JPH1019769A - 表面プラズモンセンサー - Google Patents
表面プラズモンセンサーInfo
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- JPH1019769A JPH1019769A JP23386496A JP23386496A JPH1019769A JP H1019769 A JPH1019769 A JP H1019769A JP 23386496 A JP23386496 A JP 23386496A JP 23386496 A JP23386496 A JP 23386496A JP H1019769 A JPH1019769 A JP H1019769A
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- metal film
- light beam
- light
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
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- Analytical Chemistry (AREA)
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料液中の物質を短時間で、高感度で分析可
能な表面プラズモンセンサーを得る。 【解決手段】 プリズム10と、その一面に形成されて試
料液11に接触させられる金属膜12と、光ビーム13を発生
させる光源14と、光ビーム13をプリズム10に通し、プリ
ズム10と金属膜12との界面10ａに対して種々の入射角が
得られるように入射させるシリンドリカルレンズ15と、
界面10ａで全反射した光ビーム13の強度を、種々の入射
角毎に検出可能な光検出手段16とを備えてなる表面プラ
ズモンセンサーにおいて、金属膜12との間に試料液11を
挟んで該金属膜12に対面するように電極17を配設し、こ
の電極17と金属膜12との間に、直流電源19により直流電
圧を印加する。
能な表面プラズモンセンサーを得る。 【解決手段】 プリズム10と、その一面に形成されて試
料液11に接触させられる金属膜12と、光ビーム13を発生
させる光源14と、光ビーム13をプリズム10に通し、プリ
ズム10と金属膜12との界面10ａに対して種々の入射角が
得られるように入射させるシリンドリカルレンズ15と、
界面10ａで全反射した光ビーム13の強度を、種々の入射
角毎に検出可能な光検出手段16とを備えてなる表面プラ
ズモンセンサーにおいて、金属膜12との間に試料液11を
挟んで該金属膜12に対面するように電極17を配設し、こ
の電極17と金属膜12との間に、直流電源19により直流電
圧を印加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モンセンサーに関するものである。
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モンセンサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属中においては、自由電子が集団的に
振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そし
て、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、
表面プラズモンと呼ばれている。
振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そし
て、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、
表面プラズモンと呼ばれている。
【０００３】従来より、この表面プラズモンが光波によ
って励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。
そして、それらの中で特に良く知られているものとし
て、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げ
られる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
って励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。
そして、それらの中で特に良く知られているものとし
て、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げ
られる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００４】上記の系を用いる表面プラズモンセンサー
は基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に形成さ
れて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生さ
せる光源と、上記光ビームをプリズムに通し、該プリズ
ムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるよ
うに入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビ
ームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段と
を備えてなるものである。
は基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に形成さ
れて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生さ
せる光源と、上記光ビームをプリズムに通し、該プリズ
ムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるよ
うに入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビ
ームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段と
を備えてなるものである。
【０００５】なお上述のように種々の入射角を得るため
には、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射
させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射
する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記
界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合
は、光ビームの偏向にともなって出射角が変化する光ビ
ームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器
によって検出したり、出射角の変化方向に沿って延びる
エリアセンサーによって検出することができる。一方後
者の場合は、種々の出射角で出射した各光ビームを全て
受光できる方向に延びるエリアセンサーによって検出す
ることができる。
には、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射
させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射
する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記
界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合
は、光ビームの偏向にともなって出射角が変化する光ビ
ームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器
によって検出したり、出射角の変化方向に沿って延びる
エリアセンサーによって検出することができる。一方後
者の場合は、種々の出射角で出射した各光ビームを全て
受光できる方向に延びるエリアセンサーによって検出す
ることができる。
【０００６】上記構成の表面プラズモンセンサーにおい
て、Ｐ偏光（センサー面に垂直な偏光成分）の光ビーム
を金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θSPで入射
させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をも
つエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によ
って金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起され
る。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモン
の波数と等しくて波数整合が成立すると、両者は共鳴状
態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行する
ので、プリズムと金属膜との界面で全反射する光の強度
が鋭く低下する。
て、Ｐ偏光（センサー面に垂直な偏光成分）の光ビーム
を金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θSPで入射
させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をも
つエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によ
って金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起され
る。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモン
の波数と等しくて波数整合が成立すると、両者は共鳴状
態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行する
ので、プリズムと金属膜との界面で全反射する光の強度
が鋭く低下する。
【０００７】この現象が生じる入射角θSPより表面プラ
ズモンの波数が分かると、試料の誘電率が求められる。
すなわち表面プラズモンの波数をＫSP、表面プラズモン
の角周波数をω、ｃを真空中の光速、εm とεs をそれ
ぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
ズモンの波数が分かると、試料の誘電率が求められる。
すなわち表面プラズモンの波数をＫSP、表面プラズモン
の角周波数をω、ｃを真空中の光速、εm とεs をそれ
ぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】
【０００９】試料の誘電率εs が分かれば、所定の較正
曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるの
で、結局、上記反射光強度が低下する入射角θSPを知る
ことにより、試料中の特定物質を定量分析することがで
きる。
曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるの
で、結局、上記反射光強度が低下する入射角θSPを知る
ことにより、試料中の特定物質を定量分析することがで
きる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上説明し
た従来の表面プラズモンセンサーにおいては、試料液に
微量含まれる物質を分析する際に、分析対象物質の検出
感度が低く、またその分析に長い時間を要するという問
題が認められる。
た従来の表面プラズモンセンサーにおいては、試料液に
微量含まれる物質を分析する際に、分析対象物質の検出
感度が低く、またその分析に長い時間を要するという問
題が認められる。
【００１１】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、試料液中の物質を短時間で、高感度で分析可能
な表面プラズモンセンサーを提供することを目的とす
る。
であり、試料液中の物質を短時間で、高感度で分析可能
な表面プラズモンセンサーを提供することを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の表面
プラズモンセンサーは、請求項１に記載の通り、前述し
たようなプリズムと、金属膜と、光ビームを発生させる
光源と、光学系と、光検出手段とを備えてなる表面プラ
ズモンセンサーにおいて、上記金属膜との間に試料液を
挟んで該金属膜に対面するように配置された電極と、こ
の電極と上記金属膜との間に直流電圧を印加する手段と
が設けられたことを特徴とするものである。
プラズモンセンサーは、請求項１に記載の通り、前述し
たようなプリズムと、金属膜と、光ビームを発生させる
光源と、光学系と、光検出手段とを備えてなる表面プラ
ズモンセンサーにおいて、上記金属膜との間に試料液を
挟んで該金属膜に対面するように配置された電極と、こ
の電極と上記金属膜との間に直流電圧を印加する手段と
が設けられたことを特徴とするものである。
【００１３】また、本発明による第２の表面プラズモン
センサーは、上記第１の表面プラズモンセンサーにおい
て、電圧印加用に設けた電極側でも試料分析を行なえる
ようにしたものであり、具体的には請求項２に記載の通
り、一面に、金属膜からなる上記電極が形成された第２
のプリズムと、第２の光ビームを発生させる第２の光源
と、第２の光ビームを第２のプリズムに通し、該プリズ
ムと上記電極との界面に対して、種々の入射角が得られ
るように入射させる第２の光学系と、第２のプリズムと
上記電極との界面で全反射した第２の光ビームの強度
を、上記種々の入射角毎に検出可能な第２の光検出手段
とを備えたことを特徴とするものである。
センサーは、上記第１の表面プラズモンセンサーにおい
て、電圧印加用に設けた電極側でも試料分析を行なえる
ようにしたものであり、具体的には請求項２に記載の通
り、一面に、金属膜からなる上記電極が形成された第２
のプリズムと、第２の光ビームを発生させる第２の光源
と、第２の光ビームを第２のプリズムに通し、該プリズ
ムと上記電極との界面に対して、種々の入射角が得られ
るように入射させる第２の光学系と、第２のプリズムと
上記電極との界面で全反射した第２の光ビームの強度
を、上記種々の入射角毎に検出可能な第２の光検出手段
とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】また本発明による第３の表面プラズモンセ
ンサーは、請求項３に記載の通り、上記第１の表面プラ
ズモンセンサーにおいて金属膜と対面する状態で電圧印
加用電極を配設したことに換えて、電圧印加用の電極
を、プリズムの一面において金属膜と離して配置したこ
とを特徴とするものである。
ンサーは、請求項３に記載の通り、上記第１の表面プラ
ズモンセンサーにおいて金属膜と対面する状態で電圧印
加用電極を配設したことに換えて、電圧印加用の電極
を、プリズムの一面において金属膜と離して配置したこ
とを特徴とするものである。
【００１５】さらに本発明による第４、５および６の表
面プラズモンセンサーはそれぞれ、請求項４、５および
６に記載の通り、上記第１、２および３の表面プラズモ
ンセンサーにおいて金属膜が直接試料液に接触するよう
に構成したことに換えて、試料液中の分析対象物質と抗
原・抗体反応する抗原または抗体が固定されてなるセン
サー膜を金属膜の上に形成して、このセンサー膜が試料
液に接触するように構成したことを特徴とするものであ
る。
面プラズモンセンサーはそれぞれ、請求項４、５および
６に記載の通り、上記第１、２および３の表面プラズモ
ンセンサーにおいて金属膜が直接試料液に接触するよう
に構成したことに換えて、試料液中の分析対象物質と抗
原・抗体反応する抗原または抗体が固定されてなるセン
サー膜を金属膜の上に形成して、このセンサー膜が試料
液に接触するように構成したことを特徴とするものであ
る。
【００１６】
【発明の効果】本発明による第１の表面プラズモンセン
サーは、間に試料液を挟んだ金属膜と電極との間に直流
電圧が印加される構成となっているので、試料液中で電
荷を持っている分析対象物質を金属膜に電着させること
ができる。なお電圧印加の極性は、分析対象物質が陽イ
オンであるか陰イオンであるか等に応じて選択しておけ
ばよい。
サーは、間に試料液を挟んだ金属膜と電極との間に直流
電圧が印加される構成となっているので、試料液中で電
荷を持っている分析対象物質を金属膜に電着させること
ができる。なお電圧印加の極性は、分析対象物質が陽イ
オンであるか陰イオンであるか等に応じて選択しておけ
ばよい。
【００１７】この電着により、試料液の金属膜に接する
部分では分析対象物質の濃度が高くなるので、全反射解
消角が短時間で大きく変化し、そこで、分析対象物質を
高感度で短時間内に分析可能となる。特に抗原・抗体反
応を利用して試料液中の物質を検出する場合、つまり例
えば金属膜上に抗原（あるいは抗体）を固定し、それに
特異的に吸着する試料液中の抗体（あるいは抗原）を検
出するような場合は、分析対象物質の濃度が高くなるこ
とによりこの反応も促進されるので、上記の効果がより
顕著に得られるようになる。
部分では分析対象物質の濃度が高くなるので、全反射解
消角が短時間で大きく変化し、そこで、分析対象物質を
高感度で短時間内に分析可能となる。特に抗原・抗体反
応を利用して試料液中の物質を検出する場合、つまり例
えば金属膜上に抗原（あるいは抗体）を固定し、それに
特異的に吸着する試料液中の抗体（あるいは抗原）を検
出するような場合は、分析対象物質の濃度が高くなるこ
とによりこの反応も促進されるので、上記の効果がより
顕著に得られるようになる。
【００１８】また特に本発明による第２の表面プラズモ
ンセンサーは、電圧印加用に設ける電極を金属膜から構
成した上で、この電極に対してもプリズム、光源、光学
系および光検出手段を設けて、該電極側でも試料分析を
行なえるようにしたので、試料液中で正の電荷を持つ物
質と、負の電荷を持つ物質の双方を同時に分析可能とな
る。
ンセンサーは、電圧印加用に設ける電極を金属膜から構
成した上で、この電極に対してもプリズム、光源、光学
系および光検出手段を設けて、該電極側でも試料分析を
行なえるようにしたので、試料液中で正の電荷を持つ物
質と、負の電荷を持つ物質の双方を同時に分析可能とな
る。
【００１９】また本発明による第３の表面プラズモンセ
ンサーも、プリズムの一面上に互いに離して形成された
金属膜と電極との間に直流電圧が印加される構成となっ
ているので、上記と同様に試料液中で電荷を持っている
分析対象物質を金属膜に電着させることができる。そし
てこの電着の効果により、試料液中の分析対象物質を高
感度で短時間内に分析可能となる。
ンサーも、プリズムの一面上に互いに離して形成された
金属膜と電極との間に直流電圧が印加される構成となっ
ているので、上記と同様に試料液中で電荷を持っている
分析対象物質を金属膜に電着させることができる。そし
てこの電着の効果により、試料液中の分析対象物質を高
感度で短時間内に分析可能となる。
【００２０】他方、本発明による第４、５および６の表
面プラズモンセンサーにおいては、試料液中の分析対象
物質と抗原・抗体反応する抗原または抗体が固定されて
なるセンサー膜を金属膜の上に形成したことにより、試
料液中の分析対象物質がこのセンサー膜に引き寄せられ
るようになる。そこで、このセンサー膜と金属膜とで構
成されるセンサー部周辺の分析対象物質の濃度が高くな
り、センサーシステムの感度が向上し、抗原・抗体反応
の反応速度も高くなる。
面プラズモンセンサーにおいては、試料液中の分析対象
物質と抗原・抗体反応する抗原または抗体が固定されて
なるセンサー膜を金属膜の上に形成したことにより、試
料液中の分析対象物質がこのセンサー膜に引き寄せられ
るようになる。そこで、このセンサー膜と金属膜とで構
成されるセンサー部周辺の分析対象物質の濃度が高くな
り、センサーシステムの感度が向上し、抗原・抗体反応
の反応速度も高くなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態である表面プラズモンセンサーの側面形状を示す
ものである。図示されるようにこの表面プラズモンセン
サーは、断面三角形のプリズム10と、このプリズム10の
一面（図中の上面）に形成されて、試料液11に接触させ
られる例えば金、銀等からなる金属膜12と、１本の光ビ
ーム13を発生させる半導体レーザー等からなる光源14
と、この光源14から発散光状態で出射した光ビーム13を
プリズム10の長軸に垂直な面（紙面に平行な面）内のみ
で集束させるシリンドリカルレンズ15と、プリズム10と
金属膜12との界面10ａで全反射した光ビーム13の強度を
検出する光検出手段16とを備えている。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態である表面プラズモンセンサーの側面形状を示す
ものである。図示されるようにこの表面プラズモンセン
サーは、断面三角形のプリズム10と、このプリズム10の
一面（図中の上面）に形成されて、試料液11に接触させ
られる例えば金、銀等からなる金属膜12と、１本の光ビ
ーム13を発生させる半導体レーザー等からなる光源14
と、この光源14から発散光状態で出射した光ビーム13を
プリズム10の長軸に垂直な面（紙面に平行な面）内のみ
で集束させるシリンドリカルレンズ15と、プリズム10と
金属膜12との界面10ａで全反射した光ビーム13の強度を
検出する光検出手段16とを備えている。
【００２２】また、上記金属膜12と適当な間隔を置いて
対面するように電極17が配設されている。この電極17
は、図中上下方向に中心軸が延びる筒状の保持部材18に
保持されており、金属膜12と電極17との間の空間は、周
囲をこの保持部材18によって閉じられる状態となる。そ
して金属膜12と電極17にはそれぞれ、直流電源19の正
極、負極が接続されている。
対面するように電極17が配設されている。この電極17
は、図中上下方向に中心軸が延びる筒状の保持部材18に
保持されており、金属膜12と電極17との間の空間は、周
囲をこの保持部材18によって閉じられる状態となる。そ
して金属膜12と電極17にはそれぞれ、直流電源19の正
極、負極が接続されている。
【００２３】光ビーム13は、シリンドリカルレンズ15の
作用により上述のように集束するので、図中に最小入射
角θ1 と最大入射角θ2 とを例示するように、界面10ａ
に対して種々の入射角θで入射する成分を含むことにな
る。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされ
る。そこで、光ビーム13は界面10ａで全反射し、この反
射した光ビーム13には、種々の反射角で反射する成分が
含まれることになる。
作用により上述のように集束するので、図中に最小入射
角θ1 と最大入射角θ2 とを例示するように、界面10ａ
に対して種々の入射角θで入射する成分を含むことにな
る。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされ
る。そこで、光ビーム13は界面10ａで全反射し、この反
射した光ビーム13には、種々の反射角で反射する成分が
含まれることになる。
【００２４】光検出手段16としては、上記のように種々
の反射角で反射した全部の光ビーム13を受光できる方向
に受光部が延びる、例えばＣＣＤラインセンサ等が用い
られている。そこで、この光検出手段16の各受光素子毎
に出力される光検出信号Ｓは、上記種々の反射角毎に
（つまり、種々の入射角毎に）光ビーム13の強度を示す
ものとなる。
の反射角で反射した全部の光ビーム13を受光できる方向
に受光部が延びる、例えばＣＣＤラインセンサ等が用い
られている。そこで、この光検出手段16の各受光素子毎
に出力される光検出信号Ｓは、上記種々の反射角毎に
（つまり、種々の入射角毎に）光ビーム13の強度を示す
ものとなる。
【００２５】以下、上記構成の表面プラズモンセンサー
による試料分析について説明する。金属膜12と電極17と
の間の空間には、陰イオン化した分析対象物質30を含む
試料液11が満たされる。また直流電源19により、金属膜
12と電極17との間に直流電圧が印加される。そして、シ
リンドリカルレンズ15の作用で上述のように集束する光
ビーム13が、金属膜12に向けて照射される。この金属膜
12とプリズム10との界面10ａで全反射した光ビーム13
は、光検出手段16によって検出される。
による試料分析について説明する。金属膜12と電極17と
の間の空間には、陰イオン化した分析対象物質30を含む
試料液11が満たされる。また直流電源19により、金属膜
12と電極17との間に直流電圧が印加される。そして、シ
リンドリカルレンズ15の作用で上述のように集束する光
ビーム13が、金属膜12に向けて照射される。この金属膜
12とプリズム10との界面10ａで全反射した光ビーム13
は、光検出手段16によって検出される。
【００２６】前述した通り、光検出手段16の各受光素子
毎に出力される光検出信号Ｓは、全反射した光ビーム13
の強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。そしてこの反
射光強度Ｉと入射角θとの関係は、概ね図２に示すよう
なものとなる。
毎に出力される光検出信号Ｓは、全反射した光ビーム13
の強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。そしてこの反
射光強度Ｉと入射角θとの関係は、概ね図２に示すよう
なものとなる。
【００２７】ここで、ある特定の入射角θSPで入射した
光は、金属膜12と試料液11との界面に表面プラズモンを
励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く
低下する。光検出手段16の各受光素子毎に出力される光
検出信号Ｓを用いれば上記入射角θSPが分かり、このθ
SPの値に基づいて試料液11中の物質30を定量分析するこ
とができる。その理由は、先に詳しく説明した通りであ
る。
光は、金属膜12と試料液11との界面に表面プラズモンを
励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く
低下する。光検出手段16の各受光素子毎に出力される光
検出信号Ｓを用いれば上記入射角θSPが分かり、このθ
SPの値に基づいて試料液11中の物質30を定量分析するこ
とができる。その理由は、先に詳しく説明した通りであ
る。
【００２８】また、上述のように直流電源19に接続され
た金属膜12と電極17との間に直流電圧が印加されるの
で、試料液11中で陰イオン化している分析対象物質30は
金属膜12に電着する。そこで、試料液11の金属膜12に接
する部分では分析対象物質30の濃度が高くなり、該分析
対象物質30を高感度で短時間内に分析可能となる。この
ように陰イオン化する分析対象物質30としては、例えば
ＰＢＳに分散している抗原（α−ＦＰ）等が挙げられ
る。
た金属膜12と電極17との間に直流電圧が印加されるの
で、試料液11中で陰イオン化している分析対象物質30は
金属膜12に電着する。そこで、試料液11の金属膜12に接
する部分では分析対象物質30の濃度が高くなり、該分析
対象物質30を高感度で短時間内に分析可能となる。この
ように陰イオン化する分析対象物質30としては、例えば
ＰＢＳに分散している抗原（α−ＦＰ）等が挙げられ
る。
【００２９】なお、前述した抗原・抗体反応を利用して
試料液11中の物質30を検出する際等は、反射光強度Ｉと
入射角θとの関係を、抗原・抗体反応が進む中で時間を
追ってリアルタイムで観測したい場合がある。本装置に
よれば、上述の通り分析対象物質30を短時間内に検出可
能であるから、このようなリアルタイムの観測も短時間
内に済ますことができる。
試料液11中の物質30を検出する際等は、反射光強度Ｉと
入射角θとの関係を、抗原・抗体反応が進む中で時間を
追ってリアルタイムで観測したい場合がある。本装置に
よれば、上述の通り分析対象物質30を短時間内に検出可
能であるから、このようなリアルタイムの観測も短時間
内に済ますことができる。
【００３０】この実施の形態においては、種々の入射角
θを得るために、比較的太い光ビーム13を界面10ａで集
束するように入射させているが、比較的細い光ビームを
偏向させることによって種々の入射角θを得るようにし
てもよい。
θを得るために、比較的太い光ビーム13を界面10ａで集
束するように入射させているが、比較的細い光ビームを
偏向させることによって種々の入射角θを得るようにし
てもよい。
【００３１】次に図３を参照して、本発明の第２の実施
形態について説明する。なおこの図３において、図１中
の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについて
の重複した説明は省略する（以下、同様）。
形態について説明する。なおこの図３において、図１中
の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについて
の重複した説明は省略する（以下、同様）。
【００３２】この図３の表面プラズモンセンサーは図１
のものと比べると、基本的に、第２のプリズム20、光ビ
ーム23を発生させる第２の光源24、第２のシリンドリカ
ルレンズ25および第２の光検出手段26が付加された点が
異なるものである。またこの場合、電極17としては、特
に金、銀等の金属の膜が用いられている。
のものと比べると、基本的に、第２のプリズム20、光ビ
ーム23を発生させる第２の光源24、第２のシリンドリカ
ルレンズ25および第２の光検出手段26が付加された点が
異なるものである。またこの場合、電極17としては、特
に金、銀等の金属の膜が用いられている。
【００３３】上述の付加された要素は、金属膜からなる
電極17を前記金属膜12と同様に利用して、もう１つ別の
表面プラズモンセンサーを構成する。つまり、これら第
２のプリズム20、第２の光源24、第２のシリンドリカル
レンズ25および第２の光検出手段26は、それぞれプリズ
ム10、光源14、シリンドリカルレンズ15および光検出手
段16と同様の作用を果たす。
電極17を前記金属膜12と同様に利用して、もう１つ別の
表面プラズモンセンサーを構成する。つまり、これら第
２のプリズム20、第２の光源24、第２のシリンドリカル
レンズ25および第２の光検出手段26は、それぞれプリズ
ム10、光源14、シリンドリカルレンズ15および光検出手
段16と同様の作用を果たす。
【００３４】この図３の表面プラズモンセンサーにおい
て、試料液11中で陰イオン化している物質30の分析は前
述と同様にしてなされる。本装置ではそれに加えて、試
料液11中で陽イオン化している分析対象物質31が電極17
に電着する。そこで、上記第２のプリズム20、第２の光
源24、第２のシリンドリカルレンズ25および第２の光検
出手段26により、上記物質31の分析が同様になされ得
る。
て、試料液11中で陰イオン化している物質30の分析は前
述と同様にしてなされる。本装置ではそれに加えて、試
料液11中で陽イオン化している分析対象物質31が電極17
に電着する。そこで、上記第２のプリズム20、第２の光
源24、第２のシリンドリカルレンズ25および第２の光検
出手段26により、上記物質31の分析が同様になされ得
る。
【００３５】そしてこの場合、試料液11の電極17に接す
る部分では分析対象物質31の濃度が高くなり、該分析対
象物質31を高感度で短時間内に分析可能となる。
る部分では分析対象物質31の濃度が高くなり、該分析対
象物質31を高感度で短時間内に分析可能となる。
【００３６】次に図４を参照して、本発明の第３の実施
形態について説明する。この図４の表面プラズモンセン
サーは図１のものと比べると、基本的に、金属膜12の上
にセンサー膜40が形成され、試料液11が直接的にはこの
センサー膜40に接触するように構成されている点が異な
る。センサー膜40には、試料液11中の分析対象物質30と
抗原・抗体反応する抗原または抗体が固定されている。
この抗原または抗体の例としては、分析対象物質30が前
述した抗原（α−ＦＰ）である場合のＩｇＧ等が挙げら
れる。
形態について説明する。この図４の表面プラズモンセン
サーは図１のものと比べると、基本的に、金属膜12の上
にセンサー膜40が形成され、試料液11が直接的にはこの
センサー膜40に接触するように構成されている点が異な
る。センサー膜40には、試料液11中の分析対象物質30と
抗原・抗体反応する抗原または抗体が固定されている。
この抗原または抗体の例としては、分析対象物質30が前
述した抗原（α−ＦＰ）である場合のＩｇＧ等が挙げら
れる。
【００３７】以上の構成においては、試料液11中の分析
対象物質30が前述した電着効果により金属膜12側に引き
寄せられ、さらに抗原・抗体反応によりセンサー膜40に
引き寄せられるようになる。そこで、このセンサー膜40
と金属膜12とで構成されるセンサー部周辺の分析対象物
質30の濃度が著しく高くなり、センサーシステムの感度
が向上し、抗原・抗体反応の反応速度も高くなる。
対象物質30が前述した電着効果により金属膜12側に引き
寄せられ、さらに抗原・抗体反応によりセンサー膜40に
引き寄せられるようになる。そこで、このセンサー膜40
と金属膜12とで構成されるセンサー部周辺の分析対象物
質30の濃度が著しく高くなり、センサーシステムの感度
が向上し、抗原・抗体反応の反応速度も高くなる。
【００３８】次に図５を参照して、本発明の第４の実施
形態について説明する。この図５の表面プラズモンセン
サーは図１のものと比べると、基本的に、金属膜12と電
極17とが相対面する状態ではなく、ともにプリズム10の
一面上に互いに離して形成されている点が異なる。なお
図６には、これら金属膜12と電極17との平面形状を示し
てある。
形態について説明する。この図５の表面プラズモンセン
サーは図１のものと比べると、基本的に、金属膜12と電
極17とが相対面する状態ではなく、ともにプリズム10の
一面上に互いに離して形成されている点が異なる。なお
図６には、これら金属膜12と電極17との平面形状を示し
てある。
【００３９】以上の構成においても、直流電源19により
金属膜12と電極17との間に直流電圧を印加すると、試料
液11中で陰イオン化している分析対象物質30が電着効果
により、金属膜12に引き寄せられる。そこで、試料液11
の金属膜12に近接する部分では分析対象物質30の濃度が
高くなり、該分析対象物質30を高感度で短時間内に分析
可能となる。
金属膜12と電極17との間に直流電圧を印加すると、試料
液11中で陰イオン化している分析対象物質30が電着効果
により、金属膜12に引き寄せられる。そこで、試料液11
の金属膜12に近接する部分では分析対象物質30の濃度が
高くなり、該分析対象物質30を高感度で短時間内に分析
可能となる。
【００４０】なおこの第４の実施形態においては、金属
膜12の上に、図４の第３の実施形態で用いられたものと
同様のセンサー膜40が形成されている。そこでこの場合
も、センサー膜40と金属膜12とで構成されるセンサー部
周辺の分析対象物質30の濃度が著しく高くなり、センサ
ーシステムの感度が向上し、抗原・抗体反応の反応速度
も高くなる。
膜12の上に、図４の第３の実施形態で用いられたものと
同様のセンサー膜40が形成されている。そこでこの場合
も、センサー膜40と金属膜12とで構成されるセンサー部
周辺の分析対象物質30の濃度が著しく高くなり、センサ
ーシステムの感度が向上し、抗原・抗体反応の反応速度
も高くなる。
【００４１】上述したように金属膜12と電極17とを、プ
リズム10の一面上に互いに離して形成する場合、それら
の平面形状は図６に示した形状に限定されるものではな
く、例えば図７、図８に示すような形状を適宜採用する
ことができる。
リズム10の一面上に互いに離して形成する場合、それら
の平面形状は図６に示した形状に限定されるものではな
く、例えば図７、図８に示すような形状を適宜採用する
ことができる。
【００４２】なお図８の形状を採用すると、いわゆるマ
ルチ・チャンネル化が可能である。すなわちその場合
は、金属膜12の３つの櫛歯状部分にそれぞれ試料液11中
の分析対象物質30を引き寄せることができるから、セン
サー部を３箇所として、それらにおいて相並行して分析
可能となる。
ルチ・チャンネル化が可能である。すなわちその場合
は、金属膜12の３つの櫛歯状部分にそれぞれ試料液11中
の分析対象物質30を引き寄せることができるから、セン
サー部を３箇所として、それらにおいて相並行して分析
可能となる。
【図１】本発明の第１の実施形態である表面プラズモン
センサーの側面図
センサーの側面図
【図２】表面プラズモンセンサーにおける、プリズムへ
の光ビーム入射角と全反射光強度との概略関係を示すグ
ラフ
の光ビーム入射角と全反射光強度との概略関係を示すグ
ラフ
【図３】本発明の第２の実施形態である表面プラズモン
センサーの側面図
センサーの側面図
【図４】本発明の第３の実施形態である表面プラズモン
センサーの側面図
センサーの側面図
【図５】本発明の第４の実施形態である表面プラズモン
センサーの側面図
センサーの側面図
【図６】図５の表面プラズモンセンサーにおける金属膜
と電圧印加用電極の位置関係を示す平面図
と電圧印加用電極の位置関係を示す平面図
【図７】本発明の表面プラズモンセンサーにおける金属
膜と電圧印加用電極の別の位置関係を示す平面図
膜と電圧印加用電極の別の位置関係を示す平面図
【図８】本発明の表面プラズモンセンサーにおける金属
膜と電圧印加用電極のさらに別の位置関係を示す平面図
膜と電圧印加用電極のさらに別の位置関係を示す平面図
10 プリズム 10ａ プリズムと金属膜との界面 11 試料液 12 金属膜 13 光ビーム 14 光源 15 シリンドリカルレンズ 16 光検出手段 17 電極 18 保持部材 19 直流電源 20 第２のプリズム 23 第２の光ビーム 24 第２の光源 25 第２のシリンドリカルレンズ 26 第２の光検出手段 30、31 分析対象物質 40 センサー膜
Claims (6)
- 【請求項１】 プリズムと、 このプリズムの一面に形成されて、試料に接触させられ
る金属膜と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属
膜との界面に対して、種々の入射角が得られるように入
射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を、前記種々の入
射角毎に検出可能な光検出手段とを備えてなる表面プラ
ズモンセンサーにおいて、 前記金属膜との間に試料液を挟んで該金属膜に対面する
ように配置された電極と、 この電極と前記金属膜との間に直流電圧を印加する手段
とが設けられたことを特徴とする表面プラズモンセンサ
ー。 - 【請求項２】 一面に、金属膜からなる前記電極が形成
された第２のプリズムと、 第２の光ビームを発生させる第２の光源と、 前記第２の光ビームを前記第２のプリズムに通し、該プ
リズムと前記電極との界面に対して、種々の入射角が得
られるように入射させる第２の光学系と、 前記界面で全反射した第２の光ビームの強度を、前記種
々の入射角毎に検出可能な第２の光検出手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の表面プラズモンセンサ
ー。 - 【請求項３】 プリズムと、 このプリズムの一面に形成されて、試料に接触させられ
る金属膜と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属
膜との界面に対して、種々の入射角が得られるように入
射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を、前記種々の入
射角毎に検出可能な光検出手段とを備えてなる表面プラ
ズモンセンサーにおいて、 前記プリズムの一面において、前記金属膜と離して配置
された電極と、 この電極と前記金属膜との間に直流電圧を印加する手段
とが設けられたことを特徴とする表面プラズモンセンサ
ー。 - 【請求項４】 プリズムと、 このプリズムの一面に形成された金属膜と、 試料液中の分析対象物質と抗原・抗体反応する抗原また
は抗体が固定されてなり、前記金属膜の上に形成されて
前記試料液に接触させられるセンサー膜と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属
膜との界面に対して、種々の入射角が得られるように入
射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を、前記種々の入
射角毎に検出可能な光検出手段と、 前記金属膜との間に試料液を挟んで該金属膜に対面する
ように配置された電極と、 この電極と前記金属膜との間に直流電圧を印加する手段
とを備えてなる表面プラズモンセンサー。 - 【請求項５】 一面に、金属膜からなる前記電極が形成
された第２のプリズムと、 第２の光ビームを発生させる第２の光源と、 前記第２の光ビームを前記第２のプリズムに通し、該プ
リズムと前記電極との界面に対して、種々の入射角が得
られるように入射させる第２の光学系と、 前記界面で全反射した第２の光ビームの強度を、前記種
々の入射角毎に検出可能な第２の光検出手段とを備えた
ことを特徴とする請求項４記載の表面プラズモンセンサ
ー。 - 【請求項６】 プリズムと、 このプリズムの一面に形成された金属膜と、 試料液中の分析対象物質と抗原・抗体反応する抗原また
は抗体が固定されてなり、前記金属膜の上に形成されて
前記試料液に接触させられるセンサー膜と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属
膜との界面に対して、種々の入射角が得られるように入
射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を、前記種々の入
射角毎に検出可能な光検出手段と、 前記プリズムの一面において、前記金属膜と離して配置
された電極と、 この電極と前記金属膜との間に直流電圧を印加する手段
とを備えてなる表面プラズモンセンサー。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23386496A JP3578188B2 (ja) | 1996-04-30 | 1996-09-04 | 表面プラズモンセンサー |
| EP97107066A EP0805347A3 (en) | 1996-04-30 | 1997-04-29 | Surface plasmon sensor |
| EP06001541A EP1650548A3 (en) | 1996-04-30 | 1997-04-29 | Surface plasmon sensor |
| EP06001542A EP1650549A3 (en) | 1996-04-30 | 1997-04-29 | Surface plasmon sensor |
| EP06001543A EP1650550B1 (en) | 1996-04-30 | 1997-04-29 | Surface plasmon sensor |
| EP06001540A EP1650547B1 (en) | 1996-04-30 | 1997-04-29 | Surface plasmon sensor |
| US08/841,620 US5907408A (en) | 1996-04-30 | 1997-04-30 | Surface plasmon sensor |
| US09/069,118 US5856873A (en) | 1996-04-30 | 1998-04-29 | Ellipso sensor using a prism |
| US09/069,119 US5917608A (en) | 1996-04-30 | 1998-04-29 | Surface plasmon sensor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-109398 | 1996-04-30 | ||
| JP10939896 | 1996-04-30 | ||
| JP23386496A JP3578188B2 (ja) | 1996-04-30 | 1996-09-04 | 表面プラズモンセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1019769A true JPH1019769A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3578188B2 JP3578188B2 (ja) | 2004-10-20 |
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ID=26449152
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23386496A Expired - Fee Related JP3578188B2 (ja) | 1996-04-30 | 1996-09-04 | 表面プラズモンセンサー |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3578188B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2001086262A1 (de) * | 2000-05-12 | 2001-11-15 | Jandratek Gmbh | Plasmonenresonanzsensor |
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| JP2003315258A (ja) * | 2002-04-23 | 2003-11-06 | Aisin Seiki Co Ltd | 微小物質誘導装置 |
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| JP2016004022A (ja) * | 2014-06-19 | 2016-01-12 | コニカミノルタ株式会社 | 検出装置、検出方法および検出チップ |
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-
1996
- 1996-09-04 JP JP23386496A patent/JP3578188B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP5810267B2 (ja) * | 2010-05-12 | 2015-11-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | プラズモンセンサとその使用方法及び製造方法 |
| JP2016004022A (ja) * | 2014-06-19 | 2016-01-12 | コニカミノルタ株式会社 | 検出装置、検出方法および検出チップ |
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