(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上に配置された複数の測定部の感度の均一性を向上させることができるセンサ基板を提供する。【解決手段】センサ基板は、基板１１上に配置された複数の測定部を備え、複数の測定部の各々は、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属ナノ構造１２１を備え、金属ナノ構造１２１の表面プラズモン共鳴の増強特性は金属ナノ構造１２１に照射される励起光の偏光方向に依存し、照射位置１１ｄに第１の測定部１２０１が配置された第１の状態において所定の偏光方向を有する励起光を照射位置１１ｄに照射した場合に第１の測定部１２０１で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性と、第１の状態から基板１１が回転することで第２の測定部１２０２が照射位置１１ｄに配置された第２の状態において励起光を照射位置１１ｄに照射した場合に第２の測定部１２０２で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性とは等しい。【選択図】図１０
2019117140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に垂直な直線を回転軸として回転可能に配置された基板と、
前記基板の前記主面上に配置された、第１の測定部及び第２の測定部を含む複数の測定部と、を備え、
前記複数の測定部の各々は、複数の突起部で構成される金属微細構造体であって、励起光が照射されることにより表面プラズモン共鳴を生じさせる金属微細構造体を備え、
前記金属微細構造体の表面プラズモン共鳴の増強特性は、前記金属微細構造体に照射される励起光の偏光方向に依存し、
所定の偏光方向を有する励起光が照射される照射位置に前記第１の測定部が配置された第１の状態において前記励起光を前記照射位置に照射した場合に、前記第１の測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性と、前記第１の状態から前記基板が回転することで前記第２の測定部が前記照射位置に配置された第２の状態において、前記励起光を前記照射位置に照射した場合に前記第２の測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性とは等しい、
センサ基板。
【請求項２】
前記第１の状態から前記第２の状態に前記基板を回転させた場合に、前記第１の状態での前記第１の測定部における前記複数の突起部と、前記第２の状態での前記第２の測定部における前記複数の突起部とは、平面視においてそれぞれ重なるように配置されている、
請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項３】
前記複数の測定部は、第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の自然数）の測定部からなり、
前記第１〜前記第Ｍの測定部は、前記基板の前記主面上に、前記回転軸に対してＭ回転対称に配置され、
前記第１の状態から３６０（Ｎ−１）／Ｍ度（Ｎは１からＭまでの整数）前記基板が回転することで第Ｎの測定部が前記照射位置に配置された第Ｎの状態において、前記励起光を前記照射位置に照射した場合に、前記第Ｎの測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性は、Ｎが１からＭまでにおいてすべて等しい、
請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項４】
前記基板は、前記回転軸に対して回転対称な形状を有し、
平面視において、前記複数の突起部の配置及び形状の少なくとも一方は方向依存性を有し、
前記複数の測定部において、前記複数の突起部によって定まる前記金属微細構造体の方向は、前記基板の周方向に対して一定である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ基板。
【請求項５】
前記金属微細構造体は、ラインアンドスペース構造を有し、
前記複数の測定部において、前記金属微細構造体のライン方向は、前記基板の周方向に対して一定である、
請求項４に記載のセンサ基板。
【請求項６】
前記照射位置において、前記複数の測定部の各々の金属微細構造体のライン方向は、前記所定の偏光方向に垂直である、
請求項５に記載のセンサ基板。
【請求項７】
前記金属微細構造体には、計測対象分子と結合する固定化抗体が固定化されている、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ基板。
【請求項８】
計測対象分子の濃度を計測する計測装置であって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ基板と、
前記複数の測定部の各々に、前記計測対象分子を含む被検溶液を供給する供給手段と、
前記基板を回転させることで、前記被検溶液が供給された前記複数の測定部を個別に前記照射位置に移動させる回転手段と、
前記照射位置に、前記所定の偏光方向を有する励起光を照射する光源と、
前記照射位置に配置された測定部で発生した表面増強蛍光のスペクトルを検出する分光検出器と、
前記分光検出器の出力信号に基づき、前記被検溶液中の前記計測対象分子の濃度を算出する制御器と、を備える、
計測装置。
【請求項９】
前記金属微細構造体には、前記計測対象分子と結合する固定化抗体が固定化されており、
前記被検溶液は、前記計測対象分子と結合する、蛍光標識された標識抗体を含み、
前記複数の測定部の各々では、前記励起光が照射されたときに、前記固定化抗体に結合した前記計測対象分子に結合した前記標識抗体で蛍光が発生し、当該蛍光が前記表面プラズモン共鳴によって増強されることで前記表面増強蛍光が発生する、
請求項８に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属微細構造体（以下、金属ナノ構造という）を有する複数の測定部を備えるセンサ基板、及びこれを用いた計測装置に関する。ここで、金属ナノ構造は、測定部で発生したラマン散乱光や蛍光を局在化表面プラズモン共鳴の作用によって増強する。特に、計測対象分子と結合する蛍光標識抗体の蛍光を検出する表面増強蛍光分光法（Surface Enhanced Fluorescence Spectroscopy）により、計測対象分子の濃度を計測するためのセンサ基板及び計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンパク質の濃度を計測する技術として、表面増強蛍光を利用した技術がある。これは溶液を流す流路内に金属ナノ構造を形成した領域を設け、この金属ナノ構造上に計測対象分子と結合する抗体（以下、固定化抗体という）を固定化する。この流路に、計測対象分子と蛍光標識された抗体（以下、標識抗体という）を含むサンプル溶液を滴下すると、標識抗体と結合した計測対象分子が固定化抗体に捕捉される。ここに、金属ナノ構造が局在化表面プラズモン共鳴を起こす波長の光（以下、励起光という）を照射すると、標識抗体で発生した蛍光が増強され表面増強蛍光となる。この局在化表面プラズモン共鳴による蛍光の増強の程度を増強度と呼ぶ。表面増強蛍光の強度は、当該計測対象分子の濃度の増加に応じて増加する。増強度は１〜３桁（つまり１０〜１０００倍）程度なので、表面増強蛍光は、通常の蛍光よりも１〜３桁程度高い強度を示す。従って、通常の蛍光では計測できないような低濃度の計測対象分子も計測できる（特許文献１参照）。
【０００３】
また、金属ナノ構造を有する検出領域（以下、測定部ということもある）をディスク上に配置したディスク型センサデバイスでは、ディスクを回転させた際の遠心力を利用して中心から径方向外側へ被検溶液を金属ナノ構造からなる検出領域に送液する技術もある（特許文献２参照）。
【０００４】
この様に、ディスク上に金属ナノ構造を配置することで、複数の検出領域を設けることができ、１枚のディスクで複数回計測することが可能になる。この際、検出領域で発生した蛍光等を検出するための光学系を移動させること無く、ディスクを回転させるだけで、利用する検出領域を選択でき、動作機構が簡易になる。また、ディスクを回転させるだけで被検溶液を送液できるので、ポンプやバルブが不用になる。さらに、検出領域を全て使用し尽くした場合は、ディスクを交換するだけで、計測を継続できるので、使い勝手も良い。上記の理由から、金属ナノ構造を有する検出領域をディスク上に複数配置したディスク型センサデバイスは、金属ナノ構造の増強効果で高感度なだけでなく、実用性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９７６５号公報
【特許文献２】特開２０１４−４８０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、ディスク上に配置された複数の検出領域において、計測対象分子の濃度と表面増強蛍光の強度との関係（以下、感度という）にばらつきが生じる場合がある。
【０００７】
そこで、本開示は、基板上に配置された複数の測定部の感度の均一性を向上させることができるセンサ基板等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係るセンサ基板は、主面に垂直な直線を回転軸として回転可能に配置された基板と、前記基板の前記主面上に配置された、第１の測定部及び第２の測定部を含む複数の測定部と、を備え、前記複数の測定部の各々は、複数の突起部で構成される金属微細構造体であって、励起光が照射されることにより表面プラズモン共鳴を生じさせる金属微細構造体を備え、前記金属微細構造体の表面プラズモン共鳴の増強特性は、前記金属微細構造体に照射される励起光の偏光方向に依存し、所定の偏光方向を有する励起光が照射される照射位置に前記第１の測定部が配置された第１の状態において前記励起光を前記照射位置に照射した場合に、前記第１の測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性と、前記第１の状態から前記基板が回転することで前記第２の測定部が前記照射位置に配置された第２の状態において、前記励起光を前記照射位置に照射した場合に前記第２の測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性とは等しい。
【０００９】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様に係るセンサ基板は、基板上に配置された複数の測定部の感度の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る計測装置の構成図
【図２】実施の形態に係るセンサ基板の平面図
【図３】実施の形態に係るセンサ基板の分解斜視図
【図４】実施の形態に係るセンサ基板の第１の測定部の平面図
【図５】実施の形態に係るセンサ基板の第１の測定部の断面図
【図６】実施の形態における金属ナノ構造の部分斜視図
【図７】比較例における金属ナノ構造の配置を示すセンサ基板の平面図
【図８】比較例の照射位置における金属ナノ構造の方向を示す測定部の拡大平面図
【図９】実施の形態における金属ナノ構造の配置を示すセンサ基板の平面図
【図１０】実施の形態の照射位置における金属ナノ構造の方向を示す測定部の拡大平面図
【図１１】実施例における樹脂基板の部分断面図
【図１２】実施例における金属ナノ構造の部分断面図
【図１３】実施例に係るセンサ基板の金属ナノ構造の直交偏光及び平行偏光における反射スペクトル
【図１４Ａ】実施例において、ライン方向に直交する偏光方向を有し、かつ、６００ｎｍの波長を有する励起光を金属ナノ構造に照射したときに生じる電場強度の分布図
【図１４Ｂ】実施例において、ライン方向に平行な偏光方向を有し、かつ、６００ｎｍの波長を有する励起光を金属ナノ構造に照射したときに生じる電場強度の分布図
【図１５Ａ】実施例において、ライン方向に直交する偏光方向を有し、かつ、８００ｎｍの波長を有する励起光を金属ナノ構造に照射したときに生じる電場強度の分布図
【図１５Ｂ】実施例において、ライン方向に平行な偏光方向を有し、かつ、８００ｎｍの波長を有する励起光を金属ナノ構造に照射したときに生じる電場強度の分布図
【図１６】実施例において金属ナノ構造のホットスポットにおける電場強度の波長依存性を示すグラフ
【図１７】変形例に係るセンサ基板の平面図
【図１８】変形例に係るセンサ基板の金属ナノ構造の平面図
【図１９】変形例に係るセンサ基板の金属ナノ構造の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本開示の基礎となった知見）
発明者は、金属ナノ構造を有する複数の検出領域をディスク上に配置したディスク型センサ基板における複数の検出領域の感度のばらつきの原因の１つとして、励起光の偏光方向に対する金属ナノ構造の異方性にあることを発見した。具体的には、金属ナノ構造が方向依存性を有すると、ディスクを回転させることによって励起光の偏光方向が金属ナノ構造の方向に対して変化する。これにより、検出領域毎に局在化表面プラズモン共鳴の増強度が変化し、複数の検出領域の感度にばらつきが生じる。
【００１３】
より、詳細に以下に説明する。
【００１４】
表面増強蛍光法においては、金属ナノ構造上に固定化された固定化抗体が計測対象分子を介して標識抗体を捕捉して、標識抗体で発生した蛍光を増強している。この増強された蛍光即ち表面増強蛍光を検出して、この強度より計測対象分子の濃度を算出している。このように、金属ナノ構造で発生した局在化表面プラズモン共鳴による増強を利用した方法においては、検出領域毎に局在化表面プラズモン共鳴の増強度が異なると計測対象分子の濃度の定量精度が低下する。即ち、同一濃度の溶液を複数の検出領域で計測しても、それぞれの表面増強蛍光の強度が異なるので算出された計測対象分子の濃度も異なってしまう。言い換えると、複数の検出領域の感度の均一性は、各検出領域の金属ナノ構造における局在化表面プラズモン共鳴の増強度の均一性に依存する。
【００１５】
金属ナノ構造による増強は、金属ナノ構造で発生した局在化表面プラズモン共鳴によって引き起こされる。局在化表面プラズモン共鳴は、いわゆる共鳴波長の光を照射されることで発生する。金属ナノ構造が方向依存性を有する場合、この局在化表面プラズモン共鳴の増強特性は、照射光の偏光方向と金属ナノ構造の方向との間の相対角度によって変化する。つまり、局在化表面プラズモン共鳴の増強特性は、金属ナノ構造に照射される励起光の偏光方向に依存する。
【００１６】
そこで、本開示の一態様に係るセンサ基板は、主面に垂直な直線を回転軸として回転可能に配置された基板と、前記基板の前記主面上に配置された、第１の測定部及び第２の測定部を含む複数の測定部と、を備え、前記複数の測定部の各々は、複数の突起部で構成される金属微細構造体であって、励起光が照射されることにより表面プラズモン共鳴を生じさせる金属微細構造体を備え、前記金属微細構造体の表面プラズモン共鳴の増強特性は、前記金属微細構造体に照射される励起光の偏光方向に依存し、所定の偏光方向を有する励起光が照射される照射位置に前記第１の測定部が配置された第１の状態において前記励起光を前記照射位置に照射した場合に、前記第１の測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性と、前記第１の状態から前記基板が回転することで前記第２の測定部が前記照射位置に配置された第２の状態において、前記励起光を前記照射位置に照射した場合に前記第２の測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性とは等しい。
【００１７】
これによれば、第１の状態において励起光を照射位置に照射した場合に第１の測定部に生じる表面プラズモン共鳴の増強特性と、第２の状態において励起光を照射位置に照射した場合に第２の測定部に生じる表面プラズモン共鳴の増強特性とを等しくすることができる。したがって、基板の回転によって第１及び第２の測定部を移動させても、第１及び第２の測定部において、表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、第１及び第２の測定部の感度の均一性を向上させることができる。
【００１８】
また例えば、本開示の一態様に係るセンサ基板において、前記第１の状態から前記第２の状態に前記基板を回転させた場合に、前記第１の状態での前記第１の測定部における前記複数の突起部と、前記第２の状態での前記第２の測定部における前記複数の突起部とは、平面視においてそれぞれ重なるように配置されてもよい。
【００１９】
これによれば、基板を回転させたときに、第１及び第２の測定部における複数の突起部を照射位置で重ねることができる。つまり、照射位置において、第１の測定部における複数の突起部の形状及び配置と、第２の測定部における複数の突起部の形状及び配置とが平面視において合致する。したがって、第１及び第２の測定部において、表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、第１及び第２の測定部の感度の均一性を向上させることができる。
【００２０】
また例えば、本開示の一態様に係るセンサ基板において、前記複数の測定部は、第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の自然数）の測定部からなり、前記第１〜前記第Ｍの測定部は、前記基板の前記主面上に、前記回転軸に対してＭ回転対称に配置され、前記第１の状態から３６０（Ｎ−１）／Ｍ度（Ｎは１からＭまでの整数）前記基板が回転することで第Ｎの測定部が前記照射位置に配置された第Ｎの状態において、前記励起光を前記照射位置に照射した場合に、前記第Ｎの測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性は、Ｎが１からＭまでにおいてすべて等しくてもよい。
【００２１】
これによれば、第１〜第Ｍの測定部を回転軸に対してＭ回転対称に配置することができる。したがって、第１〜第Ｍの測定部において、表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、第１〜第Ｍの測定部の感度の均一性を向上させることができる。さらに、第１〜第Ｍの測定部を周方向に均等に配置することができ、隣り合う測定部間におけるクロスコンタミネーションを抑制することができる。
【００２２】
また例えば、本開示の一態様に係るセンサ基板において、前記基板は、前記回転軸に対して回転対称な形状を有し、平面視において、前記複数の突起部の配置及び形状の少なくとも一方は方向依存性を有し、前記複数の測定部において、前記複数の突起部によって定まる前記金属微細構造体の方向は、前記基板の周方向に対して一定であってもよい。
【００２３】
これによれば、複数の測定部において、複数の突起部によって定まる金属微細構造体の方向を基板の周方向に対して一定にすることができる。基板の周方向及び励起光の偏光方向は、基板の回転によって変化しない。したがって、基板を回転させても、照射位置において、各測定部の金属微細構造体の方向と励起光の偏光方向との間の角度は一定に保たれる。表面プラズモン共鳴の増強特性は、金属微細構造体の方向と励起光の偏光方向との間の角度に依存するので、複数の測定部において表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、複数の測定部の感度の均一性を向上させることができる。
【００２４】
また例えば、本開示の一態様に係るセンサ基板において、前記金属微細構造体は、ラインアンドスペース構造を有し、前記複数の測定部において、前記金属微細構造体のライン方向は、前記基板の周方向に対して一定であってもよい。
【００２５】
これによれば、ラインアンドスペース構造を有する金属微細構造体のライン方向を基板の周方向に対して一定にすることができる。したがって、複数の測定部において表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、複数の測定部の感度の均一性を向上させることができる。
【００２６】
また例えば、本開示の一態様に係るセンサ基板において、前記照射位置において、前記複数の測定部の各々の金属微細構造体のライン方向は、前記所定の偏光方向に垂直であってもよい。
【００２７】
これによれば、照射位置において、複数の測定部の各々の金属微細構造体のライン方向を、励起光の偏光方向に垂直にすることができる。ラインアンドスペース構造を有する金属微細構造体では、励起光の偏光方向がライン方向と垂直な場合に、表面プラズモン共鳴の増強度を極大化することができる。したがって、表面プラズモン共鳴の増強度を増加させ、複数の測定部の感度を向上させることができる。
【００２８】
また例えば、本開示の一態様に係るセンサ基板において、前記金属微細構造体には、計測対象分子と結合する固定化抗体が固定化されていてもよい。
【００２９】
これによれば、金属微細構造体に固体化抗体を固定化することができる。したがって、抗原抗体反応を利用した計測対象分子の濃度測定にセンサ基板を用いることができる。
【００３０】
また、本開示の一態様に係る計測装置は、計測対象分子の濃度を計測する計測装置であって、上記センサ基板と、前記複数の測定部の各々に、前記計測対象分子を含む被検溶液を供給する供給手段と、前記基板を回転させることで、前記被検溶液が供給された前記複数の測定部を個別に前記照射位置に移動させる回転手段と、前記照射位置に、前記所定の偏光方向を有する励起光を照射する光源と、前記照射位置に配置された測定部で発生した表面増強蛍光のスペクトルを検出する分光検出器と、前記分光検出器の出力信号に基づき、前記被検溶液中の前記計測対象分子の濃度を算出する制御器と、を備える。
【００３１】
これによれば、上記センサ基板を用いて計測対象分子の濃度を高精度に測定することができる。
【００３２】
また例えば、本開示の一態様に係る計測装置において、前記金属微細構造体には、前記計測対象分子と結合する固定化抗体が固定化されており、前記被検溶液は、前記計測対象分子と結合する、蛍光標識された標識抗体を含み、前記複数の測定部の各々では、前記励起光が照射されたときに、前記固定化抗体に結合した前記計測対象分子に結合した前記標識抗体で蛍光が発生し、当該蛍光が前記表面プラズモン共鳴によって増強されることで前記表面増強蛍光が発生してもよい。
【００３３】
これによれば、抗原抗体反応を利用して計数対象分子の濃度を高精度に測定することができる。
【００３４】
（実施の形態）
以下、実施の形態に関して図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３５】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３６】
なお、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００３７】
また、以下の実施の形態の説明に用いられる図面において、座標軸が示される場合がある。座標軸におけるＺ方向は、センサ基板の主面に垂直な方向である。Ｘ方向及びＹ方向は、Ｚ方向に垂直な平面状において互いに直交する方向である。Ｘ−Ｙ平面は、センサ基板の主面に平行な平面である。例えば、以下の実施の形態において、「平面視」とは、Ｚ方向から見ることを意味する。
【００３８】
［計測装置の構成］
まず、計測装置の全体の構成について図１を参照して説明する。図１は、実施の形態に係る計測装置１００の構成図である。
【００３９】
図１に示すように、計測装置１００は、センサ基板１０と、供給手段１３と、回転手段１４と、光源１５と、レンズ１６と、ロングパスフィルタ１７と、分光検出器１８と、制御器１９と、を備える。
【００４０】
センサ基板１０は、主面に垂直な直線を回転軸１１ａとして回転可能に配置された基板１１と、基板１１の同一の主面上に設けられた複数の測定部１２と、を備える。本実施の形態では、基板１１は、回転軸１１ａに対して回転対称な形状を有し、具体的にはディスク型の基板である。複数の測定部１２は、固定化抗体が固定化される金属ナノ構造を備える。センサ基板１０の詳細は図２及び図３を用いて後述する。
【００４１】
供給手段１３は、例えばポンプ及びバルブであり、蛍光標識された標識抗体と計測対象分子とを含む被検溶液１３１を複数の測定部１２に供給する。計測対象分子は、濃度が計測される分子であり、例えばウイルス由来の分子である。より具体的には、計測対象分子は、例えばインフルエンザウイルスの核タンパク（ＮＰ）である。なお、計測対象分子は、ウイルス由来の分子に限定される必要はなく、例えば細菌又はバクテリア由来の分子であってもよい。
【００４２】
固定化抗体及び標識抗体としては、例えばＩｇＧ抗体を用いることができる。なお、固定化抗体及び標識抗体は、ＩｇＧ抗体に限定される必要はなく、計測対象分子に結合する性質を有する抗体が用いられればよい。例えば、固定化抗体として、断片化されたＩｇＧ抗体、又はＶＨＨ抗体が用いられてもよい。ＶＨＨ抗体とは、ラクダ科動物（ラマ、アルパカ等）が有する重鎖抗体の可変領域であり、天然起源のシングルドメイン抗体である。
【００４３】
回転手段１４は、例えば電動モータであり、回転軸１１ａを中心に基板１１を回転させる。本実施の形態では、回転手段１４は、平面視において基板１１を右回りに回転させる。これにより、励起光１５１が照射される照射位置１１ｄが固定されていても、複数の測定部１２を順に照射位置１１ｄに移動することができるので、複数の測定部１２に個別に励起光１５１を照射することができる。
【００４４】
光源１５は、例えばレーザ光源であり、所定の偏光方向を有する励起光１５１をセンサ基板１０上の照射位置１１ｄに照射する。これにより、複数の測定部１２のうちの照射位置１１ｄに配置された測定部で表面増強蛍光１５２が発生する。ここでは、照射位置１１ｄは、基板１１の周方向及び径方向に対して固定された位置であり、所定の偏光方向も基板１１の周方向及び径方向に対して固定されている。
【００４５】
レンズ１６は、測定部で発生した表面増強蛍光１５２を集めて平行光１５３に変換する。平行光１５３は、厳密に平行光である必要はなく、実質的に平行光であればよい。つまり、平行光１５３は、略平行光である。また、なお、レンズ１６には励起光１５１も到達するので、平行光１５３には、励起光１５１の波長成分と、表面増強蛍光１５２の波長成分とが含まれる。
【００４６】
ロングパスフィルタ１７は、より短い波長の光を減衰させ、より長い波長の光を透過させる光学フィルタである。ここでは、ロングパスフィルタ１７は、励起光１５１の波長成分を減衰し、表面増強蛍光１５２の波長成分を透過させる。ロングパスフィルタ１７を透過した光（以下、フィルタ光１５４という）は、分光検出器１８に到達する。
【００４７】
分光検出器１８は、フィルタ光１５４を分光してスペクトルを検出する。つまり、分光検出器１８は、表面増強蛍光１５２のスペクトルを検出する。検出されたスペクトルは、出力信号として、制御器１９に出力される。
【００４８】
制御器１９は、例えばプロセッサ及びメモリを備えるコンピュータであり、分光検出器１８の出力信号に基づき、被検溶液１３１中の計測対象分子の濃度を算出する。さらに、制御器１９は、分光検出器１８、光源１５及び供給手段１３等の動作を制御する。
【００４９】
具体的には、制御器１９は、供給手段１３を制御して、蛍光標識された標識抗体及び計測対象分子を含む被検溶液１３１を複数の測定部１２の各々へ供給する。被検溶液１３１が供給された測定部では、標識抗体及び計測対象分子が結合した複合体が固定化抗体と結合する。この結合に要する時間が経過した後に、制御器１９は、被検溶液１３１を測定部から除去し、緩衝液等で測定部を洗浄することで、計測対象分子と結合しなかった標識抗体を測定部から排除する。次に、制御器１９は、光源１５を制御して、励起光１５１を照射位置１１ｄに照射する。制御器１９は、分光検出器１８を制御して、照射位置１１ｄに位置する測定部から発生した表面増強蛍光１５２を分光してスペクトルを検出する。そして、制御器１９は、分光検出器１８の出力信号である表面増強蛍光のスペクトルを解析して、計測対象分子の濃度を算出する。
【００５０】
［センサ基板の構成］
次に、センサ基板１０の構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は、実施の形態に係るセンサ基板１０の平面図である。図３は、実施の形態に係るセンサ基板１０の分解斜視図である。
【００５１】
図２に示すように、センサ基板１０は、ディスク型の基板１１と、第１〜第１２の測定部１２０１〜１２１２と、を備える。基板１１は、基板１１の中心を通り基板１１の主面１１ｅに垂直な直線を回転軸１１ａとして回転可能に配置される。第１〜第１２の測定部１２０１〜１２１２は、基板１１の主面１１ｅ上に、基板１１の周方向１１ｂに並んで配置されている。具体的には、第１〜第１２の測定部１２０１〜１２１２は、回転軸１１ａに対して１２回転対称に配置されている。
【００５２】
図２では、第１の測定部１２０１が照射位置１１ｄに配置された第１の状態が表されている。また図２では、代表的な径方向として、Ｘ軸及びＹ軸と平行な径方向１１ｃが表されている。
【００５３】
第Ｎの状態は、第１の状態から（Ｎ−１）θ度だけ基板１１を回転させて第Ｎの測定部が照射位置１１ｄに配置された状態と定義される。Ｎは、１〜Ｍまでの整数を取り得る。ここで、Ｍは、測定部の個数を示し、図２では１２である。θは、隣り合う測定部間の角度を示し、図２では、３０（＝３６０／Ｍ）度である。
【００５４】
また、図３に示すように、基板１１は、ベース基板１１１と、スペーサ１１２と、カバーシート１１３と、を備える。
【００５５】
ベース基板１１１は、例えばオレフィン等の樹脂基板である。ベース基板１１１には、基板１１の周方向に沿って複数の金属ナノ構造１２１が離散的に形成される。各金属ナノ構造１２１は、例えばナノインプリントによって形成された微細な複数の突起を金属膜で覆うことにより形成される。金属膜の成膜方法としては、例えば、電子ビーム（ＥＢ）蒸着、スパッタリング、又は真空蒸着が用いられる。
【００５６】
スペーサ１１２は、ベース基板１１１上に配置される。スペーサ１１２には、基板１１の周方向に沿って複数の流路１２２が離散的に形成される。ここでは、各流路１２２は、スペーサ１１２を貫通する、基板１１の径方向に延びる長円形状の孔である。複数の流路１２２は、ベース基板１１１上の複数の金属ナノ構造１２１に一対一で対応する位置に配置される。これにより、平面視において、各金属ナノ構造１２１は、対応する１つの流路内に配置される。
【００５７】
カバーシート１１３は、例えばガラス又は樹脂製の透明なシートであり、スペーサ１１２上に配置される。カバーシート１１３には、基板１１の径方向に並ぶ供給孔１２３及び排出孔１２４の複数のセットが基板１１の周方向に沿って離散的に形成される。ここでは、供給孔１２３及び排出孔１２４の各々は、カバーシートを貫通する円形状の孔である。各セットにおいて、供給孔１２３は、排出孔１２４よりも内側（つまり回転軸１１ａ側）に配置されている。
【００５８】
また、供給孔１２３及び排出孔１２４の複数のセットは、複数の流路１２２に一対一で対応する位置に配置される。これにより、平面視において、供給孔１２３及び排出孔１２４の各セットは、対応する１つの流路内に配置される。
【００５９】
これらの１つの金属ナノ構造１２１と、１つの流路１２２と、供給孔１２３及び排出孔１２４の１つのセットとによって、第１〜第１２の測定部１２０１〜１２１２の各々が構成されている。
【００６０】
［測定部の構成］
ここで、測定部の構成について図４及び図５を参照して説明する。図４は、実施の形態に係るセンサ基板１０の第１の測定部１２０１の平面図である。図５は、実施の形態に係るセンサ基板１０の第１の測定部１２０１の断面図である。具体的には、図５は、図４のＶ−Ｖ切断線における断面図である。
【００６１】
ここでは、第１の測定部１２０１について説明するが、特に断りがない限り、他の測定部（つまり、第２〜第１２の測定部１２０２〜１２１２）も第１の測定部１２０１と実質的に同一の構成を有する。
【００６２】
図４及び図５に示すように、第１の測定部１２０１は、金属ナノ構造１２１と、流路１２２と、供給孔１２３と、排出孔１２４と、を備える。
【００６３】
供給孔１２３には、供給手段１３によって、標識抗体及び計測対象分子を含む被検溶液１３１が滴下される。供給孔１２３から供給された被検溶液１３１は、基板１１の回転による遠心力によって流路１２２内を径方向１１ｃの外側（基板１１の周縁側）に進み、金属ナノ構造１２１に到達する。これにより、被検溶液１３１に含まれる標識抗体及び計測対象分子の複合体は、金属ナノ構造１２１に固定化された固定化抗体と結合する。
【００６４】
その後、排出孔１２４から流路１２２内の被検溶液１３１が排出され、金属ナノ構造１２１が洗浄される。これにより、計測対象分子と結合しなかった余剰な標識抗体が金属ナノ構造１２１から排除される。つまり、固定化抗体に結合した計測対象分子に結合した標識抗体が金属ナノ構造１２１内に残る。
【００６５】
［金属ナノ構造の構成］
次に、金属ナノ構造１２１の構成について図６を参照して説明する。図６は、実施の形態における金属ナノ構造１２１の部分斜視図である。
【００６６】
金属ナノ構造１２１は、オレフィン等の樹脂基板２０１と金属薄膜２０２とを備える。樹脂基板２０１の表面には、例えば、１０〜２０００ｎｍ程度の幅、及び１０〜４０００ｎｍ程度の高さを持つライン状の複数の突起が、突起の幅と同程度の間隔で配置されている。
【００６７】
金属薄膜２０２は、例えば金、銀、アルミ等の金属からなり、ＥＢ蒸着、スパッタリング、又は真空蒸着等により樹脂基板２０１の表面に成膜される。金属薄膜２０２の膜厚は、例えば１０〜１０００ｎｍ程度である。
【００６８】
このような樹脂基板２０１及び金属薄膜２０２により、金属ナノ構造１２１には、ライン上の複数の突起部２０３が形成される。つまり、金属ナノ構造１２１は、いわゆるラインアンドスペース構造を有する。このラインアンドスペース構造では、複数の突起部２０３の形状及び配置は方向依存性を有する。つまり、複数の突起部２０３は、ライン方向（Ｙ方向）に延びる形状を有しており、ライン方向と直交する方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。本実施の形態では、このような複数の突起部２０３によって定まる特定の方向を金属ナノ構造１２１の方向と定義する。例えば、図６の金属ナノ構造１２１において、ライン方向（図６のＹ方向）が金属ナノ構造１２１の方向と定義される。なお、基板１１の主面１１ｅ上においてライン方向と直交する方向（図６のＸ方向）が金属ナノ構造１２１の方向と定義されてもよい。
【００６９】
金属薄膜２０２上には、固定化抗体２１１が固定化されている。被検溶液１３１内の計測対象分子２１２は、蛍光分子２１４で標識された標識抗体２１３と結合し、さらに、固定化抗体２１１と結合する。これにより、標識抗体２１３と結合した計測対象分子２１２は、金属ナノ構造１２１に捕捉される。
【００７０】
計測対象分子２１２が捕捉された金属ナノ構造１２１に、特定の偏光方向を有する特定の波長の励起光１５１を照射すれば、金属ナノ構造１２１で局在化表面プラズモン共鳴が発生し、かつ、蛍光分子２１４から蛍光が発生する。そして、蛍光分子２１４から発生した蛍光が局在化表面プラズモン共鳴によって増強されることにより、表面増強蛍光１５２が発生する。この表面増強蛍光１５２の強度は、計測対象分子２１２の濃度及び金属ナノ構造１２１の局在化表面プラズモン共鳴の増強度に応じて変化する。つまり、計測対象分子２１２の濃度が一定であっても、金属ナノ構造１２１における局在化表面プラズモン共鳴の増強度が増加すれば、表面増強蛍光１５２の強度は増加する。すなわち、複数の測定部１２の感度は、金属ナノ構造１２１における局在化表面プラズモン共鳴の増強度に依存する。
【００７１】
なお、局在化表面プラズモン共鳴とは、光によって励起された金属ナノ粒子における集団的電荷振動である。局在化表面プラズモン共鳴は、表面プラズモン共鳴の一種であり、単に表面プラズモン共鳴と呼ばれる場合もある。
【００７２】
局在化表面プラズモン共鳴の共鳴波長及び増強度は、金属ナノ構造１２１のサイズ、金属種、及び表面粗さに依存する。例えば、図６では、局在化表面プラズモン共鳴の共鳴波長及び増強度は、複数の突起部２０３のライン幅、高さ、間隔、及び金属薄膜２０２の膜厚及び表面粗さに依存する。
【００７３】
また、局在化表面プラズモン共鳴の増強度は、複数の突起部の配置及び形状の少なくとも一方が方向依存性を有する場合には、照射される励起光の偏光方向によって変化する。つまり、複数の突起部が方向依存性を有する場合に、金属ナノ構造は、偏光方向に対して異方性を有する。このような偏光方向に対して異方的な金属ナノ構造の代表例としては、ラインアンドスペース構造がある。
【００７４】
逆に、複数の突起部が方向依存性を有しない場合に、金属ナノ構造は、偏光方向に対して等方性を有する。このような偏光方向に対して等方的な金属ナノ構造の代表例としては、平面視においてランダムに複数の突起部が配置された構造がある。また、平面視において同一の形状を有する複数の突起部が行列状に等間隔で配置された構造も、等方的な金属ナノ構造の一例である。
【００７５】
したがって、ラインアンドスペース構造を有する金属ナノ構造１２１では、局在化表面プラズモン共鳴の増強度は、励起光１５１の偏光方向によって変化する。つまり、金属ナノ構造１２１の表面プラズモン共鳴の増強特性は、金属ナノ構造１２１に照射される励起光１５１の偏光方向に依存する。したがって、複数の測定部の金属ナノ構造の配置によっては複数の測定部の感度が不均一となる場合もある。
【００７６】
［基板上の金属ナノ構造の配置］
そこで、基板１１上の各測定部１２の金属ナノ構造１２１における局在化表面プラズモン共鳴の増強特性を一定化して、複数の測定部１２の感度を均一化することができる、本実施の形態に係るセンサ基板１０について説明する。ここでは、比較例に係るセンサ基板と比較しながら、本実施の形態に係るセンサ基板の各測定部の金属ナノ構造の配置を説明する。
【００７７】
なお、図６に示すラインアンドスペース構造を有する金属ナノ構造１２１では、ライン方向と偏光方向との間の角度が大きい（つまり垂直に近い）ほど、局在化表面プラズモン共鳴の増強度が大きい。つまり、ライン方向と偏光方向との間の角度が小さいほど、局在化表面プラズモン共鳴の増強度が小さい。
【００７８】
ここで、まず、比較例に係るセンサ基板を図７及び図８を参照して説明する。図７は、比較例における金属ナノ構造の配置を示すセンサ基板２０の平面図である。図８は、比較例の照射位置における金属ナノ構造の方向を示す測定部の拡大平面図である。具体的には、図８の（ａ）は、第１の状態における第１の測定部２２０１の拡大平面図であり、図８の（ｂ）は、第２の状態における第２の測定部２２０２の拡大平面図である。図７及び図８において、金属ナノ構造２２１のハッチングの向きはライン方向を示す。
【００７９】
図７に示すように、比較例に係るセンサ基板２０は、主面２１ｅに垂直な直線を回転軸２１ａとして回転可能に配置された基板２１と、基板２１の主面２１ｅ上に配置された第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２と、を備える。第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２は、基板２１の周方向２１ｂに並んで配置されている。具体的には、第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２は、回転軸２１ａに対して１２回転対称に配置されている。
【００８０】
図７では、第１の測定部２２０１が照射位置２１ｄに配置された第１の状態が表されている。このような第１の状態において、第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２の金属ナノ構造のライン方向は、すべてＹ方向と平行である。つまり、第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２において、金属ナノ構造のライン方向は、基板２１の周方向２１ｂに対して一定ではない。言い換えると、第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２において、金属ナノ構造のライン方向と基板２１の径方向２１ｃとの間の角度は一定ではない。
【００８１】
この第１の状態において、Ｘ方向に平行な偏光方向を有する励起光が照射位置２１ｄに照射されれば、図８の（ａ）に示すように、第１の測定部２２０１の金属ナノ構造２２１のライン方向（Ｙ方向）は、励起光の偏光方向（Ｘ方向）に垂直となる。これにより、第１の測定部２２０１では、より大きな増強度を有する局在化表面プラズモン共鳴が発生する。
【００８２】
ところが、基板２１を３０度回転させて第２の測定部２２０２が照射位置２１ｄに配置される第２の状態では、図８の（ｂ）に示すように、第２の測定部２２０２の金属ナノ構造２２１のライン方向は、励起光の偏光方向（Ｘ方向）と６０度の角度をなす。したがって、第２の測定部２２０２では、第１の測定部２２０１より小さな増強度を有する局在化表面プラズモン共鳴が発生する。
【００８３】
この結果、第１の測定部２２０１と第２の測定部２２０２とでは、金属ナノ構造２２１の増強度が異なってしまう。特に、図示はしていないが、第４の測定部２２０４が照射位置２１ｄに配置される第４の状態では、金属ナノ構造２２１のライン方向と励起光の偏光方向が平行になる。この場合、第４の測定部２２０４では、局在化表面プラズモン共鳴の増強度が極小化する、又は、局在化表面プラズモン共鳴が発生しない。したがって、第１の測定部１２０１と第４の測定部１２０４とでは、金属ナノ構造２２１における局在化表面プラズモン共鳴の増強度が大きく異なってしまう。
【００８４】
このように、比較例に係るセンサ基板２０では、照射位置２１ｄにおいて第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２の金属ナノ構造２２１の方向と励起光の偏光方向との間の角度が変化する。そのため、第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２の局在化表面プラズモン共鳴の増強特性が変化する。その結果、第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２の感度のばらつきが大きくなる。
【００８５】
そこで、複数の測定部の感度を比較例よりも均一化させることができる本実施の形態に係るセンサ基板１０を、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、実施の形態における金属ナノ構造の配置を示すセンサ基板１０の平面図である。図１０は、実施の形態の照射位置における金属ナノ構造の方向を示す測定部の拡大平面図である。具体的には、図１０の（ａ）は、第１の状態における第１の測定部１２０１の拡大平面図であり、図１０の（ｂ）は、第２の状態における第２の測定部１２０２の拡大平面図である。図９及び図１０において、金属ナノ構造１２１のハッチングの向きは、ライン方向を示す。
【００８６】
図９に示すように、本実施の形態に係るセンサ基板１０では、第１〜第１２の測定部１２０１〜１２１２の金属ナノ構造１２１のライン方向は、すべて径方向１１ｃに対して垂直である。言い換えると、第１〜第１２の測定部２２０１〜２２１２において、金属ナノ構造のライン方向は、基板１１の周方向１１ｂに対して一定である。
【００８７】
第１の状態において、Ｘ方向に平行な偏光方向を有する励起光１５１が照射位置１１ｄに照射されれば、図１０の（ａ）に示すように、第１の測定部１２０１の金属ナノ構造１２１のライン方向（Ｙ方向）は、励起光１５１の偏光方向（Ｘ方向）に垂直となる。これにより、第１の測定部１２０１は、より大きな増強度を有する局在化表面プラズモン共鳴を発生させることができる。
【００８８】
また、基板２１を３０度回転させて第２の測定部１２０２が照射位置１１ｄに配置される第２の状態でも、図１０の（ｂ）に示すように、第２の測定部１２０２の金属ナノ構造１２１のライン方向（Ｙ方向）は、励起光１５１の偏光方向（Ｘ方向）に垂直となる。つまり、第１の状態から第２の状態に基板１１を回転させたときに、第１の状態での第１の測定部１２０１における複数の突起部２０３と、第２の状態での第２の測定部１２０２における複数の突起部２０３とは、平面視においてそれぞれ重なるように配置されている。言い換えると、第１の測定部１２０１の金属ナノ構造１２１と第２の測定部１２０２の金属ナノ構造１２１は、回転軸１１ａに対して回転対称に配置されている。これにより、第２の測定部１２０２では、第１の測定部１２０１と実質的に同じ増強度を有する局在化表面プラズモン共鳴が発生する。
【００８９】
このように、本実施の形態では、第１の状態において所定の偏光方向を有する励起光１５１を照射位置１１ｄに照射した場合に、第１の測定部１２０１で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性（以下、第１の増強特性という）と、第１の状態から基板１１が回転することで第２の測定部が照射位置１１ｄに配置された第２の状態において励起光１５１を照射位置１１ｄに照射した場合に、第２の測定部１２０２で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性（以下、第２の増強特性という）とは等しい。
【００９０】
特に、本実施の形態では、第１の状態から（３６０（Ｎ−１）／１２）度（Ｎは１から１２までの整数）基板が回転することで第Ｎの測定部が照射位置１１ｄに配置された第Ｎの状態において所定の偏光方向を有する励起光１５１を照射位置１１ｄに照射した場合に、第Ｎの測定部で生じる表面プラズモン共鳴の増強特性は、Ｎが１から１２までにおいてすべて等しい。
【００９１】
なお、増強特性が等しいという意味には、増強特性が厳密に等しい場合に加えて、増強特性が実質的に等しいとみなせる場合も含まれる。
【００９２】
（実施例）
次に、本実施の形態の実施例に係るセンサ基板１０を図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、実施例における樹脂基板２０１の部分断面図である。図１２は、実施例における金属ナノ構造１２１の部分断面図である。
【００９３】
本実施例では、図６における樹脂基板２０１として、オレフィンフィルムを用いた。樹脂基板２０１には、図１１に示すように、ライン幅＝１００ｎｍ、ライン高さ＝２００ｎｍ、ライン間隔（ピッチ）＝２００ｎｍの複数のライン状の樹脂突起を形成した。この樹脂基板２０１に金を蒸着することで、図１２に示すように、膜厚（Ａｕｔ）＝１７５ｎｍの金属薄膜２０２を形成した。
【００９４】
ここで、このように形成された金属ナノ構造の局在化表面プラズモン共鳴に基づく増強度の偏光依存性をＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain method）を用いてシュミュレーションした結果を、図１３〜図１６を参照して説明する。図１３は、実施例に係るセンサ基板１０の金属ナノ構造の直交偏光及び平行偏光における反射スペクトルを示すグラフである。
【００９５】
ここでは、励起光１５１の偏光方向がライン方向と直交している場合を直交偏光と定義する。また、励起光１５１の偏光方向がライン方向（Ｙ方向）と平行である場合を平行偏光と定義する。図１３では、直交偏光における反射スペクトルは実線で示され、平行偏光における反射スペクトルが破線で示されている。
【００９６】
図１３から明らかなように、平行偏光における反射スペクトルは、金薄膜の反射スペクトルとほぼ同じである。つまり、平行偏光における反射スペクトルでは、局在化表面プラズモン共鳴を示す反射スペクトルのへこみは見られない。
【００９７】
一方、直交偏光における反射スペクトルでは、局在化表面プラズモン共鳴を示す反射スペクトルのへこみが、波長＝６００ｎｍ及び８００ｎｍ付近に見られる。つまり、直交偏光では、局在化表面プラズモン共鳴の共鳴波長が６００ｎｍ及び８００ｎｍ付近であることがわかる。
【００９８】
図１４Ａは、ライン方向に直交する偏光方向を有し、かつ、６００ｎｍの波長を有する励起光１５１を金属ナノ構造１２１に照射したときに生じる電場強度の分布図である。図１４Ｂは、ライン方向に平行な偏光方向を有し、かつ、６００ｎｍの波長を有する励起光１５１を金属ナノ構造１２１に照射したときに生じる電場強度の分布図である。図１５Ａは、ライン方向に直交する偏光方向を有し、かつ、８００ｎｍの波長を有する励起光１５１を金属ナノ構造１２１に照射したときに生じる電場強度の分布図である。図１５Ｂは、ライン方向に平行な偏光方向を有し、かつ、８００ｎｍの波長を有する励起光１５１を金属ナノ構造１２１に照射したときに生じる電場強度の分布図である。
【００９９】
図１４Ａ〜図１５Ｂでは、ｘｚ平面における電場強度の２乗（（Ｖ／ｍ）２）の分布が示されている。この電場強度の２乗が、局在化表面プラズモン共鳴の増強度に相当する。つまり、図１４Ａ〜図１５Ｂは、局在化表面プラズモン共鳴の増強度の分布図である。ここで、凡例を表す濃淡バーの数値は、電場強度の２乗（（Ｖ／ｍ）２）を対数表示した値である。この凡例において、「１」は１０を示し、「２」は１００を示す。
【０１００】
図１４Ｂ及び図１５Ｂから明らかなように、平行偏光では、電場が増強されている領域は見られない。一方、図１４Ａ及び図１５Ａから明らかなように、直交偏光では、金属ナノ構造１２１のライン状の突起部の角及び隅付近に電場強度が大きい領域（例えばホットスポットＡ及びＢ）が見られる。
【０１０１】
図１６は、このホットスポットＡ及びＢにおける電場強度の２乗（（Ｖ／ｍ）２）の波長依存性を示すグラフである。図１６では、丸のデータポイントは、ホットスポットＡ（Ｘ＝５１ｎｍ、Ｚ＝１７６ｎｍ）の電場強度２乗を表す。四角のデータポイントは、ホットスポットＢ（Ｘ＝５１ｎｍ、Ｚ＝３７６ｎｍ）の電場強度の２乗を表す。実線は、直交偏光における電場強度の２乗を表す。破線は、平行偏光における電場強度の２乗を表す。
【０１０２】
図１６から明らかなように、直交偏光における電場強度の２乗は、平行偏光における電場強度の２乗よりも大きい。つまり、直交偏光における局在化表面プラズモン共鳴の増強度は、平行偏光における局在化表面プラズモン共鳴の増強度よりも大きい。
【０１０３】
例えば、共鳴波長付近である６００ｎｍの波長を有する励起光が照射された場合では、直交偏光における電場強度の２乗は、平行偏光における電場強度の２乗よりも１〜４桁（つまり１０〜１００００倍）程大きい。また、８００ｎｍの波長を有する光が照射された場合では、直交偏光における電場強度の２乗は、平行偏光における電場強度の２乗よりも２〜５桁（つまり１００〜１０００００倍）程大きい。これによれば、図７の比較例に係るセンサ基板２０において、波長が８００ｎｍの励起光１５１が第１の測定部２２０１及び第４の測定部２２０４に照射された場合、第１の測定部２２０１の局在化表面プラズモン共鳴の増強度は、第４の測定部２２０４の局在化表面プラズモン共鳴の増強度と比べて２〜５桁程異なることを意味する。一方、図９の本実施の形態に係るセンサ基板１０では、第１〜第１２の測定部１２０１〜１２１２において、局在化表面プラズモン共鳴の増強度に大きな違いは発生しない。
【０１０４】
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係るセンサ基板１０によれば、第１の状態において励起光１５１を照射位置１１ｄに照射した場合に第１の測定部１２０１に生じる表面プラズモン共鳴の増強特性と、第２の状態において励起光１５１を照射位置１１ｄに照射した場合に第２の測定部１２０２に生じる表面プラズモン共鳴の増強特性とを等しくすることができる。したがって、基板１１の回転によって第１の測定部１２０１及び第２の測定部１２０２を移動させても、第１の測定部１２０１及び第２の測定部１２０２において、表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、第１の測定部１２０１及び第２の測定部１２０２の感度の均一性を向上させることができる。
【０１０５】
また、本実施の形態に係るセンサ基板１０によれば、基板１１を回転させたときに、第１の測定部１２０１及び第２の測定部１２０２における複数の突起部２０３を照射位置１１ｄで重ねることができる。つまり、照射位置１１ｄにおいて、第１の測定部１２０１における複数の突起部２０３の形状及び配置と、第２の測定部１２０２における複数の突起部２０３の形状及び配置とが平面視において合致する。したがって、第１の測定部１２０１及び第２の測定部１２０２において、表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、複数の測定部の感度の均一性を向上させることができる。
【０１０６】
また、本実施の形態に係るセンサ基板１０によれば、第１〜第Ｍの測定部を回転軸に対してＭ回転対称に配置することができる。したがって、第１〜第Ｍの測定部において、表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、第１〜第Ｍの測定部の感度の均一性を向上させることができる。さらに、第１〜第Ｍの測定部を周方向に均等に配置することができ、隣り合う測定部間におけるクロスコンタミネーションを抑制することができる。
【０１０７】
また、本実施の形態に係るセンサ基板１０によれば、複数の測定部１２において、複数の突起部２０３によって定まる金属ナノ構造１２１の方向を基板１１の周方向１１ｂに対して一定にすることができる。基板１１の周方向１１ｂ及び励起光１５１の偏光方向は、基板１１の回転によって変化しない。したがって、基板１１を回転させても、照射位置１１ｄにおいて、複数の測定部１２の各々の金属ナノ構造１２１の方向と励起光１５１の偏光方向との間の角度は一定に保たれる。表面プラズモン共鳴の増強特性は、金属ナノ構造１２１の方向と励起光１５１の偏光方向との間の角度に依存するので、複数の測定部１２において表面プラズモン共鳴の増強特性を安定化でき、複数の測定部１２の感度の均一性を向上させることができる。
【０１０８】
また、本実施の形態に係るセンサ基板１０によれば、複数の測定部１２の金属ナノ構造１２１のライン方向を、基板１１の周方向に対して一定に配置することで、照射位置１１ｄにおいて、励起光１５１の偏光方向と、金属ナノ構造１２１のライン方向との相対角度を一定に保つことができ、局在化表面プラズモン共鳴の増強度を安定化できる。これにより複数の測定部の感度を均一化でき、計測装置１００の品質を向上することができる。
【０１０９】
また、本実施の形態に係るセンサ基板１０によれば、照射位置において、複数の測定部の各々の金属微細構造体のライン方向を、励起光の偏光方向に垂直にすることができる。ラインアンドスペース構造を有する金属微細構造体では、励起光の偏光方向がライン方向と垂直な場合に、表面プラズモン共鳴の増強度を極大化することができる。したがって、表面プラズモン共鳴の増強度を増加させ、複数の測定部の感度を向上させることができる。
【０１１０】
また、本実施の形態に係るセンサ基板１０によれば、照射位置において、複数の測定部１２の各々の金属ナノ構造１２１のライン方向を、励起光１５１の偏光方向に垂直にすることができる。ラインアンドスペース構造を有する金属ナノ構造１２１では、励起光１５１の偏光方向がライン方向と垂直な場合に、表面プラズモン共鳴の増強度を極大化することができる。したがって、表面プラズモン共鳴の増強度を増加させ、複数の測定部１２の感度を向上させることができる。
【０１１１】
（変形例）
以上、本発明の１つまたは複数の態様に係るセンサ基板及び計測装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、本発明の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【０１１２】
例えば、上記実施の形態では、局在化表面プラズモン共鳴による蛍光の増強効果を利用した計測方法にセンサ基板が用いられていたが、局在化表面プラズモン共鳴スペクトルの屈折率シフトを利用した計測方法にもセンサ基板を応用できる。
【０１１３】
なお、上記実施の形態では、基板はディスク型の基板であったが、基板の形状はこれに限らない。例えば、図１７の基板１１Ａのように、基板の形状は、多角形状であってもよい。
【０１１４】
なお、上記実施の形態では、平面視において、複数の突起部の配置及び形状の少なくとも一方が方向依存性を有する金属微細構造体の一例として、ラインアンドスペース構造を有する金属ナノ構造を説明したが、金属微細構造体はこれに限られない。例えば、平面視において、複数の突起部の配置及び形状のうちの一方のみが方向依存性を有してもよい。このような金属微細構造体の変形例について、図１８及び図１９を参照して説明する。
【０１１５】
図１８は、変形例に係るセンサ基板の金属ナノ構造１２１Ａの平面図である。図１８では、金属ナノ構造１２１Ａは、マトリックス状に配置された複数の突起部２０３Ａを備える。複数の突起部２０３Ａの形状は、平面視において円であり、方向依存性を有しない。一方、複数の突起部２０３ＡのＸ方向の第１ピッチとＹ方向の第２ピッチとは異なる。つまり、複数の突起部２０３Ａの配置は、平面視において方向依存性を有する。このような金属ナノ構造１２１Ａでも、局在化表面プラズモン共鳴の増強特性は、照射される光の偏光方向に依存する。したがって、この変形例に係るセンサ基板では、金属ナノ構造１２１Ａの第１ピッチの方向（Ｘ方向）又は第２ピッチの方向（Ｙ方向）が基板の周方向に対して一定となるように、複数の測定部が配置される。これにより、複数の測定部の感度の均一性を向上させることができる。
【０１１６】
図１９は、変形例に係るセンサ基板の金属ナノ構造１２１Ｂの平面図である。図１９では、金属ナノ構造１２１Ａは、マトリックス状に配置された複数の突起部２０３Ｂを備える。複数の突起部２０３ＢのＸ方向の第１ピッチとＹ方向の第２ピッチとは等しい。しかしながら、複数の突起部２０３Ｂの形状は、平面視においてＹ方向に延びる長円であり、方向依存性を有する。このような金属ナノ構造１２１Ｂでも、局在化表面プラズモン共鳴の増強特性は、照射される光の偏光方向に依存する。したがって、この変形例に係るセンサ基板では、金属ナノ構造１２１Ｂの突起部の短手方向（Ｘ方向）又は長手方向（Ｙ方向）が基板の周方向に対して一定となるように、複数の測定部が配置される。これにより、複数の測定部の感度の均一性を向上させることができる。
【０１１７】
なお、上記実施の形態では、測定部の数が１２であったが、これに限定されない。測定部の数は、２以上であればよく、例えば３であってもよいし、１００であってもよい。
【０１１８】
なお、上記実施の形態では、複数の測定部は、基板の回転軸に対して回転対称に配置されていたが、複数の測定部の配置はこれに限られない。例えば、複数の測定部は、基板の周方向に不等間隔に並べられてもよい。
【０１１９】
なお、上記実施の形態では、固定化抗体は、金属薄膜に直接的に固定化されていたが、間接的に固定化されてもよい。例えば、固定化抗体は、リンカー（例えば、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜））を介して金属薄膜に固定化されてもよい。
【０１２０】
なお、上記実施の形態では、計測装置１００は、レンズ１６と、ロングパスフィルタ１７と、を備えていたが、必ずしも備えなくてもよい。分光検出器１８が、レンズ１６及びロングパスフィルタ１７の機能を持ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本開示は、高精度に計測対象分子の濃度を計測することができるセンサ基板及び計測装置に用いられる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０、２０    センサ基板
１１、１１Ａ、２１    基板
１１ａ、２１ａ  回転軸
１１ｂ、２１ｂ  周方向
１１ｃ、２１ｃ  径方向
１１ｄ、２１ｄ  照射位置
１１ｅ、２１ｅ  主面
１２    測定部
１３    供給手段
１４    回転手段
１５    光源
１６    レンズ
１７    ロングパスフィルタ
１８    分光検出器
１９    制御器
１００  計測装置
１１１  ベース基板
１１２  スペーサ
１１３  カバーシート
１２１、１２１Ａ、１２１Ｂ、２２１  金属ナノ構造
１２２  流路
１２３  供給孔
１２４  排出孔
１５１  励起光
１５２  表面増強蛍光
１５３  平行光
１５４  フィルタ光
２０１  樹脂基板
２０２  金属薄膜
２０３、２０３Ａ、２０３Ｂ  突起部
２１１  固定化抗体
２１２  計測対象分子
２１３  標識抗体
２１４  蛍光分子
１２０１、２２０１  第１の測定部
１２０２、２２０２  第２の測定部
１２０３、２２０３  第３の測定部
１２０４、２２０４  第４の測定部
１２０５、２２０５  第５の測定部
１２０６、２２０６  第６の測定部
１２０７、２２０７  第７の測定部
１２０８、２２０８  第８の測定部
１２０９、２２０９  第９の測定部
１２１０、２２１０  第１０の測定部
１２１１、２２１１  第１１の測定部
１２１２、２２１２  第１２の測定部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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