JP2020190521A

JP2020190521A - Surface plasmon resonance sensor device

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Publication number: JP2020190521A
Application number: JP2019096969A
Authority: JP
Inventors: 小森　実; Minoru Komori; 実小森; 金市森田; Kinichi Morita
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-11-26

Abstract

To provide a surface plasmon resonance sensor device enabling proper measurement even when a measuring signal is relatively weak.SOLUTION: An SPR sensor device 1 comprises: a refraction optical element (prism) which has an interface substantially contacting one surface of a high dielectric layer with the other surface to which a sample is fixed; a light radiation part for discharging light for exciting a surface plasmon resonance; a light reception part for receiving light which enters the refraction optical element from the light radiation part, reflected by the one surface of the high dielectric layer, and discharged from the refraction optical element; a first optical path unit having a light guide path for guiding the light discharged from the light radiation part to the refraction optical element; and a second optical path unit having a light guide path for guiding the light discharged from the refraction optical element to the light reception part. At least one of the first optical path unit and the second optical path unit comprises: a surrounding member which is formed of a pigment-containing resin including a pigment for absorbing light, and which surrounds the light guide path so as to convert the light entering the light guide path into direct advance light.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴現象を利用した表面プラズモン共鳴センサ装置に関する。 The present invention relates to a surface plasmon resonance sensor device utilizing a surface plasmon resonance phenomenon.

従来、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）現象を利用した様々な表面プラズモン共鳴センサ（ＳＰＲセンサ）が提案されている。
このようなＳＰＲセンサは、生化学や分子生物学や医療検査等の分野で使用されるバイオセンサとして使用される。
また、例えば非特許文献１には、ＳＰＲセンサは、においセンサとして使用される点が開示されている。 Conventionally, various surface plasmon resonance sensors (SPR sensors) using the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon have been proposed.
Such an SPR sensor is used as a biosensor used in fields such as biochemistry, molecular biology, and medical examination.
Further, for example, Non-Patent Document 1 discloses that the SPR sensor is used as an odor sensor.

においは、多数の化学物質から構成されている。においセンサは、この化学物質をセンシングして数値化するものである。生物の嗅覚には、匂い分子を受容する複数の受容体（匂い受容体）が存在することが知られている。匂い受容体は、ある匂い分子に対して、ある程度の選択性を有する。特定の匂いをセンシングする場合、特定の匂いに相当する匂い分子に対して選択性を有する特定の匂い受容体を用いる。そして、この特定の匂い受容体が受容した匂い分子の量をセンシングすることにより、結果として特定の匂いの検出が可能となる。 Smell is composed of many chemical substances. The odor sensor senses and quantifies this chemical substance. It is known that there are a plurality of receptors (odor receptors) that receive odor molecules in the sense of smell of living organisms. Odor receptors have some degree of selectivity for certain odor molecules. When sensing a specific odor, a specific odor receptor having selectivity for an odor molecule corresponding to the specific odor is used. Then, by sensing the amount of odor molecules received by this specific odor receptor, it becomes possible to detect a specific odor as a result.

つまり、上記したＳＰＲセンサにおける金属薄膜表面に匂い受容体を抗体として固定し、匂い分子を抗原として抗体抗原反応を発生させることにより、ＳＰＲセンサをにおいセンサとして使用することが可能となる。 That is, the SPR sensor can be used as an odor sensor by fixing the odor receptor as an antibody on the surface of the metal thin film in the above-mentioned SPR sensor and generating an antibody-antigen reaction using the odor molecule as an antigen.

小野寺武、外３名、「抗原抗体反応を利用した超高感度においセンサの開発」、計測と制御、２００６年６月、第４５巻、第６号、ｐ．５５２−５５７Takeshi Onodera, 3 outsiders, "Development of ultra-sensitive odor sensor using antigen-antibody reaction", Measurement and control, June 2006, Vol. 45, No. 6, p. 552-557

一般に、匂い分子の分子量は小さい。ＳＰＲセンサにおいて匂い分子のような低分子の化学物質を検出する場合、金属薄膜に抗体を固定して当該抗体と抗原である匂い分子との抗体抗原反応を用いて匂い分子を測定する、所謂直接法では、抗体抗原反応が発生しても金属薄膜上での質量変化は小さい。そのため、従来の直接法を用いた測定方法では、信号が弱いために測定が困難であった。よって、こういったケースでは、間接競合法を採用した測定が行われていた。
しかしながら、間接競合法の場合、工程が複雑であるという難点を有する。 Generally, the molecular weight of odor molecules is small. When a low-molecular-weight chemical substance such as an odor molecule is detected by an SPR sensor, the antibody is fixed on a metal thin film and the odor molecule is measured using the antibody-antigen reaction between the antibody and the odor molecule which is an antigen, so-called direct. In the method, even if an antibody-antigen reaction occurs, the change in mass on the metal thin film is small. Therefore, it is difficult to measure by the conventional measurement method using the direct method because the signal is weak. Therefore, in such cases, measurements using the indirect competition method have been performed.
However, the indirect competition method has a drawback that the process is complicated.

そこで、本発明は、測定信号が比較的微弱であっても、直接法による測定が可能な表面プラズモン共鳴センサ装置を提供することを課題としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a surface plasmon resonance sensor device capable of measuring by a direct method even if the measurement signal is relatively weak.

上記課題を解決するために、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサ装置の一態様は、表面プラズモン共鳴現象を利用して試料の状態を測定する表面プラズモン共鳴センサ装置であって、一方の面に前記試料が固定される高誘電体層の他方の面に実質的に接する界面を有する屈折光学素子と、表面プラズモン共鳴を励起させるための光を放出する光照射部と、前記光照射部から前記屈折光学素子に入射し、前記高誘電体層の前記他方の面によって反射され、当該屈折光学素子から放出される光を受光する受光部と、前記光照射部から放出される光を前記屈折光学素子に導光する導光路を有する第１の光路ユニットと、前記屈折光学素子から放出される光を前記受光部に導光する導光路を有する第２の光路ユニットと、を備え、前記第１の光路ユニットおよび前記第２の光路ユニットの少なくとも一方は、前記光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂からなり、前記導光路に入射した光を直進光にするように前記導光路を包囲する包囲部材を有する。 In order to solve the above problems, one aspect of the surface plasmon resonance sensor device according to the present invention is a surface plasmon resonance sensor device that measures the state of a sample by utilizing the surface plasmon resonance phenomenon, and has the above-mentioned surface plasmon resonance sensor device on one surface. A refraction optical element having an interface substantially in contact with the other surface of the high dielectric layer on which the sample is fixed, a light irradiation unit that emits light for exciting surface plasmon resonance, and the refraction from the light irradiation unit. A light receiving unit that is incident on an optical element, is reflected by the other surface of the high dielectric layer, and receives light emitted from the refracting optical element, and a light emitting unit that receives light emitted from the light irradiation unit. A first optical path unit having a light guide path for guiding light to the light path unit and a second optical path unit having a light guide path for guiding light emitted from the refraction optical element to the light receiving portion. At least one of the light path unit and the second light path unit is made of a pigment-containing resin containing a pigment that absorbs the light, and surrounds the light guide path so as to make the light incident on the light guide path straight light. Has a member.

このように、第１の光路ユニットおよび第２の光路ユニットの少なくとも一方は、顔料含有樹脂からなる包囲部材により導光路を包囲した構成を有し、導光路に入射した光のうち導光路の光軸と同方向に進まない成分を包囲部材により吸収することで、導光路に入射した光を積極的に直進光にする。したがって、簡易な構成で、外光や散乱光等がノイズ光となって受光部に入射されることを抑制することができる。測定信号に含まれるノイズ成分を適切に低減させることができるので、測定信号が比較的微弱であっても、ある程度、直接法による測定が可能となる。また、装置の小型化も可能である。さらに、光照射部から屈折光学素子への導光や、屈折光学素子から受光部への導光を行う光路ユニットを備えるので、測定光学系を構築するためのアライメント作業が比較的容易である。 As described above, at least one of the first optical path unit and the second optical path unit has a configuration in which the light guide path is surrounded by a surrounding member made of a pigment-containing resin, and among the light incident on the light guide path, the light of the light guide path. By absorbing the component that does not travel in the same direction as the axis by the surrounding member, the light incident on the light guide path is positively converted to straight light. Therefore, with a simple configuration, it is possible to prevent external light, scattered light, and the like from being incident on the light receiving portion as noise light. Since the noise component contained in the measurement signal can be appropriately reduced, even if the measurement signal is relatively weak, it is possible to measure by the direct method to some extent. It is also possible to reduce the size of the device. Further, since the optical path unit for guiding the light from the light irradiation unit to the refraction optical element and the light guide from the refraction optical element to the light receiving unit is provided, the alignment work for constructing the measurement optical system is relatively easy.

また、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記光照射部は、前記第１の光路ユニットに埋設されており、前記受光部は、前記第２の光路ユニットに埋設されていてもよい。このように、光照射部と受光部とが光路ユニットと一体に構成されていてもよい。この場合、屈折光学素子、光照射部、受光部といった光学部品のアライメント作業が容易となる。また、導光路への外光の進入を適切に抑制することができる。 Further, in the surface plasmon resonance sensor device, the light irradiation unit may be embedded in the first optical path unit, and the light receiving unit may be embedded in the second optical path unit. In this way, the light irradiation unit and the light receiving unit may be integrally configured with the optical path unit. In this case, the alignment work of optical components such as the refraction optical element, the light irradiation unit, and the light receiving unit becomes easy. In addition, the entry of external light into the light guide path can be appropriately suppressed.

さらに、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記第１の光路ユニットの導光路の光軸と前記第２の光路ユニットの導光路の光軸とが一致しており、前記第１の光路ユニットと前記第２の光路ユニットとが一体的に構成されていてもよい。この場合、光路ユニットの作製が容易となる。 Further, in the surface plasmon resonance sensor device, the optical axis of the light guide path of the first optical path unit and the optical axis of the light guide path of the second optical path unit coincide with each other, and the optical path unit and the first optical path unit. The second optical path unit may be integrally configured. In this case, the optical path unit can be easily manufactured.

また、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記光照射部は、光源と、前記光源から放出される光から特定の波長を取り出すフィルタ部材と、前記フィルタ部材から取り出す光からＰ偏光光のみを通過させる偏光フィルタとを備え、前記屈折光学素子へ向かう前記光の進行方向に沿って、前記光源、前記フィルタ部材、前記偏光フィルタの順に配置されていてもよい。この場合、屈折光学素子に対して、所定波長のＰ偏光光を適切に入射させることができる。 Further, in the surface plasmon resonance sensor device, the light irradiation unit passes only the light source, the filter member that extracts a specific wavelength from the light emitted from the light source, and the P-polarized light from the light extracted from the filter member. The polarizing filter may be provided, and the light source, the filter member, and the polarizing filter may be arranged in this order along the traveling direction of the light toward the refraction optical element. In this case, P-polarized light having a predetermined wavelength can be appropriately incident on the refracting optical element.

さらにまた、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記第１の光路ユニットの導光路および前記第２の光路ユニットの導光路は、空洞であってもよい。この場合、比較的簡易に光路ユニットを作製することができる。
また、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記第１の光路ユニットの導光路および前記第２の光路ユニットの導光路の少なくとも一部に、前記顔料含有樹脂を構成する樹脂と同一の材料からなる、前記光照射部から放出される光に対して透明な樹脂が充填されていてもよい。この場合、導光路と包囲部材との界面における光の反射や散乱を効果的に抑制し、ノイズ光を低減することができる。 Furthermore, in the surface plasmon resonance sensor device, the light guide path of the first optical path unit and the light guide path of the second optical path unit may be hollow. In this case, the optical path unit can be manufactured relatively easily.
Further, in the surface plasmon resonance sensor device, at least a part of the light guide path of the first optical path unit and the light guide path of the second optical path unit is made of the same material as the resin constituting the pigment-containing resin. , A resin transparent to the light emitted from the light irradiation unit may be filled. In this case, it is possible to effectively suppress the reflection and scattering of light at the interface between the light guide path and the surrounding member, and reduce noise light.

さらに、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記高誘電体層の前記一方の面に、前記試料が固定される試料固定領域が複数設けられ、前記複数の試料固定領域の前記高誘電体層における配置位置は、各試料固定領域に対応する前記高誘電体層の前記他方の面に到達する前記光照射部からの光の光軸が互いに重複しない位置に設定されていてもよい。この場合、複数の試料固定領域に関する光情報を同時に測定することが可能となる。
また、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置は、前記複数の試料固定領域に対応する前記高誘電体層の前記他方の面により反射される光を、前記受光部に縮小投影する光学部材をさらに備えていてもよい。この場合、複数の試料固定領域に関するすべての光情報を適切に測定することが可能となる。 Further, in the surface plasmon resonance sensor device, a plurality of sample fixing regions for fixing the sample are provided on one surface of the high dielectric layer, and the high dielectric layer of the plurality of sample fixing regions is provided. The arrangement position may be set at a position where the optical axes of the light from the light irradiation unit reaching the other surface of the high dielectric layer corresponding to each sample fixing region do not overlap with each other. In this case, it is possible to simultaneously measure optical information regarding a plurality of sample fixing regions.
Further, the surface plasmon resonance sensor device further includes an optical member that reduces and projects the light reflected by the other surface of the high dielectric layer corresponding to the plurality of sample fixing regions onto the light receiving portion. You may. In this case, it is possible to appropriately measure all the optical information regarding the plurality of sample fixing regions.

本発明の表面プラズモン共鳴センサ装置は、簡易な構成でノイズ信号を低減させることができるので、測定信号が比較的微弱であっても、直接法による測定を可能とすることができる。 Since the surface plasmon resonance sensor device of the present invention can reduce the noise signal with a simple configuration, it is possible to measure by the direct method even if the measurement signal is relatively weak.

ＳＰＲセンサの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the SPR sensor. 第一の実施形態におけるＳＰＲセンサ装置の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the SPR sensor apparatus in 1st Embodiment. 第一の実施形態におけるＳＰＲセンサ装置の構成例を示す上面図である。It is a top view which shows the structural example of the SPR sensor apparatus in 1st Embodiment. 第一の実施形態におけるＳＰＲセンサ装置の別の例を示す上面図である。It is a top view which shows another example of the SPR sensor apparatus in 1st Embodiment. 導光路に侵入する外光について説明する図である。It is a figure explaining the outside light entering a light guide path. ＳＰＲセンサ装置の変形例である。This is a modified example of the SPR sensor device. ＳＰＲセンサ装置の変形例である。This is a modified example of the SPR sensor device. 第二の実施形態におけるＳＰＲセンサ装置の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the SPR sensor apparatus in the 2nd Embodiment. 図８のＳＰＲセンサ装置のＡ−Ａ断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along the line AA of the SPR sensor device of FIG. 抗体固定領域を説明する図である。It is a figure explaining the antibody fixation region. 光の入射角と反射光強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the incident angle of light and the reflected light intensity.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）現象を利用して試料の状態を測定する表面プラズモン共鳴センサ装置（ＳＰＲセンサ装置）について説明する。
ＳＰＲ現象は、金属薄膜（高誘電体層）上に存在する表面プラズモンと呼ばれるプラズマ波と金属薄膜裏面から照射した光が全反射した際に当該金属表面に生じるエバネッセント波との共鳴により、ある角度（共鳴角度）における反射光強度が減衰する現象である。この共鳴角度は、金属表面の屈折率に依存する。
なお、表面プラズモンは、金属表面において、光の進行方向と平行な方向に電子の疎密波として伝播するので、表面プラズモン共鳴を発生させるためには、この方向に電場の振動成分を有するＰ偏光の光を入射する必要があり、Ｐ偏光と電場の振動が互いに垂直であるＳ偏光の光では入射しても表面プラズモン共鳴が発生することはない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, a surface plasmon resonance sensor device (SPR sensor device) that measures the state of a sample by utilizing the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon will be described.
The SPR phenomenon occurs at a certain angle due to resonance between a plasma wave called surface plasmon existing on a metal thin film (high dielectric layer) and an evanescent wave generated on the metal surface when the light emitted from the back surface of the metal thin film is totally reflected. This is a phenomenon in which the intensity of reflected light at (resonance angle) is attenuated. This resonance angle depends on the refractive index of the metal surface.
Since surface plasmons propagate as sparse and dense waves of electrons on the metal surface in a direction parallel to the traveling direction of light, in order to generate surface plasmon resonance, P-polarized light having an electric field vibration component in this direction is used. It is necessary to inject light, and surface plasmon resonance does not occur in S-polarized light in which the vibrations of the P-polarized light and the electric field are perpendicular to each other.

図１は、ＳＰＲセンサの構成例を示す図である。
ＳＰＲセンサ本体１００は、大気中より屈折率の高いガラス等からなるプリズム１０１と、プリズム１０１上に設けられた金属薄膜１０２と、を備える。このプリズム１０１と金属薄膜１０２との境界面に対して、光源から放射されるレーザ光等の単色光（Ｐ偏光）Ｌｐが入射される。入射光Ｌｐの入射角θは、境界面にて全反射が発生する臨界角θｃ以上の角度に設定される。入射光Ｌｐは、境界面にて全反射されてプリズム１０１外へと進行するが、このときエバネッセント波が金属薄膜表面に滲み出す。上記エバネッセント波の波数が、金属薄膜１０２表面で発生し得る表面プラズモン１０３の波数と一致した場合、両者の共鳴（表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ））が発生し、入射光Ｌｐのエネルギーの一部が表面プラズモン波のエネルギーに変化する。結果として、上記境界面からの反射光Ｌｒの光強度が減衰する。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an SPR sensor.
The SPR sensor main body 100 includes a prism 101 made of glass or the like having a refractive index higher than that in the atmosphere, and a metal thin film 102 provided on the prism 101. Monochromatic light (P-polarized light) Lp such as laser light emitted from a light source is incident on the interface between the prism 101 and the metal thin film 102. The incident angle θ of the incident light Lp is set to an angle equal to or greater than the critical angle θc at which total reflection occurs at the boundary surface. The incident light Lp is totally reflected at the boundary surface and travels out of the prism 101. At this time, the evanescent wave exudes to the surface of the metal thin film. When the wave number of the evanescent wave matches the wave number of the surface plasmon 103 that can be generated on the surface of the metal thin film 102, resonance between the two (surface plasmon resonance (SPR)) occurs, and a part of the energy of the incident light Lp is on the surface. It changes to the energy of plasmon waves. As a result, the light intensity of the reflected light Lr from the boundary surface is attenuated.

表面プラズモン共鳴は、入射光の波長、入射角、金属薄膜表面の屈折率分布等に依存する。よって、金属薄膜表面に試料１０４が設置された場合、金属薄膜表面の屈折率が変化するので、表面プラズモン共鳴が発生する際の入射光の入射角も変化する。
すなわち、反射光強度をモニタして、反射光強度が減衰するときの入射角（以下、「共鳴角」ともいう。）を測定し解析することにより、金属薄膜表面の状態を特定することが可能となる。 Surface plasmon resonance depends on the wavelength of incident light, the angle of incidence, the refractive index distribution on the surface of the metal thin film, and the like. Therefore, when the sample 104 is placed on the surface of the metal thin film, the refractive index of the surface of the metal thin film changes, so that the incident angle of the incident light when surface plasmon resonance occurs also changes.
That is, it is possible to specify the state of the metal thin film surface by monitoring the reflected light intensity and measuring and analyzing the incident angle (hereinafter, also referred to as “resonance angle”) when the reflected light intensity is attenuated. It becomes.

ＳＰＲセンサは、様々な測定に利用されている。例えば、ＳＰＲセンサは、誘電体物質の表面近傍の情報や誘電体薄膜の膜厚分布を高感度で測定する顕微鏡に使用される。また、ＳＰＲセンサは、金属薄膜に接触した溶液（例えば、血液、尿等の試料）などの屈折率やその変動を検出し溶液中の物質量の変動を観測したり、金属薄膜上に固定された抗体が特異的に結合するタンパク質、核酸、その他の生体関連物質などを検出・定量したりする（抗体抗原反応をモニタリングする）センサにも使用される。さらに、ＳＰＲセンサは、金属薄膜上に細胞を設置し当該細胞へ外部刺激を与えたときの細胞の動態の変化を測定する細胞動態モニタとしても使用される。すなわち、ＳＰＲセンサは、生化学や分子生物学や医療検査等の分野で使用されるバイオセンサとして使用される。
また、ＳＰＲセンサは、特定のにおいを検出するにおいセンサにも使用される。 SPR sensors are used for various measurements. For example, the SPR sensor is used in a microscope that measures information near the surface of a dielectric material and the film thickness distribution of a dielectric thin film with high sensitivity. Further, the SPR sensor detects the refractive index and its fluctuation of a solution (for example, a sample of blood, urine, etc.) in contact with the metal thin film, observes the fluctuation of the amount of substance in the solution, or is fixed on the metal thin film. It is also used as a sensor for detecting and quantifying proteins, nucleic acids, and other biological substances to which the antibody specifically binds (monitoring the antibody-antibody reaction). Further, the SPR sensor is also used as a cytodynamic monitor for measuring changes in cell dynamics when cells are placed on a metal thin film and an external stimulus is applied to the cells. That is, the SPR sensor is used as a biosensor used in fields such as biochemistry, molecular biology, and medical examination.
The SPR sensor is also used as an odor sensor for detecting a specific odor.

（第一の実施形態）
図２は、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１の構成例を示す断面図である。本実施形態では、ＳＰＲセンサ装置１が、特定のにおいを検出するにおいセンサとして用いられる場合について説明する。
ＳＰＲセンサ装置１は、センサ本体１０と、光源２１と、受光センサ２２と、光路ユニット３０と、を備える。 (First Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of the SPR sensor device 1 according to the present embodiment. In the present embodiment, the case where the SPR sensor device 1 is used as an odor sensor for detecting a specific odor will be described.
The SPR sensor device 1 includes a sensor main body 10, a light source 21, a light receiving sensor 22, and an optical path unit 30.

（センサ本体）
センサ本体１０は、プリズム（屈折光学素子）１１と、緩衝膜１２と、金属薄膜１３と、を備える。プリズム１１の上面に、緩衝膜１２を介して金属薄膜１３が設けられる。つまり、プリズム１１は、一方の面（上面）に試料が配置される金属薄膜１３の他方の面に実質的に接する界面を有する。
プリズム１１は、例えば大気中より屈折率の高いガラスからなる。なお、プリズム１１の材質はガラスに限定されるものではなく、例えば大気中より屈折率の高い樹脂であってもよい。 (Sensor body)
The sensor body 10 includes a prism (refractive optical element) 11, a buffer film 12, and a metal thin film 13. A metal thin film 13 is provided on the upper surface of the prism 11 via a buffer film 12. That is, the prism 11 has an interface substantially in contact with the other surface of the metal thin film 13 on which the sample is arranged on one surface (upper surface).
The prism 11 is made of glass having a higher refractive index than in the atmosphere, for example. The material of the prism 11 is not limited to glass, and may be, for example, a resin having a higher refractive index than in the atmosphere.

緩衝膜１２は、プリズム１１上面と金属薄膜１３との密着性を向上させるためのものであり、例えば、クロム（Ｃｒ）膜やチタン（Ｔｉ）膜を用いることができる。なお、プリズム１１に入射した光を金属薄膜１３に効率よく到達させるために、また、金属薄膜１３により反射される光が効率良くプリズム１１から放出されるために、緩衝膜１２として、透明な酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を用いることが好ましい。 The buffer film 12 is for improving the adhesion between the upper surface of the prism 11 and the metal thin film 13, and for example, a chromium (Cr) film or a titanium (Ti) film can be used. In order to efficiently reach the metal thin film 13 with the light incident on the prism 11, and to efficiently emit the light reflected by the metal thin film 13 from the prism 11, transparent oxidation is performed as the buffer film 12. It is preferable to use a titanium (TiO ₂ ) film.

金属薄膜１３としては、銀、金、銅、およびアルミニウムなどの高誘電体層（膜）を使用することができる。なお、金属薄膜１３としては、可視もしくは近赤外の波長に対応し、かつ、化学的に安定した金（Ａｕ）が採用されることが多い。
金属薄膜１３の上面には、測定対象物（例えば、抗原）と反応する反応物（例えば、抗体）１４が固定されている。本実施形態において、抗原は匂い分子であり、抗体１４は匂い受容体である。本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１は、金属薄膜１３表面に特定の匂い受容体を抗体１４として固定し、匂い分子を抗原として抗体抗原反応を発生させ、金属薄膜１３の一方の面に配置された試料の状態を測定することで、特定の匂いを測定する。 As the metal thin film 13, a high dielectric layer (film) such as silver, gold, copper, and aluminum can be used. As the metal thin film 13, gold (Au) that is compatible with visible or near-infrared wavelengths and is chemically stable is often used.
A reaction product (for example, an antibody) 14 that reacts with a measurement target (for example, an antigen) is fixed on the upper surface of the metal thin film 13. In this embodiment, the antigen is an odor molecule and antibody 14 is an odor receptor. In the SPR sensor device 1 of the present embodiment, a specific odor receptor is fixed as an antibody 14 on the surface of the metal thin film 13, an antibody antigen reaction is generated using an odor molecule as an antigen, and the device 1 is arranged on one surface of the metal thin film 13. A specific odor is measured by measuring the condition of the sample.

（光照射部および受光部）
光源２１は、表面プラズモン共鳴を励起させるための光を放出する。受光センサ２２は、光源２１からプリズム１１に入射し、金属薄膜１３の他方の面（下面）によって反射され、プリズム１１から放出される光を受光する。
光源２１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、受光センサ２２は、例えばＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサとすることができる。なお、光源２１は、レーザダイオード（ＬＤ）であってもよい。 (Light irradiation part and light receiving part)
The light source 21 emits light to excite surface plasmon resonance. The light receiving sensor 22 receives light emitted from the prism 11 after being incident on the prism 11 from the light source 21 and reflected by the other surface (lower surface) of the metal thin film 13.
The light source 21 can be, for example, a light emitting diode (LED), and the light receiving sensor 22 can be, for example, a CMOS image sensor or a CCD image sensor. The light source 21 may be a laser diode (LD).

（光路ユニット）
光路ユニット３０は、導光路３１と、この導光路３１を包囲する包囲部材３２と、を備える。
導光路３１は、光が導光される光路であり、空洞、もしくはプリズム１１に導光する光およびプリズム１１からの反射光に対して透明なシリコーン樹脂からなる。
包囲部材３２は、例えばカーボンブラックのような光吸収性の顔料を含有するシリコーン樹脂からなる。 (Optical path unit)
The optical path unit 30 includes a light guide path 31 and a surrounding member 32 that surrounds the light guide path 31.
The light guide path 31 is an optical path through which light is guided, and is made of a cavity or a silicone resin that is transparent to the light that guides the light to the prism 11 and the reflected light from the prism 11.
The enclosing member 32 is made of a silicone resin containing a light-absorbing pigment such as carbon black.

導光路３１の一方の端部（導光路３１の光入射端側）には、光源２１が設置される。光源２１は、光路ユニット３０の上記一方の端部に埋設されていてもよい。また、導光路３１の他方の端部（導光路３１の光出射端側）には、受光センサ２２が設置される。受光センサ２２は、光路ユニット３０の上記他方の端部に埋設されていてもよい。
さらに、光路ユニット３０の上記一方の端部と上記他方の端部との間には、プリズム１１が埋設される。プリズム１１は、図２に示すように、その斜面が包囲部材３２の一部を介して導光路３１に到達するように埋設される。 A light source 21 is installed at one end of the light guide path 31 (on the light incident end side of the light guide path 31). The light source 21 may be embedded in the one end of the optical path unit 30. A light receiving sensor 22 is installed at the other end of the light guide path 31 (on the light emitting end side of the light guide path 31). The light receiving sensor 22 may be embedded in the other end of the optical path unit 30.
Further, a prism 11 is embedded between the one end of the optical path unit 30 and the other end. As shown in FIG. 2, the prism 11 is embedded so that its slope reaches the light guide path 31 via a part of the surrounding member 32.

光源２１および光源２１と対向する側のプリズム１１斜面との間には、光源２１に近い方から順に、フィルタ部材（色ガラスフィルタ）３３、偏光フィルタ（偏光板）３４が配置されている。フィルタ部材３３および偏光フィルタ３４は、例えば、板状体であり、導光路３１の断面を横断するように埋設される。
フィルタ部材３３は、ＬＥＤである光源２１から放出される光のうち、所定の波長の光を選択する。偏光フィルタ３４は、フィルタ部材３３によって選択された上記所定の波長の光からＰ偏光成分を取り出す。
なお、光源２１が、例えば、所望の波長の光を放出するレーザ光源である場合には、フィルタ部材３３を省略することができる。また、光源２１が、例えば、偏光光を放出するレーザ光源である場合には、偏光フィルタ３４を省略することもできる。 A filter member (colored glass filter) 33 and a polarizing filter (polarizing plate) 34 are arranged between the light source 21 and the slope of the prism 11 on the side facing the light source 21 in order from the one closest to the light source 21. The filter member 33 and the polarizing filter 34 are, for example, plate-shaped bodies and are embedded so as to cross the cross section of the light guide path 31.
The filter member 33 selects light having a predetermined wavelength from the light emitted from the light source 21 which is an LED. The polarizing filter 34 extracts a P-polarizing component from the light having the predetermined wavelength selected by the filter member 33.
When the light source 21 is, for example, a laser light source that emits light having a desired wavelength, the filter member 33 can be omitted. Further, when the light source 21 is, for example, a laser light source that emits polarized light, the polarizing filter 34 can be omitted.

以上の構成により、光源２１から放出される光のうち、所定の波長でＰ偏光成分の光が、導光路３１によりプリズム１１に導光され入射する。そして、プリズム１１に入射された光は、金属薄膜１３によって反射されてプリズム１１から出射する。プリズム１１から出射した光は、導光路３１により受光センサ２２に導光され受光される。 With the above configuration, among the light emitted from the light source 21, the light of the P polarization component at a predetermined wavelength is guided to the prism 11 by the light guide path 31 and incident. Then, the light incident on the prism 11 is reflected by the metal thin film 13 and emitted from the prism 11. The light emitted from the prism 11 is guided by the light guide path 31 to the light receiving sensor 22 and received.

つまり、光源２１と対向する側であって導光路３１と接触するプリズム１１の斜面の角度、および、センサ２２と対向する側であって導光路３１と接触するプリズム１１の斜面の角度は、光源２１から放出されフィルタ部材３３、偏光フィルタ３４を透過して導光路３１を介してプリズム１１の光源２１と対向する側の斜面に入射した光が、屈折してプリズム１１上部に移動し、プリズム１１表面（上面）に施された金属薄膜１３によって反射され、プリズム１１の受光センサ２１と対向する側の斜面に到達した後、屈折して、導光路３１を介して受光センサ２２に到達するように、設定される。 That is, the angle of the slope of the prism 11 on the side facing the light source 21 and in contact with the light guide path 31 and the angle of the slope of the prism 11 on the side facing the sensor 22 and in contact with the light guide path 31 are the light sources. Light emitted from 21 and transmitted through the filter member 33 and the polarizing filter 34 and incident on the slope of the prism 11 facing the light source 21 via the light guide path 31 is refracted and moved to the upper part of the prism 11, and the prism 11 It is reflected by the metal thin film 13 applied to the surface (upper surface), reaches the slope of the prism 11 facing the light receiving sensor 21, and then refracts to reach the light receiving sensor 22 via the light guide path 31. , Set.

図２において、光源２１、フィルタ部材３３および偏光フィルタ３４が、光照射部に対応している。また、受光センサ２２が、受光部に対応している。
このように、光路ユニット３０は、光源２１を含む光照射部が埋設され、光源２１から放出される光をプリズム１１に導光する導光路３１を有する第１の光路ユニットと、受光部である受光センサ２２が埋設され、プリズム１１から放出される光を受光センサ２２に導光する導光路３１を有する第２の光路ユニットと、を備えた構成を有する。ここで、本実施形態では、第１の光路ユニットと第２の光路ユニット２とは、一体的に構成されている。 In FIG. 2, the light source 21, the filter member 33, and the polarizing filter 34 correspond to the light irradiation unit. Further, the light receiving sensor 22 corresponds to the light receiving unit.
As described above, the optical path unit 30 is a first optical path unit having a light path 31 in which a light irradiation unit including the light source 21 is embedded and guides the light emitted from the light source 21 to the prism 11, and a light receiving unit. The light receiving sensor 22 is embedded, and has a configuration including a second optical path unit having a light guide path 31 that guides the light emitted from the prism 11 to the light receiving sensor 22. Here, in the present embodiment, the first optical path unit and the second optical path unit 2 are integrally configured.

図３に示すように、金属薄膜１３において抗体１４が固定される抗体固定領域１５は、光路ユニット３０の導光路３１に対応する部分に設定される。
なお、図３に示すプリズム１１は三角柱形状であるが、図４に示すように、プリズム１１は円錐形状であってもよい。 As shown in FIG. 3, the antibody fixing region 15 in which the antibody 14 is fixed in the metal thin film 13 is set in the portion corresponding to the light guide path 31 of the optical path unit 30.
The prism 11 shown in FIG. 3 has a triangular prism shape, but as shown in FIG. 4, the prism 11 may have a conical shape.

上記のように、導光路３１は、包囲部材３２により包囲されている。これにより、図５に示すように、ノイズ光（外光）Ｌ１１は、導光路３１に到達する前に包囲部材３２により吸収され、導光路３１内には進入しない。
また、導光路３１の光入射端から進入するノイズ光（迷光）Ｌ１２は、ランダムな方向に進行するが、導光路３１の光軸と同方向に進む成分は非常に少なく、その大半は導光路３１から包囲部材３２へと進入する。顔料含有樹脂からなる包囲部材３２に入射したノイズ光（迷光）Ｌ１２は、その顔料含有樹脂で吸収され、導光路３１にほとんど戻らず、迷光の複雑な多重反射はほとんど発生しない。 As described above, the light guide path 31 is surrounded by the surrounding member 32. As a result, as shown in FIG. 5, the noise light (external light) L11 is absorbed by the surrounding member 32 before reaching the light guide path 31, and does not enter the light guide path 31.
Further, the noise light (stray light) L12 entering from the light incident end of the light guide path 31 travels in a random direction, but there are very few components traveling in the same direction as the optical axis of the light guide path 31, and most of them travel in the light guide path. It enters the surrounding member 32 from 31. The noise light (stray light) L12 incident on the enclosing member 32 made of the pigment-containing resin is absorbed by the pigment-containing resin and hardly returns to the light guide path 31, and complicated multiple reflection of the stray light hardly occurs.

なお、包囲部材３２に含有される顔料に入射するノイズ光（外光やその散乱光、迷光）は、当該顔料によりほぼ吸収されるが、わずかながら顔料表面で散乱される。しかしながら、その散乱光は、再度顔料含有樹脂からなる包囲部材３２へと入射する場合が多く、顔料含有樹脂の顔料により吸収されることになる。 The noise light (external light, scattered light thereof, stray light) incident on the pigment contained in the surrounding member 32 is substantially absorbed by the pigment, but is slightly scattered on the pigment surface. However, the scattered light is often incident on the surrounding member 32 made of the pigment-containing resin again, and is absorbed by the pigment of the pigment-containing resin.

また、光源２１からプリズム１１へ導光される光およびプリズム１１からの反射光のうち、導光路３１の光軸と同方向に進まない成分は、導光路３１から包囲部材３２に入射し、上記のノイズ光と同様に包囲部材３２により吸収される。
結果として、導光路３２の光出射端から放出される光は、ノイズ光を殆ど含まない直進光Ｌ１となる。つまり、包囲部材３２は、光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂からなり、導光路３１に入射した光を積極的に直進光にするように導光路３１を包囲している。 Further, among the light guided from the light source 21 to the prism 11 and the reflected light from the prism 11, the components that do not travel in the same direction as the optical axis of the light guide path 31 enter the surrounding member 32 from the light guide path 31 and described above. It is absorbed by the surrounding member 32 in the same manner as the noise light of.
As a result, the light emitted from the light emitting end of the light guide path 32 becomes straight light L1 containing almost no noise light. That is, the surrounding member 32 is made of a pigment-containing resin containing a pigment that absorbs light, and surrounds the light guide path 31 so as to positively convert the light incident on the light guide path 31 into straight light.

ここで、導光路３１を、プリズム１１に導光する光およびプリズム１１からの反射光に対して透明なシリコーン樹脂から構成し、この透明な樹脂と、包囲部材３２を構成する顔料含有樹脂との材質を同じにすると、両樹脂の界面での反射・散乱が抑制されるという利点も生じる。 Here, the light guide path 31 is composed of a silicone resin that is transparent to the light that guides the prism 11 and the light reflected from the prism 11, and the transparent resin and the pigment-containing resin that constitutes the surrounding member 32 are used. If the materials are the same, there is an advantage that reflection / scattering at the interface between the two resins is suppressed.

このように、光路ユニット３０を上記のような構成とすることにより、ＳＰＲセンサ装置１の光学系は、複雑な多重反射に対応する必要がない。よって、光学系は、小型・簡便化される。結果として、ＳＰＲセンサ装置１も小型化される。上記したシリコーン樹脂で構築した光学系の技術を、ＳＯＴ（Silicone Optical Technologies）と呼称することにする。 By configuring the optical path unit 30 as described above, the optical system of the SPR sensor device 1 does not need to cope with complicated multiple reflections. Therefore, the optical system is made smaller and simpler. As a result, the SPR sensor device 1 is also miniaturized. The optical system technology constructed of the above-mentioned silicone resin will be referred to as SOT (Silicone Optical Technologies).

図２に戻って、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１は、フローインジェクションアナリシス（ＦＩＡ）装置として構成されており、プリズム１１表面（金属薄膜１３表面）上に抗体や抗原等の試料を流体として供給し、測定する。
ＳＰＲセンサ装置１は、流体試料（試液）をプリズム１１表面（金属薄膜１３表面）上に供給する流路４１と、流路４１に試液を供給する試液供給部４２と、制御部４３と、を備える。 Returning to FIG. 2, the SPR sensor device 1 in the present embodiment is configured as a flow injection analysis (FIA) device, and a sample such as an antibody or an antigen is supplied as a fluid on the surface of the prism 11 (the surface of the metal thin film 13). And measure.
The SPR sensor device 1 includes a flow path 41 for supplying a fluid sample (test solution) on the surface of the prism 11 (the surface of the metal thin film 13), a test solution supply unit 42 for supplying the test solution to the flow path 41, and a control unit 43. Be prepared.

流路４１には、光源２１、光学フィルタ（フィルタ部材３３、偏光フィルタ３４）、プリズム１１、受光センサ２２等の光学部品と一体化した光路ユニット３０が接続される。具体的には、流路４１の内部に光路ユニット３０から外部に突出しているプリズム１１表面（金属薄膜１３表面）が露出するように、光路ユニット３０と流路４１とが結合される。
試液供給部４２は、図示を省略した少なくとも１つの試液タンク、試液タンクに収容されている試液を送出するためのポンプ、試液タンクからの試液の流れを制御するためのバルブ、配管系統等を備える。 An optical path unit 30 integrated with optical components such as a light source 21, an optical filter (filter member 33, a polarizing filter 34), a prism 11, and a light receiving sensor 22 is connected to the flow path 41. Specifically, the optical path unit 30 and the flow path 41 are coupled so that the surface of the prism 11 (the surface of the metal thin film 13) protruding from the optical path unit 30 to the outside is exposed inside the flow path 41.
The test solution supply unit 42 includes at least one test solution tank (not shown), a pump for delivering the test solution contained in the test solution tank, a valve for controlling the flow of the test solution from the test solution tank, a piping system, and the like. ..

制御部４３は、給電部４４と、演算部４５と、を備える。給電部４４は、光源２１や受光センサ２２に電力を給電することができる。演算部４５は、受光センサ２２からの受光信号を画像処理したり、受光した光強度等を演算したりすることができる。また、制御部４３は、試液供給部４２が備える上記のポンプやバルブの動作を制御することにより、適切なタイミングで、適切な試液を、流路４１に送液することができる。
また、制御部４３は、必要に応じて、演算部４５において演算処理して得られたデータを外部に出力するデータ出力機能を有していてもよい。 The control unit 43 includes a power supply unit 44 and a calculation unit 45. The power feeding unit 44 can supply electric power to the light source 21 and the light receiving sensor 22. The calculation unit 45 can perform image processing on the light receiving signal from the light receiving sensor 22 and calculate the received light intensity and the like. Further, the control unit 43 can send an appropriate test solution to the flow path 41 at an appropriate timing by controlling the operation of the pump or valve provided in the test solution supply unit 42.
Further, the control unit 43 may have a data output function of outputting the data obtained by the arithmetic processing in the arithmetic unit 45 to the outside, if necessary.

金属薄膜１３の抗体固定領域１５に、特定の匂い分子にマッチングする匂い受容体が抗体１４として配置されている場合、当該特定の匂い分子を含む試液が流路４１に供給されると、匂い分子が匂い受容体と反応して結合する。その結果、金属薄膜１３表面の屈折率が変化し、受光センサ２２によって受光される光の強度が変化する。ＳＰＲセンサ装置１は、当該光の強度の変化を検出することをもって、試液中に特定の匂いが含まれることを検出することができる。 When an odor receptor matching a specific odor molecule is arranged as an antibody 14 in the antibody fixation region 15 of the metal thin film 13, when a test solution containing the specific odor molecule is supplied to the flow path 41, the odor molecule Reacts and binds to odor receptors. As a result, the refractive index of the surface of the metal thin film 13 changes, and the intensity of the light received by the light receiving sensor 22 changes. The SPR sensor device 1 can detect that a specific odor is contained in the test solution by detecting the change in the intensity of the light.

以上説明したように、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１は、プリズム１１と、光源２１と、受光センサ２２と、光路ユニット３０と、を備える。ここで、光路ユニット３０は、導光路３１と、導光路３１を包囲する包囲部材３２と、を備える。包囲部材３２は、光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂からなり、導光路３１に入射した光を直進光にするように導光路３１を包囲する。
したがって、上記したように、比較的簡易かつ小型の構成で複雑な迷光の影響を除去することができる。 As described above, the SPR sensor device 1 in the present embodiment includes a prism 11, a light source 21, a light receiving sensor 22, and an optical path unit 30. Here, the optical path unit 30 includes a light guide path 31 and a surrounding member 32 that surrounds the light guide path 31. The surrounding member 32 is made of a pigment-containing resin containing a pigment that absorbs light, and surrounds the light guide path 31 so that the light incident on the light guide path 31 becomes straight light.
Therefore, as described above, it is possible to eliminate the influence of complicated stray light with a relatively simple and small configuration.

このように、ＳＰＲセンサ装置１は、光路ユニット３０にＳＯＴ構造を採用し、ノイズ光を著しく低減する構造としているため、プリズム１１に入射し当該プリズム１１から放出される光におけるＳ／Ｎ比を、ＳＯＴ構造を採用していない従来装置と比較して向上させることができる。そのため、測定対象物が低分子で、測定信号強度が小さい場合であっても、高精度な測定が可能となる。
つまり、ＳＰＲセンサ装置１をにおいセンサ装置として用いる場合には、測定対象物である匂い分子が低分子であるが、ある程度は直接法でも測定が可能となる。よって、間接競合法を採用する場合のような手間のかかる工程が不要となる。 As described above, since the SPR sensor device 1 adopts the SOT structure for the optical path unit 30 and has a structure for remarkably reducing noise light, the S / N ratio of the light incident on the prism 11 and emitted from the prism 11 can be determined. , It can be improved as compared with the conventional apparatus which does not adopt the SOT structure. Therefore, even when the object to be measured is a small molecule and the measurement signal intensity is small, high-precision measurement is possible.
That is, when the SPR sensor device 1 is used as an odor sensor device, the odor molecule to be measured is a small molecule, but it can be measured by the direct method to some extent. Therefore, the time-consuming process as in the case of adopting the indirect competition method becomes unnecessary.

また、ＳＰＲセンサ装置においては、光源から放出された光をプリズムに入射し、プリズムを通過して金属薄膜裏面により反射された反射光を受光センサ（受光器）で受光する。そのため、通常、ＳＰＲセンサ装置を構築する際には、個別に製造されたプリズム、光源、受光センサ等の光学部品を、導光路部材等を介して所定の配置にアライメントして一体化する必要があり、非常に歩留まりが悪い。
これに対して、本実施形態では、光路ユニット３０に、プリズム１１、光源２１、フィルタ部材３３、偏光フィルタ３４、受光センサ２２等の光学部品が埋設されている。したがって、これらの光学部品のアライメント作業が不要となる。 Further, in the SPR sensor device, the light emitted from the light source is incident on the prism, and the reflected light that has passed through the prism and is reflected by the back surface of the metal thin film is received by the light receiving sensor (receiver). Therefore, when constructing an SPR sensor device, it is usually necessary to align and integrate individually manufactured optical components such as prisms, light sources, and light receiving sensors in a predetermined arrangement via a light guide path member or the like. Yes, the yield is very poor.
On the other hand, in the present embodiment, optical components such as a prism 11, a light source 21, a filter member 33, a polarizing filter 34, and a light receiving sensor 22 are embedded in the optical path unit 30. Therefore, the alignment work of these optical components becomes unnecessary.

また、光路ユニット３０は、光源２１から放出される光をプリズム１１に導光する第１の光路ユニットと、プリズム１１から放出される光を受光センサ２２に導光する第２の光路ユニットと、からなる。そして、本実施形態では、第１の光路ユニットの導光路３１の光軸と第２の光路ユニットの導光路３１の光軸とが一致し、第１の光路ユニットと第２の光路ユニットとが一体的に構成されている。したがって、光路ユニット３０を容易に作製することができる。 Further, the optical path unit 30 includes a first optical path unit that guides the light emitted from the light source 21 to the prism 11, and a second optical path unit that guides the light emitted from the prism 11 to the light receiving sensor 22. Consists of. Then, in the present embodiment, the optical axis of the light guide path 31 of the first optical path unit and the optical axis of the light guide path 31 of the second optical path unit coincide with each other, and the first optical path unit and the second optical path unit are aligned with each other. It is configured integrally. Therefore, the optical path unit 30 can be easily manufactured.

さらに、上記したように、光路ユニット３０にＳＯＴ構造を採用したことにより、ノイズ信号を除去するための複雑な光学処理が不要となり、ＳＰＲセンサ装置１自体を小型化することができる。そのため、様々なフィールドにこのＳＰＲセンサ装置１を携帯可能である。また、上記のように光学系のアライメントの手間が少ないので、当該フィールドにてすぐに測定することが可能となる。 Further, as described above, by adopting the SOT structure for the optical path unit 30, complicated optical processing for removing the noise signal becomes unnecessary, and the SPR sensor device 1 itself can be miniaturized. Therefore, the SPR sensor device 1 can be carried in various fields. Further, since the time and effort for alignment of the optical system is small as described above, it is possible to measure immediately in the field.

また、光源２１からプリズム１１へ光を導光する導光路３１には、光の進行方向に沿って、光源２１、フィルタ部材３３、偏光フィルタ３４の順に配置されている。したがって、光源２１から放出される光から所定波長のＰ偏光光を適切に抽出し、プリズム１１に入射させることができる。そのため、光源２１の選択の自由度を高めることができる。
さらに、導光路３１は、空洞、もしくはプリズム１１に導光する光およびプリズム１１からの反射光に対して透明なシリコーン樹脂を充填することができる。導光路３１が空洞である場合、光路ユニット３０を容易に作製することができる。また、導光路３１に充填するシリコーン樹脂を包囲部材３２の顔料含有樹脂を構成する樹脂と同一の材料とすれば、導光路３１と包囲部材３２との界面での散乱を抑制でき、より適切にノイズ光を低減させることができる。 Further, in the light guide path 31 that guides light from the light source 21 to the prism 11, the light source 21, the filter member 33, and the polarizing filter 34 are arranged in this order along the traveling direction of the light. Therefore, P-polarized light having a predetermined wavelength can be appropriately extracted from the light emitted from the light source 21 and incident on the prism 11. Therefore, the degree of freedom in selecting the light source 21 can be increased.
Further, the light guide path 31 can be filled with a silicone resin that is transparent to the light that guides the cavity or the prism 11 and the light reflected from the prism 11. When the light guide path 31 is hollow, the optical path unit 30 can be easily manufactured. Further, if the silicone resin filled in the light guide path 31 is made of the same material as the resin constituting the pigment-containing resin of the surrounding member 32, scattering at the interface between the light guide path 31 and the surrounding member 32 can be suppressed, and more appropriately. Noise light can be reduced.

（第一の実施形態の変形例）
上記実施形態のＳＰＲセンサ装置１においては、光路ユニット３０の導光路３１の全体を包囲部材３２によって包囲する場合について説明した。しかしながら、光源２１から放出される光をプリズム１１に導光する第１の光路ユニットと、プリズム１１から放出される光を受光センサ２２に導光する第２の光路ユニットとの少なくとも一方が、導光路３１を包囲する包囲部材３２を有していてもよい。この場合にも、ノイズ光を低減させる効果が得られる。 (Modified example of the first embodiment)
In the SPR sensor device 1 of the above embodiment, a case where the entire light guide path 31 of the optical path unit 30 is surrounded by the surrounding member 32 has been described. However, at least one of the first optical path unit that guides the light emitted from the light source 21 to the prism 11 and the second optical path unit that guides the light emitted from the prism 11 to the light receiving sensor 22 guides the light. It may have a surrounding member 32 that surrounds the optical path 31. Also in this case, the effect of reducing noise light can be obtained.

また、上記実施形態のＳＰＲセンサ装置１においては、第１の光路ユニットの導光路３１の光軸と、第２の光路ユニットの導光路３１の光軸とが一致している場合について説明した。しかしながら、必ずしもこの構造に限るものではない。例えば、測定対象やプリズムの材質や形状によっては、図６に示すように、第１の光路ユニット３０ａの導光路３１ａの光軸と、第２の光路ユニット３０ｂの導光路３１ｂの光軸とが一致していなくてもよい。
さらに、上記実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１においては、第１の光路ユニットと第２の光路ユニットとが一体的に構成されている場合について説明したが、図６に示すように、第１の光路ユニット３０ａと第２の光路ユニット３０ｂとは別体であって、それぞれがプリズム１１の斜面に連結されていてもよい。 Further, in the SPR sensor device 1 of the above embodiment, the case where the optical axis of the light guide path 31 of the first optical path unit and the optical axis of the light guide path 31 of the second optical path unit coincide with each other has been described. However, it is not necessarily limited to this structure. For example, depending on the measurement target and the material and shape of the prism, as shown in FIG. 6, the optical axis of the light guide path 31a of the first optical path unit 30a and the optical axis of the light guide path 31b of the second optical path unit 30b may be different. It does not have to match.
Further, in the SPR sensor device 1 according to the above embodiment, the case where the first optical path unit and the second optical path unit are integrally configured has been described, but as shown in FIG. 6, the first optical path has been described. The unit 30a and the second optical path unit 30b may be separate bodies, and each may be connected to the slope of the prism 11.

また、上記実施形態のＳＰＲセンサ装置１においては、フィルタ部材３３が色ガラスフィルタである場合について説明した。しかしながら、フィルタ部材３３は、板状体の色ガラスフィルタに限定されない。
例えば、板状体のフィルタ部材（色ガラスフィルタ）３３の代わりに、図７に示すように、光源２１から放出される光から所定の波長の光を選択する染料を含有するシリコーン樹脂からなるフィルタ部材３５を設けてもよい。上記した特性を有する染料含有樹脂からなるフィルタ部材３５を、ＬＥＤである光源２１を包囲するように構成することにより、光源２１から放出される光を効果的に所望な波長の光に変換することが可能となる。
また、この場合、フィルタ部材３５の樹脂に分散させた染料が、フィルタ部材３５に隣接する樹脂（導光路３１や包囲部材３２）に移動することを防止するために、フィルタ部材３５を薄いガラス膜で覆ってもよい。例えば、フィルタ部材３５の表面に真空紫外光を照射し、当該表面を酸化させることでガラス膜を形成することができる。 Further, in the SPR sensor device 1 of the above embodiment, the case where the filter member 33 is a colored glass filter has been described. However, the filter member 33 is not limited to the plate-shaped colored glass filter.
For example, instead of the plate-shaped filter member (colored glass filter) 33, as shown in FIG. 7, a filter made of a silicone resin containing a dye that selects light having a predetermined wavelength from the light emitted from the light source 21. The member 35 may be provided. By configuring the filter member 35 made of the dye-containing resin having the above-mentioned characteristics so as to surround the light source 21 which is an LED, the light emitted from the light source 21 is effectively converted into the light having a desired wavelength. Is possible.
Further, in this case, in order to prevent the dye dispersed in the resin of the filter member 35 from moving to the resin (light guide path 31 or surrounding member 32) adjacent to the filter member 35, the filter member 35 is formed of a thin glass film. You may cover it with. For example, a glass film can be formed by irradiating the surface of the filter member 35 with vacuum ultraviolet light and oxidizing the surface.

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
上述した第一の実施形態では、金属薄膜１３において、抗体１４が配置される抗体固定領域１５（試料が固定される試料固定領域）が１つである場合について説明した。第二の実施形態では、金属薄膜１３上に複数の抗体固定領域１５を設け、この複数の抗体固定領域１５に関する光情報を同時に測定可能とする場合について説明する。 (Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, the case where the metal thin film 13 has one antibody fixation region 15 (sample fixation region on which the sample is immobilized) in which the antibody 14 is arranged has been described. In the second embodiment, a case where a plurality of antibody fixing regions 15 are provided on the metal thin film 13 and optical information regarding the plurality of antibody fixing regions 15 can be measured at the same time will be described.

図８は、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１Ａの構成例を示す断面図である。また、図９は、図８におけるＡ−Ａ断面図である。この図８および図９において、図７に示す上述した第一の実施形態の変形例のＳＰＲセンサ装置１と同様の構成を有する部分には図７と同一符号を付している。なお、図８では図示を省略しているが、ＳＰＲセンサ装置１Ａは、図２に示すＳＰＲセンサ装置１と同様に、流路４１、試液供給部４２および制御部４３を備える。
図９に示すように、プリズム１１上部に設けられた金属薄膜１３上には、複数の測定領域（抗体固定領域１５）が設けられる。よって、プリズム１１は、上述した第一の実施形態と比較すると、光軸に直交する方向に拡張されている。
そして、この複数の抗体固定領域１５に対応するため、図９に示すように、導光路３１も光軸に直交する方向に拡張されている。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of the SPR sensor device 1A according to the present embodiment. Further, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In FIGS. 8 and 9, the parts having the same configuration as the SPR sensor device 1 of the modified example of the first embodiment shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals as those in FIG. Although not shown in FIG. 8, the SPR sensor device 1A includes a flow path 41, a test solution supply unit 42, and a control unit 43, similarly to the SPR sensor device 1 shown in FIG.
As shown in FIG. 9, a plurality of measurement regions (antibody fixation regions 15) are provided on the metal thin film 13 provided on the upper portion of the prism 11. Therefore, the prism 11 is expanded in the direction orthogonal to the optical axis as compared with the first embodiment described above.
Then, as shown in FIG. 9, the light guide path 31 is also extended in the direction orthogonal to the optical axis in order to correspond to the plurality of antibody fixation regions 15.

また、光源２１と偏光フィルタ３４との間には、第１の光学部材（第１のレンズ）３６が設けられている。第１のレンズ３６は、シリンドリカルレンズである。光源２１がＬＥＤである場合、光源２１から放出される光は一般に拡散光であるため、第１のレンズ３６によって光源２１からの光をコリメートする。これにより、偏光フィルタ３４において効率よくＰ偏光光を取り出すことが可能となる。 Further, a first optical member (first lens) 36 is provided between the light source 21 and the polarizing filter 34. The first lens 36 is a cylindrical lens. When the light source 21 is an LED, the light emitted from the light source 21 is generally diffused light, so that the light from the light source 21 is collimated by the first lens 36. This makes it possible for the polarizing filter 34 to efficiently extract P-polarized light.

さらに、プリズム１１と受光センサ２２との間には、第２の光学部材（第２のレンズ）３７が設けられている。第２のレンズ３７は、集光レンズである。プリズム１１からの反射光は、第２のレンズ３７を透過することにより、受光センサ２２の受光領域に集光される。これにより、複数の抗体固定領域１５に対応する光の幅が、受光センサ２２の受光領域の幅よりも広い場合であっても、上記の複数の測定領域に対応する光を全て受光センサ２２で受光することが可能となる。 Further, a second optical member (second lens) 37 is provided between the prism 11 and the light receiving sensor 22. The second lens 37 is a condenser lens. The reflected light from the prism 11 passes through the second lens 37 and is collected in the light receiving region of the light receiving sensor 22. As a result, even when the width of the light corresponding to the plurality of antibody fixation regions 15 is wider than the width of the light receiving region of the light receiving sensor 22, all the light corresponding to the above-mentioned plurality of measurement regions is transmitted by the light receiving sensor 22. It becomes possible to receive light.

ここで、図１０に示すように、金属薄膜１３上に設けられる複数の測定領域（抗体固定領域１５）は、各測定領域に対応する光の光軸が重複しないように設定される。
このように設定することにより、例えば受光センサ２２をＣＭＯＳイメージセンサとすると、受光センサ２２上では、各測定領域に対応する金属薄膜１３からの反射光を二次元的に全て受光することが可能となる。具体的には、図１０にセンサ受光面２２ａの拡大図を示すように、各測定領域に対応する金属薄膜１３からの反射光をすべて受光することができる。 Here, as shown in FIG. 10, the plurality of measurement regions (antibody fixation regions 15) provided on the metal thin film 13 are set so that the optical axes of light corresponding to the respective measurement regions do not overlap.
By setting in this way, for example, if the light receiving sensor 22 is a CMOS image sensor, it is possible to receive all the reflected light from the metal thin film 13 corresponding to each measurement region two-dimensionally on the light receiving sensor 22. Become. Specifically, as shown in an enlarged view of the sensor light receiving surface 22a in FIG. 10, all the reflected light from the metal thin film 13 corresponding to each measurement region can be received.

複数の抗体固定領域１５には、それぞれ互いに相違する抗体１４を配置することができる。例えば、ＳＰＲセンサ装置１をにおいセンサとして用いる場合、複数の抗体固定領域１５には、それぞれ互いに相違する匂い受容体を配置することができる。
この場合、特定の匂いに相当する匂い分子が導入されると、上記の複数種類の匂い受容体のうち、導入された匂い分子にマッチングする匂い受容体において反応（抗体抗原反応）が発生する。一方、上記の複数種類の匂い受容体のうち、導入された匂い分子にマッチングしない匂い受容体では反応が起こらない。 Antibodies 14 different from each other can be arranged in the plurality of antibody fixation regions 15. For example, when the SPR sensor device 1 is used as an odor sensor, odor receptors different from each other can be arranged in the plurality of antibody fixation regions 15.
In this case, when an odor molecule corresponding to a specific odor is introduced, a reaction (antigen-antibody reaction) occurs in the odor receptor matching the introduced odor molecule among the above-mentioned plurality of types of odor receptors. On the other hand, among the above-mentioned plurality of types of odor receptors, the odor receptor that does not match the introduced odor molecule does not cause a reaction.

図１１に示すように、プリズム１１への光の入射角θとプリズム１１に設けられた金属薄膜１３により反射される光の強度との関係は、上記の反応がある場合と反応がない場合とでは相違する。この図１１において、実線αは、反応がある場合の反射光強度、破線βは、反応がない場合の反射光強度を示している。
反応がない場合の共鳴角をθ１とするとき、反応がある場合における入射角θ１（反応がない場合の共鳴角θ１）での反射光強度は、反応がない場合の反射光強度よりもΔＩだけ大きくなる。 As shown in FIG. 11, the relationship between the incident angle θ of light on the prism 11 and the intensity of light reflected by the metal thin film 13 provided on the prism 11 is that there is a reaction described above and a case where there is no reaction. Then it is different. In FIG. 11, the solid line α indicates the reflected light intensity when there is a reaction, and the broken line β indicates the reflected light intensity when there is no reaction.
When the resonance angle when there is no reaction is θ1, the reflected light intensity at the incident angle θ1 (resonance angle θ1 when there is no reaction) when there is a reaction is only ΔI more than the reflected light intensity when there is no reaction. growing.

よって、受光センサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）２２からの二次元画像のうち、どの部分の光強度が強いかを測定することにより、どの匂い受容体で匂い分子との反応が発生したかを判定することができ、試液中にどの匂いが含まれるかを検出することができる。 Therefore, by measuring which part of the two-dimensional image from the light receiving sensor (CMOS image sensor) 22 has a strong light intensity, it is possible to determine which odor receptor has reacted with the odor molecule. It is possible to detect which odor is contained in the test solution.

以上説明したように、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１は、金属薄膜１３の一方の面に抗体固定領域（試料固定領域）１５を複数設けることができる。これら複数の抗体固定領域１５に異なる種類の抗体（匂い受容体）１４を配置すれば、複数種類の匂いに対して反応の有無を測定することが可能である。したがって、効率的に測定対象物を検出することができる。
また、複数の抗体固定領域１５の金属薄膜１３における配置位置は、各抗体固定領域１５に対応する金属薄膜１３裏面に到達する光の光軸が互いに重複しない位置に設定することができる。この場合、複数の抗体固定領域１５に関する光情報を同時に測定することが可能となる。
さらに、ＳＰＲセンサ装置１Ａは、複数の抗体固定領域１５に対応する金属薄膜１３裏面により反射される光を、受光センサ２２に縮小投影する光学部材として、第２のレンズ３７を備えることができる。この場合、複数の抗体固定領域１５に関するすべての光情報を適切に測定することが可能となる。 As described above, in the SPR sensor device 1 of the present embodiment, a plurality of antibody fixing regions (sample fixing regions) 15 can be provided on one surface of the metal thin film 13. By arranging different types of antibodies (odor receptors) 14 in these plurality of antibody fixation regions 15, it is possible to measure the presence or absence of a reaction to a plurality of types of odors. Therefore, the object to be measured can be detected efficiently.
Further, the arrangement position of the plurality of antibody fixing regions 15 in the metal thin film 13 can be set to a position where the optical axes of the light reaching the back surface of the metal thin film 13 corresponding to each antibody fixing region 15 do not overlap each other. In this case, it is possible to simultaneously measure optical information regarding a plurality of antibody fixation regions 15.
Further, the SPR sensor device 1A can include a second lens 37 as an optical member that reduces and projects the light reflected by the back surface of the metal thin film 13 corresponding to the plurality of antibody fixing regions 15 onto the light receiving sensor 22. In this case, all the optical information about the plurality of antibody fixation regions 15 can be appropriately measured.

（第二の実施形態の変形例）
上記実施形態のＳＰＲセンサ装置１Ａにおいては、光路ユニット３０が１つの導光路３１を有する場合について説明した。しかしながら、光路ユニット３０の構成は上記に限定されない。例えば、光路ユニット３０は、複数の測定領域に対応する光をそれぞれ導光する複数の導光路を備えていてもよい。この場合、複数の導光路をそれぞれ顔料含有樹脂からなる包囲部材により包囲してもよい。これにより、より適切にノイズ信号を低減することができる。
また、上記の実施形態のＳＰＲセンサ装置１Ａにおいては、光源２１が１つである場合について説明したが、光源２１は複数であってもよい。 (Modified example of the second embodiment)
In the SPR sensor device 1A of the above embodiment, the case where the optical path unit 30 has one light guide path 31 has been described. However, the configuration of the optical path unit 30 is not limited to the above. For example, the optical path unit 30 may include a plurality of light guide paths that guide light corresponding to a plurality of measurement regions. In this case, the plurality of light guide paths may be surrounded by a surrounding member made of a pigment-containing resin. Thereby, the noise signal can be reduced more appropriately.
Further, in the SPR sensor device 1A of the above embodiment, the case where there is one light source 21 has been described, but the number of light sources 21 may be plural.

（変形例）
上記各実施形態におけるＳＰＲセンサ装置は、室内や車内の匂いを測定するにおいセンサとして使用することができる。また、このＳＰＲセンサ装置は、花粉やアロマの測定や、人間の体調（癲癇や低血糖、がん等）の検査にも応用可能である。
さらに、上記各実施形態においては、ＳＰＲセンサ装置をにおいセンサとして使用する場合について説明したが、ＳＰＲ現象を利用して試料の状態を測定する様々なセンサに適用可能である。例えば、本発明のＳＰＲセンサ装置は、上述した生化学や分子生物学や医療検査等の分野で使用されるバイオセンサとして使用することもできる。 (Modification example)
The SPR sensor device in each of the above embodiments can be used as an odor sensor for measuring odors in a room or a vehicle. In addition, this SPR sensor device can also be applied to the measurement of pollen and aroma and the examination of human physical condition (epilepsy, hypoglycemia, cancer, etc.).
Further, in each of the above embodiments, the case where the SPR sensor device is used as an odor sensor has been described, but it can be applied to various sensors for measuring the state of a sample by utilizing the SPR phenomenon. For example, the SPR sensor device of the present invention can also be used as a biosensor used in the above-mentioned fields such as biochemistry, molecular biology, and medical examination.

１…表面プラズモン共鳴センサ装置（ＳＰＲセンサ装置）、１０…センサ本体、１１…プリズム、１２…緩衝層、１３…金属薄膜、１４…抗体、１５…抗体固定領域、２１…光源、２２…受光センサ、３０…光路ユニット、３１…導光路、３２…包囲部材、３３…フィルタ部材、３４…偏光フィルタ、３５…フィルタ部材、３６…第１のレンズ、３７…第２のレンズ、４１…流路、４２…試液供給部、４３…制御部 1 ... Surface plasmon resonance sensor device (SPR sensor device), 10 ... Sensor body, 11 ... Prism, 12 ... Buffer layer, 13 ... Metal thin film, 14 ... Antibody, 15 ... Antibody fixation region, 21 ... Light source, 22 ... Light receiving sensor , 30 ... Optical path unit, 31 ... Light guide path, 32 ... Surrounding member, 33 ... Filter member, 34 ... Polarizing filter, 35 ... Filter member, 36 ... First lens, 37 ... Second lens, 41 ... Flow path, 42 ... Test solution supply unit, 43 ... Control unit

Claims

A surface plasmon resonance sensor device that measures the state of a sample using the surface plasmon resonance phenomenon.
A refracting optical element having an interface substantially in contact with the other surface of the high dielectric layer on which the sample is fixed.
A light irradiation unit that emits light to excite surface plasmon resonance,
A light receiving unit that receives light that is incident on the refraction optical element from the light irradiation unit, is reflected by the other surface of the high dielectric layer, and is emitted from the refraction optical element.
A first optical path unit having a light guide path that guides the light emitted from the light irradiation unit to the refraction optical element, and
A second optical path unit having a light guide path for guiding light emitted from the refraction optical element to the light receiving portion is provided.
At least one of the first optical path unit and the second optical path unit
A surface plasmon resonance sensor apparatus comprising a pigment-containing resin containing a pigment that absorbs light, and having a surrounding member that surrounds the light guide path so as to make light incident on the light guide path straight light.

The light irradiation unit is embedded in the first optical path unit.
The surface plasmon resonance sensor device according to claim 1, wherein the light receiving unit is embedded in the second optical path unit.

The optical axis of the light guide path of the first optical path unit and the optical axis of the light guide path of the second optical path unit coincide with each other.
The surface plasmon resonance sensor device according to claim 1 or 2, wherein the first optical path unit and the second optical path unit are integrally configured.

The light irradiation unit includes a light source, a filter member that extracts a specific wavelength from the light emitted from the light source, and a polarizing filter that allows only P-polarized light to pass from the light extracted from the filter member.
The surface according to any one of claims 1 to 3, wherein the light source, the filter member, and the polarizing filter are arranged in this order along the traveling direction of the light toward the refraction optical element. Plasmon resonance sensor device.

The surface plasmon resonance sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light guide path of the first optical path unit and the light guide path of the second optical path unit are hollow.

Light emitted from the light irradiation unit, which is made of the same material as the resin constituting the pigment-containing resin, in at least a part of the light guide path of the first optical path unit and the light guide path of the second optical path unit. The surface plasmon resonance sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface plasmon resonance sensor device is filled with a transparent resin.

A plurality of sample fixing regions for fixing the sample are provided on one surface of the high dielectric layer.
At the arrangement positions of the plurality of sample fixing regions in the high dielectric layer, the optical axes of light from the light irradiation portion reaching the other surface of the high dielectric layer corresponding to each sample fixing region overlap each other. The surface plasmon resonance sensor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the surface plasmon resonance sensor device is set at a position where the sample is not used.

The surface according to claim 7, further comprising an optical member for reducing and projecting the light reflected by the other surface of the high dielectric layer corresponding to the plurality of sample fixing regions onto the light receiving portion. Plasmon resonance sensor device.