JP2003344286A

JP2003344286A - 光応答性ｄｎａ薄膜を用いたセンシング素子

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Publication number: JP2003344286A
Application number: JP2002154388A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nagamura; 利彦長村
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP3871967B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光応答性ＤＮＡ薄膜２５をセンシング素子に
使用することにより、気体，液体等の測定対象流体を応
答性良く高感度測定する。【構成】蛍光分子を二重螺旋部にインターカレート又
はグルーブに或いは疎水性外周部に取り込んだＤＮＡ又
は疎水処理ＤＮＡの溶液から成膜される光応答性ＤＮＡ
薄膜２５を、金属薄膜２４を介して固体基板２２に積層
し、光応答性ＤＮＡ薄膜２５の上方に透光板で閉じられ
た測定空間Ｖが設ける。全反射角を超えた入射角θで励
起光Ｌ₁がプリズム２１の一面に入射するように、回転
テーブル２３の回転量によってプリズム２１に対する入
射角θが調整される。ある入射角θで光応答薄膜２５に
閉じ込められた励起光Ｌ₁で励起された光応答薄膜２５
から発する蛍光Ｌ₂の強度は、測定空間Ｖに送り込まれ
た測定対象流体Ｓと光応答薄膜２５との相互作用により
敏感且つ高速に変化し、蛍光分光光度計３３で蛍光強度
が測定され又はスペクトル分析される。高感度蛍光測定
に併せ、励起光の反射強度変化も測定・分析可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面プラズモン共鳴励
起蛍光法により気体，液体を高感度，高応答速度で測定
する光応答性ＤＮＡ薄膜を利用したセンシング素子に関
する。

【０００２】

【従来技術及び問題点】ＮＯ₂ガス等の検出には、有機
又は無機半導体薄膜を用いた電気的方法，多孔質ガラス
の有機化合物を担持させた系で発生する蛍光又は吸収変
化，色素会合体累積膜から発生する蛍光，表面プラズモ
ンの共鳴角変化に応じた反射率変化等を利用した光学的
方法等が採用されている。これらの方法によるとき、ｐ
ｐｍ以下からｐｐｂオーダの感度で目的物が検出され
る。しかし、数分〜数時間と遅い応答速度のため測定に
時間がかかり、濃度，物性等が短時間で変化する目的物
の検出には適していない。

【０００３】応答性は、検出対象の吸着・拡散・脱着を容
易にするため膜厚を可能な限り薄くすることにより改善
される。しかし、薄膜化に応じて感度が低下するので、
感度低下を補う必要がある。そこで、本発明者等は、表
面プラズモン共鳴又は導波モードで増強された光電場に
より光応答性薄膜から発した蛍光を気体，液体等の測定
対象流体に透過させ、蛍光強度又は蛍光スペクトルを測
定するセンシング素子を開発した（特願２００１−０５
６４１５号）。この方法では、合成高分子に蛍光色素を
分散させた薄膜を金属薄膜に積層し、金属薄膜との界面
で発生する表面プラズモン共鳴又は導波モードで増強さ
れた光電場による色素の励起を利用して感度を上げてい
る。該センシング素子を使用すると、高速応答性は勿
論、ｐｐｂオーダの高感度検出も可能になる。表面プラ
ズモン共鳴又は導波モード励起蛍光法の採用で応答性，
感度が改善されるものの、ＮＯ₂ガスに応答する高分子
に加わる制約が大きく、蛍光強度に依存する応答性の向
上にも限度がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、先願で提案し
たセンシング素子の感度，応答速度を更に改善すべく案
出されたものであり、二重螺旋部に蛍光分子を取り込ん
だ光応答性ＤＮＡ薄膜を使用することにより蛍光強度を
増加させ、或いはＤＮＡ自体の光励起でＤＮＡのクロモ
フォア間から蛍光分子に効率的にエネルギー移動させる
と共に、薄膜化により応答性を一段と改善したセンシン
グ素子を提供することを目的とする。

【０００５】本発明のセンシング素子は、その目的を達
成するため、マッチング媒体を介して励起光入射側表面
にプリズムが接合された光透過性固体基板と、光透過性
固体基板の他面に金属薄膜を介して堆積された光応答性
ＤＮＡ薄膜と、光応答薄膜の上方に透光板で閉じられ、
測定対象流体Ｓを流動させ又は収容する測定空間と、全
反射角を超えた入射角で励起光がプリズムの一面に入射
するように光応答性固体基板を搭載し、回転量が調節可
能な回転テーブルとを備え、表面プラズモン共鳴又は導
波モード条件を満足する入射角の入射光を閉じ込めるこ
とにより励起された光応答性ＤＮＡ薄膜から発する蛍光
が測定空間の測定対象流体を透過して測定系に送られる
ことを特徴とする。

【０００６】光源一体型測定セルにセンシング素子を組
み込むこともできる。この場合、光透過性固体基板の一
面に金属薄膜を介して光応答性ＤＮＡ薄膜を堆積し、他
面に集光レンズを装着する。測定対象流体を流動させ又
は収容する測定空間を光透過性固体基板の光応答性ＤＮ
Ａ薄膜側に設け、励起光源を内蔵した透明媒質を光応答
性ＤＮＡ薄膜の上方に配置している。

【０００７】光応答性ＤＮＡ薄膜は、二重螺旋部に蛍光
分子をインターカレート又はグルーブに取り込んだＤＮ
Ａの水溶液又は疎水処理ＤＮＡの有機溶液を用い、スピ
ンコート法，溶媒蒸発法，ＬＢ法，交互吸着法等で成膜
される。ＤＮＡには、天然ＤＮＡ，合成ＤＮＡ，合成Ｒ
ＮＡ，ＤＮＡ／ＲＮＡ混合系等がある。ナトリウムイオ
ン（Ｎａ⁺）を長鎖アルキルトリメチルアンモニウムイ
オン又は長鎖ジアルキルジメチルアンモニウムイオンで
置換した疎水処理ＤＮＡも使用可能である。疎水処理Ｄ
ＮＡでは、長鎖アルキルの外周部に蛍光分子を取り込ん
でも良い。

【０００８】蛍光分子としては、本発明に制約を加える
ものではないが一つ又は複数の置換基Ｒ（Ｒ：アミノ
基，モノアルキルアミノ基，ジアルキルアミノ基，モノ
ヒドロキシアルキルアミノ基，ジヒドロキシアルキルア
ミノ基，ピリジル基，キノリル基，イソキノリル基，ア
クリジニル基，ヒドロキシル基，ピリジニウム基，キノ
リニウム基，イソキノリニウム基，アクリジニウム基，
スルホニウム基）をもつ脂肪族，芳香族，複素環族の有
機化合物又はその分子集合体等、既存の蛍光物質，色素
が使用される。具体的には、ローダミンＢ，エチジウム
色素，クマリン６，ルブレン誘導体，ペリレン誘導体，
フルオロセイン，アクリフラビン，プロフラビン，アク
リジンオレンジ，フェノサフラニン，ナイルブルー，ク
レシルブルー，メチレンブルー，ピレン誘導体，アント
ラセン誘導体，フルオレノン誘導体，フルオレン誘導
体，チオフェン誘導体，ビチオフェン誘導体，バイラニ
ン，ポルフィリン，アミノアクリジン，ルテニウムトリ
スビピリジン錯体等がある。

【０００９】

【作用及び実施の形態】適当な濃度のＤＮＡ水溶液及び
色素（蛍光分子）の水溶液を混ぜ合わせると、ＤＮＡの
塩基対と色素の比や色素の構造等に依存して、ＤＮＡの
二重螺旋部にインターカレート又はグルーブに色素（蛍
光分子）が取り込まれる。色素取込み反応は、ＤＮＡと
色素との組合せにもよるが、直ちに或いは数時間程度で
完了する。疎水処理ＤＮＡを使用する場合、2-メトキシ
エタノール，エタノール等の有機溶媒中で疎水処理ＤＮ
Ａ及び蛍光分子を溶解混合すること又は疎水処理ＤＮ
Ａ，色素それぞれを溶解した有機溶媒を混合することに
よって色素取込み反応が進行する。疎水処理ＤＮＡで
は、疎水外周部に色素が取り込まれることもある。

【００１０】蛍光分子を取り込んだＤＮＡ又は疎水処理
ＤＮＡは、溶液中に比べて蛍光分子の運動を強く抑制
し、蛍光分子周囲の微視的環境を変える。分子運動の抑
制は蛍光強度の増加をもたらす。微視的環境の変化は、
吸収スペクトルを変化させ、蛍光強度を増加させる原因
となる。ＤＮＡ水溶液又は疎水処理ＤＮＡ有機溶液から
スピンコート法，溶媒蒸発法，ＬＢ法等で成膜すると、
運動が抑制され周囲の微視的環境が変化した状態のまま
で蛍光分子が薄膜に固定された光応答性ＤＮＡ薄膜又は
光応答性疎水処理ＤＮＡ薄膜（以下、適宜「光応答性Ｄ
ＮＡ薄膜」で総称する）が作製される。

【００１１】光応答性ＤＮＡ薄膜を励起光で照射する
と、蛍光分子が励起され蛍光が発生する。発生した蛍光
は、ＤＮＡ又は疎水処理ＤＮＡに蛍光分子を取り込むこ
とにより分子運動が抑制されること、蛍光分子間やＤＮ
Ａ又は疎水処理ＤＮＡ自体の発色団と蛍光分子の間に生
じるエネルギー移動等が応答速度，感度の双方を向上さ
せ、結果としてセンシング素子の繰返し耐久性，ガス応
答性，検出限界が改善される。

【００１２】光応答性ＤＮＡ薄膜の励起には、ＤＮＡ，
疎水処理ＤＮＡ又は蛍光分子の吸収波長に当る波長の励
起光Ｌ₁が使用される。励起光Ｌ₁の照射に際し、酸素
（Ｏ₂），二酸化窒素（ＮＯ₂），酸化窒素（ＮＯ），笑
気ガス（Ｎ₂Ｏ），二酸化硫黄（ＳＯ₂），硫化水素（Ｈ
₂Ｓ），一酸化炭素（ＣＯ），二酸化炭素（ＣＯ₂），水
（Ｈ₂Ｏ），アンモニア（ＮＨ₃），メタノール（ＣＨ₃
ＯＨ），エタノール（Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ），アミン類，アルデ
ヒド類，各種炭化水素，メルカプタン類，光化学オキシ
ダント，酸化性化合物、還元性化合物，酸化還元酵素，
ハロゲン誘導体麻酔ガス等を含むガス又は液体が光応答
性ＤＮＡ薄膜に吸収され或いは薄膜中を拡散すると、蛍
光分子が測定対象流体と相互作用し、特定波長での蛍光
強度変化，スペクトル変化又は励起光の反射強度変化と
して測定対象流体が検出される。

【００１３】光応答性ＤＮＡ薄膜は、表面プラズモン共
鳴励起蛍光測定システム（図１）の測定セル２０に組み
込まれる。この表面プラズモン共鳴励起蛍光測定システ
ムは、励起光源１１で発生した励起光Ｌ₁を偏光板１
２，半波長板１３，偏光板１４，チョッパー１５，ミラ
ー１６，１７を経て測定セル２０に導く光学系１０を備
えている。励起光Ｌ₁には、連続発振レーザ光，パルス
発振レーザ光又は分光された定常光が使用される。測定
セル２０では、励起光Ｌ₁の入射側にプリズム２１を接
触させた固体基板２２が回転テーブル２３に搭載されて
いる。固体基板２２には、光透過性に優れたガラス，石
英，サファイア，透明プラスチック等が使用される。

【００１４】測定系３０では、測定セル２０から発する
蛍光Ｌ₂を集光レンズ３１で集光し、光電子増倍管３２
に入力する。光電子増倍管３２で電気変換・増幅された
蛍光Ｌ₂は、蛍光分光光度計３３で蛍光強度が測定さ
れ、或いはスペクトル分析される。蛍光Ｌ₂の一部は、
光電子増倍管３２で電気信号に変換・増幅され、デジタ
ルメモリ３４に送られ、時間変化が記録される。

【００１５】プリズム２１の一面に対する励起光Ｌ₁の
入射角θは、全反射条件を超える入射角θにおいて表面
プラズモン共鳴を満足して反射率が最小となるように回
転テーブル２３の回転量で調整される。回転テーブル２
３は、コンピュータ３７で駆動制御されるステージコン
トローラ３６により回転量が制御される。励起光Ｌ₁の
反射光Ｌ₃はフォトダイオード３８によって検出・電気変
換され、チョッパー１５に同期した信号がロックイン増
幅器３５で増幅され、デジタルメモリ３４で記録され
る。

【００１６】固体基板２２には、Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ等の
金属薄膜２４を介して光応答性ＤＮＡ薄膜２５が堆積さ
れている。固体基板２２は、プリズム２１，金属薄膜２
４，光応答性ＤＮＡ薄膜２５を除く表面部がシリコンシ
ート２６で覆われ、プリズム２１との間にマッチング媒
体２７が充填されている。マッチング媒体２７は、プリ
ズム２１の屈折率に固体基板２２の屈折率を一致させる
ために設けられる層であり、市販の屈折液等が使用され
る。

【００１７】固体基板２２を保持するホルダー２８に
は、ガラス板２９で閉じられた測定空間Ｖにガス，液体
等の測定対象流体Ｓを導く流入管２８in及び測定空間Ｖ
から測定対象流体Ｓを送り出す排出管２８outが形成さ
れている。測定対象流体Ｓには、酸素，二酸化窒素，酸
化窒素，笑気ガス，二酸化硫黄，硫化水素，一酸化炭
素，二酸化炭素，水，アンモニア，メタノール，エタノ
ール，アミン類，アルデヒド類，各種炭化水素，メルカ
プタン類，光化学オキシダント，酸化性化合物，還元性
加工物，酸化還元酵素，ハロゲン誘導体麻酔ガス等を含
む気体又は液体が使用される。また、流入管２８in及び
排出管２８outを介して循環させることなく、測定空間
Ｖに測定対象流体Ｓを静置させた状態での測定も可能で
ある。

【００１８】測定セルとしては、光源一体型のセル（図
３）も使用可能である。光源一体型測定セル４０は、固
体基板４１の一面に金属薄膜４２及び光応答性ＤＮＡ薄
膜４３を堆積しており、固体基板４１の他面に集光レン
ズ４８が配置されている。励起光Ｌ₁の反射光Ｌ₃は、フ
ォトダイオード４９で検出され、電気信号に変換され
る。金属薄膜４２及び光応答性ＤＮＡ薄膜４３がシリコ
ンシート４４で取り囲まれ、プラスチック等の透明媒質
４５で覆われている。透明媒質４５に励起光源４６及び
偏光板４７が配置されている。固体基板４１の内部にあ
る測定空間Ｖに測定対象流体Ｓを供給しながら、励起光
源４６から励起光Ｌ₁が光応答薄膜４３に向けて出射さ
れる。

【００１９】光応答性ＤＮＡ薄膜２５，４３が励起光Ｌ
₁によって励起されると、光応答性ＤＮＡ薄膜２５，４
３から蛍光Ｌ₂が発せられる。蛍光Ｌ₂は、測定空間Ｖに
ある測定対象流体Ｓを透過した後、測定系３０の集光レ
ンズ３１で集光され、光電子増倍管３２に入力される。
光電子増倍管３２で電気変換・増幅された蛍光Ｌ₂は、蛍
光分光光度計３３で蛍光強度が測定され、或いはスペク
トル分析される。光応答性ＤＮＡ薄膜２５，４３に測定
対象流体Ｓが吸着又は拡散されることにより光応答性Ｄ
ＮＡ薄膜２５，４３の蛍光強度を高速且つ敏感に変化す
る。また、測定対象流体Ｓの吸着又は拡散で光応答性Ｄ
ＮＡ薄膜２５，４３の屈折率が変わり表面プラズモン共
鳴角度がシフトすることにより、励起光Ｌ₁の反射光Ｌ₃
が強度変化することもある。したがって、蛍光Ｌ₂又は
反射光Ｌ₃の強度は、測定対象流体Ｓに応じた変化を取
り込んだ信号として扱われる。

【００２０】たとえば、プリズム２１を介し金属薄膜２
４，４２にＰ偏光を入射すると、ある角度で金属薄膜２
４，４２中にある金属の自由電子のプラズマ振動とＰ偏
光が結合し、ほとんど反射光Ｌ₃のない表面プラズモン
共鳴が生じる。また、金属薄膜２４，４２上に膜厚が約
１００ｎｍ以下の光応答性ＤＮＡ薄膜２５，４３を配置
すると、光応答性ＤＮＡ薄膜２５，４３の膜厚に応じて
表面プラズモン共鳴が生じる入射角θが次第に広角度に
移っていく。更に、薄膜２５，４３の膜厚を光の波長の
半分程度以上にすると、Ｐ偏光，Ｓ偏光の何れにおいて
も膜厚に応じて厚み方向に一つ又は複数のノードをもつ
定在波ができ、反射光Ｌ₃がほとんどでなくなる導波モ
ードとなる。

【００２１】ＤＮＡ又は疎水処理ＤＮＡに取り込まれた
蛍光性色素は、二重螺旋部にインターカレート又はグル
ーブに、或いは長鎖アルキル基の疎水外周部に捕捉され
る。そのため、励起波長及び蛍光分子を適切に選択する
と、ＤＮＡ自体の光励起によってＤＮＡのクロモファ間
から蛍光分子に効率の良いエネルギー移動が生じる。蛍
光分子へのエネルギー移動は、センシングの観点から検
出対象流体に対する応答分子の著しい増加に対応する。
更に、表面プラズモン共鳴により反射率が極小になる入
射角では、金属薄膜２４，４２で電場増強され薄膜２
５，４３に閉じこまれた光によって蛍光分子中の色素が
非常に強く励起される。その結果、１００ｎｍ以下の超
薄膜においても高感度蛍光測定が可能になり、気体，液
体等の測定対象流体の吸着，拡散，脱着が厚膜に比較し
て一層高速化される。

【００２２】この点、特願２００１−０５６４１５号で
提案したセンシング素子では，通常の高分子に色素を無
秩序分散させているので，高分子のクロモファ間又は高
分子と色素間の効率的なエネルギー移動がほとんど期待
できない。そのため、実質的には表面プラズモン共鳴条
件より数倍厚い数百ｎｍ程度の薄膜で生じる導波モード
に依らざるを得ない。これに対し、光応答性ＤＮＡ薄膜
２５，４３を使用したセンシング素子は、繰返し応答
性，応答速度等が格段に改善される。また、表面プラズ
モン共鳴センサーで一般に実施されている測定対象流体
の吸着，拡散，脱着に伴う屈折率変化による反射光の強
度変化を蛍光測定に併用できることも利点である。

【００２３】表面プラズモン共鳴を満足する入射角θで
は、入射光（励起光Ｌ₁）が光応答性ＤＮＡ薄膜２５，
４３に閉じ込められた状態にあるので、光応答性ＤＮＡ
薄膜２５，４３に含まれている蛍光性分子が効率よく励
起される。光応答性ＤＮＡ薄膜２５，４３の内部に拡散
し、或いは表面に吸着した気体，液体等の測定対象流体
Ｓと蛍光性分子との相互作用の影響を受け、励起で生じ
る蛍光Ｌ₂の強度が敏感に変化する。しかも、光応答性
ＤＮＡ薄膜２５，４３が薄いため、光応答性ＤＮＡ薄膜
２５，４３に対する測定対象流体Ｓの吸着又は拡散が迅
速に進行し、相互作用の影響が高応答速度で蛍光強度の
変化に反映される。したがって、蛍光Ｌ ₂の蛍光強度又
はスペクトル分析結果から、或いは反射光強度の変化か
ら測定対象流体Ｓが高感度且つ高応答速度で検出又は測
定される。

【００２４】

【実施例】ＤＮＡ：８１.３ｍｇ及びエチジウムブロミ
ド：０.９９ｍｇをそれぞれ純水：５ｍｌに溶かした水
溶液を用意した。水溶液を相互に混合した後でエチジウ
ムブロミドの吸収スペクトルを測定したところ、吸収ス
ペクトルが長波長側にシフトしており、図４の蛍光スペ
クトル（ａ，ｂ）にみられるように蛍光強度も増加して
いた。この測定結果は、エチジウムブロミドがＤＮＡに
取り込まれていることを示す。また、エチジウムブロミ
ド単独系（ｄ）に比較してＤＮＡとの混合系水溶液の蛍
光励起スペクトル（ｃ）がＤＮＡの吸収波長帯域で著し
く増大している結果から、ＤＮＡからエチジウムブロミ
ドへのエネルギー移動が読み取れる。疎水処理ＤＮＡ：
５８.７ｍｇ及びローダミンＢ：０.４８ｍｇを2-メトキ
シエタノール：１０ｍｌに溶解した有機溶液について吸
収スペクトルを測定したところ、疎水処理ＤＮＡがない
場合に比較してローダミンＢの蛍光強度が増加してお
り、ローダミンＢが疎水処理ＤＮＡに取り込まれている
ことを確認できた。更に、円偏光二色性スペクトル測定
からも、発光色素のＤＮＡ又は疎水処理ＤＮＡへの取込
みが確認された。

【００２５】固体基板２２にスライドガラスを使用し、
固体基板２２上に膜厚５０ｎｍのＡｇ薄膜（金属薄膜２
４）を真空蒸着法で設けた後、疎水処理ＤＮＡ，ローダ
ミンＢの有機溶液を膜厚５０ｎｍの銀蒸着膜にスピンコ
ート法で塗布し、膜厚２０ｎｍの光応答性ＤＮＡ又は疎
水処理ＤＮＡ薄膜を積層した。プリズムを介し波長５４
３.５ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を入射させたところ、
入射角５５度近傍で表面プラズモン共鳴に起因する反射
率の極小域（ディップ）が検出された。反射率が極小と
なる５５度の入射角で蛍光スペクトルを測定した結果、
直接励起に比較して２桁も大きな蛍光強度が得られ（図
５）、表面プラズモン共鳴励起の効果が確認された。。

【００２６】固体基板２２を測定セル２０に組み込み、
０.５ｐｐｍの二酸化窒素ガス（ＮＯ₂）を測定空間Ｖに
送り込みながら入射角θ＝５５度で励起光Ｌ₁をプリズ
ム２１の一面に入射させた。励起光Ｌ₁で誘起された表
面プラズモン励起により、光応答性ＤＮＡ薄膜２５から
蛍光Ｌ₂が発した。蛍光は１分間で約４０％減少し、二
酸化窒素ガス（ＮＯ₂）の供給を止めて排気すると１分
以内に元の状態に完全復帰した。短時間での完全復帰
は、高速応答性に優れた光応答性ＤＮＡ薄膜２５である
ことを示す。検出精度は約１０ｐｐｂ程度であり、高濃
度側では約１００ｐｐｍまで同様な応答性で検出でき
た。

【００２７】そこで、二酸化窒素ガス（ＮＯ₂）の給
気，排気を繰り返しながら蛍光Ｌ₂の強度変化を調査し
た。図６の調査結果にみられるように、二酸化窒素ガス
（ＮＯ₂）の給気，排気サイクルに高い一致性で蛍光強
度が周期的に変化し、ローダミンＢを含む疎水処理ＤＮ
Ａ薄膜２５の優れた高速応答性，高感度，繰返し耐久性
が確認された。ＤＮＡ，エチジウムブロミドの水溶液か
ら作製された光応答性ＤＮＡ薄膜も、同様に高速応答
性，高感度，繰返し耐久性に優れ、二酸化窒素ガスの高
性能測定が可能であった。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のセンシ
ング素子では、金属により電場増強された表面プラズモ
ン共鳴で光応答性ＤＮＡ薄膜を励起し、光応答性ＤＮＡ
薄膜から発した蛍光を気体，液体等の測定対象流体に透
過させ、蛍光強度又は蛍光スペクトルを高感度測定して
いる。光応答性ＤＮＡ薄膜の使用により、高速応答性で
測定対象流体を高感度測定できる。薄膜化した光応答性
ＤＮＡ薄膜の表面プラズモン共鳴励起蛍光が短時間で大
幅に減少するため、短時間で物性や濃度が変化する測定
対象流体に対しても適用でき、オンラインの環境ガスモ
ニタ，呼吸器ガスモニタ，医療用ガスモニタ，光化学オ
キシダントセンサ等、広範な分野で使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従った表面プラズモン共鳴励起蛍光
測定システムの一例

【図２】測定セルの詳細

【図３】光源一体型測定セルの側面図（ａ）及び平面
図（ｂ）

【図４】エチジウムブロミドとＤＮＡとの混合系及び
エチジウムブロミド単独水溶液の蛍光スペクトル（ａ，
ｂ）及び蛍光励起スペクトル（ｃ，ｄ）を示すグラフ

【図５】ローダミンＢを含む疎水処理ＤＮＡ薄膜の表
面プラズモン共鳴励起及び直接励起で発生した蛍光スペ
クトルを示すグラフ

【図６】ローダミンＢを含む疎水処理ＤＮＡ薄膜の表
面プラズモン励起蛍光が二酸化窒素ガスの給気，排気に
応じて強度変化することを示したグラフ

【符号の説明】

１０：光学系２０：測定セル２１：プリズム
２２，４１：固体基板２３：回転テーブル２４，４２：金属薄膜２
５，４３：光応答性ＤＮＡ薄膜２７：マッチング媒
体２８：ホルダー２９：ガラス板３０：測定系４０：光源一体型測定セル４５：
透明媒質Ｌ₁：励起光Ｌ₂：蛍光 θ：入射角Ｓ：測定対象流体Ｖ：測定空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マッチング媒体を介して励起光入射側表
面にプリズムが接合された光透過性固体基板と、光透過
性固体基板の他面に金属薄膜を介して堆積された光応答
性ＤＮＡ薄膜と、光応答薄膜の上方に透光板で閉じら
れ、測定対象流体Ｓを流動させ又は収容する測定空間
と、全反射角を超えた入射角で励起光がプリズムの一面
に入射するように光応答性固体基板を搭載し、回転量が
調節可能な回転テーブルとを備え、表面プラズモン共鳴
又は導波モード条件を満足する入射角の入射光を閉じ込
めることにより励起された光応答性ＤＮＡ薄膜から発す
る蛍光が測定空間の測定対象流体を透過して測定系に送
られることを特徴とする光応答性ＤＮＡ薄膜を用いたセ
ンシング素子。
【請求項２】一面に金属薄膜を介して光応答性ＤＮＡ
薄膜が堆積され、他面に集光レンズが装着された光透過
性固体基板と、光透過性固体基板の光応答性ＤＮＡ薄膜
側に設けられ、測定対象流体を流動させ又は収容する測
定空間と、光応答性ＤＮＡ薄膜の上方に配置され、励起
光源を内蔵した透明媒質とを備え、表面プラズモン共鳴
又は導波モード条件を満足する入射角の入射光を閉じ込
めることにより励起された光応答性ＤＮＡ薄膜から発す
る蛍光が測定対象流体及び集光レンズを透過して測定系
に送られることを特徴とする光応答性ＤＮＡ薄膜を用い
たセンシング素子。
【請求項３】二重螺旋部に蛍光分子をインターカレー
ト又はグルーブに取り込んだＤＮＡの水溶液から光応答
性ＤＮＡ薄膜が成膜されている請求項１又は２記載のセ
ンシング素子。
【請求項４】対カチオンであるナトリウムイオン（Ｎ
ａ⁺）を長鎖アルキルトリメチルアンモニウムイオン又
は長鎖ジアルキルジメチルアンモニウムイオンで置換し
た疎水処理ＤＮＡの二重螺旋部に蛍光分子をインターカ
レート，グルーブ或いは長鎖アルキル外周部に取り込ん
だ疎水処理ＤＮＡの有機溶液から光応答性ＤＮＡ薄膜が
成膜されている請求項１又は２記載のセンシング素子。
【請求項５】蛍光分子が一つ又は複数の置換基Ｒ
（Ｒ：アミノ基，モノアルキルアミノ基，ジアルキルア
ミノ基，モノヒドロキシアルキルアミノ基，ジヒドロキ
シアルキルアミノ基，ピリジル基，キノリル基，イソキ
ノリル基，アクリジニル基，ヒドロキシル基，ピリジニ
ウム基，キノリニウム基，イソキノリニウム基，アクリ
ジニウム基又はスルホニウム基）をもつ脂肪族，芳香
族，複素環族の有機化合物又はその分子集合体である請
求項３又は４記載のセンシング素子。