表面プラズモンセンサー
【課題】抗体のような測定対象物質を特異的に認識する物質をセンサーに固定化することなく極めて高い感度で検出する。
【解決手段】プリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して表面プラズモンを発生させる入射角で入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段および／又は該表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する手段を備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、該不撓性膜が荷電物質であることを特徴とする。
【解決手段】プリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して表面プラズモンを発生させる入射角で入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段および／又は該表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する手段を備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、該不撓性膜が荷電物質であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して試料中の物質を分析する表面プラズモンセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。
【０００３】
従来、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、特許文献１に記載のKretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えてなるものである。
【０００５】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって出射角が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器によって検出したり、出射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサーによって検出したりすることができる。一方後者の場合は、種々の出射角で出射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサーによって検出することができる。
【０００６】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、Ｐ偏光（センサー面に垂直な偏光成分）の光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立すると、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、プリズムと金属膜との界面で全反射する光の強度が鋭く低下する。
【０００７】
この現象が生じる入射角θSPより表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫSP、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εm とεs をそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】
【０００９】
試料の誘電率εs が分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上記反射光強度が低下する入射角θSPを知ることにより、試料中の特定物質を定量分析することができる。
【００１０】
また、バイオ測定等において、高感度かつ簡易な測定法として蛍光法が広く用いられている。この蛍光法は、特定波長の光により励起されて蛍光を発する検出対象物質を含むと考えられる試料に上記特定波長の励起光を照射し、そのときの蛍光を検出することによって検出対象物質の存在を確認する方法である。検出対象物質が蛍光体でない場合には、蛍光体で標識されて検出対象物質と特異的に結合する物質を試料に接触させ、その後上記と同様にして蛍光を検出することにより、この結合すなわち検出対象物質の存在を確認することも広く行われている。
【００１１】
図３は、上記の標識された物質を用いる蛍光法を実施するセンサーの一例を概略表示するものである。この蛍光センサーは一例として試料１に含まれる抗原２を検出するためのものであり、基板３には抗原２と特異的に結合する第一抗体４が塗布されている。そしてこの基板３上に設けられた試料保持部５の中において試料１が流され、次いで同様に蛍光体１０で標識されて抗原２と特異的に結合する第二抗体６が流される。その後、基板３の表面部分に向けて光源７から励起光８が照射され、光検出器９により蛍光検出がなされる。このとき、光検出器９によって所定の蛍光が検出されれば、上記第二抗体６と抗原２との結合、すなわち試料１中における抗原２の存在を確認できることになる。
【００１２】
なお以上の例では、蛍光検出によって実際に存在が確認されるのは第二抗体６であるが、この第二抗体６は抗原２と結合しなければ流されてしまって基板３上に存在し得ないものであるから、この第二抗体６の存在を確認することにより、間接的に検出対象物質である抗原２の存在が確認されることとなる。
【００１３】
しかしながら、図４に示したような従来の蛍光センサーでは、基板と試料との界面における励起光の反射光／散乱光や、検出対象物質以外の不純物／浮遊物Ｍ等による散乱光がノイズとなるため、せっかく光検出器を高性能化しても蛍光検出におけるＳ／Ｎは向上しないのが実情であった。
【００１４】
これに対する解決法として、例えば非特許文献１に示されるようなエバネッセント蛍光法、つまりエバネッセント波を用いる蛍光法が提案されている。この蛍光法を実施する蛍光センサーの一例を図４に概略的に示す。なおこの図５において、図４中の構成要素と同等の構成要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００１５】
この蛍光センサーにおいては、前述の基板３に代わるものとしてプリズム（誘電体ブロック）１３が用いられ、そして光源７からの励起光８は、このプリズム１３と試料１との界面で全反射する条件で、プリズム１３を通して照射される。この構成においては、励起光８が上記界面で全反射するとき該界面近傍に染み出すエバネッセント波１１により第二抗体６が励起される。そして蛍光検出は、試料１に対してプリズム１３と反対側（図中では上方）に配された光検出器９によってなされる。
【００１６】
この蛍光センサーにおいては、励起光８は図中の下方に全反射するので、上方からの蛍光検出において、励起光検出成分が蛍光検出信号に対するバック・グラウンドとなってしまうことがない。またエバネッセント波１１は上記界面から数百ｎｍの領域にしか到達しないので、試料中の不純物／浮遊物Ｍからの散乱を殆ど無くすことができる。そのため、このエバネッセント蛍光法は、従来の蛍光法と比べて（光）ノイズを大幅に低減でき、検出対象物質を１分子単位で蛍光測定できる方法として注目されている。
【００１７】
また、さらに高感度で蛍光測定できるセンサーとして、図６に示すような表面プラズモン増強蛍光センサーも知られている。この表面プラズモン増強蛍光センサーは、例えば特許文献２に記載があるもので、図５の蛍光センサーと比べると基本的に、プリズム１３の上に金属膜２０が形成されている点が異なる。すなわち、このような金属膜２０が形成されていることにより、励起光８が照射されたときこの金属膜２０中に表面プラズモンが生じ、その電場増幅作用によって蛍光が増幅されるようになる。あるシミュレーションによると、その場合の蛍光強度は１０００倍程度まで増幅されることも判っている。
【００１８】
しかし、上述のような表面プラズモン増強蛍光センサーにおいては、非特許文献２に示されているように、試料中の蛍光体と金属膜とが接近し過ぎていると、蛍光体内で励起されたエネルギーが蛍光を発生させる前に金属膜へ遷移してしまい、蛍光が生じないという現象（いわゆる金属消光）が起こり得る。
【００１９】
この金属消光に対処するために非特許文献２には、金属膜の上にＳＡＭ（自己組織化膜）を形成し、それにより試料中の蛍光体と金属膜とをこのＳＡＭの厚さ以上離間させることが提案されている。なお図６でも、このＳＡＭに番号２１を付けて示してある。また非特許文献３では、この金属消光に関連して、表面プラズモンにより増強された蛍光強度の、金属膜からの距離に対する依存性が検討されている。
【００２０】
ところで、これまで述べてきた表面プラズモンセンサーを用いて特定の物質を検出する場合、いずれの場合においても、測定対象物質を特異的に認識する物質をセンサー基板表面に固定化する必要がある。特定の物質を特異的に認識する物質としては、抗体が例として挙げられる。抗体を固定化する方法としては、非特許文献４に記載されている物理吸着による固定化方法ならびに共有結合を形成させることによる固定化方法などが用いられる。
【００２１】
一般に、抗体を固定化した場合、固相−液相での反応形式となるため、反応効率が著しく低下してしまうことや、結合定数が低下してしまうことが知られている。このことから、検出感度の低下や、反応時間が長時間必要であるなどの問題がある。さらに、異なる測定対象物質に対しては、それぞれに特異的な抗体を固定化する必要があり、センサーの汎用性の向上を妨げる要因でもある。
【特許文献１】特開平６−１６７４４３号
【特許文献２】特許第３５６２９１２号公報
【非特許文献１】「バイオイメージングでここまで理解る」p.104-113 楠見明弘他著 羊土社
【非特許文献２】W.Knoll他、Analytical Chemistry（Anal.Chem.）75(2003) p.2610
【非特許文献３】W.Knoll他、Colloids and Surfaces. A.（Colloids Surf. A）, 171(2000) p.115
【非特許文献４】「Immunoassay」p.129-163 J. P. Gosling他著 Oxford University Press
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
測定対象物質を特異的に認識する物質を固定化した場合、固相−液相での反応による反応効率の著しい低下や、結合定数の低下が懸念される。このことから、検出感度の低下や、反応時間が長時間必要であるなどの問題がある。さらに、異なる測定対象物質に対しては、それぞれに特異的な物質をそれぞれセンサーに固定化する必要があり、センサーの汎用性の向上を妨げる要因でもある。
【００２３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、測定対象を特異的に認識する物質をセンサー表面に固定化することなく、極めて高い感度で検出することができる表面プラズモンセンサー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】
【００２４】
本発明の第１の表面プラズモンセンサーは、プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の第２の表面プラズモンセンサーは、プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、該表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の第３の表面プラズモンセンサーは、プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段と、表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えてなる表面プラズモン蛍光センサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴としている。
【００２７】
また、前記不撓性膜としては、アニオン性物質またはカチオン性物質から選択され、ポリマーからなるものが好適に用いられる。
【００２８】
前記不撓性膜に荷電性物質を用いることにより、不撓性膜とは逆の荷電を有する物質を選択的にセンサー表面に濃縮することが可能となる。
【００２９】
ここで、上記の「不撓性」とは、表面プラズモン増強蛍光検出を普通に行っているうちに膜厚が変わってしまうほどに変形することが無い程度の剛性を備えていることを意味する。前記不撓性膜の膜厚は、１０〜１００ｎｍの範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
表面プラズモンセンサーにおいて表面プラズモンが励起されると、金属膜の表面近傍には強い電場が発生する。この電場内に分析対象物質が存在していると、全反射光強度が低下や、分析対象物質によって表面プラズモンの電場が乱されることによる散乱光の発生などの光学的変化を伴う。
【００３１】
上記構成を有する本発明の各表面プラズモンセンサーにおいて、金属膜の上に形成された不撓性膜を荷電物質とすることによって、不撓性膜とは逆の荷電を有する物質を選択的にセンサー表面に濃縮することが可能となる。
【００３２】
すなわち、静電的な相互作用を利用するので、予め測定対象物質を特異的に認識する物質を固定化することなくセンサー表面に集めることができる。これにより、捕捉反応を液層で行えるため、固相での反応と比較して反応効率が向上し、極めて高い感度で検出すること可能となるとともに、反応時間の短縮が可能となる。また、抗体などの測定対象物質を特異的に認識する物質を予め固定化する必要が無いため、センサーの汎用性の向上が可能となる。
【００３３】
本発明による第１の表面プラズモンセンサーは、光ビームをプリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えたことにより、全反射解消角θ ＳＰ の検出による試料分析を行なうことができる。
【００３４】
また、本発明による第２の表面プラズモンセンサーは、試料中の物質が表面プラズモンにより励起されて発した蛍光を検出する蛍光検出手段を備えているから、この第２の表面プラズモンセンサーによれば、分析対象物質を蛍光色素等で標識しておき、上記蛍光を検出することによって免疫反応等を分析することも可能になる。
【００３５】
さらに、本発明の第３の表面プラズモンセンサーは、第２のプラズモンセンサーに、プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段を併せ持っており、全反射解消角θＳＰの検出による試料分析も行なうことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の表面プラズモンセンサーの実施形態について説明する。図１は、本発明の表面プラズモンセンサーの実施に利用される表面プラズモンセンサー（以下、単にセンサーという）を示す概略側面図である。図示の通りこのセンサーは、励起光８を発する半導体レーザ等の光源７と、上記励起光８を透過させる材料からなり、この励起光８が一端面から入射する位置に配されたプリズム（誘電体ブロック）１３と、このプリズム１３の一表面１３ａに形成された、例えば金、銀等からなる金属膜２０と、この金属膜２０の上に形成された荷電物質からなる不撓性膜３１と、プリズム１３と反対側から不撓性膜３１に液体状試料１が接するように該試料１を保持する試料保持部５と、光源７から発散光状態で出射した光ビーム８をプリズム１３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１５と、プリズム１３と金属膜２０との界面１３ａで全反射した光ビーム8の強度を検出する光検出手段４１とを備えている。
【００３７】
励起光8は、シリンドリカルレンズ１５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θ 1 と最大入射角θ 2 とを例示するように、界面1３ａ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8は界面13ａで全反射し、この反射した光ビーム８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。
【００３８】
光検出手段４１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8を受光できる方向に受光部が延びる、例えばＣＣＤラインセンサ等が用いられている。そこで、この光検出手段４１の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓは、上記種々の反射角毎に（つまり、種々の入射角毎に）光ビーム８の強度を示すものとなる。
【００３９】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。分析対象物質２を含む試料液１および分析対象物質２を特異的に認識する物質４は、上記不撓性膜に接触する状態で試料保持部５に配置される。ここで、分析対象物質２を特異的に認識する物質４は不撓性膜と逆の荷電物質５１で標識されており、静電的相互作用によって分析対象物質２および分析対象物質２を特異的に認識する物質４の複合体がセンサー表面に濃縮される。
試料分析に際しては、シリンドリカルレンズ１５の作用で上述のように集束する光ビーム８が金属膜２０に向けて照射される。この金属膜２０とプリズム１３との界面１３ａで全反射した光ビーム８は、光検出手段４１で検出される。
【００４０】
前述した通り、光検出手段４１の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓは、全反射した光ビーム８の強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。
ここで、ある特定の入射角θ SP で入射した光は、金属膜２０と試料液１との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。光検出手段４１の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓを用いれば上記入射角θ SP が分かり、このθ SP の値に基づいて試料液１中の物質２を定量分析することができる。その理由は、先に詳しく説明した通りである。
【００４１】
上述のように、分析対象物質２を特異的に認識する物質４は不撓性膜とは逆の荷電物質５１で標識されており、試料液１の金属膜２０に接する部分では分析対象物質２の濃度が高くなり、該分析対象物質２を短時間内に分析可能となる。
【００４２】
不撓性膜３１としては、カチオン性またはアニオン性物質から選択され、好ましくはポリマーが用いられる。アニオン性ポリマーとしては、ポリマー鎖の一部又はそこに直接結合したカルボキシル基、水酸基、硫酸基及び／又はリン酸基を含有するポリマーを用いることができる。また、カチオン性ポリマーとしては、ポリマー鎖の一部又はそこに直接結合した一級、二級、三級及び／又は四級アミン基を含有するポリマーを用いることができる。
【００４３】
分析対象物質２を特異的に認識する物質４としては、例えば分析対象物質２が１本鎖核酸の場合、該１本鎖核酸と相補的に結合する１本鎖核酸が、分析対象物質２がタンパク質等の場合、該分析対象物質２に対する抗体が挙げられる。
【００４４】
また上記の実施形態においては、種々の入射角qを得るため、比較的太い光ビーム８を界面１３ａで集束するように入射させているが、比較的細い光ビームを偏向させることによって種々の入射角qを得るようにしても良い。
【００４５】
次に図２を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。この図２の表面プラズモンセンサーは図示の通り、光ビーム８を発する半導体レーザ等の光源７と、上記光ビーム８を透過させる材料からなり、この光ビーム８が一端面から入射する位置に配されたプリズム（誘電体ブロック）１３と、このプリズム１３の一表面１３ａに形成された金、銀等からなる金属膜２０と、この金属膜２０の上に形成された荷電物質からなる不撓性膜３１と、プリズム１３と反対側から不撓性膜３１に液体状試料１が接するように該試料１を保持する試料保持部５と、この試料保持部５の上方に配された光検出器（蛍光検出手段）９とを備えてなるものである。
【００４６】
なお図２では、光源７が、励起光８を、プリズム１３と金属膜２０との界面に向けて、全反射条件を満たすようにプリズム１３を通して入射させるように配置されている。つまりこの光源７自体が、プリズム１３に対して励起光８を上述のように入射させる入射光学系を構成している。しかしこのような構成に限らず、励起光８を上述のように入射させるレンズやミラーなどからなる入射光学系を、光源７とは別途設けるようにしても何ら支障はない。
【００４７】
以下、上記構成の第２の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。分析対象物質２を含む試料液１、分析対象物質２を特異的に認識する物質４および上記センサーで検出可能な蛍光体１０で標識された分析対象物質２を特異的に認識する物質６は、は、上記不撓性膜に接触する状態で試料保持部５に配置される。ここで、分析対象物質２を特異的に認識する物質４は不撓性膜と逆の荷電物質５１で標識されており、静電的相互作用によって分析対象物質２および分析対象物質２を特異的に認識する物質４および６の複合体がセンサー表面に濃縮される。
試料分析に際しては、シリンドリカルレンズ１５の作用で上述のように集束する光ビーム８が金属膜２０に向けて照射される。蛍光体１０は、表面プラズモンによって増強された、金属膜表面に染み出したエバネッセント波によって励起され蛍光を発する。この蛍光強度に基づいて試料液１中の物質２を定量分析することができる。
【００４８】
なお、金属の近傍に存在する蛍光体は、金属へのエネルギー移動により消光を起こす。エネルギー移動の程度は、金属が半無限の厚さを持つ平面なら距離の３乗に反比例して、金属が無限に薄い平板なら距離の４乗に反比例して、また、金属が微粒子なら距離の６乗に反比例して小さくなる。そして前述した非特許文献３にも述べられているように、金属膜の場合は、金属と蛍光分子との間の距離は少なくとも 数ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上確保しておくことが望ましい。従って不撓性膜３１の膜厚の下限値は１０ｎｍとすることが好ましい。
【００４９】
一方、蛍光体分子は、表面プラズモンによって増強された、金属膜表面に染み出したエバネッセント波によって励起される。エバネッセント波の到達範囲（金属膜表面からの距離）は高々波長程度であり、その電界強度は金属膜表面からの距離に応じて指数関数的に急激に減衰することが知られている。実際、波長８０８ｎｍの近赤外光では、エバネッセント波の染み出しが生じているのは、波長（８０８ｎｍ）程度であり、１００ｎｍを超えるとその電界強度が急激に減衰する。蛍光体分子を励起する電界強度は大きいほど望ましいので、効果的な励起を行なうためには、金属膜表面と蛍光体分子との距離を１００ｎｍより小さくすることが望ましい。従って、不撓性膜３１の膜厚の上限値は１００ｎｍとすることが好ましい。
【００５０】
上述のように、分析対象物質２を特異的に認識する物質４は不撓性膜とは逆の荷電物質５１で標識されており、試料液１の金属膜２０に接する部分では分析対象物質２の濃度が高くなり、該分析対象物質２を短時間内に分析可能となる。
【００５１】
不撓性膜３１としては、カチオン性またはアニオン性物質から選択され、好ましくはポリマーが用いられる。アニオン性ポリマーとしては、ポリマー鎖の一部又はそこに直接結合したカルボキシル基、水酸基、硫酸基及び／又はリン酸基を含有するポリマーを用いることができる。また、カチオン性ポリマーとしては、ポリマー鎖の一部又はそこに直接結合した一級、二級、三級及び／又は四級アミン基を含有するポリマーを用いることができる。
【００５２】
分析対象物質２を特異的に認識する物質４としては、例えば分析対象物質２が１本鎖核酸の場合、該１本鎖核酸と相補的に結合する１本鎖核酸が、分析対象物質２がタンパク質等の場合、該分析対象物質２に対する抗体が挙げられる。
【００５３】
光検出器９としては、蛍光検出器であればいずれの場合も用いることができる。例えば富士写真フイルム株式会社製 ＬＡＳ−１０００（商品名）が用いられる。
【００５４】
次に、図３を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。この図３の表面プラズモンセンサーは図１のものと比べると、基本的に、試料保持部５の上方に配された光検出器（蛍光検出手段）９が付加された点が異なるものである。
【００５５】
このように、試料中の物質が表面プラズモンにより励起されて発した蛍光を検出する蛍光検出手段を付加しておけば、分析対象物質を蛍光色素等で標識しておき、上記蛍光を検出することによって免疫反応等を分析することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】本発明の第２の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図３】本発明の第３の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図４】従来の蛍光センサーの一例を示す概略側面図
【図５】従来の蛍光センサーの別の例を示す概略側面図
【図６】従来の蛍光センサーのさらに別の例を示す概略側面図
【符号の説明】
【００５７】
１ 試料
２ 分析対象物質
４ 分析対象物質を特異的に認識する第一の物質
５ 試料保持部
６ 分析対象物質を特異的に認識する第二の物質
７ 光源
８ 光ビーム
９ 光検出器
１０ 蛍光体
１３ プリズム
１５ シリンドリカルレンズ
２０ 金属膜
３１ 荷電性不撓性膜
４１ 光検出器
５１ 荷電性標識物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して試料中の物質を分析する表面プラズモンセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。
【０００３】
従来、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、特許文献１に記載のKretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えてなるものである。
【０００５】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって出射角が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期移動する小さな光検出器によって検出したり、出射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサーによって検出したりすることができる。一方後者の場合は、種々の出射角で出射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサーによって検出することができる。
【０００６】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、Ｐ偏光（センサー面に垂直な偏光成分）の光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立すると、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、プリズムと金属膜との界面で全反射する光の強度が鋭く低下する。
【０００７】
この現象が生じる入射角θSPより表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫSP、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εm とεs をそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】
【０００９】
試料の誘電率εs が分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上記反射光強度が低下する入射角θSPを知ることにより、試料中の特定物質を定量分析することができる。
【００１０】
また、バイオ測定等において、高感度かつ簡易な測定法として蛍光法が広く用いられている。この蛍光法は、特定波長の光により励起されて蛍光を発する検出対象物質を含むと考えられる試料に上記特定波長の励起光を照射し、そのときの蛍光を検出することによって検出対象物質の存在を確認する方法である。検出対象物質が蛍光体でない場合には、蛍光体で標識されて検出対象物質と特異的に結合する物質を試料に接触させ、その後上記と同様にして蛍光を検出することにより、この結合すなわち検出対象物質の存在を確認することも広く行われている。
【００１１】
図３は、上記の標識された物質を用いる蛍光法を実施するセンサーの一例を概略表示するものである。この蛍光センサーは一例として試料１に含まれる抗原２を検出するためのものであり、基板３には抗原２と特異的に結合する第一抗体４が塗布されている。そしてこの基板３上に設けられた試料保持部５の中において試料１が流され、次いで同様に蛍光体１０で標識されて抗原２と特異的に結合する第二抗体６が流される。その後、基板３の表面部分に向けて光源７から励起光８が照射され、光検出器９により蛍光検出がなされる。このとき、光検出器９によって所定の蛍光が検出されれば、上記第二抗体６と抗原２との結合、すなわち試料１中における抗原２の存在を確認できることになる。
【００１２】
なお以上の例では、蛍光検出によって実際に存在が確認されるのは第二抗体６であるが、この第二抗体６は抗原２と結合しなければ流されてしまって基板３上に存在し得ないものであるから、この第二抗体６の存在を確認することにより、間接的に検出対象物質である抗原２の存在が確認されることとなる。
【００１３】
しかしながら、図４に示したような従来の蛍光センサーでは、基板と試料との界面における励起光の反射光／散乱光や、検出対象物質以外の不純物／浮遊物Ｍ等による散乱光がノイズとなるため、せっかく光検出器を高性能化しても蛍光検出におけるＳ／Ｎは向上しないのが実情であった。
【００１４】
これに対する解決法として、例えば非特許文献１に示されるようなエバネッセント蛍光法、つまりエバネッセント波を用いる蛍光法が提案されている。この蛍光法を実施する蛍光センサーの一例を図４に概略的に示す。なおこの図５において、図４中の構成要素と同等の構成要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００１５】
この蛍光センサーにおいては、前述の基板３に代わるものとしてプリズム（誘電体ブロック）１３が用いられ、そして光源７からの励起光８は、このプリズム１３と試料１との界面で全反射する条件で、プリズム１３を通して照射される。この構成においては、励起光８が上記界面で全反射するとき該界面近傍に染み出すエバネッセント波１１により第二抗体６が励起される。そして蛍光検出は、試料１に対してプリズム１３と反対側（図中では上方）に配された光検出器９によってなされる。
【００１６】
この蛍光センサーにおいては、励起光８は図中の下方に全反射するので、上方からの蛍光検出において、励起光検出成分が蛍光検出信号に対するバック・グラウンドとなってしまうことがない。またエバネッセント波１１は上記界面から数百ｎｍの領域にしか到達しないので、試料中の不純物／浮遊物Ｍからの散乱を殆ど無くすことができる。そのため、このエバネッセント蛍光法は、従来の蛍光法と比べて（光）ノイズを大幅に低減でき、検出対象物質を１分子単位で蛍光測定できる方法として注目されている。
【００１７】
また、さらに高感度で蛍光測定できるセンサーとして、図６に示すような表面プラズモン増強蛍光センサーも知られている。この表面プラズモン増強蛍光センサーは、例えば特許文献２に記載があるもので、図５の蛍光センサーと比べると基本的に、プリズム１３の上に金属膜２０が形成されている点が異なる。すなわち、このような金属膜２０が形成されていることにより、励起光８が照射されたときこの金属膜２０中に表面プラズモンが生じ、その電場増幅作用によって蛍光が増幅されるようになる。あるシミュレーションによると、その場合の蛍光強度は１０００倍程度まで増幅されることも判っている。
【００１８】
しかし、上述のような表面プラズモン増強蛍光センサーにおいては、非特許文献２に示されているように、試料中の蛍光体と金属膜とが接近し過ぎていると、蛍光体内で励起されたエネルギーが蛍光を発生させる前に金属膜へ遷移してしまい、蛍光が生じないという現象（いわゆる金属消光）が起こり得る。
【００１９】
この金属消光に対処するために非特許文献２には、金属膜の上にＳＡＭ（自己組織化膜）を形成し、それにより試料中の蛍光体と金属膜とをこのＳＡＭの厚さ以上離間させることが提案されている。なお図６でも、このＳＡＭに番号２１を付けて示してある。また非特許文献３では、この金属消光に関連して、表面プラズモンにより増強された蛍光強度の、金属膜からの距離に対する依存性が検討されている。
【００２０】
ところで、これまで述べてきた表面プラズモンセンサーを用いて特定の物質を検出する場合、いずれの場合においても、測定対象物質を特異的に認識する物質をセンサー基板表面に固定化する必要がある。特定の物質を特異的に認識する物質としては、抗体が例として挙げられる。抗体を固定化する方法としては、非特許文献４に記載されている物理吸着による固定化方法ならびに共有結合を形成させることによる固定化方法などが用いられる。
【００２１】
一般に、抗体を固定化した場合、固相−液相での反応形式となるため、反応効率が著しく低下してしまうことや、結合定数が低下してしまうことが知られている。このことから、検出感度の低下や、反応時間が長時間必要であるなどの問題がある。さらに、異なる測定対象物質に対しては、それぞれに特異的な抗体を固定化する必要があり、センサーの汎用性の向上を妨げる要因でもある。
【特許文献１】特開平６−１６７４４３号
【特許文献２】特許第３５６２９１２号公報
【非特許文献１】「バイオイメージングでここまで理解る」p.104-113 楠見明弘他著 羊土社
【非特許文献２】W.Knoll他、Analytical Chemistry（Anal.Chem.）75(2003) p.2610
【非特許文献３】W.Knoll他、Colloids and Surfaces. A.（Colloids Surf. A）, 171(2000) p.115
【非特許文献４】「Immunoassay」p.129-163 J. P. Gosling他著 Oxford University Press
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
測定対象物質を特異的に認識する物質を固定化した場合、固相−液相での反応による反応効率の著しい低下や、結合定数の低下が懸念される。このことから、検出感度の低下や、反応時間が長時間必要であるなどの問題がある。さらに、異なる測定対象物質に対しては、それぞれに特異的な物質をそれぞれセンサーに固定化する必要があり、センサーの汎用性の向上を妨げる要因でもある。
【００２３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、測定対象を特異的に認識する物質をセンサー表面に固定化することなく、極めて高い感度で検出することができる表面プラズモンセンサー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】
【００２４】
本発明の第１の表面プラズモンセンサーは、プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の第２の表面プラズモンセンサーは、プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、該表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の第３の表面プラズモンセンサーは、プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段と、表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えてなる表面プラズモン蛍光センサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴としている。
【００２７】
また、前記不撓性膜としては、アニオン性物質またはカチオン性物質から選択され、ポリマーからなるものが好適に用いられる。
【００２８】
前記不撓性膜に荷電性物質を用いることにより、不撓性膜とは逆の荷電を有する物質を選択的にセンサー表面に濃縮することが可能となる。
【００２９】
ここで、上記の「不撓性」とは、表面プラズモン増強蛍光検出を普通に行っているうちに膜厚が変わってしまうほどに変形することが無い程度の剛性を備えていることを意味する。前記不撓性膜の膜厚は、１０〜１００ｎｍの範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
表面プラズモンセンサーにおいて表面プラズモンが励起されると、金属膜の表面近傍には強い電場が発生する。この電場内に分析対象物質が存在していると、全反射光強度が低下や、分析対象物質によって表面プラズモンの電場が乱されることによる散乱光の発生などの光学的変化を伴う。
【００３１】
上記構成を有する本発明の各表面プラズモンセンサーにおいて、金属膜の上に形成された不撓性膜を荷電物質とすることによって、不撓性膜とは逆の荷電を有する物質を選択的にセンサー表面に濃縮することが可能となる。
【００３２】
すなわち、静電的な相互作用を利用するので、予め測定対象物質を特異的に認識する物質を固定化することなくセンサー表面に集めることができる。これにより、捕捉反応を液層で行えるため、固相での反応と比較して反応効率が向上し、極めて高い感度で検出すること可能となるとともに、反応時間の短縮が可能となる。また、抗体などの測定対象物質を特異的に認識する物質を予め固定化する必要が無いため、センサーの汎用性の向上が可能となる。
【００３３】
本発明による第１の表面プラズモンセンサーは、光ビームをプリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えたことにより、全反射解消角θ ＳＰ の検出による試料分析を行なうことができる。
【００３４】
また、本発明による第２の表面プラズモンセンサーは、試料中の物質が表面プラズモンにより励起されて発した蛍光を検出する蛍光検出手段を備えているから、この第２の表面プラズモンセンサーによれば、分析対象物質を蛍光色素等で標識しておき、上記蛍光を検出することによって免疫反応等を分析することも可能になる。
【００３５】
さらに、本発明の第３の表面プラズモンセンサーは、第２のプラズモンセンサーに、プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段を併せ持っており、全反射解消角θＳＰの検出による試料分析も行なうことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の表面プラズモンセンサーの実施形態について説明する。図１は、本発明の表面プラズモンセンサーの実施に利用される表面プラズモンセンサー（以下、単にセンサーという）を示す概略側面図である。図示の通りこのセンサーは、励起光８を発する半導体レーザ等の光源７と、上記励起光８を透過させる材料からなり、この励起光８が一端面から入射する位置に配されたプリズム（誘電体ブロック）１３と、このプリズム１３の一表面１３ａに形成された、例えば金、銀等からなる金属膜２０と、この金属膜２０の上に形成された荷電物質からなる不撓性膜３１と、プリズム１３と反対側から不撓性膜３１に液体状試料１が接するように該試料１を保持する試料保持部５と、光源７から発散光状態で出射した光ビーム８をプリズム１３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１５と、プリズム１３と金属膜２０との界面１３ａで全反射した光ビーム8の強度を検出する光検出手段４１とを備えている。
【００３７】
励起光8は、シリンドリカルレンズ１５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θ 1 と最大入射角θ 2 とを例示するように、界面1３ａ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8は界面13ａで全反射し、この反射した光ビーム８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。
【００３８】
光検出手段４１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8を受光できる方向に受光部が延びる、例えばＣＣＤラインセンサ等が用いられている。そこで、この光検出手段４１の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓは、上記種々の反射角毎に（つまり、種々の入射角毎に）光ビーム８の強度を示すものとなる。
【００３９】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。分析対象物質２を含む試料液１および分析対象物質２を特異的に認識する物質４は、上記不撓性膜に接触する状態で試料保持部５に配置される。ここで、分析対象物質２を特異的に認識する物質４は不撓性膜と逆の荷電物質５１で標識されており、静電的相互作用によって分析対象物質２および分析対象物質２を特異的に認識する物質４の複合体がセンサー表面に濃縮される。
試料分析に際しては、シリンドリカルレンズ１５の作用で上述のように集束する光ビーム８が金属膜２０に向けて照射される。この金属膜２０とプリズム１３との界面１３ａで全反射した光ビーム８は、光検出手段４１で検出される。
【００４０】
前述した通り、光検出手段４１の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓは、全反射した光ビーム８の強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。
ここで、ある特定の入射角θ SP で入射した光は、金属膜２０と試料液１との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。光検出手段４１の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓを用いれば上記入射角θ SP が分かり、このθ SP の値に基づいて試料液１中の物質２を定量分析することができる。その理由は、先に詳しく説明した通りである。
【００４１】
上述のように、分析対象物質２を特異的に認識する物質４は不撓性膜とは逆の荷電物質５１で標識されており、試料液１の金属膜２０に接する部分では分析対象物質２の濃度が高くなり、該分析対象物質２を短時間内に分析可能となる。
【００４２】
不撓性膜３１としては、カチオン性またはアニオン性物質から選択され、好ましくはポリマーが用いられる。アニオン性ポリマーとしては、ポリマー鎖の一部又はそこに直接結合したカルボキシル基、水酸基、硫酸基及び／又はリン酸基を含有するポリマーを用いることができる。また、カチオン性ポリマーとしては、ポリマー鎖の一部又はそこに直接結合した一級、二級、三級及び／又は四級アミン基を含有するポリマーを用いることができる。
【００４３】
分析対象物質２を特異的に認識する物質４としては、例えば分析対象物質２が１本鎖核酸の場合、該１本鎖核酸と相補的に結合する１本鎖核酸が、分析対象物質２がタンパク質等の場合、該分析対象物質２に対する抗体が挙げられる。
【００４４】
また上記の実施形態においては、種々の入射角qを得るため、比較的太い光ビーム８を界面１３ａで集束するように入射させているが、比較的細い光ビームを偏向させることによって種々の入射角qを得るようにしても良い。
【００４５】
次に図２を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。この図２の表面プラズモンセンサーは図示の通り、光ビーム８を発する半導体レーザ等の光源７と、上記光ビーム８を透過させる材料からなり、この光ビーム８が一端面から入射する位置に配されたプリズム（誘電体ブロック）１３と、このプリズム１３の一表面１３ａに形成された金、銀等からなる金属膜２０と、この金属膜２０の上に形成された荷電物質からなる不撓性膜３１と、プリズム１３と反対側から不撓性膜３１に液体状試料１が接するように該試料１を保持する試料保持部５と、この試料保持部５の上方に配された光検出器（蛍光検出手段）９とを備えてなるものである。
【００４６】
なお図２では、光源７が、励起光８を、プリズム１３と金属膜２０との界面に向けて、全反射条件を満たすようにプリズム１３を通して入射させるように配置されている。つまりこの光源７自体が、プリズム１３に対して励起光８を上述のように入射させる入射光学系を構成している。しかしこのような構成に限らず、励起光８を上述のように入射させるレンズやミラーなどからなる入射光学系を、光源７とは別途設けるようにしても何ら支障はない。
【００４７】
以下、上記構成の第２の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。分析対象物質２を含む試料液１、分析対象物質２を特異的に認識する物質４および上記センサーで検出可能な蛍光体１０で標識された分析対象物質２を特異的に認識する物質６は、は、上記不撓性膜に接触する状態で試料保持部５に配置される。ここで、分析対象物質２を特異的に認識する物質４は不撓性膜と逆の荷電物質５１で標識されており、静電的相互作用によって分析対象物質２および分析対象物質２を特異的に認識する物質４および６の複合体がセンサー表面に濃縮される。
試料分析に際しては、シリンドリカルレンズ１５の作用で上述のように集束する光ビーム８が金属膜２０に向けて照射される。蛍光体１０は、表面プラズモンによって増強された、金属膜表面に染み出したエバネッセント波によって励起され蛍光を発する。この蛍光強度に基づいて試料液１中の物質２を定量分析することができる。
【００４８】
なお、金属の近傍に存在する蛍光体は、金属へのエネルギー移動により消光を起こす。エネルギー移動の程度は、金属が半無限の厚さを持つ平面なら距離の３乗に反比例して、金属が無限に薄い平板なら距離の４乗に反比例して、また、金属が微粒子なら距離の６乗に反比例して小さくなる。そして前述した非特許文献３にも述べられているように、金属膜の場合は、金属と蛍光分子との間の距離は少なくとも 数ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上確保しておくことが望ましい。従って不撓性膜３１の膜厚の下限値は１０ｎｍとすることが好ましい。
【００４９】
一方、蛍光体分子は、表面プラズモンによって増強された、金属膜表面に染み出したエバネッセント波によって励起される。エバネッセント波の到達範囲（金属膜表面からの距離）は高々波長程度であり、その電界強度は金属膜表面からの距離に応じて指数関数的に急激に減衰することが知られている。実際、波長８０８ｎｍの近赤外光では、エバネッセント波の染み出しが生じているのは、波長（８０８ｎｍ）程度であり、１００ｎｍを超えるとその電界強度が急激に減衰する。蛍光体分子を励起する電界強度は大きいほど望ましいので、効果的な励起を行なうためには、金属膜表面と蛍光体分子との距離を１００ｎｍより小さくすることが望ましい。従って、不撓性膜３１の膜厚の上限値は１００ｎｍとすることが好ましい。
【００５０】
上述のように、分析対象物質２を特異的に認識する物質４は不撓性膜とは逆の荷電物質５１で標識されており、試料液１の金属膜２０に接する部分では分析対象物質２の濃度が高くなり、該分析対象物質２を短時間内に分析可能となる。
【００５１】
不撓性膜３１としては、カチオン性またはアニオン性物質から選択され、好ましくはポリマーが用いられる。アニオン性ポリマーとしては、ポリマー鎖の一部又はそこに直接結合したカルボキシル基、水酸基、硫酸基及び／又はリン酸基を含有するポリマーを用いることができる。また、カチオン性ポリマーとしては、ポリマー鎖の一部又はそこに直接結合した一級、二級、三級及び／又は四級アミン基を含有するポリマーを用いることができる。
【００５２】
分析対象物質２を特異的に認識する物質４としては、例えば分析対象物質２が１本鎖核酸の場合、該１本鎖核酸と相補的に結合する１本鎖核酸が、分析対象物質２がタンパク質等の場合、該分析対象物質２に対する抗体が挙げられる。
【００５３】
光検出器９としては、蛍光検出器であればいずれの場合も用いることができる。例えば富士写真フイルム株式会社製 ＬＡＳ−１０００（商品名）が用いられる。
【００５４】
次に、図３を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。この図３の表面プラズモンセンサーは図１のものと比べると、基本的に、試料保持部５の上方に配された光検出器（蛍光検出手段）９が付加された点が異なるものである。
【００５５】
このように、試料中の物質が表面プラズモンにより励起されて発した蛍光を検出する蛍光検出手段を付加しておけば、分析対象物質を蛍光色素等で標識しておき、上記蛍光を検出することによって免疫反応等を分析することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】本発明の第２の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図３】本発明の第３の実施形態である表面プラズモンセンサーの側面図
【図４】従来の蛍光センサーの一例を示す概略側面図
【図５】従来の蛍光センサーの別の例を示す概略側面図
【図６】従来の蛍光センサーのさらに別の例を示す概略側面図
【符号の説明】
【００５７】
１ 試料
２ 分析対象物質
４ 分析対象物質を特異的に認識する第一の物質
５ 試料保持部
６ 分析対象物質を特異的に認識する第二の物質
７ 光源
８ 光ビーム
９ 光検出器
１０ 蛍光体
１３ プリズム
１５ シリンドリカルレンズ
２０ 金属膜
３１ 荷電性不撓性膜
４１ 光検出器
５１ 荷電性標識物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴とする表面プラズモンセンサー。
【請求項２】
プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、該表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴とする表面プラズモンセンサー。
【請求項３】
プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段と、表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴とする表面プラズモンセンサー。
【請求項４】
前記不撓性膜がアニオン性物質であることを特徴とする請求項１、２および３のいずれかに記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項５】
前記不撓性膜がカチオン性物質であることを特徴とする請求項１、２および３のいずれかに記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項６】
前記不撓性膜の膜厚が１０〜１００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項１】
プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームを前記プリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴とする表面プラズモンセンサー。
【請求項２】
プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、該表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴とする表面プラズモンセンサー。
【請求項３】
プリズムと、このプリズムの一表面に形成された金属膜と、金属膜の上に形成された不撓性膜と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームをプリズムに通し、該プリズムと金属膜との界面に対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、前記プリズムの一面で全反射する光ビームにおいて、全反射解消による光量低下が生じる前記入射角を検出する手段と、表面プラズモンによって増強されたエバネッセント波によって励起されたことによって発生する蛍光を検出する蛍光検出手段とを備えてなる表面プラズモンセンサーにおいて、前記不撓性膜が荷電性物質であることを特徴とする表面プラズモンセンサー。
【請求項４】
前記不撓性膜がアニオン性物質であることを特徴とする請求項１、２および３のいずれかに記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項５】
前記不撓性膜がカチオン性物質であることを特徴とする請求項１、２および３のいずれかに記載の表面プラズモンセンサー。
【請求項６】
前記不撓性膜の膜厚が１０〜１００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の表面プラズモンセンサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２４９３６０（Ｐ２００８−２４９３６０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８７８３９（Ｐ２００７−８７８３９）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【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２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【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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