JPH05332937A - オプティカルイオンセンサー - Google Patents
オプティカルイオンセンサーInfo
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- JPH05332937A JPH05332937A JP13531992A JP13531992A JPH05332937A JP H05332937 A JPH05332937 A JP H05332937A JP 13531992 A JP13531992 A JP 13531992A JP 13531992 A JP13531992 A JP 13531992A JP H05332937 A JPH05332937 A JP H05332937A
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- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】感度低下の原因となるノイズ等の影響を少なく
抑制できる条件を特定し、その条件においてＬＢ膜を形
成することにより、センサーの機能を有効に発揮させる
ことができるオプティカルイオンセンサーを提供するこ
と。 【構成】ラングミュアー・ブロジェット法に従い、膜電
位感受性色素および特定物質認識機能を有する物質を含
有した両親媒性物質を水面上に展開し、形成された単分
子膜を圧縮した後に基板に累積して形成されるオプティ
カルイオンセンサーにおいて、累積時の表面圧を相転移
前の表面圧として累積した膜からなるオプティカルイオ
ンセンサー。
抑制できる条件を特定し、その条件においてＬＢ膜を形
成することにより、センサーの機能を有効に発揮させる
ことができるオプティカルイオンセンサーを提供するこ
と。 【構成】ラングミュアー・ブロジェット法に従い、膜電
位感受性色素および特定物質認識機能を有する物質を含
有した両親媒性物質を水面上に展開し、形成された単分
子膜を圧縮した後に基板に累積して形成されるオプティ
カルイオンセンサーにおいて、累積時の表面圧を相転移
前の表面圧として累積した膜からなるオプティカルイオ
ンセンサー。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料中の特定成分を測
定するための光センサーに関する。特に、電位感受性色
素を超薄膜のＬＢ膜内に固定した光センサーと、これを
用いた測定方法に関する。
定するための光センサーに関する。特に、電位感受性色
素を超薄膜のＬＢ膜内に固定した光センサーと、これを
用いた測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＢ膜（ラングミュア・ブロジェ
ット膜）の製作技術が発展し、これによって種々の薄膜
設計が可能となってきている。ＬＢ膜の作製技術につい
ては、岡田正和他編「分子設計技術（サイエンスホーラ
ム社刊）８９〜１０１頁に詳細に説明されている。
ット膜）の製作技術が発展し、これによって種々の薄膜
設計が可能となってきている。ＬＢ膜の作製技術につい
ては、岡田正和他編「分子設計技術（サイエンスホーラ
ム社刊）８９〜１０１頁に詳細に説明されている。
【０００３】本発明者は先に、ＬＢ法を用いて、イオン
性の両親媒性化合物および反対荷電のイオン性基を有す
る高分子からなるイオンコンプレックス物質と、膜電位
感受性色素と、特定物質選択機能分子とによって薄膜を
形成し、この薄膜を光ファイバー又はガラス基板等に累
積したオプティカルイオンセンサーを提案した（特願平
１−２５９６１１号）。
性の両親媒性化合物および反対荷電のイオン性基を有す
る高分子からなるイオンコンプレックス物質と、膜電位
感受性色素と、特定物質選択機能分子とによって薄膜を
形成し、この薄膜を光ファイバー又はガラス基板等に累
積したオプティカルイオンセンサーを提案した（特願平
１−２５９６１１号）。
【０００４】他方、ボルフバイス等は両親媒性物質とし
てアラキン酸等を用い、同様のオプティカルイオンセン
サーの研究を進めている（Ｏ．Ｓ．Ｗｏｌｆｂｅｉｓ，
ｅｔａｌ．，Ａｒａｌｙｔｉｃａ Ｃｈｉｎｉｃａ Ａ
ｃｔａ，１９８（１９８７）１−１２）。
てアラキン酸等を用い、同様のオプティカルイオンセン
サーの研究を進めている（Ｏ．Ｓ．Ｗｏｌｆｂｅｉｓ，
ｅｔａｌ．，Ａｒａｌｙｔｉｃａ Ｃｈｉｎｉｃａ Ａ
ｃｔａ，１９８（１９８７）１−１２）。
【０００５】又、本件の発明者は、先ＬＢ膜評価装置を
開発し（特願平０２−２３３１１２）、これを用いて水
面上に形成した単分子膜を直接その場で観察し、膜の特
性評価を行なっている。
開発し（特願平０２−２３３１１２）、これを用いて水
面上に形成した単分子膜を直接その場で観察し、膜の特
性評価を行なっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、両親媒性物質に機能性物質を含有させたＬＢ膜を用
いたセンサーの研究を進めてみると、未だ次のような問
題が残されていることが判明した。
に、両親媒性物質に機能性物質を含有させたＬＢ膜を用
いたセンサーの研究を進めてみると、未だ次のような問
題が残されていることが判明した。
【０００７】第一に、単に上記のＬＢ膜を圧縮し、累積
しただけでは、機能性物質本来の機能を有効に発揮させ
ることが困難なことである。そのため、これをセンサー
として用いた場合に、特定物質の濃度変化に対して、膜
電位感受性色素による蛍光強度変化が小さかったり、選
択性が良くないなどの問題が生じる。
しただけでは、機能性物質本来の機能を有効に発揮させ
ることが困難なことである。そのため、これをセンサー
として用いた場合に、特定物質の濃度変化に対して、膜
電位感受性色素による蛍光強度変化が小さかったり、選
択性が良くないなどの問題が生じる。
【０００８】第二に、ＬＢ膜は分子が高度に配向制御さ
れた膜であるため、機能性物質が特定物質を取り込んだ
り反応を起こした時に膜の乱れが生じることである。こ
の乱れがノイズとなり、感度の低下を生じるものと思わ
れる。
れた膜であるため、機能性物質が特定物質を取り込んだ
り反応を起こした時に膜の乱れが生じることである。こ
の乱れがノイズとなり、感度の低下を生じるものと思わ
れる。
【０００９】さらに第三の問題は、このような機能性Ｌ
Ｂ膜をセンサーとして用いた場合、サンプル溶液自体が
光学的測定に影響を及ぼすことである。例えば、本発明
のオプティカルセンサーを用いて血液等の測定を行なう
と、血中の種々の成分による吸光および蛍光がノイズの
原因となり、精度の高い測定を行なうことができない。
Ｂ膜をセンサーとして用いた場合、サンプル溶液自体が
光学的測定に影響を及ぼすことである。例えば、本発明
のオプティカルセンサーを用いて血液等の測定を行なう
と、血中の種々の成分による吸光および蛍光がノイズの
原因となり、精度の高い測定を行なうことができない。
【００１０】従って、本発明の第一の課題は、上記のよ
うな影響を少なく抑制できる条件を特定し、その条件に
おいてＬＢ膜を形成することにより、センサーの機能を
有効に発揮させることである。さらに、本発明の第二の
課題は、血中成分などのようなサンプル中の成分による
影響を少なく抑制できる測定方法を提供することであ
る。
うな影響を少なく抑制できる条件を特定し、その条件に
おいてＬＢ膜を形成することにより、センサーの機能を
有効に発揮させることである。さらに、本発明の第二の
課題は、血中成分などのようなサンプル中の成分による
影響を少なく抑制できる測定方法を提供することであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】上記第一の課
題は、ラングミュアー・ブロジェット法に従い、膜電位
感受性色素および特定物質認識機能を有する物質を含有
した両親媒性物質を水面上に展開し、形成された単分子
膜を圧縮した後に基板に累積して形成されるオプティカ
ルイオンセンサーにおいて、累積時の表面圧を相転移前
の表面圧として累積した膜からなるオプティカルイオン
センサー（第一発明）によって達成される。
題は、ラングミュアー・ブロジェット法に従い、膜電位
感受性色素および特定物質認識機能を有する物質を含有
した両親媒性物質を水面上に展開し、形成された単分子
膜を圧縮した後に基板に累積して形成されるオプティカ
ルイオンセンサーにおいて、累積時の表面圧を相転移前
の表面圧として累積した膜からなるオプティカルイオン
センサー（第一発明）によって達成される。
【００１２】また、上記第二の課題は、膜電位感受性色
素および特定物質認識能を有する物質を含有した両親媒
性物質からなるＬＢ膜をガラス基板の片側に形成し、光
学的測定を行なう際には、入射光を前記ガラス基板のＬ
Ｂ膜を形成しない側から入射すると共に、前記ＬＢ膜と
ガラス基板との界面で全反射を起こすように入射角を設
定して光学的変化を測定することを特徴とする測定法
（第二発明）によって達成される。以下、本発明を詳細
に説明する。
素および特定物質認識能を有する物質を含有した両親媒
性物質からなるＬＢ膜をガラス基板の片側に形成し、光
学的測定を行なう際には、入射光を前記ガラス基板のＬ
Ｂ膜を形成しない側から入射すると共に、前記ＬＢ膜と
ガラス基板との界面で全反射を起こすように入射角を設
定して光学的変化を測定することを特徴とする測定法
（第二発明）によって達成される。以下、本発明を詳細
に説明する。
【００１３】第一発明は、後述の実施例に示すように、
ラングミュアー・ブロジェット法に従って形成された単
分子膜を圧縮し、これを基板に累積して構成されたオプ
ティカルイオンセンサーにおいては、累積時の表面圧を
相転移後の圧力とするか、或いは相転移前の圧力とする
かによって、オプティカルイオンセンサーとしての特性
が著しく異なるという新規な知見に基づいている。
ラングミュアー・ブロジェット法に従って形成された単
分子膜を圧縮し、これを基板に累積して構成されたオプ
ティカルイオンセンサーにおいては、累積時の表面圧を
相転移後の圧力とするか、或いは相転移前の圧力とする
かによって、オプティカルイオンセンサーとしての特性
が著しく異なるという新規な知見に基づいている。
【００１４】この知見を得るために行った実験において
は、まず、下水相に種々の濃度の特定物質を含有させ、
その水面上に膜電位感受性色素および機能性物質を含有
した両親媒性物質を展開する。ここで形成された単分子
膜について、π−Ａ曲線およびモルフォロジー観察を行
なって最適条件を求めた後、その条件でガラス基板にＬ
Ｂ膜を構成し、オプティカルイオンセンサーとしての特
性を調べた。
は、まず、下水相に種々の濃度の特定物質を含有させ、
その水面上に膜電位感受性色素および機能性物質を含有
した両親媒性物質を展開する。ここで形成された単分子
膜について、π−Ａ曲線およびモルフォロジー観察を行
なって最適条件を求めた後、その条件でガラス基板にＬ
Ｂ膜を構成し、オプティカルイオンセンサーとしての特
性を調べた。
【００１５】π−Ａ曲線の測定およびＬＢ膜の製作に
は、市販のＬＢ膜製作装置（ＵＳＩシステム社製 ＦＳ
Ｄ５０）を用いた。モルフォロジー観察には、本発明者
が特願平２−２３３１１２で提案した、水面上単分子膜
のその場観察装置を用いた。
は、市販のＬＢ膜製作装置（ＵＳＩシステム社製 ＦＳ
Ｄ５０）を用いた。モルフォロジー観察には、本発明者
が特願平２−２３３１１２で提案した、水面上単分子膜
のその場観察装置を用いた。
【００１６】又、オプティカルイオンセンサーとしての
特性の測定は、図１に示すように、蛍光光度計に自作の
フローセルをセットした測定装置を用い、サンプルをフ
ローセルに連続的に供給して行なった。同図において、
１０はフローセル、１１はガラス基板、１２はＬＢ膜で
ある。
特性の測定は、図１に示すように、蛍光光度計に自作の
フローセルをセットした測定装置を用い、サンプルをフ
ローセルに連続的に供給して行なった。同図において、
１０はフローセル、１１はガラス基板、１２はＬＢ膜で
ある。
【００１７】上記実験の結果、相転移前の圧力にて累積
したＬＢ膜を用いることにより、特定物質イオンの濃度
に対する蛍光強度の変化が大きく、また他のイオンの影
響も受けずに、精度の高い測定を行なえることが確認さ
れた。次に、第二の発明に係る測定法について説明す
る。
したＬＢ膜を用いることにより、特定物質イオンの濃度
に対する蛍光強度の変化が大きく、また他のイオンの影
響も受けずに、精度の高い測定を行なえることが確認さ
れた。次に、第二の発明に係る測定法について説明す
る。
【００１８】光を高屈折の媒質から低屈折率の媒性に入
射すると、ある角度以上では全反射する。このような条
件においても、低屈折率媒質側にはエバネッセント波と
呼ばれる光のしみだしが起きている。エバネッセント波
のしみだしは高々１波長分に過ぎないため、このエバネ
ッセント波を用いることによって、低屈折媒質の光学的
変化を高屈折媒質側の極く近傍のみに限定してとらえる
ことができる。
射すると、ある角度以上では全反射する。このような条
件においても、低屈折率媒質側にはエバネッセント波と
呼ばれる光のしみだしが起きている。エバネッセント波
のしみだしは高々１波長分に過ぎないため、このエバネ
ッセント波を用いることによって、低屈折媒質の光学的
変化を高屈折媒質側の極く近傍のみに限定してとらえる
ことができる。
【００１９】第二発明においては、高屈折媒質がガラス
プレート、低屈折媒質が機能性ＬＢ膜で構成される。Ｌ
Ｂ膜は、単分子の厚みの膜を積層して成膜されるため、
オングストロームオーダーでの膜厚制御が可能であり、
エバネッセント波を効率よく利用することができる。ま
た、このＬＢ膜を介してサンプル液と接触する際におい
ても、エバネッセント波の強度は反射面から指数関数的
に減衰するため、サンプル液による光学的影響は非常に
小さい。従って、本方法を用いることにより、血液等の
測定を行なう場合にも、血液等による光学的影響を最小
限に抑えた測定が可能となる。
プレート、低屈折媒質が機能性ＬＢ膜で構成される。Ｌ
Ｂ膜は、単分子の厚みの膜を積層して成膜されるため、
オングストロームオーダーでの膜厚制御が可能であり、
エバネッセント波を効率よく利用することができる。ま
た、このＬＢ膜を介してサンプル液と接触する際におい
ても、エバネッセント波の強度は反射面から指数関数的
に減衰するため、サンプル液による光学的影響は非常に
小さい。従って、本方法を用いることにより、血液等の
測定を行なう場合にも、血液等による光学的影響を最小
限に抑えた測定が可能となる。
【００２０】
【実施例】まず、第一発明の実施例について述べる。 実施例１：（π−Ａ曲線及びモルフォロジー観察）
【００２１】両親媒性物質であるジドデシルリン酸中
に、膜電位感受性色素としてオクタデシルローダミンＢ
を２ｍｏｌ％と、機能性物質としてバリノマイシンを１
０ｍｏｌ％含むクロロホルム溶液を調製した。この溶液
を種々の塩を含む水面上に展開し、形成された単分子膜
について、そのπ−Ａ曲線およびモルフォロジー観察を
行なった。ここで用いた色素は、膜電位に応じて蛍光強
度が変化する性質を有する。また、バリノマイシンは、
Ｋ+ イオンを選択的に補足する機能を有している。
に、膜電位感受性色素としてオクタデシルローダミンＢ
を２ｍｏｌ％と、機能性物質としてバリノマイシンを１
０ｍｏｌ％含むクロロホルム溶液を調製した。この溶液
を種々の塩を含む水面上に展開し、形成された単分子膜
について、そのπ−Ａ曲線およびモルフォロジー観察を
行なった。ここで用いた色素は、膜電位に応じて蛍光強
度が変化する性質を有する。また、バリノマイシンは、
Ｋ+ イオンを選択的に補足する機能を有している。
【００２２】次に、ジドデシルリン酸中にオクタデシル
ローダミンＢを２ｍｏｌ％含み、かつバリノマイシンは
含まないクロロホルム溶液を調製した。この溶液を用い
て上記と同様の実験を行ない、両者を比較した。
ローダミンＢを２ｍｏｌ％含み、かつバリノマイシンは
含まないクロロホルム溶液を調製した。この溶液を用い
て上記と同様の実験を行ない、両者を比較した。
【００２３】機能性物質のバリノマイシンを含む膜につ
いて、下水相の塩をＮａＣｌまたはＫＣｌとし、種々の
濃度でπ−Ａ曲線を測定した結果を図２に示す。この結
果は、ＮａＣｌとＫＣｌで明らかにπ−Ａ曲線が異るこ
とを示している。また、バリノマイシンがＫ+ イオンに
対して選択的に機能していることを示唆している。一
方、バリノマイシンを含まない膜においては、ＮａＣｌ
とＫＣｌでその変化の傾向に違いは認められない（図
３）。
いて、下水相の塩をＮａＣｌまたはＫＣｌとし、種々の
濃度でπ−Ａ曲線を測定した結果を図２に示す。この結
果は、ＮａＣｌとＫＣｌで明らかにπ−Ａ曲線が異るこ
とを示している。また、バリノマイシンがＫ+ イオンに
対して選択的に機能していることを示唆している。一
方、バリノマイシンを含まない膜においては、ＮａＣｌ
とＫＣｌでその変化の傾向に違いは認められない（図
３）。
【００２４】モルフォロジー観察においては、バリノマ
イシンを含まない場合（図４，図５）、並びにバリノマ
イシンを含んでもＮａＣｌ上での変化（図６）では同様
の傾向を示す。しかし、バリノマイシンを含んだ膜のＫ
Ｃｌ上（図７）では、特に１０-2Ｍの濃度において顕著
に見られるように、他の場合とは異なっている。即ち、
他の場合はデントライトを形成しているのに対して、こ
の場合には形状も円形へと変化していることがわかる。
よって、この膜は機能性膜として働らいていることがわ
かった。
イシンを含まない場合（図４，図５）、並びにバリノマ
イシンを含んでもＮａＣｌ上での変化（図６）では同様
の傾向を示す。しかし、バリノマイシンを含んだ膜のＫ
Ｃｌ上（図７）では、特に１０-2Ｍの濃度において顕著
に見られるように、他の場合とは異なっている。即ち、
他の場合はデントライトを形成しているのに対して、こ
の場合には形状も円形へと変化していることがわかる。
よって、この膜は機能性膜として働らいていることがわ
かった。
【００２５】しかし、このモルフォロジー観察結果から
も容易に推察できるように、膜電位感受性色素の蛍光強
度は、膜電位以外の要素、すなわち、モルフォロジーの
変化によっても蛍光強度が変化しうる可能性を示してい
る。又、膜のイオン取込による膨張、収縮に伴う膜の乱
れや色素濃度変化等にも考慮する必要がある。そこで、
上述の実験結果を基に次の実験を行なった。 実施例２：（相転移後の圧力にて累積したＬＢ膜を用い
たオプティカルイオンセンサー） 実施例１で述べた材料を用い、次のようにしてオプティ
カルセンサーへの応用を試みた。
も容易に推察できるように、膜電位感受性色素の蛍光強
度は、膜電位以外の要素、すなわち、モルフォロジーの
変化によっても蛍光強度が変化しうる可能性を示してい
る。又、膜のイオン取込による膨張、収縮に伴う膜の乱
れや色素濃度変化等にも考慮する必要がある。そこで、
上述の実験結果を基に次の実験を行なった。 実施例２：（相転移後の圧力にて累積したＬＢ膜を用い
たオプティカルイオンセンサー） 実施例１で述べた材料を用い、次のようにしてオプティ
カルセンサーへの応用を試みた。
【００２６】まず、図８のπ−Ａ曲線における相転移点
以上の圧力（純水上で２５ｍＮ）で、ＬＢ膜を４層累積
した。次に、この基板を図１に示した蛍光光度計にセッ
トし、蛍光強度の変化を測定した。その結果、図９に示
すように、Ｋ+ イオン濃度に対する蛍光強度の変化は小
さく、良好な感度は得られなかった。 実施例３：（相転移前の圧力にて累積したＬＢ膜を用い
たオプティカルイオンセンサー） 実施例２の場合と同様にして、実施例１で述べた材料を
用い、そのオプティカルセンサーへの応用を試みた。
以上の圧力（純水上で２５ｍＮ）で、ＬＢ膜を４層累積
した。次に、この基板を図１に示した蛍光光度計にセッ
トし、蛍光強度の変化を測定した。その結果、図９に示
すように、Ｋ+ イオン濃度に対する蛍光強度の変化は小
さく、良好な感度は得られなかった。 実施例３：（相転移前の圧力にて累積したＬＢ膜を用い
たオプティカルイオンセンサー） 実施例２の場合と同様にして、実施例１で述べた材料を
用い、そのオプティカルセンサーへの応用を試みた。
【００２７】図８のπ−Ａ曲線における相転移点以下
で、且つ下水相のイオン濃度の変化に対してもπ−Ａ曲
線の変化が少ない点、即ち、純水上における１７ｍＮの
圧力でＬＢ膜を形成した。それ以外は実施例２と同様に
して、蛍光強度の変化を測定した。なお、この圧力では
デンドライトはまだ形成されず、膜が均一に光っている
ことはＬＢ膜評価装置で確認した。
で、且つ下水相のイオン濃度の変化に対してもπ−Ａ曲
線の変化が少ない点、即ち、純水上における１７ｍＮの
圧力でＬＢ膜を形成した。それ以外は実施例２と同様に
して、蛍光強度の変化を測定した。なお、この圧力では
デンドライトはまだ形成されず、膜が均一に光っている
ことはＬＢ膜評価装置で確認した。
【００２８】上記の測定結果を図１０に示す。図１０か
ら明らかなように、Ｋ+ イオン濃度に対する蛍光強度の
変化が大きく、またＮａイオンの影響も受けていないこ
とが確認された。
ら明らかなように、Ｋ+ イオン濃度に対する蛍光強度の
変化が大きく、またＮａイオンの影響も受けていないこ
とが確認された。
【００２９】なお、上記の実施例１，２，３では両親媒
性物質としてジドデシルリン酸を用いたが、一般的にジ
アルキルリン酸やジミリストイルフォスファチジン酸、
ジミリストイルフォスファチジルコリン等の相転移によ
り結晶を形成する物質も使用可能である。また、電位感
受性色素としてはシアニン系色素、メロシアニン系色
素、ローダミン系色素、オキソノール系色素、スチリル
系色素等を使用することができ、ジャーナル・オブ・メ
ンブラン・バイオロジー（Ｊ．ＭｅｍｂｒａｎｅＢｉｏ
ｌ．）Ｖｏｌ．１９，１〜３６（１９７４）に記載され
ている電位感受性色素を使用することもできる。その濃
度も、０．１〜５ｍｏｌ％の範囲で適宜変更することが
できる。
性物質としてジドデシルリン酸を用いたが、一般的にジ
アルキルリン酸やジミリストイルフォスファチジン酸、
ジミリストイルフォスファチジルコリン等の相転移によ
り結晶を形成する物質も使用可能である。また、電位感
受性色素としてはシアニン系色素、メロシアニン系色
素、ローダミン系色素、オキソノール系色素、スチリル
系色素等を使用することができ、ジャーナル・オブ・メ
ンブラン・バイオロジー（Ｊ．ＭｅｍｂｒａｎｅＢｉｏ
ｌ．）Ｖｏｌ．１９，１〜３６（１９７４）に記載され
ている電位感受性色素を使用することもできる。その濃
度も、０．１〜５ｍｏｌ％の範囲で適宜変更することが
できる。
【００３０】特定物質認識能を有する分子としては、バ
リノマイシン以外にも、電気化学第５３巻，Ｎｏ．１
２，９４２〜９４６（１９８５）に記載されているクラ
ウンエーテル類やクリプタンド類、さらにはジャーナル
・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ，第１１０
巻，Ｎｏ．２，５７１〜５７７（１９８８）（文献５）
に記載されているスフェランド類を使用することができ
る。これらの分子はイオン選択性を有し、カリウム、カ
ルシウム、ナトリウム、リチウム、マグネシウム等の特
定イオンを選択する機能を有する。これら特定物質認識
機能を有する物質の濃度としては、１〜５０ｍｏｌ％が
選択可能である。次に、第二発明の実施例を述べる。 実施例４ 図１の装置における光検出部およびフローセルを、図６
のように構成した。なお、これは蛍光測定の場合であ
る。
リノマイシン以外にも、電気化学第５３巻，Ｎｏ．１
２，９４２〜９４６（１９８５）に記載されているクラ
ウンエーテル類やクリプタンド類、さらにはジャーナル
・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ，第１１０
巻，Ｎｏ．２，５７１〜５７７（１９８８）（文献５）
に記載されているスフェランド類を使用することができ
る。これらの分子はイオン選択性を有し、カリウム、カ
ルシウム、ナトリウム、リチウム、マグネシウム等の特
定イオンを選択する機能を有する。これら特定物質認識
機能を有する物質の濃度としては、１〜５０ｍｏｌ％が
選択可能である。次に、第二発明の実施例を述べる。 実施例４ 図１の装置における光検出部およびフローセルを、図６
のように構成した。なお、これは蛍光測定の場合であ
る。
【００３１】ガラスプレート１１に設けられた入射光導
入用テーパ１４から、励起光３１を入射させる。ガラス
プレート１１の入射側は空気に接しており、反対側には
ＬＢ膜１２が累積されている。ガラスプレート１１とＬ
Ｂ膜１２との界面において全反射する条件で光を入射さ
せた場合、空気とガラスプレート１１の界面でも全反射
する。このため、励起光３１はガラスプレート１１の面
内で多重回反射されることになる。蛍光３２は、ガラス
プレート１１とＬＢ膜１２との界面で励起され、反射の
回数に従い増幅される。また、蛍光３２は光路に従った
広いエリアで発生するため、コレクターレンズ２２で集
光され，ディテクター２１で検出される。ＬＢ膜１２の
累積されたガラスプレート１１は、ホルダー１３によっ
て固定され、フローセル１０の一部を構成する。サンプ
ルは、フローセル１０の液流入口１５より導入され、連
続的に測定される。その測定の際、本発明の作用によっ
て、サンプルによる光学的影響を最小限に抑制すること
が可能である。 実施例５ 図１の装置における光検出部およびフローセルを、図１
２のように構成した。なお、これは透過光または吸光の
測定に用いられる。
入用テーパ１４から、励起光３１を入射させる。ガラス
プレート１１の入射側は空気に接しており、反対側には
ＬＢ膜１２が累積されている。ガラスプレート１１とＬ
Ｂ膜１２との界面において全反射する条件で光を入射さ
せた場合、空気とガラスプレート１１の界面でも全反射
する。このため、励起光３１はガラスプレート１１の面
内で多重回反射されることになる。蛍光３２は、ガラス
プレート１１とＬＢ膜１２との界面で励起され、反射の
回数に従い増幅される。また、蛍光３２は光路に従った
広いエリアで発生するため、コレクターレンズ２２で集
光され，ディテクター２１で検出される。ＬＢ膜１２の
累積されたガラスプレート１１は、ホルダー１３によっ
て固定され、フローセル１０の一部を構成する。サンプ
ルは、フローセル１０の液流入口１５より導入され、連
続的に測定される。その測定の際、本発明の作用によっ
て、サンプルによる光学的影響を最小限に抑制すること
が可能である。 実施例５ 図１の装置における光検出部およびフローセルを、図１
２のように構成した。なお、これは透過光または吸光の
測定に用いられる。
【００３２】入射光４１は、プリズム２３を通して入射
される。入射角は、ガラスプレート１１とＬＢ膜１２と
の界面で全反射されるように選ばれる。三角プリズム２
３とガラスプレート１１とはマッチングオイルを介して
接触しており、１回反射した後、反射光４２として、プ
リズム２３を通ってディテクタ２４に導びかれる。ま
た、実施例４の場合と同様にフローセルを構成している
ため、サンプルは液流路１５から連続的に導入され、測
定される。 実施例６ 図１の装置における光検出部およびフローセルを、図１
３のように構成した。なお、これは吸光および蛍光の両
方の検出に用い得る実施例である。
される。入射角は、ガラスプレート１１とＬＢ膜１２と
の界面で全反射されるように選ばれる。三角プリズム２
３とガラスプレート１１とはマッチングオイルを介して
接触しており、１回反射した後、反射光４２として、プ
リズム２３を通ってディテクタ２４に導びかれる。ま
た、実施例４の場合と同様にフローセルを構成している
ため、サンプルは液流路１５から連続的に導入され、測
定される。 実施例６ 図１の装置における光検出部およびフローセルを、図１
３のように構成した。なお、これは吸光および蛍光の両
方の検出に用い得る実施例である。
【００３３】入射光３１は、台形プリズム２６の片側の
テーパ面より導入され、ガラスプレート１１とＬＢ膜１
２との界面で全反射する角度で入射され、実施例４の場
合と同様にガラスプレート１１内を複数回反射した後、
台形プリズム２６のもう一方のテーパ面より透過する。
吸光の測定にはディテクタ２４が用いられ、蛍光の測定
にはコレクタレンズ２２を介してディテクタ２１が用い
られる。
テーパ面より導入され、ガラスプレート１１とＬＢ膜１
２との界面で全反射する角度で入射され、実施例４の場
合と同様にガラスプレート１１内を複数回反射した後、
台形プリズム２６のもう一方のテーパ面より透過する。
吸光の測定にはディテクタ２４が用いられ、蛍光の測定
にはコレクタレンズ２２を介してディテクタ２１が用い
られる。
【００３４】なお、ここで入射光３１として波長λ1 の
光を用いるとき、λ1 における台形プリズム２６の屈折
率ｎ1 、ガラスプレート１１の屈折率ｎ2 、ＬＢ膜１２
の屈折率ｎ3 の間の関係は、ｎ2 ＞ｎ1 ，ｎ3 とする。
また、ディテクタ２１に入射する蛍光の波長はλ2 （λ
2 ＞λ1 ）であり、ディテクタ２４に入射する光の波長
はλ1 である。台形プリズム２６とガラスプレート１１
とはマッチングオイルを介して接触しており、ガラスプ
レート１１はガラスホルダー１３でフローセル１０に固
定される。
光を用いるとき、λ1 における台形プリズム２６の屈折
率ｎ1 、ガラスプレート１１の屈折率ｎ2 、ＬＢ膜１２
の屈折率ｎ3 の間の関係は、ｎ2 ＞ｎ1 ，ｎ3 とする。
また、ディテクタ２１に入射する蛍光の波長はλ2 （λ
2 ＞λ1 ）であり、ディテクタ２４に入射する光の波長
はλ1 である。台形プリズム２６とガラスプレート１１
とはマッチングオイルを介して接触しており、ガラスプ
レート１１はガラスホルダー１３でフローセル１０に固
定される。
【００３５】本実施例において、ガラスプレートは高屈
折率の媒質としたが、測定波長に対し透明で屈折率の高
いものであるならば何でも使用可能である（例えばサフ
ァイヤ等）。 実施例７
折率の媒質としたが、測定波長に対し透明で屈折率の高
いものであるならば何でも使用可能である（例えばサフ
ァイヤ等）。 実施例７
【００３６】実施例４、実施例５、実施例６におけるガ
ラスプレートの構造を、図１４の如く、透明薄膜１６を
蒸着した構造にした。ここで、該薄膜の波長λ1 におけ
る屈折率をｎ4 とする。
ラスプレートの構造を、図１４の如く、透明薄膜１６を
蒸着した構造にした。ここで、該薄膜の波長λ1 におけ
る屈折率をｎ4 とする。
【００３７】この透明薄膜１６を蒸着したガラスプレー
ト１１を、実施例６の構造に適用した場合の説明図を図
１５に示す。なお、台形プリズム２６、ガラスプレート
１１、ＬＢ膜１２の屈折率を夫々ｎ1 ，ｎ2 ，ｎ3 と
し、マッチングオイルの屈折率は台形プリズム２６の屈
折率と等しいものと仮定する。
ト１１を、実施例６の構造に適用した場合の説明図を図
１５に示す。なお、台形プリズム２６、ガラスプレート
１１、ＬＢ膜１２の屈折率を夫々ｎ1 ，ｎ2 ，ｎ3 と
し、マッチングオイルの屈折率は台形プリズム２６の屈
折率と等しいものと仮定する。
【００３８】この実施例においては、薄膜１６の屈折率
ｎ4 を、ｎ4 ＞ｎ1 ，ｎ2 ，ｎ3 となるように設定す
る。同時に、図１４に示すように、薄膜１６をガラスプ
レート１１に対して段差を設けた切欠き構造とする。こ
れにより、入射光束３１を全反射の条件で入射させ、Ｌ
Ｂ膜１２にエバネッセント光を導入することができる。
ｎ4 を、ｎ4 ＞ｎ1 ，ｎ2 ，ｎ3 となるように設定す
る。同時に、図１４に示すように、薄膜１６をガラスプ
レート１１に対して段差を設けた切欠き構造とする。こ
れにより、入射光束３１を全反射の条件で入射させ、Ｌ
Ｂ膜１２にエバネッセント光を導入することができる。
【００３９】この実施例で用いた薄膜１６、即ち、比較
的屈折率が高く光学的に透明な薄膜としては、ＳｉＮ、
Ｔａ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 、Ｉｍ2 Ｏ3 等を用
いることができる。この薄膜１６を用いると、ガラスプ
レート１１のみで構成する場合と比較して、光学系の設
定に融通性があり、経済的であるという利点が得られ
る。
的屈折率が高く光学的に透明な薄膜としては、ＳｉＮ、
Ｔａ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 、Ｉｍ2 Ｏ3 等を用
いることができる。この薄膜１６を用いると、ガラスプ
レート１１のみで構成する場合と比較して、光学系の設
定に融通性があり、経済的であるという利点が得られ
る。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述したように、本願の第一発明に
よれば、濃度変化に対する蛍光強度の変化をできるだけ
大きくすることができ、感度の向上を達成することがで
きる。加えて、妨害イオンに対しても選択性の良好なオ
プティカルイオンセンサを製作することができる。ま
た、本願第二発明によれば、サンプルによる光学的影響
の少ない高精度の測定が可能となる。
よれば、濃度変化に対する蛍光強度の変化をできるだけ
大きくすることができ、感度の向上を達成することがで
きる。加えて、妨害イオンに対しても選択性の良好なオ
プティカルイオンセンサを製作することができる。ま
た、本願第二発明によれば、サンプルによる光学的影響
の少ない高精度の測定が可能となる。
【図１】本願第一発明が適用されるオプティカルイオン
センサーを用いたイオン濃度測定装置を示す説明図であ
る。
センサーを用いたイオン濃度測定装置を示す説明図であ
る。
【図２】本願第一発明に至る実験において、種々の濃度
のＮａＣｌまたはＫＣｌを含む水面上に展開して形成さ
れたバリノマイシン（機能性物質）を含む単分子膜につ
いて、π−Ａ曲線を測定した結果を示す図である。
のＮａＣｌまたはＫＣｌを含む水面上に展開して形成さ
れたバリノマイシン（機能性物質）を含む単分子膜につ
いて、π−Ａ曲線を測定した結果を示す図である。
【図３】 バリノマイシンを含まない点を除き、図２の
場合と同様にして形成された単分子膜について測定され
た、π−Ａ曲線を示す図である。
場合と同様にして形成された単分子膜について測定され
た、π−Ａ曲線を示す図である。
【図４】本願第一発明に至る実験において、種々の濃度
のＮａＣｌをむ水面上に展開して形成されたバリノマイ
シン（機能性物質）を含まない単分子膜について、その
モルホロジーを蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図であ
る。
のＮａＣｌをむ水面上に展開して形成されたバリノマイ
シン（機能性物質）を含まない単分子膜について、その
モルホロジーを蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図であ
る。
【図５】本願第一発明に至る実験において、種々の濃度
のＫＣｌを含む水面上に展開して形成されたバリノマイ
シン（機能性物質）を含まない単分子膜について、その
モルホロジーを蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図であ
る。
のＫＣｌを含む水面上に展開して形成されたバリノマイ
シン（機能性物質）を含まない単分子膜について、その
モルホロジーを蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図であ
る。
【図６】本願第一発明に至る実験において、種々の濃度
のＮａＣｌを含む水面上に展開して形成されたバリノマ
イシン（機能性物質）を含む単分子膜について、そのモ
ルホロジーを蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図であ
る。
のＮａＣｌを含む水面上に展開して形成されたバリノマ
イシン（機能性物質）を含む単分子膜について、そのモ
ルホロジーを蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図であ
る。
【図７】本願第一発明に至る実験において、種々の濃度
のＫＣｌを含む水面上に展開して形成されたバリノマイ
シン（機能性物質）を含む単分子膜について、そのモル
ホロジーを蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図である。
のＫＣｌを含む水面上に展開して形成されたバリノマイ
シン（機能性物質）を含む単分子膜について、そのモル
ホロジーを蛍光顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図８】純水上および下水層に種々のＫＣｌ塩を含んだ
場合のＬＢ膜の層転移圧を示すπ−Ａ曲線である。
場合のＬＢ膜の層転移圧を示すπ−Ａ曲線である。
【図９】本願第一発明に至る実験において、相転移後の
圧力で累積したＬＢ膜を用いて構成したオプティカルイ
オンセンサーの特性を測定した結果を示す図である。
圧力で累積したＬＢ膜を用いて構成したオプティカルイ
オンセンサーの特性を測定した結果を示す図である。
【図１０】本願第一発明に至る実験において、相転移前
の圧力で累積したＬＢ膜を用いて構成したオプティカル
イオンセンサーの特性を測定した結果を示す図である。
の圧力で累積したＬＢ膜を用いて構成したオプティカル
イオンセンサーの特性を測定した結果を示す図である。
【図１１】本願第二発明の第一の実施例を説明するため
の図である。
の図である。
【図１２】本願第二発明の第二の実施例を説明するため
の図である。
の図である。
【図１３】本願第二発明の第三の実施例を説明するため
の図である。
の図である。
【図１４】本願第二発明の第四の実施例に用いるガラス
基板を示す図である。
基板を示す図である。
【図１５】本願第二発明の第四の実施例を説明するため
の図である。
の図である。
１０…フローセル、１１…ガラス基板、１２…ＬＢ膜、
１３…ガラスプレートホルダー、１４…入射光導入用テ
ーパ、１５…液流入口、１６…透明薄膜、２１，２４…
ディテクター、２２…コレクタレンズ、２３…三角プリ
ズム、２６…台形プリズム、３１…励起光、３２…蛍
光。
１３…ガラスプレートホルダー、１４…入射光導入用テ
ーパ、１５…液流入口、１６…透明薄膜、２１，２４…
ディテクター、２２…コレクタレンズ、２３…三角プリ
ズム、２６…台形プリズム、３１…励起光、３２…蛍
光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越石 喜代三 神奈川県相模原市元橋本町７−32 (72)発明者 下村 政嗣 東京都小金井市中町２−24−48−103
Claims (2)
- 【請求項１】 ラングミュアー・ブロジェット法に従
い、膜電位感受性色素および特定物質認識機能を有する
物質を含有した両親媒性物質を水面上に展開し、形成さ
れた単分子膜を圧縮した後に基板に累積して形成される
オプティカルイオンセンサーにおいて、累積時の表面圧
を相転移前の表面圧として累積した膜からなるオプティ
カルイオンセンサー。 - 【請求項２】 膜電位感受性色素および特定物質認識能
を有する物質を含有した両親媒性物質からなるＬＢ膜を
ガラス基板の片側に形成し、光学的測定を行なう際に
は、入射光を前記ガラス基板のＬＢ膜を形成しない側か
ら入射すると共に、前記ＬＢ膜とガラス基板との界面で
全反射を起こすように入射角を設定して光学的変化を測
定することを特徴とする測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13531992A JPH05332937A (ja) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | オプティカルイオンセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13531992A JPH05332937A (ja) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | オプティカルイオンセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05332937A true JPH05332937A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15148973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13531992A Withdrawn JPH05332937A (ja) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | オプティカルイオンセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05332937A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003156432A (ja) * | 2001-11-22 | 2003-05-30 | Toshiba Corp | 光導波路型バイオケミカルセンサ |
| JP2003207445A (ja) * | 2002-01-16 | 2003-07-25 | Toshiba Corp | 携帯型検査装置および携帯型検査システム |
| JP2003279479A (ja) * | 2002-01-16 | 2003-10-02 | Toshiba Corp | 光導波路型グルコースセンサ及び光導波路型グルコース測定方法 |
| JP2003329684A (ja) * | 2002-05-14 | 2003-11-19 | Toshiba Corp | 光導波路型免疫センサ及び光導波路型免疫測定方法 |
| JP2004245637A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 表面電位測定装置 |
| JP2005037403A (ja) * | 2002-01-16 | 2005-02-10 | Toshiba Corp | 光導波路型グルコースセンサ |
| US6903815B2 (en) | 2001-11-22 | 2005-06-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical waveguide sensor, device, system and method for glucose measurement |
| JP2007155366A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 混合ｌｂ膜を用いたカドミウムイオンセンサー |
| JP2008224240A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Kurabo Ind Ltd | 全反射減衰型光学プローブおよびそれを用いた水溶液分光測定装置 |
| JP2008224451A (ja) * | 2007-03-13 | 2008-09-25 | Hamamatsu Photonics Kk | テラヘルツ波測定装置 |
| EP1650550A3 (en) * | 1996-04-30 | 2009-11-25 | FUJIFILM Corporation | Surface plasmon sensor |
| JP5555248B2 (ja) * | 2009-10-30 | 2014-07-23 | 第一三共株式会社 | 電位感受性蛍光色素の蛍光強度測定方法 |
-
1992
- 1992-05-27 JP JP13531992A patent/JPH05332937A/ja not_active Withdrawn
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2007155366A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 混合ｌｂ膜を用いたカドミウムイオンセンサー |
| JP4691726B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-06-01 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 混合ｌｂ膜を用いたカドミウムイオンセンサー |
| JP2008224240A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Kurabo Ind Ltd | 全反射減衰型光学プローブおよびそれを用いた水溶液分光測定装置 |
| KR101477803B1 (ko) * | 2007-03-08 | 2014-12-30 | 구라시키 보세키 가부시키가이샤 | 감쇠 전반사 프로브 및 이를 구비한 분광계 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990803 |