JP2003106992A - 測定チップおよびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面プラズモン共鳴測定装置等の、全反射減
衰を利用した測定装置に用いられる測定チップにおい
て、測定用光ビームの入射面および出射面の光通過領域
の光学特性を優れたものにする。 【解決手段】 測定チップを構成する誘電体ブロック11
を、光ビームの入射面11ｂ、出射面11ｃおよび薄膜層が
形成される一面の全てを含み、かつ前記一面と平行な断
面の形状が多角形である１つのブロックとして樹脂から
形成する際に、該誘電体ブロック11を、前記多角形の中
心Ｏを挟んで相対向する２つの頂角の外方に互いの合わ
せ面Ｈが位置する２つ割の型84ａ、84ｂを用いて射出成
形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モン共鳴測定装置等に用いられる測定チップに関するも
のである。

【０００２】また本発明は、そのような測定チップを作
製する方法に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】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。

【０００４】従来より、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、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモン共鳴測定装置が種々提案されてい
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（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。

【０００５】上記の系を用いる表面プラズモン共鳴測定
装置は基本的に、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となり、か
つ、表面プラズモン共鳴条件を含む種々の入射角が得ら
れるように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して表面プラズモン共鳴の状態を
検出する光検出手段とを備えてなるものである。

【０００６】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偏向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
界面に収束光あるいは発散光の状態で入射させてもよ
い。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって反射角
が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期移動する
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。

【０００７】上記構成の表面プラズモン共鳴測定装置に
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。

【０００８】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。

【０００９】この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角
θ_ＳＰより表面プラズモンの波数が分かると、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。

【００１０】

【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
づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上
記反射光強度が低下する入射角θ_ＳＰを知ることによ
り、試料中の特定物質を定量分析することができる。

【００１１】上記の系を用いる従来の表面プラズモン共
鳴測定装置において、実用上は、試料に接触させる金属
膜を測定毎に交換する必要がある。そこで従来は、この
金属膜を平坦な板状の誘電体ブロックに固定し、それと
は別に前記全反射を生じさせるための光カップラーとし
てのプリズム状誘電体ブロックを設け、この後者の誘電
体ブロックの一面に前者の誘電体ブロックを一体化する
という手法が採用されていた。そのようにすれば、後者
の誘電体ブロックは光学系に対して固定としておき、前
者の誘電体ブロックと金属膜とを測定チップとして、こ
の測定チップのみを試料毎に交換することが可能とな
る。

【００１２】また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類
似の測定装置として、例えば「分光研究」第４７巻 第
１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７
頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。こ
の漏洩モード測定装置は基本的に、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し
て導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出
する光検出手段とを備えてなるものである。

【００１３】上記構成の漏洩モード測定装置において、
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、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知る
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。

【００１４】なおこの漏洩モード測定装置を用いる場合
も、前述の表面プラズモン共鳴測定装置を用いる場合と
同様に、装置の光学系に対して１つの誘電体ブロックを
固定する一方、別の誘電体ブロックにクラッド層および
光導波層を形成して測定チップとし、この測定チップの
みを試料毎に交換することが可能である。

【００１５】ところで、この交換可能とされた従来の測
定チップを用いる場合は、その誘電体ブロックとプリズ
ム状誘電体ブロックとの間に空隙が生じて屈折率が不連
続となることを防止するため、それら両誘電体ブロック
を屈折率マッチング液を介して一体化する必要が生じ
る。そのようにして両誘電体ブロックを一体化する作業
は非常に煩雑であり、そのため、この従来の測定チップ
は、測定に際しての取扱い性が良くないものとなってい
る。特に、測定チップをターレット等の上に自動装填
し、このターレットを回転させることにより、測定チッ
プを光ビームを受ける測定位置に自動供給して測定を自
動化するような場合は、測定チップの装填、取外しに手
間取り、それが自動測定の能率向上を妨げる原因となり
やすい。

【００１６】またこの従来の測定チップは、屈折率マッ
チング液を使用することから、環境に与える悪影響も懸
念されている。

【００１７】上記の事情に鑑みて、屈折率マッチング液
を使用する必要がなく、そして測定用光学系に対して簡
単に交換することができる測定チップが提案されている
（特願２００１−９２６６６号）。

【００１８】この測定チップは、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
れる薄膜層と、光ビームを発生させる光源と、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となり、かつ、種々
の入射角成分を含むようにして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測定して全反射減
衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射
減衰を利用した測定装置に用いられる測定チップにおい
て、前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出
射面および前記薄膜層が形成される一面の全てを含む１
つのブロックとして形成され、この誘電体ブロックに前
記薄膜層が一体化されてなることを特徴とするものであ
る。

【００１９】なお、この測定チップが前記表面プラズモ
ン共鳴測定用のものである場合、上記薄膜層は金属膜か
ら構成され、漏洩モード測定用のものである場合、上記
薄膜層はクラッド層および光導波層から構成される。

【００２０】また、上記測定チップを構成する誘電体ブ
ロックにおいて、好ましくは、薄膜層が形成される一面
の上方の空間を側方から囲んで、この一面の上に試料を
保持する液溜めを画成する部分が形成される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の誘電
体ブロックとしては一般に、概略四角錐の一部を切り取
った形状や、四角柱等の形状（つまり、薄膜層が形成さ
れる一面と平行な断面の形状が四辺形等の角多角形とな
る形状）に樹脂を射出成形してなるものが好適に用いら
れるが、そのような樹脂製誘電体ブロックからなる測定
チップにおいては、光ビームの入射面および出射面の光
通過領域の光学特性（平面度等）が良くないものが多く
見受けられることがあった。

【００２２】そこで本発明は、光ビームの入射面および
出射面の光通過領域の光学特性が優れた樹脂製誘電体ブ
ロックを備えた測定チップを提供することを目的とす
る。

【００２３】また本発明は、そのような樹脂製誘電体ブ
ロックを得ることができる、測定チップの作製方法を提
供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明による１つの測定
チップの作製方法は、前述したような誘電体ブロック
と、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触
させられる薄膜層と、光ビームを発生させる光源と、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となり、か
つ、種々の入射角成分を含むようにして入射させる光学
系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して
全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてな
る、全反射減衰を利用した測定装置に用いられる測定チ
ップであって、前記誘電体ブロックが、前記光ビームの
入射面、出射面および前記薄膜層が形成される一面の全
てを含み、かつ前記一面と平行な断面の形状が多角形で
ある１つのブロックとして樹脂から形成され、この誘電
体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測定チップ
の作製方法において、前記誘電体ブロックを、前記多角
形の中心を挟んで相対向する２つの頂角の外方に互いの
合わせ面が位置する２つ割の型を用いて射出成形するこ
とを特徴とするものである。

【００２５】また本発明による別の測定チップの作製方
法は、特に前述した表面プラズモン共鳴測定用の測定チ
ップを作製するものであって、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
る金属膜からなる薄膜層と、光ビームを発生させる光源
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金属膜との界面で全反射条件とな
り、かつ、種々の入射角成分を含むようにして入射させ
る光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を測
定して、表面プラズモン共鳴による全反射減衰の状態を
検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を利用
した測定装置に用いられる測定チップであって、前記誘
電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面および
前記金属膜が形成される一面の全てを含み、かつ前記一
面と平行な断面の形状が多角形である１つのブロックと
して樹脂から形成され、この誘電体ブロックに前記薄膜
層が一体化されてなる測定チップの作製方法において、
前記誘電体ブロックを、前記多角形の中心を挟んで相対
向する２つの頂角の外方に互いの合わせ面が位置する２
つ割の型を用いて射出成形することを特徴とするもので
ある。

【００２６】また本発明によるさらに別の測定チップの
作製方法は、特に前述した漏洩モード測定用の測定チッ
プを作製するものであって、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、およびそ
の上に形成されて試料に接触させられる光導波層からな
る薄膜層と、光ビームを発生させる光源と、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
前記クラッド層との界面で全反射条件となり、かつ、種
々の入射角成分を含むようにして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測定して、前記
光導波層での導波モードの励起による全反射減衰の状態
を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を利
用した測定装置に用いられる測定チップであって、前記
誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面およ
び前記クラッド層が形成される一面の全てを含み、かつ
前記一面と平行な断面の形状が多角形である１つのブロ
ックとして樹脂から形成され、この誘電体ブロックに前
記薄膜層が一体化されてなる測定チップの作製方法にお
いて、前記誘電体ブロックを、前記多角形の中心を挟ん
で相対向する２つの頂角の外方に互いの合わせ面が位置
する２つ割の型を用いて射出成形することを特徴とする
ものである。

【００２７】なお、以上説明した各測定チップの作製方
法は、前記多角形が、辺の数が偶数である正多角形であ
る場合に適用されると特に好ましい。

【００２８】また本発明による測定チップの作製方法に
おいて、誘電体ブロックの材料である樹脂としては、シ
クロオレフィンポリマーを用いることが望ましい。

【００２９】一方本発明による測定チップは、以上説明
した本発明による測定チップの作製方法によって作製さ
れたことを特徴とするものである。

【００３０】なお、この本発明による測定チップの誘電
体ブロックにおいては、前記薄膜層が形成される一面の
上方の空間を側方から囲んで、この一面の上に試料を保
持する液溜めを画成する部分が形成されていることが望
ましい。

【００３１】

【発明の効果】まず、従来技術において、前述のような
問題が生じる原因について説明する。図３は、表面プラ
ズモン共鳴測定に用いられる測定チップの一例を示すも
のである。この測定チップ10は図示の通り、例えば概略
四角錐の一部を切り取った形状の透明誘電体ブロック11
と、この誘電体ブロック11の一面11ａ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、こ
の金属膜12の上に側方が閉じられた空間を画成する筒状
の試料保持枠13とから構成されている。誘電体ブロック
11は、上記金属膜12が形成される面11ａと、測定用光ビ
ームが入射する面11ｂと、該光ビームが出射する面11ｃ
とを全て含む１つのブロックとして形成されている。試
料保持枠13は、その中に液溜めとしての空間を画成する
ものであり、その空間内には例えば液体の試料が貯えら
れる。

【００３２】本例の測定チップ10において、誘電体ブロ
ック11および試料保持枠は、透明樹脂を用いて一体成形
されている。この透明樹脂の好ましいものとしては、シ
クロオレフィンポリマー、ＰＭＭＡ、ポリカーボネー
ト、非晶性ポリオレフィン等を挙げることができる。ま
た、日本ゼオン株式会社が製造するシクロオレフィンポ
リマーの一つである「ＺＥＯＮＥＸ ３３０Ｒ」（商品
名）も極めて好ましいものとして挙げることができる。
なお本例では、金属膜12の上にセンシング媒体14が固定
されているが、それについては後に詳述する。

【００３３】上述の形状を有する樹脂製誘電体ブロック
11は従来、基本的に図５に平断面形状（金属膜12が形成
される面11ａと平行な断面の形状）を示すような２つ割
の型５ａ、５ｂを用いて射出成形により作製されてい
た。すなわち、これらの型５ａ、５ｂは、誘電体ブロッ
ク11の４つの側面のうち、２つの側面の外方に互いの合
わせ面Ｈが位置するように形成されたものである。

【００３４】このように合わせ面Ｈが設定された２つ割
の型５ａ、５ｂを用いる場合は、成形された誘電体ブロ
ック11を型５ａ、５ｂから抜きやすくするため、一般に
これらの型５ａ、５ｂに「抜きテーパ」と称されるテー
パ部分が形成される。この抜きテーパの角度は実際には
１〜３°程度であるが、図５ではこの抜きテーパの角度
を誇張してθで示してある。したがって同図では、誘電
体ブロック11の断面形状が一部六角形となっているが、
この断面形状は実質的には正四角形である。

【００３５】以上のような抜きテーパを設定すると、誘
電体ブロック11の最大外形寸法Ａが規格等によって定め
られている場合、光入射面11ｂおよび光出射面11ｃ（そ
れらに抜きテーパを設定することはできない）の最大外
形寸法は、上記寸法Ａより小さいＡ’となる。光入射面
11ｂおよび光出射面11ｃにおける光通過領域は、表面プ
ラズモン共鳴測定の安定性を確保するためにある程度大
きく設定されなければならず、そうであると、特に誘電
体ブロック11が小型の場合は、上記最大外形寸法Ａ’に
近い幅の広い領域が光通過領域として設定されることに
なる。

【００３６】そのため、射出成形に際して「ヒケ」等の
不具合が生じやすい誘電体ブロック11の隅部に光入射面
11ｂおよび光出射面11ｃの光通過領域がかかるようにな
ってしまい、それらの領域の光学特性が損なわれること
になるのである。

【００３７】それに対して本発明では、上記と同様の形
状の誘電体ブロック11を作製する場合を例に取れば、図
６に平断面形状（金属膜12が形成される面11ａと平行な
断面の形状）を示すような２つ割の成形型84ａ、84ｂが
用いられる。つまりここでは、金属膜12が形成される面
11ａと平行なブロック断面が正四角形となっているが、
この正四角形の中心Ｏを挟んで相対向する２つの頂角の
外方に互いの合わせ面Ｈが位置する２つ割の型84ａ、84
ｂを用いて射出成形がなされる。

【００３８】このような２つ割の型84ａ、84ｂを用いる
のであれば、上述した「抜きテーパ」を形成しなくて
も、成形された誘電体ブロック11は型型84ａ、84ｂから
容易に抜き取られるようになる。そして、この「抜きテ
ーパ」を形成しないのであれば、誘電体ブロック11の最
大外形寸法Ａがそのまま光入射面11ｂおよび光出射面11
ｃの最大外形寸法となり、光入射面11ｂおよび光出射面
11ｃの幅は、図５の型５ａ、５ｂを用いる場合より大き
なものとなる。したがってこの場合は、射出成形に際し
て「ヒケ」等の不具合が生じやすい誘電体ブロック11の
隅部に光入射面11ｂおよび光出射面11ｃの光通過領域が
かかることが回避され、該光通過領域の光学特性が優れ
たものとなる。

【００３９】以上、金属膜12が形成される面11ａと平行
な断面の形状が正四角形である表面プラズモン共鳴測定
チップを例に挙げて説明したが、本発明は上記断面の形
状が正四角形以外の多角形である場合にも、また前記漏
洩モード測定に用いる測定チップを作製する場合にも適
用可能であり、そうした場合にも上述と同様の効果を奏
するものである。

【００４０】

【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。図１は、本発明の方法によ
って作製される表面プラズモン共鳴測定チップ（以下、
単に測定チップという）10を用いる表面プラズモン共鳴
測定装置の全体形状を示すものである。また図２はこの
装置の要部の側面形状を示し、図３は測定チップ10の斜
視形状を示している。まず、表面プラズモン共鳴測定装
置について説明する。

【００４１】図１に示す通りこの表面プラズモン共鳴測
定装置は、複数の測定チップ10を支持するターンテーブ
ル20と、測定用の光ビーム（レーザビーム）30を発生さ
せる半導体レーザ等のレーザ光源31と、入射光学系を構
成する集光レンズ32と、光検出器40と、上記ターンテー
ブル20を間欠的に回動させる支持体駆動手段50と、この
支持体駆動手段50の駆動を制御するとともに、上記光検
出器40の出力信号Ｓを受けて後述の処理を行なうコント
ローラ60と、試料自動供給機構70とを有している。

【００４２】上記測定チップ10は図２および図３に示す
通り、例えば概略四角錐の一部を切り取った形状の透明
誘電体ブロック11と、この誘電体ブロック11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、この金属膜12の上に側方が閉じられた空間を
画成する筒状の試料保持枠13とから構成されている。誘
電体ブロック11は、上記金属膜12が形成される一面11ａ
（後述の界面を構成する面）と、光ビーム30が入射する
面11ｂと、光ビーム30が出射する面11ｃとを全て含む１
つのブロックとして形成されている。試料保持枠13の中
には、後述のようにして例えば液体の試料15が貯えられ
る。

【００４３】測定チップ10を構成する誘電体ブロック11
および試料保持枠13は透明樹脂を用いて一体成形されて
おり、ターンテーブル20に対して交換可能とされてい
る。交換可能とするためには、例えばターンテーブル20
に形成された貫通孔に、測定チップ10を嵌合保持させる
等すればよい。

【００４４】上記透明樹脂の好ましいものとしては、シ
クロオレフィンポリマー、ＰＭＭＡ、ポリカーボネー
ト、非晶性ポリオレフィン等を挙げることができる。な
お本例では、金属膜12の上にセンシング媒体14が固定さ
れているが、それについては後に詳述する。また誘電体
ブロック11を形成する材料として一般には、屈折率が1.
45〜2.5程度の範囲内にあるものを用いるのが望まし
い。その理由は、この屈折率範囲で実用的なＳＰＲ共鳴
角が得られるからである。

【００４５】ターンテーブル20は複数（本例では１１
個）の上記測定チップ10を、その回動軸20ａを中心とす
る円周上に等角度間隔で支持するように構成されてい
る。支持体駆動手段50はステッピングモータ等から構成
され、ターンテーブル20を測定チップ10の配置角度と等
しい角度ずつ間欠的に回動させる。

【００４６】集光レンズ32は図２に示す通り、光ビーム
30を集光して収束光状態で誘電体ブロック11に通し、誘
電体ブロック11と金属膜12との界面（なお以下ではこの
界面を便宜的に、誘電体ブロック11の一面11ａと同じ付
番「11ａ」を付して示す）に対して種々の入射角が得ら
れるように入射させる。この入射角の範囲は、上記界面
11ａにおいて光ビーム30の全反射条件が得られ、かつ、
表面プラズモン共鳴が生じ得る角度範囲を含む範囲とさ
れる。

【００４７】なお光ビーム30は、界面11ａに対してｐ偏
光で入射する。そのようにするためには、予めレーザ光
源31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、波長板や偏光板で光ビーム30の偏光の向
きを制御してもよい。

【００４８】光検出器40は、多数の受光素子が１列に配
されてなるラインセンサーから構成されており、受光素
子の並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となるように配され
ている。

【００４９】一方コントローラ60は、支持体駆動手段50
からその回動停止位置を示すアドレス信号Ａを受けると
ともに、所定のシーケンスに基づいてこの支持体駆動手
段50を作動させる駆動信号Ｄを出力する。またこのコン
トローラ60は、上記光検出器40の出力信号Ｓを受ける信
号処理部61と、この信号処理部61からの出力を受ける表
示部62とを備えている。

【００５０】試料自動供給機構70は、例えば液体試料を
所定量だけ吸引保持するピペット71と、このピペット71
を移動させる手段72とから構成されたものであり、所定
位置にセットされた試料容器73から試料をピペット71に
吸引保持し、所定の停止位置にある測定チップ10の試料
保持枠13内にその試料を滴下供給する。

【００５１】以下、上記構成の表面プラズモン共鳴測定
装置による試料分析について説明する。試料分析に際し
てターンテーブル20は、前述のように支持体駆動手段50
によって間欠的に回動される。そして、ターンテーブル
20が停止したとき所定位置に静止した測定チップ10の試
料保持枠13に、上記試料自動供給機構70によって試料15
が供給される。

【００５２】その後ターンテーブル20が何回か回動され
てから停止すると、試料保持枠13に試料15を保持してい
る測定チップ10が、その誘電体ブロック11に前記光ビー
ム30が入射する測定位置（図２中の右側の測定チップ10
の位置）に静止する状態となる。この状態のとき、コン
トローラ60からの指令でレーザ光源31が駆動され、そこ
から発せられた光ビーム30が前述のように収束する状態
で、誘電体ブロック11と金属膜12との界面11ａに入射す
る。この界面11ａで全反射した光ビーム30は、光検出器
40によって検出される。

【００５３】光ビーム30は、上述の通り収束光状態で誘
電体ブロック11に入射するので、上記界面11ａ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30は界面11ａで全反射し、この反射した光
ビーム30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。ここで、上記集光レンズ32等の光学系は、
光ビーム30を界面11ａ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（例えば前記暗線の位置測定）の
誤差が平均化されて、測定精度が高められる。

【００５４】上述のように光ビーム30が全反射すると
き、界面11ａから金属膜12側にエバネッセント波がしみ
出す。そして、光ビーム30が界面11ａに対してある特定
の入射角θ_ＳＰで入射した場合は、このエバネッセント
波が金属膜12の表面に励起する表面プラズモンと共鳴す
るので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下す
る。なお図４には、この全反射減衰現象が生じた際の入
射角θと反射光強度Ｉとの関係を概略的に示してある。

【００５５】そこで、光検出器40が出力する光量検出信
号Ｓから各受光素子毎の検出光量を調べ、暗線を検出し
た受光素子の位置に基づいて上記入射角（全反射減衰
角）θ _ＳＰを求め、予め求めておいた反射光強度Ｉと入
射角θとの関係曲線に基づけば、試料15中の特定物質を
定量分析することができる。コントローラ60の信号処理
部61は、以上の原理に基づいて試料15中の特定物質を定
量分析し、その分析結果が表示部62に表示される。

【００５６】測定を１つの試料15に対して１回だけ行な
う場合は、以上の操作で測定が完了するので、測定を終
えた測定チップ10をターンテーブル20から手操作によ
り、あるいは自動排出手段を用いて排出すればよい。一
方、１つの試料15に対して測定を複数回行なう場合は、
測定終了後も測定チップ10をそのままターンテーブル20
に支持させておけば、ターンテーブル20の１回転後に、
その測定チップ10に保持されている試料15を再度測定に
かけることができる。

【００５７】以上説明した通り、この表面プラズモン共
鳴測定装置は、複数の測定チップ10をターンテーブル20
に支持させ、このターンテーブル20を移動させて各測定
チップ10を順次測定位置に配置するように構成されてい
るから、複数の測定チップ10の各試料保持枠13に保持さ
せた試料15を、ターンテーブル20の移動にともなって次
々と測定に供することができる。それにより、この表面
プラズモン共鳴測定装置によれば、多数の試料15につい
ての測定を短時間で行なうことが可能になる。

【００５８】この測定チップ10は、従来なされていたよ
うに誘電体ブロック11を屈折率マッチング液を介して他
の誘電体ブロックと光学的に結合させるような必要はな
いものである。したがって、この測定チップ10は取扱い
性が良く、また屈折率マッチング液が環境に及ぼす悪影
響から無縁のものとなり得る。

【００５９】なお金属膜12の表面に固定されているセン
シング媒体14は、試料15中の特定物質と結合するもので
ある。このような特定物質とセンシング媒体14との組合
せとしては、例えば抗原と抗体とが挙げられる。その場
合は、全反射減衰角θ_ＳＰに基づいて抗原抗体反応を検
出することができる。

【００６０】次に、測定チップ10を作製する本発明の方
法の実施形態について説明する。図７は、本発明の一つ
の実施形態による方法で測定チップを作製する射出成形
装置の一例を概略的に示すものである。図示の通りこの
射出成形装置は、上下方向に移動自在とされた可動取付
板80にスペーサブロック81を介して固定された下型２
と、この下型２に密着、離間する上型１とから構成され
ている。

【００６１】下型２は受け板82と、この上に組み付けら
れたストッパプレート83と、誘電体ブロック11の試料保
持枠13（図２参照）の内部空間すなわち液溜めを成形す
るピン４とから構成されている。上型１は、下型２によ
って下側から押圧されると図示のように互いが上下方向
に密着する可動型板84と、ランナープレート85と、ラン
ナーストリッパプレート86と、固定取付板87とから構成
されている。固定取付板87は上下方向位置が固定されて
おり、下型２が図７の状態から所定距離下降すると、可
動型板84とランナープレート85とランナーストリッパプ
レート86とが互いに離れつつ固定取付板87から離れる。

【００６２】可動型板84には、図中左右方向に移動し
て、互いに密着したときに互いの間に空間３を画成する
２つ割の成形型としてのスライダブロック84ａ、84ｂが
組み込まれている。上型１と下型２とが密着すると、上
記空間３内にピン４の先端部分が進入した状態となる。
なおこの図７では、上記空間３のように溶融樹脂が流れ
る空間をハッチングを付して示してある。

【００６３】ランナープレート85の上面とランナースト
リッパプレート86の下面にはそれぞれ、両者が密着した
とき互いに整合するランナー溝85ａ、86ａが形成されて
いる。またランナーストリッパプレート86には、上記ラ
ンナー溝86ａに連続する樹脂導入通路86ｂが形成され、
また固定取付板87には、該固定取付板87がランナースト
リッパプレート86に密着したとき上記樹脂導入通路86ｂ
と連通する樹脂導入通路87ａが形成されている。

【００６４】上型１と下型２とを図７のように密着した
状態とし、固定取付板87の樹脂導入通路87ａから矢印Ａ
で示すように溶融した透明樹脂を圧入させると、ピンゲ
ートＧから空間３内に樹脂が射出される。この樹脂が冷
却固化した後に上型１と下型２とを離間させ、かつスラ
イダブロック84ａ、84ｂを互いに離間させれば、図３に
示した測定チップ10を構成する誘電体ブロック11が得ら
れる。

【００６５】このようにして誘電体ブロック11を射出成
形する際、誘電体ブロック11の一面11ａを規定する型面
であるピン先端面４ａに対向する位置にゲートＧを配し
ておくことにより、樹脂が合流した部分において誘電体
ブロック11の強度が低下したり、誘電体ブロック11の上
記一面11ａにウェルドが発生することが防止される。さ
らに、ピン４が樹脂導入の圧力で横方に倒れることがな
くなるので、誘電体ブロック11の形状が不正になること
が防止される。

【００６６】誘電体ブロック11の射出成形に使用される
上記スライダブロック84ａ、84ｂは、図６に平断面形状
（金属膜12が形成される面11ａと平行な断面の形状）を
示すようなものである。つまりここでは、金属膜12が形
成される面11ａと平行なブロック断面が正四角形となっ
ているが、この正四角形の中心Ｏを挟んで相対向する２
つの頂角の外方に互いの合わせ面Ｈが位置する２つ割の
型84ａ、84ｂを用いて射出成形がなされる。

【００６７】このような２つ割の型84ａ、84ｂを用いる
ことにより、誘電体ブロック11の隅部に光入射面11ｂお
よび光出射面11ｃの光通過領域がかかることが回避さ
れ、該光通過領域の光学特性が優れたものとなる。その
理由は、先に図６を参照して詳しく説明した通りであ
る。

【００６８】以上の通りにして誘電体ブロック11を射出
成形した後、この誘電体ブロック11の上記一面11ａに金
属膜12を形成し、さらにその上にセンシング媒体14を固
定すると、図３に示した測定チップ10が得られる。

【００６９】なお本発明による測定チップの作製方法
は、以上説明したような形状の誘電体ブロック11を射出
成形する場合に限らず、その他の形状の誘電体ブロック
を射出成形する場合にも同様に適用可能であり、そして
同様の効果を奏するものである。またゲートＧも前述の
ピンゲートに限らず、その他の形状のゲート、例えばフ
ァンゲート等が適用されても構わない。

【００７０】次に図８を参照して、本発明による測定チ
ップを適用することができる別の測定装置について説明
する。この図８は、本発明の方法によって作製可能な漏
洩モード測定装置用測定チップ700と、それを用いる漏
洩モード測定装置の側面形状を示すものである。

【００７１】この漏洩モード測定装置は基本的に、図２
に示した表面プラズモン共鳴測定装置と同様の構成を有
するものである。一方測定チップ700は、誘電体ブロッ
ク11の一面（図中の上面）にクラッド層701が形成さ
れ、さらにその上に光導波層702が形成されてなるもの
である。

【００７２】誘電体ブロック11は、例えば前述したよう
な透明樹脂を用いて形成されている。一方クラッド層70
1は、誘電体ブロック11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702は、クラッド層701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701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702の膜厚は、例えばＰＭＭＡから
形成する場合で700ｎｍ程度とされる。

【００７３】上記構成の漏洩モード測定装置において、
レーザ光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック
11を通してクラッド層701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30が誘電体ブロック11と
クラッド層701との界面11ａで全反射するが、クラッド
層701を透過して光導波層702に特定入射角で入射した特
定波数の光は、該光導波層702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702に取り込まれるので、上記
界面11ａ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。

【００７４】光導波層702における導波光の波数は、該
光導波層702の上の試料15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、
試料15の屈折率や、それに関連する試料15の特性を分析
することができる。信号処理部61は、以上の原理に基づ
いて試料15中の特定物質を定量分析し、その分析結果が
図示外の表示部に表示される。

【００７５】上記の漏洩モード測定装置用測定チップ70
0を形成するに当たり、それを構成する誘電体ブロック1
1を射出成形する際に本発明の方法を適用すれば、この
場合にも前述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】本発明の一実施形態の方法によって作製された
表面プラズモン共鳴測定チップを用いる表面プラズモン
共鳴測定装置の全体図

【図２】図１の表面プラズモン共鳴測定装置の要部を示
す一部破断側面図

【図３】本発明の一実施形態の方法によって作製された
表面プラズモン共鳴測定チップを示す斜視図

【図４】表面プラズモン共鳴測定装置における光ビーム
入射角と、光検出器による検出光強度との概略関係を示
すグラフ

【図５】従来方法に用いられる測定チップの成形型を示
す説明図

【図６】本発明の方法に用いられる測定チップの成形型
を示す説明図

【図７】本発明の一実施形態による方法で測定チップを
作製する装置を示す側断面図

【図８】本発明の方法によって作製される別の測定チッ
プと、それを用いる漏洩モード測定装置の要部を示す一
部破断側面図

【符号の説明】

１ 上型 ２ 下型 ３ 空間 ４ ピン ４ａ ピン先端面 10 表面プラズモン共鳴測定チップ 11 誘電体ブロック 11ａ 誘電体ブロックの一面 11ｂ 誘電体ブロックの光入射面 11ｃ 誘電体ブロックの光出射面 12 金属膜 13 試料保持枠 14 センシング媒体 15 試料 80 可動取付板 81 スペーサブロック 82 受け板 83 ストッパプレート 84 可動型板 84ａ、84ｂ スライダブロック（２つ割の型） 85 ランナープレート 86 ランナーストリッパプレート 87 固定取付板 700 漏洩モード測定装置用測定チップ 701 クラッド層 702 光導波層 Ｇ ゲート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G057 AA02 AB04 AB07 AC01 BA01 BB06 BB08 HA04 2G058 AA02 CD04 CF12 GA02 2G059 AA01 BB04 BB12 CC16 DD12 DD13 EE02 EE05 GG01 GG04 JJ11 JJ17 JJ19 JJ20 KK01 KK04 MM03 PP04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   られる薄膜層と、 光ビームを発生させる光源と、 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となり、か
   つ、種々の入射角成分を含むようにして入射させる光学
   系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して全反射
   減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる、全反
   射減衰を利用した測定装置に用いられる測定チップであ
   って、 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面
   および前記薄膜層が形成される一面の全てを含み、かつ
   前記一面と平行な断面の形状が多角形である１つのブロ
   ックとして樹脂から形成され、 この誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測
   定チップの作製方法において、 前記誘電体ブロックを、前記多角形の中心を挟んで相対
   向する２つの頂角の外方に互いの合わせ面が位置する２
   つ割の型を用いて射出成形することを特徴とする測定チ
   ップの作製方法。
2. 【請求項２】 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
   られる金属膜からなる薄膜層と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
   ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件となり、か
   つ、種々の入射角成分を含むようにして入射させる光学
   系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、表面
   プラズモン共鳴による全反射減衰の状態を検出する光検
   出手段とを備えてなる、全反射減衰を利用した測定装置
   に用いられる測定チップであって、 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面
   および前記金属膜が形成される一面の全てを含み、かつ
   前記一面と平行な断面の形状が多角形である１つのブロ
   ックとして樹脂から形成され、 この誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測
   定チップの作製方法において、 前記誘電体ブロックを、前記多角形の中心を挟んで相対
   向する２つの頂角の外方に互いの合わせ面が位置する２
   つ割の型を用いて射出成形することを特徴とする測定チ
   ップの作製方法。
3. 【請求項３】 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、お
   よびその上に形成されて試料に接触させられる光導波層
   からなる薄膜層と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
   ブロックと前記クラッド層との界面で全反射条件とな
   り、かつ、種々の入射角成分を含むようにして入射させ
   る光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、前記
   光導波層での導波モードの励起による全反射減衰の状態
   を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を利
   用した測定装置に用いられる測定チップであって、 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面
   および前記クラッド層が形成される一面の全てを含み、
   かつ前記一面と平行な断面の形状が多角形である１つの
   ブロックとして樹脂から形成され、 この誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測
   定チップの作製方法において、 前記誘電体ブロックを、前記多角形の中心を挟んで相対
   向する２つの頂角の外方に互いの合わせ面が位置する２
   つ割の型を用いて射出成形することを特徴とする測定チ
   ップの作製方法。
4. 【請求項４】 前記多角形が、辺の数が偶数である正多
   角形であることを特徴とする請求項１から３いずれか１
   項記載の測定チップの作製方法。
5. 【請求項５】 前記樹脂としてシクロオレフィンポリマ
   ーを用いることを特徴とする請求項１から４いずれか１
   項記載の測定チップの作製方法。
6. 【請求項６】 請求項１から５いずれか１項記載の測定
   チップの作製方法によって作製されたことを特徴とする
   測定チップ。
7. 【請求項７】 前記誘電体ブロックにおいて、前記薄膜
   層が形成される一面の上方の空間を側方から囲んで、こ
   の一面の上に試料を保持する液溜めを画成する部分が形
   成されていることを特徴とする請求項７記載の測定チッ
   プ。