(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の偏光状態の測定光を照射する測定光照射手段と、
特定の被検出物質のみを結合可能な表面修飾が施されているセンシング面を備え、全反射する条件で内部に入射された前記測定光を、前記センシング面で全反射させて、このセンシング面にエバネッセント光を発生させる導光部材と、
前記センシング面に対して前記導光部材側または外側に配置され、前記エバネッセント光の散乱光の光量を検出する検出手段と、
前記導光部材と前記検出手段との間に、前記センシング面と対向して前記センシング面から前記検出手段に向かう散乱光の光軸上に配置される検光子とを有し、
前記被検出物質が、当該被検出物質と選択的に結合する金属微粒子にて標識され、
前記測定光照射手段、前記導光部材および前記検光子を含む導光光学系において、前記金属微粒子にて標識された前記被検出物質が前記センシング面にない場合に発生する前記センシング面からの散乱光の前記検出手段による受光量が最小となる向きに前記検光子を配置することを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記測定光照射手段は、任意の偏光状態の光を照射する光源と、この光源によって照射される前記任意の偏光状態の光を前記所定の偏光状態の測定光とする偏光子とを備えるものである請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項３】
さらに、前記偏光子の位置を調整する調整機構を有し、
この調整機構は、前記検光子を介して前記検出手段で検出される、前記金属微粒子にて標識された前記被検出物質が前記センシング面にない場合に発生する前記センシング面からの散乱光の強度が最小となるように、前記偏光子の位置を調整するものである請求項２に記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記導光部材が、誘電体プリズムである請求項１〜３のいずれかに記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記導光部材は、内部で前記測定光を２回以上全反射させる板状の導光部と、前記導光部の一端に配設され、前記導光部材の内部に前記測定光を入射させる入光部と、前記導光部の他端に配設され、前記２回以上全反射された前記測定光を前記導光部材の外部に出射する出射部とを備えるものである請求項１〜３のいずれかに記載のセンシング装置。
【請求項６】
前記測定光照射手段は、前記所定の偏光状態の測定光として、直線偏光の前記測定光を照射するものである請求項１〜５のいずれかに記載のセンシング装置。
【請求項７】
前記測定光照射手段は、前記所定の偏光状態の測定光として、前記センシング面に対してＰ偏光またはＳ偏光の前記測定光を照射するものである請求項１〜６のいずれかに記載のセンシング装置。
【請求項８】
前記被検出物質が、抗原であり、
前記表面修飾が、前記抗原と結合可能な一次抗体であり、
前記金属微粒子が、その表面に前記抗原と結合可能な二次抗体を持ち、
抗原抗体反応により前記センシング面に保持された前記抗原を標識する前記金属微粒子により散乱された前記エバネッセント光の散乱光を前記検出手段によって検出する請求項１〜７のいずれかに記載のセンシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エバネッセント光を利用して、被検出物質の検出を行うセンシング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質に、光が入射する場合、その入射角を臨界角以上にすると、２つの媒質の界面において光が全反射する。その際に、光の１波長程度まで低媒質側に浸透するエバネッセント光が発生することが知られている。このエバネッセント光が発生する領域（以下、エバネッセント領域という）は、界面、すなわち光の反射面から１波長程度と非常に狭い領域であるため、エバネッセント光を利用することにより、エバネッセント領域に相当する界面近傍の領域の状態を観測することができる。
【０００３】
エバネッセント光の利用例として、金属微粒子等の光散乱標識により標識された被検出物質をエバネッセント領域に保持し、光散乱標識によって散乱されたエバネッセント光の散乱光を検出することにより、被検出物質の有無、あるいは被検出物質の量を測定する方法および装置が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、エバネッセント波の侵入深さ内で、導波路エレメントに特異的に結合した光散乱ラベルにより光を散乱させ、この散乱光を導波路に導いて、導波路エレメントの全域で起こる光散乱現象をＣＣＤカメラ等の光検出装置により検出する導波路結合アッセイ方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、光学的に透明な材料で製作されたキュベット等の単一の反応表面の２つ以上の場所に、抗体等の結合対要素に固定し、光散乱標識付けられた抗原等の検体を結合対要素に結合させ、次いで、反応表面を構成する透明な物質に入射した光ビームから生じた減衰波（エバネッセント光波）により反応表面を照明し、次いで、減衰波と光散乱標識との相互作用から得られた弾性的に散乱された光を検出することで、固定化された結合対要素を検出する方法が記載されている。また、特許文献２には、２つ以上の場所に分離した状態で固定された結合対要素を別々に検出することが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特表平１０−５０６１９０号公報
【特許文献２】特表平８−５００６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１および特許文献２に記載の方法では、光散乱標識あるいは光散乱ラベルにより散乱された光を検出する際に、光散乱ラベルによる散乱光以外の散乱光、例えば、導波路エレメントの表面あるいは反応表面の凹凸といった表面の欠陥により生じる散乱光や、導波路エレメントの表面あるいは反応表面に付着した異物による散乱光といったノイズ光も同時に検出してしまい、検出装置のＳ／Ｎ比が悪いという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、光散乱標識により散乱されたエバネッセント光の散乱光を高いＳ／Ｎ比で検出することができ、被検出物質の検出、定量を高精度に行うことができるセンシング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、所定の偏光状態の測定光を照射する測定光照射手段と、特定の被検出物質のみを結合可能な表面修飾が施されているセンシング面を備え、全反射する条件で内部に入射された前記測定光を、前記センシング面で全反射させて、このセンシング面にエバネッセント光を発生させる導光部材と、前記センシング面に対して前記導光部材側または外側に配置され、前記エバネッセント光の散乱光の光量を検出する検出手段と、前記導光部材と前記検出手段との間に、前記センシング面と対向して前記センシング面から前記検出手段に向かう散乱光の光軸上に配置される検光子とを有し、前記被検出物質が、当該被検出物質と選択的に結合する金属微粒子にて標識され、前記測定光照射手段、前記導光部材および前記検光子を含む導光光学系において、前記金属微粒子にて標識された前記被検出物質が前記センシング面にない場合に発生する前記センシング面からの散乱光の前記検出手段による受光量が最小となる向きに前記検光子を配置することを特徴とするセンシング装置を提供するものである。
【００１１】
また、前記測定光照射手段は、任意の偏光状態の光を照射する光源と、この光源によって照射される前記任意の偏光状態の光を前記所定の偏光状態の測定光とする偏光子とを備えるものであることが好ましい。
さらに、前記偏光子の位置を調整する調整機構を有し、この調整機構は、前記検光子を介して前記検出手段で検出される、前記金属微粒子にて標識された前記被検出物質が前記センシング面にない場合に発生する前記センシング面からの散乱光の強度が最小となるように、前記偏光子の位置を調整するものであることが好ましい。
【００１２】
また、前記導光部材が、誘電体プリズムであることが好ましい。
あるいは、前記導光部材は、内部で前記測定光を２回以上全反射させる板状の導光部と、前記導光部の一端に配設され、前記導光部材の内部に前記測定光を入射させる入光部と、前記導光部の他端に配設され、前記２回以上全反射された前記測定光を前記導光部材の外部に出射する出射部とを備えるものであることが好ましい。
【００１３】
また、前記測定光照射手段は、前記所定の偏光状態の測定光として、直線偏光の前記測定光を照射するものであることが好ましい。
また、前記測定光照射手段は、前記所定の偏光状態の測定光として、前記センシング面に対してＰ偏光またはＳ偏光の前記測定光を照射するものであることが好ましい。
【００１４】
また、前記被検出物質が、抗原であり、前記表面修飾が、前記抗原と結合可能な一次抗体であり、前記金属微粒子が、その表面に前記抗原と結合可能な二次抗体をもち、抗原抗体反応により前記センシング面に保持された前記抗原を標識する前記金属微粒子により散乱された前記エバネッセント光の散乱光を前記検出手段によって検出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のセンシング装置によれば、測定光照射手段、導光部材および検光子を含む導光光学系が、検光子に入射する散乱光の偏光状態を、検光子に対してクロスニコルの関係とすることにより、光散乱標識である金属微粒子により散乱されたエバネッセント光の散乱光を選択的に検出して、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、金属微粒子により標識された被検出物質の検出や、被検出物質の定量を高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るセンシング装置を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るセンシング装置の第１の実施形態であるセンシング装置１０を模式的に示す構成図であり、（Ａ）は、正面図であり、（Ｂ）は、上面図である。また、図２は、図１に示す誘電体プリズム２０を示す断面図である。
図１に示す、センシング装置１０は、誘電体プリズム２０、測定光照射手段３０および検光子４０を含む導光光学系と、検出手段４２と、反応槽４４と、ピペット４６と、溶液タンク４８、５０および５２とを備える。
また、図示しないが、センシング装置１０は、その動作を制御する制御部、および、センシング装置１０の動作を制御する各種のシーケンスや、検出された信号等を記憶しておく記憶部等のセンシング装置１０の動作に必要となる種々の部材を備える。
【００１７】
本実施形態のセンシング装置１０は、抗原抗体反応、例えば、サンドイッチ法を利用して、血漿中に含まれる特定の抗原Ｒを被検出物質として抗原Ｒの検出、定量を行うものである。より具体的には、センシング装置１０は、金属微粒子Ｍにより標識された２次抗体Ａ２（表面修飾Ａ２）と抗原Ｒとを結合させ、この標識された抗原Ｒを誘電体プリズム２０の表面に固定された１次抗体（表面修飾Ａ１）と結合させ、金属微粒子Ｍにより標識された抗原Ｒを誘電体プリズム２０の表面に保持した状態で、抗原Ｒの検出、定量を行う。
以下、詳細に説明する。
【００１８】
図２に示す、誘電体プリズム２０は、その上面の少なくとも一部に、特定の抗原（被検出物質）Ｒのみを結合可能な１次抗体（表面修飾Ａ１）が施されたセンシング面２２を有する。
誘電体プリズム２０は、測定光照射手段３０から照射された測定光Ｌ１が、センシング面２２で全反射する条件で入射面２４から内部に入射される。また、誘電体プリズム２０は、センシング面２２で全反射された反射光Ｌ２が、出射面２６から外部に出射される。
誘電体プリズム２０の裏面２８は、センシング面２２と平行な面である。
【００１９】
ここで、誘電体プリズム２０では、測定光Ｌ１がセンシング面２２で全反射する際に、誘電体プリズム２０の外部のセンシング面２２の近傍にエバネッセント光が生じる。このエバネッセント光は、センシング面２２から測定光Ｌ１の１波長程度の領域を照明する光であり、エバネッセント光に照明される領域をエバネッセント領域という。
【００２０】
図２に示すように、予め、サンドイッチ法により、抗原Ｒが、抗原Ｒと選択的に結合可能な２次抗体（表面修飾Ａ２）を有する金属微粒子Ｍにより標識された状態で、センシング面２２に保持されている。センシング面２２の近傍のエバネッセント領域に金属微粒子Ｍが存在することになる。この金属微粒子Ｍにより、エバネッセント光が散乱され、ほぼランダム偏光の散乱光Ｌ３が生じる。散乱光Ｌ３は、金属微粒子Ｍで散乱され、誘電体プリズム２２の内部側に進む散乱光である。
【００２１】
ここで、金属微粒子Ｍは、エバネッセント光を散乱することができる大きさ、形状を有するものであればよい。また、金属微粒子の大きさは、抗原抗体反応を阻害しない範囲の大きさであればよく、一般的には、１０ｎｍ〜１μｍのものがよい。また、その材料は、制限的ではないが、抗原抗体反応における光散乱標識として使用することを考慮すると、化学的に安定性の高い材料であることが好ましく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ等が挙げられる。
【００２２】
測定光照射手段３０は、所定の偏光状態の測定光Ｌ１を照射するものであり、光源３２、集光レンズ３４および偏光子３６を備え、光源３２から出射された光を、集光レンズ３４で集光して集束ビームとした後に、偏光子３６で偏光状態を変化させ、直線偏光の測定光Ｌ１とする。本実施形態では、測定光照射手段３０から照射される測定光Ｌ１の照射方向や、偏光子３６の位置は、センシング面２２に対してＰ偏光の測定光Ｌ１を入射するように決定する。
なお、測定光照射手段３０は、必要に応じてコリメートレンズや偏光板等の各種の光学部材を備えていてもよい。
【００２３】
検光子４０は、誘電体プリズム２０と検出手段４２との間に、センシング面２２と対向して配置される。本実施形態において、検光子４０は、センシング面２２に入射する測定光Ｌ１の偏光方向に対してクロスニコルの関係で配置される。すなわち、検光子４０は、センシング面２２に対して、Ｓ偏光の偏光状態をもつ光のみを透過するように配置されている。
【００２４】
検出手段４２は、センシング面２２に対して誘電体プリズムの内部側、すなわち、底面２８側に配置され、検光子４０を介して、被検出物質Ｒを標識する金属微粒子Ｍにより散乱されたエバネッセント光の散乱光の光量（強度）を検出するものである。検出手段４２として、上記散乱光の光量（強度）を検出可能な各種のフォトダイオードを使用することができる。
【００２５】
反応槽４４は、誘電体プリズム２０のセンシング面２２を囲むように配設された筐体である。反応槽４４は、溶液タンク４８、５０および５６に貯蔵されている各種の溶液を収容する。本実施形態のセンシング装置１０は、反応槽４４で、抗原Ｒの抗原抗体反応を行い、金属微粒子Ｍにより標識された抗原Ｒをセンシング面２２に固定する。
【００２６】
ピペット４６は、溶液タンク４８、５０および５６に貯蔵された溶液や、反応槽４４に収容された溶液を、所定量だけ吸引して分注する。また、ピペット４６は、溶液の吸引および吐出を繰り返し、溶液タンク４８、５０および５６ならびに反応槽４４に収容された溶液を攪拌する。なお、ピペット４６による各種溶液の分注および攪拌は、図示しないピペット４６の駆動機構により自動で行うように構成されてもよく、また、使用者が手動で行うように構成されてもよい。
【００２７】
溶液タンク４８、５０および５６は、それぞれ異なる溶液を貯蔵するものである。  本実施形態では、溶液タンク４８には、抗原Ｒを含む血漿が貯蔵されている。また、溶液タンク５０には、２次抗体Ａ２が表面に修飾された金属微粒子Ｍ、すなわち金属微粒子Ｍにより標識された２次抗体Ａ２が貯蔵されている。また、溶液タンク５２にはリン酸緩衝生理食塩水（以下、ＰＢＳという）が貯蔵されている。
なお、金属微粒子Ｍにより標識された２次抗体Ａ２を、以下、標識２次抗体ともいう。
【００２８】
上述のように構成される、センシング装置１０は、センシング面２２にＰ偏光の測定光Ｌ１を入射させ、全反射させることにより、誘電体プリズム２０の外部のセンシング面２２の近傍のエバネッセント領域にエバネッセント光を発生させる。このエバネッセント光が、抗原抗体反応によりセンシング面２２に保持されている抗原Ｒを標識する金属微粒子Ｍにより散乱され、散乱光Ｌ３が発生する。この散乱光Ｌ３が、誘電体プリズム２０の内部を透過し、底面２８から外部に出射される。誘電体プリズム２０の底面２８から外部に照射された散乱光Ｌ３を検光子４０を介して検出手段４２で受光する。
【００２９】
ここで、金属微粒子Ｍにより散乱された散乱光Ｌ３は、その偏光状態がほぼランダム偏光である。これは、エバネッセント光が金属微粒子Ｍに吸収された後に放射されることにより、偏光状態が変化するためと考えられる。
一方、センシング面２２の凹凸といった欠陥により測定光Ｌ１あるいはエバネッセント光が散乱されて生じる散乱光や、センシング面２２の表面に付着している金属微粒子Ｍ以外の異物によりエバネッセント光が散乱されて生じる散乱光といったノイズ光は、測定光Ｌ１の偏光状態を保持している。すなわち、本実施形態では、センシング面２２に対してＰ偏光の偏光状態を保持している。
【００３０】
本実施形態のセンシング装置１０では、測定光Ｌ１の偏光方向に対してクロスニコルの関係で配置される検光子４０を介して散乱光を検出するので、検光子４０の透過光のうちＳ偏光成分以外は除去され、つまり、Ｐ偏光のノイズ光は除去され、散乱光Ｌ３のうちのＳ偏光成分のみが検出手段４２で検出される。
【００３１】
このようにして、センシング装置１０では、検光子４０によりノイズ光を除去して、金属微粒子Ｍにより散乱されたエバネッセント光の散乱光Ｌ３のみを選択的に検出することができるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、高精度の測定が可能である。
また、誘電体プリズム２０のセンシング面２２の表面の凹凸等に起因するノイズ光を除去することができるため、誘電体プリズム２０として成形精度が低い安価なものを用いても、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、高精度の測定が可能である。
【００３２】
以下、本実施形態のセンシング装置１０を用いる抗原Ｒの検出方法の一実施例を説明する。なお、各溶液タンク４８、５０および５２に貯蔵されている各溶液、ならびに反応槽４４内の溶液の移動および攪拌は、ピペット４６で行う。
【００３３】
予め、１次抗体Ａ１が施されているセンシング面２２を覆う反応槽４４に、５０μｌのＰＢＳを分注する。
次いで、光源３２を点灯して、検出手段４２で検出された信号Ｐ0を記録する。信号Ｐ0は、センシング面２２のエバネッセント領域に金属微粒子Ｍが存在しない場合（散乱光Ｌ３が発生していない場合）に検出手段４２で検出された光量を示す信号である。
ここで、信号Ｐ0は、本実施形態のセンシング装置１０であっても検光子４０により完全に除去することができなかった迷光や散乱光に起因するノイズ光の光量を示す信号である。信号Ｐ0を記録したら、光源３２を消灯する。
【００３４】
次に、反応槽４４内から４０μｌのＰＢＳを排液する。
次に、標識２次抗体が貯蔵されている溶液タンク５０に、血漿が貯蔵されている溶液タンク４８から５０μｌの血漿を分注し、攪拌を数回繰り返す。これにより、血漿中の特定の抗原Ｒに標識２次抗体が結合し、抗原Ｒが金属微粒子Ｍにより標識される。
【００３５】
次に、溶液タンク５０から反応槽４４に、金属微粒子Ｍにより標識された抗原Ｒを含む溶液を４０μｌ分注し、反応槽４４の溶液を繰り返し攪拌する。これにより、金属微粒子Ｍにより標識された抗原Ｒとセンシング面２２に固定されている１次抗体Ａ１が結合する。すなわち、標識２次抗体が結合して金属微粒子Ｍにより標識された状態の抗原Ｒが、センシング面２２に固定される。
【００３６】
次に、反応槽４４の洗浄を複数回行う。具体的には、反応槽４４に収容されている溶液を４０μｌだけ排液した後に、反応槽４４に４０μｌのＰＢＳを分注し、複数回攪拌する一連の工程を１回の洗浄とし、これを複数回、例えば４回繰り返す。これにより、１次抗体Ａ１と結合していない抗原Ｒや、抗原Ｒと結合していない標識２次抗体や、抗原Ｒ以外の血漿中に含まれる各種の蛋白質等の異物を反応槽４４から除去する。
次に、光源３２を点灯して、検出手段４２で検出された信号Ｐ1を記録する。信号Ｐ1は、抗原Ｒを標識する金属微粒子Ｍによるエバネッセント光の散乱光Ｌ３に加えて、信号Ｐ0として検出されたノイズ光を含む光量を示す信号である。信号Ｐ1を記録したら、光源３２を消灯する。
【００３７】
上述のようにして検出された信号Ｐ1と信号Ｐ0の差分をとることにより、散乱光Ｌ３の光量（強度）を得ることができる。ここで、予め、散乱光Ｌ３の光量と金属微粒子Ｍの数（標識数）との関係を計測して、散乱光Ｌ３の光量と標識数との対応関係を示すテーブルを作成しておくことにより、信号Ｐ1と信号Ｐ0の差分値として得た散乱光Ｌ３の光量に対応する標識数を特定することができる。また、センシング面２２の１次抗体Ａ１に結合した抗原Ｒの数は、標識数に対応しているので、標識数を特定することにより、１次抗体に結合した抗原Ｒの数すなわち結合量を特定することができ、結合量を定量的に測定することができる。
【００３８】
ここで、本実施形態のセンシング装置１０において、偏光子および検光子は、それぞれ、角度、位置を調整する調整機構を備え、その角度および位置を調整可能に構成されていてもよい。偏光子３６および／または検光子４０の角度、位置の調整は、例えば、信号Ｐ0の値が最小となるように手動または自動で行ってもよい。
これにより、誘電体プリズム２０、測定光照射手段３０および検光子４０を含む導光光学系において、検光子４０に入射する光の偏光状態が、検光子４０に対してクロスニコルの関係からずれた場合でも、信号Ｐ0の値が最小となるように、偏光子３６および／または検光子４０の角度、位置を調整することにより、ノイズ光をより確実に除去することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、測定光照射手段３０から照射される測定光Ｌ１の照射方向や、偏光子３６の向きを調整して、センシング面２２に対してＰ偏光の光を入射するとしたが、本発明はこれに限定されず、センシング面２２に対してＳ偏光の光を入射してもよい。この場合、検光子４０は、センシング面２２に対してＰ偏光の偏光状態の光のみを透過するように配置する。
【００４０】
また、本発明は、センシング面に対してＰ偏光またはＳ偏光の光を入射することに限定されず、センシング面に対して傾いた偏光面をもつ直線偏光の測定光を入射してもよい。この場合は、ノイズ光として楕円偏光の光が発生するので、この楕円偏光のノイズ光の偏光状態を直線偏光に変換する波長板を、検光子の上流に配置して導光光学系を構成すればよい。上記実施形態では、例えば、誘電体プリズム２０と検光子４０との間に波長板を配置して、この波長板を透過して直線偏光に変換された光に対して、検光子４０をクロスニコルに配置すればよい。
【００４１】
また、センシング装置１０は、ピペット４６ならびに各溶液タンク４８、５０および５２を備えるとしたが、本発明はこれに限定されない。ピペット４６ならびに各溶液タンク４８、５０および５２は、センシング装置とは別に用意され、必要に応じて用意するようにしてもよい。
【００４２】
また、センシング装置１０において、測定光照射手段３０は、上記構成に限定されず、任意の偏光状態（例えば、ランダム偏光）の光を照射する光源と、この任意の偏光状態の光を所定の偏光状態の測定光とする偏光子を備えるものでもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、抗原Ｒをセンシング面に保持するのにサンドイッチ法を利用したが、本発明はこれに限定されず、競合法を利用してもよい。競合法を利用する場合は、例えば、予め金属微粒子Ｍで標識された抗原Ｒと標識されていない抗原Ｒとを含む試料を１次抗体が施されたセンシング面に接触させて、抗原抗体反応により、抗原Ｒを１次抗体で捕捉し、金属微粒子Ｍで標識された抗原Ｒをセンシング面に保持する。
【００４４】
なお、本実施形態では、抗原抗体反応により、抗原（被検出物質Ｒ）と特異的に結合する１次抗体（表面修飾Ａ１）および２次抗体（表面修飾Ａ２）を用いて、標識２次抗体で標識された抗原Ｒをセンシング面に保持し、センシング面に保持された抗原の検出、定量を行うセンシング装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。
本発明のセンシング装置おいて、センシング面に施された表面修飾Ａ１は、被検出物質Ｒと特異的に結合するものであればよく、その結合方法として、化学結合または物理吸着を利用するものでもよい。
また、光散乱標識である金属微粒子Ｍの表面に施された表面修飾Ａ２は、被検出物質Ｒと結合することができるものであればよく、その結合方法として、化学結合または物理吸着を利用するものでもよい。
【００４５】
以下、本発明に係るセンシング装置の第２の実施形態について説明する。
図３は、第２の実施形態のセンシング装置１１０の構成を模式的に示す正面図である。
図３に示す、センシング装置１１０は、スライドガラス１２０、入射プリズム１２６および出射プリズム１２８を含む導光部材１１８と、測定光照射手段１３０と、検光子１４０と、検出手段１４２と、アパーチャ１４４とを備える。
【００４６】
本実施形態のセンシング装置１１０は、図１に示すセンシング装置１０と同様に、血漿中に含まれる特定の抗原Ｒの検出、定量を行うものである。センシング装置１１０では、標識２次抗体により標識された抗原Ｒを、スライドガラス１２０の表面に固定された１次抗体と結合させ、抗原を保持した状態で、抗原の検出、定量を行う。
【００４７】
測定光照射手段１３０は、図１に示し、上述した測定光照射手段３０と基本的に同様のものであり、直線偏光の偏光状態を有する測定光Ｌ４を照射する。本実施形態では、測定光照射手段１３０は、後述するスライドガラス１２０のセンシング面１２２に対してＰ偏光の測定光Ｌ４を入射するように、光源１３２からの光ビームの照射方向や、偏光子１３６の向きを決定する。なお、光源１３２としては、例えば、波長５３２ｎｍの光を照射するＳＨＧレーザ光源を使用可能である。
【００４８】
導光部材１１８は、スライドガラス１２０（導光部）と、スライドガラス１２０の一端に配設された入光プリズム１２６（入光部）と、スライドガラス１２０の他端に配設された出射プリズム１２８（出射部）とを備える。
導光部材１１８は、測定光照射手段１３０からの測定光Ｌ４を、入光プリズム１２６を介してスライドガラス１２０の一端からその内部に入光する。入光した測定光Ｌ４をスライドガラス１２０の内部で複数回全反射させながらスライドガラス１２０の他端に導光する。スライドガラス１２０の他端に到達した測定光Ｌ４を、出射プリズム１２８を介して導光部材１１８の外部に出射する。これにより、測定光Ｌ４が、スライドガラス１２０の他端側で反射して入光側に戻ることを防止できる。
【００４９】
スライドガラス１２０は、センシング面１２２と、センシング面１２２と平行な裏面１２４とを有する板状の部材であり、センシング面１２２と裏面１２４との間で、測定光Ｌ４を複数回全反射させながら、その一端から他端に向かって導光する。
センシング面１２２は、特定の抗原Ｒのみを結合可能な１次抗体Ａ１が施されており、抗原Ｒを保持することができる。本実施形態では、予め、例えば、サンドイッチ法により、標識２次抗体により標識された抗原Ｒを１次抗体と結合させておき、センシング面１２２に金属微粒子Ｍにより標識された抗原Ｒを保持した状態としておく。
【００５０】
センシング面１２２で全反射する条件でスライドガラス１２０の内部に入射された測定光Ｌ４が、センシング面１２２で全反射する際に、スライドガラス１２０の外部のセンシング面１２２の近傍（エバネッセント領域）にエバネッセント光が生じる。本実施形態では、測定光Ｌ４がセンシング面１２２で複数回全反射しており、測定光Ｌ４が全反射する各位置においてエバネッセント光が生じ、エバネッセント領域が形成される。
【００５１】
図４（Ａ）に、エバネッセント領域に金属微粒子Ｍが存在する場合について示している。なお、図４（Ａ）では、金属微粒子Ｍのみを示しているが、実際には、金属微粒子Ｍにより標識された抗原Ｒが、１次抗体によりセンシング面１２２に保持されている。エバネッセント領域に金属微粒子Ｍが存在する場合は、金属微粒子Ｍによりエバネッセント光が散乱され、スライドガラス１２２の外部側に進むランダム偏光の散乱光Ｌ５が発生する。
【００５２】
一方、図４（Ｂ）に、エバネッセント領域に金属微粒子Ｍが存在しない場合について示す。図４（Ｂ）に示すように、エバネッセント領域に金属微粒子Ｍが存在しない場合は、センシング面１２２の凹凸といった欠陥により測定光Ｌ４あるいはエバネッセント光が散乱されて生じる散乱光や、センシング面１２２の表面に付着している金属微粒子Ｍ以外の異物によりエバネッセント光が散乱されて生じる散乱光といったノイズ光Ｌ６のみが発生している。このノイズ光Ｌ６は、測定光Ｌ４の偏光状態を保持している。すなわち、センシング面１２２に対してＰ偏光の偏光状態を保持している。
【００５３】
アパーチャ１４４は、センシング面１２２に対向して配置され、センシング面１２２の所定の領域で発生した散乱光Ｌ５およびノイズ光Ｌ６のみを通過させる開口を有する。アパーチャ１４４により、センシング面１２２の所定の領域で発生した散乱光Ｌ５およびノイズ光Ｌ６以外の散乱光や迷光を除去することができる。
【００５４】
検光子１４０は、アパーチャ１４４と検出手段１４２との間に、アパーチャ１４４と一体的に配設されており、センシング面１２２と対向している。検光子１４０は、センシング面１２２に入射する測定光Ｌ４の偏光方向に対してクロスニコルの関係で配置される。すなわち、検光子１４０は、センシング面１２２に対して、Ｓ偏光の偏光状態をもつ光のみを透過するように配置されている。
【００５５】
検出手段１４２は、センシング面１２２に対して誘電体プリズムの外部側に配置され、検光子１４０を介して、被検出物質Ｒを標識する金属微粒子Ｍにより散乱されたエバネッセント光の散乱光の光量（強度）を検出するものである。検出手段１４２として、上記散乱光の光量（強度）を検出可能なＣＣＤ等の各種の撮像素子や、各種のフォトダイオードを使用することができる。
【００５６】
本実施形態では、アパーチャ１４４、検光子１４０、検出手段１４２は、図示しない移動機構により、センシング面１２２と平行な方向に一体的に移動可能に構成されており、センシング面１２２を、測定光Ｌ４の入射側の端部から、出射側の端部まで走査する。
【００５７】
上述の構成を有する、センシング装置１１０は、センシング面１２２で複数回全反射させて、センシング面１２２の近傍のエバネッセント領域にエバネッセント光を発生させる。このエバネッセント光は、抗原抗体反応によりセンシング面１２２に保持されている、金属微粒子Ｍ（標識２次抗体）により標識された被検出物質Ｒの金属微粒子Ｍにより散乱されランダム偏光の散乱光Ｌ５が発生する（図４（Ａ）参照）。一方、図４（Ｂ）に示すように、複数回全反射する測定光Ｌ４がセンシング面１２２に入射する位置においてノイズ光Ｌ６が発生する。
【００５８】
アパーチャ１４４を介して、センシング面１２２の所定の領域で発生した散乱光Ｌ５およびノイズ光Ｌ６が、検光子１４０に入射する。検光子１４０は、Ｓ偏光成分のみを透過し、それ以外の偏光成分は除去する。
ここで、ノイズ光Ｌ６は、Ｐ偏光を保持しており、検光子１４０とクロスニコルの関係にあるため、検光子１４０により除去される。一方、ランダム偏光の散乱光Ｌ５のＳ偏光の成分のみが検光子１４０を透過する。この透過した散乱光Ｌ５のＳ偏光成分を検出手段１４２で検出して、センシグ面１２２の所定領域に保持されている抗原Ｒを検出、定量することができる。
【００５９】
また、測定光Ｌ４の入射側の端部から、出射側の端部まで、アパーチャ１４４、検光子１４０および検出手段１４２を一体的に移動して、センシング面１２２を走査することにより、センシング面１２２の全領域において、散乱光Ｌ５のＳ偏光成分を検出して、センシグ面１２２の全領域について、抗原Ｒを検出、定量することができる。
【００６０】
本実施形態のセンシグ装置１１０においても、センシング装置１０と同様に、測定光Ｌ４の偏光方向に対してクロスニコルの関係で配置される検光子１４０を介して散乱光Ｌ５を検出するので、検光子１４０の透過光のうちＳ偏光成分以外は除去され、つまり、Ｐ偏光の偏光状態を有するノイズ光Ｌ６を除去することができる。
【００６１】
センシング装置１１０では、検光子１４０によりノイズ光を除去して、金属微粒子Ｍにより散乱されたエバネッセント光のみを選択的に検出することができるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、高精度の測定が可能である。
また、センシング面１２２の表面の凹凸等に起因するノイズ光を除去することができるため、スライドガラスの表面を高精度に成形する必要なく、成形精度が低い安価なものを用いても、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、高精度の測定が可能である。
【００６２】
ここで、センシング面１２２において複数回全反射させることにより、測定光Ｌ４が全反射するそれぞれの位置からノイズ光が発生して、ノイズ光の光量が増大すると考えられるが、本発明のセンシング装置１１０では、ノイズ光を好適に除去できるため、ノイズ光の光量が増大したとしても、その影響を受けることがなく、高精度の測定が可能である。
【００６３】
ところで、アパーチャ１４４、検光子１４０および検出手段１４２を一体的に移動して、センシング面１２２を走査する構成有する本実施形態のセンシング装置において、センシング面１２２の走査方向の所定幅毎に、それぞれ異なる抗原と特異的に結合する１次抗体を配置して、この所定幅毎に異なる抗原を捕捉してもよい、すなわち、センシング面１２２にその走査方向の所定の幅毎に異なる種類の抗原を保持するようにしてもよい。これにより、アパーチャ１４４、検光子１４０および検出手段１４２を一体的に移動して、センシング面１２２を走査することにより、複数種の抗原についての検出を行うことができる。
【００６４】
ここで、本実施形態のセンシング装置１１０においても、センシング装置１０同様に、偏光子および検光子は、それぞれ、角度、位置を調整する調整機構を備え、その角度および位置を調整可能に構成されていてもよい。
【００６５】
また、本実施形態においても、センシング面１２２に対してＰ偏光の光を入射するとしたが、これに限定されず、センシング面１２２に対してＳ偏光の光を入射してもよい。この場合、検光子１４０は、センシング面１２２に対してＰ偏光の偏光状態の光のみを透過するように配置する。
【００６６】
また、本実施形態においても、センシング面に対してＰ偏光またはＳ偏光の光を入射することに限定されず、センシング面に対して偏光面が傾いた状態の直線偏光の測定光を入射してもよい。本実施形態の場合、例えば、楕円偏光のノイズ光の偏光状態を直線偏光に変換する波長板をスライドガラス１２０と検光子１４０との間に配置して、この波長板を透過して直線偏光に変換された光に対して、検光子１４０をクロスニコルに配置すればよい。
【００６７】
なお、本実施形態においても、センシング装置１０と同様に、抗原抗体反応により、抗原（被検出物質Ｒ）と特異的に結合する１次抗体（表面修飾Ａ１）および２次抗体（表面修飾Ａ２）を用いて、標識２次抗体で標識された抗原Ｒをセンシング面に保持し、センシング面に保持された抗原の検出、定量を行う装置に限定されない。
【００６８】
ところで、エバネッセント光の散乱光を検出する本発明に係るセンシング装置について詳細に説明したが、本発明のセンシング装置と同様の構成を、表面プラズモンの散乱光を検出する装置（以下、表面プラズモンセンサという）にも適用可能である。例えば、表面プラズモンセンサは、誘電体プリズム上に金属膜を有し、この誘電体プリズムと金属膜との界面に対して、表面プラズモンが励起される条件（表面プラズモン共鳴角となる入射角）で測定光を入射させ、誘電体プリズムと反対側の金属膜の表面に表面プラズモンを発生させ、この表面プラズモンが散乱標識である金属微粒子に散乱されて発生する散乱光を、金属膜に対向しかつ測定光の偏光方向とクロスニコルの関係となるように配置された検光子を介して、検出手段で検出するように構成される。このような場合でも、図１および図３に示すセンシング装置と同様に、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、高精度の測定が可能である。
【００６９】
以上、本発明に係るセンシング装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【００７０】
［実施例１］
以下、図３に示す、センシング装置１１０を用いて、血漿に含まれる特定の抗原の検出を行った。
ここで、スライドガラスとして、ＭＡＳスライド（松浪硝子工業製）を使用した。このＭＡＳスライドのセンシング面に、１次抗体を固定し、サンドイッチ法により、標識２次抗体により標識された抗原を、１次抗体と結合させ、センシング面に固定した。
また、光源として、波長５３２ｎｍのＳＨＧレーザを、検出手段として、ＬＡＳ１０００（冷却ＣＣＤ）を使用した。
ＭＡＳスライドのセンシング面に、Ｐ偏光の測定光を入射させて、抗原Ｒの検出を行った。この結果を、図５に、実施例１のグラフとして、実線で示す。図５に示すグラフは、ＭＡＳスライドの入射側の端部から出射側の端部に向かう方向において、入射側の端部を基準としたときの位置（ｍｍ）を横軸とした。また、各位置における光量を縦軸とした。なお、光量は、ＬＡＳ−１０００（冷却ＣＣＤ）で撮像した画像における１０ｐｉｘｅｌの積算値とした。
【００７１】
［比較例１］
また、比較例１として、センシング装置から検光子を外した点以外は、実施例１と同一の条件で、抗原Ｒの検出を行った。その結果を、図５に、比較例１のグラフとして、破線で示す。
［比較例２］
また、比較例２として、検光子をセンシング面に対してＰ偏光の偏光成分を透過するように、すなわち、実施例１に対して、検光子を９０°回転させた状態で配置した点以外は、実施例１と同一の条件で、抗原Ｒの検出を行った。その結果を、図５に、比較例２のグラフとして、一点鎖線で示す。
【００７２】
［実施例２］
また、実施例２として、ＭＡＳスライドのセンシング面に、Ｓ偏光の測定光を入射させて、検光子をセンシング面に対してＰ偏光の偏光成分を持つ光を透過するように、すなわち、Ｓ偏光の測定光の偏光状態を保持した散乱光（ノイズ光）を除去できるように、この散乱光に対してクロスニコルに検光子を配置した点以外は、実施例１と同一の条件で、抗原Ｒの検出を行った。その結果を、図６に、実施例２のグラフとして、実線で示す。
【００７３】
［比較例３］
また、比較例３として、センシング装置から検光子を外した点以外は実施例２と同一の条件で、抗原Ｒの検出を行った。その結果を、図６に、比較例３のグラフとして、破線で示す。
［比較例４］
また、比較例４として、検光子をセンシング面に対してＳ偏光の偏光成分を透過するように、すなわち、実施例２に対して、検光子を９０°回転させた状態で配置した点以外は、実施例２と同一の条件で、抗原Ｒの検出を行った。その結果を、図６に、比較例４のグラフとして、グラフの一点鎖線で示す。
【００７４】
［比較例５］
また、比較例５として、検光子がない場合の測定結果である比較例１および比較例３の各測定位置における光量値の平均値をとり、その光量の最大値の値で正規化した結果を、図７に、比較例のグラフとして、実線で示す。なお、図７に示すグラフには、実施例１および実施例２についても同様に正規化した結果を、それぞれ、破線、一点鎖線で示す。
【００７５】
図５、図６に示すように、実施例１および２、ならびに、比較例１〜４のいずれの場合も、１９ｍｍ付近にピークが検出されている。このピークは、エバネッセント光が金属微粒子Ｍにより散乱されて生じたランダム偏光の散乱光によるものであり、以下、主ピークという。
【００７６】
また、比較例１〜４では、上記主ピーク以外にも複数のピークが検出されている。
図５に示すように、Ｐ偏光の測定光を検光子を外して測定した場合の比較例１と、Ｐ偏光の測定光に対してＰ偏光の散乱光を透過するように検光子を配置した場合の比較例２では、主ピーク以外のピークの光量が略一致している。
【００７７】
また、同様に、図６に示すように、Ｓ偏光の測定光を検光子を外して測定した場合の比較例３と、Ｓ偏光の測定光に対してＳ偏光の散乱光を透過するように検光子を配置した場合の比較例４でも、主ピーク以外のピークの光量が略一致している。
【００７８】
これに対して、図５〜図７に示すように、測定光の偏光方向に対して、検光子をクロスニコルに配置して測定した場合の実施例１および２では、比較例に対して、主ピーク以外のピークの光量が著しく小さい値であることがわかる。以上から、主ピーク以外のこれらのピークは、いずれも測定光の偏光状態を保持した散乱光であることがわかる。これらのピークは、センシング面の表面の凹凸による測定光の散乱光に起因するものである。
【００７９】
また、図７に示すように、実施例１および２では、センシング面の表面の凹凸による測定光の散乱光の光量が、著しく減少しているのがわかる。すなわち、実施例１および２では、検光子をクロスニコルに配置することにより、主ピーク以外のピークに起因する散乱光を除去することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係るセンシング装置の第１の実施形態を模式的に示す構成図であり、（Ａ）は、正面図であり、（Ｂ）は、上面図である。
【図２】図１に示す、誘電体プリズムを模式的に示す正面図である。
【図３】本発明に係るセンシング装置の第２の実施形態の構成を模式的に示す正面図である。
【図４】図３に示す、スライドガラスのセンシング面で散乱光が発生する様子を示す説明図である。
【図５】実施例１、比較例１および比較例２における光量の測定値を示すグラフである。
【図６】実施例２、比較例３および比較例４における光量の測定値を示すグラフである。
【図７】実施例１、実施例２および比較例５における正規化された光量の値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８１】
１０、１１０  センシング装置
２０  誘電体プリズム
２２、１２２  センシング面
２４  入射面
２６  出射面
２８、１２４  裏面
３０、１３０  測定光照射手段
３２、１３２  光源
３４、１３４  集光レンズ
３６、１３６  偏光子
４０、１４０  検光子
４２、１４２  検出手段
４４  反応槽
４６  ピペット
４８、５０、５２  溶液タンク
１１８  導光部材
１２０  スライドガラス
１２６  入光プリズム
１２８  出射プリズム
１４４  アパーチャ
【図１】
0005283364.tif 000002
【図２】
0005283364.tif 000003
【図３】
0005283364.tif 000004
【図４】
0005283364.tif 000005
【図５】
0005283364.tif 000006
【図６】
0005283364.tif 000007
【図７】
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