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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- 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 |