(57)【要約】【課題】  受光素子のバラツキにより測定精度が低下することのないように、受光部が一つの光センサで反射角に応じた光強度を測定できるようにする。【解決手段】  表面プラズモン共鳴センサ（１０）の測定点（Ｍ）に対し所定の角度範囲で集光する入射光束を形成する照射光学系（２０）と、測定点（Ｍ）から発散する反射光束を一点に集光させ、その集光点に光強度測定用光センサ（３２）を備えた測定光学系（３０）とを備えると共に、入射光束又は反射光束の光路中に、所望の入射角に対応する光を透過させる夫々のピンホールを進退させることにより、入射角に対応する反射光のみを光強度測定用光センサ（３２）に順次導く入射角選択手段（３３）を備えた。【選択図】図３
2007327833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面プラズモン共鳴センサの測定点に対し所定の角度範囲で集光する入射光束を形成する照射光学系と、前記測定点から反射する反射光束を受光して前記入射光束の入射角に応じた光強度を測定する測定光学系を備えた表面プラズモン共鳴測定装置であって、
前記測定光学系が、前記測定点から発散する反射光束を集光させるレンズと、その集光点に配された光強度測定用光センサを備えると共に、
前記入射光束又は前記反射光束の光路中に、所望の入射角に対応する光を透過させる夫々のピンホールを進退させることにより、当該入射角に対応する反射光のみを前記光強度測定用光センサに順次導く入射角選択手段とを備えたことを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置。
【請求項２】
前記ピンホールが、前記入射光束又は前記反射光束の光軸に直交する方向に移動する可動プレートに所定ピッチで形成され、当該可動プレートの移動量に対応させて所望の入射角に対応する反射角の光を光強度測定用光センサに導くようになされた請求項１記載の表面プラズモン共鳴測定装置。
【請求項３】
前記可動プレートが円形の回転ディスクでなり、前記各ピンホールが、所定回転角ごとの各半径上に入射角に対応して形成された請求項２記載の表面プラズモン共鳴測定装置。
【請求項４】
表面プラズモン共鳴センサの測定点に対し所定の角度範囲で集光する入射光束を照射し、前記測定点から反射する反射光束を受光して前記入射光束の入射角に応じた光強度を測定する表面プラズモン共鳴測定方法であって、
前記測定点から発散する反射光束をレンズにより光強度測定用光センサに集光させ、
前記入射光束又は前記反射光束の光路中に、所望の入射角に対応する光を透過させる夫々のピンホールを進退させて、当該入射角に対応する反射光を前記光強度測定用光センサに順次導く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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つの光学検出器を用いて表面プラズモン共鳴センサからの反射光強度変化を測定することにより、共鳴角の変化を測定する表面プラズモン共鳴測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体分子の結合の様子をセンシング装置により検出することにより、創薬の開発効率を向上させることが進められている。また、悪性の抗原抗体反応を迅速に検査することが求められている。
そして、これらの生体分子の結合および結合過程を検出する方法として、光励起による表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：以下、単に「ＳＰＲ」と略記する）現象を利用した表面プラズモン共鳴測定装置（以下、単に「ＳＰＲ測定装置」と略記する）が用いられる。
このＳＰＲ現象によれば、例えば、金属薄膜上に抗体などを固定化した状態で、抗原を含んだサンプル液を金属薄膜上に供給し、抗原抗体反応による抗体の屈折率変化に起因する共鳴角度変化が検出され、これにより、特定物質の定量を行うことができる。
【０００３】
図６に示す従来のＳＰＲ測定装置４１は、ＳＰＲセンサ４２にサンプル液を供給するサンプル液供給装置４３と、サンプル液に接しているセンサ部４４における反射光強度を測定する光学系４５とを備えている。
ＳＰＲセンサ４２は、半円形プリズム４６の平面部分に金属薄膜を蒸着したセンサ部４４が形成され、底面側に溝状の流路４７が形成されたセル４８を前記センサ部４４に密着させた状態で、前記流路４７にサンプル液を供給して測定を行う。
【０００４】
光学系４５は、半円形プリズム４６の円弧面側から中心に向かう照射光軸ＺＬに沿ってＰ偏光の測定光を照射する光源装置４９と、この測定光を所定の中心角度範囲（入射角７５°±５°）で入射させるレンズ系５０と、その反射光軸ＺＲ上に受光素子をライン状に配列したライン状ＣＣＤ素子などの一次元光学検出器５１が配されている。
これにより、受光素子の位置と入射角が対応し、光源装置４９及び光学検出器５１を移動させることなく、各入射角度で測定点に入射された光の反射光強度変化が測定できる。
【特許文献１】特開平７−１５９３１９号公報
【０００５】
しかしながら、一次元光学検出器５１を用いた場合、フォトダイオードや光電子増倍管などのセンサに比して、一般的にダイナミックレンジや感度が劣り、性能面で遜色のない一次元光学検出器５１は高価で、装置の製造コストが嵩むという問題があった。
また、一次元光学検出器５１には多数の受光素子が配列されていることから、どうしても感度のバラツキを生じ、測定精度が劣るという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、受光素子のバラツキにより測定精度が低下することのないように、受光部が一つの光センサで反射角に応じた光強度を測定できるようにすることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明は、表面プラズモン共鳴センサの測定点に対し所定の角度範囲で集光する入射光束を形成する照射光学系と、前記測定点から反射する反射光束を受光して前記入射光束の入射角に応じた光強度を測定する測定光学系を備えた表面プラズモン共鳴測定装置であって、前記測定光学系が、前記測定点から発散する反射光束を一点に集光させるレンズと、その集光点に配された光強度測定用光センサを備えると共に、前記入射光束又は前記反射光束の光路中に、所望の入射角に対応する光を透過させる夫々のピンホールを進退させることにより、入射角に対応する反射光のみを前記光強度測定用光センサに順次導く入射角選択手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、測定点から発散する反射光束がレンズにより集光されて、その集光点に配された光強度測定用光センサに入射されるので、その光センサには全ての入射角に対応する反射光が入射される。
そして、所望の入射角に対応する光を透過させる夫々のピンホールを入射光束又は反射光束の光路中に進退させることにより、測定点に対し所定の入射角度範囲で入射され、その測定点から所定の角度範囲で反射される光のうち、任意の入射角に対応した反射光のみを抽出して光強度測定用光センサに順次導くことができる。
すなわち、ピンホールを通過した光のみが集光点に配された光センサに達するので、集光点に配された一つの光センサで、各入射角に対応する反射光の光強度を測定薄ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本例では、受光素子のバラツキにより測定精度が低下することのないように、受光部が一つの光センサで反射角に応じた光強度を測定できるようにするために、表面プラズモン共鳴センサの測定点に対し所定の角度範囲で集光する入射光束を形成する照射光学系と、前記測定点から反射する反射光束を受光して前記入射光束の入射角に応じた光強度を測定する測定光学系を備え、前記測定光学系が、前記測定点から発散する反射光束を一点に集光させるレンズと、その集光点に配された光強度測定用光センサを備えると共に、前記入射光束又は前記反射光束の光路中に、所望の入射角に対応する光を透過させる夫々のピンホールを進退させることにより、当該入射角に対応する反射光のみを前記光強度測定用光センサに順次導く入射角選択手段とを備えている。
【００１０】
図１は本発明に係る表面プラズモン共鳴測定装置の一例を示す説明図、図２はＳＰＲセンサを示す概略説明図、図３は測定光学系及び入射角選択手段を示す斜視図、図４はピンホールと入射角の関係を示す説明図、図５は測定結果を示すグラフである。
【００１１】
本例の表面プラズモン共鳴測定装置１は、光励起による表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：以下、単に「ＳＰＲ」と略記する）現象により生ずる共鳴角の変化を測定するものである。
ＳＰＲ測定装置１は、図１に示すように、ＳＰＲセンサ１０のセンサ部１１にサンプル液を供給するサンプル液供給装置２と、ＳＰＲセンサ１０の測定点Ｍに対し所定の角度範囲で集光する入射光束を形成する照射光学系２０と、その測定点Ｍから反射する反射光束を受光して入射角に応じた光強度を測定する測定光学系３０とを備えている。
【００１２】
ＳＰＲセンサ１０は、図２に示すように、半円形プリズム１２とサンプル液が流れるセル１３からなる。
プリズム１２は、その平面部分に金属薄膜を蒸着したセンサ部１１が形成されている。
セル１３は、エアシリンダ１４のピストン１５に取り付けられてプリズム１２のセンサ部１１に対して昇降可能に配されている。そして、セル１３の底面側には、センサ部１１に接した状態で半円形プリズム１２の中心を通る溝状の流路１６が形成され、その流路１６の流入口１６inに任意のサンプル液を供給するサンプル供給装置２が接続されると共に、流出口１６outがドレイン（図示せず）に接続されている。
これにより、セル１３をセンサ部１１に密着させてサンプル液供給装置２からサンプル液を供給すると、そのサンプル液はセンサ部１１に接して流路１６内を流れ、ドレインに排出される。
【００１３】
照射光学系２０は、半円形プリズム１２の円弧面側から共鳴角近傍の入射角度（例えば入射角７５°）でその中心に向かう照射光軸ＺＬに沿って、中心波長７２０ｎｍの光を照射する発光ダイオード２１と、直径２００μｍのピンホール２２と、光束径を広げて平行化するビームエクスパンダレンズ２３及び２４と、干渉フィルタ（中心波長７２０ｎｍ、半値幅１０ｎｍ）２５と、センサ部１１に対してＰ偏光を照射させる偏光プリズム（消光比１０−６）２６と、測定点Ｍとなる半円形プリズム１２の中心に対して所定の角度範囲（中心入射角７５°±５°）で集光する円筒面レンズ２７が配され、共鳴角近傍の所定の入射角度範囲を有する入射光束が形成されるようになされている。
【００１４】
測定光学系３０は、図３に示すように、測定点Ｍから反射する反射光軸ＺＲ上に沿って、プリズム１２から広がって出射してくる光束を一点に集光させる集光レンズ３１と、その集光点に配された光強度測定用光センサ３２を備え、その光センサ３２が演算処理装置３に接続されている。
また、プリズム１２から光センサ３２に至る光路には、測定しようとする入射角に対応する反射光を光センサ３２に順次導く入射角選択手段３３が配されている。
【００１５】
入射角選択手段３３は、測定点Ｍに対して所望の入射角で入射された光に対応した反射光のみを透過させる夫々のピンホールＨｎを反射光束中に進退させる構成となっている。
本例では、ピンホールＨｎが、反射光束の光軸に直交する方向に移動する可動プレート３４に所定ピッチで形成され、当該可動プレート３４の移動量に対応して所望の反射角の光を光センサ３２に導くようになっている。
なお、光センサ３２としては、単一の受光部を有するフォトダイオードや光電子増倍管などが用いられる。
【００１６】
例えば、可動プレート３４が円形の回転ディスクで形成されている場合、ピンホールＨｎは、所定回転角ごとの各半径上に、測定しようとする入射角に対応する反射光を透過し得るように形成されている。
そして、中心に最も近いピンホールＨ１から、最も離れたピンホールＨ２４までの半径方向長さｔ（例えば１２ｍｍ）内に所定角度範囲（例えばθＺ±５°）で反射された反射光束が照射されるように可動プレート３４が配されると共に、可動プレート３４のプリズム１２側には、反射光軸ＺＲを通り反射光束の反射角方向に延びるスリット３５を形成したスリット板３６が配されている。
【００１７】
ピンホールＨｎの孔径を０.５ｍｍとし、可動プレート３４の回転角１５°ごとに形成すると、合計で３６０／１５＝２４個のピンホールを形成することができるので、反射光束の可動プレート３４への照射径を１２ｍｍとすると、ピンホールＨｎを０.５ｍｍピッチで形成することができる。
そして、スリット板３６のスリット３５を透過した反射光束のうち、さらに、スリット位置に位置決めされたピンホールＨｎを通過した光のみが光センサ３２に導かれる。
したがって、測定点Ｍに所定の角度範囲で入射される入射光束のうち、所定の入射角の光のみがピンホールＨｎを通過して光センサ３２に達することとなり、光センサ３２では入射角に対応した反射光の光強度を測定することができる。
【００１８】
可動プレート３４はモータ３７により回転駆動されると共に、その回転角ωを検出するロータリエンコーダ３８が演算処理装置３に接続されている。
図４に示すように、任意のピンホールＨｎを通過して光センサ３２に達する光の入射角θｎは、入射光軸ＺＬ（反射光軸ＺＲ）の入射角（反射角）をθＺとし、入射光軸ＺＬ（反射光軸ＺＲ）からのずれ角をαｎとしたときに、以下の式で求まる。
θｎ＝θＺ＋αｎ
＝θＺ＋tan−１［（Ｄ２・ｒｎ）／（Ｄ１・Ｄ３）］…………（１）
Ｄ１：測定点Ｍから集光レンズ３１までの距離
Ｄ２：集光レンズ３１からその集光点までの距離
Ｄ３：可動プレート３４から集光点までの距離
ｒｎ：可動プレート３４と光軸ＺＲ（ＺＬ）との交点から任意のピンホールＨｎ
までの距離（半径方向外向きを正）
【００１９】
演算処理装置３は、ピンホールＨｎごとに可動プレート３４の回転角ωに応じた距離ｒｎを記憶した回転角ω−距離ｒｎ変換テーブル４を備えており、回転角ωに対する光強度を読み取ると同時に、回転角ωを距離ｒｎに変換し、上記（１）式に基づいて入射角θｎを算出し、その入射角θｎに応じた光強度を順次記憶する。
そして、得られたデータに基づいてフィッティング処理を施してスムージングすると、入射角と光強度の関係を示す共鳴カーブが得られるので、その最小値を共鳴角として記憶する。
【００２０】
以上が本発明の一構成例であって、次に本発明方法について説明する。
まず、定量しようとする特定物質(サンプル)に適した反応物質を固定したセンサ部１１にセル１３を密着させた状態でＳＰＲセンサ１０を所定位置にセットする。
そして、特定物質を含んでいないサンプル液（水）を供給すると共に、照射光学系２０によりＳＰＲセンサ１０の測定点Ｍに対し所定の角度範囲（７５°±５°）で集光する入射光束を照射する。
この測定点Ｍで反射される反射光束は、入射角度に対応して所定の角度範囲（７５°±５°）で発散しながら反射され、可動プレート３４に形成されたピンホールＨｎを透過して、その光強度が光センサ３２により検出される。
【００２１】
ここで、可動プレート３４を回転させれば、スリット３５の下を通過する各ピンホールＨｎが反射光束中に進退し、その各ピンホールＨｎを透過した光が順次光センサ３２に達する。
そして、演算処理装置３では、光センサ３２により光が検出されたときに、ロータリーエンコーダ３６で検出された回転角ωを読み取り、これを距離ｒｎに変換し、上記（１）及び（２）式に基づいて反射角（＝入射角）θｎを算出し、その反射角θｎに応じた光強度を順次記憶する。
そして、得られたデータに基づいてフィッティング処理を施してスムージングすると、図３に示すように、入射角と光強度の関係を示す共鳴カーブＣ１が得られるので、その最小値を基準共鳴角ψ０として記憶する。
【００２２】
次いで、特定物質が混入したサンプル液（水）を流路１６に供給し、同様にして、反射角に対応する応じた反射光強度を測定する。
得られたデータに基づいてフィッティング処理を施してスムージングすると、図５に示すような共鳴カーブＣ２が得られるので、その極小値を共鳴角ψＲとして記録する。
そして、測定された共鳴角の変化ψＲ−ψ０により、特定物質の定量を行うことができる。
【００２３】
なお、上述の説明では、入射角選択手段３３を反射光軸ＺＲ上に配した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、入射光軸ＺＬ上に配しても同様である。
この場合は、可動プレート３４を回転させてピンホールＨｎを入射光束の光路中に進出させることにより、そのピンホールＨｎを通過した所定の入射角の光のみが測定点Ｍに照射され、その入射角に対応する反射光のみが集光レンズ３１で屈折され、光センサ３２に達する。
したがって、反射光軸ＺＲに配した時と同様に、可動プレート３４の回転角に応じて入射角を特定することができ、入射角に応じた光強度分布を測定することができる。
また、可動プレートは、回転させるタイプに限らず、スライドさせるタイプであってもよく、要するに入射角に対応して形成された夫々のピンホールを光路上に進退させることができる構成になっていれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上述べたように、本発明は、反射光束の集光点に置かれた一つの光センサを用いて、表面プラズモン共鳴センサからの反射光強度変化を測定して、共鳴角の変化を検出し、生体分子の結合および結合過程を検出する用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る表面プラズモン共鳴測定装置の一例を示す説明図。
【図２】ＳＰＲセンサを示す概略説明図。
【図３】測定光学系及び入射角選択手段を示す斜視図。
【図４】ピンホールと入射角の関係を示す説明図。
【図５】測定結果を示すグラフ
【図６】従来装置を示す説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１  表面プラズモン共鳴測定装置
２  サンプル液供給装置
１０  表面プラズモン共鳴センサ
１１  センサ部
１２  半円形プリズム
２０  照射光学系
３０  測定光学系
３１  集光レンズ  
３２  光強度測定用光センサ
３３  入射角選択手段
Ｈｎ  ピンホール
【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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