JP2010511151A - 表面プラズモン共鳴の検出方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
その上に少なくとも2つの電極を有し、前記電極の少なくとも1つが流体試料と結合している圧電基板を準備する工程と、
該圧電基板中の発振周波数を誘起するために、該流体試料に向けて、光線を送信する工程と、
流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために、前記光線を送信している間、前記電極から該発振周波数を測定する工程と、を有する。
その上に少なくとも2つの電極を有し、前記電極の少なくとも1つが流体試料と結合している電極を有する圧電基板を準備する工程と、前記圧電基板中の発振周波数を誘起するために、前記圧電基板に結合された前記流体試料に向けて、光線を送信する工程と、
流体試料に関係する表面プラズモン共鳴および重量分析パラメータを検出するために、前記光線を伝送している間、前記電極から前記発振周波数を測定する工程と、を有する。
その上に少なくとも2つの電極を有し、前記電極の少なくとも1つが流体試料と結合している電極を有する圧電基板を準備する工程と、
前記圧電基板中の発振周波数を誘起するために、前記流体試料に向けて、光線を送信する工程と、
送信された光線からの反射光が検出されないような条件で、流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために、前記光線を送信している間、前記電極から発振周波数を測定する工程と、を有する。
その上に配置された、少なくとも2つの電極を有する圧電基板と、
使用時に少なくとも1つの電極が流体試料と結合されるように配置され、流体試料を保持するための密閉チャンバーと、
前記圧電基板上に発振周波数を誘起するために、前記流体試料に向けて光線を送信するよう配置された光線源と、
前記流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために、前記光線を送信している間、前記電極から発振周波数を測定するための手段と、を有する。
その上に配置された、少なくとも2つの電極を有する圧電基板と、
使用時に少なくとも1つの電極が流体試料と結合されるように配置され、流体試料を保持するための密閉チャンバーと、
前記流体試料に向けて光線を発信するよう配置された光線源と、
前記流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために、前記光線を送信している間、前記電極から発振周波数を測定するための手段と、からなる。
その上に配置された、少なくとも2つの電極を有する圧電基板と、
そのように配置され、流体試料を保持するための密閉チャンバーと、
使用時に少なくとも1つの電極が流体試料と結合されるように配置され、流体試料を保持するための密閉チャンバーと、
前記流体試料に向けて光線を送信するよう配置された光線源と、
送信された光線からの反射光が検出されないような条件で、前記流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために、前記光線を送信している間、前記電極から発振周波数を測定するための手段と、を有する。
使用時に少なくとも1つの電極が流体試料と結合されるように配置され、流体試料を保持するための密閉チャンバーと、
前記圧電基板上に発振周波数を誘起するために、流体試料に向けて光線を送信するよう配置された光線源と、
前記光線を送信している間、前記電極から発振周波数を測定するための手段と、を有するシステムであって、
前記システムは、測定された前記発振周波数に基づき前記流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために使用されるシステムの使用が提供される。
前記光線源の光強度を測定するために、前記光線を送信している間、前記電極から発振周波数を測定するための手段と、を有する光強度を検出するためのシステムが提供される。
前記圧電基板上に発振周波数を誘起するために、圧電基板に向けて光線を送信するよう配置された光線源と、
前記光線を送信している間、前記電極から発振周波数を測定するための手段と、を有し、
前記光線源の光強度を測定するためのシステムの使用が提供される。
本明細書で用いられる以下の単語および用語は、下記に示す意味を有する。
流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出する方法に係る典型的で、限定されない実施形態について以下に述べる。該方法は、その上に少なくとも2つの電極を有し、前記電極の少なくとも1つが流体試料と結合している圧電基板を準備する工程を有している。電極の1つを「前面電極」と称してもよい。前面電極は、周期金属表面コルゲーション構造(格子)を備えていてもよい。光線は、圧電基板中の発振周波数の離調(detune)を誘起するために、圧電基板の前面電極に存在してもよい流体試料に向かって送信される。流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために入射角を変えると、光線が照射されている間、電極からの発振周波数は測定される。一実施形態において、流体試料は、電極上あるいは圧電基板上、あるいはその両方の上に存在してもよい。
ここで、mfは水晶振動子の表面上に吸着した流体試料の質量密度(kg/m2)、Δfは水晶振動子の周波数変化(Hz)、fqは水晶の初期周波数、ρqは水晶振動子の密度(2650kg/m3)、vqは水晶内の剪断波速度(3340m/s(ATカット水晶))である。
図1を参照すると、SPRおよびQCM(重量分析)測定システム8が示されている。
この効果の直接的な解釈は、エネルギーが関係する現象であろう。そして、発振周波数のシフトは、レーザーの強度に依存すると思われる。この仮説を確かめるために、強度が、それぞれ0、0.014、0.029、0.057、0.111、0.228、0.337、0.452および0.568mW/mm2(2つの偏光子の相対的な偏光方位に同調され、それぞれ、0、0.1、0.204、0.404、0.785、1.61、2.38、3.192、4.011mWのレーザー出力から計算された。なおレーザースポットの直径は約3.0mmであった)である赤色ヘリウム−ネオンレーザー(λ=633nm)からの光が同じ水晶振動子の前面金電極に垂直入射し、周波数のシフトがそれに応じて記録された。水晶振動子の温度は一定にした(T〜25℃)。全ての測定は、チョッパーなしで空気中において行った。
実験では、チョッパー(必要ならばパルス周波数を調整する)を通過する連続のヘリウム−ネオンレーザーからの光線および2つの偏光子(必要ならば強度を調整し、最終の光の偏光を制御する)が、5メガヘルツ(MHz)の基本周波数を持ち、Q−sense AB社(スウェーデン)製のウインドウセル内に設置された水晶振動子の前面電極上に垂直入射するように構成した(図4)。
エネルギーは、熱あるいはエネルギーの他の形態として水晶振動子に結合されうる。この場合、レーザー光の偏光の変化は、光の強度が一定である限り、検出可能ないかなる応答の原因にならないはずである。sあるいはp偏光であるレーザー光が用いられる。水晶振動子の温度は一定とされる(T〜25℃)。全ての測定は空気中で行われた。
同じ強度(試料として、ここで述べる実験では、0.14mW/mm2の強度を用いた)を有し、異なる波長のレーザー光が、同じセンサー水晶振動子にそれぞれ入射した場合、水晶振動子の発振周波数応答は、しかしながら、照射波長に依存することが分かった(図7)。
個々の波長に対する均一な浸透距離に渡り、吸収エネルギー(ε")の平均を求めることにより、さらなる近似を行った。表1から分かるように、値は図7に示された周波数応答のデータとよく相関している。
周波数シフトとレーザーの出力および波長との相関性は、温度効果を示唆しているようにみえる。しかしながら、セル全体を加熱した場合、逆の反応(周波数減少)が観察される(図8)。これは、光照射下におけるセンサー水晶の周波数変化が単なる(等方的)加熱による温度効果ではないことを示している。金が良好な熱伝導性を示すことを考慮すると(室温において317W/m/K)、一方の側の金電極上の(側面の)温度差の可能性は極めて低い。
応力が誘起された温度差のさらなる証拠は、空気の代わりに、水あるいはエタノールをセル内で媒体として用いる実験からもたらされる。この現象をより明確に実証するために、キセノンランプから入力され、より大きなエネルギーを有する光を照射源として用いた。結果を図9に示す。
固体材料(たとえば、SiO2)を水晶振動子にコーティングした場合、光線の反射は減少する。この場合、センサー水晶振動子の前面電極上により多くのエネルギーが蓄積される。これに対応し、数倍の大きさの応答が観察された(図10)。これは、異なる波長の光に当てはまる(赤色レーザーにとっては、最も顕著であるが)。
図11は、二重プライム符号「”」以外は同じ参照番号により示され、上述した装置8と同じ技術的特徴を多く有する装置100の概略図である。図11に示されているように、5mWの出力を有するヘリウム−ネオンレーザー1”(1105P、λ=633nm、Uniphase社製)を光源として用いた。レーザー光は、LaSFN9プリズム24(Spindler&Hoyer社製)および屈折率が一致されている試料LaSFN9スライドの高い屈折率の結合器に到達する前に、機械式チョッパー21により変調され、2つの偏光子29(PGT28、Halle社製)を通過した。浸漬油25の層と接触しているプリズム24は、誘電体コーティング28を有する金属層27上に置かれているガラス基板26に結合されている。反射された光線は、読み取られる周波数を有する水晶振動子によって観察された。ロックイン増幅器22は、ここで示されている測定におけるいかなる機能も有していない以外は、従来の表面プラズモン共鳴分光器中と同じように保たれている。試料および検出ステージは、復円ゴニオメーター内に設置され、θ/2θモードで操作される。
格子結合表面プラズモン共鳴(SPR)分光器および水晶振動子微量天秤の組み合わせのための配置は、図13に描かれているように使用した。図13は、三重プライム符号「’”」以外は同じ参照番号により示され、上述した装置100(図11)と同じ技術的特徴を多く有する装置100’の概略図である。
ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロライド)(PDADMAC)、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(PSS)、3−メルカプトプロピルスルホン酸ナトリウム(MPS)、濃硫酸(99%)、ヒドロペルオキシド水溶液(30%)は、全てAldrich製であった。0.1Mの高分子水溶液を、0.2MのPBSバッファの9倍(v/v)に希釈することにより調製されて、余分に添加された0.18Mのイオン強度を有する、両方の高分子の濃度は0.01Mであった。この実験では、図1に示す機構を採用した。
3…水晶振動子
6…QCM
8…システム
9…フローセル
Claims (27)
- 流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するための方法であって、
その上に少なくとも2つの電極を有し、前記電極の少なくとも1つが流体試料と結合している圧電基板を準備する工程と、
該圧電基板中の発振周波数を誘起するために、該流体試料に向けて、光線を送信する工程と、
該流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために、前記光線を送信している間、前記電極から該発振周波数を測定する工程と、を有する方法。 - 前記流体試料の重量分析パラメータを決定するために、測定された前記発振周波数を用いる工程をさらに有する請求項1に記載の方法。
- 前記重量分析パラメータが、水晶振動子微量天秤パラメータである請求項2に記載の方法。
- 前記送信工程が、複数の入射角において、前記流体試料上に前記送信された光線を向ける工程をさらに有する請求項1に記載の方法。
- 前記測定工程が、それぞれの前記入射角においてなされる請求項4に記載の方法。
- 複数の格子形成が該圧電基板の表面上に備えられている請求項1に記載の方法。
- 前記格子形成は、300nm〜750nmの格子定数を有している請求項6に記載の方法。
- 前記光線がレーザー光線である請求項1に記載の方法。
- 前記レーザー光線の強度が、0.01mW/mm2〜100mW/mm2の範囲から選ばれる請求項8に記載の方法。
- 前記レーザー光線の波長が、500nm〜1200nmの範囲から選ばれる請求項8に記載の方法。
- 前記電極に電界を印加し、これにより、前記発振周波数を発生させる工程をさらに有する請求項1に記載の方法。
- 流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するためのシステムであって、
その上に配置された、少なくとも2つの電極を有する圧電基板と、
使用時に少なくとも1つの電極が前記流体試料と結合されるように配置され、流体試料を保持するための密閉チャンバーと、
前記圧電基板上に発振周波数を誘起するために、前記試料に向けて光線を送信するよう配置された光線源と、
前記流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために、前記光線を送信している間、前記電極から該発振周波数を測定するための手段と、を有するシステム。 - 該発振周波数が、前記試料の重量分析パラメータを決定するために用いられる請求項12に記載のシステム。
- 前記重量分析パラメータが、水晶振動子微量天秤パラメータである請求項13に記載のシステム。
- 前記光線源および前記流体試料を互いに関連して移動させるための手段を有する請求項12に記載のシステム。
- 移動機構が少なくとも1つの光反射材料に結合され、これにより、前記光反射材料が移動したときに、前記流体試料上の複数の入射角において、前記送信された光を反射するための手段を有する請求項15に記載のシステム。
- 移動機構が、該光線源および該圧電基板の少なくとも1つを移動させるためのモーターを有している請求項15に記載のシステム。
- 前記電極に対し電界を印加するための電界発生器を有している請求項12に記載のシステム。
- 前記密閉チャンバーは、前記試料がそれを通過するための流入管および排出管を有している請求項12に記載のシステム。
- 前記圧電基板が、その表面上に配置された複数の格子形成を有している請求項12に記載のシステム。
- 前記格子形成は、300nm〜750nmの格子定数を有している請求項20に記載のシステム。
- 前記格子形成は、10nm〜100nmの高さの格子を有している請求項20に記載のシステム。
- 前記電極は、20nm〜2000nmの厚みを有している請求項20に記載のシステム。
- 前記光線源が、レーザー光線源である請求項20に記載のシステム。
- その上に配置された、少なくとも2つの電極を有する圧電基板と、
使用時に少なくとも1つの電極が流体試料と結合されるように配置され、流体試料を保持するための密閉チャンバーと、
前記圧電基板上で発振周波数を誘起するために、前記試料に向けて光線を送信するよう配置された光線源と、
前記光線を送信している間、前記電極から前記発振周波数を測定するための手段と、を有するシステムであって、
前記システムは、測定された前記発振周波数に基づき前記流体試料に関係する表面プラズモン共鳴を検出するために使用されるシステムの使用。 - 光強度を検出するためのシステムであって、
その上に配置された、少なくとも2つの電極を有する圧電基板と、
前記圧電基板上に発振周波数を誘起するために、前記圧電基板に向けて光線を送信するよう配置された光線源と、
前記光線源の光強度を測定するために、前記光線を送信している間、前記電極から該発振周波数を測定するための手段と、を有するシステム。 - その上に配置された、少なくとも2つの電極を有する圧電基板と、
前記圧電基板上で発振周波数を誘起するために、前記圧電基板に向けて光線を送信するよう配置された光線源と、
前記光線を送信している間、前記電極から該発振周波数を測定するための手段と、を有し、
前記光線源の光強度を測定するためのシステムの使用。
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