JPH11223597A

JPH11223597A - 光ファイバ表面プラズモンセンサー

Info

Publication number: JPH11223597A
Application number: JP2593298A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nomoto; 毅野本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-17
Anticipated expiration: 2018-02-06
Also published as: JP3592065B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバ表面プラズモンセンサーにおいて、
装置の大型化を招くことなく、共鳴条件のドリフトの問
題を解決する。【解決手段】ステップインデックス型マルチモード光フ
ァイバのクラッド層１２を一定長さ除去し、コアファイ
バ部分１３の表面を露出させる。露出した表面に金属薄
膜１４を形成し、この金属薄膜１４の表面に感受性誘電
体層１１および非感受性誘電体層１０を光ファイバの軸
方向に平行に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光−表面プラズモン
波相互作用により、特定物質の濃度を検出する光学的セ
ンサーに関し、特に光ファイバの一部に設けられた光学
的センサーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表面プラズモン波は金属と絶縁体間の界
面によって支持される電磁波である。表面プラズモン波
は共振結合によって光学的に励起せしめることができ
る。共振の条件は金属と絶縁体の界面に近い媒体の回折
インデックス及び厚さに強く依存する。光波の強度は、
光波を表面プラズモン波に結合することにより変調する
ことができる。一般的には、表面プラズモン波と光波間
の結合が強ければ光波伝達の減衰が大きくなり、結合が
弱ければ光波伝達は減衰しないか減衰しても僅かであ
る。全反射減衰は（ＡｔｔｅｎｕａｔｅｄＴｏｔａｌ
Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＴＲ）法は高インデックス
プリズムを介して表面プラズモン波を光学的に励起する
ために利用されている。プリズム内を移動する光は臨界
角を超える角度でプリズムを介して金属−絶縁体間に送
られ、表面プラズモン波領域に重なる次第に消えていく
光波の領域をつくる。従って共振角度の変化を検出する
ことによって、金属と絶縁体の界面に近い媒体の回折イ
ンデックス及び厚さの物理化学的変化を検出することが
できる。

【０００３】例えば、蛋白質の抗原検出センサーが実用
化されている（例えば、ファルマシア社製ＢＩＡｃｏ
ｒｅ）。このセンサーにおいては金薄膜表面プラズモン
センサープローブの表面に有機薄膜が担持されており、
その有機薄膜中に抗体が固定されている。固定された抗
体と被検物中の抗原とが選択的に結合することにより有
機薄膜の屈折率変化が生じ、これをプラズモン共鳴角度
の変化から測定する。またＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡ
ｃｔｕａｔｏｒｓＢ３４（１９９６）ｐｐ３２８−３
３３には光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサーが提
案されている。光ファイバ中を伝達する光の群速度は波
長によって決まる。するとコア−クラッド界面で光が全
反射する際の入射角および反射角がきまる、様々な波長
の、様々なモードの光のうち、コア−金属薄膜部分で全
反射される際生じるエバネッセント波と金属薄膜の表面
プラズモン波の間に共鳴が起れば、そのモードの光は減
衰する。従って、白色光をファイバに導入し、反射光の
波長分散を調べれば、ＳＰＲ現象の生じている部分の波
長で減衰を観測することができる。

【０００４】ヨーロッパ特許出願公開第０２８２００９
号明細書では、炭化水素相互作用に起因する反射率係数
変化を利用した光ファイバ検知器が開示されている。こ
の明細書に記載されている検知器は、光学損失を変化さ
せる炭化水素の存在によってクラッド材の屈折率が変化
することに基づくものである。

【０００５】米国特許出願第２５９５５６号明細書に
は、光ファイバの末端に金属薄膜が形成された光ファイ
バ化学物質センサが開示されている。このセンサは、金
属薄膜を化学物質と接触せしめることにより、その厚み
が変化し、結果的にその反射特性が変化することを利用
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記いずれの光ファイ
バ表面プラズモンセンサーにおいても、センシング部と
リファレンス部とは一体化されていない。このことは共
鳴条件の時間変化を長時間に渡ってモニターする場合、
センシング部位における局所的な温度や圧力などの変化
に由来すると考えられる共鳴条件のドリフトの原因とな
っていた。

【０００７】本発明が解決しようとする課題の一つは温
度や圧力などの変化に基づく共鳴条件のドリフトを防止
し、光ファイバ表面プラズモンセンサーの検出感度の増
大を可能とすることである。

【０００８】共鳴条件のドリフトを防止する目的で、リ
ファレンス部位を配置したファイバに、ビームスプリッ
ターを介して励起光を導入した例があるが（塩川祥子
ら、日本分光学会シンポジウム、平成９年５月２０〜２
１日、東京大学山上会館）、これはセンサー本体の小型
化を阻む原因である。したがって本発明が解決しようと
する課題の二つ目はセンシング部位とリファレンス部位
とを一体化することによって、センサーの小型化を可能
とすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、被検出対象の検出に用いる表面プラズモン
センサであって、コアファイバ部がクラッド層で被覆さ
れた部分及び金属層で被覆された部分を備えた光ファイ
バを有し、該金属層の一部に、該光ファイバの軸方向と
平行に、該被検出対象に対して感受性を有する誘電体層
が配置されていることを特徴とする表面プラズモンセン
サーが提供される。

【００１０】また上記表面プラズモンセンサーにおい
て、該金属層の一部に、該光ファイバの軸方向と平行
に、該被検出対象に対して感受性を有しない誘電体層が
配置されている表面プラズモンセンサーが提供される。

【００１１】上記表面プラズモンセンサーにおいて、該
感受性を有しない誘電体層と、該感受性を有する誘電体
層とが、該光ファイバ軸方向に交互に配置されている構
成とすることができる。さらに、該光ファイバの一端に
前記金属層で被覆されたコアファイバ部を有し、該一端
の先端部に反射材を備えた構成とすることができる。

【００１２】また、本発明によれば、上述の表面プラズ
モンセンサーにおいて、該光ファイバの一端に前記金属
層で被覆されたコアファイバ部を有し、該一端の先端部
に反射材を備えた表面プラズモンセンサーが提供され
る。

【００１３】また、本発明によれば、上述の表面プラズ
モンセンサーにおいて、該光ファイバが、ステップイン
デックス型マルチモード光ファイバである表面プラズモ
ンセンサーが提供される。

【００１４】また、本発明によれば、上述の表面プラズ
モンセンサーにおいて、該感受性を有する誘電体層が、
抗原、抗体、ホルモン、リセプター、ポリペプチド、核
酸、細胞、糖タンパク、脂質及び色素から選ばれる少な
くとも１つを担持した高分子化合物層である表面プラズ
モンセンサーが提供される。

【００１５】また、本発明によれば、上述の表面プラズ
モンセンサーにおいて、感受性を有する誘電体層が、有
機薄膜である表面プラズモンセンサーが提供される。

【００１６】本発明の表面プラズモンセンサーにおいて
は、タンパク質の抗原、有機化合物、生体分子などを被
検出対象とすることができる。

【００１７】本発明の光ファイバ表面プラズモンセンサ
ーは、金属薄膜外周に配置した誘電体の種類によって表
面プラズモン波の共鳴条件が異なることを利用したもの
である。すなわちセンシング対象物（被検出対象）に対
して感受性を有する誘電体層（以下、「感受性誘電体
層」という）を、光ファイバ軸方向に平行に配置した構
造を有している。また、光ファイバ軸方向に平行に、被
検出対象に対して感受性を有しない誘電体層（以下、
「非感受性誘電体層」という）が適宜設けられる。ここ
で「光ファイバ軸方向に平行に配置した」とは、金属薄
膜外周を取り囲むように円筒状の形状をもって配置され
ることをいい、例えば図８に示すように配置されること
をいう。図のように、感受性誘電体層と、非感受性誘電
体層もしくは金属薄膜の露出した部分とは、光ファイバ
の軸方向に交互に配置されることが好ましく、これらは
図８（ｃ）に示すようにそれぞれ複数設けられてもよ
い。

【００１８】以上のような構造を有する光ファイバ表面
プラズモンセンサーを用いた場合、反射光の波長分散を
観測すると二つの極小点を見出すことができる。この二
つの極小点での波長の差分（△λ）は光ファイバ近傍の
温度や圧力変化に由来すると考えられる共鳴条件の変化
には影響されない。したがって上記差分（△λ）を観測
することで、従来技術が抱えていた共鳴条件のドリフト
の問題を解消し、検出感度の向上を図るとともに長時間
にわたるモニターが可能となる。また、上記差分（△
λ）は感受性膜の共鳴条件変化により値が変動する場合
がある。この差分の変化量（△λ＋δλ）を求めること
によって、感受性膜の回折インデックス及び厚さの物理
化学的変化をより高感度に検出することができる。さら
に、本発明の光ファイバ表面プラズモンセンサーはセン
シング部位とリファレンス部位とが一体化されているた
め、センサーの小型化が図られる。このため従来より広
範囲な分野への応用が可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の表面プラズモンセンサー
は、コアファイバ部とこれを覆うクラッド層とを有する
光ファイバの一部にセンシング部位が設けられた構造を
有する。例えば、クラッド層を一定長さ除去することに
よりコアファイバ部の表面を露出させ、この表面を覆う
ように金属薄膜を形成し、その表面に、感受性誘電体層
等を形成することにより作製される。ここでいうクラッ
ド層とは、コアの外周にバッファ層が設けられている場
合はこれも含むものとする。クラッド層は既知の方法で
除去することができる。すなわち、トーチの使用、化学
的エッチングにより除去することができ、あるいは市販
の機械的除去装置（例えばＣｌａｕｓｓｅ，Ｎｏ−Ｎ
ｉｋＯｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳｔｒｉｐｐｅ
ｒ，ＥｄｍｏｎｄＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＣａｔａｌ
ｏｇ，Ｂａｒｒｉｎｇｔｏｎ，Ｎ．Ｊ．）を用いて
も良い。

【００２０】本発明において、クラッド層を除去する長
さはセンサーを使用しようとする対象のスケールによっ
て、また光ファイバの直径とコアー／クラッド層界面で
の反射角度から決まるセンシングエリアでの反射回数が
１回以上にすべきことによって決められる。共鳴条件を
満たす反射角度で伝達される光はセンシングエリアでの
反射回数によって指数関数的に減衰する。例えばコア径
４００μｍの光ファイバを用いる場合、センシングエリ
アの長さは好ましくは１〜１０００ｍｍ、より好ましく
は５〜１００ｍｍとする。

【００２１】本発明で使用される金属薄膜を構成する金
属は、「表面」Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．６（１９８２）
ｐ．２８９〜３０４に記載されているように、複素誘電
率の実部が負で大きなＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、
Ｋが望ましく、虚部の大きさの関係から特にＡｇ、Ａｕ
が好適で、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｆｅは望ましくない。また、金
属薄膜は合金組成で構成することもできるが、ＡｕにＰ
ｄを混合した場合には表面プラズモンが消滅するため、
この合金の使用は好ましくない。さらに、金属薄膜は、
コアファイバへの密着性を向上させるために、例えばそ
の表面にＣｒ膜を極めて薄く形成し、その上にＡｕ膜等
を形成した多層構造をもって構成することもできる。

【００２２】本発明で使用される「感受性を有する誘電
体層」（感受性誘電体層）とは、被検出対象と相互作用
し、その屈折率及び厚さ等の物理化学的変化が惹起され
るものを指し、具体的には抗原や抗体等を担持した高分
子層、特定の有機化合物に親和性を示すラングミュア−
ブロージェット膜、ホルモン、リセプター、ポリペプチ
ド、核酸、細胞、細胞膜、糖タンパク、脂質、色素から
選ばれる１種以上を担持した高分子化合物層などをい
う。

【００２３】本発明で使用される「被検出対象に対して
感受性を有しない誘電体層」（非感受性誘電体層）と
は、被検出対象と相互作用せず、その屈折率及び厚さ等
の物理化学的変化が惹起されないものを指し、感受性誘
電体層との組合せに応じて決められる。具体的には感受
性誘電体層が抗体を担持した高分子層である場合には、
非感受性誘電体層には抗体を担持していない高分子層な
どを用いることができる。

【００２４】また非感受性誘電体は必ずしも設ける必要
はない。すなわち図８（ａ）に示すように、コアファイ
バ部表面を覆う金属薄膜１４の一部分が露出し、他の部
分が感受性誘電体層１１により覆われた構造とすること
もできる。この場合、周囲の媒質、例えば空気や水と等
しい屈折率を有する非感受性誘電体層が形成されている
ものと考えることができる。非感受性誘電体層と感受性
誘電体層との屈折率差が大きくなり共鳴条件も大きく異
なるため、二つの共鳴波長をより明確に検出することが
可能になる。したがって、非感受性誘電体層を設けた場
合より好ましい場合がある。

【００２５】感受性誘電体層と非感受性誘電体層は、コ
アファイバ上に設けられた金属薄膜に接して、ファイバ
軸方向にお互いに平行に配置される必要がある。それぞ
れの層の軸方向の長さ、またそれぞれの層の厚さは任意
の割合にすることができる。共鳴波長での光強度の減衰
率は誘電体層エリアでの反射回数、すなわち誘電体層の
長さに基づくのでそれぞれの層の軸方向の長さは極端に
短くすることはできない。コア径をｄ、コア・クラッド
界面での反射角度をθとすれば、センシングエリアの軸
方向の長さはｄｔａｎθ以上とすることが好ましい。

【００２６】感受性誘電体層と非感受性誘電体層は、フ
ァイバ軸方向にお互いに交互に複数層配置することもで
きる。この場合各誘電体層間の物理的距離が接近するの
で、より局所的変化の影響を受けにくくすることができ
る。

【００２７】感受性誘電体層は二種類以上の測定対象に
応じて、異なる感受性誘電体層を複数用いることができ
る。例えば相異なる抗原に対して特異性を有する相異な
る抗体を別々の高分子層に担持すれば、二つの抗原を同
時に検出できる。ただし複数種類の感受性誘電体層を設
ける場合には、それぞれの誘電体層は、検出対象の有無
に応じていずれかの場合にはそれぞれ異なる共鳴条件を
示すものでなければならない。

【００２８】センシング部位をファイバの端に構成する
ことはセンサー自体の小型化のため望ましい。この際に
はファイバの端面に反射材を配置することによってファ
イバ内を逆行してきた反射光を受光することが可能とな
る。反射材としては銀やアルミニウム等を蒸着して形成
することができる。

【００２９】

【実施例】（実施例１）ステップインデックス型マルチ
モード光ファイバ（クラッド径４３０μｍ、コア径４０
０μｍ）の一端のクラッド層を、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ
Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．，７（１９９２）１９３−
１９７に記載のＷｅｂｅｒとＳｃｈｕｌｔｚらの方法に
よって２０ｍｍの長さだけ除去した。

【００３０】露出したコアファイバ全面に金を５００オ
ングストローム蒸着した。端面には反射材として銀を３
５０ｎｍ蒸着した。

【００３１】以下の手順（１）〜（４）で端面から１０
ｍｍの長さの金薄膜上に、抗ＨＩＶ−１ｅｍｖｇｐ
１２０／１６０モノクローナル抗体を担持した感受性誘
電体層を形成した。（１）シスタミン二塩酸塩（東京化成工業株式会社製）
をクロロホルムに溶解し０．００５Ｍとし、この溶液中
にファイバ端を１０ｍｍだけ浸し、３時間循環させ、金
薄膜上にアミノ基を導入した。（２）次にＢＳ³［Ｂｉｓ（ｓｕｌｆｏｓｕｃｃｉｎｉ
ｍｉｄｙｌ）ｓｕｂｅｒａｔｅ］（ＰＩＥＲＣＥ社製）
を、０．１５ＭＮａＣｌを含む２０ｍＭりん酸ナトリウ
ム緩衝液、ｐＨ７．５に溶解し２ｍＭとし、この溶液中
にファイバ端を１０ｍｍだけ浸し、１０分間循環させ、
薄膜上にスクシンイミジル基を導入した。（３）次に抗ＨＩＶ−１ｅｍｖｇｐ１２０／１６０
モノクローナル抗体（バイオライン社製）を、０．１５
ＭＮａＣｌを含む２０ｍＭりん酸ナトリウム緩衝液、ｐ
Ｈ７．５に溶解し１ｍｇ／ｍｌとし、この溶液にファイ
バ端を１０ｍｍだけ浸し、１時間循環させ、薄膜上に抗
ＨＩＶ−１ｅｍｖｇｐ１２０／１６０モノクローナ
ル抗体を担持した。（４）最後に１ＭＴｒｉｓ−ＨＣｌバッファー、ｐＨ
７．５にファイバ端を１０ｍｍだけ浸し、１０分間循環
させ、薄膜上の未反応のスクシンイミジル基を反応させ
た。

【００３２】作製した光ファイバ表面プラズモンセンサ
ーの評価系として図１に示す測定システムを構成した。
白色光源１（タングステン−ハロゲンランプ）から出力
された白色光は、レンズ２で集光され光ファイバ３に導
入される。ビームスプリッター４を経て、センシング部
位５に導かれた光は、コア−金属薄膜界面で複数回反射
されながら反射材６に至る。反射材６よって反射された
光は、センシング部位５内で再び複数回反射されながら
ファイバ内を逆行する。逆行してきた光はビームスプリ
ッター４で分光器７に導かれ、パーソナルコンピュータ
８で解析される。分光器７は４００〜９００ｎｍの波長
範囲の光を０．５ｎｍの分解能で分光する。センシング
部位５はフローセル９内に配置されており、検出対象物
質の濃度を任意に制御することができる。

【００３３】上述した手順で作製した光ファイバ表面プ
ラズモンセンサーの、解析された共振スペクトルを図２
に示す。６１２ｎｍ付近と６５０ｎｍ付近に二つの谷が
見出された。それぞれの谷付近の相対強度変化を二次関
数で近似し、極小値を与える共振波長を計算した。短波
長側の共振波長λ_R、長波長側の共振波長λｓ、及び△
λ＝λ_S−λ_Rを計算し、その時間変化をモニターした。

【００３４】図３に計算されたλ_R、λ_S、及び△λの時
間変化の一例を示す。λ_R及びλ_Sは時間とともにドリフ
トし安定しないが、△λは安定していることがわかる。

【００３５】フローセルを通じて検出対象物質であるリ
コンビナントＨＩＶ−１ｇｐ１２０（レプリジエン
社製）を導入した。抗原物質導入前後の解析されたファ
イバ表面プラズモンセンサーの共振スペクトルを図４に
示す。抗原物質の導入に伴い、短波長側の共振波長λ_R
はほとんど変化しなかったが、長波長側の共振波長λ_S
は長波長側にシフトした。このことから、短波長側の共
振は非感受性誘電体層での表面プラズモン共鳴を反映し
たものであり、長波長側の共振は感受性誘電体層での表
面プラズモン共鳴を反映したものであることがわかる。

【００３６】フローセルを通じて導入されるリコンビナ
ントＨＩＶ−１ｇｐ１２０の濃度と、この時の△λ
の変化量δλとの相関を図５に示す。広い濃度範囲に渡
って相関が認められ、本発明の光ファイバ表面プラズモ
ンセンサーが、抗原−抗体反応の検出に応用可能である
ことが証明された。

【００３７】（実施例２）実施例１と同様の方法を用い
てステップインデックス型マルチモード光ファイバ（ク
ラッド径４３０μｍ、コア径４００μｍ）の一端のクラ
ッド層を２０ｍｍの長さだけ除去し、露出したコアファ
イバ全面に金を５００オングストローム、端面には反射
材として銀を３５０ｎｍ蒸着した。金属薄膜表面を水洗
・乾燥後に１、１、１、１−ヘキサメチルジシラザン
（東京化成社製）雰囲気下で室温にて一昼夜静置し、表
面を疎水処理した。

【００３８】有機溶剤に感受性を有するポリマーとし
て、メタクリル酸２−エチルヘキシルおよびスチレンか
らなる共重合体を以下の手順で調製した。

【００３９】１９．８３グラム（０．１モル）のメタク
リル酸２−エチルヘキシルと１０．４グラム（０．１モ
ル）のスチレンと１６４ミリグラムのアゾビスイソブチ
ロニイトリル（ＡＩＢＮ）とを１２０ミリリットルのテ
トラヒドロフランに２０℃において溶解せしめた。この
溶液を窒素で１時間パージした。次いで、溶液を加熱し
て６５℃で７時間還流した。還流中は、溶液を窒素でパ
ージして酸素が混入しないようにした。溶液を２０℃ま
で冷却し、引き続き溶液を８００ミリリットルのへキサ
ン中に注ぐとメタクリル酸２−エチルヘキシルおよびス
チレンからなる共重合体が沈殿した。純度を更に高める
ために、この共重合体を５０ミリリットルのテトラヒド
ロフランに溶解せしめ、引き続き８００ミリリットルの
ヘキサンで沈殿せしめた。最後に、得られた共重合体を
捕集し、真空中６０℃にて乾燥した。乾燥後、共重合体
中に残留するモノマーを検出するために薄層クロマトグ
ラフィーによる試験をしたが、この共重合体中には残留
モノマーは含まれていなかった。

【００４０】最終的に無色透明のメタクリル酸２−エチ
ルヘキシルおよびスチレンからなる共重合体が１９．８
グラム得られた。この共重合体の屈折率をアッベ屈折計
を用いて測定したところ、２３℃において１．５２２で
あった。

【００４１】また、示差走査熱量計（パーキン・エルマ
ー社製ＤＳＣ７）により、この共重合体のガラス転移温
度を測定したところ、１３℃であった（昇温速度１０℃
／分）。

【００４２】このメタクリル酸２−エチルヘキシルおよ
びスチレンからなる共重合体の元素分析を行ったとこ
ろ、炭素が７９．５８％であり、水素が９．９６％であ
った。この結果より、メタクリル酸２−エチルヘキシル
およびスチレンからなる共重合体中の二種のコモノマー
の割合は、モル比にしてメタクリル酸２−エチルヘキシ
ルが０．４９であり、スチレンが０．５１であることが
分かった。

【００４３】また、この共重合体の分子量をゲルパーミ
エーションクロマトグラフィーにより測定した。溶媒と
してテトラヒドロフランを用い、ポリスチレンをスタン
ダードに用いてキャリブレーションした。その結果、こ
の共重合体の重量平均分子量Ｍｗは５０３００であり、
数平均分子量Ｍｎは２９３００であった。また、分子量
分布Ｍｗ／Ｍｎは１．７３であった。

【００４４】ファイバ端から１０ｍｍの金薄膜の表面
に、上記共重合体のシクロヘキサノン溶液（濃度２．５
重量％）をキャスト法により塗布した。その結果得られ
たポリマーフィルムの厚みは約５０ｎｍであった。な
お、ポリマーフィルムの厚みはポリマー濃度に依存して
いた。ポリマーフィルムを真空下においてポリマーのガ
ラス転移温度近傍にて乾燥せしめた。

【００４５】作製した光ファイバ表面プラズモンセンサ
ーを図１に示す測定システムを用いて評価した。フロー
セル内にヘキサンを蒸気として含む空気を導入し、共鳴
スペクトルを解析した。

【００４６】共振スペクトルには二つの谷が見出され
た。それぞれの谷付近の相対強度変化を二次関数で近似
し、極小値を与える共振波長を計算した。短波長側の共
振波長、λ_R長波長側の共振波長λ_S、及び△λ＝λ_S−
λ_Rを計算し、その時間変化をモニターしたところ、λ_R
及びλ_Sは時間とともにドリフトし安定しなかったが、
△λは安定していることがわかった。

【００４７】ヘキサン蒸気の導入前後で、短波長側の共
振波長はほとんど変化しなかったが、長波長側の共振波
長は長波長側にシフトした。このことから、短波長側の
共振は非感受性誘電体層の共振を反映したものであり、
長波長側の共振は感受性誘電体層の共振を反映したもの
であることがわかった。

【００４８】フローセルを通じて導入されるヘキサンの
濃度と、この時の△λの変化量δλとの相関を図６に示
す。広い濃度範囲に渡って線型性が成立し、本発明の光
ファイバ表面プラズモンセンサーが、気体中に含まれる
有機化合物の検出・モニターリングに応用可能であるこ
とがわかった。

【００４９】（実施例３）実施例１と同様にしてステッ
プインデックス型マルチモード光ファイバ（クラッド径
４３０μｍ、コア径４００μｍ）の一端のクラッド層を
２０ｍｍの長さだけ除去し、露出したコアファイバ全面
に金を５００オングストローム、端面には反射材として
銀を３５０ｎｍ蒸着した。

【００５０】金属薄膜表面を水洗・乾燥後に２％γ−ア
ミノプロピルエトキシシランのアセトン溶液でシラン処
理とともに金薄膜表面にアミノ基を導入した。さらに５
％グルタルアルデヒド水溶液で表面処理することによ
り、金薄膜上に有機膜を形成した。

【００５１】次にＢＳ³［Ｂｉｓ（ｓｕｌｆｏｓｕｃｃ
ｉｎｉｍｉｄｙｌ）ｓｕｂｅｒａｔｅ（ＰＩＥＲＣＥ社
製）を、０．１５ＭＮａＣｌを含む２０ｍＭりん酸ナト
リウム緩衝液、ｐＨ７．５に溶解し２ｍＭとし、この溶
液中にファイバ端を１０ｍｍだけ浸し、１０分間循環さ
せ、薄膜上にスクシンイミジル基を導入した。

【００５２】次に抗ＨＩＶ−１ｅｍｖｇｐ１２０／
１６０モノクローナル抗体（バイオライン社製）を、
０．１５ＭＮａＣｌを含む２０ｍＭりん酸ナトリウム緩
衝液、ｐＨ７．５に溶解し１ｍｇ／ｍｌとし、この溶液
にファイバ端を１０ｍｍだけ浸し、１時間循環させ、薄
膜上に抗ＨＩＶ−１ｅｍｖｇｐ１２０／１６０モノク
ローナル抗体を担持した。

【００５３】最後に１ＭｎＴｒｉｓ−ＨＣｌバッファ
ーｐＨ７．５にファイバ端を１０ｍｍだけ浸し、１０分
間循環させ、薄膜上の未反応のスクシンイミジル基を反
応させた。

【００５４】このようにして端面から１０ｍｍの長さの
金薄膜上に、抗ＨＩＶ−１ｅｍｖｇｐ１２０／１６０モ
ノクローナル抗体を担持した感受性誘電体層を形成し
た。

【００５５】作製した光ファイバ表面プラズモンセンサ
ーを図１に示す測定システムを用いて評価した。フロー
セル内に抗原であるリコンビナントＨＩＶ−１ｇｐ１
２０を１００ｎＭの濃度で含む水溶液を導入し、導入と
除去に伴い誘起される共振スペクトル変化をモニターし
た。

【００５６】共振スペクトルには二つの谷が見出され
た。それぞれの谷付近の相対強度変化を二次関数で近似
し、極小値を与える共振波長を計算した。短波長側の共
振波長、λ_R長波長側の共振波長λ_S、及び△λ＝λ_S−
λ_Rを計算し、その時間変化をモニターした。結果を図
７に示す。この結合と解離過程の解析から、会合速度定
数ｋａおよび解離速度定数ｋｄはそれぞれｋａ＝３．２
×１０⁴［Ｍ^-1ｓ^-1］、ｋｄ＝９．３×１０^-4［ｓ^-1］
であることがわかった。

【００５７】このことから本発明の光ファイバ表面プラ
ズモンセンサーが、生体分子間の相互作用のリアルタイ
ム解析に応用可能であることがわかった。

【００５８】

【発明の効果】本発明の光ファイバ表面プラズモンセン
サーによれば、温度や圧力などの変化に起因すると考え
られる共鳴条件のドリフトが防止され、長時間に渡るリ
モートセンシングが可能となる。本発明の光ファイバ表
面プラズモンセンサーにおいてはセンシング部位とリフ
ァレンス部位とが一体化されており、センサープローブ
の小型化に成功している。このことは人体内部や地中な
ど容易にアプローチできない場所にセンサーを導入する
場合に効果的である。本発明の光ファイバ表面プラズモ
ンセンサーは、感受性誘電体層に抗原や抗体、その他生
体分子を固定化することによって、バイオセンサーとし
て利用できる。また感受性誘電体層に特定の化学物質に
親和性を有するものを使用することによって、環境セン
サーとして利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ表面プラズモンセンサープ
ローブの構造と測定システムを示す図である。

【図２】本発明の光ファイバ表面プラズモンセンサーで
解析された共振スペクトルを示す図である。

【図３】二つの共鳴波長及びそれらの差分の時間変化を
示す図である。

【図４】抗原導入にともなう共振スペクトルの変化を示
す図である。

【図５】抗原濃度と二つの共鳴波長差の変化量との相関
を示す図である。

【図６】ヘキサン濃度と二つの共鳴波長差の変化量との
相関を示す図である。

【図７】本発明の光ファイバ表面プラズモンセンサーで
測定された抗原抗体相互作用のセンサーグラムを示す図
である。

【図８】本発明の光ファイバ表面プラズモンセンサープ
ローブの他の構成例を示す図である。（ａ）は非感受性
誘電体層として何も設けず、金属薄膜が露出された構成
例である。（ｂ）は感受性誘電体層と非感受性誘電体層
とを端面から逆の順番で配置した構成例である。（ｃ）
は感受性誘電体層と非感受性誘電体層を複数層配置した
構成例である。（ｄ）は反射材を配置せず、ファイバ途
中にセンサーを配置した構成例である。

【符号の説明】

１白色光源２レンズ３光ファイバ４ビームスプリッター５表面プラズモンセンサー６反射材７分光器８パーソナルコンピュータ９フローセル１０非感受性誘電体層１１感受性誘電体層１２クラッド層１３コアファイバ部１４金属薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出対象の検出に用いる表面プラズモ
ンセンサであって、コアファイバ部がクラッド層で被覆
された部分及び金属層で被覆された部分を備えた光ファ
イバを有し、該金属層の一部に、該光ファイバの軸方向
と平行に、該被検出対象に対して感受性を有する誘電体
層が配置されていることを特徴とする表面プラズモンセ
ンサー。
【請求項２】該金属層の一部に、該光ファイバの軸方
向と平行に、該被検出対象に対して感受性を有しない誘
電体層が配置されている請求項１記載の表面プラズモン
センサー。
【請求項３】該感受性を有しない誘電体層と、該感受
性を有する誘電体層とが、該光ファイバ軸方向に交互に
配置されている請求項２記載の表面プラズモンセンサ
ー。
【請求項４】該光ファイバの一端に前記金属層で被覆
されたコアファイバ部を有し、該一端の先端部に反射材
を備えた請求項１〜３の何れかに記載の表面プラズモン
センサー。
【請求項５】該光ファイバが、ステップインデックス
型マルチモード光ファイバである請求項１〜４の何れか
に記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項６】該感受性を有する誘電体層が、抗原、抗
体、ホルモン、リセプター、ポリペプチド、核酸、細
胞、糖タンパク、脂質及び色素から選ばれる少なくとも
１つを担持した高分子化合物層である請求項１〜５の何
れかに記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項７】該感受性を有する誘電体層が、有機薄膜
である請求項１〜５の何れかに記載の表面プラズモンセ
ンサー。
【請求項８】該被検出対象が、タンパク質の抗原であ
る請求項１記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項９】該被検出対象が、有機化合物である請求
項１記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項１０】該被検出対象が、生体分子である請求
項１記載の表面プラズモンセンサー。