(57)【要約】【課題】  本発明は微小物体を効果的にセンサ部に凝集させ、水溶液の溶媒の温度やイオン濃度といった検出環境の影響を受けず、精密な微小物体数の検出が可能な微小物体検出装置を提供する。【解決手段】  本発明の一実施形態に示される微小物体検出装置は光源１、コリメートレンズ２、集光レンズ３、プリズム４、外側電極５、センサ部６、コリメートレンズ７、光検出部８、周波数印加部９、試料セル１２を含み、センサ部６から微小物体を離反する第１の周波数と微小物体を凝集する第２の周波数との交流電圧を外側電極５へ印加し、センサ部にて得られる信号を比較することで微小物体を検出する。【選択図】図１
2011247836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリズムとプリズムの一面に形成された金属薄膜を含み、水溶液中の微小物体を検出する表面プラズモン共鳴センサにおいて、
微小物体を検出する金属薄膜と、
前記金属薄膜の周囲に形成された複数の電極と、
少なくとも１つの前記電極に接続され、交流電圧の周波数を変化させることができる周波数印加手段とを備えていることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２】
前記周波数印加手段は、
前記金属薄膜上の微小物体の濃度を濃縮させる第１の周波数と、
前記金属薄膜上の微小物体の濃度を希釈させる第２の周波数と、を印加することを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３】
前記周波数印加手段は、
微小物体を前記金属薄膜から離反させる第１の周波数と、
微小物体を前記金属薄膜に移動させる第２の周波数と、を印加することを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４】
前記周波数印加手段は、
前記複数の電極に微小物体を凝集させる第1の周波数と、
前記金属薄膜に微小物体を凝集させる第２の周波数と、を印加することを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項５】
前記第１の周波数を印加した前記金属薄膜の第１信号と、
前記第２の周波数を印加した前記金属薄膜第２信号との差により、微小物体を検出することを特徴とする請求項２から４に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項６】
前記複数の電極は、前記金属薄膜を中心として回転対称性を有し、前記金属薄膜と接触しない位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の微小物体検出装置。
【請求項７】
隣接した前記複数の電極は互いに位相の異なる交流電圧が印加されていることを特徴とする請求項６に記載の微小物体検出装置。
【請求項８】
微小物体を検出するセンサ部と、
前記センサ部の周囲に形成された複数の電極と、
少なくとも１つの前記電極に接続され交流電圧の周波数を変化させることができる周波数印加手段とを備えた検出装置により微小物体を検出する方法において、
前記電極に第1の周波数の交流電圧を印加するステップと、
前記センサ部の第1信号を検出するステップと、
前記電極に第２の周波数の交流電圧を印加するステップと、
前記センサ部の第２信号を検出するステップと、
前記第1信号と前記第２信号を比較し微小物体を検出するステップとを含むことを特徴とする微小物体検出方法。
【請求項９】
微小物体を検出するセンサ部と、前記センサ部の周囲に形成された複数の電極と、少なくとも１つの前記電極に接続され、交流電圧の周波数を変化させることができる周波数印加手段とを備えた検出装置により微小物体を検出する方法において、
微小物体を離反させる状態に相当する第１信号をメモリに記憶させるステップと
前記電極に第２の周波数の交流電圧を印加するステップと、
前記センサ部の第２信号を検出するステップと、
前記メモリに記憶された第1信号と前記第２信号とを比較し、微小物体を検出するステップとを含むことを特徴とする微小物体検出方法。
【請求項１０】
前記電極に第1の周波数の交流電圧を印加するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の微小物体検出方法。
【請求項１１】
前記第２の周波数を印加する印加時間を計測するステップを含むことを特徴とする請求項８から１０に記載の微小物体検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液中の微小物体を検出するための微小物体検出装置および微小物体検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の水溶液中に存在する微小物体（具体的には、大きさ０．１μｍから１０μｍ程度の細菌やプラスチック粒子）の濃度を測定する方法には、誘電泳動力を用いて微小物体を捕集し、検出する方法が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、試料セルの底面上に検出部に向かい電極間隔を順次狭くなるように複数の電極を配置し、誘電泳動により微小物体を捕集した後、表面プラズモン共鳴センサにより検出する方法が開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、試料セル内に円筒形状の電極と円盤形状の泳動電極を配置し、誘電泳動による微生物体に対する電界集中部からの斥力を用い、泳動電極に捕集した微小物体を検出する方法が開示されている。
【０００５】
ここで、誘電泳動力とは、不均一な電場中におかれた溶液中の微小物体に働く力のことである。溶液中に存在する微粒子に外部から電場を与えた際、溶液と微粒子の界面の双極子モーメントが誘起される。不均一な電場中に微小物体が存在する時、電場強度の勾配に比例して微小物体に力が作用する。例えば、電極に電圧を印加することで電場を与えた場合、微小物体の誘電率と溶媒の誘電率の大小関係および電極に印加する電圧の周波数によって、上記電極に対して引力または斥力が働く。例えば、ポリスチレンの微粒子を純水中に懸濁させたポリスチレン懸濁液の場合、この力は１００ｋＨｚで引力となり、２ＭＨｚで斥力となる。引力が働く場合は、電場強度が強い電極のエッジ部近傍に微粒子が捕集され、斥力が働く場合は、電場強度が強い電極近傍から微小物体が離れ、電場強度の弱い位置に集まる。上記の引力の働く場合を正の誘電泳動いい、斥力が働く場合を負の誘電泳動という。
【０００６】
また、表面プラズモンとは、金属薄膜上に励起される自由電子と光の結合モードである。ここで、表面プラズモンに関連する現象を、プリズム上に金属薄膜が配置され、金属薄膜上に被検出物が接しているケースに基づき説明する。プリズムを介して全反射角以上の角度で金属薄膜に入射された光は、金属薄膜で全反射され、エバネッセント波とよばれる減衰波に変換される。
【０００７】
このエバネッセント波は金属薄膜を減衰しながら透過し、金属薄膜と被検出物の接する界面で反射する。ここで、特定の入射角で金属薄膜に光が入射された場合、金属薄膜と被検出物の界面に表面プラズモンが励起される。この特定の入射角を表面プラズモン共鳴角とよぶ。また、このとき光の波数と表面プラズモンの波数および周波数は整合しており、共鳴状態にある。エバネッセント波は金属薄膜と被検出物の界面を減衰しながら伝搬するため、表面プラズモン共鳴角における反射光の強度は減少する。ここで、表面プラズモン共鳴角は、金属薄膜の表面近傍の誘電率変化に応じて敏感に変化する。このため、表面プラズモン共鳴センサは、金属薄膜の表面近傍の誘電率変化を検出することで、微小物体の検出を行うこと可能である。例えば、表面プラズモン共鳴センサは、表面プラズモン共鳴角の変化量を測定することにより、金属表面に付着した物質の濃度を高感度に定量することができる。
【０００８】
表面プラズモンの波数をＫＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、真空中の光速をｃ、金属の誘電率をεm、被検出物の誘電率をεsとすると、以下の関係がある。被検出物の誘電率が変化すると、表面プラズモンの波数が変化し、表面プラズモン共鳴角が変化する。
【０００９】
【数１】
2011247836.tif 000003
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１９５３９７号公報
【特許文献２】特開２０００−２４５４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の検出装置は電場強度が大きな電極のエッジ部に微小物体が捕集され、検出部で微小物体を効果的に検出することができない。また、水溶液の溶媒の温度やイオン濃度の変化といった検出環境の影響を受け、精密な微小物体の検出が不可能という問題点を有している。
【００１２】
また特許文献２に記載の検出装置は、試料セルの中心部に微小物体を捕集させる泳動電極を形成し、試料セルの内部を透過する光を照射しなければならない。このため、水溶液の溶媒の温度やイオン濃度の変化といった検出環境の影響を受け、精密な微小物体の検出が不可能という問題点を有している。
【００１３】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は効率的な微小物体の捕集を行うとともに、検出環境の影響を受けずに微小物体を検出することが可能な検出装置、検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る表面プラズモン共鳴センサはプリズムとプリズムの一面に形成された金属薄膜を含み、水溶液中の微小物体を検出する表面プラズモン共鳴センサにおいて、微小物体を検出する金属薄膜と前記金属薄膜の周囲に形成された複数の電極と少なくとも１つの前記電極に接続され、交流電圧の周波数を変化させることができる周波数印加手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、微小物体を効果的に金属薄膜に効果的に凝集することが可能であり、精密な微小物体の検出が可能である。
【００１６】
本発明に係る微小物体を検出する方法は微小物体を検出するセンサ部と前記センサ部の周囲に形成された複数の電極と少なくとも１つの前記電極に接続され、交流電圧の周波数を変化せることができる周波数印加手段とを備えた検出装置により、微小物体を検出する方法において、前記電極に第1の周波数の交流電圧を印加するステップとセンサ部の第1信号を検出するステップと前記電極に第２の周波数の交流電圧を印加するステップとセンサ部の第２信号を検出するステップと、前記第1信号と前記第２信号を比較し微小物体を検出するステップとを含むことを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、微小物体の検出環境に影響を受けず、精密な微小物体の検出が可能である。
【００１８】
本発明に係る微小物体を検出する方法は微小物体を検出するセンサ部と前記センサ部の周囲に形成された複数の電極と少なくとも１つの前記電極に接続され、交流電圧の周波数を変化させることができる周波数印加手段とを備えた検出装置により微小物体を検出する方法において、微小物体を検出するセンサ部と、前記センサ部の周囲に形成された複数の電極と、少なくとも１つの前記電極に接続され、交流電圧の周波数を変化させることができる周波数印加手段とを備えた検出装置により微小物体を検出する方法において、微小物体を離反させる状態に相当する第１信号をメモリに記憶させるステップと前記電極に第２の周波数の交流電圧を印加するステップと、前記センサ部の第２信号を検出するステップと、前記メモリに記憶された第1信号と前記第２信号とを比較し、微小物体を検出するステップとを含むことを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、メモリに記録した第１信号とセンサ部にて検出された第２信号とを比較することにより、迅速な微小物体の検出が可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、微小物体をセンサ部に効果的に凝集することが可能という効果を奏する。また、水溶液の溶媒の温度やイオン濃度といった検出環境の影響を受けず、精密な微小物体数の検出が可能という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る微小物体検出装置の断面図
【図２】試料セルの詳細を示す斜視図
【図３】外側電極５およびセンサ部の構造を概略的に示した図
【図４】本発明の一実施形態に係る第１の微小物体の検出フロー図
【図５】正の誘電泳動により微小物体がセンサ部から離反した状態を示した模式図
【図６】負の誘電泳動により微小物体がセンサ部に凝集した状態を示した模式図
【図７】（ａ）光検出部で検出された反射光の入射角依存性の一例を示した図、（ｂ）第一信号と第二信号の差をとった差分検出信号の入射角依存性の一例を示した図、（ｃ）差分検出信号強度と微小物体の数との関係の一例を示した図
【図８】本発明の一実施形態に係る第２の微小物体の検出フロー図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
本発明に係る微小物体検出装置について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は本発明の微小物体検出装置の一実施形態である表面プラズモン共鳴センサ１００を概略的に示した断面図である。
【００２３】
実施例１に係る表面プラズモン共鳴センサ１００は表面プラズモン光源１、コリメートレンズ２、集光レンズ３、プリズム４、外側電極５、センサ部６、コリメートレンズ７、光検出部８、周波数印加部９、試料セル１２、演算部１３、メモリ１４を含む。
【００２４】
光源部1はセンサ部に対して光を照射する光源であり、コリメートレンズ２、集光レンズ３、プリズム４を通り、センサ部６に光を照射する。光検出部８は光検出素子により形成され、センサ部６における反射光を、コリメートレンズ７に透過後に検出するように配置されている。センサ部６は金属薄膜により形成され、プリズム４上に形成されている。
【００２５】
演算部１３は光検出部８に接続されており、光検出部８により検出された信号、または、光検出部８により検出された信号とメモリ１４に記憶された信号に基づき、演算処理が行われる。メモリ１４は演算部１３に含まれるように配置され、光検出部８により検出された信号のデータ、またはあらかじめ、信号のデータが記憶される。
【００２６】
ここで、メモリ１４は演算部１３に含まれるように配置しているが、他のデバイスに設けてもよく、複数の検出信号及び演算に必要なデータを記憶するため複数のメモリを設けてもよい。また、例えば記憶された信号のデータを比較することで微小物体の検出を行う検出方法を用いる場合、表面プラズモン共鳴センサ１００にメモリを備える必要はない。
【００２７】
外側電極５は前記センサ部６を囲むように配置され、周波数印加部９に接続されている。周波数印加部１５は交流電源部１０と周波数制御部１１とを含み、外側電極５に対して電圧を供給する。周波数制御部１１は交流電源部１０から供給される電圧の周波数を制御する。試料セル１２はセンサ部６を覆うように形成され、微小物体を含んだ水溶液が収納される。
【００２８】
試料セルの詳細図について図２を用いて説明する。図２はセンサ部６上に配置した試料セルの斜視図である。プリズム４上にセンサ部６が配置され、センサ部６を覆うようにフローセルが形成されている。前記フローセルには微小物体が含まれた水溶液が収容され、センサ部６は水溶液に浸され、プリズム４とフローセルにより囲まれるように配置される。
【００２９】
ここで例えばフローセルは微小物体を含んだ水溶液をセンサ部に流動させるようにフローセル中に管や溝などの流動手段を設けることがよい。流動手段を設けることで、センサ部に微小物体を含んだ水溶液を効率よく流動させることが可能であり、精度の高い検出が可能となる。図２の流動手段はセンサ部に対して２方向から入水口と２方向への出水口が設けられている。
【００３０】
ここで図２において、試料セル１２はプリズム４上に配置してあるが、プリズム４も含めて囲まれる大型の試料セルを用いた構成にしてもよく、センサ部に水溶液を浸すことが可能な構造であれば構わない。また、外側電極５は試料セル１２の内部に配置または外部に配置してもよい。
【００３１】
以下、図１に示される実施例１の光源から照射した光の光路及び動作原理を説明する。光源１から照射された光ＬＢは経路Ｃ１をたどり、コリメートレンズ２を透過して平行光となった後、集光レンズ３に入射する。集光レンズ３に入射した光ＬＢは、プリズム４に入射され、プリズム４上に配置されたセンサ部６に集光される。センサ部６に集光された光ＬＢは多様な角度成分の光を含んでおり、全反射角以上の角度で入射された光ＬＢはプリズム４とセンサ部６の界面で全反射され、エバネッセント波に変換される。
【００３２】
このセンサ部６の金属薄膜にて変換されたエバネッセント波のうち、表面プラズモン共鳴角で入射された光ＬＢはセンサ部６の金属薄膜を減衰しながら透過し、金属薄膜と被検出物の接する界面で反射する。金属薄膜と被検出部の接する界面で反射された光ＬＢは、再び金属薄膜を減衰しながら透過し、プリズム４を透過後、コリメートレンズ７に入射する。コリメートレンズ７に入射した光ＬＢは、平行光となり、その後、光検出部８へ受光する。光検出部８では受光した反射光の反射光強度の入射角依存性の変化を計測する。
【００３３】
ここで、表面プラズモン共鳴角で入射された光ＬＢの反射率は他の入射角の光と比較して低下している。また、表面プラズモン共鳴角の値は、金属薄膜の表面近傍の誘電率変化に応じて敏感に変化する。このため、光検出部８にて表面プラズモン共鳴角の変化量を測定することで、センサ部６の金属表面に付着した微小物体の数、濃度を高感度に定量することが可能となる。
【００３４】
光源1は半導体レーザ、外部共振半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザ、ＬＥＤなどから形成され、センサ部への光を供給する。また、単色性の良いＬＥＤであってもよい。光検出部８は反射光の入射角依存性を計測するため、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの１次元センサにより構成されることが好ましいが、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元センサを用い、一方向に加算または平均を取ることでラインセンサと同等の役割を果たしてもよい。また、光検出部８は検出面に分割されたフォトダイオードを形成させてもよい。
【００３５】
また、センサ部６の金属材料は表面プラズモン共鳴角を示す角度の幅を小さくするため、イオン化傾向の低いＡｕ、Ａｇなどを用いることがよく、金属材料の厚みは表面プラズモン共鳴を生じさせるため、１００ｎｍ以下にすることが好ましい。また、センサ部６の金属薄膜は層状構造として、ＡｕやＡｇなどの金属薄膜の下地にクロムやチタンなどを用いてもよい。このとき、センサ部６の下地の特性が影響を与えないために下地の厚みを５ｎｍ以下として形成させることがよい。
【００３６】
外側電極５の厚みまたは材質は、センサ部６と同一とさせることで、電極作成プロセスを減らすことが可能である。プリズム４はガラスやプラスチックなどの樹脂などによりつくられ、光の吸収が少ない材料が好ましい。また、表面プラズモン共鳴角を示す角度の範囲を小さくするため、プリズム４の材料は屈折率が大きいものが好ましい。
【００３７】
また、図１では、プリズム４上に外側電極５およびセンサ部６が直接配置されているが、必ずしもプリズム上に形成される必要はない。例えば、プリズム４の材料または屈折率が同等の基板上に外側電極５およびセンサ部６を配置し、上記基板を介してプリズム４を密着させてもよい。このとき、センサ部６以外の反射光を抑制し、迷光や干渉性ノイズの影響を除去するため、プリズムと基板の界面にはプリズム４及び基板の屈折率と同等の接着材または屈折率マッチングオイルを塗布することが好ましい。
【００３８】
また、光源１から照射された光ＬＢはコリメートレンズ２、集光レンズ３、プリズム４の順の光学経路をたどっているが、光ＬＢがセンサ部６に集光されていればよく、光学部材を異なる順に配置しても、その他の光学部材を配置してもよい。また、センサ部６に入射する光は直線偏光とすることがよく、偏光方向をＰ偏光とさせることが好ましい。
【００３９】
図３は外側電極５およびセンサ部６の構造を概略的に示した図である。図３を参照して、外側電極５およびセンサ部６の構造及び動作について説明する。外側電極５及びセンサ部６はプリズム４上に形成されている。プリズム４上に形成された４つの外側電極５は、角度間隔が９０度に配置され、回転対称性を有する。
【００４０】
回転対称を有する外側電極５の中心にはセンサ部６が配置されており、センサ部６はいずれの外側電極５とも接触しないように形成されている。ここで、外側電極の電極数は偶数個であればよいが、図３では４個の電極からなる外側電極５の構成を示す。また、電極の形状は、センサ部６の方向に先端部１７を有する形状が好ましく、上記先端部１７の角度は例えば、３０度、４５度、９０度と任意に設定することは可能であるが、角度を９０度とし、外側電極５の先端部１７に隣接する外側電極５の先端部１７の辺と平行にさせることが好ましい。センサ部６の形状は、図３では円形として記載されているが、正方形や菱形、多角形であってもよい。
【００４１】
交流電源部１０の第１の端子１５および第２の端子１６は外側電極５と配線されており、第１の端子１５と第２の端子１６にそれぞれ異なる位相の電圧が印加されている。ここで、交流電源部１０から印加される異なる位相の電圧は、一定角度でシフトさせることがよく、より好ましくは、センサ部６に対してより強い電場を与えるため、位相を９０度シフトさせ、隣接する外側電極同士に逆位相の電圧を印加することがよい。また、交流電源部と外側電極との配線は、隣接する外側電極５の一方を接地し、他方の外側電極５に交流電圧を印加してもよい。
【００４２】
交流電圧の波形は、矩形波、三角波などの波形を用いることが可能であるが、単一の周波数による変調なため、高調波による影響が少ないＳｉｎ波がもっとも適している。
【００４３】
次に本発明に係る微小物体検出装置を用いた第1の検出方法について、図４から図７を用いて説明する。
【００４４】
図４は本発明の一実施形態に係る第１の微小物体の検出フロー図である。図５は正の誘電泳動により微小物体がセンサ部から離反する状態を示した模式図である。図６は負の誘電泳動により微小物体がセンサ部に凝集した状態を示した模式図である。図７（ａ）は、光検出部８で検出された反射光の入射角依存性の一例を示した図である。図７（ｂ）は第１信号と第２信号との差をとった差分検出信号の入射角依存性の一例である。図７（ｃ）は差分検出信号強度と微小物体の数との依存性の一例を示した図である。図４の検出フローは、センサ部６上の微小物体を離反するステップ１０１と、参照信号である第１信号を取得するステップ１０２と、センサ部６上の微小物体を凝集するステップ１０３と、微小物体の信号である第２信号を取得するステップ１０４と、第１信号と第２信号とを比較演算するステップ１０５と、微小物体の存在、数、濃度を算出するステップ１０６とを含む。
【００４５】
微小物体の検出作業を開始すると、はじめに、センサ部６上の微小物体を離反するステップ１０１にて、周波数印加手段１５により外側電極に対して第１の周波数の交流電圧が印加される。すなわち、周波数制御手段１１は交流電源部１０に第１の周波数の電圧を印加するための信号を送信され、この信号を受信した交流電源部１０は第１の周波数の電圧を外側電極５に印加する。このとき、第１の周波数の電圧を印加された外側電極５は微小物体に対して正の誘電泳動の力を働かせ、微小物体は電場強度の強い外側電極５の先端部１７近傍に移動され、電場強度が低いセンサ部６上の微小物体は離反され、微小物体の濃度は希釈化される。図５は正の誘電泳動によりセンサ部６上の微小物体が離反した状態を示す模式図である。
【００４６】
次に参照信号である第１信号を取得するステップ１０２では、図５が示すセンサ部６から反射された光源１の反射光を光検出部８にて検出する。ここで、光検出部８は図５が示す状態のセンサ部６における入射角と反射率の依存性のデータを検出し、得られたデータをメモリに記憶させる。例えば、参照信号である第１信号は図７（ａ）の参照信号のように検出される。ここで、反射率の低い入射角を示す角度がプラズモン共鳴角である。この検出により溶媒の温度やイオン濃度など微小物体以外の測定環境の誘電率の測定を行うことが可能である。
【００４７】
次にセンサ部６上の微小物体を凝集するステップ１０３では、周波数印加手段１５により外側電極に対して第２の周波数の交流電圧が印加される。すなわち、周波数制御手段１１は交流電源部１０に第２の周波数の電圧を印加するための信号を送信する。この信号を受信した交流電源部１０は第２の周波数の電圧を外側電極５に印加する。このとき第２の周波数の電圧を印加された外側電極５は微小物体に対して負の誘電泳動の力を働かせ、外側電極５の先端部１７に凝集された微小物体はセンサ部６上へ移動される。負の誘電泳動は、正の誘電泳動と反対の方向に力が働くため、微小物体は外側電極５の先端部１７から押し出され、センサ部６上へ凝集され、微小物体の濃度は濃縮化される。図６は負の誘電泳動によりセンサ部６上に微小物体を凝集する状態を示す模式図である。
【００４８】
次に微小物体の信号である第２信号を取得するステップ１０４では、センサ部６から反射された光源１の反射光を光検出部８にて検出する。ここで、光検出部８は図６が示す状態のセンサ部６における入射角と反射率の依存性のデータを検出し、得られたデータをメモリに記憶させる。例えば、微小物体の信号である第２信号は図７（ａ）の微小物体の信号のように検出される。この検出により測定環境と微小物体とを含む検出環境の誘電率の測定を行うことが可能である。
【００４９】
次に第１信号と第２信号とを比較演算するステップ１０５では、メモリに記憶された第１信号と第２信号とを比較し、差分検出信号を演算することで、微小物体による信号の変化のみのデータを得ることができる。例えば、図７（a）にようにプラズモン共鳴角がシフトした第１信号と第２信号との差分をとり、図７（ｂ）の差分検出信号と入射角との依存性のデータを得る。ここで、差分検出信号の入射角依存性は極大となる点と極小となる点が存在し、両者の差の絶対値を差分検出信号強度とすることができる。また、極大値と極小値の間の傾き（微分信号）や０を横切る点の入射角を差分検出信号強度としてもよい。
【００５０】
次に微小物体の存在、数、濃度を算出するステップ１０６では、差分検出信号に基づいて、微小物体の存在、数、濃度等の算出を行う。例えば、図７（ｃ）のような差分検出信号強度と微小物体の数との依存性を示したテーブルをあらかじめメモリに記憶させておき、ステップ５で得られた差分検出信号強度を上記メモリから参照したデータと比較することで、微小物体の数、濃度等を定量することができる。
【００５１】
ここで、微小物体の検出方法の順番は図４の検出フローに限られず、凝集化された微小物体の信号と離反された微小物体の信号を比較できる検出フローであればよい。例えば、図４のステップ１０３、ステップ１０４、ステップ１０１、ステップ１０２、ステップ１０５、ステップ１０６の順に検出してもよい。
【００５２】
また、あらかじめメモリに参照信号となる第１信号を記憶させておき、図４のステップ１０３、ステップ１０４、ステップ１０５、ステップ１０６のみのフローにて、凝集化した微小物体のみから検出を行っても、ある程度高い精度で迅速な検出を行うことができる。
【００５３】
また、微小物体の検出を複数回行う場合は、ｎ回目（ｎは自然数）の検出フローのステップ１０２にて得られた第１信号のデータをｎ＋１回目の検出フローの際にもメモリに保存しておき、ｎ＋１回目以降の検出はステップ３以降のステップ３、ステップ４、ステップ５、ステップ６を繰り返す検出フローとしてもよい。このとき、ステップ５の第１信号と第２信号の比較はメモリに保存されたｎ回目のステップ２で検出された第１信号と、ｎ＋１回目のステップ４で検出された第２信号とを比較し演算を行う。このため、ｎ＋１回目以降の検出はステップ１、ステップ２の検出フローを削除できるため、迅速な検出を行うことができる。
【００５４】
ここで本発明に係る微小物体検出装置は、第１または第２の周波数の交流電圧を印加する印加時間を測定する手段またはステップを設けてもよい。第１または第２の周波数の印加前後の微小物体の濃度比は印加時間に対して依存関係がある。このため、第１または第２の周波数の印加前後の濃度比と印加時間との関係をあらかじめメモリに記録しておき、検出された第１信号または第２信号を印加時間に応じて調整してもよく、また、第１信号と第２信号とを比較演算するステップ１０５、または、微小物体の存在、数、濃度を算出するステップ１０６において、印加時間に応じた調整を行ってもよい。第１または第２の周波数を印加する印加時間を測定する手段またはステップを設けることにより、濃縮または希釈化された微小物体の濃度が飽和するまで電圧を印加する必要がないため、短時間に高精度な微小物体の数、濃度の検出が可能となる。
【００５５】
次に本発明に係る微小物体検出装置を用いた第２の検出方法について、図５から図８を用いて説明する。図８は本発明の一実施形態に係る第２の微小物体の検出フロー図である。図８の検出フローは、センサ部６上の微小物体を離反するステップ２０１と、参照信号である第１信号の取得を選択するステップ２０２と、参照信号である第１信号を取得するステップ２０３と、センサ部６上の微小物体を凝集するステップ２０４と、微小物体の信号である第２信号を取得するステップ２０５と、第１信号と第２信号とを比較演算するステップ２０６と、微小物体の存在、数、濃度を算出するステップ２０７とを含む。
【００５６】
微小物体の検出作業を開始すると、はじめに、センサ部６上の微小物体を離反するステップ２０１にて、周波数印加手段１５により外側電極に対して第１の周波数の交流電圧が印加される。すなわち、周波数制御手段１１は交流電源部１０に第１の周波数の電圧を印加するための信号を送信する。この信号を受信した交流電源部１０は第１の周波数の電圧を外側電極５に印加する。このとき、第１の周波数の電圧を印加された外側電極５は微小物体に対して正の誘電泳動の力を働かせ、微小物体は電場強度の強い外側電極５の先端部１７近傍に移動され、電場強度が低いセンサ部６上の微小物体は離反し、微小物体の濃度は希釈化される。図５は正の誘電泳動によりセンサ部６上の微小物体が離反した状態を示す模式図である。
【００５７】
次に参照信号である第１信号の取得を選択するステップ２０２では、設定に応じて第１信号を取得するか否かを選択する。第１信号を取得するように設定されている場合はステップ２０３に進み、第１信号を取得しないように設定されている場合はステップ２０４へ進む。ここで、取得するか否かの設定基準は、例えば、参照信号となる第１信号があらかじめメモリに記憶されているか否かにより選択されるように設定してもよく、検出時間の短縮を目的に、第１信号を取得しないようにあらかじめ設定できるようにしてもよい。
【００５８】
参照信号である第１信号を取得するステップ２０３では、センサ部６から反射光源１の反射光を光検出部８にて検出する。ここで、光検出部８は図５が示す状態のセンサ部６の入射角と反射率の依存性のデータを検出し、得られたデータをメモリに記憶させる。また、あらかじめメモリにデータが記憶されている場合は得られた第１信号によるデータの更新を行う。例えば、参照信号である第１信号は図７（ａ）の参照信号のように検出される。ここで、反射率の低い入射角を示す角度がプラズモン共鳴角である。この検出により溶媒の温度やイオン濃度など微小物体以外の測定環境の誘電率の測定を行うことが可能である。
【００５９】
センサ部６上の微小物体を凝集するステップ２０４では、周波数印加手段１５により外側電極に対して第２の周波数の交流電圧が印加される。すなわち、周波数制御手段１１は交流電源部１０に第２の周波数の電圧を印加するための信号を送信する。この信号を受信した交流電源部１０は第２の周波数の電圧を外側電極５に印加する。このとき第２の周波数の電圧を印加された外側電極５は微小物体に対して負の誘電泳動の力を働かせ、外側電極５の先端部１７に凝集された微小物体はセンサ部６上へ移動される。負の誘電泳動は、正の誘電泳動と反対の方向に力が働くため、微小物体は外側電極５の先端部１７から押し出され、センサ部６上へ凝集される。図６は負の誘電泳動によりセンサ部６上に微小物体が凝集する状態を示す模式図である。
【００６０】
次に微小物体の信号である第２信号を取得するステップ２０５では、センサ部６から反射された光源1の反射光を検出する。ここで、光検出部８は図６が示す状態のセンサ部６の入射角と反射率の依存性のデータを検出する。例えば、微小物体の信号である第２信号は図７（ａ）の微小物体の信号のように検出される。この検出により測定環境と微小物体とを含む検出環境の誘電率の測定を行うことが可能である。
【００６１】
次に第１信号と第２信号とを比較演算するステップ２０５では、メモリに記憶された第１信号と第２信号とを比較し、差分検出信号を演算することで、微小物体による信号の変化のみのデータを得ることができる。例えば、図７（a）のようにプラズモン共鳴角がシフトした第１信号と第２信号との差分をとり、図７（ｂ）の差分検出信号と入射角との依存性のデータを得る。ここで、差分検出信号の入射角依存性は極大となる点と極小となる点が存在し、両者の差の絶対値を差分検出信号強度とすることができる。また、極大値と極小値の間の傾き（微分信号）や０を横切る点の入射角を差分検出信号強度としてもよい。
【００６２】
次に微小物体の存在、数、濃度を算出するステップ２０６では、差分検出信号に基づいて、微小物体の存在、数、濃度等の算出を行う。例えば、図７（ｃ）のような差分検出信号強度と微小物体の数との依存性を示したテーブルをあらかじめメモリに記憶させておき、ステップ５で得られた差分検出信号強度を上記メモリから参照したデータと比較することで、微小物体の数、濃度等を定量することができる。
【００６３】
その後、さらに微小物体の検出を行う場合は検出フロー２０１へ戻り検出フローを繰り返す。ここで、微小物体の検出フローは次回以降の検出に関しても同様に検出することが可能である。
【００６４】
図８の検出フローによれば、検出時間の短縮を図り、迅速な検出が可能である。例えば、あらかじめメモリに参照信号である第１信号のデータを記憶させておくことで、ステップ２０５の検出フローを削減することができ、検出時間の短縮を図ることが可能である。また、検出を複数回行う場合はステップ２０２の検出フローにて、ｎ回目（ｎは自然数）の検出フローでは第１信号のデータを取得するように設定し、ｎ＋１回目以降は第１信号のデータを取得しないように設定することで、検出環境のキャリブレーション考慮した、より効率的な微小物体の検出を行うことが可能である。ここで本発明に係る微小物体検出装置は、第１または第２の周波数の交流電圧を印加する印加時間を測定する手段またはステップを設けてもよい。第１または第２の周波数の印加前後の微小物体の濃度比は印加時間に対して依存関係がある。このため、第１または第２の周波数の印加前後の濃度比と印加時間との関係をあらかじめメモリに記録しておき、検出された第１信号または第２信号を印加時間に応じて調整してもよく、また、第１信号と第２信号とを比較演算するステップ２０５、または、微小物体の存在、数、濃度を算出するステップ２０６において、印加時間に応じた調整を行ってもよい。第１または第２の周波数を印加する印加時間を測定する手段またはステップを設けることにより、濃縮または希釈化された微小物体の濃度が飽和するまで電圧を印加する必要がないため、短時間に高精度な微小物体の数、濃度の検出が可能となる。
【００６５】
本発明は上述した各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１    光源  
２    コリメートレンズ
３    集光レンズ
４    プリズム
５    外側電極
６    センサ部
７    コリメートレンズ
８    光検出部
９  周波数印加部（周波数印加手段）
１０  交流電源部
１１  周波数制御部（周波数制御手段）
１２  試料セル
１３  演算部
１４  メモリ
１５  第１の端子
１６  第２の端子
１７  先端部
１００  表面プラズモン共鳴センサ
【図１】
2011247836.tif 000004
【図２】
2011247836.tif 000005
【図３】
2011247836.tif 000006
【図４】
2011247836.tif 000007
【図５】
2011247836.tif 000008
【図６】
2011247836.tif 000009
【図７】
2011247836.tif 000010
【図８】
2011247836.tif 000011