JP2015021889A - 表面プラズモン増強蛍光測定方法および表面プラズモン増強蛍光測定装置 - Google Patents
表面プラズモン増強蛍光測定方法および表面プラズモン増強蛍光測定装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
[2]前記回折格子のピッチΛ(nm)および真空中の前記励起光の波長λ0(nm)は、以下の式(1)を満たし、前記回折格子のフィルファクターfは、以下の式(2)を満たし、前記回折格子に対する前記励起光の入射角θ(°)は、以下の式(3)〜式(5)を満たすか、または前記蛍光物質からの蛍光の強度が以下の式(3)〜式(5)を満たすときの前記蛍光物質からの蛍光の強度に対して50%以上となる範囲内である、[1]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定方法。
[3]前記回折格子に励起光を照射する工程では、前記捕捉体に結合した前記被検出物質に所定の周波数で前記金属膜の面方向を含む方向の振動を加え、前記蛍光シグナルを周波数解析することにより被検出物質の存在またはその量を分析する工程をさらに含む、[1]または[2]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定方法。
[4]前記被検出物質に加えられる前記振動の周波数は、前記捕捉体に結合した前記被検出物質が共振する周波数未満であるか、または前記捕捉体に結合した前記被検出物質が共振する周波数である、[3]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定方法。
[6]前記回折格子のピッチΛ(nm)および真空中の前記励起光の波長λ0(nm)は、以下の式(1)を満たし、前記回折格子のフィルファクターfは、以下の式(2)を満たし、前記回折格子に対する前記励起光の入射角θ(°)は、以下の式(3)〜式(5)を満たすか、または前記蛍光物質からの蛍光の強度が以下の式(3)〜式(5)を満たすときの前記蛍光物質からの蛍光の強度に対して50%以上となる範囲内である、[5]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
[7]前記捕捉体に結合した前記被検出物質に、所定の周波数で前記金属膜の面方向を含む方向の振動を加える振動付与部をさらに有し、前記振動付与部により前記被検出物質に振動を加えた状態で、前記光検出部により前記蛍光物質からの蛍光を検出し、前記光検出部からの出力信号を周波数解析することにより被検出物質の存在またはその量を分析する、[5]または[6]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
[8]前記振動付与部が加える前記振動の周波数は、前記捕捉体に結合した前記被検出物質が共振する周波数未満であるか、または前記捕捉体に結合した前記被検出物質が共振する周波数である、[7]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
[9]前記振動付与部は、交番電界を印加することで前記被検出物質に振動を加える、[7]または[8]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
[10]前記振動付与部は、前記金属膜を1つの壁面とする流路の他の壁面を振動させることで前記被検出物質に振動を加える、[7]または[8]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
[11]前記振動付与部は、前記金属膜を1つの壁面とする流路内において液体を往復させることで前記被検出物質に振動を加える、[7]または[8]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
[12]前記振動付与部は、周波数1×105〜1×1013Hzの電磁波を照射することで前記被検出物質に振動を加える、[7]または[8]に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
図1は、本発明の実施の形態1に係る表面プラズモン増強蛍光測定装置(以下「SPFS装置」という)100の構成を示す模式図である。図1に示されるように、SPFS装置100は、光源110、コリメートレンズ120、励起光フィルター130、第1集光レンズ140、蛍光フィルター150、第2集光レンズ160、光検出部170および制御部180を有する。SPFS装置100は、チップホルダー(不図示)にチップ200を装着した状態で使用される。そこで、チップ200について先に説明し、その後にSPFS装置100について説明する。
λ0:真空中の励起光αの波長(nm)
n:回折格子230上の媒体(誘電体)の屈折率
ε1:回折格子230上の媒体(誘電体)の誘電率=n2
ε2:回折格子230を構成する金属の誘電率
k0:励起光αの波数=2π/(λ0/n)
λ0:真空中の励起光αの波長(nm)
n:回折格子230上の媒体(誘電体)の屈折率
θ:励起光αの格子面に対する入射角(°)
M,N:整数
K:格子ベクトル=2π/Λ
Λ:回折格子230のピッチ(nm)
f:回折格子230のフィルファクター
Λ:回折格子230のピッチ(nm)
m:表面プラズモンの高調波の次数(整数)
図5は、本発明の実施の形態2に係るSPFS装置300の構成を示す模式図である。図5に示されるように、SPFS装置300は、光源110、コリメートレンズ120、励起光フィルター130、第1集光レンズ140、蛍光フィルター150、第2集光レンズ160、光検出部170、振動付与部310および制御部180を有する。実施の形態2に係るSPFS装置300は、振動付与部310をさらに有する点において実施の形態1に係るSPFS装置100と異なる。そこで、実施の形態1に係るSPFS装置100と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
慣性モーメント: J=ml2
転倒モーメント: mg・l・sinθ≒mgl・θ
ばねの復元力 : −k・hθ
復元モーメント: −k・hθ・h=−k・h2・θ
h=l=1.8×10−9(m)
m=6.17×10−22(kg)
g=9.8(m/t2)
k=2.5(N/m)=2.5(kg/t2)
kt=kh2−mgl≒0.81×10−15(kgm2/t2)
J=m×l2=6.17×10−22×(18×10−9)2=1.99908×10−37(kgm2)
ωn=√(kt/J)≒0.636×1011(Hz)
η=0.89(cP)=0.89×10−3(kg/(mt))
r=5(nm)
V=4/3πr3=5.236×10−25(m3)
C=η×V=0.89×10−3×5.236×10−25≒4.66004×10−28(kgm2/t)
ξ=C/(2ωn×J)=4.66004×10−28/(2×0.636×1011×1.99908×10−37)
T=2π/(ωn×√(1−ξ2))≒9.88×10−11(t)
f=1/T≒10(GHz)
110 光源
120 コリメートレンズ
130 励起光フィルター
140 第1集光レンズ
150 蛍光フィルター
160 第2集光レンズ
170 光検出部
180 制御部
200 チップ
210 基板
220 金属膜
230 回折格子
310 振動付与部
312 高圧電源
314 電極
410 1次抗体
420 被検出物質
430 2次抗体
440 蛍光物質
α 励起光
β 蛍光
Claims (12)
- 被検出物質を標識する蛍光物質が、表面プラズモン共鳴に基づく電場により励起されて発した蛍光を検出して、前記被検出物質の存在またはその量を検出する表面プラズモン増強蛍光測定方法であって、
回折格子を形成された金属膜と、前記回折格子に固定化された捕捉体と、前記捕捉体に結合した、蛍光物質で標識された被検出物質とを有するチップを準備する工程と、
前記回折格子において表面プラズモンの定在波が発生するように、前記回折格子に励起光を照射する工程と、
前記蛍光物質から放出された蛍光を検出して蛍光シグナルを得る工程と、
を含む、表面プラズモン増強蛍光測定方法。 - 前記回折格子のピッチΛ(nm)および真空中の前記励起光の波長λ0(nm)は、以下の式(1)を満たし、
前記回折格子のフィルファクターfは、以下の式(2)を満たし、
前記回折格子に対する前記励起光の入射角θ(°)は、以下の式(3)〜式(5)を満たすか、または前記蛍光物質からの蛍光の強度が以下の式(3)〜式(5)を満たすときの前記蛍光物質からの蛍光の強度に対して50%以上となる範囲内である、
請求項1に記載の表面プラズモン増強蛍光測定方法。
- 前記回折格子に励起光を照射する工程では、前記捕捉体に結合した前記被検出物質に所定の周波数で前記金属膜の面方向を含む方向の振動を加え、
前記蛍光シグナルを周波数解析することにより被検出物質の存在またはその量を分析する工程をさらに含む、
請求項1または請求項2に記載の表面プラズモン増強蛍光測定方法。 - 前記被検出物質に加えられる前記振動の周波数は、前記捕捉体に結合した前記被検出物質が共振する周波数未満であるか、または前記捕捉体に結合した前記被検出物質が共振する周波数である、請求項3に記載の表面プラズモン増強蛍光測定方法。
- 回折格子を形成された金属膜と、前記回折格子に固定化された捕捉体と、前記捕捉体に結合した、蛍光物質で標識された被検出物質とを有するチップを装着され、励起光を前記回折格子に照射することで、被検出物質の存在またはその量を検出する表面プラズモン増強蛍光測定装置であって、
増強された電場により前記蛍光物質を励起して蛍光を放出させるために、前記励起光を前記回折格子に照射する光源と、
前記蛍光物質からの蛍光を検出する光検出部と、を有し、
前記光源は、前記回折格子において表面プラズモンの定在波が発生するように、前記励起光を前記回折格子に照射する、
表面プラズモン増強蛍光測定装置。 - 前記回折格子のピッチΛ(nm)および真空中の前記励起光の波長λ0(nm)は、以下の式(1)を満たし、
前記回折格子のフィルファクターfは、以下の式(2)を満たし、
前記回折格子に対する前記励起光の入射角θ(°)は、以下の式(3)〜式(5)を満たすか、または前記蛍光物質からの蛍光の強度が以下の式(3)〜式(5)を満たすときの前記蛍光物質からの蛍光の強度に対して50%以上となる範囲内である、
請求項5に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
- 前記捕捉体に結合した前記被検出物質に、所定の周波数で前記金属膜の面方向を含む方向の振動を加える振動付与部をさらに有し、
前記振動付与部により前記被検出物質に振動を加えた状態で、前記光検出部により前記蛍光物質からの蛍光を検出し、前記光検出部からの出力信号を周波数解析することにより被検出物質の存在またはその量を分析する、
請求項5または請求項6に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。 - 前記振動付与部が加える前記振動の周波数は、前記捕捉体に結合した前記被検出物質が共振する周波数未満であるか、または前記捕捉体に結合した前記被検出物質が共振する周波数である、請求項7に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
- 前記振動付与部は、交番電界を印加することで前記被検出物質に振動を加える、請求項7または請求項8に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
- 前記振動付与部は、前記金属膜を1つの壁面とする流路の他の壁面を振動させることで前記被検出物質に振動を加える、請求項7または請求項8に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
- 前記振動付与部は、前記金属膜を1つの壁面とする流路内において液体を往復させることで前記被検出物質に振動を加える、請求項7または請求項8に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
- 前記振動付与部は、周波数1×105〜1×1013Hzの電磁波を照射することで前記被検出物質に振動を加える、請求項7または請求項8に記載の表面プラズモン増強蛍光測定装置。
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