JPH10267841A

JPH10267841A - 表面プラズモン共鳴センシングデバイス

Info

Publication number: JPH10267841A
Application number: JP10799697A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Ikariyama; 義人碇山; Shigeru Toyama; 滋外山; Sachiko Ichikawa; 幸子市川
Original assignee: KOKURITSU SHINTAI SHOGAISHA RE; KOKURITSU SHINTAI SHOGAISHA REHABILITATION CENTER SOUCHIYOU
Current assignee: KOKURITSU SHINTAI SHOGAISHA RE; KOKURITSU SHINTAI SHOGAISHA REHABILITATION CENTER SOUCHIYOU
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】溶液の温度、圧力、組成などの変動に影響さ
れにくく、かつ高感度に試料溶液中の生体分子の濃度を
測定できる表面プラズモン共鳴センシングデバイスと方
法を提供することである。【解決手段】第一にプリズムの上に第一の金属薄膜、
誘電体、第二の金属薄膜からなる多層膜を形成した表面
ブラズモン共鳴デバイス用いること、第二に表面プラズ
モン共鳴デバイスの上に多糖類を固定化しこの多糖類を
担体として生体分子を固定化することの両方もしくはい
ずれか一方により、上記課題が解決可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリズム上に形成
した金属薄膜の表面近傍の媒体の屈折率の変化から、試
料溶液中の生体分子の濃度を測定する表面プラズモン共
鳴センシングデバイス、それを用いた装置、およびこの
装置を用いた計測法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属薄膜を一つの側面に形成したプリズ
ムに、別の側面から金属薄膜形成面に対して全反射角度
で光線を入射したときに、金属薄膜の表面でエバネッセ
ント光と表面プラズマ波の共鳴が起きるために、反射光
強度が減少する現象は既に知られている。そして、この
現象を用いて金属薄膜の表面近傍の媒体の屈折率を測定
するための表面プラズモン共鳴センシングデバイス、さ
らには同デバイスを使って金属薄膜表面で生じる抗原抗
体反応等の生体分子どうしの相互作用を調べる装置およ
び測定法は既に知られている。

【０００３】このデバイスは、その特徴を生かして様々
な分野において利用されているが、特に抗原抗体反応の
計測の分野において盛んに利用されている。以下に表面
プラズモン共鳴方式抗原センシングデバイス、同デバイ
スを用いた抗原検出装置、同装置を用いた抗原検出方法
について詳細に説明する。なお、表面プラズモン共鳴セ
ンシングデバイスにはプリズムを用いず、回折格子やオ
プティカルファイバーを用いるものもあるが、本申請書
類の対象はプリズムを使用するものに限定する。

【０００４】図１に従来の表面プラズモン共鳴センシン
グデバイスを示す。従来の表面プラズモン共鳴センシン
グデバイスは、一般的に、多角形もしくは半円形のプリ
ズム１の一つの側面の上に金属薄膜２を形成したもので
ある。特にこのデバイスを利用して抗原抗体反応により
抗原を検出する場合には、金属薄膜の上に抗体を固定化
した構造を有している。金属薄膜としては厚さ５０ｎｍ
〜６０ｎｍ程度の金もしくは銀の薄膜が用いられる事が
多いが、ガラスとこれらの金属薄膜との密着性を向上さ
せる目的で通常は１〜５ｎｍ程度のクロムあるいはチタ
ン等の金属薄膜層を間に形成する。なお、デバイスの取
扱いを簡単にするために図２の様に実際にはプリズムに
直接金属薄膜を形成するのではなく、プリズム１と同じ
材質のガラス板３の上に金属薄膜２を形成し、使用時に
ガラスと同じ屈折率を有するマッチングオイル４を介し
てこのガラス板をプリズムに密着させる方式が取られる
ことが多いが、本申請書類では便宜上ガラス板がマッチ
ングオイルを介してプリズムに装着されたものも単にプ
リズムとして記述する。

【０００５】上述の様なプリズム型の表面プラズモン共
鳴センシングデバイス５は、図３の様に半導体レーザー
（ＬＤ）あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）等の単色光
源６、電荷結合素子（ＣＣＤ）あるいはフォトトランジ
スタ等の光検出器７、偏光板３３と組み合わせて一体化
された装置として使用される。表面プラズモン共鳴セン
シングデバイス、単色光源、および光検出器は、単色光
源の光がプリズムのガラス面から入射され、金属薄膜形
成面で全反射し、再びガラス面から出射されて偏光板を
通り光検出器で検出される様に配置される。ただし、偏
光板はＰ偏光（後述）のみが透過する様に配置される。
Ｐ偏光とは、この光線が金属層及び誘電体層からなる多
層膜が形成されているプリズムの側面で全反射する際
に、この光線の電場の振動面が多層膜に対して垂直方向
にあるものを意味する。一方、Ｓ偏光とはこの光線の磁
場の振動面が多層膜に対して垂直方向にあるものを意味
する。このうち、表面プラズモン共鳴センシングデバイ
スに入射した場合に表面プラズモン共鳴を起こしその結
果として反射光強度が減少しうるのはＰ偏光のみであ
る。

【０００６】図４に示すように、この様な光学系が配置
された装置の光検出器の出力８は、表面プラズモン共鳴
現象のため、全反射であるにもかかわらず反射光の吸収
９が観測される。このとき反射光強度が最小となる角度
（共鳴角度）θと金属薄膜に接している媒体の屈折率ｎ
との関係は次式で表されることが知られている：Ｋｐ・ｓｉｎ（θ）＝ω／ｃ・｛ε・ｎ^２／（ε＋
ｎ^２）｝^１／２但し、この式においてＫｐは入射光の波数、ωは入射光
の角周波数、Ｃは光速、εは金属薄膜の誘電率を表す。
この式から、金属薄膜に接する媒体の屈折率およびその
変化量を共鳴角度θから知ることができる。ただし、表
面プラズモン共鳴現象に影響を与える媒体層は、金属薄
膜の表面から高々数１００ｎｍの範囲に限られる。従っ
て、共鳴角度を計測することにより金属薄膜の表面から
高々数１００ｎｍの範囲の媒体の屈折率およびその変化
を知ることができる。

【０００７】屈折率およびその変化量が測定できる媒体
はプリズムより低い屈折率を有するもの全てが対象と成
りうるが、特に抗原抗体反応を検出する場合は水溶液と
なる。図５に示す様に表面プラズモン共鳴センシングデ
バイス５を組み込んだ抗原抗体反応検出装置は、フロー
セル１１を金属薄膜の上に形成し、フローシステムとし
て用いられることが多い。この場合、抗体１２（あるい
は抗原）が金属薄膜上に固定されており、対応する抗原
１３（あるいは抗体）を含む溶液１４がフローセルに入
ると金属薄膜表面で抗原抗体反応が起こり、金属薄膜表
面近傍の屈折率が変化するために共鳴角度θが変化す
る。このθを測定することにより、金属薄膜表面近傍の
屈折率の変化がわかり、このことから溶液中の抗原ある
いは抗体の濃度を知ることができる。

【０００８】なお、抗体は、一般的に、物理的吸着法、
化学的結合法、あるいは高分子担体法を使ってプリズム
上の金属薄膜に固定化される。ここで物理的吸着とは抗
体と金属薄膜との間の静電相互作用、ファンデルワール
スカ等の物理的相互作用により抗体が金属薄膜に吸着さ
れることを指すが、結合力が弱いために長時間溶液にさ
らされると抗体等が薄膜より脱落するために実用的な固
定化法とは言いがたい。一方、化学的結合法とは抗体を
金属薄膜に化学的結合力で固定化することを指す。この
方法では、金属薄膜層として金を用い、金メルカプチド
結合を介して抗体を金属薄膜に固定化することが多く、
シランカップリング剤等の他の手段で固定化することは
稀である。また、高分子担体法では、金属基板上に固定
化された高分子担体に抗体を結合させる。この場合も高
分子担体自身は金メルカプチド結合を介して金薄膜に固
定化されることが多い。

【０００９】この様に金薄膜は抗体を固定化するのに適
しており、しかも銀薄膜の場合の様に容易に劣化される
こともないために最も実用的な薄膜材料であると言え
る。しかしながら、金薄膜をプリズム上に形成した場
合、反射光強度が減少する角度が銀薄膜の場合に比べて
５倍程度広がる傾向にある。共鳴角度の測定精度はその
分散幅に反比例することから、金薄膜の場合は銀薄膜に
比べて共鳴角度の測定精度が低下することが問題とな
る。

【００１０】ところで、フローシステムでは、サンプル
溶液中の抗原あるいは抗体の濃度を測るときに、普段は
抗原あるいは抗体を含まない溶液を常に流した状態にし
ておき、測定の途中でサンプル溶液を注入し、共鳴角度
の変化を測定する。すなわち、サンプル溶液注入前後の
共鳴角度の変化量を測定することになるが、これはサン
プル注入時以外では共鳴角度が経時的に安定しているこ
とが前提となる。しかしながら、実際には溶液の温度変
動、圧力変動さらには組成の変動などが原因となり共鳴
角度を安定に保つことは容易ではない。例えば、水の温
度が１℃上昇すると屈折率が変化するため共鳴角度が
０．０１５度減少する。これに対し、従来の方式では、
装置やフローセルの温度を一定に保つことしか解決の手
段が無い。このことは装置の巨大化にもつながってい
る。

【００１１】また、フローシステムで常時流している液
体とサンプル溶液の組成がわずかでも異なる場合には、
両者の屈折率が異なってくるため、抗原抗体反応とは別
の理由、例えば溶液の温度変動、あるいは圧力変動のた
めに、共鳴角度の値が変化するという問題があるが、従
来よりこの問題は解決の手段が無い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術
の表面プラズモン共鳴センシングデバイス、装置および
方法に鑑み、発明が解決しようとする課題は、抗体ある
いは抗原を安定に保持でき、かつ高精度で共鳴角度を測
定できるような表面プラズモン共鳴センシングデバイ
ス、装置および方法を提供することと、温度制御システ
ムなどのモジュールを組み込むことで装置を巨大化、複
雑化すること無く、経時的に安定に共鳴角度を測定でき
る表面プラズモン共鳴センシングデバイス、装置および
方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、図６に示
すように、プリズムの上に形成する金属薄膜に誘電体を
挿入すること、さらには生体分子固定化用担体を使用す
ることで解決されることが見いだされた。

【００１４】即ち、第１の要旨において、本発明は金属
薄膜および誘電体薄膜から構成される多層膜をプリズム
の上に形成し、その上に生体分子の固定化のための担体
である多糖類等の高分子膜を形成することにより成る、
液体試料中の特定生体分子の濃度の光学的測定方法に使
用できる表面プラズモン共鳴センシングデバイスを提供
する。

【００１５】本発明において、液体試料とは、測定すべ
き対象である特定の生体分子が共存している液体であっ
て、液体自体は、溶液であっても、エマルジョンであっ
ても良い。具体的には、血液、血清、血漿、尿、髄液な
どの体液や果汁などの食品等を例示できる。

【００１６】本発明において、生体分子とは、生体由来
の分子もしくは分子集合体、及びこれらの分子もしくは
分子集合体と相補的に結合する分子もしくは分子集合体
のことである。具体的には、酵素、抗体、レクチン等の
蛋白質、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸、デンプン、デキス
トラン等の糖類、カルシウムやマグネシウムなどの無機
物質、尿素や乳酸等の有機物質などが例示できる。

【００１７】本発明において、表面ブラズモン共鳴セン
シングデバイスとは図７あるいは図８に示すごとく、プ
リズム１５もしくは基板２０の上に、第一の金属薄膜層
１６が形成され、その上に誘電体層１７が形成され、さ
らにその上に第二の金属薄膜層１８が形成された構造を
しているデバイスを意味する。さらには、図６に示すご
とく、金属薄膜層の上にさらに生体分子固定化用担体で
ある高分子膜２５を形成したものをも意味する。

【００１８】本発明の表面プラズモン共鳴センシングデ
バイスに用いられるプリズムとは、石英やガラスやポリ
メチルメタクリレートなどを例とする紫外、可視、近赤
外領域の光に対して透明で、しかも液体試料より大きな
屈折率を有する材質より成る光学部品を意味する。その
形状に特に制限は無いが、半円柱、三角柱、台形柱など
の形状を有するものが多くの場合に使われている。な
お、プリズムと同じ材質の基板の上に金属薄膜を形成
し、使用時にプリズムや基板と同じ屈折率を有するマッ
チングオイルを介してこの基板をプリズムに密着させる
方式が取られることが多い。本申請書類では便宜上基板
がマッチングオイルを介してプリズムに装着されたもの
も単にプリズムと呼ぶ。

【００１９】本発明の表面プラズモン共鳴センシングデ
バイスに用いられる金属薄膜とは、金、銀、銅、アルミ
ニウム、クロム、チタンなどの材質より成る金属の薄膜
を意味する。薄膜の厚みは、紫外、可視、近赤外領域の
光線を透過できる程度であり、通常は百ナノメートル以
下である。金属薄膜は厚さが均一でかつ表面が平坦であ
り、なおかつ下層との密着性が良いことが望ましい。こ
のような金属薄膜は真空蒸着法、スパッタリング法など
で形成されることが多いが、本発明では特定の成膜方法
に限定されるものではない。ただし、表面プラズモン共
鳴センシングデバイスの最表面層は金薄膜であることが
特に望ましく、この場合は抗原や抗体などの生体分子あ
るいは生体分子を固定化するための高分子担体を金メル
カプチド結合を介して固定化することが容易になる。

【００２０】本発明の表面プラズモン共鳴センシングデ
バイスに用いられる誘電体薄膜とは、ＳｉＯ_２、Ｓｉ
Ｏ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２などの紫外、可視、近赤外領域
の光線に対して透明な材質より成る無機物質の薄膜を意
味する。薄膜の厚みは、紫外、可視、近赤外領域の光線
の波長の半分から数倍程度であり、通常は百ナノメート
ルから数千ナノメートルである。誘電体薄膜は厚さが均
一でかつ表面が平坦であり、なおかつ下層との密着性が
良いことが望ましい。このような誘電体薄膜は真空蒸着
法、スパッタリング法、化学蒸着法、ゾルゲル法などで
形成できる。本発明では特定の成膜方法に限定されるも
のではない。

【００２１】上記の誘電体薄膜層は、入射光の波長に対
して第一の金属薄膜層、誘電体薄膜層、第二の金属薄膜
層の厚みが最適に選択された場合に、光導波路として機
能するために特定の入射角度の光線のみを薄膜に平行な
方向に伝搬する。このため、表面プラズモン共鳴現象に
よる共鳴角度の分散は、誘電体層を有しない表面プラズ
モン共鳴センシングデバイスのそれと比較して狭いもの
となる。図９にその様子を例示する。この図では、プリ
ズム（材質ＢＫ７）の上にクロム（１ｎｍ）、銀（３０
ｎｍ）、クロム（１ｎｍ）、ＳｉＯ_２（５８０ｎｍ）、
クロム（１ｎｍ）、金（２５ｎｍ）の薄膜をこの順に形
成したデバイスに、波長６６０ｎｍの単色光を入射した
時のＰ偏光の反射光強度を示している。この図には比較
のために従来型のデバイス、すなわち、プリズムの上に
クロム（１ｎｍ）、金（５０ｎｍ）を形成したデバイ
ス、およびプリズムの上にクロム（１ｎｍ）、銀（５０
ｎｍ）を形成したデバイスのＰ偏光の反射光強度も示し
ている。図９からわかるように、Ｐ偏光を入射した場
合、本発明によるデバイスは最表面層が金であるにもか
かわらず、銀薄膜を形成したデバイスに匹敵する鋭い吸
収を示している。この様に本発明のデバイスは共鳴角度
の分散が従来のデバイスより狭いため、共鳴角度の推定
はより精密なものとなり、その結果としてデバイス表面
近傍の媒体の屈折率変化の検出も精密なものとなる。従
って、本発明による表面プラズモン共鳴センシングデバ
イスを生体分子間の相互作用の検出に用いれば、溶液中
のより低い濃度の生体分子の検出が可能となる。

【００２２】従来はＰ偏光のみが測定に用いられてお
り、デバイス上の金属薄膜近傍高々数百ナノメートルの
媒体中の屈折率変化のみが測定可能であった。そのため
媒体の温度変動や角度変動等の変動のために媒体の屈折
率の変化が起きた場合に、これがバルクを含む媒体全体
の屈折率の変化であるのか、金属薄膜近傍の屈折率の変
化であるのか区別することが困難であった。そのために
測定対象となる生体分子を含む溶液をデバイスに適用し
た際に、共鳴角度の変化から推定される生体分子の濃度
は必ずしも信頼性のおけるものではなかった。それに対
し、本発明の表面プラズモン共鳴センシングデバイスの
場合は、Ｐ偏光を入射した場合に従来のデバイスと同様
に表面プラズモン共鳴現象により反射光強度が減少する
ばかりでなく、Ｓ偏光を入射した場合にも反射光強度が
減少する。図１０にその様子を例示する。この図では、
プリズム（材質ＢＫ７）の上にクロム（１ｎｍ）、銀
（３０ｎｍ）、クロム（１ｎｍ）、ＳｉＯ_２（５８０ｎ
ｍ）、クロム（１ｎｍ）、金（２５ｎｍ）の薄膜をこの
順に形成したデバイスに、波長６６０ｎｍの単色光を入
射した時のＳ偏光の反射光強度を示している。この図に
は比較のために従来型のデバイス、すなわち、プリズム
の上にクロム（１ｎｍ）、金（５０ｎｍ）を形成したデ
バイス、およびプリズムの上にクロム（１ｎｍ）、銀
（５０ｎｍ）を形成したデバイスのＳ偏光の反射光強度
も示している。本発明のデバイスはＳ偏光の反射光吸収
角度からデバイスの最表面にある金属薄膜から千ナノメ
ートル以上離れた媒体バルク中の屈折率の変化を測定す
ることが可能である。従って、本デバイスに測定対象と
なる生体分子を含む溶液を適用する際に、Ｐ偏光を入射
し共鳴角度を測定することで得たデバイス近傍の屈折率
変化Δｎｐから、Ｓ偏光を入射し共鳴角度を測定するこ
とで得た媒体バルク中の屈折率変化Δｎｓを引いた値Δ
ｎｐ−Δｎｓは、デバイス近傍のみに起因する屈折率変
化であり、この値から計算される溶液中の生体分子の濃
度は溶液の温度変化、圧力変化などに影響を受けない信
頼性の高いものとなる。

【００２３】本発明において、表面プラズモン共鳴セン
シングデバイスの抗体（あるいは抗原）固定化担体とし
て用いる多糖類とは、グルコースなどの単糖類が直鎖も
しくは分枝して多数結合した通常の意味での多糖類、も
しくはこれらを化学的に修飾した物を意味し、例えば硫
酸化デキストラン、可溶性スターチなどがある。図１１
の様にデバイス最表面の金属層２１に直接物理的あるい
は化学的方法によって抗体２２（あるいは抗原）を固定
した場合には、この抗体（あるいは抗原）は金属薄膜表
面より高々１０ナノメートル程度しか離れていない。し
かしながら、一般に表面プラズモン共鳴センシングデバ
イスが屈折率の変化を検出できる層は、エバネッセント
光２４が到達する範囲、すなわち金属薄膜表面より数百
ナノメートルの範囲であり、抗体（あるいは抗原）が固
定されている層を除いて殆どの範囲が使用されていな
い。しかるに図１２のごとく分子量が大きく長さの長い
多糖類２５に抗体２２（あるいは抗原）を固定化した場
合には、金属薄膜表面より数百ナノメートルの範囲にわ
たり抗体（あるいは抗原）が分布するので、抗原抗体等
の相補的結合反応によりこの全ての領域で屈折率変化が
生じるため抗原２３（あるいは抗体）の測定感度が高ま
る。特に水に近い屈折率を有する多糖類を用いた場合に
は、溶液の温度、ｐＨ、イオン強度等の変化により担体
の立体構造の変化は極めて小さく屈折率の変化が生じな
いので信頼性の高い測定が可能である。

【００２４】第２の要旨において、本発明は、液体試料
中の特定生体分子の濃度を光学的方法により測定するた
めの装置であって、上述の本発明の表面プラズモン共鳴
センシングデバイス、フローセル、インジェクションバ
ルブ、送液ポンプ、光源、光検出器、ビームスプリッタ
ー、偏光板を有してなる測定装置を提供する。

【００２５】このような測定装置の構成を模式的に図１
３に示す。本発明の測定装置は、通常は次の様な使用形
態で用いられる。まず、表面プラズモン共鳴センシング
デバイス２６の金属薄膜と誘電体からなる多層膜が形成
された側面にフローセル２７が装着される。このとき、
本デバイスには使用前に抗体（あるいは抗原）を結合し
た多糖類が固定されているものとする。溶液は送液ポン
プ２８からインジェクションバルブ２９を介してフロー
セルへと注入され、フローセルから出た溶液は廃液溜３
０に排出される。表面プラズモン共鳴センシングデバイ
スには光源３１から光線が入射され、フローセルとの界
面で入射光線は全反射し、ビームスプリッター３２、偏
光板３３を通して光検出器３４で反射光は検出される。
ただし、一方の偏光板はＰ偏光のみを通過させるよう
に、またもう一方の偏光板はＳ偏光のみを通過させるよ
うに配置させる。従って、一方の光検出器ではＰ偏光反
射光が、もう一方の光検出器ではＳ偏光反射光が検出さ
れる。両検出器の出力から反射光強度最小となる角度が
Ｐ偏光、Ｓ偏光それぞれに対して同時にリアルタイムで
モニタリングされるものとする。検出器で検出される反
射光強度から反射光強度最小角度を計算するアルゴリズ
ムは既存の手法が使用可能であり、当業者には周知のこ
とであり、これ以上の説明は不要である。抗原（あるい
は抗体）を含む試料はインジェクションバルブより注入
され、ポンプから送液される溶液の流れにのりフローセ
ルに入り、デバイス最表面の金属薄膜表面で抗原抗体反
応がおこる。このとき、試料溶液注入前後のＰ偏光の反
射光強度最小角度をそれぞれθｐ、θ′ｐとし、Ｓ偏光
の反射光強度最小角度をそれぞれθｓ、θ′ｓとすると
き従来は、（θ′ｐ−θｐ）から試料溶液中の抗原（あ
るいは抗体）の濃度を算出していたが、本測定装置を用
いる場合には、（θ′ｐ−θｐ）−α（θ′ｓ−θｓ）
から抗原（あるいは抗体）の濃度を算出する。ただし、
αは係数である。抗原抗体反応などの金属薄膜表面に由
来する変動は（θ′ｐ−θｐ）のみに現れ（θ′ｓ−θ
ｓ）には現れないが、金属薄膜表面に由来しない変動は
（θ′ｐ−θｐ）と（θ′ｓ−θｓ）の両方に現れるた
めその影響を除去することが可能となる。

【００２６】

【実施例１】本発明の表面プラズモン共鳴センシングデ
バイスを１０μＭアミノエタンチオール溶液に浸漬し洗
浄した後、硫酸化デキストラン溶液を２％過ヨウ素酸ナ
トリウム溶液と重量比で５：２の割合で混合し一晩撹拌
した溶液に浸漬し次いで洗浄した。次にこのデバイスを
ヒトアルブミン溶液（フラクションＶ、０．５ｍｇ／ｍ
ｌ）に浸漬し洗浄した後、１０ｍＭ水素化ホウ素ナトリ
ウム溶液（ｐＨ７．５〜８、４℃）に浸漬し洗浄した。
このデバイスを表面プラズモン共鳴測定装置に装着し、
２０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７）を送液下、５０μＬの
抗ヒトアルブミン（ヤギ）をインジェクションバルブよ
り注入した後グリシン−塩酸緩衝液（ｐＨ２．５）を注
入するという動作を繰り返すことによって図１４のデー
タを得た。

【００２７】

【実施例２】実施例１と同様の方法にて作製した表面プ
ラズモン共鳴センシングデバイス（硫酸化デキストラン
固定化膜担体法）、１０μＭアミノエタンチオール溶液
に浸漬し洗浄した後、１％グルタルアルデヒド溶液に浸
漬し洗浄し、さらにアルブミン溶液（０．５ｍｇ／ｍ
ｌ）に浸漬し洗浄したデバイス（化学結合法）、および
アルブミン溶液（０．５ｍｇ／ｍｌ）に浸漬し洗浄した
デバイス（物理吸着法）を用い、５０μＬの抗ヒトアル
ブミン（ヤギ）をインジェクションバルブより注入した
後グリシン−塩酸緩衝液（ｐＨ２．５）を注入するとい
う動作を繰り返し、このときの抗ヒトアルブミンに対す
る共鳴角度の変化量を、試料溶液注入回数に対してプロ
ットしたものを図１５に示す。

【００２８】

【実施例３】実施例１と同様の方法にて作製した表面プ
ラズモン共鳴センシングデバイスおよび同デバイスを有
する測定装置を用いて、２０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ
７）を送液下、５０μＬの抗ヒトアルブミンをインジェ
クションバルブより注入した後グリシン−塩酸緩衝液
（ｐＨ２．５）を注入するという動作を抗ヒトアルブミ
ンの濃度変えて繰り返し行った結果を図１６に示す。

【００２９】

【発明の効果】本発明の表面プラズモン共鳴センシング
デバイス、測定装置および測定方法を使用することによ
り、溶液の温度、圧力、組成などの変動に影響されにく
く、かつ高感度に試料溶液中の生体分子の濃度を測定で
きる。このことによって、従来よりも、より迅速に、か
つより正確に、かつリアルタイムに、血液、血清、血
漿、尿、髄液などの体液や果汁などの食品等に含まれる
特定成分の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の表面プラズモン共鳴センシングデバイ
スの一つの形態を模式的に示す概略図である。

【図２】従来の表面プラズモン共鳴センシングデバイ
スの別の形態を模式的に示す概略図である。

【図３】従来の表面プラズモン共鳴センシングデバイ
スを用い、表面プラズモン共鳴現象を観測するための最
小の装置構成を模式的に示す概略図である。

【図４】従来の表面プラズモン共鳴センシングデバイ
スを用い表面プラズモン共鳴現象を観測したときに、光
検出器で観測される反射光強度の角度依存性を示した図
である。

【図５】従来の表面プラズモン共鳴センシングデバイ
スを組み込んだ抗原抗体反応検出装置を模式的に示す概
略図である。

【図６】本発明の表面プラズモン共鳴センシングデバ
イスの一つの形態を模式的に示す概略図である。

【図７】本発明の表面プラズモン共鳴センシングデバ
イスの一つの形態を模式的に示す概略図である。

【図８】本発明の表面プラズモン共鳴センシングデバ
イスの一つの形態を模式的に示す概略図である。

【図９】従来方式の表面プラズモン共鳴センシングデ
バイスと本発明の表面プラズモン共鳴センシングデバイ
スを用い、水を試料としたときのＰ偏光の反射光強度を
示した図である。

【図１０】従来方式の表面プラズモン共鳴センシング
デバイスと本発明の表面プラズモン共鳴センシングデバ
イスを用い、水を試料としたときのＳ偏光の反射光強度
を示した図である。

【図１１】抗体（あるいは抗原）を表面プラズモン共
鳴センシングデバイスの金属薄膜表面に直接固定化した
場合の金属薄膜表面近傍の様子を示した図である。

【図１２】抗体（あるいは抗原）固定化担体である多
糖類を表面プラズモン共鳴センシングデバイスに用いた
場合の金属薄膜表面近傍の様子を示した図である。

【図１３】本発明の表面プラズモン共鳴センシングデ
バイスを用い、試料溶液中の特定の生体分子の濃度を測
定するための装置を模式的に示す概略図である。

【図１４】硫酸化デキストラン固定化膜担体法を用い
てヒトアルブミンを固定化した本発明の表面プラズモン
共鳴センシングデバイスに抗ヒトアルブミンを注入した
ときの共鳴角度の時間変化を示した図である。

【図１５】物理吸着法、化学結合法および硫酸化デキ
ストラン固定化膜担体法を用いてヒトアルブミンを固定
化した本発明の表面プラズモン共鳴センシングデバイス
の抗ヒトアルブミンに対する繰り返し応答を示した図で
ある。

【図１６】抗ヒトアルブミン濃度と、硫酸化デキスト
ラン固定化膜担体法を用いてヒトアルブミンを固定化し
た本発明の表面プラズモン共鳴センシングデバイスの応
答との関係を示した図である。

【符号の説明】

１プリズム２金属薄膜３ガラス板４マッチングオイル５従来の表面プラズモン共鳴センシングデバイス６光源７光検出器８表面プラズモン共鳴曲線９反射光強度吸収１０臨界角１１フローセル１２抗体１３抗原１４溶液１５本発明による表面プラズモン共鳴センシングデバ
イス１６金属薄膜１７誘電体１８金属薄膜１９マッチングオイル２０ガラス板２１金属薄膜２２抗体２３抗原２４エバネッセント光のエネルギー分布２５多糖類２６本発明による表面プラズモン共鳴センシングデバ
イス２７フローセル２８送液ポンプ２９インジェクションバルブ３０廃液溜３１光源３２ビームスプリッター３３偏光板３４光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリズムの上に第一の金属薄膜を形成
し、この金属薄膜の上に誘電体薄膜を形成し、さらにこ
の誘電体薄膜の上に第二の金属薄膜を形成することで、
薄膜に接する媒体の薄膜近傍およびバルクの屈折率変化
を鋭敏に検出できることを特徴とする表面プラズモン共
鳴センシングデバイス。
【請求項２】プリズムへの入射光の波長に関して誘電
体薄膜の屈折率がプリズムの屈折率より小さい材質のも
のを用いる請求項１の表面プラズモン共鳴センシングデ
バイス。
【請求項３】プリズムとして透明石英ガラス、バイコ
ール、パイレックス、アルミノ珪酸ガラス、アルミノ硼
珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２
Ｏ_３−ＳｉＯ_２ガラス、並板ガラス、低アルカリガラ
ス、フリントガラス、ソーダ石灰ガラス等のいずれかを
用い、誘電体薄膜がＬｉＦ、ＮａＦ、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、
ＳｉＯ_２、ＳｉＯ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２等のうち少なく
とも一つの成分を含む層からなる請求項２の表面プラズ
モン共鳴センシングデバイス。
【請求項４】プリズムと誘電体薄膜の間に形成される
金属薄膜が銀の単層膜もしくは銀の層を含む金属多層膜
より成る請求項１〜３のいずれかの表面プラズモン共鳴
センシングデバイス。
【請求項５】プリズムと誘電体薄膜の間に形成される
金属薄膜を構成する多層膜にタロム層もしくはチタン層
を含む請求項４の表面プラズモン共鳴センシングデバイ
ス。
【請求項６】誘電体薄膜の上に形成される金属薄膜と
して金の単層膜もしくは金の層を含む金属多層膜を用い
る請求項１〜５のいずれかの表面プラズモン共鳴センシ
ングデバイス。
【請求項７】誘電体薄膜の上に形成される金属薄膜を
構成する多層膜にクロム、チタン、アルミニウムのうち
少なくとも一つの層を含む請求項６の表面プラズモン共
鳴センシングデバイス。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかの表面プラズモ
ン共鳴センシングデバイスを用い、Ｐ偏光をプリズムへ
の入射光として、同デバイスの最外層の金属薄膜に接す
る媒体の金属薄膜近傍の屈折率を測定する装置。
【請求項９】Ｓ偏光をプリズムへの入射光として、表
面プラズモン共鳴センシングデバイスの最外層の金属薄
膜に接する媒体のバルクの屈折率を測定する請求項８の
装置。
【請求項１０】請求項９の装置を用い、表面プラズモン
共鳴センシングデバイスの最外層の金属薄膜に接する媒
体の金属薄膜近傍の屈折率と、同媒体のバルクの屈折率
との差を測定する方法。
【請求項１１】請求項８もしくは９の装置を用い、表面
プラズモン共鳴センシングデバイスの最外層の金属薄膜
に接する媒体の金属薄膜近傍の屈折率の変化から、金属
薄膜に固定化された生体分子と、媒体中の別の生体分子
との相互作用を測定する方法。
【請求項１２】水に屈折率が近い分子量数万以下の多糖
類等の高分子を上記請求項２〜８のいずれかの方法で得
られる金属表面に固定し、この高分子に固定化担体とし
て抗体（あるいは抗原）を固定化し、ここで起こる抗原
抗体反応に伴う著しい屈折率変化を鋭敏に検知できるよ
うにした表面プラズモン共鳴センシングデバイス及びそ
の調製法。
【請求項１３】指数関数的に減衰するエバネッセント波
を有効に利用するように、５０，０００ダルトン以下の
分子量を有する多糖類を固定化担体とする上記請求項１
２の方法で得られる薄膜表面を有する表面プラズモン共
鳴センシングデバイス及びその調製法。
【請求項１４】分子量数万以上の多糖類を上記請求項１
２もしくは１３の方法で得られる薄膜表面に放射方向に
配置させることを特徴とする支持担体の調製法及び同方
法で得られた表面プラズモン共鳴センシングデバイス。
【請求項１５】多糖類が可溶性デンプン、硫酸化デキス
トランのいずれかである上記請求項１２〜１４のいずれ
かの表面プラズモン共鳴センシングデバイスとその調製
法。
【請求項１６】請求項９の装置を用い、表面プラズモン
共鳴センシングデバイスの最外層の金属薄膜に接する媒
体の金属薄膜近傍の屈折率と同媒体のバルクの屈折率と
の差の変化から、金属薄膜に固定化された生体分子と、
媒体中の相補的結合を行う生体分子との相互作用を調べ
る方法。