【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。
【０００９】
【数１】
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θＳＰ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θＳＰ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θＳＰ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θＳＰ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θＳＰ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）θＳＰ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θＳＰ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θＳＰ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θＳＰ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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a measuring chip positioning mechanism used in a measuring apparatus using total reflected light, such as a surface plasmon measuring apparatus that analyzes a sample using generation of surface plasmons in a measuring chip.
[0002]
[Prior art]
In the metal, free electrons collectively vibrate to generate a dense wave called a plasma wave. A quantized version of this dense wave generated on the metal surface is called surface plasmon.
[0003]
Conventionally, various surface plasmon measuring apparatuses for analyzing the characteristics of a substance in a sample using a phenomenon in which the surface plasmon is excited by a light wave have been proposed. Among them, one that uses a system called Kretschmann arrangement is particularly well known (see, for example, JP-A-6-167443).
[0004]
A surface plasmon measuring apparatus using the above system basically generates a light beam, for example, a dielectric block formed in a prism shape, a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, and the like. A light source, an optical system that makes the light beam incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the metal film, and light that is totally reflected at the interface A light detection means for detecting the intensity of the beam and a measurement means for measuring the surface plasmon resonance state, that is, the total reflection attenuation state, based on the detection result of the light detection means are provided.
[0005]
In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which each light beam reflected at various reflection angles can be received.
[0006]
In the surface plasmon measuring apparatus having the above-described configuration, the light beam is incident on the metal film at a specific incident angle θ that is greater than the total reflection angle SP The evanescent wave having an electric field distribution is generated in the sample in contact with the metal film, and surface plasmons are excited at the interface between the metal film and the sample by the evanescent wave. When the wave number vector of the evanescent wave is equal to the wave number of the surface plasmon and wave number matching is established, both are in a resonance state, and light energy is transferred to the surface plasmon. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means.
[0007]
The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.
[0008]
Incident angle θ at which this total reflection attenuation (ATR) occurs SP If the wave number of the surface plasmon is known, the dielectric constant of the sample can be obtained. In other words, the wave number of surface plasmon is K SP , Ω is the angular frequency of the surface plasmon, c is the speed of light in vacuum, ε m And ε s Are the metal and the dielectric constant of the sample, respectively.
[0009]
[Expression 1]
Dielectric constant of sample ε s Is known, the refractive index of the sample can be found based on a predetermined calibration curve, etc., so that the total reflection attenuation angle θ, which is the incident angle at which the reflected light intensity decreases, is eventually obtained. SP By knowing, it is possible to obtain the characteristics related to the dielectric constant, that is, the refractive index of the sample.
[0010]
In this type of surface plasmon measurement device, the total reflection attenuation angle θ SP In order to measure the light intensity with high accuracy and with a large dynamic range, it is considered to use an arrayed light detection means as disclosed in JP-A-11-326194. The light detecting means is formed by arranging a plurality of light receiving elements in parallel in a predetermined direction, in such a direction that different light receiving elements receive the components of the light beam totally reflected at various reflection angles at the interface. Is. By using such a light detection means, the state of total reflection attenuation can be accurately measured.
[0011]
Moreover, as a similar measuring device using total reflection attenuation (ATR), for example, “Spectroscopic Research” Vol. 47, No. 1, (1998), pages 21 to 23 and pages 26 to 27 are described. Devices are also known. This leakage mode measuring device is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be brought into contact with a sample. Optical waveguide layer, a light source for generating a light beam, and the light beam incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. Optical system for detecting the intensity of the light beam totally reflected at the interface, and measuring the excitation state of the waveguide mode, that is, the state of total reflection attenuation based on the detection result of the light detection means. Means.
[0012]
In the leakage mode measuring apparatus having the above-described configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle having a wave length propagates in the waveguide mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means. Since the wave number of guided light depends on the refractive index of the sample on the optical waveguide layer, the refractive index of the sample and its related sample characteristics are analyzed by knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs. be able to.
[0013]
The above-described surface plasmon measuring device and leakage mode measuring device may be used for random screening to find a specific substance that binds to a desired sensing substance in the field of drug discovery research, etc. In this case, the thin film layer (surface In the case of a plasmon measurement device, it is a metal film, and in the case of a leakage mode measurement device, a sensing substance is fixed on the clad layer and the optical waveguide layer), and various substance solutions (sample solutions) are added onto the sensing substance. The aforementioned differential value is measured every time a predetermined time elapses. If the added substance binds to the sensing substance, the refractive index of the sensing substance changes with time due to this combination. Therefore, by measuring the differential value every time a predetermined time elapses and measuring whether or not this differential value has changed, it is determined whether the added substance and the sensing substance are combined, that is, the added substance. It is possible to determine whether or not is a specific substance that binds to the sensing substance. Examples of the combination of the specific substance and the sensing substance include an antigen and an antibody, a compound and a protein, and a gene and a protein.
[0014]
In order to measure the binding state between the analyte and the sensing substance, the total reflection attenuation angle θ SP There is no need to detect the angle itself. For example, a sample solution is added to the sensing substance, and then the total reflection attenuation angle θ SP It is also possible to measure the amount of change in angle and measure the coupling state based on the magnitude of the amount of change in angle.
[0015]
In a conventional surface plasmon measuring apparatus using the above system, it is practically necessary to exchange the thin film layer brought into contact with the sample for each measurement. Therefore, conventionally, it has been considered that the thin film layer is fixed to a dielectric block to form a chip to form a measurement chip, and the measurement chip is used up for each sample.
[0016]
In addition, in Japanese Patent Application No. 2001-92666, the present applicant has proposed a measurement apparatus that measures the state of total reflection attenuation using a measurement chip having a well-shaped sample holder that is easy to use. By using a measurement chip having a sample holder, for example, when a liquid sample is used as a sample, measurement can be performed only by preparing a small amount of liquid sample entering the sample holder. Further, for example, by using a measuring chip having a plurality of sample holders, various samples can be easily analyzed in a short time.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the conventional measuring chip as described above is used, there is a problem that it is difficult to obtain the positional accuracy on a measuring device such as a surface plasmon measuring device. For example, when the measurement is performed using the measurement chip having the well-shaped sample holder, the upper surface of the measurement chip may be positioned in contact with the plate-shaped positioning member. Usually, since the measurement chip is formed with emphasis on the flatness of the side surface on which the light beam is incident, the upper surface of the measurement chip is uneven, and the flatness of the upper surface is often low. Therefore, when the upper surface of the measurement chip is brought into contact with the positioning member, rattling occurs at the contact portion, and it may be difficult to obtain positional accuracy. Further, in a measurement chip having a plurality of sample holders, warping may occur in the major axis direction, and in such a case, it is difficult to obtain the position accuracy of the measurement chip.
[0018]
In order to realize highly accurate measurement with good reproducibility in a measuring device using total reflected light, the light beam is a dielectric block and a thin film layer (in the case of using surface plasmon resonance, it is a metal film). In the case of using waveguide mode excitation, it is necessary to make it incident within a predetermined incident angle range with respect to the interface with the cladding layer and the optical waveguide layer). Of course, if the accuracy is difficult to obtain, this incident angle range will vary, and the measurement accuracy will be impaired.
[0019]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a measuring chip positioning mechanism that can easily obtain the positional accuracy of a measuring chip on a measuring apparatus using total reflection light such as a surface plasmon measuring apparatus.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The measuring chip positioning mechanism according to the present invention has a total reflection condition at the interface between the dielectric block and the thin film layer with respect to the measuring chip formed of the dielectric block having the thin film layer brought into contact with the sample on one side. A measuring chip positioning mechanism used in a measuring device that makes a light beam incident at an angle and detects the intensity of the light beam totally reflected at the interface,
A positioning attachment attached to a part of the measuring chip and having a mirror-like surface;
The positioning attachment includes a positioning member that contacts the surface of the positioning attachment and positions the measuring chip.
[0021]
As a measuring device using the above total reflected light, the surface plasmon sensor using a metal film as the thin film layer, a clad layer formed on one surface of a dielectric block, and a clad layer formed on the clad layer There is the above-described leakage mode sensor using a layer composed of an optical waveguide layer as the thin film layer.
[0022]
Further, in such a measuring apparatus using total reflection light, there are various methods for analyzing the sample by measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface by the light detection means. Is incident at various incident angles at which the total reflection conditions are obtained at the interface, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is measured at each position corresponding to each incident angle, and the dark line generated by the total reflection attenuation is measured. The analysis may be performed by detecting the position (angle). V. Noort, K .; johansen, C.I. -F. Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp. As described in 585-588, a light beam having a plurality of wavelengths is incident at an incident angle at which the total reflection condition is obtained at the interface, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is measured for each wavelength. Thus, the analysis may be performed by detecting the degree of total reflection attenuation for each wavelength.
[0023]
P.P. I. Nikitin, A .; N. Grigorenko, A .; A. Beloglazov, M.M. V. Valeiko, A .; I. Savchuk, O .; A. Savchuk, Surface Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp. As described in 235-238, a light beam is incident at an incident angle at which the total reflection condition is obtained at the interface, and a part of the light beam is divided before the light beam is incident on the interface. Then, the sample analysis may be performed by causing the divided light beam to interfere with the light beam totally reflected at the interface and measuring the intensity of the light beam after the interference.
[0024]
The positioning attachment may be made of a material different from that of the dielectric block. For example, when a transparent resin is used as the material for the dielectric block, glass or metal is suitable as the material for the positioning attachment.
[0025]
Moreover, the length of the area | region which contact | abuts to the said positioning member of a positioning attachment may be longer than the length of the area | region which contact | connects the said measurement chip | tip of this positioning attachment. Further, the positioning attachment may be detachable from the measurement chip.
[0026]
【The invention's effect】
A measuring chip positioning mechanism according to the present invention includes a positioning attachment that is attached to a part of a measuring chip and has a mirror-shaped surface, and a positioning member that contacts the surface of the positioning attachment and positions the measuring chip. Therefore, since the mirror-shaped surface of the positioning attachment comes into contact with the positioning member, the position of the measuring chip on the measuring device can be easily determined. Accuracy can be achieved.
[0027]
When the positioning attachment is made of a material different from the dielectric block, for example, a transparent resin is used as the dielectric block material, and glass or metal is used as the positioning attachment material If so, a positioning attachment having a mirror-like surface can be easily formed.
[0028]
If the length of the region that contacts the positioning member of the positioning attachment is longer than the length of the region that contacts the measuring chip of the positioning attachment, dust is deposited on the contact surface where the positioning attachment and the positioning member abut. When the is caught, the deterioration of the positional accuracy of the measuring chip due to the dust can be suppressed. For example, the length of the region of the positioning attachment that contacts the positioning member is L1, the length of the region of the positioning attachment that contacts the measuring chip is L2 (where L2 <L1), and the diameter of dust is L3 (where L3 << L2 ). If the measurement chip without the positioning attachment is brought into contact with the positioning member, the maximum value of the inclination of the measurement chip that occurs when dust is caught between the measurement chip and the positioning member is approximately L3 / (L2 / 2). ) Radians, ie 2 · L3 / L2 radians. Similarly, when a measuring chip with a positioning attachment attached is brought into contact with the positioning member, the maximum value of the tilt of the measuring chip that occurs when dust is caught between the positioning attachment and the positioning member is approximately L3 / (L1 / 2). Radians, that is, 2 · L3 / L1 radians. Since L2 <L1, it can be seen that deterioration of the positional accuracy of the measurement chip due to dust can be suppressed.
[0029]
Furthermore, if the positioning attachment is detachable from the measuring chip, if one positioning attachment is prepared, it can be used for a plurality of measuring chips, and the cost for performing the measurement can be reduced.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side shape of a surface plasmon measuring apparatus according to a first embodiment using a measuring chip positioning mechanism of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the measurement unit assembly and the positioning member, and FIG. 3 is a top view and a side view of the positioning attachment. Note that the surface plasmon measurement device in the present embodiment fixes a sensing substance on a thin film layer, and determines whether or not the analyte contained in the sample liquid is a specific substance that binds to the sensing substance. It is.
[0031]
As shown in FIG. 1, the surface plasmon measuring apparatus includes a measuring unit assembly 10, a laser light source 21 such as a semiconductor laser that generates a measurement light beam (laser beam) 20, a condenser lens 22 that is an incident optical system, The signal processing unit 24, the display unit 25, and the measurement unit assembly 10 that control the driving of the photodetector 23 and the laser light source 21 and receive the output signal S of the photodetector 23 to perform the processing described later. And an urging member 28 for urging the measurement unit assembly 10 upward. A hole 29 for dropping the sample liquid 9 is formed in the positioning member 27.
[0032]
As shown in FIGS. 1 and 2, the measurement unit assembly 10 includes a measurement unit 11 that functions as a measurement chip of the invention and a positioning attachment 12 attached on the measurement unit 11. The measurement unit 11 includes a dielectric block 13 having a substantially quadrangular pyramid shape, a thin film layer 14 made of, for example, gold, silver, copper, or aluminum, formed on the upper surface of the dielectric block 13, and the thin film layer 14 And a sample liquid holding frame 15 made of a cylindrical member that defines a space closed on the side. The portion of the sample liquid holding frame 15 is tapered so that the inner surface of the sample liquid holding frame 15 is separated outward as the thin film layer 14 moves upward. The tapered space in the sample liquid holding frame 15 is a sample for storing the sample liquid 9. It functions as the holding unit 16.
[0033]
In the measurement unit 11, the dielectric block 13 and the sample liquid holding frame 15 are integrally formed from, for example, a transparent resin, and the thin film layer 14 is formed by vapor deposition. A sensing substance 17 is fixed on the thin film layer 14, and the sample liquid 9 contains an analyte. Note that both the sensing substance 17 and the sample liquid 9 function as samples of the invention.
[0034]
A top view and a side view of the positioning attachment 12 are shown in FIG. The positioning attachment 12 has a circular hole 18 at the center and is formed in a substantially square plate shape. The surface 12a that is made of glass or metal and contacts the positioning member 27 is formed in a mirror shape. Further, the measurement unit 11 and the positioning attachment 12 are bonded with an adhesive 19. The positioning attachment 12 may be always fixed to the individual measurement units 11 with the adhesive 19 or after the measurement using the measurement unit assembly 10 is completed, the adhesive 19 is dissolved using a medicine or the like. Accordingly, one positioning attachment 12 can be attached to a large number of measurement units 11 and used. The condensing lens 22 condenses the light beam 20 and passes it through the dielectric block 13 in a convergent light state so that various incident angles can be obtained with respect to the interface 14 a between the dielectric block 13 and the thin film layer 14. Let The range of the incident angle is a range including an angle range in which the total reflection condition of the light beam 20 is obtained at the interface 14a and surface plasmon resonance can occur.
[0035]
The light beam 20 is incident on the interface 14a as p-polarized light. In order to do so, the laser light source 21 may be disposed in advance so that the polarization direction is a predetermined direction. In addition, the direction of polarization of the light beam 20 may be controlled by a wave plate or a polarizing plate.
[0036]
The photodetector 23 is a line sensor in which a large number of light receiving elements are arranged in a row, and is arranged so that the arrangement direction of the light receiving elements is in the direction of the arrow X in FIG. The signal processing unit 24 has measuring means 26 that receives the output signal S of the photodetector 23.
[0037]
Hereinafter, the measurement operation by the surface plasmon measurement device having the above-described configuration will be described. First, as shown in FIG. 1, the measurement unit assembly 10 is configured so that the upper surface 12 a of the positioning attachment 12 contacts the positioning member 27 and the end of the positioning attachment 12 contacts the L-shaped part of the positioning member 27. It is positioned and biased by the biasing member 28. Since the horizontal position of the measurement unit assembly 10 does not greatly affect the measurement accuracy, the biasing member 28 mainly biases the measurement unit assembly 10 upward in FIG. Thereafter, the sample liquid 9 is supplied to the sample holder 16 of the measurement unit 11 by a sample liquid supply means (not shown). The laser light source 21 is driven by a command from the signal processing unit 24, and the light beam 20 emitted from the laser light source 21 enters the interface 14a between the dielectric block 13 and the thin film layer 14 in a state of convergence as described above. The light beam 20 totally reflected by the interface 14 a is detected by the photodetector 23.
[0038]
Since the light beam 20 is incident on the dielectric block 13 in a convergent light state as described above, the light beam 20 includes components that are incident on the interface 14a at various incident angles θ. In addition, this incident angle (theta) shall be an angle more than a total reflection angle. Therefore, the light beam 20 is totally reflected at the interface 14a, and the reflected light beam 20 includes components reflected at various reflection angles.
[0039]
Thus, when the light beam 20 is totally reflected, an evanescent wave oozes from the interface 14a to the thin film layer 14 side. And the specific incident angle θ with which the light beam 20 is relative to the interface 14a SP In this case, since the evanescent wave resonates with the surface plasmon excited on the surface of the thin film layer 14, the reflected light intensity I sharply decreases for this light. FIG. 4 schematically shows the relationship between the incident angle θ and the reflected light intensity I when the total reflection attenuation phenomenon occurs.
[0040]
Therefore, in the measuring means 26, as the state of total reflection attenuation, the detected light quantity for each light receiving element is checked from the output signal S output from the photodetector 23, and the incident angle (based on the position of the light receiving element where the dark line is detected is determined. Total reflection attenuation angle) θ SP Ask for.
[0041]
In the present embodiment, the sensing substance 17 that binds to the analyte, which is a specific substance in the sample liquid 9, is fixed on the thin film layer 14, and the refractive index of the sensing substance 17 changes according to the binding state with the analyte. Therefore, the total reflection attenuation angle θ SP The state of the change in the coupling state can be examined by continuing to measure.
[0042]
That is, with time, the total reflection attenuation angle θ SP Can be determined that the analyte in the sample liquid 9 is bound to the sensing substance 17, and the total reflection attenuation angle θ can be determined. SP If the angle does not change, it can be determined that there is no analyte in the sample liquid 9 that binds to the sensing substance. The measuring means 26 determines the presence / absence of the coupling based on the above principle, and the determination result is displayed on the display unit 25.
[0043]
As apparent from the above description, since the mirror-like surface 12a of the positioning attachment 12 contacts the positioning member 27, even if the measurement unit 11 has irregularities, rattling occurs at the contact portion. The position accuracy of the measurement unit assembly 10 on the measurement apparatus can be easily obtained.
[0044]
Further, since glass or metal is used as a material for the positioning attachment 12, a positioning attachment having a mirror-like surface 12a can be easily formed.
[0045]
When the measurement is completed, the adhesive 19 is dissolved, and the positioning attachment 12 is detached from the measurement unit 11 and attached to another measurement unit 11 to perform the measurement, so that it is not necessary to prepare many positioning attachments 12 and the measurement is performed. Cost can be reduced.
[0046]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a plan view showing a schematic configuration of a surface plasmon measuring apparatus according to a second embodiment using the measuring chip positioning mechanism of the present invention, FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a measuring unit assembly and a positioning member, and FIG. Is a schematic configuration diagram of the measurement unit array, FIG. 8 is a top view and a side view of the positioning attachment, and FIG. 9 is a side view of the main part.
[0047]
As shown in FIG. 5, the surface plasmon measuring device includes a measuring unit array 41 in which six measuring units 41A, 41B, 41C,... Are integrally formed, and a positioning attachment 42 attached on the measuring unit array 41. A surface plasmon measurement device using surface plasmon resonance that includes a measurement unit assembly 40 and detects the state of total reflection attenuation by allowing the light beams 30A, 30B, 30C,... To enter the measurement units 41A, 41B, 41C,. It is.
[0048]
The surface plasmon measurement device includes a measurement unit assembly 40, laser light sources 31A, 31B, 31C, which are light sources for generating measurement light beams 30A, 30B, 30C, and the light beams 30A, 30B, 30C,. Condensing lenses 32A, 32B, 32C, which are optical systems that are incident in parallel to the respective measurement units 41A, 41B, 41C, and the respective reflections reflected by the measurement units 41A, 41B, 41C,. A plurality of photodetectors 33A, 33B, 33C,... That receive the light beam corresponding to each of the measurement units 41A, 41B, 41C,... And output signals SA, SB, from the photodetectors 33A, 33B, 33C,. The signal processing unit 34 that performs signal processing upon receiving SC, the display unit 25, and the upper surface of the measurement unit assembly 40 are in contact with each other. A positioning member 37 of the shape, and a biasing member 38 for biasing the measurement unit assembly 40 upward. The positioning member 37 has a hole 39 for dropping the sample liquid 9.
[0049]
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the measurement unit assembly 40 and the positioning member 37. As shown in FIG. 7, the measurement unit assembly 40 includes a measurement unit array 41 in which six measurement units 41A, 41B, 41C,... Are integrally formed, a positioning attachment 42 made of metal, and a positioning attachment 42 to the measurement unit array 41. It consists of four screws 43 to be attached. In each of the measurement units 41A, 41B, 41C,... Of the measurement unit array 41, the dielectric block 13 and the sample liquid holding frame 15 are integrally formed with the dielectric block and the sample liquid holding frame of the other measurement units. Except for the measurement unit 11 shown in FIG. The measurement unit array 41 functions as a measurement chip of the invention.
[0050]
FIG. 8 shows a top view and a side view of the positioning attachment 42. As shown in FIG. 8, the positioning attachment 42 is formed in a plate shape having a frame portion in the peripheral portion, and a surface 42 a that contacts the positioning member 37 is formed in a mirror shape. A square columnar hole 50 is provided at the center of the positioning attachment 42. The hole 50 prevents the sample holder 16 of each measurement unit 41A, 41B, 41C... From being blocked by the positioning attachment 42. In addition, four screw holes 51 for fixing the measurement unit array 41 are provided at the end of the positioning attachment 42 in the long axis direction. The inner shape of the positioning attachment 42 is substantially the same as the shape of the upper surface of the measurement unit array 41 and is formed slightly larger. Therefore, the positioning attachment 42 can be put on the upper surface of the measurement unit array 41, and the positioning attachment 42 can be fixed to the measurement unit array 41 using the four screws 43.
[0051]
The signal processing unit 34 includes measuring means 36A, 36B, 36C,... That receive output signals SA, SB, SC,... From the photodetectors 33A, 33B, 33C,.
[0052]
The measurement of the total reflection attenuation state of the sample solution supplied to the one measurement unit, for example, the measurement unit 41A is performed by measuring the laser light source 31A, the condensing lens 32A, the measurement unit 41A, the photodetector 33A, and the measurement means. This is performed by a surface plasmon measuring device set 70A composed of 26A. FIG. 9 shows a side shape of the surface plasmon measuring device set 70A. In FIG. 9, the same reference numerals are given to elements common to the first specific embodiment shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted unless particularly necessary.
[0053]
The operation of the surface plasmon measuring apparatus having the above configuration will be described below. First, as shown in FIG. 9, the measurement unit assembly 40 is configured so that the surface 42 a of the positioning attachment 42 abuts on the positioning member 37 and the end of the positioning attachment 42 contacts the L-shaped portion of the positioning member 37. It is positioned and biased by the biasing member 38. Since the horizontal position of the measurement unit assembly 40 does not greatly affect the measurement accuracy, the biasing member 38 mainly biases the measurement unit assembly 40 upward in FIG.
[0054]
Thereafter, sample liquids 9A, 9B, 9C,... Are supplied to the sample holders 16 of the measurement units 41A, 41B, 41C,. In each of the surface plasmon measuring device units 70A, 70B, 70C..., The measurement is performed substantially in the same manner as the measuring operation in the first embodiment, and the sample liquids 9A, 9B are measured for each of the measuring units 41A, 41B, 41C. , 9C..., 9C... Are determined to be specific substances that bind to the sensing substance 17.
[0055]
As apparent from the above description, since the mirror-like surface 42a of the positioning attachment 42 abuts on the positioning member 37, the measurement unit array 41 is uneven, or the measurement unit array 41 is warped. However, rattling is less likely to occur at the contact portion, and the position accuracy of the measurement unit assembly 40 on the measurement device can be easily obtained.
[0056]
Further, since metal is used as a material for the positioning attachment 42, a positioning attachment having a mirror-like surface 42a can be easily formed.
[0057]
Furthermore, since the length of the region that contacts the positioning member 37 of the positioning attachment 42 is longer than the length of the region that contacts the measurement unit array 41 of the positioning attachment 42, the contact surface within which the positioning attachment 42 and the positioning member 37 abut When the dust is caught between the two, it is possible to suppress the deterioration of the positional accuracy of the measurement unit array 41 due to the influence of the dust.
[0058]
Since the positioning attachment 42 is attached to the measurement unit array 41 with four screws 43, after the measurement is completed, the positioning attachment 42 is detached from the measurement unit array 41 and attached to another measurement unit array 41 for measurement. It is possible to reduce the cost when performing the measurement.
[0059]
In addition, since the measurement unit array 41 is composed of six measurement units, it is possible to perform measurement using a plurality of sample liquids by supplying and discharging the measurement unit assembly 40 to and from the measurement apparatus once. Contributes to improving work efficiency.
[0060]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly necessary.
[0061]
The third embodiment is a leaky mode sensor using the measuring chip positioning mechanism of the present invention, and is attached to the measuring unit 89 functioning as the measuring chip of the present invention and the measuring unit 89 as shown in FIG. It is configured to use a measurement unit assembly 90 consisting of the positioning attachment 12 formed. A clad layer 91 is formed on the upper surface of the dielectric block 13 of the measurement unit 89, and an optical waveguide layer 92 is further formed thereon. A sensing substance 17 is fixed on the surface of the optical waveguide layer 92.
[0062]
The dielectric block 13 is formed using, for example, synthetic resin or optical glass such as BK7. On the other hand, the cladding layer 91 is formed in a thin film shape using a dielectric having a lower refractive index than the dielectric block 13 or a metal such as gold. The optical waveguide layer 92 is also formed into a thin film using a dielectric having a higher refractive index than that of the cladding layer 91, for example, PMMA. The film thickness of the cladding layer 91 is, for example, 36.5 nm when formed from a gold thin film, and the film thickness of the optical waveguide layer 92 is, for example, about 700 nm when formed from PMMA.
[0063]
In the leakage mode sensor configured as described above, when the light beam 20 emitted from the laser light source 21 is incident on the cladding layer 91 through the dielectric block 13 at an incident angle equal to or greater than the total reflection angle, the light beam 20 is incident on the dielectric block 13. The light having a specific wave number that is totally reflected at the interface 91a between the light and the clad layer 91 but is transmitted through the clad layer 91 and incident on the optical waveguide layer 92 at a specific incident angle propagates through the optical waveguide layer 92 in a waveguide mode. It becomes like this. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer 92, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface 91a is sharply reduced.
[0064]
Since the wave number of guided light in the optical waveguide layer 92 depends on the refractive index of the sensing material 17 on the optical waveguide layer 92, the refractive index of the sensing material 17 can be obtained by knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs. And the binding state between the analyte in the sample liquid 9 and the sensing substance 17 can be known.
[0065]
Also in this embodiment, since the mirror-like surface 12a of the positioning attachment 12 abuts on the positioning member 27, the position of the measurement unit assembly 90 on the measurement apparatus can be easily reduced with little occurrence of rattling. Accuracy can be achieved.
[0066]
Further, since glass or metal is used as a material for the positioning attachment 12, a positioning attachment having a mirror-like surface 12a can be easily formed.
[0067]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The surface plasmon sensor which is the fourth embodiment using the measurement chip positioning mechanism of the present invention is a modified measurement method compared to the surface plasmon sensor of the first embodiment. FIG. 11 shows a side shape of the surface plasmon sensor of the present embodiment. A laser light source 120 and a CCD 121 are disposed at a measurement position of the surface plasmon sensor. A collimator lens 122, an interference optical system 123, a condensing lens 124, and an aperture 125 are disposed therebetween.
[0068]
The interference optical system 123 includes a polarizing filter 131, a half mirror 132, a half mirror 133, and a mirror 134. Further, the CCD 121 is connected to the measuring means 135, and the measuring means 135 is connected to the display unit 62.
[0069]
Hereinafter, the measurement operation in the surface plasmon sensor of the present embodiment will be described. The laser light source 120 is driven and the light beam 140 is emitted in a divergent light state. The light beam 140 is collimated by the collimator lens 122 and enters the polarizing filter 131. The light beam 140 transmitted through the polarizing filter 131 and incident on the interface 14a as p-polarized light is partly divided as a reference light beam 140R by the half mirror 132, and the remaining light transmitted through the half mirror 132. The beam 140S enters the interface 14a. The light beam 140S totally reflected by the interface 14a and the reference light beam 140R reflected by the mirror 134 are incident on the half mirror 133 and synthesized. The combined light beam 140 ′ is condensed by the condenser lens 124, passes through the aperture 125, and is detected by the CCD 121. At this time, the light beam 140 ′ detected by the CCD 121 generates interference fringes according to the state of interference between the light beam 140S and the reference light beam 140R.
[0070]
Here, after supplying the sample solution 9 to the measurement unit 11, whether or not the analyte in the sample solution 9 is bound to the sensing substance 17 fixed on the surface of the thin film layer 14 is continuously measured. This can be determined by detecting a change in interference fringes detected by the CCD 121.
[0071]
That is, since the refractive index of the sensing material 17 changes according to the coupling state between the analyte in the sample liquid 9 and the sensing material 17, the light beam 140S and the reference light beam 140R that are totally reflected at the interface 14a are reflected by the half mirror 133. Since the state of interference changes when synthesized by the above, the presence or absence of a binding reaction can be detected according to the change in the interference fringes. The measuring means 135 detects the presence or absence of the reaction based on the above principle, and the result is displayed on the display unit 25.
[0072]
Also in this embodiment, as in the first embodiment, the mirror-like surface 12a of the positioning attachment 12 abuts against the positioning member 27, and therefore, rattling is less likely to occur at the abutting portion and measurement is easy. The positional accuracy of the measurement unit assembly 10 on the apparatus can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken side view showing a main part of a surface plasmon measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a measurement unit assembly and a positioning member.
FIG. 3 is a top view and a side view of a positioning attachment.
FIG. 4 is a graph showing a schematic relationship between an incident angle θ of a light beam and reflected light intensity I in the surface plasmon measuring apparatus.
FIG. 5 is an overall view of a surface plasmon measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a measurement unit assembly and a positioning member.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a measurement unit array.
FIG. 8 is a top view and a side view of a positioning attachment.
FIG. 9 is a partially broken side view showing the main part of a surface plasmon measuring device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a partially broken side view showing the main part of a leakage mode measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a partially broken side view showing a main part of a surface plasmon measuring device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
9,9A Sample solution
10, 40, 90 Measuring unit assembly
11, 41A, 41B, 41C ..., 89 Measuring unit
12, 42 Positioning attachment
13 Dielectric block
14 Thin film layer
14a Interface between dielectric block and thin film layer
15 Sample solution holding frame
16 Sample holder
17 Sensing substances
20, 30A, 30B, 30C ... Light beam
21, 31A, 31B, 31C ... Laser light source
22, 32A, 32B, 32C ... Condensing lens
23, 33A, 33B, 33C ... Photodetector
24, 34 Signal processor
25 Display section
26, 36A, 36B, 36C ... Measuring means
27, 37 Positioning member
28,38 Biasing member
91 Clad layer
91a Interface between dielectric block and cladding layer
92 Optical Waveguide Layer
120 Laser light source
121 CCD
122 Collimator lens
123 Interferometric optics
124 condenser lens
125 aperture
134 mirror
135 Measuring means
140 Light beam