JP2003161695A - 全反射減衰を利用したセンサー - Google Patents
全反射減衰を利用したセンサーInfo
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/0332—Cuvette constructions with temperature control
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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
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- G01N21/55—Specular reflectivity
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- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面プラズモン共鳴等による全反射減衰を利
用したセンサーにおいて、測定チップ内の試料液の温度
上昇を抑制し、測定精度を向上する。 【解決手段】 試料液供給機構70により被検体と溶媒か
らなる試料液をセンシング物質が固定された測定チップ
10に滴下供給し、１平方ミリあたり５０ｍＪの光ビーム
30を測定チップ10の内底面に形成された金属膜と、その
下の誘電体ブロック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、界面において全反射した光
ビーム30を光検出器40で検出し、この光検出値に基づい
て全反射減衰角の経時変化を求め、センシング物質と被
検体との結合状態を測定する。光ビーム30の照射による
試料液の温度変化に起因する試料液屈折率変化は分子量
換算で１００程度であり、被検体の分子量が２００以上
であるため、温度変化による屈折率変化の影響を少なく
し、全反射減衰の状態の測定精度を向上させる。
用したセンサーにおいて、測定チップ内の試料液の温度
上昇を抑制し、測定精度を向上する。 【解決手段】 試料液供給機構70により被検体と溶媒か
らなる試料液をセンシング物質が固定された測定チップ
10に滴下供給し、１平方ミリあたり５０ｍＪの光ビーム
30を測定チップ10の内底面に形成された金属膜と、その
下の誘電体ブロック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、界面において全反射した光
ビーム30を光検出器40で検出し、この光検出値に基づい
て全反射減衰角の経時変化を求め、センシング物質と被
検体との結合状態を測定する。光ビーム30の照射による
試料液の温度変化に起因する試料液屈折率変化は分子量
換算で１００程度であり、被検体の分子量が２００以上
であるため、温度変化による屈折率変化の影響を少なく
し、全反射減衰の状態の測定精度を向上させる。
Description
【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液中の物質の特性を分析する表面プ
ラズモンセンサー等の、全反射減衰を利用したセンサー
に関し、特に詳細には、測定チップに試料液を保持する
試料液保持機構が設けられている全反射減衰を利用した
センサーに関するものである。
発生を利用して試料液中の物質の特性を分析する表面プ
ラズモンセンサー等の、全反射減衰を利用したセンサー
に関し、特に詳細には、測定チップに試料液を保持する
試料液保持機構が設けられている全反射減衰を利用した
センサー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、試料液中の物質を定量
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、試料液中の物質を定量
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、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上に試料液を保持する試
料液保持機構を備えた測定チップと、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薄膜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、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上に試料液を保持する試
料液保持機構を備えた測定チップと、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薄膜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化させて上記界
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
角の変化に従って、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化させて上記界
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
角の変化に従って、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、光ビームを薄膜層に対して全反射角以上の特定入射
角で入射させると、該薄膜層に接している試料液中に電
界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセ
ント波によって薄膜層と試料液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、誘電体ブロックと薄膜層との
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、光ビームを薄膜層に対して全反射角以上の特定入射
角で入射させると、該薄膜層に接している試料液中に電
界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセ
ント波によって薄膜層と試料液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、誘電体ブロックと薄膜層との
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、すなわち全反射減衰角θＳＰより表面プラズモンの
波数が分かると、試料液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ＫＳＰ、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
薄膜、試料液の誘電率とすると、以下の関係がある。
角、すなわち全反射減衰角θＳＰより表面プラズモンの
波数が分かると、試料液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ＫＳＰ、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
薄膜、試料液の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００９】
【数１】
試料液の誘電率εｓが分かれば、所定の較正曲線等に基
づいて試料液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、試料液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。
づいて試料液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、試料液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、プリズム状に形成さ
れた誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成
されたクラッド層とその上に形成された光導波層からな
る薄膜層およびこの薄膜層上に試料液を保持する試料液
保持機構を備えた測定チップと、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。
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、プリズム状に形成さ
れた誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成
されたクラッド層とその上に形成された光導波層からな
る薄膜層およびこの薄膜層上に試料液を保持する試料液
保持機構を備えた測定チップと、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。
【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液の屈折率に
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、試料液の屈折率や、それに関連する試
料液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液の屈折率に
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、試料液の屈折率や、それに関連する試
料液の特性を分析することができる。
【００１２】また、上述した表面プラズモンセンサーや
漏洩モードセンサー等は、本出願人により出願された特
願平２００１−０４７８８５に記載されるように、創薬
研究分野等において、所望のセンシング物質と試料液と
の相互作用の研究に用いられることがある。例えばセン
シング物質と試料液中に含まれる特定物質との結合作用
や、逆に結合物質から試料液中への特定物質の解離作用
等の相互作用の測定に用いられる。このような相互作用
としては、タンパク質−タンパク質相互作用、ＤＮＡ−
タンパク質相互作用、糖−タンパク質相互作用、タンパ
ク質−ペプチド相互作用、脂質−タンパク質相互作用や
化学物質の結合等が含まれている。
漏洩モードセンサー等は、本出願人により出願された特
願平２００１−０４７８８５に記載されるように、創薬
研究分野等において、所望のセンシング物質と試料液と
の相互作用の研究に用いられることがある。例えばセン
シング物質と試料液中に含まれる特定物質との結合作用
や、逆に結合物質から試料液中への特定物質の解離作用
等の相互作用の測定に用いられる。このような相互作用
としては、タンパク質−タンパク質相互作用、ＤＮＡ−
タンパク質相互作用、糖−タンパク質相互作用、タンパ
ク質−ペプチド相互作用、脂質−タンパク質相互作用や
化学物質の結合等が含まれている。
【００１３】上記表面プラズモンセンサーや漏洩モード
センサー等が、センシング物質に結合する特定物質を見
いだすランダムスクリーニングへ使用される場合であれ
ば、前記薄膜層上にセンシング物質を固定し、該センシ
ング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かされた試料液を
添加し、所定時間が経過する毎に全反射減衰の状態を測
定している。試料液中の被検体が、センシング物質と結
合するものであれば、この結合によりセンシング物質の
屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定
時間経過毎に全反射減衰の状態を測定し、変化が生じて
いるか否か測定することにより、被検体とセンシング物
質の結合が行われているか否か、すなわち被検体がセン
シング物質と結合する特定物質であるか否かを判定する
ことができる。このような特定物質とセンシング物質と
の組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、あるいは抗
体と抗体が挙げられる。具体的には、ウサギ抗ヒトＩｇ
Ｇ抗体をセンシング物質として測定チップに固定し、ヒ
トＩgＧ抗体を特定物質として用いることができる。
センサー等が、センシング物質に結合する特定物質を見
いだすランダムスクリーニングへ使用される場合であれ
ば、前記薄膜層上にセンシング物質を固定し、該センシ
ング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かされた試料液を
添加し、所定時間が経過する毎に全反射減衰の状態を測
定している。試料液中の被検体が、センシング物質と結
合するものであれば、この結合によりセンシング物質の
屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定
時間経過毎に全反射減衰の状態を測定し、変化が生じて
いるか否か測定することにより、被検体とセンシング物
質の結合が行われているか否か、すなわち被検体がセン
シング物質と結合する特定物質であるか否かを判定する
ことができる。このような特定物質とセンシング物質と
の組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、あるいは抗
体と抗体が挙げられる。具体的には、ウサギ抗ヒトＩｇ
Ｇ抗体をセンシング物質として測定チップに固定し、ヒ
トＩgＧ抗体を特定物質として用いることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従来提供されている全
反射減衰を利用したセンサーにおいては、内底面に予め
薄膜層が形成されたカップ状あるいはシャーレ状の測定
チップに、試料液を滴下供給した後、光ビームを測定チ
ップの誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと薄
膜層との界面で全反射条件が得られるように入射させ、
界面で全反射した光ビームの強度を検出し、その検出結
果に基づいて、全反射減衰の状態を測定している。光ビ
ームの強度の検出精度を向上させるためには、界面に入
射させる光ビームの照射エネルギーを増加させることが
望ましい。一方、界面に照射される光ビームの照射エネ
ルギーが増大すると、薄膜層上に保持された試料液の温
度が上昇してその屈折率が変化し、そのために全反射減
衰の状態の測定精度が低下する、あるいは温度上昇が大
幅な場合には測定が不可能になるという問題がある。こ
れらの問題に関しては、上記の従来の全反射減衰を利用
したセンサーにおいては、検討がなされていない。
反射減衰を利用したセンサーにおいては、内底面に予め
薄膜層が形成されたカップ状あるいはシャーレ状の測定
チップに、試料液を滴下供給した後、光ビームを測定チ
ップの誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと薄
膜層との界面で全反射条件が得られるように入射させ、
界面で全反射した光ビームの強度を検出し、その検出結
果に基づいて、全反射減衰の状態を測定している。光ビ
ームの強度の検出精度を向上させるためには、界面に入
射させる光ビームの照射エネルギーを増加させることが
望ましい。一方、界面に照射される光ビームの照射エネ
ルギーが増大すると、薄膜層上に保持された試料液の温
度が上昇してその屈折率が変化し、そのために全反射減
衰の状態の測定精度が低下する、あるいは温度上昇が大
幅な場合には測定が不可能になるという問題がある。こ
れらの問題に関しては、上記の従来の全反射減衰を利用
したセンサーにおいては、検討がなされていない。
【００１５】本発明は上記の事情に鑑みて、試料液の温
度上昇を抑制し、全反射減衰の状態の測定精度を向上さ
せることのできる全反射減衰を利用したセンサーを提供
することを目的とする。
度上昇を抑制し、全反射減衰の状態の測定精度を向上さ
せることのできる全反射減衰を利用したセンサーを提供
することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明による全反射減衰
を利用したセンサーにおいては、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、この薄
膜層上に試料液を保持する試料液保持機構を備えてなる
測定チップと、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
条件が得られる角度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検出する光検出手段と、該
光検出手段の検出結果に基づいて、全反射減衰の状態を
測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利用したセン
サーにおいて、前記界面における前記光ビームの照射エ
ネルギーが、１平方ミリ当たり１００ｍＪ以下であるこ
とを特徴とするものである。
を利用したセンサーにおいては、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、この薄
膜層上に試料液を保持する試料液保持機構を備えてなる
測定チップと、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
条件が得られる角度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検出する光検出手段と、該
光検出手段の検出結果に基づいて、全反射減衰の状態を
測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利用したセン
サーにおいて、前記界面における前記光ビームの照射エ
ネルギーが、１平方ミリ当たり１００ｍＪ以下であるこ
とを特徴とするものである。
【００１７】このようなセンサーとしては、金属膜を上
記薄膜層として用いる前述の表面プラズモンセンサー
や、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た光導波層とからなる層
を上記薄膜層として用いる前述の漏洩モードセンサー等
がある。
記薄膜層として用いる前述の表面プラズモンセンサー
や、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た光導波層とからなる層
を上記薄膜層として用いる前述の漏洩モードセンサー等
がある。
【００１８】上記光ビームの照射エネルギーは、１平方
ミリ当たり５０ｍＪ以下であってもよい。また、上記光
ビームの照射エネルギーは、１平方ミリ当たり１０ｍＪ
以下であってもよい。
ミリ当たり５０ｍＪ以下であってもよい。また、上記光
ビームの照射エネルギーは、１平方ミリ当たり１０ｍＪ
以下であってもよい。
【００１９】上記薄膜上に前記試料液と相互作用を生じ
るセンシング物質が配されている場合であれば、上記測
定手段は、光検出手段により時間をおいて検出された複
数の検出結果に基づいて、全反射減衰の状態の経時変化
を測定するものとすることができる。なお、このように
センシング物質と相互作用を生じる試料液としては、例
えば、水、生理食塩数あるいはジメチルスルフォオキサ
イド１０％液等の水系の溶媒液に種々の被検体が溶かさ
れている試料液が使用される。
るセンシング物質が配されている場合であれば、上記測
定手段は、光検出手段により時間をおいて検出された複
数の検出結果に基づいて、全反射減衰の状態の経時変化
を測定するものとすることができる。なお、このように
センシング物質と相互作用を生じる試料液としては、例
えば、水、生理食塩数あるいはジメチルスルフォオキサ
イド１０％液等の水系の溶媒液に種々の被検体が溶かさ
れている試料液が使用される。
【００２０】また、上記センサーは、前記光源と前記誘
電体ブロックの間に配されたシャッタと、該シャッタの
開動作に同期させて、前記光検出手段における検出動作
または前記測定手段における測定動作を行わせるタイミ
ング制御手段とを備えるものであってもよい。
電体ブロックの間に配されたシャッタと、該シャッタの
開動作に同期させて、前記光検出手段における検出動作
または前記測定手段における測定動作を行わせるタイミ
ング制御手段とを備えるものであってもよい。
【００２１】なお、本発明によるセンサーにおいて、光
検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を
検出して、全反射減衰の状態を測定する方法としては種
々の方法があり、例えば、光ビームを前記界面で全反射
条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に対
応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を
検出して、全反射減衰により発生した暗線の位置（角
度）を検出することにより全反射減衰の状態を測定して
もよいし、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Por
ous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement,
EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に記載されてい
るように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条
件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で
全反射した光ビームの強度を検出して、各波長毎の全反
射減衰の程度を検出することにより全反射減衰の状態を
測定してもよい。
検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を
検出して、全反射減衰の状態を測定する方法としては種
々の方法があり、例えば、光ビームを前記界面で全反射
条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に対
応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を
検出して、全反射減衰により発生した暗線の位置（角
度）を検出することにより全反射減衰の状態を測定して
もよいし、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Por
ous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement,
EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に記載されてい
るように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条
件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で
全反射した光ビームの強度を検出して、各波長毎の全反
射減衰の程度を検出することにより全反射減衰の状態を
測定してもよい。
【００２２】また、P.I.Nikitin,A.N.Grigorenko,A.A.B
eloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Sur
face Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Ar
rayBiosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238
に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射
条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビ
ームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に
分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射し
た光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度
を検出することにより全反射減衰の状態を測定してもよ
い。
eloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Sur
face Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Ar
rayBiosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238
に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射
条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビ
ームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に
分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射し
た光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度
を検出することにより全反射減衰の状態を測定してもよ
い。
【００２３】
【発明の効果】本発明による全反射減衰を利用したセン
サーにおいては、測定チップの誘電体ブロックと薄膜層
との界面に、１平方ミリ当たり１００ｍＪ以下の光ビー
ムを入射させ、界面で全反射した光ビームの強度を光検
出手段で検出し、全反射減衰の状態を測定しているた
め、薄膜層上に保持された試料液の温度上昇が抑制さ
れ、全反射減衰の状態の測定精度を向上させることがで
きる。
サーにおいては、測定チップの誘電体ブロックと薄膜層
との界面に、１平方ミリ当たり１００ｍＪ以下の光ビー
ムを入射させ、界面で全反射した光ビームの強度を光検
出手段で検出し、全反射減衰の状態を測定しているた
め、薄膜層上に保持された試料液の温度上昇が抑制さ
れ、全反射減衰の状態の測定精度を向上させることがで
きる。
【００２４】例えば、上述したように、センシング物質
と試料液中に含まれる被検体との結合作用を測定する場
合であれば、その被検体の分子量としては、２００以上
のものが多い。例えば、被検体が経口薬等に使用される
物質であれば、その分子量は２００以上１０００以下の
ものが多く、被検体がタンパク質であれば、その分子量
は１０００以上のものが多い。図１０は、測定チップの
界面に入射する光ビームの照射エネルギーと、この光ビ
ームの照射による試料液の屈折率変化量（被検体の分子
量換算）との関係を示す図である。この図から、例えば
１平方ミリあたり２００ｍＪの光ビームを照射した場合
には、分子量に換算して、２０００以上の屈折率変化が
生じることがわかる。被検体の分子量が１０００程度の
場合に、分子量に換算して２０００以上の屈折率変化が
生じたのでは、その測定結果を信頼することはできな
い。
と試料液中に含まれる被検体との結合作用を測定する場
合であれば、その被検体の分子量としては、２００以上
のものが多い。例えば、被検体が経口薬等に使用される
物質であれば、その分子量は２００以上１０００以下の
ものが多く、被検体がタンパク質であれば、その分子量
は１０００以上のものが多い。図１０は、測定チップの
界面に入射する光ビームの照射エネルギーと、この光ビ
ームの照射による試料液の屈折率変化量（被検体の分子
量換算）との関係を示す図である。この図から、例えば
１平方ミリあたり２００ｍＪの光ビームを照射した場合
には、分子量に換算して、２０００以上の屈折率変化が
生じることがわかる。被検体の分子量が１０００程度の
場合に、分子量に換算して２０００以上の屈折率変化が
生じたのでは、その測定結果を信頼することはできな
い。
【００２５】一方、１平方ミリ当たり１００ｍＪ以下の
光ビームを照射した場合であれば、図１０に示すよう
に、光ビームの照射に起因する試料液の屈折率変化は分
子量換算で２００程度となる。試料液に含まれる被検体
が、例えばタンパク質であれば、通常のタンパク質の分
子量が１０００以上であるため、分子量に換算して２０
０以下の屈折率変化が生じても、全反射減衰の状態の経
時変化の測定精度を低下させることがなく、例えば、被
検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否か
の判定を行う際に、その判定精度を低下させることがな
い。
光ビームを照射した場合であれば、図１０に示すよう
に、光ビームの照射に起因する試料液の屈折率変化は分
子量換算で２００程度となる。試料液に含まれる被検体
が、例えばタンパク質であれば、通常のタンパク質の分
子量が１０００以上であるため、分子量に換算して２０
０以下の屈折率変化が生じても、全反射減衰の状態の経
時変化の測定精度を低下させることがなく、例えば、被
検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否か
の判定を行う際に、その判定精度を低下させることがな
い。
【００２６】また、測定チップの誘電体ブロックと薄膜
層との界面に、１平方ミリ当たり５０ｍＪ以下の光ビー
ムを入射させ、界面で全反射した光ビームの強度を光検
出手段で検出し、全反射減衰の状態を測定する場合であ
れば、薄膜層上に保持された試料液の温度上昇が一層抑
制され、全反射減衰の状態の測定精度を一層向上させる
ことができる。すなわち、１平方ミリ当たり５０ｍＪ以
下の光ビームを照射した場合には、図１０に示すよう
に、光ビームの照射に起因する試料液の屈折率変化は分
子量に換算して１００以下となる。試料液に含まれる被
検体の分子量が例えば２００以上であれば、分子量に換
算して１００以下の屈折率変化が生じても、全反射減衰
の状態の経時変化を測定することができる。すなわち、
被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否
かの判定を行うことができる。
層との界面に、１平方ミリ当たり５０ｍＪ以下の光ビー
ムを入射させ、界面で全反射した光ビームの強度を光検
出手段で検出し、全反射減衰の状態を測定する場合であ
れば、薄膜層上に保持された試料液の温度上昇が一層抑
制され、全反射減衰の状態の測定精度を一層向上させる
ことができる。すなわち、１平方ミリ当たり５０ｍＪ以
下の光ビームを照射した場合には、図１０に示すよう
に、光ビームの照射に起因する試料液の屈折率変化は分
子量に換算して１００以下となる。試料液に含まれる被
検体の分子量が例えば２００以上であれば、分子量に換
算して１００以下の屈折率変化が生じても、全反射減衰
の状態の経時変化を測定することができる。すなわち、
被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否
かの判定を行うことができる。
【００２７】なお、測定チップの誘電体ブロックと薄膜
層との界面に、１平方ミリ当たり１０ｍＪ以下の光ビー
ムを入射させ、界面で全反射した光ビームの強度を光検
出手段で検出し、全反射減衰の状態を測定する場合であ
れば、薄膜層上に保持された試料液の温度上昇がさらに
抑制され、全反射減衰の状態の測定精度をより向上させ
ることができる。すなわち、１平方ミリ当たり１０ｍＪ
以下の光ビームを照射した場合には、図１０に示すよう
に、光ビームの照射に起因する試料液の屈折率変化は分
子量あたり５０以下となり、試料液に含まれる被検体の
分子量が２００以上であれば、分子量に換算して５０以
下の屈折率変化が生じても、被検体とセンシング物質の
結合が行われているか否か、すなわち被検体がセンシン
グ物質と結合する特定物質であるか否かの判定が可能で
あり、その判定精度に影響を与えることがほとんどな
い。
層との界面に、１平方ミリ当たり１０ｍＪ以下の光ビー
ムを入射させ、界面で全反射した光ビームの強度を光検
出手段で検出し、全反射減衰の状態を測定する場合であ
れば、薄膜層上に保持された試料液の温度上昇がさらに
抑制され、全反射減衰の状態の測定精度をより向上させ
ることができる。すなわち、１平方ミリ当たり１０ｍＪ
以下の光ビームを照射した場合には、図１０に示すよう
に、光ビームの照射に起因する試料液の屈折率変化は分
子量あたり５０以下となり、試料液に含まれる被検体の
分子量が２００以上であれば、分子量に換算して５０以
下の屈折率変化が生じても、被検体とセンシング物質の
結合が行われているか否か、すなわち被検体がセンシン
グ物質と結合する特定物質であるか否かの判定が可能で
あり、その判定精度に影響を与えることがほとんどな
い。
【００２８】また、前記光源と前記誘電体ブロックの間
に配されたシャッタと、該シャッタの開動作に同期させ
て、前記光検出手段における検出動作または前記測定手
段における測定動作を行わせるタイミング制御手段とを
備えるものであれば、誘電体ブロックと薄膜層との界面
に照射される光ビームの照射エネルギーを精度良く制御
することができる。また、このシャッタの開動作、すな
わち光ビーム30が界面に照射されるタイミングと同期さ
せて、光強度の検出あるいは全反射減衰の状態の測定を
行うことにより、光ビームが照射されていない間の検出
信号が、ノイズとして測定結果に影響を与えることを防
止することができ、測定結果の信頼性が向上する。
に配されたシャッタと、該シャッタの開動作に同期させ
て、前記光検出手段における検出動作または前記測定手
段における測定動作を行わせるタイミング制御手段とを
備えるものであれば、誘電体ブロックと薄膜層との界面
に照射される光ビームの照射エネルギーを精度良く制御
することができる。また、このシャッタの開動作、すな
わち光ビーム30が界面に照射されるタイミングと同期さ
せて、光強度の検出あるいは全反射減衰の状態の測定を
行うことにより、光ビームが照射されていない間の検出
信号が、ノイズとして測定結果に影響を与えることを防
止することができ、測定結果の信頼性が向上する。
【００２９】
【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
施形態による表面プラズモンセンサーの全体形状を示す
ものであり、また図２はこの装置の要部の側面形状を示
している。この表面プラズモンセンサーにおいては、表
面プラズモン共鳴による全反射減衰角θＳＰの角度変化
量を測定し、センシング物質と被検体の結合の有無、す
なわち被検体が特定物質であるか否かを判定している。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による表面プラズモンセンサーの全体形状を示す
ものであり、また図２はこの装置の要部の側面形状を示
している。この表面プラズモンセンサーにおいては、表
面プラズモン共鳴による全反射減衰角θＳＰの角度変化
量を測定し、センシング物質と被検体の結合の有無、す
なわち被検体が特定物質であるか否かを判定している。
【００３０】図１に示す通りこの表面プラズモンセンサ
ーは、複数の測定チップ10と、これら複数の測定チップ
10を支持したターンテーブル20と、このターンテーブル
20を間欠的に回動させる移動手段としての支持体駆動手
段21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、上記レーザ光源
31および支持体駆動手段21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、試料液供給機構70とを有してい
る。
ーは、複数の測定チップ10と、これら複数の測定チップ
10を支持したターンテーブル20と、このターンテーブル
20を間欠的に回動させる移動手段としての支持体駆動手
段21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、上記レーザ光源
31および支持体駆動手段21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、試料液供給機構70とを有してい
る。
【００３１】上記測定チップ10は図２に示す通り、例え
ば概略四角錐形状とされた誘電体ブロック11と、この誘
電体ブロック11の一面（図中の上面）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とを
有している。
ば概略四角錐形状とされた誘電体ブロック11と、この誘
電体ブロック11の一面（図中の上面）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とを
有している。
【００３２】誘電体ブロック11は例えば透明樹脂等から
なり、金属膜12が形成された部分の周囲が嵩上げされた
形とされ、この嵩上げされた部分13は試料液15を貯える
試料液保持機構として機能する。なお本例では、金属膜
12の上にセンシング物質14が固定されるが、このセンシ
ング物質14については後述する。
なり、金属膜12が形成された部分の周囲が嵩上げされた
形とされ、この嵩上げされた部分13は試料液15を貯える
試料液保持機構として機能する。なお本例では、金属膜
12の上にセンシング物質14が固定されるが、このセンシ
ング物質14については後述する。
【００３３】ターンテーブル20上には、この測定チップ
10を嵌合保持する複数（本例では12個）の貫通穴22が、
ターンテーブル20の回動軸23を中心とする円周上に等角
度間隔で設けられている。測定チップ10は、ターンテー
ブル20に対して交換可能な状態で保持される。支持体駆
動手段21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を貫通穴22の配置角度と等しい角度ずつ間欠
的に回動させる。
10を嵌合保持する複数（本例では12個）の貫通穴22が、
ターンテーブル20の回動軸23を中心とする円周上に等角
度間隔で設けられている。測定チップ10は、ターンテー
ブル20に対して交換可能な状態で保持される。支持体駆
動手段21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を貫通穴22の配置角度と等しい角度ずつ間欠
的に回動させる。
【００３４】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12ａ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12ａ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11に通し、誘
電体ブロック11と金属膜12との界面12ａ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12ａ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。
【００３５】なお光ビーム30は、界面12ａ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。また、１回の測定が行われる際
に、界面12ａに照射される光ビームの照射エネルギーは
１平方ミリ当たり５０ｍＪとなるように、レーザ光源31
および集光レンズ32が構成されている。
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。また、１回の測定が行われる際
に、界面12ａに照射される光ビームの照射エネルギーは
１平方ミリ当たり５０ｍＪとなるように、レーザ光源31
および集光レンズ32が構成されている。
【００３６】光検出器40は、多数のフォトダイオードが
１列に配されてなるフォトダイオードアレイであり、フ
ォトダイオードの並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となる
ように配されている。
１列に配されてなるフォトダイオードアレイであり、フ
ォトダイオードの並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となる
ように配されている。
【００３７】一方コントローラ60は、支持体駆動手段21
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21を作動させる駆動信号Ｄを出力する。また上記光検
出器40の出力信号Ｓを受ける測定手段61と、この測定手
段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21を作動させる駆動信号Ｄを出力する。また上記光検
出器40の出力信号Ｓを受ける測定手段61と、この測定手
段61からの出力を受ける表示部62とを備えている。
【００３８】測定手段61は、図３に示すように、光検出
器40に接続された差動アンプアレイ63と、ドライバ64
と、コンピュータシステム等からなる信号処理部65とか
ら構成されている。
器40に接続された差動アンプアレイ63と、ドライバ64
と、コンピュータシステム等からなる信号処理部65とか
ら構成されている。
【００３９】図示の通り上記ドライバ64は、差動アンプ
アレイ63の各差動アンプ63ａ、63ｂ、63ｃ……の出力を
サンプルホールドするサンプルホールド回路52ａ、52
ｂ、52ｃ……、これらのサンプルホールド回路52ａ、52
ｂ、52ｃ……の各出力が入力されるマルチプレクサ53、
このマルチプレクサ53の出力をデジタル化して信号処理
部65に入力するＡ／Ｄ変換器54、マルチプレクサ53とサ
ンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ……とを駆動する
駆動回路55、および信号処理部65からの指示に基づいて
駆動回路55の動作を制御する制御回路56から構成されて
いる。
アレイ63の各差動アンプ63ａ、63ｂ、63ｃ……の出力を
サンプルホールドするサンプルホールド回路52ａ、52
ｂ、52ｃ……、これらのサンプルホールド回路52ａ、52
ｂ、52ｃ……の各出力が入力されるマルチプレクサ53、
このマルチプレクサ53の出力をデジタル化して信号処理
部65に入力するＡ／Ｄ変換器54、マルチプレクサ53とサ
ンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ……とを駆動する
駆動回路55、および信号処理部65からの指示に基づいて
駆動回路55の動作を制御する制御回路56から構成されて
いる。
【００４０】試料液供給機構70は、試料液を所定量だけ
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
トされた試料液容器73から試料液をピペット71に吸引保
持し、ターンテーブル20上の所定の停止位置にある測定
チップ10の試料液保持枠13内にその試料液を滴下供給す
る。
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
トされた試料液容器73から試料液をピペット71に吸引保
持し、ターンテーブル20上の所定の停止位置にある測定
チップ10の試料液保持枠13内にその試料液を滴下供給す
る。
【００４１】以下、上記構成の表面プラズモンセンサー
による表面プラズモン共鳴による全反射減衰角θＳＰの
角度変化量の測定動作について説明する。まず、実際の
測定を行う前に、被検体と溶媒からなる試料液を複数種
類用意する。また試料液の種類と同数の測定チップ10を
用意する。通常、測定チップ10に固定されるセンシング
物質は、測定者により異なる。このため、測定者はセン
シング物質14の固定されていない測定チップ10にセンシ
ング物質14を固定する。
による表面プラズモン共鳴による全反射減衰角θＳＰの
角度変化量の測定動作について説明する。まず、実際の
測定を行う前に、被検体と溶媒からなる試料液を複数種
類用意する。また試料液の種類と同数の測定チップ10を
用意する。通常、測定チップ10に固定されるセンシング
物質は、測定者により異なる。このため、測定者はセン
シング物質14の固定されていない測定チップ10にセンシ
ング物質14を固定する。
【００４２】例えばセンシング物質14が蛋白質の一種で
あるストレプトアビジンである場合には、まずエタノー
ルの飽和蒸気雰囲気下で、測定チップ10に1mMのＤＤＡ
（Dithio-Dibutyric-Acid)のエタノール液を２４時間液
だめした後、エタノール液で洗浄する。次にＥＤＣ(1-e
thyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide）0.2M＋
ＮＨＳ(N-hydrooxysuccinimide)0.1MのＰＢＳ（リン酸
バッファ液）で10分間液だめし、ＰＢＳで洗浄する。そ
の後、ストレプトアビジン10μｇ／ｍＬを１０分間液溜
めした後、ＰＢＳで洗浄を行い、次にエタノールアミン
を５分間液溜し、ブロッキングを行う。さらにＰＢＳで
洗浄し、安定化剤である１％ＢＳＡ（Bovine Serum Alb
umin：ウシ血清アルブミン）液を１０分間液溜めして、
再度ＰＢＳによる洗浄を行う。上記の作業により、セン
シング物質であるストレプトアビジンが固定された測定
チップ10が作成される。通常これらの測定チップ10は、
不図示の９６穴カセット内に並べられている。
あるストレプトアビジンである場合には、まずエタノー
ルの飽和蒸気雰囲気下で、測定チップ10に1mMのＤＤＡ
（Dithio-Dibutyric-Acid)のエタノール液を２４時間液
だめした後、エタノール液で洗浄する。次にＥＤＣ(1-e
thyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide）0.2M＋
ＮＨＳ(N-hydrooxysuccinimide)0.1MのＰＢＳ（リン酸
バッファ液）で10分間液だめし、ＰＢＳで洗浄する。そ
の後、ストレプトアビジン10μｇ／ｍＬを１０分間液溜
めした後、ＰＢＳで洗浄を行い、次にエタノールアミン
を５分間液溜し、ブロッキングを行う。さらにＰＢＳで
洗浄し、安定化剤である１％ＢＳＡ（Bovine Serum Alb
umin：ウシ血清アルブミン）液を１０分間液溜めして、
再度ＰＢＳによる洗浄を行う。上記の作業により、セン
シング物質であるストレプトアビジンが固定された測定
チップ10が作成される。通常これらの測定チップ10は、
不図示の９６穴カセット内に並べられている。
【００４３】試料液15としては、種々の被検体が溶媒に
溶かされたものを準備する。被検体としては、分子量２
００以上の種々の物質が準備され、溶媒として0.1％Ｂ
ＳＡ液が含まれるＰＢＳ（以下0.1％ＢＳＡ・ＰＢＳと
記載：生理食塩水の一種）が使用される。
溶かされたものを準備する。被検体としては、分子量２
００以上の種々の物質が準備され、溶媒として0.1％Ｂ
ＳＡ液が含まれるＰＢＳ（以下0.1％ＢＳＡ・ＰＢＳと
記載：生理食塩水の一種）が使用される。
【００４４】測定に先立ち、上記のセンシング物質14が
固定されて、不図示の９６穴カセット内に並べられ測定
チップ10は、不図示の測定チップ移動機構により、順次
ターンテーブル20上に配置される。
固定されて、不図示の９６穴カセット内に並べられ測定
チップ10は、不図示の測定チップ移動機構により、順次
ターンテーブル20上に配置される。
【００４５】ターンテーブル20が何回が回動された後停
止し、測定チップ10が試料液供給機構70が設けられてい
る位置に静止すると、測定チップ10の試料液保持枠13
に、試料液供給機構70によって試料液15が供給される。
さらにターンテーブル20が回動され、測定チップ10が、
その誘電体ブロック11に上記光ビーム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12ａに入射する。なお、上述した
ように、界面12ａに照射される光ビーム30の照射エネル
ギーは、１平方ミリあたり５０ｍＪ以下である。この界
面12ａ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。
止し、測定チップ10が試料液供給機構70が設けられてい
る位置に静止すると、測定チップ10の試料液保持枠13
に、試料液供給機構70によって試料液15が供給される。
さらにターンテーブル20が回動され、測定チップ10が、
その誘電体ブロック11に上記光ビーム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12ａに入射する。なお、上述した
ように、界面12ａに照射される光ビーム30の照射エネル
ギーは、１平方ミリあたり５０ｍＪ以下である。この界
面12ａ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。
【００４６】本例における光検出器40は、複数のフォト
ダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……が１列に配設されてな
るフォトダイオードアレイであり、図１の図示面内にお
いて、光ビーム30の進行方向に対してフォトダイオード
配設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。した
がって、上記界面12ａにおいて種々の反射角で全反射し
た光ビーム30の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオ
ード40ａ、40ｂ、40ｃ……が受光することになる。
ダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……が１列に配設されてな
るフォトダイオードアレイであり、図１の図示面内にお
いて、光ビーム30の進行方向に対してフォトダイオード
配設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。した
がって、上記界面12ａにおいて種々の反射角で全反射し
た光ビーム30の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオ
ード40ａ、40ｂ、40ｃ……が受光することになる。
【００４７】上記フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ…
…の各出力は、差動アンプアレイ63の各差動アンプ63
ａ、63ｂ、63ｃ……に入力される。この際、互いに隣接
する２つのフォトダイオードの出力が、共通の差動アン
プに入力される。したがって各差動アンプ63ａ、63ｂ、
63ｃ……の出力は、複数のフォトダイオード40ａ、40
ｂ、40ｃ……が出力する光検出信号を、それらの配設方
向に関して微分したものと考えることができる。
…の各出力は、差動アンプアレイ63の各差動アンプ63
ａ、63ｂ、63ｃ……に入力される。この際、互いに隣接
する２つのフォトダイオードの出力が、共通の差動アン
プに入力される。したがって各差動アンプ63ａ、63ｂ、
63ｃ……の出力は、複数のフォトダイオード40ａ、40
ｂ、40ｃ……が出力する光検出信号を、それらの配設方
向に関して微分したものと考えることができる。
【００４８】各差動アンプ63ａ、63ｂ、63ｃ……の出力
は、それぞれサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ…
…により所定のタイミングでサンプルホールドされ、マ
ルチプレクサ53に入力される。マルチプレクサ53は、サ
ンプルホールドされた各差動アンプ63ａ、63ｂ、63ｃ…
…の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器54に入力
する。Ａ／Ｄ変換器54はこれらの出力をデジタル化して
信号処理部65に入力する。
は、それぞれサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ…
…により所定のタイミングでサンプルホールドされ、マ
ルチプレクサ53に入力される。マルチプレクサ53は、サ
ンプルホールドされた各差動アンプ63ａ、63ｂ、63ｃ…
…の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器54に入力
する。Ａ／Ｄ変換器54はこれらの出力をデジタル化して
信号処理部65に入力する。
【００４９】図４は、界面12ａで全反射した光ビーム30
の入射角θ毎の光強度と、差動アンプ63ａ、63ｂ、63ｃ
……の出力との関係を説明するものである。ここで、光
ビーム30の界面12ａへの入射角θと上記光強度Ｉとの関
係は、同図（１）のグラフに示すようなものであるとす
る。
の入射角θ毎の光強度と、差動アンプ63ａ、63ｂ、63ｃ
……の出力との関係を説明するものである。ここで、光
ビーム30の界面12ａへの入射角θと上記光強度Ｉとの関
係は、同図（１）のグラフに示すようなものであるとす
る。
【００５０】界面12ａにある特定の入射角θＳＰで入射
した光は、金属膜12とセンシング物質14との界面に表面
プラズモンを励起させるので、この光については反射光
強度Ｉが鋭く低下する。つまりθＳＰが全反射減衰角で
あり、この角度θＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を
取る。この反射光強度Ｉの低下は、反射光中の暗線とし
て観察される。
した光は、金属膜12とセンシング物質14との界面に表面
プラズモンを励起させるので、この光については反射光
強度Ｉが鋭く低下する。つまりθＳＰが全反射減衰角で
あり、この角度θＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を
取る。この反射光強度Ｉの低下は、反射光中の暗線とし
て観察される。
【００５１】また図４の（２）は、フォトダイオード40
ａ、40ｂ、40ｃ……の配設方向を示しており、先に説明
した通り、これらのフォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ
……の配設方向位置は上記入射角θと一義的に対応して
いる。
ａ、40ｂ、40ｃ……の配設方向を示しており、先に説明
した通り、これらのフォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ
……の配設方向位置は上記入射角θと一義的に対応して
いる。
【００５２】そしてフォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ
……の配設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ
63ａ、63ｂ、63ｃ……の出力Ｉ’（反射光強度Ｉの微分
値）との関係は、同図（３）に示すようなものとなる。
……の配設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ
63ａ、63ｂ、63ｃ……の出力Ｉ’（反射光強度Ｉの微分
値）との関係は、同図（３）に示すようなものとなる。
【００５３】信号処理部65は、Ａ／Ｄ変換器54から入力
された微分値Ｉ’の値に基づいて、差動アンプ63ａ、63
ｂ、63ｃ……の中から、全反射減衰角θＳＰに対応する
微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（図
３の例では差動アンプ63ｅとなる）を選択し、それが出
力する微分値Ｉ’を表示部62に表示させる。なお、場合
によっては微分値Ｉ’＝０を出力している差動アンプが
存在することもあり、そのときは当然その差動アンプが
選択される。次に、ターンテーブル20が、支持体駆動手
段21によって間欠的に回動され、以後、所定時間が経過
する毎に上記選択された差動アンプ63ｅが出力する微分
値Ｉ’が、表示部62に表示される。
された微分値Ｉ’の値に基づいて、差動アンプ63ａ、63
ｂ、63ｃ……の中から、全反射減衰角θＳＰに対応する
微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（図
３の例では差動アンプ63ｅとなる）を選択し、それが出
力する微分値Ｉ’を表示部62に表示させる。なお、場合
によっては微分値Ｉ’＝０を出力している差動アンプが
存在することもあり、そのときは当然その差動アンプが
選択される。次に、ターンテーブル20が、支持体駆動手
段21によって間欠的に回動され、以後、所定時間が経過
する毎に上記選択された差動アンプ63ｅが出力する微分
値Ｉ’が、表示部62に表示される。
【００５４】微分値Ｉ’は、測定チップ10の金属膜12
（図１参照）に接しているセンシング物質14の誘電率つ
まりは屈折率が変化して、図３（１）に示す曲線が左右
方向に移動する形で変化すると、それに応じて上下す
る。したがって、この微分値Ｉ’を時間の経過とともに
測定し続けることにより、金属膜12に接しているセンシ
ング物質14の屈折率変化を調べることができる。
（図１参照）に接しているセンシング物質14の誘電率つ
まりは屈折率が変化して、図３（１）に示す曲線が左右
方向に移動する形で変化すると、それに応じて上下す
る。したがって、この微分値Ｉ’を時間の経過とともに
測定し続けることにより、金属膜12に接しているセンシ
ング物質14の屈折率変化を調べることができる。
【００５５】試料液15の中の被検体が、センシング物質
14と結合する物質であれば、それらの結合状態に応じて
センシング物質14の屈折率が変化するので、上記微分値
Ｉ’を測定し続けることにより、被検体とセンシング物
質14の結合状態を測定することができ、この測定結果に
基づいて、被検体がセンシング物質と結合する特定物質
であるか否かを判定することができる。
14と結合する物質であれば、それらの結合状態に応じて
センシング物質14の屈折率が変化するので、上記微分値
Ｉ’を測定し続けることにより、被検体とセンシング物
質14の結合状態を測定することができ、この測定結果に
基づいて、被検体がセンシング物質と結合する特定物質
であるか否かを判定することができる。
【００５６】すなわち、微分値Ｉ’の値が変化すれば、
センシング物質14の屈折率が変化したと判定でき、すな
わち試料液15に含まれる被検体は、センシング物質14と
結合する物質であると判定できる。また、微分値Ｉ’の
値に変化がない場合には、被検体がセンシング物質と結
合する物質ではないと判定できる。
センシング物質14の屈折率が変化したと判定でき、すな
わち試料液15に含まれる被検体は、センシング物質14と
結合する物質であると判定できる。また、微分値Ｉ’の
値に変化がない場合には、被検体がセンシング物質と結
合する物質ではないと判定できる。
【００５７】また、本実施形態では、測定チップ10の界
面12ａに照射する光ビーム30の照射エネルギーを界面12
ａにおいて平方ミリあたり５０ｍＪとしたため、光ビー
ムの照射による試料液の屈折率変化は分子量に換算して
１００程度となり、試料液に含まれる被検体の分子量
が、２００以上であるため、分子量に換算して１００程
度の屈折率変化が誤差として生じても、センシング物質
14と被検体との結合状態を精度良く測定することができ
る。このため、被検体とセンシング物質の結合が行われ
ているか否か、すなわち被検体がセンシング物質と結合
する特定物質であるか否かの判定を精度良く行うことが
できる。
面12ａに照射する光ビーム30の照射エネルギーを界面12
ａにおいて平方ミリあたり５０ｍＪとしたため、光ビー
ムの照射による試料液の屈折率変化は分子量に換算して
１００程度となり、試料液に含まれる被検体の分子量
が、２００以上であるため、分子量に換算して１００程
度の屈折率変化が誤差として生じても、センシング物質
14と被検体との結合状態を精度良く測定することができ
る。このため、被検体とセンシング物質の結合が行われ
ているか否か、すなわち被検体がセンシング物質と結合
する特定物質であるか否かの判定を精度良く行うことが
できる。
【００５８】なお、界面12ａに照射する光ビームの照射
エネルギーを１０ｍＪ以下とすれば、光ビームの照射に
よる試料液の屈折率変化は分子量に換算して５０以下と
なり一層精度良く判定を行うことができる。しかし、光
検出器40として検出精度の良い機器を用いる必要があ
り、またノイズの除去等にも考慮する必要がある。
エネルギーを１０ｍＪ以下とすれば、光ビームの照射に
よる試料液の屈折率変化は分子量に換算して５０以下と
なり一層精度良く判定を行うことができる。しかし、光
検出器40として検出精度の良い機器を用いる必要があ
り、またノイズの除去等にも考慮する必要がある。
【００５９】なお、被検体がタンパク質等の分子量が１
０００以上の物質であれば、界面12ａに照射する光ビー
ムの照射エネルギーを１００ｍＪまで増加しても、セン
シング物質14と被検体との結合状態を精度良く測定する
ことができ、安価な装置を用いることができる。
０００以上の物質であれば、界面12ａに照射する光ビー
ムの照射エネルギーを１００ｍＪまで増加しても、セン
シング物質14と被検体との結合状態を精度良く測定する
ことができ、安価な装置を用いることができる。
【００６０】また、複数の測定チップ10をターンテーブ
ル20上に配置し、このターンテーブル20を回転させて、
各測定チップ10を順次集光レンズ32および光検出手段40
に対して所定位置に配置できるように構成したため、複
数の測定チップ10における微分値を、上記ターンテーブ
ル20の回転にともなって次々と測定することができ、多
数の測定チップ10についての測定を短時間で行なうこと
が可能となる。
ル20上に配置し、このターンテーブル20を回転させて、
各測定チップ10を順次集光レンズ32および光検出手段40
に対して所定位置に配置できるように構成したため、複
数の測定チップ10における微分値を、上記ターンテーブ
ル20の回転にともなって次々と測定することができ、多
数の測定チップ10についての測定を短時間で行なうこと
が可能となる。
【００６１】なお、上述のように、誘電体ブロック11、
金属膜12および試料液保持枠13が一体的に形成されたな
る測定チップ10に限らず、金属膜12および試料保持枠13
が一体化され、誘電体ブロック11に対して交換可能に形
成された測定チップを適用することもできる。
金属膜12および試料液保持枠13が一体的に形成されたな
る測定チップ10に限らず、金属膜12および試料保持枠13
が一体化され、誘電体ブロック11に対して交換可能に形
成された測定チップを適用することもできる。
【００６２】さらにレーザ光源31から射出される光ビー
ム30の射出量を切り換えることにより、界面12ａに照射
する光ビーム30の照射エネルギーを、例えば１平方ミリ
あたり１００ｍＪ、５０ｍＪ、１０ｍＪの３段階に切り
換えられるように構成することもできる。使用者は、被
検体の分子量や、光検出器40の検出感度などを考慮し、
最も適切な照射エネルギーを設定すればよい。
ム30の射出量を切り換えることにより、界面12ａに照射
する光ビーム30の照射エネルギーを、例えば１平方ミリ
あたり１００ｍＪ、５０ｍＪ、１０ｍＪの３段階に切り
換えられるように構成することもできる。使用者は、被
検体の分子量や、光検出器40の検出感度などを考慮し、
最も適切な照射エネルギーを設定すればよい。
【００６３】次に、図５〜図７を参照して、本発明の第
２の実施形態について説明する。図５〜図７において
は、図１〜図３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。
２の実施形態について説明する。図５〜図７において
は、図１〜図３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。
【００６４】この第２の実施形態の全反射減衰を利用し
たセンサーは、第１の実施の形態に、光ビーム30の照射
エネルギーを制御するシャッタ33およびシャッタ33の開
動作に同期させて、測定手段61に測定を行わせるタイミ
ング制御部63とを付け加えたものである。
たセンサーは、第１の実施の形態に、光ビーム30の照射
エネルギーを制御するシャッタ33およびシャッタ33の開
動作に同期させて、測定手段61に測定を行わせるタイミ
ング制御部63とを付け加えたものである。
【００６５】シャッタ33は、図５および図６に示すよう
に、光源31と集光レンズ32との間に設けられる。光源31
は常時光ビーム30を射出している。光ビーム30はシャッ
タ33が閉状態であれば遮られ、開状態であれば測定チッ
プ10の界面12ａに照射される。
に、光源31と集光レンズ32との間に設けられる。光源31
は常時光ビーム30を射出している。光ビーム30はシャッ
タ33が閉状態であれば遮られ、開状態であれば測定チッ
プ10の界面12ａに照射される。
【００６６】コントローラ64は、支持体駆動手段21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21
を作動させる駆動信号Ｄを出力する。また上記光検出器
40の出力信号Ｓを受ける測定手段61と、この測定手段61
からの出力を受ける表示部62と、シャッタ33の開閉動作
および測定手段61における測定タイミングを制御するタ
イミング制御部63とを備えている。
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21
を作動させる駆動信号Ｄを出力する。また上記光検出器
40の出力信号Ｓを受ける測定手段61と、この測定手段61
からの出力を受ける表示部62と、シャッタ33の開閉動作
および測定手段61における測定タイミングを制御するタ
イミング制御部63とを備えている。
【００６７】測定時には、コントローラ64のタイミング
制御部63は、測定チップ10の界面12ａに照射される光ビ
ーム30の照射エネルギーが所定値、例えば１平方ミリ当
たり５０ｍｊになるように、シャッタ33を所定時間開
く。なお、測定チップ10の界面12ａに照射される光ビー
ム30の照射エネルギーとシャッタ33の開時間との関係は
予め測定されて、タイミング制御部63に記憶されてい
る。
制御部63は、測定チップ10の界面12ａに照射される光ビ
ーム30の照射エネルギーが所定値、例えば１平方ミリ当
たり５０ｍｊになるように、シャッタ33を所定時間開
く。なお、測定チップ10の界面12ａに照射される光ビー
ム30の照射エネルギーとシャッタ33の開時間との関係は
予め測定されて、タイミング制御部63に記憶されてい
る。
【００６８】また、タイミング制御部63は、シャッタ33
の開動作と同期させて、測定手段61に測定を行わせる。
すなわち、図７に示すように、測定手段61の信号処理部
66の動作を制御して、シャッタ33が開いている間にフォ
トダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……で受光された光強度
に基づいて、差動アンプ63ｅが出力する微分値Ｉ’を、
表示部62に表示する。なお、信号処理部66に限らず、作
動アンプアレイ63やサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、
52ｃ・・・等を制御して、シャッタ33の開動作と同期した
測定結果を取得することができる。あるいは光検出器40
として、フォトダイオードアレイの代わりにＣＣＤアレ
イ等を用いれば、シャッタ33の開動作と同期させて光検
出器40を露光することにより、シャッタ33の開動作と同
期した検出信号を得ることもできる。
の開動作と同期させて、測定手段61に測定を行わせる。
すなわち、図７に示すように、測定手段61の信号処理部
66の動作を制御して、シャッタ33が開いている間にフォ
トダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……で受光された光強度
に基づいて、差動アンプ63ｅが出力する微分値Ｉ’を、
表示部62に表示する。なお、信号処理部66に限らず、作
動アンプアレイ63やサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、
52ｃ・・・等を制御して、シャッタ33の開動作と同期した
測定結果を取得することができる。あるいは光検出器40
として、フォトダイオードアレイの代わりにＣＣＤアレ
イ等を用いれば、シャッタ33の開動作と同期させて光検
出器40を露光することにより、シャッタ33の開動作と同
期した検出信号を得ることもできる。
【００６９】以上の説明で明かなように、本実施の形態
において、第１の実施の形態と同様の効果を得るととも
に、測定チップ10の界面12ａに照射される光ビーム30の
照射エネルギーを精度良く制御することができる。ま
た、光ビーム30の照射タイミングと同期させて、光強度
の検出あるいは全反射減衰の状態の測定を行うことによ
り、光ビーム30が照射されていない間の検出信号が、ノ
イズとして測定結果に影響を与えることを防止でき、測
定結果の信頼性が向上する。
において、第１の実施の形態と同様の効果を得るととも
に、測定チップ10の界面12ａに照射される光ビーム30の
照射エネルギーを精度良く制御することができる。ま
た、光ビーム30の照射タイミングと同期させて、光強度
の検出あるいは全反射減衰の状態の測定を行うことによ
り、光ビーム30が照射されていない間の検出信号が、ノ
イズとして測定結果に影響を与えることを防止でき、測
定結果の信頼性が向上する。
【００７０】次に、図１および図８を参照して本発明の
第３の実施形態について説明する。第３の実施の形態の
全体構成は第１の実施形態とほぼ同様であるため、図１
において、異なる構成部の番号のみ図中に付記する。ま
た図８においては、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。
第３の実施形態について説明する。第３の実施の形態の
全体構成は第１の実施形態とほぼ同様であるため、図１
において、異なる構成部の番号のみ図中に付記する。ま
た図８においては、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。
【００７１】この第３の実施形態の全反射減衰を利用し
たセンサーは、先に説明した漏洩モードセンサーであ
り、測定チップ90を用いるように構成されている。この
測定チップ90の誘電体ブロック11の一面（図中の上面）
にはクラッド層91が形成され、さらにその上には光導波
層92が形成されている。
たセンサーは、先に説明した漏洩モードセンサーであ
り、測定チップ90を用いるように構成されている。この
測定チップ90の誘電体ブロック11の一面（図中の上面）
にはクラッド層91が形成され、さらにその上には光導波
層92が形成されている。
【００７２】誘電体ブロック11は、例えば合成樹脂やＢ
Ｋ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラ
ッド層91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92は、クラッド層91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91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92の膜厚は、例えばＰＭＭＡ
から形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
Ｋ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラ
ッド層91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92は、クラッド層91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91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92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センサーにおいて、
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91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91との界面91ａで全反射するが、クラッド層91
を透過して光導波層92に特定入射角で入射した特定波数
の光は、該光導波層92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92に取り込まれるので、上記界面91ａ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。
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91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91との界面91ａで全反射するが、クラッド層91
を透過して光導波層92に特定入射角で入射した特定波数
の光は、該光導波層92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92に取り込まれるので、上記界面91ａ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92における導波光の波数は、該光
導波層92の上のセンシング物質14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、センシング物質14の屈折率を測定することができ
る。また、光検出器40の隣接したフォトダイオードの検
出値の差分である微分値Ｉ’に基づいて各測定チップ90
における、微分値の経時変化すなわち全反射減衰の状態
の経時変化を測定し、被検体とセンシング物質14との結
合状態を測定することができる。
導波層92の上のセンシング物質14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、センシング物質14の屈折率を測定することができ
る。また、光検出器40の隣接したフォトダイオードの検
出値の差分である微分値Ｉ’に基づいて各測定チップ90
における、微分値の経時変化すなわち全反射減衰の状態
の経時変化を測定し、被検体とセンシング物質14との結
合状態を測定することができる。
【００７５】なお、本実施形態においても、１回の測定
が行われる際に、界面91ａに照射される光ビームの照射
エネルギーは１平方ミリ当たり５０ｍＪとなるように、
レーザ光源31および集光レンズ32が構成されている。こ
のため、光ビームの照射による試料液の温度変化に起因
する試料液の屈折率変化は分子量に換算して１００程度
となり、試料液に含まれる被検体の分子量が、２００以
上であるため、分子量に換算して１００程度の屈折率変
化が生じても、センシング物質14と被検体との結合状態
を精度良く測定することができる。したがって、被検体
とセンシング物質の結合が行われているか否か、すなわ
ち被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか
否かの判定を精度良く行うことができる。また、他の効
果に関しても、第１の実施の形態と同様の効果を得られ
る。
が行われる際に、界面91ａに照射される光ビームの照射
エネルギーは１平方ミリ当たり５０ｍＪとなるように、
レーザ光源31および集光レンズ32が構成されている。こ
のため、光ビームの照射による試料液の温度変化に起因
する試料液の屈折率変化は分子量に換算して１００程度
となり、試料液に含まれる被検体の分子量が、２００以
上であるため、分子量に換算して１００程度の屈折率変
化が生じても、センシング物質14と被検体との結合状態
を精度良く測定することができる。したがって、被検体
とセンシング物質の結合が行われているか否か、すなわ
ち被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか
否かの判定を精度良く行うことができる。また、他の効
果に関しても、第１の実施の形態と同様の効果を得られ
る。
【００７６】次に図９を参照して本発明の第４の実施の
形態について説明する。本実施の形態による表面プラズ
モンセンサーの全体形状は、図１に示す第１の実施の形
態で示した表面プラズモンセンサーと同様である。本実
施の形態の表面プラズモンセンサーは、上記第１の実施
の形態の表面プラズモンセンサーと比べ測定方法を変更
したものである。
形態について説明する。本実施の形態による表面プラズ
モンセンサーの全体形状は、図１に示す第１の実施の形
態で示した表面プラズモンセンサーと同様である。本実
施の形態の表面プラズモンセンサーは、上記第１の実施
の形態の表面プラズモンセンサーと比べ測定方法を変更
したものである。
【００７７】図９に要部形状を示すように、本実施の形
態の表面プラズモンセンサーの測定位置には、レーザ光
源120 とＣＣＤ121 が配設されており、レーザ光源120
とＣＣＤ121 との間には、コリメータレンズ122 、干渉
光学系123 、集光レンズ124およびアパーチャー125 が
配設されている。
態の表面プラズモンセンサーの測定位置には、レーザ光
源120 とＣＣＤ121 が配設されており、レーザ光源120
とＣＣＤ121 との間には、コリメータレンズ122 、干渉
光学系123 、集光レンズ124およびアパーチャー125 が
配設されている。
【００７８】上記干渉光学系123 は、偏光フィルタ131
、ハーフミラー132 、ハーフミラー133 およびミラー1
34 により構成されている。さらに、ＣＣＤ121 は測定
手段135 に接続されており、測定手段135 は表示部62に
接続されている。
、ハーフミラー132 、ハーフミラー133 およびミラー1
34 により構成されている。さらに、ＣＣＤ121 は測定
手段135 に接続されており、測定手段135 は表示部62に
接続されている。
【００７９】以下、本実施の形態の表面プラズモンセン
サーにおける測定動作について説明する。レーザ光源12
0 が駆動されて光ビーム140 が発散光の状態で出射され
る。この光ビーム140 はコリメータレンズ122 により平
行光化されて偏光フィルタ131 に入射する。偏光フィル
タ131 を透過して界面12ａに対してｐ偏光で入射するよ
うにされた光ビーム140 は、ハーフミラー132 により一
部がレファレンス光ビーム140Rとして分割され、ハーフ
ミラー132 を透過した残りの光ビーム140Sは界面12ａに
入射する。界面12ａで全反射した光ビーム140Sおよびミ
ラー134 で反射したレファレンス光ビーム140Rはハーフ
ミラー133 に入射して合成される。合成された光ビーム
140'は集光レンズ124 により集光され、アパーチャー12
5 を通過してＣＣＤ121 によって検出される。このと
き、ＣＣＤ121 で検出される光ビーム140'は、光ビーム
140Sとレファレンス光ビーム140Rとの干渉の状態に応じ
て干渉縞を発生させる。
サーにおける測定動作について説明する。レーザ光源12
0 が駆動されて光ビーム140 が発散光の状態で出射され
る。この光ビーム140 はコリメータレンズ122 により平
行光化されて偏光フィルタ131 に入射する。偏光フィル
タ131 を透過して界面12ａに対してｐ偏光で入射するよ
うにされた光ビーム140 は、ハーフミラー132 により一
部がレファレンス光ビーム140Rとして分割され、ハーフ
ミラー132 を透過した残りの光ビーム140Sは界面12ａに
入射する。界面12ａで全反射した光ビーム140Sおよびミ
ラー134 で反射したレファレンス光ビーム140Rはハーフ
ミラー133 に入射して合成される。合成された光ビーム
140'は集光レンズ124 により集光され、アパーチャー12
5 を通過してＣＣＤ121 によって検出される。このと
き、ＣＣＤ121 で検出される光ビーム140'は、光ビーム
140Sとレファレンス光ビーム140Rとの干渉の状態に応じ
て干渉縞を発生させる。
【００８０】ここで、金属膜12の表面に固定されている
センシング物質14が、試料液15中の被検体と結合するも
のであるか否か、すなわち被検体がセンシング物質と結
合する特定物質であるか否かを、試料液15を滴下後から
継続的に測定を行い、ＣＣＤ121 により検出される干渉
縞の変化を検出することにより、判定することができ
る。
センシング物質14が、試料液15中の被検体と結合するも
のであるか否か、すなわち被検体がセンシング物質と結
合する特定物質であるか否かを、試料液15を滴下後から
継続的に測定を行い、ＣＣＤ121 により検出される干渉
縞の変化を検出することにより、判定することができ
る。
【００８１】すなわち、上記試料液15中の被検体とセン
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
屈折率が変化するため、界面12ａで全反射した光ビーム
140Sおよびレファレンス光ビーム140Rがハーフミラー13
3 により合成される際に、干渉の状態が変化するため、
上記干渉縞の変化に応じて結合反応の有無を検出するこ
とができる。測定手段135 は、以上の原理に基づいて上
記反応の有無を検出し、その結果が表示部62に表示され
る。
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
屈折率が変化するため、界面12ａで全反射した光ビーム
140Sおよびレファレンス光ビーム140Rがハーフミラー13
3 により合成される際に、干渉の状態が変化するため、
上記干渉縞の変化に応じて結合反応の有無を検出するこ
とができる。測定手段135 は、以上の原理に基づいて上
記反応の有無を検出し、その結果が表示部62に表示され
る。
【００８２】なお、本実施形態においても、１回の測定
が行われる際に、界面12ａに照射される光ビームの照射
エネルギーは１平方ミリ当たり５０ｍＪとなるように、
レーザ光源120 、コリメータレンズ122 、偏光フィルタ
123 およびハーフミラー132が構成されている。このた
め、第１の実施の形態と同様に、センシング物質14と被
検体との結合状態を精度良く測定することができ、被検
体とセンシング物質の結合が行われているか否か、すな
わち被検体がセンシング物質と結合する特定物質である
か否かの判定を精度良く行うことができる。
が行われる際に、界面12ａに照射される光ビームの照射
エネルギーは１平方ミリ当たり５０ｍＪとなるように、
レーザ光源120 、コリメータレンズ122 、偏光フィルタ
123 およびハーフミラー132が構成されている。このた
め、第１の実施の形態と同様に、センシング物質14と被
検体との結合状態を精度良く測定することができ、被検
体とセンシング物質の結合が行われているか否か、すな
わち被検体がセンシング物質と結合する特定物質である
か否かの判定を精度良く行うことができる。
【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要部を示す一
部破断側面図
部破断側面図
【図３】上記表面プラズモンセンサーに用いられる測定
手段のブロック図
手段のブロック図
【図４】上記表面プラズモンセンサーにおける光ビーム
入射角と光検出器による検出光強度との関係、および光
ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係を示す
概略図
入射角と光検出器による検出光強度との関係、および光
ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係を示す
概略図
【図５】本発明の第２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６】図５の表面プラズモンセンサーの要部を示す一
部破断側面図
部破断側面図
【図７】図５の表面プラズモンセンサーに用いられる測
定手段のブロック図
定手段のブロック図
【図８】本発明の第３の実施形態による漏洩モードセン
サーの要部を示す一部破断側面図
サーの要部を示す一部破断側面図
【図９】本発明の第４の実施形態による表面プラズモン
センサーの要部を示す一部破断側面図
センサーの要部を示す一部破断側面図
【図１０】光ビームによる照射エネルギーと屈折率変化
量の関係を示す図
量の関係を示す図
10、90 測定チップ
11 誘電体ブロック
12 金属膜
12ａ 誘電体ブロックと金属膜との界面
13 試料液保持枠
14 センシング物質
15 試料液
20 ターンテーブル
21 支持体駆動手段
30 光ビーム
31 レーザ光源
32 集光レンズ
33 シャッタ
40 光検出器
60 コントローラ
61,64 測定手段
62 表示部
63 タイミング制御部
70 試料液供給機構
91 クラッド層
91ａ 誘電体ブロックとクラッド層との界面
92 光導波層
120 レーザ光源
121 ＣＣＤ
122 コリメータレンズ
123 干渉光学系
124 集光レンズ
125 アパーチャー
134 ミラー
135 測定手段
140 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 HA04
2G058 AA09 CC14 CC17 CD04 CF12
EA02 EA11 ED03 GA02
2G059 AA01 BB04 BB12 CC16 DD12
DD13 EE02 EE05 EE09 FF04
FF08 FF09 GG01 GG04 JJ11
JJ13 JJ19 JJ22 KK04 MM01
MM09 MM11 NN01 PP04
Claims (5)
- 【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、この薄膜層上に
試料液を保持する試料液保持機構を備えてなる測定チッ
プと、 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
角度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検出する光検出
手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて、全反射減
衰の状態を測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利
用したセンサーにおいて、 前記界面における前記光ビームの照射エネルギーが、１
平方ミリ当たり１００ｍＪ以下であることを特徴とする
全反射減衰を利用したセンサー。 - 【請求項２】 前記光ビームの照射エネルギーが、１平
方ミリ当たり５０ｍＪ以下であることを特徴とする請求
項１記載の全反射減衰を利用したセンサー。 - 【請求項３】 前記光ビームの照射エネルギーが、１平
方ミリ当たり１０ｍＪ以下であることを特徴とする請求
項２記載の全反射減衰を利用したセンサー。 - 【請求項４】 前記薄膜上に前記試料液と相互作用を生
じるセンシング物質が配され、 前記測定手段が、前記光検出手段により時間をおいて検
出された複数の検出結果に基づいて、全反射減衰の状態
の経時変化を測定す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セ
ンサー。 - 【請求項５】 前記光源と前記誘電体ブロックの間に配
されたシャッタと、該シャッタの開動作に同期させて、
前記光検出手段における検出動作または前記測定手段に
おける測定動作を行わせるタイミング制御手段とを備え
たことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の
全反射減衰を利用したセンサー。
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Applications Claiming Priority (3)
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| JP2001276227 | 2001-09-12 | ||
| JP2002186384A JP4208115B2 (ja) | 2001-09-12 | 2002-06-26 | 全反射減衰を利用したセンサー |
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| JP2002186384A Expired - Fee Related JP4208115B2 (ja) | 2001-09-12 | 2002-06-26 | 全反射減衰を利用したセンサー |
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| JP4586081B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2010-11-24 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 蛍光分析装置 |
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| CN105527253B (zh) * | 2015-12-01 | 2018-05-04 | 广东生益科技股份有限公司 | 衰减全反射红外测试方法 |
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