JPH08505475A - 光ファイバ・センサおよび関連する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 表面プラズモン共振（ＳＰＲ）測定と、これに関係した方法と装置によるセンサに接触した試料を検出する光ファイバ・センサが開示されている。この発明の光ファイバＳＰＲセンサは、制限された入射角範囲と複数の波長からなる入射光を用いている。好適な実施例において、インライン転送光ファイバＳＰＲセンサと終端反射光ファイバＳＰＲセンサが開示されている。光ファイバＳＰＲセンサは、光ファイバのコアの露出部に接触している金属層を囲む表面プラズモンと、金属層を囲む表面プラズモンに蒸着される１つまたはそれ以上の追加層をオプションで含む。別の実施例において、この発明の光ファイバＳＰＲセンサと接触させて試料を検出する方法、および複数波長からなる電磁放射源と検出装置を組み合わせた光ファイバＳＰＲセンサを含む検知装置が開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 光ファイバ・センサおよび関連する方法と装置 発明の分野 この発明は、一般的に、光ファイバ・センサに関する。特に、試料を検出する 表面プラスモン共振を利用する光ファイバ・センサと光ファイバ・センサを用い る検知装置と同装置を用いた試料の検出方法に関する。 発明の背景 表面プラズモン波は、金属と誘電体（これ以降、“試料”と言う）の境界に存 在する電磁波である。このような波は、入射平面（すなわち、偏光ＴＭ波）に平 行な偏光電界をもつ光により放出できる。入射光の伝搬定数の平行成分、表面プ ラズモン波伝搬定数の実数部分に等しいと、入射光は、表面プラズモン波を共振 的に励起して、入射光エネルギーの一部は、表面プラズモン共振（ＳＰＲ）に転 送または散乱される。エネルギーの散乱は、金属の誘電定数と金属に接触してい る試料の誘電定数に依存する。金属／試料境界の共振波動ベクトルを監視すると 、試料（ガスまたは溶液）の誘電定数が得られる。また、試料が化学物質で汚染 されている場合、誘電定数測定により試料に化学物質が蓄積する可能性がある。 従来、ＳＰＲは、kretschmann構成（kretschmannとRaether Z.Naturforsh.Tei l A23：2135-2136，1968）を用いて測定されていた。この構成において、高い屈 折率をもつ金属の薄膜（金または銀など）は、プリズムの底部に堆積される。そ して、金属表面は試料と接触して、試料のＳＰＲ反射スペクトルは、偏光ＴＭ単 色光をプリズム に結合して、反射光強度を入射角の関数として測定する。最小反射角１は、入射 光と表面プラズモン波の間で最大結合が起こる共振角である。この角度と共振ス ペクトルの半幅および最小反射強度での強度は、金属表面と接触している試料の 試料の特性決定または検出に用いられる（Fontana el al.，Applied Optics 27 ：3334-3339，1988）。 光検知装置は、現在、上述のkretschmann構成に基づいて製造されている。こ の装置は、バルクおよび薄膜試料の屈折率変化と薄膜の厚さの変化に対するＳＰ Ｒの感度を利用している。これらの装置は、適切な化学検知層と共にＳＰＲの以 下のような各種化学センサの開発を促進した。免疫検定センサ（Liedberg et al .，Sensors and Actuators 4：299-304，1983；Daniels et al，Sensors and Ac tuators 15：11-17，1988；Jorgnson et al.，IEEE/Engeering Medicine and Bi ology Proceedings 12：440-442，1990など），ガスセンサ（Liedberg et al，s upra；Gent et al，Applied Optics 29：2843-2849，1990など），液体センサ（ Matsubaru et al，Applied Optics 27：1160-1163，1988など）。 ＳＰＲ化学センサのkretschmann構成は、非常に高感度であるが、比較的装置 が大きいので応用範囲を著しく制限してしまっている。例えば、バルク光検知装 置は、結合プリズムを使用しているので応用範囲が制限され、そのため、この装 置は比較的大きく、高価で、リモート・センシングには利用できない。さらに、 一般に、単色光源を必要とするこのようなセンサは、構成上の制限（プリズムの 存在など）により製造費用が高くなり、入射角の広い範囲に渡り入射光を掃引す る必要がある。 従って、改良されたＳＰＲセンサおよびこれに関する装置と方法への需要があ る。特に、容易にリモート・センサシングができる高 価で、現在、既存のＳＰＲ化学センサ使用のを制約がないＳＰＲセンサへの需要 がある。 発明の要約 本発明の目的は、センサと接触して試料を検出するＳＰＲを用いる光学ファイ バを提供することである。また、本発明の目的とするのは、センサ自身として光 ファイバを用い、結合プリズムを用いないセンサを提供することである。さらに 、本発明の目的とするのは、励起エネルギーとして複数の波長の入射光を用いる 光ファイバＳＰＲセンサを提供することである。また、さらに、本発明の目的と するのは、この発明の光ファイバＳＰＲセンサを用いた試料を検出する方法と装 置を提供することである。この発明は、これらの目的を満足し、さらに関連する 多くの利点を提供する。 この発明の１実施例において、光ファイバＳＰＲ検知装置が開示されている。 この装置は、複数波長からなる電磁放射源と検知装置を組み合わせた光ファイバ ＳＰＲセンサが含まれる。光ファイバＳＰＲセンサは、コア導波路とクラッドま たはコア導波路を囲むクラッド／緩衝層を備え、光ファイバは、第１端と第２端 を有し、第１端と第２端の間、または光ファイバの第２端に少なくとも１つの検 知領域を備えている。光ファイバの検知領域は、周囲のクラッドまたはクラッド ／緩衝層がない光ファイバのコア導波路の露出面の少なくとも一部と接触してい るＳＰＲ支持金属層により形成されている。電磁放射源からの出力は、光ファイ バのコア導波路の第１端に入力し、第１端から全内部反射（ＴＩＲ）により第２ 端へ伝搬し、第１または第２端のいずれかから出力される。検知装置は光ファイ バ端から出力される放射を監視する。 好適な実施例において、光ファイバＳＰＲセンサは、インライン 転送光ファイバ・センサである。このセンサは、コア導波路とクラッドまたはコ ア導波路を囲むクラッド／緩衝層、および入力端と出力端を備えている。センサ は、周囲のクラッドまたはクラッド／緩衝層がない光ファイバのコア導波路の少 なくとも一部に接触しているＳＰＲ支持金属層により形成される入力端と出力端 の間にある検知領域を備えている。電磁放射源から出力される複数波長は、光フ ァイバのコア導波路の入力端に入力し、ＴＩＲにより入力端から出力端へ放射が 伝搬する。次に、検知装置が光ファイバ導波路の出力端から出力される放射を監 視する。 別の好適な実施例において、この発明の検知装置は、終端反射光ファイバＳＰ Ｒセンサを備えている。このセンサは、コア導波路とクラッドまたはコア導波路 を囲むクラッド／緩衝層と、入力／出力端と終端反射端を備えている。終端反射 端は、鏡像層に接触しているコア導波路の端面により形成されている。センサの 検知領域は、入力／出力端と終端反射端の間にあり、周囲のクラッドまたはクラ ッド／緩衝層がない光ファイバのコア導波路の少なくとも一部と接触しているＳ ＰＲ支持金属層により形成されている。電磁放射源から出力される複数波長は、 光ファイバ導波路の入力／出力端に送られ、全内部反射により入力／出力端から 終端反射端へ放射が伝搬する。コア導波面端に接触している鏡像層で内部反射し て、全内部反射により光ファイバ導波路の入力／出力端へ逆に伝搬させる。検知 装置は、光ファイバ導波路の入力／出力端から出力される放射を監視する。 この発明の別の実施例において、試料を検出する方法が開示されている。この 方法において、試料は、この発明の光ファイバＳＰＲセンサと接触している。電 磁放射源から出力される複数波長は、光ファイバＳＰＲセンサの１端に入力し、 センサから出力された放射 を検出する。 さらに別の実施例において、この発明は光ファイバＳＰＲセンサを開示する。 センサは、光ファイバのコア導波路とクラッドまたはコア導波路を囲むクラッド ／緩衝層を備えている。検知領域は、光ファイバの第１と第２端の間にあり、周 囲のクラッドまたはクラッド／緩衝層がない光ファイバのコア導波路の少なくと も一部に接触しているＳＰＲ支持金属層によって形成されている。好適な実施例 において、光ファイバＳＰＲセンサは、インライン転送光ファイバＳＰＲセンサ または終端反射光ファイバＳＰＲセンサである。 この発明のこれらとその他の局面は、以下の発明の詳細な説明と添付された図 面を参照すれば明らかになるだろう。 図面の簡単な説明 図１（ａ）はバルク光ＳＰＲ化学センサの従来のKretschmann構成を、図１（ ｂ）はバルク誘電水、波長６２０nm、厚さ５５０オングストロームの銀膜、溶融 シリカ・プリズムを示す図１（ａ）の従来のセンサから得られたＳＰＲ反射スペ クトルを示す図である。 図２はこの発明のインライン転送光フィイバＳＰＲセンサを示す図である。 図３は終端反射光ファイバＳＰＲセンサを示す図である。 図４は終端反射光ファイバＳＰＲセンサの別の実施例を示す図である。 図５はバルク誘電水の３次元ＳＰＲ反射スペクトルの計算値である。 図６は水と３７．１％ショ糖溶液の３次元ＳＰＲ反射スペクトルの２つの理論 値の輪郭のプロット図である。 図７は光ファイバ・センサの内部を伝搬する異なる角度の波長に 対する反射光強度のＳＰＲスペクトルの計算値である。 図８はそれぞれの角度で起こる反射数を考慮に入れたＳＰＲスペクトルの計算 値である。 図９は光ファイバ内の伝搬角の非線形ガウス分布関数である。 図１０は水と３７．１％ショ糖溶液のバルク屈折率のＳＰＲスペクトルの計算 値である。 図１１はインライン転送光ファイバＳＰＲセンサを用いた、この発明の検知装 置を示す図である。 図１２（ａ）は空気と試料ＳＰＲスペクトルの代表値を示す図である。 図１２（ｂ）は正規化された試料ＳＰＲスペクトルを、図１２（ｃ）は例２の インライン転送光ファイバＳＰＲセンサを用いて収集し正規したＳＰＲスペクト ルを示す図である。 図１３は図２の６、１０および１８mmインライン転送光ファイバＳＰＲセンサ で測定して正規化された光ファイバＳＰＲセンサのスペクトルのプロットである 。 図１４は例のショ糖溶液の反射計算および実験的に決定されたＳＰＲ結合波長 、対例２のショ糖溶液の屈折率を示す図である。 図１５は終端反射光ファイバＳＰＲセンサを用いた、この発明の検知装置を示 す図である。 図１６は銀また金いずれかのＳＰＲ金属層を用いた、例３で検出された溶液の 屈折率に対する理論的および実験的に観察したＳＰＲ結合波長を示す図である。 図１７は緩衝液Ａ，脱イオン化水，ＢＳＡとｒｈＦＸＩＩＩの正規化されたＳ ＰＲ反射スペクトル（空気を基準にした）を示す図である。 図１８は時間中（０〜５５分）ｒｂ抗ＦＸＩＩＩの結合による正 規化されたＳＰＲスペクトルの偏移を示す図である。 図１９は時間中図１８のＳＰＲスペクトルの偏移を示す図である。 発明の詳細な説明 この発明は、表面プラズモン共振（ＳＰＲ）測定によりセンサに接触した試料 を検出する光ファイバ・センサに関するものである。また、この発明は、試料を 検出する光ファイバＳＰＲセンサの使用に関する方法と装置にも関する。好適な 実施例において、この発明の光ファイバＳＰＲセンサは、インライン転送センサ と終端反射センサを含む。この発明の光ファイバＳＰＲセンサは、リモート・セ ンシングと複数光ファイバＳＰＲセンサ間のマルチプレクスができ光ファイバを 利用した従来のバルク光学プリズムを不要にする。 上述したように、一般に、従来のＳＰＲ化学センサは、Kretschmann構成（Kre tschmann and Raether，Z.Naturforsh．Teil A 23：2135-2136，1968を参照）に 基づいている。このような従来のＳＰＲ化学センサは、図１（ａ）に示されてい る。特に、金や銀などの高い反射特性をもつ金属層（１０）がプリズム（１４） の底部（１２）に堆積している。偏向ＴＭ単色入射光（１６）が、プリズムに入 射し、プリズムの底部／金属層境界で反射する。反射光の強度（１８）は、検知 装置（図示せず）で測定される。試料（１１）は、金属層（１０）の露出表面（ １５）に接触させられ、単色入射光は、金属層／試料境界の法線に対し、角度Θ でプリズムに入射する。適切な入射角で、単色入射光は表面プラズモン波（１３ ）を励起する。図１（ａ）の従来のＳＰＲ化学センサから得たＳＰＲ反射スペク トルは、入射角に対する反射光強度を２次元プロットして図１（ｂ）に示されて いる。最小反射強度角は、入射光と表面プラズモン波の 間でエネルギーの最大結合が起こる表面プラズモン共振角（Θｓｐ）である。こ の角度は、金属層の露出表面に接触している試料に依存する。 単一の単色入射光源を用いて入射角を変調する従来のＳＰＲ化学センサと対照 的に、この発明の光ファイバＳＰＲセンサは、制限された入射角範囲と複数波長 からなる入射光を用いている。ここで用いたように、“複数の波長からなる入射 光”とは、最低でも２つの波長をもつことを意味し、試料の共振スペクトルをカ バーできる十分広い波長範囲が好ましい。例えば、黒体放射または白色光源は入 射光として利用できる。代わりに、２つまたはそれ以上の不連続波をこの発明の 実施に用いることができる。さらに、ここで用いているように、“制限された入 射角範囲”とは、所定の光ファイバが有する伝搬角範囲を意味する。 この発明の適切な光ファイバには、ＴＩＲにより光の内部伝搬をする市販のフ ァイバが含まれる。一般に、このようなファイバは、光ファイバのコア材料、フ ァイバの開口数および光ファイバのコア直径の３つのパラメータによって特徴づ けられる。光ファイバにどのようなコア材料を選択するかによって共振位置に影 響を与える（波長領域で発生する）。例えば、１．４６の屈折率をもつシリカ・ ファイバは、約１．３２〜約１．４５の実効屈折率の測定を可能にし、４００ｎ ｍ〜１０００ｎｍまでの共振偏移として実験的に観察できる。同時に、他の光フ ァイバのコア材料も共振位置に影響を与える。従って、シリカより高い屈折率を もつ光ファイバのコア材料を用いると、有効屈折率のダイナミック・レンジを高 い値にシフトする。例えば、１．７６の屈折率をもつサファイアは、約１．４５ 〜約１．７５の実効屈折率のダイナミック・レンジをもつセンサを実現する。同 様に、１．５０の屈折率をもつポリメチルメタクリラ イト（polymethylmethacrylite：ＰＭＭＡ）などのプラスチック光ファイバのコ アを用いると、約１．３３〜約１．４９の実効屈折率の測定が可能になるだろう 。仮に、シリカより低い屈折率をもつ光ファイバのコア材料を用いると、測定可 能な試料の屈折率のダイナミック・レンジは小さな値にシフトされる。光ファイ バＳＰＲセンサのダイナミック・レンジも、後で詳述する適切なダイナミック・ レンジ制御層を追加すれば変更できる。 光ファイバの開口数は、ファイバ中を伝搬することができる光の受容角を決定 する。この発明の実施において、適切な開口数は約０．００５〜約０．６の範囲 、好ましくは約０．２〜約０．４、そして最も好ましいのは約０．２５〜約０． ３５である。開口数は、ファイバ中を伝搬する光の内部伝搬角も決定する。例え ば、０．３の開口をもつシリカ光ファイバは、光の屈折伝搬角が９０°〜７８． ５°の範囲（コア／クラッド境界の法線に対して）になるので、このファイバの 入射角の制限範囲は、９０°〜７８．５°になるだろう。ファイバのコア直径は 特定の応用によって異なる。光ファイバのコア直径は約１ミクロン〜約２０００ ミクロンの範囲が好ましく、より好ましいのは１００ミクロン〜６００ミクロン の範囲で、最も好ましいのは２００ミクロン〜４００ミクロンの範囲である。 オプションの構成要素として、光ファイバの１端は、ファイバ内で伝搬する光 を反射する素子をもち、光を逆方向に伝搬させる。この機能を満足する適切な素 子が、光ファイバのコアの表面端にある鏡像層である。例えば、光を光ファイバ の第１端に入力して、鏡像層がファイバの第２端にある場合、第２端に伝搬した 光は、光ファイバの第１端に反射される（鏡像層に接触して）。このような鏡像 層は、電子ビーム蒸着、熱蒸着、スパッタリング、無電解プレート、またはファ イバ端への適切な鏡像層の付着または固着などの周知 の技術により、光ファイバのコア表面端に付着できる。鏡像層を構成する適切な 材料には、銀、金およびクロームなどの高い反射率をもつ金属が含まれる。鏡像 層は適切な反射率を実現するため十分な厚さをもつ必要があり、ファイバ端では ＳＰＲが発生してはいけない。一般に、約２０００オングストローム（またはそ れ以上）の厚さの金属は、十分な反射率を備えており、約１０００オングストロ ームを越える厚さをもつ金属は、ファバ端にＳＰＲが発生しない。上記の特性を 備える所定の任意の鏡像層の適切な厚さは、当業者が容易に決定できる。 この発明の光ファイバＳＰＲセンサを用いた試料の検出は、試料を光ファイバ の検知領域に接触させれば部分的に行なえる。検知領域は、周囲のクラッドまた はクラッド／緩衝層を除去して、光ファイバのコアの一部を露出させ、ＳＰＲ支 持金属層を露出された光ファイバのコアに付着させて形成する。次に、光ファイ バのＳＰＲ支持金属層を当該試料に露出され、以下に開示する方法により試料の 屈折率を決定する。 光ファイバのクラッドまたはクラッド／緩衝層を、周知の技術で除去してコア の一部を露出させる。例えば、クラッドまたはクラッド／緩衝層は、トーチまた はファイバのコア材料はそのままにして、クラッドまたはクラッド／緩衝層をエ ッチングする化学薬品により除去する。別の方法として、クラッドまたはクラッ ド／緩衝層は、市販の機械的ストリッパ（例えば、Clausse，No-Nik Optical fi ber stripper，Edmond Scientific Catalog，Barrington，NJ）を用いて除去で きる。 いったん、光ファイバの一部が露出されるとＳＰＲ支持金属層が露出されたコ アに付着する。ここで用いられているように、“ＳＰＲ支持金属層”は、金属／ 試料境界でＳＰＲを発生する高い反射率 をもつ金属を意味し、透過率の実数部は負であり、その大きさが虚数部の大きさ より大きい透過定数を持つ。可視と近赤外線領域（４００ｎｍ〜１０００ｎｍ） において、銀と金は両方ともこの基準を満たしてる。しかし、上述の波長範囲が 赤外線まで拡張されると、アルミニュウム、銅およびタンタルなどのその他の材 料も用いることができる。 ＳＰＲ支持金属層は、光フィイバのコアの露出部分に共振曲線を最適化する厚 さ、すなわち、ＳＰＲ共振スペクトルをシャープにする厚さまで付着させること が好ましい。ＳＰＲ支持金属層が銀であると、この層は露出されたコアに約５５ ０オングストロームの厚さまで付着させるのが好ましい。層の厚さが薄いと、共 振スペクトルは、実質的に拡大し、層の厚さが６００オングストロームを越える と、共振は著しく減少するかまたは発生しない。当業者は、厚さを変化させ共振 曲線を最適化することによって、所定の任意の光ファイバ／ＳＰＲ支持金属層の 組み合わせへＳＰＲ支持金属層の厚さを容易に決定できる。 １本の光ファイバは、同じまたは異なる形状の同じあるいは異なる検知領域を 備えるＳＰＲ支持金属層を含む。このような検知領域は、光ファイバに沿って光 ファイバ端または両端に設けられている。さらに、光ファイバのどの部分も検知 領域として機能するが、好適な実施例において、クラッドまたはクラッド／緩衝 層は、光ファイバのコアの全周から除去され、ＳＰＲ支持金属層が露出されたコ アに対称に均一な厚さで蒸着される。 複数周波数からなる光を放出するエネルギー源は、入射放射源として利用でき る。入射放射の発生は市販のいくつかの任意の装置により可能である。例えば、 タングステン・ハロゲン・ランプは、４００ｎｍ−１０００ｎｍの間の共振スペ クトルをカバーする十分に 広い範囲の波長を放射する。しかしながら、他の白色光源も使用できる。さらに 、あらゆるバックグランド・スペクトル変動を最小化するため、白色光源の電流 と温度を制御すると、最良の結果が得られる。エネルギー源は、Oriel，幅射測 定装置への光ファイバ源（この特殊な装置は電球から放射された白色光を光ファ イバの一端に結増する）などの市販の光ファイバ発光装置を用いて、光ファイバ に結合される。 この発明の適切な検出装置は、光ファイバから出力される全波長または一部の 強度の検出ができる。例えば、ファイバを光ファイバ分光器に接続すると、ファ イバから出力される光は、回折格子に反射して線形アレイ検出器に入射する。回 折格子に反射すると、光は波長の関数として直線的に分散される。次に、アレイ 検出器の個々のホトダイオードは、アレイ検出器に沿って強度を測定し、線形変 位（波長に比例する）光の強度を検出する。分光光度計を用いて、波長に対する 光の強度を測定できる。または光検出器の前に環状可変干渉フィルタ・ホイール を用いることできる。このようなフィルタ・ホイールは、ホイールの回転の関数 として変化するある狭帯域光を実現し、光のスペクトル強度の測定ができるよう にする。同様の検知装置は、限られた数の波長のみを用いたとき、分散プリズム 、線形可変境界フィルタ、または個々の干渉フィルタを用いることができる。 共振スペクトルを測定して、光ファイバのセンサの検知領域に接触した試料の 複素屈折率を決定できる。試料の複素屈折率には、実数部と虚数部の複素屈折率 成分を含む。試料の複素屈折率の実数成分は、光が試料を伝搬する速度に半比例 しており、一般に、試料の“真”屈折率と考えられている。試料の複素屈折率の 虚数成分は、試料の吸収または光の減衰に関係している。例えば、砂糖を含む溶 液の共振スペクトルを測定して、砂糖の濃度を決定できる（砂糖は、試料の実屈 折率を変化させる溶液の唯一の変化分解物とする）。この測定は、砂糖を含む飲 料およびアルコールを含む溶液、または野菜オイルの水素添加をするユーティリ ティを備えている。同様に、この発明の光ファイバＳＰＲセンサは、試料の吸収 測定に用いられる。例えば、試料中の１つまたはそれ以上の特定分解物（ＰＨと 二酸化炭素（ＣＯ２）の酸／塩基インジケータ）の識別にダイ・インジケータを 用いる。 さらに、検知領域は、ＳＰＲ支持金属層に付着している１つまたはそれ以上の 追加層をオプションで含み、センサが検出可能な実効屈折率を生成する。この追 加層は、ダイナミック・レンジ制御層および／または反応層を含む。“ダイナミ ック・レンジ制御層”は、ＳＰＲ支持金属層に付着して、光ファイバＳＰＲセン サのダイナミック・レンジを変化させる。例えば、１．４６の屈折率をもつシリ カ・ファイバのダイナミック・レンジは、約１．３２〜約１．４５である。低い 屈折率（１．２など）をもつダイナミック・レンジ制御層をＳＰＲ支持金属層へ 付着させると、センサのダイナミック・レンジを高い値にシフトさせる（例えば 、１．４２〜１．５５）。 ここで用いたように、“反応層”は、試料と相互作用する層を意味し、センサ が検出した実効屈折率を変化させる。反応層を追加すると、試料に対しより高感 度に、またはより多種類の試料（または試料内の分解物）が選択可能な光ファイ バＳＰＲセンサの製造ができるようになる。例えば、適切な反応層には、ＳＰＲ 支持金属層へ結合した抗原または抗体を含む。このタイプの反応層は、相補抗体 または抗原を試料中に選択的に結合して、反応層の厚さを増し、センサにより測 定される実効屈折率をシフトさせる。一般に、適切な反応層は試料と接触すると いくらか変化するので、センサにより測 定される実効屈折率を変化させる。他の反応層には、ゾル・ゲル膜とポリマ被覆 を含み、周知の技術によりＳＰＲ支持金属層に付着される。 図２〜４にこの発明の光ファイバＳＰＲセンサの好適な実施例を示す。図２に はインライン転送光ファイバＳＰＲセンサが示されている。このセンサは、光フ ァイバ（２０）のコア（２６）からクラッド（２１）と緩衝層（２３）部を除去 して形成し、ＳＰＲ支持金属層（２６）をコア（２２）の露出表面（２８）に蒸 着させる。 図３には終端反射光ファイバＳＰＲセンサが示されている。この実施例におい て、鏡像層（３４）は、光ファイバ（３０）端に付着されている。特に、鏡像層 は光ファイバのコア（３６）面端（３２）と接触している。ＳＰＲ支持金属層（ ３９）は、コア（３６）の露出表面（３３）に付着している。 図４に検知領域が光ファイバ端にある終端光ファイバＳＰＲセンサの別の実施 例を示す。クラッド層（４２）と緩衝層（４４）は、光ファイバ（４０）から除 去され、コア（４６）表面（４５）を露出する。ＳＰＲ支持金属層（４８）は、 コア（４６）の露出面（４５）に付着している。鏡像層（４９）はコア（４６） 面端（４３）と接触している。 以下の例は図によって説明するがこれに制限されない。 例 例１ 水とショ糖溶液間のＳＰＲ偏移の計算値 図５に波長（４００〜１０００ｎｍ）範囲の３次元ＳＰＲ反射スペクトルの計 算値を示す。スペクトルは、マトリックス法によって計算され、多層構造のフレ ネル反射係数を決定している。また、シ リカ光ファイバの５５０オングストロームの銀層、水のバルク試料およびＴＭ偏 光光と仮定している。銀シリカと水の屈折率は、以下の文献から得られた（Hass and Hadley,Optical Properties of Metals，American Institute of Physics Handbook,D,Gray ed.McGraw-Hill,New York,pp.149-151,1972； Querry et al. ，water(H2O),Handbook of Optical Constants of SolidsII．E.Palik ed,Ameri can Press,Boston,pp.1059-1077,1991;Malitson,J.O.S.A.55：1205-1216,1965） 。波長の関数としてのＳＰＲ結合角の変化（図５に示すように）は、主に、４０ ０〜１０００ｎｍの波長範囲に渡る銀複素屈折率の大きさの増大による。この大 きな銀屈折率の変化（大きさの約１オーダ）は、シリカと水屈折率両方の比較的 小さな変化（それぞれ屈折率単位０．０１９と０．１２８）に比較される。図６ はバルク試料媒質としての水とショ糖溶液（重量で３７．１％）の３次元ＳＰＲ 反射スペクトルの２つの計算値の輪郭をプロットしたものである。この図は波長 に依存する共振結合角と水とショ糖のスペクトル間のバルク誘電反射指数に依存 する３次元スペクトルを示している。 光ファイバＳＰＲセンサのスペクトルのモデルを構築するには、次のようない くつかの要因を考慮する必要がある。（１）３次元ＳＰＲ反射スペクトル、（２ ）それぞれの伝播モードで繰り返す反射数、（３）光ファイバ・センサの伝播モ ード密度。図７に光ファイバ内部を伝搬する離散角度（９０°、８７°、８４° 、８１°および７８°）に対する１反射の反射密度の理論ＳＰＲスペクトル（コ ア直径が４００ミクロン、検知領域の長さが１００ｍｍ、および全波長の光強度 が一定と仮定する）を示している。ファイバ・センサ領域の反射数Ｎは、モード 伝播角Θ、ファイバ・コアの直径ｄ、および検知領域長Ｌの関数であり、次の式 により決定される。 Ｎ＝Ｌ／ｄｔａｎΘ 従って、実効ＳＰＲスペクトルを決定するには、複数回の反射を考慮に入れて 、１回の反射のスペクトルは、反射数の累乗にして特定の伝搬角は、センサの境 界により影響を受ける。図８は図７の伝搬角の波長に対する強度の実効ＳＰＲス ペクトルを示している。低次モード（９０°）のスペクトルは、ファイバの子午 線軸に平行に進み境界で反射しない。そのため、図６の低次モードのスペクトル をゼロの累乗にして、９０°の伝搬角で励起される表面プラズモン波がない波に 対応する一定のスペクトルを発生する。同様に、ファイバの最小の伝搬角（７８ °）は、検知領域内で５．３１の反射をするので、非常に広い実効スペクトルを もつ。 ファイバの出力端で検出された光ファイバＳＰＲ信号は、伝搬角の全範囲の累 積スペクトルを表し、特定モードのスペクトルではない。さらに、この信号は、 ファイバの全伝搬角の同じ重みをかけた平均ではない。従って、理論上の信号は 、ファイバの全伝搬角のエネルギー分布関数により重みをかけなければならない 。この目的のため、図９に伝搬角密度分布関数にはガウス分布を採用し、ファイ バの許容伝搬角範囲を拡大した様子を示す。図１０に図９の密度分布関数により 図８の角スペクトルの重み平均をとって得た、バルク水試料と３１．７％のショ 糖溶液に対する光ファイバＳＰＲ信号の理論値を示す。このため、ＳＰＲ結合波 形の約２００ｎｍの偏移が予測され、水とショ糖試料間の０．０６の屈折率単位 の変化に対応する。 例２ インライン転送光ファイバＳＰＲセンサ ケイ素／ポリマ・ファイバ・タイプＦＰ−４００ＵＨＴ（3M，Min eapolis,Minnesota）は、４００／６００／７６０ミクロンの直径（それぞれコ ア、クラッド、および緩衝層の直径）をもち、開口数が０．３のものを試料で用 いている。緩衝とクラッド層は、トーチ（Weber and Schultz,Biosensors and B ioelectronics 7:1930197,1992）によって除去し、露出したコア表面をＤｙｎａ ｓｏｌｖｅ１００（Dynaloy Inc.，Hanover,NJ）で拭いてきれいにする。特に、 ３つの光ファイバ・センサは、３つファイバに沿ってクラッド／緩衝層を６，１ ０および１８ｍｍ除去して製造されている。そして、各ファイバは、蒸着した金 属（銀）のフラックスがファイバの軸に垂直になるように、電子ビーム・エバポ レータの上に取り付けられる。ファイバは銀の蒸着中回転され、ファイバの周囲 に５５０オングストロームの銀膜が対称に堆積する。蒸着プロセスは、水晶検出 器を用いて監視される。 図１１に試料を検査する試験装置の構成を示す。上記に開示したように、３つ のインライン転送光ファイバＳＰＲセンサが製造されている。タングステン・ハ ロゲン・ランプの出力は各光ファイバに個々に結像される。モード・スクランブ ラを使用して光ファイバの全モードを実現している。センサの検知領域は、２つ のスポイト・ストッパと入口と出口を備えたスポイトを用いて構成される３つの フローセルで囲まれている。光ファイバＳＰＲセンサの出力は、ＳＭＡコネクタ を会して光ファイバ分光器（American Holographic,Littleton,MA）に接続され ている。平面回折格子は、２０ｎｍ／ｍｍの直線分散値をもつ４００ｎｍ〜９０ ０ｎｍの周波数範囲で分散するAmerican Holographicモデル＃４４６．３３であ る。分光器内の検出器は、素子数が１０２４個の直列ＣＣＤアレイ検出器である 。波長解像度の理論値は、回折格子との直線分散値２５．４ｎｍの幅をもつＣＣ Ｄ素子によって０．５ｎｍと決定されている。データ収 集を自動化するためＩＢＭ社のコンピュータと互換性のあるコンピュータでデー タ収集基板を用いている。 脱イオン水で希釈した高い濃度の果糖とうもろこしシロップ試料溶液６つを準 備した。これらの試料の溶液の屈折率は、５８９ｎｍの波長でＡｂｂｅ屈折計（ Milton Roy Tabletop Refractometer 3L）を用いて、１．３３３、１．３５１、 １．３６４、１．３８１、１．３９３および１．４０４とそれぞれ決定された。 送出されたスペクトル強度分布は、空気がフローセルにある間、センサごとに測 定され、フローセルの入力にそれぞれの溶液１５ｍｌを注入して用意した６つの ショ糖溶液ごとに再測定する。 入射光の強度は全波長（４００〜９００ｎｍ）に対し一定ではないので、セン サの検知領域が空気と接触しているときに空気のスペクトルが収集される（すな わち、１．００のバルク屈折率をもつ空気の波長領域においては表面プラズモン 共振励起が発生しない）。サンプルごとに収集したＳＰＲスペクトルは、次の式 を用いて空気スペクトルに対し正規化されている。 Ｎ（λ）＝１−〔Ｉａｉｒ（λ）−Ｉｓａｍｐｌｅ（λ））／ Ｉａｉｒ（λ）〕 ここで、Ｉａｉｒ（λ）は、波長λでの空気のスペクトル密度、Ｉｓａｍｐｌ ｅ（λ）は波長λでの試料のスペクトル密度である。λに対するＮ（λ）をプロ ットすると正規化されたスペクトルが得られる。図１２（ａ）は代表的な空気と 試料ＳＰＲスペクトルを示し、図１２（ｂ）は上記の式による正規化された試料 のスペクトルを示す。このキャリブレーション方法は、光スペクトル出力、ホト ・ダイオード・アレイのスペクトル感度、およびファイバのスペクトル吸収に起 因する装置の伝達関数を効果的に正規化する。図１２（ｃ）は１．３５１、１． ３９３および１．４０４の屈折率をもつ 果糖溶液の１０ｍｍセンサにより測定した波長の関数として送出された光強度の 正規化を示す。 試料のバルク屈折率の増大に対する共振波長偏移は、図１０に示す計算結果と 一致する。しかし、共振スペクトルは、予想した値よりいくぶん広くなることに 注意すべきである。観察結果は、少なくとも一部において、分光器に接続した大 きな入力ファイバ（４００ミクロン）のおかげであると考えられており、そのた め、全分光解像度は最適化されない。より狭い共振スペクトルは、分光器への入 力光ファイバのコアの直径を小さくするか、狭いスリットを用いて達成できる。 図１３は果糖溶液（１．３５１の屈折率）を６、１０および１８ｍｍのセンサ で測定した光ファイバＳＰＲセンサのスペクトルのプロットである。送出された スペクトル密度分布は、図１３に示したＳＰＲ検知領域の長さに依存し、検知領 域が長いと観察した共振スペクトルはより深くなる。従って、検知領域の大きさ は、最適化することでき、主に検知領域の表面積、光ファイバのコアの直径、開 口数に依存する。ファイバの形状が楕円形のため、ＴＥとＴＭ偏光光（コア／金 属境界に対し）は、マルチ・モードのファイバでも伝搬が可能である。従って、 共振での予想最適送出光強度は、ＳＰＲがＴＭ偏光光によってのみ励起できるの で、０．０以外の０．５になる。 果糖溶液の屈折率に対するＳＰＲ結合波長の理論値と実験値が、図１３の３つ の光ファイバＳＰＲセンサに対し、図１４にプロットされている。３つのセンサ すべての応答は、例１の計算した偏移とよく一致する。Ａｂｂｅ屈折計で測定し た図１４の試料溶液の屈折率をプロットするには、反射拡散測定を用いて、波長 の値を修正する（Abbe Refractometer Operator's Manual and Dispersion Tabl e,Milton Roy Company，Analytical Products Division,Rochester,New York,19 86）屈折率に対する光ファイバＳＰＲセンサの理論感度は、図１３のＳＰＲ波長 応答曲線から計算された。応答特性が非線形なので、感度は波長の関数となり、 長い波長では感度が向上する。屈折率の理論感度は、５００ｎｍの波長で２．５ ×１０−４、９００ｎｍの波長では７．５×１０−５になるため、分光器の最適 な波長解像度を０．５ｎｍとすると、これらの波長で観察した感度はよく一致し ている。 例３ 終端反射光ファイバＳＰＲセンサ 図１５にこの発明の終端反射光ファイバＳＰＲセンサを示す。このセンサは、 上述したインライン転送センサと類似しているが、光ファイバ端に精密加工した ミラーを用いて、ファイバを伝搬する光を内部的に反射する。この実施例におい て、光は検知領域を２回通過するので、そのため、検知長は、インライン転送セ ンサの検知領域長の半分にすることができる。 終端反射光ファイバＳＰＲセンサは、２つに分かれているシリカ光ファイバ（ 開口数０．３，コア直径４００）端でクラッドと緩衝層を１ｃｍだけ剥いで形成 されている。次に、ファイバの剥離端の表面が下になるように、個々にファイバ を電子ビーム・エバポレータ・チェンバに垂直に取り付ける。そして、蒸着した 金属（銀）は、マスクを用いて各ファイバの剥離端面に３０００オングストロー ムの厚さまで堆積して、コアの露出表面に堆積するのを防ぐ。例２のインライン 転送光ファイバＳＰＲセンサと同じように、ファイバを電子ビーム・チェンバに 取り付け、銀または金のいずれかの金属層をファイバの露出したコア表面に５５ ０オングストロームの厚さ まで対称に堆積する。 この例において、光は、タングステン・ハロゲン・ランプからの２方向光ファ イバ・スプリッタ（５０：５０）の１分岐に結合されている。結合した光の４０ ％がスプリッタのセンサ分岐に送られる。光ファイバＳＰＲセンサへのスプリッ タの接続にＳＭＡコネクタを用いている。光はセンサ領域のプローブに送出され 、精密加工ミラーによって光ファイバに戻される。ミラーの厚さは、光ファイバ 端でＳＰＲが発生しない程度の厚さになっている（この例では、３０００オング ストローム）。戻された光は、再び分割されて光ファイバ分光器に接続され信号 光のスペクトル強度を測定する。スプリッタの残りのアームは、逆反射を最小に するためグリセロール溶液に一致した指数である。しかし、基準信号は、１つは 信号、もう１つは基準実時間の２入力を備えた分光器を用いても測定できた。こ の試験の液体試料は、さまざまな屈折率をもつ異なる濃度のグリセロールを含む ６つの溶液である。 ２つの終端されたプローブから得られた結果は図１６に示されており、インラ イン転送光ファイバＳＰＲセンサのデータと計算結果に一致している。終端され た金と銀プローブの間で観察された波長のズレは、ＳＰＲ支持金属層の２つの金 属（図１６参照）間の透過定数の差によるものと考えらえている。 例４ 終端反射光ファイバＳＰＲセンサを用いる免疫検定 この例では、ＳＰＲ支持金層表面に堆積した反応層と組み合わせた例３の光フ ァイバＳＰＲセンサの使用を説明する。上記の例３（図１６参照）ＳＰＲスペク トルの長い結合波長λｓｐｒへの観察された偏移は、バルク化学試料の屈折率の 増大による。同様の偏移は 、金属と試料の間の薄膜反応層の存在によるものかもしれない。この薄膜層（薄 膜層はバルク試料よりもさまざまな屈折率をもつ）の吸収により、λｓｐｒへ偏 移する。これは表面プラズモン波が、表面プラズモン支持層、薄膜、および薄膜 の厚さの屈折率の組み合わせを表すｎｅｆｆ実効屈折率を“検知”したことによ る。膜パラメータ（膜厚、および／または複素屈折率など）が変化すると、λｓ ｐｒへの偏移を引き起こす。これらの変化は、測定したＳＰＲスペクトルの特性 を解析して解決できる。 この発明のこの局面を説明するため、以下の成分を含むタンパク質溶液を準備 した。イースト（ZymoGenetics Inc.，Seattle,Washington）から抽出、精製し た組み換えヒト因子ＸＩＩＩ（ｒｈＦＸＩＩＩ），うし科の血漿アルブミン（BS A,FractionV,Sigma,St.Louis,MO），およびウサギの抗ｒｈＦＸＩＩＩビオチニ ール化ポリクロナールＩｇＧ調製（rb-anti,FXIII,Protain-A purified,est.98% IgG）。ＦＸＩＩＩ（５ＢＳＡ試料は、緩衝Ａ溶液（ＰＨ７，２，２％ショ糖， ０．１ｍＭ ＥＤＴＡ−Ｎａ２，１０ｍＭグリシン）１０ｍｇ／ｍｌの濃度，一 方，ｒｂ抗ＦＸＩＩＩは、リン酸緩衝塩溶液（ＰＨ７．４）で０．５ｍｇ／ｍｌ である。化学薬品のすべてはＳｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌから購入された。 図１７に空気を基準にした緩衝層Ａ、脱イオン化水、終端光ファイバＳＰＲセ ンサをそれぞれの溶液に浸して得られたＢＡＳとｒｈＦＸＩＩＩを示す。スペク トルは、試料の機械的振動または撹拌によって影響されず、ＢＳＡとｒｈＥＸＩ ＩＩ溶液のスペクトルは、同じだけ偏移する。これはセンサがタンパク質の分子 量（ｒｈＦＸＩＩＩが１６８ｋＤ、ＢＳＡが６９ｋＤ）を検知しないことを意味 しているが、検知領域表面に吸収されたタンパク質の質量へは反応する。 センサは空気を基準にしており、緩衝層Ａと脱イオン水でテストされる。次に 、センサはスペクトル偏移が発生しなくなるまで、ｒｈＦＸＩＩＩ溶液に入れて ｒｈＦＸＩＩＩで被覆する。次いで、センサをＢＳＡ溶液に浸して、抗体溶液に センサを入れて５５分以上ｒｈ抗ＦＸＩＩＩとの相互作用が研究された。ＳＰＲ 支持金属層に吸収されるポリクロナールｒｈ抗ＦＸＩＩＩとＦＸＩＩＩとの相互 作用は、測定するのに十分遅い（分）ことが分かった。ｒｂ抗ＦＸＩＩＩの結合 によるＳＰＲスペクトルの一時的な偏移を図１８に示し、最小ＳＰＲスペクトル の決定を図１９に示す。 図１９に示すように、観測した応答の５０％以上は、照射の最初の１０分間に 起こっている。センサの複数位相の応答特性挙動は、この研究に用いるポリクロ ナール抗体の性質と一致しており、ｒｈＦＸＵＩＩＩに対し異なる動特性をもつ 多数の抗個特異抗原ＩｇＧからの平均応答を示す。センサの応答は、０．１ＮＮ ａＯＨ溶液でのプローブの洗浄と、連続照射に対するテスト溶液に照射する前に 、センサ間の連続したスペクトルの比較（空気と緩衝層Ａ）により示されたよう に、反転可能である。 前述のことから、この発明の特定の実施例をここで図示のため説明されている が、この発明の範囲と精神から逸脱することなくさまざまな変更ができることを 認識されたい。従って、添付したクレームによっては制限されない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光ファイバ表面プラズモン共振検知装置において、 コア導波路とクラッドまたはコア導波路を囲むクラッド／緩衝層を備える光フ ァイバを有する光ファイバ表面プラズモン共振センサを備え、光ファイバは第１ 端と第２端および第１端と第２端の間または第２端にある少なくとも１つの検知 領域を有し、検知領域は周囲のクラッドまたはクラッド／緩衝層がない光ファイ バのコア導波路の少なくとも表面の一部に接触している表面プラズモン共振支持 金属層によって形成され、 出力を光ファイバのコア導波路の第１端に入力し、内部全反射により第一端か ら第２端へ放射を伝搬して光ファイバから出力される複数波長からなる電磁放射 源と、 光ファイバの出力端から出力される放射を監視する検知装置と、を備えること を特徴とする光ファイバ表面プラズモン共振検知装置。 ２．光ファイバ表面プラズモン共振検知装置において、 インライン転送光ファイバ表面プラズモン共振センサを備え、センサはコア導 波路とコア導波路を囲むクラッド／緩衝層および入力端と出力端を有し、光ファ イバは入力端と出力端の間にある検知領域を有し、検知領域は周囲のクラッドま たはクラッド／緩衝層がない光ファイバのコア導波路の少なくとも表面の一部に 接触している表面プラズモン共振支持金属層によって形成され、 出力を光ファイバのコア導波路の第１端に送り、内部全反射により第一端から 第２端へ放射を伝搬して光ファイバから出力される複数波長からなる電磁放射源 と、 光ファイバの出力端から出力される放射を監視する検知装置と、 を備えることを特徴とする光ファイバ表面プラズモン共振検出装置。 ３．光ファイバ表面プラズモン共振検知装置において、 終端反射光ファイバ表面共振センサを備え、センサはコア導波路とコア導波路 を囲むクラッドまたはクラッド／緩衝層および入力／出力端と終端反射端を有し 、終端反射端は鏡像層に接触しているコア導波路の面端により形成され、光ファ イバは入力／出力端と終端反射端の間または終端反射端にある検知領域を有し、 検知領域は周囲のクラッドまたはクラッド／緩衝層がない光ファイバのコア導波 路の少なくとも表面の一部に接触している表面プラズモン共振支持金属層によっ て形成され、 出力を光ファイバのコア導波路の第１端に入力し、コア導波路の面端に接触し ている鏡像で内部反射する内部全反射により入力／出力端から終端反射端へ放射 を伝搬し、入力／出力端への全内部反射により光ファイバ導波路へ逆伝搬する複 数波長からなる電磁放射源と、 光ファイバ導波路の入力／出力端から出力される放射を監視する検知装置と、 を備えることを特徴とする光ファイバ表面プラズモン共振検出装置。 ４．請求項３に記載の検知装置において、センサの検知領域は光ファイバの終 端反射端にあることを特徴とする検知装置。 ５．請求項１〜４のいずれか１つに記載の検知装置において、表面プラズモン 共振センサ支持金属層に付着した少なくとも１つの追加層をさらに含むことを特 徴とする検知装置。 ６．試料を検出する装置において、 試料を光ファイバ表面プラズモン共振センサと接触して、センサは光ファイバ のコア導波路とクラッドまたはコア導波路を囲むクラッド／緩衝層を有し、光フ ァイバは第１端と第２端および第１端と第２端の間または第２端に少なくとも１ つの検知領域を有し、検知領域は周囲のクラッドまたはクラッド／緩衝層がない 少なくとも光ファイバ導波路の表面の一部に接触している表面プラズモン共振支 持金属層により形成されており、センサの検知領域は試料の一部に接触しており 、 電磁放射源から出力される複数波長をを光ファイバのコア導波路に入力し、全 内部反射により第１端から第２端へ放射を伝搬して、光ファイバから出力し、伝 搬放射は試料と接触しているセンサの検知領域と相互作用し、 光ファイバのコア導波路から出力される放射の検出と、 を含むことを特徴とする試料を検出する装置。 ７．試料を検出する装置において、 試料をインライン転送光ファイバ・センサと接触して、センサはコア導波路と コア導波路を囲むクラッドまたはクラッド／緩衝層および入力と出力端を有し、 光ファイバは入力端と出力端の間にある検知領域を有し、検知領域は周囲のクラ ッドまたはクラッド／緩衝層がない少なくとも光ファイバのコア導波路の一部に 接触している表面プラズモン共振支持金属層により形成されており、センサの検 知領域は試料と接触しており、 電磁放射源から出力される複数波長をを光ファイバのコア導波路に入力し、全 内部反射により第１端から光ファイバのコアの導波路の出力端へ放射を伝搬して 、光ファイバから出力し、伝搬放射は試料と接触しているセンサの検知領域と相 互作用し、 コア導波路の出力端から出力される放射の検出と、 を含むことを特徴とする試料を検出する装置。 ８．試料を検出する方法において、 試料を終端反射光ファイバ表面プラズモン共振センサに接触して、センサはコ ア導波路とクラッドまたはコア導波路を囲むクラッド／緩衝層および入力／出力 端と終端反射端を有し、終端反射端は鏡像層と接触しているコア導波路の面端に より形成されており、光ファイバは入力／出力端と終端反射端の間または終端反 射端にある検知領域を有し、検知領域は周囲のクラッドまたはクラッド／緩衝層 がない光ファイバのコア導波路の少なくとも一部に接触している表面プラズモン 共振支持金属層により形成されており、検知領域は試料と接触しており、 電磁放射源から出力される複数波長を光ファイバのコア導波路の入力／出力端 へ入力し、全内部反射により入力／出力端から終端反射端へ放射が伝搬し、コア 導波路の面端に接触している鏡像層に内部的に反射して、入力／出力端への全内 部反射により光コア導波路に戻り、伝搬放射は試料に接触しているセンサの検知 領域と相互作用し、 光コア導波路の入力／出力端から出力される放射の検出と、 を含むことを特徴とする試料を検出する方法。 ９．請求項８に記載の方法において、センサの検知領域が光ファイバの終端反 射端にあることを特徴とする方法。 １０．請求項６〜９のいずれか１つに記載の方法において、検知領域が金属層 を囲む表面プラズモン共振支持金属層に付着している少なくとも１つの追加層を さらに含むことを特徴とする方法。 １１．光ファイバ表面プラズモン共振センサは、コア導波路とクラッド層また はコア導波路を囲むクラッド／緩衝層を有する光ファイバを備え、光ファイバは 第１端と第２端および第１端と第２端の 間または第２端にある少なくとも１つの検知領域を有し、検知領域は周囲のクラ ッドまたはクラッド／緩衝層がない光ファイバのコア導波路の少なくとも表面の 一部に接触している表面プラズモン共振支持金属層により形成されていることを 特徴とする光ファイバ表面プラズモン共振センサ。 １２．インライン転送光ファイバ表面プラズモン共振センサは、コア導波路と クラッドまたはコア導波路を囲むクラッド／緩衝層および入力端と出力端を有す る光ファイバを備え、光ファイバは入力端と出力端の間にある検知領域を有し、 検知領域は周囲のクラッドまたはクラッド／緩衝層がない光ファイバのコア導波 路の少なくとも表面の一部に接触している表面プラズモン共振支持金属層により 形成されていることを特徴とするインライン転送光ファイバ表面プラズモン共振 センサ。 １３．終端反射光ファイバ表面プラズモン共振センサは、コア導波路とクラッ ドまたはコア導波路を囲むクラッド／緩衝層および入力／出力端と終端反射端を 有する光ファイバを備え、終端反射端は鏡像層に接触しているコア導波路の面端 により形成されており、光ファイバは入力／出力端と終端反射端の間または終端 反射端にある検知領域を有し、検知領域は周囲のクラッドまたはクラッド／緩衝 層がない光ファイバの少なくとも表面の一部に接触している表面プラズモン共振 支持金属により形成されていることを特徴とする終端反射光ファイバ表面プラズ モン共振センサ。 １４．請求項１３に記載のセンサにおいて、センサの検知領域は光ファイバの 終端反射端にあることを特徴とするセンサ。 １５．請求項１１〜１４のいずれか１つに記載のセンサにおいて、検知領域が 表面プラズモン共振支持金属層に付着している少なくとも１つの追加層をさらに 含むことを特徴とするセンサ。