JPH07225185A

JPH07225185A - バイオセンサ

Info

Publication number: JPH07225185A
Application number: JP31576394A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Uchiyama; 兼一内山; Taiji Osada; 泰二長田
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】センサの小型化およびその使い勝手の向上を
図る。【構成】バイオセンサ１０は、ガラス基板１４表面の
ガラス基板表層部１６に表面プラズモン共鳴現象を利用
した基質の測定に必要な導波形レンズ１８，光導波路２
０，クラッド２２等の総ての光学デバイスを形成して備
え、また、光量の検出に用いるＣＣＤ撮像素子２８をも
ガラス基板表層部１６に備え付ける。よって、各光学デ
バイスを剛性の高い部材で固定したりする必要がなく、
各光学デバイスの相対的な位置関係をセンサ完成後に調
整する必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学系を用いて被測定
溶液中の測定対象基質を測定するバイオセンサに関し、
詳しくは、金属薄膜が設けられた光反射面において幾何
学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透過媒体を
有し、該光透過媒体と前記金属薄膜で形成されるエバネ
ッセント波結合を有する光学系を用いたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バイオセンサでは、血液中の特
定蛋白や抗原等の血液中成分、或いは尿中のグルコー
ス，アスコルビン酸等の尿中成分である測定対象基質
を、これら基質に対する識別機能を有し当該基質と生物
化学的反応を起こす生体物質が用いられている。そし
て、この生物化学的反応の進行に伴う種々の物理化学的
な変位量を物理化学デバイスにより検出し、測定対象基
質の特定やその濃度等が検出される。例えば、生物化学
的反応により消費或いは生成する電極活性物質の電極反
応を介して基質濃度を検出するものや、生物化学的反応
の進行に伴って起きるエンタルピー変化をサーミスタで
検出して基質濃度を検出するものなどがあり、これらの
バイオセンサは早くから実用化されている。

【０００３】その一方で、近年では、生物化学的反応の
進行に伴う誘電率の変化に着目し、光学的なデバイスを
用いて被測定溶液中の測定対象基質を測定するバイオセ
ンサが提案されている（特開昭６１−２９２０４５）。
このバイオセンサでは、光学系として、金属薄膜が設け
られた光反射面において幾何学的な全反射条件で光を反
射する透光性の光透過媒体を有し、この光透過媒体と金
属薄膜で形成されるエバネッセント波結合を有する光学
系が用いられている。その測定原理は、次の通りであ
る。

【０００４】エバネッセント波結合を有する光学系の光
透過媒体にｐ偏光された光を全反射条件を満たした種々
の入射角で光反射面に照射すると、入射角がある値のと
きに特異な現象が起きる。即ち、ｐ偏光された光が光反
射面に照射されると、金属薄膜の光透過媒体側膜面には
入射角θを変数とする波数のエバネッセント波が生じ
る。そして、金属は固体プラズマと見なすことができる
ので、金属薄膜の反光透過媒体側膜面には、量子論的な
電荷密度の波としての表面プラズモン波が光のトンネル
効果により生じる。この表面プラズモン波は、金属薄膜
と反光透過媒体側膜面を境界面として接触する媒質との
間の波動として生じる。

【０００５】そして、入射角θがある値のときには、こ
のエバネッセント波と表面プラズモン波とがその波数が
一致して共鳴する表面プラズモン共鳴現象が起き、光の
エネルギが表面プラズモン波の励起エネルギに使われ
る。この際、エネルギ的には、光反射面に入射した光の
エネルギは表面プラズモン波の励起に使われたエネルギ
と反射面からの反射光のエネルギの和に等しいという関
係がある。このため、反射角とエネルギ（光量）の変化
の様子を測定することで、表面プラズモン共鳴現象の有
無、延いては当該現象が起きた時の入射角を求めること
ができる。その一方、表面プラズモン共鳴現象が起きる
際の入射角と媒質の屈折率とは相関関係にあり、この屈
折率は、マクスウェルの方程式から媒質の誘電率で規定
でき、生体物質による生物化学的反応の進行と誘電率と
は相関関係にある。よって、反射光の光量が急激に減少
したときの反射角からその時の入射角が決まり、上記の
各相関関係から生体物質による生物化学的反応の進行の
程度、即ち基質濃度が算出される。

【０００６】ところで、このようなバイオセンサにあっ
ては、金属薄膜の反光透過媒体側膜面のごく近傍、詳し
くはトンネル効果を起こすエバネッセント領域（約１０
０ｎｍ）において基質と生体物質との生物化学的反応が
起こる必要がある。このため、特許出願公表平４−５０
１６０５に提案されているように、生体物質を固定した
層いわゆるリガンド層を金属薄膜の上記膜面に固定化す
ることが一般に行なわれている。

【０００７】このように、エバネッセント波結合を有す
る光学系を用いて被測定溶液中の測定対象基質を測定す
るバイオセンサは、被測定溶液の着色程度や不透明さな
どの影響を受けない、或いは金属薄膜の反光透過媒体側
膜面に基質と生物化学的反応を起こす生体物質を固着し
ておくだけでよい等の利点を有するので、急速に普及し
つつある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このバイオセンサにあ
っては、基質濃度の測定精度は、光反射面に到る入射光
の入射角と光反射面から反射して光透過媒体から出射す
る反射光の光量変化との対応の精度に依存する。従っ
て、光透過媒体としてのプリズムやレンズ、ｐ偏光子等
の光学デバイスを、相互の位置関係が崩れないように構
成する必要がある。また、上記公報に提案されているよ
うに、入射光の入射角を変えつつ光反射面に光を入射す
る場合には、反射光を受光する素子を入射角の変化に正
確に適合させて移動させなければならない。

【０００９】従って、各光学デバイス相互の位置関係を
維持するために、振動等の影響を受けないよう剛性の高
い部材で固定する必要があり装置の大型化が避けられな
いと共に、高い組み付け精度や頻繁な保守点検を必要と
する。また、駆動機器を高い精度で駆動するためその制
御が複雑となる。なお、高い組み付け精度や制御の複雑
化により、量産性にかけコストアップを招いていた。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、センサの小型化およびその使い勝手の向上を図る
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の採用した手段は、請求項１記載のバイオセ
ンサにあっては、金属薄膜が設けられた光反射面におい
て幾何学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透過
媒体を有し、該光透過媒体と前記金属薄膜で形成される
エバネッセント波結合を有する光学系を用いて、前記金
属薄膜に接触した被測定溶液中の測定対象基質を測定す
るバイオセンサであって、前記光透過媒体は、隣接する
部位と区画して形成され、該部位の屈折率より大きな屈
折率を有することで外部の光源から入射した光の波動を
一定領域に閉じ込め、前記入射した光を前記光反射面に
向けて伝送する光導波路と、該光導波路を伝送される光
をｐ偏光する偏光手段と、該ｐ偏光された光を前記全反
射条件を満たした種々の入射角の光として一度に前記光
反射面に照射するよう形成された導波形レンズとを備え
ることをその要旨とする。

【００１２】請求項２記載のバイオセンサでは、前記光
反射面で反射し前記光透過媒体から外部に出射する反射
光を、前記光反射面における反射角ごとに一度に受光
し、該反射光の光量を反射角ごとに検出する受光手段を
備え、該受光手段を、前記光透過媒体から反射光が出射
する出射面に設けられているものとした。

【００１３】請求項３記載のバイオセンサでは、前記光
透過媒体を、光の透過性を有する基板からなるものと
し、該基板の表面に対して傾斜した端面を前記光反射面
で反射した反射光が達する側に備え、該傾斜した端面
に、反射膜を備えるものとした。

【００１４】

【作用】上記構成を有する請求項１記載のバイオセンサ
にあっては、光源から照射され光透過媒体に入射した光
は、以下の挙動を採る。

【００１５】外部の光源から照射された光は、光透過媒
体に入射すると、この光透過媒体において隣接する部位
と区画して形成された光導波路により、光の波動がこの
光導波路の領域に閉じ込められ光反射面に向けて伝送さ
れる。そして、この光は光導波路の伝送途中で偏光手段
によりｐ偏光され、このｐ偏光された光（ｐ偏光光）
は、光透過媒体に形成された導波形レンズにより、全反
射条件を満たした種々の入射角で、エバネッセント波結
合における光透過媒体の光反射面に一度に到る。つま
り、光反射面に光を到らしめて当該光反射面にて全反射
させ、特定の入射角で入射した入射光による表面プラズ
モン共鳴現象を起こさせるに当たり、請求項１記載のバ
イオセンサでは、光を光反射面に到らしめるに必要な光
学デバイスは、総て光透過媒体に形成されて存在し、そ
の相対的な位置関係は外部からの振動等に左右されず維
持されたままとなる。

【００１６】そして、光反射面に到った以降の光の挙動
は、以下の通りである。ｐ偏光光は、光反射面に入射す
ると当該光反射面で全反射して光透過媒体から出射する
が、所定の入射角θで入射したｐ偏光光については、金
属薄膜の光透過媒体側膜面のエバネッセント波と金属薄
膜の露出面における表面プラズモン波とをその波数が一
致して共鳴する表面プラズモン共鳴現象を引き起こす。
この表面プラズモン共鳴現象が起きると、光のエネルギ
は表面プラズモン波の励起エネルギに使われるので、光
反射面から反射光のエネルギは減少する。この場合、金
属薄膜の露出面が測定対象基質の被測定溶液にリガンド
層を介して接触すると、この基質と生体物質との生物化
学反応が進行して被測定溶液の誘電率、延いては屈折率
が変化するので、上記入射角θは被測定溶液における基
質濃度が反映したものとなる。

【００１７】光反射面には種々の入射角の光が一度に入
射して反射するので、光反射面からはそれぞれの入射角
に対応する種々の反射角で全反射した反射光が光透過媒
体から一度に出射する。この際、上記入射角θに対応す
る反射角の反射光のみは、エネルギが損失した光量の低
い光として光透過媒体から出射し、θ以外の角度の入射
角に対応する反射角の反射光は、エネルギ損失のない高
い光量の光として光透過媒体から出射する。

【００１８】このため、入射角ごとの光反射面からの反
射光を受光してその光量を検出すれば入射角とその光量
との相関がとれるので、反射光の光量が最低レベルのと
きの入射角θを求めることができる。この結果、この入
射角θと、この入射角と媒質の屈折率との相関関係，媒
質の屈折率と誘電率との関係，生体物質による生物化学
的反応の進行と誘電率との相関関係等から、基質濃度の
算出が可能となる。

【００１９】請求項２記載のバイオセンサでは、受光手
段により反射角ごとの反射光を一度に受光し、その光量
を反射角ごとに検出するので、この受光手段を介して入
射角とその光量との相関をとることが可能となる。そし
て、この受光手段を反射光が出射する光透過媒体の出射
面に設けたので、全反射した光を受光する受光手段と光
を光反射面に到らしめるに必要な光学デバイスとの相対
的な位置関係は、外部からの振動等に左右されず維持さ
れたままとなる。

【００２０】請求項３記載のバイオセンサでは、光反射
面で反射した反射光の挙動は、以下のようになる。この
反射光は、基板の表面に対して傾斜した端面に至ると、
当該端面の反射膜によりこの傾斜端面で反射する。この
ため、光反射面で反射した反射光は、傾斜端面での反射
を経て基板表面に向けてその進行方向を変え、基板表面
から光透過媒体外部に出射する。よって、基板表面側に
て反射光の受光が可能となる。

【００２１】

【実施例】次に、本発明に係るバイオセンサの好適な実
施例について、図面に基づき説明する。図１は第１実施
例のバイオセンサ１０の概略斜視図である。

【００２２】図示するように、バイオセンサ１０は、１
つのコーナーが面とりされた面を光源１１から照射され
た光の入射端面１２とする直方体であり、その大きさは
縦×横がほぼ名刺サイズの５５ｍｍ×９０ｍｍ、厚みが
５ｍｍ以下である。バイオセンサ１０は、ガラス基板１
４の両面にガラス基板表層部１６を備え、このガラス基
板表層部１６は、ガラス基板１４の両面に後述のイオン
交換法により形成されたものであり、ガラス基板１４と
は異なる屈折率を有する。このガラス基板表層部１６が
形成されるガラス基板１４としては、ソーダガラス，ハ
イレックス，溶融石英からなるガラスを例示することが
できる。なお、入射端面１２の両隣の側面は、光源１１
からの光が入射しないよう、マスキングされている。

【００２３】ガラスの屈折率は組成イオンの単位体積当
たりの電子分極率によって決まるので、その組成を変え
ることによってガラスの屈折率は変更制御可能である。
このようなガラスの性質を利用して、ガラス基板１４の
両面には、熱イオン交換，電解イオン交換等のイオン交
換法によりガラス基板表層部１６が異なる屈折率の層状
部として形成される。そして、このガラス基板表層部１
６の一部が、後述の工程を経て導波形レンズ１８や光導
波路２０とされる。また、光導波路２０の経路の途中に
は、光導波路２０を伝送される光をｐ偏光するために、
高い複素誘電率を有する材料、例えばＮｂ₂Ｏ₅，Ａｌ，
方解石等の薄膜がクラッド２２として光導波路２０を覆
うようガラス基板表層部１６表面に設けられている。つ
まり、光導波路２０は、クラッド２２の上流側では３次
元光導波路として機能し、クラッド２２の下流側では光
反射面２４に垂直な入射面内の２次元光導波路として機
能する。なお、導波形レンズ１８，光導波路２０，クラ
ッド２２の形成工程については、後述する。

【００２４】導波形レンズ１８は、その焦点がガラス基
板表層部１６下面の光反射面２４に結ぶように、それぞ
れ配設・形成されている。また、光導波路２０は、図示
するように、少なくとも入射端面１２から導波形レンズ
１８の他方の焦点に到るまでの間に亘って形成されてい
る。光源１１は単一波長の光を照射する半導体レーザで
あり、この光源１１から照射された光は、入射端面１２
からガラス基板表層部１６の光導波路２０に入射し、そ
の波動がこの光導波路２０の領域に閉じ込められて光導
波路２０内を伝送される。そして、この光導波路２０を
伝送される間にクラッド２２によりｐ偏光される。この
ｐ偏光された光（ｐ偏光光）は、光導波路２０の終端か
ら放射状にガラス基板表層部１６内を進み、その後、導
波形レンズ１８により収束されてガラス基板表層部１６
の光反射面２４に到る。つまり、この光反射面２４に
は、クラッド２２によりｐ偏光されて入射面内の波動と
しての光が、導波形レンズ１８の焦点距離ｆや開口長
Ｄ，光導波路２０の角度等で定まる所定範囲の入射角
（θ1 〜θ2 ）で到達する。

【００２５】また、光反射面２４で全反射した反射光が
ガラス基板表層部１６から出射する出射側端面２６に
は、受光した光量を検出して電気信号に変換するＣＣＤ
撮像素子２８が密着固定されている。このため、ガラス
基板表層部１６に入射端面１２から入射した光は、光導
波路２０，導波形レンズ１８を経て光反射面２４で全反
射し、ガラス基板表層部１６の出射側端面２６に到る。
そして、このＣＣＤ撮像素子２８により、その光量が検
出される。出射側端面２６に到る光は、光反射面２４に
おける入射光と同様、入射面内の振幅の波動であり、Ｃ
ＣＤ撮像素子２８では、反射角ごとの光量、即ち上記範
囲の入射角（θ1 〜θ2 ）ごとの光量が検出される。こ
のＣＣＤ撮像素子２８をエリアセンサ（２次元マトリッ
スク状のセンサ）とすれば、撮像素子を複数設ける必要
がない。

【００２６】なお、ガラス基板１４両側の各ガラス基板
表層部１６は、後述するように、基質測定用とその補正
用に用いられる。そして、この２対のガラス基板表層部
１６における上記各光学デバイスで１組の測定系を形成
する。

【００２７】ガラス基板表層部１６の光反射面２４に
は、金の薄膜（Ａｕ薄膜）３０が５０ｎｍの膜厚で蒸着
形成されている。つまり、ガラス基板表層部１６とこの
Ａｕ薄膜３０で、光反射面２４においてエバネッセント
波結合が形成されている。更に、このＡｕ薄膜３０の露
出膜面（以下、単に表面という）には、測定対象基質に
対する識別機能を有し該基質と生物化学的反応を起こす
生体物質を固定化したリガンド層（図示省略）が形成さ
れている。なお、一方のガラス基板表層部１６、例えば
図１における手前側のガラス基板表層部１６のＡｕ薄膜
３０には、活性のある生体物質を固定化したリガンド層
が形成されており、他方のガラス基板表層部１６のＡｕ
薄膜３０には、失活した生体物質を固定化したリガンド
層が形成されている。つまり、基質測定用センサ部とし
ては手前側のガラス基板表層部１６が用いられ、その補
正用センサ部には他方のガラス基板表層部１６が用いら
れる。なお、生体物質の失活は、強酸や強アルカリによ
り、或いは紫外線等の電子線照射や超音波処理，７０℃
程度での加熱処理等の失活処理によりなされる。

【００２８】それぞれのＣＣＤ撮像素子２８が接続され
た電子制御装置４０は、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ等をコモ
ンバスを介して相互に接続して構成された論理演算回路
を備える。そして、電子制御装置４０は、ＣＣＤ撮像素
子２８からの電気信号を受けて、反射角ごとの光量の分
布から反射光の光量が最低レベルのときの反射角、即ち
光量が最低レベルのときの入射角を演算する。なお、こ
の演算は、各ＣＣＤ撮像素子２８からの信号に基づき別
個に行なわれる。また、電子制御装置４０は、光源１１
を点灯制御すると共に、図示しない測定開始スイッチの
押圧操作を受けて、基質濃度の測定を開始する。

【００２９】ここで、ガラス基板１４におけるガラス基
板表層部１６および当該表層部の導波形レンズ１８，光
導波路２０の形成工程（製造工程）について説明する。
まず、既述した大きさに屈折率ｎs （＞１）のガラス板
をカッティングして、図２に示すように、ガラス基板１
４を用意する。次いで、このガラス基板１４の一方の表
面（図における上面）に、図３に示すようにレジストを
筋状に２筋塗布しレジスト層５０を設ける。この場合、
図示するように、２筋のレジスト層５０は、図１におけ
る光導波路２０を挟んで対向するするよう設けられてお
り、レジスト層５０間にはスリット５２が形成されるこ
とになる。

【００３０】次に、レジスト層５０で覆われていない範
囲の領域に亘って、熱イオン交換によりガラス表面近傍
のＮａ⁺イオンをＡｇ⁺，Ｔｌ⁺，Ｋ⁺等の一価の金属
イオンに置換し、ガラス表面近傍を高い屈折率ｎf （＞
ｎs ）の高屈折率層とする。つまり、Ａｇ⁺，Ｔｌ⁺Ｋ
⁺等の金属イオンを含む中性塩（ＡｇＮＯ₃ ，ＴｌＮＯ
₃ ，ＫＮＯ₃ ）を用意し、これを融点以上に加熱して溶
融する。そして、融点以上の温度のままの中性塩溶融液
に、ガラス基板１４のレジスト層形成側表面を所定時間
浸漬する。この間に、レジスト層５０で覆われていない
範囲の領域に亘っては、当該領域のガラス表面近傍にお
いて、金属イオンが表面近傍のガラス内部に入り込んで
Ｎａ⁺イオンと置換されるので、置換後の金属イオンの
電子分極率に応じてガラス表面近傍の屈折率が増大す
る。

【００３１】従って、所定時間経過後に、中性塩溶融液
からガラス基板１４を取り出して中性塩溶融液を除去
し、次いでレジスト層５０を除去すると、図４およびそ
の５−５線拡大断面図である図５に示すように、レジス
ト層５０の設置箇所２１の領域のガラス表面近傍は、当
初の屈折率ｎs のままであるが、この設置箇所２１の間
のスリット５２領域および設置箇所２１外側の領域のガ
ラス表面近傍は、当初の屈折率ｎs より大きな屈折率ｎ
f となる。この結果、屈折率ｎf （＞ｎs ）となった領
域（スリット５２領域および設置箇所２１外側の領域）
のガラス表面近傍が、ガラス基板表層部１６となり、こ
のうちスリット５２領域のガラス表面近傍には、当初の
屈折率ｎs のままのガラス基板１４の部位から区画され
この屈折率ｎs より大きな屈折率ｎf を有する光導波路
２０が形成される。

【００３２】その後、光導波路２０の形成されたガラス
基板表層部１６の表面に、図６に示すように、再度レジ
ストを塗布しレジスト層５４を設ける。この場合、図示
するように、図１におけるクラッド２２の形成位置に該
当する範囲に亘ってはレジストは塗布されず、その位置
には欠損パターン５６が残る。そして、この欠損パター
ン５６に向けて、スパッタリング等の適宜な方法で、高
い複素誘電率を有する材料（Ｎｂ₂Ｏ₅，Ａｌ，方解石
等）の薄膜を形成し、その後、レジスト層５４を除去す
る。すると、図７に示すように、光導波路２０を一部の
範囲に亘って覆うクラッド２２がガラス基板表層部１６
表面に形成される。このクラッド２２は、高い複素誘電
率を有する材料の薄膜であることから、光導波路２０を
伝送される光をｐ偏光する。

【００３３】次に、図８に示すように、レジストを塗布
しレジスト層５８を設ける。この場合、図示するよう
に、図１における導波形レンズ１８の形成位置に該当す
る範囲に亘ってはレジストは塗布されず、その位置には
欠損パターン６０が残る。そして、この欠損パターン６
０領域のガラス表面近傍に、導波光の実行屈折率が異な
るモードインデックスレンズを形成する。こうして形成
されたモードインデックスレンズが導波形レンズ１８で
あり、このモードインデックスレンズの形成に当たって
は、欠損パターン６０領域のガラス表面に金属イオン等
の不純物を拡散したりすればよい。そして、上記した工
程をガラス基板１４の他方の面についても行なうこと
で、ガラス基板１４の両面には、ガラス基板表層部１６
および当該表層部の導波形レンズ１８，光導波路２０が
形成される。

【００３４】上記したバイオセンサ１０による基質濃度
の測定に際しては、それぞれのガラス基板表層部１６に
おけるＡｕ薄膜３０が、それぞれ被測定溶液に浸漬され
る。すると、活性のある生体物質を固定化したリガンド
層がＡｕ薄膜３０表面に形成された一方のガラス基板表
層部１６（図１における手前側）では、Ａｕ薄膜３０の
表面において基質と生体物質との生物化学的反応が進行
し、被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率が変化す
る。しかしながら、他方のガラス基板表層部１６では、
生体物質が失活しているために測定対象基質との生物化
学的反応は進行せず、そのＡｕ薄膜３０の表面において
被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率は変化しな
い。

【００３５】次に、上記した構成を備える第１実施例の
バイオセンサが行う基質濃度測定ルーチンについて、図
９のフローチャートに基づき説明する。図９は、当該ル
ーチンの処理を示すフローチャートであり、当該ルーチ
ンは、電源投入後から開始される。

【００３６】電源が投入されると、図示しない光源点灯
ルーチンで点灯制御される光源１１が安定した点灯状態
にあるか否かを、例えば点灯開始からの経過時間等で判
断し（ステップＳ１００）、肯定判断するまで待機す
る。光源１１が安定して点灯していると判断すれば、基
質濃度の測定が開始できるとして、測定開始スイッチが
押圧操作されたか否かを判断し（ステップＳ１１０）、
当該スイッチがオンされるまで待機する。

【００３７】基質濃度の測定に当たっては、つまりこの
測定開始スイッチがオンされるまでには、測定を行なう
操作者にて、既述したように各ガラス基板表層部１６に
おけるＡｕ薄膜３０の被測定溶液の浸漬が行なわれる。
そして、この作業が終わると、測定開始スイッチがオン
される。

【００３８】こうして操作者により測定開始スイッチが
オンされれば、その信号を受けてＣＣＤ撮像素子２８か
らのセンサ出力を読み取りを開始しその値を記憶する
（ステップＳ１３０）。そして、読み取りを開始してか
らの経過時間を計時し所定時間経過（例えば、３〜１０
分）したか否かを判断して（ステップＳ１４０）、肯定
判断するまでセンサ出力の読取・記憶を継続する。この
センサ出力の読取・記憶の間に、各ガラス基板表層部１
６におけるＡｕ薄膜３０の表面では、被測定溶液の誘電
率が生体物質の活性の有無により以下に説明するよう変
化して変化後の値に安定し、この様子がそれぞれのＣＣ
Ｄ撮像素子２８から検出される。

【００３９】活性のある生体物質が固定された側である
一方のガラス基板表層部１６（手前側）のＡｕ薄膜３０
表面では、この生体物質と測定対象基質との生物化学的
反応が基質濃度で規定される程度だけ進行するので、被
測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率は、生物化学的
反応の進行に伴い変化し基質濃度で規定される値になる
と安定する。この際の被測定溶液の誘電率、延いてはそ
の屈折率の変化は、ガラス基板表層部１６と光反射面２
４のＡｕ薄膜３０とで形成されるエバネッセント波結合
により、表面プラズモン共鳴現象が起きた場合の反射光
のエネルギの現象として観察される。

【００４０】つまり、光源１１から照射された光は入射
端面１２からガラス基板表層部１６に入射した後に、光
導波路２０を伝送される間にクラッド２２によりｐ偏光
される。このｐ偏光された光（ｐ偏光光）は、上記した
範囲（θ1 〜θ2 ）の入射角で、導波形レンズ１８によ
りエバネッセント波結合における光反射面２４に到る。
このとき、上記した範囲のうちのある角度（θS1）の入
射角で入射したｐ偏光光は、Ａｕ薄膜３０の光反射面２
４側膜面のエバネッセント波とＡｕ薄膜３０の被測定溶
液側の表面プラズモン波とを、その波数を一致させて共
鳴させ表面プラズモン共鳴現象を引き起こす。この表面
プラズモン共鳴現象が起きると、入射角がθS1の光のエ
ネルギは表面プラズモン波の励起エネルギに使われて、
光反射面２４からの反射角がθS1の反射光のエネルギは
減少する。

【００４１】このため、入射角（θ1 〜θ2 ）ごとの光
反射面からの反射光をθ1 〜θ2 の反射角で受光してい
るＣＣＤ撮像素子２８からは、上記の一方のガラス基板
表層部１６に対応するＣＣＤ撮像素子２８にあっては、
図１０に示すように、入射角（θ1 〜θ2 ）のうちの各
入射角とその光量との相関が得られる（図１０
（Ａ））。

【００４２】一方、失活した生体物質が固定された側の
他方のガラス基板表層部１６のＡｕ薄膜３０表面では、
測定対象基質との生物化学的反応は進行しないので、被
測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率は初期の値のま
ま一定である。しかし、ある角度（θS0）の入射角で入
射したｐ偏光光により表面プラズモン共鳴現象は起き、
他方のガラス基板表層部１６に対応するＣＣＤ撮像素子
２８からは、図１０に示すように、入射角（θ1 〜θ2
）のうちの各入射角とその光量との相関が得られ（図
１０（Ｂ））、入射角がθS0のとき反射光のエネルギが
減少する。

【００４３】次に、ステップＳ１４０に続いては、両Ｃ
ＣＤ撮像素子２８から得られた反射角と光量との相関関
係に基づいて、それぞれのガラス基板表層部１６に対応
する被測定溶液について、反射光の光量が最低レベルの
ときの入射角（θS1，θS0）を求める（ステップＳ１５
０）。そして、この入射角（θS1，θS0）と、光量が最
低レベルとなる入射角と媒質（被測定溶液）の屈折率と
の相関関係，媒質の屈折率と誘電率との関係，生体物質
による生物化学的反応の進行と誘電率との相関関係等か
ら、基質濃度を算出する（ステップＳ１６０）。なお、
光量が最低レベルとなる入射角と媒質（被測定溶液）の
屈折率との相関関係，媒質の屈折率と誘電率との関係，
生体物質による生物化学的反応の進行と誘電率との相関
関係等は、予め電子制御装置４０のＲＯＭに記憶されて
いる。

【００４４】その後、算出した基質濃度を図示しないデ
ィスプレイに表示し、或いは表示と共にプリントアウト
したり（ステップＳ１７０）して、本ルーチンを一旦終
了する。この後には、新たな被測定溶液へのＡｕ薄膜３
０の浸漬等の準備を経て測定開始スイッチが押圧される
と、上記した処理を繰り返して基質濃度を算出する。

【００４５】測定対象基質が抗原であれば、上記した第
１実施例のバイオセンサ１０では一方のガラス基板表層
部１６のＡｕ薄膜３０表面にはこの抗原に対する抗体が
固定されたリガンド層を設け、他方のガラス基板表層部
１６のＡｕ薄膜３０表面には熱により失活させた抗体が
固定されたものとすることで、抗原濃度を測定すること
ができる。

【００４６】以上説明したように第１実施例のバイオセ
ンサ１０では、光源１１から照射された光がガラス基板
表層部１６に入射してから光反射面２４に到るまでに必
要な総ての光学デバイスをガラス基板表層部１６自体に
形成して備えると共に、光反射面２４で全反射した光を
受光するＣＣＤ撮像素子２８をもガラス基板表層部１６
に備え付けた。このため、各光学デバイスの相対的な位
置関係をガラス基板表層部１６において一旦定めれば、
当該位置関係を外部からの振動等に左右されることなく
維持することができる。よって、第１実施例のバイオセ
ンサ１０によれば、ガラス基板表層部１６以外の構成部
材を必要としないのでセンサの小型化を図ることができ
ると共に、保守点検をもセンサ完成後に必要としないの
でその使い勝手を向上させることができる。また、セン
サが小型化しＡｕ薄膜３０も小さくて済むので、少量の
被測定溶液で基質濃度を正確に測定することができる。

【００４７】更に、導波形レンズ１８，光導波路２０等
を熱イオン交換により形成したので、センサの量産性を
向上させ、低コスト化を図ることができる。加えて、ガ
ラス基板１４の両面にガラス基板表層部１６を形成した
ので、ガラス基板表層部１６を有するガラスの接着等を
必要とせず、工程の省略を通して量産性の向上や低コス
ト化を図ることができる。

【００４８】また、第１実施例のバイオセンサ１０で
は、光反射面２４で全反射させてその光量を検出するに
当たり、導波形レンズ１８によりｐ偏光光を種々の入射
角（θ1 〜θ2 ）で一度に光反射面２４に照射すると共
に、光反射面２４から種々の反射角（θ1 〜θ2 ）で反
射する反射光を一度にＣＣＤ撮像素子２８で受光してそ
の反射角ごとの反射光の光量を検出する。よって、第１
実施例のバイオセンサ１０によれば、入射角を変更して
光を照射するための駆動機構や、反射光を受光する光学
デバイスを入射角に追従して移動するための駆動機構が
不要となり構成の簡略化を図ることができる。

【００４９】また、バイオセンサ１０では、活性のある
生体物質を固定した側のガラス基板表層部１６と失活し
た生体物質を固定した側のガラス基板表層部１６とを併
用し、それぞれのガラス基板表層部１６に対応するＡｕ
薄膜３０部分の光反射面２４からの反射光を受光する。
よって、第１実施例のバイオセンサ１０によれば、失活
した生体物質を固定した側の入射角と光量との関係によ
り、生物化学的反応以外の要因（溶液の温度，誘電率
等）に起因する測定誤差を排除して測定精度の向上を図
ることができる。

【００５０】次に、上記の第１実施例の変形例について
説明する。第１実施例では、二つのガラス基板表層部１
６を用いて一つの基質濃度を測定する場合について説明
したが、次のように変形することができる。まず、２×
Ｎ枚のガラス基板１４を用意し、各ガラス基板１４を、
イオン交換法によるイオンの拡散を経て屈折率が異なる
よう形成されたガラス基板表層部１６を片面にのみ有す
るものとする。このガラス基板表層部１６を片面に有す
る２×Ｎ枚のガラス基板１４を、図１１に示すように、
それぞれのガラス基板表層部１６とガラス基板１４裏面
とが接合するよう接着する。この際に用いる接着剤は、
ガラス基板１４と同一の屈折率を有するものが好まし
く、例えばエポキシ系の接着剤である。そして、活性の
ある生体物質が固定された側のガラス基板表層部１６の
ガラス基板１４と失活した生体物質が固定された側のガ
ラス基板表層部１６のガラス基板１４とを対とすれば、
具体的には、隣合うガラス基板１４を対とすれば、Ｎ種
類の基質濃度を同時に測定することができる。しかも、
このような多種類の基質濃度測定が可能なセンサを小型
化することができる。

【００５１】次に、第２実施例のバイオセンサについて
説明する。なお、以下の実施例の説明に当たっては、上
記した第１実施例のバイオセンサ１０と同一の機能を果
たす部材については、バイオセンサ１０と同一の数値符
号を用い、必要に応じてアルファベットの添え字符号を
付してその説明を簡略化することとする。

【００５２】第２実施例のバイオセンサ１０Ａは、図１
２に示すように、紙面の手前側のガラス基板１４ＡR
（屈折率ｎs ＞１）と紙面の奥側のガラス基板１４ＡL
（屈折率ｎs ＞１）とを接合して備える。このガラス基
板１４ＡR ，１４ＡL は、図に示すように対称に形成さ
れており、それぞれその一方の表面のみがガラス基板表
層部１６ＡR ，１６ＡL （屈折率ｎf ＞ｎs ）とされて
いる。つまり、これらガラス基板１４ＡR ，１４ＡL
は、ガラス基板表層部１６を一方の表面にのみ備えるバ
イオセンサ１０におけるガラス基板１４に相当する。そ
して、両ガラス基板１４ＡR ，１４ＡL は、ガラス基板
表層部１６ＡR ，１６ＡL を一方の表面にのみ備えれば
よいことから、その厚みが１．５〜２．０ｍｍとされて
おり、その大きさについてはガラス基板１４とほぼ同一
である。以下、両ガラス基板１４ＡR，１４ＡL につい
て説明するが、両ガラス基板は対称であるので、説明の
便宜上、ガラス基板１４ＡR についての説明に止めるこ
ととする。

【００５３】ガラス基板１４ＡR のガラス基板表層部１
６ＡR は、ガラス基板１４におけるガラス基板表層部１
６と同様に、その一部が、導波形レンズ１８ＡR や光導
波路２０ＡR とされる。また、光導波路２０ＡR の経路
の途中にはクラッド２２ＡRが設けられている点や、光
反射面２４ＡR にはＡｕ薄膜３０ＡR が蒸着形成されて
いる点も、ガラス基板１４におけるガラス基板表層部１
６と同様である。そして、光源１１Ａから照射された光
が光導波路２０ＡR に入射してから光反射面２４ＡR で
全反射されるまでの光の挙動および光反射面２４におけ
るエバネッセント波結合の形成についても、ガラス基板
１４におけるガラス基板表層部１６と同様である。更
に、Ａｕ薄膜３０ＡR の表面に活性のある或いは失活し
た生体物質を固定化したリガンド層が形成されている点
も、同様である。

【００５４】一方、第２実施例のバイオセンサ１０Ａに
おけるガラス基板１４ＡR では、第１実施例のバイオセ
ンサ１０におけるガラス基板１４と異なり、光反射面２
４ＡR で全反射した反射光がガラス基板表層部１６ＡR
から出射する側の端面は、ガラス基板表層部１６ＡR に
対して傾斜した出射側傾斜端面２７R とされている。こ
の場合、図１３に示すように、ガラス基板表層部１６Ａ
R の形成側基板表面１５R に対する出射側傾斜端面２７
R の傾斜は４５゜とされている。この出射側傾斜端面２
７R の表面には、クロムの薄膜が蒸着形成されており、
出射側傾斜端面２７R は光の反射面となる。そして、図
１２のＸ方向の矢視図である図１４にも示すように、こ
の出射側傾斜端面２７R と向かい合うよう、ＣＣＤ撮像
素子２８ＡR がガラス基板表層部１６ＡR の表面に密着
固定されている。

【００５５】従って、光導波路２０ＡR ，導波形レンズ
１８ＡR を経て光反射面２４ＡR で全反射した光（ｐ偏
光光）は、図１４に示すように、出射側傾斜端面２７R
にて反射されてガラス基板表層部１６ＡR に向けてその
進行方向を変え、ガラス基板表層部１６ＡR から外部に
出射する。そして、この外部に出射した光の光量が、ガ
ラス基板表層部１６ＡR 表面のＣＣＤ撮像素子２８ＡR
により、光反射面２４ＡR における入射角（θ1 〜θ2
）ごとの光量として検出される。

【００５６】なお、両ガラス基板１４ＡR ，１４ＡL は
基質測定用とその補助用に用いられる点、両ガラス基板
１４ＡR ，１４ＡL のガラス基板表層部１６ＡR ，１６
ＡLにおける上記各光学デバイスで１組の測定系を形成
する点、および、電子制御装置４０Ａにて基質濃度測定
の演算（図９）を行なう点については、第１実施例のバ
イオセンサ１０と同様である。また、第２実施例のバイ
オセンサ１０Ａの製造工程は、出射側傾斜端面２７R ，
２７L を有するガラス基板１４ＡR ，１４ＡLを用いる
点でのみ第１実施例と異なるが、ガラス基板表層部１６
ＡR ，１６ＡLを始めとする光導波路２０ＡR ，２０ＡL
、導波形レンズ１８ＡR ，１８ＡL 等の形成工程は、
第１実施例のバイオセンサ１０と同様である。

【００５７】以上説明したように第２実施例のバイオセ
ンサ１０Ａにあっても、第１実施例のバイオセンサ１０
と同様に、センサの小型化や使い勝手の向上のほか、量
産性の向上や工程省略を通したコスト低減に加え、構成
の簡略化，測定制度の向上等を図ることができる。

【００５８】また、第２実施例のバイオセンサ１０Ａで
は、基質測定のための光量検出を行なうＣＣＤ撮像素子
２８ＡR ，２８ＡL を各ガラス基板表層部１６ＡR ，１
６ＡL に設ければよい。よって、このバイオセンサ１０
Ａによれば、その取付箇所が広いことからＣＣＤ撮像素
子２８ＡR ，２８ＡL の組付け作業の簡略化を図ること
ができると共に、用いるＣＣＤ撮像素子２８ＡR ，２８
ＡL の形状や大きさ等の制約を緩和して汎用性を高める
ことができる。

【００５９】次に、上記の第２実施例のバイオセンサ１
０Ａの変形例について説明する。まず、第１の変形例の
バイオセンサ１０Ｂでは、図１５と図１６に示すよう
に、バイオセンサ１０Ａに、シリンダレンズ２９R ，２
９L を付加した。つまり、このバイオセンサ１０Ｂは、
ガラス基板表層部１６ＡR ，１６ＡL の表面に出射側傾
斜端面２７R ，２７L と向かい合うよう、シリンダレン
ズ２９R ，２９L を密着固定して備える。そして、ＣＣ
Ｄ撮像素子２８ＡR ，２８ＡL を、その光の受光箇所に
シリンダレンズ２９R ，２９L が焦点を結ぶよう、シリ
ンダレンズ２９R，２９L と対向して備える。従って、
この変形例のバイオセンサ１０Ｂによれば、ガラス基板
表層部１６ＡR ，１６ＡL からの出射光を集光してその
光量を得ることができるので、各入射角（θ1 〜θ2 ）
ごとの測定光量が増し、検出感度を向上することができ
る。

【００６０】次に、第２実施例のバイオセンサ１０Ａの
第２の変形例のバイオセンサ１０Ｃでは、図１７に示す
ように、バイオセンサ１０Ａの両ガラス基板１４ＡR ，
１４ＡL の出射側傾斜端面２７R ，２７L を、以下のよ
うにして形成した。つまり、出射側傾斜端面２７R ，２
７L は、導波形レンズ１８ＡR ，１８ＡL の光軸に沿っ
た光が光反射面２４ＡR ，２４ＡL で反射して進行する
軌跡と直交するコーナー端面において、ガラス基板表層
部１６ＡR ，１６ＡL に対して４５゜で傾斜するよう形
成されている。この変形例のバイオセンサ１０Ｃによれ
ば、ＣＣＤ撮像素子２８ＡR ，２８ＡL では、光反射面
２４ＡR ，２４ＡL で反射してからの光路長がほぼ同じ
の光として、各入射角（θ1 〜θ2 ）ごとの光量を測定
することができる。

【００６１】図１８に示す第３の変形例のバイオセンサ
１０Ｄでは、第２実施例のバイオセンサ１０Ａの両ガラ
ス基板１４ＡR ，１４ＡL をＮ枚ずつ用いた（図には４
枚の例を示す）。ガラス基板１４ＡR1，１４ＡR2，１４
ＡR3，１４ＡR4とガラス基板１４ＡL1，１４ＡL2，１４
ＡL3，１４ＡL4は、それぞれ高さが同じで長さがこの順
に長くされている。そして、これら各ガラス基板のそれ
ぞれは、図示するように重ね合わせて接合されている。
このバイオセンサ１０Ｄであつても、ガラス基板１４Ａ
R1とガラス基板１４ＡL1とを対とし、ガラス基板１４Ａ
R2とガラス基板１４ＡL2とを対とし、ガラス基板１４Ａ
Riとガラス基板１４ＡLiとを対として基質測定用とその
補正用のセンサ部とすることで、図１１に示す第１実施
例のバイオセンサ１０の変形例と同様に、Ｎ種類の基質
濃度を同時に測定することができる。しかも、このよう
な多種類の基質濃度測定が可能なセンサを小型化するこ
とができる。なお、対とするガラス基板の組み合わせは
任意である。

【００６２】以上本発明のいくつかの実施例について説
明したが、本発明はこの様な実施例になんら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【００６３】例えば、上記した実施例では、Ａｕ薄膜３
０の表面（露出膜面）に生体物質を固定したリガンド層
を直接設けたが、Ａｕ薄膜３０のこの表面に、光反射面
２４からのエバネッセント領域（約１００ｎｍ）を越え
ないごく薄い膜厚（２〜３ｎｍ）でカルボン酸アルコー
ルや有機物の単分子膜或いは窒化シリコン等の無機物の
薄膜を形成することもできる。このように単分子膜等を
設けても、表面プラズモン共鳴現象が生じるので基質測
定に影響はない。そして、このように単分子膜等を設け
れば、Ａｕ薄膜３０の表面に基質を付着させないので、
前回の測定時の基質の残存による影響を受けることがな
く、測定精度の向上を図ることができる。

【００６４】また、ガラス基板表層部１６を形成するた
めのガラス基板１４としては、ガラスの他に、サファイ
ア，ＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴａＯ₃等の基板や透光性の高
分子材料を用いることもできる。この場合、透光性の高
分子材料にあっては、ある屈折率の高分子材料でガラス
基板表層部１６を形成し、本実施例のバイオセンサ１０
における光導波路２０の形成箇所に異なる屈折率の高分
子材料からなる透光体を埋設すればよい。導波形レンズ
１８は、既述したモードインデックスレンズの他、ジオ
デシックレンズ，グレーティングレンズ等であってもよ
い。

【００６５】更に、リガンド層を設けることに替えて、
次のように構成することもできる。つまり、被測定溶液
の保水が可能な濾紙等を積層した３次元網目構造体を備
え付け、この３次元網目構造体をＡｕ薄膜３０の表面に
近接・離間可能とする。そして、この３次元網目構造体
には予め生体物質を固定化しておき、基質測定時には、
被測定溶液を保水済みの３次元網目構造体をＡｕ薄膜３
０の表面に密着させればよい。このように構成すれば、
リガンド層を必要とせずリガンド層における生体物質の
活性の維持および回復等の処置が不要なことから、セン
サ構成の簡略化を図ることができる。また、生体物質が
劣化すれば新たな３次元網目構造体を交換して測定に供
することで測定精度の信頼性を維持することができる。
更に、３次元網目構造体を市販の濾紙から容易に調達で
き、その入手や交換を手軽なものとして使い勝手を高め
ることができる。

【００６６】また、上記の各実施例では、活性のある生
体物質を用いた基質測定用センサ部と失活した生体物質
を用いた補正用センサ部とを併用したが、基質測定用セ
ンサ部のみを有するバイオセンサとすることもできる。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載した
本発明のバイオセンサでは、光が光透過媒体に入射して
から光反射面に到るまでに必要な総ての光学デバイスを
光透過媒体に形成して存在させるので、その相対的な位
置関係を外部からの振動等に左右されることなく維持す
ることができる。このため、請求項１に記載した本発明
のバイオセンサによれば、各光学デバイスを剛性の高い
部材で固定する必要がなくなりセンサの小型化を図るこ
とができる。また、各光学デバイスの相対的な位置関係
に関する保守点検をセンサ完成後に必要としないので、
その使い勝手を向上させることができる。

【００６８】請求項２記載のバイオセンサでは、光が光
透過媒体に入射してから光反射面に到るまでに必要な光
学デバイスに加え、光反射面で全反射した光を受光する
光学デバイスをも光透過透過媒体に備え付けたので、い
っさいの光学デバイスの相対的な位置関係を外部からの
振動等に左右されることなく維持することができる。こ
のため、請求項２記載のバイオセンサによれば、いっさ
いの光学デバイスを剛性の高い部材で固定する必要がな
くなりセンサの小型化を図ることができる。また、各光
学デバイスの相対的な位置関係に関する保守点検をセン
サ完成後に必要としないので、その使い勝手を向上させ
ることができる。

【００６９】また、請求項２記載のバイオセンサでは、
光反射面から種々の反射角で反射する反射光を一度に受
光してその反射角ごとの反射光の光量を検出する。よっ
て、請求項２記載のバイオセンサによれば、入射角に追
従して受光手段を移動するための駆動機構が不要となり
構成の簡略化を図ることができる。

【００７０】請求項３記載のバイオセンサでは、光反射
面で反射した反射光を、光の透過性を有する基板からな
る光透過媒体の外部に、基板表面から出射する。よっ
て、請求項３記載のバイオセンサによれば、基板表面側
への受光手段の設置ができるので、受光手段の制約、例
えばその形状や大きさ等を緩和して汎用性を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のバイオセンサ１０の概略斜視図。

【図２】バイオセンサ１０の製造工程を説明するための
説明図。

【図３】バイオセンサ１０の製造工程を説明するための
説明図。

【図４】バイオセンサ１０の製造工程を説明するための
説明図。

【図５】図４の５−５線拡大断面図。

【図６】バイオセンサ１０の製造工程を説明するための
説明図。

【図７】バイオセンサ１０の製造工程を説明するための
説明図。

【図８】バイオセンサ１０の製造工程を説明するための
説明図。

【図９】基質濃度測定ルーチンの処理を示すフローチャ
ート。

【図１０】基質濃度測定ルーチンにおける処理の際に、
ＣＣＤ撮像素子２８から得られる入射角とその光量との
相関関係を示すグラフ。

【図１１】変形例のバイオセンサ１０の概略斜視図。

【図１２】第２実施例のバイオセンサ１０Ａの概略斜視
図。

【図１３】バイオセンサ１０Ａに用いるガラス基板１４
ＡR の斜視図。

【図１４】図１２のＸ方向の拡大矢視図。

【図１５】第２実施例の第１の変形例であるバイオセン
サ１０Ｂの概略斜視図。

【図１６】図１５のＸ方向の拡大矢視図。

【図１７】第２実施例の第２の変形例であるバイオセン
サ１０Ｃの概略斜視図。

【図１８】第２実施例の第３の変形例であるバイオセン
サ１０Ｄの要部概略斜視図。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…バイオセンサ１１…光源１２…入射端面１４，１４ＡL，１４ＡR…ガラス基板１６，１６ＡR，１６ＡL…ガラス基板表層部１８，１８ＡR，１８ＡL…導波形レンズ２０，２０ＡR，２０ＡL…光導波路２２，２２ＡR，２２ＡL…クラッド２４，２４ＡR，２４ＡL…光反射面２６…出射側端面２７R，２７L…出射側傾斜端面２８，２８ＡR，２８ＡL…ＣＣＤ撮像素子２９R，２９L…シリンダレンズ３０，３０ＡR…Ａｕ薄膜４０，４０Ａ…電子制御装置５０…レジスト層５２…スリット５４…レジスト層５６…欠損パターン５８…レジスト層６０…欠損パターンｎf…屈折率ｎs…屈折率 θ…入射角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属薄膜が設けられた光反射面において
幾何学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透過媒
体を有し、該光透過媒体と前記金属薄膜で形成されるエ
バネッセント波結合を有する光学系を用いて、前記金属
薄膜に接触した被測定溶液中の測定対象基質を測定する
バイオセンサであって、前記光透過媒体は、隣接する部位と区画して形成され、該部位の屈折率より
大きな屈折率を有することで外部の光源から入射した光
の波動を一定領域に閉じ込め、前記入射した光を前記光
反射面に向けて伝送する光導波路と、該光導波路を伝送される光をｐ偏光する偏光手段と、該ｐ偏光された光を前記全反射条件を満たした種々の入
射角の光として一度に前記光反射面に照射するよう形成
された導波形レンズとを備えることを特徴とするバイオ
センサ。
【請求項２】請求項１記載のバイオセンサであって、前記光反射面で反射し前記光透過媒体から外部に出射す
る反射光を、前記光反射面における反射角ごとに一度に
受光し、該反射光の光量を反射角ごとに検出する受光手
段を備え、該受光手段は、前記光透過媒体から反射光が出射する出
射面に設けられているものであるバイオセンサ。
【請求項３】請求項１記載のバイオセンサであって、前記光透過媒体は、光の透過性を有する基板からなり、該基板の表面に対して傾斜した端面を前記光反射面で反
射した反射光が達する側に備え、該傾斜した端面に、反射膜を備えるものであるバイオセ
ンサ。