(57)【要約】【課題】受光センサーの受光面における光の入射スポットの位置がずれても、高い定量性で被検出物質を検出することが簡易な構成で可能な表面プラズモン共鳴蛍光分析装置および表面プラズモン共鳴蛍光分析方法を提供する。【解決手段】ＳＰＦＳ装置において、励起光の金属膜３０の裏面における入射領域が増強角の測定に伴って受光センサーの入射窓２５中をずれる方向が、入射窓２５における感度の変化が小さい方向（ｘ方向）に沿うように、受光センサーを配置する。増強角の測定によって入射窓２５における入射スポットの位置がずれても、高い定量性で被検出物質を検出することが可能となる。【選択図】図４
2015059803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜を一面に有するプリズムを含む分析チップが装着され、前記プリズムを介して前記金属膜に励起光を照射することで、前記金属膜上に配置された被検出物質を標識する蛍光物質を励起させ、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出することで、前記被検出物質の量を測定するための表面プラズモン共鳴蛍光分析装置であって、
前記分析チップを着脱可能に保持するチップホルダーと、
前記励起光を出射する光源と、
前記プリズムを介して前記金属膜に所定の入射角で励起光を照射するために、前記金属膜に対する励起光の入射角を走査して調整する角度調整部と、
前記蛍光物質から放出された蛍光を検出する受光センサーと、を有し、
前記受光センサーの受光面における感度の変化は、一方向において、他の方向の感度の変化に比べて小さく、
前記受光センサーは、前記角度調整部によって励起光の入射角を走査したときの前記受光面における光の入射スポットが、前記一方向に沿って移動するように配置されている、
表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。
【請求項２】
前記受光センサーは、光電子増倍管である、請求項１に記載の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。
【請求項３】
前記光電子増倍管は、
前記受光面から入射した光を光電子に変換する光電面と、複数のダイノードとを有し、
前記光電子が最初に入射するダイノードを初段ダイノードとした時、
前記一方向は、前記受光面上において、前記受光面から前記初段ダイノードまでの距離の変化が小さい直線に沿う方向である、
請求項２に記載の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。
【請求項４】
前記光電子増倍管は、透過型の光電面を含み、
前記光電子増倍管は、前記一方向に直交する平面において、前記透過型光電面の法線に対して前記透過型光電面に入射する光の光軸が斜めになるように配置されている、
請求項２または３に記載の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。
【請求項５】
前記金属膜から前記受光面に入射する光の前記受光面における入射スポットは、前記受光面よりも小さい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。
【請求項６】
被検出物質を標識する蛍光物質が、表面プラズモン共鳴に基づく局在場光により励起されて発生した蛍光を受光センサーで検出して、前記被検出物質の量を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析方法であって、
プリズムの一面上に配置された金属膜に対する入射角を変化させながら、前記プリズムを介して前記金属膜に励起光を照射する工程を含み、
前記受光センサーの受光面における感度の変化は、一方向において、他の方向の前記変化に比べて小さく、
前記受光面における光の入射スポットが前記受光面において前記一方向に移動するように、前記入射角を変化させる、
表面プラズモン共鳴蛍光分析方法。
【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（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）を利用して試料液中に含まれる被検出物質を検出する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置、および表面プラズモン共鳴蛍光分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質やＤＮＡなどの生体物質を検出する測定において、わずかな量の被検出物質を迅速に検出できれば、即時に患者の状態を把握し治療を行うことが可能となる。このため、わずかな量の被検出物質に起因する微弱な光を、迅速にかつ高感度で検出する分析方法および分析装置が求められている。当該被検出物質を高感度で検出する１つの方法として、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）：ＳＰＦＳ）法が知られている。
【０００３】
ＳＰＦＳ法は、金や銀などからなる金属膜が所定の面上に形成されたプリズムを用いる。そして、表面プラズモン共鳴が生じる角度でプリズムを介して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、あるいは被検出物質を標識する蛍光物質が選択的に励起され、励起された被検出物質あるいは蛍光物質から放出された蛍光を検出することで、上記被検出物質の存在やその量の検出が可能である。
【０００４】
微弱な光を高い定量性で検出するためには、高感度な受光センサーを用いることが欠かせない。当該受光センサーとして、光電子増倍管（Photomultiplier：ＰＭＴ）およびアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。
【０００５】
上記ＳＰＦＳ法を利用する光学測定では、表面プラズモン共鳴により金属膜表面上に十分な量の局在場光を発生させることが必要である。このため、個々のプリズムや反応場の状況などに応じて、上記金属膜に対する励起光の入射角度を、上記表面プラズモン共鳴効果最大となる角度（例えば、増強角や共鳴角など）に設定する必要がある。なお、増強角とは、上記金属膜の表面からのプラズモン散乱光の光量が最大になる、上記励起光の上記金属膜の裏面に対する入射角度である。また、共鳴角とは、上記金属膜の裏面における反射光の光量が最小となる、上記励起光の上記金属膜の裏面に対する入射角度である。
【０００６】
上記入射角度の設定では、例えば、上記金属膜に対する励起光の入射角を変化（走査）させながら、前記プリズムを介して前記金属膜に励起光を照射する。当該走査に伴い、プリズム入射面での屈折や、入射角によるビーム形状の変化などにより、金属膜における入射領域がわずかに移動する。そして、当該移動に伴い、受光センサーの受光面に入射する光の入射スポットもわずかに移動する。しかしながら、受光センサーの感度は、受光面において一定ではないことがある。したがって、上記ＳＰＦＳ法における定量性を確保するためには、上記受光センサーの受光面における光の入射スポットのずれを防止することが有効である。
【０００７】
上記入射領域の走査において上記受光面における上記入射スポットのずれを防止するために、光源から出射した励起光をミラーで反射して上記プリズムに向けて出射するにあたり、第一の軸を回転軸として上記ミラーを回転させ、また当該第一の軸に直交する第二の軸に沿って上記ミラーを移動させて、励起光の上記入射角度を調整する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。当該方法は、励起光の金属膜における入射位置のずれを最小限に抑えながら入射角度の最適化が可能である。このため、当該入射角度の設定による受光センサーの感度の変化が最小限に抑えられるので、上記の方法は、ＳＰＦＳ法における被検出物質の検出の定量性を高める観点から有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０４２８０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されている方法は、上記ミラーの位置および向きを、第一および第二の軸の二本の軸に基づいて調整するための複雑な構成を要する。このため、ＳＰＦＳ装置の製造コストの低減や、ＳＰＦＳ装置の小型化などの観点から、検討の余地が残されている。
【００１０】
一方で、微弱な光を高い定量性で検出するためには、受光センサーに入射した光を全て検出することが有効である。当該受光センサーにおける全入射光の検出は、当該光の上記受光面における入射スポットを当該受光面よりも小さくすることで達成される。しかしながら、例えば、ＰＭＴなどのように、上記受光面内の位置による感度の差があると、受光面における位置によって出力値が変わり、上記被検出物質を高い定量性で検出することができないことがある。
【００１１】
本発明は、受光センサーの受光面における光の入射スポットの位置がずれても、高い定量性で被検出物質を検出することが簡易な構成で可能な表面プラズモン共鳴蛍光分析装置および表面プラズモン共鳴蛍光分析方法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】
【００１２】
本発明は、金属膜を一面に有するプリズムを含む分析チップが装着され、前記プリズムを介して前記金属膜に励起光を照射することで、前記金属膜上に配置された被検出物質を標識する蛍光物質を励起させ、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出することで、前記被検出物質の量を測定するための表面プラズモン共鳴蛍光分析装置であって、前記分析チップを着脱可能に保持するチップホルダーと、前記励起光を出射する光源と、前記プリズムを介して前記金属膜に所定の入射角で励起光を照射するために、前記金属膜に対する励起光の入射角を走査して調整する角度調整部と、前記蛍光物質から放出された蛍光を検出する受光センサーと、を有し、前記受光センサーの受光面における感度の変化は、一方向において、他の方向の感度の変化に比べて小さく、前記受光センサーは、前記角度調整部によって励起光の入射角を走査したときの前記受光面における光の入射スポットが、前記一方向に沿って移動するように配置されている、表面プラズモン共鳴蛍光分析装置、を提供する。
【００１３】
また、本発明は、被検出物質を標識する蛍光物質が、表面プラズモン共鳴に基づく局在場光により励起されて発生した蛍光を受光センサーで検出して、前記被検出物質の量を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析方法であって、プリズムの一面上に配置された金属膜に対する入射角を変化させながら、前記プリズムを介して前記金属膜に励起光を照射する工程を含み、前記受光センサーの受光面における感度の変化は、一方向において、他の方向の前記変化に比べて小さく、前記受光面における光の入射スポットが前記受光面において前記一方向に移動するように、前記入射角を変化させる、表面プラズモン共鳴蛍光分析方法、を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、増強角の測定において金属膜から受光センサーの受光面に入射する光の入射スポットがずれる方向は、受光センサーの感度の受光面における変化が最も小さい方向である。このため、上記入射角度の調整により上記受光面における上記入射スポットがずれても、受光センサーの感度が実質的には変化しない。よって、受光センサーの受光面の向きを光源における励起光の出射方向に対して相対的に調整するだけの簡易な構成で、被検出物質を高い定量性で検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＳＰＦＳ装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態における受光センサーの縦断面を示す図である。
【図３】上記ＳＰＦＳ装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】図４Ａは、分析チップにおける出射領域を模式的に示す図であり、図４Ｂは、受光センサーの受光面における入射スポットを模式的に示す図である。
【図５】図５Ａは、受光センサーの受光面におけるｘ方向の感度の一例を示す図であり、図５Ｂは、受光センサーの受光面におけるｙ方向の感度の一例を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態における受光センサーの縦断面を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態における受光センサーの受光面における入射スポットを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００の構成を示す模式図である。ＳＰＦＳ装置１００は、誘電体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）を発生させることができる。この局在場光により金属膜上に配置された被検出物質または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、被検出物質の濃度または量を検出する。
【００１７】
ＳＰＦＳ装置１００は、図１に示されるように、励起光学系ユニット１１０、受光光学系ユニット１２０、送液ユニット１３０、分析チップ移動機構１４０および制御部１６０から構成される。ＳＰＦＳ装置１００は、被検出物質の測定では、不図示のチップホルダーに分析チップ１０を装着した状態で使用される。そこで、分析チップ１０について先に説明し、その後にＳＰＦＳ装置１００の各構成要素について説明する。
【００１８】
分析チップ１０は、図１に示されるように、入射面２１、成膜面２２および出射面２３を有するプリズム２０と、成膜面２２に形成された金属膜３０と、成膜面２２または金属膜３０上に配置された流路蓋４０とを有する。通常、分析チップ１０は、分析のたびに交換される。分析チップ１０は、好ましくは、各片の長さが数ｍｍ〜数ｃｍである構造物であるが、「チップ」の範疇に含まれないより小型の構造物またはより大型の構造物であってもよい。
【００１９】
プリズム２０は、励起光αに対して透明な誘電体からなる。プリズム２０は、入射面２１、成膜面２２および出射面２３を有する。入射面２１は、励起光学系ユニット１１０からの励起光αをプリズム２０の内部に入射させる。成膜面２２の上には、金属膜３０が形成される。プリズム２０の内部に入射した励起光αは、金属膜３０で反射する。より具体的にはプリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）で反射する。出射面２３は、金属膜３０で反射した励起光αをプリズム２０の外部に出射させる。
【００２０】
プリズム２０の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、プリズム２０の形状は、台形を底面とする柱体である。台形の一方の底辺に対応する面が成膜面２２であり、一方の脚に対応する面が入射面２１であり、他方の脚に対応する面が出射面２３である。底面となる台形は、等脚台形であることが好ましい。これにより、入射面２１と出射面２３とが対称になり、励起光αのＳ波成分がプリズム２０内に滞留しにくくなる。
【００２１】
入射面２１は、励起光αが励起光学系ユニット１１０に戻らないように形成される。励起光αが励起光源であるレーザーダイオードに戻ると、レーザーダイオード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からである。そこで、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２１に垂直に入射しないように、入射面２１の角度が設定される。たとえば、入射面２１と成膜面２２との角度および成膜面２２と出射面２３との角度は、いずれも約８０°である。
【００２２】
なお、分析チップ１０の設計により共鳴角（およびその極近傍にある増強角）が凡そ決まる。設計要素は、プリズム屈折率、金属の屈折率、金属の膜厚、金属の消衰係数、励起波長などである。金属膜に固定された被検出物質によって共鳴角および増強角がシフトするが、その量は数度未満である。
【００２３】
プリズム２０は、複屈折特性を少なからず有する。プリズム２０の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。プリズム２０の材料は、好ましくは、屈折率が１.４〜１.６であり、かつ複屈折が小さい樹脂である。
【００２４】
金属膜３０は、プリズム２０の成膜面２２上に形成されている。これにより、成膜面２２に全反射条件で入射した励起光αの光子と、金属膜３０中の自由電子との間で相互作用、すなわち表面プラズモン共鳴が生じ、金属膜３０の表面上に局在場光を生じさせることができる。
【００２５】
金属膜３０の素材は、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属であれば特に限定されない。金属膜３０の素材の例には、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３０は、金薄膜である。金属膜３０の形成方法は、特に限定されない。金属膜３０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３０の厚みは、特に限定されないが、３０〜７０ｎｍの範囲内が好ましい。
【００２６】
また、図１では図示しないが、金属膜３０のプリズム２０と対向しない面（金属膜３０の表面）には、被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定されていてもよい。捕捉体を固定することで、被検出物質を選択的に検出することが可能となる。本実施の形態では、金属膜３０上の所定の領域に、捕捉体が均一に固定されている。捕捉体の種類は、被検出物質を捕捉することができれば特に限定されない。たとえば、捕捉体は、被検出物質に特異的な抗体またはその断片である。
【００２７】
流路蓋４０は、金属膜３０のプリズム２０と対向しない面上に（後述する流路を隔てて）配置されている。金属膜３０がプリズム２０の成膜面２２の一部にのみ形成されている場合は、流路蓋４０は、成膜面２２上に（後述する流路を隔てて）配置されていてもよい。流路蓋４０は、金属膜３０（およびプリズム２０）と共に、液体が流れる流路を形成する。当該液体の例には、被検出物質の溶液である試料液および薬液が含まれ、薬液の例には、蛍光物質の溶液および洗浄液が含まれる。捕捉体は、不図示の流路内に露出している。流路の両端は、流路蓋４０の上面に形成された不図示の注入口および排出口とそれぞれ接続されている。流路内へ液体が注入されると、流路内において、当該液体は捕捉体に接触する。
【００２８】
流路蓋４０は、金属膜３０上から放出された光（プラズモン散乱光および蛍光）に対して透明な材料からなる。流路蓋４０の材料の例には、樹脂が含まれる。これらの光を受光光学系ユニット１２０に導くことができれば、流路蓋４０は、少なくとも、被検出物質を標識した蛍光物質からの蛍光を外部に取り出す面が、光学的に透明であれば、流路蓋４０の一部は、不透明な材料で形成されていてもよい。流路蓋４０は、例えば、両面テープや接着剤などによる接着や、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３０またはプリズム２０に接合されている。
【００２９】
このように構成される分析チップ１０には、流路内に直接もしくは流路内での反応により蛍光物質が供給される。そして、金属膜上に供給され、蛍光物質で標識された被検出物質を有する分析チップは、チップホルダーに所定の姿勢で設置保持される。
【００３０】
励起光学系ユニット１１０は、励起光αをプリズム２０に向けて出射するための構成と、金属膜３０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。励起光学系ユニット１１０は、例えば、光源ユニット１１１、角度調整機構１１２および光源制御部１１３によって構成される。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。たとえば、励起光αは、プリズムを介して金属膜３０に向けて表面プラズモン共鳴が生じる角度で照射されて金属膜３０の表面上に局在場光を生じさせる光であり、この局在場光により蛍光物質を間接的に励起させる光である。
【００３１】
光源ユニット１１１は、コリメートされ、かつ波長および光量が一定の励起光αを、金属膜３０裏面における照射スポットの形状が略円形となるように出射する。光源ユニット１１１は、例えば、励起光の光源、ビーム整形光学系、ＡＰＣ機構および温度調整機構（いずれも不図示）を有する。励起光αの光源は、例えば、レーザーダイオード（以下「ＬＤ」とも言う）である。
【００３２】
上記ＬＤは、チップホルダーに保持された分析チップ１０の入射面２１に向けて励起光α（シングルモードレーザー光）を出射する。より具体的には、光源ユニット１１１は、分析チップ１０の金属膜３０に対して励起光αが表面プラズモン共鳴を生じる角度で、金属膜３０に対するＰ波のみを入射面２１に向けて出射する。
【００３３】
なお、光源ユニット１１１に含まれる光源の種類は、特に限定されず、ＬＤでなくてもよい。光源の例には、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。光源から出射される光がビームでない場合は、光源から出射される光は、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、光源から出射される光が単色光でない場合は、光源から出射される光は、回折格子などにより単色光に変換される。さらに、光源から出射される光が直線偏光でない場合は、光源から出射される光は、偏光子などにより直線偏光の光に変換される。
【００３４】
光源ユニット１１１における上記ビーム整形光学系は、例えば、コリメーター、バンドパスフィルター、直線偏光フィルター、半波長板、スリットおよびズーム手段によって構成される。ビーム整形光学系は、上記の構成要素の全てによって構成されていてもよいし、一部によって構成されていてもよい。コリメーターは、ＬＤから出射された励起光αをコリメートする。ＬＤは、射出状態で既に形状が扁平であり、且つ偏光方向が概ね一方に偏っている。コリメート化しても、該ＬＤは、全反射条件（浅い角度）で照射される位置において照射面が円形になるように、短軸側から入射するように保持されている。
【００３５】
バンドパスフィルターは、光源ユニット１１１からの励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。光源ユニット１１１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、光源ユニット１１１からの励起光αを完全な直線偏光の光にする。半波長板は、金属膜３０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。スリットおよびズーム手段は、金属膜３０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。
【００３６】
光源ユニット１１１における上記ＡＰＣ機構は、コリメートされた後の励起光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し、励起光αの光量が一定になるように、回帰回路で投入エネルギーを制御することで、出力を一定に制御している。
【００３７】
光源ユニット１１１における上記温度調整機構は、例えば、ヒーターやペルチェ素子などである。ＬＤの出射光の波長およびエネルギーは、温度によって変動する。このため、温度調整機構でＬＤの温度を一定に保つことにより、当該波長を一定に制御する。
【００３８】
角度調整機構１１２は、金属膜３０の裏面（プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２））への励起光αの入射角度を走査して調整する。角度調整機構１１２は、プリズム２０を介して金属膜３０（成膜面２２）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とを相対的に回転させる。
【００３９】
たとえば、角度調整機構１１２は、光源ユニット１１１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３０（成膜面２２）上での照射位置がほとんど移動しないように、上記軸の位置を設定する。
【００４０】
光源ユニット１１１を入射光軸と直交する軸を回転軸として、光源ユニット１１１を回転（１軸回転）して励起光αの入射角度を走査することで、プリズム２０に、入射角度を変えて励起光αを照射する。当該入射角度の走査のための回転を行っても、分析チップ１０の金属膜３０（成膜面２２）上での照射位置がほとんどずれないように上記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２２上の照射位置と入射面２１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。
【００４１】
励起光αの入射角度のうち、上記走査によりプラズモン散乱光の最大光量を得られる角度が増強角度であり、その増強角度またはその近傍の角度に励起光αの入射角度を設定することで、大きな強度の蛍光を測定することが可能となる。なお、分析チップに付随のプリズムの材質、形状、金属膜厚、流路内の流体の屈折率などにより、基本の励起光入射条件が決まるが、流路内の蛍光物質の材質や量、プリズム側の誤差などにより若干条件のゆらぎが発生する。このため、測定毎に最適な増強角度を求めることが好ましい。増強角度は、例えば、小数点第一位まで求められる。
【００４２】
光源制御部１１３は、光源ユニット１１１を構成する前述した各種機器を作動させ、制御し、光源ユニット１１１の出射光の出射を制御する。光源制御部１１３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によって構成される。
【００４３】
受光光学系ユニット１２０には、金属膜３０（成膜面２２）への励起光αの照射によって生じたプラズモン散乱光や蛍光などの光が入射する。受光光学系ユニット１２０は、例えば、受光ユニット１２１、位置切り替え機構１２２およびセンサー制御部１２３によって構成される。
【００４４】
受光ユニット１２１は、分析チップ１０の金属膜３０（成膜面２２）の法線方向に配置される。受光ユニット１２１は、例えば、第一レンズ１２４、光学フィルター１２５、第二レンズ１２６および受光センサー１２７によって構成される。
【００４５】
第一レンズ１２４は、例えば、集光レンズであり、金属膜３０上から出射される光を集光する。第二レンズ１２６は、例えば、結像レンズであり、第一レンズ１２４で集光された上記光を受光センサー１２７の受光面に再結像させる。両レンズの間の光路は、略平行な光路になっている。光学フィルター１２５は、両レンズの間に配置されている。
【００４６】
光学フィルター１２５は、蛍光成分のみを受光センサー１２７に導き、高いＳ／Ｎ比で当該蛍光成分を検出するために、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１２５の例には、励起光反射フィルター、短波長カットフィルターおよびバンドパスフィルターが含まれる。光学フィルター１２５は、例えば、所定の光成分を反射することで除去する多層膜からなるフィルターであるが、所定の光成分を一般的には吸収することで除去する色ガラスフィルターであってもよい。
【００４７】
受光センサー１２７は、微小量の被検出物質からの微弱な蛍光を検出することが可能な、高い感度を有する。受光センサー１２７は、図２に示されるように、例えば、ヘッドオンタイプの光電子増倍管（ＰＭＴ）である。
【００４８】
図２は、受光センサー１２７をその中心軸ＣＡに沿って切断したときの断面を示す図である。図２中の矢印は、入射窓（受光面）２５に入射する光、光電子、二次電子またはそれ以降に発生した電子、を表す。中心軸ＣＡは、入射窓２５の中心を通る、ｚ方向（光電面２６の法線方向）に平行な直線である。
【００４９】
受光センサー１２７は、図２に示されるように、受光ユニット１２１から入射する光が通過する入射窓（受光面）２５と、入射窓２５を覆うように受光センサー１２７内側に入射窓（受光面）２５に対して平行に配置され、当該入射する光によって光電子を発生させるための光電面２６と、光電面２６で発生した光電子が最初に衝突する、当該光電子を増幅するための第一ダイノード２７と、第一ダイノード２７で増幅された光電子（二次電子）が衝突する、当該増幅された光電子をさらに増幅するための第二ダイノード２８とを含む。光電面２６は、入射する光の入射方向に沿って光電子を放出する透過型光電面である。受光センサー１２７は、不図示の第三、第四などの複数の高次ダイノードをさらに有する。
【００５０】
第一ダイノード２７および第二ダイノード２８は、例えば板状の電極を曲げた形状であり、それぞれｙｚ平面での断面形状は、中心角が約４５°の略円弧状である。第一ダイノード２７は、光電面２６で発生した光電子が第一ダイノード２７に衝突し、第二ダイノード２８に向けて二次電子を放出するように、光電面２６に対して傾斜して配置されている。たとえば、湾曲した凹面を正面としたときに、第一ダイノード２７は、光電面２６と第二ダイノード２８のいずれに対しても対向して配置されている。同様に、第二ダイノード２８は、第一ダイノード２７および不図示の後段の第三ダイノードのいずれに対しても対向して配置されている。
【００５１】
なお、ダイノードの形状は、板状部材を曲げたようなシリンドリカル的な形状だけでなく、ｘ軸方向にも曲げられた３Ｄ的な曲面であってもよい。ｘ軸方向にも曲げることで、放出された光電子（２次電子）を次のダイノードに向けて集めることが可能となる。
【００５２】
受光センサー１２７は、中心軸ＣＡを回転軸とする回転方向における任意の向きで固定可能に構成されている。たとえば、受光センサー１２７は、受光センサー１２７の感度の変化が少ない方向が、後述する励起光αの入射角度を走査した時の光軸が移動する方向に対して平行になる向きで配置されている。
【００５３】
位置切り替え機構１２２は、光学フィルター１２５の位置を、受光ユニット１２１における光路中の位置または当該光路から外れた位置に切り替える。位置切り替え機構１２２は、例えば、回転駆動部と、光学フィルター１２５を有するターンテーブルやラックアンドピニオンなどの、回転運動によって光学フィルター１２５を上記光路に対して進出させ、当該光路から後退させる公知の機構とによって構成される。
【００５４】
センサー制御部１２３は、受光センサー１２７の出力値の検出や、検出した出力値による受光センサー１２７の感度の管理、適切な出力値を得るための受光センサー１２７の感度の変更、などを制御する。センサー制御部１２３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によって構成される。
【００５５】
なお、受光ユニット１２１は、励起光αが金属膜３０（成膜面２２）に入射したときに金属膜３０の表面上から出射される光が受光センサー１２７の受光面に入射したときの入射スポットを、上記受光面よりも小さくするように、構成されている。
【００５６】
送液ユニット１３０は、分析チップ１０に試料液または薬液を供給する。送液ユニット１３０は、例えば、薬液チップ１３１、シリンジポンプ１３２および送液ポンプ駆動機構１３３によって構成される。
【００５７】
薬液チップ１３１は、試料液および薬液を収容する容器である。薬液チップ１３１は、通常、試料液および薬液の種類に応じて複数配置される。
【００５８】
シリンジポンプ１３２は、シリンジ１３４と、シリンジ１３４内を往復動作可能なプランジャー１３５とによって構成される。プランジャー１３５の往復運動によって、試料液または薬液の吸引および排出が定量的に行われる。
【００５９】
シリンジ１３４が交換可能であると、シリンジ１３４の洗浄が不要となる。このため、不純物の混入などの影響を抑える観点から好ましい。シリンジ１３４が交換可能に構成されていないと、シリンジ１３４内を洗浄する構成をさらに有することにより、シリンジ１３４を交換せずに使用することが可能となる。このため、シリンジ１３４の消費を抑制する観点から好ましい。
【００６０】
送液ポンプ駆動機構１３３は、例えば、プランジャー１３５の駆動装置と、シリンジポンプ１３２の移動装置とによって構成される。
【００６１】
シリンジポンプ１３２の駆動装置は、プランジャー１３５を往復運動させるための装置であり、例えば、ステッピングモーターを含む。ステッピングモーターを含む当該駆動装置は、シリンジポンプ１３２の送液量や送液速度を一定に管理し、分析チップ１０の残液量を一定に管理する観点から好ましい。
【００６２】
シリンジポンプ１３２の移動装置は、例えば、シリンジポンプ１３２を、シリンジ１３４の軸方向（例えば垂直方向）と、当該軸方向を横断する方向（例えば水平方向）との二方向に自在に動かす装置である。シリンジポンプ１３２の移動装置は、例えば、ロボットアーム、２軸ステージまたは上下動自在なターンテーブルによって構成される。
【００６３】
送液ユニット１３０は、シリンジ１３４の先端の位置を検出する装置をさらに有することが、シリンジ１３４と分析チップ１０との相対的な高さを一定に調整し、分析チップ１０内での残液量を一定に管理する観点から好ましい。
【００６４】
送液ユニット１３０は、薬液チップ１３１より各種の薬液などの液体を吸引し、後述する分析チップ移動機構１４０で送液操作位置（送液ユニット１３０によって分析チップ１０に対して試料液または薬液が供給または排出される位置）まで搬送された分析チップ１０まで移動し、当該薬液を分析チップ１０に供給する。この際、プランジャー１３５を、分析チップ１０に対して進出、後退する方向、例えば上下方向、に動かすことで、分析チップ１０中の流路内を液体が往復し、当該流路内の液体が攪拌される。上記の操作を行う観点から、分析チップ１０における、分析チップ１０に供給されるべき液体が収容される液挿入部は、多層フィルムで保護されており、シリンジ１３４が当該液体の供給のために当該多層フィルムを貫通した時に、上記液挿入部を密閉するように、分析チップ１０およびシリンジ１３４が構成されていることが好ましい。
【００６５】
上記の操作により、当該液体の濃度の均一化や、分析チップ１０の所定位置への被検出物質の固定化反応の促進などが行われる。反応後の液体は、再びシリンジポンプ１３２で吸引され、薬液チップ１３１などに排出される。上記の動作の繰り返しにより、各種薬液による反応、洗浄などを実施し、分析チップ１０の所定位置に、被検出物質が配置され、当該被検出物質が蛍光物質によって標識される。
【００６６】
分析チップ移動機構１４０は、少なくとも分析チップ１０を、測定位置（より詳しくは、光源ユニット１１１によって励起光αが照射され、発生した蛍光を受光光学系ユニット１２０で検出できる位置、または上記送液操作位置に自在に搬送する。分析チップ移動機構１４０は、例えば、搬送ステージによって構成される。分析チップ１０は、チップホルダーを介して搬送ステージ上に配置される。搬送ステージは、例えば、ステッピングモーターなどで駆動させる。それにより、分析チップ１０は、上記測定位置と上記送液操作位置との間を自在に移動し、また当該位置のそれぞれに正確に固定される。
【００６７】
制御部１６０は、角度調整機構１１２、光源制御部１１３、位置切り替え機構１２２、センサー制御部１２３、送液ポンプ駆動機構１３３および分析チップ移動機構１４０を駆動させ、制御する。制御部１６０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によって構成される。
【００６８】
ＳＰＦＳ装置１００は、プリズム２０の一面上に配置された金属膜３０に対して、プリズム２０を介して励起光αを照射し、金属膜３０上に捕捉された被検出物質または被検出物質を標識する蛍光物質を選択的に励起させ、蛍光物質から放出された蛍光を検出して被検出物質の量を測定する。ＳＰＦＳ装置１００におけるシーケンス制御の一例に基づき、ＳＰＦＳ装置１００によるＳＰＦＳ方法の実施を説明する。
【００６９】
制御部１６０は、図３に示されるように、制御部１６０は、分析チップ移動機構１４０に、分析チップ１０を送液操作位置に配置させる（ステップ３０１）。
【００７０】
分析チップ１０の流路内には、保湿剤が塗布されている場合がある。たとえば、分析チップ１０の金属膜３０上に、被検出物質を捕捉する固相膜が配置されている場合では、当該固相膜での当該被検出物質を捕捉する感度が長期間の固定の間に低下しないよう、通常、当該固相膜に保湿剤が塗布される。当該固相膜は、例えば、前述した捕捉体を含む膜である。当該固相膜が金属膜３０に配置されている場合、制御部１６０は、送液ユニット１３０に、分析チップ１０の流路内の保湿剤を洗浄させる（ステップ３０２）。当該洗浄により、分析チップ１０における被検出物質を補足する高い感度が回復する。
【００７１】
次いで、制御部１６０は、送液ユニット１３０に、試料液を薬液チップ１３１から分析チップ１０の流路内に供給させる（ステップ３０３）。それにより、免疫反応（１次反応）によって、上記流路中（金属膜３０の表面の固相膜）に被検出物質が捕捉される。捕捉後、余剰な試料液は、上記流路から除去される。そして上記流路は、必要に応じて適当な洗浄液で、送液ユニット１３０によって洗浄される。
【００７２】
次いで、制御部１６０は、分析チップ移動機構１４０に、分析チップ１０を測定位置に配置させる（ステップ３０４）。そして、制御部１６０は、励起光反射フィルターなどの光学フィルター１２５が受光ユニット１２１に配置されている場合には、位置切り替え機構１２２に、光学フィルター１２５を受光ユニット１２１における光路から退避させる（ステップ３０５）。さらに、制御部１６０は、励起光学系ユニット１１０と受光光学系ユニット１２０を協働させて、増強角を測定させ（ステップ３０６）、求めた増強角の入射角度となるよう、励起光学系ユニット１１０に、増強角が得られる位置および向きに光源ユニット１１１の照射角度を設定させる（ステップ３０７）。
【００７３】
次いで、制御部１６０は、受光光学系ユニット１２０に、受光ユニット１２１における光路中に光学フィルター１２５を配置させる（ステップ３０８）。受光光学系ユニット１２０中に減光フィルターを配置している場合には、制御部１６０は、必要に応じて、減光フィルターを上記光路中から退避させる。そして、制御部１６０は、光学フィルター１２５が介在するときの受光センサー１２７の出力値（光学ブランク値）を記録する（ステップ３０９）。
【００７４】
次いで、制御部１６０は、分析チップ移動機構１４０に、分析チップ１０を送液操作位置に搬送させる（ステップ３１０）。
【００７５】
次いで、制御部１６０は、送液ユニット１３０に、蛍光物質を含む薬液を薬液チップ１３１から分析チップ１０の流路内に供給させ、抗原標識化反応（２次反応）によって、当該流路中に固定された上記被検出物質に上記蛍光物質を結合させる（ステップ３１１）。こうして上記被検出物質が蛍光物質で標識化され、被検出物質の量に応じた光量の蛍光が得られる。標識化反応後、余剰な蛍光物質は、被検出物質の量に関わりなく発光し、ノイズとなる。よって、制御部１６０は、送液ユニット１３０に、上記流路中の余剰な蛍光物質を除去させ、当該流路を洗浄させる。
【００７６】
次いで、制御部１６０は、分析チップ移動機構１４０に、分析チップ１０を測定位置に配置させ（ステップ３１２）、励起光学系ユニット１１０に、分析チップ１０に向けて励起光αを出射させるとともに、受光光学系ユニット１２０に、蛍光を検出させる（ステップ３１３）。
【００７７】
蛍光シグナルは、ステップ３０９の光学ブランク値の測定時と同じ入射角で励起光αを照射することによって測定される。プリズム２０へ導かれた励起光αは、入射面２１からプリズム２０内に入射すると、表面プラズモン共鳴により金属膜３０の表面上に発生したプラズモン散乱光および蛍光が、受光ユニット１２１へ出射する。
【００７８】
プラズモン散乱光は、光学フィルター１２５により反射または吸収され、蛍光は、受光センサー１２７に入射する。受光センサー１２７における蛍光の出力値（蛍光シグナル）（Ｓ）は、受光センサー１２７から出力され、制御部１６０またはセンサー制御部１２３に記憶され、蛍光シグナル（Ｓ）から、ステップ３０９で測定された光学ブランク値（ｏＢ）を引いた差が算出され、被検出物質の量に相関する蛍光強度（ΔＳ）が求められる（下記式参照）。上記の計算は、制御部１６０が行ってもよいし、センサー制御部１２３で行われてもよい。
ΔＳ＝Ｓ−ｏＢ
【００７９】
次いで、制御部１６０は、分析チップ移動機構１４０に、分析チップ１０を送液操作位置または分析チップ１０を取り出す位置（廃棄位置）に移動させる（ステップ３１４）。
以上に説明したように、ＳＰＦＳ装置１００は、ＳＰＦＳ方法を実施する。
【００８０】
ＳＰＦＳ装置１００は、高い定量性で被検出物質を検出することができる。これは、前述したように、受光センサー１２７の感度の変化が少ない方向が、励起光αの入射角度を走査した時の、金属膜３０裏面における励起光αの入射領域が移動する方向と平行になる向きで受光センサー１２７が配置されているためである。以下、その理由を説明する。
【００８１】
増強角の測定において、図４Ａに示されるように、例えば、励起光αのプリズム２０の入射面２１に対する入射角度をａ（一点鎖線）からｂ（破線）に走査する。第一の入射領域４１０は、入射角度ａのときの金属膜３０の裏面における励起光αの入射領域であり、第二の入射領域４２０は、入射角度ｂのときの金属膜３０の裏面における励起光αの入射領域である。上記走査によって、励起光αの入射領域は、第一の入射領域４１０から第二の入射領域４２０へ移動する。励起光αの光軸は、図４Ａ中のｘｚ平面にある。このため、励起光αの入射領域の移動方向は、ｘ方向である。励起光αの入射領域の直径は、ｘ方向に変化するがｙ方向には変化しない。
【００８２】
増強角の測定において、金属膜３０の裏面に励起光αが入射すると、金属膜３０上（表面およびその近傍）からプラズモン散乱光が出射される。プラズモン散乱光は、図４Ｂに示されるように、受光センサー１２７の受光面（入射窓）２５に入射する。第一の入射スポット４１１は、入射角度ａのときに受光面（入射窓）２５に入射した光（プラズモン散乱光）の入射スポットであり、第二の入射スポット４２１は、入射角度ｂのときに入射窓（受光面）２５に入射した光（プラズモン散乱光）の入射スポットである。上記走査によって、当該受光面における光の入射スポットは、第一の入射スポット４１１から第二の入射スポット４２１へ、すなわちｘ方向へ移動する。
【００８３】
受光センサー１２７において、第一ダイノード２７は、湾曲する板状の電極であり、図２に示されるように、ｙｚ平面での断面形状は、略円弧状であり、かつ湾曲した凹面を正面としたときに、光電面２６と第二ダイノード２８のいずれに対しても対向するように配置されている。入射窓（受光面）２５と光電面２６は平行である。
【００８４】
したがって、入射窓２５への光線の入射位置がｙ軸方向に変化すると、入射窓（受光面）２５から第一ダイノード２７の凹面までの距離が大きく変化する。
【００８５】
これに対し、入射窓２５への光線の入射位置がｘ軸方向に変化した場合は、一定の距離となる。すなわち、この場合、ｘ軸方向が、前記受光面から前記初段ダイノードまでの距離の変化が小さい直線に沿う方向となる。
【００８６】
受光センサー１２７の感度は、一般に、第一ダイノード２７から発生する二次電子の数に主に依存する。第一ダイノード２７からの二次電子の数が一定であると、受光センサー１２７の感度は一定となる。第一ダイノード２７が放出する二次電子の数は、一般に、第一ダイノード２７に到達する光電子の飛行距離や第一ダイノード２７の凹面に対する当該光電子の入射角度などに応じて変化する。
【００８７】
受光センサー１２７では、光電面２６と第一ダイノード２７との距離は、ｘ方向において一定であることから、受光センサー１２７の感度は、ｘ方向において一定となる。よって、図５Ａに示されるように、受光センサー１２７の感度は、ｘ方向では凹凸がほとんどなくほぼ一定である。
【００８８】
これに対して、ｙ方向に沿って入射窓（受光面）２５への光線の入射位置が変化すると、受光面から第一ダイノード２７までの距離は、図２から明らかなように、漸次変化する。あわせて、第一ダイノードへの入射角度も漸次変化する。したがって、受光センサー１２７の感度は、ｙ方向において漸次変化する。よって、図５Ｂに示されるように、受光センサー１２７の感度は、ｙ方向では細かな凹凸が存在し、かつ巨視的にもうねりが見られ不均一である。
【００８９】
今、便宜上、入射窓２５と第一ダイノードとの距離・入射角度の変化で、受光センサーの感度を説明したが、受光センサー２７に光電子が到達するまでには、第一ダイノード以降、第ニダイノード等、複数のダイノードへの入射と二次電子の放出を繰り返す。したがって、図５に示される感度の変化（細かな凹凸や巨視的なうねり）は、それら全体の積み重ねの結果である。ただ、本発明のように、入射面と第一ダイノードとの距離・入射角度は、感度に大きく影響し、この場合、当該感度の変化は、特に重要である。
【００９０】
以上より、本実施の形態では、増強角の測定時に励起光αの入射角度を走査することにより、受光センサー２７での入射スポット位置が移動する方向に上記ｘ方向が沿うように受光センサー１２７の向きを調整する、という簡単な操作によって、被検出物質が高い定量性で検出される。
【００９１】
なお、上記感度の変化は、図４Ｂ中、第一の入射スポット４１１および第二の入射スポット４２１が受光面（入射窓）２５の範囲内に収まる範囲において、受光面（入射窓）２５の面積に対して、第一の入射スポット４１１または第二の入射スポット４２１の面積の占める割合を大きくすることや、第一の入射スポット４１１と第二の入射スポット４２１の位置のズレ量を小さくすること、などによっても小さくすることが可能である。
【００９２】
また、上記の実施形態において、第一ダイノード２７は板状の電極が湾曲したシリンドリカルの様な２次元的な曲面としたが、板状ではなくｘ方向にも凹面となる３次元的な曲面となっていてもよい。ｘ方向にもわずかに凹面とすることで、次の第ニダイノードに向け光電子を効率よく集めて入射させることができる。この場合、ｘ方向においても、入射窓（受光面）２５と第一ダイノードとの距離が変化することになるが、その変化量はわずかであり、ｙ方向に比べて小さい。したがって、ｘ方向が距離の変化が小さい方向、すなわち感度の変化が小さい方向となり、同様の効果が得られる。
【００９３】
さらに、上記の実施形態において、光電面２６を用いず、かつ第一ダイノード２７に代えて、入射窓２５から入射した光が最初に反射する反射型光電面を配置しても、同様の効果が得られる。また、第一ダイノード２７または当該反射型光電面が湾曲していない部材、例えば平板状の部材、であっても、同様の効果が得られる。
【００９４】
受光センサー１２７の受光面（入射窓）２５における「感度の変化が小さい」とは、受光面（入射窓）２５の範囲において、一定の強度の入射光に対して一定範囲の受光センサー１２７の出力値が得られることを言い、例えば、当該出力値の平均値の±５％の範囲内であり、より望ましくは±２％の範囲内である。当該感度の変化は、前述したように、受光面（入射窓）２５から第一ダイノード２７までの距離の変化が小さい方向（ｘ方向）で小さくなる。当該方向は、受光センサー１２７におけるダイノードの形状および配置から決めることも可能である。
【００９５】
また、上記感度の変化は、受光面（入射窓）２５における一方向（本実施の形態ではｘ方向）において、他の方向における当該変化に比べて小さい。「一方向」とは、一定の強度の入射光に対して一定範囲の受光センサー１２７の出力値が得られる範囲の向きである。たとえば、「一方向」は、上記感度の変化が最も小さい方向（あるいは、上記ダイノードの左右対称方向）に対して±２０°、の角度をなす方向を含みうるが、より好ましくは±１０°以内に設定する。「一方向」は、前述したように、受光センサー１２７と光源ユニット１１１との平面視したときの向きを相対的に調整することによって、金属膜３０の表面からの光の受光面（入射窓）２５における入射スポットの、増強角測定時における移動方向に沿わせることが可能である。たとえば、受光センサー１２７の向きを「一方向」に調整することは、受光面（入射窓）２５における光の入射スポットの移動方向を測定し、当該測定方向と受光センサー１２７の上記左右対称方向とが一致するよう、受光センサー１２７を光電面２６の法線（例えば、中心軸ＣＡ）を中心に回転させることで可能である。
【００９６】
なお、上記の実施形態では、受光ユニット１２１からの主光線は、光電面２６の法線方向に沿って、受光センサー１２７に入射している。本発明では、受光センサー１２７の上記受光面に対して、上記光を斜めに入射させることによって、受光センサー１２７の感度をより高めることが可能である。
【００９７】
図６は、受光センサー１２７を、その中心軸に沿って切断した断面を示す図である。図６に示される受光センサー１２７では、受光ユニット１２１からの主光線は、受光センサー１２７の受光面（入射窓）２５に対して斜めに（角度θで）入射している。なお、図６中の矢印は、受光面（入射窓）２５に入射する光、光電子、二次電子またはそれ以降に発生した電子を表している。
【００９８】
図６において、ｘ方向は、光電面２６から第一ダイノード２７までの距離の変化が小さい方向であり、受光センサー１２７の感度の変化が小さい方向（前記一方向）である。ｙ方向は、光電面２６から第一ダイノード２７までの距離の変化が大きい方向であり、ｘ方向に直交する方向（上記感度の変化が大きい方向）である。ｚ方向は、光電面２６に対して垂直な方向であり、光電面２６の法線方向である。
【００９９】
受光ユニット１２１から入射する主光線の光軸は、図６から明らかなように、ｚ方向に対してｙ方向側に角度θで傾いている。このように、受光センサー１２７は、ｘ方向に直交するｙｚ平面において、光電面２６の法線に対して光電面２６に入射する主光線の光軸が斜めになるように配置されている。
【０１００】
図７の実線の大きな円は、ｚ方向から見た時の入射窓２５の形状、点線はｙ方向側に角度θ傾斜させた入射光の主光線の方向から見た入射窓２５の形状である。すなわち、受光ユニット１２１からの入射光の主光線の方向から見ると、入射窓２５の縁の形状が点線の形状となり、この縁で遮られない範囲の光を受光センサー１２７内に入射可能である。
【０１０１】
このように、ｙ方向に傾斜させることで、入射光の主光線方向から見た入射窓２５の形状はｙ方向に小さくなる。しかしながら、増強角の測定時の励起光αの走査では、受光面（入射窓）２５における入射スポットは、ｘ方向に移動し、ｙ方向には移動しない。したがって、上記破線内に、第一の入射スポット４１１および第二の入射スポット４２１の両方が十分に含まれており、入射窓２５の縁で遮られることなく、ｙ方向に上記光軸を傾けた状態で、前述した増強角の測定および蛍光の測定が可能である。
【０１０２】
すなわち、図６に示されるｙ方向に上記光軸を傾けた実施例においても、法線方向から入射させる図２の実施例と同様に、増強角走査時の入射スポットの移動方向を、受光面の感度の変化が少ないｘ方向とすることで、光センサーの感度が実質的に変化せず、被検出物質を高い定量性で検出することが可能である。
【０１０３】
加えて、図６の受光センサー１２７では、受光センサー１２７に入射する光は、光電面２６に対して斜めに入射する。よって、当該光の光電面２６の通過距離が、法線方向から入射する場合に比べてより長くなる。このため、当該光による光電子がより多く発生するので、受光センサー１２７の感度がより高くなる。よって、図６に示される受光センサー１２７は、法線方向から入射する場合に比べてより微弱な光を検出することが可能となる。
【０１０４】
このように、受光面（入射窓）２５に入射する光の光軸を光電面２６に対して傾けることにより、受光センサー１２７の感度をより一層高める効果が得られる。この感度向上効果は、上記光軸を、ｙ方向のうち、図６に示されるように、当該光軸方向より見たときの第一ダイノード２７の面積がより大きくなる方向（図６中であれば、第二ダイノード２８側）へ傾けることによって、より一層高めることが可能である。これは、上記光から発生した光電子を漏れなく第一ダイノード２７に到達させられるためである。
【０１０５】
上記感度向上効果は、上記光軸を、ｙ方向のうち、第二ダイノード２８とは反対側に傾けることによっても得られる。しかしながら、この場合では上記光軸を傾けすぎると、上記光電子の一部が第一ダイノード２７に衝突しなくなる可能性がある。
【０１０６】
また、上記感度向上効果は、上記光軸を、ｘ方向に傾けることによっても得られる。しかしながら、ｘ方向に傾斜させた場合、その光軸方向から見た入射窓２５の形状は、ｘ方向に小さくなり、図７と同様の表現をすると、縦長の楕円形状となる。この場合、入射スポットは４１１，４２１とｘ方向に移動するので、光軸をｘ方向に傾けられる範囲は、第二の入射スポット４２１が入射窓２５の縦長の楕円形状で遮られない範囲、となり、ｙ方向に比べて傾斜可能な角度は狭くなる。
【０１０７】
また、上記の説明では、受光センサー１２７としてヘッドオンタイプの光電子倍増管を例示したが、本実施の形態では、サイドオンタイプの光電子倍増管を使用することも可能である。サイドオンタイプの光電子倍増管は、ｘ方向における感度とｙ方向における感度の差がより大きい。よって、サイドオンタイプの光電子倍増管は、受光センサー１２７と光源ユニット１１１との平面視したときの向きの調整によって、定量性のより一層の向上効果が得られる。
【０１０８】
また、励起光αの入射角度の走査は、分析チップ１０と光源ユニット１１１の相対的な位置関係により行われればよい。したがって、光源ユニット１１１を固定し、分析チップ１０を回転させて、当該入射角度の走査を行ってもよい。分析チップ１０の回転に伴い、像面が傾くが、当該傾きは数度であること、実際に検出される光が蛍光であり、被検出物質を標識する蛍光物質は、全方位に等しく蛍光を放出すること、などから、受光センサー１２７が受光する光量の、当該回転による差は、無視することが可能である。
【０１０９】
また、本発明において、蛍光を十分に増強するための励起光αの、金属膜３０の裏面（プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２））への入射角度は、共鳴角度であってもよい。あるいは、当該入射角度は、増強角度と共鳴角度との差が一般にわずかであることから、当該増強角度と共鳴角度との間の特定の角度であってもよい。共鳴角度は、例えば、当該反射光を測定するための受光センサーをＳＰＦＳ装置１００にさらに配置することによって測定することが可能である。
【０１１０】
前述の実施の形態の説明から明らかなように、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置は、上記分析チップを着脱可能に保持するチップホルダーと、上記励起光を出射する光源と、上記プリズムを介して上記金属膜に所定の入射角で励起光を照射するために、上記金属膜に対する励起光の入射角を走査して調整する角度調整部と、上記蛍光物質から放出された蛍光を検出する受光センサーと、を有し、上記受光センサーの受光面における感度の変化は、一方向において、他の方向の感度の変化に比べて小さく、上記受光センサーは、上記角度調整部によって励起光の入射角を走査したときの上記受光面における光の入射スポットが、上記一方向に沿って移動するように配置されている。よって、受光センサーの受光面における入射スポットの位置が変化しても、受光センサーの感度の変化が少ない。このため、受光センサーが、受光面における入射スポットの位置によっては異なる感度を有する場合であっても、被検出物質を高い定量性で検出することが可能である。
【０１１１】
また、金属膜への励起光の入射領域の位置がずれても、受光センサーで検出される光の出力値が受光センサーの感度の変化に影響されない。よって、励起光の金属膜における入射位置を厳密に制御する必要がない。したがって、従来のＳＰＦＳ装置に比べて、ＳＦＰＳ装置を簡便に構成することが可能である。
【０１１２】
また、上記装置において、上記受光センサーは光電子増倍管であると、簡便な構成で、被検出物質を高い定量性で検出する観点からより効果的である。これは、受光面における入射位置による感度変化が小さいｘ方向と大きいｙ方向が存在するためである。
【０１１３】
また、上記装置において、上記光電子増倍管が、上記受光面から入射した光を光電子に変換する光電面と、複数のダイノードとを有し、上記光電子が最初に入射するダイノードを初段ダイノードとした時、上記一方向は、上記受光面上において、上記受光面から上記初段ダイノードまでの距離の変化が小さい直線に沿う方向であると、光電子増倍管のダイノードの配置によって、感度の変化が小さな方向を決めることができる。このため、簡便な構成で、被検出物質を高い定量性で検出する観点からより効果的である。
【０１１４】
また、上記装置において、上記光電子増倍管が透過型の光電面を含み、上記光電子増倍管が、上記一方向に直交する平面において、上記透過型光電面の法線に対して上記透過型光電面に入射する光の光軸が斜めになるように配置されていると、受光面に入射した光の、光電面の通過距離がより長くなる。このため、受光センサーの感度をより高くすることが可能であり、より微弱な光でも検出可能となる観点からより一層効果的である。
【０１１５】
また、上記装置において、上記金属膜から上記受光面に入射する光の上記受光面における入射スポットが、上記受光面よりも小さいと、受光光学系ユニットに入射した全ての光を受光センサーで受光するので、高い定量性で被検出物質を検出する観点からより効果的である。また、受光センサーの受光面の一部のみに光が入射するため、当該光の入射位置における感度の差の影響をより大きく受けやすい。よって、当該定量性を高める効果がより一層発揮されやすい。
【０１１６】
以上の説明から明らかなように、ＳＰＦＳ装置１００は、被検出物質を標識する蛍光物質が、表面プラズモン共鳴に基づく局在場光により励起されて発生した蛍光を受光センサーで検出して、上記被検出物質の量を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析方法であって、プリズムの一面上に配置された金属膜に対する入射角を変化させながら、上記プリズムを介して上記金属膜に励起光を照射する工程を含み、上記受光センサーの受光面における感度の変化が、一方向において、他の方向の上記変化に比べて小さく、上記受光面における光の入射スポットが上記受光面において上記一方向に移動するように、上記入射角度を変化させる表面プラズモン共鳴蛍光分析方法の実施に、特に好ましく適用される。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置および表面プラズモン共鳴蛍光分析方法は、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】
【０１１８】
１０  分析チップ
２０  プリズム
２１  入射面
２２  成膜面
２３  出射面
２５  入射窓（受光面）
２６  光電面
２７  第一ダイノード
２８  第二ダイノード
３０  金属膜
４０  流路蓋
１００  ＳＰＦＳ装置
１１０  励起光学系ユニット
１１１  光源ユニット
１１２  角度調整機構
１１３  光源制御部
１２０  受光光学系ユニット
１２１  受光ユニット
１２２  位置切り替え機構
１２３  センサー制御部
１２４  第一レンズ
１２５  光学フィルター
１２６  第二レンズ
１２７  受光センサー
１３０  送液ユニット
１３１  薬液チップ
１３２  シリンジポンプ
１３３  送液ポンプ駆動機構
１３４  シリンジ
１４０  分析チップ移動機構
１６０  制御部
４１０  第一の入射領域
４２０  第二の入射領域
４１１  第一の入射スポット
４２１  第二の入射スポット
α  励起光
【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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【図７】
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