JPH10260134A - 光学的異方性感応膜を有する光学式センサー装置および測定方法 - Google Patents
光学的異方性感応膜を有する光学式センサー装置および測定方法Info
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- JPH10260134A JPH10260134A JP8433397A JP8433397A JPH10260134A JP H10260134 A JPH10260134 A JP H10260134A JP 8433397 A JP8433397 A JP 8433397A JP 8433397 A JP8433397 A JP 8433397A JP H10260134 A JPH10260134 A JP H10260134A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度に被測定溶液中の測定対象基質濃度
を測定する光学的異方性感応膜を有する光学式センサー
装置および測定方法を提供する。 【解決手段】 液晶性あるいは配向性分子からなる光
学的異方性のある有機薄膜（１）を持ち、この有機薄膜
には特異的反応をする物質が固定化されており、抗原抗
体反応で抗原が有機薄膜に結合されることによって有機
薄膜の配向性が乱れること、および結合した抗原の屈折
率により、有機薄膜（１）の屈折率が変化し、その変化
量を偏光を利用した光学的検出手段（２，３）によって
検出し、抗原抗体反応量に換算することを特徴とする。
を測定する光学的異方性感応膜を有する光学式センサー
装置および測定方法を提供する。 【解決手段】 液晶性あるいは配向性分子からなる光
学的異方性のある有機薄膜（１）を持ち、この有機薄膜
には特異的反応をする物質が固定化されており、抗原抗
体反応で抗原が有機薄膜に結合されることによって有機
薄膜の配向性が乱れること、および結合した抗原の屈折
率により、有機薄膜（１）の屈折率が変化し、その変化
量を偏光を利用した光学的検出手段（２，３）によって
検出し、抗原抗体反応量に換算することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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センサー装置およ
び測定方法に関し、くわしくは、感応膜として基板に対
して配向して固定化された直鎖の分子から構成される光
学的異方性を持つ有機薄膜と、偏光された光（エバネッ
セント波を含む）を利用する光学的検出手段とを組み合
わせ、有機薄膜に選択的に結合した測定対象基質濃度を
測定するセンサー装置および測定方法に関する。
測定溶液中の測定対象基質を測定するセンサー装置およ
び測定方法に関し、くわしくは、感応膜として基板に対
して配向して固定化された直鎖の分子から構成される光
学的異方性を持つ有機薄膜と、偏光された光（エバネッ
セント波を含む）を利用する光学的検出手段とを組み合
わせ、有機薄膜に選択的に結合した測定対象基質濃度を
測定するセンサー装置および測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】抗原抗体反応を利用し、ゲルで作られた
感応膜に抗体が固定化されているバイオセンサーを例に
取ると、抗体は基板上に形成された３次元網目構造を持
つゲルに固定化されている。抗原が抗体に結合すること
により、ゲルの３次元構造の中にゲルとは異なる屈折率
を持つ抗原が点在する状態になり、ゲル、抗体、抗原を
含めた感応膜全体の屈折率が変化する。その変化を光学
的検出方法たとえば表面プラズモン法などを用いて検出
し、抗原濃度に換算している。
感応膜に抗体が固定化されているバイオセンサーを例に
取ると、抗体は基板上に形成された３次元網目構造を持
つゲルに固定化されている。抗原が抗体に結合すること
により、ゲルの３次元構造の中にゲルとは異なる屈折率
を持つ抗原が点在する状態になり、ゲル、抗体、抗原を
含めた感応膜全体の屈折率が変化する。その変化を光学
的検出方法たとえば表面プラズモン法などを用いて検出
し、抗原濃度に換算している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したようにゲルの
３次元構造の中に抗原が点在して感応膜全体としての屈
折率の変化を検知する方式では、結合した抗原の数が少
ない場合、または抗原の大きさが小さい場合（分子量の
小さな抗原）には感応膜全体の屈折率変化を検出するの
が困難になる。これらの対策として従来技術では感応膜
に結合した抗原に更に抗体を固定化させるなどの方法が
採られているが、抗体が一般に高価であることからコス
トの高い測定方法となっている。したがって、本発明
は、安価で高感度の測定を可能ととする光学式センサー
装置および測定方法を提供することを目的とする。
３次元構造の中に抗原が点在して感応膜全体としての屈
折率の変化を検知する方式では、結合した抗原の数が少
ない場合、または抗原の大きさが小さい場合（分子量の
小さな抗原）には感応膜全体の屈折率変化を検出するの
が困難になる。これらの対策として従来技術では感応膜
に結合した抗原に更に抗体を固定化させるなどの方法が
採られているが、抗体が一般に高価であることからコス
トの高い測定方法となっている。したがって、本発明
は、安価で高感度の測定を可能ととする光学式センサー
装置および測定方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第一の発明においては、液晶性あるいは配向性分子
からなる光学的異方性のある有機薄膜を持ち、この有機
薄膜には特異的反応をする物質が固定化されており、抗
原抗体反応で抗原が有機薄膜に結合されることによって
有機薄膜の配向性が乱れること、および結合した抗原の
屈折率により、有機薄膜の屈折率が変化し、その変化量
を偏光を利用した光学的検出手段によって検出し、抗原
抗体反応量に換算することを特徴とする光学的異方性感
応膜を有する光学式センサー装置を提供する。本発明に
よれば、従来技術の感応膜に吸着された抗原の屈折率の
みによって得られる屈折率変化に比べ、大きな屈折率変
化が得られることから、安価で高感度な光学式センサー
装置を実現できる。
に、第一の発明においては、液晶性あるいは配向性分子
からなる光学的異方性のある有機薄膜を持ち、この有機
薄膜には特異的反応をする物質が固定化されており、抗
原抗体反応で抗原が有機薄膜に結合されることによって
有機薄膜の配向性が乱れること、および結合した抗原の
屈折率により、有機薄膜の屈折率が変化し、その変化量
を偏光を利用した光学的検出手段によって検出し、抗原
抗体反応量に換算することを特徴とする光学的異方性感
応膜を有する光学式センサー装置を提供する。本発明に
よれば、従来技術の感応膜に吸着された抗原の屈折率の
みによって得られる屈折率変化に比べ、大きな屈折率変
化が得られることから、安価で高感度な光学式センサー
装置を実現できる。
【０００５】本発明の好ましい態様においては、光学的
異方性のある有機薄膜が、直鎖の分子を基板に配向させ
て固定化した膜であり、且つ、前記特異的反応をする物
質が、抗原抗体反応をする抗体または抗原であることを
特徴とする。更に、安価で高感度な光学式センサー装置
を実現できる。
異方性のある有機薄膜が、直鎖の分子を基板に配向させ
て固定化した膜であり、且つ、前記特異的反応をする物
質が、抗原抗体反応をする抗体または抗原であることを
特徴とする。更に、安価で高感度な光学式センサー装置
を実現できる。
【０００６】本発明の好ましい態様においては、偏光を
利用した光学的検出手段が、２次元の光導波路であっ
て、２次元光導波路中を伝搬するＴＭモードとＴＥモー
ドとの光の強度比から有機薄膜の屈折率変化量を求める
手段であり、また前記有機薄膜は、２次元光導波路上に
形成されていることを特徴とする。２次元光導波路中を
伝搬するＴＭモードとＴＥモードとの光の強度比から有
機薄膜の屈折率変化量を求めることから、簡単で小型軽
量、安価で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
利用した光学的検出手段が、２次元の光導波路であっ
て、２次元光導波路中を伝搬するＴＭモードとＴＥモー
ドとの光の強度比から有機薄膜の屈折率変化量を求める
手段であり、また前記有機薄膜は、２次元光導波路上に
形成されていることを特徴とする。２次元光導波路中を
伝搬するＴＭモードとＴＥモードとの光の強度比から有
機薄膜の屈折率変化量を求めることから、簡単で小型軽
量、安価で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
【０００７】本発明の好ましい態様においては、偏光を
利用した光学的検出手段が、表面プラズモンセンサーで
あり、また前記有機薄膜が表面プラズモンを励起する金
属薄膜上に形成されたことを特徴とする。金基板上に単
分子膜を形成する分子たとえば末端にメルカプト基をも
つ長鎖分子などで配向した感応膜を容易に形成できこと
から、簡単で小型軽量、安価で高感度な光学式センサー
装置を実現できる。
利用した光学的検出手段が、表面プラズモンセンサーで
あり、また前記有機薄膜が表面プラズモンを励起する金
属薄膜上に形成されたことを特徴とする。金基板上に単
分子膜を形成する分子たとえば末端にメルカプト基をも
つ長鎖分子などで配向した感応膜を容易に形成できこと
から、簡単で小型軽量、安価で高感度な光学式センサー
装置を実現できる。
【０００８】本発明の好ましい態様においては、有機薄
膜を構成する配向性分子が、直鎖の水溶性高分子である
ことを特徴とする。感応膜である有機薄膜を容易に形成
することができ、かつ抗体等の固定化も可能となり、安
価で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
膜を構成する配向性分子が、直鎖の水溶性高分子である
ことを特徴とする。感応膜である有機薄膜を容易に形成
することができ、かつ抗体等の固定化も可能となり、安
価で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
【０００９】本発明の好ましい態様においては、直鎖の
水溶性高分子が、直鎖のポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）
であることを特徴とする。抗体を容易に固定化すること
ができ、抗原抗体反応を高感度に測定することができ、
安価で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
水溶性高分子が、直鎖のポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）
であることを特徴とする。抗体を容易に固定化すること
ができ、抗原抗体反応を高感度に測定することができ、
安価で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
【００１０】本発明の好ましい態様においては、直鎖の
水溶性高分子が、直鎖のポリペプチドであることを特徴
とする。抗原抗体反応を高感度に測定することができ、
安価で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
水溶性高分子が、直鎖のポリペプチドであることを特徴
とする。抗原抗体反応を高感度に測定することができ、
安価で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
【００１１】本発明の好ましい態様においては、直鎖の
ポリペプチドが、ポリＬ−グルタミン酸（ＰＬＧＡ）で
あることを特徴とする。ＰＬＧＡ中のカルボキシル基に
抗体を容易に固定化することができ、抗原抗体反応を高
感度に測定することができ、安価で高感度な光学式セン
サー装置を実現できる。
ポリペプチドが、ポリＬ−グルタミン酸（ＰＬＧＡ）で
あることを特徴とする。ＰＬＧＡ中のカルボキシル基に
抗体を容易に固定化することができ、抗原抗体反応を高
感度に測定することができ、安価で高感度な光学式セン
サー装置を実現できる。
【００１２】本発明の好ましい態様においては、有機薄
膜を構成する直鎖の水溶性高分子が、片方の末端部分に
トリメトキシシリル基を持つことを特徴とする。ガラス
基板などの基板上に感応膜を形成することができ、安価
で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
膜を構成する直鎖の水溶性高分子が、片方の末端部分に
トリメトキシシリル基を持つことを特徴とする。ガラス
基板などの基板上に感応膜を形成することができ、安価
で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
【００１３】本発明の好ましい態様においては、有機薄
膜を構成する直鎖の水溶性高分子が、片方の末端部分に
メルカプト基またはジスルフィド結合を持つことを特徴
とする。金基板上に感応膜を形成することができ、安価
で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
膜を構成する直鎖の水溶性高分子が、片方の末端部分に
メルカプト基またはジスルフィド結合を持つことを特徴
とする。金基板上に感応膜を形成することができ、安価
で高感度な光学式センサー装置を実現できる。
【００１４】本発明の好ましい態様においては、直鎖の
水溶性高分子が、基板に垂直に配向していることを特徴
とする。感応膜のｘ、ｙ、ｚ軸方向の屈折率の差が顕著
になり、安価で高感度な光学式センサー装置を実現でき
る。
水溶性高分子が、基板に垂直に配向していることを特徴
とする。感応膜のｘ、ｙ、ｚ軸方向の屈折率の差が顕著
になり、安価で高感度な光学式センサー装置を実現でき
る。
【００１５】本発明の好ましい態様においては、水溶性
高分子が、片方の末端部分に基板と結合する部位を持つ
直鎖の分子団を複数有することを特徴とする。基板に垂
直に配向することが可能となり、感応膜の屈折率異方性
が大きくとれ、安価で高感度な光学式センサー装置を実
現できる。
高分子が、片方の末端部分に基板と結合する部位を持つ
直鎖の分子団を複数有することを特徴とする。基板に垂
直に配向することが可能となり、感応膜の屈折率異方性
が大きくとれ、安価で高感度な光学式センサー装置を実
現できる。
【００１６】上記課題を解決するために、第二の発明に
おいては、液晶性あるいは配向性分子からなる光学的異
方性のある有機薄膜に、測定対象抗原に対するポリクロ
ーナル抗体を固定化し、該測定対象抗原の各結合部位に
特異的に結合する抗体に吸着された抗原と、別の結合部
位に対して特異性を持つ抗体が更にその吸着された抗原
に結合する事によって、有機薄膜を構成する分子同士の
距離が近づき、膜の配向性が乱れかつ、膜の密度が上昇
し、膜の屈折率が変わり、その変化と結合した抗原の屈
折率による感応膜の屈折率変化を検出し抗原抗体反応量
に換算することを特徴とする光学的異方性感応膜を有す
る光学式センサーを用いた測定方法を提供する。本発明
によれば、安価で高感度な測定を実現できる。
おいては、液晶性あるいは配向性分子からなる光学的異
方性のある有機薄膜に、測定対象抗原に対するポリクロ
ーナル抗体を固定化し、該測定対象抗原の各結合部位に
特異的に結合する抗体に吸着された抗原と、別の結合部
位に対して特異性を持つ抗体が更にその吸着された抗原
に結合する事によって、有機薄膜を構成する分子同士の
距離が近づき、膜の配向性が乱れかつ、膜の密度が上昇
し、膜の屈折率が変わり、その変化と結合した抗原の屈
折率による感応膜の屈折率変化を検出し抗原抗体反応量
に換算することを特徴とする光学的異方性感応膜を有す
る光学式センサーを用いた測定方法を提供する。本発明
によれば、安価で高感度な測定を実現できる。
【００１７】本発明の好ましい態様においては、有機薄
膜を、ｐＨによって真っ直ぐに伸びた構造からコイル状
に形態を変える分子を配向させて固定化して製作し、ｐ
Ｈによる分子の配向性の変化を検出してｐＨの変化に換
算することを特徴とする。ｐＨによる分子の配向性の変
化を検出してｐＨの変化に換算する測定方法により簡単
に、しかも安価で高感度なｐＨの測定ができる。
膜を、ｐＨによって真っ直ぐに伸びた構造からコイル状
に形態を変える分子を配向させて固定化して製作し、ｐ
Ｈによる分子の配向性の変化を検出してｐＨの変化に換
算することを特徴とする。ｐＨによる分子の配向性の変
化を検出してｐＨの変化に換算する測定方法により簡単
に、しかも安価で高感度なｐＨの測定ができる。
【００１８】本発明の好ましい態様においては、分子か
らなる感応膜に特異的反応をする物質を固定化し、分子
が真っ直ぐに伸びるｐＨ領域で抗原と反応させ、ｐＨを
変えて分子が真っ直ぐに伸びた状態からコイル状に形態
を変え、結合した抗原を基板に近づけた状態でエバネッ
セント波などを用いて感応膜の屈折率変化を測定するこ
とを特徴とする。基板付近のエバネッセント波強度の高
い部分で測定が可能となることから簡単に、しかも安価
で高感度なｐＨの測定ができる。
らなる感応膜に特異的反応をする物質を固定化し、分子
が真っ直ぐに伸びるｐＨ領域で抗原と反応させ、ｐＨを
変えて分子が真っ直ぐに伸びた状態からコイル状に形態
を変え、結合した抗原を基板に近づけた状態でエバネッ
セント波などを用いて感応膜の屈折率変化を測定するこ
とを特徴とする。基板付近のエバネッセント波強度の高
い部分で測定が可能となることから簡単に、しかも安価
で高感度なｐＨの測定ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。
施例について説明する。
【００２０】
【実施例】図１、２は、２次元光導波路上に感応膜を設
け、感応膜の屈折率異方性によりＴＭモードの光が導波
層から漏れだしている様子を示す図、及び感応膜を構成
している直鎖分子が配向して固定化されている様子と
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の感応膜の屈折率を示す図である。２次
元光導波路では光はＴＭモードとＴＥモードの２つのモ
ードで伝搬することが知られている。２次元光導波路上
に基板に対して直鎖分子を垂直に配向して固定化した有
機薄膜を形成すると、有機薄膜は光学的異方性を持ち
ｘ、ｚ軸方向の屈折率ｎ0 とｙ軸方向の屈折率であるｎ
y は異なる値を持つ。つまりＴＭモードで伝搬する光に
対しては有機薄膜の屈折率はｎ0 となり、ＴＥモードで
伝搬する光に対する屈折率はｎy となる。導波層の屈
折率をｎf とするとこれらの屈折率の関係が、 （１）： ｎ0 ＜ ｎy となることが望ましく、更
に、 （２）： ｎ0 ＜ ｎf ＜ ｎy となる場合がより望ましい。通常配向させた有機薄膜で
は（１）の関係は容易に実現でき、２次元光導波路の基
板となる材料を選択すれば（２）の関係も実現できる。
この（２）の関係を満足している場合、ＴＥモードは通
常の光導波路のように導波層を伝搬していくが、ＴＭモ
ードの光は導波層から有機薄膜中に漏れだし散乱されて
しまうため伝搬損失を生じる。測定対象基質が感応膜で
ある有機薄膜に結合すると有機薄膜を構成する分子の配
向が乱れる。光導波路を伝搬してきたＴＭモードの光の
伝搬損失量を検知すれば有機薄膜の配向の乱れ具合を知
ることができ、感応膜に結合した測定対象基質の量に換
算することができる。このときＴＥモードの光をリファ
レンスに使用しても良い。
け、感応膜の屈折率異方性によりＴＭモードの光が導波
層から漏れだしている様子を示す図、及び感応膜を構成
している直鎖分子が配向して固定化されている様子と
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の感応膜の屈折率を示す図である。２次
元光導波路では光はＴＭモードとＴＥモードの２つのモ
ードで伝搬することが知られている。２次元光導波路上
に基板に対して直鎖分子を垂直に配向して固定化した有
機薄膜を形成すると、有機薄膜は光学的異方性を持ち
ｘ、ｚ軸方向の屈折率ｎ0 とｙ軸方向の屈折率であるｎ
y は異なる値を持つ。つまりＴＭモードで伝搬する光に
対しては有機薄膜の屈折率はｎ0 となり、ＴＥモードで
伝搬する光に対する屈折率はｎy となる。導波層の屈
折率をｎf とするとこれらの屈折率の関係が、 （１）： ｎ0 ＜ ｎy となることが望ましく、更
に、 （２）： ｎ0 ＜ ｎf ＜ ｎy となる場合がより望ましい。通常配向させた有機薄膜で
は（１）の関係は容易に実現でき、２次元光導波路の基
板となる材料を選択すれば（２）の関係も実現できる。
この（２）の関係を満足している場合、ＴＥモードは通
常の光導波路のように導波層を伝搬していくが、ＴＭモ
ードの光は導波層から有機薄膜中に漏れだし散乱されて
しまうため伝搬損失を生じる。測定対象基質が感応膜で
ある有機薄膜に結合すると有機薄膜を構成する分子の配
向が乱れる。光導波路を伝搬してきたＴＭモードの光の
伝搬損失量を検知すれば有機薄膜の配向の乱れ具合を知
ることができ、感応膜に結合した測定対象基質の量に換
算することができる。このときＴＥモードの光をリファ
レンスに使用しても良い。
【００２１】この実施例の有機薄膜を構成するために用
いる分子として、直鎖の末端がトリメトキシシリルであ
る Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 の構造が考えられる。この
構造であれば基板がガラスなどの２次元光導波路上に容
易に固定化できる。また本発明は２次元光導波路に限る
ものではなく３次元光導波路に於いても実現可能である
ことは言うまでもない。
いる分子として、直鎖の末端がトリメトキシシリルであ
る Ｒ−Ｓｉ（ＯＣＨ3）3 の構造が考えられる。この
構造であれば基板がガラスなどの２次元光導波路上に容
易に固定化できる。また本発明は２次元光導波路に限る
ものではなく３次元光導波路に於いても実現可能である
ことは言うまでもない。
【００２２】
【実施例２】図３は、感応膜を表面プラズモンを励起す
る金薄膜上に形成し、表面プラズモンセンサー装置と組
み合わせた構成を示す図である。この例ではプリズム上
に表面プラズモンを励起する金属薄膜たとえば、厚さ約
５０ｎｍの金または銀の薄膜が蒸着されており、この上
に更に感応膜が設けられている。表面プラズモン法はプ
ラズモンを励起する光源の光を偏光子を通してＰ偏光に
し、金属薄膜上に表面プラズモン波を励起し、感応膜の
屈折率の変化をプラズモンの共振角の変化として検出す
る方法である。表面プラズモン法でも感応膜の配向性の
変化による膜の屈折率変化をプラズモン共振角の変化と
して検出することができる。
る金薄膜上に形成し、表面プラズモンセンサー装置と組
み合わせた構成を示す図である。この例ではプリズム上
に表面プラズモンを励起する金属薄膜たとえば、厚さ約
５０ｎｍの金または銀の薄膜が蒸着されており、この上
に更に感応膜が設けられている。表面プラズモン法はプ
ラズモンを励起する光源の光を偏光子を通してＰ偏光に
し、金属薄膜上に表面プラズモン波を励起し、感応膜の
屈折率の変化をプラズモンの共振角の変化として検出す
る方法である。表面プラズモン法でも感応膜の配向性の
変化による膜の屈折率変化をプラズモン共振角の変化と
して検出することができる。
【００２３】表面プラズモン法ではプラズモンを励起す
る金属薄膜に金を使うことができる。このため感応膜を
構成する直鎖分子の末端にメルカプト基やジスルフィド
結合を持たせれば、金薄膜に直鎖分子を容易に固定化す
る事ができる。
る金属薄膜に金を使うことができる。このため感応膜を
構成する直鎖分子の末端にメルカプト基やジスルフィド
結合を持たせれば、金薄膜に直鎖分子を容易に固定化す
る事ができる。
【００２４】感応膜を構成する分子の例を図４、図５に
示す。１本の長鎖アルカンチオールを金薄膜（金基板）
に固定化すると基板に対して２０〜３０°傾斜して固定
化されるのに対して、図４の分子では図６のように基板
に対して垂直に配向して固定化され本発明のセンサー装
置に利用する感応膜として理想的な構造を得ることがで
きる。また、感応膜を構成する分子の直鎖部分は図７、
図８のような構造が考えられ、抗体を固定化して蛋白を
検出するアプリケーションでは、直鎖部分にカルボキシ
ル基の他にアミノ基を持った構造の分子でも良い。
示す。１本の長鎖アルカンチオールを金薄膜（金基板）
に固定化すると基板に対して２０〜３０°傾斜して固定
化されるのに対して、図４の分子では図６のように基板
に対して垂直に配向して固定化され本発明のセンサー装
置に利用する感応膜として理想的な構造を得ることがで
きる。また、感応膜を構成する分子の直鎖部分は図７、
図８のような構造が考えられ、抗体を固定化して蛋白を
検出するアプリケーションでは、直鎖部分にカルボキシ
ル基の他にアミノ基を持った構造の分子でも良い。
【００２５】感応膜にポリクローナル抗体を固定化した
感応膜の様子を図９に示す。この膜に抗原が結合した様
子を図１０に示す。直鎖分子は柔軟性を持っており、抗
原の複数の結合部位に抗体が結合することによって図１
０のように感応膜の配向性が乱される。この配向性の乱
れと感応膜と異なる屈折率の抗原が結合することによっ
て、感応膜全体の屈折率が変化する。この変化を表面プ
ラズモンの共振角の変化として検出し、感応膜に結合し
た抗原濃度を知ることができる。抗原が同一の結合部位
を複数持っている場合モノクローナル抗体でも良く、ま
た同一の抗原に複数の抗体が結合しない場合でも感応膜
の屈折率変化が起こり、感応膜に結合した抗原濃度を検
出する事ができるのは、言うまでもない。
感応膜の様子を図９に示す。この膜に抗原が結合した様
子を図１０に示す。直鎖分子は柔軟性を持っており、抗
原の複数の結合部位に抗体が結合することによって図１
０のように感応膜の配向性が乱される。この配向性の乱
れと感応膜と異なる屈折率の抗原が結合することによっ
て、感応膜全体の屈折率が変化する。この変化を表面プ
ラズモンの共振角の変化として検出し、感応膜に結合し
た抗原濃度を知ることができる。抗原が同一の結合部位
を複数持っている場合モノクローナル抗体でも良く、ま
た同一の抗原に複数の抗体が結合しない場合でも感応膜
の屈折率変化が起こり、感応膜に結合した抗原濃度を検
出する事ができるのは、言うまでもない。
【００２６】
【実施例３】図４の分子からなる膜では周りのｐＨによ
って、そのコンフォーメーションが変わることが知られ
ている。中性領域では図１１の構造をとり、ｐＨの低い
領域では図１２の構造をとる。このコンフォーメーショ
ンの変化は膜の屈折率の変化となり、表面プラズモン法
などの手段によって検出することができる。この膜と表
面プラズモンセンサー装置の組み合わせ（図３）でｐＨ
センサー装置を構成することができる。
って、そのコンフォーメーションが変わることが知られ
ている。中性領域では図１１の構造をとり、ｐＨの低い
領域では図１２の構造をとる。このコンフォーメーショ
ンの変化は膜の屈折率の変化となり、表面プラズモン法
などの手段によって検出することができる。この膜と表
面プラズモンセンサー装置の組み合わせ（図３）でｐＨ
センサー装置を構成することができる。
【００２７】また図３の構成で、この膜に抗体を固定化
して中性領域で抗原と結合させ、ｐＨの低い領域で表面
プラズモン共振角を測定すると、結合した抗原が金薄膜
に近づけられ、エバネッセント波の強い領域で測定され
る事となり、大きな共振角変化を得ることができる。こ
れによって感度の高いセンサー装置を実現する事ができ
る。
して中性領域で抗原と結合させ、ｐＨの低い領域で表面
プラズモン共振角を測定すると、結合した抗原が金薄膜
に近づけられ、エバネッセント波の強い領域で測定され
る事となり、大きな共振角変化を得ることができる。こ
れによって感度の高いセンサー装置を実現する事ができ
る。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、液晶性あるいは配向性
分子からなる光学的異方性のある有機薄膜、たとえば直
鎖の分子を基板に配向させて固定化した膜を持ち、この
有機薄膜には特異的反応をする物質、たとえば抗原抗体
反応をする抗体が固定化されており、抗原抗体反応で抗
原が有機薄膜に結合されることによって有機薄膜の配向
性が乱れることと結合した抗原の屈折率によって、有機
薄膜の屈折率が変化し、その変化量を偏光を利用した光
学的検出手段によって検出し抗原抗体反応量に換算する
ため、従来技術の感応膜に吸着された抗原の屈折率のみ
によって得られる屈折率変化に比べ、大きな屈折率変化
が得られることから、安価で高感度の測定が可能であ
る。
分子からなる光学的異方性のある有機薄膜、たとえば直
鎖の分子を基板に配向させて固定化した膜を持ち、この
有機薄膜には特異的反応をする物質、たとえば抗原抗体
反応をする抗体が固定化されており、抗原抗体反応で抗
原が有機薄膜に結合されることによって有機薄膜の配向
性が乱れることと結合した抗原の屈折率によって、有機
薄膜の屈折率が変化し、その変化量を偏光を利用した光
学的検出手段によって検出し抗原抗体反応量に換算する
ため、従来技術の感応膜に吸着された抗原の屈折率のみ
によって得られる屈折率変化に比べ、大きな屈折率変化
が得られることから、安価で高感度の測定が可能であ
る。
【図１】２次元光導波路上に感応膜を設け、感応膜の屈
折率異方性によりＴＭモードの光が導波層から漏れだし
ている様子を示す図である。
折率異方性によりＴＭモードの光が導波層から漏れだし
ている様子を示す図である。
【図２】感応膜を構成している直鎖分子が配向して固定
化されている様子とＸ、Ｙ、Ｚ方向の感応膜の屈折率を
示す図である。
化されている様子とＸ、Ｙ、Ｚ方向の感応膜の屈折率を
示す図である。
【図３】感応膜を表面プラズモンを励起する金薄膜上に
形成し、表面プラズモンセンサー装置と組み合わせた構
成を示す図である。
形成し、表面プラズモンセンサー装置と組み合わせた構
成を示す図である。
【図４】感応膜を構成する分子で、直鎖部分がＰＭＡＡ
で、その末端にジスルフィド結合を持つ二鎖型両親媒性
高分子構造の例を示す図である。
で、その末端にジスルフィド結合を持つ二鎖型両親媒性
高分子構造の例を示す図である。
【図５】感応膜を構成する分子構造の例を示す図であ
る。
る。
【図６】図３の分子を金基板上に固定化した様子を示す
図である。
図である。
【図７】感応膜を構成する分子の直鎖部分の分子構造の
例を示す図である。
例を示す図である。
【図８】感応膜を構成する分子の直鎖部分の分子構造の
例を示す図である。
例を示す図である。
【図９】感応膜にポリクローナル抗体を固定化した図で
ある。
ある。
【図１０】ポリクローナル抗体を固定化した感応膜と抗
原が結合した図である。
原が結合した図である。
【図１１】基板上に直鎖分子を配向させて固定化した図
である。
である。
【図１２】直鎖分子がｐＨによってコイル状にコンフォ
ーメーションを変えた図である。
ーメーションを変えた図である。
１…感応膜、２…導波層、３…基板、４…直鎖分子、５
…光源ユニット、６…偏光子、７…プリズム、８…金薄
膜、９…感応膜、１０…受光センサー、１１…ポリクロ
ーナル抗体、１２…感応膜を構成する直鎖分子、１３…
基板、１４…抗原、１５…感応膜を構成する直鎖分子、
１６…基板、１７…感応膜を構成する直鎖分子
…光源ユニット、６…偏光子、７…プリズム、８…金薄
膜、９…感応膜、１０…受光センサー、１１…ポリクロ
ーナル抗体、１２…感応膜を構成する直鎖分子、１３…
基板、１４…抗原、１５…感応膜を構成する直鎖分子、
１６…基板、１７…感応膜を構成する直鎖分子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 政三 京都府綴喜郡田辺町多々羅都谷１―３ 同 志社大学内 (72)発明者 東 信行 京都府綴喜郡田辺町多々羅都谷１―３ 同 志社大学内
Claims (15)
- 【請求項１】 液晶性あるいは配向性分子からなる光
学的異方性のある有機薄膜を持ち、この有機薄膜には特
異的反応をする物質が固定化されており、抗原抗体反応
で抗原が有機薄膜に結合されることによって有機薄膜の
配向性が乱れること、および結合した抗原の屈折率によ
り、有機薄膜の屈折率が変化し、その変化量を偏光を利
用した光学的検出手段によって検出し、抗原抗体反応量
に換算することを特徴とする光学的異方性感応膜を有す
る光学式センサー装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光学式センサー装置
において、前記光学的異方性のある有機薄膜が、直鎖の
分子を基板に配向させて固定化した膜であり、且つ、前
記特異的反応をする物質が、抗原抗体反応をする抗体ま
たは抗原であることを特徴とする光学的異方性感応膜を
有する光学式センサー装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の光学式センサー装置
において、前記偏光を利用した光学的検出手段が、２次
元の光導波路であって、２次元光導波路中を伝搬するＴ
ＭモードとＴＥモードとの光の強度比から有機薄膜の屈
折率変化量を求める手段であり、また前記有機薄膜は、
２次元光導波路上に形成されていることを特徴とする光
学的異方性感応膜を有する光学式センサー装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載の光学式センサー装置
において、前記偏光を利用した光学的検出手段が、表面
プラズモンセンサーであり、また前記有機薄膜が表面プ
ラズモンを励起する金属薄膜上に形成されたことを特徴
とする光学的異方性感応膜を有する光学式センサー装
置。 - 【請求項５】 請求項１乃至４に記載の光学式センサ
ー装置において、前記有機薄膜を構成する配向性分子
が、直鎖の水溶性高分子であることを特徴とする光学的
異方性感応膜を有する光学式センサー装置。 - 【請求項６】 請求項５に記載の光学式センサー装置
において、前記直鎖の水溶性高分子が、直鎖のポリメタ
クリル酸（ＰＭＡＡ）であることを特徴とする光学的異
方性感応膜を有する光学式センサー装置。 - 【請求項７】 請求項５に記載の光学式センサー装置
において、前記直鎖の水溶性高分子が、直鎖のポリペプ
チドであることを特徴とする光学的異方性感応膜を有す
る光学式センサー装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載の光学式センサー装置
において、前記直鎖のポリペプチドが、ポリＬ−グルタ
ミン酸（ＰＬＧＡ）であることを特徴とする光学的異方
性感応膜を有する光学式センサー装置。 - 【請求項９】 請求項５に記載の光学式センサー装置
において、前記有機薄膜を構成する直鎖の水溶性高分子
が、片方の末端部分にトリメトキシシリル基を持つこと
を特徴とする光学的異方性感応膜を有する光学式センサ
ー装置。 - 【請求項１０】 請求項５に記載の光学式センサー装置
において、前記有機薄膜を構成する直鎖の水溶性高分子
が、片方の末端部分にメルカプト基またはジスルフィド
結合を持つことを特徴とする光学的異方性感応膜を有す
る光学式センサー装置。 - 【請求項１１】 請求項５に記載の光学式センサー装置
において、前記直鎖の水溶性高分子が、基板に垂直に配
向していることを特徴とする光学的異方性感応膜を有す
る光学式センサー装置。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の光学式センサー装
置において、前記水溶性高分子が、片方の末端部分に基
板と結合する部位を持つ直鎖の分子団を複数有すること
を特徴とする光学的異方性感応膜を有する光学式センサ
ー装置。 - 【請求項１３】 液晶性あるいは配向性分子からなる光
学的異方性のある有機薄膜に、測定対象抗原に対するポ
リクローナル抗体を固定化し、該測定対象抗原の各結合
部位に特異的に結合する抗体に吸着された抗原と、別の
結合部位に対して特異性を持つ抗体が更にその吸着され
た抗原に結合する事によって、有機薄膜を構成する分子
同士の距離が近づき、膜の配向性が乱れかつ、膜の密度
が上昇し、膜の屈折率が変わり、その変化と結合した抗
原の屈折率による感応膜の屈折率変化を検出し抗原抗体
反応量に換算することを特徴とする光学的異方性感応膜
を有する光学式センサーを用いた測定方法。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の光学式センサーを
用いた測定方法において、前記有機薄膜を、ｐＨによっ
て真っ直ぐに伸びた構造からコイル状に形態を変える分
子を配向させて固定化して製作し、ｐＨによる分子の配
向性の変化を検出してｐＨの変化に換算することを特徴
とする光学的異方性感応膜を有する光学式センサーを用
いた測定方法。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載の光学式センサーを
用いた測定方法において、前記分子からなる感応膜に特
異的反応をする物質を固定化し、分子が真っ直ぐに伸び
るｐＨ領域で抗原と反応させ、ｐＨを変えて分子が真っ
直ぐに伸びた状態からコイル状に形態を変え、結合した
抗原を基板に近づけた状態でエバネッセント波などを用
いて感応膜の屈折率変化を測定することを特徴とする光
学的異方性感応膜を有する光学式センサーを用いた測定
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8433397A JPH10260134A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 光学的異方性感応膜を有する光学式センサー装置および測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8433397A JPH10260134A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 光学的異方性感応膜を有する光学式センサー装置および測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260134A true JPH10260134A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13827590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8433397A Pending JPH10260134A (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 光学的異方性感応膜を有する光学式センサー装置および測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10260134A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009080098A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-04-16 | Kagoshima Univ | 屈折率センサ及びその製造方法 |
| WO2010024456A1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Detecting interactions |
| KR101363759B1 (ko) * | 2013-02-19 | 2014-02-18 | 서울대학교산학협력단 | 가스센서용 미세섬유 |
-
1997
- 1997-03-18 JP JP8433397A patent/JPH10260134A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009080098A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-04-16 | Kagoshima Univ | 屈折率センサ及びその製造方法 |
| WO2010024456A1 (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Detecting interactions |
| KR101363759B1 (ko) * | 2013-02-19 | 2014-02-18 | 서울대학교산학협력단 | 가스센서용 미세섬유 |
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