JPH08193946A

JPH08193946A - バイオセンサ

Info

Publication number: JPH08193946A
Application number: JP7021332A
Authority: JP
Inventors: Taiji Osada; 泰二長田; Kenichi Uchiyama; 兼一内山
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】バイオセンサの小型化と測定感度の向上との
両立を図る。【構成】バイオセンサ１０は、プリズム１２を備え、
このプリズム１２の上面には、マッチングオイル１４を
介在させてサンプルプレート１６が載置されている。サ
ンプルプレート１６の上面は、蒸着されたＡｕ薄膜１８
により光反射面２０とされ、エバネッセント波結合が形
成される。そして、バイオセンサ１０は、ＬＥＤ等の光
源から照射された光を集光レンズ２４により集光し、そ
の光を光反射面２０にライン状に集光して照射する。光
反射面２０で全反射した反射光がプリズム１２から出射
する側には、凹レンズ２８を介在させてＣＣＤ撮像素子
２６を備える。よって、ＣＣＤ撮像素子２６には、凹レ
ンズ２８による光の進行経路の変更により、広い範囲で
反射光が導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学系を用いて被測定
溶液中の測定対象基質を測定するバイオセンサに関し、
詳しくは、金属薄膜が設けられた光反射面において幾何
学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透過媒体を
有し、該光透過媒体と前記金属薄膜でエバネッセント波
結合を形成する光学系を用いたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バイオセンサでは、血液中の特
定蛋白や抗原等の血液中成分、或いは尿中のグルコー
ス，アスコルビン酸等の尿中成分である測定対象基質
を、これら基質に対する識別機能を有し当該基質と生物
化学的反応を起こす生体物質が用いられている。そし
て、この生物化学的反応の進行に伴う種々の物理化学的
な変位量を物理化学デバイスにより検出し、測定対象基
質の特定やその濃度等が検出される。例えば、生物化学
的反応により消費或いは生成する電極活性物質の電極反
応を介して基質濃度を検出するものや、生物化学的反応
の進行に伴って起きるエンタルピー変化をサーミスタで
検出して基質濃度を検出するものなどがあり、これらの
バイオセンサは早くから実用化されている。

【０００３】その一方で、近年では、生物化学的反応の
進行に伴う誘電率の変化に着目し、光学的なデバイスを
用いて被測定溶液中の測定対象基質を測定するバイオセ
ンサが提案されている（特開平１−１３８４４３，特許
出願公表平４−５０１４６２）。このバイオセンサで
は、光学系として、金属薄膜が設けられた光反射面にお
いて幾何学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透
過媒体を有し、この光透過媒体と金属薄膜でエバネッセ
ント波結合を形成する光学系が用いられている。その測
定原理は、次の通りである。

【０００４】エバネッセント波結合を形成する光学系の
光透過媒体、例えばプリズムにｐ偏光を全反射条件を満
たした種々の入射角で光反射面に照射すると、入射角が
ある値のときに特異な現象が起きる。即ち、ｐ偏光が光
反射面に照射されると、金属薄膜のプリズム側膜面には
入射角θを変数とする波数のエバネッセント波が生じ
る。そして、金属は固体プラズマと見なすことができる
ので、金属薄膜の反プリズム側膜面（以下、薄膜外表面
という）には、量子論的な電荷密度の波としての表面プ
ラズモン波が光のトンネル効果により生じる。この表面
プラズモン波は、薄膜外表面を境界面として金属薄膜と
接触する媒質との間の波動として生じる。

【０００５】そして、入射角θがある値のときには、こ
のエバネッセント波と表面プラズモン波とがその波数が
一致して共鳴する表面プラズモン共鳴現象が起き、光の
エネルギが表面プラズモン波の励起エネルギに使われ
る。この際、エネルギ的には、光反射面に入射した光の
エネルギは表面プラズモン波の励起に使われたエネルギ
と反射面からの反射光のエネルギの和に等しいという関
係がある。このため、反射角とエネルギ（光量）の変化
の様子を例えばマルチチャンネル式の受光機器を用いて
測定して、表面プラズモン共鳴現象の有無、延いては当
該現象が起きた時の入射角を求めることができる。

【０００６】その一方、表面プラズモン共鳴現象が起き
る際の入射角と媒質の屈折率とは相関関係にあり、この
屈折率は、マクスウェルの方程式から媒質の誘電率で規
定でき、生体物質による生物化学的反応の進行と誘電率
とは相関関係にある。よって、反射光の光量が急激に減
少したときの反射角からその時の入射角が決まり、上記
の各相関関係から生体物質による生物化学的反応の進行
の程度、即ち基質濃度が算出される。

【０００７】ところで、このようなバイオセンサにあっ
ては、金属薄膜の薄膜外表面のごく近傍、詳しくはトン
ネル効果を起こすエバネッセント領域（約１００ｎｍ）
において基質と生体物質との生物化学的反応が起こる必
要がある。このため、特許出願公表平４−５０１６０５
に提案されているように、生体物質を固定した層いわゆ
るリガンド層を金属薄膜の上記膜面に固定化することが
一般に行なわれている。

【０００８】このように、エバネッセント波結合を形成
する光学系を用いて被測定溶液中の測定対象基質を測定
するバイオセンサは、被測定溶液の着色程度や不透明さ
などの影響を受けない、或いは金属薄膜の薄膜外表面に
基質と生物化学的反応を起こす生体物質を固着しておく
だけでよい等の利点を有するので、急速に普及しつつあ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したバイオセンサ
にあっては、金属薄膜の薄膜外表面近傍の誘電率の変化
検知をその測定原理としている。よって、リガンド層へ
の低分子量分子の基質の吸着や当該層への基質吸着が少
量の場合には、誘電率変化が少ないため測定感度が低下
する。

【００１０】測定感度の向上を図るための一つの方策と
しては、反射光強度（受光光量）−反射角曲線の角度分
解能を高めることが考えられる。この角度分解能は、マ
ルチチャンネル受光機器を構成する各受光素子の大きさ
とその間隔とが一定であれば、プリズムから当該受光機
器の離間距離で規定される。そして、受光機器がプリズ
ムから離れればその受光領域が広がって受光素子の並び
に沿った受光光量の分布を拡散できるため、反射角の角
度分解能を高めることができる。例えば、約２０μｍの
大きさの受光素子をできるだけ近接して配置したマルチ
チャンネル受光機器では、プリズムから２０ｃｍ離れた
場合の各受光素子の分解能は０．１ｍ度に相当する。と
ころが、受光機器をプリズムから４０ｃｍ離すと、その
分解能は０．０５ｍ度となり約２倍の分解能となる。

【００１１】このように受光機器をプリズムから離せば
容易に角度分解能を高めて測定感度を向上させることが
できるが、受光機器を離間させる都合上、センサが大型
化する。その反面、センサを小型化すれば、受光機器が
プリズムに近づくので測定感度の向上が図れない。な
お、受光素子を小さくすれば受光機器を離間させなくて
も角度分解能を高めることができまたセンサの小型化を
図ることができるが、受光素子の微細化にも物理的限界
がある都合上、小型化と分解能の向上は制限される。

【００１２】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、センサの小型化と測定感度の向上との両立を図る
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項１記載のバイオセンサの採用した手段は、金
属薄膜が設けられた光反射面において幾何学的な全反射
条件で光を反射する透光性の光透過媒体を有し、該光透
過媒体と前記金属薄膜でエバネッセント波結合を形成す
る光学系を用いて、前記金属薄膜に接触した被測定溶液
中の測定対象基質を測定するバイオセンサであって、前
記光学系は、光源からの光を前記光透過媒体を透過させ
て前記光反射面に集光して照射する光照射手段と、前記
光反射面で反射し前記光透過媒体から外部に出射する反
射光を受光し、該反射光の光量を検出する受光手段と、
該受光手段と前記光透過媒体との間に介在し、前記光透
過媒体から外部に出射する反射光の進行経路を前記受光
手段の受光領域が拡張する側に変更し、前記受光手段に
該反射光を導く反射光導光手段とを備えることをその要
旨とする。

【００１４】請求項２記載のバイオセンサでは、前記反
射光導光手段を、凹レンズを有するものとした。

【００１５】請求項３記載のバイオセンサでは、前記反
射光導光手段を、反射鏡を有するものとした。

【００１６】請求項４記載のバイオセンサでは、前記反
射鏡を、凸面鏡とした。

【００１７】請求項５記載のバイオセンサでは、前記反
射鏡を、凹面鏡とした。

【００１８】請求項６記載のバイオセンサでは、前記反
射光導光手段を、凸レンズを有するものとし、該凸レン
ズを、前記受光手段よりレンズ側に焦点を結び、前記受
光手段に拡大した像を結像するよう配置した。

【００１９】

【作用】上記構成を有する請求項１記載のバイオセンサ
では、光源からの光が光透過媒体に入射して光反射面で
全反射し、光透過媒体から出射するまでの間における光
の挙動は従来と同じである。つまり、照射手段により光
源から光反射面に集光して照射された光は、光透過媒体
の光反射面に到達し当該光反射面で全反射する。そし
て、特定の入射角で入射した入射光については、金属薄
膜の光透過媒体側膜面のエバネッセント波と金属薄膜の
露出面における表面プラズモン波とがその波数が一致し
て共鳴する表面プラズモン共鳴現象を引き起こす。この
表面プラズモン共鳴現象が起きると、光のエネルギは表
面プラズモン波の励起エネルギに使われるので、光反射
面から反射光のエネルギは減少する。この場合、金属薄
膜の露出面が測定対象基質の被測定溶液にリガンド層を
介して接触すると、この基質と生体物質との生物化学的
反応が進行して被測定溶液の誘電率、延いては屈折率が
変化するので、上記入射角θは被測定溶液における基質
濃度が反映したものとなる。

【００２０】光反射面には集光により種々の入射角の光
が一度に入射して反射するので、光反射面からはそれぞ
れの入射角に対応する種々の反射角で全反射した反射光
が光透過媒体から一度に出射する。この際、上記入射角
θに対応する反射角の反射光のみは、エネルギが損失し
た光量の低い光として光透過媒体から出射し、θ以外の
角度の入射角に対応する反射角の反射光は、エネルギ損
失のない高い光量の光として出射する。

【００２１】そして、請求項１記載のバイオセンサで
は、光透過媒体から出射した反射光は、受光手段と光透
過媒体との間に介在する反射光導光手段により、その進
行経路を受光手段の受光領域が拡張する側に変更され
て、受光手段に導かれる。このため、受光手段では、光
透過媒体から離れなくてもその受光領域が拡張するの
で、受光光量の分布が拡散し角度分解能が高まる。そし
て、高い角度分解能の受光手段で入射角ごとの光反射面
からの反射光を受光してその光量を検出する。よって、
入射角とその光量との相関が感度良くとれ、反射光の光
量が最低レベルのときの入射角θを高い精度で求めるこ
とができる。この結果、この入射角θと、この入射角と
媒質の屈折率との相関関係，媒質の屈折率と誘電率との
関係，生体物質による生物化学的反応の進行と誘電率と
の相関関係等から、基質濃度の算出が可能となる。

【００２２】請求項２記載のバイオセンサでは、光透過
媒体から出射した反射光の進行経路変更と受光手段への
導光を凹レンズにて行なって、受光手段における受光領
域の拡張と受光光量の分布拡散を図る。

【００２３】請求項３記載のバイオセンサでは、光透過
媒体から出射した反射光を反射鏡で反射してその進行経
路を変更し、光路長を反射鏡での反射を経て確保する。
よって、反射光を反射させる分だけ受光手段と光透過媒
体との間の直線距離を長くする必要がない。そして、光
路長の確保により、受光手段における受光領域の拡張と
受光光量の分布拡散を図る。

【００２４】請求項４記載のバイオセンサでは、凸面鏡
により反射光を反射させて、進行経路の変更を通した光
路長の確保と、受光手段の受光領域が拡張する側への反
射光の進行経路の変更とを行なう。これにより、受光手
段における受光領域の拡張と受光光量の分布拡散を図
る。

【００２５】請求項５記載のバイオセンサでは、凹面鏡
により反射光を反射させて、進行経路の変更を通した光
路長の確保と、受光手段の受光領域が拡張する側への反
射光の進行経路の変更とを行なう。これにより、受光手
段における受光領域の拡張と受光光量の分布拡散を図
る。

【００２６】請求項６記載のバイオセンサでは、光透過
媒体から出射した反射光は、凸レンズを通過すると、そ
の進行経路を変更して当該レンズの焦点を通り、受光手
段に導かれる。この凸レンズは、受光手段よりレンズ側
に焦点を結んで受光手段に拡大した像を結像するので、
反射光は、焦点を経て受光手段に導かれる際に、受光手
段における受光領域が拡張する側に拡散して受光手段に
到達する。このため、受光手段では、受光光量の分布が
拡散する。

【００２７】

【実施例】次に、本発明に係るバイオセンサの好適な実
施例について、図面に基づき説明する。図１は第１実施
例のバイオセンサ１０の概略側面図である。

【００２８】図示するように、バイオセンサ１０は、プ
リズム１２を備え、このプリズム１２の上面には、マッ
チングオイル１４を介在させてサンプルプレート１６が
載置されている。サンプルプレート１６は、プリズム１
２と同質の光透過性材料から形成されており、その屈折
率は、プリズム１２と同一である。また、マッチングオ
イル１４は、その屈折率がプリズム１２やサンプルプレ
ート１６と同程度のオイルであり、プリズム１２とマッ
チングオイル１４との間の屈折率の整合を取るよう機能
する。よって、当該機能を果たし得るものであれば、マ
ッチングオイル１４に替えて、ゲル，疎水性高分子等を
用いることもできる。

【００２９】サンプルプレート１６の上面には、金の薄
膜（Ａｕ薄膜）１８が５０ｎｍの膜厚で蒸着形成されて
おり、サンプルプレート１６上面は、このＡｕ薄膜１８
の蒸着範囲に亘って幾何学的な全反射条件で光を反射す
る全反射面の光反射面２０となる。そして、サンプルプ
レート１６とこのＡｕ薄膜１８で、光反射面２０におい
てエバネッセント波結合が形成されている。更に、この
Ａｕ薄膜１８の露出膜面（以下、単に表面という）に
は、測定対象基質に対する識別機能を有し該基質と生物
化学的反応を起こす生体物質を固定化したリガンド層２
２が形成されている。なお、このリガンド層２２は、紙
面の手前側と奥側とで２分割されており、手前側のリガ
ンド層２２は活性のある生体物質を固定化したリガンド
層とされ、奥側他方のリガンド層２２は失活した生体物
質を固定化したリガンド層とされている。つまり、基質
測定用センサ部としては手前側のリガンド層２２が用い
られ、その補正用センサ部には奥側のリガンド層２２が
用いられる。この場合、生体物質の失活は、強酸や強ア
ルカリにより、或いは紫外線等の電子線照射や超音波処
理，７０℃程度での加熱処理等の失活処理によりなされ
る。

【００３０】この他、バイオセンサ１０は、ＬＥＤ（発
光ダイオード）等の単一波長の光をライン状に発する図
示しない光源を備え、この光源からプリズム１２に向け
て光を照射する。光源とプリズム１２との間には、プリ
ズム１２の手前において集光レンズ２４が、更に光源と
集光レンズ２４との間には図示しないｐ偏光板が配置さ
れている。そして、集光レンズ２４は、当該レンズを通
過した光が光反射面２０にライン状に集光するようその
位置が調整されている。従って、光源から照射された光
は、ｐ偏光された後に集光レンズ２４に到り、その後
は、ｐ偏光としてプリズム１２を透過し光反射面２０に
ライン状に集光される。よって、この光反射面２０に
は、ｐ偏光が、集光レンズ２４の焦点距離Ｆや開口長
Ｄ，集光レンズ２４の光軸の角度等で定まる所定範囲の
入射角（θ1 〜θ2 ）で到達する。

【００３１】また、光反射面２０で全反射した反射光が
プリズム１２から出射する側には、受光した光量を検出
して電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子２６が、凹レン
ズ２８を介在させて配置されている。ＣＣＤ撮像素子２
６は、２０４８ビットの受光素子をライン状に配列して
なるリニアイメージセンサである。従って、光反射面２
０で全反射した光（ｐ偏光）は、プリズム１２を通過し
て外部に出射し凹レンズ２８に到り、この凹レンズ２８
により光の進行経路が図示するように変更されてＣＣＤ
撮像素子２６に導かれる。そして、このＣＣＤ撮像素子
２６により、その光量が検出される。光反射面２０で反
射した反射光は、光反射面２０における入射光と同様、
入射面内の振幅の波動であり、ＣＣＤ撮像素子２６で
は、反射角ごとの光量、即ち上記範囲の入射角（θ1 〜
θ2 ）ごとの光量がＣＣＤ撮像素子２６の受光範囲の受
光素子により検出される。

【００３２】この場合、サンプルプレート１６における
Ａｕ薄膜１８の表面では、被測定溶液の誘電率が生体物
質の活性の有無により以下に説明するよう変化して変化
後の値に安定し、この様子がそれぞれのＣＣＤ撮像素子
２６から検出される。

【００３３】活性のある生体物質が固定されたリガンド
層２２の側では、この生体物質と測定対象基質との生物
化学的反応が基質濃度で規定される程度だけ進行するの
で、被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率は、生物
化学的反応の進行に伴い変化し基質濃度で規定される値
になると安定する。この際の被測定溶液の誘電率、延い
てはその屈折率の変化は、サンプルプレート１６とＡｕ
薄膜１８とで形成されるエバネッセント波結合により、
表面プラズモン共鳴現象が起きた場合の反射光のエネル
ギの現象として観察される。

【００３４】つまり、光源から照射されたｐ偏光は、集
光レンズ２４により集光されて上記した範囲（θ1 〜θ
2 ）の入射角で、エバネッセント波結合が形成された光
反射面２０に到る。このとき、上記した範囲のうちのあ
る角度（θS1）の入射角で入射したｐ偏光は、Ａｕ薄膜
１８の光反射面２０側膜面のエバネッセント波とＡｕ薄
膜１８の被測定溶液側の表面プラズモン波とを、その波
数を一致させて共鳴させ表面プラズモン共鳴現象を引き
起こす。この表面プラズモン共鳴現象が起きると、入射
角がθS1の光のエネルギは表面プラズモン波の励起エネ
ルギに使われて、光反射面２０からの反射角がθS1の反
射光のエネルギは減少する。

【００３５】このため、入射角（θ1 〜θ2 ）ごとの光
反射面からの反射光をθ1 〜θ2 の反射角で受光してい
るＣＣＤ撮像素子２６における受光光量の様子は、図２
に模式的に示すように、θS1の反射光のエネルギ（光
量）が最低となる（図２（Ａ））。

【００３６】一方、失活した生体物質が固定されたリガ
ンド層２２の側では、測定対象基質との生物化学的反応
は進行しないので、被測定溶液の誘電率、延いてはその
屈折率は初期の値のまま一定である。しかし、ある角度
（θS0）の入射角で入射したｐ偏光により表面プラズモ
ン共鳴現象は起き、この場合のＣＣＤ撮像素子２６にお
ける受光光量の様子は、θS0の反射光のエネルギが最低
となる（図２（Ｂ））。

【００３７】ところで、図２の模式図における横軸の入
射角は、ＣＣＤ撮像素子２６における２０４８ビットの
受光素子の並びに相当し、このような光量分布は、ＣＣ
Ｄ撮像素子２６に受光される受光領域が変化することで
その様子が変わる。より具体的に説明すると、凹レンズ
２８が存在しない従来のバイオセンサでは、図１に二点
鎖線で示すように、ＣＣＤ撮像素子２６の受光領域は図
中ＳOLD で示されるのに対して、本実施例の場合の受光
領域はＳNEW となる。つまり、バイオセンサ１０では、
凹レンズ２８により光の進行経路が変更されてＣＣＤ撮
像素子２６への導光が行なわれ、ＣＣＤ撮像素子２６の
受光領域が拡張する。

【００３８】そして、この受光領域におけるＣＣＤ撮像
素子２６の各受光素子での検出結果が上記の光量分布を
なす。従って、受光領域が狭ければ少ない数の受光素子
でしか光量分布を得られないのに対して、受光領域が拡
張すれば多くの数の受光素子で光量分布を得られる。こ
のため、受光領域が拡張した本実施例のバイオセンサ１
０によれば、ＣＣＤ撮像素子２６の角度分解能を高める
ことができる。その一方、凹レンズ２８が存在しない従
来のバイオセンサで本実施例のバイオセンサ１０と同一
の受光領域を得るためには、図１に示すようにＣＣＤ撮
像素子２６をプリズム１２から離間させなければならな
いのに対し、バイオセンサ１０ではその必要がない。こ
の結果、第１実施例のバイオセンサ１０によれば、セン
サの小型化と測定感度の向上とを図ることができる。

【００３９】ここで、上記した本実施例のバイオセンサ
１０と凹レンズ２８が存在しない従来のバイオセンサと
の対比試験について説明する。なお、これら両センサに
おけるＣＣＤ撮像素子２６は、２０４８ビットの受光素
子を有する日本電気社製のリニアイメージセンサ（型
番：μＰＤ３５Ｈ７３）である。また、両センサを対比
試験に供するに当たっては、その測定対象基質を人血清
アルブミンとし、両センサのリガンド層２２には活性の
ある生体物質（抗体）として人血清アルブミン抗体を固
定した。

【００４０】まず、バイオセンサ１０のリガンド層２２
に純水を導入した場合の反射光強度（光量）を測定し
た。次いで、このリガンド層２２に濃度が５０μｇ／ｍ
ｌの人血清アルブミン水溶液を導入して、人血清アルブ
ミンとリガンド層２２の生体物質とを５分間接触させた
場合の反射光強度（光量）を測定した。そして、それぞ
れについて、反射光強度と反射角の相関関係とを得た。
その結果を図３（ａ）に示す。なお、図における横軸は
反射角に相当する各受光素子の位置を示す番号である。

【００４１】次に、凹レンズ２８が存在しない従来のバ
イオセンサで、上記と同様に、純水および人血清アルブ
ミン水溶液（５０μｇ／ｍｌ）についての反射光強度
（光量）を測定し、反射光強度と反射角の相関関係とを
得た。その結果を図３（ｂ）に示す。

【００４２】この図３から判るように、実施例のバイオ
センサ１０では、最低の反射光強度となる受光素子の番
号が純水と所定濃度の人血清アルブミン水溶液とで１５
５移動しているのに対して、従来のバイオセンサでは４
６であった。従って、実施例のバイオセンサ１０によれ
ば、凹レンズ２８による光の進行経路の変更並びに受光
領域の拡張を通して、反射光強度変化を大きく発現させ
ることができる。この結果、実施例のバイオセンサ１０
によれば、僅かな測定対象基質濃度の変化を大きな反射
光強度変化として捕らえることができ、感度向上を図る
ことができるといえる。

【００４３】次に、他の実施例について説明する。な
お、以下の各実施例のバイオセンサでは、上記した第１
実施例のバイオセンサ１０とプリズム１２，サンプルプ
レート１６，ＣＣＤ撮像素子２６等の主要な構成は同一
であり、以下の点でその構成が相違する。なお、以下の
各実施例の説明に当たっては、説明の重複を避ける意味
で、第１実施例と同一の部材については同一の符号を用
いその説明を省略することとする。

【００４４】第２実施例のバイオセンサ３０では、図４
に示すように、バイオセンサ１０における凹レンズ２８
に替わり、凸レンズ３２を有する。この凸レンズ３２
は、図示するように、ＣＣＤ撮像素子２６より当該レン
ズに近い位置に焦点ｆを結び、ＣＣＤ撮像素子２６に拡
大した像を結像するよう配置されている。従って、第２
実施例のバイオセンサ３０によっても、凸レンズ３２に
よる焦点ｆを経た光の進行経路の変更並びに受光領域の
拡張を通して、センサの小型化と測定感度の向上とを図
ることができる。

【００４５】第３実施例のバイオセンサ４０は、図５に
示すように、プリズム１２の上面に直接Ａｕ薄膜１８を
形成して備え、このプリズム１２上面を光反射面２０と
する。また、プリズム１２上面の光反射面２０に光源３
４から光を集光して照射するに当たっては、光源３４と
プリズム１２との間に凸レンズ４４，４６からなる組み
合わせレンズを用いる。なお、バイオセンサ１０と同様
に、プリズム１２上面にはマッチングオイル１４を介在
させてサンプルプレート１６を載置するよう構成するこ
ともできる。

【００４６】そして、このバイオセンサ４０では、バイ
オセンサ１０における凹レンズ２８に替わり、凹面鏡４
８を有する。この凹面鏡４８は、図示するように、プリ
ズム１２から出射した反射光をその凹面鏡面で反射させ
て反射光の進行経路を変更し、ＣＣＤ撮像素子２６の受
光領域を拡張する。このため、第３実施例のバイオセン
サ４０によっても、凹面鏡４８による光の進行経路の変
更並びに受光領域の拡張を通して、センサの小型化と測
定感度の向上とを図ることができる。

【００４７】第４実施例のバイオセンサ５０は、図６に
示すように、上記のバイオセンサ４０における凹面鏡４
８に替わり、凸面鏡５２を有する。この凸面鏡５２は、
図示するように、プリズム１２から出射した反射光をそ
の凸面鏡面で反射させて反射光の進行経路を変更し、Ｃ
ＣＤ撮像素子２６の受光領域を拡張する。このため、第
４実施例のバイオセンサ５０によっても、凹面鏡４８に
よる光の進行経路の変更並びに受光領域の拡張を通し
て、センサの小型化と測定感度の向上とを図ることがで
きる。

【００４８】以上本発明のいくつかの実施例について説
明したが、本発明はこの様な実施例になんら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【００４９】例えば、上記した第３，第４実施例におけ
るバイオセンサにおける凹面鏡４８や凸面鏡５２に替わ
り、平面反射鏡を用いることもできる。平面反射鏡とす
れば、プリズム１２から出射した反射光をこの平面反射
鏡で反射してその進行経路を変更し、センサにおける光
路長を確保することができる。よって、その分だけＣＣ
Ｄ撮像素子２６とプリズム１２との間の直線距離を長く
する必要がない。また、光路長の確保により、ＣＣＤ撮
像素子２６とプリズム１２とを余り離さなくてもサンプ
ルプレート１６における受光領域を拡張できる。この場
合、２枚以上の平面反射鏡を組み合わせて光路長を確保
すれば、ＣＣＤ撮像素子２６をプリズム１２から余り離
さなくても済む。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１ないし請求
項６に記載した本発明のバイオセンサでは、光反射面で
反射して光透過媒体から出射した反射光を、その進行方
向を受光手段の受光領域が拡張する側に変更して、受光
手段に導く。このため、出射した反射光の受光領域の拡
張を通した角度分解能の向上を、受光手段の光透過媒体
からの離間を行なうことなく実現する。この結果、請求
項１ないし請求項６に記載した本発明のバイオセンサに
よれば、センサの小型化と測定感度の向上とを両立する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のバイオセンサ１０の概略側面図。

【図２】バイオセンサ１０におけるＣＣＤ撮像素子２６
から得られる入射角とその光量との相関関係を示すグラ
フ。

【図３】実施例のバイオセンサ１０と従来のバイオセン
サとの対比試験の結果を説明するためのグラフ。

【図４】第２実施例のバイオセンサ３０の概略側面図。

【図５】第３実施例のバイオセンサ４０の概略側面図。

【図６】第４実施例のバイオセンサ５０の概略側面図。

【符号の説明】

１０，３０，４０，５０…バイオセンサ１２…プリズム１４…マッチングオイル１６…サンプルプレート１８…Ａｕ薄膜２０…光反射面２２…リガンド層２４…集光レンズ２６…ＣＣＤ撮像素子２８…凹レンズ３２…凸レンズ３４…光源４４，４６…凸レンズ４８…凹面鏡５２…凸面鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属薄膜が設けられた光反射面において
幾何学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透過媒
体を有し、該光透過媒体と前記金属薄膜でエバネッセン
ト波結合を形成する光学系を用いて、前記金属薄膜に接
触した被測定溶液中の測定対象基質を測定するバイオセ
ンサであって、前記光学系は、光源からの光を前記光透過媒体を透過させて前記光反射
面に集光して照射する光照射手段と、前記光反射面で反射し前記光透過媒体から外部に出射す
る反射光を受光し、該反射光の光量を検出する受光手段
と、該受光手段と前記光透過媒体との間に介在し、前記光透
過媒体から外部に出射する反射光の進行経路を前記受光
手段の受光領域が拡張する側に変更し、前記受光手段に
該反射光を導く反射光導光手段とを備えることを特徴と
するバイオセンサ。
【請求項２】請求項１記載のバイオセンサであって、前記反射光導光手段は、凹レンズを有するバイオセン
サ。
【請求項３】請求項１記載のバイオセンサであって、前記反射光導光手段は、反射鏡を有するバイオセンサ。
【請求項４】請求項３記載のバイオセンサであって、前記反射鏡は、凸面鏡であるバイオセンサ。
【請求項５】請求項３記載のバイオセンサであって、前記反射鏡は、凹面鏡であるバイオセンサ。
【請求項６】請求項１記載のバイオセンサであって、前記反射光導光手段は、凸レンズを有し、該凸レンズは、前記受光手段よりレンズ側に焦点を結
び、前記受光手段に拡大した像を結像するよう配置され
ているバイオセンサ。