[发明专利]表面等离子体共振传感器及该传感器用芯片

说明书

技术领域

本发明涉及表面等离子体共振传感器及该传感器用芯片，尤其涉及利用了局部存在式表面等离子体共振的表面等离子体共振传感器和表面等离子体共振传感器用芯片。

背景技术

人体的60％由水分构成，剩余40％中的一半由蛋白质构成，人体的细胞、肌肉、皮肤的大部分由蛋白质构成。因此，认为疾病与蛋白质的变异相关的情况较多，在癌症、流感及其他疾病中，伴随疾病的发展，体内(血液中等)特定的蛋白质增加。

因此，通过监视特定的蛋白质的状态(特定的蛋白质的有无及其数量等)，可以得知疾病的感染、发展状况，目前关于数十种类型的蛋白质，已确认到与疾病的相关。例如，伴随肿瘤(癌症)的发展而增加的活体分子被称为肿瘤标记，根据肿瘤的产生部位，分别确定不同的肿瘤标记。

并且，活体内的蛋白质、DNA、糖链这些活体分子大多直接涉及到疾病的产生，所以通过分析这些活体分子之间的相互作用，可以判明疾病的机理，进行特效药的开发。

包括上述肿瘤标记在内，作为简便且高精度地测定特定蛋白质的有无及其数量的工具，已经有生化传感器，并期待今后能够在防止错误诊断、早期诊断、预防医疗等方面应用。

作为检测蛋白质等活体分子的相互作用的方法，采用表面等离子体共振。所说表面等离子体共振(SPR：Surface Plasmon Resonance)，是指通过金属表面的自由电子与电磁波(光)的相互作用产生的共振现象，与荧光检测方式相比，不需要利用荧光物质标识试样，所以作为一种简便方法受到关注。采用表面等离子体共振的传感器有传输式表面等离子体共振传感器和局部存在式表面等离子体共振传感器。

利用图1(a)-(d)简单说明传输式表面等离子体共振传感器的原理。传输式表面等离子体共振传感器11如图1(a)、(c)所示，在玻璃基板12的表面形成厚约50nm的Au、Ag等金属膜13。该传输式表面等离子体共振传感器11从玻璃基板12侧照射光，在玻璃基板12与金属膜13的界面上对光进行全反射。通过接受全反射的光并测定光的反射率，可以传感活体分子等。

即，通过改变光的射入角θ进行该反射率测定，如图1(b)所示，在某个射入角(共振射入角)θ1处反射角大大衰减。当射入到玻璃基板12与金属膜13的界面的光在该界面上全反射时，在该界面产生的瞬逝光(邻近场光)与金属的表面等离子体波相互作用。并且，在某个特定波长和特定射入角时，光的能量被吸收到金属膜13中，金属膜13中的自由电子的振动能量变化，光的反射率明显下降。

该共振条件取决于金属膜13的周边物质的介质常数(折射率)，所以被用作高灵敏度地检测周边物质的物性变化的方法。尤其在用作生化传感器时，如图1(a)所示，预先在金属膜1 3的表面固定与特定蛋白质(抗原)特异键合的抗体1 4(探针)。当导入其中的检查试样15中存在作为目标的抗原16时，如图1(c)所示，抗原16与抗体14特异键合。并且，通过抗原16键合，金属膜13的周边折射率变化，共振波长和共振射入角变化。因此，通过测定导入检查试样15前后的共振波长的变化、共振射入角的变化、或者共振波长和共振射入角的时间上的变化，可以检查检查试样15中是否含有抗原16。并且，也可以检查含有何种程度浓度的抗原16。

图1(d)表示反射率对射入角θ的依赖性的测定结果的一例。在图1(d)中，虚线表示导入检查试样15前的反射率波谱17a，实线表示导入检查试样15并且抗原16键合到抗体14后的反射率波谱17b。这样测定导入检查试样15前后的共振射入角的变化Δθ时，可以检查检查试样15是否含有抗原16。并且，也可以检查抗原16的浓度，还可以检查有无特定的病原体和有无疾病等。

另外，在普通的传输式表面等离子体共振传感器中，使用棱镜向玻璃基板导入光。因此，传感器的光学系统复杂且大型化，而且需要利用匹配油紧密粘接传感器用芯片(玻璃基板)和棱镜。为了消除这种不易操作的问题，例如专利文献1提出利用了衍射光栅的传输式表面等离子体共振传感器。

专利文献1公开的传输式表面等离子体共振传感器如图2所示，在基板18的表面上形成金属膜19，在金属膜19上离散地层叠薄膜而形成衍射光栅20(光栅)。