JP2009168594A

JP2009168594A - 表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造

Info

Publication number: JP2009168594A
Application number: JP2008006652A
Authority: JP
Inventors: Gen Iwasaki; 弦岩崎; Tsutomu Horiuchi; 勉堀内; Tomoko Seyama; 倫子瀬山; Tatsu Miura; 達三浦; Tsuneyuki Haga; 恒之芳賀; Takeshi Hayashi; 剛林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: JP4861347B2

Abstract

【課題】簡便な構造で試料セルを確実に位置決め固定することができ、また装置の小型化を可能にした表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造を提供する。
【解決手段】
装置筐体のセル装着部１２に位置決めピン２１と、一対の押圧子２６、２７を配設する。位置決めピン２１は、透明板１７の一側面１７ａに形成した位置決め用溝２１と係合する。一対の押圧子２６、２７は、透明板１７の対向する２つの側面１７ｂ、１７ｃのガイドピン２８側とは反対側の端縁３１ａ、３１ｂを圧縮コイルばね２９、３０のばねカによって押圧する。各押圧子２６、２７の押圧面２６ｂ、２７ｂは、円錐面に形成されており、透明板１７を押圧したとき分力が生じ、透明板１７を下方と位置決めピン方向の二方向に移動させ、位置決めピン２８とともに透明板１７の三箇所を固定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴現象を利用して被測定物を定量または定性的に測定する表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造に関するものである。

表面プラズモン波（Surface Plasmon Wave：ＳＰＷ）とは、金属と誘電体との界面に存在する電子の疎密波のことで、光を金属薄膜の一方の面に誘電体を介して全反射条件で照射すると微細なエバネッセント波が生じる。エバネッセント波とは、屈折率の異なる界面で光が反射する際に、界面から浸み出す光のことである。また、誘電体に接触した金属薄膜の表面側では、疎密波（表面プラズモン波）が発生し、これらの波の波数が一致したときに光のエネルギがＳＰＷの励起に利用され、反射光の強度が減衰する。この現象を表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance ：ＳＰＲ）現象と呼んでおり、このＳＰＲ現象を利用することで、牛乳中の菌、血液や尿中に存在するペプチド類、生体内で起こる分子間の相互作用、例えば免疫反応、タンパク質間相互作用などをリアルタイムで測定することができる。

ＳＰＲ現象を利用して被測定物中の化学物質の定性・定量測定を行なうＳＰＲ現象測定装置としては、例えば特許文献１、２、３に開示されたものが知られている。

前記特許文献３に記載されているＳＰＲ現象測定装置は、筐体にセルホルダを設け、このセルホルダによって試料セルをプリズムに押し付けて固定するようにしている。セルホルダは、中空状に形成され試料セルを案内する案内部を有する案内部材と、この案内部材の上方に上下動自在に取付けられた保持部材とからなり、この保持部材に前記試料セルをプリズムに押し付けるばねと、案内部材に設けた一対のガイド穴に摺動自在に挿入される一対のガイドピンが垂設されている。

特許第３４６２１７９号公報特開２００１−１９４２９８号公報特許第３３５６２１３号公報

しかしながら、上記した従来のＳＰＲ現象測定装置は、セルホルダを構成する保持部材と案内部材の構成が複雑で部品点数が多く製造コストが高くつき、また保持部材が試料セルの上方に設けられているため筐体からの突出寸法が大きくなり、装置自体が大型化するという問題があった。

本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡便な構造にも拘わらず試料セルを確実に位置決め固定することができ、また装置の小型化を可能にした表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、表面に金属薄膜が形成され試料セルの開口部を覆う透明板の一側面に位置決め用溝を形成し、筐体のセル装着部に位置決めピンと、押圧子と、この押圧子を前記透明板方向に付勢する付勢手段とを設け、前記位置決めピンと前記位置決め用溝を係合させて前記試料セルを前記プリズムの上に載置し、前記付勢手段によって前記押圧子を前記試料セルに押し付け、前記位置決め用溝を前記位置決めピンに押し付けるとともに前記試料セルを前記透明板に押し付けることにより、透明板の少なくとも二箇所を固定するものである。

また、本発明は、上記発明において、前記位置決めピンを下方に向かって小径化するテーパピンとし、前記位置決め用溝を下方に向かって溝幅が狭くなるＶ字状溝としたものである。

さらに、本発明は、前記押圧子が試料セルを透明板方向と位置決めピン方向の二方向に押圧する押圧面を備えているものである。

本発明においては、位置決め用溝、位置決めピンおよび押圧子によって試料セルの少なくとも二箇所を透明板に固定するようにしたので、構造が簡単で試料セルを確実に位置決め固定することができる。
また、本発明においては、位置決めピンが下方に向かって小径化するテーパピンからなり、位置決め用溝が同じく下方に向かって溝幅が狭くなるＶ字状溝に形成されているので、位置決めピンを位置決め用溝に係合させ、押圧子によって透明板を位置決めピン方向に押圧することにより、試料セルに下向きの力が加わり、位置決めピンと位置決め用溝が所謂楔効果で食い込み、透明板をプリズムに押し付けて固定する。また、押圧子は、試料セルを透明板方向にも押圧する機能を備えているので、押圧子の数を削減することができる。
さらに、押圧子を試料セルの上方に設ける必要がないので、筐体からの突出寸法を小さくすることができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る試料セル固定構造を採用した表面プラズモン共鳴現象測定装置の一実施の形態を示すモデル図、図２はプリズムの斜視図、図３は試料セル固定構造を示す断面図、図４は同試料セル固定構造の平面図である。これらの図において、全体を参照符号１で示すＳＰＲ現象測定装置は、薄箱竪型の筐体２と、この筐体２内に収納された、単色光光源としてのレーザー光源３（例えば、波長６７０ｎｍ）、Ｐ偏光子４、集光レンズ５、プリズム６、ＣＣＤセンサ７等を備えている。

筐体２の上面一側寄りには、試料セル１３の装着部を構成する開口部１２が形成されている。

前記プリズム６は、図２に示すように直径Ａ（長さ）が例えば、２０ｍｍ、幅Ｂが５ｍｍ程度の略半円柱状に形成されていることにより、平坦面からなる底面６ａと、半円形からなる左右一対の側面６ｂ、６ｂと、レーザー光源３から出射しＰ偏光子４によって偏光したＰ偏光光Ｌ₁ の入射面と反射光Ｌ₂ の出射面を形成する円弧状の周面６ｃとからなり、底面６ａを上に向けて前記開口部１２の真下に固定されている。底面６ａの幅方向中央部は、前記開口部１２から筐体外部に露呈しており、この底面中央部に被測定物１４を収容する試料セル１３が後述する固定機構２５により着脱可能に固定される。試料セル１３は、内部に被測定物１４を収容しており、下面開口部１３ａには穴１５を有するフィルム１６が配設され、この開口部１３ａと穴１５を気密に閉塞する透明板１７が試料セル１３の下面に固定されている。

前記透明板１７は、前記筐体２の開口部１２より小さく、試料セル１３よりも大きい矩形に形成され、上面に金属薄膜１８が形成されている。金属薄膜１８は、スパッタ、蒸着などによって形成された金または銀の薄膜（例えば、厚さ４０〜６０ｎｍ）からなり、試料セル１３内の被測定物１４が液体の場合、化学的に安定な金が用いられる。また、透明板１７の一側面１７ａの中央には、上下面に開放する位置決め用溝２１（図４）が形成されている。この位置決め用溝２１は、上端から下端に向かって溝幅が狭くなるＶ字状の溝に形成されている。

図３および図４において、前記固定構造２５は、前記透明板１７の三箇所を固定する一対の押圧子２６、２７および一本の位置決めピン２８と、前記一対の押圧子２６、２７をそれぞれ付勢し透明板１７に押し付ける付勢手段としての一対の圧縮コイルばね２９、３０とで構成されている。

一対の押圧子２６、２７は、筐体２の開口部１２の一側寄りに互いに接近離間する方向に移動自在に配設されている。押圧子２６、２７の互いに対向する先端面は、円錐状に形成されており、前記透明板１７の前記一側面１７ａを挟んで対向する２つの側面１７ｂ、１７ｃの前記側面１７ａ側とは反対側の側縁３１ａ、３１ｂをそれぞれ押圧する押圧面２６ａ、２７ａを形成している。そして、これらの押圧子２６，２７は、筐体２の上面に設けた収納部３２、３３内に前記圧縮コイルばね２９、３０とともにそれぞれ収納されており、先端部が外部に突出している。なお、各押圧子２６、２７は、後端に設けた抜け防止部２６ｂ、２７ｂによって収納部３２、３３からの抜けが防止されている。

前記位置決めピン２８は、前記一対の押圧子２６Ａ、２６Ｂの中間部で、これら一対の押圧子２６Ａ、２６Ｂとは反対側、言い換えれば透明板１７の一側面１７ａ側に位置するように筐体２に突設され、試料セル１３の取付時に前記位置決め用溝２１が係合することにより、透明板１７を位置決めする。また、位置決めピン２８は、上端から下端に向かって小径化し周面が位置決め用溝２１の溝壁と圧接するテーパピンで形成されている。

このようなＳＰＲ現象測定装置１において、測定に際しては予め被測定物１４を収容した試料セル１３に取付けられている透明板１７を固定構造２５によってプリズム６の底面６ａに押し付けて固定する。透明板１７をプリズム６に固定するときは、押圧子２６、２７を圧縮コイルばね２９、３０に抗して収納部３２，３３内に退避させておき、透明板１７を筐体２の開口部１２内に挿入してプリズム１６の上に屈折率整合層３６を介して載置し、位置決め用溝２１を位置決めピン２８に係合させる。屈折率整合層３６としては、オイル、フィルム等が用いられる。

次ぎに、押圧子２６、２７を解放すると、押圧子２６、２７は圧縮コイルばね２９、３０の付勢力によって収納部３２、３３から突出して押圧面２６ａ、２７ａによって透明板１７の側縁３１ａ、３１ｂをそれぞれ押圧する。このとき、押圧面２６ａ、２７ｂが円錐面であるため、側縁３１ａ、３１ｂとの接触は点接触になるが、この接触部分が押圧面の中心より下方でかつ位置決めピン２８側となるように、押圧子２６、２７を配置しているから、押圧子２６、２７によって透明板１７の側縁３１ａ、３１ｂを押圧したとき、下向き方向と位置決めピン方向へとの分力を生じさせる。位置決めピン方向の分力は、位置決め用溝２１を位置決めピン２８に押し付ける。下向きの分力は、所謂くさび効果により位置決め用溝２１を位置決めピン２１に沿って下降させ、溝壁を位置決めピン２８の周面に圧接する。このため、透明板１７は、一対の押圧子２６、２７と位置決めピン２８とにより三点支持されてプリズム６と位置決めピン２８に押し付けられ、所定位置に固定される。したがって、がたつくおそれがない。

また、押圧子２６、２７と位置決めピン２８は、試料セル１３の上方に突出していないので、装置自体が大型化することもない。

試料セル１３をプリズム６に透明板１７を介して位置決め固定した後、レーザー光源３を点灯して試料セル１３内の被測定物１４を測定する。すなわち、レーザー光源３から放射された光Ｌは偏光子４によって偏光されることによりＰ偏光光Ｌ₁ となり、集光レンズ５により集光された後プリズム６の円弧面４ｃに入射角θで入射する。プリズム６に入射したＰ偏光光Ｌ₁ は、プリズム６および透明板１７を通過すると金属薄膜１８を全反射の条件下で照射し、その反射光Ｌ₂ がＣＣＤセンサ７によって検出される。

プリズム６を透過したＰ偏光光Ｌ₁ は、金属薄膜１８と被測定物１４の境界面でエバネッセント波が生じる。一方、金属薄膜１８の表面では、表面プラズモン波が生じる。エバネッセンス波と表面プラズモン波とは、Ｐ偏光光Ｌ₁ のプリズム６に対するある入射角（４５〜７８°）で共鳴を起こす。このとき、ＣＣＤカメラ７によって反射光Ｌ₂ の強度を測定すると、図５に示すように共鳴が起こる角度（共鳴角）で反射強度が減少するため、反射率の低い谷が観測される。

共鳴角は、金属薄膜１８に接する被測定物１４の光学的な性質（屈折率）に依存するため、例えば、金属薄膜１８上に抗体などを固定し、抗原との結合による抗体の屈折率変化を測定することにより、特定物質の定量測定を行うことができる。

図６は本発明の他の実施の形態を示す平面図、図７は側断面図である。本実施の形態は、それぞれ１つからなる押圧子４０と位置決めピン２８とでガラス基板１７の二箇所を固定するようにしたものである。位置決めピン２８と位置決め用溝２１は、上記した実施の形態と同一構造であるため、その説明を省略する。

前記押圧子４０は、位置決めピン２８と対向するように、透明板１７のＶ字状の位置決め用溝２１が形成されている側面１７ａと対向する側面１７ｄ側に配設されており、先端面が前記側面１７ｄの上縁を押圧する押圧面４０ａを形成している。この押圧面４０ａは、先端が前方で、後端が往訪に位置するように斜め下方に向かって傾斜する斜面に形成されている。また、押圧子４０は、前記側面１７ｄより若干短い長さを有し、圧縮コイルばね３２によって位置決めピン２８方向に付勢されている。したがって、押圧面４０は、圧縮コイルばね２９の力により側面１７ｄの上縁と接触して押圧し、位置決め用溝２１位置決めピン２８に押し付ける。また、押圧面４０で側面１７ｄの上縁を押圧すると下向きの分力が生じるため、透明板１７がプリズム６に押し付けられ、所定の位置に位置決め固定される。さらに、押圧子４０は、透明板１７の側面１７ｄを線状に押圧するため、位置決めピン２８により透明板１７の二箇所を固定する構造であっても透明板１７が回転するようなおそれがなく、上記した実施の形態と同様に透明板１７をプリズム６に圧接した状態で固定することができる。

なお、上記した実施の形態は、ガラス基板１７の二箇所と三箇所を固定する固定構造について説明したが、本発明はこれに限らず押圧子および／または位置決めピンの数を増やすことにより三箇所以上を固定してもよいことはもちろんである。

本発明に係る試料セル固定構造を採用した表面プラズモン共鳴現象測定装置の一実施の形態を示すモデル図である。プリズムの斜視図である。試料セル固定構造を示す断面図である。同試料セル固定構造の平面図である。金属薄膜に対する入射角度と反射強度との関係を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す平面図である。側断面図である。

符号の説明

１…表面プラズモン共鳴現象測定装置、２…筐体、３…光源、４…偏光子、５…集光レンズ、６…プリズム、７…ＣＣＤセンサ、１２…開口部、１３…試料セル、１４…被測定物、１７…透明板、１８…金属薄膜、２１…位置決め用溝、２５…固定構造、２６、２７…押圧子、２８…位置決めピン、２９、３０…圧縮コイルばね、３６…屈折率整合層、４０…押圧子。

Claims

表面に金属薄膜が形成され試料セルの開口部を覆う透明板の一側面に位置決め用溝を形成し、
筐体のセル装着部に位置決めピンと、押圧子と、この押圧子を前記透明板方向に付勢する付勢手段とを設け、
前記位置決めピンと前記位置決め用溝を係合させて前記透明板をプリズムの上に載置し、前記付勢手段によって前記押圧子を前記透明板に押し付け、前記位置決め用溝を前記位置決めピンに押し付けるとともに前記透明板を前記プリズムに押し付けることにより、透明板の少なくとも二箇所を固定することを特徴とする表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造。
請求項１記載の表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造において、
前記位置決めピンが下方に向かって小径化するテーパピンからなり、前記位置決め用溝が下方に向かって溝幅が狭くなるＶ字状溝であることを特徴とする表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造。
請求項１または２記載の表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造において、
前記押圧子は透明板をプリズム方向と位置決めピン方向の二方向に押圧する押圧面を備えていることを特徴とする表面プラズモン共鳴現象測定装置の試料セル固定構造。