(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、バイオセンサ等の各種センサとしての使用が可能な、安定したＬＰＲ吸収を示す材料を、光ファイバの導光部コアの先端に固定化した材料を提供することにある。特に、バイオセンサとしての応用を検討した場合には、水溶液系での使用が予想され、測定面を固定化した状態で、水溶液系で安定であることが必要である。優れたＬＰＲ吸収を示す材料を、簡便にかつ安価に製造できる方法を提供することを目的とする。【解決手段】金属微粒子と高分子から構成される金属微粒子−高分子複合体を、導光部の先端面に固定化した金属微粒子−高分子複合体光ファイバ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属微粒子と高分子から構成される金属微粒子−高分子複合体を、導光部の先端面に固定化した金属微粒子−高分子複合体光ファイバ。
【請求項２】
該高分子が、金属微粒子を安定化させる作用のある高分子から構成されることを特徴とする請求項１に記載の金属微粒子−高分子複合体光ファイバ。
【請求項３】
該高分子が、金属微粒子を安定化させる作用のある高分子と、疎水性を示す透明高分子との共重合体から構成されることを特徴とする請求項１に記載の金属微粒子−高分子複合体光ファイバ。
【請求項４】
該金属微粒子が金ナノ粒子であることを特徴とする請求項１〜３に記載の金属微粒子−高分子複合体光ファイバ。
【請求項５】
金属微粒子により着色している金属微粒子−高分子複合体を先端面に固定化されていることを特徴とする請求項１〜４に記載の金属微粒子−高分子複合体光ファイバ
【請求項６】
請求項１〜５に記載の金属微粒子−高分子複合体光ファイバの作製方法。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の金属微粒子−高分子複合体光ファイバを用いた、金属微粒子の吸光度変化をトランスジューサとした光ファイバ先端付近の媒体の屈折率変化の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、バイオセンサ等、各種センサに使用可能である金属微粒子−高分子複合体および該複合体を導光部の先端面に固定化した光ファイバ、および該複合体を固定化した光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年医療における診断や食物の検査等において、小型で高速センシング、低コストなバイオセンサの需要がますます増大しており、開発が求められている。このため、電極やＦＥＴを用いた電気化学的な手法を利用したバイオセンサが半導体加工技術を応用し、作製されてきた。
【０００３】
しかしながら、さらなる集積化、低コスト、測定環境を選ばないセンサが求められている。たとえば、表面プラズモン共鳴をトランスジューサとして用いたバイオセンサが有望視されている。この表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）によるバイオセンサは、特に蛋白質に代表される生体物質相互作用を、色素などの化学修飾によるものではなく、しかも、相互作用の動的挙動を精度良くリアルタイムに測定できる技術として注目を浴びている。
【０００４】
表面プラズモンとは、量子力学の言葉で、金属中の自由電子によるプラズマ波の中で金属の表面に局在するもののことである。この表面プラズモンは、プラズマ波と電磁波の混成状態であり、波数は、金属の種類、金属表面近傍の屈折率等によって定まる。通常、金属表面上の表面プラズモンは、空間中を伝播する光とは共鳴しない。特定の入射角で、光を金属薄膜に入射し全反射を行った場合、金属薄膜上の表面プラズモンと共鳴条件を満たすため、反射光が減衰する。金属表面付近の屈折率が変化すると、表面プラズモンの波数も変化するため、入射光がプラズモン共鳴を示す条件、たとえば、入射角や入射光波長なども変化する。この原理を用いた、全反射減衰型ＳＰＲセンサが提案されている。
【０００５】
蛋白質の抗原検出センサーとして、Ｋｒｅｔｓｃｈｅｍａｎｎ配置を持つ、全反射減衰型ＳＰＲセンサが、実用化されている（例えば、ファルマシア社製  ＢＩＡｃｏｒｅ）。Ｋｒｅｔｓｈｍａｎｎ配置とは、全反射型プリズム表面に金属薄膜を設け、測定媒体と接触させる配置である。このセンサーにおいては金薄膜表面に有機薄膜が担持されており、その有機薄膜中に抗体が固定されている。固定された抗体と被検物中の抗原とが選択的に結合することにより有機薄膜の屈折率変化が生じるため、プラズモン共鳴条件が変化する。これをプラズモン共鳴角度の変化、吸収スペクトルの変化、反射強度の変化などを測定することにより検出する。
【０００６】
このようにＳＰＲセンサを用いることにより、金属表面に担持された抗体への抗原の吸着といった微少量の物質の吸着を検出することが可能である。しかしＳＰＲ現象の条件として、金属薄膜への光の入射角が重要な要因を占めるため、ＳＰＲ装置は構成が複雑となる。また、金属薄膜の形成には、通常蒸着法が用いられるが、やはり簡便な手法ではない。
【０００７】
最近、金属微粒子を用いた局在プラズモン共鳴センサが提案されている。局在プラズモン共鳴（ＬＰＲ）とは、誘電体微粒子表面のプラズモンと、光とが共鳴することである。貴金属の微粒子であれば、可視光の共鳴を起こすため、透過光が着色する。たとえば、粒径２０ｎｍの金ナノ粒子であれば、５２０ｎｍの吸収を示し、赤色に着色する。ＬＰＲセンサもＳＰＲセンサと同様に、金属表面近傍の屈折率によって吸収波長、吸光度等が変化する。したがって、屈折率の検出による微小物質の検出が可能である。非特許文献１に、ＳＰＲセンサと比較してＬＰＲセンサが有している特性が挙げられている。まず、応答が速いこと、測定面が小さくできること、ならびに、ＬＰＲ測定と表面増強ラマン散乱による観測を同時に行うことのできる能力を有していることである。
【０００８】
特許文献１に提案されているＬＰＲセンサは、図２に示すように、金属微粒子を固定した基板に光を照射し、金属微粒子を透過した光の吸光度を測定することにより、金属微粒子近傍の媒質の変化を検出するものである。金属粒子としては、可視光においてＬＰＲ吸収を示す金粒子および銀粒子が主に用いられている。
【０００９】
金属粒子によるＬＰＲ吸収は、金属粒子の種類と粒径により決定される。ところが、金属微粒子、特にナノ粒子においては、単独で放置した場合には凝集により粒子成長を起こし、粒径が大きくなる事が知られている。したがって、通常は高分子もしくは強く配位する分子などを保護剤として金属微粒子の安定化を図られている。保護剤として多く用いられている物質として以下のものが挙げられる。高分子では、水溶性の高分子であるポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸等が挙げられる。強く配位する分子としてはＳ−Ｈ結合を含む分子が挙げられる。しかし、研究の多くは、水溶液中での金属コロイドの安定化に主眼を置いて行われており、バイオセンサとして要求される、固体表面に固定化した上での、水溶液中で安定性に関しては、報告されていない。
【００１０】
ＬＰＲセンサにおいて、測定面の位置を自由に設定できるようになれば、測定の応用範囲が大幅に拡大される。たとえば、光ファイバー先端部にＬＰＲ測定面を形成できれば、測定面を生体内に挿入することも可能になり、生体内挙動の研究や医療の分野への展開も可能になると考えられる。また、ＬＰＲ測定面を極めて小さな面に形成すれば、微小な部位における測定等も可能になると考えられる。このような提案が非特許文献２にて提案されている。
【００１１】
しかしこの提案においては、金粒子の固定化において、光ファイバ表面を、３０％過酸化水素水３部と濃硫酸７部からなる溶液を用いてエッチングする必要がある。また、光ファイバ表面を、Ｓ−Ｈ基を持つ有機化合物で修飾を行う必要もある。その他にも、実際の測定にあたって金粒子に媒体が非選択的に吸着することによる影響を排除するため、金表面に有機自己組織化膜を形成する必要がある。このように、構築法が煩雑である。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−３５６５８７号公報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，１２３号、１４７１頁（２００１年）
【非特許文献２】Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，７５巻，１６頁（２００３年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
金属粒子のＬＰＲ測定面を、簡便に安価に形成することは、ＬＰＲセンサの実用化に向けて必要である。特に、局所的な観察を行うことが可能である光ファイバ先端部にＬＰＲ測定面を固定化した材料を簡便に構築することが必要である。
【００１４】
本発明の課題は、バイオセンサ等の各種センサとしての使用が可能な、安定したＬＰＲ吸収を示す材料を、光ファイバの導光部コアの先端に固定化した材料を提供することにある。特に、バイオセンサとしての応用を検討した場合には、水溶液系での使用が予想され、測定面を固定化した状態で、水溶液系で安定であることが必要である。
このような優れたＬＰＲ吸収を示す材料を、簡便にかつ安価に製造できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、金属微粒子と高分子から構成される金属微粒子−高分子複合体を、導光部の先端面に固定化した金属微粒子−高分子複合体光ファイバに関する。
【００１６】
また、本発明は、該高分子が、金属微粒子を安定化させる作用のある高分子から構成されることを特徴とする上記の金属微粒子−高分子複合体光ファイバに関する。
【００１７】
また、本発明は、該高分子が、金属微粒子を安定化させる作用のある高分子と、疎水性を示す透明高分子との共重合体から構成されることを特徴とする上記の金属微粒子−高分子複合体光ファイバに関する。
【００１８】
また、本発明は、該金属微粒子が金ナノ粒子であることを特徴とする上記の金属微粒子−高分子複合体光ファイバに関する。
【００１９】
また、本発明は、金属微粒子により着色している金属微粒子−高分子複合体を先端面に固定化されていることを特徴とする上記の金属微粒子−高分子複合体光ファイバに関する。
【００２０】
また、本発明は、上記の金属微粒子−高分子複合体光ファイバの作製方法に関する。
【００２１】
また、本発明は、上記の金属微粒子−高分子複合体光ファイバを用いた、金属微粒子の吸光度変化をトランスジューサとした光ファイバ先端付近の媒体の屈折率変化の検出方法に関する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の金属微粒子−高分子複合体を先端部に固定化した光ファイバは、金属微粒子を安定に固定化させることができる。また、作成法は非常に簡便であり、安価に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明で用いられる金属微粒子−高分子複合体において、該高分子が、金属微粒子を安定化させる作用のある高分子から構成されることが好ましい。
【００２４】
また、該高分子が、金属微粒子を安定化させる作用のある高分子と、疎水性を示す透明高分子との共重合体から構成されることが好ましい。
【００２５】
金属微粒子を安定化させる作用のある高分子の具体例としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルアルコール等が挙げらる。
【００２６】
疎水性を示す透明高分子の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸プロピル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル等が挙げられる。
【００２７】
金属微粒子を安定化させる作用のある高分子と、疎水性を示す透明高分子との共重合体の具体例としては、ポリビニルピロリドン−ポリメタクリル酸メチル−ランダム共重合体、ポリアクリル酸―ポリメタクリル酸メチル−共重合体、ポリビニルピリジン−ポリ酢酸ビニル−共重合体等が挙げられる。
【００２８】
複合体の作製方法としては、クエン酸、タンニン酸などの低分子で保護された金属コロイドの保護基を変換する方法、高分子存在下で金属含有イオンを還元して金属粒子を作製する方法等が挙げられる、
【００２９】
本発明で用いられる金属微粒子−高分子複合体において、金属微粒子の金属としては、可視光領域でＬＰＲを起こす金属が好ましい。具体的には、金、銀等の貴金属が挙げられる。
【００３０】
金属微粒子の粒径は、５〜１００ｎｍが好ましい。
【００３１】
上記複合体を固定化させる光ファイバとしては、たとえば、ポリメタクリル酸メチル製光ファイバ、ポリカーボネート製光ファイバなどのプラスチック製光ファイバ、ガラス製光ファイバ、石英製光ファイバ等が挙げられる。
【００３２】
光ファイバ導光部の先端部に複合体を固定化させる方法としては、例えば、複合体溶液に光ファイバを浸漬させた後、溶媒を蒸発させることにより固定化する方法が挙げられる
【００３３】
上記の金属微粒子−高分子複合体光ファイバを透過した透過光を、分光分析器により分光することによって金属微粒子による吸光度を測定する。光ファイバ先端部の近傍が水等の高い屈折率を持つ物質である場合、空気の場合と比べ、金属微粒子によるＬＰＲ吸収の波長が長波長にシフトし、吸光度も変化する。したがって、金属微粒子の吸光度を測定することにより光ファイバ先端部近傍の屈折率を測定することができる。また、特定の波長の吸光度をモニタすることで、光ファイバ先端部の近傍の屈折率変化を検出することができる。光ファイバ先端部を抗体で修飾を行った場合、抗原が抗体と結合すると光ファイバ先端の近傍の屈折率が変化するため、光ファイバを透過する光の吸光度が変化する。このような原理を利用したバイオセンサなどの応用に幅広く用いることができる。
【実施例１】
【００３４】
ポリビニルピロリドン０．３ｇをメタノール１００ｍｌ中に溶解させ、メタノール溶液を作製した。田中貴金属製金コロイド溶液（粒径２０ｎｍ）５ｇを、ポリビニルピロリドンのメタノール溶液中に滴下することにより該金微粒子―高分子複合体のメタノール溶液を作製した。該溶液をロータリーエバポレーターを用いて２ｍｌまで濃縮することにより、被覆に用いることができる濃厚溶液を作製した。三菱レーヨン製プラスチック光ファイバ（Ｅｓｋａ，直径１．５ｍｍ）の先端部を該溶液に浸漬し、室温で乾燥させることにより、導光部の先端面に該複合体を固定化した光ファイバを得た。
【実施例２】
【００３５】
ポリビニルピロリドン−ポリメタクリル酸メチル−ランダム共重合体０．２ｇをメタノール１００ｍｌ中に溶解させ、メタノール溶液を作製した。田中貴金属製金コロイド溶液（粒径２０ｎｍ）５ｇを、該高分子のメタノール溶液中に滴下することにより該金微粒子―高分子複合体のメタノール溶液を作製した。該溶液をロータリーエバポレーターを用いて２ｍｌまで濃縮することにより、被覆に用いることができる濃厚溶液を作製した。三菱レーヨン製プラスチック光ファイバ（Ｅｓｋａ，直径１．５ｍｍ）の先端部を該溶液に浸漬し、室温で乾燥させることにより、導光部の先端面に該複合体を固定化した光ファイバを得た。
【００３６】
実施例１、２においては、該金ナノ粒子―高分子複合体を固定化した先端面について、桃色に着色していることが確認される。
【００３７】
実施例１、２について光ファイバの透過光吸光スペクトルを図３に示す。５３５ｎｍ付近に金ナノ粒子のプラズモン共鳴による吸収が確認できたので、光ファイバ導光部の先端に金ナノ粒子が粒径を維持した状態で固定化されていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の光ファイバーの概念図である。
【図２】特許文献１におけるＬＰＲセンサユニットの概念図である。
【図３】実施例１について光ファイバの透過光吸光スペクトルである。
【符号の説明】
【００３９】
１  金属微粒子
２  保護高分子
３  光ファイバ
４  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005156387.tif 000005