(57)【要約】【課題】コンパクトな表面プラズモン共鳴センサーを提供すること。【解決手段】感応膜２１と金属膜２０とから構成される表面プラズモン共鳴検知面１６に光源からの入射光１９を反射させ、その反射光を受光した受光手段２２から反射光強度を出力するものであって、光源から照射された入射光１９を表面プラズモン共鳴検知面１６に所定の角度で反射させて受光手段２２に受光させるように光路を偏向する光路偏向手段１５を有する表面プラズモン共鳴センサー１０。【選択図】        図５
2004361256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応膜と金属膜とから構成される表面プラズモン共鳴検知面を備える透明のチップ基板と、
そのチップ基板に重ねられ、光源からの照射光を前記チップ基板へ案内する開口部が穿設されたセンサー基板と、
前記センサー基板のチップ基板側に配置され、光源からの入射光を前記表面プラズモン共鳴検知面に反射させた反射光の強度を出力する受光手段と、
前記チップ基板に対してセンサー基板の反対側に取り付けられた前記表面プラズモン共鳴検知面に、前記センサー基板の開口部からの入射光を所定角度で反射させて前記受光手段へ受光させるように、前記センサー基板とチップ基板との界面から前記表面プラズモン共鳴検知面との間に設けられた光路偏向手段とを有することを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項２】
請求項１に記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、入射光側の前記光路偏向手段が、回折格子、ミラー又はプリズムであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、
前記表面プラズモン表面検知面からの反射光を前記受光手段へ偏向させる光路偏向手段を有し、その光路偏向手段が、回折格子、ミラー又はプリズムであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、
入射側には前記光路偏向手段のうちいずれか１つ以上を用い、受光側には必要に応じて前記光路偏向手段のうちいずれか１つ以上を用いることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、
入射側の前記光路偏向手段が等間隔又は不等間隔で形成された回折格子であることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、
前記チップ基板には、前記センサー基板との界面及び、前記表面プラズモン共鳴検知面が取り付けられた面であって、前記光路偏向手段及び表面プラズモン共鳴検知面を除く部分に、反射防止膜が設けられたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、
前記チップ基板が、前記センサー基板側から分離可能なものであるか、あるいは表面プラズモン共鳴検知面を包含した一部が分割して分離可能なものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、
前記表面プラズモン共鳴検知面、光路偏向手段及び受光手段を有する測定部が複数設けられたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、
前記表面プラズモン共鳴検知面と受光手段とが、前記開口部を挟んでそれぞれ対称的な位置に配置されたものであって、
前記入射側の前記光路偏向手段が、光源から前記表面プラズモン共鳴検知面に対して直交する向きに照射された照射光を、２方向に光路を偏向させて２箇所に配置された前記表面プラズモン共鳴検知面へ所定の角度で入射させるようにしたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴センサーにおいて、
前記表面プラズモン共鳴検知面、光路偏向手段及び受光手段を有する測定部を複数設け、少なくとも１個以上の光源から照射された光をそれぞれ平行光にしてかつＰ偏光に変換する機構を備え、それぞれの開口部に入射するようにしたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサー。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴センサーと、
その表面プラズモン共鳴センサーから出力された反射光強度信号から反射光強度の変化に基づいてサンプル液内のターゲットについて定性及び定量を解析する演算処理装置とを有することを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検知対象物質であるターゲットの定性及び定量を行うコンパクトな表面プラズモン共鳴センサー及び、その表面プラズモン共鳴センサーを使用する表面プラズモン共鳴測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体分子間の相互作用を標識なしでリアルタイムにモニターすることができる装置として、従来から表面プラズモン共鳴（以下、「ＳＰＲ」という。）を測定原理とする表面プラズモン共鳴測定装置（以下、「ＳＰＲ測定装置」とする）がある。
【０００３】
このＳＰＲ測定装置では、生体分子の相互作用を分子レベルで測定するため、相互作用を起こす生体分子の一方がセンサーチップ面に固定され、これに作用する分子を含んだサンプル液がマイクロ流路等を介してセンサーチップ表面に流される。そして、２分子間の結合・解離に伴うセンサーチップ面近傍での微量な屈折率変化がＳＰＲシグナルとして検出され、このシグナルの経時変化がセンサーグラムと呼ばれるグラフとして表示される。そして、センサーチップ表面での分子の相互作用をリアルタイムにモニターすることにより、このセンサーチップに対して特異的に認識するターゲット（微量物質）を検出することが可能である。
【０００４】
こうしたＳＰＲ測定装置には、光学系の配置の違いなどからいくつかの方式がある。これらについては「生体物質相互作用のリアルタイム解析実験方法（永田和宏、半田宏、編集シュプリンガーフェアラーク東京（株）発行）」に記載されている。
【０００５】
ところでＳＰＲ測定装置には、作業能率を高めるため、多項目計測や複数のサンプル液の分析を一度にまとめて行いたいという要求がある。
そうした要求に対して特開平９−２９２３３３号公報には、多数のサンプル液についての分析を一度にまとめて行い、高い分析精度を得ることができる表面プラズモン共鳴センサー（以下「ＳＰＲセンサー」とする）が提案されている。ここで図１０及び図１１は、それぞれ同公報に記載されたＳＰＲセンサーの平面形状、側面形状を示した図である。
【０００６】
このＳＰＲセンサー２００では、５本の光ビーム２４０が、入射側シリンドリカルレンズ２２１から、平面視状態で平行光にする入射側シリンドリカルレンズ２２２を介し、更に入射側シリンドリカルレンズ２２３によって集光させてプリズム２３０と５個の金属膜２１０との界面に同時に照射される。
一方、金属膜２１０とプリズム２３０との界面２３１で全反射した光ビーム２４０は、平行光化する出射側シリンドリカルレンズ２２４と集光する出射側シリンドリカルレンズ２２５を介して光検出手段２５０によって検出される。
【０００７】
そして、光検出手段２５０の各受光素子列毎に出力される光検出信号Ｓｍ  は、全反射した光ビーム２４０の強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。また、特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜２１０とサンプル液２６０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。
そのため光検出手段２５０の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓを用いれば上記入射角θＳＰが分かり、このθＳＰの時間的変化からサンプル液２６０中の特定物質の定量性や親和性を分析することができる。
【０００８】
また、５つの金属膜２１０に向けてそれぞれ光ビーム２４０が照射されるので、光検出手段２５０の各受光素子列毎に光検出信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５が出力され、各金属膜２１０に接触している５個のサンプル液２６０の分析を同時に行うことができ、複数のサンプル液２６０について短い時間間隔で一度にまとめて行なえる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２９２３３３号公報（第２−３頁、第１図）
【非特許文献１】
生体物質相互作用のリアルタイム解析実験方法（永田和宏、半田宏、編集シュプリンガーフェアラーク東京（株）発行）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載するような従来のＳＰＲセンサー２００では、光ビーム２４０の進行方向である図面の左右にかけて、半導体レーザーアレイ２２０、プリズム２３０、シリンドリカルレンズ２２１〜２２５及び光検出手段２５０が一方向に並べられて配置されている。そのため、測定位置である金属膜２１０を挟んでＳＰＲセンサー２００の構成部品が広く配置された構成になってしまい、ＳＰＲセンサー２００を大型化させていた。このことは、ＳＰＲセンサー２００を利用した表面プラズモン共鳴測定装置が大型化して設置スペースが広くなる欠点にもなっていた。
【００１１】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、コンパクトな表面プラズモン共鳴センサー及び表面プラズモン共鳴測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表面プラズモン共鳴センサーは、感応膜と金属膜とから構成される表面プラズモン共鳴検知面を備える透明のチップ基板と、そのチップ基板に重ねられ、光源からの照射光を前記チップ基板へ案内する開口部が穿設されたセンサー基板と、前記センサー基板のチップ基板側に配置され、光源からの入射光を前記表面プラズモン共鳴検知面に反射させた反射光の強度を出力する受光手段と、前記チップ基板に対してセンサー基板の反対側に取り付けられた前記表面プラズモン共鳴検知面に、前記センサー基板の開口部からの入射光を所定角度で反射させて前記受光手段へ受光させるように、前記センサー基板とチップ基板との界面から前記表面プラズモン共鳴検知面との間に設けられた光路偏向手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
よって本発明は、表面プラズモン共鳴検知面への入射角を固定し、サンプル液内のターゲットが表面プラズモン共鳴検知面に相互作用している場合の反射光強度の変化から微量物質の定性及び定量を測定するようにしたものである。その構成として、光源からの照射光を光路偏向手段によって偏向させて入射し、その入射光を表面プラズモン共鳴検知面に対して反射させて受光手段まで送るようにしたので、可動装置を用いることなく、さらに前述した特許文献１に記載されているように光学レンズ系を複雑にする必要がない。またそうした光学レンズ系の配置スペースが必要なくなってセンサー全体をコンパクトにすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサーは、入射光を前記表面プラズモン共鳴検知面へ所定の角度で入射させるための入射側光路偏向手段に回折格子、ミラー、プリズムを用い、前記表面プラズモン共鳴検知面を反射した反射光を前記受光手段に受光させるための受光側光路偏向手段として必要な場合に回折格子、ミラー、プリズムを用いたことを特徴とする。
よって、本発明によれば、光路偏向手段を用いることによって、センサーをコンパクトに抑えることができた。また、その構成も回折格子、ミラー、プリズムを利用することで極めて簡単に達成することができた。
【００１５】
また、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサーで、前記光源の照射方向に対して直交する向きに表面プラズモン共鳴検知面が配置される場合には、入射光側の光路偏向手段において２方向に光路を分けて２箇所に配置された前記表面プラズモン共鳴検知面へ所定の角度で入射させるようにすることが可能でチャンネル数を高集積化できることを特徴とする。
よって、本発明によれば、一つの入射光から２箇所の表面プラズモン共鳴検知面へ光を反射させるようにして、サンプル液を一度に２箇所で測定することができ、しかも一つの入射光を利用しているのでセンサーをコンパクトにすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサーで、前記光路偏向手段に回折格子を用いた場合に、等間隔又は不等間隔で形成されたものであることを特徴とする。
よって、本発明によれば、回折格子を等間隔以外に不等間隔にすることによって、表面プラズモン共鳴検知面の各位置に異なる角度で光が入射し、そして反射したその光から反射光強度を測定することができる。
【００１７】
また、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサーは、前記チップ基板の前記センサー基板との界面及び前記表面プラズモン共鳴検知面が取り付けられた面であって、前記光路偏向手段及び表面プラズモン共鳴検知面を除く部分に、反射防止膜が設けられたものであることを特徴とする。
よって、本発明によれば、反射防止膜によってチップ基板内において迷光の発生を防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサーは、前記チップ基板のすべてあるいは表面プラズモン共鳴検知面を含んだ前記チップ基板の一部が分割され、前記センサー基板側から分離可能なものであることを特徴とする。
よって、本発明によれば、サンプル液を変える場合には、チップ基板を分離して取り外し、新たな表面プラズモン共鳴検知面を備えたチップ基板を装着することによって効率よく、またコンタミを低減して多種類のサンプル液について測定を行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサーは、センサー基板に対して直交して光が入射する場合において、前記表面プラズモン共鳴検知面と受光手段とが、前記開口部を挟んでそれぞれ対称的な位置に配置されたものであって、前記入射側光路偏光手段は、入射光を２方向に光路を分けて２箇所に配置された前記表面プラズモン共鳴検知面へ所定の角度で入射させるようにしたものであることを特徴とする。
よって、本発明によれば、開口部を通る一つの入射光から２箇所の表面プラズモン共鳴検知面へ光を反射させるようにして、サンプル液を一度に２箇所で測定することができ、しかも一つの入射光を利用しているので表面プラズモン共鳴センサーをコンパクトにすることができる。
【００２０】
また、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサーは、前記表面プラズモン共鳴検知面、光路偏向手段及び受光手段を有する測定部を複数設け、１個以上の光源から照射された光を平行光にしてかつＰ偏光に変換して、それぞれの測定部に入射するようにしたものであることを特徴とする。
よって、本発明によれば、一度に複数のサンプル液やあるいは多項目について測定することができるため、センサー全体をコンパクトにすることができる。
【００２１】
本発明に係る表面プラズモン共鳴測定装置は、前記請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴センサーと、その表面プラズモン共鳴センサーから出力された反射光強度信号から反射光強度の変化に基づいてサンプル液内のターゲットについて定性及び定量を解析する演算処理装置とを有することを特徴とする。
【００２２】
よって本発明は、表面プラズモン共鳴検知面への入射角を固定し、サンプル液内のターゲットが表面プラズモン共鳴検知面と相互作用している場合に、シフトした反射光強度の変化から微量物質の定性及び定量を測定するようにしたものである。そして、そのための構成として表面プラズモン共鳴検知面を光源の照射方向に対してある角度に固定し、光路偏向手段によって光路を偏向させて入射光を受光手段まで送るようにしたので、従来のように表面プラズモン共鳴検知面や光源、受光部を動かす高い分解能をもつ可動装置が必要でなく、また前述した特許文献１に記載するもののように光学レンズ系を複雑にする必要がないため、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサー及び、表面プラズモン共鳴測定装置の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
先ず、表面プラズモン共鳴センサーの検出原理について簡単に説明する。図１は表面プラズモン共鳴センサーを簡略化して示した図である（特に、検出部を示している）。この表面プラズモン共鳴センサー（以下、「ＳＰＲセンサー」とする）１００は、ガラスなどのチップ基板１１１の一面に金膜１１２が４５ｎｍ程度成膜されている。その上に検出対象であるターゲットと相互作用を選択的に起こす感応膜１１３が成膜されている。このようなＳＰＲセンサー１００では、図示するようにある角度θで入射光１１４が与えられると、チップ基板１１１と金膜１１２との境界面で反射した反射光１１５の強度が測定できる。
【００２４】
次に図２は、ＳＰＲセンサー１００の感応膜１１３について詳細に示した拡大断面図である。前述したようにチップ基板１１１の一方の面に金膜１１２が形成されている。表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）させるには、金や銀などのある種の金属が必要だからである。そして。化学的不活性、ＳＰＲシグナルの発生効率の良さなどの理由から一般的には金が用いられる。金膜１１２の表面には、リンカー層１１６を形成し、その上にターゲット１１８と相互作用をするリガント１１７を固定する。ここで前述の感応膜１１３は、リンカー層１１６とリガント１１７と定義する。この状態でターゲット１１８を含んだサンプル液を感応膜１１３の表面に流すことによって、目的のターゲット１１８がリガント１１７と相互作用を起こすように構成されている。
【００２５】
そこで、表面プラズモン共鳴測定装置では、レーザーダイオードや発光ダイオードなどの光源から、図１に示すようにＳＰＲセンサー１００に入射光１１４を入射されると、全反射した反射光１１５を不図示のフォトダイオードアレイなどの受光手段によって反射光１１５の強度を検出する。このとき、チップ基板１１１と金膜１１２との界面で全反射するように光が照射され、金膜１１２側にエバネッセント波と呼ばれるエネルギー波が生じる。エバネッセント波では金膜１１２の自由電子がプラズモンの共鳴に使われるため、反射光１１５の強度が特定の入射角度において、エネルギーの消失がみられる。
【００２６】
図３は、表面プラズモン共鳴センサーによって検出される反射光強度の入射角度依存性を示したＳＰＲ曲線である。図示するように反射光強度の入射角度依存性を測定すると、ある特定の角度において反射光１１５の強度が減衰した「光の谷」が認められる。この光学現象がＳＰＲである。そして、図２に示すようにリガント１１７とターゲット１１８が相互作用を起こすと、金膜１１２表面の屈折率が変化し、図３に示すようにＡからＢのように共鳴角がシフトする。従って、このシフト量の時間的変化を検出すれば、リガント１１７と相互作用したサンプル液内のターゲット１１８について、その定性情報及び定量情報を得ることができる。
【００２７】
本実施形態の表面プラズモン共鳴センサーは、例えば図３において入射角をθ１に固定し、シフトした反射光強度の変化ΔＩからターゲットの定性及び定量を測定するようにしたものである。
そこで次に、こうした測定方法を実行するためのＳＰＲセンサー及び、そのＳＰＲセンサーを利用した表面プラズモン共鳴測定装置（以下、「ＳＰＲ測定装置」とする）について具体的に説明する。
【００２８】
図４は、本実施形態のＳＰＲ測定装置を示した概念図である。本実施形態のＳＰＲ測定装置１は、感応膜が成膜されたチップ基板２とセンサー基板３からなるＳＰＲセンサー１０、そのセンサー基板３へ光を照射するレーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源４、それにその光源４からの光をセンサー部に向けて平行光にするためのコリメーションレンズ５及び、表面プラズモンを共鳴させることができるＰ偏光のみを通過させるための偏光板６が配置されている。ＳＰＲセンサー１０は、その感応膜がターゲットを含んだサンプル液が流されるマイクロ流路７内に面するように配置される。
【００２９】
続いて、ＳＰＲ測定装置１を構成するＳＰＲセンサー１０の構造について具体的に説明する。図５は、ＳＰＲセンサーを示した断面図である。このＳＰＲセンサー１０は、シリコン基板などで作られたセンサー基板１１、反射防止膜１２、それにガラスなどの透明なチップ基板１３、そして反射防止膜１４が層状に重ねられている。そして、反射防止膜１２の層には光路偏向手段として等間隔の回折格子１５が設けられ、もう一方の反射防止膜１４の層にはマイクロ流路７内（図４参照）に位置することとなるプラズモン共鳴検知面１６が設けられている。
【００３０】
センサー基板１１は、チップ基板１３へ光を誘導する円形、多角形或いは切りかき等の開口部１７が穿設されており、偏光板６（図４参照）を介して照射された光からある決まった角度の直進光のみを取り出すため、迷光をカットするアパーチャ１８をその入口に取り付けることもできる。
【００３１】
こうしてＳＰＲセンサー１０への入射光１９は、開口部１７を通ってチップ基板１３へと導かれるが、開口部１７の出口にあたるセンサー基板１１とチップ基板１３との界面に光路偏向手段として回折格子１５が設けられている。回折格子１５は、入射光１９がチップ基板１３中を所望の角度で回折できるように形成されており、具体的には、プラズモン共鳴検知面１６への入射角が図３に示すθ１になるように形成されている。チップ基板１３は、この回折格子１５による回折角度からその材質（屈折率）が決定される。
【００３２】
ところで、共鳴角は測定するターゲットによって角度が異なるため、それぞれに適した角度で入射光及び反射光が得られるように設計製作が行われる。本実施形態では、その適切な範囲で、図３で示すように反射光強度の変化ΔＩをとるための共鳴角（入射角）を固定するが、変化ΔＩが大きくなるように入射角θ１が設定される。
【００３３】
次に、回折格子１５によって回折した入射光１９の照射先にはプラズモン共鳴検知面１６が設けられている。プラズモン共鳴検知面１６は、金膜２０と感応膜２１とが重ねて構成されたものであり、感応膜２１は、図２を示して説明したようにリンカー層１１６上にリガント１１７を結合させて形成されている。そして、その感応膜２１は、ターゲットに対して特異的に結合するものであって、その感応膜２１上を流れるサンプル液内のターゲットと相互作用が発生するようになっている。
更に、ＳＰＲセンサー１０には、このプラズモン共鳴検知面１６を挟んだ入射側の回折格子１５と対称的な位置であって、センサー基板１１とチップ基板１３との界面に、受光手段としてフォトダイオード２２が配置されている。
【００３４】
ところで、チップ基板１３の上下両面には回折格子１５やプラズモン共鳴検知面１６以外の部分が反射防止膜１２，１４によって覆われているが、これはチップ基板１３内において迷光の発生を防ぐためである。そして、このＳＰＲセンサー１０は、センサー基板１１とチップ基板１３とが分離可能な構成になっており、使用に際しては、マイクロ流路７を流れる検出対象物質を含んだ液体などと直接触れるプラズモン共鳴検知面１６の取り替えが可能な構成になっている。また図示はしていないが、プラズモン共鳴検知面１６を包含したチップ基板１３の一部を分割して、その分割されたプラズモン共鳴検知面１６側のみを取り替えることも可能な構成としてもよい。その場合には、分割面の界面にマッチングオイルなどを介して光学的整合を取る。
【００３５】
次に、図６は、図４に示したＳＰＲ測定装置１の構成をより具体的に示した外観斜視図である。
ＳＰＲ測定装置１は、流路システム３１にＳＰＲセンサー１０が装着され、図示するように下方から光源４によって光が照射されるようになっている。流路システム３１には複数のサンプル注入穴３２，３２…が形成されており、そこから注入されたサンプル液が流路システム３１内に連通する複数のマイクロ流路７（図４参照）を通るよう構成されている。
【００３６】
図５に示したＳＰＲセンサー１０は、一つのマイクロ流路７に対する一つの測定部を示しているが、実際には図５の紙面を貫く方向と横方向に複数の測定部が連設されている。そのため、図６に示すように流路システム３１にＳＰＲセンサー１０を装着した状態で、複数あるマイクロ流路７のそれぞれに図５で示す測定構造が構成されるようになっており、ＳＰＲ測定装置１は、一度に複数のサンプル液について測定可能なマルチチャンネルである。
【００３７】
ところで、サンプル注入穴３２に注入されたサンプル液は、マイクロ流路７を流れてＳＰＲセンサー１０のプラズモン共鳴検知面１６へ到達するように送らなければならない。そのための送液手段には、例えば毛細管現象を利用したものや、あるいは強制的にマイクロポンプなどで液を送り込むようにした構成がとられている。
【００３８】
流路システム３１に装着されたＳＰＲセンサー１０は、前述したように上下の層で２分割できるようになっており、図５に示すセンサー基板１１及びチップ基板１３が、偏光板６と一体になって流路システム３１の底面に固定されている。一方、センサー基板１１と分離可能なチップ基板１３は、流路システム３１に対してスライドして取り出すことができる着脱可能なものとなっている。なお、具体的には図示しないが、プラズモン共鳴検知面１６を含む部分でチップ基板１３を分割できるようにし、その分割部分を流路システム３１に対してスライドして取り出すことができる着脱可能なものとしてもよい。
そして、こうした流路システム３１に装着されたＳＰＲセンサー１０に対し、流路システム３１の下方から光を照射する光源４及び照射光を平行光にするコリメーションレンズ５が配置されている。
【００３９】
更に、ＳＰＲ測定装置１は、ＳＰＲセンサー１０のセンサー基板１１にインターフェース３３が取り付けられ、センサー基板１１内のフォトダイオード２２と信号ラインによって接続されている。そして、このインターフェース３３には不図示のパーソナル・コンピューター等が接続され、検出された情報をパーソナル・コンピューター等の演算装置で解析できるようになっている。また、パーソナル・コンピューター等は光源４側にも接続され、照射の制御も行えるようになっている。
一方、流路システム３１の上方には温調器３４が設けられている。この温調器３４は、サンプル液とプラズモン共鳴検知面１６の温度を一定に保つためのものであり、例えばペルチェなどの冷却素子が用いられる。
【００４０】
続いて、以上のような構成によるＳＰＲセンサー１０及びＳＰＲ測定装置１の作用について以下に説明する。
先ず、図４及び図６に示すように光源４から照射された光は、コリメーションレンズ５を介して平行光となり、更に偏光板６でＰ偏光のみがＳＰＲセンサー１０へ入射する。ＳＰＲセンサー１０への入射光は、図５に示すようにアパーチャ１８を介して、光学系の配置で決まった角度の直進光のみが開口部１７に入り、そこを通ってセンサー基板１１とチップ基板１３との界面に設けられた回折格子１５によって回折する。
【００４１】
回折格子１５により回析した入射光は、チップ基板１３内を所定の角度で進む。そして、所定の角度で入った入射光はプラズモン共鳴検知面１６を反射し、その反射光が、入射側の回折格子１５と同一平面にある受光側のフォトダイオード２２へ入る。このとき、回折格子１５、プラズモン共鳴検知面１６及びフォトダイオード２２以外の面は反射防止膜１２．１４によって迷光の発生が防止されている。
【００４２】
一方、ＳＰＲ測定装置１では、流路システム３１のサンプル注入穴３２，…からはサンプル液が注入され、マイクロ流路７を通ってＳＰＲセンサー１０に沿ってサンプル液が流れる（図４参照）。このとき、図５に示すプラズモン共鳴検知面１６のうちマイクロ流路７側にある感応膜２１は、サンプル液に含まれたターゲットと選択的に、生体分子等による相互作用を起こす場を提供し、その表面で起こる分子の化学反応に起因する屈折率変化をＳＰＲシグナルに変換するシグナルトランスデューサーの役目を果たしている。
【００４３】
そして、ＳＰＲセンサー１０への入射光は、表面プラズモン共鳴角が検出できる角度になるように回折格子１５で回折されて照射されているため、チップ基板１３と境界面となる金膜２０で光が反射するが、プラズモン共鳴検知面１６ではターゲットが感応膜２１と相互作用することによって表面に屈折率の変化が生じる。表面プラズモン共鳴を発生させた反射光は、その後フォトダイオード２２で受光され、フォトダイオード２２では反射光の強度に比例した出力電圧が生ずる。そしてフォトダイオード２２から出力されたその測定信号がインターフェース３３を介してパーソナル・コンピューターへと送信される。パーソナル・コンピューターでは、この測定信号に基づいてターゲットに関する定性及び定量情報が反射光強度の変化ΔＩに基づいて解析される。
【００４４】
すなわち本実施形態では、図３に示すようにθ１の入射角が入射光角度と回折格子１５によって設定されており、その角度における反射光強度の情報が得られる。そのため、感応膜２１におけるターゲットの有無により屈折率が変化して共鳴角がΔθだけシフトすることで、共鳴角θ１における反射光強度にもΔＩの変化が生じることになる。従って、この差を測定信号によって検出することができ、その結果ターゲットの定性及び定量が情報として得られる。
【００４５】
よって、本実施形態では、表面プラズモン共鳴検知面１６への入射角をθ１に固定し、サンプル液内のターゲットが表面プラズモン共鳴検知面１６と相互作用している場合に、シフトした反射光強度の変化ΔＩからターゲットの定性及び定量を測定するようにしたものであり、そのための構成として表面プラズモン共鳴検知面１６に所定の角度で光を入射するためＳＰＲセンサー１０への入射光の角度を、回折格子１５による光路偏向によって設定するようにしたので、従来のように表面プラズモン共鳴検知面や光源、受光部を動かす高い分解能をもつ可動装置が不要となり、また前述した特許文献１に記載するもののように光学レンズ系を複雑にする必要がないため、ＳＰＲセンサー１０を小型にして、センサー全体をコンパクトにすることができた。
【００４６】
以上、ＳＰＲセンサー及びＳＰＲ測定装置について一実施形態を説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、ＳＰＲセンサーに関し図７乃至図９に記載するような変形例を挙げることができる。なお、前記実施形態のものと同じ構成要素については同じ符号を付して説明する。
【００４７】
図７に示すＳＰＲセンサー４０は、シリコンからなるセンサー基板１１とガラスなどの透明なチップ基板１３とが一体になり、そのチップ基板１３に形成された両端の傾斜部分に入射側ミラー４１と反射側ミラー４２とが取り付けられている。そのチップ基板１３には、金膜２０と感応膜２１とが重ねられた表面プラズモン共鳴検知面１６が設けられ、更に反射防止膜１２，１４を備え、反射光検出用のフォトダイオード２２がセンサー基板１１との界面近傍に設置されている。このように、本例において前記実施形態と大きく異なるのは、光路偏向手段に入射側ミラー４１及び反射側ミラー４２を用いて、光をプラズモン共鳴検知面１６で反射させてフォトダイオード２２へ受光させるようにした点である。
【００４８】
すなわち、その入射側ミラー４１及び反射側ミラー４２は、入射光が通る開口部１７部分とフォトダイオード２２の配置された部分とに、それぞれ所定の傾きをもって配置され、表面プラズモン共鳴検知面１６に所定の角度で光が入射し、そこで反射した光がフォトダイオード２２に受光されるよう構成されている。
よって、本例のように、光路偏向手段に入射側ミラー４１及び反射側ミラー４２を利用することによっても、前記実施形態のものと同様にＳＰＲセンサー４０を小型にして、センサー全体をコンパクトにすることができる。
【００４９】
次に、図８に示すＳＰＲセンサー５０は、シリコン等からなるセンサー基板１１と反射防止膜１２、それにガラスなどのチップ基板１３、そして反射防止膜１４が層状に重ねられている。反射防止膜１２の層には入射光が通る開口部１７部分と、フォトダイオードアレー５１が配置され、もう一方の反射防止膜１４の層にはマイクロ流路７内（図４参照）に配置されるようになるプラズモン共鳴検知面１６が設けられている。
本例において前記実施形態と大きく異なるのは、回折格子が等間隔であったのに対し、不等間隔回折格子５２になっている点であり、特にプラズモン共鳴検知面１６に対して入射光が収束するように形成されている点である。
【００５０】
こうした図８に示すＳＰＲセンサー５０でも、前記実施形態のものと同様に小型化が可能となり、全体をコンパクトにすることができた。更に、本例では、不等間隔回折格子５２とフォトダイオードアレー５１を用いることにより、従来用いられていた可動装置を用いることなく複数の角度で反射させた反射光強度を測定することができるようになった。
【００５１】
図９に示すＳＰＲセンサー６０では、さらにチャンネル数を高集積にするために、表面プラズモン共鳴検知面１６，１６とフォトダイオード２２，２２とをともに光源の照射方向に対して直交する向きに配置し、開口部１７を通った一つの入射光を回折格子６１によって２方向に偏向させ、２箇所の表面プラズモン共鳴検知面１６，１６へ光を所定角度で反射させるようにしている。
これにより本例では、サンプル液を一度に２箇所で測定することができるようになり、一つの入射光によって２箇所の感応膜で検出が可能になり、より高集積化が期待でき、コンパクトにすることができた。
【００５２】
更に、前記実施形態などでは、光路偏向手段として回折格子やミラーを用いることにより、プラズモン共鳴検知面１６に対する光の入射角を制御していた。しかし、これに対して例えば、表面弾性波を用いて周波数でプラズモン共鳴検知面１６への光の入射角を制御するような機構を、センサー基板１１とチップ基板１３の界面近傍に設置し、これを光路偏向手段として同様な効果を持たせることも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は、感応膜と金属膜とから構成される表面プラズモン共鳴検知面に光源からの入射光を反射させ、その反射光を受光した受光手段から反射光強度を出力するものであって、前記光源から照射された入射光を当該表面プラズモン共鳴検知面に所定の角度で反射させて前記受光手段に受光させるように光路を偏向する光路偏向手段を有する構成としたので、コンパクトな表面プラズモン共鳴センサーを提供することが可能となった。
【００５４】
また、本発明は、感応膜と金属膜とから構成される表面プラズモン共鳴検知面と、光源からの入射光をその表面プラズモン共鳴検知面に反射させた反射光から反射光強度を出力する受光手段とを有するものであって、センサー基板とチップ基板とが重ねられ、センサー基板は、光源からの照射光を前記チップ基板へ案内する開口部が穿設され、前記チップ基板側でチップ基板との界面に前記受光手段を備えるものであり、チップ基板は、センサー基板の反対側に前記表面プラズモン共鳴検知面が取り付けられ、前記センサー基板の開口部からの入射光を所定角度で前記表面プラズモン共鳴検知面に反射させて前記受光手段へ受光させるように、開口部から前記表面プラズモン共鳴検知面の間の位置に回折格子やミラー等の光路偏向手段を設けた構成としたので、表面プラズモン共鳴センサーを小型化してコンパクトな表面プラズモン共鳴センサーを提供することが可能となった。
【００５５】
また、表面プラズモン共鳴検知面が、前記光源の照射方向に対してある角度でセンサー基板に入射するように固定され、前記光源から照射された入射光を当該表面プラズモン共鳴検知面に所定の角度で反射させて前記受光手段に受光させるように光路を偏向する光路偏向手段を有する表面プラズモン共鳴センサーであって、その表面プラズモン共鳴センサーから出力された反射光強度信号から反射光強度の変化に基づいてサンプル液内のターゲットについて定性及び定量を解析する演算処理装置を有する構成としたので、表面プラズモン共鳴センサーが小型になることで、装置全体のコンパクト化を図ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面プラズモン共鳴センサーの検出部を簡略化して示した図である。
【図２】表面プラズモン共鳴センサーの感応膜について詳細に示した拡大断面を示した図である。
【図３】表面プラズモン共鳴センサーによって検出される反射光強度の入射角度依存性を示したＳＰＲ曲線である。
【図４】表面プラズモン共鳴測定装置の一実施形態を示した概念図である。
【図５】表面プラズモン共鳴センサーを示した断面図である。
【図６】表面プラズモン共鳴測定装置を示した外観斜視図である。
【図７】表面プラズモン共鳴センサーの第１変形例を示した断面図である。
【図８】表面プラズモン共鳴センサーの第２変形例を示した断面図である。
【図９】表面プラズモン共鳴センサーの第３変形例を示した断面図である。
【図１０】従来の表面プラズモン共鳴センサーを示した平面図である。
【図１１】従来の表面プラズモン共鳴センサーを示した側面図である。
【符号の説明】
１    表面プラズモン共鳴測定装置
２    チップ基板
３    センサー基板
４    光源
５    コリメーションレンズ
６    偏光板
７    マイクロ流路
１０  表面プラズモン共鳴センサー
１１  センサー基板
１２，１４  反射防止膜
１３  チップ基板
１５  回折格子
１６  プラズモン共鳴検知面
１８  アパーチャ
１９  入射光
２０  金膜
２１  感応膜
２２  フォトダイオード
３１  流路システム
３２  サンプル注入穴
３３  インターフェース
３４  温調器
４０  ＳＰＲセンサー
４１  入射側ミラー
４２  反射側ミラー
５０  ＳＰＲセンサー
５１  フォトダイオードアレー
５２  不等間隔回折格子
６０  ＳＰＲセンサー
６１  回折格子
【図１】
2004361256.tif 000003
【図２】
2004361256.tif 000004
【図３】
2004361256.tif 000005
【図４】
2004361256.tif 000006
【図５】
2004361256.tif 000007
【図６】
2004361256.tif 000008
【図７】
2004361256.tif 000009
【図８】
2004361256.tif 000010
【図９】
2004361256.tif 000011
【図１０】
2004361256.tif 000012
【図１１】
2004361256.tif 000013