JP2003344276A

JP2003344276A - 測定装置

Info

Publication number: JP2003344276A
Application number: JP2002157422A
Authority: JP
Inventors: Takashi Otsuka; 尚大塚; Takashi Kubo; 隆久保
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】全反射光を利用した測定装置において、試料
保持部への液体試料分注時に、試料保持部の内側面に液
体試料が付着するのを防ぐ。【解決手段】試料保持部および誘電体ブロック部が一
体的に形成されてなる測定ユニット（測定用プレート10
0）の材料として、導電性および透明性を有するポリピ
ロールを用いる。導電性を有する材料を用いたことによ
り、試料保持部（ウェル102）の、液体試料11が接触す
る内側面102ａにおける帯電を防止することができ、該
内側面102ａの帯電による液体試料11の滴下不良を防ぐ
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して物質の特性を分析する表面プラズモン測
定装置等の全反射光によるエバネッセント波の発生を利
用した測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属中においては、自由電子が集団的に
振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そし
て、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、
表面プラズモンと呼ばれている。

【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）。

【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液体試
料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。

【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。

【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。

【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、ｃを真空中の光速、ε_m とε_s をそれぞ
れ金属、被測定物質の誘電率とすると、以下の関係があ
る。

【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
_s、つまりは屈折率に関連する特性を求めることができ
る。

【０００９】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、液体試料に接触させられる光導波層と、光ビ
ームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブ
ロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界
面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させ
る光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測
定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を
検出する光検出手段とを備えてなるものである。

【００１０】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。

【００１１】なお、表面プラズモン共鳴測定装置もしく
は漏洩モード測定装置等の全反射を利用した測定装置と
しては、光を界面に全反射条件が得られる入射角で入射
させ、その光によるエバネッセント波の発生により、界
面で全反射した光の状態の変化を測定することにより被
測定物質の特性分析等を行うに際して、前述の全反射減
衰を生じる特定入射角の測定をする装置のほか、複数の
波長の光ビームを界面に入射させ、角波長毎の全反射減
衰の程度を検出する装置、あるいは、光ビームを界面に
入射させるとともに、この光ビームの一部を、界面入射
前に分割し、この分割した光ビームを界面で反射した光
ビームと干渉させて、該干渉の状態を測定する装置等種
々のタイプがある。

【００１２】上述した表面プラズモン共鳴測定装置や漏
洩モードセンサー等の測定装置は、創薬研究分野等にお
いて、所定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に使用されることがある。
この場合には前記薄膜層（表面プラズモン共鳴測定装置
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）上にセンシング物質を固定し
た複数の測定チップを用意し、各測定チップのセンシン
グ物質上に互いに被検体を含む液体試料をそれぞれ滴下
し、全反射光の状態を測定する。このように、複数の被
検体についての測定を行う場合には長時間を要するた
め、いかに効率よい測定を行うかが重要となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ために、生化学の分野において酵素免疫測定等に使用さ
れている、９６穴、３８４穴、１５３６穴等のウェル
（試料保持部）を有するマイクロタイタプレート（マイ
クロウェルプレート／アッセイプレートともいう）と同
一の規格の行列状に測定チップが配置されてなる測定用
プレートを利用することが考えられる。このような規格
を有するものであれば、従来マイクロタイタプレート用
に使用されている液体試料を各ウェルに分注するための
分注装置等の既存の機器を有効利用することができ、ハ
ンドリング性が向上し、より効率的な測定が可能とな
る。また、上記のように、９６穴、３８４穴、１５３６
穴とプレート上のウェル数の増加に伴い、個々のウェル
は小径化されており、試料の少量化を図ることもでき
る。

【００１４】しかしながら、このように小径のウェルに
液体試料を分注する際、ウェルの側面に液滴が付着して
しまい、試料が薄膜層上に接触せず、正しい測定結果が
得られないという不具合の発生が明らかになった。この
ような測定不良が生じると測定のやり直し、あるいはウ
ェル内の試料が薄膜層上に届いているかどうかを確認す
るための内部観察等を行う必要が生じ、測定時間の短縮
化を阻害することになる。試料の滴下不良は、ウェルの
小型化に伴い液体試料が少量化されると特に顕著とな
る。

【００１５】この試料の滴下不良は、主としてウェルの
側面の帯電（静電気）の影響と考えられる。また、試料
の少量化により、液滴の自重が側面の表面張力より小さ
くなることの影響も考えられる。

【００１６】本発明は上記の事情に鑑みて、試料保持部
の液体試料と接触する内側面における帯電（静電気）、
もしくは液体試料の少量化による滴下不良を防止した測
定装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の測定装置
は、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームに対し
て透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に
形成された薄膜層、およびこの薄膜層の表面上に液体試
料を保持する試料保持部を備えてなる測定ユニットと、
前記光ビームを、前記測定ユニットの前記誘電体ブロッ
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、前記測定ユニットの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ことを特徴
とする測定装置において、前記試料保持部の、少なくと
も前記液体試料と接触する内側面を有する側部が導電性
材料からなることを特徴とするものである。

【００１８】導電性材料としては、例えばポリピロール
等の導電性樹脂を用いることができる。

【００１９】本発明の第２の測定装置は、光ビームを発
生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブ
ロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜
層、およびこの薄膜層の表面上に液体試料を保持する試
料保持部を備えてなる測定ユニットと、前記光ビーム
を、前記測定ユニットの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、前記測定ユ
ニットの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ことを特徴とする測定装置
において、前記試料保持部が、該試料保持部の前記液体
試料と接触する内側面への帯電を防止する帯電防止手段
を備えたことを特徴とするものである。

【００２０】合成樹脂等の高分子材料においては、表面
に凹凸を付けること（表面を粗面化すること）により帯
電量を減少させる効果があることが知られており（例え
ば、「表面・高分子と静電気:共立出版」参照）、前記
試料保持部の、少なくとも前記液体試料と接触する内側
面を有する側部が、合成樹脂等の高分子材料により形成
されている場合、粗面化された内側面により前記帯電防
止手段を構成することができる。具体的な粗面化の方法
としては、押し型を用いたり、微量の無機紛体を混入し
たり、あるいは結晶状態を制御して表面粗さを変える方
法等が挙げられる。

【００２１】また、前記内側面全体に亘って被膜された
導電性膜により前記帯電防止手段を構成するようにして
もよい。

【００２２】本発明の第３の測定装置は、光ビームを発
生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブ
ロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜
層、およびこの薄膜層の表面上に液体試料を保持する試
料保持部を備えてなる測定ユニットと、前記光ビーム
を、前記測定ユニットの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、前記測定ユ
ニットの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ことを特徴とする測定装置
において、前記試料保持部の前記液体試料と接触する内
側面における帯電を除去する帯電除去手段をさらに備え
たことを特徴とするものである。

【００２３】帯電除去手段としては、例えばイオン照射
手段、導電マット等が挙げられる。

【００２４】前記試料保持部への液体試料分注前に、該
試料保持部へのイオン照射を行う、あるいは該試料保持
部を導電マットに接触させる等により、該試料保持部の
前記内側面への帯電を除去すればよい。

【００２５】本発明の第４の測定装置は、光ビームを発
生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブ
ロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜
層、およびこの薄膜層の表面上に液体試料を保持する試
料保持部を備えてなる測定ユニットと、前記光ビーム
を、前記測定ユニットの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、前記測定ユ
ニットの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ことを特徴とする測定装置
において、前記試料保持部の前記液体試料と接触する内
側面が親水性を有していることを特徴とするものであ
る。

【００２６】親水性を有する内側面は、例えば、該内側
面を、酸化チタン、界面活性剤、SiO₂等の親水性の材料
で被膜することにより得ることができる。

【００２７】本発明の第５の測定装置は、光ビームを発
生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブ
ロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜
層、およびこの薄膜層の表面上に液体試料を保持する試
料保持部を備えてなる測定ユニットと、前記光ビーム
を、前記測定ユニットの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、前記測定ユ
ニットの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ことを特徴とする測定装置
において、前記試料保持部の前記液体試料と接触する内
側面が疎水性を有することを特徴とするものである。

【００２８】疎水性を有する内側面は、例えば、該内側
面を、テフロン（登録商標）、シリコーン等の疎水性の
材料で被膜することにより得ることができる。

【００２９】記各測定装置は、上記薄膜層を、金属膜か
らなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果
を利用して測定を行なうように構成されたものとしても
よい。

【００３０】また、上記各測定装置は、上記薄膜層を、
誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該
クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、
該光導波層における導波モードの励起による効果を利用
して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。

【００３１】またさらに、本発明による測定装置におい
ては、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.jo
hansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in Surface Plas
mon 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。

【００３２】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
を測定することにより試料分析を行ってもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明の第１の測定装置は、試料保持部
の、少なくとも液体試料と接触する内側面を有する側部
が導電性材料からなるため、帯電を防止することがで
き、試料保持部への液体試料分注時に、試料が側面に付
着して薄膜層に接触しないという不具合を防止すること
ができる。

【００３４】本発明の第２の測定装置は、試料保持部
が、該試料保持部の液体試料と接触する内側面への帯電
を防止する帯電防止手段を備えているため、試料保持部
への液体試料分注時に、試料が側面に付着して薄膜層に
接触しないという不具合を防止することができる。

【００３５】本発明の第３の測定装置は、試料保持部の
液体試料と接触する内側面の帯電を除去する帯電除去手
段を備えているので、試料保持部への液体試料分注前
に、該試料保持部の内側面における帯電を除去すること
ができ、試料保持部への液体試料分注時に、試料が側面
に付着して薄膜層に接触しないという不具合を防止する
ことができる。

【００３６】本発明の第４の測定装置は、試料保持部の
液体試料と接触する内側面が親水性を有していることに
より、該内側面のぬれ性を向上させ、試料保持部への液
体試料分注時に、一旦液体試料が内側面に付着しても該
内側面をつたって薄膜層上に滴下させることができ、試
料が少量であることから該試料が側面に付着して薄膜層
に接触しないという不具合を防止することができる。

【００３７】本発明の第５の測定装置は、試料保持部の
液体試料と接触する内側面が疎水性を有していることに
より、試料保持部への液体分注時に、試料液滴の側面へ
の付着を防止して、液体試料が薄膜層に接触しないとい
う不具合を防止することができる。

【００３８】このように、本発明の各測定装置は、試料
液滴が試料保持部の内側面に付着するという液滴の落下
不良による測定不良を低減することができるので、該測
定不良のための測定のやり直し等に要する時間を短縮す
ることができる。

【００３９】

【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。

【００４０】図１は、本発明の第１の実施形態の測定装
置の概略構成を示す平面図、図２は側面形状、図３は第
１の実施形態の測定装置に用いられる測定用プレートの
斜視図である。図３に示すように、本測定用プレート10
0は、マイクロタイタプレートの所定の規格と同一の外
形を有するプレート基体101の表面に、９６個のウェル1
02が所定の規格にしたがったピッチおよび８行１２列
（８×１２）の行列状に配されている。試料保持部を構
成するウェル102は、基体101上面から下方に徐々に径の
小さくなる断面円形の形状を有するものであり、このウ
ェル102の底部内面に金属膜12が形成され、底部外面に
誘電体ブロック103が形成されている。

【００４１】図示の通り、誘電体ブロック103は、プレ
ート基体101と一体となっており、ウェル102の底を厚く
凸状に形成することにより構成されたものである。個々
のウェル102と該ウェル102に対応する誘電体ブロック10
3により、１つの測定ユニットが構成されており、すな
わち、本測定用プレート100は複数の測定ユニットが一
体的に形成されてなるものである。

【００４２】このプレート100の材料としては、導電性
および透明性を有するポリピロールが用いられている。
誘電体ブロック103は、所定の光ビームをウェル102の底
部内面に形成された金属膜12とウェル底面との界面10ｂ
に入射させる入射面103ａおよび該界面10ｂにおいて全
反射した光ビームを出射させる出射面103bを有するもの
である。誘電体ブロック103は、各ウェル102毎に個別に
形成されていてもよいし、図中Ｐ方向に並ぶ複数個（こ
こでは８個）のウェル102に亘って連続的に形成されて
いてもよい。

【００４３】本測定用プレート100は、マイクロタイタ
プレートの規格と同一の外寸およびウェル102を備えて
いるので、ウェル102に液体試料11を供給する手段とし
て、図４に示すような分注機50を使用することができ
る。この分注機50は、８本の分注ノズル51が、所定ピッ
チで支持部材52に支持されてなるものであり、従来のマ
イクロタイタプレートを用いて行うエライザ（elisa)等
において用いられる分注機である。このように、本測定
用プレート100を測定ユニットとして用いれば、従来マ
イクロタイタプレート用に使用されている分注機等の周
辺機器を利用することができる。

【００４４】本測定用プレート100は、ポリピロールを
材料として形成されており、ポリピロールは光ビームに
対する透明性に優れているため、光ビームの透過率を向
上させることができるとともに、導電性を有しているた
め、帯電を防止することができる。プレート100の帯電
が防止されている、すなわち、ウェル102の内側面102ａ
における帯電が防止されているため、分注機50による液
体試料11の分注時に、液体試料11が静電気によりウェル
102の側面102ａに付着するという問題を低減することが
でき、液滴不良による測定不良を低減することができ
る。

【００４５】図１および図２に示す表面プラズモンセン
サーは、上述の測定用プレート100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、光ビーム30を測定用プレート100のＰ方向
に並ぶ８つのウェル102の界面10ｂに入射させるため
の、入射光学系を構成する２組のシリンドリカルビーム
エキスパンダ32および33、ミラー34およびシリンドリカ
ルレンズ35からなる入射光学系、各ウェル102の界面10
ｂで反射した光ビームを受光する、各ウェル102に対応
して設けられた８つの光検出手段37Ａ〜Ｈ、および測定
用プレート100を、光源31、入射光学系および光検出手
段37Ａ〜Ｈからなる測定系に対して相対的に移動させる
測定用プレート移動手段200を備えている。

【００４６】測定用プレート移動手段200は、測定用プ
レート送り台210、１対のレール211、211、駆動手段212
により構成されており、測定用プレート100は、測定用
プレート送り台210の上の所定位置にセットされる。こ
の測定用プレート送り台210は、矢印Ｐ方向に延びる状
態に配設された１対のレール211、211上に載置され、駆
動手段212により、これらのレール211、211に沿って移
動可能とされている。

【００４７】測定用プレート100において矢印Ｐ方向に
並んだ複数（本例では８個）のウェル102の底面には、
扁平化された１本の光ビーム30Ｆが同時に入射する。す
なわち、１つのレーザ光源20から発散光状態で発せられ
た光ビーム30はシリンドリカルビームエキスパンダ32に
より図１に示される面内のみで径が拡大され、上記８個
のウェル102の底面に同時入射可能なサイズまで扁平化
される。

【００４８】そしてこの扁平化された光ビーム30Ｆは、
次にシリンドリカルビームエキスパンダ33により図２に
示される面内のみで径が拡大され、大きなミラー34で反
射して進行方向を変えた後、シリンドリカルレンズ35に
より図２に示される面内のみで集光される。それにより
光ビーム30Ｆは、８個のウェル102の金属膜12と誘電体
ブロック103との界面10ｂに対して、種々の入射角成分
を持った状態で入射する。なおレーザ光源31は、直線偏
光である光ビーム30がｐ偏光状態で上記界面に入射する
ようになる向きに配設されている。

【００４９】光検出手段37Ａ〜Ｈは、それぞれ多数の受
光素子が１列に配されてなるラインセンサから構成され
ており、受光素子の並び方向が図２中の矢印Ｘ方向とな
るように配されている。前記各ウェルの界面で全反射し
た光ビーム30がそれぞれに対応する光検出手段37Ａ〜Ｈ
で検出される。れらの光検出手段37Ａ〜Ｈの出力は、そ
れぞれ信号処理部61で処理され、試料中の特定物質の有
無等の結果が表示手段62に表示される。

【００５０】なお本実施の形態では、光源としてレーザ
光源31を１つだけ用いているが、例えば光源を２個設
け、１つの光源からの光ビームを４つのウェル102の底
面に入射し得る幅まで扁平化し、別の光源からの光ビー
ムを別の４つのウェル102の底面に入射し得る幅まで扁
平化するようにしても構わない。

【００５１】また、１つの光源からの光ビームを８つに
分岐させて、それぞれのウェルの底面に光ビームをが並
列的に入射させるようにしてもよい。また、各ウェルの
数だけ光源を設け、それぞれの光源からの光ビームを各
ウェルに入射させるようにしてもよい。

【００５２】以下、上記構成の表面プラズモンセンサー
による試料分析について説明する。測定対象となる試料
は、図２に示した分注機50により、ウェル102に供給さ
れる。

【００５３】試料11を保持しているウェル102が、その
誘電体ブロック103に光ビーム30が入射する測定位置に
移動手段により設置された状態で、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が前述のように扁
平化され、収束状態で、界面10ｂに入射する。この界面
10ｂで全反射した光ビーム30は、それぞれ光検出手段37
Ａ〜Ｈによって検出される。

【００５４】光ビーム30は、上述の通り収束光状態で誘
電体ブロック103に入射するので、上記界面10ｂに対し
て種々の入射角θで入射する成分を含む。なおこの入射
角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビー
ム30は界面10ｂで全反射し、この反射した光ビーム30に
は、種々の反射角で反射する成分が含まれることにな
る。

【００５５】このように光ビーム30が全反射するとき、
界面10ｂから金属膜12側にエバネッセント波がしみ出
す。そして、光ビーム30が界面10ｂに対してある特定の
入射角θspで入射した場合は、このエバネッセント波が
金属膜12の表面に励起する表面プラズモンと共鳴するの
で、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。な
お図５には、この全反射減衰現象が生じた際の入射角θ
と反射光強度Ｉとの関係を概略的に示してある。

【００５６】そこで、光検出手段37Ａ〜Ｈが出力する光
量検出信号Ｓから各受光素子毎の検出光量を調べ、暗線
を検出した受光素子の位置に基づいて上記入射角（全反
射減衰角）θspを求め、予め求めておいた反射光強度Ｉ
と入射角θとの関係曲線に基づけば、試料中の特定物質
を定量分析することができる。なお、本実施形態におい
ては、金属膜12の上に特定物質と結合するセンシング物
質14を予め固定しており、このセンシング物質14上に被
検体を含む液体試料11を滴下し、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することによ
り、センシング物質14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するように構成さ
れている。センシング物質と特定物質の結合には、例え
ば抗原抗体反応等が挙げられる。

【００５７】つまりこの場合は、上記特定物質とセンシ
ング物質14との結合状態に応じてセンシング物質14の屈
折率が変化して、図５の特性曲線が左右方向に移動する
形に変化するので、全反射減衰角θspに応じて抗原抗体
反応を検出することができる。なおこの場合は、試料11
およびセンシング物質14の双方が、分析対象の試料とな
る。

【００５８】以上の原理に基づいて本実施形態の測定装
置においては、信号処理部61においてセンシング物質14
と試料11中の特定物質との結合の有無を分析し、その分
析結果を表示部62に出力する。

【００５９】本実施の形態においては、以上のようにし
て、８つのウェル102に貯えられている試料に関する測
定を相並行して行なうことができる。そして、これらの
測定が終了したならば、一旦レーザ光源31の駆動が停止
され、次に駆動手段212が作動して測定用プレート送り
台210が（つまり測定用プレート100が）、図１、図２中
の矢印Ｑ方向に、ウェル102の配置ピッチ分だけ送られ
る。その状態になるとレーザ光源31が再度駆動され、そ
れにより、新たな８つの試料に関する測定がなされる。
このようにして本実施の形態においても、多数の試料に
関する測定を極めて能率良く、短時間内に行なうことが
可能となっている。

【００６０】本表面プラズモンセンサーにおいては、測
定用プレート100が、ポリピロールから形成されている
ことからウェル102の側面102ａに帯電することなく、帯
電による液滴の落下不良を起こさず、測定不良を低減さ
せ、測定の信頼性を向上させることができる。

【００６１】図６は、本発明の測定用プレート100’を
用いた全反射減衰を利用した測定装置の他の形態である
漏洩モードセンサーの概略図である。なお同図において
は、図２中に示されているものと同等の要素については
同符号を付し、詳細な説明を省略する。

【００６２】測定用プレート100’は、第１の実施形態
で示した測定用プレート100と同一のポリピロールを材
料とし略同一の形状を有しており、ウェル102の底部内
面に設けられた薄膜層が、クラッド層41とその上に設け
られた光導波層42とからなる点でのみ異なる。このクラ
ッド層41は、誘電体ブロック103よりも低屈折率の誘電
体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。ま
た光導波層42は、クラッド層41よりも高屈折率の誘電
体、例えばＰＭＭＡを用いて薄膜状に形成されている。
クラッド層41の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合
で36.5ｎｍ、光導波層42の膜厚は、例えばＰＭＭＡから
形成する場合で700ｎｍ程度とされる。

【００６３】図６に示す漏洩モードセンサーにおいて、
試料11を保持するウェル102が所定位置に設置された状
態で測定が行われる。レーザ光源20から出射した光ビー
ム30を誘電体ブロック103を通してクラッド層41に対し
て全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビーム30
が誘電体ブロック103とクラッド層41との界面10ｂで全
反射するが、クラッド層41を透過して光導波層42に特定
入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層42を導波
モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励
起されると、入射光のほとんどが光導波層42に取り込ま
れるので、上記界面10ｂ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。

【００６４】光導波層42における導波光の波数は、該光
導波層42の上の試料（ここではセンシング物質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、試料の屈折率や、それに関連す
る試料の特性を分析することができる。

【００６５】なお、本実施形態においては、上記第１の
実施形態と同様に光導波層42上に特定物質と結合するセ
ンシング物質14を予め固定しており、このセンシング物
質14上に被検体を含む液体試料11を滴下し、導波モード
の励起による全反射減衰角θspの角度変化量を測定する
ことにより、センシング物質14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するよう
に構成されている。

【００６６】以上の原理に基づいて本実施形態の測定装
置においては、信号処理部61においてセンシング物質14
と試料11中の特定物質との結合の有無を分析し、その分
析結果を表示部62に出力する。

【００６７】この漏洩モードセンサーにおいても、ポリ
ピロールを用いて形成された測定用プレート100’を用
いることにより、ウェル102における帯電、すなわちウ
ェル102の内側面102ａにおける帯電が防止されて液滴の
落下不良を低減し、測定不良を低減させ、測定の信頼性
を向上させることができる。

【００６８】上記実施形態においては、複数の測定ユニ
ットが一体的に形成された測定用プレートを例に挙げて
説明したが、測定ユニットは、１つの試料保持部（ウェ
ル）と誘電体ブロックからなるものであってもよい。ま
た、試料保持部と誘電体ブロックとが別体に構成されて
いてもよい。

【００６９】以下、第３〜７の実施形態の測定装置は、
その測定ユニットの帯電防止手段もしくは除電手段のみ
が上述の第１の実施形態の測定装置と異なるものである
ため、第１の実施形態との相違点のみ説明する。

【００７０】第３の実施形態の測定装置の測定ユニット
110は、図７に断面図を示すように、試料保持部（ウェ
ル）112の内側面112ａを構成する側部113と、金属膜12
が形成される面を有するガラス基板114と、該ガラス基
板114の下部に備えられた誘電体ブロックである半円柱
状のプリズム115とのそれぞれ別体の部品から構成され
ており、側部113が金属膜12を備えたガラス基板114上に
押しつけられた状態で試料保持部112を構成し、この側
部113がポリピロール等の導電性の材料で形成されてい
る。このように、試料保持部112の側部113が導電性であ
れば、前述の測定用プレート100と同様に試料保持部の
内側面の帯電が防止され、試料の液滴の落下不良を低減
することができる。図７に示すように、試料保持部112
の内側面112ａを構成する側部113、ガラス基板114、プ
リズム115が別体であれば、試料保持部112の内側面112
ａを構成する側部113は導電性を有するものであれば、
光透過素材を用いる必要はないため、材料選択の自由度
を大きくすることができる。

【００７１】第４の実施形態の測定装置の測定ユニット
120は、図８に断面図を示すように、合成樹脂等で形成
された倒立截頭四角錘形状をしており、上部に試料保持
部（ウェル）122を構成する穴121が形成され、試料保持
部122の下部が誘電体ブロック125を構成するものであ
る。本測定ユニット120は、該試料保持部122の内側面12
2ａおよび側部123の上面123ａに亘って導電性膜124が被
膜されている。すなわち、本実施形態においては、この
導電性膜124により帯電防止手段が構成されている。内
側面および上面に被膜された導電性膜124として帯電を
防止し、さらに、試料分注前に金属製の放電用部材等に
接触させることにより、より効果的に静電気による試料
液滴の落下不良を低減することができる。放電用部材と
しては、測定ユニット120を試料分注時に保持するため
の金属製のホルダー等を利用してもよい。

【００７２】なお、この導電性膜124は、ウェル底面へ
の金属膜12の蒸着時に同時に蒸着を行うようにすれば作
成工程の工数およびコストの増加を伴うことなく実現す
ることができる。

【００７３】第５の実施形態の測定装置の測定ユニット
120’は、図９に断面図を示すように、図８に示した測
定ユニット120と略同一の形状をしている。但し、試料
保持部122の内側面122ａに導電性膜を備えず、該内側面
122ａが粗面とされている。合成樹脂等の高分子材料に
おいては、表面に細かい凹凸を付ける（粗面化する）こ
とが帯電量を減少させる効果があり、本実施形態におい
ては粗面化された内側面122ａが帯電防止手段を構成す
る。試料保持部122の内側面122ａを粗面としたことによ
り、該内側面122ａの帯電を防止（低減）することがで
き、静電気による試料液滴の落下不良を低減することが
できる。

【００７４】第６の実施形態の測定装置は、図１０に斜
視図を示すように、測定ユニットの試料保持部に帯電す
る電荷を除電するための除電手段としてイオン照射手段
135を備えてなることを特徴とするものである。ここで
示す測定用プレート130は、図３で示した測定用プレー
トと略同形状のものであり、樹脂等により形成されたも
のである。測定用プレート130のウェル132)への試料分
注前に、イオン照射手段135により、ウェル132に帯電し
ている帯電電荷を中和させる電荷を有するイオンをウェ
ル132に照射する。このようにして、試料分注前に、ウ
ェル132内の帯電電荷の除電を行うことにより、試料分
注時における試料の液滴の落下不良を低減することがで
きる。

【００７５】第７の実施形態の測定装置の測定ユニット
140は、図１１に断面図を示すように、図８に示した測
定ユニット120と略同一の形状をしている。但し、試料
保持部122の内側面122ａに導電性膜を備えず、該内側面
122ａが全面に亘ってSiO₂等の親水性膜142によりコーテ
ィングされて親水性の処理が施されている。コーティン
グする親水性の材料としてはその他、酸化チタン、界面
活性剤等を用いてもよい。試料頬時部122の小径化に伴
い、液体試料の分注量が微量（例えば10μl）になる
と、一旦液滴が側面に付着すると、自重では底面まで落
ちない場合がある。そのため、親水性の材料でコーティ
ングすることにより、側面122ａのぬれ性を高くして、
一旦液滴が側面122ａに付着した場合にも液滴をウェル
底面へ落下させる効果を得ることができる。

【００７６】なお、SiO₂膜は、試料保持部側面のみなら
ず、測定ユニット140の表面全面に亘って設けることに
より反射防止膜としても効果を奏する。図１１で示すよ
うな試料保持部122と誘電体ブロック部125が一体型の合
成樹脂材料で構成された測定ユニット140は、図７で示
した別体型の測定ユニット110のプリズム115等の従来の
ガラス部材に比べ屈折率が小さいため光に対する反射率
が高く（すなわち透過率が低く）、測定感度が低くなる
虞がある。また、図示のように光ビーム30の入射面、出
射面等において反射した反射光が測定用光ビームと干渉
し、ノイズが発生するという問題があり、また、光ビー
ムが赤外光などの不可視光の場合、実験者が反射光等に
気がつかず目145を近づけてしまい、反射光が実験者の
目に入る虞もある。しかしながら、SiO₂膜等の反射防止
膜を設けたことにより、信号光の光量を増加させると共
に、測定用光ビームと反射光との干渉を抑制して信号ノ
イズを低減することができ、また、反射光に対する安全
性を向上させることができる。なお、反射防止膜として
は、一般のプラスティックレンズ用の低反射膜であれば
SiO₂に限らずいかなる膜を用いてもよい。

【００７７】なお、上述の各実施形態の全反射光を利用
した測定装置は、光源からの光ビームを界面に対して種
々の角度で入射させ、該界面からの反射光を測定し暗線
となる入射角度から全反射減衰の状態を測定して被検体
とセンシング物質との結合状態を得るものであるが、光
ビームの入射角度を界面で全反射条件を満たす所定の角
度とし、種々の波長を有する光ビームを入射させる、も
しくは入射させる光ビームの波長を変化させ、界面から
の反射光を測定し、各波長毎の全反射減衰の状態により
被検体とセンシング物質との結合状態を得るようにして
もよい。

【００７８】また、さらに別の測定系を備えた表面プラ
ズモンセンサーを、本発明の第８の実施形態として説明
する。

【００７９】本実施の形態による表面プラズモンセンサ
ーは、図１に示す第１の実施の形態で示した表面プラズ
モンセンサーの測定用プレートと同一形状の測定用プレ
ート150を備え、８つのウェルに対する測定を同時に行
うよう構成されている。

【００８０】本実施形態の測定装置の測定用プレート15
0は、例えば合成樹脂等により構成されており、ウェル1
52の内側面152ａに疎水性処理が施されている。ウェル
の152の内側面152ａが全面に亘ってテフロン（登録商
標）、シリコーン等の疎水性材料によりコーティングさ
れている。ウェル152の内側面152ａを疎水性の材料でコ
ーティングすることにより、試料の液滴が側面に付着す
るのを防止し、液滴を効果的にウェル底面へ落下させる
ことができ、液滴の落下不良を低減して、該液滴の落下
不良に伴う測定不良を低減することができる。

【００８１】図１２に側面形状を示すように、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、それぞ
れ左右から誘電体ブロック153を挟む形で、複数の光源3
34ａ〜ｈとＣＣＤ360ａ〜ｈとが配設されており、これ
ら光源334ａ〜ｈとＣＣＤ360ａ〜ｈとの間には、コリメ
ータレンズ350ａ〜ｈ、干渉光学系、集光レンズ355ａ〜
ｈおよびアパーチャー356ａ〜ｈが配設されている。な
お、図示していないが、本表面プラズモンセンサーにお
いても測定用プレート150を移動させるための図１およ
び図２に示した表面プラズモンセンサーと同様の測定用
プレート移動手段が備えられている。

【００８２】上記干渉光学系は、偏光フィルタ351ａ〜
ｈ、ハーフミラー352ａ〜ｈ、ハーフミラー353ａ〜ｈお
よびミラー354ａ〜ｈにより構成されている。

【００８３】さらに、ＣＣＤ360ａ〜ｈは信号処理部361
に接続されており、信号処理部361は表示部362に接続さ
れている。

【００８４】以下、本実施の形態の表面プラズモンセン
サーにおける試料の測定について説明する。なおここで
は、測定用プレートのウェルのうち、光源334ａおよび
ＣＣＤ360ａに整合する状態とされた１つのウェル152を
例に取って説明を行なうが、その他のウェル152におい
ても測定は同様になされる。

【００８５】光源334ａが駆動されて光ビーム330が発散
光の状態で出射される。この光ビーム330はコリメータ
レンズ350ａにより平行光化されて偏光フィルタ351ａに
入射する。偏光フィルタ351ａを透過して界面10ｂに対
してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム330は、ハ
ーフミラー352ａにより一部がレファレンス光ビーム330
Ｒとして分割され、ハーフミラー352ａを透過した残り
の光ビーム330Ｓは界面10ｂに入射する。界面10ｂで全
反射した光ビーム330Ｓおよびミラー354ａで反射したレ
ファレンス光ビーム330Ｒはハーフミラー353ａに入射し
て合成される。合成された光ビーム330´は集光レンズ3
55ａにより集光され、アパーチャー356ａを通過してＣ
ＣＤ360ａによって検出される。このとき、ＣＣＤ360ａ
で検出される光ビーム330´は、光ビーム330Ｓとレファ
レンス光ビーム330Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を
発生させる。

【００８６】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は、試料中の特定物質と結合するもの
であり、液体試料分注後から継続的に測定し、ＣＣＤ36
0ａにより検出される干渉縞の変化を検出することによ
り、センシング物質と特定物質の結合の有無を検出する
ことができる。つまりこの場合は、上記特定物質とセン
シング物質14との結合状態に応じてセンシング物質14の
屈折率が変化すると、界面10ｂで全反射した光ビーム33
0Ｓおよびレファレンス光ビーム330Ｒがハーフミラー35
3ａ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状態を検出すること
ができる。

【００８７】信号処理部361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362に表示
される。

【００８８】以上の測定操作は他の７個のウェル152に
対しても並行して同様になされ、８個のウェル152に貯
えられている試料に対する測定が同時になされる。な
お、８個のウェル152に対する光ビーム330の照射および
反応の有無の検出は、互いに厳密に同時に行なう必要は
なく、開始あるいは終了の時間が互いに多少ずれていて
も構わない。

【００８９】なお信号処理部361は、８個のＣＣＤ360ａ
〜ｈに対してそれぞれ専用のものを設けてもよいし、あ
るいは８個のＣＣＤ360ａ〜ｈに対して共用のものを１
個だけ設けて、それらのＣＣＤ360ａ〜ｈが出力した光
量検出信号Ｓを順次処理するようにしても構わない。

【００９０】その後、図示しない移動手段により測定用
プレート150を測定系に対して移動させ、次に測定に供
されるウェル152が測定系に対して所定位置となるよう
にする。このようにして複数のウェル152を、測定用プ
レート150の移動にともなって次々と測定に供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の測定装置である表面プラズモ
ンセンサーの平面図

【図２】図１の表面プラズモンセンサーの概略を示す側
面図

【図３】測定用プレートの斜視図

【図４】測定用プレートおよび分注機の側面図

【図５】光ビームの入射角度と反射光強度との関係図

【図６】第２の実施形態の測定装置である漏洩モードセ
ンサーの側面図

【図７】第３の実施形態の測定装置の測定ユニットの断
面図

【図８】第４の実施形態の測定装置の測定ユニットの断
面図

【図９】第５の実施形態の測定装置の測定ユニットの断
面図

【図１０】第６の実施形態の測定装置の測定ユニットの
断面図

【図１１】第７の実施形態の測定装置の測定ユニットの
断面図

【図１２】第８の実施形態の測定装置である表面プラズ
モンセンサーの側面図

【符号の説明】

11 液体試料 12 金属膜 14 センシング物質 30 光ビーム 31 レーザ光源 32、33 シリンドリカルビームエキスパンダ 34 ミラー 35 シリンドリカルレンズ 37Ａ〜Ｈ光検出手段 41 クラッド層 42 光導波層 50 分注機 61 信号処理部 62 表示手段 100 測定用プレート 101 プレート 102 ウェル（試料保持部） 102a ウェルの内側面 103 誘電体ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G059 AA01 BB04 DD12 DD13 EE02 EE09 GG01 JJ13 KK04 NN10 PP02 PP04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを発生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電
体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜
層の表面上に液体試料を保持する試料保持部を備えてな
る測定ユニットと、前記光ビームを、前記測定ユニットの前記誘電体ブロッ
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、前記測定ユニットの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ことを特徴とす
る測定装置において、前記試料保持部の、少なくとも前記液体試料と接触する
内側面を有する側部が導電性材料からなることを特徴と
する測定装置。
【請求項２】光ビームを発生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電
体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜
層の表面上に液体試料を保持する試料保持部を備えてな
る測定ユニットと、前記光ビームを、前記測定ユニットの前記誘電体ブロッ
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、前記測定ユニットの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ことを特徴とす
る測定装置において、前記試料保持部が、該試料保持部の前記液体試料と接触
する内側面への帯電を防止する帯電防止手段を備えたこ
とを特徴とする測定装置。
【請求項３】光ビームを発生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電
体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜
層の表面上に液体試料を保持する試料保持部を備えてな
る測定ユニットと、前記光ビームを、前記測定ユニットの前記誘電体ブロッ
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、前記測定ユニットの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ことを特徴とす
る測定装置において、前記試料保持部の前記液体試料と接触する内側面におけ
る帯電を除去する帯電除去手段をさらに備えたことを特
徴とする測定装置。
【請求項４】光ビームを発生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電
体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜
層の表面上に液体試料を保持する試料保持部を備えてな
る測定ユニットと、前記光ビームを、前記測定ユニットの前記誘電体ブロッ
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、前記測定ユニットの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ことを特徴とす
る測定装置において、前記試料保持部の前記液体試料と接触する内側面が親水
性を有していることを特徴とする測定装置。
【請求項５】光ビームを発生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電
体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜
層の表面上に液体試料を保持する試料保持部を備えてな
る測定ユニットと、前記光ビームを、前記測定ユニットの前記誘電体ブロッ
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、前記測定ユニットの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ことを特徴とす
る測定装置において、前記試料保持部の前記液体試料と接触する内側面を疎水
性を有していることを特徴とする測定装置。