JP2003057171A - Optical fiber type surface plasmon resonance sensor apparatus - Google Patents
Optical fiber type surface plasmon resonance sensor apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、生化学計測の対象
となる液体試料の微少質量変化を検出するするために、
表面プラズモン共鳴現象を利用した表面プラズモン共鳴
センサ装置に関し、特に、光ファイバを利用した光ファ
イバ型表面プラズモン共鳴センサ装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to detecting a minute mass change of a liquid sample which is a target of biochemical measurement.
The present invention relates to a surface plasmon resonance sensor device using a surface plasmon resonance phenomenon, and more particularly to an optical fiber type surface plasmon resonance sensor device using an optical fiber.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、生化学的反応の進行に伴う物
質の物理化学的な変化量を検出する方法として、表面プ
ラズモン共鳴現象を用いた表面プラズモン共鳴センサ装
置が知られている。これは、例えば、図４に示すよう
に、回折格子を備えた平行ガラス基板（またはガラスプ
リズム）１の表面に金や銀等の金属薄膜２を真空蒸着等
の成膜技術を用いて形成し、ガラス基板１の側から金属
薄膜２との界面に向かって全反射条件を満足する角度で
レーザ光線３を照射すると、特定の入射角θの時に、金
属薄膜２に表面プラズモン共鳴が励起されるというもの
である。2. Description of the Related Art Conventionally, a surface plasmon resonance sensor device using a surface plasmon resonance phenomenon has been known as a method for detecting the amount of physicochemical change of a substance with the progress of biochemical reaction. For example, as shown in FIG. 4, a metal thin film 2 of gold or silver is formed on the surface of a parallel glass substrate (or glass prism) 1 having a diffraction grating by using a film forming technique such as vacuum deposition. When the laser beam 3 is irradiated from the glass substrate 1 side toward the interface with the metal thin film 2 at an angle satisfying the total reflection condition, surface plasmon resonance is excited in the metal thin film 2 at a specific incident angle θ. That is.
【０００３】表面プラズモン共鳴が励起されると、金属
薄膜２上のプラズモン波に光エネルギが吸収されるた
め、平行ガラス基板１と金属薄膜２との界面で反射する
反射光５の強度が鋭く低下する。図５に、入射角θと反
射光５の強度との関係を示す。ここで、表面プラズモン
共鳴が生じる入射角θは、金属薄膜２と接触している測
定部４の試料溶液など媒質の密度（すなわち、金属薄膜
表面の質量）に依存するという関係がある。When surface plasmon resonance is excited, optical energy is absorbed by plasmon waves on the metal thin film 2, so that the intensity of the reflected light 5 reflected at the interface between the parallel glass substrate 1 and the metal thin film 2 sharply decreases. To do. FIG. 5 shows the relationship between the incident angle θ and the intensity of the reflected light 5. Here, there is a relation that the incident angle θ at which the surface plasmon resonance occurs depends on the density of the medium such as the sample solution of the measurement unit 4 in contact with the metal thin film 2 (that is, the mass of the metal thin film surface).
【０００４】従って、この光学系から反射され反射光５
が特異的に低下する反射角を求めることにより、表面プ
ラズモン共鳴現象の有無、並びに、表面プラズモン共鳴
現象が生じている時の入射角θを求めることができ、結
果として媒質の密度、すなわち、金属薄膜表面の質量の
変化を求めることが可能となる。Therefore, the reflected light 5 reflected from this optical system
By specifically determining the reflection angle at which the surface plasmon resonance phenomenon occurs, and the incident angle θ when the surface plasmon resonance phenomenon occurs, the density of the medium, that is, the metal It is possible to obtain the change in mass on the surface of the thin film.
【０００５】このように、金属薄膜表面の質量の微少変
化は、金属薄膜の表面プラズモン共鳴吸収による大きな
光量変化として鋭敏に検知することができるようにな
る。従って、この表面プラズモン共鳴現象を応用した計
測法では、非常に微少な量を対象として計測が可能とな
り、通常、１ピコグラムの質量変化をも検出できる。そ
れゆえ、一般的な計測方法では計測できない微少量を扱
う生化学分にも応用されている。例えば、図５のよう
に、測定部４（図４参照）におけるＤＮＡ結合の有無
が、反射光５の強度が低下する入射角θの違いとなって
現れるので、ＤＮＡの結合による質量の微少変化を検知
することができる。As described above, a minute change in the mass of the surface of the metal thin film can be sensitively detected as a large change in the amount of light due to surface plasmon resonance absorption of the metal thin film. Therefore, according to the measurement method to which the surface plasmon resonance phenomenon is applied, it is possible to measure an extremely small amount, and a mass change of 1 picogram can usually be detected. Therefore, it is also applied to biochemical components that handle minute amounts that cannot be measured by general measurement methods. For example, as shown in FIG. 5, the presence or absence of DNA binding in the measurement unit 4 (see FIG. 4) appears as a difference in the incident angle θ at which the intensity of the reflected light 5 decreases, so a slight change in mass due to DNA binding. Can be detected.
【０００６】表面プラズモン共鳴センサとしては、種々
のものが用いられているが、その一つに光ファイバを利
用したものがある。その一例としては、特開平１１−２
２３５９７号公報に開示されている光ファイバ表面プラ
ズモンセンサーがある。図６を用いて簡単に説明する
と、この光ファイバ表面プラズモンセンサーは、光ファ
イバ１０のクラッド層１１を一定長さ除去し、コアファ
イバ部分１２の表面を露出させ、この露出表面を覆うよ
うに金属薄膜１３を形成し、さらにこの金属薄膜１３の
表面に感受性誘電体層等を形成することにより作成され
る。光ファイバ１０の端面には、銀やアルミニウム等を
蒸着して形成した反射材１４が取付けられる。Various types of surface plasmon resonance sensors are used, one of which is an optical fiber. As one example thereof, Japanese Patent Laid-Open No. 11-2
There is an optical fiber surface plasmon sensor disclosed in Japanese Patent No. 23597. This optical fiber surface plasmon sensor will be briefly described with reference to FIG. 6. The cladding layer 11 of the optical fiber 10 is removed by a certain length to expose the surface of the core fiber portion 12, and the metal is formed so as to cover the exposed surface. It is prepared by forming the thin film 13 and further forming a sensitive dielectric layer or the like on the surface of the metal thin film 13. A reflective material 14 formed by vapor deposition of silver, aluminum, or the like is attached to the end surface of the optical fiber 10.
【０００７】このような構成の光ファイバ表面プラズモ
ンセンサーを用いて被検体を検査するには、被検体であ
る試料１５を所定位置に置き、白色光をファイバ１０に
導入し、反射光の波長分散を調べる。これは、表面プラ
ズモン共鳴の光の波長依存性を利用したもので、入射角
θが一定でも波長の変化により、図５と同様な共振スペ
クトルを示す図が得られる。従って、表面プラズモン共
鳴減少が生じている部分の波長を計測・解析すれば、上
述したように、例えばＤＮＡの結合による質量の微小変
化を検知することができる。In order to inspect an object using the optical fiber surface plasmon sensor having such a structure, the sample 15 as the object is placed at a predetermined position, white light is introduced into the fiber 10, and wavelength dispersion of reflected light is performed. Find out. This utilizes the wavelength dependence of light of surface plasmon resonance, and even if the incident angle θ is constant, a diagram showing a resonance spectrum similar to that of FIG. 5 can be obtained due to a change in wavelength. Therefore, if the wavelength of the portion where the surface plasmon resonance decrease occurs is measured and analyzed, as described above, for example, a minute change in mass due to binding of DNA can be detected.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光ファ
イバ１０のクラッド層１１を完全に排除して、内部のコ
アファイバ部分１２のみを露出させるのは、非常に困難
であり、また、仮にできたとしても、非常に手間が掛か
ってしまい、測定精度を維持することが困難であると共
に非常にコストが嵩み、現実的ではないという課題があ
る。However, it is very difficult to completely remove the cladding layer 11 of the optical fiber 10 to expose only the inner core fiber portion 12, and if it is possible, it is possible. However, there is a problem that it is very time-consuming, it is difficult to maintain the measurement accuracy, the cost is very high, and it is not realistic.
【０００９】また、一般的な表面プラズモン共鳴センサ
装置は、一つの検出部位で行われる生化学反応を対象と
して個々に計測を行なうため、計測の作業効率が悪い。
そのため、多数の試料を同時に計測するための開発が行
われているが、上述した特開平１１−２２３５９７号公
報に開示されている光ファイバ表面プラズモンセンサー
のように、光ファイバの側面に試料を置いて計測するも
のでは、多数試料を同時に取扱うことが現実的ではない
という不具合があった。Further, since the general surface plasmon resonance sensor device individually measures the biochemical reaction carried out at one detection site, the work efficiency of the measurement is poor.
Therefore, although development has been carried out to measure a large number of samples at the same time, like the optical fiber surface plasmon sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-223597, the samples are placed on the side surface of the optical fiber. However, there is a problem that it is not realistic to handle many samples at the same time.
【００１０】従って、本発明は、上述した従来の技術の
問題を解決するためになされたもので、構成が単純で加
工が容易であるため安価であり、測定精度が良く、さら
に、多数の試料を同時に計測するためにマルチ化容易な
光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ装置を提供する
ことを主な目的とするものである。Therefore, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is inexpensive because of its simple structure and easy processing, and has a high measurement accuracy, and moreover, a large number of samples. The main object of the present invention is to provide an optical fiber type surface plasmon resonance sensor device which can easily be multi-processed for simultaneously measuring the.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明に係る光ファイバ型表面プ
ラズモン共鳴センサ装置は、表面プラズモン共鳴を起こ
す薄膜が配設され且つ所定角度に加工された先端面を備
える少なくとも一つの光ファイバと、該光ファイバの先
端面に対して白色の光ビームを照射する光源部と、該光
源部と前記光ファイバとの間に介装されたビームスプリ
ッタと、前記光ファイバの前記先端面で反射され、前記
ビームスプリッタを介して導かれた前記光ビームの反射
光を検出する分光光度計と、を備えることを特徴とす
る。In order to achieve the above object, an optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to the present invention according to claim 1 is provided with a thin film for causing surface plasmon resonance and having a predetermined angle. At least one optical fiber having a processed tip surface, a light source section for irradiating the tip surface of the optical fiber with a white light beam, and an optical fiber interposed between the light source section and the optical fiber A beam splitter, and a spectrophotometer for detecting reflected light of the light beam reflected by the tip end surface of the optical fiber and guided through the beam splitter.
【００１２】前記先端面の所定角度は、前記表面プラズ
モン共鳴を効率良く起たせる角度であるのが好ましい。
また、前記光源部は、白色の光ビームを照射する少なく
とも一つの光源と、該光源からの光ビームを前記光ファ
イバの前記先端面における検出領域全体を覆う広さのビ
ーム幅の平行光にする少なくとも一つのレンズとを備え
ていることが好ましい。また、前記光ファイバの先端面
と反対側の端面は、斜めに加工されていることも望まし
い。さらに、前記薄膜上に、試料に接触する生化学的反
応検出部位を配設することもできる。なお、前記薄膜
は、金属薄膜、あるいは、半導体薄膜で形成することが
できる。It is preferable that the predetermined angle of the tip surface is an angle that allows the surface plasmon resonance to occur efficiently.
The light source unit emits at least one light source that emits a white light beam, and converts the light beam from the light source into parallel light having a beam width wide enough to cover the entire detection area on the tip end surface of the optical fiber. It is preferable to have at least one lens. It is also preferable that the end surface of the optical fiber opposite to the tip surface is obliquely processed. Further, a biochemical reaction detection site that comes into contact with the sample can be provided on the thin film. The thin film may be a metal thin film or a semiconductor thin film.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施の形態
を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符
号は、同一又は対応部分を示すものとする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
【００１４】まず、図１を用いて、本発明に係る光ファ
イバ型表面プラズモン共鳴センサ装置の第一の実施の形
態を説明する。光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ
装置２０は、光ファイバ３０と、光源部４０と、ビーム
スプリッタ５０と、そして、分光光度計６０とを備えて
いる。First, a first embodiment of an optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to the present invention will be described with reference to FIG. The optical fiber type surface plasmon resonance sensor device 20 includes an optical fiber 30, a light source unit 40, a beam splitter 50, and a spectrophotometer 60.
【００１５】これらを詳述するに、光ファイバ３０に
は、先端面３１上に表面プラズモン共鳴を起こす金や銀
などの金属薄膜３２が、例えば、イオンプレーティング
法、スパッタ法、蒸着法等の周知の方法を用いて成膜さ
れている。薄膜としては、金属だけでなく、例えばシリ
コンからなるような半導体薄膜を使用することもでき
る。To describe these in detail, the optical fiber 30 is provided with a metal thin film 32 such as gold or silver which causes surface plasmon resonance on the tip end surface 31, for example, an ion plating method, a sputtering method, a vapor deposition method or the like. The film is formed using a known method. As the thin film, not only a metal but also a semiconductor thin film made of, for example, silicon can be used.
【００１６】金属薄膜３２の上側、すなわち開放面側に
は、計測対象の液体の試料３４と接触する生化学的反応
検出部位３３が設けられている。生化学的反応検出部位
３３は、金属薄膜３２の上に、特定の物質（試薬）を付
着することにより形成される。生化学的反応検出部位３
３に予め付着させておく物質としては、抗体や酵素等の
タンパク質、ＤＮＡ等の生体由来物質、あるいは、その
他の物質を選択的に吸着あるいは物体と反応する様々な
物質が考えられる。また、生化学的反応検出部位３３
は、直接金属薄膜３２の上に塗布することもできるし、
金属薄膜３２の上に試料３４を配置させた後に、試薬を
滴下させることによっても形成することができる。On the upper side of the metal thin film 32, that is, on the open surface side, a biochemical reaction detection portion 33 that comes into contact with a liquid sample 34 to be measured is provided. The biochemical reaction detection site 33 is formed by depositing a specific substance (reagent) on the metal thin film 32. Biochemical reaction detection site 3
As the substance to be attached to 3 in advance, a protein such as an antibody or an enzyme, a biological substance such as DNA, or various substances that selectively adsorb other substances or react with an object can be considered. Further, the biochemical reaction detection site 33
Can be applied directly on the metal thin film 32,
It can also be formed by placing a sample 34 on the metal thin film 32 and then dropping a reagent.
【００１７】金属薄膜３２が蒸着した光ファイバ３０の
先端面３１は、光源部４０から照射される光ビームの光
反射面として機能する。また、先端面３１は、その法線
が光ファイバ３０の長手方向軸線に対して所定の角度θ
だけ傾斜するように角度を付けて加工されている。この
角度θは、表面プラズモン共鳴を効率良く起たせる角度
であればよい。The tip surface 31 of the optical fiber 30 on which the metal thin film 32 is deposited functions as a light reflecting surface for the light beam emitted from the light source section 40. Moreover, the normal line of the tip surface 31 is at a predetermined angle θ with respect to the longitudinal axis of the optical fiber 30.
It is angled so that it only tilts. The angle θ may be any angle that can efficiently cause surface plasmon resonance.
【００１８】光ファイバ３０の先端面３１と反対側の端
面３５は、ほぼ先端面３１と同じ角度に斜めに加工され
ている。このように斜めにすることにより、先端面３１
において反射した反射光による多重干渉の影響を受ける
ことがなく、分光光度計６０で検出する反射スペクトル
の強度差への影響を無くすことができる。そのため、測
定精度が向上する。このようにして形成された光ファイ
バ型表面プラズモン共鳴センサとしての光ファイバ３０
は、両端面を斜めに加工するだけで形成できるので、加
工が非常に容易であり、コストも安価にできる。そのた
め、このセンサとしての光ファイバを再利用することな
く、使い捨てにすることもできる。また、センサとして
の光ファイバ３０は、全体の装置に対して着脱自在に取
付けられている。The end surface 35 of the optical fiber 30 opposite to the end surface 31 is obliquely processed at substantially the same angle as the end surface 31. By slanting in this way, the tip surface 31
The influence on the intensity difference of the reflection spectrum detected by the spectrophotometer 60 can be eliminated without being affected by the multiple interference due to the reflected light reflected at. Therefore, the measurement accuracy is improved. The optical fiber 30 as the optical fiber type surface plasmon resonance sensor thus formed
Since it can be formed by processing both end surfaces diagonally, the processing is very easy and the cost can be reduced. Therefore, it is possible to dispose of the optical fiber as the sensor without reusing it. Further, the optical fiber 30 as a sensor is detachably attached to the entire device.
【００１９】光源部４０は、光源４１と、レンズ４２と
を備えており、レンズ４２と光りファイバ３０の端面３
５との間には、ビームスプリッタ５０が介装されてい
る。光源４１は、所定の波長域を有する白色の光ビーム
を照射し、レンズ４２は、光源４１から照射された光ビ
ームを、ビームスプリッタ５０を介して光ファイバ３０
の先端面３１に形成された生化学的反応検出部位３３の
試料全体を覆う広さのビーム幅の平行光にする。The light source section 40 comprises a light source 41 and a lens 42, and the lens 42 and the end face 3 of the optical fiber 30.
A beam splitter 50 is interposed between the beam splitter 50 and the beam splitter 5. The light source 41 emits a white light beam having a predetermined wavelength range, and the lens 42 emits the light beam emitted from the light source 41 via the beam splitter 50 to the optical fiber 30.
The parallel light having a beam width wide enough to cover the entire sample of the biochemical reaction detection portion 33 formed on the tip surface 31 of the.
【００２０】ビームスプリッタ５０は、光源４１から照
射される光ビームの光軸に対して斜めに配設されてい
る。このビームスプリッタ５０は、光源４１からの光ビ
ームは、総て透過するが、光ファイバ３０からの出射さ
れる反射光は、総て反射するように構成されているのが
好ましい。The beam splitter 50 is arranged obliquely with respect to the optical axis of the light beam emitted from the light source 41. It is preferable that the beam splitter 50 is configured so that all the light beams from the light source 41 are transmitted, but all the reflected light emitted from the optical fiber 30 is reflected.
【００２１】光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ装
置２０の最後の構成要素は、光ファイバ３０の先端面３
１において反射され、ビームスプリッタ５０を介して導
かれた光ビームの反射光を受光する分光光度計６０であ
る。分光光度計は、反射光の反射スペクトルを検出し得
るものであれば、一般的に知られている如何なるもので
もよい。The last component of the optical fiber type surface plasmon resonance sensor device 20 is the tip surface 3 of the optical fiber 30.
1 is a spectrophotometer 60 that receives the reflected light of the light beam reflected at 1 and guided through the beam splitter 50. The spectrophotometer may be any generally known one as long as it can detect the reflection spectrum of reflected light.
【００２２】なお、光源４１及び分光光度計６０は、図
示しない計測部、演算部等へ電気的に接続されており、
分光光度計６０で検出された反射光の反射スペクトルか
ら波長分散を調べて、各波長における強度から波長−光
強度・共振スペクトル線図を求め、表面プラズモン共鳴
角が生じた波長のずれを解析することにより、試料３４
の中にＤＮＡの特定の成分が存在するか否かを識別する
ことができるようになっている。The light source 41 and the spectrophotometer 60 are electrically connected to a measuring section, a calculating section, etc., which are not shown,
The wavelength dispersion is examined from the reflection spectrum of the reflected light detected by the spectrophotometer 60, the wavelength-light intensity / resonance spectrum diagram is obtained from the intensity at each wavelength, and the wavelength shift at which the surface plasmon resonance angle is generated is analyzed. Sample 34
It is possible to identify whether or not a specific component of DNA is present in the DNA.
【００２３】次に、上述したように構成された本発明に
係る光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ装置を用い
た計測方法を説明する。最初に、検査すべき試料３４を
付けた光ファイバ３０を所定位置にセットする。次に、
光源４１から白色の光ビームを照射する。レンズ４２を
通過した光ビームは、ビームスプリッタ５０を介して端
面３５から光ファイバ３０に入射し、計測すべき試料３
４が載せられた生化学的反応検出部位３３の下側におけ
る金属薄膜３２と先端面３１との界面で反射する。Next, a measuring method using the optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to the present invention constructed as described above will be explained. First, the optical fiber 30 with the sample 34 to be inspected is set at a predetermined position. next,
A white light beam is emitted from the light source 41. The light beam that has passed through the lens 42 enters the optical fiber 30 from the end face 35 through the beam splitter 50, and the sample 3 to be measured.
4 is reflected at the interface between the metal thin film 32 and the tip surface 31 on the lower side of the biochemical reaction detection site 33 on which 4 is placed.
【００２４】反射した光ビームは、光ファイバ３０から
出射して、ビームスプリッタ５０で反射して分光光度計
６０で受光される。そして、受光した反射光の反射スペ
クトルから（白色光の波長域での）各波長における光強
度を算出し、波長−光強度・共振スペクトル線図を求
め、反射光の強度が著しく低下する部分を検出すること
により、表面プラズモン共鳴が生じた波長を算出する。
この表面プラズモン共鳴が生じる波長のずれから、金属
薄膜３２の上の物質の微小質量変化を検出する。これに
より、生化学的反応検出部位３３に付着した試薬に反応
したＤＮＡの特定の成分が、試料３４の中に存在したか
否かを識別する。The reflected light beam is emitted from the optical fiber 30, reflected by the beam splitter 50, and received by the spectrophotometer 60. Then, the light intensity at each wavelength (in the wavelength range of white light) is calculated from the reflection spectrum of the received reflected light, the wavelength-light intensity / resonance spectrum diagram is obtained, and the portion where the intensity of the reflected light significantly decreases is calculated. By detecting, the wavelength at which the surface plasmon resonance occurs is calculated.
A minute mass change of the substance on the metal thin film 32 is detected based on the wavelength shift in which the surface plasmon resonance occurs. As a result, it is identified whether or not the specific component of the DNA that has reacted with the reagent attached to the biochemical reaction detection site 33 is present in the sample 34.
【００２５】次に、上述した光ファイバを多数用いて、
一度に多数の試料を同時に計測するための多点計測用の
光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ装置を説明す
る。図２に示すように、多点計測用の光ファイバ型表面
プラズモン共鳴センサ装置２０’は、構成要素として
は、図１に示すものと同様であるが、３行３列からなる
９個の光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサとしての
光ファイバ３０の束を備えている点が特徴である。Next, using a large number of the above-mentioned optical fibers,
An optical fiber type surface plasmon resonance sensor device for multipoint measurement for simultaneously measuring a large number of samples will be described. As shown in FIG. 2, an optical fiber type surface plasmon resonance sensor device 20 ′ for multipoint measurement has the same components as those shown in FIG. 1, but includes 9 light beams of 3 rows and 3 columns. A feature is that a bundle of optical fibers 30 as a fiber type surface plasmon resonance sensor is provided.
【００２６】光ファイバ３０の束は、束として加工がで
きるため、非常にマルチ化が容易である。すなわち、所
望の数の光ファイバ３０を束ねて、その先端面を所望の
角度θに足るように同時に加工でき、また、このため測
定精度が一定になる。この実施形態では、９個の光ファ
イバ３０を用いているが、いかなる個数の光ファイバを
束ねることも可能であり、例えば、行または列だけのラ
イン状に整列させることも可能である。Since the bundle of optical fibers 30 can be processed as a bundle, it is very easy to make a multi. That is, it is possible to bundle a desired number of optical fibers 30 and process them at the same time so that the tip surfaces of the optical fibers 30 meet the desired angle θ, and therefore the measurement accuracy becomes constant. In this embodiment, nine optical fibers 30 are used, but any number of optical fibers can be bundled, for example, can be arranged in a line with only rows or columns.
【００２７】光ファイバ３０の束に光ビームを入射させ
るために、複数の光源（図示せず）及びレンズ４２を備
えた光源部を配設する。レンズ４２は、光ファイバの数
に対応した数だけ設ければよく、本実施例では、９個配
設されている。しかしながら、別個独立したレンズを複
数個用いることなく、１個あるいは適宜の個数のレンズ
アレイを使用することもできる。また、光源も同様であ
り、光ファイバの数に対応する数だけ設けることなく、
１個あるいは適宜の個数の光源から照射される光ビーム
をレンズアレイを介して所望数の光ビームに分光するこ
ともできる。構成要素を少なくすれば、装置全体の構造
が単純となり、組立が容易になると共に、製造コストが
安くなる。A light source unit having a plurality of light sources (not shown) and a lens 42 is provided to make a light beam incident on the bundle of optical fibers 30. The number of lenses 42 may be equal to the number of optical fibers, and nine lenses 42 are provided in this embodiment. However, one or an appropriate number of lens arrays can be used without using a plurality of separate and independent lenses. In addition, the light source is also the same, without providing a number corresponding to the number of optical fibers,
The light beams emitted from one light source or an appropriate number of light sources can be split into a desired number of light beams via the lens array. Fewer components simplifies the overall structure of the device, facilitates assembly, and reduces manufacturing costs.
【００２８】多点計測用の光ファイバ型表面プラズモン
共鳴センサ装置２０’の分光光度計（図示せず）は、上
述したように、一般的なものを使用することができる
が、光ファイバの数に対応した数だけ配設する必要があ
る。しかしながら、例えば、光ファイバが、一列（ライ
ン）状に並んでいれば、単一の分光光度計により同時に
多点計測することができる。また、光ファイバが面状
（複数行、複数列）に配列されていれば、単一の分光光
度計を列、あるいは行ごとにスイッチング（切替）する
ことで連続的に多点計測することができる。このように
することにより、構造が単純となり、組立が容易になる
と共に、製造コストが安くなる。As the spectrophotometer (not shown) of the optical fiber type surface plasmon resonance sensor device 20 'for multipoint measurement, as described above, a general spectrophotometer can be used. It is necessary to provide only the number corresponding to. However, for example, if the optical fibers are arranged in a line (line), it is possible to simultaneously measure multiple points with a single spectrophotometer. Also, if the optical fibers are arranged in a plane (multiple rows, multiple columns), a single spectrophotometer can be switched column by column or row by row to continuously measure multiple points. it can. This simplifies the structure, facilitates assembly, and reduces manufacturing costs.
【００２９】図２の多点計測用の光ファイバ型表面プラ
ズモン共鳴センサ装置２０’も、図１の場合と全く同様
の方法で計測が行われ、分光光度計で検出された反射光
の反射スペクトルの強度から、個々の光ファイバ３０に
おいて表面プラズモン共鳴が励起されたか否かを解析す
ることにより、個々の試料３４の中にＤＮＡの特定の成
分が存在するか否かを、同時に光ファイバの個数分識別
することができる。そのため、計測の作業効率が非常に
向上する。The optical fiber type surface plasmon resonance sensor device 20 'for multipoint measurement shown in FIG. 2 is also measured by the same method as in FIG. 1, and the reflection spectrum of the reflected light detected by the spectrophotometer is measured. By analyzing whether or not the surface plasmon resonance is excited in each optical fiber 30 from the intensity of, the presence or absence of a specific component of DNA in each sample 34 can be determined at the same time as the number of optical fibers. Minutes can be identified. Therefore, the work efficiency of measurement is greatly improved.
【００３０】図３に、分光手段として回折格子７０を用
いた場合の検出結果を示してある。便宜的に図面は簡略
してあるが、各光ファイバ３０ａ〜ｃから出射された光
ビームの反射光は、回折格子７０で波長分散され、図示
しないＣＣＤ検出器等のアレイセンサで同時に強度検出
される。そして、個々の光ファイバ３０ａ、３０ｂ、３
０ｃ毎に、波長解析を行って波長−光強度・共振スペク
トル線図を得る。この線図より、例えば、光ファイバ３
０ａ及び３０ｂのものが、通常の線図であると仮定すれ
ば、強度減衰が生じている波長がこれらのものとは異な
る光ファイバ３０ｃのものは、ＤＮＡの特定の成分が試
料中に含まれていたと識別することができる。FIG. 3 shows the detection result when the diffraction grating 70 is used as the spectroscopic means. Although the drawing is simplified for convenience, the reflected light of the light beam emitted from each of the optical fibers 30a to 30c is wavelength-dispersed by the diffraction grating 70, and its intensity is simultaneously detected by an array sensor such as a CCD detector (not shown). It Then, the individual optical fibers 30a, 30b, 3
A wavelength-light intensity / resonance spectrum diagram is obtained by performing wavelength analysis every 0 c. From this diagram, for example, the optical fiber 3
Assuming that those of 0a and 30b are normal diagrams, those of the optical fiber 30c in which the wavelength where intensity attenuation occurs is different from those of these, the specific component of DNA is contained in the sample. Can be identified.
【００３１】本実施形態においては、生化学的反応検出
部位３３に付着した試薬に反応したＤＮＡの特定の成分
が、試料３４の中に存在したか否かを識別したが、上述
したように、生化学的反応検出部位３３に付着させた物
質（試薬）の種類により、タンパク質や核酸のハイブリ
ダイゼーション、抗体アッセイ、ＤＮＡチップ（あるい
はＤＮＡアレイ）を検出することができる。In the present embodiment, it was identified whether or not a specific component of DNA reacted with the reagent attached to the biochemical reaction detection site 33 was present in the sample 34, but as described above, Depending on the type of substance (reagent) attached to the biochemical reaction detection site 33, protein or nucleic acid hybridization, antibody assay, DNA chip (or DNA array) can be detected.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明に係る光ファイバ型表面プラズモ
ン共鳴センサ装置は、先端面を所定角度に加工するだけ
の単純な構成の少なくとも一つの光ファイバと、該光フ
ァイバに対して白色の光ビームを照射する光源部と、該
光源部と前記光ファイバとの間に介装されたビームスプ
リッタと、前記光ファイバの前記先端面で反射され、前
記ビームスプリッタを介して導かれた前記光ビームの反
射光を検出する分光光度計とを備えるているため、光フ
ァイバの加工が容易であると共に、マルチ化が容易であ
り、さらに、構成が非常に単純で製造コストが安くなる
ものである。The optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to the present invention includes at least one optical fiber having a simple structure in which the tip surface is processed to a predetermined angle, and a white light beam for the optical fiber. A light source section for irradiating the light source, a beam splitter interposed between the light source section and the optical fiber, and a light beam reflected by the tip end surface of the optical fiber and guided through the beam splitter. Since the optical fiber is provided with the spectrophotometer for detecting the reflected light, the optical fiber can be easily processed, the optical fiber can be easily multi-processed, and the configuration is very simple and the manufacturing cost can be reduced.
【図１】 本発明の一実施形態に係る光ファイバ用いた
光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ装置の概要図で
ある。FIG. 1 is a schematic diagram of an optical fiber type surface plasmon resonance sensor device using an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１のセンサを多数使用した多点同時計測用
の光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ装置の斜視図
である。FIG. 2 is a perspective view of an optical fiber type surface plasmon resonance sensor device for multipoint simultaneous measurement using a large number of the sensors of FIG.
【図３】 分光手段として回折格子を用いた場合の検出
結果を示す概要図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a detection result when a diffraction grating is used as a spectroscopic unit.
【図４】 表面プラズモン共鳴を利用した検出原理の概
要図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a detection principle using surface plasmon resonance.
【図５】 図４における表面プラズモン共鳴における光
入射角と反射光強度との関係を示す特性図である。5 is a characteristic diagram showing a relationship between a light incident angle and a reflected light intensity in the surface plasmon resonance in FIG.
【図６】 従来の多種類の試料成分の表面プラズモン共
鳴角を検出する装置の概要図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a conventional device for detecting surface plasmon resonance angles of various kinds of sample components.
１…ガラス基板、２…金属薄膜、３…レーザ光線、４…
測定部、５…反射光、１０…光ファイバ、１１…クラッ
ド層、１２…コアファイバ部分、１３…金属薄膜、１４
…反射材、１５…試料、２０，２０’…光ファイバ型表
面プラズモン共鳴センサ装置、３０…光ファイバ、３１
…先端面、３２…金属薄膜、３３…生化学的反応検出部
位、３４…試料、３５…端面、４０…光源部、４１…光
源、４２…レンズ、５０…ビームスプリッタ、６０…分
光光度計、７０…回折格子。1 ... Glass substrate, 2 ... Metal thin film, 3 ... Laser beam, 4 ...
Measurement part, 5 ... Reflected light, 10 ... Optical fiber, 11 ... Clad layer, 12 ... Core fiber part, 13 ... Metal thin film, 14
... Reflecting material, 15 ... Sample, 20, 20 '... Optical fiber type surface plasmon resonance sensor device, 30 ... Optical fiber, 31
... tip surface, 32 ... metal thin film, 33 ... biochemical reaction detection site, 34 ... sample, 35 ... end surface, 40 ... light source part, 41 ... light source, 42 ... lens, 50 ... beam splitter, 60 ... spectrophotometer, 70 ... Diffraction grating.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 崇之 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 犬塚 博誠 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 田原 諭 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB12 CC16 DD13 EE02 EE12 FF03 JJ01 JJ05 JJ11 JJ17 JJ22 KK04 MM01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Takayuki Goto 1-8 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Center (72) Inventor Hiromitsu Inuzuka 1-8 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Center (72) Inventor Satoshi Tahara 1-8 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Center F term (reference) 2G059 AA01 BB12 CC16 DD13 EE02 EE12 FF03 JJ01 JJ05 JJ11 JJ17 JJ22 KK04 MM01
Claims (7)
され且つ所定角度に加工された先端面を備える少なくと
も一つの光ファイバと、 該光ファイバの先端面に対して白色の光ビームを照射す
る光源部と、 該光源部と前記光ファイバとの間に介装されたビームス
プリッタと、 前記光ファイバの前記先端面で反射され、前記ビームス
プリッタを介して導かれた前記光ビームの反射光を検出
する分光光度計と、を備える光ファイバ型表面プラズモ
ン共鳴センサ装置。1. At least one optical fiber provided with a thin film that causes surface plasmon resonance and having a tip surface processed at a predetermined angle, and a light source for irradiating a white light beam to the tip surface of the optical fiber. Section, a beam splitter interposed between the light source section and the optical fiber, and detecting reflected light of the light beam reflected by the tip end surface of the optical fiber and guided through the beam splitter. An optical fiber type surface plasmon resonance sensor device comprising:
ズモン共鳴を効率良く起たせる角度である請求項１記載
の光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ装置。2. The optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to claim 1, wherein the predetermined angle of the front end surface is an angle that efficiently causes the surface plasmon resonance.
る少なくとも一つの光源と、該光源からの光ビームを前
記光ファイバの前記先端面における検出領域全体を覆う
広さのビーム幅の平行光にする少なくとも一つのレンズ
とを備える請求項１または２記載の光ファイバ型表面プ
ラズモン共鳴センサ装置。3. The light source unit includes at least one light source for irradiating a white light beam, and a light beam from the light source, which has a beam width parallel to the entire detection region on the distal end surface of the optical fiber. The optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to claim 1, further comprising at least one lens for converting light.
は、斜めに加工されている請求項１乃至３の内のいずれ
か１項記載の光ファイバ型表面プラズモン共鳴センサ装
置。4. The optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to claim 1, wherein an end face of the optical fiber opposite to a tip face is obliquely processed.
る生化学的反応検出部位が配設されている請求項１乃至
４の内のいずれか１項記載の光ファイバ型表面プラズモ
ン共鳴センサ装置。5. The optical fiber type surface plasmon resonance sensor according to claim 1, further comprising a biochemical reaction detection site that comes into contact with the sample, disposed on the thin film. apparatus.
至５の内のいずれか１項記載の光ファイバ型表面プラズ
モン共鳴センサ装置。6. The optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to claim 1, wherein the thin film is a metal thin film.
乃至５の内のいずれか１項記載の光ファイバ型表面プラ
ズモン共鳴センサ装置。7. The thin film is a semiconductor thin film.
6. The optical fiber type surface plasmon resonance sensor device according to any one of items 1 to 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001243592A JP2003057171A (en) | 2001-08-10 | 2001-08-10 | Optical fiber type surface plasmon resonance sensor apparatus |
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| JP2001243592A JP2003057171A (en) | 2001-08-10 | 2001-08-10 | Optical fiber type surface plasmon resonance sensor apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006005111A1 (en) * | 2004-07-08 | 2006-01-19 | Swinburne University Of Technology | Fibre sensor production |
| JP2017102107A (en) * | 2015-11-19 | 2017-06-08 | 国立大学法人 岡山大学 | Optical fiber device and sensor system |
| CN108535220A (en) * | 2018-07-17 | 2018-09-14 | 河南师范大学 | Wedge shaped tip nanostructure integrated optical fiber surface plasma resonance biochemical sensor |
-
2001
- 2001-08-10 JP JP2001243592A patent/JP2003057171A/en not_active Withdrawn
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| CN108535220A (en) * | 2018-07-17 | 2018-09-14 | 河南师范大学 | Wedge shaped tip nanostructure integrated optical fiber surface plasma resonance biochemical sensor |
| CN108535220B (en) * | 2018-07-17 | 2024-02-27 | 河南师范大学 | Wedge-shaped tip nanostructure integrated optical fiber surface plasma resonance biochemical sensor |
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