JP4994682B2 - 検知素子、該検知素子を用いた標的物質検知装置及び標的物質を検知する方法 - Google Patents
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Description
本発明における柱状構造体は、図1に示す短軸方向と長軸方向の長さの異なる柱状形状を有する。この柱状構造体は、通常金属微粒子で構成される。球状の金属粒子とは異なり、金属粒子で構成した柱状構造体は、短軸方向と長軸方向のプラズモン共鳴周波数が異なり、図2のような吸光スペクトルが得られる。このスペクトルにおける短波長側の吸収は、柱状構造体の短軸方向のプラズモン共鳴、そして、長波長側の吸収は柱状構造体の長軸方向のプラズモン共鳴によるものである。この長波長側の吸収ピークは金属構造体近傍の屈折率変化の影響を受けやすく、屈折率変化時のシフト量が大きい。本発明は、この現象を利用するものであり、検知素子に光を照射し、検知素子から反射もしくは透過した光の特性を検出することで、金属構造体近傍の特性(屈折率)変化を高感度に検出可能とする検知素子を提供するものである。つまり、本発明による検知素子においては、短軸方向、長軸方向を有する柱状構造体が用いられ、上述の長軸方向の共鳴を効果的に利用することにより、検知素子として充分な感度を得ることが可能となる。
前述のように、金属部材を用いた柱状構造体の長軸方向の共鳴を効果的に利用すれば、検知素子の感度を向上させることが可能となる。本発明においては、柱状構造体を基板上に配向性を持たせて配する。
本発明における検知素子は、金属からなる柱状構造体の表面に検体中の標的物質を捕捉する捕捉体成分を有していることが好ましい。
次に、本発明による検知装置について説明する。
本発明の検知装置は、プラズモン共鳴を利用して検体中の標的物質を検知する検知装置であって、検体と接触させることで検体中の標的物質に関する情報を得る検知素子と、該検知素子に光を照射する光源と、前記光源より照射された光を前記検知素子を介して受光する受光素子と、を備え、検知素子として本発明の検知素子を用いたものである。
本発明の検知方法は、本発明の検知素子に標的物質を含む検体を接触させる工程により、金属の柱状構造体近傍の特性を変化させる。特に、検知素子が捕捉体成分を有している場合は、捕捉体成分と標的物質との特異的な反応が検知素子表面で起こり、柱状構造体近傍の特性が変化することになる。そして、柱状構造体を長軸方向に配置して構成した検知素子に光を照射する。この工程は、柱状構造体の長軸方向に対して平行な成分を有する光を柱状構造体に照射する工程を包含する。更に、検知素子から透過もしくは反射した光を受光して、金属構造体近傍の特性変化を検知することが可能と成る。特に本発明では、柱状構造体の長軸方向に対して平行な成分を有する光を照射することにより、柱状構造体の長軸方向の共鳴を効果的に利用し、高感度な検出を行うことが可能と成る。
例えば、以下の工程(A)〜工程(D)を行うことより、検知素子を作製することが出来る。
本工程では、柱状の細孔を有する多孔質体を用意する。
多孔質体はその細孔が金属粒子形成の鋳型となり得れば、材質、大きさ、形状等、限定されるものではなく、例えば、任意の基板や膜にエッチング等の加工処理によって細孔を設けたものを用いることが可能である。他にも、アルミニウムを酸性電解液中で陽極酸化処理することによりアルミニウム表面に形成される陽極酸化アルミナは、柱状の細孔を有しており、好適に用いられる。尚、陽極酸化アルミナは、細孔径、細孔深さを比較的自由に制御できるため、金属粒子の形状やサイズ制御を行う上で好適である。また、ポリカーボネート製メンブレンフィルターも柱状の細孔を有しており、一般的にも市販されているため、簡便に用いる事ができる。
本工程では、前記多孔質体を鋳型とし、細孔内に金属粒子の材料を導入する。
金属粒子材料の多孔質体細孔への導入は、蒸着、スパッタ、めっき等により行えるが、多孔質体の細孔内に金属粒子材料を導入することができれば、これらの方法に限るものではない。尚、めっき法は処理時間により金属粒子材料の導入量を制御することが出来、好適に用いられる。処理時間を長くすると図6(a)のように、金属材料が細孔内に充填され、後述する工程(c)を経る事で、金属の柱状構造体が形成される。
多孔質体を選択的に除去し、柱状構造体を得る事ができれば、多孔質体の除去方法は限定されるものではない。本発明においては、エッチング法が簡便であり、多くの材料に対して適用可能であるため好適に用いられる。たとえば、多孔質体に陽極酸化アルミナを用いた場合は、フッ酸や、硫酸、リン酸とクロム酸の混合溶液等でエッチングすることにより、アルミナを除去することができる。このように多孔質体を選択的に除去することで、図1の模式図に示したような金属の柱状構造体を作製する事ができる。
前記工程(A)〜(C)によって作製された柱状構造体を溶液に分散させて分散溶液を作製し、基板を分散溶液に浸漬、もしくは基板に分散溶液を塗布する。ここで、基板に溝を一軸配向した配列で形成しておけば、柱状構造体も一軸配向した配列で担持されることになる。こうして図4に示すように基板上に金属構造体の長軸方向を一軸配向させて担持させることができる。塗布方法にディップコート法を用い、基板の引き上げ方向と溝の方向を同方向にして塗布を行うと、より一軸配向性の高い配列で柱状構造体を担持させることができる。尚、柱状構造体を強固に保持するために、事前に基板に対して表面処理を行い、柱状構造体と基板表面との親和性を向上させておくことが望ましい。例えば、柱状構造体が金を含む場合は、基板表面にアミノ基やチオール基等の官能基を形成しておくことが望ましい。また、溶媒等で基板を洗浄し、余分な柱状構造体を取り除いてもよい。
本参考例は金からなる柱状構造体を作製し、基板と、柱状構造体の長軸方向が略一軸方向に選択配向した配列を持って基板上に保持し、検知素子を作製した例である。さらに、前記検知素子を備えた検知装置を作製し、標的物質の検知を行った例である。
本実施例は、金からなる柱状構造体を作製し、基板と、柱状構造体の長軸方向が略垂直になるように配向させ、基板を流路中に配して検知素子を作製した例である。この検知素子を用いて構成した検知装置及び、これを用いた連続的は標的物質の検知についても説明する。
まず、上記検出時の検知関係に検知素子、光源、受光素子を配置し、スペクトルを検出する。その後、マウスIgGが含まれたリン酸緩衝溶液からなる検体を流路内に導入して送液し、検体を検知素子に接触、捕捉体成分と反応させる。その後再び、上記検知時と同様な位置関係に検知素子、光源、受光素子を配置し、スペクトルを検出する。検体付与前後のスペクトル変化は、柱状構造体のプラズモン共鳴状態の変化に由来するものであり、検知素子上で抗原抗体反応が起こり、捕捉体成分により標的物質が捕捉されたことを意味する。
また、参考例1と同様に、スペクトル変化は、スペクトルピーク波長の変化でもよいし、スペクトルピークの形状の変化をもちいてもよく、さらには、一つあるいは、複数の波長点での光強度を用いても構わない。
12 短軸方向
21 短波長側吸収ピーク
22 長波長側吸収ピーク
31 柱状構造体
32 仮想面
41 基板
42 柱状構造体
51 基板
52 柱状構造体
61多孔質体
62 細孔
63 金属構造体材料
64 多孔質体表面に形成された金属構造体材料層
71 基板
72 多孔質体
73 細孔
81 柱状構造体
82 基板
83 光源
84 受光素子
85 検知素子
86 測定光
87 測定光(検知素子透過後)
88 測定光(検知素子反射後)
101 基板
102 カバー
103 反応領域
104 流路
105 光源
106 受光素子
107 測定光
108 測定光(検知素子透過後)
109 柱状構造体
Claims (8)
- プラズモン共鳴を利用して検体中の標的物質を検知する検知装置に用いられる検知素子であって、基板と該基板上に配された金属部材の複数を有し、該金属部材が柱状の構造体をなし、該柱状の構造体の長軸方向と該柱状の構造体が配された前記基板の面とが垂直になるように、該柱状の構造体が長軸方向に配向して配されていることを特徴とする検知素子。
- 前記柱状の構造体の短軸方向の長さをa、長軸方向の長さをbとして、b/aが、2以上10以下の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の検出素子。
- 前記柱状の構造体の直径または一辺の長さは10nm以上300nm以下の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の検出素子。
- 前記柱状の構造体が、その表面に前記検体中の標的物質を捕捉する捕捉体を有していることを特徴とする請求項1に記載の検知素子。
- プラズモン共鳴を利用して検体中の標的物質を検知する検知装置であって、検体と接触させることで検体中の標的物質に関する情報を得る検知素子と、該検知素子に光を照射する光源と、前記光源より照射された光を前記検知素子を介して受光する受光素子と、を備え、前記検知素子が請求項1に記載の検知素子であることを特徴とする標的物質検知装置。
- プラズモン共鳴を利用して検体中の標的物質を検知する方法であって、
請求項1に記載の検知素子を検体と接触させる工程、
前記検知素子に光を照射する工程、及び
前記検知素子を介して得られる光を受光する工程、を有することを特徴する標的物質を検知する方法。 - 前記光を照射する工程は、偏光を照射する請求項6に記載の標的物質を検知する方法。
- 前記偏光は、前記柱状の構造体の長軸方向に電界成分の振幅方向が平行な偏光である請求項6に記載の標的物質を検知する方法。
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