JP2009133717A - 分析素子チップ、及びこれを用いた分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路が設けられる部位の面積が異なる分析素子チップであっても当該分析素子チップを用いて分析を行う分析装置の大型化を抑制できる分析素子チップ、及びこれを用いた分析装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、分析素子チップ１０が板状に形成され、光導波路部１２ａと流路３２と金属薄膜１４とを備え、光導波路部１２ａは、照射された光が内部に入射する入射面１６ａと入射した光を金属薄膜１４に案内する光導波路本体部と金属薄膜１４で全反射された後の光を外部に射出する射出部１８とを有し、射出部１８は、入射面１６ａに対して金属薄膜１４が露出した流路３４を挟んで対向する位置に設けられた貫通部又は凹部で構成され、この貫通部又は凹部における前記流路３４側の周側面２０には、金属薄膜１４での全反射後の光を外部に射出する射出面２０ａが設けられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）の共鳴角の変化に基づいて検体を分析する表面プラズモン共鳴分析装置、及び表面プラズモン共鳴によって生じたエバネッセント波を用い、検体に含まれる蛍光物質を発光させ、この蛍光を測定して検体に含まれる特定物質を分析する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に関する。

従来、ＳＰＲを利用して試料の屈折率や屈折率変化を検出し、検体の性状を分析するＳＰＲ分析装置として特許文献１に記載されたものが知られている。

この分析装置は、金属薄膜が形成された分析素子ブロックと、この分析素子ブロックに光を照射するための光源と、前記金属薄膜で全反射した後、前記分析素子ブロックから射出される射出光を検出するための射出光検出手段と、を備える。

前記分析素子ブロックは三角プリズムで構成されており、頂角に対向する面上に前記金属薄膜が形成されている。この金属薄膜の表面（前記プリズムと接している面と反対側の面）上には検体（試料溶液）が当該金属薄膜の表面と接しつつ流れる流路が設けられている。前記光源は、前記プリズムの一方の斜面（入射面）に向かって光を照射できるように当該入射面に対向する位置に配置され、前記射出光検出手段は、前記プリズムの他方の斜面（射出面）から射出される射出光を受光できるように当該射出面に対向する位置に配置されている。

このような装置では、光源から照射した光を入射面からプリズム内部に入射させて金属薄膜の裏面（反射面）で全反射させ、その後、射出面から射出された射出光を射出光検出手段で検出する。その際、前記金属薄膜に対する前記光源からの光の入射角を変化させることで、前記射出光検出手段で検出される光の強度変化が生じ、この変化に基づいて表面プラズモン共鳴角を求めることができる。そして、流路に検体を流す前後における前記表面プラズモン共鳴角の変化を求め、この変化に基づいて検体の性状等の分析が行われる。

一方、表面プラズモン共鳴蛍光分析装置としては、特許文献２に記載されたものが知られている。

この分析装置は、金属薄膜が形成された分析素子ブロックと、この分析素子ブロックに光を照射するための光源と、前記金属薄膜での光の全反射により生じたエバネッセント波によって励起された蛍光を検出するための蛍光検出手段と、前記金属薄膜で全反射した後、前記分析素子ブロックから射出される射出光を検出するための射出光検出手段と、を備える。

前記分析素子ブロックは、表面プラズモン共鳴分析装置同様、三角プリズムで構成されており、頂角に対向する面上に前記金属薄膜が形成され、この金属薄膜の表面上には検体が当該金属薄膜の表面と接しつつ流れる流路が設けられている。前記光源は、照射した光が前記プリズムの入射面から前記プリズム内に入射し、この入射した光が前記金属薄膜の反射面に表面プラズモン共鳴角で入射するように配置されている。また、前記蛍光検出手段は、前記金属薄膜に対して前記流路を挟んで対向する位置に配置され、前記射出光検出手段は、前記プリズムの他方の斜面（射出面）から射出される射出光を受光できるように当該射出面に対向する位置に配置されている。

このような装置では、前記流路に蛍光物質を含む検体が流され、前記光源から前記金属薄膜の反射面に光が照射されることで前記金属薄膜に表面プラズモン共鳴が生じ、前記金属薄膜の表面側、即ち、流路側の面にエバネッセント波が発生する。このエバネッセント波によって前記金属薄膜表面近傍にある前記検体中の蛍光物質が励起されて蛍光を発し、この蛍光を前記蛍光検出手段によって検出することにより前記検体の定量分析等が行われる。その際、前記射出光検出手段によって、前記金属薄膜で全反射した後、射出面から射出される射出光を検出することで、前記金属薄膜に対して光源からの光が表面プラズモン共鳴角で入射しているか否かを容易に判断できる。この判断に基づき、光源の照射角の修正又はデータ上での補正を行うことで、より前記検体の定量分析等の精度が向上する。
特開２００７−２６３９０１号公報 特開２００６−２０８０６９号公報

従来の表面プラズモン共鳴分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析装置（以下、単に「両装置」とも称する。）においては、短い１本の流路が形成できればよいことから分析素子ブロックは非常に小さく、持ち運びや両装置における交換作業等において取り扱いが困難であった。

また、近年、複数種の検体の混合等を行いながら分析を行うため、複数本の流路や枝分かれしている分岐流路等、種々の長さや形状の流路を有する分析素子ブロックに対する要請がある。

そこで、上記問題点及び要請に鑑み、分析素子ブロックとして板状の分析素子ブロック（分析素子板）が考えられた。この分析素子板においては当該分析素子板を構成する平行な一対の面の面積を確保することで、金属薄膜が形成された一方の面に沿って複数の流路若しくは分岐流路を形成することができる。また、前記一対の面の面積を確保することで当該分析素子板が把持し易くなるため取り扱いも容易となる。また、分析素子ブロックとして大きな三角プリズムを用いるよりコンパクトで取り扱いも容易になる。

しかし、このような分析素子板においては、前記一方の面に形成された金属薄膜の反射面に対して光を全反射条件且つ表面プラズモン共鳴角で入射させるためには、前記分析素子板の一方の側部端面から前記一方又は他方の面で全反射するように光を内部に入射させ、この光を前記一方の面と他方の面との間で繰り返し全反射させながら前記金属薄膜の形成された部位まで案内しなければならない。また、前記金属薄膜の反射面で全反射した後の光も前記一方の面と他方の面との間で繰り返し全反射させながら他方の側部端面まで案内し、この端面から外部に射出させなければならない。

そのため、このような分析素子板を用いて分析を行う場合には、両装置における前記光源と射出光検出手段との位置が前記分析素子板の一方の側部端面と他方の側部端面との間隔によって規定される。即ち、前記一対の面の面積が異なる分析素子板を用いて分析を行うには、両装置において前記光源と射出光検出手段との間隔（相対位置）を変更しなければならない。

このように前記間隔を変更するためには、前記光源と射出光検出手段との少なくとも一方にこれら光源と射出光検出手段との相対位置を変更するための駆動機構を設けなければならず装置が大型化するといった問題が生じる。

そこで、本発明は、上記問題点を解消すべく、検体が流れる流路が設けられる部位の面積が異なる分析素子チップであっても当該分析素子チップを用いて分析を行う表面プラズモン共鳴分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析装置の大型化を抑制できる分析素子チップ、並びにこの分析素子チップを用いた表面プラズモン共鳴分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析装置を提供することを課題とする。

そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係る分析素子チップは、金属薄膜での表面プラズモン共鳴の共鳴角の変化に基づいて検体を測定する表面プラズモン共鳴分析装置、又は検体に含まれる蛍光物質が金属薄膜で生じたエバネッセント波で励起されて発した蛍光を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に用いられる分析素子チップであって、この分析素子チップは表面と裏面とを有する板状に形成され、内部に入射した光を前記金属薄膜に案内する光導波路部と、前記検体が流れる流路と、一方の面が前記光導波路部に面し且つ他方の面が前記流路内に露出するように設けられた前記金属薄膜と、を備え、前記光導波路部は、当該分析素子チップの一つの端面に設けられ、外部且つ当該分析素子チップの表面に対して裏面側から照射された光が内部に入射する入射面と、内部に入射した光を前記金属薄膜の一方の面に案内する光導波路本体部と、前記金属薄膜の一方の面で全反射された後の光を外部に射出する射出部と、を有し、前記射出部は、当該分析素子チップにおける前記入射面に対して前記金属薄膜が露出した流路を挟んで対向する位置に設けられた貫通部又は前記裏面に凹設された凹部で構成され、前記貫通部又は凹部における前記金属薄膜が露出した流路側の周側面には、前記金属薄膜での全反射後の光を外部且つ前記表面に対して裏面側に射出する射出面が設けられることを特徴とする。

かかる構成によれば、当該分析素子チップにおいて前記貫通部又は凹部及び前記金属薄膜が露出した流路が配置された部位以外の部位では、前記分析素子チップの表面（又は裏面）に沿って複数の流路や枝分かれした分岐流路等の種々の長さや形状の流路を形成することができる。しかも、これら種々の流路が形成されていても、前記入射面に対して光が照射されることで、内部に入射した光は、前記射出部を構成する貫通部又は凹部に設けられた射出面から外部に射出される。即ち、当該分析素子チップにおいて、前記種々の長さや形状の流路が形成される部位の面積に関わらず、入射した光は、前記入射面に対して前記金属薄膜が露出した流路を挟んで対向する位置に設けられた射出面（射出部）から外部に射出される。

そのため、前記流路が設けられる部位の面積に関わらず、前記入射面と流路内に裏面を露出した金属薄膜と射出面（射出部）との相対位置が固定される。従って、当該分析素子チップを用いることで、前記表面プラズモン共鳴分析装置又は表面プラズモン共鳴蛍光分析装置においては、光源や射出光を検出するための射出光検出手段といった光学系の相対位置を変更するための複雑な機構を備える必要がなく、即ち、前記光学系の相対位置の変更ができなくても、種々の大きさの分析素子チップを用いて検体の分析を行うことが可能となる。

尚、本発明において、表面及び裏面は、分析素子チップにおける表面又は裏面を基準とする。また、表面及び裏面は、説明のために便宜的に用いる名称であって、本発明の分析素子チップが表面プラズモン共鳴分析装置又は表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に配置される際、表面が上方又は下方を向くように配置されてもよく、他の方向に向くように配置されてもよい。

本発明に係る分析素子チップにおいては、前記光導波路本体部は、前記流路に対して前記分析素子チップの裏面側に配置され、前記入射面は、前記分析素子チップの裏面とのなす角を前記入射した光が前記金属薄膜に対して前記分析素子チップの裏面側から全反射条件で到達するような角度に形成され、前記射出面は、前記分析素子チップの裏面とのなす角を前記金属薄膜で全反射された後、当該射出面に到達した前記光が内部側に再度全反射されることなく外部に射出されるような角度に形成されてもよい。この場合、前記入射面は、内部に入射した光が直接金属薄膜に到達し、前記射出面は、前記金属薄膜での全反射後の光が直接到達する位置に配置される構成が好ましい。

かかる構成とすることで、入射した光は、前記光導波路本体部内では前記金属薄膜での全反射以外は反射することなく外部に射出される。そのため、前記種々の長さや形状の流路が設けられる部位の面積が大きな分析素子チップであっても、前記光導波路本体部内に前記入射した光に基づく乱反射が生じることがなく分析精度を維持することができる。

また、前記構成によれば、前記同様、前記光学系の相対位置の変更ができなくても、種々の大きさの分析素子チップを用いて検体の分析を行うことも可能である。

また、前記光導波路本体部は、前記流路に対して前記分析素子チップの表面側に板状に配置され、前記入射面は、前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角を、前記入射した光が前記分析素子チップの表面で全反射した後、前記金属薄膜に対して前記分析素子チップの表面側から全反射条件で到達するような角度に形成され、前記射出面は、前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角を、前記金属薄膜で全反射された光が前記分析素子チップの表面で全反射された後、当該射出面に到達して内部側に再度全反射されることなく外部に射出されるような角度に形成されてもよい。

かかる構成によれば、入射面から入射した光が前記分析素子チップの表面で全反射をした後、直接前記金属薄膜に、又は前記板状の光導波路本体部の流路側の面と分析素子チップの表側の面との間で全反射を繰り返しつつ前記金属薄膜に対して表面側から全反射条件且つ表面プラズモン共鳴角で入射するように案内される。

このように前記光導波路本体部に入射した光が案内されることで、前記流路内部に露出した金属薄膜の裏面で表面プラズモン共鳴が生じ、当該金属薄膜の裏面近傍にエバネッセント波が発生する。このエバネッセント波により前記金属薄膜の裏面近傍の検体に含まれる蛍光物質が励起されて蛍光を発する。この蛍光は、前記金属薄膜に対して流路側、即ち、分析素子チップの裏面側から検出可能である。

また、前記金属薄膜で全反射された光は、前記分析素子チップの表面で全反射された後、直接前記射出面に、又は前記板状の光導波路本体部の流路側の面と分析素子チップの表面との間で全反射を繰り返しつつ前記射出面に案内され、内部側に再度全反射されることなく外部に射出される。この射出光は、前記分析素子チップの表面に対して裏面側に射出されるため、分析素子チップの表面に対して裏面側から検出可能である。

従って、前記構成の分析素子チップを用いることで、表面プラズモン共鳴分析装置又は表面プラズモン共鳴蛍光分析装置においては、設置された当該分析素子チップの表面に対して裏面側に前記入射面に光を照射する光源やエバネッセント波により励起された蛍光を検出する蛍光検出手段、射出光を検出する射出光検出手段といった光学系を全て配置することが可能となる。

その結果、前記構成の分析素子チップを用いることで、分析素子チップを挟んで両側に光学系を配置する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置よりも装置の小型化を図ることが可能となる。

また、前記構成によれば、前記同様、前記光学系の相対位置の変更ができなくても、種々の大きさの分析素子チップを用いて検体の分析を行うことも可能である。

また、前記光導波路部において、前記光導波路本体部が前記流路に対して前記分析素子チップの裏面側に配置される場合には、前記入射面と分析素子チップの裏面とのなす角及び前記射出面と分析素子チップの裏面とのなす角は、前記入射面に対して法線方向から光が入射した場合に、前記射出面に対して法線方向に前記光が射出されるような角度であることが好ましく、また、前記光導波路本体部が前記流路に対して前記分析素子チップの表面側に板状に配置される場合には、前記入射面と前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角及び前記射出面と前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角は、前記入射面に対して法線方向から光が入射した場合に、前記射出面に対して法線方向に前記光が射出されるような角度であることが好ましい。

かかる構成によれば、光が前記光導波路部に入射する又は前記光導波路部から射出される際に、前記光の強度低下が抑制される。そのため、当該分析素子チップを用いることで、表面プラズモン共鳴分析装置又は表面プラズモン共鳴蛍光分析装置で検体を分析する際に、前記射出光検出手段又は蛍光を検出するための蛍光検出手段において十分な検出光強度が得やすくなる。尚、前記入射面と分析素子チップの裏面（又は前記板状の光導波路本体部における流路側の面）とのなす角及び前記射出面と分析素子チップの裏面（又は前記板状の導波路本体部における流路側の面）とのなす角がそれぞれ直角であってもよい。

また、上記課題を解消すべく、本発明に係る表面プラズモン共鳴分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析装置においては、前記のいずれかの構成の分析素子チップを備えたことを特徴とする。

かかる構成によれば、前記種々の長さや形状の流路が設けられる部位の面積が大きな分析素子チップを用いて前記検体の分析を行っても、前記同様、前記光源と射出光検出手段との相対位置の変更をすることなく、種々の大きさの分析素子チップを用いて検体の分析を行うことができる。即ち、種々の大きさの分析素子チップを用いて検体の分析を行うことができる装置であっても、前記光源又は射出光検出手段の少なくとも一方の位置変更のための駆動機構を設ける必要がなく、その結果、分析装置の大型化を抑制することができる。

以上より、本発明によれば、検体が流れる流路が設けられる部位の面積が異なる分析素子チップであっても当該分析素子チップを用いて分析を行う表面プラズモン共鳴分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析装置の大型化を抑制できる分析素子チップ、並びにこの分析素子チップを用いた表面プラズモン共鳴分析装置及び表面プラズモン共鳴蛍光分析装置を提供することができる。

以下、本発明の第１実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る表面プラズモン共鳴分析装置（以下、単に「ＳＰＲ分析装置」とも称する。）は、図１に示されるように、分析素子チップ１０と、分析素子チップ１０に光を照射するための光源（第１の光学系）４０と、分析素子チップ１０から射出される光（射出光）を検出するための射出光検出手段（第２の光学系）５０と、を備える。射出光検出手段５０には、さらに当該射出光検出手段５０で検出した検出光を分析するための演算部６０が接続され、この演算部６０には当該演算部６０が演算した結果を示すための表示手段７０が接続されている。

分析素子チップ１０は、図２乃至図３（ｂ）にも示されるように、表面ｓと裏面ｒとを有する板状に形成され、光導波路板１２と流路部３０とを備える。光導波路板１２は、分析素子チップ１０の裏面ｒ側に配置され、流路部３０は、分析素子チップ１０の表面ｓ側に配置されている。光導波路板１２は、一対の平行な面（表面と裏面）１３ａ，１３ｂを有する透明な板状に形成され、表面（図３（ａ）においては上側の面）１３ａに金属薄膜１４が設けられている。

具体的には、光導波路板１２は、透明な矩形の板状に形成されている。本実施形態において、光導波路板１２は、例えば、縦（図２における上下方向の長さ）が２５ｍｍ、横（図２における左右方向の長さ）が２５ｍｍ、厚さが２ｍｍの板状に形成されている。光導波路板１２は、透明な樹脂で形成されているがこれに限定されず光学系のガラス等であってもよい。この光導波路板１２は、後述する流路３２の流路測定部３４を横断する方向の一方の端面（図２及び図３（ａ）においては右側端面）に、光源４０によって外部から照射された光が内部に入射する入射面１６ａが設けられている。

尚、光導波路板１２は、射出部１８を境に入射面１６ａ側を光導波路部１２ａ、その反対側を強度維持部１２ｂとも称することがある。詳細には、光導波路部１２ａは、入射面１６ａと、射出部１８と、内部に入射した光を前記金属薄膜１４の裏面１４ｂに案内する光導波路本体部と、で構成される。ここで、前記光導波路本体部とは、光導波路板１２の射出部１８を含む入射面１６ａ側における射出部１８の射出面２０ａと入射面１６ａとを繋ぐ部位をいう。

入射面１６ａは、光導波路板１２の裏面１３ｂ（分析素子チップ１０の裏面ｒ）とのなす角を光源４０から入射面１６ａに照射された光が光導波路板１２（光導波路部１２ａ）の内部に入射し、この入射した光が金属薄膜１４の反射面（裏面：図３（ａ）においては下側の面）１４ｂに対して全反射条件で到達するような角度に形成されている。本実施形態においては、例えば、１２３°である。

詳細には、入射面１６ａと光導波路板１２の裏面１３ｂとのなす角度は、入射面１６ａから光導波路板１２（光導波路部１２ａ）内部に入射した光が光導波路板１２の表面１３ａの金属薄膜１４が設けられた部位に対して全反射条件且つ金属薄膜１４の反射面１４ｂに対して表面プラズモン共鳴角θで入射するように設定された角度である。

尚、表面プラズモン共鳴角θとは、光導波路板１２の表面１３ａの金属薄膜１４が設けられた前記部位で光が全反射した際に生じるエバネッセント波が金属薄膜１４で表面プラズモン共鳴を起こすような前記光の入射角である。また、θは光導波路板１２の屈折率をｎとするとｓｉｎθ＝１／ｎで規定される。この共鳴角のとき励起エネルギが強く効率的である。しかしながら角度の精度も要求される。従って、エネルギ効率は落ちるがプラズモン共鳴のピークを外す設定であってもエバネッセント波が出る角度であれば本件の目的は達成できる。

射出部１８は、本実施形態においては光導波路板１２の裏面１３ｂに凹設された凹部（射出用凹部）であり、この凹部を構成する周側面２０には射出面２０ａが設けられている。この射出面２０ａは、入射面１６ａから光導波路板１２（光導波路部１２ａ）の内部に入射した光が金属薄膜１４の反射面１４ｂで全反射された後、この光を直接外部に射出するための面であり、周側面２０における流路測定部３４側に設けられている。

射出面２０ａは、光導波路板１２の裏面１３ｂ（分析素子チップ１０の裏面ｒ）とのなす角を金属薄膜１４の反射面１４ｂで全反射した後に直接当該射出面２０ａに到達した光が内部側に再度全反射されることなく外部に射出されるような角度に形成されている。本実施形態においては、例えば、１２３°である。

尚、射出部１８は、本実施形態においては前記のように光導波路板１２の裏面１３ｂに凹設された凹部で構成されているが、分析素子チップ１０の裏面ｒ（光導波路板１２の裏面１３ｂ）に凹設された凹部で構成されていればよい。即ち、図４（ａ）及び図４（ｂ）で示されるように、凹部の深さが光導波路板１２を貫通する深さであってもよい。また、射出面２０ａは、本実施形態のように光導波路板１２の裏面１３ｂに対して斜面である必要はなく、金属薄膜１４の反射面１４ｂで全反射された後に直接到達した光が光導波路板１２の内部側に再度全反射されることなく外部に射出されるのであれば、垂直面、即ち、射出面２０ａと光導波路板１２の裏面１３ｂとのなす角が直角であってもよい。さらに、射出部１８は、後述するように分析素子チップ１０の表面ｓと裏面ｒとを連通する貫通孔（貫通部）で構成されてもよい（図８（ａ）及び図８（ｂ）参照）。即ち、射出部１８は、射出面２０ａを有する構成であれば、凹部であってもよく、貫通部であってもよい。

前記のように入射面１６ａと射出面２０ａとが形成されることで、光導波路部１２ａにおける流路測定部３４を横断する方向の横断面は、下底が上底よりも短い等脚台形状となる（図３（ａ）参照）。本実施形態においては、この等脚台形の斜辺の下底（又は上底）に対する角度は、入射面１６ａに対して法線方向から光が入射した場合に、この光が金属薄膜１４の反射面１４ｂで全反射した後、射出面２０ａから外部に向けて当該射出面２０ａに対して法線方向に射出されるように設定されている。このような角度に設定されることで、光が光導波路板１２（光導波路部１２ａ）に入射する又は光導波路板１２（光導波路部１２ａ）から射出される際に前記光の強度低下が抑制され、後述する検体を分析する際に、射出光検出手段において十分な検出光強度が得やすくなる。

また、分析素子チップ１０において、光導波路板１２の光導波路部１２ａの形状が前記の形状に固定される、即ち、光導波路部１２ａの入射面１６ａと金属薄膜１４の反射面１４ｂと射出面２０ａとの相対位置が前記の位置で固定されることで、入射面１６ａに光を照射する光源４０及び射出面２０ａからの射出光を検出する射出光検出手段５０の相対位置（間隔）が固定できる。

従って、分析素子チップ１０が光導波路部１２ａを有するように構成されることで、光導波路板１２の強度維持部１２ｂ側の水平方向の面積の大きさに関わりなく、互いの間隔（相対位置）を変更することなく同一位置の光源４０及び射出光検出手段５０を用いて検体を測定（分析）することが可能となる。換言すると、光導波路部１２ａを有する分析素子チップ１０を用いることで、当該チップを用いるＳＰＲ分析装置（又は表面プラズモン共鳴蛍光分析装置（以下、単に「ＳＰＲ蛍光分析装置」とも称する。））において、光源４０と射出光検出手段５０との相対位置（２つの光学系の相対位置）を変更するための複雑な機構を設けることなく、目的に合わせた種々の大きさの分析素子チップ１０を用いて検体の分析が可能となる。

尚、前記ＳＰＲ（ＳＰＲ蛍光）分析装置においては、種々の大きさの分析素子チップを固定するためのチップ固定手段（図示せず）が必要となるが、このチップ固定手段は、複数のレンズ等を組み合わせた光学系の位置を変更する機構に比べ極めて簡単な構成となるため、容易且つ安価に設置される。

また、前記の光導波路部１２ａによれば、強度維持部１２ｂ側の水平方向の面積の大きさに関わらず、光導波路板１２（光導波路部１２ａ）内部においては、入射した光は、金属薄膜１４の反射面１４ｂで１回全反射しただけで外部に射出される。そのため、内部で複数回反射した後に外部に射出される光導波路板に比べ、光導波路板１２内部に入射した光に基づく乱反射が生じることがなく、強度維持部１２ｂ側の水平方向の面積が大きな分析素子チップ１０であっても分析精度を維持することができる。

即ち、光導波路部１２ａを備えない板状の分析素子チップであって、一方の側端面から光が入射し、対向する面間で全反射を繰り返しながら金属薄膜に案内され、この金属薄膜で全反射後に同様の全反射を繰り返して他方の側端面から射出される板状の分析素子チップのように、分析素子チップ内部で入射した光の全反射が多数回繰り返されると、当該分析素子チップ内で前記光に基づく乱反射が生じる。この乱反射した光の影響で射出光検出手段又は蛍光検出手段における検出ノイズが増加して検体の正確な分析が行えない。

これに対し、前記の光導波路部１２ａを備えた分析素子チップ１０においては、強度維持部１２ｂ側の水平方向の面積を大きくすることで複数の流路や枝分かれした分岐流路等の種々の長さや形状の流路を形成することができるにも関わらず、内部に入射した光は、金属薄膜１４の反射面１４ｂでの１回の全反射だけで外部に射出され、その結果、乱反射による影響を受けずに精度よく検体の分析を行うことが可能となる。

光導波路板１２の強度維持部１２ｂは、光導波路部１２ａと同一の厚さに形成されることで分析素子チップ１０全体の強度を維持している。即ち、本実施形態において、前記のように光導波路板１２の厚さは、２ｍｍであるため、強度維持部１２ｂがこの厚さより薄くなると分析素子チップ１０全体の強度が低くなり、当該分析素子チップ１０の製造及び取り扱いが困難になる。また、光導波路部１２ａと同一の厚さに形成されることで光導波路板１２は、中央部に凹部又は貫通部が形成されているが、全体としては略平板状となり、流路部３０も板状であるため、分析素子チップ１０は板状となる。そのため、積み重ね易く、多数の分析素子チップ１０を輸送する際や保管の際等に便利になる。

金属薄膜１４は、本実施形態においては、例えば金で形成されているが、銀、銅、アルミ等の金属（合金を含む）で形成されてもよい。この金属薄膜１４は、前記のように、光導波路板１２の表面１３ａにおいて、当該光導波路板１２に入射した光が表面プラズモン共鳴角θで到達するような部位で、且つ流路測定部３４と対応する部位に設けられ（形成され）ている。

また、この金属薄膜１４の表面（露出面）１４ａには、特定の抗原を捕捉するための捕捉体が固定されている。この捕捉体は、金属薄膜の露出面１４ａに表面処理によって固定されている。

尚、前記のように、内部に入射した光が光導波路板１２の内部で１回全反射しただけで外部に射出されるため、この光は、流路測定部３４に対応する位置でのみ金属薄膜１４に入射する。そのため、光導波路板１２の表面１３ａに形成される金属薄膜１４の位置は、前記流路測定部３４に対応する位置のみに限定される必要はなく、当該位置を含んでいれば、より広い範囲でもよく、光導波路板１２の表面１３ａ全面でもよい。光導波路板１２の表面１３ａ全面に金属薄膜１４を形成する場合には、形成する際に光導波路板１２にマスク等を施す必要がなく、容易に且つ低コストで金属薄膜１４を形成することが可能となる。

流路部３０は、分析素子チップ１０の表面ｓ側に配置、即ち、光導波路板１２の表面１３ａ側に設けられ、透明な樹脂で形成されており、検体が流れる流路３２を有する。具体的には、流路部３０は、矩形の板状に形成され、光導波路板１２に取り付けられた際に光導波路板１２の表面１３ａと対向する面に、この表面１３ａと共に流路３２を形成する流路用溝３２ａが形成されている。この流路用溝３２ａは、光導波路板１２側から反対側、即ち、裏面から表面に向けて凹設された溝であり、この流路用溝３２ａは、その一部に流路測定部用溝３４ａを含む。流路用溝３２ａの各端部には、光導波路板１２の表面１３ａ側から反対側に向かって貫通孔１７ａ乃至１７ｃが形成されている。尚、本実施形態に係る分析素子チップ１０においては、ＳＰＲ蛍光分析装置でも用いることができるよう流路部３０は透明な樹脂で形成されているが、ＳＰＲ分析装置のみに用いる場合は透明でなくてもよい。

詳細には、本実施形態において、流路用溝３２ａは、中央部の流路測定部用溝３４ａと、その両端側の端部用溝３６ａ，３８ａとで構成され、水平方向において、流路測定部用溝３４ａが入射面１６ａと射出面２０ａとの間に凹設され、端部用溝３６ａ，３８ａが射出部１８をその間に挟むように凹設されている。即ち、流路用溝３２ａは、流路部３０の光導波路板１２と対向する面（裏面）に平面視略コの字状となるように凹設されている。

一方の端部用溝３６ａは中間部に楕円状の幅広部を有する。他方の端部用溝３８ａは中間部に楕円状の幅広部を有し、この幅広部から端に向かって（図２においては左側に向かって）２本の溝に分岐している。

このように形成される流路用溝３２ａは、例えば、前記２つの幅広部間では、幅が５００μｍ、深さが３００μｍの溝である。

この流路用溝３２ａは、流路部３０が光導波路板１２に熱融着、接着剤、プラズマ接合等によって接合された際、当該流路用溝３２ａの上端が光導波路板１２の表面１３ａによって塞がれることで流路３２が形成される。このとき、流路測定部用溝３４ａは、光導波路板１２の表面１３ａの金属薄膜１４が設けられた部位で上端を塞がれるため、内部に金属薄膜１４の露出面１４ａが露出した状態で流路測定部３４を形成する。

以上より、流路３２は、射出部１８を三方から囲うように形成され、且つ金属薄膜１４の露出面１４ａが内部に露出した流路測定部３４が水平方向において入射面１６ａと射出面２０ａとに挟まれた位置となるように形成される。このような位置に流路測定部３４が形成されることで、入射面１６ａから入射した光が流路測定部３４の金属薄膜１４で全反射され、射出面２０ａから射出される。そして、この流路３２は、前記のように、両端部が流路部３０に形成された貫通孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して外部と連通している。

光源（第１の光学系）４０は、光導波路板１２の入射面１６ａに対し、外部且つ分析素子チップ１０の表面ｓに対して裏面ｒ側から光を照射するためのものであり、半導体レーザやＬＥＤ等の発光素子４２と偏光板４４と光学系４６とで構成されている。偏光板４４は、Ｐ偏光の偏光面が金属薄膜１４の反射面１４ｂで反射するように発光素子４２から照射された光を偏光する。但し、発光素子４２として半導体レーザを用いた場合、当該半導体レーザを自身のＰ偏光の偏光面が金属薄膜１４の反射面１４ｂで反射するように配置すれば偏光板４４は設けなくてもよい（図４（ｂ）参照）。光学系４６は、発光素子４２から照射された光を平行射出又は金属薄膜１４の反射面１４ｂ上で集光するように構成された１又は複数のレンズやミラー等で構成されている。

このように構成される光源４０は、前記のように光導波路板１２の入射面１６ａと対向するように配置されている。詳細には、光源４０は、分析素子チップ１０の斜め下方（分析素子チップ１０の表面ｓに対して裏面ｒ側から）から光導波路板１２（光導波路部１２ａ）の入射面１６ａに対して法線方向から光を照射し、且つ光導波路板１２（光導波路部１２ａ）内部に入射した前記光が裏面側斜め方向（表面プラズモン共鳴角θ）から金属薄膜１４の反射面１４ｂに入射するような位置及び照射角度で配置されている。また、光源４０は、この金属薄膜１４の反射面１４ｂに対する光の入射角を所定の範囲内で変更可能な角度変更手段（図示せず）を備える。

射出光検出手段（第２の光学系）５０は、光導波路板１２の射出面２０ａから外部且つ分析素子チップ１０の表面ｓに対して裏面ｒ側に射出される光を検出するためのものであり、ＣＣＤやフォトダイオード等の受光素子で構成されている。この射出光検出手段５０は、分析素子チップ１０の下方に配置され、射出された光を受光できるように光導波路板１２の射出部１８にその受光部が向くよう、詳細には、射出部１８の周側面２０に設けられた射出面２０ａと前記受光部が対向するように配置されている。

このように本実施形態に係るＳＰＲ分析装置では、第１及び第２の光学系４０，５０の相対位置が前記の位置に固定され、水平方向において前記２つの光学系４０，５０の間に分析素子チップ１０の光導波路部１２ａが位置するように分析素子チップ１０が固定手段（図示せず）によって固定（配置）される。

このように光導波路部１２ａを有する分析素子チップ１０を用いることで、第１及び第２の光学系４０，５０の互いの相対位置（互いの間隔）を変更することなく、強度維持部１２ｂ側が種々の大きさの前記分析素子チップ１０を用いて検体の分析を行うことができる。即ち、本実施形態に係る分析素子チップ１０を用いることで、ＳＰＲ分析装置において、光学系の相対位置を変更するための複雑な機構を備えることなく、種々の大きさの分析素子チップを用いて検体の分析が可能となる。

また、このような光導波路部１２ａを有する分析素子チップ１０を用いることで、水平方向の面積が大きな分析素子チップ１０であっても、光源４０から照射された光は、光導波路板１２の内部で流路測定部３４の金属薄膜１４における１回だけの全反射で外部に射出される。そのため、光導波路板１２の内部で入射した光の乱反射が生じることがなく、射出光に含まれるノイズが抑制され、分析精度の低下が抑制、即ち、分析精度の維持が可能となる。

一方、分析素子チップ１０においては、光導波路部１２ａの形状を前記の形状とした状態、即ち、入射面１６ａ、金属薄膜１４の反射面１４ｂ及び射出面２０ａの相対位置を前記の位置に固定した状態で強度維持部１２ｂ側の水平方向の面積を大きくすることができ、当該強度維持部１２ｂ側に複数の流路や分岐流路等の種々の長さや形状の流路を設けることが可能となる。さらに、分析素子チップ１０において、前記水平方向の面積が大きくなることで、作業者等が当該分析素子チップ１０を把持し易くなり、取り扱いが容易になる。

演算部６０は、射出光検出手段５０から送られてきた出力信号を演算して射出光検出手段５０で検出された検出光に関する分析を行うためのものである。具体的には、例えば、射出光検出手段５０で検出した射出光の強度や強度変化を算出したりする。このようにして演算部６０で演算された結果は、この演算部６０に接続された表示手段７０に出力され、当該表示手段７０が表示する。尚、表示手段７０は、モニター等のように結果を画面に表示するものだけでなく、プリンター等のように結果をプリントアウトするもの等であってもよい。

本実施形態に係るＳＰＲ分析装置は、以上の構成からなり、次に、このＳＰＲ分析装置の動作及び作用について説明する。

ＳＰＲ分析装置に設置された分析素子チップ１０に検体（試料溶液）が流される。この検体には抗原が含まれている。具体的には、分析素子チップ１０は、流路部３０を上側にして光導波路板１２の表面１３ａ（又は裏面１３ｂ）が水平となるようＳＰＲ分析装置に設置される。この分析素子チップ１０は、検体毎に交換可能な交換チップとして使用される。

交換チップとして使用される場合には、複数の分析素子チップ１０を積み重ねることが可能なため持ち運びが容易である。即ち、前記のように、光導波路板１２の光導波路部１２ａと強度維持部１２ｂとが同一厚さに形成されることで、光導波路板１２が略平板状となり、流路部３０も板状であるため、分析素子チップ１０が全体として板状となり、複数の分析素子チップ１０を容易に積み重ねることが可能となる。

次に、流路部３０に形成された貫通孔１７ｂ及び１７ｃから検体が注入され、流路３２を経て貫通孔１７ａから排出される。このとき、貫通孔１７ｂ、１７ｃからは異なる検体が注入され、分岐している流路が合流する幅広部でこれら２種類の検体が混合された後、流路測定部３４を経て貫通孔１７ａから排出される。流路測定部３４の内部には、表面（ひょうめん）に捕捉体が固定された金属薄膜１４の露出面１４ａが露出しているため、混合された検体はこの露出面１４ａに接しつつ流路測定部３４を流れる。その際、検体に含まれる特定の抗原が露出面１４ａに固定された捕捉体に捉えられて金属薄膜１４上に留まる。

一方、光源４０から分析素子チップ１０の光導波路板１２（光導波路部１２ａ）の入射面１６ａに対して光が照射される。この光は、入射面１６ａに対して法線方向から光導波路板１２の内部に入射し、金属薄膜１４の反射面１４ｂで全反射された後、射出面２０ａから射出される。この射出光は、射出面２０ａに対して法線方向に射出される。

この光源４０からの光の照射は、前記検体を流路３２に流す前後において行われる。検体を流す前に照射された光は、金属薄膜１４の反射面１４ｂに表面プラズモン共鳴角θで入射するが、露出面１４ａの捕捉体によって検体に含まれる特定の抗原が捕捉されると表面プラズモン共鳴角θが変化する。この変化を検出するために、光源４０を前記角度変更手段（図示せず）によって動かして金属薄膜１４の反射面１４ｂに対する入射角を変えながら光を照射し、射出面２０ａから射出された光を射出光検出手段５０によって検出する。尚、前記表面プラズモン共鳴角の変化は、本実施形態のように、光源４０を前記角度変更手段によって動かし、金属薄膜１４の反射面１４ｂに対する照射光の入射角を変更することにより変化する射出光強度に基づいて検出してもよく、光源４０を固定したままデータ上での演算により算出するようにしてもよい。

この射出光検出手段５０で検出した情報が演算部６０に送信され、演算部６０において各種演算が行われる。具体的には、演算部６０に送られた信号（情報）に基づいて表面プラズモン共鳴角の変化を算出（検出）し、検体に含まれる特定の抗原の定量分析が行われる。

そして、この演算結果が演算部６０から表示手段７０に送られ、当該表示手段７０によって表示される。

尚、この共鳴角の変化を検出する際、検体を流路３２に流しながら光源４０から光を照射し、時間の経過に伴う表面プラズモン共鳴角の変化や、検体を流す前後での表面プラズモン共鳴角の変化を測定してもよい。また、検体を流し終えた後、洗浄剤で流路３２内を洗浄し、その後に光源４０から光を照射して表面プラズモン共鳴角の変化を検出するようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について図５を参照しつつ説明するが、上記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。

第２実施形態に係る装置は、ＳＰＲ蛍光分析装置であり、分析素子チップ１０と、分析素子チップ１０に光を照射するための光源（第１の光学系）４０と、分析素子チップ１０から射出される光（射出光）を検出するための射出光検出手段（第２の光学系）５０と、エバネッセント波によって励起された蛍光を検出するための蛍光検出手段（第３の光学系）８０と、を備える。射出光検出手段５０と蛍光検出手段８０とには、さらに各検出手段５０，８０で検出した検出光を分析するための演算部６０が接続され、この演算部６０には表示手段７０が接続されている。

蛍光検出手段（第３の光学系）８０は、金属薄膜１４の露出面１４ａ側で生じたエバネッセント波によって励起された蛍光を検出するためのものであり、レンズ等の光学系８２とＣＣＤ等の受光素子８４とで構成されている。このように構成される蛍光検出手段８０は、分析素子チップ１０の金属薄膜１４に対して流路３２側、詳細には、流路測定部３４を挟んで対向する位置に配置される。

流路３２に流される検体には抗原と蛍光標識とが含まれ、これら抗原と蛍光標識とは複合体を形成する。具体的には、例えば、光導波路板１２の貫通孔１７ｂ，１７ｃから流路３２に抗原を含む検体と蛍光標識（蛍光物質）を含む検体とが注入され、流路３２の幅広部で混合されて抗原と蛍光標識との複合体が形成された後、この混合後の検体が流路測定部３４に流される。

流路測定部３４の内部には、表面（ひょうめん）に捕捉体が固定された金属薄膜１４の露出面（表面）１４ａが露出しているため、検体はこの露出面１４ａに接しつつ流路測定部３４を流れる。その際、蛍光標識と複合体を形成している抗原が露出面１４ａに固定された捕捉体に捉えられて金属薄膜１４上に留まる。

一方、光源４０から光導波路板１２の入射面１６ａに対して光が照射され、内部に入射した光は、金属薄膜１４の反射面（裏面）１４ｂに表面プラズモン共鳴角θで入射するように案内される。

金属薄膜１４の反射面１４ｂに入射した光が表面プラズモン共鳴角条件で到達することで、流路測定部３４内部に露出した金属薄膜１４の露出面１４ａで表面プラズモン共鳴が生じ、当該金属薄膜１４の露出面１４ａ近傍にエバネッセント波が発生する。このエバネッセント波により金属薄膜１４の露出面１４ａに固定された捕捉体により捉えられた前記複合体の蛍光標識（蛍光物質）が励起されて蛍光を発する。即ち、金属薄膜１４において、光源４０からの光が入射した面（反射面１４ｂ）と反対の面（露出面１４ａ）側で蛍光が励起される。この蛍光は、流路部３０が透明であるため金属薄膜１４に対して流路測定部３４を挟んで対向する位置に配置された蛍光検出手段８０によって検出される。

このとき、金属薄膜１４の反射面１４ｂで全反射された後、射出面２０ａから射出される光を射出光検出手段５０で検出することで、入射面１６ａから入射した光が金属薄膜１４の反射面１４ｂに表面プラズモン共鳴角θで入射しているか否かが容易に判断される。この判断に基づいて、光源４０の光軸や分析素子チップ１０の設置角度を調整することで、金属薄膜１４の反射面１４ｂでの表面プラズモン共鳴状態を保つことができ、蛍光検出手段８０において、検出に十分な蛍光の強度を保つことができる。若しくは、前記判断に基づき、演算部６０において蛍光検出手段８０からの検出光の情報に対して補正が行われ、検体の分析精度が向上する。

蛍光検出手段８０で検出された検出光の情報は、演算部６０に送られ、各種演算が行われる。具体的には、例えば、蛍光検出手段８０で検出した単位面積あたりの蛍光の数のカウントや時間の経過に伴う蛍光の増加量を算出し、これに基づき検体の定量分析等を行う。そして、その結果が表示手段７０に送られ、当該表示手段７０によって表示される。

このように本実施形態に係るＳＰＲ蛍光分析装置においても、第１実施形態同様の分析素子チップ１０を用いることで、前記同様、２つの光学系４０，５０の相対位置の変更をすることなく、種々の大きさの分析素子チップ１０を用いて検体の分析を行うことができる。また、水平方向の面積が大きな分析素子チップ１０を用いて検体の分析を行っても、前記同様、光導波路板１２内部において入射した光による乱反射が生じることがなく、その結果、検体の分析精度が維持される。

次に、本発明の第３実施形態について図６乃至図７（ｂ）を参照しつつ説明するが、前記第１及び第２実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。

第３実施形態に係る装置は、ＳＰＲ蛍光分析装置であり、分析素子チップ１１０と、分析素子チップ１１０に光を照射するための光源（第１の光学系）４０と、分析素子チップ１１０から射出される光（射出光）を検出するための射出光検出手段（第２の光学系）５０と、エバネッセント波によって励起された蛍光を検出するための蛍光検出手段（第３の光学系）８０と、を備える。射出光検出手段５０と蛍光検出手段８０とには、さらに各検出手段５０，８０で検出した検出光を分析するための演算部６０が接続され、この演算部６０には表示手段７０が接続されている。

分析素子チップ１１０は、表面ｓと裏面ｒとを有する板状に形成され、光導波路板１２と流路部３０とを備える。光導波路板１２は、分析素子チップ１１０の表面ｓ側に配置され、流路部３０は、分析素子チップ１０の裏面ｒ側に配置されている。光導波路板１２は、一対の平行な面（表面と裏面）１３ａ，１３ｂを有する透明な板状に形成され、裏面（図８（ｂ）においては下側の面）１３ｂに金属薄膜１４が設けられている。

尚、本実施形態においても、光導波路板１２は、分析素子チップ１１０の中央側に設けられた射出部１１８を境に入射面１６ａ側を光導波路部１２ａ、その反対側を強度維持部１２ｂとも称することがある。また、本実施形態においては、光導波路本体部は、内部に入射した光を前記金属薄膜１４の表面１４ａに案内する。

具体的には、光導波路板１２は、透明な矩形の板状に形成され、本実施形態においては、例えば、縦（図７（ａ）における上下方向の長さ）が２５ｍｍ、横（図７（ａ）における左右方向の長さ）が２５ｍｍ、厚さが２ｍｍの板状に形成されている。

入射面１６ａは、光導波路板１２における流路３２の流路測定部３４を横断する方向の一方の端面（図６乃至図７（ｂ）においては右側端面）に設けられている。この入射面１６ａは、光導波路板１２の裏面１３ｂとのなす角を光源４０から入射面１６ａに照射された光が光導波路板１２（光導波路部１２ａ）の内部に入射し、この入射した光が光導波路板１２の表面１３ａ（分析素子チップの表面ｓ）で全反射した後、金属薄膜１４の反射面（表面：図８（ａ）においては上側の面）１４ａに対して全反射条件で到達するような角度に形成されている。本実施形態においては、例えば、１２３°である。

詳細には、本実施形態においても、入射面１６ａと裏面１３ｂとのなす角度は、入射面１６ａから光導波路板１２（光導波路部１２ａ）内部に入射した光が光導波路板１２の表面１３ａで全反射した後、光導波路板１２の裏面１３ｂの金属薄膜１４が設けられた部位に対して全反射条件且つ金属薄膜１４の反射面１４ａに対して表面プラズモン共鳴角θで入射するように設定された角度である。

射出部１１８は、本実施形態においては分析素子チップ１１０の表面ｓと裏面ｒとを連通する貫通部で構成されている。そして、この貫通部を構成する周側面１２０の流路測定部３４側には射出面１２０ａが設けられている。

射出面１２０ａは、光導波路板１２の裏面１３ｂとのなす角を金属薄膜１４の反射面１４ａで全反射された光が光導波路板１２の表面１３ａ（分析素子チップの表面ｓ）で全反射された後、射出面１２０ａに到達して内部側に再度全反射されることなく外部に射出されるような角度に形成されている。本実施形態においては、例えば、１２０°である。

入射面１６ａと光導波路板１２の裏面１３ｂ及び射出面１２０ａと光導波路板１２の裏面１３ｂとのなす角は、入射面１６ａに対して法線方向から光が入射した場合に、この光が金属薄膜１４の反射面１４ａで全反射した後、射出面１２０ａから外部に向けて当該射出面１２０ａに対して法線方向に射出されるように設定されている。そのため、前記実施形態同様、光が光導波路板１２（光導波路部１２ａ）に入射する又は光導波路板１２（光導波路部１２ａ）から射出される際に前記光の強度低下が抑制され、検体を分析する際に、射出光検出手段５０において十分な検出光強度が得やすくなる。

このように、分析素子チップ１１０において、光導波路部１２ａの入射面１６ａと金属薄膜１４の反射面１４ｂと射出面１２０ａとの相対位置が前記の位置で固定されることで、前記実施形態同様、当該分析素子チップ１１０を用いるＳＰＲ蛍光分析装置においても、入射面１６ａに光を照射する光源４０及び射出面１２０ａからの射出光を検出する射出光検出手段５０の相対位置（間隔）を固定することができる。

流路部３０は、光導波路板１２の表面１３ａ側に設けられた透明な樹脂で形成されており、検体が流れる流路３２を有する。この流路部３０は、前記のように分析素子チップ１１０の裏面側に配置される。

流路部３０に凹設された流路用溝３２ａにおいて、一方の端部用溝３６ａは中間部に楕円状の幅広部を有し、他方の端部用溝３８ａは中間部に円形状の幅広部を有している。このように形成される流路用溝３２ａは、例えば、前記２つの幅広部間では、幅が５００μｍ、深さが３００μｍの溝である。

以上のように構成される分析素子チップ１１０が本実施形態に係るＳＰＲ蛍光分析装置に配置されて検体の分析が行われる。即ち、第２実施形態同様、分析素子チップ１１０の表面を上に向けて水平になるように配置されて流路３２に検体が流される。一方、光源４０からは射出面１６ａに向けて光が照射される。

その際、入射面１６ａから入射した光が分析素子チップ１１０の表面ｓで全反射をした後、直接金属薄膜１４に対して表面１４ａ側から全反射条件且つ表面プラズモン共鳴角で入射するように案内される。

このように光導波路部１２ａに入射した光が案内されることで、流路３２内部に露出した金属薄膜１４の露出面（裏面）１４ｂで表面プラズモン共鳴が生じ、金属薄膜１４の露出面１４ｂ近傍にエバネッセント波が発生する。このエバネッセント波により金属薄膜１４の捕捉体に捉えられた前記複合体の蛍光物質が励起されて蛍光を発する。この蛍光は、金属薄膜１４に対して流路３２側、即ち、分析素子チップ１１０の裏面ｒ側から検出可能である。

また、金属薄膜１４で全反射された光は、分析素子チップ１１０の表面ｓで全反射された後、直接射出面１２０ａに案内され、内部側に再度全反射されることなく外部に射出される。この射出光は、分析素子チップ１１０の表面ｓに対して裏面ｒ側に射出されるため、分析素子チップ１１０の表面ｓに対して裏面ｒ側から検出される。

従って、分析素子チップ１１０を用いることで、当該ＳＰＲ蛍光分析装置においては、設置された当該分析素子チップ１１０の表面ｓに対して裏面ｒ側に光源４０や蛍光検出手段８０、射出光検出手段５０といった光学系を全て配置することが可能となる。

その結果、本実施形態に係る分析素子チップ１１０を用いることで、分析素子チップを挟んで両側に光学系を配置するＳＰＲ蛍光分析装置よりも装置の小型化を図ることが可能となる。

以上のような第３実施形態に係るＳＰＲ蛍光分析装置においても、光導波路部１２ａを有する分析素子チップ１１０を用いることで、前記実施形態同様、第１及び第２の光学系４０，５０の互いの相対位置を変更することなく、強度維持部１２ｂ側の大きさが種々の大きさの前記分析素子チップ１１０を用いて検体の分析を行うことができる。そのため、本実施形態に係る分析素子チップ１１０を用いることで、当該ＳＰＲ蛍光分析装置において、光学系の相対位置を変更するための複雑な機構を備える必要がなく、装置の大型を抑制しつつ、種々の大きさの分析素子チップ１１０を用いて検体の分析が可能となる。

一方、分析素子チップ１１０においても、前記実施形態同様、光導波路部１２ａの形状を前記の形状としたまま、強度維持部１２ｂ側の水平方向の面積を大きくすることができ、当該強度維持部１２ｂ側に複数の流路や分岐流路等の種々の長さや形状の流路を設けることが可能となる。また、分析素子チップ１１０において、前記水平方向の面積が大きくなることで、作業者等が当該分析素子チップ１１０を把持し易くなり、取り扱いが容易になる。

尚、本発明の分析素子チップ、並びにＳＰＲ分析装置及びＳＰＲ蛍光分析装置は、上記第１乃至第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、第１実施形態においては、光導波路部１２ａに入射した光は、直接金属薄膜１４に到達し、当該金属薄膜１４で１回だけ全反射をした後、直接射出面２０ａに到達して外部に射出されるが、これに限定される必要はない。即ち、光導波路板１２の表面１３ａと裏面１３ｂとの間で全反射を複数回繰り返した後、金属薄膜１４に到達するように入射面１６ａが配置されてもよく、また、金属薄膜１４での全反射後に前記同様に全反射を複数回繰り返した後、外部に光が射出されるように射出面２０ａが配置されてもよい。このように入射面１６ａ及び射出面２０ａが配置されても、分析素子チップ１０の一つの端面に設けられた入射面１６ａに対し、流路測定部３４を挟んで対向する位置且つ分析素子チップ１０の周縁部を除いた中央側に設けられた射出部１８に射出面２０ａが設けられればよい。

尚、第３実施形態に係る分析素子チップ１１０においても、光導波路部１２ａで入射した光が複数回全反射を繰り返した後、金属薄膜１４に到達し又は射出面１２０ａに到達するように入射面１６ａと射出面１２０ａとの間隔が設定されてもよい。

また、前記実施形態に係る分析素子チップにおいては、その形状の光学的特徴から当該分析素子チップの射出部（射出面）から光が入射しても、光導波路本体部内において入射面から光が入射した場合と同じ光路を通って入射面から射出されることは言うまでもなく、ＳＰＲ分析装置及びＳＰＲ蛍光分析装置においてこのような使い方も可能である。即ち、前記分析素子チップを用いる場合、前記実施形態に係るＳＰＲ分析装置及びＳＰＲ蛍光分析装置において、光源４０と射出光検出手段５０との配置が入れ換えられてもよい。

また、前記実施形態に係る分析素子チップ１０（又は１１０）を用いて検体の分析等を行う場合、射出光検出手段を備えていないＳＰＲ蛍光分析装置において検体の分析等を行うことも可能である。

例えば、このＳＰＲ蛍光分析装置は、図８に示されるように、分析素子チップ１０と、分析素子チップ１０に光を照射するための光源（第１の光学系）４０と、エバネッセント波によって励起された蛍光を検出するための蛍光検出手段（第３の光学系）８０と、を備える。蛍光検出手段８０には、さらに当該蛍光検出手段８０で検出した検出光を分析するための演算部６０が接続され、この演算部６０には表示手段７０が接続されている。

このＳＰＲ蛍光分析装置においては、前記実施形態同様、配置される分析素子チップ１０の入射面１６ａと金属薄膜１４と射出面２０ａとの相対位置が固定されており、また、光源４０が照射した光が金属薄膜１４の反射面１４ｂに対して表面プラズモン共鳴角θで入射するような位置及び照射角度で当該装置に配置されている。従って、分析素子チップ１０が所定の位置に正確に配置されることで、射出面２０ａから射出される光（射出光）の強度を測定して金属薄膜１４の反射面１４ｂに入射する光が表面プラズモン共鳴角θで入射しているか否かの判断が不要となり、射出光検出手段が無くても検体の分析等を精度よく行うことが可能である。

このようなＳＰＲ蛍光分析装置において、裏面ｓの中央側に射出部１８が形成され、入射面１６ａから入射した光が光導波路板１２（光導波路部）内で１回だけ全反射した後、外部に射出されるように構成される前記分析素子チップ１０を用いることで、前記実施形態同様、前記光導波路板１２（光導波路部）内で乱反射が生じることを抑制でき、蛍光検出手段８０における蛍光の検出を精度よく行うことができる。

尚、このＳＰＲ蛍光分析装置においても、前記同様、射出部１８（射出面２０ａ）から光導波路板１２内へ光を入射させるように光源４０が配置、具体的には、第１実施形態における射出光検出手段５０が配置されている位置に光源４０が配置されても検体の分析等を行うことができる。

第１実施形態に係る表面プラズモン共鳴分析装置の概略構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る分析素子チップの平面図である。 同実施形態に係る分析素子チップの（ａ）は図２におけるＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 他実施形態に係る分析素子チップの（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面及び２つの光学系の配置を示す概略図である。 第２実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置の概略構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置の概略構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る分析素子チップの（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図７（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。 他実施形態に係る表面プラズモン共鳴蛍光分析装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 分析素子チップ
１２ａ 光導波路部
１３ａ 表面
１３ｂ 裏面
１４ 金属薄膜
１６ａ 入射面
１８ 射出部（凹部又は貫通部）
２０ 周側面
２０ａ 射出面
３２ 流路
ｒ 裏面
ｓ 表面

Claims (10)

1. 金属薄膜での表面プラズモン共鳴の共鳴角の変化に基づいて検体を測定する表面プラズモン共鳴分析装置、又は検体に含まれる蛍光物質が金属薄膜で生じたエバネッセント波で励起されて発した蛍光を測定する表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に用いられる分析素子チップであって、
   この分析素子チップは表面と裏面とを有する板状に形成され、内部に入射した光を前記金属薄膜に案内する光導波路部と、前記検体が流れる流路と、一方の面が前記光導波路部に面し且つ他方の面が前記流路内に露出するように設けられた前記金属薄膜と、を備え、
   前記光導波路部は、当該分析素子チップの一つの端面に設けられ、外部且つ当該分析素子チップの表面に対して裏面側から照射された光が内部に入射する入射面と、内部に入射した光を前記金属薄膜の一方の面に案内する光導波路本体部と、前記金属薄膜の一方の面で全反射された後の光を外部に射出する射出部と、を有し、
   前記射出部は、当該分析素子チップにおける前記入射面に対して前記金属薄膜が露出した流路を挟んで対向する位置に設けられた貫通部又は前記裏面に凹設された凹部で構成され、
   前記貫通部又は凹部における前記金属薄膜が露出した流路側の周側面には、前記金属薄膜での全反射後の光を外部且つ前記表面に対して裏面側に射出する射出面が設けられることを特徴とする分析素子チップ。
2. 前記光導波路本体部は、前記流路に対して前記分析素子チップの裏面側に配置され、
   前記入射面は、前記分析素子チップの裏面とのなす角を前記入射した光が前記金属薄膜に対して前記分析素子チップの裏面側から全反射条件で到達するような角度に形成され、
   前記射出面は、前記分析素子チップの裏面とのなす角を前記金属薄膜で全反射された後、当該射出面に到達した前記光が内部側に再度全反射されることなく外部に射出されるような角度に形成されることを特徴とする請求項１に記載の分析素子チップ。
3. 前記入射面は、内部に入射した光が直接金属薄膜に到達し、前記射出面は、前記金属薄膜での全反射後の光が直接到達する位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の分析素子チップ。
4. 前記入射面と分析素子チップの裏面とのなす角及び前記射出面と分析素子チップの裏面とのなす角は、前記入射面に対して法線方向から光が入射した場合に、前記射出面に対して法線方向に前記光が射出されるような角度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の分析素子チップ。
5. 前記入射面と分析素子チップの裏面とのなす角及び前記射出面と分析素子チップの裏面とのなす角がそれぞれ直角であることを特徴とする請求項２又は３に記載の分析素子チップ。
6. 前記光導波路本体部は、前記流路に対して前記分析素子チップの表面側に板状に配置され、
   前記入射面は、前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角を、前記入射した光が前記分析素子チップの表面で全反射した後、前記金属薄膜に対して前記分析素子チップの表面側から全反射条件で到達するような角度に形成され、
   前記射出面は、前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角を、前記金属薄膜で全反射された光が前記分析素子チップの表面で全反射された後、当該射出面に到達して内部側に再度全反射されることなく外部に射出されるような角度に形成されることを特徴とする請求項１に記載の分析素子チップ。
7. 前記入射面と前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角及び前記射出面と前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角は、前記入射面に対して法線方向から光が入射した場合に、前記射出面に対して法線方向に前記光が射出されるような角度であることを特徴とする請求項６に記載の分析素子チップ。
8. 前記入射面と前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角及び前記射出面と前記板状の光導波路本体部における流路側の面とのなす角がそれぞれ直角であることを特徴とする請求項６に記載の分析素子チップ。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の分析素子チップを備えたことを特徴とする表面プラズモン共鳴分析装置。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の分析素子チップを備えたことを特徴とする表面プラズモン共鳴蛍光分析装置。

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