JP2003294614A - 全反射減衰を利用した測定方法および測定装置 - Google Patents
全反射減衰を利用した測定方法および測定装置Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 全反射減衰を利用した測定装置において測定
効率を低下させずに、個々の測定チップ間の測定感度の
バラツキの影響を低減し、測定精度を向上させる。 【解決手段】 レーザ光源14A…から射出された光ビ
ーム13A…を入射光学系15A…を通して誘電体ブロ
ック10A…に並列的に入射させ、誘電体ブロック10
A…で反射された各光ビーム13′A…を光検出器17
A…で個別に受光し各測定チップ毎の全反射減衰角を検
出する。試料液11を測定チップ9A…内に滴下し、測
定開始から所定時間毎に全反射減衰角の角度変化量を求
める。測定開始から測定終了時までの全反射減衰角の角
度変化量が基準角度より大きい測定チップのみを洗浄
し、既知屈折率の複数の参照試料液を用いて全反射減衰
角を求めて、この測定チップの測定感度校正データを取
得し、この測定チップで測定した全反射減衰角の角度変
化量を校正する。
効率を低下させずに、個々の測定チップ間の測定感度の
バラツキの影響を低減し、測定精度を向上させる。 【解決手段】 レーザ光源14A…から射出された光ビ
ーム13A…を入射光学系15A…を通して誘電体ブロ
ック10A…に並列的に入射させ、誘電体ブロック10
A…で反射された各光ビーム13′A…を光検出器17
A…で個別に受光し各測定チップ毎の全反射減衰角を検
出する。試料液11を測定チップ9A…内に滴下し、測
定開始から所定時間毎に全反射減衰角の角度変化量を求
める。測定開始から測定終了時までの全反射減衰角の角
度変化量が基準角度より大きい測定チップのみを洗浄
し、既知屈折率の複数の参照試料液を用いて全反射減衰
角を求めて、この測定チップの測定感度校正データを取
得し、この測定チップで測定した全反射減衰角の角度変
化量を校正する。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して試料液中の物質の特性を分析する表面プ
ラズモン測定装置等の、全反射減衰を利用した測定方法
および装置に関し、特に詳細には、センシング物質と試
料液中に含まれる被検体との作用の状態を測定する全反
射減衰を利用した測定方法および装置に関する。
発生を利用して試料液中の物質の特性を分析する表面プ
ラズモン測定装置等の、全反射減衰を利用した測定方法
および装置に関し、特に詳細には、センシング物質と試
料液中に含まれる被検体との作用の状態を測定する全反
射減衰を利用した測定方法および装置に関する。
【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。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、被
測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置が種
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6−16744
3号参照)。上記の系を用いる表面プラズモン測定装置
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液体試
料などの被測定物質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。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
ームを入射角を変化させ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従って、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。上記構成の表面
プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対し
て全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜
に接している被測定物質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
被測定物質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。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。この全反射減衰(ATR)が生じる
入射角、すなわち全反射減衰角θSPより表面プラズモ
ンの波数が分かると、被測定物質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ε
s をそれぞれ金属、被測定物質の誘電率とすると、以
下の関係がある。
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。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、被
測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置が種
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6−16744
3号参照)。上記の系を用いる表面プラズモン測定装置
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液体試
料などの被測定物質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。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
ームを入射角を変化させ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従って、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。上記構成の表面
プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対し
て全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜
に接している被測定物質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
被測定物質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。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。この全反射減衰(ATR)が生じる
入射角、すなわち全反射減衰角θSPより表面プラズモ
ンの波数が分かると、被測定物質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ε
s をそれぞれ金属、被測定物質の誘電率とすると、以
下の関係がある。
【数1】
すなわち、上記反射光強度が低下する入射角である全反
射減衰角θSPを知ることにより、被測定物質の誘電率
εs、つまりは屈折率に関連する特性を求めることがで
きる。なおこの種の表面プラズモン測定装置において
は、全反射減衰角θSPを精度良く、しかも大きなダイ
ナミックレンジで測定することを目的として、特開平1
1−326194号に示されるように、アレイ状の光検
出手段を用いることが考えられている。この光検出手段
は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記
界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分
をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設さ
れたものである。そしてその場合は、上記アレイ状の光
検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光
素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、
この微分手段が出力する微分値に基づいて被測定物質の
屈折率に関連する特性を求めることが多い。また、全反
射減衰(ATR)を利用する類似の測定装置として、例
えば「分光研究」第47巻 第1号(1998)の第2
1〜23頁および第26〜27頁に記載がある漏洩モー
ド測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は
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、試料液に接触
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。上記構成の漏洩モード測定装置に
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被測定物
質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、被測定物質の屈折率や、
それに関連する被測定物質の特性を分析することができ
る。なおこの漏洩モード測定装置においても、全反射減
衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するため
に、前述したアレイ状の光検出手段を用いることがで
き、またそれと併せて前述の微分手段が適用されること
も多い。また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩
モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセ
ンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムス
クリーニングへ使用されることがあり、この場合には前
記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であ
り、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導
波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を固定
し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かさ
れた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全
反射減衰角θSPの角度を測定している。試料液中の被
検体が、センシング物質と結合するものであれば、この
結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って
変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減
衰角θSPを測定し、該全反射減衰角θSPの角度に変
化が生じているか否か測定することにより、被検体とセ
ンシング物質の結合状態を測定し、その結果に基づいて
被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否
かを判定することができる。このような特定物質とセン
シング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗
体、あるいは抗体と抗体が挙げられる。具体的には、ウ
サギ抗ヒトIgG抗体をセンシング物質として薄膜層の
表面に固定し、ヒトIgG抗体を特定物質として用いる
ことができる。なお、被検体とセンシング物質の結合状
態を測定するためには、全反射減衰角θSPの角度その
ものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング
物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θSPの
角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づい
て結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状
の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装
置に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射
減衰角θSPの角度変化量を反映しているため、微分値
の変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合
状態を測定することができる。(本出願人による特願20
00-398309号参照) このような全反射減衰を利用した測定方法および装置に
おいては、底面に予め形成された薄膜層上にセンシング
物質が固定されたカップ状あるいはシャーレ状の測定チ
ップに、溶媒と被検体からなる試料液を滴下供給して、
上述した全反射減衰角θSPの角度変化量の測定を行っ
ている。なお本出願人は、ターンテーブル等に搭載され
た複数個の測定チップの測定を順次行うことにより、多
数の試料についての測定を短時間で行うことができる全
反射減衰を利用した測定装置を特開2001-330560により
提案している。
射減衰角θSPを知ることにより、被測定物質の誘電率
εs、つまりは屈折率に関連する特性を求めることがで
きる。なおこの種の表面プラズモン測定装置において
は、全反射減衰角θSPを精度良く、しかも大きなダイ
ナミックレンジで測定することを目的として、特開平1
1−326194号に示されるように、アレイ状の光検
出手段を用いることが考えられている。この光検出手段
は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記
界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分
をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設さ
れたものである。そしてその場合は、上記アレイ状の光
検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光
素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、
この微分手段が出力する微分値に基づいて被測定物質の
屈折率に関連する特性を求めることが多い。また、全反
射減衰(ATR)を利用する類似の測定装置として、例
えば「分光研究」第47巻 第1号(1998)の第2
1〜23頁および第26〜27頁に記載がある漏洩モー
ド測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は
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、試料液に接触
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。上記構成の漏洩モード測定装置に
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被測定物
質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、被測定物質の屈折率や、
それに関連する被測定物質の特性を分析することができ
る。なおこの漏洩モード測定装置においても、全反射減
衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するため
に、前述したアレイ状の光検出手段を用いることがで
き、またそれと併せて前述の微分手段が適用されること
も多い。また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩
モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセ
ンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムス
クリーニングへ使用されることがあり、この場合には前
記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であ
り、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導
波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を固定
し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶かさ
れた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全
反射減衰角θSPの角度を測定している。試料液中の被
検体が、センシング物質と結合するものであれば、この
結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って
変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減
衰角θSPを測定し、該全反射減衰角θSPの角度に変
化が生じているか否か測定することにより、被検体とセ
ンシング物質の結合状態を測定し、その結果に基づいて
被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否
かを判定することができる。このような特定物質とセン
シング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗
体、あるいは抗体と抗体が挙げられる。具体的には、ウ
サギ抗ヒトIgG抗体をセンシング物質として薄膜層の
表面に固定し、ヒトIgG抗体を特定物質として用いる
ことができる。なお、被検体とセンシング物質の結合状
態を測定するためには、全反射減衰角θSPの角度その
ものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング
物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θSPの
角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づい
て結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状
の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装
置に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射
減衰角θSPの角度変化量を反映しているため、微分値
の変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合
状態を測定することができる。(本出願人による特願20
00-398309号参照) このような全反射減衰を利用した測定方法および装置に
おいては、底面に予め形成された薄膜層上にセンシング
物質が固定されたカップ状あるいはシャーレ状の測定チ
ップに、溶媒と被検体からなる試料液を滴下供給して、
上述した全反射減衰角θSPの角度変化量の測定を行っ
ている。なお本出願人は、ターンテーブル等に搭載され
た複数個の測定チップの測定を順次行うことにより、多
数の試料についての測定を短時間で行うことができる全
反射減衰を利用した測定装置を特開2001-330560により
提案している。
【発明が解決しようとする課題】上記測定チップに試料
液を供給し、センシング物質と被検体とが結合すると、
センシング物質の屈折率が変化し、全反射減衰角θSP
の角度が変化する。従って測定開始から所定時間経過し
た時点での、測定開始からの全反射減衰角θSPの角度
変化量を求めることにより、被検体がセンシング物質と
結合するか否かを判定し、また結合する場合には、被検
体とセンシング物質との結合状態などを分析することが
できる。しかし、この全反射減衰角θSPの角度変化量
は、厳密にはセンシング物質と被検体の結合による屈折
率の変化を正確に反映したものではなく、個々の測定チ
ップの測定感度のバラツキの影響を受けている。このた
め、全反射減衰の状態の変化量の測定精度が低下してし
まう場合がある。なお、測定チップ間で測定感度にバラ
ツキが生じる原因のひとつは、各測定チップに配設され
た金属の薄膜層の厚さが均一でなく、バラツキが生じて
いることである。さらに他の原因としては、誘電体ブロ
ックの形状のバラツキや、センシング物質の固定量のバ
ラツキなどがある。通常被検体がセンシング物質と結合
するか否かを判定する場合であれば、測定チップ間の測
定感度が多少ばらついて、良好な測定精度が得られずと
も、判定動作に支障はない。しかし、被検体がセンシン
グ物質と結合すると判定され、時間経過に伴う全反射減
衰角θSPの角度変化量から被検体とセンシング物質と
の結合状態などの分析が行われる際には、測定チップの
測定感度のバラツキに起因する測定誤差のため、分析精
度が悪化してしまう。このため、全反射減衰の状態の測
定を行う前に、各測定チップごとに基準測定チップとの
測定感度差に基づいた測定感度校正データを取得して、
被検体がセンシング物質と結合する特定物質であると判
定された場合には、その測定チップの測定感度校正デー
タを用いて、時間経過に伴う全反射減衰の状態の変化量
を校正し、測定精度を向上させる方法が提案されてい
る。しかしながら、全反射減衰の状態の測定を行う前
に、全測定チップの測定感度校正データを取得するため
には、多くの時間が必要であり、全反射減衰の状態の測
定効率が低下してしまうという問題があった。本発明は
上記の事情に鑑みて、測定効率を低下させることなく、
個々の測定チップ間の測定感度のバラツキの影響を低減
し、全反射減衰の状態の変化量の測定精度を向上させる
ことのできる全反射減衰を利用した測定方法および装置
を提供することを目的とする。
液を供給し、センシング物質と被検体とが結合すると、
センシング物質の屈折率が変化し、全反射減衰角θSP
の角度が変化する。従って測定開始から所定時間経過し
た時点での、測定開始からの全反射減衰角θSPの角度
変化量を求めることにより、被検体がセンシング物質と
結合するか否かを判定し、また結合する場合には、被検
体とセンシング物質との結合状態などを分析することが
できる。しかし、この全反射減衰角θSPの角度変化量
は、厳密にはセンシング物質と被検体の結合による屈折
率の変化を正確に反映したものではなく、個々の測定チ
ップの測定感度のバラツキの影響を受けている。このた
め、全反射減衰の状態の変化量の測定精度が低下してし
まう場合がある。なお、測定チップ間で測定感度にバラ
ツキが生じる原因のひとつは、各測定チップに配設され
た金属の薄膜層の厚さが均一でなく、バラツキが生じて
いることである。さらに他の原因としては、誘電体ブロ
ックの形状のバラツキや、センシング物質の固定量のバ
ラツキなどがある。通常被検体がセンシング物質と結合
するか否かを判定する場合であれば、測定チップ間の測
定感度が多少ばらついて、良好な測定精度が得られずと
も、判定動作に支障はない。しかし、被検体がセンシン
グ物質と結合すると判定され、時間経過に伴う全反射減
衰角θSPの角度変化量から被検体とセンシング物質と
の結合状態などの分析が行われる際には、測定チップの
測定感度のバラツキに起因する測定誤差のため、分析精
度が悪化してしまう。このため、全反射減衰の状態の測
定を行う前に、各測定チップごとに基準測定チップとの
測定感度差に基づいた測定感度校正データを取得して、
被検体がセンシング物質と結合する特定物質であると判
定された場合には、その測定チップの測定感度校正デー
タを用いて、時間経過に伴う全反射減衰の状態の変化量
を校正し、測定精度を向上させる方法が提案されてい
る。しかしながら、全反射減衰の状態の測定を行う前
に、全測定チップの測定感度校正データを取得するため
には、多くの時間が必要であり、全反射減衰の状態の測
定効率が低下してしまうという問題があった。本発明は
上記の事情に鑑みて、測定効率を低下させることなく、
個々の測定チップ間の測定感度のバラツキの影響を低減
し、全反射減衰の状態の変化量の測定精度を向上させる
ことのできる全反射減衰を利用した測定方法および装置
を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】本発明の全反射減衰を利
用した測定方法は、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、この薄膜層の表面上
に配されて、試料液中の特定物質と結合するセンシング
物質、およびこのセンシング物質の表面上に前記試料液
を保持する試料液保持部を備えてなる測定チップと、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検出する光検出手段と、該光
検出手段の検出結果に基づいて、時間経過に伴う全反射
減衰の状態の変化量を測定する測定手段とを備えた全反
射減衰を利用した測定装置を用いた測定方法において、
前記測定手段による前記変化量の測定開始から所定時間
経過後の変化量が、予め設定された所定値以上であるか
否かを判定し、該変化量が前記所定値以上であると判定
された測定チップについてのみ該測定チップの測定感度
校正データを取得し、取得された該測定感度校正データ
に基づいて、前記変化量を校正することを特徴とするも
のである。屈折率が既知である複数種類の参照試料液を
用いて測定された全反射減衰の状態の測定結果に基づい
て前記測定チップの測定感度校正データを取得してもよ
い。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、この薄膜層の表面上に配されて、試料液中の特
定物質と結合するセンシング物質、およびこのセンシン
グ物質の表面上に前記試料液を保持する試料液保持部を
備えてなる測定チップと、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
検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づ
いて、時間経過に伴う全反射減衰の状態の変化量を測定
する測定手段とを備えた全反射減衰を利用した測定装置
において、前記測定手段による前記変化量の測定開始か
ら所定時間経過後の変化量が、予め設定された所定値以
上であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段によ
り前記変化量が前記所定値以上であると判定された測定
チップについてのみ該測定チップの測定感度校正データ
を取得する校正データ取得手段と、該校正データ取得手
段により取得された測定感度校正データに基づいて、前
記変化量を校正する校正手段とを備えたことを特徴とす
るものである。なお、上記校正データ取得手段は、屈折
率が既知である複数種類の参照試料液を用いて測定され
た全反射減衰の状態の測定結果に基づいて前記測定チッ
プの測定感度校正データを取得するものであってもよ
い。なお「前記変化量が前記所定値以上であると判定さ
れた測定チップについてのみ該測定チップの測定感度校
正データを取得する」とは、具体的には、基準となる基
準測定チップの全反射減衰の状態の変化量の測定感度で
ある基準測定感度データと、上記測定チップの全反射減
衰の状態の変化量の測定感度を測定して得た参照測定感
度データとに基づいて、測定感度校正データを取得する
ものである。例えば予め準備された基準測定チップに、
順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液を入れて
全反射減衰の状態を測定し、屈折率の変化に対する全反
射減衰の状態の変化量を測定することにより上記基準測
定感度データを取得することができる。一方上記の測定
チップに順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液
を入れて全反射減衰の状態を測定し、屈折率の変化に対
する全反射減衰の状態の変化量を測定することにより、
上記参照測定感度データを取得することができる。な
お、基準測定感度データとしては上記以外に、例えば予
め準備された複数個の基準測定チップに、順次屈折率が
既知である複数種類の参照試料液を入れて全反射減衰の
状態を測定した測定結果の平均値等を使用することもで
きる。あるいは仕様通りに理想的に制作された測定チッ
プに、順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液を
入れた場合の全反射減衰の状態を計算により算出し、こ
の計算結果を基準測定感度データとして使用することも
できる。上記のような測定装置としては、金属膜を上記
薄膜層として用いる前述の表面プラズモン測定装置や、
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た光導波層とからなる層を上
記薄膜層として用いる前述の漏洩モード測定装置等があ
る。また本発明による測定方法および装置において、光
検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を
測定して、全反射減衰の状態の変化量を測定するには、
種々の方法があり、例えば、光ビームを前記界面で全反
射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に
対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度
を測定して、全反射減衰により発生した暗線の位置(角
度)を検出することにより分析を行ってもよいし、D.V.
Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in Su
rface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS X
III, 1999, pp.585-588 に記載されているように、複数
の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入
射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビ
ームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を
検出することにより分析を行ってもよい。また、P.I.Ni
kitin,A.N.Grigorenko,A.A.Beloglazov,M.V.Valeiko,A.
I.Savchuk,O.A.Savchuk, Surface Plasmon Resonance I
nterferometry for Micro-ArrayBiosensing, EUROSENSO
RS XIII, 1999, pp.235-238 に記載されているように、
光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入
射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビー
ムが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビ
ームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、
その干渉後の光ビームの強度を測定することにより試料
分析を行ってもよい。
用した測定方法は、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、この薄膜層の表面上
に配されて、試料液中の特定物質と結合するセンシング
物質、およびこのセンシング物質の表面上に前記試料液
を保持する試料液保持部を備えてなる測定チップと、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検出する光検出手段と、該光
検出手段の検出結果に基づいて、時間経過に伴う全反射
減衰の状態の変化量を測定する測定手段とを備えた全反
射減衰を利用した測定装置を用いた測定方法において、
前記測定手段による前記変化量の測定開始から所定時間
経過後の変化量が、予め設定された所定値以上であるか
否かを判定し、該変化量が前記所定値以上であると判定
された測定チップについてのみ該測定チップの測定感度
校正データを取得し、取得された該測定感度校正データ
に基づいて、前記変化量を校正することを特徴とするも
のである。屈折率が既知である複数種類の参照試料液を
用いて測定された全反射減衰の状態の測定結果に基づい
て前記測定チップの測定感度校正データを取得してもよ
い。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、この薄膜層の表面上に配されて、試料液中の特
定物質と結合するセンシング物質、およびこのセンシン
グ物質の表面上に前記試料液を保持する試料液保持部を
備えてなる測定チップと、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
検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づ
いて、時間経過に伴う全反射減衰の状態の変化量を測定
する測定手段とを備えた全反射減衰を利用した測定装置
において、前記測定手段による前記変化量の測定開始か
ら所定時間経過後の変化量が、予め設定された所定値以
上であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段によ
り前記変化量が前記所定値以上であると判定された測定
チップについてのみ該測定チップの測定感度校正データ
を取得する校正データ取得手段と、該校正データ取得手
段により取得された測定感度校正データに基づいて、前
記変化量を校正する校正手段とを備えたことを特徴とす
るものである。なお、上記校正データ取得手段は、屈折
率が既知である複数種類の参照試料液を用いて測定され
た全反射減衰の状態の測定結果に基づいて前記測定チッ
プの測定感度校正データを取得するものであってもよ
い。なお「前記変化量が前記所定値以上であると判定さ
れた測定チップについてのみ該測定チップの測定感度校
正データを取得する」とは、具体的には、基準となる基
準測定チップの全反射減衰の状態の変化量の測定感度で
ある基準測定感度データと、上記測定チップの全反射減
衰の状態の変化量の測定感度を測定して得た参照測定感
度データとに基づいて、測定感度校正データを取得する
ものである。例えば予め準備された基準測定チップに、
順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液を入れて
全反射減衰の状態を測定し、屈折率の変化に対する全反
射減衰の状態の変化量を測定することにより上記基準測
定感度データを取得することができる。一方上記の測定
チップに順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液
を入れて全反射減衰の状態を測定し、屈折率の変化に対
する全反射減衰の状態の変化量を測定することにより、
上記参照測定感度データを取得することができる。な
お、基準測定感度データとしては上記以外に、例えば予
め準備された複数個の基準測定チップに、順次屈折率が
既知である複数種類の参照試料液を入れて全反射減衰の
状態を測定した測定結果の平均値等を使用することもで
きる。あるいは仕様通りに理想的に制作された測定チッ
プに、順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液を
入れた場合の全反射減衰の状態を計算により算出し、こ
の計算結果を基準測定感度データとして使用することも
できる。上記のような測定装置としては、金属膜を上記
薄膜層として用いる前述の表面プラズモン測定装置や、
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た光導波層とからなる層を上
記薄膜層として用いる前述の漏洩モード測定装置等があ
る。また本発明による測定方法および装置において、光
検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を
測定して、全反射減衰の状態の変化量を測定するには、
種々の方法があり、例えば、光ビームを前記界面で全反
射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に
対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度
を測定して、全反射減衰により発生した暗線の位置(角
度)を検出することにより分析を行ってもよいし、D.V.
Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in Su
rface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS X
III, 1999, pp.585-588 に記載されているように、複数
の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入
射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビ
ームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を
検出することにより分析を行ってもよい。また、P.I.Ni
kitin,A.N.Grigorenko,A.A.Beloglazov,M.V.Valeiko,A.
I.Savchuk,O.A.Savchuk, Surface Plasmon Resonance I
nterferometry for Micro-ArrayBiosensing, EUROSENSO
RS XIII, 1999, pp.235-238 に記載されているように、
光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入
射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビー
ムが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビ
ームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、
その干渉後の光ビームの強度を測定することにより試料
分析を行ってもよい。
【発明の効果】本発明の全反射減衰を利用した測定方法
および装置においては、所定時間経過後の全反射減衰の
状態の変化量が、予め設定された所定値以上である測定
チップについてのみ、測定感度校正データを取得し、こ
の測定感度校正データに基づいて前記変化量を校正する
ため、予め全ての測定チップの測定感度校正データを取
得しておく必要はなく、測定効率はほとんど低下するこ
とがない。また、被検体がセンシング物質と結合する特
定物質であると判定された場合には、その測定チップの
測定感度校正データを取得して、その測定チップの測定
感度校正データを用いて上記変化量を校正するため、測
定精度を向上させることができる。すなわち、本発明
は、測定効率を低下させることなく、個々の測定チップ
間の測定感度のバラツキの影響を低減し、全反射減衰の
状態の変化量の測定精度を向上させることができる。ま
た、屈折率が既知である複数種類の参照試料液を用いて
測定された全反射減衰の状態の測定結果に基づいて、前
記測定チップの測定感度校正データを取得する場合であ
れば、正確な測定感度校正データを取得することがで
き、全反射減衰の状態の変化量の測定精度をさらに向上
させることができる。
および装置においては、所定時間経過後の全反射減衰の
状態の変化量が、予め設定された所定値以上である測定
チップについてのみ、測定感度校正データを取得し、こ
の測定感度校正データに基づいて前記変化量を校正する
ため、予め全ての測定チップの測定感度校正データを取
得しておく必要はなく、測定効率はほとんど低下するこ
とがない。また、被検体がセンシング物質と結合する特
定物質であると判定された場合には、その測定チップの
測定感度校正データを取得して、その測定チップの測定
感度校正データを用いて上記変化量を校正するため、測
定精度を向上させることができる。すなわち、本発明
は、測定効率を低下させることなく、個々の測定チップ
間の測定感度のバラツキの影響を低減し、全反射減衰の
状態の変化量の測定精度を向上させることができる。ま
た、屈折率が既知である複数種類の参照試料液を用いて
測定された全反射減衰の状態の測定結果に基づいて、前
記測定チップの測定感度校正データを取得する場合であ
れば、正確な測定感度校正データを取得することがで
き、全反射減衰の状態の変化量の測定精度をさらに向上
させることができる。
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本発明の実施の形態の全反射減衰
を利用した測定装置は、複数の誘電体ブロックに光ビー
ムを並列的に入射させて全反射減衰の状態を検出する表
面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモン測定装置で
あり、図1は本発明の実施の形態の表面プラズモン測定
装置の概略構成を示す平面図であり、図2はこの表面プ
ラズモン測定装置の側面形状を示すものである。上記表
面プラズモン測定装置101は、複数の測定チップ9
A、9B、9C…と、光ビーム13A、13B、13C
…を発生する光源であるレーザ光源14A、14B、1
4C…と、上記光ビーム13A、13B、13C…をそ
れぞれの測定チップ9A、9B、9C…に対して、並列
的に入射させる光学系である入射光学系15A、15
B、15C…と、測定チップ9A、9B、9C…それぞ
れに対応させて配置され、各測定チップ9A、9B、9
C…で反射されたそれぞれの反射光ビーム13′A、1
3′B、13′C…を個別に受光するして光強度を検出
する光検出器17A、17B、17C…とを備え、上記
複数の入射光学系15A、15B、15C…が、これら
の測定チップ9A、9B、9C…に対して上記光ビーム
13A、13B、13C…を入射させる。この表面プラ
ズモン測定装置101は、さらに各測定チップ9A、9
B、9C…で反射された反射光ビーム13′A、13′
B、13′C…を入射してこの光ビーム13′A、1
3′B、13′C…を各光検出器17A、17B、17
C…に向けて射出するコリメーターレンズ16A、16
B、16C…と、各光検出器17A、17B、17C…
に接続された差動アンプアレイ18A、18B、18C
…と、ドライバ19A、19B、19C…と、コンピュ
ータシステム等からなる信号処理部20A、20B、2
0C…と、この信号処理部20A、20B、20C…に
接続された1つの表示手段21とを備えている。なお、
上記入射光学系15A、15B、15C…は、各誘電体
ブロック毎に配設され、光ビームをそれぞれの誘電体ブ
ロックに対して個別に入射させるものである。なお、信
号処理部20A、20B、20C…には、時間経過に伴
う全反射減衰角θSPの角度変化量を記憶し、所定時間
経過後の変化量が予め設定された所定値以上であるか否
かを判定し、前記所定時間経過後の全反射減衰角θSP
の角度変化量が予め設定された基準角度θR以上である
と判定された測定チップのみの測定感度校正データを取
得して、この測定感度校正データに基づいて、記憶され
た時間経過に伴う全反射減衰角θSPの角度変化量を校
正する変化量校正部8A、8B、8C…が内蔵されてい
る。上記1つの測定チップ、例えば測定チップ9Aに対
して供給された試料についての全反射減衰の状態の測定
は、レーザ光源14A、入射光学系15A、測定チップ
9A、コリメーターレンズ16A、光検出器17A、差
動アンプアレイ18A,ドライバ19A、信号処理部2
0A等から構成される表面プラズモン測定ユニット10
1Aによって行なわれる。以下、表面プラズモン測定装
置101を構成する、表面プラズモン測定ユニット10
1Aについて詳しく説明する。なお、以下の表面プラズ
モン測定ユニット101Aに関する説明については、個
別の要素を表す符号である、A、B、C…の符号は省略
する。また、表面プラズモン測定ユニット101B、1
01C、101D…の構成は、表面プラズモン測定ユニ
ット101Aの構成と同等であるので説明を省略する。
図2に示すように、測定チップ9は、四角錐の4つの稜
線が集まる頂角を含む一部分が切り取られ、かつこの四
角錐の底面に凹部10cが形成された形状の誘電体ブロ
ック10と、この誘電体ブロック10の一面(本実施の
形態では上面)である上記凹部10cの底面に形成され
た、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる薄膜層
である金属膜12とを有し、この金属膜12と誘電体ブ
ロック10との境界が界面10bとなっているものであ
る。この誘電体ブロック10は、例えば透明樹脂等から
なり、上記凹部10cは試料液11を貯える試料保持機
構として機能する。なお本例では、金属膜12の上にセ
ンシング物質30が固定されている。図示省略された試
料液供給部により滴下された試料液11は、凹部10c
内に保持される。なお、測定チップ9の誘電体ブロック
10は、図3に示すように、隣接する表面プラズモン測
定ユニットの測定チップの誘電体ブロックと一体的に構
成されたものであってもよい。この表面プラズモン測定
ユニット101は、上記測定チップ9に加えて、光ビー
ム13を発生する半導体レーザ等からなるレーザ光源1
4と、上記光ビーム13を測定チップ9に対して、誘電
体ブロック10と金属膜12との界面10b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で
ある入射光学系15と、上記界面10bで種々の反射角
で全反射されたそれぞれの反射光ビーム13′を入射し
てこの反射光ビーム13′を後述する光検出器17に向
けて射出するコリメーターレンズ16と、上記それぞれ
の反射光ビーム13′をコリメーターレンズ16を通し
て個別に受光する複数の受光素子からなる光検出器17
と、上記差動アンプアレイ18、ドライバ19、信号処
理部20、および表示手段21とを備えている。入射光
学系15は、レーザ光源14から射出された光ビーム1
3を平行光化するコリメーターレンズ15aと、この平
行光化された光ビーム13を上記界面10bに向けて収
束させる集光レンズ15bとから構成されている。光ビ
ーム13は、集光レンズ15bにより上述のように集光
されるので、界面10b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。そのため、界面10bで全
反射した反射光ビーム13′には、種々の反射角で全反
射された成分が含まれることになる。なお、上記入射光
学系15は、光ビーム13を界面10b上に点状に集光
させずにデフォーカス状態で入射させるように構成して
もよい。そのようにすれば、界面10b上のより広い領
域において光ビーム13が全反射されるので、全反射減
衰の状態の検出誤差が平均化されて全反射減衰角の測定
精度を高めることができる。なお光ビーム13は、界面
10bに対してp偏光で入射させる。そのようにするた
めには、予めレーザ光源14をその偏光方向が上記所定
の方向となるように配設すればよい。その他、光ビーム
13を界面10bに対してp偏光で入射させるには波長
板で光ビーム13の偏光の向きを制御するようにしても
よい。また、変化量校正部8は、後述する全反射減衰角
θSPの角度変化量を記憶する記憶部32と、所定時間
経過後の全反射減衰角θSPの角度変化量である最終角
度変化量θEが予め設定された基準角度θR以上である
か否かを判定する判定部33と、この判定部33により
最終角度変化量θEが予め設定された基準角度θR以上
であると判定された測定チップのみの測定感度校正デー
タを取得する校正データ取得部34と、この校正データ
取得部34で取得した測定感度校正データに基づいて、
記憶部32に記憶された全反射減衰角θSPの角度変化
量を校正する校正部35とを備えている。なお、校正デ
ータ取得部34には、測定チップの測定感度校正データ
を作成する際に使用する基準測定感度データが予め記憶
されている。以下、上記構成の表面プラズモン測定装置
を用いて行う測定動作について、説明する。まず最初に
試料液11に含まれる被検体がセンシング物質30と結
合する特定物質である可能性の有無を検出するスクリー
ニング動作について説明を行い、次にこのスクリーニン
グ動作により被検体がセンシング物質30と結合する特
定物質である可能性が有ると判定された場合に、その測
定チップの測定感度校正データを求め、測定結果に校正
処理を施す校正動作について説明を行う。図2に示す通
り、レーザ光源14から射出された光ビーム13は、入
射光学系15を通して、誘電体ブロック10と金属膜1
2との界面10b上に収束される。界面10b上に収束
され、この界面10bで全反射された反射光ビーム1
3′は、コリメーターレンズ16を通して光検出器17
によって検出される。光検出器17は、複数の受光素子
であるフォトダイオード17a、17b、17c…が1
列に並設されてなるフォトダイオードアレイを有し、こ
のフォトダイオードの並設方向が、図2の紙面に略平行
となるように、かつコリメーターレンズ16を通して平
行光化されて入射される反射光ビーム13′の伝播方向
に対して略直交するように配設されている。したがっ
て、上記界面10bにおいて種々の反射角で全反射され
た反射光ビーム13′の各成分を、それぞれ異なるフォ
トダイオード17a、17b、17c…が受光すること
になる。そして、光検出器17は、各フォトダイオード
17a、17b、17c…によって検出された上記反射
光ビーム13′の強度分布を示す信号を出力する。界面
10bに全反射減衰角θSPで入射した上記光ビーム1
3の成分は、金属膜12と試料液11との界面に表面プ
ラズモンを励起させるので、この光については反射光強
度が鋭く低下する。つまり上記特定入射角θSPが全反
射減衰角であり、この角度θSPにおいて反射光強度は
極小値を示す。この反射光強度が低下する領域は、図2
にDで示すように、反射光ビーム13′中の暗線として
観察される。次に、光検出器17から出力された上記反
射光ビーム13′の強度分布を示す信号の処理について
詳細に説明する。図4は、この表面プラズモン測定装置
の電気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記
ドライバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ
18a、18b、18c…の出力をサンプルホールドす
るサンプルホールド回路22a、22b、22c…、こ
れらのサンプルホールド回路22a、22b、22c…
の各出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチ
プレクサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に
入力するA/D変換器24、マルチプレクサ23とサン
プルホールド回路22a、22b、22c…とを駆動す
る駆動回路25、および信号処理部20からの指示に基
づいて駆動回路25の動作を制御するコントローラ26
から構成されている。上記フォトダイオード17a、1
7b、17c…の各出力は、差動アンプアレイ18の各
差動アンプ18a、18b、18c…に入力される。こ
の際、互いに隣接する2つのフォトダイオードの出力
が、共通の差動アンプに入力される。したがって各差動
アンプ18a、18b、18c…の出力は、複数のフォ
トダイオード17a、17b、17c…が出力する光検
出信号を、それらの並設方向に関して微分したものと考
えることができる。各差動アンプ18a、18b、18
c…の出力は、それぞれサンプルホールド回路22a、
22b、22c…により所定のタイミングでサンプルホ
ールドされ、マルチプレクサ23に入力される。マルチ
プレクサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ
18a、18b、18c…の出力を、所定の順序に従っ
てA/D変換器24に入力する。A/D変換器24はこ
れらの出力をデジタル化して信号処理部20に入力す
る。図5は、界面10bで全反射された反射光ビーム1
3′の上記界面10bへの入射角θ毎の光強度と、差動
アンプ18a、18b、18c…の出力との関係を説明
するものである。ここで、光ビーム13の界面10bへ
の入射角θと上記反射光ビーム13′の光強度Iとの関
係は、同図(1)のグラフに示すようなものであるとす
る。すなわち、界面10bに特定入射角θSPで入射し
た光は、金属膜12と試料液11との界面に表面プラズ
モンを励起させるので、この光については反射光強度I
が鋭く低下する。つまりθSPが全反射減衰角である。
また図5の(2)は、フォトダイオード17a、17
b、17c…の並設方向を示しており、先に説明した通
り、これらのフォトダイオード17a、17b、17c
…の並設方向位置は上記入射角θと一義的に対応してい
る。そしてフォトダイオード17a、17b、17c…
の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ18
a、18b、18c…の出力I’(反射光強度Iの微分
値)との関係は、同図(3)に示すようなものとなる。
信号処理部20は、A/D変換器24から入力された微
分値I’の値に基づいて、差動アンプ18a、18b、
18c…の中から、微分値として正の値を有し、かつ特
定入射角θSPに対応する微分値I’=0に最も近い出
力が得られているもの(図5(3)の例では差動アンプ
18eとなる)と、微分値として負の値を有し、かつ特
定入射角θSPに対応する微分値I’=0に最も近い出
力が得られているもの(図5(3)の例では差動アンプ
18dとなる)を選択し、それらの差動アンプが出力す
る微分値に基づいて、全反射減衰角θSPを算出する。
なお、場合によっては微分値I’=0を出力している差
動アンプが存在することもあり、そのときはその差動ア
ンプに基づいて全反射減衰角θSPを算出する。以後、
所定時間が経過する毎に上記と同様な動作を繰り返し、
全反射減衰角θSPを算出し、測定開始時からの角度変
化量を求め、記憶部32に記憶し、また表示手段21に
表示する。この全反射減衰角θSPは、測定チップの金
属膜12に接している物質の誘電率つまりは屈折率が変
化して、図5の(1)の曲線部によって示される光強度
極小領域が左右方向に移動すると、それに応じて変動す
る。したがって、この全反射減衰角θSPの角度変化量
を時間の経過とともに測定し続けることにより、金属膜
12に接しているセンシング物質の屈折率変化を調べる
ことができる。すなわち、測定開始時に求めた全反射減
衰角θSPと、測定終了時に求めた全反射減衰角θSP
の差を最終角度変化量θEとすると、試料液11中に存
在する被検体が、センシング物質30と結合しなけれ
ば、センシング物質30の屈折率に変化が生じることは
なく最終角度変化量θE≒0となる。一方、試料液11
中に存在する被検体が、センシング物質30と結合する
特定物質であれば、それらの結合状態に応じてセンシン
グ物質30の屈折率が変化するので、最終角度変化量θ
E>0となる。信号処理部20の判定部33では、測定
終了後に、最終角度変化量θEが予め設定されている基
準角度θRより大きいか否かを判定する。最終角度変化
量θEが予め設定されている基準角度θR以下である場
合には、記憶部32に記憶されている所定時間毎の全反
射減衰角θSPの角度変化量の測定結果を破棄する。最
終角度変化量θEが予め設定されている基準角度θRよ
り大きい場合には、試料液11に含まれる被検体がセン
シング物質30と結合する特定物質であると判定する。
なお基準角度θRは個々の測定チップの測定感度のバラ
ツキを考慮し、試料液11に含まれる被検体がセンシン
グ物質30と結合する特定物質である可能性がある場合
には、被検体がセンシング物質30と結合する特定物質
であると判定するように設定されている。ここで、説明
の順序が前後するが、校正データ取得部34に記憶され
る基準測定感度データの説明を行う。上記のように、全
反射減衰角θSPは、通常は測定により求めるが、測定
チップ9の誘電体ブロック10の屈折率や形状および金
属膜12の屈折率や厚さ、試料液11の屈折率等の必要
なデータが揃えば、計算により求めることができる。本
実施例においては、予め、所望量のセンシング物質30
が固定された理想的な測定チップ、すなわち製造仕様に
一致する測定チップに、5種類の屈折率既知の参照液3
1a(屈折率1.1)、31b(屈折率1.2)、31
c(屈折率1.3)、31d(屈折率1.4)および3
1e(屈折率1.5)を滴下した場合の全反射減衰角θ
SPを計算により算出し、図6に実線で示すような基準
測定感度データを作成し、校正データ取得部34に記憶
しておく。次に、上記スクリーニング動作により、試料
液11に含まれる被検体がセンシング物質30と結合す
る特定物質であると判定された場合に行われる校正動作
について説明する。なお、上記スクリーニング動作によ
り、試料液11に含まれる被検体がセンシング物質30
と結合する特定物質ではないと判定された測定チップに
関しては、以下に説明される校正動作は行われることは
ない。まず、基準測定感度データ作成の際に使用された
5種類の屈折率と同じ屈折率を有する5種類の参照液3
1a、31b、31c、31dおよび31eを準備す
る。被検体がセンシング物質30と結合する特定物質で
あると判定された測定チップ9の試料液11を捨て、洗
浄および被検体除去を行う。センシング物質30のみが
残された測定チップ9の凹部10cに、まず参照液31
aを滴下し、上記スクリーニング動作時と同様の動作に
より、全反射減衰角θSPを測定する。その後参照液3
1aを捨て洗浄を行い、参照液31bを滴下し、同様に
全反射減衰角θSPを測定する。同様に参照液31c、
31dおよび31eを滴下した際の全反射減衰角θSP
も測定する。これらの測定結果は、信号処理部20の校
正データ取得部34に出力される。校正データ取得部3
4では、このようにして取得された全反射減衰角θSP
の測定結果から、例えば図6に点線で示すような、この
誘電体ブロック10を用いた場合の参照液の屈折率と、
全反射減衰角θSPの関係である参照測定感度データが
得られる。校正データ取得部34では、上述の基準測定
感度データとこの参照測定感度データを用いて、測定チ
ップ9の測定感度校正データを算出する。校正部35で
は、校正データ取得部34で作成されたこの測定感度校
正データに基づいて、上述したスクリーニング動作時に
記憶した測定結果を校正し、時間経過に伴う全反射減衰
角θSPの校正角度変化量を算出する。この校正角度変
化量に基づいて、被検体のセンシング物質30への結合
量の算出あるいは結合速度の算出等を行う。以上の説明
で明かなように、本実施の形態においては、測定終了時
の全反射減衰の状態の変化量である最終角度変化量θE
が、予め設定された基準角度θR以上である場合にの
み、その測定チップの測定感度校正データを取得し、こ
の測定感度校正データに基づいて時間経過伴う全反射減
衰角θSPの角度変化量を校正するため、予め全ての測
定チップの測定感度校正データを取得しておく必要はな
く、測定効率が低下することはない。また、最終角度変
化量θEが、予め設定された基準角度θR以上であり、
試料液中の被検体がセンシング物質と結合する特定物質
であると判定された場合には、その測定チップの測定感
度校正データを取得して、その測定感度校正データを用
いて時間経過に伴う全反射減衰角θSPの角度変化量を
校正するため、測定精度を向上させることができる。す
なわち、本発明は、測定効率を低下させることなく、個
々の測定チップ間の測定感度のバラツキの影響を低減
し、全反射減衰の状態の変化量の測定精度を向上させる
ことができる。また、屈折率が既知である複数種類の参
照試料液を用いて測定された全反射減衰角θSPの角度
の測定結果に基づいて、測定チップの測定感度校正デー
タを取得するので、正確な測定感度校正データを取得す
ることができ、全反射減衰の状態の変化量の測定精度を
さらに向上させることができる。なお、本実施の形態に
おいては、実際に測定を行う表面プラズモン測定装置の
測定部位において、測定チップの参照測定感度データを
取得したが、これに限定されるものではなく、他の表面
プラズモン測定装置を準備して、参照測定感度データを
取得してもよい。また、本実施の形態においては、計算
により求めた基準測定感度データと参照測定感度データ
とに基づいて、測定チップの測定感度校正データを算出
したが、これに限定されるものではなく、例えば予め準
備された基準測定チップを用いて実際に測定を行って基
準測定感度データを取得してもよい。あるいは、予め複
数個の基準測定チップを用いて測定感度データを求め、
その平均値に基づいてを基準測定感度データを取得して
もよい。なお、基準測定チップを予め準備する場合であ
れば、基準測定感度データおよび参照測定感度データを
取得する際の、参照液は、必ずしも屈折率が既知である
必要はなく、屈折率が異なる複数種類の参照液、例えば
濃度が異なる試料液の溶媒等からなる参照液を用いるこ
とができる。なお、本実施の形態の変型例として、セン
シング物質30と金属膜12の間に保護膜等の他の薄膜
層を有する測定チップを使用するものも考えられ、この
ような場合であっても、本実施の形態における校正動作
を行うことにより、この保護膜などの厚さのバラツキに
起因する感度誤差を校正することができる。また、基準
測定感度データの取得および参照測定感度データの取得
を、センシング物質を除去した状態で行ってもよく、こ
の場合にはセンシング物質の厚さのバラツキによる感度
誤差を校正することはできないが、金属膜12の厚さの
バラツキによる感度誤差はより精度良く校正することが
できる。また、校正精度は若干低下するが、被検体の除
去が困難である場合等には、被検体を除去せずに参照測
定感度データを取得してもよい。また、1組の表面プラ
ズモン測定ユニットのみから構成される全反射減衰を利
用した測定装置またはターンテーブル等に搭載された複
数個の測定チップの測定を順次行う形態の全反射減衰を
利用した測定装置等においても、同様の効果を得ること
ができる。次に図7を参照して本発明の第2の実施の形
態である漏洩モード測定装置について説明する。本実施
の形態による漏洩モード測定装置の全体形状は、図1に
示す第1の実施の形態で示した表面プラズモン装置と同
様である。各表面プラズモン測定ユニットにおいて、一
部の構成を変更することにより漏洩モード測定ユニット
とすることができる。以下、図面を用いて説明する。図
7は、漏洩モード測定ユニットの側面形状を示す図であ
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。この漏洩モード測定ユニット
でも測定チップ9を用いるように構成されている。この
測定チップ9の上面に形成された凹部10cの底面には
クラッド層40が形成され、さらにその上には光導波層
41が形成されている。これらクラッド層40と光導波
層41とによって薄膜層が形成されている。誘電体ブロ
ック10は、例えば合成樹脂やBK7等の光学ガラスを
用いて形成されている。一方クラッド層40は、誘電体
ブロック10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41は、
クラッド層40よりも高屈折率の誘電体、例えばPMM
Aを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層
40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41の膜厚は、例えばPMMAから形
成する場合で700nm程度とされる。上記構成の漏洩
モード測定装置において、レーザ光源14から射出され
た光ビーム13を誘電体ブロック10を通してクラッド
層40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13の多くの成分が誘電体ブロック10とク
ラッド層40との界面10bで全反射するが、クラッド
層40を透過して光導波層41に特定入射角で入射した
特定波数の光は、該光導波層41を導波モードで伝搬さ
れるようになる。こうして導波モードが励起されると、
特定入射角で入射した入射光のほとんどが光導波層41
に取り込まれるので、上記界面10bに特定入射角で入
射し、全反射された光の強度が鋭く低下する全反射減衰
が生じる。光導波層41における導波光の波数は、該光
導波層41上の試料液11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である全反射減衰角θ
S Pの角度変化量を知ることによって、試料液11中の
被検体がセンシング物質30と結合する特定物質である
か否かを判定することができる。なお、本実施形態にお
いても、変化量校正部8において、スクリーニング動作
により試料液11中の被検体がセンシング物質30と結
合する特定物質であると判定された場合に、その測定チ
ップの測定感度校正データを測定し、時間経過に伴う全
反射減衰角θSPの角度変化量を校正するため、第1の
実施形態と同様に、測定効率を低下させることなく、個
々の測定チップ間の測定感度のバラツキの影響を低減
し、全反射減衰の状態の変化量の測定精度を向上させる
ことができる。次に図8を参照して本発明の第3の実施
の形態である表面プラズモン測定装置について説明す
る。本実施の形態による表面プラズモン測定装置の全体
形状は、図1に示す第1の実施の形態で示した表面プラ
ズモン装置と同様である。本実施の形態の表面プラズモ
ンセンサーは、上記第1の実施の形態の表面プラズモン
測定装置と比べ測定方法を変更したものである。なおこ
の図8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。図8は、表面プラズモン測定ユニットの
側面形状を示す図である。本実施の形態の表面プラズモ
ン測定ユニットの測定位置には、レーザ光源50 とC
CD50 が配設されており、レーザ光源50とCCD
51との間には、コリメータレンズ52、干渉光学系5
3、集光レンズ54およびアパーチャー55が配設され
ている。上記干渉光学系53は、偏光フィルタ61、ハ
ーフミラー62、ハーフミラー63およびミラー64に
より構成されている。さらに、CCD51はコンピュー
タシステム等からなる信号処理部65と、この信号処理
部65に接続された表示手段21とを備えている。な
お、信号処理部65には、変化量校正部8を備えてい
る。以下、本実施の形態の表面プラズモンセンサーにお
ける測定動作について説明する。レーザ光源50が駆動
されて光ビーム70が発散光の状態で出射される。この
光ビーム70はコリメータレンズ52により平行光化さ
れて偏光フィルタ61に入射する。偏光フィルタ61を
透過して界面12aに対してp偏光で入射するようにさ
れた光ビーム70は、ハーフミラー62により一部がレ
ファレンス光ビーム7070Rとして分割され、ハーフ
ミラー62を透過した残りの光ビーム70Sは界面12
aに入射する。界面12aで全反射した光ビーム70S
およびミラー64で反射したレファレンス光ビーム70
Rはハーフミラー63に入射して合成される。合成され
た光ビーム70’は集光レンズ64により集光され、ア
パーチャー55を通過してCCD51によって検出され
る。このとき、CCD51で検出される光ビーム70’
は、光ビーム70Sとレファレンス光ビーム70Rとの
干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。ここで、金属
膜12の表面に固定されているセンシング物質30が、
試料液11中の被検体と結合するものであるか否か、す
なわち被検体がセンシング物質と結合する特定物質であ
るか否かを、試料液11を滴下後から継続的に測定を行
い、CCD51により検出される干渉縞の変化を検出す
ることにより、判定することができる。すなわち、上記
試料液11中の被検体とセンシング物質30との結合状
態に応じてセンシング物質30の屈折率が変化するた
め、界面12aで全反射した光ビーム70Sおよびレフ
ァレンス光ビーム70Rがハーフミラー63により合成
される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の
変化に応じて結合反応の有無を検出することができる。
信号処理手段65は、以上の原理に基づいて上記反応の
有無を検出し、その結果が表示部21に表示される。ま
た、本実施の形態においても、変化量校正部8におい
て、スクリーニング動作により試料液11中の被検体が
センシング物質30と結合する特定物質であると判定さ
れた場合に、その測定チップの測定感度校正データを測
定し、時間経過に伴う全反射減衰角θSPの角度変化量
を校正するため、第1の実施形態と同様に、測定効率を
低下させることなく、個々の測定チップ間の測定感度の
バラツキの影響を低減し、全反射減衰の状態の変化量の
測定精度を向上させることができる。
を参照して説明する。本発明の実施の形態の全反射減衰
を利用した測定装置は、複数の誘電体ブロックに光ビー
ムを並列的に入射させて全反射減衰の状態を検出する表
面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモン測定装置で
あり、図1は本発明の実施の形態の表面プラズモン測定
装置の概略構成を示す平面図であり、図2はこの表面プ
ラズモン測定装置の側面形状を示すものである。上記表
面プラズモン測定装置101は、複数の測定チップ9
A、9B、9C…と、光ビーム13A、13B、13C
…を発生する光源であるレーザ光源14A、14B、1
4C…と、上記光ビーム13A、13B、13C…をそ
れぞれの測定チップ9A、9B、9C…に対して、並列
的に入射させる光学系である入射光学系15A、15
B、15C…と、測定チップ9A、9B、9C…それぞ
れに対応させて配置され、各測定チップ9A、9B、9
C…で反射されたそれぞれの反射光ビーム13′A、1
3′B、13′C…を個別に受光するして光強度を検出
する光検出器17A、17B、17C…とを備え、上記
複数の入射光学系15A、15B、15C…が、これら
の測定チップ9A、9B、9C…に対して上記光ビーム
13A、13B、13C…を入射させる。この表面プラ
ズモン測定装置101は、さらに各測定チップ9A、9
B、9C…で反射された反射光ビーム13′A、13′
B、13′C…を入射してこの光ビーム13′A、1
3′B、13′C…を各光検出器17A、17B、17
C…に向けて射出するコリメーターレンズ16A、16
B、16C…と、各光検出器17A、17B、17C…
に接続された差動アンプアレイ18A、18B、18C
…と、ドライバ19A、19B、19C…と、コンピュ
ータシステム等からなる信号処理部20A、20B、2
0C…と、この信号処理部20A、20B、20C…に
接続された1つの表示手段21とを備えている。なお、
上記入射光学系15A、15B、15C…は、各誘電体
ブロック毎に配設され、光ビームをそれぞれの誘電体ブ
ロックに対して個別に入射させるものである。なお、信
号処理部20A、20B、20C…には、時間経過に伴
う全反射減衰角θSPの角度変化量を記憶し、所定時間
経過後の変化量が予め設定された所定値以上であるか否
かを判定し、前記所定時間経過後の全反射減衰角θSP
の角度変化量が予め設定された基準角度θR以上である
と判定された測定チップのみの測定感度校正データを取
得して、この測定感度校正データに基づいて、記憶され
た時間経過に伴う全反射減衰角θSPの角度変化量を校
正する変化量校正部8A、8B、8C…が内蔵されてい
る。上記1つの測定チップ、例えば測定チップ9Aに対
して供給された試料についての全反射減衰の状態の測定
は、レーザ光源14A、入射光学系15A、測定チップ
9A、コリメーターレンズ16A、光検出器17A、差
動アンプアレイ18A,ドライバ19A、信号処理部2
0A等から構成される表面プラズモン測定ユニット10
1Aによって行なわれる。以下、表面プラズモン測定装
置101を構成する、表面プラズモン測定ユニット10
1Aについて詳しく説明する。なお、以下の表面プラズ
モン測定ユニット101Aに関する説明については、個
別の要素を表す符号である、A、B、C…の符号は省略
する。また、表面プラズモン測定ユニット101B、1
01C、101D…の構成は、表面プラズモン測定ユニ
ット101Aの構成と同等であるので説明を省略する。
図2に示すように、測定チップ9は、四角錐の4つの稜
線が集まる頂角を含む一部分が切り取られ、かつこの四
角錐の底面に凹部10cが形成された形状の誘電体ブロ
ック10と、この誘電体ブロック10の一面(本実施の
形態では上面)である上記凹部10cの底面に形成され
た、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる薄膜層
である金属膜12とを有し、この金属膜12と誘電体ブ
ロック10との境界が界面10bとなっているものであ
る。この誘電体ブロック10は、例えば透明樹脂等から
なり、上記凹部10cは試料液11を貯える試料保持機
構として機能する。なお本例では、金属膜12の上にセ
ンシング物質30が固定されている。図示省略された試
料液供給部により滴下された試料液11は、凹部10c
内に保持される。なお、測定チップ9の誘電体ブロック
10は、図3に示すように、隣接する表面プラズモン測
定ユニットの測定チップの誘電体ブロックと一体的に構
成されたものであってもよい。この表面プラズモン測定
ユニット101は、上記測定チップ9に加えて、光ビー
ム13を発生する半導体レーザ等からなるレーザ光源1
4と、上記光ビーム13を測定チップ9に対して、誘電
体ブロック10と金属膜12との界面10b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で
ある入射光学系15と、上記界面10bで種々の反射角
で全反射されたそれぞれの反射光ビーム13′を入射し
てこの反射光ビーム13′を後述する光検出器17に向
けて射出するコリメーターレンズ16と、上記それぞれ
の反射光ビーム13′をコリメーターレンズ16を通し
て個別に受光する複数の受光素子からなる光検出器17
と、上記差動アンプアレイ18、ドライバ19、信号処
理部20、および表示手段21とを備えている。入射光
学系15は、レーザ光源14から射出された光ビーム1
3を平行光化するコリメーターレンズ15aと、この平
行光化された光ビーム13を上記界面10bに向けて収
束させる集光レンズ15bとから構成されている。光ビ
ーム13は、集光レンズ15bにより上述のように集光
されるので、界面10b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。そのため、界面10bで全
反射した反射光ビーム13′には、種々の反射角で全反
射された成分が含まれることになる。なお、上記入射光
学系15は、光ビーム13を界面10b上に点状に集光
させずにデフォーカス状態で入射させるように構成して
もよい。そのようにすれば、界面10b上のより広い領
域において光ビーム13が全反射されるので、全反射減
衰の状態の検出誤差が平均化されて全反射減衰角の測定
精度を高めることができる。なお光ビーム13は、界面
10bに対してp偏光で入射させる。そのようにするた
めには、予めレーザ光源14をその偏光方向が上記所定
の方向となるように配設すればよい。その他、光ビーム
13を界面10bに対してp偏光で入射させるには波長
板で光ビーム13の偏光の向きを制御するようにしても
よい。また、変化量校正部8は、後述する全反射減衰角
θSPの角度変化量を記憶する記憶部32と、所定時間
経過後の全反射減衰角θSPの角度変化量である最終角
度変化量θEが予め設定された基準角度θR以上である
か否かを判定する判定部33と、この判定部33により
最終角度変化量θEが予め設定された基準角度θR以上
であると判定された測定チップのみの測定感度校正デー
タを取得する校正データ取得部34と、この校正データ
取得部34で取得した測定感度校正データに基づいて、
記憶部32に記憶された全反射減衰角θSPの角度変化
量を校正する校正部35とを備えている。なお、校正デ
ータ取得部34には、測定チップの測定感度校正データ
を作成する際に使用する基準測定感度データが予め記憶
されている。以下、上記構成の表面プラズモン測定装置
を用いて行う測定動作について、説明する。まず最初に
試料液11に含まれる被検体がセンシング物質30と結
合する特定物質である可能性の有無を検出するスクリー
ニング動作について説明を行い、次にこのスクリーニン
グ動作により被検体がセンシング物質30と結合する特
定物質である可能性が有ると判定された場合に、その測
定チップの測定感度校正データを求め、測定結果に校正
処理を施す校正動作について説明を行う。図2に示す通
り、レーザ光源14から射出された光ビーム13は、入
射光学系15を通して、誘電体ブロック10と金属膜1
2との界面10b上に収束される。界面10b上に収束
され、この界面10bで全反射された反射光ビーム1
3′は、コリメーターレンズ16を通して光検出器17
によって検出される。光検出器17は、複数の受光素子
であるフォトダイオード17a、17b、17c…が1
列に並設されてなるフォトダイオードアレイを有し、こ
のフォトダイオードの並設方向が、図2の紙面に略平行
となるように、かつコリメーターレンズ16を通して平
行光化されて入射される反射光ビーム13′の伝播方向
に対して略直交するように配設されている。したがっ
て、上記界面10bにおいて種々の反射角で全反射され
た反射光ビーム13′の各成分を、それぞれ異なるフォ
トダイオード17a、17b、17c…が受光すること
になる。そして、光検出器17は、各フォトダイオード
17a、17b、17c…によって検出された上記反射
光ビーム13′の強度分布を示す信号を出力する。界面
10bに全反射減衰角θSPで入射した上記光ビーム1
3の成分は、金属膜12と試料液11との界面に表面プ
ラズモンを励起させるので、この光については反射光強
度が鋭く低下する。つまり上記特定入射角θSPが全反
射減衰角であり、この角度θSPにおいて反射光強度は
極小値を示す。この反射光強度が低下する領域は、図2
にDで示すように、反射光ビーム13′中の暗線として
観察される。次に、光検出器17から出力された上記反
射光ビーム13′の強度分布を示す信号の処理について
詳細に説明する。図4は、この表面プラズモン測定装置
の電気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記
ドライバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ
18a、18b、18c…の出力をサンプルホールドす
るサンプルホールド回路22a、22b、22c…、こ
れらのサンプルホールド回路22a、22b、22c…
の各出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチ
プレクサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に
入力するA/D変換器24、マルチプレクサ23とサン
プルホールド回路22a、22b、22c…とを駆動す
る駆動回路25、および信号処理部20からの指示に基
づいて駆動回路25の動作を制御するコントローラ26
から構成されている。上記フォトダイオード17a、1
7b、17c…の各出力は、差動アンプアレイ18の各
差動アンプ18a、18b、18c…に入力される。こ
の際、互いに隣接する2つのフォトダイオードの出力
が、共通の差動アンプに入力される。したがって各差動
アンプ18a、18b、18c…の出力は、複数のフォ
トダイオード17a、17b、17c…が出力する光検
出信号を、それらの並設方向に関して微分したものと考
えることができる。各差動アンプ18a、18b、18
c…の出力は、それぞれサンプルホールド回路22a、
22b、22c…により所定のタイミングでサンプルホ
ールドされ、マルチプレクサ23に入力される。マルチ
プレクサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ
18a、18b、18c…の出力を、所定の順序に従っ
てA/D変換器24に入力する。A/D変換器24はこ
れらの出力をデジタル化して信号処理部20に入力す
る。図5は、界面10bで全反射された反射光ビーム1
3′の上記界面10bへの入射角θ毎の光強度と、差動
アンプ18a、18b、18c…の出力との関係を説明
するものである。ここで、光ビーム13の界面10bへ
の入射角θと上記反射光ビーム13′の光強度Iとの関
係は、同図(1)のグラフに示すようなものであるとす
る。すなわち、界面10bに特定入射角θSPで入射し
た光は、金属膜12と試料液11との界面に表面プラズ
モンを励起させるので、この光については反射光強度I
が鋭く低下する。つまりθSPが全反射減衰角である。
また図5の(2)は、フォトダイオード17a、17
b、17c…の並設方向を示しており、先に説明した通
り、これらのフォトダイオード17a、17b、17c
…の並設方向位置は上記入射角θと一義的に対応してい
る。そしてフォトダイオード17a、17b、17c…
の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ18
a、18b、18c…の出力I’(反射光強度Iの微分
値)との関係は、同図(3)に示すようなものとなる。
信号処理部20は、A/D変換器24から入力された微
分値I’の値に基づいて、差動アンプ18a、18b、
18c…の中から、微分値として正の値を有し、かつ特
定入射角θSPに対応する微分値I’=0に最も近い出
力が得られているもの(図5(3)の例では差動アンプ
18eとなる)と、微分値として負の値を有し、かつ特
定入射角θSPに対応する微分値I’=0に最も近い出
力が得られているもの(図5(3)の例では差動アンプ
18dとなる)を選択し、それらの差動アンプが出力す
る微分値に基づいて、全反射減衰角θSPを算出する。
なお、場合によっては微分値I’=0を出力している差
動アンプが存在することもあり、そのときはその差動ア
ンプに基づいて全反射減衰角θSPを算出する。以後、
所定時間が経過する毎に上記と同様な動作を繰り返し、
全反射減衰角θSPを算出し、測定開始時からの角度変
化量を求め、記憶部32に記憶し、また表示手段21に
表示する。この全反射減衰角θSPは、測定チップの金
属膜12に接している物質の誘電率つまりは屈折率が変
化して、図5の(1)の曲線部によって示される光強度
極小領域が左右方向に移動すると、それに応じて変動す
る。したがって、この全反射減衰角θSPの角度変化量
を時間の経過とともに測定し続けることにより、金属膜
12に接しているセンシング物質の屈折率変化を調べる
ことができる。すなわち、測定開始時に求めた全反射減
衰角θSPと、測定終了時に求めた全反射減衰角θSP
の差を最終角度変化量θEとすると、試料液11中に存
在する被検体が、センシング物質30と結合しなけれ
ば、センシング物質30の屈折率に変化が生じることは
なく最終角度変化量θE≒0となる。一方、試料液11
中に存在する被検体が、センシング物質30と結合する
特定物質であれば、それらの結合状態に応じてセンシン
グ物質30の屈折率が変化するので、最終角度変化量θ
E>0となる。信号処理部20の判定部33では、測定
終了後に、最終角度変化量θEが予め設定されている基
準角度θRより大きいか否かを判定する。最終角度変化
量θEが予め設定されている基準角度θR以下である場
合には、記憶部32に記憶されている所定時間毎の全反
射減衰角θSPの角度変化量の測定結果を破棄する。最
終角度変化量θEが予め設定されている基準角度θRよ
り大きい場合には、試料液11に含まれる被検体がセン
シング物質30と結合する特定物質であると判定する。
なお基準角度θRは個々の測定チップの測定感度のバラ
ツキを考慮し、試料液11に含まれる被検体がセンシン
グ物質30と結合する特定物質である可能性がある場合
には、被検体がセンシング物質30と結合する特定物質
であると判定するように設定されている。ここで、説明
の順序が前後するが、校正データ取得部34に記憶され
る基準測定感度データの説明を行う。上記のように、全
反射減衰角θSPは、通常は測定により求めるが、測定
チップ9の誘電体ブロック10の屈折率や形状および金
属膜12の屈折率や厚さ、試料液11の屈折率等の必要
なデータが揃えば、計算により求めることができる。本
実施例においては、予め、所望量のセンシング物質30
が固定された理想的な測定チップ、すなわち製造仕様に
一致する測定チップに、5種類の屈折率既知の参照液3
1a(屈折率1.1)、31b(屈折率1.2)、31
c(屈折率1.3)、31d(屈折率1.4)および3
1e(屈折率1.5)を滴下した場合の全反射減衰角θ
SPを計算により算出し、図6に実線で示すような基準
測定感度データを作成し、校正データ取得部34に記憶
しておく。次に、上記スクリーニング動作により、試料
液11に含まれる被検体がセンシング物質30と結合す
る特定物質であると判定された場合に行われる校正動作
について説明する。なお、上記スクリーニング動作によ
り、試料液11に含まれる被検体がセンシング物質30
と結合する特定物質ではないと判定された測定チップに
関しては、以下に説明される校正動作は行われることは
ない。まず、基準測定感度データ作成の際に使用された
5種類の屈折率と同じ屈折率を有する5種類の参照液3
1a、31b、31c、31dおよび31eを準備す
る。被検体がセンシング物質30と結合する特定物質で
あると判定された測定チップ9の試料液11を捨て、洗
浄および被検体除去を行う。センシング物質30のみが
残された測定チップ9の凹部10cに、まず参照液31
aを滴下し、上記スクリーニング動作時と同様の動作に
より、全反射減衰角θSPを測定する。その後参照液3
1aを捨て洗浄を行い、参照液31bを滴下し、同様に
全反射減衰角θSPを測定する。同様に参照液31c、
31dおよび31eを滴下した際の全反射減衰角θSP
も測定する。これらの測定結果は、信号処理部20の校
正データ取得部34に出力される。校正データ取得部3
4では、このようにして取得された全反射減衰角θSP
の測定結果から、例えば図6に点線で示すような、この
誘電体ブロック10を用いた場合の参照液の屈折率と、
全反射減衰角θSPの関係である参照測定感度データが
得られる。校正データ取得部34では、上述の基準測定
感度データとこの参照測定感度データを用いて、測定チ
ップ9の測定感度校正データを算出する。校正部35で
は、校正データ取得部34で作成されたこの測定感度校
正データに基づいて、上述したスクリーニング動作時に
記憶した測定結果を校正し、時間経過に伴う全反射減衰
角θSPの校正角度変化量を算出する。この校正角度変
化量に基づいて、被検体のセンシング物質30への結合
量の算出あるいは結合速度の算出等を行う。以上の説明
で明かなように、本実施の形態においては、測定終了時
の全反射減衰の状態の変化量である最終角度変化量θE
が、予め設定された基準角度θR以上である場合にの
み、その測定チップの測定感度校正データを取得し、こ
の測定感度校正データに基づいて時間経過伴う全反射減
衰角θSPの角度変化量を校正するため、予め全ての測
定チップの測定感度校正データを取得しておく必要はな
く、測定効率が低下することはない。また、最終角度変
化量θEが、予め設定された基準角度θR以上であり、
試料液中の被検体がセンシング物質と結合する特定物質
であると判定された場合には、その測定チップの測定感
度校正データを取得して、その測定感度校正データを用
いて時間経過に伴う全反射減衰角θSPの角度変化量を
校正するため、測定精度を向上させることができる。す
なわち、本発明は、測定効率を低下させることなく、個
々の測定チップ間の測定感度のバラツキの影響を低減
し、全反射減衰の状態の変化量の測定精度を向上させる
ことができる。また、屈折率が既知である複数種類の参
照試料液を用いて測定された全反射減衰角θSPの角度
の測定結果に基づいて、測定チップの測定感度校正デー
タを取得するので、正確な測定感度校正データを取得す
ることができ、全反射減衰の状態の変化量の測定精度を
さらに向上させることができる。なお、本実施の形態に
おいては、実際に測定を行う表面プラズモン測定装置の
測定部位において、測定チップの参照測定感度データを
取得したが、これに限定されるものではなく、他の表面
プラズモン測定装置を準備して、参照測定感度データを
取得してもよい。また、本実施の形態においては、計算
により求めた基準測定感度データと参照測定感度データ
とに基づいて、測定チップの測定感度校正データを算出
したが、これに限定されるものではなく、例えば予め準
備された基準測定チップを用いて実際に測定を行って基
準測定感度データを取得してもよい。あるいは、予め複
数個の基準測定チップを用いて測定感度データを求め、
その平均値に基づいてを基準測定感度データを取得して
もよい。なお、基準測定チップを予め準備する場合であ
れば、基準測定感度データおよび参照測定感度データを
取得する際の、参照液は、必ずしも屈折率が既知である
必要はなく、屈折率が異なる複数種類の参照液、例えば
濃度が異なる試料液の溶媒等からなる参照液を用いるこ
とができる。なお、本実施の形態の変型例として、セン
シング物質30と金属膜12の間に保護膜等の他の薄膜
層を有する測定チップを使用するものも考えられ、この
ような場合であっても、本実施の形態における校正動作
を行うことにより、この保護膜などの厚さのバラツキに
起因する感度誤差を校正することができる。また、基準
測定感度データの取得および参照測定感度データの取得
を、センシング物質を除去した状態で行ってもよく、こ
の場合にはセンシング物質の厚さのバラツキによる感度
誤差を校正することはできないが、金属膜12の厚さの
バラツキによる感度誤差はより精度良く校正することが
できる。また、校正精度は若干低下するが、被検体の除
去が困難である場合等には、被検体を除去せずに参照測
定感度データを取得してもよい。また、1組の表面プラ
ズモン測定ユニットのみから構成される全反射減衰を利
用した測定装置またはターンテーブル等に搭載された複
数個の測定チップの測定を順次行う形態の全反射減衰を
利用した測定装置等においても、同様の効果を得ること
ができる。次に図7を参照して本発明の第2の実施の形
態である漏洩モード測定装置について説明する。本実施
の形態による漏洩モード測定装置の全体形状は、図1に
示す第1の実施の形態で示した表面プラズモン装置と同
様である。各表面プラズモン測定ユニットにおいて、一
部の構成を変更することにより漏洩モード測定ユニット
とすることができる。以下、図面を用いて説明する。図
7は、漏洩モード測定ユニットの側面形状を示す図であ
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。この漏洩モード測定ユニット
でも測定チップ9を用いるように構成されている。この
測定チップ9の上面に形成された凹部10cの底面には
クラッド層40が形成され、さらにその上には光導波層
41が形成されている。これらクラッド層40と光導波
層41とによって薄膜層が形成されている。誘電体ブロ
ック10は、例えば合成樹脂やBK7等の光学ガラスを
用いて形成されている。一方クラッド層40は、誘電体
ブロック10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41は、
クラッド層40よりも高屈折率の誘電体、例えばPMM
Aを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層
40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41の膜厚は、例えばPMMAから形
成する場合で700nm程度とされる。上記構成の漏洩
モード測定装置において、レーザ光源14から射出され
た光ビーム13を誘電体ブロック10を通してクラッド
層40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13の多くの成分が誘電体ブロック10とク
ラッド層40との界面10bで全反射するが、クラッド
層40を透過して光導波層41に特定入射角で入射した
特定波数の光は、該光導波層41を導波モードで伝搬さ
れるようになる。こうして導波モードが励起されると、
特定入射角で入射した入射光のほとんどが光導波層41
に取り込まれるので、上記界面10bに特定入射角で入
射し、全反射された光の強度が鋭く低下する全反射減衰
が生じる。光導波層41における導波光の波数は、該光
導波層41上の試料液11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である全反射減衰角θ
S Pの角度変化量を知ることによって、試料液11中の
被検体がセンシング物質30と結合する特定物質である
か否かを判定することができる。なお、本実施形態にお
いても、変化量校正部8において、スクリーニング動作
により試料液11中の被検体がセンシング物質30と結
合する特定物質であると判定された場合に、その測定チ
ップの測定感度校正データを測定し、時間経過に伴う全
反射減衰角θSPの角度変化量を校正するため、第1の
実施形態と同様に、測定効率を低下させることなく、個
々の測定チップ間の測定感度のバラツキの影響を低減
し、全反射減衰の状態の変化量の測定精度を向上させる
ことができる。次に図8を参照して本発明の第3の実施
の形態である表面プラズモン測定装置について説明す
る。本実施の形態による表面プラズモン測定装置の全体
形状は、図1に示す第1の実施の形態で示した表面プラ
ズモン装置と同様である。本実施の形態の表面プラズモ
ンセンサーは、上記第1の実施の形態の表面プラズモン
測定装置と比べ測定方法を変更したものである。なおこ
の図8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。図8は、表面プラズモン測定ユニットの
側面形状を示す図である。本実施の形態の表面プラズモ
ン測定ユニットの測定位置には、レーザ光源50 とC
CD50 が配設されており、レーザ光源50とCCD
51との間には、コリメータレンズ52、干渉光学系5
3、集光レンズ54およびアパーチャー55が配設され
ている。上記干渉光学系53は、偏光フィルタ61、ハ
ーフミラー62、ハーフミラー63およびミラー64に
より構成されている。さらに、CCD51はコンピュー
タシステム等からなる信号処理部65と、この信号処理
部65に接続された表示手段21とを備えている。な
お、信号処理部65には、変化量校正部8を備えてい
る。以下、本実施の形態の表面プラズモンセンサーにお
ける測定動作について説明する。レーザ光源50が駆動
されて光ビーム70が発散光の状態で出射される。この
光ビーム70はコリメータレンズ52により平行光化さ
れて偏光フィルタ61に入射する。偏光フィルタ61を
透過して界面12aに対してp偏光で入射するようにさ
れた光ビーム70は、ハーフミラー62により一部がレ
ファレンス光ビーム7070Rとして分割され、ハーフ
ミラー62を透過した残りの光ビーム70Sは界面12
aに入射する。界面12aで全反射した光ビーム70S
およびミラー64で反射したレファレンス光ビーム70
Rはハーフミラー63に入射して合成される。合成され
た光ビーム70’は集光レンズ64により集光され、ア
パーチャー55を通過してCCD51によって検出され
る。このとき、CCD51で検出される光ビーム70’
は、光ビーム70Sとレファレンス光ビーム70Rとの
干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。ここで、金属
膜12の表面に固定されているセンシング物質30が、
試料液11中の被検体と結合するものであるか否か、す
なわち被検体がセンシング物質と結合する特定物質であ
るか否かを、試料液11を滴下後から継続的に測定を行
い、CCD51により検出される干渉縞の変化を検出す
ることにより、判定することができる。すなわち、上記
試料液11中の被検体とセンシング物質30との結合状
態に応じてセンシング物質30の屈折率が変化するた
め、界面12aで全反射した光ビーム70Sおよびレフ
ァレンス光ビーム70Rがハーフミラー63により合成
される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の
変化に応じて結合反応の有無を検出することができる。
信号処理手段65は、以上の原理に基づいて上記反応の
有無を検出し、その結果が表示部21に表示される。ま
た、本実施の形態においても、変化量校正部8におい
て、スクリーニング動作により試料液11中の被検体が
センシング物質30と結合する特定物質であると判定さ
れた場合に、その測定チップの測定感度校正データを測
定し、時間経過に伴う全反射減衰角θSPの角度変化量
を校正するため、第1の実施形態と同様に、測定効率を
低下させることなく、個々の測定チップ間の測定感度の
バラツキの影響を低減し、全反射減衰の状態の変化量の
測定精度を向上させることができる。
【図1】本発明の実施の形態による表面プラズモン測定
装置の概略構成を示す平面図
装置の概略構成を示す平面図
【図2】表面プラズモン測定装置の要部の側面形状を示
す図
す図
【図3】測定チップの概略構成図
【図4】表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブ
ロック図
ロック図
【図5】光ビームの界面への入射角と差動アンプの出力
との関係を示す図
との関係を示す図
【図6】基準測定感度データおよび参照測定感度データ
の説明図
の説明図
【図7】本発明の第2の実施形態による漏洩モード測定
装置の要部の側面形状を示す図
装置の要部の側面形状を示す図
【図8】本発明の第3の実施形態による表面プラズモン
測定装置の要部の側面形状を示す図
測定装置の要部の側面形状を示す図
8A、8B、8C… 変化量校正部
9A、9B、9C… 測定チップ
10A、10B、10C… 誘電体ブロック
13A、13B、13C… 光ビーム
14A、14B、14C… レーザ光源
15A、15B、15C… 入射光学系
13′A、13′B、13′C… 反射光ビーム
17A、17B、17C… 光検出器
32 記憶部
33 判定部
34 校正データ取得部
35 校正部
101A、101B、101C… 表面プラズモン測
定ユニット
定ユニット
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成14年4月9日(2002.4.9)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 全反射減衰を利用した測定方法お
よび測定装置
よび測定装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して試料液中の物質の特性を分析する表面プ
ラズモン測定装置等の、全反射減衰を利用した測定方法
および装置に関し、特に詳細には、センシング物質と試
料液中に含まれる被検体との作用の状態を測定する全反
射減衰を利用した測定方法および装置に関する。
発生を利用して試料液中の物質の特性を分析する表面プ
ラズモン測定装置等の、全反射減衰を利用した測定方法
および装置に関し、特に詳細には、センシング物質と試
料液中に含まれる被検体との作用の状態を測定する全反
射減衰を利用した測定方法および装置に関する。
【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。
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、被測定物質の特性を分
析する表面プラズモン測定装置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)。
って励起される現象を利用して、被測定物質の特性を分
析する表面プラズモン測定装置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測定装置
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液体試
料などの被測定物質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。
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液体試
料などの被測定物質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化させて上記界
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
角の変化に従って、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。
には、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界
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
角の変化に従って、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測定装置におい
て、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射
角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中
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被測定物質との界面に表面
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。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。
て、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射
角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中
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被測定物質との界面に表面
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。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。
【0007】この全反射減衰(ATR)が生じる入射
角、すなわち全反射減衰角θSPより表面プラズモンの
波数が分かると、被測定物質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、被測定物質の誘電率とすると、以下の関
係がある。
角、すなわち全反射減衰角θSPより表面プラズモンの
波数が分かると、被測定物質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、被測定物質の誘電率とすると、以下の関
係がある。
【0008】
【数1】
すなわち、上記反射光強度が低下する入射角である全反
射減衰角θSPを知ることにより、被測定物質の誘電率
εs、つまりは屈折率に関連する特性を求めることがで
きる。
射減衰角θSPを知ることにより、被測定物質の誘電率
εs、つまりは屈折率に関連する特性を求めることがで
きる。
【0009】なおこの種の表面プラズモン測定装置にお
いては、全反射減衰角θSPを精度良く、しかも大きな
ダイナミックレンジで測定することを目的として、特開
平11−326194号に示されるように、アレイ状の
光検出手段を用いることが考えられている。この光検出
手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、
前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの
成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配
設されたものである。
いては、全反射減衰角θSPを精度良く、しかも大きな
ダイナミックレンジで測定することを目的として、特開
平11−326194号に示されるように、アレイ状の
光検出手段を用いることが考えられている。この光検出
手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、
前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの
成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配
設されたものである。
【0010】そしてその場合は、上記アレイ状の光検出
手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子
の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この
微分手段が出力する微分値に基づいて被測定物質の屈折
率に関連する特性を求めることが多い。
手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子
の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この
微分手段が出力する微分値に基づいて被測定物質の屈折
率に関連する特性を求めることが多い。
【0011】また、全反射減衰(ATR)を利用する類
似の測定装置として、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測定装置も知られている。こ
の漏洩モード測定装置は基本的に、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、試料液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。
似の測定装置として、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測定装置も知られている。こ
の漏洩モード測定装置は基本的に、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、試料液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。
【0012】上記構成の漏洩モード測定装置において、
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被測定物質の屈折
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、被測定物質の屈折率や、それに関
連する被測定物質の特性を分析することができる。
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被測定物質の屈折
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、被測定物質の屈折率や、それに関
連する被測定物質の特性を分析することができる。
【0013】なおこの漏洩モード測定装置においても、
全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出す
るために、前述したアレイ状の光検出手段を用いること
ができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用される
ことも多い。
全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出す
るために、前述したアレイ状の光検出手段を用いること
ができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用される
ことも多い。
【0014】また、上述した表面プラズモン測定装置や
漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望
のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダ
ムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合に
は前記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜
であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および
光導波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を
固定し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶
かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述
の全反射減衰角θSPの角度を測定している。
漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望
のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダ
ムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合に
は前記薄膜層(表面プラズモン測定装置の場合は金属膜
であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および
光導波層)上に上記被測定物質としてセンシング物質を
固定し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶
かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述
の全反射減衰角θSPの角度を測定している。
【0015】試料液中の被検体が、センシング物質と結
合するものであれば、この結合によりセンシング物質の
屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定
時間経過毎に上記全反射減衰角θSPを測定し、該全反
射減衰角θSPの角度に変化が生じているか否か測定す
ることにより、被検体とセンシング物質の結合状態を測
定し、その結果に基づいて被検体がセンシング物質と結
合する特定物質であるか否かを判定することができる。
このような特定物質とセンシング物質との組み合わせと
しては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げ
られる。具体的には、ウサギ抗ヒトIgG抗体をセンシ
ング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトIgG抗体
を特定物質として用いることができる。
合するものであれば、この結合によりセンシング物質の
屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定
時間経過毎に上記全反射減衰角θSPを測定し、該全反
射減衰角θSPの角度に変化が生じているか否か測定す
ることにより、被検体とセンシング物質の結合状態を測
定し、その結果に基づいて被検体がセンシング物質と結
合する特定物質であるか否かを判定することができる。
このような特定物質とセンシング物質との組み合わせと
しては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げ
られる。具体的には、ウサギ抗ヒトIgG抗体をセンシ
ング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトIgG抗体
を特定物質として用いることができる。
【0016】なお、被検体とセンシング物質の結合状態
を測定するためには、全反射減衰角θSPの角度そのも
のを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物
質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θSPの角
度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて
結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の
光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置
に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減
衰角θSPの角度変化量を反映しているため、微分値の
変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状
態を測定することができる。(本出願人による特願2000
-398309号参照)このような全反射減衰を利用した測定
方法および装置においては、底面に予め形成された薄膜
層上にセンシング物質が固定されたカップ状あるいはシ
ャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体からなる試料液
を滴下供給して、上述した全反射減衰角θSPの角度変
化量の測定を行っている。
を測定するためには、全反射減衰角θSPの角度そのも
のを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物
質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θSPの角
度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて
結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の
光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置
に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減
衰角θSPの角度変化量を反映しているため、微分値の
変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状
態を測定することができる。(本出願人による特願2000
-398309号参照)このような全反射減衰を利用した測定
方法および装置においては、底面に予め形成された薄膜
層上にセンシング物質が固定されたカップ状あるいはシ
ャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体からなる試料液
を滴下供給して、上述した全反射減衰角θSPの角度変
化量の測定を行っている。
【0017】なお本出願人は、ターンテーブル等に搭載
された複数個の測定チップの測定を順次行うことによ
り、多数の試料についての測定を短時間で行うことがで
きる全反射減衰を利用した測定装置を特開2001-330560
により提案している。
された複数個の測定チップの測定を順次行うことによ
り、多数の試料についての測定を短時間で行うことがで
きる全反射減衰を利用した測定装置を特開2001-330560
により提案している。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上記測定チップに試料
液を供給し、センシング物質と被検体とが結合すると、
センシング物質の屈折率が変化し、全反射減衰角θSP
の角度が変化する。従って測定開始から所定時間経過し
た時点での、測定開始からの全反射減衰角θSPの角度
変化量を求めることにより、被検体がセンシング物質と
結合するか否かを判定し、また結合する場合には、被検
体とセンシング物質との結合状態などを分析することが
できる。しかし、この全反射減衰角θSPの角度変化量
は、厳密にはセンシング物質と被検体の結合による屈折
率の変化を正確に反映したものではなく、個々の測定チ
ップの測定感度のバラツキの影響を受けている。このた
め、全反射減衰の状態の変化量の測定精度が低下してし
まう場合がある。
液を供給し、センシング物質と被検体とが結合すると、
センシング物質の屈折率が変化し、全反射減衰角θSP
の角度が変化する。従って測定開始から所定時間経過し
た時点での、測定開始からの全反射減衰角θSPの角度
変化量を求めることにより、被検体がセンシング物質と
結合するか否かを判定し、また結合する場合には、被検
体とセンシング物質との結合状態などを分析することが
できる。しかし、この全反射減衰角θSPの角度変化量
は、厳密にはセンシング物質と被検体の結合による屈折
率の変化を正確に反映したものではなく、個々の測定チ
ップの測定感度のバラツキの影響を受けている。このた
め、全反射減衰の状態の変化量の測定精度が低下してし
まう場合がある。
【0019】なお、測定チップ間で測定感度にバラツキ
が生じる原因のひとつは、各測定チップに配設された金
属の薄膜層の厚さが均一でなく、バラツキが生じている
ことである。さらに他の原因としては、誘電体ブロック
の形状のバラツキや、センシング物質の固定量のバラツ
キなどがある。
が生じる原因のひとつは、各測定チップに配設された金
属の薄膜層の厚さが均一でなく、バラツキが生じている
ことである。さらに他の原因としては、誘電体ブロック
の形状のバラツキや、センシング物質の固定量のバラツ
キなどがある。
【0020】通常被検体がセンシング物質と結合するか
否かを判定する場合であれば、測定チップ間の測定感度
が多少ばらついて、良好な測定精度が得られずとも、判
定動作に支障はない。しかし、被検体がセンシング物質
と結合すると判定され、時間経過に伴う全反射減衰角θ
SPの角度変化量から被検体とセンシング物質との結合
状態などの分析が行われる際には、測定チップの測定感
度のバラツキに起因する測定誤差のため、分析精度が悪
化してしまう。
否かを判定する場合であれば、測定チップ間の測定感度
が多少ばらついて、良好な測定精度が得られずとも、判
定動作に支障はない。しかし、被検体がセンシング物質
と結合すると判定され、時間経過に伴う全反射減衰角θ
SPの角度変化量から被検体とセンシング物質との結合
状態などの分析が行われる際には、測定チップの測定感
度のバラツキに起因する測定誤差のため、分析精度が悪
化してしまう。
【0021】このため、全反射減衰の状態の測定を行う
前に、各測定チップごとに基準測定チップとの測定感度
差に基づいた測定感度校正データを取得して、被検体が
センシング物質と結合する特定物質であると判定された
場合には、その測定チップの測定感度校正データを用い
て、時間経過に伴う全反射減衰の状態の変化量を校正
し、測定精度を向上させる方法が提案されている。しか
しながら、全反射減衰の状態の測定を行う前に、全測定
チップの測定感度校正データを取得するためには、多く
の時間が必要であり、全反射減衰の状態の測定効率が低
下してしまうという問題があった。
前に、各測定チップごとに基準測定チップとの測定感度
差に基づいた測定感度校正データを取得して、被検体が
センシング物質と結合する特定物質であると判定された
場合には、その測定チップの測定感度校正データを用い
て、時間経過に伴う全反射減衰の状態の変化量を校正
し、測定精度を向上させる方法が提案されている。しか
しながら、全反射減衰の状態の測定を行う前に、全測定
チップの測定感度校正データを取得するためには、多く
の時間が必要であり、全反射減衰の状態の測定効率が低
下してしまうという問題があった。
【0022】本発明は上記の事情に鑑みて、測定効率を
低下させることなく、個々の測定チップ間の測定感度の
バラツキの影響を低減し、全反射減衰の状態の変化量の
測定精度を向上させることのできる全反射減衰を利用し
た測定方法および装置を提供することを目的とする。
低下させることなく、個々の測定チップ間の測定感度の
バラツキの影響を低減し、全反射減衰の状態の変化量の
測定精度を向上させることのできる全反射減衰を利用し
た測定方法および装置を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明の全反射減衰を利
用した測定方法は、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、この薄膜層の表面上
に配されて、試料液中の特定物質と結合するセンシング
物質、およびこのセンシング物質の表面上に前記試料液
を保持する試料液保持部を備えてなる測定チップと、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検出する光検出手段と、該光
検出手段の検出結果に基づいて、時間経過に伴う全反射
減衰の状態の変化量を測定する測定手段とを備えた全反
射減衰を利用した測定装置を用いた測定方法において、
前記測定手段による前記変化量の測定開始から所定時間
経過後の変化量が、予め設定された所定値以上であるか
否かを判定し、該変化量が前記所定値以上であると判定
された測定チップについてのみ該測定チップの測定感度
校正データを取得し、取得された該測定感度校正データ
に基づいて、前記変化量を校正することを特徴とするも
のである。
用した測定方法は、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、この薄膜層の表面上
に配されて、試料液中の特定物質と結合するセンシング
物質、およびこのセンシング物質の表面上に前記試料液
を保持する試料液保持部を備えてなる測定チップと、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検出する光検出手段と、該光
検出手段の検出結果に基づいて、時間経過に伴う全反射
減衰の状態の変化量を測定する測定手段とを備えた全反
射減衰を利用した測定装置を用いた測定方法において、
前記測定手段による前記変化量の測定開始から所定時間
経過後の変化量が、予め設定された所定値以上であるか
否かを判定し、該変化量が前記所定値以上であると判定
された測定チップについてのみ該測定チップの測定感度
校正データを取得し、取得された該測定感度校正データ
に基づいて、前記変化量を校正することを特徴とするも
のである。
【0024】屈折率が既知である複数種類の参照試料液
を用いて測定された全反射減衰の状態の測定結果に基づ
いて前記測定チップの測定感度校正データを取得しても
よい。
を用いて測定された全反射減衰の状態の測定結果に基づ
いて前記測定チップの測定感度校正データを取得しても
よい。
【0025】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、この薄膜層の表面上に配されて、試
料液中の特定物質と結合するセンシング物質、およびこ
のセンシング物質の表面上に前記試料液を保持する試料
液保持部を備えてなる測定チップと、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
ムの強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出
結果に基づいて、時間経過に伴う全反射減衰の状態の変
化量を測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利用し
た測定装置において、前記測定手段による前記変化量の
測定開始から所定時間経過後の変化量が、予め設定され
た所定値以上であるか否かを判定する判定手段と、該判
定手段により前記変化量が前記所定値以上であると判定
された測定チップについてのみ該測定チップの測定感度
校正データを取得する校正データ取得手段と、該校正デ
ータ取得手段により取得された測定感度校正データに基
づいて、前記変化量を校正する校正手段とを備えたこと
を特徴とするものである。
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、この薄膜層の表面上に配されて、試
料液中の特定物質と結合するセンシング物質、およびこ
のセンシング物質の表面上に前記試料液を保持する試料
液保持部を備えてなる測定チップと、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
ムの強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出
結果に基づいて、時間経過に伴う全反射減衰の状態の変
化量を測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利用し
た測定装置において、前記測定手段による前記変化量の
測定開始から所定時間経過後の変化量が、予め設定され
た所定値以上であるか否かを判定する判定手段と、該判
定手段により前記変化量が前記所定値以上であると判定
された測定チップについてのみ該測定チップの測定感度
校正データを取得する校正データ取得手段と、該校正デ
ータ取得手段により取得された測定感度校正データに基
づいて、前記変化量を校正する校正手段とを備えたこと
を特徴とするものである。
【0026】なお、上記校正データ取得手段は、屈折率
が既知である複数種類の参照試料液を用いて測定された
全反射減衰の状態の測定結果に基づいて前記測定チップ
の測定感度校正データを取得するものであってもよい。
が既知である複数種類の参照試料液を用いて測定された
全反射減衰の状態の測定結果に基づいて前記測定チップ
の測定感度校正データを取得するものであってもよい。
【0027】なお「前記変化量が前記所定値以上である
と判定された測定チップについてのみ該測定チップの測
定感度校正データを取得する」とは、具体的には、基準
となる基準測定チップの全反射減衰の状態の変化量の測
定感度である基準測定感度データと、上記測定チップの
全反射減衰の状態の変化量の測定感度を測定して得た参
照測定感度データとに基づいて、測定感度校正データを
取得するものである。例えば予め準備された基準測定チ
ップに、順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液
を入れて全反射減衰の状態を測定し、屈折率の変化に対
する全反射減衰の状態の変化量を測定することにより上
記基準測定感度データを取得することができる。一方上
記の測定チップに順次屈折率が既知である複数種類の参
照試料液を入れて全反射減衰の状態を測定し、屈折率の
変化に対する全反射減衰の状態の変化量を測定すること
により、上記参照測定感度データを取得することができ
る。
と判定された測定チップについてのみ該測定チップの測
定感度校正データを取得する」とは、具体的には、基準
となる基準測定チップの全反射減衰の状態の変化量の測
定感度である基準測定感度データと、上記測定チップの
全反射減衰の状態の変化量の測定感度を測定して得た参
照測定感度データとに基づいて、測定感度校正データを
取得するものである。例えば予め準備された基準測定チ
ップに、順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液
を入れて全反射減衰の状態を測定し、屈折率の変化に対
する全反射減衰の状態の変化量を測定することにより上
記基準測定感度データを取得することができる。一方上
記の測定チップに順次屈折率が既知である複数種類の参
照試料液を入れて全反射減衰の状態を測定し、屈折率の
変化に対する全反射減衰の状態の変化量を測定すること
により、上記参照測定感度データを取得することができ
る。
【0028】なお、基準測定感度データとしては上記以
外に、例えば予め準備された複数個の基準測定チップ
に、順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液を入
れて全反射減衰の状態を測定した測定結果の平均値等を
使用することもできる。あるいは仕様通りに理想的に制
作された測定チップに、順次屈折率が既知である複数種
類の参照試料液を入れた場合の全反射減衰の状態を計算
により算出し、この計算結果を基準測定感度データとし
て使用することもできる。
外に、例えば予め準備された複数個の基準測定チップ
に、順次屈折率が既知である複数種類の参照試料液を入
れて全反射減衰の状態を測定した測定結果の平均値等を
使用することもできる。あるいは仕様通りに理想的に制
作された測定チップに、順次屈折率が既知である複数種
類の参照試料液を入れた場合の全反射減衰の状態を計算
により算出し、この計算結果を基準測定感度データとし
て使用することもできる。
【0029】上記のような測定装置としては、金属膜を
上記薄膜層として用いる前述の表面プラズモン測定装置
や、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た光導波層とからなる層
を上記薄膜層として用いる前述の漏洩モード測定装置等
がある。
上記薄膜層として用いる前述の表面プラズモン測定装置
や、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た光導波層とからなる層
を上記薄膜層として用いる前述の漏洩モード測定装置等
がある。
【0030】また本発明による測定方法および装置にお
いて、光検出手段により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、全反射減衰の状態の変化量を測定す
るには、種々の方法があり、例えば、光ビームを前記界
面で全反射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各
入射角に対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビー
ムの強度を測定して、全反射減衰により発生した暗線の
位置(角度)を検出することにより分析を行ってもよい
し、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Go
ld in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROS
ENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に記載されているよう
に、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得
られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射
した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰
の程度を検出することにより分析を行ってもよい。
いて、光検出手段により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、全反射減衰の状態の変化量を測定す
るには、種々の方法があり、例えば、光ビームを前記界
面で全反射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各
入射角に対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビー
ムの強度を測定して、全反射減衰により発生した暗線の
位置(角度)を検出することにより分析を行ってもよい
し、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Go
ld in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROS
ENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に記載されているよう
に、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得
られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射
した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰
の程度を検出することにより分析を行ってもよい。
【0031】また、P.I.Nikitin,A.N.Grigorenko,A.A.B
eloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Sur
face Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Ar
rayBiosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238
に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射
条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビ
ームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に
分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射し
た光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度
を測定することにより試料分析を行ってもよい。
eloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Sur
face Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Ar
rayBiosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238
に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射
条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビ
ームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に
分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射し
た光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度
を測定することにより試料分析を行ってもよい。
【0032】
【発明の効果】本発明の全反射減衰を利用した測定方法
および装置においては、所定時間経過後の全反射減衰の
状態の変化量が、予め設定された所定値以上である測定
チップについてのみ、測定感度校正データを取得し、こ
の測定感度校正データに基づいて前記変化量を校正する
ため、予め全ての測定チップの測定感度校正データを取
得しておく必要はなく、測定効率はほとんど低下するこ
とがない。また、被検体がセンシング物質と結合する特
定物質であると判定された場合には、その測定チップの
測定感度校正データを取得して、その測定チップの測定
感度校正データを用いて上記変化量を校正するため、測
定精度を向上させることができる。すなわち、本発明
は、測定効率を低下させることなく、個々の測定チップ
間の測定感度のバラツキの影響を低減し、全反射減衰の
状態の変化量の測定精度を向上させることができる。
および装置においては、所定時間経過後の全反射減衰の
状態の変化量が、予め設定された所定値以上である測定
チップについてのみ、測定感度校正データを取得し、こ
の測定感度校正データに基づいて前記変化量を校正する
ため、予め全ての測定チップの測定感度校正データを取
得しておく必要はなく、測定効率はほとんど低下するこ
とがない。また、被検体がセンシング物質と結合する特
定物質であると判定された場合には、その測定チップの
測定感度校正データを取得して、その測定チップの測定
感度校正データを用いて上記変化量を校正するため、測
定精度を向上させることができる。すなわち、本発明
は、測定効率を低下させることなく、個々の測定チップ
間の測定感度のバラツキの影響を低減し、全反射減衰の
状態の変化量の測定精度を向上させることができる。
【0033】また、屈折率が既知である複数種類の参照
試料液を用いて測定された全反射減衰の状態の測定結果
に基づいて、前記測定チップの測定感度校正データを取
得する場合であれば、正確な測定感度校正データを取得
することができ、全反射減衰の状態の変化量の測定精度
をさらに向上させることができる。
試料液を用いて測定された全反射減衰の状態の測定結果
に基づいて、前記測定チップの測定感度校正データを取
得する場合であれば、正確な測定感度校正データを取得
することができ、全反射減衰の状態の変化量の測定精度
をさらに向上させることができる。
【0034】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本発明の実施の形態の全反射減衰
を利用した測定装置は、複数の誘電体ブロックに光ビー
ムを並列的に入射させて全反射減衰の状態を検出する表
面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモン測定装置で
あり、図1は本発明の実施の形態の表面プラズモン測定
装置の概略構成を示す平面図であり、図2はこの表面プ
ラズモン測定装置の側面形状を示すものである。
を参照して説明する。本発明の実施の形態の全反射減衰
を利用した測定装置は、複数の誘電体ブロックに光ビー
ムを並列的に入射させて全反射減衰の状態を検出する表
面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモン測定装置で
あり、図1は本発明の実施の形態の表面プラズモン測定
装置の概略構成を示す平面図であり、図2はこの表面プ
ラズモン測定装置の側面形状を示すものである。
【0035】上記表面プラズモン測定装置101は、複
数の測定チップ9A、9B、9C…と、光ビーム13
A、13B、13C…を発生する光源であるレーザ光源
14A、14B、14C…と、上記光ビーム13A、1
3B、13C…をそれぞれの測定チップ9A、9B、9
C…に対して、並列的に入射させる光学系である入射光
学系15A、15B、15C…と、測定チップ9A、9
B、9C…それぞれに対応させて配置され、各測定チッ
プ9A、9B、9C…で反射されたそれぞれの反射光ビ
ーム13′A、13′B、13′C…を個別に受光する
して光強度を検出する光検出器17A、17B、17C
…とを備え、上記複数の入射光学系15A、15B、1
5C…が、これらの測定チップ9A、9B、9C…に対
して上記光ビーム13A、13B、13C…を入射させ
る。
数の測定チップ9A、9B、9C…と、光ビーム13
A、13B、13C…を発生する光源であるレーザ光源
14A、14B、14C…と、上記光ビーム13A、1
3B、13C…をそれぞれの測定チップ9A、9B、9
C…に対して、並列的に入射させる光学系である入射光
学系15A、15B、15C…と、測定チップ9A、9
B、9C…それぞれに対応させて配置され、各測定チッ
プ9A、9B、9C…で反射されたそれぞれの反射光ビ
ーム13′A、13′B、13′C…を個別に受光する
して光強度を検出する光検出器17A、17B、17C
…とを備え、上記複数の入射光学系15A、15B、1
5C…が、これらの測定チップ9A、9B、9C…に対
して上記光ビーム13A、13B、13C…を入射させ
る。
【0036】この表面プラズモン測定装置101は、さ
らに各測定チップ9A、9B、9C…で反射された反射
光ビーム13′A、13′B、13′C…を入射してこ
の光ビーム13′A、13′B、13′C…を各光検出
器17A、17B、17C…に向けて射出するコリメー
ターレンズ16A、16B、16C…と、各光検出器1
7A、17B、17C…に接続された差動アンプアレイ
18A、18B、18C…と、ドライバ19A、19
B、19C…と、コンピュータシステム等からなる信号
処理部20A、20B、20C…と、この信号処理部2
0A、20B、20C…に接続された1つの表示手段2
1とを備えている。
らに各測定チップ9A、9B、9C…で反射された反射
光ビーム13′A、13′B、13′C…を入射してこ
の光ビーム13′A、13′B、13′C…を各光検出
器17A、17B、17C…に向けて射出するコリメー
ターレンズ16A、16B、16C…と、各光検出器1
7A、17B、17C…に接続された差動アンプアレイ
18A、18B、18C…と、ドライバ19A、19
B、19C…と、コンピュータシステム等からなる信号
処理部20A、20B、20C…と、この信号処理部2
0A、20B、20C…に接続された1つの表示手段2
1とを備えている。
【0037】なお、上記入射光学系15A、15B、1
5C…は、各誘電体ブロック毎に配設され、光ビームを
それぞれの誘電体ブロックに対して個別に入射させるも
のである。なお、信号処理部20A、20B、20C…
には、時間経過に伴う全反射減衰角θSPの角度変化量
を記憶し、所定時間経過後の変化量が予め設定された所
定値以上であるか否かを判定し、前記所定時間経過後の
全反射減衰角θSPの角度変化量が予め設定された基準
角度θR以上であると判定された測定チップのみの測定
感度校正データを取得して、この測定感度校正データに
基づいて、記憶された時間経過に伴う全反射減衰角θ
SPの角度変化量を校正する変化量校正部8A、8B、
8C…が内蔵されている。
5C…は、各誘電体ブロック毎に配設され、光ビームを
それぞれの誘電体ブロックに対して個別に入射させるも
のである。なお、信号処理部20A、20B、20C…
には、時間経過に伴う全反射減衰角θSPの角度変化量
を記憶し、所定時間経過後の変化量が予め設定された所
定値以上であるか否かを判定し、前記所定時間経過後の
全反射減衰角θSPの角度変化量が予め設定された基準
角度θR以上であると判定された測定チップのみの測定
感度校正データを取得して、この測定感度校正データに
基づいて、記憶された時間経過に伴う全反射減衰角θ
SPの角度変化量を校正する変化量校正部8A、8B、
8C…が内蔵されている。
【0038】上記1つの測定チップ、例えば測定チップ
9Aに対して供給された試料についての全反射減衰の状
態の測定は、レーザ光源14A、入射光学系15A、測
定チップ9A、コリメーターレンズ16A、光検出器1
7A、差動アンプアレイ18A,ドライバ19A、信号
処理部20A等から構成される表面プラズモン測定ユニ
ット101Aによって行なわれる。
9Aに対して供給された試料についての全反射減衰の状
態の測定は、レーザ光源14A、入射光学系15A、測
定チップ9A、コリメーターレンズ16A、光検出器1
7A、差動アンプアレイ18A,ドライバ19A、信号
処理部20A等から構成される表面プラズモン測定ユニ
ット101Aによって行なわれる。
【0039】以下、表面プラズモン測定装置101を構
成する、表面プラズモン測定ユニット101Aについて
詳しく説明する。なお、以下の表面プラズモン測定ユニ
ット101Aに関する説明については、個別の要素を表
す符号である、A、B、C…の符号は省略する。また、
表面プラズモン測定ユニット101B、101C、10
1D…の構成は、表面プラズモン測定ユニット101A
の構成と同等であるので説明を省略する。
成する、表面プラズモン測定ユニット101Aについて
詳しく説明する。なお、以下の表面プラズモン測定ユニ
ット101Aに関する説明については、個別の要素を表
す符号である、A、B、C…の符号は省略する。また、
表面プラズモン測定ユニット101B、101C、10
1D…の構成は、表面プラズモン測定ユニット101A
の構成と同等であるので説明を省略する。
【0040】図2に示すように、測定チップ9は、四角
錐の4つの稜線が集まる頂角を含む一部分が切り取ら
れ、かつこの四角錐の底面に凹部10cが形成された形
状の誘電体ブロック10と、この誘電体ブロック10の
一面(本実施の形態では上面)である上記凹部10cの
底面に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等
からなる薄膜層である金属膜12とを有し、この金属膜
12と誘電体ブロック10との境界が界面10bとなっ
ているものである。
錐の4つの稜線が集まる頂角を含む一部分が切り取ら
れ、かつこの四角錐の底面に凹部10cが形成された形
状の誘電体ブロック10と、この誘電体ブロック10の
一面(本実施の形態では上面)である上記凹部10cの
底面に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等
からなる薄膜層である金属膜12とを有し、この金属膜
12と誘電体ブロック10との境界が界面10bとなっ
ているものである。
【0041】この誘電体ブロック10は、例えば透明樹
脂等からなり、上記凹部10cは試料液11を貯える試
料保持機構として機能する。なお本例では、金属膜12
の上にセンシング物質30が固定されている。
脂等からなり、上記凹部10cは試料液11を貯える試
料保持機構として機能する。なお本例では、金属膜12
の上にセンシング物質30が固定されている。
【0042】図示省略された試料液供給部により滴下さ
れた試料液11は、凹部10c内に保持される。なお、
測定チップ9の誘電体ブロック10は、図3に示すよう
に、隣接する表面プラズモン測定ユニットの測定チップ
の誘電体ブロックと一体的に構成されたものであっても
よい。
れた試料液11は、凹部10c内に保持される。なお、
測定チップ9の誘電体ブロック10は、図3に示すよう
に、隣接する表面プラズモン測定ユニットの測定チップ
の誘電体ブロックと一体的に構成されたものであっても
よい。
【0043】この表面プラズモン測定ユニット101
は、上記測定チップ9に加えて、光ビーム13を発生す
る半導体レーザ等からなるレーザ光源14と、上記光ビ
ーム13を測定チップ9に対して、誘電体ブロック10
と金属膜12との界面10b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である入射光学系
15と、上記界面10bで種々の反射角で全反射された
それぞれの反射光ビーム13′を入射してこの反射光ビ
ーム13′を後述する光検出器17に向けて射出するコ
リメーターレンズ16と、上記それぞれの反射光ビーム
13′をコリメーターレンズ16を通して個別に受光す
る複数の受光素子からなる光検出器17と、上記差動ア
ンプアレイ18、ドライバ19、信号処理部20、およ
び表示手段21とを備えている。
は、上記測定チップ9に加えて、光ビーム13を発生す
る半導体レーザ等からなるレーザ光源14と、上記光ビ
ーム13を測定チップ9に対して、誘電体ブロック10
と金属膜12との界面10b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である入射光学系
15と、上記界面10bで種々の反射角で全反射された
それぞれの反射光ビーム13′を入射してこの反射光ビ
ーム13′を後述する光検出器17に向けて射出するコ
リメーターレンズ16と、上記それぞれの反射光ビーム
13′をコリメーターレンズ16を通して個別に受光す
る複数の受光素子からなる光検出器17と、上記差動ア
ンプアレイ18、ドライバ19、信号処理部20、およ
び表示手段21とを備えている。
【0044】入射光学系15は、レーザ光源14から射
出された光ビーム13を平行光化するコリメーターレン
ズ15aと、この平行光化された光ビーム13を上記界
面10bに向けて収束させる集光レンズ15bとから構
成されている。
出された光ビーム13を平行光化するコリメーターレン
ズ15aと、この平行光化された光ビーム13を上記界
面10bに向けて収束させる集光レンズ15bとから構
成されている。
【0045】光ビーム13は、集光レンズ15bにより
上述のように集光されるので、界面10b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。そのた
め、界面10bで全反射した反射光ビーム13′には、
種々の反射角で全反射された成分が含まれることにな
る。なお、上記入射光学系15は、光ビーム13を界面
10b上に点状に集光させずにデフォーカス状態で入射
させるように構成してもよい。そのようにすれば、界面
10b上のより広い領域において光ビーム13が全反射
されるので、全反射減衰の状態の検出誤差が平均化され
て全反射減衰角の測定精度を高めることができる。
上述のように集光されるので、界面10b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。そのた
め、界面10bで全反射した反射光ビーム13′には、
種々の反射角で全反射された成分が含まれることにな
る。なお、上記入射光学系15は、光ビーム13を界面
10b上に点状に集光させずにデフォーカス状態で入射
させるように構成してもよい。そのようにすれば、界面
10b上のより広い領域において光ビーム13が全反射
されるので、全反射減衰の状態の検出誤差が平均化され
て全反射減衰角の測定精度を高めることができる。
【0046】なお光ビーム13は、界面10bに対して
p偏光で入射させる。そのようにするためには、予めレ
ーザ光源14をその偏光方向が上記所定の方向となるよ
うに配設すればよい。その他、光ビーム13を界面10
bに対してp偏光で入射させるには波長板で光ビーム1
3の偏光の向きを制御するようにしてもよい。
p偏光で入射させる。そのようにするためには、予めレ
ーザ光源14をその偏光方向が上記所定の方向となるよ
うに配設すればよい。その他、光ビーム13を界面10
bに対してp偏光で入射させるには波長板で光ビーム1
3の偏光の向きを制御するようにしてもよい。
【0047】また、変化量校正部8は、後述する全反射
減衰角θSPの角度変化量を記憶する記憶部32と、所
定時間経過後の全反射減衰角θSPの角度変化量である
最終角度変化量θEが予め設定された基準角度θR以上
であるか否かを判定する判定部33と、この判定部33
により最終角度変化量θEが予め設定された基準角度θ
R以上であると判定された測定チップのみの測定感度校
正データを取得する校正データ取得部34と、この校正
データ取得部34で取得した測定感度校正データに基づ
いて、記憶部32に記憶された全反射減衰角θSPの角
度変化量を校正する校正部35とを備えている。なお、
校正データ取得部34には、測定チップの測定感度校正
データを作成する際に使用する基準測定感度データが予
め記憶されている。
減衰角θSPの角度変化量を記憶する記憶部32と、所
定時間経過後の全反射減衰角θSPの角度変化量である
最終角度変化量θEが予め設定された基準角度θR以上
であるか否かを判定する判定部33と、この判定部33
により最終角度変化量θEが予め設定された基準角度θ
R以上であると判定された測定チップのみの測定感度校
正データを取得する校正データ取得部34と、この校正
データ取得部34で取得した測定感度校正データに基づ
いて、記憶部32に記憶された全反射減衰角θSPの角
度変化量を校正する校正部35とを備えている。なお、
校正データ取得部34には、測定チップの測定感度校正
データを作成する際に使用する基準測定感度データが予
め記憶されている。
【0048】以下、上記構成の表面プラズモン測定装置
を用いて行う測定動作について、説明する。まず最初に
試料液11に含まれる被検体がセンシング物質30と結
合する特定物質である可能性の有無を検出するスクリー
ニング動作について説明を行い、次にこのスクリーニン
グ動作により被検体がセンシング物質30と結合する特
定物質である可能性が有ると判定された場合に、その測
定チップの測定感度校正データを求め、測定結果に校正
処理を施す校正動作について説明を行う。
を用いて行う測定動作について、説明する。まず最初に
試料液11に含まれる被検体がセンシング物質30と結
合する特定物質である可能性の有無を検出するスクリー
ニング動作について説明を行い、次にこのスクリーニン
グ動作により被検体がセンシング物質30と結合する特
定物質である可能性が有ると判定された場合に、その測
定チップの測定感度校正データを求め、測定結果に校正
処理を施す校正動作について説明を行う。
【0049】図2に示す通り、レーザ光源14から射出
された光ビーム13は、入射光学系15を通して、誘電
体ブロック10と金属膜12との界面10b上に収束さ
れる。
された光ビーム13は、入射光学系15を通して、誘電
体ブロック10と金属膜12との界面10b上に収束さ
れる。
【0050】界面10b上に収束され、この界面10b
で全反射された反射光ビーム13′は、コリメーターレ
ンズ16を通して光検出器17によって検出される。光
検出器17は、複数の受光素子であるフォトダイオード
17a、17b、17c…が1列に並設されてなるフォ
トダイオードアレイを有し、このフォトダイオードの並
設方向が、図2の紙面に略平行となるように、かつコリ
メーターレンズ16を通して平行光化されて入射される
反射光ビーム13′の伝播方向に対して略直交するよう
に配設されている。したがって、上記界面10bにおい
て種々の反射角で全反射された反射光ビーム13′の各
成分を、それぞれ異なるフォトダイオード17a、17
b、17c…が受光することになる。そして、光検出器
17は、各フォトダイオード17a、17b、17c…
によって検出された上記反射光ビーム13′の強度分布
を示す信号を出力する。
で全反射された反射光ビーム13′は、コリメーターレ
ンズ16を通して光検出器17によって検出される。光
検出器17は、複数の受光素子であるフォトダイオード
17a、17b、17c…が1列に並設されてなるフォ
トダイオードアレイを有し、このフォトダイオードの並
設方向が、図2の紙面に略平行となるように、かつコリ
メーターレンズ16を通して平行光化されて入射される
反射光ビーム13′の伝播方向に対して略直交するよう
に配設されている。したがって、上記界面10bにおい
て種々の反射角で全反射された反射光ビーム13′の各
成分を、それぞれ異なるフォトダイオード17a、17
b、17c…が受光することになる。そして、光検出器
17は、各フォトダイオード17a、17b、17c…
によって検出された上記反射光ビーム13′の強度分布
を示す信号を出力する。
【0051】界面10bに全反射減衰角θSPで入射し
た上記光ビーム13の成分は、金属膜12と試料液11
との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光に
ついては反射光強度が鋭く低下する。つまり上記特定入
射角θSPが全反射減衰角であり、この角度θSPにお
いて反射光強度は極小値を示す。この反射光強度が低下
する領域は、図2にDで示すように、反射光ビーム1
3′中の暗線として観察される。
た上記光ビーム13の成分は、金属膜12と試料液11
との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光に
ついては反射光強度が鋭く低下する。つまり上記特定入
射角θSPが全反射減衰角であり、この角度θSPにお
いて反射光強度は極小値を示す。この反射光強度が低下
する領域は、図2にDで示すように、反射光ビーム1
3′中の暗線として観察される。
【0052】次に、光検出器17から出力された上記反
射光ビーム13′の強度分布を示す信号の処理について
詳細に説明する。
射光ビーム13′の強度分布を示す信号の処理について
詳細に説明する。
【0053】図4は、この表面プラズモン測定装置の電
気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記ドラ
イバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18
a、18b、18c…の出力をサンプルホールドするサ
ンプルホールド回路22a、22b、22c…、これら
のサンプルホールド回路22a、22b、22c…の各
出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチプレ
クサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に入力
するA/D変換器24、マルチプレクサ23とサンプル
ホールド回路22a、22b、22c…とを駆動する駆
動回路25、および信号処理部20からの指示に基づい
て駆動回路25の動作を制御するコントローラ26から
構成されている。
気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記ドラ
イバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18
a、18b、18c…の出力をサンプルホールドするサ
ンプルホールド回路22a、22b、22c…、これら
のサンプルホールド回路22a、22b、22c…の各
出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチプレ
クサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に入力
するA/D変換器24、マルチプレクサ23とサンプル
ホールド回路22a、22b、22c…とを駆動する駆
動回路25、および信号処理部20からの指示に基づい
て駆動回路25の動作を制御するコントローラ26から
構成されている。
【0054】上記フォトダイオード17a、17b、1
7c…の各出力は、差動アンプアレイ18の各差動アン
プ18a、18b、18c…に入力される。この際、互
いに隣接する2つのフォトダイオードの出力が、共通の
差動アンプに入力される。したがって各差動アンプ18
a、18b、18c…の出力は、複数のフォトダイオー
ド17a、17b、17c…が出力する光検出信号を、
それらの並設方向に関して微分したものと考えることが
できる。
7c…の各出力は、差動アンプアレイ18の各差動アン
プ18a、18b、18c…に入力される。この際、互
いに隣接する2つのフォトダイオードの出力が、共通の
差動アンプに入力される。したがって各差動アンプ18
a、18b、18c…の出力は、複数のフォトダイオー
ド17a、17b、17c…が出力する光検出信号を、
それらの並設方向に関して微分したものと考えることが
できる。
【0055】各差動アンプ18a、18b、18c…の
出力は、それぞれサンプルホールド回路22a、22
b、22c…により所定のタイミングでサンプルホール
ドされ、マルチプレクサ23に入力される。マルチプレ
クサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ18
a、18b、18c…の出力を、所定の順序に従ってA
/D変換器24に入力する。A/D変換器24はこれら
の出力をデジタル化して信号処理部20に入力する。
出力は、それぞれサンプルホールド回路22a、22
b、22c…により所定のタイミングでサンプルホール
ドされ、マルチプレクサ23に入力される。マルチプレ
クサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ18
a、18b、18c…の出力を、所定の順序に従ってA
/D変換器24に入力する。A/D変換器24はこれら
の出力をデジタル化して信号処理部20に入力する。
【0056】図5は、界面10bで全反射された反射光
ビーム13′の上記界面10bへの入射角θ毎の光強度
と、差動アンプ18a、18b、18c…の出力との関
係を説明するものである。ここで、光ビーム13の界面
10bへの入射角θと上記反射光ビーム13′の光強度
Iとの関係は、同図(1)のグラフに示すようなもので
あるとする。
ビーム13′の上記界面10bへの入射角θ毎の光強度
と、差動アンプ18a、18b、18c…の出力との関
係を説明するものである。ここで、光ビーム13の界面
10bへの入射角θと上記反射光ビーム13′の光強度
Iとの関係は、同図(1)のグラフに示すようなもので
あるとする。
【0057】すなわち、界面10bに特定入射角θSP
で入射した光は、金属膜12と試料液11との界面に表
面プラズモンを励起させるので、この光については反射
光強度Iが鋭く低下する。つまりθSPが全反射減衰角
である。
で入射した光は、金属膜12と試料液11との界面に表
面プラズモンを励起させるので、この光については反射
光強度Iが鋭く低下する。つまりθSPが全反射減衰角
である。
【0058】また図5の(2)は、フォトダイオード1
7a、17b、17c…の並設方向を示しており、先に
説明した通り、これらのフォトダイオード17a、17
b、17c…の並設方向位置は上記入射角θと一義的に
対応している。
7a、17b、17c…の並設方向を示しており、先に
説明した通り、これらのフォトダイオード17a、17
b、17c…の並設方向位置は上記入射角θと一義的に
対応している。
【0059】そしてフォトダイオード17a、17b、
17c…の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動ア
ンプ18a、18b、18c…の出力I’(反射光強度
Iの微分値)との関係は、同図(3)に示すようなもの
となる。
17c…の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動ア
ンプ18a、18b、18c…の出力I’(反射光強度
Iの微分値)との関係は、同図(3)に示すようなもの
となる。
【0060】信号処理部20は、A/D変換器24から
入力された微分値I’の値に基づいて、差動アンプ18
a、18b、18c…の中から、微分値として正の値を
有し、かつ特定入射角θSPに対応する微分値I’=0
に最も近い出力が得られているもの(図5(3)の例で
は差動アンプ18eとなる)と、微分値として負の値を
有し、かつ特定入射角θSPに対応する微分値I’=0
に最も近い出力が得られているもの(図5(3)の例で
は差動アンプ18dとなる)を選択し、それらの差動ア
ンプが出力する微分値に基づいて、全反射減衰角θSP
を算出する。なお、場合によっては微分値I’=0を出
力している差動アンプが存在することもあり、そのとき
はその差動アンプに基づいて全反射減衰角θSPを算出
する。以後、所定時間が経過する毎に上記と同様な動作
を繰り返し、全反射減衰角θSPを算出し、測定開始時
からの角度変化量を求め、記憶部32に記憶し、また表
示手段21に表示する。この全反射減衰角θSPは、測
定チップの金属膜12に接している物質の誘電率つまり
は屈折率が変化して、図5の(1)の曲線部によって示
される光強度極小領域が左右方向に移動すると、それに
応じて変動する。したがって、この全反射減衰角θSP
の角度変化量を時間の経過とともに測定し続けることに
より、金属膜12に接しているセンシング物質の屈折率
変化を調べることができる。
入力された微分値I’の値に基づいて、差動アンプ18
a、18b、18c…の中から、微分値として正の値を
有し、かつ特定入射角θSPに対応する微分値I’=0
に最も近い出力が得られているもの(図5(3)の例で
は差動アンプ18eとなる)と、微分値として負の値を
有し、かつ特定入射角θSPに対応する微分値I’=0
に最も近い出力が得られているもの(図5(3)の例で
は差動アンプ18dとなる)を選択し、それらの差動ア
ンプが出力する微分値に基づいて、全反射減衰角θSP
を算出する。なお、場合によっては微分値I’=0を出
力している差動アンプが存在することもあり、そのとき
はその差動アンプに基づいて全反射減衰角θSPを算出
する。以後、所定時間が経過する毎に上記と同様な動作
を繰り返し、全反射減衰角θSPを算出し、測定開始時
からの角度変化量を求め、記憶部32に記憶し、また表
示手段21に表示する。この全反射減衰角θSPは、測
定チップの金属膜12に接している物質の誘電率つまり
は屈折率が変化して、図5の(1)の曲線部によって示
される光強度極小領域が左右方向に移動すると、それに
応じて変動する。したがって、この全反射減衰角θSP
の角度変化量を時間の経過とともに測定し続けることに
より、金属膜12に接しているセンシング物質の屈折率
変化を調べることができる。
【0061】すなわち、測定開始時に求めた全反射減衰
角θSPと、測定終了時に求めた全反射減衰角θSPの
差を最終角度変化量θEとすると、試料液11中に存在
する被検体が、センシング物質30と結合しなければ、
センシング物質30の屈折率に変化が生じることはなく
最終角度変化量θE≒0となる。
角θSPと、測定終了時に求めた全反射減衰角θSPの
差を最終角度変化量θEとすると、試料液11中に存在
する被検体が、センシング物質30と結合しなければ、
センシング物質30の屈折率に変化が生じることはなく
最終角度変化量θE≒0となる。
【0062】一方、試料液11中に存在する被検体が、
センシング物質30と結合する特定物質であれば、それ
らの結合状態に応じてセンシング物質30の屈折率が変
化するので、最終角度変化量θE>0となる。
センシング物質30と結合する特定物質であれば、それ
らの結合状態に応じてセンシング物質30の屈折率が変
化するので、最終角度変化量θE>0となる。
【0063】信号処理部20の判定部33では、測定終
了後に、最終角度変化量θEが予め設定されている基準
角度θRより大きいか否かを判定する。最終角度変化量
θEが予め設定されている基準角度θR以下である場合
には、記憶部32に記憶されている所定時間毎の全反射
減衰角θSPの角度変化量の測定結果を破棄する。最終
角度変化量θEが予め設定されている基準角度θRより
大きい場合には、試料液11に含まれる被検体がセンシ
ング物質30と結合する特定物質であると判定する。な
お基準角度θRは個々の測定チップの測定感度のバラツ
キを考慮し、試料液11に含まれる被検体がセンシング
物質30と結合する特定物質である可能性がある場合に
は、被検体がセンシング物質30と結合する特定物質で
あると判定するように設定されている。
了後に、最終角度変化量θEが予め設定されている基準
角度θRより大きいか否かを判定する。最終角度変化量
θEが予め設定されている基準角度θR以下である場合
には、記憶部32に記憶されている所定時間毎の全反射
減衰角θSPの角度変化量の測定結果を破棄する。最終
角度変化量θEが予め設定されている基準角度θRより
大きい場合には、試料液11に含まれる被検体がセンシ
ング物質30と結合する特定物質であると判定する。な
お基準角度θRは個々の測定チップの測定感度のバラツ
キを考慮し、試料液11に含まれる被検体がセンシング
物質30と結合する特定物質である可能性がある場合に
は、被検体がセンシング物質30と結合する特定物質で
あると判定するように設定されている。
【0064】ここで、説明の順序が前後するが、校正デ
ータ取得部34に記憶される基準測定感度データの説明
を行う。上記のように、全反射減衰角θSPは、通常は
測定により求めるが、測定チップ9の誘電体ブロック1
0の屈折率や形状および金属膜12の屈折率や厚さ、試
料液11の屈折率等の必要なデータが揃えば、計算によ
り求めることができる。本実施例においては、予め、所
望量のセンシング物質30が固定された理想的な測定チ
ップ、すなわち製造仕様に一致する測定チップに、5種
類の屈折率既知の参照液31a(屈折率1.1)、31
b(屈折率1.2)、31c(屈折率1.3)、31d
(屈折率1.4)および31e(屈折率1.5)を滴下
した場合の全反射減衰角θSPを計算により算出し、図
6に実線で示すような基準測定感度データを作成し、校
正データ取得部34に記憶しておく。
ータ取得部34に記憶される基準測定感度データの説明
を行う。上記のように、全反射減衰角θSPは、通常は
測定により求めるが、測定チップ9の誘電体ブロック1
0の屈折率や形状および金属膜12の屈折率や厚さ、試
料液11の屈折率等の必要なデータが揃えば、計算によ
り求めることができる。本実施例においては、予め、所
望量のセンシング物質30が固定された理想的な測定チ
ップ、すなわち製造仕様に一致する測定チップに、5種
類の屈折率既知の参照液31a(屈折率1.1)、31
b(屈折率1.2)、31c(屈折率1.3)、31d
(屈折率1.4)および31e(屈折率1.5)を滴下
した場合の全反射減衰角θSPを計算により算出し、図
6に実線で示すような基準測定感度データを作成し、校
正データ取得部34に記憶しておく。
【0065】次に、上記スクリーニング動作により、試
料液11に含まれる被検体がセンシング物質30と結合
する特定物質であると判定された場合に行われる校正動
作について説明する。なお、上記スクリーニング動作に
より、試料液11に含まれる被検体がセンシング物質3
0と結合する特定物質ではないと判定された測定チップ
に関しては、以下に説明される校正動作は行われること
はない。
料液11に含まれる被検体がセンシング物質30と結合
する特定物質であると判定された場合に行われる校正動
作について説明する。なお、上記スクリーニング動作に
より、試料液11に含まれる被検体がセンシング物質3
0と結合する特定物質ではないと判定された測定チップ
に関しては、以下に説明される校正動作は行われること
はない。
【0066】まず、基準測定感度データ作成の際に使用
された5種類の屈折率と同じ屈折率を有する5種類の参
照液31a、31b、31c、31dおよび31eを準
備する。被検体がセンシング物質30と結合する特定物
質であると判定された測定チップ9の試料液11を捨
て、洗浄および被検体除去を行う。
された5種類の屈折率と同じ屈折率を有する5種類の参
照液31a、31b、31c、31dおよび31eを準
備する。被検体がセンシング物質30と結合する特定物
質であると判定された測定チップ9の試料液11を捨
て、洗浄および被検体除去を行う。
【0067】センシング物質30のみが残された測定チ
ップ9の凹部10cに、まず参照液31aを滴下し、上
記スクリーニング動作時と同様の動作により、全反射減
衰角θSPを測定する。その後参照液31aを捨て洗浄
を行い、参照液31bを滴下し、同様に全反射減衰角θ
SPを測定する。同様に参照液31c、31dおよび3
1eを滴下した際の全反射減衰角θSPも測定する。こ
れらの測定結果は、信号処理部20の校正データ取得部
34に出力される。
ップ9の凹部10cに、まず参照液31aを滴下し、上
記スクリーニング動作時と同様の動作により、全反射減
衰角θSPを測定する。その後参照液31aを捨て洗浄
を行い、参照液31bを滴下し、同様に全反射減衰角θ
SPを測定する。同様に参照液31c、31dおよび3
1eを滴下した際の全反射減衰角θSPも測定する。こ
れらの測定結果は、信号処理部20の校正データ取得部
34に出力される。
【0068】校正データ取得部34では、このようにし
て取得された全反射減衰角θSPの測定結果から、例え
ば図6に点線で示すような、この誘電体ブロック10を
用いた場合の参照液の屈折率と、全反射減衰角θSPの
関係である参照測定感度データが得られる。校正データ
取得部34では、上述の基準測定感度データとこの参照
測定感度データを用いて、測定チップ9の測定感度校正
データを算出する。
て取得された全反射減衰角θSPの測定結果から、例え
ば図6に点線で示すような、この誘電体ブロック10を
用いた場合の参照液の屈折率と、全反射減衰角θSPの
関係である参照測定感度データが得られる。校正データ
取得部34では、上述の基準測定感度データとこの参照
測定感度データを用いて、測定チップ9の測定感度校正
データを算出する。
【0069】校正部35では、校正データ取得部34で
作成されたこの測定感度校正データに基づいて、上述し
たスクリーニング動作時に記憶した測定結果を校正し、
時間経過に伴う全反射減衰角θSPの校正角度変化量を
算出する。この校正角度変化量に基づいて、被検体のセ
ンシング物質30への結合量の算出あるいは結合速度の
算出等を行う。
作成されたこの測定感度校正データに基づいて、上述し
たスクリーニング動作時に記憶した測定結果を校正し、
時間経過に伴う全反射減衰角θSPの校正角度変化量を
算出する。この校正角度変化量に基づいて、被検体のセ
ンシング物質30への結合量の算出あるいは結合速度の
算出等を行う。
【0070】以上の説明で明かなように、本実施の形態
においては、測定終了時の全反射減衰の状態の変化量で
ある最終角度変化量θEが、予め設定された基準角度θ
R以上である場合にのみ、その測定チップの測定感度校
正データを取得し、この測定感度校正データに基づいて
時間経過伴う全反射減衰角θSPの角度変化量を校正す
るため、予め全ての測定チップの測定感度校正データを
取得しておく必要はなく、測定効率が低下することはな
い。
においては、測定終了時の全反射減衰の状態の変化量で
ある最終角度変化量θEが、予め設定された基準角度θ
R以上である場合にのみ、その測定チップの測定感度校
正データを取得し、この測定感度校正データに基づいて
時間経過伴う全反射減衰角θSPの角度変化量を校正す
るため、予め全ての測定チップの測定感度校正データを
取得しておく必要はなく、測定効率が低下することはな
い。
【0071】また、最終角度変化量θEが、予め設定さ
れた基準角度θR以上であり、試料液中の被検体がセン
シング物質と結合する特定物質であると判定された場合
には、その測定チップの測定感度校正データを取得し
て、その測定感度校正データを用いて時間経過に伴う全
反射減衰角θSPの角度変化量を校正するため、測定精
度を向上させることができる。
れた基準角度θR以上であり、試料液中の被検体がセン
シング物質と結合する特定物質であると判定された場合
には、その測定チップの測定感度校正データを取得し
て、その測定感度校正データを用いて時間経過に伴う全
反射減衰角θSPの角度変化量を校正するため、測定精
度を向上させることができる。
【0072】すなわち、本発明は、測定効率を低下させ
ることなく、個々の測定チップ間の測定感度のバラツキ
の影響を低減し、全反射減衰の状態の変化量の測定精度
を向上させることができる。
ることなく、個々の測定チップ間の測定感度のバラツキ
の影響を低減し、全反射減衰の状態の変化量の測定精度
を向上させることができる。
【0073】また、屈折率が既知である複数種類の参照
試料液を用いて測定された全反射減衰角θSPの角度の
測定結果に基づいて、測定チップの測定感度校正データ
を取得するので、正確な測定感度校正データを取得する
ことができ、全反射減衰の状態の変化量の測定精度をさ
らに向上させることができる。
試料液を用いて測定された全反射減衰角θSPの角度の
測定結果に基づいて、測定チップの測定感度校正データ
を取得するので、正確な測定感度校正データを取得する
ことができ、全反射減衰の状態の変化量の測定精度をさ
らに向上させることができる。
【0074】なお、本実施の形態においては、実際に測
定を行う表面プラズモン測定装置の測定部位において、
測定チップの参照測定感度データを取得したが、これに
限定されるものではなく、他の表面プラズモン測定装置
を準備して、参照測定感度データを取得してもよい。ま
た、本実施の形態においては、計算により求めた基準測
定感度データと参照測定感度データとに基づいて、測定
チップの測定感度校正データを算出したが、これに限定
されるものではなく、例えば予め準備された基準測定チ
ップを用いて実際に測定を行って基準測定感度データを
取得してもよい。あるいは、予め複数個の基準測定チッ
プを用いて測定感度データを求め、その平均値に基づい
てを基準測定感度データを取得してもよい。
定を行う表面プラズモン測定装置の測定部位において、
測定チップの参照測定感度データを取得したが、これに
限定されるものではなく、他の表面プラズモン測定装置
を準備して、参照測定感度データを取得してもよい。ま
た、本実施の形態においては、計算により求めた基準測
定感度データと参照測定感度データとに基づいて、測定
チップの測定感度校正データを算出したが、これに限定
されるものではなく、例えば予め準備された基準測定チ
ップを用いて実際に測定を行って基準測定感度データを
取得してもよい。あるいは、予め複数個の基準測定チッ
プを用いて測定感度データを求め、その平均値に基づい
てを基準測定感度データを取得してもよい。
【0075】なお、基準測定チップを予め準備する場合
であれば、基準測定感度データおよび参照測定感度デー
タを取得する際の、参照液は、必ずしも屈折率が既知で
ある必要はなく、屈折率が異なる複数種類の参照液、例
えば濃度が異なる試料液の溶媒等からなる参照液を用い
ることができる。
であれば、基準測定感度データおよび参照測定感度デー
タを取得する際の、参照液は、必ずしも屈折率が既知で
ある必要はなく、屈折率が異なる複数種類の参照液、例
えば濃度が異なる試料液の溶媒等からなる参照液を用い
ることができる。
【0076】なお、本実施の形態の変型例として、セン
シング物質30と金属膜12の間に保護膜等の他の薄膜
層を有する測定チップを使用するものも考えられ、この
ような場合であっても、本実施の形態における校正動作
を行うことにより、この保護膜などの厚さのバラツキに
起因する感度誤差を校正することができる。
シング物質30と金属膜12の間に保護膜等の他の薄膜
層を有する測定チップを使用するものも考えられ、この
ような場合であっても、本実施の形態における校正動作
を行うことにより、この保護膜などの厚さのバラツキに
起因する感度誤差を校正することができる。
【0077】また、基準測定感度データの取得および参
照測定感度データの取得を、センシング物質を除去した
状態で行ってもよく、この場合にはセンシング物質の厚
さのバラツキによる感度誤差を校正することはできない
が、金属膜12の厚さのバラツキによる感度誤差はより
精度良く校正することができる。また、校正精度は若干
低下するが、被検体の除去が困難である場合等には、被
検体を除去せずに参照測定感度データを取得してもよ
い。
照測定感度データの取得を、センシング物質を除去した
状態で行ってもよく、この場合にはセンシング物質の厚
さのバラツキによる感度誤差を校正することはできない
が、金属膜12の厚さのバラツキによる感度誤差はより
精度良く校正することができる。また、校正精度は若干
低下するが、被検体の除去が困難である場合等には、被
検体を除去せずに参照測定感度データを取得してもよ
い。
【0078】また、1組の表面プラズモン測定ユニット
のみから構成される全反射減衰を利用した測定装置また
はターンテーブル等に搭載された複数個の測定チップの
測定を順次行う形態の全反射減衰を利用した測定装置等
においても、同様の効果を得ることができる。
のみから構成される全反射減衰を利用した測定装置また
はターンテーブル等に搭載された複数個の測定チップの
測定を順次行う形態の全反射減衰を利用した測定装置等
においても、同様の効果を得ることができる。
【0079】次に図7を参照して本発明の第2の実施の
形態である漏洩モード測定装置について説明する。本実
施の形態による漏洩モード測定装置の全体形状は、図1
に示す第1の実施の形態で示した表面プラズモン装置と
同様である。各表面プラズモン測定ユニットにおいて、
一部の構成を変更することにより漏洩モード測定ユニッ
トとすることができる。以下、図面を用いて説明する。
形態である漏洩モード測定装置について説明する。本実
施の形態による漏洩モード測定装置の全体形状は、図1
に示す第1の実施の形態で示した表面プラズモン装置と
同様である。各表面プラズモン測定ユニットにおいて、
一部の構成を変更することにより漏洩モード測定ユニッ
トとすることができる。以下、図面を用いて説明する。
【0080】図7は、漏洩モード測定ユニットの側面形
状を示す図である。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。
状を示す図である。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。
【0081】この漏洩モード測定ユニットでも測定チッ
プ9を用いるように構成されている。この測定チップ9
の上面に形成された凹部10cの底面にはクラッド層4
0が形成され、さらにその上には光導波層41が形成さ
れている。これらクラッド層40と光導波層41とによ
って薄膜層が形成されている。
プ9を用いるように構成されている。この測定チップ9
の上面に形成された凹部10cの底面にはクラッド層4
0が形成され、さらにその上には光導波層41が形成さ
れている。これらクラッド層40と光導波層41とによ
って薄膜層が形成されている。
【0082】誘電体ブロック10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いる。一方ク
ラッド層40は、誘電体ブロック10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41は、クラッド層40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40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41の膜厚
は、例えばPMMAから形成する場合で700nm程度
とされる。
BK7等の光学ガラスを用いて形成されている。一方ク
ラッド層40は、誘電体ブロック10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41は、クラッド層40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40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41の膜厚
は、例えばPMMAから形成する場合で700nm程度
とされる。
【0083】上記構成の漏洩モード測定装置において、
レーザ光源14から射出された光ビーム13を誘電体ブ
ロック10を通してクラッド層40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13の多くの成
分が誘電体ブロック10とクラッド層40との界面10
bで全反射するが、クラッド層40を透過して光導波層
41に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波
層41を導波モードで伝搬されるようになる。こうして
導波モードが励起されると、特定入射角で入射した入射
光のほとんどが光導波層41に取り込まれるので、上記
界面10bに特定入射角で入射し、全反射された光の強
度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
レーザ光源14から射出された光ビーム13を誘電体ブ
ロック10を通してクラッド層40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13の多くの成
分が誘電体ブロック10とクラッド層40との界面10
bで全反射するが、クラッド層40を透過して光導波層
41に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波
層41を導波モードで伝搬されるようになる。こうして
導波モードが励起されると、特定入射角で入射した入射
光のほとんどが光導波層41に取り込まれるので、上記
界面10bに特定入射角で入射し、全反射された光の強
度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【0084】光導波層41における導波光の波数は、該
光導波層41上の試料液11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である全反射減衰角
θS Pの角度変化量を知ることによって、試料液11中
の被検体がセンシング物質30と結合する特定物質であ
るか否かを判定することができる。
光導波層41上の試料液11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である全反射減衰角
θS Pの角度変化量を知ることによって、試料液11中
の被検体がセンシング物質30と結合する特定物質であ
るか否かを判定することができる。
【0085】なお、本実施形態においても、変化量校正
部8において、スクリーニング動作により試料液11中
の被検体がセンシング物質30と結合する特定物質であ
ると判定された場合に、その測定チップの測定感度校正
データを測定し、時間経過に伴う全反射減衰角θSPの
角度変化量を校正するため、第1の実施形態と同様に、
測定効率を低下させることなく、個々の測定チップ間の
測定感度のバラツキの影響を低減し、全反射減衰の状態
の変化量の測定精度を向上させることができる。
部8において、スクリーニング動作により試料液11中
の被検体がセンシング物質30と結合する特定物質であ
ると判定された場合に、その測定チップの測定感度校正
データを測定し、時間経過に伴う全反射減衰角θSPの
角度変化量を校正するため、第1の実施形態と同様に、
測定効率を低下させることなく、個々の測定チップ間の
測定感度のバラツキの影響を低減し、全反射減衰の状態
の変化量の測定精度を向上させることができる。
【0086】次に図8を参照して本発明の第3の実施の
形態である表面プラズモン測定装置について説明する。
本実施の形態による表面プラズモン測定装置の全体形状
は、図1に示す第1の実施の形態で示した表面プラズモ
ン装置と同様である。本実施の形態の表面プラズモンセ
ンサーは、上記第1の実施の形態の表面プラズモン測定
装置と比べ測定方法を変更したものである。なおこの図
8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。
形態である表面プラズモン測定装置について説明する。
本実施の形態による表面プラズモン測定装置の全体形状
は、図1に示す第1の実施の形態で示した表面プラズモ
ン装置と同様である。本実施の形態の表面プラズモンセ
ンサーは、上記第1の実施の形態の表面プラズモン測定
装置と比べ測定方法を変更したものである。なおこの図
8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。
【0087】図8は、表面プラズモン測定ユニットの側
面形状を示す図である。本実施の形態の表面プラズモン
測定ユニットの測定位置には、レーザ光源50 とCC
D50 が配設されており、レーザ光源50とCCD5
1との間には、コリメータレンズ52、干渉光学系5
3、集光レンズ54およびアパーチャー55が配設され
ている。
面形状を示す図である。本実施の形態の表面プラズモン
測定ユニットの測定位置には、レーザ光源50 とCC
D50 が配設されており、レーザ光源50とCCD5
1との間には、コリメータレンズ52、干渉光学系5
3、集光レンズ54およびアパーチャー55が配設され
ている。
【0088】上記干渉光学系53は、偏光フィルタ6
1、ハーフミラー62、ハーフミラー63およびミラー
64により構成されている。さらに、CCD51はコン
ピュータシステム等からなる信号処理部65と、この信
号処理部65に接続された表示手段21とを備えてい
る。なお、信号処理部65には、変化量校正部8を備え
ている。
1、ハーフミラー62、ハーフミラー63およびミラー
64により構成されている。さらに、CCD51はコン
ピュータシステム等からなる信号処理部65と、この信
号処理部65に接続された表示手段21とを備えてい
る。なお、信号処理部65には、変化量校正部8を備え
ている。
【0089】以下、本実施の形態の表面プラズモンセン
サーにおける測定動作について説明する。レーザ光源5
0が駆動されて光ビーム70が発散光の状態で出射され
る。この光ビーム70はコリメータレンズ52により平
行光化されて偏光フィルタ61に入射する。偏光フィル
タ61を透過して界面12aに対してp偏光で入射する
ようにされた光ビーム70は、ハーフミラー62により
一部がレファレンス光ビーム7070Rとして分割さ
れ、ハーフミラー62を透過した残りの光ビーム70S
は界面12aに入射する。界面12aで全反射した光ビ
ーム70Sおよびミラー64で反射したレファレンス光
ビーム70Rはハーフミラー63に入射して合成され
る。合成された光ビーム70’は集光レンズ64により
集光され、アパーチャー55を通過してCCD51によ
って検出される。このとき、CCD51で検出される光
ビーム70’は、光ビーム70Sとレファレンス光ビー
ム70Rとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
サーにおける測定動作について説明する。レーザ光源5
0が駆動されて光ビーム70が発散光の状態で出射され
る。この光ビーム70はコリメータレンズ52により平
行光化されて偏光フィルタ61に入射する。偏光フィル
タ61を透過して界面12aに対してp偏光で入射する
ようにされた光ビーム70は、ハーフミラー62により
一部がレファレンス光ビーム7070Rとして分割さ
れ、ハーフミラー62を透過した残りの光ビーム70S
は界面12aに入射する。界面12aで全反射した光ビ
ーム70Sおよびミラー64で反射したレファレンス光
ビーム70Rはハーフミラー63に入射して合成され
る。合成された光ビーム70’は集光レンズ64により
集光され、アパーチャー55を通過してCCD51によ
って検出される。このとき、CCD51で検出される光
ビーム70’は、光ビーム70Sとレファレンス光ビー
ム70Rとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【0090】ここで、金属膜12の表面に固定されてい
るセンシング物質30が、試料液11中の被検体と結合
するものであるか否か、すなわち被検体がセンシング物
質と結合する特定物質であるか否かを、試料液11を滴
下後から継続的に測定を行い、CCD51により検出さ
れる干渉縞の変化を検出することにより、判定すること
ができる。
るセンシング物質30が、試料液11中の被検体と結合
するものであるか否か、すなわち被検体がセンシング物
質と結合する特定物質であるか否かを、試料液11を滴
下後から継続的に測定を行い、CCD51により検出さ
れる干渉縞の変化を検出することにより、判定すること
ができる。
【0091】すなわち、上記試料液11中の被検体とセ
ンシング物質30との結合状態に応じてセンシング物質
30の屈折率が変化するため、界面12aで全反射した
光ビーム70Sおよびレファレンス光ビーム70Rがハ
ーフミラー63により合成される際に、干渉の状態が変
化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合反応の有無
を検出することができる。信号処理手段65は、以上の
原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表
示部21に表示される。
ンシング物質30との結合状態に応じてセンシング物質
30の屈折率が変化するため、界面12aで全反射した
光ビーム70Sおよびレファレンス光ビーム70Rがハ
ーフミラー63により合成される際に、干渉の状態が変
化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合反応の有無
を検出することができる。信号処理手段65は、以上の
原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表
示部21に表示される。
【0092】また、本実施の形態においても、変化量校
正部8において、スクリーニング動作により試料液11
中の被検体がセンシング物質30と結合する特定物質で
あると判定された場合に、その測定チップの測定感度校
正データを測定し、時間経過に伴う全反射減衰角θSP
の角度変化量を校正するため、第1の実施形態と同様
に、測定効率を低下させることなく、個々の測定チップ
間の測定感度のバラツキの影響を低減し、全反射減衰の
状態の変化量の測定精度を向上させることができる。
正部8において、スクリーニング動作により試料液11
中の被検体がセンシング物質30と結合する特定物質で
あると判定された場合に、その測定チップの測定感度校
正データを測定し、時間経過に伴う全反射減衰角θSP
の角度変化量を校正するため、第1の実施形態と同様
に、測定効率を低下させることなく、個々の測定チップ
間の測定感度のバラツキの影響を低減し、全反射減衰の
状態の変化量の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による表面プラズモン測定
装置の概略構成を示す平面図
装置の概略構成を示す平面図
【図2】表面プラズモン測定装置の要部の側面形状を示
す図
す図
【図3】測定チップの概略構成図
【図4】表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブ
ロック図
ロック図
【図5】光ビームの界面への入射角と差動アンプの出力
との関係を示す図
との関係を示す図
【図6】基準測定感度データおよび参照測定感度データ
の説明図
の説明図
【図7】本発明の第2の実施形態による漏洩モード測定
装置の要部の側面形状を示す図
装置の要部の側面形状を示す図
【図8】本発明の第3の実施形態による表面プラズモン
測定装置の要部の側面形状を示す図
測定装置の要部の側面形状を示す図
【符号の説明】
8A、8B、8C… 変化量校正部
9A、9B、9C… 測定チップ
10A、10B、10C… 誘電体ブロック
13A、13B、13C… 光ビーム
14A、14B、14C… レーザ光源
15A、15B、15C… 入射光学系
13′A、13′B、13′C… 反射光ビーム
17A、17B、17C… 光検出器
32 記憶部
33 判定部
34 校正データ取得部
35 校正部
101A、101B、101C… 表面プラズモン測
定ユニット
定ユニット
Claims (4)
- 【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、この薄膜層の表
面上に配されて、試料液中の特定物質と結合するセンシ
ング物質、およびこのセンシング物質の表面上に前記試
料液を保持する試料液保持部を備えてなる測定チップ
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検出する光検出
手段と、 該光検出手段の検出結果に基づいて、時間経過に伴う全
反射減衰の状態の変化量を測定する測定手段とを備えた
全反射減衰を利用した測定装置を用いた測定方法におい
て、 前記測定手段による前記変化量の測定開始から所定時間
経過後の変化量が、予め設定された所定値以上であるか
否かを判定し、 該変化量が前記所定値以上であると判定された測定チッ
プについてのみ該測定チップの測定感度校正データを取
得し、 取得された該測定感度校正データに基づいて、前記変化
量を校正することを特徴とする全反射減衰を利用した測
定方法。 - 【請求項2】 屈折率が既知である複数種類の参照試料
液を用いて測定された全反射減衰の状態の測定結果に基
づいて、前記測定チップの測定感度校正データを取得す
ることを特徴とする請求項1記載の全反射減衰を利用し
た測定方法。 - 【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薄膜層、この薄膜層の表
面上に配されて、試料液中の特定物質と結合するセンシ
ング物質、およびこのセンシング物質の表面上に前記試
料液を保持する試料液保持部を備えてなる測定チップ
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検出する光検出
手段と、 該光検出手段の検出結果に基づいて、時間経過に伴う全
反射減衰の状態の変化量を測定する測定手段とを備えた
全反射減衰を利用した測定装置において、 前記測定手段による前記変化量の測定開始から所定時間
経過後の変化量が、予め設定された所定値以上であるか
否かを判定する判定手段と、 該判定手段により前記変化量が前記所定値以上であると
判定された測定チップについてのみ該測定チップの測定
感度校正データを取得する校正データ取得手段と、 該校正データ取得手段により取得された測定感度校正デ
ータに基づいて、前記変化量を校正する校正手段とを備
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】 前記校正データ取得手段が、屈折率が既
知である複数種類の参照試料液を用いて測定された全反
射減衰の状態の測定結果に基づいて前記測定チップの測
定感度校正データを取得するものであることを特徴とす
る請求項3記載の全反射減衰を利用した測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002095706A JP2003294614A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 全反射減衰を利用した測定方法および測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002095706A JP2003294614A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 全反射減衰を利用した測定方法および測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003294614A true JP2003294614A (ja) | 2003-10-15 |
Family
ID=29239069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002095706A Withdrawn JP2003294614A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 全反射減衰を利用した測定方法および測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003294614A (ja) |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002095706A patent/JP2003294614A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |