JP5553014B2 - 分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）の共鳴角の変化に基づいて検体を分析する表面プラズモン共鳴分析装置、又は表面プラズモン共鳴によって生じたエバネッセント波を用いて検体又は検体に標識された蛍光物質を発光させ、この蛍光を測定することにより検体の分析を行う表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に用いられる分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法に関する。

従来から、タンパク質やＤＮＡ等を検出するバイオ測定等のような試料溶液に含まれる極微量の検体等を定量分析する方法として、表面プラズモン共鳴を利用した様々な分析方法が開発されている。これらの分析方法では、その殆どがプリズム上に金膜を成膜したいわゆるクレッチマン配置の分析チップが用いられ、この分析チップにおける表面プラズモン共鳴の共鳴角の変化や表面プラズモン共鳴に基づく金膜近傍の増強電場を利用することにより、試料溶液中の極微量の検体等の分析が高感度且つ高精度に行われる（特許文献１参照）。

具体的に、分析チップは、図１０に示されるように、プリズム部１１１と、このプリズム部１１１と共同して試料溶液が流れる流路１１６を形成する流路部材１１７とを備える。プリズム部１１１は、ガラスや樹脂で形成されるプリズム本体部１１２と、このプリズム本体部１１２の所定の面１１２ｂの面上に成膜される金膜１１３と、を有する。

この分析チップ１１０のプリズム本体部１１２に励起光を入射させて所定の面１１２ｂの面上の金膜１１３でこの励起光を全反射させると、ある入射角において金膜１１３の表面近傍の電場が大きく増強される。これは、励起光がある入射角（共鳴角）で金膜１１３に入射することにより、金膜１１３において表面プラズモン共鳴が生じ、これにより金膜１１３の表面近傍の電場が大きく増強されるからである。この現象が金膜１１３の表面における屈折率の変化に対して高感度に応答するため、これを利用することにより金膜１１３上を流れる試料溶液中に存在する極微量の物質の検出が可能となる。

特許第４３７０３８３号公報

しかしながら、金膜１１３は、ガラスや樹脂に対する密着力が弱く且つ軟らかいため、プリズム本体部１１２から剥がれたり傷ついたりし易い。そのため、分析チップ１１０の組み立てや、検体の分析毎に分析チップ１１０の流路１１６等を洗浄する際に、金膜１１３の一部にプリズム本体部１１２からの剥がれや傷等が生じる場合があった。

具体的には、プリズム本体部１１２の所定の面１１２ｂの面上に金膜１１３を形成した後、このプリズム部１１１と流路部材１１７とを接合するために当該プリズム部１１１の金膜１１３が形成された部位をピンセット等で挟んだときに、金膜１１３に剥がれや傷等が生じる場合があった。また、流路１１６等の洗浄等のためにプリズム部１１１と流路部材１１７とを離間させるときに、金膜１１３の流路部材１１７と当接していた部分にプリズム本体部１１２からの剥がれや傷等が生じる場合があった。このように、金膜１１３に剥がれや傷等が生じると、このプリズム部１１１を用いた分析チップ１１０を使用して検体の分析を行ったときに、検体を精度よく検出することができない場合がある。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、金膜が剥がれ難い分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法を提供することを課題とする。

そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップに含まれ、且つ流路部材と共同して前記検体を含む試料溶液が流れる流路を形成するプリズム部であって、前記表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部と、前記プリズム本体部の所定の面の面上に形成される金膜と、前記金膜のプリズム本体部と反対側の面である表面に設けられて当該金膜を保護する保護膜と、を備え、前記保護膜は、前記金膜の表面において前記検体を捕捉するための生理活性物質が固定される領域を除く領域に、アルミ、銅、銀、白金、パラジウム、及び錫のいずれかの金属で形成されることを特徴とする。

本発明によれば、保護膜によって流路部材やピンセット等が金膜に直接接触することが防がれ、これにより、分析チップの組み立てや流路の洗浄等のためにプリズム部と流路部材とを離間させたときの金膜の剥がれや損傷等を防止することができる。しかも、生理活性物質が固定される領域には保護膜が無いため、当該領域では流路を流れる試料溶液が金膜と接しつつ流れることができ、これにより、検体の検出感度の低下を抑制することができる。即ち、表面プラズモン共鳴によって形成される増強電場が金膜の表面の極近傍にしか形成されないため、金膜における検体の検出可能な部位（生理活性物質が固定された領域）を試料溶液に対して露出させることで、前記増強電場を有効に利用して検体の検出を行うことができる。

本発明に係る分析チップのプリズム部において、前記保護膜は、金膜の表面において、前記流路を形成するために前記流路部材を金膜側から前記プリズム部に当接させたときに前記流路部材が当接する位置に設けられることが好ましい。

かかる構成によれば、保護膜によって金膜と流路部材との直接の接触が防がれ、これにより、分析チップを組み立てるためにプリズム部に流路部材を当接させ、又は流路の洗浄等のためにプリズム部から流路部材を離間させたときの金膜の剥がれや損傷を効果的に防止することができる。

また、前記保護膜は、前記金膜の表面において前記生理活性物質が固定される領域を除く領域全体を覆うように設けられるのがより好ましい。

かかる構成によれば、金膜の表面において検体の検出に必要な領域以外が全て保護膜によって覆われて保護されるため、金膜の剥がれや損傷がより生じ難くなる。

前記保護膜が金属で形成されることで、例えば、真空成膜法等によって、プリズム本体部に金膜を形成した後に連続して保護膜を形成することが可能となり、これにより、プリズム部の製造時間を短縮することが可能となる。この場合、前記保護膜が、アルミ、銅、銀、白金、パラジウム、及び錫のいずれかで形成されることで、保護膜の膜応力によって金膜がプリズム本体部から剥がされることを防ぐことができる。即ち、クロムやチタン等の他の金属で保護膜が形成されると、この保護膜の膜応力によって金膜がプリズム本体部から剥がされる。

また、前記保護膜では、金属層とこの金属層を構成する金属が酸化した酸化層とが積層され、前記金属層は、前記金膜と前記酸化層との間に位置することが好ましい。このように、保護膜に金属層よりも強固な酸化層が設けられることで、金属層のみで保護膜が形成される場合に比べて、より強固に金膜を保護することができる。しかも、保護膜が酸化層だけで構成されると膜応力によって金膜がプリズム本体部から剥がされるが、金属層が金膜と酸化層との間にあるため、この金属層が酸化層の膜応力を吸収して金膜がプリズム本体部から剥がされるのを防ぐことができる。

尚、本発明に係るプリズム部において、前記金膜が３０〜７０ｎｍの厚さを有することで、当該プリズム部を用いた分析チップにおいて金膜に表面プラズモン共鳴を生じさせると、金膜近傍に検体の検出に十分な強度の増強電場が形成される。

また、本発明に係るプリズム部において、前記プリズム本体部が、プリズムとこのプリズムの所定の面の面上に配置される基板とを有し、前記基板が、厚さ方向の一方の面が前記金膜と対向し且つ他方の面がマッチングオイルを介して前記プリズムの所定の面と対向するように配置されてもよい。このようにプリズム本体部がプリズムと金膜の形成された基板とを有することで、剥がれや汚れ、損傷等によって金膜を交換する必要が生じたときに、基板のみを交換してプリズムを使い続けることができるため、コスト削減を図ることができる。

また、上記課題を解消すべく、本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップであって、前記表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム部と、前記プリズム部と共同して前記検体を含む試料溶液が流れる流路を形成する流路部材と、を備える。そして、前記プリズム部は、プリズム本体部と、前記プリズム本体部の所定の面の面上に形成される金膜と、前記金膜のプリズム本体部と反対側の面である表面に固定されて前記検体を捕捉する生理活性物質と、前記金膜の表面に設けられて当該金膜を保護する保護膜とを有し、前記保護膜は、前記金属膜の表面において前記生理活性物質が固定される領域を除く領域に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、保護膜によって流路部材やピンセット等が金膜に直接接触することが防がれ、これにより、分析チップの組み立てや、流路の洗浄等のためにプリズム部と流路部材とを離間させたときの金膜の剥がれや損傷等を防止することができる。しかも、生理活性物質が固定される領域には保護膜が無いため、当該領域では流路を流れる試料溶液が金膜と接しつつ流れることができ、これにより、検体の検出感度の低下を抑制することができる。即ち、表面プラズモン共鳴によって形成される増強電場が金膜の表面の極近傍にしか形成されないため、金膜において検体の検出可能な部位（生理活性物質が固定された領域）を試料溶液に対して露出させることで、前記増強電場を有効に利用して検体の検出を行うことができる。

また、上記課題を解消すべく、本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップに含まれ、流路部材と共同して前記検体を含む試料液が流れる流路を形成するプリズム部の製造方法であって、予め準備しておいた前記表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部の所定の面の面上に金膜を形成する金膜形成工程と、前記金膜のプリズム本体部と反対側の面である表面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、を備え、前記保護膜形成工程では、前記金膜の表面において前記検体を捕捉するための生理活性物質が固定される領域を除く領域に保護膜を形成することを特徴とする。

本発明によれば、金膜が保護膜によって保護され、これにより、分析チップの組み立てや流路の洗浄等のためにプリズム部と流路部材とを離間させたときの金膜の剥がれや損傷等を防ぐことができるプリズム部が得られる。しかも、この得られたプリズム部は、生理活性物質が固定される領域には保護膜が無いため、当該領域では流路を流れる試料溶液が金膜と接しつつ流れることができ、これにより、検体の検出感度の低下を抑制することができる。

本発明に係る分析チップのプリズム部の製造方法においては、前記プリズム本体部を真空雰囲気下に配置した状態で、前記金膜形成工程の後に前記保護膜形成工程を連続して行うことが好ましい。

かかる構成によれば、金膜と保護膜とが真空雰囲気下で連続して形成されることで金膜と保護膜との間の密着強度が向上する。この場合、前記金膜と前記保護膜とは、真空蒸着法、スパッタ法、又はイオンプレーティング法によってそれぞれ形成される。

以上より、本発明によれば、金膜が剥がれ難い分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る分析チップの斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ端面図である。 前記分析チップの分解斜視図である。 他実施形態に係る分析チップのプリズム部の構造を説明するための端面図である。 本実施形態のプリズム部の金膜表面における保護膜を説明するための図であって、（Ａ）は、流路部材のシール部材に対応する領域に設けられる保護膜の一例を示す図であり、（Ｂ）は、生理活性物質が固定される領域を除く領域全体に設けられる保護膜を示す図である。 他実施形態に係るシール部材を説明するための分析チップの分解斜視図である。 本実施形態に係る分析チップの製造方法のフローを示す図である。 他実施形態に係る金膜上の保護膜の配置位置の一例を説明するための図である。 実施例における分析チップの構造を説明するための模式図であって、（Ａ）は金膜上に保護膜を備えた分析チップであり、（Ｂ）は金膜上に保護膜のない従来の分析チップである。 従来の分析素子チップの概略縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る分析チップは、表面プラズモン共鳴の共鳴角の変化に基づいて検体を分析する分析装置や、検体若しくは検体に標識された蛍光物質が表面プラズモン共鳴に基づくエバネッセント波により励起されて発した蛍光を測定する分析装置等に用いられる、いわゆるクレッチマン配置のセンサーチップである。

具体的に、分析チップは、図１乃至図３に示されるように、金膜２５を有し、内部に入射した励起光が金膜２５で反射することにより当該金膜２５において表面プラズモン共鳴が生じるプリズム部２０と、このプリズム部２０と共同して検体を含む試料溶液が流れる流路１３を形成する流路部材１２とを備える。

プリズム部２０は、表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部２１と、プリズム本体部２１の所定の面２３の面上に形成される金膜２５と、金膜２５の表面２５ａに設けられて当該金膜２５を保護する保護膜２７とを有する。ここで、金膜２５の表面２５ａとは、プリズム本体部２１と反対側の面のことをいう。

プリズム本体部２１は、当該分析チップ１０が表面プラズモン共鳴蛍光分析装置等に設置されて検体の分析を行うときに、当該装置の光源（図示省略）からの励起光を内部に入射させる入射面２２と、この内部に入射した励起光を当該面上に形成された金膜２５で反射する反射面（所定の面）２３と、反射面２３（詳しくは、反射面２３上の金膜２５）で反射された励起光をプリズム本体部２１の外部に出射する出射面とをその表面に含む。このプリズム本体部２１は、透明なガラス又は樹脂により形成されている。

本実施形態のプリズム本体部２１は、プリズムのみで構成されているが、これに限定されない。例えば、プリズム本体部は、図４に示されるように、プリズム２１１と、金膜２５が設けられる基板２１２とを有してもよい。この場合、プリズム２１１には金膜２５が成膜されず、基板２１２に金膜２５が成膜される。具体的に、基板２１２は、プリズム２１１と同じ屈折率を有し、表面（厚さ方向における一方の面）２３の面上に金膜２５が設けられる。この基板２１２は、裏面（厚さ方向における他方の面）２１２ｂをプリズム２１１に向けて当該プリズム２１１の所定の面２１１ａの面上にマッチングオイル２１３を介して配置される。即ち、基板２１２は、表面２３が金膜２５と対向し且つ裏面２１２ｂがマッチングオイル２１３を介してプリズム２１１の所定の面２１１ａと対向するように配置される。このようにプリズム本体部２１Ａがプリズム２１１と金膜２５の形成された基板２１２とを有することで、剥がれや汚れ、損傷等によって金膜２５を交換する必要が生じたときに、基板２１２のみを交換してプリズム２１１を使い続けることができるため、コスト削減を図ることができる。

また、プリズム本体部２１は、本実施形態のように断面形状が台形（図２参照）でなくてもよい。プリズム本体部２１は、入射面２２と反射面２３と出射面２４とをその表面に含み、入射面２２から内部に入射した励起光が反射面２３（詳しくは、反射面２３上の金膜２５）で全反射し、この全反射した励起光が内部で乱反射せずに出射面２４から外部に出射されるような形状であればよい。

金膜２５は、プリズム本体部２１の反射面２３上に成膜（形成）された金製の薄膜である。この金膜２５は、プリズム部２０内において金膜２５で励起光が全反射されることにより生じるエバネッセント波を増幅するための部材である。即ち、反射面２３上に金膜２５を設けて表面プラズモン共鳴を生じさせることにより、金膜２５の設けられていない反射面において励起光を全反射させエバネッセント波を生じさせた場合に比べ、反射面２３の表面近傍に形成される電場を増強させることができる。尚、金膜２５は、表面プラズモン共鳴を生じさせることができるように膜厚が１００ｎｍ以下の薄膜であり、好ましくは膜厚が３０〜７０ｎｍとなるように反射面２３上に成膜される。

また、金膜２５の表面（プリズム本体部２１と反対側の面）２５ａには、試料溶液に含まれる検体（特定の抗原等）を捕捉するための生理活性物質２６が固定されている。本実施形態では、生理活性物質２６として抗体が用いられる。この生理活性物質２６は、表面処理によって金膜２５の表面２５ａに固定される。具体的に、生理活性物質２６は、金膜２５の表面２５ａにおいて、プリズム本体部２１が流路部材１２と共同して流路１３を形成したときにこの流路１３を流れる試料溶液と接する領域に固定される。

以上のような金膜２５は、電子ビーム加熱真空蒸着法、抵抗加熱真空蒸着法、マグネトロンスパッタ法、プラズマ支援型スパッタ法、イオンプレーティング法等の真空成膜法等により、反射面２３の面上に成膜される。

保護膜２７は、金属性の薄膜であり、金膜２５の表面において生理活性物質２６が固定される領域を除く領域に設けられる。具体的に、保護膜２７は、金膜２５の表面２５ａにおいて、流路１３を形成するために流路部材１２を金膜２５側からプリズム部２０に当接させたときに流路部材１２が当接するような位置に設けられる。本実施形態の保護膜２７は、金膜２５の表面２５ａにおいて少なくとも流路部材１２に含まれるシール部材（例えば、Ｏリング）１５と対応する位置に設けられ（例えば、図５（Ａ）参照）、好ましくは、金膜２５の表面２５ａにおいて生理活性物質２６が固定される領域を除く領域全体を覆うように設けられる（図５（Ｂ）参照）。

このような領域に設けられる保護膜２７は、１００ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有し、アルミ、銅、銀、白金、パラジウム、及び錫のいずれかで形成される。これにより、保護膜２７の膜応力によって金膜２５がプリズム本体部２１から剥がされることを防ぐことができる。即ち、クロムやチタン等の他の金属で保護膜が形成されると、この保護膜の膜応力によって金膜２５がプリズム本体部２１から剥がされる場合がある。また、上記のアルミ等で保護膜２７を形成しても、厚さが１００ｎｍより小さいと金膜２５を十分に保護する強度が得られず、一方、５００ｎｍよりも大きいと当該保護膜２７の膜応力によって金膜２５がプリズム本体部２１から剥がされる場合がある。

尚、保護膜２７は、表面側に酸化層を有してもよい。即ち、保護膜２７は、金属層とこの金属層（例えば、アルミ層）を構成する金属が酸化した酸化層（例えば、酸化アルミ層）とが積層されることで形成されてもよい。このように、保護膜２７に金属層よりも強固な酸化層が設けられることで、金属層のみで保護膜２７が形成される場合に比べて、より強固に金膜２５を保護することができる。しかも、保護膜２７が酸化層だけで構成されると膜応力によって金膜２５がプリズム本体部２１から剥がされるが、金属層が金膜２５と酸化層との間にあるため、この金属層が酸化層の膜応力を吸収して金膜２５がプリズム本体部２１から剥がされるのを防ぐことができる。

以上のような保護膜２７は、電子ビーム加熱真空蒸着法、抵抗加熱真空蒸着法、マグネトロンスパッタ法、プラズマ支援型スパッタ法、イオンプレーティング法等の真空成膜法等により、金膜２５上に成膜される。また、金膜２５上において保護膜２７を所望の領域に設ける方法としては、フォトリソグラフィを用いたエッチングや、金膜２５上にマスクを設けた状態で保護膜２７を成膜する方法等が用いられる。

尚、金膜２５と保護膜２７とを成膜するときに、プリズム本体部２１を真空雰囲気下に配置した状態で、金膜２５の成膜（金膜形成工程）の後に保護膜２７の成膜（保護膜形成工程）を連続して行うことが好ましい。このように、金膜２５と保護膜２７とが真空雰囲気下で連続して形成されることによって、金膜２５と保護膜２７との間の密着強度が向上する。

流路部材１２は、プリズム本体部２１の反射面２３上（詳しくは、金膜２５又は保護膜２７上）に設けられ、プリズム本体部２１と共同して流路１３を形成する。この流路部材１２は、透明な樹脂により形成される。本実施形態の流路部材１２は、水平方向に拡がる板状の部材である。流路１３は、抗原抗体反応が行われる検出部１３ａと、分析チップ１０の外部から検出部１３ａへ試料溶液を案内し、又は検出部１３ａから外部へ試料溶液を案内する案内部１３ｂとから成る。検出部１３ａは、流路部材１２の裏面（図２において下側の面）１２ｂに設けられた溝とプリズム本体部２１上の金膜２５とにより囲まれている。即ち、この検出部１３ａでは、試料溶液が金膜２５の表面（生理活性物質２６が固定されている面）２５ａと接しつつ流れる。各案内部１３ｂは、一方の端部が流路部材１２の表面（図１において上側の面）１２ａで開口し、他方の端部（前記一方の端部と反対側の端部）が検出部１３ａと接続されている。このように案内部１３ｂと検出部１３ａと案内部１３ｂとが順に繋がることで、一本の流路１３が形成される。

また、流路部材１２は、流路１３を構成する裏面１２ｂの溝内にシール部材１５を有する。このシール部材１５は、流路部材１２を金膜２５（保護膜２７）側からプリズム本体部２１に接合させたときに、検出部１３ａを水平方向から囲み且つ流路部材１２の裏面１２ｂの溝内面とプリズム部２０の保護膜２７とに密着し、これにより、流路部材１２とプリズム部２０との接合部位からの試料溶液の漏れを防止する。本実施形態のシール部材１５は、Ｏリングである。尚、シール部材１５は、Ｏリングに限定されず、例えば、図６に示されるように、流路１３の検出部１３ａに対応する形状にくり貫かれた両面粘着シート１５Ａ等を流路部材１２とプリズム部２０との間に介在させてもよい。

流路部材１２は、その裏面１２ｂがプリズム部２０の反射面２３（詳しくは、金膜２５又は保護膜２７）に圧着された状態でクランプやねじ等の固定部材によってプリズム部２０と接合されている。これにより、流路部材１２とプリズム部２０とを容易に離間させることができ、金膜２５の汚れや損傷等によるプリズム部２０の交換が可能になる。

尚、流路部材１２は、着脱可能にプリズム部２０に接合されなくてもよい。即ち、流路部材１２は、接着によりプリズム部２０に接合されてもよく、レーザー溶着や超音波溶着等によって接合されてもよい。また、流路部材１２とプリズム部２０とが液密に接合されていれば、検出部１３ａを囲むシール部材１５はなくてもよい。

以上の分析チップ１０は、以下のようにして製造される。

<プリズム部の製造>
所定の形状のプリズム本体部（本実施形態では、プリズム）２１を準備する（ステップＳ１）。このプリズム本体部２１を真空雰囲気中に配置して反射面２３の面上に金膜２５を成膜する（ステップＳ２）。本実施形態では、反射面２３の略全体に金膜２５を成膜する。所定の厚さの金膜２５が反射面２３上に形成されると、この金膜２５の上に連続して保護膜２７を形成する（ステップＳ３）。このように真空雰囲気下に置かれた状態で反射面２３の面上に金膜２５と保護膜２７とが連続して成膜されることで、金膜２５と保護膜２７との間に界面が生じないため、金膜２５を成膜した後でその表面２５ａを一旦酸素に触れさせた後に保護膜２７を成膜する場合に比べ、金膜２５と保護膜２７との密着強度が向上する。

このとき、金膜２５の表面２５ａにおいて、生理活性物質２６が固定される領域（即ち、流路１３の検出部１３ａに対応する領域）を除く領域に保護膜２７を成膜する。本実施形態では、金膜２５全体を覆うように保護膜（例えば、アルミ膜）２７を形成し、その後、フォトリソグラフィによって生理活性物質２６が固定される領域とそれ以外の領域とにパターニングし、保護膜２７が不要な領域の保護膜をエッチング等によって除去する。

これにより、金膜２５上の所望位置に保護膜２７が形成されたプリズム部２０が完成する。

<分析チップの製造>
プリズム部の製造においてエッチングにより保護膜２７が除去されて外部に露出した金膜２５の表面２５ａの部位（領域）に生理活性物質２６を表面処理により固定する（ステップＳ４）。

所定の形状の流路部材１２を準備し（ステップＳ５）、この流路部材１２を金膜２５（保護膜２７）側からプリズム部２０に当接させる。この状態で、ねじ等により流路部材１２をプリズム部２０に固定することで（ステップＳ６）、分析チップ１０が完成する。

以上の分析チップ１０によれば、保護膜２７によって流路部材１２やピンセット等が金膜２５に直接接触することが防がれ、これにより、分析チップ１０の組み立てや、流路１３の洗浄等のためにプリズム部２０と流路部材１２とを離間させたときの金膜２５の剥がれや損傷等を防止することができる。しかも、生理活性物質２６が固定される領域には保護膜２７が無いため、当該領域では流路１３を流れる試料溶液が金膜２５（生理活性物質２６）と接しつつ流れることができ、これにより、検体の検出感度の低下を抑制することができる。即ち、表面プラズモン共鳴によって形成される増強電場が金膜２５の表面の極近傍にしか形成されないため、金膜２５における検体の検出可能な部位（生理活性物質２６が固定された領域）を試料溶液に対して露出させることで、前記増強電場を有効に利用して検体の検出を行うことができる。

また、本実施形態の分析チップ１０によれば、保護膜２７によって金膜２５と流路部材１２（特に、シール部材１５）との直接の接触が防がれ、これにより、分析チップ１０を組み立てるためにプリズム部２０に流路部材１２を当接させ、又は流路１３の洗浄等のためにプリズム部２０から流路部材１２を離間させたときの金膜２５の剥がれや損傷を効果的に防止することができる。

また、本実施形態の分析チップ１０では、保護膜２７が、金膜２５の表面２５ａにおいて生理活性物質２６が固定される領域（検体の検出に必要な領域）を除く領域全体を覆うように設けられているため、金膜２５の一部（例えば、シール部材１５と対応する部位）のみに保護膜２７が設けられる場合に比べて、金膜２５の剥がれや損傷がより生じ難くなる。

尚、本発明のプリズム部２０、このプリズム部２０を含む分析チップ１０、及び分析チップ１０のプリズム部２０の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態の分析チップ１０では、保護膜２７が金膜２５の生理活性物質２６が固定される領域を除く領域全体を覆うように設けられているが、これに限定されない。保護膜２７は、生理活性物質２６が固定される領域を除く領域の一部に設けられてもよい。この場合、上記のように、Ｏリング１５と対応する位置全体に設けられてもよく、例えば、図８（Ａ）に示されるように、Ｏリング１５と対応する位置の一部に設けられてもよい。このように保護膜２７Ａが設けられても、保護膜２７Ａが設けられないプリズム部に比べて、分析チップ１０の組み立てやプリズム部２０への流路部材１２の着脱による金膜２５の剥がれや損傷等を抑制することができる。

ここで、上記実施形態の分析チップ１０のプリズム部２０における保護膜２７を評価するために、上記実施形態の分析チップ１０のプリズム部２０と保護膜２７を備えていない点以外は上記実施形態と同じ構成を有するプリズム部と比較する。

本実施例のプリズム部は、以下のようにして作成（製造）された。

Ｅ４８Ｒ（シクロオレフィンポリマー樹脂）製のプリズム２１の反射面２３の面上に真空蒸着法によって金膜２５を５０ｎｍ形成した。この金膜２５の上に同じ真空蒸着法によってアルミ膜（保護膜）２７を３００ｎｍ形成した。そして、フォトリソグラフィによって、金膜２５上において生理活性物質が固定される領域とそれ以外の領域とにパターニングして生理活性物質が固定される領域のアルミ膜２７を除去した（図５（Ｂ）及び図９（Ａ）参照）。

一方、比較例として、Ｅ４８Ｒ製のプリズム２１の反射面２３の面上に真空蒸着法によって金膜２５を５０ｎｍ形成したプリズム部を作成（製造）した（図９（Ｂ）参照）。

この２種類のプリズム部上にＯリング（シール部材）１５を介してＥ４８Ｒ製の流路部材１２をそれぞれセットした。そして、各流路１３内に蛍光物質を標識した検体を含む試料溶液を流し、入射面から６３５ｎｍのレーザーを励起光として入射させて金膜２５表面近傍に増強電場（表面プラズモン共鳴に基づく電場）を形成し、この増強電場により励起された蛍光物質の蛍光を光電子倍増管によってそれぞれ測定した。蛍光の測定が終わると、プリズム部から流路部材１２を取り外し、試料溶液が接した部位の洗浄をそれぞれ行った。

この作業を１０数回程度繰り返したところ、上記実施形態のプリズム部では、金膜２５もアルミ膜２７も破れることなく、これら金膜２５とアルミ膜２７との状態は良好であった。これに対し、比較例としたプリズム部では、流路部材１２を外した時にＯリング１５に金膜２５の一部が付着して剥がれた。この金膜２５の一部が剥がれたプリズム部を用いて分析チップを構成し、検体の測定を行ったところ、前記の金膜２５の剥がれた部分から試料溶液が流路１３の外に染み出してしまい、光電子倍増管によって測定された光量は半分以下となった。また、当然のことながら、金膜２５が剥がれたプリズム部は、液漏れ状態であることから、実際の検体の分析には用いることができない。

次に、ＢＫ７（ホウケイ酸ガラス）製のプリズム２１の反射面２３の面上にプラズマ支援型スパッタ法によって金膜２５を４５ｎｍ形成し、その上に、同じプラズマ支援型スパッタ法によって錫膜（保護膜）２７を２００ｎｍ形成した。このとき、マスクを介して金膜２５上に錫膜２７を成膜することにより、金膜２５上の所望の領域に錫膜２７を形成した（図８（Ａ）参照）。そして、錫膜の成膜時の最後に酸素を供給して保護膜２７の表面を酸化させて酸化層（酸化錫の層）を形成した。

一方、比較例として、ＢＫ７製のプリズム２１の反射面２３の面上にプラズマ支援型スパッタ法によって金膜２５を４５ｎｍ形成したプリズム部を作成（製造）した。

この２種類のプリズム部を１０個ずつ使って、分析チップの組み立てを行った。その結果、比較例のプリズム部では、１０個のうち８個のプリズム部の金膜２５において、ピンセット等でのハンドリングによる剥がれや傷が生じた。これに対し、保護膜（錫膜（酸化層を含む））２７を設けたプリズム部では、いずれの金膜２５にもハンドリングによる剥がれや傷が生じなかった。また、保護膜２７を設けたプリズム部によれば、金膜２５の剥がれや傷等が生じ難いため、比較例のプリズム部を用いた場合に比べて、およそ半分の時間で分析チップの組み立てを行うことができた。

次に、ＡＰＥＬ５５１４ＭＬ（シクロオレフィンポリマー樹脂）製のプリズム２１の反射面２３の面上にイオンプレーティング法によって金膜２５を３５ｎｍ形成し、その上に、同じイオンプレーティング法によって銀膜（保護膜）２７を５００ｎｍ形成した。そして、フォトリソグラフィによって、金膜２５上において生理活性物質が固定される領域とそれ以外の領域とにパターニングして生理活性物質が固定される領域の銀膜２７を除去した（図５（Ｂ）及び図９（Ａ）参照）。

一方、比較例として、ＡＰＥＬ５５１４ＭＬ製のプリズム２１の反射面２３の面上にイオンプレーティング法によって金膜２５を３５ｎｍ形成したプリズム部を作成（製造）した（図９（Ｂ）参照）。

この２種類のプリズム部上にＯリング（シール部材）１５を介してＡＰＥＬ５５１４ＭＬ製の流路部材をそれぞれセットした。そして、各流路１３内に蛍光物質を標識した検体を含む試料溶液を流し、入射面から６３５ｎｍのレーザーを励起光として入射させて金膜２５表面近傍に増強電場を形成し、この増強電場により励起された蛍光物質の蛍光を光電子倍増管によってそれぞれ測定した。蛍光の測定が終わると、プリズム部から流路部材１２を取り外し、試料溶液が接した部位の洗浄をそれぞれ行った。

この作業を１０数回程度繰り返したところ、上記実施形態のプリズム部では、金膜２５も銀膜２７も破れることなく、これら金膜２５と銀膜２７の状態は良好であった。これに対し、比較例としたプリズム部では、流路部材１２を外した時にＯリング１５に金膜２５の一部が付着して剥がれた。この金膜２５の剥がれたプリズム部を用いた分析チップを構成し、検体の測定を行ったところ、第１実施例と同様に、前記の金膜２５の剥がれた部分から試料溶液が流路１３の外に染み出してしまい、光電子倍増管によって測定された光量は半分以下となった。また、当然のことながら、金膜２５が剥がれたプリズム部は、液漏れ状態であることから、実際の検体の分析には用いることができない。

次に、ＬａＦ７１（ランタン含有クラウンガラス）製のプリズム２１の反射面２３の面上にマグネトロンスパッタ法によって金膜２５を６５ｎｍ形成し、その上に、同じマグネトロンスパッタ法によってパラジウム膜（保護膜）２７を１００ｎｍ形成した。このとき、マスクを介して金膜２５上にパラジウム膜２７を成膜することにより、金膜２５上の所望の領域にパラジウム膜２７を形成した。

一方、比較例として、ＬａＦ７１製のプリズム２１の反射面２３の面上にマグネトロンスパッタ法によって金膜２５を６５ｎｍ形成したプリズム部を作成（製造）した。

この２種類のプリズム部を１０個ずつ使って、分析チップの組み立てを行った。その結果、比較例のプリズム部では、１０個のうち８個のプリズム部の金膜２５において、ピンセット等でのハンドリングによる剥がれや傷が生じた。これに対し、保護膜（パラジウム膜）２７を設けたプリズム部では、いずれの金膜２５にもハンドリングによる剥がれや傷が生じなかった。また、保護膜２７を設けたプリズム部によれば、金膜２５の剥がれや傷等が生じ難いため、比較例のプリズム部を用いた場合に比べて、およそ半分の時間で分析チップの組み立てを行うことができた。

１０ 分析チップ
１２ 流路部材
１３ 流路
１５ シール部材
２０ プリズム部
２１，２１Ａ プリズム本体部
２５ 金膜
２５ａ 金膜の表面（金膜のプリズム本体部と反対側の面）
２６ 生理活性物質
２７，２７Ａ 保護膜

Claims (10)

1. 表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップに含まれ、且つ流路部材と共同して前記検体を含む試料溶液が流れる流路を形成するプリズム部であって、
   前記表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部と、
   前記プリズム本体部の所定の面の面上に形成される金膜と、
   前記金膜のプリズム本体部と反対側の面である表面に設けられて当該金膜を保護する保護膜と、を備え、
   前記保護膜は、前記金膜の表面において前記検体を捕捉するための生理活性物質が固定される領域を除く領域に、アルミ、銅、銀、白金、パラジウム、及び錫のいずれかの金属で形成されることを特徴とする分析チップのプリズム部。
2. 前記保護膜は、金膜の表面において、前記流路を形成するために前記流路部材を金膜側から前記プリズム部に当接させたときに前記流路部材が当接する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の分析チップのプリズム部。
3. 前記保護膜は、前記金膜の表面において前記生理活性物質が固定される領域を除く領域全体を覆うように設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の分析チップのプリズム部。
4. 前記保護膜では、金属層とこの金属層を構成する金属が酸化した酸化層とが積層され、
   前記金属層は、前記金膜と前記酸化層との間に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分析チップのプリズム部。
5. 前記金膜は、３０〜７０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分析チップのプリズム部。
6. 前記プリズム本体部は、プリズムと、このプリズムの所定の面の面上に配置される基板とを有し、
   前記基板は、厚さ方向の一方の面が前記金膜と対向し且つ他方の面がマッチングオイルを介して前記プリズムの所定の面と対向するように配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の分析チップのプリズム部。
7. 表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップであって、
   プリズム部と、前記プリズム部と共同して前記検体を含む試料溶液が流れる流路を形成する流路部材と、を備え、
   前記プリズム部は、前記表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部と、前記プリズム本体部の所定の面の面上に形成される金膜と、前記金膜のプリズム本体部と反対側の面である表面に設けられて当該金膜を保護する保護膜とを有し、
   前記保護膜は、前記金属膜の表面において前記検体を捕捉するための生理活性物質が固定される領域を除く領域に設けられ、
   前記保護膜は、アルミ、銅、銀、白金、パラジウム、及び錫のいずれかの金属で形成されることを特徴とする分析チップ。
8. 表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップに含まれ、流路部材と共同して前記検体を含む試料液が流れる流路を形成するプリズム部の製造方法であって、
   予め準備しておいた前記表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部の所定の面の面上に金膜を形成する金膜形成工程と、
   前記金膜のプリズム本体部と反対側の面である表面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、を備え、
   前記保護膜形成工程では、前記金膜の表面において前記検体を捕捉するための生理活性物質が固定される領域を除く領域に、アルミ、銅、銀、白金、パラジウム、及び錫のいずれかの金属で保護膜を形成することを特徴とする分析チップのプリズム部の製造方法。
9. 前記プリズム本体部を真空雰囲気下に配置した状態で、前記金膜形成工程の後に前記保護膜形成工程を連続して行うことを特徴とする請求項８に記載の分析チップのプリズム部の製造方法。
10. 前記金膜と前記保護膜とは、真空蒸着法、スパッタ法、又はイオンプレーティング法によってそれぞれ形成されることを特徴とする請求項８又は９に記載の分析チップのプリズム部の製造方法。

Images