JP2014528088A - 表面プラズモン共鳴バイオセンサシステム - Google Patents

Abstract

ＳＰＲセンサ表面と、光の伝播方向と交差するＳＰＲセンサ表面上の線形の検出領域において光のくさび形ビームを方向付けるように配置された照明ユニットと、反射角が一方の次元に沿ってイメージングされ、検出領域の幅が他方の次元に沿ってイメージングされるように、ＳＰＲセンサ表面から２次元光検出器ユニット上に反射された光を方向付けるための検出光学系を備える検出ユニットとを備え、照明ユニットは、光の伝播方向と交差するＳＰＲセンサ表面上の２以上の離隔された線形の検出領域において光のくさび形ビームを選択的に方向付けるように配置される、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）バイオセンサシステム。【選択図】 図４ｂ

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）バイオセンサシステムに関し、より詳細には、容量を増大した高感度のＳＰＲバイオセンサシステムに関する。

生体分子など分子間の相互作用をリアルタイムで監視することができる表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）バイオセンサシステムには、ますます関心が高まっている。そのようなバイオセンサシステムの代表的なものは、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅにより販売されているＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）であり、これはサンプル内の分子間の相互作用、及び検知表面上で固定化された分子構造を検出するために表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を使用する。サンプルがセンサ表面を通過する際、結合の進行状況は、相互作用が発生する速度を直接反映している。サンプル注入後、緩衝液流が続き、その間の検出器のレスポンスは、表面上の複合体の解離速度を反映している。ＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）システムからの通常の出力は、時間経過に伴う分子間相互作用の進行を説明するグラフ又は曲線であり、結合位相部分及び解離位相部分を含む。この結合曲線は、通常はコンピュータ画面に表示され、「センサグラム」と呼ばれることが多い。

Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ， Ｅ．， Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， ２６，（１９７８）４１−４４に記載されているように、反射率の変化に対して動作の速度が遅いこと、及び可動機構に基づきＳＰＲ手順に関して共鳴角を決定する際の精度が十分ではないという問題は、扇形ビーム（角度の範囲にわたりセンサ表面に同時に入射する複数のビームに相当する）、及び角度的に離隔された検出器のアレイによる（角度の範囲にわたる）反射ビームの集合を使用することによって解決される。

さらに、欧州特許出願公開第０ ３０５ １０９号に記述されている透過性ブロックは、くさび形ビームを作り出す半円柱の形態をとることができ、検知表面に小さな照光領域の列をもたらす。半円柱レンズには、単一のサンプルで同時に複数の検査を行なうために使用できるという利点がある。この目的のために、検知表面は、各々異なる抗体を備える一連の高感度領域（センサスポットの１Ｄアレイ）の形態をとり、各々別個の領域は検出器アレイ内の各自の検出器によって監視される。別個の表面領域のＳＰＲの集束ラインに沿って光ビームの同一角度範囲をもたらすために使用される円筒形集束の原理は、Ｂｅｎｎｅｒ， Ｒ．Ｅ． ｅｔ ａｌ． Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ３０（１９７９）１４５−１４９， ａｎｄ Ｓｗａｌｅｎ， Ｊ Ｄ ｅｔ ａｌ． Ａｍ Ｊ． Ｐｈｙｓ．４８（１９８０）６６９−６７２に記載されている。

米国特許第６７３８１４１号

本発明の目的は、新しいＳＰＲバイオセンサシステムを提供することであり、そのＳＰＲバイオセンサシステムは、従来技術の２ＤスポットアレイＳＰＲ検出の１以上の欠点を克服するものである。それは、独立クレームに定義されるように、ＳＰＲバイオセンサシステムによって達成される。

本発明の方法による１つの利点は、堅固で、簡易な、低コストの効率的な方法で、相互作用研究のための検出器スポットの数を増やすことができることである。

本発明のさらに深い理解、及び本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することにより得られるであろう。

ＳＰＲに基づくバイオセンサシステムを示す概略側面図である。 結合曲線が明らかな結合及び解離位相を呈する、代表的なセンサグラムを示す図である。 従来技術のＳＰＲバイオセンサシステムを示す概略図である。 従来技術のＳＰＲバイオセンサシステムを示す概略図である。 本発明のＳＰＲバイオセンサシステムの一実施形態を示す概略図である。 本発明のＳＰＲバイオセンサシステムの一実施形態を示す概略図である。 図４ａ及び図４ｂのＳＰＲバイオセンサシステムの動作原理を示す図である。 図４ａ及び図４ｂのＳＰＲバイオセンサシステムの動作原理を示す図である。 図４ａ及び図４ｂのＳＰＲバイオセンサシステムを示す拡大断面図である。 図４ａ及び図４ｂのＳＰＲバイオセンサシステムを示す拡大断面図である。 図４ａ及び図４ｂのＳＰＲバイオセンサシステムを示す拡大断面図である。 本発明の代替の実施形態を示す図である。 本発明の代替の実施形態を示す図である。 本発明の代替の実施形態を示す図である。 本発明の代替の実施形態を示す図である。 本発明の代替の実施形態を示す図である。 本発明の代替の実施形態を示す図である。

前述のように、本発明は、
ＳＰＲセンサ表面と、
光の伝播方向と交差するＳＰＲセンサ表面上の線形の検出領域において光のくさび形ビームを方向付けるように配置された照明ユニットと、
反射角が一方の次元に沿ってイメージングされ、検出領域の幅が他方の次元に沿ってイメージングされるように、ＳＰＲセンサ表面から２次元光検出器ユニット上に反射された光を方向付けるための検出光学系を備える検出ユニットとを備え、
照明ユニットは、ＳＰＲセンサ表面上の２以上の離隔された線形の検出領域において光のくさび形ビームを選択的に方向付けるように配置される、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）バイオセンサシステムに関する。

しかし、本発明をさらに詳細に説明する前に、本発明を使用することが企図される一般的なコンテキストについて説明する。

他に特に定義のない限り、本明細書において使用されるすべての技術及び科学用語は、本発明に関連する技術分野の当業者によって一般に理解される意味と同様の意味を有する。また、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、特に指示のない限り、複数の参照を含むことが意図される。

本明細書において言及されるすべての出版物、特許出願、特許、及びその他の参考文献は、参照によりそれらの全体を本明細書に援用する。

市販されているバイオセンサは、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅによって製造され販売されている前述のＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）システム機器であり、これは表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）に基づいて、結合リガンドと関心対象のアナライトとの間の表面結合相互作用をリアルタイムで監視できるようにする。このコンテキストにおいて、「リガンド」は、所与のアナライトに既知又は未知のアフィニティを有する分子であり、表面の検知量（検出量）内の固定化されたキャプチャ又は捕捉剤を含むが、一方「アナライト」は、任意の固有の結合パートナーを含む。

ＳＰＲの現象はよく知られているので、ＳＰＲとは、光が屈折率の異なる２つの媒質間の境界面において特定の条件下で反射される場合に生じるものであること、及びその境界面は通常銀又は金の金属フィルムで被覆されていることを説明するにとどめておく。ＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）機器において、媒質は、サンプル、及び微小流体フローシステムによりサンプルと接触させるセンサチップのガラスである。金属フィルムは、チップ表面上の金の薄層である。ＳＰＲは、反射の固有の角度範囲において反射光の強度を低減させる。最小反射光強度の角度、いわゆるＳＰＲ角度は、ＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）システムのサンプル側の、反射光と対向する側の金属表面に近接する屈折率に応じて異なる。

ＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）システムの概略図を図１に示す。センサチップ１は、フローチャネル５を通じて、例えば抗原などアナライト４のサンプル流にさらされた、例えば抗体などキャプチャ分子（リガンド）３を支持する金フィルム２を有する。照明ユニット７（例えば、ＬＥＤ）からの主として単色のｐ偏光６は、プリズム８によってガラス／金属境界面９に結合され、ここで光は、ＳＰＲにより全反射を減衰させて、ＳＰＲ曲線を形成する。反射光ビーム１０の強度は、光検出ユニット１１（例えば、光検出器アレイ）によって検出される。

サンプル内の分子がセンサチップ表面上のキャプチャ分子に結合する場合、濃度、ひいては表面の屈折率が変化し、ＳＰＲ曲線角度位置のシフトに起因する、ＳＰＲ反応、ＳＰＲ角度、強度、又はＳＰＲ曲線状パラメータの変化が検出される。相互作用の経過中の時間に対するレスポンスをプロットすることで、相互作用の進行を定量的に測定することができる。そのようなプロット、又はカイネティクス若しくは結合曲線（結合等温線）は通常、センサグラムと呼ばれるが、場合によっては、当技術分野において「アフィニティトレース」又は「アフィノグラム」と称されることもある。ＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）システムにおいて、ＳＰＲレスポンス値は、共鳴単位（ＲＵ）で表される。１つのＲＵは、最小反射光強度の角度、又はＳＰＲ曲線重心角度における０．０００１°の変化を表すが、これはほとんどのタンパク質及びその他の生体分子の場合、センサ表面における約１ｐｇ／ｍｍ²の濃度の変化に相当する。アナライトを含むサンプルがセンサ表面と接触すると、センサ表面に結合されたキャプチャ分子（リガンド）は、「結合（ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）」と称される段階においてアナライトと相互作用する。この段階は、サンプルを最初にセンサ表面と接触させた際のＲＵの増加によりセンサグラムで指示される。逆に、「解離（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）」は通常、サンプルの流れが、例えば緩衝液流に置き換えられる場合に生じる。この段階は、アナライトが表面結合リガンドから解離する際の経時的なＲＵの降下によりセンサグラムで指示される。

図２に、センサチップ表面における可逆相互作用の代表的なセンサグラム（結合曲線）を示すが、検知表面は、例えば、サンプル内の結合対象、すなわちアナライトと相互作用する抗体など、固定化されたキャプチャ分子、すなわちリガンドを有する。縦軸（ｙ軸）は、レスポンス（共鳴単位、ＲＵで表示）を示し、横軸（ｘ軸）は、時間（秒単位で表示）を示す。最初、緩衝液は、検知表面を通過し、センサグラムにベースラインレスポンスＡをもたらす。サンプル注入中、アナライトの結合に起因する信号の増大が観察される。結合曲線のこの部分Ｂは、通常、「結合位相（ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｐｈａｓｅ）」と称される。最終的に結合位相の最後又は最後付近において定常状態条件に到達し、共鳴信号はＣにおいて安定状態になる（しかし、常にこの状態に到達するとは限らない）。本明細書において、「定常状態（ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ）」という用語は、「平衡（ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）」という用語の同義語として使用されることに留意されたい（他のコンテキストにおいて、たとえシステムが平衡状態ではない場合でも実際に結合が経時的に一定となりうるので、「平衡」という用語は、理想相互作用モデルを説明する場合に備えて使用を控える場合もある）。サンプルの注入の終えると、サンプルは、緩衝液の連続流に置き換えられ、信号の減少は、表面からアナライトが解離したこと、すなわち解放されたことを反映する。結合曲線のこの部分Ｄは、通常、「解離位相（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｐｈａｓｅ）」と称される。解析は、再生成段階により終了し、ここで表面から結合アナライトを除去することができ、しかも（理想的に）リガンドの作用を保持することができる溶液が、センサ表面に注入される。これは、センサグラムの部分Ｅに示される。緩衝液の注入により、ベースラインＡが回復し、表面は新たな解析を行なう準備が整っている。

結合位相Ｂ及び解離位相Ｄのそれぞれのプロファイルから、結合及び解離のカイネティクスに関する情報が得られ、Ｃにおける共鳴信号の高さはアフィニティを表す（相互作用から生じたレスポンスが、表面上の質量濃度の変化に関連する）。このことについては、後段でさらに詳細に説明する。

ＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）機器の技術的側面及び基本光学原理、並びにＳＰＲの現象についての詳細な説明は、米国特許第５，３１３，２６４号に記述されている。

図３ａ及び図３ｂは、そのような従来技術のＢＩＡＣＯＲＥ（登録商標）システムにおける光学システムを概略的に示し、図３ｂは上面図であり、図３ａは図３ｂの平面Ｐの断側面図である。そのようなシステムは、光の伝播方向と交差するＳＰＲセンサ表面２上の線形の検出領域９において光のくさび形ビーム６を方向付けるように配置された、光源２４及びくさび形成光学系２６とを備える照明ユニット７を備える。説明のため、光路内のすべての屈折性の要素は省略されている（例えば、図１に示されるプリズムのような、ビームをセンサ表面に結合する光学系）か、又は一般的な「光学系」ユニット（例えば、２０及び２６）で置き換えられている。光のくさび形ビーム６は、図３ｂに示されるように交差方向に基本的に均一であり、６２から７８度など、ＳＰＲ検出に関連する入射角において示される線形の検出領域９を照らす。中間（例えば、６２°と７８°の間）入射角すべてを有する光線が、このビーム内にある。システムは、反射の角度が一方の次元（列）に沿ってイメージングされ、検出領域の幅が他方の次元（行）に沿ってイメージングされるように、ＳＰＲセンサ表面１から２次元光検出器ユニット２２に反射された光を方向付けるための特殊なアナモルフィック検出光学系２０を持つ検出ユニット１１をさらに備える。説明のため、１つの入射平面のみを検討することとし、例えば６２°の光入射は、感光性表面９上に反射され、２次元光検出器ユニット２２の単一の検出要素２８Ａでのみ検出光学系２０によってイメージングされる。同様に、角度７８°の光入射は、１つの単一検出要素２８Ｈでイメージングされる。６２度から７８度の入射角値を有する光は、同様に、同じ検出器列で要素２８Ａと２８Ｈの間にある単一の検出要素を照らし、これは図３ａ及び図３ｂにおいて、垂直の列として示される。

例えば発光ダイオードなど光源２４は、概ね単色の特性を備え（帯域幅〜５０ｎｍ）、さらにインコヒーレントで、ほぼ約６５０から約８５０ｎｍ程度の中心波長を持つ光の種類を放射する。或いは、光源２４は、例えば半導体レーザ、色素レーザ、又はガスレーザなどレーザであり、概ね単色でコヒーレントな光を放射する。或いは、光源２４はまた、超発光又は超放射ダイオード（ＳＬＤ）、又はＥＬＥＤのいずれかのような、低コヒーレントエッジ発光ダイオードの形態をとることもある。

入射面Ｐに平行な異なる入射面を持つ光線は、２次元光検出器ユニット２２の他方の列に属する個々の検出要素上に同様にイメージングされる。したがって、行のすべての検出要素は、１つの固有の入射角に対応する。したがって、導管部分の交差方向に見られるように、検知表面のそれぞれの部分が、２次元光検出器ユニット２２の各列に対応する。サンプルのフローチャネルの幅、検出光学系の倍率、個々の検出要素の表面積、それらの検出要素の間隔に応じて、当該のフローチャネル部分の合計幅をイメージングするために特定数の検出要素の列が必要であってもよい。

図３ａ及び図３ｂの実施形態では、同時に最大９つの独立した相互作用を登録できるようにする、相互作用解析用の９つの検出スポット１３ａ〜１３ｉが示される。当技術分野において定着しているように、リガンドは各検出スポットで固定化され（１以上のスポットは、ＳＰＲレスポンスへの非特定の寄与を軽減するための基準チャネルとして機能を果たすため、意図的にリガンドなしの状態であってもよい）、同一又は異なるアナライトをセンサスポットに接触させる。一実施形態では、米国特許第５３１３２６４号に示されるように、各検出スポット１３は、アナライトがスポットを通過するためのフローチャネルに関連付けられるが、代替として２以上の検出スポット１３は、例えば（米国特許第７８１１５１５号に開示されるように）個々の検出スポット１３を流体力学的にアドレスすることができる、１つの単一フローセルで配置されてもよい。

図３ａ及び図３ｂに示されるタイプの従来技術のシステムにおいて、検出スポットの理論的最大数は、２次元光検出器ユニット２２のピクセル行の数によって制限されるが、実際の数は、検出スポット１３及び関連する流体システムのサイズによって異なる。

図４ａ及び図４ｂは、本発明の一実施形態に係る表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）バイオセンサシステムの概略的な実施形態を示すが、検出スポット１３の数は、システムの光学系を大幅に再設計する必要なく２倍になる。平面Ｐで適切な距離だけ第１の光源２４ａと離隔された第２の光源２４ｂを設置し、光源からの光の放射を適切に制御することにより、照明ユニットは、光の伝播方向と交差するＳＰＲセンサ表面１上で、それぞれ２つの離隔された線形の検出領域９ａ及び９ｂにおいて光のくさび形ビーム６を選択的に方向付けるように配置される。概して、図３ａ及び図３ｂの従来技術のＳＰＲシステムのすべての要素に変更を加えることはないが、最適化が行なわれてもよいことが当業者には理解されよう。第２の光源２４ｂ及び関連するビーム経路の変位は、例示するために誇張されており、実用的な光設計における実際の変位は、センサ表面上の検出領域９ａ及び９ｂの間に適切な距離をあけるためにごくわずかなものであってもよい。実際の変位はさらに、経路に沿ったすべての他の光コンポーネントの光学的特性（例えば、口径／イメージング領域）によって制限されてもよい。

約０．３ｍｍ離れた２つの光源２４ａ及び２４ｂを含む一実施形態では、２つの光ビームは、同時に生成されて、センサ表面１で約１ｍｍ離れた２つの検出領域９ａ及び９ｂをもたらす。

各検出スポット１３ペア（平面Ｐと平行な同一平面内に配置されたスポット）の２つの検出領域９ａ及び９ｂは、２次元光検出器ユニット２２の同じピクセル列にイメージングされるので、その時点において１つのＳＰＲ曲線（反射率曲線の１つの降下）として測定される２つの相互作用レスポンスは、完全に同時には記録されない可能性がある。したがって、２つの検出領域９ａ及び９ｂに沿って検出スポット１３から独立して相互作用データを記録するために、２次元光検出器ユニット２２からの読み出しと同期して、２つの光源２４ａ及び２４ｂのオンとオフを適切な頻度で交互に切り替える。このようにすることで、２つの検出スポット行の各々について１つずつ、２つのほぼ同時のセンサグラムのセットを生成することができる。２つの光源２４ａ及び２４ｂをオン及びオフに交互に切り替える動作は、図５ａ及び図５ｂに示される。

用途によっては、各検出スポット１３ペア（平面Ｐと平行な同一平面内に配置されたスポット）の２つの検出領域９ａ及び９ｂは、２次元光検出器ユニット２２の同じピクセル列に同時にイメージングされるので、２以上の反射率最小値を含む重ね合わせＳＰＲ曲線を形成する。これにより、前記反射率最小値間のシフトとして測定される、前記検出領域間の相対的な相互作用レスポンスを完全に同時に監視することができる。そのような実施形態では、ＳＰＲ評価ユニットは、２以上の離隔された線形の検出領域から反射した光のＳＰＲ曲線の結合された読取り値から相対的なＳＰＲ角度シフト（複数反射率の降下）を測定するように配置される。

図４ａから５ｂにおいて認められるように、光源の平面Ｐの垂直変位により、入射角の範囲は、２つのくさび形ビームでわずかに異なっている。約０．３ｍｍ離して移動した光源を使用する上記の実施形態では、入射角の範囲はほぼ０．２°程度異なるので、検出領域９ｂについては６２．０°から７８．０°であるが、検出領域９ａについては６１．８°から７７．８°である。したがって、ピクセル列に交互にイメージングされる角度範囲の間に小さなオフセットがある。角度範囲の前記オフセットは、図６の２次元光検出器ユニット２２の拡大図にさらに明瞭に示されており、くさび形ビームの中心光線６のイメージの角度範囲のオフセットはｄで表され、これは上記の実施形態では、例えば０．２°ほどの大きさである。しかし、（米国特許第５３１３２６４号に詳細に開示されているように）平面Ｐにおけるアナモルフィック検出光学系の角度−ポイント「イメージング」により、前記焦線に沿ったスポットで同一の屈折率をエンコードするＳＰＲ曲線のピクセル列位置の間にはオフセットがなくなる。さらに、２つの平行する検出領域９ａ及び９ｂの交差方向に見られるように、検知表面のそれぞれの部分に対応するピクセル列位置の間にオフセットがなくなる。一実施形態では、２以上のくさび形ビームは、ほぼ等しい絶対入射角範囲をもたらす光線を含む（例えば、くさびビーム番号１：６５°〜７５°、くさびビーム番号２：６５°〜７５°）。別の実施形態では、２以上のくさび形ビームは、複数の絶対入射角範囲のくさび形ビームをもたらす光線を含む（例えば、くさびビーム番号１：６５°〜７５°、くさびビーム番号２：６２°〜７８°、それにより２つのビームでは角度ダイナミックレンジが異なる）。さらに、別の実施形態では、２以上のくさび形ビームは、複数の非重なり絶対入射角範囲のくさび形ビームをもたらす光線を含む（例えば、くさびビーム番号１：６０°〜７０°、くさびビーム番号２：７０°〜８０°、それにより２つのビームでは絶対角度範囲が異なる）。さまざまな角度間隔は、光源２４ａ及び２４ｂのさまざまな位置決め、及びくさび形成光学系２６の設計によって達成することができる。

図７ａ及び図７ｂは、図４ａ及び図４ｂの２つのビームを配置したＳＰＲセンサ表面１の拡大図を示し、図８は、２つの光源２４ａ及び２４ｂの構成の拡大図を示す。２つの光源２４ａ及び２４ｂの相対位置は、くさび形光学系２６の光学的特性に大きく依存する。可能な最善の感度及びパフォーマンスを達成するため、光源２４ｂ及び２４ｂの各々に関連付けられているくさび形ビーム６は、センサ表面１を照らして同じ幅の検出領域９ａ及び９ｂを形成する必要があり、幅の狭さは適切でなければならない。一実施形態では、光源２４ａ又は２４ｂに関連付けられている各くさび形ビーム６は、センサ表面を原則的にその「焦点」において照らす必要がある。図８においてＤで示される、第２の光源２４ｂの垂直変位は、関連するビーム６ｂがセンサ表面１（例えば、検出領域９ｂ）を照らす位置の（光の伝播の一般的方向に沿った）水平変位を結果としてもたらすことを考慮すると、くさび形成光学系２６と検出領域９ｂとの間の距離は増大する。したがって、関連するビーム６ｂの焦点は、図８においてｓで示されるように、光源２４ｂの側方変位によって相応して変位することが好ましい。

光源２４ａ及び２４ｂは、例えば、望ましい効果を達成するために十分に近接して取り付けることができる小さい光源で構成されてもよい。一実施形態では、光源２４ａ及び２４ｂは、ＬＥＤチップ、又はエッジ発光の超発光ダイオード（ＳＬＤ）光源である。別の実施形態では、２以上の光源は、図９において概略的に開示されるように、それらの出射表面が近接して取り付けられ、各々外部光源に接続されている２以上の光導波路又は光導波管で構成することができ、２以上の光導波路は、フェルール３４に近接して取り付けられ、外部光源３０ａ及び３０ｂに接続された２つの光ファイバ３２ａ及び３２ｂで構成される。そのような実施形態では、２以上の光源（ＬＥＤ、ＳＬＤ、ＥＬＥＤ、レーザダイオード）は、上記に従って順次オン及びオフに切り替えることができるか、又は連続的に光を放射することができ、光源の光ファイバ、導波路、又は導波管への光結合は、２次元光検出器ユニットからの読み出しと同期して適切な頻度で光の通過をオン及びオフに交互に切り替えるための手段を含む。

一実施形態では、光の通過をオン及びオフに交互に切り替えるための手段は、レンズ、及び各光源とそれぞれの光ファイバ、導波路、又は導波管の受信端との間に位置する光ビームシャッタとを備え、光源とレンズの間又はレンズと前記受信端との間の光の通過はビームシャッタによって選択的に遮断されるようになっている。ビームシャッタ（複数可）は、電気機械式又は電気光学式のシャッタであってもよい。別の実施形態では、光の通過をオン及びオフに交互に切り替えるための手段は、各光源と光ファイバ／導波路／導波管の受信端との間に位置する可動ミラーを備えることができ、光源と前記受信端との間の光の通過は電気機械式ミラーによって交互に開放／遮断されるようになっている。

一実施形態では、２以上の光源は、２以上のＬＥＤ、ＥＬＥＤ、ＳＬＤ、又はレーザダイオードで構成され、各光源から直接入来するか、又は各光源のビームコリメータ、ビームコレクタ、若しくはビームコンデンサを介して入来するビームは、くさび形ビームを形成する静的照明光学系の前に光路に配置されたビーム結合装置を使用することによって結合される。図１１に概略的に開示される一実施形態では、ビーム結合装置は、静的照明光学系２６の２つの光源２４ａ及び２４ｂからのビームを結合するように配置された半透明ミラー５０を備えることができる。半透明ミラーは、例えば、表面が半透明／反射金属フィルムでコーティングされている透明基質スライド、又はリバースにした光ビームスプリッタデバイス（例えば、プリズム、プレート、又は薄膜）をで構成することができる。前記ミラーは、１つの光源の光ビーム強度の一部を静的照明光学系の方向に透過するが、第２の光源のビーム強度の一部を静的照明光学系の方向に反射する。

図１２に概略的に開示される一実施形態では、ビーム結合装置は、１つの透過部分５４及び１つの反射部分５６に分割される光学本体５２を備えることができ、光学本体は、１つの光源２４ａの光ビームを静的照明光学系の方向に透過するが、第２の光源２４ｂの光ビームを静的照明光学系２６の方向に反射する。或いは、光学本体は、反射部分５６に限定されてもよいので、第１の光源２４ａからの光ビームは光学本体を通過する必要はなくなるが、それ以外は同様である。２つの平行する別個の焦線においてセンサ表面に入射する２つのくさび形ビームの各々に適切な動作入射角範囲をもたらすために、ビーム平行（又は広がり）の度合い、並びに前記ビームコンバイナへの球状に集束されたビームの相対位置に加えて、光軸の長さ及び角度が選択される。

図１３に概略的に開示される一実施形態では、ビーム結合装置は、それぞれ異なる反射部分６０及び６２に分割され、各々が静的照明光学系２６の方向に１つの光源２４ａ又は２４ｂの光ビームを反射するように配置された光学本体５８を備えることができる。

別の実施形態では、２つの光源は、光源、及び伝播方向と交差する方向の単一の光源４０からの光ビームを２以上の位置に選択的に変換するための可動ミラー装置４２など光ビーム変換ユニットに置き換えられる。

前述のように、本発明の設計は、２つの検出領域９ａ及び９ｂに限定される必要はなく、図１４ａ及び図１４ｂは、５つの平行の検出領域９ａから９ｅを備え、検出スポット１３が４５箇所になる実施形態を開示する。

一実施形態では、照明ユニットは、第１の線形の検出領域９ａにおいて第１の波長の第１のくさび形ビーム、及び第２の線形の検出領域９ｂにおいて第２の波長の第２のくさび形ビームをもたらすため、相互に関して異なる波長の１以上の光源２４ａ及び２４ｂを備えることができる。そのような装置により、異なる波長は相互作用の異なる情報を返すので、調査された相互作用のさまざまな特性を、同じフローチャネルでオンラインで研究することができる。例えば、
・〜６３０ｎｍの短波長は、より高い表面感度（プラズモン電界のより短い透過深度、より小さい検出容量）をもたらす。
・〜７６０−８２０ｎｍの、近赤外（ＮＩＲ）範囲のより長い波長は、プラズモン電界のより深い透過深度、より大きい検出容量にわたり平均化された感度をもたらす。
・〜≧１．３μｍのＩＲ範囲の波長はさらに、細胞膜及び類似する生物学的構造の検出に適した範囲まで、前記の浸透深度を増大させる。

或いは、前記光源２４ａ及び２４ｂの１以上は、２以上の波長において光を選択的に供給することができる。これは、例えば水平面に相互に近接して配置された異なる波長の２以上の光源により達成することができる。

Claims (16)

1. ＳＰＲセンサ表面と、
   光の伝播方向と交差する前記ＳＰＲセンサ表面上の線形の検出領域において光のくさび形ビームを方向付けるように配置された照明ユニットと、
   反射角が一方の次元に沿ってイメージングされ、前記検出領域の幅が他方の次元に沿ってイメージングされるように、前記ＳＰＲセンサ表面から２次元光検出器ユニット上に反射された光を方向付けるための検出光学系を備える検出ユニットとを備え、
   前記照明ユニットは、光の伝播方向と交差する前記ＳＰＲセンサ表面上の２以上の離隔された線形の検出領域において光の前記くさび形ビームを選択的に方向付けるように配置される、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）バイオセンサシステム。
2. 前記照明ユニットは、静的照明光学系と、伝播方向と交差する方向に離隔された２以上の光源とを備える、請求項１記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
3. 各々関連付けられている光のくさび形ビームが前記ＳＰＲセンサ表面上のその対応する線形の検出領域において集束されるように、前記光源は伝播方向に距離を隔てている、請求項２記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
4. 前記２以上の光源は、２以上の近接して取り付けられたＬＥＤ、ＥＬＥＤ、ＳＬＤ、又はレーザダイオードで構成される、請求項２又は請求項３記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
5. 前記２以上の光源は、２以上の近接して取り付けられた光ファイバ、導波路、又は導波管で構成される、請求項２又は請求項３記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
6. ２以上の光源（ＬＥＤ、ＳＬＤ、ＥＬＥＤ、レーザダイオード）は、連続的に光を放射し、前記光ファイバ、導波路、又は導波管への光結合は、前記２次元光検出器ユニットからの読み出しと同期して適切な頻度で光の通過をオン及びオフに交互に切り替えるための手段を含む、請求項５記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
7. 光の前記通過をオン及びオフに交互に切り替えるための前記手段は、レンズと、各光源と前記それぞれの光ファイバ、導波路、又は導波管の受信端との間に位置する光ビームシャッタとを備え、前記光源とレンズの間又は前記レンズと前記受信端との間の前記光の通過が前記ビームシャッタによって選択的に遮断され得るように構成される、請求項６記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
8. 前記２以上の光源は、２以上のＬＥＤ、ＥＬＥＤ、ＳＬＤ、又はレーザダイオードで構成され、各光源から直接入来するか、又は各光源のビームコリメータ、ビームコレクタ、若しくはビームコンデンサを介して入来するビームは、前記くさび形ビームを形成する前記静的照明光学系の前に前記光路に配置されたビーム結合装置を使用することによって結合される請求項２又は請求項３記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
9. 前記ビーム結合装置は、半透明ミラーを備える、請求項８記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
10. 前記ビーム結合装置は、１つの透過部分及び１つの反射部分に分割される光学本体を備え、前記光学本体は、１つの光源の光ビームを前記静的照明光学系の方向に透過するが、第２の光源の光ビームを静的照明光学系の方向に反射する、請求項８記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
11. 前記ビーム結合装置は、異なる反射部分に分割されて各々が静的照明光学系の方向に１つの光源の光ビームを反射するように配置された光学本体を備える、請求項８記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
12. 前記照明ユニットは、静的照明光学系と、光源と、伝播方向と交差する方向に前記光源からの光ビームを選択的に変換するための光ビーム変換ユニットとを備える、請求項１記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
13. 前記２以上の離隔された線形の検出領域から反射した光のＳＰＲ曲線の結合された読取り値から相対的なＳＰＲ角度シフト（複数反射率の降下）を測定するように配置されたＳＰＲ評価ユニットを備える、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
14. 前記２以上の離隔された線形の検出領域の各々に沿って２以上の検出スポットを備える、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
15. 前記検出スポットに関連付けられ、前記検出スポットに相互作用試薬を供給するための２以上のフローセルを備える、請求項８記載のＳＰＲバイオセンサシステム。
16. 前記照明ユニットは、相互に関して異なる波長の２以上の光源を備える、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項記載のＳＰＲバイオセンサシステム。