特開 2024-81922 測定用チップ、測定装置、および測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024081922

(43)【公開日】2024-06-19

(54)【発明の名称】測定用チップ、測定装置、および測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/43 20060101AFI20240612BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20240612BHJP

【ＦＩ】

G01N21/43

G01N21/17 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022195511

(22)【出願日】2022-12-07

(71)【出願人】

【識別番号】000166247

【氏名又は名称】古野電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】多田 啓二

(72)【発明者】

【氏名】河尻 武士

(72)【発明者】

【氏名】梶 祥一朗

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059BB04

2G059BB12

2G059CC17

2G059DD03

2G059DD13

2G059EE04

2G059GG01

2G059GG02

2G059HH01

2G059HH02

2G059JJ17

(57)【要約】

【課題】測定の再現性や測定の信頼性をさらに向上させ、作製プロセスをさらに低コスト化した光導波路型の測定用チップ、測定装置、および測定方法を提供する。
【解決手段】測定用チップ１は、光が伝搬方向Ｙに伝搬する伝搬層２と、伝搬層２に光を導入する導入部３と、伝搬層２から光を導出する導出部４と、伝搬層２の表面上にコーティングが形成され、コーティングの形成領域における伝搬方向Ｙの長さが、伝搬方向Ｙに対する垂直方向Ｘに沿って増加または減少するコーティング層５と、を備え、少なくともコーティング層５から露出する露出領域の伝搬層２の表面２Ａに、測定対象物中のアナライトに反応するリガンド６を修飾可能である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光が伝搬方向に伝搬する伝搬層と、
前記伝搬層に前記光を導入する導入部と、
前記伝搬層から前記光を導出する導出部と、
前記伝搬層の表面上にコーティングが形成され、前記コーティングの形成領域における前記伝搬方向の長さが、前記伝搬方向に対する垂直方向に沿って増加または減少するコーティング層と、
を備え、
少なくとも前記コーティング層から露出する露出領域の前記伝搬層の表面に、測定対象物中のアナライトに反応するリガンドを修飾可能な、測定用チップ。

【請求項2】

前記露出領域の前記伝搬層の表面に前記リガンドが修飾されることにより形成されるリガンド層をさらに備える、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項3】

前記コーティング層の屈折率は、前記伝搬層の屈折率より低く、前記リガンド層の屈折率より高い、請求項２に記載の測定用チップ。

【請求項4】

前記コーティング層は、平面視において前記導入部から前記導出部の間に形成されている、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項5】

前記コーティング層は、平面視において前記導入部上および／または前記導出部上にさらに形成されている、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項6】

前記コーティング層は、前記伝搬方向の長さが前記伝搬方向に対する垂直方向に沿って連続的に増加または減少する、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項7】

前記コーティング層は、前記伝搬方向の長さが前記伝搬方向に対する垂直方向に沿って線形に増加または減少する、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項8】

前記コーティング層は、前記伝搬層の表面から前記コーティング層側の媒質に向けて浸透するエバネッセント光の染み出し長以上の厚みを有する、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項9】

前記コーティング層は、二酸化ケイ素を用いて形成されている、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項10】

前記コーティング層は、二酸化ケイ素と金属酸化物の混合物を用いて形成されている、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項11】

前記コーティング層は、二酸化ケイ素を主成分とするＡｌ_２Ｏ_３との混合物を用いて形成されている、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項12】

前記コーティング層の表面に特性調整膜をさらに備える、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項13】

前記特性調整膜は、金属酸化物を用いて形成されている、請求項１２に記載の測定用チップ。

【請求項14】

前記アナライトと前記リガンドとの反応により生じる前記伝搬層の周辺における屈折率の変化により、前記光の位相分布が変化する、請求項１に記載の測定用チップ。

【請求項15】

請求項１から１４のいずれか一項に記載の測定用チップが配置される測定装置であって、
前記測定用チップの前記導入部に前記光を導く光源と、
前記測定用チップの前記導出部から導出された光を受光する受光部と、
前記測定対象物中のアナライトが前記測定用チップのリガンドと反応することにより変化する、前記受光部で受光される光のパターンの変化を分析する制御部と、
を備える測定装置。

【請求項16】

前記制御部は、前記光の進行方向の変化を分析する分析処理を行う、請求項１５に記載の測定装置。

【請求項17】

伝搬層に光を導入し、
前記伝搬層の表面上に形成されているコーティング層から露出する露出領域の前記伝搬層の表面に、測定対象物中のアナライトに反応するリガンドが形成されている前記伝搬層において、前記光を全反射させ、
前記伝搬層から前記光を導出し、
前記コーティング層は、前記コーティングの形成領域における前記伝搬方向の長さが、前記伝搬方向に対する垂直方向に沿って増加または減少する、測定方法。

【請求項18】

前記測定対象物中のアナライトが測定用チップのリガンドと反応することにより変化する、前記伝搬層から導出される前記光のパターンの変化を分析する、請求項１７に記載の測定方法。

【請求項19】

前記伝搬層から導出される前記光の進行方向の変化を分析する、請求項１７または１８に記載の測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路型の測定用チップ、測定装置、および測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から様々な種類のバイオセンサが開発されており、例えば生体分子間の相互作用を解析するために利用されている。バイオセンサのタイプとしては、例えば特許文献１および特許文献２に例示するような光導波路を利用するタイプや、表面プラズモン共鳴を利用するタイプ、マッハ・ツェンダー干渉を利用するタイプ等がある。

【0003】

特許文献１のバイオセンサは、光導波路を利用するタイプのバイオセンサ（以下、光導波路型の測定用チップとも呼ぶ）であり、被検出物質（以下、アナライトと呼ぶ）を検出するために、アナライトに反応する反応物質（以下、リガンドと呼ぶ）が、光が伝搬する伝搬層の表面に形成されている。特許文献１の測定用チップでは、リガンドが固定化されている領域とリガンドが固定化されていない領域とで、伝搬層を伝搬する光の位相変化量が異なることを利用して、伝搬層から導出される光のパターンの変化に基づいて、アナライトの有無やアナライトの濃度を推定する。特許文献２のバイオセンサも光導波路型のバイオセンサであり、こちらは発色剤を用い、光の吸収・散乱による伝搬光の強度変化を検出するタイプである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１９／０４４４１８号

【特許文献2】特開２０１２－７８１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

以下に詳述するように、光導波路型の測定用チップには、測定の再現性や測定の信頼性に関してさらなる性能向上が求められている。

【0006】

図８および図９は、特許文献１の測定用チップを説明するための図である。図８は、特許文献１の測定用チップの模式的な構造を示す図である。図９は、特許文献１の測定用チップにおいて、特定の平面形状にリガンド層を形成する３つの方法を示す図である。

【0007】

図８（Ａ）の側面図および図８（Ｂ）の斜視図に示すように、特許文献１の測定用チップ９１は、光が伝搬する伝搬層９２と、伝搬層９２に光を導入する導入部９３と、伝搬層９２から光を導出する導出部９４と、リガンド層９６とを備え、リガンド層９６の領域は、伝搬層９２の表面に特定の平面形状で形成されている。具体的には図８（Ｂ）に示すように、リガンド層９６の領域は、光の伝搬方向（図中Ｙ軸方向）のリガンド層９６の長さが、伝搬方向に垂直な方向（図中Ｘ軸方向）に沿って増加または減少するような平面形状（例えば、平面視で直角三角形）で形成されている。伝搬層９２の下面に備えられている透明な基材９７は任意の構成である。

【0008】

このような特定の平面形状にリガンド層９６を形成する方法としては、例えば図９に示す３つの方法がある。第１の方法は、図９（Ａ）に示すように、伝搬層９２の表面に足場材料８１を一様に形成した後、マスク８９およびリガンド溶液８０を用いてリガンド８２を上記した特定の平面形状にパターニングする方法である。第２の方法は、足場材料８１を伝搬層９２の表面に形成する際に、マスク８９を用いて足場材料８１を上記した特定の平面形状にパターニングしておく方法である。図９（Ｂ）に示すように、足場材料８１は上記した特定の平面形状に予めパターニングされているので、足場材料８１にリガンド溶液８０を接触させると、リガンド８２はこの特定の平面形状に形成される。第３の方法は、伝搬層９２の表面に足場材料８１を一様に形成した後、マスク８９およびブロッキング溶液を用いて特定の平面形状を有する領域の足場材料８１の結合サイト８３を予めブロックしておく方法である。図９（Ｃ）に示すように、特定の平面形状を有する領域の足場材料８１の結合サイト８３は、リガンド８２と結合できない状態８４にされている。

【0009】

特定の平面形状にリガンド層９６を形成するこれら３つの方法はいずれもウェットな工程であることから、工程の再現性は高くはなく、高コストである。上記した特定の平面形状にリガンド層９６を形成するにあたり、工程再現性のさらなる向上及び、低コスト化が求められている。工程再現性が向上すると測定の再現性や測定の精度も向上する。

【0010】

また、光導波路型の測定用チップにおいて、測定対象物の屈折率による影響（バルク効果とも呼ぶ）の大きさや、非特異吸着による影響の大きさは、測定結果の信頼性を示す指標の一つとして知られている。しかしながら特許文献１の測定用チップ９１では、これらバルク効果による影響の大きさや非特異吸着による影響の大きさを直接的に測定することができない。測定結果の信頼性を向上させるために、これらバルク効果による影響の大きさや非特異吸着による影響の大きさを、直接的に測定することが求められている。

【0011】

このように、光導波路型の測定用チップには、測定の再現性や測定の信頼性に関してさらなる性能向上が求められ、作製プロセスに関してさらなる低コスト化が求められている。

【0012】

本発明の目的は、測定の再現性や測定の信頼性をさらに向上させ、作製プロセスをさらに低コスト化した光導波路型の測定用チップ、測定装置、および測定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するための本発明は、例えば以下に示す態様を含む。

【0014】

（項１）
光が伝搬方向に伝搬する伝搬層と、
前記伝搬層に前記光を導入する導入部と、
前記伝搬層から前記光を導出する導出部と、
前記伝搬層の表面上にコーティングが形成され、前記コーティングの形成領域における前記伝搬方向の長さが、前記伝搬方向に対する垂直方向に沿って増加または減少するコーティング層と、
を備え、
少なくとも前記コーティング層から露出する露出領域の前記伝搬層の表面に、測定対象物中のアナライトに反応するリガンドを修飾可能な、測定用チップ。
（項２）
前記露出領域の前記伝搬層の表面に前記リガンドが修飾されることにより形成されるリガンド層をさらに備える、項１に記載の測定用チップ。
（項３）
前記コーティング層の屈折率は、前記伝搬層の屈折率より低く、前記リガンド層の屈折率より高い、項２に記載の測定用チップ。
（項４）
前記コーティング層は、平面視において前記導入部から前記導出部の間に形成されている、項１から３のいずれか一項に記載の測定用チップ。
（項５）
前記コーティング層は、平面視において前記導入部上および／または前記導出部上にさらに形成されている、項１から４のいずれか一項に記載の測定用チップ。
（項６）
前記コーティング層は、前記伝搬方向の長さが前記伝搬方向に対する垂直方向に沿って連続的に増加または減少する、項１から５のいずれか一項に記載の測定用チップ。
（項７）
前記コーティング層は、前記伝搬方向の長さが前記伝搬方向に対する垂直方向に沿って線形に増加または減少する、項１から５のいずれか一項に記載の測定用チップ。
（項８）
前記コーティング層は、前記伝搬層の表面から前記コーティング層側の媒質に向けて浸透するエバネッセント光の染み出し長以上の厚みを有する、項１から７のいずれか一項に記載の測定用チップ。
（項９）
前記コーティング層は二酸化ケイ素を用いて形成されている、項１から８のいずれか一項に記載の測定用チップ。
（項１０）
前記コーティング層は、二酸化ケイ素と金属酸化物の混合物を用いて形成されている、項１から８に記載の測定用チップ。
（項１１）
前記コーティング層は、二酸化ケイ素を主成分とするＡｌ_２Ｏ_３との混合物を用いて形成されている、項１から８に記載の測定用チップ。
（項１２）
前記コーティング層の表面に特性調整膜をさらに備える、項１から１１に記載の測定用チップ。
（項１３）
前記特性調整膜は、金属酸化物を用いて形成されている、項１２に記載の測定用チップ。
（項１４）
前記アナライトと前記リガンドとの反応により生じる前記伝搬層の周辺における屈折率の変化により、前記光の位相分布が変化する、項１から１３のいずれか一項に記載の測定用チップ。
（項１５）
項１から１４のいずれか一項に記載の測定用チップが配置される測定装置であって、
前記測定用チップの前記導入部に前記光を導く光源と、
前記測定用チップの前記導出部から導出された光を受光する受光部と、
前記測定対象物中のアナライトが前記測定用チップのリガンドと反応することにより変化する、前記受光部で受光される光のパターンの変化を分析する制御部と、
を備える測定装置。
（項１６）
前記制御部は、前記光の進行方向の変化を分析する分析処理を行う、項１５に記載の測定装置。
（項１７）
伝搬層に光を導入し、
前記伝搬層の表面上に形成されているコーティング層から露出する露出領域の前記伝搬層の表面に、測定対象物中のアナライトに反応するリガンドが形成されている前記伝搬層において、前記光を全反射させ、
前記伝搬層から前記光を導出し、
前記コーティング層は、コーティングの形成領域における前記伝搬方向の長さが、前記伝搬方向に対する垂直方向に沿って増加または減少する、
測定方法。
（項１８）
前記測定対象物中のアナライトが測定用チップのリガンドと反応することにより変化する、前記伝搬層から導出される前記光のパターンの変化を分析する、項１７に記載の測定方法。
（項１９）
前記伝搬層から導出される前記光の進行方向の変化を分析する、項１７または１８に記載の測定方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によると、測定の再現性や測定の信頼性をさらに向上させ、作製プロセスをさらに低コスト化した光導波路型の測定用チップ、測定装置、および測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一実施形態に係る測定用チップの模式的な構造を示す側面図および斜視図である。

【図2】一実施形態に係る測定用チップの模式的な構造を示す上面図および断面図である。

【図3】一実施形態に係る測定用チップを含む測定装置の模式的な構成を示す図である。

【図4】一実施形態に係る測定用チップにより測定される信号を説明するための図である。

【図5】一実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。

【図6】他の実施形態に係るコーティング層５の平面形状のバリエーションを示す平面図である。

【図7】実施例１において行った、作製した測定用チップの性能評価の結果を示すグラフである。

【図8】特許文献１の測定用チップの模式的な構造を示す図である。

【図9】特許文献１の測定用チップにおいて、特定の平面形状にリガンド層を形成する３つの方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明および図面において、同じ符号は同じまたは類似の構成要素を示すこととし、よって、同じまたは類似の構成要素に関する重複した説明を省略する。

【0018】

［測定用チップ］
図１および図２は、一実施形態に係る測定用チップの模式的な構造を示す図である。図１（Ａ）は側面図であり、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は斜視図である。図２（Ａ）は上面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の断面図である。

【0019】

図中、測定用チップ１の上面方向（厚み方向）をＺ軸方向とし、測定用チップ１における光の伝搬方向をＹ軸方向とし、光の伝搬方向に直交する垂直方向をＸ軸方向とする。また、表面とは上面および下面のどちらか一方を示し、両表面とは上面および下面の両方を示すこととする。

【0020】

なお図１および図２では、図面の見易さのためにいくつかの構成については図示を省略し、図示する構成の寸法比も強調して描いている。図１（Ｂ）および図１（Ｃ）の斜視図では、導入部３および導出部４の図示を省略している。図２（Ａ）および図２（Ｂ）では、測定用チップ１を測定に使用する際の態様に合わせて、伝搬層２を図中Ｘ軸方向およびＹ軸方向に延伸して描いている。

【0021】

図１を参照して、一実施形態に係る測定用チップ１の概要について説明する。

【0022】

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、一実施形態に係る測定用チップ１は、光が伝搬する伝搬層２と、伝搬層２に光を導入する導入部３と、伝搬層２から光を導出する導出部４と、伝搬層２の表面に形成されるコーティング層５と、を備え、コーティング層５は、伝搬層２の表面に後述する特定の平面形状で形成されている。

【0023】

測定に使用する際、測定用チップ１には、測定対象物（例えば、検体）中のアナライト（例えば、抗原）に反応するリガンド（例えば、抗体）が伝搬層２の表面に修飾される。これにより、図１（Ｃ）に示すように、伝搬層２の表面にリガンド層６が形成される。本実施形態では、リガンド層６は、伝搬層２およびコーティング層５の表面２Ａ，５Ａに一様に形成される。

【0024】

コーティング層５は、伝搬層２の表面に後述する特定の平面形状で形成されている。リガンド層６は、伝搬層２およびコーティング層５の全面に、または、少なくともコーティング層５から露出する領域（露出領域とも呼ぶ）の伝搬層２の表面２Ａの全面に形成されている。リガンドとアナライトとの反応（結合）、バルク効果、および非特異吸着は、リガンド層６の全面で生じる。コーティング層５は、エバネッセント光を減衰させる厚みで形成されており、伝搬層２の内部からリガンド層６内のリガンドに向けて浸透するエバネッセント光を減衰させて感知され難くする。これにより、測定用チップ１は、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａのみにおいて、リガンドとアナライトとの反応、バルク効果、および非特異吸着を感知する。これにより、たとえリガンド層６が伝搬層２およびコーティング層５の全面に形成されていても、コーティング層５はエバネッセント光を減衰させる厚みで形成されているので、リガンドとアナライトとの反応、バルク効果、および非特異吸着は、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａのみにおいて感知される。リガンド層６が形成された伝搬層２の表面２Ａでは、アナライトとリガンドとの反応（結合）による屈折率の変化により、Ｙ軸方向に伝搬される光のＸ軸方向の位相分布が変化する。これにより、測定用チップ１は、アナライトの有無或いは濃度を推定するための測定用チップとして機能する。

【0025】

このように、一実施形態に係る測定用チップ１では、コーティング層５は伝搬層２の表面に特定の平面形状で形成されている。これにより、仮に伝搬層２およびコーティング層５の全面に一様にリガンド層６を形成しても、リガンド層６は、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに、コーティング層５の平面形状とはパターンが反転した特定の平面形状で形成される。コーティング層５の形成は、ウェット工程に依らず例えば蒸着等により行うことができるので、工程再現性が向上し、工程を低コスト化できる。よって、一実施形態に係る測定用チップ１によると、測定の再現性や測定の精度はさらに向上する。

【0026】

図１および図２を参照して、一実施形態に係る測定用チップ１を構成する各部について説明する。

【0027】

伝搬層２は平板状である。光は導入部３から伝搬層２の内部に導入され、伝搬層２の上面および下面で全反射し、導出部４から導出される。本実施形態では、酸化チタン（ＴｉＯ_２）および酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等の金属酸化物を主成分とする蒸着膜（屈折率約２．０７、光の波長に応じて変化）を伝搬層２に用いる。伝搬層２の材料としては、このような蒸着膜以外にも、例えば、アクリル樹脂、ガラス、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、シリコーン樹脂、またはポリスチレン等の誘電体を用いることができる。例示的には、伝搬層２のＺ軸方向の厚さは約５０ｎｍ～約１００ｎｍ、Ｙ軸方向の長さは約４ｍｍ、Ｘ軸方向の長さは約２７０μｍ～約６００μｍである。なお、アクリル樹脂、ガラス、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、シリコーン樹脂、またはポリスチレン等の誘電体を伝搬層２の材料として用いる場合、伝搬層２自体を基材として機能させることができ、基材７を省略することができる。

【0028】

導入部３および導出部４は、伝搬層２に設けられている。本実施形態では、導入部３および導出部４には回折格子を用いる。回折格子は例えばナノインプリント方式により作製することができる。回折格子以外にも、例えばプリズムにより導入部３および導出部４を作製することができる。なお本実施形態では、導入部３および導出部４は伝搬層２の下面に設けられているが、導入部３および導出部は、伝搬層２の下面から上面にわたって設けられていてもよい。

【0029】

コーティング層５は、伝搬層２の表面に特定の平面形状で形成されている。コーティング層５は、平面視において少なくとも導入部３から導出部４の間に形成されていればよい。コーティング層５は、図１（Ａ）および図２（Ａ）に例示するように、平面視において導入部３上および導出部４上にさらに形成されていてもよいし、導入部３上または導出部４上のどちらかにさらに形成されていてもよい。

【0030】

コーティング層５の特定の平面形状とは、コーティングの形成領域における長さであり、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って増加または減少する形状である。なお、特定の平面形状の一部に当該増加または減少する部分を含んでいてもよいし、特定の平面形状の全体において増加または減少していてもよい。特定の平面形状の一部に当該増加または減少する部分を含むとは、特定の平面形状が例えば平行四辺形や台形であることを指している。例示する平行四辺形や台形は、そのような増加または減少する部分を形状の一部に含んでおり、且つ、長さが一定の部分も有している。特定の平面形状の全体において増加または減少するとは、特定の平面形状が例えば直角三角形であることを指している。例示する直角三角形は、そのような増加または減少する部分を形状の全体に含んでいる。本実施形態では、特定の平面形状とは、図１（Ｂ）に例示するような直角三角形である。

【0031】

コーティング層５は、伝搬層２の表面からコーティング層５側の媒質に向けて浸透するエバネッセント光の染み出し長以上の厚みを有している。波長が約５２０ｎｍの場合について例示すると、このようなエバネッセント光の染み出し長以上の厚さとして、コーティング層５は、好ましくは約１３２ｎｍ以上の厚さｄを有しており、より好ましくは約２５０ｎｍ以上の厚さｄを有している。理論的に、コーティング層５の屈折率は、伝搬層２の屈折率より低く、リガンド層６の屈折率と同じまたは同程度であることが好ましい。しかし一般的に安定性の高い透明材料はリガンド層６よりも屈折率が高いため、安定性を考慮すると、コーティング層５の屈折率は、伝搬層２の屈折率より低く、リガンド層６の屈折率より高い材料が最適となる。

【0032】

一例として、コーティング層５に二酸化ケイ素を用い、伝搬層２に上記した金属酸化物を主成分とする蒸着膜を用いる場合について、エバネッセント光の染み出し距離を算出し、コーティング層５の厚みをより具体的に例示する。エバネッセント光の染み出し距離とは、光の振幅が１／ｅ（強度が１／ｅ^２）になる長さを意味する。エバネッセント光の染み出し距離は、コーティング層５の屈折率と、伝搬層２の屈折率と、伝搬層２に伝播させる光の波長とその伝搬角θとで算出される。ここで伝搬角θは、伝搬層２とコーティング層５との界面に垂直な軸（図１のＺ軸）と、伝搬層２内の光の進行方向との間の角度である。

【0033】

例えば、伝搬層２の屈折率が２．０３７であり、その上に形成するコーティング層５の屈折率が１．４６であり、真空中の光の波長が５２０ｎｍであり、伝搬層２を伝搬する光の伝搬角θが５１．３°の場合、エバネッセント光の染み出し距離は、１３２．０ｎｍと算出される。この距離が光の吸収領域となるため、コーティング層５の膜厚は、１３２．０ｎｍ以上とすることが好ましい。また例えば、伝搬層２の屈折率が１．９８７であり、その上に形成するコーティング層５の屈折率が１．４５であり、真空中の光の波長が８１０ｎｍであり、伝搬層２を伝搬する光の伝搬角θが５２．８°の場合、エバネッセント光の染み出し距離は、２０３．６ｎｍと算出される。この距離が光の吸収領域となるため、コーティング層５の膜厚は、２０３．６ｎｍ以上とすることが好ましい。

【0034】

本実施形態では、コーティング層５には二酸化ケイ素（屈折率約１．４７）を用いる。二酸化ケイ素は、蒸着により伝搬層２の表面に形成可能である。コーティング層５の平面形状を図１（Ｂ）に例示するような直角三角形に形成するために、本実施形態ではメタルマスクを用いる。コーティング層の形状を有する例えば直角三角形の穴が開いたメタルマスクを作製し、蒸着時にメタルマスクでコーティング層５以外の領域をマスクすることにより、コーティング層５を直角三角形に形成する。また、二酸化ケイ素は、成膜時の温度上昇が小さく、伝搬層２との密着性が高いことから塩溶液中での剥離が少なく、コーティング層５に適した蒸着材料である。コーティング層５の材料としては、本実施形態において用いる二酸化ケイ素以外にも、例えばＡｌ_２Ｏ_３等の金属酸化物、フッ素系の低屈折率材料（屈折率約１．３３～１．３８程度）、またはこれらの混合物を用いることもできる。二酸化ケイ素を主成分とする、二酸化ケイ素と金属酸化物（例えばＡｌ_２Ｏ_３等）との混合物を用いることがより好ましい。フッ素系の低屈折率材料としては、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）やチオライト（登録商標）（Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４）を用いることができる。

【0035】

なお任意の処理として、コーティング層５の表面に、図示しない特性調整膜をさらに形成することができる。特性調整膜は、例えば上記した金属酸化物を用いて形成することができる。コーティング層５の表面に特性調整膜をさらにコーティングして形成することにより、露出面と特性を近づけることが可能となり、同等の表面処理を施すことが可能となるので、測定の安定性が向上し測定の精度が向上する。

【0036】

リガンド層６は、伝搬層２の表面に形成される。リガンドは、測定対象物中の被検出物質であるアナライトと特異的に反応または結合する物質である。本実施形態では、リガンド層６は、伝搬層２およびコーティング層５の表面に一様に形成されており、リガンド層６はコーティング層５の表面５Ａにも形成されているが、リガンド層６は、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに少なくとも形成されていればよい。図示する例では、コーティング層５の平面形状は、図１（Ｂ）に例示するような直角三角形であり、導入部３と導出部４との間において、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに形成される部分のリガンド層６の平面形状も、直角三角形となる。リガンド層６の屈折率は、約１．３３である。

【0037】

このように、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａには、リガンド層６が、コーティング層５の平面形状とはパターンが反転した特定の平面形状に形成される。伝搬層２の表面２Ａに位置する部分のリガンド層６では、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）のリガンドの含有量が光の伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って単調に変化している。これにより、リガンド層６が形成された伝搬層２の表面２Ａでは、アナライトとリガンドとの反応（結合）による屈折率の変化により、Ｙ軸方向に伝搬される光のＸ軸方向の位相分布が変化する。なお、リガンドの含有量は、光の伝搬方向における単位長さ当たりのリガンドの含有密度と、光の伝搬方向に沿ったリガンド層６の長さとを乗算することにより算出することができる。

【0038】

透明な基材７は任意の構成であり、伝搬層２の下面に備えられる。基材７には例えばガラス（屈折率約１．４７～１．４８）を用いることができる。他の実施形態では、測定用チップ１は、伝搬層２の下面と透明な基材７との間に、フッ素樹脂等の中間層をさらに備えることができる。

【0039】

図２を参照して、一実施形態に係る測定用チップ１を測定に使用する際の態様について説明する。

【0040】

測定に使用する際、測定用チップ１には、リガンド８２が伝搬層２の表面に修飾されて、伝搬層２の表面にリガンド層６が形成される。リガンド層６が形成された測定用チップ１の上面には、図２（Ｂ）の断面図に一点鎖線で示すように、例えば凹状の断面を有する部材８が覆いかぶされて、部材８とリガンド層６との間に流路９が設けられる。流路９には、測定対象物の溶液が流される。測定対象物中にはアナライトが含まれている。

【0041】

導入部３を通じて伝搬層２に導入された光は、伝搬層２内を図中Ｙ軸方向に伝搬し、導出部４を通じて伝搬層２から導出される。光は、伝搬層２内を図中Ｙ軸方向に伝搬する間、流路９を流れる測定対象物溶液中のアナライトと、リガンド層６内のリガンドとの反応による屈折率変化の影響を受ける。測定用チップ１では、伝搬層２の表面２Ａにおいて、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）のリガンド層６の長さが、伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って増加または減少するように、リガンド層６が形成されている。これにより、リガンド層６が形成されている伝搬層２の表面２Ａでは、図中Ｙ軸方向に伝搬する光が屈折率の変化による影響を受けて、図中Ｘ軸方向の位相分布が変化する。

【0042】

なお、図２（Ｂ）の断面図において、図中左側に示す、リガンド層６が形成されている伝搬層２の表面２Ａでは、リガンドとアナライトとの反応、バルク効果および非特異吸着が感知され、図中右側に示す、コーティング層５が形成されている伝搬層２の表面では、リガンドとアナライトとの反応、バルク効果および非特異吸着は感知されない。

【0043】

［測定装置］
図３は、一実施形態に係る測定用チップを含む測定装置の模式的な構成を示す図である。

【0044】

一実施形態に係る測定装置１０は、測定用チップ１（１Ａ，１Ｂ）の導入部３に光を導く光源１１（１１Ａ、１１Ｂ）と、測定用チップ１の導出部４から導出された光を受光する受光部１２（１２Ａ，１２Ｂ）と、受光部１２で受光される光のパターン（強度分布）の変化を分析する制御部１３と、を備える。受光部１２で受光される光のパターンは、測定対象物が測定用チップ１に接触し、リガンドとアナライトとが反応することにより変化する。本実施形態では、測定装置１０は、受光部１２の各受光素子により受光した光の強度情報を取得する測定部１４をさらに備えている。

【0045】

なお制御部１３および測定部１４は、例えば専用の集積回路（IC: Integrated Circuit）を用いてハードウェア的に構成してもよいし、汎用コンピュータやスマートフォン、タブレット端末等の情報処理装置を用いてソフトウェア的に実現されてもよい。

【0046】

本実施形態では、測定装置１０は、測定用チップ１と、光源１１と、受光部１２とのセットを２セット備え、リガンド層６が形成されている領域からの信号（ライン１）と、リガンド層６が形成されていない領域からの信号（ライン２）との２系統の測定信号を取得する。ライン１用の測定用チップ１では、伝搬層２およびコーティング層５の表面に一様にリガンド層６が形成されており、ライン２用の測定用チップ１ではリガンド層６は形成されていない。ライン２の信号は、バルク効果による影響や非特異吸着による影響をライン１の信号から差し引くための、参照信号（リファレンス信号）と表現することができる。

【0047】

他の実施形態では、測定装置１０は、測定用チップ１と、光源１１と、受光部１２とをそれぞれ１つずつ備えることができる。この場合、１つの基材７上に２つの測定ライン、即ち２つの光導波路型バイオセンサを作製し、それぞれの測定ラインから上記したライン１およびライン２の２系統の測定信号を取得する。１つの光源１１から放射される光は分割されて、それぞれの測定ラインに入射され、それぞれの測定ラインから導出される光を、１つの受光部１２により受光する。

【0048】

以下の説明において、符号１Ａを付した測定用チップは、ライン１用の測定用チップを意味し、符号１Ｂを付した測定用チップは、ライン２用の測定用チップを意味し、符号１を付した測定用チップは、ライン１用およびライン２用の両方を包含する測定用チップを意味することとする。測定用チップ１（１Ａ，１Ｂ）に関する符号Ａ，Ｂのこのような意味は、光源１１（１１Ａ、１１Ｂ）および受光部１２（１２Ａ，１２Ｂ）についても同様である。

【0049】

測定用チップ１（１Ａ，１Ｂ）は、測定装置１０内の所定の場所に配置される。光源１１から放射される光は、導入部３を通じて測定用チップ１の下面から伝搬層２の内部に導入される。伝搬層２の内部を全反射した光は、導出部４を通じて測定用チップ１の下面から導出され、受光部１２により受光される。

【0050】

光源１１（１１Ａ、１１Ｂ）は、例えば約６５０ｎｍ程度の可視光を放射する。光源１１が放射する光の波長の範囲は、例えば約４５０ｎｍ～２０００ｎｍとすることができる。好ましくは、光源が放射する光はガウスビームである。ガウスビームは、光が伝搬する過程において光のパターン（強度分布）の概形が変化しないので、光のパターン（強度分布）の変化を検出するためには好適である。好ましくは、光源が放射する光は連続波（Continuous Wave）である。なおガウスビームは、図１に示すＸ軸方向およびＺ軸方向の２次元にガウス分布である必要は無く、少なくともＸ軸方向にガウス分布であればよい。このような光源１１には、例えば半導体レーザ装置を用いることができる。なおライン１用の光源１１Ａおよびライン２用の光源１１Ｂは、同じ波長の光を放射することが好ましい。

【0051】

受光部１２（１２Ａ，１２Ｂ）は、導出部４から導出される光を受光する。受光部１２は、１次元または２次元に配列された受光素子から構成されている。受光部１２には、例えばＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の種々のイメージセンサを用いることができる。

【0052】

制御部１３は、受光部１２で受光される光のピーク角度の変化を分析する。本実施形態では、制御部１３には、ＣＰＵ等の演算装置（図示せず）と、メモリ等の記憶装置（図示せず）とを備える、例えばRaspberry PiまたはArduino（登録商標）等のシングルボードコンピュータを用いる。

【0053】

測定部１４は、受光部１２の各受光素子により受光した光の強度情報を取得する。取得した強度情報は制御部１３に送信される。本実施形態では、測定部１４は専用の集積回路を用いて構成する。

【0054】

図１～図３を参照して、測定装置１０の機能について説明する。

【0055】

光源１１から放射され測定用チップ１の導入部３に導入された光は、伝搬層２の内部を全反射しながら伝搬する。光が全反射する際の位相シフトの量は、伝搬層２に接する周辺の物質の屈折率の大きさに依存する。伝搬層２の表面には、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図２（Ｂ）に示すように、リガンド層６が伝搬層２に接している領域２Ａと、コーティング層５が伝搬層２に接し、更にリガンド層６がコーティング層５の上に形成されている領域とが存在する。光が全反射する際の位相シフトの量はエバネッセント光の浸透領域内の屈折率に依存する。伝搬層２の表面の領域のうち、領域２Ａの屈折率はリガンド層６の屈折率（約１．３３）であり、コーティング層５が形成されている領域の屈折率はコーティング層の屈折率（約１．４７）である。そのため、伝搬層２の表面において、リガンド層６が伝搬層２に接している領域２Ａとコーティング層５が伝搬層２に接し、更にリガンド層６がコーティング層５の上に形成されている領域とでは、光が全反射する際の位相シフトの量が異なる。

【0056】

これにより、導入部３と導出部４との間において伝搬層２の内部を図中Ｙ軸方向に伝搬する光は、図中Ｘ軸方向の位相分布が変化する。伝搬層２の表面２Ａに形成されている部分のリガンド層６の平面形状が、光が伝搬するＹ軸方向の長さがＸ軸方向に沿って増加または減少する形状であるからである。よって、導出部４から導出される光の位相分布は、Ｘ軸方向に沿って傾斜することになり、光の進行方向が変化する。図２に示す構成において、コーティング層５の屈折率がリガンド層６の屈折率よりも高い場合、光の進行方向はＸ軸のプラスの方向に傾く。リガンドと測定対象物中のアナライトとが反応し測定対象物の一部がアナライトに置き換わると、領域２Ａの屈折率が増加するため、光の進行方向はＸ軸のマイナスの方向に動く。バルク効果や非特異吸着によりリガンド層６の屈折率が増加した場合も同様に、光の進行方向はＸ軸のマイナスの方向に動く。

【0057】

したがって、測定装置１０は、リガンド層６が形成されている領域（ライン１）と、リガンド層６が形成されていない領域（ライン２）とのそれぞれについて、受光部１２Ａ，１２Ｂを用いて、導出部４から導出される光をファーフィールドにて（またはフーリエ変換レンズを通して）受光し、測定部１４により、光の強度がピークとなる角度の変化を測定する。ピーク角度の変化は光の進行方向の変化と同じ現象であり、強度がピークとなる角度の変化は、光の進行方向の変化に対応する。測定部１４により測定したピーク角度の変化は、制御部１３に入力され、制御部１３内の記憶装置（メモリ）に適宜記録される。制御部１３は演算装置（ＣＰＵ）を備えており、ライン１のピーク角度の変化のグラフからライン２のピーク角度の変化のグラフを差し引く。差し引いたグラフの変化が例えば所定の閾値以上であった場合に、リガンド層６内のリガンドがアナライトと反応したと判定する。或いは制御部１３は、差し引いたグラフの形状に基づいて、アナライトの濃度又は速度論的パラメータ（Kinetics）を推定する。このように、制御部１３は、光のパターンの変化を分析する分析処理を行う。また制御部１３は、光の進行方向の変化を分析する分析処理を行う。このようにして、測定装置１０は、アナライトの有無や、アナライトの濃度又は速度論的パラメータを推定する測定装置として機能する。

【0058】

図４は、一実施形態に係る測定用チップにより測定される信号を説明するための図である。

【0059】

図４（Ａ）に示すように、ライン１用の測定用チップ１Ａでは、伝搬層２およびコーティング層５の表面に一様にリガンド層６が形成されており、ライン２用の測定用チップ１Ｂではリガンド層６は形成されていない。図４（Ｂ）は、ライン１およびライン２のそれぞれの測定信号について、屈折率の変化を模式的に示すグラフである。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示すライン１およびライン２の測定信号の差分を模式的に示すグラフである。

【0060】

図４（Ｂ）の左側に示すように、測定用チップ１Ａの表面にリガンド層６が形成されているライン１からの測定信号には、所望の反応（例えば、抗原抗体反応）および非特異吸着による情報７１と、バルク効果による情報７３とが含まれている。図４（Ｂ）の右側に示すように、測定用チップ１Ｂの表面にリガンド層６が形成されていないライン２からの測定信号には、非特異吸着のみによる情報７２と、バルク効果による情報７３とが含まれている。

【0061】

図８および図９に示す特許文献１の測定用チップ９１では、図４（Ｃ）に示す差分信号に相当する信号のみが取得される。しかしながら、符号７３で示すバルク効果による影響や符号７２で示す非特異吸着による影響が大きいと、測定信号を差し引くことでもキャンセルしきれない成分が生じ、このキャンセルしきれない成分が、特許文献１の測定用チップ９１を用いた測定において、測定データの信頼性を低下させる要因となっている。例えば図４（Ｃ）において、符号７９で示す成分は、バルク効果のキャンセルしきれなかった成分であり、非特異吸着でキャンセルしきれない成分は、符号７９の間の符号７０で示す線に含まれる。なお破線は、アナライト-リガンドの理想的なレスポンスを示している。このように、バルク効果による影響の大きさや非特異吸着による影響の大きさは、測定データの信頼性の指標として得ておきたいものの、特許文献１の測定用チップ９１では得ることができない。

【0062】

これに対し、一実施形態に係る測定用チップ１によると、測定用チップ１Ｂのコーティング層５の表面５Ａでは、バルク効果、非特異吸着が感知されない。これにより、測定結果には、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａにおけるバルク効果、非特異吸着が反映される。これにより、バルク効果や非特異吸着が反映された測定結果は、ライン２から単独で取得することができ、ライン２からの測定信号は、測定データの信頼性の指標として活用することが可能となる。

【0063】

一方で、測定用チップ１Ａにはリガンド層６が存在するため、測定結果には、リガンド-アナライトの反応、コーティング層５から露出する領域のバルク効果、非特異吸着が反映される。一実施形態に係る測定装置１０および測定方法によると、図４（Ｃ）に示すように、ライン１およびライン２の測定信号の差分信号を取得することが可能であり、一実施形態に係る測定用チップ１は、測定の信頼性をさらに向上させたうえで、特許文献１の測定用チップ９１と同様に機能することができる。

【0064】

［測定方法］
図５は、一実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。一実施形態に係る測定方法では、一実施形態に係る測定用チップ１を用いて、コーティング層５が特定の平面形状で表面に形成されている伝搬層２において光を全反射させることにより、測定を行う。

【0065】

測定に際し、ライン１用およびライン２用の２つの測定用チップ１を予め準備しておく。ライン１用の測定用チップ１Ａには、伝搬層２およびコーティング層５の表面に一様にリガンド層６を形成しておく。ライン２用の測定用チップ１Ｂには、リガンド層６を形成しない。引き続き、２つの測定用チップ１のそれぞれについて、例えば凹状の断面を有する部材８を測定用チップ１の上面に覆い被せ、測定用チップ１の上面と部材８との間に流路９を設けておく。このように準備したライン１用およびライン２用の２つの測定用チップ１を、図３に例示するように測定装置１０内の所定の場所に配置する。なお以下のステップＳ１～Ｓ３の工程は、ライン１用およびライン２用の２つの測定用チップ１のそれぞれについて行う。ライン１用およびライン２用の２つの測定用チップ１のうち、ライン１用の測定用チップ１Ａにはリガンド層６が形成されており、測定対象物溶液内のアナライトはリガンド層６内のリガンドと反応することができる。ライン２用の測定用チップ１Ｂにはリガンド層６が形成されておらず、測定用チップ１Ｂは参照用（リファレンス用）に用いられる。

【0066】

ステップＳ１では、光の進行方向の測定を開始して、進行方向をリアルタイムで取得しプロットする。伝搬層２の表面には、測定対象物中のアナライトに反応するリガンド層６が形成されている。進行方向の測定は、測定用チップ１の導入部３を通じて伝搬層２に光を導入し、伝搬層２において全反射されて導出部４を通じて伝搬層２から導出される光の強度の、受光部１２上でのピーク位置を測定することにより行う。ここで、光の進行方向（ピ―ク角度）の変化量は、受光部１２上でのピーク位置の変化量から、測定用チップ１と受光部１２の間の距離を除した値と近似的に一致する。

【0067】

ステップＳ２では、測定対象物を測定用チップ１に接触させる。測定対象物の接触は、測定用チップ１の上面に、アナライトが含まれた測定対象物を接触させることにより行う。一般的には、測定対象物を接触させる前および後のタイミングでバッファを測定用チップ１に接触させる。測定対象物を接触させる前にバッファを接触させる理由は、バッファを接触させずに測定対象物を測定用チップ１に接触させると、溶液自体の屈折率の影響や、足場材料の体積変化などの影響が測定信号に反映されてしまうためである。測定対象物を接触させた後にバッファを接触させる理由は、解離の測定信号も取得した方が、その後の解析の精度が向上するためである。

【0068】

測定対象物が複数ある場合にはこのステップＳ２を複数回繰り返す。ステップＳ２を複数回繰り返す際に、任意の処理として再生処理を行う。再生処理は、測定用チップ１を例えばｐＨ３～１程度の酸性溶液に接触させることで、リガンドとアナライトとを短時間で解離させることにより行う。なお再生処理は、解離が速いアナライトであれば省略が可能である。

【0069】

ステップＳ３では、光の進行方向の測定およびプロットを終了し、ステップＳ４（比較ステップ）において、ライン１の測定用チップ１Ａに関して取得したピーク角度の変化のグラフから、ライン２の参照用（リファレンス用）チップ１Ｂに関して取得したピーク角度の変化のグラフを差し引いて図４（Ｃ）を求める。

【0070】

差し引いて求めた図４（Ｃ）のグラフにより、例えば信号の変化が所定の閾値以上であった場合に、リガンド層６内のリガンドがアナライトと反応した（すなわち、測定対象物中にアナライトが存在する）と判定することができる。或いは、図４（Ｃ）の信号の曲線形状に基づいて、アナライトの濃度又は速度論的パラメータを推定することができる。このように、一実施形態に係る測定方法によると、アナライトの有無を判定するまたはアナライトの濃度又は速度論的パラメータを推定することができる。

【0071】

また、ステップＳ４において、ライン２の参照用（リファレンス用）チップ１Ｂに関して取得した測定信号から、図４（Ｃ）を参照して説明したような、バルク効果の量および非特異吸着の量を見積もることができる。これにより、ライン２からの測定信号を用いて、測定結果の信頼性を評価することができる。

【0072】

なお、測定用チップ１を用いる測定では、測定用チップ１の図中Ｙ軸方向の長さを変化させることにより、伝搬層２内部において光が反射する回数を調整することができる。これにより、測定の感度を変化させることができる。例えば、図中Ｙ軸方向の長さを長くするほど、光が反射する回数は増大するので、測定の感度は向上する。

【0073】

また、測定用チップ１を用いる測定では、仮に光源１１の出力強度が変化したとしても、ピーク角度の変化量が変わることはない。これにより、測定用チップ１を用いる測定では、光源１１の動作が多少不安定な場合であっても、安定した測定が可能となる。

【0074】

［その他の形態］
以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

【0075】

上記した実施形態では、図１および図２に例示するように、コーティング層５の平面形状は平面視で直角三角形であり、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに形成される部分のリガンド層６の平面形状も平面視で直角三角形であるが、コーティング層５の平面形状は例示する直角三角形に限定されることはなく、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに形成される部分のリガンド層６の平面形状も、例示する直角三角形に限定されない。図６に例示するように、コーティング層５の平面形状は、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って増加または減少する形状が含まれていればよい。すなわち、コーティングの形成領域における長さであり、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って増加または減少する形状が含まれていればよい。当該増加または減少する部分は、特定の平面形状の一部に含まれていてもよいし、特定の平面形状の全体において増加または減少していてもよい。これにより、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに形成される部分のリガンド層６の平面形状も、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って増加または減少する形状が含まれる。

【0076】

図６は、他の実施形態に係るコーティング層５の平面形状のバリエーションを示す平面図である。

【0077】

図６（Ａ）に例示するコーティング層５の平面形状は、二等辺三角形であり、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、光の伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って連続的かつ線形に長くなっている。図６（Ａ）の例において、リガンド層６を表面に一様に形成すると、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに形成される部分のリガンド層６の平面形状は２つの直角三角形が対向する形で並んだ形状となり、光の伝搬方向のリガンドの含有量が垂直方向に沿って連続的かつ線形に変化する。

【0078】

図６（Ｂ）に例示するコーティング層５の平面形状は、直角三角形が２つ並んだ形状であり、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、光の伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って連続的にかつ線形に長くなっている。図６（Ｂ）の例において、リガンド層６を表面に一様に形成すると、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに形成される部分のリガンド層６の平面形状も、直角三角形が２つ並んだ形状となり、光の伝搬方向のリガンドの含有量が垂直方向に沿って連続的かつ線形に変化する。

【0079】

図６（Ａ）および図６（Ｂ）に例示する態様では、導出部４から導出される光の位相分布は、図１および図２に例示する態様と近いため、図１および図２に例示する態様と近い効果が期待できる。ここで、図６（Ａ）に例示する態様では、屈折率変化に対するピーク角度の変化量が図１に示す態様よりも増加するため、振動等のノイズに対して有利となる。また、図６（Ａ）に例示する態様では、伝搬光の伝搬過程及び導出部４におけるＸ軸上の存在範囲が図１の場合よりも小さくなるため、図２に示す流路９のＸ軸方向の幅を狭くでき、より高精度な測定が可能となる。更に、光源の入射方向を図６（Ａ）中のＸ軸のマイナス方向に傾けることで、伝搬光の伝搬過程及び導出部４におけるＸ軸上の存在範囲をより小さくでき、流路９のＸ軸方向の幅をより一層狭くできる。なお、図６（Ａ）のコーティング層５とコーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａとで配置を入れ替えた場合も類似の効果が得られる。

【0080】

より詳細には、測定用チップ１の性能を示す指標には例えば次の３つの指標（第１の指標～第３の指標）がある。図６（Ａ）に例示する態様によると、第１の指標と第３の指標とを向上させることができる。
・第１の指標：角度変化量／屈折率変化
大きい方が高感度（対振動などの角度変化ノイズ）
・第２の指標：（角度変化量／ビーム幅）／屈折率変化
大きい方が高感度（対電気ノイズなどの強度変化ノイズ）
・第３の指標：導波路内のビーム存在範囲の狭さ
狭い方が流路を細くでき、高精度な測定が可能

【0081】

図６（Ｃ）に例示するコーティング層５の平面形状は、平面視において、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、光の伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って、連続的にかつ非線形に長くなっている。図６（Ｃ）の例において、リガンド層６を表面に一様に形成すると、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａに形成される部分のリガンド層６では、リガンドの含有量が垂直方向に沿って連続的にかつ非線形に変化する。この場合は、光の進行方向が変化するとともに、光の広がり角も変化する。したがって、光の進行方向以外の要素も変化する。

【0082】

図６（Ｄ）に例示するコーティング層５の平面形状は、階段状の形状であり、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、光の伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って非連続に変化している。この場合は、回折光が出現し、回折光の各次数の進行方向及び、強度比が変化する。

【0083】

図１、図２、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、および図６（Ｄ）に示す例は、リガンド層の含有密度が一定であって、かつ、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが垂直方向に沿って単調に変化する例である。図１、図２、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、および図６（Ｃ）の例は、リガンドの含有密度が一定であって、かつ、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが垂直方向に沿って連続的に変化する例である。図１、図２、図６（Ａ）、および図６（Ｂ）の例は、リガンドの含有密度が一定であって、かつ、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが垂直方向に沿って線形に変化する例である。

【0084】

図６（Ｅ）に例示するコーティング層５の平面形状は、二等辺三角形の外部であり、光の伝搬方向（Ｙ軸方向）の長さが、光の伝搬方向に対する垂直方向（Ｘ軸方向）に沿って、連続的にかつ線形に短くなった後に、連続的かつ線形に長くなっている。通常、コーティング層５の屈折率はリガンド層６よりも十分大きいため、この場合は、導出部４から導出される光が２本に分割され、分割された２本の光のピーク角度の差を求めることにより、振動等によるノイズを相殺することができるというメリットがある。

【0085】

なお、図１、図２、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）および図６（Ｅ）に例示したコーティング層５の種々の平面形状について、Ｘ軸に沿った反転、Ｙ軸に沿った反転、コーティング層５の領域と伝搬層２の領域との反転、およびこれらの組み合わせが可能であり、それらの平面形状においても類似した効果が得られることは言うまでもない。

【0086】

上記実施形態では、アナライトおよびリガンドの組み合わせとして抗原と抗体の例を示したが、組み合わせはこれに限定されるものではない。アナライトおよびリガンドの組み合わせとしては、酵素と基質、ホルモンと受容体、ＤＮＡ相補対なども可能である。これらの場合においても、伝搬層２の表面において、コーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａとコーティング層５が形成されている領域とでは、光が全反射する際の位相シフトの量が異なり、アナライトとリガンドとの結合によってコーティング層５から露出する領域の伝搬層２の表面２Ａの領域における当該位相シフト量が変化することは言うまでもない。

【0087】

上記実施形態に係る測定用チップを用いた測定装置および測定方法では、生体分子の結合反応を一例としているが、例示する生体分子の結合反応以外であっても屈折率変化を伴う反応であれば、適用が可能である。一例として、上記実施形態に係る測定用チップを用いた測定装置および測定方法は、ガスセンサ等にも応用が可能である。この場合、ガスをアナライトとし、ガスと反応することで屈折率が変化する化学物質をリガンドとすればよい。

【0088】

［実施例］
以下に本発明の実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。

【実施例0089】

実施例１では、作製した測定用チップの性能評価を行った。性能評価は、測定用チップの上面に流すバッファ溶液の塩濃度を変化させながら、測定装置を用いて、受光部で受光される光のピーク位置の変化を観測することにより行った。観測結果のグラフを図７に示す。

【0090】

図７のグラフに示されているように、バッファ溶液の塩濃度が変化する複数のタイミング（例えば、約１，７００秒付近、約２，７００秒付近、および約３，６００秒付近）において、観測される光のピーク位置も変化していた。このことから、作製した測定用チップにおいて、溶液の屈折率の影響であるバルク効果を観測できていることが確認された。

【実施例0091】

実施例２では、コーティング層の表面における屈折率の感知度とコーティング層の厚さとの関係について数値シミュレーションを行った。数値シミュレーションは、伝搬層を全反射する光の波長が約５２０ｎｍの場合と約８１０ｎｍの場合とのそれぞれについて、コーティング層に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を用いることを想定して行った。測定用チップの導入部に入射する光について、図１（Ａ）でいうＺ軸方向に電場を持つ光をＰ偏光と定義し、Ｘ軸方向に電場を持つ光をＳ偏光と定義した。なお、入射光にＰ偏光を用いた方が感度が高く、導入部での伝搬層への結合効率が高いため、実用性が高い。Ｐ偏光を用いた場合、最適な伝搬層の膜厚は、Ｓ偏光を用いた場合の２倍弱となる。数値シミュレーションの条件および結果を表１および表２に示す。

【表1】

【表2】

【0092】

コーティング層ＳｉＯ_２の厚さが厚い方が、伝搬層の内部からコーティング層の表面のリガンド層に向けて浸透するエバネッセント光がより減衰するので、コーティング層の表面において屈折率の変化が感知され難くなり好ましい。実用上は、屈折率の感知度が約１％程度であれば十分である。表２に示す数値シミュレーションの結果に基づくと、コーティング層ＳｉＯ_２の厚さは、波長が５２０ｎｍの場合は約２５０ｎｍ以上が好ましく、波長が８１０ｎｍの場合は約４００ｎｍ以上が好ましいことが示された。