(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測定ユニットと、
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が得られるように種々の入射角で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、
前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順次前記全反射条件および種々の入射角が得られるように、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、
前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一となるように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
【請求項２】
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成された金属膜からなる薄膜層、およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測定ユニットと、
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金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角で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、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順次前記全反射条件および種々の入射角が得られるように、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、
前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一となるように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
【請求項３】
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層ならびに該クラッド層上に形成された光導波層とからなる薄膜層、およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測定ユニットと、
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入射角で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、前記光導波層における導波モードの励起に伴う全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順次前記全反射条件および種々の入射角が得られるように、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、
前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一となるように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
【請求項４】
前記予熱手段が、前記光ビームと略同一のパワー密度を有する光ビームを前記誘電体ブロックと薄膜層との界面に対して入射させる光源からなるものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の全反射減衰を利用した測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面プラズモンセンサー等の、全反射減衰を利用した測定装置に関し、特に詳細には、複数の測定ユニットを順次測定するハイスループット化された全反射減衰を利用した測定装置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、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が得られ、かつ表面プラズモン共鳴による全反射減衰が生じ得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表面プラズモン共鳴の状態、つまり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入射角を変え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状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化にしたがって反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して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成分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、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から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】
0003786257.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を知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【００１０】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似のセンサーとして、例えば「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７頁に記載がある漏洩モードセンサーも知られている。この漏洩モードセンサーは基本的に、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、かつ光導波層での導波モードの励起による全反射減衰が生じ得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。
【００１１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したタイプの従来の表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーにおいては、共鳴等により吸収された光の一部は熱に変換され、薄膜層上の液体や固定化物等の温度上昇を引き起こす。屈折率は温度の上昇に伴い変化するため、液体や固定化物の温度上昇に伴い共鳴条件等が変化することになる。すなわち、実際の測定値には、試料の特性（結合解離反応等）と温度依存性との影響が含まれている。したがって、温度が変化している最中に測定を行うと、温度変化に伴う屈折率の変化が生じるために屈折率が大きくずれてしまう。したがって、光ビーム照射開始からの時間に対するこの測定チップの薄膜層およびその上に配された試料の温度変化とそれに伴う全反射減衰角の温度変化は図８に示すようなものとなる。すなわち、光ビーム照射開始時t0から測定チップおよび試料が熱平衡状態に達するまでにはt1の時間を要し、精度よい測定値を得るためには、熱平衡状態に達するのを待ってから測定を行う必要がある。
【００１３】
しかし、誘電体ブロック、その一面に設けられた薄膜層と、該薄膜層上に試料を保持する試料保持機構とからなる測定ユニットを複数備え、複数の試料についての測定を行う装置においては、各測定ユニット毎に熱平衡状態に達するのを待って測定を行っていたのでは、高速化を図ることができない。
【００１４】
本発明は上記の事情に鑑みて、試料が熱平衡状態に達する時間を短縮し、複数の試料を効率よく測定することができる、全反射減衰を利用した測定装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測定ユニットと、
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が得られるように種々の入射角で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、
前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順次前記全反射条件および種々の入射角が得られるように、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、
前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度（以下、「熱平衡温度」という）とが略同一となるように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
ここで、「前記所定位置に搬送された直後の・・・とが略同一となるように加熱する」とは、搬送手段による搬送時の温度低下を見込んで加熱することを意味するものであり、搬送手段による搬送時間が短時間で温度低下が小さい場合には、熱平衡温度と略同一温度となるように加熱すればよく、搬送手段による搬送時間が長く温度低下が大きい場合には、熱平衡状態となる時の温度よりも高めの温度まで加熱しておけばよい。
【００１７】
なお、「測定ユニットおよび該ユニットが保持する試料の温度」は、全体が一様な温度である必要はなく、屈折率変動への影響が大きい、誘電体ブロックの光ビームが通過する部分、該ブロック上の薄膜層および試料の温度が、前述の熱平衡状態おけるそれらの温度と比較して略同一となっていればよい。
【００１８】
なお、ここで「略同一」とは、搬送直後の測定ユニットおよび試料の温度が、予熱手段による加熱前の初期温度と測定時の熱平衡状態となる時の熱平衡温度と比較して、十分に熱平衡温度に近いことを意味するが、特に搬送直後の温度と熱平衡温度との温度差が１℃以内であることが望ましい。
【００１９】
本発明による別の全反射減衰を利用した測定装置は、特に前述の表面プラズモンセンサーとして構成されたものであり、
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成された金属膜からなる薄膜層、およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測定ユニットと、
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金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角で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、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順次前記全反射条件および種々の入射角が得られるように、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、
前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一となるように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明によるさらに別の全反射減衰を利用した測定装置は、特に前述の漏洩モードセンサーとして構成されたものであり、
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層ならびに該クラッド層上に形成された光導波層とからなる薄膜層、およびこの薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測定ユニットと、
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入射角で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、前記光導波層における導波モードの励起に伴う全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
前記複数の測定ユニットの各誘電体ブロックに関して順次前記全反射条件および種々の入射角が得られるように、各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置する搬送手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、
前記測定ユニットを前記所定位置に搬送する前に、該測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を、前記所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一となるように加熱する予熱手段を備えたことを特徴とするものである
なお、前記予熱手段としては、前記光ビームと略同一のパワー密度を有する光ビームを前記誘電体ブロックと薄膜層との界面に対して入射させる光源からなるものを用いることができる。また、その他の予熱手段として、ペルチェ素子、フリヂスタ素子等の電子冷却素子を用いてもよいし、さらに、水冷方式、ガス方式等の手段を用いてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料を加熱する予熱手段を備え、測定ユニットを所定位置に搬送する前に、所定位置に搬送された直後の前記測定ユニットおよび該測定ユニットが保持する試料の温度と、前記光ビームが入射されて熱平衡状態となる時の温度とが略同一となるように加熱するので、所定位置に搬送され、測定用の光ビームの照射をされて熱平衡状態となるまでに要する時間を従来と比較して短縮することができる。
【００２２】
特に、搬送直後の温度と熱平衡温度との温度差が１℃以内の場合、この温度差による屈折率変化への影響はノイズレベルとなるため、搬送後、直ちに測定を開始することができるため、さらに、測定に要する時間を短縮することができる。
【００２３】
複数の測定ユニット、および各測定ユニットを順次前記光学系および光検出手段に対して所定位置に配置する搬送手段を備えているので、一つの測定ユニットについての測定を行うと同時に、次に測定を行う測定ユニットを加熱することができるため、測定のハイスループット化を図ることができる。
【００２４】
【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の実施形態による、全反射減衰を利用した測定装置の全体図を示すものである。この第１の実施形態の測定装置は前述の表面プラズモンセンサーとして構成されたものである。なお、図２はこの装置の測定部の側面形状、図３は予熱手段の側面形状をそれぞれ示すものである。
【００２５】
図１に示すように、この表面プラズモンセンサーは、測定ユニットとしての測定チップ10を複数保持する保持台であるターンテーブル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駆動手段50と、この駆動手段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、測定前に測定チップ10および該チップ10が保持する試料15を加熱する予熱手段80を有している。ここで、予熱手段80は、測定用光ビーム30と同等のパワー密度の予熱用光ビーム83を出射するレーザ光源81と、集光レンズ32と同等の作用をする予熱用集光レンズ82とからなる。
【００２６】
上記測定チップ10は図２に示す通り、例えば透明樹脂等により形成された倒立截頭四角錘形状を有するものであり、上部には、上面から下方に向かって次第に径が縮小する、断面円形の試料保持穴11ａが形成されて液体試料を保持する容器11が構成されており、この容器11の底面内側（後述する誘電体ブロックの面）に薄膜層として金属膜12が被着されている。また、測定チップ10の下部が誘電体ブロック13を構成しており、その４つの側面のうちの対面する２面がそれぞれ光入射端面13b、光出射端面13cとされている。すなわち、この測定チップ10は、試料を保持する容器11と、光カップラーとしての誘電体ブロック13とが一体的に形成されたものであり、試料保持穴11ａの底面が誘電体ブロック13の一面を構成している。この測定チップ10は、ターンテーブル20に対して交換可能とされている。なお、金属膜12の上にセンシング媒体14が固定されているが、それについては後述する。
【００２７】
ターンテーブル20は複数（本例では１２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保持するように構成されている。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。すなわち、本実施形態においては、ターンテーブル20と駆動手段50とにより測定チップ10を搬送する搬送手段が構成されている。
【００２８】
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13に通し、誘電体ブロック13と金属膜12との界面13ａ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13ａ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。
【００２９】
なお光ビーム30は、界面13ａに対してｐ偏光で入射する。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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の容器11内にその試料を滴下供給する。
【００３３】
予熱手段80は、図３に示すとおり、光源31と集光レンズ32とからなる測定部の入射光学系と略同一の構成をなすものであり、予熱用光源81から出射された予熱用光ビーム83を、予熱用集光レンズ82を通して誘電体ブロック13と金属膜12との界面13ａに、前述の光ビーム30の入射条件と略同一の入射条件で入射させる。
【００３４】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサー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の容器11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。
【００３５】
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15を保持している測定チップ10が、予熱手段80による加熱位置に静止する状態となる。ここで、コントローラー60からの指令で予熱用レーザ光源81が駆動され、そこから発せられた予熱用光ビーム83が、集光レンズ82の作用により誘電体ブロック13と金属膜12との界面13ａに入射される。なおこの入射角は、後述の光ビーム30による入射と同様に界面13ａで全反射する角度とする。この予熱用光ビーム83の界面13ａへの入射時に一部が熱に変換されて、測定チップ10および試料15の温度上昇が生じる。予熱用光ビーム83を一定時間照射することにより、測定チップおよび試料は熱平衡状態に達する。ここで用いられている予熱用光ビーム83は、測定用の光ビーム30と略同一のパワー密度を有するものであり、略同一の条件で界面13ａに対して照射されるため、予熱用光ビーム83の照射時の熱平衡状態は測定用の光ビーム30の照射時の熱平衡状態と略同じ状態となる。
【００３６】
その後ターンテーブル20が再び回動されて、予熱手段80により加熱された測定チップ10が、その誘電体ブロック13に入射用光ビーム30が入射する測定位置に静止する状態となる。なお、加熱された測定チップ10が測定位置に搬送されると同時に、次に測定に供される測定チップが予熱手段80による加熱位置に搬送され、予熱手段80により加熱される。一方、測定位置に測定チップ10が静止すると、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。測定チップ10および試料の温度は、加熱位置からの搬送時にやや低下するが、この測定用の光ビーム30の入射により、再び測定チップ10および試料の温度は熱平衡温度まで上昇する。このとき熱平衡状態に達する時間は、予熱手段80による予熱用光ビーム80の照射時における熱平衡状態への到達時間と比較して短時間である。精度よい測定を行うため、熱平衡状態となった後に、光検出器40による全反射角の検出を行う。
【００３７】
光ビーム30は、上述の通り収束光状態で誘電体ブロック13に入射するので、上記界面13ａ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13ａ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。
【００３８】
光ビーム30が全反射するとき、界面13ａ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13ａ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。
【００３９】
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。
【００４０】
以下、本実施形態の予熱手段80による加熱開始から、測定系による測定開始までの時間に対する測定チップ等の温度変化を図５を参照してより詳細に説明する。図５において、横軸は測定開始t0からの時間を示し、縦軸は、測定チップの金属膜表面温度、試料温度および表面プラズモン共鳴角度を示す。図に示すとおり、薄膜層表面温度、試料温度および共鳴角度の変化は同一である。Ｔ0は、測定用光ビーム照射時の熱平衡状態に到達した際の、金属膜表面温度、試料温度および共鳴角度である。
【００４１】
図５に示すように、時刻t0において、予熱手段80による予熱用光ビーム83を開始する。測定用光ビーム30による熱平衡状態への到達時間と同等の時間を経て時刻t1において熱平衡に達し、その後、時刻t2まで熱平衡状態を維持する。この時の熱平衡状態は、測定用光ビーム30の照射時の熱平衡状態と同等である。
【００４２】
次に、ターンテーブル20が回動されて、測定チップ10が所定の測定位置に搬送される。なおこの際同時に、次に測定に供される測定チップが加熱位置に搬送される。
【００４３】
ターンテーブルの回動による搬送時間はt3−t2であり、この搬送時に測定チップの温度は下降する。したがって、所定位置に配置された時刻t3における温度は、熱平衡温度よりやや低い温度となっている。時刻t3において、測定チップ10が所定の測定位置に静止した状態のとき、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13ａに入射する。測定用光ビーム30の照射により、再び測定チップ等の温度上昇が始まり、t4において熱平衡状態に達する。その後、全反射解消角の測定を行う。なお、搬送時の温度低下が１℃以内、すなわち、搬送直後t3における測定チップ等の温度と、熱平衡状態の熱平衡温度との温度差が１℃以内であれば、測定用光ビーム30の照射による熱平衡状態となるまで待つことなく測定してもよい。
【００４４】
複数の測定チップ10を保持するターンテーブル20を回動させて各測定チップ10を順次加熱位置、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の各容器11に保持させた試料15を、ターンテーブル20の回動にともなって次々と予熱し、測定に供することができる。すなわち、予熱手段80を備え、測定位置に搬送される前に、測定チップおよび試料を加熱し、測定位置への搬送直後の温度が熱平衡状態と略同一となるようにしているため、測定用光ビームの照射開始から熱平衡状態となるまでの時間が短縮し、もしくは搬送後すぐに測定を開始することができるため、多数の試料についての測定を短時間で効率よく行うことが可能である。
【００４５】
なお金属膜12の表面に固定されているセンシング物質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物質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。
【００４６】
つまりこの場合は、上記特定物質とセンシング物質14との結合状態に応じてセンシング物質14の屈折率が変化して、図４の特性曲線が左右方向に移動する形に変化するので、全反射減衰角θＳＰに応じて抗原抗体反応を検出することができる。なおこの場合は、試料15およびセンシング物質14の双方が、分析対象の試料となる。
【００４７】
以下、他の実施形態における予熱開始から測定開始時間に対する温度変化を図６に示して簡単に説明する。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、例えば、測定用光ビームよりもパワー密度の高い光ビームを発振する光源を備えた、測定用光ビーム照射時の熱平衡状態よりも高い温度で熱平衡状態に達するような予熱手段を用い、時刻t0において測定チップ等を加熱を開始する。上述の実施形態の場合と同様に時刻t2まで熱平衡状態を維持した後、搬送手段により測定位置に搬送する。測定位置に配置された時刻t3で、測定チップ等の温度は測定用光ビーム照射時の熱平衡状態と同一温度まで低下する。この場合、搬送直後に測定が可能である。なお前述のとおり、搬送直後の温度が、測定用光ビーム照射時の熱平衡温度Ｔと１℃以内（グラフ中矢印で示す範囲）で一致するものであれば、搬送直後に測定を行っても差し支えない。
【００４９】
また図６（ｂ）に示すように、さらに予熱手段による加熱温度をさらに高い温度に設定し、その後、搬送時間t3'−t2を長く要する系とすることにより、搬送時のチップ等の温度低下を大きくするようにしてもよい。
【００５０】
さらに、図６（ｃ）に示すように、予熱手段による熱平衡状態に達する温度が、測定時熱平衡状態の温度よりも低めの温度であってもよく、この場合搬送時間t3"−t2を短くし、搬送時の温度低下を抑制するようにすればよい。
【００５１】
いずれの場合も、予熱手段を備えない従来の表面プラズモンセンサーと比較して、測定用光ビーム照射開始から熱平衡状態に達する時間までの時間をなくす、もしくは短縮することができるため、複数試料に対する測定を高速に効率よく行うことができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態による、全反射減衰を利用した測定装置の測定部の側面形状を示すものである。なおこの図７において、図２中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００５３】
この第２実施形態の全反射減衰を利用した測定装置は、先に説明した漏洩モードセンサーであり、全体構成は図１に示した第１の実施形態の測定装置と略同一であり、容器11と誘電体ブロック13が一体的に形成された測定チップ10’を用いるように構成されている。ただし、この測定チップ10’は、金属膜の代りに、クラッド層41およびその上に形成された光導波層42を備えている。
【００５４】
この誘電体ブロック13は、例えば合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されており、クラッド層41は、誘電体ブロック13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42は、クラッド層41よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層41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42の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００５５】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック13を通してクラッド層41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13とクラッド層40との界面13ａで全反射するが、クラッド層41を透過して光導波層42に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層42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42に取り込まれるので、上記界面13ａ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。
【００５６】
光導波層42における導波光の波数は、該光導波層42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。
【００５７】
本実施形態の漏洩モードセンサーも、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’の各容器11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、この漏洩モードセンサーによれば、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。
【００５８】
上記第２の実施形態の全反射減衰を利用した測定装置においても、第１の実施形態の場合と同様に、予熱手段80を備えて、測定チップの測定位置への搬送前に測定チップおよび試料を加熱しておくため、測定時に熱平衡状態に達する時間が短縮でき、多数の試料についての測定を効率よく高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモンセンサーの全体図
【図２】図１の表面プラズモンセンサーの測定部を示す一部破断側面図
【図３】図１の表面プラズモンセンサーの予熱手段を示す一部破断側面図
【図４】測定チップ等の温度および全反射減衰角の時間変化を示すグラフ
【図５】表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射角と検出光強度との関係を示すグラフ
【図６】その他の実施形態における、測定チップ等の温度および全反射減衰角の時間変化を示すグラフ
【図７】本発明の第２の実施形態による漏洩モードセンサーの測定部を示す一部破断側面図
【図８】従来の全反射減衰を利用した測定装置における、測定チップ等の温度および全反射減衰角の時間変化を示すグラフ
【符号の説明】
10、10’    測定チップ
11    容器
12    金属膜
13    誘電体ブロック
13ａ    誘電体ブロックと金属膜との界面
14    センシング物質
15    試料
20    ターンテーブル
21    表示手段
30    光ビーム
31    レーザ光源
32    集光レンズ
40    光検出器
41    クラッド層
42    光導波層
50    支持体駆動手段
60    コントローラ
61    信号処理部
62    表示部
70    試料自動供給機構
80    予熱手段
81    第二のレーザ光源
82    第二の集光レンズ
83    第二の光ビーム
【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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