(57)【要約】【課題】簡易な構造で、ゲル状物質生成初期のゲル粒子及びその成長過程に関する情報を検出可能であり、光源選択の自由度が高く、少量の試薬及び試料の量でゲル状物質情報をリアルタイムかつ高感度に検出する。【解決手段】ゲル状物質検出装置１は、被検出物質を含む液体の試料及び前記被検出物質と反応してゲル状物質を生成する試薬が表面上に導入されるとともに裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に近接場を形成可能な検出板２が配される液体保持部と、前記全反射条件で検出板２の前記裏面側から前記光を照射可能とされる光源５と、検出板２の前記表面側に配され、前記表面上の領域を検出領域とし前記光の照射に伴いゲル状物質から発せられる散乱光を検出可能とされる検出部６と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物質を含む液体の試料及び前記被検出物質と反応してゲル状物質を生成する試薬が表面上に導入されるとともに裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に近接場を形成可能な検出板が配され、かつ、導入された前記試料及び前記試薬が前記検出板の前記表面上に保持される液体保持部と、
前記全反射条件で前記検出板の前記裏面側から前記光を照射可能とされる光照射部と、前記検出板の前記表面側に配され、前記表面上の領域を検出領域とし前記光の照射に伴いゲル状物質から発せられる散乱光を検出可能とされる検出部と、
を有することを特徴とするゲル状物質検出装置。
【請求項２】
検出部が、散乱光を含む検出領域の様子を２次元画像として取得可能とされる請求項１に記載のゲル状物質検出装置。
【請求項３】
液体保持部が、試料及び試薬の導入部が形成されるとともに検出板と前記検出板の被覆部とで少なくとも前記検出板表面上の近接場形成領域を含む空間を画成する中空部で構成され、かつ、少なくとも前記検出板表面上の検出領域及び光検出部の間に配される部位が光透過性を有する請求項１から２のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
【請求項４】
液体保持部が、試料及び試薬を攪拌可能な攪拌部を備える請求項１から３のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
【請求項５】
液体保持部が、試料及び試薬の温度を調節する温度調節部を備える請求項１から４のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
【請求項６】
検出板が、裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とがこの順で積層されて構成される請求項１から５のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
【請求項７】
金属層又は半導体層が、Ｓｉ層及び１０モル％〜３０モル％のＧｅを含むＳｉＧｅ層のいずれかの半導体層で形成される請求項６に記載のゲル状物質検出装置。
【請求項８】
誘電体層が、ＳｉＯ２層で形成される請求項６から７のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
【請求項９】
検出板の厚み方向に対して傾斜する角度で表され、かつ、前記検出板が光を全反射する条件を律する最小の角度を臨界角としたときに、前記臨界角以上前記臨界角より７度大きい角度以下の角度で前記検出板が裏面側から前記光の照射を受ける位置に光照射部が配される請求項６から８のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
【請求項１０】
被検出物質を含む液体の試料及び前記被検出物質と反応してゲル状物質を生成する試薬が表面上に導入されるとともに裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に近接場を形成可能な検出板が配され、かつ、導入された前記試料及び前記試薬が前記検出板の前記表面上に保持される液体保持部に対し、前記試料及び前記試薬を導入する液体導入工程と、
前記全反射条件で前記検出板の前記裏面側から前記光を照射する光照射工程と、前記表面上の領域を検出領域とし前記光の照射に伴いゲル状物質から発せられる散乱光を検出する検出工程と、
を含むことを特徴とするゲル状物質検出方法。
【請求項１１】
検出工程が、散乱光を含む検出領域の様子を２次元画像として取得する請求項１０に記載のゲル状物質検出方法。
【請求項１２】
検出工程が、複数の２次元画像を経時的に取得する工程である請求項１１に記載のゲル状物質検出方法。
【請求項１３】
裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とがこの順で積層されて構成される検出板を用いる請求項１０から１２のいずれかに記載のゲル状物質検出方法。
【請求項１４】
光照射工程が、検出板の厚み方向に対して傾斜する角度で表され、かつ、前記検出板が光を全反射する条件を律する最小の角度を臨界角としたときに、前記臨界角以上前記臨界角より７度大きい角度以下の角度で前記検出板の裏面側に対し前記光を照射する工程である請求項１３に記載のゲル状物質検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の全反射に伴って生成される近接場を利用してゲル状物質の散乱光を検出するゲル状物質検出装置及びゲル状物質検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料にゲル化反応を生じる試薬を混ぜて、ゲル化反応によって液体中に生じるゲル状物質を検出することによって、前記試料中におけるゲル化を生じた原因物質の検出が行われている。例えば、医療分野において、エンドトキシンの除去確認やβ−Ｄ−グルカンの検出等を目的として、前記ゲル状物質の検出が行われている。
【０００３】
従来の前記ゲル状物質の検出方法の例としては、ゲル化法が挙げられる。例えば、前記試薬としてカブトガニ由来のリムルス試薬を用いた前記エンドトキシンの検出にこのゲル化法は用いられている。これは、前記リムルス試薬が前記エンドトキシンに特異的に反応し、凝集塊となる現象を利用し、試料と前記リムルス試薬とを混合して静置し、一定時間後に転倒して混合溶液のゲル化を確認する方法である。前記ゲル化法では、ゲル化を起こす前記試料の最大希釈倍率をもって、前記試料中の原因物質を定量する。
【０００４】
前記ゲル化法に類似する方法として、比濁時間分析法（特許文献１参照）、発色合成基質法が知られている。
前記比濁時間分析法では、前記試料のゲル化反応に伴う濁度変化を光学的手法で計測し、前記原因物質の定量を行う。また、前記発色合成基質法では、前記試料のゲル化反応に応じて発色基を生成する合成基質を用い、前記発色基の量を比色定量して前記原因物質の定量を行う。
【０００５】
しかしながら、前記ゲル化法、前記比濁時間分析法及び前記発色合成基質法では、ゲル化反応が進行した結果として生じる各種状態を定量的に評価して前記ゲル化の検出を行うため、前記ゲル状物質生成初期のゲル粒子及びその成長過程に関する情報が得られない問題がある。前記ゲル状物質生成初期のゲル粒子及びその成長過程に関する情報が得られる場合、検出情報から粒子サイズ成長の有無等を確認して、検出対象となる前記ゲル状物質の情報と、夾雑物やノイズの情報とを高精度に判別できる。
また、前記ゲル化法、前記比濁時間分析法及び前記発色合成基質法では、定量評価に必要な前記試料の量が比較的多量であり、前記リムルス試薬が比較的高価であることから、検出に必要な前記リムルス試薬の量を低減させることが求められる。また、前記試料として例えば血液を生体から取得する場合には、身体的負担を考慮すると、検出に必要な前記試料の量を低減させることが求められる。
【０００６】
前記ゲル状物質生成初期のゲル粒子及びその成長過程に関する情報を測定するニーズに応えて開発された前記ゲル状物質の検出方法として、ゲル粒子測定装置が提案されている。
前記ゲル粒子測定装置では、前記試料及び前記試薬を導入する試料セルの側方から光を入射して、前記試料セル内の前記ゲル粒子からの散乱光を生じさせ、この散乱光を光検出器で測定することで前記ゲル粒子の検出を行う。
より具体的には、前記試料セルに前記光を入射し、９０°側方散乱光を前記光検出器で検出することでゲル粒子の検出を行うものや、より高度な計測のため、前記試料セルにコヒーレント光を入射し、その透過光及び前方・側方・後方各散乱光を前記光検出器で検出することで、これらの変動成分から前記ゲル粒子生成の検出や粒度計測を行う前記ゲル粒子測定装置が提案されている（特許文献２，３参照）。
【０００７】
しかしながら、前記ゲル粒子測定装置では、前記透過光及び前記前方・側方・後方各散乱光を検出するための前記光検出器を各方向に設ける必要があり、装置が大型化、複雑化する問題がある。また、検出の高感度化のためには、光源を高出力化するか、光路長を長く設定する必要がある。前記光路長を長くするためには前記試料セルのサイズを大きくする必要があり、前記試料セルに導入する前記試薬及び前記試料の量が比較的多量となる問題がある。この問題は、前記原因物質の濃度が低い前記試料に対する測定を目的とする場合には、前記光路長をより長く設定する必要があるため、より一層大きくなる。
なお、装置が大型化、複雑化することを避ける目的で、複合ゲル粒子検出器（特許文献４参照）が提案されているが、この提案においても検出器（受光素子）を複数方向に設ける必要がある点で前記ゲル粒子測定装置と変わりがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−  ９３５３６号公報
【特許文献２】特許第４５５１９８０号公報
【特許文献３】特許第５０１４４６６号公報
【特許文献４】特開２０１５−１２１４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、簡易な構造で、ゲル状物質生成初期のゲル粒子及びその成長過程に関する情報を検出可能であり、光源選択の自由度が高く、少量の試薬及び試料の量で、ゲル状物質情報をリアルタイムかつ高感度に検出可能なゲル状物質検出装置及びゲル状物質検出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】
【００１０】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  被検出物質を含む液体の試料及び前記被検出物質と反応してゲル状物質を生成する試薬が表面上に導入されるとともに裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に近接場を形成可能な検出板が配され、かつ、導入された前記試料及び前記試薬が前記検出板の前記表面上に保持される液体保持部と、前記全反射条件で前記検出板の前記裏面側から前記光を照射可能とされる光照射部と、前記検出板の前記表面側に配され、前記表面上の領域を検出領域とし前記光の照射に伴いゲル状物質から発せられる散乱光を検出可能とされる検出部と、を有することを特徴とするゲル状物質検出装置。
＜２＞  検出部が、散乱光を含む検出領域の様子を２次元画像として取得可能とされる前記＜１＞に記載のゲル状物質検出装置。
＜３＞  液体保持部が、試料及び試薬の導入部が形成されるとともに検出板と前記検出板の被覆部とで少なくとも前記検出板表面上の近接場形成領域を含む空間を画成する中空部で構成され、かつ、少なくとも前記検出板表面上の検出領域及び光検出部の間に配される部位が光透過性を有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
＜４＞  液体保持部が、試料及び試薬を攪拌可能な攪拌部を備える前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
＜５＞  液体保持部が、試料及び試薬の温度を調節する温度調節部を備える前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
＜６＞  検出板が、裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とがこの順で積層されて構成される前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
＜７＞  金属層又は半導体層が、Ｓｉ層及び１０モル％〜３０モル％のＧｅを含むＳｉＧｅ層のいずれかの半導体層で形成される前記＜６＞に記載のゲル状物質検出装置。
＜８＞  誘電体層が、ＳｉＯ２層で形成される前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
＜９＞  検出板の厚み方向に対して傾斜する角度で表され、かつ、前記検出板が光を全反射する条件を律する最小の角度を臨界角としたときに、前記臨界角以上前記臨界角より７度大きい角度以下の角度で前記検出板が裏面側から前記光の照射を受ける位置に光照射部が配される前記＜６＞から＜８＞のいずれかに記載のゲル状物質検出装置。
＜１０＞  被検出物質を含む液体の試料及び前記被検出物質と反応してゲル状物質を生成する試薬が表面上に導入されるとともに裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に近接場を形成可能な検出板が配され、かつ、導入された前記試料及び前記試薬が前記検出板の前記表面上に保持される液体保持部に対し、前記試料及び前記試薬を導入する液体導入工程と、前記全反射条件で前記検出板の前記裏面側から前記光を照射する光照射工程と、前記表面上の領域を検出領域とし前記光の照射に伴いゲル状物質から発せられる散乱光を検出する検出工程と、を含むことを特徴とするゲル状物質検出方法。
＜１１＞  検出工程が、散乱光を含む検出領域の様子を２次元画像として取得する前記＜１０＞に記載のゲル状物質検出方法。
＜１２＞  検出工程が、複数の２次元画像を経時的に取得する工程である前記＜１１＞に記載のゲル状物質検出方法。
＜１３＞  裏面から表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とがこの順で積層されて構成される検出板を用いる前記＜１０＞から＜１２＞のいずれかに記載のゲル状物質検出方法。
＜１４＞  光照射工程が、検出板の厚み方向に対して傾斜する角度で表され、かつ、前記検出板が光を全反射する条件を律する最小の角度を臨界角としたときに、前記臨界角以上前記臨界角より７度大きい角度以下の角度で前記検出板の裏面側に対し前記光を照射する工程である前記＜１３＞に記載のゲル状物質検出方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、簡易な構造で、ゲル状物質生成初期のゲル粒子及びその成長過程を検出可能であり、光源選択の自由度が高く、少量の試薬及び試料の量で、ゲル状物質情報をリアルタイムかつ高感度に検出可能なゲル状物質検出装置及びゲル状物質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】第１実施形態の概要を説明するための説明図である。
【図２】ゲル化反応初期における散乱光の発生状況を説明する説明図である。
【図３】ゲル化反応が進んだ状態における散乱光の発生状況を説明する説明図である。
【図４】第２実施形態の概要を説明するための説明図である。
【図５】近接場（増強電場）の強度が照射光の強度と同じ強度にまで減衰する検出板表面からの距離と入射角の臨界角からの角度との関係を示す図である。
【図６（ａ）】実施例１における観察開始時点の顕微鏡像を示す図である。
【図６（ｂ）】実施例１における観察開始後６０分経過時点の顕微鏡像を示す図である。
【図６（ｃ）】比較例における観察開始後６０分経過時点の顕微鏡像を示す図である。
【図７（ａ）】実施例２における観察開始時点の顕微鏡像を示す図である。
【図７（ｂ）】実施例２における観察開始後３０秒経過時点の顕微鏡像を示す図である。
【図７（ｃ）】実施例２における観察開始後１０分経過時点の顕微鏡像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（ゲル状物質検出装置）
本発明のゲル状物質検出装置は、液体保持部、光照射部、検出部を有する。
【００１４】
＜液体保持部＞
前記液体保持部は、検出板が配され、かつ、導入される前記被検出物質を含む液体の試料及び前記被検出物質と反応してゲル状物質を生成する試薬が前記検出板の表面上に保持される部であり、前記試料と前記試薬とを保持してこれらがゲル化反応する場を与える。
【００１５】
前記試料としては、例えば、血液製剤やヒト血漿等が挙げられる。また、前記試薬としては、例えば、リムルス試薬、トロンビン試薬等が挙げられる。また、前記被検出物質としては、例えば、エンドトキシン、β−Ｄ−グルカン、フィブリン等が挙げられる。
なお、前記試料及び前記試薬としては、前記被検出物質と前記試薬とのゲル化反応により生ずるものであれば、例示したものに限定されない。
また、前記ゲル状物質としては、前記被検出物質と前記試薬とのゲル化反応により生ずるものであれば、ゲル粒子であっても、ゲル粒子が凝集した凝集体であっても検出可能とされる。
【００１６】
前記検出板は、前記試料及び前記試薬が表面上に導入されるとともに裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に近接場を形成可能とされる。
前記検出板の構成としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、単層で構成されてもよく、電場増強を目的とした積層体で構成されてもよい。
なお、前記検出板の全反射面を構成する面としては、前記全反射が生じるように光学的に平坦な面であることが好ましい。
【００１７】
前記検出板を前記単層で構成する場合、この単層の表面を全反射面として前記照射光を全反射させると、表面近傍にエバネッセント場が生じることとなる。このような現象は、照射される光が前記単層を透過する程度に光透過性を有する材料であれば、材料に依存することなく一般に生じる現象であるため、前記単層の形成材料としては、特に制限はなく、公知の光透過性を有する検出板形成材料から適宜選択することができる。
【００１８】
前記検出板を前記積層体で構成する場合、前記積層体としては特に制限はなく、例えば下記参考文献１〜７に記載される、電場増強を目的とした公知の検出板を採用することができる。特に、前記裏面から前記表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とがこの順で積層されて構成されるように前記検出板を構成すると、前記検出板裏面側から照射される前記光によって前記誘電体層内に導波モードが励起され、前記検出板の表面近傍に増強電場が得られ、その結果、前記ゲル状物質から発せられる散乱光の強度を高め、より一層感度を向上させることができる。
なお、本明細書において「近接場」とは、前記エバネッセント場及び前記増強電場のいずれかを示す。これら前記エバネッセント場及び前記増強電場は、いずれも前記検出板の表面近傍のみに形成され、前記検出板から遠ざかるにつれて急激に減衰する性質を有する。
参考文献１：M. Fujimaki et al. Optics Express, Vol. 23 (2015) pp.10925 - 10937
参考文献２：O.R.Bolduc et al. Talanta, Vol. 77 (2009) pp. 1680 - 1687
参考文献３：R. Cush et al. Biosensors and Bioelectronics, Vol. 8 (1993) pp. 347 - 353
参考文献４：P.E. Buckle et al. Biosensors and Bioelectronics, Vol. 8 (1993) pp. 355 - 363
参考文献５：C. Nylander et al. Sensors and Actuators, Vol. 3 (1982/83) pp. 79 - 88
参考文献６：R.P. Podgorsek et al. Sensors and Actuators, B 38 - 39 (1997) pp. 349 - 352
参考文献７：S. Hayashi et al. Applied Physics Express Vol. 8, 022201 (2015)
【００１９】
前記光透過性基板の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、ガラスやプラスチック等、公知の光透過性誘電体から適宜選択することができる。
【００２０】
前記積層体における前記金属層又は前記半導体層の形成材料としては、特に制限はなく、前記参考文献１に記載されているような公知の導波モードセンサの検出板に用いられるものから適宜選択することができるが、Ｓｉ層及び１０モル％〜３０モル％のＧｅを含むＳｉＧｅ層のいずれかの半導体層で形成されることが好ましい。
即ち、前記金属層又は前記半導体層を前記Ｓｉ層として形成すると電場増強作用を向上させることができる。
また、前記電場増強作用を向上させる観点からは、層の屈折率が大きい方が有利であるが、単結晶Ｓｉに比べて成膜が容易な微結晶を含む多結晶又はアモルファスのＳｉは、前記単結晶Ｓｉよりも屈折率が小さい。しかしながら、こうした多結晶又はアモルファスのＳｉに対し、１０モル％〜３０モル％の含有率でＧｅを含ませると、高屈折率の前記半導体層を容易に成膜することができる。ただし、前記含有率が１０モル％未満であると十分な屈折率が得られないことがあり、３０モル％を超えると光吸収が大きくなり、延いては光の減衰が大きくなるため、却って前記電場増強作用の低下を招くことがある。
なお、前記微結晶とは、結晶粒の最大粒径が大きくとも３０ｎｍである単結晶を意味する。
【００２１】
前記積層体における誘電体層としては、特に制限はなく、ＳｉＯ２、フリントガラス、クラウンガラス等の公知の光透過性誘電体を用いることができるが、中でも、前記Ｓｉ層の表面側を酸化処理することで成膜できる等、簡便に製造することができるため、前記誘電体層を前記ＳｉＯ２で形成することが好ましい。
なお、本明細書において「光透過性」とは、各材料が本発明の形態において使用される厚さにおいて、前記照射光の透過率が０．５％以上であることを示す。
【００２２】
前記液体保持部の構成としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記検出板自身で構成されてもよく、また、前記試料及び前記試薬を、カバーガラス等の光透過性部材と前記検出板とで挟み、前記試料及び前記試薬の液層を前記検出板表面上に保持する構成でもよい。
また、前記液体保持部の構成としては、公知の液体セル、公知の液体流路を前記近接場形成領域に対応するサイズに対応させたもので構成されてもよい。
また、前記液体保持部の構成としては、前記試料及び前記試薬の導入部が形成されるとともに前記検出板と前記検出板の被覆部とで少なくとも前記検出板表面上の近接場形成領域を含む空間を画成する中空部で構成され、かつ、少なくとも前記検出板表面上の検出領域及び光検出部の間に配される部位が光透過性を有する構成が好ましい。このような中空部を有する構成とすると、前記近接場形成領域が前記検出板表面上近傍の僅かな領域に形成されるため、前記導入部から前記中空部内に前記試料及び前記試薬を引き込むように導入し易く、また、前記中空部の容量設定に伴い前記試料及び前記試薬の量を安定して低減させることが可能となる。
なお、前記液体保持部としては、前記試料及び前記試薬を保持する領域を複数分画して設けることでマルチチャンネル化させてもよい。
【００２３】
また、前記液体保持部としては、特に制限はないが、前記ゲル化反応を推進する目的で前記試料及び前記試薬を攪拌可能な攪拌部を備えることとしてもよい。前記攪拌部としては、例えば、公知の電動スクリュー、磁界を用いた撹拌子等の公知の攪拌用部材を用いることができる。
また、前記液体保持部としては、前記ゲル化反応を促進する目的で前記試料及び前記試薬の温度を調節する温度調節部を備えることとしてもよい。前記温度調節部としては、例えば、公知の恒温槽等に用いられる各種ヒーター、ペルチェ素子等の公知の温度調節部材を用いることができる。
【００２４】
＜光照射部＞
前記光照射部は、前記全反射条件で前記検出板の前記裏面側から前記光を照射可能とされる。
前記光照射部の光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のランプ、ＬＥＤ、レーザー等が挙げられる。即ち、前記ゲル状物質検出装置においては、前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射することで前記表面近傍に形成される前記近接場が前記ゲル状物質から散乱光を発生させることを検出原理とするため、前記光照射部に求められる役割としては、前記検出板の前記裏面側から前記全反射条件で前記光を照射することのみであり、このような役割を担うものであれば前記光源の選択に制限がない。
【００２５】
なお、前記ランプ、ＬＥＤ等の放射光源を用いる場合には、前記検出板の表面側からの照射光の漏れ出しを避けるため、放射される光のうち前記検出板の前記裏面側に照射される全ての方位における光が前記全反射条件を満たす必要がある。こうしたことから、前記放射光源を用いる場合には、照射光の照射方向を特定の方位に規制するコリメートレンズ等の案内部を用いてもよい。
【００２６】
ここで、前記検出板が前記表面と前記裏面とが平行な板である場合、前記裏面側から照射された前記光は、前記表面上に液体が存在すると全反射されない。よって、このような場合には、前記検出板の裏面部分に回折格子を形成することで、前記回折格子に特定の角度で前記光を照射したときに、前記光が前記回折格子で回折されて前記検出板内に導入されるとともに、前記検出板内に導入された前記光が前記全反射条件で前記表面に照射されて前記表面近傍に近接場が形成されるように前記検出板を構成してもよい。または、前記表面と前記裏面とが平行にならないように形成するとよい。或いは、前記光源から照射される前記光を公知のプリズムを介して前記検出板の前記裏面に照射することとしてもよい。
前記プリズムは、前記検出板の前記裏面に屈折率調整オイル又は光学用接着剤等により光学的に貼り合せて用いることができる。また、前記プリズムの形成材料として、前記光透過性基板又は前記単層の前記検出板の形成材料と同じ形成材料が選択される場合には、前記検出板と前記プリズムとが一体成型されたものを用いることもできる。
【００２７】
前記検出板の厚み方向に対して傾斜する角度で表され、かつ、前記検出板が光を全反射する条件を律する最小の角度を臨界角としたときに、前記臨界角以上前記臨界角より７度大きい角度以下の角度で前記検出板が前記光の照射を受ける位置に前記光照射部が配されると、前記近接場（増強電場）が入射光の強度以上となる前記検出板の表面位置からの距離を長くすることができる。
【００２８】
＜検出部＞
前記検出部は、前記検出板の前記表面側に配され、前記表面上の領域を検出領域とし前記光の照射に伴いゲル状物質から発せられる散乱光を検出可能とされる。前記検出部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のフォトダイオード、光電子増倍管等の光検出器を用いることができる。
既存のゲル粒子測定装置では、前記ゲル粒子の情報を、前記各光検出器の光学観察視野中の信号を積分等して算出する必要があり、２次元画像情報として取得することができない。前記ゲル粒子の情報を前記２次元画像情報として取得することができると、光点として現れる前記２次元画像情報における前記散乱光の位置情報や大きさ情報を時系列で観察することにより、その光点が前記ゲル粒子が成長したものである、前記ゲル粒子が新規に生成されたものである等の前記ゲル粒子に関与する情報を示すものであるか、或いは、夾雑物、ノイズ、光源出力の揺らぎ等の前記ゲル粒子に関与しない情報を示すものであるかを区別することが可能となる。このような２次元画像情報の取得を可能とするには、前記検出部として撮像デバイスを選択すればよい。前記撮像デバイスとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等のイメージセンサを用いることができる。
【００２９】
（ゲル状物質検出方法）
本発明のゲル状物質検出方法は、液体導入工程と、光照射工程と、検出工程とを含む。
なお、前記ゲル状物質検出方法は、前記ゲル状物質検出装置を用いて実施することができる。
【００３０】
前記液体導入工程は、被検出物質を含む液体の試料及び前記被検出物質と反応してゲル状物質を生成する試薬が表面上に導入されるとともに裏面側から全反射条件で照射される光により前記表面上に近接場を形成可能な検出板が配され、かつ、導入された前記試料及び前記試薬が前記検出板の前記表面上に保持される液体保持部に対し、前記試料及び前記試薬を導入する工程である。
前記液体保持部としては、前記ゲル状物質検出装置について説明したものと同様の部として構成され、前記裏面から前記表面に向けて、光透過性基板と金属材料又は半導体材料で形成される金属層又は半導体層と光透過性誘電材料で形成される誘電体層とがこの順で積層されて構成される検出板を用いることが好ましい。
【００３１】
前記光照射工程は、前記全反射条件で前記検出板の前記裏面側から前記光を照射する工程である。
前記光照射工程としては、前記ゲル状物質検出装置について説明した前記光照射部と同様の説明事項により実施することができる。
【００３２】
前記検出工程は、前記表面上の領域を検出領域とし前記光の照射に伴いゲル状物質から発せられる散乱光を検出する工程である。
前記検出工程としては、前記ゲル状物質検出装置について説明した前記検出部と同様の説明事項により実施することができる。特に、前記ゲル粒子の情報を前記２次元画像情報として取得可能であることが好ましい。中でも、前記検出工程が、複数の前記２次元画像を経時的に取得する工程であることが好ましい。前記検出工程がこのような工程であると、光点として現れる前記２次元画像情報における前記散乱光の位置情報や大きさ情報を時系列で観察することができ、その光点が前記ゲル粒子が成長したものである、前記ゲル粒子が新規に生成されたものである等の前記ゲル粒子に関与する情報を示すものであるか、或いは、夾雑物、ノイズ、光源出力の揺らぎ等の前記ゲル粒子に関与しない情報を示すものであるかを区別することができる。
【００３３】
前記ゲル状物質検出装置及び前記ゲル状物質検出方法の例を図面を参照しつつ、より詳細に説明する。
先ず、前記ゲル状物質検出装置の一実施形態に係る第１実施形態を図１を参照しつつ、説明する。なお、図１は、第１実施形態の概要を説明するための説明図である。
【００３４】
図１に示すようにゲル状物質検出装置１は、検出板２と、前記試料及び前記試薬の混合溶液３を検出板２とで挟む態様で混合溶液３の液層を検出板２表面上に保持するように配されたカバーガラス４と、検出板２の裏面に光学的に貼り合せたプリズム１１を介して全反射条件で検出板２の裏面側から光Ｌを照射する光源５（前記光照射部）と、検出板２の表面側に配され、表面上の領域を検出領域とし光Ｌの照射に伴い前記ゲル状物質から発せられる散乱光Ｓを検出可能とされる検出部６とで構成される。なお、検出板２とカバーガラス４とで前記液体保持部が構成される。また、検出部６は、散乱光Ｓを含む前記検出領域の様子を２次元画像として取得可能な前記撮像デバイスで構成される。また、図１に示すゲル状物質検出装置１では、全反射条件で検出板２の裏面側から光Ｌを照射する目的でプリズム１１を配する構成としているが、同じ目的から裏面に前記回折格子が形成された前記検出板を用いることで、プリズム１１に代えることもできる。
【００３５】
ここで、検出板２上に保持される混合溶液３では、ゲル化反応初期において、図２に拡大して示すように混合溶液３に含まれる前記被検出物質と前記試薬とのゲル化反応により、ゲル粒子ｐが生ずる。
ゲル粒子ｐが存在する状態で、光源５から検出板２の表面側に全反射条件で光を照射すると、検出板２の表面近傍に近接場（エバネッセント場）ｆが形成される。この時、ゲル粒子ｐからは近接場ｆにおける励起光（エバネッセント波）を受けて散乱光Ｓが発せられ、散乱光Ｓの前記検出領域における発生状況が２次元画像として検出部６で取得される。即ち、ゲル粒子ｐの発生は、光源５から検出部２への光照射に基づいて瞬時に検出部６で検出される。
なお、図２は、ゲル化反応初期における散乱光の発生状況を説明する説明図である。
【００３６】
次に、ゲル化反応が進んだ状態を図３に示す。ゲル化反応が進行すると、ゲル粒子ｐ同士の間を架橋するように成長した筋状のゲル状物質ｃが生ずる。
このゲル状物質ｃ及び予め存在するゲル粒子ｐは、ゲル粒子ｐの検出と同様に、光源５から検出部２への光照射に基づいて瞬時に検出部６で検出される。
なお、図３は、ゲル化反応が進んだ状態における散乱光の発生状況を説明する説明図である。
【００３７】
以上の通り、ゲル状物質検出装置１では、ゲル粒子ｐ及びゲル状物質ｃの発生を光源５から検出部２への光照射に基づいて瞬時に検出部６で検出することができる。つまり、ゲル状物質検出装置１では、優れた感度が得られる。
また、例えば図２、図３に示すゲル化反応の経時変化を、検出部６から連続的又は断続的に取得される２次元画像を観察することにより、粒子１つ１つの位置情報及びサイズ情報を含むゲル状物質情報をリアルタイムで確認することができる。
【００３８】
また、ゲル状物質検出装置１では、近接場ｆの形成領域に対応する容量分だけあれば前記ゲル状物質の検出を行うことができ、少量の前記試薬及び前記試料の量で前記ゲル状物質情報を検出することができる。
【００３９】
また、ゲル状物質検出装置１では、散乱光を一つの検出部６で検出することができ、複数の方位から検出する場合よりも、より簡便な構造とすることができる。
また、光源５から照射される光Ｌは、検出板２で全反射され検出部６に検出されることがないため、光Ｌは、入射角度が調整されて単に近接場ｆを形成するものであればよい。つまり、ゲル状物質検出装置１では、光源５の選択の自由度が高いといえる。
【００４０】
次に、前記ゲル状物質検出装置の他の実施形態に係る第２実施形態を図４を参照しつつ、説明する。なお、図４は、第２実施形態の概要を説明するための説明図である。
【００４１】
図４に示すようにゲル状物質検出装置２０は、検出板２４が裏面側から表面側に向けて、光透過性基板２１上に金属層又は半導体層２２と誘電体層２３とがこの順で積層された積層構造とされる点で、検出板２が単層で構成されるゲル状物質検出装置１と異なる。
このように構成されるゲル状物質検出装置２０では、ゲル状物質検出装置１について説明したのと同様の効果が得られるほか、照射光Ｌによって誘電体層２３内に導波モードが励起され、検出板２４の表面近傍に増強電場が得られ、その結果、前記ゲル状物質から発せられる散乱光Ｓの光強度が強められ、より一層感度を向上させることができる。即ち、検出板２４の表面近傍に形成される前記近接場（増強電場）によって、前記ゲル状物質から強い散乱光Ｓが発せられ、光源５の出力を上げることなく、より明確に前記ゲル状物質の検出を行うことができる。
【００４２】
ここで、前記導波モードを利用する場合の検出板２４に対する光の入射角度について説明をする。前記導波モードを利用するゲル状物質検出装置２０では、検出板２４の表面近傍に形成される前記近接場（増強電場）が検出板２４表面位置から検出板２４の厚み方向に沿う表面上のより遠い位置まで染み出し、検出板２４の表面位置から距離の長い前記近接場（増強電場）を形成することができる。つまり図２及び図３における近接場ｆの領域をより遠方にまで広げることが可能となる。
特に、検出板２４の厚み方向に対して傾斜する角度で表され、かつ、検出板２４が光Ｌを全反射する条件を律する最小の角度を臨界角θ１としたときに、臨界角θ１以上、臨界角θ１より７度大きい角度θ２以下の角度で検出板２４が裏面側から光Ｌの照射を受けることとすると、前記近接場（増強電場）が入射光の強度以上となる検出板２４の表面位置からの距離を長くすることができる。
そのため、このような角度で前記光照射部は、検出板２４に対し、光Ｌを照射することが好ましい。
以下、より具体的に説明する。
【００４３】
代表的な前記導波モードの励起構成の一つとして、光透過性基板２１をＳｉＯ２ガラス（屈折率１．４５８、消衰係数０）とし、その上に積層した金属層又は半導体層２２をＳｉ層（屈折率３．９５９、消衰係数０．０２２）とし、誘電体層２３をＳｉＯ２層（屈折率１．４５８、消衰係数０）とした積層構造や、金属層又は半導体層２２をＳｉＧｅ層（屈折率４．０５２、消衰係数０．０６１）とし、誘電体層２３をＳｉＯ２層（屈折率１．４６６、消衰係数０）とした積層構造において、金属層又は半導体層２２層の厚みを５０ｎｍとし、５８９．３ｎｍの単色光を照射した際に、照射光と同程度以上の近接場（増強電場）が、検出板２４の表面から検出板２４の厚み方向に沿って５００ｎｍ離れた位置にまで染み出すことが可能な距離を、最適な誘電体層２３の厚みにおいて計算した。近接場（増強電場）の強度が照射光の強度と同じ強度にまで減衰する検出板２４表面からの距離と入射角の臨界角からの角度との関係を図５に示す。
【００４４】
該図５に示すように、入射角が臨界角θ１に近づく程、つまり臨界角θ１からの角度が０に近づく程、長い染み出し距離の前記近接場（増強電場）の形成が可能であり、その結果、図２及び図３における近接場ｆの領域をより遠方にまで広げることが可能となり、より検出板２４から離れた位置に生じたゲル粒子まで観測することが可能となる。
一方、臨界角θ１より７度大きい角度である角度θ２以下の角度では、５００ｎｍ先まで入射光以上の強度の電場が染み出し得る。
したがって、前記光照射部は、検出板２４の裏面に対し、臨界角θ１以上、臨界角θ１より７度大きい角度θ２以下の角度で光Ｌを照射することが好ましい。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）
図４に示すゲル状物質検出装置２０の構成にしたがって、実施例に係るゲル状物質検出装置を製造した。具体的には、光透過性基板２１を厚み０．７５ｍｍのシリカガラス基板とし、金属層又は半導体層２２を厚み２５ｎｍのＳｉ層とし、誘電体層２３を厚み３６０ｎｍのＳｉＯ２層として検出板２４を構成し、これを台形のプリズム１１上に設置した。また、光源５として白色光源を用い、出射端にコリメートレンズを装着した６００μｍコア径の光ファイバにより光をプリズム１１へ導入し、出射端とプリズムとの間に設置した偏光フィルタによりＳ偏光が検出板２４に入射されるよう調整した。検出部６として１０倍の対物レンズと冷却ＣＭＯＳカメラとを備えた光学顕微鏡を用いた。なお、カメラのシャッター時間は１００ｍｓである。
検出板２４の裏面に照射される光Ｌの入射角度は、６７．６°に設定した。なお、この光学系における臨界角θ１は、６６．２°である。
また、この光学系では、検出板２４から反射された光Ｌの反射スペクトルを観察し、波長６５０ｎｍ前後で前記導波モードが励起されていることを確認した。
【００４６】
次に実施例に係るゲル状物質検出装置を用いて、次の通り、実施例１におけるゲル状物質検出試験を行った。
先ず、検出板２４の表面に、ＬＡＬ試薬（生化学工業社製、ＰＹＲＯＴＥＬＬ）とエンドトキシン標準液との混合溶液３を混合直後に１０μＬ滴下した（液体導入工程）。
次に、光源５から検出板２４の裏面に光Ｌを照射した（光照射工程）。
次に、検出部６から検出板２４表面上の検出領域の様子を２次元画像として取得した（検出工程）。
【００４７】
取得した前記２次元画像として、実施例１における観察開始時点の顕微鏡像を図６（ａ）に示す。
光Ｌは、検出板２４により全反射され、検出部６には映らない。また、ゲル化反応開始直後であるため、検出板２４の表面上に固形物が無く、散乱光Ｓも観測されない。
【００４８】
次に、取得した前記２次元画像として、実施例１における観察開始後６０分経過時点の顕微鏡像を図６（ｂ）に示す。
ゲル粒子から発せられる散乱光Ｓが光点として観測でき、また、ゲル粒子同士の間に網の目のように成長した筋状のゲル状物質から発せられる散乱光Ｓが網の目状の靄のような光模様として観測できる。
【００４９】
以上のように実施例１に係るゲル状物質検出装置によれば、ゲル状物質生成初期のゲル粒子及びその成長過程に関する情報を２次元画像として検出可能であり、粒子１つ１つの位置情報及びサイズ情報を含むゲル状物質情報をリアルタイムかつ高感度に検出できる。
【００５０】
（比較例）
光源５からの光照射を止め、検出板２４の表面側から別の光源にて検出板２４の表面を照明して、検出部６で検出板２４表面上の検出領域の様子を２次元画像として取得した。つまり、落射型顕微鏡と同様の構成とし、これにより２次元画像を取得した。
取得した前記２次元画像として、比較例における観察開始後６０分経過時点の顕微鏡像を図６（ｃ）に示す。なお、図６（ｃ）における検出領域は、図６（ｂ）における検出領域と同じ領域である。
図６（ｃ）に示すように、比較例における観測では、図６（ｂ）で観測できるゲル粒子の一部が観測できるものの、網の目状に成長したゲル状物質を観測できない。言い換えれば、本発明を適用することにより、光学顕微鏡では観察できない状態のゲルを観測することができている。
【００５１】
（実施例２）
混合溶液３を、ＬＡＬ試薬（生化学工業社製、ＰＹＲＯＴＥＬＬ）とエンドトキシン標準液との混合溶液から、ヒト正常血漿とトロンビン試薬（シスメックス社製、トロンボチェックＦｉｂ）との混合溶液に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２におけるゲル状物質検出試験を行った。
【００５２】
実施例２における観察開始時点の顕微鏡像を図７（ａ）に示す。
光Ｌは、検出板２４により全反射され、検出部６には映らない。また、混合溶液の混合時点でゲル化反応が急速に始まっており、既に形成されたゲル粒子から発せられる散乱光を観測できる。
【００５３】
次に、実施例２における観察開始後３０秒経過時点の顕微鏡像を図７（ｂ）に示す。
ゲル粒子の生じる散乱光が光点として観測でき、光点として観測できるゲル粒子の数も図７（ａ）と比べて増加している。
【００５４】
次に、実施例２における観察開始後１０分経過時点の顕微鏡像を図７（ｃ）に示す。
ゲル粒子の生じる散乱光が光点として観測でき、光点として観測できるゲル粒子の数も図７（ｂ）と比べて増加している。また、光点同士が細く糸のように連なっている領域がみられ、ゲル粒子の成長過程が新たなゲル粒子の生成と区別できる形で観測できている。これは２次元画像を取得することによる利点である。
【符号の説明】
【００５５】
１，２０    ゲル状物質検出装置
２，２４    検出板
３      混合溶液
４      カバーガラス
５      光源
６      検出部
１１      プリズム
２１      光透過性基板
２２      金属層又は半導体層
２３      誘電体層
ｐ    ゲル粒子
ｃ    ゲル状物質
ｆ    近接場
Ｌ    光
Ｓ    散乱光
θ１    臨界角
θ２    角度
【図１】
2017181355.tif 000003
【図２】
2017181355.tif 000004
【図３】
2017181355.tif 000005
【図４】
2017181355.tif 000006
【図５】
2017181355.tif 000007
【図６（ａ）】
2017181355.tif 000008
【図６（ｂ）】
2017181355.tif 000009
【図６（ｃ）】
2017181355.tif 000010
【図７（ａ）】
2017181355.tif 000011
【図７（ｂ）】
2017181355.tif 000012
【図７（ｃ）】
2017181355.tif 000013