JPH09257695A - 表面プラズモン共鳴センサ装置 - Google Patents

表面プラズモン共鳴センサ装置

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JPH09257695A
JPH09257695A JP6356696A JP6356696A JPH09257695A JP H09257695 A JPH09257695 A JP H09257695A JP 6356696 A JP6356696 A JP 6356696A JP 6356696 A JP6356696 A JP 6356696A JP H09257695 A JPH09257695 A JP H09257695A
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JP
Japan
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sensor chip
light
surface plasmon
plasmon resonance
substrates
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JP6356696A
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English (en)
Inventor
Kenichi Uchiyama
兼一 内山
Taiji Osada
泰二 長田
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Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で且つセンサチップの交換が容易な表面
プラズモン共鳴センサ装置を提供する。 【解決手段】 高反射率の内面をもつ2枚の基板7、8
が平行配置され、光はこの基板7、8は間の2次元空間
に閉じ込められて伝搬する。この2枚の基板7、8の間
に、光源ユニット1と、金属薄膜12付きの光反射面を
有するプリズムであるセンサチップ2と、光源ユニット
1からの光をプリズム2に導くシリンドリカルレンズ
4、5と、センサチップ2からの反射光を広げるシリン
ドリカルレンズ6とが挟み込まれている。この基板7、
8の光が出てくる出口に、光検出器3が配置される。全
体として薄板型の表面プラズモン共鳴センサ装置が構成
される。センサチップ2は、基板7、8から着脱自在で
ある。センサチップ2は、プリズムと、試料皿又は試料
容器を一体的に結合したものでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモン共
鳴現象を利用した表面プラズモン共鳴センサ装置に関
し、特に臨床検査用のバイオセンサ装置として好適な表
面プラズモン共鳴センサ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】表面プラズモン共鳴現象を利用して溶液
などの屈折率やその変動を測定する表面プラズモン共鳴
センサが知られている。ここで、溶液の屈折率の変動は
その溶液中の物質量の変動を反映しているから、例え
ば、生化学や分子生物学や医療検査等の分野で用いられ
るバイオセンサとして、この表面プラズモン共鳴センサ
は利用されている。
【0003】表面プラズモン共鳴センサは、基本的に、
光源と、金属薄膜を有した光反射面を持つ高屈折率の光
透過媒体と、光検出器とを備える。光透過媒体は、一般
に、ガラスやアクリルといった高屈折率材料で作られた
円柱形や角柱形のプリズムであり、センサチップと呼ば
れる。このセンサチップの光反射面に形成された金属薄
膜の外表面に血液や尿等の試料を接触させた状態で、光
源からセンサチップを通してその光反斜面へ光線を全反
射角で入射し、その反射光を光検出器で受光して、表面
プラズモン共鳴に起因する減光が生じる入射角(プラズ
モン共振角)を測定することにより、試料の物質状態を
検査する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】表面プラズモン共鳴セ
ンサ装置には以下のような要求がある。
【0005】(1)装置の小型化を達成したい。
【0006】(2)自動機では、センサチップの交換を
容易(自動化しやすい構造)にしたい。
【0007】(3)抗原抗体反応を測定する臨床検査用
の自動機では、反応待ち時間に他のサンプルの処理をす
るなどして、単位時間当たりの検体処理数を多くした
い。また、試料皿やセンサチップの試料に触れる部分は
ディスポーザブルとしたい。
【0008】従って、本発明の目的は、小型化に適した
構成をもつ表面プラズモン共鳴センサ装置を提供するこ
とである。
【0009】本発明の別の目的は、センサチップの交換
が容易な表面プラズモン共鳴センサ装置を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の表面プラズモン
共鳴センサ装置は、光源ユニットと、試料に接する金属
薄膜を有する光反射面を持つセンサチップと、光源ユニ
ットからの光をセンサチップへ入射させる光学要素と、
センサチップからの反射光を受光する光検出器と、平行
配置されて間の空間に光を閉じ込めて伝搬させる2枚の
基板とを備える。そして、光源ユニットとセンサチップ
と光学要素のうち、少なくとも光学要素が上記2枚の基
板の間に保持されている。
【0011】この構成によれば、少なくとも光学要素の
部分が薄板型に構成されるため、センサ装置全体も薄板
型にして小型に構成することが容易である。特に、マル
チチャネルのセンサ装置を作る場合、薄板型の光学要素
を複数枚積層するように並べることが出来るので、小型
化が容易である。
【0012】光学要素は、例えばシリンドリカルレンズ
であり、基板に直接接着することができる。
【0013】また、光学要素だけでなく、光源ユニット
やセンサチップも上記2枚の基板の間に保持させること
もできる。望ましくは、2枚の基板の間の空間に、光源
ユニットからセンサチップに至る光路と、センサチップ
から光検出器に至る光路の双方が配置されるようにす
る。これにより、センサ装置全体が薄板型になる。
【0014】センサチップは、2枚の基板に対して着脱
自在であることが望ましい。これによりセンサチップの
交換が容易になる。更に、この着脱自在のセンサチップ
を、試料皿又は試料容器と一体的に構成することもでき
る。こうすると、検査毎に試料皿又は試料容器ごとセン
サチップを交換できるので、交換作業が容易になり、検
査の効率向上に貢献できる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
【0016】図1は、本発明の表面プラズモン共鳴セン
サ装置(以下、SPRセンサ装置という)の基本構成を
示す分解斜視図である。
【0017】このSPRセンサ装置は、光源ユニット
1、金属薄膜を有する光反射面(図中上面)をもつセン
サチップたる三角プリズム2、光電変換素子のラインア
レーをもつ光検出器3、光源ユニット1からの光線束を
コリメートするシリンドリカルレンズ4、コリメートさ
れた光線束を三角プリズム2の光反射面に集光するシリ
ンドリカルレンズ5、受光センサ3の角度分解能を上げ
るためにプリズム2からの反射光を広げる凹面シリンド
リカルレンズ6を備える。これらの光学部品1〜6は全
て薄い厚みを有し、光源ユニット1、シリンドリカルレ
ンズ4、5、6、及びプリズム2は高反射率の内面をも
つ2枚の平行な基板7、8の間に挟まれて支持されてお
り、全体として薄板型のSPRセンサ装置を構成してい
る。
【0018】具体的には、光源ユニット1、シリンドリ
カルレンズ4、5、6、及びプリズム2は一方の基板7
の内面に接着されている。接着部分が光を散乱する場合
は、シリンドリカルレンズ4、5、6の中央部だけを光
が通過するように遮光してもよい。
【0019】変形として、シリンドリカルレンズ4、
5、6に代えて屈折率分布型レンズ(GRINレンズ)
を用いてもよい。また、インジェクション成型法などを
利用してアクリルなどの材料で、一方の基板7とレンズ
群とを一体的に作ることも可能である。光源ユニット1
は、光検出器3と同様に基板7、8の外に配置してもよ
い。凹面シリンドリカルレンズ6は省略してもよい。
【0020】図2に示すように、光源ユニット1から出
射された光Lは平行に向かい合う2枚の基板7、8に挟
まれた空間に閉じ込められて、2枚の基板7、8の間で
反射を繰り返しながら伝搬し、光検出器3に取り入れら
れる。基板7、8を平行に保持するために、光が透過し
ない部分にスペーサを入れることが望ましい。
【0021】このように平行な2枚の基板7、8の間に
光学系を配置することによって光の広がりを2次元的に
狭めることができ、装置が薄型となる。シリンドリカル
レンズ4、5、6は、基板7に対して直接的に接着でき
るため、コストのかかるレンズホルダが不要である。光
軸の調整も2次元で行なえるので容易である。この薄板
型のSPRセンサ装置を複数枚積層するように並べるこ
とにより、小型のマルチチャンネルのSPRセンサ装置
を作ることもできる。
【0022】光源ユニット1にはLEDやLDの利用が
考えられるが、薄型の装置を実現するためには、図2に
示すように回路基板1aにLEDのウェハチップ1bを
実装したものが有利である。回路基板としてポリイミド
フィルムやポリエチレンフィルムで作られたものを使う
と、さらに薄くすることができる。またSPRセンサに
必要な偏向板(図示表略)は光源ユニット1と光検出器
3の間にあればよく、例えば光検出器3の光が入射する
面に配置することができる。
【0023】図3は、本発明の第2の実施形態で用いら
れる試料皿と一体のセンサチップの斜視図、図4は図3
のA−A′線断面図である。
【0024】このセンサチップは、試料皿11と、この
試料皿11の底壁の下方に一体形成されたプリズム2を
有している。試料皿11の底壁はプリズム2と同じ材質
であり、その上面には金属薄膜12が蒸着されている。
この金属薄膜12の表面には例えば検査対象の抗原と反
応する抗体が固定されている。
【0025】図5は、この第2の実施形態にかかるSP
Rセンサ装置の全体を示す斜視図である。
【0026】基板7、8間に、図1に示したような光源
ユニット1及びシリンドリカルレンズ群4、5、6と、
図3に示した試料皿11の下方のプリズム2が狭持され
ている。従って、試料皿11は基板7、8の上縁に載置
される。プリズム2は基板7、8間に差込まれているが
接着されてはおらず、従って各検査の度に試料皿11ご
と容易に交換可能である。光検出器は図示してないが、
図1に示したように基板7、8の外側に配置される。
【0027】試料皿11に血液や尿などの試料を入れて
金属薄膜12の表面で抗原抗体反応を起こさせた後、試
料皿11から試料を排出し金属薄膜12表面上の不要物
質を洗浄除去した後、この試料皿11を基板7、8の上
縁の所定位置にセットすれば、試料内の抗原の有無を測
定することができる。このように簡単に試料皿ごとセン
サチップを交換できるので自動化が容易である。
【0028】図6は、図5に示したSPRセンサ装置を
利用した自動検査装置の斜視図である。
【0029】この自動検査装置21は、起立部21aと
基台21bを有する。起立部21aの前面には、下方に
光検出器3を保持しているヘッド22がある。また基台
21b上には回転テーブル23が載置されている。回転
テーブル23上には等間隔で穴が形成されており、その
穴に試料皿11がセットされるようになっている。
【0030】図7は、図6に示すテーブルの要部を示す
平面図である。
【0031】テーブル23内には、試料皿11がセット
される位置に対応して、図5に示した薄板型のSPRセ
ンサ装置が、テーブル23の中心から外方に向かって放
射方向に配置されており、その基板7、8の光が出てく
る端縁はテーブル23の周面に掲載されたスリット23
aに臨んでいる。各スリット23aは、テーブル23の
回転により光検出器3に対面する。この位置で、光源ユ
ニット1が点灯されると、試料皿11下のプリズム2か
らの反射光がスリット23aを通して光検出器3に取り
込まれ、検査が行なわれる。テーブル23を回転するこ
とで、複数の試料に対する検査が連続的に行われる。従
って、単位時間当たりの検体処理数を多くすることがで
きる。検査が終わると、試料皿11はテーブル23から
外され、新たな試料皿3がテーブル23にセットされ
る。試料皿11は使い捨てることができる。
【0032】図8は、本発明の第3の実施形態で用いら
れるセンサチップの斜視図、図9は図8のA−A′線断
面図である。
【0033】このセンサチップは、試料を出し入れする
ための接続管31a、31bを有した試料容器31と、
この試料容器31内に形成されたの試料流路33に臨ん
でいる金属薄膜12を有する光反射面を持った三角柱型
のプリズム32とを備える。試料は、接続管31aから
流路33内に送られ、接続管31bから排出される。
【0034】図10は、この第3の実施形態に係るSP
Rセンサ装置の全体を示す斜視図である。
【0035】3枚の基板34、35、36が平行配置さ
れ、基板34、35の間及び基板35、36の間にそれ
ぞれ、図1に示したような光源ユニット1、シリンドリ
カルレンズ4、5、6が狭持されている。これらの基板
34、35、36の上縁には、蓋板37が接着されてい
る。この蓋板37と基板34、35、36の所定箇所に
は、図8に示したセンサチップの断面形状に合った形状
の穴が形成されており、この穴にセンサチップが側方か
ら填め込まれる。センサチップのプリズム32は、その
光反射面上の、基板34、35間に対応する箇所と基板
35、36間に対応する箇所とに2つの金属薄膜12を
有する。このようにして、全体として薄板型の2チャン
ネルのSPRセンサ装置が構成される。
【0036】センサチップは各検査毎に交換することが
でき、その作業はセンサチップを上記穴に差込んだり引
出したりするだけで簡単であるから、自動機に適してい
る。基板の枚数とセンサチップの長さ及び金属薄膜の数
を増やすことで、チャネル数を増やすことができ、その
場合でも、個々のチャネルが薄厚であるため、センサ装
置全体はコンパクトである。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、SPRセンサ装置が薄
板型であるため小型化が容易である。また、センサチッ
プを基板に対して着脱自在にした場合には、センサチッ
プの交換が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態にかかるSPRセンサ
装置の基本構成を示す分解斜視図である。
【図2】本発明のSPRセンサ装置の基板の機能を説明
するための模式図である。
【図3】本発明の第2の実施形態で用いる試料皿と一体
化されたセンサチップを示す斜視図である。
【図4】図3のA−A′線断面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態に係るSPRセンサ装
置の斜視図である。
【図6】図5に示すSPRセンサ装置を利用した自動検
査装置の斜視図である。
【図7】図6に示すテーブルの要部を示す平面図であ
る。
【図8】本発明の第2の実施形態で用いる試料容器と一
体化されたセンサチップを示す斜視図である。
【図9】図8のA−A′線断面図である。
【図10】本発明の第3の実施の形態に係るSPRセン
サ装置の斜視図である。
【符号の説明】
1 光源ユニット 2 プリズム(センサチップ) 3 光検出器 4、5、6 シリンドリカルレンズ 7、8 基板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源ユニットと、試料に接する金属薄膜
    を有する光反射面を持つセンサチップと、前記光源ユニ
    ットからの光を前記センサチップへ入射させる光学要素
    と、前記センサチップからの反射光を受光する光検出器
    とを備えた表面プラズモン共鳴センサ装置において、 平行配置されて間の空間に光を閉じ込めて伝搬させる2
    枚の基板を備え、この2枚の基板の間に前記光学要素が
    保持されていることを特徴とする表面プラズモン共鳴セ
    ンサ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の装置において、前記光学
    要素が前記2枚の基板の間に挟まれて保持されたシリン
    ドリカルレンズであることを特徴とする表面プラズモン
    共鳴センサ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の装置において、前記光源
    ユニットも前記2枚の基板の間に保持されていることを
    特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の装置において、前記セン
    サチップも前記2枚の基板の間に保持されていることを
    特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の装置において、前記2枚
    の基板の間の空間に、前記光源ユニットから前記センサ
    チップに至る光路と、前記センサチップから前記光検出
    器に至る光路の双方が配置されていることを特徴とする
    表面プラズモン共鳴センサ装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の装置において、前記セン
    サチップが、前記2枚の基板に対して着脱自在であるこ
    とを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の装置において、前記セン
    サチップが、試料皿又は試料容器を一体的に含んでいる
    ことを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置。
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