(57)【要約】【課題】  微量試料溶液５を注入、保持、排出可能で、安価で簡易な構成の試料ホルダ４を提供する。【解決手段】  本発明の微量試料ホルダ４は、検出対象分子を含む試料溶液５を毛細管現象により保持し、光ファイバ２の端面３に、局在化表面プラズモンを励起可能な金属微粒子層及び検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層を形成した表面プラズモンセンサーＳを設けた光ファイバプローブ１を挿入して、局在化表面プラズモンを用いて検出対象分子を検出するための微量試料ホルダである。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象分子を含む試料溶液を毛細管現象により保持でき、光ファイバの端面に、局在化表面プラズモンを励起可能な金属微粒子層及び検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層を形成した表面プラズモンセンサーを設けた光ファイバプローブを挿入し、毛細管現象により保持した前記試料溶液中に前記表面プラズモンセンサーを浸漬して、前記局在化表面プラズモンを用いて前記検出対象分子を検出するための；
微量試料ホルダ。
【請求項２】
光ファイバの端面に、局在化表面プラズモンを励起可能な金属微粒子層及び検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層を形成した表面プラズモンセンサーを設けた光ファイバプローブと；
前記検出対象分子を含む試料溶液を毛細管現象により保持でき、前記光ファイバプローブの前記表面プラズモンセンサーを毛細管現象により保持した前記試料溶液中に浸漬して、局在化表面プラズモンを用いて前記検出対象分子を検出するための微量試料ホルダとを備える；
微量試料用センサーセット。
【請求項３】
前記微量試料ホルダは、ガラス、ポリメチルメタクリレート等の親水性材料からなる細管中に前記試料溶液を保持する；
請求項２に記載の微量試料用センサーセット。
【請求項４】
前記細管の内面において、前記試料溶液を保持する親水性領域に隣接する疎水性領域を設けた；
請求項３に記載の微量試料用センサーセット。
【請求項５】
前記微量試料ホルダのホルダ長及び前記微量試料ホルダ内に挿入される前記光ファイバプローブの長さを一定とする；
請求項４に記載の微量試料用センサーセット。
【請求項６】
前記微量試料ホルダは、ガラス、ポリメチルメタクリレート等の親水性材料からなる２枚の板の板面間隙に前記試料溶液を保持する；
請求項２に記載の微量試料用センサーセット。
【請求項７】
前記板面において、前記試料溶液を保持する親水性領域に隣接する疎水性領域を設けた；
請求項６に記載の微量試料用センサーセット。
【請求項８】
光ファイバの端面に、局在化表面プラズモンを励起可能な金属微粒子層及び検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層を形成した表面プラズモンセンサーを設けた光ファイバプローブと、前記検出対象分子を含む試料溶液と、前記試料溶液を毛細管現象により保持でき、前記光ファイバプローブの前記表面プラズモンセンサーを毛細管現象により保持した前記試料溶液中に浸漬して、局在化表面プラズモンを用いて前記検出対象分子を検出するための微量試料ホルダとを準備する工程と、
前記試料溶液外にある前記表面プラズモンセンサーの前記金属微粒子層内に局在化表面プラズモン共鳴を励起し、前記端面から反射又は散乱される光を検出して、反射光又は散乱光を測定する工程と、
前記表面プラズモンセンサーを、前記微量試料ホルダ内に保持された試料溶液内に浸漬して、前記検出対象分子を吸着又は結合させる工程と、
前記試料溶液内に浸漬された前記表面プラズモンセンサーの前記金属微粒子層内に局在化表面プラズモン共鳴を励起し、前記端面から反射又は散乱される光を検出して、反射光又は散乱光を測定する工程と、
前記端面が前記試料溶液内に浸漬されていない時の反射光又は散乱光と、前記端面が前記試料溶液内に浸漬されている時の反射光又は散乱光とを比較して、前記検出対象分子を検出する工程とを備える；
微量試料の検出方法。
【請求項９】
前記試料溶液吸水性の紙又は布を接触させることにより、前記試料溶液を前記微量試料ホルダ外に排出する工程を備える；
請求項８に記載の微量試料の検出方法。
【請求項１０】
前記試料溶液を加熱することにより、前記試料溶液の濃度を濃くし、測定感度を向上させる；
請求項８に記載の微量試料の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微量試料の検出技術に関する。詳しくは、生体由来分子のセンシング等に使用する微量な試料検出のための微量試料ホルダ、微量試料用センサーセット及び微量試料の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡや蛋白質などを検出するバイオセンシングは、生命活動をつかさどる基本的な要素の一つである分子認識を模倣したものである。たとえば、ＤＮＡの複製やＲＮＡ（リボ核酸）への転写、抗原−抗体反応、蛋白質分子の機能の発現などがこれにあたる。これらの性質を利用して、生体由来分子を高い感度で、かつ、蛍光色素などでラベリングを行うことなしにセンシングする技術が開発できれば、それは生命活動を理解するツールとなるだけでなく薬学や医療の分野への波及効果をもたらす。
【０００３】
図１２に、従来の微量試料のセンシングに用いられてきた伝搬型の表面プラズモンを利用したバイオセンサーの原理を説明するための図を示す。基板１０１の表面１０２に信号変換機構（トランスジューサ）として金属微粒子層１０３を形成する。金属微粒子層１０３の上に、検出対象分子１０４（アナライト：ａｎａｌｙｔｅ）に対して相互作用を持つ（相補的な関係にある）分子１０５（リガンド：ｌｉｇａｎｄ）を塗布する。相補的な関係とは親和性が強く、選択的に吸着（物理的吸着）又は結合（化学的結合）が生じる関係をいう。リガンド１０５を試料溶液に接触させた際に、その溶液中に相補的関係にあるアナライト１０４が含まれていれば、アナライト１０４とリガンド１０５の間の相互作用により両者が結合（物理的吸着、化学的結合を含むものとする）する。すなわち、図１２の矢印のように結合が進行する。この場合、相補的関係にあるアナライト１０４とリガンド１０５はちょうど鍵と鍵穴のような関係になっており、適切なリガンドを用いると相補的関係にあるアナライトとの相互関係を強め、それ以外の分子との相互作用を弱く抑えることができる。その結果、相補的関係にあるアナライト以外の分子の場合は、結合速度や結合量が小さくなり、アナライトの選択的な認識を行うことができる。たとえば、検出目標の塩基配列に相補的な塩基配列を持つＤＮＡをリガンドとして用いれば、そのＤＮＡはハイブリダイゼーションして検出されるが、他の塩基配列のＤＮＡは相互作用が弱いため検出されない。また、リガンドとして抗原を用いるとそれに相補的関係にある抗体を検出することができる。同様の原理で、ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白質、脂質、糖など、生体分子の間の相互作用を測定することが可能である。
【０００４】
リガンド層へのアナライトの結合は、光学的には表面における誘電体層の膜厚の増加に対応する。試料溶液の分析や分子間の相互作用についての議論を行うためには、結合過程の追跡も必要であり、そのためには結合量を高い分解能でリアルタイムにセンシングする必要がある。しなしながら、相互作用して結合する分子の量は高々単分子層程度（ｎｇ／ｍｍ２程度）であり、検出には工夫が必要である。一般にその１００分の１程度、すなわち、０．０１ｎｇ／ｍｍ２程度の分子量を検出できる感度が求められている。
【０００５】
このような高い感度を実現する方法として、蛍光分子などによりアナライトを標識する方法がある。単分子蛍光測定が可能であることからわかるように、蛍光測定は感度が非常に高いという特徴がある。現在使われているＤＮＡチップの検出システムは、蛍光標識されたＤＮＡが相補的な塩基配列のＤＮＡで修飾された基板表面へ結合する様子を蛍光顕微鏡を使って検出するものである。しかしながら、この方法では、原理的にアナライトを蛍光分子で標識する必要がある。アナライトを標識することなく高い感度で検出する信号変換機構（トランスデューサ）があれば汎用性やコストの点で有利である。特に蛋白質の検出では、蛍光分子などによる標識がＤＮＡほど容易ではなく、コストやスループットの点でも非標識でバイオセンシングが実現できることが好ましい。
【０００６】
非標識のバイオセンシング手法として、トランスデューサに全反射減衰法を用いた伝播型表面プラズモン共鳴を利用した手法や水晶振動子を利用した手法が開発されてきた。
【０００７】
図１３は、伝播型表面プラズモン共鳴を利用したバイオセンシング手法を説明するための図である。この手法は全反射減衰法を用いるもので、現在、生化学や遺伝子工学分野で広く用いられている非標識のバイオセンシング手法である。図１３（ａ）はクレッチマン配置と呼ばれる光学系で、入射光１０６としてｐ偏光成分を用いると金属薄膜１０３中に表面プラズモン波を励起できる。金属として、金、銀などの貴金属が代表的に使用される。表面プラズモン波と入射光１０６とがカップリングするには、光の波数を大きくし、実効的な速度を遅くする必要があるため、全反射減衰法（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：  ＡＴＲ）を用いて、光１０６が照射された金属薄膜１０３とプリズム１０７の界面で放射されるエバネッセント光１０８により表面プラズモン波を励起する。金属薄膜１０３下にエバネッセント光１０８が放射される。プリズム１０７の右下に記載されたグラフはエバネッセント光１０８の電場Ｅ（紙面内）の強度をｚ座標でプロットしたものである。光１０６の入射角θが共鳴角θｒのときに、入射光１０６と表面プラズモンの波数が一致するため、表面プラズモンと入射光が相互作用を起こし、光のエネルギーが表面プラズモンに吸収される。その結果、図１３（ｂ）に示すように、表面プラズモン共鳴に基づき金属薄膜１０３からの光の反射率の入射角θ依存性に深いディップとなって現れる。共鳴角θｒは周囲の屈折率や物質の存在に敏感であるため、共鳴角のシフト量Δθｒを測定することにより、金属表面に結合する誘電体層の厚さや屈折率などを求めることができる。したがって、金属薄膜１０３をセンサーとして用いれば、リガンドへのアナライトの結合を高い感度で検出することができるため、バイオセンシング手法として用いることができるのである。
【０００８】
ところで、実際の測定では、試料溶液を注入、保持、排出する容器が必要である。一般に測定に供する試料溶液の量は微量であるため、その容器として、微小流路が用いられる。しかしながら、上記のバイオセンシング手法では、数十μＬ（マイクロリットル）から百μＬ程度の試料の量が必要となる。これは、伝播型表面プラズモン共鳴センサーの構造上、試料溶液をセンシング面に暴露する領域がある程度必要であり、また、共鳴条件を達成する光学配置の制限が厳しいため、光学テーブルなどに固定した光学装置を用い、その中に試料溶液を導入する等の必要があるためである。他方、遺伝工学や生化学の分野ではさらに微量な試料、具体的には１μＬ以下の試料でもバイオセンシングが可能なシステムが望まれている。
【０００９】
このような状況において、発明者は局在化表面プラズモン共鳴を利用すれば、微量な試料でもバイオセンシングが可能であることを見出した。発明者は、微量試料、具体的には１μＬ以下の試料でもバイオセンシング可能なように、直径２０ｎｍ程度の金ナノ微粒子をマルチモード光ファイバ端面に固定したバイオセンシング用の光ファイバプローブを作製した。光ファイバ端面上に金微粒子を固定し、さらに、この金微粒子表面上をリガンド分子で修飾した。有効なセンサー部分の面積は光ファイバコアの断面積に対応し、それは直径数μｍ〜数１０μｍと非常に小さい。そのため、原理的にはｐＬ（ピコリットル）からｎＬ（ナノリットル）オーダーの試料溶液量で検出が可能である。また、プローブの作製コストが低いため、使い捨てが可能であるという特徴もある。（例えば、非特許文献１，２参照）
【００１０】
図１４に、この光ファイバプローブ２０２を用い、局在化表面プラズモン共鳴を利用したセンシングシステム２００の構成を示す。
光源２０１で発光した光を光ファイバカプラ２０３に導き、スプライサ２０４を介して着脱可能に接続された光ファイバプローブ２０２の光ファイバの端面２０５に導く。光源２０１として用いたのは高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。低コストで光強度が比較的安定であること、安全性が高いこと等の理由から、レーザーを用いずにＬＥＤを利用し、Ｓ／Ｎ比を高めるために１ＫＨｚ程度の周波数に変調をかけた。また、スプライサ２０４を用いて光ファイバプローブ２０２と接続することにより、プローブ２０２部分は容易に取替えが可能である。光ファイバプローブ２０２の端面２０５は、試料セル２０６に収容された検出対象分子等を含む試料溶液２０７内に浸漬可能である。光ファイバプローブ２０２のセンサー部分（ほぼ光ファイバ端面のコア部分に相当）を直径１２５μｍとした。プローブ２０２上の端面２０５で散乱された光は戻り光としてスプライサ２０４を通り、さらに光ファイバカプラ２０３で分岐され、光検出器としての光電子増倍管（ＰＭＴ）２０８に到達する。光電子倍増管２０８はロックインアンプ２０９を介して、光信号の分析を行う演算装置２１０に接続される。演算装置２１０では、光電子倍増管２０８で検出される光信号の強度、位相又は局在化表面プラズモン共鳴の共鳴波長又は共鳴角のシフト量から検出対象分子の膜厚、吸着量若しくは結合量、又は光ファイバプローブ２０２周囲の相補的な分子を含む物質の屈折率を算定する。簡便なシステムであるが、微量の試料に対して、従来の多量の試料を用いる伝搬形の表面プラズモンと同程度の感度で、検出が可能であった。
【００１１】
この光ファイバプローブの利点は1プローブを電気的に絶縁し、光検出器を離れたところに設置することができること、2試料のある場所へセンサー部分を自由に移動できること、3センサー部分は直径数μｍ〜数１０μｍと小さくできるため、マイクロ流路を用いることなく微量な試料のセンシングが可能であること（特に、試料が少ししか得られない生体分子試料の実験では重要な要素である）、4プローブの作製コストが低く、使い捨てが可能であること（用いる材料は金ナノ微粒子と光ファイバであるため、環境への負荷が低い。また、検出部分だけの再利用も可能である）などである。
【００１２】
【非特許文献１】“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ａｆｆｉｎｉｔｙ  ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ”、  Ｋｅｉｔａ  Ｍｉｔｓｕｉ，Ｙｏｉｃｈｉｒｏ  Ｈａｎｄａ  ａｎｄ  Ｋｏｔａｒｏ  Ｋａｊｋａｗａ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．８５、ｐｐ４２３１〜４２３３、２００４年
【非特許文献２】局在化プラズモンバイオセンシング、梶川浩太郎、ナノ学会創立大会講演予稿集、ｐ６５〜６８、２００３年５月２９日〜３１日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、図１４のセンシングシステムにおいても、センサー部分のサイズが極めて小さい特徴を活かして微量試料をセンシングするためには、微量試料溶液を注入、保持、排出できる容器が必要である。しかしながら、実際にはこのような微量試料を取り扱うことが可能な、安価で簡易な構成の試料ホルダが無く、これまでは微量試料のセンシングが可能という特徴を十分に活かしきれていないという問題があった。
【００１４】
本発明は、微量試料溶液を注入、保持、排出可能で、安価で簡易な構成の微量試料ホルダを提供することを目的とする。
また、微小かつ高感度のセンサーを有する光ファイバプローブとかかる微量試料ホルダを組み合わせた微量試料用センサーセットを提供すること、及びこれらを用いた微量試料の検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の微量試料ホルダ４は、例えば図３，図９に示すように、検出対象分子を含む試料溶液５を毛細管現象により保持でき、光ファイバ２の端面３に、局在化表面プラズモンを励起可能な金属微粒子層及び検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層を形成した表面プラズモンセンサーＳを設けた光ファイバプローブ１を挿入し、毛細管現象により保持した試料溶液５中に表面プラズモンセンサーＳを浸漬して、局在化表面プラズモンを用いて検出対象分子を検出するための微量試料ホルダである。
【００１６】
ここにおいて、吸着は物理吸着を、結合は化学結合を意味する。また、局在化表面プラズモン共鳴は金属の微小な構造中（例えば１ｎｍ〜１μｍ、一般的には数１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の）に励起される局在した電子の波であり、金属微粒子や荒い金属表面で起こる。金属微粒子では粒径が波長程度以下であれば励起される。
【００１７】
このように構成すると、微量の試料溶液５を注入、保持、排出可能で、安価で簡易な構成の微量試料ホルダ４を提供できる。
毛細管現象を利用して、例えば、細管内や２枚の板の板面間隙に試料溶液５を閉じ込めることにより、特殊な器具を使うことなしに微量な試料溶液５の注入、保持、排出という一連の作業を容易に行うことができる。そして、保持された試料溶液５に光ファイバプローブ１のセンサーＳ部分を浸漬することにより、センサーＳ部分が極めて小さいという特徴を十分活かすことができる。
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項２に記載の微量試料用センサーセット１００は、例えば図３，図９に示すように、光ファイバ２の端面３に、局在化表面プラズモンを励起可能な金属微粒子層及び検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層を形成した表面プラズモンセンサーＳを設けた光ファイバプローブ１と、検出対象分子を含む試料溶液５を毛細管現象により保持でき、光ファイバプローブ１の表面プラズモンセンサーＳを毛細管現象により保持した試料溶液５中に浸漬して、局在化表面プラズモンを用いて検出対象分子を検出するための微量試料ホルダ４とを備える。
このように構成すると、微量の検出対象分子の検出に適した高感度のセンサーＳを設けた光ファイバプローブ１と微量の試料溶液５を保持可能な微量試料ホルダ４からなる微量試料用センサーセット１００，４００を提供できる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の微量試料用センサーセット１００において、例えば図３に示すように、微量試料ホルダ４は、ガラス、ポリメチルメタクリレート等の親水性材料からなる細管中に試料溶液５を保持する。
このように構成すると、毛細管現象を利用して微量の試料溶液５を保持できる。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の微量試料用センサーセット５００において、例えば図１０に示すように、細管の内面において、試料溶液５を保持する親水性領域１５に隣接する疎水性領域１６を設ける。
典型的には疎水性領域１６は親水性領域１５に対して管口から奥側に設けられる。このように構成すると、常に一定量の試料溶液５を採取でき、測定条件を均質化できる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の微量試料用センサーセット６００において、例えば図１１に示すように、微量試料ホルダ４のホルダ長Ｌ及び微量試料ホルダ４内に挿入される光ファイバプローブ１の長さＬｐを一定とする。
このように構成すると、ホルダ長Ｌ及び長さＬｐを規格化することにより、測定の際に一定量の試料溶液５内における、センサーＳとして機能する端面３の位置を常に一定にでき、測定条件をより均質化できる。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の微量試料用センサーセット４００において、例えば図９に示すように、微量試料ホルダ４は、ガラス、ポリメチルメタクリレート等の親水性材料からなる２枚の板の板面４ａ，４ｂ間隙に試料溶液５を保持する。
このように構成すると、毛細管現象を利用して微量試料５を保持できる簡易な微量試料ホルダ４を構成できる。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の微量試料用センサーセット４００において、例えば図９に示すように、板面４ａ，４ｂにおいて、試料溶液５を保持する親水性領域１５に隣接する疎水性領域１６を設ける。
典型的には疎水性領域１６は親水性領域１５を挟んで両側に設けられる。このように構成すると、試料溶液５を保持できる部分を限定でき、測定に便宜である。
【００２４】
上記課題を解決するために、請求項８に記載の微量試料のセンシング方法は、例えば図６に示すように（センサーの構成は図３，図９参照）、光ファイバ２の端面３に、局在化表面プラズモンを励起可能な金属微粒子層及び検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層を形成した表面プラズモンセンサーＳを設けた光ファイバプローブ１と、検出対象分子を含む試料溶液５と、試料溶液５を毛細管現象により保持でき、光ファイバプローブ１の表面プラズモンセンサーＳを毛細管現象により保持した試料溶液５中に浸漬して、局在化表面プラズモンを用いて検出対象分子を検出するための微量試料ホルダ４とを準備する工程（Ｓ００１）と、試料溶液５外にある表面プラズモンセンサーＳの金属微粒子層内に局在化表面プラズモン共鳴を励起し、端面３から反射又は散乱される光を検出して、反射光又は散乱光を測定する工程（Ｓ００２）と、表面プラズモンセンサーＳを、微量試料ホルダ４内に保持された試料溶液５内に浸漬して、検出対象分子を吸着又は結合させる工程（Ｓ００３）と、試料溶液５内に浸漬された表面プラズモンセンサー１の金属微粒子層内に局在化表面プラズモン共鳴を励起し、端面３から反射又は散乱される光を検出して、反射光又は散乱光を測定する工程（Ｓ００４）と、端面３が試料溶液５内に浸漬されていない時の反射光又は散乱光と、端面３が試料溶液５内に浸漬されている時の反射光又は散乱光とを比較して、検出対象分子を検出する工程（Ｓ００５）とを備える。
【００２５】
ここにおいて、表面プラズモンセンサーＳを試料溶液５内に浸漬する工程は、予め試料ホルダ４に試料溶液５を保持しておき、試料溶液５中に光ファイバプローブ１に設けた表面プラズモンセンサーＳを挿入することにより浸漬しても良く、又は予め試料ホルダ４に光ファイバプローブ１を挿入しておき、試料溶液５を注入して表面プラズモンセンサーＳの周囲を試料溶液５内で満たすことにより浸漬しても良い。このように構成すると、微量の検出対象分子の検出に適した高感度のセンサーＳを設けた光ファイバプローブ１と微量の試料溶液５を保持可能な微量試料ホルダ４からなる微量試料用センサーセットを用いて、微量の検出対象分子を検出可能な検出方法を提供できる。
【００２６】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の微量試料の検出方法において、試料溶液５に吸水性の紙又は布を接触させることにより、試料溶液５を微量試料ホルダ４外に排出する工程を備える。
このように構成すると、簡易な方法で容易に試料溶液５を微量試料ホルダ４から排出できる。
【００２７】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の微量試料の検出方法において、試料溶液５を加熱することにより、試料溶液５の濃度を高め、測定感度を向上させる。
このように構成すると、微量試料５を検出する場合の測定感度を向上できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、微量試料溶液を注入、保持、排出可能で、安価で簡易な構成の微量試料ホルダを提供できる。
また、微小かつ高感度のセンサーを設けた光ファイバプローブとかかる微量試料ホルダを組み合わせた微量試料用センサーセットを提供すること、及びこれらを用いた微量試料の検出方法を提供できる。
【００２９】
すなわち、毛細管現象を利用して、細管内や２枚の板の板面間隙に試料溶液を閉じ込めることにより、特殊な器具を使うことなしに微量な試料溶液の注入、保持、排出という一連の作業を容易に行うことができる。そして、保持された試料溶液に光ファイバプローブのセンサー部分を浸漬することにより、センサー部分が極めて小さいという特徴を十分活かすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
まず、本発明の理解を容易にするため、局在化表面プラズモン共鳴について説明する。
局在型の表面プラズモン共鳴は、数ｎｍ〜１００ｎｍ程度のサイズの金属微粒子や金属微細構造中の電子が特定の波長の光と相互作用して共鳴する現象である。
【００３１】
図１に、局在化表面プラズモン共鳴が励起される金属の微細構造のモデルを示す。図１（ａ）は半径ｒの金ナノ微粒子（誘電率εａ（λ））（λは光の波長）が誘電率εｍ（λ）の媒質中にある場合、（ｂ）は半径ｒの金ナノ微粒子（誘電率εａ（λ））が誘電率εｍ（λ）の媒質中にあり、その表面を膜厚ｄの誘電率εａ（λ）の誘電体で被覆された場合のモデルであり、（ｃ）は金属微粒子層からの局在化表面プラズモン共鳴に基づく散乱光強度の波長依存性の計算結果である。図１（ｃ）において、実線は金微粒子のみの場合、破線は金微粒子が誘電体で被覆された場合のデータである。
【００３２】
図１（ａ）に示すような球状の金属ナノ微粒子１１を考える。その微粒子１１の半径ｒは波長λに比べて十分小さく、複素誘電率εａ（λ）をもち、誘電率εｍ（λ）の媒質１２中に置かれていると考える。金属微粒子１１の分極率α（λ）は擬似静電場近似のもとでは、（式１）のように表される。
【数１】
2006275599.tif 000003
【００３３】
周辺媒質１２は一般に水や空気などであり、その屈折率は金属に比べて波長分散が小さいため、εｍ（λ）はほぼ一定とみなすことができる。εａ（λ）は波長λの関数であるため、（式１）の分母の絶対値が最小となる波長λにおいて局在化表面プラズモンが共鳴状態となり、分極率α（λ）の大きさが最大となることがわかる。これをプロットしたのが図１（ｃ）の実線である。（式１）は、半径
2006275599.tif 000004
が波長λに比べて十分小さい時には、共鳴波長が半径
2006275599.tif 000005
によらないことも示している。また、共鳴条件は、周辺媒質の誘電率εｍ（λ）（＝（ｎｍ（λ））２）（ｎｍはその屈折率）に敏感であり、局在化表面プラズモンが共鳴現象を屈折率センサーとして用いることができることがわかる。  
【００３４】
この金属微粒子１１の表面に物質が吸着（物理的吸着）や結合（化学的結合）することは、図１（ｂ）に示すようにその表面に厚さｄの誘電体層１３ができることに対応する。そのときの分極率α（λ）は（式２）のように表される。
【数２】
2006275599.tif 000006
【００３５】
ただし、εｄ（λ）（＝（ｎｄ（λ））２）はその誘電体層１３の誘電率（ｎｄはその屈折率）であり、εＡ（λ）、εＢ（λ）は（式３ａ）〜（式３ｃ）のように記述される。
【数３】
2006275599.tif 000007
【００３６】
厚さ５ｎｍ、屈折率１．５の誘電体層１３が金ナノ微粒子１１表面を覆った場合の分極率を図１（ｃ）に破線で示した。ナノ微粒子１１の誘電率はバルクにおける金の誘電率の実測値を用いた。局在化表面プラズモン共鳴を利用したアフィニティーバイオセンシングでは、アナライトの結合を微粒子上の誘電体層の増加として検出するから、実線と破線の違いが信号となる。具体的には、戻り光（散乱光又は／及び反射光）強度のスペクトルを測定してその変化を観察するほかに、共鳴波長近傍の単色光を照射してそのスペクトルを測定し、戻り光強度のピーク位置変化を観測する方法などがある。いずれも、伝播型の表面プラズモン共鳴を利用したバイオセンサーとは異なり、プリズム等の光学部品を用いる必要はないため、光学系が非常に単純である。それにもかかわらず、局在化表面プラズモン共鳴を使ったセンサーでは、１０−４〜１０−５程度の周辺媒質の屈折率変化を検出することができ、生体分子間の相互作用の検出へ適用することができる。
【００３７】
次に、バイオセンシングをするために適切な波長を調べた結果を示す。近年、様々な色のＬＥＤが安価に市販されている。レーザーに比べてＬＥＤの光はスペクトルの幅が広いが、図１（ｃ）に示すように金ナノ微粒子の局在化表面プラズモン共鳴の幅も比較的広いため、十分利用可能である。この測定では、図１４の光学系でＬＥＤの代わりにハロゲンランプからの白色光源を用いて、蛋白質の一種であるアビジンの検出を行った。この方法では、ＬＥＤを用いてロックイン検波を行った測定に比べてＳ／Ｎ比が落ちるが、信号の波長依存性を検出することができる。
【００３８】
図２に局在化表面プラズモン共鳴における戻り光強度の波長依存性を示す。実線は金微粒子のみからの戻り光強度のスペクトルである。また、破線がビオチンの単分子膜が金ナノ微粒子を覆った場合、さらに二点鎖線がアナライトであるアビジンがリガンドのビオチンに結合した場合の戻り光強度のスペクトルである。アビジンは、そのサイズは約５ｎｍであるが、実際には約４ｎｍの誘電体層として働くことが知られている。アナライトの結合に伴い戻り光が増加する割合が最も大きい波長は、実験結果から５６０ｎｍ〜６５０ｎｍであり黄色〜赤色の領域であることがわかり、高輝度で指向性の強いＬＥＤが手に入りやすい等の理由から、中心波長６２３ｎｍで半値幅が約１５ｎｍのＬＥＤを用いるのが適切である。このように、黄色〜赤色の光による局在化表面プラズモン共鳴を用いることにより、微量試料の検出が十分に可能である。
【００３９】
以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００４０】
図３に、本発明の第１の実施の形態によるセンサーセット１００の構成例を示す。図３において、１は光ファイバプローブであり、光ファイバ２の端面３に金属微粒子層と相補的分子層が形成された局在化表面プラズモンセンサーＳが設けられている。金属微粒子層は局在化表面プラズモンが励起可能であり、相補的分子層は検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層である。４は試料ホルダであり、親水性の細管中に毛細管現象により試料溶液５を保持する。試料５は検出対象分子を含む液体である。光ファイバプローブ１の局在化表面プラズモンセンサーＳを管状の試料ホルダ４内に挿入し、試料溶液５内に浸漬すると、試料溶液５内の検出対象分子が、光ファイバ２の端面３の相補的分子層に選択的に吸着又は結合する。これにより、金属微粒子層内に励起された局在化表面プラズモンの共鳴周波数が変化し、或は光ファイバ２の端面３からの戻り光の量が変化する。これにより、局在化表面プラズモンを用いて検出対象分子を検出することができる。
【００４１】
試料ホルダ４を構成する細管には、ガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の親水性材料からなる細長い管を使用できる。管の内径を２ｒ０とすると、試料量は２πｒ０２ｌとなり、管の内径２ｒ０を小さく、試料長ｌをホルダ長Ｌに比して十分小さく取ると、試料量を微小にできる。試料量は光ファイバ２の端面３が浸漬できれば十分であり、また、吸着又は結合される検出対象分子の量も単分子層程度で良いので、必要な試料の量を極めて少なくすることができる。例えば、管の内径を２ｒ０＝２００μｍとし、試料長ｌを３３０μｍ〜３３ｍｍにすると、約１０ｎＬ〜１μＬに調整でき、微小量の試料による測定を実現できる。また、管の内径２ｒ０は７０〜２０００μｍが可能である。このように、この試料ホルダ４を用いることにより、ｎＬからμＬオーダーの微小量の測定が可能となる。
【００４２】
なお、本試料ホルダ４は、内径、外径が一様なガラス、ＰＭＭＡ等の親水性の細長い管をそのままホルダ長Ｌにカットして用いれば良いので安価、かつ大量に製作できる。また、透明であれば、挿入する光ファイバプローブ１の端面３の位置の調整も容易である。また、ホルダ長Ｌが数ｃｍ程度長ければ、ハンドリングに便宜である。また、光ファイバプローブ１及び試料ホルダ３に何ら加工を加えず（カットの必要なし）測定が可能であり、レンズなどの光学系や計測装置を近傍に配置する必要もないので、測定に便宜である。
【００４３】
細管の中に試料溶液５を毛細管現象により保持し、試料５中に光ファイバプローブ１の局在化表面プラズモンセンサーＳを浸漬してセンシングを行う。試料ホルダ４の管口内側に試料溶液５を触れさせることで毛管現象により溶液が試料ホルダ４内に注入される。もちろん、吸引等の方法を用いて試料ホルダ４内に試料溶液５を注入してもよい。試料５の量はホルダ長Ｌが長い場合には、試料長ｌで知ることができる。また、センシング後の試料溶液５は、試料ホルダ３の端面において、吸水性を持つ紙や布（濾紙、和紙等）を接触させることにより、試料ホルダ３より外部に容易に排出することができる。もちろん、空気等を送り込むことにより排出することもできる。試料を回収する必要がある場合には、吸水性を持つ紙や布に染みこませた試料を再度抽出することにより、あるいは、空気で他の容器に吹き飛ばして回収が可能である。
【００４４】
図４に表面プラズモンセンサーＳの構成例を示す。マルチモード光ファイバ２の端面３に直径２０ｎｍ程度の金ナノ微粒子８を固定した光ファイバプローブ１を作製した。光ファイバ端面３上、特にコア６の端面３上に、シランカップリング剤７を用いて金微粒子８を固定し、さらに、この金微粒子８の表面上をリガンド分子（アナライト１０に相補的な分子）９で修飾する。なお１４はクラッドである。有効なセンサーＳ部分の面積は光ファイバコア６の断面積に対応し、それは直径数μｍ〜数１０μｍと非常に小さくできる。そのため、原理的にはｐＬからｎＬオーダーの溶液試料量で検出が可能である。また、プローブの作製コストが安いため、使い捨てが可能であるという特徴もある。
【００４５】
図５に、この光ファイバプローブ１を用いたセンシングシステム３００の構成例を示す。センシングシステム３００の構成は、微量試料ホルダ４の部分を除いて図１４のシステム２００と同じである。このため、図１４と同じ部位については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、微量試料ホルダ４については、図３と同様である。簡便なシステムであるが、微量の試料に対して、従来の多量の試料を用いる伝搬形の表面プラズモンと同程度の感度で、検出が可能であった。
【００４６】
本発明では、図３に示したような細管中に試料溶液を閉じ込めることにより、特殊な器具を使うことなしに微量試料溶液５の注入、保持、排出という一連の作業を容易に行うことができる。その結果、光ファイバプローブ１のセンサーＳ部分が極めて小さいという特徴を十分活かすことができるようになった。微小空間の断面は、光ファイバの直径より大きければよい。広く用いられている光ファイバ断面は、直径約１２５μｍであるが、コアをエッチング等の処理することにより、あるいは、特別な光ファイバを作成することにより、マルチモード光ファイバでは直径約６０μｍ、シングルモード光ファイバを用いた場合は直径約２０μｍ程度まで小さくすることができる。
【００４７】
試料を保持する微小空間の長さ（試料長）ｌを調整することにより充填される試料の量を調節することができる。または、充填量を直接調整することもできる。溶液を２ｍｍ〜３ｍｍの長さに充填し、この測定を行うことは容易で、この場合、試料の量は、微小空間の断面が直径６０μｍである場合には、試料の量は８．５ｎＬとなる。さらに微小空間の断面が小さい容器を用いれば数百ｐＬの試料においても測定が可能となる。
【００４８】
このセンシングシステム３００によれば、微量試料溶液５を注入、保持、排出可能で、安価で簡易な構成の微量試料ホルダ４を提供できる。また、微小かつ高感度のセンサーＳを有する光ファイバプローブ１とかかる微量試料ホルダ４を組み合わせた微量試料用センサーセット１００を提供することができる。
【００４９】
また、このセンシングシステム３００によれば、複数の種類の試料溶液の注入、排出を順次行なったり、センシングシステム中に複数の種類の溶液を導入して混合したりすることができる。また、微量試料用センサーセット１００を用いて、試料溶液の注入、測定、排出を一貫して行うことができ、光ファイバプローブへの金ナノ微粒子及びリガンドの塗布も行うことができる。しかも、リガンドの量が微量であってもファイバプローブにその塗布が可能である。さらに、保持された試料溶液を加熱（ホルダ内外で可能）したり、あるいは蒸発（ホルダ内外で可能）させることにより、その濃度を高めることができるため、検出感度の向上をはかることができる。
【００５０】
図６に、本実施の形態における微量試料の検出方法の処理フロー例を示す。まず、光ファイバ２の端面３に、局在化表面プラズモンを励起可能な金属微粒子層及び検出対象分子を選択的に吸着又は結合可能な分子層を形成した表面プラズモンセンサーＳを設けた光ファイバプローブ１と、検出対象分子を含む試料溶液５と、試料溶液５を毛細管現象により保持でき、光ファイバプローブ１の表面プラズモンセンサーＳを毛細管現象により保持した試料溶液５中に浸漬して、局在化表面プラズモンを用いて前記検出対象分子を検出するための微量試料ホルダ４とを準備する（ステップＳ００１）。
次に、表面プラズモンセンサーＳの金属微粒子層内に局在化表面プラズモン共鳴を励起し、端面３から反射される光を検出して、反射光又は散乱光を測定する（ステップＳ００２）。
【００５１】
次に、端面３を、微量試料ホルダ４内に保持された試料溶液５内に浸漬して、検出対象分子を吸着又は結合させる（ステップＳ００３）。ここにおいて、表面プラズモンセンサーＳを試料溶液５内に浸漬する工程は、予め試料ホルダ４に試料溶液５を保持しておき、試料溶液５中に光ファイバプローブ１に設けた表面プラズモンセンサーＳを挿入することにより浸漬しても良く、又は予め試料ホルダ４に光ファイバプローブ１を挿入しておき、試料溶液５を注入して表面プラズモンセンサーＳの周囲を試料溶液５内で満たすことにより浸漬しても良い。
【００５２】
次に、試料溶液５内に浸漬された前記表面プラズモンセンサーＳの金属微粒子層内に局在化表面プラズモン共鳴を励起し、端面３から反射される光を検出して、反射光又は散乱光を測定する（ステップＳ００４）。
次に、端面３が試料溶液５内に浸漬されていない時の反射光又は散乱光と、端面３が試料溶液５内に浸漬されている時の反射光又は散乱光とを比較して、検出対象分子を検出する（ステップＳ００５）。
これにより、微量試料用センサーセット１００を用いた微量試料５の検出方法を提供することができる。
【００５３】
次に、第１の実験例について説明する。マルチモード光ファイバ２（外形１２５μｍ、内径５０μｍ）を用いて光ファイバプローブ１を作成した。シランカップリング剤（Ｓ３２０：チッソ）を用いて端面３を金ナノ微粒子で被覆した。金ナノ微粒子の表面は、リガンドとしてアミノウンデカンチオール自己組織化単分子膜で被覆を行い、アナライトとして、アミノ基にサクシンイミドで末端を修飾したビオチンを反応させた。
【００５４】
図７にアビジン分子がビオチンと反応していく過程を示す。図５のセンシングシステムを用い、光ファイバプローブ１の端面３からの戻り光をロックインアンプ２０９を用いて高感度で検出したものである。アビジン溶液（濃度１００μｇ／ｍＬ）の注入に伴い、アビジンがビオチンと反応し結合していく様子が戻り光強度の変化として捉えられている。ビオチン溶液の量は、試料長２．６ｍｍ、内径２６０μｍの試料ホルダ４内に、直径１２５μｍの光ファイバ２を試料５内に１．６ｍｍ挿入するので、１１８ｎＬと計算される。このように、微量試料５においても、光ファイバ型局在化表面プラズモンセンサーＳによる検出が実施できることが示された。
【００５５】
次に、第２の実験例について説明する。マルチモード光ファイバ２を用いて光ファイバプローブ１を作成し、端面３を金ナノ微粒子で被覆した。金ナノ微粒子の表面は、リガンドとしてチオール基を持つＤＮＡで被覆を行った。このＤＮＡは検出対象ＤＮＡ分子に対して相補的な塩基配列を持ち、プローブＤＮＡとして働く。検出対象ＤＮＡ分子は１７塩基対を有し、濃度１０μＭ（モル）／Ｌとなるように緩衝溶液に溶かした。この溶液を試料ホルダ４内に注入し、のハイブリダイゼーションの過程を追跡した。
【００５６】
図８に、ＤＮＡがハイブリダイゼーションしていく過程を示す。試料溶液の注入（約８０ｓｅｃ）後、ハイブリダイゼーションが進行し、約６００ｓｅｃで飽和に達した。約７００ｓｅｃにおいて緩衝溶液でリンスを行った。一部の検出対象ＤＮＡ分子が脱離して信号強度が下がったが、リンス後も初期値に比べて信号強度は増加、安定しており、ハイブリダイゼーションした検出対象ＤＮＡ分子が検出されたことがわかる。試料溶液５は１１８ｎＬであり、このように、微量試料においても、光ファイバ型局在化表面プラズモンセンサーＳによる検出が実施できている。
【００５７】
図９に、本発明の第２の実施の形態によるセンサーセット４００の構成例を示す。図９において、図３と同じ部位には同一の符号を付して説明を省略する。１は光ファイバプローブであり、図１と同じプローブを使用できる。４は試料ホルダであり、親水性の２枚の板面４ａ、４ｂ間に毛細管現象により試料溶液５を保持する。試料溶液５は図３と同様の試料溶液を使用できる。光ファイバプローブ１を２枚の板面４ａ、４ｂ間に挿入し、試料溶液５内に浸漬すると試料溶液５内の検出対象分子が、光ファイバ２の端面３の相補的分子層に選択的に吸着又は結合する。これにより、金属微粒子層内に励起された局在化表面プラズモンの共鳴周波数が変化し、或は光ファイバの端面３からの戻り光の量が変化する。これにより、局在化表面プラズモンを用いて検出対象分子を検出することができる。
【００５８】
試料ホルダ４を構成する２枚の板面４ａ、４ｂには、ガラス、ＰＭＭＡ等の親水性の板面を使用できる。ホルダ厚（板面間隔）をｈ、試料幅をｗ、試料長をｌとすると、試料量はｈｗｌとなり、ホルダ厚ｈ、試料幅ｗを小さく、試料長ｌをホルダ長Ｌに比して十分小さく取ると、試料量を微小にできる。第１の実施の形態と同様に、試料量は端面３が浸漬できれば十分であり、また、吸着又は結合される検出対象分子の量も単分子層程度で良いので、必要な試料溶液５の量を極めて少なくすることができる。例えば、ホルダ厚ｈ、試料幅ｗを共に２００μｍとし、試料長ｌを２５０μｍ〜２５ｍｍにすると、試料量を約１０ｎＬ〜１μＬに調整でき、微小量の試料による測定を実現できる。ホルダ厚ｈはスペーサを２枚の板面４ａ、４ｂ間に挟んで調整可能であり、試料幅ｗは試料保持領域の両側の板面４ａ、４ｂを疎水性を付与する表面処理剤（オクタデシリトリクロロシラン、ヘキサメチルジアミン、フッ素系のシランカップリング剤など）で処理することにより設定可能である。すなわち、板面４ａ，４ｂには、幅ｗの帯状の親水性領域１５を挟んでその両側に隣接して疎水性領域１６が形成される。また、長手方向に対し試料長ｌを超える部分を疎水性領域として、試料量を一定に定めることも可能である。このように、本実施の形態の試料ホルダ４を用いることにより、ｎＬからμＬオーダーの微小量の測定が可能となる。
【００５９】
なお、本試料ホルダ４ａ、４ｂは、一様なガラス、ＰＭＭＡ等の親水性の板面を適当な大きさにカットして用いれば良いので安価、かつ大量に製作できる。また、透明であれば、間隙に挿入する光ファイバプローブ１の端面３の位置の調整も容易であり、保持領域に対して長手方向からに限られず、横方向からも挿入できる。また、光ファイバプローブ１及び試料ホルダ４に何ら加工を加えず（カットの必要なし）測定が可能であり、レンズなどの光学系や計測装置を近傍に配置する必要もないので、測定に便宜である。
【００６０】
図１０に、本発明の第３の実施の形態によるセンサーセット５００の構成例を示す。図１０において、図３と同じ部位には同一の符号を付して説明を省略する。図３と異なる点は、試料ホルダ４ｃの管内の一部（管口から試料長ｌを超える部分）が疎水性になっている点である。すなわち、細長い管中に毛細管現象により試料溶液５を保持できる部分は親水性の部分に限られ、これにより、試料の採取量を親水性の部分長（試料長ｌ）により決定でき、常に一定にすることができ、測定条件を均質化できる。図１０において、管内の試料５を取り囲む部分が親水性領域１５、管口から奥側でこの親水性領域１５に隣接する部分が疎水性領域１６である。親水性の細長い管を疎水性にするには、疎水性を付与する表面処理剤（オクタデシリトリクロロシラン、ヘキサメチルジアミン、フッ素系のシランカップリング剤など）を注入することにより可能となる。或は疎水性の石英管の一部にＵＶ光（紫外光）を照射することにより任意の一部分を親水性にすることもできる。
【００６１】
図１１に、本発明の第４の実施の形態によるセンサーセット６００の構成例を示す。図１１において、図３と同じ部位には同一の符号を付して説明を省略する。図３と異なる点は、光ファイバプローブ１の太さが一様でなく、変化する点である。すなわち、端面３から一定の距離を超える部分は、光ファイバの径を太くし、その外形を疎水性にしておくことにより、試料がこの太い部分から管の奥に入ることを阻止できる。また、端面３からさらに離れた部分にはカバー１７を被せて、カバー１７の外径を管の内径より太くすることにより、試料ホルダ４内に挿入される光ファイバプローブ１の長さＬｐを一定とすることができる。微量試料ホルダ４のホルダ長Ｌも一定とすると、光ファイバプローブ１の端面３は常に細長い管の管口から一定の位置で止まる。このように規格化することにより、試料溶液５の採取量を一定にし、また、測定の際に、試料溶液５内の端面３が管口からいつも一定の位置にくるようにして測定することが可能となり、測定条件を一層均質化できる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々変更を加えられることは明白である。
【００６３】
例えば、上記実施の形態では、細管が円形の場合を説明したが、細管の形状は円形に限られず、楕円形、四角、六角、その他任意の形状で良い。また、細管は直線状に限られず、光ファイバが挿入可能であれば曲線状であっても良い。また、１つの材料に複数の管を並列に設けても良い。また、管の太さも一様に限る必要はなく、テーパー状の部分を含んでも良い。また、光ファイバプローブの端面が試料溶液中の所定の位置にくるように、管内に突起を設けたり、一部で内径を絞る等の細工をしても良い。
【００６４】
また、２枚の板を用いる場合には、２枚の板の板面間隙を固定しても良く、２枚の板を分離しておき、スペーサで板面間隙を調整しても良い。また、一方又は両方の板面に溝を設けて２枚の板面を合わせても良い。
【００６５】
また、上記実施の形態では、光ファイバの端面について特に言及しなかったが、光ファイバの端面はファイバの軸に直交して形成されても傾いて形成されても良く、また平坦である必要はない。また、金属微粒子の形状や寸法が様々であっても、局在化表面プラズモンを励起できれば良い。また、光ファイバの端面における検出部分の寸法、光源の波長についても、変更可能である。
【００６６】
また、上記実施の形態では、金属微粒子が金の場合を説明したが、その他の金属微粒子を用いても良い。また、光ファイバの端面に形成される金属微粒子層は、単層でも良く、多層でも良い。
【００６７】
アナライトとリガンドとの組み合わせについては、アビジンとビオチン、ＤＮＡ−ＤＮＡに限られず、ＯＤＴ（オクタデカンチオール）と金、ＤＮＡ−ＲＮＡ、ＤＮＡ−タンパク質、ＤＮＡ−糖、ＤＮＡ−有機化合物、タンパク質−タンパク質、脂質−タンパク質、糖−タンパク質、タンパク質−有機化合物等の相互作用の検出、金、銀−チオールやジスルフィド基を持つ有機硫黄化合物、アミノ基を持つ１級アミン、２級アミン、３級アミン化合物等の相互作用の検出も可能である。また、一般的なタンパク質のサイズは数ｎｍから１０ｎｍ程度であるが、得られる信号の変化量はアナライトとリガンドの結合の平衡定数にも依存する。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、バイオセンシングなどの分野で、微量試料での検出に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】局在化表面プラズモン共鳴が励起される金属の微細構造のモデルを示す図である。
【図２】局在化表面プラズモン共鳴における戻り光強度の波長依存性を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるセンサーセットの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による表面プラズモンセンサーの構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるセンシングシステムの構成例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による微量試料の検出方法の処理フロー例を示す図である。
【図７】アビジン分子がビオチンと反応していく過程を示す図である。
【図８】ＤＮＡがハイブリダイゼーション反応していく過程を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態によるセンサーセットの構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態によるセンサーセットの構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態によるセンサーセットの構成例を示す図である。
【図１２】伝搬型の表面プラズモンを利用したバイオセンサーの原理を説明するための図である。
【図１３】伝播型表面プラズモン共鳴を利用したバイオセンシング手法を説明するための図である。
【図１４】局在化表面プラズモン共鳴を利用したセンシングシステムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    光ファイバプローブ
２    光ファイバ
３    端面
４    試料ホルダ
４ａ、４ｂ  板面
５    試料溶液
６    コア
７    シランカップリング剤
８    金属微粒子
９    リガンド
１０  アナライト
１１  金属微粒子
１２  媒質
１３  誘電体層
１４  クラッド
１５  親水性領域
１６  疎水性領域
１７  カバー
１００  センサーセット
１０１  基板
１０２  表面
１０３  金属微粒子層
１０４  アナライト
１０５  リガンド
１０６  入射光
１０７  プリズム
１０８  エバネッセント光
２００  センシングシステム
２０１  光源
２０２  光ファイバプローブ
２０３  光ファイバカプラ
２０４  スプライサ
２０５  端面
２０６  試料セル
２０７  試料溶液
２０８  光電子増倍管
２０９  ロックインアンプ
２１０  演算装置
３００  センシングシステム
４００  センサーセット
５００  センサーセット
６００  センサーセット
ｄ    誘電体の膜厚
ｈ    ホルダ厚
Ｌ    ホルダ長
ｌ    試料長
Ｌｐ  試料ホルダ内に挿入される光ファイバプローブの長さ
ｒ    金ナノ微粒子の半径
ｒ０  細管の半径
Ｓ    表面プラズモンセンサー
ｗ    試料幅
α    分極率
εａ  金属微粒子の誘電率
εｍ  媒質の誘電率
θ    入射角
Δθｒ  共鳴角のシフト量
λ    波長
【図１】
2006275599.tif 000008
【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】
2006275599.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006275599.tif 000019
【図１３】
2006275599.tif 000020
【図１４】
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