JP4691044B2 - ファイバセンサ、ファイバセンサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサ、透過・反射光強度計測、または蛍光バーコード認識計測などを利用して各種物質の物性や反応特性を測定する装置とその製造方法に関し、特に光ファイバを用いたファイバセンサおよびファイバセンサ装置に関する。

ファイバセンサ測定面形成の１例として金属中の自由電子によるプラズマ波の中で金属の表面に局在するものを、量子力学では、表面プラズモンと呼ぶ。この表面プラズモンは、プラズマ波と電磁波の混成状態であり、金属表面を伝播する。近年、表面プラズモンを光により共鳴励起（発生）させて、金属表面上に存在する物質の測定を行う技術が注目されている。この表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）による測定は、特に蛋白質に代表される生体物質相互作用を、色素などを化学修飾なく、しかも、相互作用の動的挙動を精度良くリアルタイムに測定できる技術として注目を浴びている。

上述したＳＰＲによる測定を利用した従来のプラズモンセンサ装置１０（以下、ＳＰＲ装置と呼ぶ）を図１９に示す。このＳＰＲ装置１０は、光ファイバ２の先端部に形成されたＳＰＲセンサ１と、測定のための所定の波長や周波数の光を発光しビームスプリッター４およびファイバーカプラー５ａを介してＳＰＲセンサ１へ出力するための光源３と、ＳＰＲセンサ１で反射された反射光（光情報）をビームスプリッター４およびファイバーカプラー５ａを介して検出するための光検出器８とで構成される。なお、光源３は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源やハロゲンランプ等を用いているが、ＳＰＲセンサ１は、基本的に入射
角一定で測定するので、周波数可変タイプのものとしている。また、偏光を利用する場合には、１／２波長板や１／４波長板などの偏光素子５ｂ、５ｃを配置させる。

図１９に示す従来のＳＰＲセンサ装置１０では、光源３から出力した光がビームスプリッター４を透過し、光ファイバ２を介してＳＰＲセンサ１の測定面６に照射される。測定面６に光を照射すると、測定面６において反射光が発生するが、その反射光は光ファイバ２、ビームスプリッター４を介して光検出器８に導入される。測定面６からの反射光は、たとえば図の矢印の方向（紙面に向って左から右）に流れる測定対象物質７が測定面６に結合することにより、強度が変化する性質を有する。このため、反射光の強度変化を測定することにより、測定対象物質７の特性や、反応、さらには物質間の相互作用等を、リアルタイムに測定することができる。
特開２００１-１６５８５２号公報

しかしながら、上述した従来のＳＰＲ装置では、ＳＰＲセンサの導光コア先端に位置する測定面の形状が、円錐径５μｍと微細であるため破損しやすい。また、その形状に精度良く加工するには多大な時間が必要となり、加工が困難であるという問題があった。

さらに、測定部は、円錐形状の導光コア先端と、平面形状であるクラッド先端との両者に、蒸着等により金属膜を固着させるが、両者は形状が異なるので蒸着源からの距離が不均一であり、均一な金属薄膜を形成（蒸着）することは困難であるという問題もある。

さらに、ＳＰＲセンサは、測定対象物質が流される検体容器に固定されているため、容易に着脱することができない。たとえば、ある測定対象物質の測定が終了した後、別の測定対象物質の測定を行う場合、再度ＳＰＲセンサを設置しなおさなければならず、測定準備に多大な時間を要するという問題も生じる。

さらに、複数の測定対象物質の特性を同時に測定する場合、複数のＳＰＲセンサが必要となるため、各ＳＰＲセンサの設置に多大な時間を要するだけでなく、ＳＰＲセンサ装置自体が大型化してしまうという問題も生じる。

さらに、ＳＰＲセンサ装置には、測定対象物質を供給、排出するためのＳＵＳチューブ、測定対象物質とＳＰＲセンサを接触させるための検出用流路等の付属品が必要となることからコスト高となるだけでなく、ＳＰＲセンサ装置自体が大型化してしまうという問題も生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、小型で簡素化され、高精度で効率の良い測定を行うことが出来るＳＰＲセンサ、透過・反射光強度計測、または蛍光バーコード認識計測などを利用したファイバセンサおよびファイバセンサ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明のファイバセンサの第１の態様は、先端部の端面に測定面を有する光導波路が固定された光導波路ユニットと、前記測定面に接触させて測定が行なわれる測定対象の検体が流入出される検体流路を有し、１つの部材で構成されたチャンネルユニットとを備え、前記チャンネルユニットおよび前記光導波路ユニットは、前記光導波路の測定面が前記検体流路の壁面の一部となるようにコネクタ構造によって位置決めされると共に着脱可能に取り付けられていることを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第２の態様は、前記チャンネルユニットは、表面に貫通孔あるいは溝が形成された平板形状をなし、前記貫通孔あるいは前記溝が前記測定面を囲うように設置することで、前記測定面と、前記貫通孔あるいは前記溝とからなる前記検体流路を形成するように構成されているファイバセンサである。
また、前記光導波路ユニットには流入用流路と流出用流路が形成され、流入用流路の一端が前記チャンネルユニットの検体供給口に、流出用流路の一端が前記チャネルユニットの検体排出口にそれぞれ接続されるように構成されているファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第３の態様は、前記光導波路は、ｍ×ｎ構造で光導波路ユニットに任意の間隔で配置されているファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第４の態様は、測定面が光導波路の端部に形成された第一の光導波路ユニットと、前記測定面からの光情報を検出する検出部と、前記測定面に接触させて測定が行なわれる測定対象の検体が検体流路を介して流入出されるチャンネルユニットとを備え、前記光導波路は前記測定面が前記チャンネルユニットの流路壁面の一部となるように前記第一の光導波路ユニットに設置され、前記光情報は、前記測定面からの透過光もしくは、反射光、蛍光、化学発光であることを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第５の態様は、測定面が光導波路の端部に形成された第一の光導波路ユニットと、前記測定面からの光情報を検出する検出部と、前記測定面へ光を伝播させる第二の光導波路ユニットと、前記測定面に接触させて測定が行なわれる測定対象の検体が検体流路を介して流入出されるチャンネルユニットとを備え、前記光導波路は前記測定面が前記チャンネルユニットの流路壁面の一部となるように前記第一の光導波路ユニットに設置され、
前記光情報は、前記測定面からの透過光もしくは、反射光、蛍光であることを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第６の態様は、測定面が光導波路の端部に形成された光導波路ユニットと、前記測定面に接触させて測定が行なわれる測定対象の検体が検体流路を介して流入出されるチャンネルユニットとを備え、
前記測定面は、前記光導波路が前記光導波路ユニットに設置され、少なくとも前記光導波路の先端部を覆うように前記光導波路ユニットの端面に測定面形成用コネクタを設置させ、前記測定面形成用コネクタを介して光導波路の先端部に金属粒子を含む溶媒を流入出させることにより形成されることを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第７の態様は、前記光導波路ユニットと、前記チャンネルユニットとは、位置決めピンを用いたコネクタ構造で結合されるとともに、前記検体流路が形成されることを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第８の態様は、前記光導波路ユニットの中には、前記チャンネルユニットへ測定対象の検体もしくは洗浄剤を流入出させるための流入出流路が形成されていることを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第９の態様は、前記光導波路ユニットには、前記チャンネルユニットへ測定対象の検体もしくは洗浄剤を流入出させるためのキャピラリが設置されることを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第１０の態様は、前記測定面には、リガンド層を形成するための溶媒が供給され、リガンド層が形成された後に、測定対象の検体が供給されることを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサの第１１の態様は、前記測定面は、プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサにより形成されたことを特徴とするファイバセンサである。

この発明のファイバセンサ装置の第１の態様は、上述したファイバセンサと、前記光導波路ユニットを介して前記測定面へ照射させる測定光を供給するための少なくとも一つ以上の光源と、前記測定面からの光情報を検出する少なくとも一つ以上の光検出部とを備えたファイバセンサ装置である。

この発明のファイバセンサ装置の第２の態様は、前記光検出部は、前記測定面からの光情報を時間的もしくは空間的に切り替える切り替え手段を備えたことを特徴とするファイバセンサ装置である。

この発明のファイバセンサ装置の第３の態様は、前記切り替え手段として１個以上の穴の空いた１枚以上の遮光板を回転または動かす駆動装置を備えていることを特徴とするファイバセンサ装置である。

この発明のファイバセンサ装置の第４の態様は、前記検出部からの電気信号を時間的に分解することで信号を切り替えることを特徴とするファイバセンサ装置である。

この発明のファイバセンサ装置の第５の態様は、前記検出部への光信号を時間的に分解することで信号を切り替えることを特徴とするファイバセンサ装置である。

この発明のファイバセンサ装置による測定方法の第１の態様は、検体流路を介した第一の光導波路ユニット測定面の自己発光反応によって測定面から発せられる化学発光を光検出部で検出し、
検出した化学発光から測定対象の検体の特性を測定するファイバセンサ装置による測定方法である。

この発明のファイバセンサ装置による測定方法の第２の態様は、光源から光導波路に光を供給し、
光導波路を伝播してきた光を、検体流路を介して前記光導波路と対向位置に形成された測定面に照射し、
光を照射した測定面から発せられる透過光、反射光、もしくは蛍光を光検出部で検出し、
検出した透過光、反射光、もしくは蛍光から測定対象の検体の特性を測定するファイバセンサ装置による測定方法である。

この発明のファイバセンサ装置による測定方法の第３の態様は、一つの光源から複数の光導波路に光を供給し、
光導波路を伝搬してきた光を、検体流路内に形成された複数の測定面に同時に照射し、
光を照射した前記複数の測定面から発せられる透過光、反射光、もしくは蛍光、の各光情報を一つの光検出部で時間的、空間的に切り替えて検出するファイバセンサ装置による測定方法である。

この発明のファイバセンサ装置による測定方法の第４の態様は、検体流路内に形成された複数の測定面の自己発光反応によって測定面から発せられる化学発光の光情報を一つの光検出部で時間的、空間的に切り替えて検出するファイバセンサ装置による測定方法である。

この発明のファイバセンサ装置による測定方法の第５の態様は、前記切り替え手段として１個以上の穴の空いた１枚以上の遮光板を回転または動かす駆動装置を備えることを特徴とするファイバセンサ装置による測定方法である。

この発明のファイバセンサ装置による測定方法の第６の態様は、前記検出部からの電気信号を時間的に分解することで信号を切り替えることを特徴とするファイバセンサ装置による測定方法である。

この発明のファイバセンサ装置による測定方法の第７の態様は、前記検出部への光信号を時間的に分解することで信号を切り替えることを特徴とするファイバセンサ装置による測定方法である。

本発明のファイバセンサによれば、光導波路はその測定面がチャンネルユニットの流路壁面の一部となるように、光導波路ユニットに着脱可能となるように設置されているので、測定面もしくはチャンネルユニットが劣化もしくは破損した際、両者を容易に交換をすることができる。

また、本発明のファイバセンサによれば、光導波路はその測定面がチャンネルユニットの流路壁面の一部となるように設置され、前記光導波路は少なくとも１本以上で構成されているので、測定面の集積化、多芯化が可能となり、一度に多数の検体の特性を測定することができる。

さらに、本発明のファイバセンサによれば、測定面が光導波路の端部に形成された第一の光導波路ユニットと、前記測定面からの光情報を検出する検出部と、前記測定面へ光を伝播させる第二の光導波路ユニットと、前記測定面に接触させて測定が行なわれる測定対象の検体が検体流路を介して流入出されるチャンネルユニットとを備え、前記光導波路は前記測定面が前記チャンネルユニットの流路壁面の一部となるように前記第一光導波路ユニットに設置され、前記光情報は前記測定面からの透過光もしくは、蛍光、化学発光であるので、従来の反射光方式よりＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ to Noise）比が改善され、高精度な測定を行うことができる。

さらに、本発明のファイバセンサは、光導波路はその測定面が前記チャンネルユニットの流路壁面の一部となるように前記光導波路ユニットに設置され、かつ前記測定面には前記チャンネルユニットに形成された流入出チャンネルを介して金属粒子を含む溶媒を流入出させることにより薄膜が形成されるので、前記測定面を形成するための金属粒子の供給が容易であり、金属粒子を光導波路の測定面を形成させる位置に容易に堆積させることができる。また、金属粒子の溶媒の流量、もしくは流れ方向を制御することにより、金属粒子の薄膜の膜厚、もしくはセンサ部形状の制御もしくは膜厚の均一化を実現することができる。

さらに、本発明のファイバセンサは、チャンネルユニットに洗浄剤を容易に供給することができるので、前記チャンネルユニットを、光導波路ユニットから取り外すことなく容易に洗浄することができる。

さらに、本発明のファイバセンサは、測定面が端部に形成された光導波路が２本以上設置されている場合、各測定面に複数種のリガンド層を形成するための溶媒を供給することができ、リガンド層が形成された後に、測定対象の検体が供給されるので、多種測定を効率的に実施することができる。

本発明のファイバセンサ装置によれば、上述したファイバセンサと、光導波路ユニットを介して前記測定面へ照射させる測定光を供給するための少なくとも一つ以上の光源と、測定面からの光情報を検出する少なくとも一つ以上の光検出部と切り替え部とを備えているので、装置全体の小型化が可能となる。

本発明の検体の測定方法によれば、光源から光導波路に光を供給し、光導波路を伝播してきた光を、検体流路内に形成された複数の測定面に照射し、光を照射した測定面から発せられる透過光、反射光、もしくは蛍光、化学発光を光検出部で検出し、検出した透過光、反射光、もしくは蛍光、化学発光から測定対象の検体の特性を測定するので、より高精度に検体の測定を行うことができる。

また、本発明の検体の測定方法によれば、一つの光源から複数の光導波路に光を供給し、光導波路を伝搬してきた光を、検体流路内に形成された複数の測定面に同時に照射し、光を照射した前記複数の測定面から発せられる透過光、反射光、もしくは蛍光、化学発光等の各光情報を一つの光検出部で時間的、空間的に切り替えて検出するので、一度に多数の検体の測定をより高精度に行うことができる。

本発明のファイバセンサの一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示す本発明のファイバセンサの上面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明のファイバセンサの光導波路ユニットの一実施形態を示す概略構成図である。 本発明のファイバセンサの一実施形態を示す概略構成図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明のファイバセンサの一実施形態を示す概略説明図である。 （ａ）、（ｂ）本発明のファイバセンサの一実施形態を示す概略断面図である。 （ａ）から（ｄ）は本発明のファイバセンサの一実施形態を示す概略構成図である。 本発明のファイバセンサの一実施形態を示す概略構成図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明のファイバセンサの一実施形態を示す概略構成図である。 本発明のファイバセンサの一実施形態を示す概略構成図である。 本発明のファイバセンサの一実施形態であるリガンド形成方法を示す概略構成図である。 図１１に示すリガンド形成方法の一部拡大図である。 本発明のファイバセンサ装置の一実施形態を示す概略構成図である。 複数の光導波路が円上に配置され、検出器が１個の場合、遮光板を回転移動させて空間的に切り替える態様を示す図である。 複数の光導波路が円弧上に配置され、検出器が１個の場合、遮光板を回転移動させて空間的に切り替える態様を示す図である。 複数の光導波路が直線および２次元に配置され、検出器が１個の場合、遮光板を上下移動、直線移動させて空間的に切り替える態様を示す図である。 複数の光導波路が２次元に配置され、検出器が１個の場合、検出器を移動させて空間的に切り替える態様を示す図である。 複数の光導波路が直線状に配置され、検出器が１個で、遮光板が固定されている場合、検出器を移動させて空間的に切り替える態様を示す図である。 従来のプラズモンセンサ装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１００、１２０、１４０、１７２ ファイバセンサ
１０２ 光導波路ユニット
１０２ａ 嵌挿凸部
１０３ａ 流入用流路
１０３ｂ 流出用流路
１０４ チャンネルユニット
１０４ａ 嵌合孔
１０５ａ 流入用チューブ
１０５ｂ 流出用チューブ
１０６ 光導波路
１０６ａ 先端部
１０７ 測定面形成用コネクタ
１０８ 測定面
１０９ ガラスチューブ
１１０ 検体供給口
１１２ 検体流路
１１４ 検体排出口
１２２ 光導波路ユニット
１２４ 流入用流路
１２６ 流出用流路
１２８ 流路
１５０ リガンド形成冶具
１５２ リガンド溶媒供給用チューブ
１５４ リガンド供給用コネクタ
１５６ 受容体ユニット
１５６ａ、１５６ｂ 貫通穴
１５８ リガンド溶媒排出用チューブ
１６０ リガンド排出用コネクタ
１６２ 受容体ビーズ
１７０ ファイバセンサ装置
１７４ 光源
１７６ 計測部

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１には、本発明に係るファイバセンサ１００の実施形態の一例の斜視図が示されている。このファイバセンサ１００は、光導波路ユニット１０２にチャンネルユニット１０４がコネクタ構造により取り付けられて構成されている。コネクタ構造とは、チャンネルユニット１０４に形成された嵌合孔１０４ａに嵌合する嵌挿凸部１０２ａが光導波路ユニット１０２に形成され、嵌合孔１０４ａと嵌挿凸部１０２ａを接合することにより位置決め容易に接続が可能な構造のことである。なお、図示しないが、光導波路ユニット１０２には、嵌挿凸部１０２ａを形成させずに嵌合孔を形成し、嵌挿ピン等を用いてチャンネルユニット１０４と接続させても良い。また、必要に応じて、両ユニットの接続固定を行う固定用クリップを使用してもよい。

次に、光導波路ユニット１０２について説明する。光導波路ユニット１０２は、図２に示すように、先端部１０６ａにプラズモン共鳴（ＳＰＲ）により形成されるか、あるいは多層反射膜や鏡面処理された測定面１０８を有する光導波路１０６を設置、固定して構成される。なお、光導波路１０６は、その測定面１０８がチャンネルユニット１０４の壁面の一部となるように、光導波路ユニット１０２に固定される。図２では、光導波路１０６はその測定面１０８が光導波路ユニット１０２の端面と同一面上に位置するように固定されているが、光導波路１０６は非同一面上で固定させてもよく、チャンネルユニット１０４の壁面の一部となればよい。

また、光導波路ユニット１０２は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光導波路１０６を多芯配置構成としてもよい。光導波路１０６の配置構成は、ｍ×ｎ構成からなり、例えば図３（ａ）に示す一次元配列構成の一例としては１×４構成、図３（ｂ）に示す二次元配列構成の一例としては３×４構成としてもよく、特に限定されるものではない。各光導波路１０６の先端には、それぞれ測定面１０８がそれぞれ形成されているため、一度に、光導波路１０６の設置数分だけ、検体の測定を行うことができる。

さらに、図４に示すように、光導波路ユニット１０２には検体流入出用の流入用流路１０３ａと、流出用流路１０３ｂを必要に応じて形成させてもよい。この場合、流入用流路１０３ａの一端は流入用チューブ１０５ａに接続され、流入用流路１０３ａのもう一端は後述するチャンネルユニット１０４の検体供給口１１０（図７を参照）に接続されている。
また、流出用流路１０３ｂの一端は流出用チューブ１０５ｂに接続され、流出用流路１０３ｂのもう一端は後述するチャンネルユニット１０４の検体排出口１１４（図７を参照）に接続されている。

次に、測定面１０８の形成方法について、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）は測定面１０８の形成前の構成斜視図であり、図５（ｂ）は測定面１０８の形成時（組立後）の一部拡大断面図である。測定面１０８は、まず、光導波路ユニット１０２に光導波路１０６を取り付け、光導波路ユニット１０２に金属粒子を含む溶媒を流入出するガラスチューブ１０９（詳細な構成は図６を参照）が取り付けられた測定面形成用コネクタ１０７を対抗配置させる。金属粒子を含む溶媒をガラスチューブ１０９と測定面形成用コネクタ１０７を介して光導波路１０６の先端部１０６ａに供給することにより測定面１０８が形成される。測定面１０８の膜厚は、溶媒の供給量もしくは供給速度等を変化させることにより制御することができる。なお、測定面形成用コネクタ１０７は、図１に示すチャンネルユニット１０４を代用してもよい。

図５（ａ）、（ｂ）では、光導波路１０６が多芯化されている場合について説明したが、測定面形成用コネクタ１０７にガラスチューブ１０９を多芯化配置させることにより、一度に複数の光導波路１０６の先端に測定面１０８を形成させることが可能となる。なお、この光導波路１０６の多芯構造は、単芯構造にも適用出来る。

上述した構成では、リガンドを測定面に形成することが可能である。多芯構造の光導波路の各測定面に、それぞれ複数種のリガンド溶媒を送ることにより、多種のリガンドを形成させることができる。この手法は、コネクタ構造の組み込んだ状態で実施することが出来るので、多種の検体測定を効率的に実施することができる。

次に、図５（ａ）、（ｂ）に示した測定面形成用コネクタ１０７に接続されているガラスチューブ１０９の一例を、図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）に示すガラスチューブ１０９は、断面円形で二層構造の２重管構成であり、内層側の管が溶媒の排出用であり、外層側の管が溶媒の供給用となっている。また、図６（ｂ）に示すガラスチューブ１０９は、断面円形で二層構造の多穴管構成であり、内層側の管が溶媒の排出用であり、外層側の４つの管が溶媒の供給用である。なお、ガラスチューブ１０９は、図６（ａ）、（ｂ）に示す構造に限定されるものではない。例えば、供給用の管と排出用の管を逆の用途として使用しても良い。また、図６（ｂ）の供給用の管の数は４つに限定されるものではなく、必要に応じて変えればよい。

なお、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、二層構造のガラスチューブ１０９の内外を、場合に応じて溶媒排出用と供給用で使い分けると、金属膜の形成厚み状態を制御することが可能であり、センサ感度を調整することができる。

次に、チャンネルユニット１０４について説明する。チャンネルユニット１０４は、図７（ａ）から（ｄ）に示すように、測定対象の検体を供給するための検体供給口１１０と、検体が流れる検体流路１１２と、検体を排出するための検体排出口１１４が形成されている。検体流路１１２の流路形状は、図７（ａ）から（ｄ）に示すように、（ａ）基本型、（ｂ）反応物検出型、（ｃ）、（ｄ）二次元配列対応型等が考えられ、測定目的に選択すればよく、特に限定されるものではない。また、光導波路１０６の先端に形成された測定面１０８（図２参照）が、検体流路１１２の壁面の一部となるような形状であれば良い。

次に、図８を参照して、ファイバセンサ１２０の他の実施形態を示す。なお、図１に示すファイバセンサ１００と同じものについては同じ符号を付して説明する。図８に示すファイバセンサ１２０は、図１に示すファイバセンサ１００に、さらに第二の光導波路ユニット１２２を設置して構成されている。第二の光導波路ユニット１２２は、第一の光導波路ユニット１０２にチャンネルユニット１０４を挟んで対向配置され、第一の光導波路ユニット１０２に取り付けられた光導波路１０６に形成された測定面１０８へ光を供給するためのものである。このため、図８に示すファイバセンサ１２０は、第二の光導波路ユニット１２２側に設置された光源から入力された測定用の光が測定面１０８に照射され、測定面１０８からの透過光もしくは蛍光、化学発光を第一の光導波路ユニット１０２を介して検出部で受光する構成となっている。

検出部は、光導波路が複数の場合、光検出器は１個以上あれば良い。光検出器が１個の場合は図１４に示すように遮光板を回転させる等移動させて空間的に切り替えれば良いし、遮光板の移動を一定にして検出器からの信号を時間的に切り替えても良い。

遮光板の移動方法は図１５、１６に示すように光導波路の形状に合わせて直線的でも、円弧状でも、２次元及び３次元でも切り替えが出来れば良い。また、遮光板の形状は円でも方形でも選択された信号が通過できれば良い。検出器を図１７のように移動させても良い。光検出器の移動方法は光導波路の形状に合わせて直線的でも、円弧状でも、２次元及び３次元でも切り替えが出来れば良い。また図１８のように固定の遮光板と組み合わせて光検出器を移動させても良い。また、光検出器を移動させるかわりに複数配置しても良い。

なお、図示しないが、第二の光導波路側に光源を配置せず（図１参照）、第一の光導波路側に光源と、検出部の両方を配置させてもよい。この場合、第一の光導波路側から測定用の光を入力させ、測定面１０８からの反射光を、第一の光導波路を介して途中で検出部に反射光が伝搬されるようにプリズム、ミラー等により光路をシフトさせればよい。この構成は、光導波路が単数の場合と、複数の場合のいずれにも適用可能である。

なお、第二の光導波路ユニット１２２は、図９に示すように、測定用光の受光側の光導波路数と同数の照射用の光導波路を設けた多芯構造としている。これは、同時に多芯（多種）の測定を実施することができるからである。なお、図示しないが、第二の光導波路ユニット１２２に設置する光導波路の数と、第一の光導波路ユニット１０２に設置する光導波路の数は、必ず同数にする必要はない。測定面１０８からの光情報を受光することができる必要最低限以上の光導波路の数を設置すればよい。

また、第二の光導波路ユニット１２２は、図９に示すように、検体流入出用の流入用流路１２４と、流出用流路１２６とを必要に応じて形成させてもよい。この場合、流入用流路１２４の一端は流入用チューブ１０５ａに接続され、流入用流路１２４のもう一端はチャンネルユニット１０４の検体供給口１１０（図７を参照）に接続されている。また、流出用流路１２６の一端は流出用チューブ１０５ｂに接続され、流出用流路１２６のもう一端はチャンネルユニット１０４の検体排出口１１４（図７を参照）に接続されている。

次に、図８および図９の他実施例について図１０を参照して説明する。図１０に示すファイバセンサ１４０は、チャンネルユニットを配置させずに第二の光導波路ユニットの端面に、検体の流路１２８を形成させたものである。それ以外は、図８と同様の構成である。このような構成にすると、チャンネルユニットが不要となり、より簡易な構成となる。

次に図１１を参照して、リガンド形成方法の他実施例を説明する。
図１１に示すリガンド形成冶具１５０は、リガンド溶媒供給用チューブ１５２を備えたリガンド供給用コネクタ１５４と、受容体ユニット１５６と、リガンド溶媒排出用チューブ１５８を備えたリガンド排出用コネクタ１６０とが、順にコネクタ構造で接続されている。なお、受容体ユニット１５６は、図１２に示すように、径が異なる２つの貫通穴１５６ａ、１５６ｂが複数個所形成され、各貫通穴の径の大きい方（図１２では貫通穴１５６ａ）に、測定対象検体である受容体ビーズ１６２が収納されることになる。また、リガンド溶媒供給用チューブ１５２およびリガンド溶媒排出用チューブ１５８は、上述した図６（ａ）、（ｂ）に示す構造のチューブを使用してもよい。

次に図１１および図１２を参照し、リガンド形成冶具１５０を用いて受容体ユニット１５６に受容体ビーズ１６２を収納させる方法について説明する。まず、リガンド供給用コネクタ１５４と、受容体ユニット１５６と、リガンド排出用コネクタ１６０とをコネクタ構造で接続する。この際、受容体ユニット１５６は、径の大きい貫通穴１５６ａの方をリガンド供給用コネクタ１５４側に向けて接続させる。

次に、リガンド溶媒供給用チューブ１５２と、リガンド供給側コネクタ１５４を介して受容体ユニット１５６に受容体ビーズ１６２を含んだリガンド溶媒を供給する。受容体ユニット１５６では、径の小さい貫通穴１５６ｂからは、受容体ビーズ１６２が通過しないように設計されているため、受容体ユニット１５６に受容体ビーズ１６２がトラップ（収納）されることになる。なお、不要な溶媒は受容体ユニット１５６を通過し、リガンド排出用コネクタ１６０を介してリガンド溶媒排出用チューブ１５８から排出される。

上述のように受容体ユニット１５６に形成された検体（受容体ビーズ１６２）は、図１または図８に示すようなファイバセンサのチャンネルユニットの代わりに組み込んだ構成で測定することになる。この場合、光導波路ユニットに設置された光導波路の先端には測定面を形成させなくてもよい。図１の構成であれば、図示しないが、光導波路ユニットから検体に光を照射させ、検体からの反射光を測定することにより検体の測定を行う。図８の構成であれば、図１４に示すように、第一の光導波路ユニットから検体に光を照射させ、検体からの透過光を、第二の光導波路を介して検出部で測定することにより検体の測定を行う。また、この受容体ビーズを蛍光バーコード認識させている場合には、受容体ビーズからの蛍光を測定することにより検体の測定を行う。

次に、図１３を参照して、ファイバセンサ装置の実施形態を示す。図１３に示すファイバセンサ装置１７０は、図８に示すファイバセンサ１７２に加え、さらに測定光を発生させる光源１７４と、測定面からの透過・反射光、あるいは蛍光、化学発光などの光情報を受光し解析する計測部１７６とを備えている。図１３に示すファイバセンサ装置１７０では、ファイバセンサ１７２の測定面を有する光導波路が複数設置されているのに対し（詳細は図８を参照）、光源１７４および計測部１７６が一つずつのみ設置されている。つまり、一つの光源１７４から測定用の光が出力された後、スプリッタ等により分岐されて、照射側の複数の光導波路に伝搬されることになる。また、複数の測定面からの透過光、蛍光、化学発光等を複数の受光側の光導波路で受光し、時間的もしくは空間的に切り替えて計測部１７６において測定する。

光導波路が複数の場合、光検出器は１個以上あれば良い。光検出器が１個の場合は図１４に示すように遮光板を回転させる等移動させて空間的に切り替えれば良いし、遮光板の移動を一定にして検出器からの信号を時間的に切り替えても良い。遮光板の移動方法は図１５、１６に示すように光導波路の形状に合わせて直線的でも、円弧状でも、２次元及び３次元でも切り替えが出来れば良い。また、遮光板の形状は円でも方形でも選択された信号が通過できれば良い。光検出器を図１７のように移動させても良い。光検出器の移動方法は光導波路の形状に合わせて直線的でも、円弧状でも、２次元及び３次元でも切り替えが出来れば良い。また図１８のように固定の遮光板と組み合わせて光検出器を移動させても良い。また、光検出器を移動させるかわりに複数配置しても良い。
このため、図１３に示すファイバセンサ装置では、図示しないが、一度に光導波路１０６の設置数分だけ、検体の測定を行うことができる。

次に図１３を参照して、ファイバセンサ装置１７０を用いた検体の測定方法について説明する。まず、一つの光源１７２から複数の光導波路に対し測定用の光を供給する。この際、図示しないが、１×ｎ（ｎは設置されている照射側の光導波路の数）のスプリッタにより、光源１７２からの測定用の光を分岐する。次に照射側の光導波路を伝播してきた測定用の光を、前記光導波路の先端部に形成された測定面に照射する。測定面にはリガンド層が形成され、そのリガンド層には検体がトラップされている状態である。この検体の状態により、測定面からの透過光の状態が変化することになる。次に、測定面から発せられる透過光を受光側の光導波路で受光し、最後に、計測部１７６にて検出した透過光、反射光、あるいは蛍光、化学発光などの光情報から測定対象の検体の特性を測定する。なお、照射側および受光側の光導波路が複数設置されている場合は、各測定面から発せられる各透過光、反射光、あるいは蛍光、化学発光などの光情報を一つの光検出部で時間的、空間的に切り替えて検出する。

光導波路が複数の場合、図１４に示すように遮光板を回転させる等移動させて空間的に切り替えれば良いし、遮光板の移動を一定にして検出器からの信号を時間的に切り替えても良い。遮光板の移動方法は図１５、１６に示すように光導波路の形状に合わせて直線的でも、円弧状でも、２次元及び３次元でも切り替えが出来れば良い。また、遮光板の形状は円でも方形でも選択された信号が通過できれば良い。光検出器を図１７のように移動させても良い。光検出器の移動方法は光導波路の形状に合わせて直線的でも、円弧状でも、２次元及び３次元でも切り替えが出来れば良い。また図１８のように固定の遮光板と組み合わせて光検出器を移動させても良い。

なお、図示しないが、上述したファイバセンサ１００、１２０、１４０、１７２およびファイバセンサ装置１７０で用いる光導波路ユニットは、その端面を傾斜させた構成としてもよい。好ましくは、この端面の傾斜角度を、光の伝搬方向（光軸）に対して８°にする。このような構成にすると、何らかの原因により戻り光が発生したとしても、光源に戻ることがなく、光源の制御を良好に行うことができる。

Claims (24)

1. 先端部の端面に測定面を有する光導波路が固定された光導波路ユニットと、前記測定面に接触させて測定が行なわれる測定対象の検体が流入出される検体流路を有し、１つの部材で構成されたチャンネルユニットとを備え、前記チャンネルユニットおよび前記光導波路ユニットは、前記光導波路の測定面が前記検体流路の壁面の一部となるようにコネクタ構造によって位置決めされると共に着脱可能に取り付けられていることを特徴とするファイバセンサ。
2. 前記チャンネルユニットは、表面に貫通孔あるいは溝が形成された平板形状をなし、前記貫通孔あるいは前記溝が前記測定面を囲うように設置することで、前記測定面と、前記貫通孔あるいは前記溝とからなる前記検体流路を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のファイバセンサ。
3. 前記光導波路ユニットには流入用流路と流出用流路が形成され、流入用流路の一端が前記チャンネルユニットの検体供給口に、流出用流路の一端が前記チャネルユニットの検体排出口にそれぞれ接続されるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のファイバセンサ。
4. 前記光導波路は、ｍ×ｎ構造で光導波路ユニットに任意の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のファイバセンサ。
5. 前記測定面からの光情報を検出する検出部を備え、前記光情報は、前記測定面からの透過光もしくは、反射光、蛍光、化学発光であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のファイバセンサ。
6. 前記測定面からの光情報を検出する検出部と、前記測定面へ光を伝播させる第二の光導波路ユニットとを備え、前記光情報は、前記測定面からの透過光もしくは、反射光、蛍光であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のファイバセンサ。
7. 測定面が光導波路の端部に形成された光導波路ユニットと、前記測定面に接触させて測定が行なわれる測定対象の検体が検体流路を介して流入出されるチャンネルユニットとを備え、
   前記測定面は、前記光導波路が前記光導波路ユニットに設置され、少なくとも前記光導波路の先端部を覆うように前記光導波路ユニットの端面に測定面形成用コネクタを設置させ、前記測定面形成用コネクタを介して光導波路の先端部に金属粒子を含む溶媒を流入出させることにより形成されることを特徴とするファイバセンサ。
8. 前記光導波路ユニットと、前記チャンネルユニットとは、位置決めピンを用いたコネクタ構造で結合されるとともに、前記検体流路が形成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のファイバセンサ。
9. 前記光導波路ユニットの中には、前記チャンネルユニットへ測定対象の検体もしくは洗浄剤を流入出させるための流入出流路が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載のファイバセンサ。
10. 前記光導波路ユニットには、前記チャンネルユニットへ測定対象の検体もしくは洗浄剤を流入出させるためのキャピラリが設置されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載のファイバセンサ。
11. 前記測定面には、リガンド層を形成するための溶媒が供給され、リガンド層が形成された後に、測定対象の検体が供給されることを特徴とする請求項１に記載のファイバセンサ。
12. 前記測定面は、プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサに使用されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１つに記載のファイバセンサ。
13. 請求項１から請求項１２のうち少なくとも１項に記載されたファイバセンサと、前記光導波路ユニットを介して前記測定面へ照射させる測定光を供給するための少なくとも一つ以上の光源と、前記測定面からの光情報を検出する少なくとも一つ以上の光検出部とを備えたファイバセンサ装置。
14. 前記光検出部は、前記測定面からの光情報を時間的もしくは空間的に切り替える切り替え手段を備えたことを特徴とする請求項１３に記載のファイバセンサ装置。
15. 前記切り替え手段として１個以上の穴の空いた１枚以上の遮光板を回転または動かす駆動装置を備えていることを特徴とする請求項１４に記載のファイバセンサ装置。
16. 前記検出部からの電気信号を時間的に分解することで信号を切り替えることを特徴とする請求項１４に記載のファイバセンサ装置。
17. 前記検出部への光信号を時間的に分解することで信号を切り替えることを特徴とする請求項１４に記載のファイバセンサ装置。
18. 請求項１３から請求項１７のうち少なくとも１項に記載されたファイバセンサ装置による測定方法であって、
    検体流路を介した第一の光導波路ユニット測定面の自己発光反応によって測定面から発せられる化学発光を光検出部で検出し、
    検収した化学発光から測定対象の検体の特性を測定するファイバセンサ装置による測定方法。
19. 請求項１３から請求項１７のうち少なくとも１項に記載されたファイバセンサ装置による測定方法であって、
    光源から光導波路に光を供給し、
    光導波路を伝播してきた光を、検体流路を介して前記光導波路と対向位置に形成された測定面に照射し、
    光を照射した測定面から発せられる透過光、反射光、もしくは蛍光を光検出部で検出し、
    検出した透過光、反射光、もしくは蛍光から測定対象の検体の特性を測定するファイバセンサ装置による測定方法。
20. 請求項１３から請求項１７のうち少なくとも１項に記載されたファイバセンサ装置による測定方法であって、
    一つの光源から複数の光導波路に光を供給し、
    光導波路を伝搬してきた光を、検体流路内に形成された複数の測定面に同時に照射し、
    光を照射した前記複数の測定面から発せられる透過光、反射光、もしくは蛍光、の各光情報を一つの光検出部で時間的、空間的に切り替えて検出するファイバセンサ装置による測定方法。
21. 請求項１３から請求項１７のうち少なくとも１項に記載されたファイバセンサ装置を用いて、
    検体流路内に形成された複数の測定面の自己発光反応によって測定面から発せられる化学発光の光情報を一つの光検出部で時間的、空間的に切り替えて検出するファイバセンサ装置による測定方法。
22. 前記切り替え手段として１個以上の穴の空いた１枚以上の遮光板を回転または動かす駆動装置を備えることを特徴とする請求項２０に記載のファイバセンサ装置による測定方法。
23. 前記検出部からの電気信号を時間的に分解することで信号を切り替えることを特徴とする請求項２０に記載のファイバセンサ装置による測定方法。
24. 前記検出部への光信号を時間的に分解することで信号を切り替えることを特徴とする請求項２０に記載のファイバセンサ装置による測定方法。

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