(57)【要約】【課題】測定信号が比較的微弱であっても適切な測定が可能な表面プラズモン共鳴センサ装置を提供する。【解決手段】ＳＰＲセンサ装置１は、一方の面に試料が固定される高誘電体層の他方の面に実質的に接する界面を有する屈折光学素子（プリズム）と、表面プラズモン共鳴を励起させるための光を放出する光照射部と、光照射部から屈折光学素子に入射し、高誘電体層の前記他方の面によって反射され、当該屈折光学素子から放出される光を受光する受光部と、光照射部から放出される光を前記屈折光学素子に導光する導光路を有する第１の光路ユニットと、屈折光学素子から放出される光を受光部に導光する導光路を有する第２の光路ユニットと、を備える。第１の光路ユニットおよび第２の光路ユニットの少なくとも一方は、光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂からなり、導光路に入射した光を直進光にするように導光路を包囲する包囲部材を有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面プラズモン共鳴現象を利用して試料の状態を測定する表面プラズモン共鳴センサ装置であって、
一方の面に前記試料が固定される高誘電体層の他方の面に実質的に接する界面を有する屈折光学素子と、
表面プラズモン共鳴を励起させるための光を放出する光照射部と、
前記光照射部から前記屈折光学素子に入射し、前記高誘電体層の前記他方の面によって反射され、当該屈折光学素子から放出される光を受光する受光部と、
前記光照射部から放出される光を前記屈折光学素子に導光する導光路を有する第１の光路ユニットと、
前記屈折光学素子から放出される光を前記受光部に導光する導光路を有する第２の光路ユニットと、を備え、
前記第１の光路ユニットおよび前記第２の光路ユニットの少なくとも一方は、
前記光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂からなり、前記導光路に入射した光を直進光にするように前記導光路を包囲する包囲部材を有することを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置。
【請求項２】
前記光照射部は、前記第１の光路ユニットに埋設されており、
前記受光部は、前記第２の光路ユニットに埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサ装置。
【請求項３】
前記第１の光路ユニットの導光路の光軸と前記第２の光路ユニットの導光路の光軸とが一致しており、
前記第１の光路ユニットと前記第２の光路ユニットとが一体的に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面プラズモン共鳴センサ装置。
【請求項４】
前記光照射部は、光源と、前記光源から放出される光から特定の波長を取り出すフィルタ部材と、前記フィルタ部材から取り出す光からＰ偏光光のみを通過させる偏光フィルタとを備え、
前記屈折光学素子へ向かう前記光の進行方向に沿って、前記光源、前記フィルタ部材、前記偏光フィルタの順に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表面プラズモン共鳴センサ装置。
【請求項５】
前記第１の光路ユニットの導光路および前記第２の光路ユニットの導光路は、空洞であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表面プラズモン共鳴センサ装置。
【請求項６】
前記第１の光路ユニットの導光路および前記第２の光路ユニットの導光路の少なくとも一部に、前記顔料含有樹脂を構成する樹脂と同一の材料からなる、前記光照射部から放出される光に対して透明な樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表面プラズモン共鳴センサ装置。
【請求項７】
前記高誘電体層の前記一方の面に、前記試料が固定される試料固定領域が複数設けられ、
前記複数の試料固定領域の前記高誘電体層における配置位置は、各試料固定領域に対応する前記高誘電体層の前記他方の面に到達する前記光照射部からの光の光軸が互いに重複しない位置に設定されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の表面プラズモン共鳴センサ装置。
【請求項８】
前記複数の試料固定領域に対応する前記高誘電体層の前記他方の面により反射される光を、前記受光部に縮小投影する光学部材をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の表面プラズモン共鳴センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）現象を利用した様々な表面プラズモン共鳴センサ（ＳＰＲセンサ）が提案されている。
このようなＳＰＲセンサは、生化学や分子生物学や医療検査等の分野で使用されるバイオセンサとして使用される。
また、例えば非特許文献１には、ＳＰＲセンサは、においセンサとして使用される点が開示されている。
【０００３】
においは、多数の化学物質から構成されている。においセンサは、この化学物質をセンシングして数値化するものである。生物の嗅覚には、匂い分子を受容する複数の受容体（匂い受容体）が存在することが知られている。匂い受容体は、ある匂い分子に対して、ある程度の選択性を有する。特定の匂いをセンシングする場合、特定の匂いに相当する匂い分子に対して選択性を有する特定の匂い受容体を用いる。そして、この特定の匂い受容体が受容した匂い分子の量をセンシングすることにより、結果として特定の匂いの検出が可能となる。
【０００４】
つまり、上記したＳＰＲセンサにおける金属薄膜表面に匂い受容体を抗体として固定し、匂い分子を抗原として抗体抗原反応を発生させることにより、ＳＰＲセンサをにおいセンサとして使用することが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】小野寺  武、外３名、「抗原抗体反応を利用した超高感度においセンサの開発」、計測と制御、２００６年６月、第４５巻、第６号、ｐ．５５２−５５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、匂い分子の分子量は小さい。ＳＰＲセンサにおいて匂い分子のような低分子の化学物質を検出する場合、金属薄膜に抗体を固定して当該抗体と抗原である匂い分子との抗体抗原反応を用いて匂い分子を測定する、所謂直接法では、抗体抗原反応が発生しても金属薄膜上での質量変化は小さい。そのため、従来の直接法を用いた測定方法では、信号が弱いために測定が困難であった。よって、こういったケースでは、間接競合法を採用した測定が行われていた。
しかしながら、間接競合法の場合、工程が複雑であるという難点を有する。
【０００７】
そこで、本発明は、測定信号が比較的微弱であっても、直接法による測定が可能な表面プラズモン共鳴センサ装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサ装置の一態様は、表面プラズモン共鳴現象を利用して試料の状態を測定する表面プラズモン共鳴センサ装置であって、一方の面に前記試料が固定される高誘電体層の他方の面に実質的に接する界面を有する屈折光学素子と、表面プラズモン共鳴を励起させるための光を放出する光照射部と、前記光照射部から前記屈折光学素子に入射し、前記高誘電体層の前記他方の面によって反射され、当該屈折光学素子から放出される光を受光する受光部と、前記光照射部から放出される光を前記屈折光学素子に導光する導光路を有する第１の光路ユニットと、前記屈折光学素子から放出される光を前記受光部に導光する導光路を有する第２の光路ユニットと、を備え、前記第１の光路ユニットおよび前記第２の光路ユニットの少なくとも一方は、前記光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂からなり、前記導光路に入射した光を直進光にするように前記導光路を包囲する包囲部材を有する。
【０００９】
このように、第１の光路ユニットおよび第２の光路ユニットの少なくとも一方は、顔料含有樹脂からなる包囲部材により導光路を包囲した構成を有し、導光路に入射した光のうち導光路の光軸と同方向に進まない成分を包囲部材により吸収することで、導光路に入射した光を積極的に直進光にする。したがって、簡易な構成で、外光や散乱光等がノイズ光となって受光部に入射されることを抑制することができる。測定信号に含まれるノイズ成分を適切に低減させることができるので、測定信号が比較的微弱であっても、ある程度、直接法による測定が可能となる。また、装置の小型化も可能である。さらに、光照射部から屈折光学素子への導光や、屈折光学素子から受光部への導光を行う光路ユニットを備えるので、測定光学系を構築するためのアライメント作業が比較的容易である。
【００１０】
また、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記光照射部は、前記第１の光路ユニットに埋設されており、前記受光部は、前記第２の光路ユニットに埋設されていてもよい。このように、光照射部と受光部とが光路ユニットと一体に構成されていてもよい。この場合、屈折光学素子、光照射部、受光部といった光学部品のアライメント作業が容易となる。また、導光路への外光の進入を適切に抑制することができる。
【００１１】
さらに、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記第１の光路ユニットの導光路の光軸と前記第２の光路ユニットの導光路の光軸とが一致しており、前記第１の光路ユニットと前記第２の光路ユニットとが一体的に構成されていてもよい。この場合、光路ユニットの作製が容易となる。
【００１２】
また、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記光照射部は、光源と、前記光源から放出される光から特定の波長を取り出すフィルタ部材と、前記フィルタ部材から取り出す光からＰ偏光光のみを通過させる偏光フィルタとを備え、前記屈折光学素子へ向かう前記光の進行方向に沿って、前記光源、前記フィルタ部材、前記偏光フィルタの順に配置されていてもよい。この場合、屈折光学素子に対して、所定波長のＰ偏光光を適切に入射させることができる。
【００１３】
さらにまた、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記第１の光路ユニットの導光路および前記第２の光路ユニットの導光路は、空洞であってもよい。この場合、比較的簡易に光路ユニットを作製することができる。
また、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記第１の光路ユニットの導光路および前記第２の光路ユニットの導光路の少なくとも一部に、前記顔料含有樹脂を構成する樹脂と同一の材料からなる、前記光照射部から放出される光に対して透明な樹脂が充填されていてもよい。この場合、導光路と包囲部材との界面における光の反射や散乱を効果的に抑制し、ノイズ光を低減することができる。
【００１４】
さらに、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置において、前記高誘電体層の前記一方の面に、前記試料が固定される試料固定領域が複数設けられ、前記複数の試料固定領域の前記高誘電体層における配置位置は、各試料固定領域に対応する前記高誘電体層の前記他方の面に到達する前記光照射部からの光の光軸が互いに重複しない位置に設定されていてもよい。この場合、複数の試料固定領域に関する光情報を同時に測定することが可能となる。
また、上記の表面プラズモン共鳴センサ装置は、前記複数の試料固定領域に対応する前記高誘電体層の前記他方の面により反射される光を、前記受光部に縮小投影する光学部材をさらに備えていてもよい。この場合、複数の試料固定領域に関するすべての光情報を適切に測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の表面プラズモン共鳴センサ装置は、簡易な構成でノイズ信号を低減させることができるので、測定信号が比較的微弱であっても、直接法による測定を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＳＰＲセンサの構成例を示す図である。
【図２】第一の実施形態におけるＳＰＲセンサ装置の構成例を示す断面図である。
【図３】第一の実施形態におけるＳＰＲセンサ装置の構成例を示す上面図である。
【図４】第一の実施形態におけるＳＰＲセンサ装置の別の例を示す上面図である。
【図５】導光路に侵入する外光について説明する図である。
【図６】ＳＰＲセンサ装置の変形例である。
【図７】ＳＰＲセンサ装置の変形例である。
【図８】第二の実施形態におけるＳＰＲセンサ装置の構成例を示す断面図である。
【図９】図８のＳＰＲセンサ装置のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】抗体固定領域を説明する図である。
【図１１】光の入射角と反射光強度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）現象を利用して試料の状態を測定する表面プラズモン共鳴センサ装置（ＳＰＲセンサ装置）について説明する。
ＳＰＲ現象は、金属薄膜（高誘電体層）上に存在する表面プラズモンと呼ばれるプラズマ波と金属薄膜裏面から照射した光が全反射した際に当該金属表面に生じるエバネッセント波との共鳴により、ある角度（共鳴角度）における反射光強度が減衰する現象である。この共鳴角度は、金属表面の屈折率に依存する。
なお、表面プラズモンは、金属表面において、光の進行方向と平行な方向に電子の疎密波として伝播するので、表面プラズモン共鳴を発生させるためには、この方向に電場の振動成分を有するＰ偏光の光を入射する必要があり、Ｐ偏光と電場の振動が互いに垂直であるＳ偏光の光では入射しても表面プラズモン共鳴が発生することはない。
【００１８】
図１は、ＳＰＲセンサの構成例を示す図である。
ＳＰＲセンサ本体１００は、大気中より屈折率の高いガラス等からなるプリズム１０１と、プリズム１０１上に設けられた金属薄膜１０２と、を備える。このプリズム１０１と金属薄膜１０２との境界面に対して、光源から放射されるレーザ光等の単色光（Ｐ偏光）Ｌｐが入射される。入射光Ｌｐの入射角θは、境界面にて全反射が発生する臨界角θｃ以上の角度に設定される。入射光Ｌｐは、境界面にて全反射されてプリズム１０１外へと進行するが、このときエバネッセント波が金属薄膜表面に滲み出す。上記エバネッセント波の波数が、金属薄膜１０２表面で発生し得る表面プラズモン１０３の波数と一致した場合、両者の共鳴（表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ））が発生し、入射光Ｌｐのエネルギーの一部が表面プラズモン波のエネルギーに変化する。結果として、上記境界面からの反射光Ｌｒの光強度が減衰する。
【００１９】
表面プラズモン共鳴は、入射光の波長、入射角、金属薄膜表面の屈折率分布等に依存する。よって、金属薄膜表面に試料１０４が設置された場合、金属薄膜表面の屈折率が変化するので、表面プラズモン共鳴が発生する際の入射光の入射角も変化する。
すなわち、反射光強度をモニタして、反射光強度が減衰するときの入射角（以下、「共鳴角」ともいう。）を測定し解析することにより、金属薄膜表面の状態を特定することが可能となる。
【００２０】
ＳＰＲセンサは、様々な測定に利用されている。例えば、ＳＰＲセンサは、誘電体物質の表面近傍の情報や誘電体薄膜の膜厚分布を高感度で測定する顕微鏡に使用される。また、ＳＰＲセンサは、金属薄膜に接触した溶液（例えば、血液、尿等の試料）などの屈折率やその変動を検出し溶液中の物質量の変動を観測したり、金属薄膜上に固定された抗体が特異的に結合するタンパク質、核酸、その他の生体関連物質などを検出・定量したりする（抗体抗原反応をモニタリングする）センサにも使用される。さらに、ＳＰＲセンサは、金属薄膜上に細胞を設置し当該細胞へ外部刺激を与えたときの細胞の動態の変化を測定する細胞動態モニタとしても使用される。すなわち、ＳＰＲセンサは、生化学や分子生物学や医療検査等の分野で使用されるバイオセンサとして使用される。
また、ＳＰＲセンサは、特定のにおいを検出するにおいセンサにも使用される。
【００２１】
（第一の実施形態）
図２は、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１の構成例を示す断面図である。本実施形態では、ＳＰＲセンサ装置１が、特定のにおいを検出するにおいセンサとして用いられる場合について説明する。
ＳＰＲセンサ装置１は、センサ本体１０と、光源２１と、受光センサ２２と、光路ユニット３０と、を備える。
【００２２】
（センサ本体）
センサ本体１０は、プリズム（屈折光学素子）１１と、緩衝膜１２と、金属薄膜１３と、を備える。プリズム１１の上面に、緩衝膜１２を介して金属薄膜１３が設けられる。つまり、プリズム１１は、一方の面（上面）に試料が配置される金属薄膜１３の他方の面に実質的に接する界面を有する。
プリズム１１は、例えば大気中より屈折率の高いガラスからなる。なお、プリズム１１の材質はガラスに限定されるものではなく、例えば大気中より屈折率の高い樹脂であってもよい。
【００２３】
緩衝膜１２は、プリズム１１上面と金属薄膜１３との密着性を向上させるためのものであり、例えば、クロム（Ｃｒ）膜やチタン（Ｔｉ）膜を用いることができる。なお、プリズム１１に入射した光を金属薄膜１３に効率よく到達させるために、また、金属薄膜１３により反射される光が効率良くプリズム１１から放出されるために、緩衝膜１２として、透明な酸化チタン（ＴｉＯ２）膜を用いることが好ましい。
【００２４】
金属薄膜１３としては、銀、金、銅、およびアルミニウムなどの高誘電体層（膜）を使用することができる。なお、金属薄膜１３としては、可視もしくは近赤外の波長に対応し、かつ、化学的に安定した金（Ａｕ）が採用されることが多い。
金属薄膜１３の上面には、測定対象物（例えば、抗原）と反応する反応物（例えば、抗体）１４が固定されている。本実施形態において、抗原は匂い分子であり、抗体１４は匂い受容体である。本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１は、金属薄膜１３表面に特定の匂い受容体を抗体１４として固定し、匂い分子を抗原として抗体抗原反応を発生させ、金属薄膜１３の一方の面に配置された試料の状態を測定することで、特定の匂いを測定する。
【００２５】
（光照射部および受光部）
光源２１は、表面プラズモン共鳴を励起させるための光を放出する。受光センサ２２は、光源２１からプリズム１１に入射し、金属薄膜１３の他方の面（下面）によって反射され、プリズム１１から放出される光を受光する。
光源２１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、受光センサ２２は、例えばＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサとすることができる。なお、光源２１は、レーザダイオード（ＬＤ）であってもよい。
【００２６】
（光路ユニット）
光路ユニット３０は、導光路３１と、この導光路３１を包囲する包囲部材３２と、を備える。
導光路３１は、光が導光される光路であり、空洞、もしくはプリズム１１に導光する光およびプリズム１１からの反射光に対して透明なシリコーン樹脂からなる。
包囲部材３２は、例えばカーボンブラックのような光吸収性の顔料を含有するシリコーン樹脂からなる。
【００２７】
導光路３１の一方の端部（導光路３１の光入射端側）には、光源２１が設置される。光源２１は、光路ユニット３０の上記一方の端部に埋設されていてもよい。また、導光路３１の他方の端部（導光路３１の光出射端側）には、受光センサ２２が設置される。受光センサ２２は、光路ユニット３０の上記他方の端部に埋設されていてもよい。
さらに、光路ユニット３０の上記一方の端部と上記他方の端部との間には、プリズム１１が埋設される。プリズム１１は、図２に示すように、その斜面が包囲部材３２の一部を介して導光路３１に到達するように埋設される。
【００２８】
光源２１および光源２１と対向する側のプリズム１１斜面との間には、光源２１に近い方から順に、フィルタ部材（色ガラスフィルタ）３３、偏光フィルタ（偏光板）３４が配置されている。フィルタ部材３３および偏光フィルタ３４は、例えば、板状体であり、導光路３１の断面を横断するように埋設される。
フィルタ部材３３は、ＬＥＤである光源２１から放出される光のうち、所定の波長の光を選択する。偏光フィルタ３４は、フィルタ部材３３によって選択された上記所定の波長の光からＰ偏光成分を取り出す。
なお、光源２１が、例えば、所望の波長の光を放出するレーザ光源である場合には、フィルタ部材３３を省略することができる。また、光源２１が、例えば、偏光光を放出するレーザ光源である場合には、偏光フィルタ３４を省略することもできる。
【００２９】
以上の構成により、光源２１から放出される光のうち、所定の波長でＰ偏光成分の光が、導光路３１によりプリズム１１に導光され入射する。そして、プリズム１１に入射された光は、金属薄膜１３によって反射されてプリズム１１から出射する。プリズム１１から出射した光は、導光路３１により受光センサ２２に導光され受光される。
【００３０】
つまり、光源２１と対向する側であって導光路３１と接触するプリズム１１の斜面の角度、および、センサ２２と対向する側であって導光路３１と接触するプリズム１１の斜面の角度は、光源２１から放出されフィルタ部材３３、偏光フィルタ３４を透過して導光路３１を介してプリズム１１の光源２１と対向する側の斜面に入射した光が、屈折してプリズム１１上部に移動し、プリズム１１表面（上面）に施された金属薄膜１３によって反射され、プリズム１１の受光センサ２１と対向する側の斜面に到達した後、屈折して、導光路３１を介して受光センサ２２に到達するように、設定される。
【００３１】
図２において、光源２１、フィルタ部材３３および偏光フィルタ３４が、光照射部に対応している。また、受光センサ２２が、受光部に対応している。
このように、光路ユニット３０は、光源２１を含む光照射部が埋設され、光源２１から放出される光をプリズム１１に導光する導光路３１を有する第１の光路ユニットと、受光部である受光センサ２２が埋設され、プリズム１１から放出される光を受光センサ２２に導光する導光路３１を有する第２の光路ユニットと、を備えた構成を有する。ここで、本実施形態では、第１の光路ユニットと第２の光路ユニット２とは、一体的に構成されている。
【００３２】
図３に示すように、金属薄膜１３において抗体１４が固定される抗体固定領域１５は、光路ユニット３０の導光路３１に対応する部分に設定される。
なお、図３に示すプリズム１１は三角柱形状であるが、図４に示すように、プリズム１１は円錐形状であってもよい。
【００３３】
上記のように、導光路３１は、包囲部材３２により包囲されている。これにより、図５に示すように、ノイズ光（外光）Ｌ１１は、導光路３１に到達する前に包囲部材３２により吸収され、導光路３１内には進入しない。
また、導光路３１の光入射端から進入するノイズ光（迷光）Ｌ１２は、ランダムな方向に進行するが、導光路３１の光軸と同方向に進む成分は非常に少なく、その大半は導光路３１から包囲部材３２へと進入する。顔料含有樹脂からなる包囲部材３２に入射したノイズ光（迷光）Ｌ１２は、その顔料含有樹脂で吸収され、導光路３１にほとんど戻らず、迷光の複雑な多重反射はほとんど発生しない。
【００３４】
なお、包囲部材３２に含有される顔料に入射するノイズ光（外光やその散乱光、迷光）は、当該顔料によりほぼ吸収されるが、わずかながら顔料表面で散乱される。しかしながら、その散乱光は、再度顔料含有樹脂からなる包囲部材３２へと入射する場合が多く、顔料含有樹脂の顔料により吸収されることになる。
【００３５】
また、光源２１からプリズム１１へ導光される光およびプリズム１１からの反射光のうち、導光路３１の光軸と同方向に進まない成分は、導光路３１から包囲部材３２に入射し、上記のノイズ光と同様に包囲部材３２により吸収される。
結果として、導光路３２の光出射端から放出される光は、ノイズ光を殆ど含まない直進光Ｌ１となる。つまり、包囲部材３２は、光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂からなり、導光路３１に入射した光を積極的に直進光にするように導光路３１を包囲している。
【００３６】
ここで、導光路３１を、プリズム１１に導光する光およびプリズム１１からの反射光に対して透明なシリコーン樹脂から構成し、この透明な樹脂と、包囲部材３２を構成する顔料含有樹脂との材質を同じにすると、両樹脂の界面での反射・散乱が抑制されるという利点も生じる。
【００３７】
このように、光路ユニット３０を上記のような構成とすることにより、ＳＰＲセンサ装置１の光学系は、複雑な多重反射に対応する必要がない。よって、光学系は、小型・簡便化される。結果として、ＳＰＲセンサ装置１も小型化される。上記したシリコーン樹脂で構築した光学系の技術を、ＳＯＴ（Silicone  Optical  Technologies）と呼称することにする。
【００３８】
図２に戻って、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１は、フローインジェクションアナリシス（ＦＩＡ）装置として構成されており、プリズム１１表面（金属薄膜１３表面）上に抗体や抗原等の試料を流体として供給し、測定する。
ＳＰＲセンサ装置１は、流体試料（試液）をプリズム１１表面（金属薄膜１３表面）上に供給する流路４１と、流路４１に試液を供給する試液供給部４２と、制御部４３と、を備える。
【００３９】
流路４１には、光源２１、光学フィルタ（フィルタ部材３３、偏光フィルタ３４）、プリズム１１、受光センサ２２等の光学部品と一体化した光路ユニット３０が接続される。具体的には、流路４１の内部に光路ユニット３０から外部に突出しているプリズム１１表面（金属薄膜１３表面）が露出するように、光路ユニット３０と流路４１とが結合される。
試液供給部４２は、図示を省略した少なくとも１つの試液タンク、試液タンクに収容されている試液を送出するためのポンプ、試液タンクからの試液の流れを制御するためのバルブ、配管系統等を備える。
【００４０】
制御部４３は、給電部４４と、演算部４５と、を備える。給電部４４は、光源２１や受光センサ２２に電力を給電することができる。演算部４５は、受光センサ２２からの受光信号を画像処理したり、受光した光強度等を演算したりすることができる。また、制御部４３は、試液供給部４２が備える上記のポンプやバルブの動作を制御することにより、適切なタイミングで、適切な試液を、流路４１に送液することができる。
また、制御部４３は、必要に応じて、演算部４５において演算処理して得られたデータを外部に出力するデータ出力機能を有していてもよい。
【００４１】
金属薄膜１３の抗体固定領域１５に、特定の匂い分子にマッチングする匂い受容体が抗体１４として配置されている場合、当該特定の匂い分子を含む試液が流路４１に供給されると、匂い分子が匂い受容体と反応して結合する。その結果、金属薄膜１３表面の屈折率が変化し、受光センサ２２によって受光される光の強度が変化する。ＳＰＲセンサ装置１は、当該光の強度の変化を検出することをもって、試液中に特定の匂いが含まれることを検出することができる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１は、プリズム１１と、光源２１と、受光センサ２２と、光路ユニット３０と、を備える。ここで、光路ユニット３０は、導光路３１と、導光路３１を包囲する包囲部材３２と、を備える。包囲部材３２は、光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂からなり、導光路３１に入射した光を直進光にするように導光路３１を包囲する。
したがって、上記したように、比較的簡易かつ小型の構成で複雑な迷光の影響を除去することができる。
【００４３】
このように、ＳＰＲセンサ装置１は、光路ユニット３０にＳＯＴ構造を採用し、ノイズ光を著しく低減する構造としているため、プリズム１１に入射し当該プリズム１１から放出される光におけるＳ／Ｎ比を、ＳＯＴ構造を採用していない従来装置と比較して向上させることができる。そのため、測定対象物が低分子で、測定信号強度が小さい場合であっても、高精度な測定が可能となる。
つまり、ＳＰＲセンサ装置１をにおいセンサ装置として用いる場合には、測定対象物である匂い分子が低分子であるが、ある程度は直接法でも測定が可能となる。よって、間接競合法を採用する場合のような手間のかかる工程が不要となる。
【００４４】
また、ＳＰＲセンサ装置においては、光源から放出された光をプリズムに入射し、プリズムを通過して金属薄膜裏面により反射された反射光を受光センサ（受光器）で受光する。そのため、通常、ＳＰＲセンサ装置を構築する際には、個別に製造されたプリズム、光源、受光センサ等の光学部品を、導光路部材等を介して所定の配置にアライメントして一体化する必要があり、非常に歩留まりが悪い。
これに対して、本実施形態では、光路ユニット３０に、プリズム１１、光源２１、フィルタ部材３３、偏光フィルタ３４、受光センサ２２等の光学部品が埋設されている。したがって、これらの光学部品のアライメント作業が不要となる。
【００４５】
また、光路ユニット３０は、光源２１から放出される光をプリズム１１に導光する第１の光路ユニットと、プリズム１１から放出される光を受光センサ２２に導光する第２の光路ユニットと、からなる。そして、本実施形態では、第１の光路ユニットの導光路３１の光軸と第２の光路ユニットの導光路３１の光軸とが一致し、第１の光路ユニットと第２の光路ユニットとが一体的に構成されている。したがって、光路ユニット３０を容易に作製することができる。
【００４６】
さらに、上記したように、光路ユニット３０にＳＯＴ構造を採用したことにより、ノイズ信号を除去するための複雑な光学処理が不要となり、ＳＰＲセンサ装置１自体を小型化することができる。そのため、様々なフィールドにこのＳＰＲセンサ装置１を携帯可能である。また、上記のように光学系のアライメントの手間が少ないので、当該フィールドにてすぐに測定することが可能となる。
【００４７】
また、光源２１からプリズム１１へ光を導光する導光路３１には、光の進行方向に沿って、光源２１、フィルタ部材３３、偏光フィルタ３４の順に配置されている。したがって、光源２１から放出される光から所定波長のＰ偏光光を適切に抽出し、プリズム１１に入射させることができる。そのため、光源２１の選択の自由度を高めることができる。
さらに、導光路３１は、空洞、もしくはプリズム１１に導光する光およびプリズム１１からの反射光に対して透明なシリコーン樹脂を充填することができる。導光路３１が空洞である場合、光路ユニット３０を容易に作製することができる。また、導光路３１に充填するシリコーン樹脂を包囲部材３２の顔料含有樹脂を構成する樹脂と同一の材料とすれば、導光路３１と包囲部材３２との界面での散乱を抑制でき、より適切にノイズ光を低減させることができる。
【００４８】
（第一の実施形態の変形例）
上記実施形態のＳＰＲセンサ装置１においては、光路ユニット３０の導光路３１の全体を包囲部材３２によって包囲する場合について説明した。しかしながら、光源２１から放出される光をプリズム１１に導光する第１の光路ユニットと、プリズム１１から放出される光を受光センサ２２に導光する第２の光路ユニットとの少なくとも一方が、導光路３１を包囲する包囲部材３２を有していてもよい。この場合にも、ノイズ光を低減させる効果が得られる。
【００４９】
また、上記実施形態のＳＰＲセンサ装置１においては、第１の光路ユニットの導光路３１の光軸と、第２の光路ユニットの導光路３１の光軸とが一致している場合について説明した。しかしながら、必ずしもこの構造に限るものではない。例えば、測定対象やプリズムの材質や形状によっては、図６に示すように、第１の光路ユニット３０ａの導光路３１ａの光軸と、第２の光路ユニット３０ｂの導光路３１ｂの光軸とが一致していなくてもよい。
さらに、上記実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１においては、第１の光路ユニットと第２の光路ユニットとが一体的に構成されている場合について説明したが、図６に示すように、第１の光路ユニット３０ａと第２の光路ユニット３０ｂとは別体であって、それぞれがプリズム１１の斜面に連結されていてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態のＳＰＲセンサ装置１においては、フィルタ部材３３が色ガラスフィルタである場合について説明した。しかしながら、フィルタ部材３３は、板状体の色ガラスフィルタに限定されない。
例えば、板状体のフィルタ部材（色ガラスフィルタ）３３の代わりに、図７に示すように、光源２１から放出される光から所定の波長の光を選択する染料を含有するシリコーン樹脂からなるフィルタ部材３５を設けてもよい。上記した特性を有する染料含有樹脂からなるフィルタ部材３５を、ＬＥＤである光源２１を包囲するように構成することにより、光源２１から放出される光を効果的に所望な波長の光に変換することが可能となる。
また、この場合、フィルタ部材３５の樹脂に分散させた染料が、フィルタ部材３５に隣接する樹脂（導光路３１や包囲部材３２）に移動することを防止するために、フィルタ部材３５を薄いガラス膜で覆ってもよい。例えば、フィルタ部材３５の表面に真空紫外光を照射し、当該表面を酸化させることでガラス膜を形成することができる。
【００５１】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
上述した第一の実施形態では、金属薄膜１３において、抗体１４が配置される抗体固定領域１５（試料が固定される試料固定領域）が１つである場合について説明した。第二の実施形態では、金属薄膜１３上に複数の抗体固定領域１５を設け、この複数の抗体固定領域１５に関する光情報を同時に測定可能とする場合について説明する。
【００５２】
図８は、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１Ａの構成例を示す断面図である。また、図９は、図８におけるＡ−Ａ断面図である。この図８および図９において、図７に示す上述した第一の実施形態の変形例のＳＰＲセンサ装置１と同様の構成を有する部分には図７と同一符号を付している。なお、図８では図示を省略しているが、ＳＰＲセンサ装置１Ａは、図２に示すＳＰＲセンサ装置１と同様に、流路４１、試液供給部４２および制御部４３を備える。
図９に示すように、プリズム１１上部に設けられた金属薄膜１３上には、複数の測定領域（抗体固定領域１５）が設けられる。よって、プリズム１１は、上述した第一の実施形態と比較すると、光軸に直交する方向に拡張されている。
そして、この複数の抗体固定領域１５に対応するため、図９に示すように、導光路３１も光軸に直交する方向に拡張されている。
【００５３】
また、光源２１と偏光フィルタ３４との間には、第１の光学部材（第１のレンズ）３６が設けられている。第１のレンズ３６は、シリンドリカルレンズである。光源２１がＬＥＤである場合、光源２１から放出される光は一般に拡散光であるため、第１のレンズ３６によって光源２１からの光をコリメートする。これにより、偏光フィルタ３４において効率よくＰ偏光光を取り出すことが可能となる。
【００５４】
さらに、プリズム１１と受光センサ２２との間には、第２の光学部材（第２のレンズ）３７が設けられている。第２のレンズ３７は、集光レンズである。プリズム１１からの反射光は、第２のレンズ３７を透過することにより、受光センサ２２の受光領域に集光される。これにより、複数の抗体固定領域１５に対応する光の幅が、受光センサ２２の受光領域の幅よりも広い場合であっても、上記の複数の測定領域に対応する光を全て受光センサ２２で受光することが可能となる。
【００５５】
ここで、図１０に示すように、金属薄膜１３上に設けられる複数の測定領域（抗体固定領域１５）は、各測定領域に対応する光の光軸が重複しないように設定される。
このように設定することにより、例えば受光センサ２２をＣＭＯＳイメージセンサとすると、受光センサ２２上では、各測定領域に対応する金属薄膜１３からの反射光を二次元的に全て受光することが可能となる。具体的には、図１０にセンサ受光面２２ａの拡大図を示すように、各測定領域に対応する金属薄膜１３からの反射光をすべて受光することができる。
【００５６】
複数の抗体固定領域１５には、それぞれ互いに相違する抗体１４を配置することができる。例えば、ＳＰＲセンサ装置１をにおいセンサとして用いる場合、複数の抗体固定領域１５には、それぞれ互いに相違する匂い受容体を配置することができる。
この場合、特定の匂いに相当する匂い分子が導入されると、上記の複数種類の匂い受容体のうち、導入された匂い分子にマッチングする匂い受容体において反応（抗体抗原反応）が発生する。一方、上記の複数種類の匂い受容体のうち、導入された匂い分子にマッチングしない匂い受容体では反応が起こらない。
【００５７】
図１１に示すように、プリズム１１への光の入射角θとプリズム１１に設けられた金属薄膜１３により反射される光の強度との関係は、上記の反応がある場合と反応がない場合とでは相違する。この図１１において、実線αは、反応がある場合の反射光強度、破線βは、反応がない場合の反射光強度を示している。
反応がない場合の共鳴角をθ１とするとき、反応がある場合における入射角θ１（反応がない場合の共鳴角θ１）での反射光強度は、反応がない場合の反射光強度よりもΔＩだけ大きくなる。
【００５８】
よって、受光センサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）２２からの二次元画像のうち、どの部分の光強度が強いかを測定することにより、どの匂い受容体で匂い分子との反応が発生したかを判定することができ、試液中にどの匂いが含まれるかを検出することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態におけるＳＰＲセンサ装置１は、金属薄膜１３の一方の面に抗体固定領域（試料固定領域）１５を複数設けることができる。これら複数の抗体固定領域１５に異なる種類の抗体（匂い受容体）１４を配置すれば、複数種類の匂いに対して反応の有無を測定することが可能である。したがって、効率的に測定対象物を検出することができる。
また、複数の抗体固定領域１５の金属薄膜１３における配置位置は、各抗体固定領域１５に対応する金属薄膜１３裏面に到達する光の光軸が互いに重複しない位置に設定することができる。この場合、複数の抗体固定領域１５に関する光情報を同時に測定することが可能となる。
さらに、ＳＰＲセンサ装置１Ａは、複数の抗体固定領域１５に対応する金属薄膜１３裏面により反射される光を、受光センサ２２に縮小投影する光学部材として、第２のレンズ３７を備えることができる。この場合、複数の抗体固定領域１５に関するすべての光情報を適切に測定することが可能となる。
【００６０】
（第二の実施形態の変形例）
上記実施形態のＳＰＲセンサ装置１Ａにおいては、光路ユニット３０が１つの導光路３１を有する場合について説明した。しかしながら、光路ユニット３０の構成は上記に限定されない。例えば、光路ユニット３０は、複数の測定領域に対応する光をそれぞれ導光する複数の導光路を備えていてもよい。この場合、複数の導光路をそれぞれ顔料含有樹脂からなる包囲部材により包囲してもよい。これにより、より適切にノイズ信号を低減することができる。
また、上記の実施形態のＳＰＲセンサ装置１Ａにおいては、光源２１が１つである場合について説明したが、光源２１は複数であってもよい。
【００６１】
（変形例）
上記各実施形態におけるＳＰＲセンサ装置は、室内や車内の匂いを測定するにおいセンサとして使用することができる。また、このＳＰＲセンサ装置は、花粉やアロマの測定や、人間の体調（癲癇や低血糖、がん等）の検査にも応用可能である。
さらに、上記各実施形態においては、ＳＰＲセンサ装置をにおいセンサとして使用する場合について説明したが、ＳＰＲ現象を利用して試料の状態を測定する様々なセンサに適用可能である。例えば、本発明のＳＰＲセンサ装置は、上述した生化学や分子生物学や医療検査等の分野で使用されるバイオセンサとして使用することもできる。
【符号の説明】
【００６２】
１…表面プラズモン共鳴センサ装置（ＳＰＲセンサ装置）、１０…センサ本体、１１…プリズム、１２…緩衝層、１３…金属薄膜、１４…抗体、１５…抗体固定領域、２１…光源、２２…受光センサ、３０…光路ユニット、３１…導光路、３２…包囲部材、３３…フィルタ部材、３４…偏光フィルタ、３５…フィルタ部材、３６…第１のレンズ、３７…第２のレンズ、４１…流路、４２…試液供給部、４３…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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