(57)【要約】  検出装置は、チップホルダー、光源、導光ロッド、波長分離フィルターおよび光センサーを有する。波長分離フィルターは、チップおよび導光ロッドの間、または導光ロッドおよび光センサーの間に配置されている。光センサーの受光面における蛍光の入射角と光量との関係において、最も光量が多い入射角であるピーク入射角で受光面に入射する蛍光の光線に対する主波長における波長分離フィルターの光透過率は、ピーク入射角で受光面に入射する励起光の光線に対する主波長における波長分離フィルターの光透過率よりも大きく、かつ入射角が０°で受光面に入射する蛍光の光線に対する主波長における波長分離フィルターの光透過率より大きい。
2015194518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物質を標識した蛍光物質から放出される蛍光を検出することにより、前記被検出物質を検出する検出装置であって、
前記被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定化された検出対象領域を含む検出チップを保持するチップホルダーと、
前記チップホルダーに保持された前記検出チップに励起光を照射するための光源と、
前記捕捉体に捕捉された前記被検出物質を標識した蛍光物質から放出される蛍光を、一端に位置する入射面で入射させ、他端に位置する出射面で出射させる導光ロッドと、
前記導光ロッドの軸方向に対して垂直な受光面を有し、前記蛍光を検出するための光センサーと、
前記検出チップおよび前記導光ロッドの間、または前記導光ロッドおよび前記光センサーの間に前記導光ロッドの軸方向に対して垂直に配置され、前記蛍光と前記蛍光以外の不要な光とを分離するための波長分離フィルターと、
を有し、
前記受光面における前記蛍光の入射角と光量との関係において、最も光量が多い入射角であるピーク入射角は０°以外であり、
前記ピーク入射角で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、前記ピーク入射角で前記受光面に入射する前記励起光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率よりも大きく、かつ入射角が０°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率より大きい、
検出装置。
【請求項２】
入射角が０°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、前記ピーク入射角で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率の１／５以下である、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記波長分離フィルターは、前記導光ロッドと一体化されている、請求項１または請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記導光ロッドは、前記入射面から前記出射面に向かってその断面積が一定である円柱状であり、
入射角が３５°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、入射角が３５°で前記受光面に入射する前記励起光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率よりも大きく、かつ入射角が０°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率より大きい、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
入射角が３５°で前記波長分離フィルターに入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、入射角が３５°で前記波長分離フィルターに入射する前記励起光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率よりも大きく、かつ入射角が０°で前記波長分離フィルターに入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率より大きい、請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
前記導光ロッドは、前記入射面から前記出射面に向かってその断面積が連続的に小さくなるテーパー状の導光ロッド、前記入射面から前記出射面に向かってその断面積が連続的に大きくなるテーパー状の導光ロッド、または前記入射面、前記出射面もしくはこれら両方が凸レンズ状の導光ロッドである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項７】
前記検出チップは、プリズムと、前記プリズム上に配置された金属膜とを有し、
前記検出対象領域は、前記金属膜の表面の少なくとも一部であり、
前記光源は、前記プリズム側から前記捕捉体が固定されている領域に対応した前記金属膜の裏面に励起光を照射し、
前記蛍光は、前記プリズムを介して前記金属膜の裏面に照射した励起光により生じる局在場光により励起され、前記蛍光物質から放出される蛍光である、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出物質を標識する標識物質から放出される蛍光を検出することにより、前記被検出物質を検出する検出装置に関する。
【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検出装置が求められている。【０００３】
被検出物質を高感度に検出できる検出装置として、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法（Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）：以下「ＳＰＦＳ」と略記する）を利用する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
特許文献１に記載の検出装置では、誘電体からなるプリズムと、プリズム上に形成された金属膜と、金属膜上に固定された捕捉体（たとえば抗体）とを有するセンサチップを使用する。金属膜上に被検出物質を含む検体を供給すると、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、表面プラズモン共鳴が生じる角度で励起光を、プリズムを介して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。【０００５】
このような検出装置では、微弱な蛍光を定量的に検出するために、光電子増倍管（Photomultiplier：ＰＭＴ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの高感度な光センサーが用いられる。また、微弱な蛍光を高いＳＮ比で検出するために、干渉フィルターや色フィルターなどの波長分離フィルター（波長選択機能部材）が用いられる。さらに、蛍光の光路上における光センサーの前には、微弱な蛍光を集光する円柱状の導光部材が配置される。蛍光物質から放出された蛍光は、導光部材の一方の端面（入射面）で入射し、内部で反射を繰り返すことにより導かれ、他方の端面（出射面）で出射される。検出装置に含まれる波長分離フィルターでは、蛍光以外の各種ノイズ光が除去される。したがって、検出対象となる蛍光のみが光センサーの受光面に到達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１０１０５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の検出装置では、光センサーの受光面および波長分離フィルターにおける蛍光の入射角と光量との関係を考慮していない。このため、波長分離特性に角度依存性がある波長分離フィルターを使用した場合、光量が最も多い入射角で入射する光線に対して適切な波長分離を行うことができる波長分離フィルターを用いなければ、蛍光の大部分を除去してしまったり、蛍光以外の各種ノイズ光を充分に除去できなかったりするおそれがある。この場合、蛍光の強度が低下する一方で各種ノイズ光の強度が上昇してしまい、ＳＮ比が低下してしまう。このように、特許文献１に記載の検出装置には、ＳＮ比を改善する余地がある。【０００８】
本発明の目的は、導光部材（導光ロッド）を有する検出装置であって、大型化せずに、蛍光を効率よく、かつ高いＳＮ比で検出することができる検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、被検出物質を標識した蛍光物質から放出される蛍光を検出することにより、前記被検出物質を検出する検出装置であって、前記被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定化された検出対象領域を含む検出チップを保持するチップホルダーと、前記チップホルダーに保持された前記検出チップに励起光を照射するための光源と、前記捕捉体に捕捉された前記被検出物質を標識した蛍光物質から放出される蛍光を、一端に位置する入射面で入射させ、他端に位置する出射面で出射させる導光ロッドと、前記導光ロッドの軸方向に対して垂直な受光面を有し、前記蛍光を検出するための光センサーと、前記検出チップおよび前記導光ロッドの間、または前記導光ロッドおよび前記光センサーの間に前記導光ロッドの軸方向に対して垂直に配置され、前記蛍光と前記蛍光以外の不要な光とを分離するための波長分離フィルターと、を有し、前記受光面における前記蛍光の入射角と光量との関係において、最も光量が多い入射角であるピーク入射角は０°以外であり、前記ピーク入射角で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率は、前記ピーク入射角で前記受光面に入射する前記励起光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率よりも大きく、かつ入射角が０°で前記受光面に入射する前記蛍光の光線に対する主波長における前記波長分離フィルターの光透過率より大きい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置を大型化せずに、蛍光を効率よく、かつ高いＳＮ比で検出することができる検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る表面プラズモン増強蛍光測定装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、検出対象領域、導光ロッドおよび光センサーの受光面の位置関係を示す図である。
【図３】図３Ａは、導光ロッドへ入射する光線の入射角と屈折角を示す模式図であり、図３Ｂは、入射角および屈折角の関係を示すグラフである。
【図４】図４Ａ、Ｂは、導光ロッドを進行する蛍光の一部の光路を示す図である。
【図５】図５Ａ、Ｂは、波長と波長分離フィルターの光透過率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、光センサーの受光面における蛍光の入射角と光量との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図７は、表面プラズモン増強蛍光測定装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８Ａ、Ｂは、本発明の実施の形態の変形例に係る導光ロッドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明に係る検出装置の代表例として、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を利用して、被検出物質を検出する表面プラズモン増強蛍光測定装置（以下「ＳＰＦＳ装置」ともいう）について説明する。
【００１３】
（ＳＰＦＳ装置の構成）
ＳＰＦＳ装置は、誘電体からなるプリズムと、プリズムの１面上に形成された金属膜とを有する検出チップが装着された状態で使用される。金属膜上には、被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定されている。金属膜上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。このとき、被検出物質は、蛍光物質で標識されていてもよいし、標識されていなくてもよい。捕捉された被検出物質が蛍光物質で標識されていない場合、捕捉された被検出物質は、さらに蛍光物質で標識される。この状態で、表面に金属膜を有するプリズムに対して全反射条件となるように励起光を照射する。これにより、励起光および金属膜中の自由電子の相互作用（表面プラズモン共鳴）が生じ、局在場光が発生する。一般にこの局在場光は、「増強電場」または「増強されたエバネッセント光」とも呼ばれ、金属膜の表面近傍の物理量変動を測定することが可能である。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。ＳＰＦＳ装置は、蛍光の光量を測定して、被検出物質の存在またはその量を検出する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００の構成を示す図である。図１に示されるように、ＳＰＦＳ装置１００は、検出チップ１０を着脱可能に保持するためのチップホルダー１１０と、検出チップ１０に励起光αを照射するための励起光学系ユニット１２０と、検出チップ１０から放出された光（プラズモン散乱光βまたは蛍光γ）を検出するための受光光学系１４０と、これらを制御する制御部１６０とを有する。ＳＰＦＳ装置１００は、チップホルダー１１０に検出チップ１０を装着した状態で使用される。そこで、検出チップ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。
【００１５】
図１に示されるように、検出チップ１０は、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上に形成された金属膜３０と、成膜面２２上または金属膜３０上に配置された流路蓋４０とを有する。通常、検出チップ１０は、検出（分析）のたびに交換される。
【００１６】
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１２０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。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。入射面２１は、励起光αが励起光学系ユニット１２０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。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。
【００１７】
金属膜３０は、プリズム２０の成膜面２２上に形成されている。金属膜３０を設けることで、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（表面プラズモン共鳴；ＳＰＲ）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。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。
【００１８】
また、特に図示しないが、金属膜３０のプリズム２０と対向しない面には、被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定されている。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。このように金属膜３０の表面の少なくとも一部は、検出対象領域３１として設定される。本実施の形態では、金属膜３０表面の中央部分が検出対象領域３１として設定されている。検出対象領域３１には、捕捉体が均一に固定されている。ここで「検出対象領域」とは、被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定化された領域をいう。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に結合可能な抗体またはその断片である。
【００１９】
流路蓋４０は、金属膜３０のプリズム２０と対向しない面上に、流路４１を挟んで配置されている。流路蓋４０は、流路４１を挟んで成膜面２２上に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、検体や蛍光標識液、洗浄液などの液体が流れる流路４１を形成する。検出対象領域３１は、流路４１内に露出している。流路４１の両端は、流路蓋４０の上面に形成された注入口および排出口（いずれも図示省略）とそれぞれ接続されている。流路４１内へ液体が注入されると、流路４１内において、これらの液体は検出対象領域３１の捕捉体に接触する。流路蓋４０は、金属膜３０の検出対象領域３１から放出された光（プラズモン散乱光βおよび蛍光γ）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１４０に導くことができれば、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、両面テープまたは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３０またはプリズム２０に接合されている。
【００２０】
図１に示されるように、プリズム２０へ導かれた励起光αは、入射面２１でプリズム２０内に入射する。プリズム２０内に入射した励起光αは、プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）に全反射角度（表面プラズモン共鳴が生じる角度）となるように入射する。界面からの反射光は、出射面２３でプリズム２０外に出射される（図示省略）。一方、表面プラズモン共鳴が生じる角度で励起光αが界面に入射することで、検出対象領域３１からは、プラズモン散乱光βや蛍光γなどが、受光光学系１４０の方向へ出射される。
【００２１】
次に、ＳＰＦＳ装置１００の各構成要素について説明する。前述のとおり、ＳＰＦＳ装置１００は、チップホルダー１１０、励起光学系ユニット１２０、受光光学系１４０および制御部１６０を有する。
【００２２】
チップホルダー１１０は、所定の位置で検出チップ１０を保持する。検出チップ１０は、チップホルダー１１０に保持された状態で、励起光学系ユニット１２０からの励起光αを照射される。このとき、検出対象領域３１からは、励起光αと同一波長のプラズモン散乱光βや蛍光物質から放出された蛍光γなどが上方に放出される。また、励起光αは、プリズム２０と金属膜３０との界面で反射して、プリズム２０の外部に出射される（図示省略）。
【００２３】
励起光学系ユニット１２０は、励起光αを出射する光源ユニット１２１と、プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を調整する角度調整部１２２を有する。
【００２４】
光源ユニット１２１は、励起光源としてレーザーダイオード（以下「ＬＤ」ともいう）を有し、チップホルダー１１０に保持された検出チップ１０のプリズム２０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１２１は、検出チップ１０のプリズム２０側から捕捉体が固定されている領域に対応した金属膜３０の裏面に、励起光αを全反射角度となるように出射する。たとえば、光源ユニット１２１は、ＬＤユニット、整波器および整形光学系（いずれも図示省略）を有する。
【００２５】
ＬＤユニットは、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、プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）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。ＬＤユニットは、励起光源としてのＬＤと、ＬＤから出射された励起光αをコリメートするコリメーターと、励起光αの光量を一定にするための温度調整回路とを有する。ＬＤから出射される励起光αは、コリメートされてもその輪郭形状が扁平である。このため、界面（成膜面２２）における照射スポットの形状が略円形となるように、ＬＤは所定の姿勢で保持されるか、または後述の整形光学系に所定形状のスリットが挿入される。また、ＬＤから出射される励起光αの波長および光量は、温度によって変化する。このため、温度調整回路は、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フォトダイオードなどにより監視し、励起光αの波長および光量が一定となるようにヒーターやペルチェ素子などを用いてＬＤの温度を調整する。
【００２６】
整波器は、バンドパスフィルター（以下「ＢＰＦ」ともいう）および直線偏光フィルター（以下「ＬＰ」ともいう）を含み、ＬＤユニットから出射された励起光αを整波する。ＬＤユニットからの励起光αは、若干の波長分布幅を有しているため、ＢＰＦは、ＬＤユニットからの励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。また、ＬＤユニットからの励起光αは、完全な直線偏光ではないため、ＬＰは、ＬＤユニットからの励起光αを完全な直線偏光の光にする。整波器は、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半波長板を含んでいてもよい。
【００２７】
整形光学系は、プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２）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。整形光学系から出射された励起光αは、検出チップ１０のプリズム２０に照射される。整形光学系は、例えばスリットやズーム手段などである。金属膜３０の一方の面（プリズム２０と対向する面）における励起光αの照射スポットの大きさは、金属膜３０の他方の面（導光ロッド１４１と対向する面）における検出対象領域３１よりも小さくなるように調整される。このようにすることで、プリズム２０の各パラメータの誤差により照射スポットがわずかに位置ずれした場合であっても、照射スポットが検出対象領域３１から外れることを防止できる。
【００２８】
なお、光源ユニット１２１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。
【００２９】
角度調整部１２２は、金属膜３０（プリズム２０と金属膜３０との界面（成膜面２２））への励起光αの入射角を調整する。角度調整部１２２は、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）の所定の位置（検出対象領域３１の裏側）に所定の入射角で照射させるために、励起光αの光軸とチップホルダー１１０とを相対的に回転させる。本実施の形態では、角度調整部１２２は、光源ユニット１２１を励起光αの光軸と直交する軸を中心として回転させる。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、回転軸の位置を設定する。たとえば、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上の照射位置とプリズム２０の入射面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。
【００３０】
受光光学系１４０は、チップホルダー１１０に保持された検出チップ１０の金属膜３０のプリズム２０と対向しない面（検出対象領域３１）に対向するように配置されている。受光光学系１４０は、金属膜３０上から出射される光（プラズモン散乱光βまたは蛍光γ）を検出する。受光光学系１４０は、導光ロッド１４１、波長分離フィルター１４４および光センサー１４５を有する。
【００３１】
導光ロッド１４１は、入射面１４２および出射面１４３を有する。導光ロッド１４１は、透光性を有し、検出対象領域３１（金属膜３０およびその近傍）から放出された光（プラズモン散乱光βまたは蛍光γ）を光センサー１４５に導く。本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００は、導光ロッド１４１が所定の形状および大きさに形成されている。導光ロッド１４１の詳細は、後述する。
【００３２】
波長分離フィルター１４４は、所定の波長領域の光を透過させ、それ以外の波長領域の光を遮断する（波長分離特性）。波長分離フィルター１４４は、例えばロングパスフィルターまたはバンドパスフィルターである。本実施の形態では、波長分離フィルター１４４は、ロングパスフィルターである。波長分離フィルター１４４は、励起光αの波長の光（プラズモン散乱光β）を遮断する一方で、蛍光γのみを透過させることが好ましい。この後説明するように、波長分離フィルター１４４の波長分離特性は、角度依存性を有する。
【００３３】
波長分離フィルター１４４は、チップホルダー１１０（検出チップ１０）および導光ロッド１４１の間、または導光ロッド１４１および光センサー１４５の間に導光ロッド１４１の軸方向に対して垂直に配置されている。本実施の形態では、波長分離フィルター１４４は、導光ロッド１４１および光センサー１４５の間に配置されている。ここで、「導光ロッド１４１の軸方向」とは、導光ロッド１４１の入射面１４２の重心から出射面１４３の重心に向かう方向をいう。特に図示しないが、波長分離フィルター１４４は、フィルター制御部１６４により受光光学系１４０の光路内と、光路外との間を移動可能に構成されている。
【００３４】
波長分離フィルター１４４の種類は、蛍光γを透過し、蛍光γ以外の不要な光を分離することができ、かつフィルターの波長分離特性が角度依存性を有するものであれば特に限定されない。フィルターの波長分離特性が角度依存性を有する波長分離フィルター１４４の例には、１または２以上の誘電体多層膜を含む干渉フィルターが含まれる。波長分離フィルター１４４の詳細は、後述する。
【００３５】
光センサー１４５は、検出対象領域３１から放出される光（蛍光γまたはプラズモン散乱光β）を検出する。光センサー１４５は、導光ロッド１４１の軸方向に垂直な受光面１４６を有する。光センサー１４５は、導光ロッド１４１により導かれ、受光面１４６に到達した光を検出する。光センサー１４５の種類は、微弱な蛍光γを検出することができれば特に限定されない。光センサー１４５の種類は、例えば感度およびＳＮ比が高い光電子増倍管やアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）などである。
【００３６】
制御部１６０は、各駆動部の制御や、光センサー１４５における受光量の定量化などを一元的に行う。本実施の形態では、制御部１６０は、光源ユニット１２１を制御する光源制御部１６１と、光センサー１４５を制御する光センサー制御部１６２と、フィルター移動部（図示省略）を制御するフィルター制御部１６４と、制御処理部１６３とを有する。制御処理部１６３は、光源制御部１６１、光センサー制御部１６２およびフィルター制御部１６４を包括的に制御して、ＳＰＦＳ装置１００全体の動作を制御する。制御部１６０は、例えばソフトウェアを実行するコンピュータである。
【００３７】
（導光ロッドの構成）
次に、導光ロッド１４１について詳細に説明する。図２は、検出対象領域３１、導光ロッド１４１および光センサー１４５の受光面１４６の位置関係を示す図である。
【００３８】
導光ロッド１４１は、透光性を有し、検出対象領域３１から放出された光（プラズモン散乱光βまたは蛍光γ）を一端に位置する入射面１４２で入射させ、他端に位置する出射面１４３で出射させて光センサー１４５に導く。導光ロッド１４１の形状は、検出対象領域３１から放出された光を光センサー１４５に導くことができれば特に限定されない。本実施の形態では、導光ロッド１４１の形状は、導光ロッド１４１の軸方向に直交する断面において、入射面１４２から出射面１４３に向かってその断面積が一定である円柱状である。導光ロッド１４１の材料は、検出対象領域３１から放出したプラズモン散乱光βまたは蛍光γを光センサー１４５に導くことができれば、特に限定されない。導光ロッド１４１の材料の例には、透明な樹脂および透明なガラスが含まれる。また、導光ロッド１４１の屈折率は、特に限定されないが、１．４〜２．０程度であることが好ましい。また、導光ロッド１４１の側面には、導光ロッド１４１の入射面１４２で入射した蛍光γの漏洩を防止するための反射膜が形成されていてもよい。反射膜は、例えばアルミニウムや金などの蒸着膜である。
【００３９】
図２に示されるように、導光ロッド１４１の入射面１４２は、円柱における一方の端面（底面）であり、金属膜３０の表面（検出対象領域３１）に対向して配置されている。導光ロッド１４１の入射面１４２と検出対象領域３１との間隔は、０．５〜５．０ｍｍ程度である。導光ロッド１４１の入射面１４２の直径Ｄは、検出対象領域３１の最大長さＤ’より長い。これにより、検出対象領域３１から放出された蛍光γを効率的に導光ロッド１４１に入射させることができる。ここで「検出対象領域の最大長さ」とは、検出対象領域３１の外縁部上の２点を両端とする線分のうち最も長い線分の長さをいう。たとえば、検出対象領域３１が円形であった場合、検出対象領域３１の最大長さＤ’は直径である。また、検出対象領域３１が矩形であった場合、検出対象領域３１の最大長さＤ’は対角線の長さである。
【００４０】
出射面１４３は、円柱における他方の端面（底面）であり、光センサー１４５の受光面１４６（またはその手前に配置された波長分離フィルター１４４）に対向して配置されている。出射面１４３と光センサー１４５の受光面１４６との間隔は、０．５〜５．０ｍｍ程度である。導光ロッド１４１の出射面１４３の直径Ｄは、光センサー１４５の受光面１４６の最大長さＤ”より短いことが好ましい。なお、「受光面の最大長さ」とは、光センサー１４５の受光面１４６の外縁部上の２点を両端とする線分のうち最も長い線分の長さを意味する。
【００４１】
次に、導光ロッド１４１内を進行する光の光路について説明する。図３Ａは、導光ロッド１４１に入射する光線の入射角θ１と、屈折角θ２を示す模式図である。図３Ｂは、入射角θ１と屈折角θ２との関係を示すグラフである。
【００４２】
図３Ａに示されるように、屈折率ｎ１の媒質（空気層）から屈折率ｎ２の媒質（導光ロッド１４１）へ光が入射した時の入射角をθ１、屈折角をθ２とした場合、ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２が成り立つことが知られている（スネルの法則）。
【００４３】
このスネルの法則を用いて、屈折率ｎ２が１．４、１．５、１．６、１．７、１．８または２．０の各導光ロッド１４１において、入射角θ１を０〜９０°まで変化させた場合の屈折角θ２をそれぞれ求めた。各導光ロッド１４１における入射角θ１と屈折角θ２との関係を図３Ｂに示す。図３Ｂにおいて、最も上の曲線（細い実線）は、屈折率ｎ２が１．４の導光ロッド１４１を用いた場合の結果を示している。上から２番目の曲線（太い実線）は、屈折率ｎ２が１．５の導光ロッド１４１を用いた場合の結果を示している。上から３番目の曲線（細い破線）は、屈折率ｎ２が１．６の導光ロッド１４１を用いた場合の結果を示している。上から４番目の曲線（太い破線）は、屈折率ｎ２が１．７の導光ロッド１４１を用いた場合の結果を示している。上から５番目の曲線（細い一点鎖線）は、屈折率ｎ２が１．８の導光ロッド１４１を用いた場合の結果を示している。上から６番目の曲線（太い一点鎖線）は、屈折率ｎ２が１．９の導光ロッド１４１を用いた場合の結果を示している。最も下の曲線（太い二点鎖線）は、屈折率ｎ２が２．０の導光ロッド１４１を用いた場合の結果を示している。
【００４４】
図３Ｂに示されるように、入射角θ１が大きくなるにつれて、屈折角θ２の変化率が小さくなることがわかる。このとき、屈折率ｎ２が１．４〜２．０の範囲内である導光ロッド１４１では、屈折角θ２の最大角度は４５°であり、屈折角θ２が３０〜４５°の範囲内で光線密度が増加することがわかる。また、導光ロッド１４１の屈折率ｎ２が大きくなるにつれて、屈折角θ２が小さくなることがわかる。
【００４５】
図４は、導光ロッド１４１内を進行する一部の蛍光γの光路を示す図である。図４Ａは、蛍光γの入射位置の違いによる導光ロッド１４１における蛍光γの光路の違いを示す図であり、図４Ｂは、導光ロッド１４１の屈折率ｎ２の違いによる導光ロッド１４１における蛍光γの光路の違いを示す図である。
【００４６】
ここでは、光線密度が大きい、屈折角θ２が４５°の蛍光γの光路について考察する。図４Ａの実線矢印は、導光ロッド１４１の入射面１４２の中心で入射した蛍光γの光路を示している。破線矢印は、導光ロッド１４１の入射面１４２の中心でない位置で入射した蛍光γの光路を示している。図４Ａの実線矢印に示されるように、導光ロッド１４１の入射面１４２の中心で入射し、屈折角θ２が４５°の蛍光γは、入射面１４２の直径をＤとした場合、入射面１４２からＤ離れた位置で径方向の中心を通過することがわかる。また、図４Ａの破線矢印に示されるように、導光ロッド１４１の入射面１４２の中心からずれた位置で入射し、屈折角θ２が４５°の蛍光γは、入射面１４２の直径をＤとした場合、入射面１４２からＤ離れた位置の近傍で径方向の中心を通過することがわかる。
【００４７】
次に、導光ロッド１４１の屈折率ｎ２の違いによる導光ロッド１４１の入射面１４２の中心で入射した蛍光γの光路について考察する。図４Ｂの実線矢印は、屈折率ｎ２が１．４の導光ロッド１４１を進行する蛍光γの光路を示している。破線矢印は、屈折率ｎ２が１．８の導光ロッド１４１を進行する蛍光γの光路を示している。
【００４８】
図４Ｂの実線矢印に示されるように、屈折率ｎ２が１．４の導光ロッド１４１の入射面１４２の中心で入射し、屈折角θ２が４５°の蛍光γは、入射面１４２の直径をＤとした場合、入射面１４２からＤ離れた位置で径方向の中心を通過することがわかる。また、図４Ｂの破線矢印に示されるように、屈折率ｎ２が１．８の導光ロッド１４１の入射面１４２の中心で入射した蛍光γは、入射面１４２の直径をＤとした場合、入射面１４２からＤより離れた位置で径方向の中心を通過することがわかる。これにより、同じ屈折角θ２の蛍光γであっても、導光ロッド１４１の屈折率ｎ２が大きくなるほど、導光ロッド１４１の入射面１４２から離れた位置で径方向の中心を通過することがわかる。
【００４９】
したがって、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００の導光ロッド１４１は、式（１）を満たすように、導光ロッド１４１の屈折率ｎ２および導光ロッド１４１の直径Ｄに基づいて、軸方向の長さＬが規定されている。これにより、導光ロッド１４１を進行する蛍光γを径方向の中心付近に集めることができる。
０．８ｎ２Ｄ＜Ｌ＜１．２ｎ２Ｄ          …（１）
【００５０】
導光ロッド１４１の出射面１４３で出射した蛍光γは、光センサー１４５の受光面１４６に到達する。このとき、受光面１４６における蛍光γの入射角と光量との関係において、最も光量が多くなる入射角をピーク入射角という。前述のとおり、導光ロッド１４１内では、屈折角θ２が３０〜４５°の範囲内で光線密度が増加する。このため、導光ロッド１４１の出射面１４３において最も光量が多くなる出射角は、０°以外の所定の角度（例えば３５°）となり、光センサー１４５の受光面１４６におけるピーク入射角も、０°以外の所定の角度（例えば３５°）となる。また、前述のとおり、波長分離フィルター１４４と、光センサー１４５の受光面１４６とは、ともに導光ロッド１４１の軸方向に対して垂直に配置されている。したがって、導光ロッド１４１の出射面１４３で出射し、波長分離フィルター１４４に入射する光線の入射角と、波長分離フィルター１４４を通過し、光センサー１４５の受光面１４６に入射する光線の入射角とは、同じである。すなわち、波長分離フィルター１４４におけるピーク入射角も、０°以外の所定の角度（例えば３５°）となる。
【００５１】
（波長分離フィルターの波長分離特性）
次に、本実施の形態で使用する波長分離フィルター１４４の波長分離特性について説明する。図５は、本実施の形態で使用する波長分離フィルター１４４（ロングパスフィルター）の波長分離特性の角度依存性を説明するための図である。図５Ａは、ピーク入射角（例えば３５°）で入射する光線に対する波長分離フィルター１４４の波長分離特性を示す図であり、図５Ｂは、入射角が０°で入射する光線に対する波長分離フィルター１４４の波長分離特性を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、実線は、入射角がピーク入射角（３５°）の光線に対するカットオフ波長が６４０ｎｍであり、入射角が０°の光線に対するカットオフ波長が６８０ｎｍである波長分離フィルター１４４の光透過率を示す。また、一点鎖線は、主波長が６３５ｎｍである励起光αのスペクトルを示し、二点鎖線は、主波長が６７０ｎｍである蛍光γのスペクトルを示す。ここで、「励起光」とは、励起光αだけでなく励起光αと同じ波長の光（プラズモン散乱光β）を含むものとする。
【００５２】
図５Ａに示されるように、波長分離フィルター１４４のカットオフ波長（６４０ｎｍ）は、ピーク入射角（３５°）で入射する励起光αの主波長（６３５ｎｍ）とピーク入射角（３５°）で入射する蛍光γの主波長（６７０ｎｍ）との間に位置する。すなわち、ピーク入射角（３５°）で入射する蛍光γの光線に対する主波長（６７０ｎｍ）における波長分離フィルター１４４の光透過率は、ピーク入射角（３５°）で入射する励起光αの光線に対する主波長（６３５ｎｍ）における波長分離フィルター１４４の光透過率よりも大きい。これにより、波長分離フィルター１４４は、ピーク入射角（３５°）で入射する光線に対して、蛍光γを選択的に透過させ、励起光αの大部分を遮断する。したがって、前述のとおり、波長分離フィルター１４４への光線の入射角と、光センサー１４５の受光面１４６への光線の入射角とは同じなので、波長分離フィルター１４４は、光センサー１４５の受光面１４６にピーク入射角（３５°）で入射する蛍光γの大部分を選択的に透過させることができる。
【００５３】
一方、図５Ｂに示されるように、ピーク入射角（３５°）で入射する光線に対する場合と比較して、入射角が０°で入射する光線に対する波長分離フィルター１４４のカットオフ波長（６８０ｎｍ）は、長波長側にシフトしている。本実施の形態で使用する波長分離フィルター１４４（ロングパスフィルター）では、約４０ｎｍ長波長側にシフトすることがわかっている。この結果、波長分離フィルター１４４は、励起光αをより確実に遮断することができる。励起光αの主波長と蛍光γの主波長との間隔が小さい場合、波長分離フィルター１４４は、励起光αを遮断するだけでなく、蛍光γの一部を遮断するおそれがある。しかし、励起光αをより確実に遮断することによって、ＳＮ比を向上させることができる。
【００５４】
このように、本実施の形態で使用する波長分離フィルター１４４の波長分離特性は、角度依存性を有し、入射角がピーク入射角（３５°）で入射する光線に対して最適化されている。すなわち、ピーク入射角で入射する蛍光γの光線に対する主波長における波長分離フィルター１４４の光透過率（以下、「Ｔｔ」ともいう）は、入射角が０°で入射する蛍光γの光線に対する主波長における波長分離フィルター１４４の光透過率（以下、「Ｔ０」ともいう）より大きい（Ｔｔ＞Ｔ０）。したがって、前述のとおり、効率およびＳＮ比を向上させることができる。
【００５５】
また、ＳＮ比をより向上させる観点から、カットオフ波長が励起光αの主波長に対してより長波長側にある波長分離フィルター１４４を使用してもよい。蛍光γの透過率が減少したとしても、励起光αをより確実に遮断することでＳＮ比の向上が期待できるからである。たとえば、Ｔ０／Ｔｔ≦１／５であることが好ましい。
【００５６】
（シミュレーション）
本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００において、光センサー１４５の受光面１４６における蛍光γの入射角と光量との関係についてシミュレーションを行った。流路４１内の検出対象領域３１から受光面１４６までの光路上には、流路蓋４０、導光ロッド１４１、波長分離フィルター１４４および光センサー１４５が、検出対象領域３１側から順番に配置されている。また、導光ロッド１４１の出射面１４３で出射した光は、波長分離フィルター１４４を通過したあと、センサー窓を通って受光面１４６に到達する。シミュレーションのための各パラメータは、流路蓋４０の高さ：０．１ｍｍ、流路蓋４０（ＰＭＭＡ）の屈折率：１．４９、検出対象領域３１の最大長さＤ’：３.０ｍｍ、導光ロッド１４１の軸方向の長さ：１６．０ｍｍ、導光ロッド１４１の直径Ｄ：１４．０ｍｍ、導光ロッド１４１の屈折率ｎ：１．５１４、検出対象領域３１および導光ロッド１４１の入射面１４２の間隔：０．６ｍｍ、導光ロッド１４１の軸方向での波長分離フィルターの長さ（厚み）：１．０ｍｍ、波長分離フィルター１４４の屈折率：１．５１４、導光ロッド１４１の軸方向でのセンサー窓の長さ（厚み）：０．８ｍｍ、センサー窓（ホウケイ酸ガラス）の屈折率：１．４８７、波長分離フィルター１４４およびセンサー窓の間隔：０．５ｍｍ、受光面１４６の最大長さ：８．０ｍｍとした。
【００５７】
図６は、光センサー１４５の受光面１４６における蛍光γの入射角と光量との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。図６に示されるように、検出対象領域３１から放出された蛍光γは、入射角が３５°近傍で受光面１４６に入射するときに、最も光量が多くなることがわかる。したがって、この場合は、入射角が３５°（ピーク入射角）で受光面１４６に入射する蛍光γの光線に対する主波長における波長分離フィルター１４４の光透過率（Ｔｔ）が、入射角が３５°で受光面１４６に入射する励起光の光線に対する主波長における波長分離フィルター１４４の光透過率よりも大きく、かつ入射角が０°で受光面１４６に入射する蛍光γの光線に対する主波長における波長分離フィルター１４４の光透過率（Ｔ０）より大きくなるように、波長分離フィルター１４４は選択される。具体的には、入射角が３５°で波長分離フィルター１４４に入射する蛍光γの光線に対する主波長における波長分離フィルター１４４の光透過率が、入射角が３５°で波長分離フィルター１４４に入射する励起光の光線に対する主波長における波長分離フィルター１４４の光透過率よりも大きく、かつ入射角が０°で波長分離フィルター１４４に入射する蛍光γの光線に対する主波長における波長分離フィルター１４４の光透過率より大きくなるように、波長分離フィルター１４４は選択される。これにより、波長分離フィルター１４４は、ピーク入射角で受光面１４６に入射する光線に対して、励起光αを遮断し、蛍光γを選択的に透過させることができる。その一方で、波長分離フィルター１４４は、入射角が０°で受光面１４６に入射する光線に対して、蛍光γの一部を遮断するおそれがあるものの、励起光αもより確実に遮断することができる。この結果として、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００は、蛍光γを効率よく、かつ高いＳＮ比で検出することができる。
【００５８】
（ＳＰＦＳ装置の動作）
次に、ＳＰＦＳ装置１００の動作（ＳＰＦＳ装置１００を用いた検出方法）について説明する。図７は、ＳＰＦＳ装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【００５９】
まず、測定の準備をする（工程Ｓ１０）。具体的には、ＳＰＦＳ装置１００の所定の位置に被検出物質を捕捉するための捕捉体が固定化された検出対象領域３１を含む検出チップ１０を設置する。また、検出チップ１０の流路４１内に保存試薬が存在する場合は、捕捉体が適切に被検出物質を捕捉できるように、流路４１内を洗浄して保存試薬を除去する。
【００６０】
次いで、検体中の被検出物質と捕捉体とを反応させる（１次反応、工程Ｓ２０）。具体的には、流路４１内に検体を注入して、検体と捕捉体とを接触させる。検体中に被検出物質が存在する場合は、被検出物質の少なくとも一部は捕捉体により捕捉される。この後、流路４１内を緩衝液などで洗浄して、捕捉体に捕捉されなかった物質を除去する。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、精液などの体液およびその希釈液が含まれる。
【００６１】
次いで、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）の所定の位置に照射しながら、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を走査して、最適な入射角を決定する（工程Ｓ３０）。具体的には、制御処理部１６３は、光源ユニット１２１および角度調整部１２２を制御して、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）の所定の位置に照射しながら、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を走査する。また、制御処理部１６３は、光センサー１４５が検出対象領域３１からのプラズモン散乱光βを検出するように、フィルター制御部１６４を制御して、波長分離フィルター１４４を受光光学系１４０の光路外に移動させるとともに、プラズモン散乱光βを検出するように、光センサー制御部１６２を制御する。検出対象領域３１からのプラズモン散乱光βは、導光ロッド１４１を介して光センサー１４５に到達する。これにより、制御処理部１６３は、励起光αの入射角とプラズモン散乱光βの強度との関係を含むデータを得る。そして、制御処理部１６３は、データを解析して、プラズモン散乱光βの強度が最大となる入射角（増強角）を決定する。なお、増強角は、基本的には、プリズム２０の素材および形状、金属膜３０の厚み、流路４１内の液体の屈折率などにより決まるが、流路４１内の蛍光物質の種類および量、プリズム２０の形状誤差などの各種要因によりわずかに変動する。このため、分析を行うたびに増強角を決定することが好ましい。増強角は、０．１°程度のオーダーで決定される。
【００６２】
次いで、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を、前の工程で決定した増強角に設定する（工程Ｓ４０）。具体的には、制御処理部１６３は、角度調整部１２２を制御して、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角を増強角に設定する。以後の工程では、金属膜３０（成膜面２２）に対する励起光αの入射角は、増強角のままである。
【００６３】
次いで、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）に照射して、蛍光γと同じ波長の光の強度（光学ブランク値）を測定する（工程Ｓ５０）。具体的には、制御処理部１６３は、フィルター移動部を制御するフィルター制御部１６４を制御して、波長分離フィルター１４４を受光光学系１４０の光路上に移動させる。ついで、制御処理部１６３は、光源制御部１６１を制御して、光源ユニット１２１に励起光αを出射させる。同時に、制御処理部１６３は、光センサー１４５が蛍光γと同じ波長の光の強度を検出するように、光センサー制御部１６２を制御する。よって、光センサー１４５は、正確にノイズとなる光の強度（光学ブランク値）を測定することができる。測定値は、制御処理部１６３に送信され、光学ブランク値として記録される。
【００６４】
次いで、捕捉体に捕捉された被検出物質を蛍光物質で標識する（２次反応、工程Ｓ６０）。具体的には、流路４１内に蛍光標識液を注入する。蛍光標識液は、例えば、蛍光物質で標識された抗体（２次抗体）を含む緩衝液である。蛍光標識液が流路４１に注入されると、蛍光標識液が被検出物質に接触し、被検出物質が蛍光物質で標識される。この後、流路４１内を緩衝液などで洗浄し、遊離の蛍光物質などを除去する。
【００６５】
最後に、励起光αを金属膜３０（成膜面２２）に照射して、検出対象領域３１（標識物質）から放出され、導光ロッド１４１によって導かれた蛍光γ（微弱光）の強度を光センサー１４５で測定する（工程Ｓ７０）。具体的には、制御処理部１６３は、光源制御部１６１を制御して、光源ユニット１２１に励起光αを出射させる。同時に、制御処理部１６３は、光センサー１４５が検出対象領域３１から放出される蛍光γを検出するように、光センサー制御部１６２を制御する。制御処理部１６３は、測定値から光学ブランク値を引き、被検出物質の量に相関する蛍光強度を算出する。蛍光強度は、必要に応じて、被検出物質の量や濃度などに換算される。
【００６６】
以上のように、本実施の形態に係るＳＰＦＳ装置１００では、導光ロッド１４１の入射面１４２の直径をＤとし、円柱状の導光ロッド１４１の軸方向の長さをＬとし、導光ロッド１４１の屈折率をｎ２とした場合、０．８ｎ２Ｄ＜Ｌ＜１．２ｎ２Ｄを満たす。よって、蛍光物質から放出された蛍光γの大部分は、導光ロッド１４１の入射面１４２から導光ロッド１４１の直径Ｄ離れた位置の近傍に集光され、光センサー１４５の受光面１４６に到達する。このとき、受光面１４６に到達する蛍光γは、０°以外の所定の角度（ピーク入射角）で最も光量が多くなる。したがって、波長分離フィルター１４４の波長分離特性をピーク入射角で受光面１４６に入射する光に対して最適化することにより、ＳＰＦＳ装置１００は、大型化することなく、効率よく、かつ高いＳＮ比で蛍光γを検出することができる。
【００６７】
なお、波長分離フィルター１４４は、導光ロッド１４１と一体化されていてもよい。たとえば、導光ロッド１４１の入射面１４２または出射面１４３に誘電体多層膜を形成することで、導光ロッド１４１および波長分離フィルター１４４を一体化してもよい。これにより、ＳＰＦＳ装置１００を小型化かつ簡素化することができる。
【００６８】
また、本実施の形態では、円柱状の導光ロッド１４１を有するＳＰＦＳ装置１００について説明したが、導光ロッド１４１の形状は、円柱状に限定されない。図８Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態の変形例に係る導光ロッド１４１’、１４１”の斜視図である。たとえば、導光ロッドは、図８Ａに示されるように、入射面から出射面に向かってその断面積が連続的に小さくなるテーパー状の導光ロッド１４１’、または入射面から出射面に向かってその断面積が連続的に大きくなるテーパー状の導光ロッド１４１’であってもよい。
【００６９】
入射面から出射面に向かってその断面積が連続的に小さくなるテーパー状の導光ロッド１４１’では、広い入射面で多くの光を取り込み、取り込まれた光を狭い出射面で集光させつつ光センサー１４５に向けて出射することができる。この結果として、入射面から出射面に向かってその断面積が連続的に小さくなるテーパー状の導光ロッド１４１’を有するＳＰＦＳ装置では、受光面１４６の面積が小さい光センサー１４５を使用することができる。検出装置の小型化および低コスト化の観点から、受光面１４６の面積が小さい光センサー１４５を使用できることは好ましい。また、一般的に、光センサー１４５の受光面の面積が大きいほど、ノイズが大きくなる。このため、微弱な光を検出する検出装置では、高いＳＮ比で蛍光γの検出を行う観点からも、受光面１４６の面積が小さい光センサー１４５を使用できることは好ましい。
【００７０】
一方、入射面から出射面に向かってその断面積が連続的に大きくなるテーパー状の導光ロッド１４１’では、入射面で入射した光が導光ロッド１４１’内のテーパー面で反射する。これにより、入射面で入射した光線の入射面に対する入射角と比較して、出射面で出射する光線の出射面に対する出射角を小さくすることができる。この結果として、円柱状の導光ロッド１４１を使用した場合と比較して、ピーク入射角を小さくすることができる。前述の実施の形態では、入射角がピーク入射角（３５°）で入射する光線に対して最適化されている波長分離フィルター１４４を使用する場合について説明した。仮にピーク入射角が３５°から３０°に変化したとする。波長分離フィルター１４４に対する入射角が３５°から０°に変化すると、カットオフ波長は６４０ｎｍから６８０ｎｍに変化する、すなわち長波長側に４０ｎｍシフトする（図５Ａ、Ｂ参照）。これに対し、入射角がピーク入射角（３０°）で入射する光線に対して最適化されている波長分離フィルターを使用すると、カットオフ波長は長波長側に３０ｎｍ程度しかシフトしない。すなわち、図５Ａ、Ｂが入射角３０°で入射する光線に対して最適化されている波長分離フィルターの波長分離特性を示す図であるとすると、図５Ａにおける入射角３０°で入射する光線に対する波長分離フィルターのカットオフ波長が６４０ｎｍであるとき、図５Ｂにおける入射角０°で入射する光線に対する波長分離フィルターのカットオフ波長は６７０ｎｍとなる。この結果、入射面から出射面に向かってその断面積が連続的に大きくなるテーパー状の導光ロッド１４１’を使用した場合、波長分離フィルター１４４は、励起光αを確実に遮断することができる。これとともに、入射角０°で入射するときのカットオフ波長が６７０ｎｍとなることで、蛍光γの一部を遮断することとなるが、カットオフ波長が６８０ｎｍとなる場合（ピーク入射角が３５°の場合）と比較して、遮断される蛍光γの光量を少なくすることができる。すなわち、ＳＰＦＳ装置は、励起光αを確実に遮断しつつ、より多くの蛍光γを検出することができ、ＳＮ比をさらに向上させることができる。
【００７１】
また、図８Ｂに示されるように、入射面もしくは出射面が凸レンズ状の導光ロッド１４１”であってもよい。さらに、特に図示しないが、入射面および出射面が両方とも凸レンズ状の導光ロッドであってもよい。これにより、検出対象領域３１から放出された蛍光γを効率よく光センサー１４５の受光面１４６に集光することができる。したがって、効率よく、かつ高いＳＮ比で蛍光γを検出することができる。
【００７２】
また、前述の実施の形態では、１次反応（工程Ｓ２０）の後に増強角の測定（工程Ｓ３０）を行う場合について説明したが、本発明に係る検出装置では、各工程の順番はこれに限定されない。たとえば、１次反応の前に増強角の測定を行ってもよい。これにより、１次反応により検出チップの流路内に非特異的に吸着した物質の影響により、増強角が変化することを避けることができる。また、励起光αの入射角があらかじめ決まっている場合には、増強角の測定を行わなくてもよい。
【００７３】
また、前述の実施の形態では、流路４１を有する検出チップ１０を例に挙げて説明したが、流路ではなくウェルを有する検出チップも使用できる。
【００７４】
本出願は、２０１４年６月１９日出願の特願２０１４−１２６２８２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】
【００７５】
本発明に係る検出装置は、標識物質から放出される微弱な蛍光を効率よく、かつ高いＳＮ比で検出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】
【００７６】
１０  検出チップ
２０  プリズム
２１  プリズムの入射面
２２  プリズムの成膜面
２３  プリズムの出射面
３０  金属膜
３１  検出対象領域
４０  流路蓋
４１  流路
１００  表面プラズモン共鳴蛍光分析装置（ＳＰＦＳ装置）
１１０  チップホルダー
１２０  励起光学系ユニット
１２１  光源ユニット
１２２  角度調整部
１４０  受光光学系
１４１、１４１’、１４１”  導光ロッド
１４２  導光ロッドの入射面
１４３  導光ロッドの出射面
１４４  波長分離フィルター
１４５  光センサー
１４６  受光面
１６０  制御部
１６１  光源制御部
１６２  光センサー制御部
１６３  制御処理部
１６４  フィルター制御部
θ１  導光ロッドに入射する光線の入射角
θ２  導光ロッドに入射した光線の屈折角
ｎ１、ｎ２  屈折率
Ｄ  導光ロッドの直径
Ｄ’  検出対象領域の最大長さ
Ｄ”  光センサーの受光面の最大長さ
Ｌ  導光ロッドの軸方向の長さ
α  励起光
β  プラズモン散乱光
γ  蛍光
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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