JP2004053279A

JP2004053279A - 測定チップ位置決め機構

Info

Publication number: JP2004053279A
Application number: JP2002207433A
Authority: JP
Inventors: Takashi Otsuka; 大塚　尚
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】全反射光を利用した測定装置上での測定チップの位置精度を出しやすい測定チップ位置決め機構を提供する。
【解決手段】位置決めアタッチメント１２の上面１２ａが位置決め部材２７に当接し、かつ位置決めアタッチメント１２の端部が位置決め部材２７のＬ字状の部位に接するように測定ユニットアセンブリ１０を付勢部材２８により付勢する。その後光ビーム２０を測定ユニットアセンブリ１０の内底面に形成された薄膜層１４と、その下の誘電体ブロック１３との界面１４ａで全反射条件が得られるように種々の角度で入射させ、界面１４ａにおいて全反射した光ビーム２０を光検出器２３で検出し、該光検出値に基づいて全反射減衰の状態を測定し、試料液９の特性を求める。位置決めアタッチメント１２の面１２ａを鏡面状に形成することにより、位置決めアタッチメント１２が位置決め部材２７と当接する部位でのがたつきが防止される。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定チップにおける表面プラズモンの発生を利用して試料の分析を行う表面プラズモン測定装置等の全反射光を利用した測定装置に利用される測定チップ位置決め機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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】
従来より、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、試料中の物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置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、　Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモン測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロック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、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で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検出する光検出手段と、この光検出手段の検出結果に基づいて表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を測定する測定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入射角を変化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に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反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測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θ_ＳＰ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。エバネッセント波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しているとき、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、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００７】
なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。
【０００８】
この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角θ_ＳＰ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Ｋ_ＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、ε_ｍとε_ｓ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。
【０００９】
【数１】

試料の誘電率ε_ｓ　が分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料の屈折率が分かるので、結局、上記反射光強度が低下する入射角である全反射減衰角θ_ＳＰを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【００１０】
なおこの種の表面プラズモン測定装置においては、上記全反射減衰角θ_ＳＰを精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平１１−３２６１９４号に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。このような光検出手段を用いることにより、全反射減衰の状態を精度よく測定することができる。
【００１１】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似の測定装置として、例えば「分光研究」第４７巻　第１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で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検出する光検出手段と、この光検出手段の検出結果に基づいて導波モードの励起状態、つまり全反射減衰の状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。
【００１２】
上記構成の漏洩モード測定装置において、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。この光強度の低下は、一般に光検出手段により暗線として検出される。そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を分析することができる。
【００１３】
上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層（表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導波層）上にセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の物質の溶液（試料液）を添加し、所定時間が経過する毎に前述の微分値を測定している。添加した物質が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記微分値を測定し、この微分値に変化が生じているか否か測定することにより、添加した物質とセンシング物質の結合が行われているか否か、すなわち添加した物質がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、化合物と蛋白質、遺伝子と蛋白質などが挙げられる。
【００１４】
なお、被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、必ずしも全反射減衰角θ_ＳＰの角度そのものを検出する必要はない。例えばセンシング物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θ_ＳＰの角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。
【００１５】
上記の系を用いる従来の表面プラズモン測定装置において、実用上は、試料に接触させる薄膜層を測定毎に交換する必要がある。そこで従来、この薄膜層を誘電体ブロックに固定してチップ化して測定チップを構成し、この測定チップを試料毎に使い切ることが考えられている。
【００１６】
また、本出願人は、特願２００１−９２６６６において、使い勝手のよいウェル形状の試料保持部を有する測定チップを用いて、上記全反射減衰の状態の測定を行う測定装置を提案している。試料保持部を有する測定チップを用いることにより、例えば試料として液体試料を用いる場合であれば、試料保持部内に入る少量の液体試料を準備するのみで、測定を行うことができる。また例えば試料保持部を複数個有する測定チップを用いることにより、短時間で容易に多種の試料の分析を行うことができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような従来の測定チップを用いる場合は、表面プラズモン測定装置等の測定装置上での位置精度が出し難いという問題が認められている。例えば上述のウェル形状の試料保持部を有する測定チップを用いて測定を行う場合には、この測定チップの上面を、板状の位置決め部材に当接させて位置決めすることがある。通常、光ビームを入射させる側面の平面度を重視して測定チップを成形するため、測定チップの上面に凹凸が生じ、上面の平面度は低いことが多い。したがって、測定チップの上面を位置決め部材に当接させた場合には、当接部位においてがたつきが生じ、位置精度が出し難いことがある。また、複数の試料保持部を有する測定チップでは、長軸方向に反りが生じている場合があり、このような場合にも、測定チップの位置精度が出し難い。
【００１８】
全反射光を利用した測定装置において、再現性の良い高精度の測定を実現するためには、光ビームを誘電体ブロックと薄膜層（表面プラズモン共鳴を利用するものにあっては金属膜であり、導波モードの励起を利用するものにあってはクラッド層および光導波層である）との界面に対して所定の入射角範囲で入射させる必要があるが、測定装置上で測定チップの位置精度が出し難いと、当然、この入射角範囲がまちまちになって測定精度が損なわれる。
【００１９】
本発明は上記の事情に鑑みて、表面プラズモン測定装置等の全反射光を利用した測定装置上での測定チップの位置精度を出しやすい測定チップ位置決め機構を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明による測定チップ位置決め機構は、試料に接触させられる薄膜層を一面に形成された誘電体ブロックからなる測定チップに対して、前記誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件となる角度で光ビームを入射させ、前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する測定装置に用いられる測定チップ位置決め機構であって、
前記測定チップの一部に取り付けられる、表面が鏡面状に形成された位置決めアタッチメントと、
該位置決めアタッチメントの前記表面に当接して、前記測定チップを位置決めする位置決め部材とからなることを特徴とするものである。
【００２１】
上記の全反射光を利用した測定装置としては、金属膜を上記薄膜層として用いる前述の表面プラズモンセンサーや、誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成された光導波層とからなる層を上記薄膜層として用いる前述の漏洩モードセンサー等がある。
【００２２】
また、このような全反射光を利用した測定装置において、光検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して試料の分析を行うには種々の方法があり、例えば、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰により発生した暗線の位置（角度）を検出することにより分析を行ってもよいし、Ｄ．Ｖ．Ｎｏｏｒｔ，Ｋ．ｊｏｈａｎｓｅｎ，Ｃ．−Ｆ．Ｍａｎｄｅｎｉｕｓ，　Ｐｏｒｏｕｓ　Ｇｏｌｄ　ｉｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｌａｓｍｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，　ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ　ＸＩＩＩ，　１９９９，　ｐｐ．５８５−５８８　に記載されているように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出することにより分析を行ってもよい。
【００２３】
また、Ｐ．Ｉ．Ｎｉｋｉｔｉｎ，Ａ．Ｎ．Ｇｒｉｇｏｒｅｎｋｏ，Ａ．Ａ．Ｂｅｌｏｇｌａｚｏｖ，Ｍ．Ｖ．Ｖａｌｅｉｋｏ，Ａ．Ｉ．Ｓａｖｃｈｕｋ，Ｏ．Ａ．Ｓａｖｃｈｕｋ，　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｌａｓｍｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　ｆｏｒ　Ｍｉｃｒｏ−Ａｒｒａｙ　Ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ，　ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ　ＸＩＩＩ，　１９９９，　ｐｐ．２３５−２３８　に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度を測定することにより試料分析を行ってもよい。
【００２４】
上記位置決めアタッチメントは、前記誘電体ブロックとは異なる素材から構成されているものであってもよい。例えば誘電体ブロックの素材として透明樹脂を用いる場合であれば、位置決めアタッチメントの素材としてはガラスあるいは金属等が好適である。
【００２５】
また、位置決めアタッチメントの前記位置決め部材へ当接する領域の長さは、この位置決めアタッチメントの前記測定チップへ接する領域の長さより長いものであってもよい。さらに、位置決めアタッチメントは前記測定チップへ着脱可能なものであってもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明による測定チップ位置決め機構は、測定チップの一部に取り付けられる、表面が鏡面状に形成された位置決めアタッチメントと、該位置決めアタッチメントの前記表面に当接して、前記測定チップを位置決めする位置決め部材とからなるものであるので、位置決めアタッチメントの鏡面状に形成された面が、位置決め部材へ当接するため、当接部位においてがたつきが生じることが少なく、容易に測定装置上での測定チップの位置精度を出すことができる。
【００２７】
上記位置決めアタッチメントが、前記誘電体ブロックとは異なる素材から構成されている場合、例えば誘電体ブロックの素材として、透明樹脂が用いられ、位置決めアタッチメントの素材としてはガラスあるいは金属等が用いられている場合であれば、容易に鏡面状の表面を有する位置決めアタッチメントを形成することができる。
【００２８】
上記位置決めアタッチメントの前記位置決め部材へ当接する領域の長さが、前記位置決めアタッチメントの前記測定チップへ接する領域の長さより長い場合であれば、位置決めアタッチメントと位置決め部材とが当接する当接面内にゴミが挟まってしまった際に、そのゴミによる測定チップの位置精度の悪化を抑制することができる。例えば、位置決めアタッチメントの前記位置決め部材へ当接する領域の長さをＬ１、前記位置決めアタッチメントの前記測定チップへ接する領域の長さをＬ２（但しＬ２＜Ｌ１）、ゴミの直径をＬ３（但しＬ３≪Ｌ２）とする。もし、位置決めアタッチメントを取り付けていない測定チップを位置決め部材に当接させた時に、測定チップと位置決め部材の間にゴミがはさまった場合に生じる測定チップの傾きの最大値は略Ｌ３／（Ｌ２／２）ラジアンすなわち、２・Ｌ３／Ｌ２ラジアンとなる。同様に位置決めアタッチメントを取り付けた測定チップを位置決め部材に当接させた時に、位置決めアタッチメントと位置決め部材の間にゴミがはさまった場合に生じる測定チップの傾きの最大値は略Ｌ３／（Ｌ１／２）ラジアンすなわち、２・Ｌ３／Ｌ１ラジアンとなる。Ｌ２＜Ｌ１であるので、ゴミによる測定チップの位置精度の悪化を抑制できることがわかる。
【００２９】
さらに、位置決めアタッチメントが測定チップへ着脱可能であれば、１つの位置決めアタッチメントを準備すれば、複数個の測定チップへ使用することができ、測定を行う際のコストを低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の測定チップ位置決め機構を用いた第１の実施形態である表面プラズモン測定装置の側面形状を示すものである。図２は測定ユニットアセンブリおよび位置決め部材の概略構成図、図３は位置決めアタッチメントの上面図および側面図である。なお、本実施の形態における表面プラズモン測定装置は、薄膜層の上にセンシング物質を固定し、試料液に含まれる被検体が、このセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定するものである。
【００３１】
図１に示す通りこの表面プラズモン測定装置は、測定ユニットアセンブリ１０と、測定用の光ビーム（レーザビーム）２０を発生させる半導体レーザ等のレーザ光源２１と、入射光学系である集光レンズ２２と、光検出器２３と、上記レーザ光源２１の駆動を制御するとともに、上記光検出器２３の出力信号Ｓを受けて後述の処理を行なう信号処理部２４と、表示部２５と、測定ユニットアセンブリ１０の上面が当接するＬ字形状の位置決め部材２７と、測定ユニットアセンブリ１０を上方へ付勢する付勢部材２８とを有している。位置決め部材２７には、試料液９滴下用の孔部２９が形成されている。
【００３２】
図１および図２に示すように、測定ユニットアセンブリ１０は、発明の測定チップとして機能する測定ユニット１１および該測定ユニット１１上に取り付けられた位置決めアタッチメント１２とを備えている。測定ユニット１１は、概略四角錐形状とされた誘電体ブロック１３と、この誘電体ブロック１３の上面に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる薄膜層１４と、この薄膜層１４の上に側方が閉じられた空間を画成する筒状部材からなる試料液保持枠１５とを備えている。試料液保持枠１５の部分は、その内面が薄膜層１４から上方に離れるにつれて測外方に離れるテーパ形状とされ、この試料液保持枠１５内のテーパ形状の空間は、試料液９を貯える試料保持部１６として機能している。
【００３３】
測定ユニット１１は、誘電体ブロック１３と試料液保持枠１５とを、例えば透明樹脂等から一体整形し、蒸着により薄膜層１４を形成したものである。薄膜層１４の上にセンシング物質１７が固定され、試料液９の中には被検体が含まれている。なお、上記センシング物質１７および試料液９の両者が発明の試料として機能するものである。
【００３４】
位置決めアタッチメント１２の上面図および側面図を図３に示す。位置決めアタッチメント１２は、中心に円形の孔部１８を有し、略正方形の板状に形成されている。ガラスあるいは金属からなり、位置決め部材２７と当接する面１２ａは鏡面状に形成されている。また測定ユニット１１および位置決めアタッチメント１２は、接着剤１９により接着されている。なお、位置決めアタッチメント１２は、個々の測定ユニット１１に接着剤１９により常時固定されていてもよいし、あるいは測定ユニットアセンブリ１０を用いた測定が終了後に、接着剤１９を薬剤等を用いて溶解させることにより、１つの位置決めアタッチメント１２を多数の測定ユニット１１に取り付けて使用することもできる。集光レンズ２２は、光ビーム２０を集光して収束光状態で誘電体ブロック１３に通し、誘電体ブロック１３と薄膜層１４との界面１４ａに対して種々の入射角が得られるように入射させる。この入射角の範囲は、上記界面１４ａにおいて光ビーム２０の全反射条件が得られ、かつ、表面プラズモン共鳴が生じ得る角度範囲を含む範囲とされる。
【００３５】
なお光ビーム２０は、界面１４ａに対してｐ偏光で入射する。そのようにするためには、予めレーザ光源２１をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板や偏光板で光ビーム２０の偏光の向きを制御してもよい。
【００３６】
光検出器２３は、多数の受光素子が１列に配されてなるラインセンサであり、受光素子の並び方向が図１中の矢印Ｘ方向となるように配されている。信号処理部２４は、上記光検出器２３の出力信号Ｓを受ける測定手段２６を有している。
【００３７】
以下、上記構成の表面プラズモン測定装置による測定動作について説明する。まず、測定ユニットアセンブリ１０は、図１に示すように、位置決めアタッチメント１２の上面１２ａが位置決め部材２７に当接し、かつ位置決めアタッチメント１２の端部が位置決め部材２７のＬ字状の部位に接するように位置決めされ、付勢部材２８により付勢される。なお、測定ユニットアセンブリ１０の水平位置は、測定精度に大きな影響は与えないため、付勢部材２８は主に、測定ユニットアセンブリ１０を図２中の上方向へ付勢するものである。その後、測定ユニット１１の試料保持部１６に不図示の試料液供給手段により試料液９が供給される。信号処理部２４からの指令でレーザ光源２１が駆動され、そこから発せられた光ビーム２０が前述のように収束する状態で、誘電体ブロック１３と薄膜層１４との界面１４ａに入射する。この界面１４ａで全反射した光ビーム２０は、光検出器２３によって検出される。
【００３８】
光ビーム２０は、上述の通り収束光状態で誘電体ブロック１３に入射するので、上記界面１４ａ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２０は界面１４ａで全反射し、この反射した光ビーム２０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。
【００３９】
このように光ビーム２０が全反射するとき、界面１４ａから薄膜層１４側にエバネッセント波がしみ出す。そして、光ビーム２０が界面１４ａに対してある特定の入射角θ_ＳＰで入射した場合は、このエバネッセント波が薄膜層１４の表面に励起する表面プラズモンと共鳴するので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。なお図４には、この全反射減衰現象が生じた際の入射角θと反射光強度Ｉとの関係を概略的に示してある。
【００４０】
そこで、測定手段２６において、全反射減衰の状態として、光検出器２３が出力する出力信号Ｓから各受光素子毎の検出光量を調べ、暗線を検出した受光素子の位置に基づいて上記入射角（全反射減衰角）θ_ＳＰを求める。
【００４１】
本実施形態では薄膜層１４上に、試料液９の中の特定物質である被検体と結合するセンシング物質１７が固定され、被検体との結合状態に応じてセンシング物質１７の屈折率が変化するので、上記全反射減衰角θ_ＳＰを測定し続けることにより、この結合状態の変化の様子を調べることができる。
【００４２】
すなわち、時間経過とともに、全反射減衰角θ_ＳＰの角度が変化する場合には、試料液９中の被検体がセンシング物質１７と結合していると判定することができ、全反射減衰角θ_ＳＰの角度に変化が生じない場合には、試料液９中には、センシング物質と結合する被検体は存在していないと判定することができる。測定手段２６は、以上の原理に基づいて上記結合の有無を判定し、その判定結果が表示部２５に表示される。
【００４３】
以上の説明で明らかなように、位置決めアタッチメント１２の鏡面状の面１２ａが、位置決め部材２７へ当接するため、測定ユニット１１の上面に凹凸が生じていても、当接部位においてがたつきが生じることが少なく、容易に測定装置上での測定ユニットアセンブリ１０の位置精度を出すことができる。
【００４４】
また、位置決めアタッチメント１２の素材として、ガラスあるいは金属が用いられているため、容易に鏡面状の面１２ａを有する位置決めアタッチメントを形成することができる。
【００４５】
なお、測定終了後に、接着剤１９を溶解し、位置決めアタッチメント１２を測定ユニット１１から取り外し、別の測定ユニット１１へ取り付けて測定を行えば、位置決めアタッチメント１２を多数準備する必要がなく、測定を行う際のコストを低減することができる。
【００４６】
次に図５〜図９を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。図５は本発明の測定チップ位置決め機構を用いた第２の実施形態である表面プラズモン測定装置の概略構成を示す平面図であり、図６は測定ユニットアセンブリおよび位置決め部材の概略構成図、図７は測定ユニットアレイの概略構成図、図８は、位置決めアタッチメントの上面図および側面図、図９は要部の側面形状を示すものである。
【００４７】
図５に示す通りこの表面プラズモン測定装置は、６個の測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…が一体形成された測定ユニットアレイ４１およびこの測定ユニットアレイ４１の上に取り付けられた位置決めアタッチメント４２とからなる測定ユニットアセンブリ４０を備え、各測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…に光ビーム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…を並列的に入射させて全反射減衰の状態を検出する表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモン測定装置である。
【００４８】
上記表面プラズモン測定装置は、測定ユニットアセンブリ４０と、測定用の光ビーム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…を発生する光源であるレーザ光源３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ…と、上記光ビーム３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…をそれぞれの測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…に対して、並列的に入射させる光学系である集光レンズ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ…と、各測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…で反射されたそれぞれの反射光ビームを、測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…それぞれに対応させて受光する複数の光検出器３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ…と、この光検出器３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ…からの出力信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ…を受けて信号処理を行う信号処理部３４と、表示部２５と、測定ユニットアセンブリ４０の上面が当接するＬ字形状の位置決め部材３７と、測定ユニットアセンブリ４０を上方へ付勢する付勢部材３８とを備えている。位置決め部材３７は、試料液９滴下用の孔部３９を有している。
【００４９】
図６は、測定ユニットアセンブリ４０および位置決め部材３７の概略構成を示す図である。測定ユニットアセンブリ４０は、図７に示すように６つの測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…が一体形成された測定ユニットアレイ４１と、金属からなる位置決めアタッチメント４２と、位置決めアタッチメント４２を測定ユニットアレイ４１へ取り付ける４本のネジ４３とから構成されている。測定ユニットアレイ４１の各測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…は、誘電体ブロック１３および試料液保持枠１５の部分が、他の測定ユニットの誘電体ブロックおよび試料液保持枠と一体形成されていることを除けば、図１に示す測定ユニット１１と同様な構成を有している。なお、測定ユニットアレイ４１は発明の測定チップとして機能している。
【００５０】
図８は、位置決めアタッチメント４２の上面図および側面図を示す図である。図８に示すように、位置決めアタッチメント４２は、周辺部に枠部を有する板形状に成形され、位置決め部材３７と当接する面４２ａは鏡面状に形成されている。また位置決めアタッチメント４２の中心部には、四角柱状の孔部５０が設けられている。この孔部５０により、各測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…の試料保持部１６が、位置決めアタッチメント４２により塞がれることが防止されている。また位置決めアタッチメント４２の長軸方向の端部には、測定ユニットアレイ４１を固定するための４つのネジ孔５１が設けられている。位置決めアタッチメント４２の内側の形状は、測定ユニットアレイ４１の上面の形状とほぼ同一で、やや大きめに形成されている。このため測定ユニットアレイ４１の上面に、位置決めアタッチメント４２を被せ、４本のネジ４３を用いて、位置決めアタッチメント４２を測定ユニットアレイ４１へ固定することができる。
【００５１】
信号処理部３４は、上記各光検出器３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ…からの出力信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ…を受ける測定手段３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ…を備えている。
【００５２】
上記１つの測定ユニット、例えば測定ユニット４１Ａに対して供給された試料液についての全反射減衰の状態の測定は、レーザ光源３１Ａ、集光レンズ３２Ａ、測定ユニット４１Ａ、光検出器３３Ａ、および測定手段２６Ａから構成される表面プラズモン測定装置セット７０Ａによって行なわれる。図９に表面プラズモン測定装置セット７０Ａの側面形状を示す。なお、図９においては、図１に示す第１の具体的な実施の形態と共通の要素については同番号を付し、特に必要のない限りその説明は省略する。
【００５３】
以下、上記構成の表面プラズモン測定装置による動作について説明する。まず、測定ユニットアセンブリ４０は、図９に示すように、位置決めアタッチメント４２の面４２ａが位置決め部材３７に当接し、かつ位置決めアタッチメント４２の端部が位置決め部材３７のＬ字状の部位に接するように位置決めされ、付勢部材３８により付勢される。なお、測定ユニットアセンブリ４０の水平位置は、測定精度に大きな影響は与えないため、付勢部材３８は主に、測定ユニットアセンブリ４０を図９中の上方向へ付勢するものである。
【００５４】
その後、各測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…の試料保持部１６に不図示の試料液供給手段により試料液９Ａ、９Ｂ、９Ｃ…が供給される。各表面プラズモン測定装置ユニット７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ…において、ほぼ第１の実施形態における測定動作と同様の動作で測定が行われ、各測定ユニット４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ…毎に、試料液９Ａ、９Ｂ、９Ｃ…に含まれる被検体が、センシング物質１７と結合する特定物質であるか否かが判定される。
【００５５】
以上の説明であきらかなように、位置決めアタッチメント４２の鏡面状の面４２ａが、位置決め部材３７へ当接するため、測定ユニットアレイ４１の上面に凹凸が生じていたり、測定ユニットアレイ４１に反りが生じていても、当接部位においてがたつきが生じることが少なく、容易に測定装置上での測定ユニットアセンブリ４０の位置精度を出すことができる。
【００５６】
また、位置決めアタッチメント４２の素材として、金属が用いられているため、容易に鏡面状の面４２ａを有する位置決めアタッチメントを形成することができる。
【００５７】
さらに、位置決めアタッチメント４２の位置決め部材３７へ当接する領域の長さが、位置決めアタッチメント４２の測定ユニットアレイ４１へ接する領域の長さより長いので、位置決めアタッチメント４２と位置決め部材３７とが当接する当接面内にゴミが挟まってしまった際に、そのゴミの影響による測定ユニットアレイ４１の位置精度の悪化を抑制することができる。
【００５８】
なお、位置決めアタッチメント４２が測定ユニットアレイ４１へ４本のネジ４３により取り付けられているため、測定終了後には、この位置決めアタッチメント４２を測定ユニットアレイ４１から取り外し、別の測定ユニットアレイ４１へ取り付けて測定することができ、測定を行う際のコストを低減することができる。
【００５９】
また、測定ユニットアレイ４１が、６個の測定ユニットから構成されているため、測定装置に対する１回の測定ユニットアセンブリ４０の供給および排出動作で複数の試料液を用いた測定が可能になり、測定作業の能率向上に寄与できる。
【００６０】
次に、図１０を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。なお、図１０においては、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００６１】
この第３の実施の形態は、本発明の測定チップ位置決め機構を用いた漏洩モードセンサーであり、図１０に示すように、発明の測定チップとして機能する測定ユニット８９および該測定ユニット８９上に取り付けられた位置決めアタッチメント１２からなる測定ユニットアセンブリ９０を用いるように構成されている。この測定ユニット８９の誘電体ブロック１３の上面にはクラッド層９１が形成され、さらにその上には光導波層９２が形成されている。また光導波層９２の表面上にはセンシング物質１７が固定されている。
【００６２】
誘電体ブロック１３は、例えば合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラッド層９１は、誘電体ブロック１３よりも低屈折率の誘電体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また光導波層９２は、クラッド層９１よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層９１の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合で３６．５ｎｍ、光導波層９２の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で７００ｎｍ程度とされる。
【００６３】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、レーザ光源２１から出射した光ビーム２０を誘電体ブロック１３を通してクラッド層９１に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビーム２０が誘電体ブロック１３とクラッド層９１との界面９１ａで全反射するが、クラッド層９１を透過して光導波層９２に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層９２を導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層９２に取り込まれるので、上記界面９１ａで全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【００６４】
光導波層９２における導波光の波数は、該光導波層９２の上のセンシング物質１７の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、センシング物質１７の屈折率を測定することができ、試料液９中の被検体とセンシング物質１７との結合状態を知ることができる。
【００６５】
本実施形態でも、位置決めアタッチメント１２の鏡面状の面１２ａが、位置決め部材２７へ当接するため、当接部位においてがたつきが生じることが少なく、容易に測定装置上での測定ユニットアセンブリ９０の位置精度を出すことができる。
【００６６】
また、位置決めアタッチメント１２の素材として、ガラスあるいは金属が用いられているため、容易に鏡面状の面１２ａを有する位置決めアタッチメントを形成することができる。
【００６７】
次に図１１を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の測定チップ位置決め機構を用いた第４の実施形態である表面プラズモンセンサーは、上記第１の実施の形態の表面プラズモンセンサーと比べ測定方法を変更したものである。図１１は、本実施の形態の表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものであり、本表面プラズモンセンサーの測定位置には、レーザ光源１２０　とＣＣＤ１２１　が配設されており、レーザ光源１２０　とＣＣＤ１２１　との間には、コリメータレンズ１２２　、干渉光学系１２３　、集光レンズ１２４　およびアパーチャー１２５　が配設されている。
【００６８】
上記干渉光学系１２３　は、偏光フィルタ１３１　、ハーフミラー１３２　、ハーフミラー１３３　およびミラー１３４　により構成されている。さらに、ＣＣＤ１２１　は測定手段１３５　に接続されており、測定手段１３５　は表示部６２に接続されている。
【００６９】
以下、本実施の形態の表面プラズモンセンサーにおける測定動作について説明する。レーザ光源１２０　が駆動されて光ビーム１４０　が発散光の状態で出射される。この光ビーム１４０　はコリメータレンズ１２２　により平行光化されて偏光フィルタ１３１　に入射する。偏光フィルタ１３１　を透過して界面１４ａに対してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム１４０　は、ハーフミラー１３２　により一部がレファレンス光ビーム１４０Ｒとして分割され、ハーフミラー１３２　を透過した残りの光ビーム１４０Ｓは界面１４ａに入射する。界面１４ａで全反射した光ビーム１４０Ｓおよびミラー１３４　で反射したレファレンス光ビーム１４０Ｒはハーフミラー１３３　に入射して合成される。合成された光ビーム１４０’は集光レンズ１２４　により集光され、アパーチャー１２５　を通過してＣＣＤ１２１　によって検出される。このとき、ＣＣＤ１２１　で検出される光ビーム１４０’は、光ビーム１４０Ｓとレファレンス光ビーム１４０Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【００７０】
ここで、試料液９中の被検体が薄膜層１４の表面に固定されているセンシング物質１７と結合するか否かを、試料液９を測定ユニット１１へ供給後、継続的に測定を行い、ＣＣＤ１２１　により検出される干渉縞の変化を検出することにより、判定することができる。
【００７１】
すなわち、上記試料液９中の被検体とセンシング物質１７との結合状態に応じてセンシング物質１７の屈折率が変化するため、界面１４ａで全反射した光ビーム１４０Ｓおよびレファレンス光ビーム１４０Ｒがハーフミラー１３３　により合成される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合反応の有無を検出することができる。測定手段１３５　は、以上の原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表示部２５に表示される。
【００７２】
本実施形態でも、第１の実施の形態と同様に、位置決めアタッチメント１２の鏡面状の面１２ａが、位置決め部材２７へ当接するため、当接部位においてがたつきが生じることが少なく、容易に測定装置上での測定ユニットアセンブリ１０の位置精度を出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン測定装置の要部を示す一部破断側面図
【図２】測定ユニットアセンブリおよび位置決め部材の概略構成図
【図３】位置決めアタッチメントの上面図および側面図
【図４】上記表面プラズモン測定装置における光ビームの入射角θと反射光強度Ｉとの概略関係を示すグラフ
【図５】本発明の第２の実施形態による表面プラズモン測定装置の全体図
【図６】測定ユニットアセンブリおよび位置決め部材の概略構成図
【図７】測定ユニットアレイの概略構成図
【図８】位置決めアタッチメントの上面図および側面図
【図９】本発明の第２の実施形態による表面プラズモン測定装置の要部を示す一部破断側面図
【図１０】本発明の第３の実施形態による漏洩モード測定装置の要部を示す一部破断側面図
【図１１】本発明の第４の実施形態による表面プラズモン測定装置の要部を示す一部破断側面図
【符号の説明】
９，９Ａ　試料液
１０，４０，９０　　測定ユニットアセンブリ
１１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ…，８９　　測定ユニット
１２，４２　　位置決めアタッチメント
１３　　　　誘電体ブロック
１４　　　　薄膜層
１４ａ　　　誘電体ブロックと薄膜層との界面
１５　　　　試料液保持枠
１６　　　　試料保持部
１７　　　　センシング物質
２０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…　　光ビーム
２１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ…　　レーザ光源
２２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…　　集光レンズ
２３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…　　光検出器
２４，３４　　　信号処理部
２５　　　　表示部
２６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ…　　測定手段
２７，３７　　　位置決め部材
２８，３８　　　付勢部材
９１　　　　クラッド層
９１ａ　　　誘電体ブロックとクラッド層との界面
９２　　　　光導波層
１２０　　　　レーザ光源
１２１　　　　ＣＣＤ
１２２　　　　コリメータレンズ
１２３　　　　干渉光学系
１２４　　　　集光レンズ
１２５　　　　アパーチャー
１３４　　　　ミラー
１３５　　　　測定手段
１４０　　　　光ビーム

Claims

試料に接触させられる薄膜層を一面に形成された誘電体ブロックからなる測定チップに対して、前記誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件となる角度で光ビームを入射させ、前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する測定装置に用いられる測定チップ位置決め機構であって、
前記測定チップの一部に取り付けられる、表面が鏡面状に形成された位置決めアタッチメントと、
該位置決めアタッチメントの前記表面に当接して、前記測定チップを位置決めする位置決め部材とからなることを特徴とする測定チップ位置決め機構。
前記位置決めアタッチメントが、前記誘電体ブロックとは異なる素材から構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定チップ位置決め機構。
前記位置決めアタッチメントの前記位置決め部材へ当接する領域の長さが、前記位置決めアタッチメントの前記測定チップへ接する領域の長さより長いことを特徴とする請求項１または２記載の測定チップ位置決め機構。
前記位置決めアタッチメントが前記測定チップへ着脱可能であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の測定チップ位置決め機構。