(57)【要約】    【課題】  多くの被測定物質を引きつけて蒐集効率を上げ、かつ検出部で被測定物質濃度を高めて測定感度を向上させる。    【解決手段】  試料セル２の底面６上に電極８−１〜８−４が試料溶液の流れの上流から下流に向かって間隔が順次狭くなっていくように配置されている。電極８−４のさらに下流に金属薄膜１０が配置されており、底面６の外側からプリズム１２により励起光が全反射の条件で金属薄膜１０に入射すると、表面プラズモン共鳴が起こり、その表面プラズモン共鳴角から屈折率変化が測定される。電極８−１〜８−４にそれぞれ交流電圧を印加すると誘電泳動により被測定物質１８が金属薄膜１０上に集まり、被測定物質１８が濃縮されて高い感度で測定が行なわれる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物質を含む試料溶液が収容又は流されるセルと、
前記セルの一内面上で互いに分離され間隔が狭くなっていくように一列に配置された複数の電極と、
前記電極配列の間隔が狭くなっていく方向の延長線上の位置で前記被測定物質を検出する検出部と、
前記電極に交流電圧を印加する電源装置とを備えた誘電泳動検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記電極配列の間隔が狭くなっていく方向の延長線上に配置された金属膜と、前記セルの壁面上で前記金属膜の位置に配置されたプリズムと、前記プリズムを介して前記セルに表面プラズモン共鳴を起こす全反射の条件で光を入射させる入射光学系と、前記セルからの反射光を前記プリズムを介して受光し、表面プラズモン共鳴角から屈折率変化を測定する受光光学系とを備えている請求項１に記載の誘電泳動検出装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記電極配列の間隔が狭くなっていく方向の延長線上の位置で前記セルの壁面上に配置されたプリズムと、前記プリズムを介して前記セルに全反射の条件で光を入射させる入射光学系と、前記セルからの反射光を前記プリズムを介して受光し、吸光度を測定する受光光学系とを備えている請求項１に記載の誘電泳動検出装置。
【請求項４】
前記検出部は前記セル内で前記被測定物質が励起して発生した蛍光を受光し検出する蛍光受光光学系を備えている請求項１から３のいずれかに記載の誘電泳動検出装置。
【請求項５】
前記セルはフローセルであり、前記電極配列の間隔が狭くなっていく方向に試料溶液が流されるものである請求項１から４のいずれかに記載の誘電泳動検出装置。
【請求項６】
前記電極が配置されている前記一内面は前記セルの底面である請求項１から５のいずれかに記載の誘電泳動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料溶液中の被測定物質、例えば微生物、蛋白質、核酸、糖質又はこれらが結合した混合物など、の濃度を求める検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料溶液中の被測定物質を高感度に測定することを目的として、測定セル中に一対の電極を設け、その電極間に交流電場を印加することにより試料セル中の核酸やタンパク質といった被測定物質を誘電泳動により電極間に集めて濃縮し、その濃縮されて部分に励起光を照射して発生する蛍光を測定する方法が提案されている（特許文献１参照。）。
このような誘電泳動によれば試料セル中の被測定物質の濃度が薄くても濃縮できるため、感度向上を図ることができる。
【特許文献１】特開２００１−１３１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
誘電泳動は、電界、正確には電場勾配により被測定物質を引きつける技法である。電極間隔を大きくすると電極から遠い位置まで電場勾配が発生するため、電極から遠い所にある被測定物質まで引きつけることができるが、逆に電極近傍でも電界がさほど強くないため、電極表面近くの被測定物質濃度はそれほど上がらない。一方、電極間隔を小さくすると電極近傍の電界が強くなるため電極表面近くの被測定物質濃度を上げることができるが、電場勾配は電極から遠い所までは及ばないため、電極から遠い所にある被測定物質を引きつけることができない。
【０００４】
したがって、誘電泳動においては、（１）電極間隔を広くして多くの被測定物質を集められるが、局所的濃度は低くなるモードか、（２）電極間隔を狭くして局所的濃度を上げられるが、蒐集効率は悪いモードかの何れかを選択しなければならない。
そこで、本発明は多くの被測定物質を引きつけて蒐集効率を上げ、かつ検出部で被測定物質濃度を高めて測定感度を向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の誘電泳動検出装置は、被測定物質を含む試料溶液が収容又は流されるセルと、前記セルの一内面上で互いに分離され間隔が狭くなっていくように一列に配置された複数の電極と、前記電極配列の間隔が狭くなっていく方向の延長線上の位置で前記被測定物質を検出する検出部と、前記電極に交流電圧を印加する電源装置とを備えている。
【０００６】
検出部の一例は試料溶液の屈折率変化から被測定物質濃度を測定するものであり、前記電極配列の間隔が狭くなっていく方向の延長線上に配置された金属膜と、前記セルの壁面上で前記金属膜の位置に配置されたプリズムと、前記プリズムを介して前記セルに表面プラズモン共鳴を起こす全反射の条件で光を入射させる入射光学系と、前記セルからの反射光を前記プリズムを介して受光し、表面プラズモン共鳴角から屈折率変化を測定する受光光学系とを備えている。
【０００７】
表面プラズモン共鳴とは金属表面に光が入射し、表面プラズモンと同じ波数（運動量と振動数（エネルギー））をもったエバネッセント波が重なるとき、金属表面近傍の電子が共鳴状態となる現象を指す。金属中の電子は集団的に振動しており、これはプラズマ振動又はプラズマ波と呼ばれている。表面プラズモンとは表面上のプラズマ波を量子的に述べたものである。また、エバネッセント波とは、物質の表面に沿って進行する波で、そのエネルギーが界面からの距離により指数関数的に減衰する波であって、全反射領域において入射面に沿って進行し、外部には伝播しない波を言う。
【０００８】
検出部の他の例は試料溶液の吸光度から被測定物質濃度を測定するものであり、前記電極配列の間隔が狭くなっていく方向の延長線上の位置で前記セルの壁面上に配置されたプリズムと、前記プリズムを介して前記セルに全反射の条件で光を入射させる入射光学系と、前記セルからの反射光を前記プリズムを介して受光し、吸光度を測定する受光光学系とを備えている。
【０００９】
検出部は屈折率変化や吸光度とともに蛍光を測定するものであってもよく、又は屈折率変化や吸光度に替えて蛍光を測定するものであってもよい。蛍光を測定するための検出部は、セル内で被測定物質が励起して発生した蛍光を受光し検出する蛍光受光光学系を備えている。
セルの好ましい一例はフローセルであり、フローセルでは電極配列の間隔が狭くなっていく方向に試料溶液が流されるように構成されている。
電極が配置されている一内面の好ましい一例はセルの底面である。
【発明の効果】
【００１０】
検出部から遠い位置に配列されている電極はその配列間隔が広いために電極から遠い所にある被測定物質まで蒐集することができるとともに、電極配列の間隔は検出部に近づくにつれて狭くなっているので、検出部に近づくにつれて被測定物質濃度が高くなっていく。さらに、検出部に向かっても電場勾配が形成されるので、被測定物質は検出部に向かって集められるように移動するので、検出部での被測定物質濃度がより高められて検出感度が上がる。
【００１１】
本発明をフローセルに適用した場合には、フローセルによる試料溶液の流れの方向と電極配列による電場勾配の方向がともに検出部の方向に向かうように作用し、検出部における試料濃度の濃縮効果がさらに高められ、測定感度がさらに向上する。
電極配列をセルの底面に形成することにより、被測定物質を誘電泳動と重力の両方によって底面上に移動させることができ、表面プラズモン共鳴やエバネッセント波の効果をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一実施例を概略的に示したものである。２は測定セルであり、その内部を試料溶液４が図で右方向に移動するフローセルである。試料セル２の高さＨは例えば１０μｍである。
試料セル２の底面６は石英ガラスなどの透明な材料で構成されており、底面６の内側上には互いに分離された複数の電極８−１〜８−４が設けられている。これらの電極８−１〜８−４は紙面垂直方向に延びる短冊状のものであり、図で左から右方向（フローセルの上流側から下流側の方向）に一列に配列され、その配列方向に沿って間隔が順次狭くなっていくように配置されている。電極間隔の一例を示すと、電極８−１と８−２の間が１０μｍ、電極８−２と８−３の間が５μｍ、電極８-３と８-４の間が２μｍである。電極８−４の図で右側には表面プラズモン共鳴を起こさせるための金属薄膜１０が形成されており、電極８−４と金属薄膜１０の間の間隔は例えば１μｍである。
【００１３】
電極８−１〜８−４と金属薄膜１０は必ずしも同じ材質である必要はないが、製造工程を考えると同じ材質にすれば同じ工程で同時に製作できる利点がある。そのような電極８−１〜８−４と金属薄膜１０の材質としては、表面プラズモン共鳴に適した金属、例えば金、銀、銅又はアルミニウムが適当である。電極８−１〜８−４と金属薄膜１０の膜厚は３０〜８０ｎｍが適当である。
【００１４】
電極８−１〜８−４と金属薄膜１０を被うように誘電体薄膜を形成してもよい。その誘電体薄膜は、電極８−１〜８−４と金属薄膜１０が酸化しやすいアルミニウムなどの金属である場合の酸化を防ぐとともに、金属薄膜１０上に平面型導波路を形成することで共振器となり、さらに試料溶液４の溶剤が電極８−１〜８−４や金属薄膜１０と化学反応するのを防止する役割を果たす。そのような誘電体薄膜としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3又はＴｉＯ2などの無機誘電体材料や有機誘電体材料を用いることができる。
【００１５】
底面６の外側には金属薄膜１０と対向する位置に励起光を全反射の条件で入射させるためのプリズム１２が取り付けられている。プリズム１２としては半球プリズムが好適であるが、三角プリズムや方形プリズムなども使用可能である。
プリズム１２には入射光学系（図示略）から励起光１４が入射し、金属薄膜１０での反射光１６がプリズム１２を経て受光光学系（図示略）に導かれる。
【００１６】
入射光学系には光源部として例えばＵＶ励起光源を備えている。ＵＶ励起光源としては波長を選択できるキセノンランプが好適であるが、波長が固定されていてもよい場合は水銀灯やＵＶレーザー等でもよい。受光光学系にはプリズム１２を経た反射光を受光して検出するために光電子増倍管、ＰＤ（フォトダイオード）、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等のＵＶ検出器を備えている。その検出器による検出強度から表面プラズモン共鳴角を求めることができる。
【００１７】
セル２の上面７の外側に、金属薄膜１０に対向して被測定物質から発生する蛍光を検出するための蛍光受光光学系を設けていてもよい。そのような蛍光受光光学系は光電子増倍管、、ＰＤ、ＡＰＤ、ＰＤＡ（フォトダイオードアレイ）などの蛍光検出器を備えている。この場合、上面７の材質は蛍光を透過できる石英ガラスなどが適当である。
電極８−１〜８−４にはそれぞれ交流電源１５−１〜１５−４が接続されており、各電極８−１〜８−４に交流電圧が印加されるようになっている。
【００１８】
この試料セル２に試料溶液４を流し、電極８−１〜８−４に交流電圧を印加すると、試料溶液４中の被測定物質１８が電極８−１〜８−４から発生する電気力線２０による電場勾配による誘電泳動による力と、試料溶液の流れによる力の両方の力を受けて図中に破線の矢印で示される方向に移動する。金属薄膜１０にプリズム１２を介して励起光１４を入射させることにより、表面プラズモン共鳴によって領域２２では電場が増強される。その表面プラズモン共鳴角を測定することにより、被測定物質濃度に応じた屈折率変化が求められる。
このとき、被測定物質が励起されて蛍光が発生することがあるので、その蛍光を測定することによっても被測定物質濃度を求めることができる。
【００１９】
図１の実施例から表面プラズモン共鳴を起こさせるための金属薄膜１０を省略することができる。その場合にはプリズム１２により入射する光のエバネッセント波により試料溶液中の被測定物質濃度に応じた吸光度を測定することができる。
【００２０】
以上の実施例はフローセルに本発明を適用したものであるが、溶液を収容する形式のミクロセルにも適用することができる。その場合は溶液の流れによる力は作用しないが、電場勾配が検出部方向に向かって形成されているため、底面から遠くの被測定物質を検出部方向に向かって移動させる力は作用する。
また、ミクロセルに本発明を適用した場合に、電極８−１〜８−４に印加する交流電圧の位相を調整することにより、電場勾配の位相が検出部の方向に向かうようにすることにより、被測定物質を検出部方向に有効に集めることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の検出装置は、液体クロマトグラフやキャピラリ電気泳動などの分析装置の検出器として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
２      測定セル
４      試料溶液
６      測定セルの底面
８−１〜８−４      電極
１０      金属薄膜
１２      プリズム
１５−１〜１５−４      交流電源
１８      被測定物質
２０      電気力線
２２      表面プラズモン共鳴による電場増強領域
【図１】
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