JP2731591B2 - 生物学的センサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は生物学的、生化学的および化学的試験に用い
るセンサー、特に抗体とそれらの対応する抗原との相互
作用を監視するために用いる免疫センサーに関する。

（従来の技術） 抗体を表面に固定化した場合、対応する抗原を含有す
る溶液をその表面と接触させて抗原を抗体と結合させる
と表面の特性が変化する。特にその表面の光学的特性の
変化を適切な装置により監視することができる。

表面プラズモン共鳴（SPR）現象を利用すると、抗原
と抗体の反応が進行するのに伴う表面の屈折率の微小な
変化を検知することができる。表面プラズモン共鳴は金
属境界部に存在する自由電子のプラズマの振動である。
これらの振動は金属表面に隣接する物質の屈折率により
影響され、センサー機構の基礎をなすのはこれである。
表面プラズモン共鳴は、高い誘電率をもつ媒質、たとえ
ばガラスの境界部において光ビームが全反射される際に
発生する消滅しやすい光波を利用して達成される。この
技術について記述した報文が“ガスの検出および生物学
的検知のための表面プラズモン共鳴”という表題で、リ
ーバーグ（Lieberg）、ニーランダー（Nylander）およ
びランドストローム（Lundstrom）、Sensors and Actua
tors,Vol.4,p.299に発表されている。添付の図面の第１
図はこの報文に記載された装置の図である。光ビーム１
がレーザー源（図示されていない）からガラス体３の内
部表面２上へ与えられる。検出器（図示されていない）
が内部反射ビーム４を監視する。ガラス体３の外表２に
金属、たとえば金または銀の薄膜５が施され、薄膜５に
はさらに抗体を含有する有機材料の薄膜６が施される。
抗原を含有する試料７を抗体薄膜６と接触させ、これに
より抗原と抗体を反応させる。結合が起こると、抗体分
子の大きさが増大するため層６の屈折率が変化し、この
変化を以下に説明するように表面プラズモン共鳴法によ
り検出および測定することができる。

表面プラズモン共鳴は第１図の配列様式において、入
射ビーム１の角度を変化させ、内部反射ビーム４の強度
を監視することにより実質的に観察することができる。
一定の入射角において光の運動量の平行成分が金属薄膜
の対向面８における表面プラズモンに対する分散と一致
するであろう。金属薄膜５の厚さを適正に選ぶと、表面
２のガラス／金属界面と表面８の金属／抗体界面との間
で電磁結合が生じ、その結果表面プラズモン共鳴が起こ
り、従ってその特定の入射角において反射ビーム４の減
衰が起こるであろう。このようにビーム１の入射角が変
化するのに従って、特定の入射角において内部反射ビー
ム４の強度の鋭いディップとして表面プラズモン共鳴が
観察される。共鳴が起こる入射角は金属薄膜５に対向す
る物質、すなわち抗体層６の屈折率により影響されるの
で、共鳴に対応する入射角は抗体と抗原の反応状態の直
接的尺度である。入射角を抗体／抗原反応の開始時の反
射ディップ曲線の半分の位置−ここでは応答が実質的に
直線状である−に選び、次いでこの入射角を固定維持
し、反射ビーム４の強度の変化を経時的に観察すること
により、感度を高めることができる。

第１図を参照して述べた既知のシステムはガラス体３
としてプリズムを用いる。この配列様式を示す図を第２
図に示す。これは表面プラズモン共鳴を証明するための
実験的設定にすぎない。プリズムは参照番号８で示さ
れ、その下面に金属薄膜５が施される。レーザー源（図
示されない）からの光１がプリズムに入射し、ここでこ
れは地点９において屈折したのちプリズムに進入する。
内部反射ビーム４もプリズムから出る際に屈折する（地
点10において）。

（発明の詳細な記述） 本発明は表面プラズモン共鳴を得る別法を用いるもの
であり、この場合は必要な内部反射を達成するためにメ
ンブレンを用いる。このメンブレンはその最も基本的な
形態においては、透明な材料から作成され、表面プラズ
モン共鳴に必要な内部反射を得るための第２図のプリズ
ムに事実上代わるものとして用いられる第１薄膜、金
属、たとえば銀の第２薄膜、および感受性物質の第３薄
膜、たとえば抗体層からなり、各層が第１図の様式で、
すなわち第１薄膜−第２薄膜−第３薄膜と配列された積
層品の形をとる。

この配列様式を採用する大きな利点は、このメンブレ
ンが著しく安価に製造され、従って多大な費用を用いず
に容易に入手できる点である。このメンブレンは連続フ
ィルムの形で供給でき、恐らく映写機フィルムのように
スプロケット供給されるであろう。従って新領域のメン
ブレンを順次利用することができる。この種のフィルム
はカセット状にパッケージされていてもよい。

内部反射を得るための透明な媒質として薄膜を用いる
という概念は、添付の図面の第３図に示す曲線を基礎と
し、これは添付の図面の第４図に示す光学的形状から導
かれたものである。

第４図には、屈折率n1の媒質中を移動した入射光波11
につき、屈折率n2の透明な材料の薄いブロック12中にお
ける反射および屈折を模式的に示す。ブロック12の裏面
には銀などの材料の層13が形成される。銀の後方にある
媒質の屈折率はn3である。第３図のグラフは、入射角θ
が変化するのに伴う、Ｓ−偏光およびＰ−偏光の双方に
ついての界面n1/n2およびn2/n3における透過または反射
の割合を示す。

本発明が関与するのはＰ−偏光である。これが表面に
対し法線の電場を含むからである。界面n2/n3からの内
部全反射（100％の反射）の領域では界面n1/n2における
透過は角度θ_１が70゜に及ぶまでは90％以上であること
が認められるであろう。これは有用な表面プラズモン共
鳴システムの最小反射角度約63゜を包含する。従って第
４図に示す形態が適切であることは明らかであり、ブロ
ック12の代わりに“ブロック”様の膜が同様な効果を示
すことは認められるであろう。

第４図から直ちに明らかになる問題は、入射角が変化
するのに伴い、界面n2/n3上に進入光が入射する位置も
同様に変化することである。金属薄膜13およびこれに施
された感受性（たとえば抗体）被膜における変動は避け
られないので、この移動が起こるのに伴って表面プラズ
モン共鳴効果が示される入射角は変化し、これがさらに
可変因子を測定に導入し、精度を低下させる。

このため、界面n2/n3において入射が起こる地点を入
射角がどのようであろうと入射角と同様な範囲に静止保
持されるのを保証する手段を設けることが提案される。
これは後述のように、特殊な形状の凹形反射素子によっ
て達成しうる。

共鳴時に起こるディップを監視するために、界面n2/n
3を共鳴入射角−普通は約63゜である−付近の角度にわ
たって照明する必要がある。２方法がある。すなわち第
１法においては広域ソリッドビームを進入ビームが共鳴
付近の一定範囲の角度に及ぶ方式で界面上の一地点に収
束させる。この型の配列様式は本出願人の欧州特許出願
第0305109号明細書中により詳細に記載されている。第
２の方法においては、比較的狭いビームに共鳴に対応す
る入射角に近い一定範囲の角度付近を走査させる。この
走査は凹型反射鏡と連係した鏡を用いて行うことができ
る。この鏡をたとえば50Hzにおいて後方および前方に振
動させ、光源からの光出力を受けてこのビームを走査運
動に合わせて後方および前方へ移動させる。この走査ビ
ームは凹形反射鏡に施され、これがいかなる走査角にお
いてもビームをn2/n3界面上の一定地点へ反射する。別
形態としては、鏡を連続的にたとえば50r.p.sにおいて
回転させて、光ビームの360゜出力掃引を得る。わずか
なものを除いてすべての当該アークが遮蔽され、これに
より反射後に共鳴角を含む入射角を覆う一方向走査運動
が得られる。これらの方法は本出願人による出願中の欧
州特許出願第89304570.8号明細書中により詳細に記載さ
れている。

連続フィルム状メンブレンを用いるシステムにおいて
は、試験に用いた試料が先の試験から残された残渣によ
り汚染されないことが必須であるので、試料供給様式に
難点が生じる。固定された試料供給様式を採用し、試料
が共通の供給手段から順次供給される場合、相互汚染を
避けるためには何らかの形の試験間リンスおよび／また
は洗浄が必要であろう。これは可能ではあるが、付加的
な混乱および出費を伴う可能性がある。従って本発明者
らは、実際にメンブレン自体に内包された供給様式を採
用する方を好ましいとする。この概念は連続フィルム状
メンブレン、および非連続的であるにもかかわらず複数
回の試験を順次行うために移動するメンブレンの双方に
採用することができる。この後者の型のメンブレンは数
センチメートルの長さの小型カード様メンブレンの形で
提供されるであろう。

試料供給様式はメンブレン内にメンブレンを構成する
構造物中へ追加層を挿入することにより得られる。この
追加層は上記の第３薄膜−感受性層−に施され、従って
操作に際しては試料流体を感受性層と接触させて、試料
と感受性層との反応を行うことができる。たとえばこの
追加層は多孔質材料であってもよく、これは試料を感受
性層から遠くの側に乗せ、試料を多孔質層を通って感受
性領域内へ妥当な程度に制御された様式で通過させるこ
とにより用いられる。特に適切な形の多孔質材料はアノ
テック・セパレーションズ・リミティッドにより市販さ
れている。これはアルミナから作成された非軟質ハネカ
ムフィルターからなる。このフィルターはハネカム様構
造中を一方の面から他方へ貫通する直径200nmの開口を
多数含む。場合により一端200nmの直径の開口が一端で
は20nmの開口により終結する。この型のフィルターは試
料内の細胞などの大型粒子が活性領域に達するのを防ぐ
という固有の利点をもつ。

別形態においては、この追加層は試料をまたは同時に
複数の試料を活性領域に制御された様式で供給するため
の予備成形された構造層の形をとる。一形態において追
加層は感受性層から遠い方のその面から反対側の面へ伸
びた通路手段を備えた材料の薄膜からなる。試料から離
れた活性領域を通り、活性領域に達した時点でのみ静止
する試料の流れを得るためには、少なくとも短い試料期
間中、活性領域を通って試料を吸引すべく作動しうる吸
収材料を上記の追加層に内包させることが好ましい。従
ってこの様式は、通路手段が感受性領域から遠い面より
感受性領域を通って吸収材料へ至るものである。好まし
くは、追加層を構成する薄膜は親水性材料製である。

実際には複数の試験を同時に実施することが望ましい
であろう。これは速度のため、または試料から得た結果
を同等条件下で対照と比較するために望ましい。この種
の同時試験は２種以上の試料を伴うか、または単一試料
につき数回の試験を同時に行うことができる。実施され
る同時試験の数、および試験を実施する方法によって、
通路手段を構成する厳密な様式が指示されるであろう。
たとえば単一試料につき１回の試験を行うためには、通
路手段は追加層の一方の面から他方へ貫通した１個の開
口からなる。吸収材料が含まれる場合、開口は感受性層
に隣接した末端において、吸収材料へ通じる他の開口内
へ開いている。これは、試料を感受性領域から遠い末端
において開口に導入し、開口を貫通させて感受性領域
へ、そして場合により吸収材料に通じる追加開口へ到達
させることにより用いられる。追加層の感受性層から離
れた側へ開いた開口末端は、開口への試料の添加を補助
するために面取りされていてもよい。このような面取り
によって、妥当な程度に正確な量の試料を試験のために
入れるウェルが定められることは分かるであろう。好ま
しくは開口、および設けられている場合は追加開口は、
試料が毛管作用によってそれらに沿って移動する大きさ
のものである。

複数の別個の試料を同時に試験したい場合には、複数
個のこの種の開口を、追加薄膜の表面に間隔を置いて設
けることは分かるであろう。これらの開口それぞれに付
随して別個の感受性層があり、従って各試料につき別個
の試験を別個の異なる感受性領域において行うことがで
きる。ガラス／金属界面上の光の入射地点は、別個の試
験につき像を形成するために、同時に試験を行うのに必
要な領域すべてにわたって走査される。試験期間中、活
性領域を通って連続的に試料を吸引するために吸収材料
を用いる場合は、各試験につき別個の吸収材料片を付与
するか、または吸収材料は活性領域の下流側にある点を
考慮して、複数の活性領域に共通の単一片の吸収材料と
して形成されてもよい。

単一試料につき多数の被分析体の試験を行いたい場合
は、上記のように複数個の別個の活性領域を設ける必要
がある。しかし試料供給様式は単一試料を種々の活性領
域に同時に付与しうるものでなければならない。この場
合、通路手段は追加層の一方の面から他方へ通じるスロ
ット様開口の形をとってもよい。好ましくは上記のよう
に感受性層から遠い面上に開口したスロットの縁を面取
りして、長いトラフ様ウェルを定め、ここへ試験用試料
を入れることができる。試料はスロットを下降して追加
層の反対側の面に達し、ここでスロットの底に位置すべ
く配置された種々の感受性領域と反応する。好ましくは
スロットの大きさは試料が毛管作用によりそれを貫通す
るものである。活性領域を通って試料を吸引するため
に、前記のように吸収材料を用いることができる。

いずれかの種類の多重試験を行うためには、光ビーム
の入射地点を種々の活性領域にわたって移動させるため
の手段を設けなければならない。これは入射地点の一重
または多重ライン走査の形をとることができ、適切なモ
ーターにより移動する鏡の使用により達成される。これ
については本出願人の前記欧州特許出願第89304570.8号
明細書中により詳細に述べられている。

金属薄膜に施される層がここではイムノアッセイに用
いる抗体層であると記載されているが、ある事態が起こ
った際にその屈折率が変化するいかなる感受性層も使用
でき、従って生物学、生化学および化学の分野で多種多
様な用途をもつ感受性検出器を提供することができるの
は認められるであろう。感受性層を構成する物質は試料
中の特定のものに対して特異的であってもよく、非特異
的であってもよい（すなわち試料中の数種のものと相互
作用してもよい）。特異的物質には認識分子、たとえば
試料中の目的とする被分析体と特異的に結合する前記の
抗体、試料液中のそれらの補体と結合するDNA/RNAプロ
ーブ、またはレクチン、糖蛋白質もしくは酵素基礎−こ
れらはすべて２分子型認識対の他方のパートナーを認識
し、これと結合することができる−が含まれる。

非特異的物質の例には疎水性物質、たとえば両親媒性
分子を捕捉するためのリン脂質型分子の単層の形のも
の、または多糖類を捕捉する親水性物質が含まれる。実
際には、金属薄膜自体の表面が有効な非特異的結合物質
を形成しうることが認められた。銀または金の表面はそ
れ以上の被覆を必要とせずに蛋白質またはポリヌクレオ
チド、たとえばDNAもしくはRNAを結合し、この場合は別
個の感受性層をすべて効果的に省くことができ、金属薄
膜の表面がそのまま被験試料中のものを捕捉するために
用いられる。

金属薄膜材料は一般に銀または金であり、通常は蒸着
により施される。薄膜は進入ビームの入射地点の微小な
動きに対処するために、可能な限り均質である必要があ
る。構造用金属薄膜が最良の共鳴を与えると考えられ、
金属薄膜の性能を改良するために、特にこの種の薄膜が
不連続な島状構造を形成する自然の傾向を制御するため
に、透明薄膜を予備処理する種々の方法がある。

1. 溶融した硝酸金属塩その他の溶融塩類に浸漬する。
これは構造化されうる、かつ島の形成のための中心とし
て作用しうるイオンを導入する効果をもつ。

2. 成核部位を導入するためのイオンボンバードメン
ト。易動性イオンを除去することにより蒸着薄膜が連続
的となる厚さが減少することが示された。

3. 薄く蒸着した薄膜（厚さ０〜100オングストロー
ム）上への無電解めっきまたは電気めっき。無電解めっ
き薄膜は蒸着薄膜より大きな厚さまで耐え、後続の被覆
のためにより安定な核を形成しうる。

4.無電解めっき薄膜上への蒸着・無電解めっき薄膜は蒸
着薄膜より島状構造を形成する傾向が強く、より広く間
隔を置いた、より大きな島を形成する。これは規定波長
の光に同調する際に有利となるであろう。

被膜性能も下記の方法で改良できる。

1. 被覆処理中の表面温度を制御する。高温の支持体を
用いるほど島の大きさが増し、逆に言えばそれらの間隔
が大きくなる。

2. 蒸気流のイオン含量を制御するために磁場もしくは
静電場、または電子放出装置の存在下で蒸発させる。支
持体の帯電状態が島状構造に影響を与えることが知られ
ている。

3. 薄膜表面に対する蒸発蒸気流の入射角を制御する。
薄膜表面に対する原子の運動量が増すと、蒸発した原子
の易動性、従ってそれらがより大きな島を形成する能力
は大きくなる。

本発明をより良く理解するために、それらの実施態様
数種を添付の図面を参照しながら記載する。これらは例
示のためのものにすぎない。

第１図および第２図は表面プラズモン共鳴効果を証明
するための既知の実験様式を示す図である。

第３図は入射角θ１に対する光の透過率または反射率
を示すグラフである。

第４図は第３図のグラフを説明するために用いた薄膜
型光学形態の例である。

第５図は本発明によるセンサーの一形態の側面模式図
である。

第６図はメンブレン構造の詳細を示す拡大透視図であ
る。

第７図は第２形態を示す、第５図と同様な図である。

第８図は第３形態を示す、第５図と同様な図である。

第５図を参照すると、この装置は中空内部15を備えた
外被14からなり、ここには装置に付随する電子回路部品
を取付けたプリント回路板16が配置される。外被の上部
に開口が形成され、この開口は透明材料製の支持板17で
覆われている。

線源18は電磁線の平行化入力ビーム19を発生する。電
磁線の周波数は表面プラズモン波を発生するものでなけ
ればならず、実際には可視領域内またはその付近であろ
う。適切な線源にはヘリウムネオンレーザーまたは赤外
線ダイオードレーザーが含まれるが、適切なフィルター
およびコリメーターを備えた普通の光源も使用できる。

光19は鏡20へ施され、これは光を凹形反射面21上へ向
けて、ここから透明な支持板17へ向ける。鏡20はモータ
ー手段（図示されていない）により駆動されて、実線と
点線により示された制限位置間を振動式に回転する。そ
の結果、反射面21に施された光ビームはビーム22（実
線）および23（点線）により表わされる位置間を前後に
走査する。

支持板17の上面に連続フィルム24の形のメンブレンが
配置され、これは供給リール25から巻取リール26へと第
５図の左から右へ移動する。メンブレンはその最も簡単
な形の場合、金属薄膜層、たとえば銀、および感受性材
料の最終層、たとえば抗体層が施された軟質透明材料の
形をとる。その配列は、各層が透明な支持体17−軟質透
明層−金属薄膜層−感受性層の順となるものである。従
って第５図で見ると感受性層が最上部にある。実際には
試料供給様式はより複雑なフィルム構造を指示する。そ
の一例が第６図に示され、これについて簡単に述べる。

軟質透明層が透明板上に直接に、場合により光学結合
用流体をそれらの間に含む状態で配置されることが分か
るであろう。好ましくは板17の屈折率は軟質透明層のも
のと同一であり、従って両者は光に関する限り単一の透
明ブロックとして効果的に作用する。反射面21から入射
する光はこのブロック内では第３および第４に関して前
述したものと同様な挙動を示す。金属薄膜層はフィルム
24の軟質透明層と金属薄膜層の界面上にある地点27にお
いて光を内部反射させる。内部反射した光はブロックを
通過し、他の凹形反射面28において反射されて、光検出
器29の感受性表面に入射する。

反射面21は光が透明板17に進入する際に不可避的に起
こる屈折にもかかわらず、一定範囲の角度から反射面に
入射する光を一点27にもたらす形状をもつ。光路のコン
ピューター分析によって、制限位置22、23間で走査が行
われるのに伴って地点27を確実に静止させるのに適した
表面21の形状を導き出すことができる。同様に反射面28
は一定範囲の角度からそれに入射する光を検出器29の感
受性領域の一点にもたらす形状をもつ。

反射面21、28は外被14の材料、たとえばアルミニウム
を機械加工することにより形成される。外被が適切な材
料で製造されていない場合は、反射面21、28はもちろん
外被に付着した別個の素子として形成することができ
る。アルミニウムのダンヤモンド加工によって高度に反
射性の面が得られ、その形状はコンピューター制御下
に、それに要求されるいかなる光学的特性をも与えるべ
く調整することができる。

条件が適正であり、特に軟質透明層と金属薄膜層の界
面に進入するビームの入射角が適正であれば、表面プラ
ズモン共鳴が起こり、進入波の入射角が鏡20により走査
されるのに伴って、内部反射光の強度にディップが生じ
るであろう。従って時間に対する検出器出力を鏡20の走
査運動と連係させることにより、ディップ全体の像が検
出器29によって蓄積される。これは付随する電子回路に
より行われるが、これは本発明には特に関連がないので
これ以上は記述しない。

感受性層は前記のようにそれが試料と反応するのに従
ってその屈折率が変化するものである。これは表面プラ
ズモン共鳴が起こる入射角を変化させるので、試験の進
行に伴うディップを観察することにより、試料と感受性
層の反応を監視することができる。試験を行うために
は、単に被験試料を光が入射する地点27の領域の感受性
層の上部に乗せ、ディップ特性の変化を観察するだけで
よい。

試料を活性層へ供給するための特殊な方法を第６図に
示す。ここでこれについて述べる。第６図に示すフィル
ム24は単一試料について多数の被分析体を試験すること
ができ、このため軟質透明層と金属薄膜層の界面上の光
が入射する地点27−この地点はこれまで静止していると
仮定してきた−は事実、第５図の平面に対して横方向に
可動性でなければならない。これは第５図の20に示した
ものにより複雑な鏡系によって達成され、前記の本出願
人による出願中の明細書に詳述されている。

第６図においてフィルム24は透明板17に対して、それ
らの間に所望により光学結合用ゲルまたは流体の層30を
含む形で配置される。フィルム24は金属、たとえば銀ま
たは金の薄膜層32が施された軟質透明材料、たとえば透
明プラスチック材料の層31からなる。層32には感受性物
質の層33、たとえば抗体層が施されている。以下におい
て明らかになるように、層33は連続的であってもよく、
反応が起こる別個の領域として施されていてもよい。参
照番号34に示す最終層は、好ましくは親水性のプラスチ
ック材料からなるプレフォーム層であり、これは試料を
感受性層33へ供給してこれと反応させるために用いられ
る。

層34は層を横切って伸びる複数のスロット35を含む。
これらのスロットは層34の上面36へ開いており、それら
の縁は37において面取りされて長いトラフを定め、この
中へ被験試料を入れることができる。スロットは層34を
貫通して伸びているわけではなく、感受性層33に面した
層34の面に形成された複数の横方向通路38内で終結す
る。それぞれの横方向通路はチャンバーを定め、これは
試験に際して試料と感受性層33との反応が起こる活性領
域となる。各スロット35は複数の別個の通路38において
終結するので、複数の間隔を置いた活性領域を定め、こ
こで共通の試料につき別個の試験を行うことができる。
各スロット35には、層34の下面へ開口し、吸収材料を含
む別個の流路として形成された一対の吸収領域39が付随
する。通路38は吸収領域39内へ通じており、従って試料
38を試験期間中連続的に活性領域へ吸引する。

この装置を使用するためには、フィルム24を１個のス
ロット35が地点27と一致するまで前進させる。層33中の
抗体分子と結合しうる抗体を含有する被験試料をウェル
37に入れ、毛管作用によりスロット35を貫通させる。液
体試料はスロット35から放出され、通路38に沿って外側
へ反対方向に、吸収材料39へ向かって速やかに流動し始
め、これに伴って層33を通過する。従って層33に隣接す
る試料は試験期間中絶えず補給され、これによって最高
感度が保証される。

試料が層33上を流れるのに伴って、層33中の抗体と結
合しうる試料中の抗原はいずれも結合し、従って反応が
進行するのに伴って層33の屈折率が変化する。この屈折
率の変化が、地点27に光源18からの光ビームを向けるこ
とにより試験期間中連続的に監視される。条件が適正で
あれば−特に地点27における入射角が適正であれば−光
ビームを施すことによりプラズモン波が発生し、従って
入力ビームからエネルギーが抽出され、特定の入射角に
おいて出力ビームの強度が減衰するであろう。鏡20は先
に説明したように試験の進行に伴って前後に振動し、こ
れによりビームを制限位置22、23間で走査させる。これ
らの制限位置は出力ビームの減衰によって起こる降下を
包含するものである。鏡のモーターを制御する回路部品
は光が地点27に入射する瞬間角を検出器29が識別しうる
ストローブ信号を発生し、従って反射ディップの正確な
像を得ることができる。

鏡20は、地点27自体をフィルム24上で前後に移動さ
せ、これによりスロット35下の種々の活性領域上を順次
通過すべく移動させることもできる。地点27の動きは連
続的であってもよいが、好ましくはその様式は地点27が
それぞれの活性領域上に短期間停滞したのち次へ通過
し、これによりそれぞれの活性領域上でディップを走査
しうるものである。鏡モーター駆動回路から発生される
適切なストローブ信号を検出器29からの出力と同期化
し、これにより検出器29からの出力をスロット35に沿っ
た特定の活性領域と一致させることができる。

制限ビーム22、23を設定するために選ばれる初期反射
ディップは、反応を行う前にセルにある種の中性溶液ま
たは緩衝液を導通した際に得られるディップから求める
ことができる。この方法に関しては、試料が層33に隣接
した活性領域を貫流し始めるのに伴って、屈折率が抗体
／抗原反応によって直ちに変化し始めるわけではない点
を留意すべきである。従って未反応試料が貫流している
状態で初期の読みを得るのに十分な時間があり、この読
みを利用して、フィードバック回路により制限ビーム2
2、23の間の中心入射角が適正に選ばれるように鏡20を
速やかに調整することができる。この中心角は実際のデ
ィップ角となるべく選ぶか、または反射ディップの半分
の角度であってもよい。

各試験が終了した時点でフィルム24を隣接スロット35
間の距離に等しい量だけ前進させ、これにより次のスロ
ットを地点27と一致させて、さらに試験を行うことが可
能となる。フィルム24が尽きるまでこの操作を反復する
ことができる。

使い捨てカセット40（第５図）に収容されたフィルム
24を供給することが好ましく、これは開口41を含んでお
り、これを通して試料を露出フィルムのウェル内へ入れ
ることができる。

本発明の別形態を第７図に示し、ここでこれについて
述べる。

第７図においては、第５図の連続フィルム24の代わり
に、アノテック・セパレーションズ・リミテッド製の、
硬質多孔性材料を基礎とする使い捨て素子が用いられ
る。この材料については先に簡単に述べた。多孔質材料
のもろい性質のため、連続フィルムの形の装置を提供す
ることはできない。代わりに長さ数センチメートルの小
型の使い捨てカードを機械に順次供給する。これらのカ
ードはそれぞれ感受性層、たとえば抗体層、金属薄膜層
および多孔質層のサンドイッチからなり、後者はいずれ
かの多孔質材料、たとえばアノテック材料から作成され
る。操作位置において、１枚のカードが多孔質層を最上
部にし、感受性層を支持板17に向けた状態で、透明支持
板17の頂部に配置される。感受性層はきわめて薄く、一
般に50〜100nmの厚さであるため、入射光に対して効果
的に透明である。参照番号42で示したこれらのカードは
スタック43から透明支持板17を横切り、ビン44へ供給さ
れる。プッシャー機構45がカード42を順次押しやる作用
をなし、外被14の上面カバー47にある開口46によって試
料をカバーの上面に乗せることが可能となる。この方法
では感度を改善するための活性領域を通る連続流はない
ので、比較的高濃度の試料のみが用いられる。

アノテック材料はハネカム様構造であり、その主要面
が双方とも孔で覆われているので、金属層および抗体層
も同様に穿孔されるであろう。その結果、試験中に施さ
れ、このフィルターを貫通して透明板17の表面へ達した
試料が結合液として作用し、この種の流体を追加する必
要はなくなる。

別形態（図示されていない）においては、追加の構造
化された（たとえば多孔質の）層を上記の形態のカード
に組込む。層の順序は、硬質多孔性（たとえアノテッ
ク）層−感受性層−金属薄膜層−構造層である。この後
者の層は試料液をアノテックフィルターから吸引する構
造をもち、これにより試験中に連続流が維持され、感度
が改善される。この構造層により方向づけられた使用済
み試料を受容するために、カードの縁に吸引パッドを配
置することができる。

次いで第８図について述べる。これは第５図の場合と
同様な様式を示すが、この場合出力反射面28および小型
の光検出器29が広域光検出器47、たとえば非晶質シリコ
ンデバイスにより置き換えられている。この検出器はい
ずれか好都合な位置に配置することができ、出力ビーム
の動き全体を包含するのに十分な大きさの電磁線感受性
領域を備えている。この場合も検出器からの出力は鏡20
の走査と同期化され、従って回路部品はいかなる時点に
おいても検出器が見えているものを識別することができ
る。このため、検出器47にｘ−ｙ位置検出を備える必要
はない。ビームの情報が位置に基づくものではなく、時
間に基づくものだからである。

【図面の簡単な説明】

第１および２図は表面プラズモン共鳴効果を証明するた
めの既知の実験様式を示す図である。 第３図は入射角θ１に対する光の透過率または反射率を
示すグラフであり、第４図はこれを説明するために用い
た薄膜型光学形態の例である。 第５図は本発明によるセンサーの一形態を示す側面模式
図である。 第６図はメンブレン構造の詳細を示す拡大透視図であ
る。 第７および８図はそれぞれ第２および３形態を示す側面
模式図である。 各図において番号は下記のものを表わす。 １、11:入射光、2:3の内面 3:ガラス体、4:反射光 ５、13:金属薄膜、6:抗体薄膜 7:試料、8:プリズム（第２図） 12:透明ブロック、14:外被 15:中空内部、16:プリント回路板 17:支持板、18:線源 19:入力ビーム、20:鏡 21、28:反射面、22、23:光ビーム 24:メンブレン、25:供給リール 26:巻取リール、27:内部反射地点 29:検出器、30:光学結合用流体 31:透明材料層、32:金属層 33:感受性層、34:プレフォーム層 35:スロット、36:34の上面 37:面取り部分、38:通路 39:吸収領域、40:使い捨てカセット 41:40の開口、42:使い捨てカード 43:42のスタック、44:ビン 45:プッシャー機構、46:47の開口 47:14の上面カバー

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁線のビームを発生するための電磁線
   源、透明材料の第１薄膜、第１薄膜の一方の面の少なく
   とも一部に施された金属の第２薄膜、および第２薄膜に
   施された感受性物質の第３薄膜からなる積層品の形のメ
   ンブレン、上記の感受性層上へこれと反応すべく被分析
   試料を導入するための手段、電磁線を透明材料の第１薄
   膜中へ、上記の面の上記部分で内部反射されるべく方向
   づけるための手段、ならびに内部反射ビームを受信すべ
   く配置された検出器手段からなり、上記の面におけるビ
   ームの入射角が表面プラズモン共鳴を起こすものであ
   り、監視手段により検出される共鳴の特性が試料と感受
   性層の反応に依存する、生物学的、生化学的または化学
   的試験に用いるセンサー。
2. 【請求項２】メンブレンが軟質である、請求項１に記載
   のセンサー。
3. 【請求項３】メンブレンが、試験間で移動して新たな領
   域が使用される半連続フィルムの形をとる、請求項１ま
   たは２に記載のセンサー。
4. 【請求項４】電磁線に対して透明な軟質材料のブロック
   をさらに含み、これはメンブレンが該ブロックの第１面
   に対向して場合により光学結合用流体をそれらの間に保
   有する状態で配置され、使用に際してはビームがブロッ
   クに進入し、ブロックからその第１面を貫通して透明薄
   膜中に進入する、請求項１〜３のいずれかに記載のセン
   サー。
5. 【請求項５】メンブレンがさらに試料供給手段を含み、
   これにより被験試料が制御された様式で感受性領域へ移
   行する、請求項１〜４のいずれかに記載のセンサー。
6. 【請求項６】試料供給手段がメンブレンを構成する積層
   構造物中の追加層からなり、この追加層が第３（感受
   性）薄膜に施された、請求項５に記載のセンサー。