(57)【要約】【課題】表面プラズモン共鳴等による全反射光を利用した測定装置において、コストアップ、装置の複雑化を抑制しつつ、周囲温度等の環境値に左右されずに、全反射光の状態を精度よく測定可能とする。【解決手段】センサウェルユニット１００に、同時に測定がなされるウェル１０１の数より少ない数の温度検知手段５１〜５４を備える。測定時には、信号処理部２０の温度演算手段２１において、温度検知手段５１〜５４から検知された４つの測定点に基づいて２次近似曲線を求め、この２次近似曲線から各ウェルにおける擬似検知温度を得る。補正手段２２においては、この各ウェルにおける擬似検知温度に基づいて、光検出手段１７Ａ〜Ｈの出力から得られた各測定値Ｓに対して補正を施し補正値Ｓ’を得る。信号処理部２０においては、この補正値Ｓ’に基づいて全反射減衰の状態を検出する。【選択図】　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層の表面上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる３以上の複数の測定チップと、該複数の測定チップを支持する支持体からなるセンサユニットと、
前記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入射角で入射させる入射光学系と、
前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を備えてなる測定装置において、
前記センサユニット近傍における、２つ以上かつ前記複数の測定チップ数より少数箇所の環境値をそれぞれ検知する環境値検知手段と、
該環境値検知手段により検知された前記少数箇所の環境値から前記複数の測定チップの各々における環境値を求める環境値演算手段と、
該各測定チップの環境値に基づいて該各測定チップについての前記光検出手段による検出結果を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記環境値が、温度および／または湿度であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記補正手段が、前記複数の測定チップのうち所定の測定チップの前記光検出手段による測定結果をリファレンスとして、他の測定チップについての測定結果を補正するものであることを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
前記補正手段が、前記環境値と前記光検出手段の検出結果を対応させて記憶するルックアップテーブルを有し、該ルックアップテーブルに基づいて、補正を行うものであることを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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測定装置等の全反射光によるエバネッセント波の発生を利用した測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
従来より、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、被測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置が種々提案されている。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（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモン測定装置は基本的に、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液体試料などの被測定物質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測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【０００５】
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によって検出することができる。
【０００６】
上記構成の表面プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質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被測定物質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。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必要がある。
【０００７】
この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角、すなわち全反射減衰角θｓｐより表面プラズモンの波数が分かると、被測定物質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、被測定物質の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】
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すなわち、上記反射光強度が低下する入射角である全反射減衰角θｓｐを知ることにより、被測定物質の誘電率εｓ　、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】
なおこの種の表面プラズモン測定装置においては、全反射減衰角θＳＰを精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平１１−３２６１９４号に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。
【００１０】
そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて被測定物質の屈折率に関連する特性を求めることが多い。
【００１１】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似の測定装置として、例えば「分光研究」第４７巻　第１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、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、液体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して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【００１２】
上記構成の漏洩モード測定装置において、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被測定物質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、被測定物質の屈折率や、それに関連する被測定物質の特性を分析することができる。
【００１３】
なお、表面プラズモン共鳴測定装置もしくは漏洩モード測定装置等の全反射を利用した測定装置としては、光を界面に全反射条件が得られる入射角で入射させ、その光によるエバネッセント波の発生により、界面で全反射した光の状態の変化を測定することにより被測定物質の特性分析等を行うに際して、前述の全反射減衰を生じる特定入射角の測定をする装置のほか、複数の波長の光ビームを界面に入射させ、角波長毎の全反射減衰の程度を検出する装置、あるいは、光ビームを界面に入射させるとともに、この光ビームの一部を、界面入射前に分割し、この分割した光ビームを界面で反射した光ビームと干渉させて、該干渉の状態を測定する装置等種々のタイプがある。
【００１４】
また、上述した表面プラズモン共鳴測定装置等の全反射光を利用した測定装置は、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場合があり、効率よくスクリーニングを行うために、誘電体ブロックと試料保持部とが一体化した複数の測定チップと該複数の測定チップを一次元もしくは二次元状に支持する支持台とからなるセンサユニットや、誘電体ブロック自体が、該誘電体ブロックの上面に開口を有する検体ウェルを１次元状もしくは２次元状に複数備えたセンサウェルユニットを構成するもの、および、該センサユニットやセンサウェルユニットの複数の検体ウェルに対して並列的に複数の光ビームを入射させ、各測定チップ（もしくはウェル）の界面における反射光を個別に検出する測定装置が提案されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記測定装置においては、測定チップが配置されている周囲の温度や湿度等の環境値が変化すると試料液の屈折率等が変化するため、環境値の変動により、本来同一の検出結果が得られるべき試料であっても、実際に検出される検出結果が異なるものとなる場合が生じ、検出結果の信頼性が低下するという問題がある。
【００１６】
この問題を解決するために、本出願人は、環境値を検知する環境値検知手段を備え、環境値に左右されない検出結果を得ることができる測定装置を既に提案している。しかしながら、複数の測定チップ（もしくはウェル）について同時に測定する測定装置の場合、測定チップの位置により環境値に差があるために、各測定チップ毎に環境値検知手段を備える必要が生じ、測定装置のコストアップおよび装置の複雑化を引き起こしかねないという問題がある。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑みて、コストアップ、装置の複雑化を抑制した、周囲の環境値に左右されずに、全反射光の状態を精度良く検出することができる信頼性の向上した測定装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の測定装置は、光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層の表面上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる３以上の複数の測定チップと、該複数の測定チップを支持する支持体からなるセンサユニットと、
前記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入射角で入射させる入射光学系と、
前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を備えてなる測定装置において、
前記センサユニット近傍における、２つ以上かつ前記複数の測定チップ数より少数箇所の環境値をそれぞれ検知する環境値検知手段と、
該環境値検知手段により検知された前記少数箇所の環境値から前記複数の測定チップの各々における環境値を求める環境値演算手段と、
該各測定チップの環境値に基づいて該各測定チップについての前記光検出手段による検出結果を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
前記センサユニットは、測定チップと支持体が別個に形成され、測定チップが支持体の測定チップ保持孔に保持されてなるものであってもよいし、測定チップと支持体が一体的に形成され、測定チップの試料保持部がウェル状に形成されたセンサウェルユニットであってもよい。
【００２０】
前記環境値は、複数個の環境値の組み合わせでもよいし、１つの環境値であってもよい。環境値としては、例えば温度あるいは湿度などが挙げられる。また、環境値は、温度や湿度そのものであっても、所定値からの差、変動量等であってもよい。
【００２１】
上記各全反射減衰を利用した測定装置において、「光検出手段による検出結果を補正する」とは、光ビームの強度に基づいて求められた値、例えば全反射減衰角の角度等を補正することも含むものである。また、多数の受光素子がアレイ状に設けられた光検出手段と、該受光素子の並設方向に関して微分する微分手段を用いる場合等には、該微分手段が出力する微分値を補正することも含むものである。
【００２２】
前記補正手段は、前記複数の測定チップのうち所定の測定チップの前記光検出手段による測定結果をリファレンスとして、他の測定チップについての測定結果を補正するものとすることができる。
【００２３】
あるいは、前記補正手段は、前記環境値と前記光検出手段の検出結果を対応させて記憶するルックアップテーブルを有し、該ルックアップテーブルに基づいて、補正を行うものとすることができる。
【００２４】
本発明の各測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２５】
また、上記各測定装置は、前記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２６】
本発明による全反射光を利用した測定装置において、光検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して試料の分析を行うには種々の方法があり、例えば、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰により発生した暗線の位置（角度）を検出することにより試料分析を行ってもよいし、Ｄ．Ｖ．Ｎｏｏｒｔ，Ｋ．ｊｏｈａｎｓｅｎ，Ｃ．−Ｆ．Ｍａｎｄｅｎｉｕｓ，　Ｐｏｒｏｕｓ　Ｇｏｌｄ　ｉｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｌａｓｍｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，　ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ　ＸＩＩＩ，　１９９９，　ｐｐ．５８５−５８８　に記載されているように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出することにより試料分析を行ってもよい。
【００２７】
また、Ｐ．Ｉ．Ｎｉｋｉｔｉｎ，Ａ．Ｎ．Ｇｒｉｇｏｒｅｎｋｏ，Ａ．Ａ．Ｂｅｌｏｇｌａｚｏｖ，Ｍ．Ｖ．Ｖａｌｅｉｋｏ，Ａ．Ｉ．Ｓａｖｃｈｕｋ，Ｏ．Ａ．Ｓａｖｃｈｕｋ，　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｌａｓｍｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　ｆｏｒ　Ｍｉｃｒｏ−Ａｒｒａｙ　Ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ，　ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ　ＸＩＩＩ，　１９９９，　ｐｐ．２３５−２３８　に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度を測定することにより試料分析を行ってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の測定装置は、センサユニットの測定チップ数よりも少数の環境値から各測定チップにおける環境値を求める環境値演算手段と、各測定チップについての検出結果を環境値に応じて補正する補正手段とを備えているので、各測定チップ毎に環境値検知手段を備える必要がなく、各測定チップにそれぞれ環境値検知手段を備える場合と比較して、コストアップ、装置の複雑化を抑制しつつ、各測定チップについて、環境値に左右されない検出結果を得ることができ、測定装置の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
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と図２はそれぞれ、本発明の第１の実施の形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面形状、側面形状を示すものである。
【００３０】
本実施の形態の測定装置においては、誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェル（液溜め）１０１が、該誘電体ブロックに１次元状に複数備えられ、該各検体ウェル１０１の内底面に薄膜層として金属膜１２が形成されてなるセンサウェルユニット１００が備えられている。センサウェルユニット１００は、例えば透明樹脂等で構成されており、金属膜１２上には特定物質と結合するセンシング物質１４が固定されてなる。また上記ウェル１０１底面の各々に下方に突出した誘電体ブロックの光入出射部１０２が形成され、この光入出射部１０２と上記金属膜１２との界面１０２ａに光ビームＬが入射されるようになっている。
【００３１】
さらに、本表面プラズモン共鳴測定装置は光ビームＬを出射するレーザ光源２と、該光源２から出射された光ビームＬをセンサウェルユニット１００の矢印Ｐ方向に並んだ複数（本例では８個）のウェル１０１の底面に、並列的に入射させる光ビーム入射手段１と、各ウェル１０１の界面１０２ａで反射した光ビームＬをそれぞれ受光する矢印Ｐ方向のウェル数と同数の８個の光検出手段１７Ａ〜Ｈと、該光検出手段１７Ａ〜Ｈからの出力を受ける信号処理部２０と、該信号処理部２０に接続された表示部２５と、環境値検知手段である温度検知手段５１〜５４とを備えている。
【００３２】
光ビーム入射手段１は、レーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬを平行光とするコリメータレンズ３、光ビームＬを分岐するハーフミラー４ａ〜ｇおよびミラー４ｈ、分岐された光ビームＬを図２で示される面内のみで径を拡大するシリンドリカルビームエキスパンダ５ａ〜ｈ、光ビームＬを反射するミラー６ａ〜ｈ、該ミラー６ａ〜ｈで反射された光ビームＬを、図２に示される面内のみで集光するシリンドリカルレンズ７ａ〜ｈとを備えてなる。
【００３３】
光検出手段１７Ａ〜Ｈの各々は、多数の受光素子（フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ・・・）が１列に配されてなるフォトダイオードアレイから構成されている。
【００３４】
温度検知手段５１〜５４は、センサウェルユニット１００のウェル数（ここでは８個）より少ない数（ここでは４個）であり、それぞれセンサウェルユニット１００の側面の異なる箇所に備えられており、それぞれの箇所における温度を検知するものである。温度検知手段５１〜５４としては、熱電対、サーミスタ等を用いることができる。
【００３５】
信号処理部２０は、温度検知手段５１〜５４により検知された検知温度から各ウェル１０１における温度を求める温度演算手段２１と、各ウェル１０１の温度に基づいて、測定値Ｓに対して後述の所定の処理を施し、補正出力信号Ｓ’を出力する補正手段２２を備えてなるものである。
【００３６】
次に、測定原理を説明する。
【００３７】
図１に示す通り、１つのレーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬはコリメーターレンズ３で平行光とされた後、ハーフミラー４ａ〜ｇとミラー４ｈとによって８本に分岐され、分岐された８本の光ビームＬが各々ウェル１０１の底面、つまり光入出射部１０２と金属膜１２との界面１０２ａに入射する。
【００３８】
このとき、分岐された各光ビームＬは、それぞれシリンドリカルビームエキスパンダ５ａ〜ｈにより図２に示される面内のみで径が拡大され、それぞれミラー６ａ〜ｈで反射して進行方向を変えた後、それぞれシリンドリカルレンズ７ａ〜ｈにより図２に示される面内のみで集光される。それにより各光ビームＬは、それぞれ光入出射部１０２と金属膜１２との界面１０２ａに対して、種々の入射角成分を持った状態で入射する。なおレーザ光源２は、直線偏光である光ビームＬがｐ偏光状態で上記界面１０２ａに入射するようになる向きに配設されている。その他、光ビームＬを界面１０２ａに対してｐ偏光で入射させるには波長板で光ビームＬの偏光の向きを制御するようにしてもよい。
【００３９】
光ビームＬは、上述のように集光されるので、界面１０２ａに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なお、この入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そのため、界面１０２ａで全反射した反射光ビームＬには、種々の反射角で全反射された成分が含まれることになる。なお、上記光ビーム入射手段１は、光ビームＬを界面上に点状に集光させずにデフォーカス状態で入射させるように構成してもよい。そのようにすれば、界面上のより広い領域において光ビームＬが全反射されるので、全反射減衰の状態の検出誤差が平均化されて全反射解消角の測定精度を高めることができる。
【００４０】
界面１０２ａで全反射した光ビームＬは光検出手段１７Ａ〜Ｈにより検出される。本例における各光検出手段１７Ａ〜Ｈは、それぞれ複数のフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ……が１列に並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、平行光化された光ビームＬの進行方向に対してフォトダイオード並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１０２ａにおいて種々の反射角で全反射した光ビームＬの各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ……が受光することになる。なお、下記の説明において、各検出手段１７Ａ〜Ｈは単に光検出手段１７と記載する。
【００４１】
図３は、（ａ）光ビームＬの界面１０２ａへの入射角θと上記光強度Ｉとの関係、および（ｂ）入射角θと光強度Ｉの微分値ｄＩとの関係を示すものである。図３（ａ）に示すように、界面１０２ａにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜１２と試料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。反射光強度Ｉの最小値の位置変動の経時的な変化、すなわち全反射減衰角の経時的な変化を測定することにより、試料液中の特定物質とセンシング物質１４との結合の有無を得ることができる。また、図３（ｂ）に示すように、反射光強度Ｉの微分値ｄＩ＝０となる位置は、全反射減衰角の位置変動に伴い変動する。したがって、測定開始時に微分値ｄＩ＝０近傍であった測定点についての経時変化を観測することにより、間接的に全反射減衰角の変化を得ることができ、特定物質とセンシング物質１４との結合の有無を得ることができる。
【００４２】
本実施形態の信号処理部２０は、高精度の測定を行うため、上述のように反射光強度Ｉの微分値ｄＩを求め、該微分値ｄＩの経時変化を測定することにより、全反射減衰角の経時変化を間接的に観察し、特定物質とセンシング物質１４との結合の有無を得るものである。ただし、ここでは、光検出手段１７から得られた光強度Ｉの微分値ｄＩを測定値Ｓとし、補正手段２２において、この測定値Ｓに対して所定の補正を施した補正値Ｓ’を求め、該補正値Ｓ’を真の微分値ｄＩ’として結合の有無を得て、検出結果を表示部２５に出力する。
【００４３】
次に、上記構成の表面プラズモンセンサーにおける実際の測定方法について説明する。
【００４４】
まず、センサウェルユニット１００の各ウェル１０１にそれぞれ試料液を分注する。このとき、８つのウェル１０１のうち検体ウェルＷ１〜Ｗ７には被検体を含む試料液を分注し、残りの１つのウェルＷｃには検体ウェルの注入される試料液の溶媒のみを注入する。このウェルＷｃは、各検体ウェルＷｎ（ｎ＝１、２、…７）における溶媒による屈折率の変化（バルク効果）を差し引くためのコントロールとして用いられる。
【００４５】
上述の測定原理で説明した通り、８つのウェルＷｎおよびＷｃの各界面１０２ａに対して光ビームＬを並行して入射させ、該界面１０２ａからの全反射光をそれぞれ光検出手段１７で検出する。
【００４６】
光検出手段１７が受光した光強度Ｉが信号処理部２０に入力されるとともに、温度検出手段５１〜５４が検知した検知温度も信号処理部２０に入力される。なお、光強度の測定および温度検知は、所定時間が経過する毎になされる。
【００４７】
信号処理部２０は、まず、温度演算手段２１において、温度検知手段５１〜５４により検知された検知温度から各ウェルＷｎおよびｗｃにおける擬似検知温度を求め、次に、補正手段２２において、各ウェルＷｎおよびＷｃの温度に基づいて、光検出手段１７から出力された光強度Ｉの微分値ｄＩを測定値Ｓとして該測定値Ｓに対し所定の補正を施し、補正値Ｓ’（＝真の微分値ｄＩ’）を得、該補正値Ｓ’に基づいて被検体とセンシング物質１４との結合の有無を判定し、判定結果を表示部２５に出力する。
【００４８】
以下、温度演算手段２１および補正手段２２の作用を説明する。
【００４９】
図４は、温度演算手段２２による温度演算方法を説明するための図である。図４中のグラフの縦軸は温度Ｔ、横軸はセンサウェルユニット１００のＰ方向位置を示す。温度演算手段２２においては、温度検知手段５１〜５４により検知された検知温度、ここでは図４中○印で示した４つの測定点に基づいて、同図中実線で示すような２次近似曲線を求め、該２次近似曲線から同図中×印で示した各ウェルＷｎおよびＷｃにおける擬似検知温度Ｔｎ（ｎ＝１、２…７）およびＴｃを得る。この手法によれば、ウェル数よりも少ない温度検知手段で、各ウェルの温度を近似的に求めることができ、各ウェル毎に温度検知手段を備える必要がないため、コストアップおよび装置構成の複雑化を防ぐことができる。
【００５０】
図５は、温度Ｔに対するドリフトの傾きαの関係の一例を示すものである。表面プラズモン共鳴測定装置では、光検出器手段により検出される反射光が一定温度においても徐々に位置変化を示すドリフトという現象がみられる。図５に示すように、このドリフトの傾き（変化の度合い）は各温度毎で異なり、温度が高いほど傾きが大きくなる傾向にある。本実施形態のように、複数のウェルを備えたセンサウェルユニットにおいては、検体ウェルＷｎとコントロールウェルＷｃとの間に温度差が生じる場合があり、上述のように、温度が異なるとドリフトの傾きαが異なるため、バルク効果の除去の際にはこの温度差を考慮する必要がある。
【００５１】
補正手段２２は、予め求められた温度とドリフト傾きとの関係を記憶しており、入力された測定値Ｓおよび各ウェル毎の温度ＴｎおよびＴｃに基づいて、補正式（１）に基づいた補正を行い、補正値Ｓｏｕｔを出力する。
【００５２】
Ｓｏｕｔ（Ｗｎ，ｔ）＝Ｓ（Ｗｎ，ｔ）−Ｓ（Ｗｃ，ｔ）・（α（Ｔｎ）／α（Ｔｃ））　　・・・（１）
ここで、Ｓｏｕｔ（Ｗｎ，ｔ）はウェルＷｎの時刻ｔにおける補正値、Ｓ（Ｗｎ，ｔ）はウェルＷｎの時刻ｔにおける測定値、Ｓ（Ｗｃ，ｔ）はコントロールウェルＷｃの時刻ｔにおける測定値、α（Ｔ）は温度Ｔにおけるドリフトの傾き、ＴｎはウェルＷｎの時刻ｔにおける温度、ＴｃはコントロールウェルＷｃの時刻ｔにおける温度である。
【００５３】
上記補正式（１）により、検体ウェルＷｎとコントロールウェルＷｃとの温度差に対応したバルク効果除去を行うことができ、より高精度な測定結果を得ることができる。
【００５４】
次に、第２の実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置について説明する。第２の実施形態の測定装置の概略構成は、図１および図２に示した測定装置と略同一である。以下では、上記実施の形態と異なる点にのみ言及し、同様の要素については詳細な説明を省略する。
【００５５】
第２の実施形態の測定装置においては、測定時にコントロールウェルを設けず、図１中の８つのウェル１０１全て検体ウェルとして用いる。また、信号処理部２０の補正手段２２が、センサーの製造時に予め補正データを記憶させたルックアップテーブルを備えている点で上記第１の実施形態と異なる。このルックアップテーブルは、各ウェルの温度と測定値Ｓを入力すれば、該ウェルの温度が２０℃である場合に出力される出力信号からのずれを補正した補正値Ｓ’を出力するものであり、試料液に含まれる溶媒の種類が異なると、測定値Ｓに対応する補正値Ｓ’が異なるため、各溶媒毎にルックアップテーブルを作成し、使用する試料液に含まれる溶媒に合わせて、使用者がルックアップテーブルを選択する。
【００５６】
温度演算手段２１において、第１の実施形態の場合と同様にして、各ウェルにおける擬似検知温度を得る。その後、補正手段２２において、ルックアップテーブルに、各ウェル毎の温度と測定値を入力して補正値Ｓ’を得る。補正値Ｓ’は、ウェルの環境温度変化に依存しない信号値であり、これを真の微分信号ｄＩ’としてセンシング物質と被検体との結合の有無を分析する。
【００５７】
測定値Ｓは、ウェルの環境温度の変化によって変化するために、ウェルの環境温度が変化すると、測定値Ｓの変化が被検体とセンシング物質との結合反応によるものか環境温度の変動によるものかの判定ができなくなり、測定精度が低下する場合が考えられるが、本実施形態はルックアップテーブルを備え、常にウェルの温度が２０℃である場合に出力される出力信号からのずれを補正した補正値Ｓ’を得るので、温度変動に左右されることなく、信頼性の高い測定を行うことが可能である。
【００５８】
図６は、第３の実施形態である表面プラズモン共鳴測定装置の側面図である。
【００５９】
ここでは、第１の実施形態の測定装置の温度検知手段に代えて、環境値検知手段として湿度検知手段６１〜６４を備えている。この湿度検知手段６１〜６４は、図２における温度検知手段５１〜５４と略同一箇所に備えられている。また、信号処理部２０は、湿度演算手段２６と、補正手段２７を備えており、湿度演算手段２６においては、上述の温度演算手段の場合と同様に、ウェル数より少ない数の湿度検知手段６１〜６４の測定点から２次近似曲線を求め、該曲線から各ウェルにおける擬似検知湿度を得る。
【００６０】
また、補正手段２７は、予め用意された、湿度と測定値Ｓとを入力すれば、湿度６０％の時の出力との差を補正した補正値を出力するルックアップテーブルを備え、この場合も、第２の実施形態と同様にして各溶媒毎に用意された複数のルックアップテーブルから測定対象に応じて使用者が選択するものとする。
【００６１】
本実施形態においては、ウェル数より少ない数の湿度検知手段６１〜６４から各ウェルの湿度を求めるため、各ウェル毎に湿度検知手段を備える場合と比較して、コストアップ、装置の複雑化を抑えることができ、常に湿度６０％での出力となるよう測定値に補正を施すので、湿度変動に影響を受けない分析結果を得ることができ、測定精度を向上させることができる。
【００６２】
図７は、第４の実施形態である前述の漏洩モード測定装置の側面図である。なお同図においては、図２中に示されているものと同等の要素については同符号を付し、詳細な説明を省略する。ここでは、センサウェルユニットのみが前述の第１の実施形態の測定装置と異なる。
【００６３】
センサウェルユニット１００’は、第１の実施形態で示したセンサウェルユニット１００と略同一の形状の誘電体ブロックにより構成されており、ウェル１０２の底部内面に設けられた薄膜層が、クラッド層４１とその上に設けられた光導波層４２とからなる点でのみ異なる。このクラッド層４１は、誘電体ブロック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４２は、クラッド層４１よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いて薄膜状に形成されている。クラッド層４１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４２の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で７００ｎｍ程度とされる。
【００６４】
図７に示す漏洩モード測定装置において、レーザ光源２から出射した光ビームＬを光入出射部１０２を通してクラッド層４１に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビームＬが光入出射部１０２とクラッド層４１との界面１０２ａで全反射するが、クラッド層４１を透過して光導波層４２に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層４２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４２に取り込まれるので、上記界面１０２ａ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。
【００６５】
光導波層４２における導波光の波数は、該光導波層４２の上の試料（ここではセンシング物質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、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。
【００６６】
なお、本実施形態においては、上記第１の実施形態と同様に光導波層４２上に特定物質と結合するセンシング物質１４を予め固定しており、このセンシング物質１４上に被検体を含む液体試料１１を滴下し、導波モードの励起による全反射減衰角θｓｐの角度変化量、すなわち、反射光強度の微分値の変化量を測定することにより、センシング物質１４と被検体の結合の有無を分析し、その分析結果を表示部２５に出力する。
【００６７】
本実施形態においても、温度検知手段５１〜５４で検知された検知温度に基づいて、信号処理部２０の温度演算手段２１で検体ウェルＷｎおよびコントロールウェルＷｃの温度が求められ、補正手段２２において、測定値Ｓに対して補正式（１）を用いた補正処理により補正値Ｓ’を得るので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
なお、上述の各実施形態の測定装置は、光源からの光ビームを界面に対して種々の角度で入射させ、該界面からの反射光を測定し暗線となる入射角度から全反射減衰の状態を測定して被検体とセンシング物質との結合状態を得るものであるが、光ビームの入射角度を界面で全反射条件を満たす所定の角度とし、種々の波長を有する光ビームを入射させる、もしくは入射させる光ビームの波長を変化させ、界面からの反射光を測定し、各波長毎の全反射減衰の状態により被検体とセンシング物質との結合状態を得るようにしてもよい。
【００６９】
また、さらに別の全反射光を利用した測定装置を第５の実施形態として以下に説明する。
【００７０】
図８に側面形状を示すように、本実施の形態の測定装置は、上述の第１の実施形態と同様の温度検知手段および信号処理部を備えているが、被検体とセンシング物質との結合状態を得る測定方法が上述の各実施形態と異なる。
【００７１】
センサウェルユニット１００を挟んで光源３３４ａ〜ｈとＣＣＤ３６０ａ〜ｈとが配設されており、これら光源３３４ａ〜ｈとＣＣＤ３６０ａ〜ｈとの間には、コリメータレンズ３５０ａ〜ｈ、干渉光学系、集光レンズ３５５ａ〜ｈおよびアパーチャー３５６ａ〜ｈが配設されており、さらに第１の実施形態と同様の温度検知手段５１〜５４を備えている。
【００７２】
上記干渉光学系は、偏光フィルタ３５１ａ〜ｈ、ハーフミラー３５２ａ〜ｈ、ハーフミラー３５３ａ〜ｈおよびミラー３５４ａ〜ｈにより構成されている。
【００７３】
さらに、ＣＣＤ３６０ａ〜ｈは信号処理部３６１に接続されており、信号処理部３６１は表示部３６５に接続されている。
【００７４】
なお、信号処理部３６１は、温度演算手段３６２および補正手段３６３を備えている。
【００７５】
以下、本実施の形態の表面プラズモン共鳴測定装置における試料の測定について説明する。
【００７６】
光源３３４ａ〜ｈが駆動されてそれぞれ光ビーム３３０が発散光の状態で出射される。この光ビーム３３０はコリメータレンズ３５０ａ〜ｈにより平行光化されて偏光フィルタ３５１ａ〜ｈに入射する。偏光フィルタ３５１ａ〜ｈを透過して界面に対してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム３３０は、ハーフミラー３５２ａ〜ｈにより一部がレファレンス光ビーム３３０Ｒとして分割され、ハーフミラー３５２ａ〜ｈを透過した残りの光ビーム３３０Ｓは界面に入射する。界面で全反射した光ビーム３３０Ｓおよびミラー３５４ａ〜ｈで反射したレファレンス光ビーム３３０Ｒはハーフミラー３５３ａ〜ｈに入射して合成される。合成された光ビーム３３０´は集光レンズ３５５ａ〜ｈにより集光され、アパーチャー３５６ａ〜ｈを通過してＣＣＤ３６０ａ〜ｈによって検出される。このとき、ＣＣＤ３６０ａ〜ｈで検出される光ビーム３３０´は、光ビーム３３０Ｓとレファレンス光ビーム３３０Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【００７７】
試料１１分注後から継続的に複数回測定し、ＣＣＤ３６０ａ〜ｈにより検出される干渉縞の変化を検出することにより、試料中の特定物質とセンシング物質との結合の有無を検出することができる。つまりこの場合は、上記特定物質とセンシング物質１４との結合状態に応じてセンシング物質１４の屈折率が変化すると、界面で全反射した光ビーム３３０Ｓおよびレファレンス光ビーム３３０Ｒがハーフミラー３５３ａ〜ｈにより合成される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合を検出することができる。
【００７８】
信号処理部３６１は、以上の原理に基づいて上記反応の有無を検出するが、この際、温度演算手段３６２において、第１の実施形態と同様にして、温度検知手段５１〜５４からの検知温度に基づいて各ウェルにおける擬似検知温度を得、補正手段３６３において、干渉縞の変化について補正を施し、該補正された干渉縞の変化に基づいて結合の有無の分析を行い、分析結果を表示部３６５に出力する。
【００７９】
本実施形態においても、ウェル数より少ない数の温度検知手段５１〜５４から各ウェルの温度を求めるため、各ウェル毎に湿度検知手段を備える場合と比較して、コストアップ、装置の複雑化を抑えることができ、測定値である干渉縞の変化に該温度に応じた補正を施すので、温度変動に影響を受けない分析結果を得ることができ、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の要部を示す平面図
【図２】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の要部を示す一部破断側面図
【図３】光ビーム入射角と検出光強度および強度微分値の関係を示す概略図
【図４】第１の実施形態の測定装置における、温度演算方法を説明するための図
【図５】温度Ｔに対するドリフトの傾きαの関係の一例を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態による漏洩モード測定装置の要部を示す一部破断側面図
【図７】本発明の第４の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の要部を示す一部破断側面図
【図８】本発明の第５の実施形態による測定装置の要部を示す一部破断側面図
【符号の説明】
１　　光ビーム入射手段
２　　レーザ光源
３　　コリメータレンズ
４ａ〜ｇ　　ハーフミラー
４ｈ　　ミラー
５ａ〜ｈ　　シリンドリカルビームエキスパンダ
６ａ〜ｈ　　ミラー
７ａ〜ｈ　　シリンドリカルレンズ
１１　　試料液
１２　　金属膜
１４　　センシング物質
１７Ａ〜Ｈ　　光検出手段
１７ａ，ｂ，ｃ…　　フォトダイオード
２０　　信号処理部
２１　　温度演算手段
２２　　補正手段
２５　　表示部
４１　　クラッド層
４２　　光導波層
５１〜５４　　温度検知手段
１００、１００’　　センサウェルユニット
１０１　　ウェル
１０２　　光入出射部
１０２ａ　　界面
Ｗｎ（ｎ＝１，２…）　　検体ウェル
Ｗｃ　　コントロールウェル
【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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