JP3562912B2

JP3562912B2 - Surface plasmon sensor

Info

Publication number: JP3562912B2
Application number: JP23386596A
Authority: JP
Inventors: 昌之納谷
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH1078390A

Description

【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中の物質を分析する表面プラズモンセンサーに関するものであり、さらに詳しくは、表面プラズモンの散乱を利用して試料中に疎に存在する物質を分析する表面プラズモンセンサーに関するものである。
【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。
【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、試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサー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センサーは基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に形成されて試料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、上記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な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偏向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で集束するように入射させてもよい。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって出射角が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器によって検出したり、出射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサーによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の出射角で出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ー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センサーにおいて、Ｐ偏光（センサー面に垂直な偏光成分）の光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θ_ＳＰで入射させると、該金属膜に接している試料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試料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すると、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、プリズムと金属膜との界面で全反射する光の強度が鋭く低下する。
【０００７】
この現象が生じる入射角θ_ＳＰより表面プラズモンの波数が分かると、試料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Ｋ_ＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、ε_ｍとε_ｓをそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】

【０００９】
試料の誘電率ε_ｓが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上記反射光強度が低下する入射角（全反射解消角）θ_ＳＰを知ることにより、試料中の特定物質を定量分析することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上説明した従来の表面プラズモンセンサーにおいては、分析対象物質がセンサー面（金属膜）に密に吸着している必要があり、例えば大腸菌のように、試料液中において疎に分布する物質の検出は難しいという問題が認められていた。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、試料液中において疎に分布する物質を良好に分析可能な表面プラズモンセンサーを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の表面プラズモンセンサーは、請求項１に記載の通り、前述したようなプリズムと、金属膜と、光ビームを発生させる光源とに加えて、上記光ビームを上記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、表面プラズモンを発生させる入射角で入射させる光学系と、表面プラズモンの電場が乱されることにより生じる散乱光を検出する散乱光検出手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明による第２の表面プラズモンセンサーは、従来からなされている全反射解消角θ_SPの検出による試料分析も行なえるようにしたものであり、具体的には請求項２に記載の通り、前述したようなプリズムと、金属膜と、光ビームを発生させる光源とに加えて、上記光ビームを上記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、表面プラズモンを発生させる入射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、表面プラズモンの電場が乱されることにより生じる散乱光を検出する散乱光検出手段と、上記界面で全反射した光ビームの強度を、上記種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明による第３の表面プラズモンセンサーは請求項３に記載の通り、上記第１または２の表面プラズモンセンサーにおいて、試料中の物質が表面プラズモンにより励起されて発した蛍光を検出する蛍光検出手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の効果】
上記構成を有する本発明の各表面プラズモンセンサーにおいて、表面プラズモンが励起されると、金属膜の表面には強い電場が発生する。この電場内に前述した大腸菌等の分析対象物質が存在していると、それが表面プラズモンの電場を乱して、散乱光が生じる。この散乱は、分析対象物質が単独で１個だけ存在している場合にも生じる。そこでこの散乱光を検出すれば、大腸菌等のように金属膜近辺に非常に疎に存在する物質も検出可能である。
【００１６】
なお、上記大腸菌等の分析対象物質の量が少ない場合は、散乱光の強度と分析対象物質の量との間に相関が存在する。そこでこの場合は、散乱光の強度を測定することにより、分析対象物質を定量的に分析することもできる。
【００１７】
また、特に本発明による第２の表面プラズモンセンサーは、光ビームをプリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるように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種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えたことにより、従来からなされている全反射解消角θ_ＳＰの検出による試料分析も行なうことができる。
【００１８】
さらに、本発明による第３の表面プラズモンセンサーは、試料中の物質が表面プラズモンにより励起されて発した蛍光を検出する蛍光検出手段を備えているから、この第３の表面プラズモンセンサーによれば、分析対象物質を蛍光色素等で標識しておき、上記蛍光を検出することによって免疫反応等を分析することも可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものである。図示されるようにこの表面プラズモンセンサーは、断面三角形のプリズム１０と、このプリズム１０の一面（図中の上面）に形成された、例えば金、銀等からなる金属膜１２と、この金属膜１２の上に形成されて分析対象物質３０を抗原・抗体反応によりトラップする機能薄膜２０と、１本の光ビーム１３を発生させる半導体レーザー等からなる光源１４とを有している。
【００２０】
例えば大腸菌等の分析対象物質３０を含む試料液１１は、上記機能薄膜２０に接触する状態でフローセル２１内を流通する。このフローセル２１の上方には、後述のようにして生じる散乱光２２を集光する集光レンズ２３と、集光されたこの散乱光２２を検出する散乱光検出器２４とが配設されている。
【００２１】
上記光源１４は光ビーム１３を、プリズム１０と金属膜１２との界面１０ａに対して、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特定の入射角（全反射解消角）θ_ＳＰで入射させるように配設されている。このようにして表面プラズモンが励起されると、金属膜１２の表面には強い電場が発生する。この電場内に大腸菌等の分析対象物質３０が存在していると、それが表面プラズモンの電場を乱して、散乱光２２が生じる。
【００２２】
したがって、散乱光検出器２４が出力する散乱光検出信号Ｓｄは、試料液１１中に分析対象物質３０が含まれる場合は所定値以上の値を取るようになり、そこで、この散乱光検出信号Ｓｄに基づいて分析対象物質３０を検出可能となる。なお上記の散乱は、分析対象物質３０が機能薄膜２０上に単独で１個だけ存在している場合にも生じる。したがって、分析対象物質３０が大腸菌等のように非常に疎に存在するものであっても、それを良好に検出可能となっている。
【００２３】
また、分析対象物質３０の量が少ない場合は、散乱光２２の強度と分析対象物質３０の量との間に相関が存在する。そこでこの場合は、散乱光２２の強度を測定することにより、分析対象物質３０を定量的に分析することもできる。
【００２４】
なおこの実施形態においては、光源１４の光学系が、光ビーム１３を界面１０ａに対して表面プラズモンを励起させる入射角θ_ＳＰで入射させる光学系を構成しているが、このような光学系を光源１４とは全く別体に構成しても構わない。
【００２５】
次に図２を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての重複した説明は省略する。
【００２６】
この第２の実施形態の表面プラズモンセンサーは、光ビーム１３をプリズム１０と金属膜１２との界面１０ａに対して、全反射解消角θ_ＳＰを含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系１５と、プリズム１０と金属膜１２との界面１０ａで全反射した光ビーム１３の強度を検出する光検出手段１６とを備えている。上記光学系１５は、光源１４から発せられた光ビーム１３を発散させるレンズ１５ａと、発散光となった光ビーム１３を平行光化するコリメーターレンズ１５ｂと、平行光となった光ビーム１３をプリズム１０の長さ方向に垂直な面（紙面に平行な面）内のみで集束させるシリンドリカルレンズ１５ｃとから構成されている。
【００２７】
光ビーム１３は、シリンドリカルレンズ１５ｃの作用で上述のように集束するので、図中に最小入射角θ_１と最大入射角θ_２とを例示するように、界面１０ａ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。そこで、光ビーム１３は界面１０ａで全反射し、この反射した光ビーム１３には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。
【００２８】
光検出手段１６としては、上記のように種々の反射角で反射した全部の光ビーム１３を受光できる方向に受光部が延びる、例えばＣＣＤラインセンサ等が用いられている。そこで、この光検出手段１６の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓは、上記種々の反射角毎に（つまり、種々の入射角毎に）光ビーム１３の強度を示すものとなる。
【００２９】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。試料分析に際しては、シリンドリカルレンズ１５の作用で上述のように集束する光ビーム１３が、金属膜１２に向けて照射される。この金属膜１２とプリズム１０との界面１０ａで全反射した光ビーム１３は、光検出手段１６によって検出される。
【００３０】
前述した通り、光検出手段１６の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓは、全反射した光ビーム１３の強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。そしてこの反射光強度Ｉと入射角θとの関係は、概ね図３に示すようなものとなる。
【００３１】
ここで、ある特定の入射角θ_ＳＰ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。光検出手段１６の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓを用いれば上記入射角θ_ＳＰが分かり、このθ_ＳＰの値に基づいて試料液１１中の物質３０を定量分析することができる。その理由は、先に詳しく説明した通りである。
【００３２】
また光ビーム１３には、プリズム１０と金属膜１２との界面１０ａに対して、全反射解消角θ_ＳＰで入射する成分が含まれるから、この場合も第１実施形態と同様に、散乱光２２の検出信号Ｓｄに基づいて、疎に存在する分析対象物質３０も検出することができる。
【００３３】
なお、以上説明した散乱光２２の検出に基づく分析と、反射光強度Ｉの検出に基づく分析とは、時間的に互いに分離させて行なってもよいし、あるいは相並行して行なってもよい。
【００３４】
また、上記の実施形態においては、種々の入射角θを得るために、比較的太い光ビーム１３を界面１０ａで集束するように入射させているが、比較的細い光ビームを偏向させることによって種々の入射角θを得るようにしてもよい。
【００３５】
さらに、分析対象物質３０を抗原・抗体反応により機能薄膜２０にトラップさせることは必ずしも必要ではなく、本発明の表面プラズモンセンサーは、この抗原・抗体反応を示すものではない物質の分析にも用いられ得るものである。
【００３６】
また、図１や図２の構成において、試料液１１を間に挟んで金属膜１２と対面する電極や、あるいはプリズム１０上において金属膜１２と互いに離間する電極を設け、その電極と金属膜１２との間に電圧を印加して、試料液１１中で帯電している分析対象物質を電着効果により金属膜１２側に引き寄せるようにしてもよい。そのようにすれば、試料液１１の金属膜１２に近接する部分では分析対象物質３０の濃度が高くなるので、全反射解消角θ_ＳＰが短時間で大きく変化し、そこで、分析対象物質３０を高感度で短時間内に分析可能となる。
【００３７】
さらに、試料中の物質が表面プラズモンにより励起されて発した蛍光を検出する蛍光検出手段を付加しておけば、分析対象物質を蛍光色素等で標識しておき、上記蛍光を検出することによって免疫反応等を分析することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】本発明の第２の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図３】表面プラズモンセンサーにおける、プリズムへの光ビーム入射角と全反射光強度との概略関係を示すグラフ
【符号の説明】
１０プリズム
１０ａプリズムと金属膜との界面
１１試料液
１２金属膜
１３光ビーム
１４光源
１５ｃシリンドリカルレンズ
１６光検出手段
２０機能薄膜
２１フローセル
２２散乱光
２３集光レンズ
２４散乱光検出器
３０分析対象物質[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface plasmon sensor for analyzing a substance in a sample using generation of surface plasmon, and more particularly, to analyze a substance sparsely present in a sample using scattering of surface plasmon. It relates to a surface plasmon sensor.
[0002]
[Prior art]
In a metal, free electrons vibrate collectively, and a compression wave called a plasma wave is generated. The quantized compression wave generated on the metal surface is called surface plasmon.
[0003]
Conventionally, various surface plasmon sensors for quantitatively analyzing a substance in a sample using a phenomenon in which surface plasmons are excited by light waves have been proposed. Among them, a particularly well-known one uses a system called a Kretschmann arrangement (see, for example, JP-A-6-167443).
[0004]
A surface plasmon sensor using the above system basically includes a prism, a metal film formed on one surface of the prism and brought into contact with a sample, a light source for generating a light beam, and passing the light beam through the prism. An optical system for causing various angles of incidence to be obtained with respect to the interface between the prism and the metal film, and a light detecting means capable of detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface at each of various angles of incidence. It is provided with.
[0005]
In order to obtain various angles of incidence as described above, a relatively narrow light beam may be deflected and incident on the interface, or a component may be included in the light beam at various angles. Alternatively, a relatively thick light beam may be incident so as to be focused at the interface. In the former case, a light beam whose emission angle changes with the deflection of the light beam is detected by a small photodetector that moves synchronously with the deflection of the light beam, or by an area sensor extending along the change direction of the emission angle. Can be detected. On the other hand, the latter case can be detected by an area sensor extending in a direction in which all light beams emitted at various emission angles can be received.
[0006]
In the surface plasmon sensor having the above configuration, when a P-polarized light beam (a polarization component perpendicular to the sensor surface) is incident on the metal film at a specific incident angle θ _SP equal to or larger than the total reflection angle, the light comes into contact with the metal film. An evanescent wave having an electric field distribution is generated in the sample, and the evanescent wave excites a surface plasmon at an interface between the metal film and the sample. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state, and the light energy is transferred to the surface plasmon, so the intensity of the light totally reflected at the interface between the prism and the metal film Drops sharply.
[0007]
If the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle θ _{SP at} which this phenomenon occurs, the dielectric constant of the sample can be obtained. That is, the wave number of the surface plasmon K _SP, the angular frequency of the surface plasmon omega, the speed of light in vacuum c, metal epsilon _m and epsilon _s respectively, when the dielectric constant of the sample, the following relationship.
[0008]
(Equation 1)

[0009]
If the dielectric constant ε _s of the sample is known, the concentration of the specific substance in the sample can be determined based on a predetermined calibration curve or the like, and eventually, the incident angle (the angle of elimination of total reflection) θ _{SP at} which the reflected light intensity decreases is known. Thus, the specific substance in the sample can be quantitatively analyzed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional surface plasmon sensor described above, the substance to be analyzed needs to be densely adsorbed on the sensor surface (metal film), and for example, a substance sparsely distributed in the sample liquid such as Escherichia coli is required. The problem that detection was difficult was recognized.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface plasmon sensor capable of satisfactorily analyzing a substance sparsely distributed in a sample liquid.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The first surface plasmon sensor according to the present invention passes the light beam through the prism in addition to the prism, the metal film, and the light source that generates the light beam, as described in claim 1. An optical system for entering the interface between the prism and the metal film at an incident angle for generating surface plasmon, and scattered light detection means for detecting scattered light generated by disturbing the electric field of the surface plasmon are provided. It is characterized by becoming.
[0013]
Further, the second surface plasmon sensor according to the present invention is also adapted to perform a sample analysis by detecting a conventional total reflection elimination angle θ _SP , and specifically, as described in claim 2. In addition to the above-described prism, metal film, and light source for generating a light beam, the light beam passes through the prism, and an incident light for generating a surface plasmon on an interface between the prism and the metal film. An optical system for incident light so as to obtain various incident angles including angles, a scattered light detecting means for detecting scattered light generated by disturbing an electric field of surface plasmon, and an intensity of a light beam totally reflected at the interface And light detecting means capable of detecting the above-mentioned various incident angles.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a third surface plasmon sensor according to the first or second aspect, wherein the first or second surface plasmon sensor detects fluorescence emitted when a substance in the sample is excited by the surface plasmon. Means are provided.
[0015]
【The invention's effect】
In each of the surface plasmon sensors of the present invention having the above configuration, when surface plasmon is excited, a strong electric field is generated on the surface of the metal film. If an analyte such as Escherichia coli described above exists in this electric field, it disturbs the electric field of the surface plasmon, and scattered light is generated. This scattering occurs even when only one analyte is present. Therefore, if this scattered light is detected, it is possible to detect a substance very sparsely present near the metal film, such as E. coli.
[0016]
When the amount of the analyte such as Escherichia coli is small, there is a correlation between the intensity of the scattered light and the amount of the analyte. Therefore, in this case, the substance to be analyzed can be quantitatively analyzed by measuring the intensity of the scattered light.
[0017]
In particular, the second surface plasmon sensor according to the present invention includes an optical system that causes a light beam to enter the interface between the prism and the metal film so as to obtain various incident angles, and a light beam that is totally reflected at the interface. And light detecting means capable of detecting the intensity of the light at various incident angles, so that a conventional sample analysis by detecting the total reflection elimination angle θ _SP can also be performed.
[0018]
Furthermore, since the third surface plasmon sensor according to the present invention includes fluorescence detecting means for detecting fluorescence emitted when a substance in the sample is excited by the surface plasmon, according to the third surface plasmon sensor, By labeling a substance to be analyzed with a fluorescent dye or the like, and detecting the fluorescence, it becomes possible to analyze an immune reaction or the like.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side surface shape of a surface plasmon sensor according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the surface plasmon sensor includes a prism 10 having a triangular cross section, a metal film 12 made of, for example, gold, silver, or the like formed on one surface (upper surface in the drawing) of the prism 10, and a metal film 12. A functional thin film 20 formed on the substrate and trapping the analysis target substance 30 by an antigen-antibody reaction, and a light source 14 such as a semiconductor laser for generating one light beam 13.
[0020]
For example, the sample liquid 11 containing the substance to be analyzed 30 such as Escherichia coli flows through the flow cell 21 in a state of contacting the functional thin film 20. Above the flow cell 21, a condenser lens 23 for condensing scattered light 22 generated as described later, and a scattered light detector 24 for detecting the collected scattered light 22 are provided. .
[0021]
The light source 14 converts the light beam 13 into a specific incident angle (total reflection elimination angle) θ that excites surface plasmons at the interface between the metal film 12 and the sample liquid 11 with respect to the interface 10 a between the prism 10 and the metal film 12. It is arranged so as to be incident at _SP . When the surface plasmon is excited in this way, a strong electric field is generated on the surface of the metal film 12. If an analyte 30 such as Escherichia coli exists in this electric field, it disturbs the electric field of the surface plasmon, and scattered light 22 is generated.
[0022]
Therefore, the scattered light detection signal Sd output from the scattered light detector 24 takes a value equal to or greater than a predetermined value when the sample substance 11 contains the substance 30 to be analyzed. , The analysis target substance 30 can be detected. Note that the above-described scattering also occurs when only one analysis target substance 30 exists on the functional thin film 20. Therefore, even if the analysis target substance 30 exists very sparsely, such as Escherichia coli, it can be detected well.
[0023]
When the amount of the analysis target substance 30 is small, there is a correlation between the intensity of the scattered light 22 and the amount of the analysis target substance 30. Therefore, in this case, the substance 30 to be analyzed can be quantitatively analyzed by measuring the intensity of the scattered light 22.
[0024]
In this embodiment, the optical system of the light source 14 constitutes an optical system that causes the light beam 13 to enter the interface 10a at an incident angle θ _SP that excites surface plasmons. The light source 14 may be completely separate from the light source 14.
[0025]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, elements that are the same as the elements in FIG. 1 are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
[0026]
The surface plasmon sensor of the second embodiment is an optical system that causes the light beam 13 to enter the interface 10a between the prism 10 and the metal film 12 so that various incident angles including the total reflection elimination angle θ _SP can be obtained. The system includes a system 15 and light detecting means 16 for detecting the intensity of the light beam 13 totally reflected at the interface 10 a between the prism 10 and the metal film 12. The optical system 15 includes a lens 15a that diverges the light beam 13 emitted from the light source 14, a collimator lens 15b that converts the divergent light beam 13 into parallel light, and a collimator lens 15b. The prism 10 includes a cylindrical lens 15c that converges only in a plane perpendicular to the longitudinal direction (a plane parallel to the paper surface).
[0027]
Light beam 13, so focused as described above by the action of the cylindrical lens 15c, to illustrate the minimum incident angle theta ₁ and the maximum incident angle theta ₂ in the figure, various incident angles with respect to the interface 10a theta And the incident component. The incident angle θ is an angle equal to or larger than the total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interface 10a, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles.
[0028]
As the light detecting means 16, for example, a CCD line sensor or the like, in which a light receiving portion extends in a direction capable of receiving all the light beams 13 reflected at various reflection angles as described above, is used. Therefore, the light detection signal S output for each light receiving element of the light detection means 16 indicates the intensity of the light beam 13 at each of the various reflection angles (that is, at various incident angles).
[0029]
Hereinafter, the sample analysis by the surface plasmon sensor having the above configuration will be described. At the time of sample analysis, the light beam 13 converged as described above by the action of the cylindrical lens 15 is irradiated toward the metal film 12. The light beam 13 totally reflected at the interface 10 a between the metal film 12 and the prism 10 is detected by the light detecting means 16.
[0030]
As described above, the light detection signal S output for each light receiving element of the light detection means 16 indicates the intensity I of the totally reflected light beam 13 for each incident angle θ. The relationship between the reflected light intensity I and the incident angle θ is approximately as shown in FIG.
[0031]
Here, the light incident at a specific incident angle θ _SP excites surface plasmons at the interface between the metal film 12 and the sample solution 11, so that the reflected light intensity I sharply decreases. By using the light detection signal S output for each light receiving element of the light detecting means 16, the incident angle θ _SP can be determined, and the substance 30 in the sample liquid 11 can be quantitatively analyzed based on the value of θ _SP. . The reason is as described in detail above.
[0032]
The light beam 13, to the interface 10a between the prism 10 and the metal film 12, because include component incident at the total reflection eliminated angle theta _SP, as with Again the first embodiment, the scattered light 22 Can be detected based on the detection signal Sd.
[0033]
Note that the analysis based on the detection of the scattered light 22 and the analysis based on the detection of the reflected light intensity I described above may be performed separately from each other in time, or may be performed in parallel.
[0034]
Further, in the above-described embodiment, in order to obtain various angles of incidence θ, the relatively thick light beam 13 is incident so as to converge at the interface 10a. May be obtained.
[0035]
Further, it is not always necessary to trap the substance 30 to be analyzed in the functional thin film 20 by an antigen-antibody reaction, and the surface plasmon sensor of the present invention is also used for analyzing a substance that does not exhibit this antigen-antibody reaction. What you get.
[0036]
1 and 2, an electrode facing the metal film 12 with the sample liquid 11 interposed therebetween, or an electrode separated from the metal film 12 on the prism 10 is provided. May be applied to draw the analyte to be charged in the sample liquid 11 toward the metal film 12 by the electrodeposition effect. By doing so, the concentration of the analyte 30 in the portion of the sample liquid 11 close to the metal film 12 increases, so that the total reflection elimination angle θ _SP greatly changes in a short time. High sensitivity allows analysis within a short time.
[0037]
Furthermore, if a fluorescence detecting means for detecting the fluorescence emitted when the substance in the sample is excited by the surface plasmon is added, the substance to be analyzed is labeled with a fluorescent dye or the like, and the fluorescence is detected by detecting the fluorescence. It is also possible to analyze reactions and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a surface plasmon sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of a surface plasmon sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a prism in the surface plasmon sensor. Graph showing the schematic relationship between the angle of incidence of a light beam on an object and the intensity of total reflection light
Reference Signs List 10 prism 10a interface between prism and metal film 11 sample liquid 12 metal film 13 light beam 14 light source 15c cylindrical lens 16 light detecting means 20 functional thin film 21 flow cell 22 scattered light 23 condensing lens 24 scattered light detector 30 scattered light detector 30

Claims

プリズムと、
このプリズムの一面に形成されて、試料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、
前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、表面プラズモンを発生させる入射角で入射させる光学系と、
前記表面プラズモンの電場が乱されることにより生じる散乱光を検出する散乱光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサー。Prism and
A metal film formed on one surface of the prism and brought into contact with the sample,
A light source for generating a light beam;
An optical system that passes the light beam through the prism, and enters the interface between the prism and the metal film at an incident angle that generates surface plasmon.
A surface plasmon sensor comprising: scattered light detecting means for detecting scattered light generated by disturbing the electric field of the surface plasmon.

プリズムと、
このプリズムの一面に形成されて、試料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、
前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、表面プラズモンを発生させる入射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、
前記表面プラズモンの電場が乱されることにより生じる散乱光を検出する散乱光検出手段と、
前記界面で全反射した光ビームの強度を、前記種々の入射角毎に検出可能な反射光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサー。Prism and
A metal film formed on one surface of the prism and brought into contact with the sample,
A light source for generating a light beam;
An optical system that passes the light beam through the prism, and enters the interface between the prism and the metal film so that various incident angles including an incident angle that generates surface plasmon are obtained.
Scattered light detection means for detecting scattered light generated by the electric field of the surface plasmon is disturbed ,
A surface plasmon sensor comprising: a reflected light detecting means capable of detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface at each of the various incident angles.

試料中の物質が前記表面プラズモンにより励起されて発した蛍光を検出する蛍光検出手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の表面プラズモンセンサー。The surface plasmon sensor according to claim 1 or 2, further comprising a fluorescence detection unit configured to detect fluorescence emitted when a substance in the sample is excited by the surface plasmon.