JPH0259646A - 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雑文が゛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（Ｌ　ｉｅｂｅｒｇ）、ニーうンダー（Ｎ　
ｙｌａｎｄｅｒ）およびランドストローム（Ｌ　ｕｎｄ
ｓｔｒｏｍ）、５ｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔ
ｏｒｓ、Ｖｏｌ。

４　、ｐ、　２９９に発表されている。添付の図面の第
１図はこの雑文に記載された装置の図である。光ビーム
１がレーザーＲ（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１１に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験的にｍ＋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きが生
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伴っ
て、特定の入射角において内部反射ビ〒ム４の強度の鋭
いディッブ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イツプ曲線
の半分の位置−ここでは応答が実質的に直線状であるー
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９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１
０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１
１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摸式的に示す。ブロック１
２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ｎｌ／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ｎｌ／ｎ
２における透過は角度θ１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
度的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。

共鳴時に起こるデイツプを監視するために、界面ｎ２／
ｎ３を共鳴入射角−普通は約６３゛である一付近の角度
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５０　ｒ、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怒受性領
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チッ
ク・セバレーションズ・リミテイツ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貫ハネカムフ
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。渇きにより一端２００ｎ輪の直径の開口が一
端では２０１１餉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
くとも短い試験期間中、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、
そして堝き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きは追加開口は、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
ることは分がるであろう。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
につき像と形成するために、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ち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８９３０
４５７０．８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て多種多様
な用途をもつ悪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きするＤＮＡ／ＲＮＡ
プローブ、またはレクチン、糖蛋白質もしくは姉未基質
−これらはすべて２分子型認識対の他方のパートナ−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
子を補捉するためのリン脂質型分子の単層の形のもの、
または多糖類を補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
成しうろことが認められた。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を結会し、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
て作用しつ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６ 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１１２１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−または赤
外線ダイオードレーザ−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普通の光源も使用できる
。

光１９は鏡２０／＼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−金属薄膜層一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−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、渇きにより光学結合用
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０反射面２１がら入
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２
７において光を内部反射させる。内部反射した光はブロ
ワ゛りを通過し、他の凹形反射面２８において反射され
て、光検出器２９の恐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７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きは、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イツプが生じ
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、デイツプ全体の像が
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伴っ
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
に伴うデイツ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、デイツプ特性の変化を観察するだけでよ
い９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
に光が入射する地点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
に示したものより複雑な鎖糸によって達成され、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３
０を含む形で配置される。フィルへ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３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Ｎ３３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は吸収望域
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３
３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ｆｌ
＠３８に沿って外側へ反対方向に、吸収材ｑ３９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
あれば一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、従って反射デイツ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
上でデイツ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
がらの出力と同期化し、これにより検出器２９がらの出
方をスロット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
射デイツプは、反応を行う前にセルにある種の中性溶液
または＃Ｉｔ街液を導通した際に得られるデイツプから
求めることができる。この方法に関しては、試料が層３
３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２２．２３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
角は実際のデイツプ角となるべく　ｉＵぶが、または反
射デイツプの半分の角度てあってもよい。

各試験が終了した時点でフィルム２４を隣接スロット３
５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、アノチック・セパレーションズ・リミテッド製の、
硬貨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１頃次供給する。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、
たとえばアノチ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、−最に５０〜１
１００ｎの厚さであるため、入射光に対して効果的に透
明である。黍照番号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４
６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。

アノチ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
されたくたとえば多孔質の）１！を上記の形態のカード
に組込む。層の順序は、硬質多孔性（たとえばアノチッ
ク）層−感受性層一金属薄膜層一構造層である。この後
者の層は試料液をアノチ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な使用済み試料を受容す
るために、カードの縁に吸収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
はいずれか好都き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
受性頭載を備えている、このＰ４，４も検出器からの出
力は鏡２０の走査と同期ｆヒされ、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ニガラ
ス体　　　　　　　　４：反射光５．１３：金属薄膜　
　　　　　６：抗体薄膜７：試料　　　　　　　　　　
８：プリズノ、く第２図）Ｉ２；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１
９・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 ３５ニスロツト ３７：面取り部分 ３９：吸収領域 ４１：４０の開口 ４３：４２のスタック ４５：プッシャー機構 ４７：１４の上面カバー ３４ニブレフオ一ム層 ３６　：　３４の上面 ３８：通路 ４０：使い捨てカセット ４２：使い捨てカード ４４：ビン ４６　：　４７の開口 Ｆｌｏ、４ Ｆｔｃｙ、６ 手 続 補 正 書 １、事件の表示 平成１年特許願第１２６５２１号 ２、発明の名称 生物学的センサー ３゜ 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　アマ−ジャム・インターナショナル・ビーエ
ルシー４６代 理 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、メンブレンが軟質である、請求項１に記載のセンサ
   ー。 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、メンブレンがカセットの形にパッケージされた、請
   求項３に記載のセンサー。 ５、電磁線に対して透明な硬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ないし４のいずれかに記載のセンサー
   。 ６、ブロックが透明薄膜のものと同一の屈折率を有する
   材料で作成された、請求項５に記載のセンサー。 ７、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ないし６のいずれかに記載のセンサー。 ８、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７に記載のセンサー。 ９、追加層が多孔質材料層の形をとり、これを感受性層
   と反応するために試料が遠い側から貫通する、請求項８
   に記載のセンサー。 １０、追加層が、感受性層から遠い面よりその反対側の
   面まで伸びた通路手段を含む構造層の形をとる、請求項
   ８に記載のセンサー。 １１、追加層が、試料を感受性薄膜を横切って吸引すべ
   く作動しうる吸収材料を含む、請求項１０に記載のセン
   サー。 １２、多数の試料を同時に試験しうるために複数の通路
   手段が設けられ、該通路手段はメンブレン表面に間隔を
   置いて配置され、かつ通路手段を横切って前記面上のビ
   ーム入射地点を走査するための走査手段が備えられた、
   請求項１０または１１に記載のセンサー。 １３、感受性薄膜が連続的でなく、金属薄膜に施された
   感受性物質の複数の別個の領域の形をとり、これら別個
   の領域それぞれに１個の通路手段が付随する、請求項第
   １２項に記載のセンサー。 １４、感受性薄膜が連続的でなく、金属薄膜に施された
   感受性物質の複数の別個の領域の形をとり、かつこれら
   別個の領域を横切って面上のビーム入射地点を走査する
   ための走査手段が備えられた、請求項１ないし１１のい
   ずれかに記載のセンサー。