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JP6099108B2 - 被検出物質の検出装置および方法 - Google Patents

被検出物質の検出装置および方法 Download PDF

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JP6099108B2 JP2015519972A JP2015519972A JP6099108B2 JP 6099108 B2 JP6099108 B2 JP 6099108B2 JP 2015519972 A JP2015519972 A JP 2015519972A JP 2015519972 A JP2015519972 A JP 2015519972A JP 6099108 B2 JP6099108 B2 JP 6099108B2
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Description

本発明は、被検出物質を検出するための装置および方法に関する。
近年、体外診断方法では、金コロイドの局在表面プラズモン共鳴による発色を利用した診断方法が提案されている。たとえばイムノクロマト法において、金コロイドに抗体を固定した標識粒子を用いる方法が提案されている。この方法によれば、被検出物質である抗原が試料に含まれる場合に、その抗原と標識粒子とが結合した複合体が形成される。複合体は移動層を展開して判定部位の抗体に捕捉される。これにより判定部位が赤く発色する。判定部位において発色が見られるかどうかを確認することによって、抗原の有無を確認することができる。
たとえば特開２００９−２１０５０５号公報（特許文献１）は、上記のイムノクロマト法への適用を目的とした免疫学的測定キットを開示している。たとえば特表２００５−５３３２４６号公報（特許文献２）は、標的分子の識別に使用される表面増強共鳴ラマン散乱（ＳＥＲＲＳ）活性ビーズを開示する。このビーズは、ポリマーシェル内にカプセル化された凝集金属コロイドおよび少なくとも１つのＳＥＲＲＳ活性染料を含む。
特開２００９−２１０５０５号公報 特表２００５−５３３２４６号公報
被検出物質の検出感度を高める技術、言い換えれば微量の被検出物質を検出可能な技術に対する要望が常に存在する。特開２００９−２１０５０５号公報（特許文献１）に開示の方法によれば、判定部位の発色を確認することによって抗原の有無を簡易に確認することが可能となる。しかし、発色の有無を目視によって確認するためには、試料中の被検出物質の濃度がある程度高く、大量の被検出物質が必要になると考えられる。
本発明の目的は、微量の被検出物質を迅速に検出可能な装置および方法を提供し、上記課題の解決に資することである。
本発明のある局面に従う被検出物質の検出装置は、試料に含まれる可能性がある被検出物質の検出装置である。検出装置は、複数の金属ナノ粒子と、第１の光源と、対物レンズと、受光器と、検出器とを備える。複数の金属ナノ粒子の各々は、被検出物質を特異的に付着可能なホスト分子で修飾される。第１の光源は、複数の金属ナノ粒子を集合させるための偏光を発する。対物レンズは、偏光を集光して、集光された偏光を、試料と複数の金属ナノ粒子とを含む液体に導入する。受光器は、液体からの光を受ける。検出器は、受光器からの信号に基づいて、被検出物質を検出する。
好ましくは、検出装置は、調整機構をさらに備える。調整機構は、対物レンズの焦点が、液体中にあり、かつ、液体と液体の周囲の気体との界面である気液界面の近傍に位置するように、対物レンズと気液界面との間の距離を調整する。
好ましくは、検出装置は、液体を保持する、光学的に透明な基板をさらに備える。
好ましくは、複数の金属ナノ粒子の各々は、第１のホスト分子で修飾される。検出装置は、第２のホスト分子が各々に固定された複数のスポットを有する基板をさらに備える。
好ましくは、複数の金属ナノ粒子は、第１のホスト分子で各々が修飾された複数の第１の金属ナノ粒子と、第２のホスト分子で各々が修飾された複数の第２の金属ナノ粒子とを含む。
好ましくは、被検出物質は、ターゲットＤＮＡである。第１および第２のホスト分子の各々は、ターゲットＤＮＡとの間でハイブリダイゼーションを起こすプローブＤＮＡである。
好ましくは、ホスト分子は、同一種類のホスト分子である。
好ましくは、被検出物質は抗原である。ホスト分子は、抗原との間で抗原抗体反応を起こす抗体である。
好ましくは、受光器は、液体を撮影するための撮影機器を含む。検出器は、撮影機器で撮影された画像に基づいて、被検出物質を検出する。
好ましくは、検出装置は、液体のスペクトルを測定するための光を発する第２の光源をさらに備える。受光器は、液体のスペクトルを測定するための分光器を含む。検出器は、分光器により測定されるスペクトルに基づいて、被検出物質を検出する。
好ましくは、第２の光源は、白色光を発する。
好ましくは、第２の光源は、第１の金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴のピークの半値全幅の２倍に対応する、１またはいくつかの領域に係る、実質的に単色の光を発する。
好ましくは、分光器により測定されるスペクトルは、局在表面プラズモン共鳴の吸収スペクトルである。
好ましくは、分光器により測定されるスペクトルは、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）スペクトルである。
好ましくは、ターゲットＤＮＡは、プローブＤＮＡに対して相補的な塩基配列を有する第１のターゲットＤＮＡと、第１のターゲットＤＮＡと一部が異なる塩基配列を有する第２のターゲットＤＮＡとのうちのいずれか一方である。受光器は、液体のスペクトルを測定するための分光器を含む。検出器は、分光器により測定されるスペクトルの時間変化に基づいて、被検出物質が第１および第２のターゲットＤＮＡのうちのいずれであるかを判別する。
好ましくは、第１および第２のホスト分子は、それぞれ第１および第２のプローブＤＮＡである。複数の金属ナノ粒子の各々は、第１のプローブＤＮＡで修飾される。検出装置は、第２のプローブＤＮＡが各々に固定された複数のスポットを有する基板をさらに備える。前記被検出物質は、第１および第２のプローブＤＮＡに対して相補的な塩基配列を有する第１のターゲットＤＮＡと、第１のターゲットＤＮＡと一部が異なる塩基配列を有する第２のターゲットＤＮＡとのいずれか一方である。受光器は、液体のスペクトルを測定するための分光器を含む。検出器は、分光器により測定されるスペクトルの時間変化に基づいて、被検出物質が第１および第２のターゲットＤＮＡのうちのいずれであるかを判別する。
好ましくは、検出装置は、上記液体を流通させるマイクロ流路が形成された基板をさらに備える。対物レンズで集光された光は、マイクロ流路に導入される。
好ましくは、上記基板のうち少なくとも液体を保持する領域は、超親水性を有する。
好ましくは、複数の金属ナノ粒子は、複数の金属ナノ粒子の表面間距離が、被検出物質の大きさとホスト分子の大きさとの和よりも大きい状態で液体中に分散している。
本発明の他の局面に従う被検出物質の検出方法は、試料に含まれる可能性がある被検出物質の検出方法である。検出方法は、試料と、被検出物質を特異的に付着可能なホスト分子で各々が修飾された複数の金属ナノ粒子とを液体に導入するステップと、複数の金属ナノ粒子を集合させるための、第１の光源からの偏光を対物レンズで集光して、集光された偏光を液体に照射するステップと、液体からの光を受光器で受けるステップと、液体から受けた光に基づいて、検出器により被検出物質を検出するステップとを備える。
好ましくは、被検出物質は抗原である。ホスト分子は、抗原との間で抗原抗体反応を起こす抗体である。
好ましくは、複数の金属ナノ粒子の各々は、第１のホスト分子で修飾される。検出方法は、第２のホスト分子が各々に固定された複数のスポットを有する基板を準備するステップをさらに備える。試料と複数の金属ナノ粒子とを液体に導入するステップは、複数のスポットの各々に滴下されるべき液体に試料と複数の金属ナノ粒子とを導入するステップを含む。
好ましくは、複数の金属ナノ粒子は、第１のホスト分子で各々が修飾された複数の第１の金属ナノ粒子と、第２のホスト分子で各々が修飾された複数の第２の金属ナノ粒子とを含む。
好ましくは、被検出物質は、ターゲットＤＮＡである。第１および第２のホスト分子の各々は、ターゲットＤＮＡとの間でハイブリダイゼーションを起こすプローブＤＮＡである。
好ましくは、光を受けるステップは、撮影機器で液体を撮影するステップを含む。検出するステップは、撮影された液体の画像に基づいて、被検出物質を検出するステップを含む。
好ましくは、検出方法は、液体のスペクトルを測定するための光を、第２の光源から液体に照射するステップをさらに備える。光を受けるステップは、分光器によりスペクトルを測定するステップを含む。検出するステップは、スペクトルに基づいて、被検出物質を検出するステップを含む。
好ましくは、光を照射するステップは、複数の第１の金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴のピークの半値全幅の２倍に対応する、１またはいくつかの領域に係る、実質的に単色の光を照射するステップを含む。
好ましくは、スペクトルは、局在表面プラズモン共鳴の吸収スペクトルである。
好ましくは、スペクトルは、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）スペクトルである。
好ましくは、ターゲットＤＮＡは、プローブＤＮＡに対して相補的な塩基配列を有する第１のターゲットＤＮＡと、第１のターゲットＤＮＡと一部が異なる塩基配列を有する第２のターゲットＤＮＡとのいずれか一方である。検出方法は、液体のスペクトルを測定するための光を、第２の光源から液体に照射するステップをさらに備える。光を受けるステップは、分光器によりスペクトルを測定するステップを含む。検出するステップにおいて、スペクトルの時間変化に基づいて、被検出物質が第１および第２のターゲットＤＮＡのうちのいずれであるかを判別する。
本発明によれば、微量の被検出物質を迅速に検出可能な装置および方法を提供することができる。
複数の金ナノ粒子が配列されるメカニズムを説明するための模式図である。 金ナノ粒子の２粒子モデルを説明するための図である。 ＤＮＡのハイブリダイゼーションによる金ナノ粒子の凝集を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態１に係る検出装置の概略的構成を示した図である。 図４に示した検出装置のキット付近の構成を示した拡大図である。 図５に示したレーザ光のビームウエストの近傍における金ナノ粒子の凝集を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１に係る被検出物質の検出方法を説明したフローチャートである。 （Ａ）光を照射せずに、第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ、体積５μＬ）との混合液を基板上で自然乾燥させたサンプルの光学的透過像、および、（Ｂ）光を照射せずに、第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ、体積５μＬ）との混合液を基板上で自然乾燥させたサンプルの光学的透過像である。 （Ａ）光照射前における、第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ、体積５μＬ）との混合液の光学的透過像、および、（Ｂ）光照射前における、第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ、体積５μＬ）との混合液の光学的透過像である。 （Ａ）光照射後における、第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ、体積５μＬ）との混合液の光学的透過像、および、（Ｂ）光照射後における、第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ、体積５μＬ）との混合液の光学的透過像である。 （Ａ）第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ、体積５μＬ）との混合液における、ビームウエストの位置が異なる場合の光照射前のビームウエストの周辺の光学的透過像、および、（Ｂ）第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ、体積５μＬ）との混合液における、ビームウエストの位置が異なる場合の光照射前のビームウエストの周辺の光学的透過像である。 （Ａ）第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ、体積５μＬ）との混合液における、ビームウエストの位置が異なる場合の光照射後のビームウエストの周辺の光学的透過像、および、（Ｂ）第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ、体積５μＬ）との混合液における、ビームウエストの位置が異なる場合の光照射後のビームウエストの周辺の光学的透過像である。 異なる濃度を有する相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１００ｐＭ）の光照射後の基板上の光学的透過像である。 光照射開始後のミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ）の時間変化を示した気液界面（ビームウエスト周辺）の連続写真（光学的透過像）である。 光照射開始後の相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ）の時間変化を示した気液界面（ビームウエスト周辺）の連続写真（光学的透過像）である。 相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１００ｐＭ）の気液界面（ビームウエスト周辺）の連続写真（光学的透過像）である。 相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１ｐＭ）の気液界面（ビームウエスト周辺）の連続写真（光学的透過像）である。 近接した金ナノ粒子の個数に応じた散乱スペクトルの変化を計算した結果を示した図である。 金ナノ粒子の凝集前後の吸収スペクトルの変化を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る検出装置の概略的構成を示した図である。 図２０に示した検出装置の外観斜視図である。 図２０に示した検出装置の構成を詳細に説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る被検出物質の検出方法を説明したフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る検出装置の概略的構成を示した図である。 図２４に示す検出装置における処理の流れを説明するための図である。 図２５に示すＤＮＡチップとは異なるＤＮＡチップを用いた検出処理の流れを説明するための図である。 プローブＤＮＡと、被検出物質となり得る、塩基配列の互いに異なる４種類のＤＮＡとを説明するための図である。 本発明の実施の形態５に係る検出装置の概略的構成を示した図である。 （Ａ）第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１００ｐＭ、体積５μＬ）との混合溶液の気液界面（ビームウエスト周辺）の光照射開始後の連続写真（光学的透過像）、および、（Ｂ）吸収スペクトルの時間変化（光照射開始から０秒、３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、１５０秒、および１８０秒経過後の時間変化）を示した図である。 （Ａ）第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、完全ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１００ｐＭ、体積５μＬ）との混合溶液の気液界面（ビームウエスト周辺）の光照射開始後の連続写真（光学的透過像）、および、（Ｂ）吸収スペクトルの時間変化（光照射開始から０秒、３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、１５０秒、および１８０秒経過後の時間変化）を示した図である。 （Ａ）第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、半ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１００ｐＭ、体積５μＬ）との混合溶液の気液界面（ビームウエスト周辺）の光照射開始後の連続写真（光学的透過像）、および、（Ｂ）吸収スペクトルの時間変化（光照射開始から０秒、３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、１５０秒、および１８０秒経過後の時間変化）を示した図である。 （Ａ）第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ、体積５μＬ）と、交互ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１００ｐＭ、体積５μＬ）との混合溶液の気液界面（ビームウエスト周辺）の光照射開始後の連続写真（光学的透過像）、および、（Ｂ）吸収スペクトルの時間変化（光照射開始から０秒、３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、１５０秒、および１８０秒経過後の時間変化）を示した図である。 図２９（Ｂ）、図３０（Ｂ）、図３１（Ｂ）、および図３２（Ｂ）に示した吸収スペクトルのピークシフトを説明するための図である。 マイクロ流路チップの流通開始前の状態を説明するための模式図である。 マイクロ流路チップの流通開始後の状態を説明するための模式図である。 図３５に示すＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩ線に沿うマイクロ流路チップ６００の断面図である。 光照射開始前において、マイクロ流路中に形成された気液界面近傍を倍率１０倍の対物レンズを用いて撮影した光学的透過像である。 第１のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ）と、第２のプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子の分散液（濃度５．０ｎＭ）と、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１００ｐＭ）との混合溶液（体積１μＬ）を注入したマイクロ流路中に形成された気液界面（ビームウエスト周辺、倍率４０倍の対物レンズ使用）の光照射開始後の連続写真（光学的透過像）である。 疎水性の基板を用いたキット付近の構成を示した拡大図である。 光照射後における疎水性基板上の相補鎖ＤＮＡの希釈分散液のビームウエストの周辺の光学的透過像である。 超親水性の基板を用いたキット付近の構成を示した拡大図である。 光照射後における超親水性基板上の相補鎖ＤＮＡの希釈分散液のビームウエストの周辺の光学的透過像である。
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
本発明およびその実施の形態において、「金属ナノ粒子」とは、ナノメートルのオーダーのサイズを有する金属粒子である。「ナノメートルのオーダー」とは１から数百ナノメートルの範囲を含み、典型的には１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。金属ナノ粒子の形状は、光照射により集合できれば球状でもロッド状でもよく、特に限定されない。
本発明およびその実施の形態において、「金属ナノ粒子集合体」とは、複数の金属ナノ粒子が凝集することによって形成された集合体である。
本発明およびその実施の形態において、「被検出物質」は、生体分子でもよく、生体分子に限定されない有機分子であってもよい。また、「被検出物質」は、重金属イオンであってもよい。
本発明およびその実施の形態において、「ホスト分子」とは、被検出物質を特異的に付着させることができる分子である。被検出物質を特異的に付着させることのできるホスト分子と被検出物質との組み合わせについては、たとえば、抗原と抗体、糖鎖とタンパク質、脂質とタンパク質、低分子化合物（リガンド）とタンパク質、タンパク質とタンパク質、一本鎖ＤＮＡと一本鎖ＤＮＡなどが挙げられる。これらの特異的親和性を有する両者のうちいずれか一方が被検出物質である場合に、他方をホスト分子として用いることができる。すなわち、抗原が被検出物質である場合は、ホスト分子として抗体を用いることができる。逆に抗体が被検出物質である場合には、ホスト分子として抗原を用いることができる。また、ＤＮＡのハイブリダイゼーションにおいては、被検出物質がターゲットＤＮＡであり、ホスト分子がプローブＤＮＡである。また、「抗原」は、アレルゲン、ウィルスを含み得る。また、本発明およびその実施の形態によれば、抗体の種類を変えることによって、検出可能なアレルゲンあるいはウィルスの種類を変えることもできる。したがって、本発明およびその実施の形態により検出可能なアレルゲンあるいはウィルスの種類は特に限定されるものではない。また、「被検出物質」が重金属である場合には、重金属イオンを捕集可能な分子をホスト分子に利用することができる。
本発明およびその実施の形態において、「第１のホスト分子」および「第２のホスト分子」は、被検出物質の異なる部位に特異的に付着し得るホスト分子である。たとえばターゲットＤＮＡが被検出物質である場合、第１のホスト分子は、ターゲットＤＮＡのたとえば５’末端側でハイブリダイゼーションを起こすプローブＤＮＡである。第２のホスト分子は、ターゲットＤＮＡのたとえば３’末端側でハイブリダイゼーションを起こすプローブＤＮＡである。
また、たとえば抗原が被検出物質である場合、第１のホスト分子は一次抗体であり、第２のホスト分子は二次抗体である。ただし、たとえば抗原が被検出物質である場合、一次抗体（第１のホスト分子）で表面が修飾された金属ナノ粒子のみを用いてもよい。
本発明およびその実施の形態において、「試料」とは、被検出物質を含む物質または被検出物質を含む可能性がある物質を意味する。試料は、たとえば動物（たとえばヒト、ウシ、ウマ、ブタ、ヤギ、ニワトリ、ラット、マウスなど）からの生体試料であり得る。生体試料は、たとえば、血液、組織、細胞、分泌液、体液等を含み得る。なお、「試料」はそれらの希釈物を含んでもよい。
本発明およびその実施の形態において、「白色光」との用語は、可視域を含む紫外域〜近赤外域の波長範囲（たとえば２００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲）を有する連続光、またはパルス光を意味する。
本発明およびその実施の形態において、「単色光」との用語は、金属ナノ粒子集合体の局在表面プラズモン共鳴のピークの半値全幅の２倍に対応する領域内の波長を有する光である。局在表面プラズモン共鳴のピークの半値全幅の２倍に対応する領域の数は１つでもよく、複数でもよい。
本発明およびその実施の形態において、「偏光」との用語は、光電磁波の伝播方向に垂直な電場ベクトルを意味する。
本発明およびその実施の形態において、「超親水性」との用語は、基板に保持される液滴の接線と基板表面とのなす接触角が１０度以下であることを意味する。
本発明およびその実施の形態において、「分散」との用語は、ホスト分子または被検出物質が液体中に浮遊することを意味し、ホスト分子または被検出物質が液体に溶解する場合を含む。つまり、分散液は溶液を含み得るとともに、分散媒は溶媒を含み得る。
［実施の形態１］
＜金ナノ粒子の配列＞
以下の実施の形態では、金属ナノ粒子の一つの例示的形態として金ナノ粒子を採用する。金属ナノ粒子は金ナノ粒子に限定されず、たとえば銀ナノ粒子または銅ナノ粒子等であってもよい。
金ナノ粒子の平均粒径は、サブナノメートルオーダー〜ナノメートルオーダー（約２ｎｍ〜１０００ｎｍ）であり、たとえば２ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは、２ｎｍ〜１００ｎｍ、より好ましくは、５ｎｍ〜５０ｎｍであり得る。
以下に詳細に説明するように、複数の金ナノ粒子が光誘起力によって捕捉されるとともに配列される。本発明およびその実施の形態において、「光誘起力」とは、散逸力、勾配力および物質間光誘起力の総称として用いられる。散逸力とは、光散乱あるいは光吸収といった散逸的過程において、光の運動量が物質に与えられることによって発生する力である。勾配力は、光誘起分極が生じた物質が不均一な電磁場の中に置かれた場合に、電磁気学的なポテンシャルの安定点に物質を移動させる力である。物質間光誘起力とは、光励起された複数の物質中の誘起分極から生じる縦電場による力と横電場（輻射場）による力との和である。
図１は、複数の金ナノ粒子が捕捉および配列されるメカニズムを説明するための模式図である。図２は、金ナノ粒子の２粒子モデルを説明するための図である。図１および図２を参照して、複数の金ナノ粒子１１は液体中、たとえば水中に分散される。
複数の金ナノ粒子１１の各々はレーザ光５を受ける。レーザ光５の偏光方向はｙ方向である。すなわち、レーザ光５の偏光方向は、金ナノ粒子１１の中心を結ぶ軸Ａｘと略平行な方向である。この場合、金ナノ粒子１１の各々には、レーザ光５の偏光方向に平行な方向に沿って電気分極が生じる。これにより、各金ナノ粒子１１は、電磁気学的なポテンシャルの安定点であるレーザ光５のビームウエストの近傍に捕捉される。また、すべての金ナノ粒子１１中の電気分極の向きは同一である。このため、図２に示されるように、近接する金ナノ粒子１１の間には引力が生じる。
金ナノ粒子は球状セルであると仮定する。この場合、応答光電場は、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式の積分形として表現できる。応答電場Ｅｉは以下の式（１）に従って表わされる。
ｉ，ｊは球状セルの粒子番号である。Ｍ，Ｌは自己相互作用に関連する量である。個々の金ナノ粒子の内部での感受率および電場分布は平坦であるとする。誘起分極Ｐｉは以下の式（２）に従って表わされる。
感受率χにはＤｒｕｄｅモデルが適用される。感受率χは以下の式（３）に従って表わされる。
χｂは背景の感受率を表わし、ωｐはプラズマエネルギーを表わし、γは非輻射緩和定数を示し、Ｖｆはフェルミ面上における電子速度を示す。非輻射緩和定数γは光から光以外（たとえば熱）への緩和を示す値である。
一方、光誘起力は、以下の式（４）によって一般的に表わされる（T.Iida and H.Ishihara,Phys.Rev.B77,245319(2008)）。
上記式（２）および式（３）に従ってそれぞれ表わされる誘起分極Ｐｉおよび応答電場Ｅｉが式（４）に代入される。これにより、光誘起力は以下の式（５）に従って表わされる。
ＧはＧｒｅｅｎ関数を表わす。式（５）の右辺の第１項は入射光による勾配力を表わし、第２項は物質間光誘起力を表わす。入射光による勾配力は光強度勾配に比例する。一方、物質間光誘起力は光強度に比例する。したがって、入射光の光強度勾配および光強度を制御することで、勾配力および物質間光誘起力を調整することができる。
図１を再び参照して、水中に分散した金ナノ粒子１１の表面は、金ナノ粒子１１の作成時に添加された保護基により覆われており、そのイオン化により表面電荷を有している。各金ナノ粒子１１の表面には同種の電荷が分布する。このため、複数の金ナノ粒子１１の間には斥力が生じる。レーザ光の照射によるトラップ力（散逸力および勾配力）と、電気分極による金ナノ粒子間の引力（物質間光誘起力）と、表面電荷による斥力とが釣り合うことで、複数の金ナノ粒子１１をレーザ光５の偏光方向と平行な方向に配列することができる。
＜金ナノ粒子集合体の形成＞
金ナノ粒子の各々はホスト分子で修飾される。ホスト分子には、金ナノ粒子と相互作用し得る部位が存在する。金ナノ粒子の表面へのホスト分子の固定は上記部位を介して行なわれる。「相互作用」とは、化学結合、ファンデルワールス力、静電的相互作用、疎水性相互作用および吸着力などをいう。金と相互作用し得る部位（基）としては、たとえばチオール基が挙げられるが、これに限定されるものではない。
本実施の形態における被検出物質はターゲットＤＮＡである。プローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子は、ターゲットＤＮＡの存在下において、ＤＮＡのハイブリダイゼーションにより凝集し、金ナノ粒子集合体を形成する。一方、プローブＤＮＡ同士はハイブリダイゼーションを起こさない。「ハイブリダイゼーション」とは、２種の一本鎖核酸の間での再会合反応を意味する。以下に説明するように、本実施の形態では、塩基配列が相補的な関係にある２個の１本鎖ＤＮＡの間で二重鎖が形成される。しかし、ハイブリダイゼーションはこれに限定されず、１個の一本鎖ＤＮＡと１個のＲＮＡとの間、または２個のＲＮＡの間での二重鎖形成を含む。
図３は、ＤＮＡのハイブリダイゼーションによる金ナノ粒子の凝集を説明するための概念図である。図３（Ａ）は、プローブＤＮＡの塩基配列の一例を示す図である。図３（Ｂ）は、金ナノ粒子の凝集前後の状態を示す模式図である。
図３（Ａ）を参照して、本実施の形態における被検出物質はターゲットＤＮＡ１８である。ターゲットＤＮＡ１８は、たとえば２４個のアデニンの塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡである。このターゲットＤＮＡ１８を特異的に付着させることができるプローブＤＮＡ１３，１４が準備される。
プローブＤＮＡ１３は、３’末端にたとえばチオール基（ＳＨで表す）を有する一本鎖ＤＮＡである。プローブＤＮＡ１３は、チオール基と５’末端との間に、ターゲットＤＮＡの３’末端側の塩基配列と相補的な塩基配列を有する。本実施の形態における上記相補的な塩基配列は、１２個のチミン（Ｔで表す）である。
プローブＤＮＡ１４は、５’末端にたとえばチオール基を有する一本鎖ＤＮＡである。プローブＤＮＡ１４は、３’末端とチオール基との間に、ターゲットＤＮＡの５’末端側の塩基配列と相補的な塩基配列を有する。本実施の形態における上記相補的な塩基配列は、１２個のチミンである。
次に図３（Ｂ）を参照して、本実施の形態において用いられる一部の金ナノ粒子１１の表面は、チオール基を介してプローブＤＮＡ１３で修飾される。残りの金ナノ粒子１２の表面は、チオール基を介してプローブＤＮＡ１４で修飾される。金ナノ粒子をプローブＤＮＡで修飾するための方法として、たとえば以下の方法を用いることができる。
まず、金ナノ粒子を分散した液に３．６１μＭのチオール化ＤＮＡを添加して、その液をたとえば１６時間放置する。その後、上記分散液へ塩化ナトリウムとリン酸バッファ（ｐＨ７．０）とを０．１Ｍ，１０ｍＭになるように添加して、その液をたとえば４０時間放置する。遠心分離によってナノ粒子を沈殿させて洗浄を行なう。なお、金ナノ粒子分散液は、市販品を用いてもよく、金イオン（金錯体イオン）含有分散液および還元剤を用いて分散液内還元反応によって製造してもよい。たとえば、塩化金酸分散液にクエン酸を加えてもよい。
ターゲットＤＮＡ１８を含む液に金ナノ粒子１１，１２が導入されると、プローブＤＮＡ１３とターゲットＤＮＡ１８との間、およびプローブＤＮＡ１４とターゲットＤＮＡ１８との間でハイブリダイゼーションが起こる。これにより金ナノ粒子１１，１２が凝集し、金ナノ粒子集合体１０が形成される。
＜検出装置および方法＞
図４は、本発明の実施の形態１に係る検出装置の概略的構成を示した図である。図４を参照して、検出装置１００は、光トラップ用光源１０１（第１の光源）と、照明用光源１０２と、光学部品１０４と、対物レンズ１０３と、キット２０と、撮影機器１０８（受光器）と、演算部１０６（検出器）と、調整機構１１２とを備える。ｘ方向およびｙ方向は水平方向を表す。ｘ方向とｙ方向とは互いに直交する。ｚ方向は鉛直方向を表す。重力の向きはｚ方向下方である。
光トラップ用光源１０１は、金ナノ粒子１１，１２を集合させるための偏光としてレーザ光５を発する。キット２０におけるレーザ光５の偏光方向はｙ方向である。レーザ光５はｚ方向上方にキット２０に照射される（図５参照）。
光トラップ用光源１０１の具体的な構成は特に限定されるものではなく、ナノ物質の操作に用いられる公知の光源を用いることができる。光トラップ用光源１０１は、たとえば近赤外（たとえば波長１０６４ｎｍ）の連続光を発生させる。なお、偏光の種類は直線偏光に限定されず、たとえば円偏光または楕円偏光でもよく、さらには軸対称偏光であってもよい。軸対称偏光は、ラジアル偏光およびアジミュサル偏光を含む。
照明用光源１０２は、キット２０内のサンプル３０（図５参照）を照らすための光を発する。照明用光源１０２は、たとえば白色光６を発する光源である。１つの実施例として、ハロゲンランプを照明用光源１０２に用いることができる。なお、照明用光源１０２に、レーザ光源等の単色光源を用いることも可能である。ただし、白色光源を照明用光源１０２に用いることによって検出装置１００を低コストで実現できる。
光学部品１０４は、たとえばミラー、プリズム、または光ファイバ等を含む。光学部品１０４は、光トラップ用光源１０１からのレーザ光５および照明用光源１０２からの白色光６をキット２０に導くために用いられる。
対物レンズ１０３は、光トラップ用光源１０１からのレーザ光５を集光する。対物レンズ１０３により集光された光がサンプル３０に照射される。サンプル３０は、たとえばターゲットＤＮＡ１８と、プローブＤＮＡ１３，１４をそれぞれ表面に修飾した金ナノ粒子１１，１２とが導入された液体である。なお、本実施の形態において、対物レンズ１０３を通過後のレーザ光５の強度は、たとえば、光トラップ用光源１０１から出力されるレーザ光５の強度の約１０％である。なお、対物レンズ１０３および光学部品１０４は、たとえば顕微鏡本体（図示せず）に組み込まれる。
また、対物レンズ１０３は、サンプル３０からの光を取り込むためにも用いられる。サンプル３０からの光を高効率に取り込むために、対物レンズ１０３の開口数（ＮＡ）は高いことが好ましい。なお、対物レンズ１０３を介して照明用光源１０２からの白色光６をキット２０に照射してもよい。
撮影機器１０８は、レーザ光５のビームウエストの近傍を撮影する。撮影機器１０８は照明用光源１０２から液体に照射され液体を通過した白色光６を受光するので、本発明に係る「受光器」に相当する。撮影機器１０８は、たとえばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサを備えたビデオカメラによって実現される。なお、撮影機器１０８で撮影される画像は、動画であっても静止画であってもよい。
図４に示された構成では、対物レンズ１０３の位置は固定されている。調整機構１１２は、キット２０が搭載されたＸＹＺ軸ステージ１１４（図５参照）のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の位置を調整するものである。調整機構１１２には、たとえば顕微鏡に付属の焦準ハンドルを用いることができる。これにより、対物レンズ１０３に対するキット２０の相対位置が調整される。なお、調整機構１１２の具体的な構成は特に限定されるものではない。また、調整機構１１２は、固定されたキット２０に対して、対物レンズ１０３の位置を調整してもよい。
レーザ変位計１０９は、レーザ光５のビームウエストの位置を調整するために用いることができる。また、サンプル３０の分散液の厚さを測定して気液界面の位置を決定する際にもレーザ変位計１０９を用いることができる。レーザ変位計１０９は、たとえばレーザ変位計１０９とキット２０との間の鉛直方向の距離を測定するとともに、キット２０の水平方向の変位を測定する。調整機構１１２は、レーザ変位計１０９の測定結果に基づいて、ＸＹＺ軸ステージの位置を調整してもよい。ただし、レーザ変位計１０９は必須の構成ではない。
演算部１０６は、たとえばマイクロコンピュータあるいはパーソナルコンピュータ等によって実現される。演算部１０６は、撮影機器１０８からの信号（たとえば撮影機器１０８によって撮影された動画の信号）を受ける。演算部１０６は、撮影機器１０８からの信号に基づいて、ターゲットＤＮＡ１８を検出する。
図５は、図４に示した検出装置１００のキット２０付近の構成を示した拡大図である。図５（Ａ）は、キット２０付近の構成を示す図である。図５（Ｂ）は、対物レンズ１０３の光学系をより詳細に示す図である。図５（Ａ）を参照して、キット２０は基板２１を含む。キット２０は、基板２１上に設けられた液面ガイド２４を含んでもよい。
基板２１には、試料および金ナノ粒子１１，１２が導入されたサンプル３０が滴下される。基板２１は、白色光に対して透明な材料で作成することができる。好ましくは、基板２１に用いられる材料は、たとえばガラス、石英のように、偏光に対して異方性を示さない材料である。
液面ガイド２４は、サンプル３０を滴下すべき位置を示す。液面ガイド２４の形状は、滴下するサンプル３０の体積、および形成すべき気液界面の基板２１からの高さ（ｚ方向の距離）等に応じて適宜定められる。液面ガイド２４は、たとえばポリマーフィルムのように、撥水性を有する材料で作成することができる。キット２０には、たとえば市販のガラスボトムディッシュを用いることができる。したがってキット２０の構成は図５（Ａ）に示された構成に限定されるものではない。
この実施の形態では、レーザ光５のビームウエストが液体中にあるように、対物レンズ１０３とサンプル３０との間の距離が決定される。レーザ光５のビームウエストは、対物レンズ１０３の焦点の位置に形成される。つまり、対物レンズ１０３の焦点が液体中に位置するように、対物レンズ１０３とサンプル３０との間の相対位置は調整される。
Ｄ２は、基板２１の上面２１ａと対物レンズ１０３の焦点との間の距離である。対物レンズ１０３の焦点を液体中に位置するために、距離Ｄ２が調整される。距離Ｄ２は、対物レンズ１０３の焦点距離Ｆ、基板２１の厚さＴおよび、対物レンズ１０３の主面１０３ａとＸＹＺ軸ステージ１１４の上面１１４ａ（基板２１の下面２１ｂ）との間の距離Ｄ１から、たとえば以下のように調整することができる。
焦点距離Ｆは、対物レンズ１０３の仕様値から既知である。また、基板２１の厚さＴは、基板２１（たとえばガラスボトムディッシュ）の仕様値から既知である。
調整機構１１２の制御部（図示せず）は、たとえば使用者による初期化操作に基づいて、ＸＹＺ軸ステージ１１４を所定の基準位置に移動させる機能を有する。ＸＹＺ軸ステージ１１４が基準位置にあるときの距離Ｄ１の値は、基準値として制御部が予め有している。制御部は、使用者の操作に応じてＸＹＺ軸ステージ１１４のｚ方向の位置を調整する際、ＸＹＺ軸ステージ１１４の基準位置からのｚ方向の変位量に基づいて、調整後の距離Ｄ１を算出する。
対物レンズ１０３の焦点距離Ｆは、距離Ｄ１と、基板２１の厚さＴと、距離Ｄ２との和に等しい（Ｆ＝Ｄ１＋Ｔ＋Ｄ２）。すなわち距離Ｄ２は、Ｄ２＝Ｆ−Ｄ１−Ｔと表わされる。上記のように、焦点距離Ｆおよび基板２１の厚さＴは既知の値である。また、距離Ｄ１は、調整機構１１２の制御部によって算出される。したがって、調整機構１１２の制御部は、距離Ｄ２を算出することができる。
図５（Ｂ）を参照して、距離Ｄ２の算出方法を、具体例を挙げてより詳細に説明する。対物レンズ１０３には、たとえばＮｉｋｏｎ ＣＦＩ Ｐｌａｎ Ｆｌｕｏｒ １００ＸＨ ｏｉｌ（観察倍率：１００×、作動距離:０．１６ｍｍ、焦点距離：２ｍｍ）を用いることができる。
対物レンズ１０３の上面１０３ｂと基板２１の下面２１ｂとの間の距離を１６０μｍに設定したとき、対物レンズ１０３の焦点は、基板２１の上面２１ａと一致する。この距離を作動距離（ＷＤ）と呼ぶ。対物レンズ１０３の上面１０３ｂと基板２１の下面２１ｂとの間はイマージョンオイル１１５で浸されている。
対物レンズ１０３は、この状態から、対物レンズ１０３の上面１０３ｂが基板２１の下面２１ｂと接触する直前までｚ軸方向に移動可能である。つまり、対物レンズ１０３は、ｚ方向に１６０μｍ以下の距離を移動できる。したがって、対物レンズ１０３の焦点のｚ方向の範囲（距離Ｄ２の範囲）は、基板２１の上面２１ａから０ｍｍ以上１６０μｍ以下である。なお、サンプル３０は空気と異なる屈折率（分散媒が水またはリン酸バッファの場合１．３３）を有するので、サンプル３０の屈折率を考慮してピントを調整することが望ましい。
また、観察系の倍率は、顕微鏡本体（図示せず）に組み込まれた結像レンズ（図示せず）の焦点距離の仕様値を用いて、倍率＝結像レンズ焦点距離／対物レンズ焦点距離＝２００ｍｍ／２ｍｍ＝１００倍と算出される。
気液界面３１から基板２１の上面２１ａまでの距離Ｄ３が大きくなるに従って、観察系のピントの位置は、対物レンズ１０３の焦点の位置からずれる。ピントが合った画像を取得するために、対物レンズ１０３の焦点の水平方向（ｙ方向）の位置を、たとえば気液界面３１の端すなわち液面ガイド２４の近傍の気液界面３１に設定することができる。一例としてサンプル３０の体積が１５μＬである場合、対物レンズ１０３の焦点の水平方向の位置は、液面ガイド２４を基準としたｙ方向の位置がたとえば５０μｍ以下であることが望ましい。
また、距離Ｄ２は、たとえば２０μｍ以下に設定することが好ましい。焦点距離Ｆはたとえば２ｍｍであり、厚さＴはたとえば０．１７ｍｍである。したがって、距離Ｄ１の基準値をＤ１α、距離Ｄ１の基準値Ｄ１αからの変位量をＤ１βと表すとき、距離Ｄ２＝Ｆ−Ｔ−（Ｄ１α＋Ｄ１β）＝２，０００−１７０−（Ｄ１α＋Ｄ１β）と表される。つまり、距離Ｄ２を２０μｍ以下にするためには、Ｄ１＝（Ｄ１α＋Ｄ１β）を１８１０μｍ以上に設定すればよい。
なお、図４および図５に示した構成では、水平面（ｘｙ平面）に置かれた基板２１上にサンプル３０が滴下される。また、対物レンズ１０３は、基板２１の鉛直方向（ｚ方向）下方に配置される。しかし、基板が置かれる面は厳密な水平面に限定されるものではなく、水平面に対して傾きを有していてもよい。また、対物レンズは、基板の鉛直方向上方および下方のどちらに配置してもよい。たとえば、水平面に置かれた基板の鉛直方向上方に対物レンズを配置することができる。これにより、鉛直方向上方から下方に向かって（言い換えると基板について気液界面と同一側から）レーザ光が照射される。
図６は、図５に示したレーザ光５のビームウエストの近傍における金ナノ粒子１１，１２の凝集を説明するための模式図である。図６（Ａ）は、凝集前の金ナノ粒子１１，１２を表す。図６（Ｂ）は、凝集後の金ナノ粒子１１，１２を表す。
図６（Ａ）を参照して、レーザ光５を気液界面に照射することで、金ナノ粒子１１，１２が気液界面に集まる。これにより、ビームウエストの近傍における金ナノ粒子１１，１２の密度は、他の位置における密度と比べて局所的に高くなる。ビームウエストにおけるビーム径は、たとえば数μｍ程度である。
次に図６（Ｂ）を参照して、金ナノ粒子１１，１２の周囲にターゲットＤＮＡ１８が存在すると、プローブＤＮＡ１３とターゲットＤＮＡ１８との間、およびプローブＤＮＡ１４とターゲットＤＮＡ１８との間でハイブリダイゼーションが起こる。ターゲットＤＮＡ１８の長さは、たとえばナノメートルのオーダー（たとえば数ナノメートルから数十ナノメートル）である。なお、上述のようにレーザ光５の波長は、たとえば１０６４ｎｍである。したがって、金ナノ粒子１１，１２の間の距離は、レーザ光５の波長以下および可視光の波長以下のスケールで固定される。
粒子間距離が固定された金ナノ粒子１１，１２の表面に存在するプローブＤＮＡ１３，１４は、その周囲の他のターゲットＤＮＡ１８との間でさらにハイブリダイゼーションを起こす。ＤＮＡのハイブリダイゼーションによって金ナノ粒子１１，１２の集合体のサイズが大きくなることで、その周囲にターゲットＤＮＡ１８が存在する確率が高まるので、ＤＮＡのハイブリダイゼーションが一層起こり易くなる。このため、金ナノ粒子１１，１２の集合体のサイズが増大するに従って、ＤＮＡのハイブリダイゼーションが起こる頻度が増加する。言い換えると、本実施の形態によれば、光照射によって金ナノ粒子集合体の形成を加速させることができる。その結果、金ナノ粒子１１，１２が高密度に凝集した金ナノ粒子集合体が短時間で形成される。
図７は、本発明の実施の形態１に係るターゲットＤＮＡ１８の検出方法を説明したフローチャートである。図４、図５および図７を参照して、ステップＳ１において、試料を含むサンプル３０に、プローブＤＮＡ１３，１４でそれぞれ修飾された金ナノ粒子１１，１２が導入される。
ステップＳ２において、調整機構１１２によって、対物レンズ１０３の焦点に対するサンプル３０の位置が調整される。上記のように、対物レンズ１０３の焦点は、液体中にあり、かつ気液界面３１の近傍に位置することが好ましい。この実施の形態のように、サンプル３０の体積が微小（たとえばマイクロリットルのオーダー）である場合、対物レンズ１０３の焦点の位置は、レーザ光５の光軸Ｌに沿った基板２１の上面と気液界面３１との間の中点Ｍよりも気液界面３１側となるように調整される。対物レンズ１０３の焦点と気液界面３１との間の距離は、たとえば以下のように調整することができる。
調整機構１１２の制御部は、滴下されたサンプル３０の画像をカメラ（図示せず）で撮影して、この画像から気液界面３１の基板２１からの高さＤ３を求める。液面ガイド２４で囲まれた領域の面積は一定であるため、サンプル３０の体積（滴下量）と気液界面３１の高さＤ３との間には対応関係が存在する。制御部は、この対応関係を、たとえばテーブルとして予め記憶する。このテーブルと、サンプル３０の実際の滴下量とに従って、気液界面３１の高さＤ３を求めることができる。あるいは、制御部は、測定毎にサンプル３０の画像を撮影して、気液界面３１の高さＤ３を求めてもよい。
図５で説明したように、対物レンズ１０３の焦点距離Ｆと、基板２１の厚さＴと、対物レンズ１０３の主面１０３ａと基板２１の下面２１ｂとの間の距離Ｄ１とに基づいて、基板２１の上面２１ａから焦点までの距離Ｄ２を求めることができる。したがって、上述のように気液界面３１の高さＤ３をさらに求めることで、気液界面３１と焦点との間の距離Ｄ４を算出することができる。
なお、液面ガイド２４で囲まれた領域がたとえば半径Ｒの円である場合には、サンプル３０の画像を撮影しなくてもよい。この場合、滴下されたサンプル３０の形状を半楕円球と近似することができる。このため、サンプル３０の体積Ｖと、サンプル３０の最大高さＨ（上記領域の中心における、レーザ光５の光軸に沿った基板２１の上面と気液界面３１との間の距離）との間には、Ｖ＝２πＲ２Ｈ／３と表される関係が成立する。つまり、最大高さＨは（３／２）×Ｖ／（πＲ２）に等しい。したがって、サンプルの滴下量から、上記領域の中心における気液界面の最大高さを求めることができる。たとえば、Ｖ＝１５μＬで液滴の基板上での半径が２．５ｍｍの場合であれば、Ｈ＝１．１５ｍｍと見積ることができる。このような見積から液滴の形状とサイズとをモデリングでき、レーザ照射位置を決める際の参考にできる。
ステップＳ３において、光トラップ用光源１０１からのレーザ光５をキット２０に照射する。サンプル３０がターゲットＤＮＡ１８を含む場合、光照射開始から一定の時間が経過すると、金ナノ粒子集合体１０が形成される。
ステップＳ４において、撮影機器１０８でサンプル３０の画像を撮影する。なお、撮影機器１０８で動画を撮影する場合、ステップＳ３において光の照射を開始する前から撮影を開始してもよい。
ステップＳ５において、演算部１０６は、撮影機器１０８からの画像を処理するとともに、その処理結果に基づいて、ターゲットＤＮＡ１８の有無を判定する。画像処理には、種々の公知の信号処理技術を用いることができる。
たとえば、ターゲットＤＮＡ１８が存在する場合の金ナノ粒子集合体の形状の特徴が予め分かっている場合には、パターン認識の技術を用いることができる。以下に示すように、ある測定条件下における金ナノ粒子集合体はネットワーク状に形成される。演算部１０６は、パターン認識の技術を用いて、このネットワーク状のパターンの特徴を抽出する。パターンの特徴が抽出されると、ターゲットＤＮＡ１８が存在すると判定される。あるいは、たとえば、金ナノ粒子集合体の形成により透過光が減少して画像の色が濃くなった部分の面積に基づいて、ターゲットＤＮＡ１８の有無を判定することができる。
続いて、ターゲットＤＮＡ１８の検出結果の一例について、撮影機器１０８で撮影された画像を参照しながら説明する。サンプル３０は、以下の方法により作成された。
まず、プローブＤＮＡ１３で修飾された金ナノ粒子１１を含む分散液（以下、分散液Ａと呼ぶ）と、プローブＤＮＡ１４で修飾された金ナノ粒子１２を含む分散液（以下、分散液Ｂと呼ぶ）とを別々に調製した。分散液Ａ，Ｂの金ナノ粒子の濃度は５．０ｎＭである。
濃度５．０ｎＭの分散液Ａ中での金ナノ粒子１１の平均粒子間距離（中心間距離）、および濃度５．０ｎＭの分散液Ｂ中での金ナノ粒子１２の平均粒子間距離は、いずれも０．６９３μｍと計算される。
また、分散液Ａと、分散液Ｂと、被検出物質を含む分散液との等量混合液中での金ナノ粒子１１，１２の各々の濃度は、５．０／３＝１．６６ｎＭとなる。このため、上記等量混合液中での金ナノ粒子１１の平均粒子間距離、および金ナノ粒子１２の平均粒子間距離は、いずれも０．９９９μｍと計算される。
さらに、上記等量混合液中において金ナノ粒子１１と金ナノ粒子１２とが均等に混合されているとすると、金ナノ粒子１１，１２を互いに区別をしない場合の金ナノ粒子の濃度は１．６６＋１．６６＝３．３３ｎＭとなる。このため、上記等量混合液中での金ナノ粒子の平均粒子間距離は０．７９３μｍと計算される。
なお、ＤＮＡの隣接する塩基間の距離は０．３４ｎｍであることが知られている。本実施の形態で用いられるプローブＤＮＡ１３，１４の各々の塩基数は１２であるので、プローブＤＮＡ１３，１４の大きさ（長さ）は、いずれも０．３４×１２＝４．０８ｎｍ程度と計算される。また、ターゲットＤＮＡ１８の塩基数は２４であるので、ターゲットＤＮＡ１８の大きさは０．３４×２４＝８．１６ｎｍ程度と計算される。このことから、プローブＤＮＡ１３，１４とターゲットＤＮＡ１８とがハイブリダイゼーションを起こす前の状態において、金ナノ粒子は、金ナノ粒子の平均の表面間距離が、プローブＤＮＡ１３とプローブ１４とターゲットＤＮＡ１８との長さの和よりも大きい状態で液体中に分散していることが好ましい。
金ナノ粒子の平均の表面間距離は、金ナノ粒子の平均粒子間距離（中心間距離）から金ナノ粒子の直径を差し引くことにより算出される。上記の平均粒子間距離０．７９３μｍから金ナノ粒子の直径３０ｎｍを差し引くと、０．７９０μｍとなる。したがって、金ナノ粒子の平均の表面間距離は、プローブＤＮＡ１３とプローブ１４とターゲットＤＮＡ１８との長さの和である４．０８＋４．０８＋８．１６＝１６．３２ｎｍよりも大きいので、上述の条件を満たしている。
次に、サンプル３０の原液として、１００μＭのターゲットＤＮＡの原液と、１００μＭのミスマッチＤＮＡの原液とを調製した。ターゲットＤＮＡ１８は、図３で説明したように、プローブＤＮＡ１３，１４と相補的な塩基配列を有する相補鎖ＤＮＡである。ミスマッチＤＮＡとは、ミスマッチの塩基が存在するために、プローブＤＮＡ１３，１４との間でハイブリダイゼーションを起こさないＤＮＡである。相補鎖ＤＮＡの原液をリン酸バッファで１０，０００倍に希釈し、１０ｎＭ 希釈分散液とした。一方、ミスマッチＤＮＡの原液をリン酸バッファで１００倍に希釈し、１μＭ 希釈分散液とした。つまり、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液の濃度は、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液の濃度の１００倍である。
上記分散液を用いて、比較のために２つのサンプルを準備した。一方のサンプルは、５μＬの分散液Ａと、５μＬの分散液Ｂと、５μＬの相補鎖ＤＮＡの希釈分散液と含む。他方のサンプルは、５μＬの分散液Ａと、５μＬの分散液Ｂと、５μＬのミスマッチＤＮＡの希釈分散液と含む。つまり、各サンプルの体積は１５μＬである。これらサンプルが基板２１上に滴下された。
図８〜図１７に示す画像は、サンプルの水平方向（図４のｘ方向およびｙ方向）の画像である。なお、これらの画像では、液面ガイド２４（図５参照）は示されていない。
図８（Ａ）は、光を照射せずに相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ）を含むサンプルを１時間自然乾燥させた後のサンプルの画像である。図８（Ａ）を参照して、相補鎖ＤＮＡとプローブＤＮＡとの間のハイブリダイゼーションにより金ナノ粒子凝集体がネットワーク状に形成される。
一方、図８（Ｂ）は、光を照射せずにミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ）を含むサンプルを１時間自然乾燥させた後のサンプルの基板上の画像である。図８（Ｂ）を参照して、ミスマッチＤＮＡとプローブＤＮＡとの間のハイブリダイゼーションが起こらない場合には、数μｍ程度の団子状の凝集体が観察された。図８（Ａ）および図８（Ｂ）から分かるように、ＤＮＡのハイブリダイゼーションの有無により、自然乾燥後に観察された凝集体の形状には明確な差異が存在する。
図９（Ａ）は、光照射前における相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ）のビームウエストの周辺の画像である。図９（Ｂ）は、光照射前におけるミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ）のビームウエストの周辺の画像である。
図９（Ａ）および図９（Ｂ）を参照して、撮影機器１０８で撮影された領域の大きさは６９μｍ×５２μｍである。画像下側の色の濃い部分（Ｌで表す）は液体である。画像上側の色の薄い部分（Ａで表す）は気体である。液体と気体との間の白い部分（Ｉで表す）は気液界面である。レーザ光５の照射前には、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液およびミスマッチＤＮＡの希釈分散液のいずれにおいても、金ナノ粒子集合体１０は観察されない。
上記希釈分散液の各々の気液界面の近傍にレーザ光５を２分４０秒間照射した。光トラップ用光源１０１から出力されるレーザ光５の強度は０．２Ｗに設定した。
図１０（Ａ）は、光照射後における、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ）の基板上の画像であり、図１０（Ｂ）は、光照射後における、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ）の基板上の画像である。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、図９（Ａ）および図９（Ｂ）にそれぞれ対比される。各画像の中心の円は、レーザ光５のビームウエストの位置を模式的に示す。ビームウエストの鉛直方向（ｚ方向）の位置は、基板２１から２０μｍ上方である。
まず、図１０（Ａ）を参照して、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液において、ビームウエストの周辺に金ナノ粒子集合体１０が形成される。
一方、図１０（Ｂ）を参照して、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液において、金ナノ粒子集合体１０は明確には見られない。このように、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液の方が相補鎖ＤＮＡの希釈分散液よりも１００倍高濃度であるにも関わらず、相補鎖ＤＮＡを導入した場合にのみ金ナノ粒子集合体１０が形成される。
同一のサンプルを用いて、ビームウエストの位置を変更して、ビームウエストの周辺を撮影した。ビームウエストの鉛直方向（ｚ方向）の位置は、基板２１から１５μｍ上方である。
図１１（Ａ）は、ビームウエストの位置が異なる場合の光照射前の相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ）におけるビームウエストの周辺の画像である。図１１（Ｂ）は、ビームウエストの位置が異なる場合のミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ）におけるビームウエストの周辺の画像である。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、図９（Ａ）および図９（Ｂ）にそれぞれ対比される。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）を参照して、図１１でも図９と同様に、光照射前には金ナノ粒子集合体１０は明確には見られない。
図１２（Ａ）は、ビームウエストの位置が異なる場合の光照射後の相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１０ｎＭ）における基板上の画像である。図１２（Ｂ）は、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液（濃度１μＭ）における基板上の画像である。図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）にそれぞれ対比される。
図１２（Ａ）を参照して、光照射後には１００μｍ×１００μｍ以上の広い領域に金ナノ粒子集合体１０が形成される。図１２（Ａ）では、図１０（Ａ）と比べて、同一のサンプルであるにも関わらず、形成された金ナノ粒子集合体１０のサイズが大きい。その理由としては、時間の経過に伴ってサンプルの分散媒が蒸発したため、金ナノ粒子１１，１２および相補鎖ＤＮＡの濃度が高くなった可能性が考えられる。なお、ビームウエストの周辺の金ナノ粒子集合体１０は、レーザ光５の圧力により吹き飛ばされたと考えられる。
一方、図１２（Ｂ）を参照して、図１０（Ｂ）と同様に、ミスマッチＤＮＡの希釈分散液において、金ナノ粒子集合体１０は明確には見られない。
以上の検出結果において、基板２１上に滴下されたサンプル３０に含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量は、１０ｎＭ×５μＬ＝５０ｆｍｏｌ（１ｆｍｏｌ＝１０−１５ｍｏｌ）である。したがって、本実施の形態によれば、５０ｆｍｏｌ程度の微量のターゲットＤＮＡ１８を検出できることが分かる。
上記物質量は、滴下されたサンプル３０全体に含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量である。このため、撮影機器１０８の撮影領域に含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量は５０ｆｍｏｌよりも小さい。したがって、５０ｆｍｏｌよりも微量のターゲットＤＮＡ１８を検出できると見積もることができる。
また、図１０（Ａ）または図１２（Ａ）によれば、遅くとも２分４０秒間の光照射後には金ナノ粒子集合体１０の存在が明確に確認される。しかし、金ナノ粒子集合体１０が形成されるか否かを確認することが目的であれば、レーザ光５の照射が必要な時間は２分４０秒よりも短くてもよい。たとえば、本願発明者の検証実験によれば、光照射時間が１分以内であっても金ナノ粒子集合体を確認することができた。したがって、１分以内の短時間で５０ｆｍｏｌよりも微量のターゲットＤＮＡ１８を検出できると見積もることができる。
なお、上記レーザ光５の強度（０．２Ｗ）は、本実施の形態における測定条件の一例であって、光強度はこれに限定されるものではない。レーザ光の強度には、金属ナノ粒子の種類および濃度、ならびに被検出物質およびホスト分子の種類および濃度等に応じて、適切な範囲が存在する。つまり、光強度が適切な範囲の下限値よりも低い場合には、金属ナノ粒子をビームウエストの近傍に集合させることができない。一方、光強度が適切な範囲の上限値よりも高い場合には、被検出物質に影響を与える可能性（たとえば熱の影響でＤＮＡ間の結合が切れる可能性）がある。したがって、レーザ光の最適な強度は実験に基づいて適宜定められる。
次に、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液の濃度を変更して、ビームウエストの周辺を撮影した。上述の相補鎖ＤＮＡの原液をリン酸バッファで１００万倍に希釈し、１０ｐＭ 希釈分散液とした。つまり、この希釈分散液における相補鎖ＤＮＡの濃度は、図９〜図１２で用いられた希釈分散液の濃度の１００分の１である。サンプルの体積（１５μＬ）はいずれも等しい。したがって、以下に検出結果を示すサンプルに含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量は、５０ｆｍｏｌ×１／１００＝５００ａｍｏｌ（１ａｍｏｌ＝１０−１８ｍｏｌ）である。
図１３は、異なる濃度を有する相補鎖ＤＮＡの希釈分散液の光照射後の基板上の画像である。図１３を参照して、ビームウエストの位置は、図１２（Ａ）に示したビームウエストの位置（ｚ方向について基板２１から１５μｍ上方）と等しい。また、光の照射時間も図１２（Ａ）の場合と等しい。
図１３における金ナノ粒子集合体のサイズは、図１２（Ａ）における金ナノ粒子集合体のサイズよりも小さいことが分かる。この結果から、金ナノ粒子集合体のサイズは、サンプルに含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量に応じて異なることが分かる。
図１４は、光照射開始後のミスマッチＤＮＡの希釈分散液の気液界面（ビームウエスト周辺）の時間変化を示した連続写真である。図１５は、光照射開始後の相補鎖ＤＮＡの希釈分散液の気液界面（ビームウエスト周辺）の時間変化を示した連続写真である。図１６は、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液の濃度を１００ｐＭとした場合の気液界面（ビームウエスト周辺）の連続写真である。図１７は、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液の濃度を１ｐＭとした場合の気液界面（ビームウエスト周辺）の連続写真である。図１４〜図１７では、レーザ光５の照射開始時刻を０秒とし、６秒毎の様子が示される。また、液体（Ｌ）、気体（Ａ）および気液界面（Ｉ）の位置は、図９〜図１３における位置と同等であるため示されていない。各サンプルの体積は１５μＬである。
まず、図１４を参照して、上述のミスマッチＤＮＡの原液をリン酸バッファで１００倍に希釈し、１μＭ 希釈分散液を調製した。滴下された希釈分散液の体積は５μＬであるため、サンプルに含まれるミスマッチＤＮＡの物質量は１μＭ×５μＬ＝５ｐｍｏｌ（１ｐｍｏｌ＝１０−１２ｍｏｌ）である。
ミスマッチＤＮＡの希釈分散液を含むサンプルについては、光照射後もサンプル内に金ナノ粒子集合体１０は形成されない。なお、６０秒以降の画像において、気液界面にはバブルが発生している。
次に、図１５を参照して、相補鎖ＤＮＡの原液をリン酸バッファで１０，０００倍に希釈し、１０ｎＭ 希釈分散液を調製した。サンプルに含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量は１０ｎＭ×５μＬ＝５０ｆｍｏｌである。つまり、相補鎖ＤＮＡの物質量は、図１４に示したサンプルに含まれるミスマッチＤＮＡの物質量の１００分の１である。また、相補鎖ＤＮＡの濃度は、５０ｆｍｏｌ／１５μＬ＝３．３ｎＭである。
サンプルに含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量が、図１４に示したサンプルに含まれるミスマッチＤＮＡの物質量と等しい場合（すなわち、相補鎖ＤＮＡの原液を１００倍に希釈して調製されたサンプルの場合）、光を照射しなくても金ナノ粒子集合体が自発的に形成される。一方、図１５に示した１０，０００倍に希釈したサンプルでは、光を照射しない場合、金ナノ粒子集合体の自発的な形成は生じにくい。しかしながら、光を照射することで少なくとも６秒経過後には、気液界面の近傍で金ナノ粒子集合体が確認される。その後、時間が経過するにつれて金ナノ粒子集合体は急速に成長することが分かる。
図１６を参照して、相補鎖ＤＮＡの原液をリン酸バッファで１００万倍に希釈し、１００ｐＭ 希釈分散液を調製した。サンプルに含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量は１００ｐＭ×５μＬ＝５００ａｍｏｌである。つまり、相補鎖ＤＮＡの物質量は、図１４に示したサンプルに含まれるミスマッチＤＮＡの物質量の１万分の１である。また、相補鎖ＤＮＡの濃度は、５００ａｍｏｌ／１５μＬ＝３３ｐＭである。ビームウエストの位置は、水平方向（ｘ方向）に気液界面よりも１３μｍ液体側であって、鉛直方向（ｚ方向）に基板２１から１５μｍ上方である。
この相補鎖ＤＮＡの希釈分散液においても、少なくとも６秒経過後には気液界面の近傍で金ナノ粒子集合体が確認される。しかし、金ナノ粒子集合体の成長速度は、図１５における成長速度よりも遅い。
図１７を参照して、相補鎖ＤＮＡの原液をリン酸バッファで１億倍に希釈し、１ｐＭ 希釈分散液を調製した。サンプルに含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量は１ｐＭ×５μＬ＝５ａｍｏｌである。つまり、相補鎖ＤＮＡの物質量は、図１４に示したサンプルに含まれるミスマッチＤＮＡの物質量の１００万分の１である。また、相補鎖ＤＮＡの濃度は、５ａｍｏｌ／１５μＬ＝０．３３ｐＭである。ビームウエストの位置は、水平方向（ｘ方向）に気液界面よりも３μｍ液体側であって、鉛直方向（ｚ方向）に基板２１から５μｍ上方である。
この相補鎖ＤＮＡの希釈分散液においても、６秒経過後には気液界面の近傍で金ナノ粒子集合体を確認することができる。その後、時間の経過に伴って、金ナノ粒子集合体の存在がより明確になる。この検出結果から、本実施の形態によれば５ａｍｏｌ程度の微量のターゲットＤＮＡ１８であっても検出可能であることが分かる。
図１４〜図１７から分かるように、ミスマッチＤＮＡを含むサンプルでは光を照射しても変化がない一方で、相補鎖ＤＮＡを含むサンプルでは５０ｆｍｏｌ〜５ａｍｏｌ程度の微量の物質量であっても、光を照射することで金ナノ粒子集合体が形成される。これにより、微量のターゲットＤＮＡ１８を特異的に検出することができる。また、金ナノ粒子集合体は、気液界面の近傍に位置するビームウエストで形成され、その後時間の経過に伴って成長する。金ナノ粒子集合体のサイズおよび成長速度は、ターゲットＤＮＡ１８の物質量に依存することが分かる。
微量の被検出物質を検出可能な他の技術としては、たとえばＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）による遺伝子検出法、ＥＬＩＳＡ（Ｅｎｚｙｍｅ−Ｌｉｎｋｅｄ ＩｍｍｕｎｏＳｏｒｂｅｎｔ Ａｓｓａｙ）法、または蛍光染色フローサイトメトリー等が挙げられる。しかし、たとえばＰＣＲ法ではＤＮＡを増幅させるサイクルを繰り返す必要があるため、一般に数時間程度の検出時間を要する。また、ＥＬＩＳＡ法および蛍光染色フローサイトメトリーにおいても、数時間程度の検出時間を要する。
これに対し本実施の形態によれば、たとえば数秒〜１分以内という短時間で迅速に金ナノ粒子集合体の存在を確認することができる。したがって、ＰＣＲ法などの従来の微量の被検出物質の検出方法と比べて、検出時間を大幅に短縮することができる。
特に図１７に示した結果において、光照射開始前に相補鎖ＤＮＡがサンプル３０中に均一に分散していると仮定すれば、撮影領域（６９μｍ×５２μｍの領域）に含まれる相補鎖ＤＮＡの個数は約１２個、すなわち０．０２aｍｏｌ（１ｚｍｏｌ＝１０−２１ｍｏｌ）程度である。したがって、本実施の形態によれば、サブゼプトモル程度の非常に微量の被検出物質を検出できる可能性が示唆される。また、観測すべき領域が予め特定されていれば、検出時間を数秒程度にまで短縮できる可能性が示される。
本実施の形態において検出時間を大幅に短縮できる一つの要因は、ビームウエストの位置をサンプルの気液界面の近傍に調整したことである。サンプルの分散媒は気液界面から蒸発する。これにより、気液界面の近傍における金ナノ粒子およびターゲットＤＮＡ１８の密度は、バルクにおける密度よりも高くなる。したがって、気液界面の近傍では金ナノ粒子がターゲットＤＮＡ１８と遭遇する確率が高くなるため、ＤＮＡのハイブリダイゼーションが起こり易くなる。
ターゲットＤＮＡ１８の検出時間を短縮できる他の要因としては、レーザ光がビームウエストの周辺の分散媒を加熱することで生じた対流の影響も考えられる。対流により、金ナノ粒子とターゲットＤＮＡ１８との間の遭遇確率が一層高くなる。実際、撮影機器で撮影した動画によれば対流を観察することができる。
たとえば蛍光染色フローサイトメトリーなどの蛍光物質を用いる技術では、試料に高度な前処理を施すため熟練技術者が必要である。また、試薬および検出装置が高価である。
本実施の形態によれば、蛍光標識を用いる必要がないため、いわゆるラベルフリー検出を実現することができる。また、蛍光染色法との比較において、検出装置の操作および試薬の調製が容易であるため、熟練技術者を必要としない。さらに、検出装置の構成が簡易であるとともに試薬が安価である。したがって、本実施の形態によれば、検出装置を低コストで提供することができる。
本実施の形態ではＤＮＡの検出について説明したが、プローブＤＮＡに替えて抗体を金ナノ粒子に修飾することにより、抗原を検出することができる。一例として、抗原の一種であるアルブミンを被検出物質とすることもできる。この場合、金ナノ粒子は、アルブミンと特異的に結合する抗体であるＩｍｍｕｎｏｇｌｏｂｕｌｉｎ（ＩｇＥ）によって修飾される。
アルブミンの大きさ（長軸の長さ）は約１０ｎｍ（たとえば牛血清アルブミンの場合６．９ｎｍ）である。また、抗体の典型的な大きさ（長さ）は１０〜１５ｎｍであり、ＩｇＥの大きさは約１０ｎｍである。したがって、抗原の大きさと抗体の大きさの２倍との和は約３０ｎｍと見積もられる。一方、上述のように、分散液中の金ナノ粒子の平均の表面間距離は金ナノ粒子の濃度に基づいて計算され、金ナノ粒子の濃度が７．７μＭ以下の場合、金ナノ粒子の平均の表面間距離は３０ｎｍ以上となる。すなわち、金ナノ粒子の濃度７．７μＭ以下の分散液中の金ナノ粒子は、金ナノ粒子の平均の表面間距離が、抗原の大きさと抗体の大きさの２倍との和よりも大きい状態で液体中に分散している。
一例として、金ナノ粒子分散液とアルブミン分散液との混合溶液中での金ナノ粒子の濃度が３．３３ｎＭの場合、金ナノ粒子集合体を形成する前の金ナノ粒子の平均の表面間距離は、平均粒子間距離（中心間距離）０．７９３μｍから金ナノ粒子の直径３０ｎｍを差し引くと０．７９０μｍとなり、３０ｎｍよりも大きい。したがって、金ナノ粒子は、金ナノ粒子の平均の表面間距離が、アルブミンの大きさとＩｇＥの大きさの２倍との和よりも大きい状態で液体中に分散していると言える。
［実施の形態２］
実施の形態１では、サンプルの画像に基づいて被検出物質の有無が判断される。しかし、被検出物質の有無を判断するための情報は画像に限定されない。この実施の形態によれば、サンプルの分光によって被検出物質の有無を判断する。
実施の形態２における金属ナノ粒子は、局在表面プラズモン共鳴を起こし得る金属ナノ粒子である。たとえば金ナノ粒子に可視〜近赤外域の光を照射した場合、金ナノ粒子の表面では局在表面プラズモン共鳴が誘起される。局在表面プラズモン共鳴を起こし得る金属ナノ粒子であれば、金ナノ粒子以外の金属ナノ粒子も本発明に適用できる。そのような金属ナノ粒子の１つの他の例は、たとえば銀ナノ粒子である。
光照射により光の波長以下のスケールまで近接した状態で配列した金ナノ粒子に対して、白色光を照射した場合の散乱スペクトルを計算した。図１８は、近接した金ナノ粒子の個数Ｎに応じた散乱スペクトルの変化を計算した結果を示した図である。図１８を参照して、縦軸は、金ナノ粒子１個当たりの散乱光の強度を表す。散乱スペクトルのピーク波長およびピーク幅と吸収スペクトルのピーク波長およびピーク幅とは、実質的に同じである。
この計算結果によれば、金ナノ粒子の個数Ｎが１個，２個，４個，８個と増加するに従って、散乱スペクトルのピーク波長は長波長側へとシフトする。また、ピーク波長範囲（たとえば半値全幅の波長範囲）がブロードになる。これら光応答の変化を利用して、ターゲットＤＮＡ１８の有無を判定することができる。
図１９は、金ナノ粒子１１，１２の凝集前後の吸収スペクトルの変化を示した図である。図１９を参照して、金ナノ粒子１１，１２がある程度の濃度で分散された液に白色光を照射して吸収スペクトルを測定すると、ＤＮＡのハイブリダイゼーション前における吸収スペクトルのピーク波長は、緑色の波長範囲（たとえば４９５〜５７０ｎｍの波長範囲）に含まれる。このため、金ナノ粒子１１，１２を含む液の色は、緑色の補色である赤色になる。
一方、ＤＮＡのハイブリダイゼーション後には、金ナノ粒子集合体１０が形成されるため、レーザ光５のビームウエストの近傍に存在する金ナノ粒子の個数Ｎが増加する。したがって、吸収スペクトルのピーク波長が長波長側へとシフトするとともに、ピーク波長範囲がブロードになる。ＤＮＡのハイブリダイゼーション後における吸収スペクトルのピーク波長は、黄色から橙の波長範囲（たとえば５７０〜６２０ｎｍの波長範囲）に含まれる。このため、液の色は、黄色〜橙の補色である青色〜青紫色になる。したがって、金ナノ粒子１１，１２を含む液を分光することで、金ナノ粒子集合体１０を検出することができる。つまり、液にターゲットＤＮＡ１８が含まれるか否かを判定することができる。
図２０は、本発明の実施の形態２に係る検出装置の概略的構成を示した図である。図２１は、図２０に示した検出装置２００の外観斜視図である。図２２は、図２０に示した検出装置２００の構成を詳細に説明するためのブロック図である。
図２０〜図２２を参照して、照明用光源１０２（第２の光源）は、たとえば白色光６を発する光源であり、たとえばハロゲンランプである。照明用光源１０２にレーザ光源を用いることも可能である。ただし、白色光源を照明用光源１０２に用いることによって検出装置２００を低コストで実現できる。
照明用光源１０２は、実質的に単色の光を発する光源であってもよい。単色光の波長は、金ナノ粒子集合体１０に誘起される局在表面プラズモン共鳴のピークの波長に対応する。ピークの半値全幅の２倍以内の波長領域内に単色光の波長が位置すればよく、単色光自体の線幅は特に限定されない。単色光源には、たとえばレーザ光源を用いてもよい。なお、図２１では照明用光源１０２は、光トラップ用光源１０１と同一の筐体に収納されている。
光トラップ用光源１０１からのレーザ光５と、照明用光源１０２からの白色光６とは、光ファイバ１１０によって光プローブ１０７へと導かれる。光プローブ１０７は、対物レンズ１０３とキット２０とを含む。白色光６は、レーザ光５と同軸で対物レンズ１０３に導入される。これらの光は、対物レンズ１０３で集光されて、サンプル３０に照射される。サンプル３０の透過光は、光ファイバ１１１によって分光器１０５へと導かれる。なお、レーザ光５と白色光６とを互いに異なる方向から照射することもできる。
分光器１０５は、サンプル３０内で形成された金ナノ粒子集合体１０に誘起される局在表面プラズモン共鳴の吸収スペクトルを測定し、その測定結果を示す信号を演算部１０６に出力する。分光器１０５は、照明用光源１０２からの液体に照射され液体を通過した白色光６を受光するので、本発明に係る「受光器」に相当する。分光器１０５は、紫外域〜近赤外域（たとえば２００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲）でスペクトルを測定可能な分光器であることが好ましい。また、分光器１０５の波長分解能は、より小さいほど好ましい。たとえば分光器１０５の波長分解能は、１０ｎｍ以下、５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、または１ｎｍ以下であるが、これに限定されない。演算部１０６は、金ナノ粒子１１，１２がＤＮＡのハイブリダイゼーションによって凝集する際の、金ナノ粒子集合体１０の吸収スペクトルの変化を追跡する。検出装置２００の他の構成は、検出装置１００（図４参照）の構成と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
図２３は、本発明の実施の形態２に係る被検出物質の検出方法を説明したフローチャートである。図２３を参照して、ステップＳ３までの処理は図７におけるステップＳ３までの処理と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
ステップＳ４１において、照明用光源１０２が、キット２０へのたとえば白色光６の照射を開始する。なお、ステップＳ４１の処理とステップＳ３の処理との順番を入れ替えて、レーザ光５の照射前から白色光６の照射を開始してもよい。
ステップＳ５１において、分光器１０５が、金ナノ粒子集合体１０の局在表面プラズモン共鳴の吸収スペクトルを測定する。もし、金ナノ粒子集合体１０が形成されていれば、吸収スペクトルのピーク波長が長波長側へとシフトするとともにピーク波長範囲がブロードになる。
ステップＳ６１において、演算部１０６は、たとえば、吸収スペクトルのピーク波長と、そのピーク波長におけるシグナル強度とに基づいて、被検出物質を検出する。たとえば予備的実験によって、サンプル中の被検出物質の濃度と、吸収スペクトルにおけるシグナル強度比との関係が測定される。演算部１０６は、この関係を、たとえばテーブルとして予め記憶する。演算部１０６は、分光器１０５の測定結果からシグナル強度比を算出する。演算部１０６は、算出されたシグナル強度比が、ある基準値を超えた場合に被検出物質を検出する。その基準値は、上記テーブルに従って予め設定される。
なお、演算部１０６は、上記テーブルに定義された関係と、分光器１０５の測定結果から得られるシグナル強度比とを用いて、被検出物質の濃度を算出してもよい。また、予備的実験の結果に基づいて、シグナル強度比から被検出物質の濃度を導くための関数を決定し、演算部１０６は、その関数と、分光器１０５によって測定されたシグナルの強度によって被検出物質の濃度を算出してもよい。
また、サンプルの吸収スペクトルに代えて、散乱スペクトルまたは消衰スペクトルを測定してもよい。消衰スペクトルは、散乱スペクトルと吸収スペクトルとを足し合わせたものである。したがって、散乱スペクトルを測定すること、または消衰スペクトルを測定することは、ピークの位置を議論する際には、吸収スペクトルを測定することと実質的に同等である。いずれの場合においても局在表面プラズモンのスペクトル上のピーク位置はほぼ同じである。
仮に、相補鎖ＤＮＡの塩基配列と比較して１塩基のみ異なるＤＮＡをサンプルに導入した場合、そのＤＮＡは、ターゲットＤＮＡとハイブリダイゼーションを起こし得る。しかし、相補鎖ＤＮＡを導入した場合の吸収スペクトルと、１塩基のみ異なるＤＮＡを導入した場合の吸収スペクトルとは異なる。したがって、たとえば演算部１０６が、相補鎖ＤＮＡとのハイブリダイゼーションにより形成された金ナノ粒子集合体の吸収スペクトルと、１塩基のみ異なるＤＮＡとのハイブリダイゼーションにより形成された金ナノ粒子集合体の吸収スペクトルとを予め記憶しておくことで、１塩基のミスマッチを区別することができる。
［実施の形態３］
実施の形態３では、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）スペクトルが測定される。本発明の実施の形態１に係るキット２０（図５参照）をＳＥＲＳ用基板として利用することができる。実施の形態３に係る検出装置の構成は、検出装置２００（図２０〜図２２参照）の構成と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
金ナノ粒子１１，１２がターゲットＤＮＡ１８により結合され、金ナノ粒子集合体１０が形成された状態で白色光がキット２０に照射される。金ナノ粒子１１，１２の間の間隙において、局在表面プラズモン共鳴が増強される。つまり、金ナノ粒子１１，１２の間の間隙では、電場が増強される。ラマン散乱は一般的には３次の非線形光学過程であるので、ラマン散乱光の強度は電場強度が強いほど非線形に増強する。電場が増強されることによって、ラマン散乱光の強度が著しく増大する。分光器１０５によって増大されたラマン散乱光が検出される。これによりターゲットＤＮＡ１８が検出される。なお、この実施の形態で説明したＳＥＲＳは、表面増強共鳴ラマン散乱（ＳＥＲＲＳ）を含み得る。
［実施の形態４］
本発明に実施の形態に係る検出方法を従来の微量の被検出物質の検出装置に適用することで、検出感度を向上させるとともに、検出時間を短縮することができる。また、ラベルフリー検出を実現することができる。実施の形態４では、本発明の実施の形態に係る検出方法をＤＮＡチップの読取装置に適用する構成について説明する。
図２４は、本発明の実施の形態４に係る検出装置の概略的構成を示す図である。図２５は、図２４に示す検出装置４００における処理の流れを説明するための図である。
図２４および図２５を参照して、検出装置４００は、ＤＮＡチップ４０と、光トラップ用光源１０１と、対物レンズ１０３と、照明用光源１０２と、光学部品１０４と、対物レンズ４０５と、フィルタ４０６，４０７と、ＣＣＤカメラ４０８（受光器）と、演算部１０６とを備える。
ＤＮＡチップ４０上には、一般に数百から数万のスポット４１が配置される。図２５では描画の都合上、一部のスポットのみが示されている。各スポット４１の構成には、たとえば図５に示されたキット２０の構成を適用することができる。各スポット４１には、異なるプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子１１，１２を含む液が滴下されて、金ナノ粒子１１，１２が導入される。各スポット４１にターゲットＤＮＡ１８を含む液が滴下される。
まず、ＤＮＡのハイブリダイゼーションを起こすために、スポット４１の各々に光トラップ用光源１０１からの光が照射される。これにより、ターゲットＤＮＡ１８とプローブＤＮＡ１３，１４との間のハイブリダイゼーションが加速される。一般に、ＤＮＡのハイブリダイゼーションには半日程度を要する。これに対し本実施の形態によれば、ハイブリダイゼーションの反応時間を大幅に短縮することができる。なお、複数のスポット４１に同時に光を照射することで、すべてのスポット４１に光を照射するのに要する時間を短縮することができる。
照明用光源１０２から、たとえば白色光６が対物レンズ４０５を介して各スポット４１に照射される。フィルタ４０６，４０７は、ＤＮＡチップ４０を透過した光の経路に選択的に設置される。
フィルタ４０６は、ＤＮＡのハイブリダイゼーション前における吸収スペクトルのピーク波長を含む波長範囲（たとえば緑色の波長範囲（図１９参照））の光を透過する一方で、それ以外の波長の光を遮断する。これに対し、フィルタ４０７は、ＤＮＡのハイブリダイゼーション後における吸収スペクトルのピーク波長を含む波長範囲（たとえば黄色〜橙の波長範囲）の光を透過する一方で、それ以外の波長の光を遮断する。フィルタ４０６，４０７を通過した光は、各スポット４１におけるＤＮＡのハイブリダイゼーションの有無に依存した光強度を有する。
ＣＣＤカメラ４０８は、各スポット４１の光強度に応じた信号を演算部１０６に出力する。演算部１０６は、たとえばフィルタ４０６を透過した光の強度を示す信号と、フィルタ４０７を透過した光の強度を示す信号との比に基づいて、各スポット４１におけるターゲットＤＮＡ１８とのハイブリダイゼーションの有無を判定する。
より詳細に説明すると、ターゲットＤＮＡ１８との間でハイブリダイゼーションを起こさないプローブＤＮＡが導入されたスポットでは、フィルタ４０６を透過する波長範囲の光の吸収が相対的に大きい一方で、フィルタ４０７を透過する波長範囲の光の吸収が相対的に小さい。したがって、フィルタ４０７を設置した場合の光強度が相対的に大きくなる。
一方、ターゲットＤＮＡ１８との間でハイブリダイゼーションを起こすプローブＤＮＡが導入されたスポットでは、フィルタ４０６を透過する波長範囲の光の吸収が相対的に小さい一方で、フィルタ４０７を透過する波長範囲の光の吸収が相対的に大きい。したがって、フィルタ４０６を設置した場合の光強度が相対的に大きくなる。
フィルタ４０６，４０７を設置した場合の光強度の相対的な大きさに応じて、２種類のスポット４１１，４１２が存在する。スポット４１１では、フィルタ４０７を設置した場合の光強度が相対的に大きい。これにより、スポット４１１に導入された金ナノ粒子の表面を修飾するプローブＤＮＡは、ターゲットＤＮＡ１８との間でハイブリダイゼーションを起こさないことが示される。一方、スポット４１２では、フィルタ４０６を設置した場合の光強度が相対的に大きい。これにより、スポット４１２に導入された金ナノ粒子の表面を修飾するプローブＤＮＡは、ターゲットＤＮＡ１８との間でハイブリダイゼーションを起こすことが示される。
なお、演算部１０６は、フィルタ４０６，４０７のうちのいずれか一方を設置した場合の光強度を示す信号のみに基づいて、ターゲットＤＮＡ１８の有無を判定してもよい。また、フィルタ４０６，４０７の一方のみを設置してもよい。
また、金ナノ粒子１１の表面のプローブＤＮＡ１３を蛍光色素で染色した後、レーザ光で集積化すれば、局在表面プラズモンによる発光増強による高感度化も可能である。
また、図２５に示す構成とは異なるＤＮＡチップを使用してもよい。具体的には、塩基配列が既知であるプローブＤＮＡ１３，１４のうちのいずれか一方が各スポット４１に予め固定されたＤＮＡチップを準備する。このＤＮＡチップを用いてターゲットＤＮＡ１８の検出が可能である。
図２６は、図２５に示すＤＮＡチップ４０とは異なるＤＮＡチップを用いた検出処理の流れを説明するための図である。図２６を参照して、ＤＮＡチップ４０上の各スポット４１には、異なるプローブＤＮＡ１４が予め固定されている。各スポット４１には、プローブＤＮＡ１３で修飾された金ナノ粒子１１を含む液が滴下されるとともに、ターゲットＤＮＡ１８を含む液が滴下される。図２６における他の構成は図２５の構成と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
以上の構成によれば、ターゲットＤＮＡ１８とプローブＤＮＡ１３，１４との間のハイブリダイゼーションを加速させることにより、被検出物質であるターゲットＤＮＡ１８を迅速に検出することができる。
［実施の形態５］
実施の形態２で説明したように、プローブＤＮＡとハイブリダイゼーションを起こすＤＮＡは相補鎖ＤＮＡに限定されない。相補鎖ＤＮＡと異なる塩基配列を有するＤＮＡをサンプルに導入した場合であっても、そのＤＮＡが相補鎖ＤＮＡの塩基配列と所定値以上の一致率を持つ塩基配列を有していれば、そのＤＮＡはプローブＤＮＡとハイブリダイゼーションを起こし得る。実施の形態５に係る検出装置は、相補鎖ＤＮＡと異なる塩基配列を有するＤＮＡが導入された複数種類のサンプルについて、光照射により形成される金ナノ粒子集合体を撮影するとともに吸収スペクトルを測定する。そして、検出装置は、吸収スペクトルの時間変化に基づいて、そのサンプルに導入されたＤＮＡの種類を判別する。
図２７は、プローブＤＮＡと、被検出物質となり得る、塩基配列の互いに異なる４種類のＤＮＡとを説明するための図である。図２７を参照して、本実施の形態で用いられるプローブＤＮＡは、実施の形態１（図３参照）で用いられるものと同一である。すなわち、プローブＤＮＡ１３は、３’末端にチオール基（ＳＨで表す）を有するとともに、そのチオール基と５’末端との間に１２個のチミン（Ｔで表す）を有する一本鎖ＤＮＡである。一方、プローブＤＮＡ１４は、５’末端にチオール基を有するとともに、そのチオール基と３’末端との間に１２個のチミンを有する一本鎖ＤＮＡである。
ターゲットＤＮＡ１８は、実施の形態１で用いたものと同一である。すなわち、ターゲットＤＮＡ１８は、５’末端と３’末端との間に２４個のアデニン（Ａで表す）を有する一本鎖ＤＮＡである。ターゲットＤＮＡ１８とプローブＤＮＡ１３，１４との間ではすべての塩基対が相補的な関係にあるため、ターゲットＤＮＡ１８を「相補鎖ＤＮＡ」とも称する。
ＤＮＡ１８Ｂは、５’末端と３’末端との間に２４個のチミンを有する一本鎖ＤＮＡである。ＤＮＡ１８ＢとプローブＤＮＡ１３，１４との間ではすべての塩基対がミスマッチであるため、ＤＮＡ１８Ｂを「完全ミスマッチＤＮＡ」とも称する。
ＤＮＡ１８Ｃは、５’末端側に１２個のアデニンを有するとともに、３’末端側に１２個のチミンを有する一本鎖ＤＮＡである。ＤＮＡ１８Ｃでは、プローブＤＮＡ１３，１４に対し、すべての塩基のうち５’末端側の半分は相補的である一方で３’末端側の半分はミスマッチであるため、ＤＮＡ１８Ｃを「半ミスマッチＤＮＡ」とも称する。
ＤＮＡ１８Ｄは、５’末端から３’末端に向かってチミンとアデニンとが交互に繰り返される一本鎖ＤＮＡである。塩基数は他のＤＮＡと同様に２４個である。ＤＮＡ１８Ｄでは相補的な塩基とミスマッチ塩基とが交互に繰り返されるため、ＤＮＡ１８Ｄを「交互ミスマッチＤＮＡ」とも称する。
図２８は、本発明の実施の形態５に係る検出装置の概略的構成を示した図である。図２８を参照して、検出装置５００は、レーザ光５のビームウエストの近傍を撮影するとともに、吸収スペクトルの時間変化を測定することが可能に構成される。検出装置５００は、演算部（検出器）５０６と、分光器５０８とをさらに備える点において、図４に示す検出装置１００と異なる。なお、演算部５０６は、演算部１０６と一体的に構成されていてもよい。
より具体的には、分光器５０８は、サンプル３０内で形成された金ナノ粒子集合体１０に誘起される局在表面プラズモン共鳴の吸収スペクトルを測定し、その測定結果を示す信号を演算部５０６に出力する。分光器５０８としては、たとえばマルチチャネル分光器を用いることができる。
あるＤＮＡ（たとえば半ミスマッチＤＮＡおよび交互ミスマッチＤＮＡ）の塩基配列と相補鎖ＤＮＡの塩基配列との一致率が所定値以上であれば、演算部５０６は、そのＤＮＡを被検出物質として検出することが可能である。
以下に検出装置５００による測定結果を示す。サンプルに導入されたＤＮＡの種類に応じて吸収スペクトルの時間変化の様子が異なる。完全ミスマッチＤＮＡに対しては吸収スペクトルのピークシフトは生じない一方で、相補鎖ＤＮＡ、半ミスマッチＤＮＡ、および交互ミスマッチＤＮＡに対しては、光照射開始後の数秒から数分以内に明確なピークシフトが生じる。さらに、相補鎖ＤＮＡ、半ミスマッチＤＮＡ、および交互ミスマッチＤＮＡの間では、光照射開始からピークシフトが生じるまでの期間の長さ、およびピークシフトが生じる際の波長のシフト量の時間変化率が異なる。演算部５０６は、このようなピーク波長の変化の様子を追跡することにより、そのサンプルに導入されたＤＮＡの種類を判別する。
ピーク波長の変化の様子を追跡する手法の一例について詳細に説明する。演算部５０６は、所定の時間間隔（たとえば５秒間隔）で分光器５０８から吸収スペクトルを示す信号を受ける。演算部５０６は、たとえば吸収スペクトルの１次微分係数および２次微分係数からピークを検出することにより、ピーク波長を求める。そして、演算部５０６は、光照射開始時を基準として、ピーク波長が所定のしきい値（たとえば５８０ｎｍ）よりも長くなるまでの所要期間を求める。
演算部５０６は、上記所要期間とＤＮＡの種類との対応関係を示すテーブル（図示せず）を予め保持している。演算部５０６は、このテーブルを参照することにより、所要期間に基づいて、各サンプルに導入されたＤＮＡの種類を判別する。具体的には、演算部５０６はサンプルに導入されたＤＮＡについて、たとえば所要期間が０秒から５０秒以内であれば相補鎖ＤＮＡと判別し、所要期間が５０秒から１００秒以内であれば半ミスマッチＤＮＡと判別し、所要期間が１００秒から２００秒以内であれば交互ミスマッチＤＮＡと判別する。また、演算部５０６は、２００秒を経過してもピークシフトが生じなければ、サンプルに導入されたＤＮＡを完全ミスマッチＤＮＡと判別する。
また、以下に示すように、相補鎖ＤＮＡでは短時間にピークシフトが生じる一方で、半ミスマッチＤＮＡではより長い時間をかけてピークシフトが生じる。したがって、演算部５０６は、上述の所要期間の演算に代えてあるいは加えて、ピーク波長のシフト量の時間変化率（すなわち図３３に示す曲線の傾き）を演算してもよい。演算部５０６は、ピーク波長のシフト量の時間変化率とＤＮＡの種類との対応関係を示すテーブルを予め保持することにより、ピーク波長のシフト量の時間変化率からＤＮＡの種類を判別する。さらに、上述の所要期間の演算とピーク波長のシフト量の時間変化率の演算とを併用することにより、判別精度を向上させることができる。なお、検出装置５００の他の構成は検出装置１００の対応する構成と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
次に、図２７に示す各種ＤＮＡのいずれかが導入された４種類の希釈分散液について、検出装置５００による測定結果を順に説明する。
図２９は、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液の気液界面（ビームウエスト周辺）の光照射開始後の連続写真および吸収スペクトルの時間変化を示した図である。図２９（Ａ）を参照して、レーザ光５の照射開始時刻を０秒とし、撮影機器１０８を用いて撮影された１５秒毎の気液界面の様子が示される。光照射開始から１５０秒が経過した時点で光照射は停止される。なお、液体（Ｌ）、気体（Ａ）および気液界面（Ｉ）の位置は、図９〜図１３における位置と同等であるため示されていない。
相補鎖ＤＮＡの場合、光照射開始時を基準として１５秒経過後には金ナノ粒子集合体の形成が明確に測定される。さらに光照射を継続すると時間の経過に伴い、金ナノ粒子集合体が成長する様子が測定される。一方、１５０秒経過後に光照射を停止すると、一旦成長した金ナノ粒子集合体が小さくなっていくことが分かる。
次に、図２９（Ｂ）を参照して、この吸収スペクトルは、分光器５０８を用いて測定されたものである。横軸は波長を表し、縦軸は吸光度を表す。図２９（Ｂ）に示される曲線は、レーザ光５の照射開始から０秒、３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、１５０秒、および１８０秒経過後の吸収スペクトルを表す。
光照射開始前（０ｓ）の吸収スペクトルのピーク波長は５３３．７３ｎｍであり、そのピーク波長における吸光度は０．０９３である。また、１５０秒経過後の吸収スペクトルのピーク波長は５９２．３４ｎｍであり、そのピーク波長における吸光度は０．７７３である。このように、光照射開始から時間が経過するに従って、ピーク波長が長波長側にシフトする。また、吸収スペクトルがブロード化することも測定される。
図３０は、完全ミスマッチＤＮＡの希釈分散液の気液界面（ビームウエスト周辺）の光照射開始後の連続写真および吸収スペクトルの時間変化を示した図である。図３０は図２９と対比される。
図３０（Ａ）を参照して、完全ミスマッチＤＮＡの場合、光照射を開始しても金ナノ粒子集合体の形成は測定されない。
図３０（Ｂ）を参照して、光照射開始前（０ｓ）の吸収スペクトルのピーク波長は５３１．４７ｎｍであり、そのピーク波長における吸光度は０．１０５である。また、１５０秒経過後の吸収スペクトルのピーク波長は５６３．３６ｎｍであり、そのピーク波長における吸光度は０．３２６である。
なお、図３０に示す測定例においては、１５０秒経過後に吸収スペクトルのブロード化が起こった。これは、図３０（Ａ）の１５０秒経過後の画像に示すように、レーザ光５の照射に起因せずに形成された集合体が分光領域内に流入したためと考えられる。
図３１は、半ミスマッチＤＮＡの希釈分散液の気液界面（ビームウエスト周辺）の光照射開始後の連続写真および吸収スペクトルの時間変化を示した図である。図３１は、図２９および図３０と対比される。
図３１（Ａ）を参照して、半ミスマッチＤＮＡの場合、光照射による金ナノ粒子集合体の形成が測定される。ただし、半ミスマッチＤＮＡの場合と相補鎖ＤＮＡの場合とで１５０秒経過後の画像同士を比較すると明らかなように、半ミスマッチＤＮＡによって形成される集合体は、相補鎖ＤＮＡによって形成される集合体と比べて疎である。
図３１（Ｂ）を参照して、光照射開始前（０ｓ）の吸収スペクトルのピーク波長は５３５．７８ｎｍであり、そのピーク波長における吸光度は０．０７８である。また、１５０秒経過後の吸収スペクトルのピーク波長は５９６．５７ｎｍであり、そのピーク波長における吸光度は０．７９１である。
図３２は、交互ミスマッチＤＮＡの希釈分散液の気液界面（ビームウエスト周辺）の光照射開始後の連続写真および吸収スペクトルの時間変化を示した図である。図３２は、図２９〜図３１と対比される。
図３２（Ａ）を参照して、交互ミスマッチＤＮＡの場合光照射による金ナノ粒子集合体の形成が測定される。ただし、交互ミスマッチＤＮＡによって形成される集合体は、相補鎖ＤＮＡによって形成される集合体と比べて小さい。
図３２（Ｂ）を参照して、光照射開始前（０ｓ）の吸収スペクトルのピーク波長は５３７．４２ｎｍであり、そのピーク波長における吸光度は０．１３０である。また、１５０秒経過後の吸収スペクトルのピーク波長は５８６．０８ｎｍであり、そのピーク波長における吸光度は０．７３８である。
図３３は、図２９（Ｂ）、図３０（Ｂ）、図３１（Ｂ）、および図３２（Ｂ）に示した吸収スペクトルのピークシフトを説明するための図である。図３３を参照して、横軸は光照射開始後の経過時間を表し、縦軸はピーク波長を表す。上述のように、光照射開始から１５０秒経過後に光照射を停止している。
相補鎖ＤＮＡの場合、ピーク波長は、光照射開始時以降３０秒までの期間に長波長側へとシフトする。ピーク波長がしきい値（５８０ｎｍ）よりも長くなるまでの所要期間は３０秒と見積もられる。その一方で、３０秒以降１５０秒までの期間では、ピーク波長はほぼ一定である。そして、１５０秒以降において光照射を停止すると、ピーク波長は短波長側にシフトする。これは、図２９（Ａ）で説明したように光照射を停止すると金ナノ粒子集合体が小さくなることによく一致している。
半ミスマッチＤＮＡの場合、相補鎖ＤＮＡの場合と比べて、光照射開始直後におけるピーク波長の長波長側へのシフトには時間がかかる。しかし、ピーク波長は３０秒以降１５０秒までの期間にも長波長側へのシフトを続ける。ピークシフトの所要期間は９０秒と見積もられる。半ミスマッチＤＮＡではピークシフトに時間を要するものの、１５０秒が経過した時点におけるピーク波長は、相補鎖ＤＮＡの場合と同程度である。
交互ミスマッチＤＮＡの場合、光照射開始時を基準として６０秒が経過するまではピーク波長はほとんど変化しない。一方、６０秒以降９０秒までの期間にピーク波長は長波長側にシフトする。ピークシフトの所要期間は１５０秒と見積もられる。交互ミスマッチＤＮＡの場合、相補鎖ＤＮＡまたは半ミスマッチＤＮＡの場合と比べて、ピークシフトに時間を要する。
完全ミスマッチＤＮＡの場合、レーザ光５を照射してもピーク波長はほとんど変化しない。１５０秒経過後にピーク波長が一時的に長波長側にシフトしているのは、図３０を参照して既に説明したように、光照射に起因せずに形成された集合体が分光領域内に流入したためと考えられる。
このように、サンプル内に導入されたＤＮＡの種類に応じて、ピーク波長の変化の様子が異なる。したがって、本実施の形態によれば、検出装置５００はピーク波長の変化の様子を追跡する。これにより、検出装置５００は、サンプルに導入されたＤＮＡの種類を判別することができる。
実施の形態５に係る検出装置５００は、たとえばＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法を用いて生成されたＰＣＲ産物の確認に使用することができる。一般に、ＰＣＲ法によって特定の塩基配列のＤＮＡが増幅されているかを確認する場合、そのＤＮＡに結合すると蛍光を発する色素が反応液に加えられ、蛍光強度が測定される。これに対し、検出装置５００を用いれば、ピーク波長の変化の様子を追跡することにより、蛍光色素によるラベルリングを行なわなくてもＰＣＲ産物を確認することができる。あるいは、検出装置５００は、ピークシフトの所要時間またはスペクトルのシフト量の時間変化率を用いることによって、未知のＤＮＡの塩基配列の特定に補助的に使用することができる。
なお、実施の形態５に係る検出装置を実施の形態４において説明したＤＮＡチップの読取装置に適用する構成も可能である。すなわち、ＤＮＡチップの複数のスポットの各々は、異なるプローブＤＮＡで修飾された金ナノ粒子を保持している。各スポットにターゲットＤＮＡを含む液が滴下された後に、複数のスポットに同時に光を照射して吸収スペクトルの時間変化を測定する。これにより、複数のスポットについて一括してＤＮＡの種類の判別が可能になるので、被検出物質（ターゲットＤＮＡ）の検出に要する時間を短縮することができる。
なお、実施の形態５では、相補鎖ＤＮＡが「第１のターゲットＤＮＡ」に相当し、半ミスマッチＤＮＡおよび交互ミスマッチＤＮＡのうちいずれか一方が「第２のターゲットＤＮＡ」に相当する。ターゲットＤＮＡが「第１のターゲットＤＮＡ」と「第２のターゲットＤＮＡ」とのいずれか一方である場合、演算部５０６は、分光器５０８により測定されるスペクトルの時間変化に基づいてターゲットＤＮＡが「第１のターゲットＤＮＡ」および「第２のターゲットＤＮＡ」のうちのいずれであるかを判別することができる。
また、以上においては検出装置５００が撮影機器１０８および分光器５０８の両方を備える構成について説明したが、検出装置５００にとって撮影機器１０８は必須の構成要素ではない。したがって、撮影機器１０８を省略してもよい。
［実施の形態６］
実施の形態６では、液滴を保持する基板に代えて、マイクロ流路チップが用いられる。なお、マイクロ流路チップ以外の検出装置の構成は、図４に示す検出装置１００の構成と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
図３４は、マイクロ流路チップの流通開始前の状態を説明するための模式図である。図３５は、マイクロ流路チップの流通開始後の状態を説明するための模式図である。
図３４を参照して、マイクロ流路チップ６００には、インレット６１０と、マイクロ流路６２０と、アウトレット６３０とが形成される。流通開始前のインレット６１０には、ターゲットＤＮＡ１８と、金ナノ粒子１１，１２とを含むサンプルが充填されている。
マイクロ流路チップ６００には、マイクロ流路６２０を流通するサンプルの量（流量）を制御するためのバルブ６４１〜６４３が形成されている。バルブ６４１〜６４３の各々は、たとえば圧電素子を用いて実現される。バルブ６４１は、マイクロ流路６２０のインレット６１０側の末端に形成される。バルブ６４２は、マイクロ流路６２０の途中に形成される。バルブ６４３は、マイクロ流路６２０のアウトレット６３０側の末端に形成される。ただし、バルブの個数および形成箇所は特に限定されるものではない。
続いて、図３５を参照して、サンプルの流通時にはレーザ光５がマイクロ流路６２０に導入される。これにより、レーザスポット（レーザ光５で示す）において金ナノ粒子集合体１０が形成される。形成された金ナノ粒子集合体１０は、マイクロ流路６２０の残りの経路を流通し、アウトレット６３０に蓄えられる。
実施の形態１におけるレーザ光５の照射位置は気液界面である。その理由としては、気液界面では分散媒が蒸発することにより、金ナノ粒子１１，１２およびターゲットＤＮＡ１８の濃度が局所的に高くなることが挙げられる。これにより、レーザスポットを通過する金ナノ粒子１１，１２およびターゲットＤＮＡ１８の個数が多くなるので、金ナノ粒子集合体がより短時間で形成される。
一方、本実施の形態によれば、マイクロ流路チップを用いることにより、金ナノ粒子１１，１２およびターゲットＤＮＡ１８の存在領域がマイクロ流路６２０内の狭い領域に制限されるとともに、その領域に対してレーザ光が照射される。これにより、金ナノ粒子１１，１２およびターゲットＤＮＡ１８がレーザスポットを通過する確率（サンプル内の金ナノ粒子１１，１２およびターゲットＤＮＡ１８の全数に対するレーザスポットを通過する数の割合）が高くなる。その結果、金ナノ粒子集合体の形成に要する時間を短縮することができる。このように、金ナノ粒子１１，１２およびターゲットＤＮＡ１８の存在領域を狭い領域に制限する構成を実現すれば、レーザ光５の照射位置が気液界面であることは必須ではない。
以下、マイクロ流路チップを用いた測定結果の一例について説明する。図３６は、図３５に示すＸＸＸＶＩ−ＸＸＸＶＩ線に沿うマイクロ流路チップ６００の断面図である。図３５を参照して、マイクロ流路６２０の幅（マイクロ流路６２０の側面間の距離）は３５０μｍである。マイクロ流路６２０の高さ（マイクロ流路６２０の天井面６２０ａと底面６２０ｂとの間の距離）は１００μｍである。マイクロ流路チップ６００のｚ方向下面とマイクロ流路６２０の底面６２０ｂとの間の距離は６５０μｍである。
金ナノ粒子１１の分散液と、金ナノ粒子１２の分散液と、ターゲットＤＮＡ（相補鎖ＤＮＡ）１８の分散液との混合液（ターゲットＤＮＡの濃度３３ｐＭ、体積１．０μＬ）をマイクロ流路６２０に流通させた。このとき、図３７に示されるように、マイクロ流路６２０の途中に気液界面が形成される。レーザ光５はｚ方向下方から上方に向けてマイクロ流路６２０に照射した。倍率が４０倍の対物レンズ１０３を用いて、マイクロ流路６２０の底面６２０ｂに生じた流路に沿う方向（ｘ方向）のメニスカスの液体側内部の気液界面近傍にビームウエストが形成されるように光学系を調整した。レーザ光５の波長は１０６４ｎｍであり、ビームウエストにおけるレーザ出力は０．４Ｗであった。
図３７は、光照射開始前において、マイクロ流路中に形成された気液界面近傍を倍率１０倍の対物レンズを用いて撮影した光学的透過像である。図３８は、光照射開始後におけるマイクロ流路６２０のビームウエスト周辺の連続写真（光学的透過像）である。
図３７および図３８では、プローブＤＮＡ１３で修飾された金ナノ粒子１１の分散液（濃度５．０ｎＭ）と、プローブＤＮＡ１４で修飾された金ナノ粒子１２の分散液（濃度５．０ｎＭ）と、相補鎖ＤＮＡの希釈分散液（濃度１００ｐＭ）との等量混合溶液（体積１μＬ）を注入したマイクロ流路６２０中に形成された気液界面近傍のビームウエスト周辺の様子を示している。金ナノ粒子１１の分散液の濃度、金ナノ粒子１２の分散液の濃度、および相補鎖ＤＮＡの希釈分散液の濃度は、いずれも図２９で説明したものと同等である。対物レンズ１０３の倍率は４０倍である。
図３８を参照して、図２９（Ａ）に示した連続写真と同様に、３０秒以内にビームウエスト近傍に金ナノ粒子の集合体が形成される。ただし、図２９（Ａ）と図３８とでは気液界面の形状が異なるため、金ナノ粒子集合体の形成の様子は若干異なる。なお、ここでは図示しないが、ビームウエスト周辺の吸収スペクトルを測定すると、図２９（Ｂ）に示した吸収スペクトルと同様に、時間の経過に伴う吸光度の増大とピークシフトとが確認される。
なお、マイクロ流路６２０の幅がレーザスポットのサイズ（直径）に比べて大きいと、液体中に分散している金ナノ粒子１１，１２およびターゲットＤＮＡ１８の一部がレーザスポットを通過せずにマイクロ流路６２０を流通してしまう可能性がある。そのため、マイクロ流路６２０の幅がレーザスポットの直径と同等あるいは小さくなるように、マイクロ流路６２０の幅とレーザスポットの直径との大小関係を決定することが好ましい。ただし、図３６〜図３８に示されるように、マイクロ流路６２０の幅（３５０μｍ）がレーザスポットの径（数十μｍ）より大きい場合であっても、金ナノ粒子集合体の形成が確認される。したがって、マイクロ流路６２０の幅がレーザスポットのサイズに比べて大きいことは必須ではない。
［実施の形態７］
実施の形態７では、サンプルの液体（分散媒）に対するサンプル保持面の親和度の影響について説明する。具体的には超親水性の基板上が用いられる。なお、実施の形態７に係る検出装置の構成は、図４に示す検出装置１００の構成と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。以下の説明では、まず比較例として疎水性の基板を用いた場合について説明する。
図３９は、疎水性の基板を用いたキット付近の構成を示した拡大図である。図３９を参照して、基板２１は、実施の形態１で用いたものと同等の薄板ガラス（たとえばカバーガラス）であり、疎水性の上面２１ａを有する。
基板２１上に滴下されたサンプル３０の濃度は１０ｎＭであり、その体積は５μＬであった。つまり、サンプル３０に含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量は、１０ｎＭ×５μＬ＝５０ｆｍｏｌ（１ｆｍｏｌ＝１０−１５ｍｏｌ）であった。液滴の直径は５ｍｍであった。この場合において、液滴の外周部の基板表面から１５μｍにビームウエストが位置するように光学系を調整した。ビームウエストにおけるレーザ出力は０．２Ｗであった。
図４０は、光照射後における疎水性基板上の相補鎖ＤＮＡの希釈分散液のビームウエストの周辺の画像である。図４０を参照して、疎水性の基板２１を用いると、水平方向（ｘｙ平面の方向）に関し液滴の縁に近い場所、すなわち気液界面（Ｉ）の近傍にビームウエストが位置する場合には、金ナノ粒子集合体が形成される。これに対し、ここでは図示しないが、ビームウエストが液滴の中央付近に位置する場合には、レーザ光５を照射しても金ナノ粒子集合体はほとんど形成されない。
図４１は、超親水性の基板を用いたキット付近の構成を示した拡大図である。図４１を参照して、基板２２は、その上面２２ａを超親水性に加工したカバーガラスである。なお、基板２２では上面２２ａ全体が超親水性に加工されているが、加工箇所は上面２２ａの一部であってもよい。つまり、基板２２の上面２２ａのうち少なくともサンプルの液体を保持する領域２２ｂが超親水性を有すればよい。
基板２２を超親水性にする方法としては、公知の各種手法を採用することができる。本実施の形態では、アセトンで十分に洗浄した上面２２ａに超親水性コーティング剤（丸昌産業株式会社製セルフェイスコート）をスプレー塗布した。さらに、スプレー塗布後の基板２２を６０℃で３０分間乾燥させた。なお、エタノールで十分に洗浄した上面２２ａに超親水性コーティング剤をスプレー塗布し、１日以上自然乾燥させる手法によっても基板２２を超親水性にすることができる。
基板２２上に滴下されたサンプル３０の濃度は１００ｐＭであり、その体積Ｖは５μＬであった。つまり、サンプル３０に含まれる相補鎖ＤＮＡの物質量は、１００ｐＭ×５μＬ＝５００ａｍｏｌ（１ａｍｏｌ＝１０−１8ｍｏｌ）であった。超親水性加工により液滴は上面２２ａに薄く広がり、液滴の半径Ｒは５ｍｍであった。
実施の形態１において説明したように、サンプル３０の体積Ｖと、半径Ｒと、最大高さＨとの間には、Ｖ＝２πＲ２Ｈ／３との関係式が成立する。この関係式に体積Ｖ＝５μＬおよび半径Ｒ＝５ｍｍを代入して最大高さＨを求めると、Ｈ＝０．２８７ｍｍとなる。したがって、液滴の接線Ｌｔと基板２２の上面２２ａとのなす接触角θは、ｔａｎθ＝（０．２８７／５）＝０．０５７３との関係式に基づいて、θ＝３．３度と計算される。なお、図３９に示す疎水性基板の場合、接触角θ＝２４．７度と計算される。
この場合において、液滴の中央付近の上面２２ａから１５μｍ以内の範囲にビームウエストが位置するように光学系を調整した。ビームウエストにおけるレーザ出力は、疎水性基板の場合と同様に０．２Ｗであった。
図４２は、光照射後における超親水性基板上の相補鎖ＤＮＡの希釈分散液のビームウエストの周辺の画像である。図４２を参照して、超親水性の基板２２を用いると、ビームウエストの位置が液滴の中央付近であっても光照射開始から４０秒程度で金ナノ粒子集合体の形成が確認される。
このように、超親水性基板を用いることにより、疎水性基板の場合と比べて、基板の中央付近を含む水平方向（基板面方向）の広い範囲で金ナノ粒子集合体が形成される。したがって、本実施の形態によれば、ビームウエストの位置を液滴の縁に近い場所に厳密に調整しなくてもよくなる。これにより、対物レンズ１０３（図４参照）の焦点の基板面方向の位置を調整する際における許容度を高めることができる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。
１０ 金ナノ粒子集合体、１１，１２ 金ナノ粒子、１３，１４ プローブＤＮＡ、１８ ターゲットＤＮＡ、１８Ｂ〜１８Ｄ ＤＮＡ、５ レーザ光、６ 白色光、２０ キット、２１ 基板、２４ 液面ガイド、３０ サンプル、３１ 気液界面、１００，２００，４００，５００ 検出装置、１０１ 光トラップ用光源、１０２ 照明用光源、１０３，４０５ 対物レンズ、１０４ 光学部品、１０５，５０８ 分光器、１０６，５０６ 演算部、１０７ 光プローブ、１０８ 撮影機器、１０９ レーザ変位計、１１０，１１１ 光ファイバ、１１２ 調整機構、１１４ ＸＹＺ軸ステージ、１１５ イマージョンオイル、４０ ＤＮＡチップ、４１，４１１，４１２ スポット、４０６，４０７ フィルタ、４０８ ＣＣＤカメラ、６００ マイクロ流路チップ、６１０ インレット、６２０ マイクロ流路、６３０ アウトレット、６４１〜６４３ バルブ。

Claims (23)

  1. 試料に含まれる可能性がある被検出物質を検出する検出装置であって、
    前記被検出物質を特異的に付着可能なホスト分子で各々が修飾された複数の金属ナノ粒子と、
    前記試料と前記複数の金属ナノ粒子とを含む液体の一部に偏光を照射する第１の光源と、
    前記液体からの光を受ける受光器と、
    前記受光器からの信号に基づいて、前記被検出物質を検出する検出器とを備え、
    前記第１の光源は、前記液体の一部への前記偏光の照射により、前記液体における前記偏光の照射位置に前記複数の金属ナノ粒子を集合させて、前記被検出物質と前記ホスト分子との付着により金属ナノ粒子集合体を形成し、前記偏光が前記照射位置の周辺の液体を加熱することで生じた対流によって、前記金属ナノ粒子集合体を成長させる、被検出物質の検出装置。
  2. 前記偏光を集光して、集光された前記偏光を前記液体に導入する対物レンズと、
    前記対物レンズの焦点が、前記液体中にあり、かつ、前記液体と前記液体の周囲の気体との界面である気液界面の近傍に位置するように、前記対物レンズと前記気液界面との間の距離を調整する調整機構とをさらに備える、請求項１に記載の被検出物質の検出装置。
  3. 前記複数の金属ナノ粒子は、
    第１のホスト分子で各々が修飾された複数の第１の金属ナノ粒子と、
    第２のホスト分子で各々が修飾された複数の第２の金属ナノ粒子とを含む、請求項１または２に記載の被検出物質の検出装置。
  4. 前記被検出物質は、ターゲットＤＮＡであって、
    前記第１および第２のホスト分子の各々は、前記ターゲットＤＮＡとの間でハイブリダイゼーションを起こすプローブＤＮＡである、請求項３に記載の被検出物質の検出装置。
  5. 前記被検出物質は抗原であって、
    前記ホスト分子は、前記抗原との間で抗原抗体反応を起こす抗体である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の被検出物質の検出装置。
  6. 前記受光器は、前記液体を撮影するための撮影機器を含み、
    前記検出器は、前記撮影機器で撮影された画像に基づいて、前記被検出物質を検出する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の被検出物質の検出装置。
  7. 前記液体のスペクトルを測定するための光を発する第２の光源をさらに備え、
    前記受光器は、前記液体の前記スペクトルを測定するための分光器を含み、
    前記検出器は、前記分光器により測定される前記スペクトルに基づいて、前記被検出物質を検出する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の被検出物質の検出装置。
  8. 前記第２の光源は、前記金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴のピークの半値全幅の２倍に対応する、１またはいくつかの領域に係る、実質的に単色の光を発する、請求項７に記載の被検出物質の検出装置。
  9. 前記分光器により測定される前記スペクトルは、局在表面プラズモン共鳴の吸収スペクトルである、請求項７に記載の被検出物質の検出装置。
  10. 前記分光器により測定される前記スペクトルは、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）スペクトルである、請求項７に記載の被検出物質の検出装置。
  11. 前記複数の金属ナノ粒子の各々は、第１のホスト分子で修飾され、
    第２のホスト分子が各々に固定された複数のスポットを有する基板をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被検出物質の検出装置。
  12. 前記ターゲットＤＮＡは、
    前記プローブＤＮＡに対して相補的な塩基配列を有する第１のターゲットＤＮＡと、
    前記第１のターゲットＤＮＡと一部が異なる塩基配列を有する第２のターゲットＤＮＡとのいずれか一方であり、
    前記受光器は、前記液体のスペクトルを測定するための分光器を含み、
    前記検出器は、前記分光器により測定される前記スペクトルの時間変化に基づいて、前記被検出物質が前記第１および第２のターゲットＤＮＡのうちのいずれであるかを判別する、請求項４に記載の被検出物質の検出装置。
  13. 前記第１および第２のホスト分子は、それぞれ第１および第２のプローブＤＮＡであって、
    前記複数の金属ナノ粒子の各々は、前記第１のプローブＤＮＡで修飾され、
    前記第２のプローブＤＮＡが各々に固定された複数のスポットを有する基板をさらに備え、
    前記被検出物質は、
    前記第１および第２のプローブＤＮＡに対して相補的な塩基配列を有する第１のターゲットＤＮＡと、
    前記第１のターゲットＤＮＡと一部が異なる塩基配列を有する第２のターゲットＤＮＡとのいずれか一方であり、
    前記受光器は、前記液体のスペクトルを測定するための分光器を含み、
    前記検出器は、前記分光器により測定される前記スペクトルの時間変化に基づいて、前記被検出物質が前記第１および第２のターゲットＤＮＡのうちのいずれであるかを判別する、請求項３に記載の被検出物質の検出装置。
  14. 前記液体を流通させるマイクロ流路が形成された基板をさらに備え、
    前記対物レンズで集光された光は、前記マイクロ流路に導入される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被検出物質の検出装置。
  15. 前記液体を保持する基板をさらに備え、
    前記基板のうち少なくとも前記液体を保持する領域は、超親水性を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被検出物質の検出装置。
  16. 前記複数の金属ナノ粒子は、前記複数の金属ナノ粒子の表面間距離が、前記被検出物質の大きさと前記ホスト分子の大きさとの和よりも大きい状態で前記液体中に分散している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の被検出物質の検出装置。
  17. 試料に含まれる可能性がある被検出物質を検出する検出方法であって、
    前記試料と、前記被検出物質を特異的に付着可能なホスト分子で各々が修飾された複数の金属ナノ粒子とを液体に導入するステップと、
    第１の光源からの偏光の前記液体の一部への照射により、前記液体における前記偏光の照射位置に前記複数の金属ナノ粒子を集合させて、前記被検出物質と前記ホスト分子との付着により金属ナノ粒子集合体を形成し、前記偏光が前記照射位置の周辺の液体を加熱することで生じた対流によって、前記金属ナノ粒子集合体を成長させるステップと、
    前記液体からの光を受光器で受けるステップと、
    前記液体から受けた光に基づいて、検出器により前記被検出物質を検出するステップとを備える、被検出物質の検出方法。
  18. 前記複数の金属ナノ粒子は、
    第１のホスト分子で各々が修飾された複数の第１の金属ナノ粒子と、
    第２のホスト分子で各々が修飾された複数の第２の金属ナノ粒子とを含む、請求項１７に記載の被検出物質の検出方法。
  19. 前記被検出物質は、ターゲットＤＮＡであって、
    前記第１および第２のホスト分子の各々は、前記ターゲットＤＮＡとの間でハイブリダイゼーションを起こすプローブＤＮＡである、請求項１８に記載の被検出物質の検出方法。
  20. 前記光を受けるステップは、撮影機器で前記液体を撮影するステップを含み、
    前記検出するステップは、撮影された前記液体の画像に基づいて、前記被検出物質を検出するステップを含む、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の被検出物質の検出方法。
  21. 前記液体のスペクトルを測定するための光を、第２の光源から前記液体に照射するステップをさらに備え、
    前記光を受けるステップは、分光器により前記スペクトルを測定するステップを含み、
    前記検出するステップは、前記スペクトルに基づいて、前記被検出物質を検出するステップを含む、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の被検出物質の検出方法。
  22. 前記複数の金属ナノ粒子の各々は、第１のホスト分子で修飾され、
    第２のホスト分子が各々に固定された複数のスポットを有する基板を準備するステップをさらに備え、
    前記試料と前記複数の金属ナノ粒子とを前記液体に導入するステップは、前記複数のスポットの各々に滴下されるべき前記液体に前記試料と前記複数の金属ナノ粒子とを導入するステップを含む、請求項１７に記載の被検出物質の検出方法。
  23. 前記ターゲットＤＮＡは、
    前記プローブＤＮＡに対して相補的な塩基配列を有する第１のターゲットＤＮＡと、
    前記第１のターゲットＤＮＡと一部が異なる塩基配列を有する第２のターゲットＤＮＡとのいずれか一方であり、
    前記液体のスペクトルを測定するための光を、第２の光源から前記液体に照射するステップをさらに備え、
    前記光を受けるステップは、分光器により前記スペクトルを測定するステップを含み、
    前記検出するステップにおいて、前記スペクトルの時間変化に基づいて、前記被検出物質が前記第１および第２のターゲットＤＮＡのうちのいずれであるかを判別する、請求項１９に記載の被検出物質の検出方法。
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