JP2012042280A - Method for measuring absolute value of electric field enhancement degree, device for measuring absolute value of electric field enhancement degree, method for evaluating measurement member, device for evaluating measurement member, method for detecting analyte and device for detecting analyte - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材を用いて、誘電体部材の下方において、誘電体部材の外側から、誘電体部材を介して、金属薄膜に向かって、光源より励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させて、金属薄膜上の電場を増強して、表面プラズモン光の電場増強効果を得る際に、その電場増強度の絶対値を測定するための電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置に関する。 The present invention uses a measurement member including a dielectric member and a metal thin film formed on the upper surface of the dielectric member, and from the outside of the dielectric member below the dielectric member via the dielectric member. When irradiating excitation light from the light source toward the metal thin film, generating surface plasmon light on the surface of the metal thin film, enhancing the electric field on the metal thin film, and obtaining the electric field enhancement effect of the surface plasmon light, The present invention relates to a method for measuring an absolute value of an electric field enhancement for measuring an absolute value of an electric field enhancement and a measuring device for an absolute value of an electric field enhancement.
また、本発明は、このような電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、測定部材の評価を行うことを特徴とする測定部材の評価方法および測定部材の評価装置に関する。 Further, the present invention evaluates the measurement member based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained by using the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement and the measurement device for the absolute value of the electric field enhancement. The present invention relates to a measurement member evaluation method and a measurement member evaluation device.
さらに、本発明は、このような電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出を行うアナライトの検出方法およびアナライトの検出装置に関する。 Furthermore, the present invention captures near the metal thin film based on the data on the absolute value of the electric field enhancement obtained by using the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement and the measurement device for the absolute value of the electric field enhancement. The present invention relates to an analyte detection method and an analyte detection apparatus for detecting an analyte.
従来より、極微少な物質の検出を行う場合において、物質の物理的現象を応用することでこのような物質の検出を可能とした様々な検体検出装置が用いられている。
このような検体検出装置の一つとしては、ナノメートルレベルなどの微細領域中で電子と光とが共鳴することにより、高い光出力を得る現象(表面プラズモン共鳴(SPR;Surface Plasmon Resonance)現象)を応用し、例えば、生体内の極微少なアナライトの検出を行うようにした表面プラズモン共鳴装置(以下、「SPR装置」と言う)が挙げられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, when detecting a very small substance, various specimen detection apparatuses that can detect such a substance by applying a physical phenomenon of the substance have been used.
As one of such analyte detection devices, a phenomenon in which high light output is obtained by resonating electrons and light in a minute region such as a nanometer level (Surface Plasmon Resonance (SPR) phenomenon). For example, a surface plasmon resonance device (hereinafter referred to as “SPR device”) that detects minute analytes in a living body can be used.
また、表面プラズモン共鳴(SPR)現象を応用した表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS;Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy)の原理に基づき、SPR装置よりもさらに高精度にアナライト検出を行えるようにした表面プラズモン増強蛍光分光測定装置(以下、「SPFS装置」と言う)も、このような検体検出装置の一つである。 In addition, based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) using surface plasmon resonance (SPR) phenomenon, it is possible to detect analytes with higher accuracy than SPR equipment. The surface plasmon enhanced fluorescence spectrometer (hereinafter referred to as “SPFS device”) is one of such specimen detection devices.
この表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)は、光源より照射したレーザー光などの励起光が、金属薄膜表面で全反射減衰(ATR;attenuated total reflectance)する条件において、金属薄膜表面に表面プラズモン光(粗密波)を発生させることによって、光源より照射した励起光が有するフォトン量を数十倍〜数百倍に増やして、表面プラズモン光の電場増強効果を得るようになっている。 In this surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS), surface plasmon light is applied to the surface of the metal thin film under the condition that the excitation light such as laser light irradiated from the light source is attenuated by total reflection (ATR) on the surface of the metal thin film. By generating (coherent wave), the amount of photons contained in the excitation light irradiated from the light source is increased to several tens to several hundred times, and the electric field enhancement effect of the surface plasmon light is obtained.
そして、この電場増強効果により、金属薄膜近傍の金属薄膜近傍に捕捉したアナライトと結合(標識)した蛍光物質を効率良く励起させ、この蛍光を観察することによって、極微量、極低濃度のアナライトを検出する方法である。 This electric field enhancement effect efficiently excites the fluorescent substance bound (labeled) with the analyte trapped in the vicinity of the metal thin film in the vicinity of the metal thin film, and observes this fluorescence, thereby allowing an extremely low concentration of the analyte to be analyzed. This is a method for detecting light.
ところで、このような表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を知ることは、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野においては、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正することにより、アナライトの検出の測定精度を向上するためには重要である。 By the way, to know the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of such surface plasmon light, for example, in clinical tests such as blood tests using surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS). In such a field where high-precision detection is required, it is important to improve the measurement accuracy of analyte detection by correcting detection data using the absolute value of the electric field enhancement intensity.
しかしながら、この増強電場は、非伝播光であるため、直接観察することは不可能であり、電場増強の可視化の検討が従来よりなされている。
例えば、非特許文献1(「Surface plasmons at single nanoholes in Au films」, Yin et al., Appl. Phys. Lett., vol. 85, No. 3, 19 July 2004, pp. 468-469)では、入射させた励起光によって発生したプラズモン光と励起光との干渉による干渉縞を、近接場プローブを用いて観察して、電場増強度を測定する試みがなされている。
However, since this enhanced electric field is non-propagating light, direct observation is impossible, and visualization of the electric field enhancement has been conventionally studied.
For example, in Non-Patent Document 1 ("Surface plasmons at single nanoholes in Au films", Yin et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 85, No. 3, 19 July 2004, pp. 468-469), Attempts have been made to measure electric field enhancement by observing interference fringes caused by interference between plasmon light and excitation light generated by incident excitation light using a near-field probe.
すなわち、この非特許文献1の方法では、図17に示したように、誘電体100の上面に金属薄膜(金膜)102を形成するとともに、この中央部分にピンホール104を形成している。そして、誘電体100の真下から、誘電体100を介して、誘電体100の上面に形成した金属薄膜(金膜)102に、励起光106を照射している。
That is, in the method of Non-Patent
そして、この入射させた励起光106によって、ピンホール104のエッジ部分104aで発生したプラズモン光101と励起光106との干渉による干渉縞を、ピンホール104の直上に配置した近接場プローブ110によって観察している。
Then, an interference fringe due to the interference between the
その結果、図18に示したように、同心円状の干渉縞が観察され、これにより、電場増強度を測定(推定)するようになっている。
また、非特許文献2(「Local excitation of surface plasmon polaritons at discontinuities of a metal film: Theoretical analysis and optical near-field measurements」, L Salomon et al., PHYSICAL REVIEW B. vol. B, 125409)では、入射させた励起光によって発生したプラズモン光と、入射させた励起光との干渉を近接場プローブを用いて観察して、電場増強度を測定する試みがなされている。
As a result, as shown in FIG. 18, concentric interference fringes are observed, whereby the electric field enhancement is measured (estimated).
In Non-Patent Document 2 ("Local excitation of surface plasmon polaritons at discontinuities of a metal film: Theoretical analysis and optical near-field measurements", L Salomon et al., PHYSICAL REVIEW B. vol. B, 125409) Attempts have been made to measure the electric field enhancement by observing interference between the plasmon light generated by the excited excitation light and the incident excitation light using a near-field probe.
すなわち、この非特許文献2の方法では、図19に示したように、誘電体200の上面に金属薄膜(金膜)202を形成するとともに、誘電体200の斜め下方から、誘電体200を介して、誘電体200の上面に形成した金属薄膜(金膜)202に、励起光206を照射している。
That is, in the method of Non-Patent
これにより、金属薄膜(金膜)202のエッジ部分204において、プラズモン光201を発生させて、プラズモン光と励起光206との干渉を、近接場プローブ210によって観察している。
Thereby, the
その結果、図20のグラフに示したように、エッジ部分204からの距離に応じた電場増強度の分布を得るようになっている。
As a result, as shown in the graph of FIG. 20, an electric field enhancement distribution according to the distance from the
しかしながら、このような従来の電場増強度を測定する方法では、以下のような問題がある。
すなわち、非特許文献1の電場増強度を測定する方法では、図17に示したように、誘電体100の斜め下方から、入射角度を変えて、誘電体100を介して、誘電体100の上面に形成した金属薄膜(金膜)102に、励起光108を照射した場合には、例えば、図21に示したように、干渉縞が同心円状とはならず、これにより、正確な電場増強度を測定(推定)することが困難な場合が生じてしまうことになる。
However, the conventional method for measuring the electric field enhancement has the following problems.
That is, in the method of measuring the electric field enhancement in Non-Patent
また、非特許文献1の電場増強度を測定する方法では、ピンホール104のエッジ部分104aで発生したプラズモン光101と励起光106との干渉による干渉縞であるので、真の測定したい金属薄膜(金膜)102の平面上(平面方向)の電場増強度を測定することができない。
Further, in the method of measuring the electric field enhancement in
さらに、ピンホール104のエッジ部分104aの形状の違いによって、電場増強度が変化してしまうので、電場増強度の絶対値の測定は、現実的に困難である。
また、金属薄膜(金膜)102にピンホール104を設けなければならず、例えば、マイクロチップなどの測定部材として使用する場合には、製造工程が煩雑となり、コストも高くつくことにもなる。
Furthermore, since the electric field enhancement varies depending on the shape of the
Moreover, the
一方、非特許文献2の電場増強度を測定する方法では、エッジ部分204からの距離に応じた電場増強度の分布を得ることはできるが、電場増強度の絶対値の測定することは、現実的に困難である。
On the other hand, in the method for measuring the electric field enhancement in Non-Patent
また、非特許文献2の電場増強度を測定する方法でも、金属薄膜(金膜)202のエッジ部分204で発生したプラズモン光201と励起光206との干渉による測定であるので、真の測定したい金属薄膜(金膜)202の平面上(平面方向)の電場増強度を測定することができない。
Further, the method for measuring the electric field enhancement in Non-Patent
さらに、金属薄膜(金膜)202のエッジ部分204の形状の違いによって、電場増強度が変化してしまうので、電場増強度の絶対値の測定は、現実的に困難である。
また、金属薄膜(金膜)202のエッジ部分204を設けなければならず、例えば、マイクロチップなどの測定部材として使用する場合には、製造工程が煩雑となり、コストも高くつくことにもなる。
Further, since the electric field enhancement varies depending on the shape of the
Further, the
また、いずれの電場増強度を測定する方法においても、金属薄膜の厚さの影響、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の3次元的な分布を得ることは到底不可能である。 Moreover, in any method for measuring the electric field enhancement, a three-dimensional distribution of the electric field enhancement corresponding to the influence of the thickness of the metal thin film and the height position of the analyte trapped in the vicinity of the metal thin film is obtained. Is impossible at all.
本発明は、このような現状に鑑み、従来のように、金属薄膜にピンホールやエッジを設ける必要がなく、真の測定したい金属薄膜の平面上(平面方向)の電場増強度を測定することができ、また、金属薄膜の厚さ、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の3次元的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定(推定)することが可能な、電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置を提供することを目的とする。 In view of the current situation, the present invention does not require pinholes or edges in the metal thin film as in the prior art, and measures the electric field enhancement on the plane (in the plane direction) of the metal thin film to be truly measured. In addition, it is possible to obtain a three-dimensional distribution of the electric field enhancement corresponding to the thickness of the metal thin film and the height position of the analyte trapped in the vicinity of the metal thin film. It is an object of the present invention to provide a method for measuring the absolute value of the electric field enhancement and an apparatus for measuring the absolute value of the electric field enhancement that can be estimated.
また、本発明は、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、金属薄膜の形成の状態をチェックし、選別することが可能な、工程検査、管理、品質保証用として使用できる測定部材の評価方法および測定部材の評価装置を提供すること目的とする。 In addition, the present invention can accurately know the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of surface plasmon light, and thereby, for example, based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS). Evaluation of measuring members that can be used for process inspection, management, and quality assurance that can check and sort the formation state of metal thin films when used as measuring members such as microchips used in SPFS devices It is an object of the present invention to provide a method and an evaluation device for a measurement member.
さらに、本発明は、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、基板毎の電場増強度把握することで、後工程である検出工程における検出シグナル測定値を補正して、測定精度を向上することが可能なアナライトの検出方法およびアナライトの検出装置を提供すること目的とする。 Furthermore, the present invention can accurately know the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of the surface plasmon light, and thereby, for example, based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS). When used as a measurement member such as a microchip used in a SPFS device, the detection signal measurement value in the detection process, which is a subsequent process, is corrected by grasping the electric field enhancement intensity for each substrate to improve the measurement accuracy. It is an object of the present invention to provide an analyte detection method and an analyte detection apparatus that can perform the above-described process.
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、
誘電体部材を介して、誘電体部材上に形成された金属薄膜に向かって、光源より励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させて、金属薄膜上の電場を増強する際に、電場増強度の絶対値を測定する測定方法であって、
前記金属薄膜表面の所定の高さ位置に、電場増強度測定用部材を配置して、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記光源より第1の励起光を照射し、前記金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させるとともに、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第1の励起光とは別の第2の励起光を照射して、前記金属薄膜表面に伝播光を発生させ、
前記表面プラズモン光と前記伝播光とによる干渉縞を発生させ、
前記第2の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする。
The present invention was invented in order to achieve the above-described problems and objects in the prior art, and the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement of the present invention is as follows.
When the electric field on the metal thin film is enhanced by irradiating excitation light from the light source toward the metal thin film formed on the dielectric member through the dielectric member and generating surface plasmon light on the surface of the metal thin film. And a measurement method for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity,
An electric field enhancement measuring member is disposed at a predetermined height position on the surface of the metal thin film,
Irradiating the first excitation light from the light source toward the metal thin film through the dielectric member, and generating surface plasmon light on the metal thin film surface,
Irradiating a second excitation light different from the first excitation light toward the metal thin film through the dielectric member to generate propagating light on the surface of the metal thin film,
Generating interference fringes by the surface plasmon light and the propagating light;
Based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes is maximized while changing the light quantity of the second excitation light, the electric field enhancement intensity at a predetermined height position of the electric field enhancement measurement member. Is converted and estimated.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、
誘電体部材を介して、誘電体部材上に形成された金属薄膜に向かって、光源より励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させて、金属薄膜上の電場を増強する際に、電場増強度の絶対値を測定する測定装置であって、
前記金属薄膜表面の所定の高さ位置に配置した電場増強度測定用部材と、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記光源より第1の励起光を照射し、前記金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させる第1の励起光発生装置と、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第1の励起光とは別の第2の励起光を照射して、前記金属薄膜表面に伝播光を発生させる第2の励起光発生装置と、
前記表面プラズモン光と前記伝播光とによる干渉縞を発生した際に、
前記第2の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する電場増強度換算装置とを備えることを特徴とする。
In addition, the measurement device for the absolute value of the electric field enhancement intensity of the present invention,
When the electric field on the metal thin film is enhanced by irradiating excitation light from the light source toward the metal thin film formed on the dielectric member through the dielectric member and generating surface plasmon light on the surface of the metal thin film. And a measuring device for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity,
A member for measuring the electric field strength arranged at a predetermined height position on the surface of the metal thin film;
A first excitation light generator that irradiates the metal thin film with the first excitation light from the light source through the dielectric member, and generates surface plasmon light on the metal thin film surface;
Second excitation light that emits propagating light on the surface of the metal thin film by irradiating the metal thin film with second excitation light different from the first excitation light through the dielectric member. A generator,
When generating interference fringes due to the surface plasmon light and the propagating light,
Based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes is maximized while changing the light quantity of the second excitation light, the electric field enhancement intensity at a predetermined height position of the electric field enhancement measurement member. And an electric field enhancement conversion device for converting and estimating.
このように構成することによって、誘電体部材を介して、誘電体部材上に形成された金属薄膜に向かって、光源より第1の励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させるとともに、誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第1の励起光とは別の第2の励起光を照射して、金属薄膜表面に伝播光を発生させさせることができる。 With this configuration, the first excitation light is irradiated from the light source toward the metal thin film formed on the dielectric member through the dielectric member, and surface plasmon light is generated on the surface of the metal thin film. At the same time, a second excitation light different from the first excitation light can be irradiated through the dielectric member toward the metal thin film to generate propagation light on the surface of the metal thin film.
そして、表面プラズモン光と伝播光とによる、表面プラズモン光が走る方向である金属薄膜の平面に平行な方向の波数成分が異なることに起因して、干渉光の干渉縞が発生する。 Then, interference fringes of interference light are generated due to the difference in the wave number component in the direction parallel to the plane of the metal thin film, which is the direction in which the surface plasmon light travels, due to the surface plasmon light and the propagation light.
この際、第2の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することができる。 At this time, the electric field enhancement at a predetermined height position of the electric field enhancement measuring member is performed based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes is maximized while changing the light quantity of the second excitation light. It can be estimated by converting the degree.
従って、従来のように、金属薄膜にピンホールやエッジを設ける必要がなく、真の測定したい金属薄膜の平面上(平面方向)の電場増強度を測定することができ、また、金属薄膜の厚さ、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の3次元的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定(推定)することができる。 Accordingly, it is not necessary to provide pinholes or edges in the metal thin film as in the prior art, and the electric field enhancement on the plane (plane direction) of the metal thin film to be truly measured can be measured, and the thickness of the metal thin film can be measured. A three-dimensional distribution of the electric field enhancement corresponding to the height position of the analyte captured in the vicinity of the metal thin film can be obtained, and accurate electric field enhancement can be measured (estimated).
しかも、第2の励起光を、第1の励起光と同じように、誘電体部材の下方において、誘電体部材を介して同じ方向から照射するので、下方に励起光照射装置を配置して集約できるので、測定装置をコンパクト化することができる。 In addition, since the second excitation light is irradiated from the same direction through the dielectric member below the dielectric member in the same manner as the first excitation light, the excitation light irradiation device is arranged below and aggregated. Therefore, the measuring device can be made compact.
また、第2の励起光を、第1の励起光と同じように、誘電体部材の下方において、誘電体部材を介して同じ方向から照射するので、レーザー光の可干渉距離が短くなり、光路長内でレーザー光を重ね合わせて干渉して干渉縞を発生することができ、干渉性が向上して、より正確な電場増強度を測定(推定)することができる。 Further, since the second excitation light is irradiated from the same direction through the dielectric member below the dielectric member as in the case of the first excitation light, the coherence distance of the laser light is shortened, and the optical path Interference fringes can be generated by superimposing laser beams within the length and interfering with each other, improving the coherence and measuring (estimating) more accurate electric field enhancement.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記第2の励起光が、前記第1の励起光と同一の光源から分光した励起光であることを特徴とする。
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記第2の励起光発生装置が、前記第2の励起光を、前記第1の励起光と同一の光源から分光する分光手段を備えることを特徴とする。
The method for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity according to the present invention is characterized in that the second excitation light is excitation light dispersed from the same light source as the first excitation light.
In the apparatus for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity according to the present invention, the second excitation light generator includes a spectroscopic unit that separates the second excitation light from the same light source as the first excitation light. It is characterized by providing.
このように構成することによって、例えば、ハーフミラーなどの分光手段を備えるだけで良いので、装置のコンパクト化を図ることができる。
しかも、第2の励起光を、第1の励起光と同一の光源から分光するので、第1の励起光と正確に、同じ位相の第2の励起光を誘電体部材の上面に形成された金属薄膜に向かって、照射することができ、正確な電場増強度を測定(推定)することができる。
By configuring in this way, for example, it is only necessary to provide spectroscopic means such as a half mirror, so that the apparatus can be made compact.
In addition, since the second excitation light is split from the same light source as the first excitation light, the second excitation light having the same phase as the first excitation light is formed on the upper surface of the dielectric member. Irradiation can be performed toward the metal thin film, and accurate electric field enhancement can be measured (estimated).
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記第2の励起光が、前記第1の励起光の光源とは別の光源に由来する励起光であることを特徴とする。
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記第2の励起光発生装置が、前記第2の励起光を、前記第1の励起光の光源とは別の光源から発生させるように構成されていることを特徴とする。
In the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity according to the present invention, the second excitation light is excitation light derived from a light source different from the light source of the first excitation light.
In the apparatus for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity according to the present invention, the second excitation light generation device generates the second excitation light from a light source different from the light source of the first excitation light. It is comprised as follows.
このように構成することによって、第2の励起光が、第1の励起光の光源とは別の光源に由来する第2の励起光とすることができ、容易に第2の励起光の光量を変えることができ、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。 With this configuration, the second excitation light can be the second excitation light derived from a light source different from the light source of the first excitation light, and the light amount of the second excitation light can be easily obtained. Based on the amount of the second excitation light when the interference fringe contrast is maximized, the electric field enhancement at the predetermined height position of the electric field enhancement measuring member is accurately converted and estimated. can do.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質であり、
前記蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする。
Further, in the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement of the present invention, the electric field enhancement measuring member is a fluorescent substance,
The fluorescent substance is excited, and the fluorescence enhanced thereby is detected by a light detection means, and the electric field enhancement measurement is performed based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. The electric field enhancement at a predetermined height position of the member for use is converted and estimated.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質であり、
前記蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする。
Further, in the apparatus for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity of the present invention, the electric field enhancement measuring member is a fluorescent material,
The fluorescent substance is excited, and the fluorescence enhanced thereby is detected by a light detection means, and the electric field enhancement measurement is performed based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. It is configured to convert and estimate the electric field enhancement at a predetermined height position of the member for use.
このように構成することによって、電場増強度測定用部材として、蛍光物質を用いて、例えば、蛍光物質を、塗膜にしてその高さ位置を変えたり、DNAと蛍光物質を結合(標識)させて単分子層を形成して、タンパク分子の大きさを変えることにより高さ位置を変えるなどして、所定の高さ位置で、蛍光物質を励起させることができ、これにより、増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。 With this configuration, a fluorescent material is used as a member for measuring the electric field enhancement, for example, the fluorescent material is used as a coating film, the height position thereof is changed, or the DNA and the fluorescent material are bound (labeled). By forming a monolayer and changing the height position by changing the size of the protein molecule, the fluorescent substance can be excited at a predetermined height position, thereby enhancing the fluorescence. Is detected by the light detection means, and the electric field enhancement at a predetermined height position of the electric field enhancement measuring member is accurately determined based on the amount of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. It can be estimated by conversion.
従って、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。 Therefore, for example, when using a measurement member as a microchip substrate used in an SPFS apparatus based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS), the electric field enhancement in a state close to the actual is accurately converted. Can be estimated.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記電場増強度測定用部材が、近接場プローブであって、
前記近接場プローブの所定高さ位置での干渉光強度を測定して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする。
Further, in the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement of the present invention, the electric field enhancement measuring member is a near-field probe,
The intensity of the interference light at a predetermined height position of the near-field probe is measured, and based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes is maximized, the predetermined value of the electric field enhancement measuring member is determined. It is characterized in that it is estimated by converting the electric field enhancement at the height position.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記電場増強度測定用部材が、近接場プローブであって、
前記近接場プローブの所定高さ位置での干渉光強度を測定して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする。
Further, in the apparatus for measuring an absolute value of electric field enhancement of the present invention, the electric field enhancement measuring member is a near-field probe,
The intensity of the interference light at a predetermined height position of the near-field probe is measured, and based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes is maximized, the predetermined value of the electric field enhancement measuring member is determined. The electric field enhancement at the height position is converted and estimated.
このように構成することによって、電場増強度測定用部材として、近接場プローブを用いて、例えば、近接場プローブの先端に蛍光物質を付着して、近接場プローブの高さ位置を変えることにより、所定の高さ位置で、蛍光物質を励起させることができ、これにより、増強された蛍光を近接場プローブにて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。 By configuring in this way, using a near-field probe as a member for electric field enhancement measurement, for example, by attaching a fluorescent substance to the tip of the near-field probe and changing the height position of the near-field probe, The fluorescent material can be excited at a predetermined height position, whereby the enhanced fluorescence is detected by the near-field probe, and the amount of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum Based on the above, it is possible to accurately convert and estimate the electric field enhancement at a predetermined height position of the electric field enhancement measurement member.
従って、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。 Therefore, for example, when using a measurement member as a microchip substrate used in an SPFS apparatus based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS), the electric field enhancement in a state close to the actual is accurately converted. Can be estimated.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記電場増強度測定用部材が、光散乱物質であり、
前記光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする。
Further, in the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement of the present invention, the electric field enhancement measuring member is a light scattering material,
The light scattering material is excited, and the scattered light enhanced thereby is detected by the light detection means, and the electric field enhancement is based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. The electric field enhancement at a predetermined height position of the measurement member is converted and estimated.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記電場増強度測定用部材が、光散乱物質であり、
前記光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする。
Further, in the apparatus for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity of the present invention, the electric field enhancement measuring member is a light scattering material,
The light scattering material is excited, and the scattered light enhanced thereby is detected by the light detection means, and the electric field enhancement is based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. It is configured to convert and estimate the electric field enhancement at a predetermined height position of the measurement member.
このように構成することによって、電場増強度測定用部材として、光散乱物質を用いて、例えば、光散乱物質を、金コロイド、酸カルシウム粉末などの微粒子を用いて、塗膜にしてその高さ位置を変えたり、DNAと金コロイド、酸カルシウム粉末などの微粒子を結合(標識)させて単分子層を形成して、タンパク分子の大きさを変えることにより高さ位置を変えるなどして、所定の高さ位置で、光散乱物質を励起させることができ、これにより、増強された散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。 By configuring in this way, a light scattering material is used as a member for measuring the electric field enhancement, for example, the light scattering material is formed into a coating film using fine particles such as colloidal gold, calcium acid powder, etc. Change the position, form a monolayer by binding (labeling) microparticles such as DNA and colloidal gold, calcium acid powder, etc., and change the height position by changing the size of the protein molecule. The light scattering material can be excited at the height position of the second excitation light, so that the enhanced scattered light is detected by the light detecting means, and the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum is detected. Based on the amount of light, the electric field enhancement at a predetermined height position of the electric field enhancement measuring member can be accurately converted and estimated.
従って、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。 Therefore, for example, when using a measurement member as a microchip substrate used in an SPFS apparatus based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS), the electric field enhancement in a state close to the actual is accurately converted. Can be estimated.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記第2の励起光の位相、前記電場増強度測定用部材の高さ位置の少なくとも一方を変更して測定することによって、2次元的または3次元的な電場増強度の絶対値のデータを得ることを特徴とする。 In the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity according to the present invention, two-dimensional measurement is performed by changing at least one of the phase of the second excitation light and the height position of the electric field enhancement measurement member. It is characterized by obtaining data on the absolute value of the target or three-dimensional electric field enhancement.
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記第2の励起光の位相、前記電場増強度測定用部材の高さ位置の少なくとも一方を変更して測定することによって、2次元的または3次元的な電場増強度の絶対値のデータを得るように構成されていることを特徴とする。 The apparatus for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity according to the present invention can measure two-dimensionally by changing at least one of the phase of the second excitation light and the height position of the electric field enhancement measuring member. It is configured to obtain data on the absolute value of the electric field enhancement strength in three dimensions.
このように構成することによって、金属薄膜の厚さの影響、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の2次元的、3次元的な全体的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定(推定)することがきる。 With this configuration, a two-dimensional and three-dimensional overall distribution of the electric field enhancement intensity corresponding to the influence of the thickness of the metal thin film and the height position of the analyte trapped in the vicinity of the metal thin film is obtained. It is possible to measure (estimate) an accurate electric field enhancement.
また、本発明の測定部材の評価方法は、前述のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材の評価を行うことを特徴とする。
Further, the evaluation method of the measurement member of the present invention is based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained by using the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement described in any of the above,
A measurement member including a dielectric member and a metal thin film formed on the upper surface of the dielectric member is evaluated.
また、本発明の測定部材の評価装置は、前述のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材の評価を行うように構成されていることを特徴とする。
In addition, the evaluation device for the measurement member of the present invention is based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained using the absolute value measurement device for the electric field enhancement described in any of the above,
The measuring member including the dielectric member and the metal thin film formed on the upper surface of the dielectric member is evaluated.
このように構成することによって、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、金属薄膜の形成の状態をチェックし、選別することが可能な、工程検査、管理、品質保証用の定部材の評価方法および測定部材の評価装置として使用できる。 With this configuration, it is possible to accurately know the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of the surface plasmon light, and thereby, for example, the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) Evaluation of fixed members for process inspection, management, and quality assurance that can check and select the state of metal thin film formation when used as a measuring member such as a microchip used in SPFS devices based on It can be used as an evaluation apparatus for a method and a measuring member.
また、本発明のアナライトの検出方法は、電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材を用いて、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出を行う際に、
前述のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、検出データを補正してアナライトの検出を行うことを特徴とする。
In the analyte detection method of the present invention, an analyte captured in the vicinity of a metal thin film is detected using a measurement member including an electric member and a metal thin film formed on the upper surface of the dielectric member. When
The detection of the analyte is performed by correcting the detection data based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained using the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement described in any of the above. .
また、本発明のアナライトの検出装置は、誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材を用いて、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出を行う際に、
前述のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、検出データを補正してアナライトの検出を行うように構成されていることを特徴とする。
The analyte detection apparatus of the present invention detects an analyte trapped in the vicinity of a metal thin film using a measurement member including a dielectric member and a metal thin film formed on the upper surface of the dielectric member. When
Based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained by using the absolute value measuring device of the electric field enhancement described in any of the above, the detection data is corrected and the analyte is detected. It is characterized by being.
このように構成することによって、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、基板毎の電場増強度把握することで、後工程である検出工程における検出シグナル測定値を補正して、測定精度を向上することが可能である。 With this configuration, it is possible to accurately know the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of the surface plasmon light, and thereby, for example, the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) When using it as a measurement member such as a microchip used in an SPFS device based on the above, it is possible to correct the detection signal measurement value in the detection process which is a subsequent process by grasping the electric field enhancement intensity for each substrate, and to improve the measurement accuracy. It is possible to improve.
本発明によれば、従来のように、金属薄膜にピンホールやエッジを設ける必要がなく、真の測定したい金属薄膜の平面上(平面方向)の電場増強度を測定することができ、また、金属薄膜の厚さ、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の3次元的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定(推定)することができる。 According to the present invention, it is not necessary to provide pinholes and edges in the metal thin film as in the prior art, and the electric field enhancement on the plane (plane direction) of the metal thin film to be truly measured can be measured. It is possible to obtain a three-dimensional distribution of the electric field enhancement corresponding to the thickness of the metal thin film and the height position of the analyte captured in the vicinity of the metal thin film, and to accurately measure (estimate) the electric field enhancement. it can.
従って、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。 Therefore, for example, when using a measurement member as a microchip substrate used in an SPFS apparatus based on the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS), the electric field enhancement in a state close to the actual is accurately converted. Can be estimated.
しかも、第2の励起光を、第1の励起光と同じように、誘電体部材の下方において、誘電体部材を介して同じ方向から照射するので、下方に励起光照射装置を配置して集約できるので、測定装置をコンパクト化することができる。 Moreover, since the second excitation light is irradiated from the same direction via the dielectric member below the dielectric member as in the case of the first excitation light, the excitation light irradiation device is arranged below and aggregated. Therefore, the measuring device can be made compact.
また、第2の励起光を、第1の励起光と同じように、誘電体部材の下方において、誘電体部材を介して同じ方向から照射するので、レーザー光の可干渉距離が短くなり、光路長内でレーザー光を重ね合わせて干渉して干渉縞を発生することができ、干渉性が向上して、より確な電場増強度を測定(推定)することができる。 Further, since the second excitation light is irradiated from the same direction through the dielectric member below the dielectric member as in the case of the first excitation light, the coherence distance of the laser light is shortened, and the optical path Interference fringes can be generated by superimposing laser beams within the length and interfering with each other, improving the coherence and measuring (estimating) more accurate electric field enhancement.
さらに、本発明によれば、金属薄膜の厚さの影響、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の2次元的または3次元的な全体的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定(推定)することがきる。 Furthermore, according to the present invention, a two-dimensional or three-dimensional overall distribution of the electric field enhancement intensity corresponding to the influence of the thickness of the metal thin film and the height position of the analyte trapped in the vicinity of the metal thin film is obtained. It is possible to measure (estimate) an accurate electric field enhancement.
また、本発明によれば、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、金属薄膜の形成の状態をチェックし、選別することが可能な、工程検査、管理、品質保証用の定部材の評価方法および測定部材の評価装置として使用できる。 Further, according to the present invention, the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of the surface plasmon light, can be accurately known, and thus, for example, the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) Evaluation of fixed members for process inspection, management, and quality assurance that can check and select the state of metal thin film formation when used as a measuring member such as a microchip used in SPFS devices based on It can be used as an evaluation apparatus for a method and a measuring member.
さらに、本発明によれば、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野においては、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正することにより、アナライトの検出の測定精度を向上することができる。 Furthermore, according to the present invention, the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of surface plasmon light, can be accurately known. For example, blood using surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) In areas where high-precision detection is required, such as clinical trials such as tests, the measurement accuracy of analyte detection should be improved by correcting the detection data using the absolute value of the electric field enhancement intensity. Can do.
以下、本発明の実施の形態(実施例)を図面に基づいてより詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
1.電場増強度測定用部材として、蛍光物質を用いた実施例
図1は、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図、図2は、図1の部分拡大図、図3は、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
1. As the electric field enhancement measuring member, examples using a fluorescent substance Figure 1 shows a schematic of a measurement apparatus of the absolute value of the degree of electric field enhancement for explaining a method for measuring the absolute value of the degree of electric field enhancement of the present invention schematically FIG. 2 is a partial enlarged view of FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram for explaining the outline of the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement according to the present invention.
1−1.電場増強度の絶対値の測定装置の構成
図1において、符号10は、全体で本発明の電場増強度の絶対値の測定装置を示している。
図1、図2に示したように、電場増強度の絶対値の測定装置10は、略三角形のプリズム形状の誘電体部材12を備えており、この誘電体部材12の水平な上面12aに、金属薄膜14が形成されている。そして、金属薄膜14の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層16が形成されている。
1-1. 1 is a block diagram of the apparatus for measuring the absolute value of electric field enhancement according to the present invention.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
そして、これらの誘電体部材12と、金属薄膜14と、蛍光物質層16とで、測定部材18が構成されている。
また、誘電体部材12の下方の一方の側面12bの側には、光源20が配置されており、
この光源20からの光22の一部を透過して、残りの光を反射させる、例えば、ハーフミラーから構成される分光器24が設けられている。
The
Further, a
A
この分光器24を透過した第1の励起光である第1の下側励起光26は、減光(ND)フィルター28を介して、その光量が一定量となるように調整された後、誘電体部材12の外側下方から、誘電体部材12の側面12bに入射して、誘電体部材12を介して、誘電体部材12の上面12aに形成された金属薄膜14に向かって、一定角度(共鳴角度)α1で照射されるようになっている。
The first
この金属薄膜14に照射された第1の下側励起光26により、図2の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aにおいて、金属薄膜14の表面14aに平行な方向に、表面プラズモン光(粗密波)30が発生することになる。
As shown in the enlarged view of FIG. 2, the
一方、光源20からの光22のうち、分光器24で分光された残りの光32は、ミラー37で反射され、可変減光(ND)フィルター35、位相シフト板36を介して、誘電体部材12の外側下方から、誘電体部材12の側面12bに入射して、誘電体部材12を介して、誘電体部材12の上面12aに形成された金属薄膜14の表面14aに向かって、一定角度α2(臨界角以下の角度)で照射されるようになっている。
On the other hand, of the light 22 from the
すなわち、可変減光(ND)フィルター35、位相シフト板36を介して、誘電体部材12の外側下方から、誘電体部材12の側面12bに入射した光は、第2の励起光である第2の下側励起光34として、図2の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aに、一定角度α2で照射されるようになっている。
That is, the light incident on the
また、誘電体部材12の下方の他方の側面12cの側には、第1の下側励起光26が、金属薄膜14によって反射された金属薄膜反射光38を受光する受光手段40が備えられている。
Further, on the other side surface 12 c below the
さらに、測定部材18の上方には、後述するように、蛍光物質層16で励起された蛍光による干渉縞のコントラストを検出するために、蛍光物質層16からの蛍光の発光強度を検出する、例えば、CCDなどの光検出手段42が備えられている。
Further, as will be described later, in order to detect the interference fringe contrast caused by the fluorescence excited by the
なお、光源20、分光器24、減光(ND)フィルター28によって、第1の励起光発生装置として、第1の下側励起光発生装置46が構成されるとともに、可変減光(ND)フィルター35、位相シフト板36、ミラー37で、第2の励起光発生装置として、第2の下側励起光発生装置48が構成されている。
The
さらに、上記の光検出手段42は、コンピュータのCPUなどの電場増強度換算装置50に接続されており、後述するように、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する演算処理が行われるようになっている。
Further, the light detection means 42 is connected to an electric field
この場合、光源20から照射される励起光としては、特に限定されるものではないが、レーザー光が好ましく、波長200〜900nm、0.001〜1,000mWのLDレーザー、または、波長230〜800nm、0.01〜100mWの半導体レーザーが好適である。
In this case, the excitation light emitted from the
また、誘電体部材12としては、特に限定されるものではないが、光学的に透明な、例えば、ガラス、セラミックスなどの各種の無機物、天然ポリマー,合成ポリマーを用いることができ、化学的安定性,製造安定性、光学的透明性の観点から、二酸化ケイ素(SiO2)または二酸化チタン(TiO2)を含むのが好ましい。
In addition, the
また、この実施例では、略三角形のプリズム形状の誘電体部材12を用いたが、半円形状、楕円形形状にするなど誘電体部材12の形状は、適宜変更可能である。
また、金属薄膜14の材質としては、特に限定されるものではないが、好ましくは、金、銀、アルミニウム、銅、および白金からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属からなり、より好ましくは、金からなり、さらに、これら金属の合金から構成しても良い。
In this embodiment, the substantially triangular prism-shaped
The material of the metal
すなわち、このような金属は、酸化に対して安定であり、かつ、後述するように、表面プラズモン光(粗密波)による電場増強が大きくなるので、金属薄膜14として好適である。
That is, such a metal is suitable for the metal
また、金属薄膜14の形成方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、スパッタリング法,蒸着法(抵抗加熱蒸着法,電子線蒸着法など)、電解メッキ、無電解メッキ法などが挙げられる。好ましくは、スパッタリング法、蒸着法を使用するのが、薄膜形成条件の調整が容易であるので望ましい。
Further, the method for forming the metal
さらに、金属薄膜14の厚さとしては、特に限定されるものではないが、好ましくは、金:5〜500nm、銀:5〜500nm、アルミニウム:5〜500nm、銅:5〜500nm、白金:5〜500nm、および、それらの合金:5〜500nmの範囲内であるのが望ましい。
Further, the thickness of the metal
なお、電場増強効果の観点からは、より好ましくは、金:20〜70nm、銀:20〜70nm、アルミニウム:10〜50nm、銅:20〜70nm、白金:20〜70nm、および、それらの合金:10〜70nmの範囲内であるのが望ましい。 From the viewpoint of the electric field enhancement effect, more preferably, gold: 20 to 70 nm, silver: 20 to 70 nm, aluminum: 10 to 50 nm, copper: 20 to 70 nm, platinum: 20 to 70 nm, and alloys thereof: It is desirable to be within the range of 10 to 70 nm.
金属薄膜14の厚さが上記範囲内であれば、表面プラズモン光(粗密波)が発生し易く好適である。また、このような厚さを有する金属薄膜14であれば、大きさ(縦×横)の寸法、形状は、特に限定されない。
If the thickness of the metal
一方、蛍光物質層16を構成する蛍光物質としては、所定の励起光を照射するか、または電界効果を利用することで励起し、蛍光を発する物質であれば、特に限定されない。なお、本明細書において、「蛍光」とは、燐光など各種の発光も含まれる。
On the other hand, the fluorescent material constituting the
このような蛍光物質を単独で、または、基材中に含ませた状態で、金属薄膜14の上面に、蛍光物質層16を所定の厚さに形成されている。
この場合、金属薄膜14の上面に、蛍光物質層16を所定の厚さに形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、印刷、スピンコート、ディッピング、刷毛塗り、噴霧塗装、静電塗装、電着塗装等の塗装などの公知の方法を用いることができる。
A
In this case, the method for forming the
1−2.電場増強度の絶対値の測定方法について
このように構成される本発明の電場増強度の絶対値の測定装置10を用いた、電場増強度の絶対値の測定方法について、以下に説明する。
1-2. The method for measuring the absolute value of the electric field enhancement using the
先ず、光源20から、光22を照射して分光器24を透過した第1の励起光である第1の下側励起光26を、減光(ND)フィルター28を介して、その光量が一定量となるように調整された後、誘電体部材12の外側下方から、誘電体部材12の側面12bに入射させる。そして、誘電体部材12を介して、誘電体部材12の上面12aに形成された金属薄膜14に向かって、一定角度の入射角(共鳴角度)α1で照射される。
First, the first
これにより、図2の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aにおいて、金属薄膜14の表面14aに平行な方向に、表面プラズモン光(粗密波)30が発生する。
なお、この場合、一定角度の入射角(共鳴角度)α1を決定するには、以下の方法を用いれば良い。
As a result, as shown in the enlarged view of FIG. 2, surface plasmon light (coherent wave) 30 is generated on the
In this case, the following method may be used to determine the incident angle (resonance angle) α1 having a constant angle.
すなわち、金属薄膜14上に表面プラズモン光(粗密波)30が生ずる際には、第1の下側励起光26と金属薄膜14中の電子振動とがカップリングし、金属薄膜反射光38のシグナルが変化(光量が減少)することとなるため、受光手段40で受光される金属薄膜反射光38のシグナルが変化(光量が減少)する地点を見つければ良い。
That is, when the surface plasmon light (coherent wave) 30 is generated on the metal
一方、光源20からの光22のうち、分光器24で分光された残りの光32は、所定の角度で配置されたミラー37で反射され、可変減光(ND)フィルター35、位相シフト板36を介して、誘電体部材12の外側下方から、誘電体部材12の側面12bに入射して、誘電体部材12を介して、誘電体部材12の上面12aに形成された金属薄膜14の表面14aに向かって、一定角度α2(臨界角以下の角度)で照射されるようになっている。
On the other hand, of the light 22 from the
すなわち、可変減光(ND)フィルター35、位相シフト板36を介して、誘電体部材12の外側下方から、誘電体部材12の側面12bに入射した光は、第2の下側励起光34として、図2の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aに、一定角度α2で別の第2の励起光として照射されるようになっている。
That is, light incident on the
なお、この場合、第2の下側励起光34は、第1の下側励起光26と同じ位相の第2の下側励起光34を、金属薄膜14の表面14aに照射するようになっている。
これにより、図2の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aにおける電場増強度測定用部材の所定の高さ位置において第2の光として伝播光44を発生させるようになっている。
In this case, the second
Thereby, as shown in the enlarged view of FIG. 2, the
なお、この場合、第2の下側励起光34の位相が、第1の下側励起光26の位相と同じ位相となるように、位相シフト板36を調整するようになっている。
または、さらに、位相シフト板36を光軸と直交する方向に移動することで、ある測定点1箇所での干渉縞の明暗の変化をみることができる。
In this case, the
Or, further, by moving the
なお、この一定角度α2の角度は、金属薄膜14の表面14aにおける電場増強度測定用部材の所定の高さ位置において伝播光44を発生させる臨界角度以下の角度であればよく、特に限定されるものではない。
The angle α2 is not particularly limited as long as it is equal to or smaller than a critical angle for generating the
そして、図2の拡大図に示したように、第2の下側励起光34による伝播光44と表面プラズモン光30の、表面プラズモン光30が走る方向である金属薄膜14の平面14aに平行な方向の波数成分が異なることに起因して、干渉光の干渉縞を発生させる。
Then, as shown in the enlarged view of FIG. 2, the
ところで、この干渉縞は、近接場光なので、そのままでは直接見れないものである。このため、本願発明では、金属薄膜14の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層16が形成されている。
By the way, since this interference fringe is near-field light, it cannot be seen directly as it is. For this reason, in the present invention, the
すなわち、第2の下側励起光34による伝播光44と、第1の下側励起光26による表面プラズモン光(粗密波)30による干渉縞(干渉光)によって、金属薄膜14上の蛍光物質層16の蛍光物質が効率良く励起されることになる。
That is, the fluorescent substance layer on the metal
この原理を用いて、第2の下側励起光34の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、電場増強度測定用部材であるの蛍光物質層16の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するようになっている。
Using this principle, the electric field enhancement measuring member is changed based on the light quantity of the second
具体的には、可変減光(ND)フィルター35によって、第2の下側励起光34の光量を変えることによって、金属薄膜14上の蛍光物質層16による蛍光の発光強度を、例えば、CCDなどの光検出手段42によって検出する。
More specifically, the light intensity of the second
この光検出手段42によって検出された蛍光発光干渉パターンは、図4のグラフと図5のグラフに示したようになる。
なお、図4、図5のグラフにおいて、縦軸は、蛍光物質層16による蛍光の発光強度を示し、横軸は、金属薄膜14の表面14aの第2の下側励起光34の照射ビームエリア内の距離を示している。
The fluorescence emission interference patterns detected by the light detection means 42 are as shown in the graph of FIG. 4 and the graph of FIG.
4 and 5, the vertical axis represents the fluorescence emission intensity by the
そして、図5のグラフのように、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量を、表面プラズモン光30の光量である(第2の下側励起光34の光量=表面プラズモン光30の光量)として、この時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、蛍光物質層16の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するようになっている。
As shown in the graph of FIG. 5, the light amount of the second
なお、図4のグラフの場合には、図5のグラフよりも干渉縞のコントラストが小さいので、(第2の下側励起光34の光量>表面プラズモン光30の光量、または、第2の下側励起光34の光量<表面プラズモン光30の光量)の場合を示していることになる。
In the case of the graph of FIG. 4, since the contrast of the interference fringes is smaller than that of the graph of FIG. 5, (the light amount of the second
そして、図5のグラフから、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、蛍光物質層16の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する方法は、例えば、以下のようになる。
Then, from the graph of FIG. 5, the electric field enhancement intensity at a predetermined height position of the
すなわち、干渉点が金属薄膜14の表面14aの位置にある場合(干渉点高さZ=0μm)には、第2の下側励起光34による伝播光44と、第1の下側励起光26による表面プラズモン光(粗密波)30による干渉縞(干渉光)の2つのビームの干渉縞である。
That is, when the interference point is at the position of the
但し、金属薄膜表面では、一般に金属消光があるので、この消光分を加味した電場増強度を推定することになる。
この場合、干渉縞のコントラストが最も大きい時の、第2の下側励起光34の光量と第1の下側励起光26の光量の比から、表面プラズモン光30の電場増強度を推定するための換算係数を周知の波動方程式などを用いて求め、電場増強度を推定する。
However, since there is generally metal quenching on the surface of the metal thin film, the electric field enhancement considering this quenching amount is estimated.
In this case, in order to estimate the electric field enhancement intensity of the surface plasmon light 30 from the ratio of the light amount of the second
すなわち、図7、図8のグラフは、上記計算により求めた結果を規格化したものであり、図7のグラフは、第2の下側励起光量/第1の下側励起光量=0.5の場合の干渉光パターンを示しており、この場合は、干渉縞のコントラスト≒0.8であり、図8のグラフは、第2の下側励起光量/第1の下側励起光量=1の場合の干渉光パターンを示しており、この場合は、干渉縞のコントラスト=1である。 That is, the graphs of FIGS. 7 and 8 are obtained by standardizing the results obtained by the above calculation, and the graph of FIG. 7 is the second lower excitation light amount / first lower excitation light amount = 0.5. In this case, the interference fringe contrast is approximately 0.8, and the graph of FIG. 8 shows that the second lower excitation light amount / first lower excitation light amount = 1. In this case, the interference fringe contrast = 1.
従って、具体的には、図6のグラフに示したように、干渉縞のコントラストが最大になる時の第2の下側励起光34と第1の下側励起光26の電場(振幅)比率は、換算係数K=1倍となる。但し、第2の下側励起光34は金属薄膜を透過するので、干渉点での光量は金属薄膜の透過率T(%)が含まれているため、その補正((100/T)2)が必要になる。
Therefore, specifically, as shown in the graph of FIG. 6, the electric field (amplitude) ratio of the second
従って、表面プラズモン電場増強度(エネルギー強度)
=K2×(干渉縞コントラストMAX時の第2の下側励起光量/(100/T)2)/第1の下側励起光量
=(干渉縞コントラストMAX時の第2の下側励起光量/(100/T)2)/第1の下側励起光量
となる。
Therefore, surface plasmon electric field enhancement (energy intensity)
= K 2 × (second lower excitation light amount at interference fringe contrast MAX / (100 / T) 2 ) / first lower excitation light amount = (second lower excitation light amount at interference fringe contrast MAX / (100 / T) 2 ) / first lower excitation light quantity.
この計算式によって、蛍光物質層16の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定すればよい。
なお、図6のグラフは、干渉縞コントラストを示すグラフであり、横軸は、第2の下側励起光量に対する第1の下側励起光量(電場振幅)の倍率を示し、縦軸は、干渉縞コントラストを示すグラフである。
The electric field enhancement at a predetermined height position of the
6 is a graph showing the interference fringe contrast, the horizontal axis indicates the magnification of the first lower excitation light amount (electric field amplitude) with respect to the second lower excitation light amount, and the vertical axis indicates the interference. It is a graph which shows a fringe contrast.
また、図6〜図8のグラフ中、θ1は、第2の下側励起光34と高さ方向の垂線のなす角度、θ2は、第1の下側励起光26と高さ方向の垂線のなす角度、n1は、誘電体部材12(この例では、ガラス)の屈折率、n2は、空気などの媒体(この例では:水)の屈折率を示している。
Also, in the graphs of FIGS. 6 to 8, θ1 is an angle formed between the second
以上の電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する処理は、光検出手段42からの検出データに基づいて、光検出手段42に接続された、コンピュータのCPUなどの電場増強度換算装置50において、所定のプログラムに基づいて演算処理が行われるようになっている。
The process of converting and estimating the electric field enhancement at the predetermined height position of the above-described member for measuring electric field enhancement is based on the detection data from the light detection means 42 and is connected to the light detection means 42. In the electric field
なお、上記の平面上に多数の蛍光体が配置された場合には、励起光と表面プラズモン光の干渉光には、ターゲットの蛍光体からの光だけでなく、周辺にある他の蛍光体からの蛍光が考えられる。 When a large number of phosphors are arranged on the above plane, the interference light between the excitation light and the surface plasmon light includes not only light from the target phosphor but also other nearby phosphors. Is considered to be fluorescence.
しかしながら、この場合には、干渉縞コントラストが最も大きくなる光量比は変化しないので、特に問題は生じない。
また、この実施例では、第2の下側励起光34は、第1の下側励起光26と同じ位相の第2の下側励起光34を、金属薄膜14の表面14aに照射したが、位相シフト板36によって、第2の下側励起光34は、第1の下側励起光26と異なる位相の第2の下側励起光34を、金属薄膜14の表面14aに照射することによって、電場増強度の電場増強度測定用部材の水平位置(金属薄膜14の表面14aと平行な方向)における2次元的な分布を得ることができる。
However, in this case, the light quantity ratio at which the interference fringe contrast is maximized does not change, so that no particular problem occurs.
In this embodiment, the second
さらに、電場増強度測定用部材の高さ位置、すなわち、蛍光物質層16の膜厚を変更することによって、図9のグラフに示したように、電場増強度測定用部材の高さ位置に対応する電場増強度の2次元的な分布を得ることができる。
Furthermore, by changing the height position of the electric field enhancement measuring member, that is, the film thickness of the
さらには、上記の組み合わせによって、電場増強度の電場増強度測定用部材の水平位置(金属薄膜14の表面14aと平行な方向)における分布と、電場増強度測定用部材の高さ位置に対応する電場増強度の分布と組み合わさった、電場増強度の3次元的な全体的な分布を得ることができる。
Furthermore, the above combination corresponds to the distribution of the electric field enhancement member in the horizontal position (direction parallel to the
この場合、図示しないが、電場増強度測定用部材の高さ位置、すなわち、蛍光物質層16の膜厚を変更する場合に、複数の異なる蛍光物質層16の膜厚を有する測定部材18を用意して測定する他、同一の測定部材18の金属薄膜14の表面14a方向の蛍光物質層16の膜厚を段階的に変えて同時に測定することも可能である。
In this case, although not shown, when changing the height position of the electric field enhancement measuring member, that is, when changing the film thickness of the
また、DNAと蛍光物質を結合(標識)させて単分子層を形成して、タンパク分子の大きさを変えることにより高さ位置を変えるなどして、所定の高さ位置で、蛍光物質を励起させることもができる。 In addition, DNA and fluorescent substances are bound (labeled) to form a monomolecular layer, and the fluorescent substance is excited at a predetermined height position by changing the height position by changing the size of protein molecules. It can also be made.
また、この実施例では、第2の下側励起光34を、第1の下側励起光26と同一の光源20から分光した第2の下側励起光34としたが、図10に示したように、第2の下側励起光34を、第1の下側励起光26の光源20とは別の光源52に由来する第2の下側励起光34とすることも可能である。なお、図示しないが、下記の実施例2、実施例3の場合にも、第2の下側励起光34を、第1の下側励起光26の光源20とは別の光源52に由来する第2の下側励起光34とすることもできる。
Further, in this embodiment, the second
このように構成することによって、第2の下側励起光34を、第1の下側励起光26の光源20とは別の光源52に由来する第2の下側励起光とすることができ、容易に第2の下側励起光34の光量を変えることができ、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
With this configuration, the second
このように構成することによって、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法、および電場増強度の絶対値の測定装置によれば、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材18を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。
With this configuration, according to the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement and the apparatus for measuring the absolute value of the electric field enhancement of the present invention, for example, the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) is used. When the
また、本発明によれば、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)の原理に基づいたSPFS装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、金属薄膜の形成の状態をチェックし、選別することが可能な、工程検査、管理、品質保証用の定部材の評価方法および測定部材の評価装置として使用できる。 Further, according to the present invention, the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of the surface plasmon light, can be accurately known, and thus, for example, the principle of surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) Evaluation of fixed members for process inspection, management, and quality assurance that can check and select the state of metal thin film formation when used as a measuring member such as a microchip used in SPFS devices based on It can be used as an evaluation apparatus for a method and a measuring member.
さらに、本発明によれば、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野においては、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正することにより、アナライトの検出の測定精度を向上することができる。 Furthermore, according to the present invention, the absolute value of the electric field enhancement intensity, which is an index of the electric field enhancement effect of surface plasmon light, can be accurately known. For example, blood using surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) In areas where high-precision detection is required, such as clinical trials such as tests, the measurement accuracy of analyte detection should be improved by correcting the detection data using the absolute value of the electric field enhancement intensity. Can do.
さらに、本発明によれば、金属薄膜の厚さの影響、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の2次元的、3次元的な全体的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定(推定)することがきる。 Furthermore, according to the present invention, a two-dimensional and three-dimensional overall distribution of the electric field enhancement corresponding to the influence of the thickness of the metal thin film and the height position of the analyte trapped in the vicinity of the metal thin film is obtained. It is possible to measure (estimate) an accurate electric field enhancement.
この場合、図示しないが、測定部材18に流路を設けておき、検出対象となるアナライトを含有してなる試料溶液を流すように構成して、金属薄膜14近傍に捕捉したアナライトと結合(標識)した蛍光物質を効率良く励起させ、この蛍光を観察することによって、極微量、極低濃度のアナライトを検出するように構成すればよい。
In this case, although not shown, a flow path is provided in the
ここで用いられる試料溶液は、検体を用いて調製された溶液であり、例えば検体と試薬とを混合して検体中に含有されるアナライトに蛍光物質を結合させるための処理をしたものが挙げられる。 The sample solution used here is a solution prepared using a specimen, for example, a mixture of a specimen and a reagent and a treatment for binding a fluorescent substance to an analyte contained in the specimen. It is done.
このような検体としては、血液、血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、便、体腔液(髄液、腹水、胸水等)などが挙げられる。
また、検体中に含有されるアナライトは、例えば、核酸(一本鎖であっても二本鎖であってもよいDNA、RNA、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、PNA(ペプチド核酸)等、またはヌクレオシド、ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子)、タンパク質(ポリペプチド、オリゴペプチド等)、アミノ酸(修飾アミノ酸も含む。)、糖質(オリゴ糖、多糖類、糖鎖等)、脂質、またはこれらの修飾分子、複合体などが挙げられ、具体的には、AFP(αフェトプロテイン)等のがん胎児性抗原や腫瘍マーカー、シグナル伝達物質、ホルモンなどであってもよく、特に限定されない。
Examples of such specimens include blood, serum, plasma, urine, nasal fluid, saliva, stool, body cavity fluid (eg, cerebrospinal fluid, ascites, pleural effusion).
The analyte contained in the sample is, for example, a nucleic acid (DNA that may be single-stranded or double-stranded, RNA, polynucleotide, oligonucleotide, PNA (peptide nucleic acid), etc., or nucleoside Nucleotides and their modified molecules), proteins (polypeptides, oligopeptides, etc.), amino acids (including modified amino acids), carbohydrates (oligosaccharides, polysaccharides, sugar chains, etc.), lipids, or modified molecules thereof, Specific examples thereof include a complex, and may be a carcinoembryonic antigen such as AFP (α-fetoprotein), a tumor marker, a signal transduction substance, a hormone, and the like, and is not particularly limited.
2.電場増強度測定用部材として、近接場プローブを用いた実施例
図11は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図、図12は、図11の部分拡大図、図13は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
2. Example Using Near Field Probe as Member for Measuring Electric Field Intensity FIG. 11 is a diagram of an apparatus for measuring an absolute value of electric field enhancement for explaining a method for measuring an absolute value of electric field enhancement in another embodiment of the present invention. FIG. 12 is a partially enlarged view of FIG. 11, and FIG. 13 is a block diagram for explaining an outline of a method for measuring an absolute value of electric field enhancement in another embodiment of the present invention. .
この実施例の電場増強度の絶対値の測定装置10は、図1〜図3に示した電場増強度の絶対値の測定装置10と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
The
図1〜図3に示した実施例1では、金属薄膜14の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層16が形成され、蛍光物質層16からの蛍光の発光強度を検出する、例えば、CCDなどの光検出手段42が備えられていたが、この実施例では、金属薄膜14の上面には、蛍光物質層16が形成されておらず、電場増強度測定用部材として、近接場プローブ54を用いている。
In Example 1 shown in FIGS. 1 to 3, a
例えば、近接場プローブ54の先端に蛍光物質55を付着して、近接場プローブ54の高さ位置を変えることにより、所定の高さ位置で、蛍光物質を励起させることができ、これにより、増強された蛍光を近接場プローブ54にて検出して、実施例1と同様な原理を用いて、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、電場増強度測定用部材、すなわち、近接場プローブ54の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定するように構成されている。
For example, by attaching the
2−2.電場増強度の絶対値の測定方法について
このように構成される本発明の電場増強度の絶対値の測定装置10を用いた、電場増強度の絶対値の測定方法について、以下に説明する。
2-2. The method for measuring the absolute value of the electric field enhancement using the
上記実施例1と同様にして、図11に示したように、先ず、光源20から、光22を照射して、誘電体部材12の上面12aに形成された金属薄膜14に向かって、一定角度の入射角(共鳴角度)α1で照射して、図12の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aにおいて、金属薄膜14の表面14aに平行な方向に、表面プラズモン光(粗密波)30が発生させる。
In the same manner as in the first embodiment, as shown in FIG. 11, first, light 22 is irradiated from the
一方、第2の下側励起光34を、図11、図12の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aに、一定角度α2(臨界角以下の角度)で照射して、金属薄膜14の表面14aにおける電場増強度測定用部材の所定の高さ位置において伝播光44を発生させる。
On the other hand, as shown in the enlarged views of FIGS. 11 and 12, the second
そして、図12の拡大図に示したように、第2の下側励起光34による伝播光44と表面プラズモン光30の、表面プラズモン光30が走る方向である金属薄膜14の平面14aに平行な方向の波数成分が異なることに起因して、干渉光の干渉縞を発生させる。
Then, as shown in the enlarged view of FIG. 12, the
ところで、この干渉縞は、近接場光なので、そのままでは直接見れないので、例えば、近接場プローブ54の先端に蛍光物質55を付着して、近接場プローブ54の所定の高さ位置において、第2の下側励起光34による伝播光44と、第1の下側励起光26による表面プラズモン光(粗密波)30による干渉縞(干渉光)によって、金属薄膜14上の近接場プローブ54の先端に蛍光物質55を励起させる。
By the way, since this interference fringe is near-field light and cannot be seen directly as it is, for example, the
この原理を用いて、第2の下側励起光34の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、電場増強度測定用部材であるの近接場プローブ54の先端に付着した蛍光物質55の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するようになっている。
Using this principle, the electric field enhancement measuring member is changed based on the light quantity of the second
具体的には、可変減光(ND)フィルター35によって、第2の下側励起光34の光量を変えることによって、近接場プローブ54の先端に蛍光物質55による蛍光の発光強度を、近接場プローブ54によって検出する。
Specifically, the light intensity of the second
そして、上記実施例1の図4〜図9のグラフと同様なグラフ、同様な原理を用いて、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
Then, based on the light amount of the second
3.電場増強度測定用部材として、光散乱物質を用いた実施例
図14は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図、図15は、図14の部分拡大図、図16は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
3. Example using light scattering material as member for measuring electric field enhancement FIG. 14 is a diagram of an apparatus for measuring the absolute value of electric field enhancement for explaining the method for measuring the absolute value of electric field enhancement according to another embodiment of the present invention. FIG. 15 is a partially enlarged view of FIG. 14, and FIG. 16 is a block diagram for explaining an outline of a method for measuring the absolute value of electric field enhancement in another embodiment of the present invention. .
この実施例の電場増強度の絶対値の測定装置10は、図1〜図3に示した電場増強度の絶対値の測定装置10と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
The
図1〜図3に示した実施例1では、金属薄膜14の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層16が形成されていたが、この実施例では、金属薄膜14の上面には、蛍光物質層16の代わりに、電場増強度測定用部材として、光散乱物質層56を用いている。
In Example 1 shown in FIGS. 1 to 3, the
そして、光散乱物質層56の光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光光検出手段42にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、電場増強度測定用部材、すなわち、光散乱物質層56の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されている。
Then, the light scattering material of the light scattering material layer 56 is excited, and the scattered light that is enhanced by this is detected by the light detection means 42, and the second lower excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. Based on the amount of
この場合、例えば、光散乱物質を、金コロイド、酸カルシウム粉末などの微粒子を用いて、実施例1の蛍光物質層16と同様に、塗膜にしてその高さ位置を変えたり、DNAと金コロイド、酸カルシウム粉末などの微粒子を結合(標識)させて単分子層を形成して、タンパク分子の大きさを変えることにより高さ位置を変えるなどして、所定の高さ位置で、光散乱物質を励起させ、これにより、増強された散乱光を光検出手段42にて検出して、実施例1と同様な原理を用いて、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定するように構成されている。
In this case, for example, the light scattering material is made of a fine particle such as colloidal gold or calcium acid powder, like the
3−2.電場増強度の絶対値の測定方法について
このように構成される本発明の電場増強度の絶対値の測定装置10を用いた、電場増強度の絶対値の測定方法について、以下に説明する。
3-2. The method for measuring the absolute value of the electric field enhancement using the
上記実施例1と同様にして、図14に示したように、先ず、光源20から、光22を照射して、誘電体部材12の上面12aに形成された金属薄膜14に向かって、一定角度の入射角(共鳴角度)α1で照射して、図15の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aにおいて、金属薄膜14の表面14aに平行な方向に、表面プラズモン光(粗密波)30が発生させる。
As in the first embodiment, as shown in FIG. 14, first, the
一方、第2の下側励起光34を、図14、図15の拡大図に示したように、金属薄膜14の表面14aに、一定角度α2(臨界角以下の角度)で照射して、金属薄膜14の表面14aにおける電場増強度測定用部材の所定の高さ位置において伝播光44を発生させる。
On the other hand, as shown in the enlarged views of FIGS. 14 and 15, the second
そして、図11の拡大図に示したように、第2の下側励起光34による伝播光44と表面プラズモン光30の、表面プラズモン光30が走る方向である金属薄膜14の平面14aに平行な方向の波数成分が異なることに起因して、干渉光の干渉縞を発生させる。
Then, as shown in the enlarged view of FIG. 11, the
ところで、この干渉縞は、近接場光なので、そのままでは直接見れないので、本願発明では、金属薄膜14の上面に、電場増強度測定用部材として、光散乱物質層56が形成されており、第2の下側励起光34による伝播光44と、第1の下側励起光26による表面プラズモン光(粗密波)30による干渉縞(干渉光)によって、金属薄膜14上の光散乱物質層56を励起させる。
By the way, since this interference fringe is near-field light and cannot be seen directly as it is, in the present invention, the light scattering material layer 56 is formed on the upper surface of the metal
この原理を用いて、第2の下側励起光34の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、電場増強度測定用部材であるの光散乱物質層56の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するようになっている。
Using this principle, the electric field enhancement measuring member is changed based on the light quantity of the second
具体的には、可変減光(ND)フィルター35によって、第2の下側励起光34の光量を変えることによって、光散乱物質層56による散乱光の発光強度を、例えば、CCDなどの光検出手段42によって検出する。
More specifically, the light intensity of the scattered light from the light scattering material layer 56 is detected by, for example, a CCD or the like by changing the amount of the second
そして、上記実施例1の図4〜図9のグラフと同様なグラフ、同様な原理を用いて、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の下側励起光34の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
Then, based on the light amount of the second
なお、この場合、図4、図5のグラフにおいて、縦軸は、光散乱物質層56による蛍光の発光強度を示している。
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出において用いる、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)を一例として挙げたが、高精度の検出が要求される分野において、表面プラズモン光を用いて、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正する分野であれば、例えば、光学検査のような工業分野などにおいても使用可能であり、何ら分野を限定されず、適用可能であり、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
In this case, in the graphs of FIGS. 4 and 5, the vertical axis indicates the fluorescence emission intensity by the light scattering material layer 56.
The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to this. For example, in the above embodiment, surface plasmon excitation used in detection of an analyte trapped in the vicinity of a metal thin film. Although enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS) is given as an example, in the field where high-precision detection is required, it is a field where surface plasmon light is used and the absolute value of electric field enhancement is used to correct detection data. For example, the present invention can be used in an industrial field such as an optical inspection, and is not limited to any field, can be applied, and various changes can be made without departing from the object of the present invention.
本発明は、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法(SPFS)を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野において、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正することにより、アナライトの検出の測定精度を向上することができる。 The present invention uses the absolute value of the electric field enhancement intensity in a field where high-precision detection is required, such as a clinical test such as blood test using surface plasmon excitation enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS). By correcting the detection data, the measurement accuracy of the analyte detection can be improved.
10 測定装置
12 誘電体部材
12a 上面
12b 側面
12c 側面
14 金属薄膜
14a 表面
16 蛍光物質層
18 測定部材
20 光源
22 光
24 分光器
26 第1の下側励起光
28 フィルター
30 表面プラズモン光
32 光
34 第2の下側励起光
35 フィルター
36 位相シフト板
37 ミラー
38 金属薄膜反射光
40 受光手段
42 光検出手段
44 伝播光
46 第1の下側励起光発生装置
48 第2の下側励起光発生装置
50 電場増強度換算装置
52 光源
54 近接場プローブ
55 蛍光物質
56 光散乱物質層
100 誘電体
101 プラズモン光
104 ピンホール
104a エッジ部分
106 励起光
108 励起光
110 近接場プローブ
200 誘電体
201 プラズモン光
204 エッジ部分
206 励起光
210 近接場プローブ
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記金属薄膜表面の所定の高さ位置に、電場増強度測定用部材を配置して、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記光源より第1の励起光を照射し、前記金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させるとともに、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第1の励起光とは別の第2の励起光を照射して、前記金属薄膜表面に伝播光を発生させ、
前記表面プラズモン光と前記伝播光とによる干渉縞を発生させ、
前記第2の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする電場増強度の絶対値の測定方法。 When the electric field on the metal thin film is enhanced by irradiating excitation light from the light source toward the metal thin film formed on the dielectric member through the dielectric member and generating surface plasmon light on the surface of the metal thin film. And a measurement method for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity,
An electric field enhancement measuring member is disposed at a predetermined height position on the surface of the metal thin film,
Irradiating the first excitation light from the light source toward the metal thin film through the dielectric member, and generating surface plasmon light on the metal thin film surface,
Irradiating a second excitation light different from the first excitation light toward the metal thin film through the dielectric member to generate propagating light on the surface of the metal thin film,
Generating interference fringes by the surface plasmon light and the propagating light;
Based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes is maximized while changing the light quantity of the second excitation light, the electric field enhancement intensity at a predetermined height position of the electric field enhancement measurement member. A method for measuring the absolute value of the electric field enhancement, characterized by converting and estimating.
前記蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法。 The electric field enhancement measuring member is a fluorescent material,
The fluorescent substance is excited, and the fluorescence enhanced thereby is detected by a light detection means, and the electric field enhancement measurement is performed based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. The method for measuring an absolute value of electric field enhancement according to any one of claims 1 to 3, wherein the electric field enhancement at a predetermined height position of the member is converted and estimated.
前記近接場プローブの所定高さ位置での干渉光強度を測定して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法。 The electric field enhancement measuring member is a near-field probe,
The intensity of the interference light at a predetermined height position of the near-field probe is measured, and based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes is maximized, the predetermined value of the electric field enhancement measuring member is determined. The method for measuring the absolute value of the electric field enhancement according to any one of claims 1 to 3, wherein the electric field enhancement at the height position is estimated by conversion.
前記光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法。 The electric field enhancement measuring member is a light scattering material,
The light scattering material is excited, and the scattered light enhanced thereby is detected by the light detection means, and the electric field enhancement is based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. The method for measuring the absolute value of the electric field enhancement according to any one of claims 1 to 3, wherein the electric field enhancement at a predetermined height position of the measurement member is converted and estimated.
前記金属薄膜表面の所定の高さ位置に配置した電場増強度測定用部材と、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記光源より第1の励起光を照射し、前記金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させる第1の励起光発生装置と、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第1の励起光とは別の第2の励起光を照射して、前記金属薄膜表面に伝播光を発生させる第2の励起光発生装置と、
前記表面プラズモン光と前記伝播光とによる干渉縞を発生した際に、
前記第2の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する電場増強度換算装置とを備えることを特徴とする電場増強度の絶対値の測定装置。 When the electric field on the metal thin film is enhanced by irradiating excitation light from the light source toward the metal thin film formed on the dielectric member through the dielectric member and generating surface plasmon light on the surface of the metal thin film. And a measuring device for measuring the absolute value of the electric field enhancement intensity,
A member for measuring the electric field strength arranged at a predetermined height position on the surface of the metal thin film;
A first excitation light generator that irradiates the metal thin film with the first excitation light from the light source through the dielectric member, and generates surface plasmon light on the metal thin film surface;
Second excitation light that emits propagating light on the surface of the metal thin film by irradiating the metal thin film with second excitation light different from the first excitation light through the dielectric member. A generator,
When generating interference fringes due to the surface plasmon light and the propagating light,
Based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes is maximized while changing the light quantity of the second excitation light, the electric field enhancement intensity at a predetermined height position of the electric field enhancement measurement member. An apparatus for measuring the absolute value of electric field enhancement, comprising: an electric field enhancement conversion device for converting and estimating the electric field.
前記蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置。 The electric field enhancement measuring member is a fluorescent material,
The fluorescent substance is excited, and the fluorescence enhanced thereby is detected by a light detection means, and the electric field enhancement measurement is performed based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. The apparatus for measuring the absolute value of the electric field enhancement according to any one of claims 8 to 10, wherein the electric field enhancement at a predetermined height position of the member is converted and estimated.
前記近接場プローブの所定高さ位置での干渉光強度を測定して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置。 The electric field enhancement measuring member is a near-field probe,
The interference light intensity at a predetermined height position of the near-field probe is measured, and based on the amount of the second excitation light when the contrast of the interference fringe is maximized, a predetermined value of the electric field enhancement measurement member is determined. The apparatus for measuring an absolute value of an electric field enhancement according to any one of claims 8 to 10, wherein the electric field enhancement at a height position is converted and estimated.
前記光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第2の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置。 The electric field enhancement measuring member is a light scattering material,
The light scattering material is excited, and the scattered light enhanced thereby is detected by the light detection means, and the electric field enhancement is based on the light quantity of the second excitation light when the contrast of the interference fringes becomes maximum. The apparatus for measuring an absolute value of electric field enhancement according to any one of claims 8 to 10, wherein the electric field enhancement at a predetermined height position of the measurement member is converted and estimated. .
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材の評価を行うことを特徴とする測定部材の評価方法。 Based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained by using the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement according to any one of claims 1 to 7,
A measurement member evaluation method comprising: evaluating a measurement member comprising a dielectric member and a metal thin film formed on an upper surface of the dielectric member.
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材の評価を行うように構成されていることを特徴とする測定部材の評価装置。 Based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained by using the absolute value measuring device of the electric field enhancement according to any one of claims 1 to 7,
An apparatus for evaluating a measurement member, characterized in that the measurement member includes a dielectric member and a metal thin film formed on an upper surface of the dielectric member.
請求項1から7のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、検出データを補正してアナライトの検出を行うことを特徴とするアナライトの検出方法。 When detecting an analyte trapped in the vicinity of a metal thin film using a measurement member comprising a dielectric member and a metal thin film formed on the upper surface of the dielectric member,
The detection of the analyte is performed by correcting the detection data based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained using the method for measuring the absolute value of the electric field enhancement according to any one of claims 1 to 7. Analyte detection method characterized by the above.
請求項8から14のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、検出データを補正してアナライトの検出を行うように構成されていることを特徴とするアナライトの検出装置。 When detecting an analyte trapped in the vicinity of a metal thin film using a measurement member comprising a dielectric member and a metal thin film formed on the upper surface of the dielectric member,
The detection of the analyte is performed by correcting the detection data based on the absolute value data of the electric field enhancement obtained using the absolute value measurement apparatus for the electric field enhancement according to any one of claims 8 to 14. An analyte detecting device characterized by comprising:
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