センシング装置
【課題】金属微小構造体と光との共鳴現象を利用してセンシング装置において、より高感度なセンシングが可能なセンシング装置を提供する。
【解決手段】 センシング装置１は、金属微小構造体２３と光Ｌ３との共鳴現象を利用したセンシング装置であって、金属微小構造体２３を有するセンサ領域２２を表面２１ｂ上に一つ又は複数有しており、センサ領域を照明する照明光Ｌ３を内部で導光可能な測定チップ２０と、照明光Ｌ３となる光Ｌ２を出力する光源部１０と、センサ領域における金属微小構造体によって照明光が散乱された散乱光Ｌ４を検出する受光装置４２とを備え、測定チップは、表面の側方に位置している側面２１ａを有し、光源部からの光は側面から測定チップ内に入射される。
【解決手段】 センシング装置１は、金属微小構造体２３と光Ｌ３との共鳴現象を利用したセンシング装置であって、金属微小構造体２３を有するセンサ領域２２を表面２１ｂ上に一つ又は複数有しており、センサ領域を照明する照明光Ｌ３を内部で導光可能な測定チップ２０と、照明光Ｌ３となる光Ｌ２を出力する光源部１０と、センサ領域における金属微小構造体によって照明光が散乱された散乱光Ｌ４を検出する受光装置４２とを備え、測定チップは、表面の側方に位置している側面２１ａを有し、光源部からの光は側面から測定チップ内に入射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センシング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属微粒子と光との共鳴現象の一つであるプラズモン共鳴を利用して金属微粒子周囲の屈折率変化を測定するセンサーが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１のように、プラズモン共鳴を利用して金属微粒子周囲の屈折率変化を検出可能な原理について説明する。金ナノ粒子や銀ナノ粒子等の金属微粒子に光を照射すると、所定の共鳴波長において共鳴現象の一つであるプラズモン共鳴が生じる。その結果、光が照射された金属微粒子による散乱や吸収が増大するため、金属微粒子と相互作用した光を検出した際に、そのスペクトルに共鳴ピークが現出する。この共鳴ピークを生じせしめる共鳴波長は、金属微粒子周囲の屈折率に依存しているため、共鳴ピークのシフトを検出することで、金属微粒子周囲の屈折率変化を検出できることになる。
【０００４】
上記特許文献１に記載の局在表面プラズモン共鳴センサーでは、ガラス基板の表面上に金属微粒子としての金ナノ粒子が複数固定されて構成されており、ガラス基板の裏面側から光を照射し、その透過光を検出することによって共鳴ピークを取得する。そして、共鳴ピークの変化から金属微粒子周囲の屈折率変化を検出している。
【０００５】
このようなセンサーは、例えば、次のようにしてＤＮＡやタンパク質等の被検体を検出するセンサーとして利用される。すなわち、金属微粒子に被検体と特異的に結合するプローブ分子を固定しておき、試料液を送液すると、試料液に被検体が含まれていれば、プローブ分子に結合した被検体の影響で金属微粒子近傍の屈折率が変化して共鳴波長がシフトする。そのため、試料液の送液前後での共鳴ピークの変化を検出すれば、被検体を検出できることになり、ＤＮＡやタンパク質等の被検体を検出するセンサーとして利用できることになる。
【０００６】
特許文献１においては局在表面プラズモン共鳴による入射光の減衰を測定する測定手法を採用しているが、この光の減衰成分は吸収による寄与と散乱による寄与に分けて考えることができる（非特許文献１参照）。
【０００７】
よって、局在表面プラズモン共鳴を利用する場合、金属微粒子周囲の屈折率に依存して、局在表面プラズモン共鳴によて金微粒子の散乱スペクトルにも共鳴ピークが生じると考えられる。非特許文献２には、このような散乱スペクトルの共鳴ピークを利用した測定手法が開示されている。
【特許文献１】特許第３４５２８３７号公報
【非特許文献１】Craig F. Bohren, Donald R. Huffman, “Absorption and Light Scatteringof Light by Small Particles,” Wiley-VCH, 1983, Chapter 4, “Absorption andScattering by Sphere.”
【非特許文献２】阿部将之、藤原一彦、加藤勝、赤上陽一、小川信明、「ガラス基板へ固定化した金ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴散乱顕微分光測定」、分析化学、２００７年、Ｖｏｌ．５６、Ｎｏ．９、ｐ６９５−７０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び非特許文献２においても背景光が存在することから、高感度な測定が困難であるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、金属微小構造体と光との共鳴現象を利用してセンシング装置において、より高感度なセンシングが可能なセンシング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るセンシング装置は、金属微小構造体と光との共鳴現象を利用したセンシング装置であって、金属微小構造体を有するセンサ領域を表面上に一つ又は複数有しており、センサ領域を照明する照明光を内部で導光可能な測定チップと、照明光となる光を出力する光源部と、センサ領域における金属微小構造体によって照明光が散乱された散乱光を検出する受光装置と、を備え、測定チップは、表面の側方に位置している側面を有し、光源部からの光は側面から測定チップ内に入射される、ことを特徴とする。
【００１１】
金属微小構造体と光とは特定波長において共鳴現象を生じせしめ、この特定波長は金属微小構造体を含む測定環境の屈折率に依存している。よって、散乱光強度の変化により、金属微小構造体近傍の屈折率変化を検出できることになる。従来のように、測定チップをホルダー等に保持し、測定チップ外部から光を照射した場合には、センサ領域以外の場所からの光の散乱のため背景光が増大する。これはセンシング効率の低下につながる。これに対して、上記本発明に係るセンシング装置では、測定チップの側面から光を入射し、測定チップ内を導光させながら照明光としてセンサ領域を照明する。そして、センサ領域が有する金属微小構造体によって照明光が散乱された散乱光を受光装置で検出する。そのため、背景光が抑制されるので、より高感度のセンシングが可能である。
【００１２】
上記測定チップを構成する材料としては、金属微小構造体に共鳴現象を生じせしめる波長を含む波長領域に対して透明であり、且つ、測定チップを、光を導光させる光導波路として利用可能な屈折率のものが考えられ、ガラス、石英、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリスチレン系樹脂からなる群から選ばれた一つの材料からなることが好ましい。
【００１３】
上記光源部は、複数の光束の各々を上記照明光となる光として出力することが好ましい。これにより、センサ領域の照明ムラを抑制することが可能である。
【００１４】
上記照明光は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域のうちの所定の１００ｎｍ以内の波長領域に狭帯化された光であることが好適である。このような波長領域の光を照明光として使用することにより、金属微小構造体と光との共鳴現象を好適に利用することができる。
【００１５】
上記受光装置は、センサ領域が一つの場合は、フォトダイオード又は光電子増倍管であるとすることが有効である。また、上記受光装置は、センサ領域が複数の場合にはフォトダイオードアレイ又はＣＣＤカメラであるとすることが有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるセンシング装置によれば、より高感度なセンシングが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係るセンシング装置の実施形態について説明する。以下の説明において、同一の要素には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
図１は、本発明に係るセンシング装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。センシング装置は、金属微小構造体と光との共鳴現象を利用してセンシングを実施するものである。
【００１９】
図１に示すように、センシング装置１は、光源部１０と、測定チップ２０を含む測定セル３０と、検出手段４０と、解析装置５０とを備える。
【００２０】
光源部１０は、白色光Ｌ１を出力する光源１１と、光源１１から出力された白色光Ｌ１を平行光にするためのコリメータ１２と、コリメータ１２を通過し平行光となった白色光を２つの光束Ｌ２，Ｌ２にするためのスリット１３と、その２つの光束Ｌ２を測定チップ２０の側面２１ａに集光入射させるためのシリンドリカルレンズ１４と、６００〜１０００ｎｍの波長領域から所定の１００ｎｍ以下の波長領域の光を選択的に通す光学フィルタ１５とを有する。ここでは、スリット１３により分けられた光を明示するため光束Ｌ２としているが、以下、この光束Ｌ２を光Ｌ２とも称す。
【００２１】
この構成では、光源１１から出力されコリメータ１２を通って平行光になった白色光Ｌ１がスリット１３によって２つの光束Ｌ２，Ｌ２に分けられた後に、シリンドリカルレンズ１４によって測定チップ２０の側面２１ａに集光入射される。シリンドリカルレンズ１４の後段に光学フィルタ１５が設けられているため、測定チップ２０の側面２１ａに入射される光束Ｌ２は、上記所定の１００ｎｍ以下の波長領域に狭帯化された光である。測定チップ２０の側面２１ａに入射される光束Ｌ２が、後述するように金属微小構造体２３（図２（ｂ）参照）を照明する光（照明光）Ｌ３となる。
【００２２】
測定チップ２０は、その表面２１ｂに、金属微小構造体２３が固定されてなるセンサ領域２２（図２（ａ）参照）を少なくとも一つ有しており、側面２１ａから入射された光Ｌ２が、センサ領域２２を照明するための照明光Ｌ３として測定チップ２０の内部で導光可能に構成されている。この測定チップ２０は測定セル３０により保時されており、測定セル３０には、測定セル３０内に試料液Ｓを供給し、試料液Ｓと測定チップ２０とを接触させるため２つの流路５１，５２が接続されている。流路５１，５２は、例えばパイプである。２つの流路５１，５２のうち流路５１は、送液ポンプ等によって測定セル３０内に試料液Ｓを供給するためのものであり、流路５２は測定セル３０内から試料液Ｓを排出するためのものである。
【００２３】
検出手段４０は、レンズアセンブリ４１と受光装置４２とから構成されており、レンズアセンブリ４１は、センサ領域２２を構成する金属微小構造体２３による照明光Ｌ３の散乱光Ｌ４を受光装置４２に導き、受光装置４２はその散乱光Ｌ４を検出する。受光装置４２としては、測定チップ２０が備えるセンサ領域２２が一つの場合にはフォトダイオード又は光電子増倍管が例示され、測定チップ２０が備えるセンサ領域２２が複数の場合には、各センサ領域２２からの散乱光Ｌ４をそれぞれ検出するためにフォトダイオードアレイ又はＣＣＤカメラのような二次元配列された受光素子が例示される。
【００２４】
解析装置５０は、受光装置４２での検出結果を解析するためのものである。解析装置５０としては、例えば、ＡＤコンバータ等の信号処理部や、パーソナルコンピュータ等の解析部を含んで構成される。なお、解析装置５０がロックインアンプを備えることも好ましい。この場合、例えば、側面２１ａに入射する前段で光束Ｌ２にチョッパなどで変調を加えておき、ロックインアンプなどで増幅検出を行うことで高感度なセンシングが可能となる。これは特に、センサ領域２２が一つであり、受光装置４２としてフォトダイオード又は光電子増倍管を使用している場合に有効である。
【００２５】
次に、図２〜図４を参照して測定チップ及び測定セルの構成について詳述する。
【００２６】
図２（ａ）は、測定チップの概略構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は測定チップの概略構成を示す側面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ここでは測定チップ２０が複数のセンサ領域２２を有するものとして説明する。
【００２７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、測定チップ２０は、略直方体形状の基板２１の表面２１ｂ上にセンサ領域２２が複数形成されて構成されている。図２（ａ）では、９個のセンサ領域２２ａ〜２２ｉが形成されている場合を示している。複数のセンサ領域２２は、互いに離間している。基板２１の材料は、金属微小構造体２３と光との共鳴現象を生じさせる波長を含む波長領域に対して透明であり、基板２１周囲の媒質と基板２１との屈折率差により基板２１が光導波路として機能し、基板２１の側面２１ａから入射された光としての照明光Ｌ３を基板２１内部で伝搬可能な材料であればよい。基板２１の材料としては、ガラス、石英、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリスチレン系樹脂からなる群から選ばれた一つの材料とすることができる。センサ領域２２は、基板２１の表面２１ｂ上のセンサ領域２２となるべき領域に複数の金属微小構造体２３が固定されて形成されている。金属微小構造体２３としては、金微粒子が例示される。なお、図２（ａ）では、金属微小構造体２３は示していない。また、図２（ｂ）では、説明のために金属微小構造体２３を拡大して示している。他の図においても、金属微小構造体２３を図示するときは同様に拡大している。
【００２８】
上記測定チップ２０の構成では、側面２１ａから光束Ｌ２が所定の条件を満たして入射されると、側面２１ａから入射された光束Ｌ２を、基板２１内部を全反射を利用して導光可能である。センシング装置１では、側面２１ａから基板２１内に入射され基板２１内を導光している光束Ｌ２が照明光Ｌ３としてセンサ領域２２を構成する金属微小構造体２３を照明することになる。より詳細には、基板２１内部を導光している照明光Ｌ３のうち表面２１ｂ側からしみ出した部分、いわゆるエバネッセント光が金属微小構造体２３を照明することになる。そして、照明光Ｌ３が金属微小構造体２３により散乱された光である散乱光Ｌ４は、基板２１内を伝搬して表面２１ｂに対向する面としての裏面２１ｃから出射される。
【００２９】
図３は、測定セルの模式図である。なお、図３は、図１において検出手段側から見た場合の図を示している。図４は、図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った端面図である。
【００３０】
測定セル３０は、支持体３１、支持体３２、測定チップ２０及びＯリング３３を含んでおり、２つの支持体３１，３２を利用して測定チップ２０及びＯリング３３を挟み込む構造となっている。この構成では、支持体３１，３２及びＯリング３３は、測定チップ２０を保持する保持具として機能している。支持体３１には、支持体３１の厚さ方向に貫通しており流路５１及び流路５２と接続可能な流路３１ａ及び流路３１ｂが形成されている。また、支持体３２には、センサ領域２２からの散乱光Ｌ４を通すための開口３２ａが形成されている。
【００３１】
上記支持体３１，３２間に測定チップ２０は、センサ領域２２が形成された表面２１ｂが支持体３１側を向いており、更に、光源部１０からの光Ｌ２が側面２１ａから入射可能に側面２１ａが露出するように保持されている。この構成では、測定チップ２０と支持体３１との間にＯリング３３が配置されるため、測定チップ２０と支持体３１との間に試料液Ｓを導入するための空間３４が形成される。よって、流路５１及び流路５２に接続された流路３１ａ及び流路３１ｂを通して試料液Ｓを空間３４内に供給して測定し、測定終了後等に、空間３４内から試料液Ｓを排出することが可能となっている。更に、光源部１０から側面２１ａに集光入射される光Ｌ２が支持体３１，３２により遮られないように、側面２１ａが露出していることから、光源部１０からの光Ｌ２を側面２１ａから測定チップ２０内に確実に導入可能である。そして、支持体３２に開口３２ａが形成されているため、基板２１の裏面２１ｃから出射される散乱光Ｌ４を確実に検出手段４０に入射させることができるようになっている。
【００３２】
図５は、光源部からの光の測定チップへの入射方法を説明するための図面である。図５では、一つのセンサ領域２２を拡大して示している。図中の２つの一点鎖線は、それぞれ側面２１ａ及び表面２１ｂの法線である。
【００３３】
図１を利用して説明したように、測定チップ２０には、シリンドリカルレンズ１４を介して２つの光束Ｌ２，Ｌ２が側面２１ａから集光入射される。この際、センシング装置１では、以下の式（１）及び式（２）を満たすように２つの光束Ｌ２，Ｌ２は、側面２１ａに入射される。
ｎ０ｓｉｎθ０＝ｎ１ｓｉｎθ１・・・（１）
θｃ≦θ２＝９０°−θ１・・・（２）
ここで、ｎ０、ｎ１、ｎ２はそれぞれ光束Ｌ２の入射側媒質（例えば、空気）、測定チップ２０及びセンサ領域２２が接する試料液Ｓの屈折率である。また、θ０、θ１、θ２は、光束Ｌ２の側面２１ａへの入射角、側面２１ａから基板２１内への照明光Ｌ３の出射角、照明光Ｌ３の表面２１ｂへの入射角である。また、θｃは臨界角であり式（３）により規定される。
ｓｉｎθｃ＝ｎ２／ｎ１・・・（３）
なお、式（２）を満たすために、ｎ２＞ｎ１を満たす必要がある。
【００３４】
センシング装置１において、光源部１０から出力された２つの光束Ｌ２，Ｌ２が式（１）及び式（２）を満たす条件で、測定チップ２０の側面２１ａから入射すると、各光束Ｌ２，Ｌ２は、それぞれ照明光Ｌ３として測定チップ２０内を全反射しながら伝搬し、センサ領域２２を照明する。センサ領域２２は金属微小構造体２３が基板２１の表面２１ｂの所定領域に固定されて形成されたものであるため、照明光Ｌ３が金属微小構造体２３により散乱される。そして、この散乱光Ｌ４が測定チップ２０を構成する基板２１の裏面２１ｃ側から支持体３２の開口３２ａを通して出力され、レンズアセンブリ４１で受光装置４２に導かれて検出される。
【００３５】
金属微小構造体２３に光が入射すると、特定波長において局在表面プラズモン共鳴が生じ、金属微小構造体２３による光の散乱光強度が増加することが知られており、上記特定波長は、金属微小構造体２３及びその周囲の屈折率に依存する。よって、金属微小構造体２３を照明光Ｌ３により照明しながら、測定セル３０の空間３４内に試料液Ｓを供給すると、試料液Ｓに含まれる物質等の屈折率によっては、局在表面プラズモン共鳴を示す波長が変化するため、散乱光強度が変化する、すなわち、共鳴ピークが変化する。従って、散乱光強度の変化により、試料液Ｓに所定の物質等が含まれるか否かを測定することができる。また、例えば、抗原抗体反応等に例示されるように、被検体と特異的に結合するプローブ分子が存在する場合には、被検体を検出することができる。すなわち、被検体と特異的に結合するプローブ分子を金属微小構造体２３に結合させておいて、試料液Ｓを空間３４に供給すると、試料液Ｓに被検体が含まれている場合には、被検体が金属微小構造体２３に結合する。その結果、金属微小構造体２３又はその周囲の屈折率が変化するため、共鳴ピークが変化する。よって、共鳴ピークの変化を検出することで、被検体を検出できる。
【００３６】
センシング装置１では、測定チップ２０を側面２１ａから光Ｌ２を入射して測定チップ２０を光導波路として機能させることで、光Ｌ２を照明光Ｌ３として測定チップ２０内部を導光させながらエバネッセント光を利用してセンサ領域２２、すなわち、金属微小構造体２３を照明している。この場合、背景光の影響を受けないので、高感度な測定が可能となる。更に、従来法のように、分光器を用いないでもよいため、簡易な構成とすることができる。また、複数の光束Ｌ２を測定チップ２０に入射させているため、表面２１ｂ上に複数のセンサ領域２２が設けられている場合であっても、各センサ領域２２をより均一に照明することが可能であり、高感度な局在表面プラズモン共鳴センシングが可能である。更に、例えば、図２（ａ）に示したように、センサ領域２２を表面２１ｂ上に複数設けている場合には、センサ領域２２毎に、金属微小構造体２３に結合させるべきプローブ分子を互いに異なるものを選択することで、一度の試料液Ｓの送液により複数の被検体を検出することも可能である。この場合、多検体検出を高感度に実施することができる。
【００３７】
以下では、金属微小構造体２３として金微粒子を採用すると共に、基板２１をガラス基板とした場合の測定チップの作製方法の一例について具体的に説明する。ここでは、図２に示すように、９個のセンサ領域２２ａ〜２２ｉを形成するものとする。
【００３８】
先ず、ガラス基板２１へ、５％（ｖ／ｖ）３―アミノプロピルトリメトキシシラントルエン溶液を滴下し、５分間静置する。次いで、ガラス基板２１をエタノールで６回、純水で３回超音波洗浄する。この操作により基板表面２１ｂはアミノ基で覆われる。
【００３９】
エチレングリコールを５３．３％（ｖ／ｖ）とした０．４７ｎＭの金微粒子分散液を調製したのち、微量スポット装置を用いることで表面２１ｂをアミノ基で被覆した基板２１の表面２１ｂの複数箇所へ７０ｎＬずつ滴下し、湿度を９０％保った容器内で１時間静置する。この手順により、センサ領域２２ａ〜２２ｉとなる領域へは、粒子密度５０個／μｍ２程度となるよう、金微粒子２３が配置される。
【００４０】
上記金微粒子溶液は、例えばクエン酸還元法により合成したものを利用すればよく、具体的には次のようにして準備する。すなわち、約１ｍＭテトラクロロ金（ＩＩＩ）酸四水和物水溶液を、ホットプレート等で加熱しながら攪拌を行う。十分に沸騰してから約１０ｍＭクエン酸三ナトリウム水溶液を加えてから十分加熱攪拌し、常温まで冷却した後、０．２０μｍの細孔をもつメンブレンフィルターでろ過することで、金微粒子水溶液とする。
【００４１】
その後、純水で洗浄し、金微粒子２３が固定されたガラス基板２１を、０．４ｍＭ塩酸ヒドロキシルアミン溶液と０．２４ｍＭテトラクロロ金（ＩＩＩ）酸四水和物水溶液との混合液である粒子成長溶液に３回浸漬する。これにより、金微粒子２３の粒径が６０〜９０ｎｍまで増大し、散乱光測定が可能なセンサ領域２２ａ〜２２ｉを作成することができる。
【００４２】
上記のように金微粒子２３を用いてセンサ領域２２ａ〜２２ｉを作成する場合には、例えば特開２００７−３０３９７３号公報に記載されているように、金微粒子２３と相互作用しないアミノ基へブロッキング剤を作用させる等により金微粒子２３の凝集を抑制することが好ましい。
【００４３】
図６及び図７は、以上の手順で作成した測定チップ２０の、センサ領域２２ａ〜２２ｉ毎の散乱光スペクトルを示す図面である。各図において横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は散乱光強度（任意単位：ａ．ｕ．）を示している。図６（ａ）〜図６（ｆ）は、図２（ａ）に示したセンサ領域２２ａ〜２２ｆに対応する散乱スペクトルである。また、図７（ａ）〜図７（ｃ）は、センサ領域２２ｇ〜２２ｉに対応する散乱スペクトルである。ガラス基板２１の寸法は、１８ｍｍ×１８ｍｍとした。また、センサ領域２２ａ〜２２ｉは、３×３＝９個とし、３ｍｍ間隔で配置している。各センサ領域２２ａ〜２２ｉの面積は０．１２５ｍｍ２である。スペクトル測定は、暗視野光源及び分光器を備えた倒立顕微鏡により測定した。共鳴ピーク位置は平均で６０３．７±１５．１ｎｍであり、均一なセンサアレイであることが分かる。この共鳴ピークより長波長側の領域の散乱光強度を測定することで高感度にセンサ領域２２ａ〜２２ｉに接する試料液Ｓ又は試料液Ｓに含まれる被検体の屈折率を測定することが可能である。
【００４４】
次に、測定チップ２０を利用して抗原抗体反応等の生体分子相互作用の測定を実施するために抗体や任意のタンパク質を、センサ領域２２を構成する金属微小構造体２３に導入する手順を具体的に示す。ここでは、測定チップ２０には、上述した作製方法の一例により表面２１ｂ上の所定領域上に金属微小構造体２３としての金微粒子２３が固定されてなる９個のセンサ領域２２ａ〜２２ｉが形成されているものとする。
【００４５】
測定チップ２０の表面２１ｂ上へ０．５ｍＭメルカプトウンデンカン酸（ＭＵＡ）エタノール溶液を滴下し、５時間静置する。静置する際には、湿度を９０％以上とした容器内で保存する。次に、余剰のＭＵＡを除去するために再度エタノールに２０分浸漬した後に取り出して、測定チップ２０を純水へ１分間程度浸漬してから取り出して更に純水で洗浄する。これにより、センサ領域２２ａ〜２２ｉに配置された金微粒子２３の表面にＭＵＡ膜が形成される。
【００４６】
ＥＤＡＣとＮＨＳを、０．２Ｍとなるようそれぞれ０．１ＭのＭＥＳ buffered Salineへ溶解し、１：１で混合した後、その混合液をＭＵＡ膜を形成する工程を経た測定チップへ滴下し、３０分静置する。その後、滴下された混合液を除去してから、抗体またはタンパク質を適切量、ＰＢＳに溶解し、測定チップ２０へ滴下した後、１時間静置する。これにより、測定チップ２０上のセンサ領域２２ａ〜２２ｉに配置された金微粒子２３表面のＭＵＡ上へ、抗体又はタンパク質が結合する。
【００４７】
なお、上記ＥＤＡＣとは、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide, hydrochloride）である。ＮＨＳとは、Ｎ−ヒドロキシコハク酸（N-hydroxysuccinicacid）である。ＭＥＳとは、２−モルホリノエタンスルホン酸一水和物（2-morpholino ethanesulfonicacid, monohydrate）である。また、０．１ＭのＭＥＳ bufferedSalineは、０．１ＭのＭＥＳと０．９％（ｗ／ｖ）の塩化ナトリウムを溶解させてｐＨを４．５〜５とした溶液である。更に、ＰＢＳとは、１０ｍＭのリン酸緩衝液へ０．９％（ｗ／ｖ）の塩化ナトリウムを溶解させて、ｐＨを７．４とした溶液である。
【００４８】
図８は、上記手順において、抗原及び抗体の対として、ＨＯＰ（Ｈｓｐ７０／Ｈｓｐ９０ organizing protein）及び抗ＨＯＰ抗体を用いた場合の測定結果を示す図面である。横軸は時間を示し、縦軸は散乱光強度（ａ．ｕ．）を示している。この測定では、金微粒子２３には抗ＨＯＰ抗体をプローブ分子として結合している。これまで説明した手順と同様の手順により、測定チップ２０の各センサ領域２２ａ〜２２ｉを構成する金微粒子２３に抗ＨＯＰ抗体をプローブ分子として結合させた。センサ領域２２ａ〜２２ｉへ抗体を結合させる操作において、ＰＢＳに溶解する抗体の濃度は２２μｇ／ｍＬとした。そして、測定チップ２０を測定セル３０にセットし、図１に示したセンシング装置１で測定を実施した。なお、受光装置４２としてはＣＣＤカメラを利用した。照明光Ｌ３の波長は、６１０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長範囲を有するとした、すなわち、光学フィルタ１５として、上記波長範囲を選択的に通すものを使用した。測定時には、まず、ＰＢＳを送液した後、１．７５ｎＭのＨＯＰを溶解したＰＢＳを送液し、その後、再度ＨＯＰを含まないＰＢＳを緩衝液として送液した。
【００４９】
図８に示すように、ＨＯＰを溶解したＰＢＳを送液することによって、シグナル強度は上昇し、再度ＰＢＳを送液すると、シグナルは減少することが見て取れる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、光源部１０は、側面２１ａに入射する、照明光Ｌ３となるべき光Ｌ１を出力する光源を備えていればよい。この場合には、図１において、センシング装置１は、その光源から出力された光Ｌ１を側面２１ａに集光入射させるための集光手段を備えることができる。また、図１に示したように、コリメータ１２、スリット１３及び光学フィルタ１５を適宜配置してもよい。
【００５１】
光源部１０は、光学フィルタ１５を利用して照明光Ｌ３となるべき光束Ｌ２の波長領域を調整しているが、白色光源を使用せずに、元々所望の波長を有する光を出力可能な光源を用いることも可能であり、この場合には、光学フィルタ１５は設けなくてもよい。また、光学フィルタ１５の位置は光源１１と、側面２１ａとの間であれば特に限定されない。
【００５２】
センサ領域２２を均一に照射する観点からは複数の光束が側面２１ａに入射されることが好ましいが、側面２１ａへは一つの光束が入射されるようになっていてもよい。例えば、センサ領域２２が一つの場合には、光源部１０はスリット１３を有しなくてもよい。
【００５３】
また、測定チップ２０は、基板２１の表面２１ｂ上にセンサ領域２２が形成されたものとしたが、側面２１ａから入射される光Ｌ２を測定チップ２０内で導光可能であって、表面２１ｂ上に金属微小構造体２３からなるセンサ領域２２が形成されているものであればよい。
【００５４】
更に、金属微小構造体２３の一例として金微粒子を挙げたが、光と共鳴現象を生じせしめるものであれば特に限定されず、例えば、銀からなる微粒子を用いることも可能である。更に、金属微小構造体２３の形状は、光と共鳴現象を生じせしめるものであれば特に限定されず、例えば、立方体、円柱、三角錐、ピラミッド構造等のような形状のものを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るセンシング装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、測定チップの概略構成を示す平面図である。（ｂ）は測定チップの概略構成を示す側面図である。
【図３】測定セルの模式図である。
【図４】図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った端面図である。
【図５】光源部からの光の測定チップへの入射方法を説明するための図面である。
【図６】図２（ａ）に示した複数のセンサ領域の一部の散乱光スペクトルを示す図面である。
【図７】図２（ａ）に示した複数のセンサ領域の他の部分の散乱光スペクトルを示す図面である。
【図８】図１に示したセンシング装置を利用した測定結果の一例を示す図面である。
【符号の説明】
【００５６】
１…センシング装置、１０…光源部、２０…測定チップ、２１…基板、２１ａ…側面（測定チップの側面）、２１ｂ…表面（測定チップの表面）、２２…センサ領域、２３…金属微小構造体、４２…受光装置、Ｌ１…照明光となる光、Ｌ２…光束（照明光となる光）、Ｌ３…照明光、Ｌ４…散乱光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センシング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属微粒子と光との共鳴現象の一つであるプラズモン共鳴を利用して金属微粒子周囲の屈折率変化を測定するセンサーが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１のように、プラズモン共鳴を利用して金属微粒子周囲の屈折率変化を検出可能な原理について説明する。金ナノ粒子や銀ナノ粒子等の金属微粒子に光を照射すると、所定の共鳴波長において共鳴現象の一つであるプラズモン共鳴が生じる。その結果、光が照射された金属微粒子による散乱や吸収が増大するため、金属微粒子と相互作用した光を検出した際に、そのスペクトルに共鳴ピークが現出する。この共鳴ピークを生じせしめる共鳴波長は、金属微粒子周囲の屈折率に依存しているため、共鳴ピークのシフトを検出することで、金属微粒子周囲の屈折率変化を検出できることになる。
【０００４】
上記特許文献１に記載の局在表面プラズモン共鳴センサーでは、ガラス基板の表面上に金属微粒子としての金ナノ粒子が複数固定されて構成されており、ガラス基板の裏面側から光を照射し、その透過光を検出することによって共鳴ピークを取得する。そして、共鳴ピークの変化から金属微粒子周囲の屈折率変化を検出している。
【０００５】
このようなセンサーは、例えば、次のようにしてＤＮＡやタンパク質等の被検体を検出するセンサーとして利用される。すなわち、金属微粒子に被検体と特異的に結合するプローブ分子を固定しておき、試料液を送液すると、試料液に被検体が含まれていれば、プローブ分子に結合した被検体の影響で金属微粒子近傍の屈折率が変化して共鳴波長がシフトする。そのため、試料液の送液前後での共鳴ピークの変化を検出すれば、被検体を検出できることになり、ＤＮＡやタンパク質等の被検体を検出するセンサーとして利用できることになる。
【０００６】
特許文献１においては局在表面プラズモン共鳴による入射光の減衰を測定する測定手法を採用しているが、この光の減衰成分は吸収による寄与と散乱による寄与に分けて考えることができる（非特許文献１参照）。
【０００７】
よって、局在表面プラズモン共鳴を利用する場合、金属微粒子周囲の屈折率に依存して、局在表面プラズモン共鳴によて金微粒子の散乱スペクトルにも共鳴ピークが生じると考えられる。非特許文献２には、このような散乱スペクトルの共鳴ピークを利用した測定手法が開示されている。
【特許文献１】特許第３４５２８３７号公報
【非特許文献１】Craig F. Bohren, Donald R. Huffman, “Absorption and Light Scatteringof Light by Small Particles,” Wiley-VCH, 1983, Chapter 4, “Absorption andScattering by Sphere.”
【非特許文献２】阿部将之、藤原一彦、加藤勝、赤上陽一、小川信明、「ガラス基板へ固定化した金ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴散乱顕微分光測定」、分析化学、２００７年、Ｖｏｌ．５６、Ｎｏ．９、ｐ６９５−７０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び非特許文献２においても背景光が存在することから、高感度な測定が困難であるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、金属微小構造体と光との共鳴現象を利用してセンシング装置において、より高感度なセンシングが可能なセンシング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るセンシング装置は、金属微小構造体と光との共鳴現象を利用したセンシング装置であって、金属微小構造体を有するセンサ領域を表面上に一つ又は複数有しており、センサ領域を照明する照明光を内部で導光可能な測定チップと、照明光となる光を出力する光源部と、センサ領域における金属微小構造体によって照明光が散乱された散乱光を検出する受光装置と、を備え、測定チップは、表面の側方に位置している側面を有し、光源部からの光は側面から測定チップ内に入射される、ことを特徴とする。
【００１１】
金属微小構造体と光とは特定波長において共鳴現象を生じせしめ、この特定波長は金属微小構造体を含む測定環境の屈折率に依存している。よって、散乱光強度の変化により、金属微小構造体近傍の屈折率変化を検出できることになる。従来のように、測定チップをホルダー等に保持し、測定チップ外部から光を照射した場合には、センサ領域以外の場所からの光の散乱のため背景光が増大する。これはセンシング効率の低下につながる。これに対して、上記本発明に係るセンシング装置では、測定チップの側面から光を入射し、測定チップ内を導光させながら照明光としてセンサ領域を照明する。そして、センサ領域が有する金属微小構造体によって照明光が散乱された散乱光を受光装置で検出する。そのため、背景光が抑制されるので、より高感度のセンシングが可能である。
【００１２】
上記測定チップを構成する材料としては、金属微小構造体に共鳴現象を生じせしめる波長を含む波長領域に対して透明であり、且つ、測定チップを、光を導光させる光導波路として利用可能な屈折率のものが考えられ、ガラス、石英、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリスチレン系樹脂からなる群から選ばれた一つの材料からなることが好ましい。
【００１３】
上記光源部は、複数の光束の各々を上記照明光となる光として出力することが好ましい。これにより、センサ領域の照明ムラを抑制することが可能である。
【００１４】
上記照明光は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域のうちの所定の１００ｎｍ以内の波長領域に狭帯化された光であることが好適である。このような波長領域の光を照明光として使用することにより、金属微小構造体と光との共鳴現象を好適に利用することができる。
【００１５】
上記受光装置は、センサ領域が一つの場合は、フォトダイオード又は光電子増倍管であるとすることが有効である。また、上記受光装置は、センサ領域が複数の場合にはフォトダイオードアレイ又はＣＣＤカメラであるとすることが有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるセンシング装置によれば、より高感度なセンシングが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係るセンシング装置の実施形態について説明する。以下の説明において、同一の要素には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
図１は、本発明に係るセンシング装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。センシング装置は、金属微小構造体と光との共鳴現象を利用してセンシングを実施するものである。
【００１９】
図１に示すように、センシング装置１は、光源部１０と、測定チップ２０を含む測定セル３０と、検出手段４０と、解析装置５０とを備える。
【００２０】
光源部１０は、白色光Ｌ１を出力する光源１１と、光源１１から出力された白色光Ｌ１を平行光にするためのコリメータ１２と、コリメータ１２を通過し平行光となった白色光を２つの光束Ｌ２，Ｌ２にするためのスリット１３と、その２つの光束Ｌ２を測定チップ２０の側面２１ａに集光入射させるためのシリンドリカルレンズ１４と、６００〜１０００ｎｍの波長領域から所定の１００ｎｍ以下の波長領域の光を選択的に通す光学フィルタ１５とを有する。ここでは、スリット１３により分けられた光を明示するため光束Ｌ２としているが、以下、この光束Ｌ２を光Ｌ２とも称す。
【００２１】
この構成では、光源１１から出力されコリメータ１２を通って平行光になった白色光Ｌ１がスリット１３によって２つの光束Ｌ２，Ｌ２に分けられた後に、シリンドリカルレンズ１４によって測定チップ２０の側面２１ａに集光入射される。シリンドリカルレンズ１４の後段に光学フィルタ１５が設けられているため、測定チップ２０の側面２１ａに入射される光束Ｌ２は、上記所定の１００ｎｍ以下の波長領域に狭帯化された光である。測定チップ２０の側面２１ａに入射される光束Ｌ２が、後述するように金属微小構造体２３（図２（ｂ）参照）を照明する光（照明光）Ｌ３となる。
【００２２】
測定チップ２０は、その表面２１ｂに、金属微小構造体２３が固定されてなるセンサ領域２２（図２（ａ）参照）を少なくとも一つ有しており、側面２１ａから入射された光Ｌ２が、センサ領域２２を照明するための照明光Ｌ３として測定チップ２０の内部で導光可能に構成されている。この測定チップ２０は測定セル３０により保時されており、測定セル３０には、測定セル３０内に試料液Ｓを供給し、試料液Ｓと測定チップ２０とを接触させるため２つの流路５１，５２が接続されている。流路５１，５２は、例えばパイプである。２つの流路５１，５２のうち流路５１は、送液ポンプ等によって測定セル３０内に試料液Ｓを供給するためのものであり、流路５２は測定セル３０内から試料液Ｓを排出するためのものである。
【００２３】
検出手段４０は、レンズアセンブリ４１と受光装置４２とから構成されており、レンズアセンブリ４１は、センサ領域２２を構成する金属微小構造体２３による照明光Ｌ３の散乱光Ｌ４を受光装置４２に導き、受光装置４２はその散乱光Ｌ４を検出する。受光装置４２としては、測定チップ２０が備えるセンサ領域２２が一つの場合にはフォトダイオード又は光電子増倍管が例示され、測定チップ２０が備えるセンサ領域２２が複数の場合には、各センサ領域２２からの散乱光Ｌ４をそれぞれ検出するためにフォトダイオードアレイ又はＣＣＤカメラのような二次元配列された受光素子が例示される。
【００２４】
解析装置５０は、受光装置４２での検出結果を解析するためのものである。解析装置５０としては、例えば、ＡＤコンバータ等の信号処理部や、パーソナルコンピュータ等の解析部を含んで構成される。なお、解析装置５０がロックインアンプを備えることも好ましい。この場合、例えば、側面２１ａに入射する前段で光束Ｌ２にチョッパなどで変調を加えておき、ロックインアンプなどで増幅検出を行うことで高感度なセンシングが可能となる。これは特に、センサ領域２２が一つであり、受光装置４２としてフォトダイオード又は光電子増倍管を使用している場合に有効である。
【００２５】
次に、図２〜図４を参照して測定チップ及び測定セルの構成について詳述する。
【００２６】
図２（ａ）は、測定チップの概略構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は測定チップの概略構成を示す側面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ここでは測定チップ２０が複数のセンサ領域２２を有するものとして説明する。
【００２７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、測定チップ２０は、略直方体形状の基板２１の表面２１ｂ上にセンサ領域２２が複数形成されて構成されている。図２（ａ）では、９個のセンサ領域２２ａ〜２２ｉが形成されている場合を示している。複数のセンサ領域２２は、互いに離間している。基板２１の材料は、金属微小構造体２３と光との共鳴現象を生じさせる波長を含む波長領域に対して透明であり、基板２１周囲の媒質と基板２１との屈折率差により基板２１が光導波路として機能し、基板２１の側面２１ａから入射された光としての照明光Ｌ３を基板２１内部で伝搬可能な材料であればよい。基板２１の材料としては、ガラス、石英、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリスチレン系樹脂からなる群から選ばれた一つの材料とすることができる。センサ領域２２は、基板２１の表面２１ｂ上のセンサ領域２２となるべき領域に複数の金属微小構造体２３が固定されて形成されている。金属微小構造体２３としては、金微粒子が例示される。なお、図２（ａ）では、金属微小構造体２３は示していない。また、図２（ｂ）では、説明のために金属微小構造体２３を拡大して示している。他の図においても、金属微小構造体２３を図示するときは同様に拡大している。
【００２８】
上記測定チップ２０の構成では、側面２１ａから光束Ｌ２が所定の条件を満たして入射されると、側面２１ａから入射された光束Ｌ２を、基板２１内部を全反射を利用して導光可能である。センシング装置１では、側面２１ａから基板２１内に入射され基板２１内を導光している光束Ｌ２が照明光Ｌ３としてセンサ領域２２を構成する金属微小構造体２３を照明することになる。より詳細には、基板２１内部を導光している照明光Ｌ３のうち表面２１ｂ側からしみ出した部分、いわゆるエバネッセント光が金属微小構造体２３を照明することになる。そして、照明光Ｌ３が金属微小構造体２３により散乱された光である散乱光Ｌ４は、基板２１内を伝搬して表面２１ｂに対向する面としての裏面２１ｃから出射される。
【００２９】
図３は、測定セルの模式図である。なお、図３は、図１において検出手段側から見た場合の図を示している。図４は、図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った端面図である。
【００３０】
測定セル３０は、支持体３１、支持体３２、測定チップ２０及びＯリング３３を含んでおり、２つの支持体３１，３２を利用して測定チップ２０及びＯリング３３を挟み込む構造となっている。この構成では、支持体３１，３２及びＯリング３３は、測定チップ２０を保持する保持具として機能している。支持体３１には、支持体３１の厚さ方向に貫通しており流路５１及び流路５２と接続可能な流路３１ａ及び流路３１ｂが形成されている。また、支持体３２には、センサ領域２２からの散乱光Ｌ４を通すための開口３２ａが形成されている。
【００３１】
上記支持体３１，３２間に測定チップ２０は、センサ領域２２が形成された表面２１ｂが支持体３１側を向いており、更に、光源部１０からの光Ｌ２が側面２１ａから入射可能に側面２１ａが露出するように保持されている。この構成では、測定チップ２０と支持体３１との間にＯリング３３が配置されるため、測定チップ２０と支持体３１との間に試料液Ｓを導入するための空間３４が形成される。よって、流路５１及び流路５２に接続された流路３１ａ及び流路３１ｂを通して試料液Ｓを空間３４内に供給して測定し、測定終了後等に、空間３４内から試料液Ｓを排出することが可能となっている。更に、光源部１０から側面２１ａに集光入射される光Ｌ２が支持体３１，３２により遮られないように、側面２１ａが露出していることから、光源部１０からの光Ｌ２を側面２１ａから測定チップ２０内に確実に導入可能である。そして、支持体３２に開口３２ａが形成されているため、基板２１の裏面２１ｃから出射される散乱光Ｌ４を確実に検出手段４０に入射させることができるようになっている。
【００３２】
図５は、光源部からの光の測定チップへの入射方法を説明するための図面である。図５では、一つのセンサ領域２２を拡大して示している。図中の２つの一点鎖線は、それぞれ側面２１ａ及び表面２１ｂの法線である。
【００３３】
図１を利用して説明したように、測定チップ２０には、シリンドリカルレンズ１４を介して２つの光束Ｌ２，Ｌ２が側面２１ａから集光入射される。この際、センシング装置１では、以下の式（１）及び式（２）を満たすように２つの光束Ｌ２，Ｌ２は、側面２１ａに入射される。
ｎ０ｓｉｎθ０＝ｎ１ｓｉｎθ１・・・（１）
θｃ≦θ２＝９０°−θ１・・・（２）
ここで、ｎ０、ｎ１、ｎ２はそれぞれ光束Ｌ２の入射側媒質（例えば、空気）、測定チップ２０及びセンサ領域２２が接する試料液Ｓの屈折率である。また、θ０、θ１、θ２は、光束Ｌ２の側面２１ａへの入射角、側面２１ａから基板２１内への照明光Ｌ３の出射角、照明光Ｌ３の表面２１ｂへの入射角である。また、θｃは臨界角であり式（３）により規定される。
ｓｉｎθｃ＝ｎ２／ｎ１・・・（３）
なお、式（２）を満たすために、ｎ２＞ｎ１を満たす必要がある。
【００３４】
センシング装置１において、光源部１０から出力された２つの光束Ｌ２，Ｌ２が式（１）及び式（２）を満たす条件で、測定チップ２０の側面２１ａから入射すると、各光束Ｌ２，Ｌ２は、それぞれ照明光Ｌ３として測定チップ２０内を全反射しながら伝搬し、センサ領域２２を照明する。センサ領域２２は金属微小構造体２３が基板２１の表面２１ｂの所定領域に固定されて形成されたものであるため、照明光Ｌ３が金属微小構造体２３により散乱される。そして、この散乱光Ｌ４が測定チップ２０を構成する基板２１の裏面２１ｃ側から支持体３２の開口３２ａを通して出力され、レンズアセンブリ４１で受光装置４２に導かれて検出される。
【００３５】
金属微小構造体２３に光が入射すると、特定波長において局在表面プラズモン共鳴が生じ、金属微小構造体２３による光の散乱光強度が増加することが知られており、上記特定波長は、金属微小構造体２３及びその周囲の屈折率に依存する。よって、金属微小構造体２３を照明光Ｌ３により照明しながら、測定セル３０の空間３４内に試料液Ｓを供給すると、試料液Ｓに含まれる物質等の屈折率によっては、局在表面プラズモン共鳴を示す波長が変化するため、散乱光強度が変化する、すなわち、共鳴ピークが変化する。従って、散乱光強度の変化により、試料液Ｓに所定の物質等が含まれるか否かを測定することができる。また、例えば、抗原抗体反応等に例示されるように、被検体と特異的に結合するプローブ分子が存在する場合には、被検体を検出することができる。すなわち、被検体と特異的に結合するプローブ分子を金属微小構造体２３に結合させておいて、試料液Ｓを空間３４に供給すると、試料液Ｓに被検体が含まれている場合には、被検体が金属微小構造体２３に結合する。その結果、金属微小構造体２３又はその周囲の屈折率が変化するため、共鳴ピークが変化する。よって、共鳴ピークの変化を検出することで、被検体を検出できる。
【００３６】
センシング装置１では、測定チップ２０を側面２１ａから光Ｌ２を入射して測定チップ２０を光導波路として機能させることで、光Ｌ２を照明光Ｌ３として測定チップ２０内部を導光させながらエバネッセント光を利用してセンサ領域２２、すなわち、金属微小構造体２３を照明している。この場合、背景光の影響を受けないので、高感度な測定が可能となる。更に、従来法のように、分光器を用いないでもよいため、簡易な構成とすることができる。また、複数の光束Ｌ２を測定チップ２０に入射させているため、表面２１ｂ上に複数のセンサ領域２２が設けられている場合であっても、各センサ領域２２をより均一に照明することが可能であり、高感度な局在表面プラズモン共鳴センシングが可能である。更に、例えば、図２（ａ）に示したように、センサ領域２２を表面２１ｂ上に複数設けている場合には、センサ領域２２毎に、金属微小構造体２３に結合させるべきプローブ分子を互いに異なるものを選択することで、一度の試料液Ｓの送液により複数の被検体を検出することも可能である。この場合、多検体検出を高感度に実施することができる。
【００３７】
以下では、金属微小構造体２３として金微粒子を採用すると共に、基板２１をガラス基板とした場合の測定チップの作製方法の一例について具体的に説明する。ここでは、図２に示すように、９個のセンサ領域２２ａ〜２２ｉを形成するものとする。
【００３８】
先ず、ガラス基板２１へ、５％（ｖ／ｖ）３―アミノプロピルトリメトキシシラントルエン溶液を滴下し、５分間静置する。次いで、ガラス基板２１をエタノールで６回、純水で３回超音波洗浄する。この操作により基板表面２１ｂはアミノ基で覆われる。
【００３９】
エチレングリコールを５３．３％（ｖ／ｖ）とした０．４７ｎＭの金微粒子分散液を調製したのち、微量スポット装置を用いることで表面２１ｂをアミノ基で被覆した基板２１の表面２１ｂの複数箇所へ７０ｎＬずつ滴下し、湿度を９０％保った容器内で１時間静置する。この手順により、センサ領域２２ａ〜２２ｉとなる領域へは、粒子密度５０個／μｍ２程度となるよう、金微粒子２３が配置される。
【００４０】
上記金微粒子溶液は、例えばクエン酸還元法により合成したものを利用すればよく、具体的には次のようにして準備する。すなわち、約１ｍＭテトラクロロ金（ＩＩＩ）酸四水和物水溶液を、ホットプレート等で加熱しながら攪拌を行う。十分に沸騰してから約１０ｍＭクエン酸三ナトリウム水溶液を加えてから十分加熱攪拌し、常温まで冷却した後、０．２０μｍの細孔をもつメンブレンフィルターでろ過することで、金微粒子水溶液とする。
【００４１】
その後、純水で洗浄し、金微粒子２３が固定されたガラス基板２１を、０．４ｍＭ塩酸ヒドロキシルアミン溶液と０．２４ｍＭテトラクロロ金（ＩＩＩ）酸四水和物水溶液との混合液である粒子成長溶液に３回浸漬する。これにより、金微粒子２３の粒径が６０〜９０ｎｍまで増大し、散乱光測定が可能なセンサ領域２２ａ〜２２ｉを作成することができる。
【００４２】
上記のように金微粒子２３を用いてセンサ領域２２ａ〜２２ｉを作成する場合には、例えば特開２００７−３０３９７３号公報に記載されているように、金微粒子２３と相互作用しないアミノ基へブロッキング剤を作用させる等により金微粒子２３の凝集を抑制することが好ましい。
【００４３】
図６及び図７は、以上の手順で作成した測定チップ２０の、センサ領域２２ａ〜２２ｉ毎の散乱光スペクトルを示す図面である。各図において横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は散乱光強度（任意単位：ａ．ｕ．）を示している。図６（ａ）〜図６（ｆ）は、図２（ａ）に示したセンサ領域２２ａ〜２２ｆに対応する散乱スペクトルである。また、図７（ａ）〜図７（ｃ）は、センサ領域２２ｇ〜２２ｉに対応する散乱スペクトルである。ガラス基板２１の寸法は、１８ｍｍ×１８ｍｍとした。また、センサ領域２２ａ〜２２ｉは、３×３＝９個とし、３ｍｍ間隔で配置している。各センサ領域２２ａ〜２２ｉの面積は０．１２５ｍｍ２である。スペクトル測定は、暗視野光源及び分光器を備えた倒立顕微鏡により測定した。共鳴ピーク位置は平均で６０３．７±１５．１ｎｍであり、均一なセンサアレイであることが分かる。この共鳴ピークより長波長側の領域の散乱光強度を測定することで高感度にセンサ領域２２ａ〜２２ｉに接する試料液Ｓ又は試料液Ｓに含まれる被検体の屈折率を測定することが可能である。
【００４４】
次に、測定チップ２０を利用して抗原抗体反応等の生体分子相互作用の測定を実施するために抗体や任意のタンパク質を、センサ領域２２を構成する金属微小構造体２３に導入する手順を具体的に示す。ここでは、測定チップ２０には、上述した作製方法の一例により表面２１ｂ上の所定領域上に金属微小構造体２３としての金微粒子２３が固定されてなる９個のセンサ領域２２ａ〜２２ｉが形成されているものとする。
【００４５】
測定チップ２０の表面２１ｂ上へ０．５ｍＭメルカプトウンデンカン酸（ＭＵＡ）エタノール溶液を滴下し、５時間静置する。静置する際には、湿度を９０％以上とした容器内で保存する。次に、余剰のＭＵＡを除去するために再度エタノールに２０分浸漬した後に取り出して、測定チップ２０を純水へ１分間程度浸漬してから取り出して更に純水で洗浄する。これにより、センサ領域２２ａ〜２２ｉに配置された金微粒子２３の表面にＭＵＡ膜が形成される。
【００４６】
ＥＤＡＣとＮＨＳを、０．２Ｍとなるようそれぞれ０．１ＭのＭＥＳ buffered Salineへ溶解し、１：１で混合した後、その混合液をＭＵＡ膜を形成する工程を経た測定チップへ滴下し、３０分静置する。その後、滴下された混合液を除去してから、抗体またはタンパク質を適切量、ＰＢＳに溶解し、測定チップ２０へ滴下した後、１時間静置する。これにより、測定チップ２０上のセンサ領域２２ａ〜２２ｉに配置された金微粒子２３表面のＭＵＡ上へ、抗体又はタンパク質が結合する。
【００４７】
なお、上記ＥＤＡＣとは、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide, hydrochloride）である。ＮＨＳとは、Ｎ−ヒドロキシコハク酸（N-hydroxysuccinicacid）である。ＭＥＳとは、２−モルホリノエタンスルホン酸一水和物（2-morpholino ethanesulfonicacid, monohydrate）である。また、０．１ＭのＭＥＳ bufferedSalineは、０．１ＭのＭＥＳと０．９％（ｗ／ｖ）の塩化ナトリウムを溶解させてｐＨを４．５〜５とした溶液である。更に、ＰＢＳとは、１０ｍＭのリン酸緩衝液へ０．９％（ｗ／ｖ）の塩化ナトリウムを溶解させて、ｐＨを７．４とした溶液である。
【００４８】
図８は、上記手順において、抗原及び抗体の対として、ＨＯＰ（Ｈｓｐ７０／Ｈｓｐ９０ organizing protein）及び抗ＨＯＰ抗体を用いた場合の測定結果を示す図面である。横軸は時間を示し、縦軸は散乱光強度（ａ．ｕ．）を示している。この測定では、金微粒子２３には抗ＨＯＰ抗体をプローブ分子として結合している。これまで説明した手順と同様の手順により、測定チップ２０の各センサ領域２２ａ〜２２ｉを構成する金微粒子２３に抗ＨＯＰ抗体をプローブ分子として結合させた。センサ領域２２ａ〜２２ｉへ抗体を結合させる操作において、ＰＢＳに溶解する抗体の濃度は２２μｇ／ｍＬとした。そして、測定チップ２０を測定セル３０にセットし、図１に示したセンシング装置１で測定を実施した。なお、受光装置４２としてはＣＣＤカメラを利用した。照明光Ｌ３の波長は、６１０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長範囲を有するとした、すなわち、光学フィルタ１５として、上記波長範囲を選択的に通すものを使用した。測定時には、まず、ＰＢＳを送液した後、１．７５ｎＭのＨＯＰを溶解したＰＢＳを送液し、その後、再度ＨＯＰを含まないＰＢＳを緩衝液として送液した。
【００４９】
図８に示すように、ＨＯＰを溶解したＰＢＳを送液することによって、シグナル強度は上昇し、再度ＰＢＳを送液すると、シグナルは減少することが見て取れる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、光源部１０は、側面２１ａに入射する、照明光Ｌ３となるべき光Ｌ１を出力する光源を備えていればよい。この場合には、図１において、センシング装置１は、その光源から出力された光Ｌ１を側面２１ａに集光入射させるための集光手段を備えることができる。また、図１に示したように、コリメータ１２、スリット１３及び光学フィルタ１５を適宜配置してもよい。
【００５１】
光源部１０は、光学フィルタ１５を利用して照明光Ｌ３となるべき光束Ｌ２の波長領域を調整しているが、白色光源を使用せずに、元々所望の波長を有する光を出力可能な光源を用いることも可能であり、この場合には、光学フィルタ１５は設けなくてもよい。また、光学フィルタ１５の位置は光源１１と、側面２１ａとの間であれば特に限定されない。
【００５２】
センサ領域２２を均一に照射する観点からは複数の光束が側面２１ａに入射されることが好ましいが、側面２１ａへは一つの光束が入射されるようになっていてもよい。例えば、センサ領域２２が一つの場合には、光源部１０はスリット１３を有しなくてもよい。
【００５３】
また、測定チップ２０は、基板２１の表面２１ｂ上にセンサ領域２２が形成されたものとしたが、側面２１ａから入射される光Ｌ２を測定チップ２０内で導光可能であって、表面２１ｂ上に金属微小構造体２３からなるセンサ領域２２が形成されているものであればよい。
【００５４】
更に、金属微小構造体２３の一例として金微粒子を挙げたが、光と共鳴現象を生じせしめるものであれば特に限定されず、例えば、銀からなる微粒子を用いることも可能である。更に、金属微小構造体２３の形状は、光と共鳴現象を生じせしめるものであれば特に限定されず、例えば、立方体、円柱、三角錐、ピラミッド構造等のような形状のものを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るセンシング装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、測定チップの概略構成を示す平面図である。（ｂ）は測定チップの概略構成を示す側面図である。
【図３】測定セルの模式図である。
【図４】図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った端面図である。
【図５】光源部からの光の測定チップへの入射方法を説明するための図面である。
【図６】図２（ａ）に示した複数のセンサ領域の一部の散乱光スペクトルを示す図面である。
【図７】図２（ａ）に示した複数のセンサ領域の他の部分の散乱光スペクトルを示す図面である。
【図８】図１に示したセンシング装置を利用した測定結果の一例を示す図面である。
【符号の説明】
【００５６】
１…センシング装置、１０…光源部、２０…測定チップ、２１…基板、２１ａ…側面（測定チップの側面）、２１ｂ…表面（測定チップの表面）、２２…センサ領域、２３…金属微小構造体、４２…受光装置、Ｌ１…照明光となる光、Ｌ２…光束（照明光となる光）、Ｌ３…照明光、Ｌ４…散乱光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属微小構造体と光との共鳴現象を利用したセンシング装置であって、
前記金属微小構造体を有するセンサ領域を表面上に一つ又は複数有しており、前記センサ領域を照明する照明光を内部で導光可能な測定チップと、
前記照明光となる光を出力する光源部と、
前記センサ領域における前記金属微小構造体によって前記照明光が散乱された散乱光を検出する受光装置と、
を備え、
前記測定チップは、前記表面の側方に位置している側面を有し、
前記光源部からの前記光は前記側面から前記測定チップ内に入射される、ことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記測定チップは、ガラス、石英、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリスチレン系樹脂からなる群から選ばれた一つの材料からなることを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記光源部は、複数の光束の各々を、前記照明光となる光として出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記照明光は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域のうちの所定の１００ｎｍ以内の波長領域に狭帯化された光であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記受光装置は、前記センサ領域が一つの場合には、フォトダイオード又は光電子増倍管であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のセンシング装置。
【請求項６】
前記受光装置は、前記センサ領域が複数の場合には、フォトダイオードアレイ又はＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のセンシング装置。
【請求項１】
金属微小構造体と光との共鳴現象を利用したセンシング装置であって、
前記金属微小構造体を有するセンサ領域を表面上に一つ又は複数有しており、前記センサ領域を照明する照明光を内部で導光可能な測定チップと、
前記照明光となる光を出力する光源部と、
前記センサ領域における前記金属微小構造体によって前記照明光が散乱された散乱光を検出する受光装置と、
を備え、
前記測定チップは、前記表面の側方に位置している側面を有し、
前記光源部からの前記光は前記側面から前記測定チップ内に入射される、ことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
前記測定チップは、ガラス、石英、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリスチレン系樹脂からなる群から選ばれた一つの材料からなることを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記光源部は、複数の光束の各々を、前記照明光となる光として出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンシング装置。
【請求項４】
前記照明光は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域のうちの所定の１００ｎｍ以内の波長領域に狭帯化された光であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のセンシング装置。
【請求項５】
前記受光装置は、前記センサ領域が一つの場合には、フォトダイオード又は光電子増倍管であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のセンシング装置。
【請求項６】
前記受光装置は、前記センサ領域が複数の場合には、フォトダイオードアレイ又はＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のセンシング装置。
【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２００９−１９２２５９（Ｐ２００９−１９２２５９Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０７２５（Ｐ２００８−３０７２５）
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（５０４４０９５４３）国立大学法人秋田大学 (210)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（５０４４０９５４３）国立大学法人秋田大学 (210)
【Ｆターム（参考）】
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