JP2002357543A - 分析素子、並びにそれを用いた試料の分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を利用した試
料分析のための分析素子に関し、エバネッセント波を誘
起する光学構造として回折格子の構造制御及び試料と接
触する表面の性状制御を容易にする。 【解決手段】 基板２に支持された平面上に薄膜４を離
散的に積層することによって回折格子５を形成し、上記
の平面を与える層３と上記薄膜４の何れかを金属膜とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモン共
鳴（ＳＰＲ）を利用した試料分析のための分析素子（表
面プラズモン共鳴センサチップ）の構造に関し、特に、
エバネッセント波を誘起する光学構造として回折格子を
備えた分析素子の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、生化学や医療検査等の分野におけ
る固相表面における被分析物の分析方法として、表面プ
ラズモン共鳴（ＳＰＲ）を利用した分析方法が知られて
いる。表面プラズモン共鳴とは、金属表面に光が入射し
た場合に金属表面の自由電子の粗密波（表面プラズモン
波）が入射光により生成されたエバネッセント波に共鳴
して励起される現象であり、表面プラズモン共鳴が励起
されたときには反射光が減少する特徴がある。表面プラ
ズモン共鳴は入射光の波長及び角度、並びに金属表面の
媒質の屈折率に依存しており、媒質の屈折率が変化すれ
ば波長一定の場合には共鳴角が変化し、また、入射角度
一定の場合には共鳴波長が変化する。したがって、反射
光の強度に基づき共鳴角或いは共鳴波長を調べることで
金属表面の媒質の屈折率を分析することができる。そし
て、金属表面の近傍に被分析物が存在する場合には、金
属表面の媒質の屈折率の変化は被分析物の物質量の変化
に対応していることから、共鳴角或いは共鳴波長を調べ
ることで被分析物の分析が可能になる。

【０００３】表面プラズモン共鳴を起こすには二つの要
素が必要である。一つは特定の表面プラズモン波を有す
る金属であり、もう一つはその表面プラズモン波と共鳴
する光波、すなわちエバネッセント波を誘起する光学構
造である。エバネッセント波を誘起する光学構造として
は現在二つの構造が知られている。一つはプリズムの全
反射を利用した光学構造であり、もう一つは回折格子を
利用した光学構造である。なお、上記の金属にこれらの
光学構造を組み合わせた分析素子は一般に表面プラズモ
ン共鳴センサチップ（ＳＰＲ用分析素子）と呼ばれてい
る。

【０００４】回折格子を備えた分析素子としては特許１
９０３１９５号に開示されたものや特許２５０２２２２
号に開示されたものがある。図１４はその従来の回折格
子を備えたセンサチップの構造を示した模式図である
が、図１４に示すようにこの従来の分析素子１００は金
属膜（例えば金）１０１の表面に回折格子（図中に太線
で強調して示している）１０２を備えている。この回折
格子１０２は基板１０３の表面に周期的な凹凸１０４を
形成し、凹凸１０４が形成された基板１０３表面に金属
を塗布することによって金属膜１０１の表面に現されて
いる。金属膜１０１の膜厚は入射光が透過しない程度の
厚さに設定されている。分析素子１００の使用時には金
属膜１０１の表面に被分析物１０６を捕捉するための抗
体（結合物質）１０５が固定化される。抗体１０５は特
定の物質と特異的に結合する性質を備えたものであり、
捕捉すべき被分析物１０６に応じたものが選択されてい
る。

【０００５】このような構成により、分析素子１００に
金属膜１０１の抗体１０５が固定化された側から光を照
射すると金属膜１０１表面の回折格子１０２において入
射光が回折し、行き場を失った高次の回折光が平面波化
してエバネッセント波となる。仮に単色光のように一定
波長の光を照射する場合、入射角が特定の入射角となっ
たときにエバネッセント波と金属膜１０１表面の表面プ
ラズモン波とが共鳴して強い吸収が生じ、反射光が減少
する。抗体１０５に被分析物１０６が捕捉されていると
きにはその物質量に応じて共鳴角が変化するので、共鳴
角の変化量を測定することにより試料中の被分析物１０
６の濃度等を分析することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の分析素子１００
は金属膜１０１表面の回折格子１０２で回折現象を起こ
させているため、金属膜１０１表面の形状は厳密に制御
される必要がある。しかしながら、上記のように凹凸１
０４が形成された基板１０３表面に金属を塗布する場
合、凹部には金属がたくさん塗れるかわりに凸部には金
属が少ししか塗れないため、従来の分析素子１００では
金属膜１０１表面の形状を厳密に制御することは難しか
った。また、このように金属膜１０１表面の形状が回折
格子１０２を形成する条件で最適化されなければならな
いことから、金属膜１０１表面の形状は必ずしもその後
の化学修飾等の表面処理に有利な状態であるとはいえな
かった。

【０００７】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、回折格子の構造制御及び試料と接触する表面
の性状制御を容易にした、分析素子並びにそれを用いた
試料の分析方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべく
鋭意検討した結果、発明者らは、平面上に薄膜を離散的
に積層することによって回折格子を形成し、上記の平面
を与える層と上記薄膜の何れかを金属膜とした分析素子
を用いることで、回折格子の構造制御及び試料と接触す
る表面の性状制御が容易になることを見出し、本発明を
完成した。

【０００９】すなわち、本発明の分析素子は、表面が平
面状の第一層と、上記第一層上に離散的に積層されて回
折格子を形成する第二層とを備え、上記第一層及び第二
層の少なくとも一方は金属膜であることを特徴としてい
る。なお、本発明の分析素子は、励起光の照射により上
記回折格子において生じるエバネッセント波と上記金属
膜の表面に生じる表面プラズモン波との共鳴現象（表面
プラズモン共鳴）を利用して試料の定量的及び／又は定
性的な分析を行うためのＳＰＲ用分析素子として用いら
れる。

【００１０】さらに、発明者らは、基板上に金属膜を積
層し、その上に上記金属膜とは異なる材質の薄膜を離散
的に配置して回折格子を形成した構造の分析素子とする
ことで、回折格子の構造制御が容易になるとともに、被
分析物を捕捉するための結合物質を金属膜と樹脂膜の片
方あるいは両方に固定化することが可能になって試料と
接触する表面の性状制御が容易になることを見出した。

【００１１】すなわち、本発明の分析素子は、上記第一
層を基板上に積層された金属膜とし、上記第二層を上記
金属膜とは異なる材質の薄膜として構成するのが、その
態様（本発明の第１態様）として好ましい。なお、上記
薄膜は、樹脂，ガラス，金属又は金属酸化物のいずれか
より形成することができ、好ましくは樹脂，ガラス又は
金属の何れかよりなる薄膜とし、より好ましくは樹脂又
はガラスの何れかよりなる薄膜とする。そして、最も好
ましくは樹脂からなる薄膜とする。

【００１２】そして、この分析素子を試料の定量的及び
／又は定性的な分析に用いる場合には、まず、上記金属
膜の表面及び／又は上記薄膜の表面に特定の物質と特異
的に結合しうる結合物質を固定化しておく。この場合、
上記金属膜の表面に固定化する結合物質と上記薄膜の表
面に固定化する結合物質とでは、結合しうる特定の物質
が異なるようにすることもできる。そして、上記分析素
子の上記結合物質が固定化された側の表面に試料を接触
させるステップ、上記分析素子に対し上記結合物質が固
定化された側から励起光を照射するステップ、上記分析
素子からの反射光を検出するステップ、検出した反射光
の強度に基づき試料の定量的及び／又は定性的な分析を
行うステップを実行する。なお、これらの各ステップ
は、記載順に実行してもよく、同時に実行してもよい。
特に、各ステップを同時に実行する場合には、試料中の
被分析物が上記結合物質に結合していく様子をリアルタ
イムでモニタすることができる。

【００１３】また、発明者らは、励起光に対して透過性
を有する基板上に金属膜を積層し、その上に上記金属膜
とは異なる材質の薄膜を離散的に配置して回折格子を形
成した構造の分析素子とすることで、回折格子の構造制
御が容易になるとともに、被分析物を捕捉するための結
合物質を金属膜と薄膜の片方あるいは両方に固定化する
ことが可能になって試料と接触する表面の性状制御が容
易になり、さらに、励起光をこの分析素子の基板側から
照射することで高精度の分析が可能になることを見出し
た。

【００１４】すなわち、本発明の分析素子は、その態様
（本発明の第２態様）として、上記第一層を励起光に対
して透過性を有する基板上に積層された金属膜とし、上
記第二層を上記金属膜とは異なる材質の薄膜として構成
するのも好ましい。なお、上記薄膜は、樹脂，ガラス，
金属又は金属酸化物のいずれかより形成することがで
き、好ましくは樹脂，ガラス又は金属の何れかよりなる
薄膜とし、より好ましくは樹脂又はガラスの何れかより
なる薄膜とする。そして、最も好ましくは樹脂からなる
薄膜とする。

【００１５】そして、この分析素子を試料の定量的及び
／又は定性的な分析に用いる場合には、まず、上記金属
膜の表面及び／又は上記薄膜の表面に特定の物質と特異
的に結合しうる結合物質を固定化しておく。この場合、
上記金属膜の表面に固定化する結合物質と上記薄膜の表
面に固定化する結合物質とでは、結合しうる特定の物質
が異なるようにすることもできる。そして、上記分析素
子の上記結合物質が固定化された側の表面に試料溶液を
接触させるステップ、上記分析素子に対し上記基板側か
ら励起光を照射するステップ、上記分析素子からの反射
光及び／又は透過光を検出するステップ、検出した反射
光及び／又は透過光の強度に基づき試料の定量的及び／
又は定性的な分析を行うステップを実行する。なお、こ
れらの各ステップも、第１態様にかかる分析方法と同
様、記載順に実行してもよく、同時に実行してもよい。

【００１６】また、発明者らは、基板上に金属膜を離散
的に配置して回折格子を形成した構造の分析素子とする
ことで、回折格子の構造制御が容易になるとともに、被
分析物を捕捉するための結合物質を金属膜と基板の片方
あるいは両方に固定化することが可能になって試料と接
触する表面の性状制御が容易になることを見出した。す
なわち、本発明の分析素子は、その態様（本発明の第３
態様）として、上記第一層を基板とし、上記第二層を金
属膜として構成するのも好ましい。この場合、上記基板
を基板本体と上記基板本体の表面を被覆する被覆膜とか
ら構成してもよい。

【００１７】この分析素子を試料の定量的及び／又は定
性的な分析に用いる場合には、まず、上記基板の表面及
び／又は上記金属膜の表面に特定の物質と特異的に結合
しうる結合物質を固定化しておく。この場合、上記基板
の表面に固定化する結合物質と上記金属膜の表面に固定
化する結合物質とでは、結合しうる特定の物質が異なる
ようにすることもできる。そして、上記分析素子の上記
結合物質が固定化された側の表面に試料溶液を接触させ
るステップ、上記分析素子に対し上記結合物質が固定化
された側から励起光を照射するステップ、上記分析素子
からの反射光を検出するステップ、検出した反射光の強
度に基づき試料の定量的及び／又は定性的な分析を行う
ステップを実行する。なお、これらの各ステップも、第
１，第２態様にかかる分析方法と同様、記載順に実行し
てもよく、同時に実行してもよい。

【００１８】さらに、発明者らは、励起光に対して透過
性を有する基板上に金属膜を離散的に配置して回折格子
を形成した構造の分析素子とすることで、回折格子の構
造制御が容易になるとともに、被分析物を捕捉するため
の結合物質を金属膜と基板の片方あるいは両方に固定化
することが可能になって試料と接触する表面の性状制御
が容易になり、さらに、励起光をこの分析素子の基板側
から照射することで高精度の分析が可能になることを見
出した。すなわち、本発明の分析素子は、その態様（本
発明の第４態様）として、上記第一層を励起光に対して
透過性を有する基板とし、上記第二層を金属膜として構
成するのも好ましい。この場合、上記基板を基板本体と
上記基板本体の表面を被覆する被覆膜とから構成しても
よい。

【００１９】この分析素子を試料の定量的及び／又は定
性的な分析に用いる場合には、まず、上記基板の表面及
び／又は上記金属膜の表面に特定の物質と特異的に結合
しうる結合物質を固定化しておく。この場合、上記基板
の表面に固定化する結合物質と上記金属膜の表面に固定
化する結合物質とでは、結合しうる特定の物質が異なる
ようにすることもできる。そして、上記分析素子の上記
結合物質が固定化された側の表面に試料溶液を接触させ
るステップ、上記分析素子に対し上記基板側から励起光
を照射するステップ、上記分析素子からの反射光及び／
又は透過光を検出するステップ、検出した反射光及び／
又は透過光の強度に基づき試料の定量的及び／又は定性
的な分析を行うステップを実行する。なお、これらの各
ステップも、第１〜第３態様にかかる分析方法と同様、
記載順に実行してもよく、同時に実行してもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。 （Ａ）第１実施形態 まず、図１〜図４を用いて本発明の第１実施形態につい
て説明する。図１に示すように本実施形態にかかる分析
素子（表面プラズモン共鳴センサチップ）１は、基板２
上にその表面を覆うように金属膜３が積層され、さらに
金属膜３上に別の薄膜４が離散的（例えばスリット状
に）に積層された構造となっている。そして、金属膜３
上に離散的に積層された薄膜４によって、図中に太線で
強調して示すように回折格子５が形成されている（以
下、この薄膜４を回折格子膜４という）。

【００２１】この構造によれば、図中に矢印で示すよう
に分析素子１に対しその表面側から照射された励起光
は、表面に離散的に積層された回折格子膜４によって形
成される回折格子５の回折作用によってエバネッセント
波を生じせしめる。このエバネッセント波が金属膜３に
作用することにより金属膜３の表面に表面プラズモン波
が発生し、特定の波長及び入射角の励起光が照射された
ときにエバネッセント波と表面プラズモン波とが共鳴し
て表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）が起きる。

【００２２】なお、基板２の材質は金属膜３及び回折格
子膜４を保持できる機械的強度が十分であるならばその
材質に限定はない。例えば無機材料としてガラス，石
英，シリコン等があり、有機材料としてはポリメタクリ
ル酸メチル，ポリカーボネート，ポリスチレン等の樹脂
が挙げられる。金属膜３の材質は表面プラズモン波を誘
起されうるものであればその種類に限定はない。例え
ば、金，銀，アルミニウム等を用いることができる。

【００２３】また、回折格子膜４の材質は金属膜３との
接着性が高く、且つ被分析物を捕捉するための抗体を固
定化しやすい材質が最も望ましいが、少なくとも金属膜
３上に離散的に積層されることで回折現象を起こすこと
のできるものであれば、必ずしもそのような材質に限定
されるものではない。なお、金属膜３との接着性や抗体
の固定化の容易性を考慮した場合には、樹脂が最も好ま
しい。

【００２４】金属膜３上に回折格子膜４を離散的に積層
することよって形成される回折格子５の形状は、励起光
が回折現象を起こしてエバネッセント波を生じせしめる
ことのできる形状であればその形状に限定はない。例え
ば図１に示すような矩形波状の他、鋸歯状等の形状であ
ってもよい。また、回折格子膜４の幅や配置間隔につい
ても、励起光が回折現象を起こしてエバネッセント波を
生じせしめることのできるものであれば図１に示すよう
に一定なものに限定されない。

【００２５】上記の構造を有する分析素子１は、図２に
示す手順で製造することができる。すなわち、まず図２
（ａ）に示すように基板２の表面に金属膜３を積層す
る。金属膜３の積層方法は基板２と金属膜３とが十分に
強く結合できる方法ならばその方法に限定はない。代表
的には蒸着，スパッタリング，めっき等である。また、
基板２と金属膜３との間にさらに何らかの別の物質を例
えば接着性を向上させる等の目的で使用することは勿論
可能である。この場合は、その物質も本発明にかかる基
板の一部としてみなすことができる。

【００２６】次に、金属膜３の表面に回折格子膜４を積
層する｛図２（ｂ）｝。回折格子膜４の積層方法は、次
の工程において回折格子５を形成できるならばその方法
に限定はなく、例えば回折格子膜４が樹脂膜の場合には
ＣＶＤやスピンコート等の方法を用いることができる。
また、次の工程において回折格子５を形成できるならば
その膜厚にも特に限定はない。

【００２７】最後に、金属膜３の表面が離散的に露出す
るように回折格子膜４に加工を施す｛図２（ｃ）｝。こ
れにより、金属膜３上に回折格子膜４が離散的に配置さ
れた構造となって回折格子５が形成される。回折格子５
を形成するための樹脂膜４の加工方法としては、射出成
型，スタンプ，レーザ加工，モールディング，エッチン
グ等の種々の方法を用いることができる。

【００２８】上記の製造方法の具体的な実施例を挙げる
と次のようになる。第１実施例では、まず、ポリカー
ボネートの平板（基板）２にクロムを蒸着し、その上
に金を蒸着して金属膜３を積層する。次に、ポリエチ
レン溶液をスピンコートで塗布して回折格子膜４を一様
に積層する。そして、射出成型により回折格子膜４を
成型して金属膜３の表面を離散的に露出させる。

【００２９】また、第２実施例では、まず、ガラス
（基板）２にクロムを蒸着し、その上に金を蒸着して
金属膜３を積層する。次に、有機薄膜をＣＶＤで塗布
して回折格子膜４を一様に積層する。そして、レーザ
の干渉縞により回折格子膜４の表面を離散的に除去して
金属膜３の表面を露出させる。なお、上記の製造方法で
は、樹脂を一様に塗布して連続的な回折格子膜４を形成
した後、回折格子膜４に加工を施すことにより回折格子
５を形成しているが、金属膜３上に樹脂を塗布する段階
で回折格子状に離散的に樹脂を塗布するようにしてもよ
い。

【００３０】以上の製造方法からも明らかなように、本
実施形態にかかる分析素子１は従来のように金属膜の塗
布後の形状を考慮して基板に凹凸を形成する必要がな
く、また、回折格子として最適な形状になるように金属
膜の塗布を厳密に制御する必要もない。つまり、本実施
形態にかかる分析素子１によれば、金属膜３上に回折格
子膜４を離散的に配置することによって回折現象を誘起
するという構造により、回折格子５の構造制御が極めて
容易になっている。また、本実施形態にかかる分析素子
１によれば、回折格子５を形成する薄膜４の材料は、従
来のように表面プラズモン波を有効に生じる金属膜に限
定されないので、回折格子５の構造制御に適した材質を
広く選択することができるという利点もある。

【００３１】次に、本実施形態にかかる分析素子１の使
用方法について説明する。分析素子１を被分析物の分析
に用いる際には、まず、その表面に抗体を固定化する。
分析素子１の表面には回折格子膜４と金属膜３とが露出
しているが、回折格子膜４の材料は従来のように金属に
限定されないので、表面性状の制御に適した材質を広く
選択することができる。また、金属膜３に関しても、形
状が厳密に規定されないため化学修飾に適した金属の結
晶構造を利用する等、表面性状を容易に制御することが
できる。つまり、本実施形態にかかる分析素子１におい
ては、表面性状に関しては２種類以上がその表面に露出
していることとなり、化学的なバリエーションが得られ
ることも大きな利点である。

【００３２】したがって、本実施形態にかかる分析素子
１では、図３に示すように、回折格子膜４の表面に抗体
６を固定化することもでき、金属膜３の表面（回折格子
膜４，４の間に露出している面）に抗体７を固定化する
こともできる。なお、図中では回折格子膜４，金属膜３
の双方に抗体６，７を固定化しているが、何れか一方に
のみ抗体を固定化したものを使用することは勿論可能で
ある。これらの抗体６，７は特定の物質（抗原）と特異
的に結合しうる性質を備えた結合物質であり、分析すべ
き被分析物に応じた抗体が選択される。特に本実施形態
によれば、回折格子膜４に固定化する抗体６と金属膜３
に固定化する抗体７の種類を変えることにより、異なる
被分析物（抗原）を捕捉できるようにすることができ
る。例えば、一方の抗体６で最終物質を捕捉し、他方の
抗体７でその中間体物質を捕捉するようにすることも可
能である。

【００３３】なお、これら抗体６，７の回折格子膜４或
いは金属膜３への固定は物理吸着等によって行うことが
できる。また、抗体６，７を固定化する前に回折格子膜
４や金属膜３の表面に何らかのコーティングを行っても
よい。すなわち、回折格子膜４や金属膜３の表面に何ら
かの機能を保有させるための保護膜や活性化膜を導入す
るといった処理等である。

【００３４】そして、このように抗体６，７が固定化さ
れた分析素子１を図４に示す構成の分析装置１０にセッ
トして分析を行う。この分析装置１０は分析素子１を固
定するためのホルダ１１，光源１２，ＣＣＤカメラ１３
及び分析部１４から主に構成されている。ホルダ１１に
は被分析物１６を含む試料溶液が通過する流路１１ａが
形成されている。分析素子１はその金属膜４側の表面が
流路１１ａを流れる試料に接するように配置されて固定
される。

【００３５】光源１２は分析素子１に回折格子膜４側
（抗体６，７が固定された側）から励起光を照射するよ
うに分析素子１に対して流路１１ａを挟んで配置されて
いる。光源１２から照射される励起光は単色光でもよく
或いは白色光等の多成分の光でもよく、また、コヒーレ
ントな光でもコヒーレントな光でなくともよい。光源１
２の分析素子１に対する励起光の入射角度は一定でもよ
く可変でもよい。また、図４では一つの光源１２のみを
設けているが複数の光源を設けて同時に異なる角度から
入射できるようにしてもよい。

【００３６】ＣＣＤカメラ１３は分析素子１からの反射
光を検出する検出器であり、光源１２同様に分析素子１
に対して流路１１ａを挟んで配置され励起光が回折して
生じる０次の回折光の方向に向けられている。したがっ
て、光源１２の入射角度が変わる場合にはＣＣＤカメラ
１３の分析素子１に対する角度もそれに合わせて変化す
るようになっている。

【００３７】なお、図中では省略しているが、光源１２
と分析素子１との間、または分析素子１とＣＣＤカメラ
１３との間には、光源１２からの励起光、或いは分析素
子１からの反射光を偏光するための偏光子を設置する
（好ましくは、光源１２と分析素子１との間に設置す
る）。この偏光子によって、励起光或いは反射光の反射
光の測定精度を向上させることができる。

【００３８】分析部１４はＣＣＤカメラ１３からの検出
情報を処理する装置である。具体的には、特定波長の光
の強度に関するデータの測定、光強度の波長に対する分
布に関するデータの測定、或いは、光強度の角度に対す
る分布に関するデータの測定等、ＣＣＤカメラ１３から
の検出情報に基づいた種々のデータ測定が可能である。
そして、これらの測定データに基づき表面プラズモン共
鳴による吸収が最大になる、すなわち反射光の強度が最
小になる励起光の入射角度或いは波長を算出する機能も
有している。また、分析部１４には既知の濃度の試料溶
液を測定して作成した検量線が記憶されている。この検
量線は濃度と共鳴波長及び共鳴角度との関係を記したも
のであり、表面プラズモン共鳴が起きた時の共鳴波長及
び共鳴角度をこの検量線に照らし合わせることで試料溶
液中の被分析物１６の濃度を測定できる。

【００３９】上記構成の分析装置１０を用いて試料の濃
度分析を行う場合、まず、分析素子１をホルダ１１にセ
ットして分析素子１の回折格子膜４及び金属膜３表面を
試料に接触させる（ステップＡ１）。これにより回折格
子膜４及び金属膜３の表面にそれぞれ固定された抗体
６，７に試料溶液中の被分析物１６が特異的に結合す
る。そして、抗体６，７に結合した被分析物１６の物質
量に応じて金属膜３表面近傍の媒質の屈折率が変化し、
金属膜３表面における表面プラズモン波の共鳴条件が変
化する。

【００４０】次に、光源１２から回折格子膜４表面に向
けて励起光を照射する（ステップＡ２）。照射された励
起光はホルダ１１の流路１１ａを通って回折格子膜４に
達する。そして、回折格子膜４が金属膜３上に離散的に
配置されることによって形成された回折格子５において
回折光を生じさせる。このうち０次の回折光（反射光）
をＣＣＤカメラ１３によって検出する（ステップＡ
３）。

【００４１】光源１２から照射する励起光が単色光、す
なわち単一波長の光の場合、光源１２を移動させて励起
光の分析素子１に対する入射角度を変化させていく。Ｃ
ＣＤカメラ１３で検出される反射光の強度は励起光の入
射角度に応じて変化し、ある入射角度において最小にな
る。この反射光の強度が最小となる入射角度を分析部１
４において測定し、測定した角度と励起光の波長とを検
量線に対応させて試料溶液中の被分析物の濃度を算出す
る（ステップＡ４−１）。

【００４２】一方、光源１２から照射する励起光が白色
光の場合は励起光の分析素子１に対する入射角度は一定
にする。この場合、分析素子１からの反射光には多成分
の光が含まれる。この反射光を分光器（図示略）で波長
毎に分光し、これをＣＣＤカメラ１３で検出する。ＣＣ
Ｄカメラ１３で検出される反射光の強度は各成分の波長
毎に異なる。このうち強度が最小である成分の波長を分
析部１４において測定し、測定した波長と入射角度とを
検量線に対応させて、試料溶液中の被分析物の濃度を算
出する（ステップＡ４−２）。

【００４３】なお、本実施形態にかかる分析素子１のよ
うな表面プラズモン共鳴センサチップ（ＳＰＲ用分析素
子）を用いて分析を行う場合、各ステップＡ１〜Ａ３，
及びＡ４−１或いはＡ４−２を上述のように順に実行す
る他に同時に実行することも可能である。各ステップを
同時実行する場合には、試料中の被分析物が抗体６，７
に結合していく様子をリアルタイムでモニタすることが
できる。

【００４４】（Ｂ）第２実施形態 次に、図５〜図７を用いて本発明の第２実施形態につい
て説明する。図５に示すように本実施形態にかかる分析
素子（表面プラズモン共鳴センサチップ）２１は第１実
施形態と同様に基板２２上にその表面を覆うように金属
膜２３が積層され、さらに金属膜２３上に別の薄膜（回
折格子膜）２４が離散的に積層されることにより、図中
に太線で強調して示すように回折格子２５が形成されて
いる。本実施形態では基板２２は励起光に対して透過性
を有しており、金属膜２３の膜厚も励起光を透過する程
度の厚みに設定されている。

【００４５】この構造によれば、図中に矢印で示すよう
に分析素子２１に対しその基板２２側から励起光が照射
されると励起光は基板２２及び金属膜２３を通過して表
面（回折格子膜２４及び金属膜２３と外界との境界面）
の回折格子２５に達し、回折格子２５の回折作用によっ
てエバネッセント波を生じせしめる。このエバネッセン
ト波が金属膜２３に作用することにより金属膜２３の表
面に表面プラズモン波が発生し、特定の波長及び入射角
の励起光が照射されたときにエバネッセント波と表面プ
ラズモン波とが共鳴して表面プラズモン共鳴が起きる。

【００４６】なお、基板２２の材質は励起光の波長付近
で透過性を有しており（より好ましくは十分に透明であ
り）、金属膜２３及び回折格子膜２４を保持できる機械
的強度が十分であるならばその材質に限定はない。無機
材料としてはガラス，石英，シリコン等、有機材料とし
てはポリメタクリル酸メチル，ポリカーボネート，ポリ
スチレン等の樹脂が例として挙げられる。金属膜２３の
材質は表面プラズモン波を誘起されうるものであればそ
の種類に限定はない。例えば、金，銀，アルミニウム等
を用いることができる。

【００４７】また、回折格子膜２４の材質は金属膜２３
との接着性が高く、且つ被分析物を捕捉するための抗体
を固定化しやすい材質が最も望ましいが（例えば樹
脂）、少なくとも金属膜２３上に離散的に積層されるこ
とで回折現象を起こすことのできるものであれば、必ず
しもそのような材質に限定されるものではない。金属膜
２３上に回折格子膜２４を離散的に積層することよって
形成される回折格子２５の形状、及び回折格子膜２４の
幅や配置間隔は、励起光が回折現象を起こしてエバネッ
セント波を生じせしめることのできるものであれば第１
実施形態と同様に限定はない。

【００４８】上記の構造を有する分析素子２１は、第１
実施形態と同様の方法で製造することができる。したが
って、本実施形態にかかる分析素子２１も金属膜の塗布
後の形状を考慮して基板に凹凸を形成する必要がなく、
また、回折格子として最適な形状になるように金属膜の
塗布を厳密に制御する必要もない。つまり、本実施形態
にかかる分析素子２１によれば、金属膜２３上に回折格
子膜２４を離散的に配置することによって回折現象を誘
起するという構造により、回折格子２５の構造制御が極
めて容易になると同時に、さらに回折格子２３を形成す
る薄膜２４の材料として回折格子２５の構造制御に適し
た材質を広く選択することができる等、第１実施形態と
同様の利点がある。

【００４９】次に、本実施形態にかかる分析素子２１の
使用方法について説明する。分析素子２１を被分析物の
分析に用いる際には、まず、その表面に抗体を固定化す
る。本実施形態においても第１実施形態と同様に、図６
に示すように、回折格子膜２４の表面に抗体２６を固定
化することもでき、金属膜２３の表面（回折格子膜２
４，２４の間に露出している面）に抗体２７を固定化す
ることもできる。そして、回折格子膜２４に固定化する
抗体２６と金属膜２３に固定化する抗体２７の種類を変
えることにより、異なる被分析物（抗原）を捕捉するよ
うにすることもできる。なお、これら抗体２６，２７の
回折格子膜２４或いは金属膜２３への固定は物理吸着
等、第１実施形態と同様の方法で行うことができる。

【００５０】そして、本実施形態では上記のように抗体
２６，２７が固定化された分析素子２１を図７に示す構
成の分析装置２０にセットして分析を行う。この分析装
置２０は第１実施形態と同様に分析素子２１を固定する
ためのホルダ１１，光源１２，ＣＣＤカメラ１３及び分
析部１４から主に構成されている。各構成機器１１〜１
４の機能は第１実施形態と同様であるが、本実施形態で
は、分析素子２１に基板２２側から励起光を照射してそ
の反射光を検出するように、分析素子２１に対し流路１
１ａと反対側に光源１２とＣＣＤカメラ１３を配置した
ことを特徴としている。

【００５１】上記構成の分析装置２０を用いて試料の濃
度分析を行う場合、まず、分析素子２１をホルダ１１に
セットして分析素子２１の回折格子膜２４及び金属膜２
３表面を試料に接触させる（ステップＢ１）。これによ
り回折格子膜２４及び金属膜２３の表面にそれぞれ固定
された抗体２６，２７に試料溶液中の被分析物１６が特
異的に結合する。そして、抗体２６，２７に結合した被
分析物１６の物質量に応じて金属膜２３表面近傍の媒質
の屈折率が変化し、金属膜２３表面における表面プラズ
モン波の共鳴条件が変化する。

【００５２】次に、光源１２から基板２２表面（分析素
子２１の裏面）に向けて励起光を照射する（ステップＢ
２）。照射された励起光は基板２２及び金属膜２３を通
過して分析素子２１と試料溶液との境界面に達し、分析
素子２１の表面（分析素子２１と外界との境界面）に形
成された回折格子２５において回折光を生じさせる。こ
のうち０次の回折光（反射光）をＣＣＤカメラ１３によ
って検出する（ステップＢ３）。そして、ＣＣＤカメラ
１３からの検出情報に基づき、第１実施形態と同様の方
法により試料溶液中の被分析物の濃度を算出する（ステ
ップＢ４）。なお、本実施形態でも、各ステップＢ１〜
Ｂ４は上述のように順に実行する他に同時に実行するこ
とも可能である。

【００５３】このように本実施形態では励起光は分析素
子２１に対し基板２２側から照射される。従来の分析素
子や第１実施形態では、抗体が不透明である場合や抗体
を金属に結合させるための固定化剤が不透明である場
合、或いは試料溶液が励起光付近に散乱や吸収を有する
物質の溶液である場合には得られる反射光の減少により
正確な表面プラズモン共鳴の測定が難しいが、本実施形
態のように基板２２側から励起光を照射する場合にはそ
のような不具合はない。つまり、本実施形態にかかる分
析素子２１を用いた分析方法によれば、抗体や試料溶液
の性状の影響を受けることなく常に正確な分析が可能に
なるという利点がある。

【００５４】（Ｃ）第３実施形態 次に、図８〜図１０を用いて本発明の第３実施形態につ
いて説明する。図８に示すように本実施形態にかかる分
析素子（表面プラズモン共鳴センサチップ）３１は、基
板３２上に金属膜３３が離散的（例えばスリット状に）
に積層された構造となっている。そして、基板３２上に
離散的に積層された金属膜３３によって、図中に太線で
強調して示すように回折格子３５が形成されている。

【００５５】この構造によれば、図中に矢印で示すよう
に分析素子３１に対しその表面側から照射された励起光
は、表面に離散的に積層された金属膜３３によって形成
される回折格子３５の回折作用によってエバネッセント
波を生じせしめる。このエバネッセント波が金属膜３３
に作用することにより金属膜３３の表面に表面プラズモ
ン波が発生し、特定の波長及び入射角の励起光が照射さ
れたときにエバネッセント波と表面プラズモン波とが共
鳴して表面プラズモン共鳴が起きる。

【００５６】なお、基板３２の材質は金属との結合性が
良好で被分析物を捕捉するための抗体を容易に固定化で
きる材質が望ましいが、少なくとも金属膜３３を保持で
きる機械的強度が十分であるならばそのような材質に限
定されるものではない。例えば無機材料としてガラス，
石英，シリコン等があり、有機材料としてはポリメタク
リル酸メチル，ポリカーボネート，ポリスチレン等の樹
脂が挙げられる。また、試料と接する面の性質を制御す
るために基板本体の表面に何らかの被覆膜をコーティン
グしてもよい。例えばカルボキシル基を表面に導入する
ための、メタクリル酸とメタクリル酸メチルの共重合ポ
リマー等である。

【００５７】金属膜３３の材質は表面プラズモン波を誘
起されうるものであればその種類に限定はない。例え
ば、金，銀，アルミニウム等を用いることができる。ま
た、基板３２上に金属膜３３を離散的に積層することよ
って形成される回折格子３５の形状は、励起光が回折現
象を起こしてエバネッセント波を生じせしめることので
きる形状であればその形状に限定はない。図８に示すよ
うな矩形波状の他、鋸歯状等の形状であってもよい。ま
た、金属膜３３の幅や配置間隔についても、励起光が回
折現象を起こしてエバネッセント波を生じせしめること
のできるものであれば図８に示すように一定なものに限
定されない。

【００５８】上記の構造を有する分析素子３１は、図９
に示す手順で製造することができる。すなわち、まず図
９（ａ）に示すように基板３２の表面に金属膜３３を積
層する。金属膜３３の積層方法は基板３２と金属膜３３
とが十分に強く結合でき、且つ次の工程において回折格
子５を形成できるならばその方法に限定はない。代表的
には蒸着，スパッタリング，めっき等である。また、基
板３２と金属膜３３との間にさらに何らかの別の物質を
使用することは勿論可能である。

【００５９】次に、基板３２の表面が離散的に露出する
ように金属膜３３に加工を施す｛図９（ｂ）｝。これに
より、基板３２上に金属膜３３が離散的に配置された構
造となって回折格子３５が形成される。回折格子３５を
形成するための金属膜３３の加工方法としては、スタン
プ，レーザ加工，エッチング等の種々の方法を用いるこ
とができる。

【００６０】上記の製造方法の具体的な実施例を挙げる
と次のようになる。第１実施例では、まず、ポリスチ
レンの平板（基板）３２に金をスパッタリングして金属
膜３３を形成する。次に、その金属膜３３の表面にレ
ジストを塗布し、マスクを利用して所望の回折格子状
にフォトリソグラフィを行う。そして、エッチングに
より金属膜３３を離散的に加工し、レジストを除去す
る。

【００６１】また、第２実施例では、まず、ガラス
（基板）３２にクロムを蒸着し、その上に金を蒸着し
て金属膜３３を積層する。次に、その金属膜３３の表
面にレジストを塗布し、マスクを利用して所望の回折
格子状にフォトリソグラフィを行う。そして、エッチ
ングにより金属膜３３を離散的に加工し、レジストを
除去する。

【００６２】なお、上記の製造方法では、スパッタリン
グ等により基板３２の表面全体に一様に金属膜３３を形
成した後、金属膜３３に加工を施すことにより回折格子
３５を形成しているが、基板３２上に金属を積層する段
階で回折格子状に離散的に金属を塗布するようにしても
よい。例えば、基板３２の表面に回折格子状のマスクを
施した状態で金属をスパッタリングすることによって、
金属膜３３を基板３２上に回折格子状に積層することが
できる。

【００６３】以上の製造方法からも明らかなように、本
実施形態にかかる分析素子３１も金属膜の塗布後の形状
を考慮して基板に凹凸を形成する必要がなく、また、回
折格子として最適な形状になるように金属膜の塗布を厳
密に制御する必要もない。つまり、本実施形態にかかる
分析素子３１によれば、基板３２上に金属膜３３を離散
的に配置することによって回折現象を誘起するという構
造により、回折格子３５の構造制御が極めて容易になる
という利点がある。

【００６４】次に、本実施形態にかかる分析素子３１の
使用方法について説明する。分析素子３１を被分析物の
分析に用いる際には、まず、その表面に抗体を固定化す
る。分析素子３１の表面には基板３２と金属膜３３とが
露出しているが、基板３２に関しては、表面性状の制御
に適した材質を広く選択することができ、また、表面性
状の制御に適した被覆膜をコーティングしたものを用い
ることもできる。また、金属膜３３に関しても、形状が
厳密に規定されないため化学修飾に適した金属の結晶構
造を利用する等、表面性状を容易に制御することができ
る。つまり、本実施形態にかかる分析素子３１において
も、第１〜第２実施形態と同様、表面性状に関しては２
種類以上がその表面に露出していることとなり、化学的
なバリエーションが得られることが大きな利点になって
いる。

【００６５】したがって、本実施形態にかかる分析素子
３１では、図１０に示すように、金属膜３３の表面に抗
体３６を固定化することもでき、基板３２の表面（金属
膜３３，３３の間に露出している面）に抗体３７を固定
化することもできる。なお、図中では金属膜３３，基板
３２の双方に抗体３６，３７を固定化しているが、何れ
か一方にのみ抗体を固定化したものを使用することは勿
論可能である。また、本実施形態によっても、金属膜３
３に固定化する抗体３６と基板３２に固定化する抗体３
７の種類を変えることにより、異なる被分析物（抗原）
を捕捉できるようにすることができる。

【００６６】なお、これら抗体３６，３７の基板３２或
いは金属膜３３への固定方法について一例を挙げると、
例えば基板３２がガラスであり金属膜３３が金の場合に
は、金属膜３３に対しては、チオール基とカルボン酸を
有する物質を吸着させ、次いでカルボン酸と被分析物を
特異的に中間体物質に変換する酵素（抗体）３６とをカ
ルボジイミドを介して結合させる。また、基板３２に対
しては、シラノールを介してビオチンを固定化し、次い
でビオチンを介してアビジン化した前記中間体物質を特
異的に沈着性物質に変換する酵素（抗体）３７を固定化
する。上記の固定方法の他、物理吸着等によって固定す
ることもできる。また、抗体３６，３７を固定化する前
に金属膜３３や基板３２の表面に保護膜や活性化膜等の
何らかのコーティングを行ってもよい。

【００６７】そして、本実施形態では上記のように抗体
３６が固定化された分析素子３１を第１実施形態と同構
成の分析装置（図４参照）にセットして分析を行う。こ
こでは第１実施形態の分析装置１０を用いて分析を行う
ものとし、図６を参照しながら本実施形態にかかる分析
素子３１を用いた試料の分析方法について説明する。ま
ず、図６に示す分析装置１０のホルダ１１に分析素子３
１をセットして分析素子３１の基板３２及び金属膜３３
表面を試料に接触させる（ステップＣ１）。これにより
基板３２及び金属膜３３の表面に固定された抗体３６，
３７に試料溶液中の被分析物１６が特異的に結合する。
そして、抗体３６，３７に結合した被分析物１６の物質
量に応じて金属膜３３表面近傍の媒質の屈折率が変化
し、金属膜３３表面における表面プラズモン波の共鳴条
件が変化する。

【００６８】次に、光源１２から金属膜３３表面に向け
て励起光を照射する（ステップＣ２）。照射された励起
光はホルダ１１の流路１１ａを通って金属膜３３表面に
達し、金属膜３３が基板３２上に離散的に配置されるこ
とによって形成された回折格子３５において回折光を生
じさせる。このうち０次の回折光（反射光）をＣＣＤカ
メラ１３によって検出する（ステップＣ３）。そして、
ＣＣＤカメラ１３からの検出情報に基づき、第１〜第２
実施形態と同様の方法により試料溶液中の被分析物の濃
度を算出する（ステップＣ４）。なお、本実施形態で
も、各ステップＣ１〜Ｃ４は上述のように順に実行する
他に同時に実行することも可能である。

【００６９】（Ｄ）第４実施形態 次に、図１１，図１２を用いて本発明の第４実施形態に
ついて説明する。図１１に示すように本実施形態にかか
る分析素子（表面プラズモン共鳴センサチップ）４１
は、第３実施形態と同様に基板４２上に金属膜４３が離
散的（例えばスリット状に）に積層されることにより、
図中に太線で強調して示すように回折格子４５が形成さ
れている。特に本実施形態では基板４２は励起光に対し
て透過性を有していることを特徴としている。

【００７０】この構造によれば、図中に矢印で示すよう
に分析素子４１に対しその基板４２側から励起光が照射
されると励起光は基板４２を通過して表面（基板４２及
び金属膜４３と外界との境界面）の回折格子４５に達
し、回折格子４５の回折作用によってエバネッセント波
を生じせしめる。このエバネッセント波が金属膜４３に
作用することにより金属膜４３の表面に表面プラズモン
波が発生し、特定の波長及び入射角の励起光が照射され
たときにエバネッセント波と表面プラズモン波とが共鳴
して表面プラズモン共鳴が起きる。

【００７１】なお、基板４２の材質は励起光に対して透
過性を有しており（より好ましくは十分に透明であ
り）、金属との結合性が良好で被分析物を捕捉するため
の抗体を容易に固定化できる材質が望ましいが、少なく
とも金属膜４３を保持できる機械的強度が十分であるな
らばそのような材質に限定されるものではない。無機材
料としてはガラス，石英，シリコン等、有機材料として
はポリメタクリル酸メチル，ポリカーボネート，ポリス
チレン等の樹脂が例として挙げられる。また、カルボキ
シル基を表面に導入するためのメタクリル酸とメタクリ
ル酸メチルの共重合ポリマー等、試料と接する面の性質
を制御するために基板本体の表面に何らかの被覆膜をコ
ーティングしてもよい。

【００７２】金属膜４３の材質は表面プラズモン波を誘
起されうるものであればその種類に限定はない。例え
ば、金，銀，アルミニウム等を用いることができる。ま
た、基板４２上に金属膜４３を離散的に積層することよ
って形成される回折格子４５の形状、及び金属膜４３の
幅や配置間隔は、励起光が回折現象を起こしてエバネッ
セント波を生じせしめることのできるものであれば第３
実施形態と同様に限定はない。

【００７３】上記の構造を有する分析素子４１は、第３
実施形態と同様の方法で製造することができる。したが
って、本実施形態にかかる分析素子４１も従来のように
金属膜の塗布後の形状を考慮して基板に凹凸を形成する
必要がなく、また、回折格子として最適な形状になるよ
うに金属膜の塗布を厳密に制御する必要もない。つま
り、本実施形態にかかる分析素子４１によれば、基板４
２上に金属膜４３を離散的に配置することによって回折
現象を誘起するという構造により、回折格子４５の構造
制御が極めて容易になる等、第３実施形態と同様の利点
がある。

【００７４】次に、本実施形態にかかる分析素子４１の
使用方法について説明する。分析素子４１を被分析物の
分析に用いる際には、まず、その表面に抗体を固定化す
る。本実施形態においても第３実施形態と同様に、図１
２に示すように、金属膜４３の表面に抗体４６を固定化
することもでき、基板４２の表面（金属膜４３，４３の
間に露出している面）に抗体４７を固定化することもで
きる。そして、金属膜４３に固定化する抗体４６と基板
４２に固定化する抗体４７の種類を変えることにより、
異なる被分析物（抗原）を捕捉するようにすることもで
きる。なお、これら抗体４６，４７の金属膜４３或いは
基板４２への固定は第３実施形態と同様の方法で行うこ
とができる。

【００７５】そして、本実施形態では上記のように抗体
４６，４７が固定化された分析素子４１を第２実施形態
と同構成の分析装置（図７参照）にセットして分析を行
う。ここでは第２実施形態の分析装置２０を用いて分析
を行うものとし、図７を参照しながら本実施形態にかか
る分析素子４１を用いた試料の分析方法について説明す
る。

【００７６】まず、図７に示す分析装置２０のホルダ１
１に分析素子４１をセットして分析素子４１の基板４２
及び金属膜４３表面を試料に接触させる（ステップＤ
１）。これにより基板４２及び金属膜４３の表面に固定
された抗体４６，４７に試料溶液中の被分析物１６が特
異的に結合する。そして、抗体４６，４７に結合した被
分析物１６の物質量に応じて金属膜４３表面近傍の媒質
の屈折率が変化し、金属膜４３表面における表面プラズ
モン波の共鳴条件が変化する。

【００７７】次に、光源１２から基板４２表面（分析素
子４１の裏面）に向けて励起光を照射する（ステップＤ
２）。照射された励起光は基板４２を通過して分析素子
４１と試料溶液との境界面に達し、分析素子４１の表面
（分析素子４１と外界との境界面）に形成された回折格
子４５において回折光を生じさせる。このうち０次の回
折光（反射光）をＣＣＤカメラ１３によって検出する
（ステップＤ３）。そして、ＣＣＤカメラ１３からの検
出情報に基づき、第１〜第３実施形態と同様の方法によ
り試料溶液中の被分析物の濃度を算出する（ステップＤ
４）。なお、本実施形態でも、各ステップＤ１〜Ｄ４は
上述のように順に実行する他に同時に実行することも可
能である。

【００７８】このように本実施形態では励起光は分析素
子４１に対し基板４２側から照射される。このため、抗
体が不透明である場合や抗体を金属に結合させるための
固定化剤が不透明である場合、或いは試料溶液が励起光
付近に散乱や吸収を有する物質の溶液である場合でも、
正確な表面プラズモン共鳴の測定が可能である。つま
り、本実施形態にかかる分析素子４１を用いた分析方法
によれば、第２実施形態と同様に抗体や試料溶液の性状
の影響を受けることなく常に正確な分析が可能になると
いう利点がある。

【００７９】（Ｅ）その他 以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明
は上述の実施の形態に限定されるものではなく本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することがで
きる。例えば、第２実施形態の分析素子２１及び第４実
施形態の分析素子４１に関しては、図１３に示すような
分析装置４０を用いて分析を行ってもよい。この分析装
置４０は上述の第２実施形態にかかる分析装置２０と同
様にホルダ１１，光源１２，ＣＣＤカメラ１３及び分析
部１４から主に構成されている。各構成機器１１〜１４
の機能は分析装置２０と同様であるが、本実施形態で
は、分析素子２１（４１）に基板２２（４２）側から励
起光を照射するように流路１１ａに対して分析素子２１
（４１）と同側に光源１２を配置するとともに、分析素
子２１（４１）からの透過光を検出するように分析素子
２１（４１）に対して流路１１ａを挟んでＣＣＤカメラ
１３を配置している。

【００８０】第２，第４実施形態の分析素子２１，４１
のように、基板２２，４２励起光に対して透過性を有し
ている場合には、その構造上、基板２２，４２側から照
射された励起光のうち一部の光は分析素子２１，４１を
透過してしまう。しかしながら、表面プラズモン共鳴が
生じたときには強い光の吸収が生じるので、反射光のみ
ならず透過光の強度にも影響が生じると考えられる。し
たがって、この透過光をＣＣＤカメラ１３で検出してそ
の強度を計測することで、表面プラズモン共鳴の発生を
検出することができ、その共鳴波長や共鳴角度を検量線
に対応させることで、試料溶液中の被分析物の濃度を算
出することができる。

【００８１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の分析素子
によれば、平面上に薄膜を離散的に積層することによっ
て回折格子が形成されるので、回折格子の構造制御及び
試料と接触する表面の性状制御が容易になるという利点
がある。特に、基板上に金属膜を積層し、その上に樹脂
膜を離散的に配置して回折格子を形成する場合には、回
折格子の構造制御が容易になるとともに、回折格子を形
成する膜の材料として回折格子の構造制御に適した材質
を広く選択することが可能になるという利点もある。ま
た、薄膜の材料は金属に限定されないので、表面性状の
制御に適した材質を広く選択することができ、金属膜に
関しても形状が厳密に規定されないため化学修飾に適し
た金属の結晶構造を利用する等、表面性状を容易に制御
することができるので、被分析物を捕捉するための結合
物質を金属膜と樹脂膜の片方あるいは両方に固定化する
ことが可能になるという利点もある。さらにこの場合、
少なくとも基板を励起光に対して透過性を有するものに
して、その基板側から励起光を照射して試料の分析を行
う場合には、表面プラズモン共鳴の測定に表面の結合物
質や試料の性状の影響を受けることなく、常に正確な分
析が可能になるという利点がある。

【００８２】また、基板上に金属膜を離散的に配置して
回折格子を形成する場合には、基板の材料には表面性状
の制御に適した材質を広く選択することができるととも
に、金属膜に関しても形状が厳密に規定されないため化
学修飾に適した金属の結晶構造を利用する等、表面性状
を容易に制御することができるので、被分析物を捕捉す
るための結合物質を金属膜と基板の片方あるいは両方に
固定化することが可能になるという利点もある。さらに
この場合、少なくとも基板を励起光に対して透過性を有
するものにして、その基板側から励起光を照射して試料
の分析を行う場合には、表面プラズモン共鳴の測定に表
面の結合物質や試料の性状の影響を受けることなく、常
に正確な分析が可能になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる分析素子の構成
を示す模式的断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態にかかる分析素子の製造
方法を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）の順に製造手順を
示している。

【図３】図１の分析素子に抗体を固定化した状態を示す
模式的断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態にかかる分析装置の構成
を示す模式図である。

【図５】本発明の第２実施形態にかかる分析素子の構成
を示す模式的断面図である。

【図６】図５の分析素子に抗体を固定化した状態を示す
模式的断面図である。

【図７】本発明の第２実施形態にかかる分析装置の構成
を示す模式図である。

【図８】本発明の第３実施形態にかかる分析素子の構成
を示す模式的断面図である。

【図９】本発明の第３実施形態にかかる分析素子の製造
方法を示す図であり、（ａ），（ｂ）の順に製造手順を
示している。

【図１０】図８の分析素子に抗体を固定化した状態を示
す模式的断面図である。

【図１１】本発明の第４実施形態にかかる分析素子の構
成を示す模式的断面図である。

【図１２】図１１の分析素子に抗体を固定化した状態を
示す模式的断面図である。

【図１３】本発明の第２，第４実施形態にかかる分析装
置の他の構成を示す模式図である。

【図１４】従来の分析素子の構成を示す模式的断面図で
ある。

【符号の説明】

１，２１ 分析素子（ＳＰＲ用分析素子） ２，２２ 基板 ３，２３ 金属膜 ４，２４ 回折格子膜 ５，２５ 回折格子 ６，２６ 抗体（結合物質） ７，２７ 抗体（結合物質） １０，２０，４０ 分析装置 １１ ホルダ（固定手段） １２ 光源 １３ ＣＣＤカメラ（検出手段） １４ 分析部（分析手段） １６ 被分析物 ３１，４１ 分析素子（ＳＰＲ用分析素子） ３２，４２ 基板 ３３，４３ 金属膜 ３５，４５ 回折格子 ３６，４６ 抗体（結合物質） ３７，４７ 抗体（結合物質）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大平落 嘉寛 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB13 CC20 DD12 DD13 EE04 FF03 JJ30 KK04 2H049 AA07 AA55 AA64

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面が平面状の第一層と、 上記第一層上に離散的に積層されて回折格子を形成する
   第二層とを備え、 上記第一層及び第二層の少なくとも一方は金属膜である
   ことを特徴とする、分析素子。
2. 【請求項２】 励起光の照射により上記回折格子におい
   て生じるエバネッセント波と上記金属膜の表面に生じる
   表面プラズモン波との共鳴現象を利用して試料の定量的
   及び／又は定性的な分析を行うためのＳＰＲ用分析素子
   として構成されていることを特徴とする、請求項１記載
   の分析素子。
3. 【請求項３】 上記第一層が基板上に積層された金属膜
   であり、上記第二層が上記金属膜とは別の材質からなる
   薄膜であることを特徴とする、請求項２記載の分析素
   子。
4. 【請求項４】 上記金属膜の表面及び／又は上記薄膜の
   表面に特定の物質と特異的に結合しうる結合物質が固定
   化されていることを特徴とする、請求項３記載の分析素
   子。
5. 【請求項５】 上記金属膜の表面に固定化された結合物
   質と上記薄膜の表面に固定化された結合物質とでは、結
   合しうる特定の物質が異なっていることを特徴とする、
   請求項４記載の分析素子。
6. 【請求項６】 請求項４又は５記載の分析素子を用いて
   試料の定量的及び／又は定性的な分析を行う方法であっ
   て、 上記分析素子の上記結合物質が固定化された側の表面に
   試料を接触させるステップと、 上記分析素子に対し上記結合物質が固定化された側から
   励起光を照射するステップと、 上記分析素子からの反射光を検出するステップと、 検出した反射光の強度に基づき試料の定量的及び／又は
   定性的な分析を行うステップとを備えたことを特徴とす
   る、分析方法。
7. 【請求項７】 上記第一層が励起光に対して透過性を有
   する基板上に積層された金属膜であり、上記第二層が上
   記金属膜とは別の材質からなる薄膜であることを特徴と
   する、請求項２記載の分析素子。
8. 【請求項８】 上記金属膜の表面及び／又は上記薄膜の
   表面に特定の物質と特異的に結合しうる結合物質が固定
   化されていることを特徴とする、請求項７記載の分析素
   子。
9. 【請求項９】 上記金属膜の表面に固定化された結合物
   質と上記薄膜の表面に固定化された結合物質とでは、結
   合しうる特定の物質が異なっていることを特徴とする、
   請求項８記載の分析素子。
10. 【請求項１０】 請求項８又は９記載の分析素子を用い
    て試料の定量的及び／又は定性的な分析を行う方法であ
    って、 上記分析素子の上記結合物質が固定化された側の表面に
    試料溶液を接触させるステップと、 上記分析素子に対し上記基板側から励起光を照射するス
    テップと、 上記分析素子からの反射光及び／又は透過光を検出する
    ステップと、 検出した反射光及び／又は透過光の強度に基づき試料の
    定量的及び／又は定性的な分析を行うステップとを備え
    たことを特徴とする、分析方法。
11. 【請求項１１】 上記第一層が基板であり、上記第二層
    が金属膜であることを特徴とする、請求項２記載の分析
    素子。
12. 【請求項１２】 上記基板は、基板本体と上記基板本体
    の表面を被覆する被覆膜とから構成されていることを特
    徴とする、請求項１１記載の分析素子。
13. 【請求項１３】 上記基板の表面及び／又は上記金属膜
    の表面に特定の物質と特異的に結合しうる結合物質が固
    定化されていることを特徴とする、請求項１１又は１２
    記載の分析素子。
14. 【請求項１４】 上記基板の表面に固定化された結合物
    質と上記金属膜の表面に固定化された結合物質とでは、
    結合しうる特定の物質が異なっていることを特徴とす
    る、請求項１３記載の分析素子。
15. 【請求項１５】 請求項１３又は１４記載の分析素子を
    用いて試料の定量的及び／又は定性的な分析を行う方法
    であって、 上記分析素子の上記結合物質が固定化された側の表面に
    試料を接触させるステップと、 上記分析素子に対し上記結合物質が固定化された側から
    励起光を照射するステップと、 上記分析素子からの反射光を検出するステップと、 検出した反射光の強度に基づき試料の定量的及び／又は
    定性的な分析を行うステップとを備えたことを特徴とす
    る、分析方法。
16. 【請求項１６】 上記第一層が励起光に対して透過性を
    有する基板であり、上記第二層が金属膜であることを特
    徴とする、請求項２記載の分析素子。
17. 【請求項１７】 上記基板は、基板本体と上記基板本体
    の表面を被覆する被覆膜とから構成されていることを特
    徴とする、請求項１６記載の分析素子。
18. 【請求項１８】 上記基板の表面及び／又は上記金属膜
    の表面に特定の物質と特異的に結合しうる結合物質が固
    定化されていることを特徴とする、請求項１６又は１７
    記載の分析素子。
19. 【請求項１９】 上記基板の表面に固定化された結合物
    質と上記金属膜の表面に固定化された結合物質とでは、
    結合しうる特定の物質が異なっていることを特徴とす
    る、請求項１８記載の分析素子。
20. 【請求項２０】 請求項１８又は１９記載の分析素子を
    用いて試料の定量的及び／又は定性的な分析を行う方法
    であって、 上記分析素子の上記結合物質が固定化された側の表面に
    試料溶液を接触させるステップと、 上記分析素子に対し上記基板側から励起光を照射するス
    テップと、 上記分析素子からの反射光及び／又は透過光を検出する
    ステップと、 検出した反射光及び／又は透過光の強度に基づき試料の
    定量的及び／又は定性的な分析を行うステップとを備え
    たことを特徴とする、分析方法。