(57)【要約】【課題】光源強度や、光結合度、外的環境の変動による影響を受けずにＳＰＲ現象による光の強度変化を検出可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ装置（１）は、光源（７）と、光源からの光を導波するコアおよびコアを被覆するクラッドを含む光導波路（３，３’）と、コアに接するように配置され、光源からの光により表面プラズモン共鳴現象が生じる金属層（４０）と、金属層の表面に形成され、被測定物質を含む溶液が滴下されて被測定物質と特異的に結合するセンサ膜（４１）と、光導波路の長手方向に沿った複数の位置における光導波路からの散乱光の強度を検知する散乱光検知部（８，８Ａ，８Ｂ）と、散乱光検知部により検知された散乱光の複数の強度値に基づいて、センサ膜に滴下された溶液中の被測定物質を定量する制御部（１１）とを有する。【選択図】図１
2015102459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を導波するコアおよび前記コアを被覆するクラッドを含む光導波路と、
前記コアに接するように配置され、前記光源からの光により表面プラズモン共鳴現象が生じる金属層と、
前記金属層の表面に形成され、被測定物質を含む溶液が滴下されて被測定物質と特異的に結合するセンサ膜と、
前記光導波路の長手方向に沿った複数の位置における前記光導波路からの散乱光の強度を検知する散乱光検知部と、
前記散乱光検知部により検知された散乱光の複数の強度値に基づいて、前記センサ膜に滴下された溶液中の被測定物質を定量する制御部と、
を有するセンサ装置。
【請求項２】
前記散乱光検知部は、前記光導波路における前記金属層より上流側の位置での散乱光の強度である上流側強度と、前記金属層より下流側の位置での散乱光の強度である下流側強度とを検知する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記上流側強度と前記下流側強度との比から、前記金属層での光の吸収量を求める、請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記光導波路の長手方向における距離と前記光導波路の透過光の強度との関係を記述する理論式のパラメータを前記上流側強度および前記下流側強度の値から決定することにより、前記金属層での光の吸収量を求める、請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記光導波路は光ファイバであり、
前記散乱光検知部は、前記光ファイバを取り囲み、当該光ファイバの長手方向に沿って配置された光センサアレイである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記光導波路は、前記コアが表面に露出するように平板状に形成され、
前記散乱光検知部は、前記コアに沿うように前記光導波路に隣接して配置された光センサアレイである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項７】
光源と、前記光源からの光を導波するコアおよび前記コアを被覆するクラッドを含む光導波路と、前記コアに接するように配置され、前記光源からの光により表面プラズモン共鳴現象が生じる金属層と、前記金属層の表面に形成され、被測定物質を含む溶液が滴下されて被測定物質と特異的に結合するセンサ膜とを有するセンサ装置を用いた測定方法であって、
前記光導波路の長手方向に沿った複数の位置における前記光導波路からの散乱光の強度を検知するステップと、
検知された散乱光の複数の強度値に基づいて、前記センサ膜に滴下された溶液中の被測定物質を定量するステップと、
を有する測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多重反射を用いる光導波路型のＳＰＲセンサが知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。ＳＰＲセンサは、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance）現象を利用した屈折率センサであり、例えば、サンプル溶液の濃度の測定や免疫反応の検出といった、化学分析や生物化学分析に用いられる。表面プラズモン共鳴は、サンプル溶液に接触している金属層の内表面に全反射角度以上で光が入射したときに、サンプル溶液の屈折率に応じた波長の光が吸収される現象である。
【０００３】
図１５は、従来の光導波路型のＳＰＲセンサ１００の模式図である。ＳＰＲセンサ１００は、光導波路１０３と、金属層１４０と、センサ膜１４１と、光源１０７と、光センサ１０８とを有する。光導波路１０３は、例えば円形断面を有する光ファイバであり、コア１３０とクラッド１３１を有する。金属層１４０とセンサ膜１４１は、コア１３０の一部の表面を取り囲むように重ねて形成されている。光導波路１０３の周囲には、センサ膜１４１に接触するようにサンプル溶液１０６が滴下される。
【０００４】
測定時には、光源１０７から光導波路１０３に光を入射させる。入射光が光導波路１０３内で全反射を繰り返しながら伝搬するときに、特定の波長の光により金属層１４０において表面プラズモン共鳴が発生する。センサ膜１４１は、サンプル溶液１０６に含まれる被測定物質を抗原として認識する抗体膜であり、被測定物質と特異的に結合する性質を有し、金属層表面のエバネッセント波が染み出した領域での屈折率を変化させる。このとき、金属層１４０では、コア１３０の屈折率、サンプル溶液１０６の屈折率および光の波長で決まる量の光吸収が生じる。以下では、表面プラズモン共鳴による金属層１４０での光の吸収量のことを「ＳＰＲ吸収量」という。光導波路１０３を通る光は、金属層１４０でＳＰＲ吸収により減衰し、最終的に出射面から出射され、光センサ１０８で検出される。
【０００５】
図１６（Ａ）は、入射光の波長λと光導波路の透過率Ｔとの関係を示すグラフである。表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、サンプル溶液の屈折率によって異なる。図１６（Ａ）に示すように、サンプル溶液の屈折率ｎが増加すると、ＳＰＲ吸収のピーク波長が長波長側にシフトする。
【０００６】
図１６（Ｂ）は、波長６６０ｎｍの入射光で測定されたサンプル溶液の屈折率ｎと透過率Ｔとの関係を示すグラフである。図１６（Ａ）に示すように、波長６６０ｎｍは、ＳＰＲ吸収のピーク波長より短波長の光である。ＳＰＲ吸収のピーク波長より短波長の光を光導波路に入射させた場合、サンプル溶液の屈折率ｎが増加すると、透過率Ｔが増加し、光導波路からの出射光強度が強くなる。
【０００７】
このため、光導波路からの出射光を光センサで検出し、透過光量や入射光に対する出射光のスペクトル変化を見ることにより、サンプル溶液による屈折率変化が測定される。さらに、サンプル溶液の屈折率はその濃度に依存するため、サンプル溶液の屈折率からサンプル溶液の濃度が求められる。すなわち、特定の波長の光を入射させたときの出射光強度を光センサで測定することで、透過率の値から、サンプル溶液中に含まれる被測定物質の量が求められる。
【０００８】
図１５のＳＰＲセンサ１００では光導波路１０３の透過光を測定するが、光導波路からの散乱光を測定して被測定物質を定量するＳＰＲセンサも知られている。例えば、特許文献３には、金属微小構造体を有するセンサ領域を表面上に一つ又は複数有しセンサ領域を照明する照明光を内部で導光可能な測定チップと、照明光となる光を出力する光源部と、センサ領域における金属微小構造体によって照明光が散乱された散乱光を検出する受光装置とを備えるセンシング装置が記載されている。また、特許文献４には、透明平板導光体の一対の主面の一方に１層の金属薄膜を形成してなるセンサチップおよびフローセルからなるセンサ部と、光源と、光源からの光を導光体の入射端面に入射させる光学系と、導光体の出射面からの出射光を検出する第１検出部と、一対の主面の他方からの出射光を検出する第２検出部とを有するＳＰＲセンサが記載されている。第２検出部は、ＬＰＲ（局在プラズモン共鳴）により散乱された光の総量を測定する。
【０００９】
一般に、ＳＰＲセンサで測定を行う際は、まずサンプル溶液を滴下する前の状態で出射光強度を測定し、その測定値をリファレンスとする。その後で、センサ膜にサンプル溶液を滴下し、出射光強度を測定する。そして、サンプル溶液の測定値とリファレンスとの差を求めることでサンプル溶液に基づくＳＰＲ吸収量を求め、予め測定された検量線、すなわちサンプル溶液中の被測定物質の量とＳＰＲ吸収量との関係を用いて、被測定物質を定量する。
【００１０】
一方、被測定物質がある状態で取得されたリファレンス値を用いてスペクトル差分から被測定物質を測定する方法が知られている。例えば、特許文献５には、内部反射回数が異なる条件で表面状態を測定すべきウエハなどの基板に赤外線を入射し、それぞれの条件について多重内部反射スペクトルを測定し、内部反射回数が少ない内部多重反射スペクトルをリファレンススペクトルとし、内部反射回数が多いものをサンプルスペクトルとして吸光度スペクトルを求める表面状態測定装置が記載されている。
【００１１】
特許文献５の装置では、異なる２つの入射角度で光を入射し、それらの出射光の相対的な強度変化を比較する。この装置では、実時間でリファレンスを取得するため、測定中に発生する変動要因を打ち消すことができる。特許文献５の装置は、シリコンウエハ上に付着した有機物質による汚染状態を把握するためにシリコンウエハを光導波路としてＳＰＲセンサを構成したものであるが、シリコンウエハをガラスやポリマーの光導波路と置き換えれば、液体中で用いられる光導波路型のＳＰＲセンサと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−００７６８７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２２９１５号公報
【特許文献３】特開２００９−１９２２５９号公報
【特許文献４】特開２００６−００３２１７号公報
【特許文献５】特許第４７９２２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
光導波路型のＳＰＲセンサでは、光源強度の変動や、光源と光導波路と光センサの間における光結合度の変動（アライメントのズレ）、温度・湿度などの外的環境の変化によって出射光強度が変化し、それが測定誤差となる。本来、リファレンスの測定とサンプルの測定は同時刻に行う必要があるが、実際には異なる時刻に行われるため、リファレンスを測定してからサンプルを測定するまでの間に生じた変動や、サンプルの測定中に生じた変動が測定誤差となる。
【００１４】
特許文献５の装置のようにサンプルがある状態でリファレンス値を取得する場合でも、２つの光路を交互に測定するため、厳密には異なる時刻における２つのスペクトルを用いて変動を打ち消すことになり、結局は測定誤差を含む可能性がある。同時刻に２つの光路におけるスペクトルを得るには、予め目的の光路に設置された２組の光源と赤外線分析装置が必要であり、コストが増加するとともに装置が大型化してしまう。
【００１５】
また、理想的な光導波路では、透過光強度の減衰はＳＰＲ吸収によるものであり、透過光強度の変化を求めることで、被測定物質を容易に定量することができる。一方、実際の光導波路では、コア−クラッド界面で生じる光の散乱により透過光強度が減衰し、光センサで受光される光強度が減少する。散乱による光強度減少はＳＰＲ吸収による光強度減少と区別できないため、透過光強度だけを測定する方法では、散乱光強度の変化がノイズとして透過光強度に加算されて、測定精度が悪化する。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、光源強度や、光結合度、外的環境などの変動による影響を受けずに表面プラズモン共鳴による光の強度変化を検出可能なセンサ装置を提供することである。また、本発明の目的は、光導波路での光の散乱があっても、本構成を有しない場合と比べて表面プラズモン共鳴による光の吸収量をより高精度に検出可能なセンサ装置を提供することである。また、本発明の目的は、より低コストかつ小型のセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係るセンサ装置は、光源と、光源からの光を導波するコアおよびコアを被覆するクラッドを含む光導波路と、コアに接するように配置され、光源からの光により表面プラズモン共鳴現象が生じる金属層と、金属層の表面に形成され、被測定物質を含む溶液が滴下されて被測定物質と特異的に結合するセンサ膜と、光導波路の長手方向に沿った複数の位置における光導波路からの散乱光の強度を検知する散乱光検知部と、散乱光検知部により検知された散乱光の複数の強度値に基づいて、センサ膜に滴下された溶液中の被測定物質を定量する制御部とを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るセンサ装置では、散乱光検知部は、光導波路における金属層より上流側の位置での散乱光の強度である上流側強度と、金属層より下流側の位置での散乱光の強度である下流側強度とを検知することが好ましい。
【００１９】
本発明に係るセンサ装置では、制御部は、上流側強度と下流側強度との比から、金属層での光の吸収量を求めることが好ましい。
【００２０】
本発明に係るセンサ装置では、制御部は、光導波路の長手方向における距離と光導波路の透過光の強度との関係を記述する理論式のパラメータを上流側強度および下流側強度の値から決定することにより、金属層での光の吸収量を求めることが好ましい。
【００２１】
本発明に係るセンサ装置では、光導波路は光ファイバであり、散乱光検知部は、光ファイバを取り囲み、当該光ファイバの長手方向に沿って配置された光センサアレイであることが好ましい。
【００２２】
本発明に係るセンサ装置では、光導波路は、コアが表面に露出するように平板状に形成され、散乱光検知部は、コアに沿うように光導波路に隣接して配置された光センサアレイであることが好ましい。
【００２３】
また、本発明に係る測定方法は、光源と、光源からの光を導波するコアおよびコアを被覆するクラッドを含む光導波路と、コアに接するように配置され、光源からの光により表面プラズモン共鳴現象が生じる金属層と、金属層の表面に形成され、被測定物質を含む溶液が滴下されて被測定物質と特異的に結合するセンサ膜とを有するセンサ装置を用いた測定方法であって、光導波路の長手方向に沿った複数の位置における光導波路からの散乱光の強度を検知するステップと、検知された散乱光の複数の強度値に基づいて、センサ膜に滴下された溶液中の被測定物質を定量するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光源強度や、光結合度、外的環境などの変動による影響を受けずに表面プラズモン共鳴による光の強度変化を検出可能なセンサ装置を提供することができる。また、本発明によれば、光導波路での光の散乱があっても、本構成を有しない場合と比べて表面プラズモン共鳴による光の吸収量をより高精度に検出可能なセンサ装置を提供することができる。また、本発明によれば、より低コストかつ小型のセンサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】センサ装置１の模式図である。
【図２】検出部４の例を示す断面図である。
【図３】フローセル型のセンサチップ２Ａの模式図である。
【図４】角型断面の光導波路３’を使用した場合のセンサ装置１の模式図である。
【図５】角型断面の光導波路３’を有するセンサチップ２Ｂの模式図である。
【図６】センサ装置１による測定原理を説明するための図である。
【図７】光導波路の長手方向の距離に応じた透過光強度と散乱光強度の変化を示すグラフである。
【図８】ＳＰＲ部分の前後の２点における散乱光強度を測定してサンプル溶液中の被測定物質を定量する方法のフローチャートである。
【図９】相対強度比Ｙｒの時間変化の例を示すグラフである。
【図１０】表１の例における０％、１％、３％および１０％の濃度についての透過光強度と散乱光強度の変化を示すグラフである。
【図１１】光導波路の長手方向の距離に応じた散乱光強度のデータを理論式にフィッティングしてサンプル溶液中の被測定物質を定量する方法のフローチャートである。
【図１２】フィッティングによりＳＰＲ吸収量を求める方法を説明するためのグラフである。
【図１３】サンプル溶液として純水を用いたときの、ＳＰＲ部分の入射側散乱光強度、出射側散乱光強度および相対強度比の時間変化を示すグラフである。
【図１４】サンプル溶液としてエチレングリコール溶液を用いたときの、濃度Ｃおよび屈折率ｎと、相対強度比Ｙｒとの関係を示すグラフである。
【図１５】従来の光導波路型のＳＰＲセンサ１００の模式図である。
【図１６】入射光の波長λと光導波路の透過率Ｔとの関係を示すグラフと、波長６６０ｎｍの入射光で測定されたサンプル溶液の屈折率ｎと透過率Ｔとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るセンサ装置および測定方法について詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２７】
図１は、センサ装置１の模式図である。センサ装置１は、特に、局在表面プラズモン共鳴(Localized Surface Plasmon Resonance)を利用して被測定物質を定量するＳＰＲセンサである。センサ装置１は、センサチップ２と、光源７と、光センサ８Ａ，８Ｂ，９と、アンプ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、制御部１１と、光源駆動回路１２と、表示装置１３とを有する。以下では、光源７から光センサ９に向かう方向をｚ方向とし、図１に示すようにｘ，ｙ，ｚ軸を定義する。
【００２８】
センサチップ２は、光導波路３と、サンプル溶液保持部５とを有する。図１では、ｙｚ面内におけるセンサチップ２の断面を示している。光導波路３は、ガラスまたはポリマーから構成される光ファイバである。光導波路３のクラッドの一部が除去されて、その部分に検出部４が形成されている。サンプル溶液保持部５は、内部にサンプル溶液６を保持する。
【００２９】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、検出部４の例を示す断面図である。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）では、光導波路３の一部も示している。光導波路３は、コア３０と、コア３０を被覆しコア３０より屈折率の低いクラッド３１とを有する。光導波路３は、円形断面を有し、コア３０内に光を閉じ込める。
【００３０】
まず、図２（Ａ）を参照すると、検出部４は、金属層４０と、センサ膜４１とを有し、ｚ方向に延びる中心軸に関して回転対称に形成されている。
【００３１】
金属層４０は、光が入射することで表面プラズモン共鳴が生じる層であり、エッチングなどによりクラッド３１の一部が除去されて露出したコア３０の上に形成されている。金属層４０は、例えば、金、銀、白金、銅、アルミニウム、またはこれらの合金などの金属粒子により構成された層（金属粒子層）である。検出部４では、金属層４０に含まれる微細な金属粒子にて局在表面プラズモン共鳴が生じる。金属層４０では、各金属粒子は、厚み方向に互いに積層されず、平面方向にも、互いに接触しないようにわずかに間隔を隔てて配置されることが好ましい。また、検出部４の検出精度を良好にするためには、各金属粒子の粒子径は、５〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。
【００３２】
センサ膜４１は、被測定物質と特異的に結合する抗原や、抗体、レセプターなどで形成される。センサ膜４１は、金属層４０を構成する金属粒子の表面に形成される。
【００３３】
図２（Ｂ）は、検出部４の別の例を示す断面図である。図２（Ｂ）の検出部４Ａは、金属粒子で構成された金属層４０Ａと、センサ膜４１とを有する。図２（Ａ）の検出部４との違いは、各金属粒子の間のコア３０上にもセンサ膜４１が形成されている点である。図２（Ａ）の検出部４は、予めセンサ膜４１が表面に設けられた金属粒子で構成される金属層４０を有するが、図２（Ｂ）の検出部４Ａのように、金属粒子を含む金属層４０Ａを形成した後で、金属層４０Ａの上にセンサ膜４１を形成してもよい。
【００３４】
図２（Ｃ）は、検出部４のさらに別の例を示す断面図である。図２（Ｃ）の検出部４Ｂは、コア３０の表面に形成された極めて薄い島状の金属層４０Ｂと、金属層４０Ｂの上に形成されたセンサ膜４１とを有する。金属層４０Ｂの厚さは、例えば数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度であることが好ましい。検出部４Ｂでは、金属層４０Ｂに含まれる微細な各島にて局在表面プラズモン共鳴が生じる。
【００３５】
光源７には、例えばＬＥＤ光源が用いられる。光源７と光導波路３の間隔は、光の利用効率を上げるためにできるだけ接近させることが好ましく、必要に応じて接触させてもよい。位置ずれが生じても入射光強度が変動しにくくなるように、光源７の発光面のサイズは光導波路３のコア径よりも大きくすることが好ましい。
【００３６】
光センサ８Ａは、サンプル溶液保持部５より上流側（光源７に近い側）でセンサチップ２に接するように配置され、光導波路３の上流側部分からの散乱光１４Ａを検知する。光センサ８Ｂは、サンプル溶液保持部５より下流側（光源７から遠い側）でセンサチップ２に接するように配置され、光導波路３の下流側部分からの散乱光１４Ｂを検知する。光センサ８Ａ，８Ｂは、光導波路３の外周面を取り囲む円筒状でもよいし、外周方向の一部分を覆う平面形状でもよい。光センサ８Ａ，８Ｂは、光導波路の長手方向に沿った複数の位置における光導波路からの散乱光の強度を検知する散乱光検知部の一例である。
【００３７】
センサ装置１では散乱光を検知する２個の光センサ８Ａ，８Ｂを設けているが、光導波路３の長手方向であるｚ方向に沿って散乱光の強度変化を検出できるように、ｚ方向に沿って光センサアレイを配置することが好ましい。この光センサアレイは、光導波路３の外周面を取り囲みｚ方向に延びる円筒状の２次元の光センサアレイでもよいし、平面形状で光導波路３の外周に沿ってｚ方向に延びる１次元の光センサアレイでもよい。以下では、光センサ８Ａ，８Ｂをまとめて「光センサ８」ともいう。
【００３８】
光センサ９は、光導波路３の出射面３Ｃからの透過光を検知する。光センサ９は、センサ装置１で、従来の方法により透過光強度を用いてサンプル溶液を測定することもできるように設けられている。
【００３９】
アンプ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ、光センサ８Ａ，８Ｂ，９での光の検知により生成された電気信号を増幅する。
【００４０】
制御部１１は、アンプ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからの電気信号を取得し、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換する。その上で、制御部１１は、後述する方法にて散乱光の複数の強度値に基づきＳＰＲ吸収量を求めることで、サンプル溶液中の被測定物質を定量する。定量とは、例えば、サンプル溶液中の被測定物質の濃度や屈折率を求めることである。また、制御部１１は、光源駆動回路１２や表示装置１３の動作を制御する。
【００４１】
光源駆動回路１２は、光源７を駆動するための回路である。表示装置１３は、制御部１１にて求められた被測定物質の測定結果を表示する。
【００４２】
図３は、フローセル型のセンサチップ２Ａの模式図である。センサ装置１では、図１のセンサチップ２に代えて、図３に示すフローセル型のセンサチップ２Ａを用いてもよい。
【００４３】
センサチップ２Ａは、フローセル５０を有する。フローセル５０は、図１のサンプル溶液保持部５に流入口５１と流出口５２を設けたものである。サンプル溶液６は、シリンジポンプ５３によりサンプル溶液保持部５に送り込まれ、センサ膜４１と接触して反応した後で、リザーバー５４に排出される。
【００４４】
図４は、角型断面の光導波路３’を使用した場合のセンサ装置１の模式図である。図５は、角型断面の光導波路３’を有するセンサチップ２Ｂの模式図である。センサ装置１では、図１のセンサチップ２に代えて、図５に示すセンサチップ２Ｂを用いてもよい。
【００４５】
図１のセンサチップ２では光導波路３として円形断面の光ファイバを用いているが、センサチップ２Ｂは、光ファイバに代えて角型断面の光導波路３’を有する。光導波路３’は、コア３０’と、クラッド３１’と、ベース基板３２’とを有する。ベース基板３２’は、クラッドを兼ねた平板状の基板であり、その上にコア３０’とクラッド３１’が形成されている。コア３０’は、上面が露出するようにベース基板３２’に埋め込まれ、ベース基板３２’の幅方向（ｘ方向）の中央でベース基板３２’の長手方向（ｚ方向）に平行に配置されている。コア３０’は、ｘｙ面に沿った断面が長方形状を有する。クラッド３１’は、コア３０’の両脇に、ベース基板３２’の上面を覆うように配置されている。
【００４６】
検出部４は、クラッド３１’の一部を取り除いて形成されており、クラッド３１’が取り除かれた部分のベース基板３２’の上面と、コア３０’の一部の上面とを覆うように配置されている。検出部４には、センサチップ２と同様に、金属層４０とセンサ膜４１が形成されている。なお、センサチップ２Ｂでも、図２（Ｂ）の検出部４Ａまたは図２（Ｃ）の検出部４Ｂを用いてもよい。
【００４７】
ベース基板３２’が透明基板である場合は、図４に示すように、散乱光を検出する光センサ８Ａ，８Ｂをベース基板３２’の下面側に隣接して配置してもよい。一方、ベース基板３２’が不透明基板である場合は、光センサ８Ａ，８Ｂをベース基板３２’の上面側に隣接して配置する。
【００４８】
なお、図４のセンサチップ２Ｂを、図３に示すようなフローセル型のセンサチップとしてもよい。また、光導波路は、コアが表面に露出するように平板状に形成されたものであれば、角型断面に限らず、例えば半円形など、他の形状の断面を有するものであってもよい。
【００４９】
以下では、センサ装置１による測定原理について説明する。説明は、円形断面の光ファイバである光導波路３を用いて行うが、角型断面の光導波路３’を用いる場合も同様である。
【００５０】
図６は、センサ装置１による測定原理を説明するための図である。光源７から光導波路３に入射した光は、コア−クラッド界面で反射を繰り返しながら光導波路３を伝搬していくが、反射の際に一部が散乱光１４として外部に漏れ出す。検出部４の部分でも、サンプル溶液６の屈折率に応じたＳＰＲ吸収により減衰するとともに、一部が散乱光１４として外部に漏れ出す。以下では、光導波路３のうち、検出部４が設けられておりＳＰＲ吸収が起こる部分のことを「ＳＰＲ部分」という。
【００５１】
センサ装置１では、１次元または２次元のアレイ型の光センサ８を用いて、ＳＰＲ部分を含む光導波路３の側面からセンサチップ外部に散乱する光を測定する。特に、センサ装置１では、光導波路３の長手方向であるｚ方向の距離に応じた散乱光の強度変化を測定する。そして、センサ装置１は、ＳＰＲ部分の前後の散乱光強度からＳＰＲ吸収量を測定することにより、サンプル溶液中の被測定物質を定量する。
【００５２】
まず、ｚ方向の距離に応じた透過光強度変化と散乱光強度変化を記述する理論式について説明する。
【００５３】
簡単のため、光導波路からは単位長さ当たり等方的に一定量の光が散乱すると仮定すると、散乱の度合いを表すパラメータをα、光導波路の入射面である距離０での透過光強度をＩ０として、透過光強度Ｉ（ｚ）は（１）式で表される。
【数１】
2015102459.tif 000003
【００５４】
透過光強度Ｉ（ｚ）は光導波路の長手方向の距離ｚとともに減少し、その減少分は散乱として光導波路外に漏れ出すので、散乱光強度Ｌｓ（ｚ）は、透過光強度の距離微分ｄＩ（ｚ）／ｄｚに比例すると考えられる。したがって、散乱光強度Ｌｓ（ｚ）は（２）式で表される。
【数２】
2015102459.tif 000004
【００５５】
ここで、ＬＳ０は、光導波路の入射面である距離０での散乱光強度であり、（１）式のＩ０とはＬＳ０＝αＩ０の関係がある。また、αは、散乱の度合いを表す（１）式と同じパラメータであり、散乱光強度が１／ｅ（ｅは自然対数の底）になる距離に相当する。このαを散乱係数と定義する。散乱係数αの値は、光導波路の構造や製造条件などで決まり、同一の光導波路中では一定であると仮定する。
【００５６】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、それぞれ、光導波路の長手方向の距離に応じた透過光強度と散乱光強度の変化を示すグラフである。各グラフでは、散乱のある実際の光導波路を用いた場合に、光導波路を伝搬する光の強度が光導波路に沿ってどのように変化するかを示している。各グラフにおいて、曲線Ｌ１はＳＰＲ吸収が０の場合の、曲線Ｌ２はＳＰＲ吸収が比較的小さい場合の、曲線Ｌ３はＳＰＲ吸収がＬ２よりも大きい場合の強度変化を示す。Ｌ１は、検出部４がなく光導波路３内での散乱のみにより減衰が起こると仮定したときの強度変化に相当する。各グラフ内の矢印ＷＳで示した部分は、ＳＰＲ部分である検出部４の位置に相当する。
【００５７】
図７（Ａ）のグラフでは、曲線Ｌ０として、散乱のない理想的な光導波路についての透過光強度変化も示している。ＳＰＲ部分では、ＳＰＲ吸収のため、光導波路の他の部分よりも大きく光強度が減衰する。また、図７（Ｂ）のグラフでは、ＳＰＲ部分での光強度変化がすべて散乱によると仮定した場合の散乱光強度を示している。実際には、ＳＰＲ部分では散乱の他にＳＰＲ吸収や反射などによる強度変動があるが、図７（Ｂ）では、それらの寄与は全て散乱光に含めている。
【００５８】
次に、ＳＰＲ部分の前後における光強度変化とＳＰＲ吸収量の関係について説明する。
【００５９】
上流側の光センサ８Ａで検出されるＳＰＲ部分への入射光強度をＩＩ、下流側の光センサ８Ｂで検出されるＳＰＲ部分からの出射光強度をＩＯとすると、出射光強度ＩＯは（３）式で表される。
【数３】
2015102459.tif 000005
【００６０】
ここで、ＺＩはＳＰＲ部分の上流側の端から上流側の光センサ８Ａまでのｚ方向の距離、ＺＳＰＲはＳＰＲ部分の長さ、ＺＯはＳＰＲ部分の下流側の端から下流側の光センサ８Ｂまでのｚ方向の距離である（図１および図４を参照）。散乱係数αはＳＰＲ部分を含めて一定と見なす。したがって、ＳＰＲ部分の透過率をＴＳＰＲとすると、入射光強度ＩＩと出射光強度ＩＯの強度比Ｙは、（４）式で表される。
【数４】
2015102459.tif 000006
【００６１】
（３）式の指数関数部分は、検出部４を含む上流側の光センサ８Ａの位置から下流側の光センサ８Ｂの位置までの全領域における散乱による損失を表す。検出部４があるＳＰＲ部分の散乱係数は、他の部分の散乱係数と同一と見なし、距離ｚによらない一定値であると仮定する。全領域での損失は、上流側の光センサ８Ａから下流側の光センサ８Ｂまでの距離（ＺＩ＋ＺＳＰＲ＋ＺＯ）で決まるが、光センサ８Ａ，８Ｂの位置は固定されているので、センサチップ２の位置がｚ方向にずれてもこの距離は変化せず、一定と見なすことができる。そこで、散乱による全損失は、一定値を表すｃｏｎｓｔとしている。
【００６２】
ＳＰＲ部分に入射する前の散乱光強度ＬＳＩ（上流側強度の一例）と、ＳＰＲ部分から出射した後の散乱光強度ＬＳＯ（下流側強度の一例）は、対応する入射光強度ＩＩと出射光強度ＩＯを用いて（５）式で表される。
【数５】
2015102459.tif 000007
【００６３】
ここで、Ｓは光導波路内を伝播する透過光強度と、光導波路からの散乱光強度との比を表す定数である。散乱係数αは光導波路内で一定と見なす。したがって、入射光強度ＩＩと出射光強度ＩＯの強度比Ｙは、散乱光強度の比を用いて（６）式で表される。
【数６】
2015102459.tif 000008
【００６４】
散乱による全損失量（ｃｏｎｓｔ）は検量線から求められるため、ＳＰＲ部分の前後における散乱光強度ＬＳＩ，ＬＳＯの強度比Ｙを求めれば、ＳＰＲ部分を含む光導波路での散乱を考慮せずにＳＰＲ部分の透過率ＴＳＰＲを求めることができる。この強度比Ｙは、ＳＰＲ吸収量に対応する測定量である。したがって、強度比Ｙの変化から、サンプル溶液中の被測定物質を定量することが可能である。
【００６５】
以上の考察から、強度比Ｙを求めるときの散乱光強度ＬＳＩ，ＬＳＯは、ＳＰＲ部分の前後であれば、その直前および直後でなくても任意の距離ｚにおける値を用いてよい。このことは、散乱係数αを一定と仮定していることから帰結される。
【００６６】
ＳＰＲ部分の前後における散乱光強度ＬＳＩ，ＬＳＯを求めるには、いくつかの方法がある。最も簡単な方法は、例えば図１に示した光センサ８Ａ，８Ｂにより、ＳＰＲ部分の前後の任意の２点での散乱光強度を求めることである。あるいは、光センサ８として１次元の光センサアレイを用いて距離ｚに応じた散乱光強度のデータを取得し、そのデータを（２）式にフィッティングして係数α，ＬＳ０を求めることで、ＳＰＲ部分の直前および直後における散乱光強度を求めてもよい。あるいは、光センサ８として２次元の光センサアレイを用いて、ＳＰＲ部分の入射側と出射側の散乱光強度をそれぞれ積分により求めてもよい。
【００６７】
以下では、ＳＰＲ部分の前後の２点における散乱光強度ＬＳＩ，ＬＳＯを求める１つ目の方法と、距離ｚに応じた散乱光強度のデータを（２）式にフィッティングして散乱光強度ＬＳＩ，ＬＳＯを求める２つ目の方法とを順に説明する。
【００６８】
図８は、ＳＰＲ部分の前後の２点における散乱光強度を測定してサンプル溶液中の被測定物質を定量する方法のフローチャートである。図８に示したフローは、制御部１１内のメモリに予め記憶されたプログラムに従って、制御部１１内のＣＰＵにより実行される。
【００６９】
最初に、制御部１１を用いて、光源駆動回路１２から光源７に電流を印加し、光源７を点灯させておく。光源７は発光と同時に発熱するので、熱的に安定するのを待って測定を開始することが好ましい。
【００７０】
光源７を点灯させたら、まず、サンプル溶液を滴下する前の状態で光導波路３からの散乱光を測定する（Ｓ１）。その際は、ＳＰＲ部分より前にある光導波路３の上流側部分からの散乱光１４Ａと、ＳＰＲ部分より後ろにある光導波路３の下流側部分からの散乱光１４Ｂとをそれぞれ光センサ８Ａ，８Ｂで検出し、アンプ１０Ａ，１０Ｂで増幅して光強度信号とする。
【００７１】
そして、測定されたＳＰＲ部分の前後における散乱光強度ＬＳＩ，ＬＳＯから、制御部１１にて（６）式により強度比Ｙを求める（Ｓ２）。この強度比Ｙの値をＹＩＮＩとおく。
【００７２】
散乱光強度の測定値にノイズが含まれる場合は、複数回測定を行い、その平均値を用いるとよい。ステップＳ２でＹＩＮＩを求めたら、サンプル溶液を測定する前の強度比Ｙを例えば１秒に１回などのように連続的に測定し、相対強度比Ｙｒ＝Ｙ／ＹＩＮＩを時系列でプロットすると、測定値のノイズや変動を把握することができる。
【００７３】
次に、未知量の被測定物質を含むサンプル溶液をシリンジなどでサンプル溶液保持部５に必要量滴下して、検出部４をサンプル溶液で覆う（Ｓ３）。
【００７４】
その後、一定時間ごとに散乱光強度を測定して、ＳＰＲ吸収量に対応する散乱光強度比Ｙを求め、相対強度比Ｙｒを計算する（Ｓ４）。具体的には、ｉ回目の強度比Ｙの測定値をＹｉとして、相対強度比Ｙｒｉ＝Ｙｉ／ＹＩＮＩを順次プロットしていく。
【００７５】
そして、平衡状態に達したときの最終的な相対強度比Ｙｒの値を、予め測定しておいた検量線データと比較して、被測定物質を定量する（Ｓ５）。測定結果や途中結果などは必要に応じて表示装置１３に表示する。以上で、図８のフローは終了する。
【００７６】
なお、ステップＳ４で相対強度比Ｙｒｉを計算するときに強度比ＹｉをＹＩＮＩで除算しているが、これは強度比Ｙを１にスケーリングする処理であり、光源強度や光結合の変動をキャンセルするための処理でないことは明らかである。必要なら、強度比Ｙｉを用いて被測定物質を定量してもよい。その場合には、検量線データもＹｉを用いて作成しておく。
【００７７】
図９は、相対強度比Ｙｒの時間変化の例を示すグラフである。図９において、０から１０秒の間は、サンプル溶液を滴下する前の、図８のステップＳ１における測定値に相当する。そして、１０秒経過した時点でサンプル溶液を滴下している。相対強度比Ｙｒの値は、サンプル溶液が滴下されたときに低下するが、その後は時間とともに増加する。これは、センサ膜４１と被測定物質との反応が時間とともに進み、やがて平衡状態に達することを示している。平衡状態に達した時点での相対強度比Ｙｒの値を、予め測定しておいた検量線データと比較して、被測定物質の量が求められる。
【００７８】
以上のように、センサ装置１では、光導波路からの散乱光強度は光導波路の透過光強度に比例し、光導波路からの散乱は距離ｚによらず一定であると仮定する。そして上記の１つ目の方法では、光導波路のうちＳＰＲ部分を挟む前後２箇所からの散乱光の相対強度比を用いてＳＰＲ部分の透過率を測定することにより、簡単な方法で、光源７の強度変動によらずにＳＰＲ吸収量を求めることが可能になる。また、この方法では、散乱光を測定するＳＰＲ部分の前後２箇所を任意に選べるので、光センサ８と光導波路３とを高精度に位置決めする必要がない。
【００７９】
さらに、センサ装置１では１個の光源７で測定が可能であり、複数の光源を用いたり、光源の角度を変えたりして光強度の変動を打ち消す必要がない。このため、センサ装置１では、装置を小型化かつ低価格化することも可能になる。
【００８０】
次に、距離ｚに応じた散乱光強度のデータを（２）式にフィッティングして散乱光強度ＬＳＩ，ＬＳＯを求める２つ目の方法について説明する。
【００８１】
最初に、ＳＰＲ部分でのＳＰＲ吸収について説明する。表１は、サンプル溶液中の被測定物質の濃度に応じたＳＰＲ部分での吸収率および透過率の変化の例を示す。ここでは、説明のため、光源の波長λにおいて、ＳＰＲ部分での吸収率および透過率が、被測定物質の濃度に応じて表１のように変化すると仮定する。
【００８２】
【表１】
2015102459.tif 000009
【００８３】
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、それぞれ、表１の例における０％、１％、３％および１０％の濃度についての透過光強度と散乱光強度の変化を示すグラフである。上記の（１）式および（２）式より、透過光強度はＩ（ｚ）＝Ｉ０ｅ−αｚと表され、散乱光強度はＬＳ（ｚ）＝αＩ０ｅ−αｚと表される。これらの式に従い、０％、１％、３％および１０％の濃度について、光導波路の長手方向の距離に応じた透過光強度Ｉ（ｚ）と散乱光強度Ｌｓ（ｚ）の変化をプロットすると、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）のようになる。ここで、光導波路の散乱係数αは０．５％とし、図１０（Ｂ）に示す散乱光強度にはランダムなノイズを重畳している。ノイズの大きさは、散乱光強度のうちＳＰＲ部分を除いた最大値に対して振幅が最大０．５％になるように設定している。
【００８４】
各グラフ内の矢印ＷＳで示した部分は、ＳＰＲ吸収が起こる検出部４の位置に相当する。ＳＰＲ部分では、ＳＰＲ吸収による減衰と、光導波路での散乱による減衰とが同時に生じている。また、各グラフ内の矢印Ｗ１，Ｗ２で示した部分は、それぞれ光導波路の上流側部分と下流側部分に相当する。矢印Ｗ１の部分ではＳＰＲ吸収の影響を受けないため、透過光と散乱光は、サンプル溶液の濃度にかかわらず同じ強度をもつ。一方、矢印Ｗ２の部分では、サンプル溶液の濃度に応じてＳＰＲ吸収量が異なるため、透過光と散乱光は、各濃度で異なる強度をもつ。そこで、フィッティングにより散乱光強度を求める２つ目の方法では、矢印Ｗ１の部分のデータをリファレンスとして用いる。以下では、矢印Ｗ１の部分を「リファレンス領域」と、矢印Ｗ２の部分を「シグナル領域」という。
【００８５】
図１１は、光導波路の長手方向の距離に応じた散乱光強度のデータを理論式にフィッティングしてサンプル溶液中の被測定物質を定量する方法のフローチャートである。図１１に示したフローは、制御部１１内のメモリに予め記憶されたプログラムに従って、制御部１１内のＣＰＵにより実行される。
【００８６】
まず、未知量の被測定物質を含むサンプル溶液をシリンジなどでサンプル溶液保持部５に滴下して、検出部４をサンプル溶液で覆う（Ｓ２１）。なお、フィッティングを行う２つ目の方法では、サンプル溶液を滴下させる前のリファレンス測定は不要になる。
【００８７】
そして、光源７を点灯させたら、光導波路に沿って設けられた光センサ８（１次元または２次元の光センサアレイ）により、散乱光強度変化を測定する（Ｓ２２）。
【００８８】
ここで測定された散乱光強度のデータを、リファレンス領域とシグナル領域のそれぞれにおいて、散乱光強度の理論式ＬＳ（ｚ）＝ｍｅ−ｎｚにフィッティングすることにより、パラメータｍ，ｎの値を求める（Ｓ２３）。フィッティングは、上記の理論式Ｌｓ（ｚ）で両辺の自然対数を取って線形化すれば、最小二乗法により容易に計算することが可能である。あるいは、非線形最小二乗法を用いて直接、理論式からパラメータｍ，ｎを計算してもよい。その際、ｎはリファレンス領域とシグナル領域で同じ値になるように条件付けを行うが、ｍは２つの領域で異なる値になる。
【００８９】
次に、リファレンス領域とシグナル領域のそれぞれのデータについて、得られたｍ，ｎの値から、ｎ＝αとｍ＝αＩ０の関係式により、散乱係数αと透過光強度のパラメータＩ０を求める（Ｓ２４）。リファレンス領域のデータについてのパラメータＩ０をＩ０ＲＥＦとし、シグナル領域のデータについてのパラメータＩ０をＩ０ＳＩＧとする。
【００９０】
そして、得られたＩ０ＳＩＧとＩ０ＲＥＦとの強度比Ｙ＝Ｉ０ＳＩＧ／Ｉ０ＲＥＦを求める（Ｓ２５）。この強度比Ｙは、ＳＰＲ部分の透過率と等しい。そこで、強度比Ｙが得られたら、サンプル溶液の濃度や屈折率とＳＰＲ部分の透過率（ＳＰＲ吸収量）との対応関係を示す予め作成されたテーブルを参照することにより、被測定物質を定量する（Ｓ２６）。以上で、図１１のフローは終了する。
【００９１】
図１２（Ａ）は、フィッティングによりＳＰＲ吸収量を求める方法を説明するためのグラフである。図１２（Ａ）では、図１１のステップＳ２４で求められたパラメータを用いて計算された透過光強度Ｉ（ｚ）の変化を、表１の例における０％、１％、３％および１０％の濃度について点列で示している。
【００９２】
ステップＳ２４により、２つの系列のデータが得られる。一方の系列は、図１２（Ａ）に×印で示したリファレンスデータ（ｒｅｆ）である。これはリファレンス領域における透過光強度の曲線に相当するが、図１２（Ａ）ではその曲線をシグナル領域まで延ばして示している。また、他方の系列は、サンプル溶液の濃度に応じて垂直方向の位置が変化する、○印などの他の記号で示したシグナルデータである。これはシグナル領域における透過光強度の曲線に相当するが、図１２（Ａ）ではその曲線をリファレンス領域まで延ばして示している。図１２（Ａ）に示すように、これら２つの系列のデータをＳＰＲ部分で折れ曲がるようにつなぐと、最終的な透過光強度Ｉ（ｚ）のグラフになる。
【００９３】
ステップＳ２５で計算される強度比Ｙは、例えば、図１２（Ａ）に縦線で示したＳＰＲ部分の終端に相当する位置ｚｓでのリファレンスデータ（×印）とシグナルデータ（×印以外）との強度比に相当する。ただし、強度比Ｙを求める位置はｚｓに限らず、どの位置でも同じであることが、散乱係数αを一定と仮定していることから帰結される。あるいは、濃度が０％のときを基準として、ＳＰＲ部分の終端位置ｚｓにおける濃度０％のときのデータ（○印）とシグナルデータとの強度差を求めてもよい。この強度比Ｙあるいは強度差は、サンプル溶液の濃度により異なるため、例えばサンプル溶液の濃度とＳＰＲ吸収量との対応関係を示す予め作成されたテーブルを参照することにより、ＳＰＲ吸収量からサンプル溶液中の被測定物質の濃度が求められる。
【００９４】
表２は、表１の例における、サンプル溶液の濃度に応じたＳＰＲ吸収による透過光強度の変化を示す。また、図１２（Ｂ）は、表２の結果を示したグラフである。表２では、透過光の実測により求めた結果と、散乱光強度のカーブへのフィッティングにより求めた結果とを比較している。
【００９５】
【表２】
2015102459.tif 000010
【００９６】
表２のデータでは、サンプル溶液を滴下する前の状態の強度を基準（１００％）にしている。「透過光実測による強度比Ｙ」は、シグナル領域の終端である光導波路の出射面にて光センサ９により測定される透過光強度であり、図１２（Ａ）に楕円６１で示した部分での強度に相当する。ただし、ノイズの影響を比較するため、透過光強度にはランダムなノイズを重畳している。ノイズの大きさは、透過光強度の最大値に対して振幅が最大０．５％になるように設定している。また、「フィッティングによる強度比Ｙ」は、ＳＰＲ部分の終端位置ｚｓにおいて図１１のステップＳ２５で求められる透過光の強度比Ｙであり、図１２（Ａ）に楕円６２で示した部分での強度に相当する。この強度比Ｙは、ＳＰＲ部分の透過率と等しい。
【００９７】
図１２（Ｂ）に示すように、ノイズを含んだ散乱光を用いてフィッティングにより求めた強度比Ｙは、ＳＰＲ部分の透過率とよく一致していることがわかる。また、表２および図１２（Ｂ）に示すように、散乱光から求めた強度比Ｙは、透過光から求めた強度比より誤差が小さい。透過光実測による強度比は、光導波路の出射面の１点で測定されるため、光源の強度変化やセンサチップのアライメントずれによる透過光強度変化の影響を受けて、誤差が発生しやすい。しかしながら、フィッティングを行う２つ目の方法では、上流側と下流側の散乱光の測定データから理論式のパラメータを求めて透過光強度を計算するので、光源の強度変化や、センサチップのアライメントずれ（特にｚ方向）の変化による影響を受けにくい。このため、フィッティングの方法では、光導波路の出射面で透過光強度を測定する場合と比べて、高い精度でＳＰＲ吸収量を求めることができ、被測定物質を高精度に測定することが可能になる。
【００９８】
また、フィッティングの方法では、サンプル溶液の測定時にＳＰＲ部分に入射される前の光強度をリファレンスとして用いることができる。すなわち、サンプル溶液がある状態でリファレンスも同時に測定することができるため、リファレンス用の測定は不要になる。このため、フィッティングの方法では、センサの位置ズレによるセンサ入射光量の変化や、光源自体の発光強度のバラつき、外的環境（温度、湿度）の経時変化などの影響を受けずにサンプル溶液を測定することが可能になる。
【００９９】
また、センサ装置１では、分光器が不要であるから、装置を小型化かつ低価格化することも可能になる。
【実施例】
【０１００】
図５に示す角型断面の光導波路３’を有するセンサチップ２Ｂを使い、エチレングリコールを被測定物質として、ＳＰＲ部分の前後の２点における光強度を求める１つ目の方法により、サンプル溶液の濃度を測定する実験を行った。光導波路３’にはポリマー製のものを使用し、光源には波長６６０ｎｍのＬＥＤ光源を使用した。また、ベース基板３２’には不透明な基板を使用したため、光センサ８Ａ，８Ｂはベース基板３２’の上面側に隣接して設けた。
【０１０１】
まず、図８のステップＳ１で、サンプル溶液を滴下する前に入射側散乱光１４Ａと出射側散乱光１４Ｂの強度を測定し、ステップＳ２でそれらの強度比を求めた。測定は約１秒に１回ずつ行い、３０秒分の測定データを平均化した。
【０１０２】
表３は、サンプル溶液を滴下する前に光センサ８Ａ，８Ｂで入射側散乱光１４Ａと出射側散乱光１４Ｂを検知し、アンプ１０Ａ，１０Ｂで増幅して得られた電圧値Ｖｓｉ，Ｖｓｏと、それらの比ＹＩＮＩとを示す。ＹＩＮＩは、平均化された電圧値の比Ｖｓｏ／Ｖｓｉである。
【０１０３】
【表３】
2015102459.tif 000011
【０１０４】
次に、ステップＳ３でサンプル溶液として純水を滴下し、ステップＳ４で一定時間ごとに散乱光強度を測定して強度比Ｙを求めた。
【０１０５】
図１３は、サンプル溶液として純水を用いたときの、ＳＰＲ部分の入射側散乱光強度、出射側散乱光強度および相対強度比の時間変化を示すグラフである。図１３では、入射側散乱光強度ＬＳＩを示す電圧値Ｖｓｉと、出射側散乱光強度ＬＳＯを示す電圧値Ｖｓｏと、それらの比をＹＩＮＩで割った相対強度比Ｙｒ（＝Ｖｓｉ／Ｖｓｏ／ＹＩＮＩ）とをプロットしている。時間ｔが３０〜５０秒の範囲におけるデータの変動は、サンプル溶液を滴下する際に生じたノイズである。サンプル溶液を滴下すると相対強度比Ｙｒが０．７程度まで低下し、その後も徐々に低下しているが、これはサンプル溶液に純水を使用したことに起因する現象である。
【０１０６】
引き続いて、検量線を得るために、サンプル溶液として濃度を１％、３％、５％、１０％と変えたエチレングリコール溶液を用いて、図８のステップＳ１〜Ｓ４の測定を繰り返した。これにより、サンプル溶液の濃度と相対強度比Ｙｒとを対応付けたデータを取得した。エチレングリコール溶液を用いる場合も、純水の場合と同様に相対強度比Ｙｒが時間変動するが、図１３における最後の３０秒間で安定したところの平均値を検量線の相対強度比Ｙｒの値として用いた。
【０１０７】
図１４（Ａ）は、サンプル溶液としてエチレングリコール溶液を用いたときの、濃度Ｃと相対強度比Ｙｒとの関係を示すグラフである。濃度Ｃが増加するにつれて、相対強度比Ｙｒも増加していることがわかる。このように相対強度比Ｙｒが増加するのは、ＳＰＲ吸収のピーク波長より短い波長の光源を用いているためである。また、濃度Ｃの増加とともに曲線の傾きが緩やかになっているのは、図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）に示すように、ＳＰＲ吸収スペククトルが長波長側にシフトした際に、光源波長６６０ｎｍにおける透過率の傾きが減少することに起因している。
【０１０８】
図１４（Ｂ）は、サンプル溶液としてエチレングリコール溶液を用いたときの、屈折率ｎと相対強度比Ｙｒとの関係を示すグラフである。エチレングリコール溶液は濃度と屈折率の関係が既知であるため、図１４（Ａ）のデータから図１４（Ｂ）が得られる。
【０１０９】
このように、サンプル溶液としてエチレングリコール溶液の濃度を変えて相対強度比Ｙｒを測定することにより、エチレングリコール溶液についての検量線データが得られる。したがって、濃度が未知のエチレングリコール溶液を測定して相対強度比Ｙｒを求めれば、図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）の検量線から、その溶液の濃度と屈折率が求められる。
【符号の説明】
【０１１０】
１    センサ装置
２，２Ａ，２Ｂ    センサチップ
３，３’    光導波路
４，４Ａ，４Ｂ    検出部
６    サンプル溶液
７    光源
８Ａ，８Ｂ，９    光センサ
１１    制御部
３０，３０’    コア
３１，３１’    クラッド
４０，４０Ａ，４０Ｂ    金属層
４１    センサ膜
【図１】
2015102459.tif 000012
【図２】
2015102459.tif 000013
【図３】
2015102459.tif 000014
【図４】
2015102459.tif 000015
【図５】
2015102459.tif 000016
【図６】
2015102459.tif 000017
【図７】
2015102459.tif 000018
【図８】
2015102459.tif 000019
【図９】
2015102459.tif 000020
【図１０】
2015102459.tif 000021
【図１１】
2015102459.tif 000022
【図１２】
2015102459.tif 000023
【図１３】
2015102459.tif 000024
【図１４】
2015102459.tif 000025
【図１５】
2015102459.tif 000026
【図１６】
2015102459.tif 000027