センシング装置およびこれを用いたセンシング方法
【課題】センシング装置において、試料セル中の被測定物質をプラズモン活性基体の表面又はその近傍に効果的に捕捉させて、高感度なセンシングを行うことを可能とする。
【解決手段】センシング装置において、被測定物質を含む流動性を有する試料Ｓが充填または流下される試料セル１０と、試料セル１０内の試料Ｓに接触するように配置された、試料接触面２０ｓに対して励起光Ｌ０を照射させることにより試料接触面２０ｓにプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体２０と、励起光Ｌ０を照射する励起光照射光学系３０と、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓ上の試料Ｓの物理特性を検出する物理特性検出系４５と、プラズモン活性基体２０試料接触面２０ｓに捕捉光Ｌ３を集光させ、光捕捉効果により試料接触面２０ｓに試料Ｓ中の被測定物質を捕捉させる光捕捉光照射光学系５０を備える。
【解決手段】センシング装置において、被測定物質を含む流動性を有する試料Ｓが充填または流下される試料セル１０と、試料セル１０内の試料Ｓに接触するように配置された、試料接触面２０ｓに対して励起光Ｌ０を照射させることにより試料接触面２０ｓにプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体２０と、励起光Ｌ０を照射する励起光照射光学系３０と、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓ上の試料Ｓの物理特性を検出する物理特性検出系４５と、プラズモン活性基体２０試料接触面２０ｓに捕捉光Ｌ３を集光させ、光捕捉効果により試料接触面２０ｓに試料Ｓ中の被測定物質を捕捉させる光捕捉光照射光学系５０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物質を含む試料を、励起光が照射されプラズモン増強場を生じさせるプラズモン活性基体と接触させた状態で、活性基体表面の被測定物質の特性を検出するセンシング装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に表面プラズモンあるいは局在プラズモンによるプラズモン増強場の効果を利用した測定を行う場合、プラズモン増強場を生じさせるデバイス（プラズモン活性基体）表面のごく近傍に被測定物質を配置する必要がある。これは、プラズモン増強場が、プラズモン活性基体表面のごく近傍にのみ生じるため、被測定物質がプラズモン活性基体表面から離れるにつれて増強場による効果が低減するからである。従って、試料溶液中の被測定物質の測定を行うに際しては、プラズモン活性基体表面での被測定物質の濃度を高くすることにより、測定精度を向上させることができる。
【０００３】
プラズモン活性基体表面に被測定物質を吸着させる方法としては、例えば、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）測定装置の場合、プラズモン活性基体である金属膜上に被測定物質と特異結合するリガンドを固定しておき、リガンドに被測定物質を結合させる方法があげられ、これにより金属膜表面に試料中の被測定物質を固定してセンシングを行うことがなされている。
【０００４】
また、特許文献１には、電気泳動法により金属膜上に被測定物質を集めることにより金属膜上における被測定物質濃度を高めて、表面プラズモン共鳴の測定を行う装置として、試料溶液中に複数の電極を設置して、この複数の電極への印加電圧を制御することにより測定箇所での被測定物質の濃度を上昇させる構成の誘電泳動検出装置が開示されている。
【特許文献１】特開2005-195397号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リガンドを利用して被測定物質をプラズモン活性基体表面に被測定物質を吸着させる方法では、リガンドと被測定物質との反応を充分に待たなければ、充分な量の結合量を確保できず、測定を迅速に実施することが難しい。しかも、リガンドと結合する物質は限られており、被測定物質の種類が限定されてしまう。
【０００６】
また、特許文献１に記載の装置では、溶液中に配置した複数の電極に対して印加電圧を制御する必要があり、また試料毎に印加電圧を調整しなければ基体表面での被測定物質濃度を高めることができないという問題がある。さらに、特許文献１に記載の装置では、実際には、金属表面近傍を通過する溶液の濃度を上昇させているだけで、実際の測定箇所への吸着効果が十分であるとは言えない。また、印加電圧をかける場合、被測定物質に対して電荷をチャージする必要があり、電荷をチャージすることで反応性が変化してしまう恐れがある。さらに、印加電圧をかけることで分子の特性が変化する恐れもある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、プラズモン活性基体の表面またはその近傍における被測定物質の濃度を効果的に上昇させて、高精度な測定を行うことができるセンシング装置、およびこれを用いたセンシング方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のセンシング装置は、被測定物質を含む流動性を有する試料が充填または流下される試料セルと、
該試料セル内の試料に接触するように配置された、試料接触面に対して励起光を照射させることにより前記試料接触面にプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体と、
前記励起光を照射する励起光照射光学系と、
該プラズモン活性基体の前記試料接触面上の試料の物理特性を検出する物理特性検出系とを備えたセンシング装置であって、
前記プラズモン活性基体の前記試料接触面に捕捉光を集光させ、光捕捉効果により前記試料接触面に前記試料中の被測定物質を捕捉させる光捕捉光照射光学系を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、試料は、試料セル内全体に充填又は流下されてもよいし、試料セル内の一部に充填又は流下されてもよい。
【００１０】
また、ここで「被測定物質を捕捉させる」とは、「被測定物質を電場勾配によって、電場の強い領域に留まらせる」ことを意味するものである。
【００１１】
本センシング装置においては、前記捕捉光の集光位置を前記試料セル内で走査させる走査部を備えていることが望ましい。走査部は、捕捉光の集光位置を試料セルに対して相対的に移動させることができるものであればよく、例えば、ガルバノミラーを備えて捕捉光自体を走査させるものであってもよいし、試料セルを配置するステージとして３次元に移動可能なＸＹＺステージを備え、試料セルを移動させるものであってもよい、さらに捕捉光自体を走査する手段と試料セルを移動する１次元、２次元もしくは３次元ステージとの組合せであってもよい。
【００１２】
物理特性検出系は、前記プラズモン活性基体の前記試料表面上に測定光を照射する測定光照射光学部と、該測定光の前記試料接触面における反射光および／または該試料接触面で生じる散乱光を検出する検出部とを備えていることが望ましい。このような物理特性検出系を備えるセンシング装置としては、例えば、表面プラズモン共鳴測定装置、局在プラズモン共鳴測定装置、増強ラマン分光装置などがあげられる。
【００１３】
プラズモン活性基体は、前記励起光の波長よりも小さい凹凸構造を有する金属体で構成されていることが望ましい。
本明細書において、「測定光の波長よりも小さい凹凸構造」とは、凹凸構造をなす凸部及び凹部の平均的な大きさと平均的なピッチが測定光の波長よりも小さいことを意味する。凹部に金属はあってもなくてもよい。
【００１４】
前記金属体の主成分は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属であることが好ましい。
本明細書において、「主成分」は、含量９０質量％以上の成分と定義する。
【００１５】
前記試料セルは、一端が前記プラズモン活性基体の前記試料接触面に接したキャピラリー状セルであることが好ましい。
【００１６】
前記プラズモン活性基体は、前記試料接触面に、前記被測定物質とイオン結合する表面修飾、及び／又は前記被測定物質と共有結合する表面修飾が施されたものであることが好ましい。
【００１７】
さらに、被測定物質は、該被測定物質のサイズを大きくするための表面修飾が施されたものであることが望ましい。光捕捉可能な粒子サイズは数10ｎｍであり、これ以下のサイズのものは光捕捉が困難であるため、被測定物質のサイズが小さく、光捕捉しづらい場合に表面修飾を実施することが望ましい。具体的には、被測定物質が、数10ｎｍ以下の粒子である場合に、被測定物質にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）ラテックス微粒子、ポリスチレン球、ガラスビーズなどを修飾すればよい。
【００１８】
本発明のセンシング方法は、被測定物質を含む流動性を有する試料を、試料接触面に対して励起光が照射されて該試料接触面にプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体と接触させ、
前記励起光を前記プラズモン活性基体に照射して前記プラズモン増強場を生じさせた状態で、前記プラズモン活性基体の前記試料接触面上の被測定物質の物理特性を検出するセンシング方法であって、
前記試料を前記プラズモン活性基体と接触させた状態で、該プラズモン活性基体の前記試料接触面に捕捉光を集光させることにより、前記試料中の前記被測定物質を前記試料接触面上に移動させ、
前記試料接触面に前記被測定物質を捕捉させた状態で、前記被測定物質の物理特性の検出を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
本センシング方法においては、前記捕捉光を前記試料接触面に集光させる前に、該捕捉光を前記試料セル内で試料接触面から離間した位置から徐々に該試料接触面に近づく方向に走査させ、最後に該活性基体の試料接触面に集光させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のセンシング装置は、プラズモン活性基体の試料接触面に捕捉光を集光させ、光捕捉効果により試料接触面に試料中の被測定物質を捕捉させる光捕捉光照射光学系を備えている。これにより、試料中の被測定物質を捕捉光の集光位置に光捕捉して試料接触面上に固定することができるので、試料接触面における被測定物質の濃度を上昇させることができる。本発明のセンシング装置では、プラズモン活性基体の表面またはその近傍に充分な量の被測定物質が存在した状態で、確実に分析を行うことができるので、高精度な分析を安定して実施することができる。また、特許文献１に記載のような電気泳動の場合と違い、被測定物質に電荷をチャージしたり、試料に印加電圧をかけたりすることがなく、被測定物質に対して非破壊かつ非接触で、試料接触面における被測定物質の濃度を上昇させることができるため、試料の特性を変化させることなく分析を行うことができる。
【００２１】
さらに、捕捉光の集光位置を試料セル内で走査させる走査部を備えている場合、試料中の被測定物質をより多く捕捉することができ、試料接触面に被測定物質をより効率的に捕捉させることができ、高精度な分析を行うことができる。
【００２２】
プラズモン活性基体が試料接触面に被測定物質と結合する表面修飾を有している場合には、光捕捉効果によって、プラズモン活性基体と被測定物質との結合を促進することができ、表面修飾と被測定物質との結合時間を短縮でき、かつ、高感度な分析を安定して実施することができる。
【００２３】
本発明のセンシング方法によれば、試料をプラズモン活性基体と接触させた状態で、プラズモン活性基体の試料接触面に捕捉光を集光させることにより、試料中の被測定物質を試料接触面上に移動させ、試料接触面に被測定物質を捕捉させた状態で、被測定物質の物理特性の検出を行うので、試料接触の表面またはその近傍に充分な量の被測定物質が存在した状態で、確実に分析を行うことができるので、高感度な分析を安定して実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
光源からのレーザ光を集光し、微粒子の近傍に照射することにより、微粒子に発生する光放射圧（光圧）を利用して、その微粒子を捕捉して自由に移動させる光捕捉（光トラップ、または光ピンセット）技術が知られている。この光捕捉の原理は以下の通りである。
【００２５】
＜光捕捉の原理＞
光に質量はないが、光を粒子（フォトン）と考えると一個のフォトンはｈ/λ(h：プランク定数、Ｌ： 光の波長）で与えられる運動量を持っている。光が屈折率の異なる媒質に入射し、媒質間の界面で反射、屈折される際、光の進行方向は変化し、運動量も変化するため、運動量の保存則から界面には反作用として力が働く。微小物質の表面で光が反射あるいは屈折する場合、フォトンの運動量はΔｐだけ変化しているため、反作用として界面はΔｐだけ押される。このことは、光が微小物体に力を与えたと考えることができ、これを光圧と称している。
【００２６】
μｍサイズの微粒子に働く光圧は以下のように説明される。周囲の媒質より高い屈折率を持つ透明な微粒子に顕微鏡下でレーザ光を集光したとき、微粒子に入射したレーザ光は微粒子の表面で屈折し、フォトンの運動量が変化し微粒子に光圧が働く。微粒子内を通過したフォトンは媒質に出るときにもう一度屈折し、再び微粒子に光圧が働く。すべての光線について光圧を計算し、積分するとレーザ光の焦点fへ向かう力Ｆとなる。
【００２７】
なお、屈折率の低い微粒子や金属微粒子にレーザ光を集光したときに発生する光圧は、レーザ光の焦点位置から遠ざかる方向に発生するため光捕捉できない。微粒子の屈折率が周囲の媒質より低い場合は、屈折率が高い微粒子の場合とはフォトンの運動量変化の方向が逆になり、トータルの光圧はレーザ光の焦点ｆから遠ざかる方向に働く。また、金属微粒子のようにレーザ光を反射する微粒子の場合は、フォトンの衝突による力が微粒子を押すように働き、その力は屈折による光圧よりかなり大きいため金属微粒子は弾き飛ばされてしまう（増原極微変換プロジェクト編：マイクロ化学、化学同人（1993）参照）。
【００２８】
一方、ｎｍサイズの微粒子に働く光圧は以下のように説明される。分子やコロイド粒子のようにナノメートルサイズの物質、すなわち用いるレーザ光の波長に比べ十分に小さいナノ粒子(波長の1/10程度)に働く光圧を考える場合、Rayleigh近似が成り立ち、ナノ粒子はRayleighの光散乱の理論により誘起双極子と近似することができ、双極子に働く光圧は次式（１）で表される（Y. R. Shen : Principle Of Nonlinear Optics (Pure & Applied Optics Series:1-349), Wiley-Interscience (1984)参照）。
【数１】
【００２９】
ここで、E：電場強度、B：磁束密度、a：分極率、eb：誘電率、r：ナノ粒子の半径、na：ナノ粒子の屈折率、nb：媒質の屈折率である。式（１）の右辺第1項が勾配力を表しており、これは誘起双極子が不均一な空間分布をした電場中に置かれたときに働く静電応力であり、ナノ粒子の屈折率が周囲の媒質の屈折率に比べて高い（na＞nb）場合、式（２）により分極率αは正の値となり、勾配力は電場強度の高い場所にナノ微粒子を引き寄せる力として働くことになる。ナノ粒子の屈折率が周囲の媒質の屈折率に比べて低い（na＜nb）場合、式（２）により分極率αは負の値となり、式（１）で与えられる光圧は電場強度の弱い場所の方向に働くためナノ粒子を光捕捉できない。一方、第２項は散乱力であり、ナノ粒子による光の散乱に起因する力であり、光のエネルギーの進行方向すなわちポインティングベクトルが時間的に変化することによって生じる力である。したがって、電場強度分布を持たない光を透明なナノ粒子に照射した場合には、散乱力のみが働き、光圧はナノ粒子を光の進行方向に押す向きに働くことになる。
【００３０】
顕微鏡下で対物レンズによりレーザ光を集光した場合、集光位置における電場強度が周囲に比べて非常に大きくなり、勾配力が散乱力に比べて十分に大きくなる。よって、ナノ粒子に働く力は勾配力のみを考えればよくなるため、式（１）は下記式（３）と表される。対物レンズによりレーザ光を集光し、かつナノ粒子の屈折率が周囲の媒質の屈折率に比べて高い（na＞nb）場合には、勾配力はナノ粒子に対して常に光強度の高い場所すなわち集光位置に向かって働くため、ナノ粒子は集光位置に集められることになる。
【数２】
【００３１】
金属微粒子は反射の寄与が大きく、光捕捉されないと第２項で述べたが、金属微粒子が表皮深さ程度（粒径数十ｎｍ）になると、散乱力より勾配力が大きくなり、安定に光捕捉されることが報告されている(K. Svoboda and S. M. Block, Opt. Lett. 19, 930 (1994)、T. Sugiura, T. Okada, Y. Inoue, O. Nakamura, and S. Kawata, Opt. Lett. 22, 1663 (1997)参照）
上述のような光捕捉の原理を利用した光捕捉技術は、例えば特開2005-7530号公報、特開2005-80516号公報および特開2006-130454号公報などに記載されており、本発明においては、光捕捉を行うための手段として周知のいかなる手段を用いてもよい。
【００３２】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。本発明のセンシング装置は、表面プラズモンおよび／または局在プラズモンの効果を利用したセンシング装置であればいかなる装置にも適応することができる。具体的には、表面プラズモン共鳴測定装置、局在プラズモン共鳴測定装置のみならず、プラズモン増強場により増強されたラマン散乱を生じさせてそのラマン散乱を検出する増強ラマン分光装置などに用いることができる。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
まず、本発明のセンシング装置に係る第１の実施形態であるラマン分光装置の構成およびこれを用いたセンシング方法としてラマン分光方法について説明する。図１は装置の全体図、図２および図３はプラズモン活性基体の好適な例を示す図である。
【００３４】
本実施形態のラマン分光装置１は、試料セル１０と、試料セル１０内の試料Ｓに接触するように配置され、試料接触面２０ｓに励起光Ｌ０が照射されてプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体２０と、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓに励起光Ｌ０かつ測定光Ｌ１となる光ビームＬを照射する励起光照射光学系３０（測定光照射光学部４０）と、ラマン散乱光を検出する検出部４３と、光捕捉光照射光学系５０とを備えたものである。ここでは、試料セル１０はｘｙｚの３次元方向に試料セル１０を移動させることができるステージ１５上に載置されている。このステージ１５は光捕捉光の集光位置を移動させる走査部に相当する。
【００３５】
ここで、プラズモン活性基体２０は、励起光Ｌ０（光ビームＬ）が照射されてラマン散乱光を生じるラマン散乱デバイスである。また、測定光照射光学部４０と検出部４３とにより、物理特性検出系４５が構成されている。
【００３６】
励起光照射光学系３０（測定光照射光学部４０）は、試料接触面２０ｓに対して特定の単波長光である光ビームＬ（励起光Ｌ０、測定光Ｌ１）を照射する光学系であり、レーザ等の光源３１、および必要に応じて光源３１から出射される光を導光するミラー、レンズ等の導光系（図示略）により構成されている。
【００３７】
検出部４３は、測定光Ｌ１の照射によってプラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓで生じる反射光と散乱光とを含む検出光Ｌ２が入射し、検出光Ｌ２を分光してラマン散乱光を検出し、ラマンスペクトルを得る分光検出器である。
【００３８】
試料セル１０は、互いに対向して離間配置された底板１１および上板１２を備えた角型等の箱状セルである。上板１２は捕捉光Ｌ３に対して透明な材料により構成されている。
【００３９】
光捕捉光照射光学系５０は、試料セル１０の上板１２から試料に捕捉光Ｌ３を照射し、基体２０の試料接触面２０ｓに捕捉光Ｌ３を集光させて、試料Ｓ中の被測定物質を試料接触面２０ｓに捕捉させるものであり、捕捉光Ｌ３を出力するレーザ等の光源５１と、試料セル１０の上板１２直上に配置され、捕捉光Ｌ３を試料接触面２０ｓに集光させる対物レンズ５２と、光源５１から出力された捕捉光Ｌ３を対物レンズ５２に反射するミラー５３と、光源５１から出力された捕捉光Ｌ３を平行光とするレンズ５４を備えている。
【００４０】
光捕捉の対象となる被測定物質の大きさは直径μｍサイズからｎｍサイズの微粒子であり、例えば、蛋白質、ペプチド、アミノ酸、水溶液中のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）ラテックス微粒子、トルエン液滴、ベンジルアルコール液滴、シスーデカリン液滴、パラフィン液滴、シリコンオイル液滴、マイクロカプセル、シリカゲル、ポリスチレン球、ガラスビーズ、二酸化チタン、サルモネラ菌、仔ウシ胸腺ＤＮＡ、量子半導体などである。
【００４１】
捕捉光Ｌ３としては、被測定物質に吸収がない波長の光ビームを用いることが好ましい。特に、多くの物質に対して吸収がほとんどなく、高いパワーが得られる、波長1064ｎｍの連続発振（ＣＷ）するＮｄ：ＹＡＧレーザが光捕捉用の光源として好ましい。
【００４２】
捕捉光の照射による光捕捉効果の具体例を挙げる。水溶液中の粒径5μｍのポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）ラテックス微粒子を100倍の対物レンズを用いて、1064ｎｍのレーザ光をスポット径約500ｎｍに集光した場合（ビームパワー50ｍＷ）、集光位置に存在するラテックス微粒子につねに焦点が合った状態が保たれる。焦点以外の微粒子はブラウン運動をしているため、焦点があった状態に保たれない。
【００４３】
プラズモン活性基体２０の試料接触面を構成する金属体２３は、表面プラズモンを生じさせる平らな表面を有する金属薄膜でもよいが、表面に測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有するものであってもよい。
【００４４】
図２および図３を参照して、プラズモン活性基体２０の好適な態様２０Ａ〜２０Ｆについて説明する。図２（ａ）および（ｂ）は斜視図、図２（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）は断面図である。
【００４５】
図２（ａ）に示すプラズモン活性基体２０Ａは、平坦な誘電体２２の上に、複数の金属粒子２３ａがアレイ状に固着されたデバイスである。この例では、金属体２３は、複数の金属粒子２３ａからなる金属粒子層である。
金属粒子２３ａの配列パターンは適宜設計でき、略規則的であることが好ましい。かかる構成では、個々の金属粒子２３ａが凸部であり、金属粒子２３ａの平均的な径及びピッチが測定光Ｌの波長よりも小さく設計される。
【００４６】
図２（ｂ）に示すプラズモン活性基体２０Ｂは、平坦な誘電体２２の上に、金属細線２３ｂが格子状にパターン形成された金属パターン層からなる金属体２３が形成されたデバイスである。金属パターン層のパターンは適宜設計でき、略規則的であることが好ましい。かかる構成では、金属細線２３ｂの平均的な線幅及びピッチが測定光Ｌの波長よりも小さく設計される。
【００４７】
図２（ｃ）に示すプラズモン活性基体２０Ｃは、図４（ａ）〜（ｃ）に製造プロセスを示すように、被陽極酸化金属体（Ａｌ等）６０の一部を陽極酸化して金属酸化物体（Ａｌ２Ｏ３等）６２とし、陽極酸化の過程で形成される金属酸化物体６２の複数の微細孔６２ａ内に各々金属２３ｃをメッキ等により成長させて得られたデバイスである。このデバイスでは、金属酸化物体６２の微細孔６２ａ内に、頭部が金属酸化物体６２の表面より突出するまで金属２３ｃをマッシュルーム状に成長させてある（特開2005-172569号公報を参照）。微細孔６２ａを略規則的なパターンで開孔させることができるので、金属２３ｃは略規則的なパターンで配列させることができる。図４（ａ），（ｂ）は斜視図、図４（ｃ）は断面図である。
【００４８】
図２（ｃ）に示すプラズモン活性基体２０Ｃでは、電極２１が被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分（Ａｌ等）６１からなり、金属体２３が陽極酸化の過程で形成される金属酸化物体６２の複数の微細孔６２ａ内に成長させた複数のマッシュルーム状の金属２３ｃにより構成されている。
【００４９】
図２（ｃ）に示す例では、マッシュルーム状の金属２３ｃの頭部が粒子状であり、デバイスの表面から見れば、誘電体２２の表面に金属粒子層が形成された構造になっている。かかる構成では、マッシュルーム状の金属２３ｃの頭部が凸部であり、その平均的な径およびピッチが測定光Ｌの波長よりも小さく設計される。
【００５０】
なお、プラズモン活性基体２０は、試料Ｓに接触させられ表面増強ラマン散乱を生じさせる金属体２３のみにより構成されてもよい。
【００５１】
図３（ａ）に示すプラズモン活性基体２０Ｄは、図４（ａ），（ｂ）に示すように陽極酸化を実施し、陽極酸化により形成された金属酸化物体６２を除去して、被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分６１のみを残したデバイスである（特開2006-250924号公報を参照）。かかるデバイスでは、金属体２３が表面に複数のディンプル状の凹部２３ｄを有する非陽極酸化部分６１により構成される。
【００５２】
図３（ｂ）に示すプラズモン活性基体２０Ｅは、上記プラズモン活性基体２０Ｄの表面に、その凹凸形状に沿って金属層６３を成膜したものである（特開2006-250924号公報を参照）。
【００５３】
図３（ｃ）に示すプラズモン活性基体２０Ｆは、上記プラズモン活性基体２０Ｅの金属層６３をアニール処理により粒子化して、被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分６１上に金属粒子６４を形成したものである（特願2006-198009号（本件特許出願時において未公開）を参照）。
【００５４】
図２および図３に示したプラズモン活性基体２０Ａ〜２０Ｆでは、略規則的な凹凸構造の金属体２３が得られるので、増強ラマン（ＳＥＲＳ）効果がデバイスの面全体でばらつきなく得られ、好ましい。
【００５５】
金属体２３は、表面が粗面化された金属層により構成してもよい。粗面化方法としては、酸化還元等を利用した電気化学的な方法等が挙げられる。その他、プラズモン活性基体２０としては、ＳＥＲＳ効果を有する公知のデバイスを用いることができる。例えば、J.AM.CHEM.SOC. 2005, Vol.127, 14992-14993, ”Nanosphere arrays with controlled sub-10-nm gaps as surface-enhanced raman spectroscopy substrates”には、ＩＴＯ基板上に、ＣＴＡＢ（cetyltrimethylammonium bromide）で表面修飾した複数のＡｕ粒子を配列させたプラズモン活性基体が記載されている。特開2005-233637号公報には、基板上に金ナノロッド薄膜を形成したプラズモン活性基体が開示されている。
【００５６】
本実施形態のラマン分光装置１では、試料セル１０内に、被測定物質を含む流動性を有する試料Ｓが充填または流下されて、測定が行われる。試料Ｓは流動性を有していればよく、その状態としては液状、ゲル状、およびゾル状等が挙げられる。
【００５７】
プラズモン活性基体２０は、試料接触面２０ｓに被測定物質とイオン結合する表面修飾または共有結合する表面修飾が施されたものであることが好ましい。かかる構成では、被測定物質がイオン結合または共有結合によって試料接触面２０ｓに対して強固に吸着され、好ましい。この場合、捕捉光の照射により、このようなリガンドへの被測定物質の結合を促進させ、試料接触面２０ｓにおける被測定物質の濃度を効果的に上昇させることができるので、高精度な分析を迅速に行うことができる。
【００５８】
被測定物質が蛋白質、ペプチド、およびアミノ酸からなる群より選ばれた少なくとも１種である場合、被測定物質とイオン結合する表面修飾としては、被測定物質と反対荷電を有する表面修飾基を用いることができ、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、４級アンモニウム基、イミダゾール基、グアニジニウム基、及びこれらの誘導体基等の表面修飾基が挙げられる。試料接触面２０ｓは、これらの表面修飾基を２種以上有していてもよい。
【００５９】
被測定物質が蛋白質、ペプチド、及びアミノ酸からなる群より選ばれた少なくとも１種である場合、被測定物質と共有結合する表面修飾としては、Ｎ−ヒドロキシスクニンイミジルエステル等の反応性エステル基、カルボジイミド基、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール基、ヒドラジド基、チオール基、反応性ジスルフィド基、マレイミド基、アルデヒド基、エポキシド基、（メタ）アクリレート基、ヒドロキシル基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、及びこれらの誘導体基等の表面修飾基が挙げられる。試料接触面２０ｓは、これらの表面修飾基を２種以上有していてもよい。
例示した表面修飾基の中でも、反応性エステル基、ヒドラジド基、チオール基、及び反応性ジスルフィド基等が好ましい。
上記記載中、「反応性」とは被測定物質と反応性を有することを意味する。
【００６０】
プラズモン活性基体２０は、試料接触面２０ｓに被測定物質とイオン結合する表面修飾及び共有結合する表面修飾が施されたものであることが、特に好ましい。
この場合、試料接触面２０ｓに対して、被測定物質とイオン結合する表面修飾と、被測定物質と共有結合する表面修飾とを同時に施してもよいし、これらの表面修飾を順次実施しても構わない。また、これらの表面修飾の表面修飾位置は特に制限されず、これらの表面修飾同士が互いに結合していてもよいし、これらの表面修飾は互いに独立して試料接触面２０ｓに結合していてもよい。
【００６１】
試料接触面２０ｓに対して、被測定物質とイオン結合する表面修飾を施し、さらにこの表面修飾を、被測定物質と共有結合する表面修飾で活性化することが特に好ましい。この場合、被測定物質とイオン結合する表面修飾と、被測定物質と共有結合する表面修飾とが互いに近接しており、１つ1つの被測定物質がイオン結合及び共有結合によって試料接触面２０ｓに対して強固に吸着されることとなり、好ましい。
【００６２】
例えば、はじめに試料接触面２０ｓに被測定物質とイオン結合するカルボキシ基を導入し、さらに導入したカルボキシ基を反応性エステル基、ヒドラジド基、チオール基、及び反応性ジスルフィド基等の被測定物質と共有結合する官能基の形態に誘導して、活性化することが好ましい。
【００６３】
被測定物質とイオン結合する表面修飾基と、被測定物質と共有結合する表面修飾基とを両方備えた表面修飾物質としては、
４，４−ジチオジブチル酸（ＤＤＡ）、１０−カルボキシ−１−デカンチオール、１１−アミノ−１−ウンデカンチオール、７−カルボキシ−１−へプタンチオール、１６−メルカプトヘキサデカン酸、１１，１１’−チオジウンデカン酸等の自己組織化膜を形成する分子；
アガロース、デキストラン、カラゲナン、アルギン酸、デンプン、及びセルロース等のヒドロゲル、又はこれらの誘導体（例えばカルボキシメチル誘導体）；
ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、及びポリエチレングリコール等の水膨潤性有機ポリマー等が挙げられる。
【００６４】
例えば被測定物質がアデニンの場合、被測定物質とイオン結合する表面修飾基と、被測定物質と共有結合する表面修飾基とを両方備えた表面修飾物質としては、４，４−ジチオジブチル酸（ＤＤＡ）、及びカルボキシメチルデキストラン（ＣＭＤ）等が好ましく用いられる。
【００６５】
また、一方、被測定物質のサイズが直径３０ｎｍ以下（球形でない場合は、最も幅広の部分の幅が３０ｎｍ以下）のような非常に小さなものである場合、被測定物質内での分極が起こりにくいために、光捕捉光を照射しても光捕捉されにくいという問題があるため、予め被測定物質に表面修飾を施して被測定物質内で分極を生じさせることができる程度の大きさ、目安として直径６０ｎｍ以上（球形でない場合は、最も幅広の部分の幅が６０ｎｍ以上）となるようにする。具体的には、被測定物質にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）微粒子、ポリスチレン微粒子、シリカ微粒子などを修飾する。
【００６６】
修飾方法は一般的な修飾方法に従えば良く、例えば該微粒子分散液に該被測定物質を混合することによって非特異的に吸着させることができる。また、ＰＭＭＡ微粒子なら加水分解処理、ポスチレン微粒子なら表面酸化、シリカ微粒子ならシランカップリング処理を行うことによって、反応性官能基を露出し、そこを基点により強固に修飾しても良い。
【００６７】
本実施形態のラマン分光装置１による分光分析方法は次の通りである。
被測定物質を含む流動性を有する試料Ｓを、試料接触面２０ｓに対して励起光Ｌ０が照射されて試料接触面２０ｓにプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体２０と接触させた状態で、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓに捕捉光Ｌ３を集光させることにより、試料Ｓ中の被測定物質を捕捉光Ｌ３の集光位置である試料接触面２０ｓ上に移動させ、試料接触面２０ｓに被測定物質を捕捉させた状態で、測定光Ｌ１（励起光）を試料接触面２０ｓに照射し、それに伴って生じるラマン散乱光Ｌ２を検出する。
【００６８】
ここでは、励起光Ｌ０（測定光Ｌ１）を試料接触面２０ｓに照射することにより、表面プラズモンおよび局在プラズモンを生じ試料接触面２０ｓおよびその近傍にプラズモン増強場が形成される。ラマン散乱光はこのプラズモン増強場により増強される。さらに、捕捉光により被測定物質を試料接触面２０ｓに捕捉させているために信号を大きくすることができ、ＳＮ比を高くすることができ、高精度な測定を行うことができる。
【００６９】
さらに、捕捉光を試料接触面に集光させる前に、捕捉光の集光位置（集光スポット）を試料セル内で試料接触面から離間した位置から徐々に該試料接触面に近づく方向に走査させ、最後に該活試料接触面に集光させるようにすることが望ましい。ｘｙｚステージ１５により試料セルを水平方向（ｘ−ｙ方向）および垂直方向（ｚ方向）に移動させることにより集光スポットの走査を行うことができる。
【００７０】
このように、試料セル内にて被測定物質を光捕捉しつつ集光スポットを移動させることにより、試料セル全体に亘って広がっている被測定物質をより効果的に基体の試料接触面に捕捉させることができ、単に基体の試料接触面上で捕捉光を集光させただけの場合よりも表面での被測定物質濃度を効果的に上昇させることができる。
【００７１】
従って、本実施形態のラマン分光装置１では、プラズモン活性基体２０の表面またはその近傍に充分な量の被測定物質が存在した状態で、確実に分析を行うことができ、ＳＥＲＳ効果も効果的に得られるので、高感度な分析を安定して実施することができる。
【００７２】
また、プラズモン活性基体２０が試料接触面２０ｓに被測定物質と結合する表面修飾を有している場合には、上記光捕捉効果によって、プラズモン活性基体２０と被測定物質との結合を促進することができ、プラズモン活性基体２０表面への被測定物質の吸着量を増加させることができる。この場合も、高感度な分析を安定して、かつ迅速に実施することができる。
【００７３】
測定光、励起光として使用できる波長は限定されない。具体例として、785ｎｍ、633ｎｍ、532ｎｍ、355ｎｍに中心波長を有するものを用いることができる。測定光、励起光のパワーは、例えばＲ６Ｇ（6−カルボキシローダミン）のを測定する場合、785ｎｍ波長では800μＷ、633ｎｍ波長では20μＷ程度、532ｎｍ波長では500ｎＷ程度とすればよい。捕捉光の波長は測定物質に吸収の少ない赤外光の1064ｎｍがよく、パワーは50ｍＷ程度が好ましい。
【００７４】
なお、本実施形態のように、測定光・励起光と、捕捉光とを異なる波長のものとする場合、測定を阻害しない波長の捕捉光を用いることが好ましい。検出器の手前にフィルタなどを配置することにより、検出器に捕捉光が入射するのを防ぐのが好ましいが、フィルタを配置してもなお捕捉光の入射を完全にカットすることは困難である。検出器への捕捉光の入射は非常に微弱なラマン光にとっては大きなノイズとなり、正確なラマン分光検出が困難となる。ラマン分光法では、一般にラマンシフトが4000ｃｍ-1以下の散乱光を分光している。そのため、測定光と捕捉光は4000ｃｍ-1以上離れていることが好ましい。
【００７５】
（第１実施形態の設計変更例）
第１実施形態では、試料セルが箱状セルである場合について説明したが、図５に示すように、試料セル１０は一端がプラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓに接したキャピラリー状セルであってもよい。
かかる構成においても、第１実施形態と同様に測定を実施することができ、同様の効果が得られる。かかる構成では、試料の量が微量で済み、試料のジュール熱による対流の影響を無視でき、好ましい。
【００７６】
＜第２実施形態＞
図６を参照して、本発明に係る第２実施形態のセンシング装置である顕微ラマン分光装置の構成、およびこれを用いたラマン分光方法について説明する。図６は装置の全体図である。ここでは、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
【００７７】
本実施形態のラマン分光装置２は、第１実施形態と同様、試料セル１０と、試料セル１０内の試料Ｓに接触するように配置され、試料接触面２０ｓに励起光Ｌ１が照射されてプラズモン増強場を生じる板状のプラズモン活性基体２０と、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓに光ビームＬを照射する照射光学系７０と、ラマン散乱光を検出する検出部４３とを備えたものである。
【００７８】
本実施形態において、照射光学系７０は、励起光照射光学部３０、測定光照射光学部４０および光捕捉光照射光学系５０を兼ねるものであり、試料セル１０の上板１２から試料に光ビームＬを照射し、基体２０の試料接触面２０ｓに光ビームＬを集光させて、試料Ｓ中の被測定物質を試料接触面２０ｓに捕捉させるものである。すなわち、照射光学系７０から出射される光ビームＬは、励起光Ｌ０、測定光Ｌ１および光捕捉光Ｌ３としての役割を全て担うものである。ここで、照射光学系７０は、光ビームを出力するレーザ等の光源７１と、試料セル１０の上板１２直上に配置され、光ビームＬを試料接触面２０ｓに集光させる対物レンズ７２と、光源７１から出力された光ビームＬを対物レンズ７２側に反射し、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓで生じる反射光と散乱光とを含む検出光Ｌ２を透過させて検出部４３に導くダイクロイックミラー７３と、光源７１から出力された光ビームＬを平行光とするレンズ７４を備えている。
【００７９】
本実施形態では、試料Ｓの顕微観察を行うために、対物レンズ７２の上方に検出部４３が配置されている。対物レンズ７２は、試料セル１０に対して図示ｘ−ｙ方向に２次元的に相対移動可能とされている。対物レンズ７２は、試料セル１０に対して図示ｚ方向にも相対移動可能とされている。ここでは、試料セルが載置されているｘｙｚステージ１５により試料セル１０を対物レンズ７２に対して移動させる構成である。
【００８０】
検出部４３は、第１実施形態と同様、測定光Ｌ１の照射によってプラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓで生じる検出光Ｌ２が入射し、検出光Ｌ２を分光してラマン散乱光を検出し、ラマンスペクトルを得る分光検出器である。本実施形態には、試料Ｓの顕微画像モニタも備えられている（図示略）。
【００８１】
試料セル１０は、第１実施形態と同様の箱状セルであり、試料セル１０の底板１１上に第１実施形態と同様のプラズモン活性基体２０が固定されている。
【００８２】
本実施形態のように、照射光学系７０から出射される光ビームＬが、励起光Ｌ０、測定光Ｌ１および捕捉光Ｌ３としての役割を全て担うものであれば、すなわち、一波長で被測定物質の光捕捉、プラズモンの励起、および測定を行うことができる構成であれば、装置構成が簡単なものとなり小型な装置とすることができる。ここで、光ビームＬは光捕捉を行うことができるように、通常の測定光もしくは励起光と比較して光を十分に絞り、スポット位置でのパワー密度を50ｍＷ以上とし、開口数の大きなレンズで光を集光させる必要がある。
【００８３】
試料Ｓの顕微観察を実施しながら、ラマン分光分析の測定を実施できることを除けば、分光分析方法は第１実施形態と同様である。このように、本発明は顕微ラマン分光装置２にも適用することができ、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
（第２実施形態の変更例）
第２の実施形態においては、１つの光源７０が、励起光Ｌ０、測定光Ｌ１、捕捉光Ｌ３の光源として用いられているが、第１の実施形態の場合と同様に顕微ラマン分光装置においても、励起光Ｌ０、測定光Ｌ１用の光源３０、４０と、捕捉光Ｌ３用の光源５０とを分離した図７に示すような顕微ラマン分光装置２’の構成としてもよい。
【００８５】
ここでは、第２の実施形態の構成に加え、光捕捉光照射光学系５０と、光源７１からのレーザ光Ｌと光捕捉光Ｌ３とを共通の対物レンズ７２に入力するためのダイクロイックミラー７３と、検出器４３の手前に捕捉光カットフィルタ（ノッチフィルタ）７６とを備えている。
【００８６】
光源５１から出力された捕捉光Ｌ３は、レンズ５４で平行光化されて、ダイクロイックミラー７５および７３で反射されて対物レンズ７２を経てプラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓ上に照射される。捕捉光カットフィルタ７６は、捕捉光Ｌ３の反射光、散乱光などが検出器４３に入射するのを防ぎラマン散乱光のみを精度よく検出できるよう配置されている。
【００８７】
かかる構成においても、第２実施形態と同様に測定を実施することができ、同様に、プラズモン活性基体２０の表面またはその近傍に充分な量の被測定物質が存在した状態で、確実に分析を行うことができ、ＳＥＲＳ効果も効果的に得られるので、高感度な分析を安定して実施することができる。
【００８８】
＜第３実施形態＞
図８を参照して、本発明に係る第３実施形態のセンシング装置である表面プラズモン共鳴測定装置３、およびこれを用いた測定方法について説明する。ここでは、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
【００８９】
表面プラズモン共鳴測定装置３は、光ビームＬを発する半導体レーザ等の光源１３１と、上記光ビームＬを透過させる材料からなり、この光ビームＬが一端面から入射する位置に配されたプリズム１１０と、このプリズム１１０の一表面１１０ａに形成された、例えば金、銀等からなる金属膜２３と、プリズム１１０と反対側から金属膜２３に液体状試料Ｓが接するように該試料Ｓを保持する試料保持部（試料セル）１０ｄと、光源１３１から発散光状態で出射した光ビームＬをプリズム１１０の長軸に垂直な面（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１３２と、プリズム１１０と金属膜２０との界面１１０ａで全反射した光ビームＬの強度を検出する検出部である光検出器１４３とを備えている。またさらに、第１の実施形態と同様の光捕捉光照射光学系５０を備えている。
【００９０】
本実施形態においては、プリズム１１０の一端面１１０ａに形成された金属膜２３がプラズモン活性基体２０であり、このプリズム１１０と、光源１３１、シリンドリカルレンズ１３２、および光検出器１４３により物理特性検出系１４５が構成されており、光源１３１とシリンドリカルレンズにより励起光照射光学系１３０が構成されている。また、界面へ入射される光ビームＬはプラズモンを励起させる励起光Ｌ０であると伴に測定光Ｌ１でもある。
【００９１】
光ビームＬは、シリンドリカルレンズ１３２の作用により上述のように集束するので、図中に最小入射角θ1 と最大入射角θ2 とを例示するように、界面１1０ａ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Ｌは界面１１０ａで全反射し、この反射した光ビームＬ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。
【００９２】
光検出器１４３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Ｌ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、この光検出器１４３の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓｎ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Ｌの強度を示すものとなる。
【００９３】
以下、上記構成の表面プラズモン共鳴測定装置３による試料分析方法について説明する。試料分析に際しては、光捕捉光照射光学系５０により、光捕捉光Ｌ３が金属膜２３上に集光され、これにより試料Ｓ中の被測定物質が捕捉光Ｌ３による光捕捉効果により金属膜２３上の捕捉光の集光スポットに捕捉された状態で行う。シリンドリカルレンズ１１５の作用で上述のように集束する光ビームＬが金属膜２３に向けて照射される。この金属膜２３とプリズム１１０との界面１１０ａで全反射した光ビームＬは、光検出器１４３で検出される。
【００９４】
前述した通り、光検出器１４３の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓｎは、全反射した光ビームＬの強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。
【００９５】
ここで、ある特定の入射角θSP で入射した光は、金属膜２３と試料Ｓ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。光検出器手段１４３の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓｎを用いれば上記入射角θSPが分かり、このθSPの値に基づいて試料Ｓ中の被測定物質を定量分析することができる。
【００９６】
本実施形態においても、光捕捉光照射光学系５０により、プラズモン活性基体である金属膜２３上に被測定物質を捕捉させた上で、全反射減衰角の信号を得るため、ＳＮ比よく高精度な信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る第１実施形態のラマン分光装置の全体図
【図２】（ａ）〜（ｃ）はプラズモン活性基体の好適な例を示す図
【図３】（ａ）〜（ｃ）はプラズモン活性基体の好適な例を示す図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図２（ｃ）に示すプラズモン活性基体の製造プロセス図
【図５】図１のラマン分光装置の設計変更例
【図６】本発明に係る第２実施形態のラマン分光装置（顕微ラマン分光装置）の全体図
【図７】図６のラマン分光装置の設計変更例
【図８】本発明に係る第３実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置の全体図
【符号の説明】
【００９８】
１、２ センシング装置（ラマン分光装置）
３ センシング装置（表面プラズモン共鳴測定装置）
１０ａ〜１０ｄ 試料セル
１５ 走査部（ｘｙｚステージ）
２０、２０Ａ〜２０Ｆ プラズモン活性基体
２０ｓ 試料接触面
２２ 誘電体
２３ 金属体
３０、１３０ 励起光照射光学系
４０ 測定光照射光学部
４３、１４３ 検出部
４５ １４５ 物理特性検出系
５０ 光捕捉光照射光学系
５２ 対物レンズ
Ｓ 試料
Ｌ 光ビーム
Ｌ０ 励起光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 検出光
Ｌ３ 捕捉光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物質を含む試料を、励起光が照射されプラズモン増強場を生じさせるプラズモン活性基体と接触させた状態で、活性基体表面の被測定物質の特性を検出するセンシング装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に表面プラズモンあるいは局在プラズモンによるプラズモン増強場の効果を利用した測定を行う場合、プラズモン増強場を生じさせるデバイス（プラズモン活性基体）表面のごく近傍に被測定物質を配置する必要がある。これは、プラズモン増強場が、プラズモン活性基体表面のごく近傍にのみ生じるため、被測定物質がプラズモン活性基体表面から離れるにつれて増強場による効果が低減するからである。従って、試料溶液中の被測定物質の測定を行うに際しては、プラズモン活性基体表面での被測定物質の濃度を高くすることにより、測定精度を向上させることができる。
【０００３】
プラズモン活性基体表面に被測定物質を吸着させる方法としては、例えば、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）測定装置の場合、プラズモン活性基体である金属膜上に被測定物質と特異結合するリガンドを固定しておき、リガンドに被測定物質を結合させる方法があげられ、これにより金属膜表面に試料中の被測定物質を固定してセンシングを行うことがなされている。
【０００４】
また、特許文献１には、電気泳動法により金属膜上に被測定物質を集めることにより金属膜上における被測定物質濃度を高めて、表面プラズモン共鳴の測定を行う装置として、試料溶液中に複数の電極を設置して、この複数の電極への印加電圧を制御することにより測定箇所での被測定物質の濃度を上昇させる構成の誘電泳動検出装置が開示されている。
【特許文献１】特開2005-195397号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リガンドを利用して被測定物質をプラズモン活性基体表面に被測定物質を吸着させる方法では、リガンドと被測定物質との反応を充分に待たなければ、充分な量の結合量を確保できず、測定を迅速に実施することが難しい。しかも、リガンドと結合する物質は限られており、被測定物質の種類が限定されてしまう。
【０００６】
また、特許文献１に記載の装置では、溶液中に配置した複数の電極に対して印加電圧を制御する必要があり、また試料毎に印加電圧を調整しなければ基体表面での被測定物質濃度を高めることができないという問題がある。さらに、特許文献１に記載の装置では、実際には、金属表面近傍を通過する溶液の濃度を上昇させているだけで、実際の測定箇所への吸着効果が十分であるとは言えない。また、印加電圧をかける場合、被測定物質に対して電荷をチャージする必要があり、電荷をチャージすることで反応性が変化してしまう恐れがある。さらに、印加電圧をかけることで分子の特性が変化する恐れもある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、プラズモン活性基体の表面またはその近傍における被測定物質の濃度を効果的に上昇させて、高精度な測定を行うことができるセンシング装置、およびこれを用いたセンシング方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のセンシング装置は、被測定物質を含む流動性を有する試料が充填または流下される試料セルと、
該試料セル内の試料に接触するように配置された、試料接触面に対して励起光を照射させることにより前記試料接触面にプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体と、
前記励起光を照射する励起光照射光学系と、
該プラズモン活性基体の前記試料接触面上の試料の物理特性を検出する物理特性検出系とを備えたセンシング装置であって、
前記プラズモン活性基体の前記試料接触面に捕捉光を集光させ、光捕捉効果により前記試料接触面に前記試料中の被測定物質を捕捉させる光捕捉光照射光学系を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、試料は、試料セル内全体に充填又は流下されてもよいし、試料セル内の一部に充填又は流下されてもよい。
【００１０】
また、ここで「被測定物質を捕捉させる」とは、「被測定物質を電場勾配によって、電場の強い領域に留まらせる」ことを意味するものである。
【００１１】
本センシング装置においては、前記捕捉光の集光位置を前記試料セル内で走査させる走査部を備えていることが望ましい。走査部は、捕捉光の集光位置を試料セルに対して相対的に移動させることができるものであればよく、例えば、ガルバノミラーを備えて捕捉光自体を走査させるものであってもよいし、試料セルを配置するステージとして３次元に移動可能なＸＹＺステージを備え、試料セルを移動させるものであってもよい、さらに捕捉光自体を走査する手段と試料セルを移動する１次元、２次元もしくは３次元ステージとの組合せであってもよい。
【００１２】
物理特性検出系は、前記プラズモン活性基体の前記試料表面上に測定光を照射する測定光照射光学部と、該測定光の前記試料接触面における反射光および／または該試料接触面で生じる散乱光を検出する検出部とを備えていることが望ましい。このような物理特性検出系を備えるセンシング装置としては、例えば、表面プラズモン共鳴測定装置、局在プラズモン共鳴測定装置、増強ラマン分光装置などがあげられる。
【００１３】
プラズモン活性基体は、前記励起光の波長よりも小さい凹凸構造を有する金属体で構成されていることが望ましい。
本明細書において、「測定光の波長よりも小さい凹凸構造」とは、凹凸構造をなす凸部及び凹部の平均的な大きさと平均的なピッチが測定光の波長よりも小さいことを意味する。凹部に金属はあってもなくてもよい。
【００１４】
前記金属体の主成分は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属であることが好ましい。
本明細書において、「主成分」は、含量９０質量％以上の成分と定義する。
【００１５】
前記試料セルは、一端が前記プラズモン活性基体の前記試料接触面に接したキャピラリー状セルであることが好ましい。
【００１６】
前記プラズモン活性基体は、前記試料接触面に、前記被測定物質とイオン結合する表面修飾、及び／又は前記被測定物質と共有結合する表面修飾が施されたものであることが好ましい。
【００１７】
さらに、被測定物質は、該被測定物質のサイズを大きくするための表面修飾が施されたものであることが望ましい。光捕捉可能な粒子サイズは数10ｎｍであり、これ以下のサイズのものは光捕捉が困難であるため、被測定物質のサイズが小さく、光捕捉しづらい場合に表面修飾を実施することが望ましい。具体的には、被測定物質が、数10ｎｍ以下の粒子である場合に、被測定物質にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）ラテックス微粒子、ポリスチレン球、ガラスビーズなどを修飾すればよい。
【００１８】
本発明のセンシング方法は、被測定物質を含む流動性を有する試料を、試料接触面に対して励起光が照射されて該試料接触面にプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体と接触させ、
前記励起光を前記プラズモン活性基体に照射して前記プラズモン増強場を生じさせた状態で、前記プラズモン活性基体の前記試料接触面上の被測定物質の物理特性を検出するセンシング方法であって、
前記試料を前記プラズモン活性基体と接触させた状態で、該プラズモン活性基体の前記試料接触面に捕捉光を集光させることにより、前記試料中の前記被測定物質を前記試料接触面上に移動させ、
前記試料接触面に前記被測定物質を捕捉させた状態で、前記被測定物質の物理特性の検出を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
本センシング方法においては、前記捕捉光を前記試料接触面に集光させる前に、該捕捉光を前記試料セル内で試料接触面から離間した位置から徐々に該試料接触面に近づく方向に走査させ、最後に該活性基体の試料接触面に集光させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のセンシング装置は、プラズモン活性基体の試料接触面に捕捉光を集光させ、光捕捉効果により試料接触面に試料中の被測定物質を捕捉させる光捕捉光照射光学系を備えている。これにより、試料中の被測定物質を捕捉光の集光位置に光捕捉して試料接触面上に固定することができるので、試料接触面における被測定物質の濃度を上昇させることができる。本発明のセンシング装置では、プラズモン活性基体の表面またはその近傍に充分な量の被測定物質が存在した状態で、確実に分析を行うことができるので、高精度な分析を安定して実施することができる。また、特許文献１に記載のような電気泳動の場合と違い、被測定物質に電荷をチャージしたり、試料に印加電圧をかけたりすることがなく、被測定物質に対して非破壊かつ非接触で、試料接触面における被測定物質の濃度を上昇させることができるため、試料の特性を変化させることなく分析を行うことができる。
【００２１】
さらに、捕捉光の集光位置を試料セル内で走査させる走査部を備えている場合、試料中の被測定物質をより多く捕捉することができ、試料接触面に被測定物質をより効率的に捕捉させることができ、高精度な分析を行うことができる。
【００２２】
プラズモン活性基体が試料接触面に被測定物質と結合する表面修飾を有している場合には、光捕捉効果によって、プラズモン活性基体と被測定物質との結合を促進することができ、表面修飾と被測定物質との結合時間を短縮でき、かつ、高感度な分析を安定して実施することができる。
【００２３】
本発明のセンシング方法によれば、試料をプラズモン活性基体と接触させた状態で、プラズモン活性基体の試料接触面に捕捉光を集光させることにより、試料中の被測定物質を試料接触面上に移動させ、試料接触面に被測定物質を捕捉させた状態で、被測定物質の物理特性の検出を行うので、試料接触の表面またはその近傍に充分な量の被測定物質が存在した状態で、確実に分析を行うことができるので、高感度な分析を安定して実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
光源からのレーザ光を集光し、微粒子の近傍に照射することにより、微粒子に発生する光放射圧（光圧）を利用して、その微粒子を捕捉して自由に移動させる光捕捉（光トラップ、または光ピンセット）技術が知られている。この光捕捉の原理は以下の通りである。
【００２５】
＜光捕捉の原理＞
光に質量はないが、光を粒子（フォトン）と考えると一個のフォトンはｈ/λ(h：プランク定数、Ｌ： 光の波長）で与えられる運動量を持っている。光が屈折率の異なる媒質に入射し、媒質間の界面で反射、屈折される際、光の進行方向は変化し、運動量も変化するため、運動量の保存則から界面には反作用として力が働く。微小物質の表面で光が反射あるいは屈折する場合、フォトンの運動量はΔｐだけ変化しているため、反作用として界面はΔｐだけ押される。このことは、光が微小物体に力を与えたと考えることができ、これを光圧と称している。
【００２６】
μｍサイズの微粒子に働く光圧は以下のように説明される。周囲の媒質より高い屈折率を持つ透明な微粒子に顕微鏡下でレーザ光を集光したとき、微粒子に入射したレーザ光は微粒子の表面で屈折し、フォトンの運動量が変化し微粒子に光圧が働く。微粒子内を通過したフォトンは媒質に出るときにもう一度屈折し、再び微粒子に光圧が働く。すべての光線について光圧を計算し、積分するとレーザ光の焦点fへ向かう力Ｆとなる。
【００２７】
なお、屈折率の低い微粒子や金属微粒子にレーザ光を集光したときに発生する光圧は、レーザ光の焦点位置から遠ざかる方向に発生するため光捕捉できない。微粒子の屈折率が周囲の媒質より低い場合は、屈折率が高い微粒子の場合とはフォトンの運動量変化の方向が逆になり、トータルの光圧はレーザ光の焦点ｆから遠ざかる方向に働く。また、金属微粒子のようにレーザ光を反射する微粒子の場合は、フォトンの衝突による力が微粒子を押すように働き、その力は屈折による光圧よりかなり大きいため金属微粒子は弾き飛ばされてしまう（増原極微変換プロジェクト編：マイクロ化学、化学同人（1993）参照）。
【００２８】
一方、ｎｍサイズの微粒子に働く光圧は以下のように説明される。分子やコロイド粒子のようにナノメートルサイズの物質、すなわち用いるレーザ光の波長に比べ十分に小さいナノ粒子(波長の1/10程度)に働く光圧を考える場合、Rayleigh近似が成り立ち、ナノ粒子はRayleighの光散乱の理論により誘起双極子と近似することができ、双極子に働く光圧は次式（１）で表される（Y. R. Shen : Principle Of Nonlinear Optics (Pure & Applied Optics Series:1-349), Wiley-Interscience (1984)参照）。
【数１】
【００２９】
ここで、E：電場強度、B：磁束密度、a：分極率、eb：誘電率、r：ナノ粒子の半径、na：ナノ粒子の屈折率、nb：媒質の屈折率である。式（１）の右辺第1項が勾配力を表しており、これは誘起双極子が不均一な空間分布をした電場中に置かれたときに働く静電応力であり、ナノ粒子の屈折率が周囲の媒質の屈折率に比べて高い（na＞nb）場合、式（２）により分極率αは正の値となり、勾配力は電場強度の高い場所にナノ微粒子を引き寄せる力として働くことになる。ナノ粒子の屈折率が周囲の媒質の屈折率に比べて低い（na＜nb）場合、式（２）により分極率αは負の値となり、式（１）で与えられる光圧は電場強度の弱い場所の方向に働くためナノ粒子を光捕捉できない。一方、第２項は散乱力であり、ナノ粒子による光の散乱に起因する力であり、光のエネルギーの進行方向すなわちポインティングベクトルが時間的に変化することによって生じる力である。したがって、電場強度分布を持たない光を透明なナノ粒子に照射した場合には、散乱力のみが働き、光圧はナノ粒子を光の進行方向に押す向きに働くことになる。
【００３０】
顕微鏡下で対物レンズによりレーザ光を集光した場合、集光位置における電場強度が周囲に比べて非常に大きくなり、勾配力が散乱力に比べて十分に大きくなる。よって、ナノ粒子に働く力は勾配力のみを考えればよくなるため、式（１）は下記式（３）と表される。対物レンズによりレーザ光を集光し、かつナノ粒子の屈折率が周囲の媒質の屈折率に比べて高い（na＞nb）場合には、勾配力はナノ粒子に対して常に光強度の高い場所すなわち集光位置に向かって働くため、ナノ粒子は集光位置に集められることになる。
【数２】
【００３１】
金属微粒子は反射の寄与が大きく、光捕捉されないと第２項で述べたが、金属微粒子が表皮深さ程度（粒径数十ｎｍ）になると、散乱力より勾配力が大きくなり、安定に光捕捉されることが報告されている(K. Svoboda and S. M. Block, Opt. Lett. 19, 930 (1994)、T. Sugiura, T. Okada, Y. Inoue, O. Nakamura, and S. Kawata, Opt. Lett. 22, 1663 (1997)参照）
上述のような光捕捉の原理を利用した光捕捉技術は、例えば特開2005-7530号公報、特開2005-80516号公報および特開2006-130454号公報などに記載されており、本発明においては、光捕捉を行うための手段として周知のいかなる手段を用いてもよい。
【００３２】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。本発明のセンシング装置は、表面プラズモンおよび／または局在プラズモンの効果を利用したセンシング装置であればいかなる装置にも適応することができる。具体的には、表面プラズモン共鳴測定装置、局在プラズモン共鳴測定装置のみならず、プラズモン増強場により増強されたラマン散乱を生じさせてそのラマン散乱を検出する増強ラマン分光装置などに用いることができる。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
まず、本発明のセンシング装置に係る第１の実施形態であるラマン分光装置の構成およびこれを用いたセンシング方法としてラマン分光方法について説明する。図１は装置の全体図、図２および図３はプラズモン活性基体の好適な例を示す図である。
【００３４】
本実施形態のラマン分光装置１は、試料セル１０と、試料セル１０内の試料Ｓに接触するように配置され、試料接触面２０ｓに励起光Ｌ０が照射されてプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体２０と、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓに励起光Ｌ０かつ測定光Ｌ１となる光ビームＬを照射する励起光照射光学系３０（測定光照射光学部４０）と、ラマン散乱光を検出する検出部４３と、光捕捉光照射光学系５０とを備えたものである。ここでは、試料セル１０はｘｙｚの３次元方向に試料セル１０を移動させることができるステージ１５上に載置されている。このステージ１５は光捕捉光の集光位置を移動させる走査部に相当する。
【００３５】
ここで、プラズモン活性基体２０は、励起光Ｌ０（光ビームＬ）が照射されてラマン散乱光を生じるラマン散乱デバイスである。また、測定光照射光学部４０と検出部４３とにより、物理特性検出系４５が構成されている。
【００３６】
励起光照射光学系３０（測定光照射光学部４０）は、試料接触面２０ｓに対して特定の単波長光である光ビームＬ（励起光Ｌ０、測定光Ｌ１）を照射する光学系であり、レーザ等の光源３１、および必要に応じて光源３１から出射される光を導光するミラー、レンズ等の導光系（図示略）により構成されている。
【００３７】
検出部４３は、測定光Ｌ１の照射によってプラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓで生じる反射光と散乱光とを含む検出光Ｌ２が入射し、検出光Ｌ２を分光してラマン散乱光を検出し、ラマンスペクトルを得る分光検出器である。
【００３８】
試料セル１０は、互いに対向して離間配置された底板１１および上板１２を備えた角型等の箱状セルである。上板１２は捕捉光Ｌ３に対して透明な材料により構成されている。
【００３９】
光捕捉光照射光学系５０は、試料セル１０の上板１２から試料に捕捉光Ｌ３を照射し、基体２０の試料接触面２０ｓに捕捉光Ｌ３を集光させて、試料Ｓ中の被測定物質を試料接触面２０ｓに捕捉させるものであり、捕捉光Ｌ３を出力するレーザ等の光源５１と、試料セル１０の上板１２直上に配置され、捕捉光Ｌ３を試料接触面２０ｓに集光させる対物レンズ５２と、光源５１から出力された捕捉光Ｌ３を対物レンズ５２に反射するミラー５３と、光源５１から出力された捕捉光Ｌ３を平行光とするレンズ５４を備えている。
【００４０】
光捕捉の対象となる被測定物質の大きさは直径μｍサイズからｎｍサイズの微粒子であり、例えば、蛋白質、ペプチド、アミノ酸、水溶液中のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）ラテックス微粒子、トルエン液滴、ベンジルアルコール液滴、シスーデカリン液滴、パラフィン液滴、シリコンオイル液滴、マイクロカプセル、シリカゲル、ポリスチレン球、ガラスビーズ、二酸化チタン、サルモネラ菌、仔ウシ胸腺ＤＮＡ、量子半導体などである。
【００４１】
捕捉光Ｌ３としては、被測定物質に吸収がない波長の光ビームを用いることが好ましい。特に、多くの物質に対して吸収がほとんどなく、高いパワーが得られる、波長1064ｎｍの連続発振（ＣＷ）するＮｄ：ＹＡＧレーザが光捕捉用の光源として好ましい。
【００４２】
捕捉光の照射による光捕捉効果の具体例を挙げる。水溶液中の粒径5μｍのポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）ラテックス微粒子を100倍の対物レンズを用いて、1064ｎｍのレーザ光をスポット径約500ｎｍに集光した場合（ビームパワー50ｍＷ）、集光位置に存在するラテックス微粒子につねに焦点が合った状態が保たれる。焦点以外の微粒子はブラウン運動をしているため、焦点があった状態に保たれない。
【００４３】
プラズモン活性基体２０の試料接触面を構成する金属体２３は、表面プラズモンを生じさせる平らな表面を有する金属薄膜でもよいが、表面に測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有するものであってもよい。
【００４４】
図２および図３を参照して、プラズモン活性基体２０の好適な態様２０Ａ〜２０Ｆについて説明する。図２（ａ）および（ｂ）は斜視図、図２（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）は断面図である。
【００４５】
図２（ａ）に示すプラズモン活性基体２０Ａは、平坦な誘電体２２の上に、複数の金属粒子２３ａがアレイ状に固着されたデバイスである。この例では、金属体２３は、複数の金属粒子２３ａからなる金属粒子層である。
金属粒子２３ａの配列パターンは適宜設計でき、略規則的であることが好ましい。かかる構成では、個々の金属粒子２３ａが凸部であり、金属粒子２３ａの平均的な径及びピッチが測定光Ｌの波長よりも小さく設計される。
【００４６】
図２（ｂ）に示すプラズモン活性基体２０Ｂは、平坦な誘電体２２の上に、金属細線２３ｂが格子状にパターン形成された金属パターン層からなる金属体２３が形成されたデバイスである。金属パターン層のパターンは適宜設計でき、略規則的であることが好ましい。かかる構成では、金属細線２３ｂの平均的な線幅及びピッチが測定光Ｌの波長よりも小さく設計される。
【００４７】
図２（ｃ）に示すプラズモン活性基体２０Ｃは、図４（ａ）〜（ｃ）に製造プロセスを示すように、被陽極酸化金属体（Ａｌ等）６０の一部を陽極酸化して金属酸化物体（Ａｌ２Ｏ３等）６２とし、陽極酸化の過程で形成される金属酸化物体６２の複数の微細孔６２ａ内に各々金属２３ｃをメッキ等により成長させて得られたデバイスである。このデバイスでは、金属酸化物体６２の微細孔６２ａ内に、頭部が金属酸化物体６２の表面より突出するまで金属２３ｃをマッシュルーム状に成長させてある（特開2005-172569号公報を参照）。微細孔６２ａを略規則的なパターンで開孔させることができるので、金属２３ｃは略規則的なパターンで配列させることができる。図４（ａ），（ｂ）は斜視図、図４（ｃ）は断面図である。
【００４８】
図２（ｃ）に示すプラズモン活性基体２０Ｃでは、電極２１が被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分（Ａｌ等）６１からなり、金属体２３が陽極酸化の過程で形成される金属酸化物体６２の複数の微細孔６２ａ内に成長させた複数のマッシュルーム状の金属２３ｃにより構成されている。
【００４９】
図２（ｃ）に示す例では、マッシュルーム状の金属２３ｃの頭部が粒子状であり、デバイスの表面から見れば、誘電体２２の表面に金属粒子層が形成された構造になっている。かかる構成では、マッシュルーム状の金属２３ｃの頭部が凸部であり、その平均的な径およびピッチが測定光Ｌの波長よりも小さく設計される。
【００５０】
なお、プラズモン活性基体２０は、試料Ｓに接触させられ表面増強ラマン散乱を生じさせる金属体２３のみにより構成されてもよい。
【００５１】
図３（ａ）に示すプラズモン活性基体２０Ｄは、図４（ａ），（ｂ）に示すように陽極酸化を実施し、陽極酸化により形成された金属酸化物体６２を除去して、被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分６１のみを残したデバイスである（特開2006-250924号公報を参照）。かかるデバイスでは、金属体２３が表面に複数のディンプル状の凹部２３ｄを有する非陽極酸化部分６１により構成される。
【００５２】
図３（ｂ）に示すプラズモン活性基体２０Ｅは、上記プラズモン活性基体２０Ｄの表面に、その凹凸形状に沿って金属層６３を成膜したものである（特開2006-250924号公報を参照）。
【００５３】
図３（ｃ）に示すプラズモン活性基体２０Ｆは、上記プラズモン活性基体２０Ｅの金属層６３をアニール処理により粒子化して、被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分６１上に金属粒子６４を形成したものである（特願2006-198009号（本件特許出願時において未公開）を参照）。
【００５４】
図２および図３に示したプラズモン活性基体２０Ａ〜２０Ｆでは、略規則的な凹凸構造の金属体２３が得られるので、増強ラマン（ＳＥＲＳ）効果がデバイスの面全体でばらつきなく得られ、好ましい。
【００５５】
金属体２３は、表面が粗面化された金属層により構成してもよい。粗面化方法としては、酸化還元等を利用した電気化学的な方法等が挙げられる。その他、プラズモン活性基体２０としては、ＳＥＲＳ効果を有する公知のデバイスを用いることができる。例えば、J.AM.CHEM.SOC. 2005, Vol.127, 14992-14993, ”Nanosphere arrays with controlled sub-10-nm gaps as surface-enhanced raman spectroscopy substrates”には、ＩＴＯ基板上に、ＣＴＡＢ（cetyltrimethylammonium bromide）で表面修飾した複数のＡｕ粒子を配列させたプラズモン活性基体が記載されている。特開2005-233637号公報には、基板上に金ナノロッド薄膜を形成したプラズモン活性基体が開示されている。
【００５６】
本実施形態のラマン分光装置１では、試料セル１０内に、被測定物質を含む流動性を有する試料Ｓが充填または流下されて、測定が行われる。試料Ｓは流動性を有していればよく、その状態としては液状、ゲル状、およびゾル状等が挙げられる。
【００５７】
プラズモン活性基体２０は、試料接触面２０ｓに被測定物質とイオン結合する表面修飾または共有結合する表面修飾が施されたものであることが好ましい。かかる構成では、被測定物質がイオン結合または共有結合によって試料接触面２０ｓに対して強固に吸着され、好ましい。この場合、捕捉光の照射により、このようなリガンドへの被測定物質の結合を促進させ、試料接触面２０ｓにおける被測定物質の濃度を効果的に上昇させることができるので、高精度な分析を迅速に行うことができる。
【００５８】
被測定物質が蛋白質、ペプチド、およびアミノ酸からなる群より選ばれた少なくとも１種である場合、被測定物質とイオン結合する表面修飾としては、被測定物質と反対荷電を有する表面修飾基を用いることができ、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、４級アンモニウム基、イミダゾール基、グアニジニウム基、及びこれらの誘導体基等の表面修飾基が挙げられる。試料接触面２０ｓは、これらの表面修飾基を２種以上有していてもよい。
【００５９】
被測定物質が蛋白質、ペプチド、及びアミノ酸からなる群より選ばれた少なくとも１種である場合、被測定物質と共有結合する表面修飾としては、Ｎ−ヒドロキシスクニンイミジルエステル等の反応性エステル基、カルボジイミド基、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール基、ヒドラジド基、チオール基、反応性ジスルフィド基、マレイミド基、アルデヒド基、エポキシド基、（メタ）アクリレート基、ヒドロキシル基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、及びこれらの誘導体基等の表面修飾基が挙げられる。試料接触面２０ｓは、これらの表面修飾基を２種以上有していてもよい。
例示した表面修飾基の中でも、反応性エステル基、ヒドラジド基、チオール基、及び反応性ジスルフィド基等が好ましい。
上記記載中、「反応性」とは被測定物質と反応性を有することを意味する。
【００６０】
プラズモン活性基体２０は、試料接触面２０ｓに被測定物質とイオン結合する表面修飾及び共有結合する表面修飾が施されたものであることが、特に好ましい。
この場合、試料接触面２０ｓに対して、被測定物質とイオン結合する表面修飾と、被測定物質と共有結合する表面修飾とを同時に施してもよいし、これらの表面修飾を順次実施しても構わない。また、これらの表面修飾の表面修飾位置は特に制限されず、これらの表面修飾同士が互いに結合していてもよいし、これらの表面修飾は互いに独立して試料接触面２０ｓに結合していてもよい。
【００６１】
試料接触面２０ｓに対して、被測定物質とイオン結合する表面修飾を施し、さらにこの表面修飾を、被測定物質と共有結合する表面修飾で活性化することが特に好ましい。この場合、被測定物質とイオン結合する表面修飾と、被測定物質と共有結合する表面修飾とが互いに近接しており、１つ1つの被測定物質がイオン結合及び共有結合によって試料接触面２０ｓに対して強固に吸着されることとなり、好ましい。
【００６２】
例えば、はじめに試料接触面２０ｓに被測定物質とイオン結合するカルボキシ基を導入し、さらに導入したカルボキシ基を反応性エステル基、ヒドラジド基、チオール基、及び反応性ジスルフィド基等の被測定物質と共有結合する官能基の形態に誘導して、活性化することが好ましい。
【００６３】
被測定物質とイオン結合する表面修飾基と、被測定物質と共有結合する表面修飾基とを両方備えた表面修飾物質としては、
４，４−ジチオジブチル酸（ＤＤＡ）、１０−カルボキシ−１−デカンチオール、１１−アミノ−１−ウンデカンチオール、７−カルボキシ−１−へプタンチオール、１６−メルカプトヘキサデカン酸、１１，１１’−チオジウンデカン酸等の自己組織化膜を形成する分子；
アガロース、デキストラン、カラゲナン、アルギン酸、デンプン、及びセルロース等のヒドロゲル、又はこれらの誘導体（例えばカルボキシメチル誘導体）；
ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、及びポリエチレングリコール等の水膨潤性有機ポリマー等が挙げられる。
【００６４】
例えば被測定物質がアデニンの場合、被測定物質とイオン結合する表面修飾基と、被測定物質と共有結合する表面修飾基とを両方備えた表面修飾物質としては、４，４−ジチオジブチル酸（ＤＤＡ）、及びカルボキシメチルデキストラン（ＣＭＤ）等が好ましく用いられる。
【００６５】
また、一方、被測定物質のサイズが直径３０ｎｍ以下（球形でない場合は、最も幅広の部分の幅が３０ｎｍ以下）のような非常に小さなものである場合、被測定物質内での分極が起こりにくいために、光捕捉光を照射しても光捕捉されにくいという問題があるため、予め被測定物質に表面修飾を施して被測定物質内で分極を生じさせることができる程度の大きさ、目安として直径６０ｎｍ以上（球形でない場合は、最も幅広の部分の幅が６０ｎｍ以上）となるようにする。具体的には、被測定物質にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）微粒子、ポリスチレン微粒子、シリカ微粒子などを修飾する。
【００６６】
修飾方法は一般的な修飾方法に従えば良く、例えば該微粒子分散液に該被測定物質を混合することによって非特異的に吸着させることができる。また、ＰＭＭＡ微粒子なら加水分解処理、ポスチレン微粒子なら表面酸化、シリカ微粒子ならシランカップリング処理を行うことによって、反応性官能基を露出し、そこを基点により強固に修飾しても良い。
【００６７】
本実施形態のラマン分光装置１による分光分析方法は次の通りである。
被測定物質を含む流動性を有する試料Ｓを、試料接触面２０ｓに対して励起光Ｌ０が照射されて試料接触面２０ｓにプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体２０と接触させた状態で、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓに捕捉光Ｌ３を集光させることにより、試料Ｓ中の被測定物質を捕捉光Ｌ３の集光位置である試料接触面２０ｓ上に移動させ、試料接触面２０ｓに被測定物質を捕捉させた状態で、測定光Ｌ１（励起光）を試料接触面２０ｓに照射し、それに伴って生じるラマン散乱光Ｌ２を検出する。
【００６８】
ここでは、励起光Ｌ０（測定光Ｌ１）を試料接触面２０ｓに照射することにより、表面プラズモンおよび局在プラズモンを生じ試料接触面２０ｓおよびその近傍にプラズモン増強場が形成される。ラマン散乱光はこのプラズモン増強場により増強される。さらに、捕捉光により被測定物質を試料接触面２０ｓに捕捉させているために信号を大きくすることができ、ＳＮ比を高くすることができ、高精度な測定を行うことができる。
【００６９】
さらに、捕捉光を試料接触面に集光させる前に、捕捉光の集光位置（集光スポット）を試料セル内で試料接触面から離間した位置から徐々に該試料接触面に近づく方向に走査させ、最後に該活試料接触面に集光させるようにすることが望ましい。ｘｙｚステージ１５により試料セルを水平方向（ｘ−ｙ方向）および垂直方向（ｚ方向）に移動させることにより集光スポットの走査を行うことができる。
【００７０】
このように、試料セル内にて被測定物質を光捕捉しつつ集光スポットを移動させることにより、試料セル全体に亘って広がっている被測定物質をより効果的に基体の試料接触面に捕捉させることができ、単に基体の試料接触面上で捕捉光を集光させただけの場合よりも表面での被測定物質濃度を効果的に上昇させることができる。
【００７１】
従って、本実施形態のラマン分光装置１では、プラズモン活性基体２０の表面またはその近傍に充分な量の被測定物質が存在した状態で、確実に分析を行うことができ、ＳＥＲＳ効果も効果的に得られるので、高感度な分析を安定して実施することができる。
【００７２】
また、プラズモン活性基体２０が試料接触面２０ｓに被測定物質と結合する表面修飾を有している場合には、上記光捕捉効果によって、プラズモン活性基体２０と被測定物質との結合を促進することができ、プラズモン活性基体２０表面への被測定物質の吸着量を増加させることができる。この場合も、高感度な分析を安定して、かつ迅速に実施することができる。
【００７３】
測定光、励起光として使用できる波長は限定されない。具体例として、785ｎｍ、633ｎｍ、532ｎｍ、355ｎｍに中心波長を有するものを用いることができる。測定光、励起光のパワーは、例えばＲ６Ｇ（6−カルボキシローダミン）のを測定する場合、785ｎｍ波長では800μＷ、633ｎｍ波長では20μＷ程度、532ｎｍ波長では500ｎＷ程度とすればよい。捕捉光の波長は測定物質に吸収の少ない赤外光の1064ｎｍがよく、パワーは50ｍＷ程度が好ましい。
【００７４】
なお、本実施形態のように、測定光・励起光と、捕捉光とを異なる波長のものとする場合、測定を阻害しない波長の捕捉光を用いることが好ましい。検出器の手前にフィルタなどを配置することにより、検出器に捕捉光が入射するのを防ぐのが好ましいが、フィルタを配置してもなお捕捉光の入射を完全にカットすることは困難である。検出器への捕捉光の入射は非常に微弱なラマン光にとっては大きなノイズとなり、正確なラマン分光検出が困難となる。ラマン分光法では、一般にラマンシフトが4000ｃｍ-1以下の散乱光を分光している。そのため、測定光と捕捉光は4000ｃｍ-1以上離れていることが好ましい。
【００７５】
（第１実施形態の設計変更例）
第１実施形態では、試料セルが箱状セルである場合について説明したが、図５に示すように、試料セル１０は一端がプラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓに接したキャピラリー状セルであってもよい。
かかる構成においても、第１実施形態と同様に測定を実施することができ、同様の効果が得られる。かかる構成では、試料の量が微量で済み、試料のジュール熱による対流の影響を無視でき、好ましい。
【００７６】
＜第２実施形態＞
図６を参照して、本発明に係る第２実施形態のセンシング装置である顕微ラマン分光装置の構成、およびこれを用いたラマン分光方法について説明する。図６は装置の全体図である。ここでは、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
【００７７】
本実施形態のラマン分光装置２は、第１実施形態と同様、試料セル１０と、試料セル１０内の試料Ｓに接触するように配置され、試料接触面２０ｓに励起光Ｌ１が照射されてプラズモン増強場を生じる板状のプラズモン活性基体２０と、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓに光ビームＬを照射する照射光学系７０と、ラマン散乱光を検出する検出部４３とを備えたものである。
【００７８】
本実施形態において、照射光学系７０は、励起光照射光学部３０、測定光照射光学部４０および光捕捉光照射光学系５０を兼ねるものであり、試料セル１０の上板１２から試料に光ビームＬを照射し、基体２０の試料接触面２０ｓに光ビームＬを集光させて、試料Ｓ中の被測定物質を試料接触面２０ｓに捕捉させるものである。すなわち、照射光学系７０から出射される光ビームＬは、励起光Ｌ０、測定光Ｌ１および光捕捉光Ｌ３としての役割を全て担うものである。ここで、照射光学系７０は、光ビームを出力するレーザ等の光源７１と、試料セル１０の上板１２直上に配置され、光ビームＬを試料接触面２０ｓに集光させる対物レンズ７２と、光源７１から出力された光ビームＬを対物レンズ７２側に反射し、プラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓで生じる反射光と散乱光とを含む検出光Ｌ２を透過させて検出部４３に導くダイクロイックミラー７３と、光源７１から出力された光ビームＬを平行光とするレンズ７４を備えている。
【００７９】
本実施形態では、試料Ｓの顕微観察を行うために、対物レンズ７２の上方に検出部４３が配置されている。対物レンズ７２は、試料セル１０に対して図示ｘ−ｙ方向に２次元的に相対移動可能とされている。対物レンズ７２は、試料セル１０に対して図示ｚ方向にも相対移動可能とされている。ここでは、試料セルが載置されているｘｙｚステージ１５により試料セル１０を対物レンズ７２に対して移動させる構成である。
【００８０】
検出部４３は、第１実施形態と同様、測定光Ｌ１の照射によってプラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓで生じる検出光Ｌ２が入射し、検出光Ｌ２を分光してラマン散乱光を検出し、ラマンスペクトルを得る分光検出器である。本実施形態には、試料Ｓの顕微画像モニタも備えられている（図示略）。
【００８１】
試料セル１０は、第１実施形態と同様の箱状セルであり、試料セル１０の底板１１上に第１実施形態と同様のプラズモン活性基体２０が固定されている。
【００８２】
本実施形態のように、照射光学系７０から出射される光ビームＬが、励起光Ｌ０、測定光Ｌ１および捕捉光Ｌ３としての役割を全て担うものであれば、すなわち、一波長で被測定物質の光捕捉、プラズモンの励起、および測定を行うことができる構成であれば、装置構成が簡単なものとなり小型な装置とすることができる。ここで、光ビームＬは光捕捉を行うことができるように、通常の測定光もしくは励起光と比較して光を十分に絞り、スポット位置でのパワー密度を50ｍＷ以上とし、開口数の大きなレンズで光を集光させる必要がある。
【００８３】
試料Ｓの顕微観察を実施しながら、ラマン分光分析の測定を実施できることを除けば、分光分析方法は第１実施形態と同様である。このように、本発明は顕微ラマン分光装置２にも適用することができ、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
（第２実施形態の変更例）
第２の実施形態においては、１つの光源７０が、励起光Ｌ０、測定光Ｌ１、捕捉光Ｌ３の光源として用いられているが、第１の実施形態の場合と同様に顕微ラマン分光装置においても、励起光Ｌ０、測定光Ｌ１用の光源３０、４０と、捕捉光Ｌ３用の光源５０とを分離した図７に示すような顕微ラマン分光装置２’の構成としてもよい。
【００８５】
ここでは、第２の実施形態の構成に加え、光捕捉光照射光学系５０と、光源７１からのレーザ光Ｌと光捕捉光Ｌ３とを共通の対物レンズ７２に入力するためのダイクロイックミラー７３と、検出器４３の手前に捕捉光カットフィルタ（ノッチフィルタ）７６とを備えている。
【００８６】
光源５１から出力された捕捉光Ｌ３は、レンズ５４で平行光化されて、ダイクロイックミラー７５および７３で反射されて対物レンズ７２を経てプラズモン活性基体２０の試料接触面２０ｓ上に照射される。捕捉光カットフィルタ７６は、捕捉光Ｌ３の反射光、散乱光などが検出器４３に入射するのを防ぎラマン散乱光のみを精度よく検出できるよう配置されている。
【００８７】
かかる構成においても、第２実施形態と同様に測定を実施することができ、同様に、プラズモン活性基体２０の表面またはその近傍に充分な量の被測定物質が存在した状態で、確実に分析を行うことができ、ＳＥＲＳ効果も効果的に得られるので、高感度な分析を安定して実施することができる。
【００８８】
＜第３実施形態＞
図８を参照して、本発明に係る第３実施形態のセンシング装置である表面プラズモン共鳴測定装置３、およびこれを用いた測定方法について説明する。ここでは、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
【００８９】
表面プラズモン共鳴測定装置３は、光ビームＬを発する半導体レーザ等の光源１３１と、上記光ビームＬを透過させる材料からなり、この光ビームＬが一端面から入射する位置に配されたプリズム１１０と、このプリズム１１０の一表面１１０ａに形成された、例えば金、銀等からなる金属膜２３と、プリズム１１０と反対側から金属膜２３に液体状試料Ｓが接するように該試料Ｓを保持する試料保持部（試料セル）１０ｄと、光源１３１から発散光状態で出射した光ビームＬをプリズム１１０の長軸に垂直な面（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１３２と、プリズム１１０と金属膜２０との界面１１０ａで全反射した光ビームＬの強度を検出する検出部である光検出器１４３とを備えている。またさらに、第１の実施形態と同様の光捕捉光照射光学系５０を備えている。
【００９０】
本実施形態においては、プリズム１１０の一端面１１０ａに形成された金属膜２３がプラズモン活性基体２０であり、このプリズム１１０と、光源１３１、シリンドリカルレンズ１３２、および光検出器１４３により物理特性検出系１４５が構成されており、光源１３１とシリンドリカルレンズにより励起光照射光学系１３０が構成されている。また、界面へ入射される光ビームＬはプラズモンを励起させる励起光Ｌ０であると伴に測定光Ｌ１でもある。
【００９１】
光ビームＬは、シリンドリカルレンズ１３２の作用により上述のように集束するので、図中に最小入射角θ1 と最大入射角θ2 とを例示するように、界面１1０ａ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Ｌは界面１１０ａで全反射し、この反射した光ビームＬ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。
【００９２】
光検出器１４３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Ｌ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、この光検出器１４３の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓｎ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Ｌの強度を示すものとなる。
【００９３】
以下、上記構成の表面プラズモン共鳴測定装置３による試料分析方法について説明する。試料分析に際しては、光捕捉光照射光学系５０により、光捕捉光Ｌ３が金属膜２３上に集光され、これにより試料Ｓ中の被測定物質が捕捉光Ｌ３による光捕捉効果により金属膜２３上の捕捉光の集光スポットに捕捉された状態で行う。シリンドリカルレンズ１１５の作用で上述のように集束する光ビームＬが金属膜２３に向けて照射される。この金属膜２３とプリズム１１０との界面１１０ａで全反射した光ビームＬは、光検出器１４３で検出される。
【００９４】
前述した通り、光検出器１４３の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓｎは、全反射した光ビームＬの強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。
【００９５】
ここで、ある特定の入射角θSP で入射した光は、金属膜２３と試料Ｓ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。光検出器手段１４３の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓｎを用いれば上記入射角θSPが分かり、このθSPの値に基づいて試料Ｓ中の被測定物質を定量分析することができる。
【００９６】
本実施形態においても、光捕捉光照射光学系５０により、プラズモン活性基体である金属膜２３上に被測定物質を捕捉させた上で、全反射減衰角の信号を得るため、ＳＮ比よく高精度な信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る第１実施形態のラマン分光装置の全体図
【図２】（ａ）〜（ｃ）はプラズモン活性基体の好適な例を示す図
【図３】（ａ）〜（ｃ）はプラズモン活性基体の好適な例を示す図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図２（ｃ）に示すプラズモン活性基体の製造プロセス図
【図５】図１のラマン分光装置の設計変更例
【図６】本発明に係る第２実施形態のラマン分光装置（顕微ラマン分光装置）の全体図
【図７】図６のラマン分光装置の設計変更例
【図８】本発明に係る第３実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置の全体図
【符号の説明】
【００９８】
１、２ センシング装置（ラマン分光装置）
３ センシング装置（表面プラズモン共鳴測定装置）
１０ａ〜１０ｄ 試料セル
１５ 走査部（ｘｙｚステージ）
２０、２０Ａ〜２０Ｆ プラズモン活性基体
２０ｓ 試料接触面
２２ 誘電体
２３ 金属体
３０、１３０ 励起光照射光学系
４０ 測定光照射光学部
４３、１４３ 検出部
４５ １４５ 物理特性検出系
５０ 光捕捉光照射光学系
５２ 対物レンズ
Ｓ 試料
Ｌ 光ビーム
Ｌ０ 励起光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 検出光
Ｌ３ 捕捉光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物質を含む流動性を有する試料が充填または流下される試料セルと、
該試料セル内の試料に接触するように配置された、試料接触面に対して励起光を照射させることにより前記試料接触面にプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体と、
前記励起光を照射する励起光照射光学系と、
該プラズモン活性基体の前記試料接触面上の試料の物理特性を検出する物理特性検出系とを備えたセンシング装置であって、
前記プラズモン活性基体の前記試料接触面に捕捉光を集光させ、光捕捉効果により前記試料接触面に前記試料中の被測定物質を捕捉させる光捕捉光照射光学系を備えたことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記捕捉光の集光位置を前記試料セル内で走査させる走査部を備えていることを特徴とする請求項１記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記物理特性検出系が、前記プラズモン活性基体の前記試料接触面上に測定光を照射する測定光照射光学部と、該測定光の前記試料接触面における反射光および／または該試料接触面で生じる散乱光を検出する検出部とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記プラズモン活性基体が、前記励起光の波長よりも小さい凹凸構造を有する金属体で構成されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記金属体の主成分が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項４記載のセンシング装置。
【請求項６】
前記試料セルが、一端が前記プラズモン活性基体の前記試料接触面に接したキャピラリー状セルであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項７】
前記プラズモン活性基体が、前記試料接触面に、前記被測定物質とイオン結合する表面修飾が施されたものであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項８】
前記被測定物質が蛋白質、ペプチド、及びアミノ酸からなる群より選ばれた少なくとも１種であり、
前記被測定物質とイオン結合する前記表面修飾が、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、４級アンモニウム基、イミダゾール基、及びグアニジニウム基からなる群より選ばれた少なくとも１種の基であることを特徴とする請求項７記載のセンシング装置。
【請求項９】
前記プラズモン活性基体が、前記試料接触面に前記被測定物質と共有結合する表面修飾が施されたものであることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項１０】
前記被測定物質が蛋白質、ペプチド、及びアミノ酸からなる群より選ばれた少なくとも１種であり、
前記被測定物質と共有結合する前記表面修飾が、反応性エステル基、ヒドラジド基、チオール基、及び反応性ジスルフィド基からなる群より選ばれた少なくとも１種の基であることを特徴とする請求項９記載のセンシング装置。
【請求項１１】
前記被測定物質が、該被測定物質のサイズを大きくするための表面修飾が施されたものであることを特徴とする請求項１から１０いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項１２】
被測定物質を含む流動性を有する試料を、試料接触面に対して励起光が照射されて該試料接触面にプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体と接触させ、
前記励起光を前記プラズモン活性基体に照射して前記プラズモン増強場を生じさせた状態で、前記プラズモン活性基体の前記試料接触面上の被測定物質の物理特性を検出するセンシング方法であって、
前記試料を前記プラズモン活性基体と接触させた状態で、該プラズモン活性基体の前記試料接触面に捕捉光を集光させることにより、前記試料中の前記被測定物質を前記試料接触面上に移動させ、
前記試料接触面に前記被測定物質を捕捉させた状態で、前記被測定物質の物理特性の検出を行うことを特徴とするセンシング方法。
【請求項１３】
前記捕捉光を前記試料接触面に集光させる前に、該捕捉光を前記試料セル内で試料接触面から離間した位置から徐々に該試料接触面に近づく方向に走査させ、最後に該試料接触面に集光させることを特徴とする請求項１２記載のセンシング方法。
【請求項１】
被測定物質を含む流動性を有する試料が充填または流下される試料セルと、
該試料セル内の試料に接触するように配置された、試料接触面に対して励起光を照射させることにより前記試料接触面にプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体と、
前記励起光を照射する励起光照射光学系と、
該プラズモン活性基体の前記試料接触面上の試料の物理特性を検出する物理特性検出系とを備えたセンシング装置であって、
前記プラズモン活性基体の前記試料接触面に捕捉光を集光させ、光捕捉効果により前記試料接触面に前記試料中の被測定物質を捕捉させる光捕捉光照射光学系を備えたことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記捕捉光の集光位置を前記試料セル内で走査させる走査部を備えていることを特徴とする請求項１記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記物理特性検出系が、前記プラズモン活性基体の前記試料接触面上に測定光を照射する測定光照射光学部と、該測定光の前記試料接触面における反射光および／または該試料接触面で生じる散乱光を検出する検出部とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記プラズモン活性基体が、前記励起光の波長よりも小さい凹凸構造を有する金属体で構成されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記金属体の主成分が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項４記載のセンシング装置。
【請求項６】
前記試料セルが、一端が前記プラズモン活性基体の前記試料接触面に接したキャピラリー状セルであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項７】
前記プラズモン活性基体が、前記試料接触面に、前記被測定物質とイオン結合する表面修飾が施されたものであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項８】
前記被測定物質が蛋白質、ペプチド、及びアミノ酸からなる群より選ばれた少なくとも１種であり、
前記被測定物質とイオン結合する前記表面修飾が、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、４級アンモニウム基、イミダゾール基、及びグアニジニウム基からなる群より選ばれた少なくとも１種の基であることを特徴とする請求項７記載のセンシング装置。
【請求項９】
前記プラズモン活性基体が、前記試料接触面に前記被測定物質と共有結合する表面修飾が施されたものであることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項１０】
前記被測定物質が蛋白質、ペプチド、及びアミノ酸からなる群より選ばれた少なくとも１種であり、
前記被測定物質と共有結合する前記表面修飾が、反応性エステル基、ヒドラジド基、チオール基、及び反応性ジスルフィド基からなる群より選ばれた少なくとも１種の基であることを特徴とする請求項９記載のセンシング装置。
【請求項１１】
前記被測定物質が、該被測定物質のサイズを大きくするための表面修飾が施されたものであることを特徴とする請求項１から１０いずれか１項記載のセンシング装置。
【請求項１２】
被測定物質を含む流動性を有する試料を、試料接触面に対して励起光が照射されて該試料接触面にプラズモン増強場を生じるプラズモン活性基体と接触させ、
前記励起光を前記プラズモン活性基体に照射して前記プラズモン増強場を生じさせた状態で、前記プラズモン活性基体の前記試料接触面上の被測定物質の物理特性を検出するセンシング方法であって、
前記試料を前記プラズモン活性基体と接触させた状態で、該プラズモン活性基体の前記試料接触面に捕捉光を集光させることにより、前記試料中の前記被測定物質を前記試料接触面上に移動させ、
前記試料接触面に前記被測定物質を捕捉させた状態で、前記被測定物質の物理特性の検出を行うことを特徴とするセンシング方法。
【請求項１３】
前記捕捉光を前記試料接触面に集光させる前に、該捕捉光を前記試料セル内で試料接触面から離間した位置から徐々に該試料接触面に近づく方向に走査させ、最後に該試料接触面に集光させることを特徴とする請求項１２記載のセンシング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−４２１１２（Ｐ２００９−４２１１２Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０８３１７（Ｐ２００７−２０８３１７）
【出願日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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