(57)【要約】  検出装置は、入射面、出射面および成膜面を有するプリズムと、成膜面上に形成された金属膜と、金属膜上の反応場に配置された捕捉体と、金属膜と共に液体を貯留する液体貯留部を形成する基体と、を有する検出チップの位置決めを行うためのチップホルダーと、チップホルダーに保持された検出チップの入射面を介して反応場に向かって励起光を照射する励起光照射部と、チップホルダーに保持された検出チップのプリズムにおける反応場に一番近い面と非接触で対向して、かつ励起光の光路に干渉しない位置に配置された熱源と、を有する。チップホルダーは、基体の裏面またはプリズムに配置された凸部の少なくとも一方にのみで接触して、検出チップを位置決めする。
2017082145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出装置であって、
入射面、出射面および成膜面を有するプリズムと、前記成膜面上に形成された金属膜と、前記金属膜上の少なくとも一部である反応場に配置された捕捉体と、前記金属膜または前記成膜面と共に液体を貯留する液体貯留部を形成する基体と、を有する検出チップの位置決めを行うためのチップホルダーと、
前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記入射面を介して、前記反応場に対応した前記金属膜の裏面に向かって励起光を照射する励起光照射部と、
前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記プリズムにおける前記反応場に一番近い面と非接触で対向するように、かつ前記励起光の光路に干渉しない位置に配置された熱源と、
前記反応場において前記捕捉体に捕捉され、前記励起光によって励起された蛍光物質から生じた蛍光を検出するか、または、前記金属薄膜で反射され、前記出射面から出射された励起光の反射光を検出する光検出部と、を有し、
前記チップホルダーは、前記基体の下面および前記プリズム上に配置された基準面の少なくとも一方に接触するか、または前記下面および前記基準面の少なくとも一方を拘束して、前記検出チップを位置決めする、
検出装置。
【請求項２】
前記検出チップが前記チップホルダーに保持された状態において、前記熱源と、前記反応場に一番近い面との間隔は、３．５ｍｍ以下である、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記検出チップが前記チップホルダーに保持された状態において、前記熱源と、前記反応場に一番近い面との間隔は、０．５ｍｍ以下である、請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記検出チップが前記チップホルダーに保持された状態において、前記チップホルダーおよび前記検出チップの接触部と前記反応場との距離は、前記熱源と前記反応場との距離より長い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記検出チップが前記チップホルダーに保持された状態において、前記チップホルダーは、前記熱源から前記検出チップへの熱の伝達を遮断または低減する断熱手段を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項６】
表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出方法であって、
入射面、出射面および成膜面を有するプリズムと、前記成膜面上に形成された金属膜と、前記金属膜上の少なくとも一部である反応場に配置された捕捉体と、前記金属膜または前記成膜面と共に液体を貯留する液体貯留部を形成する基体とを有し、前記基体の下面または前記プリズムに基準面が形成された検出チップを準備する工程と、
前記下面および前記基準面の少なくとも一方と、前記検出チップを位置決めするためのチップホルダーとを接触させるか、または前記下面および前記基準面の少なくとも一方と、前記チップホルダーとを拘束させて、前記検出チップを前記チップホルダーに位置決めする工程と、
前記チップホルダーに位置決めされた前記検出チップの前記プリズムにおける前記反応場に一番近い面と非接触で対向し、かつ前記入射面を介して前記反応場に対応する前記金属膜の裏面に向かって照射される励起光の光路に干渉しない位置に配置された熱源で前記液体貯留部内の液体を加熱する工程と、
前記入射面を介して前記反応場に対応する前記金属膜の裏面に向かって励起光を照射する工程と、
前記反応場において前記捕捉体に捕捉され、前記励起光によって励起された蛍光物質から生じた蛍光を検出するか、または、前記金属薄膜で反射され、前記出射面から出射された励起光の反射光を検出する工程と、を有する、
検出方法。
【請求項７】
表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出システムであって、
入射面、出射面および成膜面を有するプリズムと、前記成膜面上に形成された金属膜と、前記金属膜上の少なくとも一部である反応場に配置された捕捉体と、前記金属膜または前記成膜面と共に液体を貯留する液体貯留部を形成する基体とを有し、前記基体の下面および前記プリズム上に基準面が形成された検出チップと、
前記下面および前記基準面の少なくとも一方に接触するか、または前記下面および前記基準面を拘束して、前記検出チップを位置決めするためのチップホルダーと、
前記入射面を介して前記反応場に向かって励起光を照射する励起光照射部と、
前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記プリズムにおける前記反応場に一番近い面と非接触で対向し、かつ前記励起光の光路に干渉しない位置に配置された熱源と、
前記反応場において前記捕捉体に捕捉され、前記励起光によって励起された蛍光物質から生じた蛍光を検出するか、または、前記金属薄膜で反射され、前記出射面から出射された励起光の反射光を検出する光検出部と、を有する、
検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出装置、検出方法および検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
臨床検査などにおいて、タンパク質やＤＮＡなどの微量の被検出物質を高感度かつ定量的に検出することができれば、患者の状態を迅速に把握して治療を行うことが可能となる。このため、微量の被検出物質を高感度かつ定量的に検出できる分析装置および分析方法が求められている。【０００３】
被検出物質を高感度に検出できる方法として、表面プラズモン共鳴蛍光分析（表面プラズモン励起増強蛍光分光（Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）：以下「ＳＰＦＳ」と略記する）法が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
特許文献１には、ＳＰＦＳ法を利用する検出装置および検出方法が開示されている。これらの検出装置および検出方法では、誘電体からなり、入射面、出射面、底面および成膜面を含むプリズムと、成膜面上に形成された金属膜と、金属膜上に固定された捕捉体（例えば抗体）と、金属膜上の捕捉体が配置された面と同じ面に配置され、金属膜と共に液体を貯留する液体貯留部を形成する基体とを有する検出チップを使用する。【０００５】
金属膜上（液体貯留部）に被検出物質を含む検体を提供すると、被検出物質が捕捉体により捕捉される（１次反応）。捕捉された被検出物質は、さらに蛍光物質で標識される（２次反応）。この状態で、プリズムを介して表面プラズモン共鳴が生じる角度で励起光を金属膜に照射すると、金属膜表面上に局在場光を発生させることができる。この局在場光により、金属膜上に捕捉された被検出物質を標識する蛍光物質が選択的に励起され、蛍光物質から放出された蛍光が観察される。この検出装置および検出方法では、蛍光を検出して、被検出物質の存在またはその量を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０６４７５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているような抗体を用いた１次反応および２次反応は、室温より高い３７℃前後で最も促進される。そこで、特許文献１に記載の検出装置は、１次反応および２次反応を適切に行うために、液体貯留部内の液体の温度を所定の温度に加熱するための加熱部を有している。加熱部は、熱源およびヒートブロックを有する。また、ヒートブロックは、励起光が入射面に適切に照射されるように、検出チップを所定の位置に位置決めする。【０００８】
図１Ａ〜Ｃは、特許文献１に記載の検出チップ１０とヒートブロック２０との位置関係を示す図である。図１Ａ〜Ｃの例では、いずれも検出チップ１０およびヒートブロック２０は、接触状態または非接触状態で配置されている。【０００９】
図１Ａに示される例では、ヒートブロック２０は、基体１５の裏面１６を支持することで、検出チップ１０を位置決めしている。しかしながら、ヒートブロック２０は、基体１５を介して液体貯留部内の液体を加熱しているため、加熱に時間を要する。【００１０】
また、図１Ｂに示される例では、ヒートブロック２０は、基体１５の裏面１６と、プリズム１１の入射面１２、底面１３および出射面１４とを支持することで、検出チップ１０を位置決めしている。しかしながら、ヒートブロック２０が基体１５の裏面１６と、プリズム１１の入射面１２と、底面１３と、出射面１４とに近接または接触している。図１Ｂに示される例では、検出チップ１０は、加熱によってプリズム１１が変形してしまうことにより位置がずれてしまうことがある。また、検出チップ１０およびヒートブロック２０のそれぞれに製造誤差が生じるため、位置決めが困難な場合があった。また、外乱により検出チップ１０およびヒートブロック２０の位置関係を制御することが困難な場合があった。【００１１】
さらに、図１Ｃに示される例では、ヒートブロック２０は、プリズム１１の底面１３のみを支持しているため、検出チップ１０を精度よく位置決めすることができない。【００１２】
このように、特許文献１に記載の検出装置では、検出チップの位置決めと、流路内における液体の急速加熱を両立することは困難な場合があった。【００１３】
そこで、本発明の目的は、検出チップの位置決めおよび流路内の液体を適切に加熱できる検出装置、検出方法および検出システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る検出装置は、表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出装置であって、入射面、出射面および成膜面を有するプリズムと、前記成膜面上に形成された金属膜と、前記金属膜上の少なくとも一部である反応場に配置された捕捉体と、前記金属膜または前記成膜面と共に液体を貯留する液体貯留部を形成する基体と、を有する検出チップの位置決めを行うためのチップホルダーと、前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記入射面を介して、前記反応場に対応した前記金属膜の裏面に向かって励起光を照射する励起光照射部と、前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記プリズムにおける前記反応場に一番近い面と非接触で対向するように、かつ前記励起光の光路に干渉しない位置に配置された熱源と、前記反応場において前記捕捉体に捕捉され、前記励起光によって励起された蛍光物質から生じた蛍光を検出するか、または、前記金属薄膜で反射され、前記出射面から出射された励起光の反射光を検出する光検出部と、を有し、前記チップホルダーは、前記基体の下面および前記プリズム上に配置された基準面の少なくとも一方に接触するか、または前記下面および前記基準面の少なくとも一方を拘束して、前記検出チップを位置決めする。【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る検出方法は、表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出方法であって、入射面、出射面および成膜面を有するプリズムと、前記成膜面上に形成された金属膜と、前記金属膜上の少なくとも一部である反応場に配置された捕捉体と、前記金属膜または前記成膜面と共に液体を貯留する液体貯留部を形成する基体とを有し、前記基体の下面または前記プリズムに基準面が形成された検出チップを準備する工程と、前記下面および前記基準面の少なくとも一方と、前記検出チップを位置決めするためのチップホルダーとを接触させるか、または前記下面および前記基準面の少なくとも一方と、前記チップホルダーとを拘束させて、前記検出チップを前記チップホルダーに位置決めする工程と、前記チップホルダーに位置決めされた前記検出チップの前記プリズムにおける前記反応場に一番近い面と非接触で対向し、かつ前記入射面を介して前記反応場に対応する前記金属膜の裏面に向かって照射される励起光の光路に干渉しない位置に配置された熱源で前記液体貯留部内の液体を加熱する工程と、前記入射面を介して前記反応場に対応する前記金属膜の裏面に向かって励起光を照射する工程と、前記反応場において前記捕捉体に捕捉され、前記励起光によって励起された蛍光物質から生じた蛍光を検出するか、または、前記金属薄膜で反射され、前記出射面から出射された励起光の反射光を検出する工程と、を有する。【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る検出システムは、表面プラズモン共鳴を利用して、検体に含まれる被検出物質の存在またはその量を検出するための検出システムであって、入射面、出射面および成膜面を有するプリズムと、前記成膜面上に形成された金属膜と、前記金属膜上の少なくとも一部である反応場に配置された捕捉体と、前記金属膜または前記成膜面と共に液体を貯留する液体貯留部を形成する基体とを有し、前記基体の下面および前記プリズム上に基準面が形成された検出チップと、前記下面および前記基準面の少なくとも一方に接触するか、または前記下面および前記基準面を拘束して、前記検出チップを位置決めするためのチップホルダーと、前記入射面を介して前記反応場に向かって励起光を照射する励起光照射部と、前記チップホルダーに保持された前記検出チップの前記プリズムにおける前記反応場に一番近い面と非接触で対向し、かつ前記励起光の光路に干渉しない位置に配置された熱源と、前記反応場において前記捕捉体に捕捉され、前記励起光によって励起された蛍光物質から生じた蛍光を検出するか、または、前記金属薄膜で反射され、前記出射面から出射された励起光の反射光を検出する光検出部と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１Ａ〜Ｃは、特許文献１に記載の検出チップとヒートブロックとの位置関係を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るＳＰＦＳシステムの模式図である。
【図３】図３Ａ〜Ｃは、実施の形態１のＳＰＦＳシステムにおける検出チップの構成を示す図である。
【図４】図４Ａ〜Ｃは、チップホルダーの構成を示す図である。
【図５】図５Ａ〜Ｃは、実施の形態２のＳＰＦＳシステムにおける検出チップの構成を示す図である。
【図６】図６Ａ〜Ｃは、実施の形態２のＳＰＦＳシステムにおけるチップホルダーの構成を示す図である。
【図７】図７Ａ〜Ｄは、変形例に係るチップホルダーの断面図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係るＳＰＦＳシステムの動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
実施の形態１では、本発明に係る検出システムであるＳＰＦＳシステムの一実施の形態について説明する。
【００２０】
まず、ＳＰＦＳシステムの概要について説明する。ＳＰＦＳシステムは、誘電体からなるプリズム上の金属膜に対して励起光を表面プラズモン共鳴が生じる角度で入射することで、金属膜表面上に局在場光（一般に「エバネッセント光」または「近接場光」とも呼ばれる）を発生させる。ＳＰＦＳシステムは、この局在場光により金属膜上の反応場に配置された被検出物質を標識する蛍光物質が選択的に励起され、蛍光物質から放出された蛍光の光量を検出することで、被検出物質の存在または量を検出する。
【００２１】
図２は、実施の形態１に係るＳＰＦＳシステム１００の構成を示す模式図である。図２に示されるように、ＳＰＦＳシステム１００は、検出チップ１１０およびＳＰＦＳ装置１２０を有する。また、ＳＰＦＳ装置１２０は、チップホルダー１３１、励起光照射部１３２、光検出部１３３および制御部１３４を有する。ＳＰＦＳ装置１２０は、被検出物質の検出では、チップホルダー１３１に検出チップ１１０を装着した状態で使用される。そこで、検出チップ１１０について先に説明し、その後にＳＰＦＳ装置１２０の各構成要素について説明する。
【００２２】
図３は、実施の形態１に係るＳＰＦＳシステム１００における検出チップ１１０の構成を示す図である。図３Ａは、検出チップ１１０の平面図であり、図３Ｂは、底面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。
【００２３】
図２および図３Ａ〜Ｃに示されるように、検出チップ１１０は、プリズム１４１、金属膜１４２、反応場１４３および基体１４４を有する。通常、検出チップ１１０は、検出ごとに交換される。検出チップ１１０の大きさは、特に限定されず、各辺の長さが数ｍｍ〜数ｃｍ程度であることが好ましい。
【００２４】
プリズム１４１は、励起光αに対して透明な誘電体からなる。プリズム１４１は、入射面１５１、成膜面（反射面）１５２、出射面１５３、底面１５４および側面１５５を有する。入射面１５１は、励起光照射部１３２から出射された励起光αをプリズム１４１の内部に入射させる。成膜面１５２は、プリズム１４１の内部に入射した励起光αを反射させる。成膜面１５２上には、反応場１４３を含む金属膜１４２が形成されている。成膜面１５２で反射した励起光αは、反射光βとなる。出射面１５３は、反射光βをプリズム１４１の外部に出射させる。底面１５４は、成膜面１５２と対向して配置されている。
【００２５】
プリズム１４１の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、プリズム１４１の形状は、台形を底面とする柱体である。この場合、台形の一方の底辺に対応する面が成膜面１５２であり、台形の他方の底辺に対応する面が底面１５４であり、一方の脚に対応する面が入射面１５１であり、他方の脚に対応する面が出射面１５３である。また、柱体の上面および下面が側面１５５、１５５である。
【００２６】
プリズム１４１の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。プリズム１４１の材料は、屈折率が１.４〜１.６の範囲内であり、かつ複屈折が小さい樹脂であることが好ましい。入射面１５１および出射面１５３は、プリズム１４１の機能を確保するために重要な面であるため、所望の光学特性を得られるように製造される。
【００２７】
金属膜１４２は、プリズム１４１の成膜面１５２上に配置されている。これにより、成膜面１４３に全反射条件で入射した励起光αの光子と、金属膜１４２中の自由電子との間で相互作用（表面プラズモン共鳴）が生じ、金属膜１４２の表面上に局在場光を生じさせることができる。
【００２８】
金属膜１４２の材料は、表面プラズモン共鳴を生じさせうる金属であれば特に限定されない。金属膜１４２の材料の例には、金、銀、銅、アルミ、これらの合金が含まれる。本実施の形態では、金属膜１４２は、金薄膜である。金属膜１４２の形成方法は、特に限定されない。金属膜１４２の形成方法の例には、スパッタリング、蒸着、メッキが含まれる。金属膜１４２の厚みは、特に限定されないが、３０〜７０ｎｍの範囲内が好ましい。
【００２９】
反応場１４３は、金属膜１４２の２つの面（表面および裏面）のうち、プリズム１４１が配置されていない面（表面）上に配置されている。反応場１４３は、被検出物質を捕捉するための１次抗体（捕捉体）を含み、被検出物質を捕捉する。１次抗体に捕捉された被検出物質は、蛍光物質で標識された２次抗体により蛍光標識される。このような状況において、反応場１４３は、金属膜１４２に励起光αが照射されることにより生じる局在場光により蛍光物質を励起して、蛍光γを放出させる。
【００３０】
基体１４４は、金属膜１４２のプリズム１４１が配置されていない面（表面）上に配置されている。基体１４４は、上面１６１、側面１６２および下面１６３を有する。本実施の形態では、基体１４４は、反応場１４３を覆うように配置され、かつプリズム１４１の成膜面１５２より大きく形成された略板状の透明部材である。また、本実施の形態では、基体１４４の平面視形状は、矩形である。基体１４４の金属膜１４２に対向する面（下面１６３）には、流路溝１６４が形成されている。基体１４４は、例えば、接着剤による接着や、レーザー溶着、超音波溶着、クランプ部材を用いた圧着などにより金属膜１４２またはプリズム１４１に接合される。本実施の形態では、基体１４４は、金属膜１４２に接合されることにより、金属膜１４２と共に液体貯留部１６５を有する流路１６６を形成する。
【００３１】
基体１４４は、流路溝１６４に加えて、流路溝１６４の一端に形成された第１貫通孔１６７と、流路溝１６４の他端に形成された第２貫通孔１６８とを有する。第１貫通孔１６７および第２貫通孔１６８は、それぞれ円柱形状である。流路溝１６４は、開口部が金属膜１４２により閉塞されることで流路１６６となる。また、第１貫通孔１６７および第２貫通孔１６８は、流路１６６の開口部がプリズム１４１の成膜面１５２により閉塞されることでそれぞれ流路１６６への注入口１６９および取出口１７０となる。注入口１６９には、送液部（図示省略）を接続することができる。
【００３２】
検体の種類は、特に限定されない。検体の例には、血液や血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、便、体腔液（髄液、腹水、胸水）、これらの希釈液などが含まれる。また、検体に含まれる被検出物質の例には、核酸（一本鎖もしくは二本鎖の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）、ヌクレオシド、ヌクレオチドまたはそれらの修飾分子）、タンパク質（ポリペプチドまたはオリゴペプチド）、アミノ酸（修飾アミノ酸を含む）、糖質（オリゴ糖、多糖類または糖鎖）、脂質、またはこれらの修飾分子、複合体などが含まれる。被検出物質は、具体的には、ＡＦＰ（αフェトプロテイン）などのがん胎児性抗原や、腫瘍マーカー、シグナル伝達物質、ホルモンなどである。
【００３３】
基体１４４の材料には、成形性（転写性、離型性）が良いこと、透明性が高いこと、紫外線および可視光に対する自家蛍光性が低いこと、熱伝導性が高いことなどが要求される。このため、基体１４４の材料は、透明樹脂が好ましい。基体１４４の材料として使用される樹脂の例には、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサンおよび環状ポリオレフィンが含まれる。高屈折率の観点からは、ポリカーボネートが好ましい。基体１４４は、反応場１４３で生じた蛍光γを光検出部１３３に向かって透過させため、その上面１６１は、高い平坦度を有することが好ましい。また、下面１６３は、チップホルダー１３１と接触するため、高い平坦度を有することが好ましい。側面１６２および下面１６３には、励起光αが照射されないため、光学特性を考慮することなく形成できる。
【００３４】
（検出チップの製造方法）
前述したような検出チップ１１０は、例えば以下の方法で製造されうる。検出チップ１１０は、プリズム１４１を作成する工程と、プリズム１４１の成膜面１５２に金属膜１４２を形成する工程と、基体１４４を作成する工程と、金属膜１４２を形成したプリズム１４１および基体１４４を接合する工程とを有する。プリズム１４１および基体１４４を作成する工程は、製造コストの観点から、前述した樹脂を用いた射出成形により作成されうる。前述したように、プリズム１４１の入射面１５１および出射面１５３と、基体１４４の上面１６１とは、所望の光学特性が得られるように形成される。また、基体１４４の下面１６３は、チップホルダー１３１に対する検出チップ１１０の高さの位置決めの基準となるため、高い平坦度を有するように形成される。例えば、射出成形の保圧工程における基体１４４の下面１６３に対する圧力は、基体１４４の他の面より高くなるように設定される。これにより、基体１４４の下面１６３における平坦度は、高くなる傾向がある。また、保圧工程におけるプリズム１４１の入射面１５１、出射面１５３および基体１４４の上面１６１に対する圧力は、低くなるように設定される。これにより、樹脂の異方性が少なくなるため、所望の光学特性を有する面を得やすくなる。最後に、プリズム１４１の成膜面１５２と基体１４４の下面１６３とを接合することで、検出チップ１１０を得る。
【００３５】
図２に示されるように、励起光αは、入射面１５１からプリズム１４１内に入射する。プリズム１４１内に入射した励起光αは、金属膜１４２に全反射角度（表面プラズモン共鳴が生じる角度）で入射する。このように金属膜１４２に対して励起光αを表面プラズモン共鳴が生じる角度で照射することで、金属膜１４２上に局在場光を発生させることができる。この局在場光により、金属膜１４２上に存在する被検出物質を標識する蛍光物質が励起され、蛍光γが出射される。ＳＰＦＳシステム１００（ＳＰＦＳ装置１２０）は、蛍光物質から放出された蛍光γの光量を検出することで、被検出物質の存在または量を検出する。
【００３６】
次に、ＳＰＦＳ装置１２０の各構成要素について説明する。前述のとおり、ＳＰＦＳ装置１２０は、チップホルダー１３１、励起光照射部１３２、光検出部１３３および制御部１３４を有する。なお、特に図示しないが、ＳＰＦＳ装置１２０は、透明な筐体に覆われていてもよい。
【００３７】
図４Ａ〜Ｃは、チップホルダー１３１の構成を示す図である。図４Ａは、チップホルダー１３１の平面であり、図４Ｂは、側面図であり、図４Ｃは、図４Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。なお、図４Ｃでは、検出チップ１１０を破線で示している。
【００３８】
図４Ａ〜Ｃに示されるように、チップホルダー１３１は、チップホルダー本体１８１、熱源１８２および温度センサー１８３を有する。チップホルダー１３１を平面視したときの大きさは、検出チップ１１０を平面視したときの大きさより大きい。チップホルダー本体１８１は、検出チップ１１０を所定の位置に位置決めする。チップホルダー本体１８１は、底板１８４と、一対の側板１８５、１８５とを有する。本実施の形態では、底板１８４上には熱源１８２が配置されており、底板１８４には温度センサー１８３が内蔵されている。また、底板１８４の長辺方向の両端部には、それぞれ側板１８５が配置されている。
【００３９】
前述したように、チップホルダー１３１は、検出チップ１１０を所定の位置に精度よく位置決めするため、精度よく製造されていることが好ましい。チップホルダー１３１の材料は、検出チップ１１０を精度よく位置決めすることができれば特に限定されない。本実施の形態では、チップホルダー１３１の材料は、加工精度の確保および熱伝導性の観点から、アルミニウムである。
【００４０】
チップホルダー１３１の短辺方向において、対向した側板１８５間の少なくとも一部の間隔は、検出チップ１１０の基体１４４の短辺方向の長さと略同じ長さである。また、チップホルダー１３１の長辺方向において、対向した一対の側板１８５、１８５間の少なくとも一部の間隔は、検出チップ１１０の基体１４４の長辺方向の長さと略同じ長さである。なお、チップホルダー１３１の短辺方向において、対向した側板１８５間の少なくとも一部の間隔は、検出チップ１１０を所定の位置決め精度の範囲内に配置できれば、検出チップ１１０の基体１４４の短辺方向の長さよりわずかに長くてもよい。また、チップホルダー１３１の長辺方向において、対向した一対の側板１８５、１８５間の少なくとも一部の間隔とは、検出チップ１１０を所定の位置決め精度の範囲内に配置できれば、検出チップ１１０の基体１４４の長辺方向の長さより僅かに長くてもよい。さらに、側板１８５の内側には、基体１４４の下面１６３に接触する段部１８５ａが配置されている。一対の側板１８５、１８５の間の空間は、励起光αの光路として機能する。すなわち、一対の側板１８５、１８５は、励起光照射部１３２から出射される励起光αの光路を避けて配置されている。これにより、チップホルダー１３１は、ＳＰＦＳ装置１２０の機能を阻害することがない。
【００４１】
熱源１８２は、制御部１３４と接続されており、プリズム１４１を介して流路１６６内の液体（特に、反応場１４３の上側の液体）を加熱する。熱源１８２の位置は、プリズム１４１における反応場１４３に一番近い面と非接触で対向し、かつ励起光αの光路に干渉しない位置に配置されている。本実施の形態では、「プリズム１４１における反応場１４３に一番近い面と非接触で対向し、かつ励起光αの光路に干渉しない位置」は、プリズム１４１の底面１５４に対向する位置である。すなわち、本実施の形態では、熱源１８２は、プリズム１４１の底面１５４と非接触、かつ対向して配置されている。また、プリズム１４１の底面１５４と熱源１８２との距離は、３．５ｍｍ以内であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。熱源１８２とプリズム１４１（底面１５４）との距離が３．５ｍｍ以内であれば、熱源１８２から発生した熱は、熱伝導のように振る舞いプリズム１４１に伝わる。一方、熱源１８２とプリズム１４１（底面１５４）との距離が３．５ｍｍ超の場合、熱源１８２から発生した熱は、熱放射としてプリズム１４１に伝わる。このように、熱源１８２とプリズム１４１（底面１５４）との距離が３．５ｍｍ以内であれば、非接触であるにも関わらず、熱源１８２から発生した熱は、熱伝導と同様にプリズム１４１に伝わるため、効率よく流路１６６内の液体を加熱することができる。また、熱源１８２は、入射面１５１と非接触で対向するように配置されていてもよい。また、熱源１８２は、出射面１５３と非接触で対向するように配置されていてもよい。なお、いずれの場合も、熱源１８２は、励起光αの光路に干渉しない位置に配置される。
【００４２】
また、検出チップ１１０の長辺方向における熱源１８２の長さは、反応場１４３より長く形成されていることが好ましい。本実施の形態では、検出チップ１１０の長辺方向における熱源１８２の長さは、流路１６６の長さと同じである。
【００４３】
熱源１８２の種類は、特に限定されず、カートリッジヒーター、ラバーヒーター、セラミックヒーターなどの赤外線ヒーター、ペルチェ素子などが含まれる。熱源１８２の温度は、液体貯留部１６５内の反応場の液体を３４〜４０℃の温度に保持することができれば、特に限定されない。本実施の形態では、熱源１８２の温度は、４０〜５０℃である。
【００４４】
温度センサー１８３は、チップホルダー本体１８１に内蔵されており、熱源１８２が配置されたチップホルダー本体１８１の近傍の温度を測定することで、熱源１８２により加熱される流路１６６内の液体の温度を推定する。温度センサー１８３の種類は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、温度センサー１８３は、サーミスタ温度計である。
【００４５】
また、検出チップ１１０がチップホルダー１３１に保持された状態において、チップホルダー１３１および検出チップ１１０の接触部と反応場１４３の距離とは、熱源１８２と反応場１４３との距離より長いことが好ましい。これにより、熱源１８２からチップホルダー本体１８１を伝達した熱が基体１４４を介して流路１６６内の液体を所望の温度に制御できなくするのを防止できる。
【００４６】
チップホルダー１３１に検出チップを設置するときには、チップホルダー本体１８１の側板１８５の頂面に基体１４４の下面１６３を接触させて、検出チップ１１０の高さ方向を位置決めする。また、チップホルダー本体１８１の側板１８５の内側面に基体１４４の側面（基準面）を拘束（保持）させて、検出チップ１１０の平面方向を位置決めする。このとき、プリズム１４１の底面１５４に非接触で、かつ対向して熱源１８２が配置される。この状態で熱源１８２により加熱すると、プリズム１４１を介して流路１６６内（流路１６６内に貯留された液体）が急速に加熱される。
【００４７】
励起光照射部１３２は、励起光αを検出チップ１１０の金属膜１４２に向かって照射する。励起光αは、金属膜１４２で全反射されて反射光βとなる。励起光照射部１３２は、光源を有する。光源は、検出チップ１１０内の所定の点を中心に回動可能であり、金属膜１４２に対する励起光αの入射角を変えることができる。光源の種類は、特に限定されない。光源の例には、ガスレーザー、固体レーザー、半導体レーザーおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）が含まれる。たとえば、励起光αは、波長２００〜１０００ｎｍのガスレーザー光または固体レーザー光、あるいは波長３８５〜８００ｎｍの半導体レーザー光である。
【００４８】
光検出部１３３は、金属膜１４２上から放出される蛍光γを検出する。光検出部１３３は、チップホルダーに保持された検出チップ１１０の金属膜１４２のプリズム１４１と対向しない面に対向するように配置されている。光検出部１３３は、第１レンズ１９１、フィルター１９２、第２レンズ１９３および光センサー１９４を有する。
【００４９】
第１レンズ１９１および第２レンズ１９３は、迷光の影響を受けにくい共役光学系を構成する。第１レンズ１９１と第２レンズ１９３との間を進行する光は、略平行光となる。第１レンズ１９１および第２レンズ１９３は、金属膜１４２上から出射される蛍光γを光センサー１９４の受光面上に結像させる。
【００５０】
フィルター１９２は、第１レンズ１９１および第２レンズ１９３の間に配置されている。フィルター１９２は、光センサー１９４による蛍光検出の精度および感度の向上に寄与する。フィルター１９２は、例えば、光学フィルターやカットフィルターなどである。光学フィルターの例には、減光（ＮＤ）フィルターやダイアフラムレンズなどが含まれる。カットフィルターは、外光（装置外の照明光）や励起光αの透過成分、迷光（励起光αの散乱成分）、プラズモン散乱光（励起光αを起源とし、検出チップ１１０表面の付着物などの影響で発生する散乱光）、各部材の自家蛍光などのノイズ成分を除去する。カットフィルターの例には、干渉フィルターや色フィルターなどが含まれる。
【００５１】
光センサー１９４は、検出チップ１１０から放出され、フィルター１９２を透過した蛍光γを検出する。光センサー１９４は、例えば、超高感度の光電子増倍管や、多点計測が可能なＣＣＤイメージセンサなどである。
【００５２】
制御部１３４は、チップホルダー１３１、励起光照射部１３２および光検出部１３３を統括的に制御する。制御部１３４は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどを有する。また、制御部１３４は、温度センサー１８３の検出結果に基づいて、熱源１８２をフィードバック制御してもよい。
【００５３】
（効果）
以上のように、本実施の形態に係るＳＰＦＳシステム１００は、精度よく成形されている基体１４４の下面１６３とチップホルダー１３１の側板１８５とを接触させることにより、高さ方向を位置決めし、基体１４４の側面１６２とチップホルダー１３１の内側面とを拘束（保持）させることにより平面方向の位置決めを行っているため、チップホルダー１３１に対して精度よく検出チップ１１０を位置決めできる。また、プリズム１４１の底面１５４に非接触で、かつ対向して熱源１８２を配置しているため、流路１６６内の液体を急速に加熱することができる。
【００５４】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るＳＰＦＳシステムは、検出チップ２１０およびチップホルダー２１０の構成が異なる点において、実施の形態１に係るＳＰＦＳシステム１００と異なる。そこで、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００５５】
図５は、実施の形態２のＳＰＦＳシステムにおける検出チップ２１０の構成を示す図である。図５Ａは、検出チップ２１０の平面図であり、図５Ｂは、底面図であり、図５Ｃは、図５Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。
【００５６】
実施の形態２に係るＳＰＦＳシステムの検出チップ２１０は、プリズム１４１は、金属膜１４２、反応場１４３、基体１４４および凸部２５６を有する。また、プリズム１４１上（側面１５５）には、それぞれ凸部１５６が配置されている。凸部２５６は、チップホルダー１３１に対する検出チップ２１０の位置決め基準となる。凸部２５６の形状は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、凸部２５６の形状は、プリズム１４１の側面１５５に１の面が接続された立方体である。また、側面１５５における凸部２５６の位置は、特に限定されない。本実施の形態では、凸部２５６は、１つの面が成膜面１５２と同一平面となるように配置されている。
【００５７】
凸部２５６は、プリズム１４１と一体として射出成形によって成形されることが好ましい。本実施の形態において、射出成形における保圧工程では、底面１５４と比較して、入射面１５１、出射面１５３、側面１５５および凸部２５６に対して高圧となるように設定する。これにより、底面１５４を除くプリズム１４１の各面と、凸部２５６の各面は、底面１５４と比較して平坦度が高くなる傾向がある。
【００５８】
図６Ａ〜Ｃは、チップホルダー２３１の構成を示す図である。図６Ａは、チップホルダー２３１の平面図であり、図６Ｂは、側面図であり、図６Ｃは、図６Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。図６Ｃでは、検出チップ２１０を破線で示している。
【００５９】
図６Ａ〜Ｃに示されるように、実施の形態２に係るＳＰＦＳシステムのチップホルダー２３１は、チップホルダー本体２８１、熱源１８２および温度センサー１８３を有する。チップホルダー２３１は、底板１８４と、一対の側板２８５とを有する。長辺方向における一対の側板２８５の内側面の間の少なくとも一部の距離は、プリズム１４１の一対の側面１５５の間の距離と略同じである。なお、長辺方向における一対の側板２８５の内側面の間の少なくとも一部の距離は、検出チップ１１０を所定の位置決め精度の範囲内に配置できれば、プリズム１４１の一対の側面１５５の間の距離よりわずかに長くてもよい。また、側板２８５の内側面には、凸部２８５の形状に対応した凹部２８５ａが形成されている。
【００６０】
チップホルダー２３１に検出チップ２１０を設置するときは、チップホルダー本体２８１の側板２８５の頂面に基体１４４の下面１６３を接触させて、検出チップ２１０の高さ方向を位置決めする。また、一対の側板２８５の内側面の間にプリズム１４１の側面１５５を拘束（保持）させるとともに、凸部２５６に凹部２８５ａを接触させて、検出チップ２１０の平面方向を位置決めする。このとき、プリズム１４１の底面１５４に非接触で、かつ対向して熱源１８２が配置される。
【００６１】
（効果）
以上のように、本実施の形態に係るＳＰＦＳシステムは、実施の形態１と同様の効果を有する。
【００６２】
（変形例）
なお、チップホルダーは、熱源からの熱の伝達を遮断または低減する断熱手段２８６を有していてもよい。図７Ａ〜Ｄは、実施の形態１および実施の形態２の変形例に係るチップホルダー３３１、４３１、５３１、６３１の断面図である。図７Ａは、変形例１に係るチップホルダー３３１の断面図であり、図７Ｂは、変形例２に係るチップホルダー４３１の断面図であり、図７Ｃは、変形例３に係るチップホルダー５３１の断面図であり、図７Ｄは、変形例４に係るチップホルダー６３１の断面図である。
【００６３】
断熱手段２８６の種類は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。断熱手段２８６の例には、断熱材２８６’、検出チップ１１０、２１０との接触面積を小さくした凸状構造２８６’’が含まれる。断熱材の例には、チタン、鉛、セラミック、アルミナ、ポリエチレン、硬質ウレタン、カプトン断熱シートが含まれる。図７Ａに示されるように、断熱材２８６’は、チップホルダー３３１の側板１８５の頂面と検出チップ１１０との間に配置されていてもよい。また、図７Ｂに示されるように、断熱材２８６’は、チップホルダー４３１の底板１８４と、側板１８５との間に配置されていてもよい。さらに、図７Ｃに示されるように、チップホルダー５３１の側板１８５の頂面を平面方向の断面積が検出チップ１１０に近づくにつれて小さくなるような凸状構造２８６’’としてもよい。
【００６４】
また、熱源１８２は、図７Ｄに示されるように、チップホルダー６３１の底板１８４の下面に配置されていてもよい。この場合、チップホルダー６３１の底板１８４と、プリズム１４１の底面１５４との距離は、３．５ｍｍ以内であることが好ましく、０．５ｍｍ以内であることが好ましい。
【００６５】
また、特に図示しないが、断熱材２８６’は、熱源１８２とチップホルダー６３１との間に配置されていてもよい。
【００６６】
また、チップホルダー１３１、２３１に対する検出チップ１１０、２１０の位置決めは、基体１４４の下面１６３で高さ方向を位置決めし、プリズム１４１の短辺方向における側面１５５で平面方向における第１の方向を位置決めし、側面１５５に垂直な凸部２５６の側面（基準面）で平面方向における第１の方向に直交する第２の方向を位置決めしてもよい。また、基体１４４の下面１６３で高さ方向を位置決めし、プリズム１４１の長辺方向における側面１５５で平面方向における第１の方向を位置決めし、側面１５５に垂直な凸部２５６の側面（基準面）で平面方向における第１の方向に直交する第２の方向を位置決めしてもよい。また、入射面１５１および出射面１５３も位置決めの基準面として使用できる。たとえば、入射面１５１および出射面１５３の両面にチップホルダー１３１、２３１を接触させることで検出チップ１１０、２１０高さ方向の位置決めをすることもできる。
【００６７】
さらに、ＳＰＦＳシステムは、検出チップ１１０の上方から流路１１６内の液体を加熱する第２熱源を有していてもよい。この場合、第２熱源は、反応場１４３の近傍であって、かつ基体１４４の下面１６３と、チップホルダー１３１との接触部より離れた位置に配置される。第２熱源を有するＳＰＦＳシステムは、流路１６６内の液体をさらに急速に加熱することができるとともに、実施の形態１および実施の形態２に係るＳＰＦＳシステム（ＳＰＦＳ装置）と比較して、流路１６６内に貯留される液体の保温効果を向上させることができる。
【００６８】
また、検出チップ１１０は、各液体（検体や試薬）を保管するための試薬保管部を有していてもよい。そして、ＳＰＦＳシステムは、この試薬保管部を加熱する第３熱源を有していてもよい。これにより、流路１６６内の液体の温度と、試薬保管部からの液体の温度との差を少なくすることができるため、高精度に被検出物質を検出できる。
【００６９】
（ＳＰＦＳシステムの動作）
次に、ＳＰＦＳシステム１００（ＳＰＦＳ装置１２０）の検出動作（本発明の実施の形態１に係る検出方法）について説明する。図８は、ＳＰＦＳシステム１００（ＳＰＦＳ装置１２０）の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【００７０】
まず、ＳＰＦＳシステム１００（ＳＰＦＳ装置１２０）のチップホルダー１３１に検出チップ１１０を設置する（Ｓ１００）。このとき、検出チップ１１０は、下面１６３がチップホルダー１３１の側板に接触するとともに、基体１４４の側面１６２がチップホルダー１３１の内側面に接触することで、チップホルダー１３１に対して精度よく位置決めされる。また、プリズム１４１の底面１５４に非接触で、かつ対向するように熱源１８２が配置される。
【００７１】
次いで、制御部１３４は、熱源１８２を操作して、流路１６６内を加熱する（Ｓ１１０）。これにより、流路１６６内の温度を反応場の液体とほぼ同じ温度まで加熱する。本実施の形態では、反応場の液体の温度は、３７℃であり、１次反応および２次反応の至適温度でもある。このとき制御部１３４は、温度センサー１８３の検出結果に基づいて、熱源１８２をフィードバック制御してもよい。
【００７２】
次いで、流路１６６に被検出物質を含む可能性がある検体を送液する（Ｓ１２０）。流路１６６内では、反応場１４３に固定されている捕捉体（１次抗体）に被検出物質を確実に捕捉させる（抗原抗体反応させる）ため、ポンプを駆動して検体を流路１６６内で往復させる。このとき、液体貯留部１６５内が分析温度と同じ温度に調整されているため、流路１６６（液体貯留部１６５）に送液された検体は、送液直後に分析温度まで加熱される。そして、検体に含まれる被検出物質は、確実に捕捉体（１次抗体）に捕捉される。この後、流路１６６内の検体は除去され、流路１６６内は洗浄液で洗浄される。
【００７３】
次いで、蛍光物質で標識された２次抗体を含む試薬を流路１６６にポンプによって送液する（Ｓ１３０）。この場合も、流路１６６に送液された試薬は、送液直後に分析温度まで加熱される。そして、試薬に含まれる蛍光物質で標識された２次抗体は、確実に被検出物質に結合する。なお、検体および試薬を事前に混合して、被検出物質と２次抗体を予め結合させた状態で、液体を流路に送液してもよい。これにより、被検出物質が蛍光物質で標識される。この後、流路１６６内の試薬（標識液）は除去され、流路１６６内は洗浄液で洗浄される。
【００７４】
次いで、励起光αが金属膜１４２に対して特定の入射角（図２参照）で入射するように、光源から検出チップ１１０に励起光αを照射する。そして、この局在場光により、反応場１４３上に捕捉された被検出物質を標識する蛍光物質が効率良く励起された蛍光γシグナルを検出する（Ｓ１４０）。
【００７５】
以上の手順により、検体の被検出物質の存在またはその量を検出することができる。
【００７６】
次に、ＳＰＦＳシステム（ＳＰＦＳ装置）の検出動作（本発明の実施の形態２に係る検出方法）について説明する。ＳＰＦＳシステム（ＳＰＦＳ装置）の検出動作（本発明の実施の形態２に係る検出方法）は、ＳＰＦＳ装置のチップホルダーに検出チップ２１０を設置するのみが実施の形態１に係る（Ｓ１００）がＳＰＦＳシステム１００（ＳＰＦＳ装置１２０）の検出動作と異なる。
【００７７】
実施の形態２に係るＳＰＦＳシステム（ＳＰＦＳ装置）では、検出チップ２１０は、下面１６３がチップホルダー２３１の側板に接触することで、チップホルダー２３１に対して検出チップ２１０の高さ方向が位置決めされる。また、チップホルダー本体２８１の内側面にプリズム１４１の側面が接触するとともに、凹部１８５ａに凸部２５６が接触することで、チップホルダー２３１に対して検出チップ２１０の平面方向が位置決めされる。また、プリズム１４１の底面１５４に対向するように熱源１８２が配置される。
【００７８】
また、実施の形態１および実施の形態２ではＳＰＦＳシステム（ＳＰＦＳ装置）について説明したが、本発明に係る検出装置はＳＰＦＳシステム（ＳＰＦＳ装置）に限定されない。たとえば、本発明に係る検出装置は、ＳＰＲシステム（ＳＰＲ装置）であってもよい。この場合、ＳＰＲシステム（ＳＰＲ装置）は、金属薄膜で反射され、出射面から出射された励起光を検出する光検出部を有する。
【００７９】
本出願は、２０１５年１１月１３日出願の特願２０１５−２２３４１５に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係る表面プラズモン共鳴を利用した検出装置、検出方法および検出システムは、被検出物質を高い信頼性で測定することができるため、例えば臨床検査などに有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１０  検出チップ
１１  プリズム
１２  入射面
１３  底面
１４  出射面
１５  基体
１６  裏面
２０  位置決めブロック
１００  ＳＰＦＳシステム
１１０、２１０  検出チップ
１３１、２３１、３３１、４３１、５３１、６３１  チップホルダー
１３２  励起光照射部
１３３  光検出部
１３４  制御部
１４１  プリズム
１４２  金属膜
１４３  反応場
１４４  基体
１５１  入射面
１５２  成膜面
１５３  出射面
１５４  底面
１５５  側面
１６１  上面
１６２  側面
１６３  下面
１６４  流路溝
１６５  液体貯留部
１６６  流路
１６７  第１貫通孔
１６８  第２貫通孔
１６９  注入口
１７０  取出口
１８１  チップホルダー本体
１８２  熱源
１８３  温度センサー
１８４  底板
１８５、２８５  側板
１８５ａ  段部
１９１  第１レンズ
１９２  フィルター
１９３  第２レンズ
１９４  光センサー
２５６  凸部
２８５ａ  凹部
２８６’  断熱材
２８６’’  凸状構造
【図１】
2017082145.tif 000003
【図２】
2017082145.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2017082145.tif 000011
2017082145.tif 000012
2017082145.tif 000013
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