JP2000121551A - Concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面プラズモン共鳴(SPR)を利用する濃
度測定装置であって、センサーチップの着脱如何に関わ
らず測定結果の再現性が得られる濃度測定装置を提供す
る。
【解決手段】 一方の面に金薄膜1aを有するガラス板
1bの金薄膜1a側に設けられ、測定試料を金薄膜1a
と接触するように収容する収容部1d〜1fを有するセ
ンサーチップ1と、ガラス板1bの他方の表面側から光
を照射する発光ダイオード2と、発光ダイオード2から
照射された光を、ガラス板1bと金薄膜1a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凸レン
ズ3と、前記界面で反射した光の強度を種々の反射角毎
に検出するCCDカメラ4と、CCDカメラ4によって
得られた測定試料の測定結果から測定試料の濃度を演算
する演算処理部5〜7と、マッチングオイルを介してあ
る一面にセンサーチップ1を摺動自在に設置するプリズ
ム8とを有することを特徴とする。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a concentration measuring device utilizing surface plasmon resonance (SPR), which can obtain reproducibility of a measurement result regardless of whether a sensor chip is attached or detached. SOLUTION: A glass plate 1b having a gold thin film 1a on one surface is provided on the gold thin film 1a side, and a measurement sample is placed on the gold thin film 1a.
A sensor chip 1 having storage portions 1d to 1f for receiving light from the other surface side of the glass plate 1b, a light emitting diode 2 for emitting light from the light emitting diode 2, and a glass plate 1b Lens 3 which is incident so that various angles of incidence can be obtained with respect to the interface between the substrate and the gold thin film 1a, a CCD camera 4 which detects the intensity of light reflected at the interface at each of various angles of reflection, and a CCD camera 4 Calculation units 5 to 7 for calculating the concentration of the measurement sample from the measurement results of the measurement sample obtained by the above, and a prism 8 for slidably mounting the sensor chip 1 on one surface via a matching oil. Features.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は濃度測定装置に関
し、更に詳細には表面プラズモン共鳴(SPR)を利用
した濃度測定装置に関する。The present invention relates to a concentration measuring device, and more particularly, to a concentration measuring device utilizing surface plasmon resonance (SPR).
【0002】[0002]
【従来の技術】金属表面で自由電子が振動して発生する
粗密波は、表面プラズモン波と呼ばれている。また、こ
の表面プラズモン波がエバネセント光等の光波によって
励起される現象は、表面プラズモン共鳴(SPR)と呼
ばれている。2. Description of the Related Art A compression wave generated by oscillation of free electrons on a metal surface is called a surface plasmon wave. The phenomenon that the surface plasmon wave is excited by a light wave such as evanescent light is called surface plasmon resonance (SPR).
【0003】この表面プラズモン共鳴を利用したセンサ
ー(SPRセンサー)は、従来より種々提案されてい
る。その中で特に知られているものとしては、特開平6
−82455号公報に記載されているKretschmann配置
と称される系を用いたSPRセンサーが挙げられる。[0003] Various sensors (SPR sensors) utilizing this surface plasmon resonance have been conventionally proposed. Among them, a particularly well-known one is disclosed in
An SPR sensor using a system called a Kretschmann configuration described in -82455.
【0004】このSPRセンサーは、プリズムと、この
プリズムの一面に形成されて試料を接触させられる金属
膜と、光を発生させる光源と、この光源からの光をプリ
ズムに通し、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、前記界面
で全反射した光の強度を種々の入射角毎に検出可能な光
検出手段とから構成されている。The SPR sensor includes a prism, a metal film formed on one surface of the prism and brought into contact with a sample, a light source for generating light, and a light from the light source that passes through the prism. And an optical system for causing various angles of incidence to be obtained with respect to the interface, and light detecting means capable of detecting the intensity of light totally reflected at the interface at various angles of incidence.
【0005】また、測定毎にプリズムの交換を行うとコ
ストが高くなることから、このプリズムの一面に金属膜
を形成する手段としては、プリズムと同じ屈折率を有す
るガラス板の一面に金属膜を形成し、このガラス板の金
属膜が形成されている面とは反対側の面とプリズムとを
圧着可能なセンサーチップが用いられている。なお、プ
リズムとセンサーチップとの圧着にはマッチングオイル
等が使用される。[0005] Further, since exchanging the prism for each measurement increases the cost, as a means for forming a metal film on one surface of the prism, a metal film is formed on one surface of a glass plate having the same refractive index as the prism. A sensor chip that is formed and that can be pressed against a surface of the glass plate opposite to the surface on which the metal film is formed and a prism is used. Note that a matching oil or the like is used for pressure bonding between the prism and the sensor chip.
【0006】前記SPRセンサーは、金属膜に照射され
た光によって、金属表面に発生した表面プラズモン波
が、金属膜と測定試料との界面で発生したエバネセント
光に励起されて共鳴するとき、金属膜に照射された光で
特定の入射角を有する光成分の光エネルギーが表面プラ
ズモン波へ移行するため、金属膜を反射した光を検出す
ると、表面プラズモン波へ移行した特定の入射角を有す
る光成分の光エネルギーが弱く検出されることを利用し
たものである。In the SPR sensor, when a surface plasmon wave generated on a metal surface is excited by evanescent light generated at an interface between a metal film and a measurement sample and resonated with light irradiated on the metal film, the SPR sensor resonates with the metal film. Since the light energy of the light component having a specific incident angle shifts to the surface plasmon wave in the light irradiated on the surface, when the light reflected from the metal film is detected, the light component having the specific incident angle shifted to the surface plasmon wave is detected. This is based on the fact that the light energy is weakly detected.
【0007】このSPRセンサーは、特に生体高分子間
における相互作用の検出に使用される。すなわち、金属
膜の表面にリガンド(分子認識素子)としての生体高分
子の一方を固定化した後、この固定化された生体高分子
の表面に他方の生体高分子を作用させ、この作用させる
生体高分子の濃度変化を測定することにより、生体高分
子間における相互作用を検出するものである。[0007] The SPR sensor is used particularly for detecting an interaction between biopolymers. That is, after immobilizing one of the biopolymers as a ligand (molecular recognition element) on the surface of the metal film, the other biopolymer is caused to act on the surface of the immobilized biopolymer, and the biomolecule to be acted on By measuring the change in the concentration of the polymer, the interaction between the biopolymers is detected.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記SPRセ
ンサーは、同じセンサーチップを用いて同じ測定試料を
測定した場合においても、センサーチップの着脱前後に
おいて得られた測定値にばらつきが生じ、測定値の再現
性が得られない問題がある。これは、センサーチップを
プリズムから交換する際、交換前におけるセンサーチッ
プ及びプリズムの圧着状態と、交換後におけるセンサー
チップ及びプリズムの圧着状態とが微妙に異なり、この
圧着状態の違いによる影響が測定結果に大きく影響する
ためである。However, in the SPR sensor, even when the same measurement sample is measured using the same sensor chip, the measured values obtained before and after the attachment and detachment of the sensor chip vary, and the There is a problem that reproducibility of is not obtained. This is because when the sensor chip is replaced from the prism, the crimped state of the sensor chip and prism before replacement is slightly different from the crimped state of the sensor chip and prism after replacement. Because it has a large effect on
【0009】本発明の目的は、上記実状に鑑みなされた
もので、SPRを利用する濃度測定装置であって、セン
サーチップの着脱如何に関わらず測定結果の再現性が得
られる濃度測定装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a concentration measuring apparatus utilizing SPR, which can obtain reproducibility of a measurement result regardless of whether a sensor chip is attached or detached. Is to do.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は濃度測定装置で
あり、前述の技術的課題を解決する手段として、以下の
ような構成とされている。すなわち、本発明の濃度測定
装置は、一方の面に金属膜を有し、所望の屈折率を有す
る光透過媒体を備え、測定試料を前記金属膜面と接触す
るように収容する収容部を前記金属膜側に設けた測定用
素子と、前記測定用素子の一面であって、前記金属膜と
接していない面から入射する光を照射する光源と、前記
光源から照射された光を前記光透過媒体と前記金属膜と
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
る入射角設定手段と、前記界面で反射した光の強度を種
々の反射角毎に検出可能な検出手段と、前記検出手段に
よって前記測定用素子を脱着せずに測定された、異なる
収容部に各々収容された濃度未知及び濃度既知の測定試
料の測定値から、濃度未知試料の濃度を計算する演算処
理部とを有することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a concentration measuring device, and has the following structure as means for solving the above-mentioned technical problem. That is, the concentration measuring device of the present invention has a metal film on one surface, includes a light transmitting medium having a desired refractive index, and has a housing portion for housing a measurement sample in contact with the metal film surface. A measuring element provided on the metal film side, a light source for irradiating light incident on a surface of the measuring element that is not in contact with the metal film, and transmitting the light emitted from the light source to the light Incident angle setting means for causing various angles of incidence to be obtained with respect to the interface between the medium and the metal film, and detecting means capable of detecting the intensity of light reflected at the interface for each of various reflection angles, An arithmetic processing unit that calculates the concentration of the unknown concentration sample from the measurement values of the unknown concentration and known concentration measurement samples respectively housed in different storage units, measured without detaching the measurement element by the detection unit. It is characterized by having.
【0011】ここで、本発明の濃度測定装置は、前記測
定用素子が、前記光源・入射角設定手段・検出手段に対
して、相対的に移動可能な移動手段を有すると、前記測
定対象の測定を行うのに好ましい。Here, in the concentration measuring apparatus according to the present invention, when the measuring element has a moving means which can move relatively to the light source, the incident angle setting means and the detecting means, Preferred for performing measurements.
【0012】また、本発明の濃度測定装置は高分子の濃
度を測定するのに適しており、さらに生体高分子の濃度
を測定するのに好適である。本発明の濃度測定装置で測
定される測定試料は液状のものであり、測定対象が液体
である場合は、測定対象を混和する溶媒によって適度な
濃度を有する溶液にすると良く、測定対象が固体である
場合は、その測定対象を溶解する溶媒によって適度な濃
度を有する溶液にすると良い。Further, the concentration measuring apparatus of the present invention is suitable for measuring the concentration of a polymer, and further suitable for measuring the concentration of a biopolymer. The measurement sample measured by the concentration measuring device of the present invention is a liquid, and when the measurement target is a liquid, it is good to make the solution having an appropriate concentration by a solvent that mixes the measurement target, and the measurement target is a solid. In some cases, it is preferable to use a solution having an appropriate concentration depending on the solvent in which the object to be measured is dissolved.
【0013】前記測定用素子に用いられる金属膜は、真
空蒸着によって前記光透過媒体の一方の面に金属の蒸着
膜を形成したものが例示される。形成される金属膜は単
層でも複層でも良く、膜を形成する金属は特に限定され
ないが、前記SPRセンサーに広く使用されている金を
用いることができる。The metal film used for the measuring element is exemplified by a metal film formed on one surface of the light transmitting medium by vacuum evaporation. The metal film to be formed may be a single layer or a multilayer, and the metal forming the film is not particularly limited, but gold widely used for the SPR sensor can be used.
【0014】前記光透過媒体は、前記測定試料を測定す
るのに適している屈折率を有する光透過媒体であり、光
透過媒体に求められる屈折率は、測定対象によって異な
る。このため、測定を行うにあたって光透過媒体には、
測定対象の測定をするのに適している屈折率を有する光
透過媒体を適宜選択すると良い。光透過媒体としては、
ガラスやアクリル板・ポリカーボネート板等のプラスチ
ックを例示でき、ガラスであるとより好ましい。The light transmitting medium is a light transmitting medium having a refractive index suitable for measuring the measurement sample, and the refractive index required for the light transmitting medium differs depending on the object to be measured. For this reason, when performing the measurement,
It is preferable to appropriately select a light transmitting medium having a refractive index suitable for measuring a measurement target. As a light transmission medium,
Glass and plastics such as an acrylic plate and a polycarbonate plate can be exemplified, and glass is more preferable.
【0015】前記収容部は、前記測定試料を金属膜に接
触した状態で収容するもので、測定試料及び溶媒に対し
て化学的に不活性な材料によって作成されることが好ま
しい。収容部には、適当な厚さを有するシリコンラバー
に複数の貫通孔を設け、このシリコンラバーを前記光透
過媒体の金属膜側に固定したときの貫通孔を例示でき
る。[0015] The accommodation section accommodates the measurement sample in contact with the metal film, and is preferably made of a material that is chemically inert to the measurement sample and the solvent. A plurality of through holes are provided in a silicon rubber having an appropriate thickness in the housing portion, and the through holes when the silicon rubber is fixed to the metal film side of the light transmitting medium can be exemplified.
【0016】前記光源は、金属膜に照射されたとき金属
膜と収容部に収容された測定試料との界面においてエバ
ネセント光を生じさせる光を照射可能な光源であれば良
く、前記SPRセンサーにおいて広く使用されている発
光ダイオードを用いることができる。The light source may be a light source capable of irradiating light that generates evanescent light at the interface between the metal film and the measurement sample housed in the housing when irradiated on the metal film. The light emitting diodes used can be used.
【0017】前記入射角設定手段は、光源から照射され
る光が測定用素子の金属膜及び光透過媒体における界面
に対して種々の入射角を有するように光の入射角を設定
する手段とすることができ、例えば光源と前記界面との
間であって、光源から照射される光の光路上に位置し、
光源から照射される光を集光しつつ前記界面の一点を照
射するように設置された凸レンズを例示できる。The incident angle setting means sets the incident angle of the light so that the light emitted from the light source has various incident angles with respect to the interface between the metal film of the measuring element and the light transmitting medium. For example, between the light source and the interface, located on the optical path of the light emitted from the light source,
A convex lens provided to irradiate one point of the interface while condensing light emitted from a light source can be exemplified.
【0018】また、光源に適当なスリットを設け、この
スリットから漏れた光を集光し、光源から照射される光
の光路上に位置し、複数設けられた収容部の全てが面す
る金属膜の部分を、前記界面において一線で照射するよ
うに設置された凸レンズを例示できる。Further, an appropriate slit is provided in the light source, the light leaking from the slit is condensed, and the metal film is located on the optical path of the light emitted from the light source and faces all of the plurality of housing portions. Can be exemplified as a convex lens set so as to irradiate the portion with a line at the interface.
【0019】また、入射角設定手段の他例として、光源
にはレーザ光にように指向性に優れる光源を用い、この
光源が前記界面の一点を照射すると共に、この照射部位
との距離を変えることなく照射角のみを変えるように、
測定用素子に対して相対的に移動する手段とすることも
できる。As another example of the incident angle setting means, a light source having excellent directivity such as laser light is used as a light source, and this light source irradiates one point of the interface and changes the distance from the irradiated part. So that only the irradiation angle can be changed without
Means for moving relatively to the measuring element may be used.
【0020】前記検出手段は、前記界面で反射した種々
の反射角を有する光の強度を検出する手段とすることが
できる。前記界面で反射した光は、SPRによって吸収
されずに前記界面で反射する入射角を有する光成分と、
SPRによって前記界面で吸収される特定の入射角を有
する光成分とが明暗によって検出されることから、検出
手段には例えばCCDカメラが例示される。The detection means may be means for detecting the intensity of light having various reflection angles reflected at the interface. A light component having an incident angle at which light reflected at the interface reflects at the interface without being absorbed by SPR;
Since the light component having a specific incident angle absorbed at the interface by the SPR is detected by light and dark, a CCD camera is exemplified as the detection means.
【0021】前記演算処理部は、濃度が既知である1以
上、好ましくは2以上の測定試料の測定値を適当な関数
に近似させ、得られた近似式を用いて濃度が未知である
測定試料中の測定対象の濃度を算出する手段とすること
ができ、例えば、検出手段によって検出された測定結果
を数値化する数値変換部と、数値化された測定値を適当
な関数に近似する関数演算部と、得られた関数を用いて
未知濃度の測定対象の濃度を演算する濃度演算部とによ
って構成することができる。The arithmetic processing unit approximates the measured values of one or more, preferably two or more measurement samples whose concentrations are known, to an appropriate function, and uses the obtained approximate expression to determine the measurement sample whose concentration is unknown. Means for calculating the concentration of the object to be measured, for example, a numerical conversion unit for digitizing the measurement result detected by the detecting means, and a function operation for approximating the numerically measured value to an appropriate function And a density calculator that calculates the density of the unknown density measurement target using the obtained function.
【0022】前記演算に使用される測定値は、異なる収
容部に各々収容された濃度未知及び濃度既知の測定試料
を、測定用素子を脱着することなく測定したものであ
る。測定用素子を脱着することなく測定することによ
り、測定用素子の脱着に起因する測定値のばらつきを抑
えることができる。The measurement values used in the calculation are obtained by measuring measurement samples of unknown concentration and of known concentration stored in different storage units without detaching the measuring element. By performing measurement without detaching the measuring element, it is possible to suppress variation in measured values due to detachment of the measuring element.
【0023】前記移動手段は、入射角設定手段を介して
前記測定用素子の金属膜と接していない面側から、ある
収容部に面した金属膜に照射される光を、測定用素子の
金属膜と接していない面側から他の収容部に面した金属
膜に光が照射されるように測定用素子を移動させる手段
とすることができる。[0023] The moving means transmits, through the incident angle setting means, light radiated from the side of the measuring element not in contact with the metal film to the metal film facing a certain accommodating portion, to the metal of the measuring element. A means for moving the measuring element so that light is irradiated from the side of the surface not in contact with the film to the metal film facing the other housing portion.
【0024】前記移動手段には、前記光透過媒体と同じ
屈折率を有し、前記光源・入射角設定手段・検出手段と
の相対的な位置が保たれるように配置され、前記光源・
入射角設定手段・検出手段とは反対側の一面にマッチン
グオイルを介して前記測定用素子を面方向に移動可能に
設置するプリズムが例示される。The moving means has the same refractive index as that of the light transmitting medium, and is arranged so as to maintain a relative position with respect to the light source, the incident angle setting means, and the detecting means.
For example, a prism is provided on one surface opposite to the incident angle setting unit / detection unit via a matching oil so that the measuring element is movably mounted in the surface direction.
【0025】また、測定用素子を固定し、光源・入射角
設定手段・検出手段の各々の相対的な位置を保ちつつ、
光源・入射角設定手段・検出手段を測定用素子の面方向
に対して移動可能にする手段としても良く、これら例示
される手段は単独で用いても良く、或いは複数の手段を
組み合わせて用いても良い。Further, the measuring element is fixed, and while maintaining the relative positions of the light source, the incident angle setting means, and the detecting means,
The light source / incident angle setting means / detection means may be movable in the plane direction of the measuring element, and these exemplified means may be used alone or in combination with a plurality of means. Is also good.
【0026】本発明の濃度測定装置は、例えば生体高分
子における抗原−抗体間に見られる特異的結合の検出
や、このような特異的結合力を利用した、未知試料中の
特定物質の検出に使用される。これら例示された検出に
本発明の濃度測定装置を用いるには、前記金属膜にリガ
ンドとしての一方の生体高分子を固定化し、この生体高
分子に他方の生体高分子を作用させ、作用させる生体高
分子の濃度変化を測定すると良い。The concentration measuring device of the present invention is used for detecting, for example, specific binding between an antigen and an antibody in a biopolymer and for detecting a specific substance in an unknown sample by utilizing such a specific binding force. used. In order to use the concentration measuring device of the present invention for these exemplified detections, one of the biopolymers as a ligand is immobilized on the metal film, and the other biopolymer is caused to act on the biopolymer, thereby causing the biomolecule to act. It is good to measure the change in the concentration of the polymer.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】本発明における実施の形態につい
て、図及び表に基づき説明する。本実施の形態では、濃
度が既知である標準試料溶液と、濃度は既知であるが未
知濃度であると仮定する未知試料モデルとを複数の測定
用素子を用いて測定することにより、本発明の濃度測定
装置の測定結果における再現性を評価する形態について
説明する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and tables. In the present embodiment, by measuring the standard sample solution having a known concentration and an unknown sample model whose concentration is known but assumed to be an unknown concentration using a plurality of measurement elements, the present invention An embodiment for evaluating the reproducibility of the measurement result of the concentration measuring device will be described.
【0028】本実施の形態に係る濃度測定装置は、図1
に示されるように構成にされている。この濃度測定装置
は、センサーチップ1と、光源である発光ダイオード2
と、発光ダイオード2から照射される光の入射角設定手
段である凸レンズ3と、検出手段であるCCDカメラ4
とを備えている。FIG. 1 shows a concentration measuring apparatus according to this embodiment.
Is configured as shown in FIG. This concentration measuring device comprises a sensor chip 1 and a light emitting diode 2 as a light source.
A convex lens 3 as a means for setting an incident angle of light emitted from the light emitting diode 2, and a CCD camera 4 as a detecting means
And
【0029】センサーチップ1は、一方の面に金薄膜1
aを有するガラス板1bを備え、測定試料を金薄膜1a
と接触するように収容する3つの収納部1d〜1fを有
している。発光ダイオード2は、ガラス板1bの他方の
表面側にあって、このガラス板1b表面側から収容部に
面する金薄膜1aの一部に光を照射するように設置され
ている光源である。凸レンズ3は、センサーチップ1と
発光ダイオード2との間にあって、発光ダイオード2か
ら照射された光を集光し、かつ金薄膜1aの一部を金薄
膜1aとガラス板1bとの界面の一点に光を照射させる
ように設置されている。CCDカメラ4は、ガラス板1
bの他方における表面側で、かつ発光ダイオード2及び
凸レンズ3の光学系における光軸に対して所定の角度を
なし、前記界面で反射した光の強度を種々の反射角毎に
検出する位置に設置されている。The sensor chip 1 has a gold thin film 1 on one surface.
a glass plate 1b having a thin film 1a
It has three storage sections 1d to 1f that are stored so as to be in contact with the storage section. The light emitting diode 2 is a light source which is provided on the other surface side of the glass plate 1b, and is provided so as to irradiate a part of the gold thin film 1a facing the housing from the surface side of the glass plate 1b. The convex lens 3 is located between the sensor chip 1 and the light emitting diode 2 and condenses the light emitted from the light emitting diode 2, and a part of the gold thin film 1a is located at one point of the interface between the gold thin film 1a and the glass plate 1b. It is installed to irradiate light. The CCD camera 4 is a glass plate 1
b, at a predetermined angle with respect to the optical axis of the optical system of the light emitting diode 2 and the convex lens 3 at the other surface side and at a position where the intensity of light reflected at the interface is detected at various reflection angles. Have been.
【0030】このCCDカメラ4は、CCDカメラ4に
よって撮影された画像を数値に変換する数値変換部5に
接続され、数値変換部5は、変換された数値を適当な関
数に演算する関数演算部6に接続され、関数演算部6
は、得られた関数に未知濃度試料の数値を代入すること
により、未知試料モデルの濃度を演算する濃度演算部7
と接続されている。The CCD camera 4 is connected to a numerical value converter 5 for converting an image taken by the CCD camera 4 into a numerical value. The numerical value converter 5 is a function operation unit for calculating the converted numerical value into an appropriate function. 6 and a function operation unit 6
Is a concentration calculator 7 for calculating the concentration of the unknown sample model by substituting the value of the unknown concentration sample into the obtained function.
Is connected to
【0031】また、センサーチップ1はガラス板1bと
同じ屈折率を有するプリズム8の一面上にマッチングオ
イルを介して設置されており、センサーチップ1はプリ
ズム8との設置面方向に摺動自在である。なお、発光ダ
イオード2、凸レンズ3、CCDカメラ4及びプリズム
8は固定されており、互いの位置関係は変わらないよう
に配置されている。The sensor chip 1 is mounted on one surface of a prism 8 having the same refractive index as the glass plate 1b via a matching oil, and the sensor chip 1 is slidable in the direction of the mounting surface with the prism 8. is there. The light emitting diode 2, the convex lens 3, the CCD camera 4, and the prism 8 are fixed, and are arranged so that their positional relationship does not change.
【0032】次に本実施形態で用いられるセンサーチッ
プ1について図2を参照して説明する。センサーチップ
1は、一方の面に蒸着によって金薄膜1aが形成された
ガラス板1bと、3つの貫通孔が設けられたシリコンゴ
ムシートであるホルダー1cとによって構成される。ガ
ラス板1bの大きさは、縦12mm、横20mmである。ホ
ルダー1cは、縦12mm、横20mm、厚さ5mmの大きさ
で、横方向の中心線上に中心を持つ直径5mmの3つの貫
通孔が設けられている。センサーチップ1は、ガラス板
1bの金薄膜1a側にホルダー1cを固定することによ
り形成され、ガラス板1bとホルダー1cとが固定され
ることにより、ホルダー1cに設けられた3つの貫通孔
は収容部1d〜1fを形成する。Next, the sensor chip 1 used in this embodiment will be described with reference to FIG. The sensor chip 1 includes a glass plate 1b having a gold thin film 1a formed on one surface by vapor deposition, and a holder 1c which is a silicon rubber sheet provided with three through holes. The size of the glass plate 1b is 12 mm in length and 20 mm in width. The holder 1c has a size of 12 mm in length, 20 mm in width, and 5 mm in thickness, and is provided with three through holes of 5 mm in diameter centered on the center line in the horizontal direction. The sensor chip 1 is formed by fixing the holder 1c to the gold thin film 1a side of the glass plate 1b. When the glass plate 1b and the holder 1c are fixed, the three through holes provided in the holder 1c are accommodated. Parts 1d to 1f are formed.
【0033】続いて本実施形態の濃度測定装置を用いて
測定試料の濃度を測定する方法について、エタノール水
溶液中におけるエタノール濃度の測定を例に説明する。
まず、標準試料溶液の作成について説明する。標準試料
溶液として10%及び30%エタノール水溶液を調整す
る。10%エタノール水溶液は、100mlメスフラスコ
中に10gのエタノールを正確に秤量した後、蒸留水で
定容して調整した。Next, a method of measuring the concentration of a measurement sample using the concentration measuring apparatus of the present embodiment will be described by taking the measurement of the ethanol concentration in an aqueous ethanol solution as an example.
First, the preparation of the standard sample solution will be described. A 10% and 30% aqueous ethanol solution is prepared as a standard sample solution. A 10% ethanol aqueous solution was prepared by accurately weighing 10 g of ethanol in a 100 ml volumetric flask and then adjusting the volume with distilled water.
【0034】もう一つの標準試料溶液である30%エタ
ノール水溶液も、10%エタノール水溶液と同様に調整
した。次に、未知濃度の測定試料として20%エタノー
ル水溶液を標準試料溶液と同様に調整し、未知試料モデ
ルとした。標準試料溶液は、濃度の異なる2つ以上の標
準試料溶液を調整することが好ましく、標準試料溶液の
濃度が未知試料モデルの濃度に近い濃度を有し、かつ標
準試料溶液の濃度が未知試料モデルの濃度を挟む値であ
るとさらに好ましい。A 30% ethanol aqueous solution as another standard sample solution was prepared in the same manner as the 10% ethanol aqueous solution. Next, a 20% aqueous ethanol solution was prepared as a measurement sample having an unknown concentration in the same manner as the standard sample solution, and used as an unknown sample model. The standard sample solution is preferably prepared by adjusting two or more standard sample solutions having different concentrations. The standard sample solution has a concentration close to that of the unknown sample model, and the standard sample solution has an unknown sample model concentration. Is more preferably a value sandwiching the concentration of
【0035】標準試料溶液及び未知試料モデルを調整し
たら、10%エタノール溶液を収容部1dへ、30%エ
タノール水溶液を収容部1fへ、そして未知試料モデル
である20%エタノール水溶液を収容部1eへそれぞれ
収容し、発光ダイオード2から光を照射する。After adjusting the standard sample solution and the unknown sample model, the 10% ethanol solution is stored in the storage unit 1d, the 30% ethanol aqueous solution is stored in the storage unit 1f, and the 20% ethanol aqueous solution as the unknown sample model is stored in the storage unit 1e. It is housed and light is emitted from the light emitting diode 2.
【0036】まず、発光ダイオード2から照射された光
が、収容部1dに面する金薄膜1aとガラス板1bとの
界面の一点を照射するようにプリズム8上のセンサーチ
ップ1をスライドさせ、標準試料溶液である10%エタ
ノール水溶液の濃度測定を行う。First, the sensor chip 1 on the prism 8 is slid so that the light emitted from the light emitting diode 2 illuminates one point of the interface between the thin gold film 1a and the glass plate 1b facing the housing portion 1d. The concentration of a 10% aqueous ethanol solution as a sample solution is measured.
【0037】発光ダイオード2から照射された光は指向
性が弱いため、凸レンズ3によって集光されることによ
り、前記界面の一点を照射する。凸レンズ3は光を集光
すると共に、集光された光が種々の入射角で前記界面に
照射されるように、発光ダイオード2から照射された光
の入射角を設定している。Since the light emitted from the light emitting diode 2 has weak directivity, it is condensed by the convex lens 3 to irradiate one point of the interface. The convex lens 3 condenses the light and sets the incident angle of the light emitted from the light emitting diode 2 so that the converged light is applied to the interface at various incident angles.
【0038】凸レンズ3によって集光された光は、前記
界面で金薄膜1aを照射し、金薄膜1aの収容部1d側
に面した表面で表面プラズモン波を発生させる。同時に
光が照射された金薄膜1aの収容部1dに面した表面か
らは、収容部1dへ向けてエバネセント光が発生され、
このエバネセント光によって表面プラズモン波が励起さ
れることにより、表面プラズモン共鳴(SPR)を起こ
す。The light condensed by the convex lens 3 irradiates the gold thin film 1a at the interface, and generates a surface plasmon wave on the surface of the gold thin film 1a facing the housing 1d side. At the same time, evanescent light is generated from the surface of the gold thin film 1a irradiated with light toward the housing 1d from the surface facing the housing 1d,
When surface plasmon waves are excited by the evanescent light, surface plasmon resonance (SPR) occurs.
【0039】照射される光のうち、ある入射角を有する
光成分の光エネルギーはSPRによって吸収されてしま
うが、その他の入射角を有する光成分は金薄膜1aで反
射するため、金薄膜1aで反射した光の強度を反射した
光の角度毎に検出すると、図3に示されるように明暗に
よって検出できる。図3中の暗部は、SPRによって吸
収された特定の入射角を有する光成分を表している。Of the irradiated light, the light energy of the light component having a certain incident angle is absorbed by the SPR, but the light components having the other incident angles are reflected by the gold thin film 1a. When the intensity of the reflected light is detected for each angle of the reflected light, it can be detected by the brightness as shown in FIG. The dark part in FIG. 3 represents a light component having a specific incident angle absorbed by the SPR.
【0040】CCDカメラ4は複数のカメラが集合した
複眼構造であり、複数のカメラによって撮影されたそれ
ぞれの画像の集合体として一つの画像を形成する。ま
た、CCDカメラ4は、複数のカメラによって撮影され
たそれぞれの画像の濃淡(明暗)を、256段階で判別
可能である。従って、集合体である画像の縦方向或いは
横方向に、それぞれの画像を撮影するカメラに画素番号
を付けることにより、SPRによって吸収された光成分
(暗部)を数値(画素番号)に変換できる。The CCD camera 4 has a compound eye structure in which a plurality of cameras are gathered, and forms one image as an aggregate of the images captured by the plurality of cameras. Further, the CCD camera 4 can determine the density (brightness and darkness) of each image captured by a plurality of cameras in 256 steps. Therefore, by assigning a pixel number to the camera that captures each image in the vertical direction or the horizontal direction of the image that is the aggregate, the light component (dark portion) absorbed by the SPR can be converted into a numerical value (pixel number).
【0041】CCDカメラ4の構造を利用して、数値変
換部5はSPRによって吸収された特定の入射角を有す
る光成分である暗部を数値化する。このようにして収容
部1dに収容された10%エタノール水溶液におけるS
PR吸収光成分を測定する。Using the structure of the CCD camera 4, the numerical value conversion unit 5 converts the dark part, which is a light component having a specific incident angle, absorbed by the SPR into a numerical value. The S in the 10% aqueous ethanol solution thus housed in the housing part 1d
The PR absorption light component is measured.
【0042】10%エタノール水溶液の測定が終わった
ら、金薄膜1aの収容部1fに面する部位に光が照射さ
れるようにセンサーチップ1をスライドさせ、もう一方
の標準試料溶液である30%エタノール水溶液を同様に
測定し、次いで、金薄膜1aの収容部1eに面する部位
に光が照射されるようにセンサーチップ1をスライドさ
せ、未知試料モデルである20%エタノール水溶液を同
様に測定する。1つのセンサーチップによる標準試料溶
液及び未知試料モデルの測定が終わったら、センサーチ
ップを変えて前記測定を繰り返し、5つの異なるセンサ
ーチップを用いた標準試料溶液及び未知試料モデルの測
定値を得る。After the measurement of the 10% ethanol aqueous solution is completed, the sensor chip 1 is slid so that light is irradiated to the portion of the gold thin film 1a facing the housing 1f, and the other standard sample solution of 30% ethanol The aqueous solution is measured in the same manner, and then the sensor chip 1 is slid so that light is irradiated to the portion of the gold thin film 1a facing the accommodation section 1e, and the unknown sample model 20% ethanol aqueous solution is similarly measured. After the measurement of the standard sample solution and the unknown sample model by one sensor chip is completed, the measurement is repeated by changing the sensor chip to obtain the measured values of the standard sample solution and the unknown sample model using five different sensor chips.
【0043】標準試料溶液及び未知試料モデルを測定し
たら、標準試料溶液の測定結果は関数演算部6で適当な
近似式である関数に変換される。関数演算部6は、n個
の標準試料溶液を a1、a2、・・・、an とし、n個の標準試料溶液を測定して得られた測定値
(画素番号)を Ra1(1)、Ra2(1)、・・・、Ran(1) としたとき、n個の標準試料溶液の測定値(Ra1(1)、
Ra2(1)、・・・、Ran(1))を適当な関数に近似させ、
近似式F(1)を得る。括弧内の数字は、測定に使用され
たセンサーチップの同一性を表すもので、括弧内の数字
が同じであるとき、その測定値(Ra1(1)、Ra2(1)、
・・・、Ran(1))及び近似式(F(1))は、同一のセンサ
ーチップであり、かつそのセンサーチップは着脱されず
同一の測定条件下で測定されたことを表している。After measuring the standard sample solution and the unknown sample model, the measurement result of the standard sample solution is converted into a function, which is an appropriate approximate expression, by the function calculator 6. The function operation unit 6 sets n standard sample solutions as a 1 , a 2 ,..., An, and calculates a measured value (pixel number) obtained by measuring the n standard sample solutions as Ra 1 ( 1), Ra 2 (1),..., Ra n (1), and the measured values (Ra 1 (1),
Ra 2 (1),..., Ra n (1)) approximate to an appropriate function,
An approximate expression F (1) is obtained. The numbers in parentheses indicate the identity of the sensor chip used for the measurement. When the numbers in parentheses are the same, the measured values (Ra 1 (1), Ra 2 (1),
, Ra n (1)) and the approximate expression (F (1)) indicate that the same sensor chip was used, and that the sensor chip was not attached or detached and was measured under the same measurement conditions. .
【0044】ここで、m個のセンサーチップ或いはセン
サーチップをm回着脱するなどして、センサーチップの
m個の異なる条件下で測定された標準試料溶液の測定値
は、 と表すことができ、これらの測定値のそれぞれ(1〜
m)を適当な関数に近似させ、近似式 F(1)、F(2)、・・・、F(m) を得る。こうして関数演算部6で得られた標準試料溶液
(10%エタノール水溶液及び30%エタノール水溶
液)の近似式を図4及び表1に示す。Here, the measured value of the standard sample solution measured under m different conditions of the sensor chip by attaching / detaching the m sensor chips or the sensor chip m times is as follows: And each of these measurements (1 to
m) is approximated to an appropriate function to obtain approximate expressions F (1), F (2),..., F (m). FIG. 4 and Table 1 show approximate expressions of the standard sample solutions (10% aqueous ethanol solution and 30% aqueous ethanol solution) obtained by the function operation unit 6 in this manner.
【0045】[0045]
【表1】 [Table 1]
【0046】濃度演算部7は、上記標準試料溶液の近似
式に未知試料モデルの測定値(画素番号)を代入・演算
することにより、未知試料モデルの濃度を算出する。The concentration calculator 7 calculates the concentration of the unknown sample model by substituting and calculating the measured value (pixel number) of the unknown sample model into the approximate expression of the standard sample solution.
【0047】すなわち、m個の異なる条件下で標準試料
溶液と同様に測定されたl個の未知試料溶液は、 と表すことができ、得られた未知試料溶液の測定値のそ
れぞれを、先に求めた近似式(F(1)、F(2)、・・・、F
(m))に代入・演算することで未知試料溶液の濃度を算
出する。That is, 1 unknown sample solution measured in the same manner as the standard sample solution under m different conditions is: , And each of the obtained measured values of the unknown sample solution is represented by the approximate expression (F (1), F (2),.
The concentration of the unknown sample solution is calculated by substituting and calculating (m)).
【0048】本実施の形態では、前記未知試料溶液を未
知試料モデル(20%エタノール水溶液)とし、この未
知試料モデルの濃度は既知であるため、5つの近似式か
らそれぞれ算出された未知試料モデルの濃度を統計処理
することで、本実施の形態の濃度測定装置における測定
のばらつきを評価することができる。濃度演算部7で算
出された未知試料モデルの濃度の相対標準偏差を求めた
結果、相対標準偏差は8%であった。In the present embodiment, the unknown sample solution is used as an unknown sample model (20% ethanol aqueous solution). Since the concentration of this unknown sample model is known, the unknown sample model calculated from each of the five approximate equations is used. By performing statistical processing on the concentration, it is possible to evaluate the dispersion of the measurement in the concentration measuring device of the present embodiment. The relative standard deviation of the concentration of the unknown sample model calculated by the concentration calculator 7 was found to be 8%.
【0049】ここで、本実施形態との比較実験として、
本実施の形態で得られた標準試料溶液(10%エタノー
ル水溶液及び30%エタノール水溶液)の5つの測定値
の平均値をとり、この平均値によって適当な関数に近似
させた場合について説明する。図5に第1の実施の形態
で測定された標準試料溶液及び未知試料モデル(20%
エタノール水溶液)のプロットを示す。Here, as a comparative experiment with the present embodiment,
A description will be given of a case where an average value of five measured values of the standard sample solution (10% aqueous ethanol solution and 30% aqueous ethanol solution) obtained in the present embodiment is taken and an appropriate function is approximated by the average value. FIG. 5 shows the standard sample solution and the unknown sample model (20%) measured in the first embodiment.
2 shows a plot of aqueous ethanol solution).
【0050】標準試料溶液及び未知試料モデルにおける
5つの測定値は、測定値で30前後のばらつきがあり、
ばらつき具合も異なることがわかる。図5中の直線は、
標準試料溶液である10%エタノール水溶液の5つの測
定値の平均値をとり、もう一方の標準試料溶液である3
0%エタノール水溶液の5つの測定値の平均値をとり、
この両者によって作成されたものであり、その直線式
は、 y=3.421x+95.867 である。この直線式に5つの未知試料モデルの測定値を
代入・演算して得られた未知試料モデルの濃度を統計処
理し、相対標準偏差を求めた結果、相対標準偏差は14
%であった。The five measured values in the standard sample solution and the unknown sample model have a variation of about 30 in the measured values,
It can be seen that the degree of variation is also different. The straight line in FIG.
The average value of the five measured values of the 10% aqueous ethanol solution as the standard sample solution is calculated, and the other standard sample solution, 3
Take the average of 5 measurements of 0% ethanol aqueous solution,
The straight line equation is y = 3.421x + 95.867. As a result of statistically processing the concentrations of the unknown sample model obtained by substituting and calculating the measured values of the five unknown sample models into this linear equation and calculating the relative standard deviation, the relative standard deviation was 14
%Met.
【0051】以上の結果から、本発明の濃度測定装置を
用いた未知試料モデルの測定結果の方が、比較実験で得
られた未知試料モデルの測定結果よりも、ばらつきの少
ない測定結果を得ることができた。From the above results, it can be seen that the measurement results of the unknown sample model using the concentration measuring apparatus of the present invention have less variation than the measurement results of the unknown sample model obtained in the comparative experiment. Was completed.
【0052】[0052]
【発明の効果】本発明の濃度測定装置は、測定用素子に
複数の収容部を設置し、この測定用素子を着脱すること
なく、複数の収容部に濃度既知の標準試料溶液と濃度未
知の未知試料溶液をそれぞれ収容して測定することによ
り、測定ごとに未知試料溶液の濃度を相対的に求めるこ
とができ、測定用素子の圧着状態に起因するばらつきを
有する測定値から再現性のある測定結果が得られる濃度
測定装置である。この濃度測定装置によって、従来比較
が困難であった測定用素子着脱前後での測定値間、又は
異なる測定用素子で測定された測定値間において、より
精度の高い比較ができるようになった。According to the concentration measuring apparatus of the present invention, a plurality of housings are provided in a measuring element, and a standard sample solution having a known concentration and an unknown concentration are stored in the plurality of housings without attaching / detaching the measuring element. By accommodating and measuring the unknown sample solution, the concentration of the unknown sample solution can be relatively determined for each measurement, and a reproducible measurement can be made from the measurement values that vary due to the crimped state of the measuring element. It is a concentration measuring device that can obtain results. With this concentration measuring device, it has become possible to make a more accurate comparison between the measured values before and after the attachment / detachment of the measuring element or between the measured values measured with different measuring elements, which has been difficult to compare conventionally.
【0053】また、本発明の濃度測定装置は、測定用素
子の金属膜にリガンドとしての一方の生体高分子を固定
化し、この生体高分子に他方の生体高分子を作用させ、
作用させる生体高分子の濃度変化を測定することによ
り、例えば抗原−抗体間に見られる特異的結合の検出
や、このような特異的結合力を利用した、未知試料中の
特定物質の検出にも使用できる。Further, in the concentration measuring apparatus of the present invention, one biopolymer as a ligand is immobilized on the metal film of the measuring element, and the other biopolymer is caused to act on this biopolymer.
By measuring the change in the concentration of the biological macromolecule to be acted on, for example, detection of specific binding found between an antigen and an antibody, and detection of a specific substance in an unknown sample using such specific binding force Can be used.
【図1】本発明の一実施の形態である濃度測定装置を示
す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a concentration measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施の形態におけるセンサーチップ
の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a sensor chip according to one embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施の形態である濃度測定装置で検
出された検出結果の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a detection result detected by a concentration measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施の形態によって得られた測定値
及び関数を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing measured values and functions obtained according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の他の実施の形態によって得られた関数
を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a function obtained according to another embodiment of the present invention.
1 センサーチップ 1a 金薄膜 1b ガラス板 1c ホルダー 1d〜1f 収容部 2 発光ダイオード 3 凸レンズ 4 CCDカメラ 5 数値変換部 6 関数演算部 7 濃度演算部 8 プリズム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor chip 1a Gold thin film 1b Glass plate 1c Holder 1d-1f Housing part 2 Light emitting diode 3 Convex lens 4 CCD camera 5 Numerical conversion part 6 Function calculation part 7 Concentration calculation part 8 Prism
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 豊 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地三 菱化学株式会社横浜総合研究所内 (72)発明者 渡辺 一彦 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地三 菱化学株式会社横浜総合研究所内 (72)発明者 小池 康夫 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地三 菱化学株式会社横浜総合研究所内 Fターム(参考) 2G059 AA01 AA05 BB04 CC17 DD03 DD13 DD20 EE01 EE02 FF03 GG01 GG02 JJ11 JJ12 JJ21 KK04 MM01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yutaka Sasaki 1000, Kamoshita-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Yokohama Research Laboratory, Ryobi Chemical Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhiko Watanabe 1000, Kamoshita-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa (72) Inventor: Yasuo Koike 1000, Kamoshida-cho, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 2G059 AA01 AA05 BB04 CC17 DD03 DD13 DD20 EE01 EE02 FF03 GG01 GG02 JJ11 JJ12 JJ21 KK04 MM01
Claims (4)
を有する光透過媒体を備え、測定試料を前記金属膜面と
接触するように収容する収容部を前記金属膜側に設けた
測定用素子と、 前記測定用素子の一面であって、前記金属膜と接してい
ない面から入射する光を照射する光源と、 前記光源から照射された光を前記光透過媒体と前記金属
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
させる入射角設定手段と、 前記界面で反射した光の強度を種々の反射角毎に検出可
能な検出手段と、 前記検出手段によって前記測定用素子を脱着せずに測定
された、異なる収容部に各々収容された濃度未知及び濃
度既知の測定試料の測定値から、濃度未知試料の濃度を
計算する演算処理部とを有することを特徴とする濃度測
定装置。1. A metal film is provided on one surface, a light transmitting medium having a desired refractive index is provided, and a housing for housing a measurement sample in contact with the metal film surface is provided on the metal film side. A measuring element, a light source that irradiates light incident on a surface of the measuring element that is not in contact with the metal film, and a light transmitting medium and the metal film that irradiate light irradiated from the light source. Incident angle setting means for causing various angles of incidence to be obtained with respect to the interface with the detection means; detection means capable of detecting the intensity of light reflected at the interface at various reflection angles; and An arithmetic processing unit for calculating the concentration of the unknown concentration sample from the measured values of the unknown concentration and known concentration measurement samples respectively housed in different storage units, which are measured without detaching the measuring element. Concentration measuring device.
が、前記光源・入射角設定手段・検出手段に対して、相
対的に移動可能な移動手段を有することを特徴とする請
求項1記載の濃度測定装置。2. The concentration measuring device according to claim 1, wherein the measuring element has a moving unit that can move relatively to the light source, the incident angle setting unit, and the detecting unit. Concentration measuring device.
請求項1又は2記載の濃度測定装置。3. The concentration measuring device according to claim 1, wherein the concentration of the polymer is measured.
徴とする請求項3記載の濃度測定装置。4. The concentration measuring device according to claim 3, wherein the polymer is a biopolymer.
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ID=17826099
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