CN100538338C - 试样中的配体的分析方法和分析试样中的配体的装置 - Google Patents

试样中的配体的分析方法和分析试样中的配体的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN100538338C
CN100538338C CNB200480031817XA CN200480031817A CN100538338C CN 100538338 C CN100538338 C CN 100538338C CN B200480031817X A CNB200480031817X A CN B200480031817XA CN 200480031817 A CN200480031817 A CN 200480031817A CN 100538338 C CN100538338 C CN 100538338C
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
acceptor
sample
face
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB200480031817XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN1875262A (zh
Inventor
伴知晃
桐野秀树
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN1875262A publication Critical patent/CN1875262A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100538338C publication Critical patent/CN100538338C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00—Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/808—Optical sensing apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10S436/805—Optical property
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10S436/815—Test for named compound or class of compounds
    • Y10S436/817—Steroids or hormones

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

提供一种试样的分析方法，可以不受振荡和光学设计的影响，实现高精度的分析。该试样的分析方法中，将包含配体的试样与能够同该配体特异性结合的受体结合，一边向上述受体供给外部振荡，一边通过测量表面等离子共振角的频率特性，来分析由上述受体与上述配体的结合所产生的变化。该试样的分析方法例如在生物学、医学、药学和农学领域是有用的。

Description

试样中的配体的分析方法和分析试样中的配体的装置
技术领域
本发明涉及试样中的配体的分析方法和分析试样中的配体的装置。
背景技术
在生物化学的反应中，受体和配体的结合这样的反应很重要。例如，在抗原抗体反应中，作为受体的抗体，与作为配体的抗原结合。此外，例如在酶反应中，作为受体的酶，与作为配体的酶基体结合。若利用这样的反应，就能检测出试样中包含的配体。
例如，当在金属薄膜表面使受体结合、且配体与受体结合时，该金属薄膜附近的介电常数变化。已知有利用表面等离子(surface plasmon)共振现象来检测该变化，分析配体与受体的结合量的方法(例如，参照非专利文献1)。在该方法中，首先在如上所述的金属薄膜中，从结合有受体的的表面的背面，以满足全反射条件的角度向上述金属薄膜照射光。仅在由该入射光激发的表面等离子的波数与由激励光产生的衰减波的波数一致的特定入射角时，入射光的光量的一部分被使用于表面等离子的激发，反射光的光量减少。已知有计测金属薄膜附近的介电常数的变化，例如使入射光的角度变化后计测反射光，求吸收成为最大的入射光的角度的方法，和保持入射光的角度为恒定，求吸收成为最大的反射光的角度的方法。此外，提出了通过对固定有受体的金属薄膜的背面施加电振荡即电场，来控制试料在金属薄膜中的分离和移动的技术(例如，参照专利文献1)，和利用金属薄膜的折射率的变化，同时计测多量的试料的技术(例如，参照专利文献2)。
但是，在这些方法中，根据表面等离子激发后光量减少的微小的角度变化量来解析与受体结合的配体的量。从而，在这些方法中，需要反射照射光的金属薄膜(例如，具有几nm程度的厚度)的表面均匀。此外，由于根据光量变化测定微小的角度变化量，因此，需要进行没有光轴偏移且能够接受光的高精度的光学部件的调整。其结果，在利用这些方法的装置中，有容易受光学设计影响的问题。此外，由于检测微小的变化，因此，如果测定时装置受到振荡，读取精度就显著变差。因此，难以将利用了这些方法的装置做成可携带的小型化。
非专利文献1：Anal.Chem.，1998，70，2019—2024.
专利文献1：日本特开2003—65947号公报
专利文献2：日本特开2003—75336号公报
发明内容
发明所要解决的问题
因此，本发明的目的在于提供一种试样中的配体的分析方法和分析试样中的配体的装置，相对于现有技术，可以不受振荡和光学设计的影响，能进行高精度的分析。
用于解决问题的手段
为了达到上述目的，本发明的分析方法是试样中的配体的分析方法，准备：包含配体的试样；金属薄膜，在其单面上固定能够与上述配体特异性结合的受体，在其背面配置有光学棱镜，能引起表面等离子共振；照射计测光的照射机构；接收上述计测光的反射光的受光机构；以及，分析与上述受体结合了的配体的分析机构；使上述试样和上述金属薄膜接触，使上述试样中的上述配体与上述受体结合；利用上述照射机构，向上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面照射计测光；利用上述受光机构，接收在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光；利用上述分析机构，根据上述反射光检测由上述金属薄膜附近的介电常数的变化所引起的表面等离子共振角的变化；而且，准备向固定有上述受体的区域施加外部振荡的施加机构；一边利用上述照射机构照射上述计测光，一边利用上述施加机构向上述金属薄膜的固定有上述受体的面施加外部振荡；利用上述分析机构还得出对于外部振荡的表面等离子共振角的频率特性，根据该频率特性分析与上述受体结合了的上述试样中的配体。
此外，本发明的装置是分析试样中的配合体的装置，包括：金属薄膜，在其单面上固定能够与上述配体特异性结合的受体，在其背面配置有光学棱镜，能引起表面等离子共振；照射计测光的照射机构；受光机构，接收在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光；以及分析机构，分析与上述受体结合了的配体；还包括能向上述金属薄膜的固定有上述受体的面上施加外部振荡的施加机构；一边利用上述施加机构施加外部振荡，上述照射机构能向上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上照射计测光；上述分析机构能根据上述反射光检测表面等离子共振角的变化，还得出对于外部振荡的表面等离子共振角的频率特性，并根据其频率特性分析与上述受体结合了的上述试样中的配体，上述分析机构还包括比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位的比较机构；得到上述频率特性是，通过利用上述比较机构来比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位，检测出上述频率特性的拐点而进行的。
发明效果
这样地，在本发明的分析方法和装置中，提供外部振荡，得到对于该外部振荡的表面等离子共振角的频率特性。通过该外部振荡，上述金属薄膜附近的介电常数变化。由于该介电常数的变化，表面等离子共振角变化。这样，由于本发明的分析方法和装置测量该表面等离子共振角的频率特性，因此，不需要测量表面等离子共振角的微细变化，其结果，不怎么受振荡和光学设计的影响，并且能实现高精度的分析。另外，由于振荡强，因此，本发明的装置能小型化。
附图说明
图1是表示本发明的装置的一例的模式图。
图2是说明在本发明的装置的一例中，通过施加电振荡作为外部振荡来评价物理学的物性的方法的图。图2(a)是表示测量的配体的阻抗的频率特性的图。图2(b)是将配体置换为等效电路的组合的模式图。
图3表示在本发明的装置的一例中，不在金属薄膜上设置受体而测量的表面等离子共振曲线和设置水作为受体而测量的表面等离子共振曲线的一例。图3(a)是没有受体时，3(b)是使用了水作为受体时的表面等离子共振曲线。
图4A表示在本发明的装置的一例中，不使用配体而测量的表面等离子共振曲线的一例。图4A(a)是没有配体时的表面等离子共振曲线，图4A(b)是图4A(a)的局部放大图。
图4B表示在本发明的装置的一例中，使用配体测量的表面等离子共振曲线的一例。图4B(a)是使用了白蛋白牛血清作为配体时的表面等离子共振曲线，图4B(b)是图4B(a)的局部放大图。
图5是表示在本发明的装置中，与外部振荡的强度对应的金属薄膜附近的状态的一例的模式图。图5(a)是外部振荡强度为零的状态，图5(b)是外部振荡强度弱的状态，图5(c)是表示在外部振荡强度强的状态下的表面等离子共振的一例的模式图。
图6是说明在本发明中，外部振荡与受体及配体的关系的图。图6(a)是表示施加的外部振荡的时间变化的图。图6(b)是表示配体与受体的结合量的时间变化的图。图6(c)是表示施加的外部振荡的相位与发生了等离子共振的反射光的相位之和的图。图6(d)是表示利用A/D转换器将在图6(c)得到的模拟信号进行数字转换后的信号的图。
图7是表示本发明的装置的另一例的模式图。
具体实施方式
在本发明的分析方法和装置中，作为受体和配体，最好至少一方携带电荷。这是因为，在给予电振荡作为外部振荡时，上述金属薄膜表面的介电常数就变得容易变化。作为受体与配体的组合，可例举出抗原与抗体、抗体与抗原、激素与激素受体、激素受体与激素、多核甙酸与多核甙酸受体、多核甙酸受体与多核甙酸、酶抑制剂与酶、酶与酶抑制剂、酶底物与酶、酶与酶底物等。
本发明者们如下推测了金属薄膜附近的介电常数变化的机理。当对上述受体和上述配体给予外部振荡时，追随金属薄膜，上述受体和上述配体密集在上述金属薄膜表面上。于是，上述金属薄膜中的衰减区域的分子密度变化。根据该分子密度的变化，衰减区域的介电常数变化，即，推测为上述金属薄膜附近的介电常数变化。
在本发明的分析方法中，上述施加机构最好是施加电振荡、磁振荡和机械振荡中的至少一个的机构，更好的是至少施加电振荡的机构。这时，上述施加机构是至少施加电振荡的机构，上述分析机构最好还包括根据上述反射光分析上述配体的物理学的物性。这是因为，上述配体的物理学的物性容易分析。同样地，在本发明的装置中，上述施加机构最好是施加电振荡、磁振荡和机械振荡中的至少一个的机构，更好的是至少施加电振荡的机构。这时，上述施加机构是至少施加电振荡的机构，上述分析机构最好能进一步根据上述反射光分析上述配体的物理学的物性。这是因为，能同时分析在现有技术中需要使用另外的装置进行分析的上述配体的物理学的物性。作为该电振荡，更好的是使用交流电场。若施加交流电场，能同时进行例如上述配体和上述受体中的至少一方所具有的电荷数、电阻值等的电化学的物性的评价。
在本发明的分析方法中，最好分析与上述受体结合了的上述试样中的配体的量。同样地，在本发明的装置中，最好分析与上述受体结合了的上述试样中的配体的量。
在本发明的分析方法中，最好上述分析机构还包括比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位的比较机构，得到上述频率特性的工序是，通过利用上述比较机构来比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位，检测出上述频率特性的拐点(追随频率界限)而进行的。这是因为，通过检测频率特性的拐点，与计测表面等离子共振角的变化的方法相比，能够得到测量精度高的结果。同样地，在本发明的装置中，最好是上述分析机构还包括比较机构，上述比较机构能比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位，检测上述频率特性的拐点(追随频率界限)。这是因为，通过检测频率特性的拐点，与计测表面等离子共振角的变化的方法相比，能够得到测量精度高的结果。
在本发明的分析方法中，最好还准备计测上述频率特性的拐点的时间变化的A/D转换器，通过利用上述A/D转换器来计测上述频率特性的拐点的时间变化，检测上述受体与上述配体的结合的程度。这是因为，能测量上述受体与上述配体的结合的进行程度。同样地，在本发明的装置中，最好是还包括A/D转换器，通过由上述A/D转换器来计测上述频率特性的拐点的时间变化，能检测上述受体与上述配体的结合的程度。这是因为，能测量上述受体与上述配体的结合的进行程度。
在本发明的分析方法中，最好是，还准备使在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光进一步多次地照射到上述与固定有上述受体的面相反的面上的光学机构，利用上述光学机构，使在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光进一步多次地照射到上述与固定有上述受体的面相反的面上，由上述受光机构接收的上述计测光的反射光，是通过上述光学机构在上述金属薄膜的上述与固定有上述受体的面相反的面上多次被反射的上述计测光的反射光。这是因为，通过多次反射，表面等离子共振角的振幅放大，能进行高灵敏度的测量。同样地，在本发明的装置中，最好是，还包括光学机构，上述光学机构能使在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光进一步多次地照射到上述与固定有上述受体的面相反的面上，由上述受光机构接收的上述计测光的反射光，是通过上述光学机构在上述金属薄膜的上述与固定有上述受体的面相反的面上多次被反射的上述计测光的反射光。这是因为，通过多次反射，表面等离子共振角的振幅放大，能进行高灵敏度的测量。
(第一实施方式)
在本实施方式中，说明本发明的装置的最佳的一个方式。图1是本发明的装置的一例的模式图。在图1中，1是光源、2是棱镜、3是计测光、4是受光装置、5是反射光、6是因等离子的激发而光量的一部分减少了的反射光暗部、7是金属薄膜兼上侧电极、8是下侧电极、9是固定在金属膜兼上侧电极7上的受体、10是交流源、11是细分交流源10的频率的分频器、12和16是仅通过特定频率的有源滤波器、13是外部振荡、14是电容器、15是放大器、17是比较外部振荡的相位(θ0)与反射光中包含的外部振荡的信号成分的相位(θ1)的检测器、18是将由检测器17得到的模拟信号转换为数字信号的A/D转换器、39是配体、θ是入射角。
光源1被配置在从它发出的计测光3能够照射到金属薄膜兼上侧电极7上的位置。在该被照射的金属薄膜兼上侧电极7的照射面的背面，固定着受体9。受光装置4被配置在能够接收在金属薄膜兼上侧电极7上反射的反射光5的位置。下侧电极8被配置成能对固定在金属薄膜兼上侧电极7上的受体9施加外部振荡。下侧电极8经分频器11和有源滤波器12同交流源10连接，交流源10进一步与另外的有源滤波器16连接。该有源滤波器16依次经电容器14和放大器15同受光装置4连接。有源滤波器16和有源滤波器12两者经检测器17同A/D转换器18连接。在图1中，将金属薄膜兼上侧电极7配置在装置的上侧，将下侧电极8配置在装置的下侧，无庸置疑，也可以颠倒其上下、或配置在装置的左右侧也有效。
从光源1发出的计测光3通过分束镜(无图示)仅使p偏振光的光一边改变入射角θ，一边通过棱镜2(例如，日本电子激光公司(日本電子レ—ザ社)制的棱镜)照射到金属薄膜兼上侧电极7上。照射到金属薄膜兼上侧电极7上的计测光3在金属薄膜兼上侧电极7上全反射，生成反射光5。若计测光3按照某特定的入射角θ被照射到金属薄膜兼上侧电极7上，就产生衰减波，光量的一部分被用于称作表面等离子共振的等离子波的激发，产生光量减少后的反射光暗部6。使用将反射光5的强度变换为电压的受光装置4，检测包含反射光暗部6的该反射光5的强度。
再者，在金属薄膜兼上侧电极7和下侧电极8上连接由交流源10和分频器11构成的单元。由交流源10产生nf的频率，由分频器11转换为f的频率，从下侧电极8向金属薄膜兼上侧电极7施加具有f频率的外部振荡13。其结果，受体9因分子的方向转换而振荡。在此，支配对于衰减波区域的计测光的介电常数的是，受体分子所具有的电子极化成分。若因外部振荡13，金属薄膜兼上侧电极7表面的衰减区域的受体9转换方向，则电子的密度中心也变化，因此介电常数改变，这样，发生等离子共振的反射光暗部6的特定角度也在包围受光装置4的范围内变化。
此外，如果配体39与金属薄膜兼上侧电极7附近的受体9结合，受体9的重量就增加了相当于配体39的分子量的程度。其结果，受体9与配体39的结合体的介电常数就从仅为受体9时的介电常数开始变化。如果对结合了该配体39的受体9施加外部振荡13，就通过对于外部振荡13的受体9的方向转换，振荡的频率特性变化。
包含反射光暗部6的反射光5由受光装置4检测，其交流成分通过放大器15被放大。在有源滤波器16中，外部振荡的信号成分以外的部分被除去，在检测部17中比较外部振荡的相位(θ0)与包含在反射光中的外部振荡的信号成分的相位(θ1)。得到的模拟信号通过A/D转换器18被转换为数字信号。
在本发明的装置中，若计测表面等离子共振角的频率特性，就能够分析向受体结合了的配体，例如，能够分析与受体结合了的配体的量。这样地，在本发明的装置中，由于不需要读出反射光暗部6的微小的角度变化，因此，缓和了棱镜2和金属薄膜兼上侧电极7等测量工具的光学平面度。另外，在本发明的装置中，由于受光装置4的设置位置只要在反射光暗部6的变化范围内就可以，因此，能降低噪声的影响，实现高灵敏度的测量。
此外，由于测量工具的光学平面度、部件精度、光轴精度的缓和，不仅实现了本发明的装置的低价格化，而且能实现抗振荡性良好的便携式的小型化。另外，通过施加电振荡作为外部振荡，能实现在现有技术中不能同时评价的配体的物理学的物性，例如电荷数、电阻值等的评价。例如，一边使从交流源10产生的频率变化，一边在金属薄膜兼上侧电极7与下侧电极8之间施加一定的电压，计测此时流过的电流，就得到图2(a)中示出的阻抗的频率特性。试样中包含的配体可以置换为如图2(b)所示的所谓的电阻(R)和电容(C)等构成的等效电路的组合，阻抗Z在串联配置的形式中表现为Z＝R+jX，在并联配置的形式中表现为Z＝RX2/(R2+X2)+jR2X/(R2+X2)(上述式子中，X＝—1/(2πfC))。例如，在图2(a)中示出的阻抗的频率特性中适用这些式子进行分析，就能够实现各自的物性的评价。再有，虽然例示了一边使从交流源10产生的频率变化，一边在金属薄膜兼上侧电极7与下侧电极8之间施加一定的电压，计测此时流过的电流的方法，但是，通过一边使从交流源10产生的频率变化，一边在金属薄膜兼上侧电极7与下侧电极8之间施加一定的电压，计测此时施加的电压，也能够进行上述方法。再有，在图2(b)中，R1、R2、R3是配体内、配体间和电极的各个电阻，C1、C2、C3是配体内、配体间和电极的各个电容。
再有，作为光源1，可以使用He—Ne激光器、Ar激光器、色素激光器等，例如，也可以由AlGaAs双重异质结可见光半导体激光器(例如，ROHM公司制)、准直透镜(例如，松下日东公司制)和偏振光分束镜(例如，シグマ光机公司制)构成。作为使入射角变化的方法，可以是驱动光源1使计测光3在金属薄膜兼上侧电极7上扫描，也可以是固定光源1而驱动多面反射扫描仪等的反射镜，使计测光3进行扫描。
作为棱镜2，可以使用圆锥形状、半球形状等。
作为金属薄膜兼上侧电极7，若能引起表面等离子共振，就不进行限定，例如，可以使用白金、金等的金属薄膜、最好是金的金属薄膜(例如，日本电子激光器公司制)。受体9可以使用上述的受体。例如，通过受体9直接、或者利用结合用修饰分子间接地固定在金属薄膜直接上，能够制造受体被固定在其单面上的金属薄膜。
受光装置4也可以是在CCD、Si PIN光电二极管(例如，浜松フォトニクス公司制)等中使用了运算放大器(例如，国家半导体公司(ナショナルセミコンダクタ—社)制)和电阻元件，将反射光5的强度转换为电压的装置。
图3(a)至图3(b)示出了在本发明的装置的一例中，不在金属薄膜上设置受体而测量的表面等离子共振曲线、和设置水作为受体而测量的表面等离子共振曲线的一例。在各个图中，横轴是计测光3的入射角θ的角度，纵轴表示反射光5的强度。图3(a)是没有受体时、图3(b)是使用了水作为受体时的表面等离子共振曲线。再有，在该测量中，没施加外部振荡。如图3(a)和图3(b)所示，根据有无受体，表面等离子共振的产生角度发生变化。即，利用本发明的装置的一例，示出了能够测量同金属薄膜附近的介电常数的变化伴随出现的表面等离子共振的变化。
在图4A(a)、4A(b)、4B(a)和4B(b)中表示在本发明的装置的一例中，不包含配体的试样的表面等离子共振曲线和包含配体的试样的表面等离子共振曲线的一例。在各图中，横轴是计测光3的入射角θ的角度，纵轴示出反射光5的强度。
作为测量装置，使用了图1中示出的本发明的装置的一例。作为受体，使用了抗白蛋白牛血清抗体(シグマアルドリツチ公司制)。作为试样，使用了在磷酸(シグマアルドリツチ公司制)中添加氢氧化钠，调制成pH值7.0的1％磷酸缓冲液、或者使白蛋白牛血清(シグマアルドリツチ公司制)成为10μg/ml的、在磷酸(シグマアルドリツチ公司制)中添加氢氧化钠而调制成pH值7.0的1％磷酸缓冲液。关于施加了外部振荡的情况和不施加的情况两方面，得到了各自的试样的表面等离子共振曲线。图4A(a)是没有配体时的表面等离子共振曲线，图4A(b)是图4A(a)的局部放大图，图4B(a)是使用了白蛋白牛血清作为配体时的表面等离子共振曲线，图4B(b)是图4B(a)的局部放大图。
如图4A(a)和图4A(b)所示，关于未包含配体的试样，与施加电场(外部振荡)的有无无关，表面等离子共振曲线基本一致。另一方面，如图4B(a)和图4B(b)所示，在包含配体的试样中，施加电场得到的表面等离子共振曲线，从未施加电场时得到的表面等离子共振曲线偏离了。本发明者们推测出该结果是由以下的图5(a)至(c)示出的机理所产生的。
图5(a)至(c)中示出表示在本发明的装置中，与外部振荡的强度相对应的金属薄膜附近的状态的一例的模式图。图5(a)是表示外部振荡强度为零的状态下、图5(b)是表示外部振荡强度弱的状态下、图5(c)是表示外部振荡强度强的状态下的表面等离子共振的一例的模式图。在各个图中，在金属薄膜兼上侧电极21、26和32的单面上分别固定着受体22、27和33。计测光19、24和30分别在金属薄膜兼上侧电极21、26和32的表面上反射，产生反射光暗部20、25和31。在各个情况下，表面等离子共振角是θ11、θ12和θ13。在图5(a)至(c)中，23、28和34是下侧电极，29和35是外部振荡。
即，在外部振荡的强度是零的状态下，如图5(a)所示，如果向上述金属薄膜兼上侧电极21的与固定有受体22的面相反的面上照射计测光19，就在金属薄膜兼上侧电极21的表面上反射，产生反射光暗部20。这时，受体22不追随金属薄膜兼上侧电极21，表面等离子共振角是θ11。
在外部振荡的强度弱的状态下，受体27向金属薄膜兼上侧电极26侧稍微追随，如图5(b)所示，受体27密集在金属薄膜兼上侧电极26的表面上。因此，金属薄膜兼上侧电极26中的衰减区域的分子密度变化。从而，如果向上述金属薄膜兼上侧电极26的与固定有受体27的面相反的面上照射计测光24，就在金属薄膜兼上侧电极26的表面上反射，产生反射光暗部25。由于该区域的分子密度变化，衰减区域的介电常数就也变化，发生表面等离子共振的角度就发生变化。这时，表面等离子共振角是θ12。
在外部振荡的强度强的状态下，受体33追随金属薄膜兼上侧电极32侧，如图5(c)所示，受体33密集在金属薄膜兼上侧电极32的表面上。因此，发生表面等离子共振的反射光暗部31的角度变化，表面等离子共振角是θ13。这样地，在现有技术的表面等离子计测装置中，表面等离子共振仅在一个角度下发生，但由于施加了外部振荡，因此，不仅在一个、而是随着时间变化在多个角度发生等离子共振。这样，表面等离子共振所引起的暗线就具有宽度。再有，通过使采用交流电场、并使施加的电场朝向相反，受体9就从金属薄膜兼上侧电极7附近离开。因此，发生等离子共振的反射光暗部6的角度，就成为与未施加电场时相同的表面等离子共振曲线。
作为得到表面等离子共振角的频率特性的一个具体例，以下说明比较外部振荡的相位和反射光中包含的外部振荡的信号成分的相位，来检测配体的频率特性的拐点的例子。图6(a)至(d)是说明在本发明中的外部振荡同受体与配体的结合之间的关系的图。图6(a)是表示用分频器得到的扫频(sweep)后的外部振荡的时间变化的图。图6(b)是表示在金属薄膜兼上侧电极表面上的配体与受体的结合量的时间变化的图。图6(c)是示出施加的外部振荡的相位、与发生了等离子共振的反射光的相位之和的图，示出检测器的输出的时间变化。图6(d)是表示利用A/D转换器对在图6(c)中得到的模拟信号进行了数字转换的信号的图。
如图6(c)所示，相对于时间的变化，测量施加的外部振荡的相位、与发生了等离子共振的反射光的相位之和。这时，得到的曲线的拐点是频率特性的拐点。例如，随着结合率增加10％、12％和14％，该拐点中的频率就降低为f1、f2和f3。从而，通过计测频率特性的拐点的时间变化，就能计测配体与受体的结合的进行程度。
本发明者们推测该结果是由于以下的机理所产生的。如果对金属薄膜兼上侧电极7上固定的受体9施加外部振荡13，则受体9要追随外部振荡。由于在低频区域中，受体9不滞后于外部振荡13的相位而能够追随，且衰减区域的介电常数发生变化，因此，发生表面等离子共振的角度具有宽度。另外，如果提高外部振荡的频率，逐渐地，受体9一边滞后于外部振荡13的相位一边追随，受体9已经完全不能追随了。若受体9不能追随，则金属薄膜兼上侧电极7的衰减区域的介电常数成为恒定，发生表面等离子共振的角度仅成为一个。即，在图1的装置中，在追随产生了滞后的时刻，在外部振荡13的相位和由表面等离子共振产生的反射光5的相位中产生偏移，外部振荡13的相位和发生了上述表面等离子共振的反射光5的相位的合成波的振幅减少。上述频率特性的拐点即是在上述追随中产生了滞后的时刻。若配体与受体的结合量增加，被外部振荡夺取的质量就增加，不能追随的频率(拐点中的频率)降低(参照图6(a)和(b))。
此外，通过利用A/D转换器18将输出的合成波的振幅的模拟信号转换为数字信号进行检测，就能得到到达频率特性的拐点的时间。根据到达该拐点的时间t1、t2和t3，使用频率特性，就能够检测出在以前的发生等离子共振的角度检测到的、与受体9结合的配体的量(参照图6(d))。
再有，说明了使用电振荡的装置，但无庸置疑，对于使用了磁振荡或机械振荡的装置也能够适用类似的原理。
(第二实施方式)
在本实施方式中，说明本发明的装置的另外的最佳方式。图7中，51是光源，52是被固定在金属薄膜兼上侧电极上的受体，53是配体，54是受光装置，56是金属薄膜兼电极，58是反射板，59是电极，60是交流源，61是细分交流源60的频率的分频器，62和66是仅通过特定频率的有源滤波器，55是外部振荡，64是电容器，65是放大器，67是比较外部振荡的相位(θ0)和反射光中包含的外部振荡的信号成分的相位(θ1)的检测器，68是将由检测器67得到的模拟信号转换为数字信号的A/D转换器，70是计测光，71是反射光。
在图7所示的本发明的装置的一例中，除了取代金属薄膜兼上侧电极7而配置了金属薄膜兼电极56、取代下侧电极8而配置了电极59以外，与图1所示的本发明的装置的一例相同。另外，配置有光源51和受光装置54，使得能够利用反射板58在上述金属薄膜兼电极56的表面上多次反射计测光70，并且由受光装置54接收其反射光71。通过这样地配置，在本发明的装置中发生多次表面等离子共振。其结果，表面等离子共振角的振幅放大，能够实现高灵敏度的测量。此外，即使在受体和配体的分子量低、从而表面等离子共振角的振幅微小的情况下，如果是该装置，由于表面等离子共振角的振幅被放大，因此，也能进行高灵敏度的测定。
工业上的可利用性
如上所述，本发明的分析方法和装置测量对于外部振荡的表面等离子共振角的频率特性，因此，不受振荡和光学设计的影响，并且能进行高精度的分析。因此，本发明的分析方法和装置在分析试样中的配体时十分有用，例如，在生物学、医学、药学和农学等领域中十分有用。

Claims (18)

1、一种试样中的配体的分析方法，其特征在于，准备：
包含配体的试样；
金属薄膜，在其单面上固定能够与上述配体特异性结合的受体，在其背面配置有光学棱镜，能引起表面等离子共振；
照射计测光的照射机构；
接收上述计测光的反射光的受光机构；以及，
分析与上述受体结合了的配体的分析机构；
使上述试样和上述金属薄膜接触，使上述试样中的上述配体与上述受体结合；
利用上述照射机构，向上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面照射计测光；
利用上述受光机构，接收在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光；
利用上述分析机构，根据上述反射光检测由上述金属薄膜附近的介电常数的变化所引起的表面等离子共振角的变化；
而且，准备向固定有上述受体的区域施加外部振荡的施加机构；
一边利用上述照射机构照射上述计测光，一边利用上述施加机构向上述金属薄膜的固定有上述受体的面施加外部振荡；
利用上述分析机构还得出对于外部振荡的表面等离子共振角的频率特性，根据该频率特性分析与上述受体结合了的上述试样中的配体。
2、如权利要求1所述的试样中的配体的分析方法，其特征在于，受体和配体的至少一方携带着电荷。
3、如权利要求1所述的试样中的配体的分析方法，其特征在于，上述施加机构是施加电振荡、磁振荡和机械振荡中的至少一个的机构。
4、如权利要求3所述的试样中的配体的分析方法，其特征在于，上述施加机构是至少施加电振荡的机构，上述分析机构还根据上述反射光分析上述配体的物理学的物性。
5、如权利要求1所述的试样中的配体的分析方法，其特征在于，分析与上述受体结合了的上述试样中的配体的量。
6、如权利要求1所述的试样中的配体的分析方法，其特征在于，
上述分析机构还包括比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位的比较机构，
得到上述频率特性的工序是，通过利用上述比较机构来比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位，检测出上述频率特性的拐点而进行的。
7、如权利要求6所述的试样中的配体的分析方法，其特征在于，还准备计测上述频率特性的拐点的时间变化的A/D转换器，
通过利用上述A/D转换器计测上述频率特性的拐点的时间变化，来检测上述受体与上述配体的结合的程度。
8、如权利要求1所述的试样中的配体的分析方法，其特征在于，还准备使在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光进一步多次地照射到上述与固定有上述受体的面相反的面上的光学机构，
利用上述光学机构，使在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光进一步多次地照射到上述与固定有上述受体的面相反的面上，
由上述受光机构接收的上述计测光的反射光，是通过上述光学机构在上述金属薄膜的上述与固定有上述受体的面相反的面上多次被反射的上述计测光的反射光。
9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，受体与配体的组合，是抗原与抗体、抗体与抗原、激素与激素受体、激素受体与激素、多核甙酸与多核甙酸受体、多核甙酸受体与多核甙酸、酶抑制剂与酶、酶与酶抑制剂、酶底物与酶、或者酶与酶底物。
10、一种分析试样中的配体的装置，其特征在于，包括：
金属薄膜，在其单面上固定能够与上述配体特异性结合的受体，在其背面配置有光学棱镜，能引起表面等离子共振；
照射计测光的照射机构；
受光机构，接收在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光；以及
分析机构，分析与上述受体结合了的配体；
还包括能向上述金属薄膜的固定有上述受体的面上施加外部振荡的施加机构；
一边利用上述施加机构施加外部振荡，上述照射机构能向上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上照射计测光；
上述分析机构能根据上述反射光检测表面等离子共振角的变化，还得出对于外部振荡的表面等离子共振角的频率特性，并根据其频率特性分析与上述受体结合了的上述试样中的配体，
上述分析机构还包括比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位的比较机构，
得到上述频率特性是，通过利用上述比较机构来比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位，检测出上述频率特性的拐点而进行的。
11、如权利要求10所述的分析试样中的配体的装置，其特征在于，上述受体和上述配体的至少一方携带着电荷。
12、如权利要求10所述的分析试样中的配体的装置，其特征在于，上述施加机构是施加电振荡、磁振荡和机械振荡中的至少一个的机构。
13、如权利要求12所述的分析试样中的配体的装置，其特征在于，上述施加机构是至少施加电振荡的机构，上述分析机构能根据上述反射光进一步分析上述配体的物理学的物性。
14、如权利要求10所述的分析试样中的配体的装置，其特征在于，分析与上述受体结合了的上述试样中的配体的量。
15、如权利要求10所述的分析试样中的配体的装置，其特征在于，上述分析机构还包括比较机构，
上述比较机构比较上述外部振荡的相位与上述反射光中包含的上述外部振荡的信号成分的相位，能检测出上述频率特性的拐点。
16、如权利要求15所述的分析试样中的配体的装置，其特征在于，还包括A/D转换器，
上述A/D转换器通过计测上述频率特性的拐点的时间变化，能检测出上述受体与上述配体的结合的程度。
17、如权利要求10所述的分析试样中的配体的装置，其特征在于，还包括光学机构，
上述光学机构能使在上述金属薄膜的与固定有上述受体的面相反的面上反射的上述计测光的反射光进一步多次地照射到上述与固定有上述受体的面相反的面上，
由上述受光机构接收的上述计测光的反射光，是通过上述光学机构在上述金属薄膜的上述与固定有上述受体的面相反的面上多次被反射的上述计测光的反射光。
18、如权利要求10所述的分析试样中的配体的装置，其特征在于，受体与配体的组合是，抗原与抗体、抗体与抗原、激素与激素受体、激素受体与激素、多核甙酸与多核甙酸受体、多核甙酸受体与多核甙酸、酶抑制剂与酶、酶与酶抑制剂、酶底物与酶、或者酶与酶底物。
CNB200480031817XA 2003-12-26 2004-12-22 试样中的配体的分析方法和分析试样中的配体的装置 Expired - Fee Related CN100538338C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003433162 2003-12-26
JP433162/2003 2003-12-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1875262A CN1875262A (zh) 2006-12-06
CN100538338C true CN100538338C (zh) 2009-09-09

Family

ID=34736507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB200480031817XA Expired - Fee Related CN100538338C (zh) 2003-12-26 2004-12-22 试样中的配体的分析方法和分析试样中的配体的装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7312069B2 (zh)
EP (1) EP1659395A4 (zh)
CN (1) CN100538338C (zh)
WO (1) WO2005064317A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007061981A2 (en) * 2005-11-21 2007-05-31 Lumera Corporation Surface plasmon resonance spectrometer with an actuator-driven angle scanning mechanism
US7463358B2 (en) 2005-12-06 2008-12-09 Lumera Corporation Highly stable surface plasmon resonance plates, microarrays, and methods
US8004669B1 (en) 2007-12-18 2011-08-23 Plexera Llc SPR apparatus with a high performance fluid delivery system
US20090262355A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-22 Plexera, Llc Surface plasmon resonance system and apparatus for interrogating a microarray
KR101723535B1 (ko) * 2014-11-28 2017-04-06 광주과학기술원 액체 내 오염물질의 화학적 원소 분석장치 및 분석방법
CN106033086B (zh) * 2015-03-17 2018-03-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 基于lspr检测精子顶体酶活性的方法、试剂盒及其应用

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6161437A (en) * 1998-04-09 2000-12-19 Georgia Tech Research Corporation Method and apparatus for evaluating an analyte
CA2351454A1 (en) 1998-11-20 2000-06-02 Graffinity Pharmaceutical Design Gmbh Measurement assembly for parallel readout of spr sensors
JP2001194298A (ja) * 1999-10-28 2001-07-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 表面プラズモン共鳴酵素センサーおよび表面プラズモン共鳴の測定方法
US6649361B1 (en) 1999-10-28 2003-11-18 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Surface plasmon resonance enzyme sensor
US6667807B2 (en) * 2001-03-30 2003-12-23 Optech Ventures, Llc Surface plasmon resonance apparatus and method
JP2003065947A (ja) 2001-08-29 2003-03-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 屈折率測定装置、屈折率測定方法、および定性定量分析装置
JP4779261B2 (ja) 2001-08-30 2011-09-28 パナソニック株式会社 微粒子分離方法、微粒子分離装置、およびセンサ
JP2003075336A (ja) * 2001-09-03 2003-03-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 多点試料分析用ｓｐｒ分析装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP1659395A4 (en) 2009-10-21
EP1659395A1 (en) 2006-05-24
US20070031891A1 (en) 2007-02-08
CN1875262A (zh) 2006-12-06
WO2005064317A1 (ja) 2005-07-14
US7312069B2 (en) 2007-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3399836B2 (ja) 表面プラズモンセンサー
US7339681B2 (en) Surface plasmon resonance microscope using common-path phase-shift interferometry
CN101371129B (zh) 表面等离子体共振传感器以及利用其检测样品的方法
US7812955B2 (en) Sample analysis apparatus and analysis method
WO2017128823A1 (zh) 一种spr检测系统及方法
US6885454B2 (en) Measuring apparatus
US20030090668A1 (en) Measuring method and apparatus using attenuation in total internal reflection
CN100451622C (zh) 表面等离子体共振生化多通道外差相位检测方法及系统
CN100538338C (zh) 试样中的配体的分析方法和分析试样中的配体的装置
JP3343086B2 (ja) 表面プラズモンセンサー
JP2000180353A (ja) 表面プラズモンセンサー
JP2006337038A (ja) サンプル中のリガンドの分析方法およびサンプル中のリガンドを分析する装置
US7330263B2 (en) Measurement method and apparatus
US5679579A (en) Immunofluorescence measurement of analytes bound to a substrate and apparatus therefor
CN104237169B (zh) 一种基于外场调制的spr检测系统的检测方法
RU2021590C1 (ru) Способ измерения параметров внешнего воздействия на среду или объект и устройство для его осуществления
RU2021591C1 (ru) Устройство для измерения биологических, биохимических, химических или физических параметров среды
JP2005208051A (ja) サンプル中のリガンドの分析方法およびサンプル中のリガンドを分析する装置
JP2002195942A (ja) 全反射減衰を利用したセンサー
JP3913589B2 (ja) 測定装置
CN116735539A (zh) 测量装置及其检测方法
JP4014805B2 (ja) 全反射減衰を利用したセンサー
JP2004085487A (ja) 全反射減衰を利用したセンサー
JP3776371B2 (ja) 測定装置
JP3761079B2 (ja) 全反射減衰を利用したセンサー

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090909

Termination date: 20101222