JP2003279478A - Measurement method, measurement device and measurement chip unit - Google Patents

Measurement method, measurement device and measurement chip unit

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JP2003279478A
JP2003279478A JP2002086421A JP2002086421A JP2003279478A JP 2003279478 A JP2003279478 A JP 2003279478A JP 2002086421 A JP2002086421 A JP 2002086421A JP 2002086421 A JP2002086421 A JP 2002086421A JP 2003279478 A JP2003279478 A JP 2003279478A
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measurement
light
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light beam
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JP2002086421A
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Japanese (ja)
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Toshihito Kimura
俊仁 木村
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a measurement error caused by individual difference of sensitivity of every measurement device from another to improve measurement accuracy, in a measurement device using an evanescent wave. <P>SOLUTION: This measurement device is provided with: a dielectric block 10; a laser light source 14 for generating a light beam 13; an optical system 15 for entering the light beam 13 into the interface 10b between the dielectric block 10 and a metal film 12 so as to obtain various incident angles; and a light detection means 17 for detecting the light beam 13 totally reflected by the interface 10b and changed into parallel light. Correction curve data are previously obtained by measuring total reflection elimination angles of a plurality of reference sample solutions each having a known refraction index so that the result of the measurement for a substance on the metal film 12 is corrected based on the correction curve data. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に接した薄膜
層と誘電体ブロックとの界面で光ビームを全反射させて
エバネッセント波を発生させ、それにより全反射した光
ビームの強度に表れる変化を測定して試料の分析を行う
エバネッセント波を利用した測定方法、測定装置および
測定チップユニットに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the total reflection of a light beam at the interface between a thin film layer in contact with a sample and a dielectric block to generate an evanescent wave, which causes changes in the intensity of the totally reflected light beam. The present invention relates to a measuring method, a measuring device, and a measuring chip unit that use an evanescent wave to measure a temperature and analyze a sample.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In a metal, free electrons oscillate collectively to generate compression waves called plasma waves. And, the quantized compression wave generated on the metal surface is
It is called surface plasmon.

【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、被測定物質の特性を分
析する表面プラズモン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)。
Conventionally, various surface plasmon measuring devices have been proposed which analyze the characteristics of a substance to be measured by utilizing the phenomenon that the surface plasmon is excited by a light wave.
Among them, one that is particularly well known is one that uses a system called Kretschmann arrangement (see, for example, JP-A-6-167443).

【0004】上記の系を用いる表面プラズモン測定装置
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液
などの被測定物質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。
A surface plasmon measuring apparatus using the above system is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, and is contacted with a substance to be measured such as a sample liquid formed on one surface of the dielectric block. A metal film, a light source that generates a light beam, and an optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that total reflection conditions can be obtained at the interface between the dielectric block and the metal film. When,
The light detecting means is provided for measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface to detect the state of surface plasmon resonance, that is, the state of attenuation of total reflection.

【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。
In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or may be incident on the light beam at various angles. A relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state so as to include the component. In the former case, the light beam whose reflection angle changes according to the change of the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change of the reflection angle, or the direction of change of the reflection angle. It can be detected by an area sensor extending along. On the other hand, in the latter case, each light beam reflected at various reflection angles can be detected by an area sensor extending in a direction in which all the light beams can be received.

【0006】上記構成の表面プラズモン測定装置におい
て、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射
角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中
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被測定物質との界面に表面
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。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。
In the surface plasmon measuring device having the above structure, when a light beam is incident on the metal film at a specific incident angle of a total reflection angle or more, an evanescent light having an electric field distribution in the substance to be measured in contact with the metal film. A wave is generated, and the surface plasmon is excited at the interface between the metal film and the substance to be measured by this evanescent wave. When the wave vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state and the energy of the light is transferred to the surface plasmon, so that at the interface between the dielectric block and the metal film. The intensity of the reflected light sharply decreases. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detecting means. Note that the above resonance occurs only when the incident beam is p-polarized. Therefore, it is necessary to set in advance that the light beam is incident as p-polarized light.

【0007】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、被測定物質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、真空中の光速をc、金属、被測定物質
の誘電率をそれぞれε 、ε とすると、以下の関
係がある。
If the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle at which the attenuated total reflection (ATR) occurs, that is, the attenuated total reflection angle θ SP , the permittivity of the substance to be measured can be obtained. That is, assuming that the wave number of the surface plasmon is K SP , the angular frequency of the surface plasmon is ω, the speed of light in vacuum is c, and the dielectric constants of the metal and the substance to be measured are ε m and ε s , respectively, the following relationships are established.

【0008】[0008]

【数1】 すなわち、上記反射光強度が低下する入射角である全反
射減衰角θSPを知ることにより、被測定物質の誘電率
ε、つまりは屈折率に関連する特性を求めることがで
きる。
[Equation 1] That is, by knowing the attenuated total reflection angle θ SP , which is the incident angle at which the intensity of the reflected light decreases, it is possible to obtain the characteristic relating to the dielectric constant ε s of the substance to be measured, that is, the refractive index.

【0009】なおこの種の表面プラズモン測定装置にお
いては、全反射減衰角θSPを精度良く、しかも大きな
ダイナミックレンジで測定することを目的として、特開
平11−326194号に示されるように、アレイ状の
光検出手段を用いることが考えられている。この光検出
手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、
前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの
成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配
設されたものである。
In this type of surface plasmon measuring device, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 11-326194, an array shape is provided for the purpose of measuring the attenuated total reflection angle θ SP with high accuracy and a large dynamic range. It is considered to use the above-mentioned light detection means. The light detecting means comprises a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined direction,
The components of the light beam totally reflected at various reflection angles on the interface are arranged so that different light receiving elements receive the components.

【0010】そしてその場合は、上記アレイ状の光検出
手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子
の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この
微分手段が出力する微分値に基づいて被測定物質の屈折
率に関連する特性を求めることが多い。
In that case, there is provided a differentiating means for differentiating the photodetection signal output by each light receiving element of the array of light detecting means with respect to the arrangement direction of the light receiving element, and the differentiating means outputs this differentiating means. A property related to the refractive index of the substance to be measured is often obtained based on the value.

【0011】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、試料液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。
Further, as a similar measuring device utilizing the attenuated total reflection (ATR), for example, "Spectroscopic Research" Vol. 47, No. 1 (1998), pages 21 to 23 and 26 to 27.
Leakage mode measuring devices described on the page are also known. This leak mode measuring device is basically a dielectric block formed, for example, in a prism shape, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and a clad layer formed on the clad layer for contact with a sample solution. An optical waveguide layer, a light source for generating a light beam, and the light beam at various angles with respect to the dielectric block so that total reflection conditions can be obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. The optical system is configured to be incident, and a light detection unit that measures the intensity of the light beam totally reflected at the interface and detects the excited state of the guided mode, that is, the attenuated total reflection state.

【0012】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被測定物質の屈折
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、被測定物質の屈折率や、それに関
連する被測定物質の特性を分析することができる。
In the leak mode measuring device having the above structure,
When a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an angle of incidence equal to or more than the total reflection angle, only light with a specific incident angle having a specific wave number is transmitted in the optical waveguide layer after passing through the cladding layer. It propagates in the guided mode. When the guided mode is excited in this manner, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, so that the total reflection attenuation occurs in which the intensity of the light totally reflected at the interface sharply decreases.
Since the wave number of the guided light depends on the refractive index of the substance to be measured on the optical waveguide layer, the refractive index of the substance to be measured and the related measured substance to be measured can be obtained by knowing the specific incident angle at which attenuation of total reflection occurs. The properties of the substance can be analyzed.

【0013】なおこの漏洩モード測定装置においても、
全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出す
るために、前述したアレイ状の光検出手段を用いること
ができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用される
ことも多い。
In this leak mode measuring device as well,
In order to detect the position of the dark line generated in the reflected light due to the attenuation of the total reflection, the above-mentioned array-shaped light detecting means can be used, and in addition to that, the differentiating means is often applied.

【0014】また、上述した表面プラズモン測定装置や
漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望
の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ことがあり、この場合に
は前記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜
であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および
光導波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を
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前述
の全反射減衰角θSPの角度を測定している。
The surface plasmon measuring device and the leak mode measuring device described above are sometimes used in random screening to find a specific substance that binds to a desired sensing substance in the field of drug discovery research and the like. A sensing substance is fixed as the substance to be measured on the thin film layer (a metal film in the case of a surface plasmon measuring device, a clad layer and an optical waveguide layer in the case of a leaky mode measuring device), and various sensing substances are fixed on the sensing substance. A sample solution in which a test object is dissolved in a solvent is added, and the angle of the above-described attenuated total reflection angle θ SP is measured every predetermined time.

【0015】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
時間経過毎に上記全反射減衰角θSPを測定し、該全反
射減衰角θSPの角度に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状態を測
定し、その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。
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IgG抗体をセンシ
ング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトIgG抗体
を特定物質として用いることができる。
If the analyte in the sample solution binds to the sensing substance, this binding causes the refractive index of the sensing substance to change over time. Therefore, the attenuated total reflection angle theta SP was measured every predetermined time, and it is determined whether or not a change in the attenuated total reflection angle theta SP occurs, measure a binding state between a test substance and a sensing substance Then, based on the result, it can be determined whether or not the analyte is a specific substance that binds to the sensing substance.
Examples of such a combination of the specific substance and the sensing substance include an antigen and an antibody, or an antibody and an antibody. Specifically, a rabbit anti-human IgG antibody can be immobilized on the surface of the thin film layer as a sensing substance, and a human IgG antibody can be used as the specific substance.

【0016】なお、被検体とセンシング物質の結合状態
を測定するためには、全反射減衰角θSPの角度そのも
のを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物
質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θSPの角
度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて
結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の
光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置
に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減
衰角θSPの角度変化量を反映しているため、微分値の
変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状
態を測定することができる。(本出願人による特願20
00−398309号参照)このような全反射減衰を利
用した測定方法および装置においては、底面に予め形成
された薄膜層上にセンシング物質が固定されたカップ状
あるいはシャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体から
なる試料液を滴下供給して、上述した全反射減衰角θ
SPの角度変化量の測定を行っている。
It should be noted that the angle itself of the attenuated total reflection angle θ SP does not necessarily have to be detected in order to measure the binding state between the analyte and the sensing substance. For example, it is also possible to add a sample solution to the sensing substance, measure the angle change amount of the total reflection attenuation angle θ SP after that, and measure the binding state based on the magnitude of the angle change amount. In the case of applying the above-mentioned array-shaped light detecting means and the differentiating means to the measuring apparatus using the attenuated total reflection, the variation amount of the differential value reflects the angular variation amount of the attenuated total reflection angle θ SP . Therefore, the binding state between the sensing substance and the analyte can be measured based on the amount of change in the differential value. (Patent application 20 by the applicant
No. 00-398309) In such a measurement method and apparatus using attenuation of total reflection, a cup-shaped or petri dish-shaped measurement chip in which a sensing substance is fixed on a thin film layer formed in advance on the bottom surface is used as a solvent. A sample liquid consisting of the subject is dropped and supplied, and the above-described attenuated total reflection angle θ
The angle change amount of SP is measured.

【0017】なお本出願人は、ターンテーブル等に搭載
された複数個の測定チップの測定を順次行うことによ
り、多数の試料についての測定を短時間で行うことがで
きる全反射減衰を利用した測定装置を特開2001−3
30560号により提案している。
The applicant of the present invention makes it possible to measure a large number of samples in a short time by sequentially measuring a plurality of measuring chips mounted on a turntable or the like. Device as Japanese Patent Laid-Open No. 2001-3
Proposed by No. 30560.

【0018】また、本出願人は、特願2001−397
411号において、複数個の試料液保持部が設けられた
測定チップを用いて測定を行う全反射減衰を利用した測
定装置も提案している。このような構成の測定装置を用
いれば、測定チップを移動させることなく多数の試料に
ついての測定を同時に行うことができる。
The applicant of the present invention filed Japanese Patent Application No. 2001-397.
No. 411 also proposes a measuring device using attenuated total reflection that performs measurement using a measuring chip provided with a plurality of sample liquid holding portions. By using the measuring device having such a configuration, it is possible to simultaneously measure many samples without moving the measuring chip.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】上記測定チップに試料
液を供給し、センシング物質と被検体とが結合すると、
センシング物質の屈折率が変化し、全反射減衰角θSP
の角度が変化する。従って測定開始から所定時間経過し
た時点での、測定開始からの全反射減衰角θSPの角度
変化量を求めることにより、被検体がセンシング物質と
結合するか否かを判定し、また結合する場合には、被検
体とセンシング物質との結合状態などを分析することが
できる。しかし、測定装置により検出された全反射減衰
角θSPの角度変化量は、厳密にはセンシング物質と被
検体の結合による屈折率の変化を正確に反映したもので
はなく、測定装置の測定感度の個体差により多少の誤差
を生じる場合がある。
When a sample solution is supplied to the above-mentioned measurement chip and the sensing substance and the analyte are bound to each other,
The refractive index of the sensing material changes and the total reflection attenuation angle θ SP
Angle changes. Therefore, it is determined whether or not the analyte binds to the sensing substance by determining the amount of change in the attenuated total reflection angle θ SP from the start of the measurement at the time when a predetermined time has elapsed from the start of the measurement. In addition, the binding state between the analyte and the sensing substance can be analyzed. However, strictly speaking, the amount of change in the attenuated total reflection angle θ SP detected by the measurement device does not accurately reflect the change in the refractive index due to the binding between the sensing substance and the analyte, and the measurement sensitivity of the measurement device Some errors may occur due to individual differences.

【0020】本発明は上記の事情に鑑みて、測定装置の
測定感度の個体差に起因する測定誤差を低減して測定精
度を向上させることのできる測定方法および装置を提供
することを目的とする。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a measuring method and apparatus capable of improving the measurement accuracy by reducing the measurement error caused by the individual difference in the measurement sensitivity of the measurement apparatus. .

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明による測定方法
は、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表面上に試料を保持
する試料保持機構を備えてなる測定チップと、光ビーム
を発生させる光源と、光ビームを誘電体ブロックに対し
て、誘電体ブロックと薄膜層との界面で全反射条件が得
られる入射角で入射させる入射光学系と、前記界面で全
反射した光ビームの強度を測定する光検出手段とを備え
てなる測定装置により試料の分析を行う測定方法におい
て、屈折率が既知である複数種類の参照試料に対する測
定を行い、試料に対する測定を行い、参照試料に対する
測定の測定結果に基づいて、試料に対する測定の測定結
果を校正することを特徴とするものである。
A measuring method according to the present invention comprises a dielectric block, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block, and a sample holding mechanism for holding a sample on the surface of the thin film layer. And a light source for generating a light beam, and an incident optical system for making the light beam incident on the dielectric block at an angle of incidence at which the total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer, In a measuring method for analyzing a sample by a measuring device comprising a light detecting means for measuring the intensity of a light beam totally reflected at the interface, a measurement is performed on a plurality of types of reference samples whose refractive indexes are known, Is measured, and the measurement result of the measurement on the sample is calibrated based on the measurement result of the measurement on the reference sample.

【0022】また、本発明による測定装置は、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表面上に試料を保持する試料保
持機構を備えてなる測定チップと、光ビームを発生させ
る光源と、光ビームを誘電体ブロックに対して、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入射
角で入射させる入射光学系と、前記界面で全反射した光
ビームの強度を測定する光検出手段とを備えてなる測定
装置において、屈折率が既知である複数種類の参照試料
を用いて測定された測定結果を参照測定結果とし、参照
測定結果に基づいて試料に対する測定の測定結果を校正
する校正手段を備えたことを特徴とするものである。
Further, the measuring device according to the present invention comprises a dielectric chip, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block, and a sample holding mechanism for holding a sample on the surface of the thin film layer. A light source that generates a light beam, an incident optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at an incident angle at which total reflection conditions are obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer, and at the interface. In a measuring device comprising a light detecting means for measuring the intensity of the reflected light beam, the measurement result measured using a plurality of types of reference samples of which the refractive index is known as the reference measurement result, the reference measurement result A calibration means for calibrating the measurement result of the measurement based on the sample is provided.

【0023】上記のような測定装置としては、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測定装置
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測定装置等
がある。
As the above-mentioned measuring device, the above-mentioned surface plasmon measuring device using a metal film as the above-mentioned thin film layer, a clad layer formed on one surface of the dielectric block,
There is the above-mentioned leaky mode measuring device which uses a layer composed of an optical waveguide layer formed on the clad layer as the thin film layer.

【0024】本発明による測定装置において、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測定し
て試料の分析を行うに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測定して、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試料
分析を行ってもよいし、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Ma
ndenius, Porous 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測定して、各
波長毎の全反射減衰の程度を検出することにより試料分
析を行ってもよい。
In the measuring apparatus according to the present invention, there are various methods for measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface by the light detecting means to analyze the sample. For example, the light beam is totally reflected at the interface. The intensity of the light beam totally reflected by the interface is measured at each position corresponding to each incident angle, and the position (angle) of the dark line generated by the attenuated total reflection is measured. Sample analysis may be carried out by detecting, DVNoort, K.johansen, C.-F.Ma.
ndenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance
As described in Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588, light beams with a plurality of wavelengths are made incident at an incident angle at which total reflection conditions are obtained at the interface, and total wavelength is obtained at the interface for each wavelength. The sample analysis may be performed by measuring the intensity of the reflected light beam and detecting the degree of attenuation of total reflection for each wavelength.

【0025】本発明による測定装置においては、屈折率
が既知である2種類の試料を元にして、この2種類の試
料を配合比率を変えて複数配合することにより、2種類
の試料の屈折率の間の複数の屈折率の参照試料を生成す
る参照試料生成手段を備えたものとすることが望まし
い。
In the measuring device according to the present invention, the refractive index of two kinds of samples is obtained by mixing two kinds of samples whose refractive indexes are already known and changing the mixing ratio of these two kinds of samples. It is desirable to provide a reference sample generating means for generating reference samples having a plurality of refractive indices between.

【0026】なお、参照試料を用いての測定は液体の参
照試料の測定に限定されるものではなく、上記測定チッ
プの薄膜層上に既知の屈折率(誘電率)の固体材料を固
着(蒸着)した測定チップ(校正用治具)を用いて測定
を行ってもよい。
The measurement using the reference sample is not limited to the measurement of a liquid reference sample, and a solid material having a known refractive index (dielectric constant) is fixed (deposited) on the thin film layer of the measuring chip. The measurement may be performed using the measured chip (calibration jig).

【0027】そのような測定チップ(校正用治具)とし
ては、測定チップが複数並べられて一体化されてなり、
これら複数の測定チップの各薄膜層上にそれぞれ異なる
既知の屈折率の固体材料が固着されている測定チップユ
ニットが好ましい。なお、この測定チップユニットにお
いては、測定チップユニットを構成する複数の測定チッ
プの誘電体ブロックを一体的に形成してもよい。
As such a measurement chip (calibration jig), a plurality of measurement chips are arranged and integrated,
A measurement chip unit in which solid materials having different known refractive indexes are fixed on the thin film layers of the plurality of measurement chips is preferable. In this measurement chip unit, the dielectric blocks of the plurality of measurement chips forming the measurement chip unit may be integrally formed.

【0028】さらに、光検出手段は、所定方向に並設さ
れ、前記界面で全反射した光ビームを受光する複数の受
光素子と、複数の受光素子が出力する光検出信号を、受
光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微
分手段と、受光素子の並設方向における光検出信号の変
化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する微分値か
らこの微分値の初期値を減算し、この初期値が減算され
た微分値の経時変化を測定する測定手段とにより構成す
ることが望ましい。
Further, the light detecting means is arranged in parallel in a predetermined direction, and a plurality of light receiving elements for receiving the light beams totally reflected at the interface, and light detection signals output by the plurality of light receiving elements are arranged in parallel to the light receiving elements. Differentiating means that differentiates with respect to the installation direction and outputs a differential value, and the initial value of this differential value is subtracted from the differential value existing near the point where the change in the photodetection signal in the installation direction of the light receiving elements changes from decrease to increase. However, it is desirable to use a measuring means for measuring the change with time of the differential value obtained by subtracting the initial value.

【0029】ここで、「光検出信号の変化が減少から増
加へ転ずる点の近傍に存在する上記微分値」とは、光検
出信号の変化が減少から増加へ転ずる点に、最も近い微
分値が好ましいが、これに限定されるものではなく、光
検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在
するものであればよい。また、上記「微分値の初期値」
としては、測定開始時に最初に測定した、光検出信号の
変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する微分値
の値をそのまま使用してもよいし、あるいは測定開始時
に、フィードバック等の演算処理を行い、測定開始時の
測定値を0近傍にシフトさせる値を求め、初期値として
設定したもの等でもよい。また、「減算」を行う際に
は、減算器等を用いて、光検出信号の変化が減少から増
加へ転ずる点の近傍に存在する上記微分値から該微分値
の初期値を減算してもよいし、あるいは差動回路などを
用いて両者の差分を求めることにより、減算を行っても
よい。
Here, "the above-mentioned differential value existing in the vicinity of the point where the change of the photodetection signal changes from decrease to increase" means the differential value which is the closest to the point where the change of the photodetection signal changes from decrease to increase. Although preferable, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that it exists in the vicinity of the point where the change of the photodetection signal changes from decrease to increase. Also, the above "initial value of differential value"
As for, the value of the differential value existing near the point where the change of the photodetection signal changes from decrease to increase, which is measured at the beginning of the measurement, may be used as it is, or the calculation such as feedback may be performed at the start of the measurement. Alternatively, the value may be set as an initial value by performing a process to obtain a value that shifts the measured value at the start of measurement to near 0. Further, when performing the “subtraction”, a subtracter or the like may be used to subtract the initial value of the differential value from the differential value existing in the vicinity of the point where the change of the photodetection signal changes from decrease to increase. Alternatively, the subtraction may be performed by obtaining the difference between the two using a differential circuit or the like.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明のエバネッセント波を利用した測
定方法および測定装置においては、屈折率が既知である
複数種類の参照試料液を用いて測定された全反射減衰の
状態の測定結果を参照測定結果とし、参照測定結果に基
づいて試料に対する測定の測定結果を校正することによ
り、測定装置の測定感度の個体差に起因する測定誤差を
低減することができるため、測定精度を向上させること
ができる。
EFFECT OF THE INVENTION In the measuring method and the measuring apparatus using the evanescent wave of the present invention, the measurement result of the state of attenuated total reflection measured by using a plurality of types of reference sample liquids having known refractive indices is referred to. As a result, by calibrating the measurement result of the measurement on the sample based on the reference measurement result, it is possible to reduce the measurement error caused by the individual difference in the measurement sensitivity of the measurement device, and thus it is possible to improve the measurement accuracy. .

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本発明の一実施の形態の測定装置
は、複数の誘電体ブロックに光ビームを並列的に入射さ
せることにより複数の試料の分析を同時に行うことが可
能な表面プラズモン測定装置であり、図1は本実施の形
態の表面プラズモン測定装置の概略構成を示す平面図で
あり、図2はこの表面プラズモン測定装置の側面形状を
示すものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A measuring device according to an embodiment of the present invention is a surface plasmon measuring device capable of simultaneously analyzing a plurality of samples by making light beams enter a plurality of dielectric blocks in parallel, and FIG. It is a top view which shows the schematic structure of the surface plasmon measuring apparatus of this Embodiment, and FIG. 2 shows the side surface shape of this surface plasmon measuring apparatus.

【0032】上記表面プラズモン測定装置101は、同
様の構成の複数の表面プラズモン測定ユニット101
A、101B、101C…により構成されている。
The surface plasmon measuring device 101 comprises a plurality of surface plasmon measuring units 101 having the same structure.
A, 101B, 101C ...

【0033】各測定ユニットの構成について、個別の要
素を表す符号であるA、B、C…の符号は省略して説明
する。各測定ユニットは、測定チップ9と、光ビーム1
3を発生する光源であるレーザ光源14と、上記光ビー
ム13を測定チップ9に対して入射させる入射光学系1
5と、測定チップ9で反射された光ビーム13を平行光
化して光検出器17に向けて射出するコリメーターレン
ズ16と、コリメーターレンズ16より出射された光ビ
ーム13を受光して光強度を検出する光検出器17と、
光検出器17に接続された差動アンプアレイ18と、差
動アンプアレイ18に接続されたドライバ19と、ドラ
イバ19に接続されたコンピュータシステム等からなる
信号処理部20とからなる。なお、信号処理部20は、
後述する校正動作の際に使用される参照測定結果のデー
タを記憶する図示しない記憶部が内蔵されたものであ
り、校正手段としても機能するものである。
The configuration of each measuring unit will be described by omitting the symbols A, B, C ... Representing the individual elements. Each measuring unit comprises a measuring tip 9 and a light beam 1.
A laser light source 14 which is a light source for generating 3 and an incident optical system 1 for making the light beam 13 incident on the measuring chip 9.
5, a collimator lens 16 that collimates the light beam 13 reflected by the measuring chip 9 and emits the collimator lens 16 toward the photodetector 17, and a light intensity of the light beam 13 emitted from the collimator lens 16 A photodetector 17 for detecting
It includes a differential amplifier array 18 connected to the photodetector 17, a driver 19 connected to the differential amplifier array 18, and a signal processing unit 20 connected to the driver 19 such as a computer system. The signal processing unit 20
The storage unit (not shown) for storing the reference measurement result data used in the calibration operation described later is built in, and also functions as a calibration unit.

【0034】測定チップ9は、四角錐の4つの稜線が集
まる頂角を含む一部分が切り取られ、かつこの四角錐の
底面に試料液11を貯える試料保持機構として機能する
凹部10cが形成された形状の誘電体ブロック10と、
この誘電体ブロック10の凹部10cの底面に形成され
た、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる薄膜層
である金属膜12とからなる。この誘電体ブロック10
は、例えば透明樹脂等により形成することができる。な
お、金属膜12の上に後述するセンシング媒体30を設
けてもよい。また、測定チップ9の誘電体ブロック10
は、図3に示すように、互いに隣接する複数の表面プラ
ズモン測定ユニットの測定チップの誘電体ブロックと一
体的に構成されたものであってもよい。
The measuring chip 9 has a shape in which a part including the apex angle at which the four ridges of the quadrangular pyramid are gathered is cut out, and the bottom surface of the quadrangular pyramid is formed with a recess 10c functioning as a sample holding mechanism for storing the sample liquid 11. Dielectric block 10 of
It is composed of a metal film 12 which is a thin film layer made of, for example, gold, silver, copper, aluminum or the like, which is formed on the bottom surface of the concave portion 10c of the dielectric block 10. This dielectric block 10
Can be formed of, for example, a transparent resin or the like. The sensing medium 30 described below may be provided on the metal film 12. In addition, the dielectric block 10 of the measurement chip 9
As shown in FIG. 3, may be integrally formed with the dielectric block of the measurement chip of the plurality of surface plasmon measurement units adjacent to each other.

【0035】入射光学系15は、レーザ光源14から射
出された光ビーム13を平行光化するコリメーターレン
ズ15aと、この平行光化された光ビーム13を上記界
面10bに向けて収束させる集光レンズ15bとから構
成されている。
The incident optical system 15 has a collimator lens 15a for collimating the light beam 13 emitted from the laser light source 14, and a condenser for converging the collimated light beam 13 toward the interface 10b. It is composed of a lens 15b.

【0036】光ビーム13は、集光レンズ15bにより
上述のように集光されるので、界面10b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。そのた
め、界面10bで全反射した光ビーム13には、種々の
反射角で全反射された成分が含まれることになる。な
お、上記入射光学系15は、光ビーム13を界面10b
上に点状に集光させずにデフォーカス状態で入射させる
ように構成してもよい。そのようにすれば、界面10b
上のより広い領域において光ビーム13が全反射される
ので、全反射減衰の状態の検出誤差が平均化されて全反
射解消角の測定精度を高めることができる。
Since the light beam 13 is condensed by the condensing lens 15b as described above, it contains components that are incident on the interface 10b at various incident angles θ. The incident angle θ is set to an angle equal to or larger than the total reflection angle. Therefore, the light beam 13 totally reflected at the interface 10b contains components totally reflected at various reflection angles. The incident optical system 15 directs the light beam 13 into the interface 10b.
The light may be incident in a defocused state without being condensed in a point shape. By doing so, the interface 10b
Since the light beam 13 is totally reflected in the wider area above, the detection error in the attenuated total reflection state is averaged, and the measurement accuracy of the total reflection elimination angle can be improved.

【0037】なお光ビーム13は、界面10bに対して
p偏光で入射させる。そのようにするためには、予めレ
ーザ光源14をその偏光方向が上記所定の方向となるよ
うに配設すればよい。その他、光ビーム13を界面10
bに対してp偏光で入射させるには波長板で光ビーム1
3の偏光の向きを制御するようにしてもよい。
The light beam 13 is incident on the interface 10b as p-polarized light. In order to do so, the laser light source 14 may be arranged in advance so that the polarization direction thereof is the above predetermined direction. In addition, the light beam 13 is applied to the interface 10
To make p-polarized light incident on b, use a wave plate 1
The direction of the polarized light of No. 3 may be controlled.

【0038】また、表面プラズモン測定装置101は、
各測定ユニットの信号処理部20A、20B、20C…
に接続された1つの表示手段21を備えている。
Further, the surface plasmon measuring device 101 is
Signal processing units 20A, 20B, 20C of each measurement unit ...
It has one display means 21 connected to.

【0039】以下、上記構成の表面プラズモン測定装置
による試料分析について説明する。
The sample analysis by the surface plasmon measuring device having the above structure will be described below.

【0040】図2に示す通り、レーザ光源14から射出
された光ビーム13は、入射光学系15を通して、誘電
体ブロック10と金属膜12との界面10b上に収束さ
れる。
As shown in FIG. 2, the light beam 13 emitted from the laser light source 14 is converged on the interface 10b between the dielectric block 10 and the metal film 12 through the incident optical system 15.

【0041】界面10b上に収束され、この界面10b
で全反射された光ビーム13は、コリメーターレンズ1
6を通して光検出器17によって検出される。光検出器
17は、複数の受光素子であるフォトダイオード17
a、17b、17c…が1列に並設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設方向が
図2の紙面に略平行となるように、かつコリメーターレ
ンズ16を通して平行光化されて入射される光ビーム1
3の伝播方向に対して略直交するように配設されてい
る。したがって、上記界面10bにおいて種々の反射角
で全反射された光ビーム13の各成分を、それぞれ異な
るフォトダイオード17a、17b、17c…が受光す
ることになる。そして、光検出器17は、各フォトダイ
オード17a、17b、17c…によって検出された上
記光ビーム13の強度分布を示す信号を出力する。
It converges on the interface 10b, and this interface 10b
The light beam 13 totally reflected by the collimator lens 1
It is detected by the photodetector 17 through 6. The photodetector 17 is a photodiode 17 which is a plurality of light receiving elements.
is a photodiode array in which a, 17b, 17c ... Are arranged side by side in a row, and the parallel arrangement of the photodiodes is performed through the collimator lens 16 such that the parallel arrangement direction of the photodiodes is substantially parallel to the paper surface of FIG. Incident light beam 1
It is arranged so as to be substantially orthogonal to the propagation direction of 3. Therefore, the different photodiodes 17a, 17b, 17c, ... Receive the respective components of the light beam 13 totally reflected at various reflection angles at the interface 10b. Then, the photodetector 17 outputs a signal indicating the intensity distribution of the light beam 13 detected by the photodiodes 17a, 17b, 17c ...

【0042】界面10bに特定入射角θSPで入射した
上記光ビーム13の成分は、金属膜12とこの金属膜1
2に接している物質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が鋭く低下す
る。つまり上記特定入射角θ が全反射解消角であ
り、この角度θSPにおいて反射光強度は極小値を示
す。この反射光強度が低下する領域は、図2にDで示す
ように、界面10bで全反射された光ビーム13中の暗
線として観察される。
The component of the light beam 13 incident on the interface 10b at the specific incident angle θ SP is the metal film 12 and the metal film 1.
Since surface plasmons are excited at the interface with the substance in contact with 2, the reflected light intensity sharply decreases for this light. That the specific incident angle theta S P is total reflection eliminated angle, the reflected light intensity at the angle theta SP indicates a minimum value. The area where the reflected light intensity decreases is observed as a dark line in the light beam 13 totally reflected at the interface 10b, as shown by D in FIG.

【0043】次に、光検出器17から出力された光ビー
ム13の強度分布を示す信号の処理について詳細に説明
する。
Next, the processing of the signal indicating the intensity distribution of the light beam 13 output from the photodetector 17 will be described in detail.

【0044】図4は、この表面プラズモン測定装置の電
気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記ドラ
イバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18
a、18b、18c…の出力をサンプルホールドするサ
ンプルホールド回路22a、22b、22c…、これら
のサンプルホールド回路22a、22b、22c…の各
出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチプレ
クサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に入力
するA/D変換器24、マルチプレクサ23とサンプル
ホールド回路22a、22b、22c…とを駆動する駆
動回路25、および信号処理部20からの指示に基づい
て駆動回路25の動作を制御するコントローラ26から
構成されている。
FIG. 4 is a block diagram showing the electrical construction of this surface plasmon measuring device. As shown in the figure, the driver 19 is provided for each differential amplifier 18 of the differential amplifier array 18.
The sample-hold circuits 22a, 22b, 22c, which sample and hold the outputs of a, 18b, 18c ..., the multiplexer 23 to which the outputs of these sample-hold circuits 22a, 22b, 22c. A / D converter 24 which is converted to be input to the signal processing unit 20, a driving circuit 25 which drives the multiplexer 23 and the sample and hold circuits 22a, 22b, 22c ..., And a driving circuit 25 based on an instruction from the signal processing unit 20. It is composed of a controller 26 for controlling the operation of.

【0045】上記フォトダイオード17a、17b、1
7c…の各出力は、差動アンプアレイ18の各差動アン
プ18a、18b、18c…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18
a、18b、18c…の出力は、複数のフォトダイオー
ド17a、17b、17c…が出力する光検出信号を、
それらの並設方向に関して微分したものと考えることが
できる。
The photodiodes 17a, 17b, 1
.. of the differential amplifier array 18 are input to the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. At this time, the outputs of two photodiodes adjacent to each other are input to a common differential amplifier. Therefore, each differential amplifier 18
The outputs of a, 18b, 18c ... Are the photodetection signals output by the plurality of photodiodes 17a, 17b, 17c.
It can be considered that they are differentiated with respect to their juxtaposition direction.

【0046】各差動アンプ18a、18b、18c…の
出力は、それぞれサンプルホールド回路22a、22
b、22c…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23に入力される。マルチプレ
クサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ18
a、18b、18c…の出力を、所定の順序に従ってA
/D変換器24に入力する。A/D変換器24はこれら
の出力をデジタル化して信号処理部20に入力する。
The outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c ...
.. are sample-held at a predetermined timing by b, 22c, ... And inputted to the multiplexer 23. The multiplexer 23 uses the sample-and-hold differential amplifiers 18
Outputs a, 18b, 18c, ...
Input to the / D converter 24. The A / D converter 24 digitizes these outputs and inputs them to the signal processing unit 20.

【0047】図5は、界面10bで全反射された光ビー
ム13の界面10bへの入射角θ毎の光強度と、差動ア
ンプ18a、18b、18c…の出力との関係を説明す
るものである。ここで、光ビーム13の界面10bへの
入射角θと上記反射された光ビーム13の光強度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。
FIG. 5 illustrates the relationship between the light intensity of the light beam 13 totally reflected at the interface 10b at each incident angle θ on the interface 10b and the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. is there. Here, it is assumed that the relationship between the incident angle θ of the light beam 13 on the interface 10b and the light intensity I of the reflected light beam 13 is as shown in the graph of FIG.

【0048】また図5の(2)は、フォトダイオード1
7a、17b、17c…の並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17a、17
b、17c…の並設方向位置は上記入射角θと一義的に
対応している。
Further, FIG. 5B shows the photodiode 1
7a, 17b, 17c, ... Are shown in parallel, and as described above, these photodiodes 17a, 17b are provided.
The positions of b, 17c, ... Arranged in parallel are uniquely corresponding to the incident angle θ.

【0049】そしてフォトダイオード17a、17b、
17c…の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動ア
ンプ18a、18b、18c…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。
Then, the photodiodes 17a, 17b,
The relation between the positions of the 17c in parallel, that is, the incident angle θ, and the output I ′ (differential value of the reflected light intensity I) of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c, ... Is as shown in FIG. It will be

【0050】信号処理部20は、A/D変換器24から
入力された微分値I’の値に基づいて、差動アンプ18
a、18b、18c…の中から、微分値として正の値を
有し、かつ全反射解消角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5(3)の例
では差動アンプ18eとなる)と、微分値として負の値
を有し、かつ全反射解消角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5(3)の
例では差動アンプ18dとなる)を選択し、それらの差
動アンプが出力する微分値に基づいて、全反射解消角θ
SPを算出する。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
ときはその差動アンプに基づいて全反射解消角θSP
算出する。以後、所定時間が経過する毎に上記と同様な
動作を繰り返し、全反射解消角θ SPを算出し、測定開
始時からの角度変化量を求め表示手段21に表示する。
The signal processing unit 20 outputs from the A / D converter 24.
Based on the input differential value I ′, the differential amplifier 18
From a, 18b, 18c ...
Has and total reflection elimination angle θSPThe differential value I '=
An output that is closest to 0 is obtained (example in Fig. 5 (3))
Then it becomes a differential amplifier 18e) and a negative value as a differential value
And the total reflection elimination angle θSPDifferential value I'corresponding to
Output that is closest to = 0 (see (3) in FIG.
Select the difference amplifier 18d in the example), and select the difference between them.
The total reflection elimination angle θ based on the differential value output by the dynamic amplifier
SPTo calculate. In some cases, the differential value I ′ = 0
There may be a differential amplifier that outputs
Then the total reflection elimination angle θ based on the differential amplifierSPTo
calculate. After that, every time a predetermined time elapses, the same as above
Repeated operation, total reflection elimination angle θ SPTo calculate the measurement
The angle change amount from the beginning is calculated and displayed on the display means 21.

【0051】上述のように、測定チップの金属膜12に
接している物質の誘電率つまりは屈折率が変化すると、
それに応じて全反射解消角θSPも変化するため、この
全反射解消角θSPの角度変化量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に接している物質
の屈折率変化を調べることができる。
As described above, when the dielectric constant of the substance in contact with the metal film 12 of the measuring chip, that is, the refractive index changes,
Since the total reflection canceling angle θ SP also changes accordingly, the change in the refractive index of the substance in contact with the metal film 12 is examined by continuously measuring the amount of change in the total reflection canceling angle θ SP with the passage of time. be able to.

【0052】なお金属膜12の上に、試料液11の中の
特定物質と結合するセンシング媒体30を固定した場
合、試料液11とセンシング媒体30との結合状態に応
じてセンシング媒体30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、この結合状態の
変化の様子を調べることができる。つまりこの場合は、
試料液11およびセンシング媒体30の双方が、分析対
象の試料となる。そのような特定物質とセンシング媒体
30との組合せとしては、例えば抗原と抗体等が挙げら
れる。
When the sensing medium 30 that binds to a specific substance in the sample liquid 11 is fixed on the metal film 12, the refractive index of the sensing medium 30 changes depending on the binding state of the sample liquid 11 and the sensing medium 30. Changes, it is possible to check the state of change in the binding state by continuously measuring the differential value I ′. So in this case,
Both the sample liquid 11 and the sensing medium 30 serve as a sample to be analyzed. Examples of such a combination of the specific substance and the sensing medium 30 include an antigen and an antibody.

【0053】ところで、上記の測定装置において測定さ
れた全反射解消角θSPの角度変化は、厳密には測定チ
ップの金属膜12に接している物質の屈折率の変化を正
確に反映したものではなく、測定装置の測定感度の個体
差により多少の誤差を生じる場合がある。
By the way, strictly speaking, the angle change of the total reflection elimination angle θ SP measured by the above measuring apparatus does not accurately reflect the change in the refractive index of the substance in contact with the metal film 12 of the measuring chip. However, some errors may occur due to individual differences in measurement sensitivity of the measuring device.

【0054】そのため、本発明の測定装置においては、
予め屈折率既知の複数の参照試料液について全反射解消
角θSPを測定し、これら参照試料液を測定することに
より得られた参照測定結果のデータを図6に示すような
校正曲線データとして信号処理部20内の図示しない記
憶部に記憶しておく。
Therefore, in the measuring device of the present invention,
The total reflection elimination angle θ SP is measured in advance for a plurality of reference sample liquids having known refractive indices, and the data of the reference measurement results obtained by measuring these reference sample liquids is used as a calibration curve data as shown in FIG. It is stored in a storage unit (not shown) in the processing unit 20.

【0055】このような参照試料液は、屈折率が既知で
ある2種類の試料液を元にして、自動的にこの2種類の
試料液を配合比率を変えて複数配合して、複数の屈折率
の参照試料液を生成する図示しない参照試料生成手段を
用いることにより、効率的かつ正確に生成することがで
きる。
Such a reference sample liquid is prepared by automatically blending a plurality of these two types of sample liquids with different blending ratios, based on two types of sample liquids having known refractive indices, to obtain a plurality of refraction samples. By using a reference sample generating means (not shown) that generates a reference sample solution at a specific rate, efficient and accurate generation can be achieved.

【0056】本実施の形態では屈折率1.33から1.
40まで0.01ステップで測定を行っているが、この
ような参照試料液は、屈折率が1.33である蒸留水お
よび屈折率が1.40である標準屈折溶液を用意するこ
とにより、上記参照試料生成手段によって屈折率が1.
33〜1.40の複数の参照試料液を生成することがで
きる。
In this embodiment, the refractive index is 1.33 to 1.
Although the measurement is performed in 0.01 steps up to 40, such a reference sample solution is prepared by preparing distilled water having a refractive index of 1.33 and a standard refractive solution having a refractive index of 1.40. The refractive index of 1.
Multiple reference sample solutions of 33 to 1.40 can be generated.

【0057】なお、参照試料液の測定を行う際は、金属
膜12上にセンシング媒体30を固定せずに金属膜12
上に参照試料液を直接滴下して測定を行う。
When the reference sample solution is measured, the metal film 12 is not fixed to the sensing medium 30.
The reference sample solution is dropped directly onto the top surface for measurement.

【0058】この校正曲線データに基づいて、試料液1
1(およびセンシング媒体30)に対して行われた測定
の結果を校正することにより、測定装置の測定感度の個
体差の影響を低減し、金属膜12に接している物質の屈
折率の測定精度を向上させることができる。
Based on this calibration curve data, sample liquid 1
1 (and the sensing medium 30) is calibrated to reduce the influence of individual differences in the measurement sensitivity of the measuring device and to measure the refractive index of the substance in contact with the metal film 12. Can be improved.

【0059】なお、校正曲線データを取得するための測
定は、図7に示すような測定チップユニット(校正用治
具)を用いて行ってもよい。この測定チップユニット5
0は、互いに隣接する複数の表面プラズモン測定ユニッ
トの測定チップの誘電体ブロックと一体的に構成された
ものであって、複数の薄膜層52上にそれぞれ異なる既
知の屈折率の固体材料53a、53b、53c…が固着
されたものである。この測定チップユニット50を用い
ても効率的に校正曲線データを得ることができる。
The measurement for obtaining the calibration curve data may be performed using a measurement chip unit (calibration jig) as shown in FIG. This measuring chip unit 5
The reference numeral 0 is integrally formed with the dielectric blocks of the measurement chips of the plurality of surface plasmon measurement units adjacent to each other, and the solid materials 53a and 53b of different known refractive indexes are provided on the plurality of thin film layers 52. , 53c ... Are fixed. The calibration curve data can be efficiently obtained even by using this measurement chip unit 50.

【0060】また、特願2001−382817号に記
載されているように、まず測定する微分値の初期値を求
め、微分値の測定毎に、差動アンプ18(微分手段)か
ら出力される微分値から該微分値の初期値を減算すれ
ば、この初期値が減算された微分値には、フォトダイオ
ード17と暗線の位置関係に応じた絶対値のバラツキが
含まれず、測定開始時からの微分値の経時変化のみを反
映した値となる。従って、この減算後の値は、通常の微
分値に比べ、その絶対値が小さく、十分な高増幅率で増
幅可能であるため、微分値の経時変化を高感度で測定し
て試料分析を正確に行うことができるため、より精度の
高い測定を行うことができる。
Further, as described in Japanese Patent Application No. 2001-382817, first, the initial value of the differential value to be measured is obtained, and the differential value output from the differential amplifier 18 (differentiating means) for each measurement of the differential value. If the initial value of the differential value is subtracted from the value, the differential value from which this initial value is subtracted does not include the variation in absolute value according to the positional relationship between the photodiode 17 and the dark line, and the differential value from the start of measurement. The value reflects only the change with time. Therefore, the value after this subtraction is smaller in absolute value than the normal differential value and can be amplified with a sufficiently high amplification factor, so the change in differential value over time can be measured with high sensitivity and sample analysis can be performed accurately. Therefore, it is possible to perform more accurate measurement.

【0061】上述の表面プラズモン測定装置は、一部の
構成を変更することにより漏洩モード測定装置とするこ
とができる。図8は、上述の表面プラズモン測定装置1
01の一部を変更して構成した漏洩モード測定装置の測
定ユニットの側面図である。なおこの図8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。
The surface plasmon measuring device described above can be made into a leaky mode measuring device by changing a part of the configuration. FIG. 8 shows the surface plasmon measuring device 1 described above.
It is a side view of a measurement unit of a leaky mode measuring device configured by changing a part of 01. In FIG. 8, elements that are the same as the elements in FIG. 2 are given the same numbers, and descriptions thereof are omitted unless necessary.

【0062】この漏洩モード測定装置も、上述の表面プ
ラズモン測定装置と同様に測定チップ9を用いるように
構成されている。この測定チップ9の上面に形成された
凹部10cの底面にはクラッド層40が形成され、さら
にその上には光導波層41が形成されている。これらク
ラッド層40と光導波層41とによって薄膜層が形成さ
れている。
This leaky mode measuring device is also configured to use the measuring chip 9 similarly to the above-mentioned surface plasmon measuring device. A clad layer 40 is formed on the bottom surface of the recess 10c formed on the upper surface of the measurement chip 9, and an optical waveguide layer 41 is further formed on the clad layer 40. The clad layer 40 and the optical waveguide layer 41 form a thin film layer.

【0063】誘電体ブロック10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いる。一方ク
ラッド層40は、誘電体ブロック10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41は、クラッド層40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40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41の膜厚
は、例えばPMMAから形成する場合で700nm程度
とされる。
The dielectric block 10 is formed of, for example, synthetic resin or optical glass such as BK7. On the other hand, the clad layer 40 is formed into a thin film using a dielectric material having a lower refractive index than the dielectric block 10 or a metal such as gold. The optical waveguide layer 41 is also formed in a thin film using a dielectric material having a higher refractive index than the cladding layer 40, for example, PMMA. The film thickness of the clad layer 40 is, for example, 36.5 nm when it is formed of a gold thin film, and the film thickness of the optical waveguide layer 41 is approximately 700 nm when it is formed of PMMA.

【0064】上記構成の漏洩モード測定装置において、
レーザ光源14から射出された光ビーム13を誘電体ブ
ロック10を通してクラッド層40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13の多くの成
分が誘電体ブロック10とクラッド層40との界面10
bで全反射するが、クラッド層40を透過して光導波層
41に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波
層41を導波モードで伝搬されるようになる。こうして
導波モードが励起されると、特定入射角で入射した入射
光のほとんどが光導波層41に取り込まれるので、上記
界面10bに特定入射角で入射し、全反射された光の強
度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
In the leak mode measuring device having the above structure,
When the light beam 13 emitted from the laser light source 14 is incident on the cladding layer 40 through the dielectric block 10 at an angle of incidence equal to or more than the total reflection angle, many components of the light beam 13 are included in the dielectric block 10 and the cladding layer. Interface 10 with 40
Light having a specific wave number, which is totally reflected by b but is transmitted through the cladding layer 40 and is incident on the optical waveguide layer 41 at a specific incident angle, is propagated in the optical waveguide layer 41 in a waveguide mode. When the guided mode is excited in this way, most of the incident light that has entered at the specific incident angle is taken into the optical waveguide layer 41, so that the intensity of the light that is incident on the interface 10b at the specific incident angle and totally reflected is sharp. Decreasing total internal reflection attenuation occurs.

【0065】光導波層41における導波光の波数は、該
光導波層41上の試料液11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である全反射解消角
を知ることによって、試料液11の屈折率や、それに関
連する試料液11の特性を分析することができ、上記実
施の形態と同様の効果を得ることができる。
Since the wave number of the guided light in the optical waveguide layer 41 depends on the refractive index of the sample liquid 11 on the optical waveguide layer 41,
By knowing the total reflection elimination angle which is the above-mentioned specific incident angle at which the total reflection attenuation occurs, the refractive index of the sample liquid 11 and the characteristics of the sample liquid 11 related thereto can be analyzed, and the same as in the above-described embodiment. The effect can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態による表面プラズモン測定
装置の概略構成を示す平面図
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a surface plasmon measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】表面プラズモン測定装置の側面形状を示す図FIG. 2 is a diagram showing a side surface shape of a surface plasmon measuring device.

【図3】測定チップの概略構成図FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a measurement chip.

【図4】表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブ
ロック図
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of a surface plasmon measuring device.

【図5】光ビームの界面への入射角と差動アンプの出力
との関係を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an incident angle of a light beam on an interface and an output of a differential amplifier.

【図6】参照データの説明図FIG. 6 is an explanatory diagram of reference data.

【図7】測定チップの一例を示す図FIG. 7 is a diagram showing an example of a measurement chip.

【図8】漏洩モード測定装置の一例を示す図FIG. 8 is a diagram showing an example of a leaky mode measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9 測定チップ 10 誘電体ブロック 13 光ビーム 14 レーザ光源 15 入射光学系 16 コリメータレンズ 17 光検出器 18 差動アンプアレイ 19 ドライバ 20 信号処理部 21 表示手段 50 測定チップユニット 101 表面プラズモン測定装置 101A、101B、101C… 表面プラズモン測
定ユニット
9 Measuring Chip 10 Dielectric Block 13 Light Beam 14 Laser Light Source 15 Incident Optical System 16 Collimator Lens 17 Photodetector 18 Differential Amplifier Array 19 Driver 20 Signal Processing Unit 21 Display Means 50 Measuring Chip Unit 101 Surface Plasmon Measuring Devices 101A, 101B , 101C ... Surface plasmon measurement unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G057 AA02 AB04 AB07 AC01 BA01 BB01 BB06 2G059 AA01 BB04 BB12 CC16 DD13 EE02 EE05 EE09 GG01 GG04 JJ11 JJ19 JJ22 KK04 MM01 MM03 MM09 MM11 MM14 PP04   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2G057 AA02 AB04 AB07 AC01 BA01                       BB01 BB06                 2G059 AA01 BB04 BB12 CC16 DD13                       EE02 EE05 EE09 GG01 GG04                       JJ11 JJ19 JJ22 KK04 MM01                       MM03 MM09 MM11 MM14 PP04

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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表面上に
試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定チップ
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が得られる
入射角で入射させる入射光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定する光検出
手段とを備えてなる測定装置により前記試料の分析を行
う測定方法において、 屈折率が既知である複数種類の参照試料に対する測定を
行い、 前記試料に対する測定を行い、 前記参照試料に対する測定の測定結果に基づいて、前記
試料に対する測定の測定結果を校正することを特徴とす
る測定方法。
1. A measuring chip comprising a dielectric block, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block, and a sample holding mechanism for holding a sample on the surface of the thin film layer, and a light beam is generated. A light source, an incident optical system that causes the light beam to be incident on the dielectric block at an incident angle such that total reflection conditions are obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer, and light totally reflected at the interface In a measuring method for analyzing the sample by a measuring device comprising a light detecting means for measuring the intensity of the beam, a plurality of types of reference samples having a known refractive index are measured, and the sample is measured, A measurement method comprising calibrating the measurement result of the measurement on the sample based on the measurement result of the measurement on the reference sample.
【請求項2】 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表面上に
試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定チップ
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が得られる
入射角で入射させる入射光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定する光検出
手段とを備えてなる測定装置において、 屈折率が既知である複数種類の参照試料を用いて測定さ
れた測定結果を参照測定結果とし、該参照測定結果に基
づいて前記試料に対する測定の測定結果を校正する校正
手段を備えたことを特徴とする測定装置。
2. A measuring chip comprising a dielectric block, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block, and a sample holding mechanism for holding a sample on the surface of the thin film layer, and a light beam is generated. A light source, an incident optical system that causes the light beam to be incident on the dielectric block at an incident angle such that total reflection conditions are obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer, and light totally reflected at the interface In a measuring device comprising a light detecting means for measuring the intensity of the beam, a measurement result measured using a plurality of types of reference samples of which the refractive index is known as a reference measurement result, based on the reference measurement result A measuring device comprising a calibrating means for calibrating the measurement result of the measurement on the sample.
【請求項3】 屈折率が既知である2種類の試料を元に
して、該2種類の試料を配合比率を変えて複数配合する
ことにより、該2種類の試料の屈折率の間の複数の屈折
率の前記参照試料を生成する参照試料生成手段を備えた
ことを特徴とする請求項2記載の測定装置。
3. Based on two kinds of samples having known refractive indexes, plural kinds of the two kinds of samples are mixed at different mixing ratios to obtain a plurality of kinds of refractive indexes between the two kinds of samples. The measuring apparatus according to claim 2, further comprising a reference sample generating unit that generates the reference sample having a refractive index.
【請求項4】 前記光検出手段が、 所定方向に並設され、前記界面で全反射した光ビームを
受光する複数の受光素子と、 該複数の受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子
の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段
と、 前記受光素子の並設方向における前記光検出信号の変化
が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する前記微分値
から該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された
微分値の経時変化を測定する測定手段とからなることを
特徴とする請求項2または3記載の測定装置。
4. The plurality of light detecting elements, which are arranged in parallel in a predetermined direction, receive the light beam totally reflected at the interface, and the light detecting signals output from the plurality of light receiving elements. Differentiating means for differentiating with respect to the juxtaposed direction of the elements and outputting a differential value, and the differentiating from the differentiated value existing in the vicinity of the point where the change of the light detection signal in the juxtaposed direction of the light receiving elements turns from decrease to increase. 4. The measuring device according to claim 2, further comprising a measuring unit that subtracts the initial value of the value and measures the change over time of the differential value obtained by subtracting the initial value.
【請求項5】 請求項2に記載の測定装置に用いられる
測定チップが複数並べられて一体化されてなり、 前記複数の測定チップの各薄膜層上にそれぞれ異なる既
知の屈折率の固体材料が固着されていることを特徴とす
る測定チップユニット。
5. A plurality of measuring chips used in the measuring apparatus according to claim 2 are arranged side by side and integrated, and solid materials having different known refractive indexes are provided on respective thin film layers of the plurality of measuring chips. A measuring chip unit characterized by being fixed.
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