JP2003139690A - 全反射減衰を利用した測定装置 - Google Patents
全反射減衰を利用した測定装置Info
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 全反射減衰を利用した測定装置の測定におい
て精密な測定を効率よく行う。 【解決手段】 複数の測定チップ10を、順次測定位置に
搬送する搬送手段を備えた全反射減衰を利用した測定装
置において、測定チップ10および該チップ10が保持する
試料15を加熱する予熱手段80を備え、搬送手段による測
定チップ10の搬送前に、該測定チップ10および試料15を
測定時の熱平衡状態時の温度と略同一の温度まで加熱
し、その後、測定位置に搬送して測定を行う。なお、測
定チップ10を順次加熱位置から測定位置に搬送すると同
時に、次に測定に供される測定チップを順次加熱位置に
搬送し予熱する。
て精密な測定を効率よく行う。 【解決手段】 複数の測定チップ10を、順次測定位置に
搬送する搬送手段を備えた全反射減衰を利用した測定装
置において、測定チップ10および該チップ10が保持する
試料15を加熱する予熱手段80を備え、搬送手段による測
定チップ10の搬送前に、該測定チップ10および試料15を
測定時の熱平衡状態時の温度と略同一の温度まで加熱
し、その後、測定位置に搬送して測定を行う。なお、測
定チップ10を順次加熱位置から測定位置に搬送すると同
時に、次に測定に供される測定チップを順次加熱位置に
搬送し予熱する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンセ
ンサー等の、全反射減衰を利用した測定装置に関し、特
に詳細には、複数の測定ユニットを順次測定するハイス
ループット化された全反射減衰を利用した測定装置に関
するものである。
ンサー等の、全反射減衰を利用した測定装置に関し、特
に詳細には、複数の測定ユニットを順次測定するハイス
ループット化された全反射減衰を利用した測定装置に関
するものである。
【０００２】
【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。
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。
【０００３】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センサー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）。
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センサー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）。
【０００４】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、かつ
表面プラズモン共鳴による全反射減衰が生じ得るように
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表面プラズモン共鳴の状
態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを
備えてなるものである。
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、かつ
表面プラズモン共鳴による全反射減衰が生じ得るように
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表面プラズモン共鳴の状
態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを
備えてなるものである。
【０００５】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えて上記界面に
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
変化にしたが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成分を全て受光
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。
には、比較的細い光ビームを入射角を変えて上記界面に
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
変化にしたが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成分を全て受光
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。
【０００６】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θＳＰ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。
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θＳＰ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。
【０００７】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。
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。
【０００８】この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角
θＳＰから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、εｍ とεＳ 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。
θＳＰから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、εｍ とεＳ 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。
【０００９】
【数１】
試料の誘電率εＳ 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θＳＰ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。
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θＳＰ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。
【００１０】また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類
似のセンサーとして、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センサーも知られている。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、かつ光導波層での導波モードの励
起による全反射減衰が生じ得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。
似のセンサーとして、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センサーも知られている。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、かつ光導波層での導波モードの励
起による全反射減衰が生じ得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。
【００１１】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。
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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したタイプの
従来の表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーに
おいては、共鳴等により吸収された光の一部は熱に変換
され、薄膜層上の液体や固定化物等の温度上昇を引き起
こす。屈折率は温度の上昇に伴い変化するため、液体や
固定化物の温度上昇に伴い共鳴条件等が変化することに
なる。すなわち、実際の測定値には、試料の特性（結合
解離反応等）と温度依存性との影響が含まれている。し
たがって、温度が変化している最中に測定を行うと、温
度変化に伴う屈折率の変化が生じるために屈折率が大き
くずれてしまう。したがって、光ビーム照射開始からの
時間に対するこの測定チップの薄膜層およびその上に配
された試料の温度変化とそれに伴う全反射減衰角の温度
変化は図８に示すようなものとなる。すなわち、光ビー
ム照射開始時t0から測定チップおよび試料が熱平衡状態
に達するまでにはt1の時間を要し、精度よい測定値を得
るためには、熱平衡状態に達するのを待ってから測定を
行う必要がある。
従来の表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーに
おいては、共鳴等により吸収された光の一部は熱に変換
され、薄膜層上の液体や固定化物等の温度上昇を引き起
こす。屈折率は温度の上昇に伴い変化するため、液体や
固定化物の温度上昇に伴い共鳴条件等が変化することに
なる。すなわち、実際の測定値には、試料の特性（結合
解離反応等）と温度依存性との影響が含まれている。し
たがって、温度が変化している最中に測定を行うと、温
度変化に伴う屈折率の変化が生じるために屈折率が大き
くずれてしまう。したがって、光ビーム照射開始からの
時間に対するこの測定チップの薄膜層およびその上に配
された試料の温度変化とそれに伴う全反射減衰角の温度
変化は図８に示すようなものとなる。すなわち、光ビー
ム照射開始時t0から測定チップおよび試料が熱平衡状態
に達するまでにはt1の時間を要し、精度よい測定値を得
るためには、熱平衡状態に達するのを待ってから測定を
行う必要がある。
【００１３】しかし、誘電体ブロック、その一面に設け
られた薄膜層と、該薄膜層上に試料を保持する試料保持
機構とからなる測定ユニットを複数備え、複数の試料に
ついての測定を行う装置においては、各測定ユニット毎
に熱平衡状態に達するのを待って測定を行っていたので
は、高速化を図ることができない。
られた薄膜層と、該薄膜層上に試料を保持する試料保持
機構とからなる測定ユニットを複数備え、複数の試料に
ついての測定を行う装置においては、各測定ユニット毎
に熱平衡状態に達するのを待って測定を行っていたので
は、高速化を図ることができない。
【００１４】本発明は上記の事情に鑑みて、試料が熱平
衡状態に達する時間を短縮し、複数の試料を効率よく測
定することができる、全反射減衰を利用した測定装置を
提供することを目的とする。
衡状態に達する時間を短縮し、複数の試料を効率よく測
定することができる、全反射減衰を利用した測定装置を
提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の全反射減衰を利
用した測定装置は、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た薄膜層、およびこの薄膜層の
上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測
定ユニットと、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
条件が得られるように種々の入射角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測定して、
全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、前記複数の
測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順次前記全反
射条件および種々の入射角が得られるように、各測定ユ
ニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定
位置に配置する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利
用した測定装置において、前記測定ユニットを前記所定
位置に搬送する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニ
ットが保持する試料を、前記所定位置に搬送された直後
の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試
料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態とな
る時の温度（以下、「熱平衡温度」という）とが略同一
となるように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とす
るものである。
用した測定装置は、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た薄膜層、およびこの薄膜層の
上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測
定ユニットと、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
条件が得られるように種々の入射角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測定して、
全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、前記複数の
測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順次前記全反
射条件および種々の入射角が得られるように、各測定ユ
ニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定
位置に配置する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利
用した測定装置において、前記測定ユニットを前記所定
位置に搬送する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニ
ットが保持する試料を、前記所定位置に搬送された直後
の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試
料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態とな
る時の温度（以下、「熱平衡温度」という）とが略同一
となるように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とす
るものである。
【００１６】ここで、「前記所定位置に搬送された直後
の・・・とが略同一となるように加熱する」とは、搬送
手段による搬送時の温度低下を見込んで加熱することを
意味するものであり、搬送手段による搬送時間が短時間
で温度低下が小さい場合には、熱平衡温度と略同一温度
となるように加熱すればよく、搬送手段による搬送時間
が長く温度低下が大きい場合には、熱平衡状態となる時
の温度よりも高めの温度まで加熱しておけばよい。
の・・・とが略同一となるように加熱する」とは、搬送
手段による搬送時の温度低下を見込んで加熱することを
意味するものであり、搬送手段による搬送時間が短時間
で温度低下が小さい場合には、熱平衡温度と略同一温度
となるように加熱すればよく、搬送手段による搬送時間
が長く温度低下が大きい場合には、熱平衡状態となる時
の温度よりも高めの温度まで加熱しておけばよい。
【００１７】なお、「測定ユニットおよび該ユニットが
保持する試料の温度」は、全体が一様な温度である必要
はなく、屈折率変動への影響が大きい、誘電体ブロック
の光ビームが通過する部分、該ブロック上の薄膜層およ
び試料の温度が、前述の熱平衡状態おけるそれらの温度
と比較して略同一となっていればよい。
保持する試料の温度」は、全体が一様な温度である必要
はなく、屈折率変動への影響が大きい、誘電体ブロック
の光ビームが通過する部分、該ブロック上の薄膜層およ
び試料の温度が、前述の熱平衡状態おけるそれらの温度
と比較して略同一となっていればよい。
【００１８】なお、ここで「略同一」とは、搬送直後の
測定ユニットおよび試料の温度が、予熱手段による加熱
前の初期温度と測定時の熱平衡状態となる時の熱平衡温
度と比較して、十分に熱平衡温度に近いことを意味する
が、特に搬送直後の温度と熱平衡温度との温度差が１℃
以内であることが望ましい。
測定ユニットおよび試料の温度が、予熱手段による加熱
前の初期温度と測定時の熱平衡状態となる時の熱平衡温
度と比較して、十分に熱平衡温度に近いことを意味する
が、特に搬送直後の温度と熱平衡温度との温度差が１℃
以内であることが望ましい。
【００１９】本発明による別の全反射減衰を利用した測
定装置は、特に前述の表面プラズモンセンサーとして構
成されたものであり、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た金属膜からなる薄膜層、お
よびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備
えてなる複数の測定ユニットと、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が得られるように種々の入射角で
入射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの
強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰
の状態を検出する光検出手段と、前記複数の測定ユニッ
トの各誘電体ブロックに関して順次前記全反射条件およ
び種々の入射角が得られるように、各測定ユニットを順
次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置
する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定
装置において、前記測定ユニットを前記所定位置に搬送
する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニットが保持
する試料を、前記所定位置に搬送された直後の前記測定
ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度
と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温
度とが略同一となるように加熱する予熱手段を備えたこ
とを特徴とするものである。
定装置は、特に前述の表面プラズモンセンサーとして構
成されたものであり、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た金属膜からなる薄膜層、お
よびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備
えてなる複数の測定ユニットと、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が得られるように種々の入射角で
入射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの
強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰
の状態を検出する光検出手段と、前記複数の測定ユニッ
トの各誘電体ブロックに関して順次前記全反射条件およ
び種々の入射角が得られるように、各測定ユニットを順
次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置
する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定
装置において、前記測定ユニットを前記所定位置に搬送
する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニットが保持
する試料を、前記所定位置に搬送された直後の前記測定
ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度
と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温
度とが略同一となるように加熱する予熱手段を備えたこ
とを特徴とするものである。
【００２０】また、本発明によるさらに別の全反射減衰
を利用した測定装置は、特に前述の漏洩モードセンサー
として構成されたものであり、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たクラッド層ならび
に該クラッド層上に形成された光導波層とからなる薄膜
層、およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機
構を備えてなる複数の測定ユニットと、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が得られるように種々
の入射角で入射させる光学系と、前記界面で全反射した
光ビームの強度を測定して、前記光導波層における導波
モードの励起に伴う全反射減衰の状態を検出する光検出
手段と、前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに
関して順次前記全反射条件および種々の入射角が得られ
るように、各測定ユニットを順次前記光学系および光検
出手段に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えて
なる全反射減衰を利用した測定装置において、前記測定
ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測定ユニッ
トおよび該測定ユニットが保持する試料を、前記所定位
置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユ
ニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射さ
れて熱平衡状態となる時の温度とが略同一となるように
加熱する予熱手段を備えたことを特徴とするものである
なお、前記予熱手段としては、前記光ビームと略同一の
パワー密度を有する光ビームを前記誘電体ブロックと薄
膜層との界面に対して入射させる光源からなるものを用
いることができる。また、その他の予熱手段として、ペ
ルチェ素子、フリヂスタ素子等の電子冷却素子を用いて
もよいし、さらに、水冷方式、ガス方式等の手段を用い
てもよい。
を利用した測定装置は、特に前述の漏洩モードセンサー
として構成されたものであり、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たクラッド層ならび
に該クラッド層上に形成された光導波層とからなる薄膜
層、およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機
構を備えてなる複数の測定ユニットと、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が得られるように種々
の入射角で入射させる光学系と、前記界面で全反射した
光ビームの強度を測定して、前記光導波層における導波
モードの励起に伴う全反射減衰の状態を検出する光検出
手段と、前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに
関して順次前記全反射条件および種々の入射角が得られ
るように、各測定ユニットを順次前記光学系および光検
出手段に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えて
なる全反射減衰を利用した測定装置において、前記測定
ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測定ユニッ
トおよび該測定ユニットが保持する試料を、前記所定位
置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユ
ニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射さ
れて熱平衡状態となる時の温度とが略同一となるように
加熱する予熱手段を備えたことを特徴とするものである
なお、前記予熱手段としては、前記光ビームと略同一の
パワー密度を有する光ビームを前記誘電体ブロックと薄
膜層との界面に対して入射させる光源からなるものを用
いることができる。また、その他の予熱手段として、ペ
ルチェ素子、フリヂスタ素子等の電子冷却素子を用いて
もよいし、さらに、水冷方式、ガス方式等の手段を用い
てもよい。
【００２１】
【発明の効果】本発明の全反射減衰を利用した測定装置
は、測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料
を加熱する予熱手段を備え、測定ユニットを所定位置に
搬送する前に、所定位置に搬送された直後の前記測定ユ
ニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、
前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度と
が略同一となるように加熱するので、所定位置に搬送さ
れ、測定用の光ビームの照射をされて熱平衡状態となる
までに要する時間を従来と比較して短縮することができ
る。
は、測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料
を加熱する予熱手段を備え、測定ユニットを所定位置に
搬送する前に、所定位置に搬送された直後の前記測定ユ
ニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、
前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度と
が略同一となるように加熱するので、所定位置に搬送さ
れ、測定用の光ビームの照射をされて熱平衡状態となる
までに要する時間を従来と比較して短縮することができ
る。
【００２２】特に、搬送直後の温度と熱平衡温度との温
度差が１℃以内の場合、この温度差による屈折率変化へ
の影響はノイズレベルとなるため、搬送後、直ちに測定
を開始することができるため、さらに、測定に要する時
間を短縮することができる。
度差が１℃以内の場合、この温度差による屈折率変化へ
の影響はノイズレベルとなるため、搬送後、直ちに測定
を開始することができるため、さらに、測定に要する時
間を短縮することができる。
【００２３】複数の測定ユニット、および各測定ユニッ
トを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置
に配置する搬送手段を備えているので、一つの測定ユニ
ットについての測定を行うと同時に、次に測定を行う測
定ユニットを加熱することができるため、測定のハイス
ループット化を図ることができる。
トを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置
に配置する搬送手段を備えているので、一つの測定ユニ
ットについての測定を行うと同時に、次に測定を行う測
定ユニットを加熱することができるため、測定のハイス
ループット化を図ることができる。
【００２４】
【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、本発明の第１の実
施形態による、全反射減衰を利用した測定装置の全体図
を示すものである。この第１の実施形態の測定装置は前
述の表面プラズモンセンサーとして構成されたものであ
る。なお、図２はこの装置の測定部の側面形状、図３は
予熱手段の側面形状をそれぞれ示すものである。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による、全反射減衰を利用した測定装置の全体図
を示すものである。この第１の実施形態の測定装置は前
述の表面プラズモンセンサーとして構成されたものであ
る。なお、図２はこの装置の測定部の側面形状、図３は
予熱手段の側面形状をそれぞれ示すものである。
【００２５】図１に示すように、この表面プラズモンセ
ンサーは、測定ユニットとしての測定チップ10を複数保
持する保持台であるターンテーブル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
動させる駆動手段50と、この駆動手段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、測定前に測定チップ10および該チップ10が保持する
試料15を加熱する予熱手段80を有している。ここで、予
熱手段80は、測定用光ビーム30と同等のパワー密度の予
熱用光ビーム83を出射するレーザ光源81と、集光レンズ
32と同等の作用をする予熱用集光レンズ82とからなる。
ンサーは、測定ユニットとしての測定チップ10を複数保
持する保持台であるターンテーブル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
動させる駆動手段50と、この駆動手段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、測定前に測定チップ10および該チップ10が保持する
試料15を加熱する予熱手段80を有している。ここで、予
熱手段80は、測定用光ビーム30と同等のパワー密度の予
熱用光ビーム83を出射するレーザ光源81と、集光レンズ
32と同等の作用をする予熱用集光レンズ82とからなる。
【００２６】上記測定チップ10は図２に示す通り、例え
ば透明樹脂等により形成された倒立截頭四角錘形状を有
するものであり、上部には、上面から下方に向かって次
第に径が縮小する、断面円形の試料保持穴11ａが形成さ
れて液体試料を保持する容器11が構成されており、この
容器11の底面内側（後述する誘電体ブロックの面）に薄
膜層として金属膜12が被着されている。また、測定チッ
プ10の下部が誘電体ブロック13を構成しており、その４
つの側面のうちの対面する２面がそれぞれ光入射端面13
b、光出射端面13cとされている。すなわち、この測定チ
ップ10は、試料を保持する容器11と、光カップラーとし
ての誘電体ブロック13とが一体的に形成されたものであ
り、試料保持穴11ａの底面が誘電体ブロック13の一面を
構成している。この測定チップ10は、ターンテーブル20
に対して交換可能とされている。なお、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
後述する。
ば透明樹脂等により形成された倒立截頭四角錘形状を有
するものであり、上部には、上面から下方に向かって次
第に径が縮小する、断面円形の試料保持穴11ａが形成さ
れて液体試料を保持する容器11が構成されており、この
容器11の底面内側（後述する誘電体ブロックの面）に薄
膜層として金属膜12が被着されている。また、測定チッ
プ10の下部が誘電体ブロック13を構成しており、その４
つの側面のうちの対面する２面がそれぞれ光入射端面13
b、光出射端面13cとされている。すなわち、この測定チ
ップ10は、試料を保持する容器11と、光カップラーとし
ての誘電体ブロック13とが一体的に形成されたものであ
り、試料保持穴11ａの底面が誘電体ブロック13の一面を
構成している。この測定チップ10は、ターンテーブル20
に対して交換可能とされている。なお、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
後述する。
【００２７】ターンテーブル20は複数（本例では１２
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保持するように構成されてい
る。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。すなわち、本実施形態にお
いては、ターンテーブル20と駆動手段50とにより測定チ
ップ10を搬送する搬送手段が構成されている。
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保持するように構成されてい
る。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。すなわち、本実施形態にお
いては、ターンテーブル20と駆動手段50とにより測定チ
ップ10を搬送する搬送手段が構成されている。
【００２８】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13に通し、誘
電体ブロック13と金属膜12との界面13ａ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13ａ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。
30を集光して収束光状態で誘電体ブロック13に通し、誘
電体ブロック13と金属膜12との界面13ａ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13ａ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。
【００２９】なお光ビーム30は、界面13ａ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。
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。
【００３０】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。
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。
【００３１】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。
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。
【００３２】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の容器
11内にその試料を滴下供給する。
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の容器
11内にその試料を滴下供給する。
【００３３】予熱手段80は、図３に示すとおり、光源31
と集光レンズ32とからなる測定部の入射光学系と略同一
の構成をなすものであり、予熱用光源81から出射された
予熱用光ビーム83を、予熱用集光レンズ82を通して誘電
体ブロック13と金属膜12との界面13ａに、前述の光ビー
ム30の入射条件と略同一の入射条件で入射させる。
と集光レンズ32とからなる測定部の入射光学系と略同一
の構成をなすものであり、予熱用光源81から出射された
予熱用光ビーム83を、予熱用集光レンズ82を通して誘電
体ブロック13と金属膜12との界面13ａに、前述の光ビー
ム30の入射条件と略同一の入射条件で入射させる。
【００３４】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。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の容器11
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。
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の容器11
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。
【００３５】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15を保持している測定チップ10
が、予熱手段80による加熱位置に静止する状態となる。
ここで、コントローラー60からの指令で予熱用レーザ光
源81が駆動され、そこから発せられた予熱用光ビーム83
が、集光レンズ82の作用により誘電体ブロック13と金属
膜12との界面13ａに入射される。なおこの入射角は、後
述の光ビーム30による入射と同様に界面13ａで全反射す
る角度とする。この予熱用光ビーム83の界面13ａへの入
射時に一部が熱に変換されて、測定チップ10および試料
15の温度上昇が生じる。予熱用光ビーム83を一定時間照
射することにより、測定チップおよび試料は熱平衡状態
に達する。ここで用いられている予熱用光ビーム83は、
測定用の光ビーム30と略同一のパワー密度を有するもの
であり、略同一の条件で界面13ａに対して照射されるた
め、予熱用光ビーム83の照射時の熱平衡状態は測定用の
光ビーム30の照射時の熱平衡状態と略同じ状態となる。
てから停止すると、試料15を保持している測定チップ10
が、予熱手段80による加熱位置に静止する状態となる。
ここで、コントローラー60からの指令で予熱用レーザ光
源81が駆動され、そこから発せられた予熱用光ビーム83
が、集光レンズ82の作用により誘電体ブロック13と金属
膜12との界面13ａに入射される。なおこの入射角は、後
述の光ビーム30による入射と同様に界面13ａで全反射す
る角度とする。この予熱用光ビーム83の界面13ａへの入
射時に一部が熱に変換されて、測定チップ10および試料
15の温度上昇が生じる。予熱用光ビーム83を一定時間照
射することにより、測定チップおよび試料は熱平衡状態
に達する。ここで用いられている予熱用光ビーム83は、
測定用の光ビーム30と略同一のパワー密度を有するもの
であり、略同一の条件で界面13ａに対して照射されるた
め、予熱用光ビーム83の照射時の熱平衡状態は測定用の
光ビーム30の照射時の熱平衡状態と略同じ状態となる。
【００３６】その後ターンテーブル20が再び回動され
て、予熱手段80により加熱された測定チップ10が、その
誘電体ブロック13に入射用光ビーム30が入射する測定位
置に静止する状態となる。なお、加熱された測定チップ
10が測定位置に搬送されると同時に、次に測定に供され
る測定チップが予熱手段80による加熱位置に搬送され、
予熱手段80により加熱される。一方、測定位置に測定チ
ップ10が静止すると、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。測定チップ10および試料
の温度は、加熱位置からの搬送時にやや低下するが、こ
の測定用の光ビーム30の入射により、再び測定チップ10
および試料の温度は熱平衡温度まで上昇する。このとき
熱平衡状態に達する時間は、予熱手段80による予熱用光
ビーム80の照射時における熱平衡状態への到達時間と比
較して短時間である。精度よい測定を行うため、熱平衡
状態となった後に、光検出器40による全反射角の検出を
行う。
て、予熱手段80により加熱された測定チップ10が、その
誘電体ブロック13に入射用光ビーム30が入射する測定位
置に静止する状態となる。なお、加熱された測定チップ
10が測定位置に搬送されると同時に、次に測定に供され
る測定チップが予熱手段80による加熱位置に搬送され、
予熱手段80により加熱される。一方、測定位置に測定チ
ップ10が静止すると、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。測定チップ10および試料
の温度は、加熱位置からの搬送時にやや低下するが、こ
の測定用の光ビーム30の入射により、再び測定チップ10
および試料の温度は熱平衡温度まで上昇する。このとき
熱平衡状態に達する時間は、予熱手段80による予熱用光
ビーム80の照射時における熱平衡状態への到達時間と比
較して短時間である。精度よい測定を行うため、熱平衡
状態となった後に、光検出器40による全反射角の検出を
行う。
【００３７】光ビーム30は、上述の通り収束光状態で誘
電体ブロック13に入射するので、上記界面13ａ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13ａ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。
電体ブロック13に入射するので、上記界面13ａ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13ａ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。
【００３８】光ビーム30が全反射するとき、界面13ａ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13ａに対してある特定の入射角θＳＰ
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
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。
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13ａに対してある特定の入射角θＳＰ
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
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。
【００３９】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。
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。
【００４０】以下、本実施形態の予熱手段80による加熱
開始から、測定系による測定開始までの時間に対する測
定チップ等の温度変化を図５を参照してより詳細に説明
する。図５において、横軸は測定開始t0からの時間を示
し、縦軸は、測定チップの金属膜表面温度、試料温度お
よび表面プラズモン共鳴角度を示す。図に示すとおり、
薄膜層表面温度、試料温度および共鳴角度の変化は同一
である。Ｔ0は、測定用光ビーム照射時の熱平衡状態に
到達した際の、金属膜表面温度、試料温度および共鳴角
度である。
開始から、測定系による測定開始までの時間に対する測
定チップ等の温度変化を図５を参照してより詳細に説明
する。図５において、横軸は測定開始t0からの時間を示
し、縦軸は、測定チップの金属膜表面温度、試料温度お
よび表面プラズモン共鳴角度を示す。図に示すとおり、
薄膜層表面温度、試料温度および共鳴角度の変化は同一
である。Ｔ0は、測定用光ビーム照射時の熱平衡状態に
到達した際の、金属膜表面温度、試料温度および共鳴角
度である。
【００４１】図５に示すように、時刻t0において、予熱
手段80による予熱用光ビーム83を開始する。測定用光ビ
ーム30による熱平衡状態への到達時間と同等の時間を経
て時刻t1において熱平衡に達し、その後、時刻t2まで熱
平衡状態を維持する。この時の熱平衡状態は、測定用光
ビーム30の照射時の熱平衡状態と同等である。
手段80による予熱用光ビーム83を開始する。測定用光ビ
ーム30による熱平衡状態への到達時間と同等の時間を経
て時刻t1において熱平衡に達し、その後、時刻t2まで熱
平衡状態を維持する。この時の熱平衡状態は、測定用光
ビーム30の照射時の熱平衡状態と同等である。
【００４２】次に、ターンテーブル20が回動されて、測
定チップ10が所定の測定位置に搬送される。なおこの際
同時に、次に測定に供される測定チップが加熱位置に搬
送される。
定チップ10が所定の測定位置に搬送される。なおこの際
同時に、次に測定に供される測定チップが加熱位置に搬
送される。
【００４３】ターンテーブルの回動による搬送時間はt3
−t2であり、この搬送時に測定チップの温度は下降す
る。したがって、所定位置に配置された時刻t3における
温度は、熱平衡温度よりやや低い温度となっている。時
刻t3において、測定チップ10が所定の測定位置に静止し
た状態のとき、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13ａに入射する。測定用光ビーム30の照射によ
り、再び測定チップ等の温度上昇が始まり、t4において
熱平衡状態に達する。その後、全反射解消角の測定を行
う。なお、搬送時の温度低下が１℃以内、すなわち、搬
送直後t3における測定チップ等の温度と、熱平衡状態の
熱平衡温度との温度差が１℃以内であれば、測定用光ビ
ーム30の照射による熱平衡状態となるまで待つことなく
測定してもよい。
−t2であり、この搬送時に測定チップの温度は下降す
る。したがって、所定位置に配置された時刻t3における
温度は、熱平衡温度よりやや低い温度となっている。時
刻t3において、測定チップ10が所定の測定位置に静止し
た状態のとき、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13ａに入射する。測定用光ビーム30の照射によ
り、再び測定チップ等の温度上昇が始まり、t4において
熱平衡状態に達する。その後、全反射解消角の測定を行
う。なお、搬送時の温度低下が１℃以内、すなわち、搬
送直後t3における測定チップ等の温度と、熱平衡状態の
熱平衡温度との温度差が１℃以内であれば、測定用光ビ
ーム30の照射による熱平衡状態となるまで待つことなく
測定してもよい。
【００４４】複数の測定チップ10を保持するターンテー
ブル20を回動させて各測定チップ10を順次加熱位置、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の各容器11に保持させた試料15を、ターンテ
ーブル20の回動にともなって次々と予熱し、測定に供す
ることができる。すなわち、予熱手段80を備え、測定位
置に搬送される前に、測定チップおよび試料を加熱し、
測定位置への搬送直後の温度が熱平衡状態と略同一とな
るようにしているため、測定用光ビームの照射開始から
熱平衡状態となるまでの時間が短縮し、もしくは搬送後
すぐに測定を開始することができるため、多数の試料に
ついての測定を短時間で効率よく行うことが可能であ
る。
ブル20を回動させて各測定チップ10を順次加熱位置、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の各容器11に保持させた試料15を、ターンテ
ーブル20の回動にともなって次々と予熱し、測定に供す
ることができる。すなわち、予熱手段80を備え、測定位
置に搬送される前に、測定チップおよび試料を加熱し、
測定位置への搬送直後の温度が熱平衡状態と略同一とな
るようにしているため、測定用光ビームの照射開始から
熱平衡状態となるまでの時間が短縮し、もしくは搬送後
すぐに測定を開始することができるため、多数の試料に
ついての測定を短時間で効率よく行うことが可能であ
る。
【００４５】なお金属膜12の表面に固定されているセン
シング物質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物質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θＳＰに基づいて抗原抗体反応を検
出することができる。
シング物質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物質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θＳＰに基づいて抗原抗体反応を検
出することができる。
【００４６】つまりこの場合は、上記特定物質とセンシ
ング物質14との結合状態に応じてセンシング物質14の屈
折率が変化して、図４の特性曲線が左右方向に移動する
形に変化するので、全反射減衰角θＳＰに応じて抗原抗
体反応を検出することができる。なおこの場合は、試料
15およびセンシング物質14の双方が、分析対象の試料と
なる。
ング物質14との結合状態に応じてセンシング物質14の屈
折率が変化して、図４の特性曲線が左右方向に移動する
形に変化するので、全反射減衰角θＳＰに応じて抗原抗
体反応を検出することができる。なおこの場合は、試料
15およびセンシング物質14の双方が、分析対象の試料と
なる。
【００４７】以下、他の実施形態における予熱開始から
測定開始時間に対する温度変化を図６に示して簡単に説
明する。
測定開始時間に対する温度変化を図６に示して簡単に説
明する。
【００４８】図６（ａ）に示すように、例えば、測定用
光ビームよりもパワー密度の高い光ビームを発振する光
源を備えた、測定用光ビーム照射時の熱平衡状態よりも
高い温度で熱平衡状態に達するような予熱手段を用い、
時刻t0において測定チップ等を加熱を開始する。上述の
実施形態の場合と同様に時刻t2まで熱平衡状態を維持し
た後、搬送手段により測定位置に搬送する。測定位置に
配置された時刻t3で、測定チップ等の温度は測定用光ビ
ーム照射時の熱平衡状態と同一温度まで低下する。この
場合、搬送直後に測定が可能である。なお前述のとお
り、搬送直後の温度が、測定用光ビーム照射時の熱平衡
温度Ｔと１℃以内（グラフ中矢印で示す範囲）で一致す
るものであれば、搬送直後に測定を行っても差し支えな
い。
光ビームよりもパワー密度の高い光ビームを発振する光
源を備えた、測定用光ビーム照射時の熱平衡状態よりも
高い温度で熱平衡状態に達するような予熱手段を用い、
時刻t0において測定チップ等を加熱を開始する。上述の
実施形態の場合と同様に時刻t2まで熱平衡状態を維持し
た後、搬送手段により測定位置に搬送する。測定位置に
配置された時刻t3で、測定チップ等の温度は測定用光ビ
ーム照射時の熱平衡状態と同一温度まで低下する。この
場合、搬送直後に測定が可能である。なお前述のとお
り、搬送直後の温度が、測定用光ビーム照射時の熱平衡
温度Ｔと１℃以内（グラフ中矢印で示す範囲）で一致す
るものであれば、搬送直後に測定を行っても差し支えな
い。
【００４９】また図６（ｂ）に示すように、さらに予熱
手段による加熱温度をさらに高い温度に設定し、その
後、搬送時間t3'−t2を長く要する系とすることによ
り、搬送時のチップ等の温度低下を大きくするようにし
てもよい。
手段による加熱温度をさらに高い温度に設定し、その
後、搬送時間t3'−t2を長く要する系とすることによ
り、搬送時のチップ等の温度低下を大きくするようにし
てもよい。
【００５０】さらに、図６（ｃ）に示すように、予熱手
段による熱平衡状態に達する温度が、測定時熱平衡状態
の温度よりも低めの温度であってもよく、この場合搬送
時間t3"−t2を短くし、搬送時の温度低下を抑制するよ
うにすればよい。
段による熱平衡状態に達する温度が、測定時熱平衡状態
の温度よりも低めの温度であってもよく、この場合搬送
時間t3"−t2を短くし、搬送時の温度低下を抑制するよ
うにすればよい。
【００５１】いずれの場合も、予熱手段を備えない従来
の表面プラズモンセンサーと比較して、測定用光ビーム
照射開始から熱平衡状態に達する時間までの時間をなく
す、もしくは短縮することができるため、複数試料に対
する測定を高速に効率よく行うことができる。
の表面プラズモンセンサーと比較して、測定用光ビーム
照射開始から熱平衡状態に達する時間までの時間をなく
す、もしくは短縮することができるため、複数試料に対
する測定を高速に効率よく行うことができる。
【００５２】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図７は、本発明の第２の実施形態による、全反
射減衰を利用した測定装置の測定部の側面形状を示すも
のである。なおこの図７において、図２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。
明する。図７は、本発明の第２の実施形態による、全反
射減衰を利用した測定装置の測定部の側面形状を示すも
のである。なおこの図７において、図２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。
【００５３】この第２実施形態の全反射減衰を利用した
測定装置は、先に説明した漏洩モードセンサーであり、
全体構成は図１に示した第１の実施形態の測定装置と略
同一であり、容器11と誘電体ブロック13が一体的に形成
された測定チップ10’を用いるように構成されている。
ただし、この測定チップ10’は、金属膜の代りに、クラ
ッド層41およびその上に形成された光導波層42を備えて
いる。
測定装置は、先に説明した漏洩モードセンサーであり、
全体構成は図１に示した第１の実施形態の測定装置と略
同一であり、容器11と誘電体ブロック13が一体的に形成
された測定チップ10’を用いるように構成されている。
ただし、この測定チップ10’は、金属膜の代りに、クラ
ッド層41およびその上に形成された光導波層42を備えて
いる。
【００５４】この誘電体ブロック13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おり、クラ
ッド層41は、誘電体ブロック13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42は、クラッド層41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41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42の膜厚は、例えばＰＭＭＡ
から形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されており、クラ
ッド層41は、誘電体ブロック13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42は、クラッド層41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41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42の膜厚は、例えばＰＭＭＡ
から形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００５５】上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、
光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック13を通
してクラッド層41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13とクラッド
層40との界面13ａで全反射するが、クラッド層41を透過
して光導波層42に特定入射角で入射した特定波数の光
は、該光導波層42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42に取り込まれるので、上記界面13ａ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。
光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック13を通
してクラッド層41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13とクラッド
層40との界面13ａで全反射するが、クラッド層41を透過
して光導波層42に特定入射角で入射した特定波数の光
は、該光導波層42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42に取り込まれるので、上記界面13ａ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。
【００５６】光導波層42における導波光の波数は、該光
導波層42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。
導波層42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。
【００５７】本実施形態の漏洩モードセンサーも、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’の各容器11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、この漏洩モードセンサーによ
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。
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’の各容器11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、この漏洩モードセンサーによ
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】上記第２の実施形態の全反射減衰を利用し
た測定装置においても、第１の実施形態の場合と同様
に、予熱手段80を備えて、測定チップの測定位置への搬
送前に測定チップおよび試料を加熱しておくため、測定
時に熱平衡状態に達する時間が短縮でき、多数の試料に
ついての測定を効率よく高速に行うことができる。
た測定装置においても、第１の実施形態の場合と同様
に、予熱手段80を備えて、測定チップの測定位置への搬
送前に測定チップおよび試料を加熱しておくため、測定
時に熱平衡状態に達する時間が短縮でき、多数の試料に
ついての測定を効率よく高速に行うことができる。
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン
センサーの全体図
センサーの全体図
【図２】図１の表面プラズモンセンサーの測定部を示す
一部破断側面図
一部破断側面図
【図３】図１の表面プラズモンセンサーの予熱手段を示
す一部破断側面図
す一部破断側面図
【図４】測定チップ等の温度および全反射減衰角の時間
変化を示すグラフ
変化を示すグラフ
【図５】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を示すグラフ
角と検出光強度との関係を示すグラフ
【図６】その他の実施形態における、測定チップ等の温
度および全反射減衰角の時間変化を示すグラフ
度および全反射減衰角の時間変化を示すグラフ
【図７】本発明の第２の実施形態による漏洩モードセン
サーの測定部を示す一部破断側面図
サーの測定部を示す一部破断側面図
【図８】従来の全反射減衰を利用した測定装置におけ
る、測定チップ等の温度および全反射減衰角の時間変化
を示すグラフ
る、測定チップ等の温度および全反射減衰角の時間変化
を示すグラフ
10、10’ 測定チップ
11 容器
12 金属膜
13 誘電体ブロック
13ａ 誘電体ブロックと金属膜との界面
14 センシング物質
15 試料
20 ターンテーブル
21 表示手段
30 光ビーム
31 レーザ光源
32 集光レンズ
40 光検出器
41 クラッド層
42 光導波層
50 支持体駆動手段
60 コントローラ
61 信号処理部
62 表示部
70 試料自動供給機構
80 予熱手段
81 第二のレーザ光源
82 第二の集光レンズ
83 第二の光ビーム
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｎ 35/10 Ｇ０１Ｎ 35/06 Ａ
Ｆターム(参考） 2G057 AA02 AB04 AB07 AC01 BA01
BB01 BB06 BC07 HA04
2G058 BB14 CD04 EA02 EA11 ED03
GA02
2G059 AA01 BB04 BB12 CC16 DD13
DD16 EE02 EE05 FF04 GG01
GG04 JJ11 JJ12 JJ17 JJ19
JJ25 KK03 KK04 MM01 MM03
MM09 MM11 PP04
Claims (4)
- 【請求項１】 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た薄膜層、およびこの薄膜
層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数
の測定ユニットと、 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
ように種々の入射角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測定して、全反射減衰の状
態を検出する光検出手段と、 前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順
次前記全反射条件および種々の入射角が得られるよう
に、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段
に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全
反射減衰を利用した測定装置において、 前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測
定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前
記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび
該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビーム
が入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一とな
るように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とする全
反射減衰を利用した測定装置。 - 【請求項２】 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た金属膜からなる薄膜層、
およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を
備えてなる複数の測定ユニットと、 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が得られる
ように種々の入射角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測定して、表面
プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検出する光検
出手段と、 前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順
次前記全反射条件および種々の入射角が得られるよう
に、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段
に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全
反射減衰を利用した測定装置において、 前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測
定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前
記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび
該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビーム
が入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一とな
るように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とする全
反射減衰を利用した測定装置。 - 【請求項３】 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たクラッド層ならびに該ク
ラッド層上に形成された光導波層とからなる薄膜層、お
よびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備
えてなる複数の測定ユニットと、 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が得ら
れるように種々の入射角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測定して、前記
光導波層における導波モードの励起に伴う全反射減衰の
状態を検出する光検出手段と、 前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順
次前記全反射条件および種々の入射角が得られるよう
に、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段
に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全
反射減衰を利用した測定装置において、 前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測
定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前
記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび
該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビーム
が入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一とな
るように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とする全
反射減衰を利用した測定装置。 - 【請求項４】 前記予熱手段が、前記光ビームと略同一
のパワー密度を有する光ビームを前記誘電体ブロックと
薄膜層との界面に対して入射させる光源からなるもので
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
の全反射減衰を利用した測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339511A JP3786257B2 (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 全反射減衰を利用した測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339511A JP3786257B2 (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 全反射減衰を利用した測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003139690A true JP2003139690A (ja) | 2003-05-14 |
| JP3786257B2 JP3786257B2 (ja) | 2006-06-14 |
Family
ID=19153849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001339511A Expired - Fee Related JP3786257B2 (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 全反射減衰を利用した測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3786257B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017033648A1 (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 自動分析装置及び自動分析システム |
-
2001
- 2001-11-05 JP JP2001339511A patent/JP3786257B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017033648A1 (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | 自動分析装置及び自動分析システム |
| JPWO2017033648A1 (ja) * | 2015-08-25 | 2018-06-07 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 自動分析装置及び自動分析システム |
| US11549957B2 (en) | 2015-08-25 | 2023-01-10 | Hitachi High-Tech Corporation | Automated analyzer and automated analysis system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3786257B2 (ja) | 2006-06-14 |
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