(57)【要約】【課題】  小型で安価な装置で、簡便にかつ高精度に全反射減衰の状態を測定する。【解決手段】  実際の測定を行う前に、測定流路76内へエアーを充填し、ｐ偏光光ビーム30を界面12ａへ入射させ、界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30の光強度分布をフォトダイオードアレイである光検出器40で検出することにより、ｐ偏光光ビーム30そのものの光強度分布である基準光強度分布を取得して、測定手段61へ記憶する。その後、測定対象である試料を測定流路76内へ充填し、界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30の光強度分布を測定する。測定手段61において、分布値毎に基準光強度分布により除算することにより、光ビームの光強度分布のばらつきの影響を相殺して、全反射減衰角θＳＰの位置を高精度に検出する。ｐ偏光波からなる光ビームを使用でき、また界面12ａで全反射した光ビームをｐ偏光波とｓ偏光波へ分離する分離手段を設ける必要もない。【選択図】          図３
2006098369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ偏光光ビームに対して透明な誘電体ブロックおよびこの誘電体ブロックの一面に形成され試料に接触させられる薄膜層を備えてなる測定ユニットの前記誘電体ブロックを通して、前記ｐ偏光光ビームを該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角で入射させ、
前記界面で全反射したｐ偏光光ビームの光強度分布を検出し、
該光強度分布に基いて、全反射減衰の状態を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、
前記界面で全反射し、かつ全反射減衰の状態を反映していない前記ｐ偏光光ビームの光強度分布である基準光強度分布を予め取得し、
前記光強度分布の個々の分布値を前記基準光強度分布の個々の分布値により除算して、全反射減衰情報を生成し、該全反射減衰情報に基づいて全反射減衰の状態を測定することを特徴とする全反射減衰を利用した測定方法。
【請求項２】
前記界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料を、前記測定ユニットの薄膜層へ接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を検出することにより、前記基準光強度分布を取得することを特徴とする請求項１記載の全反射減衰を利用した測定方法。
【請求項３】
全反射減衰の状態が異なる複数の試料を前記測定ユニットの薄膜層へ順次接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を順次検出し、検出された複数の光強度分布に基づいて前記基準光強度分布を取得することを特徴とする請求項１記載の全反射減衰を利用した測定方法。
【請求項４】
ｐ偏光光ビームを発生させる光源と、
前記ｐ偏光光ビームに対して透明な誘電体ブロックおよびこの誘電体ブロックの一面に形成され試料に接触させられる薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
前記ｐ偏光光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角で入射させる光学系と、
前記界面で全反射したｐ偏光光ビームの光強度分布を検出する光検出器と、
該光検出器から出力された光強度分布に基いて、全反射減衰の状態を測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利用した測定装置において、
予め取得された、前記界面で全反射し、かつ全反射減衰の状態を反映していない前記ｐ偏光光ビームの光強度分布である基準光強度分布を記憶する基準光強度分布記憶手段を備え、
前記測定手段が、前記光検出器から出力された光強度分布の個々の分布値を前記基準光強度分布記憶手段に記憶されている基準光強度分布の個々の分布値により除算して、全反射減衰情報を生成し、該全反射減衰情報に基づいて全反射減衰の状態を測定するものであることを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
【請求項５】
前記基準光強度分布が、前記界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料を、前記測定ユニットの薄膜層へ接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を前記光検出手段で検出することにより取得されるものであることを特徴とする請求項４記載の全反射減衰を利用した測定装置。
【請求項６】
前記基準光強度分布が、全反射減衰の状態が異なる複数の試料を前記測定ユニットの薄膜層へ順次接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を前記光検出手段で順次検出し、検出された複数の光強度分布に基づいて取得されるものであることを特徴とする請求項４記載の全反射減衰を利用した測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して物質の特性を分析する表面プラズモンセンサー等の全反射減衰を利用し測定方法および測定装置に関し、特に詳細には、ｐ偏光光ビームを用いた全反射減衰を利用した測定方法および測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、全反射減衰を利用した測定装置の１つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。金属中においては、自由電子が集団的に振動して、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。表面プラズモンセンサーは、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料の特性を分析するものであり、種々のタイプのセンサーが提案されている。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（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロック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、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で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、該光検出手段の検出結果に基づいて表面プラズモン共鳴の状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。
【０００４】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化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に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサーによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反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ーによって検出することができる。
【０００５】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、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しているとき、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、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００６】
なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく、または誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光ビームからｐ偏光波のみを分離して検出する必要がある。
【０００７】
この光強度の低下が生じる全反射角以上の特定入射角θＳＰ（以後全反射減衰角θＳＰと記載）より表面プラズモンの波数が解ると、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。
【数１】
2006098369.tif 000003
【０００８】
試料の誘電率εｓが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料の屈折率等が分かるので、結局、全反射減衰角θＳＰを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【０００９】
また、全反射減衰を利用したセンサーとして、漏洩モードセンサーも知られている（例えば非特許文献１参照）。この漏洩モードセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で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測定する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて導波モードの励起状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。
【００１０】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰角θＳＰを知ることによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を分析することができる。
【００１１】
また、上述した表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーは、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層（表面プラズモンセンサーの場合は金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合はクラッド層および光導波層）上にセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の被検体の溶液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角θＳＰを測定している。被検体溶液中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角θＳＰを測定し、全反射減衰角θＳＰに変化が生じているか否か測定することにより、被検体とセンシング物質の結合が行われているか否か、すなわち被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体あるいは抗体と抗体が挙げられ、そのようなものに関する具体的な測定としては、一例として、センシング物質をウサギ抗ヒトＩｇＧ抗体とし、被検体であるヒトＩｇＧ抗体との結合の有無検出とその定量分析を行う測定が挙げられる。
【００１２】
なお、被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、全反射減衰角θＳＰの角度そのものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物質に被検体溶液を添加し、その後の全反射減衰角θＳＰの角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。
【００１３】
なお、全反射減衰角θＳＰの角度そのもを測定する場合であっても、あるいはセンシング物質に被検体溶液を添加し、その後の全反射減衰角θＳＰの角度変化量を測定する場合であっても、全反射減衰の状態を正確に測定するためには、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光ビームの強度が鋭く低下する暗線の中心位置、すなわち全反射減衰角θＳＰの位置を高い精度で検出する必要がある。しかしながら、光ビームそのものの光強度分布のばらつき等の影響により、全反射減衰角θＳＰの位置を高い精度で検出することは困難であった。このため、全反射減衰が入射した光ビームがｐ偏光のときにだけ生じることを用いて、界面で全反射した光ビームをｐ偏光波とｓ偏光波に分離し、ｐ偏光波により全反射減衰の状態を反映する光強度分布を測定し、またｓ偏光波により光ビームそのものの光強度分布（以後基準光強度分布と記載）を測定し、ｐ偏光波を用いて測定した全反射減衰の状態を反映する光強度分布の分布値を、ｓ偏光波を用いて測定した基準光強度分布により除算することにより、光ビームの光強度分布のばらつきの影響を相殺し、全反射減衰角θＳＰの位置を高い精度で検出する測定方法および測定装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平6−167443号公報
【特許文献１】特開平7−159319号公報
【非特許文献１】「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）、２１〜２３頁および２６〜２７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の界面で全反射した光ビームをｐ偏光波とｓ偏光波に分離し、ｐ偏光波を用いて測定した全反射減衰の状態を反映する光強度分布の分布値を、ｓ偏光波を用いて測定した基準光強度分布により除算することにより、光ビームの光強度分布のばらつきの影響を相殺して、全反射減衰角θＳＰの位置を高い精度で検出する測定方法および測定装置は、全反射した光ビームをｐ偏光波とｓ偏光波に分離する分離手段を設ける必要があり、装置が大型化し、コストが増大し、また測定が煩雑になるという問題があった。さらに、従来の全反射減衰を利用した測定方法および測定装置では、光ビームを射出する光源としては、一般にｐ偏光波を射出するものが使用されることが多い。しかし、上記のようにｓ偏光波を用いて基準光強度分布を取得する場合には、ｐ偏光波およびｓ偏光波を射出する光源を用いる必要があり、ｐ偏光波の出力が低下し、測定精度が低下するという問題もあった。
【００１５】
本発明は上記の事情に鑑みて、小型で安価な装置で、簡便にかつ高精度に全反射減衰の状態を測定することのできる全反射減衰を利用した測定方法または測定装置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】
【００１６】
本発明の全反射減衰を利用した測定方法は、ｐ偏光光ビームに対して透明な誘電体ブロックおよびこの誘電体ブロックの一面に形成され試料に接触させられる薄膜層を備えてなる測定ユニットの前記誘電体ブロックを通して、前記ｐ偏光光ビームを該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角で入射させ、
前記界面で全反射したｐ偏光光ビームの光強度分布を検出し、
該光強度分布に基いて、全反射減衰の状態を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、
前記界面で全反射し、かつ全反射減衰の状態を反映していない前記ｐ偏光光ビームの光強度分布である基準光強度分布を予め取得し、前記光強度分布の個々の分布値を前記基準光強度分布の個々の分布値により除算して、全反射減衰情報を生成し、該全反射減衰情報に基づいて全反射減衰の状態を測定することを特徴とする。
【００１７】
前記界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料を、前記測定ユニットの薄膜層へ接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を検出することにより、基準光強度分布を取得してもよい。
【００１８】
また、全反射減衰の状態が異なる複数の試料を前記測定ユニットの薄膜層へ順次接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を順次検出し、検出された複数の光強度分布に基づいて基準光強度分布を取得してもよい。
【００１９】
本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、ｐ偏光光ビームを発生させる光源と、
前記ｐ偏光光ビームに対して透明な誘電体ブロックおよびこの誘電体ブロックの一面に形成され試料に接触させられる薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
前記ｐ偏光光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角で入射させる光学系と、
前記界面で全反射したｐ偏光光ビームの光強度分布を検出する光検出器と、
該光検出器から出力された光強度分布に基いて、全反射減衰の状態を測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利用した測定装置において、
予め取得された、前記界面で全反射し、かつ全反射減衰の状態を反映していない前記ｐ偏光光ビームの光強度分布である基準光強度分布を記憶する基準光強度分布記憶手段を備え、
前記測定手段が、前記光検出器から出力された光強度分布の個々の分布値を前記基準光強度分布記憶手段に記憶されている基準光強度分布の個々の分布値により除算して、全反射減衰情報を生成し、該全反射減衰情報に基づいて全反射減衰の状態を測定するものであることを特徴とするものである。
【００２０】
前記基準光強度分布は、前記界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料を、前記測定ユニットの薄膜層へ接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を前記光検出手段で検出することにより取得されるものであってもよい。
【００２１】
また、前記基準光強度分布は、全反射減衰の状態が異なる複数の試料を前記測定ユニットの薄膜層へ順次接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を前記光検出手段で順次検出し、検出された複数の光強度分布に基づいて取得されるものであってもよい。
【００２２】
なお、「試料」とは、液体、気体あるいは個体であってもよく、また静止した状態であっても、流れている状態であってもよい。
【００２３】
また、「ｐ偏光光ビーム」とは、光ビームが主にｐ偏光波により構成されている場合を意味している。なお、光強度検出に支障を与えない程度に、すなわち数％程度のｓ偏光波が含まれていてるものも含む。
【００２４】
さらに、「界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料」とは、この試料を測定ユニットの薄膜層へ接触させて、ｐ偏光光ビームを入射して測定した全反射減衰角が、前記p偏光光ビームの種々の入射角（すなわち反射角）の範囲内に入らない試料を意味している。なおセンシング物質が測定ユニットの薄膜上に固定されている場合等には、センシング物質+エアーあるいはセンシング物質+所定濃度のバッファ液等が上記「界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料」として機能するものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による全反射減衰を利用した測定方法および測定装置では、界面で全反射し、かつ全反射減衰の状態を反映していない前記ｐ偏光光ビームの光強度分布である基準光強度分布を予め取得し、前記光強度分布の個々の分布値を前記基準光強度分布の個々の分布値により除算して、全反射減衰情報を生成し、該全反射減衰情報に基づいて全反射減衰の状態を測定することにより、ｐ偏光波からなる光ビームを使用でき、また界面で全反射した光ビームをｐ偏光波とｓ偏光波へ分離する分離手段を設ける必要もないので、小型で安価な装置で、簡便にかつ高精度に全反射減衰の状態を測定することができる。
【００２６】
前記界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料を、前記測定ユニットの薄膜層へ接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を検出することにより、基準光強度分布を取得すれば、1回の検出により高精度な基準光強度分布を取得することができる。なお、前記界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料として、例えばエアーあるいはバッファ液を使用すれば、特別な試料を準備する必要がなく、容易に基準光強度分布を取得できる。
【００２７】
また、全反射減衰の状態が異なる複数の試料を前記測定ユニットの薄膜層へ順次接触させ、前記界面で全反射した前記ｐ偏光光ビームの光強度分布を順次検出し、検出された複数の光強度分布に基づいて基準光強度分布を取得すれば、前記界面で全反射した前記p偏光光ビーム内には全反射減衰の状態が反映しない試料を準備する必要がなく、より簡便に基準光強度分布を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の全反射減衰を利用した測定方法および測定装置を適用した第１の実施形態である表面プラズモンセンサーの全体形状を示すものであり、また図２はこの装置の要部の側面形状を示している。
【００２９】
この表面プラズモンセンサーにおいては、表面プラズモン共鳴による全反射減衰角θＳＰの角度変化量を測定することにより、センシング物質と被検体の結合の状態を測定し、角度変化量の経時変化を示すセンサーグラムを取得するものである。またまた結合作用の終了後には、解離作用についても測定を行なうものである。
【００３０】
図1に示すように、第１の実施形態である表面プラズモンセンサーは、測定ユニットを支持する支持体として、互いに平行に配された２本のガイドロッド100,100に摺動自在に係合し、それらに沿って図中の矢印Ｙ方向に直線移動自在とされたスライドブロック101が用いられている。そしてこのスライドブロック101には、上記ガイドロッド100,100と平行に配された精密ねじ102が螺合され、この精密ねじ102はそれとともに支持体駆動手段を構成するパルスモータ103によって正逆回転されるようになっている。
【００３１】
なおこのパルスモータ103の駆動は、モータコントローラ104によって制御される。すなわちモータコントローラ104には、スライドブロック101内に組み込まれてガイドロッド100,100の長手方向における該スライドブロック101の位置を検出するリニアエンコーダ（図示せず）の出力信号Ｓ2が入力され、モータコントローラ104はこの信号Ｓ2に基づいてパルスモータ103の駆動を制御する。
【００３２】
またガイドロッド100,100の側下方には、それに沿って移動するスライドブロック101をそれぞれ左右から挟む形で、測定用のｐ偏光光ビーム（レーザビーム）30を発生させる半導体レーザ等のレーザ光源31と、入射光学系を構成する集光レンズ32と、光検出器40とが配設されている。また、該光検出器40には、該光検出器40の出力信号Ｓを受けて後述の処理を行なう測定手段61が接続され、さらに該測定手段61には、表示部62が接続されている。
【００３３】
ここで本実施形態においては、一例として８個の測定ユニット10を連結固定してなるスティック状のユニット連結体110が用いられ、測定ユニット10は８個一列に並べた状態でスライドブロック101にセットされるようになっている。
【００３４】
図２は、このユニット連結体110の構造を詳しく示すものである。ここに示される通りユニット連結体110は、測定ユニット10が８個、連結部111により連結されてなるものである。
【００３５】
測定ユニット10は図３に示す通り、概略四角形状とされた誘電体ブロック11と、この誘電体ブロック11の一面（図中の上面）に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜12とを有している。
【００３６】
誘電体ブロック11は例えば透明樹脂等からなり、金属膜12が形成された部分の周囲が嵩上げされた形とされる。なお本例では、金属膜12の上にセンシング物質14が固定されている。
【００３７】
集光レンズ32は図３に示す通り、ｐ偏光光ビーム30を集光して収束光状態で誘電体ブロック11に通し、誘電体ブロック11と金属膜12との界面12ａに対して種々の入射角が得られるように入射させる。この入射角の範囲は、上記界面12ａにおいてｐ偏光光ビーム30の全反射条件が得られ、かつ、表面プラズモン共鳴が生じ得る角度範囲を含む範囲とされる。
【００３８】
なおｐ偏光光ビーム30は、界面12ａに対してｐ偏光で入射する。そのようにするためには、予めレーザ光源31をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板や偏光板でｐ偏光光ビーム30の偏光の向きを制御してもよい。
【００３９】
光検出器40は、多数のフォトダイオードが１列に配されてなるフォトダイオードアレイであり、フォトダイオードの並び方向が図３中の矢印Ｘ方向となるように配されている。
【００４０】
なお、測定ユニット10へ被検体溶液を給排する際には、ピペット等を用いることができるが、図３に示すように流路ユニット70を測定ユニット10へ取り付けて、流路を介して被検体溶液の給排を行うこともできる。
【００４１】
この流路ユニット70は、図４に示すように、概略四角錐の一部が切り取られた形状に形成されている流路ホルダ71に、被検体溶液を供給するための供給口72および被検体溶液を排出するための排出口73が取り付けられ、測定ユニット10内に簡単に着脱することができる。供給口72および排出口73には、それぞれテフロン（登録商標）チューブ74および75が接続されている。この流路ユニット70を測定ユニット10に取り付けた場合には、図３に示すように、金属膜12および流路ユニット70によりシールされた測定流路76が形成される。流路ユニット70の供給路72に接続されたテフロン（登録商標）チューブ74には、切り替えポンプ77が接続され、該切り替えポンプ77には被検体溶液供給路78、バッファ液供給路79およびエアー供給路80が接続されている。被検体溶液供給路78には、被検体溶液が準備されている不図示の液供給部が接続され、バッファ液供給路79には、５％ＤＭＳ０（Dimethyl Sulfoxide）溶液であるバッファ液が準備されている不図示の液供給部が接続され、エアー供給路80には、不図示のエアー供給部が接続されている。なお、各供給路に接続される供給部は交換可能であり、必要に応じて交換される。
【００４２】
測定手段61は、図５に示すように、光検出器40に接続されたドライバ64と、コンピュータシステム等からなる信号処理部65とから構成されている。
【００４３】
図示の通り上記ドライバ64は、光検出器40のフォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ……、これらのサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ……の各出力が入力されるマルチプレクサ53、このマルチプレクサ53の出力をデジタル化して信号処理部65に入力するＡ／Ｄ変換器54、マルチプレクサ53とサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ……とを駆動する駆動回路55、および信号処理部65からの指示に基づいて駆動回路55の動作を制御する制御回路56から構成されている。
【００４４】
また、信号処理部65には、界面12ａで全反射し、かつ全反射減衰の状態を反映していないｐ偏光光ビーム30の光強度分布である基準光強度分布および後述する変化量Ｒを記憶する記憶部66と、光検出器40から出力された光強度分布の個々の分布値を記憶部66に記憶されている基準光強度分布の個々の分布値により除算して、全反射減衰情報を生成し、該全反射減衰情報から全反射減衰角θＳＰを算出する全反射減衰情報生成部63とを備えている。なお、基準光強度分布の詳細は後述する。また、測定開始から0.5秒間隔で、上述した全反射減衰角θＳＰの経時変化、すなわちセンシング物質と被検体溶液中の被検体との結合状態の経時変化または解離状態の経時変化を反映する変化量Ｒを算出する。
【００４５】
なお、信号処理部65では、測定開始から所定時間経過後に、結合状態に測定を終了し、また解離状態の測定を行う場合には、測定から所定時間経過後の解離状態の測定を終了し、変化量Ｒの経時変化を示すセンサーグラムに基づいて、該センサーグラムへフィッティングする速度方程式である結合曲線および解離曲線を求める。また、センサーグラム、結合曲線、解離曲線、結合曲線から求めた結合速度定数および解離曲線から求めた解離速度定数を表示部62へ出力する。
【００４６】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる表面プラズモン共鳴による全反射減衰角θＳＰの角度変化量の測定動作について説明する。まず、スライドブロック101を移動させ、所望の測定ユニット10を測定位置、すなわち左右からレーザ光源31と、入射光学系を構成する集光レンズ32および光検出器40とによりはさまれる位置に移動させる。
【００４７】
まず、実際の測定に先立ち基準光強度分布を取得する。切り替えポンプ76により、チューブ74へエアー供給路80が接続され、測定ユニット10の測定流路76へエアーを供給する。なお、測定流路76がエアーにより充填された時点で、エアーの供給を停止する。
【００４８】
この状態で、レーザ光源31が駆動され、そこから発せられたｐ偏光光ビーム30が前述のように収束する状態で、誘電体ブロック11と金属膜12との界面12ａに入射する。この界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30は、光検出器40によって検出される。
【００４９】
本例における光検出器40は、複数のフォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……が１列に配設されてなるフォトダイオードアレイであり、図１の図示面内において、ｐ偏光光ビーム30の進行方向に対してフォトダイオード配設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。したがって、上記界面12ａにおいて種々の反射角で全反射したｐ偏光光ビーム30の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……が受光することになる。
【００５０】
上記フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……の各出力は、それぞれサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ……に出力され、所定のタイミングでサンプルホールドされ、マルチプレクサ53に入力される。マルチプレクサ53は、サンプルホールドされた各フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ…の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器54に入力する。Ａ／Ｄ変換器54はこれらの出力をデジタル化して、基準光強度分布として、フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ…と対応付けて、記憶部66へ記憶する。
【００５１】
図６は、界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30の入射角θ毎の光強度分布と、フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……の出力との関係を説明するものである。測定流路76へエアーが充填されている場合には、全反射減衰角θＳＰはｐ偏光光ビーム30の入射角θの範囲に入らないため、図６に示す光強度分布は全反射減衰の状態を反映していない基準光強度分布となる。なお、基準光強度分布を取得する際に、測定流路76に充填する物質はエアーに限定されるものではない。たとえば、濃度の濃いバッファ液（５０％ＤＭＳ０溶液）等を充填してもよい。
【００５２】
また、全反射減衰の状態が異なる複数の試料を順次測定流路76へ充填し、界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30の光強度分布を取得し、取得された複数の光強度分布に基づいて基準光強度分布を取得してもよい。このような全反射減衰の状態が異なる複数の試料の一例としては、センシング物質+濃度の異なるバッファ液を上げることができる。バッファ液として、５％ＤＭＳ０溶液、１５％ＤＭＳ０溶液、２５％ＤＭＳ０溶液の３種類の濃度の溶液を準備し、各濃度のバッファ液を測定流路76へ充填した状態で、図７の（Ａ）から（Ｃ）に示すような、界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30の光強度分布を取得し、これらの光強度分布を図８の（Ａ）に示すように重畳し、フィッティング処理により図８の（Ｂ）に示すような全反射減衰の状態を反映していない、すなわちｐ偏光光ビーム30そのものの光強度分布である基準光強度分布を算出し、記憶部66へ記憶すればよい。
【００５３】
なお、例えばバルク補正を行うために、実際の測定に先立ち順次濃度の異なるバッファ液を用いた測定を行う場合などには、これらの測定を行う際に取得された光強度分布に基づいて基準光強度分布を取得してもよく、簡便に基準光強度分布を取得することができる。また、ｐ偏光光ビーム30の入射角θの範囲が広く、エアーあるいは濃度を調整したバッファ液等を測定流路76へ充填しても、ｐ偏光光ビーム30の入射角θの範囲内に全反射減衰角θＳが入ってしまう場合等であっても、基準光強度分布を容易に取得することができる。
【００５４】
また、このように複数の光強度分布に基づいて、基準光強度分布を取得する場合には、実際に測定を行っている最中に取得した光強度分布をも使用して基準光強度分布を求めてもよい。すなわち、基準光強度分布が順次更新されて記憶されるようにしてもよい。
【００５５】
さらに、各測定ユニット10の光特性がほぼ均一である場合であれば、実際に測定を行う測定ユニット10以外の測定ユニット10を用いて取得した基準光強度分布を用いてもよい。例えば本発明による全反射減衰を利用した測定装置が出荷される前に、基準光強度分布を測定し、記憶部66へ記憶させておいてもよい。このような場合には、測定毎に基準光強度分布を取得する手間および時間が不要となり、測定の効率が向上する。
【００５６】
次に実際の測定を行う際の動作を説明する。切り替えポンプ76により、チューブ74へ被検体溶液供給路78が接続され、測定ユニット10の測定流路76へ被検体溶液を供給する。なお、測定流路76が被検体溶液により充填された時点で、被検体溶液の供給を停止する。以後の測定は、測定流路76が被検体溶液により充填された状態で行われる。
【００５７】
なお、測定時間ｔは、測定ユニット10に被検体溶液が供給された時点を基準に、不図示のタイマーにより計測されている。
【００５８】
この状態で、基準光強度を測定する場合と同様に、レーザ光源31が駆動され、そこから発せられたｐ偏光光ビーム30が前述のように収束する状態で、誘電体ブロック11と金属膜12との界面12ａに入射する。この界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30は、光検出器40によって検出される。光検出器40のフォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……の各出力は、それぞれサンプルホールド回路52ａ、52ｂ、52ｃ……に出力され、所定のタイミングでサンプルホールドされ、マルチプレクサ53に入力される。マルチプレクサ53は、サンプルホールドされた各フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ…の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器54に入力する。Ａ／Ｄ変換器54はこれらの出力をデジタル化して、光強度分布として、フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ…と対応付けて信号処理部65へ出力する。
【００５９】
ここで、ｐ偏光光ビーム30の界面12ａへの入射角θと上記光強度Ｉとの関係は、図９の（Ａ）のグラフに示すようなものとなる。界面12ａにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜12とセンシング物質14との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。つまりθＳＰが全反射減衰角であり、この角度θＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を取る。この反射光強度Ｉの低下は、図３にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００６０】
信号処理部65の全反射減衰情報生成部63では、図９の（Ａ）に示すような光検出器40の各フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ…から出力された個々の分布値を、図８の（Ｂ）に示すような記憶部66に記憶されている基準光強度分布の各フォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ…に対応する個々の分布値により除算して、図９の（Ｂ）に示すような全反射減衰情報を算出し、この全反射減衰情報から全反射減衰角θＳＰを算出する。なお、この際には、図９の（Ｃ）に示すような全反射減衰情報を示すグラフの最小値を算出してもよいし、あるいは凹部の重心を算出してもよい。
【００６１】
前述したように測定ユニット10の金属膜12（図３参照）に接しているセンシング物質14と被検体が結合すると、センシング物質14の屈折率が変化して、全反射減衰角θＳＰの角度も変化する。ここで、測定ユニット10の測定流路76に被検体溶液を供給して最初の測定を行ったときの全反射減衰角θＳＰをθＳＰ（０s）とし、測定開始からt秒経過後の全反射減衰角θＳＰをθＳＰ（ｔs）とし、θＳＰ（ｔs）とθＳＰ（０s）との差分を求め全反射減衰角θＳＰの変化量Ｒと定義する。すなわち
時間ｔにおける  Ｒ＝θＳＰ（ｔs）−θＳＰ（０s）
とする。このとき、この変化量Ｒは、全反射減衰角θＳＰの経時変化を示すもの、すなわちセンシング物質と被検体溶液中の被検体との結合状態の経時変化を反映するものとなる。なお、測定毎に変化量Ｒはそのときの測定時間ｔと対応して、信号処理部65の記憶部66へ記憶される。また、同時に表示部62へも出力され、図１０に示すような経過時間ｔと変化量Ｒの関係を示す図（センサーグラム）が順次表示される。すなわち測定中は測定が行われた時点までの変化量Ｒが表示される。なお、図１０では、横軸（時間）の単位は秒であり、縦軸（変化量Ｒ）の単位はRU（レゾナンスユニット）であり、1000RUが角度0．1度に対応している。
【００６２】
さらに、信号処理部65は、測定ユニット10の測定開始から所定時間経過後に結合状態の測定を終了し、センサーグラムへ速度方程式をフィッティングして結合曲線を求め、また該結合曲線から結合速度定数を取得し、結合曲線および結合定数を表示部62へ出力する。表示部62では、センサーグラムに加え、結合曲線および結合速度定数を表示する。なお、必要に応じて、センシング物質情報や、被検体溶液情報等の種々の情報を表示することが好ましい。
【００６３】
次に、測定流路76内の被検体溶液をバッファ液に置き換え、解離状態を判定する場合の動作について説明する。結合状態の測定の終了後、切り替えポンプ77により、チューブ74へバッファ液供給路79が接続され、測定ユニット10の測定流路76へバッファ液が供給される。なお、測定流路76がバッファ液により充填された時点で、バッファ液の供給を停止する。以後の測定は、測定流路76がバッファ液により充填された状態で行われる。なお、バッファ液を供給する前に僅かなエアー（気泡）を供給し、被検体溶液とバッファ液とを気泡で区切るようにしてバッファ液を充填してもよい。このように、被検体溶液とバッファ液とを気泡で区切ることにより、両液が混合することを防止できる。なお、この置き換えは、手動操作により行ってもよいし、測定手段61および切り替えポンプ77と接続されている不図示の制御手段による自動操作により行ってもよい。
【００６４】
解離状態を測定する場合にも、0.5秒毎に全反射減衰角θＳＰの変化量Ｒを測定し、センサーグラムを表示部62へ表示する。所定時間経過後に測定を終了し、表示部62では、センサーグラムに加え、解離曲線および解離速度定数を表示する。なお、必要に応じて、センシング物質情報や、被検体溶液情報等の種々の情報を表示することが好ましい。
【００６５】
以上の説明で明らかなように、第１の実施形態である表面プラズモン測定装置では、ｐ偏光光ヒ゛ーム30を界面12ａへ入射させ、ｐ偏光波を用いて測定した全反射減衰の状態を反映する光強度分布の分布値を、ｐ偏光波を用いて測定した基準光強度分布により除算することにより、光ビームの光強度分布のばらつきの影響を相殺して、全反射減衰角θＳＰの位置を高精度に検出するので、ｐ偏光波からなる光ビームを使用でき、また界面で全反射した光ビームをｐ偏光波とｓ偏光波へ分離する分離手段を設ける必要もなく、小型で安価な装置で、簡便にかつ高精度に全反射減衰の状態を測定することができる。
【００６６】
また、界面12ａで全反射したp偏光光ビーム30内には全反射減衰の状態が反映しない試料を、測定ユニット10の薄膜層へ接触させ、界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30の光強度分布を検出することにより、基準光強度分布を取得すれば、1回の検出により高精度な基準光強度分布を取得することができる。
【００６７】
また、全反射減衰の状態が異なる複数の試料を測定ユニット10の薄膜層へ順次接触させ、界面12ａで全反射したｐ偏光光ビーム30の光強度分布を順次検出し、検出された複数の光強度分布に基づいて基準光強度分布を取得すれば、界面12ａで全反射したp偏光光ビーム30内には全反射減衰の状態が反映しない試料を準備する必要がなく、より簡便に基準光強度分布を取得することができる。
【００６８】
次に、図１および図１１を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施の形態の全体構成は第１の実施形態とほぼ同様であるため、図１において、異なる構成部の番号のみ図中に付記する。また図１１においては、図３中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００６９】
この第２実施形態の全反射減衰を利用した測定装置は、先に説明した漏洩モードセンサーであり、測定ユニット90を用いるように構成されている。この測定ユニット90の誘電体ブロック11の一面（図中の上面）にはクラッド層91が形成され、さらにその上には光導波層92が形成されている。
【００７０】
誘電体ブロック11は、例えば合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラッド層91は、誘電体ブロック11よりも低屈折率の誘電体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また光導波層92は、クラッド層91よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層91の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合で36.5ｎｍ、光導波層92の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００７１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、レーザ光源31から出射したｐ偏光光ビーム30を誘電体ブロック11を通してクラッド層91に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該ｐ偏光光ビーム30が誘電体ブロック11とクラッド層91との界面91ａで全反射するが、クラッド層91を透過して光導波層92に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層92を導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層92に取り込まれるので、上記界面91ａで全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【００７２】
光導波層92における導波光の波数は、該光導波層92の上のセンシング物質14の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、センシング物質14と被検体間の結合の状態を測定することができる。また、光検出器40の検出値に基いて各測定ユニット90における、全反射減衰の状態の経時変化を反映する変化量Ｒを測定することができる。
【００７３】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、ｐ偏光光ヒ゛ーム30を界面91ａへ入射させ、ｐ偏光波を用いて測定した全反射減衰の状態を反映する光強度分布の分布値を、ｐ偏光波を用いて測定した基準光強度分布により除算することにより、光ビームの光強度分布のばらつきの影響を相殺して、全反射減衰角θＳＰの位置を高精度に検出するので、ｐ偏光波からなる光ビームを使用でき、また界面で全反射した光ビームをｐ偏光波とｓ偏光波へ分離する分離手段を設ける必要もなく、小型で安価な装置で、簡便にかつ高精度に全反射減衰の状態を測定することができる。また、他の効果に関しても、第１の実施形態と同様の効果を得られる。
【００７４】
なお各実施の形態では、種々の入射角を得るために、ｐ偏光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ｐ偏光光ビームを界面に収束光状態で入射させて測定を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、比較的細いｐ偏光光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよく、この場合には、入射したｐ偏光光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化するｐ偏光光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出することができる。
【００７５】
また、光検出器として、複数のフォトダイオード40ａ、40ｂ、40ｃ……が１列に配設されてなるフォトダイオードアレイを用いたが、これに限定されるものではなく、例えばアレイ状のＣＣＤ撮像素子等も使用することができる。また、光検出器としては多数の光電変換素子が２次元状に配列された２次元光検出器、例えば２次元ＣＣＤ撮像素子等を用いることもできる。この場合には、基準光強度分布も２次元状態で記憶し、各光電変換素子毎に、測定した光強度分布を、基準光強度分布により除算して、全反射減衰情報を取得すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモンセンサーの全体図
【図２】上記表面プラズモンセンサーに用いられるユニット連結体の概略構成図
【図３】上記表面プラズモンセンサーの要部を示す一部破断側面図
【図４】上記表面プラズモンセンサーに用いられる流路ユニットの概略構成図
【図５】上記表面プラズモンセンサーに用いられる測定手段のブロック図
【図６】基準光強度分布を示す図
【図７】光強度分布を示す図
【図８】基準光強度分布を示す図
【図９】全反射減衰情報を示す図
【図１０】センサーグラムを示す図
【図１１】本発明の第２の実施形態による漏洩モードセンサーの要部を示す一部破断側面図
【符号の説明】
【００７７】
10、90    測定ユニット
11    誘電体ブロック
12    金属膜
12ａ  誘電体ブロックと金属膜との界面
13    被検体溶液保持枠
14    センシング物質
16    デキストラン層
30    ｐ偏光光ビーム
31    レーザ光源
32    集光レンズ
40    光検出器
43    出力回路
61    測定手段
62    表示部
63    全反射減衰情報生成部
65    信号処理部
66    記憶部
70    流路ユニット
91    クラッド層
91ａ  誘電体ブロックとクラッド層との界面
92    光導波層
【図１】
2006098369.tif 000004
【図２】
2006098369.tif 000005
【図３】
2006098369.tif 000006
【図４】
2006098369.tif 000007
【図５】
2006098369.tif 000008
【図６】
2006098369.tif 000009
【図７】
2006098369.tif 000010
【図８】
2006098369.tif 000011
【図９】
2006098369.tif 000012
【図１０】
2006098369.tif 000013
【図１１】
2006098369.tif 000014