(57)【要約】【課題】表面プラズモン励起増強蛍光測定において、コリメーターを不要とする。【解決手段】誘電体基板１は、光を透過する基材の表面に金属薄膜２が形成されている。金属薄膜２の表面に、蛍光物質を含む反応層３が形成される。誘電体基板１の基材側から、金属薄膜２における反応層３が形成される部分の裏面に、表面プラズモンを励起する角度で励起光が照射されることによって、蛍光物質が蛍光を発生する。導光部材５は、反応層３で発生する蛍光を、反応層３から光検出部２５に透過させる。反応層３から光検出部２５に透過される蛍光の光路中に、波長選択部材６が配置される。波長選択部材６は、入射角度に関係なく、蛍光の波長の光を所定の割合以上透過させ、励起光の波長の光を所定の割合以下に減衰させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する基材の表面に金属薄膜が形成された基板と、
前記基材側から、前記金属薄膜の表面に蛍光物質を含む反応層が形成される部分の前記金属薄膜の裏面に、表面プラズモンを励起する角度で励起光が照射されることによって前記蛍光物質が発生する蛍光を、前記反応層から、該蛍光を電気信号に変換する光検出部に透過させる導光部と、
前記導光部の前記蛍光の光路中に配置され、入射角度に関係なく、前記蛍光の波長の光を所定の割合以上透過させ、前記励起光の波長の光を所定の割合以下に減衰させる、入射角非依存性の波長選択部材と、
を備えることを特徴とする表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項２】
前記波長選択部材は、前記蛍光の波長の光の透過率と前記蛍光以外の波長の光の透過率との比が２以上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励起増強蛍光取得構造体。
【請求項３】
前記蛍光以外の波長の光が、少なくとも前記励起光を含むことを特徴とする請求項２に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項４】
前記蛍光以外の波長の光が、前記励起光であることを特徴とする請求項２に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項５】
前記導光部の一部に導光部材を含み、前記導光部材に前記波長選択部材が一体に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項６】
前記導光部の一部に導光部材を含み、前記導光部材の少なくとも一部が前記波長選択部材の性質を有する物質で形成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項７】
前記導光部材を保持する導光部材保持部を有し、
前記導光部材保持部は、前記導光部材の遮光部材として機能する、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項８】
前記導光部材保持部は、複数の部材から構成され、該複数の部材を嵌合することで組み立て可能であることを特徴とする請求項７に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項９】
前記導光部材と前記基板との間に、前記蛍光物質が発生する蛍光を前記導光部材に集める集光レンズが配置されていることを特徴とする、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項１０】
前記基板の前記金属薄膜が形成される面を覆い、前記反応層が形成される部分を通る流路が形成されたカバーを備え、
前記集光レンズは、前記カバーに固定または一体に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項１１】
前記集光レンズは、前記導光部材側に固定または一体に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項１２】
前記導光部材の、前記蛍光が入射する面と前記蛍光が出射する面以外の側面を遮光する、遮光部材を備えることを特徴とする、請求項５ないし１１のいずれか１項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項１３】
前記基板の前記金属薄膜が形成される面を覆い、前記反応層が形成される部分を通る流路が形成されたカバーを備え、
前記カバーは、前記流路に液体を通すノズルまたはチューブを挿入する孔が形成されていることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体と、
前記基材側から、前記金属薄膜における前記反応層の裏面に表面プラズモンを励起する角度で励起光を照射する光源と、
蛍光物質が発生する蛍光を電気信号に変換する光検出部と、
を備えることを特徴とする表面プラズモン励起増強蛍光測定システム。
【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取得構造体および表面プラズモン励起増強蛍光測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ：Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）を用いて、例えば生体反応で生成される微量な物質を検出することが行われている。ＳＰＦＳでは、蛍光物質を励起させる励起光に比べて蛍光の光強度が極めて低いため、蛍光を検出する際に反射した励起光から蛍光を高い精度で弁別して検出することが必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、蛍光を全反射条件で光検出手段に到達させる全反射機能部材（集光部材）の上面または下面に、蛍光以外の不要な光を除去する波長選択機能部材を配設することが開示されている。特許文献１の表面プラズモン増強蛍光センサでは、波長選択機能部材として、干渉フィルターを用いることが記載されている。
【０００４】
特許文献３には、表面プラズモン共鳴角検出（ＳＰＲ）法とＳＰＦＳ法を組み合わせることにより、被検体の特性を高精度に検出する技術が開示されている。特許文献３の表面プラズモン共鳴角および蛍光同時検出装置は、光源からの光を所定角度幅で、基板における金属薄膜の境界に照射して、反射光より検出される表面プラズモン共鳴角と、基板における金属薄膜の境界にて光が全反射する際に生じるエバネッセント波により励起される蛍光物質からの蛍光とに基づいて、試料プローブに結合した被検体を検出する。
【０００５】
蛍光染料や蛍光ラベルモノクロナール抗体などの蛍光物質で蛍光標識された細胞を解析する場合には、蛍光の波長を選択するために色ガラスフィルターを用いることがある（例えば、特許文献２参照）。しかし、ＳＰＦＳでは蛍光の光強度が極めて低いので、計測対象の蛍光を減衰させず励起光を大幅に減衰させて効果的に波長選択するために、干渉フィルターが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１０１０５２号
【特許文献２】特開平０５−４５３５５号公報
【特許文献３】特開２００２−６２２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
干渉フィルターは、波長選択性は色ガラスフィルターよりも高い。また、透過する光の減衰率が小さく、カットする光の減衰率は極めて高い。しかし、干渉フィルターは波長選択特性が入射角に大きく依存し、干渉フィルターの面に規定の角度で入射する光については、高い波長選択性を有するが、入射角が規定の角度から変化すると、カット波長域が短波長側へシフトし、透過率も減少する。
【０００８】
そこで、干渉フィルターで波長選択するには、観測対象の光をコリメーターで平行光線にして干渉フィルターに入射させる必要がある。コリメーターを構成するためにレンズを備え、調整する必要がある。コリメーターでは、点光源ではなく一定の面積をもつ反応場の蛍光のコリメーションを行うことは困難である。さらに、散乱してコリメーターに入射する励起光も平行にする必要があるが、そのような光学系の調整は難しい。そして、コリメート光を形成すると光密度が低下し、受光素子の限られた受光面積に十分な光を導くことが難しくなる。
【０００９】
また、微弱な蛍光を受光素子に導くために、レンズを用いる光学系では、多段のレンズを組む必要がある。この場合、光学系がかさばるだけでなく、光軸の調整が難しく、さらに使用中に光軸がずれる可能性がある。したがって、表面プラズモン励起増強蛍光測定装置の大型化、および製造コストの増大につながる。そしてレンズ径と距離に基づく開口数により、導光すべき光が制限されるため、高感度化には不利である。さらに、蛍光が点光源でないこと、および多方位からの励起光の散乱光を理想的に平行光にすることは困難である。蛍光と励起光の強度比からすると、平行光にならない光成分がかなり高い割合を占める。
【００１０】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、表面プラズモン励起増強蛍光測定において、コリメーターを不要とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体は、
光を透過する基材の表面に金属薄膜が形成された基板と、
前記基材側から、前記金属薄膜の表面に蛍光物質を含む反応層が形成される部分の前記金属薄膜の裏面に、表面プラズモンを励起する角度で励起光が照射されることによって前記蛍光物質が発生する蛍光を、前記反応層から、該蛍光を電気信号に変換する光検出部に透過させる導光部と、
前記導光部の前記蛍光の光路中に配置され、入射角度に関係なく、前記蛍光の波長の光を所定の割合以上透過させ、前記励起光の波長の光を所定の割合以下に減衰させる、入射角非依存性の波長選択部材と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記波長選択部材は、前記蛍光の波長の光の透過率と前記蛍光以外の波長の光の透過率との比が２以上であることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記蛍光以外の波長の光が、少なくとも前記励起光を含むことを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、前記蛍光以外の波長の光が、前記励起光であることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記導光部の一部に導光部材を含み、前記導光部材に前記波長選択部材が一体に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
または、前記導光部の一部に導光部材を含み、前記導光部材の少なくとも一部が前記波長選択部材の性質を有する物質で形成されてもよい。
【００１７】
好ましくは、前記導光部材を保持する導光部材保持部を有し、
前記導光部材保持部は、前記導光部材の遮光部材として機能する、
ことを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記導光部材保持部は、複数の部材から構成され、該複数の部材を嵌合することで組み立て可能であってよい。
【００１９】
好ましくは、前記導光部材と前記基板との間に、前記蛍光物質が発生する蛍光を前記導光部材に集める集光レンズが配置されていることを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、前記基板の前記金属薄膜が形成される面を覆い、前記反応層が形成される部分を通る流路が形成されたカバーを備え、
前記集光レンズは、前記カバーに固定または一体に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
あるいは、前記集光レンズは、前記導光部材側に固定または一体に形成されていてもよい。
【００２２】
好ましくは、前記導光部材の、前記蛍光が入射する面と前記蛍光が出射する面以外の側面を遮光する、遮光部材を備えることを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、前記基板の前記金属薄膜が形成される面を覆い、前記反応層が形成される部分を通る流路が形成されたカバーを備え、
前記カバーは、前記流路に液体を通すノズルまたはチューブを挿入する孔が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の第２の観点に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムは、
第１の観点に係る表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体と、
前記基材側から、前記金属薄膜における前記反応層の裏面に表面プラズモンを励起する角度で励起光を照射する光源と、
蛍光物質が発生する蛍光を電気信号に変換する光検出部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、表面プラズモン励起増強蛍光測定において、コリメーターを不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。
【図２】フィルターの概念的な特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。表面プラズモン励起増強蛍光測定システム（以下、ＳＰＦＳシステムという）２０は、表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体２１、光源２２、励起光導光部２３、受光部２４および光検出部２５から構成される。表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体（以下、ＳＰＦ取得構造体という）２１は、誘電体基板１、反応層３、集光レンズ４、ロッドレンズ（導光部材）５および波長選択部材（光フィルター）６を備える。誘電体基板１は、光（励起光）を透過する基材（誘電体）の表面に金属薄膜２が形成されている。
【００２９】
集光レンズ４は、例えば半球レンズである。集光レンズ４は、反応層３に対向し、反応層３に当接または一定の距離に近接して、カバー１１に保持される。集光レンズ４とカバー１１を一体に形成してもよい。ロッドレンズ５は、レンズホルダ（導光部材保持部）１２によって集光レンズ４の凸面に当接または近接して保持される。ロッドレンズ５は、例えば、光ファイバガラスまたは透明性樹脂から形成される。集光レンズ４とロッドレンズ５の光軸は一致し、光軸が反応層３の中心を通るように配置される。集光レンズ４とロッドレンズ５は、導光部材である。
【００３０】
ロッドレンズ５の、集光レンズ４と反対側には、波長選択部材６を挟んで、光検出部２５が対向して配置される。光検出部２５は、受光面がロッドレンズ５の端面に対向している。光検出部２５は、例えば、光電子倍増管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）である。
【００３１】
波長選択部材６は、光の入射角に依存しない波長選択特性を有する。波長選択部材６には、例えば、色ガラスフィルターを用いる。波長選択部材６には、色ガラスフィルターの他、色水、オイル、着色したプラスティック等を用いることができる。例えば、波長選択部材６として、所望の波長選択特性を有する色素の溶液を透明な容器に封入して用いてもよい。また、着色した可撓性のあるフィルムなどを用いることができる。波長選択部材６を、ロッドレンズ５の端面に密着させて一体化してもよい。
【００３２】
誘電体基板１は、励起光導光部２３に密着されて載置される。励起光導光部２３は、例えば、プリズムまたはシリンドリカルレンズである。図１では、励起光導光部２３として、シリンドリカルレンズの場合が示されている。励起光導光部２３と誘電体基板１の境界で、励起光Ｅが反射しないように、間に誘電体基板１と同じ屈折率を有し透明な液を塗布して密着させる。誘電体基板１と励起光導光部２３を一体に形成してもよい。
【００３３】
光源２２は、誘電体基板１の励起光導光部２３側から金属薄膜２に、表面プラズモン共鳴角で励起光Ｅを照射する。受光部２４は、励起光Ｅを受光し、励起光Ｅの強度から表面プラズモン共鳴が生起しているかどうかを検知する。また、外部に散乱させないように励起光Ｅを吸収する。
【００３４】
誘電体基板１と金属薄膜２の境界にて光が全反射する際に生じるエバネッセント波により、反応層３に含まれる蛍光物質から蛍光が発生する。例えば、抗原抗体反応により捕捉された標識蛍光分子を、局在偏光により励起することによって蛍光を発生する。蛍光の光量は、蛍光を発生する反応物質の量（濃度）に依存する。蛍光の光量を測定することによって、反応物質の量（濃度）を知ることができる。
【００３５】
なお、誘電体基板１の表面に形成される金属薄膜２の材質として、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種の金属である。より好ましくは、金属薄膜２は金からなり、さらにこれらの金属の合金または積層であってもよい。
【００３６】
励起される蛍光物質からの蛍光は、集光レンズ４でロッドレンズ５の径に集光され、ロッドレンズ５の端面に入射される。集光レンズ４は、ロッドレンズ５に入射する蛍光が、ロッドレンズ５の側面で全反射するか、側面に当たることなくロッドレンズ５の他端から出射するように、蛍光を集光する。ロッドレンズ５の集光レンズ４側の端面から入射した光は、ロッドレンズ５の材質による減衰を受けるのみで、ほとんど他端から出射する。
【００３７】
さらに、ロッドレンズ５の側面に反射層、例えば、アルミニウム、金、銀などの金属をスパッタリング等で成膜して、臨界角に満たない光線も側面で反射させて導光させてもよい。また、レンズホルダ１２の内壁に同様の表面処理を施してもよいし、ロッドレンズ５とレンズホルダ１２のすき間に光を反射する物質を充填してもよい。このようにして、ロッドレンズ５の集光レンズ４側の端面から入射した光を、他端から出射させることが望ましい。
【００３８】
ロッドレンズ５から出射した光は、波長選択部材６で蛍光以外の波長の光が大きく減衰されて、光検出部２５の受光面に入射する。反応層３（金属薄膜２）から光検出部２５に到る光の経路を導光部という。本実施の形態のＳＰＦ取得構造体２１は、導光部の蛍光の光路中に、入射角に関係なく、蛍光の波長の光を所定の割合以上透過させ、励起光の波長の光を所定の割合以下に減衰させる、入射角非依存性の波長選択部材６が配置される。
【００３９】
蛍光を発生する反応場は一定の面積を有し、点光源ではないのでロッドレンズ５から出射する光は平行光線にはならない。また、波長選択部材６には、平行ではない蛍光以外に、励起光が洩れた光、および、励起光が反射または散乱した光が、さまざまな入射角で入射する。しかし、波長選択部材６は入射角に依存しない波長選択特性を有するので、蛍光以外の光は入射角によらず一様に減衰される。その結果、コリメーターを用いなくても光検出部２５で蛍光の光量を検知することができる。
【００４０】
図２は、フィルターの概念的な特性を示す図である。図２の色ガラスフィルターの透過率Ａは、減衰が小さい（透過する）波長の透過率と減衰が大きい（遮断する）波長の透過率の比（選択比という）が、干渉フィルターの透過率Ｂの選択比より小さい。また、干渉フィルターの透過率Ｂは、遮断する波長から透過する波長への傾きが急峻であるのに対して、色ガラスフィルターの遮断する波長から透過する波長への傾きはなだらかである。しかし、干渉フィルターの透過率Ｂは、規定の入射角の場合であって、規定の入射角からずれた光の成分があると、透過率Ｂは、一点鎖線で示される透過率Ｂ’のように大きく変化し、透過率Ｂのような選択比は得られない。
【００４１】
図２の透過率Ｂ’および二点鎖線で示される透過率Ｂ”は、干渉フィルターに規定の入射角より大きい角度で入射する光がある場合の一例を概念的に示す。規定の入射角をθ（透過率Ｂのとき）、透過率Ｂ’のときの入射角をθ’、透過率Ｂ”のときの入射角をθ”としたとき、θ＜θ’＜θ”の関係にあり、通常θ＝０°（入射面の法線に一致する）である。フィルターに入射する全光線の入射角がθであれば、干渉フィルターは透過率Ｂの特性となるのであるが、実際はθ’やθ”のようにθより大きい任意の入射角で干渉フィルターに入射する成分も混じる。干渉フィルターに規定の入射角より大きい角度で入射する光線が生じる理由の一つ目は、蛍光を発生する反応場は一定の面積を有し、点光源ではないので、コリメートしても入射角が一定にはならないことが挙げられる。二つ目は、多方面から反射されて入射する励起光の散乱光の成分が挙げられる。その他にも、例えば反応場と光軸とのズレ、多段レンズであればレンズどうしの光軸のズレ、干渉フィルターの傾きなど、光軸上に配置される各要素の相対位置のズレによって生じる。
【００４２】
このθより大きい入射角の光線は一様に分布するものでなく、入射角θ、θ’、θ”の光線量の比率は、発光位置の光軸に対するズレ、発光面における発光強度のムラ、励起光の散乱光の強度や方向などによって変動する。あるときは（入射角θの光量）＞（入射角θ’の光量）＞（入射角θ”の光量）となり、またあるときは（入射角θの光量）＜（入射角θ’の光量）＜（入射角θ”の光量）、またあるときは（入射角θ’の光量）＞（入射角θの光量）＞（入射角θ”の光量）などと光量の比率がランダムに変動する。つまり、測定毎に、透過率Ｂ、Ｂ’およびＢ”の比率が異なり、したがって、結果的に測定結果のばらつきとなる。
【００４３】
なお、便宜上透過率Ｂ、Ｂ’およびＢ”の３ポイントでモデル化して説明したが、本来は無限のポイント数があり、それらの比率が測定毎に変動することは明らかである。透過率Ｂ’および透過率Ｂ”では、透過率Ｂに比べて、選択する右側の波長領域の透過率が低下し、遮断する左側の波長の透過率が増加する。それだけでなく、遮断する波長と透過する波長の境界が遮断側に移動し、傾きがなだらかになる。その結果、発光強度ＩＥで示される、励起光の波長の透過する成分が増加する。
【００４４】
波長選択部材６の波長選択特性は、目的の蛍光の波長の透過率（Ｓ２）と励起光の波長の透過率（Ｓ１）の比（透過率相対比＝Ｓ２／Ｓ１）で表すことができる。図２の、右下がりのハッチングを付した部分の面積を蛍光の発光強度ＩＦの面積で除した値を、蛍光の波長の透過率Ｓ２とする。また、右上がりのハッチングを付した部分の面積を励起光の発光強度ＩＥで除した値を、励起光の波長の透過率Ｓ１とする。波長選択部材６の波長選択特性を、透過率相対比＝Ｓ２／Ｓ１で表す。
【００４５】
波長選択部材６の波長選択特性は、計測する対象の蛍光の波長と励起光の波長に合わせて選択される。波長選択部材６の、蛍光の波長の光の透過率と蛍光以外の波長の光の透過率の比は、好ましくは２以上である。なお好ましくは、波長選択部材６の透過率相対比（Ｓ２／Ｓ１）が２以上である。波長選択部材６の透過率相対比（Ｓ２／Ｓ１）は、より好ましくは５以上、いっそう好ましくは１０以上、さらに好ましくは３０以上、なおいっそう好ましくは５０以上である。
【００４６】
実施の形態１のＳＰＦＳシステム２０を用いて、Ｃ−反応性タンパク質（ＣＲＰ）の濃度を測定した。例えば、波長選択部材６の透過率相対比（Ｓ２／Ｓ１）を５０以上とした場合、ＣＲＰの濃度が１０−７ｍｇ／ｄＬから１０−３ｍｇ／ｄＬの範囲で、変動係数（ＣＶ：Coefficient of Variation、標準偏差／平均値）がいずれも１０以下という、極めて良好な結果を得た。
【００４７】
従来のＳＰＦＳシステムでは、微少な蛍光を減衰させないために干渉フィルターを採用するが、コリメーションが難しい。そして、コリメーションを行わなければ、励起光を有効に除去できない。それに対して、本実施の形態では、蛍光と除去しきれない励起光との比率（ＳＮ比）を重視して、入射角に依存しない波長選択を実施するコンセプトである。これによって、干渉フィルターおよびコリメーターを用いるＳＰＦＳシステムと同等以上の測定精度が得られた。
【００４８】
また、一定の面積を有する反応場の不均一な発光をロッドレンズ５に通すと、ホモジナイズ効果により、例えば円形断面のロッドレンズ５の場合、出射光の光密度分布がガウシアン分布になる。そのため、たとえ光検出部２５の受光面が小さくても、効率的に光検出部２５に入射させることが可能となる。その結果、蛍光を検出する感度が向上する。
【００４９】
なお、本実施の形態１のＳＰＦ取得構造体２１は、取り扱いまたは交換の単位を限定しているわけではない。すなわち、本明細書において、「ＳＰＦＳ取得構造体」は、当該構造体を構成する全ての部材が一体的に形成されていてもよいし、前記部材が各々分離可能な形態に形成されていてもよいし、また、前記ＳＰＦＳ取得構造体を構成する複数の前記部材のうちの一部がまとまって分離可能な形態に形成されていてもよい。例えば、本明細書中、反応層３が形成される部分を含む、測定ごとに交換する単位をＳＰＦＳデバイスと呼ぶことができる。そして、例えば、ＳＰＦＳシステムからＳＰＦＳデバイスを除いた構成を、ＳＰＦＳ装置と呼ぶことができる。なお、本明細書中、「システム」は、本発明のＳＰＦＳ取得構造体を用いて対象物質の測定・検出を行うために必要な部材の集合体ないし組み合わせを意味する。ＳＰＦＳデバイスは、測定ごとに交換可能で、例えば、金属薄膜２を含む誘導体基板１および反応層３だけでもよい。誘電体基板１と励起光導光部２３を一体に形成して、励起光導光部２３を含み、金属薄膜２が成膜されて反応層３が形成された誘電体基板１をＳＰＦＳデバイスとしてもよい。図１では、励起光導光部２３から、誘電体基板１および反応層３までをＳＰＦＳデバイス２６とする例が示されている。誘電体基板１と励起光導光部２３を一体に形成すると、ＳＰＦＳデバイス２６を交換する都度、誘電体基板１と励起光導光部２３とを位置合わせして密着させる工程を省略できる。
【００５０】
また、誘導体基板１から集光レンズ４およびカバー１１を組み合わせてＳＰＦＳデバイス２６としてもよい。この場合も、誘電体基板１と励起光導光部２３を一体に形成することができる。さらに、誘導体基板１からロッドレンズ５およびレンズホルダ１２までを組み合わせて交換の単位とすることもできる。
【００５１】
実施の形態１では、ロッドレンズ５、レンズホルダ１２、波長選択部材６および光検出部２５は、相対的に変位しないように支持される。波長選択部材６は、選択する波長（蛍光）に合わせて交換可能である。実施の形態１では、波長選択部材６を測定対象に応じて交換することによって、集光レンズ４からロッドレンズ５およびレンズホルダ１２まで、同じ構成とすることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。実施の形態２では、ロッドレンズが入射角に依存しない波長選択部材を兼ねる。実施の形態２のＳＰＦ取得構造体２１は、実施の形態１のロッドレンズ５および波長選択部材６に代えて、波長選択性を有するロッドレンズ（導光部材）７を備える。その他の構成は、実施の形態１と同様である。ロッドレンズ７は、例えば、色ガラスから形成される。ロッドレンズ７は、透明性樹脂にフィルター効果となる成分を混ぜ合わせ、塗布、もしくはコーティングして形成してもよい。
【００５３】
実施の形態２のＳＰＦＳシステム２０でも、集光レンズ４からロッドレンズ７に入射する光の入射角に関わらず、一様に励起光を減衰できる。その結果、実施の形態１と同様に、コリメーターを用いなくても光検出部２５で蛍光の光量を検知することができる。また、ロッドレンズ７は、実施の形態１のロッドレンズ５と同様、ホモジナイズ効果により、効率的に光検出部２５に入射させることが可能となる。
【００５４】
実施の形態２のＳＰＦＳシステム２０は、実施の形態１に比べて、波長選択部材６がないので、部品点数が少なく、構造を簡略にできる。なお、取り扱いまたは交換の単位を、例えば、金属薄膜２を含む誘導体基板１および反応層３の部分などとしてもよいことは、実施の形態１と同様である。図３では、励起光導光部２３から、集光レンズ４およびカバー１１までをＳＰＦＳデバイス２６として交換可能とする例が示されている。
【００５５】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。実施の形態３では、金属薄膜２の上に、流路１０が形成されたシート９を貼り付けて、流路１０を反応部として用いる。シート９は、微粘着フィルムなどで形成する。また、カバー１１、レンズホルダ１２などを遮光部材で形成し、カバー１１に通液用のノズル（またはチューブ）８を挿入する孔が形成されている。
【００５６】
一方のノズル８から、流路１０に蛍光物質と反応物質を含む溶液を注入し、他方のノズル８から流路１０の気体を抜いて、流路１０に溶液を導入する。光源２２から励起光Ｅを金属薄膜２に照射することによって、その反対側の流路１０の部分に表面プラズモンを励起する。光が全反射する際に生じるエバネッセント波により、その近傍の溶液（反応層：図示せず）に含まれる蛍光物質から蛍光が発生する。蛍光は、実施の形態２と同様に、集光レンズ４で集光され、ロッドレンズ７で励起光が除去されて、光検出部２５に入射する。
【００５７】
カバー１１およびレンズホルダ１２は、遮光するだけでなく、光を反射しないように表面を黒色または励起光を吸収する色（励起光だけを照射すると黒色に見える）に塗装、フィルム貼付、メッキまたはスパッタリングなどによって遮光可能で、望ましくは更に光を反射しない薄膜を付与することが望ましい。あるいは、蛍光を透過する窓以外は、励起光を吸収する色の材料を用いてもよい。図４には示されていないが、カバー１１は、ロッドレンズ７を挿入できるように形成し、レンズホルダ１２との接触面は隙間ができないようにする。これによって、ロッドレンズ７の光軸合わせおよび集光レンズ４との距離（当接または一定間隔）の設定を行い、外部からの光を遮る。
【００５８】
実施の形態３では、さらに、励起光導光部２３の表面にＡＲコート（Anti Reflection Coat：反射防止膜）２３ａを施している。また、ロッドレンズ７の表面にもＡＲコート７ａを施している。ＡＲコート２３ａおよび７ａによって、表面反射による迷光成分を低減することができる。
【００５９】
ロッドレンズ７の入射角に依存しない波長選択性によって、実施の形態２と同様に、コリメーターを用いなくても光検出部２５で蛍光の光量を検知することができる。実施の形態３のＳＰＦＳシステム２０では、カバー１１およびレンズホルダ１２の遮光と反射防止、さらにＡＲコート２３ａおよび７ａの反射防止などによって、不要な光が光検出部２５に入射するのを低減することができる。その結果、ＳＰＦＳシステムの測定精度を向上することができる。
【００６０】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。実施の形態４では、実施の形態３から流路１０を形成する構造を変更している。図５に示されるように、誘電体基板１（金属薄膜２）の上にカバー１１によって流路１０を構成する。カバー１１には、反応層（図示せず）を通る流路１０が形成されている。集光レンズ４は、カバー１１に固定または一体に形成される。誘電体基板１とカバー１１および集光レンズ４を一体化することで部品点数を削減することができる。その他の構成は、実施の形態３と同様である。
【００６１】
実施の形態４ではさらに、カバー１１にレンズホルダ１２が収まる凹部を設け、そこにレンズホルダ１２を嵌合する構造にしている。すなわち、導光部材である集光レンズ４とロッドレンズ７を保持する部材は、カバー１１とレンズホルダ１２の２つの部材から構成され、相互に嵌合することで組み立て可能である。この構造によって、集光レンズ４およびロッドレンズ７の周囲の遮光、ならびに、ロッドレンズ７と集光レンズ４の軸合わせと距離調整を行うことが可能になる。
【００６２】
カバー１１は、誘電体基板１に接着などで固定される。したがって、集光レンズ４は、カバー１１を介して、誘電体基板１に固定される。実施の形態４においても、励起光導光部２３から、集光レンズ４およびカバー１１までをＳＰＦＳデバイス２６とすることができる（図示せず）。
【００６３】
実施の形態４のＳＰＦＳシステムでは、実施の形態３に比べて、部品点数が削減され、また、遮光性能がさらに向上している。その結果、ＳＰＦ取得構造体２１の取り扱いが容易になっている。
【００６４】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５に係る表面プラズモン励起増強蛍光測定システムの断面を示す。実施の形態５では、集光レンズ４をレンズホルダ１２が保持する構成を採用する。実施の形態５では、実施の形態４の構成から、集光レンズ４をレンズホルダ１２に移し、流路１０に接する蛍光透過部材１３を設ける。蛍光透過部材１３は、ガラス、石英、プラスチック（ＰＭＭＡ（Poly(Methyl Methacrylate)）、ＰＳ（polystyrene）、またはＰＣ（Polycarbonate）等）などで形成される。その他のＳＰＦ取得構造体２１の構成は、実施の形態４と同様である。
【００６５】
集光レンズ４は、レンズホルダ１２内に設置される。レンズホルダ１２によって、集光レンズ４は、ロッドレンズ７に当接もしくは一定の距離に保つように固定される。集光レンズ４は、ロッドレンズ７と一体に形成されてもよい。集光レンズ４の流路１０側の面には、ＡＲコート４ａを施している。実施の形態５においては、例えば、集光レンズ４を含まず、励起光導光部２３からカバー１１までをＳＰＦＳデバイス２６とすることができる（図示せず）。
【００６６】
集光レンズ４は、ロッドレンズ７と共にレンズホルダ１２に保持されるので、集光レンズ４とロッドレンズ７の光軸がずれることはない。そして、ＡＲコート４ａによって、反射を抑え、蛍光を有効にロッドレンズ７に集光することができる。これらによって、誘電体基板１と流路１０を形成する構成（カバー１１および蛍光透過部材１３）を簡易にできる。すなわち、金属薄膜２を含む誘電体基板１、カバー１１および蛍光透過部材１３を一体にして交換の単位とすることが容易にできる。
【符号の説明】
【００６７】
１  誘電体基板
２  金属薄膜
３  反応層
４  集光レンズ
５  ロッドレンズ（導光部材）
６  波長選択部材
７  ロッドレンズ（導光部材）
８  チューブ
９  シート
１０  流路
１１  カバー
１２  レンズホルダ（導光部材保持部）
１３  蛍光透過部材
２０  表面プラズモン励起増強蛍光測定システム（ＳＰＦＳシステム）
２１  表面プラズモン励起増強蛍光取得構造体（ＳＰＦ取得構造体）
２２  光源
２３  励起光導光部
２４  受光部
２５  光検出部
２６  ＳＰＦＳデバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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