(57)【要約】【課題】光導波路を用いて試料固有の屈折率、もしくは屈折率変化を高感度に測定することができる光導波路型表面プラズモン共鳴センサ、表面プラズモン共鳴測定装置及び表面プラズモン共鳴測定方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る光導波路型表面プラズモン共鳴センサは、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で、前記金属薄膜において表面プラズモン共鳴現象を生じさせるように構成された光導波路型表面プラズモン共鳴センサであって、前記スラブ型導波路が、前記流路ハウジングより高い屈折率を有し、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置され、該測定領域の幅を、スラブ型導波路に入射する光線の幅より広くしたことを特徴とする。【選択図】  図１
2004279078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、
少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングと
を積層してなり、
前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で、前記金属薄膜において表面プラズモン共鳴現象を生じさせるように構成された光導波路型表面プラズモン共鳴センサであって、
前記スラブ型導波路が、前記流路ハウジングより高い屈折率を有し、
前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置され、
該測定領域の幅を、スラブ型導波路に入射する光線の幅より広くした
ことを特徴とする光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２】
前記試料流路の測定領域における幅が、他の部分の幅より広い
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３】
測定領域とサンプルのインタラクションが効率よくなるように前記試料流路の測定領域における高さを、他の部分の高さより低くした
ことを特徴とする請求項２に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４】
前記試料流路の測定領域の横断面積が、他の部分の横断面積と同じになるように、前記測定領域の幅及び高さを設定した
ことを特徴とする請求項３に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項５】
前記測定領域内の金属薄膜の近傍に、出力端子を備えた参照極と対極とを、他の部材と干渉しないように設け、
前記金属薄膜に、光導波路を伝搬する光が当らないように出力端子を有する金属薄膜と同じ材料から成るリード線を設けた
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項６】
前記測定領域内の金属薄膜の近傍に、出力端子を備えた参照極と対極とを、他の部材と干渉しないように設け、
前記金属薄膜を、少なくとも、一部が流路ハウジングから露出するように配置した
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項７】
金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、
少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングと
を積層してなり、
前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で、前記金属薄膜において表面プラズモン共鳴現象を生じさせるように構成された光導波路型表面プラズモン共鳴センサであって、
前記スラブ型導波路が、前記流路ハウジングより高い屈折率を有し、
前記試料流路の金属薄膜上を通過する測定領域の幅を、金属薄膜の幅より広くし、該測定領域内に金属薄膜が完全に納まるように金属薄膜を配置した
ことを特徴とする光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項８】
前記試料流路の測定領域における幅が、他の部分の幅より広い
ことを特徴とする請求項７に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項９】
測定領域とサンプルのインタラクションを効率よくなるように、前記試料流路の測定領域における高さを、他の部分の高さより低くした
ことを特徴とする請求項８に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１０】
前記試料流路の測定領域の横断面積が、他の部分の横断面積と同じになるように、前記測定領域の幅及び高さを設定した
ことを特徴とする請求項９に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１１】
前記測定領域内の金属薄膜の近傍に、出力端子を備えた参照極と対極とを、他の部材と干渉しないように設け、
前記金属薄膜に、光導波路を伝搬する光が当らないように出力端子を有する金属薄膜と同じ材料から成るリード線を設けた
ことを特徴とする請求項７〜１０の何れか一項に記載の光導波路型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１２】
金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置された光導波路型表面プラズモン共鳴センサを用いて、前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で前記金属薄膜において生じる表面プラズモン共鳴現象を測定する測定装置であって、
前記スラブ型導波路内に入射すべき光を、少なくとも、前記センサの試料流路における金属薄膜上を通過する部分の幅より細くなるように絞る光絞り手段と
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。
【請求項１３】
金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置された光導波路型表面プラズモン共鳴センサを用いて、
前記スラブ型導波路内に光を入射し、
入射光をスラブ型導波路内で全反射を繰り返しながら伝搬させる過程で、金属薄膜において表面プラズモン共鳴を生じさせ、
前記スラブ型導波路から出射した光から表面プラズモン共鳴現象による光のスペクトル変化を検出し、
該検出結果に基づいて試料の屈折率を測定する表面プラズモン共鳴測定方法であって、
前記スラブ型導波路内に入射すべき光を、少なくとも、前記センサの試料流路における金属薄膜上を通過する部分の幅より細くなるように絞る
ことを特徴とする表面プラズモン共鳴測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面プラズモン共鳴測定用のスラブ型導波路を備えたセンサ、スラブ型導波路を備えたセンサを用いる表面プラズモン共鳴測定装置及びスラブ型導波路を備えたセンサを用いる表面プラズモン共鳴測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金や銀等の金属薄膜表面に全反射で光を照射した時に、全反射により生じるエバネッセント波に起因して金属薄膜内の自由電子が共鳴状態になる表面プラズモン共鳴現象を利用して、金属薄膜界面の屈折率変化を高感度に測定することが提案されている。
発明者等は、この表面プラズモン共鳴を、光導波路を用いて測定することを既に提案している（特許文献１参照）。
発明者等が提案している光導波路を用いた表面プラズモン共鳴測定装置は、スラブ型導波路の表面に金属薄膜を形成して同金属薄膜上に試料を配置し、スラブ型導波路内に光を入射し、同スラブ型導波路内で光が全反射しながら伝搬していく過程で、金属薄膜において表面プラズモン共鳴現象を生じさせ、スラブ型導波路から出射した光から表面プラズモン共鳴現象による光のスペクトル変化を検出するものである。
【０００３】
【特許文献１】特願２００２−１４７０１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明者等は、特許出願後も、上記したスラブ型導波路を用いた表面プラズモン共鳴の測定の研究を続け、この測定方法を実用化を図るために、スラブ型導波路上に、金属薄膜に試料を導く試料流路を形成したセンサを開発した。
図９は、発明者等が開発したセンサの概略上面図であり、符号１００がスラブ型導波路であり、符号１０１が、スラブ型導波路１００上に設けた金薄膜であり、符号１０２が、試料を金薄膜上に導くための試料流路１０３を備えた流路ハウジングである。
スラブ型導波路１００は、高屈折率ガラス（ＬａＳＦｎ１：屈折率ｎ＝１．８１）から成り、厚さが０．４ｍｍ、外形寸法が２０ｍｍ×６５ｍｍであり、光入射面１００ａ及び光出射面１００ｂとなる２辺は、水平より６０度の角度をなすように光学研磨してある。
金薄膜１０１は、厚さが５０ｎｍであり、外形寸法が３ｍｍ×１２ｍｍである。
流路ハウジング１０２は、ポリジメチルシロキサン（屈折率ｎ＝１．４１）（以下、ＰＤＭＳと称する。）から成る。
流路ハウジング１０２に形成された流路１０３は、幅が１．０ｍｍ、高さが０．５ｍｍである。流路１０３には、二つの導入孔１０３ａ及び１０３ｂと、一つの排出孔１０３ｃが形成されている。
前記流路１０３は、スラブ型導波路１００内における光の光路１０４上を、該光路１０４に沿って伸びる測定領域１０３ｄを備えており、金薄膜１０１は、前記測定領域１０３ｄを跨ぐように配置されている。
上記したように構成したセンサに、サンプルとして、メタノール（屈折率＝１．３２８）とエタノール（屈折率＝１．３６０）とを、２０マイクロリッター毎に交互に流し、同時に、アパーチャにて０．１ｍｍ幅に絞った白色光を、光入射面１００ａより、水平面から３０度の角度で導波路１００内に入射し、光出射面１００ｂより出射する光の屈折率を測定した。
図１０は、測定結果を示すグラフであり、このグラフから分かるように、上記したセンサを用いた実験では、サンプル固有のディップが現れていない。
発明者等は、上記した実験結果に基づいてさらに研究を重ね、測定結果が流路ハウジング１０２の材料であるＰＤＭＳによる影響を受けていることを見出し、この点に着目して光導波路を用いて、サンプル固有の屈折率を測定することができるセンサ、測定装置及び測定方法を発明するに至った。
本発明は、光導波路を用いて試料固有の屈折率を正確に測定することができる光導波路型表面プラズモン共鳴センサ、表面プラズモン共鳴測定装置及び表面プラズモン共鳴測定方法を提供することを目的としている。
【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、本発明に係る光導波路型表面プラズモン共鳴センサは、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で、前記金属薄膜において表面プラズモン共鳴現象を生じさせるように構成された光導波路型表面プラズモン共鳴センサであって、前記スラブ型導波路が、前記流路ハウジングより高い屈折率を有し、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置され、該測定領域の幅を、スラブ型導波路に入射する光線の幅より広くしたことを特徴とするものである。
前記試料流路の幅は、全域に渡って一定でもよいが、試料流路全体の容積をできるだけ小さく抑え、微量の試料で測定を行うことができるようにするために、測定領域における幅のみ他の部分の幅より広くし得る。この場合、好ましくは、該測定領域における高さを他の部分の高さより低し得る。このようにすることで測定領域の容積拡大を抑え、試料の拡散を抑えることができ、なおかつ、測定領域とサンプルのインタラクションを効率よくすることができる。また、さらに好ましくは、測定領域の横断面積が、他の部分の横断面積と同じになるように、前記測定領域の幅及び高さを設定し得る。
また、上記したように構成されたセンサには、前記測定領域内の金属薄膜の近傍に、出力端子を備えた参照極と対極とを、他の部材と干渉しないように設け、かつ、前記金属薄膜に、光導波路を伝搬する光が当らないように出力端子を有する金属薄膜と同じ材料から成るリード線を設けることができる。このように構成することで、測定領域における試料の状態を電気化学的に測定することも可能になるので、表面プラズモン共鳴による測定を補正及び補完することも可能になる。金属薄膜に設けるリード線は、光導波路を伝搬する光が当らないように設けているため、リード線が表面プラズモン共鳴現象に影響を及ぼすことはない。
また、同様に、上記したように構成されたセンサは、前記測定領域内の金属薄膜の近傍に、出力端子を備えた参照極と対極とを、他の部材と干渉しないように設け、かつ、前記金属薄膜を、少なくとも、一部が流路ハウジングから露出するように配置することもできる。
また、本発明に係る別の光導波路型表面プラズモン共鳴センサは、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で、前記金属薄膜において表面プラズモン共鳴現象を生じさせるように構成された光導波路型表面プラズモン共鳴センサであって、前記スラブ型導波路が、前記流路ハウジングより高い屈折率を有し、前記試料流路の金属薄膜上を通過する測定領域の幅を、金属薄膜の幅より広くし、該測定領域内に金属薄膜が完全に納まるように金属薄膜を配置したことを特徴とする。
前記試料流路の幅は、全域に渡って一定でもよいが、試料流路全体の容積をできるだけ小さく抑え、微量の試料で測定を行うことができるようにするために、測定領域における幅のみ他の部分の幅より広くし得る。この場合、好ましくは、該測定領域における高さを他の部分の高さより低し得る。このようにすることで測定領域の容積拡大を抑え、試料の拡散を抑え、測定領域とサンプルのインタラクションを効率よくすることができる。また、さらに好ましくは、測定領域の横断面積が、他の部分の横断面積と同じになるように、前記測定領域の幅及び高さを設定し得る。
また、上記したように構成されたセンサには、前記測定領域内の金属薄膜の近傍に、出力端子を備えた参照極と対極とを、他の部材と干渉しないように設け、かつ、前記金属薄膜に、光導波路を伝搬する光が当らないように出力端子を有する金属薄膜と同じ材料から成るリード線を設けることができる。このように構成することで、測定領域における試料の状態を電気化学的に測定することも可能になるので、表面プラズモン共鳴による測定を補正及び補完することも可能になる。金属薄膜に設けるリード線は、光導波路を伝搬する光が当らないように設けているため、リード線が表面プラズモン共鳴現象に影響を及ぼすことはない。
さらに、本発明に係る表面プラズモン共鳴測定装置は、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置された光導波路型表面プラズモン共鳴センサを用いて、前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で前記金属薄膜において生じる表面プラズモン共鳴現象を測定する測定装置であって、前記スラブ型導波路内に入射すべき光を、少なくとも、前記センサの試料流路における金属薄膜上を通過する部分の幅より細くなるように絞る光絞り手段とを有することを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る表面プラズモン共鳴測定方法は、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置された光導波路型表面プラズモン共鳴センサを用いて、前記スラブ型導波路内に光を入射し、入射光をスラブ型導波路内で全反射を繰り返しながら伝搬させる過程で、金属薄膜において表面プラズモン共鳴を生じさせ、前記スラブ型導波路から出射した光から表面プラズモン共鳴現象による光のスペクトル変化を検出し、該検出結果に基づいて試料の屈折率、もしくは屈折率変化を測定する表面プラズモン共鳴測定方法であって、前記スラブ型導波路内に入射すべき光を、少なくとも、前記センサの試料流路における金属薄膜上を通過する部分の幅より細くなるように絞ることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示した幾つかの実施例を参照して本発明に係る光導波路型表面プラズモン共鳴センサ、表面プラズモン共鳴測定装置及び表面プラズモン共鳴測定方法の実施の形態について説明する。
【０００７】
図１は、本発明に係る光導波路型表面プラズモン共鳴センサの第一の実施例の概略上面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。
符号１はセンサ全体を示している。図面に示すように、このセンサ１は、上面に金属薄膜２が形成されたスラブ型導波路３と、同スラブ型導波路３の上に積層された流路ハウジング４とから成る。
スラブ型導波路３は、少なくとも、流路ハウジング４より屈折率が高く、かつ、内部で光が全反射して伝搬可能な屈折率を有する透明な材料、例えば、高屈折率ガラスから成る。また、スラブ型導波路３は、その両側面に光入射面３ａ及び光出射面３ｂを備えている。
前記流路ハウジング４に形成された試料流路５は、その上流端に二つの導入孔５ａ及び５ｂを備え、下流端には排出孔５ｃが形成されている。
該試料流路５は、少なくとも、スラブ型導波路３内を伝搬する光の光路６の上を、光路６に沿って伸びる測定領域５ｄを有する。この測定領域５ｄは、少なくとも、その幅ｗ１が、スラブ型導波路３に入射すべき光の光路幅ｗ２より広くなるように、他の部分に比べて幅広に形成されている。この実施例では、この測定領域５ｄの高さは、他の部分の高さと同じであるが、望ましくは、測定領域５ｄの高さは、他の部分の高さより低くされ得る。また、さらに望ましくは、測定領域５ｄの高さは、その横断面積が、他の部分の横断面積と同じになるように幅ｗ１の寸法に応じて決められ得る。
金薄膜２は、前記測定領域５に重なり、かつ、スラブ型流路３の長手方向側辺まで伸びるように配置されている。
さらに、図２に示すように、前記測定領域５には、対極７及び参照極８が設けられている。これらの対極７及び参照極８は、流路ハウジング４の上方から測定領域５に向けて差し込まれている。
上記したように、本実施例におけるセンサ１は、測定領域５の幅ｗ１が、光路６の幅ｗ２より広くなるように構成されているので、金属薄膜２が測定領域５を跨るように配置されていても、測定中に光が金属薄膜２と流路ハウジング４とが重なり合う部分に当ることがない。このため、測定領域５に導入された試料以外の部分で表面プラズモン共鳴現象が生じることがなく、流路ハウジング４の材質の影響を受けることなく、測定領域５ｄに導入した試料固有の屈折率、もしくは屈折率変化を測定することが可能になる。
また、上記した実施例では、金属薄膜２を導波路３の側辺まで伸ばしてハウジング４から露出させ、かつ、対極７及び参照極８を設けているので、金属薄膜２を作用極として、作用極と対極との間に電圧をかけ、その時の電流値をモニターすることによって、測定領域５ｄ内の試料の状態を電気化学的にも同時に測定することが可能になる。尚、この電気化学的に測定を行うための構成は、必須の構成ではなく、必要に応じて任意に設けられ得るものであることは勿論である。
【０００８】
次に、図３及び図４を参照して本発明に係る別の光導波路型表面プラズモン共鳴センサの実施例を説明する。
図３は、本発明に係る別の光導波路型表面プラズモン共鳴センサの実施例の概略上面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
符号１０はセンサ全体を示している。図面に示すように、このセンサ１０は、上面に金属薄膜１１が形成されたスラブ型導波路１２と、同スラブ型導波路１２の上に積層された流路ハウジング１３とから成る。
スラブ型導波路１２は、少なくとも、流路ハウジング１３より屈折率が高く、かつ、内部で光が全反射して伝搬可能な屈折率を有する透明な材料、例えば、高屈折率ガラスから成る。また、スラブ型導波路１２は、その両側面に光入射面１２ａ及び光出射面１２ｂを備えている。
前記流路ハウジング１３に形成された試料流路１４は、その上流端に二つの導入孔１４ａ及び１４ｂを備え、下流端には排出孔１４ｃが形成されている。
該試料流路１４は、少なくとも、スラブ型導波路１２内を伝搬する光の光路１５の上を通過する測定領域１４ｄを有する。この測定領域１４ｄは、少なくとも、その幅ｗ３が、前記金属薄膜１１の幅ｗ４より広くなるように形成され、これにより、図３に示すように、金属薄膜１１全体が、流路１４の周壁に触れずに完全に流路１４内に納まる。
また、図４に示すように前記金属薄膜１１には、光導波路を伝搬する光が当らないように、ハウジング１３の外部に露出するリード線１６が設けられている。このリード線１６は金属薄膜１１と同じ材質から成る。さらに、測定領域１４ｄには、対極１７及び参照極１８が設けられている。これらの対極１７及び参照極１８は、流路ハウジング１３の上方から測定領域１４ｄに向けて差し込まれている。
上記したように、本実施例におけるセンサ１０は、測定領域１４ｄの幅ｗ３が、前記金属薄膜１１の幅ｗ４より広くなるように形成され、これにより、金属薄膜１１全体が、流路１４の周壁に触れずに完全に流路１４内に納まる。
このため、例えば、光路６の幅が測定領域１４ｄの幅ｗ３より広くても、金属薄膜１１と流路ハウジング１３とが重なり合う部分がないので、測定領域１４ｄに導入された試料以外の部分で表面プラズモン共鳴現象が生じることがなく、流路ハウジング１３の材質の影響を受けることなく、測定領域１４ｄに導入した試料固有の屈折率、もしくは屈折率変化を測定することが可能になる。
また、上記したセンサには、図示しないが、金属薄膜１１に、光導波路を伝搬する光が当らないようにハウジング１３の外部に露出するリード線を設け、かつ、測定領域１４ｄに、対極及び参照極を設けてもよい。こうすることで、金属薄膜１１を作用極として、測定領域５ｄ内の試料の状態を電気化学的にも同時に測定することが可能になる。
また、図３及び図４に示した実施例では、測定領域１４ｄが、光路１５の上を、光路に沿って伸びるように構成されているが、測定領域１４ｄは、必ずしも光路１５に沿って設ける必要はなく、光路１５の上を通過するように配置されていれば任意の構成でよく、例えば、測定領域１４ｄが光路１５と交差するように構成してもよい。
【０００９】
次に、図５及び図６を用いて本発明に係る表面プラズモン共鳴測定方法及び表面プラズモン共鳴装置の一実施例を説明する。
図５は、本発明に係る表面プラズモン共鳴測定方法を実施するための表面プラズモン共鳴測定装置の概略構成図、図６は、同装置に用いるセンサの一例の概略上面図を各々示している。
図６に示すように、このセンサ２０は、上面に金属薄膜２１が形成されたスラブ型導波路２２と、同スラブ型導波路２２の上に積層された流路ハウジング２３とから成る。
スラブ型導波路２２は、少なくとも、流路ハウジング２３より屈折率が高く、かつ、内部で光が全反射して伝搬可能な屈折率を有する透明な材料、例えば、高屈折率ガラスから成る。また、スラブ型導波路２２は、その両側面に光入射面２２ａ及び光出射面２２ｂを備えている。
前記流路ハウジング２３に形成された試料流路２４は、その上流端に二つの導入孔２４ａ及び２４ｂを備え、下流端には排出孔２４ｃが形成されている。
該試料流路２４は、少なくとも、スラブ型導波路２２内を伝搬する光の光路２５の上を、光路２５に沿って伸びる測定領域２４ｄを有する。
金属薄膜２１は、前記測定領域２４ｄを横切るように配置されている。
測定装置３０は、前記センサ２０を載置する台３１と、白色光を発光する光源３２と、該光源３２からの白色光を所望の幅まで絞る絞り手段３３と、センサから出射した光を受光して、分析を行う受光分析手段３４とを備えている。
前記絞り手段３２は、光源３２から発光される光の幅ｗ５を、少なくとも、センサ２０における測定領域２４ｄの幅ｗ６より狭くなるまで絞るように調整されている。
上記したように、この表面プラズモン共鳴測定装置は、光源３２からの光の幅を、少なくとも、センサ２０における測定領域２４ｄの幅より狭くなるまで絞ることができるように構成されているので、例えば、センサ２０において金属薄膜が流路ハウジングと重なり合うように配置されていたとしても、金属薄膜と流路ハウジングとが重なり合う部分に光が当ることがなく、流路ハウジング２３の材質による影響を受けずに、試料固有の屈折率、もしくは屈折率変化を測定することが可能になる。
【００１０】
最後に、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサを用いて、実際にサンプルの共鳴波長、すなわち屈折率を測定した実験結果を示す。
図７は、実験に用いたセンサの概略上面図である。
実験に用いたセンサ４０は、表面に金属薄膜４１が形成されたスラブ型導波路４２と、試料流路４３が形成された流路ハウジング４４とを積層してなる。
スラブ型導波路４２は、高屈折率ガラス（ＬａＳＦｎ１：屈折率ｎ＝１．８１）から成り、厚さが０．４ｍｍ、外形寸法が２０ｍｍ×６５ｍｍであり、光入射面４２ａ及び光出射面４２ｂとなる２辺は、水平より６０度の角度をなすように光学研磨してある。
金属薄膜４１は、厚さが５０ｎｍであり、外形寸法が２ｍｍ×１ｍｍである。
流路ハウジング４４は、ＰＤＭＳ（屈折率ｎ＝１．４１）から成る。
流路ハウジング４４に形成された流路４３には、二つの導入孔４３ａ及び４３ｂと、一つの排出孔４３ｃが形成されている。
該流路４３は、全体に亘って幅が１．０ｍｍ、高さが０．５ｍｍであるが、光路４６と重なる測定領域４３ｄのみ幅を２．０ｍｍ、高さを０．２ｍｍにした。
前記金属薄膜４１は、前記測定領域４３ｄ内に、測定領域４３ｄの周壁と接触しないように配置した。
金属薄膜４１の材質は金である。
上記したように構成されたセンサ４０を測定装置にセットし、水（ショ糖０％）とショ糖１８％の水溶液との二種類のサンプルを導入孔４３ａからシリンジで注入し、サンプルを測定領域４３ｄに流すと共に、光源からの白色孔を、光絞り手段（アパーチャ）にて１ｍｍ幅に絞って、光入射面４２ａより、水平面から３８度の角度で導波路４２内に入射し、光出射面４２ｂより出射する光のスペクトルを測定した。
図８は、測定結果を示すグラフであり、このグラフから分かるように、上記したセンサを用いた実験では、二種類のサンプル固有のディップが現れており、流路ハウジング４４の材料であるＰＤＭＳの影響を受けないことを確認できた。
【００１１】
以上説明した実施例では、試料流路に二つの導入孔と一つの排出孔とを形成した例を挙げて説明しているが、この構成は本実施例に限定されることなく、試料流路中の測定領域に試料を導入することができるように構成されていれば任意の構成でよく、例えば、導入孔を一つにしてもよいし、三つ以上の導入孔を設けてもよい。
上記した実施例では、スラブ型導波路の材料として高屈折率ガラスを挙げ、流路ハウジングの材料としてＰＤＭＳを挙げているが、スラブ型導波路及び流路ハウジングの材料は、少なくとも、スラブ型導波路が、導波路内で光の全反射を維持でき、かつ、スラブ型導波路の屈折率が流路ハウジングの屈折率より大きくなる材料であれば任意の材料でよいことは勿論である。
さらに、上記した実施例では、金属薄膜の材料として金を例に挙げているが、金属薄膜の材料は本実施例に限定されることなく、光の全反射により表面プラズモン共鳴現象が生じる材料であれば任意の材料でよく、例えば、銀でもよい。
上記した実施例における対極及び参照極の材質は、測定すべき試料や金属薄膜の材質に応じて任意に選択することが可能であり、例えば、金属薄膜に金を用いている場合には、参照極として銀が、対極として白金が用いられ得る。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光導波路型表面プラズモン共鳴センサは、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で、前記金属薄膜において表面プラズモン共鳴現象を生じさせるように構成された光導波路型表面プラズモン共鳴センサであって、前記スラブ型導波路が、前記流路ハウジングより高い屈折率を有し、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置され、該測定領域の幅を、スラブ型導波路に入射する光線の幅より広くしているので、金属薄膜が流路ハウジングと重なるように配置されていても、金属薄膜と流路ハウジングとが重なり合う部分に光が当ることがなく、流路ハウジングの材料による影響を受けずに、測定領域に導入された試料固有の屈折率を正確に測定することが可能になる。
前記試料流路の幅は、全域に渡って一定でもよいが、測定領域における幅のみ他の部分の幅より広く構成することにより、流路の容積が大きくなることを抑えることができ、結果として試料の量を増やすことを抑えることができる。
また、さらに、該測定領域における高さを他の部分の高さより低くすることにより、測定領域の容積が流路の他の部分の容積より急激に大きくなることを抑えることができるので、試料の拡散を防止でき、なおかつ、測定領域とサンプルのインタラクションを効率よくすることができる。
さらにまた、測定領域の横断面積が、他の部分の横断面積と同じになるように、前記測定領域の幅及び高さを設定することにより、試料の拡散を完全に防止することも可能になる。
また、前記測定領域内の金属薄膜の近傍に、出力端子を備えた参照極と対極とを、他の部材と干渉しないように設け、かつ、前記金属薄膜に、光導波路を伝搬する光が当らないように出力端子を有する金属薄膜と同じ材料から成るリード線を設けることにより、金属端子を作用極として、作用極と対極間に電圧をかけて、その時の電流値をモニターし、測定領域の試料の状態を電気化学的に検出することも可能になる。
また、本発明に係る別の光導波路型表面プラズモン共鳴センサは、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で、前記金属薄膜において表面プラズモン共鳴現象を生じさせるように構成された光導波路型表面プラズモン共鳴センサであって、前記スラブ型導波路が、前記流路ハウジングより高い屈折率を有し、前記試料流路の金属薄膜上を通過する測定領域の幅を、金属薄膜の幅より広くし、該測定領域内に金属薄膜が完全に納まるように金属薄膜を配置しているので、金属薄膜が流路ハウジングと重なる部分がなくなる。このため、例えば、導波路を伝搬する光が、流路ハウジングに当っても、そこで表面プラズモン共鳴現象が生じることがないので、流路ハウジングの材料による影響を受けずに、測定領域に導入された試料固有の屈折率を正確に測定することが可能になる
前記試料流路の幅は、全域に渡って一定でもよいが、測定領域における幅のみ他の部分の幅より広く構成することにより、流路の容積が大きくなることを抑えることができ、結果として試料の量を増やすことを抑えることができる。
また、さらに、該測定領域における高さを他の部分の高さより低くすることにより、測定領域の容積が流路の他の部分の容積より急激に大きくなることを抑えることができるので、試料の拡散を防止でき、なおかつ、測定領域とサンプルのインタラクションを効率よすることができる。
さらにまた、測定領域の横断面積が、他の部分の横断面積と同じになるように、前記測定領域の幅及び高さを設定することにより、試料の拡散を完全に防止することも可能になる。
さらに、本発明に係る表面プラズモン共鳴測定装置は、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置された光導波路型表面プラズモン共鳴センサを用いて、前記スラブ型導波路内で光が全反射を繰り返しながら伝搬していく過程で前記金属薄膜において生じる表面プラズモン共鳴現象を測定する測定装置であって、前記スラブ型導波路内に入射すべき光を、少なくとも、前記センサの試料流路における金属薄膜上を通過する部分の幅より細くなるように絞る光絞り手段とを有するので、例えば、使用するセンサにおいて、金属薄膜と流路ハウジングとが重なっていても、金属薄膜と流路ハウジングとが重なり合っている部分に光が当らないように、光を導波路に入射することが可能になり、測定領域に導入された試料固有の屈折率を正確に測定することが可能になる
最後に、本発明に係る表面プラズモン共鳴測定方法は、金属薄膜が形成されたスラブ型の透明な基板からなるスラブ型導波路と、少なくとも前記スラブ型導波路における金属薄膜上を試料が通過するように形成された試料流路を備えた流路ハウジングとを積層してなり、前記試料流路における金属薄膜上を通過する測定領域が、スラブ型導波路を伝搬する光の伝搬方向に沿って配置された光導波路型表面プラズモン共鳴センサを用いて、前記スラブ型導波路内に光を入射し、入射光をスラブ型導波路内で全反射を繰り返しながら伝搬させる過程で、金属薄膜において表面プラズモン共鳴を生じさせ、前記スラブ型導波路から出射した光から表面プラズモン共鳴現象による光のスペクトル変化を検出し、該検出結果に基づいて試料の屈折率、もしくは屈折率変化を測定する表面プラズモン共鳴測定方法であって、前記スラブ型導波路内に入射すべき光を、少なくとも、前記センサの試料流路における金属薄膜上を通過する部分の幅より細くなるように絞るので、例えば、使用するセンサにおいて、金属薄膜と流路ハウジングとが重なっていても、金属薄膜と流路ハウジングとが重なり合っている部分に光が当らないように、光を導波路に入射することが可能になり、測定領域に導入された試料固有の屈折率を正確に測定することが可能になる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光導波路型表面プラズモン共鳴センサの第一の実施例の概略上面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る別の光導波路型表面プラズモン共鳴センサの実施例の概略上面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明に係る表面プラズモン共鳴測定方法を実施するための表面プラズモン共鳴測定装置の概略構成図である。
【図６】同装置に用いるセンサの一例の概略上面図である。
【図７】実験に用いた光導波路型表面プラズモン共鳴センサの概略上面図である。
【図８】図７のセンサを用いて光出射面より出射する光のスペクトルを測定した測定結果を示すグラフである。
【図９】発明者等が本願発明に至る過程で開発した光導波路型表面プラズモン共鳴センサの概略上面図である。
【図１０】図９のセンサを用いて試料の屈折率を測定した測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  センサ
２  金属薄膜
３  スラブ型導波路
３ａ  光入射面
３ｂ  光出射面
４  流路ハウジング
５  試料流路
５ａ  導入孔
５ｂ  導入孔
５ｃ  排出孔
５ｄ  測定領域
６  光路
７  対極
８  参照極
ｗ１    測定領域の幅
ｗ２    光路の幅
１０  センサ
１１  金属薄膜
１２  スラブ型導波路
１２ａ  光入射面
１２ｂ  光出射面
１３  流路ハウジング
１４  試料流路
１４ａ  導入孔
１４ｂ  導入孔
１４ｃ  排出孔
１４ｄ  測定領域
１５  光路
ｗ３    測定領域の幅
ｗ４    金属薄膜の幅
２０  センサ
２１  金属薄膜
２２  スラブ型導波路
２２ａ  光入射面
２２ｂ  光出射面
２３  流路ハウジング
２４  試料流路
２４ａ  導入孔
２４ｂ  導入孔
２４ｃ  排出孔
２４ｄ  測定領域
２５  光路
３０  測定装置
３１  台
３２  光源
３３  絞り手段
３４  受光分析手段
ｗ５  光路の幅
ｗ６  測定領域の幅
４０  センサ
４１  金属薄膜
４２  スラブ型導波路
４２ａ  光入射面
４２ｂ  光出射面
４３  試料流路
４３ａ  導入孔
４３ｂ  導入孔
４３ｃ  排出孔
４３ｄ  測定領域
４４  流路ハウジング
４５  光路
１００  スラブ型導波路
１００ａ  光入射面
１００ｂ  光出射面
１０１  金薄膜
１０２  流路ハウジング
１０３  試料流路
１０３ａ  導入孔
１０３ｂ  導入孔
１０３ｃ  排出孔
１０３ｄ  測定領域
１０４  光路
【図１】
2004279078.tif 000003
【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】
2004279078.tif 000008
【図７】
2004279078.tif 000009
【図８】
2004279078.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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