JP3578188B2

JP3578188B2 - Surface plasmon sensor

Info

Publication number: JP3578188B2
Application number: JP23386496A
Authority: JP
Inventors: 昌之納谷
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH1019769A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。
【０００３】
従来より、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えてなるものである。
【０００５】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって出射角が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器によって検出したり、出射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサーによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の出射角で出射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサーによって検出することができる。
【０００６】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、Ｐ偏光（センサー面に垂直な偏光成分）の光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θ_ＳＰで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立すると、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、プリズムと金属膜との界面で全反射する光の強度が鋭く低下する。
【０００７】
この現象が生じる入射角θ_ＳＰより表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫ_ＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、ε_ｍとε_ｓをそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】

【０００９】
試料の誘電率ε_ｓが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上記反射光強度が低下する入射角θ_ＳＰを知ることにより、試料中の特定物質を定量分析することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上説明した従来の表面プラズモンセンサーにおいては、試料液に微量含まれる物質を分析する際に、分析対象物質の検出感度が低く、またその分析に長い時間を要するという問題が認められる。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、試料液中の物質を短時間で、高感度で分析可能な表面プラズモンセンサーを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の表面プラズモンセンサーは、請求項１に記載の通り、前述したようなプリズムと、金属膜と、光ビームを発生させる光源と、光学系と、光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、上記金属膜との間に試料液を挟んで該金属膜に対面するように配置された電極と、この電極と上記金属膜との間に直流電圧を印加する手段と、一面に、金属膜からなる前記電極が形成された第２のプリズムと、第２の光ビームを発生させる第２の光源と、前記第２の光ビームを前記第２のプリズムに通し、該プリズムと前記電極との界面に対して、種々の入射角が得られるように入射させる第２の光学系と、前記界面で全反射した第２の光ビームの強度を、前記種々の入射角毎に検出可能な第２の光検出手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００１５】
さらに本発明による第２の表面プラズモンセンサーは、請求項２に記載の通り、上記第１の表面プラズモンセンサーにおいて金属膜が直接試料液に接触するように構成したことに換えて、試料液中の分析対象物質と抗原・抗体反応する抗原または抗体が固定されてなるセンサー膜を金属膜の上に形成して、このセンサー膜が試料液に接触するように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の効果】
本発明による第１の表面プラズモンセンサーは、間に試料液を挟んだ金属膜と電極との間に直流電圧が印加される構成となっているので、試料液中で電荷を持っている分析対象物質を金属膜に電着させることができる。なお電圧印加の極性は、分析対象物質が陽イオンであるか陰イオンであるか等に応じて選択しておけばよい。
【００１７】
この電着により、試料液の金属膜に接する部分では分析対象物質の濃度が高くなるので、全反射解消角が短時間で大きく変化し、そこで、分析対象物質を高感度で短時間内に分析可能となる。特に抗原・抗体反応を利用して試料液中の物質を検出する場合、つまり例えば金属膜上に抗原（あるいは抗体）を固定し、それに特異的に吸着する試料液中の抗体（あるいは抗原）を検出するような場合は、分析対象物質の濃度が高くなることによりこの反応も促進されるので、上記の効果がより顕著に得られるようになる。
【００１８】
さらにこの本発明による第１の表面プラズモンセンサーは、電圧印加用に設ける電極を金属膜から構成した上で、この電極に対してもプリズム、光源、光学系および光検出手段を設けて、該電極側でも試料分析を行なえるようにしたので、試料液中で正の電荷を持つ物質と、負の電荷を持つ物質の双方を同時に分析可能となる。
【００２０】
他方、本発明による第２の表面プラズモンセンサーにおいては、試料液中の分析対象物質と抗原・抗体反応する抗原または抗体が固定されてなるセンサー膜を金属膜の上に形成したことにより、試料液中の分析対象物質がこのセンサー膜に引き寄せられるようになる。そこで、このセンサー膜と金属膜とで構成されるセンサー部周辺の分析対象物質の濃度が高くなり、センサーシステムの感度が向上し、抗原・抗体反応の反応速度も高くなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明を説明するための参考例について説明する。図１は、本発明に対する第１の参考例である表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものである。図示されるようにこの表面プラズモンセンサーは、断面三角形のプリズム10と、このプリズム10の一面（図中の上面）に形成されて、試料液11に接触させられる例えば金、銀等からなる金属膜12と、１本の光ビーム13を発生させる半導体レーザー等からなる光源14と、この光源14から発散光状態で出射した光ビーム13をプリズム10の長軸に垂直な面（紙面に平行な面）内のみで集束させるシリンドリカルレンズ15と、プリズム10と金属膜12との界面10ａで全反射した光ビーム13の強度を検出する光検出手段16とを備えている。
【００２２】
また、上記金属膜１２と適当な間隔を置いて対面するように電極１７が配設されている。この電極１７は、図中上下方向に中心軸が延びる筒状の保持部材１８に保持されており、金属膜１２と電極１７との間の空間は、周囲をこの保持部材１８によって閉じられる状態となる。そして金属膜１２と電極１７にはそれぞれ、直流電源１９の正極、負極が接続されている。
【００２３】
光ビーム１３は、シリンドリカルレンズ１５の作用により上述のように集束するので、図中に最小入射角θ_１と最大入射角θ_２とを例示するように、界面１０ａに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビーム１３は界面１０ａで全反射し、この反射した光ビーム１３には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。
【００２４】
光検出手段１６としては、上記のように種々の反射角で反射した全部の光ビーム１３を受光できる方向に受光部が延びる、例えばＣＣＤラインセンサ等が用いられている。そこで、この光検出手段１６の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓは、上記種々の反射角毎に（つまり、種々の入射角毎に）光ビーム１３の強度を示すものとなる。
【００２５】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。金属膜１２と電極１７との間の空間には、陰イオン化した分析対象物質３０を含む試料液１１が満たされる。また直流電源１９により、金属膜１２と電極１７との間に直流電圧が印加される。そして、シリンドリカルレンズ１５の作用で上述のように集束する光ビーム１３が、金属膜１２に向けて照射される。この金属膜１２とプリズム１０との界面１０ａで全反射した光ビーム１３は、光検出手段１６によって検出される。
【００２６】
前述した通り、光検出手段１６の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓは、全反射した光ビーム１３の強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。そしてこの反射光強度Ｉと入射角θとの関係は、概ね図２に示すようなものとなる。
【００２７】
ここで、ある特定の入射角θ_ＳＰで入射した光は、金属膜１２と試料液１１との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。光検出手段１６の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓを用いれば上記入射角θ_ＳＰが分かり、このθ_ＳＰの値に基づいて試料液１１中の物質３０を定量分析することができる。その理由は、先に詳しく説明した通りである。
【００２８】
また、上述のように直流電源１９に接続された金属膜１２と電極１７との間に直流電圧が印加されるので、試料液１１中で陰イオン化している分析対象物質３０は金属膜１２に電着する。そこで、試料液１１の金属膜１２に接する部分では分析対象物質３０の濃度が高くなり、該分析対象物質３０を高感度で短時間内に分析可能となる。このように陰イオン化する分析対象物質３０としては、例えばＰＢＳに分散している抗原（α−ＦＰ）等が挙げられる。
【００２９】
なお、前述した抗原・抗体反応を利用して試料液１１中の物質３０を検出する際等は、反射光強度Ｉと入射角θとの関係を、抗原・抗体反応が進む中で時間を追ってリアルタイムで観測したい場合がある。本装置によれば、上述の通り分析対象物質３０を短時間内に検出可能であるから、このようなリアルタイムの観測も短時間内に済ますことができる。
【００３０】
この参考例においては、種々の入射角θを得るために、比較的太い光ビーム13を界面10ａで集束するように入射させているが、比較的細い光ビームを偏向させることによって種々の入射角θを得るようにしてもよい。
【００３１】
次に図３を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なおこの図３において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての重複した説明は省略する（以下、同様）。
【００３２】
この図３の表面プラズモンセンサーは図１のものと比べると、基本的に、第２のプリズム２０、光ビーム２３を発生させる第２の光源２４、第２のシリンドリカルレンズ２５および第２の光検出手段２６が付加された点が異なるものである。またこの場合、電極１７としては、特に金、銀等の金属の膜が用いられている。
【００３３】
上述の付加された要素は、金属膜からなる電極１７を前記金属膜１２と同様に利用して、もう１つ別の表面プラズモンセンサーを構成する。つまり、これら第２のプリズム２０、第２の光源２４、第２のシリンドリカルレンズ２５および第２の光検出手段２６は、それぞれプリズム１０、光源１４、シリンドリカルレンズ１５および光検出手段１６と同様の作用を果たす。
【００３４】
この図３の表面プラズモンセンサーにおいて、試料液１１中で陰イオン化している物質３０の分析は前述と同様にしてなされる。本装置ではそれに加えて、試料液１１中で陽イオン化している分析対象物質３１が電極１７に電着する。そこで、上記第２のプリズム２０、第２の光源２４、第２のシリンドリカルレンズ２５および第２の光検出手段２６により、上記物質３１の分析が同様になされ得る。
【００３５】
そしてこの場合、試料液１１の電極１７に接する部分では分析対象物質３１の濃度が高くなり、該分析対象物質３１を高感度で短時間内に分析可能となる。
【００３６】
次に図４を参照して、本発明に対する第２の参考例について説明する。この図４の表面プラズモンセンサーは図１のものと比べると、基本的に、金属膜12の上にセンサー膜40が形成され、試料液11が直接的にはこのセンサー膜40に接触するように構成されている点が異なる。センサー膜40には、試料液11中の分析対象物質30と抗原・抗体反応する抗原または抗体が固定されている。この抗原または抗体の例としては、分析対象物質30が前述した抗原（α−ＦＰ）である場合のＩｇＧ等が挙げられる。
【００３７】
以上の構成においては、試料液１１中の分析対象物質３０が前述した電着効果により金属膜１２側に引き寄せられ、さらに抗原・抗体反応によりセンサー膜４０に引き寄せられるようになる。そこで、このセンサー膜４０と金属膜１２とで構成されるセンサー部周辺の分析対象物質３０の濃度が著しく高くなり、センサーシステムの感度が向上し、抗原・抗体反応の反応速度も高くなる。
【００３８】
次に図５を参照して、本発明に対する第３の参考例について説明する。この図５の表面プラズモンセンサーは図１のものと比べると、基本的に、金属膜12と電極17とが相対面する状態ではなく、ともにプリズム10の一面上に互いに離して形成されている点が異なる。なお図６には、これら金属膜12と電極17との平面形状を示してある。
【００３９】
以上の構成においても、直流電源１９により金属膜１２と電極１７との間に直流電圧を印加すると、試料液１１中で陰イオン化している分析対象物質３０が電着効果により、金属膜１２に引き寄せられる。そこで、試料液１１の金属膜１２に近接する部分では分析対象物質３０の濃度が高くなり、該分析対象物質３０を高感度で短時間内に分析可能となる。
【００４０】
なおこの第３の参考例においては、金属膜12の上に、図４の第２の参考例で用いられたものと同様のセンサー膜40が形成されている。そこでこの場合も、センサー膜40と金属膜12とで構成されるセンサー部周辺の分析対象物質30の濃度が著しく高くなり、センサーシステムの感度が向上し、抗原・抗体反応の反応速度も高くなる。
【００４１】
上述したように金属膜１２と電極１７とを、プリズム１０の一面上に互いに離して形成する場合、それらの平面形状は図６に示した形状に限定されるものではなく、例えば図７、図８に示すような形状を適宜採用することができる。
【００４２】
なお図８の形状を採用すると、いわゆるマルチ・チャンネル化が可能である。すなわちその場合は、金属膜１２の３つの櫛歯状部分にそれぞれ試料液１１中の分析対象物質３０を引き寄せることができるから、センサー部を３箇所として、それらにおいて相並行して分析可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に対する第１の参考例である表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】表面プラズモンセンサーにおける、プリズムへの光ビーム入射角と全反射光強度との概略関係を示すグラフ
【図３】本発明の一実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図４】本発明に対する第２の参考例である表面プラズモンセンサーの側面図
【図５】本発明に対する第３の参考例である表面プラズモンセンサーの側面図
【図６】図５の表面プラズモンセンサーにおける金属膜と電圧印加用電極の位置関係を示す平面図
【図７】本発明の参考例としての表面プラズモンセンサーにおける金属膜と電圧印加用電極の別の位置関係を示す平面図
【図８】本発明の参考例としての表面プラズモンセンサーにおける金属膜と電圧印加用電極のさらに別の位置関係を示す平面図
【符号の説明】
１０プリズム
１０ａプリズムと金属膜との界面
１１試料液
１２金属膜
１３光ビーム
１４光源
１５シリンドリカルレンズ
１６光検出手段
１７電極
１８保持部材
１９直流電源
２０第２のプリズム
２３第２の光ビーム
２４第２の光源
２５第２のシリンドリカルレンズ
２６第２の光検出手段
３０、３１分析対象物質
４０センサー膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface plasmon sensor for quantitatively analyzing a substance in a sample by utilizing the generation of surface plasmons.
[0002]
[Prior art]
In a metal, free electrons vibrate collectively, and a compression wave called a plasma wave is generated. The quantized compression wave generated on the metal surface is called surface plasmon.
[0003]
Conventionally, various surface plasmon sensors for quantitatively analyzing a substance in a sample using a phenomenon in which surface plasmons are excited by light waves have been proposed. Among them, a particularly well-known one uses a system called a Kretschmann arrangement (see, for example, JP-A-6-167443).
[0004]
A surface plasmon sensor using the above system basically includes a prism, a metal film formed on one surface of the prism and brought into contact with a sample, a light source for generating a light beam, and passing the light beam through the prism. An optical system for causing various angles of incidence to be obtained with respect to the interface between the prism and the metal film, and a light detecting means capable of detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface at each of various angles of incidence. It is provided with.
[0005]
In order to obtain various angles of incidence as described above, a relatively narrow light beam may be deflected and incident on the interface, or a component may be included in the light beam at various angles. Alternatively, a relatively thick light beam may be incident so as to be focused at the interface. In the former case, a light beam whose emission angle changes with the deflection of the light beam is detected by a small photodetector that moves synchronously with the deflection of the light beam, or by an area sensor extending along the change direction of the emission angle. Can be detected. On the other hand, the latter case can be detected by an area sensor extending in a direction in which all light beams emitted at various emission angles can be received.
[0006]
In the surface plasmon sensor having the above configuration, when a P-polarized light beam (a polarization component perpendicular to the sensor surface) is incident on the metal film at a specific incident angle θ _SP equal to or larger than the total reflection angle, the light comes into contact with the metal film. An evanescent wave having an electric field distribution is generated in the sample, and the evanescent wave excites a surface plasmon at an interface between the metal film and the sample. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state, and the light energy is transferred to the surface plasmon, so the intensity of the light totally reflected at the interface between the prism and the metal film Drops sharply.
[0007]
If the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle θ _{SP at} which this phenomenon occurs, the dielectric constant of the sample can be obtained. That is, the wave number of the surface plasmon K _SP, the angular frequency of the surface plasmon omega, the speed of light in vacuum c, metal epsilon _m and epsilon _s respectively, when the dielectric constant of the sample, the following relationship.
[0008]
(Equation 1)

[0009]
Knowing the dielectric constant epsilon _s of the sample, since it is found the concentration of a specific substance in the sample based on a predetermined calibration curve or the like, after all, by knowing the incident angle theta _SP that the reflected light intensity decreases, in the sample Specific substances can be quantitatively analyzed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional surface plasmon sensor described above, when analyzing a substance contained in a trace amount in a sample solution, there is a problem that the detection sensitivity of the substance to be analyzed is low and the analysis takes a long time.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface plasmon sensor capable of analyzing a substance in a sample solution in a short time with high sensitivity.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A first surface plasmon sensor according to the present invention includes the above-described prism, a metal film, a light source for generating a light beam, an optical system, and light detection means. in the surface plasmon sensor, and means for applying an electrode disposed so as to face with the metal film across the sample solution between the metal film, a DC voltage between the electrode and the metal film, one surface A second prism on which the electrode made of a metal film is formed, a second light source for generating a second light beam, and passing the second light beam through the second prism. A second optical system for entering the interface with the electrode so as to obtain various incident angles, and an intensity of the second light beam totally reflected at the interface is detected for each of the various incident angles. a second light detection means is provided which can be And it is characterized in and.
[0015]
Further, the second surface plasmon sensor according to the present invention, as described in claim 2, instead of by being configured as the first metal layer in the surface plasmon sensor is in direct contact with the sample solution, the sample solution A sensor film in which an antigen or an antibody reacting with an analyte and an antigen is reacted is formed on a metal film, and the sensor film is configured to be in contact with a sample solution. .
[0016]
【The invention's effect】
Since the first surface plasmon sensor according to the present invention has a configuration in which a DC voltage is applied between the metal film and the electrode with the sample liquid interposed therebetween, the analysis target having a charge in the sample liquid A substance can be electrodeposited on the metal film. The polarity of the voltage application may be selected according to whether the substance to be analyzed is a cation or an anion.
[0017]
Due to this electrodeposition, the concentration of the analyte in the portion of the sample solution that comes into contact with the metal film increases, so that the angle for eliminating total reflection changes greatly in a short time. It becomes possible. In particular, when detecting a substance in a sample solution using an antigen-antibody reaction, that is, for example, immobilizing an antigen (or an antibody) on a metal film and then adsorbing the antibody (or an antigen) in the sample solution specifically adsorbing thereto. In the case of detection, this reaction is promoted by increasing the concentration of the substance to be analyzed, so that the above-mentioned effects can be obtained more remarkably.
[0018]
Further, in the first surface plasmon sensor according to the present invention, an electrode provided for applying a voltage is formed of a metal film, and a prism, a light source, an optical system, and a light detecting means are provided for this electrode. Since the sample analysis can be performed on the side, both a substance having a positive charge and a substance having a negative charge in the sample liquid can be simultaneously analyzed.
[0020]
On the other hand, in the second surface plasmon sensor according to the present invention, by forming a sensor film on which an antigen or an antibody that reacts with an analyte in a sample solution with an antigen / antibody is fixed on a metal film, Analyte inside is attracted to the sensor membrane. Therefore, the concentration of the substance to be analyzed around the sensor section composed of the sensor film and the metal film increases, the sensitivity of the sensor system improves, and the reaction speed of the antigen / antibody reaction also increases.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a reference example for explaining the present invention will be described. FIG. 1 shows a side view of a surface plasmon sensor according to a first embodiment of the present invention. As shown, the surface plasmon sensor includes a prism 10 having a triangular cross section, and a metal film made of, for example, gold, silver, or the like formed on one surface (the upper surface in the figure) of the prism 10 and brought into contact with the sample liquid 11. 12, a light source 14 composed of a semiconductor laser or the like for generating one light beam 13, and a light beam 13 emitted from this light source 14 in a divergent light state is converted into a surface perpendicular to the long axis of the prism 10 (a surface parallel to the paper surface). And a light detecting means 16 for detecting the intensity of the light beam 13 totally reflected at the interface 10a between the prism 10 and the metal film 12.
[0022]
Further, an electrode 17 is provided so as to face the metal film 12 at an appropriate interval. The electrode 17 is held by a cylindrical holding member 18 whose central axis extends in the vertical direction in the figure, and the space between the metal film 12 and the electrode 17 is in a state where the periphery is closed by the holding member 18. Become. A positive electrode and a negative electrode of a DC power supply 19 are connected to the metal film 12 and the electrode 17, respectively.
[0023]
Light beam 13, so focused as described above by the action of the cylindrical lens 15, to illustrate the minimum incident angle theta ₁ and the maximum incident angle theta ₂ in the figure, various incident angles with respect to the interface 10a theta And the incident component. The incident angle θ is an angle equal to or larger than the total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interface 10a, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles.
[0024]
As the light detecting means 16, for example, a CCD line sensor or the like, in which a light receiving portion extends in a direction capable of receiving all the light beams 13 reflected at various reflection angles as described above, is used. Therefore, the light detection signal S output for each light receiving element of the light detection means 16 indicates the intensity of the light beam 13 at each of the various reflection angles (that is, at various incident angles).
[0025]
Hereinafter, the sample analysis by the surface plasmon sensor having the above configuration will be described. The space between the metal film 12 and the electrode 17 is filled with the sample solution 11 containing the anionized analyte 30. A DC voltage is applied between the metal film 12 and the electrode 17 by the DC power supply 19. Then, the light beam 13 converged as described above by the operation of the cylindrical lens 15 is irradiated toward the metal film 12. The light beam 13 totally reflected at the interface 10 a between the metal film 12 and the prism 10 is detected by the light detecting means 16.
[0026]
As described above, the light detection signal S output for each light receiving element of the light detection means 16 indicates the intensity I of the totally reflected light beam 13 for each incident angle θ. The relationship between the reflected light intensity I and the incident angle θ is approximately as shown in FIG.
[0027]
Here, the light incident at a specific incident angle θ _SP excites surface plasmons at the interface between the metal film 12 and the sample solution 11, so that the reflected light intensity I sharply decreases. By using the light detection signal S output for each light receiving element of the light detecting means 16, the incident angle θ _SP can be determined, and the substance 30 in the sample liquid 11 can be quantitatively analyzed based on the value of θ _SP. . The reason is as described in detail above.
[0028]
Further, since a DC voltage is applied between the metal film 12 connected to the DC power supply 19 and the electrode 17 as described above, the analyte 30 which has been anionized in the sample liquid 11 is applied to the metal film 12. Electrodeposit. Therefore, the concentration of the substance 30 to be analyzed becomes high in the portion of the sample liquid 11 in contact with the metal film 12, and the substance 30 to be analyzed can be analyzed with high sensitivity in a short time. As the analyte 30 to be anionized in this way, for example, an antigen (α-FP) dispersed in PBS can be mentioned.
[0029]
When detecting the substance 30 in the sample solution 11 using the above-described antigen-antibody reaction, for example, the relationship between the reflected light intensity I and the incident angle θ is determined over time as the antigen-antibody reaction proceeds. You may want to observe in real time. According to the present apparatus, as described above, the analysis target substance 30 can be detected within a short time, and thus such real-time observation can be completed within a short time.
[0030]
In this reference example , in order to obtain various angles of incidence θ, a relatively thick light beam 13 is incident so as to be converged at the interface 10a. However, various angles of incidence are obtained by deflecting a relatively narrow light beam. θ may be obtained.
[0031]
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that, in FIG. 3, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted (the same applies hereinafter).
[0032]
The surface plasmon sensor of FIG. 3 is basically different from that of FIG. 1 in that a second prism 20, a second light source 24 for generating a light beam 23, a second cylindrical lens 25, and a second light detection The difference is that a means 26 is added. Further, in this case, a film of a metal such as gold or silver is used as the electrode 17.
[0033]
The additional element described above uses another electrode 17 made of a metal film in the same manner as the metal film 12 to constitute another surface plasmon sensor. That is, the second prism 20, the second light source 24, the second cylindrical lens 25, and the second light detecting means 26 operate similarly to the prism 10, the light source 14, the cylindrical lens 15 and the light detecting means 16, respectively. Fulfill.
[0034]
In the surface plasmon sensor of FIG. 3, the analysis of the substance 30 which is anionized in the sample liquid 11 is performed in the same manner as described above. In this apparatus, in addition to this, the analyte substance 31 which has been ionized in the sample liquid 11 is electrodeposited on the electrode 17. Therefore, the substance 31 can be similarly analyzed by the second prism 20, the second light source 24, the second cylindrical lens 25, and the second light detecting means 26.
[0035]
In this case, the concentration of the substance 31 to be analyzed becomes high in the portion of the sample liquid 11 in contact with the electrode 17, and the substance 31 to be analyzed can be analyzed with high sensitivity in a short time.
[0036]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The surface plasmon sensor of FIG. 4 is basically different from that of FIG. 1 in that a sensor film 40 is basically formed on the metal film 12 so that the sample liquid 11 directly contacts the sensor film 40. The difference is in the configuration. On the sensor membrane 40, an antigen or an antibody that reacts with the analyte 30 in the sample solution 11 by an antigen / antibody is fixed. Examples of the antigen or antibody include IgG when the substance to be analyzed 30 is the antigen (α-FP) described above.
[0037]
In the above configuration, the analyte 30 in the sample liquid 11 is attracted to the metal film 12 by the electrodeposition effect described above, and is further attracted to the sensor film 40 by an antigen-antibody reaction. Therefore, the concentration of the substance 30 to be analyzed around the sensor section composed of the sensor film 40 and the metal film 12 is significantly increased, the sensitivity of the sensor system is improved, and the reaction speed of the antigen / antibody reaction is also increased.
[0038]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The surface plasmon sensor of FIG. 5 is basically different from that of FIG. 1 in that the metal film 12 and the electrode 17 are not in a state of facing each other, but are formed separately on one surface of the prism 10. Are different. FIG. 6 shows the planar shapes of the metal film 12 and the electrode 17.
[0039]
Also in the above configuration, when a DC voltage is applied between the metal film 12 and the electrode 17 by the DC power supply 19, the analyte 30 which has been anionized in the sample liquid 11 is deposited on the metal film 12 by an electrodeposition effect. Gravitate. Therefore, the concentration of the substance 30 to be analyzed increases in the portion of the sample liquid 11 close to the metal film 12, and the substance 30 to be analyzed can be analyzed with high sensitivity in a short time.
[0040]
In the third embodiment , a sensor film 40 similar to that used in the second embodiment of FIG. 4 is formed on the metal film 12. Therefore, in this case as well, the concentration of the analyte 30 around the sensor portion composed of the sensor film 40 and the metal film 12 is significantly increased, the sensitivity of the sensor system is improved, and the reaction speed of the antigen / antibody reaction is also increased. .
[0041]
When the metal film 12 and the electrode 17 are formed on one surface of the prism 10 so as to be separated from each other as described above, their planar shapes are not limited to the shape shown in FIG. 8 can be appropriately adopted.
[0042]
When the shape of FIG. 8 is adopted, so-called multi-channeling is possible. That is, in this case, the analysis target substance 30 in the sample liquid 11 can be drawn to each of the three comb-tooth-shaped portions of the metal film 12, so that the analysis can be performed in parallel at three sensor portions. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a surface plasmon sensor which is a first reference example of the present invention. FIG. 2 is a graph showing a schematic relationship between a light beam incident angle on a prism and a total reflection light intensity in the surface plasmon sensor. 3 is a side view of a surface plasmon sensor according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a side view of a surface plasmon sensor as a second reference example of the present invention. FIG. 5 is a third reference example of the present invention. FIG. 6 is a side view of a surface plasmon sensor. FIG. 6 is a plan view showing a positional relationship between a metal film and a voltage application electrode in the surface plasmon sensor of FIG. 5. FIG. 7 is a metal film and a voltage in a surface plasmon sensor as a reference example of the present invention. yet another alternative plan view showing the positional relationship of FIG. 8 metal film and the voltage application electrode in the surface plasmon sensor as a reference example of the present invention the application electrode Plan view illustrating the location relationship EXPLANATION OF REFERENCE NUMERALS
Reference Signs List 10 prism 10a interface between prism and metal film 11 sample liquid 12 metal film 13 light beam 14 light source 15 cylindrical lens 16 light detection means 17 electrode 18 holding member 19 DC power supply 20 second prism 23 second light beam 24 second The light source 25 of the second cylindrical lens 26 The second

light detecting means

30, 31 The substance to be analyzed 40 The sensor film

Claims

Prism and
A metal film formed on one surface of the prism and brought into contact with the sample,
A light source for generating a light beam;
An optical system that passes the light beam through the prism and causes the light beam to enter the interface between the prism and the metal film so as to obtain various incident angles.
In a surface plasmon sensor comprising light detection means capable of detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface at each of the various incident angles,
An electrode disposed so as to face the metal film with the sample liquid interposed between the metal film,
Means for applying a DC voltage between the electrode and the metal film ,
A second prism on one surface on which the electrode made of a metal film is formed;
A second light source for generating a second light beam;
A second optical system that passes the second light beam through the second prism and causes the light beam to enter the interface between the prism and the electrode so as to obtain various incident angles;
A surface plasmon sensor comprising: a second light detection unit that can detect the intensity of the second light beam totally reflected at the interface at each of the various incident angles .

Prism and
A metal film formed on one surface of the prism;
An antigen or an antibody that reacts with an analyte / antibody in the sample solution is fixed, and a sensor film formed on the metal film and brought into contact with the sample solution,
A light source for generating a light beam;
An optical system that passes the light beam through the prism and causes the light beam to enter the interface between the prism and the metal film so as to obtain various incident angles.
Light detection means capable of detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface at each of the various incident angles,
An electrode disposed so as to face the metal film with a sample liquid interposed between the metal film,
Means for applying a DC voltage between the electrode and the metal film,
A second prism on one surface on which the electrode made of a metal film is formed;
A second light source for generating a second light beam;
A second optical system that passes the second light beam through the second prism and impinges on the interface between the prism and the electrode so that various angles of incidence are obtained;
A surface plasmon sensor comprising: a second light detection unit capable of detecting the intensity of the second light beam totally reflected at the interface at each of the various incident angles .