JP4173725B2

JP4173725B2 - Sensors using evanescent waves

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Publication number: JP4173725B2
Application number: JP2002362306A
Authority: JP
Inventors: 昌之納谷
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: JP2003254906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に接した薄膜層と誘電体ブロックとの界面で光ビームを全反射させてエバネッセント波を発生させ、それにより全反射した光ビームの強度に表れる変化を測定して試料の分析を行うエバネッセント波を利用したセンサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エバネッセント波を利用したセンサーの１つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。表面プラズモンセンサーは、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料の特性を分析するものであり、種々のタイプのセンサーが提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて表面プラズモン共鳴の状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。
【０００４】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。
【０００５】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θ_ＳＰで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００６】
なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。
【０００７】
この光強度の低下が生じる全反射角以上の特定入射角θ_ＳＰ（以後全反射減衰角θ_ＳＰと記載）より表面プラズモンの波数が解ると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫ_ＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、ε_ｍとε_ｓをそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】

試料の誘電率ε_ｓが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料の屈折率等が分かるので、結局、全反射減衰角θ_ＳＰを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【０００９】
また、エバネッセント波を利用した類似のセンサーとして、漏洩モードセンサーも知られている（例えば非特許文献１参照）。この漏洩モードセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて導波モードの励起状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。
【００１０】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰角θ_ＳＰを知ることによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を分析することができる。
【００１１】
また、上述した表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーは、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層（表面プラズモンセンサーの場合は金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合はクラッド層および光導波層）上にセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の被検体の溶液（液体試料）を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角θ_ＳＰを測定している。液体試料中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角θ_ＳＰを測定し、全反射減衰角θ_ＳＰに変化が生じているか否か測定することにより、被検体とセンシング物質の結合が行われているか否か、すなわち被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体あるいは抗体と抗体が挙げられ、そのようなものに関する具体的な測定としては、一例として、センシング物質をウサギ抗ヒトＩｇＧ抗体とし、被検体であるヒトＩｇＧ抗体との結合の有無検出とその定量分析を行う測定が挙げられる。
【００１２】
なお、液体試料中の被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、必ずしも全反射減衰角θ_ＳＰの角度そのものを検出する必要はない。例えばセンシング物質に被検体が含まれた液体試料を添加し、その後の全反射減衰角θ_ＳＰの角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。
【００１３】
また、本発明者等は、使い勝手のよいウェル形状の測定チップを用いて、上記全反射減衰の状態の測定を行うセンサーを提案している。（例えば特許文献２参照）。このようなウェル形状の測定チップを用いることにより、例えば試料として液体試料を用いる場合であれば、測定チップ内に入る少量の液体試料を準備するのみで、測定を行うことができる。また測定チップを複数個保持可能なテーブルを用いることにより、短時間で容易に多種の試料の測定を行うことができる。
【００１４】
なお、エバネッセント波を利用したセンサーにおいて、光検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を検出して、試料の特性を分析する方法としては種々の方法があり、例えば、前述したように、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を検出して、全反射減衰により発生した暗線の位置（全反射減衰角θ_ＳＰ）を検出することにより全反射減衰の状態を測定して、試料の特性を分析してもよいし、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を検出して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出することにより試料の特性を分析してもよい（例えば非特許文献２参照）。
【００１５】
また、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度を検出することにより試料の特性を分析してもよい。（例えば非特許文献３参照）。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−１６７４４３号公報
【００１７】
【特許文献２】
特開２００２−２９６１７２号公報
【００１８】
【非特許文献１】
「分光研究」第４７巻第１号（１９９８）第２１〜２３頁および第２６〜２７頁
【００１９】
【非特許文献２】
D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588
【００２０】
【非特許文献３】
P.I.Nikitin,A.N.Grigorenko,A.A.Beloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Surface Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
一方、上記のようなエバネッセント波を利用して試料の特性を分析するセンサーとしては、センシング物質が固定された平板上の測定チップ上に流路機構を用いて、液体試料を連続的に供給して測定を行うセンサーが知られている。この形態のセンサーを用いれば、センシング物質と特定物質との結合状態を測定する際に、常に新しい液体試料が測定チップ上に供給されるため、液体試料中の被検体の濃度が変化せず、結合状態の測定を精度良く行うことができる。また、センシング物質と特定物質の結合状態を測定したのち、結合が行われている場合には、この結合体が固定されている測定チップ上に、特定物質が含まれていない液体試料（以後バッファ液と記載）を流すことより、センシング物質と特定物質との解離状態を測定することができる。さらに、例えば試料として気体を用いる場合、あるいは気体が溶在している液体試料を用いる場合に、流路機構を用いて、容易に測定チップ上に試料を供給することができる。
【００２２】
このように、試料を連続的に供給することにより、種々の効果が得られるが、一方で測定チップ上に連続的に試料を供給するために、多量の試料を準備しなければならない、あるいは多種の試料の測定を短時間で行うことが困難であるなどの欠点もある。このため、使用者は、ウェル形状の測定チップを用いたセンサーと、平板形状の測定チップと流路機構を備えたセンサーの両者を用意しないと、望ましい測定を行うことができないという問題がある。
【００２３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ウェル形状の測定チップを備えたエバネッセント波を利用したセンサーにおいて、測定チップ内に試料を溜めて行う通常の測定に加え、測定チップ内に試料を連続的に供給して行う測定も可能とすることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のエバネッセント波を利用したセンサーは、
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成される薄膜層、この薄膜層の表面上に試料を保持可能に形成された試料保持機構を備えてなるウェル形状の測定チップと、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる角度で入射させる光学系と、
前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段と、
該光検出手段の検出結果に基づいて、全反射減衰の状態を測定する測定手段とを備えてなるエバネッセント波を利用したセンサーにおいて、
前記測定チップに着脱可能に形成され、前記薄膜層の表面上に前記試料を連続的に供給するとともに、この供給された試料を連続的に排出する試料給排手段をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２５】
なお、上記各実施の形態においては、「供給された試料を連続的に排出する」際には、供給された試料を吸引等により排出してもよいし、あるいは単に排出路が接続された閉空間に試料を連続的に供給することにより、試料が排出路から排出されてもよい。
【００２６】
上記各エバネッセント波を利用したセンサーにおいては、前記試料給排手段として、前記薄膜層の表面上に前記試料を供給する供給路と、前記表面上から前記試料を排出する排出路と、前記供給路と前記排出路を前記ウェル形状の測定チップに出入自在に保持する流路ホルダとを備えたものを用いることができる。
【００２７】
また、前記流路ホルダとしては、該流路ホルダの下面に前記供給路の出口と、前記排出路の入口とを開口させて有し、かつ該下面の前記薄膜層の表面と接する領域に、前記出口と前記入口を囲むシール手段を備えたものを用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のエバネッセント波を利用したセンサーは、ウェル形状の測定チップに着脱可能に形成され、測定チップの薄膜層の表面上に試料を連続的に供給するとともに、この供給された試料を連続的に排出する試料給排手段を備えたことにより、測定チップ内に試料を溜めて行う通常の測定に加え、測定チップ内に試料を連続的に供給して行う測定も可能となる。
【００２９】
また、薄膜層上にセンシング物質を固定して、液体試料中の特定物質との結合状態を測定する場合であれば、連続的に新しい液体試料を供給することが可能であるため、測定中に液体試料に含まれる被検体の濃度を一定に保つことができ、結合状態を精度良く測定することができる。また、結合係数なども容易に求めることができる。さらに、センシング物質と特定物質の結合体が固定されている測定チップの薄膜上に、上記試料給排手段を用いて、バッファ液を連続的に供給することにより、センシング物質と特定物質との解離状態を精度良く測定することができる。また解離係数等も容易に求めることができる。
【００３０】
また、試料給排手段が測定チップに対して、着脱可能に形成されているため、測定目的に応じて、試料給排手段を測定チップに取り付けずに、試料を測定チップ内に保持した状態で行う測定と、試料給排手段を測定チップに取り付けて、試料を測定チップ内に連続的に供給した状態で行う測定のどちらかを選択することができる。
【００３１】
また、上記試料給排手段として、測定チップの薄膜層の表面上に前記試料を供給する供給路と、該表面上から前記試料を排出する排出路と、該供給路と排出路を前記ウェル形状の測定チップに出入自在に保持する流路ホルダとを備えたものを用いる場合には、測定チップに試料給排手段を簡単に着脱することができる。
【００３２】
上記流路ホルダが、該流路ホルダの下面に前記供給路の出口と、前記排出路の入口とを開口させて有し、かつ該下面の前記薄膜層の表面と接する領域に、前記出口と前記入口を囲むシール手段を備えたものである場合には、試料が試料給排手段から測定チップ内に漏れ出すことがなく、試料の種類を変更して測定を継続する際等に、測定精度の低下を防止することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の第１の実施形態のエバネッセント波を利用したセンサーは、表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーであり、図１は表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものであり、図２は、この表面プラズモンセンサーに用いられる流路ユニットの上面図および側面図である。
【００３４】
この表面プラズモンセンサーは、例えば概略四角錐の一部が切り取られた形状とされた誘電体ブロック10と、この誘電体ブロック10の一面（図中の上面）に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜12とからなるウェル形状の測定チップ９を有している。
【００３５】
誘電体ブロック10は例えば透明樹脂等からなり、金属膜12が形成された部分の周囲が嵩上げされた形とされ、この嵩上げされた部分は液体試料11を貯える試料保持部10ａとして機能する。なお本例では、金属膜12の上にセンシング物質30が固定されるが、このセンシング物質30については後述する。
【００３６】
測定チップ９の試料保持部10ａ内には、金属膜12上に流路を形成するための流路ユニット50が取り付けられている。この流路ユニット50は、図２に示すように、概略四角錐の一部が切り取られた形状に形成されている流路ホルダ51に、液体試料を供給するための供給路52および液体試料を排出するための排出路53が取り付けられ、測定チップ９内に簡単に着脱することができる。流路ホルダ51の下部には、供給路52の出口と排出路53の入口が開口され、また流路ホルダ51の下面の金属膜12の表面と接する領域に、この供給路52の出口と排出路53の入口を囲むシール部54が設けられている。このため、この流路ユニット50を測定チップ９に取り付けた場合には、図１に示すように、金属膜12およびシール部54によりシールされた測定流路55が形成される。なお、シール部54は、流路ホルダ51の上部部分と一体形成されたものであってもよいし、上部部分とは異なる素材により形成され、後付されたものであってもよく、例えばＯリング等を流路ホルダ51の下部部分に取り付けたものであってもよい。
【００３７】
流路ユニット50の供給路52には、ポンプ56が接続され、該ポンプ56には液溜部57が接続されている。流路ユニット50、ポンプ56および液溜部57が、発明の試料給排手段として機能する。液溜部57には予め被検体を含む液体試料11が準備されている。
【００３８】
本実施形態の表面プラズモンセンサーは、上記誘電体ブロック10に加えてさらに、１本の光ビーム13を発生させる半導体レーザ等からなる光源14（以下、レーザ光源14という）と、上記光ビーム13を誘電体ブロック10に通し、該誘電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂに対して、種々の入射角が得られるように入射させる光学系15と、上記界面10ｂで全反射した光ビーム13を平行光化するコリメーターレンズ16と、この平行光化された光ビーム13を検出するフォトダイオードアレイ17と、フォトダイオードアレイ17に接続された差動アンプアレイ18と、ドライバ19と、コンピュータシステム等からなる信号処理部20と、この信号処理部20に接続された表示部21とを備えている。
【００３９】
入射光学系15は、レーザ光源14から発散光状態で出射した光ビーム13を平行光化するコリメーターレンズ15ａと、該平行光化された光ビーム13を上記界面10ｂ上で収束させる集光レンズ15ｂとから構成されている。なお、光ビーム13は、集光レンズ15ｂにより流路エリア51内の界面10ｂに集光される。
【００４０】
光ビーム13は、上述のように集光されるので、界面10ｂに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビーム13は界面10ｂで全反射し、この反射した光ビーム13には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。なお、上記光学系15は、光ビーム13を界面10ｂにデフォーカス状態で入射させるように構成されてもよい。そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。
【００４１】
なお光ビーム13は、界面10ｂに対してｐ偏光で入射させる。そのようにするためには、予めレーザ光源14をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板で光ビーム13の偏光の向きを制御してもよい。
【００４２】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。測定に先立ち、測定チップ９をテーブル31に設けられたチップ保持孔31ａに嵌合固定する。その後、流路ユニット50のシール部54が測定チップ９の金属膜12に密着するように、流路ユニット50を測定チップ９に取り付ける。ポンプ56を作動させ、液溜部57に準備されている液体試料11を流路ユニット50の供給路52を介して測定流路55へ供給する。測定を行っている間は、ポンプ56を作動させ続けるため、液体試料11は測定流路55に連続的に供給される。測定流路55はシール部54によりシールされているため、測定流路55に供給された液体試料11は順次排出路53を通って排出される。
【００４３】
測定流路55内に、液体試料11が供給された後、測定を開始する。なお、前述したように、測定を行っている間は、液体試料11は連続的に供給される。図１に示す通り、レーザ光源14から発散光状態で出射した光ビーム13は、光学系15の作用により、測定流路55の下の誘電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂ上で収束する。この際、光ビーム13は、界面10ｂに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビーム13は界面10ｂで全反射し、この反射した光ビーム13には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。
【００４４】
界面10ｂで全反射した後、コリメーターレンズ16によって平行光化された光ビーム13は、フォトダイオードアレイ17により検出される。本例におけるフォトダイオードアレイ17は、複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が１列に並設されてなり、図１の図示面内において、平行光化された光ビーム13の進行方向に対してフォトダイオード並設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。したがって、上記界面10ｂにおいて種々の反射角で全反射した光ビーム13の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が受光することになる。
【００４５】
図３は、この表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記ドライバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……、これらのサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……の各出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチプレクサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に入力するＡ／Ｄ変換器24、マルチプレクサ23とサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……とを駆動する駆動回路25、および信号処理部20からの指示に基づいて駆動回路25の動作を制御するコントローラ26から構成されている。
【００４６】
上記フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の各出力は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……に入力される。この際、互いに隣接する２つのフォトダイオードの出力が、共通の差動アンプに入力される。したがって各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力は、複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が出力する光検出信号を、それらの並設方向に関して微分したものと考えることができる。
【００４７】
各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力は、それぞれサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……により所定のタイミングでサンプルホールドされ、マルチプレクサ23に入力される。マルチプレクサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器24に入力する。Ａ／Ｄ変換器24はこれらの出力をデジタル化して信号処理部20に入力する。
【００４８】
図４は、界面10ｂで全反射した光ビーム13の入射角θ毎の光強度と、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力との関係を説明するものである。ここで、光ビーム13の界面10ｂへの入射角θと上記光強度Ｉとの関係は、同図（１）のグラフに示すようなものであるとする。
【００４９】
界面10ｂにある特定の入射角θ_ＳＰで入射した光は、金属膜12と液体試料11との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。つまりθ_ＳＰが全反射減衰角であり、この角度θ_ＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を取る。この反射光強度Ｉの低下は、図１にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００５０】
また図４の（２）は、フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向を示しており、先に説明した通り、これらのフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向位置は上記入射角θと一義的に対応している。
【００５１】
そしてフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力Ｉ’（反射光強度Ｉの微分値）との関係は、同図（３）に示すようなものとなる。
【００５２】
信号処理部20は、Ａ／Ｄ変換器24から入力された微分値Ｉ’の値に基づいて、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の中から、全反射減衰角θ_ＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（図３の例では差動アンプ18ｄとなる）を選択し、それが出力する微分値Ｉ’に所定の補正処理を施してから、その値を表示部21に表示させる。なお、場合によっては微分値Ｉ’＝０を出力している差動アンプが存在することもあり、そのときは当然その差動アンプが選択される。
【００５３】
以後、所定時間が経過する毎に上記選択された差動アンプ18ｄが出力する微分値Ｉ’が、所定の補正処理を受けてから表示部21に表示される。この微分値Ｉ’は、測定チップの金属膜12に接している物質の誘電率つまりは屈折率が変化し、全反射減衰角θ_ＳＰが変化して、図４（１）に示す曲線が左右方向に移動する形で変化すると、それに応じて上下する。したがって、この微分値Ｉ’を時間の経過とともに測定し続けることにより、金属膜12に接しているセンシング物質30の屈折率変化を調べることができる。
【００５４】
特に本実施形態では液体試料11に含まれる被検体が、センシング物質30と結合する特定物質であれば、センシング物質30と被検体との結合状態に応じてセンシング物質30の屈折率が変化するので、上記微分値Ｉ’を測定し続けることにより、被検体がセンシング物質30と結合する特定物質であるか否かを検出することができる。
【００５５】
なお、本実施例においては、測定流路55に対する液体試料11の供給を測定終了まで継続する。このため、測定開始から測定終了までの間、液体試料11の中に含まれる被検体の濃度は一定に保たれる。
【００５６】
また、液体試料11の中の被検体とセンシング物質30とが結合する場合には、この測定の終了後に、被検体とセンシング物質30との解離状態の変化の様子を時間経過とともに調べる測定を行うことができる。この際には、被検体が結合しているセンシング物質30に対して、被検体が含まれていない液体試料であるバッファ液を連続的に供給し、測定を行う。センシング物質30と結合している被検体は、徐々にバッファ液中に解離し、それらの解離状態に応じてセンシング物質30の屈折率が変化するので、上記微分値Ｉ’を測定し続けることにより、この解離状態の変化の様子を精度良く調べることができる。また、新しいバッファ液が常時供給されるため、容易に解離係数を求めることができる。
【００５７】
以上の説明から明かなように本実施の形態によるエバネッセント波を利用したセンサーによれば、金属膜12上にセンシング物質30を固定して、液体試料11中の被検体との結合状態を測定する際に、流路ユニット50を介して、測定チップ９内に連続的に新しい液体試料11を供給することが可能であるため、測定中に液体試料11に含まれる被検体の濃度を一定に保つことができ、結合状態を精度良く測定することができる。また、結合係数なども容易に求めることができる。さらに、センシング物質30と被検体の結合体が固定されている測定チップ９の金属膜12上に、被検体が含まれていない液体試料であるバッファ液を連続的に供給することにより、センシング物質30と被検体との解離状態を精度良く測定することができる。また解離係数等も容易に求めることができる。
【００５８】
また、流路ユニット50が、測定チップ９に対して、着脱可能に形成されているため、測定目的に応じて、流路ユニット50を測定チップ９に取り付けずに、液体試料11を測定チップ９内に保持した状態で行う通常の測定と、流路ホルダ51を測定チップ９に取り付けて、液体試料11を測定チップ９内に連続的に供給する状態で行う測定のどちらかを適宜選択することができる。なお、流路ユニット50は、液体試料11を供給する供給路52と、液体試料11を排出する排出路53と、該供給路52および排出路53を保持する流路ホルダ51から形成されているため、容易に測定チップ９に着脱することができる。
【００５９】
また、流路ホルダ51が、シール部54を備えているため、液体試料11が測定流路55から測定チップ９内に漏れ出すことがなく、例えば上述したように、結合状態を測定後、引き続き解離状態を測定するような場合であっても、被検体が含まれていない液体試料11に、被検体が含まれている液体試料が測定チップ９内から混入することがないので、測定精度の低下を防止することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態は、上述したように、センシング物質30と被検体との結合状態の測定に使用方法が限定されるものではない。例えば気体が溶在している液体試料を流路ユニット50を用いて、センシング物質30が固定されていない測定チップ９内に供給することにより、この液体試料の屈折率を精度良く測定することができる。
【００６１】
なお、液体試料11の中の特定物質とセンシング物質30との結合状態の変化の様子を時間経過とともに調べるためには、所定時間が経過する毎の微分値Ｉ’を求めて表示するほか、最初に計測した微分値Ｉ’(0)と所定時間経過時に計測した微分値Ｉ’(t)との差ΔＩ’を求めて表示してもよい。
【００６２】
また、本実施の形態の変型例として、図５の（ａ）にその上面図を示すような供給路および排出路を複数本備えた流路ユニット60を用いることもできる。この流路ユニット60は、概略四角錐の一部が切り取られた形状に形成されている流路ホルダ61に、液体試料を供給するための第１の供給路62、第２の供給路64および液体試料を排出するための第１の排出路63、第２の排出路65が取り付けられ、測定チップ９内に簡単に着脱することができる。流路ホルダ61の下部には、第１の供給路62の出口と第１の排出路63の入口が開口され、また第２の供給路64の出口と第２の排出路65の入口が開口され、流路ホルダ61の下面の金属膜12の表面と接する領域に、第１の供給路62の出口と第１の排出路63の入口および第２の供給路64の出口と第２の排出路65の入口を囲むシール部66が設けられている。このため、この流路ユニット60を測定チップ９に取り付けた場合には、図５の（ａ）に示すように、金属膜12およびシール部66によりシールされた測定流路67および測定流路68が形成される。
【００６３】
さらに、本実施の形態の他の変型例として、図５の（ｂ）にその上面図を示すような供給路、連結路および排出路を備えた流路ユニット70を用いることもできる。この流路ユニット70は、概略四角錐の一部が切り取られた形状に形成されている流路ホルダ71に、液体試料を供給するための供給路72、液体試料を排出するための排出路73および流路ホルダ71内で流路を連結する連結路74が取り付けられ、測定チップ９内に簡単に着脱することができる。流路ホルダ71の下部には、供給路73の出口と連結路74の入口が開口され、また連結路74の出口と排出路73の入口が開口され、流路ホルダ71の下面の金属膜12の表面と接する領域に、供給路72の出口と連結路74の入口および連結路74の出口と排出路73の入口を囲むシール部75が設けられている。このため、この流路ユニット70を測定チップ９に取り付けた場合には、図５の（ｂ）に示すように、金属膜12およびシール部75によりシールされた測定流路76および測定流路77が形成される。
【００６４】
例えば、金属膜12上の半分の領域にセンシング物質30が固定され、残りの領域にはセンシング物質30が固定されていない測定チップを作成し、各測定流路がそれぞれの領域上に形成されるように、測定ユニットを取り付け、２つの測定流路における測定値の差を求めることにより、液体試料の温度変化等の影響で生じる測定誤差を相殺した測定結果を得ることができる。
【００６５】
なお、上述のように、測定流路を複数個形成する流路ユニット60あるいは70を用いた場合には、レーザ光源14、光学系15、コリメータレンズ16およびフォトダイオードアレイ17から成る測定系を２組配設して、同時に２つの測定流路の測定を行ってもよいし、あるいは１組の測定系を用いて、この測定系あるいは測定チップ９を移動させて、時分割で測定を行ってもよい。
【００６６】
また、本実施の形態の他の変型例として、流路ホルダ51の下面を金属膜12上に接しないように、流路ユニット50を測定チップ９に取り付けて使用するものも考えられる。このような場合には、流路ホルダ51と測定チップ９の内壁の間にＯリング等を設けるか、あるいは排出路53側に吸引機能を付け加え、液体試料11の供給量と排出量を一致させればよい。
【００６７】
次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。なおこの図６において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００６８】
この第２の実施の形態のエバネッセント波を利用したセンサーは、第１の実施の形態で説明した表面プラズモンセンサーを漏洩モードセンサーに変更したものであり、本例でも測定チップ化された誘電体ブロック10を用いるように構成されている。この誘電体ブロック10の一面（図中の上面）にはクラッド層40が形成され、さらにその上には光導波層41が形成されている。
【００６９】
誘電体ブロック10は、例えば合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラッド層40は、誘電体ブロック10よりも低屈折率の誘電体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また光導波層41は、クラッド層40よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層40の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合で36.5ｎｍ、光導波層41の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００７０】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、レーザ光源14から出射した光ビーム13を誘電体ブロック10を通してクラッド層40に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビーム13が誘電体ブロック10とクラッド層40との界面10ｂで全反射するが、クラッド層40を透過して光導波層41に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層41を導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層41に取り込まれるので、上記界面10ｂで全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【００７１】
光導波層41における導波光の波数は、該光導波層41の上のセンシング物質30の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、センシング物質30の屈折率を知ることができる。また、差動アンプアレイ18の各差動アンプが出力する微分値Ｉ’に基づいてセンシング物質30と液体試料11の中の被検体との結合状態の変化の様子を調べることができる。なお、液体試料11の中の被検体とセンシング物質30とが結合する場合には、この測定の終了後に、被検体が含まれていない液体試料11を連続的に供給し、センシング物質30と被検体の解離状態の変化の様子を調べることができる。また、上記第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
次に図７を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、この図７において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。本実施の形態のエバネッセント波を利用したセンサーは、表面プラズモンセンサーであり、上記第１の実施の形態の表面プラズモンセンサーと比べ測定方法を変更したものである。図７は、本実施の形態の表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものであり、本表面プラズモンセンサーの測定位置には、レーザ光源120 とＣＣＤ121 が配設されており、レーザ光源120 とＣＣＤ121 との間には、コリメータレンズ122 、干渉光学系123 、集光レンズ124 およびアパーチャー125 が配設されている。
【００７３】
上記干渉光学系123 は、偏光フィルタ131 、ハーフミラー132 、ハーフミラー133 およびミラー134 により構成されている。さらに、ＣＣＤ121 は測定手段135 に接続されており、測定手段135 は表示部21に接続されている。
【００７４】
以下、本実施の形態の表面プラズモンセンサーにおける測定動作について説明する。レーザ光源120 が駆動されて光ビーム140 が発散光の状態で出射される。この光ビーム140 はコリメータレンズ122 により平行光化されて偏光フィルタ131 に入射する。偏光フィルタ131 を透過して界面10ｂに対してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム140 は、ハーフミラー132 により一部がレファレンス光ビーム140Rとして分割され、ハーフミラー132 を透過した残りの光ビーム140Sは界面10ｂに入射する。界面10ｂで全反射した光ビーム140Sおよびミラー134 で反射したレファレンス光ビーム140Rはハーフミラー133 に入射して合成される。合成された光ビーム140'は集光レンズ124 により集光され、アパーチャー125 を通過してＣＣＤ121 によって検出される。このとき、ＣＣＤ121 で検出される光ビーム140'は、光ビーム140Sとレファレンス光ビーム140Rとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【００７５】
ここで、液体試料11中の被検体が金属膜12の表面に固定されているセンシング物質30と結合するか否かを、液体試料11を測定チップ９へ供給後、継続的に測定を行い、ＣＣＤ121 により検出される干渉縞の変化を検出することにより、判定することができる。
【００７６】
すなわち、上記液体試料11中の被検体とセンシング物質30との結合状態に応じてセンシング物質30の屈折率が変化するため、界面10ｂで全反射した光ビーム140Sおよびレファレンス光ビーム140Rがハーフミラー133 により合成される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合反応の有無を検出することができる。測定手段135 は、以上の原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表示部21に表示される。
【００７７】
なお、第１および第２に実施例と同様に、液体試料11の中の被検体とセンシング物質30とが結合する場合には、この測定の終了後に、被検体が含まれていない液体試料11を連続的に供給し、センシング物質30と被検体の解離状態の変化の様子を調べることができる。また、上記第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】上記表面プラズモンセンサーに用いられる流路ユニットの構成図
【図３】上記表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図
【図４】上記表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射角と検出光強度との関係、並びに光ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係を示す概略図
【図５】上記表面プラズモンセンサーに用いられる他の流路ユニットの上面図
【図６】本発明の第２の実施の形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図７】本発明の第３の実施の形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【符号の説明】
９測定チップ
10 誘電体ブロック
10ａ試料保持部
10ｂ界面
11 液体試料
12 金属膜
13 光ビーム
14 レーザ光源
15 光学系
16 コリメーターレンズ
17 フォトダイオードアレイ
17ａ、17ｂ、17ｃ…… フォトダイオード
18 差動アンプアレイ
18ａ、18ｂ、18ｃ…… 差動アンプ
19 ドライバ
20 信号処理部
21 表示部
22ａ、22ｂ、22ｃ…… サンプルホールド回路
23 マルチプレクサ
24 Ａ／Ｄ変換器
25 駆動回路
26 コントローラ
30 センシング物質
31 テーブル
40 クラッド層
41 光導波層
50、60、70 流路ユニット
51、61、71 流路ホルダ
52、62、64、72 供給路
53、63、65、73 排出路
54、66、75 シール部
55、67、68、76、77 測定流路
56 ポンプ
57 液溜部
120 レーザ光源
121 ＣＣＤ
122 コリメータレンズ
123 干渉光学系
124 集光レンズ
125 アパーチャー
134 ミラー
135 測定手段
140 光ビーム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, the light beam is totally reflected at the interface between the thin film layer in contact with the sample and the dielectric block to generate an evanescent wave, thereby measuring the change in the intensity of the totally reflected light beam and analyzing the sample. The present invention relates to a sensor using evanescent waves.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a surface plasmon sensor is known as one of sensors using an evanescent wave. In the metal, free electrons collectively vibrate to generate a dense wave called a plasma wave. A quantized version of this dense wave generated on the metal surface is called surface plasmon. The surface plasmon sensor analyzes the characteristics of a sample using a phenomenon in which the surface plasmon is excited by a light wave, and various types of sensors have been proposed. Among them, one that uses a system called Kretschmann configuration is well known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
A surface plasmon sensor using the above system basically includes, for example, a dielectric block formed in a prism shape, a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, and a light source that generates a light beam. An optical system that causes the light beam to be incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the metal film, and a light beam that is totally reflected at the interface A light detecting means for detecting the intensity of the light and a measuring means for measuring the surface plasmon resonance state based on the detection result of the light detecting means.
[0004]
In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which each light beam reflected at various reflection angles can be received.
[0005]
In the surface plasmon sensor having the above-described configuration, the specific incident angle θ is greater than the total reflection angle with respect to the metal film. _SP The evanescent wave having an electric field distribution is generated in the sample in contact with the metal film, and surface plasmons are excited at the interface between the metal film and the sample by the evanescent wave. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state and the energy of the light is transferred to the surface plasmon, so that the entire energy is transferred to the interface between the dielectric block and the metal film. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means.
[0006]
The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.
[0007]
Specific incident angle θ that is greater than the total reflection angle at which this light intensity decrease occurs _SP (Hereinafter referred to as total reflection attenuation angle θ _SP And the dielectric constant of the sample can be obtained. In other words, the wave number of surface plasmon is K _SP , Ω is the angular frequency of the surface plasmon, c is the speed of light in vacuum, ε _m And ε _s Are the metal and the dielectric constant of the sample, respectively.
[0008]
[Expression 1]

Dielectric constant of sample ε _s Since the refractive index of the sample can be found based on a predetermined calibration curve, the total reflection attenuation angle θ _SP By knowing, it is possible to obtain the characteristics related to the dielectric constant, that is, the refractive index of the sample.
[0009]
Further, a leak mode sensor is also known as a similar sensor using an evanescent wave (see, for example, Non-Patent Document 1). This leakage mode sensor is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be brought into contact with a sample. An optical waveguide layer, a light source that generates a light beam, and the light beam are incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. An optical system, a light detecting means for measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface, and a measuring means for measuring the excited state of the waveguide mode based on the detection result of the light detecting means. is there.
[0010]
In the leaky mode sensor having the above configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle is propagated in the guided mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of guided light depends on the refractive index of the sample on the optical waveguide layer, the total reflection attenuation angle θ _SP By knowing, it is possible to analyze the refractive index of the sample and the characteristics of the sample related to it.
[0011]
The surface plasmon sensor or leakage mode sensor described above may be used for random screening to find a specific substance that binds to a desired sensing substance in the field of drug discovery research. In this case, the thin film layer (surface In the case of a plasmon sensor, it is a metal film, and in the case of a leak mode sensor, a sensing substance is fixed on the cladding layer and the optical waveguide layer), and various analyte solutions (liquid samples) are added on the sensing substance, Each time the predetermined time elapses, the above-mentioned total reflection attenuation angle θ _SP Is measuring. If the analyte in the liquid sample binds to the sensing substance, the refractive index of the sensing substance changes with time due to this binding. Therefore, the total reflection attenuation angle θ _SP Measure the total reflection attenuation angle θ _SP It is possible to determine whether or not the analyte and the sensing substance are bound, that is, whether or not the analyte is a specific substance that binds to the sensing substance. . Examples of such a combination of a specific substance and a sensing substance include an antigen and an antibody or an antibody and an antibody. As a specific measurement related to such a substance, for example, the sensing substance is a rabbit anti-human IgG antibody. In addition, there is a measurement for detecting the presence or absence of binding to a human IgG antibody as a specimen and quantitative analysis thereof.
[0012]
In order to measure the binding state between the analyte and the sensing substance in the liquid sample, the total reflection attenuation angle θ _SP There is no need to detect the angle itself. For example, a liquid sample containing the analyte in the sensing substance is added, and then the total reflection attenuation angle θ _SP It is also possible to measure the amount of change in angle and measure the coupling state based on the magnitude of the amount of change in angle.
[0013]
Further, the present inventors have proposed a sensor for measuring the total reflection attenuation state using a well-shaped measurement chip that is easy to use. (For example, refer to Patent Document 2). By using such a well-shaped measurement chip, for example, when a liquid sample is used as a sample, it is possible to perform measurement only by preparing a small amount of liquid sample that enters the measurement chip. In addition, by using a table that can hold a plurality of measurement chips, various samples can be easily measured in a short time.
[0014]
There are various methods for analyzing the characteristics of the sample by detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface by the light detection means in the sensor using the evanescent wave. For example, as described above, A light beam is incident on the interface at various incident angles that can obtain a total reflection condition, and the intensity of the light beam totally reflected on the interface is detected at each position corresponding to each incident angle, and generated by total reflection attenuation. Dark line position (total reflection attenuation angle θ _SP ) To measure the state of total reflection attenuation, and analyze the characteristics of the sample, or enter a light beam of a plurality of wavelengths at an incident angle at which the total reflection condition is obtained at the interface, The characteristics of the sample may be analyzed by detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface for each wavelength and detecting the degree of total reflection attenuation for each wavelength (see, for example, Non-Patent Document 2).
[0015]
Further, the light beam is incident at an incident angle at which a total reflection condition is obtained at the interface, and a part of the light beam is divided before the light beam is incident on the interface. The characteristics of the sample may be analyzed by causing interference with the light beam totally reflected at the interface and detecting the intensity of the light beam after the interference. (For example, refer nonpatent literature 3).
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-6-167443
[0017]
[Patent Document 2]
JP 2002-296172 A
[0018]
[Non-Patent Document 1]
“Spectroscopy” Vol. 47, No. 1 (1998), pages 21-23 and pages 26-27
[0019]
[Non-Patent Document 2]
DVNoort, K. johansen, C.-F. Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588
[0020]
[Non-Patent Document 3]
PINikitin, ANGrigorenko, AABeloglazov, MVValeiko, AISavchuk, OASavchuk, Surface Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, as a sensor for analyzing the characteristics of a sample using the evanescent wave as described above, a liquid sample is continuously supplied using a flow path mechanism on a measurement chip on a flat plate on which a sensing substance is fixed. Sensors that perform measurements are known. With this form of sensor, when measuring the binding state between a sensing substance and a specific substance, a new liquid sample is always supplied onto the measurement chip, so the concentration of the analyte in the liquid sample does not change, The coupled state can be measured with high accuracy. In addition, if the binding is performed after measuring the binding state of the sensing substance and the specific substance, a liquid sample that does not contain the specific substance (hereinafter referred to as a buffer) The state of dissociation between the sensing substance and the specific substance can be measured. Furthermore, for example, when a gas is used as the sample, or when a liquid sample in which a gas is dissolved is used, the sample can be easily supplied onto the measurement chip using the flow path mechanism.
[0022]
As described above, various effects can be obtained by supplying the sample continuously. On the other hand, in order to supply the sample continuously on the measurement chip, a large amount of samples must be prepared or various kinds of samples can be prepared. There is also a drawback that it is difficult to measure the sample in a short time. For this reason, unless the user prepares both a sensor using a well-shaped measurement chip and a sensor having a flat plate-shaped measurement chip and a flow path mechanism, there is a problem that a desired measurement cannot be performed.
[0023]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a sensor using an evanescent wave provided with a well-shaped measurement chip, in addition to the normal measurement performed by collecting a sample in the measurement chip, An object is to enable measurement to be performed by continuously supplying samples.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The sensor using the first evanescent wave of the present invention is:
A light source that generates a light beam;
A well-shaped dielectric block comprising a dielectric block transparent to the light beam, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block, and a sample holding mechanism formed to hold a sample on the surface of the thin film layer A measuring chip;
An optical system that makes the light beam incident on the dielectric block at an angle at which a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer;
Light detecting means for detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface;
In a sensor using an evanescent wave comprising a measuring means for measuring the state of total reflection attenuation based on the detection result of the light detecting means,
It is detachably formed on the measurement chip, and further comprises a sample supply / discharge means for continuously supplying the sample onto the surface of the thin film layer and continuously discharging the supplied sample. To do.
[0025]
In each of the above embodiments, when “the supplied sample is continuously discharged”, the supplied sample may be discharged by suction or the like, or simply closed with a discharge path connected thereto. The sample may be discharged from the discharge path by continuously supplying the sample to the space.
[0026]
In the sensor using each evanescent wave, as the sample supply / discharge means, a supply path for supplying the sample onto the surface of the thin film layer, a discharge path for discharging the sample from the surface, and the supply path And a flow path holder that holds the discharge path in the well-shaped measurement chip so as to be freely inserted and removed.
[0027]
In addition, as the flow path holder, the lower surface of the flow path holder has the outlet of the supply path and the inlet of the discharge path opened, and in a region in contact with the surface of the thin film layer on the lower surface, What provided the sealing means surrounding the said exit and the said entrance can be used.
[0028]
【The invention's effect】
The sensor using the evanescent wave of the present invention is detachably formed on the well-shaped measurement chip, and continuously supplies the sample onto the surface of the thin film layer of the measurement chip and continuously supplies the supplied sample. By providing the sample supply / discharge means for discharging, in addition to the normal measurement performed by collecting the sample in the measurement chip, the measurement performed by continuously supplying the sample into the measurement chip is also possible.
[0029]
In addition, if a sensing substance is fixed on a thin film layer and the binding state with a specific substance in a liquid sample is measured, a new liquid sample can be continuously supplied. The concentration of the analyte contained in the liquid sample can be kept constant, and the binding state can be accurately measured. In addition, the coupling coefficient can be easily obtained. Further, the buffer solution is continuously supplied onto the thin film of the measurement chip on which the conjugate of the sensing substance and the specific substance is fixed, thereby dissociating the sensing substance and the specific substance. The state can be accurately measured. Also, the dissociation coefficient can be easily determined.
[0030]
In addition, since the sample supply / discharge means is detachable from the measurement chip, the sample supply / discharge means is not attached to the measurement chip depending on the measurement purpose, and the sample is held in the measurement chip. Either the measurement to be performed or the measurement to be performed in a state where the sample supply / discharge means is attached to the measurement chip and the sample is continuously supplied into the measurement chip can be selected.
[0031]
Also, as the sample supply / discharge means, a supply path for supplying the sample onto the surface of the thin film layer of the measuring chip, a discharge path for discharging the sample from the surface, and the supply path and the discharge path are formed in the well shape. When using a device having a flow path holder that is detachably held in the measurement chip, the sample supply / discharge means can be easily attached to and detached from the measurement chip.
[0032]
The flow path holder has an outlet of the supply path and an inlet of the discharge path opened on the lower surface of the flow path holder, and the outlet is in a region in contact with the surface of the thin film layer on the lower surface. In the case of having a sealing means surrounding the inlet, the sample does not leak into the measurement chip from the sample supply / discharge means, and the measurement accuracy can be improved when changing the sample type and continuing the measurement. Can be prevented.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The sensor using the evanescent wave according to the first embodiment of the present invention is a surface plasmon sensor using surface plasmon resonance. FIG. 1 shows a side shape of the surface plasmon sensor, and FIG. It is the upper side figure and side view of a flow-path unit used for a plasmon sensor.
[0034]
The surface plasmon sensor includes, for example, a dielectric block 10 having a shape in which a part of a substantially quadrangular pyramid is cut off, and formed on one surface (the upper surface in the drawing) of the dielectric block 10, for example, gold, silver, It has a well-shaped measuring chip 9 made of a metal film 12 made of copper, aluminum or the like.
[0035]
The dielectric block 10 is made of, for example, a transparent resin, and has a raised shape around the portion where the metal film 12 is formed. The raised portion functions as a sample holding portion 10 a that stores the liquid sample 11. In this example, the sensing substance 30 is fixed on the metal film 12, and the sensing substance 30 will be described later.
[0036]
A flow path unit 50 for forming a flow path on the metal film 12 is attached in the sample holding portion 10 a of the measurement chip 9. As shown in FIG. 2, the flow path unit 50 includes a supply path 52 for supplying a liquid sample and a liquid sample to a flow path holder 51 formed in a shape in which a part of a substantially quadrangular pyramid is cut off. A discharge path 53 for discharging is attached and can be easily attached to and detached from the measurement chip 9. The outlet of the supply path 52 and the inlet of the discharge path 53 are opened at the lower part of the flow path holder 51, and the outlet and discharge of the supply path 52 are discharged in a region in contact with the surface of the metal film 12 on the lower surface of the flow path holder 51. A seal portion 54 surrounding the entrance of the path 53 is provided. Therefore, when the flow path unit 50 is attached to the measurement chip 9, a measurement flow path 55 sealed by the metal film 12 and the seal portion 54 is formed as shown in FIG. The seal portion 54 may be formed integrally with the upper portion of the flow path holder 51, or may be formed of a material different from the upper portion and attached later, for example, O A ring or the like attached to the lower part of the flow path holder 51 may be used.
[0037]
A pump 56 is connected to the supply path 52 of the flow path unit 50, and a liquid reservoir 57 is connected to the pump 56. The flow path unit 50, the pump 56, and the liquid reservoir 57 function as the sample supply / discharge means of the invention. In the liquid reservoir 57, a liquid sample 11 including a subject is prepared in advance.
[0038]
In addition to the dielectric block 10, the surface plasmon sensor of the present embodiment further includes a light source 14 (hereinafter referred to as a laser light source 14) composed of a semiconductor laser or the like that generates one light beam 13, and the light beam 13 An optical system 15 that passes through the dielectric block 10 and enters the interface 10b between the dielectric block 10 and the metal film 12 so as to obtain various incident angles, and a light beam 13 totally reflected by the interface 10b. A collimator lens 16 for collimating light, a photodiode array 17 for detecting the collimated light beam 13, a differential amplifier array 18 connected to the photodiode array 17, a driver 19, and a computer system And the like, and a display unit 21 connected to the signal processing unit 20.
[0039]
The incident optical system 15 includes a collimator lens 15a that collimates the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent light state, and a condensing lens that converges the collimated light beam 13 on the interface 10b. 15b. The light beam 13 is condensed on the interface 10b in the flow channel area 51 by the condenser lens 15b.
[0040]
Since the light beam 13 is condensed as described above, the light beam 13 includes components incident on the interface 10b at various incident angles θ. In addition, this incident angle (theta) shall be an angle more than a total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interface 10b, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles. The optical system 15 may be configured to cause the light beam 13 to enter the interface 10b in a defocused state. By doing so, errors in surface plasmon resonance state detection are averaged, and measurement accuracy is improved.
[0041]
The light beam 13 is incident on the interface 10b as p-polarized light. In order to do so, the laser light source 14 may be disposed in advance so that the polarization direction thereof is a predetermined direction. In addition, the direction of polarization of the light beam 13 may be controlled with a wave plate.
[0042]
Hereinafter, sample analysis by the surface plasmon sensor having the above-described configuration will be described. Prior to measurement, the measuring chip 9 is fitted and fixed in a chip holding hole 31 a provided in the table 31. Thereafter, the flow path unit 50 is attached to the measurement chip 9 so that the seal portion 54 of the flow path unit 50 is in close contact with the metal film 12 of the measurement chip 9. The pump 56 is operated to supply the liquid sample 11 prepared in the liquid reservoir 57 to the measurement channel 55 via the supply channel 52 of the channel unit 50. During the measurement, the liquid sample 11 is continuously supplied to the measurement channel 55 in order to keep the pump 56 operating. Since the measurement channel 55 is sealed by the seal portion 54, the liquid sample 11 supplied to the measurement channel 55 is sequentially discharged through the discharge channel 53.
[0043]
After the liquid sample 11 is supplied into the measurement channel 55, the measurement is started. As described above, the liquid sample 11 is continuously supplied during the measurement. As shown in FIG. 1, the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent light state is converged on the interface 10 b between the dielectric block 10 and the metal film 12 below the measurement channel 55 by the action of the optical system 15. To do. At this time, the light beam 13 includes components incident on the interface 10b at various incident angles θ. In addition, this incident angle (theta) shall be an angle more than a total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interface 10b, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles.
[0044]
The light beam 13 that has been totally reflected by the interface 10 b and then collimated by the collimator lens 16 is detected by the photodiode array 17. In the photodiode array 17 in this example, a plurality of

photodiodes

17a, 17b, 17c,... Are arranged in a line, and in the traveling direction of the collimated light beam 13 in the plane shown in FIG. On the other hand, the photodiodes are arranged in a direction in which the parallel arrangement direction of the photodiodes is substantially a right angle. Therefore,

different photodiodes

17a, 17b, 17c,... Receive each component of the light beam 13 totally reflected at various reflection angles at the interface 10b.
[0045]
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the surface plasmon sensor. As shown in the figure, the driver 19 samples and holds the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Of the differential amplifier array 18, and these sample-

hold circuits

22a, 22b. , 22c... Are input to the multiplexer 23, the A / D converter 24 which digitizes the output of the multiplexer 23 and inputs it to the signal processing unit 20, the multiplexer 23 and the

sample hold circuits

22a, 22b, 22c. And a controller 26 that controls the operation of the drive circuit 25 based on an instruction from the signal processing unit 20.
[0046]
The outputs of the

photodiodes

17a, 17b, 17c,... Are input to the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,. At this time, the outputs of two photodiodes adjacent to each other are input to a common differential amplifier. Therefore, it can be considered that the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Are obtained by differentiating the photodetection signals output from the plurality of

photodiodes

17a, 17b, 17c,.
[0047]
The outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c... Are sampled and held at predetermined timings by the

sample hold circuits

22a, 22b, 22c. The multiplexer 23 inputs the sampled and held outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Into the A / D converter 24 in a predetermined order. The A / D converter 24 digitizes these outputs and inputs them to the signal processing unit 20.
[0048]
FIG. 4 explains the relationship between the light intensity for each incident angle θ of the light beam 13 totally reflected at the interface 10b and the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. Here, it is assumed that the relationship between the incident angle θ of the light beam 13 on the interface 10b and the light intensity I is as shown in the graph of FIG.
[0049]
Specific incident angle θ at the interface 10b _SP Since the light incident on the surface excites surface plasmons at the interface between the metal film 12 and the liquid sample 11, the reflected light intensity I sharply decreases for this light. That is, θ _SP Is the total reflection attenuation angle, and this angle θ _SP The reflected light intensity I takes a minimum value. This decrease in the reflected light intensity I is observed as a dark line in the reflected light, as indicated by D in FIG.
[0050]
(2) in FIG. 4 shows the direction in which the

photodiodes

17a, 17b, 17c... Are arranged, and as described above, the positions of the

photodiodes

17a, 17b, 17c. It uniquely corresponds to the incident angle θ.
[0051]
The relationship between the positions of the

photodiodes

17a, 17b, 17c..., That is, the incident angle θ, and the output I ′ (differential value of the reflected light intensity I) of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. As shown in FIG.
[0052]
Based on the value of the differential value I ′ input from the A / D converter 24, the signal processing unit 20 selects the total reflection attenuation angle θ from among the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. _SP Is selected (the differential amplifier 18d in the example of FIG. 3), and a predetermined correction process is applied to the differential value I ′ output from the differential value I ′ = 0. Then, the value is displayed on the display unit 21. In some cases, there may be a differential amplifier that outputs a differential value I ′ = 0. In this case, the differential amplifier is naturally selected.
[0053]
Thereafter, every time a predetermined time elapses, the differential value I ′ output from the selected differential amplifier 18d is displayed on the display unit 21 after being subjected to a predetermined correction process. This differential value I ′ is obtained by changing the dielectric constant of the substance in contact with the metal film 12 of the measuring chip, that is, the refractive index, and the total reflection attenuation angle θ. _SP Changes and the curve shown in FIG. 4 (1) changes so as to move in the left-right direction, it moves up and down accordingly. Therefore, the refractive index change of the sensing substance 30 in contact with the metal film 12 can be examined by continuously measuring the differential value I ′ with the passage of time.
[0054]
In particular, in this embodiment, if the analyte contained in the liquid sample 11 is a specific substance that binds to the sensing substance 30, the refractive index of the sensing substance 30 changes depending on the binding state between the sensing substance 30 and the analyte. By continuing to measure the differential value I ′, it is possible to detect whether or not the analyte is a specific substance that binds to the sensing substance 30.
[0055]
In the present embodiment, the supply of the liquid sample 11 to the measurement channel 55 is continued until the measurement is completed. For this reason, the concentration of the analyte contained in the liquid sample 11 is kept constant from the start of measurement to the end of measurement.
[0056]
In addition, when the analyte in the liquid sample 11 and the sensing substance 30 are combined, after the measurement is completed, measurement is performed to examine the change in the dissociation state between the analyte and the sensing substance 30 over time. be able to. At this time, a buffer solution that is a liquid sample not containing the analyte is continuously supplied to the sensing substance 30 to which the analyte is bound, and measurement is performed. The analyte bound to the sensing substance 30 is gradually dissociated into the buffer solution, and the refractive index of the sensing substance 30 changes according to the dissociation state. Therefore, by continuing to measure the differential value I ′ The state of change in the dissociated state can be examined with high accuracy. In addition, since a new buffer solution is constantly supplied, the dissociation coefficient can be easily obtained.
[0057]
As is clear from the above description, according to the sensor using the evanescent wave according to the present embodiment, the sensing substance 30 is fixed on the metal film 12, and the binding state with the analyte in the liquid sample 11 is measured. At this time, since the new liquid sample 11 can be continuously supplied into the measurement chip 9 via the flow path unit 50, the concentration of the analyte contained in the liquid sample 11 is kept constant during the measurement. And the coupling state can be measured with high accuracy. In addition, the coupling coefficient can be easily obtained. Furthermore, the sensing substance is continuously supplied onto the metal film 12 of the measurement chip 9 on which the conjugate of the sensing substance 30 and the analyte is fixed, thereby providing a sensing substance. The dissociation state between 30 and the subject can be accurately measured. Also, the dissociation coefficient can be easily determined.
[0058]
Further, since the flow path unit 50 is formed to be detachable from the measurement chip 9, the liquid sample 11 is removed from the measurement chip 9 without attaching the flow path unit 50 to the measurement chip 9 according to the measurement purpose. The normal measurement performed in a state of being held in the inside, or the measurement performed in a state where the liquid sample 11 is continuously supplied into the measurement chip 9 by attaching the flow path holder 51 to the measurement chip 9 is appropriately selected. Can do. The flow path unit 50 is formed of a supply path 52 that supplies the liquid sample 11, a discharge path 53 that discharges the liquid sample 11, and a flow path holder 51 that holds the supply path 52 and the discharge path 53. Therefore, it can be easily attached to and detached from the measuring chip 9.
[0059]
In addition, since the flow path holder 51 includes the seal portion 54, the liquid sample 11 does not leak into the measurement chip 9 from the measurement flow path 55. For example, as described above, after the coupling state is measured, the liquid sample 11 continues. Even in the case of measuring the dissociated state, the liquid sample 11 containing the analyte is not mixed from the measurement chip 9 into the liquid sample 11 not containing the analyte. A decrease can be prevented.
[0060]
In the present embodiment, as described above, the method of use is not limited to the measurement of the binding state between the sensing substance 30 and the analyte. For example, by supplying a liquid sample in which a gas is dissolved into the measurement chip 9 where the sensing substance 30 is not fixed using the flow path unit 50, the refractive index of the liquid sample can be measured with high accuracy. it can.
[0061]
In addition, in order to examine the change of the binding state between the specific substance in the liquid sample 11 and the sensing substance 30 over time, the differential value I ′ is obtained and displayed every time a predetermined time elapses. Alternatively, the difference ΔI ′ between the measured differential value I ′ (0) and the differential value I ′ (t) measured when a predetermined time has elapsed may be obtained and displayed.
[0062]
Further, as a modified example of the present embodiment, a flow path unit 60 provided with a plurality of supply paths and discharge paths as shown in the top view of FIG. The flow path unit 60 includes a first supply path 62, a second supply path 64, and a second supply path 64 for supplying a liquid sample to a flow path holder 61 formed in a shape in which a part of a substantially quadrangular pyramid is cut off. A first discharge path 63 and a second discharge path 65 for discharging the liquid sample are attached and can be easily attached to and detached from the measurement chip 9. In the lower part of the flow path holder 61, the outlet of the first supply path 62 and the inlet of the first discharge path 63 are opened, and the outlet of the second supply path 64 and the inlet of the second discharge path 65 are opened. The first supply path 62, the first discharge path 63, the second supply path 64, the second supply path 64 and the second discharge are disposed in a region in contact with the surface of the metal film 12 on the lower surface of the flow path holder 61. A seal portion 66 surrounding the entrance of the path 65 is provided. Therefore, when the flow channel unit 60 is attached to the measurement chip 9, as shown in FIG. 5A, the measurement flow channel 67 and the measurement flow channel 68 sealed by the metal film 12 and the seal portion 66 are used. Is formed.
[0063]
Furthermore, as another modified example of the present embodiment, a flow path unit 70 having a supply path, a connection path, and a discharge path as shown in a top view of FIG. 5B can be used. The flow path unit 70 includes a supply path 72 for supplying a liquid sample and a discharge path 73 for discharging the liquid sample to a flow path holder 71 formed in a shape in which a part of a substantially quadrangular pyramid is cut off. In addition, a connection path 74 that connects the flow paths in the flow path holder 71 is attached and can be easily attached to and detached from the measurement chip 9. In the lower part of the channel holder 71, the outlet of the supply channel 73 and the inlet of the connecting channel 74 are opened, and the outlet of the connecting channel 74 and the inlet of the outlet channel 73 are opened, and the metal film 12 on the lower surface of the channel holder 71 is opened. In a region in contact with the surface of the, a seal portion 75 surrounding the outlet of the supply path 72 and the inlet of the connecting path 74 and the outlet of the connecting path 74 and the inlet of the discharge path 73 is provided. Therefore, when the flow channel unit 70 is attached to the measurement chip 9, as shown in FIG. 5B, the measurement flow channel 76 and the measurement flow channel 77 sealed by the metal film 12 and the seal portion 75 are used. Is formed.
[0064]
For example, the sensing substance 30 is fixed to the half area on the metal film 12, and the measurement chip in which the sensing substance 30 is not fixed is created in the remaining area, and each measurement channel is formed on each area. As described above, by attaching the measurement unit and obtaining the difference between the measurement values in the two measurement flow paths, it is possible to obtain a measurement result that offsets the measurement error caused by the temperature change of the liquid sample.
[0065]
As described above, when the

flow path unit

60 or 70 that forms a plurality of measurement flow paths is used, two measurement systems each including the laser light source 14, the optical system 15, the collimator lens 16, and the photodiode array 17 are provided. Two sets of measurement channels may be measured at the same time, or the measurement system or measurement chip 9 may be moved using one set of measurement systems to perform time division measurement. Also good.
[0066]
Further, as another modified example of the present embodiment, it is conceivable to use the flow path unit 50 attached to the measurement chip 9 so that the lower surface of the flow path holder 51 is not in contact with the metal film 12. In such a case, an O-ring or the like is provided between the flow path holder 51 and the inner wall of the measurement chip 9, or a suction function is added to the discharge path 53 side so that the supply amount and discharge amount of the liquid sample 11 are matched. Just do it.
[0067]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly required.
[0068]
The sensor using the evanescent wave according to the second embodiment is obtained by replacing the surface plasmon sensor described in the first embodiment with a leaky mode sensor, and in this example also a dielectric block formed as a measurement chip 10 is used. A clad layer 40 is formed on one surface (upper surface in the figure) of the dielectric block 10, and an optical waveguide layer 41 is further formed thereon.
[0069]
The dielectric block 10 is formed using, for example, synthetic resin or optical glass such as BK7. On the other hand, the cladding layer 40 is formed in a thin film shape using a dielectric having a lower refractive index than the dielectric block 10 or a metal such as gold. The optical waveguide layer 41 is also formed into a thin film using a dielectric having a higher refractive index than that of the cladding layer 40, such as PMMA. The thickness of the cladding layer 40 is, for example, 36.5 nm when formed from a gold thin film, and the thickness of the optical waveguide layer 41 is, for example, about 700 nm when formed from PMMA.
[0070]
In the leakage mode sensor configured as described above, when the light beam 13 emitted from the laser light source 14 is incident on the cladding layer 40 through the dielectric block 10 at an incident angle equal to or greater than the total reflection angle, the light beam 13 is incident on the dielectric block 10. The light having a specific wave number that is totally reflected at the interface 10b between the first and second cladding layers 40 and is incident on the optical waveguide layer 41 at a specific incident angle after passing through the cladding layer 40 propagates through the optical waveguide layer 41 in a waveguide mode. It becomes like this. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer 41, and total reflection attenuation occurs in which the intensity of light totally reflected at the interface 10b sharply decreases.
[0071]
Since the wave number of guided light in the optical waveguide layer 41 depends on the refractive index of the sensing material 30 on the optical waveguide layer 41, the refractive index of the sensing material 30 can be obtained by knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs. Can know. Further, it is possible to examine the state of change in the binding state between the sensing substance 30 and the analyte in the liquid sample 11 based on the differential value I ′ output from each differential amplifier of the differential amplifier array 18. When the analyte in the liquid sample 11 and the sensing substance 30 are combined, the liquid sample 11 that does not contain the analyte is continuously supplied after the measurement is completed, and the sensing substance 30 and the analyte 30 are detected. The state of change in the dissociation state of the specimen can be examined. Also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0072]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly necessary. The sensor using the evanescent wave of the present embodiment is a surface plasmon sensor, and the measurement method is changed as compared with the surface plasmon sensor of the first embodiment. FIG. 7 shows the side shape of the surface plasmon sensor of the present embodiment. A laser light source 120 and a CCD 121 are disposed at the measurement position of the surface plasmon sensor. A collimator lens 122, an interference optical system 123, a condensing lens 124, and an aperture 125 are disposed therebetween.
[0073]
The interference optical system 123 includes a polarizing filter 131, a half mirror 132, a half mirror 133, and a mirror 134. Further, the CCD 121 is connected to the measuring means 135, and the measuring means 135 is connected to the display unit 21.
[0074]
Hereinafter, the measurement operation in the surface plasmon sensor of the present embodiment will be described. The laser light source 120 is driven and the light beam 140 is emitted in a divergent light state. The light beam 140 is collimated by the collimator lens 122 and enters the polarizing filter 131. The light beam 140 transmitted through the polarizing filter 131 and made incident on the interface 10b as p-polarized light is partly divided by the half mirror 132 as a reference light beam 140R, and the remaining light transmitted through the half mirror 132. The beam 140S is incident on the interface 10b. The light beam 140S totally reflected by the interface 10b and the reference light beam 140R reflected by the mirror 134 are incident on the half mirror 133 and synthesized. The combined light beam 140 ′ is condensed by the condenser lens 124, passes through the aperture 125, and is detected by the CCD 121. At this time, the light beam 140 ′ detected by the CCD 121 generates interference fringes according to the state of interference between the light beam 140S and the reference light beam 140R.
[0075]
Here, whether or not the analyte in the liquid sample 11 is bound to the sensing substance 30 fixed on the surface of the metal film 12 is continuously measured after the liquid sample 11 is supplied to the measurement chip 9. This can be determined by detecting a change in interference fringes detected by the CCD 121.
[0076]
That is, since the refractive index of the sensing material 30 changes according to the binding state between the analyte in the liquid sample 11 and the sensing material 30, the light beam 140S and the reference light beam 140R totally reflected at the interface 10b are half mirrors 133. Since the state of interference changes when synthesized by the above, the presence or absence of a binding reaction can be detected according to the change in the interference fringes. The measuring means 135 detects the presence or absence of the reaction based on the above principle, and the result is displayed on the display unit 21.
[0077]
As in the first and second embodiments, when the analyte in the liquid sample 11 and the sensing substance 30 are combined, the liquid sample 11 that does not contain the analyte after the end of the measurement. Can be continuously supplied, and the state of dissociation between the sensing substance 30 and the subject can be examined. Also in the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a surface plasmon sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a flow path unit used in the surface plasmon sensor.
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the surface plasmon sensor.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the light beam incident angle and the detected light intensity and the relationship between the light beam incident angle and the differential value of the light intensity detection signal in the surface plasmon sensor.
FIG. 5 is a top view of another flow path unit used in the surface plasmon sensor.
FIG. 6 is a side view of a leakage mode sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view of a surface plasmon sensor according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
9 Measuring chip
10 Dielectric block
10a Sample holder
10b interface
11 Liquid sample
12 Metal film
13 Light beam
14 Laser light source
15 Optical system
16 Collimator lens
17 Photodiode array
17a, 17b, 17c …… Photodiode
18 Differential amplifier array
18a, 18b, 18c ... Differential amplifier
19 Drivers
20 Signal processor
21 Display
22a, 22b, 22c ... Sample hold circuit
23 Multiplexer
24 A / D converter
25 Drive circuit
26 Controller
30 Sensing substances
31 tables
40 Clad layer
41 Optical waveguide layer
50, 60, 70 Channel unit
51, 61, 71 Flow path holder
52, 62, 64, 72 Supply path
53, 63, 65, 73 Discharge path
54, 66, 75 Seal
55, 67, 68, 76, 77 Measurement channel
56 Pump
57 Liquid reservoir
120 Laser light source
121 CCD
122 Collimator lens
123 Interferometric optics
124 condenser lens
125 aperture
134 Mirror
135 Measuring means
140 Light beam

Claims

A light source that generates a light beam;
A well-shaped dielectric block comprising a dielectric block transparent to the light beam, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block, and a sample holding mechanism formed to hold a sample on the surface of the thin film layer A measuring chip;
An optical system that makes the light beam incident on the dielectric block at an angle at which a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer;
Light detecting means for detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface;
In a sensor using an evanescent wave comprising a measuring means for measuring the state of total reflection attenuation based on the detection result of the light detecting means,
The dielectric block and the sample holder are manufactured integrally from the same material ,
The apparatus further comprises a sample supply / discharge unit that is detachably formed on the measurement chip and continuously supplies the sample onto the surface of the thin film layer and continuously discharges the supplied sample. A sensor that uses evanescent waves.

The sample supply / discharge means supplies the sample onto the surface of the thin film layer, a discharge path for discharging the sample from the surface, the supply path and the discharge path into the well-shaped measurement chip The sensor using the evanescent wave according to claim 1, further comprising a flow path holder that is detachably held in the sensor.

The flow path holder has an opening at the lower surface of the flow path holder with the outlet of the supply path and the inlet of the discharge path, and the area on the lower surface in contact with the surface of the thin film layer and the outlet. 3. A sensor using evanescent waves according to claim 2, further comprising a sealing means surrounding the inlet.