(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体ブロックと、
この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる薄膜層と、
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件となり、かつ、種々の入射角成分を含むようにして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測定して全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を利用した測定装置に用いられる測定チップであって、
前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面および前記薄膜層が形成される一面の全てを含む１つのブロックとして形成され、
この誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測定チップにおいて、
前記誘電体ブロックが、光弾性係数が50×10−１２Ｐａ−１未満の樹脂から形成され、
前記薄膜層が、表面積率が１．０１７未満の金属膜であることを特徴とする測定チップ。
【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共鳴測定装置等に用いられる測定チップ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共鳴測定装置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（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモン共鳴測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロック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、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件となり、かつ、表面プラズモン共鳴条件を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態を検出する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に収束光あるいは発散光の状態で入射させてもよい。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって反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、反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、種々の反射角で反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共鳴測定装置において、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しているとき、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、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００７】
なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。
【０００８】
この全反射減衰（ＡＴＲ）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。
【０００９】
【数１】
0004382339.tif 000002
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θＳＰ（全反射減衰角）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】
上記の系を用いる従来の表面プラズモン共鳴測定装置において、実用上は、試料に接触させる金属膜を測定毎に交換する必要がある。そこで従来は、この金属膜を平坦な板状の誘電体ブロックに固定し、それとは別に前記全反射を生じさせるための光カップラーとしてのプリズム状誘電体ブロックを設け、この後者の誘電体ブロックの一面に前者の誘電体ブロックを一体化するという手法が採用されていた。そのようにすれば、後者の誘電体ブロックは光学系に対して固定としておき、前者の誘電体ブロックと金属膜とを測定チップとして、この測定チップのみを試料毎に交換することが可能となる。
【００１１】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似の測定装置として、例えば非特許文献１に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で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測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【００１２】
上記構成の漏洩モード測定装置において、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角（全反射減衰角）を知ることによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を分析することができる。
【００１３】
なおこの漏洩モード測定装置を用いる場合も、前述の表面プラズモン共鳴測定装置を用いる場合と同様に、装置の光学系に対して１つの誘電体ブロックを固定する一方、別の誘電体ブロックにクラッド層および光導波層を形成して測定チップとし、この測定チップのみを試料毎に交換することが可能である。
【００１４】
ところで、この交換可能とされた従来の測定チップを用いる場合は、その誘電体ブロックとプリズム状誘電体ブロックとの間に空隙が生じて屈折率が不連続となることを防止するため、それら両誘電体ブロックを屈折率マッチング液を介して一体化する必要が生じる。そのようにして両誘電体ブロックを一体化する作業は非常に煩雑であり、そのため、この従来の測定チップは、測定に際しての取扱い性が良くないものとなっている。特に、測定チップをターレット等の上に自動装填し、このターレットを回転させることにより、測定チップを光ビームを受ける測定位置に自動供給して測定を自動化するような場合は、測定チップの装填、取外しに手間取り、それが自動測定の能率向上を妨げる原因となりやすい。
【００１５】
またこの従来の測定チップは、屈折率マッチング液を使用することから、環境に与える悪影響も懸念されている。
【００１６】
本出願人は上記の事情に鑑みて、屈折率マッチング液を使用する必要がなく、そして測定用光学系に対して簡単に交換することができる測定チップを先に提案した（特願２００１−９２６６６号参照）。
【００１７】
この測定チップは、上述したように、
誘電体ブロックと、
この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる薄膜層と、
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件となり、かつ、種々の入射角成分を含むようにして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測定して全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を利用した測定装置に用いられる測定チップにおいて、
前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面および前記薄膜層が形成される一面の全てを含む１つのブロックとして形成され、
この誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなることを特徴とするものである。
【００１８】
なお、この測定チップが前記表面プラズモン共鳴測定用のものである場合、上記薄膜層は金属膜から構成され、漏洩モード測定用のものである場合、上記薄膜層はクラッド層および光導波層から構成される。
【００１９】
また、上記測定チップを構成する誘電体ブロックにおいて、好ましくは、薄膜層が形成される一面の上方の空間を側方から囲んで、この一面の上に試料を保持する液溜めを画成する部分が形成される。
【００２０】
【特許文献１】
特開平０６−１６７４４３号公報
【００２１】
【非特許文献１】
「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）
第２１〜２３頁および第２６〜２７頁
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の誘電体ブロックとしては一般に、概略四角錐の一部を切り取った形状や、四角柱等の形状（つまり、薄膜層が形成される一面と平行な断面の形状が四辺形等の角多角形となる形状）に樹脂を射出成形してなるものが好適に用いられるが、そのような樹脂製誘電体ブロックからなる従来の測定チップにおいては、使用した際に測定データの再現性に難が認められることがあった。
【００２３】
そこで本発明は、測定データの再現性に優れた測定チップを提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明による一つの測定チップは、
前述したような誘電体ブロックと、
この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる薄膜層と、
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件となり、かつ、種々の入射角成分を含むようにして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測定して全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を利用した測定装置に用いられる測定チップであって、
前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面および前記薄膜層が形成される一面の全てを含む１つのブロックとして形成され、
この誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測定チップにおいて、
誘電体ブロックが、光弾性係数が50×10−１２Ｐａ−１未満の樹脂から形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
上記のような測定チップとしては、金属膜を上記薄膜層として用いる前述の表面プラズモン測定装置用の測定チップや、誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成された光導波層とからなる層を上記薄膜層として用いる前述の漏洩モード測定装置用の測定チップ等がある。
【００２６】
本発明による測定チップを用いた測定装置において、光検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して試料の分析を行うには種々の方法があり、例えば、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰により発生した暗線の位置（角度）を検出することにより試料分析を行ってもよいし、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に記載されているように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出することにより試料分析を行ってもよい。
【００２７】
また、P.I.Nikitin,A.N.Grigorenko,A.A.Beloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Surface Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238 に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度を測定することにより試料分析を行ってもよい。
【００２８】
なお上述の樹脂として、より望ましくは、光弾性係数が20×10−１２Ｐａ−１未満であるものが用いられる。
【００２９】
ところで、上記の測定チップを用いた測定装置の光路は等価的に図８のように示すことができる。なお、この図において区間Ｐは誘電体ブロック内の光路を示す。
【００３０】
この図に示すように、誘電体ブロックの吸水により誘電体ブロックの屈折率ｎが変化すると、光路は実線から破線のように変化し、センサー（光検出手段）上での検出位置がＡ（ｘ）からＡ´（Δｘ＋ｘ）に移動する。
【００３１】
このような誘電体ブロックの屈折率ｎの変化による光路変動は、上記の表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置等においては、薄膜層と誘電体ブロックとの界面における全反射角θの角度変動Δθとして誤認識される。
【００３２】
ここで、測定チップの幅をＰ、測定チップからセンサーまでの距離をｌとした場合、（２）式および（３）式に示す関係から、角度変動分Δθは（４）式のように表すことができる。
【００３３】
（２） ｌ・ｔａｎ（θ１＋Δθ）＝Δｘ＋ｘ
（３） ｌ・ｔａｎθ１＝ｘ
（４） Δθ＝Δｘ／ｌ・１８０／π・ｓｉｎ２θ１
また、誘電体ブロックの屈折率ｎの変動に伴ってθ２も変動するが、このθ２の角度変動分Δθ２は（５）式のように表すことができる。また、このときの位置変動分Δｘは（６）式のように表すことができ、（５）式および（６）式から位置変動分Δｘは（７）式のように表すことができる。
【００３４】
（５） Δθ２＝−１８０／π・Δｎ／ｎ・ｔａｎθ２
（６） Δｘ＝Ｐ・πΔθ２／１８０・１／ｓｉｎ２θ２
（７） Δｘ＝Ｐ・Δｎ／ｎ・１／ｃｏｓθ２
結局、（４）式および（７）式から、角度変動分Δθは（８）式のように表すことができる。
【００３５】
（８） Δθ＝Ｐ／ｌ・Δｎ／ｎ・１／ｃｏｓθ２・１８０／π・ｓｉｎ２θ１
ここで、（８）式のＰ、ｌ、ｎ、θ１、θ２に、実際の測定系の値を代入する。
【００３６】
測定チップの幅Ｐ＝５（ｍｍ）、測定チップからセンサーまでの距離ｌ＝２００（ｍｍ）、誘電体ブロックの屈折率ｎ＝１．５、入射中心角θ１＝２６°、このときのθ２＝４２°とすると、実際の測定系における角度変動分Δθは（９）式のようになる。
【００３７】
（９） Δθ＝１．３・Δｎ
また、「プラスチックレンズの応用と製造」，シーエムシー，ｐ．６９に代表的な樹脂（「ＯＺ−１０００」（商品名）、「ＰＭＭＡ」（商品名））の吸湿率と屈折率変化との関係を示す図が示されている。
【００３８】
この図と上記（９）式から、吸湿による信号変動分が図９に示すように予見される。図９に示すグラフにおいて、実線は吸湿による信号変動分を示す。
【００３９】
測定に際しては、信号変動分が約１／１０以下となる領域で測定を行うことにより、吸湿の影響を考慮に入れる必要がなくなり、Ｓ／Ｎの良好な測定を行うことができる。この吸湿の影響を考慮に入れずに測定できる下限を破線で示す。
【００４０】
角度変化量は、測定チップの薄膜層に対する試料の吸着量によって異なるが、分子量１００程度の測定精度に相当する検出限界角度は概ね０．００１°とされている。
【００４１】
通常、薬剤開発の分野においては、分子量２００程度の測定精度、すなわち０．００２°程度の検出限界角度が要求される。この要求を満たすためには、図９に示すグラフが表すように、誘電体ブロックの吸水率を０．２％未満に抑える必要がある。
【００４２】
そのため、この樹脂として、さらに望ましくは、吸水率が0.2％未満であるものが用いられる。なおこの吸水率はＡＳＴＭ Ｄ570の試験方法によるものであり、そして、以下で述べる吸水率も、説明を省略する場合があっても、全てこの試験方法によるものである。
【００４３】
そのような樹脂としてより具体的には、シクロオレフィンポリマーが好適に用いられる。そして、このシクロオレフィンポリマーのうち特に好ましいものとして、日本ゼオン株式会社が製造する「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」（商品名）を挙げることができる。
【００４４】
なお、分子量１０００オーダー（必要検出限界角度０．０１°程度）の蛋白質や遺伝子の測定を行う場合には、誘電体ブロックの吸水率は１％未満に抑えればよい。
【００４５】
また、上記薄膜層を金属膜として、表面プラズモン測定装置用の測定チップとした場合の、金属膜の表面積率と測定感度の関係について調査した。ここで表面積率とは、金属膜の表面が完全にフラットであると仮定した場合の表面積Ｓ０に対する実際の表面積Ｓの比率ＳＲａｔｉｏを意味する。
【００４６】
この調査は、表面積率が１．００６から１．０３４の金属膜を備えた測定チップに、それぞれショ糖を０．５％希釈した試料と０．２５％希釈した試料とを注入して測定を行い、ショ糖を０．５％希釈した試料の測定により得られた検出信号と、０．２５％希釈した試料の測定により得られた検出信号との差を感度として求めた。
【００４７】
なお、測定は、「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」（商品名）製の誘電体ブロックに表面積率が１．００６から１．０３４の５０ｎｍ厚のＡｕを成膜した測定チップに、波長が９５０ｎｍの光ビームを照射して行った。
【００４８】
その結果を図１０に示す。図１０に示すグラフは、横軸に表面積率、縦軸に表面積率が１．０１７のときの感度を１とした相対感度を示したものである。このグラフから、表面積率を１．０１７未満とした場合は、表面積率を１．０１７以上とした場合と比較して約１．４倍の感度となることが分かる。
【００４９】
そのため、上記薄膜層を金属膜として、表面プラズモン測定装置用の測定チップとする場合には、金属膜の表面積率を１．０１７未満とすることが好ましい。
【００５０】
なお、金属膜の表面積率を１．０１７未満とするためには、誘電体ブロックを「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」（商品名）とし、金属膜を５０ｎｍ厚のＡｕとした場合には、真空度２．０×１０−６以下で、成膜速度０．１０ｎｍ／ｓ以上で蒸着すればよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明者の研究によると、樹脂製誘電体ブロックからなる従来の測定チップを使用した際に測定データの再現性に難が認められる原因は、その誘電体ブロックの材料樹脂として、光弾性係数が比較的大きい樹脂が用いられていた点にあることが判明した。
【００５２】
すなわち、樹脂製誘電体ブロックは例えば射出成形等によって形成されるが、樹脂が冷却固化するときに残存する力学的歪によって、誘電体ブロックに複屈折性が生じてしまう。
【００５３】
例えば表面プラズモン共鳴測定用の測定チップにあっては、誘電体ブロックと薄膜層（金属膜）との界面に測定光をｐ偏光状態で入射させるが、誘電体ブロックの複屈折性に応じて測定光のｐ偏光成分が増減し、そのため、測定対象の試料の誘電率とは無関係に全反射光量が変動するようになる。そして、誘電体ブロックの材料として使用される樹脂の光弾性係数が大きいほど上記複屈折性はより高いものとなり、それに応じて上記全反射光量の変動も大きくなって、測定データの値が変動してしまうのである。
【００５４】
一方、漏洩モード測定用の測定チップにあっては、誘電体ブロックと薄膜層（クラッド層）との界面に入射させる測定光が直線偏光していないと、全反射光を検出した信号のＳ／Ｎが低下したり、あるいはその信号の極性が反転してしまうこともある。そこで、誘電体ブロックの材料として使用される樹脂の複屈折性が高いと、測定光が上記界面に到達するまでに直線偏光状態が維持されなくなって、測定データの値が変動してしまうことになる。
【００５５】
本発明者は、上述した表面プラズモン共鳴測定用の測定チップおよび漏洩モード測定用の測定チップにおける測定データの変動は、通常、チップ通過前の直線偏光状態が50％程度維持されれば実用上差し支えない程度まで抑えられ、90％程度維持されれば（つまり偏光解消度が10％程度以下ならば）ほとんど無視できる程度まで抑えられることを見出した。図６は、誘電体ブロックの材料として使用される樹脂の光弾性係数と、そこを通過した直線偏光の偏光解消度との関係を示すものである。ここから分かる通り、光弾性係数が50×10−１２Ｐａ−１、20×10−１２Ｐａ−１のとき、偏光解消度がそれぞれ上記の値つまり50％、10％となる。そこで本発明においては、誘電体ブロックを形成する材料として、光弾性係数が50×10−１２Ｐａ−１未満、より好ましくは20×10−１２Ｐａ−１未満の樹脂を用いるものである。それにより本発明の測定チップによれば、直線偏光の解消度を低く抑えて、変動の少ない再現性の良い測定データを得ることが可能になる。
【００５６】
また本発明による測定チップにおいて、誘電体ブロックの一面に形成される金属膜等の薄膜層は、一般に蒸着によって形成される。この蒸着を行なう際に、誘電体ブロックの吸水率が高くなっていると、蒸着装置内を真空に近い状態まで脱気するのに要する時間がより長くなる。図７は、誘電体ブロックの材料として使用される樹脂の吸水率と、そこに金属膜を蒸着する際に要する脱気時間（蒸着装置内を４×10−４Ｐａまで脱気するのに要する時間）との関係を示すものである。ここに示される通り、吸水率が0.2％未満であれば、上記脱気時間は実用上ほとんどの場合で許容される20分未満に抑えられるようになり、蒸着に要する作業時間を短縮できて好ましい。
【００５７】
なお、誘電体ブロックの材料樹脂の吸水率が大きいと、液体試料について測定をする際に誘電体ブロックが試料中の水分を吸収して、屈折率が大きく変化するようになる。このようにして誘電体ブロックの屈折率が変化すると、測定対象の試料の誘電率つまり屈折率とは無関係に全反射減衰角が変動するようになり、その点からも測定データの再現性が損なわれることになる。したがって、上記のように吸水率の低い樹脂を誘電体ブロックの材料として用いれば、誘電体ブロックの吸湿による測定データの変動をより少なく抑えることができるという効果も得られる。
【００５８】
【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３は、本発明の一実施の形態による表面プラズモン共鳴測定チップ（以下、単に測定チップという）10の斜視形状を示すものである。また図１は、この測定チップ10を用いる表面プラズモン共鳴測定装置の全体形状を示すものであり、図２はこの装置の要部の側面形状を示している。
【００５９】
図１に示す表面プラズモン共鳴測定装置は、複数の測定チップ10を支持するターンテーブル20と、測定用の光ビーム（レーザビーム）30を発生させる半導体レーザ等のレーザ光源31と、入射光学系を構成する集光レンズ32と、光検出器40と、上記ターンテーブル20を間欠的に回動させる支持体駆動手段50と、この支持体駆動手段50の駆動を制御するとともに、上記光検出器40の出力信号Ｓを受けて後述の処理を行なうコントローラ60と、試料自動供給機構70とを有している。
【００６０】
上記測定チップ10は図２および図３に示す通り、例えば概略四角錐の一部を切り取った形状の透明誘電体ブロック11と、この誘電体ブロック11の上面に形成された例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜12と、この金属膜12の上に側方が閉じられた空間を画成する筒状の試料保持枠13とから構成されている。誘電体ブロック11は、上記金属膜12が形成される一面11ａ（後述の界面を構成する面）と、光ビーム30が入射する面11ｂと、光ビーム30が出射する面11ｃとを全て含む１つのブロックとして形成されている。試料保持枠13の中には、後述のようにして例えば液体の試料15が貯えられる。
【００６１】
測定チップ10を構成する誘電体ブロック11および試料保持枠13は透明樹脂を用いて一体成形されており、ターンテーブル20に対して交換可能とされている。交換可能とするためには、例えばターンテーブル20に形成された貫通孔に、測定チップ10を嵌合保持させる等すればよい。
【００６２】
本実施の形態において誘電体ブロック11を形成する透明樹脂としては、日本ゼオン株式会社が製造する「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」（商品名）が用いられている。これはシクロオレフィンポリマーの一つであり、その特性等については後述する。なお本例では、金属膜12の上にセンシング媒体14が固定されているが、それについては後に詳述する。また誘電体ブロック11を形成する材料として一般には、屈折率が1.45〜2.5程度の範囲内にあるものを用いるのが望ましい。その理由は、この屈折率範囲で実用的なＳＰＲ共鳴角が得られるからである。
【００６３】
ターンテーブル20は複数（本例では１１個）の上記測定チップ10を、その回動軸20ａを中心とする円周上に等角度間隔で支持するように構成されている。支持体駆動手段50はステッピングモータ等から構成され、ターンテーブル20を測定チップ10の配置角度と等しい角度ずつ間欠的に回動させる。
【００６４】
集光レンズ32は図２に示す通り、光ビーム30を集光して収束光状態で誘電体ブロック11に通し、誘電体ブロック11と金属膜12との界面（なお以下ではこの界面を便宜的に、誘電体ブロック11の一面11ａと同じ付番「11ａ」を付して示す）に対して種々の入射角が得られるように入射させる。この入射角の範囲は、上記界面11ａにおいて光ビーム30の全反射条件が得られ、かつ、表面プラズモン共鳴が生じ得る角度範囲を含む範囲とされる。
【００６５】
なお光ビーム30は、界面11ａに対してｐ偏光で入射させる。そのようにするためには、予めレーザ光源31をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板や偏光板で光ビーム30の偏光の向きを制御してもよい。
【００６６】
光検出器40は、多数の受光素子が１列に配されてなるラインセンサーから構成されており、受光素子の並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となるように配されている。
【００６７】
一方コントローラ60は、支持体駆動手段50からその回動停止位置を示すアドレス信号Ａを受けるとともに、所定のシーケンスに基づいてこの支持体駆動手段50を作動させる駆動信号Ｄを出力する。またこのコントローラ60は、上記光検出器40の出力信号Ｓを受ける信号処理部61と、この信号処理部61からの出力を受ける表示部62とを備えている。
【００６８】
試料自動供給機構70は、例えば液体試料を所定量だけ吸引保持するピペット71と、このピペット71を移動させる手段72とから構成されたものであり、所定位置にセットされた試料容器73から試料をピペット71に吸引保持し、所定の停止位置にある測定チップ10の試料保持枠13内にその試料を滴下供給する。
【００６９】
以下、上記構成の表面プラズモン共鳴測定装置による試料分析について説明する。試料分析に際してターンテーブル20は、前述のように支持体駆動手段50によって間欠的に回動される。そして、ターンテーブル20が停止したとき所定位置に静止した測定チップ10の試料保持枠13に、上記試料自動供給機構70によって試料15が供給される。
【００７０】
その後ターンテーブル20が何回か回動されてから停止すると、試料保持枠13に試料15を保持している測定チップ10が、その誘電体ブロック11に前記光ビーム30が入射する測定位置（図２中の右側の測定チップ10の位置）に静止する状態となる。この状態のとき、コントローラ60からの指令でレーザ光源31が駆動され、そこから発せられた光ビーム30が前述のように収束する状態で、誘電体ブロック11と金属膜12との界面11ａに入射する。この界面11ａで全反射した光ビーム30は、光検出器40によって検出される。
【００７１】
光ビーム30は、上述の通り収束光状態で誘電体ブロック11に入射するので、上記界面11ａに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビーム30は界面11ａで全反射し、この反射した光ビーム30には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。ここで、上記集光レンズ32等の光学系は、光ビーム30を界面11ａにデフォーカス状態で入射させるように構成されてもよい。そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出（例えば前記暗線の位置測定）の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。
【００７２】
上述のように光ビーム30が全反射するとき、界面11ａから金属膜12側にエバネッセント波がしみ出す。そして、光ビーム30が界面11ａに対してある特定の入射角θＳＰで入射した場合は、このエバネッセント波が金属膜12の表面に励起する表面プラズモンと共鳴するので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。なお図４には、この全反射減衰現象が生じた際の入射角θと反射光強度Ｉとの関係を概略的に示してある。
【００７３】
そこで、光検出器40が出力する光量検出信号Ｓから各受光素子毎の検出光量を調べ、暗線を検出した受光素子の位置に基づいて上記入射角（全反射減衰角）θＳＰを求め、予め求めておいた反射光強度Ｉと入射角θとの関係曲線に基づけば、試料15中の特定物質を定量分析することができる。コントローラ60の信号処理部61は、以上の原理に基づいて試料15中の特定物質を定量分析し、その分析結果が表示部62に表示される。
【００７４】
測定を１つの試料15に対して１回だけ行なう場合は、以上の操作で測定が完了するので、測定を終えた測定チップ10をターンテーブル20から手操作により、あるいは自動排出手段を用いて排出すればよい。一方、１つの試料15に対して測定を複数回行なう場合は、測定終了後も測定チップ10をそのままターンテーブル20に支持させておけば、ターンテーブル20の１回転後に、その測定チップ10に保持されている試料15を再度測定にかけることができる。
【００７５】
以上説明した通り、この表面プラズモン共鳴測定装置は、複数の測定チップ10をターンテーブル20に支持させ、このターンテーブル20を移動させて各測定チップ10を順次測定位置に配置するように構成されているから、複数の測定チップ10の各試料保持枠13に保持させた試料15を、ターンテーブル20の移動にともなって次々と測定に供することができる。それにより、この表面プラズモン共鳴測定装置によれば、多数の試料15についての測定を短時間で行なうことが可能になる。
【００７６】
この測定チップ10は、従来なされていたように誘電体ブロック11を屈折率マッチング液を介して他の誘電体ブロックと光学的に結合させるような必要はないものである。したがって、この測定チップ10は取扱い性が良く、また屈折率マッチング液が環境に及ぼす悪影響から無縁のものとなり得る。
【００７７】
なお金属膜12の表面に固定されているセンシング媒体14は、試料15中の特定物質と結合するものである。このような特定物質とセンシング媒体14との組合せとしては、例えば抗原と抗体とが挙げられる。その場合は、全反射減衰角θＳＰに基づいて抗原抗体反応を検出することができる。
【００７８】
次に、測定チップ10について詳しく説明する。本実施の形態において、測定チップ10を構成する誘電体ブロック11は、前述した通り日本ゼオン株式会社が製造するシクロオレフィンポリマーの一つ「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」（商品名）を用いて、射出成形により形成されている。
【００７９】
この「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」の光弾性係数は6.5×10−１２Ｐａ−１で、前述した50×10−１２Ｐａ−１の値、さらには20×10−１２Ｐａ−１の値よりも小さいものである。このように光弾性係数が極めて小さい樹脂を用いて誘電体ブロック11が形成されていることにより、本実施の形態の測定チップ10は測定データの再現性に優れたものとなる。その理由は、先に詳しく説明した通りである。
【００８０】
なお、上記光弾性係数の測定に当たっては、まず上記樹脂からなる縦130ｍｍ×横15ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片を作成した。次に島津製作所製自動偏光解析装置（エリプソメータ）AEP=100を使用して、その試料台に上記試験片を置き、荷重をかけながら複屈折を何点か測定した。そして、その際の荷重と複屈折の関係を調べ、この関係を示す直線の傾きから光弾性係数を求めた。
【００８１】
一方、上記「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」の吸水率は0.01％未満で、前述した0.2％の値よりも小さいものである。なおこの吸水率の値は、前述した通りＡＳＴＭ Ｄ570の試験方法によるものである。
【００８２】
このように吸水率が極めて小さい樹脂を用いて誘電体ブロック11を形成したことにより、そこに金属膜12を蒸着する際の脱気時間を短く抑えることができ、また、誘電体ブロック11の吸湿による屈折率変化のために測定データが大きく変動することも防止可能となる。
【００８３】
さらに、金属膜12の表面積率を１．０１７未満とすることによって測定感度に優れたものとなる。その理由は、先に詳しく説明した通りである。
【００８４】
次に図５を参照して、本発明の別の実施の形態について説明する。この図５は、本発明の第２の実施の形態による漏洩モード測定装置用測定チップ700と、それを用いる漏洩モード測定装置の側面形状を示すものである。
【００８５】
この漏洩モード測定装置は基本的に、図２に示した表面プラズモン共鳴測定装置と同様の構成を有するものである。一方測定チップ700は、誘電体ブロック11の一面（図中の上面）にクラッド層701が形成され、さらにその上に光導波層702が形成されてなるものである。
【００８６】
誘電体ブロック11は、例えば前述した日本ゼオン株式会社が製造する「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」（商品名）を用いて、射出成形により形成されている。一方クラッド層701は、誘電体ブロック11よりも低屈折率の誘電体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また光導波層702は、クラッド層701よりも高屈折率の誘電体を用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層701の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合で36.5ｎｍ、光導波層702の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００８７】
上記構成の漏洩モード測定装置において、レーザ光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック11を通してクラッド層701に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビーム30が誘電体ブロック11とクラッド層701との界面11ａで全反射するが、クラッド層701を透過して光導波層702に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層702を導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層702に取り込まれるので、上記界面11ａで全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【００８８】
光導波層702における導波光の波数は、該光導波層702の上の試料15の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、試料15の屈折率や、それに関連する試料15の特性を分析することができる。信号処理部61は、以上の原理に基づいて試料15中の特定物質を定量分析し、その分析結果が図示外の表示部に表示される。
【００８９】
この第２の実施の形態の漏洩モード測定装置用測定チップ700も、誘電体ブロック11が、光弾性係数が6.5×10−１２Ｐａ−１と小さく、吸水率も0.01％未満と小さい樹脂である「ＺＥＯＮＥＸ  ３３０Ｒ」（商品名）を用いて形成されていることにより、第１の実施の形態の測定チップ10と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による測定チップを用いる表面プラズモン共鳴測定装置の全体図
【図２】図１の表面プラズモン共鳴測定装置の要部を示す一部破断側面図
【図３】本発明の第１の実施の形態による表面プラズモン共鳴測定チップを示す斜視図
【図４】表面プラズモン共鳴測定装置における光ビーム入射角と、光検出器による検出光強度との概略関係を示すグラフ
【図５】本発明の第２の実施の形態による測定チップと、それを用いる漏洩モード測定装置の要部を示す一部破断側面図
【図６】誘電体ブロック材料の光弾性係数と偏光解消度との関係を示すグラフ
【図７】誘電体ブロック材料の吸水率と、それに薄膜層を蒸着する際に要する脱気時間との関係を示すグラフ
【図８】測定チップを用いた測定装置の光路を等価的に示した図
【図９】誘電体ブロック材料の吸水率と検出限界角度との関係を示すグラフ
【図１０】金属膜の表面積率と測定感度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
10    表面プラズモン共鳴測定チップ
11    誘電体ブロック
11ａ    誘電体ブロックの一面
11ｂ    誘電体ブロックの光入射面
11ｃ    誘電体ブロックの光出射面
12    金属膜
13    試料保持枠
14    センシング媒体
15    試料
700    漏洩モード測定装置用測定チップ
701    クラッド層
702    光導波層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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