(57)【要約】    【課題】  試料溶液の光学的測定を高感度に行なうことができるようにする。    【解決手段】  電極６，８に電源１０から交流電圧を印加して電極６，８間に交流電界を発生させ、入射光１４をプリズム１６に全反射の条件で入射させる。電極６，８間では入射光１４の全反射により試料溶液４側に染み出し光が発生し、符号１８で示される領域にその染み出し光の影響が及ぶ。その反射光強度を光検出器で検出することによって試料溶液４の吸光度や屈折率を求めることができ、染み出し光１８により試料溶液４中の測定対象物質が励起されて蛍光を発生するときには、蛍光検出器によりその蛍光を検出することによって蛍光測定を行なうことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液と接する基板上の試料溶液側に配置され、前記試料溶液中の測定対象物質を誘電泳動させる電極対と、
測定対象物質の測定に用いる入射光を導いて全反射させるとともに、その全反射時の染み出し光が前記電極対の間の領域で誘電泳動が行なわれている溶液中に存在するように配置された光導入部とを備えたことを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
前記基板は透明ガラス基板であり、
前記光導入部は前記透明ガラス基板上で試料溶液側とは反対側に配置されたプリズムと、前記電極対の間の前記基板と試料溶液との境界で全反射するように前記入射光を前記プリズムに入射させる入射光学系とを備えている請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記光導入部は前記基板の試料溶液側で、前記電極対の間に配置された棒状の導光体と、前記導光体中を全反射しながら伝播するように前記入射光を前記導光体に入射させる入射光学系とを備えている請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記光導入部は試料溶液側の前記基板上で前記電極対の間に配置された光導波路と、前記光導波路中を全反射しながら伝播するように前記入射光を前記光導波路に入射させる入射光学系とを備えている請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項５】
前記光導入部で全反射を起こした後に出射した光の強度を検出する光検出器をさらに備え、前記光検出器の検出出力に基づいて試料溶液の吸光度又は屈折率を測定する請求項１から４のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項６】
前記光導入部での前記入射光の全反射時の染み出し光により励起されて試料溶液から発生する蛍光を検出する蛍光検出器をさらに備えて蛍光測定を行なう請求項１から４のいずれかに記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料溶液の屈折率、吸光度、蛍光などを測定するのに適する光学測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン共鳴を利用して試料溶液の屈折率を測定する方法で、高感度に測定を行なうことを目的として、誘電泳動を利用することが提案されている（特許文献１参照。）。その方法では、ガラス基板上で、表面プラズモン共鳴を起こす金属薄膜を挟んで一対の電極を配置し、それらの電極間に交流電界を印加することによって試料溶液中の核酸や蛋白質などの測定対象物質を誘電泳動により表面プラズモン共鳴を起こさせる金属薄膜の近傍に集めて測定対象物質の密度を高める。表面プラズモン共鳴を起こす金属薄膜に対してはプリズムを配置して適当な角度で光を入射させプラズモン共鳴を起こさせると、その金属薄膜付近に光電場の増強がおこり、測定対象物質に基づく屈折率変化が求められる。このとき、その金属薄膜近傍の測定対象物質密度が高められているので、測定感度が高められるというものである。
【特許文献１】特開２００３−６５９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
誘電泳動は溶液中の分子（核酸や蛋白質など）を高周波電界により電極付近に集め、濃縮する技法である。また、表面プラズモンは光が照射された金属の表面近くの光電場を強くする方法である。
しかしながら表面プラズモンで言うところの表面は数十ナノメートル（ｎｍ）という領域であるのに対し、誘電泳動で言うところの表面は電極間隔と同じオーダーで、数マイクロメートル（μｍ）から場合によりミリメートル（ｍｍ）となる。この不一致が問題である。
【０００４】
したがって、誘電泳動によりガラス基板の表面に分子を集めても、プラズモン共鳴による光電場の増強は電極のごく近傍のみであるため、電極により集められた分子のうち、測定に寄与する部分はわずかである。
本発明は提案の方法とは異なる方法により試料溶液の光学的測定を高感度に行なう光学測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光学測定装置は、試料溶液と接する基板上の試料溶液側に配置され、前記試料溶液中の測定対象物質を誘電泳動させる電極対と、測定対象物質の測定に用いる入射光を導いて全反射させるとともに、その全反射時の染み出し光が前記電極対の間の領域で誘電泳動が行なわれている溶液中に存在するように配置された光導入部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明ではプラズモン共鳴は使用せず、全反射時の染み出し光を使用する。この染み出し領域は光の波長程度から条件によりその数倍の長さに及ぶので、誘電泳動により集められた測定対象物質を有効に測定することができるようになる。
【０００７】
入射光を全反射させるための光導入部として種々の構成をとることができる。その１つは、基板として透明ガラス基板を使用し、光導入部がその透明ガラス基板上で試料溶液側とは反対側に配置されたプリズムと、誘電泳動を起こさせる電極対の間の基板と試料溶液との境界で全反射するように入射光をそのプリズムに入射させる入射光学系とを備えたものである。
【０００８】
他の光導入部は、基板の試料溶液側で、誘電泳動を起こさせる電極対の間に配置された棒状の導光体と、その導光体中を全反射しながら伝播するように入射光をその導光体に入射させる入射光学系とを備えたものである。
【０００９】
さらに他の光導入部は、試料溶液側の基板上で、誘電泳動を起こさせる電極対の間に配置された光導波路と、その光導波路中を全反射しながら伝播するように入射光をその光導波路に入射させる入射光学系とを備えたものである。
【００１０】
この光学測定装置を試料溶液の吸光度又は屈折率を測定する装置として使用する場合には、光導入部で全反射を起こした後に出射した光の強度を検出する光検出器をさらに備え、その光検出器の検出出力に基づいて試料溶液の吸光度又は屈折率を測定する。
この光学測定装置を蛍光測定装置とする場合には、光導入部での入射光の全反射時の染み出し光により励起されて試料溶液から発生する蛍光を検出する蛍光検出器をさらに備えて蛍光測定を行なう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学測定装置では、誘電泳動により集めた測定対象物質を全反射時の染み出し光により測定するので、プラズモン共鳴とは異なり全反射時の染み出し光は遠い範囲まで及び、誘電泳動により集められた測定対象物質を高感度に測定することができるようになる。このようにして、集められた測定対象物質と光が有効に作用するようになり屈折率、蛍光、吸収といった光学的性質を測定する際の感度向上が図れる。
【００１２】
プリズムを使用して全反射を起こさせたときは、その全反射による染みだし光を利用することができる。
導光体や導波路を使用したときは、それらの中を光が全反射しながら伝播していくときの染み出し光を利用することができ、光が溶液中で複数回の全反射を起こさせることができるため、測定セル長が長くなり、希薄な溶液でも感度向上を図ることができる。
また、測定対象物質は誘電泳動により電極のエッジ付近に特によく集まるので、そのような領域に光の染み出し領域がくるように導光体や導波路を配置すれば、より高感度な測定を行なうことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図に示す実施例により本発明を詳細に説明する。
図１は第１の実施例を表わす。２は石英ガラスなどのガラス基板であり、その試料溶液４側の表面に一対の電極６と８が形成されている。電極６，８は試料溶液４中の測定対象物質を誘電泳動により基板２側に引き寄せるための電極である。その電極間の間隔は１〜１００μｍが適当である。その間隔が狭ければ電界強度が強くなるために試料溶液中の測定対象物質を強い力で基板２方向に引き寄せることができるが、電気力線の及ぶ範囲が基板２から近い領域に限られるため、基板２から遠く離れた場所での測定対象物質を引き寄せることができない。一方、電極６，８の間隔が広くなると基板２から遠い位置での物質まで引き寄せることができるようになるが、電界強度が弱るなるために、基板２近傍での測定対象物質濃度を高めることが難しくなる。
【００１４】
１０は電極６，８に交流電圧を印加するための電源であり，１２はその電源１０からの電圧印加により発生する電気力線である。この電気力線による電界勾配により試料溶液中の測定対象物質が分極し、誘電泳動により基板２の方向に引き寄せられる。
【００１５】
この実施例では測定対象物質と相互作用して測定を行なうための光１４を電極６，８間の領域に全反射の条件で入射させるために、基板２の試料溶液４と反対側にプリズム１６が配置されている。図には記載されていないが、入射光１４をプリズム１６に入射させる入射光学系が設けられており、その入射光学系により光１４は電極６，８間の領域で基板２と試料溶液４との境界で全反射を起こす条件で入射させられる。
【００１６】
電極６，８の表面は試料溶液４に含まれる物質が吸着したり、試料溶液４と化学的な反応をしたりすることを防ぐ目的で、ＳｉＯ2などの保護膜で被覆されていてもよい。電極６，８の材質は特に限定されるものではなく、金、銀、銅、アルミニウム、白金など種々の金属材料を用いることができる。電極６，８が保護膜で被覆されていない場合は、化学的に安定な金や白金が好ましい。
基板２は試料溶液４を収納するセルの１つの壁面、又は試料溶液４が流されるフローセルの１つの壁面とすることができる。
【００１７】
この実施例の動作を説明すると、電極６，８に電源１０から交流電圧を印加して電極６，８間に交流電界を発生させ、入射光１４をプリズム１６に全反射の条件で入射させる。電極６，８間では入射光１４の全反射により試料溶液４側に染み出し光が発生し、符号１８で示される領域にその染み出し光の影響が及ぶ。試料溶液４中の測定対象物質とその染み出し光との相互作用により光１４の反射光の強度が影響を受ける。その反射光強度を図には示されていない光検出器で検出することによって試料溶液４の吸光度や屈折率を求めることができる。
【００１８】
また、染み出し光１８により試料溶液４中の測定対象物質が励起されて蛍光を発生するときには、図には記載されていない蛍光検出器によりその蛍光を検出することによって蛍光測定を行なうことができる。
【００１９】
図２は第２の実施例を表したものである。基板２、電極６，８及び交流電源１０の構成は図１の実施例と同じである。この実施例では光を全反射の条件で導くために基板２の試料溶液４側に導光体２０としてガラスロッドなどの誘電体ロッドが配置されている。導光体２０は電極６，８間の領域で、電極６，８と平行に延びる方向に配置されている。図では電極６，８及び導光体２０は紙面垂直方向に延びる方向に配置されている。
【００２０】
光は入射光学系により導光体２０に全反射の条件で入射させられる。その全反射による染み出し光は符号１８で示される領域に影響を及ぼし、試料溶液４中の測定対象物質と作用する。領域１８が電気力線１２の存在する領域にくるように、導光体２０が配置されている。
【００２１】
この実施例においても導光体２０に光を全反射の条件で入射させると、電極６，８により発生した電気力線１２により測定対象物質が誘電泳動をして基板２の方向に集められる。その位置には導光体２０からの染み出し光が存在し、試料溶液４の吸光度、屈折率又は蛍光を測定することができる。
【００２２】
図３は第３の実施例を表わす。この実施例でも基板２、電極６，８及び交流電源１０の構成は図１の実施例と同じである。
電極６，８間で基板２の試料溶液４側の表面上には、電極６，８と平行に延びる角柱状のガラスなどの誘電体にてなる導波路２２が配置されている。図では電極６，８及び導波路２２は紙面垂直方向に延びる方向に配置されている。
【００２３】
図２の実施例と同様に、光は入射光学系により導波路２２に全反射の条件で入射させられる。その全反射による染み出し光は符号１８で示される領域に影響を及ぼし、試料溶液４中の測定対象物質と作用する。領域１８が電気力線１２の存在する領域にくるように、導波路２２が配置されている。
【００２４】
この実施例においても波路２２に光を全反射の条件で入射させると、電極６，８により発生した電気力線１２により測定対象物質が誘電泳動をして基板２の方向に集められる。その位置には導波路２２からの染み出し光が存在し、試料溶液４の吸光度、屈折率又は蛍光を測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の光学測定装置は試料溶液の屈折率、吸光度、蛍光などを測定する単独の測定装置としても、又は液体クロマトグラフやフローインジェクション分析装置など、溶液を扱う分析装置や反応装置の検出器としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施例を示す概略断面図である。
【図２】第２の実施例を示す概略断面図である。
【図３】第３の実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
２      ガラス基板
４      試料溶液
６，８      電極
１０      電源
１２      電気力線
１４      入射光
１６      プリズム
１８      光の染み出し領域
２０      導光体
２２      導波路
【図１】
2005214890.tif 000003
【図２】
2005214890.tif 000004
【図３】
2005214890.tif 000005