(57)【要約】【課題】標的物質の測定精度の低下を抑制すること。【解決手段】標的物質を捕捉する金属膜被覆構造体を載置して支持する支持部材と、前記支持部材との間に前記金属膜被覆構造体を挟み込み、かつ前記金属膜被覆構造体の前記標的物質を捕捉する部分と重なる複数の開口部を有する保持部材と、透光性を有し、前記保持部材の前記開口部を覆う被覆部材と、前記支持部材に設けられ、前記金属膜被覆構造体が前記保持部材と前記支持部材とに挟み込まれた状態で、１つの前記開口部に対して２つがそれぞれの前記開口部に対して開口する孔と、を含む。【選択図】図３３
2014215291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的物質を捕捉する金属膜被覆構造体を載置して支持する支持部材と、
前記支持部材との間に前記金属膜被覆構造体を挟み込み、かつ前記金属膜被覆構造体の前記標的物質を捕捉する部分と重なる複数の開口部を有する保持部材と、
透光性を有し、前記保持部材の前記開口部を覆う被覆部材と、
前記支持部材に設けられ、前記金属膜被覆構造体が前記保持部材と前記支持部材とに挟み込まれた状態で、１つの前記開口部に対して２つがそれぞれの前記開口部に対して開口する孔と、
を含む、標的物質捕捉装置。
【請求項２】
１つの前記開口部には、前記孔として、前記標的物質を含む液体を前記開口部に供給する供給孔と、前記開口部から前記液体を排出する排出孔とが設けられる、請求項１に記載の標的物質捕捉装置。
【請求項３】
前記保持部材は、前記金属膜被覆構造体と接する部分が少なくともシリコーンで形成される、請求項１又は請求項２に記載の標的物質捕捉装置。
【請求項４】
前記保持部材は、前記金属膜被覆構造体と接する部分が少なくともポリジメチルシロキサンで形成される、請求項３に記載の標的物質捕捉装置。
【請求項５】
前記支持部材は、フッ素樹脂で形成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の標的物質捕捉装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の標的物質捕捉装置と、
それぞれの前記開口部に対して設けられて、それぞれの前記開口部から前記標的物質を捕捉する部分に平行光を照射し、前記標的物質を捕捉する部分で反射された前記平行光の反射光を検出する光検出部と、
前記光検出部が検出した前記反射光の極値の波長を求め、かつ求めた前記極値の波長のシフトに基づいて、少なくとも前記標的物質の有無を検出する処理部と、
を含む、標的物質検出装置。
【請求項７】
前記孔を介して前記空間に前記液体を供給し、前記孔を介して前記空間から前記液体を排出する液体送り装置を有する、請求項６に記載の標的物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標的物質を検出する標的物質捕捉装置及びこれを備えた標的物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質、細胞等の標的物質を検出したり濃度を測定したりする手段として、フォトニック結晶を用いたバイオセンサーが知られている（例えば、非特許文献１）。非特許文献１に記載されているバイオセンサーは、金薄膜を形成したフォトニック結晶基板に光を照射し、フォトニック結晶基板で反射された反射光の波長のピークの変化を測定することにより、標的物質の検出又は標的物質の濃度の計測等を行っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「Investigation  of  Plasmon  resonances  in  metal  films  with  nanohole  arrays  for  biosensing  applications」：Takumi  Sannomiya,  Olivier  Scholder,  Konstantins  Jefimovs,  Christian  Hafner,  and  Andreas  B.  Dahlin,  Received  10th  December  2010,  Revised  1th  February  2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フォトニック結晶は微細構造を持つため、同一の製造プロセスであっても精密に形状を制御することが難しい。このため、センサ毎にばらつきが存在し、標的物質の測定精度が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明は、標的物質の測定精度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、標的物質を捕捉する金属膜被覆構造体を載置して支持する支持部材と、前記支持部材との間に前記金属膜被覆構造体を挟み込み、かつ前記金属膜被覆構造体の前記標的物質を捕捉する部分と重なる複数の開口部を有する保持部材と、透光性を有し、前記保持部材の前記開口部を覆う被覆部材と、前記支持部材に設けられ、前記金属膜被覆構造体が前記保持部材と前記支持部材とに挟み込まれた状態で、１つの前記開口部に対して２つがそれぞれの前記開口部に対して開口する孔と、を含む、標的物質捕捉装置である。この標的物質捕捉装置は、支持部材が有するそれぞれの開口部に液体を導入することができるので、検査と同時に金属膜被覆構造体を校正することができる。その結果、この標的物質捕捉装置は、高精度な測定を実現できる。
【０００７】
１つの前記開口部には、前記孔として、前記標的物質を含む液体を前記開口部に供給する供給孔と、前記開口部から前記液体を排出する排出孔とが設けられることが好ましい。このようにすれば、それぞれの開口部に液体を供給し、それぞれの開口部から液体を排出させることができる。
【０００８】
前記保持部材は、前記金属膜被覆構造体と接する部分が少なくともシリコーンで形成されることが好ましく、ポリジメチルシロキサンで形成されることがより好ましい。このようにすれば、保持部材から金属膜被覆構造体を容易に取り外すことができる。
【０００９】
前記支持部材は、フッ素樹脂で形成されることが好ましい。このようにすれば、支持部材から金属膜被覆構造体を容易に取り外すことができる。
【００１０】
本発明は、前述した標的物質捕捉装置と、それぞれの前記開口部に対して設けられて、それぞれの前記開口部から前記標的物質を捕捉する部分に平行光を照射し、前記標的物質を捕捉する部分で反射された前記平行光の反射光を検出する光検出部と、前記光検出部が検出した前記反射光の極値の波長を求め、かつ求めた前記極値の波長のシフトに基づいて、少なくとも前記標的物質の有無を検出する処理部と、を含む、標的物質検出装置である。この標的物質検出装置は、前述した標的物質捕捉装置を備えるので、標的物質の検出精度の低下を抑制できる。
【００１１】
前記孔を介して前記空間に前記液体を供給し、前記孔を介して前記空間から前記液体を排出する液体送り装置を有することが好ましい。このようにすれば、保持部材が有するそれぞれの開口部へ液体を容易に供給でき、それぞれの開口部から液体を容易に排出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、標的物質の測定精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態１に係る標的物質捕捉装置を備えた標的物質検出装置を示す図である。
【図２】図２は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーの側面図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーの斜視図である。
【図４】図４は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーの平面図である。
【図５】図５は、金属膜被覆フォトニック結晶の斜視図である。
【図６】図６は、金属膜被覆フォトニック結晶の平面図である。
【図７】図７は、フォトニック結晶の表面と直交する平面でフォトニック結晶を切ったときの断面を示す図である。
【図８】図８は、凹部の壁面の部分拡大図である。
【図９】図９は、フォトニック結晶の作製方法を説明する図である。
【図１０】図１０は、フォトニック結晶の作製方法を説明する図である。
【図１１】図１１は、フォトニック結晶の作製方法を説明する図である。
【図１２】図１２は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図１３】図１３は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図１４】図１４は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図１５】図１５は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。
【図１６】図１６は、反射光の極値の強度と波長との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、反射光の強度の極値における波長シフト量とフォトニック結晶の反射面にビオチンを用いて固定したアビジンの濃度との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、図１に示す光検出部が有する測定プローブの構造を示す図である。
【図１９】図１９は、光検出装置が備える分光器のピクセルを示す図である。
【図２０】図２０は、光検出装置が備える分光器のピクセルを示す図である。
【図２１】図２１は、図１９に示す分光器が検出した反射光のスペクトルの一例を示す図である。
【図２２】図２２は、図２０に示す分光器が検出した反射光のスペクトルの一例を示す図である。
【図２３】図２３は、分光器が備える光検出素子を冷却しないときにおける反射光のスペクトルの一例を示す図である。
【図２４】図２４は、分光器が備える光検出素子を冷却したときにおける反射光のスペクトルの一例を示す図である。
【図２５】図２５は、液体取扱部の変形例を示す図である。
【図２６】図２６は、液体取扱部の変形例を示す図である。
【図２７】図２７は、フォトニック結晶バイオセンサーの第１変形例を示す図である。
【図２８】図２８は、フォトニック結晶バイオセンサーの第１変形例を示す図である。
【図２９】図２９は、フォトニック結晶バイオセンサーの第１変形例を示す図である。
【図３０】図３０は、フォトニック結晶バイオセンサーの第２変形例を示す図である。
【図３１】図３１は、フォトニック結晶バイオセンサーの第２変形例を示す図である。
【図３２】図３２は、実施形態２に係るフォトニック結晶バイオセンサーを示す図である。
【図３３】図３３は、実施形態２に係るフォトニック結晶バイオセンサーを示す図である。
【図３４】図３４は、実施形態２に係る光検出ユニットを示す斜視図である。
【図３５】図３５は、実施形態２に係る光検出ユニットの分解図である。
【図３６】図３６は、実施形態２に係る光検出ユニットの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
［実施形態１］
＜標的物質検出装置＞
図１は、実施形態１に係る標的物質捕捉装置を備えた標的物質検出装置を示す図である。標的物質検出装置１０は、標的物質捕捉装置としてのフォトニック結晶バイオセンサー１１と、光検出部１２と、処理部１３と、液体取扱部１４と、を含む。まず、フォトニック結晶バイオセンサー１１について説明する。
【００１６】
［フォトニック結晶バイオセンサー］
図２は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーの側面図である。図３は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーの斜視図である。図４は、実施形態１に係るフォトニック結晶バイオセンサーの平面図である。フォトニック結晶バイオセンサー１１は、保持装置１１Ｈと、金属膜被覆構造体としての金属膜被覆フォトニック結晶２１とを含む。保持装置１１Ｈは、金属膜被覆フォトニック結晶２１を保持する。保持装置１１Ｈは、被覆部材２２と、保持部材２３と、支持部材２４とを含む。
【００１７】
フォトニック結晶バイオセンサー１１は、保持装置１１Ｈが金属膜被覆フォトニック結晶２１を保持する。保持装置１１Ｈは、支持部材２４に載置された金属膜被覆フォトニック結晶２１を、保持部材２３が支持部材２４との間に挟み込んで保持する。被覆部材２２は、支持部材２４とは反対側における保持部材２３の表面を覆う。図１及び図３に示すように、支持部材２４、保持部材２３及び被覆部材２２は、板状の部材である。本実施形態において、支持部材２４、保持部材２３及び被覆部材２２の形状は、これらの表面と直交する方向から見た場合、すなわち平面視が長方形（正方形を含む）となっている。支持部材２４、保持部材２３及び被覆部材２２の形状は長方形に限定されるものではなく、六角形等の多角形又は円形等であってもよい。支持部材２４、保持部材２３及び被覆部材２２の形状を長方形とすることにより、製造がしやすい、図３に示す取付治具２７、２８に保持装置１１Ｈを取り付けやすい等の利点がある。
【００１８】
支持部材２４は、金属膜被覆フォトニック結晶２１を載置して支持する。支持部材２４は、図３に示すように、金属膜被覆フォトニック結晶２１が載置される部分２１Ｖとは異なる部分に開口する少なくとも２つの孔２４ＨＩ、２４ＨＥを有する。保持部材２３は、支持部材２４との間に金属膜被覆フォトニック結晶２１を挟み込んでいる。保持部材２３は、開口部２３Ｐを有している。開口部２３Ｐは、図２に示すように、板状の部材である保持部材２３の最も大きい対向する２つの平面２３ＵＰ、２３ＤＰ同士を貫通している。開口部２３Ｐは、図１、図３及び図４に示すように、平面視が長方形形状あって、溝状の通路である。開口部２３Ｐは、図４に示すように、支持部材２４の孔２４ＨＩ、２４ＨＥ及び支持部材２４に載置された金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃと重なる。孔２４ＨＩは、開口部２３Ｐ内に、標的物質捕捉物質を含んだ溶液等の液体を供給する。孔２４ＨＥは、開口部２３Ｐから、標的物質捕捉物質を含んだ溶液等の液体を排出する。以下、孔２４ＨＩを適宜供給孔２４ＨＩと呼び、孔２４ＨＥを排出孔２４ＨＥと呼ぶ。
【００１９】
被覆部材２２は、図１及び図２に示すように、保持部材２３の開口部２３Ｐを覆う。被覆部材２２は、透光性を有している。これは、金属膜被覆フォトニック結晶２１は、被覆部材２２を介して光の照射を受け、金属膜被覆フォトニック結晶２１が反射した反射光の波長のピークの変化が測定されることにより、標的物質が検出又は標的物質の濃度が計測されるためである。被覆部材２２は、例えばガラス板、透明の樹脂の板又は透明の樹脂のフィルム等が用いられる。
【００２０】
被覆部材２２と開口部２３Ｐの内面と支持部材２４とで囲まれる空間２３ＳＰには、標的物質捕捉物質を含んだ溶液等の液体が供給孔２４ＨＩから供給され、空間２３ＳＰに保持される。空間２３ＳＰに保持された液体は、金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃに接触する。空間２３ＳＰに保持された液体は、標的物質検出装置１０が標的物質を検出又は標的物質の濃度を計測する間、空間２３ＳＰに保持される。標的物質検出装置１０が標的物質を検出等した後、空間２３ＳＰに保持された液体は、排出孔２４ＨＥから排出される。空間２３ＳＰ内にフォトニック結晶バイオセンサー１１の外部から液体を供給するため、フォトニック結晶バイオセンサー１１には、液体供給管２５が接続される。空間２３ＳＰ内からフォトニック結晶バイオセンサー１１の外部に液体を排出するため、フォトニック結晶バイオセンサー１１には、液体排出管２６が接続される。次に、液体供給管２５及び液体排出管２６が空間２３ＳＰに接続される構造の一例を説明する。液体供給管２５及び液体排出管２６は、例えば、シリコーンゴムの管等を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００２１】
図２に示すように、供給孔２４ＨＩを有する支持部材２４は、金属膜被覆フォトニック結晶２１が載置される面とは反対側の面に、孔２４Ｈｓｉ及び孔２４Ｈｓｅを有している。孔２４Ｈｓｉは、供給孔２４ＨＩと接続している。２４Ｈｓｅは、排出孔２４ＨＥと接続している。本実施形態において、孔２４Ｈｓｉ、孔２４Ｈｓｅ、供給孔２４ＨＩ及び排出孔２４ＨＥは、断面が円形である。孔２４Ｈｓｉの直径は、供給孔２４ＨＩの直径よりも大きい。孔２４Ｈｓｅの直径は、排出孔２４ＨＥの直径よりも大きい。孔２４Ｈｓｉには、供給孔２４ＨＩと液体供給管２５とを接続する接続部材２５Ｓが取り付けられる。孔２４Ｈｓｅには、排出孔２４ＨＥと液体排出管２６とを接続する接続部材２６Ｓが取り付けられる。接続部材２５Ｓ、２６Ｓは、例えば、ゴム、樹脂又は金属である。接続部材２５Ｓ、２６Ｓは、それぞれ取付孔２５ＳＨ、２６ＳＨを有している。液体供給管２５は、取付孔２５ＳＨに差し込まれて接続部材２５Ｓに取り付けられる。液体排出管２６は、取付孔２６ＳＨに差し込まれて接続部材２６Ｓに取り付けられる。このような構造により、液体供給管２５は、接続部材２５Ｓを介して支持部材２４の孔２４Ｈｓｉに取り付けられる。また、液体排出管２６は、接続部材２６Ｓを介して支持部材２４の孔２４Ｈｓｅに取り付けられる。液体供給管２５が取り付けられる孔２４Ｈｓｉは供給孔２４ＨＩに接続し、液体排出管２６が取り付けられる孔２４Ｈｓｅは排出孔２４ＨＥに接続している。このため、液体供給管２５は、接続部材２５Ｓ及び供給孔２４ＨＩを介して空間２３ＳＰに接続される。液体排出管２６は、接続部材２６Ｓ及び排出孔２４ＨＥを介して空間２３ＳＰに接続される。
【００２２】
フォトニック結晶バイオセンサー１１は、支持部材２４と保持部材２３とで金属膜被覆フォトニック結晶２１を挟持する。取付治具２７、２８は、金属膜被覆フォトニック結晶２１を挟持した支持部材２４と保持部材２３とを挟み込んだ状態で、図３に示すボルト２９によって締結される。このような構造によって、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、保持部材２３に被覆部材２２を取り付けた状態で、図３に示す取付治具２７、２８に挟持されて支持される。取付治具２７、２８によって、支持部材２４と保持部材２３と金属膜被覆フォトニック結晶２１とを一体とすることができるので、取り扱いが容易になる。また、取付治具２７、２８同士をボルト２９によって締結することにより、フォトニック結晶バイオセンサー１１の分解が容易になる。取付治具２７、２８同士の固定は、ボルト２９による締結に限定されるものではない。
【００２３】
本実施形態において、保持部材２３は、金属膜被覆フォトニック結晶２１と接する部分が少なくともシリコーン、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で形成される。ポリジメチルシロキサンは、撥液性（撥水性）が高いため、金属膜被覆フォトニック結晶２１と保持部材２３との吸着を抑制できる。このため、金属膜被覆フォトニック結晶２１を取り替える際に金属膜被覆フォトニック結晶２１を保持部材２３から容易に取り外すことができる。保持部材２３の厚みは、１００μｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。このようにすると、金属膜被覆フォトニック結晶２１を支持部材２４と保持部材２３との間に固定する際の取り扱いが容易になる。
【００２４】
金属膜被覆フォトニック結晶２１に液体を流すため、仮に、間隔保持部を設けてセンサ表面に液体が流れる空間を作ることが考えられる。間隔保持部の厚みはプラズモン共鳴の波長に依存するため、使用する波長帯によって厚みが限定される。このような構造とすると、間隔保持部の厚みは厳密な精度が必要となり、製作時に時間と製造コストとを要してしまう。本実施形態は、間隔保持部が不要になるので、フォトニック結晶バイオセンサー１１の製造が簡単になり、時間及び製造コストを抑制できる。また、表面プラズモン（ＳＰＲ）センサは、センサとプリズムとの固定が重要であり、わずかな隙間又は撓み等が生じるとセンサとして機能しなくなるという問題があるが、本実施形態の金属膜被覆フォトニック結晶２１は、ＳＰＲセンサほどの厳密な固定は不要である。
【００２５】
本実施形態において、支持部材２４は、フッ素樹脂で形成されている。支持部材２４の材質は、フッ素樹脂に限定されるものではないが、フッ素樹脂は撥液性（撥水性）が高いため、金属膜被覆フォトニック結晶２１と支持部材２４との吸着を抑制できる。このため、金属膜被覆フォトニック結晶２１を取り替える際に金属膜被覆フォトニック結晶２１を保持部材２３から容易に取り外すことができる。支持部材２４が透光性を有していてもよい。このようにすることで、金属膜被覆フォトニック結晶２１に照射された光の透過光を観測することもできる。支持部材２４が透光性を有する場合、支持部材２４は、例えば、ガラス又は透明な樹脂を用いて製造される。支持部材２４にガラスを用いる場合、ガラスの支持部材２４とポリジメチルシロキサンの保持部材２３との自己吸着、支持部材２４と保持部材２３との接着又はポリジメチルシロキサンの保持部材２３を熱で溶融させることによる熱融着等の接合技術等によって、支持部材２４と保持部材２３との間に金属膜被覆フォトニック結晶２１が固定される。次に、金属膜被覆フォトニック結晶２１について説明する。
【００２６】
［金属膜被覆フォトニック結晶］
図５は、金属膜被覆フォトニック結晶の斜視図である。図６は、金属膜被覆フォトニック結晶の平面図である。図７は、図６のＡ−Ａ断面を示す図である。図７は、フォトニック結晶の表面と直交する平面でフォトニック結晶を切ったときの断面を示している。後述する図８も同様である。なお、図５から図８は、模式的に示した図であるため、金属膜被覆フォトニック結晶２１の各要素の厚み及び大きさ等は実際とは異なる。以下、同様である。金属膜被覆フォトニック結晶２１は、標的物質を捕捉する。図５から図７に示すように、金属膜被覆フォトニック結晶２１は、フォトニック結晶６５及び金属膜６６を含んでいる。金属膜被覆フォトニック結晶２１は、フォトニック結晶６５の表面６７に断面が円形の凹部（以下、単に凹部という）６８Ａが周期的に形成された反射面６９を金属膜６６が被覆している。
【００２７】
まず、フォトニック結晶６５について説明する。フォトニック結晶は、表面に所定深さの凹部又は所定高さの凸部が周期的に形成された反射面を有し、前記反射面に特定波長の光（平行光）を照射すると、その反射光が得られる構造体である。表面に凹部又は凸部が周期的に形成された反射面に光を照射すると、特定波長の反射光が得られる構造体は、一般にフォトニック結晶と呼ばれる。
【００２８】
フォトニック結晶とは、サブ波長間隔の格子構造を有する構造体である。そして、それは構造体の表面（以後、反射面という）に広領域波長の光を照射すると、フォトニック結晶の表面状態に依存した特定の波長帯の光を、反射又は透過するものである。フォトニック結晶の表面状態は、例えばフォトニック結晶の形状及び材質に依存する。この反射光又は透過光の変化を読み取ることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量化することができる。フォトニック結晶の表面状態の変化としては、表面への物質の吸着、構造変化等が挙げられる。表面に金属薄膜が形成されたフォトニック結晶も、光が照射されると、光の反射率又は光の透過率に極値（極大値又は極小値）が現れる。この反射率又は透過率の極値は、金属の種類、金属の膜厚、フォトニック結晶の表面形状に依存するものである。この光の反射率又は光の透過率を読み取ることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量化することができる。金属薄膜については後述する。フォトニック結晶の表面状態の変化を反射光又は透過光の変化から定量化するには、次の方法を用いることができる。例えば、極値（極大値又は極小値）での反射率又は透過率の変化量、あるいは反射率又は透過率が極値となる波長のシフト量を求める等である。なお、反射率又は透過率の極値が複数ある場合には、任意の極値に着目する。そして、着目した極値について変化量を求めるか着目した極値となる波長のシフト量を求めることにより、フォトニック結晶の表面状態の変化を定量することができる。
【００２９】
図５から図７に示すように、フォトニック結晶６５は、表面６７に凹部６８Ａが周期的に形成された反射面６９を有している。この反射面６９に光を照射すると、フォトニック結晶６５の形状と材質に依存した特定波長の光が反射される。本実施形態において、凹部６８Ａは、平面視において、三角形の格子状に配置されている。また、凹部６８Ａの直径Ｄａは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。また、凹部６８Ａの中心間の距離Ｃ１は、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。また、凹部６８Ａの深さをＨ１としたとき、凹部６８Ａのアスペクト比（Ｈ１／Ｄ１）は、０．１以上１０以下であることが好ましく、より好ましくは、０．５以上５．０以下である。なお、凹部６８Ａの寸法は、上記のものに限定されない。
【００３０】
フォトニック結晶６５の形状及び寸法は、図５から図７に示した形状に限定されることはない。例えば、矩形又は多角形の格子状のパターンが表面に形成されたもの、又は平行線状パターンや波型形状パターン等が表面に形成されたもの（詳しくは周期的にパターン等が形成されたもの）又はこれらのパターンの組合せであってもよい。フォトニック結晶６５の材質としては、合成樹脂等の有機材料、金属・セラミック等の無機材料を使用することができる。
【００３１】
合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリシクロオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、アクリル、ポリメタクリル酸エステル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が使用することができる。
【００３２】
セラミックとしては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、イットリア等のセラミックを好適に使用することができる。金属としては、鉄鋼材料をはじめとして各種合金が使用可能である。具体的には、ステンレス鋼、チタン又はチタン合金等を好適に使用することができる。
【００３３】
上記した各種材料の中でも、光学特性、加工性、標的物質（ターゲットとなる物質）を含有する溶液に対する耐性、標的物質捕捉物質（特異的結合物質）の吸着性及び洗浄剤に対する耐性等を考慮すると、ポリシクロオレフィン系合成樹脂又はシリカ系のセラミックがより好ましい。この中でも、ポリシクロオレフィン系合成樹脂は、加工性に優れており最も好適である。
【００３４】
フォトニック結晶６５は、前述した材料基板の表面に微細な加工を施すことにより作製される。加工方法としては、レーザー加工、熱ナノインプリント、光ナノインプリント、フォトマスクとエッチングの組合せ等が使用できる。特に、ポリシクロオレフィン系合成樹脂等の熱可塑性樹脂を材料とする場合には、熱ナノインプリントによる方法が好適である。
【００３５】
次に、金属膜６６について説明する。本実施形態において、図７に示すように、フォトニック結晶６５は、その反射面６９が金属膜６６で被覆されている。金属膜６６は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）又はアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれか１種類以上を用いて形成されることが好ましい。本実施形態において、金属膜６６はＡｕで形成されている。Ａｕは、安定性に優れるため、反射面６９として好ましい。金属膜６６に銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）のうちのいずれか１種類以上を用いる場合、金で表面を被覆することが好ましい。このようにすることで、金の使用量を低減してフォトニック結晶６５の製造コストを抑制することができる。また、Ａｇ、Ａｌの酸化による機能の低下を抑制することができる。
【００３６】
金属膜６６の膜厚が小さいと、フォトニック結晶６５への入射光の一部は金属膜６６を透過することがある。その結果、反射光から得られる情報量の低下、回折光又はフォトニック結晶６５の裏面からの反射光等、フォトニック結晶６５からの反射光には不要な情報が多く含まれる可能性がある。金属膜６６の膜厚を適度に大きくすることにより、フォトニック結晶６５からの反射光に含まれる不要な情報を低減して、標的物質の検出精度及び濃度の計測精度を向上させることができる。また、金属膜６６の膜厚が適度に小さいと、フォトニック結晶６５の表面６７に詳細なパターン形状を作製することが容易であるので好ましい。例えば、パターンの角がシャープになって、パターンの寸法を確保することが容易となる。このような観点から、本実施形態において、金属膜６６の膜厚は、好ましくは３０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、より好ましくは１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。波長に対する反射率の変化は、金属膜６６の膜厚が２００ｎｍを超えるとほぼ同様になるためである。
【００３７】
金属膜６６は、スパッタリング又は蒸着装置等によってフォトニック結晶６５の反射面６９に形成することができる。金属膜６６の最表面は、Ａｕとすることが好ましい。金属膜６６にＡｇ、Ｐｔ、Ａｌを用いた場合、それぞれの極値における反射光の波長は、Ａｕを金属膜６６として用いた場合に対して１．５倍となる。このように、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌは、Ａｕよりも１．５倍の感度を有する。なお、Ａｇは酸化されやすいので、フォトニック結晶６５の反射面６９にＡｇを形成した後、酸化されにくいＡｕ又はＳｉＯ２等の酸化物薄膜を形成することが好ましい。この場合、２００ｎｍの厚みを有するＡｇの膜の表面に、５ｎｍの厚みを有するＡｕの膜を形成することができる。２００ｎｍの厚みを有するＡｇの膜の表面に５ｎｍの厚みを有するＡｕの膜を形成した場合、２００ｎｍの厚みを有するＡｕの膜に比べて、感度が１．５倍になる。また、５ｎｍのＡｕの膜の有無で、感度の変化は見られなかった。ＡｌもＡｇと同様に酸化されやすいので、フォトニック結晶６５の表面６７にＡｌの膜を形成した後、酸化されにくいＡｕ又はＳｉＯ２等の酸化物薄膜を形成することが好ましい。抗体等で修飾するために、Ｐｔも、Ａｕ又はＳｉＯ２等の酸化物薄膜を形成することが好ましい。
【００３８】
また、フォトニック結晶６５の反射面６９は、3-triethoxysilylpropylamine（ＡＰＴＥＳ）等を用いて改質されることが好ましい。フォトニック結晶６５の反射面６９に、Ａｕ又はＡｇの金属膜６６を形成させた場合には、ＡＰＴＥＳではなく、一端にチオール基を有し、他端にアミノ基やカルボキシル基等の官能基を有する炭素鎖を用いてフォトニック結晶６５の反射面６９を改質することが好ましい。Ａｕ又はＡｇ以外の金属膜６６をフォトニック結晶６５の反射面６９に形成させた場合は、一端に官能基を有するシラン系カップリング剤、例えばＡＰＴＥＳを使用して、フォトニック結晶６５の反射面６９を改質することが好ましい。
【００３９】
金属膜被覆フォトニック結晶２１は、フォトニック結晶６５の反射面６９を金属膜６６で被覆したものであるため、フォトニック結晶６５の凹部６８Ａに対応して反射面６９に金属膜被覆フォトニック結晶２１の凹部６８Ｂが周期的に形成されている。凹部６８Ｂは、凹部６８Ａと同様、三角形の格子状に配置されている。また、凹部６８Ｂの直径Ｄｂは、金属膜６６の厚みにもよるが、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。また、凹部６８Ｂの中心間の距離Ｃ２は、凹部６８Ａの中心間の距離Ｃ１と同様、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。また、凹部６８Ｂの深さをＨ２としたとき、凹部６８Ｂのアスペクト比（Ｈ２／Ｄ２）は、０．１以上１０以下であることが好ましく、より好ましくは、０．５以上５．０以下である。なお、凹部６８Ｂの寸法は、上記のものに限定されない。
【００４０】
図８は、凹部の壁面の部分拡大図である。凹部６８Ｂは、凹部６８Ｂの壁面６８ａが凹部６８Ｂの底面６８ｂに所定の角度を有して形成されている。なお、図８では、説明の便宜上、フォトニック結晶６５の表面６７に設けられる金属膜６６は省略する。図６に示すように、凹部６８Ｂの壁面６８ａは、凹部６８Ｂの平坦となる底面６８ｂに所定の角度を有している。凹部６８Ｂの底面６８ｂの重心を通る断面において、凹部６８Ｂの壁面６８ａと底面６８ｂとの境界を第１境界部７１とする。表面６７と凹部６８Ｂの壁面６８ａとの境界を第２境界部７２とする。底面６８ｂに対して垂直方向に第１境界部７１を通る直線と、底面６８ｂに対して水平方向に第２境界部７２を通る直線との交点を交点Ａとする。第１境界部７１と第２境界部７２とを直線で結ぶ距離をＬ１とする。第１境界部７１と交点Ａとを直線で結ぶ距離をＬ２とする。第２境界部７２と交点Ａとを直線で結ぶ距離をＬ３とする。Ｌ１とＬ２とが成す角度をθとする。このとき、凹部６８Ｂは、下記の式（１）及び式（２）を満たすようにＬ１とＬ２とが成す角度θが形成されている。
ｔａｎθ＝Ｌ３／Ｌ２・・・（１）
０≦ｔａｎθ≦１．０・・・（２）
【００４１】
凹状の穴（ホール）が周期的に配列して設けられた構造を有する金属の表面に光を照射したとき、反射光の波長スペクトルにピークが観察される。反射光の波長に対する反射率が最大となる波長（ピーク波長）は、一般的に下記の式（３）で求めることができる。式（３）中、λｐｅａｋは、ピーク波長であり、ａ０は、ホールの周期であり、ｉ、ｊは、回折次数であり、εｎは、金属の誘電率であり、εｄは、環境の誘電率である。
【００４２】
【数１】
2014215291.tif 000003
【００４３】
前述した式（３）によれば、凹部６８Ｂが配置される周期を与えられればピーク波長が求まる。ピーク波長のスペクトルを観察する場合、ピーク波長のスペクトルの幅が小さい方が容易にピーク波長の位置を特定することができる。よって、凹部６８Ｂの配置される周期が明確に与えられることで、ピーク波長のスペクトルの幅は小さくなり、ピーク波長の位置が特定し易くなる。
【００４４】
金属膜被覆フォトニック結晶２１は、凹部６８Ｂが反射面６９に周期的に形成された周期構造を有するものである。凹部６８Ｂの壁面６８ａが、前述した式（１）及び式（２）を満たすように反射面６９に形成されることにより、反射光の波長スペクトルの形状は幅が狭くなり、反射光のピーク波長を容易に特定することができる。すると、標的物質を精度よく検出することができる。この結果、フォトニック結晶バイオセンサー１１のセンサ感度を向上させることができる。なお、反射光の波長スペクトルの形状の幅は、半値幅等である。
【００４５】
凹部６８Ｂは、下記の式（２）’を満たすように形成されていることが好ましい。凹部６８Ｂの壁面６８ａが、前述した式（１）及び下記の式（２）’を満たすように形成されることにより、反射光の波長スペクトルの形状はさらに幅が狭くなり、反射光のピーク波長をさらに容易に特定することができる。この結果、標的物質をさらに精度よく検出することができる。
０≦ｔａｎθ≦０．７・・・（２）’
【００４６】
式（２）及び（２）’から、θは０度以上となる。θ＝０度である場合、金属膜被覆フォトニック結晶２１の表面６７と凹部６８Ｂの壁面６８ａとの接続部分Ｋが略９０度になる。接続部分Ｋが略９０度になると、金属膜被覆フォトニック結晶２１の形状の制御、特に凹部６８Ｂの形状の制御が難しくなる。すなわち、凹部６８Ｂの所期の形状を得ることが難しくなる。ｔａｎθ＞０、すなわちθを０よりも大きくすることにより、特に凹部６８Ｂの所期の形状を得やすくなるので好ましい。また、金属膜被覆フォトニック結晶２１は、比較的圧力の高い水で洗浄されるが、接続部分Ｋの角度が略９０度になると、角が取れやすくなる。その結果、凹部６８Ｂは所期の形状を有さなくなる可能性がある。ｔａｎθ＞０、すなわちθを０よりも大きくすることにより、接続部分Ｋの角が取れる可能性を低減できるので、凹部６８Ｂは、洗浄後においても所期の形状を有するようになるので好ましい。さらに、ｔａｎθ＞０、すなわちθを０よりも大きくすることにより、凹部６８Ｂ内に水が入りやすくなるので、標的物質を確実に凹部６８Ｂに捕捉することができる。
【００４７】
［フォトニック結晶の作製方法]
図９、図１０及び図１１は、フォトニック結晶の作製方法を説明する図である。これらの図を参照して、熱ナノインプリントにより金属膜被覆フォトニック結晶２１を作製する工程の一例を説明する。図９に示すように、熱ナノインプリントでは、ナノメートルレベルの微細構造、又はナノメートルレベルの周期構造のパターンを有する金型ＤＩを用いる。そして、図１０に示すように、加熱した金型ＤＩをシート状の樹脂Ｐに押し付けて、所定圧力で所定時間押圧し、金型ＤＩの表面温度が所定温度になったところで離型し、微細構造及び周期構造をシート状の樹脂Ｐに転写する。これにより、フォトニック結晶６５が得られる。
【００４８】
樹脂Ｐがシクロオレフィン系ポリマーの場合には、金型ＤＩを１６０℃程度まで加熱し、約１２ＭＰａの圧力で所定時間押圧し、金型ＤＩの表面温度が６０℃程度になったところで離型することが好ましい。フォトニック結晶６５が作製された後、図１１に示すように、金型ＤＩと接していた表面に、スパッタリング又は蒸着装置等によって金属膜６６を形成して、金属膜被覆フォトニック結晶２１が完成する。
【００４９】
［標的物質捕捉物質］
次に、標的物質を捕捉する標的物質捕捉物質について説明する。標的物質とは、標的物質検出装置１０が検出する対象物であって、タンパク質等の高分子、オリゴマー、低分子のいずれであってもよい。標的物質は、単分子に限定されず、複数の分子からなる複合体であってもよい。標的物質として、例えば、大気中の汚染物質、水中の有害物質、人体内のバイオマーカー（Biomarker）等が挙げられる。中でも、コルチゾール等が好ましい。コルチゾールは、分子量３６２ｇ／ｍｏｌの低分子物質である。コルチゾールは、人間がストレスを感じると唾液中のコルチゾール濃度が増加するため、人間が感じているストレスの度合いを評価する物質として注目されている。コルチゾールを標的物質としてその濃度を測定すれば、例えば、ヒトの唾液中に含まれるコルチゾールの濃度を測定することで、ストレスの度合いを評価することができる。ストレスの度合いを評価すれば、被測定者がうつ病等の精神疾患につながるレベルのストレス状態にあるか否かを判断することができる。
【００５０】
標的物質捕捉物質とは、標的物質と結合し、標的物質を捕捉する物質である。ここで、結合するとは、化学的に結合する場合の他、例えば物理吸着、ファンデルワールス力による結合のように、化学的結合によらない結合であってもよい。好ましくは、標的物質捕捉物質は、標的物質と特異的に反応して標的物質を捕捉するものであり、標的物質を抗原とした抗体であることが好ましい。特異的に反応するとは、選択的に標的物質と可逆的又は不可逆的な結合をして複合体を形成することを意味し、化学反応に限定されない。また、特異的に反応する物質が標的物質以外に存在していても構わない。試料中に標的物質の他に標的物質捕捉物質と反応する物質があっても、その親和性が標的物質と比較して非常に小さい場合は、標的物質を定量することができる。標的物質捕捉物質は、標的物質を抗原とした抗体、人工的に作製した抗体、アデニン、チミン、グアニン、シトシン等のＤＮＡを構成する物質から構成される分子、ペプチド等を用いることができる。標的物質がコルチゾールである場合は、標的物質捕捉物質は、コルチゾール抗体であることが好ましい。
【００５１】
標的物質捕捉物質を作製するには公知の方法を採用することができる。例えば、抗体は、血清法、ハイブリドーマ法、ファージディスプレイ法によって作製できる。ＤＮＡを構成する物質から構成される分子は、例えばＳＥＬＥＸ法（Systematic  Evolution  of  Ligands  by  Exponential  Enrichment:試験管内人工進化法）により作製できる。ペプチドは、例えばファージディスプレイ法により作製できる。標的物質捕捉物質は、何らかの酵素・同位体により標識されている必要はない。しかし、酵素・同位体によって標識されていてもよい。
【００５２】
本実施形態において、標的物質捕捉物質は、図７に示す金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に固定される。標的物質捕捉物質を金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に固定する手段として、共有結合、化学吸着、物理吸着等の化学的結合、物理的結合方法が挙げられる。これらの手段を、標的物質捕捉物質の性質に応じて適宜選択することができる。例えば、固定する手段として吸着を選択した場合、吸着の操作は以下のようなものである。例えば、標的物質捕捉物質を含んだ溶液を、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に滴下し、金属膜被覆フォトニック結晶２１を、所定の時間、室温で、又は必要に応じて冷却・加温して、標的物質捕捉物質を反射面６９に吸着させる。
【００５３】
フォトニック結晶バイオセンサー１１は、特定の抗原（例えばコルチゾール）とのみ結合する抗体（例えばコルチゾール抗体）を金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９の表面に予め吸着（固定）させておく。これにより、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、特定の抗原を検出することができる。これは、フォトニック結晶６５の光学的特性と、フォトニック結晶６５の表面又は表面近傍で起こる各種の生体・化学反応、例えば特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応とを利用するものである。
【００５４】
フォトニック結晶バイオセンサー１１は、標的物質捕捉物質である抗体が固定された反射面６９に、ブロッキング剤（保護物質）が固定されたものであってもよい。ブロッキング剤は、標的物質がフォトニック結晶バイオセンサー１１に接触させられる前に固定される。フォトニック結晶６５の反射面６９の表面は、一般的に超疎水性である。このため、疎水性相互作用によって標的物質捕捉物質である抗体以外の不純物が、反射面６９に吸着してしまうおそれがある。さらに、フォトニック結晶６５の光学特性は表面状態に大きく影響されるので、フォトニック結晶６５の反射面６９には、不純物が吸着されていないことが好ましい。フォトニック結晶６５の反射面６９にブロッキング剤が固定されることで、反射光の検出精度を向上させることができる。
【００５５】
したがって、標的物質捕捉物質である抗体がフォトニック結晶６５の反射面６９に吸着（固定）された部分以外の箇所には、不純物等が固定されないように、いわゆるブロッキング剤を予め固定させておくことが好ましい。ブロッキング剤を予め吸着させておくには、ブロッキング剤を、フォトニック結晶６５の表面に接触させる。ブロッキング剤として、スキムミルク又はウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）等を使用することができる。
【００５６】
図１２から図１５は、フォトニック結晶バイオセンサーの原理を説明する図である。これらの図を参照して、フォトニック結晶バイオセンサー１１が標的物質である抗原及びその濃度を検出する基本的な原理を説明する。一般的に、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、フォトニック結晶６５の光学的特性と、フォトニック結晶６５の表面又は表面近傍で起こる各種生体・化学反応、例えば、特定の抗原は特定の抗体とのみ反応するという抗原抗体反応とを利用して、微量のタンパク質又は低分子物質を検出するものである。そして、フォトニック結晶バイオセンサー１１は、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に特定波長の光を照射したときの表面プラズモン共鳴現象及び／又は局在表面プラズモン共鳴現象による反射光の波長の極値がシフトする現象を利用する。
【００５７】
図１２に示すように、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９の表面には、抗体（標的物質捕捉物質）７４が吸着により固定されている。次に、図１３に示すように、反射面６９の抗体７４が吸着した部分以外の箇所、すなわち、抗体７４が吸着した部分以外の反射面６９に、ブロッキング剤（保護物質）７５を予め吸着させる。これにより、反射面６９の抗体７４が吸着した部分以外の箇所に不純物等が吸着しないようにする。次に、図１４に示すように、抗体７４とブロッキング剤７５とが吸着されているフォトニック結晶バイオセンサー１１に抗原（標的物質）７６を接触させ、抗原抗体反応を行う。抗体７４に抗原７６が捕捉された複合体７７が、反射面６９に固定される。
【００５８】
次に、図１に示す光検出部１２は、図１５に示すように、抗原７６がフォトニック結晶６５の反射面６９に捕捉されている状態で特定波長の光（入射光）ＬＩを平行光で金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に照射する。そして、図１に示す光検出部１２は、反射面６９で反射された反射光ＬＲを検出し、反射光ＬＲの極値の波長を求める。そして、図１に示す処理部１３は、反射光ＬＲの強度の極値における波長及び強度の極値における波長のシフト量を求めて、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に捕捉された抗原７６の有無を検出したり、抗原７６の濃度を求めたりする。フォトニック結晶バイオセンサー１１は、このような原理に基づき、抗体７４及び抗原７６の組合せの種類を変えることにより、検出対象の物質であるタンパク質等の各種生体物質又は低分子量物質の種類を変えることができる。
【００５９】
フォトニック結晶バイオセンサー１１では、反射面６９に固定された抗体７４に抗原７６が捕捉されることにより、反射面６９の状態が変化し、反射光ＬＲに変化が生じる。フォトニック結晶バイオセンサー１１は、光学的な物理量を出力する。この物理量は、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９における表面状態の変化に相関し、反射面６９に固定された抗体７４に抗原７６が捕捉されて形成される複合体７７の量と相関する。光学的な物理量は、例えば、反射光ＬＲの強度が極値となる波長のシフト量、光の反射率の変化量、光の反射率が極値となる波長のシフト量、反射光ＬＲの強度又は反射光ＬＲの強度の極値の変化量等である。本実施形態では、反射光ＬＲの強度又は光の反射率が極値となる波長のシフト量を用いる。
【００６０】
光学的な物理量を出力させるには、例えば次のようにして行う。金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に対して垂直に光を入射し、反射光ＬＲを検出する。金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９の垂線に対して角度をつけて光を入射し、反射光ＬＲを検出することもできる。反射光ＬＲを検出することにより、図１に示す標的物質検出装置１０をコンパクトにすることができる。垂直に入射され、垂直に反射された光を検出する場合には、二股の光ファイバーを用いて光を入射し、反射光ＬＲを検出することが好ましい。この構造については後述する。
【００６１】
図１６は、反射光の極値の強度と波長との関係を示す図である。図１６は、反射光の波長（スペクトル）に対する反射光強度を示している。図１６のＢは、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９が金属膜６６に抗体７４のみを吸着させた場合における反射光強度と波長との関係を示している。図１６のＡは、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に固定された抗体７４に抗原７６が捕捉された場合における反射光強度と波長との関係を示している。いずれも、波長が５００ｎｍから５５０ｎｍの間に反射光強度の極値（極小値）Ｐａ、Ｐｂをとる。そのときの波長は、λｂ、λａ（λｂ＜λａ）である。図１４に示すように、反射面６９を形成する金属膜６６の表面に固定された抗体７４に抗原７６が捕捉されると、金属膜６６に抗体７４のみを吸着させた場合よりも極値（極小値）Ｐａの波長はより大きいλａにシフトする。本実施形態では、この波長のシフト量（波長シフト量）Δλ（λａ−λｂ）を用いて、標的物質を検出する。
【００６２】
図１７は、反射光の強度の極値における波長シフト量とフォトニック結晶の反射面にビオチンを用いて固定したアビジンの濃度との関係を示す図である。図１７に示す結果は、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９にビオチンを標的物質捕捉物質として固定し、濃度の異なるアビジンを標的物質として滴下したときの反射光強度の極値（極小値）における波長シフト量Δλを求めた。波長シフト量Δλは、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９が金属膜６６のみであるときの反射光強度の極値（極小値）における波長からの変化量（増加量）である。図１７に示すように、標的物質としてのアビジンの濃度ＤＮが増加するとともに、波長シフト量Δλも増加する。このように、波長シフト量Δλと、滴下する標的物質の濃度ＤＮとは相関があることが分かる。両者の関係は、Δλ＝ａ×ＤＮ＋ｂ（ａ、ｂは定数）の一次式で近似できる。本実施形態では、波長シフト量Δλを求めることにより、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９に捕捉された標的物質の濃度を求める。上述した例は、ビオチンを標的物質捕捉物質とし、アビジンを標的物質とした場合であるが、標的物質としてコルチゾールを用い、標的物質捕捉物質としてコルチゾール抗体を用いた場合も同様の結果である。
【００６３】
［光検出部］
次に、図１に示す光検出部１２について説明する。図１に示す光検出部１２は、光源５１と、測定プローブ５２と、光検出装置５３と、第１光ファイバー５４と、第２光ファイバー５５と、コリメートレンズ５６とを含む。光源５１と測定プローブ５２とは、第１光ファイバー５４により光学的に接続されている。測定プローブ５２と光検出装置５３とは、第２光ファイバー５５により光学的に接続されている。必要に応じて、光源５１及び光検出装置５３等に接続され、光源５１の制御及び光検出装置５３からの信号を処理する制御装置を設けてもよい。
【００６４】
図１５に示すように、図１に示す第１光ファイバー５４は、図１に示す光源５１からの光を測定プローブ５２に導き、測定プローブ５２からフォトニック結晶バイオセンサー１１が有する金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９へ照射する。コリメートレンズ５６は、第１光ファイバー５４から出射し、測定プローブ５２から照射された光を平行光にしてから、フォトニック結晶６５の反射面６９へ入射光ＬＩとして照射する。第２光ファイバー５５は、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９で反射した光を反射光ＬＲとして受光し、図１に示す光検出装置５３へ導く。コリメートレンズ５６の種類は特に限定されないが、例えば、ナノストラクチャーを持つ反射防止フィルムを用いることができる。光検出装置５３は、例えば、フォトトランジスタ又はＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）等の受光素子を備えた、光を検出するための装置である。
【００６５】
図１８は、図１に示す光検出部が有する測定プローブの構造を示す図である。測定プローブ５２は、第１光ファイバー５４と第２光ファイバー５５とが接合される。そして、測定プローブ５２は、第１光ファイバー５４の光の出射面５４Ｐと、第２光ファイバー５５の反射光ＬＲの入射面５５Ｐとが同一の面（入出射面）５２Ｐ上に配置される。このように、測定プローブ５２は、第１光ファイバー５４と第２光ファイバー５５とが、第１光ファイバー５４の出射側（出射面５４Ｐ側）と第２光ファイバー５５の入射側（入射面５５Ｐ側）とで一体となっている。そして、測定プローブ５２は、第１光ファイバー５４と第２光ファイバー５５とを用いて光を入射し、反射光ＬＲを検出する。
【００６６】
測定プローブ５２は、このような構造としているため、フォトニック結晶６５の反射面６９に照射する入射光ＬＩと、反射面６９からの反射光ＬＲとを略同一の位置から出射し、入射させることができる。測定プローブ５２を前述したような構造にするとともに、コリメートレンズ５６を用いて測定プローブ５２からの光を平行光にすることで、光検出部１２は、反射面６９に平行光の入射光ＬＩを垂直に入射することができる。それとともに、反射面６９から垂直に反射した反射光ＬＲを受光することができる。このようにすることで、測定プローブ５２は、反射光強度の低下を最小限に抑えることができるとともに、主として反射光ＬＲの０次光成分を検出することができる。その結果、処理部１３は、金属膜被覆フォトニック結晶２１の反射面６９の正確な情報を得ることができるため、標的物質の検出精度及び濃度の計測精度が向上する。反射光ＬＲを検出する手法は、上述したような測定プローブ５２に限定されない。例えば、コリメートレンズ５６と反射面６９との間にハーフミラーを配置し、ハーフミラーによって反射光ＬＲを分離して第２光ファイバー５５から光検出装置５３に導いてもよい。コリメートレンズ５６は反射防止膜付きでもよい。このようにすることで、コリメートレンズ５６からの反射光の影響が低減されるので、測定時に発生するノイズを低減することができる。
【００６７】
図１に示す光検出装置５３は、反射光ＬＲの光スペクトルを検出する分光器を備える。分光器は、モノクロメータ又はマルチチャンネル分光器等がある。本実施形態においては、検出速度が速いという観点からマルチチャンネル分光器を採用している。マルチチャンネル分光器とは、入射した光をプリズム、グレーティング等を用いて波長領域に分散させ、アレイ状に配列された光検出素子によってスペクトルを検出する装置である。マルチチャンネル分光器は、アレイ状に配列された光検出素子のピクセル毎に特定の波長幅のピッチをもって測定結果を得ることができる。測定レンジをピクセル数で除算したものをピクセル分解能というものとする。ピクセル分解能は、分光器が検出可能な光の波長の分解能である。
【００６８】
図１９及び図２０は、光検出装置が備える分光器のピクセルを示す図である。図１９に示す分光器５３ＳＡは、５個のピクセルＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５を有する。図２０に示す分光器５３ＳＢも、５個のピクセルＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１１４を有する。分光器５３ＳＡのピクセルＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５は、それぞれ波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５（λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５）の光を検出する。分光器５３ＳＢのピクセルＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５は、それぞれ波長λ１１、λ１２、λ１３、λ１４、λ１５（λ１１＜λ１２＜λ１３＜λ１４＜λ１５）の光を検出する。
【００６９】
波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５は、この順に１μｍずつ大きくなっており、波長λ１１、λ１２、λ１３、λ１４、λ１５この順に０．１μｍずつ大きくなっている。したがって、分光器５３ＳＡのピクセル分解能Ｐ１は１ｎｍであり、分光器５３ＳＡのピクセル分解能Ｐ２は０．１ｎｍである。分光器５３ＳＡと分光器５３ＳＢとで、ピクセルの数（ピクセル数）が同一である場合（図１９及び図２０に示す例ではピクセル数はいずれも５個で同一）、スペクトルのピーク位置を算出するためにはピクセル分解能Ｐ１、Ｐ２が高い分光器５３ＳＢの方が、スペクトルピークの形状を正確により計測できるので好ましい。ピクセル分解能は小さい方が高いと定義する。
【００７０】
図２１は、図１９に示す分光器が検出した反射光のスペクトルの一例を示す図である。図２２は、図２０に示す分光器が検出した反射光のスペクトルの一例を示す図である。図２１及び図２２は、横軸が波長λであり、縦軸が反射光強度である。図１に示す光検出装置５３は、異なるピクセル分解能の分光器５３ＳＡ、５３ＳＢを備えるか又はピクセル分解能が可変の分光器を備えてもよい。このようにすることで、広い測定レンジ（ピクセル分解能が低い）によっておおよそのピーク位置を割り出し、狭い測定レンジ（ピクセル分解能が高い）によって正確なピーク位置を検出する。光検出装置５３が分光器５３ＳＡと分光器５３ＳＢとを備える場合、広い測定レンジ、すなわち相対的に低いピクセル分解能Ｐ１の分光器５３ＳＡによって、図２１に示すようなおおよそのピーク位置を割り出す。狭い測定レンジ、すなわち相対的に高いピクセル分解能Ｐ２の分光器５３ＳＢによって、図２２に示すような正確なピーク位置を検出する。図１に示す標的物質検出装置１０では、処理部１３は、第１分光器としての分光器５３ＳＡを用いて反射光の極値の波長を求めた後、第２分光器としての分光器５３ＳＢを用いて分光器５３ＳＡによって求めた極値の波長の範囲内において、反射光の極値の波長を求める。このようにすることで、広い測定レンジと正確なピーク位置検出とを両立することができる。
【００７１】
図２３は、分光器が備える光検出素子を冷却しないときにおける反射光のスペクトルの一例を示す図である。図２４は、分光器が備える光検出素子を冷却したときにおける反射光のスペクトルの一例を示す図である。図２３及び図２４は、横軸が波長λであり、縦軸が反射光強度である。いずれの図も、点線ＳＴが実際の反射光のスペクトルであり、実線ＳＧが分光器によって検出された反射光のスペクトルの検出結果である。分光器が備える光検出素子が発熱すると、図２２の実線で示す検出結果ＳＧのように、熱に起因するノイズが発生する。このノイズ除去するために、光検出素子を冷却することが好ましい。光検出素子を冷却することにより、図２３の実線で示す検出結果ＳＧのように、熱に起因するノイズを低減することができる。光検出素子を冷却するためには、例えば、ペルチェ素子等を用いることができる。
【００７２】
［液体取扱部］
次に、図１に示す液体取扱部１４について説明する。図１に示す液体取扱部１４は、標的物質捕捉物質を含んだ溶液等の液体Ｌを保持しておく第１容器３０と、液体送り装置としてのポンプ３１と、フォトニック結晶バイオセンサー１１から排出された液体Ｌを溜めておく第２容器３２とを含む。ポンプ３１は、図１に示す処理部１３によって制御される。第１容器３０には、液体供給管２５が差し込まれている。液体排出管２６は、ポンプ３１の入口に接続されている。ポンプ３１の出口に接続された排出管３３は、第２容器３２に差し込まれている。ポンプ３１は、液体排出管２６から液体Ｌを吸引することにより、第１容器３０内の液体Ｌをフォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内に供給する。計測が終了したら、ポンプ３１は、フォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内の液体Ｌを吸引して、排出管３３から第２容器３２に排出する。このように、液体取扱部１４は、ポンプ３１によって、標的物質捕捉物質を含んだ溶液等の液体Ｌを、フォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内に供給する。
【００７３】
図２５及び図２６は、液体取扱部の変形例を示す図である。図２５に示す液体取扱部１４ａは、第１容器３０Ａと、ポンプ３１と、第２容器３２と、三方弁３４と、第３容器３１Ｂとを含む。三方弁３４の２つの入口である第１入口３４Ｉと第２入口３４Ｉ２とには、それぞれ第１液体供給管２５Ａと第２液体供給管２５Ｂとが接続されている。第１液体供給管２５Ａは第１容器３０Ａ内に、第２液体供給管２５Ｂは第２容器３０Ｂ内に差し込まれている。三方弁３４の出口３４Ｅには、液体供給管２５が接続されている。三方弁３４は、第１入口３４Ｉ１と出口３４Ｅとを接続する第１の状態と、第２入口３４Ｉ２と出口３４Ｅとを接続する第２の状態とを切り替えることができる。本実施形態においては、図１に示す処理部１３が三方弁３４を制御して、第１の状態と第２の状態とを切り替える。三方弁３４が第１の状態でポンプ３１が駆動されると、第１容器３０Ａ内の液体Ｌがフォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内に供給される。三方弁３４が第２の状態でポンプ３１が駆動されると、第２容器３０Ａ内の液体Ｌがフォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内に供給される。第１容器３０Ａと第３容器３０Ｂとにそれぞれ異なる種類の液体Ｌを保持させておけば、三方弁３４が切り替えられることにより、異なる液体Ｌをフォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内に供給することができる。このように、液体取扱部１４ａは、複数の液体Ｌをフォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内に供給する作業を簡単にすることができる。
【００７４】
図２６に示す液体取扱部１４ｂは、図１に示す液体取扱部１４と同様であるが、液体取扱部１４が負圧（陰圧）によって液体Ｌをフォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内に供給しているのに対し、正圧（陽圧）によって供給する点が異なる。このため、ポンプ３１の入口に接続されている吸引管３５が第１容器３０Ａ内に差し込まれ、ポンプ３１の出口に液体供給管２５が接続されている。液体排出管２６は、第２容器３０Ｂ内に差し込まれている。ポンプ３１が駆動されると、ポンプ３１が第１容器３０Ａ内から吸引した液体Ｌは、ポンプ３１の出口から吐出された後、液体供給管２５を通ってフォトニック結晶バイオセンサー１１の開口部２３Ｐ内に供給される。
【００７５】
［フォトニック結晶バイオセンサーの変形例］
図２７、図２８及び図２９は、フォトニック結晶バイオセンサーの第１変形例を示す図である。フォトニック結晶バイオセンサー１１Ａは、前述したフォトニック結晶バイオセンサー１１と同様の構造であるが、支持部材２４Ａが、金属膜被覆フォトニック結晶２１を載置する側に、支持部材２４Ａとの間に金属膜被覆フォトニック結晶２１を挟み込んだ保持部材２３と係り合う複数の爪４１を有する点が異なる。他の構造は、前述したフォトニック結晶バイオセンサー１１と同様である。図２７及び図２９に示すように、複数の爪４１は、支持部材２４Ａの金属膜被覆フォトニック結晶２１を載置する面、かつその外縁部に設けられた支持体４０の先端部に設けられている。爪４１は、図２９に示すように、断面が三角形形状である。フォトニック結晶バイオセンサー１１Ａは、金属膜被覆フォトニック結晶２１を支持部材２４Ａに載置した後、保持部材２３及び被覆部材２２をこの順で複数の爪４１の間に嵌め込む。爪４１は、被覆部材２２の表面に係り合うことにより、被覆部材２２及び保持部材２３を介して、金属膜被覆フォトニック結晶２１を保持部材２３と支持部材２４との間に挟み込む。フォトニック結晶バイオセンサー１１Ａは、図３に示す取付治具２７、２８を用いないで金属膜被覆フォトニック結晶２１を固定できる。爪４１は、図２９に示すように、支持部材２４Ａから遠ざかるにしたがって、対向する爪４１の間隔が大きくなっている。このようにすることで、金属膜被覆フォトニック結晶２１が載置された支持部材２４Ａに、保持部材２３及び被覆部材２２を嵌め込みやすくなる。
【００７６】
図３０及び図３１は、フォトニック結晶バイオセンサーの第２変形例を示す図である。フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｂは、前述したフォトニック結晶バイオセンサー１１と同様の構造であるが、支持部材２４Ｂが、金属膜被覆フォトニック結晶２１を載置する側に、保持部材２３を保持し、かつ保持部材２３を覆った被覆部材２２とを嵌め込む部分を備える点が異なる。他の構造は、前述したフォトニック結晶バイオセンサー１１と同様である。図３０及び図３１に示すように、支持部材２４Ａの金属膜被覆フォトニック結晶２１を載置する面２４Ｐ、かつその外縁部には、保持部材２３を保持し、かつ被覆部材２２が嵌め込まれる壁４２が設けられる。壁４２は、面２４Ｐの外縁部から支持部材２４の厚み方向に向かって立ち上がっている。壁４２は、支持部材２４Ａの金属膜被覆フォトニック結晶２１を載置する面２４Ｐを取り囲んでいる。壁４２によって囲まれる部分に、金属膜被覆フォトニック結晶２１が載置される。壁４２によって囲まれる部分に保持部材２３が取り付けられることにより、保持部材２３と支持部材２４Ｂとの間に金属膜被覆フォトニック結晶２１が挟み込まれる。この状態で、保持部材２３の表面に被覆部材２２を取り付ける。壁４２によって囲まれる部分の寸法は、被覆部材２２の外縁の寸法よりも小さくなっている。このため、被覆部材は、壁４２に嵌め込まれることによって壁４２に固定される。フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｂは、図３に示す取付治具２７、２８を用いないで金属膜被覆フォトニック結晶２１を固定できる。
【００７７】
本実施形態及びその変形例は、フォトニック結晶バイオセンサー１１等の保持部材２３が有する開口部２３Ｐに液体を導入する。このようにすることで、金属膜被覆フォトニック結晶２１を支持部材２４と保持部材２３との間に挟持した状態で開口部２３Ｐ内の液体を置換することができる。その結果、金属膜被覆フォトニック結晶２１を取り付ける際の誤差に起因した測定ノイズを低減することができる。その結果、標的物質の検出感度が向上する。本実施形態及びその変形例の構成は、以下の実施形態においても適宜適用したり、組み合わせたりすることが可能である。
【００７８】
［実施形態２］
図３２及び図３３は、実施形態２に係るフォトニック結晶バイオセンサーを示す図である。実施形態２は、保持部材が複数の開口部を備える点が実施形態１及びその変形例とは異なる。他の構造は、実施形態１及びその変形例と同様であるので、同様の部分については必要に応じて説明を省略する。フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｃは、支持部材２４Ｃと、保持部材２３Ｃと、被覆部材２２とを含む。保持部材２３Ｃは、支持部材２４Ｃに載置された金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃと重なる複数の開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３を有する。開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３は、図３３に示すように、板状の部材である保持部材２３Ｃの最も大きい対向する２つの平面同士を貫通している。開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３は、図３３に示すように溝状となっており、金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃに重なって開口している。複数の開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３は、互いに交差していない。本実施形態において、それぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３は、金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃに並列して配置される。複数の開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３は、互いに平行になっている必要はない。
【００７９】
金属膜被覆フォトニック結晶２１を載置する支持部材２４Ｃは、複数の孔２４Ｉ１、２４Ｉ２、２４Ｉ３、２４Ｅ１、２４Ｅ２、２４Ｅ３を有する。開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３は、支持部材２４Ｃの孔２４Ｉ１、２４Ｉ２、２４Ｉ３、２４Ｅ１、２４Ｅ２、２４Ｅ３とも重なっている。孔２４Ｉ１、２４Ｉ２、２４Ｉ３、２４Ｅ１、２４Ｅ２、２４Ｅ３は、金属膜被覆フォトニック結晶２１が保持部材２３と支持部材２４とに挟み込まれた状態で、複数の開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３のうちの１つに対して２つがそれぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に対して開口する。具体的には、孔２４Ｉ１と孔２４Ｅ１とが開口部２３Ｐ１に開口し、孔２４Ｉ２と孔２４Ｅ２とが開口部２３Ｐ２に開口し、孔２４Ｉ３と孔２４Ｅ３とが開口部２３Ｐ３に開口する。孔２４Ｉ１は開口部２３Ｐ１内に、孔２４Ｉ２は開口部２３Ｐ２内に、孔２４Ｉ３は開口部２３Ｐ３内に、標的物質捕捉物質を含んだ溶液等の液体を供給する。孔２４Ｅ１は開口部２３Ｐ１内から、孔２４Ｅ２は開口部２３Ｐ２内から、孔２４Ｅ３は開口部２３Ｐ３内から、標的物質捕捉物質を含んだ溶液等の液体を排出する。以下、孔２４Ｉ１、２４Ｉ２、２４Ｉ３を適宜供給孔２４Ｉ１、２４Ｉ２、２４Ｉ３と呼び、孔２４Ｅ１、２４Ｅ２、２４Ｅ３を排出孔２４Ｅ１、２４Ｅ２、２４Ｅ３と呼ぶ。供給孔２４Ｉ１、２４Ｉ２、２４Ｉ３と液体供給管とは、接続部材２５Ｓ１、２５Ｓ２、２５Ｓ３を介して接続される。排出孔２４Ｅ１、２４Ｅ２、２４Ｅ３と液体供給管とは、接続部材２６Ｓ１、２６Ｓ２、２６Ｓ３を介して接続される。このような構造により、フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｃは、それぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に液体を導入することができるので、１つの金属膜被覆フォトニック結晶２１で異なる種類の液体を評価することもできる。
【００８０】
それぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に液体を導入するにあたり、排出孔２４Ｅ１、２４Ｅ２、２４Ｅ３をポンプの入口に接続し、陰圧を利用して開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に液体を導入してもよい。この場合、ポンプはそれぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に対応して設けられてもよいし、１台のポンプでそれぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に液体を供給し、それぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３から液体を排出させてもよい。また、供給孔２４Ｉ１、２４Ｉ２、２４Ｉ３にポンプの出口を接続し、陽圧を利用して開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に液体を導入してもよい。この場合、ポンプはそれぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に対応して設けられる。
【００８１】
金属膜被覆フォトニック結晶２１は微細構造を有するため、同一の製造プロセスで製造しても、形状を精密に制御することが難しい。このため、金属膜被覆フォトニック結晶２１毎にばらつきが存在する。フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｃは、それぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に液体を導入することができるので、検査と同時に金属膜被覆フォトニック結晶２１を校正することができる。その結果、フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｃは、高精度な測定を実現できる。例えば、検査対象の溶液と性状（例えば濃度等）が既知の標準溶液とを同時に金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃに導入する。標準溶液の濃度は予め分かっているため、標準溶液の検出結果と検査対象の溶液の検出結果とから検量線を求めることにより、検査と同時に金属膜被覆フォトニック結晶２１を校正することができる。その結果、フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｃは、検査対象の溶液中に含まれる標的物質の濃度等を高精度に測定することができる。また、それぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３と、支持部材２４Ｃと被覆部材２２とで囲まれる空間の体積は、実施形態１における開口部２３Ｐと支持部材２４と被覆部材２２とで囲まれる空間の体積よりも小さいので、開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に供給する液体の量は少なくて済む。このため、高価な液体を用いる場合は特に好ましい。
【００８２】
保持部材２３Ｃが２以上の開口部を有していれば、金属膜被覆フォトニック結晶２１を校正することができる。このため、保持部材２３Ｃは、２以上の開口部を有することが好ましい。また、金属膜被覆フォトニック結晶２１をより正確に校正するためには、検査対象の溶液に加えて、標準溶液を複数導入することが好ましい。このため、保持部材２３Ｃは、３以上の開口部を有するとより好ましい。
【００８３】
図３４は、実施形態２に係る光検出ユニットを示す斜視図である。図３５及び図３６は、実施形態２に係る光検出ユニットの分解図である。光検出ユニット５０は、フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｃの保持部材２３Ｃが備える複数（本実施形態では３つ）の開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３から金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃに光を照射し、反射光を受光する。このため、光検出ユニット５０は、図３４及び図３５に示すように、複数の測定プローブ５２Ｃを備えている。
【００８４】
光検出ユニット５０は、図３４に示すように、筐体４３内に、複数の測定プローブ５２Ｃが格納される。筐体４３は、第１筐体４３Ａと第２筐体４３Ｂとに分割されている。図３５に示すように、筐体４３の内部には、複数の測定プローブ５２Ｃを収納し、保持した保持ユニット４４が取り付けられる。保持ユニット４４は、第１部材４４Ａと第２部材４４Ｂとに二分割されている。図３５及び図３６に示すように、第１部材４４Ａと第２部材４４Ｂとの間に、複数の測定プローブ５２Ｃが配置される。保持ユニット４４の一端部には、金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃに光を照射し、反射光を受光するための複数（本実施形態では３個）の開口４６が設けられている。複数の開口４６の間隔は、金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃにおける複数の開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３の間隔と同一である。測定プローブ５２Ｃは、図１４に示す測定プローブ５２と同様に、第１光ファイバー５４と第２光ファイバー５５とが接合され、第１光ファイバー５４の光の出射面と、第２光ファイバー５５の入射面とが同一の入出射面５２Ｐに配置される。
【００８５】
図３６に示すように、測定プローブ５２の入出射面５２Ｐと開口４６との間には、コリメートレンズ５６Ｃが配置される。開口４６は、第１部材４４Ａの一端部に形成された切り欠き４６Ａと第２部材４４Ｂの一端部に形成された切り欠き４６Ｂとが組み合わされたものである。図３６に示すように、第２部材４４Ｂは、測定プローブ５２Ｃを保持するための複数の溝４５を有している。第１部材４４Ａも、第２部材４４Ｂと同様に複数の溝４５を有している。測定プローブ５２Ｃは、第１部材４４Ａ及び第２部材４４Ｂの溝４５に挟み込まれて保持される。
【００８６】
コリメートレンズ５６Ｃは、球形のレンズである。図３６に示すように、第２部材４４Ｂは、コリメートレンズ５６Ｃを保持するための複数の凹部４７を有している。第１部材４４Ａも、第２部材４４Ｂと同様に複数の凹部４７を有している。測定プローブ５２Ｃは、第１部材４４Ａ及び第２部材４４Ｂの凹部４７に挟み込まれて保持される。このような構造により、光検出ユニット５０は、近接して隣り合った開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３を介して、金属膜被覆フォトニック結晶２１の標的物質を捕捉する部分２１Ｃに光を照射し、反射光を受光することができる。
【００８７】
以上、本実施形態は、フォトニック結晶バイオセンサー１１Ｃが備えるそれぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に液体を導入することができるので、検査と同時に金属膜被覆フォトニック結晶２１を校正することができる。その結果、本実施形態は、高精度な測定を実現できる。また、それぞれの開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３と、支持部材２４Ｃと被覆部材２２とで囲まれる空間の体積は小さいので、開口部２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３に供給する液体の量は少なくて済む。
【００８８】
前述した実施形態１及び実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０  標的物質検出装置
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  フォトニック結晶バイオセンサー
１１Ｈ  保持装置
１２  光検出部
１３  処理部
１３  制御装置
１４、１４ａ、１４ｂ  液体取扱部
２１  金属膜被覆フォトニック結晶
２２  被覆部材
２３、２３Ｃ  保持部材
２３Ｐ、２３Ｐ１、２３Ｐ２、２３Ｐ３  開口部
２３ＳＰ  空間
２４ＨＩ、２４Ｉ１、２４Ｉ２、２４Ｉ３  孔（供給孔）
２４ＨＥ、２４Ｅ１、２４Ｅ２、２４Ｅ３  孔（排出孔）
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ  支持部材
２５、２５Ａ、２５Ｂ  液体供給管
２６  液体排出管
３０、３０Ａ  第１容器
３０Ｂ  第３容器
３１  ポンプ
３２  第２容器
３４  三方弁
４１  爪
４２  壁
４３  筐体
４４  保持ユニット
４５  溝
４６  開口
４７  凹部
５０  光検出ユニット
５１  光源
５２、５２Ｃ  測定プローブ
５２Ｐ  入出射面
５３  光検出装置
５３ＳＡ  第１分光器（分光器）
５３ＳＢ  第２分光器（分光器）
５４  第１光ファイバー
５４Ｐ  出射面
５５  第２光ファイバー
５５Ｐ  入射面
５６、５６Ｃ  コリメートレンズ
６５  フォトニック結晶
６６  金属膜
６９  反射面
７４  抗体
７５  ブロッキング剤
７６  抗原
７７  複合体
【図１】
2014215291.tif 000004
【図２】
2014215291.tif 000005
【図３】
2014215291.tif 000006
【図４】
2014215291.tif 000007
【図５】
2014215291.tif 000008
【図６】
2014215291.tif 000009
【図７】
2014215291.tif 000010
【図８】
2014215291.tif 000011
【図９】
2014215291.tif 000012
【図１０】
2014215291.tif 000013
【図１１】
2014215291.tif 000014
【図１２】
2014215291.tif 000015
【図１３】
2014215291.tif 000016
【図１４】
2014215291.tif 000017
【図１５】
2014215291.tif 000018
【図１６】
2014215291.tif 000019
【図１７】
2014215291.tif 000020
【図１８】
2014215291.tif 000021
【図１９】
2014215291.tif 000022
【図２０】
2014215291.tif 000023
【図２１】
2014215291.tif 000024
【図２２】
2014215291.tif 000025
【図２３】
2014215291.tif 000026
【図２４】
2014215291.tif 000027
【図２５】
2014215291.tif 000028
【図２６】
2014215291.tif 000029
【図２７】
2014215291.tif 000030
【図２８】
2014215291.tif 000031
【図２９】
2014215291.tif 000032
【図３０】
2014215291.tif 000033
【図３１】
2014215291.tif 000034
【図３２】
2014215291.tif 000035
【図３３】
2014215291.tif 000036
【図３４】
2014215291.tif 000037
【図３５】
2014215291.tif 000038
【図３６】
2014215291.tif 000039