JPH0217431A - 表面プラズモン共鳴センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、生物学的、生化学的及び化学的分析試験に使
用する表面グラズモン共鳴（５ｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓ
ｍｏｎ、　Ｓ　Ｐ　Ｒ）センサに関する。本発明は、特
にＳＰＲセンサが大きい面積をカバーし、表面プラズモ
ン技術が、例えば連続体（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）に適
用可能であるようにする技術に関する。

（従来の技術及びその課題） 例えばＤＮＡのような核酸の高分子の連続体は、通常、
生物学的に断片化が行われ、その後ゲル電気泳動分析が
行われる。この電気泳動分析の後、連続体成分は、該ゲ
ルをオートラジオグラフフィルムに感光させて二次元的
画像を形成し、この画像を基にして個々の核酸基の連続
体が観測される。

断片化には、薬剤を２段階に分けて添加することにより
ＤＮＡ分子を開裂させる段階を包含するマクサム・ギル
バート（Ｍａｘａｍ−Ｇｉｌｂｅｒｌ）法と、４つの基
Ｃ１Ｇ、Ａ、及びＴのデイジオキシ核酸の分離した試料
を作製する段階と、次いで、酵素を用いて試験中のＤＮ
Ａストランドを成長させる段階とを包含するサンガー（
Ｓｘｎｇｅｒ）法という主要な２つの方法がある。両方
法共、４つの異なる準試料が得られ、各々、異なる長さ
の断片を含有する４つの基の同定が可能となる。放射性
又は蛍光性標識が各断片に取り付けられ、オートラジオ
グラフィーを利用して隔離成分の検出が可能であるよう
にする。電気泳動分析法ｌこおいて、各組の標識化され
た断片を含有する４つの異なる準試料が各々、別個のウ
ェル（ｗｅｌｌ）内に入れられ、電気泳動分析の進行に
伴い、ゲルを横断して、分離しかつ特徴のあるトランク
を発生させる。電気泳動分析が終了したならば、ゲルは
分離され、典型的、乾燥させた後、放射性ゲルの場合、
オートラジオグラフフィルムに感光させて、長さが異な
り、異なる核酸グループに属する標識化された断片のパ
ターンの画像を得る。

オートラジオグラフィーは、感度及び解像度に優れるが
、良好な結果を得るには相当な熟練を必要とする点で不
便であり、また数時間又は数週間にも及ぶ感光を必要と
する時間のかかる方法である。さらに、電気泳動分析後
にゲルを分離させる結果、細心の注意を払わないならば
、損傷が生じ、又有意義な結果を得ようとするならば、
ゲルの収縮を回避しなければならないため、感光前にゲ
ルを乾燥させなければならないことは面倒である。

（課題を解決するだめの手段） 本発明においては、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）セン
サ（検出器）を使用して、ゲルを直接モニタリングし得
ることにより、オートラジオグラフィーが不要になる。

このＳＰＲセンサは、ゲルの表面におけるゲルの屈折率
の変化を検出することが出来る。断片が存在するゲル部
分はかかる断片が存在しないゲル部分と異なる屈折率を
有するために、ゲル表面の「画像」を形成することが出
来る。本明細書においては、ゲルが使用されるものと想
定しているが、本発明の技術は、ゲルを使用しない電気
泳動分析法及びその他の形態の毛管電気泳動分析法にも
実際上使用可能なものである。

ゲルのモニタリングは、「リアルタイム」にて、即ち、
電気泳動分析の進行に伴い、又は電気泳動分析が終了し
た後に行うことが出来る。この後者の場合、ゲルは電気
泳動分析の終了後、空気に曝らすことによりゲルを収縮
させ、ＳＰＲ検出器にて検出可能なより小さい領域に断
片が凝縮するようにすることが出来る。

バイオセンサと共に、表面／ラズモン共鳴を利用するこ
とは、本出願人による欧州特許出願第０３０５１０９号
及び同第８９３００５４４．７号並びに英国特許出願ｖ
ｇ８ｆｔ１１０５３．１号、同第Ｈ１１０５１，９、同
第８８１１９１９゜３号及び同第Ｈ，Ｈ３Ｏ７，９号に
詳細に記載されている。

上記特許出願に記載された技術の全ては、本発明の内容
に適用することが出来る。

表面プラズモン共鳴は、金属境界に存在する自由電子の
プラズマが振動する現象である。自由電子の振動は、金
属表面に隣接する材料の屈折率により影響される。本発
明のセンサ機構はかかる屈折率の相違を利用するもので
ある。表面プラズモン共鳴現象は、絶縁定数の大きい物
質、例えば、ガラスのような媒体の境界にてＰ−偏光が
完全に内部反射されるときに発生される極めて微弱な波
を使用することにより実現し得る。この技術を記述した
論文はセンサ及びアクチュエ〜り（５ｅｎｓｏｒｓ　ａ
ｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ）　　Ｙｏｌ、４．２９９頁
にリーバーグ、ナイランダ及びランドストローム（Ｌｉ
ｅｂｅｒｇ、　Ｎｙｌｓａｄｅｒ　ａｎｄ　Ｌａｎ、ｄ
ｓ（ｒｏｍ）により「ガスの検出及びバイオセン７ング
のだめの表面プラズモン共鳴（ｒ５ｕｒ（ａｃｅ　ｐｌ
ａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｇａｓ　ｄ
ｅｔｅｃ（ｒＯｎ　ａｎｄ　ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇＪ　
）という標題にて発表されている。本明細書の添付図面
の第１図には、該論文に記載された装置の線図が示され
ている。光ビーム１がレーザ源（図示せず）からガラス
本体３の内面２に照射される。検出器（図示せず）が内
部反射されたビーム４をモニタリングする。例えば、金
又は銀のような金属薄膜５がガラス本体３の外面２に被
覆されており、この金属膜５には抗体を含有する有機質
のさらに別の薄膜６が被覆されている。抗原を有する試
料７を抗体の薄膜６に接触させ、この抗原と抗体を反応
させる。結合が生じたならば、薄膜６の屈折率は、抗体
の分子の寸法により変化する。かかる屈折率の変化は、
以下に説明するように、表面プラズモン共鳴現象を使用
して検出しかつ測定することが出来る。

第１図の構成において、表面プラズモン共鳴現象は入射
ビーム１の角度を変化させかつ内部反射されたビームの
強度をモニタリングすることにより実験的に観測するこ
とが出来る。ある入射角度において、光の運動量の平行
成分は、金属膜の反対面８にて表面プラズモンが分散さ
れる量に対応する。金属膜５の厚みが適正に選択された
ものと想定した場合、表面プラズモン共鳴現象の結果、
表面２におけるガラスと金属の境界面において、及び表
面８における金属と抗体の境界面にて電磁結合が生じる
。このため、この特定の入射角度において、反射ビーム
４は減衰する。従って、ビームｌの入射角度を変えるこ
とにより、表面プラズモン共鳴現象は、特定の入射角度
における内部反射されたビーム４の強度の急激な低下と
して観測される。かかる共鳴現象が生じる入射角度は、
金属膜５に対する材料、即ち、抗体膜６の屈折率により
影響される。かくて、共鳴現象に対応する入射角度を測
定すれば、抗体と抗原間の反応状態を直接観測すること
が出来る。抗体と抗原が反応を開始するとき、反射率の
低下曲線の下方中間の箇所で共鳴現象が略直線状となる
角度に入射角度を設定し、その入射角度を維持し、反射
ビーム４の強度の経時的変化を観測することにより、測
定感度を向上させることが出来る。

典型的な基本の検出器は、次の構成要素を備えている。

Ｉ）可視光領域付近にある可能性の大きい電磁放射線の
発生源； ２）片面が例えば銀又は金のような金属の薄膜にて被覆
され、該金属膜が媒体とガラスブロック間に挟持される
ような方法にて、分析しようとする媒体が支持されるガ
ラスのような透明材料のブロック； ３）発生源から透明ブロックまで電磁放射線を導入し、
該放射線が金属膜を被覆したプロ・ンクの面にて全内部
反射させる手段： ４）全内部反射された放射線の強度をモニタリングする
検出器。

放射線の入射ビームの入射点は、この点の周囲に中心決
めされた小さい感応領域を画成する。媒体の屈折率が変
化することに伴い、ＳＰＲが生じる入射角度も変化し、
入射角度が一定である場合、このことは、検出器により
検出された全内部反射ビームの強度の変化を示すもので
ある。しかし、表面プラズモン共鳴現象に起因する反射
率の全体的な低下をモニタリングすることにより、信号
対雑音比を著しく向上させることが出来る。これは、本
出願人による特許出願第ｇＨ１０５３，１号に記載され
たように、表面プラズモン共鳴現象を発生させる入射角
度において、放射線の入射ビームを迅速にスキャンする
か、又は本出願人による欧州特許出願第０３０５１０９
号に記載されたようにいわゆる「ファンビーム」を利用
するか何れかの方法により実現され得る。この７アンビ
ームの変形例として、入射光の点は、上記欧州特許出願
に記載されたように半円筒状のシリンダと共にウェッジ
ビームを使用することにより形成することも出来る。

公知の分析装置における問題点は、入射点又は線の周囲
に中心決めされた感応領域が極めて狭く、従って、広い
領域をモニタリングしなければならない場合、既存の分
析装置を利用することは出来ないことである。本発明に
おいて、この問題点は入射点又は線を動かして対象領域
を二次元的に効果的にカバーするための手段を提供する
ことにより解決される。この入射光又は線の動きは検出
器と同期化させ、任意の瞬間の時点にて、検出器が対象
領域のどの部分を検出しているのか知ることが出来る。

金属膜は連続層の形態をとるものと想定する。

しかし、場合によっては、以下に説明するように、金属
膜は必要とされる解像度及び使用状況いかにより寸法か
決まる隔離された領域に分割することが望ましい。好適
実施例において、金属膜は、金属被覆された相互に隔離
したドツトのモザイクの形態をとる。入射点又は線はか
かる隔離された領域（その各々が効果的に別個のＳＰＲ
検出器となる）内を動かす。

二次元的領域は次ぎの何れかの方法によりカバーするこ
とが出来る。即ち、可動ミラー系を使用するか、又はガ
ラスブロック及び金属膜を有する第２組立体に対して、
放射線発生源、検出器及び放射線導入手段を有する第１
組立体を機械的にスキャンし、入射点又は線が常時、ガ
ラスブロックと金属膜との間の境界面にあるようにする
ことである。上記以外の変形例も明らかであろう。

こうした技術を採用することにより、相当な寸法の二次
元的表面をモニタリングすることが可能であることが理
解されよう。このようにして、媒体内における現象の画
像をリアルタイムに形成することが出来る。

本発明の一実施例において、媒体は電気泳動分析装置の
一部を形成する電気泳動分析ゲルである。

電気泳動分析中、断片がゲルを通って進む間にゲルの屈
折率は局部的に変化し、この変化は本発明の分析装置に
よりモニタリングすることが出来る。

検出器からの出力信号はマイクロコンピュータに伝達さ
れ、該マイクロコンピュータが、スキャン領域に亘る屈
折率の変化のパターンを形成し、断片の進行に従う。

非連続的な金属膜は、ＳＰＲ検出器がゲルに対してモニ
タリングするときに個別的にモニタリングされる複数の
独立した感応領域を効果的に提供することが出来る。こ
れら非連続的な金属膜の性質は、勿論、採用するスキャ
ン方法いかんによる。

二次元的ラスター型式によるスキャンの場合、金属暎は
、例えば銀のような金属ドツトによるモザイク形態をと
る。かくて、これら各ドツトは、成分隔離法の進行状態
の完全な画像の画素をリアルタイムにて効果的に提供す
ることが出来る。

かかる二次元的な多数ドツトシステムは、ゲルを通じて
複数のトラックを同時にモニタリングし、ゲル表面の全
体を観測することが出来る。特定のＤＮＡ試料の性質を
完全に把握するためには少なくとも４つのトラックが必
要である。しかし、多数の試料を同時にモニタリングし
てはならないという理由はない。同時に分析可能な試料
の数を制限するものはスキャン幅に取り付は得る４つの
１組のレンズの組数だけである。

かかるスキャナ装置の解像度の現行の標準は１００μｍ
以下の解像度を許容するが、かかる解像度はゲルの成分
隔離に十分過ぎる程度である。表面プラグ上ん共鳴現象
は、寸法が１００μｍ以下の銀ドツトに対して作用する
。

実際上、ドツト又はその他の非連続的な金属膜のモザイ
クは、例えば、ポリイミドのような薄い絶縁層にて被覆
し、かかる絶縁層がなければ金属膜に直接作用するであ
ろうゲルに起因して、個々のドツト同士の相互作用を防
止し得るようにする。

本発明の別の実施例において、媒体は生物学的、生化学
的又は化学的相互作用をする２つの成分を存している。

第１の成分は通常、金属膜を有するか又はかかる金属膜
に付着される。第２の成分は分析しようとする試料中の
実体部分である。例えば、第１の成分は金属膜に付着さ
れた抗体とし、第２の成分はこれに対応する試料中の抗
原とする。

しかし、一般的に、特定されているか否かを問わず任意
の感応性材料を金属膜に付着させて、対応する試料の物
質と相互作用させることが出来る。

実際上、金属膜自体は、ある状況下においては、試料中
の特定の種類の実体部分と相互作用し合う非特定的な感
応性物質として作用するため、第１成分としての働きを
する。

上記第１の成分は、連続層として金属膜の上に被覆する
ことが出来る。金属膜が非連続的である場合には、金属
の異なる領域には異なる感応性物質を付着させるか、又
は同一の感応性物質を付着させることが出来る。連続的
な金属層の場合、第１の成分は全体に被覆するか、又は
入射点は線がその上を通るときに個々にスキャンするこ
との出来る別個のより小さい領域ごとに被覆することが
出来る。このようにして、実際上、多数の分析を同時に
行うことが可能となる。かかる小さい感応領域は全て同
一の感応性物質を有するか、又は異なる感応性物質を有
し、１個の試料に対し幾つかの異なる試験を同時に行う
ことが可能であるようにすることが出来る。試料は全領
域上にあふれるように配設するか、またはチャンネルを
形成して選択された感応領域以外の領域には接触しない
ようにすることが出来る。これにより、幾つかの試料を
同時に分析することが可能となり、又は制御試料に対す
る参照試験を親試料の分析と同時に行うことが出来る。

ラスター（線）スキャン法を使用する場合、かかる感応
領域は入射点又は線の経路の下に位置決めし、スキャニ
ングが行われるときに、試験の特定のＸ−Ｙ位置に関係
付けることの出来る放射線検出器の出力を参照すること
により試験がモニタリングされ得るようにすることが望
ましい。

金属膜の材料は一般に銀又は金であり、通常、蒸着によ
り付着される。入射ビームの入射点における微かな動き
をも検出し得るように、金属膜は可能な限り薄くする必
要がある。構造体として形成された金属膜は最良の共鳴
を発生させるものと考えられる。又、付着される透明板
を予め処理し、金属膜の性能を向上させ、特に、かかる
フィルムが非連続的な隔離部分を形成する傾向を制御す
る各種の方法が存在する。例えば次ぎのような方法があ
る。

１、溶融金属硝酸及びその他の融溶塩中への浸漬。これ
は、金属膜が構造的に形成されるように方法にて表面（
該表面は隔離部分の形成の中心部分として作用する）内
部にイオンを導入する効果がある。

２、凝集状態を形成するための常温又は高温ガラスに対
するイオン衝撃。より可動のイオンを除去すれは、蒸着
された金属膜が連続的となる箇所の厚みを低減させ得る
ことが実証されている。

３、僅かに蒸着された金属膜（厚み０〜１００オングス
トローム）に被覆するための無電解めっき又は電気めっ
き。無電解めっきされた金属膜は蒸着金属膜よりもより
厚くなり、その後の被覆に対してより安定的な基層を提
供する。

４、無電解めっき金属膜に対する蒸着。無電解めっきさ
れた金属膜は、隔離構造体及び蒸着金属膜よりも間隔の
広いより大きい隔離部分に対してより強度が増す傾向と
なる。これは、所定の波長の光に調波し得るという利点
がある。

被覆効果は又、次の措置により改良することが出来る。

１、被覆中、透明板の表面温度を制御すること。

より高温の基層を使用することにより、隔離部分の寸法
及びこれら隔離部分の間隔を増大させ、及びその逆に小
さくすることも出来る。

２、電磁界又は静電界あるいは電子放出装置の存在下に
て蒸着し、蒸気流のイオン含有量を制御すること。基層
の荷電状態が隔離構造体に影響を及ぼすことが知られて
いる。

３、板の表面に対する蒸発された蒸気流の入射角度を制
御すること。ガラス表面に対する原子の運動量が増大し
たときに、蒸発された原子が可動の程度が増大し、従っ
て、より大きい隔離部分を形成する能力が向上する。

（実施例） 本発明をより良く理解し得るように、以下、添付図面を
参照しながら幾つかの実施例について単に事例として説
明する。

先ず、第２図を参照すると、一対の板１１．１２の間に
挟持された電気泳動分析ゲル１０を備える垂直方向に配
設された従来型式の電気泳動分析装置が図示されている
。かかる電気泳動分析装置は周知であり、ここではこれ
以上詳細に説明しない。ゲル中に垂直の流れを発生させ
るために電極（図示せず）が設けられている。各々、分
析せんとする別個の試料を有する複数の離隔したウェル
（図示せず）がゲルの頂端縁に沿って形成されている。

かかる試料は、例えば分析せんとするＤＮＡ試料が上述
の方法にて分画され、４つの基を同定するために必要と
される４つの異なる準試料を得ようとするときに、形成
される準試料を備えることが出来る。１つの準試料を各
ウェル内に位置決めし、電極に対して電位を印加する。

電気泳動分析中、ゲルはりッジフオーム体として作用す
る。

該７オ一ム体には、ポートが形成され、試料の物質が電
流の影響の下、このポートを通ることが出来るようにす
る。電流の作用により断片はゲルを通って下方に移動し
、各ウェルから発しかつゲルを通って進む、明確なトラ
ックを形成する。断片化により形成された断片は、同一
長さのグループ毎に動く傾向となる。これらグループに
おいて、長さの長い断片を包合するゲルよりも長さの短
い断片を包合するゲルの方が移動速度が早い。その結果
、異なるグループがゲルの頂部付近、即ち、ウェル付近
に集まる傾向となるが、その速度が異なるためにゲルの
下方に移動するのに伴って、分散される。ゲルを通って
断片が進む状態は勿論、肉眼で見ることは出来ないが、
色素を用いてその進行状態を肉眼で確認し得るようにす
ることが可能である。

電気泳動分析の進行状態をモニタリングするためのＳＰ
Ｒ検出器は主として、以下に説明するように、スキャニ
ングを行うためにゲルに対して垂直方向に摺動可能なフ
レーム１３上に取り付けられる。このＳＰＲ検出器は、
光源１４（例えば、レーザ）と、光検出器１５と、及び
凹形反射鏡１６．１７とを備えている（これは全て、７
レームと共に上下動する）。光源からの出力はスリット
（図示せず）等を通って進み、水平方向に伸長する、即
ち、ゲル内の予想されるトラックを横断して伸長する平
坦な面状ビーム１８を発生させる。

このビームは端末のみが図示しである。ビーム１８は垂
直方向の深度Ａが陽当な値である。

光源から発したならば、ビーム１８は板１９と直交して
進む。この板１９は、板１１と共に、その内部に反射鏡
１６．１７が位置決めされた室２０を画成する。この室
２０は、板１１と同一の屈折率を有する液体を保持して
おり、このためある角度にて室２０と板１１との境界を
横断して進むビームは屈折されない。これら両方の板１
１．１９は透明材料にて形成される。

Ｘ−Ｙアレーとして形成された銀ドツトモザイクの形態
による金属層がゲルの方向に向いた板１１の側に形成さ
れている。ポリイミドのような絶縁材料の薄膜層がモザ
イクを被覆し、伝導性のゲルによるドツトの短絡を防止
する。この薄層は検出器の作用には影響しない。

作用について説明すると、光源１４かもの光ビーム１８
は反射鏡１６に当たる。この反射鏡１６は、これに入射
された全ての光を板１１（これにモザイク２２１が形成
されている）の内面に位置する単一の線２２に向は得る
ような形状を備えている。この直線２２は、電気泳動分
析トラックを横断して水平方向に伸長し、従って、第１
図には点として現れる。かくて、反射鏡１６と線２２間
の入射ビームはウェッジの光の形状となり、図示したこ
れら２つの収斂する２本の線は収斂する固体ビームの外
側境界を示す。

線２２における入射ビームの入射角度はビームが全内部
反射され得る値にしである。その結果、線２２から拡が
る内部反射されたビームは、同様にウェッジ状の形状を
し、反射鏡１７に入射し、ここで出力光は反射されて平
行ビームとなり、このビームが検出器１５に入る。検出
器１５は検出器の出力を分析する外部回路（図示せず）
に接続されている。

検出器１５はゲルを横断して水平方向に伸長し、各検出
器が水平（ｘ）方向の個々の銀ドツトをモニタリングす
るようにした分離した感応領域アレーを備えている。

状態が正確であり、特に、入射ビーム１８により離間さ
れた角度が正確であるようならば、表面プラズモン共鳴
現象が生じる。これは、それ自体、アレー検出器１５（
上記参照）により検出された出力ビームの強度が急激に
低下することを意味する。媒体（この場合、ゲル１０）
の板１１後方における屈折率が変化した結果、表面プラ
ズモン共鳴が生じる入射角度も変化する。収斂する入射
光１８の入射角度の間隔が共鳴状態を発生させ得るよう
にすることにより全体的な強度の低下をモニタリングし
た場合、ゲル１０の屈折率の変化は検出器１５にて出力
強度の急激な変化に転換される。

このことは、電気泳動分析中、断片がゲルの下方に進む
状態は屈折率の変化を観測することによりモニタリング
可能であることを意味する。かかる屈折率の変化は、同
一長さの断片塊がゲルより下方に動くときに生じる。

電気泳動分析の進行に伴ってゲルの全面をリアルタイム
にて分析し得るようにするため、構成要素１４乃至１７
を有するフレーム１３は図示しない手段によりゲルに対
して垂直方向上下にスキャンされる。このフレーム１３
のスキャン動作は、検出器の出力と同期化させ、関係す
る回路が任意の時点にて、垂直（Ｙ）方向の何れのドツ
ト線が検出されているのかを明らかにすることができる
。

入射するウェッジ状の光ビームが文書スキャナ及び複写
機に使用されると同様の回転する多角形反射鏡から反射
され、銀ドツト上に水平線の焦点を形成されるようにし
た別の光学的形態（図示せず）も可能である。

銀ドツトは、上述の任意の方法にて形成するか、又は板
１１と光学的に結合された使い捨ての膜上に銀ドツトの
使い捨てシートの形態にて形成することが可能である。

第２図に図示した分析装置は、又、上述のように電気泳
動分析中のモニタリングではなく、電気泳動分析の終了
後、ゲル中における断片のバタンを分析するためにも使
用することが出来る。この場合、当然、測定結果が得ら
れるのは遅れるが、ある状況下においては望ましいこと
である。この方法は、又、電気泳動分析の終了後、ゲル
を脱水することにより分析システムの感度を向上させる
方法をも提供する。これは、通常の方法にて電気泳動分
析を行ない、その後、板１２を除去して、銀のモザイク
層２１から遠方のゲル表面を空気に曝すことにより行う
ことが出来る。このようにしで、ゲルは脱水されて収縮
する。この間に、典型的な１００μｍ厚のゲルは、全て
の水分が蒸発されたならば、薄くなって４乃至５μｍは
どの厚みとなり、その結果、全てのＤＮＡ断片が銀のモ
ザイク層に最も近い４又は５μｍの大きさに凝集する。

このようにして、断片の濃度が増大すればする程、ＳＰ
Ｒが検出し得る量も増えるため、分析感度が向上する。

断片が銀の被覆層の方向に動き易いようにする別の方法
も考えることが出来る。例えば、電流をの流れを歪ませ
て、断片が銀フィルム層の方向に動き、よって、感度が
向上するようにすることが出来る。

次に、第３図及び第４図を参照すると、本発明の第２実
施例が図示されており、ゲルｌＯは２つの同軸状のシリ
ンダ２３．２４（その少なくとも内側シリンダ２３は透
明材料にて形成する）間の環状隙間内に封じ込められて
いる。同様に透明材料から成るさらに別の同軸状シリン
ダ２５がシリンダ２３．２４の内側にあり、上記実施例
の板１９と同一である。これら２つのシリンダ２３．２
５間に画成された環状室２６はシリンダ２３のそれと同
一の屈折率を有する液体を保持している。

上述と同様に、ＳＰＲの主要構成要素は、この場合、シ
リンダの中心軸２９の周囲に回転可能に取り付けられた
フレーム１３に取り付けられる。光源１４、アレー検出
器１５及び反射鏡１６．１７は全てフレームと共に動く
。反射鏡１６．１７は室２６内の屈折率の適合する流体
内に取り付けられており、符号２７（入力）及び２８（
出力）により示したウェッジ状のビームは、室２６とシ
リンダ２３間の境界を角度を成して通過するときに屈折
されない。光源１４からの入力ビーム１８を大きく屈折
させるためには、光源１４からの入力ビームを半径方向
に向ける。アレー検出器１５に入射するビームにも同様
のことが云える。

内側シリンダ２３は、その外面に、上述と同一の方法に
て銀ドツトのモザイクが形成される。この場合、ドツト
の列はシリンダの軸方向及び方位角方向に伸長している
。絶縁層がこれらドツトを被覆し、ドツトをゲルの伝導
作用から隔離している。

複数の分離ウェルが軸心２９に対し平行な線に沿ってゲ
ル内に配設されている。これらウェルの１つは、符号２
０にて線図的に図示しである。各ウェルは、分析のため
の別個の試料又は準試料を保持している。電流がゲルを
通って方位角方向に流れるようにするための電極（図示
せず）が配設されている。電気泳動分析中、個々のウェ
ルからの断片は、ゲルを中心として反時計方向に方位角
運動をして移動し、上述の方法にて各ウェルから各々伸
長する複数の円形トラックを形成する。

電気泳動分析の進行に伴ない、フレーム１３を回転させ
、電気泳動分析ゲルの全面積をスキャンすることにより
分析工程をモニタリングすることが出来る。前と同様、
電気泳動分析の進行状況が比較的遅いため、スキャニン
グ速度は高速にする必要はない。

次に、第５図、第６図及び第７図を参照すると、ミラー
を動かすことによりスキャニングを行なう本発明の第２
実施例が図示されている。

光源３２（例えば、レーザ）からの鉛筆状の光ビーム３
１は、多角形のドラムミラー３３、次いで、二重側部の
回転ミラー３４から反射され、平凸型レンズ３５に入る
。ミラー３４が回転すると、反射されたビームは、図面
の面において、レンズ３５の入力凸型面を横断してスキ
ャンする。コリメータ（図示せず）を使用して、反射ビ
ームがレンズ３５を出た後の散光が少なくなるようにす
ることが望ましい。−例として、第５図及び第６図には
、それぞれ、反射ビームがレンズ３５を横断する最初と
最後の状態が図示されている。レンズ３５は、全ての反
射ビームが平行な光路になるようにし、ミラー３４が瞬
間的に何れの角度にあろうとも、レンズ３５からの出力
が常に特定の方向に向かうようにする。勿論、任意の瞬
間の時点にては単一のビームしか通過しないが、これは
第５図及び第６図には、一連の平行な線として図示しで
ある。レンズ３５から出るビームは平面ミラー３６に入
射し、このミラー３６は該ビームをガラスのような透明
材料にて形成されたプリズム３７内に反射させる。第７
図から明らかであるように、平凸型ミラー３５、ミラー
３６及びプリズム３７は第５図及び第６図に面に対して
直交する方向に細長く伸長している。その理由は以下の
説明から明らかになろう。

プリズム３７はＸ−Ｙアレーとして形成された銀ドツト
のモザイク形態による金属層が被覆された平坦面３８を
有している。図示するように、例えば、Ｘ−Ｙアレーは
５本の横列及び１０本の縦列を備え、即ち合計５０個の
ドツトを有している。

これら１０本の縦列の１つの列におけるドツト３９が第
５図及び第６図に図示されている。

ドツトの遠方側には、その屈折率を測定しようとする媒
体がある。例えば、前述の実施例の場合と同様、この媒
体には電気泳動分析ゲルの形態とすることが出来る。こ
の媒体が電気的伝導性があれば、薄い絶縁層をドツトと
媒体との間に形成し、ドツト間の電気的相互作用を防止
することが出来る。別の形態として、該媒体は分析しよ
うとする試料（図示せず）と反応する抗体層のような特
定又は非特定の感応材料層の形態とすることが出来る。

この感応層はモザイクの各ドツトに個々に被覆するか、
又は全面に被覆し、必要であればその表面とモザイク間
には薄い電気絶縁層を形成することが出来る。上述の実
施例と同様、金属層は連続層とし、表面は以下に説明す
るように、理論上、電子手段により画素に分解すること
が出来る。

プリズム３７の側部４０，４１は図示するように角度を
付け、ミラー３６は、反射された光が側部４０の全体的
位相に対して直交する入射光となるように配設されてい
る。側部４０には、プリズムの長さに沿って伸長する１
組の突出する凸型要素４２が形成されている。これら凸
型要素４２の各々には、第５図及び第６図の面に対して
直交して伸長する１列のドツト３９が関係し、このドツ
トを横断して進む光をそに列のドツトの略中心に焦点決
めする作用をする。かくて、ミラー３６が回転すると、
光は各要素を横断して進んでいく。

これら要【間にて、プリズム面は黒色とし、散光が入り
、雑音値を増大させないようにしである。

光ビームが各要素４２を横断して進むと、該光ビームは
様々な入射角度にて上述中心点に反射される。この入射
角度の範囲が表面３８において表面プラズモン共鳴を生
じさせ得る値をカバーするように配設されている。その
結果、内部反射されたビーム４３はプリズムの側部４１
に形成された同様の複数の凸型要素４４の対応する１つ
を通って進む。ミラー３６及び平凸型レンズ３５にそれ
ぞれ対応する平面ミラー４５及び平凸レンズ４６が内部
反射されたビームをミラー３４の反射後側部に向ける作
用をする。ビームは、上記ミラー３４の反射後側部にて
笥２の多角形ドラムミラー４７により光検出器４８に反
射される。表面３８にて生ずる表面プラズモン共鳴現象
は、検出器４８にて測定したときの内部反射されたビー
ム４３の強度の低下として観測される。入射光ビームが
表面プラズモン共鳴現象を引き起こす入射角度の範囲内
にてスキャンする場合、上記強度の低下は検出器４８の
出力信号を分析することにより観測することが出来る。

ミラー３４が回転すると、先は要素４２に１つずつ当た
り、同様にドツト３９に１つずつに焦点決めされる。し
かし、第５図及び第６図の面にある単一の横列のドツト
３つしかカバーされないであろう。残る横列のドツト３
９をカバーするためには、ミラー３４が１８０’回転す
る毎に、多角形ドラムミラー３３を僅かな程度だけ回転
させる。入力ビームがレンズ３５にてスキャンされる間
、ミラー３３は静止している。しかし、かかるスキャン
中、ミラー３３は僅かな角度だけ回転し、レンズ３５に
よる次のスキャン時、入力ビームが次の隣接する横列の
ドツトに入射されるようにする。このようにしてミラー
３４（ミラー３４は二重側部を有している）が１８０’
回転する毎にミラー３３を段階的に回転させることによ
り、全てのドツトをカバーすることが出来る。この目的
上、ミラー３３は平面ミラーであればよいが、多角形ド
ラムミラーを使用することは機械的に有利である。それ
は、各全視界スキャンする間に必要とされる、大きい角
度に亘って回転させ、その開始位置に復帰させる大きい
戻り動作が不要となるからである。この場合、ミラーは
単にその次の焦点に戻すだけで分析工程を反復すること
が出来る。六面体のミラーが図示されているが、これは
何等特号Ｊの意味はなく、これとは異なる数の側部のミ
ラーを使用しても良い。出力側にて、多角形のドラムミ
ラー４７はミラー３３と同期化させて段階的に回転させ
、何れのドツト３９から反射された場合でも入射ビーム
が検出器４８に当たるようにする。

第５図、第６図及び第７図は極く線図的であることが理
解され得よう。明確にするため、支持構造体、駆動モー
タの詳細は当業者にとって明らかであるため省略した。

又、ドツト３９は、図示するように表面３８から離間し
て配設されずに、該表面上に直接位置決めされている。

検出器４８からの電気的出力は関係するコンピュータ等
（図示せず）に伝達され、その結果生じる信号は、ミラ
ー３３．３４及び４７の回転を参照して分析される。実
際上は、勿論、これら３つのミラーの回転は同期化させ
、適当な同期化信号がコンピュータに伝達され、検出器
は検出している対象物を認識することが出来る。

上述の全ての実施例において、金属層は金属ドツトのモ
ザイク形態として説明したが、これは絶対にそうでなけ
ればならないものではない。該金属層は分離した条片又
は連続的な層の形態とすることさえ可能である。

後者の場合、測定しようとする領域は分析の目的上、小
さいセル又は画素に分割されるが、この分割は機械的に
ではなく、電子的に行われる。これを実現するため、検
出器からの出力信号は機械的なスキャン動作と同期化さ
せ、該検出器からの同時的な出力がスキャンされる領域
における特定のＸ−Ｙ位置に正確に関係付けることが出
来る。

第８図には、第５図乃至第７図の分析装置における上記
の実現方法が図示されている。

第８図を参照すると、検出器４８からの出力信号は分析
のためにコンピュータ５０に送られる前にゲート４９に
てその働きが制御される。コンピュータからのクロック
出力５１を利用してゲートの開放を制御し、及びミラー
３４の駆動手段５２及びミラー３３の駆動手段５３をそ
れぞれ制御する（ミラー４７はミラー３３と同期化して
動く）。

かくて、横５列及び縦１０列から成るアレーにおける５
０個のドツトを対象とするならば、横５列の各列は要素
４２．４４の一つに対応し、ドラムミラー３３．４７は
僅か１０ステツプにて回転するものと考えることが出来
る。これら各ステップは、入射光ビームが次ぎの縦列に
移動するのに十分である。１０の縦列が全部スキャンさ
れたならば、ミラー３３．４７は、入射光が開始位置に
戻り、再度スキャニングが開始されるようにするのに適
した角度にて次ぎの焦点に移動する。第８図には、クロ
ックパルスはミラー３４が一回転する毎に・ゲート４９
を開放させ得るように配設されている。２×５に対応す
るこの数値は、ミラーが二重側部式である場合、各回転
毎に入力光を２回スキャンすることを意味する。タロツ
クパルスは、又、例えば、それぞれのステッパーモータ
によりドラムミラー３３．４７の回転を制御し、ミラー
３４が１８０°回転する毎に、入射光を次の横列に動か
すのに十分な程度ステップ回転させる。かくて、各クロ
ックパルスに対して、ゲート４９は５０回開放し、ミラ
ー３４は５回転し、及びドラムミラー３３．４７は１０
回ステップ回転する。これにより該領域が一部スキャン
され、ドラムミラー３３．４７は次の焦点に移動し、分
析工程が反復される。ゲート４９に加えられたパルスは
、各５０のドツトを横断してスキャンすることに起因し
て完全なＳＰＲデイツプによる低下を許容するのに十分
な時間、ゲートを開放させ得るようなものとする。かく
て、各スキャン毎に、入射ビームが入射光である各点に
起因する５０のＳＰＲデイツプが得られる。この信号を
コンピュータにより分析することにより、全体の領域の
ＳＰＲ分析を行い得る。該領域を反復的にスキャンする
ことにより、経時的な変化を測定することが出来る。

ビームの動きを第８図に図示するような検出器の出力と
関係づけることにより、ドツト３９モザイクの代わりに
連続的な金属層を採用することが出来る。ある場合には
、金属層の上には薄い絶縁膜（上記を参照）を被覆する
ことにより、測定する媒体が金属層から電気的に絶縁さ
れるようにすることが必要又は望ましいことがある。こ
れは、例えば、媒体が貫通する電流いかにより作用が左
右される電気泳動分析ゲルの形態をとるときに望ましい
。絶縁体が存在しない場合には、連続的な金属層により
必要な電流がゲルを通り、電気泳動分析装置を作用可能
にすることが実際上不可能であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面プラズモン共鳴効果を実証するための公知
の実験装置の線図、第２図は本発明により構成される平
面状のＳＰＲセンサの略図的な斜視図、第３図は本発明
により構成される円筒状のＳＰＲセンサの略図的な部分
平面図、第４図はより小さい縮尺による分析装置全体の
第３図と同様の図、第５図及び第６図は本発明のＳＰＲ
センサの別の実施例の略図、第７図は第５図及び第６図
の分析装置の斜視図、第８図はＳＰＲ検出器の出力を第
５図乃至第７図の装置内のミラーの動きに同期化させる
一方法の例を示すブロンク線図である。 １０ニゲル １１．１２ニ一対の板 １３：フレーム　　　１４：光源 １５二光検出器 １６．１７：反射鏡 １８；ビーム　　　　１９：板 ２０：室　　　　　　２１：モザイク ２２：線　　　　　　２３ニジリンダ 外４８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面プラズモン共鳴センサであって、電磁放射体の
   発生源と、片面に金属の薄膜が位置決めされ、該薄膜に
   対して試験しようとする媒体を位置決めし、該金属膜が
   該媒体と透明なブロックの間に位置するようにする透明
   材料から成るブロックと、電磁放射体を前記発生源から
   前記透明なブロックに導入し、該放射体がブロックの前
   記片面にて、全内部反射するようにする導入手段と、前
   記片面を横断して前記片面に入射する放射ビームをスキ
   ャンすることにより、前記媒体の屈折率の変化の二次元
   の画像が得られるようにするスキャン手段と、及び全内
   部反射された放射体の強度をモニタリングする放射体検
   出器と、を備えることを特徴とする表面プラズモン共鳴
   センサ。 ２、請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサにして
   、絶縁材料から成る薄膜が透明材料から成る前記ブロッ
   クの前記片面に位置決めされ、前記金属膜がブロックか
   ら遠方の薄膜の前記面に被覆され、該薄膜がブロックと
   金属膜の間に介在されるようにし、 前記ブロックの反射率が前記薄膜のそれよりも高く、よ
   って、ブロックと薄膜間の接続面にて全内部反射が生ず
   るようにしたことを特徴とするセンサ。 ３、請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサにして
   、前記金属膜がブロックの前記片面に直接被覆されるこ
   とを特徴とするセンサ。 ４、請求項１乃至３のいずれかに記載の表面プラズモン
   共鳴センサにして、前記金属膜が金属膜の複数の非連続
   的な領域を備えることを特徴とするセンサ。 ５、請求項４に記載の表面プラズモン共鳴センサにして
   、前記金属膜が金属膜ドットの二次元のモザイク形態を
   とることを特徴とするセンサ。 ６、請求項１乃至５の何れかに記載の表面プラズモン共
   鳴センサにして、前記媒体が、高分子の成分を分離する
   電気泳動分析装置の一部を形成する電気泳動分析媒体で
   あることを特徴とするセンサ。 ７、請求項１乃至５の何れかに記載の表面プラズモン共
   鳴センサにして、前記媒体が生物学的、生化学的又は科
   学的相互作用をする２種類の成分から成り、第１の成分
   が金属膜に付着され、第２成分が第１成分と接触させた
   分析しようとする試料の形態をとることを特徴とするセ
   ンサ。 ８、請求項７に記載の表面プラズモン共鳴センサにして
   、前記第１成分が該成分の複数の隔離された領域の形態
   にて金属膜に付着され、前記スキャン走査手段が前記隔
   離された領域において前記放射体ビームをスキャンし、
   各領域内における第２成分と第１成分間の相互作用が連
   続的にモニタリングし得るようにしたことを特徴とする
   するセンサ。 ９、請求項１乃至８の何れかに記載の表面プラズモン共
   鳴センサにして、放射体が前記表面の一点にて全内部反
   射され、前記スキャン手段が前記表面の前記一点を二次
   元的にラスターキ・スキャンすることを特徴とするセン
   サ。 １０、請求項１乃至８の何れかに記載の表面プラズモン
   共鳴センサにして、入射する放射体がウェッジ状の形状
   を有し、前記表面に直線状に入射し、前記スキャン手段
   が該直線と直交する方向に向けて前記入射時間を一次元
   的にスキャンすることを特徴とするセンサ。１１、請求
   項１乃至１０のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴セ
   ンサにして、 前記放射体発生源と、放射体導入手段と、及び放射体検
   出器とを備える第１構造体が前記透明ブロックと、金属
   膜と及び媒体とを備える第２構造体に可動に取り付けら
   れ、 及び前記スキャン手段が前記第２構造体に対する前記第
   １構造体の動きをスキャンし、透明ブロックの前記片面
   に対する放射体ビームをスキャンし得るようにしたこと
   を特徴とするセンサ。 １２、請求項１１に記載の表面プラズモン共鳴センサに
   して、前記透明ブロックの前記表面に位置決めされ、そ
   こを通じて前記電磁放射体が該ブロックに入る媒体が液
   体媒体であることを特徴とするセンサ。 １３、請求項１２に記載の表面プラズモン共鳴センサに
   して、前記液体媒体が前記ブロックのそれと等しい屈折
   率を有することを特徴とするセンサ。 １４、請求項１２又は１３に記載の表面プラズモン共鳴
   センサにして、電磁放射体を導入する前記導入手段が前
   記液体媒体内に位置決めされることを特徴とするセンサ
   。 １５、請求項１乃至１０のいずれかに記載の表面プラズ
   モン共鳴センサにして、前記スキャン手段が、透明ブロ
   ックの前記片面を横断する放射体をスキャンする可動の
   ミラー手段を備えることを特徴とするセンサ。 １６、請求項１４に記載の表面プラズモン共鳴センサに
   して、 前記スキャン手段が、 第１方向に向けて前記片面に当たる放射体をスキャンす
   る可動の第１ミラーと、 第１方向と直交する第２方向に向けて前記片面に当たる
   放射体をスキャンする第２ミラーという２つの可動のミ
   ラーを備え、 及び前記ミラーの各々に駆動手段を設け、前記第１ミラ
   ーが第１方向に向けて表面を一回スキャンする毎に前記
   第２ミラーを僅かな程度回転させ、該表面が放射体によ
   りラスター・スキャンされ得るようにする制御手段によ
   り前記駆動手段が制御されることを特徴とする請求項１
   ４記載のセンサ。 １７、請求項１５又は１６に記載の表面プラズモン共鳴
   センサにして、前記２つのミラーの動きを前記放射体検
   出器からの出力に関係させ、発生されようとする媒体の
   二次元の画像を提供し得るようにしたことを特徴とする
   センサ。 １８、断片を包含する試料を電気泳動分析法により分析
   する手段と、及び電気泳動分析法の媒体内に分散された
   断片のパターンを検出する検出手段とを備え、前記検出
   手段が表面プラズモン共鳴現象を利用して、該断片が存
   在する電気泳動分析媒体の部分に生ずる屈折率の変化に
   より断片のパターンをモニタリングする検出器を備える
   ことを特徴とする成分分離装置。 １９、請求項１８に記載の成分分離装置にして、検出器
   手段が電気泳動分析媒体に対して可動であり、該媒体に
   対する検出器をスキャンする手段が設けられることを特
   徴とする成分分離装置。 ２０、請求項１８又は１９に記載の成分分離装置にして
   、前記電気泳動分析媒体がゲルであることを特徴とする
   成分分離装置。 ２１、請求項１８乃至２０のいずれかに記載の成分分離
   装置にして、前記検出器が電磁放射体の発生源と、片面
   に金属の薄膜が位置決めされ、該薄膜に対して試験しよ
   うとする媒体を位置決めし、該金属膜がゲルとガラスブ
   ロックとの間に位置するようにした透明材料から成るブ
   ロックと、電磁放射体を前記発生源から前記透明なブロ
   ックに向け、該放射体がブロックの前記片面にて、全内
   部反射されるようにする手段と、及び全内部反射された
   放射体の強度をモニタリングする放射体検出器とを備え
   ることを特徴とする成分分離装置。 ２２、断片を包含する試料を電気泳動分析し、及び該断
   片をその寸法又は電荷に従って電気泳動分析断片に沿っ
   て分布させる段階と、及び表面プラズモン共鳴現象を利
   用して、該断片が存在する媒体部分に生ずる屈折率の変
   化により、該媒体内における断片の分布パターンを検出
   する段階とを備えることを特徴とする成分分離方法。 ２３、請求項２２に記載の成分分離方法にして、前記検
   出が媒体と交差する検出器手段をスキャンすることによ
   り行われることを特徴とする方法。