(57)【要約】  検出システムは、検出チップ、光源および検出部を有する。検出チップは、上部に開口を有する収容部と、前記収容部を構成する側壁の内面上に配置された、被検出物質を捕捉するための反応場とを有する。光源は、前記反応場の下においてエバネッセント光または表面プラズモン共鳴が生じるように外部から前記検出チップに光を照射する。検出部は、前記光源が前記検出チップに光を照射したときに、前記検出チップから放出される光であって、前記反応場に捕捉されている被検出物質の量に応じて光量が変化する光を検出する。
2018021238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部および側部に開口を有する収容部を含むウェル本体と、
被検出物質を捕捉するための捕捉領域が配置されている側壁部材と、
を有し、
前記側壁部材は、前記収容部の側部の開口を介して前記捕捉領域の少なくとも一部が前記収容部内に露出し、かつ前記側壁部材が前記収容部の側部の開口の少なくとも一部を閉塞するように、前記ウェル本体に固定されている、
検出チップ。
【請求項２】
前記側壁部材は、光学素子を含む、請求項１に記載の検出チップ。
【請求項３】
前記光学素子は、プリズム、微細な凸部または凹部が周期的に配列されている部材、光導波路または光反射部材である、請求項２に記載の検出チップ。
【請求項４】
前記光学素子は、光を入射させるための入射面と、前記入射面で入射した光を反射させるための反射面とを含むプリズムであり、
前記捕捉領域は、前記反射面上に金属膜を介さずにまたは金属膜を介して配置されている、
請求項３に記載の検出チップ。
【請求項５】
前記側壁部材は、前記反射面上に配置された金属膜を有し、
前記捕捉領域は、前記金属膜上に配置されている、
請求項４に記載の検出チップ。
【請求項６】
前記ウェル本体の、前記収容部を構成する側壁のうち前記捕捉領域と対向する側壁は、光透過性を有している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出チップ。
【請求項７】
前記光学素子は、微細な凸部または凹部が周期的に配列されており、かつその表面が金属で被覆されている回折格子であり、
前記回折格子は、前記収容部の側部の開口を介して前記収容部内に露出し、
前記捕捉領域は、前記回折格子上に配置されており、
前記ウェル本体の前記収容部を構成する側壁の少なくとも一部は、光透過性を有している、
請求項３に記載の検出チップ。
【請求項８】
前記捕捉領域のうちの前記収容部内に露出している領域は、前記収容部の最深部から離れた位置に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出チップ。
【請求項９】
前記ウェル本体または前記側壁部材から側方に突出する保持部をさらに有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の検出チップ。
【請求項１０】
上部に開口を有する収容部と、前記収容部を構成する側壁の内面上に金属膜を介さずにまたは金属膜を介して配置された、被検出物質を捕捉するための反応場とを有する検出チップと、
前記反応場に対応する位置の前記側壁の内面においてエバネッセント光が生じるように、または前記金属膜において表面プラズモン共鳴が生じるように外部から前記検出チップに光を照射する光源と、
前記光源が前記検出チップに光を照射したときに、前記検出チップから放出される光であって、前記反応場に捕捉されている被検出物質の量に応じて光量が変化する光を検出する検出部と、
を有する、検出システム。
【請求項１１】
前記検出チップは、前記側壁の内面上に配置された金属膜を有し、
前記反応場は、前記金属膜上に配置されており、
前記検出チップの、前記収容部を構成する側壁のうち前記金属膜が配置されている側壁および前記反応場と対向する側壁は、光透過性を有しており、
前記光源は、前記金属膜においてプラズモン共鳴が生じるように、前記金属膜が配置されている側壁の内面に光を照射し、
前記検出部は、前記光源が前記金属膜が配置されている側壁の内面に光を照射したときに、前記反応場に捕捉されている被検出物質を標識する蛍光物質から放出され、かつ前記反応場と対向する側壁を透過した蛍光を検出する、
請求項１０に記載の検出システム。
【請求項１２】
前記検出チップは、前記側壁の内面上に配置された、その表面に回折格子が形成されている金属膜を有し、
前記反応場は、前記回折格子上に配置されており、
前記検出チップの前記収容部を構成する側壁の少なくとも一部は、光透過性を有しており、
前記光源は、前記金属膜においてプラズモン共鳴が生じるように、前記回折格子に光を照射し、
前記検出部は、前記光源が前記回折格子に光を照射したときに、前記反応場に捕捉されている被検出物質を標識する蛍光物質から放出され、かつ光透過性を有する前記側壁を透過した蛍光を検出する、
請求項１０に記載の検出システム。
【請求項１３】
前記収容部内に収容された液体を撹拌するために前記検出チップを振動させる加振部をさらに有する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項１４】
上部に開口を有する収容部と、前記収容部を構成する側壁の内面上に金属膜を介さずにまたは金属膜を介して配置された反応場とを有する検出チップの前記反応場に被検出物質を捕捉させる第１工程と、
前記反応場に対応する位置の前記側壁の内面においてエバネッセント光が生じるように、または前記金属膜において表面プラズモン共鳴が生じるように外部から前記検出チップに光を照射するとともに、前記検出チップから放出される光であって、前記反応場に捕捉されている被検出物質の量に応じて光量が変化する光を検出する第２工程と、
を有する、検出方法。
【請求項１５】
前記検出チップは、前記側壁の内面上に配置された金属膜を有し、
前記反応場は、前記金属膜上に配置されており、
前記検出チップの、前記収容部を構成する側壁のうち前記金属膜が配置されている側壁および前記反応場と対向する側壁は、光透過性を有しており、
前記第１工程では、前記検出チップの前記反応場に被検出物質を捕捉させるとともに、前記反応場に捕捉されている前記被検出物質を蛍光物質で標識し、
前記第２工程では、前記金属膜においてプラズモン共鳴が生じるように、前記金属膜が配置されている側壁の内面に光を照射するとともに、前記反応場に捕捉されている被検出物質を標識する蛍光物質から放出され、かつ前記反応場と対向する側壁を透過した蛍光を検出する、
請求項１４に記載の検出方法。
【請求項１６】
前記検出チップは、前記側壁の内面上に配置された、その表面に回折格子が形成されている金属膜を有し、
前記反応場は、前記回折格子上に配置されており、
前記検出チップの前記収容部を構成する側壁の少なくとも一部は、光透過性を有しており、
前記第１工程では、前記検出チップの前記反応場に被検出物質を捕捉させるとともに、前記反応場に捕捉されている前記被検出物質を蛍光物質で標識し、
前記第２工程では、前記金属膜においてプラズモン共鳴が生じるように、前記回折格子に光を照射するとともに、前記反応場に捕捉されている被検出物質を標識する蛍光物質から放出され、かつ光透過性を有する前記側壁を透過した蛍光を検出する、
請求項１４に記載の検出方法。
【請求項１７】
前記第１工程において、前記収容部内に液体が収容されている状態で前記検出チップを振動させる、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出物質を検出するための検出チップ、検出システムおよび検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生化学検査において抗原抗体反応などの生化学反応が利用されている。たとえば、蛍光免疫測定法（以下、「ＦＩＡ」とも称する）では、被検出物質（抗原）に蛍光物質を含む標識物質を反応させる。その後、蛍光物質で標識された被検出物質に励起光を照射して、蛍光物質が発する蛍光を検出する。そして、検出された蛍光の強度などから、被検出物質の量を特定する。このようなＦＩＡの中でも、特に高感度に被検出物質の検出を行うことが可能な方法として、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」とも称する）が知られている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
ＳＰＦＳでは、被検出物質に特異的に結合できる第１の捕捉体（例えば１次抗体）を金属膜上に固定して、被検出物質を捕捉するための反応場を形成する。たとえば、反応場は、ウェル（液体を収容するための有底の凹部）の底面に配置される。特許文献１に記載の検出システムでは、ウェルは、光透過性を有する誘電体部材の上に形成された金属膜上に、貫通孔を有するウェル部材を固定することで形成されており、反応場は、ウェルの底面を構成する金属膜上に配置されている。そして、このウェルに被検出物質を含む液体（検体）を導入することで、第１の捕捉体に被検出物質を結合させる。次いで、蛍光物質で標識された第２の捕捉体（例えば２次抗体）をウェルに導入することで、第１の捕捉体に結合している被検出物質に、第２の捕捉体をさらに結合させる。つまり、被検出物質を、間接的に蛍光物質で標識する。この状態で誘電体部材側から金属膜に励起光を照射すると、蛍光物質が表面プラズモン共鳴（以下、「ＳＰＲ」とも称する）により増強された電場により励起され、蛍光を放出する。そして、蛍光物質が放出した蛍光を検出することで、被検出物質を検出できる。特許文献１に記載の検出システムでは、蛍光を検出するための検出部は、ウェルの上方に配置されており、ウェル内の液体の液面を通過した蛍光を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１５７４０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の検出システムでは、ウェルの底面に金属膜および反応場が配置されているため、ウェル内の液体を除去するときに送液器具の先端が金属膜または反応場に接触して、これらが破損してしまうおそれがあった。このため、送液器具の先端をウェルの底面に押し付けることができず、ウェル内の液体を十分に除去することが困難であった。このようにウェル内に液体が残存してしまうと、各種反応が適切に進まず、検出精度が低下してしまうおそれがある。【０００６】
また、特許文献１に記載の検出システムでは、検出部は、ウェルの上方に配置されており、ウェル内の液体の液面を通過した蛍光を検出している。このため、ウェルの内径が小さい場合は、蛍光の検出結果がメニスカスの影響を受けてしまう。また、ウェルの内径が大きい場合であっても、蛍光の検出結果が液面上に存在する気泡の影響を受けてしまうおそれがある。【０００７】
本発明の目的は、反応工程中における収容部（ウェル）内の液体の残存による検出精度の低下を抑制することができ、かつ検出工程中における収容部内の液体の液面による検出結果への影響を抑制することができる、被検出物質を検出するための検出チップ、検出システムおよび検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る検出チップは、上部および側部に開口を有する収容部を含むウェル本体と、被検出物質を捕捉するための捕捉領域が配置されている側壁部材と、を有し、前記側壁部材は、前記収容部の側部の開口を介して前記捕捉領域の少なくとも一部が前記収容部内に露出し、かつ前記側壁部材が前記収容部の側部の開口の少なくとも一部を閉塞するように、前記ウェル本体に固定されている。【０００９】
また、本発明の一実施形態に係る検出システムは、上部に開口を有する収容部と、前記収容部を構成する側壁の内面上に金属膜を介さずにまたは金属膜を介して配置された、被検出物質を捕捉するための反応場とを有する検出チップと、前記反応場に対応する位置の前記側壁の内面においてエバネッセント光が生じるように、または前記金属膜において表面プラズモン共鳴が生じるように外部から前記検出チップに光を照射する光源と、前記光源が前記検出チップに光を照射したときに、前記検出チップから放出される光であって、前記反応場に捕捉されている被検出物質の量に応じて光量が変化する光を検出する検出部と、を有する。【００１０】
また、本発明の一実施形態に係る検出方法は、上部に開口を有する収容部と、前記収容部を構成する側壁の内面上に金属膜を介さずにまたは金属膜を介して配置された反応場とを有する検出チップの前記反応場に被検出物質を捕捉させる第１工程と、前記反応場に対応する位置の前記側壁の内面においてエバネッセント光が生じるように、または前記金属膜において表面プラズモン共鳴が生じるように外部から前記検出チップに光を照射するとともに、前記検出チップから放出される光であって、前記反応場に捕捉されている被検出物質の量に応じて光量が変化する光を検出する第２工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、反応工程中における収容部内の液体の残存による検出精度の低下を抑制することができ、かつ検出工程中における収容部内の液体の液面による検出結果への影響を抑制することができる、被検出物質を検出するための検出チップ、検出システムおよび検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る検出システムの構成を示す模式図である。
【図２】図２Ａは、実施の形態１に係る検出チップの斜視図であり、図２Ｂは、ウェル本体の斜視図であり、図２Ｃは、ウェル本体の斜視透視図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、実施の形態１に係る検出チップに入射する光と検出チップから出射する光を示す模式図である。
【図４】図４は、図３Ａの断面図における反応場近傍を拡大した部分拡大断面図である。
【図５】図５Ａ〜Ｄは、反応場と対向する側壁の形状の例を示す検出チップの断面図である。
【図６】図６Ａは、第１変形例に係る検出チップの斜視図であり、図６Ｂは、第１変形例に係るウェル本体の斜視図である。
【図７】図７Ａは、第２変形例に係るウェル本体の斜視図であり、図７Ｂは、第２変形例に係るウェル本体の水平方向に沿う断面図であり、図７Ｃは、第２変形例に係るウェル本体の底部近傍の高さ方向に沿う断面図である。
【図８】図８Ａ〜Ｃは、複数の収容部を有する検出チップの例を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る検出方法のフローチャートであり、検出システムの動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０Ａおよび図１０Ｂは、検出チップを振動させているときの反応場と液面との関係を示す模式図であり、図１０Ｃおよび図１０Ｄは、蛍光を検出するときの反応場と液面との関係を示す模式図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る検出システムの構成を示す模式図である。
【図１２】図１２Ａは、実施の形態２に係る検出チップの斜視図であり、図１２Ｂは、ウェル本体の斜視図であり、図１２Ｃは、ウェル本体の斜視透視図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２に係る検出チップに入射する光と検出チップから出射する光を示す模式図である。
【図１４】図１４は、図１３の断面図における反応場近傍を拡大した部分拡大断面図である。
【図１５】図１５Ａおよび図１５Ｂは、回折格子の斜視図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る検出方法のフローチャートであり、検出システムの動作手順の一例を示すフローチャートである。
【図１７】図１７Ａおよび図１７Ｂは、実施の形態２に係る検出システムの第１変形例を説明するための、検出チップに入射する光と検出チップから出射する光を示す模式図である。
【図１８】図１８Ａおよび図１８Ｂは、実施の形態２に係る検出システムの第２変形例を説明するための、検出チップに入射する光と検出チップから出射する光を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明に係る検出チップ、検出システムおよび検出方法の一実施の形態として、ＳＰＦＳにより被検出物質を検出する検出チップ、検出システムおよび検出方法について説明するが、本発明に係る検出チップ、検出システムおよび検出方法はこれに限定されない。
【００１４】
［実施の形態１］
実施の形態１では、プリズムを利用してＳＰＲを生じさせるプリズム結合型ＳＰＦＳ（ＰＣ−ＳＰＦＳ）により被検出物質を検出する検出チップ、検出システムおよび検出方法について説明する。
【００１５】
図１は、実施の形態１に係る検出システム１００の構成を示す模式図である。図１に示されるように、検出システム１００は、所定の位置に検出チップ２００を装着された状態で動作する。検出システム１００は、検出チップ２００以外に、励起光照射ユニット１１０、蛍光検出ユニット１２０、送液ユニット１３０、加振部１４０、および制御部１５０を有する。検出システム１００では、所定の位置に検出チップ２００を装着した状態で、検出チップ２００の金属膜２２５で表面プラズモン共鳴が発生するように検出チップ２００に励起光αを照射し、金属膜２２５近傍において表面プラズモン共鳴に基づく増強電場を発生させる。そして、当該増強電場により金属膜２２５上の反応場２２６に存在する蛍光物質を励起させ、蛍光物質が発する蛍光βを検出することで、検体中の被検出物質の有無や量を測定する。
【００１６】
以下では、検出チップ２００について先に説明し、その後、検出システム１００およびその動作（検出方法）について説明する。
【００１７】
（検出チップ）
図２Ａ〜Ｃは、実施の形態１に係る検出チップ２００の構成を示す模式図である。図２Ａは、検出チップ２００の斜視図であり、図２Ｂは、ウェル本体２１０の斜視図であり、図２Ｃは、ウェル本体２１０の斜視透視図である。図３Ａおよび図３Ｂは、検出チップ２００に入射する光（励起光α）と検出チップ２００から出射する光（蛍光βおよびプラズモン散乱光γ）を示す模式図である。図３Ａは、検出チップ２００の高さ方向に沿う断面図であり、図３Ｂは、検出チップ２００の水平方向に沿う断面図である。図３Ａおよび図３Ｂでは、収容部２１１内に液体（例えば測定用緩衝液）が収容されている状態を示している。図４は、図３Ａの断面図における反応場２２６近傍を拡大した部分拡大断面図である。
【００１８】
図２Ａ、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、検出チップ２００は、ウェル本体２１０および側壁部材２２０を有する。
【００１９】
ウェル本体２１０は、その内部に収容部（ウェル）２１１を有している。収容部２１１は、液体を収容できるように構成された有底の凹部であり、上部に設けられた第１開口２１２および側部に設けられた第２開口２１３により外部に開放されている。第１開口２１２は、収容部２１１内に液体を導入したり収容部２１１内の液体を除去したりする際に利用される。第２開口２１３は、この後説明する側壁部材２２０の捕捉領域２２７を収容部２１１内に露出させて反応場２２６を形成するために形成されている（図４参照）。第２開口２１３は、収容部２１１内に液体を収容できるように側壁部材２２０により閉塞される。本実施の形態では、図２Ｂおよび図２Ｃに示されるように、第２開口２１３は、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの側壁部材２２０側の側壁に形成された貫通孔である。
【００２０】
本実施の形態に係る検出チップ２００では、反応場２２６近傍から放出された光（蛍光βおよびプラズモン散乱光γ）が、反応場２２６と対向する側壁を透過し、後述する検出部１２５により検出される（図１参照）。したがって、検出されるべき光の屈折を抑制したい場合は、図５Ａに示されるように、収容部において反応場２２６（捕捉領域２２７）と対向する側壁の内面および外面は、いずれも平面であることが好ましい。一方、検出されるべき光を検出部１２５に向けて集めたい場合は、図５Ｂ〜Ｄに示されるように、収容部において反応場２２６と対向する側壁の内面および外面の少なくとも一方は、凸曲面であることが好ましい。図５Ｂに示される例では、側壁の内面のみが凸曲面であり、反応場２２６と対向する側壁は平凸のシリンドリカルレンズとして機能する。図５Ｃに示される例では、側壁の外面のみが凸曲面であり、反応場２２６と対向する側壁は平凸のシリンドリカルレンズとして機能する。図５Ｄに示される例では、側壁の内面および外面がいずれも凸曲面であり、反応場２２６と対向する側壁は両凸のシリンドリカルレンズとして機能する。
【００２１】
ウェル本体２１０の形状は、収容部２１１、第１開口２１２および第２開口２１３を有していれば特に限定されない。図６Ａは、第１変形例に係る検出チップ２００の斜視図であり、図６Ｂは、第１変形例に係るウェル本体２１０の斜視図である。たとえば、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、第２開口２１３は、側壁部材２２０側の全面に形成されていてもよく、第１開口２１２と繋がっていてもよい。この場合も、第２開口２１３の少なくとも一部は、収容部２１１内に液体を収容できるように側壁部材２２０により閉塞される。
【００２２】
図７Ａは、第２変形例に係るウェル本体２１０の斜視図であり、図７Ｂは、第２変形例に係るウェル本体２１０の水平方向に沿う断面図であり、図７Ｃは、第２変形例に係るウェル本体２１０の底部近傍の高さ方向に沿う断面図である。たとえば、図７Ａに示されるように、ウェル本体２１０は、その上部から側方に突出する保持部２１４をさらに有していてもよい。このように検出チップ２００が保持部２１４を有している場合、ユーザーおよびシステムは保持部を把持することができるため、検出チップ２００の取扱いがより容易になる。また、図７Ｂに示されるように、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの、反応場２２７と対向する側壁以外の側壁の内面の全部または一部は、周方向に曲がった曲面であってもよい。このような構成とすることで、検出チップ２００に周方向の回転振動を加えた場合に、収容部２１１内の液体を効率よく撹拌することができる。なお、検出チップ２００に水平方向の往復振動を加える場合は、収容部２１１の水平方向に沿った断面形状は、略多角形状（例えば略正方形状）であることが好ましい（図３Ｂ参照）。また、図７Ｃに示されるように、収容部２１１の底部は、下に凸形状（例えば丸底）であってもよい。このような構成とすることで、収容部２１１内の液体をより確実に除去することが可能となり、検出精度を向上させることができる。
【００２３】
ウェル本体２１０は、光（少なくとも励起光αの波長の光および蛍光βの波長の光）に対して透明な材料で形成されている。ただし、後述の検出方法における光の取り出しの妨げにならない限り、ウェル本体２１０の一部は光に対して不透明な材料で形成されていてもよい。少なくとも、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの反応場２２６と対向する側壁は、光透過性を有している。光に対して透明な材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。
【００２４】
側壁部材２２０は、光学素子としてのプリズム２２１、金属膜２２５および反応場２２６を有している。ここで「反応場」とは、金属膜２２５上に配置された捕捉領域２２７のうち、第２開口２１３を介して収容部２１１内に露出している領域を意味する（図４参照）。図２Ａ、図３Ａ、図３Ｂおよび図４に示されるように、側壁部材２２０は、捕捉領域２２７の少なくとも一部が収容部２１１内に露出して反応場２２６となり、かつ側壁部材２２０が第２開口２１３の少なくとも一部を完全に閉塞するようにウェル本体２１０に固定されている。本実施の形態では、側壁部材２２０は、第２開口２１３の全部を閉塞するように、両面テープなどの接着層（図示せず）を介してウェル本体２１０に接着されている。側壁部材２２０は、接着層を用いずに、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、ウェル本体２１０に接合されていてもよい。
【００２５】
プリズム２２１は、励起光αに対して透明な誘電体からなる光学素子であり、図３Ｂに示されるように、入射面２２２、反射面２２３および出射面２２４を有する。プリズム２２１は、収容部２１１を構成する側壁としても機能する。入射面２２２は、励起光照射ユニット１１０からの励起光αをプリズム２２１の内部に入射させるための面である。プリズム２２１の内部に入射した励起光αは、反射面２２３で反射する。この後説明するように、反射面２２３上には金属膜２２５および捕捉領域２２７が順に配置されている。出射面２２４は、反射面２２３で反射した反射光α’をプリズム２２１の外部に出射させるための面である。
【００２６】
プリズム２２１の形状は特に限定されないが、反射面２２３は平面であることが好ましい。プリズム２２１の形状の例には、台形を底面とする柱体、三角柱、半円柱が含まれる。本実施の形態では、プリズム２２１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反射面２２３であり、一方の脚に対応する面が入射面２２２であり、他方の脚に対応する面が出射面２２４である。
【００２７】
入射面２２２は、励起光αが励起光照射ユニット１１０に戻らないように形成される。励起光αの光源がレーザーダイオード（以下「ＬＤ」ともいう）である場合、励起光αがＬＤに戻ると、ＬＤ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。そこで、理想的な共鳴角または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２２２に垂直に入射しないように、入射面２２２の角度が設定される。ここで「共鳴角」とは、反射面２２３（金属膜２２５）に対する励起光αの入射角を走査した場合に、出射面２２４から出射される反射光α’の光量が最小となるときの、入射角を意味する。また、「増強角」とは、反射面２２３（金属膜２２５）に対する励起光αの入射角を走査した場合に、反応場２２６周辺から収容部２１１内に放出される励起光αと同一波長の散乱光（プラズモン散乱光）γの光量が最大となるときの、入射角を意味する。本実施の形態では、入射面２２２と反射面２２３との角度および反射面２２３と出射面２２４との角度は、いずれも約８０°である。
【００２８】
なお、検出チップ２００の設計により、共鳴角（およびその極近傍にある増強角）が概ね決まる。設計要素は、プリズム２２１の屈折率や、金属膜２２５の屈折率、金属膜２２５の膜厚、金属膜２２５の消衰係数、励起光αの波長などである。金属膜２２５上の反応場２２６（捕捉領域２２７）に捕捉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。
【００２９】
プリズム２２１は、複屈折特性を少なからず有する。プリズム２２１の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。プリズム２２１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。
【００３０】
金属膜２２５は、プリズム２２１の反射面２２３上に配置されている。これにより、反射面２２３に全反射条件で入射した励起光αの光子と、金属膜２２５中の自由電子との間で相互作用（ＳＰＲ）が生じ、金属膜２２５の表面上に局在する増強電場が生じる。
【００３１】
金属膜２２５の材料は、表面プラズモン共鳴を生じさせうる金属であれば特に限定されない。金属膜２２５の材料の例には、金、銀、銅、アルミニウムおよびこれらの合金が含まれる。金属膜２２５の形成方法は、特に限定されない。金属膜２２５の形成方法の例には、スパッタリング、蒸着、めっきが含まれる。金属膜２２５の厚みは、特に限定されないが、３０〜７０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００３２】
反応場２２６は、収容部２１１内に露出している、被検出物質を捕捉するための領域である。前述のとおり、反応場２２６は、金属膜２２５上に配置された捕捉領域２２７のうち、第２開口２１３を介して収容部２１１内に露出している領域を意味する。図４に示されるように、捕捉領域２２７の大きさが第２開口２１３を閉塞することが可能な大きさである場合、反応場２２６の範囲は、第２開口２１３により規定される。このような構成とすることで、反応場２２６の大きさを高精度かつ容易に調整することが可能となる。一方、図６Ｂに示されるように、第２開口２１３の大きさが（捕捉領域２２７よりも）大きい場合は、金属膜２２５の表面の一部に所定形状の捕捉領域２２７が形成され、この捕捉領域２２７がそのまま反応場２２６となる。
【００３３】
反応場２２６は、収容部２１１の内側面に配置される。このとき、反応場２２６は、収容部２１１の最深部から離れた位置に配置されることが好ましい。このような構成とすることで、収容部２１１内に検体などを導入したときに反応場２２６において効率よく反応を生じさせることができる。また、蛍光βの検出時に、収容部２１１の底部に起因するノイズが検出結果に混じることを抑制することもできる。
【００３４】
捕捉領域２２７は、金属膜２２５上において被検出物質を捕捉するための第１の捕捉体が固定化されている領域である。第１の捕捉体は、検体中の被検出物質と特異的に結合するための認識部位を有する物質である。反応場２２６（捕捉領域２２７）に第１の捕捉体が固定されていると、収容部２１１内に検体を導入したときに、第１の捕捉体に被検出物質が選択的に結合する。つまり、被検出物質が反応場２２６に捕捉される。これにより、後述のように被検出物質を検出することが可能となる。第１の捕捉体の種類は、被検出物質に特異的に結合するための認識部位を有していれば特に制限されない。第１の捕捉体の例には、被検出物質に特異的に結合可能な抗体（１次抗体）またはその断片、被検出物質に特異的に結合可能な酵素などが含まれる。
【００３５】
検出精度を向上させる観点からは、反応場２２６となる領域において捕捉領域２２７が配置されている面は、平面であることが好ましい。すなわち、本実施の形態のように捕捉領域２２７が金属膜２２５上に配置されている場合は、金属膜２２５の表面は平面であることが好ましい。また、本実施の形態の最後に説明するように、捕捉領域２２７が反射面２２３上に配置されている場合は、反射面２２３は平面であることが好ましい。
【００３６】
なお、図８Ａ〜Ｃに示されるように、検出チップ２００は、収容部２１１以外にも液体を収容可能な第２収容部２３０をさらに有していてもよい。第２収容部２３０の用途は、特に限定されない。たとえば、第２収容部２３０に、反応工程または検出工程で使用される試薬をあらかじめ収容しておいてもよい。また、反応工程または検出工程において、第２収容部２３０で２種以上の試薬を混合してもよい。第２収容部２３０の数および位置は、被検出物質の検出の妨げとならなければ特に限定されない。たとえば、図８Ａに示されるように、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの側壁部材２２０側の側壁に１つの第２収容部２３０を付加してもよい。また、図８Ｂに示されるように、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの反応場２２６と対向する側壁に１つの第２収容部２３０を付加してもよい。また、図８Ｃに示されるように、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの１つの側壁に複数の第２収容部２３０を付加してもよい。これらの図に示されるように、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの側壁部材２２０側の側壁または反応場２２６と対向する側壁に第２収容部２３０を付加した場合、検出チップ２００の平面視形状は略長方形となり、複数の検出チップ２００を収納容器内に効率よく収容することができる。
【００３７】
（検出システム）
次に、検出システム１００の検出チップ２００以外の構成要素について説明する。前述のとおり、検出システム１００は、検出チップ２００以外に、励起光照射ユニット１１０、蛍光検出ユニット１２０、送液ユニット１３０、加振部１４０、および制御部１５０を有する（図１参照）。
【００３８】
励起光照射ユニット１１０は、検出チップ２００に励起光αを照射する。蛍光βまたはプラズモン散乱光γの測定時には、励起光照射ユニット１１０は、プリズム２２１の反射面２２３（金属膜２２５）に対する入射角が金属膜２２５でＳＰＲを生じさせる角度となるように、反射面２２３（金属膜２２５）に対するＰ波のみをプリズム２２１の入射面２２２に向けて出射する。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２２１を介して反射面２２３（金属膜２２５）に金属膜２２５でＳＰＲが生じる角度で照射されたときに、蛍光物質を励起させる増強電場を金属膜２２５の表面上に生じさせる光である。励起光照射ユニット１１０は、光源ユニット１１１および第１角度調整部１１２を含む。
【００３９】
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、反射面２２３（金属膜２２５の表面）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。照射スポットの大きさは、検出チップ２００の反応場２２６よりも小さいことが好ましい。光源ユニット１１１は、例えば、励起光α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）を含む。
【００４０】
光源の種類は、特に限定されず、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）である。光源の他の例には、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。
【００４１】
ビーム整形光学系は、例えば、コリメーターや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、ズーム手段などを含む。ビーム整形光学系は、これらのすべてを含んでいてもよいし、一部を含んでいてもよい。コリメーターは、光源から出射された励起光αをコリメートする。バンドパスフィルターは、光源から出射された励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。光源からの励起光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、光源から出射された励起光αを完全な直線偏光の光にする。半波長板は、反射面２２３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、反射面２２３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。
【００４２】
ＡＰＣ機構は、光源の出力が一定となるように光源を制御する。より具体的には、ＡＰＣ機構は、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する。そして、ＡＰＣ機構は、回帰回路で投入エネルギーを制御することで、光源の出力を一定に制御する。
【００４３】
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。光源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とがある。このため、温度調整機構で光源の温度を一定に保つことにより、光源の出射光の波長およびエネルギーを一定に制御する。
【００４４】
第１角度調整部１１２は、反射面２２３に対する励起光αの入射角を調整する。第１角度調整部１１２は、プリズム２２１を介して反射面２２３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の光軸と検出チップ２００とを相対的に回転させる。
【００４５】
たとえば、第１角度調整部１１２は、光源ユニット１１１を励起光αの光軸と直交する軸（検出チップ２００の高さ方向に沿う軸）を中心として回動させる（図３Ｂ参照）。このとき、入射角を走査しても反射面２２３での照射スポットの位置がほとんど変化しないように、回転軸の位置を設定する。
【００４６】
前述のとおり、反射面２２３（金属膜２２５）に対する励起光αの入射角のうち、プラズモン散乱光γの光量が最大となる角度が増強角である。励起光αの入射角を増強角またはその近傍の角度（例えば共鳴角）に設定することで、高強度の蛍光βを測定することが可能となる。検出チップ２００のプリズム２２１の材料および形状、金属膜２２５の膜厚、収容部２１１内の液体の屈折率などにより、励起光αの基本的な入射条件が決まるが、使用する蛍光物質の種類および量、プリズム２２１の形状誤差などにより、最適な入射条件はわずかに変動する。このため、検出ごとに最適な増強角を求めることが好ましい。
【００４７】
蛍光検出ユニット１２０は、反射面２２３（金属膜２２５）への励起光αの照射によって生じた蛍光βを検出する。また、必要に応じて、蛍光検出ユニット１２０は、反射面２２３（金属膜２２５）への励起光αの照射によって生じたプラズモン散乱光γも検出する。蛍光検出ユニット１２０は、第１レンズ１２１、光学フィルター１２２、第２レンズ１２３、位置切替部１２４および検出部１２５を含む。
【００４８】
第１レンズ１２１は、例えば、集光レンズであり、反応場２２６近傍から出射される光を集光する。第２レンズ１２３は、例えば、結像レンズであり、第１レンズ１２１で集光された光を検出部１２５の受光面に結像させる。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１２２は、両レンズの間に配置されている。
【００４９】
光学フィルター１２２は、蛍光成分のみを検出部１２５に導き、高いＳ（シグナル）／Ｎ（ノイズ）比で蛍光βを検出するために、励起光成分（プラズモン散乱光γ）を除去する。光学フィルター１２２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１２２は、例えば、所定の光成分を反射する多層膜を含むフィルター、または所定の光成分を吸収する色ガラスフィルターである。
【００５０】
位置切替部１２４は、光学フィルター１２２の位置を、第１レンズ１２１および第２レンズ１２３間の光路上または光路外に切り替える。具体的には、検出部１２５が蛍光βを検出する時には、光学フィルター１２２を光路上に配置し、検出部１２５がプラズモン散乱光γを検出する時には、光学フィルター１２２を光路外に配置する。
【００５１】
検出部１２５は、蛍光βおよびプラズモン散乱光γを検出する受光センサーである。検出部１２５は、微小量の被検出物質からの微弱な蛍光βを検出することが可能な、高い感度を有する。検出部１２５は、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などである。
【００５２】
図１および図３Ａに示されるように、本実施の形態では、光源ユニット１１１からの励起光αは水平方向に進行して、検出チップ２００に到達する。また、反応場２２６近傍から放出され、水平方向に進行した光（蛍光βおよびプラズモン散乱光γ）が検出部１２５により検出される。したがって、本実施の形態では、光源ユニット１１１および検出部１２５は、検出チップ２００と同じ高さに配置されている。もちろん、ミラーなどを用いれば光源ユニット１１１および検出部１２５の位置は自由に変更可能であるが、小型化の観点からは、光源ユニット１１１および検出部１２５は、検出チップ２００と同じ高さに配置されていることが好ましい。
【００５３】
送液ユニット１３０は、検出チップ２００の収容部２１１内に各種液体を導入する。また、送液ユニット１３０は、検出チップ２００の収容部２１１内から各種液体を除去する。本実施の形態では、送液ユニット１３０は、例えば検体や、蛍光物質で標識された第２の捕捉体を含む標識液（以下「標識液」ともいう）、洗浄液、測定用緩衝液などの注入および吸引を行う。送液ユニット１３０は、液体チップ１３１、ピペット１３２およびピペット制御部１３６を含む。
【００５４】
液体チップ１３１は、検体や標識液、洗浄液、測定用緩衝液などの液体をそれぞれ収容するための容器である。液体チップ１３１としては、通常、複数の容器が液体の種類に応じて配置されるか、または複数の容器が一体化したチップが配置される。なお、図８Ａ〜Ｃに示されるように、検出チップ２００が第２収容部２３０を有している場合は、第２収容部２３０は液体チップ１３１として機能しうる。この場合は、送液ユニット１３０は、液体チップ１３１を有していなくてもよい。
【００５５】
ピペット１３２は、シリンジポンプ１３３と、シリンジポンプ１３３に接続されたノズルユニット１３４と、ノズルユニット１３４の先端に装着されたピペットチップ１３５とを有する。シリンジポンプ１３３内のプランジャーの往復運動によって、ピペットチップ１３５における液体の吸引および排出が定量的に行われる。
【００５６】
ピペット制御部１３６は、シリンジポンプ１３３の駆動装置、およびノズルユニット１３４の移動装置を含む。シリンジポンプ１３３の駆動装置は、シリンジポンプ１３３のプランジャー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。ノズルユニット１３４の移動装置は、例えば、ノズルユニット１３４を、垂直方向と水平方向との二方向に自在に動かす。ノズルユニット１３４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。
【００５７】
ピペット制御部１３６は、シリンジポンプ１３３を駆動して、液体チップ１３１から各種液体をピペットチップ１３５内に吸引させる。そして、ピペット制御部１３６は、ノズルユニット１３４を移動させて、検出チップ２００の収容部２１１内に第１開口２１２からピペットチップ１３５を挿入させるとともに、シリンジポンプ１３３を駆動して、ピペットチップ１３５内の液体を収容部２１１内に注入させる。また、液体の導入後、ピペット制御部１３６は、シリンジポンプ１３３を駆動して、収容部２１１内の液体をピペットチップ１３５内に吸引させる。このように収容部２１１内の液体を順次交換することによって、反応場２２６において第１の捕捉体と被検出物質を反応させたり（１次反応）、被検出物質と蛍光物質で標識された第２の捕捉体とを反応させたりする（２次反応）。
【００５８】
加振部１４０は、収容部２１１内の液体を撹拌するために検出チップ２００を振動させる。このように検出チップ２００を振動させて収容部２１１内の液体を撹拌することで、反応場２２６における１次反応や２次反応、洗浄などを効率的に行うことができる。加振部１４０は、例えばピエゾ素子や偏芯させた回転体などである。加振部１４０は、励起光α、蛍光βおよびプラズモン散乱光γの光路を妨げない位置に配置される。
【００５９】
加振部１４０により検出チップ２００に加えられる振動の方向は、特に限定されない。振動方向の例には、水平方向や垂直方向（高さ方向）、周方向などが挙げられる。たとえば、加振部１４０としてのピエゾ素子を検出チップ２００の側面に接触させた状態でピエゾ素子を駆動することで、検出チップ２００に水平方向の往復振動を加えることができる。また、加振部１４０としてピエゾ素子を検出チップ２００の底面に接触させた状態でピエゾ素子を駆動することで、検出チップ２００に垂直方向の往復振動を加えることができる。また、加振部１４０としての偏芯させた回転体を検出チップ２００の底面に接触させた状態で回転体を回転させることで、検出チップ２００に周方向の回転振動を加えることができる。収容部２１１内の液体を効率よく撹拌する観点からは、収容部２１１内に液体が収容されている状態の検出チップ２００の固有振動数、またはその前後の振動周波数で検出チップ２００を振動させることが好ましい。また、異なる固有振動数（ｎ次の固有振動数およびｍ次の固有振動数、ｎおよびｍは正の整数）を順次切り替えながら検出チップ２００を振動させてもよい。
【００６０】
制御部１５０は、光源ユニット１１１、第１角度調整部１１２、位置切替部１２４、検出部１２５、ピペット制御部１３６、加振部１４０を制御する。制御部１５０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。
【００６１】
なお、本実施の形態では、励起光αを照射されうる位置に配置された検出チップ２００に対して、送液ユニット１３０による液体の導入および除去、ならびに加振部１４０による振動の印加を行うことができるように、送液ユニット１３０および加振部１４０が配置されているが、送液ユニット１３０および加振部１４０の位置はこれに限定されない。たとえば、検出チップ２００が第１の位置に配置されている場合に、送液ユニット１３０による液体の導入および除去、ならびに加振部１４０による振動の印加が行われ、検出チップ２００が第２の位置に配置されている場合に、励起光照射ユニット１１０による励起光αの照射および蛍光検出ユニット１２０による蛍光βの検出が行われてもよい。この場合は、検出システム１００は、検出チップ２００を第１の位置および第２の位置に移動させるための搬送ユニットをさらに有する。
【００６２】
（検出方法）
次に、検出システム１００を用いた被検出物質の検出方法について説明する。図９は、本実施の形態の検出方法を行う際の検出システム１００の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【００６３】
まず、検出の準備をする（工程Ｓ１０）。具体的には、検出システム１００の所定の位置に検出チップ２００を設置する。また、検出チップ２００の反応場２２６上に保湿剤が存在する場合には、収容部２１１内を洗浄して反応場２２６上の保湿剤を除去する。この後、制御部１５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内に測定用緩衝液を導入させる。
【００６４】
次いで、検出チップ２００の反射面２２３（金属膜２２５）に対する励起光αの入射角を増強角に設定する（工程Ｓ２０）。具体的には、制御部１５０は、光源ユニット１１１および第１角度調整部１１２を制御して、励起光αを反射面２２３の反応場２２６に対応する位置に照射させながら、反射面２２３に対する励起光αの入射角を走査する。これと同時に、制御部１５０は、検出部１２５を制御して、プラズモン散乱光γを検出させる。このとき、制御部１５０は、位置切替部１２４を制御して、光学フィルター１２２を光路外に移動させる。制御部１５０は、励起光αの入射角とプラズモン散乱光γの強度との関係を含むデータを得る。そして、制御部１５０は、データを解析して、プラズモン散乱光γの強度が最大となる入射角（増強角）を決定する。最後に、制御部１５０は、第１角度調整部１１２を制御して、反射面２２３に対する励起光αの入射角を増強角に設定する。
【００６５】
増強角は、プリズム２２１の素材および形状、金属膜２２５の厚み、収容部２１１内の液体の屈折率などにより決まるが、収容部２１１内の液体の種類および量、プリズム２２１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、検出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。
【００６６】
次いで、光学ブランク値を測定する（工程Ｓ３０）。具体的には、制御部１５０は、光源ユニット１１１を制御して、励起光αを反射面２２３の反応場２２６に対応する位置に照射させる。これと同時に、制御部１５０は、検出部１２５を制御して、蛍光βと同じ波長の背景光の光量を検出させる。このとき、制御部１５０は、位置切替部１２４を制御して、光学フィルター１２２を光路上に移動させる。制御部１５０は、測定された背景光の光量をブランク値として記録する。
【００６７】
次いで、検出チップ２００の収容部２１１内に検体を導入し、反応場２２６の第１の捕捉体に、検体中に含まれる被検出物質を特異的に結合させる（１次反応（工程Ｓ４０））。具体的には、制御部１５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の測定緩衝液を除去させるとともに、収容部２１１内に検体を導入させる。また、制御部１５０は、加振部１４０を制御して、検出チップ２００を振動させて収容部２１１内の検体を撹拌させる。このとき、反応を適切に進行させる観点からは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、反応場２２６は、収容部２１１内の液体（検体）の振動している液面２４０よりも常に下に位置することが好ましい。さらに、反応効率を上げる観点からは、図１０Ａよりは図１０Ｂに示されるように、反応場２２６は、振動している液面２４０に近いことがより好ましい。また、液体（検体）の飛散を防止する観点からは、静置している状態における液面２４０の高さが、収容部２１１の深さ（高さ）の２／３以下であることが好ましく、１／２以下であることがより好ましい。この後、制御部１５０が、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の検体を除去させるとともに、収容部２１１内に洗浄液を導入させて、収容部２１１内を洗浄する。このときも、制御部１５０は、加振部１４０を制御して、検出チップ２００を振動させて収容部２１１内の洗浄液を撹拌させる。
【００６８】
検体および被検出物質の種類は、特に限定されない。検体の例には、血液や血清、血漿、脳脊髄液、尿、鼻孔液、唾液、精液などの体液、組織抽出液、およびこれらの希釈液が含まれる。またこれらの検体に含まれる被検出物質の例には、核酸（ＤＮＡやＲＮＡなど）、タンパク質（ポリペプチドやオリゴペプチドなど）、アミノ酸、糖質、脂質およびこれらの修飾分子が含まれる。
【００６９】
次いで、金属膜２２５上の第１の捕捉体に結合した被検出物質に、蛍光物質で標識された第２の捕捉体を結合させる（２次反応（工程Ｓ５０））。ここで、第２の捕捉体は、被検出物質の、第１の捕捉体が特異的に結合する部位とは異なる部位に、特異的に結合する物質である。また、第２の捕捉体には、蛍光物質が結合している。したがって、標識液を収容部２１１内に提供すると、第１の捕捉体に結合している被検出物質に第２の捕捉体が特異的に結合し、被検出物質が、間接的に蛍光物質で標識される。第２の捕捉体は、第１の捕捉体が被検出物質に特異的に結合する部位とは異なる部位に、特異的に結合する物質であればよく、被検出物質に特異的な生体分子であってもよく、その断片などであってもよい。また、第２の捕捉体は、１分子からなるものであってもよく、２以上の分子が結合した複合体であってもよい。
【００７０】
具体的には、制御部１５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の洗浄液を除去させるとともに、収容部２１１内に第２の捕捉体を含む標識液を導入させる。また、制御部１５０は、加振部１４０を制御して、検出チップ２００を振動させて収容部２１１内の標識液を撹拌させる。このときも、反応を適切に進行させる観点からは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、反応場２２６は、収容部２１１内の液体（標識液）の振動している液面２４０よりも常に下に位置することが好ましい。さらに、反応効率を上げる観点からは、図１０Ａよりは図１０Ｂに示されるように、反応場２２６は、振動している液面２４０に近いことがより好ましい。また、液体（標識液）の飛散を防止する観点からは、静置している状態における液面２４０の高さが、収容部２１１の深さ（高さ）の２／３以下であることが好ましく、１／２以下であることがより好ましい。この後、制御部１５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の標識液を除去させるとともに、収容部２１１内に洗浄液を導入させて、収容部２１１内を洗浄する。このときも、制御部１５０は、加振部１４０を制御して、検出チップ２００を振動させて収容部２１１内の洗浄液を撹拌させる。さらに、制御部１５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の洗浄液を除去させるとともに、収容部２１１内に測定用緩衝液を導入させる。
【００７１】
次いで、被検出物質を標識する蛍光物質からの蛍光値を測定する（工程Ｓ６０）。具体的には、制御部１５０は、光源ユニット１１１を制御して、励起光αを反射面２２３の反応場２２６に対応する位置に照射させる。これと同時に、制御部１５０は、検出部１２５を制御して、蛍光βと同じ波長の光の光量を検出させる。このとき、制御部１５０は、位置切替部１２４を制御して、光学フィルター１２２を光路上に移動させる。制御部１５０は、測定された光量を蛍光値として記録する。このときも、蛍光βを適切に検出する観点からは、図１０Ｃおよび図１０Ｄに示されるように、反応場２２６は、収容部２１１内の液体（測定用緩衝液）の液面２４０よりも下に位置することが好ましい。一方で、図１０Ｃに示されるように、反応場２２６と液面２４０とが接近していると、液面２４０で反射または屈折した蛍光βまでも第１レンズ１２１に到達して、検出部１２５により検出されてしまうおそれがある。このような液面２４０の影響を受けた蛍光βを検出することは、検出精度の低下に繋がる。したがって、検出精度を上げる観点からは、図１０Ｃよりは図１０Ｄに示されるように、反応場２２６は、液面２４０から遠いことが好ましい。前述のとおり、反応場２２６において反応させる第１工程（１次反応（工程Ｓ４０）および２次反応（工程Ｓ５０））では、反応効率を上げる観点からは、液面２４０はある程度低いことが好ましいが、一方で、反応場に捕捉されている被検出物質の量に応じて光量が変化する光を検出する第２工程（蛍光値の測定（工程Ｓ６０））では、検出精度を上げる観点からは、液面２４０がある程度高いことが好ましい。これらを両立するために、第２工程における収容部２１１内の液体の量（図１０Ｄ参照）を、第１工程における収容部２１１内の液体の量（図１０Ｂ参照）よりも多くしてもよい。
【００７２】
最後に、被検出物質の存在または量を算出する（工程Ｓ７０）。蛍光値は、主として、被検出物質を標識する蛍光物質に由来する蛍光成分（シグナル値）と、光学ブランク値とを含む。したがって、制御部１５０は、工程Ｓ６０で得られた蛍光値から工程Ｓ３０で得られた光学ブランク値を引くことで、被検出物質の量に相関するシグナル値を算出することができる。そして、あらかじめ作成しておいた検量線により、被検出物質の量や濃度などに換算する。
【００７３】
以上の手順により、検体に含まれる被検出物質の存在または量を検出することができる。
【００７４】
なお、上記の説明では、工程Ｓ２０において励起光αの入射角を増強角に設定したが、工程Ｓ２０では励起光αの入射角を共鳴角に設定してもよい。この場合は、反射面２２３に対する励起光αの入射角を走査するとともに、別途設置された反射光検出部により励起光の反射光α’の光量を検出する。そして、反射光α’の光量が最小となったときの励起光αの入射角を共鳴角として決定する。
【００７５】
（効果）
以上のように、本実施の形態に係る検出チップ２００、検出システム１００および検出方法によれば、収容部２１１内の液体の液面を透過させずに蛍光βを検出するため、液面および気泡による検出結果への影響を抑制して、被検出物質を高い信頼性で検出することができる。
【００７６】
また、本実施の形態に係る検出チップ２００、検出システム１００および検出方法によれば、反応場２２６が収容部２１１の底面ではなく側面に配置されているため、収容部２１１内の液体を除去するときにピペットチップ１３５を収容部２１１の底面に接触させて収容部２１１内の液体をほぼ完全に除去することができる。これにより、収容部２１１内における検体や標識液、洗浄液の残液量が低減するため、その次に行われる反応部２２６における反応、または収容部２１１内の洗浄を、効率よく行うことができる。これらの観点からも、被検出物質を高い信頼性で検出することができる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、ＰＣ−ＳＰＦＳを利用した検出チップ、検出システムおよび検出方法について説明したが、本実施の形態に係る検出チップ、検出システムおよび検出方法は、これに限定されない。たとえば、本実施の形態に係る検出チップおよび検出システムは、ＳＰＲ法を利用した検出方法にも適用できる。この場合、検出部１２５は、検出チップ２００から放出される光であって反応場２２６に捕捉されている被検出物質の量に応じて光量が変化する光として、蛍光βではなくプリズム２２１の反射面２２３で反射した励起光α’を検出する。また、本実施の形態に係る検出チップおよび検出システムは、ＳＰＲを利用することなく被検出物質を標識する蛍光物質をエバネッセント光で励起するエバネッセント蛍光法を利用した検出方法にも適用できる。この場合、捕捉領域２２７（反応場２２６）は、プリズム２２１の反射面２２３上に金属膜を介さずに直接配置される。光源ユニット１１１が励起光αを反射面２２３（側壁の内面）の反応場２２６に対応する位置に照射すると、反射面２２３においてエバネッセント光が生じ、当該エバネッセント光により反応場２２６に存在する蛍光物質が励起され、蛍光βを放出する。検出部１２５は、検出チップ２００から放出される光であって反応場２２６に捕捉されている被検出物質の量に応じて光量が変化する光として、この蛍光βを検出する。
【００７８】
［実施の形態２］
実施の形態２では、回折格子を利用してＳＰＲを生じさせる回折格子結合型ＳＰＦＳ（ＧＣ−ＳＰＦＳ）により被検出物質を検出する検出チップ、検出システムおよび検出方法について説明する。
【００７９】
図１１は、実施の形態２に係る検出システム３００の構成を示す模式図である。図１１に示されるように、検出システム３００は、所定の位置に検出チップ４００を装着された状態で動作する。検出システム３００は、検出チップ４００以外に、励起光照射ユニット３１０、蛍光検出ユニット３２０、送液ユニット１３０、加振部１４０、および制御部３５０を有する。実施の形態２に係る検出システム３００では、所定の位置に検出チップ４００を装着した状態で、検出チップ４００の回折格子４２８（金属膜４２５）で表面プラズモン共鳴が発生するように検出チップ４００に励起光αを照射し、回折格子４２８近傍において表面プラズモン共鳴に基づく増強電場を発生させる。そして、当該増強電場により回折格子４２８上の反応場４２６に存在する蛍光物質を励起させ、蛍光物質が発する蛍光βを検出することで、検体中の被検出物質の有無や量を測定する。
【００８０】
実施の形態２に係る検出システム３００は、主として、検出チップ４００が光学素子として回折格子４２８を有する点、および励起光照射ユニット３１０が回折格子４２８に励起光αを照射することでＳＰＲを生じさせる点で、実施の形態１に係る検出システム１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る検出システム１００と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。以下では、検出チップ４００について先に説明し、その後、検出システム３００およびその動作（検出方法）について説明する。
【００８１】
（検出チップ）
図１２Ａ〜Ｃは、実施の形態２に係る検出チップ４００の構成を示す模式図である。図１２Ａは、検出チップ４００の斜視図であり、図１２Ｂは、ウェル本体２１０の斜視図であり、図１２Ｃは、ウェル本体２１０の斜視透視図である。図１３は、検出チップ４００に入射する光（励起光α）と検出チップ４００から出射する光（励起光の反射光α’および蛍光β）を示す模式図である。図１３は、検出チップ４００の高さ方向に沿う断面図であり、収容部２１１内に液体（例えば測定用緩衝液）が収容されている状態を示している。図１４は、図１３の断面図における反応場４２６近傍を拡大した部分拡大断面図である。
【００８２】
図１２Ａ、図１３に示されるように、検出チップ４００は、ウェル本体２１０および側壁部材４２０を有する。
【００８３】
ウェル本体２１０は、実施の形態１に係る検出チップ２００のウェル本体２１０と同一である。ウェル本体２１０は、その内部に収容部（ウェル）２１１を有している。収容部２１１は、液体を収容できるように構成された有底の凹部であり、上部に設けられた第１開口２１２および側部に設けられた第２開口２１３により外部に開放されている。
【００８４】
ウェル本体２１０は、光（少なくとも励起光αの波長の光および蛍光βの波長の光）に対して透明な材料で形成されている。ただし、後述の検出方法における光の取り出しの妨げにならない限り、ウェル本体２１０の一部は光に対して不透明な材料で形成されていてもよい。少なくとも、収容部２１１を構成する側壁の一部は、光透過性を有している。本実施の形態では、少なくとも、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの反応場４２６と対向する側壁は、光透過性を有している。光に対して透明な材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。
【００８５】
本実施の形態に係る検出チップ４００では、励起光照射ユニット３１０から出射された光（励起光α）と、反応場４２６近傍から放出され検出部１２５により検出される光（励起光の反射光α’および蛍光β）が、いずれも反応場４２６と対向する側壁を透過する（図１１参照）。したがって、これらの光の屈折を抑制したい場合は、図１３に示されるように、収容部において反応場４２６（捕捉領域４２７）と対向する側壁の内面および外面は、いずれも平面であることが好ましい。
【００８６】
側壁部材４２０は、基板４２１、金属膜４２５および反応場４２６を有している。前述のとおり、「反応場」とは、金属膜４２５上に配置された捕捉領域４２７のうち、第２開口２１３を介して収容部２１１内に露出している領域を意味する（図１４参照）。本実施の形態では、金属膜４２５の表面において反応場４２６に対応する部分の少なくとも一部には、光学素子としての回折格子４２８が形成されている。図１２Ａ、図１３および図１４に示されるように、側壁部材４２０は、捕捉領域４２７の少なくとも一部が収容部２１１内に露出して反応場４２６となり、かつ側壁部材４２０が第２開口２１３の少なくとも一部を完全に閉塞するようにウェル本体２１０に固定されている。
【００８７】
基板４２１は、金属膜４２５を支持するとともに、ウェル本体２１０の第２開口２１３を閉塞するための部材である。基板４２１は、収容部２１１を構成する側壁としても機能する。基板４２１の形状および材料は、上記機能を実現可能であれば特に限定されない。基板４２１の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。本実施の形態では、基板４２１は、樹脂板である。
【００８８】
金属膜４２５は、基板４２１のウェル本体２１０側の面上に配置されている。前述のとおり、金属膜４２５には、光学素子としての回折格子４２８が形成されている。金属膜４２５は、基板４２１のウェル本体２１０側の表面の全体に形成されていてもよいし、一部のみに形成されていてもよい。また、回折格子４２８は、金属膜４２５のウェル本体２１０側の表面の全体に形成されていてもよいし、一部のみに形成されていてもよい。回折格子４２８は、金属膜４２５の表面において反応場４２６に対応する部分の少なくとも一部に形成されている。回折格子４２８に光を照射すると、金属膜４２５中に生じる表面プラズモンと、回折格子４２８により生じるエバネッセント光とが結合してＳＰＲが生じ、金属膜４２５の表面上に局在する増強電場が生じる。金属膜４２５の材料は、ＳＰＲを生じさせる金属であれば特に限定されない。金属膜４２５の材料の例には、金、銀、銅、アルミニウムおよびこれらの合金が含まれる。金属膜４２５の形成方法は、特に限定されない。金属膜４２５の形成方法の例には、スパッタリング、蒸着、めっきが含まれる。金属膜４２５の厚みは、特に限定されないが、３０〜７０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００８９】
回折格子４２８は、金属膜４２５に光を照射された時に、エバネッセント光を生じさせる。回折格子４２８の形状は、エバネッセント光を生じさせることができれば特に限定されない。たとえば、回折格子４２８は、図１５Ａに示されるように１次元回折格子であってもよいし、図１５Ｂに示されるように２次元回折格子であってもよい。図１５Ａに示される１次元回折格子では、金属膜４２５の表面に、互いに平行な複数の凸条が所定の間隔で形成されている。図１５Ｂに示される２次元回折格子では、金属膜４２５の表面に、所定形状の凸部が周期的に配置されている。凸部の配列の例には、正方格子、三角（六方）格子などが含まれる。回折格子４２８の断面形状の例には、矩形波形状、正弦波形状、鋸歯形状などが含まれる。回折格子のピッチは、ＳＰＲを発生させる観点から、１００〜２０００ｎｍの範囲が好ましい。ここで「回折格子のピッチ」とは、図１５Ａ，Ｂに示されるように、凸部の配列方向における凸部の中心間距離Λをいう。なお、本実施の形態では、凸部の配列方向が収容部２１１の深さ方向に沿うように、回折格子４２８が配置される。
【００９０】
回折格子４２８の形成方法は、特に限定されない。たとえば、平板状の基板４２１の上に金属膜４２５を形成した後、金属膜４２５に凹凸形状を付与してもよい。また、予め凹凸形状を付与された基板４２１の上に、金属膜４２５を形成してもよい。いずれの方法であっても、回折格子４２８を含む金属膜４２５を形成することができる。
【００９１】
反応場４２６は、収容部２１１内に露出している、被検出物質を捕捉するための領域である。前述のとおり、反応場４２６は、金属膜４２５上に配置された捕捉領域４２７のうち、第２開口２１３を介して収容部２１１内に露出している領域を意味する。本実施の形態では、反応場４２６の少なくとも一部は、回折格子４２８の上に位置する。
【００９２】
反応場４２６は、収容部２１１の内側面に配置される。このとき、反応場４２６は、収容部２１１の最深部から離れた位置に配置されることが好ましい。このような構成とすることで、収容部２１１内に検体などを導入したときに反応場４２６において効率よく反応を生じさせることができる。また、蛍光βの検出時に、収容部２１１の底部に起因するノイズが検出結果に混じることを抑制することもできる。
【００９３】
捕捉領域４２７は、金属膜４２５上において被検出物質を捕捉するための第１の捕捉体が固定化されている領域である。第１の捕捉体の種類は、被検出物質に特異的に結合するための認識部位を有していれば特に制限されない。第１の捕捉体の例には、被検出物質に特異的に結合可能な抗体（１次抗体）またはその断片、被検出物質に特異的に結合可能な酵素などが含まれる。
【００９４】
なお、実施の形態１と同様に、検出チップ４００は、収容部２１１以外にも液体を収容可能な第２収容部２３０をさらに有していてもよい（図８Ａ〜Ｃ参照）。
【００９５】
（検出システム）
次に、検出システム３００の検出チップ４００以外の構成要素について説明する。前述のとおり、検出システム３００は、検出チップ４００以外に、励起光照射ユニット３１０、蛍光検出ユニット３２０、送液ユニット１３０、加振部１４０、および制御部３５０を有する（図１１参照）。送液ユニット１３０および加振部１４０は、実施の形態１に係る検出システム１００の送液ユニット１３０および加振部１４０と同一である。
【００９６】
励起光照射ユニット３１０は、ウェル本体２１０の側壁および収容部２１１を介して回折格子４２８に励起光αを照射する。励起光の反射光α’または蛍光βの測定時には、励起光照射ユニット３１０は、回折格子４２８（金属膜４２５）に対する入射角が回折格子４２８でＳＰＲを生じさせる角度となるように、回折格子４２８（金属膜４２５）に対するＰ波のみを回折格子４２８に向けて出射する。このとき、励起光照射ユニット３１０は、励起光αの光軸および反射光α’の光軸を含む平面が回折格子の凸部の配列方向に沿うように回折格子４２８に励起光αを照射する。前述のとおり、「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、回折格子４２８でＳＰＲが生じる角度で回折格子４２８に照射されたときに、蛍光物質を励起させる増強電場を回折格子４２８上に生じさせる光である。励起光照射ユニット３１０は、光源ユニット１１１および第１角度調整部１１２を含む。光源ユニット１１１および第１角度調整部１１２は、実施の形態１に係る検出システム１００の光源ユニット１１１および第１角度調整部１１２と同一である。
【００９７】
回折格子４２８に対する励起光αの入射角は、ＳＰＲにより形成される増強電場の強度が最も強くなり、その結果として蛍光物質からの蛍光βの強度が最も強くなる角度が好ましい。励起光αの入射角は、回折格子４２８のピッチΛや励起光αの波長、金属膜４２５を構成する金属の種類などに応じて適切に選択される。たとえば、励起光αの入射角θは、以下の式（１）を満たすように設定される。
【数１】
2018021238.tif 000003
ｋ０：励起光αの波数＝２π／（λ０／ｎ）
λ０：真空中の励起光αの波長
ｎ：回折格子４２８上の媒質（収容部２１１内の液体）の屈折率
θ：励起光αの回折格子４２８に対する入射角
ｍ：整数
Λ：回折格子４２８のピッチ
【００９８】
ここで、ｋｓｐは、２種類の媒質の界面（金属膜４２５と収容部２１１内の液体との界面）において励起されるプラズモンの波数であり、以下の式（２）のように定義される。
【数２】
2018021238.tif 000004
ω：励起光αの角周波数
ｃ：光速度
ε１：回折格子４２８上の媒質（収容部２１１内の液体）の誘電率＝ｎ２
ε２：回折格子４２８を構成する媒質（金属）の誘電率
【００９９】
励起光αの最適な入射角は、各種条件の変更により変わるため、第１角度調整部１１２は、励起光αの光軸と回折格子４２８とを相対的に回転させることで入射角を調整する。
【０１００】
蛍光検出ユニット３２０は、回折格子４２８への励起光αの照射によって生じ、収容部２１１およびウェル本体２１０の側壁を透過した蛍光βを検出する。また、必要に応じて、蛍光検出ユニット３２０は、回折格子４２８への励起光αの照射によって生じ、収容部２１１およびウェル本体２１０の側壁を透過した励起光の反射光α’も検出する。蛍光検出ユニット３２０は、光学フィルター１２２、位置切替部１２４、検出部１２５および第２角度調整部３２６を含む。光学フィルター１２２、位置切替部１２４および検出部１２５は、実施の形態１に係る検出システム１００の光学フィルター１２２、位置切替部１２４および検出部１２５と同一である。蛍光検出ユニット３２０は、検出部１２５の検出範囲を拡げるために集光レンズをさらに有していてもよいが、バックグラウンドの低減の観点からは集光レンズを含まない方が好ましい。
【０１０１】
第２角度調整部３２６は、蛍光検出ユニット３２０の光軸と回折格子４２８とを相対的に回転させることで蛍光検出ユニット３２０の光軸の角度を調整する。たとえば、第２角度調整部３２６は、蛍光検出ユニット３２０の光軸と金属膜４２５との交点を中心として、検出部１２５を回転させる。第２角度調整部３２６が検出部１２５の位置を適宜調整することで、反応場４２６（回折格子４２８）から放出され、収容部２１１およびウェル本体２１０の側壁を透過した蛍光βの強度が最大となる角度（蛍光ピーク角）で、蛍光検出ユニット３２０は蛍光βを検出することができる。また、光源ユニット１１１を移動させて励起光αの入射角を調整しているときに、光源ユニット１１１の位置に合わせて検出部１２５を移動させて反射光α’を検出することができる。
【０１０２】
制御部３５０は、光源ユニット１１１、第１角度調整部１１２、位置切替部１２４、検出部１２５、第２角度調整部３２６、ピペット制御部１３６、加振部１４０を制御する。制御部３５０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。
【０１０３】
なお、本実施の形態では、励起光αを照射されうる位置に配置された検出チップ４００に対して、送液ユニット１３０による液体の導入および除去、ならびに加振部１４０による振動の印加を行うことができるように、送液ユニット１３０および加振部１４０が配置されているが、送液ユニット１３０および加振部１４０の位置はこれに限定されない。たとえば、検出チップ４００が第１の位置に配置されている場合に、送液ユニット１３０による液体の導入および除去、ならびに加振部１４０による振動の印加が行われ、検出チップ４００が第２の位置に配置されている場合に、励起光照射ユニット３１０による励起光αの照射および蛍光検出ユニット３２０による蛍光βの検出が行われてもよい。この場合は、検出システム３００は、検出チップ４００を第１の位置および第２の位置に移動させるための搬送ユニットをさらに有する。
【０１０４】
（検出方法）
次に、検出システム３００を用いた被検出物質の検出方法について説明する。図１６は、本実施の形態の検出方法を行う際の検出システム３００の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【０１０５】
まず、検出の準備をする（工程Ｓ１１０）。具体的には、検出システム３００の所定の位置に検出チップ４００を設置する。また、検出チップ４００の反応場４２６上に保湿剤が存在する場合には、収容部２１１内を洗浄して反応場４２６上の保湿剤を除去する。この後、制御部３５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内に測定用緩衝液を導入させる。
【０１０６】
次いで、検出チップ４００の回折格子４２８（金属膜４２５）に対する励起光αの入射角を共鳴角に設定する（工程Ｓ１２０）。具体的には、制御部３５０は、光源ユニット１１１および第１角度調整部１１２を制御して、励起光αを回折格子４２８に照射させながら、回折格子４２８に対する励起光αの入射角を走査する。これと同時に、制御部３５０は、検出部１２５および第２角度調整部３２６を制御して、励起光の反射光α’を検出させる。このとき、制御部３５０は、位置切替部１２４を制御して、光学フィルター１２２を光路外に移動させる。制御部３５０は、励起光αの入射角と反射光α’の強度との関係を含むデータを得る。そして、制御部３５０は、データを解析して、反射光α’の強度が最小となる入射角（共鳴角）を決定する。最後に、制御部３５０は、第１角度調整部１１２を制御して、回折格子４２８に対する励起光αの入射角を共鳴角に設定する。
【０１０７】
次いで、光学ブランク値を測定する（工程Ｓ１３０）。具体的には、制御部３５０は、光源ユニット１１１を制御して、励起光αを回折格子４２８に照射させる。これと同時に、制御部３５０は、検出部１２５および第２角度調整部３２６を制御して、蛍光βと同じ波長の背景光の光量を検出させる。このとき、制御部３５０は、位置切替部１２４を制御して、光学フィルター１２２を光路上に移動させる。また、制御部３５０は、第２角度調整部３２６を制御して、金属膜４２５の垂線に対する蛍光検出ユニット３２０の光軸の角度を適切な角度（好ましくは工程Ｓ１６０における蛍光ピーク角）にする。たとえば、金属膜４２５の垂線に対する蛍光検出ユニット３２０の光軸の角度は、金属膜４２５に対する励起光αの入射角の２倍程度であればよい。制御部３５０は、測定された背景光の光量をブランク値として記録する。
【０１０８】
次いで、検出チップ４００の収容部２１１内に検体を導入し、反応場４２６の第１の捕捉体に、検体中に含まれる被検出物質を特異的に結合させる（１次反応（工程Ｓ１４０））。具体的には、制御部３５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の測定緩衝液を除去させるとともに、収容部２１１内に検体を導入させる。また、制御部３５０は、加振部１４０を制御して、検出チップ４００を振動させて収容部２１１内の検体を撹拌させる。この後、制御部３５０が、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の検体を除去させるとともに、収容部２１１内に洗浄液を導入させて、収容部２１１内を洗浄する。このときも、制御部３５０は、加振部１４０を制御して、検出チップ４００を振動させて収容部２１１内の洗浄液を撹拌させる。実施の形態１に係る検出システム１００と同様に、検体および被検出物質の種類は、特に限定されない。
【０１０９】
次いで、回折格子４２８上の第１の捕捉体に結合した被検出物質に、蛍光物質で標識された第２の捕捉体を結合させる（２次反応（工程Ｓ１５０））。これにより、被検出物質が間接的に蛍光物質で標識される。具体的には、制御部３５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の洗浄液を除去させるとともに、収容部２１１内に第２の捕捉体を含む標識液を導入させる。また、制御部３５０は、加振部１４０を制御して、検出チップ４００を振動させて収容部２１１内の標識液を撹拌させる。この後、制御部３５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の標識液を除去させるとともに、収容部２１１内に洗浄液を導入させて、収容部２１１内を洗浄する。このときも、制御部３５０は、加振部１４０を制御して、検出チップ４００を振動させて収容部２１１内の洗浄液を撹拌させる。さらに、制御部３５０は、ピペット制御部１３６を制御して、収容部２１１内の洗浄液を除去させるとともに、収容部２１１内に測定用緩衝液を導入させる。
【０１１０】
次いで、被検出物質を標識する蛍光物質からの蛍光値を測定する（工程Ｓ１６０）。具体的には、制御部３５０は、光源ユニット１１１を制御して、励起光αを、ウェル本体２１０の側壁および収容部２１１内の測定用緩衝液を介して回折格子４２８（反応場４２６）に照射させる。これと同時に、制御部３５０は、検出部１２５および第２角度調整部３２６を制御して、蛍光βと同じ波長の光（その大部分は収容部２１１内の測定用緩衝液およびウェル本体２１０の側壁を透過してきた蛍光β）の光量を検出させる。このとき、制御部３５０は、位置切替部１２４を制御して、光学フィルター１２２を光路上に移動させる。また、制御部３５０は、第２角度調整部３２６を制御して、金属膜４２５の垂線に対する蛍光検出ユニット３２０の光軸の角度を適切な角度（好ましくは蛍光ピーク角）にする。たとえば、金属膜４２５の垂線に対する蛍光検出ユニット３２０の光軸の角度は、金属膜４２５に対する励起光αの入射角の２倍程度であればよい。制御部３５０は、測定された光量を蛍光値として記録する。
【０１１１】
最後に、被検出物質の存在または量を算出する（工程Ｓ１７０）。蛍光値は、主として、被検出物質を標識する蛍光物質に由来する蛍光成分（シグナル値）と、光学ブランク値とを含む。したがって、制御部３５０は、工程Ｓ１６０で得られた蛍光値から工程Ｓ１３０で得られた光学ブランク値を引くことで、被検出物質の量に相関するシグナル値を算出することができる。そして、あらかじめ作成しておいた検量線により、被検出物質の量や濃度などに換算する。
【０１１２】
以上の手順により、検体に含まれる被検出物質の存在または量を検出することができる。
【０１１３】
（効果）
以上のように、本実施の形態に係る検出チップ４００、検出システム３００および検出方法によれば、収容部２１１内の液体の液面を透過させずに蛍光βを検出するため、液面および気泡による検出結果への影響を抑制して、被検出物質を高い信頼性で検出することができる。
【０１１４】
また、本実施の形態に係る検出チップ４００、検出システム３００および検出方法によれば、反応場４２６が収容部２１１の底面ではなく側面に配置されているため、収容部２１１内の液体を除去するときにピペットチップ１３５を収容部２１１の底面に接触させて収容部２１１内の液体をほぼ完全に除去することができる。これにより、収容部２１１内における検体や標識液、洗浄液の残液量が低減するため、その次に行われる反応部４２６における反応、または収容部２１１内の洗浄を、効率よく行うことができる。これらの観点からも、被検出物質を高い信頼性で検出することができる。
【０１１５】
なお、本実施の形態では、励起光αの光軸および反射光α’の光軸を含む平面が収容部２１１の深さ方向に沿うように回折格子４２８に励起光αを照射する検出チップ、検出システムおよび検出方法について説明したが、本実施の形態に係る検出チップ、検出システムおよび検出方法は、これに限定されない。たとえば、図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるように、本実施の形態に係る検出システムは、励起光αの光軸および反射光α’の光軸を含む平面が水平方向に沿うように回折格子４２８に励起光αを照射してもよい。この場合、凸部の配列方向が水平方向に沿うように回折格子４２８が配置され、蛍光βも水平方向に沿って放出される。したがって、光源ユニット１１１および検出部１２５は、検出チップ４００と同じ高さに配置されうる。また、この場合、収容部２１１の形状によっては、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの反応場４２６が配置されている側の側壁および反応場４２６と対向する側壁以外の２つの側壁のうちの一方を透過させて励起光αを照射し、他方を透過させて蛍光βを検出することもできる。もちろん、収容部２１１の形状によっては、収容部２１１を構成する４つの側壁のうちの反応場４２６と対向する側壁を透過させて励起光αを照射し、蛍光βを検出することもできる。
【０１１６】
また、本実施の形態では、収容部２１１側から回折格子４２８に励起光αを照射する検出チップ、検出システムおよび検出方法について説明したが、本実施の形態に係る検出チップ、検出システムおよび検出方法は、これに限定されない。たとえば、図１８Ａおよび図１８Ｂに示されるように、本実施の形態に係る検出システムは、基板４２１側から回折格子４２８に励起光αを照射してもよい（例えば以下の非特許文献１を参照）。このように基板４２１側から回折格子４２８に励起光αを照射した場合、励起光αの一部は金属膜４２５を透過して回折格子４２８に到達し、ＳＰＲを生じさせる。そして、ＳＰＲにより増強された電場により蛍光物質が励起され、所定の方向に指向性を持った蛍光βが出射される。したがって、光源ユニット１１１および検出部１２５は、検出チップ４００と同じ高さに配置されうるが、検出チップ４００は、光源ユニット１１１および検出部１２５の間に位置することとなる（図１参照）。なお、図１８Ａおよび図１８Ｂに示される例では、凸部の配列方向が水平方向に沿うように回折格子４２８が配置され、蛍光βも水平方向に沿って放出される。また、このように基板４２１側から回折格子４２８に励起光αを照射する場合、基板４２１は、励起光αに対して透明な誘電体からなることが好ましく、回折格子４２８は金属膜４２５の両面に形成されていることが好ましい。基板４２１の材料の例には、励起光αに対して透明な樹脂およびガラスが含まれる。たとえば、樹脂からなる基板４２１の表面にＵＶ樹脂を用いたナノインプリントにより回折格子を形成し、その上に金属膜４２５を形成することで、金属膜４２５の両面に回折格子４２８を形成することができる。また、このように基板４２１側から回折格子４２８に励起光αを照射する場合、工程Ｓ２０では励起光αの入射角を共鳴角に設定してもよいが、励起光αの入射角を増強角に設定してもよい。励起光αの入射角を増強角に設定する場合は、金属膜４２５に対する励起光αの入射角を走査するとともに、回折格子４２８から放出されたプラズモン散乱光γの光量を検出部１２５により検出する。そして、プラズモン散乱光γの光量が最大となったときの励起光αの入射角を増強角として決定する。
非特許文献１：Tawa K., et al., "Zinc Oxide-Coated Plasmonic Chip Modified with a Bispecific Antibody for Sensitive Detection of a Fluorescent Labeled-Antigen", Anal. Chem., Vol. 83, pp. 5944-5948.
【０１１７】
［その他の実施の形態］
上記各実施の形態では、側壁部材２２０が光学素子としてプリズム２２１を含む検出チップ２００または側壁部材２２０が光学素子として回折格子４２８を含む検出チップ４００を用いた態様について説明したが、検出チップは、他の光学素子を含んでいてもよい。検出チップが含みうる光学素子の例には、プリズム、微細な凸部または凹部が周期的に配列されている部材（例えば、回折格子やナノホールアレイ、ナノ粒子層など）、光導波路（光ファイバーを含む）、光反射部材が含まれる。光学素子の種類に関わらず、反応場は、直接、または他の部材（例えば金属膜）を介して光学素子の上に配置される。
【０１１８】
実施の形態１で説明したように、側壁部材がプリズムを含む場合は、ＰＣ−ＳＰＦＳやＳＰＲ法、エバネッセント蛍光法などを利用して被検出物質を検出することができる。この場合、反応場は、金属膜を介して、または金属膜を介さずに、プリズムの反射面上に配置される。
【０１１９】
また、実施の形態２で説明したように、側壁部材が、微細な凸部または凹部が周期的に配列されており、かつその表面が金属で被覆されている回折格子を含む場合は、ＧＣ−ＳＰＦＳなどを利用して被検出物質を検出することができる。この場合、反応場は、回折格子上に配置される。
【０１２０】
一方、側壁部材が、金属膜にナノサイズの貫通孔が所定の間隔で設けられているナノホールアレイを含む場合は、ＳＰＲを利用した検出方法などを利用して被検出物質を検出することができる（例えば以下の非特許文献２を参照）。この場合、ナノホールアレイは、第２開口を介して収容部内に露出しており、反応場は、ナノホールアレイ上に配置される。
非特許文献２：De Leebeeck A., et al., "On-Chip Surface-Based Detection with Nanohole Arrays", Anal. Chem., Vol. 79, pp. 4094-4100.
【０１２１】
また、側壁部材が、金属で被覆されたナノ粒子が配列されているナノ粒子層を含む場合は、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を利用した検出方法などを利用して被検出物質を検出することができる（例えば以下の非特許文献３を参照）。この場合、ナノ粒子層は、第２開口を介して収容部内に露出しており、反応場は、ナノ粒子層上に配置される。
非特許文献３：Kurita M, "Precious Metals for Localized Surface Plasmon Resonance Measurement Applications", J. Surf. Finish. Soc. Jpn., Vol. 62, pp. 306-308.
【０１２２】
また、側壁部材が光ファイバーを含む場合は、ＳＰＲを利用した検出方法やエバネッセント光を利用した検出方法などを利用して被検出物質を検出することができる（例えば以下の非特許文献４および非特許文献５を参照）。この場合、光ファイバーの側面の少なくとも一部は、第２開口を介して収容部内に露出しており、反応場は、金属膜を介して収容部内に露出している光ファイバーの側面上に配置される。
非特許文献４：Slavik R., et al., "A miniature fiber optic surface plasmon resonance sensor for fast detection of staphylococcal enterotoxin B", Biosensors and
Bioelectronics, Vol. 17, pp. 591-595.
非特許文献５：Tsunoda K., "Waveguide Chemical- and Bio-Sensors Using Evanescent Wave", Kogaku (Japanese Journal of Optics: Publication of the Optical Society of Japan), Vol. 34, pp. 513-517.
【０１２３】
また、側壁部材が光導波路を含む場合は、エバネッセント光を利用した検出方法などを利用して被検出物質を検出することができる（例えば以下の非特許文献６を参照）。この場合、光導波路の側面の少なくとも一部は、第２開口を介して収容部内に露出しており、反応場は、収容部内に露出している光導波路の側面上に配置される。
非特許文献６：Higashino I., "光導波路センサを用いた小型臨床検査装置用の簡易定量検査技術", Toshiba Review, Vol. 67, pp. 60-61.
【０１２４】
また、側壁部材が光反射部材を含む場合は、反射干渉分光法（ＲＩｆＳ）を利用した検出方法などを利用して被検出物質を検出することができる（例えば以下の非特許文献７を参照）。この場合、光反射部材は、第２開口を介して収容部内に露出しており、反応場は、光反射部材上に配置される。
非特許文献７：Kurihara Y. et al., "The Promise of Expanding Areas of Application for Reflectometric Interference Spectroscopy", Konica Minolta Technology Report, Vol. 9, pp. 29-35.
【０１２５】
本出願は、２０１６年７月２８日出願の特願２０１６−１４８３４５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】
【０１２６】
本発明に係る検出チップ、検出システムおよび検出方法によれば、反応工程中における収容部内の液体の残存による検出精度の低下を抑制することができ、かつ検出工程中における収容部内の液体の液面による影響を抑制して被検出物質を高い信頼性で検出することができる。したがって、本発明に係る検出チップ、検出システムおよび検出方法は、例えば臨床検査などに有用である。
【符号の説明】
【０１２７】
１００、３００  検出システム
１１０、３１０  励起光照射ユニット
１１１  光源ユニット
１１２  第１角度調整部
１２０、３２０  蛍光検出ユニット
１２１  第１レンズ
１２２  光学フィルター
１２３  第２レンズ
１２４  位置切替部
１２５  検出部
１３０  送液ユニット
１３１  液体チップ
１３２  ピペット
１３３  シリンジポンプ
１３４  ノズルユニット
１３５  ピペットチップ
１３６  ピペット制御部
１４０  加振部
１５０、３５０  制御部
２００、４００  検出チップ
２１０  ウェル本体
２１１  収容部
２１２  第１開口
２１３  第２開口
２１４  保持部
２２０、４２０  側壁部材
２２１  プリズム
２２２  入射面
２２３  反射面
２２４  出射面
２２５、４２５  金属膜
２２６、４２６  反応場
２２７、４２７  捕捉領域
２３０  第２収容部
２４０  液面
３２６  第２角度調整部
４２１  基板
４２８  回折格子
α  励起光
α’  励起光の反射光
β  蛍光
γ  プラズモン散乱光
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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