(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全反射減衰を利用した測定において用いられる測定チップであって、
測定に用いられる光が入射又は出射される１組の側面を含む透明誘電体であって、一方の底面に開口するように形成されている空孔と、前記一方の底面に前記空孔の開口部を囲むように形成されている凸部又は凹部とを含む前記透明誘電体と、
前記空孔の内底面に形成されている金属薄膜と、
を具備する測定チップ。
【請求項２】
全反射減衰を利用した測定において用いられる測定チップであって、
測定に用いられる光が入射又は出射される１組の側面を含む透明誘電体であって、一方の底面に開口するように形成されている空孔と、前記空孔の内壁に、該内壁を一周するように形成されている凸部又は凹部とを含む前記透明誘電体と、
前記空孔の内底面に形成されている金属薄膜と、
を具備する測定チップ。
【請求項３】
全反射減衰を利用した測定において用いられる測定チップであって、
測定に用いられる光が入射又は出射される１組の側面を含む透明誘電体であって、一方の底面に開口するように形成されている複数の空孔と、前記一方の底面に前記複数の空孔の開口部を囲むようにそれぞれ形成されている複数の凸部又は凹部とを含む前記透明誘電体と、
前記複数の空孔の内底面にそれぞれ形成されている複数の金属薄膜と、
を具備する測定チップ。
【請求項４】
全反射減衰を利用した測定において用いられる測定チップであって、
測定に用いられる光が入射又は出射される１組の側面を含む透明誘電体であって、一方の底面に開口するように形成されている複数の空孔と、前記複数の空孔の内壁に、該内壁を一周するようにそれぞれ形成されている複数の凸部又は凹部とを含む前記透明誘電体と、
前記複数の空孔の内底面にそれぞれ形成されている複数の金属薄膜と、
を具備する測定チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の試料について測定を行う際に用いられる測定チップに関し、特に、表面プラズモン共鳴（ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＳＰＲ）測定に用いられる測定チップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、全反射減衰を利用して試料中の物質を定量分析する方法は知られており、特に、表面プラズモン共鳴測定（ＳＰＲ測定）は、バイオセンサとして広く利用されている。
図９は、ＳＰＲ測定の原理を説明するための図である。プリズム１０１の表面には、金属薄膜１０２が蒸着等によって形成されている。さらに、金属薄膜１０２の上には、検出対象である物質を含む試料１０３が乗せられている。
【０００３】
このようなプリズム１０１の透明誘電体と金属薄膜１０２との界面で全反射条件となるように、光Ｌ１を様々な入射角でプリズム１０１に入射させる。ここで、光Ｌ１を様々な入射角でプリズム１０１に入射させるようにするためには、細い光ビームを偏向させながらプリズム１０１に入射させても良いし、太い光ビームを収束させながらプリズム１０１に入射させても良い。図９においては、光源１０４から出射された光を、レンズ１０５によって収束させてプリズム１０１に入射させている。
【０００４】
光Ｌ１を金属薄膜１０２に対して全反射角以上の入射角で入射させると、金属薄膜１０２に接している試料１０３中に電界分布を有するエバネッセント波が生じる。このエバネッセント波により、金属薄膜１０２と試料１０３との界面に、表面プラズモンが励起される。このとき、エバネッセント波と表面プラズモンとの間で波数整合が成立すると共鳴状態となり、エバネッセント波のエネルギが表面プラズモンに移行する。これにより、プリズム１０１と金属薄膜１０２との界面に特定の入射角θ0で入射して全反射された光の強度が、鋭く低下する。このような光の強度の低下は、光検出器１０６により、反射光Ｌ２中の暗線として検出される。なお、このような表面プラズモン共鳴は、入射光がｐ偏光であるときに生じるので、入射光Ｌ１がｐ偏光となるように予め設定しておく。
【０００５】
表面プラズモンの波数ｋSPは、次の式によって決定される。ここで、表面プラズモンの波数をｋSP、真空中での光の波数をｋ0、金属の誘電率をεM、試料の誘電率をεSとする。
【数１】
0003787302.tif 000002
また、エバネッセント波の波数ｋEは、次の式で与えられる。ここで、プリズムの屈折率をｎ0、入射角をθとする。
ｋE＝ｋ0ｎ0ｓｉｎθ      …（２）
【０００６】
エバネッセント波の波数ｋEと、表面プラズモンの波数ｋSPが等しくなるような入射角θ0において表面プラズモン共鳴が起こり、全反射減衰が生じる。従って、全反射減衰が生じる入射角θ0を観測することにより、式（１）及び式（２）に基づいて、全反射減衰が生じるときの誘電率εSを算出することができる。さらに、この誘電率εSから、較正曲線等を利用することにより、試料中の検出対象である物質の濃度を求めることができる。
【０００７】
ＳＰＲ測定をバイオセンサに適用するためには、例えば、金属薄膜１０２の上に、検出対象である物質と特定の反応を起こす媒体（以下、「センシング媒体」という）を固定しておく。特定の反応とは、例えば、抗原抗体反応であり、試料に含まれる抗原を検出する場合に、その抗原に対する抗体をセンシング媒体として用いる。センシング媒体の上に検出対象である物質を含む試料を置くと、金属薄膜１０２上で、試料に含まれる抗原の濃度に応じた抗原抗体反応が起こる。これにより試料１０３の屈折率が変化するので、金属薄膜１０２と試料１０３との界面において生じる表面プラズモンの波数が変化する。これに伴い、上記のような表面プラズモン共鳴が起こる入射角θ0及びその反射角が変化する。従って、光検出器８によって暗線の位置（角度）変化を検出することにより、試料中の特定物質の濃度を間接的に測定することができる。
【０００８】
このようなＳＰＲ測定においては、測定に用いられる光が入射及び出射されるプリズム部分と、液体の試料を入れて抗原抗体反応を起こさせる容器とが、透明誘電体によって一体成形された測定チップ（プリズムカップ）が用いられることがある。このような測定チップは、プリズム部分と容器部分とのマッチング等を考慮しなくても良く、測定においては大変便利である。
【０００９】
最近では、例えば、容器部分の直径が５ｍｍ程度といった小さい測定チップが用いられている。小さい測定チップを使用することにより、必要とされる試料の量が少なくて済む上に、早く確実に反応を起こさせることができるという利点がある。このような測定チップは、通常、密に並べられてケースに収納され、ケース単位で保管されたり、ケースに収納されたまま試料等が配置されて測定系に搬送される。
【００１０】
一方、小さい測定チップを使用することにより、次のような問題が生じている。即ち、測定チップの容器部分に注入された液体の表面張力と、液体が接触している壁面の表面張力と、液体と壁面との間の界面張力との関係により、液体の一部が壁面に沿うように這い上がってしまう。このような現象（メニスカス現象と呼ばれる）は、固体と液体の界面において一般的に見られる現象であるが、小さい測定チップにおいては、壁面を這い上がった試料が測定チップの容器部分の外に漏れ出してしまう。先に述べたように、複数の測定チップが隣接して並べられている場合に、試料が容器部分の外に漏れ出すと、隣接する測定チップの間で試料が互いに混ざり合って、試料中の検出対象である物質の濃度が変化したり、異物質が混入してしまい、精密な測定ができないばかりか、測定自体が誤ったものとなってしまう。特に、測定チップの材料としてプラスチック等が用いられる場合には、測定チップの成形に金型が用いられるので、測定チップから金型を引き抜く際に測定チップの内壁に細かい傷が付き、これによってメニスカス現象が顕著になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＳＰＲ測定等に用いられる測定チップにおいて、液体の試料が測定チップから漏れ出すのを防ぐことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る測定チップは、全反射減衰を利用した測定において用いられる測定チップであって、測定に用いられる光が入射又は出射される１組の側面を含む透明誘電体であって、一方の底面に開口するように形成されている空孔と、一方の底面に空孔の開口部を囲むように形成されている凸部又は凹部とを含む透明誘電体と、空孔の内底面に形成されている金属薄膜とを具備する。
【００１３】
また、本発明の第２の観点に係る測定チップは、全反射減衰を利用した測定において用いられる測定チップであって、測定に用いられる光が入射又は出射される１組の側面を含む透明誘電体であって、一方の底面に開口するように形成されている空孔と、空孔の内壁に、該内壁を一周するように形成されている凸部又は凹部とを含む透明誘電体と、空孔の内底面に形成されている金属薄膜とを具備する。
【００１４】
本発明によれば、空孔の周囲や空孔の内壁に段差を形成するので、メニスカス現象による液体の試料這い上がりを止め、液体の試料が空孔から漏れ出すのを防ぐことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測定チップを示す斜視図である。測定チップ１は、透明誘電体１０と金属薄膜１１とを含んでいる。透明誘電体１０は、角柱、又は、上底よりも下底の面積が小さい角錘台の形状を有しており、図１においては、四角錐台となっている。透明誘電体１０には、試料が配置される空孔１２が形成されており、透明誘電体１０の上底面１３には、空孔１２の開口部を囲むように凸部１４が形成されている。
なお、本実施形態においては、上記のような形状を有する透明誘電体を用いて説明するが、本発明は、これに限られることはなく、様々な形状を有する透明誘電体に適用することができる。
【００１６】
透明誘電体１０は、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙ  ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａ  ｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、非晶性ポリオレフィン、又は、シクロオレフィンを含む透明樹脂や、ガラス等によって形成されている。透明誘電体１０が有している４つの外側面１０ａ〜１０ｄの内、外側面１０ａ及びこれに対向する外側面１０ｃは、光を乱反射するつや消し面となっており、外側面１０ｂ及びこれに対向する外側面１０ｄは、光透過面となっている。
【００１７】
金属薄膜１１は、透明誘電体１０に形成されている空孔１２の内底面１０ｅに蒸着等によって形成されている。この測定チップ１をＳＰＲ測定に用いる際には、金属薄膜１１の上にセンシング媒体が配置される。
なお、測定チップ１は、空孔１２が形成されているカップ部分と、ＳＰＲ測定において光が入射及び出射される内底面１０ｅから下のプリズム部分とを含んでいるので、プリズムカップとも呼ばれる。
【００１８】
図２に、測定チップ１の断面を示す。図２の（ａ）は、本実施形態に係る測定チップ１の断面を示しており、図２の（ｂ）は、比較のために、凸部が形成されていない測定チップの断面を示している。図２の（ａ）及び（ｂ）においては、液体の試料がそれぞれ配置されている２個の測定チップが、隣接して並べられている。
【００１９】
図２の（ａ）に示すように、測定チップ１の空孔１２に配置されている試料の表面は、メニスカス現象によって試料の周縁部が空孔の内壁１５を這い上がるような形状となっている。しかしながら、空孔の内壁１５と上底面１３に形成された凸部１４の面との間には段差があるため、試料が凸部１４まで這い上がることはできない。これにより、試料が測定チップ１から漏れ出して隣接する測定チップに配置された試料と混ざるのを防ぐことができる。メニスカス現象による試料の這い上がりを止めるためには、凸部１４の高さは１０μｍ以上あれば良い。
【００２０】
一方、図２の（ｂ）においては、隣接する２つの測定チップ２の上底面は連続している。このため、測定チップ２の上底面まで這い上がった試料は、そのまま空孔の外に漏れ出し、隣接する測定チップの試料と混ざり合っている。
このように、メニスカス現象による試料の漏れ出しを防ぐためには、試料が漏れ出そうとする面に段差を設ければ良い。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る測定チップの変形例を示す断面図である。図３に示す測定チップ３には、図２における凸部１４の替わりに、凹部１６が形成されている。試料が漏れ出す面に設ける段差は、凸部だけでなく、凹部によって設けても良い。この例の場合においても、凹部１６の深さは１０μｍ以上あれば良い。なお、本実施形態において、測定チップの上底面に設けられる凸部又は凹部は、その断面が矩形となるような形状を有しているが、この他に、断面が楔形や半円形等の様々な形状を有しても良い。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る測定チップについて、図４を参照しながら説明する。図４においては、２個の測定チップが隣接して並べられ、それぞれの測定チップには液体の試料が配置されている。
図４に示すように、本実施形態に係る測定チップは、第１の実施形態において上底面に形成された凸部等の代わりに、空孔の内壁面に凸部を形成したものである。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００２３】
測定チップ４に形成されている空孔１２の内壁１５の入り口付近には、凸部１７が形成されている。凸部１７によって内壁１５に段差が形成されるので、試料表面のメニスカスは、この段差より高い位置には現れない。従って、試料が空孔１２の外に漏れ出すことはなくなる。
【００２４】
図５は、本実施形態に係る測定チップの変形例を示す断面図である。図５に示す測定チップ５には、図４に示す凸部１７の代わりに、凹部１８が設けられている。このように、内壁１５に凹部を設けることによっても、内壁１５に段差が形成され、これにより、試料の漏れ出しを防ぐことができる。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施形態に係る測定チップについて説明する。図６は、本実施形態に係る測定チップを示す断面図である。図６に示すように、測定チップ６の内壁１５には、凸部１９が形成されている。このように、凸部１９が形成される高さは、空孔１２の入り口付近に限らず、内壁１５の途中の高さでも良い。
【００２６】
図７は、本実施形態に係る測定チップの変形例を示す断面図である。測定チップ７の内壁１５には、図６に示す測定チップ６における凸部１９の代わりに、凹部２０が形成されている。
なお、第２又は第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、凸部又は凹部の断面は、楔形、矩形、半円形等の様々な形状を有しても良い。
【００２７】
次に、本発明の第４の実施形態に係る測定チップについて、図８を参照しながら説明する。本実施形態は、本発明を、一つの透明誘電体に複数の空孔が形成された一体型測定チップに適用したものである。
【００２８】
図８に示すように、測定チップ８の透明誘電体３０には複数の空孔３１ａ、３１ｂ、・・・が形成されており、それぞれの空孔の内底面には、金属薄膜３２ａ、３２ｂ、・・・が蒸着等によって形成されている。長手方向の外側面３３及びこれに対向する外側面３４は光透過面となっており、ＳＰＲ測定等においては、測定に用いられる光の入射面又は出射面となる。
【００２９】
透明誘電体の上底面３５には、複数の空孔３１ａ、３１ｂ、・・・を囲むように、複数の凸部３６ａ、３６ｂ、・・・がそれぞれ形成されている。これらの複数の凸部３６ａ、３６ｂ、・・・により、複数の空孔３１ａ、３１ｂ、・・・にそれぞれ配置される試料がメニスカス現象によって這い上がり、空孔の外に漏れ出すのを防ぐことができる。
【００３０】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、上底面に凸部を形成する代わりに凹部を形成しても良い。また、本実施形態においても、第２又は第３の実施形態と同様に、複数の空孔の内壁に凸部又は凹部をそれぞれ形成しても良い。さらに、これらの凸部又は凹部の断面は、矩形、楔形、半円形等の様々な形状を有しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、測定チップの空孔の周囲や内壁に段差を設けることにより、メニスカス現象による試料の這い上がりを止め、試料が空孔から漏れ出すのを防ぐことができる。従って、隣接して配置された測定チップの間で試料が混ざり合うことがなくなるので、ＳＰＲ測定等において、精密な測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測定チップを示す斜視図である。
【図２】図２の（ａ）は、図１に示す測定チップを示す断面図であり、図２の（ｂ）は、比較のために示す凸部を有さない測定チップを示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る測定チップの変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る測定チップを示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る測定チップの変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る測定チップを示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る測定チップの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る測定チップを示す斜視図である。
【図９】ＳＰＲ測定の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１〜８  測定チップ
１０、３０  透明誘電体
１０ａ〜１０ｄ、３３、３４  外側面
１０ｅ  内底面
１１、３２ａ、３２ｂ、・・・  金属薄膜
１２、３１ａ、３１ｂ、・・・  空孔
１３、３５  上底面
１４、１７、１９、３６ａ、３６ｂ、・・・  凸部
１５  内壁
１６、１８、２０  凹部
１０１  プリズム
１０２  金属薄膜
１０３  試料
１０４  光源
１０５  レンズ
１０６  光検出器
【図１】
0003787302.tif 000003
【図２】
0003787302.tif 000004
【図３】
0003787302.tif 000005
【図４】
0003787302.tif 000006
【図５】
0003787302.tif 000007
【図６】
0003787302.tif 000008
【図７】
0003787302.tif 000009
【図８】
0003787302.tif 000010
【図９】
0003787302.tif 000011