(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリズムと、
このプリズムの一面に形成された金属膜と、
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に入射させる光学系と、
前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段と、
一表面と平行な方向を泳動方向とする電気泳動により分離された分析対象物質を含んで、前記一表面側から前記金属膜の上に載置された電気泳動媒体を間に挟んで、該金属膜に対面するように配置された電極と、
この電極と前記金属膜との間に直流電圧を印加して、前記分析対象物質を該金属膜に転写させる手段と、
前記光ビームを電気泳動媒体の泳動方向に走査させる手段とを備えてなる表面プラズモンセンサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサーに関し、特に詳細には、電気泳動により分離された物質を分析する表面プラズモンセンサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。
【０００３】
従来より、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えてなるものである。
【０００５】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって出射角が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器によって検出したり、出射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の出射角で出射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。
【０００６】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、Ｐ偏光（センサー面に垂直な偏光成分）の光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立すると、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、プリズムと金属膜との界面で全反射する光の強度が鋭く低下する。
【０００７】
この現象が生じる入射角θSPより表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫSP、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εm とεs をそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】
0003999292.tif 000002
【０００９】
試料の誘電率εs が分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上記反射光強度が低下する入射角（全反射解消角）θSPを知ることにより、試料中の特定物質を定量分析することができる。
【００１０】
他方、試料中の分析対象物質を分離検出するための装置として、従来より、電気泳動装置が知られている。この電気泳動装置は、ゲルシート等の電気泳動媒体に試料を含ませ、該電気泳動媒体の両端間に電圧を印加することにより、試料に含まれる分析対象物質を電気泳動させて、複数の分析対象物質を電気泳動速度の違いにより電気泳動媒体上で分離させるものである。
【００１１】
このようにして分離される分析対象物質は、予め放射性同位元素や色素によって標識しておくことにより、放射線フィルムに放射線露光して検出したり、あるいは直接観察することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように分析対象物質を放射性同位元素によって標識する場合は、放射性同位元素の人体への影響が大きいことから、その取扱いが難しいという問題が認められている。一方、分析対象物質を色素によって標識する場合は、染色に長時間を要するという問題が認められている。
【００１３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、分析対象物質を放射性同位元素や色素等によって標識しなくても、電気泳動媒体上で分離された分析対象物質を分析することができるセンサーを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によるセンサーは、先に説明した表面プラズモンセンサーを、電気泳動媒体上で分離された分析対象物質を検出できるように構成したものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明による表面プラズモンセンサーは、請求項１に記載の通り、プリズムと、このプリズムの一面に形成された金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、一表面と平行な方向を泳動方向とする電気泳動により分離された分析対象物質を含んで、前記一表面側から前記金属膜の上に載置された電気泳動媒体を間に挟んで、該金属膜に対面するように配置された電極と、この電極と上記金属膜との間に直流電圧を印加して、上記分析対象物質を該金属膜に転写させる手段と、上記光ビームを電気泳動媒体の泳動方向に走査させる手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の表面プラズモンセンサーは、間に試料液を挟んだ金属膜と電極との間に直流電圧が印加される構成となっているので、電気泳動媒体中で電荷を持っている分析対象物質を金属膜に引き付け、転写することができる。なお電圧印加の極性は、分析対象物質が陽イオンであるか陰イオンであるか等に応じて選択しておけばよい。
【００１８】
このようにして分析対象物質が金属膜に転写されれば、先に説明した表面プラズモンセンサーの分析の仕組みをそのまま利用して、全反射解消角θSPに基づいて、電気泳動媒体中の特定物質を定量分析することができる。
【００１９】
その上さらに、本発明による表面プラズモンセンサーは、光ビームが電気泳動媒体の泳動方向に走査可能となっているので、電気泳動媒体上で分離された分析対象物質の分布状態も検出することができる。
【００２０】
以上説明の通り本発明の表面プラズモンセンサーは、分析対象物質を放射性同位元素や色素によって標識することなく、電気泳動媒体上で分離された分析対象物質を検出することができるので、標識に要する手間および時間を省いて、分析作業の簡素化、高速化を実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものであり、また図２はその分解斜視図である。図示されるようにこの表面プラズモンセンサーは、断面三角形のプリズム10と、このプリズム10の一面（図中の上面）に形成されて、電気泳動媒体11に接触させられる例えば金、銀等からなる金属膜12と、１本の光ビーム13を発生させる半導体レーザー等からなる光源14と、この光源14から出射した光ビーム13をプリズム10と金属膜12との界面10ａで収束させる集光レンズ15と、上記界面10ａで全反射した光ビーム13の強度を検出する光検出手段16とを備えている。
【００２２】
上記光源14および集光レンズ15は、図示しない駆動手段により、ガイドロッド17に沿ってプリズム10の長軸方向（Ｘ方向）に定速で移動可能となっている。また光検出手段16も、ガイドロッド18に沿ってＸ方向に移動可能とされている。そして光源14および集光レンズ15が上述のように移動すると、図示しない連結手段によりそれらと連結されている光検出手段16も等速で移動する。
【００２３】
電気泳動媒体11は、図示外の電気泳動装置において電気泳動に用いられたものであり、それにより該電気泳動媒体11においては、何種類かの分析対象物質30が電気泳動の方向（図２の左右方向）に分離されている。この電気泳動媒体11は、電気泳動の方向がプリズム10の長軸方向（Ｘ方向）と一致する向きにして、金属膜12の上に載置される。
【００２４】
その後電気泳動媒体11の上には、電極19が配設される。それにより電気泳動媒体11は、この電極19と金属膜12との間に挟まれた状態となる。そしてこれらの金属膜12と電極19にはそれぞれ、直流電源20の正極、負極が接続される。
【００２５】
試料分析に際しては、直流電源20により、金属膜12と電極19との間に直流電圧が印加される。そして、集光レンズ15の作用で上述のように収束する光ビーム13（Ｐ偏光）が、金属膜12に向けて照射される。この金属膜12とプリズム10との界面10ａで全反射した光ビーム13は、光検出手段16によって検出される。
【００２６】
上記の電圧印加がなされると、図３に示すように、電気泳動媒体11中で負の電荷を持っている分析対象物質30が金属膜12に引き付けられ、そこに転写される。そこで、この金属膜12とプリズム10との界面10ａで全反射した光ビーム13の強度を光検出手段16で測定することにより、分析対象物質30を検出、分析することができる。
【００２７】
本実施形態では具体的に、以下のようにして分析がなされる。光ビーム13の界面10ａに対する入射角θと、光検出手段16が出力する光検出信号Ｓの強度（全反射した光ビーム13の強度）との関係は、概ね図４に示すようなものとなる。つまり、ある特定の入射角θSPで入射した光ビーム13は、金属膜12と電気泳動媒体11との界面に表面プラズモンを励起させるので、このときは反射光強度が鋭く低下する。この入射角（全反射解消角）θSPが分かれば、それに基づいて電気泳動媒体11中の物質30を定量分析することができるが、本例ではこの全反射解消角θSPを間接的に求めるようにしている。
【００２８】
すなわちここでは、光ビーム13の入射角θが、上記全反射解消角θSPよりも小さい一定の角度θS に設定されている。そして入射角がθS であるときの光検出信号Ｓの強度ＩS は、全反射解消角θSPの値に応じて変化するから、この信号強度ＩS に基づいて全反射解消角θSPを知り、電気泳動媒体11中の物質30を定量分析することができる。
【００２９】
また本実施形態では、光源14および集光レンズ15と光検出手段16とをＸ方向に移動させることにより、光ビーム13を電気泳動媒体11の泳動方向に走査させることができる。この走査を行ない、その際に光検出手段16から連続的に出力される光検出信号Ｓを用いれば、電気泳動媒体11上で泳動方向に分離している分析対象物質30の分布状態も知ることができる。
【００３０】
なお光ビーム13を走査させるためには、上述のようにする他、光源14、集光レンズ15および光検出手段16は固定しておいて、プリズム10側を移動させるようにしてもよい。さらには図５に示す第２実施形態のように、ガルバノミラー等の光偏向器31に加えて、レンズ32と、光ビーム13を紙面に交わる面内のみで収束させるシリンドリカルレンズ33と、レンズ34とで構成される走査光学系を設けて、光ビーム13を偏向走査するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】上記表面プラズモンセンサーの分解斜視図
【図３】上記表面プラズモンセンサーにおける分析対象物質の移動を説明する概略図
【図４】表面プラズモンセンサーにおける、プリズムへの光ビーム入射角と全反射光強度との概略関係を示すグラフ
【図５】本発明の第２の実施形態における走査光学系を示す平面図
【符号の説明】
10    プリズム
10ａ  プリズムと金属膜との界面
11    電気泳動媒体
12    金属膜
13    光ビーム
14    光源
15    集光レンズ
16    光検出手段
17、18    ガイドロッド
19    電極
20    直流電源
30    分析対象物質
31    光偏向器
32、34    レンズ
33    シリンドリカルレンズ
【図１】
0003999292.tif 000003
【図２】
0003999292.tif 000004
【図３】
0003999292.tif 000005
【図４】
0003999292.tif 000006
【図５】
0003999292.tif 000007