JP2003202285A - 全反射を利用した測定装置の測定用プレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全反射を利用した測定装置における測定を精
度よく、効率的に行う。 【解決手段】 マイクロタイタプレートの所定の規格と
同一の外形を有するプレート基体11の表面に所定の規格
にしたがったピッチおよび８×１２の行列状に配された
ウェル12のうち８×６のウェル12ａの底部内面に金属膜
14を形成し、底部外面に誘電体ブロック16を備えた測定
用プレートを用いる。誘電体ブロック16は、ウェル12ａ
の底を厚く凸状に形成することにより構成されたもので
あり、所定の光ビームを測定用ウェル12ａの底面と金属
膜14との界面に入射させる入射面16ａおよび該界面にお
いて全反射した光ビームを出射させる出射面16ｂを有す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモン共
鳴測定装置等の、全反射を利用した測定装置による測定
のための試料を保持する測定用プレートに関するもので
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、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモン共鳴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共鳴測定
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となり、か
つ、表面プラズモン共鳴条件を含む種々の入射角が得ら
れるように入射させる光学系と、上記界面で全反射した
光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態を
検出する光検出手段とを備えてなるものである。

【０００５】なお上述のように種々の入射角を得るため
には、比較的細い光ビームを偏向させて上記界面に入射
させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射
する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記
界面に収束光あるいは発散光の状態で入射させてもよ
い。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって反射角
が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期移動する
小さな光検出器によって検出したり、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共鳴測定装置に
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。エバネッセント光の波数ベクトル
が表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立して
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Ｋs
p、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
づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上
記反射光強度が低下する入射角θspを知ることにより、
試料中の特定物質を定量分析することができる。

【００１０】また、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センサーも知られている。こ
の漏洩モードセンサーは基本的に、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測定し
て導波モードの励起状態、つまり全反射減衰の状態を検
出する光検出手段とを備えてなるものである。

【００１１】上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、
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。
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。

【００１２】なお、表面プラズモン共鳴測定装置もしく
は漏洩モード測定装置等の全反射を利用した測定装置と
しては、光を界面に全反射条件が得られる入射角で入射
させ、その光によるエバネッセント波の発生により、界
面で全反射した光の状態の変化を測定することにより被
測定物質の特性分析等を行うに際して、前述の全反射減
衰を生じる特定入射角の測定をする装置のほか、複数の
波長の光ビームを界面に入射させ、角波長毎の全反射減
衰の程度を検出する装置、あるいは、光ビームを界面に
入射させるとともに、この光ビームの一部を、界面入射
前に分割し、この分割した光ビームを界面で反射した光
ビームと干渉させて、該干渉の状態を測定する装置等種
々のタイプがある。

【００１３】上記の系を用いる従来の表面プラズモン共
鳴測定装置等において、実用上は、試料に接触させる金
属膜を測定毎に交換する必要がある。そこで、この金属
膜を誘電体ブロックの一面に固定し、この金属膜上に試
料を保持する保持機構が一体的に形成されてなる測定チ
ップを構成することが考えられている（例えば本出願人
による特願2000−016633参照）。しかしながら、このよ
うな個々の測定チップは小さく、そのハンドリング性が
悪いために測定処理の能率を上げるのが難しいという問
題が認められている。

【００１４】また、上述した表面プラズモン共鳴測定装
置や漏洩モードセンサーは、創薬研究分野等において、
所定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に使用されることがある。この場
合には前記薄膜層（表面プラズモン共鳴測定装置の場合
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た複数
の測定チップを用意し、各測定チップのセンシング物質
上に互いに被検体を含む試料液をそれぞれ滴下し、全反
射の状態を測定する。このように、複数の被検体につい
ての測定を行う場合には長時間を要するため、いかに効
率よい測定を行うかが重要となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、複数の測定チ
ップを１列に連結して一体的に扱うことができるように
すれば、複数の測定チップを個々に扱う場合と比較して
効率よい測定を行うことができると考えられる。このよ
うに複数の測定チップを連結し一体的に扱えるようにし
た場合、そのハンドリング性能をより向上させるために
は、その一体化された複数の測定チップを扱うための周
辺機器が必要である。

【００１６】しかしながら、一体化された複数の測定チ
ップのために専用の周辺機器を新たに設計開発するため
に多大なコストをかけるのは望ましくない。

【００１７】そこで、上記の問題を解決するために、生
化学の分野において酵素免疫測定等に使用されている、
９６穴、３８４穴、１５３６穴等のウェルを有するマイ
クロタイタプレートと同一の規格の行列状に測定チップ
が配置されてなる測定用プレートを利用することが考え
られる。このような規格を有するものであれば、従来マ
イクロタイタプレート用に使用されている試料液を各ウ
ェルに分注するための分注装置等の既存の機器を有効利
用することができるので、新たな周辺機器を用意するこ
となくハンドリング性を向上させることができる。

【００１８】しかしながら、マイクロタイタプレートと
同一の規格のプレート上に該規格に従った行列状に測定
チップが配列されているとすると、それぞれの測定チッ
プの測定時に入出射する光ビームが隣接する測定チップ
の底部によるケラレが生じるために、精度よい測定がで
きないという問題がある。

【００１９】本発明は上記の事情に鑑みて、表面プラズ
モン共鳴測定装置等の全反射を利用した測定装置の測定
に用いられる、ハンドリング性に優れた、かつ、精度よ
い測定が可能な測定用プレートを提供することを目的と
するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の全反射を利用し
た測定装置の測定用プレートは、マイクロタイタプレー
トの所定の規格と同一の外形を有するプレート基体の表
面の、前記規格にしたがった位置に配列された複数のウ
ェルを備え、前記プレート基体の裏面の、前記複数のウ
ェルのうち一部のウェルの底部外面にのみ、所定の光ビ
ームを該ウェルの底面で全反射するように入射させる入
射面と、前記底面で全反射した光ビームを出射させる出
射面を有する誘電体ブロックを備え、該誘電体ブロック
を備えたウェルが少なくとも一配列方向において隣接し
ないように配されていることを特徴とするものである。

【００２１】ここで、所定の規格とは、プレートの外
寸、ウェルの配列（行列数、ピッチ等）に関する、例え
ば、JIS、ANSI、DIN等の規格、９６、３８４、および１
５３６穴（ウェル）のＳＢＳマイクロプレートスタンダ
ード（the proposed SBS microplate standards)等であ
り、マイクロタイタプレートとして使用されている、あ
るいは使用され得るものが有する規格である。

【００２２】前記誘電体ブロックは、前記複数のウェル
のうち１行以上もしくは１列以上おきのウェルに備えら
れていてもよいし、前記複数のウェルのうち千鳥状の位
置にあるウェルに備えられていてもよい。

【００２３】また、本発明の別の測定用プレートは、マ
イクロタイタプレートの所定の規格と同一の外形を有す
るプレート基体の表面の、前記規格にしたがった行列状
配置の１行以上もしくは１列以上おきとなる位置に、複
数のウェルが配置されており、前記複数のウェルの各ウ
ェルの底部外面に、所定の光ビームを前記ウェルの底面
で全反射するように入射させる入射面と、前記底面で全
反射した光ビームを出射させる出射面を有する誘電体ブ
ロックを備えていることを特徴とするものである。

【００２４】本発明のさらに別の測定用プレートは、マ
イクロタイタプレートの所定の規格と同一の外形を有す
るプレート基体の表面の、前記規格にしたがった行列状
配置の千鳥状の位置に、複数のウェルが配置されてお
り、前記複数のウェルの各ウェルの底部外面に、所定の
光ビームを前記ウェルの底面で全反射するように入射さ
せる入射面と、前記底面で全反射した光ビームを出射さ
せる出射面を有する誘電体ブロックを備えていることを
特徴とするものである。

【００２５】なお、本発明の各測定用プレートにおいて
は、前記底部外面に前記誘電体ブロックを備えているウ
ェルの底部内面上に薄膜層が形成されていてもよく、該
薄膜層が金属膜であり、表面プラズモン共鳴に伴う全反
射減衰の状態を測定する測定装置において使用されるも
のであってもよいし、前記薄膜層がクラッド層、および
その上に形成される光導波層からなるものであり、該光
導波層での導波モードの励起に伴う全反射減衰の状態を
測定する測定装置において使用されるものであってもよ
い。

【００２６】なお、全反射を利用した測定装置として
は、光ビームをウェル底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
底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
より試料分析を行う測定装置、D.V.Noort,K.johansen,
C.-F.Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Res
onance 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
をウェル底面で全反射条件が得られる入射角で入射さ
せ、各波長毎に前記底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
により試料分析を行う装置、また、P.I.Nikitin,A.N.Gr
igorenko,A.A.Beloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.
A.Savchuk, Surface Plasmon ResonanceInterferometry
for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 199
9, pp.235-238 に記載されているように、光ビームをウ
ェル底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底
面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、該
底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う装
置、光ビームをウェル底面で全反射条件が得られる入射
角で入射させ、該光ビームにより発生したエバネッセン
ト光により、試料を励起して蛍光を発生させ、該蛍光を
検出することにより試料分析を行う装置等がある。

【００２７】

【発明の効果】本発明の全反射を利用した測定装置の測
定用プレートは、マイクロタイタプレートの所定の規格
と同一の外形および該規格にしたがった位置に配列され
た複数のウェルを備えているので、従来マイクロタイタ
プレート用に開発されている、試料液の分注機等の周辺
機器を利用することができるため、周辺機器を新たに設
計開発等する必要がない。従来の個々の測定チップを扱
う場合と比較して扱いが容易となり、既存の周辺機器を
用いることにより、さらなるハンドリング性の向上を図
ることができる。

【００２８】また、所定の規格に従った位置に配された
複数のウェルのうち、一部のウェルの底部外面にのみ、
所定の光ビームを前記ウェルの底面に入射させる入射面
および該底面で全反射した光ビームを出射させる出射面
を有する誘電体ブロックを備え、誘電体ブロックを備え
たウェルが少なくとも一配列方向において隣接しないよ
うに配されているため、光ビームを誘電体ブロックを備
えないウェル側から入射および出射することができ、光
ビームの入射時および出射時に、該光ビームが隣接ウェ
ルの誘電体ブロックによってケラレることなく、精度よ
く測定を行うことができる。

【００２９】また、一つのプレートに複数の試料を同時
に保持することができるため、多数の試料についての測
定をより効率よく行うことが可能となる。

【００３０】また、本発明の別の測定用プレートは、マ
イクロタイタプレートの所定の規格と同一の外形を有す
るプレート基体の表面の、該規格にしたがった行列状配
置の１行おきとなる位置に、誘電体ブロックを備えた複
数のウェルが配置されているため、上述の場合と同様
に、誘電体ブロックから入射する光ビームおよび出射す
る光ビームがケラレず、精度よく測定を行うことができ
ると共に、従来マイクロタイタプレート用に開発されて
いる、試料液の分注機等の周辺機器を利用することがで
き、ハンドリング性の向上を図ることができる。

【００３１】本発明のさらに別の測定用プレートは、マ
イクロタイタプレートの所定の規格と同一の外形を有す
るプレート基体の表面の、該規格にしたがった行列状配
置の千鳥状の位置に、誘電体ブロックを備えた複数のウ
ェルが配置されているため、上述の場合と同様に、誘電
体ブロックから入射する光ビーム、出射する光ビームが
ケラレず、精度よく測定を行うことができると共に、従
来マイクロタイタプレート用に開発されている、試料液
の分注機等の周辺機器を利用することができ、ハンドリ
ング性の向上を図ることができる。

【００３２】なお、各測定用プレートにおいて、誘電体
ブロックを備えたウェルの底部内面上に薄膜層が形成さ
れ、該薄膜層として金属膜を形成すれば、表面プラズモ
ン共鳴に伴う全反射減衰の状態を測定する測定装置にお
いて使用することができ、薄膜層としてクラッド層、お
よびその上に形成される光導波層からなるものを形成す
れば、該光導波層での導波モードの励起に伴う全反射減
衰の状態を測定する測定装置において使用することがで
きる。いずれの装置においても、本発明の測定用プレー
トを用いれば、多数の試料についての測定を効率よく行
うことができる。

【００３３】

【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。

【００３４】図１は、本発明の第１の実施形態による測
定用プレートの斜視図である。図１（ａ）に示すよう
に、本測定用プレート10は、マイクロタイタプレートの
所定の規格と同一の外形を有するプレート基体11の表面
に、９６個のウェル12が所定の規格にしたがったピッチ
（９ｍｍ）および８行１２列（８×１２）の行列状に配
されている。ウェル12は、基体11上面から下方に徐々に
径の小さくなる断面円形の形状を有するものであり、こ
のウェル12のうち、１列おきのウェル12ａの底部外面に
誘電体ブロック16が形成されている。すなわち、誘電体
ブロック16を備えたウェル12ａが列方向に隣接しないよ
うに（少なくとも一配列方向において隣接しないよう
に）、８×１２のウェル12のうち８×６のウェル12ａに
のみ誘電体ブロック16が備えられている。図に示すよう
に、誘電体ブロック16は、ウェル12ａの底を厚く凸状に
形成することにより構成されたものである。以後、誘電
体ブロック16を備えたウェルを測定用ウェル12ａと称す
る。なお、誘電体ブロック16は、所定の光ビームを測定
用ウェル12ａの底面15に入射させる入射面16ａおよび該
底面15において全反射した光ビームを出射させる出射面
16ｂを有するものであり、この入射面16ａおよび出射面
16ｂが、隣接ウェルのうち、誘電体ブロック16を備えな
いウェル12ｂ側に設けられている。

【００３５】誘電体ブロック16は、図１（ｂ）に示すよ
うに、各測定用ウェル12ａに個別に形成されていてもよ
いし、図１（ｃ）に示すように、列状に並ぶ複数個の測
定用ウェル12ａに亘って連続的に形成されていてもよ
い。

【００３６】本測定用プレート10は、マイクロタイタプ
レートの規格と同一の外寸およびウェル12を備えている
ので、測定用ウェル12ａに液体試料20を供給する手段と
して、図２に示すような分注機50を使用することができ
る。この分注機50は、８本の分注ノズル51が、所定ピッ
チで支持部材52に支持されてなるものであり、従来のマ
イクロタイタプレートを用いて行うエライザ（elisa)等
において用いられる分注機である。このように、本測定
用プレート10を用いれば、従来マイクロタイタプレート
用に使用されている分注機等の周辺機器を利用すること
ができ、ハンドリング性を向上させることができる。

【００３７】なお、誘電体ブロック16を備えた測定用ウ
ェル12ａの底部内面に金属膜14を形成すれば、表面プラ
ズモンセンサーに用いられる測定用プレート10’（図３
参照）とすることができ、該底部内面にクラッド層41お
よび光導波層42をこの順に形成すれば、漏洩モードセン
サーに用いられる測定用プレート10''（図５参照）とす
ることができる。

【００３８】図３は、図１に示した測定用プレート10の
測定用ウェルの底部内面に金属膜14が設けられてなる測
定用プレート10’を用いた表面プラズモンセンサーの概
略図である。全反射を利用した測定装置の一形態である
表面プラズモンセンサーは、測定用の光ビーム（レーザ
ビーム）30を発生させる半導体レーザ等のレーザ光源31
と、入射光学系を構成する集光レンズ32と、光検出器40
とからなる測定系、光検出手段40の出力信号Ｓを受けて
後述の処理を行う信号処理部60、および測定系と測定用
プレート10’を相対的に移動可能とする図示しない移動
手段とを備えてなる。

【００３９】図３において、測定用プレート10’はその
一部拡大側断面が示されている。前述の通り、列方向に
並ぶウェル12のうち、一つおきのウェル12ａ（ピッチＰ
＝１８ｍｍ）の底部外面に誘電体ブロック16が形成され
ており、この誘電体ブロック16を備えたウェル12ａの底
部内面には金属膜14が形成されている。

【００４０】集光レンズ32は図３に示す通り、光ビーム
30を集光して収束光状態で誘電体ブロック16に通し、誘
電体ブロック16と金属膜14との界面15（ウェル底面）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、金属膜14と誘電体ブロック16との界面
15において光ビーム30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。

【００４１】なお光ビーム30は、界面15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
31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30の偏光の向き
を制御してもよい。

【００４２】光検出器40は、多数の受光素子が１列に配
されてなるラインセンサから構成されており、受光素子
の並び方向が図３中の矢印Ｘ方向となるように配されて
いる。

【００４３】なお、移動手段は、測定系に対して測定用
ウェル12ａが所定位置になるように、測定系もしくは測
定用プレート10を相対的に紙面垂直方向および紙面左右
方向に二次元的に移動させるものである。

【００４４】以下、上記構成の表面プラズモンセンサー
による試料分析について説明する。測定対象となる試料
は、図２に示した分注機50により、測定用ウェル12ａに
供給される。

【００４５】試料20を保持している測定用ウェル12ａ
が、その誘電体ブロック16に前記光ビーム30が入射する
測定位置に移動手段により設置された状態で、レーザ光
源31が駆動され、そこから発せられた光ビーム30が前述
のように収束する状態で、界面15に入射する。この界面
15で全反射した光ビーム30は、光検出器40によって検出
される。

【００４６】光ビーム30は、上述の通り収束光状態で誘
電体ブロック16に入射するので、上記界面15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30は界面15で全反射し、この反射した光ビーム
30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。

【００４７】このように光ビーム30が全反射するとき、
界面15から金属膜14側にエバネッセント波がしみ出す。
そして、光ビーム30が界面15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金属膜
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。

【００４８】そこで、光検出器40が出力する光量検出信
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、予め求めておいた反射光強度Ｉと入射
角θとの関係曲線に基づけば、試料中の特定物質を定量
分析することができる。信号処理部60は、以上の原理に
基づいて試料20中の特定物質を定量分析し、その分析結
果を図示しない表示部に出力する。

【００４９】図３に示すように、測定用ウェル12ａの誘
電体ブロック16の入射面16ａおよび出射面16ｂ側のウェ
ル12ｂの底部に、図中点線で示すような誘電体ブロック
16’が設けられていたとすると、測定用ウェル12ａの誘
電体ブロック16に入射するもしくは該ブロック16から出
射する光ビーム30にケラレが生じるため測定精度が低下
するが、本測定用プレート10においては、非測定用ウェ
ル12ｂの底部には誘電体ブロックが設けられていないた
めケラレが生じず、測定精度の低下もない。

【００５０】その後、移動手段により測定用プレート10
もしくは測定系を互いに相対的に移動させ、次に測定に
供される測定用ウェル12ａが測定系に対して所定位置と
なるようにする。このように測定用ウェル12ａを、測定
用プレート10の移動にともなって次々と測定に供するこ
とができる。これにより、この表面プラズモンセンサー
によれば、多数の試料20についての測定を短時間で行う
ことが可能になる。

【００５１】なお、金属膜14の上に特定物質と結合する
センシング物質を予め固定しておき、このセンシング物
質上に被検体を含む試料液20を滴下し、表面プラズモン
共鳴による全反射減衰角θspの角度変化量を測定するこ
とにより、センシング物質と被検体の結合の有無、すな
わち被検体が特定物質であるか否かを判定することもで
きる。

【００５２】つまりこの場合は、上記特定物質とセンシ
ング物質との結合状態に応じてセンシング物質の屈折率
が変化して、図４の特性曲線が左右方向に移動する形に
変化するので、全反射減衰角θspに応じて抗原抗体反応
を検出することができる。なおこの場合は、試料20およ
びセンシング物質の双方が、分析対象の試料となる。

【００５３】図５は、図１に示した測定用プレート10の
測定用ウェルの底部内面にクラッド層および光導波層が
この順に設けられてなる測定用プレート10''を用いた全
反射を利用した測定装置の他の形態である漏洩モードセ
ンサーの概略図である。なお同図においては、図３中に
示されているものと同等の要素について、この図３にお
けるのと同じ番号を付して示してある。

【００５４】測定用プレート10''においてクラッド層41
は、誘電体ブロック16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
42は、クラッド層41よりも高屈折率の誘電体、例えばＰ
ＭＭＡを用いて薄膜状に形成されている。クラッド層41
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42の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合
で700ｎｍ程度とされる。

【００５５】図５に示す漏洩モードセンサーにおいて、
試料20を保持する測定用ウェル12ａが所定位置に設置さ
れた状態で測定が行われる。レーザ光源31から出射した
光ビーム30を誘電体ブロック16を通してクラッド層41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30が誘電体ブロック16とクラッド層41との界面（ウェ
ル底面）15で全反射するが、クラッド層41を透過して光
導波層42に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光
導波層42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42に取り込まれるので、上記界面15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。

【００５６】光導波層42における導波光の波数は、該光
導波層42の上の試料20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
20の屈折率や、それに関連する試料20の特性を分析する
ことができる。信号処理部60は、以上の原理に基づいて
試料20中の特定物質を定量分析し、その分析結果が図示
外の表示部に表示される。

【００５７】その後、移動手段により測定用プレート1
0''もしくは測定系を互いに相対的に移動させ、次に測
定に供される測定用ウェル12ａが測定系に対して所定位
置となるようにする。このように測定用ウェル12ａを、
測定用プレート10''の移動にともなって次々と測定に供
することができる。このように、本測定用プレート10''
を用いることにより、この漏洩モードセンサーにおいて
も、上述の表面プラズモンセンサーにおいて測定用プレ
ート10’を用いた際に得られるのと同様の効果を得るこ
とができる。

【００５８】上述の測定用プレート10は、９６ウェルマ
イクロタイタプレートと同一規格の構成であったが、そ
の他、３８４ウェル、１５３６ウェルのマイクロタイタ
プレートと同一規格の測定用プレートとすることもでき
る。例えば、１６行２４列（１６×２４）、セルピッチ
４．５ｍｍの３８４ウェルを有する基体において、１行
おきのウェル（８行２４列のウェル）の底部内面に薄膜
層、外面に誘電体ブロックを設けてもよい。なお、３８
４ウェルの測定用プレートの場合、誘電体ブロックの厚
みは３．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００５９】また、規格にしたがった行列状の１行もし
くは１列おきのウェルを測定用ウェルとするほか、複数
行もしく複数列おきのウェルを測定用ウェルとしてもよ
く、さらに図６に上面図を示すように、基体71に行列状
に配置されたウェル72のうち、千鳥状の位置にある図中
斜線で示すウェル72ａにのみ誘電体ブロックを設け、測
定用ウェル72ａが非測定用ウェル72ｂと交互に形成され
た千鳥状に配されてなる測定用プレート70としてもよ
い。

【００６０】なお、本発明の測定用プレートにおける測
定用ウェルの配置は、少なくとも一配列方向において測
定用ウェルが隣接しない配置であればいかなる配置でも
よい。このように所定の一配列方向において測定用ウェ
ルが隣接しない配置、すなわち、各測定用ウェルの誘電
体ブロックの光ビーム入射面および光ビーム出射面側に
隣接して誘電体ブロックが存在することがない配置であ
れば、光ビームのケラレを生じることなく全反射の状態
を測定することができる。

【００６１】図７〜９に本発明の測定用プレートのさら
に別の形態を示す。図７、図８はそれぞれ測定用プレー
トの上面図であり、図９は図８に示すプレートの側断面
図である。

【００６２】図７に示す測定用プレート80は、マイクロ
タイタプレートの所定の規格と同一の外形を有するプレ
ート基体81の表面の、９６ウェル用の規格にしたがった
の行列状配置の１列おきとなる位置にのみウェル82が配
置されたものであり、各ウェル82の底部外面に誘電体ブ
ロックが備えられている。すなわち、図１における測定
用プレート10の９６ウェルのうち、測定用ウェルのみが
形成され、非測定用ウェルが形成されていない形態であ
る。図中点83で示しているのは、９６ウェル用の規格に
おいては本来ウェルが存在する箇所である。

【００６３】また、図８および図９に示す測定用プレー
ト90は、マイクロタイタプレートの所定の規格と同一の
外形を有するプレート基体91の表面の、３８４ウェル用
の規格にしたがった行列状配置の千鳥状の位置にのみウ
ェル92が配置されたものであり、各ウェル92の底部外面
に誘電体ブロック96が備えられている。すなわち、測定
用ウェルのみが千鳥状に配置して形成され、非測定用ウ
ェルが形成されていない形態である。図８中点93で示し
ているのは、３８４ウェル用の規格においては本来ウェ
ルが存在する箇所である。図９に示すように、光ビーム
30が誘電体ブロック96の入射面96ａに入射する際、およ
び誘電体ブロック96の出射面96ｂから出射する際、ケラ
レが生じないため測定精度の低下を生じない。

【００６４】上述のように、図７、８に示すような、規
格に従った行列状配置からウェルを間引いて構成された
測定用プレートにおいても、ウェルを間引かず、測定用
ウェルと非測定用ウェルを設けた前述の測定用プレート
10の場合と同様の効果を得ることができる。

【００６５】なお、上記各測定用プレートのウェルは、
基体上面から下方に徐々に径の小さくなる断面円形の形
状を有するものとしたが、ウェルの形状はこれに限るも
のであはない。ウェルの形状例を図１０〜１２に示す。
各図において、（ａ）はウェルの側断面、（ｂ）はウェ
ルを基体裏面からみた図である。

【００６６】図１０に示す測定用プレート100のウェル1
02は、基体101上面から下方に徐々に径の小さくなる断
面円形であるが、ウェル下部において、径の縮小率が大
きくなる部分を有するものである。ウェル底面に薄膜層
94が形成されており、ウェルの底が基体101の裏面に対
して凸状となるように厚く形成されて誘電体ブロック10
6が構成されている。誘電体ブロック106、すなわち、基
体101の裏面の凸部は、同図（ａ）の紙面奥行きに隣接
するウェルの底部外面に該ウェルの並び方向に延びた形
状となっている。

【００６７】図１１に示す測定用プレート110のウェル1
12は、ウェル112の開口部が四角形であり、倒立截頭四
角柱形状を有するものである。ウェル底面に薄膜層94が
形成されており、ウェルの底が基体111の裏面に対して
凸状となるように厚く形成されて誘電体ブロック116が
構成されている。誘電体ブロック116、すなわち、基体1
11の裏面の凸部は、同図（ａ）の紙面奥行きに隣接する
ウェルの底部外面に該ウェルの並び方向に延びた形状と
なっている。

【００６８】図１２に示す測定用プレート120のウェル1
22は、図１０に示すウェル112のウェル下部において、
さらに断面積の縮小率が大きくなる部分を有するもので
ある。この場合も同様に、ウェル底面に薄膜層94が形成
され、ウェル底部外面に誘電体ブロック126が形成され
ている。

【００６９】なお、各測定用プレートにおいて、薄膜層
94としては、表面プラズモンセンサーにおいて使用する
場合には、金属膜を形成し、漏洩モードセンサーにおい
て使用する場合には、クラッド層と光導波層とを形成す
ればよい。

【００７０】なお、上述の、本発明の測定用プレートを
備えた全反射を利用した測定装置は、光源からの光ビー
ムを界面（ウェル底面）に対して種々の角度で入射さ
せ、該界面からの反射光を測定し暗線となる入射角度か
ら全反射減衰の状態を測定して試料分析を行う、もしく
は被検体とセンシング物質との結合状態を得るものであ
るが、光ビームの入射角度を界面で全反射条件を満たす
所定の角度とし、種々の波長を有する光ビームを入射さ
せる、もしくは入射させる光ビームの波長を変化させ、
界面からの反射光を測定し、各波長毎の全反射減衰の状
態により試料分析を行う、もしくは被検体とセンシング
物質との結合状態を得るようにしてもよい。

【００７１】さらに、図３に示した測定用プレート10’
を用いた全反射を利用した他の形態の測定装置の側面図
を図１３に示し、簡単に説明する。

【００７２】ここでは測定用プレート10’の測定用ウェ
ル12ａの底部内面に設けられた金属膜14上にさらに、特
定物質と結合するセンシング物質18が設けられている。

【００７３】図１３に側面形状を示すように、本実施の
形態の表面プラズモンサーは、上述の測定用プレート1
0’を備え、該測定用プレート10’の誘電体ブロック16
の光ビーム入射面16a側および出射面16b側にそれぞれ、
光源334とＣＣＤ360とが配設されており、これら光源33
4とＣＣＤ360との間には、コリメータレンズ350、干渉
光学系、集光レンズ355およびアパーチャー356が配設さ
れている。

【００７４】上記干渉光学系は、偏光フィルタ351、ハ
ーフミラー352、ハーフミラー353およびミラー354によ
り構成されている。

【００７５】さらに、ＣＣＤ360は信号処理部361に接続
されており、信号処理部361は表示部362に接続されてい
る。

【００７６】以下、本実施の形態の表面プラズモンセン
サーにおける試料の測定について説明する。

【００７７】光源334が駆動されて光ビーム330が発散光
の状態で出射される。この光ビーム330はコリメータレ
ンズ350により平行光化されて偏光フィルタ351に入射す
る。偏光フィルタ351を透過して界面15に対してｐ偏光
で入射するようにされた光ビーム330は、ハーフミラー3
52により一部がレファレンス光ビーム330Ｒとして分割
され、ハーフミラー352を透過した残りの光ビーム330Ｓ
は界面15に入射する。界面15で全反射した光ビーム330
Ｓおよびミラー354で反射したレファレンス光ビーム330
Ｒはハーフミラー353に入射して合成される。合成され
た光ビーム330´は集光レンズ355により集光され、アパ
ーチャー356を通過してＣＣＤ360によって検出される。
このとき、ＣＣＤ360で検出される光ビーム330´は、光
ビーム330Ｓとレファレンス光ビーム330Ｒとの干渉の状
態に応じて干渉縞を発生させる。

【００７８】ここで、金属膜14の表面に固定されている
センシング物質18は、試料20中の特定物質と結合するも
のである。このような特定物質とセンシング物質18との
組合せとしては、例えば抗原と抗体とが挙げられる。そ
の場合は、試料20分注後から継続的に測定し、ＣＣＤ36
0により検出される干渉縞の変化を検出することによ
り、抗原抗体反応の有無を検出することができる。つま
りこの場合は、上記特定物質とセンシング物質18との結
合状態に応じてセンシング物質18の屈折率が変化する
と、界面15で全反射した光ビーム330Ｓおよびレファレ
ンス光ビーム330Ｒがハーフミラー353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
応じて抗原抗体反応を検出することができる。なおこの
場合は、試料20およびセンシング物質18の双方が、分析
対象の試料となる。

【００７９】信号処理部361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362に表示
される。

【００８０】その後、図示しない移動手段により測定用
プレート10’もしくは測定系を互いに相対的に移動さ
せ、次に測定に供される測定用ウェル12ａが測定系に対
して所定位置となるようにする。このように測定用ウェ
ル12ａを、測定用プレート10’の移動にともなって次々
と測定に供することができる。

【００８１】このように、本測定用プレート10’を用い
ることにより、測定用ウェル12ａの誘電体ブロック16に
入射するもしくは該ブロック16から出射する光ビーム33
0Sにケラレが生じることなく、測定精度の低下もなく、
効率良く測定を行うことができる。

【００８２】さらに、本発明の測定用プレートを用いた
全反射を利用した他の形態の測定装置の側面図を図１４
に示し、簡単に説明する。

【００８３】図１４に側面形状を示す測定装置は、図１
に示した測定用プレート10を備え、測定用ウェル12ａの
底面15に光ビームを全反射条件で入射させ、該全反射時
にウェル底面15の試料側に発生するエバネッセント波に
より、ウェル中に注入された試料420を励起させ、該試
料420から放出される蛍光435を検出することにより試料
の分析を行うものである。この測定装置は、例えば、蛍
光物質を標識として抗原抗体反応を測定する、蛍光免疫
測定法（蛍光イムノアッセイ）などに用いられる。

【００８４】さらに、本測定装置は、光ビーム430を発
生させる半導体レーザ等のレーザ光源431および集光レ
ンズ32を備えた励起光学系と、光ビーム430のウェル底
面15での全反射時に試料側にしみだすエバネッセント波
により励起された試料から発生する蛍光435を集光する
集光レンズ436と、蛍光435を受光する蛍光分光器437
と、該蛍光分光器437に接続された信号処理部438とを備
えてなる。

【００８５】以下、上記構成の測定装置による試料分析
について説明する。測定対象となる試料420は、上述の
他の測定装置の場合と同様に、図２に示した分注機50に
より、測定用ウェル12ａに供給される。

【００８６】試料420を保持している測定用ウェル12ａ
が、その誘電体ブロック16に前記光ビーム430が入射す
る測定位置に移動手段により設置された状態で、レーザ
光源431が駆動され、そこから発せられた光ビーム430が
レンズ432で収束されてウェル底面15に全反射条件で入
射する。

【００８７】このように光ビーム430が全反射すると
き、ウェル底面15からウェル側にエバネッセント波がし
み出す。そして、このエバネッセント波により試料420
が励起され、その後試料420は基底状態に戻る際に蛍光
を発する。

【００８８】試料420から発せられた蛍光435は、集光レ
ンズ436で集光されて、蛍光分光器437で検出される。試
料から発せられる蛍光を検出することにより、信号処理
部438は、試料の性質を解析し、その分析結果を図示し
ない表示部に出力する。

【００８９】その後、図示しない移動手段により測定用
プレート10もしくは測定系を互いに相対的に移動させ、
次に測定に供される測定用ウェル12ａが測定系に対して
所定位置となるようにする。このように測定用ウェル12
ａを、測定用プレート10の移動にともなって次々と測定
に供することができる。

【００９０】なお、上記各全反射を利用した測定装置に
おいては、１つの測定系と、該測定系に対して相対的に
プレートを二次元的に移動させる移動手段とを備えるも
のとしたが、例えば、８つの測定系と、該測定系に対し
て相対的にプレートを該測定系の並び方向と直角な方向
にのみ移動させる移動手段とを備え、図１に示す測定用
プレートの１行に並んでいる８つの測定用ウェルについ
ての測定を同時に行い、移動手段により、測定系もしく
はプレートを測定系の並び方向に直角な方向に移動させ
て各行の測定用ウェルについて順次測定を行うようにし
てもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の測定用プレートを
示す斜視図

【図２】測定用プレートに試料液を分注する分注装置を
示す正面図

【図３】図１に示した測定用プレートを使用した表面プ
ラズモンセンサーの側面図

【図４】表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射
角と、光検出器による検出光強度との概略関係を示すグ
ラフ

【図５】本発明の測定用プレートを使用した漏洩モード
センサーの側面図

【図６】本発明の測定用プレートの他の形態を示す上面
図

【図７】本発明の測定用プレートの他の形態を示す上面
図

【図８】本発明の測定用プレートの他の形態を示す上面
図

【図９】図８に示した測定用プレートの一部拡大断面図

【図１０】本発明の測定用プレートのウェル形状を説明
するための図

【図１１】本発明の測定用プレートのウェル形状を説明
するための図

【図１２】本発明の測定用プレートのウェル形状を説明
するための図

【図１３】図１に示した測定用プレートを使用した別の
全反射を利用した測定装置の側面図

【図１４】図１に示した測定用プレートを使用したさら
に別の全反射を利用した測定装置の側面図

【符号の説明】

10 測定用プレート 11 基体 12 ウェル 12ａ 測定用ウェル 12ｂ 非測定用ウェル 14 金属膜 16 誘電体ブロック 30 光ビーム 31 光源 32 集光レンズ 40 光検出器 41 クラッド層 42 光導波層 50 分注機 60 信号処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G043 AA01 BA16 CA03 DA06 EA01 EA15 GA07 GB01 GB05 GB16 HA01 HA02 HA05 HA07 KA09 LA03 2G057 AA02 AA04 AB04 AB07 AC01 BA01 BA03 BB06 2G059 AA01 AA05 BB04 BB12 CC16 DD13 EE02 EE05 EE09 FF08 FF09 FF11 GG02 GG04 JJ11 JJ13 JJ17 JJ19 JJ20 JJ22 KK04 PP04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロタイタプレートの所定の規格と
   同一の外形を有するプレート基体の表面の、前記規格に
   したがった位置に配列された複数のウェルを備え、 前記プレート基体の裏面の、前記複数のウェルのうち一
   部のウェルの底部外面にのみ、所定の光ビームを該ウェ
   ルの底面で全反射するように入射させる入射面と、前記
   底面で全反射した光ビームを出射させる出射面を有する
   誘電体ブロックを備え、該誘電体ブロックを備えたウェ
   ルが少なくとも一配列方向において隣接しないように配
   されていることを特徴とする全反射を利用した測定装置
   の測定用プレート。
2. 【請求項２】 前記誘電体ブロックが、前記複数のウェ
   ルのうち１行以上もしくは１列以上おきのウェルに備え
   られていることを特徴とする請求項１記載の全反射を利
   用した測定装置の測定用プレート。
3. 【請求項３】 前記誘電体ブロックが、前記複数のウェ
   ルのうち千鳥状の位置にあるウェルに備えられているこ
   とを特徴とする請求項１記載の全反射を利用した測定装
   置の測定用プレート。
4. 【請求項４】 マイクロタイタプレートの所定の規格と
   同一の外形を有するプレート基体の表面の、前記規格に
   したがった行列状配置の１行以上もしくは１列以上おき
   となる位置に、複数のウェルが配置されており、 前記複数のウェルの各ウェルの底部外面に、所定の光ビ
   ームを前記ウェルの底面で全反射するように入射させる
   入射面と、前記底面で全反射した光ビームを出射させる
   出射面を有する誘電体ブロックを備えていることを特徴
   とする全反射を利用した測定装置の測定用プレート。
5. 【請求項５】 マイクロタイタプレートの所定の規格と
   同一の外形を有するプレート基体の表面の、前記規格に
   したがった行列状配置の千鳥状の位置に、複数のウェル
   が配置されており、 前記複数のウェルの各ウェルの底部外面に、所定の光ビ
   ームを前記ウェルの底面で全反射するように入射させる
   入射面と、前記底面で全反射した光ビームを出射させる
   出射面を有する誘電体ブロックを備えていることを特徴
   とする全反射を利用した測定装置の測定用プレート。
6. 【請求項６】 前記底部外面に前記誘電体ブロックを備
   えているウェルの底部内面上に薄膜層が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の全
   反射を利用した測定装置の測定用プレート。
7. 【請求項７】 前記薄膜層が金属膜であり、表面プラズ
   モン共鳴に伴う全反射減衰の状態を測定する測定装置に
   おいて使用されることを特徴とする請求項６記載の全反
   射を利用した測定装置の測定用プレート。
8. 【請求項８】 前記薄膜層がクラッド層、およびその上
   に形成される光導波層からなるものであり、該光導波層
   での導波モードの励起に伴う全反射減衰の状態を測定す
   る測定装置において使用されることを特徴とする請求項
   ６記載の全反射を利用した測定装置の測定用プレート。