(57)【要約】【課題】プリズムとガラス板の密接面間の空気を確実に取り除くことができ、計測光量の増大および測定精度の向上を図る。【解決手段】プリズム２１の密接面２１ａを凸曲面に形成する。ガラス板５をプリズム２１の密接面２１ａに屈折率整合層９を介して押し付ける。ガラス板５をプリズム２１に押し付けると、弾性変形によってガラス板５とプリズム２１の密接面５ａ、２１ａの接触面積が中央から両端に向かって徐々に拡大し、両密接面間の気泡Ｋを外側に押し出す。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を偏光するための偏光子と、この偏光子を通過した光を集光する集光レンズと、この集光レンズを通過した光が入射するプリズムと、このプリズムに屈折率整合層を介して密接されたガラス板と、このガラス板に形成され前記プリズムおよびガラス板を通過した前記光を全反射する金属薄膜と、この金属薄膜によって全反射し前記ガラス板およびプリズムを通過した反射光を計測するセンサとを備えた表面プラズモン共鳴現象測定装置において、
前記屈折率整合層を介して前記ガラス板と前記プリズムとが押し付けられる密接面は、中央部の間隔が狭く、両側縁の間隔が広くなるような面形状に形成されていることを特徴とする表面プラズモン共鳴現象測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の表面プラズモン共鳴現象測定装置において、
前記プリズムの密接面を凸曲面に形成し、前記ガラス板の密接面を平面に形成したことを特徴とする表面プラズモン共鳴現象測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の表面プラズモン共鳴現象測定装置において、
前記プリズムと前記ガラス板との各密接面をそれぞれ凸曲面に形成したことを特徴とする表面プラズモン共鳴現象測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の表面プラズモン共鳴現象測定装置において、
前記プリズムの密接面を凹曲面に形成し、前記ガラス板の密接面を前記プリズムの密接面よりも曲率半径が小さい凸曲面に形成したことを特徴とする表面プラズモン共鳴現象測定装置。
【請求項５】
請求項１記載の表面プラズモン共鳴現象測定装置において、
前記プリズムの密接面を平坦面に形成し、前記ガラス板の密接面を凸曲面に形成したことを特徴とする表面プラズモン共鳴現象測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモン共鳴現象を利用して被測定物を測定する表面プラズモン共鳴現象測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン波（Surface Plasmon Wave：ＳＰＷ）とは、金属と誘電体との界面に存在する電子の疎密波のことで、光を金属薄膜の一方の面に誘電体を介して全反射条件で照射すると微細なエバネッセント波が生じる。エバネッセント波は、屈折率の異なる界面で光が反射する際に、界面から浸み出す光のことである。また、誘電体に接触した金属薄膜の表面側では、疎密波（表面プラズモン波）が発生し、これらの波の波数が一致したときに光のエネルギがＳＰＷの励起に利用され、反射光の強度が減衰する。この現象を表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance ：ＳＰＲ）現象と呼んでおり、このＳＰＲ現象を利用することで、牛乳中の菌、血液や尿中に存在するペプチド類、生体内で起こる分子間の相互作用、例えば免疫反応、タンパク質間相互作用などをリアルタイムで測定することができる。
【０００３】
ＳＰＲ現象を利用して被測定液中の化学物質の定性・定量測定を行なうＳＰＲ現象測定装置としては、例えば特許文献１、２、３に開示されたものが知られている。
【０００４】
図５は、この種のＳＰＲ現象測定装置のモデル図（特許文献１の図６）である。同図において、１はレーザー光源（例えば、波長６７０ｎｍ）、２はＰ偏光子、３は集光レンズ、４はプリズム、５は表面に金属薄膜６が形成されたガラス板、７は被測定液、８はＣＣＤラインセンサ等からなるセンサ、９はプリズム４とガラス板５との密接面間に介在する屈折率整合層、１０は試料セル、１１は試料導入口、１２は試料排出口である。
【０００５】
プリズム４は半円柱状に形成され、平坦面からなる底面４ａにガラス板５が屈折率整合層９を介して押し付けられることにより密接している。金属薄膜６は、スパッタ、蒸着などによって形成された金または銀の薄膜（例えば、厚さ４０〜６０ｎｍ）からなり、被測定液７が液体の場合、化学的に安定な金が用いられる。屈折率整合層９としては、オイル、フィルム等が用いられる。
【０００６】
このようなＳＰＲ現象測定装置において、レーザー光源１から出射した光ＬはＰ偏光子２によって偏光されることによりＰ偏光光Ｌ1 となり、集光レンズ３により集光された後プリズム４の円弧面からなる入射面４ｂに入射角θで入射する。プリズム４に入射したＰ偏光光Ｌ1 は、プリズム４およびガラス板５を通過すると金属薄膜６を全反射の条件下で照射し、その反射光Ｌ2 がセンサ８によって検出される。
【０００７】
プリズム４を透過したＰ偏光光Ｌ1 は、金属薄膜６と被測定液７の境界面でエバネッセント波が生じる。一方、金属薄膜６の表面では、表面プラズモン波が生じる。エバネッセンス波と表面プラズモン波とは、Ｐ偏光光Ｌ1 のプリズム４に対するある入射角（４５〜７８°）で共鳴を起こす。この時、センサ８によって反射光Ｌ2 の強度を測定すると、図６に示すように共鳴が起こる角度（共鳴角）で反射強度が減少するため、反射率の低い谷が観測される。
【０００８】
共鳴角は、金属薄膜６に接する被測定液７の光学的な性質（屈折率）に依存するため、例えば金属薄膜６上に抗体などを固定し、抗原との結合による抗体の屈折率変化を測定することにより、特定物質の定量測定を行うことができる。
【０００９】
【特許文献１】特許第３４６２１７９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４２９８号公報
【特許文献３】特許第３３５６２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した従来のＳＰＲ現象測定装置は、プリズム４とガラス板５の互いに密接する密接面４ａ、５ａを平坦面に形成しているので、ガラス板５の密接面５ａをプリズム４の密接面４ａに屈折率整合層９を介して押し付けて密接させたとき、これら両密接面４ａ、５ａ間に空気が気泡となって残り易く、このためＰ偏光光Ｌ1 や反射光Ｌ2 が気泡に当たると反射、散乱、吸収が生じて反射光Ｌ2 として計測される光量が減少し、検出感度が低い、あるいは計測に失敗するという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡便な構造にも拘わらずプリズムとガラス板の密接面間に滞留する空気ないし気泡を確実に取り除くことができ、計測光量の増大および感度の向上を図るようにした表面プラズモン共鳴現象測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、光源からの光を偏光するための偏光子と、この偏光子を通過した光を集光する集光レンズと、この集光レンズを通過した光が入射するプリズムと、このプリズムに屈折率整合層を介して密接されたガラス板と、このガラス板に形成され前記プリズムおよびガラス板を通過した前記光を全反射する金属薄膜と、この金属薄膜によって全反射し前記ガラス板およびプリズムを通過した反射光を計測するセンサとを備えた表面プラズモン共鳴現象測定装置において、前記屈折率整合層を介して前記ガラス板と前記プリズムとが押し付けられる密接面を、中央部の間隔が狭く、両側縁の間隔が広くなるような面形状に形成したものである。
【００１３】
また、本発明は、上記発明において、前記プリズムの密接面を凸曲面に形成し、前記ガラス板の密接面を平面に形成したものである。
【００１４】
また、本発明は、上記発明において、前記プリズムと前記ガラス板との各密接面をそれぞれ凸曲面に形成したものである。
【００１５】
また、本発明は、上記発明において、前記プリズムの密接面を凹曲面に形成し、前記ガラス板の密接面を前記プリズムの密接面よりも曲率半径が小さい凸曲面に形成したものである。
【００１６】
また、本発明は、上記発明において、前記プリズムの密接面を平坦面に形成し、前記ガラス板の密接面を凸曲面に形成したものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、プリズムとガラス板との密接面を中央部の間隔が狭く、両側縁の間隔が広くなるような面形状に形成しているので、ガラス板の密接面をプリズムの密接面に屈折率整合層を介して押し付けると、プリズムとガラス板の密接面積は、これらの弾性変形によって線から面になって中央から外側に徐々に拡大し、屈折率整合層を間隔の広い外側に移動させる。このため、プリズムとガラス板間の空気も屈折率整合層とともに外側に移動する。したがって、空気がプリズムとガラス板における光の透過領域より外側に移動することにより、空気による光の散乱、反射、吸収等が低減され、感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る表面プラズモン共鳴現象測定装置の一実施の形態を示す構成図、図２はプリズムとガラス板の分解斜視図である。これらの図において、全体を符号２０で示すＳＰＲ現象測定装置は、プリズム２１の形状が図５に示した従来のＳＰＲ現象測定装置に用いられているプリズム４と若干異なるだけで、その他の構造は同一である。このため、同一構成部品、部分については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。
【００１９】
前記プリズム２１は、直径（長さ）Ａが例えば、２０ｍｍ、幅Ｂが５ｍｍ程度の略半円柱状に形成されることにより、底面２１ａと、両側面２１ｂ、２１ｃと、レーザー光源１から出射しＰ偏光子２によって偏光したＰ偏光光Ｌ1 の入射面と反射光Ｌ2 の出射面を形成する円弧状の周面２１ｄとからなり、底面２１ａがガラス板５との密接面（以下、底面２１ａを密接面２１ａという）を形成している。また、この密接面２１ａは、ガラス板５が押し付けられて密接したとき、ガラス板５との間隔が長手方向中央部において最も狭く、長手方向両端に向かうにしたがって徐々に広くなるような面形状に形成されている。具体的には、プリズム２１の密接面２１ａは、長手方向中央部が最も高く、両端に至るにしたがって徐々に低くなる半径Ｒの凸曲面に形成されており、この点で従来のプリズム４と異なっている。
【００２０】
前記ガラス板５は、図５に示した従来のガラス板５と同一で、表裏面５ａ、５ｂが平行な平坦面に形成され、表面５ａには金属薄膜６が形成されており、裏面５ｂがプリズム２１との密接面
以下、裏面５ｂを密接面５ｂという）を形成している。そして、このガラス板５は、試料セル１０の下面に金属薄膜６を介して固定されている。
【００２１】
試料セル１０の金属薄膜６に密接される下面には、開口３１が形成されている。また、試料セル１０は、内底面に前記開口３１に対応した穴３２を有するフィルム３３が配設され、下面に前記ガラス板５が金属薄膜６を介して固定されることにより、試料セル１０内の被測定液７を金属薄膜６の表面中央部に接触させている。
【００２２】
このようなＳＰＲ現象測定装置２０において、試料セル１０をプリズム２１に取付ける際には、図３（ａ）に示すように下面にガラス板５が固定された試料セル１０をプリズム２１の密接面２１ａの上に屈折率整合層９を介して載置する。そして、試料セル１０を上から押圧しガラス板５の密接面５ａを屈折率整合層９を介してプリズム２１の密接面２１ａに密着することにより固定される。
【００２３】
ガラス板５の密接面５ａをプリズム２１の密接面２１ａに屈折率整合層９を介して押し付けると、プリズム２１の密接面２１ａが凸曲面に形成されているため、最初にガラス板５の密接面５ａとプリズム２１の密接面２１ａとの中央部が線状に密接し、中央部の屈折率整合層９をプリズム４の径方向外側に移動させる。
【００２４】
また、ガラス板５は、プリズム２１に押し付けられることにより密接面２１ａに沿うように板厚方向に弾性変形する。さらに、プリズム２１の密接面２１ａはガラス板５が押し付けられることにより密接面５ａに沿うように弾性変形する。このため、図３（ｂ）に示すように、ガラス板５の密接面５ａとプリズム２１の密接面２１ａとは中央部から両端に向かって徐々に平坦化する。この結果、ガラス板５の接触面５ａとプリズム２１の２１ａとの接触面積が長手方向中央から両端に向かって拡がり、ガラス板５とプリズム２１間に残留している気泡Ｋを屈折率整合層９とともに外側に移動させる。このときのプリズム２１の密接面２１ａの曲率半径Ｒは、中央部の気泡Ｋがプリズム２１に入射するＰ偏光光Ｌ1 と金属薄膜６に当たって全反射した反射光Ｌ2 がプリズム２１の密接面２１ａを透過するときの領域（透過領域）Ｓよりも外側に移動させるに十分な大きさであればよい。
【００２５】
プリズム２１の密接面２１ａの曲率半径Ｒが小さいと、ガラス基板５および試料セル１０の変形は大きくなる。ガラス基板５およびプリズム２１の長さＡ、Ｍが共に１６ｍｍで、被測定液７の流路の厚さＴが６０μｍの場合、プリズム２１の密接面２１ａの曲率半径Ｒを５３３ｍｍにすると、ガラス板５および試料セル１０を変形させることができる。流路の厚さが１μｍ押し潰されるときは、曲率半径が３２０００ｍｍであるので、曲率半径Ｒは３２０００ｍｍ程度が望ましい。なお、ガラス板５や試料セル１０が変形しても被測定液７の測定には何ら影響を及ぼすことはない。
【００２６】
このように、ガラス板５を屈折率整合層９を介してプリズム２１に押し付けてガラス板５の密接面５ａとプリズム２１の密接面２１ａの接触面積をプリズム２１の長手方向中央から両端に向かって徐々に増大させていくと、両部材の密接面５ａ、２１ａ間の気泡Ｋが屈折率整合層９とともに徐々に両側に移動するため、Ｐ偏光光Ｌ1 と反射光Ｌ2 の透過領域Ｓ内に気泡Ｋが残らない。したがって、気泡ＫによるＰ偏光光Ｌ1 および反射光Ｌ2 の散乱、反射、吸収等が生じることはなく、センサ８により計測される反射光Ｌ2 の光量が増大し、測定感度を向上させることができる。これは、とりもなおさずガラス板５とプリズム２１との各密接面５ａ、２１ａを中央部の間隔が狭く、両端の間隔が広くなるような面形状に形成したことによるものである。なお、反対に中央部の間隔が狭く、両側縁部の間隔が狭くなるような面形状に形成した場合は、両側縁が接触した後中央に向かって接触面積が増大するため、透過領域Ｓに気泡Ｋが集まり好ましくない。
【００２７】
図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の他の実施の形態を示すガラス板とプリズムの図である。同図（ａ）はプリズム２１の密接面２１ａとガラス板５の密接面５ａをそれぞれ曲率半径Ｒの凸曲面に形成したものである。同図（ｂ）は、プリズム２１の密接面２１ａを曲率半径Ｒの凹曲面に形成し、ガラス板５の密接面５ａをプリズム２１の密接面２１ａの曲率半径Ｒよりも小さい曲率半径Ｒ1 の凸曲面に形成したものである。同図（ｃ）はプリズム２１の密接面２１ａを平坦面に形成し、ガラス５の密接面５ａを曲率半径Ｒの凸曲面に形成したものである。
【００２８】
このようなガラス板５とプリズム２１においても、ガラス板５とプリズム２１との各密接面５ａ、２１ａが、中央部の間隔が狭く、両側縁の間隔が広くなる面形状を呈しているので、上記した実施の形態と同様な効果が得られることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るＳＰＲ現象測定装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】プリズムとガラス板の分解斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はガラス板をプリズムに押し付けた時の様子を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の他の実施の形態を示すガラス板とプリズムの図である。
【図５】従来のＳＰＲ現象測定装置の構成図である。
【図６】金属薄膜に対する入射角度と反射強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…光源、２…Ｐ偏光子、３…集光レンズ、４…プリズム、５…ガラス板、５ａ…プリズムとの密接面、６…金属薄膜、７…被測定液、８…センサ、９…屈折率整合層、２１…プリズム、２１ａ…ガラス板との密接面。
【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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