JP2008203216A - Biosensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面プラズモン共鳴現象を利用して被測定試料の反応や濃度変化などを検出するバイオセンサに関する。 The present invention relates to a biosensor that detects a reaction or a change in concentration of a sample to be measured by utilizing a surface plasmon resonance phenomenon.
抗原抗体反応をノンラベル、且つリアルタイムでモニタリングできるセンサとして表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance:SPR)を利用して生体内で起こるさまざまな分子間相互作用を電気的に解析するセンサが開発されている。 As a sensor that can monitor an antigen-antibody reaction in a non-labeled manner in real time, a sensor has been developed that electrically analyzes various intermolecular interactions that occur in a living body using surface plasmon resonance (SPR).
表面プラズモン共鳴現象とは、表面に厚さ約50nmの金属薄膜を形成したガラス内に白色光を入射した場合において、特定の波長の光が生じさせるエバネッセント波が金属薄膜表面の電子振動と共鳴する現象である。 The surface plasmon resonance phenomenon is that an evanescent wave generated by light of a specific wavelength resonates with electronic vibrations on the surface of a metal thin film when white light is incident on a glass having a metal thin film with a thickness of about 50 nm formed on the surface. It is a phenomenon.
このSPRを利用したセンサは、センサ表面の表面状態(屈折率)に敏感なため、センサ表面で起こる反応をリアルタイムで検出できると共に、センサ表面と接する媒体(ガス、液体)などの成分の種類や濃度の違いによる微量な変化を検出できることから、物質の同定や物質濃度の測定用センサとしての応用も期待されている。 Since the sensor using this SPR is sensitive to the surface state (refractive index) of the sensor surface, the reaction occurring on the sensor surface can be detected in real time, and the types of components such as the medium (gas, liquid) in contact with the sensor surface Since minute changes due to differences in concentration can be detected, application as a sensor for substance identification and substance concentration measurement is also expected.
このSPR現象を応用して物質間の相互作用を測定するセンサが開発されており、その一つとして、光ファイバを用いたものがある(例えば、特許文献1参照。)。この光ファイバセンサは、光ファイバの先端のグラッドを除去し、むき出しになった光ファイバコアの表面に金属薄膜を形成し、さらにこの金属薄膜上に特定の物質と相互作用する物質、例えば抗体等を結合させたものであり、この抗体と外来の抗原との結合に伴う減衰波長の変化、或いは光の減衰量を検出することによって、試料中の抗原の濃度等を測定することができる。 Sensors that measure the interaction between substances by applying this SPR phenomenon have been developed, and one of them is an optical fiber (see, for example, Patent Document 1). This optical fiber sensor removes the grad at the tip of the optical fiber, forms a metal thin film on the surface of the exposed optical fiber core, and further interacts with a specific substance on the metal thin film, such as an antibody. The concentration of the antigen in the sample can be measured by detecting the change in the attenuation wavelength associated with the binding between the antibody and the foreign antigen, or the amount of light attenuation.
また、コアとクラッドからなる光ファイバの中間部分をU字型に曲げてなる湾曲部と、この湾曲部のクラッドを除去して露出したコア表面を覆うように導電性金属からなる金属薄膜層を備える表面プラズモン共鳴センサプローブを形成することで、光ファイバのコア内を伝播する光の屈折率が、エバネッセント波及び表面プラズモンの作用により変化し、光ファイバの他端から出射光強度の変化として出力され、この出射光強度が最も減衰する最大共鳴波長を得ることで、被測定試料を特定することができる表面プラズモン共鳴センサプローブも開示されている(例えば、特許文献2参照。)。この表面プラズモン共鳴センサプローブは、光ファイバを完全に湾曲させる、又は180度折り返すことで、屈折率の微小変化を検出することができる。
しかしながら、特許文献1および特許文献2のように、従来の光ファイバセンサは、クラッドを除去する際にキズが入りやすいなど、取り扱いや加工が難しく、高価な特殊光ファイバを用いているため、安価に大量に製造することが困難である。
However, as in Patent Document 1 and
近年、微量な試料中に微量ずつ含まれる多種類の物質を測定するために、光ファイバセンサの小型化及び低価格化の要求が高まっている。しかしながら、特殊光ファイバが高価なために普及していない。 In recent years, there has been an increasing demand for downsizing and cost reduction of optical fiber sensors in order to measure many kinds of substances contained in minute amounts in a minute amount of sample. However, special optical fibers are not popular because they are expensive.
本発明は、このような問題に鑑みて為されたものであり、表面プラズモン共鳴現象を利用して被測定試料の反応や濃度変化などを検出することができ、安価でかつ簡易な構成のバイオセンサ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 can detect a reaction or a change in concentration of a sample to be measured using a surface plasmon resonance phenomenon. An object is to provide a sensor.
上記目的を達成するための本発明の請求項1に記載のバイオセンサは、表面プラズモン共鳴現象を応用して物質間相互作用を検出するバイオセンサであって、ガラス棒と、前記ガラス棒の外周部および第1片端面に形成される金属層と、前記金属層上に形成され,特定の物質と相互作用する反応物質を含む反応層とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a biosensor according to claim 1 of the present invention is a biosensor that detects an interaction between substances by applying a surface plasmon resonance phenomenon, and includes a glass rod and an outer periphery of the glass rod. And a metal layer formed on the first end surface and a reaction layer formed on the metal layer and containing a reactive substance that interacts with a specific substance.
本発明の請求項2に記載のバイオセンサは、請求項1記載のバイオセンサにおいて、前記ガラス棒の第2片端面に光を導入する光源と、前記ガラス棒に導入された導入光、および前記金属層上に形成された前記反応層と表面プラズモン共鳴現象による物質間相互作用によって反射されたプラズモン共鳴光を分岐するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにおいて分岐された光を検出する光検出器とを更に備えることを特徴とする。
The biosensor according to
本発明の請求項3に記載のバイオセンサは、請求項1または2記載のバイオセンサにおいて、前記ガラス棒の外周部および片端面に形成される金属層はAu(金)であることを特徴とする。
The biosensor according to
本発明の請求項4に記載のバイオセンサは、請求項2記載のバイオセンサにおいて、前記センサ部、前記光源、前記ビームスプリッタ、および前記光検出器は、空間系で光学的に接続されることを特徴とする。
The biosensor according to claim 4 of the present invention is the biosensor according to
本発明の請求項5に記載のバイオセンサは、表面プラズモン共鳴現象を応用して物質間相互作用を検出するバイオセンサであって、第1片端面、第2片端面を有し、湾曲形状を有するガラス棒と、前記ガラス棒の外周部のみに形成される金属層と、前記金属層上に形成され,特定の物質と相互作用する反応物質を含む反応層とを有するセンサ部を備えることを特徴とする。
The biosensor according to
本発明の請求項6に記載のバイオセンサは、請求項5記載のバイオセンサにおいて、前記ガラス棒の前記第1片端面に光を導入する光源と、前記ガラス棒に導入された導入光、および前記金属層上に形成された前記反応層と表面プラズモン共鳴現象による物質間相互作用によって反射されたプラズモン共鳴光を前記ガラス棒の前記第2片端面から検出する光検出器とを更に備えることを特徴とする。
The biosensor according to claim 6 of the present invention is the biosensor according to
本発明の請求項7に記載のバイオセンサは、請求項5または6記載のバイオセンサにおいて、前記ガラス棒の外周部に形成される金属層はAu(金)であることを特徴とする。
The biosensor according to claim 7 of the present invention is the biosensor according to
本発明の請求項8に記載のバイオセンサは、請求項6記載のバイオセンサにおいて、前記センサ部、前記光源、および前記光検出器は、空間系で光学的に接続されることを特徴とする。
The biosensor according to
本発明の請求項9に記載のバイオセンサは、請求項5乃至8記載のいずれかのバイオセンサにおいて、湾曲形状を有する前記ガラス棒の前記第1片端面近傍、および前記第2片端面近傍を収納し、前記ガラス棒の湾曲形状の曲率半径に等しい湾曲溝を有する基板部材を更に備え、前記金属層上に形成された前記反応層は、前記基板部材の外部に露出されることを特徴とする。 A biosensor according to a ninth aspect of the present invention is the biosensor according to any one of the fifth to eighth aspects, wherein the vicinity of the first one end surface and the vicinity of the second one end surface of the glass rod having a curved shape. The substrate member further includes a substrate member having a curved groove equal to the radius of curvature of the curved shape of the glass rod, and the reaction layer formed on the metal layer is exposed to the outside of the substrate member. To do.
本発明のバイオセンサによれば、安価でかつ簡易な構成で、表面プラズモン共鳴現象を利用して被測定試料の反応や濃度変化などを検出することができるバイオセンサを提供することができる。 According to the biosensor of the present invention, it is possible to provide a biosensor that can detect a reaction of a sample to be measured, a change in concentration, and the like using a surface plasmon resonance phenomenon with an inexpensive and simple configuration.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and different from the actual ones. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is to arrange the components and the like as follows. Not specific. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態に係るバイオセンサは、図1に示すように、表面プラズモン共鳴現象を応用して物質間相互作用を検出するバイオセンサであって、ガラス棒2と、ガラス棒2の外周部および第1片端面2aに形成される金属層3と、金属層3上に形成され,特定の物質と相互作用する反応物質を含む反応層4とを有するセンサ部1を備える。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the biosensor according to the first embodiment of the present invention is a biosensor that detects an interaction between substances by applying a surface plasmon resonance phenomenon, and includes a
さらに、本発明の第1の実施の形態に係るバイオセンサは、図1に示すように、ガラス棒2の第2片端面2bに光を導入する光源5と、ガラス棒2に導入された導入光、および金属層3上に形成された反応層4と表面プラズモン共鳴現象による物質間相互作用によって反射された表面プラズモン共鳴光を分岐するビームスプリッタ7と、ビームスプリッタ7において分岐された光を検出する光検出器8とを備えることを特徴とする。
Furthermore, the biosensor according to the first embodiment of the present invention includes a
ここで、ガラス棒2に導入された導入光は、ガラス棒2の内側を通過して、ガラス棒2の外周部および第1片端面に形成される金属層3によって反射される。
Here, the introduced light introduced into the
ガラス棒2の第2片端面2bから例えば、レーザ光を入射すると、ガラス棒2と金属層3の境界面にエバネッセント波が発生し、このエバネッセント波により金属層3と反応層4の境界面に表面プラズモンが励起され、エバネッセント波の平面方向の波数と表面プラズモンの平面方向の波数が一致したとき共鳴現象として生じる。
For example, when laser light is incident from the
従って、反応層4上で抗原抗体反応が起こると、反応層4に付着した抗原などによって誘電率εが変化し、それに応じて共鳴角度も変化する。この変化を白色光などの連続光源を用いて測定すると、波長シフトとして観察することができる。 Therefore, when an antigen-antibody reaction occurs on the reaction layer 4, the dielectric constant ε changes depending on the antigen or the like attached to the reaction layer 4, and the resonance angle also changes accordingly. When this change is measured using a continuous light source such as white light, it can be observed as a wavelength shift.
ガラス棒2の材質としては、ガラス、石英、プラステック等を適用することができる。さらに、特定の光を導波するために、不純物を添加して、屈折率を変化させてもよい。
As the material of the
また、ガラス棒の断面構造は、円形、楕円形、矩形のいずれであってもよい。円形とは、真円を含む実質的に加工・作成可能な円形であることを意味する。 The cross-sectional structure of the glass rod may be any of a circle, an ellipse, and a rectangle. A circle means a circle that can be substantially processed and created including a perfect circle.
ガラス棒2の材質中には、屈折率分布を持たせてもよいし、或いは、一定の屈折率に設定してもよい。たとえば、真円を含む実質的に円形の断面構造を有するガラス棒2の材質中には、円筒の中心から半径方向に屈折率分布を持たせてもよいし、或いは、一定の屈折率に設定してもよい。
The material of the
本発明の第1の実施の形態に係るバイオセンサにおいては、ガラス棒2に導入された導入光は、金属層3上に形成された反応層4との物質間相互作用によって表面プラズモン共鳴現象を生じさせ、金属層3上で反射された表面プラズモン共鳴光をビームスプリッタ7によって分岐している。ビームスプリッタ7において分岐された光は、光検出器8において検出され、検出されたデータは解析用コンピュータ9に送られて、解析用コンピュータ9において解析される。
In the biosensor according to the first embodiment of the present invention, the introduced light introduced into the
さらに、本発明の第1の実施の形態に係るバイオセンサにおいては、図1に示すように、光源5とビームスプリッタ7の間、およびビームスプリッタ7とセンサ部1の間には、それぞれレンズ6a,6bを備えていてもよい。
Furthermore, in the biosensor according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a
また、本発明の第1の実施の形態に係るバイオセンサにおいて、ガラス棒2の外周部および第1片端面2aに形成される金属層3は、例えば、Au(金)であることを特徴とする。
In the biosensor according to the first embodiment of the present invention, the
なお、金属層3の材質は、金に限定されるものではなく、銀(Ag)、銅(Cu)等を用いてもよい。密着性を上げる場合には、クロム(Cr)、白金(Pt)を下地に付けてもよいが、プラズモン共鳴にあまり適さないので、極力薄く付けることが重要である。
The material of the
これらの金属層3は、単層として積層形成させてもよく、或いは、組み合わせて多層膜として堆積させても良い。また、これらの金属層3を堆積させ易くするために、クロム(Cr)を下地処理として堆積させるようにしてもよい。これにより、ガラス棒2と金属層3の密着性を向上させることができる。尚、ガラス棒2の表面に堆積させる堆積方法は、蒸着法、スパッタリング法、CVD法などが挙げられる。金属層3の厚さとしては、例えば、数nm〜数十nmであり、具体例としては、約50nmである。
These
また、センサ部1を構成するガラス棒の寸法は、例えば、長さ数10nm〜数mm、さらに長く設定することもできる。一方、断面寸法は、円形であれば、例えば、数100nm〜数mm程度、或いはさらに数cm程度とすることもできる。 Moreover, the dimension of the glass rod which comprises the sensor part 1 can also set the length several tens nm-several mm, for example, still longer. On the other hand, if the cross-sectional dimension is circular, it can be, for example, about several hundred nm to several mm, or even several cm.
さらに、本発明の第1の実施の形態に係るバイオセンサにおいて、図1に示すように、センサ部1、光源5、ビームスプリッタ7、および光検出器8は、空間系で光学的に接続されることを特徴とする。
Furthermore, in the biosensor according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the sensor unit 1, the
光源5は、適宜選択される波長帯域の光を照射するものであり、安定した光を照射するものが望ましく、例えば、緑色発光ダイオード(LED:light emitting diode)、白色LED、レーザダイオード(LD:Laser Diode)、ランプ等が用いられる。或いは、波長としては、例えば、約400nm〜900nm程度の光を用いることができる。さらに、用途に応じて、900nm以上の近赤外光、或いは赤外光を適用することも可能である。
The
光検出器8は、光源5から照射される光の内、少なくとも一つの波長帯域の光を検出するものであり、例えばフォトダイオード(PD:Photodiode)が用いられる。
The
光検出器8の電気信号データを解析用コンピュータ9に入力し信号処理すれば、反応物質と目的物質との相互作用に伴う到達光(金属層3上で反射された表面プラズモン共鳴光)の変化をリアルタイムでモニタリングすることができる。すなわち、例えば、抗体を含む反応層4を形成したセンサ部1を、抗原を含む試料溶液中に浸漬した場合に、抗原と抗体との結合量の変化等を到達光量の経時的変化として解析用コンピュータ9上に表示することができる。
If the electric signal data of the
なお、本発明の第1の実施の形態に係るバイオセンサにおいては、センサ部1に主としてガラス棒2を適用したが、断面構造は真円を含む実質的に加工可能な円形に限られることはなく、楕円形、矩形であってもよい。表面プラズモン共鳴現象は、センサ部1の断面構造が、円形、楕円形、矩形等のいずれの形状の断面構造を有する場合であっても、同様に得られるからである。
In the biosensor according to the first embodiment of the present invention, the
本発明の第1の実施の形態に係るバイオセンサによれば、安価でかつ簡易な構成で、表面プラズモン共鳴現象を利用して被測定試料の反応や濃度変化などを検出することができるバイオセンサを提供することができる。 According to the biosensor according to the first embodiment of the present invention, it is possible to detect a reaction of a sample to be measured, a concentration change, and the like using a surface plasmon resonance phenomenon with an inexpensive and simple configuration. Can be provided.
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサは、図2に示すように、表面プラズモン共鳴現象を応用して物質間相互作用を検出するバイオセンサであって、第1片端面2a、第2片端面2bを有し、湾曲形状を有するガラス棒2と、ガラス棒2の外周部のみに形成される金属層3と、金属層3上に形成され,特定の物質と相互作用する反応物質を含む反応層4とを有するセンサ部1を備える。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 2, the biosensor according to the second embodiment of the present invention is a biosensor that detects an interaction between substances by applying a surface plasmon resonance phenomenon, and includes a
さらに、本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサは、図2に示すように、ガラス棒2の第1片端面2aに光を導入する光源5と、ガラス棒2に導入された導入光、および金属層3上に形成された反応層4と表面プラズモン共鳴現象による物質間相互作用によって反射されたプラズモン共鳴光をガラス棒2の第2片端面2bから検出する光検出器8とを備えることを特徴とする。
Furthermore, the biosensor according to the second embodiment of the present invention includes a
ここで、ガラス棒2に導入された導入光は、ガラス棒2の内側を通過して、ガラス棒2の外周部に形成される金属層3によって反射される。
Here, the introduced light introduced into the
ガラス棒2の第1片端面2aからレーザ光を入射すると、ガラス棒2と金属層3の境界面にエバネッセント波が発生し、このエバネッセント波により金属層3と反応層4の境界面に表面プラズモンが励起され、エバネッセント波の平面方向の波数と表面プラズモンの平面方向の波数が一致したとき共鳴現象として生じる。
When laser light is incident from the
従って、反応層4上で抗原抗体反応が起こると、反応層4に付着した抗原などによって誘電率εが変化し、それに応じて共鳴角度も変化する。この変化を白色光などの連続光源を用いて測定すると、波長シフトとして観察することができる。 Therefore, when an antigen-antibody reaction occurs on the reaction layer 4, the dielectric constant ε changes depending on the antigen or the like attached to the reaction layer 4, and the resonance angle also changes accordingly. When this change is measured using a continuous light source such as white light, it can be observed as a wavelength shift.
本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサにおいては、図2に示すように、ガラス棒2に導入された導入光は、金属層3上に形成された反応層4との物質間相互作用によって表面プラズモン共鳴現象を生じさせ、金属層3上で反射された表面プラズモン共鳴光をガラス棒2の第2片端面2bから導出している。ここで、導出された光は、図2に示すように、光検出器8において検出され、検出されたデータは第1の実施の形態と同様に解析用コンピュータ9(図示省略)に送られて、解析用コンピュータ9において解析される。
In the biosensor according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the introduced light introduced into the
さらに、本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサにおいては、図2に示すように、光源5とガラス棒2の第1片端面2aの間、およびガラス棒2の第2片端面2bと光検出器8の間には、それぞれレンズ6a,6bを備えていてもよい。
Furthermore, in the biosensor according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, between the
また、本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサにおいて、ガラス棒2の外周部に形成される金属層3は、例えば、Au(金)であることを特徴とする。
In the biosensor according to the second embodiment of the present invention, the
なお、金属層3の材質は、金に限定されるものではなく、銀(Ag)、銅(Cu)等を用いてもよい。密着性を上げる場合には、クロム(Cr)、白金(Pt)を下地に付けてもよいが、プラズモン共鳴にあまり適さないので、極力薄く付けることが重要である。
The material of the
金属層3の厚さとしては、例えば、数nm〜数十nmであり、具体例としては、約50nmである。
The thickness of the
また、センサ部1を構成する湾曲形状のガラス棒の寸法は、例えば、長さ数10nm〜数mm、さらに長く設定することもできる。一方、断面寸法は、円形であれば、例えば、数100nm〜数mm程度、或いはさらに数cm程度とすることもできる。 Moreover, the dimension of the curved-shaped glass rod which comprises the sensor part 1 can also set the length several tens nm-several mm, for example, still longer. On the other hand, if the cross-sectional dimension is circular, it can be, for example, about several hundred nm to several mm, or even several cm.
これらの金属層3は、単層として積層形成させてもよく、或いは、組み合わせて多層膜として堆積させても良い。また、これらの金属層3を堆積させ易くするために、クロム(Cr)を下地処理として堆積させるようにしてもよい。これにより、ガラス棒2と金属層3の密着性を向上させることができる。尚、ガラス棒2の表面に堆積させる堆積方法は、蒸着法、スパッタリング法、CVD法などが挙げられる。
These
さらに、本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサにおいて、図2に示すように、センサ部1、光源5、および光検出器8は、空間系で光学的に接続されることを特徴とする。
Furthermore, in the biosensor according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the sensor unit 1, the
さらに、本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサにおいては、図2に示すように、湾曲形状を有するガラス棒2の第1片端面2a近傍、および第2片端面2b近傍を収納し、ガラス棒2の湾曲形状の曲率半径に等しい湾曲溝を有する位置決め用基板部材10を備えていてもよい。位置決め用基板部材10の材質は、例えばシリコン基板、ガラス基板などの加工の容易な材料を適用することができる。
Furthermore, in the biosensor according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the vicinity of the first piece end
本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサは、図2に示すように、センサ部1において、湾曲形状を有するガラス棒2が所定の曲率で固定されるように予め溝を設けた位置決め用基板部材10を含み、さらにこのセンサ部1の一端に光を入射する光源5と、センサ部1の一端から入射され、内側を通過して、通過した光を検出する光検出器8とを含んで構成される。
In the biosensor according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, in the sensor unit 1, a groove is previously provided so that the
また、本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサにおいては、図2に示すように、金属層3上に形成された反応層4は、位置決め用基板部材10の外部に露出されることを特徴とする。
In the biosensor according to the second embodiment of the present invention, the reaction layer 4 formed on the
ガラス棒2の材質としては、ガラス、石英、プラステック等を適用することができる。さらに、特定の光を導波するために、不純物を添加して、屈折率を変化させてもよい。
As the material of the
また、ガラス棒の断面構造は、円形、楕円形、矩形のいずれであってもよい。円形とは、真円を含む実質的に加工・作成可能な円形であることを意味する。 The cross-sectional structure of the glass rod may be any of a circle, an ellipse, and a rectangle. A circle means a circle that can be substantially processed and created including a perfect circle.
ガラス棒2の材質中には、屈折率分布を持たせてもよいし、或いは、一定の屈折率に設定してもよい。たとえば、真円を含む実質的に円形の断面構造を有するガラス棒2の材質中には、円筒の中心から半径方向に屈折率分布を持たせてもよいし、或いは、一定の屈折率に設定してもよい。
The material of the
発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサによれば、表面プラズモン共鳴するセンサ部1の湾曲されたガラス棒2を被測定試料(液体)に浸漬させるか、若しくは金属層3に直接被測定試料を接触又は載置した状態で、ガラス棒2の第1片端面2aから光を入射させ、第2片端面2bから出射する透過光強度を測定すると、ガラス棒2内を伝播する光によりガラス棒2と金属層3の境界面にエバネッセント波が発生し、その作用により金属層3と被測定試料の境界面に表面プラズモンが励起される。被測定試料の濃度や抗原抗体反応によりこのエバネッセント波の平面方向の波数と表面プラズモンの平面方向の波数が一致したときに生じる共鳴現象により、ガラス棒2の第2片端面2bから出射された透過光強度が急激に減衰する特性を得られる。
According to the biosensor according to the second embodiment of the invention, the
また、本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサにおいては、所定の曲率半径で曲げられ、小型化されたガラス棒2を有するセンサ部1が構成されているため、表面プラズモン共鳴センサが小型化できると共に、小さな空間にプラズモン共鳴が得られる表面の反射部分の長さを長くしたセンサを容易に形成することができ、結果として高感度のセンサを得ることができる。
Further, in the biosensor according to the second embodiment of the present invention, the sensor unit 1 having the
このような所定の曲率半径で曲げられ、小型化されたガラス棒2の形成方法の一例を以下に述べる。
An example of a method for forming the
所定の長さのガラス棒2を用意し、外周を熱源(例えばガスバーナー)で軟化溶融し、U字型に曲げ加工する。このときU字型の湾曲部の曲げ角度は、例えば、180°を中心とした角度に曲げ加工することが望ましい。
A
次に、例えば真空蒸着法を用いてU字型に曲げ加工されたガラス棒2の表面に約100nm以下の厚さで金属層3を堆積させる。堆積方法は、真空蒸着法に限らず、スパッタリング法、CVD法などの堆積方法を用いても良い。上記工程により、図2に示した曲げ加工されたガラス棒2を得ることができる。
Next, the
さらに別の形成方法としては、光導波路を用いることもできる。この場合には、平坦なガラス板上にガラス棒2となる材料を層状に形成し、この層に、例えば、U字型マスクを被覆し、それ以外の層をエッチング除去して、U字型形状のガラス棒を形成し、これに導電性材料からなる金属層3を形成することで、湾曲形状を有するガラス棒2を形成することができる。この場合には、ガラス棒2の断面形状は、矩形となるが、所定の曲率半径で曲げられ、小型化されたガラス棒2を有するセンサ部1が構成されるため、表面プラズモン共鳴センサが小型化できると共に、小さな空間にプラズモン共鳴が得られる表面の反射部分の長さを長くしたセンサを容易に形成することができ、結果として高感度のセンサを得ることができる点は、断面が円形、楕円形のガラス棒2を用いる場合と同様である。
As another forming method, an optical waveguide can be used. In this case, a material to be the
また、表面プラズモン共鳴現象は、センサ部1の断面構造が、円形、楕円形、矩形等のいずれの形状の断面構造を有する場合であっても、同様に得られる。 Further, the surface plasmon resonance phenomenon can be obtained in the same manner even when the cross-sectional structure of the sensor unit 1 has a cross-sectional structure of any shape such as a circle, an ellipse, and a rectangle.
光源5は、適宜選択される波長帯域の光を照射するものであり、安定した光を照射するものが望ましく、例えば、緑色LED、白色LED、LD、ランプ等が用いられる。或いは、波長としては、例えば、約400nm〜900nm程度の光を用いることができる。さらに、用途に応じて、900nm以上の近赤外光、或いは赤外光を適用することも可能である。
The
光検出器8は、光源5から照射される光の内、少なくとも一つの波長帯域の光を検出するものであり、例えばPDが用いられる。
The
光検出器8の電気信号データを第1の実施の形態と同様に、解析用コンピュータ9に入力し信号処理すれば、反応物質と目的物質との相互作用に伴う到達光の変化をリアルタイムでモニタリングすることができる。すなわち、例えば、抗体を含む反応層4を形成したセンサ部1を、抗原を含む試料溶液中に浸漬した場合に、抗原と抗体との結合量の変化等を到達光量の経時的変化として解析用コンピュータ9上に表示することができる。
As in the first embodiment, if the electrical signal data of the
本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサを用いた測定結果の一例は、図3に示すように、模式的に表される。 An example of a measurement result using the biosensor according to the second embodiment of the present invention is schematically represented as shown in FIG.
本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサを用いた物質間相互作用の測定においては、表面に反応層4が形成されたセンサ部1を、測定対象である試料溶液中に浸漬し、このときのガラス棒2の第2片端面2bにおける到達光(表面プラズモン共鳴光)を光検出器8によって検出する。
In the measurement of the interaction between substances using the biosensor according to the second embodiment of the present invention, the sensor unit 1 having the reaction layer 4 formed on the surface is immersed in the sample solution to be measured, At this time, the reaching light (surface plasmon resonance light) on the
すなわち、センサ部1を試料溶液に浸漬しない状態での到達光を予め検出しておき、これとセンサ部1を試料溶液に浸漬した後の到達光を検出して、これら到達光の変化を評価する。このとき、試料溶液中にセンサ部1の反応層4に含まれる反応物質と相互作用する特定の物質(目的物質)が含まれていれば、当該相互作用によって、図3に示すように、到達光の光量が変化するため、この到達光量の変化から試料溶液中の目的物質の有無や量等を測定することができる。 That is, the reaching light in a state where the sensor unit 1 is not immersed in the sample solution is detected in advance, and the reaching light after the sensor unit 1 is immersed in the sample solution is detected, and changes in these reaching lights are evaluated. To do. At this time, if the sample solution contains a specific substance (target substance) that interacts with the reactive substance contained in the reaction layer 4 of the sensor unit 1, the interaction causes the arrival as shown in FIG. Since the amount of light changes, the presence / absence or amount of the target substance in the sample solution can be measured from the change in the amount of light reached.
本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサによれば、第1の実施の形態に比べ、ビームスプリッタ等のプリズムを使用する必要がなく、部品点数を減らすことができる。 According to the biosensor according to the second embodiment of the present invention, it is not necessary to use a prism such as a beam splitter, and the number of components can be reduced as compared with the first embodiment.
本発明の第2の実施の形態に係るバイオセンサによれば、安価でかつ簡易な構成で、表面プラズモン共鳴現象を利用して被測定試料の反応や濃度変化などを検出することができるバイオセンサを提供することができる。 According to the biosensor according to the second embodiment of the present invention, a biosensor that can detect a reaction of a sample to be measured, a concentration change, and the like using a surface plasmon resonance phenomenon with an inexpensive and simple configuration. Can be provided.
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1乃至第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described according to the first to second embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1…センサ部
2…ガラス棒
2a…ガラス棒の第1片端面
2b…ガラス棒の第2片端面
3…金属層
4…反応層
5…光源
6a,6b…レンズ
7…ビームスプリッタ
8…光検出器
9…解析用コンピュータ
10…位置決め用基板部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (9)
ガラス棒と、
前記ガラス棒の外周部および第1片端面に形成される金属層と、
前記金属層上に形成され,特定の物質と相互作用する反応物質を含む反応層
とを有するセンサ部を備えることを特徴とするバイオセンサ。 A biosensor that detects the interaction between substances by applying the surface plasmon resonance phenomenon,
A glass rod,
A metal layer formed on the outer periphery of the glass rod and the first end surface;
A biosensor comprising: a sensor unit having a reaction layer formed on the metal layer and containing a reactive substance that interacts with a specific substance.
前記ガラス棒の第2片端面に光を導入する光源と、
前記ガラス棒に導入された導入光、および前記金属層上に形成された前記反応層と表面プラズモン共鳴現象による物質間相互作用によって反射された表面プラズモン共鳴光を分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにおいて分岐された光を検出する光検出器と
を更に備えることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to claim 1, wherein
A light source for introducing light into the second end surface of the glass rod;
A beam splitter for branching the introduced light introduced into the glass rod, and the surface plasmon resonance light reflected by the interaction between the reaction layer formed on the metal layer and the substance due to the surface plasmon resonance phenomenon;
A biosensor further comprising: a photodetector that detects light branched in the beam splitter.
前記ガラス棒の外周部および片端面に形成される金属層はAu(金)であることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to claim 1 or 2,
The biosensor according to claim 1, wherein the metal layer formed on the outer peripheral portion and one end face of the glass rod is Au (gold).
前記センサ部、前記光源、前記ビームスプリッタ、および前記光検出器は、空間系で光学的に接続されることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to claim 2, wherein
The biosensor, wherein the sensor unit, the light source, the beam splitter, and the photodetector are optically connected in a spatial system.
第1片端面、第2片端面を有し、湾曲形状を有するガラス棒と、
前記ガラス棒の外周部のみに形成される金属層と、
前記金属層上に形成され,特定の物質と相互作用する反応物質を含む反応層
とを有するセンサ部を備えることを特徴とするバイオセンサ。 A biosensor that detects the interaction between substances by applying the surface plasmon resonance phenomenon,
A glass rod having a first end surface, a second end surface, and having a curved shape;
A metal layer formed only on the outer periphery of the glass rod;
A biosensor comprising: a sensor unit having a reaction layer formed on the metal layer and containing a reactive substance that interacts with a specific substance.
前記ガラス棒の前記第1片端面に光を導入する光源と、
前記ガラス棒に導入された導入光、および前記金属層上に形成された前記反応層と表面プラズモン共鳴現象による物質間相互作用によって反射されたプラズモン共鳴光を前記ガラス棒の前記第2片端面から検出する光検出器と
を更に備えることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to claim 5, wherein
A light source for introducing light into the first end surface of the glass rod;
The introduced light introduced into the glass rod, and the plasmon resonance light reflected by the interaction between the reaction layer formed on the metal layer and the substance due to the surface plasmon resonance phenomenon from the second one end face of the glass rod A biosensor further comprising: a photodetector for detection.
前記ガラス棒の外周部に形成される金属層はAu(金)であることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to claim 5 or 6,
The biosensor according to claim 1, wherein the metal layer formed on the outer periphery of the glass rod is Au (gold).
前記センサ部、前記光源、および前記光検出器は、空間系で光学的に接続されることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to claim 6, wherein
The biosensor, wherein the sensor unit, the light source, and the photodetector are optically connected in a spatial system.
湾曲形状を有する前記ガラス棒の前記第1片端面近傍、および前記第2片端面近傍を収納し、前記ガラス棒の湾曲形状の曲率半径に等しい湾曲溝を有する基板部材を更に備え、
前記金属層上に形成された前記反応層は、前記基板部材の外部に露出されることを特徴とするバイオセンサ。 The biosensor according to any one of claims 5 to 8,
A substrate member that accommodates the vicinity of the first piece end face and the vicinity of the second piece end face of the glass rod having a curved shape, and has a curved groove equal to the radius of curvature of the curved shape of the glass rod;
The biosensor according to claim 1, wherein the reaction layer formed on the metal layer is exposed to the outside of the substrate member.
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