】
さらに励起光選択透過部が、反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の光を低減できるため、検出対象である蛍光検出の際には、反応層の極微量の蛍光も超高精度に検出することができる。
【００３３】
また、本発明のチップ構造体は、
前記添加剤が、
前記誘電体部材の一部分に含有されていることを特徴とする。
【００３４】
このように誘電体部材の一部分だけが励起光選択透過部となっていても、それにより反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の光を低減できるため、検出対象の蛍光検出の際には、反応層の極微量の蛍光も超高精度に検出することができる。
【００３５】
なお、一部分だけが励起光選択透過部である誘電体部材を製造する場合には、誘電体部材の成形時に、例えば２色成形方法などの射出成形方法や、予め誘電体部材の一部分の励起光選択透過部だけを別に成形しておき、これを通常の誘電体部材と接着剤などで接合することで形成する方法などを用いることで容易に製造することができる。
【００３６】
また、本発明のチップ構造体は、
前記励起光が、
前記金属薄膜に共鳴角で入射された励起光であることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサは、
上記のいずれかに記載のチップ構造体を配設してなることを特徴とする。
このように上記したチップ構造体を配設してなる表面プラズモン増強蛍光センサであれば、チップ構造体の誘電体部材の構造により、励起光は金属薄膜に到達し表面プラズモンを生じさせて反応層の蛍光物質を励起させることができ、かつ、反応層の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の不要な光を低減させることができるので、反応層の極微量の蛍光も超高精度に検出することができる。
【００３８】
また、本発明の検体検出方法は、
上記した表面プラズモン増強蛍光センサを用いて行われることを特徴とする。
このように本発明の検体検出方法は、上記した励起光選択透過部を有する誘電体部材を用いたチップ構造体を備えて行われるので、所望のアナライトを高精度に検出することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、検出対象である反応層の蛍光物質が発する蛍光を確実に検出し、検出感度を上げても超高精度に蛍光検出を行うことのできる表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体ならびに表面プラズモン増強蛍光センサを用いた検体検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサの概略図である。
【図２】図２は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる第１の実施例におけるチップ構造体の概略図である。
【図３】図３は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる第２の実施例におけるチップ構造体の概略図である。
【図４】図４は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる第３の実施例におけるチップ構造体の概略図である。
【図５】図５は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられる第４の実施例におけるチップ構造体の概略図である。
【図６】図６は、従来の表面プラズモン増強蛍光センサの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサの概略図、図２〜図５は、本発明の表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体の実施例１〜実施例４における概略図である。
【００４２】
本発明の表面プラズモン増強蛍光センサおよび表面プラズモン増強蛍光センサに用いられるチップ構造体は、励起光を金属薄膜に照射して粗密波（表面プラズモン）を生じさせて励起された蛍光物質が生ずる蛍光を正確に検出し、検出感度を上げても超高精度に蛍光検出を行うことを可能とするものである。
【００４３】
＜表面プラズモン増強蛍光センサ１０およびこの表面プラズモン増強蛍光センサ１０による検体検出方法＞
本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０は、図１に示したように、まず金属薄膜１２と、金属薄膜１２の一方側面に形成された反応層１４と、他方側面に形成された誘電体部材１６と、を有するチップ構造体１８を備えている。
【００４４】
そして、チップ構造体１８の誘電体部材１６側には、誘電体部材１６内に入射され、金属薄膜１２に向かって励起光２０を照射する光源２２を備え、さらに光源２２から照射され金属薄膜１２に反射した金属薄膜反射光２４を受光する受光手段２６を備えている。
【００４５】
ここで光源２２から照射される励起光２０としてはレーザ光が好ましく、波長２００〜１０００ｎｍのガスレーザまたは固体レーザ、波長３８５〜８００ｎｍの半導体レーザが好適である。
【００４６】
一方、チップ構造体１８の反応層１４側には、反応層１４で生じた蛍光２８を受光する光検出手段３０が設けられている。
光検出手段３０としては、超高感度の光電子増倍管、または多点計測が可能なＣＣＤイメージセンサを用いることが好ましい。
【００４７】
なお、チップ構造体１８の反応層１４と光検出手段３０との間には、光を効率よく集光するための集光部材３２と、光の内で蛍光２８とは異なる波長の光の透過を低減して蛍光２８を選択的に透過するように形成された波長選択機能部材３４が設けられている。
【００４８】
集光部材３２としては、光検出手段３０に蛍光シグナルを効率よく集光することを目的とするものであれば、任意の集光系で良い。簡易な集光系としては、顕微鏡などで使用されている市販の対物レンズを転用してもよい。対物レンズの倍率としては、１０〜１００倍が好ましい。
【００４９】
一方、波長選択機能部材３４としては、光学フィルタ，カットフィルタなどを用いることができる。
光学フィルタとしては、減光（ＮＤ）フィルタ，ダイアフラムレンズなどが挙げられる。
【００５０】
さらにカットフィルタとしては、外光（装置外の照明光），励起光（励起光の透過成分），迷光（各所での励起光の散乱成分），プラズモンの散乱光（励起光を起源とし、プラズモン励起センサ表面上の構造体または付着物などの影響で発生する散乱光），酵素蛍光基質の自家蛍光などの各種ノイズ光を除去するフィルタであって、例えば干渉フィルタ，色フィルタなどが挙げられる。
【００５１】
そして、このような表面プラズモン増強蛍光センサ１０を用いた検体検出方法では、金属薄膜１２上に、例えばあらかじめ蛍光物質で標識されたアナライトが捕捉された反応層１４を設け、この状態で、光源２２より誘電体部材１６に励起光２０を照射し、この励起光２０が特定の角度（共鳴角（電場増強時に励起光２０と金属薄膜１２の垂線とから成る角度）θ１）で金属薄膜１２に入射することで、金属薄膜１２上に粗密波（表面プラズモン）を生ずるようになる。
【００５２】
なお、金属薄膜１２上に粗密波（表面プラズモン）が生ずる際には、励起光２０と金属薄膜１２中の電子振動とがカップリングし、金属薄膜反射光２４のシグナルが変化（光量が減少）することとなるため、受光手段２６で受光される金属薄膜反射光２４のシグナルが変化（光量が減少）する地点を見つければ良い。
【００５３】
そして、この粗密波（表面プラズモン）により、金属薄膜１２上の反応層１４で生じた蛍光物質が効率良く励起され、これにより蛍光物質が発する蛍光２８の光量が増大し、この蛍光２８を集光部材３２および波長選択機能部材３４を介して光検出手段３０で受光することで、極微量および／または極低濃度のアナライトを検出することができる。
【００５４】
なお、チップ構造体１８の金属薄膜１２の材質としては、好ましくは金，銀，アルミニウム，銅，および白金からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属からなり、より好ましくは金からなり、さらにこれら金属の合金から成ることである。
【００５５】
このような金属は、酸化に対して安定であり、かつ粗密波（表面プラズモン）による電場増強が大きくなることから金属薄膜１２に好適である。
また、金属薄膜１２の形成方法としては、例えばスパッタリング法，蒸着法（抵抗加熱蒸着法，電子線蒸着法など），電解メッキ，無電解メッキ法などが挙げられる。中でもスパッタリング法，蒸着法は、薄膜形成条件の調整が容易であるため好ましい。
【００５６】
さらに金属薄膜１２の厚さとしては、金：５〜５００ｎｍ、銀：５〜５００ｎｍ、アルミニウム：５〜５００ｎｍ、銅：５〜５００ｎｍ、白金：５〜５００ｎｍ、およびそれらの合金：５〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００５７】
電場増強効果の観点からは、金：２０〜７０ｎｍ、銀：２０〜７０ｎｍ、アルミニウム：１０〜５０ｎｍ、銅：２０〜７０ｎｍ、白金：２０〜７０ｎｍ、およびそれらの合金：１０〜７０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
【００５８】
金属薄膜１２の厚さが上記範囲内であれば、粗密波（表面プラズモン）が発生し易く好適である。また、このような厚さを有する金属薄膜１２であれば、大きさ（縦×横）は特に限定されないものである。
【００５９】
一方、反応層１４は、アナライトに蛍光物質を結合させたものを検体中に含有したものであり、このような検体としては、血液，血清，血漿，尿，鼻孔液，唾液，便，体腔液（髄液，腹水，胸水等）などが挙げられる。
【００６０】
また、検体中に含有されるアナライトは、例えば、核酸（一本鎖であっても二本鎖であってもよいＤＮＡ，ＲＮＡ，ポリヌクレオチド，オリゴヌクレオチド，ＰＮＡ（ペプチド核酸）等、またはヌクレオシド，ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子），タンパク質（ポリペプチド、オリゴペプチド等），アミノ酸（修飾アミノ酸も含む。），糖質（オリゴ糖，多糖類，糖鎖等），脂質，またはこれらの修飾分子，複合体などが挙げられ、具体的には、ＡＦＰ（αフェトプロテイン）等のがん胎児性抗原や腫瘍マーカー，シグナル伝達物質，ホルモンなどであってもよく、特に限定されない。
【００６１】
さらに蛍光物質としては、所定の励起光２０を照射するか、または電界効果を利用することで励起し、蛍光２８を発する物質であれば特に限定されないものである。なお本明細書でいう蛍光２８とは、燐光など各種の発光も含まれるものである。
【００６２】
また、誘電体部材１６としては、光学的に透明な各種の無機物，天然ポリマー，合成ポリマーを用いることができ、化学的安定性，製造安定性および光学的透明性の観点から、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）または二酸化チタン（ＴｉＯ2）を含むことが好ましい。
【００６３】
さらに、このような表面プラズモン増強蛍光センサ１０は、光源２２から金属薄膜１２に照射される励起光２０による表面プラズモン共鳴の最適角（共鳴角θ１）を調整するため、角度可変部（図示せず）や、光検出手段３０に入力された情報を処理するためのコンピュータ（図示せず）などを有しても良いものである。
【００６４】
ここで、角度可変部（図示せず）は、サーボモータで全反射減衰（ＡＴＲ）条件を求めるために受光手段２６と光源２２とを同期し、４５〜８５°の角度変更を可能とし、分解能が０．０１°以上であることが好ましい。
【００６５】
上記した構成を有する本発明の表面プラズモン増強蛍光センサ１０は、特にチップ構造体１８の誘電体部材１６において特徴的な構成を有している。
このような誘電体部材１６の代表的な一つの態様は、金属薄膜１２との界面において、反応層１４の蛍光物質の蛍光波長の光を低減して金属薄膜１２まで到達しないようにし、励起光２０の少なくとも主波長を透過させて金属薄膜１２へ到達させる励起光選択透過部３６としての励起光選択透過層３８が形成されている。
以下、このような構成の誘電体部材１６を有するチップ構造体１８の実施例について説明する。
【００６６】
＜チップ構造体１８＞
チップ構造体１８の開発にあたり、光検出手段３０による極微量および／または極低濃度のアナライトの蛍光検出では、励起光２０を入射することにより誘電体部材１６から生じる極微弱な蛍光（自家蛍光）や、励起光２０の光源２２から発せられる主波長以外の波長を有する極微弱な光が、蛍光検出の感度を低下させていることが本発明者らにより確認された。
【００６７】
このため、図２に示した第１の実施例であるチップ構造体１８では、誘電体部材１６と金属薄膜１２との界面に励起光選択透過層３８を形成し、この励起光選択透過層３８により、光源２２から誘電体部材１６に照射され、粗密波（表面プラズモン）を生ずる共鳴角θ１で入射された励起光２０だけを、金属薄膜１２まで到達させるようにしている。
【００６８】
このような励起光選択透過層３８により、反応層１４の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の光（例えば誘電体部材１６が生ずる極微弱な蛍光（自家蛍光））が金属薄膜１２に到達しないようにすることができる。
【００６９】
このような励起光選択透過層３８としては、例えば上記した反応層１４と光検出手段３０の間に配設された波長選択機能部材３４で使用される光学フィルタ，カットフィルタなどの層構成を用いることができる。
【００７０】
励起光選択透過層３８の形成方法は、公知の成膜方法であれば如何なる方法であってもかまわないが、例えばスパッタリング法や真空蒸着法を用いて形成することが好ましい。
励起光選択透過層３８が波長選択機能部材３４と大きく異なる点は、波長選択機能部材３４は検出対象の蛍光２８とそれ以外の光が混ざった後に波長選択を行うため、検出対象の蛍光２８の蛍光波長と重なる波長の不要な光を、検出対象の蛍光２８と分離できないのに対し、反応層１４よりも前の金属薄膜１２に励起光２０が到達する前に励起光選択透過層３８を設けることで、反応層１４から発せられる蛍光２８とそれ以外の光が混ざる前に、不要な光を排除できることである。
【００７１】
通常、波長選択機能部材３４の一例である光学フィルタやカットフィルタは、特定の波長を有する垂直に入射する光に対して、透過，吸収，反射などの特性を示すように構成されている。
【００７２】
これに対して励起光選択透過層３８は、共鳴角θ１で入射する励起光２０を透過させるように構成されており、励起光選択透過層３８の面に対して垂直に入射する光、特に反応層１４の蛍光２８の蛍光波長と重なる波長の光を低減することができるようになっている。
【００７３】
なお、励起光選択透過層３８は、反応層１４の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の光を、吸収するよう構成されていても反射するように構成されていても良く、共鳴角θ１で入射された励起光２０の少なくとも主波長の光が金属薄膜１２へ到達するようにさえなっていれば如何なる構成でも良いものである。
【００７４】
このように、実施例１におけるチップ構造体１８では、励起光選択透過層３８によって反応層１４の蛍光物質の蛍光波長の光を金属薄膜１２に到達させず、蛍光波長と重なる波長の不要な光を低減することができる。
【００７５】
このため、このようなチップ構造体１８を用いた表面プラズモン増強蛍光センサ１０を用いれば、金属薄膜１２上の電場を増強させて金属薄膜１２上に形成された反応層１４の蛍光物質を励起させる際において、検出対象である反応層１４の蛍光物質から生じる蛍光２８をより正確に光検出手段３０で検出することができ、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
【００７６】
したがって、このようなチップ構造体１８を用いた表面プラズモン増強蛍光センサ１０を用いて検体検出を行えば、所望のアナライトを高精度に検出することができる。
次に、図３に示したチップ構造体１８は、第２の実施例における概略図である。
【００７７】
図３に示したチップ構造体１８は、図２に示した第１の実施例のチップ構造体１８と基本的には同じ構成であるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７８】
図３に示したチップ構造体１８は、励起光選択透過層３８が誘電体部材１６の励起光入射面４０に形成されている点で、実施例１とは異なっている。
この場合には、特に励起光２０の光源２２から発せられる反応層１４の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の極微弱な光を除去できる。
【００７９】
つまり、反応層１４の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の余計な光を低減することができるため、検出対象である反応層１４の蛍光物質から生じる蛍光２８をより正確に検出することができるようになっている。
【００８０】
また、従来より用いられている波長選択機能部材３４を、光源２２と誘電体部材１６との間に配設することで、上記した励起光選択透過層３８と同じような作用を持たせることが可能であるが、この場合にはチップ構造体１８とは別に波長選択機能部材３４を用意する必要があり、部品点数が増えてコストがかかるとともに、設置スペースが増えることとなるため、望ましくない。
【００８１】
これに対して、図３に示したように、励起光選択透過層３８が誘電体部材１６の励起光入射面４０に形成されていれば、チップ構造体１８として一体的であるため、部品点数を増やすことがなく、また設置スペースも必要ないため望ましい。
【００８２】
なお、励起光選択透過層３８の形成方法は、上記した実施例１の場合と同じく、公知の成膜方法であれば如何なる方法であってもかまわないが、例えばスパッタリング法や真空蒸着法を用いて形成することが好ましい。
【００８３】
次に、図４に示したチップ構造体１８は、第３の実施例における概略図である。
図４に示したチップ構造体１８は、図２に示した第１の実施例のチップ構造体１８と基本的には同じ構成であるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８４】
図４に示したチップ構造体１８は、誘電体部材１６における励起光選択透過部３６が、反応層１４の蛍光物質の蛍光波長の光を吸収する特性を有する添加剤を誘電体部材１６中に含有してなる点で、実施例１とは異なっている。
【００８５】
このようなチップ構造体１８の誘電体部材１６は、誘電体部材１６の全体が励起光選択透過部３６となっている。
全体が励起光選択透過部３６である誘電体部材１６を製造する際には、予め反応層１４の蛍光物質の蛍光波長の光を吸収する特性を有する添加剤を誘電体部材１６の原材料中に添加しておき、これを用いて誘電体部材１６を成形することで、容易に製造することができる。
【００８６】
なお予め反応層１４の蛍光物質の蛍光波長の光を吸収する特性を有する添加剤としては、例えばフタロシアニン化合物などの近赤外吸収剤を用いることができる。
このように実施例３におけるチップ構造体１８では、上記した励起光選択透過層３８の代わりに誘電体部材１６そのものが、励起光選択透過部３６としての役割をなすため、誘電体部材１６上に新たに励起光選択透過層３８を形成する必要がなく製造が容易である。
【００８７】
この場合においても、反応層１４の蛍光物質の蛍光波長と重なる波長の不要な光を低減することができるため、実施例３におけるチップ構造体１８を用いた表面プラズモン増強蛍光センサ１０を用いれば、金属薄膜１２上の電場を増強させて金属薄膜１２上に形成された反応層１４の蛍光物質を励起させる際において、検出対象である反応層１４の蛍光物質から生じる蛍光２８をより正確に光検出手段３０で検出することができ、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
【００８８】
次に、図５に示したチップ構造体１８は、第４の実施例における概略図である。
図５に示したチップ構造体１８は、図４に示した第３の実施例のチップ構造体１８と基本的には同じ構成であるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８９】
図５に示したチップ構造体１８は、図４に示したチップ構造体１８と同じように、誘電体部材１６が反応層１４の蛍光物質の蛍光波長の光を吸収する特性を有する添加剤を誘電体部材１６中に含有してなるが、誘電体部材１６の一部分が励起光選択透過部３６となっている点で図４に示したチップ構造体１８とは異なっている。
【００９０】
ここで用いられる添加剤については、実施例３のものと同じものが使用できる。
また、一部分が励起光選択透過部３６である誘電体部材１６を製造する際には、誘電体部材１６の成形時に、例えば２色成形方法などの射出成形方法や、予め誘電体部材１６の一部分の励起光選択透過部３６だけを別に成形しておき、これを通常の誘電体部材と接着剤などで接合することで形成する方法などを用いることができ、特に限定されない。
【００９１】
この場合においても、反応層１４の蛍光物質の蛍光波長の余計な光を低減することができるため、実施例４におけるチップ構造体１８を用いた表面プラズモン増強蛍光センサ１０を用いれば、金属薄膜１２上の電場を増強させて金属薄膜１２上に形成された反応層１４の蛍光物質を励起させる際において、検出対象である反応層１４の蛍光物質から生じる蛍光２８をより正確に光検出手段３０で検出することができ、超高精度な蛍光検出を行うことができる。
【００９２】
以上、本発明における表面プラズモン増強蛍光センサ１０およびこれに用いられるチップ構造体１８ならびに表面プラズモン増強蛍光センサを用いた検体検出方法の好ましい形態（実施例）について説明したが、本発明は上記の形態（実施例）に限定されるものではないものである。
【００９３】
例えば実施例１から実施例４を適宜組み合わせるなど、如何なる組み合わせであっても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。
【実施例】
【００９４】
［実施例１］
＜条件＞
・励起光の波長      ６３５ｎｍ
・反応層の蛍光材料  Ａｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ（登録商標）６４７（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社製）（蛍光ピーク波長６７０ｎｍ程度）
・誘電体部材の材質  ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ社製）
・金属薄膜の材質    金（Ａｕ）
・金属薄膜の膜厚    ５０ｎｍ
・励起光選択透過層  二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と二酸化チタン（ＴｉＯ2）の交互多層膜（７５０ｎｍ以下の垂直に入射する光をブロッキングする表１に記載の特性を有する一般的なバンドパスフィルター構造）
【００９５】
【表１】
2010271124.tif 000003
＜試験＞
誘電体部材と金属薄膜との界面に、上記条件を満たした励起光選択透過層を設けたチップ構造体を作成し、チップ構造体の誘電体部材側から波長６３５ｎｍの励起光を照射し、反応層で励起された蛍光を光検出手段で検出した（図１の構成）。
【００９６】
検出の結果、金属薄膜に垂直に入射した光に対しては、表１に示したバンドパスフィルターの特性を示し、反応層の蛍光の波長と重なる波長の光を低減できていることが確認された。
【００９７】
また、共鳴角で入射する励起光は、表２に示したように金属薄膜上に電場増強エリアを局在化させることがシミュレーションにて確認できた。
【００９８】
【表２】
2010271124.tif 000004
［比較例１］
＜条件＞
・励起光の波長      ６３５ｎｍ
・反応層の蛍光材料  Ａｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ（登録商標）６４７（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社製）（蛍光ピーク波長６７０ｎｍ程度）
・誘電体部材の材質  ＢＫ７（ＳＣＨＯＴＴ社製）
・金属薄膜の材質    金（Ａｕ）
・金属薄膜の膜厚    ５０ｎｍ
【００９９】
＜試験＞
誘電体部材と金属薄膜との間に、励起光選択透過層を設けていないこと以外は、上記した実施例１と同じようにして、蛍光の検出を行った（図６の構成）。
検出の結果、金属薄膜に入射する光に対して、金属薄膜の透過率分のみの低減であり、金膜を透過した光については反応層の蛍光と混ざって検出されることが確認された。
また、表３に示したように、実施例１の場合よりも電場増強効果が低いことがシミュレーションにより確認できた。
【０１００】
【表３】
2010271124.tif 000005
実施例１と比較例１の検出結果から、比較例１のように励起光選択透過層が設けられていない従来のチップ構造体を用いて蛍光検出を行うよりも、実施例１のように励起光選択透過層が設けられているチップ構造体を用いて蛍光検出を行う方が、電場増強効果が高まることが確認された。
【符号の説明】
【０１０１】
１０・・・表面プラズモン増強蛍光センサ
１２・・・金属薄膜
１４・・・反応層
１６・・・誘電体部材
１８・・・チップ構造体
２０・・・励起光
２２・・・光源
２４・・・金属薄膜反射光
２６・・・受光手段
２８・・・蛍光
３０・・・光検出手段
３２・・・集光部材
３４・・・波長選択機能部材
３６・・・励起光選択透過部
３８・・・励起光選択透過層
４０・・・励起光入射面
θ１・・共鳴角（電場増強時に励起光と金属薄膜の垂線とから成る角度）
１００・・・表面プラズモン増強蛍光センサ
１０２・・・金属薄膜
１０４・・・反応層
１０６・・・誘電体部材
１０８・・・チップ構造体
１１０・・・励起光
１１２・・・光源
１１４・・・金属薄膜反射光
１１６・・・受光手段
１１８・・・蛍光
１２０・・・光検出手段
１２２・・・集光部材
１２４・・・波長選択機能部材
【図１】
2010271124.tif 000006
【図２】
2010271124.tif 000007
【図３】
2010271124.tif 000008
【図４】
2010271124.tif 000009
【図５】
2010271124.tif 000010
【図６】
2010271124.tif 000011