CN111033234A - 测量用片、测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

课题在于，提供能够简易且高精度地估计被分析物浓度的测量用片、测量装置及测量方法。解决手段在于，测量用片具备传播层、导入部、导出部和反应部。传播层供光传播。导入部向所述传播层导入所述光。导出部从所述传播层导出所述光。反应部为：在与被检测物质反应的反应物质被形成的所述传播层的表面，包括如下区域：在所述光的传播方向上跨规定的长度，所述反应物质的含量在与所述传播方向正交的垂直方向上单调变化。

Description

测量用片、测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及测量用片(chip)、测量装置及测量方法。
背景技术
以往，提出了用于检测被检测物质(以下称为被分析物)的一些方法。例如，在非专利文献1中，公开了表面等离激元共振。另外，在非专利文献2中，公开了马赫－曾德结构。在非专利文献3中，公开了检测介由作为被分析物的抗原与光波导的膜表面结合的抗体固定化微珠的方法。
在专利文献1中，公开了在传播层的上表面与被分析物反应的反应物质(以下称为配体)以条纹状形成的测量用片。在专利文献1的方法中，利用在配体被固定化的区域与配体未被固定化的区域中相位变化量不同，基于光的图案的变化，分析被分析物的有无或者浓度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/006679号
非专利文献
非专利文献1：表面等离激元共振，[online]，[平成29年8月2日检索]，互联网〈URL：https://ja.wikipedia.org/wiki/％E8％A1％A8％E9％9D％A2％E3％83％97％E3％83％A9％E3％82％BA％E3％83％A2％E3％83％B3％E5％85％B1％E9％B3％B4〉
非专利文献2：Xudong Fan,Ian M.White,Siyka I.Shopova,Hongying Zhu,Jonathan D.Suter,Yuze Sun，「Sensitive opticalbiosensors for unlabeledtargets」，analytica chimica acta，2008年8月26日，P.7
非专利文献3：东野一郎，「使用光波导的小型临床检查装置用的简易定量检查技术」，东芝评论，2012年，Vol.67No.5，p.61
发明内容
发明所要解决的课题
但是，非专利文献1中示出的表面等离激元共振在原理上存在灵敏度低的课题。因此，表面等离激元共振需要价格高的测量装置。
另外，非专利文献2中示出的马赫－曾德结构虽然灵敏度高，但由于需要3维波导，还是价格高。
非专利文献3中示出的方法在检测抗原作为被分析物的情况下，存在需要2次抗体(抗体固定化微珠)的课题。
另外，专利文献1的方法如果相位差达到360°，则0次衍射光与1次衍射光的强度比成为与该相位差为0°时几乎相同的状态，难以求出相位差的绝对量。在专利文献1中，没有认识到这种相位差超过360°的情况下的问题点。在其他在先技术文献中也同样没有认识到在基于相位变化的测量方法中相位差超过360°的情况下的问题点。
本发明的目的在于，提供能够简易且高精度地估计被分析物浓度的测量用片、测量装置及测量方法。
用于解决课题的手段
测量用片具备传播层、导入部、导出部和反应部。传播层供光传播。导入部向所述传播层导入所述光。导出部从所述传播层导出所述光。反应部为：在与被检测物质反应的反应物质被形成的所述传播层的表面，包括如下区域：在所述光的传播方向上跨规定的长度，所述反应物质的含量在与所述传播方向正交的垂直方向上单调变化。
发明效果
根据本发明，能够简易且高精度地估计被分析物浓度。
附图说明
图1中(A)是片1的截面图，(B)及(C)是片1的斜视图。
图2是表示测量装置15的概略构成的图。
图3是表示测量装置15的构成的框图。
图4中(A)是表示在本实施方式中向导入部11导入的光的振幅及相位的分布的图，(B)及(C)是表示从导出部17导出的光的振幅及相位的分布的图。图4中(D)及(E)是表示远场处的光的振幅分布的图。
图5中(A)及(B)是表示在参考例中从导出部导出的光的振幅及相位的分布的图，(C)及(D)是表示远场处的光的振幅分布的图。
图6中(A)及(B)是表示在本实施方式中从导出部17导出的光的振幅及相位的分布的图，(C)及(D)是表示远场处的光的振幅分布的图。
图7中(A)及(B)是表示在参考例中传播部13中的光的传播方向的平面图，(C)及(D)是表示从导出部17导出的光的振幅及相位的分布的图，(E)及(F)是表示远场处的光的振幅分布的图。
图8中(A)及(B)是表示在本实施方式中传播部13中的光的传播方向的平面图，(C)及(D)是表示从导出部17导出的光的振幅及相位的分布的图，(E)及(F)是表示远场处的光的振幅分布的图。
图9是表示测量方法的流程图。
图10中(A)、(B)、(C)及(D)是表示变形例所涉及的配体102的图案的平面图。
图11中(A)及(B)是表示变形例所涉及的配体102的图案的平面图。
图12中(A)是应用例所涉及的片1A的截面图，(B)是应用例所涉及的片1A的斜视图。
图13中(A)是应用例所涉及的片1B的截面图，(B)是应用例所涉及的片1B的斜视图。
图14中(A)是在片1的上表面及下表面形成了配体102的片1的截面图，(B)是片1的斜视图。
具体实施方式
图1是表示作为本发明的测量用片的一例的片1的构造的图。图2是表示包括测量用片的测量装置15的概略构成的图。图3是表示测量装置15的构成的框图。
如图2及图3所示，测量装置15具备测量用片(以下称为片)1、光源10、受光部30、测量部31及控制部(比较部)32。测量部31及控制部32既可以是专用的硬件，也可以是通过在个人计算机等信息处理装置中搭载的软件来实现的方式。
光源10是放射例如650nm左右的可见光的光源。该光被照射至片1的导入部11。光源10所放射的光优选是高斯束。高斯束由于在传播的过程中光的图案(振幅分布)的概形不变化，因此适于检测光的图案(振幅分布)的变化。另外，光源10所放射的光优选是连续波(CW波：Continuous Wave)。通过设为连续波，不仅易于观测，而且还能够降低光源的成本。另外，本高斯束不需要在2维上是高斯分布，在图1所示的X方向上是高斯分布即可。另外，光源10所放射的光不限于可见光，但尤其是在利用可见光的情况下，由于不使用红外光或紫外光等的相对价格高的光源或测量部，因此能够抑制作为测量装置的成本。
图1中(A)是片1的截面图，(B)及(C)是片1的斜视图。在该例中，将片1的上表面方向(厚度方向)设为Z，将光的传播方向设为Y，将与光的传播方向正交的垂直方向设为X。另外，表面只要没有特别的规定，表示上表面和下表面之中的任一方，两表面表示上表面和下表面双方。
片1包括平板状的传播层101。传播层101使用折射率为1.5左右的丙烯酸树脂。其中，传播层101除此以外也可以使用玻璃、聚乙烯醇、聚氯乙烯、硅酮树脂或聚苯乙烯等电介质。
作为一例，传播层101的Z方向的长度为0.1mm，Y方向的长度为15mm，X方向的长度为2mm左右。
在传播层101的下表面，设有导入部11及导出部17。导入部11及导出部17例如包括衍射光栅。衍射光栅例如通过纳米压印方式制作。纳米压印方式是如下方式：预备条纹状构造被构图的金属等的模具，并将该图案转印至传播层101。除此以外也可以通过棱镜来设置导入部11及导出部17。
被导入至导入部11的光在传播层101的上表面及下表面发生全反射。在传播层101之中，将该发生全反射的区域称为传播部13。在传播部13中传播的光从导出部17被导出。
如图1的(B)所示，在传播层101的上表面，配体102被形成(以特定的图案被固定化)。配体102如图1的(C)所示，是与作为测量对象物(例如被检体)中的被检测物质的被分析物201以特异的方式反应(结合)的物质(反应物质)。传播层101为：在上表面包括如下区域：在光的传播方向上跨规定的长度，配体102的含量在与光的传播方向正交的垂直方向上单调变化。配体102的含量是光的传播方向上的每单位长度的配体102的含有密度与所述规定的长度相乘的结果。
在该例中，配体102被固定化的区域中，光的传播方向(Y方向)的长度沿着与光的传播方向正交的垂直方向(X方向)而变化。在图1的(B)中，作为一例，配体102被固定化的区域被平面视时为直角三角形，Y方向的长度沿着X方向连续且线性地变长。
例如通过橡胶片材等倾斜地遮盖传播层101的上表面，使用用于使配体102固定化的表面处理剂，使配体102固定化，从而形成配体102。作为一例，固定化后的配体102的厚度为5nm左右。
像这样形成了配体102的传播层101的上表面，通过被分析物201与配体102的反应(结合)所引起的传播层101周边(本实施方式中是传播层101的上表面)处的折射率的变化，从而作为使被传播的光的X方向的相位分布发生变化的反应部发挥作用。
图4的(A)是表示向导入部11导入的光的振幅和相位的分布的图。在该例中，向导入部11导入的光是高斯束，X方向的相位几乎相等，在传播过程中光的图案(振幅分布)的概形不变化。
向导入部11导入的光一边在传播层101的传播部13中发生全反射一边传播。在此，配体102的折射率(例如1.5左右)与周围的折射率(例如折射率1.33的被检体或者折射率1的空气)不同。全反射时的相位偏移量依赖于与传播部13相接的周围的折射率的大小。因此，在配体102被固定化的区域与配体102未被固定化的区域中，全反射时的相位偏移量不同。
由此，在传播部13中传播的光的X方向的相位分布发生变化。如上所述，配体102被固定化的区域的Y方向的长度沿着X方向连续且线性变长。因此，如图4的(B)所示，从导出部17导出的光的相位分布沿着X方向而倾斜。即，光的行进方向发生变化。
在此，如图1的(C)所示，如果具有与配体102同程度的折射率的被分析物201与配体102结合，则全反射时的相位偏移量与被分析物201结合前相比发生变化。结果，如图4的(C)所示，从导出部17导出的光的相位分布的沿着X方向的倾斜变大。即，根据被分析物201的有无，被导出的光的行进方向发生变化。
因此，测量装置15在使片1接触被检体之前与之后，由受光部30分别在远场(或者经过傅立叶转换透镜)接受从导出部17导出的光，由测量部31测量峰角度的变化。由测量部31测量的峰角度的变化被输入至控制部32，并记录在存储器(未图示)中。控制部32在峰角度的变化为规定值以上的情况下，估计为存在被分析物201。或者，控制部32根据峰角度的变化量估计被分析物201的浓度。像这样，控制部32进行对光的图案的变化进行分析的分析处理。另外，控制部32进行对光的行进方向的变化进行分析的分析处理。
像这样，测量装置15作为估计被分析物201(例如流行性感冒病毒等的抗原)的有无或者浓度的测量装置发挥作用。
参照图5至图8，说明本实施方式的测量用片与国际公开第2017/006679号中公开的测量用片(参考例)之间的技术思想的差异。图5中(A)及(B)是表示参考例中的从导出部17导出的光的振幅及相位的分布的图，图5中(C)及(D)是表示参考例中的远场处的光的振幅分布的图。图6中(A)及(B)是表示本实施方式中的从导出部17导出的光的振幅及相位的分布的图，图6中(C)及(D)是表示本实施方式中的远场处的光的振幅分布的图。
如图5的(A)及(B)所示，在参考例中，从导出部17导出的光在X轴上的配体102被固定化的部分与未被固定化的部分的相位差达到了360°(α+360°)的情况下，0次衍射光与1次衍射光的强度比如图5的(C)及(D)所示，成为与相位差为0°的状态相同的状态(α+0°≒α+360°)，因此难以估计相位差的绝对量。
与此相对，在本实施方式的测量用片中，光的行进方向与相位的倾斜相应地几乎以线性发生变化。也就是说，如图6的(A)及(B)所示，即使是在假设从导出部17导出的光在X轴上的两端的相位差达到了360°的情况下，光的行进方向也与相位的倾斜一起持续变化。因此，如图6的(C)及(D)所示，在从导出部17导出的光在X轴上的两端的相位差超过了360°的情况下，在远场观测的光的峰角度也与相位的倾斜相应地发生变化。
由此，通过对被检体接触前的(或者被检体接触后，但结合几乎尚未发生的时间点的)仅由配体102引起的峰角度的变化量(使配体102固定化后的状态与未使其固定化的状态的峰角度的差别)进行测量，能够估计配体102的固定化量。在此，未使配体102固定化的状态的峰角度通过参照在别的路径中传播的光(例如在基材与传播层为不同构成的测量用片的情况下，在基材中传播的光等)即可。
本实施方式所示的方法如上所述，能够估计配体102的固定化量。因此，在控制部32中，能够根据峰角度的变化量，估计被分析物201相对于配体102的结合比例。例如，在将配体102设为抗体，且将被分析物201设为抗原时，如果抗体的分子量为150kDa左右，且抗原的分子量为16kDa，则在对于全部的抗体每1分子结合了2分子的抗原(最大结合)的情况下，在理论上，发生21.3％(16×2/150)的峰角度的变化。因此，控制部32能够根据峰角度的变化量，估计抗原的结合比例，无论固定化后的抗体量是否不均，都能够高精度地估计抗原浓度。
接下来，图7中(A)及(B)是表示在参考例中传播部13中的光的传播方向的平面图，图7中(C)及(D)是表示从导出部17导出的光的振幅及相位的分布的图，图7中(E)及(F)是表示远场处的光的振幅分布的图。图8中(A)及(B)是表示在本实施方式中传播部13中的光的传播方向的平面图，图8中(C)及(D)是表示从导出部17导出的光的振幅及相位的分布的图，图8中(E)及(F)是表示远场处的光的振幅分布的图。
如图7的(A)及(B)所示，在参考例中，如果假设光的传播方向倾斜，而在配体102被固定化的区域与配体102未被固定化的区域中传播的长度相同，则如图7的(C)及(D)所示，从导出部17导出的光的相位分布接近于直线。因此，在参考例中，1次衍射光的强度有可能显著降低。
相对于此，在本实施方式中，如图8的(A)及(B)所示，如果假设光的传播方向倾斜，则如图8的(C)、(D)所示，从导出部17导出的光的X轴上的相位的倾斜的总变化量(存在配体102及被分析物201的情况与不存在的情况的倾斜的差别)虽然产生了若干差异，但并不是像参考例那样显著的差异。另外，如图8的(E)及(F)所示，即使光的传播方向倾斜，在由被分析物201引起的峰角度的变化量(存在配体102及被分析物201的情况与仅存在配体102的情况的峰角度的差别)与仅由配体102引起的峰角度的变化量(仅存在配体102的情况与不存在配体102及被分析物201的情况的峰角度的差别)之比几乎没有差异。
另一方面，被分析物201相对于固定化后的配体102的结合比例能够根据由该被分析物201引起的峰角度的变化量与仅由配体102引起的峰角度的变化量之比来估计。因此如上所述，即使光的传播方向倾斜，该比也几乎没有差异，因此本实施方式的方法无论传播部13中的光的传播方向是否不均、都能够稳定地(健壮地)估计被分析物201的浓度。
因此，本发明与以往的方式相比，能够简易且高精度地估计被分析物201的浓度。
接下来，图9是测量方法的流程图。测量装置15首先对被分析物201未与配体102结合的状态即参考状态的峰角度进行测量(s11：相当于第1测量步骤)。参考状态的测量例如既可以在片1干燥的状态下进行，也可以在使片1的上表面接触缓冲液的状态下进行。
测量装置15如图2所示，被在规定的位置设置片1，并从片1的下表面使光源10的光导入至导入部11。受光部30接受从导出部17导出的光，包括1维或者2维配置的受光元件。测量部31获取由受光部30的各受光元件接受的光的强度信息，并输出至控制部32。控制部32为了分析由受光部30接受的光的峰角度的变化，将由测量部31获取的各受光元件的光的强度信息记录至内置存储器(未图示)。
之后，使片1的上表面接触包含成为测量对象的被分析物201的被检体(s12：相当于接触步骤)。然后，测量装置15在被检体仍然接触的状态下，使光导入至片1的导入部11，并测量从导出部17导出的光的峰角度(s13：相当于第2测量步骤)。
之后，控制部32对存储器中记录的参考状态的峰角度信息与被检体接触后的状态的峰角度信息进行比较(s14：相当于检测步骤)。控制部32在例如峰角度变化了规定值以上的情况下，估计为存在被分析物201。或者，控制部32根据峰角度的变化量，估计被分析物201的浓度。
另外，在本实施方式中，在被检体接触前进行参考状态测量。在该情况下，需要其后对参考状态测量时的片1上的媒质(空气或者缓冲液)的折射率与被检体的折射率之差所引起的峰角度的变化进行校正。另一方面，也能够在使被检体接触之后，而结合几乎尚未发生的时间点对峰角度进行测量，并作为参考状态。在该情况下，不需要考虑媒质的折射率差。但是，有可能产生从使被检体接触至测量参考状态为止的极少的结合所引起的误差。
像这样，测量装置15能够估计被分析物201的有无或者浓度。
在本实施方式所示的测量方法中，通过变更片1的Y方向的长度，能够调整反射次数，能够改变灵敏度。例如，片1的Y方向的长度设为越长则反射次数越增多，因此灵敏度提高。
另外，即使假设光源10的振幅发生了变化，峰角度的变化量也不变化。由此，即使在光源有些不稳定的情况下，也能够实现稳定的测量。另外，如上所述，无论配体102的固定化量是否不均、或传播部13中的光的传播方向是否不均，都能够稳定地估计被分析物201的浓度。因此，本实施方式所示的测量方法能够简易且高精度地估计被分析物201的浓度。
另外，在图1中，示出了配体102被固定化的区域被平面视时为直角三角形，Y方向的长度沿着X方向连续且线性变长的例子。在该情况下，配体102被固定化的区域与其未被固定化的区域的边界被平面视时为一条直线，因此仅通过例如橡胶片材等倾斜地遮盖传播层101的上表面，就能够形成配体102，与参考例相比能够容易地制造测量用片。但是，配体102的图案只要是包括在与光的传播方向正交的垂直方向上单调变化的区域的图案即可，不限于图1所示的例子。
图10中(A)、(B)、(C)、(D)、图11中(A)及(B)是表示变形例所涉及的配体102的图案的平面图。
图10的(A)中的配体102被固定化的区域在被平面视时为等腰三角形，光的传播方向(Y方向)的长度沿着与光的传播方向正交的垂直方向(X方向)连续且线性变长。即，图10的(A)的例子包括如下区域：在光的传播方向上跨规定的长度，反应物质的含量在垂直方向上连续且线性变化。在该情况下，从导出部17导出的光的相位分布与图8所示的例子的情况几乎相同，因此能够期待与图8所示的例子的情况几乎相同的效果。
图10的(B)中配体102被固定化的区域在被平面视时为两个直角三角形排列而成的形状，光的传播方向(Y方向)的长度沿着与光的传播方向正交的垂直方向(X方向)连续且线性变长。即，图10的(B)的例子包括如下区域：在光的传播方向上跨规定的长度，反应物质的含量在垂直方向上连续且线性变化。在该情况下，从导出部17导出的光的相位分布与图8中示出的例子的情况几乎相同，因此能够期待与图8所示的例子的情况几乎相同的效果。
图10的(C)中的配体102被固定化的区域中，光的传播方向(Y方向)的长度沿着与光的传播方向正交的垂直方向(X方向)连续且非线性地变长。图10的(C)的例子为：反应物质的含有密度是一定的，且规定的长度在垂直方向(X方向)上连续变化。在该情况下，光的行进方向发生变化，并且光的扩展角也发生变化。因此，除了光的行进方向以外的要素也发生变化。
图10的(D)中的配体102被固定化的区域在被平面视时为阶梯状的形状，光的传播方向(Y方向)的长度沿着与光的传播方向正交的垂直方向(X方向)非连续地变化。在该情况下，出现衍射光，衍射光的各次数的行进方向及强度比发生变化。
图1、图10的(A)、(B)、(C)及(D)的例子，是反应物质的含有密度一定且规定的长度在垂直方向上单调变化的例子。图1、图10的(A)、(B)及(C)的例子，是反应物质的含有密度一定且规定的长度在垂直方向上连续变化的例子。图1、图10的(A)及(B)的例子是反应物质的含有密度一定且规定的长度在垂直方向上线性变化的例子。另一方面，图11的(A)中的配体102被固定化的区域在被平面视时为整个面，但沿着与光的传播方向正交的垂直方向(X方向)，密度(传播层101上表面处的配体102的含有密度)线性变化。即，图11的(A)的例子为：规定的长度在垂直方向上是一定的，且反应物质的含有密度在垂直方向上单调变化。在该情况下，光的行进方向也变化。
图11的(B)中配体102被固定化的区域在被平面视时为等腰三角形的外部，光的传播方向(Y方向)的长度沿着与光的传播方向正交的垂直方向(X方向)连续且线性变短之后，连续且线性变长。在该情况下，在从导出部17导出的光的中央与两端的相位差小的情况下，光的扩展角与该相位差相应地变化，在该相位差大的情况下，光被分割为2条，各自的行进方向间的角度与该相位差相应地变化。具有如下优点：能够根据被分割成的2条光的峰角度之差估计该相位差的绝对量，能够在没有参照光的条件下估计配体102的固定化量及被分析物201的浓度。
另外，图8的(A)及(B)所示的本实施例的图案及图10的(A)、(B)、(C)、(D)、图11的(A)及(B)所示的变形例所涉及的图案，即使各自被施加X轴的反转、Y轴的反转、配体102被固定化的区域与未被固定化的区域的反转、以及它们全部可能的组合，显然都能够得到类似的效果。
接下来，图12中(A)及(B)是应用例所涉及的片1A的截面图及斜视图。片1A在玻璃等基材105的上表面隔着中间层107配置了传播层109。中间层107使用了具有与被检体同程度的折射率的材料(例如折射率为1.34左右的氟树脂材料)。在传播层109的上表面形成了配体102。配体102的图案与片1同样。
片1A的传播层109的Z方向的长度(厚度)比传播层101短(薄)。传播层109由Z方向的长度为0.1mm左右的基材105保持形状，因此能够使得例如Z方向的长度缩短至数十nm～数百nm左右。
传播层的Y方向的长度设得越长，Z方向的长度设得越短，则反射次数越增加，因此灵敏度提高。但是，如果使Y方向的长度变长，则与测量用片接触的被检体的量需要得更多。于是，根据应用例的片1A，实现了如下方式：通过将Z方向的长度缩短至数十nm～数百nm，即使在缩短Y方向的长度(例如缩短至1mm以下)的情况下，也能够确保某种程度的灵敏度。
另外，中间层107不是必须的。例如，如图13的(A)及(B)所示，也可以构成没有中间层107的片1B。在该情况下，也能够将传播层109的Z方向的长度缩短至数十nm～数百nm左右。但是，在存在中间层107的情况下，能够缩短Z方向的长度，另外使传播角变深，因此能够使反射次数及反射时的相位偏移量变大。
另外，在本实施方式中，示出了在传播层101的上表面形成配体102的例子，但也可以例如图14的(A)及(B)所示，采用在传播层101的上表面及下表面形成了配体102的测量用片。
另外，在本实施方式中，示出了估计被分析物201的浓度的例子，但这是被分析物201与配体102的亲和性(分离常数、或者结合速度常数和分离速度常数)已知而浓度未知的情况。相反，在被分析物201与配体102的亲和性未知而浓度已知的情况下，也能够估计被分析物201与配体102的亲和性。
另外，在本实施方式中，示出了抗原和抗体作为被分析物201与配体102的组合的例子，但不限定于此，也可以是酶与基质、激素与受体、DNA互补对等。在这些情况下显然也是：配体102被固定化的区域与配体102未被固定化的区域中全反射时的相位偏移量不同，通过与被分析物201结合，该相位偏移量发生变化。
另外，本实施方式所示的方法除了生物体分子的结合反应以外，只要是伴随着折射率变化的反应则都能够适用。作为一例，本实施方式所示的方法也能够应用于气体传感器等。在该情况下，将气体作为被分析物201，且将由于与气体反应而折射率发生变化的化学物质作为配体102即可。
标号说明
1、1A、1B…片(chip)
10…光源
11…导入部
13…传播部
15…测量装置
17…导出部
30…受光部
31…测量部
32…控制部
101…传播层
102…配体
105…基材
107…中间层
109…传播层
201…被分析物

Claims (17)

1.一种测量用片，其特征在于，具备：
传播层，供光传播；
导入部，向所述传播层导入所述光；
导出部，从所述传播层导出所述光；以及
反应部，在与被检测物质反应的反应物质被形成的所述传播层的表面，包括如下区域：在所述光的传播方向上跨规定的长度，所述反应物质的含量在与所述传播方向正交的垂直方向上单调变化。
2.如权利要求1所述的测量用片，其特征在于，
所述反应部的区域包括如下区域：在所述光的传播方向上跨规定的长度，所述反应物质的含量在所述垂直方向上连续变化。
3.如权利要求1或者权利要求2所述的测量用片，其特征在于，
所述反应部的区域包括如下区域：在所述光的传播方向上跨规定的长度，所述反应物质的含量在所述垂直方向上线性变化。
4.如权利要求1至权利要求3的任一项所述的测量用片，其特征在于，
所述反应物质的含量是所述光的传播方向上每单位长度的所述反应物质的含有密度与所述规定的长度相乘的结果。
5.如权利要求4所述的测量用片，其特征在于，
所述反应物质的含有密度是一定的，且所述规定的长度在所述垂直方向上单调变化。
6.如权利要求4或者权利要求5所述的测量用片，其特征在于，
所述反应物质的含有密度是一定的，且所述规定的长度在所述垂直方向上连续变化。
7.如权利要求4至权利要求6的任一项所述的测量用片，其特征在于，
所述反应物质的含有密度是一定的，且所述规定的长度在所述垂直方向上线性变化。
8.如权利要求4所述的测量用片，其特征在于，
所述规定的长度在所述垂直方向上是一定的，且所述反应物质的含有密度在所述垂直方向上单调变化。
9.如权利要求1至权利要求8的任一项所述的测量用片，其特征在于，
所述反应部通过所述被检测物质与所述反应物质的反应所引起的所述传播层的周边的折射率的变化，使所述光的相位分布变化。
10.如权利要求1至权利要求9的任一项所述的测量用片，其特征在于，
所述反应部形成于隔着所述传播层的两个表面。
11.如权利要求1至权利要求10的任一项所述的测量用片，其特征在于，
所述光是高斯束。
12.一种测量装置，配置有权利要求1至权利要求11的任一项所述的测量用片，具备：
光源，向所述测量用片的所述导入部引导所述光；
受光部，接受从所述导出部导出的光；以及
控制部，对由所述受光部接受的光的图案进行分析。
13.如权利要求12所述的测量装置，其特征在于，
所述控制部进行对所述光的图案的变化进行分析的分析处理。
14.如权利要求12或者权利要求13所述的测量装置，其特征在于，
所述控制部进行对所述光的行进方向的变化进行分析的分析处理。
15.一种测量方法，
向传播层导入光，
在与被检测物质反应的反应物质被形成的所述传播层的表面，在所述光的传播方向上跨规定的长度，使所述反应物质的含量在与所述传播方向正交的垂直方向上单调变化，
从所述传播层导出所述光。
16.如权利要求15所述的测量方法，其特征在于，
所述反应物质的含量是所述光的传播方向上每单位长度的所述反应物质的含有密度与所述规定的长度相乘的结果。
17.如权利要求15或者权利要求16所述的测量方法，
对所述反应所引起的所述光的图案的变化进行分析。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4427042A2 (en) * 2021-11-04 2024-09-11 Vysens B.V. Method for concentration and avidity detection of antibodies against infectious diseases measured with evanescent field based biosensors using a continuous gradient of ligand densities
JP2024076618A (ja) * 2022-11-25 2024-06-06 古野電気株式会社 測定用チップ、測定装置、および測定方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050162659A1 (en) * 2002-03-14 2005-07-28 Farfield Sensors Limited Optical interferometer
US20050239210A1 (en) * 2002-08-02 2005-10-27 Nec Corporation Analytical chip and analytical apparatus
JP2013061179A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Konica Minolta Holdings Inc 表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップおよびそれを用いた測定方法
WO2017006679A1 (ja) * 2015-07-07 2017-01-12 古野電気株式会社 測定用チップ、測定装置、および測定方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5030420A (en) * 1982-12-23 1991-07-09 University Of Virginia Alumni Patents Foundation Apparatus for oxygen determination
US5866430A (en) * 1996-06-13 1999-02-02 Grow; Ann E. Raman optrode processes and devices for detection of chemicals and microorganisms
EP0918984B1 (de) * 1996-08-16 2001-06-27 Zeptosens AG Optische detektionsvorrichtung
EP0884581A1 (en) * 1997-06-13 1998-12-16 Hoechst Aktiengesellschaft Optical sensor for detecting chemical substances dissolved or dispersed in water
JP2003501654A (ja) * 1999-06-05 2003-01-14 ツェプトゼンス アクチエンゲゼルシャフト 複数の分析対象物の測定のためのセンサプラットフォーム及び方法
DE50115363D1 (de) * 2000-09-04 2010-04-08 Bayer Technology Services Gmbh System und verfahren zur multianalytbestimmung
US20050070027A1 (en) * 2003-09-30 2005-03-31 Jacques Gollier Double resonance interrogation of grating-coupled waveguides
JP2007171027A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Toshiba Corp 光学検査方法およびこれに用いる光学検査装置
DK2137514T3 (en) * 2007-03-13 2018-10-01 Creoptix Ag Integrated optical sensor.
US9709504B2 (en) * 2008-04-23 2017-07-18 Molecular Fingerprint Sweden Ab Optical sensor unit for evanescence wave spectroscopy
EP2707715A1 (en) * 2011-05-11 2014-03-19 Ssens B.V. Method for determining intrinsic binding parameters of an analyte to a ligand, a method for selecting an analyte from a group of analyts, the selected ligand or analyte, and sensor
US20150204723A1 (en) * 2011-05-20 2015-07-23 Beihang University Optical phase device, method and system
FR2987129B1 (fr) * 2012-02-21 2014-03-14 Commissariat Energie Atomique Capteurs de nez ou de langue electronique

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050162659A1 (en) * 2002-03-14 2005-07-28 Farfield Sensors Limited Optical interferometer
US20050239210A1 (en) * 2002-08-02 2005-10-27 Nec Corporation Analytical chip and analytical apparatus
JP2013061179A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Konica Minolta Holdings Inc 表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップおよびそれを用いた測定方法
WO2017006679A1 (ja) * 2015-07-07 2017-01-12 古野電気株式会社 測定用チップ、測定装置、および測定方法

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