(57)【要約】［課題］励起光の反射光を利用する検体検出装置において、励起光の反射光に影響を与えず、励起光の回折光を確実に除去することが可能となる回折光除去スリット及びこれを備えた光学式検体検出装置を提供する。［解決手段］光源ユニットから励起光を照射するとともに、励起光反射体において反射した励起光の反射光を用いて所定の測定を行う光学式検体検出システムにおいて、光源ユニットと励起光反射体との間に設けられた回折光除去スリットであって、励起光の光路に対して略鉛直方向に設けられた主部と、主部の端部から延設され、励起光の光路方向上流側に傾斜した側壁部とを有するように構成する。
2019077932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源ユニットから励起光を照射するとともに、励起光反射体において反射した前記励起光の反射光を用いて所定の測定を行う光学式検体検出システムにおいて、前記光源ユニットと前記励起光反射体との間に設けられた回折光除去スリットであって、
前記励起光の光路に対して略鉛直方向に設けられた主部と、
前記主部の端部から延設され、前記励起光の光路方向上流側に傾斜した側壁部と、を有する回折光除去スリット。
【請求項２】
前記側壁部は、少なくとも、前記主部において、前記反射光が存在する端部側に設けられている請求項１に記載の回折光除去スリット。
【請求項３】
前記光源ユニットは、
前記励起光を照射する光源と、
前記光源から照射された前記励起光をコリメートするコリメーターと、
前記コリメートされた前記励起光の形状を整形するスリットと、を有する請求項１または２に記載の回折光除去スリット。
【請求項４】
誘電体部材と、
前記誘電体部材の上面に隣接する金属膜と、
前記金属膜の上面に配置される試料溶液保持部材と、を備えたセンサーチップに対して、前記光源ユニットから前記励起光を照射することで検体の検出を行う光学式検体検出システムであって、
前記センサーチップが、前記励起光反射体であり、
請求項１から３のいずれかに記載の回折光除去スリットを備える光学式検体検出システム。
【請求項５】
前記反射光のうち、所定の方向に進む反射光を検出する励起光検出ユニットをさらに備える請求項４に記載の光学式検体検出システム。
【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（ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance）現象を応用した表面プラズモン共鳴装置や、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励起増強蛍光測定装置などを用いてセンサーチップ内に含まれる測定対象物質の検出を行う光学式検体検出システムにおいて、励起光の回折光を除去し、測定対象物質の検出精度を向上させる回折光除去スリット及びこれを用いた光学式検体検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、極微少な物質の検出を行う場合において、物質の物理的現象を応用することでこのような物質の検出を可能とした様々な検体検出装置が用いられている。
このような検体検出装置の一つとして、ナノメートルレベルなどの微細領域中で電子と光が共鳴することにより、高い光出力を得る現象（表面プラズモン現象（ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance）現象）を応用し、例えば、生体内の極微少なアナライトの検出を行うようにした表面プラズモン共鳴装置（以下、「ＳＰＲ装置」と言う）が挙げられる。【０００３】
また、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）現象を応用した、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ：Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）の原理に基づき、ＳＰＲ装置よりもさらに高精度にアナライト検出を行えるようにした表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置（以下、「ＳＰＦＳ装置」と言う）も、このような検体検出装置の一つである。【０００４】
このようなＳＰＦＳ装置１００は、例えば、図８に示すように、励起光照射ユニット１２０、蛍光検出ユニット１４０、チップホルダー１５４、制御部１６０などが含まれ、チップホルダー１５４にセンサーチップ１７０を装着した状態で使用される。【０００５】
センサーチップ１７０は、誘電体部材１７２と、該誘電体部材１７２に形成された金属膜１７４と、誘電体部材１７２及び金属膜１７４上に固着された試料溶液保持部材１７６とを含む。【０００６】
また、センサーチップ１７０の金属膜１７４上の所定の領域（反応場）には、試料溶液に含まれるアナライトを捕捉するためのリガンドが均一に固定化されている。【０００７】
励起光照射ユニット１２０は、光源ユニット１２１、角度調整機構１２２及び光源制御部１２３を備えている。【０００８】
光源ユニット１２１は、例えば、励起光αの光源１２５、ビーム整形光学系１２６を少なくとも含む。これに加えて、ＡＰＣ（Automatic Power-Control）機構及び温度調整機構（いずれも不図示）などを含んでもよい。【０００９】
ビーム整形光学系１２６には、コリメーター１２６ａ及びスリット１２６ｂが含まれる。これに加えて、例えば、バンドパスフィルター、直線偏光フィルター、半波長板、ズーム手段などが適宜含まれていてもよい。【００１０】
コリメーター１２６ａは、光源１２５から照射された励起光αをコリメートする。また、スリット１２６ｂは、センサーチップにおける照射スポットの形状が所定サイズの円形となるように、励起光αのビーム径や輪郭形状などを調整する。【００１１】
このように構成されたＳＰＦＳ装置１００では、センサーチップ１７０の試料溶液保持部材１７６にアナライトを含む試料溶液を注入し、該アナライトをリガンドにより捕捉するとともに、リガンドに捕捉されたアナライトを蛍光物質により標識した状態で、励起光照射ユニット１２０からセンサーチップ１７０に励起光αを照射することで、蛍光物質が励起され蛍光が生じる。蛍光検出ユニット１４０により、この蛍光γを検出することによって、アナライトの量の検出が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０６４７０４
【特許文献２】特開２００６−２４２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このようなスリット１２６ｂを用いた励起光照射ユニット１２０では、スリット１２６ｂに対して光源１２５から励起光αを照射することにより、所定の形状のビームとなるように整形しているが、スリットを回折する光（回折光）が生じてしまう。【００１４】
このため、励起光照射ユニット１２０のスリット１２６ｂから、センサーチップ１７０における照射スポットまでの距離が離れているほど、回折光は広がってしまう。このような回折光は、ＳＰＦＳ装置１００による測定においては、悪影響を及ぼす要因となるため、除去することが好ましい。【００１５】
通常、このような回折光を除去する方法としては、励起光αの光路上に更なるスリットを設けることが考えられる。しかしながら、例えば、特許文献１や特許文献２のように、励起光αの反射光を用いる場合、ミラーやセンサーチップの近傍に更なるスリットを設けてしまうと、このスリットにより励起光αの反射光を遮ってしまう恐れがある。一方で、励起光αの反射光を遮らないように、スリットを小さくしてしまうと、回折光を除去しきれないことがある。【００１６】
本発明では、励起光の反射光を利用する検体検出装置において、励起光の反射光に影響を与えず、励起光の回折光を確実に除去することが可能となる回折光除去スリット及びこれを備えた光学式検体検出装置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】
【００１７】
本発明は、前述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した回折光除去スリットは、
光源ユニットから励起光を照射するとともに、励起光反射体において反射した前記励起光の反射光を用いて所定の測定を行う光学式検体検出システムにおいて、前記光源ユニットと前記励起光反射体との間に設けられた回折光除去スリットであって、
前記励起光の光路に対して略鉛直方向に設けられた主部と、
前記主部の端部から延設され、前記励起光の光路方向上流側に傾斜した側壁部と、を有する。【００１８】
また、本発明の一側面を反映した光学式検体検出システムは、
誘電体部材と、
前記誘電体部材の上面に隣接する金属膜と、
前記金属膜の上面に配置される試料溶液保持部材と、を備えたセンサーチップに対して、前記光源ユニットから前記励起光を照射することで検体の検出を行う光学式検体検出システムであって、
前記センサーチップが、前記励起光反射体であり、
上述する回折光除去スリットを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、励起光照射ユニットと励起光反射面との間に設けた回折光除去スリットが、励起光の回折光を確実に除去する。さらに、回折光除去スリットが、励起光の光路方向上流側に傾斜した側壁部を有することで、励起光の回折光を確実に除去するとともに、励起光反射面に反射した励起光の反射光を回折光除去スリットにより遮ることがない。このため、励起光の反射光を利用する検体検出装置においても、励起光の反射光に影響を与えず、励起光の回折光を確実に除去することができる。【００２０】
また、回折光除去スリットとして、励起光の光路方向上流側に傾斜した側壁部を有することで、回折光除去スリットの励起光の光路に対して垂直な方向の大きさを小さくすることができ、検体検出装置の小型化に寄与することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る位置検出装置を含む表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置（ＳＰＦＳ装置）の構成を説明するための模式図である。
【図２】図２は、図１に示すＳＰＦＳ装置の励起光照射ユニットの構成を説明するための模式図である。
【図３】図３は、回折光除去スリットの変形例を説明するための模式図である。
【図４】図４は、図１に示すＳＰＦＳ装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図３に示す位置検出及び位置調整工程内の工程を示すフローチャートである。
【図６】図６は、センサーチップの位置情報を得る工程（Ｓ１４０）を説明するための模式図である。
【図７】図７は、受光センサーによる反射光βの検出結果の例を示すグラフである。
【図８】図８は、従来の表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置（ＳＰＦＳ装置）の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいて、より詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る位置検出装置を含む表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置（ＳＰＦＳ装置）の構成を説明するための模式図である。
【００２３】
図１に示すように、ＳＰＦＳ装置１０は、励起光照射ユニット２０、励起光検出ユニット３０、蛍光検出ユニット４０、搬送ユニット５０及び制御部６０を有している。
【００２４】
ＳＰＦＳ装置１０は、搬送ユニット５０のチップホルダー５４にセンサーチップ７０を装着した状態で使用される。
センサーチップ７０は、入射面７２ａ、成膜面７２ｂ及び出射面７２ｃを有する誘電体部材７２と、成膜面７２ｂに形成された金属膜７４と、成膜面７２ｂまたは金属膜７４上に固着された試料溶液保持部材であるウェル部材７６とを有する。通常、センサーチップ７０は、検体検査毎に交換されるものである。
【００２５】
センサーチップ７０は、好ましくは各辺の長さが数ｍｍ〜数ｃｍ程度の構造物であるが、「チップ」の範疇に含まれないようなより小型の構造物又はより大型の構造物であっても構わない。
【００２６】
誘電体部材７２は、励起光αに対して透明な誘電体からなるプリズムとすることができる。誘電体部材７２の入射面７２ａは、励起光照射ユニット２０から照射される励起光αが誘電体部材７２の内部に入射される面である。また、成膜面７２ｂ上には、金属膜７４が形成されている。誘電体部材７２の内部に入射した励起光αは、この金属膜７４と誘電体部材７２の成膜面７２ｂとの界面（以下、便宜上「金属膜７４の裏面」という）において反射され、出射面７２ｃを介して、励起光αは誘電体部材７２の外部に出射される。
【００２７】
誘電体部材７２の形状は特に限定されるものではなく、図１に示す誘電体部材７２は、鉛直断面形状が略台形の六面体（截頭四角錐形状）からなるプリズムであるが、例えば、鉛直断面形状を三角形（いわゆる、三角プリズム）、半円形、半楕円形としたプリズムとすることもできる。
【００２８】
入射面７２ａは、励起光αが励起光照射ユニット２０に戻らないように形成される。励起光αの光源が、例えば、レーザーダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう）である場合、励起光αがＬＤに戻ると、ＬＤの励起状態が乱れてしまい、励起光αの波長や出力が変動してしまう。
【００２９】
このため、理想的な増強角を中心とする走査範囲において、励起光αが入射面７２ａに対して垂直に入射しないように、入射面７２ａの角度が設定される。本実施形態においては、入射面７２ａと成膜面７２ｂとの角度、及び、出射面７２ｃと成膜面７２ｂとの角度は、いずれも、約８０°である。
【００３０】
なお、センサーチップ７０の設計により、共鳴角（及びその極近傍にある増強角）が概ね決定される。設計要素は、誘電体部材７２の屈折率、金属膜７４の屈折率、金属膜７４の膜厚、金属膜７４の消衰係数、励起光αの波長などである。金属膜７４上に固定化されたアナライトによって共鳴角及び増強角がシフトするが、その量は数度未満である。
【００３１】
誘電体部材７２は、複屈折特性を少なからず有する。誘電体部材７２の材料は、例えば、ガラス、セラミックスなどの各種の無機物、天然ポリマー、合成ポリマーなどが含まれ、化学的安定性、製造安定性、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）を含むものが好ましい。
【００３２】
また、誘電体部材７２の材質は、少なくとも励起光αに対して光学的に透明な材料から形成されていれば、その材質は、上記のように特に限定されないが、安価で取り扱い性に優れるセンサーチップ７０を提供する上で、例えば、樹脂材料から形成されていることが好ましい。
【００３３】
誘電体部材７２を樹脂材料から形成する場合、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン類、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）などのポリ環状オレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのビニル系樹脂、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド、ポリイミド、アクリル樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などを用いることができる。
【００３４】
金属膜７４は、誘電体部材７２の成膜面７２ｂ上に形成される。これにより、成膜面７２ｂに全反射条件で入射した励起光αの光子と、金属膜７４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７４の表面上に局在場光を生じさせることができる。
【００３５】
金属膜７４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、特に限定されるものではなく、例えば、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構成してもよい。このような金属は、酸化に対して安定であり、かつ、表面プラズモン光による電場増強が大きくなるため、金属膜７４として好適である。
【００３６】
また、金属膜７４の形成方法としては、特に限定されるものではないが、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。好ましくは、スパッタリング法、蒸着法を使用するのが、金属膜形成条件の調整が容易であるので望ましい。
【００３７】
金属膜７４の厚さとしては、特に限定されるものではないが、好ましくは、５〜５００ｎｍの範囲内とするのが好ましく、電場増強効果の観点から、より好ましくは、金、銀、銅、白金の場合には２０〜７０ｎｍ、アルミニウムの場合には、１０〜５０ｎｍ、これらの合金の場合には１０〜７０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００３８】
金属膜７４の厚さが上記範囲内であれば、表面プラズモン光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膜７４であれば、大きさ（縦×横）の寸法、形状は、特に限定されない。
【００３９】
また、ウェル部材７６の材質としては、特に限定されるものではなく、例えば、合成樹脂、金属、セラミックスなど種々の材料から作製することができる。
ウェル部材７６の製造方法も、特に限定されるものではない。例えば、極一般的に行われる樹脂成形法、打ち抜きなどで作製することができる。
【００４０】
このように作製されたウェル部材７６は、誘電体部材７２と略同一の屈折率を有する接着剤、マッチングオイル、透明な粘着シートなどを用いて、誘電体部材７２に固着させることができる。
【００４１】
また、図１では図示しないが、金属膜７４の誘電体部材７２と対向しない面（以下、便宜上「金属膜７４の表面」という）には、アナライトを捕捉するためのリガンドが固定化されている。リガンドを固定化することで、アナライトを選択的に検出することが可能となる。
【００４２】
本実施形態では、金属膜７４上の所定の領域（反応場）に、リガンドが均一に固定化されている。リガンドの種類は、アナライトを捕捉することができれば特に限定されない。本実施形態では、リガンドは、アナライトに特異的な抗体またはその断片である。
【００４３】
このように構成されるセンサーチップ７０は、図１に示すように、ＳＰＦＳ装置１０の搬送ユニット５０のチップホルダー５４に装着され、ＳＰＦＳ装置１０によって検体検出が行われる。
【００４４】
次に、ＳＰＦＳ装置１０の各構成要素について説明する。前述するように、ＳＰＦＳ装置１０は、励起光照射ユニット２０、励起光検出ユニット３０、蛍光検出ユニット４０、搬送ユニット５０及び制御部６０を有する。
【００４５】
励起光照射ユニット２０は、チップホルダー５４に保持されたセンサーチップ７０に励起光αを照射する。後述するように、蛍光γの測定時には、励起光照射ユニット２０は、金属膜７４に対する入射角が表面プラズモン共鳴を生じさせる角度となるように、金属膜７４に対するＰ波のみを入射面７２ａに向けて出射する。
【００４６】
ここで「励起光」とは、蛍光物質を直接または間接的に励起させる光である。例えば、励起光αは、誘電体部材７２を介して金属膜７４に表面プラズモン共鳴が生じる角度で照射されたときに、蛍光物質を励起させる局在場光を金属膜７４の表面上に生じさせる光である。本実施形態におけるＳＰＦＳ装置１０では、励起光αを、センサーチップ７０の位置検出及び位置調整のための測定光として使用する。このような、測定光としての励起光αの波長は、特に限定されるものではないが、可視広域から近赤外光域の波長とすることが好ましい。
【００４７】
なお、図示しないが、励起光照射ユニット２０とは別に、測定光を照射するための測定光照射ユニットを設け、励起光と測定光を別のユニットから照射するように構成することも可能である。
【００４８】
励起光照射ユニット２０は、励起光αを誘電体部材７２に向けて出射するための構成と、金属膜７４の裏面に対する励起光αの入射角度を走査するための構成とを含む。本実施形態では、励起光照射ユニット２０は、光源ユニット２１、角度調整機構２２及び光源制御部２３を含む。
【００４９】
光源ユニット２１は、コリメートされ、かつ波長及び光量が一定の励起光αを、金属膜７４裏面に対して照射スポットの形状が略円形となるように照射する。光源ユニット２１は、例えば、図２に示すように、励起光αの光源２５やビーム整形光学系２６、ＡＰＣ（Automatic Power-Control）機構及び温度調整機構（いずれも不図示）を含む。
【００５０】
光源２５の種類は、特に限定されるものではなく、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード、水銀灯、その他のレーザー光源が含まれる。光源２５から照射される光がビームでない場合には、光源２５から照射される光は、レンズや鏡、スリットなどによりビームに変換される。また、光源２５から照射される光が単色光でない場合には、光源２５から照射される光は、回折格子などにより単色光に変換される。さらに、光源２５から照射される光が直線偏光でない場合には、光源２５から照射される光は、偏光子などにより直線偏光の光に変換される。
【００５１】
ビーム整形光学系２６は、図２に示すように、コリメーター２６ａ、スリット２６ｂを含む。ビーム整形光学系２６は、これ以外にも、バンドパスフィルター、直線偏光フィルター、半波長板、スリット、ズーム手段などを含んでいてもよい。また、ビーム整形光学系２６は、これらの全てを含んでいてもよいし、一部のみを含んでいてもよい。
【００５２】
コリメーター２６ａは、光源２５から照射された励起光αをコリメートする。スリット２６ｂやズーム手段は、金属膜７４裏面における照射スポットの形状が所定サイズの円形となるように、励起光αのビーム径や輪郭形状などを調整する。
【００５３】
バンドパスフィルターは、光源２５から照射された励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。光源２５からの励起光αは、若干の波長分布幅を有しているためである。
直線偏光フィルターは、光源２５から照射された励起光αを完全な直線偏光の光にする。半波長板は、金属膜７４にＰ波成分が入射するように励起光αの偏光方向を調整する。
【００５４】
ＡＰＣ機構は、光源２５の出力が一定となるように光源２５を制御する。より具体的には、ＡＰＣ機構は、励起光αから分岐させた光の光量を不図示のフォトダイオードなどで検出する。そして、ＡＰＣ機構は、回帰回路で投入エネルギーを制御することで、光源２５の出力を一定に制御する。
【００５５】
温度調整機構は、例えば、ヒーターやペルチェ素子などである。光源２５の出射光の波長及びエネルギーは、温度によって変動することがある。このため、温度調整機構で光源２５の温度を一定に保つことにより、光源２５の出射光の波長及びエネルギーを一定に制御する。
【００５６】
角度調整機構２２は、金属膜７４への励起光αの入射角を調整する。角度調整機構２２は、誘電体部材７２を介して金属膜７４の所定の位置に向けて所定の入射角で励起光αを照射するために、励起光αの光軸とチップホルダー５４とを相対的に回転させる。
【００５７】
例えば、角度調整機構２２は、光源ユニット２１を励起光αの光軸と直交する軸（図１の紙面に対して垂直な軸）を中心として回動させる。このとき、入射角を走査しても金属膜７４上での照射スポットの位置がほとんど変化しないように、回転軸の位置を設定する。回転中心の位置を、入射角の走査範囲の両端における２つの励起光αの光軸の交点近傍（成膜面７２ｂ上の照射位置と入射面７２ａとの間）に設定することで、照射位置のズレを極小化することができる。
【００５８】
金属膜７４に対する励起光αの入射角のうち、プラズモン散乱光の最大光量を得られる角度が増強角である。増強角またはその近傍の角度に励起光αの入射角を設定することで、高強度の蛍光γを測定することが可能となる。
【００５９】
なお、センサーチップ７０の誘電体部材７２の材料及び形状、金属膜７４の膜厚、ウェル部材７６内の試料溶液の屈折率などにより、励起光αの基本的な入射条件が決定されるが、ウェル部材７６内のアナライトの種類及び量、誘電体部材７２の形状誤差などにより、最適な入射条件はわずかに変動する。このため、検体検査毎に最適な増強角を求めることが好ましい。本実施形態では、金属膜７４の法線（図１におけるｚ軸方向の直線）に対する励起光αの好適な出射角は、約７０°である。
【００６０】
光源制御部２３は、光源ユニット２１に含まれる各種機器を制御して、光源ユニット２１の励起光αの照射を制御する。光源制御部２３は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置及び出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
【００６１】
また、光源ユニット２１とセンサーチップ７０との間には、回折光除去スリット２４が設けられている。回折光除去スリット２４は、不透光性材料で構成されており、励起光αの光路に対して略鉛直方向に設けられた主部２４ａと、主部２４ａの端部から延設され励起光αの光路方向上流側に傾斜した側壁部２４ｂとを有する。
【００６２】
回折光除去スリット２４の主部２４ａには、励起光αを再整形するためのスリット孔２４ｃが設けられる。スリット孔２４ｃは、上述するビーム整形光学系２６のスリット２６ｂと略同一の形状とすることが好ましい。
【００６３】
回折光除去スリット２４の側壁部２４ｂは、少なくとも、主部２４ａにおいて、後述するようなセンサーチップ７０からの反射光βが存在する端部側のみに設けられていればよいが、これに限らず、例えば、図３（ａ）や図３（ｂ）のように、主部２４ａの複数の端部から側壁部２４ｂを延設するようにしてもよい。また、本実施例においては、方形の主部２４ａとしているが、主部２４ａの形状は特に限定されるものではなく、円形などとしてもよい。
【００６４】
回折光除去スリット２４は、光源ユニット２１とセンサーチップ７０との間であれば、どの位置に設置されていても構わないが、回折光α１の影響を抑制する観点から、センサーチップ７０になるべく近い位置に配置することが好ましい。回折光除去スリット２４を、センサーチップ７０の近傍に設置する場合には、主部２４ａをなるべく小さくし、その代わりに、側壁部２４ｂを大きくすることで、反射光βを遮ることなく、ビーム整形光学系２６のスリット２６ｂで発生した回折光α１を除去することができる。
【００６５】
回折光除去スリット２４は、角度調整機構２２により、光源ユニット２１と連動して回動するように構成される。すなわち、回折光除去スリット２４のスリット孔２４ｃが、励起光αの光路軸と一致するように、角度調整機構２２により回折光除去スリット２４の位置を調整する。
【００６６】
励起光検出ユニット３０は、光学測定（例えば、増強角の検出や光学ブランク値の測定、蛍光γの検出など）を行う際のセンサーチップ７０の位置決めのために、センサーチップ７０への励起光αの照射によって、センサーチップ７０の入射面７２ａにおいて生じた反射光βを検出する。なお、本明細書において、センサーチップ７０のように励起光αを反射させる要素を「励起光反射体」と呼び、励起光αが反射する界面を「励起光反射面」と呼ぶ。
【００６７】
好ましくは、励起光検出ユニット３０は、最初の光学測定を行う前に、センサーチップ７０の位置決めのために反射光βを検出する。多くの場合、最初の光学測定は、増強角の検出であることから、増強角の検出の前に反射光βを検出することが好ましい。増強角の検出を実施しない場合は、光学ブランクの測定前に反射光βを検出する。増強角の検出及び光学ブランクの測定の両方を実施しない場合は、蛍光γの検出前に反射光βを検出する。本実施形態では、励起光検出ユニット３０は、励起光αの反射光βを検出する。励起光検出ユニット３０は、受光センサー３１及びセンサー制御部３２を含む。
【００６８】
受光センサー３１は、励起光αの反射光βを検出する。受光センサー３１の種類は、励起光αの反射光βを検出可能であれば、特に限定されるものではなく、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）を用いることができる。
【００６９】
受光センサー３１の受光面の大きさは、励起光αのビーム径よりも大きいことが好ましい。例えば、励起光αのビーム径が１〜１．５ｍｍ程度の場合、受光センサー３１の受光面の１辺の長さは３ｍｍ以上であることが好ましい。
【００７０】
受光センサー３１は、励起光αの反射光βが入射する位置に配置される。本実施形態では、受光センサー３１は、誘電体部材７２の入射面７２ａからの反射光βやウェル部材７６の境界面７６ａからの反射光βが入射する位置に配置される。好ましくは、受光センサー３１は、蛍光γの検出時と同じかまたはそれに近い角度で出射された励起光αの反射光βが入射する位置に配置される。
【００７１】
励起光αの照射位置は、入射角の変化によりわずかに変化するため、センサーチップ７０の位置決め時と蛍光γの測定時とで励起光αの入射角を同じかまたはそれに近い角度にすることで、蛍光γの検出時の位置決め精度をより高くすることが可能となる。
【００７２】
本実施形態では、金属膜７４の法線（図１におけるｚ軸方向の直線）に対する励起光αの出射角が約７０°である場合、入射面７２ａからの反射光βは、搬送ステージ５２の進行方向（図１におけるｘ軸方向）にほぼ水平に進む。したがって、受光センサー３１は、この水平方向に進む反射光βが入射する位置に配置される。
【００７３】
センサー制御部３２は、受光センサー３１の出力値の検出や、検出した出力値による受光センサー３１の感度の管理、適切な出力値を得るための受光センサー３１の感度の変更などを制御する。センサー制御部３２は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置及び出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
【００７４】
蛍光検出ユニット４０は、金属膜７４への励起光αの照射により励起された蛍光物質から生じる蛍光γを検出する。また、必要に応じて、蛍光検出ユニット４０は、金属膜７４への励起光αの照射によって生じたプラズモン散乱光も検出する。蛍光検出ユニット４０は、例えば、受光ユニット４１、位置切替機構４７及びセンサー制御部４８を含む。
【００７５】
受光ユニット４１は、センサーチップ７０の金属膜７４の法線方向（図１におけるｚ軸方向）に配置される。受光ユニット４１は、第１レンズ４２、光学フィルター４３、第２レンズ４４及び受光センサー４５を含む。
【００７６】
第１レンズ４２は、例えば、集光レンズであり、金属膜７４上から生じる光を集光する。第２レンズ４４は、例えば、結像レンズであり、第１レンズ４２で集光された光を受光センサー４５の受光面に結像させる。両レンズ４２，４４の間の光路は、略平行な光路となっている。光学フィルター４３は、両レンズ４２，４４の間に配置されている。
【００７７】
光学フィルター４３は、蛍光成分のみを受光センサー４５に導き、高いＳ／Ｎで蛍光γを検出するために、励起光成分（プラズモン散乱光）を除去する。光学フィルター４３は、例えば、励起光反射フィルター、短波長カットフィルター及びバンドパスフィルターが含まれる。光学フィルター４３は、例えば、所定の光成分を反射する多層膜を含むフィルターであるが、所定の光成分を吸収する色ガラスフィルターであってもよい。
【００７８】
受光センサー４５は、蛍光γを検出する。受光センサー４５は、微少量のアナライトを標識した蛍光物質からの微弱な蛍光γを検出することが可能な、高い感度を有するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、光電子倍増管（ＰＭＴ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などを用いることができる。
【００７９】
位置切替機構４７は、光学フィルター４３の位置を、受光ユニット４１における光路上または光路外に切り替える。具体的には、受光センサー４５が蛍光γを検出する時には、光学フィルター４３を受光ユニット４１の光路上に配置し、受光センサー４５がプラズモン散乱光を検出する時には、光学フィルター４３を受光ユニット４１の光路外に配置する。位置切替機構４７は、例えば、回転駆動部と、回転運動を利用して光学フィルター４３を水平方向に移動させる公知の機構（ターンテーブルやラックアンドピニオンなど）とによって構成される。
【００８０】
センサー制御部４８は、受光センサー４５の出力値の検出や、検出した出力値による受光センサー４５の感度の管理、適切な出力値を得るための受光センサー４５の感度の変更などを制御する。センサー制御部４８は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置及び出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
【００８１】
搬送ユニット５０は、ユーザーによりチップホルダー５４に装着されたセンサーチップ７０を測定位置に搬送し、固定する。ここで「測定位置」とは、励起光照射ユニット２０がセンサーチップ７０に励起光αを照射し、それに伴い発生する蛍光γを蛍光検出ユニット４０が検出する位置である。
【００８２】
なお、搬送ユニット５０は、後述する位置検出及び位置調整工程において、センサーチップ７０と励起光照射ユニット２０の光源ユニット２１との距離を変化させるためにも用いられる。
【００８３】
搬送ユニット５０は、搬送ステージ５２及びチップホルダー５４を含む。チップホルダー５４は、搬送ステージ５２に固定されており、センサーチップ７０を着脱可能に保持する。チップホルダー５４の形状は、センサーチップ７０を保持することが可能であり、かつ、励起光α、反射光β及び蛍光γの光路を妨げない形状であれば、特に限定されるものではない。例えば、チップホルダー５４には、励起光α、反射光β及び蛍光γが通過するための開口が設けられている。
【００８４】
搬送ステージ５２は、チップホルダー５４を一方向（図１におけるｘ軸方向）及びその逆方向に移動可能に構成される。搬送ステージ５２は、例えば、ステッピングモーターなどにより駆動される。
【００８５】
制御部６０は、角度調整機構２２、光源制御部２３、位置切替機構４７、センサー制御部４８及び搬送ステージ５２を制御する。また、制御部６０は、励起光検出ユニット３０の検出結果に基づいて、チップホルダー５４に保持されたセンサーチップ７０の位置を特定するとともに、搬送ステージ５２によりチップホルダー５４を移動させて、センサーチップ７０を適切な測定位置に移動させる位置調整部としても機能する。制御部６０は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置及び出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
【００８６】
以下、ＳＰＦＳ装置１０を用いた検体検出の流れについて説明する。図４は、ＳＰＦＳ装置１０の動作手順の一例を示すフローチャート、図５は、図４に示される位置検出及び位置調整工程内の工程を示すフローチャートである。
【００８７】
先ずユーザーは、検出対象となるアナライトと特異的に結合するリガンドを含む試料溶液をウェル部材７６に注入し、金属膜７４上にリガンドを固定化（１次反応）した後、ウェル部材７６を洗浄し、リガンドに捕捉されなかった物質を除去する（Ｓ１００）。
【００８８】
なお、ここで用いられる試料溶液は、検体を用いて調製された溶液であり、例えば、検体と試薬とを混合して検体中に含有されるアナライトに蛍光物質を結合させるための処理をしたものが挙げられる。
このような検体としては、例えば、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。
【００８９】
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。
【００９０】
このように準備されたセンサーチップ７０を、着脱位置にある搬送ユニット５０のチップホルダー５４に装着する（Ｓ１１０）。チップホルダー５４に装着されたセンサーチップ７０は、搬送ユニット５０によって、測定位置の近くまで搬送される（Ｓ１２０）。
【００９１】
この時、制御部６０は、励起光照射ユニット２０、励起光検出ユニット３０及び搬送ステージ５２を操作して、センサーチップ７０の位置情報及びウェル部材７６と誘電体部材７２との相対的位置情報を得るとともに、得られた位置情報に基づいてセンサーチップ７０の位置を調整する（Ｓ１３０）。
【００９２】
図５に示すように、位置検出及び位置調整工程では、まず、センサーチップの位置情報を取得する（Ｓ１３１）。そして、センサーチップ７０の位置情報に基づき、測定位置からのセンサーチップ７０の位置ズレの程度を特定する（Ｓ１３２）。次いで、得られた位置情報及び位置ズレの程度に基づき、搬送ステージ５２によりチップホルダー５４を移動させて、センサーチップ７０を適切な測定位置に配置する（Ｓ１３３）。
【００９３】
図６は、センサーチップ７０の位置情報を得る工程（Ｓ１３０）を説明するための模式図である。
まず、図６（Ａ）に示すように、センサーチップ７０が光源ユニット２１から離れた位置にある場合、光源ユニット２１が励起光αを照射すると、励起光αはウェル部材７６の側面で反射して、上方に向かう。したがって、励起光検出ユニット３０の受光センサー３１は、センサーチップ７０からの反射光βは入射しない。
【００９４】
センサーチップ７０を光源ユニット２１に近づけていくと、光源ユニット２１からの励起光αは、ウェル部材７６と誘電体部材７２との境界部（以下「エッジ部」という）に到達する。この場合、図６（Ｂ）に示されるように、ウェル部材７６の底面で反射した励起光α（反射光β）は受光センサー３１に入射しないが、誘電体部材７２の入射面７２ａで反射した励起光α（反射光β）は受光センサー３１に入射する。したがって、受光センサー３１には、センサーチップ７０からの反射光βの一部が入射することになる。
【００９５】
さらにセンサーチップ７０を光源ユニット２１に近づけていくと、光源ユニット２１からの励起光αは、すべて誘電体部材７２の入射面７２ａに到達する。したがって、図６（Ｃ）に示すように、受光センサー３１には、センサーチップ７０からの反射光βのすべてが入射することになる。
【００９６】
図７は、受光センサー３１による反射光βの検出結果の例を示すグラフである。この例では、搬送ステージ５２によりセンサーチップ７０を光源ユニット２１の方へ移動させながら、受光センサー３１により反射光βの強度を測定した。励起光αのビーム径は１〜１．５ｍｍ程度である。
【００９７】
図７に示すように、センサーチップ７０を光源ユニット２１に近づけていくと、位置Ａから受光センサー３１に入射する反射光βの光量が徐々に増加する。これは、図６（Ｂ）に示したように、励起光αの一部が入射面７２ａで反射して、受光センサー３１に入射するためである。
【００９８】
そして、センサーチップ７０が位置Ｂを越えると、受光センサー３１に入射する反射光βの光量が略一定となる。これは、図６（Ｃ）に示したように、励起光αのすべてが誘電体部材７２の入射面７２ａに反射して、反射光βのすべてが受光センサー３１に入射するためである。
【００９９】
したがって、図７に示す位置Ａから位置Ｂの間の傾斜部が、励起光αがエッジ部を通過したタイミングに一致する。なお、傾斜部の幅は、励起光αのｘ軸方向のビーム径（１〜１．５ｍｍ程度）に対応している。
【０１００】
ここで、位置Ａと位置Ｂの中点である位置Ｍが、エッジ部、すなわち、誘電体部材７２の端部の位置であると特定することができる。なお、位置Ｍは、単に位置Ａと位置Ｂの中点としてもよいが、図６に示すグラフにおいて、反射光βの光量の最小値（位置Ａにおける光量に対応する）と、反射光βの光量の最大値（位置Ｂにおける光量に対応する）を求め、これらの平均値を算出し、傾斜部においてこの平均値となる位置を検出することで特定することで、より正確にエッジ部の位置を特定することができる。この位置Ｍの位置情報をエッジ部位置情報とする。
【０１０１】
エッジ部位置情報により、センサーチップ７０の位置を特定することができ、センサーチップ７０が正確に測定位置に配置されているか否かを検出することができる。
センサーチップ７０が測定位置に配置されていない場合には、搬送ステージ５２を動作させて、センサーチップ７０を測定位置に移動させる。通常、エッジ部の位置と金属膜７４裏面の励起光αを照射すべき領域（反応場の裏側の領域）との距離は決まっているため、搬送ステージ５２によってチップホルダー５４をエッジ部の位置から所定距離だけ移動させることで、センサーチップ７０を適切な測定位置に配置することができる。
【０１０２】
なお、センサーチップ７０が高さ方向（ｚ軸方向）にずれて配置されていた場合（例えば、センサーチップ７０とチップホルダー５４との間に異物が挟まっていた場合）も、チップホルダー５４をエッジ部の位置から所定距離だけｘ軸方向に移動させることで、センサーチップ７０を適切な測定位置に配置することができる。なお、制御部６０は、適切な測定位置を記憶する。
【０１０３】
このように、センサーチップ７０を適切な測定位置に配置した状態で、制御部６０は、励起光照射ユニット２０及び蛍光検出ユニット４０を操作して、センサーチップ７０に励起光αを照射するとともに、励起光αと同一波長のプラズモン散乱光を検出して、増強角を検出する（Ｓ１４０）。
【０１０４】
具体的には、制御部６０は、励起光照射ユニット２０を操作して、金属膜７４に対する励起光αの入射角を走査しつつ、蛍光検出ユニット４０を操作してプラズモン散乱光を検出する。この時、制御部６０は、位置切替機構４７を操作して、光学フィルター４３を受光ユニット４１の光路外に配置する。そして、制御部６０は、プラズモン散乱光の光量が最大の時の励起光αの入射角を増強角として決定する。
【０１０５】
次いで、制御部６０は、励起光照射ユニット２０及び蛍光検出ユニット４０を操作して、適切な測定位置に配置されたセンサーチップ７０に励起光αを照射するとともに、受光センサー４５の出力値（光学ブランク値）を記録する（Ｓ１５０）。
【０１０６】
この時、制御部６０は、角度調整機構２２を操作して、励起光αの入射角を増強角に設定する。また、制御部６０は、位置切替機構４７を操作して、光学フィルター４３を受光ユニット４１の光路内に配置する。
【０１０７】
次いで、制御部６０は、搬送ステージ５２を操作して、センサーチップ７０を着脱位置に移動させ、ユーザーはセンサーチップ７０をチップホルダー５４から取り外す（Ｓ１６０）。
そして、ユーザーは、蛍光物質で標識された２次抗体を含む液体（標識液）をウェル部材７６内に導入する（Ｓ１７０）。ウェル部材７６内では、抗原抗体反応（２次反応）によって、金属膜７４上に捕捉されているアナライトが蛍光物質で標識される。この後、ウェル部材７６内を洗浄し、遊離の蛍光物質などを除去する。
【０１０８】
そして、ユーザーは再度、着脱位置にあるチップホルダー５４にセンサーチップ７０を装着する（Ｓ１８０）。チップホルダー５４に装着されたセンサーチップ７０は、搬送ユニット５０によって、制御部６０に記憶された適切な測定位置まで搬送される（Ｓ１９０）。
【０１０９】
なお、この時、制御部６０に記憶された適切な測定位置の情報を用いずに、上述する工程Ｓ１３０と同様に制御して、センサーチップ７０を適切な測定位置に配置するように構成することもできる。
【０１１０】
次いで、制御部６０は、励起光照射ユニット２０及び蛍光検出ユニット４０を操作して、適切な測定位置に配置されたセンサーチップ７０に励起光αを照射するとともに、リガンドに捕捉されているアナライトを標識する蛍光物質から放出された蛍光γを検出する（Ｓ２００）。検出された蛍光γの強度に基づき、必要に応じて、アナライトの量や濃度などに換算することができる。
【０１１１】
以上の手順により、試料溶液中のアナライトの存在またはその量を検出することができる。
なお、１次反応（Ｓ１００）の前に、位置検出及び位置調整（Ｓ１３０）、増強角検出（Ｓ１５０）、光学ブランク値測定（Ｓ１６０）を実施するようにしてもよい。
【０１１２】
また、励起光αの入射角があらかじめ決まっている場合は、増強角の検出（Ｓ１５０）を省略してもよい。この場合、センサーチップ７０の位置検出及び位置調整（Ｓ１３０）は、光学ブランク値測定（Ｓ１６０）の前に実施される。このように、センサーチップ７０の位置検出及び位置調整（Ｓ１３０）は、光学測定（増強角の検出、光学ブランク値の測定、蛍光の検出）を初めて実施する前に実施されることが好ましい。
【０１１３】
また、上記の説明では、アナライトとリガンドとを反応させる１次反応（Ｓ１００）の後に、アナライトを蛍光物質で標識する２次反応（Ｓ１８０）を行っている（２工程方式）。しかしながら、アナライトを蛍光物質で標識するタイミングは、特に限定されるものではない。
【０１１４】
例えば、ウェル部材７６内に試料溶液を導入する前に、試料溶液に標識液を添加してアナライトを予め蛍光物質で標識しておくこともできる。また、ウェル部材７６内に試料溶液と標識液を同時に注入することで、蛍光物質で標識されたアナライトがリガンドに捕捉されることとなる。この場合、アナライトが蛍光物質で標識されるとともに、アナライトがリガンドに捕捉される。
【０１１５】
いずれの場合も、ウェル部材７６内に試料溶液を導入することで、１次反応及び２次反応の両方を完了することができる（１工程方式）。このように１工程方式を採用する場合は、抗原抗体反応の前に増強角検出（Ｓ１５０）が実施され、さらにその前に、センサーチップの位置検出及び位置調整（Ｓ１３０及びＳ１４０）が実施される。
【０１１６】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施形態ではＳＰＦＳ装置について説明したが、本発明に係る位置検出方法及び位置検出装置は、ＳＰＲ装置などのＳＰＦＳ装置以外の光学式検体検出システムにも適用されうる。
【０１１７】
さらに、上記実施形態では、試料溶液保持部材としてウェル部材である場合について説明したが、上述するように、境界面に反射した励起光αが、励起光検出ユニット３０の受光センサー３１に入射するような境界面を有する試料溶液保持部材であれば、特に限定されるものではなく、例えば、流路チップタイプのセンサーチップにおける流路蓋であってもよいなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０      ＳＰＦＳ装置
２０      励起光照射ユニット
２１      光源ユニット
２２      角度調整機構
２３      光源制御部
２４      回折光除去スリット
２４ａ    主部
２４ｂ    側壁部
２４ｃ    スリット孔
２５      光源
２６      ビーム整形光学系
２６ａ    コリメーター
２６ｂ    スリット
３０      励起光検出ユニット
３１      受光センサー
３２      センサー制御部
４０      蛍光検出ユニット
４１      受光ユニット
４２      レンズ
４３      光学フィルター
４４      レンズ
４５      受光センサー
４７      位置切替機構
４８      センサー制御部
５０      搬送ユニット
５２      搬送ステージ
５４      チップホルダー
６０      制御部
７０      センサーチップ
７２      誘電体部材
７２ａ    入射面
７２ｂ    成膜面
７２ｃ    出射面
７４      金属膜
７６      ウェル部材
７６ａ    境界面
１００    ＳＰＦＳ装置
１２０    励起光照射ユニット
１２１    光源ユニット
１２２    角度調整機構
１２３    光源制御部
１２５    光源
１２６    ビーム整形光学系
１２６ａ  コリメーター
１２６ｂ  スリット
１４０    蛍光検出ユニット
１５４    チップホルダー
１６０    制御部
１７０    センサーチップ
１７２    誘電体部材
１７４    金属膜
１７６    試料溶液保持部材
【図１】
2019077932.tif 000003
【図２】
2019077932.tif 000004
【図３】
2019077932.tif 000005
【図４】
2019077932.tif 000006
【図５】
2019077932.tif 000007
【図６】
2019077932.tif 000008
【図７】
2019077932.tif 000009
【図８】
2019077932.tif 000010
【国際調査報告】
2019077932.tif 000011
2019077932.tif 000012
2019077932.tif 000013