(57)【要約】【課題】従来の屈折率センサに比べて、高感度で、かつ、早く測定をすることができる屈折率センサを提供すること。【解決手段】本発明に係る逆オパール構造を備えた屈折率センサは、同じ粒径の微粒子を周期配列して成るオパール構造体の各微粒子間にポリスチレンを充填して膜を形成し、次いで、前記膜から前記微粒子を除去することにより球状の空間が周期的に配列されたポリスチレン逆オパール構造体を形成し、前記逆オパール構造体の各球状空間の表面に反応物を装飾して成ることを特徴とする。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ粒径の微粒子を周期配列して成るオパール構造体の各微粒子間にポリスチレンを充填して膜を形成し、
次いで、前記膜から前記微粒子を除去することにより球状の空間が周期的に配列されたポリスチレン逆オパール構造体を形成し、
前記逆オパール構造体の各球状空間の表面に反応物を装飾して成る
ことを特徴とする逆オパール構造を備えた屈折率センサ。
【請求項２】
前記ポリスチレンからなる逆オパール構造の球状空間の表面に、
物理吸着によりリガンドを固定し、
アナライトとのバイオ反応を屈折率変化で検出できるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記ナノサイズのポリスチレン微粒子からなる逆オパール構造体の各球状空間をエタノール水で満たしてエタノール水を該構造体のポリスチレン逆オパール膜に浸透させ、
反応物を水に混入したの水溶液を各球状空間に充填し、水をバッファとして反応物を各球状空間の表面に吸着させて成る
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物質、特に抗原抗体などの蛋白質、ＤＮＡ、ＲＮＡなどの生体関連の反応を計測ことができる物質の物質間相互作用による状態変化を、その状態変化に応じた光の屈折率変化に基づいて測定するために用いられる屈折率センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から測定表面上に反応物を固定し、その測定表面に反応物と作用する第二の成分を供給し、前記反応物と第二の成分との相互作用を検知することが知られている。
前記反応物と第二成分との相互作用を定量化信号として検出する方法は、光吸収、蛍光、表面プラズモン共鳴等の様々な方法があり、その中の一つに、光の回折を用いる方法がある。
これは、反応物と第二の成分との相互作用に応じて光の回折ピーク波長が変化することを利用するもので、表面が金属でコーティングされた同じサイズの複数のシリカ粒子を周期的に配列してなる多層膜を備え、前記多層膜内のシリカ粒子間に測定すべき物質が入り得る隙間を有する屈折率測定用センサとして出願人が既に出願している（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−４６８６１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
出願人は、上記した特許出願後も、より高感度に、しかも、早くバイオ分子の状態変化を検出するために、屈折率測定用センサの研究開発を続け、既に提案した屈折率測定用センサより、高感度で速くバイオ分子の状態変化を検出できる屈折率センサを発明した。
本発明は、従来の屈折率センサに比べて、高感度で、かつ、早く測定をすることができる屈折率センサを提供することを目的としている。
また、本発明のもう一つの目的は、従来の屈折率センサに比べて、簡便に製造することができる屈折率センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る逆オパール構造を備えた屈折率センサは、同じ粒径の微粒子を周期配列して成るオパール構造体の各微粒子間にポリスチレンを充填して膜を形成し、次いで、前記膜から前記微粒子を除去することにより球状の空間が周期的に配列されたポリスチレン逆オパール構造体を形成し、前記逆オパール構造体の各球状空間の表面に反応物を装飾して成ることを特徴とする。
好ましくは、上記したように構成された屈折率センサにおいては、リガンド等の反応物が物理吸着により球状空間の表面に固定され得る。
また、上記したように構成された屈折率センサにおいては、ポリスチレンからなる逆オパール構造体の各球状空間を水で満たして水を該構造体のポリスチレンに浸透させた後、反応物を混入した水溶液を各球状空間に充填するだけで、反応物を各球状空間の表面に簡単に吸着させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示した実施例を参照して本発明に係る逆オパール構造を備えた屈折率センサの実施の形態について説明していく。
【０００７】
始めに、本発明に係る屈折率センサの測定原理について説明する。
図１（ａ）は逆オパール構造体の球状空間に水のみを充填した状態を示し、Ｒはその空間の半径、ｄは直径を示している。一方図１（ｂ）は逆オパール構造体の球状空間に水を充填した後リガンドを結合させた状態を示し、Ｔはリガンドの膜厚を示す。
このとき、回折ピークと膜厚の関係は次式に示すように理論上で算出することが出来る。
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図２のグラフは、この理論上で膜厚と回折ピークの移動の関係を示す。
このグラフから、膜厚の変化に応じて回折ピークがシフトすることが分かる。本発明に係る屈折率センサは、この球状空間の表面に形成された膜の厚さの変化に応じて回折ピークが変化するという原理に基づいて屈折率を測定するものである。
【０００８】
次に、本発明に係る逆オパール構造を備えた屈折率センサの製造方法について説明していく。
図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る屈折率測定用センサに用いられる逆オパール構造体の製造工程の一例を示している。
図３（ａ）に示すように、始めに適当な基板１上に、同径のシリカ微粒子２を周期配列して成るオパール構造体３を形成する。
次いで、図３（ｂ）に示すように、オパール構造体３を前記シリカ微粒子（より粒径が小さいナノサイズ）のポリスチレン微粒子４を溶解したポリスチレン−トルエン溶液５に浸してオパール構造体３の各微粒子間の隙間にポリスチレン−トルエン溶液を満たす。
次いで、図３（ｃ）に示すように、トルエン溶液を蒸発させた後、図３（ｄ）に示すように、基板１を取り外す。
図３（ｅ）は、基板１を完全に取り外した状態を示しており、この状態からシリカ微粒子２をフッ化水素で溶かして、球状空間６が周期的に配列された逆オパール構造体７が完成する。
【０００９】
次に上記したように構成されたポリスチレンから成る逆オパール構造体７の各球状空間６の表面に反応物を吸着させる工程について説明する。
逆オパール構造体７を構成するポリスチレンは疎水性なので反応物を溶解した溶解液に直接浸しても溶解液は逆オパール構造体７に浸透しない。従って、始めにエタノール溶液中に逆オパール構造体７を浸して逆オパール構造体７にエタノールを浸透させる。その後、水でエタノールを交換する。
次いで、水が浸透した逆オパール構造体７を、リガンド等の反応物を溶かした水溶液を入れたガラス容器内に入れると、反応物が各球状空間６の表面に吸着され、屈折率センサが完成する。
この状態で、一度、光を照射して回折ピークが現われる波長を測定しておく。
次いで、リガンドを球状空間６の表面に吸着させた屈折率センサに、アナライトを溶解した水溶液を供給し、リガンドとアナライトとを反応させた後に、光を照射して回折ピークが現われる波長を測定する。
図４は、球状空間６の表面にリガンドが吸着した状態及び前記リガンドにアナライトを供給した状態を示す概念図であり、図５は、アナライト供給前と供給後の回折ピークの測定結果を示すグラフである。図面に示すように、アナライトと反応する前と後では回折ピークがシフトしており、上記した屈折率測定用センサにより、リガンドとアナライトとの間の相互作用に応じて回折ピークがシフトすることが分かる。
【００１０】
発明者等は、本発明に係る逆オパール構造を備えた屈折率センサが、リガンドとアナライトとの相互反応により屈折率変化が生じていることを確認するために、逆オパール構造体の球状空間の表面にリガンドとしてＳＰＡ（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃａｌ　ｐｒｏｔｅｉｎ　Ａ）を固定し、それにＳＰＡと結合可能な結合部位を持つイムノグロブリンＧ（ＩｇＧ）を、幾つかの異なる形態でアナライトとして供給し、供給前と供給後の屈折率ピークが生じる波長を測定した。
図６（ａ）は、ＩｇＧを完全体で供給した時の、供給前と供給後の屈折率ピーク波長の変化を示すグラフである。このグラフに示すように、供給前と供給後とでは屈折率ピークが生じる波長がシフトしており、このことから、ＩｇＧとＳＰＡとの相互反応により屈折率が変化していることが分かる。
図６（ｂ）は、ＩｇＧの結合部位のみを供給した時の、供給前と供給後の屈折率ピーク波長の変化を示すグラフである。この場合も図６（ａ）の場合と同様に供給前と供給後とでは屈折率ピークが生じる波長がシフトしており、ＩｇＧとＳＰＡとの相互反応により屈折率が変化していることが分かる。
図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、結合部位を取り除いた状態のＩｇＧを供給した時の、供給前と供給後の屈折率ピーク波長の変化を示すグラフである。このグラフから分かるように、結合部位を持たないＩｇＧを供給した場合、供給前と供給後とで屈折率ピーク波長に変化がない。このことから、供給したＩｇＧがＳＰＡと相互反応しなければ屈折率が変化ないことが確認できる。
上記した確認実験により、屈折率の変化がリガンドとアナライトとの相互反応によるものであることが確認できる。
【００１１】
以上説明したように、本実施例に係る逆オパール構造を備えた屈折率センサによれば、周期配列された多数の球状空間の表面に反応物を固定するので、反応の場が大きくなり、測定すべき物質と反応する反応物を装飾できる量が多く、その結果、反応量を多くすることができるので感度を高めることができる。
また、本実施例に係る逆オパール構造を備えた屈折率センサは、出願人が提案したオパール構造を持つ屈折率センサに比べ、隙間が広いため、タンパク等のアナライトを供給した時に、アナライトがリガンドに到達する過程での障害物が少なく、アナライトがリガンドに到達する速度が速くなるので、結果として、検出速度の向上が期待できる。　さらに、従来のセンサでは、バイオ分子を化学的手法を用いて固定していたが、本実施例に係る逆オパール構造を備えた屈折率センサでは、バイオ分子を物理吸着法を用いて固定しているので、センサの製造がより簡単になる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る逆オパール構造を備えた屈折率測定用センサは、同じ粒径の微粒子を周期配列して成るオパール構造体の各微粒子間にポリスチレンを充填して膜を形成し、次いで、前記膜から前記微粒子を除去することにより球状の空間が周期的に配列されたポリスチレン逆オパール構造体を形成し、前記逆オパール構造体の各球状空間の表面に反応物を装飾して成るので、反応の場が大きくなり、測定すべき物質と反応する反応物を装飾できる量が多く、その結果、反応量を多くすることができるので感度を高めることができ、また、分子の拡散速度が速いため、検出速度の向上が期待できる。
また、本発明に係る逆オパール構造を備えた屈折率測定用センサは、前記ポリスチレンからなる逆オパール構造の球状空間の表面に、物理吸着によりリガンドを固定するので、従来の化学的手法を用いてリガンドを固定していたセンサに比べて製造が極めて簡単になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る屈折率測定用センサの測定原理を説明するための球状空間の二つの状態の概略図である。
【図２】球状空間の表面に形成された膜の厚みに応じた回折ピークの変化の理論値を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は本発明に係る屈折率測定用センサにおける逆オパール構造体の製造工程の概略を示す図である。
【図４】逆オパール構造体の球状空間６の表面にリガンドが吸着した状態及び前記リガンドにアナライトを供給した状態を示す概念図である。
【図５】アナライト供給前と供給後の回折ピークの測定結果を示すグラフである。
【図６】（ａ）はＩｇＧを完全体で供給した時の、供給前と供給後の屈折率ピーク波長の変化を示すグラフであり、（ｂ）はＩｇＧの結合部位のみを供給した時の、供給前と供給後の屈折率ピーク波長の変化を示すグラフであり、（ｃ）及び（ｄ）は結合部位を取り除いた状態のＩｇＧ供給した時の、供給前と供給後の屈折率ピーク波長の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１　基板
２　シリカ微粒子
３　オパール構造体
４　ポリスチレン微粒子
５　ポリスチレン−トルエン溶液
６　球状空間
７　逆オパール構造体
【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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