JP2012251863A - 表面プラズモン励起増強蛍光測定装置および表面プラズモン励起増強蛍光測定装置に用いられるセンサ構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面プラズモン励起増強蛍光測定装置に用いられるセンサ構造体であって、前記センサ構造体は、誘電体部材と、前記誘電体部材の上に形成された金属薄膜と、前記金属薄膜上に形成されたリガンド固定領域と、前記誘電体部材上の前記リガンド固定領域を除いた領域に形成された非特異吸着防止層と、を備えたセンサ部材と、前記センサ部材上に固定され、前記リガンド固定領域上および前記非特異吸着防止層上を試料溶液が流通可能となるように構成された流路構成部材と、を少なくとも備えて成る。
【選択図】図1
Description
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光(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、金属薄膜表面に粗密波(表面プラズモン)を発生させることによって、光源より照射したレーザ光(励起光)が有するフォトン量を数十倍〜数百倍に増やし(表面プラズモンの電場増強効果)、これにより金属薄膜近傍の蛍光物質を効率良く励起させ、この励起された蛍光を検出することで極微量および/または極低濃度のアナライトを検出するようにしたものである。
本発明のセンサ構造体は、
誘電体部材の上面に形成された金属薄膜に、前記誘電体部材側から全反射条件となる入射角で励起光を照射し、前記金属薄膜上の電場を増強させることにより、前記金属薄膜上に形成されたリガンド固定領域の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するようにした表面プラズモン励起増強蛍光測定装置に用いられるセンサ構造体であって、
前記センサ構造体は、
前記誘電体部材と、前記誘電体部材の上に形成された前記金属薄膜と、前記金属薄膜上に形成された前記リガンド固定領域と、前記誘電体部材上の前記リガンド固定領域を除いた領域に形成された非特異吸着防止層と、を備えたセンサ部材と、
前記センサ部材上に固定され、前記リガンド固定領域上および前記非特異吸着防止層上を試料溶液が流通可能となるように構成された流路構成部材と、
を少なくとも備えて成ることを特徴とする。
したがって、アナライトをリガンド固定領域に集中させることができる。
前記リガンド固定領域は、前記金属薄膜上に区画形成され、
前記非特異吸着防止層は、前記金属薄膜上の前記リガンド固定領域を除いた領域に形成されていることを特徴とする。
前記非特異吸着防止層が、
励起された蛍光物質が生ずる蛍光と同じ波長の光を遮光することのできる遮光機能付き非特異吸着防止層であることを特徴とする。
このように遮光機能付き非特異吸着防止層であれば、励起された蛍光物質が生ずる蛍光と同じ波長の誘電体部材などから生ずる自家蛍光を遮光することができる。
前記非特異吸着防止層と前記誘電体部材との間に、励起された蛍光物質が生ずる蛍光と同じ波長の光を遮光する遮光層を備えることを特徴とする。
前記非特異吸着防止層と前記金属薄膜との間に、励起された蛍光物質が生ずる蛍光と同じ波長の光を遮光する遮光層を備えることを特徴とする。
このように遮光層を設ければ、励起された蛍光物質が生ずる蛍光と同じ波長の誘電体部材などから生ずる自家蛍光を遮光することができる。
前記遮光層が、前記金属薄膜と同じ材質から成ることを特徴とする。
このように構成すれば、金属薄膜形成時に遮光層となる部分も同時に成膜させることができ、製造に要する工程を簡素化させることができる。
前記リガンド固定領域の直下に位置する前記金属薄膜の上面から前記非特異吸着防止層の上面までの高さが、1〜200μmの範囲内であることを特徴とする。
上記いずれかに記載のセンサ構造体を配設してなることを特徴とする。
このようなセンサ構造体を用いれば、アナライトをリガンド固定領域に集中させてシグナルを向上させることができるので、高精度に蛍光検出を行うことができる。
本発明の表面プラズモン励起増強蛍光測定装置(SPFS装置)は、リガンド固定領域に固定されたリガンドに捕捉されたアナライトを標識した蛍光物質を、確実に励起させて高感度に蛍光検出を行うものである。
さらに「リガンド固定領域を除いた領域」とは、金属薄膜上のリガンド固定領域を除いた領域の全て、およびリガンド固定領域を除いた領域の一部も含まれるものであり、「リガンド固定領域」と「リガンド固定領域を除いた領域」とは隣接しているものである。
図1に示したように本発明のSPFS装置1は、誘電体部材12と、誘電体部材12の上面に形成された金属薄膜14と、この金属薄膜14上面に区画形成され、検出対象となるアナライトと特異的に吸着するリガンドを固定するためのリガンド固定領域16と、さらに金属薄膜14上のリガンド固定領域16を除いた領域に形成された非特異吸着防止層18と、を備えたセンサ部材20を有している。
また、金属薄膜14の形成方法としては、例えばスパッタリング法,蒸着法(抵抗加熱蒸着法,電子線蒸着法等),電解メッキ,無電解メッキ法などが挙げられる。中でもスパッタリング法,蒸着法は、薄膜形成条件の調整が容易であるため好ましい。
このような光検出手段36としては、超高感度の光電子増倍管、または多点計測が可能なCCDイメージセンサを用いることが好ましい。
光学フィルタとしては、減光(ND)フィルタ,ダイアフラムレンズなどが挙げられる。
なお、角度可変部(図示せず)は、サーボモータで全反射減衰(ATR)条件を求めるために受光手段32と光源28とを同期し、45〜85°の角度変更を可能とし、分解能が0.01°以上であることが好ましい。
以下、このような非特異吸着防止層18を有するセンサ構造体10について詳細に説明する。
[実施形態1]
図1および図2に示したように、本発明のセンサ構造体10は、金属薄膜14上に区画形成されたリガンド固定領域を除いた領域に、非特異吸着防止層18が形成されている。
また図中の符号T2は、流路22の高さである。流路22の高さT2は50〜500μmの範囲内とすることが好ましい。さらに流路22の幅は1〜3mmの範囲内とすることが好ましい。
このように設定することで、上記段差により生ずる凹部44内においても試料溶液の流れが確実に生じ、リガンドにアナライトを確実に捕捉させることができる。
図4〜図7に示したセンサ構造体は、図1〜図3に示したセンサ構造体と基本的には同様の構成であるので、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。
この場合には、例えば非特異吸着防止層18の原材料中に予め遮光材を混入させておき、これを金属薄膜14上に塗布して成膜するようにすれば良い。ここで遮光材としては、例えばカーボンブラック等の顔料や染料の他、金属微粒子などを用いることができる。
遮光層42の材質としては、光透過性の低い金属被膜、例えばクロム,チタン,モリブデン,スズ,酸化鉄,酸化カドミウム,硫化カドミウムなど、反射率の高い膜材料、例えば銀,アルミニウム,ロジウム,及びそれらの合金などを用いることができる。
なお、遮光層42を金属薄膜14と同じ金属材料で形成しても良く、この場合には、図6に示したように金属薄膜14の成膜の際に、リガンド固定領域16を除いた領域の金属薄膜14だけを部分的に厚く形成することで、リガンド固定領域16を除いた領域の金属薄膜14に遮光層42としての機能を持たせるようにすることができる。
図2に示した本発明のセンサ構造体10において、リガンド固定領域16の直下に位置する金属薄膜14の上面から非特異吸着防止層18の上面までの高さT1を50μmとし、流路22の高さT2を50μmとしたセンサ構造体10を用意した。
2つのセンサ構造体のそれぞれの流路内に、流量3000μl/min、流速0.167m/sでアナライトが含有された試料溶液を流入させ、さらにアナライトを蛍光物質で標識し、この状態でSPFS装置による蛍光検出を行った際のアッセイシグナル(count/sec)を、CCDイメージセンサを用いて測定した。
図2に示したセンサ構造体10において、リガンド固定領域16の直下に位置する金属薄膜14の上面から非特異吸着防止層18の上面までの高さT1を50μmとし流路22の高さT2を100μmとしたもの、高さT1を100μmとし流路高さT2を100μmとしたもの、高さT1を200μmとし高さT2を100μmとしたもの、高さT1を250μmとし高さT2を100μmとしたものの、合計4種類のセンサ構造体を用意した。
高さT1を50μmとし高さT2を100μmとしたセンサ構造体10では、非特異吸着防止層18とリガンド固定領域16とで形成された凹部44内の試料溶液の流量が750μl/minであり、充分な反応を生ずるだけの流量が得られることが確認された。
図4に示した、非特異吸着防止層18が励起された蛍光物質が生ずる蛍光34と同じ波長の光を遮光する遮光機能付き非特異吸着防止層18aとなっている本発明のセンサ構造体10において、リガンド固定領域16の直下に位置する金属薄膜14の上面から非特異吸着防止層18の上面までの高さT1を50μmとし、流路の高さT2を50μmとしたセンサ構造体10を用意した。
2つのセンサ構造体のそれぞれの流路内に、流量3000μl/min、流速0.167m/sでアナライトが含有された試料溶液を流入させ、さらにアナライトを蛍光物質で標識し、SPFS装置による蛍光検出を行った際の光学ブランク(ノイズ)を調べた。
10・・・センサ構造体
12・・・誘電体部材
14・・・金属薄膜
16・・・リガンド固定領域
18・・・非特異吸着防止層
18a・・遮光機能付き非特異吸着防止層
18b・・遮光材が含有された非特異吸着防止層
20・・・センサ部材
22・・・流路
24・・・流路構成部材
24a・・流路構成部材
24b・・流路構成部材
26・・・励起光
28・・・光源
30・・・反射光
32・・・受光手段
34・・・蛍光
36・・・光検出手段
38・・・集光部材
40・・・波長選択機能部材
42・・・遮光層
44・・・凹部
T1・・リガンド固定領域の直下に位置する金属薄膜の上面から非特異吸着防止層の上面までの高さ
T2・・流路の高さ
θa・・共鳴角
100・・・センサ構造体
102・・・誘電体部材
104・・・金属薄膜
106・・・リガンド固定領域
108・・・センサ部材
110・・・流路
112・・・流路構成部材
114・・・励起光
116・・・光源
118・・・反射光
120・・・受光手段
122・・・蛍光
124・・・光検出手段
126・・・集光部材
128・・・波長選択機能部材
200・・・表面プラズモン励起増強蛍光測定装置(SPFS装置)
θ1・・共鳴角
Claims (8)
- 誘電体部材の上面に形成された金属薄膜に、前記誘電体部材側から全反射条件となる入射角で励起光を照射し、前記金属薄膜上の電場を増強させることにより、前記金属薄膜上に形成されたリガンド固定領域の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するようにした表面プラズモン励起増強蛍光測定装置に用いられるセンサ構造体であって、
前記センサ構造体は、
前記誘電体部材と、前記誘電体部材の上に形成された前記金属薄膜と、前記金属薄膜上に形成された前記リガンド固定領域と、前記誘電体部材上の前記リガンド固定領域を除いた領域に形成された非特異吸着防止層と、を備えたセンサ部材と、
前記センサ部材上に固定され、前記リガンド固定領域上および前記非特異吸着防止層上を試料溶液が流通可能となるように構成された流路構成部材と、
を少なくとも備えて成ることを特徴とするセンサ構造体。 - 前記リガンド固定領域は、前記金属薄膜上に区画形成され、
前記非特異吸着防止層は、前記金属薄膜上の前記リガンド固定領域を除いた領域に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のセンサ構造体。 - 前記非特異吸着防止層が、
励起された蛍光物質が生ずる蛍光と同じ波長の光を遮光することのできる遮光機能付き非特異吸着防止層であることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ構造体。 - 前記非特異吸着防止層と前記誘電体部材との間に、励起された蛍光物質が生ずる蛍光と同じ波長の光を遮光する遮光層を備えることを特徴とする請求項1に記載のセンサ構造体。
- 前記非特異吸着防止層と前記金属薄膜との間に、励起された蛍光物質が生ずる蛍光と同じ波長の光を遮光する遮光層を備えることを特徴とする請求項2に記載のセンサ構造体。
- 前記遮光層が、前記金属薄膜と同じ材質から成ることを特徴とする請求項5に記載のセンサ構造体。
- 前記リガンド固定領域の直下に位置する前記金属薄膜の上面から前記非特異吸着防止層の上面までの高さが、1〜200μmの範囲内であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のセンサ構造体。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のセンサ構造体を配設してなることを特徴とする表面プラズモン励起増強蛍光測定装置。
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