JPH01224647A - 生物学的センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特に抗体とそれらに対応する抗原の相互作用
を監視するために用いるイムノセンサーに関する。

（従来の技術） 抗体をある表面に固定化した場合、対応する抗原を含有
する浴液をその表面と接触させ、これにより抗原と抗体
と反応させると、その表面の性質が変化する。特に表面
の光学的変化は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（５ｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ
デａｎｏｎα馴−１ＳＰＲ）の現象を用いて、抗原と抗
体の反応が進行するのに伴う表面屈折率の微小な変化を
検出することができる。表面プラズモン共鳴は金属の境
界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って影響
され、上記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光ビームが高い誘電率をもつ媒体
、たとえばガラスの境界で完全に内部反射された場合に
発生するエバネスセント波（−ναｎｇａｃｍｎｔ　ｗ
ａｖｅ　）を用いて達成することができる。この技術に
ついて述べた悪文は゛ガスの検出および生物学的検出の
ための表面プラズモン共鳴”という表題でリーバーグ、
ニーランダーおよびランドストロームにより発表されて
いる（　Ｌｉｍｂｅｒ（Ｂ　Ｎｙｌａｎｄａｒ　ａｎｄ
Ｌ％ｎｄａｔｒｏｔｎ、　５ｓｒｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　
Ａｅｔｒｂａｔｏｒｓ、　Ｖｏｌ、　４、ｐ、２９９）
。添付した図面の第１図に示されるのはこの悪文に記載
される装置の図である。光ビームｌ　ｉ）ｉ　Ｌ／−ザ
ー源（図示してない）からガラス質体３の白衣２上へ与
えられる。検出器（図示してない）が内部反射ビーム４
を監視する。ガラス質体３の外表２に施されているのは
金属、たとえば金または銀の薄膜５であり、さらに薄膜
５に施されているのは抗体を含有する有機材料の薄膜６
である。抗原を含有する試料７を抗体薄膜６と接触させ
て、抗原と抗体の反応を起こさせる。結合が起こると、
抗体分子の大きさが増大したことにより層６の屈折率が
変化し、この変化を表面プラズモン共鳴技術によって検
出および測定することができる。これについて以下に説
明する。

表面プラズモン共鳴は第１図の装置において入射ビーム
１０角度を変化させ、内部反射ビーム４の強度を監視す
ることによって実験的に観察することができる６特定の
入射角において、光の運動賃の平行成分が金属薄膜の反
対側表面における表面プラズモンに関する分散と一致す
るであろう。

金属薄膜５の厚さが適正に選ばれているならば、表面２
におけるガラス／金属界面と表面８における金属／抗体
界面の間に電磁結合が生じ、その結果表面プラズモン共
鳴が起こり、従ってこの入射角において反射ビーム４が
減衰する。このようにビーム１０入射角が変化するのに
伴って、特定の入射角において内部反射ビーム４の強度
の急激な降下（ｄｉｐ　）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、金属薄膜に対向す
る物質−すなわち抗体層６−の屈折率によって影響され
、従って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。感度の増大は、反応が実質的に直
線的である反射率降下曲線のほぼ半分の位置における入
射角を抗体／抗原反応の開始時に選び、次いでこの固定
された入射角を維持して、反射ビーム４０強度を経時的
に観察することによって得られる。

第１図を参照しながら述べた型の既知のシステムはガラ
ス体３としてプリズムを使用する。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説明す
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、その下面に金属の薄膜５が施されている。レ
ーザー源（図示されていない）からの光１がプリズム上
に入射し、ここでこれはプリズムに入る前に地点９にお
いて屈折する。内部反射した光４もプリズノ、から出る
際に同様に屈折する（地点１０において）。

（発明が解決しようとする課題） プリズムについての問題点は、光源を動かすことにより
、もしくはプリズムを回転させることにより、または両
者により入射角が変化するのに伴って５表面２上の進入
光線が入射する地点が動くことである。金属薄膜５およ
び抗体被膜６における変動は避けられないので、共鳴を
生じる入射角はこの動きが起こるのに伴って変化し、こ
れがさらに測定に可変因子を導入し、従って抗体層６の
初期の未結合状態と結合状態の比較をより不正確なもの
にする。このほか、第２図に示すシステムは、安価な使
い捨てしやすい部品を必要とする天童生産には非現実的
である。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、生物学的、生化学的または化学的試験
に用いるセンサーであって、入力端および出力端を有す
る光導波路、その出力が光導波路の入力端に与えられる
電磁線源、（光導波路の出力端は傾斜した端面な備える
べくその軸に対し角度？なして切断されている）、上記
の面において内部反射された線源からの電磁線を監視す
るための手段、傾斜した面に施された金属材料層、金属
材料層に施された感受性物質層、および感受性層上にこ
れと反応すべく被分析試料を導入するための手段からな
り、その配列は光導波路の上記面に入射した電磁線が表
面プラズモン共鳴を起こすものであり、上記監視手段に
より検出される該共鳴の特色は試料と感受性層の反応に
依存するものであるセンサーが提供される。

普通は電磁線は可視領域または可視領域付近にあり、こ
れは本明細書全抹において推測されるであろう。

ここで用いる“光導波路”という語は光学的範囲内また
はその付近の電磁線のためのいかなる伝送路をも包含す
るものとし、ここで光波は導波路壁における反復内部反
射により導波路に沿って伝達される。この種の導波路の
例には周知のファイバーオプチツクが含まれ、本明細書
においては以下これにつき詳述するが、角形の断面をも
つ導波路、たとえば顕微鏡用スライドも含まれ、光はこ
れに沿って端から端までスライドの主表面における反復
内部反射によって伝送されるであろう。

ファイバーオプチツクは光の伝送に関してファイバー壁
における反復内部反射に依存し、光はファイバーに沿っ
て前進するのに年ってジグザグコースをとる。このよう
な内部反射を確実に行わせるために、フアイバーオプチ
ツクにファイバーの屈折率より小さい屈折率をもつ材料
をクラッドすることができる。一般にファイバー自体は
ガラスからなワ、クラッドはより低い屈折率をもつプラ
スチック材料からなる。

ファイバーを機械的に支持するために、ファイバーを透
明な相料のブロックに埋込むことが好ましい。この材料
は、ファイバーオプチツクの傾斜した末端において内部
反射され、次いでファイバーオプチツクから出る光がそ
れを通過して監視手段により捕獲されうるためには、透
明でなければならない。ブロックの材料の屈折率を適切
に選ぶと、これはクラッドの代わりにファイバーオプチ
ツクの壁に沿った内部反射を保証する作用を示しうる。

これはクラッドの一体性が疑われる場合、またはクラッ
ドが全（存在しない場合に有用であろう。

ファイバーオプチツクは多種多様な様式で配置しつる。

たとえば線源には電磁線（すなわち光）をファイバーオ
プチツクの入力端面上に集束させる手段が含まれていて
もよい。この場合、ファイバーオプチツクの特性は、傾
斜した出力面が一定範囲の角度の入力光により照明され
る状態となるものである。これにより入力ビームは効果
的に一定範囲の角度にわたってガラス／金属界面に入射
する数本のビームとなる。この装置は、この角度範囲が
表面プラズモン共鳴に対応する降下角度を包含すべく選
ぶことができる。対応する内部反射ビームも同様に効果
的に数本のビームとなり、広域検出器によって、または
出現するビーム全体を集めるために一定の角度を置いた
一連の検出器によって監視することができる。従って検
出器は降下全体からの情報！数ミリ秒以内に符号化する
ことができる。

集束手段が光をファイバーオプチツクの出力面上に、す
なわちガラス／金属界面上に集束すべく調整することに
よって、同様な効果を得ることができる。この場合も入
力ビームは効果的に一定範囲の入力角に及び、これを同
時に上記に従って監視することができる。

金属薄膜に施される層はこの場合イムノアッセイに用い
る抗体層であると考えられるが、事象が起こった際にそ
の屈折率が変化する感受性層はいずれも使用でき、これ
により生物学、生化学および化学の分野で多種多様な用
途をもつ高感度検出器が得られることは認められであろ
う。たとえば抗体の代わりに、他の被分析体特異性の結
合用物質、たとえばＤＮＡプローブを用いることができ
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。進入ビームの入射地点における微小な動
きを満たすためには、薄膜は可能な限り均質でなければ
ならない。組織をなす（５ｔｒｕｃｔｕｒｅｄ）金属薄
ｊ良が最良の共鳴を示す。

金属薄膜の性能を改良するために、特にこの薄膜が自然
に不連続アイランド（ｉｓｌａｎｄ）を形成する傾向を
制御するためにガラス体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および他の溶融塩中に浸漬する
。これは組織をなしうる様式で表面内にイオンを導入す
る作用をもち、これがアイランド形成の中心として作用
しうる。

２、核形成部位を導入するために低温または高温のガラ
スをイオンボンバードする。より易動性のイオンを除去
することによって蒸着薄膜が連続的となる厚さが低下す
ることが証明された。

３、わずかに蒸着した薄膜（厚さ０〜１００オングスト
ローム）上に無電解めっきまたは電解めっきする。無電
解めっきされた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する。

４、無電解めっき薄膜上へ蒸着する。無電解めっき薄膜
はアイランド組織を形成し、より大きな間隔でより大き
なアイランドを形成する傾向が蒸着薄膜より強い。これ
は指示された波長の光に同調させる際に有利となる。

被膜性能も下記により改良できる。

１、被覆処理中のガラス表面温度を制御する。より高温
の支持体ビ用いるとアイランドの大きさおよびそれらの
間隔が増大する。逆も成立つ。

２、蒸気流のイオン含ｆ’Ｙ高めるために、磁場もしく
は静電場、または電子放出デバイスの存在下で蒸着する
。支持体の帯電状態がアイランド組織に影響を与えるこ
とが知られている。

３．ガラス表面に対する蒸発蒸気流の入射角を制御する
。蒸発した原子の移動性、従ってそれらがより大きなア
イランドを形成する能力は、ガラス表面に対する原子の
運動量が増大すると高まる。

本発明をより良く理解するために、その実施態様を以下
に添付の図面に関連して述べる。これらは例示のための
ものにすぎない。

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
めの既知の実験的配列様式を示す図である。

第３図は本発明によるセンサーの一形態の模式的側面図
である。

第４図は第３図のセンサーの一部を拡大した模式的側面
図であり、光線の通路の例を示す。

第５図は第３図のセンサーの一部をより拡大した模式的
側面図であり、光線の通路の他の例な示す。

第６図は環状の光ビームがファイバーオプチツクに沿っ
て伝達される状態を示す模式的側面図である。

第７図は第５図と同様な図であるが、第６図の場合と同
様に環状ビームを用いた例を示す。

第３図を参照すると、この装置はレーザーダイオードお
よびし／ズアセンブリー１２、ならびに広域イメージン
グ型検出器１３、たとえばダイオードアレイ、電荷結合
デバイス（Ｃ（＋ｄ）　ｉたはこれに類するもの７収容
したケーシング１１からなる。

線源は電磁線の平行入力ビームを生じる。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のものであろう。

適切な線源には赤外ダイオードレーザ−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通常の光
源、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード）も使用できる。

ダイオードおよびレンズアセンブリー１２はケーシング
１１の上面に形成されたウェル１４の一方側に配置され
る。このウェルは電磁線透過性材料のブロック１５の周
りに設けられた使い捨ての試験アセンブリーを受容し、
定置すべく調整される。ブロックの上部は側面１６を有
する浅いトレーの形状に形成され、これには互いに積層
して配置された３個の円形ディスクが入れられる。最下
部のデイスクエアは吸収材料で作成され、有効帯域１８
を定める中央貫通開口をもつ。上方のディスク１９は被
験試料を入れるウェル２０を定めるための中央開口をも
つ。中間ディスク２１は中央開口２２をもち、これはウ
ェル２０内の液体を毛管作用によって有効帯域１８中へ
移動させる大きさをもつ。

ブロック１５の下部は壁１４内へ確実に配置される形状
をもつ。この下部内にはレーザーダイオード２よびレン
ズアセンブリー１２の出力部から表面２４へ伸びるファ
イバーオブテツク２３がキャストまたは成形されている
。ファイバーオプチツクの出力端はブロック１５０表面
２４と実質的に共面内にある傾斜した出口面を定める角
度で切断されている。この傾斜した出口面は第４および
５図中でより明瞭に見られる。出口面は最高精度を得る
ために研削３よび研磨されている。

ファイバーオプチツクは周囲のブロック１５の屈折率よ
り小さな屈折率をもつ透明な材料、たとえばガラスまた
はプラスチック材料で作成される。

あるいはクラツドファイバーオブチツクの場合、ブロッ
ク材料の屈折率はクラッドのものと等しいかまたはこれ
より小さ（なければならない。クラッドが疑わしい場合
は、より小さな屈折率が最良でろる。これによって光が
ファイバーオブチツクに沿って伝達されるのに必景な内
部反射が保証される。

ファイバーオプチツクの傾斜した出口面に施されるのは
金属薄膜層２５（たとえば銀の）であり、この上には試
験の進行に伴ってその屈折率が変化する感受性材料から
なる他の層２６が施される。

感受性層２６はたとえば抗体層である。金属層２５の厚
さは、感受性層２６で被覆され、ウェル２０かもの一般
的な被験体、たとえば血清中に浸漬された際に表面プラ
ズモン共鳴反射降下が最大になるものでるる。

層２５′ｊ６よび２６の不連続性の影響−双方とも不正
確さをもたらす可能性がある−を少なくするために、層
２５′ｊ６よび２６の面積を小さ（し、事実上ファイバ
ーオプテツクの傾斜した出口面の面積に限定されること
が望ましい。ファイバーオブチツクの直径は一般に１０
０ミクロンであるが、用途に応じて広範な直径にわたっ
てもよい。１０ミクロン以下の直径はフアイバーオプチ
ツク中へ光をカップリングさせるのがよシ困難になるの
で、普通は用いられない。しかし特別なカップリング技
術、たとえばウェッジカップラーまたは格子カップラー
（ｇｒａｔｉｎｇ　ｃｏｕｐｌｅｒ）　　を用いると、
これらのより小さい直径も採用できるであろう。

後により詳細に説明するように、この装置の操作に際し
てはレーザーダイオードおよびレンズアセンブリーから
の光がファイバーオブチック内へカップリングされ、傾
斜した出口面で内部反射してファイバーオプテックから
ブロック１５の材料内へ出テ、ブロック内を伝達された
のち最後にウェル１４の窓２７を通して出て、最終的に
は検出器１３の感受性領域上に衝突する。

装置を使用するためには、層２６中の抗体分子と結合し
うる抗原を含有する被験試料をウェル２０に入れ、これ
が開口２２を毛管作用により通過する。液体試料は開口
２２から出ると、吸収材料ディスク１７に同かってあら
ゆる方向に半径方向へ外側へ向けて流れ始め、これに伴
って抗体層２６を通過する。従って層２６に近接した試
料は試験期間中絶えず補充され、これによって最高感度
が保証される。

試料が層２６を通過して流れるのに伴って、層２６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
て反応の進行に伴って層２６の屈折率は変化する。この
屈折率の変化が、アセ／プル１２からの光ビームをフア
イバーオプチツク２３に沿って当てることにより試験期
間中連続的に監視される。条件が適正である限り一特に
ファイバーオプチツク出口面における入射地点での入射
角が適正である限り−、光を当てることによって特定の
入射角においてプラズモン波が発生し、従って入力ビー
ムからエネルギーを吸収し、出力ビームの強度が減衰す
るであろう。入力ビームは前記のように入力ビームの角
度範囲の中間の角度が反射率降下のほぼ半分の位置にあ
るように調整され、試験は一定の入射角度で行われ、こ
の中間地点の水準の上方および下方の反射ビーム強度が
監視される。これによって直線的な高感度出力が得られ
る。

入射角を設定するために選ばれた最初の反射率降下は、
ある種の中性溶液もしくは緩衝液がセルを通過した際に
、または反応が起こる前の被験試料がセルを通過した際
に生じる降下でなければならない。現在において好まし
いこの方法に関しては、試料が層２６に隣接する有効帯
域を貫流し始めるのに伴って、抗体／抗原反応であるた
め屈折率は直ちには変化し始めない点を留意すべきであ
る。従って貫流する未反応試料に関する最初の読みを得
るのに十分な時間があり、この読みを利用して帰還回路
によシ入射角を反射率降下のほぼ半分の地点におけるｉ
６およその値に速やかに調節することができ、以後の試
験はこの固定された角度において実施できる。

特に第４〜７図を参照して、この装置を光学的に操作す
る３様式につき考察する。第４図に示す第１様式の場合
、ダイオードおよびレンズアセンブリー１２は、表面２
４□すなわちファイバーオプテツクの傾斜した出口面一
に集束された入射ビーム３０を与えるものである。従っ
て入射光ビームは内部反射ビームの降下を生じることが
知られている入射角を包含すべく、または測定に用いら
れる部分の降下−たとえばその一方側のみ□を包含すべ
く調整できる入力角範囲を包含する。

参照番号３１で示される内部反射ビームはファイバーオ
プチツク壁に対するその入射角が大きいため、ファイバ
ーオプチツクからそれて逃散する。

反射ビームはファイバーオプチツクから出たのち、クラ
ッドがある場合はこの中を伝達され、ここからブロック
１５の材料内へ伝達される。屈折率が異なるため、ビー
ムは若干屈折させられるが、これはと（わずかでろろう
。この種の屈折はビームがブロック１５かもケーシング
ｌｌ内の空間へ田るのに伴って、ある程度補償される。

このため窓２７は第４図に示す形状とすることができる
。

窓２７から出た反射ビームは検出器１３により捕獲され
、これが外部回路（図示されていない）による分析のた
めの出力信号を与える。

第５図に示す別形態の場合、ダイオードおよびレンズア
センブリー１３はファイバーオプチツク２３０入力面３
３上に集束した光ビーム３２を供給するものである。第
５図には説明のためクラツドフアイバーオプチツクの使
用についても示す。

クラッドの層３４はフアイバーオプチツク自体の屈折率
より低い屈折率をもつ材料からなる。

点線−参照番号３５−はビームが傾斜した出口面に達す
るまでにファイバーオプテック内を多重反射されて進行
する状態を示す。ここで内部反射が起こシ、出力ビーム
３６が生じる。このビームがクラッドを通過し、ここか
らブロック１５を通ってケーシング１１内へ入り、ここ
で前記のように検出器１３によシ捕獲される。

入力ビームの角度は環境に応じて選ばれる。点線３７は
それを越えるとファイバーオプテック壁に２ける内部反
射が起こらず、ファイバーオプテツクに沿った伝達が不
可能となる入力角の最大限圧を示す。

第７図に示’ｆざらに他の形態の場合、入力光ビームは
円形の断面をもつ一連の別個の、間隔を置イタヒーム３
８の形をとる。この４止の複合ビームはたとえばソリッ
ド入力光ビームと同軸のオブスキュレーションＭ　（ｒ
ｉｎｇ　ｏｆ　ｏｂｓｃｌＬｒａｔｉｏｎ）（図示され
ていない）をソリッドビームが直角に入射する透明なプ
レート（図示されて（・な℃・）上にスパッターするこ
とにより得られる。

第７図の形態について詳述する前に第６図について述べ
る。これはファイバーオプチツク２３に沿った上記のよ
うな複合ビームの光路の図を示す。

複合ビームをまずファイバーオプチツクの入力面３３に
適切なレンズ３９によって集束させる。図示したファイ
バーオプチツクについてはし／ズ３９は円形レンズであ
り、平面オプチツクス（たとえば前記の顕微鏡スライド
）については円筒形のレンズが用いられるであろう。レ
ンズ３９の前面はレンズ軸と同軸の同心円パターンにエ
マルジョ／で被覆されている。これによってソリッド入
力ビームから同心同軸環状断面のビームが得られる。説
明のためにレンズ３９に入る入力ビームがすでに分離し
た環状断面ビームに分かれているものと、して示されて
いる点を留意されたい。エマルジョンの環の数、従って
生じる別個の円形ビームの数は、検出器１３において要
求される角度によって支配されるでろろう。レンズ直径
２ｃｒｒＬｇよびファイバーオプチツク直径１ｍｍの一
般的形態の場合、環の数は一般に２５６であろう。

光はファイバーオプチツクの材料内へ伝達されるのに伴
ってファイバーオプテツク壁で前記の様式により内部反
射され、図示されたように明確なパターンをとる。特に
、ファイバーオプチツクに沿った地点４０に、複合入力
ビームを構成する分離したビームが集束するのが認めら
れるであろう。

焦点４０を越えると光線パターンが繰返され、従ってフ
アイバーオプチツクの長さに沿って他の焦点（図示され
ていない）が生じるであろう。入力面３３から第１焦点
４０までの距離ｄは次式により与えられる。

勾配の増分（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｇｒａｄｉｅ
ｎｔ）は軸に対する進入ビームの角の正接な勾配に換算
したものを意味する。たとえば直径１０ミクロンの一般
的なファイバーにつぎ０．００１の勾配においては、距
離ｄは２０ｍｍである。厳密な距離ｄは個々の円形入力
ビームの数に依存し、その数が多いほど距離は大さ（な
ることは認められるであろう。

第７図の形態の場合、ファイバーオプチツクの傾斜した
出口面が焦点４０（または長いファイバーオプテツクを
必要とする場合、その後方の焦点のいずれか）を通る位
置に形成される。ブロック１５中へ通過する、生じた発
散性の出力ビーム４１は前記のように検出器１３へ向け
られる。

この形態の利点は、傾斜した出口面における内部反射の
地点が集束しているので、有効帯域の大ぎさが最小限に
保たれ、従って層２５および２６の不規則性によって生
じる誤差が小さくなることである。

本発明の他の形態（図示されていない）においては、ブ
ロック１５は２以上のファイバーオプチツク２３を含み
、これらがそれぞれ共通の光源、または別個の光源によ
り照射される。これら余分のファイバーオプチツクスは
表面２４と共面であり、隣接ファイバーオプチツクスと
間隔を置いた傾斜した出口面に末端を有し、前記のよう
に金属層２５′ｊ６よび感受性層２６で被覆されている
。この手段により数個の別個の有効領域が定められ、そ
れらそれぞれにおいて共通の試料の分析が行われること
が認められるであろう。１試料について多種の試験が実
施されるほか、この形態では参考試験を設定しうる。あ
るいは別個の試料供給様式−すなわち別個のウェル２０
など−を設けることにより、多数の異なる試料につぎ同
時に同じ試験を実施することができる。

本発明のさらに他の形態（図示されていない）において
は、ファイバーオプチツクの代わシに透明な材料、たと
えばプラスチックまたはガラスのプレートが用いられる
一顕微説スライドが適切であろう。シートの一端が上記
の傾斜した出口面で形成され、光は反対側の末端に入力
される。この種のシートを用いる利点は、多重入力ビー
ムをシートの入力端に施すことができ、これらが適正に
調整されるとシートに沿って別個に独立して他端へ伝達
されることである。上記の様式における数個の別個の有
効領域と組合わせると、これによって多数の異なる試料
の同時分析が可能となり、または多種の異なる試験（た
とえば異なる抗体を用いて）を共通の試料につき同時に
実施することが可能となる。

ファイバーオプテツクを用いて光をプラズモン共鳴が起
こる表面へカンプリングさせることによって有効帯域の
面積を最小限にすることができ、これによって金属およ
び抗体薄膜における不連続性による誤差が小さ（なる。

このほか、高価な抗体薄膜の物理的寸法が最小限に抑え
られる。このシステム自体は大量生産でき、上記の様式
ではファイバー自体およびこれに付随する部品は使い捨
てするのに十分なほど安価である。

ファイバーオプチツク２３は直線として示されているが
、装置の物理的拘束によりそれが要求される場合には彎
曲したファイバーオプチツクを用いてはいけない理由は
ない。たとえば各ファイバーオプチツクを別個の光源で
照射する多重ファイバー装置の場合、（比較的大型の）
光源から（比較的近接した）有効帯域へ彎曲したファイ
バーオプチツクスを使用することはよシ好都合であるこ
とが認められる。

ブロック１５Ｅよびファイバー２３の屈折率は、生じる
表面プラズモン共鳴の質をある程度考慮して選ばなけれ
ばならない。特に本発明者らは共鳴の少な（とも一方何
、好ましくは両側に急勾配を求める。これにより勾配を
代数的に相加して、より高い振幅の出力信号、従って改
良されたＳＮ比（ｇｉｇｔ＊ａｌ　ｔｏ　ｎｏｉｓｅ　
ｒａｔｉｏ）を得ることができるからである。一般にフ
ァイバーの屈折率は良好な共鳴を得るために一般的な試
料液に浸漬した感受性層２６の屈折率との関連において
選ばれる。

そしてブロック１５の屈折率は要求される光学的特性を
得るためにファイバーの屈折率との関連において選ばれ
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
めの既知の実験的配列様式を示す図である。 第３図は本発明によるセンサーの一形態の模式的側面図
でらる。 第４図は第３図のセンサーの一部を拡大した模式的側面
図でｈｖ、光線の通路の例を示す。 第５図は第３図のセンサーの一部をより拡大した模式的
側面図であり、光線の通路の他の例を示す。 第６図は環状の光ビームがファイバーオプチツクに沿っ
て伝達される状態を示す模式的側面図である。 第７図は第５図と同様な図であるが、第６図の場合と同
様に環状ビームを用いた例を示す。 各図において番号は下記のものを表わす。 １：入射ビーム　　　　２：３の内光 ３ニガラス質体　　　　４：内部反射ビーム５二金属薄
Ｍ　　　　　６：抗体薄膜 ７：試料　　　　　８：５と６の界面；プリズム１１：
ケーシング １２：ダイオード−レンズ−アセ／プリー１３：検出器
　　　　　１４：ウェル １５ニブロツク　　　　　１６　：１５の上部側面１７
：吸収材料ディスク　１８：有効脩域１９：上部ディス
ク　　　２ｏ：試料ウェル２１：中間ディスク　　　２
２　：　２１の開口２３：ファイバーオプチツク　２４
：１５の表面２５：金属薄膜　　　　　２６：感受性層
２７：１４の窓　　　　　３ｏ：入射ビーム３１：内部
反射ビーム　　３２：光ビーム３３：入力面　　　　　
　３４：クラッド層３９：レンズ　　　　　　４０：焦
点 （外４名） Ｆｔａ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、生物学的、生化学的または化学的試験に用いるセン
   サーであつて、入力端および出力端を有する光導波路（
   光導波路の出力端は傾斜した端面を備えるべくその軸に
   対し角度をなして切断されている）、その出力が光導波
   路の入力端に与えられる電磁線源、上記の面において内
   部反射された線源からの電磁線を監視するための手段、
   傾斜した面に施された金属材料層、金属材料層に施され
   た感受性物質層、および感受性層上にこれと反応すべく
   被分析試料を導入するための手段からなり、その配列は
   光導波路の上記面に入射した電磁線が表面プラズモン共
   鳴を起こすものであり、上記監視手段により検出される
   該共鳴の特色は試料と感受性層の反応に依存するもので
   あるセンサー。 ２、光導波路が使用される電磁線に対し透明な固体材料
   から形成され、電磁線がこれに沿つてその内面における
   内部反射により伝達される、請求項１に記載の装置。 ３、光導波路がフアイバーオプチツクである、請求項２
   に記載のセンサー。 ４、光導波路が透明な材料の角形スラブ、たとえば顕微
   鏡スライドである、請求項２に記載のセンサー。 ５、導波路の材料が導波路の材料の屈折率より小さい屈
   折率を有する材料でクラッドされている、請求項２ない
   し４のいずれかに記載のセンサー。 ６、導波路の材料およびそのクラッド（これを有する場
   合）が透明な材料のブロック内に埋込まれている、請求
   項２ないし５のいずれかに記載のセンサー。 ７、ブロックの材料が導波路の材料の屈折率より小さい
   屈折率を有する、請求項６に記載のセンサー。 ８、ブロックが導波路媒体の傾斜した端面において内部
   反射されて該媒体の外へ通過する光を受容すべく配置さ
   れ、かつ該ブロックは上記の内部反射した光が監視手段
   上へ入射する状態で貫通する出力面を備えている、請求
   項６または７に記載のセンサー。 ９、出力面が湾曲しており、電磁線が上記端面に入射す
   る地点と一致する曲率中心を有する、請求項８に記載の
   センサー。 １０、さらに、線源からの電磁線を傾斜した端面上に集
   束させるための集束手段を含む、請求項１ないし９のい
   ずれかに記載のセンサー。 １１、さらに、線源からの電磁線を光導波路の入力端上
   に集束させるための集束手段を含む、請求項１ないし９
   のいずれかに記載のセンサー。 １２、光導波路が円形の横断面を有し、さらに線源から
   の電磁線を一連の別個の、半径方向に間隔を置いた円形
   断面の同軸ビーム状となすための手段を含むものである
   、請求項１１に記載のセンサー。 １３、光導波路が角形の横断面を有し、さらに線源から
   の電磁線を一連の別個の、間隔を置いた平面ビーム状と
   なすための手段を含むものである、請求項１１に記載の
   センサー。１４、光導波路の軸方向長さが、別個の入力
   ビームすべてを端面に共通に集束させるものである、請
   求項１２または１３に記載のセンサー。 １５、共通の線源または個々の分離した線源により照明
   される光導波路をさらに１′個または２個以上含み、単
   一試料または多種の試料中における多種の被分析体の試
   験を同時に行うことが可能である、請求項１ないし１４
   のいずれかに記載のセンサー。