[發明專利]表面等離子體共振傳感器及該傳感器用芯片

有效

• 申請號: 200810082068.3
• 申請日: 2008-03-05
• 公開（公告）號: CN101261227A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 西川武男;松下智彥;山下英之;蓮井亮介;藤田悟史;奧野雄太郎;青山茂
• 申請（專利權）人: 歐姆龍株式會社
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/41
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 黃綸偉

技術領域

本發明涉及表面等離子體共振傳感器及該傳感器用芯片，尤其涉及利用了局部存在式表面等離子體共振的表面等離子體共振傳感器和表面等離子體共振傳感器用芯片。

背景技術

人體的60％由水分構成，剩余40％中的一半由蛋白質構成，人體的細胞、肌肉、皮膚的大部分由蛋白質構成。因此，認為疾病與蛋白質的變異相關的情況較多，在癌癥、流感及其他疾病中，伴隨疾病的發展，體內(血液中等)特定的蛋白質增加。

因此，通過監視特定的蛋白質的狀態(特定的蛋白質的有無及其數量等)，可以得知疾病的感染、發展狀況，目前關于數十種類型的蛋白質，已確認到與疾病的相關。例如，伴隨腫瘤(癌癥)的發展而增加的活體分子被稱為腫瘤標記，根據腫瘤的產生部位，分別確定不同的腫瘤標記。

并且，活體內的蛋白質、DNA、糖鏈這些活體分子大多直接涉及到疾病的產生，所以通過分析這些活體分子之間的相互作用，可以判明疾病的機理，進行特效藥的開發。

包括上述腫瘤標記在內，作為簡便且高精度地測定特定蛋白質的有無及其數量的工具，已經有生化傳感器，并期待今后能夠在防止錯誤診斷、早期診斷、預防醫療等方面應用。

作為檢測蛋白質等活體分子的相互作用的方法，采用表面等離子體共振。所說表面等離子體共振(SPR：Surface?Plasmon?Resonance)，是指通過金屬表面的自由電子與電磁波(光)的相互作用產生的共振現象，與熒光檢測方式相比，不需要利用熒光物質標識試樣，所以作為一種簡便方法受到關注。采用表面等離子體共振的傳感器有傳輸式表面等離子體共振傳感器和局部存在式表面等離子體共振傳感器。

利用圖1(a)-(d)簡單說明傳輸式表面等離子體共振傳感器的原理。傳輸式表面等離子體共振傳感器11如圖1(a)、(c)所示，在玻璃基板12的表面形成厚約50nm的Au、Ag等金屬膜13。該傳輸式表面等離子體共振傳感器11從玻璃基板12側照射光，在玻璃基板12與金屬膜13的界面上對光進行全反射。通過接受全反射的光并測定光的反射率，可以傳感活體分子等。

即，通過改變光的射入角θ進行該反射率測定，如圖1(b)所示，在某個射入角(共振射入角)θ1處反射角大大衰減。當射入到玻璃基板12與金屬膜13的界面的光在該界面上全反射時，在該界面產生的瞬逝光(鄰近場光)與金屬的表面等離子體波相互作用。并且，在某個特定波長和特定射入角時，光的能量被吸收到金屬膜13中，金屬膜13中的自由電子的振動能量變化，光的反射率明顯下降。

該共振條件取決于金屬膜13的周邊物質的介質常數(折射率)，所以被用作高靈敏度地檢測周邊物質的物性變化的方法。尤其在用作生化傳感器時，如圖1(a)所示，預先在金屬膜1?3的表面固定與特定蛋白質(抗原)特異鍵合的抗體1?4(探針)。當導入其中的檢查試樣15中存在作為目標的抗原16時，如圖1(c)所示，抗原16與抗體14特異鍵合。并且，通過抗原16鍵合，金屬膜13的周邊折射率變化，共振波長和共振射入角變化。因此，通過測定導入檢查試樣15前后的共振波長的變化、共振射入角的變化、或者共振波長和共振射入角的時間上的變化，可以檢查檢查試樣15中是否含有抗原16。并且，也可以檢查含有何種程度濃度的抗原16。

圖1(d)表示反射率對射入角θ的依賴性的測定結果的一例。在圖1(d)中，虛線表示導入檢查試樣15前的反射率波譜17a，實線表示導入檢查試樣15并且抗原16鍵合到抗體14后的反射率波譜17b。這樣測定導入檢查試樣15前后的共振射入角的變化Δθ時，可以檢查檢查試樣15是否含有抗原16。并且，也可以檢查抗原16的濃度，還可以檢查有無特定的病原體和有無疾病等。

另外，在普通的傳輸式表面等離子體共振傳感器中，使用棱鏡向玻璃基板導入光。因此，傳感器的光學系統復雜且大型化，而且需要利用匹配油緊密粘接傳感器用芯片(玻璃基板)和棱鏡。為了消除這種不易操作的問題，例如專利文獻1提出利用了衍射光柵的傳輸式表面等離子體共振傳感器。

專利文獻1公開的傳輸式表面等離子體共振傳感器如圖2所示，在基板18的表面上形成金屬膜19，在金屬膜19上離散地層疊薄膜而形成衍射光柵20(光柵)。