JPH0658873A - 光センサー、光センサーを用いた検出方法、及び光センサーに用いる分子認識機能膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面プラズモン共鳴を利用し、分子認識機能
性物質に対して特異的反応を示す試料溶液中の特定分子
の定量化等を行う。 【構成】 プリズム１の一面に金属薄膜２、分子認識機
能膜５及び被分析試料６の流れる流路７を配置する。白
色光光源８から発する入射光３を、偏光子１０によって
ｐ偏光の光波とし、更にコリメーターレンズ１１によっ
て平行光とする。入射光３は金属薄膜２の表面で全反射
する角度範囲で、入射角度を変化させながら入射する
が、ある特定の角度で表面プラズモンを励起して反射光
４の強度を低下させる。分子認識機能膜５に固定された
分子認識機能物質の作用によって被分析試料６の屈折
率、誘電率等が変化した場合には、表面プラズモンの励
起される入射角度（共振角）が変化するため、この変化
を検知して被分析試料６中の特定物質の濃度等を算出す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学的分析方法の一つで
ある表面プラズモン共鳴方法を用いて、試料溶液中に存
在する、イオン感応物、酵素、抗原、抗体、その他分子
認識機能膜に固定された分子認識機能性物質と特異的反
応を示す特定分子の、定量化或いは監視を行うための光
センサー、光センサーを用いた検出方法、及び光センサ
ーに用いる分子認識機能膜の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体は無機物や有機物を高い選択性で認
識する能力を有している。その高い選択性を有する機能
性分子、或いは細胞、組織を始め生体そのものを物質選
択機能部位として、試料溶液中の検体を迅速に簡単に検
出するデバイスがバイオセンサーである。

【０００３】上記センサーの機能は、特定の検体を選択
的に認識して反応させる部分と、この反応による検体の
導伝性、発熱、発光等の変化を捉らえて信号に変換する
部分に分割して考えることができる。反応を捉らえて信
号に変換する部分には、一般的に酸素電極、過酸化水素
電極、イオン電極、ガス電極などの電極が用いられてい
る。また最近は例えば特開平3-48139号公報等に、光を
利用したセンサーが数多く提案されており、例えば特開
昭61-292045号公報、特開昭63-75542号公報、特開昭63-
271162号公報に記載されている表面プラズモン共鳴法は
その一つである。

【０００４】表面プラズモン共鳴法は、電荷密度が集団
的に振動するというプラズマ波の表面波を、外部から光
波をあてる条件で照射することによって、共鳴、結合さ
せた場合に生ずる。化学センサーとしてこの表面プラズ
モン共鳴法を利用するには、クレッシュマン（Kretshma
n）配置と呼ばれる系を使う。その構成は図９に概略を
示すように、光学プリズム１の一面に金属薄膜２が付着
されており、この金属薄膜には被分析試料としての空気
が接している。上記プラズモンの共鳴を起こす条件は種
々の構造パラメーターに依存する。例えば屈折率ｎ＝
１．８１７（λ＝６３３ｎｍ）のプリズム１に７０ｎｍ
厚の銀蒸着膜２を形成し、空気をサンプルとした場合、
ｐ偏光３を約４２．９度で入射した時に、銀薄膜２と空
気層との界面に表面プラズモンが励起され、その結果反
射光４強度が減少することが観察される。この時の入射
角に対する反射光４の強度曲線は図１０に示すように、
ある入射角において急激に強度を減じる。このときの反
射光４の角度（共振角）は、金属薄膜２の金属の種類、
膜厚、測定対象試料の屈折率（誘電率）、分子認識機能
膜の膜厚等の変化に対応して大きく変動することが確認
されており、特に測定対象試料の屈折率と分子認識機能
膜の膜厚とを要因とする共振角の変化を化学センサーに
利用している。

【０００５】上述の原理に基づいて、ナイランダ（Nyla
nder）らは金属薄膜表面にシリコーン・グリコール共重
合体の薄膜を形成し、ハロゲン化炭化水素ガスの吸収に
伴う共鳴吸収位置の変化を検知した（「Sensors and Ac
tuators」7(1982/83),79 ）。更にこの後、ＮＯ₂ガス、
アルコール、抗αフェトプロテイン、抗ＩｇＧ、イオン
等が検討されている。

【０００６】表面プラズモン共鳴の検出方法として、励
起光照射には（１）平行な単色光を角度を変えて入射す
る方法、（２）角度分布を持った単色光を入射する方
法、（３）平行な白色光を入射する方法、があり、反射
光検出には（ｉ）光検知素子の位置及び角度を変える方
法、（ii)アレイ状の光検知素子を用いて、反射率の角
度分布曲線を得る方法、（iii)反射率の波長分光曲線を
得る方法、がある。これらの方法のうち、従来は（１）
−（ｉ）、（２）−(ii)、（３）−(iii)の組合わせで
表面プラズモン共鳴を検出することが多かった。

【０００７】一方、タンパク質センサーは、人体におけ
る尿路の異常、腎の血量変化、異常タンパクの生成等に
よって尿中に排出されるタンパク質量を測定するもので
あるが、従来は尿中へ試薬を添加して、 （１）この試薬の添加或いは加熱によって生ずる沈殿量
を測定する方法 （２）吸光度或いは発光量によってタンパク質中のアミ
ノ基量を測定するビューレット法 （３）生じた沈殿を光の透過率によって測定するＬｏｗ
ｒｙ法 （４）尿の屈折率の上昇割合を屈折計で測定する方法 （５）タンパク質と特異的に色素を結合させて吸光度を
測定する色素結合法等が行われていた。また特開平2-27
6966号公報に記載されているような水晶振動子を利用し
たセンサーも提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の励起光照射方法
及び反射光検出の組合わせにおいて、（１）−（ｉ）の
場合は、励起光光源と受光素子の位置を変えるための機
械的な駆動手段が必要であるために精度が悪く、また価
格面においても問題があった。一方（２）−(ii)の場合
は、得られる反射率の角度分布曲線の角度分解機能は、
アレイ状光センサーの素子の数と光センサーの測定対象
試料からの距離とに依存する。従って、この距離を長く
すると分解能はアップするが、反対に光強度は低下して
しまう。更に、（３）−(iii)の場合は、固定して回折
格子やプリズムを用いて分光した光をアレイ状の光検出
素子によって受光する手法が行われているが、波長分解
能が回折格子と光センサーの素子の数によって決定され
るため、分解能を上げると光強度が低下してしまうとい
う難点があった。

【０００９】また、励起光源とプリズムと金属薄膜との
位置関係が変動すると、反射光の到達する位置がずれた
り、入射角と反射角とが一致しない場合が起きる。この
ようなときには反射光の角度分布−反射率曲線の測定が
不正確となる。例えば、上記励起光照射法（２）の、角
度分布を持った単色光を入射する方法を採用した場合に
は、上記位置関係が不安定であると同じ角度の反射光で
あっても受光素子に入射する位置が変化してしまい、角
度の測定値が不正確となる。また上記（１）或いは
（３）のように、平行光を入射する場合であっても、同
様に反射する位置がずれ、検出される反射光強度がその
都度異なってしまう。表面プラズモン共鳴を利用するた
めには光を全反射条件で入射する必要があるため入射角
が大きく、例えば屈折率調整オイルの厚みが少しでも変
ると上記のようなずれが生ずる。このような場合、厳密
なパラメータで決まる表面プラズモン共鳴条件の検出は
できなくなる。

【００１０】更にタンパク質センサーについては、上記
の各試薬添加による方法は測定作業が煩雑であること、
熟練する必要があること、測定時間が長いこと等の難点
があた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明に係る光センサーは、被分析試料が流れる溶液流路
にその表面が臨む分子認識機能膜と、この分子認識機能
膜の裏面に設けられる金属薄膜と、この金属薄膜側から
白色（即ち、全波長の光を含む）のｐ偏光・平行光を全
反射条件で入射させる励起光源と、入射光が金属薄膜表
面で反射することによって発生する反射光を受光する干
渉計を用いたフーリエ変換分光器とを備えた光センサー
としたものである。図１０に示したような極めて鋭い曲
線を描く反射率曲線が得られる表面プラズモン共鳴法で
は、このようなフーリエ変換分光分析法が最適である。

【００１２】また前記金属被膜の励起光源側に透明平行
平板と光学プリズムとがこの順に置かれ、白色のｐ偏光
・平行光はこの光学プリズムと透明平行平板とを透過し
て金属被膜に入射される場合には、（１）光学プリズム
と透明平行平板との間を間隙調整部材で挟み且つ屈折率
調整用オイルで満たすか、（２）透明平行平板側に面す
る光学プリズムの一面に、間隙調整用溝又は突起を形成
し且つ光学プリズムと透明平行平板との間を屈折率調整
用オイルで満たすか、若しくは（３）光学プリズム側に
面する透明平行平板面に、間隙調整用溝又は突起を形成
し且つ光学プリズムと透明平行平板との間を屈折率調整
用オイルで満たす、ことによって上述のプリズムと金属
薄膜の位置関係を一定に保つことが可能となる。

【００１３】更にタンパク質定量用光センサーについて
は、被分析試料が流れる溶液流路にその表面が臨む分子
認識機能膜と、この分子認識機能膜の裏面に設けられる
金属薄膜と、この金属薄膜側から白色のｐ偏光・平行光
を入射させる励起光源と、入属薄膜表面で反射すること
によって発生する反射光を受光する受光器とが備えられ
ており、分子認識機能膜が示性式−ＳＯ₃Ｍ（Ｍは水素
又はアルカリ金属）で示される基を含有する化合物を固
定した機能膜である光センサーによって上記課題を解決
することが可能である。

【００１４】上記光センサーを用いてタンパク質の定量
を行うには、励起光源から発光させた白色光を、偏光子
及びコリメーターレンズによって白色のｐ偏光・平行光
に変え、金属薄膜、分子認識機能膜及び被分析試料溶液
流路がこの順に形成された金属薄膜面側へ全反射条件で
徐々に入射角を変動させながら入射し、これによって生
ずる反射光を受光器で受光する。被分析試料溶液中のタ
ンパク質は上記示性式−ＳＯ₃Ｍ（Ｍは水素又はアルカ
リ金属）で示される基を有する化合物を固定した分子認
識機能膜へ吸着されるため、この吸着作用により生ずる
分子認識機能膜の誘電率変化を、反射光中の表面プラズ
モン共鳴による共振角の変遷を利用して測定し、ここか
ら被分析試料溶液中のタンパク質濃度を測定することが
できる。

【００１５】上記の分子認識機能膜は、示性式−ＳＯ₃
Ｍ（Ｍは水素又はアルカリ金属）で示される基を有す
る。タンパク質認識機能物質である化合物が水溶性であ
る場合は、これを純水に溶解して水相とし、一方、アル
コール類、チオール類、カルボン酸類、４級アンモニウ
ム塩類又はリン酸塩類から選ばれ且つ長鎖アルキル基
（炭素数１５乃至２４が好ましい）を有する少なくとも
１種の化合物を成膜成分として気液界面に単分子膜を形
成し、機能物質を吸着した単分子膜を基板にすくい取る
ことによって形成することができる。

【００１６】また、タンパク質認識機能物質である化合
物が水に溶解しない場合は、上記成膜成分と共に混合し
て純水上にこれらの単分子膜を形成し、機能物質を含有
した単分子膜を基板にすくい取ることによって分子認識
機能膜を形成することができる。

【００１７】分子認識膜は、上記単分子膜の形成方法を
繰返して累積膜として用いることもできる。また、上記
成膜成分として、オクタデシルメルカプタンと、下記
（化１）で表すジオクタデシルジメチルアンモニウムブ
ロマイドとの混合物を用いた分子認識機能膜を形成する
ことが好ましい。

【００１８】

【化１】

【００１９】

【作用】測定対象試料の屈折率（誘電率）等の変化に対
応して、表面プラズモン共鳴に起因する共振角が変化す
る。本発明においては、この共振角の微妙な変動を干渉
計を用いたフーリエ変換分光器によって安定に検出す
る。入射光強度が弱い場合には繰返し測定を行い、その
結果を積算して分光曲線を得ることができる。

【００２０】また、プリズムと金属薄膜の位置関係を一
定に保ち、入射光、反射光の進路を安定化することによ
って、励起光源、受光素子或いは被分析試料との位置関
係が一定となる。この結果、表面プラズモン共鳴現象を
より高精度に検出することができる。

【００２１】更にタンパク質定量用光センサーについて
は、表面プラズモン共鳴の発生は、金属薄膜のごく近傍
に存在する物質の膜厚及び誘電率の変化によって鋭敏に
影響を受ける。即ち、金属薄膜に隣接する分子認識機能
膜にタンパク質が吸着されると誘電率が上昇するため、
表面プラズモン共鳴の生ずる角度である共振角が大きく
なる。従って、この角度の変化を測定してタンパク質の
定量を行うことができる。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図１は本発明に係る光センサーの一
例を示す概要図であり、図２は本発明に係る干渉計を備
えたフーリエ変換分光器の例を示す概要図である。また
図３は本発明の光センサーの他の例を示す部分概略図で
あり、図４は本発明に係る間隙調整部材を示す斜視図、
図５は本発明に係る間隙調整用溝を形成した透明平行平
板及び光学プリズムを示す斜視図である。更に図６は本
発明に係るタンパク質定量用分子認識機能膜を形成する
ための単槽式ラングミュアトラフの例を示す概略図、図
７は本発明に係るタンパク質定量用光センサーによる共
振角変化の例を示すグラフ、図８は図７の結果から導い
た共振角−牛血清アルブミン濃度線図である。

【００２３】図１において、高屈折率の光学プリズム１
の一面に金属薄膜２、分子認識機能膜５及び被分析試料
６の流れる流路７がこの順に配置されている。白色光光
源８から発せられる入射光３は、ミラー９ａ、９ｂによ
って光学プリズム１に対する入射角度を調整することが
できる。ミラー９ａ、９ｂに代えてレンズ或いは光ファ
イバー等を用いてもよい。次に白色光を偏光子１０によ
ってｐ偏光の光波とする。これは表面プラズモンがｐ偏
光の光波のみと結合するためである。この光は更にコリ
メーターレンズ１１によって平行光とされる。偏光子１
０及びコリメーターレンズ１１の配置は順序が逆であっ
てもよい。

【００２４】金属薄膜２は高屈折率プリズム１の一面に
形成するのが便利である。また金属薄膜２と分子認識機
能膜５とを積層した平板を透明基材の１つとして用い、
屈折率調整オイルを介して高屈折率プリズム１と接する
ようにすると、分子認識機能膜５の交換が容易に行える
利点があるためこの構成も好ましい。金属薄膜２の形成
方法としては公知の真空蒸着法、スパッタ法等がある。
金属は種類は問わないが、例えば分子認識機能膜５を隣
接して形成する関係で、金属表面の親水性、疎水性や、
酸化膜の形成され易さ等を考慮する必要があり、また基
材との密着性等も考えて選択する必要がある。このよう
な金属としては例えば金、銀が挙げられる。

【００２５】分子認識機能膜５には公知の酵素、抗体等
を分子認識機能物質として使用することができ、これを
交換することによって多種類の物質の測定が可能な光セ
ンサーを形成することができる。

【００２６】以上の操作によってｐ偏光・平行光となっ
た白色光を光学プリズム１に入射する。入射光３は金属
薄膜２の表面で全反射する角度範囲で、入射角度を変化
させながら入射されるが、ある特定の角度で表面プラズ
モンを励起してそのときの反射光４の強度を低下させ
る。ここで、分子認識機能膜５に固定された分子認識機
能物質の作用によって被分析試料６の屈折率、誘電率等
が変化した場合には、表面プラズモンの励起される前記
入射角度（共振角）が変化するため、この変化を検知し
て被分析試料６中の特定物質の濃度等を算出することが
できる。

【００２７】出射した反射光４は、ミラー９ｃ、９ｄを
通ってフーリエ変換分光装置（ＦＴ分光装置）１２に入
射され、前記入射角度の変化に対応する反射光４の出射
角度変化が検出される。ミラー９ｃ、９ｄの角度は自由
に調整できる必要があり、また、ミラーに代えてレンズ
或いは光ファイバーを使用することもできる。特にミラ
ー９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄに代えて光ファイバーを使用
すると回転駆動部分の負担を軽減することができる。

【００２８】図２に示すホログラフィックＦＴ分光装置
１２は、光学系の干渉計２０を有し、ここで調整された
光を多チャンネル受光素子２１で検知し、信号処理装置
２２によってインターフェログラムを作成し、このイン
ターフェログラムからフーリエ変換演算によってスペク
トルを求める装置である。干渉計２０には反射光４が入
射され、コリメーターレンズ２３で平行光とされ、等傾
角ミラー２４ａ、同２４ｂ及び半透過型ミラー２５を設
けたビームスプリッタ２６で２光束に分割され、光路長
の差を生じて凹面ミラー２７、反射ミラー２８及び円筒
形レンズ２９を経て受光素子２１へ入射する。

【００２９】上記干渉計２０には次のような特長があ
る。即ち、光学系が構造的に固定されているため駆動部
分がなく、小型、高分解能、強光度であること、検出部
には多チャンネル受光素子２１を採用しており瞬時に測
定を完了できること、測定値が安定しており再現性が高
いこと等である。またこの干渉計２０は特に輝線や狭帯
域スペクトル、スペクトル群を測定する場合に性能を発
揮する。

【００３０】本実施例の光センサーによれば、表面プラ
ズモン共鳴条件の変化による反射光４の吸収ピークの変
化を、迅速に精度よく検出することができる。

【００３１】図３は光学プリズム１と透明平行平板３０
との間隙を一定に調整した光センサーの実施例を示すも
のである。ｐ偏光・平行光とした白色光である入射光３
は、光学プリズム１を通って屈折率調整用オイル３１及
び透明平行平板３０を透過し、金属薄膜２表面で全反射
して反射光４となり、ＦＴ分光装置１２へ入射する。

【００３２】ここにおいて屈折率調整用オイル３１は、
図４(a)及び(b)に示す間隙調整部材３２ａ又は３２ｂと
ともに光学プリズム１と透明平行平板３０との間に挟み
込まれ、これら間隙調整部材によって一定の厚さに保持
されている。間隙調整部材３２ａは膜厚１μmのポリテ
トラフルオロエチレンのシートで形成され、また間隙調
整部材３２ｂは厚さ１．２μmの金属アルミニウム薄板
で形成されている。このように間隙調整部材３２を使用
すると、屈折率調整用オイル３１の厚さを一定に保つこ
とができるため、反射光４の到達位置を安定させること
ができる。また、屈折率調整用オイル３１のみの場合と
違って反射光４の到達位置の調整は一度行えば再度調整
する必要がない。更に光の通路となる位置を部材が塞が
ないように配慮してあるため、透過性が悪くなることは
ない。

【００３３】図５は間隙調整部材３２を使用せずに屈折
率調整用オイル３１の厚さを一定に保つ機構を示す他の
例である。同図(a)は、透明平行平板３０の上面に間隙
調整用溝３３ａを形成している。この溝に屈折率調整用
オイル３１を滴下し、光学プリズム１と組合わせること
でオイル３１の厚さを一定に保つことが可能である。ま
た同図(b)は、光学プリズム１の一面に間隙調整用溝３
３ｂを形成した例であり、この溝に屈折率調整用オイル
３１を滴下して透明平行平板３０と組合わせることで同
じくオイル３１の厚さを一定に保つことが可能となる。
更に、これら間隙調整用溝３３に代えて、光学プリズム
１又は透明平行平板３０の表面に複数の突起を設けてこ
の間に屈折率調整用オイル３１を滴下し、オイル３１の
厚さを一定に保つこともできる。即ち、これら間隙調整
用溝又は突起によってオイル３１の厚さを一定に保ち、
反射光４の到達位置を安定させることができる。

【００３４】上記の間隙調整部材３２、間隙調整用溝３
３又は間隙調整用突起によって光学プリズム１と透明平
行平板３０との間隔を一定に保つ場合、屈折率調整用オ
イル３１を使用しないことも可能である。

【００３５】本発明に係る、タンパク質定量用の分子認
識機能膜を形成する一例を示す。図６において、単槽式
ラングミュアトラフ４０には単分子膜を形成するための
槽（トラフ）４１が設けられている。槽４１には純水中
に溶解されたタンパク質認識機能物質の溶液が入ってい
る。このタンパク質認識機能物質の例としては、（化
２）〜（化１８）に示した化合物が挙げられる。

【００３６】

【化２】

【化３】

【化４】

【化５】

【化６】

【化７】

【化８】

【化９】

【化１０】

【化１１】

【化１２】

【化１３】

【化１４】

【化１５】

【化１６】

【化１７】

【化１８】

【００３７】またこの水溶液の表面には、有機溶剤に溶
解された成膜成分が滴下されて単分子膜を形成してい
る。この有機溶剤は揮発して単分子膜の成分のみが気体
膜として展開される。こうして形成された単分子膜を図
示しないバリアで圧縮して所望の表面圧で圧縮して凝縮
膜とする。成膜成分として２種類以上の化合物を用いる
場合には、混合比を自由に変えて所望の物性を有する単
分子膜を得ることができる。成膜成分の例としては、オ
クタデシルメルカプタン、ジオクタデシルジメチルアン
モニウムブロマイド、オクタデシルアルコール、ジヘキ
サデシルリン酸等が挙げられる。上記単分子膜には、上
記の水溶性の分子認識機能物質が吸着されている。

【００３８】一方、上記分子認識機能膜を形成する基材
としては、表面に金属薄膜２を形成した光学プリズム１
或いは透明平行平板３０を利用するのが便利である。光
学プリズム１を利用する場合には真空蒸着法等により金
属薄膜２を形成し、この金属表面を酸素プラズマ照射等
によって親水化し、単槽式ラングミュアトラフ４０に浸
漬して前記分子認識機能物質を吸着した単分子膜（ラン
グミュア−ブロジェット膜。以下ＬＢ膜と略称する）を
１層形成する。また基材として透明平行平板３０を用い
る場合はこの表面を例えばシランカップリング剤で改質
し、その後図６に示すように浸漬してＬＢ膜を形成する
ことができる。ＬＢ膜を累積層にしたいときには、同図
矢印のように透明平行平板３０を必要回数だけ上下させ
ればよい。また、裏面に形成された不要な膜は、成膜成
分を溶解した前記溶剤等によって容易に除去することが
できる。

【００３９】ＬＢ膜の形成方法の他の例としては、ポリ
イオンコンプレックスによる形成方法が挙げられる。

【００４０】上記によって形成されたタンパク質定量用
分子認識機能膜５は、図１或いは図３に示す構成によっ
てタンパク質定量用光センサーとして使用することがで
きる。但し、本発明のタンパク質定量用光センサーは必
ずしもＦＴ分光装置１２を使用する必要はなく、公知の
受光器及び演算装置を用いることもできる。

【００４１】本発明のタンパク質定量用光センサーは、
分子認識機能膜５に対するタンパク質の非可逆的吸着に
よって生ずる膜厚及び誘電率の変化を表面プラズモン共
鳴によって検出していると考えられる。タンパク質の吸
着性は、分子認識機能膜５に存在するスルホ基の密度と
その状態とに依存する。従って、被分析試料６の酸性度
若しくは塩基性度、或いはスルホ基の水素がアルカリ金
属に置換された場合等によって吸着の度合いが変ってく
る。吸着されたタンパク質は、上記のように非可逆的で
はあるが、被分析試料６の酸性度若しくは塩基性度とは
大きく異なる酸性度若しくは塩基性度に調製した洗浄水
で洗うことによって離脱させることができる。

【００４２】本発明のタンパク質定量用光センサーを更
に詳細に説明する。即ち、屈折率ｎｄ＝１．５１４３の
直角プリズム１上に真空蒸着法により膜厚約５ｎｍのク
ロム（Ｃr）膜と、５０．８ｎｍの金（Ａu）膜をこの順
に形成した。この表面を酸素プラズマ照射（ＭＡＲＣＨ
社製ＰＭ−６００型プラズマ灰化装置利用。酸素流量１
０ｍｌ／分、入力電力１００Ｗで３０秒間処理）して親
水性とし、ここへ（化２）のAcid Red 112を固定したＬ
Ｂ膜を１層形成した。

【００４３】上記ＬＢ膜の形成は次のように行った。即
ち、単槽式ラングミュアトラフ４０には、Acid Red 112
を純水中に２５ｍｇ／ｌの濃度で溶解した水溶液を入れ
た。成膜成分としては、オクタデシルメルカプタン（Ｃ
₁₈Ｈ₃₇ＳＨ、東京化成工業（株）製）及びジオクタデシ
ルジメチルアンモニウムブロマイド（₂(Ｃ₁₈Ｈ₃₇)Ｎ_{2 2}
ＣＨ₃Ｂr、東京化成工業（株）製）を各１ｍｍｏｌ／ｌ
（モル比１：１）の濃度で混合し、これをクロロホルム
（ＣＨＣ_l3、同仁化学研究所、紫外分光分析用）に溶解
して用いた。上記成膜成分を前記Acid Red 112水溶液上
に展開し、１時間放置した後、圧縮を１４ｃｍ²／分の
速度で行い、表面圧５ｍＮ／ｍでＬＢ膜を形成した。

【００４４】上記によって形成した、スルホ基含有分子
認識機能膜５及び金属薄膜２を一体化した光学プリズム
１を用いて、図１に示した装置によって表面プラズモン
共鳴の検出を行った。被分析試料６として、濃度が２
０、５０、１００及び２００ｍｇ／ｌの牛血清アルブミ
ン水溶液を用いた。この結果図７に示すように、標準と
して用いた純水の共振角に対して、牛血清アルブミン水
溶液を用いた場合の共振角は、アルブミン濃度が高くな
るに連れて大きくなることが観測された。

【００４５】上記共振角の変化に基づいて描いた共振角
−アルブミン濃度線を図８に示した。同図において、共
振角とアルブミン濃度とは非常に高い相関性を有するた
め、本発明の光センサーを用いれば、本図の傾きからア
ルブミン濃度を正確、安定且つ容易に測定することが可
能である。

【００４６】比較例として上記の系を用いて、牛血清ア
ルブミン水溶液の代りに同じ濃度のグルコース水溶液を
使用して共振角を測定したが、純水の共振角との差、及
び濃度の異なる水溶液同士の差はほとんどなく、従っ
て、グルコース水溶液濃度の測定には向かないことが分
かった。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明した如く本発明によれば、迅
速に精度よく被分析試料の定量分析を行うことのできる
光センサーを提供できる。また、間隙調整部材、間隙調
整用溝又は突起によって屈折率調整用オイルの厚さを一
定に保ち、反射光の到達位置を安定させることができる
ため、位置合わせを度々行う必要がなく精度、再現性共
に良好に反射光の観測を行うことができる。

【００４８】更に、本発明の光センサーをタンパク質セ
ンサーとして用いることによって、従来の手法に比較し
て簡便に、再現性が良く且つ安定した結果を得ることが
でる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光センサーの一例を示す概要図

【図２】本発明に係る干渉計を備えたフーリエ変換分光
器の例を示す概要図

【図３】本発明の光センサーの他の例を示す部分概略図

【図４】本発明に係る間隙調整部材を示す斜視図

【図５】同、間隙調整用溝を形成した透明平行平板及び
光学プリズムを示す斜視図

【図６】本発明に係るタンパク質定量用の分子認識機能
膜を形成するための単槽式ラングミュアトラフの例を示
す概略図

【図７】本発明に係るタンパク質定量用光センサーによ
る共振角変化の例を示すグラフ

【図８】図７の結果から導いた共振角−牛血清アルブミ
ン濃度線図

【図９】クレッシュマン配置を示す概略図

【図１０】表面プラズモン共鳴を説明する、入射角に対
する反射光の強度曲線

【符号の説明】

１…光ファイバー、２…分子認識機能膜、３…励起光、
４…蛍光、５…検知器、６…コア部、７…高屈折率プリ
ズム、８…金属薄膜、９…分子認識機能膜、１０…流
路、１１…励起光発生器、１２…光検出器、１３…透明
基板、１４…屈折率調整オイル、２０…干渉計、２１…
多チャンネル受光素子、２２…信号処理装置、３０…透
明平行平板、３１…屈折率調整用オイル、３２ａ、３２
ｂ…間隙調整部材、３３ａ、３３ｂ…間隙調整用溝、４
０…単槽式ラングミュアトラフ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被分析試料が流れる溶液流路にその表面
   が臨む分子認識機能膜と、この分子認識機能膜の裏面に
   設けられる金属薄膜と、この金属薄膜側から白色のｐ偏
   光・平行光を入射させる励起光源と、入射光が金属薄膜
   表面で反射することによって発生する反射光を受光する
   干渉計を用いたフーリエ変換分光器とを備えたことを特
   徴とする光センサー。
2. 【請求項２】 前記励起光源からの白色のｐ偏光・平行
   光を前記金属薄膜に入射させるための透明平行平板と光
   学プリズムとがこの順に金属薄膜の裏面側に配置されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の光センサー。
3. 【請求項３】 前記光学プリズムと透明平行平板との間
   には間隙調整部材が挟まれ、且つ屈折率調整用オイルが
   満たされていることを特徴とする請求項２に記載の光セ
   ンサー。
4. 【請求項４】 前記透明平行平板側に面する光学プリズ
   ムの一面に、間隙調整用溝又は突起が形成され且つ光学
   プリズムと透明平行平板との間は屈折率調整用オイルが
   満たされていることを特徴とする請求項２に記載の光セ
   ンサー。
5. 【請求項５】 前記光学プリズム側に面する透明平行平
   板面に、間隙調整用溝又は突起が形成され且つ光学プリ
   ズムと透明平行平板との間には屈折率調整用オイルが満
   たされていることを特徴とする請求項２に記載の光セン
   サー。
6. 【請求項６】被分析試料が流れる溶液流路にその表面が
   臨む分子認識機能膜と、この分子認識機能膜の裏面に設
   けられる金属薄膜と、この金属薄膜側から白色のｐ偏光
   ・平行光を入射させる励起光源と、入射光が金属薄膜表
   面で反射することによって発生する反射光を受光する受
   光器とが備えられ、且つ前記分子認識機能膜が示性式−
   ＳＯ₃Ｍ（Ｍは水素又はアルカリ金属）で示される基を
   有する化合物を固定したものであることを特徴とする光
   センサー。
7. 【請求項７】 励起光源から発した白色光を、偏光子及
   びコリメーターレンズによって白色のｐ偏光・平行光と
   なし、金属薄膜、分子認識機能膜及び被分析試料溶液流
   路がこの順に形成された金属薄膜面側へ全反射条件で入
   射角を変動させながら入射し、反射光を受光器で受光し
   て、示性式−ＳＯ₃Ｍ（Ｍは水素又はアルカリ金属）で
   示される基を有する化合物を固定した前記分子認識機能
   膜への、被分析試料溶液中に含まれるタンパク質の吸着
   作用により生ずる該分子認識機能膜の誘電率変化を、反
   射光中の表面プラズモン共鳴による共振角の変化を利用
   して測定し、被分析試料溶液中のタンパク質濃度を測定
   することを特徴とするタンパク質の光センサーを用いた
   検出方法。
8. 【請求項８】 タンパク質認識機能物質であり、示性式
   −ＳＯ₃Ｍ（Ｍは水素又はアルカリ金属）で示される基
   を有する水溶性化合物を純水に溶解して水相とし、アル
   コール類、チオール類、カルボン酸類、４級アンモニウ
   ム塩類又はリン酸塩類から選ばれ且つ長鎖アルキル基を
   有する少なくとも１種の成膜成分によって気液界面に単
   分子膜を形成し、前記認識機能物質を吸着した単分子膜
   を基板にすくい取ることを特徴とする、タンパク質の光
   センサーに用いる分子認識機能膜の形成方法。
9. 【請求項９】 タンパク質認識機能物質であり、示性式
   −ＳＯ₃Ｍ（Ｍは水素又はアルカリ金属）で示される基
   を有する水不溶性化合物と、アルコール類、チオール
   類、カルボン酸類、４級アンモニウム塩類又はリン酸塩
   類から選ばれ且つ長鎖アルキル基を有する少なくとも１
   種の成膜成分とを混合して、純水上にこれらの単分子膜
   を形成し、前記認識機能物質を含有した単分子膜を基板
   にすくい取ることを特徴とする、タンパク質の光センサ
   ーに用いる分子認識機能膜の形成方法。
10. 【請求項１０】 前記単分子膜形成方法を繰返し、累積
    膜を形成することを特徴とする請求項９又は１０に記載
    の形成方法。
11. 【請求項１１】 前記成膜成分がオクタデシルメルカプ
    タンと、ジオクタデシルジメチルアンモニウムブロマイ
    ドとの混合物である請求項８、９又は１０に記載の形成
    方法。