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JP2009080011A - Fluorescence detection method - Google Patents

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JP2009080011A
JP2009080011A JP2007249600A JP2007249600A JP2009080011A JP 2009080011 A JP2009080011 A JP 2009080011A JP 2007249600 A JP2007249600 A JP 2007249600A JP 2007249600 A JP2007249600 A JP 2007249600A JP 2009080011 A JP2009080011 A JP 2009080011A
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JP
Japan
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label
fluorescence
substance
acceptor
detection method
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Withdrawn
Application number
JP2007249600A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Otsuka
尚 大塚
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Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
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Abstract

【課題】全反射照明とプラズモンによる電場増強効果とを用いた蛍光検出において、非特異的吸着による影響を低減することにより、定量性とS/N比の向上を可能とする。
【解決手段】プラズモンによる電場増強を利用する蛍光検出方法において、第1の標識5で標識された被検出物質2を含む試料1を、第2の標識4で標識されかつ被検出物質2と特異的に結合する特異的結合物質3が固定された検出部に供給し、被検出物質2と特異的結合物質3とを結合させ、接近した第1の標識5及び第2の標識4のうちドナーとして機能する標識を励起させ、励起エネルギーを蛍光共鳴エネルギー移動Eにより他方のアクセプタとして機能する標識を励起させ、これによりアクセプタとして機能する標識から発せられる蛍光L2を検出する。
【選択図】図1
In fluorescence detection using total reflection illumination and the electric field enhancement effect by plasmons, quantitative effects and S / N ratio can be improved by reducing the influence of non-specific adsorption.
In a fluorescence detection method using electric field enhancement by plasmons, a sample 1 containing a target substance 2 labeled with a first label 5 is labeled with a second label 4 and is specific to the target substance 2 The specific binding substance 3 that binds to the target is supplied to the fixed detection unit, and the target substance 2 and the specific binding substance 3 are bound to each other, and the donor among the first label 5 and the second label 4 that are close to each other As a result, the label that functions as the other acceptor is excited by the fluorescence resonance energy transfer E, thereby detecting the fluorescence L2 emitted from the label that functions as the acceptor.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、プラズモン増強を利用した蛍光検出方法に関するものであり、特に詳細には、さらに蛍光共鳴エネルギー移動を利用した蛍光検出方法に関するものである。   The present invention relates to a fluorescence detection method using plasmon enhancement, and more particularly to a fluorescence detection method using fluorescence resonance energy transfer.

バイオ測定等において、蛍光法は高感度かつ容易な測定法として広く用いられている。蛍光法とは、特定波長の光に励起されて蛍光を発する被検出物質を含むと考えられる試料に、上記特定波長の励起光を照射し、このとき発せられる蛍光を検出することによって定性的または定量的に被検出物質の存在を確認する方法である。また、被検出物質自身が蛍光材料ではない場合、この被検出物質を有機蛍光色素等の蛍光標識で標識し、その後同様にして蛍光を検出することにより、その標識の存在をもって被検出物質の存在を確認する方法である。   In bio-measurement and the like, the fluorescence method is widely used as a highly sensitive and easy measurement method. The fluorescence method is qualitative or qualitative by irradiating a sample considered to contain a substance to be detected that emits fluorescence when excited by light of a specific wavelength, by irradiating the excitation light of the specific wavelength and detecting the fluorescence emitted at this time. This is a method for quantitatively confirming the presence of a substance to be detected. In addition, when the substance to be detected is not a fluorescent material, the substance to be detected is labeled with a fluorescent label such as an organic fluorescent dye, and then the fluorescence is detected in the same manner. It is a method to confirm.

とりわけここ数年、蛍光法は、冷却CCDの発達など光検出器の高性能化と相まって、バイオ研究には欠かせない道具となっている。また、蛍光標識に用いる材料においても、特に可視領域では蛍光量子収率の高い蛍光色素、例えばFITC(蛍光 525nm、蛍光量子収率 0.6)やCy5(蛍光 680nm、蛍光量子収率 0.3)のような実用の目安となる0.2を超える蛍光色素が開発され広く用いられている。   In particular, in recent years, the fluorescence method has become an indispensable tool for bioresearch, coupled with the development of high-performance photodetectors such as the development of cooled CCDs. Also in the material used for fluorescent labeling, fluorescent dyes with high fluorescence quantum yield, particularly in the visible region, such as FITC (fluorescence 525 nm, fluorescence quantum yield 0.6) and Cy5 (fluorescence 680 nm, fluorescence quantum yield 0.3). ) And more than 0.2 fluorescent dyes, which are practical guidelines, have been developed and widely used.

さらに、非特許文献1において、プラズモンによる電場増強効果を用いて、蛍光信号を増大することにより、1pMを切るような高感度検出が可能であると報告されている。   Furthermore, Non-Patent Document 1 reports that high-sensitivity detection of less than 1 pM is possible by increasing the fluorescence signal using the electric field enhancement effect by plasmons.

その概要は例えば以下の通りであり、図5aを用いて簡単に説明する。金属薄膜20上には、試料1中に含まれる被検出物質2と特異的に結合する特異的結合物質3が固定されている。試料保持部7の中に試料1が供給され、蛍光標識5に標識された被検出物質2と特異的結合物質3が特異的に結合する。その後、光源8から発せられる励起光9を、誘電体プリズム基板6と金属薄膜20の界面20aに対して、この界面20aで全反射条件を満たすように誘電体プリズム基板6を通し入射する。このとき、この界面20a表面に発生したエバネッセント光22と金属薄膜20との共鳴により、金属薄膜20中に表面プラズモンが発生する。そして、この表面プラズモンによる電場増強効果を受けて電場増強されたエバネッセント光22を吸収することにより、蛍光標識5が励起されることとなる。励起された蛍光標識5は所定波長の蛍光を発し、この蛍光検出によって被検出物質2の検出が行われる。   The outline is as follows, for example, and will be briefly described with reference to FIG. On the metal thin film 20, a specific binding substance 3 that specifically binds to the substance to be detected 2 contained in the sample 1 is fixed. The sample 1 is supplied into the sample holder 7, and the detection target substance 2 and the specific binding substance 3 labeled with the fluorescent label 5 are specifically bound. Thereafter, the excitation light 9 emitted from the light source 8 is incident on the interface 20a between the dielectric prism substrate 6 and the metal thin film 20 through the dielectric prism substrate 6 so as to satisfy the total reflection condition at the interface 20a. At this time, surface plasmons are generated in the metal thin film 20 due to resonance between the evanescent light 22 generated on the surface of the interface 20 a and the metal thin film 20. Then, the fluorescent label 5 is excited by absorbing the electric field enhanced evanescent light 22 in response to the electric field enhancing effect by the surface plasmon. The excited fluorescent label 5 emits fluorescence of a predetermined wavelength, and the detection target substance 2 is detected by this fluorescence detection.

上記の方法では、表面プラズモンによる電場増強効果により、エバネッセント光22の電場強度がおよそ数十倍から数百倍にも増強される。さらに、エバネッセント光22は、界面20aから数百nm程度の領域にしか到達しない。この特性を利用し、上記特異的結合物質3を用いて被検出物質2つまりは蛍光標識5を検出部に集約させることにより、エバネッセント光22により励起される蛍光標識5の量を効率的に増やすと共に、意図せず試料中に残留した不純物90からの散乱や浮遊蛍光標識91からの発光等の影響を大幅に低減することができる。上記のような効果により、総蛍光量を稼ぎかつノイズを抑えて高いS/N比を実現し、高感度検出を可能としている。
特表平8−503994号公報 Margarida M. L. M. Vareiro, et al., Analytical Chemistry, Vol. 77, No. 8, p.2426-2431 (2005)
In the above method, the electric field strength of the evanescent light 22 is enhanced by several tens to several hundreds due to the electric field enhancement effect by the surface plasmon. Further, the evanescent light 22 reaches only a region of about several hundred nm from the interface 20a. Using this characteristic, the amount of the fluorescent label 5 excited by the evanescent light 22 is efficiently increased by concentrating the detection target substance 2, that is, the fluorescent label 5 in the detection unit using the specific binding substance 3. At the same time, it is possible to greatly reduce the influence of scattering from the impurities 90 unintentionally remaining in the sample and light emission from the floating fluorescent label 91. Due to the effects as described above, a high S / N ratio can be realized by increasing the total amount of fluorescence and suppressing noise to enable high sensitivity detection.
JP-T 8-503994 Margarida MLM Vareiro, et al., Analytical Chemistry, Vol. 77, No. 8, p.2426-2431 (2005)

しかしながら実際には、物質−基板表面間に生じる静電効果や疎水効果等に起因する非特異的吸着が大きな問題となっている。非特異的吸着とは、例えば上記のような場合において、標識した被検出物質2が特異的結合物質3と結合せず、金属薄膜20表面に非特異的に吸着する等の図5bのような状態を指す。このとき、非特異的吸着に起因する蛍光標識5’からの蛍光信号は、検出対象とする特異的結合に起因する蛍光標識5からの蛍光信号に対してノイズとなり、測定の定量性を低下させる要因となってしまう。これは、単にon/offで蛍光検出を行う場合には影響が少ないが、定量的な測定が必要とされる場合に大きな問題となる。特に試料中の被検出物質濃度が1pM程度の場合は、蛍光信号自体が微弱となるためこの影響は大きい。   In practice, however, non-specific adsorption due to electrostatic effects and hydrophobic effects generated between the substance and the substrate surface is a major problem. Non-specific adsorption is, for example, in the above-described case, as shown in FIG. 5b in which the labeled target substance 2 does not bind to the specific binding substance 3 and adsorbs nonspecifically on the surface of the metal thin film 20. Refers to the state. At this time, the fluorescence signal from the fluorescent label 5 ′ caused by non-specific adsorption becomes noise with respect to the fluorescence signal from the fluorescent label 5 caused by the specific binding to be detected, thereby reducing the quantitativeness of the measurement. It becomes a factor. This is less affected when fluorescence detection is simply performed on / off, but becomes a serious problem when quantitative measurement is required. In particular, when the concentration of the substance to be detected in the sample is about 1 pM, the fluorescence signal itself is weak, and this influence is great.

このような非特異的吸着が存在していると、蛍光検出の定量性を高めるために蛍光変換部や蛍光増幅部を高性能化(それぞれ、標識の量子収率向上、プラズモンによる電場増強などが含まれる)したとしても、ノイズも同時に増加し結果として感度は期待するほど向上しない。これにより、定量的な蛍光検出を行うためには、非特異的吸着による影響の低減が必須となる。   In the presence of such non-specific adsorption, the fluorescence conversion part and the fluorescence amplification part are improved in order to improve the quantitative detection of fluorescence detection (increase in the quantum yield of the label, electric field enhancement by plasmon, etc., respectively). Included), the noise also increases at the same time, and as a result, the sensitivity does not improve as expected. Thus, in order to perform quantitative fluorescence detection, it is essential to reduce the influence of nonspecific adsorption.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、非特異的吸着による影響を低減しS/N比を向上させ、高い定量性を有する蛍光検出方法の提供を目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fluorescence detection method having high quantitativeness by reducing the influence of non-specific adsorption and improving the S / N ratio.

本発明による蛍光検出方法は、
誘電体プリズム基板と、この誘電体プリズム基板上に形成された金属薄膜を含む検出部との界面に対し、励起光を全反射条件を満たすように入射して、この界面表面に発生したエバネッセント光と金属薄膜との共鳴により表面プラズモンを発生させ、検出部に供給された試料中に含まれる物質が、表面プラズモンによって電場増強されたエバネッセント光を吸収して発する蛍光を光検出器によって検出する蛍光検出方法において、
第1の標識で標識された被検出物質を試料中に用意する工程(A)と、
第2の標識で標識されかつ被検出物質と特異的に結合する特異的結合物質を用意し、この特異的結合物質を検出部上に固定する工程(B)と、
工程(A)及び(B)の後、第1の標識と第2の標識との距離を蛍光共鳴エネルギー移動が起きる程度にまで接近させるために、試料を検出部に供給し、この試料中に含まれる被検出物質を特異的結合物質と結合させる工程(C)と、
工程(C)の後、上記接近した第1の標識及び第2の標識に対しエバネッセント光を照明することにより、これら第1の標識及び第2の標識のうちドナーとして機能するどちらか一方の標識を励起させ、この励起エネルギーを蛍光共鳴エネルギー移動によりアクセプタとして機能する他方の標識に移動させてこの他方の標識を励起させ、これによりこの他方の標識から発せられる蛍光を検出することを特徴とするものである。
The fluorescence detection method according to the present invention comprises:
The evanescent light generated on the interface surface when the excitation light is incident on the interface between the dielectric prism substrate and the detector including the metal thin film formed on the dielectric prism substrate so as to satisfy the total reflection condition. The surface plasmon is generated by resonance between the surface and the metal thin film, and the substance contained in the sample supplied to the detector absorbs the evanescent light whose electric field is enhanced by the surface plasmon and detects the fluorescence emitted by the photodetector. In the detection method,
A step (A) of preparing a detection target substance labeled with a first label in a sample;
Preparing a specific binding substance that is labeled with the second label and specifically binds to the substance to be detected, and fixing the specific binding substance on the detection unit (B);
After steps (A) and (B), in order to bring the distance between the first label and the second label close to the extent that fluorescence resonance energy transfer occurs, a sample is supplied to the detection unit, A step (C) of binding a substance to be detected to a specific binding substance;
After the step (C), the first and second labels that are close to each other are illuminated with evanescent light, whereby either one of the first and second labels that functions as a donor is labeled. The excitation energy is transferred to the other label that functions as an acceptor by fluorescence resonance energy transfer to excite the other label, thereby detecting the fluorescence emitted from the other label. Is.

本発明において、上記「検出部」とは、試料等を接するように供給する場所であって、標識を検出部に固定し、この固定された標識を上記エバネッセント光によって励起発光させて、被検出物質の検出を行うように配されたものである。   In the present invention, the “detection unit” is a place where a sample or the like is supplied so as to be in contact therewith, a label is fixed to the detection unit, and the fixed label is excited and emitted by the evanescent light to be detected. It is arranged to detect substances.

また、上記「光検出器」とは、試料中の標識から発せられる蛍光を検出するものである。測定に応じて分光手段と組み合わせて、蛍光スペクトルの測定も可能とするものである。   The “photodetector” detects fluorescence emitted from a label in a sample. Depending on the measurement, it is possible to measure the fluorescence spectrum in combination with the spectroscopic means.

なお、「蛍光共鳴エネルギー移動(Fluorescence Resonance Energy Transfer:FRET)」とは、ドナー、すなわちエネルギー供与体と特定の条件を満たすアクセプタ、すなわちエネルギー受容体が近傍にある場合、ドナーを励起すると一重項状態のエネルギーがアクセプタに移動し、アクセプタが励起される現象である。このとき、アクセプタが蛍光材料であれば、アクセプタ側から蛍光が観測される。   In addition, “fluorescence resonance energy transfer (FRET)” means a singlet state when a donor, ie, an energy donor and an acceptor that satisfies a specific condition, ie, an energy acceptor, is in the vicinity. Is transferred to the acceptor, and the acceptor is excited. At this time, if the acceptor is a fluorescent material, fluorescence is observed from the acceptor side.

そして、光検出器は、誘電体プリズム基板に対して、金属薄膜が形成されている側に配置されていることが望ましい。   The photodetector is preferably arranged on the side where the metal thin film is formed with respect to the dielectric prism substrate.

また、検出部は、金属薄膜表面に、疎水性材料からなる膜厚10〜100nmの不撓性膜を有することが望ましい。このとき、不撓性膜は、ポリマー材料から構成されることがより望ましい。   Moreover, it is desirable that the detection unit has an inflexible film made of a hydrophobic material and having a thickness of 10 to 100 nm on the surface of the metal thin film. At this time, the inflexible film is more preferably composed of a polymer material.

さらに、ドナーとして機能するどちらか一方の標識は、有機色素、蛍光性量子ドット、及び金属微粒子より選ばれるいずれか1つの標識材料であり、
アクセプタとして機能する他方の標識は、有機色素及び蛍光性量子ドットより選ばれるどちらか1つの標識材料であることが望ましい。この場合、アクセプタとして機能する他方の標識は、有機色素であることがより望ましい。
Furthermore, one of the labels functioning as a donor is any one labeling material selected from organic dyes, fluorescent quantum dots, and metal fine particles,
The other label functioning as an acceptor is desirably one label material selected from organic dyes and fluorescent quantum dots. In this case, the other label that functions as an acceptor is more preferably an organic dye.

本発明による蛍光検出方法によれば、全反射照明を用いた蛍光検出方法において、被検出物質を特異的結合物質に結合させて、第1の標識と第2の標識との間に起こるFRETを経て発せられる蛍光を検出することにより、非特異的吸着による影響を低減し、定量性を向上することが可能となる。   According to the fluorescence detection method of the present invention, in the fluorescence detection method using total reflection illumination, FRET that occurs between the first label and the second label is caused by binding the target substance to the specific binding substance. By detecting the fluorescence emitted after that, it is possible to reduce the influence of non-specific adsorption and improve the quantitativeness.

また、FRETを経て発せられる検出対象とする蛍光は、励起光の波長に対して大きくストークスシフトしているため、入射光や散乱光との分離が容易になり、さらなるS/N比の向上が可能となる。   In addition, the fluorescence to be detected that is emitted via FRET is greatly Stokes shifted with respect to the wavelength of the excitation light, so that it can be easily separated from incident light and scattered light, and the S / N ratio can be further improved. It becomes possible.

さらに、金属薄膜中に生じる表面プラズモンによる電場増強効果を利用しているため、得られる微弱な蛍光信号量を増幅することができる。   Furthermore, since the electric field enhancement effect by the surface plasmon generated in the metal thin film is utilized, the weak fluorescence signal amount obtained can be amplified.

以下、本発明における最良の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。   Hereinafter, although the best embodiment in the present invention is described using a drawing, the present invention is not limited to this.

「蛍光検出方法」
<第1の実施形態>
図1aは、本実施形態による蛍光検出方法を用いて、被検出物質としての抗原2を含む試料1から、抗原2を検出する場合に用いる蛍光検出装置の概略部分断面図である。
"Fluorescence detection method"
<First Embodiment>
FIG. 1 a is a schematic partial cross-sectional view of a fluorescence detection apparatus used when detecting an antigen 2 from a sample 1 containing an antigen 2 as a substance to be detected using the fluorescence detection method according to the present embodiment.

図示の通り、この蛍光検出装置は、第2の標識4を励起しうる所定波長の励起光9を発する光源8と、この励起光9を一面から透過させるように配された、励起光9を透過させる材料からなる誘電体プリズム基板6と、この誘電体プリズム基板6の励起光9入射面とは異なる一面に成膜された金属薄膜20と、金属薄膜20上に形成された不撓性膜21と、不撓性膜21上に固定された一次抗体3と、一次抗体3を標識している第2の標識4と、不撓性膜21に試料1が接するように試料1を保持する試料保持部7と、誘電体プリズム基板6に対して金属薄膜20が形成されている側に配置された光検出器10とを備えてなるものである。そして、図中には、試料1中に含まれる抗原2と、抗原2を標識している第1の標識5も同時に示している。   As shown in the figure, the fluorescence detection apparatus includes a light source 8 that emits excitation light 9 having a predetermined wavelength that can excite the second label 4, and excitation light 9 that is arranged to transmit the excitation light 9 from one surface. A dielectric prism substrate 6 made of a material to be transmitted, a metal thin film 20 formed on a surface different from the incident surface of the excitation light 9 of the dielectric prism substrate 6, and an inflexible film 21 formed on the metal thin film 20 A primary antibody 3 fixed on the inflexible film 21; a second label 4 that labels the primary antibody 3; and a sample holder that holds the sample 1 so that the sample 1 is in contact with the inflexible film 21 7 and the photodetector 10 disposed on the side on which the metal thin film 20 is formed with respect to the dielectric prism substrate 6. In the figure, the antigen 2 contained in the sample 1 and the first label 5 that labels the antigen 2 are also shown.

励起光9は、例えばレーザ光源等から得られる単波長光でも白色光源等から得られるブロード光でもよく、特に制限はないが、検出条件に応じて適宜選択することができる。   The excitation light 9 may be, for example, single-wavelength light obtained from a laser light source or the like, or broad light obtained from a white light source or the like, and is not particularly limited, but can be appropriately selected according to detection conditions.

光源8は、例えばレーザ光源等でもよく、特に制限はないが、検出条件に応じて適宜選択することができる。また必要に応じて、光源8は、励起光9を誘電体プリズム基板6と金属薄膜20の界面20aに対して、この界面で全反射条件を満たすように誘電体プリズム基板6を通して入射させるために、励起光9を導光するためのミラーやレンズ等の導光系等を適宜組み合わせることができる。   The light source 8 may be, for example, a laser light source and is not particularly limited, but can be appropriately selected according to detection conditions. If necessary, the light source 8 causes the excitation light 9 to enter the interface 20a between the dielectric prism substrate 6 and the metal thin film 20 through the dielectric prism substrate 6 so as to satisfy the total reflection condition at this interface. A light guide system such as a mirror or a lens for guiding the excitation light 9 can be appropriately combined.

誘電体プリズム基板6は、例えば透明樹脂やガラス等の透明材料から形成されたものである。誘電体プリズム基板6は樹脂から形成されたものが望ましく、この場合は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィンを含む非晶性ポリオレフィン(APO)等の樹脂を用いることがより望ましい。   The dielectric prism substrate 6 is made of a transparent material such as transparent resin or glass. The dielectric prism substrate 6 is preferably formed of a resin. In this case, it is more preferable to use a resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), or amorphous polyolefin (APO) containing cycloolefin. desirable.

金属薄膜20は、その薄膜材料として、特に制限はなく検出条件に応じて適宜選択することができるが、表面プラズモンの発生条件等の観点から、Au、Ag、Pt等を用いることが望ましい。また、金属薄膜20の堆積方法は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、めっき法、金属コロイドを用いた塗布法やスプレー法などの各種の薄膜作製方法によって形成することができ、これらの方法は使用する材料に応じて適宜選択することができる。一方その膜厚も、特に制限はなく検出条件に応じて適宜選択することができるが、表面プラズモンの発生条件等の観点から、20nm〜60nm の範囲にあることが望ましい。   The metal thin film 20 is not particularly limited and can be appropriately selected according to detection conditions as the thin film material. However, Au, Ag, Pt, or the like is preferably used from the viewpoint of surface plasmon generation conditions. Moreover, the deposition method of the metal thin film 20 can be formed by various thin film production methods, such as a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, the coating method using a metal colloid, and a spray method, These methods are used. It can select suitably according to the material to do. On the other hand, the film thickness is not particularly limited and can be appropriately selected according to detection conditions. However, from the viewpoint of surface plasmon generation conditions and the like, the film thickness is preferably in the range of 20 nm to 60 nm.

不撓性膜21は、その薄膜材料として、例えばシリコン酸化膜やポリマー材料等を用いることができる。この場合、特に成膜条件や表面処理条件等の観点からポリマー材料が望ましい。例えばこの場合、スピンコート等の簡便な方法により作成することができる。また、本発明のように不撓性膜21が疎水性材料から形成されている場合には、試料液中に存在する金属イオンや溶存酸素のような消光の原因となる因子が不撓性膜の内部にまで入り込むことが無く、これらの消光因子によって蛍光標識の励起エネルギーが奪われることが防止される。   As the thin film material, for example, a silicon oxide film or a polymer material can be used for the inflexible film 21. In this case, a polymer material is particularly desirable from the viewpoints of film forming conditions and surface treatment conditions. For example, in this case, it can be prepared by a simple method such as spin coating. In addition, when the inflexible film 21 is formed of a hydrophobic material as in the present invention, factors that cause quenching such as metal ions and dissolved oxygen present in the sample liquid are contained in the inflexible film. These quenching factors prevent the excitation energy of the fluorescent label from being deprived.

不撓性膜21の具体的な材料は、誘電体プリズム基板6に用いられている材料と比して線(熱)膨張係数の差が35×10−6以内にあるものを選択することが望ましく、例えば下記表1に挙げたものの中から適宜選択することができる。

Figure 2009080011
It is desirable to select a specific material for the inflexible film 21 that has a difference in linear (thermal) expansion coefficient within 35 × 10 −6 as compared with the material used for the dielectric prism substrate 6. For example, it can be suitably selected from those listed in Table 1 below.
Figure 2009080011

ここで、上記のように線(熱)膨張係数の差を35×10−6以内と規定したのは以下の理由による。 Here, the reason why the difference in coefficient of linear (thermal) expansion is defined to be within 35 × 10 −6 as described above is as follows.

環境、特に温度の変動に対する安定性を高める上では、不撓性膜21と誘電体プリズム基板6は互いに熱膨張係数が近い方が望ましい。つまり、それら両者の熱膨張係数が大きくかけ離れていると、温度変動が生じた際に両者の剥離や密着度の低下等の問題を招きやすい。具体的には、それら両者の線(熱)膨張係数の差が35×10−6以内の範囲にあることが望ましい。なお、不撓性膜21と誘電体プリズム基板6との間には金属薄膜20が存在しているが、この金属薄膜20は温度変動が有ったとき、上下の不撓性膜21と誘電体プリズム基板6に追随して伸縮するので、結局、不撓性膜21と誘電体プリズム基板6の熱膨張係数が近い方が望ましいことに変わりは無い。以上の点を考慮すると、不撓性膜21をポリマー材料から形成する場合、誘電体プリズム基板6の材料としても一般にはガラスより樹脂を選択する方がより望ましいと言える。 In order to increase the stability against environmental fluctuations, particularly temperature fluctuations, it is desirable that the inflexible film 21 and the dielectric prism substrate 6 have close thermal expansion coefficients. That is, if the thermal expansion coefficients of both of them are greatly different from each other, problems such as separation of the two and a decrease in the degree of adhesion tend to be caused when temperature fluctuation occurs. Specifically, it is desirable that the difference between the linear (thermal) expansion coefficients of the two is in the range of 35 × 10 −6 or less. Note that a metal thin film 20 exists between the inflexible film 21 and the dielectric prism substrate 6, and when the metal thin film 20 has a temperature variation, the upper and lower inflexible films 21 and the dielectric prism are present. Since the film 6 expands and contracts following the substrate 6, it is still desirable that the inflexible film 21 and the dielectric prism substrate 6 have close thermal expansion coefficients. Considering the above points, when the inflexible film 21 is formed from a polymer material, it can be said that it is generally more preferable to select a resin rather than glass as the material of the dielectric prism substrate 6.

一方、不撓性膜21の膜厚は10nm〜100nmとする。ここで、上記膜厚の下限値および上限値をそれぞれ10nm、100nmと規定したのは以下の理由による。   On the other hand, the film thickness of the inflexible film 21 is 10 nm to 100 nm. Here, the reason why the lower limit value and the upper limit value of the film thickness are defined as 10 nm and 100 nm, respectively, is as follows.

金属の近傍に存在する蛍光体は、金属へのエネルギー移動により消光を起こす。エネルギー移動の程度は、金属が半無限の厚さを持つ平面なら距離の3乗に反比例して、金属が無限に薄い平板なら距離の4乗に反比例して、また、金属が微粒子なら距離の6乗に反比例して小さくなる。そして、金属薄膜の場合は、金属と蛍光体との間の距離は少なくとも 数nm以上、より好ましくは10nm以上確保しておくことが望ましい。これにより、本発明では不撓性膜の膜厚の下限値を10nmとする。一方、蛍光体は、エバネッセント光によって励起される。このエバネッセント光は、金属薄膜表面から高々励起光の波長程度であり、その電界強度は金属薄膜表面からの距離に応じて指数関数的に急激に減衰することが知られている。実際に、波長635nmの可視光について両者の関係を計算によって求めると、エバネッセント光が到達するのは波長(635nm)程度である。しかしながら、100nmを超えるとその電界強度が急激に減衰する。蛍光体を励起する電界強度は大きいほど望ましいので、効果的な励起を行なうためには、金属薄膜表面と蛍光体との距離を100nmより小さくすることが望ましい。それにより、本発明では不撓性膜の膜厚の上限値を100nmとする。   The phosphor existing in the vicinity of the metal is quenched by energy transfer to the metal. The degree of energy transfer is inversely proportional to the third power of the distance if the metal has a semi-infinite thickness, inversely proportional to the fourth power of the distance if the metal is infinitely thin, and It becomes smaller in inverse proportion to the sixth power. In the case of a metal thin film, the distance between the metal and the phosphor is preferably at least several nm or more, more preferably 10 nm or more. Thereby, in this invention, the lower limit of the film thickness of an inflexible film | membrane shall be 10 nm. On the other hand, the phosphor is excited by evanescent light. This evanescent light is at most about the wavelength of the excitation light from the surface of the metal thin film, and the electric field strength is known to attenuate exponentially and exponentially according to the distance from the surface of the metal thin film. Actually, when the relationship between the two is calculated for visible light having a wavelength of 635 nm, the evanescent light reaches only the wavelength (635 nm). However, when it exceeds 100 nm, the electric field strength rapidly attenuates. Since it is desirable that the electric field intensity for exciting the phosphor is large, it is desirable to make the distance between the metal thin film surface and the phosphor smaller than 100 nm in order to perform effective excitation. Thereby, in this invention, the upper limit of the film thickness of an inflexible film | membrane shall be 100 nm.

なお、ポリマーからなる不撓性膜21を用いた場合、被検出物質2がタンパク等であれば容易に非特異的吸着しやすくなっている。これは、ポリマーとタンパク等が疎水性を有することに起因する疎水性効果による。この場合、非特異的吸着したタンパク等が蛍光検出を行う上で定量性を損なう要因となってしまうため、不撓性膜21の表面に親水性表面修飾を施すことが望ましい。さらに、この表面修飾は上記のような機能の他に、特異的結合物質を固定するリンカーとしての機能も持たせることができる。   When the inflexible film 21 made of a polymer is used, nonspecific adsorption is easily performed if the substance to be detected 2 is a protein or the like. This is due to the hydrophobic effect resulting from the hydrophobic nature of the polymer and protein. In this case, since non-specifically adsorbed protein or the like becomes a factor that impairs the quantitativeness when performing fluorescence detection, it is desirable to apply hydrophilic surface modification to the surface of the inflexible film 21. Furthermore, this surface modification can have a function as a linker for immobilizing a specific binding substance in addition to the above function.

一次抗体3は、抗原2に対する特異的結合物質であり、第2の標識4で標識されている。使用する抗体は、特に制限なく、検出条件(特に被検出物質2)に応じて適宜選択することができる。例えば、抗原2がhCG抗原(分子量38000 Da)の場合、この抗原2と特異的に結合するモノクロナール抗体等を用いることができ、例えば末端をカルボキシル基化したPEGを介して、アミンカップリング法により、ポリマーからなる場合の不撓性膜21に固定することができる。上記アミンカップリング法は一例として下記(1)〜(3)のステップからなるものである。なおこれは、30ul(マイクロ・リットル)のキュベット/セルを用いた場合の例である。   The primary antibody 3 is a specific binding substance for the antigen 2 and is labeled with the second label 4. The antibody to be used is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the detection conditions (particularly the substance to be detected 2). For example, when the antigen 2 is an hCG antigen (molecular weight 38000 Da), a monoclonal antibody or the like that specifically binds to the antigen 2 can be used. For example, an amine coupling method via PEG having a carboxyl group at its end Thus, it can be fixed to the inflexible film 21 made of a polymer. The amine coupling method includes the following steps (1) to (3) as an example. This is an example when a 30 ul (micro liter) cuvette / cell is used.

(1)リンカー部先端(末端)の−COOH基を活性化
0.1MのNHSと0.4MのEDCとを等体積混合した溶液を30ul加え、30分間室温静置する。
(1) Activate the -COOH group at the tip (end) of the linker part Add 30 ul of a solution in which an equal volume of 0.1 M NHS and 0.4 M EDC is mixed, and let stand at room temperature for 30 minutes.

NHS:N-hydrooxysuccinimide
EDC:1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide
(2)一次抗体の固定化
PBSバッフア(pH7.4)で5回洗浄後、一次抗体溶液(500ug/ml)を30ul加え、30〜60分間室温静置する。
NHS: N-hydrooxysuccinimide
EDC: 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide
(2) Immobilization of primary antibody After washing 5 times with PBS buffer (pH 7.4), 30 ul of primary antibody solution (500 ug / ml) is added and left at room temperature for 30-60 minutes.

(3)未反応の−COOH基をブロッキング
PBSバッフア(pH7.4)で5回洗浄後、1Mのエタノールアミン(pH8.5)を30ul加え、20分間室温静置する。さらにPBSバッフア(pH7.4)で5回洗浄する。
(3) After washing unreacted —COOH group 5 times with a blocking PBS buffer (pH 7.4), 30 ul of 1M ethanolamine (pH 8.5) is added, and the mixture is allowed to stand at room temperature for 20 minutes. Further, it is washed 5 times with PBS buffer (pH 7.4).

試料保持部7は、試料1を検出部上(本実施形態において、より正確には不撓性膜21上)に接するように保持でき、試料1中に含まれる標識から発せられる蛍光の検出を妨げないような形状や材料であれば特に制限されるものではない。蛍光を上方から検出する場合には、例えば図1a中に示すような、光を透過させない側面と光をよく透過させる上端面からなる試料保持部7等を用いることができる。ここで、光を透過させない側面を用いているのは、意図しない外部からの光を遮断するためである。   The sample holding unit 7 can hold the sample 1 so as to be in contact with the detection unit (more precisely, on the inflexible film 21 in the present embodiment), and prevents detection of fluorescence emitted from the label included in the sample 1. There is no particular limitation as long as the shape or material does not exist. In the case of detecting fluorescence from above, for example, a sample holder 7 having a side surface that does not transmit light and an upper end surface that transmits light well as shown in FIG. 1a can be used. Here, the reason why the side surface that does not transmit light is used is to block unintended light from the outside.

光検出器10は、試料1中に含まれる標識が発する微弱な蛍光を定量的に検出するもので、例えば富士フイルム株式会社製 LAS-1000 plus(商品名)を好適に用いることができる。しかしながら、これに限らず検出条件に応じて適宜選択することができ、CCD、PD(フォトダイオード)、光電子増倍管、c−MOS等を用いることができる。また、光検出器10は、検出条件に応じてフィルタや分光器等の分光手段と組み合わせて用いることができる。   The photodetector 10 quantitatively detects weak fluorescence emitted from the label contained in the sample 1, and for example, LAS-1000 plus (trade name) manufactured by FUJIFILM Corporation can be suitably used. However, the present invention is not limited to this, and can be appropriately selected according to detection conditions, and a CCD, PD (photodiode), photomultiplier tube, c-MOS, or the like can be used. Further, the photodetector 10 can be used in combination with a spectroscopic means such as a filter or a spectroscope depending on detection conditions.

そして、本実施形態による蛍光検出方法は、誘電体プリズム基板6と、この誘電体プリズム基板6上に形成された金属薄膜20を含む検出部との界面20aに対し、励起光9を全反射条件を満たすように入射して、この界面20a表面に発生したエバネッセント光22と金属薄膜20との共鳴により表面プラズモンを発生させ、検出部に供給された試料1中に含まれる物質が、表面プラズモンによって電場増強されたエバネッセント光22を吸収して発する蛍光を光検出器10によって検出する蛍光検出方法において、第1の標識5で標識された抗原2を試料1中に用意する工程(A)と、第2の標識4で標識され、かつ抗原2と特異的に結合する一次抗体3を用意し、この一次抗体3を検出部上に固定する工程(B)と、工程(A)及び(B)の後、第1の標識5と第2の標識4との距離を蛍光共鳴エネルギー移動Eが起きる程度にまで接近させるために、試料1を検出部に供給し、この試料1中に含まれる抗原2を一次抗体3と結合させる工程(C)と、工程(C)の後、上記接近した第1の標識5及び第2の標識4に対しエバネッセント光22を照明することにより、第2の標識4を励起させ、この励起エネルギーを蛍光共鳴エネルギー移動Eにより第1の標識5に移動させて第1の標識5を励起させ、これによりこの第1の標識5から発せられる蛍光を検出することを特徴とするものである。なお、本実施形態では、第1の標識5がアクセプタとして機能し、第2の標識4がドナーとして機能している。   In the fluorescence detection method according to the present embodiment, the excitation light 9 is totally reflected on the interface 20a between the dielectric prism substrate 6 and the detection unit including the metal thin film 20 formed on the dielectric prism substrate 6. The surface plasmon is generated by resonance between the evanescent light 22 generated on the surface of the interface 20a and the metal thin film 20, and the substance contained in the sample 1 supplied to the detection unit is caused by the surface plasmon. In the fluorescence detection method in which the fluorescence emitted by absorbing the electric field enhanced evanescent light 22 is detected by the photodetector 10, the step (A) of preparing the antigen 2 labeled with the first label 5 in the sample 1; A primary antibody 3 that is labeled with the second label 4 and specifically binds to the antigen 2 is prepared, and the step (B) of fixing the primary antibody 3 on the detection unit, the steps (A) and ( ), The sample 1 is supplied to the detection unit and included in the sample 1 in order to bring the distance between the first label 5 and the second label 4 so close that the fluorescence resonance energy transfer E occurs. The step (C) of binding the antigen 2 to the primary antibody 3 and the step (C) are followed by illuminating the evanescent light 22 on the first label 5 and the second label 4 that are close to each other. Exciting the label 4 and transferring the excitation energy to the first label 5 by fluorescence resonance energy transfer E to excite the first label 5, thereby detecting the fluorescence emitted from the first label 5. It is characterized by. In the present embodiment, the first label 5 functions as an acceptor, and the second label 4 functions as a donor.

「蛍光共鳴エネルギー移動(Fluorescence Resonance Energy Transfer:FRET)」とは、ドナーの蛍光スペクトルとアクセプタの吸収スペクトルに重なりがあり、かつそれらが近傍にある場合、ドナーを励起するとこの励起エネルギーがアクセプタに移動して、ドナーは基底状態に戻りアクセプタが励起される現象である(図6)。例えば、蛍光観察でよく用いられるFITCの励起は490nm付近にピークがあり、蛍光は520nm付近にある(図6a)。このとき、励起波長が520nm近傍にある蛍光プローブ(蛍光 560nm、図6b)がFITCに隣接して存在すれば,ドナーであるFITCがエネルギーを吸収し励起しても、このエネルギーはアクセプタのプローブを励起するために吸い取られてしまう(図6c)。これにより、FITCの蛍光である520nmの光強度が減少する。一方、これとは逆にドナーのエネルギーを受け取り励起したアクセプタは、所定波長(560nm)の蛍光を放出して基底状態に戻るため、蛍光プローブの蛍光である560nmの光強度が増加する。ドナーからアクセプタへのエネルギー移動の速度定数はドナー−アクセプタ間の距離の6乗に反比例するため、実際にFRETが生じるのはドナー−アクセプタ間距離が1〜10nm程度の距離になるときである。このようにFRETは、(1)特定の条件を満たした場合に生じる、(2)励起波長に対して最終的に発せられる蛍光波長が大きくシフトするといった特徴がある。   “Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)” means that when there is an overlap between the donor's fluorescence spectrum and the absorption spectrum of the acceptor and they are in the vicinity, this excitation energy is transferred to the acceptor when the donor is excited. Thus, the donor returns to the ground state and the acceptor is excited (FIG. 6). For example, the excitation of FITC often used in fluorescence observation has a peak near 490 nm, and the fluorescence is near 520 nm (FIG. 6a). At this time, if a fluorescent probe having an excitation wavelength in the vicinity of 520 nm (fluorescence 560 nm, FIG. 6b) is present adjacent to the FITC, even if the FITC as a donor absorbs and excites the energy, this energy is used by It is sucked out to excite (Figure 6c). As a result, the light intensity at 520 nm, which is the fluorescence of FITC, decreases. On the other hand, the acceptor excited by receiving the donor energy emits fluorescence of a predetermined wavelength (560 nm) and returns to the ground state, and thus the light intensity of 560 nm, which is the fluorescence of the fluorescent probe, increases. Since the rate constant of energy transfer from the donor to the acceptor is inversely proportional to the sixth power of the distance between the donor and the acceptor, FRET actually occurs when the distance between the donor and the acceptor is about 1 to 10 nm. As described above, FRET is characterized in that (1) it occurs when a specific condition is satisfied, and (2) the fluorescence wavelength finally emitted greatly shifts with respect to the excitation wavelength.

第1の標識5及び第2の標識4は、前述の理由のためその組み合わせの選択は非常に重要である。FRETを生じさせる色素の組み合わせは、古くから研究されており、例えば特表平8−503994号公報の表1及び表2に数多く示されている。ただし、標識の組み合わせは、FRETを生じさせることが可能なものであれば、これらに限定されるものではない。また、第1の標識5を抗原2に標識する際は、抗体を介して標識するのではなく、化学的結合によりに直接標識することが望ましい。これにより、抗原2を一次抗体3に結合させる場合、余計な仲介物質を除いて第1の標識5及び第2の標識4の距離を近づけることができ、効率的にFRETを生じさせることができる。なお、第1の標識5及び第2の標識4はどちらも、ドナー・アクセプタになり得る。この場合、ドナーとして機能するどちらか一方の標識は、有機色素、蛍光性量子ドット、及び金属微粒子より選ばれるいずれか1つの標識材料であり、アクセプタとして機能する他方の標識が、有機色素及び蛍光性量子ドットより選ばれるどちらか1つの標識材料であることが望ましい。   The combination of the first label 5 and the second label 4 is very important for the reasons described above. Combinations of dyes that cause FRET have been studied for a long time. For example, many combinations are shown in Tables 1 and 2 of JP-T-8-503994. However, the combination of labels is not limited to these as long as FRET can be generated. In addition, when labeling the first label 5 to the antigen 2, it is desirable to label directly by chemical bonding rather than labeling via an antibody. As a result, when the antigen 2 is bound to the primary antibody 3, the distance between the first label 5 and the second label 4 can be reduced except for an extra mediator, and FRET can be efficiently generated. . Both the first label 5 and the second label 4 can be donor acceptors. In this case, one of the labels functioning as a donor is any one label material selected from organic dyes, fluorescent quantum dots, and metal fine particles, and the other label functioning as an acceptor is an organic dye and a fluorescent material. It is desirable that it is any one of the labeling materials selected from the quantum dots.

以下、図1bを用いながら本実施形態における作用を示す。図1bは、図1aにおける検出部付近の拡大図である。   Hereinafter, the operation in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1b is an enlarged view of the vicinity of the detection unit in FIG. 1a.

不撓性膜21上には、抗原2と特異的に結合する一次抗体3が固定化されている。試料保持部7の中に第1の標識5に標識された試料1が供給され、試料1中の抗原2は一次抗体3に結合し固定される。その後、光源8から発せられる励起光9を、誘電体プリズム基板6と金属薄膜20の界面20aに対して、この界面20aでの全反射条件を満たすように誘電体プリズム基板6を通し入射する。このとき、この界面20a表面にエバネッセント光22が発生し、このエバネッセント光22と金属薄膜20との共鳴により金属薄膜20中に表面プラズモンが発生する。そして、抗原2と一次抗体3の結合によって接近した第1の標識5及び第2の標識4に対し、この表面プラズモンによる電場増強効果を受けて電場増強されたエバネッセント光22を照明する。このとき、ドナーとして機能する第2の標識4がまず励起され、この励起エネルギーがFRETにより、アクセプタとして機能する第1の標識5に移動(図1b中のE)することによって、次に第1の標識5が励起する。結果的に、この励起した第1の標識5から所定波長の蛍光L2が発せられ、この蛍光L2を検出することによって抗原2の検出を行うことができる。   A primary antibody 3 that specifically binds to the antigen 2 is immobilized on the inflexible membrane 21. The sample 1 labeled with the first label 5 is supplied into the sample holder 7, and the antigen 2 in the sample 1 is bound to the primary antibody 3 and fixed. Thereafter, the excitation light 9 emitted from the light source 8 is incident on the interface 20a between the dielectric prism substrate 6 and the metal thin film 20 through the dielectric prism substrate 6 so as to satisfy the total reflection condition at the interface 20a. At this time, evanescent light 22 is generated on the surface of the interface 20 a, and surface plasmons are generated in the metal thin film 20 due to resonance between the evanescent light 22 and the metal thin film 20. Then, the first label 5 and the second label 4 which are close to each other due to the binding between the antigen 2 and the primary antibody 3 are illuminated with the evanescent light 22 whose electric field is enhanced by receiving the electric field enhancing effect by the surface plasmon. At this time, the second label 4 functioning as a donor is first excited, and this excitation energy is transferred by FRET to the first label 5 functioning as an acceptor (E in FIG. 1b). The label 5 is excited. As a result, fluorescence L2 having a predetermined wavelength is emitted from the excited first label 5, and the antigen 2 can be detected by detecting the fluorescence L2.

ここで、以上の例では、蛍光検出によって実際に存在が確認されるのは第1の標識5であるが、基本的に前処理によって、この第1の標識5には抗原2が結合しているものと考えて、この第1の標識5の存在を確認することにより、間接的に抗原2の存在を確認している。   Here, in the above example, it is the first label 5 that is actually confirmed by fluorescence detection. However, the antigen 2 is bound to the first label 5 basically by pretreatment. The presence of the antigen 2 is indirectly confirmed by confirming the presence of the first label 5.

抗原2が不撓性膜21上に非特異的に吸着している場合を考える。このとき、この非特異的に吸着している抗原2’の近傍には、一次抗体3は存在しない、すなわちこの抗原2’を標識している第1の標識5’(アクセプタ)の近傍10nm以下に第2の標識4(ドナー)が存在していないことになる。これにより、励起エネルギーを供与されることがない第1の標識5’(アクセプタ)は励起されることがないため、特異的に結合し検出対象としている抗原2に対する蛍光信号のノイズを低減することができる。また、抗原2と結合していない一次抗体3’を標識している第2の標識4’(ドナー)は、励起光によってエネルギーを供与されるため励起され蛍光L1を発することになる。しかしながら、この蛍光L1を受け取る第1の標識5(アクセプタ)が近くに存在しないためにFRETは起こらない。したがって、ドナー・アクセプタそれぞれの蛍光を分光することにより、これによる影響も同様に低減することができる。   Consider the case where the antigen 2 is adsorbed nonspecifically on the inflexible membrane 21. At this time, the primary antibody 3 does not exist in the vicinity of the non-specifically adsorbed antigen 2 ′, that is, in the vicinity of 10 nm or less in the vicinity of the first label 5 ′ (acceptor) that labels the antigen 2 ′. In this case, the second label 4 (donor) is not present. Thereby, since the first label 5 ′ (acceptor) that is not supplied with excitation energy is not excited, the noise of the fluorescence signal with respect to the antigen 2 that is specifically bound to be detected is reduced. Can do. The second label 4 '(donor) that labels the primary antibody 3' that is not bound to the antigen 2 is excited by the excitation light and emits fluorescence L1. However, FRET does not occur because there is no first label 5 (acceptor) that receives this fluorescence L1 nearby. Therefore, by analyzing the fluorescence of each donor and acceptor, the influence of this can be reduced as well.

そして図2に示すように、アクセプタが発する蛍光L2の波長は、励起波長及びドナーが発する蛍光L1の波長と異なるため、アクセプタが発する蛍光L2を分光して検出することが容易となり、S/N比を向上させることができる。さらに、アクセプタが発する蛍光量は抗原2の量によって変化するため、このアクセプタが発する蛍光量を解析することにより定量性の高い蛍光検出が可能となる。   As shown in FIG. 2, since the wavelength of the fluorescence L2 emitted from the acceptor is different from the excitation wavelength and the wavelength of the fluorescence L1 emitted from the donor, the fluorescence L2 emitted from the acceptor can be easily dispersed and detected. The ratio can be improved. Further, since the amount of fluorescence emitted by the acceptor varies depending on the amount of antigen 2, it is possible to detect fluorescence with high quantitativeness by analyzing the amount of fluorescence emitted by the acceptor.

また、一般的にFRETは発生条件が厳しく効率が著しく低いため、高感度検出には不向きであるが、本発明による蛍光検出方法では、プラズモンによる電場増強効果を利用しているため、得られる蛍光信号量を増幅することができる。   In general, FRET is not suitable for high-sensitivity detection because the generation conditions are severe and the efficiency is remarkably low. However, the fluorescence detection method according to the present invention uses the electric field enhancement effect by plasmons, so that the obtained fluorescence can be obtained. The amount of signal can be amplified.

さらに本実施形態においては、不撓性膜21が形成されていることにより、第1の標識5から金属薄膜20へエネルギー移動が起こり金属内でエネルギーが消失される、いわゆる金属消光を防止することができる。これにより、励起した第1の標識5から効率よく蛍光を得ることができる。   Further, in the present embodiment, the formation of the inflexible film 21 prevents the so-called metal quenching in which energy is transferred from the first marker 5 to the metal thin film 20 and energy is lost in the metal. it can. Thereby, fluorescence can be efficiently obtained from the excited first label 5.

また、光検出器10を、誘電体プリズム基板6に対して金属薄膜20が形成されている側に配置することにより、検出する蛍光が金属薄膜20中を通過する必要がなく、効率的に蛍光を検出することが可能となる。   Further, by arranging the photodetector 10 on the side where the metal thin film 20 is formed with respect to the dielectric prism substrate 6, it is not necessary for the fluorescence to be detected to pass through the metal thin film 20, and the fluorescent light is efficiently emitted. Can be detected.

以上により、FRETを利用して特異的な結合が起こった場合にのみ発せられる、波長がシフトした蛍光を検出することにより、非特異的吸着による影響を低減しS/N比を向上させ、高い定量性を有する蛍光検出が可能となる。   As described above, by detecting fluorescence with a shifted wavelength, which is emitted only when specific binding occurs using FRET, the influence of non-specific adsorption is reduced and the S / N ratio is improved. Fluorescence detection with quantitative properties is possible.

<第2の実施形態>
本実施形態で使用する蛍光検出装置は、図1aに示す第1の実施形態で使用した装置と同じものである。ただし、本実施形態において、第1の標識5がドナーとして機能し、第2の標識4がアクセプタとして機能している。つまり、第1の実施形態における第1の標識5の機能と第2の標識4の機能とを交換したものに対応している。その他の構成は、第1の実施形態の場合と同様であり、図1aに示す第1の実施形態と同等の要素についての説明は、特に必要のない限り省略する。なお、励起光9はドナーに合わせ適宜選択するものとする。
<Second Embodiment>
The fluorescence detection apparatus used in this embodiment is the same as that used in the first embodiment shown in FIG. 1a. However, in the present embodiment, the first label 5 functions as a donor and the second label 4 functions as an acceptor. That is, it corresponds to an exchange of the function of the first marker 5 and the function of the second marker 4 in the first embodiment. Other configurations are the same as in the case of the first embodiment, and description of elements equivalent to those of the first embodiment shown in FIG. 1a is omitted unless particularly necessary. The excitation light 9 is appropriately selected according to the donor.

本実施形態による蛍光検出方法は、工程(C)までは第1の実施形態と同様であり、その後、上記接近した第1の標識5及び第2の標識4に対しエバネッセント光22を照明することにより、第1の標識5を励起させ、この励起エネルギーを蛍光共鳴エネルギー移動Eにより第2の標識4に移動させて第2の標識4を励起させ、これによりこの第2の標識4から発せられる蛍光L2を検出することを特徴とするものである(図3)。   The fluorescence detection method according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment until the step (C), and then the evanescent light 22 is illuminated to the first label 5 and the second label 4 that are close to each other. The first label 5 is excited by this, and the excitation energy is transferred to the second label 4 by fluorescence resonance energy transfer E to excite the second label 4, thereby being emitted from the second label 4. It is characterized by detecting fluorescence L2 (FIG. 3).

本実施形態においては、図3に示すように、抗原2と一次抗体3の結合によって接近した第1の標識5及び第2の標識4に対し、表面プラズモンによる電場増強効果を受けて電場増強されたエバネッセント光22を照明するとき、ドナーとして機能する第1の標識5がまず励起され、この励起エネルギーがFRET(図3中のE)により、アクセプタとして機能する第2の標識4に移動することによって、次に第2の標識4が励起する。結果的に、この励起した第2の標識4から所定波長の蛍光L2が発せられ、この蛍光L2を分光検出することによって抗原2の検出を行うことができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the electric field is enhanced by receiving the electric field enhancement effect by the surface plasmon on the first label 5 and the second label 4 which are approached by the binding of the antigen 2 and the primary antibody 3. When the evanescent light 22 is illuminated, the first label 5 that functions as a donor is first excited, and this excitation energy is transferred to the second label 4 that functions as an acceptor by FRET (E in FIG. 3). Then the second label 4 is excited. As a result, fluorescence L2 having a predetermined wavelength is emitted from the excited second label 4, and the antigen 2 can be detected by spectroscopic detection of the fluorescence L2.

抗原2が不撓性膜21上に非特異的に吸着している場合も、図3を用いて同様に考えることができる。このとき、この非特異的に吸着している抗原2’の近傍には、一次抗体3は存在しない、すなわちこの抗原2’を標識している第1の標識5’(ドナー)の近傍10nm以下に第2の標識4(アクセプタ)が存在していないことになる。これにより、励起光によってエネルギーを供与された第1の標識5’(ドナー)は、励起されて蛍光L1を発することになるが、この蛍光を受け取る第2の標識4(アクセプタ)が近くに存在しないためにFRETは起こらない。したがって、ドナー・アクセプタそれぞれの蛍光を分光することにより、特異的に結合し検出対象としている抗原2に対する蛍光信号のノイズを低減することができる。また、抗原2と結合していない一次抗体3’を標識している第2の標識4’(アクセプタ)は、励起エネルギーを供与されることがない。これにより、励起されて蛍光L2を発することがないため、これによる影響も同様に低減することができる。   The case where the antigen 2 is adsorbed nonspecifically on the inflexible film 21 can be considered in the same manner using FIG. At this time, the primary antibody 3 does not exist in the vicinity of the non-specifically adsorbed antigen 2 ′, that is, in the vicinity of 10 nm or less in the vicinity of the first label 5 ′ (donor) that labels the antigen 2 ′. Therefore, the second label 4 (acceptor) is not present. As a result, the first label 5 ′ (donor) that has been provided with energy by the excitation light is excited to emit fluorescence L1, but the second label 4 (acceptor) that receives this fluorescence is present nearby. FRET does not occur. Therefore, by spectroscopically analyzing the fluorescence of each donor and acceptor, it is possible to reduce noise in the fluorescence signal with respect to the antigen 2 that is specifically bound to be detected. Further, the second label 4 ′ (acceptor) that labels the primary antibody 3 ′ not bound to the antigen 2 is not supplied with excitation energy. Thereby, since it is not excited and emits the fluorescence L2, the influence by this can be reduced similarly.

以上により、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。   As described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

<第3の実施形態>
本実施形態で使用する蛍光検出装置は、図1aに示す第1の実施形態で使用した装置において、一次抗体3を標識している第2の標識4として金属微粒子を用いたものである。また、本実施形態においても第1の実施形態と同様に、第1の標識5がアクセプタとして機能し、第2の標識4つまり金属微粒子がドナーとして機能しているものとする。その他の構成は、第1の実施形態の場合と同様であり、図1に示す第1の実施形態と同等の要素についての説明は、特に必要のない限り省略する。なお、励起光9はドナーに合わせ適宜選択するものとする。
<Third Embodiment>
The fluorescence detection device used in the present embodiment is a device in which metal fine particles are used as the second label 4 that labels the primary antibody 3 in the device used in the first embodiment shown in FIG. 1a. Also in this embodiment, as in the first embodiment, it is assumed that the first label 5 functions as an acceptor, and the second label 4, that is, metal fine particles function as a donor. Other configurations are the same as in the case of the first embodiment, and description of elements equivalent to those of the first embodiment shown in FIG. 1 is omitted unless particularly necessary. The excitation light 9 is appropriately selected according to the donor.

以下、図4を用いて説明する。   Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

金属微粒子4は、所定波長の光を吸収するものであり、FRETの発生条件の観点から、Au及びAgのナノ粒子が望ましい。また、FRETを生じさせるアクセプタは、上記所定波長によって適宜選択することができる。   The metal fine particles 4 absorb light of a predetermined wavelength, and Au and Ag nanoparticles are desirable from the viewpoint of FRET generation conditions. In addition, the acceptor that causes FRET can be appropriately selected depending on the predetermined wavelength.

本実施形態による蛍光検出方法は、第1の実施形態と同様であるが、唯一の相違点は、金属微粒子4はエネルギーを吸収するが蛍光を発しない点である。   The fluorescence detection method according to this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the only difference is that the metal fine particles 4 absorb energy but do not emit fluorescence.

本実施形態において、図4に示すように、抗原2が不撓性膜21上に非特異的に吸着している場合を考える。このとき、この非特異的に吸着している抗原2’の近傍には、一次抗体3は存在しない、すなわちこの抗原2’を標識している第1の標識5’(アクセプタ)の近傍10nm以下に金属微粒子4(ドナー)が存在していないことになる。これにより、励起エネルギーを供与されることがない第1の標識5’(アクセプタ)は励起されることがないため、特異的に結合し検出対象としている抗原2に対する蛍光信号のノイズを低減することができる。また、抗原2と結合していない一次抗体3’を標識している金属微粒子4’(ドナー)は、励起光によってエネルギーを供与されるため励起されるが、金属微粒子4’自身は発光しない。したがって、蛍光を分光する必要なくこれによる影響も同様に低減することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, consider a case where the antigen 2 is adsorbed nonspecifically on the inflexible membrane 21. At this time, the primary antibody 3 does not exist in the vicinity of the non-specifically adsorbed antigen 2 ′, that is, in the vicinity of 10 nm or less in the vicinity of the first label 5 ′ (acceptor) that labels the antigen 2 ′. Therefore, the metal fine particles 4 (donor) are not present. Thereby, since the first label 5 ′ (acceptor) that is not supplied with excitation energy is not excited, the noise of the fluorescence signal with respect to the antigen 2 that is specifically bound to be detected is reduced. Can do. In addition, the metal fine particle 4 ′ (donor) labeled with the primary antibody 3 ′ not bound to the antigen 2 is excited because it is supplied with energy by the excitation light, but the metal fine particle 4 ′ itself does not emit light. Therefore, it is not necessary to split the fluorescence, and the influence due to this can be reduced as well.

以上により、第1の実施形態と同様な効果を得ることができると共に、蛍光信号を分光する必要なく蛍光検出を容易にすることが可能となる。   As described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and fluorescence detection can be facilitated without the need to split the fluorescence signal.

(a)本発明による蛍光検出方法を実施するための装置の一例を概略的に示す部分断面図(b)第1の実施形態における蛍光共鳴エネルギー移動過程を示す概略図(A) Partial sectional view schematically showing an example of an apparatus for carrying out the fluorescence detection method according to the present invention (b) Schematic showing a fluorescence resonance energy transfer process in the first embodiment 被検出物質の量と蛍光共鳴エネルギー移動によって得られる蛍光量との関係を示す概略図Schematic showing the relationship between the amount of substance to be detected and the amount of fluorescence obtained by fluorescence resonance energy transfer 第2の実施形態における蛍光共鳴エネルギー移動過程を示す概略図Schematic showing the fluorescence resonance energy transfer process in the second embodiment 第3の実施形態における蛍光共鳴エネルギー移動過程を示す概略図Schematic showing the fluorescence resonance energy transfer process in the third embodiment 一般的なプラズモン増強を利用した蛍光検出装置を概略的に示す部分断面図Partial sectional view schematically showing a fluorescence detection device using general plasmon enhancement 蛍光共鳴エネルギー移動の概念図Conceptual diagram of fluorescence resonance energy transfer

符号の説明Explanation of symbols

1 試料
2 抗原
3 特異的結合物質
4 第2の標識
5 第1の標識
6 誘電体プリズム基板
7 試料保持部
8 光源
9 励起光
10 光検出器
20 金属薄膜
20a 誘電体プリズム基板と金属薄膜との界面
21 不撓性膜
22 エバネッセント光
E 蛍光共鳴エネルギー移動
L1 ドナーから発せられる蛍光
L2 アクセプタから発せられる蛍光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample 2 Antigen 3 Specific binding substance 4 2nd label | marker 5 1st label | marker 6 Dielectric prism board 7 Sample holding part 8 Light source 9 Excitation light 10 Photo detector 20 Metal thin film 20a Dielectric prism board and metal thin film Interface 21 Inflexible film 22 Evanescent light E Fluorescence resonance energy transfer L1 Fluorescence emitted from donor L2 Fluorescence emitted from acceptor

Claims (6)

誘電体プリズム基板と、該誘電体プリズム基板上に形成された金属薄膜を含む検出部との界面に対し、励起光を全反射条件を満たすように入射して、該界面表面に発生したエバネッセント光と前記金属薄膜との共鳴により表面プラズモンを発生させ、前記検出部に供給された試料中に含まれる物質が、前記表面プラズモンによって電場増強された前記エバネッセント光を吸収して発する蛍光を光検出器によって検出する蛍光検出方法において、
第1の標識で標識された被検出物質を前記試料中に用意する工程(A)と、
第2の標識で標識されかつ前記被検出物質と特異的に結合する特異的結合物質を用意し、該特異的結合物質を前記検出部上に固定する工程(B)と、
前記工程(A)及び(B)の後、前記第1の標識と前記第2の標識との距離を蛍光共鳴エネルギー移動が起きる程度にまで接近させるために、前記試料を前記検出部に供給し、該試料中に含まれる前記被検出物質を前記特異的結合物質と結合させる工程(C)と、
前記工程(C)の後、前記接近した前記第1の標識及び前記第2の標識に対し前記エバネッセント光を照明することにより、該第1の標識及び該第2の標識のうちドナーとして機能するどちらか一方の標識を励起させ、該励起エネルギーを蛍光共鳴エネルギー移動によりアクセプタとして機能する他方の標識に移動させて該他方の標識を励起させ、これにより該他方の標識から発せられる蛍光を検出することを特徴とする蛍光検出方法。
Evanescent light generated on the interface surface when excitation light is incident on the interface between the dielectric prism substrate and the detection unit including the metal thin film formed on the dielectric prism substrate so as to satisfy the total reflection condition. A surface plasmon is generated by resonance with the metal thin film, and a substance contained in the sample supplied to the detection unit absorbs the evanescent light whose electric field is enhanced by the surface plasmon and emits fluorescence. In the fluorescence detection method for detecting by
Preparing a detection target substance labeled with a first label in the sample (A);
Preparing a specific binding substance that is labeled with a second label and that specifically binds to the substance to be detected, and fixing the specific binding substance on the detection unit (B);
After the steps (A) and (B), the sample is supplied to the detection unit in order to bring the distance between the first label and the second label close to the extent that fluorescence resonance energy transfer occurs. A step (C) of binding the substance to be detected contained in the sample to the specific binding substance;
After the step (C), by illuminating the evanescent light on the first label and the second label that are close to each other, it functions as a donor among the first label and the second label. Either one of the labels is excited, and the excitation energy is transferred to the other label that functions as an acceptor by fluorescence resonance energy transfer to excite the other label, thereby detecting the fluorescence emitted from the other label. A fluorescence detection method characterized by that.
前記光検出器が、前記誘電体プリズム基板に対して、前記金属薄膜が形成されている側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の蛍光検出方法。   2. The fluorescence detection method according to claim 1, wherein the photodetector is disposed on a side where the metal thin film is formed with respect to the dielectric prism substrate. 前記検出部が、前記金属薄膜表面に、疎水性材料からなる膜厚10〜100nmの不撓性膜を有することを特徴とする請求項1または2に記載の蛍光検出方法。   The fluorescence detection method according to claim 1, wherein the detection unit has an inflexible film having a thickness of 10 to 100 nm made of a hydrophobic material on the surface of the metal thin film. 前記不撓性膜が、ポリマー材料から構成されることを特徴とする請求項3に記載の蛍光検出方法。   The fluorescence detection method according to claim 3, wherein the inflexible film is made of a polymer material. 前記ドナーとして機能するどちらか一方の標識が、有機色素、蛍光性量子ドット、及び金属微粒子より選ばれるいずれか1つの標識材料であり、
前記アクセプタとして機能する他方の標識が、有機色素及び蛍光性量子ドットより選ばれるどちらか1つの標識材料であることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の蛍光検出方法。
Either one of the labels functioning as the donor is any one labeling material selected from organic dyes, fluorescent quantum dots, and metal fine particles,
5. The fluorescence detection method according to claim 1, wherein the other label that functions as the acceptor is any one label material selected from organic dyes and fluorescent quantum dots.
前記アクセプタとして機能する前記他方の標識が、有機色素であることを特徴とする請求項5に記載の蛍光検出方法。   6. The fluorescence detection method according to claim 5, wherein the other label that functions as the acceptor is an organic dye.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010074083A1 (en) * 2008-12-24 2010-07-01 コニカミノルタホールディングス株式会社 Immunoassay utilizing surface plasmon and fluorescence resonance energy transfer
WO2010134470A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 コニカミノルタホールディングス株式会社 Surface plasmon field-enhanced fluorescence measurement device and plasmon excitation sensor used in surface plasmon field-enhanced fluorescence measurement device
JP2011038932A (en) * 2009-08-12 2011-02-24 Hitachi High-Technologies Corp Nucleic acid analysis element and nucleic acid analyzer using the same
WO2011096394A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-11 コニカミノルタホールディングス株式会社 Analyte detection probe and analyte detection method using said probe
JP2012058169A (en) * 2010-09-13 2012-03-22 Konica Minolta Holdings Inc Assay method using plasmon excitation sensor and the plasmon excitation sensor
KR101473954B1 (en) 2012-11-05 2014-12-17 광주과학기술원 Method for detection of antigen using fluorescence resonance energy transfer immunoassay
KR101515723B1 (en) * 2013-12-27 2015-04-27 경희대학교 산학협력단 Composition for detecting or quantitative analysis comprising aptamer tagged by fluorescent substance with fluorescence resonance energy transfer
CN114935563A (en) * 2022-04-15 2022-08-23 深圳职业技术学院 Method for testing interlayer proximity of polymer composite interface

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010074083A1 (en) * 2008-12-24 2010-07-01 コニカミノルタホールディングス株式会社 Immunoassay utilizing surface plasmon and fluorescence resonance energy transfer
JP5720248B2 (en) * 2008-12-24 2015-05-20 コニカミノルタ株式会社 Immunoassay using surface plasmon and fluorescence resonance energy transfer
JPWO2010134470A1 (en) * 2009-05-20 2012-11-12 コニカミノルタホールディングス株式会社 Surface plasmon enhanced fluorescence measuring device and plasmon excitation sensor used in surface plasmon enhanced fluorescence measuring device
WO2010134470A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 コニカミノルタホールディングス株式会社 Surface plasmon field-enhanced fluorescence measurement device and plasmon excitation sensor used in surface plasmon field-enhanced fluorescence measurement device
JP2011038932A (en) * 2009-08-12 2011-02-24 Hitachi High-Technologies Corp Nucleic acid analysis element and nucleic acid analyzer using the same
WO2011096394A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-11 コニカミノルタホールディングス株式会社 Analyte detection probe and analyte detection method using said probe
JPWO2011096394A1 (en) * 2010-02-02 2013-06-10 コニカミノルタホールディングス株式会社 Analyte detection probe and analyte detection method using the same
JP2015129773A (en) * 2010-02-02 2015-07-16 コニカミノルタ株式会社 Analyte detection probe
JP2012058169A (en) * 2010-09-13 2012-03-22 Konica Minolta Holdings Inc Assay method using plasmon excitation sensor and the plasmon excitation sensor
KR101473954B1 (en) 2012-11-05 2014-12-17 광주과학기술원 Method for detection of antigen using fluorescence resonance energy transfer immunoassay
KR101547463B1 (en) 2012-11-05 2015-08-26 광주과학기술원 Method for detection of antigen using fluorescence resonance energy transfer immunoassay
KR101515723B1 (en) * 2013-12-27 2015-04-27 경희대학교 산학협력단 Composition for detecting or quantitative analysis comprising aptamer tagged by fluorescent substance with fluorescence resonance energy transfer
CN114935563A (en) * 2022-04-15 2022-08-23 深圳职业技术学院 Method for testing interlayer proximity of polymer composite interface

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