JPH1078391A - 表面プラズモンセンサー - Google Patents
表面プラズモンセンサーInfo
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- JPH1078391A JPH1078391A JP8233867A JP23386796A JPH1078391A JP H1078391 A JPH1078391 A JP H1078391A JP 8233867 A JP8233867 A JP 8233867A JP 23386796 A JP23386796 A JP 23386796A JP H1078391 A JPH1078391 A JP H1078391A
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Abstract
定することができる表面プラズモンセンサーを得る。 【解決手段】 均一な厚さの透明基板10の一表面に金属
膜12を形成する一方、この一表面と対面する他表面上
に、それぞれ2次元的に広がるグレーティング等の光入
力手段15および光出力手段16を形成し、この光入力手段
15に入射する光ビーム13を光走査手段17により、該光入
力手段15の広がり方向に2次元的に走査させる。そして
透明基板10と金属膜12との界面10aで全反射して光出力
手段16から透明基板10外に出射した光ビーム13を、光検
出手段18によって検出する。
Description
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モンセンサーに関し、特に詳細には、試料中の物質に関
する2次元の物性情報を測定できるようにした表面プラ
ズモンセンサーに関するものである。
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。
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センサー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)。
ンサーは基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に
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、上記光ビームをプリズムに通し、該
プリズムと金属膜との界面に対して種々の入射角が得ら
れるように入射させる光学系と、上記の界面で全反射し
た光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出
手段とを備えてなるものである。
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
界面で集束するように入射させてもよい。前者の場合
は、光ビームの偏向にともなって出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、出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、種々の出射角で出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。
て、P偏光(センサー面に垂直な偏光成分)の光ビーム
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すると、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、プリズムと金属膜との界面で全反射する光の強度
が鋭く低下する。
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。
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(全反射解
消角)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。
質を分析する場合、その2次元的な物性情報を得たいこ
ともある。しかし、上述した従来の表面プラズモンセン
サーでは、試料中の物質の2次元的な物性情報を得るこ
とは困難となっていた。つまり2次元的な物性情報を得
ようとして、光ビームを、プリズムと金属膜との界面に
おいて2次元的に走査させると、プリズム内の光ビーム
の光路長が変化し、そのために、例えば上記界面にある
べき光ビームの収束点位置が変動する等して、正しい分
析ができなくなることがある。
であり、試料中の物質に関する2次元の物性情報を測定
することができる表面プラズモンセンサーを提供するこ
とを目的とする。
モンセンサーは、従来の表面プラズモンセンサーで用い
られていたプリズムに代えて均一な厚さの透明基板を用
い、この透明基板の一表面に金属膜を形成する一方、こ
の一表面と対面する他表面上に、それぞれ2次元的に広
がる光入力手段および光出力手段を形成し、この光入力
手段に入射する光ビームを光走査手段により、該光入力
手段の広がり方向に2次元的に走査させ、そして透明基
板と金属膜との界面で全反射して光出力手段から透明基
板外に出射した光ビームを、光検出手段によって検出す
るようにしたものである。
手段や光出力手段としては、例えばグレーティング(回
折格子)を好適に用いることができる。
ンセンサーにおいて、金属膜に接触している試料は、従
来の表面プラズモンセンサーにおけるのと同様の仕組み
で分析され得る。
上記のように走査させると、透明基板と金属膜との界面
において光ビームが2次元的に走査する。そこで、この
界面で全反射して光出力手段から透明基板外に出射した
光ビームを光検出手段によって検出すれば、該光検出手
段から、金属膜と接触している試料中の物質の2次元的
な物性情報を示す信号が得られるようになる。
の広がり方向つまり透明基板表面に平行な方向になされ
る一方、透明基板の厚さは均一であるから、この2次元
走査がなされても透明基板内の光ビームの光路長が変化
することはない。したがって、この光路長の変化のため
に分析が阻害されることがない。
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実
施形態である表面プラズモンセンサーの側面形状を示す
ものであり、また図2はその分解斜視図である。図示さ
れるようにこの表面プラズモンセンサーは、例えばガラ
スからなる均一な厚さの透明基板10と、この透明基板10
の一表面(図中の上表面)に形成されて、試料11に接触
させられる例えば金、銀等からなる金属膜12と、1本の
細い光ビーム13を発生させる半導体レーザー等からなる
光源14とを備えている。
面には、それぞれ該表面に沿って2次元的に広がる光入
力用グレーティング(回折格子)15、および光出力用グ
レーティング16が形成されている。一方光源14は、所定
の向きにしてXYスキャナステージ17に固定されてい
る。またこのXYスキャナステージ17には、例えばフォ
トダイオード等の光検出手段18が所定の向きにして固定
されている。
によって駆動され、透明基板10の表面と平行な面内で、
該基板10の縦横方向(XY方向)に移動する。一方、光
検出手段18が出力する光検出信号Sは、増幅器21によっ
て増幅された後、A/D変換器22によってデジタル化さ
れ、例えばコンピュータシステムからなるデータ処理お
よび制御部23に入力される。上述したドライバ20の作動
は、このデータ処理および制御部23によって制御され
る。またこのデータ処理および制御部23には、CRT表
示装置等からなる画像表示手段24が接続されている。
の試料11は、分析に際して金属膜12の上に載置される。
そしてP偏光に設定された光ビーム13が、光入力用グレ
ーティング15に対して所定の入射角で入射せしめられ
る。この光ビーム13は光入力用グレーティング15で回折
して透明基板10内に入射し、透明基板10と金属膜12との
界面10aに入射する。光ビーム13はこの界面10aで全反
射し、光出力用グレーティング16に入射してそこで回折
し、透明基板10外に出射する。出射した光ビーム13は、
光検出手段18によって検出される。
定すれば、そこから出力される光検出信号Sに基づい
て、試料11中にあって金属膜12に接している分析対象物
質30を検出、分析することができる。本実施形態では具
体的に、以下のようにして分析がなされる。
と、光検出手段18が出力する光検出信号Sの強度(全反
射した光ビーム13の強度)との関係は、概ね図3に示す
ようなものとなる。つまり、ある特定の入射角θSPで入
射した光ビーム13は、金属膜12と試料11との界面に表面
プラズモンを励起させるので、このときは反射光強度が
鋭く低下する。この入射角(全反射解消角)θSPが分か
れば、それに基づいて試料11中の物質30を定量分析する
ことができるが、本例ではこの全反射解消角θSPを間接
的に求めるようにしている。
が、上記全反射解消角θSPよりも小さい一定の角度θS
に設定されている。そして入射角がθS であるときの光
検出信号Sの強度IS は、全反射解消角θSPの値に応じ
て変化するから、この信号強度IS に基づいて全反射解
消角θSPを知り、試料11中の物質30を定量分析すること
ができる。
がXY方向に移動することにより、光ビーム13が光入力
用グレーティング15の広がり方向に2次元的に移動し、
上記界面10a上を2次元走査する。そこで、この走査が
なされている際に光検出手段18から連続的に出力される
光検出信号Sは、試料11において分布している分析対象
物質30の2次元物性情報を示すものとなる。したがっ
て、この光検出信号Sを前述のようにデジタル化した
後、データ処理および制御部23において所定のデータ処
理を施せば、該光検出信号Sに基づいて上記2次元の物
性情報を画像化し、画像表示手段24に表示可能となる。
板10の表面に平行な方向になされ、この透明基板10の厚
さは均一であるから、この2次元走査がなされても、透
明基板10内の光ビーム13の光路長が変化することはな
い。したがって、この光路長の変化のために正しい分析
が妨げられることはない。
述のようにする他、光源14および光検出手段18は固定し
ておいて、透明基板10側を移動させるようにしてもよ
い。
領域12a、12a、12a……を設定し、各領域に互いに異
なる機能薄膜を形成しておくことにより、それぞれの領
域で相異なる免疫反応等を引き起こして、各領域毎に分
析を行なうこともできる。
に、光源14から出射した光ビーム13を発散光にするレン
ズ32と、この光ビーム13を紙面に平行な面内のみで収束
させるシリンドリカルレンズ33とで構成される光学系を
設けて、光ビーム13に、種々の入射角で界面10aに入射
する成分が含まれるようにしてもよい。その場合は、界
面10aから種々の出射角で出射した各光ビーム13を受光
できる方向に延びるCCDや、フォトダイオードアレ
イ、2分割フォトダイオード等を光検出手段18として用
いて、その出力に基づいて前述の全反射解消角θSPを検
出すればよい。
センサーの側面図
金属膜との界面への光ビーム入射角と全反射光強度との
概略関係を示すグラフ
膜の別の例を示す斜視図
Claims (2)
- 【請求項1】 均一な厚さの透明基板と、 この透明基板の一表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、 前記一表面と対面する透明基板の他表面上において2次
元的に広がり、照射された前記光ビームを該透明基板と
前記金属膜との界面に導く光入力手段と、 前記他表面上において2次元的に広がり、前記界面で全
反射した光ビームを前記透明基板外に出射させる光出力
手段と、 前記透明基板外に出射した光ビームの強度を検出する光
検出手段と、 前記光入力手段に入射する光ビームを、該光入力手段の
広がり方向に2次元的に走査させる光走査手段とを備え
てなる表面プラズモンセンサー。 - 【請求項2】 前記光入力手段または光出力手段がグレ
ーティングからなることを特徴とする請求項1記載の表
面プラズモンセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8233867A JPH1078391A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 表面プラズモンセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8233867A JPH1078391A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 表面プラズモンセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1078391A true JPH1078391A (ja) | 1998-03-24 |
Family
ID=16961821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8233867A Pending JPH1078391A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 表面プラズモンセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1078391A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1078392A (ja) * | 1996-09-04 | 1998-03-24 | Fuji Photo Film Co Ltd | 表面プラズモンセンサー |
| JP2004239664A (ja) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | 電気泳動装置 |
| JP2008527334A (ja) * | 2004-12-30 | 2008-07-24 | コーニング インコーポレイテッド | 非精製検体のラベルフリー検出 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0217431A (ja) * | 1988-05-10 | 1990-01-22 | Amersham Internatl Plc | 表面プラズモン共鳴センサ |
| JPH05504626A (ja) * | 1990-03-02 | 1993-07-15 | ファイソンズ ピーエルシー | 化学又は生化学試験に用いる試料セル |
| JPH05346398A (ja) * | 1990-05-03 | 1993-12-27 | F Hoffmann La Roche Ag | 化学物質のマイクロオプティカル検出方法 |
| JPH0815133A (ja) * | 1994-06-29 | 1996-01-19 | Hitachi Ltd | 分析素子 |
-
1996
- 1996-09-04 JP JP8233867A patent/JPH1078391A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0217431A (ja) * | 1988-05-10 | 1990-01-22 | Amersham Internatl Plc | 表面プラズモン共鳴センサ |
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| JP2004239664A (ja) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | 電気泳動装置 |
| JP2008527334A (ja) * | 2004-12-30 | 2008-07-24 | コーニング インコーポレイテッド | 非精製検体のラベルフリー検出 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040622 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040823 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050405 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050531 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051213 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060725 |