JP2007033289A - Measuring apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the selection of a method for acquiring a proper position of a dark line in accordance with a measurement mode, in a measuring apparatus which generates an evanescent wave at an interface between a dielectric block and a thin-film layer contacting with an object to be measured such as a sample by using a total reflection of a light beam and analyzes the sample by measuring a change in intensity of the light beam after the total reflection. <P>SOLUTION: In the measuring apparatus, a signal processing section 18 simultaneously executes computations by using two dark line position acquiring means which are a wide range-use dark line position acquiring means (center of gravity method) and a narrow range-use dark line position acquiring means (difference method), based on signal values obtained by applying an A/D conversion to signals output from photodiodes 17a, 17b and 17c, .... In a selection means, if a precise computation executed by the narrow range-use dark line position acquiring means (difference method) requires time, a result with a normal precision obtained by the wide range-use dark line position acquiring means (center of gravity method) is output at a high rate, and then a highly precise result is output when the computation executed by the narrow range-use dark line position acquiring means (difference method) is completed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、試料等の測定対象物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測定装置に関するものである。   The present invention generates an evanescent wave by totally reflecting a light beam at an interface between a thin film layer in contact with a measurement object such as a sample and a dielectric block, thereby measuring a change in the intensity of the totally reflected light beam. Thus, the present invention relates to a measuring apparatus for analyzing a sample.

従来より、エバネッセント波を利用した測定装置の1つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。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。表面プラズモンセンサーは、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料の特性を分析するものであり、種々のタイプのセンサーが提案されている。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(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, a surface plasmon sensor is known as one of measuring devices using an evanescent wave. In the metal, free electrons collectively vibrate to generate a dense wave called a plasma wave. A quantized version of this dense wave generated on the metal surface is called surface plasmon. The surface plasmon sensor analyzes the characteristics of a sample using a phenomenon in which the surface plasmon is excited by a light wave, and various types of sensors have been proposed. Among them, one that uses a system called Kretschmann configuration is well known (for example, see Patent Document 1).

上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られ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検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて表面プラズモン共鳴の状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。   A surface plasmon sensor using the above system basically includes, for example, a dielectric block formed in a prism shape, a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, and a light source that generates a light beam. An optical system that causes the light beam to be incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the metal film, and a light beam that is totally reflected at the interface A light detecting means for detecting the intensity of the light and a measuring means for measuring the surface plasmon resonance state based on the detection result of the light detecting means.

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ー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ー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 a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which all light beams reflected at various reflection angles can be received.

上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。 In the surface plasmon sensor having the above configuration, when a light beam is incident on the metal film at a specific incident angle θ SP that is equal to or greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is generated in the sample in contact with the metal film, This evanescent wave excites surface plasmons at the interface between the metal film and the sample. When the wave number 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. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means.

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。   The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.

この光強度の低下が生じる全反射角以上の特定入射角θSP(以後全反射減衰角θSPと記載)より表面プラズモンの波数が解ると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をKSP、表面プラズモンの角周波数をω、cを真空中の光速、εmとεsをそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。

Figure 2007033289
When the wave number of the surface plasmon is found from a specific incident angle θ SP (hereinafter referred to as total reflection attenuation angle θ SP ) that is greater than or equal to the total reflection angle at which the light intensity is reduced, the dielectric constant of the sample can be obtained. That is, when the surface plasmon wave number is K SP , the surface plasmon angular frequency is ω, c is the speed of light in vacuum, εm and εs are metal, and the dielectric constant of the sample is as follows.
Figure 2007033289

試料の誘電率εsが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料の屈折率等が分かるので、結局、全反射減衰角θSPを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。 Knowing the dielectric constant εs of the sample, the refractive index or the like of the sample is found based on a predetermined calibration curve or the like, after all, by knowing the total reflection attenuation angle theta SP, dielectric constant, that of the sample related to the refractive index Characteristics can be obtained.

また、エバネッセント波を利用した類似のセンサーとして、漏洩モードセンサーも知られている(例えば非特許文献1参照)。この漏洩モードセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られ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する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて導波モードの励起状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。   Further, a leak mode sensor is also known as a similar sensor using an evanescent wave (see, for example, Non-Patent Document 1). This leakage mode sensor is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be brought into contact with a sample. An optical waveguide layer, a light source that generates a light beam, and the light beam are incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. An optical system, a light detecting means for measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface, and a measuring means for measuring the excited state of the waveguide mode based on the detection result of the light detecting means. is there.

上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰角θSP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。 In the leaky mode sensor having the above configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle is propagated in the guided mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of the waveguide light depends on the refractive index of the sample on the optical waveguide layer, by knowing the total reflection attenuation angle theta SP, it can be analyzed refractive index of the sample and the properties of the sample related thereto .

また、上述した表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーは、創薬研究分野等において、所望のリガンドに結合するアナライト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(表面プラズモンセンサーの場合は金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合はクラッド層および光導波層)上にリガンドを固定し、該リガンド上に種々のアナライトを含有するバッファー(液体試料)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を測定している。バッファー中のアナライトが、リガンドと結合するものであれば、この結合によりリガンド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、全反射減衰角θSPに変化が生じているか否か測定することにより、アナライトとリガンドの結合が行われているか否か、すなわちアナライトがリガンド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。このようなアナライトとリガンド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、そのようなものに関する具体的な測定としては、一例として、リガンドをウサギ抗ヒトIgG抗体とし、アナライトであるヒトIgG抗体との結合の有無検出とその定量分析を行う測定が挙げられる。 In addition, the surface plasmon sensor and leakage mode sensor described above may be used for random screening to find an analyte that binds to a desired ligand in the field of drug discovery research. In this case, the thin film layer (surface plasmon sensor) is used. In the case of a sensor, it is a metal film, and in the case of a leak mode sensor, a ligand is fixed on a clad layer and an optical waveguide layer), and buffers (liquid samples) containing various analytes are added on the ligand, every time elapses measures the ATR angle theta SP described above. If the analyte in the buffer is one that binds to the ligand, the binding causes the refractive index of the ligand to change over time. Therefore, the attenuated total reflection angle theta SP was measured every predetermined time, by a change in the attenuated total reflection angle theta SP to measure whether occurring, whether binding between the analyte and ligand have been made That is, it can be determined whether or not the analyte is a specific substance that binds to the ligand. Examples of such a combination of an analyte and a ligand include an antigen and an antibody or an antibody and an antibody. As a specific measurement related to such an analyte, for example, a ligand is a rabbit anti-human IgG antibody, Examples include detection of the presence or absence of binding to a human IgG antibody, which is a light, and quantitative analysis thereof.

なお、バッファー中のアナライトとリガンドの結合状態を測定するためには、必ずしも全反射減衰角θSPの角度そのものを検出する必要はない。例えば最初にアナライトを含まないバッファーを用いて基準となるベースラインを測定した後、リガンド上にアナライトが含まれたバッファーを添加した際の全反射減衰角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。
特開平6−167443号公報 特開2003-279478号公報 「分光研究」第47巻 第1号(1998)
In order to measure a binding state between the analyte and ligand in buffer, it is not always necessary to detect the angle itself of an attenuated total reflection angle theta SP. For example after first measuring the baseline as a reference by using the buffer without analyte was measured angle variation of the attenuated total reflection angle theta SP upon addition of a buffer containing the analyte on the ligand Thus, the coupling state can be measured based on the magnitude of the angle change amount.
JP-A-6-167443 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-279478 “Spectroscopy” Vol. 47, No. 1 (1998)

ところで、上記のような表面プラズモンセンサー等の測定装置において、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誘電体ブロックと薄膜層との界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させ、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ーによって検出し、このエリアセンサーによる検出結果に基づいて全反射減衰角θSP、すなわち上記界面での反射光強度が極小値となる暗線の位置を算出するような態様の場合、一般に暗線の位置を高精度に算出しようとすると処理に時間がかかり、高速に暗線の位置を算出しようとすると精度が低下するという問題がある。また測定対象によって暗線の位置の最適な算出方法が異なることも考えられる。 By the way, in a measuring device such as a surface plasmon sensor as described above, a relatively thick light beam is focused on the interface between the dielectric block and the thin film layer so as to include components incident on the light beam at various angles. Alternatively, it is detected by an area sensor that is incident in a divergent light state and extends in a direction in which all light beams reflected at various reflection angles can be received, and the total reflection attenuation angle θ SP , that is, the interface is based on the detection result by the area sensor. In the case of calculating the position of the dark line where the reflected light intensity at the local minimum is generally low, it generally takes a long time to calculate the position of the dark line with high accuracy, and when trying to calculate the position of the dark line at high speed There is a problem that accuracy decreases. It is also conceivable that the optimum method for calculating the position of the dark line differs depending on the measurement object.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、試料等の測定対象物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測定装置において、測定態様に応じて適切な暗線の位置の取得方法を選択することが可能な測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and generates an evanescent wave by totally reflecting a light beam at an interface between a thin film layer in contact with a measurement object such as a sample and a dielectric block, thereby To provide a measuring apparatus capable of selecting an appropriate method for obtaining a dark line position according to a measurement mode in a measuring apparatus for analyzing a sample by measuring a change in the intensity of a totally reflected light beam. Objective.

本発明による測定装置は、薄膜層が形成された誘電体ブロック、および薄膜層上に試料を保持する試料保持機構を備えた測定ユニットと、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ように種々の角度で入射させる入射光学系と、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強度を検出する光検出手段と、光検出手段による検出結果に基づいて前記界面での反射光強度が極小値となる暗線の位置を取得する演算手段とを備えてなる測定装置において、演算手段が、各々異なる取得方法により暗線の位置を取得する複数の暗線位置取得手段と、複数の暗線位置取得手段の中から一つの暗線位置取得手段を選択する選択手段とを備えたものであることを特徴とするものである。   A measuring apparatus according to the present invention includes a dielectric block in which a thin film layer is formed, a measurement unit having a sample holding mechanism for holding a sample on the thin film layer, a light source that generates a light beam, and a light block that is a dielectric block. On the other hand, the incident optical system is incident at various angles so that the total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer, and the intensity of the light beam totally reflected at various reflection angles at the interface is detected. In the measurement apparatus comprising: a light detection means that performs the calculation, and a calculation means that obtains the position of the dark line where the reflected light intensity at the interface is a minimum value based on a detection result by the light detection means, the calculation means are different from each other. A plurality of dark line position acquisition means for acquiring a dark line position by an acquisition method; and a selection means for selecting one dark line position acquisition means from the plurality of dark line position acquisition means. It is an butterfly.

本発明による測定装置において、演算手段は、光検出手段の広範囲の検出領域の検出結果に基づいて暗線の位置を取得する広範囲用暗線位置取得手段と、光検出手段の狭範囲の検出領域の検出結果に基づいて暗線の位置を取得する狭範囲用暗線位置取得手段とを備えたものとしてもよい。   In the measurement apparatus according to the present invention, the calculation means includes a wide-range dark line position acquisition means for acquiring a dark line position based on a detection result of the wide detection area of the light detection means, and detection of a narrow detection area of the light detection means. It is good also as what was provided with the dark line position acquisition means for narrow areas which acquires the position of a dark line based on a result.

この場合、広範囲用暗線位置取得手段は、重心法により暗線の位置を取得するものとすることが好ましく、狭範囲用暗線位置取得手段は、差分法により暗線の位置を取得するものとすることが好ましい。   In this case, it is preferable that the wide-range dark line position acquisition unit acquires the position of the dark line by the center of gravity method, and the narrow range dark line position acquisition unit acquires the position of the dark line by the difference method. preferable.

ここで、重心法とは、例えばMeas. Sci. Technol. 11(2000) p1632に記載されているように、検出結果から所定の式に基づいて重心位置を取得することにより暗線の位置を取得する方法を意味する。   Here, the center-of-gravity method, for example, as described in Meas. Sci. Technol. 11 (2000) p1632, acquires the position of the dark line by acquiring the position of the center of gravity based on a predetermined expression from the detection result. Means the method.

また、差分法とは、例えば特開平09-292334号公報に記載されているように、隣接する2つのセンサーの出力の差分値に基づいて暗線の位置を取得する方法を意味する。   The difference method means a method of acquiring the position of the dark line based on the difference value between the outputs of two adjacent sensors, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-292334.

また、本発明の測定装置は、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う、所謂表面プラズモンセンサーとして構成されたものとすることができる。また、薄膜層を、誘電体ブロックの前記一面に形成されたクラッド層とクラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、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う、所謂漏洩モードセンサーとして構成されたものとすることができる。   In addition, the measuring apparatus of the present invention can be configured as a so-called surface plasmon sensor in which the thin film layer is made of a metal film and performs measurement using the effect of the surface plasmon resonance described above. In addition, the thin film layer is composed of a clad layer formed on the one surface of the dielectric block and an optical waveguide layer formed on the clad layer, and measurement is performed by using the effect of waveguide mode excitation in the optical waveguide layer. It can be configured as a so-called leakage mode sensor.

また、上記の装置は、誘電体ブロックと薄膜層との界面に対して種々の入射角度で入射させた光ビームの該界面での反射光を検出して、全反射減衰角もしくはその角度変化を検出することにより屈折率もしくは屈折率変化を測定するものであってもよいし、また、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, 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屈折率もしくは屈折率変化を測定するものであってもよい。   In addition, the above apparatus detects the reflected light at the interface of the light beam incident at various incident angles with respect to the interface between the dielectric block and the thin film layer, and calculates the total reflection attenuation angle or its angle change. It may be one that measures the refractive index or refractive index change by detection, and DVNoort, K. johansen, C.-F. Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, As described in pp.585-588, a light beam having a plurality of wavelengths is incident on the interface at an incident angle at which a total reflection condition is obtained, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is determined for each wavelength. The refractive index or refractive index change may be measured by measuring and detecting the degree of total reflection attenuation for each wavelength.

本発明の装置によれば、薄膜層が形成された誘電体ブロック、および薄膜層上に試料を保持する試料保持機構を備えた測定ユニットと、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ように種々の角度で入射させる入射光学系と、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強度を検出する光検出手段と、光検出手段による検出結果に基づいて前記界面での反射光強度が極小値となる暗線の位置を取得する演算手段とを備えてなる測定装置において、演算手段を、各々異なる取得方法により暗線の位置を取得する複数の暗線位置取得手段と、複数の暗線位置取得手段の中から一つの暗線位置取得手段を選択する選択手段とを備えたものとしたので、測定態様に応じて適切な暗線の位置の取得方法を選択することが可能である。   According to the apparatus of the present invention, a dielectric block in which a thin film layer is formed, a measurement unit including a sample holding mechanism for holding a sample on the thin film layer, a light source that generates a light beam, and the light beam as a dielectric The incident optical system is incident at various angles so that the total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer, and the intensity of the light beam totally reflected at the various reflection angles at the interface. In a measuring apparatus comprising: a light detecting means for detecting; and a calculating means for acquiring a position of a dark line at which the reflected light intensity at the interface is a minimum value based on a detection result by the light detecting means. Since a plurality of dark line position acquisition means for acquiring the position of the dark line by different acquisition methods and a selection means for selecting one dark line position acquisition means from the plurality of dark line position acquisition means are provided. It is possible to select the method for acquiring the position of the appropriate dark line in accordance with the embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の第1の実施の形態の測定装置は、測定ユニットの複数の測定部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センサーであり、図1は本実施の形態の表面プラズモンセンサーの概略構成を示す平面図、図2はこの表面プラズモンセンサーの測定系の平面図、図3はこの表面プラズモンセンサーの測定系の側面図、図8は図2中のVIII−VIII線断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention is a surface plasmon sensor capable of simultaneously analyzing a plurality of samples by allowing light beams to enter the plurality of measurement units of the measurement unit in parallel. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a surface plasmon sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of a measurement system of the surface plasmon sensor, FIG. 3 is a side view of the measurement system of the surface plasmon sensor, and FIG. It is the VIII-VIII sectional view taken on the line in FIG.

この表面プラズモンセンサー1は、図1に示すように、測定ユニット10に設けられた複数の測定部毎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センサーであり、同様の構成の複数の表面プラズモン測定系1A、1B…により構成されている。各測定系の構成について、個別の要素を表す符号であるA、B…の符号は省略して説明する。   As shown in FIG. 1, the surface plasmon sensor 1 has a surface that can simultaneously analyze a plurality of samples by allowing a light beam to enter in parallel for each of a plurality of measurement units provided in the measurement unit 10. A plasmon sensor, which is composed of a plurality of surface plasmon measurement systems 1A, 1B,. The configuration of each measurement system will be described by omitting the symbols A, B,.

図2、図3および図8に示すように、各測定系は、1本の光ビーム13を発生させる半導体レーザ等からなる光源14(以下、レーザ光源14という)と、上記光ビーム13を測定ユニット10に通し、流路60(測定部)の下の誘電体ブロック50と金属膜55との2箇所の界面50fおよび50gに対して、種々の入射角が得られるように並列的に入射させる光学系15と、上記界面50fおよび50gで全反射した光ビーム13を各々平行光化する2つのコリメーターレンズ16と、この平行光化された光ビーム13を各々検出する2つのフォトダイオードアレイ17と、2つのフォトダイオードアレイ17に接続された信号処理部18と、この信号処理部18に接続された表示部19とを備えている。信号処理部18は、暗線の位置を取得する演算手段としても機能するものである。この演算手段の処理の詳細については後述する。   As shown in FIGS. 2, 3, and 8, each measurement system measures a light source 14 (hereinafter referred to as a laser light source 14) composed of a semiconductor laser or the like that generates one light beam 13, and the light beam 13. Through the unit 10, the light is incident in parallel on the two interfaces 50f and 50g between the dielectric block 50 and the metal film 55 below the flow channel 60 (measurement unit) so that various incident angles can be obtained. An optical system 15, two collimator lenses 16 for collimating the light beams 13 totally reflected at the interfaces 50f and 50g, and two photodiode arrays 17 for detecting the collimated light beams 13, respectively. A signal processing unit 18 connected to the two photodiode arrays 17, and a display unit 19 connected to the signal processing unit 18. The signal processing unit 18 also functions as a calculation unit that acquires the position of the dark line. Details of the processing of this computing means will be described later.

まず、測定ユニット10について説明する。図4は測定ユニット10の斜視図、図5は上記測定ユニットの分解斜視図、図6は上記測定ユニットの上面図、図7は図6中のVII−VII線断面図である。   First, the measurement unit 10 will be described. 4 is a perspective view of the measurement unit 10, FIG. 5 is an exploded perspective view of the measurement unit, FIG. 6 is a top view of the measurement unit, and FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII in FIG.

測定ユニット10は、光ビームに対して透明であり、平滑な上面50aに薄膜層としての金属膜55が形成された誘電体ブロック50と、この誘電体ブロック50の金属膜55上に密接される流路部材(試料供給機構)51と、誘電体ブロック50と係合して、流路部材51を誘電体ブロック50の上面50a上に保持する保持部材52とから構成される。   The measurement unit 10 is transparent to the light beam and is in close contact with the dielectric block 50 in which a metal film 55 as a thin film layer is formed on a smooth upper surface 50a, and the metal film 55 of the dielectric block 50. A flow path member (sample supply mechanism) 51 and a holding member 52 that engages with the dielectric block 50 and holds the flow path member 51 on the upper surface 50a of the dielectric block 50 are configured.

誘電体ブロック50は、例えば透明樹脂等からなるものであり、長手方向に直交する断面が上底よりも下底の方が短い台形状の本体を有し、この本体の長手方向の両端部に上面(もしくは下面)方向から見たときの幅が本体よりも薄く形成された保持部50bが形成されたもので、後述の測定装置の光源から出射された光ビームを誘電体ブロック50と金属膜55との界面に入射させるとともに、この界面で全反射した光ビームを測定装置の光検出手段に向けて出射させるプリズム部が一体的に形成されたものである。本体の長手方向の両側面には後述の保持部材52に形成された係合孔52cに係合させるための係合凸部50cと側面が垂直に形成された垂直凸部50dとが両側面で各々互いに対向するように形成されており、底面には長手方向に平行に延びる摺動溝50eが形成されている。   The dielectric block 50 is made of, for example, a transparent resin, and has a trapezoidal body whose section perpendicular to the longitudinal direction is shorter at the lower base than at the upper base, and at both ends in the longitudinal direction of the main body. A holding portion 50b having a width smaller than that of the main body when viewed from the upper surface (or lower surface) direction is formed, and a light beam emitted from a light source of a measuring apparatus described later is applied to the dielectric block 50 and the metal film. A prism portion is formed integrally so as to be incident on the interface with 55 and to emit the light beam totally reflected on the interface toward the light detection means of the measuring apparatus. On both side surfaces in the longitudinal direction of the main body are engaging convex portions 50c for engaging with engaging holes 52c formed in a holding member 52, which will be described later, and vertical convex portions 50d whose side surfaces are formed vertically. Sliding grooves 50e extending in parallel with the longitudinal direction are formed on the bottom surface.

流路部材51は、入口61から測定部63に至る供給路62、および測定部63から出口65に至る排出路64から構成される流路60が、流路部材51の長手方向に渡って複数形成されており、この複数の流路60は直線状に配置されている。   The flow path member 51 includes a plurality of flow paths 60 including a supply path 62 extending from the inlet 61 to the measurement section 63 and a discharge path 64 extending from the measurement section 63 to the outlet 65 in the longitudinal direction of the flow path member 51. The plurality of flow paths 60 are arranged in a straight line.

図7に示すように、流路部材51の下部部分には、供給路62の出口と排出路64の入口が開口され、また流路部材51の下面に位置する金属膜55の表面と接する領域に、この供給路62の出口と排出路64の入口を囲むシール部51aが形成されており、このシール部51aの内側が測定部63となる。このため、流路部材51を誘電体ブロック50の金属膜55上に密接させた場合に、このシール部51a内の測定部63が流路として機能するようになる。なお、シール部51aは、流路部材51の上部部分と一体形成されたものであってもよいし、上部部分とは異なる素材により形成され、後付されたものであってもよく、例えばOリング等を流路部材51の下部部分に取り付けたものであってもよい。   As shown in FIG. 7, the lower portion of the flow path member 51 has the outlet of the supply path 62 and the inlet of the discharge path 64 opened, and a region in contact with the surface of the metal film 55 located on the lower surface of the flow path member 51. Further, a seal portion 51a is formed surrounding the outlet of the supply passage 62 and the inlet of the discharge passage 64, and the inside of the seal portion 51a becomes the measurement portion 63. For this reason, when the flow path member 51 is brought into close contact with the metal film 55 of the dielectric block 50, the measurement section 63 in the seal section 51a functions as a flow path. The seal portion 51a may be integrally formed with the upper portion of the flow path member 51, or may be formed of a material different from the upper portion and attached later, for example, O A ring or the like attached to the lower portion of the flow path member 51 may be used.

本発明の測定ユニットを使用する表面プラズモンセンサー等の測定装置では、蛋白質を含む液体試料が使用されることが想定されるが、流路60内で液体試料中の蛋白質が固着してしまうと測定を正確に行うことが困難となってしまうため、流路部材51の材料としては蛋白質に対する非特異吸着性を有しないことが好ましく、具体的にはシリコン、ポリプロピレン等を用いるとよい。また、流路部材51をこのような弾性材料からなるものとすることにより、流路部材51を金属膜55上に確実に密接させることができるため、接触面からの液体試料の液漏れを防止することができる。   In a measuring device such as a surface plasmon sensor using the measuring unit of the present invention, it is assumed that a liquid sample containing a protein is used. However, if the protein in the liquid sample is fixed in the flow channel 60, the measurement is performed. Therefore, it is preferable that the material of the flow path member 51 does not have non-specific adsorptivity to proteins, and specifically, silicon, polypropylene, or the like may be used. In addition, since the flow path member 51 is made of such an elastic material, the flow path member 51 can be reliably brought into close contact with the metal film 55, thereby preventing liquid leakage of the liquid sample from the contact surface. can do.

保持部材52は、ポリプロピレン等の弾性材料からなり、長手方向と直交する方向の断面が略冂字形状をしており、保持部材52の上板(保持板部)の流路部材51の入口61および出口65と対向する位置には流路部材51に向けて狭くなるテーパー状のピペット挿入孔52aが形成されており、保持部材52の上面の各ピペット挿入孔52aの中間、および両端のピペット挿入孔52aのさらに外側には位置決め用のボス52bが形成されている。   The holding member 52 is made of an elastic material such as polypropylene, and the cross section in the direction orthogonal to the longitudinal direction has a substantially square shape, and the inlet 61 of the flow path member 51 of the upper plate (holding plate portion) of the holding member 52. Further, a tapered pipette insertion hole 52a that narrows toward the flow path member 51 is formed at a position facing the outlet 65, and pipette insertion at the middle of each pipette insertion hole 52a on the upper surface of the holding member 52 and at both ends A positioning boss 52b is formed on the outer side of the hole 52a.

また、この保持部材52の上面には、蒸発防止部材54が両面テープ(接着部材)53により貼付されている。図5に示すように、両面テープ53のピペット挿入孔52aと対向する位置にはピペット挿入用の孔53aが形成され、ボス52bと対向する位置には位置決め用の孔53bが形成されており、同様に、蒸発防止部材54のピペット挿入孔52aと対向する位置にはスリット54aが形成され、ボス52bと対向する位置には位置決め用の孔54bが形成されており、ボス52bに両面テープ53の孔53bおよび蒸発防止部材54の孔54bを挿通した状態で、蒸発防止部材54を保持部材52の上面に貼付することにより、蒸発防止部材54のスリット54aと流路部材51の入口61および出口65とが対向するように構成される。この蒸発防止部材54は、スリット54aからピペットを挿入できるように弾性を有する材料である必要があり、具体的にはシリコンまたはポリプロピレン等を用いるとよい。なお、上記の保持部材52と蒸発防止部材54とは一体的に形成してもよく、これに加えてさらに流路部材51も一体的に形成してもよい。   Further, an evaporation preventing member 54 is attached to the upper surface of the holding member 52 with a double-sided tape (adhesive member) 53. As shown in FIG. 5, a pipette insertion hole 53a is formed at a position facing the pipette insertion hole 52a of the double-sided tape 53, and a positioning hole 53b is formed at a position facing the boss 52b. Similarly, a slit 54a is formed at a position facing the pipette insertion hole 52a of the evaporation preventing member 54, and a positioning hole 54b is formed at a position facing the boss 52b. In a state where the hole 53b and the hole 54b of the evaporation preventing member 54 are inserted, the evaporation preventing member 54 is attached to the upper surface of the holding member 52, whereby the slit 54a of the evaporation preventing member 54, the inlet 61 and the outlet 65 of the flow path member 51 are obtained. Are configured to face each other. The evaporation preventing member 54 needs to be made of a material having elasticity so that a pipette can be inserted from the slit 54a, and specifically silicon or polypropylene may be used. The holding member 52 and the evaporation preventing member 54 may be integrally formed, and in addition to this, the flow path member 51 may be integrally formed.

さらに、保持部材52の長手方向側板には、誘電体ブロック50に形成された係合凸部50cに係合させるための係合孔52cが形成されており、この係合孔52cを係合凸部50cに係合させて保持部材52と誘電体ブロック50とを係合させた状態で、流路部材51が保持部材52と誘電体ブロック50とに挟持され、流路部材51が誘電体ブロック50の上面50a上に保持されるように構成されている。   Furthermore, an engagement hole 52c for engaging with an engagement protrusion 50c formed in the dielectric block 50 is formed in the longitudinal side plate of the holding member 52, and the engagement hole 52c is engaged with the engagement protrusion 52c. In a state where the holding member 52 and the dielectric block 50 are engaged with each other by the portion 50c, the flow path member 51 is sandwiched between the holding member 52 and the dielectric block 50, and the flow path member 51 is the dielectric block. 50 is configured to be held on the upper surface 50a.

図7に示すように、流路部材51が保持部材52と誘電体ブロック50とに挟持された状態では、流路部材51の入口61および出口65は、蒸発防止部材54のスリット54aにより外気から遮断され、流路60内に注入された液体試料の蒸発を防止するように構成されている。   As shown in FIG. 7, in a state where the flow path member 51 is sandwiched between the holding member 52 and the dielectric block 50, the inlet 61 and the outlet 65 of the flow path member 51 are separated from the outside air by the slit 54a of the evaporation preventing member 54. The liquid sample that is blocked and injected into the flow path 60 is configured to prevent evaporation.

入射光学系15は、レーザ光源14から発散光状態で出射した光ビーム13を平行光化するコリメーターレンズ15aと、該平行光化された光ビーム13を分割するハーフミラー15cと、ハーフミラー15cにより反射された光ビーム13を測定ユニット10方向に反射させるミラー15dと、ハーフミラー15cを透過した光ビーム13、およびミラー15dにより反射された光ビーム13を上記界面50fおよび50g上で各々収束させる2つの集光レンズ15bとから構成されている。   The incident optical system 15 includes a collimator lens 15a that collimates the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent light state, a half mirror 15c that divides the collimated light beam 13, and a half mirror 15c. The light beam 13 reflected by the mirror 15d is reflected in the direction of the measurement unit 10, the light beam 13 transmitted through the half mirror 15c, and the light beam 13 reflected by the mirror 15d are converged on the interfaces 50f and 50g, respectively. It is composed of two condenser lenses 15b.

光ビーム13は、上述のように集光されるので、界面50fおよび50gに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビーム13は界面50fおよび50gで全反射し、この反射した光ビーム13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。なお、上記光学系15は、光ビーム13を界面50fおよび50gにデフォーカス状態で入射させるように構成されてもよい。そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。   Since the light beam 13 is condensed as described above, the light beam 13 includes components incident on the interfaces 50f and 50g at various incident angles θ. In addition, this incident angle (theta) shall be an angle more than a total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interfaces 50f and 50g, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles. The optical system 15 may be configured to cause the light beam 13 to enter the interfaces 50f and 50g in a defocused state. By doing so, errors in surface plasmon resonance state detection are averaged, and measurement accuracy is improved.

なお光ビーム13は、界面50fおよび50g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をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板で光ビーム13の偏光の向きを制御してもよい。   The light beam 13 is incident on the interfaces 50f and 50g as p-polarized light. In order to do so, the laser light source 14 may be disposed in advance so that the polarization direction thereof is a predetermined direction. In addition, the direction of polarization of the light beam 13 may be controlled with a wave plate.

図8に示すように、本実施の形態において、測定ユニット10の各流路60の測定部63
には2箇所の界面50fおよび50gに対して光ビーム13が並列的に入射されるが、このうち一方の界面50f上の金属膜55上は何も固定していない参照領域とし、他方の界面50g上の金属膜55上はリガンド73を固定した検出領域とし、後述のリファレンス法による測定結果の校正を行うことができるようにしている。
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the measurement unit 63 of each flow path 60 of the measurement unit 10 is used.
The light beam 13 is incident on the two interfaces 50f and 50g in parallel, of which the metal film 55 on one interface 50f is used as a reference region where nothing is fixed, and the other interface On the metal film 55 above 50 g, a detection region in which the ligand 73 is fixed is used so that the measurement result can be calibrated by the reference method described later.

以下、上記構成の表面プラズモンセンサー1による試料分析について説明する。測定に先立ち、恒温室2からチップ保持部11上の測定位置へ向けて測定ユニット10が移動される。チップ保持部11には誘電体ブロック50に形成された摺動溝50eと係合するレール11aが形成されており、測定ユニット10を移動させる際に高い位置精度を確保することができるようになっている。さらに、測定ユニット10がチップ保持部11上に載置された後、誘電体ブロック50に形成された垂直凸部50dが不図示の固定機構により挟持されてチップ保持部11上の測定位置に固定される。その後、図8に示すように流路部材51の入口61に液体試料供給用ピペットチップ70を挿入し、出口65に液体試料吸入用ピペットチップ71を挿入し、液体試料供給用ピペットチップ70から液体試料としてアナライトを含有するバッファー72を流路60の測定部63に供給した後、測定を開始する。   Hereinafter, sample analysis by the surface plasmon sensor 1 having the above-described configuration will be described. Prior to the measurement, the measurement unit 10 is moved from the temperature-controlled room 2 toward the measurement position on the chip holder 11. The chip holding portion 11 is formed with a rail 11a that engages with a sliding groove 50e formed in the dielectric block 50, so that high positional accuracy can be ensured when the measuring unit 10 is moved. ing. Further, after the measurement unit 10 is placed on the chip holding part 11, the vertical convex part 50d formed on the dielectric block 50 is clamped by a fixing mechanism (not shown) and fixed at the measurement position on the chip holding part 11. Is done. Thereafter, as shown in FIG. 8, the pipette tip 70 for supplying the liquid sample is inserted into the inlet 61 of the flow path member 51, and the pipette tip 71 for sucking the liquid sample is inserted into the outlet 65. After supplying the buffer 72 containing the analyte as a sample to the measuring unit 63 of the flow channel 60, the measurement is started.

図3に示す通り、レーザ光源14から発散光状態で出射した光ビーム13は、光学系15の作用により、測定部63の下の誘電体ブロック50と金属膜55との界面50fおよび50g上で収束する。この際、光ビーム13は、界面50fおよび50gに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビーム13は界面50fおよび50gで全反射し、この反射した光ビーム13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。   As shown in FIG. 3, the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent light state is caused on the interfaces 50 f and 50 g between the dielectric block 50 and the metal film 55 below the measuring unit 63 by the action of the optical system 15. Converge. At this time, the light beam 13 includes components incident on the interfaces 50f and 50g at various incident angles θ. In addition, this incident angle (theta) shall be an angle more than a total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interfaces 50f and 50g, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles.

界面50fおよび50gで全反射した後、2つのコリメーターレンズ16によって各々平行光化された2本の光ビーム13は、2つのフォトダイオードアレイ17により各々検出される。本例におけるフォトダイオードアレイ17は、複数のフォトダイオード17a、17b、17c……が1列に並設されてなり、図3の図示面内において、平行光化された光ビーム13の進行方向に対してフォトダイオード並設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。したがって、上記界面50fおよび50gにおいて種々の反射角で全反射した光ビーム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。   After total reflection at the interfaces 50f and 50g, the two light beams 13 respectively collimated by the two collimator lenses 16 are detected by the two photodiode arrays 17, respectively. In the photodiode array 17 in this example, a plurality of photodiodes 17a, 17b, 17c... Are arranged in a line, and in the traveling direction of the collimated light beam 13 in the plane shown in FIG. On the other hand, the photodiodes are arranged in a direction in which the parallel arrangement direction of the photodiodes is substantially a right angle. Therefore, different photodiodes 17a, 17b, 17c,... Receive the components of the light beam 13 totally reflected at various reflection angles at the interfaces 50f and 50g.

図9は、この表面プラズモンセンサーの信号処理部18の構成を示すブロック図である。図示の通り上記信号処理部18は、フォトダイオード17a、17b、17c……の各出力が入力されるマルチプレクサ18a、このマルチプレクサ18aの出力をA/D変換するA/D変換部18b、このA/D変換部18bから出力された信号を処理する演算部18cから構成されている。   FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the signal processing unit 18 of the surface plasmon sensor. As shown in the figure, the signal processing unit 18 includes a multiplexer 18a to which outputs of the photodiodes 17a, 17b, 17c,... Are input, an A / D conversion unit 18b for A / D converting the output of the multiplexer 18a, The calculation unit 18c is configured to process the signal output from the D conversion unit 18b.

演算部18cは、フォトダイオードアレイ17の広範囲の検出結果に基づいて重心法により暗線の位置を取得する広範囲用暗線位置取得手段と、フォトダイオードアレイ17の狭範囲の検出結果に基づいて差分法により暗線の位置を取得する狭範囲用暗線位置取得手段と、これら2つの暗線位置取得手段の中から一つの暗線位置取得手段を選択する選択手段としての機能を備えている。   The calculation unit 18c includes a wide-range dark line position acquisition unit that acquires the position of the dark line by the barycentric method based on the wide-range detection result of the photodiode array 17, and a differential method based on the narrow-range detection result of the photodiode array 17. It has a function as a narrow range dark line position acquisition unit for acquiring a dark line position and a selection unit for selecting one dark line position acquisition unit from these two dark line position acquisition units.

ここで、広範囲用暗線位置取得手段(重心法)による暗線の算出方法、および狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)による暗線の算出方法について説明する。   Here, a dark line calculation method by the wide range dark line position acquisition unit (center of gravity method) and a dark line calculation method by the narrow range dark line position acquisition unit (difference method) will be described.

図10(1)は、界面50f(または50g)で全反射した光ビーム13の入射角θ毎の光強度を示すグラフである。なお、縦軸は光強度I、横軸は入射角θを示している。また、図10(2)は、フォトダイオード17a、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、17b、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。   FIG. 10A is a graph showing the light intensity at each incident angle θ of the light beam 13 totally reflected at the interface 50f (or 50g). The vertical axis indicates the light intensity I, and the horizontal axis indicates the incident angle θ. FIG. 10 (2) shows the direction in which the photodiodes 17a, 17b, 17c... Are arranged, and as described above, the positions in the direction in which these photodiodes 17a, 17b, 17c. It uniquely corresponds to the incident angle θ.

界面50f(または50g)にある特定の入射角θSPで入射した光は、金属膜55とバッファー72との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Iが鋭く低下する。つまりθSPが全反射減衰角であり、この角度θSPにおいて反射光強度Iは最小値を取る。この反射光強度Iの低下は、図3にDで示すように、反射光中の暗線として観察される。 Light incident at a specific incident angle θ SP at the interface 50f (or 50g) excites surface plasmons at the interface between the metal film 55 and the buffer 72, and the reflected light intensity I sharply decreases for this light. That theta SP is attenuated total reflection angle, the reflected light intensity I in the angle theta SP takes a minimum value. This decrease in the reflected light intensity I is observed as a dark line in the reflected light, as indicated by D in FIG.

広範囲用暗線位置取得手段(重心法)により暗線の位置を算出する場合、各フォトダイオードから出力された信号のA/D変換後の信号値をY、各フォトダイオードの配列方向をXとし、(2)式により重心位置C(X)を算出することによって暗線の位置を算出することができる。

Figure 2007033289
When calculating the position of the dark line by the dark line position acquisition means for wide area (centroid method), the signal value after A / D conversion of the signal output from each photodiode is Y i , and the array direction of each photodiode is X i The position of the dark line can be calculated by calculating the center of gravity position C (X) by the equation (2).
Figure 2007033289

なお、αiは重み付けの要素であり、簡単な場合には例えばαi=1等の係数、複雑な場合には例えばαiはX等の関数を用いる。 Incidentally, .alpha.i is an element of the weighting coefficients such .alpha.i = 1 For example, if simple, if complex, for example .alpha.i uses functions such as X i Y i.

次に、狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)により暗線の位置を算出する場合について説明する。図10(3)は、フォトダイオード17a、17b、17c……から出力された信号のA/D変換後の信号値において、互いに隣接するフォトダイオードの信号値同士で差分を求めた場合の差分値I´を示すグラフである。なお、縦軸は差分値I´、横軸は入射角θを示している。   Next, a case where the dark line position is calculated by the narrow range dark line position acquisition means (difference method) will be described. FIG. 10 (3) shows a difference value when a difference is obtained between signal values of adjacent photodiodes in the signal values after A / D conversion of the signals output from the photodiodes 17a, 17b, 17c. It is a graph which shows I '. The vertical axis indicates the difference value I ′, and the horizontal axis indicates the incident angle θ.

狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)により暗線の位置を算出する場合、差分値I´の値に基づいて、複数の差分値I´の中から全反射減衰角θSPに対応する差分値I´=0に最も近い出力が得られているもの(図10の例ではフォトダイオード17dと17eとの差分値I´となる)を選択し、その差分値I´に所定の補正処理を施してから、その値を表示部19に表示させる。 When the dark line position is calculated by the narrow range dark line position acquisition means (difference method), the difference value corresponding to the total reflection attenuation angle θ SP among the plurality of difference values I ′ based on the value of the difference value I ′. The output that is closest to I ′ = 0 is obtained (in the example of FIG. 10, the difference value I ′ between the photodiodes 17d and 17e is selected), and a predetermined correction process is performed on the difference value I ′. After that, the value is displayed on the display unit 19.

広範囲用暗線位置取得手段(重心法)により暗線の位置を算出する場合、暗線位置の精度はフォトダイオードの配設ピッチに依存するが、高速に暗線位置を算出することができる。逆に、狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)により暗線を算出する場合、フォトダイオードの配設ピッチよりも高い精度で暗線位置を算出することができるが、暗線が大きく移動して暗線を検出しているフォトダイオードが変わってしまった場合には、広範囲用暗線位置取得手段(重心法)に比べ暗線を算出するまでに時間がかかってしまう。   When the dark line position is calculated by the wide-area dark line position acquisition means (centroid method), the dark line position accuracy depends on the arrangement pitch of the photodiodes, but the dark line position can be calculated at high speed. Conversely, when dark lines are calculated by the narrow range dark line position acquisition means (difference method), the dark line position can be calculated with higher accuracy than the arrangement pitch of the photodiodes. When the detected photodiode is changed, it takes time to calculate the dark line as compared with the wide-area dark line position acquisition means (centroid method).

演算部18cにおいては、フォトダイオード17a、17b、17c……から出力された信号のA/D変換後の信号値に基づいて、広範囲用暗線位置取得手段(重心法)と狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)の2つの暗線位置取得手段により同時に計算を行う。選択手段において、広範囲用暗線位置取得手段(重心法)による暗線位置の算出が終了した時点で狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)による暗線位置の算出も終了している場合には狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)により算出された結果を出力する。また、広範囲用暗線位置取得手段(重心法)による暗線位置の算出が終了した時点で狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)による暗線位置の算出が終了していない場合にはまず広範囲用暗線位置取得手段(重心法)により算出された結果を出力し、狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)による暗線位置の算出が終了した時点でこの結果を出力する。   In the calculation unit 18c, based on the signal value after A / D conversion of the signals output from the photodiodes 17a, 17b, 17c..., The wide-range dark line position acquisition means (centroid method) and the narrow-range dark line position acquisition Calculation is performed simultaneously by the two dark line position acquisition means of the means (difference method). In the selection means, when the calculation of the dark line position by the narrow-line dark line position acquisition means (difference method) is finished when the calculation of the dark line position by the wide-area dark line position acquisition means (center of gravity method) is finished, the narrow range The result calculated by the dark line position acquisition means (difference method) is output. If the calculation of the dark line position by the narrow range dark line position acquisition means (difference method) is not completed when the calculation of the dark line position by the wide area dark line position acquisition means (center of gravity method) is completed, first, the wide area dark line is calculated. The result calculated by the position acquisition unit (center of gravity method) is output, and this result is output when the calculation of the dark line position by the narrow range dark line position acquisition unit (difference method) is completed.

上記のような態様とすることにより、狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)による高精度の算出に時間がかかる場合でも、広範囲用暗線位置取得手段(重心法)による通常精度の結果を高速に出力することができ、また狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)による算出が終了した時点で高精度の結果を出力することができるので、測定の利便性を向上させることができる。   By adopting the above-described aspect, even if it takes time to calculate with high accuracy by the dark line position acquisition unit for narrow range (difference method), the result of normal accuracy by the dark line position acquisition unit for wide area (center of gravity method) can be obtained at high speed. In addition, it is possible to output a highly accurate result at the time when the calculation by the narrow-line dark line position acquisition means (difference method) is completed, so that the convenience of measurement can be improved.

また、精度が不要な場合には広範囲用暗線位置取得手段(重心法)により得られたデータのみを利用し、精度が必要な場合には狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)により得られたデータを利用するといった使分けも可能である。   When accuracy is not required, only data obtained by the dark line position acquisition means for wide area (centroid method) is used, and when accuracy is required, it is obtained by the dark line position acquisition means for narrow range (difference method). It is also possible to use the data separately.

なお、本実施の形態においては、リファレンス法を行うべく検出領域と参照領域の2つの領域を有し、この2つの領域の測定を同時に行っており、これによりバッファーの温度変化や光源変動等の外乱による誤差を校正することが可能であるため、装置の測定精度を向上させることができる。   In this embodiment, there are two regions, a detection region and a reference region, for performing the reference method, and these two regions are measured at the same time. Since the error due to disturbance can be calibrated, the measurement accuracy of the apparatus can be improved.

金属膜55の表面には、不図示のリンカー層が形成されている。リンカー層は、リガンドを金属膜55上に固定化するための層である。参照領域の形成方法としては、例えばリンカー層の半分に対して表面処理を施して、リガンドと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー層の半分の結合基を失活させた領域が参照領域となり、残りの半分が検出領域となる。このように結合基を失活させるには、エタノールアミン−ヒドロクロライドを用いればよい。参照領域の別の構成方法としては、参照領域にアルキルチオールを配するようにすれば、アルキル基を表面に配することができ、このアルキル基はアミノカップリング法でリガンド結合させることはできないので、参照領域として使うことができる。また、リガンド固定機能のない有機膜や、測定に用いるアナライトと反応しないことが分かっているタンパク質を参照領域として使ってもよい。   A linker layer (not shown) is formed on the surface of the metal film 55. The linker layer is a layer for immobilizing the ligand on the metal film 55. As a method for forming the reference region, for example, a surface treatment is applied to half of the linker layer to deactivate the binding group that binds to the ligand. Thereby, the area | region which deactivated the bonding group of the half of the linker layer becomes a reference area, and the other half becomes a detection area. In this way, ethanolamine-hydrochloride may be used to deactivate the bonding group. As another constitution method of the reference region, if an alkylthiol is arranged in the reference region, an alkyl group can be arranged on the surface, and this alkyl group cannot be ligand-bonded by the amino coupling method. Can be used as a reference area. Alternatively, an organic film having no ligand fixing function or a protein known not to react with an analyte used for measurement may be used as the reference region.

また、測定装置については、複数の表面プラズモン測定系により測定ユニットに設けられた全ての流路に対して同時に測定を行う態様に限定されるものではなく、一つの表面プラズモン測定系のみを備え、測定ユニットの位置を測定系に対して相対的に移動させることによって測定ユニットに設けられた複数の流路の測定を順次行う態様としてもよい。   In addition, the measuring device is not limited to a mode in which a plurality of surface plasmon measurement systems simultaneously measure all the channels provided in the measurement unit, and includes only one surface plasmon measurement system, It is good also as an aspect which measures the several flow path provided in the measurement unit sequentially by moving the position of a measurement unit relatively with respect to a measurement system.

また、広範囲用暗線位置取得手段(重心法)および狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)により暗線の位置を取得する場合、上記のように各フォトダイオードから出力された信号のA/D変換後の信号値に基づいてソフトウェアにより暗線位置を算出する態様に限らず、広範囲用暗線位置取得手段(重心法)の場合には例えばデジタル回路等、狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)の場合には例えば差分アンプ等、ハードウェアを用いて暗線位置を取得するようにしてもよい。   In addition, when the dark line position is acquired by the dark line position acquisition unit for the wide range (center of gravity method) and the dark line position acquisition unit for the narrow range (difference method), the A / D conversion of the signal output from each photodiode as described above is performed. It is not limited to a mode in which the dark line position is calculated by software based on the later signal value, but in the case of a wide range dark line position acquisition means (center of gravity method), for example, a digital circuit or the like In this case, the dark line position may be acquired using hardware such as a difference amplifier.

また、選択手段による暗線位置取得手段の選択方法は上記に限らず、以下の判断基準により選択を行うようにしてもよい。まず広範囲用暗線位置取得手段(重心法)により暗線位置の測定を開始し、1秒当たりの暗線位置変化量が10RU未満となった時点で狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)に切り替える。狭範囲用暗線位置取得手段(差分法)による測定時に、1秒当たりの暗線位置変化量が10RU以上となった時点で広範囲用暗線位置取得手段(重心法)に切り替える。以後、上記の条件を満たす毎に暗線位置取得手段の切替えを行う。このような態様としても、精度と計算時間を両立させて測定の利便性を向上させることができる。   Further, the selection method of the dark line position acquisition unit by the selection unit is not limited to the above, and the selection may be performed based on the following determination criteria. First, the measurement of the dark line position is started by the dark line position acquisition means for wide area (centroid method), and when the amount of change in the dark line position per second becomes less than 10 RU, the dark line position acquisition means for the narrow area (difference method) is switched. At the time of measurement by the narrow line dark line position acquisition means (difference method), when the amount of change in dark line position per second becomes 10 RU or more, switching to the wide area dark line position acquisition means (center of gravity method) is performed. Thereafter, the dark line position acquisition means is switched every time the above condition is satisfied. Even in such an aspect, it is possible to improve the convenience of measurement while achieving both accuracy and calculation time.

さらに、光検出手段は、フォトダイオードアレイに限らず、CCD等を用いてもよい。   Furthermore, the light detection means is not limited to a photodiode array, and a CCD or the like may be used.

次に、図11を参照して本発明の第2の実施の形態について説明する。なおこの図11において、図3中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。この第2の実施の形態の測定ユニットは漏洩モードセンサーに対応したものであり、測定系は第1の実施の形態の表面プラズモンセンサーと同じ構成である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 11, the same elements as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly required. The measurement unit of the second embodiment corresponds to a leaky mode sensor, and the measurement system has the same configuration as the surface plasmon sensor of the first embodiment.

この測定ユニット10´の誘電体ブロック50の一面(図中の上面)には薄膜層としてのクラッド層56および光導波層57が順に積層されている。誘電体ブロック50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56は、誘電体ブロック50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57は、クラッド層56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56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57の膜厚は、例えばPMMAから形成する場合で700nm程度とされる。   On one surface (upper surface in the figure) of the dielectric block 50 of the measurement unit 10 ′, a clad layer 56 and an optical waveguide layer 57 as a thin film layer are sequentially laminated. The dielectric block 50 is formed using, for example, synthetic resin or optical glass such as BK7. On the other hand, the cladding layer 56 is formed in a thin film shape using a dielectric having a lower refractive index than that of the dielectric block 50 or a metal such as gold. The optical waveguide layer 57 is also formed into a thin film using a dielectric having a higher refractive index than the cladding layer 56, such as PMMA. The thickness of the cladding layer 56 is, for example, 36.5 nm when formed from a gold thin film, and the thickness of the optical waveguide layer 57 is, for example, about 700 nm when formed from PMMA.

上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、レーザ光源14から出射した光ビーム13を誘電体ブロック50を通してクラッド層56に対して全反射角以上の入射角で入射させると、光ビーム13が誘電体ブロック50とクラッド層56との界面50fおよび50gで全反射するが、クラッド層56を透過して光導波層57に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層57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57に取り込まれるので、上記界面50fおよび50g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。   In the leakage mode sensor configured as described above, when the light beam 13 emitted from the laser light source 14 is incident on the cladding layer 56 through the dielectric block 50 at an incident angle equal to or greater than the total reflection angle, the light beam 13 and the dielectric block 50 Although the light is totally reflected at the interfaces 50f and 50g with the clad layer 56, light of a specific wave number that is transmitted through the clad layer 56 and incident on the optical waveguide layer 57 at a specific incident angle propagates through the optical waveguide layer 57 in a waveguide mode. To come. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer 57, and total reflection attenuation occurs in which the intensity of light totally reflected at the interfaces 50f and 50g sharply decreases.

光導波層57における導波光の波数は、該光導波層57の上のバッファー72もしくはリガンド73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、バッファー72もしくはリガンド73の屈折率を知ることができる。また、差動アンプアレイ18の各差動アンプが出力する微分値I´に基づいてリガンド73とバッファー72の中の被検体との結合状態の変化の様子を調べることができる。   Since the wave number of guided light in the optical waveguide layer 57 depends on the refractive index of the buffer 72 or the ligand 73 on the optical waveguide layer 57, knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs, the buffer 72 or the ligand The refractive index of 73 can be known. Further, it is possible to examine the change in the binding state between the ligand 73 and the analyte in the buffer 72 based on the differential value I ′ output from each differential amplifier of the differential amplifier array 18.

上記第2の実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本発明の第1の実施の形態による表面プラズモンセンサーの概略構成を示す平面図The top view which shows schematic structure of the surface plasmon sensor by the 1st Embodiment of this invention 上記表面プラズモンセンサーの測定系の平面図Plan view of the measurement system of the above surface plasmon sensor 上記表面プラズモンセンサーの測定系の側面図Side view of the measurement system of the above surface plasmon sensor 上記表面プラズモンセンサーの測定ユニットの斜視図Perspective view of the measurement unit of the surface plasmon sensor 上記測定ユニットの分解斜視図Exploded perspective view of the measurement unit 上記測定ユニットの上面図Top view of the above measurement unit 図6中のVII−VII線断面図VII-VII line sectional view in FIG. 図2中のVIII−VIII線断面図VIII-VIII sectional view in FIG. 上記表面プラズモンセンサーの信号処理部の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the signal processing part of the said surface plasmon sensor 上記表面プラズモンセンサーの測定系における光ビーム入射角と検出光強度との関係、並びに光ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係を示す概略図Schematic showing the relationship between the light beam incident angle and the detected light intensity and the relationship between the light beam incident angle and the differential value of the light intensity detection signal in the measurement system of the surface plasmon sensor. 本発明の第2の実施の形態による漏洩モードセンサーの測定系の側面図Side view of measurement system of leaky mode sensor according to second embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

10 測定ユニット
13 光ビーム
14 レーザ光源
15 光学系
16 コリメーターレンズ
17 フォトダイオードアレイ
17a、17b、17c…… フォトダイオード
18 信号処理部
19 表示部
50 誘電体ブロック
51 流路部材
52 保持部材
53 両面テープ
54 蒸発防止部材
55 金属膜
56 クラッド層
57 光動波層
60 流路
61 入口
62 供給路
63 測定部
64 排出路
65 出口
70、71 ピペット
72 液体試料
73 リガンド
10 Measuring unit
13 Light beam
14 Laser light source
15 Optical system
16 Collimator lens
17 Photodiode array
17a, 17b, 17c …… Photodiode
18 Signal processor
19 Display
50 dielectric block
51 Channel member
52 Holding member
53 Double-sided tape
54 Evaporation prevention member
55 Metal film
56 Clad layer
57 Lightwave layer
60 channels
61 entrance
62 Supply channel
63 Measurement unit
64 Discharge channel
65 Exit
70, 71 pipettes
72 Liquid sample
73 Ligand

Claims (4)

薄膜層が形成された誘電体ブロック、および前記薄膜層上に試料を保持する試料保持機構を備えた測定ユニットと、
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ように種々の角度で入射させる入射光学系と、
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強度を検出する光検出手段と、
該光検出手段による検出結果に基づいて前記界面での反射光強度が極小値となる暗線の位置を取得する演算手段とを備えてなる測定装置において、
前記演算手段が、各々異なる取得方法により前記暗線の位置を取得する複数の暗線位置取得手段と、前記複数の暗線位置取得手段の中から一つの暗線位置取得手段を選択する選択手段とを備えたものであることを特徴とする測定装置。
A dielectric block in which a thin film layer is formed, and a measurement unit including a sample holding mechanism for holding a sample on 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 various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer;
Light detecting means for detecting the intensity of the light beam totally reflected at various reflection angles at the interface;
In a measuring apparatus comprising: an arithmetic unit that acquires a position of a dark line at which the reflected light intensity at the interface becomes a minimum value based on a detection result by the light detection unit;
The calculation means includes a plurality of dark line position acquisition means for acquiring the position of the dark line by different acquisition methods, and a selection means for selecting one dark line position acquisition means from the plurality of dark line position acquisition means. A measuring device characterized by being a thing.
前記演算手段が、前記光検出手段の広範囲の検出領域の検出結果に基づいて前記暗線の位置を取得する広範囲用暗線位置取得手段と、前記光検出手段の狭範囲の検出領域の検出結果に基づいて前記暗線の位置を取得する狭範囲用暗線位置取得手段とを備えたものであることを特徴とする請求項1記載の測定装置。   The calculation means is based on the detection result of the dark line position for the wide area based on the detection result of the wide detection area of the light detection means, and the detection result of the narrow detection area of the light detection means. The measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a narrow range dark line position acquisition unit configured to acquire the position of the dark line. 前記広範囲用暗線位置取得手段が、重心法により前記暗線の位置を取得するものであることを特徴とする請求項1または2記載の測定装置。   The measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the wide-area dark line position acquisition means acquires the position of the dark line by a center of gravity method. 前記狭範囲用暗線位置取得手段が、差分法により前記暗線の位置を取得するものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の測定装置。   The measuring apparatus according to claim 1, wherein the narrow range dark line position acquisition unit acquires the position of the dark line by a difference method.
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