JPH07174693A

JPH07174693A - 生体分子検出方法および装置

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Publication number: JPH07174693A
Application number: JP4173772A
Authority: JP
Inventors: Jens-Peter Seher; ペーターゼーハーイェンス
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1991-06-08
Filing date: 1992-06-08
Publication date: 1995-07-14
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: DE69110032T2; US5341215A; EP0517930A1; EP0517930B1; JP3296593B2; DE69110032D1

Abstract

(57)【要約】【目的】生体分子に結合されるエネルギの正確な制御
を行い、生体分子の存在や濃度を検出する。【構成】光学的に濃度の高い媒体３５と光学的に濃度
の低い媒体４０との間に存在する導電性の薄いフィルム
を有する界面に生体分子４１ａ〜４１ｃを接触させ、
（ａ）光学的に濃度の高い媒体側からｐ偏向電磁波を照
射する。界面３９に衝突する電磁波の電磁波４２の入射
角（θ）は、実質上表面プラズモン共鳴を生じさせる角
に等しく、生体分子による表面プラズモン波が発生す
る。（ｂ）境界表面で生体分子により反射または発生し
た電磁波の強度を検出し、前記反射または発生した電磁
波を解析して生体分子の存在および／または濃度を検出
する。（ｃ）界面で反射する電磁波の強度に基づいてｐ
偏向電磁波４２の入射角（θ）を制御する。前記強度は
表面プラズモン共鳴の発生に対応する最小限にほぼ保た
れ、反射電磁波の反射角は入射角（θ）にほぼ一致す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体分子検出方法およ
び装置に関するものである。とりわけ、本発明は、表面
プラズモン共鳴を生じさせる可視光によって界面を照射
し、ＤＮＡ分子が反射する励起エネルギーを検出するこ
とによって、ＤＮＡの検出を行うことに関するものであ
る。

【０００２】

【技術背景】当該技術において、特に、液体中における
濃度の低い生体分子を検出するための方法が幾つか知ら
れている。１つの方法は、いわゆるエバネセント波（ｅ
ｖａｎｅｓｃｅｎｔｗａｖｅｓ）に基づくものであ
る。検出すべき生体分子は、溶液中にあり、用いられる
液体よりも光学的に濃度の高い媒体の表面（例えば、ガ
ラス）と密着させられる。これは、該生体分子を、ガラ
ス表面に固定化された相補的生体分子に吸収させること
によって行うことができる。検出すべき生体分子には、
蛍光化合物によってマーキングが施されている。これ
は、直接実施することもできるし（すなわち、生体分子
と蛍光物質との化学的結合によって）、あるいは、蛍光
色素で標識付けされ、検出装置の一部に固定化または化
学的に結合された生体分子内において、検出する生体分
子と競合させることも可能である。すなわち、未知の生
体分子によって蛍光生体分子が解放され、さらに、ガラ
ス表面に固定化された相補的生体分子に吸収される。後
者のプロセスについては、Ｐｈｉｌ．Ｔｒａｎｓ．Ｒ．
Ｓｏｃ．Ｌｏｎｄ．Ｂ３１６（１９８７年）の１４３〜
１６０頁に記載の、Ｂａｄｌｅｙ，Ｒ．Ａ．他による
「ＯｐｔｉｃａｌＢｉｏｓｅｎｓｏｒｓＦｏｒＩ
ｍｍｕｎｏａｓｓａｙｓ：ＴｈｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅ
ｎｃｅＣａｐｉｌｌａｒｙ−ｆｉｌｌＤｅｖｉｃ
ｅ」に解説がある。

【０００３】レーザ源またはフィルタ式閃光電球からの
単色光が、光学的に濃度の高い媒体（例えば、ガラス）
と光学的に希薄な媒体（例えば、水溶液）との界面を照
射する。この光ビームは、光学的に濃度の高い媒体から
入射し、その入射角は、臨界角以上であるため、全反射
が発生する。全反射が生じると、光学的に希薄な媒体
（水溶液）にエバネセント波が生じるが、このエバネセ
ント波は、ある波長の部分が透過して、光学的に希薄な
媒体に入り込む。エバネセント波の電界振幅は、界面に
おいて最大であり、界面からの距離に応じて指数関数的
に減衰する。

【０００４】エバネセント波の浸透する深度には限界が
あるので、こうした波は、界面における生体分子の存在
をモニタするのに適している。この波によって、生体分
子の蛍光付加物が入射光より波長の長い光を放出する
（これが、蛍光を生じさせる有効な方法である）。この
蛍光信号は、散乱光をモニタして、直接測定することも
できるし、あるいは、結合して、光学的に濃度の高い媒
体に戻る光を測定することによっても可能である。

【０００５】上述の技法が、ガラス／水溶液界面への吸
収に限定されるものでないのは、明らかである。代わり
に、他の材料を用いることも可能である。さらに、入射
光の波長をさらに長い波長にシフトする蛍光以外の効果
（例えば、燐光または吸光）を利用することも可能であ
る。後者の場合、標識付けされていない生体分子でも検
出することができる。一般的な検出方法は、屈折光また
は反射光によって、換言すると、反射光または屈折光の
角度の偏差によってモニタされる生体分子の存在によっ
て生じる、屈折率の変化の測定に基づくものである。ま
た、当該技術において周知のように、導波管内において
複数回数反射して、界面を複数回数照射するように、入
射光の方向付けが行われるが、これについては、例え
ば、Ｃｌｉｎ，Ｃｈｅｍ．３０／９（１９８４年）１５
３３〜１５３８頁の、Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ，Ｒｅｎａ
ｌｄＭ．他による「ＯｐｔｉｃａｌＤｅｔｅｃｔｉ
ｏｎｏｆＡｎｔｉｂｏｄｙ−ＡｎｔｉｇｅｎＲｅａ
ｃｔｉｏｎｓａｔａＧｌａｓｓ−ＬｉｑｕｉｄＩ
ｎｔｅｒｆａｃｅ」を参照されたい。

【０００６】生体分子の検出に関するもう１つの技法
は、いわゆる表面プラズモン共鳴（ｓｕｒｆａｃｅｐ
ｌａｓｍｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅ《ＳＰＲ》）に基づ
くものである。この方法では、ガラスと溶液の間に薄い
金属のフィルム、層、または、コーティング（より一般
的に言えば、導電層または半導体層）を必要とする。所
定の角度で当たると、入射光は、金属フィルムと光学的
に希薄な媒体（例えば、溶液）との界面に沿って伝搬す
る集団電子振動に関連した表面モード（ＴＥおよび／ま
たはＴＭモード）を生じる。入射光は、通常プリズムま
たは回折格子によって金属フィルムに結合する。特定の
波長または角度において、共鳴が発生し、急激に最低の
反射率になる。すなわち、反射率が急激に降下する。共
鳴の条件は、金属フィルムの光学特性、その厚さ、その
両側における誘電体の回折率（もしあるとすれば）、お
よび入射光の角度によって決まる。

【０００７】これらの特性のうち最初の２つは、表面プ
ラズモン共鳴を実施する所定の装置の場合、基本的に不
変のままである。しかし、光学的に希薄な媒体の屈折率
は、その表面に結合する、または、吸収される生体分子
の量によって変動する。これがモニタすべき特性であ
る。

【０００８】吸収された生体分子の存在および量を検出
するため、入射光の所定の角度における屈折率の変動を
モニタすることもできるし、あるいは、共鳴のシフト
（生体分子が存在すると、最低反射率が、異なる入射角
に合わせてシフトする）を観測することもできる。

【０００９】表面プラズモン共鳴は、金属回折格子によ
って生じさせることもできるし、あるいは、全反射の結
果発生するエバネセント波によって生じさせることも可
能である（上記参照）。

【００１０】表面プラズモン共鳴に関するこれ以上の詳
細については、１５（１９８８年）、１１〜１８頁の、
Ｄａｎｉｅｌｓ，Ｐ．Ｂ．他による「Ｓｕｒｆａｃｅ
ＰｌａｓｍｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅａｐｐｌｉｅｄ
ｔｏＩｍｍｕｎｏｎｓｅｎｓｏｒｓ，Ｓｅｎｓｏｒ
ｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ」および、Ａｎａｌｙ
ｔｉｃａＣｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２１３（１９８
８年）、３５〜４５頁の、Ｋｏｏｙｍａｎ，Ｒ．Ｐ．
Ｈ．他による「ＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒｓ：Ｓ
ｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ」
を特に参照のこと。

【００１１】先行技術の表面プラズモン技法は、生体分
子の存在および濃度の両方または一方を検出するため、
生体分子によって生じる屈折率の変化を利用した。しか
し、ＥＰ−Ａ−３５３９５７号に記載のように、免疫測
定において蛍光または燐光を励起させる表面プラズモン
に関連したエバネセント波の利用も既知のところであ
る。

【００１２】表面プラズモン共鳴の適用に関する一般的
な問題は、生体分子を「過励起」させる可能性がある、
すなわち入射電磁波から生体分子に過剰なエネルギが伝
達される、ということである。こうした場合、生体分子
は、ブリーチされる可能性がある、すなわち、生体分子
がその特性およびその物理的作用に変化を生じ、もはや
検出不能ということになる可能性がある。この効果は、
明らかに、測定結果を損なうものである。

【００１３】問題は、生体分子に対するエネルギの「ポ
ンピング」量を制御できないということである。もちろ
ん、ｐ偏向電磁波源によって放出されるエネルギは、既
知のところであり、変動させることができる。しかし、
生体分子に対してポンピングされる総放出エネルギの一
部は、未知である（すなわち、総放出エネルギは、既知
であるが、生体分子に加えられる部分は、未知であ
る）。理由は、先行技術による生体分子の検出構成の場
合、入射角が、表面プラズモン共鳴の発生する正確な角
度にならない（今後は、この角度をθ_ＳＰＲと呼ぶこと
にする）。これは、この角度に正確に合わせることがで
きないか、あるいは、装置をθ_ＳＰＲに合わせて正確に
調整できたとしても、この角度が、温度の影響、不特定
の分子（すなわち、検出対象でない分子）の結合、金属
／液体界面の変化等によってドリフトすることになるた
めである。従って、後者のアプローチの場合、表面プラ
ズモン共鳴に最適の角度θ_ＳＰＲに対して入射角がある
程度の偏差を生じることになる。

【００１４】実際の入射角が表面プラズモン共鳴に最適
の角度に正確に対応しないので、結果として、ｐ偏向電
磁波によって伝達される総エネルギのほんの一部だけし
か、生体分子に加えられない。一方、上で概説したよう
に、この一部は未知である。理想の角度に対する実際の
角度の偏差を正確に求めることができたとしても、生体
分子に結合されるエネルギの一部は、明確な偏差の関数
ではないので、問題の解決にはならない。

【００１５】従って、先行技術による構成の場合、生体
分子に結合されるエネルギの有効な制御は、ほとんど不
可能である。もちろん、１００％のエネルギが結合した
としても、生体分子が損傷を受けないように、放射源に
よって放出されるエネルギの総量を減少させることは可
能である。しかし、実際の入射角と表面プラズモン共鳴
にとって理想の角度θ_ＳＰＲとの偏差によって、エネル
ギ伝達の７５％が減少するものと仮定すると、生体分子
に対してポンピングされる残りのエネルギでは、信頼に
足る測定を行うのに不十分である。一方、放射源の総エ
ネルギ出力が大幅に増すと、極めて低いエネルギ結合比
であったとしても、信頼に足る操作が可能であるが、１
００％結合されると、生体分子に損傷が生じることにな
る。

【００１６】

【発明の目的】本発明の目的は、表面プラズモン共鳴波
の励起に関して上述の種類の生体分子の存在および／ま
たは濃度を検出するための方法および装置を提供するこ
とにあり、この方法および装置によって、生体分子に結
合されるエネルギの正確な制御が可能になる。

【００１７】

【発明の概要】上記の目的は、界面で反射する電磁波を
モニタして、強度を検出し、この界面で反射する電磁波
の強度に基づいてｐ偏向電磁波の入射角に制御を加え、
強度が表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）の発生に対応する
最小限にほぼ保たれるようにすることによって解決され
る。

【００１８】本発明の方法は、実際の入射角が表面プラ
ズモン共鳴にとって理想の角度θ_ＳＰＲに一致する場
合、ほぼ１００％の入射エネルギが生体分子に結合され
る。すなわち、本発明は、これらの角度が、必ずほぼ等
しくなることを保証する。放射源から出力される総エネ
ルギは、生体分子に伝達される。放射源から伝達される
（既知の）エネルギを制御することによって、生体分子
が受け取るエネルギ量を正確に求めることが可能であ
る。従って、生体分子に損傷を加えずに、最適な検出を
確実にするため、検出すべき生体分子に合わせて、放射
源のエネルギ出力を正確に調整することができる。

【００１９】界面で反射する電磁波の強度をモニタし、
その強度が基本的にその最低値に保たれるように、入射
角の制御を行うことによって、理想の角度θ_ＳＰＲが、
保持される。留意すべきは、界面で発生する電磁波は、
通常、生体分子が蛍光、燐光、および、同様の効果で発
生する電磁波とは、角度が異なるという点である。これ
は、界面に吸収される生体分子が、屈折率を変えるため
である。さらに、蛍光、燐光等によって発生する「誘
発」放射線は、一般に、元の電磁波に比べると、波長が
長いか、または周波数が低い。従って、２つのビームを
モニタしなければならない。第１のビームは、生体分子
から生じ、このビームの強度は、生体分子の存在および
／または濃度を表す。第２のビームは、界面で反射する
（この第２のビームの反射角は、入射角に等しい）。こ
の第２のビームの強度は、入射角をθ_ＳＰＲに保持させ
るために、すなわち、最適な表面プラズモン波励起に合
致させるために利用される。

【００２０】入射角の変更は、第２のビームの強度に依
存しており、該強度は最低値に保持されるが、この変更
は都合のよいやり方で実施することができる。光学的に
濃度の高い媒体が、透明なプリズム（特に、ガラスのプ
リズム）である望ましい実施例の場合、こうした変更
は、前記透明なプリズムを回転させることによって実施
することができる。一方、プリズムの中心まわりの円形
経路に沿って放射源を移動させるといったことも可能で
ある。

【００２１】上で概説したように、この方法の一般的な
利点は、最適な測定を可能にすると同時に、生体分子の
損傷を回避するため、放射源のエネルギを生体分子に正
確に適合させることができるという点である。ただし、
本発明の方法には、それ以外の利点もある。とりわけ、
該装置は、必ず、その最適な動作点に保持されるので、
エネルギが節約される。ほぼ１００％のエネルギが、生
体分子に結合されるので、多重反射波によって生じる２
次的効果が生じない。さらに、温度ドリフト、不特定分
子の吸収、界面の変化等の効果が、排除される。放射源
のエネルギ出力が変動しないとしても、これらの利点を
得ることは可能である。第１の利点、すなわち、生体分
子に対する制御されたエネルギ移動を得るため、可変放
射源は必ずしも必要ではないが、本発明の有利な実施例
では、こうした放射源が設けられる。

【００２２】本発明の有利な実施例の場合、透明なプリ
ズムが、回転支持体によって支持されるが、前記強度の
増大またはかなりの増大が検出されると、あるいは、所
定の時間期間が満了すると、前記支持体は、第１の方向
に回転し、次に、前記第１の方向とは逆の第２の方向に
回転する。反射光の増大またはかなりの増大は、表面プ
ラズモン共鳴の理想の角度θ_ＳＰＲの値が、大きくなっ
たか、または、小さくなったことを表すので、以前の角
度に隣接する領域を探索して新しい最小値を求めなけれ
ばならない。一方、連続した適正な動作を確保するた
め、大した増大が認められなくても、時々、現在の動作
点に隣接した領域を走査することが有用である。

【００２３】代替実施例の場合、界面で反射される電磁
波が、いくつかのモニタ素子、例えば、フォトダイオー
ドまたはフォトトランジスタのような、前記電磁波に感
応する素子からなるアレイ・センサによってモニタされ
る。中心検知またはモニタ素子は、基準の働きをする。
本実施例の目的は、この中心素子に焦点を合わせた反射
電磁波の強度を最低にすることである。

【００２４】反射ビームの焦点を中心素子に合わせたと
しても、入射波および反射波は、単一の表面において振
動するだけではない。すなわち、横方向の波または漂遊
波も存在する。これらは、表面プラズモン共鳴にとって
最適の角度θ_ＳＰＲとはわずかに異なる角度で界面を照
射する。中心素子に対して横方向に配置された検知素子
またはモニタ素子を利用して、こうした漂遊波が記録さ
れる。従って、検出装置が、その最適点、すなわち、θ
＝θ_ＳＰＲで動作する場合、横方向素子によって記録さ
れる強度は、中心素子の強度よりも大きくなるものと予
測される。しかし、横方向素子によって記録される強度
が、中心素子によって記録される強度未満に低下する場
合、これは、調整ミスのために、あるいは、表面プラズ
モン共鳴にとって最適の波長が、例えば、温度の影響に
よって、または、不特定分子の吸収によって移動したた
めに、もはや、該装置がθ＝θ_ＳＰＲで動作していない
ことを表している。従って、これが生じると、装置の再
調整のため、制御信号が発生する。中心記録素子および
２つの横方向記録素子が例示のためのものであるのは、
明らかである。より正確な制御のためには、より多くの
横方向素子、例えば、１１個のフォトダイオードからな
るアレイを利用することができる。また、上記のよう
に、１次元構成ではなく、２次元構成をなすように、検
知素子を配置することも可能である。

【００２５】好都合なことに、ｐ偏向電磁波は、前記薄
い導電性フィルムの通過前後に、あるいは、その何れか
において、薄い誘電フィルムを通過する。こうした誘電
フィルムは、生体分子が吸収される金属フィルムとガラ
ス・プリズムの間に配置される。こうした誘電層を利用
すると、共鳴のピークが鋭くなり、また、関連する他の
利点も得られる。基本的には、この種の誘電層は、当該
技術において既知のところである（例えば、ＥＰ−Ａ−
３５３９３７号参照のこと）。

【００２６】もう一つの望ましい実施例の場合、光学的
に希薄な媒体は、前記生体分子が、前記界面の光学的に
希薄な側に吸収され、被着し、あるいは物理的または化
学的に結合されるように溶解させられる溶媒である。す
なわち、生体分子は、界面の光学的に希薄な側に存在す
る。これは、生体分子を検出する通常の（ただし唯一で
はない）方法である。いくつかの技法を用いて、溶液中
の生体分子と界面の間の接触を形成することができる。
そのほとんどが当該技術において周知のところである、
これらの技法は、各種物理的効果と化学的効果の両方ま
たは一方を利用している。その最も一般的な方法は、単
純な吸収である。ただし、検出すべき生体分子と既存の
マーキングを施された生体分子の間の競合プロセスのよ
うなより高度な方法も利用されている（例えば、Ｐｈｉ
ｌ．Ｔｒａｎｓ．Ｒ．Ｓｏｃ．Ｌｏｎｄ．、Ｂ３１６、
１４３〜１６０頁（１９８７年）の、Ｂａｄｌｅｙ，
Ｒ．Ａ．他による「ＯｐｔｉｃａｌＢｉｏｓｅｎｓｏ
ｒｓｆｏｒＩｍｍｕｎｏａｓｓａｙｓ：ＴｈｅＦ
ｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＣａｐｉｌｌａｒｙ−ｆｉｌ
ｌＤｅｖｉｃｅ」参照のこと）。

【００２７】好都合なことには、本発明の方法では、蛍
光、燐光、化学発光、または、電界発光物質が用いられ
ている。こうした物質は、表面プラズモン波によって励
起され、入射波の周波数と比べて周波数の低い放射線を
放出する。周波数の低い波は、同じ周波数の波に比べ
て、検出が容易である（公示されている先行技術の大部
分においては、後者のアプローチ、すなわち、生体分子
によって生じる屈折率の変化しか検出しない、すなわ
ち、入射波の周波数と同じ周波数の光を測定するアプロ
ーチが利用されてきた）。ただし、留意すべきは、本発
明が、標識付けされた生体分子を取り入れた有効な実施
例に限定されるものではないということである。代わり
に、吸収効果、ラマン分光学的効果、および、非線形効
果に基づく測定は、本発明による方法および装置によっ
て実施することも可能である。

【００２８】標識付けされた生体分子を利用する場合、
検出すべき生体分子（未知の生体分子）は、蛍光物質と
の化学的構造によって、直接標識付けすることが可能で
ある。ただし、未知の生体分子のない化学的構造を変え
る必要のない、より高度な方法もある。通常、こうした
技法では、その他の標識付けを施された生体分子が用い
られる。こうした技法の１つ、すなわち、未知の生体分
子と標識付け生体分子の間における競合プロセスについ
ては、既に論述した。代わりに、相補的標識付けを施さ
れた生体分子を利用することも可能である。

【００２９】次に、こうした相補的標識付けを施された
生体分子に基づく有利な実施例について述べることにす
る。

【００３０】この実施例によれば、前記界面の光学的に
希薄な側には、未知の生体分子と相補性の捕獲分子によ
るコーティングが施されている。溶媒には、未知の生体
分子に加えて、溶液中の未知の生体分子に対し、相補性
の、標識付けされた生体分子も含まれている。すなわ
ち、２種類の相補性生体分子が用いられることになる。
第１の種類の生体分子は、界面に固定された捕獲分子
（「補足プローブ（ｃａｐｔｕｒｅｐｒｏｂｅ）」と
も呼ばれる）である。第２の種類の生体分子は、例え
ば、蛍光物質によって標識付けが施されており、溶液に
溶かされている（「標識プローブ（ｌａｂｅｌｐｒｏ
ｂｅ）」とも呼ばれる）。未知の生体分子は、「目標プ
ローブ（ｔａｒｇｅｔｐｒｏｂｅ）」とも呼ばれる。

【００３１】測定時、目標プローブは、捕獲プローブに
吸収される。一方、標識プローブは、目標プローブに吸
収されるので、その標識が、表面プラズモン波によって
励起される。

【００３２】上述のプロセスは、デオキシリボ核酸（Ｄ
ＮＡ）のシーケンスを検出すべき場合には、とりわけ有
効である。表面プラズモン波が励起されると、これによ
って、蛍光物質の標識が励起される。これらの蛍光物質
による標識は、検査を受ける生体分子、すなわち、標識
プローブに付けることが可能であり、極めて感度の高
い、特定の検出システムが得られることになる。

【００３３】例えば、特定のＤＮＡシーケンス（「目標
ＤＮＡ（ｔａｒｇｅｔＤＮＡ）」）を検出するため、
まず最初に、単一のストランドをなすこの目標ＤＮＡと
その相補性合成ストランドとを溶液中において混成する
ことが提案されている。この合成ストランド（標識プロ
ーブ）は、その特異性を保証するため、１６の塩基より
長くなければならず、あらかじめ標識付けが施される
か、あるいは、後で標識付けが行えるように前処理が施
される。次に、この目標ラベルの複合体は、金属界面に
おいて、金属界面に結合することになるもう１つの相補
性合成ストランド（捕獲プローブ）に対して、混成によ
って固定化される。異なる誘電層の間に金属フィルムの
層を埋め込むことによって、エバネセント波の強度を最
適にできるだけでなく、捕獲プローブの結合を改善する
ことも可能になる。所定の入射角において、反射ビーム
は、急激な効果を示すが、この角度は、標識付けを施さ
れ、固定化された目標ＤＮＡを備えるサンプルボリュー
ム内に最大パワーを結合する角度にほとんど同一であ
る。この急降下は、蛍光物質の標識の最大光子パワーに
とって最適の条件を規定するための制御値として利用さ
れ、これによって、さらに、最低励起パワーがもたらさ
れるので、光破壊可能性が低下する。Ｓ／Ｎ比をさらに
向上させるため、崩壊率が長く、ストロークのシフトが
大きい蛍光物質の標識を適用して、固有の蛍光および検
出される表面プラズモン信号に対する励起光の影響を低
減することが可能である。蛍光分子によって放出される
かなりの量の蛍光を濃度の高い媒体に結合することが可
能である。こうした装置の利点は、サンプルボリューム
と光路の間の完全な分離である。さらに、それ自体、濃
度の高い媒体と整合のとれた、薄いカバー・ガラスに、
異なる誘電層および金属層を被着させることが可能であ
る。こうした修正されたカバー・ガラスは、安価で、使
い捨ての装置として利用し、光源および検出器は濃度の
高い媒体に一体化することができる。濃度の高い媒体
は、規定の最小入射角および最大入射角を備えたウェッ
ジ状の光ビームを結合可能な半円形プリズムとすること
も可能である。

【００３４】上述のプロセスに適した蛍光物質の標識に
は、例えば、希土類元素の金属がある。崩壊率の長いこ
れらの元素には、固有の蛍光の崩壊後であっても、その
放出の検出が可能であるという利点があり、ストローク
・シフトが大きいので、励起光、固有蛍光、および、放
出光の間において光学的な反結合（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎ
ｇ）が生じることになる。

【００３５】こうした蛍光物質の標識を用いるため、ビ
オチンのような蛋白質、ジオシキゲニン、または、その
他の適合する物質が、ＤＮＡストランドに挿入される。
こうした蛋白質は、アビジンのような分子または抗体に
特に結合し、これらは、さらに、蛍光および燐光分子を
構成する。

【００３６】標識ＤＮＡだけでなく、一般的な捕獲ＤＮ
Ａも、目標ＤＮＡと相補性で、ほぼ２０の塩基からなる
合成オリゴヌクレオチドである。

【００３７】本発明は、上述の方法を実施する働きをす
る装置に関するものでもある。本発明の態様の１つによ
れば、生体分子の存在および濃度の両方または一方を検
出するためのこうした装置は、可視光のスペクトル内で
あることが望ましい電磁波源、電磁波源から放出される
電磁波にｐ偏向を施す偏向手段と、ｐ偏向を施された電
磁波の方向付けをし、光学的に濃度の高い媒体を通っ
て、光学的に濃度の高い媒体と光学的に希薄な媒体の間
の界面に達するようにするための手段と、界面上の、金
属フィルムが望ましい。薄い導電性フィルムまたは半導
体フィルムと、界面において生体分子によって反射さ
れ、あるいは、発生する放射線をモニタする第１のモニ
タ手段と、界面において反射される電磁波の強度を検出
する強度検出手段と、界面において反射される電磁波の
強度に従って、衝突するｐ偏向電磁波の入射角を制御
し、強度が、表面プラズモン共鳴の発生に対応した最小
値にほぼ保たれるようにする制御手段から構成される。

【００３８】当該技術の熟練者には明らかなように、上
述の第２のモニタ手段と強度検出手段は、１つのコンポ
ーネントに一体化することができるし、あるいは両方の
タスクを共通のコンポーネントによって実施することも
できる。同様に、第１と第２のモニタ手段は、共通のコ
ンポーネントにすることが可能である。上記はとりわ
け、吸収を利用して、生体分子を検出する場合、従っ
て、界面で反射する電磁波の角度、および、生体分子に
よって反射する電磁波の角度が、ほんのわずかしか変わ
らない場合に当てはまることである。しかし、上述の角
度における差が顕著な、蛍光および燐光を利用する場合
には、異なるモニタ手段を利用することが可能である。

【００３９】一般に、第１のモニタ手段、第２のモニタ
手段、および、強度検出手段は、任意の適合する方法で
組み合わせることが可能である。例えば、上記角度が少
しだけしか異ならない場合には、同じ検出器を利用し
て、界面から放出される電磁波、および生体分子によっ
て放出される電磁波（例えば、光）を記録することがで
きる。ダイオード・アレイは、こうした環境に適した検
出器と思われる。フィルタを利用することも可能であ
る。

【００４０】入射角を制御する（あるいは補正する）た
めの各種代替がある。光学的に濃度の高い媒体が透明な
プリズム（例えば、ガラス）である望ましい実施例の場
合、こうしたプリズムは、制御手段によって発生する制
御信号に基づいて、モータ（ステップ・モータのよう
な）で回転する回転式支持体に取りつけることが可能で
ある。入射角がΔθだけ回転すると、第２のモニタ手段
は、２×Δθだけ回転する。従って、ガラス製プリズム
がΔθだけ回転すると、第２のモニタ手段を２×Δθだ
け回転させるギヤのような伝動手段を備えるのが有利で
ある。この機能を果たすテーブルまたはディスクは、当
該技術において周知のところであり、市販されている。

【００４１】ただし、留意しておくべきは、さらに、プ
リズムの中心まわりの円形経路に沿って放射源を移動さ
せるか、あるいは、放射源アレイを利用することによっ
て、制御信号に応じて、入射角を変更することも可能で
あるが、この場合、制御信号に従って所定の時点に活動
（すなわち、放射）するのは、これらの放射源の一方だ
けであるということである。

【００４２】制御信号の発生についても、いくつかの有
利な方法がある。これらの解決法の１つ、すなわち、現
在の動作点に隣接した領域を探索して、最低強度を求め
る解決法（ソフトウェアで解決することができる）につ
いては、上で既に解決した。こうした探索を実施する方
法の１つについては、詳細な説明において述べることに
する。もう１つの適合する解決法によれば、第２のモニ
タ手段は、少なくとも中心モニタ素子と、少なくとも、
前記中心モニタ素子の任意の側における横方向素子を備
えた、できれば、フォトダイオードまたはフォトトラン
ジスタといった、モニタ素子からなるアレイによって構
成され、この場合、前記横方向素子の１つによって記録
される強度が、前記中心素子によって記録される強度よ
り低いと、少なくとも制御信号を発生する制御信号発生
手段が設けられており、前記制御信号は、前記制御手段
に送られる。

【００４３】すでに概説したように、本発明の主たる目
的は、生体分子に結合されたエネルギ量を正確に制御す
ることにある。本発明によれば、透過率は常にほぼ１０
０％になることが保証されるので、そのエネルギ出力を
検査を受ける生体分子に適応させるには、可調整放射源
を備えるのがさらに有利である。ただし、あるタイプの
生体分子だけしか検査しない場合には、放射源は、調整
可能である必要はない。

【００４４】以上の方法および装置は、デオキシリボヌ
クレアーゼ酸の分子の検出に特に有効であり、適してい
ることが証明されている。ただし、他の種類の生体分子
についても、こうした方法および装置によって、確実に
検出することができるのは、明らかである。

【００４５】

【実施例】図６に示す先行技術による構成の場合、可視
スペクトル内のｐ偏向のような電磁放射線の発生源１が
設けられている。この光は（光線２）、レンズ１ａを介
して半円形のガラス製プリズム３に送り込まれる。溶媒
４には、検出すべき、溶解したＤＮＡ分子が含まれてい
る（図６の場合、そのうちの３つ、５ａ、５ｂ、および
５ｃには標識が付けられている）。ガラス製プリズム３
は、溶媒４に関して、光学的に濃度の高い媒体として働
き、溶媒は、光学的に希薄な媒体をなす。

【００４６】入射角θは、全反射が生じるように、すな
わち、θ≧θ_Ｃｒ（臨界角）になるように選択される。

【００４７】全反射が生じると、エバネセント波が発生
し、波長の一部が光学的に希薄な媒体（溶媒４）に侵入
する。このエバネセント波は、図では６で表示されてい
る。溶媒４に正味エネルギの流れ込むことはないが、エ
バネセント波６の電界振幅は、ガラス製プリズム３と溶
媒４の界面において最大であり、界面からの距離に応じ
て指数関数的に減衰する。

【００４８】図６の場合、ＤＮＡ分子５ａ〜５ｂには、
蛍光物質で標識付けが施される。エバネセント波６が蛍
光物質を励起させ、これによって、周波数の低い光が放
出される（損失のため）、すなわち、ν_{ｅｍｉｔｔｅｄ}
≦ν_{ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ}、ここで、ν
_{ｅｍｉｔｔｅｄ}は、蛍光物質から放出される光の周波数
を表し、ν_{ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ}は、入射光（参照番号
２）の周波数を表している。また、ν_{ｅｍｉｔｔｅｄ}＝
ν_{ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ}−Δνと書くことも可能である
が、ここで、Δνは、蛍光物質の損失を表している。

【００４９】蛍光物質から放出される光は、光線８によ
って示すように、結合によって、ガラス製プリズム３に
戻る。周波数が異なるため、放出される光の角度θは、
入射光の角度θと全く同じにはならない（留意しなけれ
ばならないのは、これが、この用語の一般的な意味によ
る「反射された」光ではないという点である）。次に、
光線８は、光学フィルタ９に達し、周波数ν
_{ｅｍｉｔｔｅｄ}の光だけが通される、すなわち、蛍光物
質から放出された光でなければ、ブロックされる。フィ
ルタリングを施した光（光線１０）は、検出器１１に送
られる。

【００５０】検出器１１に入射する光の強度は、この場
合、蛍光物質によって標識付けされたＤＮＡ分子の量に
正比例する。

【００５１】図７には、表面プラズモン波による生体分
子の励起に関する先行技術による構成が示されている。
放射源１２によって発生するｐ偏向は、フィルタ１３に
送られ、さらに、ガラス製プリズム１４に送られる（光
線１５）。図６の構成と図７の構成との主たる相違は、
ガラス製プリズム１４と溶媒１７の間に薄い金属層１６
が設けられている点である。さらに、誘電層１８によっ
て、金属層１６が溶媒１７から分離される（図７には示
されていないが、金属層１６とガラス製プリズム１４の
間に、同様の誘電層を設けることも可能である）。

【００５２】入射光が界面１９に角度θ＝θ_ＳＰＲで当
たると、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）、すなわち、金
属フィルムにおける集団電子振動に関連した表面モード
が生じる。表面プラズモン波は、界面２０（溶媒１７と
の界面）に沿って伝搬する「束縛」波である（すなわ
ち、エネルギが放出されない）。表面プラズモン波は、
溶媒１７の表面に沿ってだけでなく、金属フィルム１６
にも伝搬する。誘電フィルム１８が、金属フィルム１６
への伝搬による損失を減少させる。

【００５３】一般には、後述のように、θ_ＳＰＲ＜θ
_ＣｒのＤＮＡ分子２１ａ〜２１ｃは、界面２０における
屈折率を変化させる。この屈折率の変化は、検出器２２
によってモニタさせることができる。検出器２２に対す
るこの光線は、図７において２３で表示されているが、
もう１つのフィルタに通されることになる。検出器２２
に送られる光の角度φは、ＤＮＡ分子２１ａ〜２１ｃに
よって生じる屈折率、すなわち、φ≠θのため、入射角
θとは異なる。

【００５４】図８には、入射角θに応じたｐ偏向の反射
率が示されている。臨界角θ_Ｃｒ（ブルースター角θ
_Ｂｒより大きい臨界角）において全反射が生じる。この
角度において、ｐ偏向の反射率は、ほぼ１になる。反射
率の急激な降下が、θ＝θ_ＳＰＲにおいて観測される。
これは、表面プラズモン共鳴の発生する入射角である。
留意すべきは、θ＝θ_ＳＰＲにおける最低値は、極めて
小さいという点である。すなわち、入射角がさらに増す
と、すなわち、θ＞θ_ＳＰＲになると、表面プラズモン
共鳴は、生じない。同じことが、θ＜θ_ＳＰＲの場合に
も言える。

【００５５】ＤＮＡ分子を界面に吸収させる本発明の基
本アプローチが、図１に示されている。この図では、金
属フィルムは２５で表示されており、２６は誘電層であ
る。「目標ＤＮＡ」、すなわち検出すべきＤＮＡは、２
７で示されている。

【００５６】誘電層２６には、捕獲ＤＮＡ２８による
「コーティング」が施されている。捕獲ＤＮＡ２８は、
誘電層２６に固定化されており、目標ＤＮＡ２７に対し
て相補性の構造を備えている。

【００５７】測定時、目標ＤＮＡ２７に加え、相補性Ｄ
ＮＡ、すなわち、標識ＤＮＡ２９も、水のような溶媒に
溶かされる。目標ＤＮＡ２７の一部は、溶液中において
標識ＤＮＡ２９と混成する。次に、目標ＤＮＡ２７の別
の部分が、捕獲ＤＮＡ２８と混成し、複合体全体が界面
に固定化される。第１の混成（目標ＤＮＡと標識ＤＮ
Ａ）、すなわち、溶媒中における３次元の混成の方が速
く行われ、目標ＤＮＡ／捕獲ＤＮＡの２次元の混成は、
遅くなる。

【００５８】捕獲ＤＮＡ２９は、上述のように、蛍光物
質３０に化学的に結合する。蛍光物質の量は、従って、
溶液中における目標ＤＮＡの量により測定される。

【００５９】図２に示す本発明の実施例の場合、光源３
１は、制御手段３２で示すように調整可能である。制御
手段３２は、光源３１のエネルギ出力、すなわち、放出
されるビームの強度を制御する。このビームは、ｐ偏向
を発生するため、偏向子３３に通される。

【００６０】図２の実施例の場合、３つの層、すなわ
ち、第１の誘電層３６、金属層３７、および、第２の誘
電層３８が、ガラス製プリズム３５に隣接している。留
意しなければならないのは、これらの層の厚さは、先行
図の場合と同様、図示のため、誇張して描かれている。
実際には、該厚さは、数ｎｍしかない。従って、上述の
ように、該層は、溶液中の目標ＤＮＡおよび標識ＤＮＡ
を含んでいる溶媒４０との界面３９を形成している。こ
れらのＤＮＡ分子は、やはり、上述のように、界面に吸
収される。吸収されるＤＮＡの一部が、例示のために描
かれている。参照番号４１ａ、４１ｂおよび４１ｃ参照
のこと。

【００６１】入射点３４を通過してプリズム３５に入射
した光ビーム４２は、入射角θ（すなわち、界面におけ
る入射光と法線との角度）で界面３９にぶつかる。入射
角θは、表面プラズモン共鳴が、θ＝θ_ＳＰＲの場合に
発生するように選択される。

【００６２】ただし、留意すべきは、入射光ビームが界
面にぶつかるポイントから２つの光線４３および４４が
生じるということである。

【００６３】光線４３は、界面において反射する励起光
に対応する。光線４３の反射角δは、入射角θに等し
く、δ＝θである。

【００６４】標識ＤＮＡが蛍光物質による標識付けを施
されているものと仮定すると、表面プラズモン波によっ
て、蛍光標識が励起され、放出される光の波長が長くな
るか、あるいは、短くなる。すなわち、λ
_{ｅｍｉｔｔｅｄ}＞λ_{ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ}、および、ν
_{ｅｍｉｔｔｅｄ}＜ν_{ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ}（λ：波長、
ν：周波数）となる。

【００６５】蛍光標識によって放出される光は、もう１
つの表面プラズモン波による結合によってガラス製プリ
ズムに戻される（すなわち、放出される光によって界面
に表面プラズモン波が発生し、これによって、さらに、
ガラス製プリズムを通る光線が生じることになる）。こ
れは、図２において光ビーム４４で示してある。周波数
の低下によって、その反射角φは、入射角と異なること
になる。通常、角度δとφの差は、約１°〜２°であ
る。すなわち、φ−δ≒１°〜２°である。

【００６６】光線４３および４４は、異なる検出器４６
および４５によって検出される（他の実施例について
は、後述する）。当該技術の熟練者には周知のように、
検出器４５が受ける光線の角度を利用して、目標ＤＮＡ
の濃度が求められる。

【００６７】検出器４６の出力は、強度検出器４７に送
られる。本発明の目標は、表面プラズモン共鳴にとって
最適に、すなわち、θ＝θ_ＳＰＲになるように該装置を
操作して、この強度をできるだけ低く保つことにある。

【００６８】このステップは、制御装置４８によって実
施され、該制御装置は、さらに、入射角θの制御を行う
（フィードバック４９）。入射角の変更および制御は、
さまざまな方法で行うことが可能であり、詳細について
は、後述することにする。

【００６９】図２には、本発明による装置の基本構造に
ついて、概要が示されている。さらに詳細な説明につい
ては、次に、図３に関連して行うことにする。

【００７０】図３によれば、例えば、ヘリウム・ネオン
・レーザのようなレーザ５０の光が、偏向子５１に、さ
らに、アイリス５２に送られる（アイリスは、迷光を減
少させるために用いられる）。入射光は、さらに、第１
のミラー５３および第２のミラー５４によって、第２の
アイリス５５、次いで、ガラス製プリズム５６に送られ
る。

【００７１】ミラー５４は、半透過性ミラーである。こ
のミラーに入射する光子の中には、アイリス５５の方向
に反射せず、代わりに、ミラーを透過するものもある。
これらの光子は、コンピュータ５８に接続された検出器
５７にぶつかる。検出器５７によって記録される信号
は、基準信号として、例えば、レーザ５０のエネルギを
制御したり、あるいは、測定を受けるＤＮＡ濃度を正常
化するために利用される。

【００７２】ガラス製プリズム５６の詳細、および、目
標ＤＮＡおよび標識ＤＮＡが界面に吸収される方法は、
図２に関連して解説した内容と同じであり、ここでは取
り上げない。ＤＮＡ分子を吸収した界面の概略が、図３
に参照番号５９によって示されている。

【００７３】ガラス製プリズム５６は、回転デスクまた
はテーブル６０に取り付けられている。回転の目的の１
つは、入射光の角度θを表面プラズモン共鳴にとって最
適の角度、すなわち、θ＝θ_ＳＰＲに保つことにある。
回転デスク６０ののシャフトは、回転に適した手段、例
えば、ステップ・モータ（図示せず）に接続されてい
る。さらに、回転デスク６０が回転する２個の速度また
は角度で、第２の検出器６１を回転させる伝動装置（例
えば、大歯車）が設けられている。例えば、回転デスク
６０が増分Δθだけ回転すると、検出器６１は、増分２
×Δθだけ回転することになる。この機能を果たす回転
デスクは、当該技術において既知のところであり、ここ
では明示しない。

【００７４】検出器６１には、界面で反射した光に加
え、蛍光標識から放出された光もを記録する手段が含ま
れている。留意すべきは、（図２の環境におけるよう
に）独立した検出器は、設けられていないという点であ
る。これらの光ビーム間における角度の差がわずかであ
るため、単一の検出器を利用することができる。実際、
光線６２は、両方の光ビームを表している（界面で反射
した光、並びに、蛍光標識から放出された光）。

【００７５】しかし、上述の光ビームは、区別が容易で
ある。まず、例えば、検出器６１において、角位置がわ
ずかにオフセットした２つの検出器を利用することがで
きる。また、適当なフィルタを利用することも可能であ
る（一方のフィルタが励起光を通過させ、もう一方のフ
ィルタは蛍光の波長に適合する）。フィルタを時間多重
化モードで動作させ、単一検出器が、ある時点において
励起光を受け、別の時点において蛍光波長を受けるよう
にすることができるので、好都合である。当該技術の熟
練者には、他の構成も明らかである。

【００７６】検出器６１が検出する信号は、コンピュー
タ５８に送られ、このコンピュータは、反射励起光の強
度を利用して、回転デスク６０の駆動手段（例えば、ス
テップ・モータ）を制御し、フィードバック・ループ６
３で示すように、入射角θを表面プラズモン共鳴にとっ
て最適の位置に保つ。次に、蛍光の強度を利用して、ガ
ラス製プリズム５６の界面におけるＤＮＡ分子の濃度を
計算する。コンピュータ５８は、さらに、用紙に結果を
記録するため、プロッタに接続されている。

【００７７】図４のフローチャートには、コンピュータ
が、いかにして、入射角θを表面プラズモン共鳴にとっ
て最適の位置に保つことができるかが示されている。図
４に示すルーチンは、離散的時間間隔で行われ、割り込
みによって開始される。

【００７８】「開始」の表示（参照番号６５）からルー
チンに入る。該ルーチンでは、まず、反射励起信号Ｉ_ｎ
の強度が、フローチャートを最後に実施したときの測定
強度Ｉ_ｎ−１より大きいか否かをチェックする（参照番
号６６）。答えがイエスの場合、これは、該装置が、お
そらく、最適な入射角で動作していないということにな
り、操作は囲み６７に進む。留意しなければならないの
は、可能性のある強度の増大、すなわち、Ｉ_ｎ＞Ｉ
_ｎ−１は、必ずしも入射角が最適であることを表してい
ないという点である。強度は、温度の影響、界面に対す
る不特定分子の結合等によって、入射角のシフトを伴わ
ずに増大する可能性がある。しかし、上述の効果の１つ
によって、強度の最低値が別の角度に移動した可能性は
かなり高い。同様に、該装置の単なる調整ミスであるこ
とも考えられる。

【００７９】強度の増大が認められなければ、たまたま
動作点が最適でないという可能性がある。例えば、最低
強度のレベルが低下し、同時に最低強度がわずかにシフ
トしたものと仮定する。こうした場合、ある動作点にお
ける強度は、増大しないか、あるいは、わずかに減少を
示すことさえあるかもしれないが、この動作点は、もは
や、θ＝θ_ＳＰＲのポイントではない。

【００８０】従って、提示のルーチンでは、時々、強度
の増大が示されたか否かに関係なく、現在の動作点が最
適か否かのチェックが行われる。これが、囲み６８で示
されている。最後のチェック以来の時間Ｔが、あらかじ
め設定された値Ｔ_ＭＡＸを超えている場合、次のチェッ
クが必要になる。Ｔ_ＭＡＸの選択は、例えば、数分の場
合もあれば、あるいは、数時間の場合さえある。

【００８１】Ｔ_ＭＡＸを超えず、また、強度も増大しな
いという場合、再調整は不要である。操作が囲み６９に
進み（タイマＴの増数）、次に、ルーチンを出る（ライ
ン７０、「戻り」表示７１）。別様であれば、タイマＴ
は、ゼロにセットされる。（囲み７２）。

【００８２】再調整が必要な場合、ルーチンは、現在の
動作点に隣接した領域を走査して、新しい最小値を求め
る。ルーチンのこの部分は、囲み６７で開始され、一時
カウンタｍが、セット・アップされる（ルーチンのこの
部分のためだけに）。

【００８３】囲み７３において、カウンタｍが増数し、
入射角θがあらかじめ設定した値Δ（例えば、ステップ
・モータの１ステップに相当する）だけθが小さくな
る。図３を参照すると、これは、回転デスク６０の反時
計回り方向における回転と考えられる。

【００８４】次に、新しい動作点における強度Ｉ_ｍとそ
の前の値の比較が行われる（参照番号７４）。低下して
いれば（ライン７５）、これは、現在の入射角が、その
以前の値に比べて、最低値に近いということになり、同
じ方向に回転が続行される。

【００８５】一方、新しい角度における強度が、以前の
角度における強度を超えると、回転デスクは、回転しす
ぎたことになる。従って、最終ステップは、デスクを逆
方向に回転させて補正される。

【００８６】同様に、次に、ステップ７７において、別
の方向における最低値の有無をチェックするため、入射
角を大きくする（回転デスク６０の反時計廻り方向の回
転）。ステップ７８および７９は、ステップ７４および
７６に対応する。

【００８７】留意すべきは、ルーチンの終了時には、入
射角が以前の角度と一致するのであろうということであ
る。これは、例えば、タイマＴの満了によって、検索が
開始されるが、最低強度の移動がないという場合であ
る。

【００８８】図４のフローチャートには、入射角を制御
するための極めて単純なルーチンが示されている。当該
技術の熟練者であれば、例えば強度の導関数ｄＩ／ｄｔ
を考慮し、局所的最低値の存在する場合でも、大域最低
値を探索する。より高度なプログラムの開発が可能であ
る。

【００８９】図５には、入射角を制御することの可能な
もう１つの方法が示されている。中心フォトダイオード
８０ａと２つの横方向フォトダイオード８０ｂおよび８
０ｃからなるフォトダイオード・アレイ８０が、反射励
起光を受ける。該ダイオードは、互いに少し間隔を開け
て配置されている。

【００９０】フォトダイオード８０ｂおよび８０ｃが受
ける迷光は、わずかに異なる入射角を表している。中心
フォトダイオード８０ａが、全てのフォトダイオード中
で最低強度を受けている限りは、該装置は、θ＝θ
_ＳＰＲ、すなわち、最適条件で動作していることにな
る。こうした場合、コンパレータ８１および８２は、負
の信号またはゼロ信号を発生するので、ステップ・モー
タはデスク６０を回転させない。すなわち、何も起こら
ない。コンパレータ８１は、その反転入力において、ラ
イン８３の、フォトダイオード８０ｃからの強度信号を
受け、その非反転入力において、ライン８４の、フォト
ダイオード８０ａからの強度信号を受ける。同様に、コ
ンパレータ８２は、その反転入力において、ライン８５
の、フォトダイオード８０ｂからの強度信号を受け、そ
の非反転入力において、ライン８６の、フォトダイオー
ド８０ａからの強度信号を受ける。

【００９１】例えば、ここで、フォトダイオード８０ｃ
の強度信号が、中心フォトダイオード８０ａが示す強度
より低いものと仮定する。これは、該装置の調整ミスで
あることを表している。次に、デスクを回転させるた
め、コンパレータ８１は、正の制御信号をライン８７に
送り出す。フォトダイオード・アレイ８０が図３の検出
器６１の一部である場合、これは、入射角を小さくする
ために、デスクを右方向すなわち時計廻り方向に回転さ
せなければならないということになる。次に最低強度
が、フォトダイオード・アレイ８０の中心、すなわち、
中心フォトダイオード８０ａの方向にシフトする。

【００９２】回転は、中心フォトダイオード８０ａが最
低強度を記録するまで続行される。同様に、フォトダイ
オード８０ｂが最低強度を記録すると、デスクは、制御
ライン８８を介して反時計廻り方向に回転する。

【００９３】図５は、本発明を明らかにする一例にすぎ
ない。例えば、横方向のフォトダイオード数を増やすこ
ともできるし、フォトダイオード以外の感光素子を用い
ることができるのも明らかである。

【００９４】本発明について、特定の実施例に関連し
て、解説し、例示してきたが、当該技術の熟練者には明
らかなように、上述の、および下記請求項に記載の本発
明の原理を逸脱することなく、修正および変更を加える
ことが可能である。

【００９５】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成したので以
下の効果を奏することができる。ｐ偏向電磁波の入射角
を表面プラズモン共鳴にとって理想の角度θ_ＳＰＲにほ
ぼ一致させることができる。これにより、生体分子に結
合されるエネルギの正確な制御が可能となり、生体分子
の存在や濃度の最適な測定が可能となり、また生体分子
に損傷を与えることなく、精度の高い検出を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＤＮＡストランドの吸収のメカニズムを示す説
明図である。

【図２】本発明の検出装置の一実施例を示す図である。

【図３】本発明の検出装置の一実施例を示す図である。

【図４】反射光の最小強度を検出するためのフローチャ
ートである。

【図５】フォトダイオード・アレイに基づく代替の制御
機構を示す図である。

【図６】エバネセント波を発生させるたの生体分子を励
起し、生体分子の濃度を測定するための第１の従来例を
示す図である。

【図７】表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を発生させるこ
とにより導体や半導体を励起し、生体分子の濃度を測定
するための第２の従来例を示す図である。

【図８】偏向した光の反射率を示すための図である。

【符号の説明】

３１光源３２制御手段３３偏向子３４入射点３５プリズム３６第１の誘電層３７金属層３８第２の誘電層３９界面４０溶媒４１ａ〜４１ｃＤＮＡ４２光ビーム４３，４４光線４５，４６検出器４７強度検出器４８制御装置４９フィードバック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的に濃度の高い媒体と光学的に希薄
な媒体との間に存在する導電性の薄いフィルムを有する
界面に、生体分子を少なくとも、（ｉ）前記界面への吸収、（ｉｉ）前記界面上への被着、（ｉｉｉ）前記界面への物理的または化学的接合により接触させて、前記生体分子を検出する方法であっ
て、以下のステップからなることを特徴とする生体分子
検出方法。（ａ）前記界面上に前記光学的に濃度の高い媒体を通
過する可視光を用いて、ｐ偏向電磁波を照射するステッ
プ。前記界面に衝突する電磁波の入射角（θ）はほぼ表
面プラズモン共鳴を生じさせる角（θ_ＳＰＲ）に等し
く、表面プラズモン波は該表面プラズモン波に応じて電
磁波を反射または発生する前記界面で前記生体分子に起
因して生じる。（ｂ）前記生体分子により反射または発生する電磁波
をモニタし、少なくとも、（ｉ）前記生体分子の存在（ｉｉ）前記生体分子の濃度を前記反射または発生した電磁波の解析により検出する
ステップ。前記生体分子により前記界面で反射または発
生した電磁波の強度は検出される。（ｃ）前記界面で反射する電磁波の強度に基づいてｐ偏
向電磁波の入射角（θ）を制御するステップ。前記強度
は表面プラズモン共鳴の発生に対応する最小限にほぼ保
たれ、反射電磁波は入射角（θ）にほぼ一致する反射角
を有している。
【請求項２】電磁波放射源と、前記電磁波発生装置により出力される電磁波を偏向させ
る偏向手段と、光学的に濃度の高い媒体と光学的に希釈な媒体との界面
上で、光学的に濃度の高い媒体を通して前記ｐ偏向電磁
波を方向付けするための手段、前記界面に結合された、導電性の薄いフィルムと、前記界面で前記生体分子により反射または発生する放射
をモニタするための第１のモニタ手段と、前記界面で反射された電磁波をモニタするための第２の
モニタ手段と、前記界面で反射された前記電磁波の強度を検出するため
の強度検出手段と、前記強度がほぼ表面プラズモン共鳴の発生に対応する最
小限に保たれるように、前記界面で反射された電磁波の
強度に基づいてｐ偏向電磁波の入射角を制御するための
制御手段と、からなることを特徴とする生体分子検出装
置。