JP2003057173A - 表面プラズモン共鳴を利用した試料の分析方法及び分析装置、並びに表面プラズモン共鳴センサチップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折格子型の表面プラズモン共鳴センサチッ
プを用いた試料の分析において、センサチップの傾きに
よる検出シグナルの誤差を容易に補正できるようにして
正確な濃度分析を可能にする。 【解決手段】 表面プラズモン共鳴センサチップ１のセ
ンサ面１ａに形成された共鳴領域８，９Ａ〜９Ｅのうち
一部領域９Ａ〜９Ｅを試料中の検出種と特異的に結合す
る結合物質１０を固定化しない特定領域として設け、結
合物質１０が固定化された反応領域８からのシグナルと
ともに特定領域９Ａ〜９Ｅから得られるシグナルを用い
て分析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモン共
鳴（ＳＰＲ）を利用した試料の分析方法及び分析装置に
関し、特に、回折格子型のセンサチップ（表面プラズモ
ン共鳴センサチップ）を用いた分析方法及び分析装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、生化学や医療検査等の分野におい
ては、化学種，生化学種又は生物種等の検出種を含む試
料流体の定量的及び／又は定性的な分析方法として、表
面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を利用した分析方法が知ら
れている。表面プラズモン共鳴は、金属層に光が入射し
た場合に金属表面に誘起される表面プラズモン波が入射
光により生成されたエバネッセント波に共鳴して励起さ
れる現象である。表面プラズモン共鳴は入射光の波長及
び角度に依存しており、表面プラズモン共鳴が励起され
たときには、特定の入射角又は特定の波長を有する光成
分の光エネルギーが表面プラズモン波へ移行することに
より、対応する入射角又は波長を有する反射光が大きく
減少するという特徴がある。

【０００３】表面プラズモン共鳴を起こすためには、特
定の表面プラズモン波を有する金属と、表面プラズモン
波と共鳴するエバネッセント波を誘起する光学構造とが
必要となる。エバネッセント波を誘起する光学構造とし
ては現在二つの構造が知られている。一つはプリズムの
全反射を利用した光学構造であり、もう一つは回折格子
を利用した光学構造である。なお、上記の金属にこれら
の光学構造を組み合わせた素子は一般に表面プラズモン
共鳴センサチップ（以下、単にセンサチップという）と
呼ばれている。

【０００４】このようなセンサチップのうち、回折格子
型のセンサチップは、通常、図１０に示すように表面に
凹凸形状（グレーティング）１０３を有する透明基体１
０１上に金属層１０２を積層された構造になっている。
凹凸形状１０３上に金属層１０２が積層されることで金
属層１０２の表面にも凹凸形状１０４が現れ、この金属
層１０２の表面の凹凸形状１０４が回折格子として機能
する。この回折格子１０４が形成された金属層１０２の
表面には、特定の検出種と相互作用して特異的に結合す
る結合物質(リガンド，分子認識素子)１０６が塗布され
て固定化される。

【０００５】図１０に示すような回折格子型のセンサチ
ップ１００において、照射光の照射により金属層１０２
に誘起される表面プラズモン波は、その波数をｋ_sp[ｋ
_sp＝２π／λ_sp（波長）]とすると、次の式（数１）で
表される。

【０００６】

【数１】

【０００７】また、回折格子１０４の作用により生じる
エバネッセント波は、その波数をｋ_ev[ｋ_ev＝２π／λ
_ev（波長）]とすると、次の式（数２）で表される。

【０００８】

【数２】

【０００９】なお、数１或いは数２において、ωは照射
光の角振動数、θは照射光の入射角、ｋ_gは回折格子１
０４の格子定数、ｍは回折格子１０４による回折光の回
折次数、ε_m（ω）は金属層１０２の誘電率、ｎ_l（ω）
は金属層１０２の表面の媒質の屈折率を示している。上
記の数１，数２の関係を同一のグラフ上に表したものが
図１１に示す分散関係図である。図中、曲線Ａ１，Ａ２
は照射光の各振動数ωと表面プラズモン波の波数ｋ_spと
の関係を示している。数１から明らかなように表面プラ
ズモン波は金属層１０２の表面の媒質の屈折率に依存し
ていることから、仮に媒質の屈折率が大きくなると照射
光の各振動数ωと表面プラズモン波の波数ｋ_spとの関係
は例えば曲線Ａ１から曲線Ａ２へと変化することにな
る。

【００１０】一方、図中、直線Ｂ１，Ｂ２は照射光の各
振動数ωとエバネッセント波の波数ｋ_evとの関係を示し
ている。数２から明らかなように照射光の各振動数ωと
エバネッセント波の波数ｋ_evとの関係は入射角度θによ
り変化することから、仮に入射角度θが大きくなると照
射光の各振動数ωとエバネッセント波の波数ｋ_evとの関
係は例えば直線Ｂ１から直線Ｂ２へと変化することにな
る。

【００１１】図１１中、上記の曲線Ａ１或いはＡ２と直
線Ｂ１或いは直線Ｂ２との交点が表面プラズモン共鳴が
起きる共鳴点を示し、その共鳴点に対応する波長及び入
射角が共鳴波長及び共鳴角度となる。この共鳴点では反
射光の強度は極小値を示す。上記のように結合物質１０
６が固定化された金属層１０２の表面に試料を接触させ
ることにより、結合物質１０６に試料中の検出種が捕捉
されるが、結合物質１０６に検出種が捕捉されると金属
層１０２の表面の媒質の屈折率が変化する。そして、こ
の屈折率の変化の程度は、結合物質１０６に捕捉される
検出種の物質量、すなわち試料中の検出種の濃度の変化
に対応していることから、表面プラズモン共鳴が起きる
共鳴波長及び共鳴角度を調べることで、試料中の検出種
の濃度を分析することができる。具体的には、予め検出
種の濃度と共鳴波長及び共鳴角度との関係を示す検量線
を作成しておき、検出された共鳴波長及び共鳴角度をこ
の検量線に当てはめることで検出種の濃度を分析するこ
とができる。

【００１２】共鳴点を検出する方法としては、入射角度
を変えずに入射波長を変化させる方法（波長スキャン）
と入射波長を変えずに入射角度を変化させる方法（角度
スキャン）の何れかの方法が一般的である。例えば、表
面プラズモン波の特性曲線が曲線Ａ２にあり、照射光の
入射波長及び入射角度の初期値が点Ｐ１に対応している
場合には、波長スキャンでは、図１１中に矢印Ｃ１で示
すように波長（角振動数ω）を直線Ｂ１に沿って変化さ
せていきながら反射光の強度を測定することにより、共
鳴点Ｐ２を検出することができる。また、角度スキャン
では、図１１中に矢印Ｃ２で示すように波長（角振動数
ω）を一定とし、入射角度θを変化させて直線Ｂ１の傾
きを変化させていきながら反射光の強度を測定すること
により、共鳴点Ｐ３を検出することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
（ａ）に示すようにセンサチップ１００が垂直方向に傾
いている場合、実際のセンサチップ１００への照射光の
入射角度は水平面に対する入射角度θにセンサチップ１
００の傾き角度βを加えた角度となる。この場合は、図
１２（ｂ）に示すようにエバネッセント波の特性線Ｂの
傾きが変化してしまい、表面プラズモン波との共鳴点が
ずれてしまう。

【００１４】また、図１３（ａ）に示すようにセンサチ
ップ１００が照射光の照射方向に対して水平面内で傾い
ている場合には、見かけの回折格子１０４のピッチは、
傾き角度αの分だけ実際のピッチｐよりも広がってしま
う。この場合は、数１における回折格子１０４の格子定
数ｋ_gが変化するため、図１３（ｂ）に示すようにバネ
ッセント波の特性線Ｂが平行移動してしまい、表面プラ
ズモン波との共鳴点がずれてしまう。

【００１５】このため、センサチップ１００が垂直方向
にも水平面内でも傾いていないものと仮定して共鳴波長
や共鳴角度を検出したのでは、これらの検出シグナルに
センサチップ１００の傾きに伴う誤差が含まれてしまう
ため、試料中の検出種の濃度を正確に分析することはで
きない。このようなセンサチップ１００の傾きの影響を
排除する方法としては、センサチップ１００の垂直方向
への傾き角度βや水平面内での傾き角度αを考慮して検
出値を補正することが考えられる。しかしながら、通
常、検出シグナルに誤差があるとしても、それが垂直方
向への傾き角度βによるものなのか、水平面内での傾き
角度αによるものなのか、或いは垂直方向へも水平面内
でも傾いている場合に双方どの程度の影響があるのか特
定は困難であるため、センサチップ１００の傾き角度
β，αを考慮して検出シグナルの補正を行うことは極め
て難しい。

【００１６】また、上記の課題とは別に、近年、特開平
２０００−１２１５５１号公報に開示されているよう
に、試料中の検出種の濃度をリアルタイムで測定する技
術が提案されている。特開平２０００−１２１５５１号
公報に開示された技術はプリズム型のセンサチップに関
するものであるが、濃度未知の試料とともに濃度の異な
る複数の濃度既知の試料を別々にセンサ面に接触させた
状態で照射光を照射し、濃度既知の試料について表面プ
ラズモン共鳴が生じたときのシグナル（共鳴角度及び共
鳴波長）を検出してその検出結果から検量線を作成し、
作成した検量線に濃度未知の試料についての検出結果を
当てはめることで、濃度未知の試料の濃度をリアルタイ
ムに分析しようとするものである。このようなリアルタ
イム分析によれば、予め検量線を作成しておく必要がな
いので、極めて短時間で濃度分析を行うことができると
いう利点がある。

【００１７】しかしながら、この技術では、濃度既知の
試料を複数常に備えている必要があるので装置構造が大
掛かりになってしまい、簡便にはリアルタイム分析を行
うことができない。また、この技術では濃度の異なる複
数の試料を収容するための収容部が必要になるが、この
技術を回折格子型のセンサチップに転用する場合、回折
格子型のセンサチップのセンサ面（金属層１０２の表
面）には、凹凸形状の回折格子１０４が形成されている
ため、収容部間のシール性を確保するための何らかの手
段が必要になるという課題もある。

【００１８】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、その第１の目的は、回折格子型の表面プラズ
モン共鳴センサチップを用いて行う試料の分析におい
て、センサチップの傾きによる検出シグナルの誤差を容
易に補正できるようにして正確な濃度分析を可能にした
分析方法及び分析装置を提供することにある。また、そ
の第２の目的は、回折格子型の表面プラズモン共鳴セン
サチップを用いて行う試料の分析において、上記第１の
目的を達成するための手段と主要部を共通にする手段に
よって試料のリアルタイム分析を可能にした分析方法及
び分析装置を提供することにある。

【００１９】そして、その第３の目的は、上記第１の目
的にかかる分析方法及び分析装置、及び第２の目的にか
かる分析方法及び分析装置に共通して好適に使用可能な
回折格子型の表面プラズモン共鳴センサチップを提供す
ることにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべく
鋭意検討した結果、発明者らは、表面プラズモン共鳴セ
ンサチップのセンサ面に形成された共鳴領域のうち一部
領域を試料中の検出種と特異的に結合する結合物質を固
定化しない特定領域として設け、上記結合物質が固定化
された反応領域からのシグナルとともに上記特定領域か
ら得られるシグナルを用いて分析を行うことで、上記の
第１の目的及び第２の目的を達成できることを見出し、
本発明を完成した。

【００２１】まず、上記第１の目的を達成するため、本
発明の分析方法（第１の分析方法）は、試料と接するセ
ンサ面の近傍に金属層と回折格子とが設けられて、光の
照射により上記金属層の表面に誘起される表面プラズモ
ン波と上記回折格子の作用により生じるエバネッセント
波との共鳴現象が生じうる共鳴領域が上記センサ面に形
成され、上記共鳴領域のうちの一部反応領域に試料中の
検出種（化学種，生化学種又は生物種等）と特異的に結
合する結合物質（抗原抗体反応、相補的ＤＮＡ結合、リ
セプター／リガンド相互作用、酵素／基質相互作用等の
相互作用によって検出種を捕捉できる物質）が固定化さ
れた回折格子型の表面プラズモン共鳴センサチップを用
いて行う試料の分析方法であって、以下のステップを実
行することを特徴としている。

【００２２】すなわち、この第１の分析方法では、上記
センサ面に試料を接触させて光を照射する照射ステッ
プ、上記センサ面からの反射光を受光し、受光した反射
光のうち上記反応領域からの反射光の強度に基づき、上
記反応領域での上記共鳴現象に相関するシグナル（共鳴
波長や共鳴角度等）を検出する第１検出ステップ、上記
センサ面からの反射光を受光し、受光した反射光のうち
上記共鳴領域内で且つ上記反応領域外の特定領域からの
反射光の強度に基づき、上記特定領域での上記共鳴現象
に相関するシグナルを検出する第２検出ステップ、所定
の標準条件下（例えば垂直方向や水平面内での傾きがゼ
ロの状態）における上記特定領域での上記共鳴現象に相
関する標準シグナルと今回検出された上記特定領域に対
応するシグナルとの比較に基づいて今回検出された上記
反応領域に対応するシグナルを補正する補正ステップ、
補正された上記反応領域に対応するシグナルに基づき上
記試料中の検出種の濃度を演算する濃度演算ステップを
実行する。

【００２３】これにより、上記表面プラズモン共鳴セン
サチップが垂直方向や水平面内で傾いている場合でも、
上記特定領域において所定の標準条件下において得られ
た標準シグナルと今回検出されたシグナルとの比較に基
づいて、上記反応領域に対応するシグナルが補正される
ので、傾きによる誤差の影響をうけることなく、上記試
料中の検出種の濃度を正確に分析することが可能にな
る。なお、上記の各ステップは記載順に実行してもよ
く、同時に実行してもよい。特に、各ステップを同時に
実行する場合には、リアルタイムでシグナルを補正する
ことができるので、上記表面プラズモン共鳴センサチッ
プの設置状態が不安定で垂直方向や水平面内での傾斜角
度が変動しているような場合でも、正確な分析が可能に
なる。

【００２４】上記の第１の分析方法は、以下の構成を有
する本発明の分析装置（第１の分析装置）を用いること
により実施することができる。この第１の分析装置は、
上記表面プラズモン共鳴センサチップをそのセンサ面に
試料を接触させた状態で保持手段により保持し、上記保
持手段により保持された状態の上記表面プラズモン共鳴
センサチップのセンサ面に向けて光照射手段により光を
照射し、上記センサ面からの反射光を受光手段により受
光するような装置構成を有している。

【００２５】そして、さらに上記受光手段により受光し
た反射光から上記試料を分析するための手段として、第
１シグナル検出手段、第２シグナル検出手段、補正手
段、及び濃度演算手段を備えている。上記第１シグナル
検出手段は、上記受光手段により受光した反射光のうち
上記反応領域からの反射光の強度に基づき、上記反応領
域での上記共鳴現象に相関するシグナルを検出する手段
であり、上記第２シグナル検出手段は、上記受光手段に
より受光した反射光のうち上記共鳴領域内で且つ上記反
応領域外の特定領域からの反射光の強度に基づき、上記
特定領域での上記共鳴現象に相関するシグナルを検出す
る手段である。また、上記補正手段は、所定の標準条件
下における上記特定領域での上記共鳴現象に相関する標
準シグナルと上記第２シグナル検出手段で検出されたシ
グナルとの比較に基づいて上記第１シグナル検出手段で
検出されたシグナルを補正する手段であり、上記濃度演
算手段は、上記補正手段により補正されたシグナルに基
づき上記試料中の検出種の濃度を演算する手段である。

【００２６】なお、上記の第１の分析方法において、好
ましくは、上記表面プラズモン共鳴センサチップとして
上記特定領域が複数箇所設けられた表面プラズモン共鳴
センサチップを用いる。そして、上記補正ステップにお
いて、各特定領域に対応する標準シグナルと今回検出さ
れた各特定領域に対応するシグナルとの比較に基づいて
今回検出された上記反応領域に対応するシグナルを補正
するようにする。このように複数の特定領域から得られ
るシグナルに基づき上記反応領域に対応するシグナルを
補正することで、補正の精度を高めてより正確に分析を
行うことが可能になる。この場合、上記の第１の分析装
置にかかる補正手段は、各特定領域に対応する標準シグ
ナルと上記第２シグナル検出手段で検出されたシグナル
との比較に基づいて上記第１シグナル検出手段で検出さ
れたシグナルを補正するように構成すればよい。

【００２７】また、より好ましくは、上記表面プラズモ
ン共鳴センサチップとして上記の各特定領域が同一条件
下においてそれぞれ異なるシグナルを示すように形成さ
れた表面プラズモン共鳴センサチップを用いる。そし
て、上記補正ステップにおいて、各特定領域に対応する
標準シグナルと今回検出された各特定領域に対応するシ
グナルとに基づいて上記標準条件下で得られるシグナル
と今回の条件下で得られるシグナルとの対応関係を求
め、上記対応関係に基づいて今回検出された上記反応領
域に対応するシグナルを補正するようにする。このよう
に上記標準条件下で得られるシグナルと今回の条件下で
得られるシグナルとの対応関係に基づき上記反応領域に
対応するシグナルを補正することで、補正の精度をさら
に高めることが可能になる。この場合、上記の第１の分
析装置にかかる補正手段は、各特定領域に対応する標準
シグナルと上記第２シグナル検出手段で検出されたシグ
ナルとに基づいて上記標準条件下で得られるシグナルと
今回の条件下で得られるシグナルとの対応関係を求め、
上記対応関係に基づいて上記第１シグナル検出手段で検
出されたシグナルを補正するように構成すればよい。

【００２８】一方、上記第２の目的を達成するため、本
発明の分析方法（第２の分析方法）は、第１の分析方法
と同様に試料と接するセンサ面の近傍に金属層と回折格
子とが設けられて、光の照射により上記金属層の表面に
誘起される表面プラズモン波と上記回折格子の作用によ
り生じるエバネッセント波との共鳴現象が生じうる共鳴
領域が上記センサ面に形成され、上記共鳴領域のうちの
一部反応領域に試料中の検出種と特異的に結合する結合
物質が固定化された回折格子型の表面プラズモン共鳴セ
ンサチップを用いて行う試料の分析方法であって、以下
のステップを実行することを特徴としている。

【００２９】すなわち、この第２の分析方法では、上記
センサ面に試料を接触させて光を照射する照射ステッ
プ、上記センサ面からの反射光を受光し、受光した反射
光のうち上記反応領域からの反射光の強度に基づき、上
記反応領域での上記共鳴現象に相関するシグナルを検出
する第１検出ステップ、上記センサ面からの反射光を受
光し、受光した反射光のうち上記共鳴領域内で且つ上記
反応領域外の特定領域からの反射光の強度に基づき、上
記特定領域での上記共鳴現象に相関するシグナルを検出
する第２検出ステップ、予め記憶された上記反応領域に
対応するシグナルが上記特定領域に対応するシグナルに
一致するときの上記試料中の検出種の濃度情報と、今回
検出された上記反応領域に対応するシグナルと上記特定
領域に対応するシグナルとの対応関係とに基づき現在の
上記試料中の検出種の濃度を演算する濃度演算ステップ
を実行する。

【００３０】これにより、上記反応領域に対応するシグ
ナルが示す上記試料中の検出種の濃度が今回検出された
上記特定領域に対応するシグナルを利用して演算される
ので、濃度既知の試料を用意することなく簡便に試料の
リアルタイム分析を行うことが可能になる。なお、上記
の各ステップは記載順に実行してもよく、同時に実行し
てもよい。特に、各ステップを同時に実行する場合に
は、試料中の検出種の濃度変化、すなわち、試料中の検
出種が結合物質に結合していく様子をリアルタイムでモ
ニタすることが可能になる。

【００３１】上記の第２の分析方法は、以下の構成を有
する本発明の分析装置（第２の分析装置）を用いること
により実施することができる。この第２の分析装置は、
上記の第１の分析装置と同様、上記表面プラズモン共鳴
センサチップをそのセンサ面に試料を接触させた状態で
保持手段により保持し、上記保持手段により保持された
状態の上記表面プラズモン共鳴センサチップのセンサ面
に向けて光照射手段により光を照射し、上記センサ面か
らの反射光を受光手段により受光するような装置構成を
有している。

【００３２】そして、さらに上記受光手段により受光し
た反射光から上記試料を分析するための手段として、第
１シグナル検出手段、第２シグナル検出手段、記憶手
段、及び濃度演算手段を備えている。上記第１シグナル
検出手段は、上記受光手段により受光した反射光のうち
上記反応領域からの反射光の強度に基づき、上記反応領
域での上記共鳴現象に相関するシグナルを検出する手段
であり、上記第２シグナル検出手段は、上記受光手段に
より受光した反射光のうち上記共鳴領域内で且つ上記反
応領域外の特定領域からの反射光の強度に基づき、上記
特定領域での上記共鳴現象に相関するシグナルを検出す
る手段である。また、上記記憶手段は、上記反応領域に
対応するシグナルが上記特定領域に対応するシグナルに
一致するときの上記試料中の検出種の濃度を予め記憶し
た手段であり、上記濃度演算手段は、上記第１シグナル
検出手段で検出されたシグナルと上記第２シグナル検出
手段で検出されたシグナルとの対応関係と上記記憶手段
に記憶された上記特定領域に対応する濃度情報とに基づ
き現在の上記試料中の検出種の濃度を演算する手段であ
る。

【００３３】なお、上記の第２の分析方法において、好
ましくは、上記表面プラズモン共鳴センサチップとして
上記特定領域が複数箇所設けられ、且つ各特定領域が同
一条件下においてそれぞれ異なるシグナルを示すように
形成された表面プラズモン共鳴センサチップを用いる。
そして、上記反応領域に対応するシグナルが上記各特定
領域に対応するシグナルに一致するときの上記試料中の
検出種の各濃度に関する情報を予め記憶しておき、上記
濃度演算ステップにおいて、今回検出された上記各特定
領域に対応するシグナルと予め記憶された上記各特定領
域に対応する濃度情報とに基づいて検量線を作成し、上
記検量線に今回検出された上記反応領域に対応するシグ
ナルを当てはめることにより現在の上記試料中の検出種
の濃度を演算するようにする。このように検出した上記
各特定領域に対応するシグナルに基づき検量線を作成
し、作成した検量線を用いて現在の上記試料中の検出種
の濃度を演算することで、より正確なリアルタイム分析
が可能になる。この場合、上記の第２の分析装置にかか
る記憶手段には、上記反応領域に対応するシグナルが上
記各特定領域に対応するシグナルに一致するときの上記
試料中の検出種の各濃度に関する情報を予め記憶してお
き、上記濃度演算手段は、上記第２シグナル検出手段で
検出された上記各特定領域に対応するシグナルと上記記
憶手段に記憶された上記各特定領域に対応する濃度情報
とに基づいて検量線を作成し、上記検量線に上記第１シ
グナル検出手段で検出されたシグナルを当てはめること
により現在の上記試料中の検出種の濃度を演算するよう
に構成すればよい。

【００３４】そして、上記第３の目的を達成するため、
本発明の表面プラズモン共鳴センサチップは、上記の回
折格子型の表面プラズモン共鳴センサチップであって、
特に、試料中の検出種と特異的に結合する結合物質が固
定化された反応領域に加えて、所定の標準条件下におい
て照射された照射光の入射波長と上記共鳴現象が生じる
入射角度との間に所定の対応関係を生じさせ、且つ、照
射光の照射領域に応じて異なる対応関係を生じさせるよ
うに形成された標準領域を上記共鳴領域に備えたことを
特徴としている。

【００３５】このような構成により、上記センサ面に光
を照射した場合には、上記標準領域からは照射光の入射
条件に応じた所定のシグナルが検出され、且つ、照射光
の照射領域に応じて異なるシグナルが検出される。した
がって、上記標準領域を上記特定領域として利用するこ
とで、上記の第１の分析方法及び分析装置においては、
高い精度で上記反応領域に対応するシグナルの誤差を補
正することができ、上記の第２の分析方法及び分析装置
においては、各照射領域からのシグナルに基づき検量線
の作成を可能にしてより正確なリアルタイム分析が可能
になる。

【００３６】なお、照射光の照射領域に応じて上記の異
なる対応関係を生じさせるようにするには、上記標準領
域内に設けられた上記回折格子の形状、及び上記金属層
の厚み、材質のうち少なくとも一つの要素を領域に応じ
て変更すればよい。この場合、好ましくは上記標準領域
を独立した複数の標準スポットから構成し、上記標準ス
ポット毎に上記の少なくとも一つの要素を変更する。或
いは、上記標準領域を連続した単一の領域から構成し、
上記標準領域上の位置に応じて上記の少なくとも一つの
要素を変更すればよい。上記回折格子の形状としては、
溝ピッチ(周期：凹凸の凸から隣接する凸までの距離)、
溝深さ(頂から谷底までの距離)、溝方向等があるが、好
ましくは上記回折格子のピッチによって上記対応関係を
制御するようにする。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。 （Ａ）実施形態 まず、図１を用いて本発明の一実施形態にかかるセンサ
チップ（表面プラズモン共鳴センサチップ）１の構成に
ついて説明する。図１に示すように本実施形態にかかる
センサチップ１は、その表面（センサ面）１ａを金属層
３により被覆され、金属層３上の複数のスポット（測定
点）８，９Ａ〜９Ｅに回折格子６，７Ａ〜７Ｅが部分的
に形成されている。

【００３８】この構造によれば、照射光がセンサチップ
１のセンサ面１ａに照射されると、照射光はセンサ面１
ａ上の回折格子６，７Ａ〜７Ｅが形成された各個所にお
いて回折し、この回折現象によりエバネッセント波が生
じる。また、照射光が金属層３に作用することにより金
属層３の表面に表面プラズモン波が発生する。そして、
特定の波長及び入射角の励起光が照射されたときにエバ
ネッセント波と表面プラズモン波とが共鳴し、表面プラ
ズモン共鳴（ＳＰＲ）が起きる。すなわち、このセンサ
チップ１では、金属層３上に回折格子６，７Ａ〜７Ｅが
部分的に形成されている各スポット８，９Ａ〜９Ｅがそ
れぞれ共鳴領域となっている。

【００３９】これらのスポット８，９Ａ〜９Ｅのうち、
各スポット８には同一形状の回折格子５が同一方向に形
成されている。センサチップ１の使用時（試料の分析に
用いる際）には、図２に示すように各スポット８上には
結合物質１０が固定化されて、試料中の検出種（化学
種，生化学種又は生物種等）と反応する反応領域とな
る。結合物質１０は、抗原抗体反応、相補的ＤＮＡ結
合、リセプター／リガンド相互作用、酵素／基質相互作
用等の相互作用によって特定の物質と特異的に結合しう
る性質を備えた結合物質であり、検出すべき検出種に応
じた結合物質１０が選択される。試料中に複数の検出種
が含まれる場合には、各検出種に応じた結合物質１０が
それぞれ選択されて、それぞれ別々のスポット８に固定
化される。なお、このとき、結合物質１０がスポット８
全体を完全に覆うように結合物質１０を固定するのが好
ましい。

【００４０】これに対し、スポット９Ａ〜９Ｅにはそれ
ぞれ異なるピッチの回折格子７Ａ〜７Ｅが同一方向に形
成されている。ここでは、回折格子７Ａのピッチはスポ
ット８の回折格子６と同ピッチであり、以下、回折格子
７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅの順にピッチが広くなるように
形成されている。また、これらスポット９Ａ〜９Ｅは、
本発明にかかる特定領域（標準領域）であり、上記のス
ポット８とは異なり結合物質１０は固定化されていな
い。以下、これらスポット９Ａ〜９Ｅを標準スポット９
Ａ〜９Ｅという。

【００４１】ところで、共鳴領域において検出されるシ
グナル、すなわち共鳴角度及び共鳴波長の大きさは、前
述の数２及び図１３から明らかなように、同一の入射条
件で照射光を照射したときには回折格子のピッチが狭い
ほど小さな値となる。例えば、同一の入射波長で照射光
（単色光）を照射する場合には回折格子のピッチが狭い
ほど共鳴角度が小さくなり、同一の入射角度で照射光
（白色光）を照射する場合には回折格子のピッチが狭い
ほど共鳴波長が小さくなる。回折格子のピッチと検出シ
グナルの大きさの関係は、結合物質１０を固定したスポ
ット８で得られる試料中の検出種の濃度と検出シグナル
の大きさの関係と同様、線形関係である。したがって、
試料中の検出種の濃度と回折格子のピッチとの間にも間
接的には線形関係があると言える。このことから、回折
格子のピッチを変えることで、任意の濃度に対応するシ
グナルを再現することが可能になると考えられる。

【００４２】本実施形態では、各標準スポット９Ａ〜９
Ｅの回折格子７Ａ〜７Ｅのピッチをそれぞれ異ならせる
ことにより、各標準スポット９Ａ〜９Ｅから得られるシ
グナルによって種々の濃度に対応するシグナルを再現で
きるようにしている。図３（ａ）は、センサチップ１が
水平に配置され、且つ照射光の照射方向に対し水平面内
での傾きがゼロの状態（標準条件下）において角度スキ
ャンを行い、各標準スポット９Ａ〜９Ｅにおける共鳴角
を検出した結果と、同様の標準条件下において試料中の
検出種の濃度を変えながら角度スキャンを行い、結合物
質１０が固定されたスポット８における共鳴角を検出し
た結果とを示したグラフである。ここでは、試料中の検
出種の濃度と共鳴角の関係を検出種の濃度を横軸にして
示すとともに、上述した間接的な線形関係に基づき、試
料中の検出種の濃度と回折格子のピッチとの関係を検出
種の濃度を横軸にして示している。同様に、図３（ｂ）
は標準条件下において波長スキャンを行った場合の検出
結果であり、試料中の検出種の濃度と共鳴波長の関係を
検出種の濃度を横軸にして示すとともに、試料中の検出
種の濃度と回折格子のピッチとの関係を検出種の濃度を
横軸にして示している。

【００４３】上記のセンサチップ１は、以下のような方
法により製造することができる。すなわち、図４（ａ）
に示す基体２の表面に、まず、図４（ｂ）に示すように
レーザ加工等により複数箇所に部分的に凹凸形状４，５
Ａ〜５Ｅを形成し、次いで、図４（ｃ）に示すように基
体２の表面全面にスパッタリングや蒸着により金属層３
を積層することで製造することができる。凹凸形状４，
５Ａ〜５Ｅ上に金属層３が積層されることで金属層３の
表面にも凹凸形状が現れ、この金属層３の表面の凹凸形
状が回折格子６，７Ａ〜７Ｅとして機能する。

【００４４】基体２の材質は、表面に凹凸形状４，５Ａ
〜５Ｅを形成することができ、金属層３を保持できる機
械的強度が十分であるならばその材質に限定はない。凹
凸形状４，５Ａ〜５Ｅの形成しやすさからは樹脂が好ま
しく、アクリル樹脂(ポリメタクリル酸メチルなど)、ポ
リエステル樹脂(ポリカーボネートなど)などが好適な材
質として挙げられる。

【００４５】基体２に形成する凹凸形状４，５Ａ〜５Ｅ
は、金属層３を積層したときにその表面に所望の回折格
子６，７Ａ〜７Ｅが得られるように金属層３の厚み等を
考慮して形成する。形成方法としては、上述のレーザ加
工等の他、射出成型によって基体２とともに成型しても
よい。凹凸形状４，５Ａ〜５Ｅとしては、矩形波形状，
正弦波形状，鋸歯状形状などがあり得るが、好ましくは
回折格子６，７Ａ〜７Ｅの溝深さが１０〜２００ｎｍ
（より好ましくは３０〜１２０ｎｍ）、ピッチが４００
〜１２００ｎｍ(照射光の波長と関係する)の範囲となる
ような周期的な凹凸形状とする。

【００４６】金属層３は、表面プラズモン波を誘起しう
るものであればその材質に限定はない。例えば、金，
銀，銅，アルミニウムやこれらを含む合金等、或いは
銀，銅，アルミニウムの酸化物等を用いることができ
る。感度や安価な点では銀が好ましいが、安定性の面で
は金が好ましい。なお、金属層３の厚みは、好ましくは
２０〜３００ｎｍとし、より好ましくは３０〜１６０ｎ
ｍとする。なお、金属層３の厚みが小さい場合には、照
射光が金属層３を透過して基体２の表面に達し、照射光
が基体２表面の凹凸形状４，５Ａ〜５Ｅにより回折する
場合もある。この場合は凹凸形状４，５Ａ〜５Ｅが回折
格子として機能することになる。

【００４７】凹凸形状４，５Ａ〜５Ｅが形成された各領
域の形状、すなわちスポット８，９Ａ〜９Ｅの形状は、
図１に示すような矩形の他、円形，多角形，楕円形等、
種々の形状を選択することができるが、スポット８，９
Ａ〜９間には形状及び大きさに差がなく、均一なもので
あることが好ましい。面積に換算した場合には、ばらつ
きが±１０％、好ましくは±２％以内に収まるようにす
るのが好ましい。

【００４８】次に、本実施形態にかかるセンサチップ１
の使用方法について説明する。センサチップ１を試料の
分析に用いる際には、図２に示すように各スポット８に
結合物質１０を固定化したものを用いる。そして、この
ように結合物質１０が固定化されたセンサチップ１を図
５に示す構成の分析装置２０にセットして分析を行う。
この分析装置２０はセンサチップ１を固定するためのホ
ルダ（保持手段）２１，光源（光照射手段）２２，光検
出器（受光手段）２３及び分析部２４から主に構成され
ている。

【００４９】ホルダ２１には検出種を含む試料流体が通
過する流路２１ａが形成されている。センサチップ１は
そのセンサ面１ａが流路２１ａを流れる試料に接するよ
うに配置されて固定される。光源２２はセンサチップ１
のセンサ面１ａに向けて照射光を照射するようにセンサ
チップ１に対して流路２１ａを挟んで配置されている。
光源２２は分析の方法に応じて選択され、共鳴角の変位
に基づき分析を行う場合には単色光を光源として用い、
最大吸収波長（共鳴波長）の変位に基づき分析を行う場
合には白色光を光源として用いる。単色光の光源として
は、レーザ光源、特に価格，大きさの点で半導体レーザ
が好ましく、波長は３５０〜１３００ｎｍ程度とするの
が好ましい。また、ハロゲン・タングステンランプなど
の白色光を干渉フィルターや分光器等で分光して得た単
色光を光源として用いることも可能である。一方、白色
光の光源としては、ハロゲン・タングステンランプ、キ
セノンランプ等が好ましい。

【００５０】光検出器２３はセンサチップ１からの反射
光を検出する検出器であり、光源２２同様にセンサチッ
プ１に対して流路２１ａを挟んで配置され、照射光が回
折して生じる回折光のうち０次の回折光（反射光）の方
向に向けられている。光検出器２３としては、例えばＣ
ＣＤ素子を集積したものやシリコンフォトダイオードア
レイ等が好ましい。なお、図中では省略しているが、Ｐ
偏光のみが表面プラズモン波を共鳴させることができる
ため、光源２２とセンサチップ１との間、またはセンサ
チップ１と光検出器２３との間には、光源２２からの照
射光、或いはセンサチップ１からの反射光を偏光するた
めの偏光子が設置されている。

【００５１】分析部２４は光検出器２３からの検出情報
に基づき分析処理を行う装置である。分析部２４は、本
発明にかかる第１シグナル検出手段、第２シグナル検出
手段、補正手段、記憶手段、及び濃度演算手段として機
能する。以下、分析部２４の各機能とあわせて、本実施
形態にかかるセンサチップ１を用いた試料の分析手順に
ついて、別途測定により得られた検量線を用いて分析を
行う場合と、検量線の作成も測定と同時に行うリアルタ
イム分析を行う場合とに分けて具体的に説明する。

【００５２】別途測定により得られた検量線を用いて行
う分析では、図６に示すフローチャートに沿って処理が
行われる。なお、ここでは光源２２から照射する照射光
は単色光（単一波長の光）であり、照射光のセンサチッ
プ１に対する入射角度を変化させる角度スキャンによっ
て分析が行われるものとする。この場合、まず、センサ
チップ１をホルダ２１にセットしてセンサチップ１のセ
ンサ面１ａを試料に接触させる（ステップＡ１）。これ
によりセンサ面１ａの各スポット８に固定された結合物
質１０に試料流体中の検出種が特異的に結合する。そし
て、結合物質１０に結合した検出種の物質量に応じて各
スポット８の金属層３表面近傍の媒質の屈折率が変化
し、各スポット８における表面プラズモン波の共鳴条件
が変化する。一方、結合物質１０が固定化されていない
標準スポット９Ａ〜９Ｅについては、金属層３表面近傍
の媒質の屈折率の変化はなく、表面プラズモン波の共鳴
条件に変化はない。

【００５３】次に、光源２２からセンサ面１ａに向けて
照射光を照射する（ステップＡ２）。ここでは、照射光
が全てのスポット８，９Ａ〜９Ｅを照らすように、すな
わち全スポット８，９Ａ〜９Ｅが一本の照射光の照射範
囲内に含まれるように照射光の太さを調整する。これに
より、全てのスポット８，９Ａ〜９Ｅを同時に測定する
ことができる。センサ面１ａに照射された照射光は各ス
ポット８，９Ａ〜９Ｅに形成された回折格子６，７Ａ〜
７Ｅにおいて回折光を生じさせる。このうち０次の回折
光（反射光）を光検出器２３によって検出する（ステッ
プＡ３）。

【００５４】光検出器２３により検出された反射光の情
報は分析部２４に送られる。分析部２４は、光検出器２
３からの反射光の情報から結合物質１０が固定された各
スポット８からの反射光の情報を抽出して、スポット８
毎に反射光の強度が最小となる入射角度、すなわち共鳴
角度を検出する。ここでは、分析部２４は本発明にかか
る第１シグナル検出手段として機能する（ステップＡ
４）。

【００５５】また、分析部２４は、標準領域である標準
スポット９Ａ〜９Ｅからの反射光の情報も抽出し、標準
スポット９Ａ〜９Ｅ毎に反射光の強度が最小となる共鳴
角度（参照共鳴角度）を検出する。ここでは、分析部２
４は本発明にかかる第２シグナル検出手段として機能す
る（ステップＡ５）。このようにして得られた各スポッ
ト８，９Ａ〜９Ｅの共鳴角度には、センサチップ１の傾
斜による誤差が含まれている可能性がある。そこで、分
析部２４は、ステップＡ５で検出した各標準スポット９
Ａ〜９Ｅの共鳴角度を用いて、ステップＡ４で検出した
各スポット８の共鳴角度を補正する。

【００５６】具体的には、標準領域である各標準スポッ
ト９Ａ〜９Ｅについては、図３（ａ）に示すように標準
条件下における共鳴角度との関係が既知である。したが
って、標準条件下における各標準スポット９Ａ〜９Ｅの
共鳴角度をθ_0A，θ_0B，θ_0C，θ_0D，θ_0Eとし、今回ス
テップＡ５で検出された各標準スポット９Ａ〜９Ｅの共
鳴角度をθ_A，θ_B，θ_C，θ_D，θ_Eとすると、（θ_0A，
θ_A），，，，（θ_0E，θ_E）の５組のデータが得られ
る。これらのデータから、適当な近似式により標準条件
下における共鳴角度と今回検出された共鳴角度との換算
式ｆ（θ）が求められる。

【００５７】この換算式ｆ（θ）を用いると、未知のス
ポットで検出された共鳴角度をθ_Xとすると、そのスポ
ットにおいて標準条件下で検出されるべき共鳴角度θ_0X
は、次式（数３）であらわすことができる。

【００５８】

【数３】θ_0X＝ｆ^-1（θ_X） 分析部２４は、各標準スポット９Ａ〜９Ｅの標準条件下
での共鳴角度と今回検出された共鳴角度との対応関係か
ら上記の式（数３）を作成し（ステップＡ６）、この式
にステップＡ４で検出された各スポット８の共鳴角度を
当てはめることにより、検出された各スポット８の共鳴
角度を標準条件下において各スポット８で検出されるべ
き共鳴角度に補正する（ステップＡ７）。以上のステッ
プＡ６，Ａ７では分析部２４は本発明にかかる補正手段
として機能する。

【００５９】分析部２４は、上記のようにして補正した
各スポット８の共鳴角度と照射光の波長とを別途測定し
て得られた検量線（或いは理論的な濃度換算式）に対応
させて、各スポット８に対応する検出種の濃度を算出す
る。ここでは分析部２４は本発明にかかる濃度演算手段
として機能する（ステップＡ８）。このような手法によ
り分析を行うことで、センサチップ１が垂直方向や水平
面内で傾いている場合でも、標準条件下における標準ス
ポット９Ａ〜９Ｅの共鳴角度（標準シグナル）と今回検
出された標準スポット９Ａ〜９Ｅの共鳴角度との比較に
基づいて、反応領域である各スポット８の共鳴角度が補
正されるので、センサチップ１の傾きによる誤差の影響
をうけることなく、試料中の検出種の濃度を正確に分析
することが可能になる。

【００６０】特に本実施形態では、複数の標準スポット
９Ａ〜９Ｅの共鳴角度に基づき各スポット８の共鳴角度
を補正し、且つ、同一条件下においてそれぞれ異なる共
鳴角度を示すように各標準スポット９Ａ〜９Ｅを形成し
ているので、標準条件下で得られる共鳴角度と今回の条
件下で得られる共鳴角度との対応関係が明確であり、高
い精度で補正を行うことができる。

【００６１】なお、上記の各ステップＡ１〜Ａ８は、上
述のように順に実行する他に同時に実行することも可能
である。各ステップを同時実行する場合には、リアルタ
イムで共鳴角度を補正することができるので、仮にセン
サチップ１の設置状態が不安定で垂直方向や水平面内で
の傾斜角度が変動しているような場合でも、正確な分析
が可能になる。

【００６２】一方、リアルタイム分析では、図７に示す
フローチャートに沿って処理が行われる。なお、ここで
も光源２２から照射する照射光は単色光（単一波長の
光）であり、照射光のセンサチップ１に対する入射角度
を変化させる角度スキャンによって分析が行われるもの
とする。また、ステップＢ１からステップＢ５までの処
理は、上述の別途測定により得られた検量線を用いて行
う分析におけるステップＡ１からステップＡ５までの処
理と同様の内容であるので、ステップＢ１からステップ
Ｂ５までの処理の説明は省略し、ステップＢ６から説明
する。

【００６３】ステップＢ６では、分析部２４は、ステッ
プＢ５（ステップＡ５と同じ処理内容）で検出された各
標準スポット９Ａ〜９Ｅの共鳴角度と、各標準スポット
９Ａ〜９Ｅが示す検出種の濃度とに基づき検量線を作成
する。具体的には、各標準スポット９Ａ〜９Ｅが示す検
出種の濃度をＣ_A，Ｃ_B，Ｃ_C，Ｃ_D，Ｃ_Eとし、今回ステ
ップＢ５で検出された各標準スポット９Ａ〜９Ｅの共鳴
角度をθ_A，θ_B，θ_C，θ_D，θ_Eとすると、（Ｃ_A，
θ_A），，，，（Ｃ_E，θ_E）の５組のデータが得られ
る。これらのデータから、適当な近似式により今回検出
される共鳴角度と検出種の濃度との換算式ｆ（Ｃ，θ）
が求められる。この換算式ｆ（Ｃ，θ）が検量線であ
る。なお、各標準スポット９Ａ〜９Ｅが示す検出種の濃
度Ｃ_A，，，，Ｃ_Eは、図３（ａ）の検出種の濃度と回折
格子のピッチとの対応関係を示すグラフから求められ
る。このグラフは予め実験等により作成されて分析部２
４内の記憶部（記憶手段）に記憶されている。

【００６４】上記の換算式ｆ（Ｃ，θ）を用いると、未
知のスポットで検出された共鳴角度をθ_Xとすると、そ
のスポットに存在する検出種の濃度Ｃ_Xは、次式（数
４）であらわすことができる。

【００６５】

【数４】Ｃ_X＝ｆ^-1（Ｃ，θ_X） 分析部２４は、この式（数４）にステップＢ４（ステッ
プＡ４と同じ処理内容）で検出された各スポット８の共
鳴角度を当てはめることにより、各スポット８に対応す
る検出種の濃度をリアルタイムに算出する（ステップＢ
７）。以上のステップＢ６，Ｂ７では分析部２４は本発
明にかかる演算手段として機能する。

【００６６】このように、スポット８の共鳴角度が各標
準スポット９Ａ〜９Ｅの共鳴角度に一致するときの検出
種の濃度情報と、今回検出された各スポット８の共鳴角
度と各標準スポット９Ａ〜９Ｅの共鳴角度との対応関係
とに基づき、現在の検出種の濃度を演算することで、濃
度既知の試料を用意することなく簡便に試料のリアルタ
イム分析を行うことが可能になる。

【００６７】特に本実施形態では、同一条件下において
それぞれ異なる値を示す複数の標準スポット９Ａ〜９Ｅ
の共鳴角度に基づき検量線を作成し、作成した検量線を
用いて現在の検出種の濃度を演算しているので、極めて
正確にリアルタイム分析を行うことができる。なお、上
記の各ステップＢ１〜Ｂ７についても、上述のように順
に実行する他に同時に実行することも可能である。各ス
テップを同時実行する場合には、試料中の検出種が結合
物質１０に結合していく様子をリアルタイムでモニタす
ることが可能になる。

【００６８】（Ｂ）その他 以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述の
実施形態はあくまでも本発明の一実施形態であり、本発
明の実施形態がこれに限定されるものではない。例え
ば、上述の実施形態では角度スキャンによる分析を行っ
ているが、波長スキャンによる分析も勿論可能である。
この場合は、光源２２からセンサチップ１に一定の入射
角度で白色光を分光器（図示略）で波長毎に分光して照
射し、その反射光を光検出器２３で検出すればよい。こ
の場合は共鳴角度ではなく共鳴波長を表面プラズモン共
鳴現象に相関するシグナルとして用いることができる。

【００６９】具体的には、図３（ｂ）に示すように予め
計側された標準条件下における各標準スポット９Ａ〜９
Ｅの共鳴波長をλ_0A，λ_0B，λ_0C，λ_0D，λ_0Eとし、今
回検出された各標準スポット９Ａ〜９Ｅの共鳴波長をλ
_A，λ_B，λ_C，λ_D，λ_Eとすると、（λ_0A，
λ_A），，，，（λ_0E，λ_E）の５組のデータが得られ
る。これらのデータから適当な近似式により標準条件下
における共鳴波長と今回検出された共鳴波長との換算式
ｆ（λ）を求めることできる。この換算式ｆ（λ）を利
用することにより、未知のスポットにおいて標準条件下
で検出されるべき共鳴角度λ _0Xは、そのスポットで今回
検出された共鳴波長λ_Xを用いて次式（数５）で求める
ことができる。

【００７０】

【数５】λ_0X＝ｆ^-1（λ_X） したがって、この式に今回検出された各スポット８の共
鳴波長を当てはめることにより、検出された各スポット
８の共鳴波長を標準条件下において各スポット８で検出
されるべき共鳴波長に補正することができる。

【００７１】また、各標準スポット９Ａ〜９Ｅが示す検
出種の濃度をＣ_A，Ｃ_B，Ｃ_C，Ｃ_D，Ｃ_Eとし、今回検出
された各標準スポット９Ａ〜９Ｅの共鳴波長をλ_A，
λ_B，λ_C，λ_D，λ_Eとすると、これら（Ｃ_A，
λ_A），，，，（Ｃ_E，λ_E）の５組のデータから、適当
な近似式により今回検出される共鳴角度と検出種の濃度
との換算式ｆ（Ｃ，λ）が求められる。この換算式ｆ
（Ｃ，λ）を利用することにより、未知のスポットに存
在する検出種の濃度Ｃ_Xは、そのスポットで今回検出さ
れた共鳴波長λ_Xを用いて次式（数６）で求めることが
できる。

【００７２】

【数６】Ｃ_X＝ｆ^-1（Ｃ，λ_X） したがって、この式に今回検出された各スポット８の共
鳴波長を当てはめることにより、各スポット８に対応す
る検出種の濃度をリアルタイムに算出することができ
る。

【００７３】また、本発明を適用可能なセンサチップは
上述の実施形態のものに限定されない。上述の実施形態
では複数の標準スポットが設けられたセンサチップを使
用しているが、図８に示すように標準スポット３２が一
つのみ設けられたセンサチップ３１を用いても本発明を
実施することができる。この場合、センサチップ３１の
傾きによる誤差の補正は、今回標準スポット３２で検出
されたシグナルと、標準条件下において標準スポット３
２で検出される標準シグナル（共鳴角度或いは共鳴波
長）との比較に基づいて、今回結合物質３４が固定され
たスポット３３で検出されたシグナルを補正することに
より行う。例えば、今回標準スポット３２で検出された
共鳴波長と標準条件下で検出される共鳴波長との間にΔ
λの誤差がある場合には、この誤差Δλの分だけスポッ
ト３３で検出された共鳴波長を補正する。また、標準ス
ポット３２で検出されるシグナルがスポット３３で検出
されるシグナルに一致するときの検出種の濃度情報と、
今回スポット３３で検出されるシグナルと標準スポット
３２で得られたシグナルとの対応関係とに基づき現在の
試料中の検出種の濃度を測定することにより、試料のリ
アルタイム分析が可能になる。

【００７４】また、標準スポットを複数設ける場合、上
述の実施形態のように各標準スポットが独立したもので
はなく、図９に示すセンサチップ５１のように単一の連
続した領域（標準領域）５２内において段階的にピッチ
を変えて回折格子を形成したものでもよい。このような
構造によれば、照射光の照射位置に応じて回折格子のピ
ッチが変わるので、そこから検出されるシグナルも異な
ったものになる。したがって、このセンサチップ５１に
よれば、上述の実施形態にかかるセンサチップと同様に
複数のデータに基づく補正やリアルタイム分析を行うこ
とができ、精度の高い補正やリアルタイム分析が可能に
なる。

【００７５】さらに、上述の実施形態では回折格子のピ
ッチをパラメータとすることで同一条件下で異なるシグ
ナルを得ることを可能にしているが、回折格子の溝深
さ、金属層の厚み及び材質のうち少なくとも一つのパラ
メータを変更することによっても同一条件下で異なるシ
グナルを得ることができる。さらに、上述の実施形態で
は、従来の一般的な構造の回折格子型センサチップを用
いた場合について説明したが、本発明は他の様々な構造
の回折格子型センサチップを用いても実施することがで
きる。すなわち、試料と接するセンサ面と、センサ面の
近傍に設けられ表面プラズモン波を誘起しうる金属層
と、センサ面の近傍に設けられ照射光の照射によりエバ
ネッセント波を生じさせる回折格子とを備えたセンサチ
ップであればよい。

【００７６】以上例を挙げたように、本発明はその趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の第１の分
析方法及び分析装置によれば、表面プラズモン共鳴セン
サチップが垂直方向や水平面内で傾いている場合でも、
特定領域において所定の標準条件下において得られた標
準シグナルと今回検出されたシグナルとの比較に基づい
て、反応領域に対応するシグナルが補正されるので、傾
きによる誤差の影響をうけることなく試料中の検出種の
濃度を正確に分析することができる利点がある。

【００７８】また、本発明の第２の分析方法及び分析装
置によれば、今回検出された反応領域に対応するシグナ
ルが示す試料中の検出種の濃度が、今回検出された特定
領域に対応するシグナルを利用して演算されるので、濃
度既知の試料を用意することなく簡便に試料のリアルタ
イム分析を行うことができる利点がある。さらに、本発
明の表面プラズモン共鳴センサチップによれば、標準領
域を特定領域として利用することで、第１の分析方法及
び分析装置においては、反応領域に対応するシグナルの
誤差を高い精度で補正することができ、第２の分析方法
及び分析装置においては、各照射領域からのシグナルに
基づき検量線の作成を可能にして正確なリアルタイム分
析が可能になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるセンサチップの構
成を示す模式的な斜視図である。

【図２】図１のセンサチップに結合物質を固定化した状
態を示す模式的な斜視図である。

【図３】（ａ）は図１のセンサチップにおける角度スキ
ャン時の試料中の検出種の濃度と共鳴角度と回折格子の
ピッチとの関係を示す図であり、（ｂ）は図１のセンサ
チップにおける角度スキャン時の試料中の検出種の濃度
と共鳴波長と回折格子のピッチとの関係を示す図であ
る。

【図４】図１のセンサチップの製造方法の一例を示す模
式的な斜視図であり、（ａ）〜（ｃ）の順に製造手順を
示している。

【図５】本発明の一実施形態にかかる分析装置の構成を
示す模式的な模式図である。

【図６】図５の装置を用いた試料の分析手順を示すフロ
ーチャートである。

【図７】図５の装置を用いた試料の分析手順を示すフロ
ーチャートである。

【図８】本発明を適用可能なセンサチップの構成の一例
を示す模式的な斜視図である。

【図９】本発明を適用可能なセンサチップの構成の一例
を示す模式的な斜視図である。

【図１０】従来のセンサチップの構成を示す模式的な斜
視図である。

【図１１】従来のセンサチップの特性を示す分散関係図
である。

【図１２】従来のセンサチップの課題を説明するための
図であり、（ａ）はセンサチップが垂直方向に傾いた状
態を示す側面図、（ｂ）はそのときの分散関係図であ
る。

【図１３】従来のセンサチップの課題を説明するための
図であり、（ａ）はセンサチップが水平面内での傾いた
状態を示す平面図、（ｂ）はそのときの分散関係図であ
る。

【符号の説明】

１，３１，４１，５１ センサチップ（表面プラズモン
共鳴センサチップ） １ａ センサ面 ２ 基体 ３ 金属層 ４，５Ａ〜５Ｅ 凹凸形状 ６，７Ａ〜７Ｅ 回折格子 ８，３３ スポット（反応領域） ９Ａ〜９Ｅ，３２ 標準スポット（標準領域，特定領
域） １０，３４，４４ 結合物質 ２０ 分析装置 ２１ ホルダ ２１ａ 流路 ２２ 光源 ２３ 光検出器 ２４ 分析部 ４３，５２ 標準領域

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料と接するセンサ面の近傍に金属層と
   回折格子とが設けられて、光の照射により上記金属層の
   表面に誘起される表面プラズモン波と上記回折格子の作
   用により生じるエバネッセント波との共鳴現象が生じう
   る共鳴領域が上記センサ面に形成され、上記共鳴領域の
   うちの一部反応領域に試料中の検出種と特異的に結合す
   る結合物質が固定化された表面プラズモン共鳴センサチ
   ップを用いて行う試料の分析方法であって、 上記センサ面に試料を接触させて光を照射する照射ステ
   ップと、 上記センサ面からの反射光を受光し、受光した反射光の
   うち上記反応領域からの反射光の強度に基づき、上記反
   応領域での上記共鳴現象に相関するシグナルを検出する
   第１検出ステップと、 上記センサ面からの反射光を受光し、受光した反射光の
   うち上記共鳴領域内で且つ上記反応領域外の特定領域か
   らの反射光の強度に基づき、上記特定領域での上記共鳴
   現象に相関するシグナルを検出する第２検出ステップ
   と、 所定の標準条件下における上記特定領域での上記共鳴現
   象に相関する標準シグナルと今回検出された上記特定領
   域に対応するシグナルとの比較に基づいて今回検出され
   た上記反応領域に対応するシグナルを補正する補正ステ
   ップと、 補正された上記反応領域に対応するシグナルに基づき上
   記試料中の検出種の濃度を演算する濃度演算ステップと
   を備えたことを特徴とする、表面プラズモン共鳴を利用
   した試料の分析方法。
2. 【請求項２】 上記特定領域が複数箇所設けられた表面
   プラズモン共鳴センサチップを用い、 上記補正ステップにおいては、各特定領域に対応する標
   準シグナルと今回検出された各特定領域に対応するシグ
   ナルとの比較に基づいて今回検出された上記反応領域に
   対応するシグナルを補正することを特徴とする、請求項
   １記載の表面プラズモン共鳴を利用した試料の分析方
   法。
3. 【請求項３】 上記の各特定領域が同一条件下において
   それぞれ異なるシグナルを示すように形成された表面プ
   ラズモン共鳴センサチップを用い、 上記補正ステップにおいては、各特定領域に対応する標
   準シグナルと今回検出された各特定領域に対応するシグ
   ナルとに基づいて上記標準条件下で得られるシグナルと
   今回の条件下で得られるシグナルとの対応関係を求め、
   上記対応関係に基づいて今回検出された上記反応領域に
   対応するシグナルを補正することを特徴とする、請求項
   ２記載の表面プラズモン共鳴を利用した試料の分析方
   法。
4. 【請求項４】 試料と接するセンサ面の近傍に金属層と
   回折格子とが設けられて、光の照射により上記金属層の
   表面に誘起される表面プラズモン波と上記回折格子の作
   用により生じるエバネッセント波との共鳴現象が生じう
   る共鳴領域が上記センサ面に形成され、上記共鳴領域の
   うちの一部反応領域に試料中の検出種と特異的に結合す
   る結合物質が固定化された表面プラズモン共鳴センサチ
   ップを用いて行う試料の分析方法であって、 上記センサ面に試料を接触させて光を照射する照射ステ
   ップと、 上記センサ面からの反射光を受光し、受光した反射光の
   うち上記反応領域からの反射光の強度に基づき、上記反
   応領域での上記共鳴現象に相関するシグナルを検出する
   第１検出ステップと、 上記センサ面からの反射光を受光し、受光した反射光の
   うち上記共鳴領域内で且つ上記反応領域外の特定領域か
   らの反射光の強度に基づき、上記特定領域での上記共鳴
   現象に相関するシグナルを検出する第２検出ステップ
   と、 予め記憶された上記反応領域に対応するシグナルが上記
   特定領域に対応するシグナルに一致するときの上記試料
   中の検出種の濃度情報と、今回検出された上記反応領域
   に対応するシグナルと上記特定領域に対応するシグナル
   との対応関係とに基づき現在の上記試料中の検出種の濃
   度を演算する濃度演算ステップとを備えたことを特徴と
   する、表面プラズモン共鳴を利用した試料の分析方法。
5. 【請求項５】 上記特定領域が複数箇所設けられ、且つ
   各特定領域が同一条件下においてそれぞれ異なるシグナ
   ルを示すように形成された表面プラズモン共鳴センサチ
   ップを用い、 上記反応領域に対応するシグナルが上記各特定領域に対
   応するシグナルに一致するときの上記試料中の検出種の
   各濃度に関する情報を予め記憶しておき、 上記濃度演算ステップにおいては、今回検出された上記
   各特定領域に対応するシグナルと予め記憶された上記各
   特定領域に対応する濃度情報とに基づいて検量線を作成
   し、上記検量線に今回検出された上記反応領域に対応す
   るシグナルを照合することにより現在の上記試料中の検
   出種の濃度を演算することを特徴とする、請求項４記載
   の表面プラズモン共鳴を利用した試料の分析方法。
6. 【請求項６】 試料と接するセンサ面の近傍に金属層と
   回折格子とが設けられて、光の照射により上記金属層の
   表面に誘起される表面プラズモン波と上記回折格子の作
   用により生じるエバネッセント波との共鳴現象が生じう
   る共鳴領域が上記センサ面に形成され、上記共鳴領域の
   うちの一部反応領域に試料中の検出種と特異的に結合す
   る結合物質が固定化された表面プラズモン共鳴センサチ
   ップと、 上記センサ面に上記試料を接触させた状態で上記表面プ
   ラズモン共鳴センサチップを保持する保持手段と、 上記表面プラズモン共鳴センサチップが上記保持手段に
   より保持された状態において上記センサ面に向けて光を
   照射する光照射手段と、 上記センサ面からの反射光を受光する受光手段と、 上記受光手段により受光した反射光のうち上記反応領域
   からの反射光の強度に基づき、上記反応領域での上記共
   鳴現象に相関するシグナルを検出する第１シグナル検出
   手段と、 上記受光手段により受光した反射光のうち上記共鳴領域
   内で且つ上記反応領域外の特定領域からの反射光の強度
   に基づき、上記特定領域での上記共鳴現象に相関するシ
   グナルを検出する第２シグナル検出手段と、 所定の標準条件下における上記特定領域での上記共鳴現
   象に相関する標準シグナルと上記第２シグナル検出手段
   で検出されたシグナルとの比較に基づいて上記第１シグ
   ナル検出手段で検出されたシグナルを補正する補正手段
   と、 上記補正手段により補正されたシグナルに基づき上記試
   料中の検出種の濃度を演算する濃度演算手段とを備えた
   ことを特徴とする、表面プラズモン共鳴を利用した試料
   の分析装置。
7. 【請求項７】 上記表面プラズモン共鳴センサチップに
   上記特定領域が複数箇所設けられ、 上記補正手段は、各特定領域に対応する標準シグナルと
   上記第２シグナル検出手段で検出されたシグナルとの比
   較に基づいて上記第１シグナル検出手段で検出されたシ
   グナルを補正するように構成されていることを特徴とす
   る、請求項６記載の表面プラズモン共鳴を利用した試料
   の分析装置。
8. 【請求項８】 上記の各特定領域は同一条件下において
   それぞれ異なるシグナルを示すように形成され、 上記補正手段は、各特定領域に対応する標準シグナルと
   上記第２シグナル検出手段で検出されたシグナルとに基
   づいて上記標準条件下で得られるシグナルと今回の条件
   下で得られるシグナルとの対応関係を求め、上記対応関
   係に基づいて上記第１シグナル検出手段で検出されたシ
   グナルを補正するように構成されていることを特徴とす
   る、請求項７記載の表面プラズモン共鳴を利用した試料
   の分析装置。
9. 【請求項９】 試料と接するセンサ面の近傍に金属層と
   回折格子とが設けられて、光の照射により上記金属層の
   表面に誘起される表面プラズモン波と上記回折格子の作
   用により生じるエバネッセント波との共鳴現象が生じう
   る共鳴領域が上記センサ面に形成され、上記共鳴領域の
   うちの一部反応領域に試料中の検出種と特異的に結合す
   る結合物質が固定化された表面プラズモン共鳴センサチ
   ップと、 上記センサ面に上記試料を接触させた状態で上記表面プ
   ラズモン共鳴センサチップを保持する保持手段と、 上記表面プラズモン共鳴センサチップが上記保持手段に
   より保持された状態において上記センサ面に向けて光を
   照射する光照射手段と、 上記センサ面からの反射光を受光する受光手段と、 上記受光手段により受光した反射光のうち上記反応領域
   からの反射光の強度に基づき、上記反応領域での上記共
   鳴現象に相関するシグナルを検出する第１シグナル検出
   手段と、 上記受光手段により受光した反射光のうち上記共鳴領域
   内で且つ上記反応領域外の特定領域からの反射光の強度
   に基づき、上記特定領域での上記共鳴現象に相関するシ
   グナルを検出する第２シグナル検出手段と、 上記反応領域に対応するシグナルが上記特定領域に対応
   するシグナルに一致するときの上記試料中の検出種の濃
   度を予め記憶した記憶手段と、 上記第１シグナル検出手段で検出されたシグナルと上記
   第２シグナル検出手段で検出されたシグナルとの対応関
   係と上記記憶手段に記憶された上記特定領域に対応する
   濃度情報とに基づき現在の上記試料中の検出種の濃度を
   演算する濃度演算手段とを備えたことを特徴とする、表
   面プラズモン共鳴を利用した試料の分析装置。
10. 【請求項１０】 上記表面プラズモン共鳴センサチップ
    に上記特定領域が複数箇所設けられるとともに、各特定
    領域は同一条件下においてそれぞれ異なるシグナルを示
    すように形成され、 上記記憶手段に上記反応領域に対応するシグナルが上記
    各特定領域に対応するシグナルに一致するときの上記試
    料中の検出種の各濃度に関する情報が予め記憶され、 上記濃度演算手段は、上記第２シグナル検出手段で検出
    された上記各特定領域に対応するシグナルと上記記憶手
    段に記憶された上記各特定領域に対応する濃度情報とに
    基づいて検量線を作成し、上記検量線に上記第１シグナ
    ル検出手段で検出されたシグナルを照合することにより
    現在の上記試料中の検出種の濃度を演算するように構成
    されていることを特徴とする、請求項９記載の表面プラ
    ズモン共鳴を利用した試料の分析装置。
11. 【請求項１１】 試料と接するセンサ面の近傍に金属層
    と回折格子とが設けられて、光の照射により上記金属層
    の表面に誘起される表面プラズモン波と上記回折格子の
    作用により生じるエバネッセント波との共鳴現象が生じ
    うる共鳴領域が上記センサ面に形成された表面プラズモ
    ン共鳴センサチップにおいて、 試料中の検出種と特異的に結合する結合物質が固定化さ
    れた反応領域と、 所定の標準条件下において照射された照射光の入射波長
    と上記共鳴現象が生じる入射角度との間に所定の対応関
    係を生じさせ、且つ、照射光の照射領域に応じて異なる
    対応関係を生じさせるように形成された標準領域とを上
    記共鳴領域に備えたことを特徴とする、表面プラズモン
    共鳴センサチップ。
12. 【請求項１２】 上記標準領域内に設けられた上記回折
    格子の形状、及び上記金属層の厚み、材質のうち少なく
    とも一つの要素を領域に応じて変更することにより、上
    記の異なる対応関係を照射光の照射領域に応じて生じさ
    せるように構成されたことを特徴とする、請求項１１記
    載の表面プラズモン共鳴センサチップ。
13. 【請求項１３】 上記標準領域が独立した複数の標準ス
    ポットからなり、上記標準スポット毎に上記の少なくと
    も一つの要素が変更されていることを特徴とする、請求
    項１２記載の表面プラズモン共鳴センサチップ。
14. 【請求項１４】 上記標準領域が連続した単一の領域か
    らなり、上記標準領域上の位置に応じて上記の少なくと
    も一つの要素が変更されていることを特徴とする、請求
    項１２記載の表面プラズモン共鳴センサチップ。