JPH1078393A - 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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- JPH1078393A JPH1078393A JP23386696A JP23386696A JPH1078393A JP H1078393 A JPH1078393 A JP H1078393A JP 23386696 A JP23386696 A JP 23386696A JP 23386696 A JP23386696 A JP 23386696A JP H1078393 A JPH1078393 A JP H1078393A
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- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
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Abstract
を、放射性同位元素や色素によって標識しなくても分析
可能にする。 【解決手段】 プリズム10と、その一面に形成された金
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に入射させる集光レンズ15等の光学系と、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との間に電気泳動媒体11を挟んで該金属膜12に対面
するように電極19を配設し、この電極19と金属膜12との
間に、直流電源20により直流電圧を印加する。
Description
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
モンセンサーに関し、特に詳細には、電気泳動により分
離された物質を分析する表面プラズモンセンサーに関す
るものである。
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。
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)。
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。
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によって検出するこ
とができる。
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。
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。
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(全反射解
消角)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。
るための装置として、従来より、電気泳動装置が知られ
ている。この電気泳動装置は、ゲルシート等の電気泳動
媒体に試料を含ませ、該電気泳動媒体の両端間に電圧を
印加することにより、試料に含まれる分析対象物質を電
気泳動させて、複数の分析対象物質を電気泳動速度の違
いにより電気泳動媒体上で分離させるものである。
は、予め放射性同位元素や色素によって標識しておくこ
とにより、放射線フィルムに放射線露光して検出した
り、あるいは直接観察することができる。
分析対象物質を放射性同位元素によって標識する場合
は、放射性同位元素の人体への影響が大きいことから、
その取扱いが難しいという問題が認められている。一
方、分析対象物質を色素によって標識する場合は、染色
に長時間を要するという問題が認められている。
であり、分析対象物質を放射性同位元素や色素等によっ
て標識しなくても、電気泳動媒体上で分離された分析対
象物質を分析することができるセンサーを提供すること
を目的とする。
は、先に説明した表面プラズモンセンサーを、電気泳動
媒体上で分離された分析対象物質を検出できるように構
成したものである。
モンセンサーは、請求項1に記載の通り、プリズムと、
このプリズムの一面に形成された金属膜と、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入射させる光学系と、上記
界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段
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、電気泳動により分離された分析対象物
質を含む電気泳動媒体を挟んで、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。
センサーは請求項2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、上記光ビームを電気泳動媒体
の泳動方向に走査させる手段が設けられたことを特徴と
するものである。
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、電気泳動媒体中で電荷を
持っている分析対象物質を金属膜に引き付け、転写する
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。
写されれば、先に説明した表面プラズモンセンサーの分
析の仕組みをそのまま利用して、全反射解消角θSPに基
づいて、電気泳動媒体中の特定物質を定量分析すること
ができる。
ンセンサーは、光ビームが電気泳動媒体の泳動方向に走
査可能となっているので、電気泳動媒体上で分離された
分析対象物質の分布状態も検出することができる。
ンサーは、分析対象物質を放射性同位元素や色素によっ
て標識することなく、電気泳動媒体上で分離された分析
対象物質を検出することができるので、標識に要する手
間および時間を省いて、分析作業の簡素化、高速化を実
現できる。
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
ものであり、また図2はその分解斜視図である。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、電気泳動媒体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
から出射した光ビーム13をプリズム10と金属膜12との界
面10aで収束させる集光レンズ15と、上記界面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。
ない駆動手段により、ガイドロッド17に沿ってプリズム
10の長軸方向(X方向)に定速で移動可能となってい
る。また光検出手段16も、ガイドロッド18に沿ってX方
向に移動可能とされている。そして光源14および集光レ
ンズ15が上述のように移動すると、図示しない連結手段
によりそれらと連結されている光検出手段16も等速で移
動する。
において電気泳動に用いられたものであり、それにより
該電気泳動媒体11においては、何種類かの分析対象物質
30が電気泳動の方向(図2の左右方向)に分離されてい
る。この電気泳動媒体11は、電気泳動の方向がプリズム
10の長軸方向(X方向)と一致する向きにして、金属膜
12の上に載置される。
配設される。それにより電気泳動媒体11は、この電極19
と金属膜12との間に挟まれた状態となる。そしてこれら
の金属膜12と電極19にはそれぞれ、直流電源20の正極、
負極が接続される。
金属膜12と電極19との間に直流電圧が印加される。そし
て、集光レンズ15の作用で上述のように収束する光ビー
ム13(P偏光)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。
ように、電気泳動媒体11中で負の電荷を持っている分析
対象物質30が金属膜12に引き付けられ、そこに転写され
る。そこで、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の強度を光検出手段16で測定する
ことにより、分析対象物質30を検出、分析することがで
きる。
て分析がなされる。光ビーム13の界面10aに対する入射
角θと、光検出手段16が出力する光検出信号Sの強度
(全反射した光ビーム13の強度)との関係は、概ね図4
に示すようなものとなる。つまり、ある特定の入射角θ
SPで入射した光ビーム13は、金属膜12と電気泳動媒体11
との界面に表面プラズモンを励起させるので、このとき
は反射光強度が鋭く低下する。この入射角(全反射解消
角)θSPが分かれば、それに基づいて電気泳動媒体11中
の物質30を定量分析することができるが、本例ではこの
全反射解消角θSPを間接的に求めるようにしている。
が、上記全反射解消角θSPよりも小さい一定の角度θS
に設定されている。そして入射角がθS であるときの光
検出信号Sの強度IS は、全反射解消角θSPの値に応じ
て変化するから、この信号強度IS に基づいて全反射解
消角θSPを知り、電気泳動媒体11中の物質30を定量分析
することができる。
ンズ15と光検出手段16とをX方向に移動させることによ
り、光ビーム13を電気泳動媒体11の泳動方向に走査させ
ることができる。この走査を行ない、その際に光検出手
段16から連続的に出力される光検出信号Sを用いれば、
電気泳動媒体11上で泳動方向に分離している分析対象物
質30の分布状態も知ることができる。
述のようにする他、光源14、集光レンズ15および光検出
手段16は固定しておいて、プリズム10側を移動させるよ
うにしてもよい。さらには図5に示す第2実施形態のよ
うに、ガルバノミラー等の光偏向器31に加えて、レンズ
32と、光ビーム13を紙面に交わる面内のみで収束させる
シリンドリカルレンズ33と、レンズ34とで構成される走
査光学系を設けて、光ビーム13を偏向走査するようにし
てもよい。
センサーの側面図
物質の移動を説明する概略図
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
示す平面図
Claims (2)
- 【請求項1】 プリズムと、 このプリズムの一面に形成された金属膜と、 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検出する光検出
手段と、 前記金属膜との間に、電気泳動により分離された分析対
象物質を含む電気泳動媒体を挟んで、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2】 前記光ビームを電気泳動媒体の泳動方向
に走査させる手段が設けられ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。
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