JP2015087111A - Ｓｐｒセンサチップおよびｓｐｒセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路の取扱い性に優れ、かつ、コアへの光カップリングが容易であるＳＰＲセンサチップおよびＳＰＲセンサを提供すること。【解決手段】ＳＰＲセンサのチップ装着部に挿抜可能に装着されるＳＰＲセンサチップであって、金属層ならびに光入射口および光出射口を備える光導波路と、金属層にサンプルを配置するためのサンプル配置部と、光導波路を挟持固定する上板および下板から構成される保持体と、を含み、光導波路の光入射口および光出射口ならびにチップ装着部の奥行側に配置される少なくとも１つの角部が保持体から露出している、ＳＰＲセンサチップ。【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＰＲセンサチップおよびＳＰＲセンサに関する。

従来、化学分析および生物化学分析などの分野において、光ファイバを備えるＳＰＲ（表面プラズモン共鳴：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）センサが用いられている。光ファイバを備えるＳＰＲセンサでは、光ファイバの先端部の外周面に金属薄膜が形成されるとともに、分析サンプルが固定され、その光ファイバ内に光が導入される。導入される光のうち特定の波長の光が、金属薄膜において表面プラズモン共鳴を発生させ、その光強度が減衰する。このようなＳＰＲセンサにおいて、表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、通常、光ファイバに固定される分析サンプルの屈折率などによって異なる。したがって、表面プラズモン共鳴の発生後に光強度が減衰する波長を計測すれば、表面プラズモン共鳴を発生させた波長を特定でき、さらに、その減衰する波長が変化したことを検出すれば、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認できるので、分析サンプルの屈折率の変化を確認できる。その結果、このようなＳＰＲセンサは、例えば、サンプルの濃度の測定、免疫反応の検出など、種々の化学分析および生物化学分析に用いることができる。

このような光ファイバを備えるＳＰＲセンサにおいては、光ファイバの先端部が微細な円筒形状であるので、金属薄膜の形成および分析サンプルの固定が困難であるという問題がある。このような問題を解決するために、例えば、光が透過するコアと、このコアを覆うクラッドとを備え、このクラッドの所定位置にコアの表面に至る貫通口を形成し、この貫通口に対応した位置におけるコアの表面に金属薄膜を形成した導波路型ＳＰＲセンサが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。導波路型ＳＰＲセンサによれば、コア表面に表面プラズモン共鳴を発生させるための金属薄膜の形成、および、その表面への分析サンプルの固定が容易である。

しかしながら、微小な光導波路を用いたＳＰＲセンサにおいては、光導波路自体の取扱いに注意が必要であり、また、光をコアに入射させるために複雑な光カップリングが必要になる。

特開２０００−１９１００号公報 特開２００７−２６３７３６号公報

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、光導波路の取扱い性に優れ、かつ、コアへの光カップリングが容易であるＳＰＲセンサチップおよびＳＰＲセンサを提供することにある。

本発明によれば、ＳＰＲセンサチップが提供される。該ＳＰＲセンサチップは、ＳＰＲセンサのチップ装着部に挿抜可能に装着されるＳＰＲセンサチップであって、金属層ならびに光入射口および光出射口を備える光導波路と、金属層にサンプルを配置するためのサンプル配置部と、光導波路を挟持固定する上板および下板から構成される保持体と、を含み、光導波路の光入射口および光出射口ならびにチップ装着部の奥行側に配置される少なくとも１つの角部が保持体から露出している。
１つの実施形態において、上記上板を上下方向に貫通してサンプル配置部に連通する第１の貫通孔および第２の貫通孔が、平面視において金属層の両側に設けられている。
１つの実施形態において、上記光導波路の上記チップ装着部の奥行側に配置される両方の角部が、上記保持体から露出している。
１つの実施形態において、上記サンプル配置部が、５μｍ〜１０００μｍの厚みを有するオーバークラッド層によって規定されている。
本発明の別の局面によれば、ＳＰＲセンサが提供される。該ＳＰＲセンサは、上記ＳＰＲセンサチップが挿抜可能に装着されるチップ装着部を備え、チップ装着部に上記保持体から露出した光導波路の角部に対応する形状の位置決め部が設けられている。
１つの実施形態において、上記チップ装着部に、装着された上記ＳＰＲセンサチップを上下方向に押圧可能な突起部がさらに設けられている。
１つの実施形態において、上記チップ装着部に、装着された上記ＳＰＲセンサチップを水平方向に押圧可能な突起部がさらに設けられている。

本発明のＳＰＲセンサチップおよびＳＰＲセンサによれば、光導波路の取扱い性に優れ、かつ、コアへの光カップリングが容易である。

本発明の第１の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略斜視図である。 図１に示すＳＰＲセンサチップの概略平面図である。 図１に示すＳＰＲセンサチップの概略分解斜視図である。 （ａ）は、図３のＡ１−Ａ１線断面図であり、（ｂ）は、図３のＡ２−Ａ２線断面図である。 本発明の第２の実施形態によるＳＰＲセンサチップの概略分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略斜視図である。 本発明の第４の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略斜視図である。 本発明の第５の実施形態によるＳＰＲセンサチップの概略分解斜視図である。 本発明の第６の実施形態によるＳＰＲセンサチップの概略分解斜視図である。 本発明の第７の実施形態によるＳＰＲセンサチップの概略分解斜視図である。 図５Ｆに示すＳＰＲセンサチップの概略平面図である。 本発明の１つの実施形態によるチップ装着部の概略斜視図である。 図６に示すチップ装着部にＳＰＲセンサチップが装着された状態を示す概略図である。 蓋部材を底面側から見た概略斜視図である。 底部材を上面側から見た概略斜視図である。 底部材の上面の要部拡大図である。 本発明の別の実施形態によるチップ装着部を構成する蓋部材を底面側から見た概略斜視図である。 （ａ）は、本発明の１つの実施形態によるＳＰＲセンサを説明する概略図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＳＰＲセンサにＳＰＲセンサチップが装着された状態を説明する概略図である。 本発明の別の実施形態によるＳＰＲセンサを説明する概略図である。

＜Ａ．ＳＰＲセンサチップ＞
図１、図２および図３はそれぞれ、本発明の第１の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略斜視図、概略平面図および概略分解斜視図である。ＳＰＲセンサチップ１００ａは、平面視において光導波路の導波方向と直交する方向の矢印（図２）の向きにＳＰＲセンサのチップ装着部に挿入され、挿抜可能に装着される。なお、以下のＳＰＲセンサチップの説明において方向に言及するときは、平面視におけるＳＰＲセンサチップの挿抜方向をＸ軸方向とし、挿入方向（図２の矢印の方向）をＸ軸＋方向、その反対方向をＸ軸−方向とする。また、平面視において光導波路の導波方向と平行な方向（平面視においてＸ軸方向と直交する方向）をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と直交する方向（厚み方向）をＺ軸方向とする。また、見やすくするために、本明細書中の各図における各構成部材は模式化されており、サイズおよび／または縮尺が実際とは異なって記載されていることに留意されたい。

ＳＰＲセンサチップ１００ａは、光導波路１０とサンプル配置部２０とを含み（以下の第１の実施形態によるＳＰＲセンサチップの説明において、光導波路１０とサンプル配置部２０とを併せてＳＰＲセンサチップ本体と称する場合がある）、これら（すなわち、ＳＰＲセンサチップ本体１１０）を挟持固定する保持体１２０をさらに含む。ＳＰＲセンサチップ１００ａにおいては、ＳＰＲセンサチップ本体１１０のほぼ全体が保持体１２０に覆われているが、Ｘ軸＋方向側の両方の角部１５ならびに光入射口１２ａおよび光出射口１２ｂを含むＹ軸方向の両側端部の一部が保持体１２０から露出している。このような構成とすることにより、ＳＰＲセンサチップ１００ａをＳＰＲセンサのチップ装着部に装着する際に露出した角部１５を用いて位置決めをすることができる。光導波路は、精密なダイシング加工によって寸法精度よく作製可能であるので、その角部を用いて位置決めすることにより、保持体の寸法精度にバラツキがある場合でも、光導波路への精密な光カップリングを容易に行うことができる。また、保持体の一部を用いる間接的な位置決めではなく、光導波路の一部を用いる直接的な位置決めが可能となるので、精密な光カップリングを容易に行うことができる。角部１５の露出の程度は、位置決めが可能な限りにおいて制限はない。角部１５は、例えば、Ｘ軸方向に１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、より好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍ程度、Ｙ軸方向に１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、より好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍ程度露出し得る。

＜Ａ−１．ＳＰＲセンサチップ本体＞
＜光導波路＞
光導波路１０は、アンダークラッド層１１と、アンダークラッド層１１に上面が露出するように埋設されたコア層１２と、アンダークラッド層およびコア層の一部を被覆する金属層１３と、アンダークラッド層の底面側に積層された基板１４とを有する。コア層１２に導入される光のうち特定の波長の光が、金属層１３において表面プラズモン共鳴を発生させてその光強度を減衰させることによって金属層表面のサンプルの状態および／またはその変化を検知することができる。

アンダークラッド層１１は、所定の厚みを有する平面視略矩形平板状に形成されている。アンダークラッド層の厚み（コア層上面からの厚み）は、例えば５μｍ〜４００μｍである。

アンダークラッド層１１は、後述するコア層の屈折率よりも低い屈折率を有する任意の適切な材料から形成され得る。具体例としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびこれらの変性体（例えば、フルオレン変性体、重水素変性体、フッ素樹脂以外の場合はフッ素変性体）が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらは、好ましくは感光剤を配合して、感光性材料として用いられ得る。

アンダークラッド層１１は、上記樹脂に加えて粒子を含んでいてもよい。アンダークラッド層中に粒子を分散させることにより、十分なＳ／Ｎ比が得られ得る。当該粒子としては、アンダークラッド層表面の反射率を増大させるおよび／またはアンダークラッド層における光透過性を低減させ得る任意の適切な粒子が用いられ得る。アンダークラッド層中に粒子が分散している場合、アンダークラッド層の波長６５０ｎｍにおける光透過率は、例えば９５％以下であり得る。アンダークラッド層が粒子を含むことにより、コア層への光カップリングの際に要求される精度を低く抑えることができる。

上記粒子の形成材料としては、例えば、金属または無機酸化物が挙げられる。また、粒子の平均粒子径（φ）は、例えば１０ｎｍ〜５μｍである。アンダークラッド層における粒子の充填率は、例えば１％〜５０％である。

コア層１２は、ＳＰＲセンサチップの挿抜方向（Ｘ軸方向）および厚み方向（Ｚ軸方向）の両方と直交する方向に延びる略角柱形状に形成され、アンダークラッド層１１から上面が露出するように埋設されている。なお、コア層１２の延びる方向が、光導波路の導波方向である。

コア層１２は、その上面がアンダークラッド層１１の上面と面一となるように配置されている。コア層の上面がアンダークラッド層の上面と面一となるように配置することにより、金属層をコア層の上側のみに効率よく配置することができる。さらに、コア層は、その延びる方向の両端面がアンダークラッド層の当該方向の両端面と面一となるように配置されており、それぞれ、光入射口および光出射口として機能する。

コア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、アンダークラッド層１１の屈折率（Ｎ_ＣＬ）より高い。コア層の屈折率は、例えば１．３４〜１．４３であり得る。コア層の屈折率とアンダークラッド層の屈折率との差（Ｎ_ＣＯ−Ｎ_ＣＬ）は、好ましくは０．０１０以上であり、より好ましくは０．０２０以上である。コア層の屈折率とアンダークラッド層の屈折率との差がこのような範囲であれば、光導波路をいわゆるマルチモードとすることができる。したがって、光導波路を透過する光の量を多くすることができ、結果として、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

コア層１２の厚みは、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。また、コア層の幅は、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。このような厚みおよび／または幅であれば、光導波路をいわゆるマルチモードとすることができる。

コア層１２を形成する材料としては、任意の適切な材料を用いることができる。例えば、アンダークラッド層形成樹脂と同様の樹脂であって、屈折率がアンダークラッド層よりも高くなるように調整された樹脂から形成され得る。

金属層１３は、図２および図３に示すように、アンダークラッド層１１およびコア層１２の上面の少なくとも一部を均一に被覆するように形成されている。必要に応じて、アンダークラッド層およびコア層と金属層との間に易接着層（図示せず）が設けられ得る。易接着層を形成することにより、アンダークラッド層およびコア層と金属層とを強固に固着させることができる。金属層の上面には、必要に応じて抗原等のリガンドが固定され得る。

金属層１３を形成する材料としては、金、銀、白金、銅、アルミニウムおよびこれらの合金が挙げられる。金属層は、単一層であってもよく、２層以上の積層構造を有していてもよい。金属層の厚み（積層構造を有する場合はすべての層の合計厚み）は、好ましくは２０ｎｍ〜７０ｎｍであり、より好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍである。

易接着層を形成する材料としては、代表的にはクロムまたはチタンが挙げられる。易接着層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜５ｎｍである。

基板１４は、アンダークラッド層の支持基板である。基板は、必要に応じて省略されてもよい。基板の形成材料としては、任意の適切な樹脂が用いられ得る。具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド等が挙げられる。基板の厚みは、例えば５０μｍ〜２０００μｍ、好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。

＜サンプル配置部＞
サンプル配置部２０は、光導波路１０の上面とオーバークラッド層２１とによって規定されている。具体的には、図１〜図３に示すように、オーバークラッド層２１が、光導波路１０の上面において、その外周が光導波路１０の外周と平面視において略同一となるように、平面視矩形の枠形状に形成されており、該オーバークラッド層２１と光導波路１０の上面とで囲まれる部分が、サンプル配置部２０として区画されている。当該区画にサンプルを配置することにより、金属層とサンプルとが接触して検出が可能となる。さらに、このような区画を形成することにより、サンプルを容易に金属層表面に配置することができるので、作業性の向上を図ることができる。サンプル配置部の幅は、毛細管現象等によってサンプルが金属層まで移動し得る幅であれば良い。

オーバークラッド層２１を形成する材料としては、例えば、上記コア層およびアンダークラッド層を形成する材料、ならびにシリコーンゴム、樹脂フィルム、無機酸化物フィルム等が挙げられる。オーバークラッド層を形成する材料はまた、基材フィルムと粘着層とを備える粘着テープでもよい。オーバークラッド層の厚みは、好ましくは５μｍ〜１０００μｍであり、さらに好ましくは２５μｍ〜２００μｍである。オーバークラッド層の屈折率は、好ましくは、コア層の屈折率よりも低い。１つの実施形態においては、オーバークラッド層の屈折率は、アンダークラッド層の屈折率と同等である。

ＳＰＲセンサチップ本体は、任意の適切な方法で作製することができる。作製方法の具体例としては、特開２０１２−２１５５４０号公報等に記載の方法が挙げられる。

＜Ａ−２．保持体＞
保持体１２０は、上板３０および下板４０から構成されている。保持体１２０（上板３０および下板４０）は、平面視において、Ｘ軸＋側が狭幅部１２１とされ、Ｘ軸−方向側が広幅部１２２とされた横向きの凸字形状を有する。狭幅部１２１のＹ軸方向の長さは、導波路長（すなわち、光導波路１０のＹ軸方向の長さ）より短くされており、これにより、上板３０および下板４０でＳＰＲセンサチップ本体１１０を挟持した場合においても光導波路１０の光入射口１２ａおよび光出射口１２ｂならびに少なくとも１つの角部１５を露出させることができる。一方、広幅部１２２のＹ軸方向の長さは、導波路長より長くされており、当該部分においては光導波路１０を完全に被覆するので、その取扱い性が向上され得る。当該構成においては、狭幅部１２１がセンシング部１２３として用いられ、広幅部１２２が把持部１２４として用いられ得る。

図３および図４（ａ）、（ｂ）に示すとおり、下板４０は、その上面に、ＳＰＲセンサチップ本体１１０を嵌め込み可能に凹設されたＳＰＲセンサチップ本体配置部４１が設けられている。一方、上板３０は、その底面に、平面視においてＳＰＲセンサチップ本体配置部４１に対応する形状で下方向に突出する押込み部３１が設けられている。ＳＰＲセンサチップ本体配置部４１の深さは、押込み部３１の厚みよりもＳＰＲセンサチップ本体１１０の厚み（光導波路の厚みとオーバークラッド層の厚みとの合計）分大きく設定されている。よって、下板４０のＳＰＲセンサチップ本体配置部４１にＳＰＲセンサチップ本体１１０を配置し、その上から押込み部３１がＳＰＲセンサチップ本体配置部４１に嵌合するように上板３０を押し込むことによってＳＰＲセンサチップ本体を挟持固定することができる。

本実施形態においては、上板３０および下板４０が、互いに係合可能な係合部を有し、これらの係合部の係合によってＳＰＲセンサチップ本体を強固に挟持固定している。具体的には、図３および図４（ａ）、（ｂ）に示すとおり、下板４０はその上面の周縁（ただし、ＳＰＲセンサチップ本体が露出する部分を除く）から立ち上がる側壁４２を有し、該側壁４２の上端には内側に突出した下向き鉤状の係合爪４３が複数設けられている。側壁４２の高さは上板３０の厚み（押込み部が設けられていない部分の厚み）と略同一である。一方、上板３０には、その上面の周縁に沿って係合爪４３に対応する形状の係合溝３２が設けられている。上記のとおり、上板３０を押込み、かつ、当該係合爪４３と係合溝３２を係合させることによってＳＰＲセンサチップ本体１１０を簡便に、かつ、強固に挟持固定することができる。

上板３０には、上板３０を上下方向に貫通する第１の貫通孔３３および第２の貫通孔３４がそれぞれ、平面視において金属層１３の両側、すなわち、金属層１３を挟んでＸ軸−方向側およびＸ軸＋方向側に設けられている。第１の貫通孔３３および第２の貫通孔３４はそれぞれ、上板３０および下板４０が保持体１２０としてＳＰＲセンサチップ本体１１０を挟持固定して一体化した場合に、サンプル配置部２０と連通する。当該構成によれば、第１の貫通孔３３がサンプル導入部として用いられ、第２の貫通孔３４が通気孔として機能するので、第１の貫通孔３３に導入されたサンプルは、毛細管現象によってサンプル配置部２０をＸ軸＋方向に流れて金属層１３に接触し、測定が行われ得る。なお、第１の貫通孔３３は、ＳＰＲセンサチップ１００ａがチップ装着部に装着された際に、チップ装着部外となる位置に設けられている。このような構成とすることにより、ＳＰＲセンサチップをチップ装着部に装着した後にサンプルを導入することができ、操作性が向上し得る。

第１の貫通孔３３の内径は、代表的には、２ｍｍ〜１０ｍｍであり、その内部には１０μｌ程度のサンプルを導入することができる。また、第２の貫通孔３４の内径は、代表的には、０．１ｍｍ〜２ｍｍである。

上板３０および下板４０の形成材料としては、目的等に応じて任意の適切な材料が用いられ得る。形成材料の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイミド等が挙げられる。上板３０の厚み（押込み部が設けられていない部分の厚み）は、例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．８ｍｍ〜３ｍｍである。下板４０の厚み（ＳＰＲセンサチップ本体配置部が設けられていない部分の厚み）は、例えば０．５ｍｍ〜８ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍである。

上板３０および下板４０はそれぞれ、射出成形、切削成形等の任意の適切な方法で作製され得る。

＜Ａ−３．変形例＞
図５Ａは、本発明の第２の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略分解斜視図である。第２の実施形態は、コア層１２が光入射口１２ａからサンプル配置部２０に対応する部分に向かって１本から２本、さらに４本に分岐し、分岐した各コア層１２上に金属層１３が設けられている点で第１の実施形態と異なる。第２の実施形態のＳＰＲセンサチップ１００ｂによれば、１つのサンプルに対して複数の測定を同時に行うことができる。

図５Ｂは、本発明の第３の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略斜視図である。第３の実施形態は、ＳＰＲセンサチップ本体１１０のＸ軸＋方向側の片側（光入射口１２ａ側）の角部１５ならびに光入射口１２ａおよび光出射口１２ｂを含むＹ軸方向の両側端部の一部が保持体１２０から露出している点で第１の実施形態と異なる。

図５Ｃは、本発明の第４の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略斜視図である。第４の実施形態は、ＳＰＲセンサチップ本体１１０のＸ軸＋方向側の片側（光出射口１２ｂ側）の角部１５ならびに光入射口１２ａおよび光出射口１２ｂを含むＹ軸方向の両側端部の一部が保持体１２０から露出している点で第１の実施形態と異なる。

第３の実施形態または第４の実施形態によるＳＰＲセンサチップによれば、露出した片側の角部を用いて位置決めすることにより、保持体の寸法精度にバラツキがある場合でも、光導波路への精密な光カップリングを容易に行うことができる。

図５Ｄは、本発明の第５の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略分解斜視図である。第５の実施形態は、第１の貫通孔３３と第２の貫通孔３４とが上板３０の下面に凹設された凹部３５を介して連通している点、オーバークラッド層が省略されている点、および、凹部３５と光導波路１０の上面とでサンプル配置部を規定している点で第１の実施形態と異なる。第１の実施形態においては、光導波路１０とサンプル配置部２０とを併せてＳＰＲセンサチップ本体としていたが、第５の実施形態においては、光導波路がＳＰＲセンサチップ本体に相当する。凹部３５の深さは、例えば、５μｍ〜１０００μｍである。

図５Ｅは、本発明の第６の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略分解斜視図である。第６の実施形態は、第１の貫通孔３３と第２の貫通孔３４とが上板を上下方向に貫通する流路３６を介して連通している点、オーバークラッド層が省略されている点、および、流路３６と光導波路１０の上面とでサンプル配置部を規定している点で第１の実施形態と異なる。第６の実施形態においても上記と同様に、光導波路がＳＰＲセンサチップ本体に相当する。

図５Ｆは、本発明の第７の実施形態によるＳＰＲセンサチップを説明する概略分解斜視図である。第７の実施形態は、平面視において金属層１３が完全に露出するように第１の貫通孔３３が設けられている点、第２の貫通孔およびオーバークラッド層が省略されている点、および、第１の貫通孔３３と光導波路１０の上面とでサンプル配置部を規定している点で第１の実施形態と異なる。第７の実施形態においても上記と同様に、光導波路がＳＰＲセンサチップ本体に相当する。なお、図５Ｇは、第７の実施形態におけるＳＰＲセンサチップ１００ｇの概略平面図である。

また、第１の実施形態においては、上板と下板とが係合部の係合によってＳＰＲセンサチップ本体を挟持固定しているが、当該固定方法に限定されず、ネジ、接着剤等を用いてＳＰＲセンサチップ本体を挟持固定することもできる。

上記の各実施形態は、適宜組み合わせてもよい。

＜Ｂ．ＳＰＲセンサ＞
本発明のＳＰＲセンサは、上記Ａ項に記載のＳＰＲセンサチップが挿抜可能に装着されるチップ装着部を備え、チップ装着部内に上記保持体から露出した光導波路の角部に対応する形状の位置決め部を有する。

＜Ｂ−１．チップ装着部＞
チップ装着部は、ＳＰＲセンサチップを光カップリング可能な状態でＳＰＲセンサ内に装着するための部品である。図６は、本発明の第１の実施形態によるＳＰＲセンサのチップ装着部の概略斜視図であり、図７は、図６に示すチップ装着部にＳＰＲセンサチップ１００ａが装着された状態を示す概略図である。なお、以下のチップ装着部の説明において方向に言及するときは、平面視においてＳＰＲセンサチップを挿抜する方向をＸ軸方向とし、平面視において挿抜方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と直交する方向（厚み方向）をＺ軸方向とする。

図６に示されるとおり、チップ装着部２１０ａは、蓋部材５０と底部材６０とが接合されてなり、これらの部材の空隙として形成される、ＳＰＲセンサチップ装着用キャビティ７０と、該キャビティ７０のＸ軸方向の両外方に形成された光接続用の入射口側および出射口側窓部８０とを有する。

図８は蓋部材５０を底面側から見た概略斜視図であり、図９は底部材６０を上面側から見た概略斜視図である。蓋部材５０は、平面視において、挿抜方向（Ｘ軸方向）の略中央部分が狭幅部５１とされた、横向きのＨ字形状を有する。底部材６０は、平面視において略矩形の形状を有する。底部材６０は、挿抜方向（Ｘ軸方向）の略中央部分が蓋部材５０の狭幅部５１と同じ幅となるように所定の深さまで切欠かれて狭幅部６３とされている。その結果、キャビティ７０にＳＰＲセンサチップが装着された際に窓部８０から光入射口１２ａおよび光出射口１２ｂが露出するので（図７）、コア層との光カップリングが好適に行われ得る。

蓋部材５０の底面および底部材６０の上面にはそれぞれ、蓋側凹部５２および底側凹部６４が設けられており、これらが一緒になってキャビティ７０を形成する。キャビティ７０は、第１の貫通孔３３がキャビティ７０の外に配置されるように、ＳＰＲセンサチップの一部を収容可能である。キャビティ７０の形状は、ＳＰＲセンサチップの収容される部分における保持体１２０の形状にほぼ対応するが、後述する位置決め部を用いて位置決めを行う観点から、奥行きには若干の余裕（１ｍｍ程度）を有する。また、ＳＰＲセンサチップの把持部１２４が配置される領域においては幅および厚みが奥行き側から手前側に向かって逆テーパー状とされて、把持部１２４の形状よりも徐々に大きくなるようにされている。このような構成とすることにより、キャビティ７０へのＳＰＲセンサチップの挿入が容易となる。

底側凹部６４の形状を規定する壁部６５は、狭幅部６３において、その高さが、保持体１２０を構成する下板４０の厚み以下であり、かつ、周囲の壁部６５よりもＳＰＲセンサチップ本体１１０の厚み以上小さくなるように設定されている。壁部６５の高さをこのように設定することにより、蓋部材５０と底部材６０とが接合された際に窓部８０が規定され、該窓部８０からの光入射口１２ａおよび光出射口１２ｂの露出が確保される。

図１０に示すとおり、底部材６０は、底側凹部６４のＸ軸方向奥行側角部の外方にＳＰＲセンサチップの位置決め部６６を有する。該位置決め部６６は、保持体１２０から露出した光導波路１０の角部１５に対応する形状であり、保持体１２０から露出した光導波路１０の角部１５のＹ軸方向の長さに対応する幅を有する。よって、キャビティ７０にＳＰＲセンサチップを、角部１５が位置決め部６６に突き当たるまで挿入することにより、ＳＰＲセンサチップが位置精度よくチップ装着部に装着され得る。なお、図示する実施形態においては、位置決め部が２カ所に設けられているが、第３の実施形態または第４の実施形態のＳＰＲセンサチップのように光導波路の一方の角部のみが露出しているＳＰＲセンサチップを用いる場合には、位置決め部は１カ所に設けられていてもよい。

蓋部材５０の底面には、さらに、キャビティ７０内に装着されたＳＰＲセンサチップ１００を下方向（Ｚ軸方向）に押圧可能な突起部５３が設けられている。該突起部５３に押圧されることにより、ＳＰＲセンサチップのＺ軸方向におけるより精密な位置決めが可能となる。

突起部５３は、ばね等の弾性変形部材（図示せず）を含んで構成され、該弾性変形部材の弾性を利用してＳＰＲセンサチップを押圧する。１つの実施形態において、突起部５３は、ＳＰＲセンサチップが装着される際に、ＳＰＲセンサチップによって蓋部材内に押し込まれ、弾性変形部材の反発力によってＳＰＲセンサチップを押圧する。

蓋部材５０と底部材６０とは、任意の適切な手段によって接合される。接合手段としては、ネジ、接着剤等が挙げられる。代表的には、チップ装着部は、ネジ、係合部等の任意の適切な手段を用いて、ＳＰＲセンサの所定の位置に固定される。

＜Ｂ−２．変形例＞
本発明の第２の実施形態によるＳＰＲセンサのチップ装着部は、図１１に示すとおり、蓋部材５０が蓋側凹部５２の側面からＹ軸方向に突出する突起部５４を有している点で上記実施形態と異なる。該突起部５４は、ばね等の弾性変形部材（図示せず）を含んで構成され、該弾性変形部材の弾性を利用してＳＰＲセンサチップを水平方向に押圧することができる。１つの実施形態において、突起部５４は、ＳＰＲセンサチップが装着される際に、ＳＰＲセンサチップによって蓋部材内に押し込まれ、弾性変形部材の反発力によってＳＰＲセンサチップを押圧する。このような構成によれば、ＸＹ平面上でのより精密な位置決めが可能となる。図示例とは異なり、底部材６０にＳＰＲセンサチップ１００を水平方向に押圧可能な突起部が設けられていてもよい。

また、図示しないが、蓋部材５０の底面に設けられた突起部５３の代わりに、または、突起部５３に加えて、底部材の上面に、キャビティ内に装着されたＳＰＲセンサチップを上方向に押圧可能な突起部が設けられていてもよい。

＜Ｂ−３．ＳＰＲセンサの全体構造＞
図１２（ａ）は、本発明の１つの実施形態によるＳＰＲセンサを説明する概略図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示すＳＰＲセンサにＳＰＲセンサチップが装着された状態を説明する概略図である。ＳＰＲセンサ２００ａは、チップ装着部２１０と光源２２０と光計測器２３０とこれらを光接続する光ファイバ２４０とを備える。チップ装着部２１０は、ＳＰＲセンサチップ１００ａが位置決め部を用いて所定の位置に装着された場合に、光源２２０、光源側光ファイバ２４０ａ、ＳＰＲセンサチップ１００ａのコア層１２、計測器側光ファイバ２４０ｂおよび光計測器２３０が一軸上となる位置に配置される。

光源２２０としては、任意の適切な光源が採用され得る。光源の具体例としては、白色光源、単色光光源が挙げられる。光計測器２３０は、受光素子を含み、任意の適切な演算処理装置に接続され、データの蓄積、表示および加工を可能としている。

光源２２０は、光源側光コネクタ２２１ａを介して光源側光ファイバ２４０ａに接続されている。光源側光ファイバ２４０ａは、光源側ファイバブロック２２２ａを介してＳＰＲセンサチップ１００ａのコア層１２の光入射口に接続されている。コア層１２の光出射口には、計測器側ファイバブロック２２２ｂを介して計測器側光ファイバ２４０ｂが接続されている。計測器側光ファイバ２４０ｂは、計測器側光コネクタ２２１ｂを介して光計測器２３０に接続されている。光源側光ファイバ２４０ａは、光源側光ファイバ固定装置２２３ａにより固定され、計測器側光ファイバ２４０ｂは、計測器側光ファイバ固定装置２２３ｂにより固定されている。

図１３は、本発明の別の実施形態によるＳＰＲセンサを説明する概略図である。ＳＰＲセンサ２００ｂは、チップ装着部２１０と光源２２０と光計測器２３０とを備える。光源２２０および光計測器２３０はそれぞれ、チップ装着部２１０にＳＰＲセンサチップが位置決め部を用いて所定の位置に装着された場合に、チップ装着部２１０から露出する光導波路の入射口および出射口と直接（すなわち、光ファイバを介することなく）光接続される。当該実施形態によるＳＰＲセンサによれば、光ファイバが不要である。

＜Ｃ．ＳＰＲセンサの使用方法＞
以下、図１２（ａ）に示すＳＰＲセンサ２００ａの使用形態の一例を説明する。

まず、図１２（ｂ）に示すとおり、ＳＰＲセンサチップ１００ａをチップ装着部２１０に装着する。次いで、サンプルをＳＰＲセンサチップ１００ａの第１の貫通孔３３に導入し、毛細管現象によってサンプル配置部２０内に流入させて、サンプルと金属層１３とを接触させる。次いで、光源２２０から所定の光を、光源側光ファイバ２４０ａを介してＳＰＲセンサチップ１００ａ（コア層１２）に導入する。ＳＰＲセンサチップ１００ａ（コア層１２）に導入された光は、コア層１２内において全反射を繰り返しながら、ＳＰＲセンサチップ１００ａ（コア層１２）を透過するとともに、一部の光は、コア層１２の上面において金属層１３に入射し、表面プラズモン共鳴により減衰される。ＳＰＲセンサチップ１００ａ（コア層１２）を透過した光は、計測器側光ファイバ２４０ｂを介して光計測器２３０に導入される。すなわち、このＳＰＲセンサ２００ａにおいて、光計測器２３０に導入される光は、コア層１２において表面プラズモン共鳴を発生させた波長の光強度が減衰している。表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、金属層１３に接触したサンプルの屈折率などに依存するので、光計測器２３０に導入される光の光強度の減衰を検出することにより、サンプルの屈折率の変化を検出することができる。

例えば、光源２２０として白色光源を用いる場合には、光計測器２３０によって、ＳＰＲセンサチップ１００ａの透過後に光強度が減衰する波長（表面プラズモン共鳴を発生させる波長）を計測し、その減衰する波長が変化したことを検出すれば、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。また例えば、光源２２０として単色光光源を用いる場合には、光計測器２３０によって、ＳＰＲセンサチップ１００ａの透過後における単色光の光強度の変化（減衰の度合い）を計測し、その減衰の度合いが変化したことを検出すれば、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認でき、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。

上記のように、このようなＳＰＲセンサは、サンプルの屈折率の変化に基づいて、例えば、サンプルの濃度の測定、免疫反応の検出などの種々の化学分析および生物化学分析に用いることができる。より具体的には、例えば、サンプルが溶液である場合には、サンプル（溶液）の屈折率は溶液の濃度に依存するので、サンプルの屈折率を検出すれば、そのサンプルの濃度を測定することができる。さらに、サンプルの屈折率が変化したことを検出すれば、サンプルの濃度が変化したことを確認することができる。また例えば、免疫反応の検出においては、ＳＰＲセンサチップ１００ａの金属層１３の上に誘電体膜を介して抗体を固定し、抗体に検体を接触させる。抗体と検体とが免疫反応すればサンプルの屈折率が変化するので、抗体と検体との接触前後におけるサンプルの屈折率変化を検出することにより、抗体と検体とが免疫反応したと判断することができる。

ＳＰＲセンサチップ １００
ＳＰＲセンサチップ本体 １１０
光導波路 １０
サンプル配置部 ２０
保持体 １２０
上板 ３０
下板 ４０
ＳＰＲセンサ ２００
チップ装着部 ２１０
蓋部材 ５０
底部材 ６０
キャビティ ７０
窓部 ８０
光源 ２２０
光計測器 ２３０
光ファイバ ２４０

Claims (7)

1. ＳＰＲセンサのチップ装着部に挿抜可能に装着されるＳＰＲセンサチップであって、
   金属層ならびに光入射口および光出射口を備える光導波路と、
   金属層にサンプルを配置するためのサンプル配置部と、
   光導波路を挟持固定する上板および下板から構成される保持体と、を含み、
   光導波路の光入射口および光出射口ならびにチップ装着部の奥行側に配置される少なくとも１つの角部が保持体から露出している、
   ＳＰＲセンサチップ。
2. 前記上板を上下方向に貫通してサンプル配置部に連通する第１の貫通孔および第２の貫通孔が、平面視において金属層の両側に設けられている、請求項１に記載のＳＰＲセンサチップ。
3. 前記光導波路の前記チップ装着部の奥行側に配置される両方の角部が、前記保持体から露出している、請求項１または２に記載のＳＰＲセンサチップ。
4. 前記サンプル配置部が、５μｍ〜１０００μｍの厚みを有するオーバークラッド層によって規定されている、請求項１から３のいずれかに記載のＳＰＲセンサチップ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のＳＰＲセンサチップが挿抜可能に装着されるチップ装着部を備え、
   チップ装着部に前記保持体から露出した光導波路の角部に対応する形状の位置決め部が設けられている、ＳＰＲセンサ。
6. 前記チップ装着部に、装着された前記ＳＰＲセンサチップを上下方向に押圧可能な突起部がさらに設けられている、請求項５に記載のＳＰＲセンサ。
7. 前記チップ装着部に、装着された前記ＳＰＲセンサチップを水平方向に押圧可能な突起部がさらに設けられている、請求項５または６に記載のＳＰＲセンサ。

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