表面プラズモン共鳴分析用微細構造チップ、前記微細構造チップを含む分析装置、および前記装置の使用

本発明は、表面プラズモン共鳴分析用微細構造チップ、前記微細構造チップを含む分析装置、分析方法、および前記装置の使用に関する。

表面プラズモン共鳴(または「SPR」)は、表面のごく近傍で物理的特性の微細な変化を検出することを可能にする光学的技術である。この技術は特に、生体分子間相互作用をリアルタイムで、ラベル付け(たとえば蛍光または放射性染料による)せずにモニタできることで知られている。これによって、特に表面上に固定化されたリガンドと標本内溶液中の分析対象物質の間の相互作用を説明し、定量化することができる。

SPRは、金属誘電媒体(前記誘電媒体は一般に、液体媒体または気体である)表面上の金属電子の集団励起の物理的現象である。この界面(本明細書の他の部分では「表面」とも呼ぶ)上の入射光の特定の偏光(横方向磁気、または「TM」偏光)と「プラズモン共鳴角度」と呼ばれる角度により、入射光エネルギーと界面に平行に伝播する表面波(「表面プラズモン」と呼ばれる)との結合により反射される共鳴現象が発生する。この物理的現象は、表面で反射された光の強度の低下に反映される。この励起が起こるのは、表面への入射角が全反射(これは、照射光が光学指数n1の屈折力の大きいほうの媒体から光学指数n2の屈折力の小さいほうの媒体(n1>n2)へと入射する場合にのみ存在しうる)の臨界角度以上の場合のみである。この場合、表面プラズモンは金属表面の誘電媒体側の光学的厚さを「検知」することになり、この光学的厚さとは、反射率に厚さを乗じたものと定義される。これらの条件が合わされると、その表面はプラズモン効果を発生しやすいということができる。

一般に入射光は、ある入射角に応じて、その面のうちの1つが金属層で被覆されたチップ(先行技術では一般にプリズムであり、これは感応面での光結合のための最も単純な方法であるからである)の側面の1つに到達し、前記入射光は、それがプリズムに入る際に屈折し(プリズムを構成する媒体とそこに入る前の光学的媒体、一般に空気、との間の光学指数の差による)、前記金属表面で反射される。この構成は当業者の間で、Kretschmann構造(E.Kretschmann,The dtermination of the Optical Constants of Metals by Excitation of Surface Plasmons,Z Physik 241:313−324(1971))としてよく知られている。プリズムの代わりに光結合のための回折構造体を用いた場合にも、同様の構造が存在する(“Surface Polaritons”,eds.Agranovich and Mills,North Holland Pubi.Comp.,Amsterdam,1982に記載されているH.RaetherのRaether構造)。

SPR現象により、生体分子間相互作用の観察も可能となる。この場合、リガンドがプリズムの金属表面上の所定の領域に事前に固定化される。それゆえ、その後、これらのリガンドに他の分子を付着させると、前記所定の領域のレベルで光学的厚さが局所的に変化し、したがって、共鳴条件の変化および、したがって共鳴角度のシフトが起こる。このシフトは、一次近似として、リガンドと相互作用するようになった生体材料の量に比例する。それゆえ、小さな分子は入射角を小さくシフトさせ、その一方で、より大きな分子はより大きな角度シフトをもたらす。共鳴現象に関連する光反射率の変化の観察により、生体分子間相互作用とその経時的変化を、所定の領域のレベルで検出し、測定することが可能となる。

これに加えて、その他の光学的方法によっても、このような現象をラベル付けせずに実行することが可能となるが(共鳴ミラー、干渉法、弾性表面波、水晶発振子マイクロバランス)、これらの技術には高額で産業実用には適さない機器が必要となる。

現在のSPRシステムは嵩張り、高価であり、実装が困難であり、したがって低コストで分析を行うことができない。実際に、現在販売されているシステムのほとんどは、複雑な測定方法を必要とし、表面における非常に精密な(事実上、点状の)領域の測定しかできない。複数の領域の平行した分析が可能な装置はきわめて複雑で、移動可能な機械的部品を有し、それゆえ、システムが嵩張り、使いにくい。

このような理由により、何年間にもわたり、有効で経済的な、使いやすいSPR光学装置の開発に向けた科学的研究が盛んに行われてきた。

文献、米国特許第5313264号明細書(Ivarsson et al)には、観察対象の表面を収束ビームで励起し、反射ビームの強度を検出器で観察する「角度」検出を用いるSPR装置が記載されている。しかしながら、この技術では、検出器を何台か並置しないかぎり、複数の領域を平行して観察することができない(基本的に「1点」分析について言及されている)。

文献、“Designing a curved surface SPR device,J.Rooney and E.A.H.Hall,Sensors and Actuators B114(2006) 804−811”は、凹状湾曲球面基板上の生体分子間相互作用の検出を可能にする装置を開示している。前記文献は、前記装置を8回並置することを提案しているが、装置の検出素子もまた8倍とされ、その結果、最終的な装置は高価で嵩張る。

文献、米国特許第6862094号明細書(Johansen et al)と米国特許第7576863号明細書(Weibel et al)は、角度検出ではなく、モノクロメータと白色光光源を利用する波長検出を用いるSPR装置を開示している。これらの装置により、複数の生体分子間相互作用を平行して観察できるが、可動部品を含むため、システムの保守作業、およびしたがって、使用者にとっての全体的なコストが増大する。

また、固定された入射角と固定された波長で、チップ上の所定の領域での生体分子間相互作用の変化を映像化し、モニタすることが可能なSPR装置もある。文献、米国特許第7678584号明細書(Guedon et al)、米国特許第7576863号明細書(Weibel et al)、米国特許第7551286号明細書(Tani et al)は、このようなSPR機器を提案している。これらの機器では、複数の相互作用を平行して分析できるが、可動部品を有するか、または部品が動かなければ相互作用の微細分析ができない。

さらに、前述の機器の何れにおいても、1つの同じチップ上で異なる大きさの生物学的種を同時に観察することは事実上不可能であり、これは、検出感度が検出対象の物体の大きさに依存するが、1つの同じ分析角度を、小さな分子(直径約数nm〜数十nm)と大きな要素、たとえば細菌(直径約数百nm〜数μm)の両方を検出するように最適化することができないからである。これに加えて、現在利用可能なシステムの設計によって固定される角度測定ダイナミクスでは、性質または濃度が大きく異なる生物学的種を観察するのに十分な柔軟性を持つことができないという事実がある。実際に、チップ上の各々の所定の領域における生体分子間相互作用を観察するための最適な角度位置は異なる可能性があり、(少なくとも)3種類のパラメータ、すなわち(i)捕捉対象の生物学的な種の固定化に使用される界面化学の種類、(ii)そのように形成された所定の分析領域の(光学的)厚さ、(iii)固定化された種と相互作用しうる標的の種類(たとえばリガンド)と関連性がある。

それゆえ、最適なプラズモン感度、およびその角度測定ダイナミクスは、特定の先行技術の装置では実現不能であるか、またははるかに高度で高価な分析戦略、すなわち、移動する可動部品、または、何度も調整をしなければならず、装置を制御および使用しにくくするようなより複雑なイメージングシステムの設定が必要となる。

さらに、前述の装置はすべて、その製造工程から高額となるチップを使用する。さらに、装置の大多数が「1点」用装置であるため、分析地点当たりの価格も高い。

さらに、先行技術では文献、国際公開第2009/021964A2号パンフレット(Maccraith et al)を挙げることもでき、これは、蛍光により分析対象物質を検出するための光学的プラットフォームを開示している。前記文献においては、網目状に構成された放物面形状の突起の上側平面を金属フィルムで被覆し、次に、生物学的な種で機能化する。次に、突起の放物面形状によって生成されるプラズモン効果により蛍光信号を励起し、これによって臨界角度以上の前記金属フィルムで被覆された平面上での入射ビームを得ることが可能となる。

しかしながら、前記文献では、プラズモン共鳴波自体の特徴から直接得られる情報がない。さらに、有効検出面は金属フィルムで被覆された平面であるため、正確な角度θでの分析しか実行できない。

最後に、先行技術においては、その表面にナノ構造を有するチップについて開示している文献も数多く存在し、その中のいくかは、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)の物理的現象を利用している。たとえば、文献、“Grating coupler integrated photodiodes for plasmon resonance based sensing,B.Turker et al.,Conference on lasers and Electro−Optics 2011”は、その表面に周期的な網目状構造に従って配置されたナノ構造を有するバイオチップを開示している。このナノ構造の網目状構造は、網目状構造の金属/誘電体界面のプラズモン波に入射光を結合させるために使用される。文献、“Localised plasmons in gold photonic nanocavities,S.Coyle et al.,Quantum Electronics and Laser Science Conference 2002”は、その一部において、金微小共振器を有するナノ構造表面を開示している。これらの金微小共振器には、SPR現象とは異なる局在表面プラズモン共鳴(LSPR)という物理的現象が関わり、それがプラズモン信号の増幅につながる。

それゆえ、上記の2件の文献では、ナノメートルレベルの網目状構造とキャビティの製造が難しいだけでなく、光ビームの入射角にしたがって金属層の反射率の変化を評価するために可動部品を使用する必要がある。

したがって、可動部品を持たず、使いやすく、複数の相互作用を平行して分析でき、適当で、最適化された測定感度を有する、小型で経済的なSPR装置が実際に求められている。

本願の発明者は、特別な構成を有する微細構造チップを含むSPR分析用装置によって、これらの要求事項を満足できることを発見した。

「チップ」または「微細構造チップ」という用語は、後述の説明文中、区別なく使用される。

「放射」または「ビーム」という用語は、後述の説明文中、区別なく使用される。

図1は、本発明の各種の実施形態のキャビティの断面図を示す。

図2は、本発明の各種の実施形態による突起の断面図を示す。

図3は、マトリクスの形態で配置されたキャビティを有する、本発明による微細構造チップを示す。

図4は、X軸に沿った溝の形態で配置されたキャビティを有する、本発明による微細構造チップを示す。

図5は、コリメート偏光単色入射放射により照射された、傾斜のないキャビティの断面図を示す。

図6は、コリメート偏光単色入射放射により照射された、角度βで傾斜されたキャビティの断面図を示す。

図7は、突起と底面との間の平面を分離する距離が異なる、本発明の1つの実施形態によるチップを示す。

図8は、キャビティ間表面と底面との間の距離が等しい微細構造チップを含む装置を示す。

図9は、キャビティ間表面と底面との間の距離が異なる微細構造チップを含む装置を示す。

図10は、観察された各種の角度範囲の代表的なプラズモン曲線を示す(傾斜なし)。

図11は、観察された各種の角度範囲の代表的なプラズモン曲線を示す(傾斜あり)。

図12は、本発明による微細構造チップの3つのキャビティのカメラ画像の例を示す。

図13は、16のキャビティを含み、そのうちの少なくとも1つがそれ以外と異なるような、本発明によるチップを示す。

図14は、入射角θに関する反射率を示す。

図15は、大腸菌を、この細菌専用のリガンドで機能化された突起に付着させる前と付着させた後のプラズモン曲線を示す。

図16は、志賀毒素を、志賀毒素専用のリガンドで機能化された突起に付着される前と付着させた後のプラズモン曲線を示す。

図17は、チップがプリズムに接合された1つの実施形態によるチップの断面図を示す。

微細構造チップ 本発明の第一の主題は、表面プラズモン共鳴(SPR)分析用の微細構造チップであり、これは底面と、少なくともその一部が金属層で被覆された上面と、少なくとも1つの側面と、からなる固体の形態であり、 − 前記上面には、分析対象の種を受け取るように意図された、少なくとも1つのキャビティおよび/または少なくとも1つの突起から選択される、マイクロメートルサイズの少なくとも2つの領域が設けられ、前記領域は平面によって相互に分離され、 − 前記領域の少なくとも1つがそれ以外のものとは異なる ことを特徴とする。

「微細構造チップ」という用語は、分析対象の種を受け取るように意図された、マイクロメートルサイズの領域を有するチップを意味するものとする。それゆえ、チップが必ずしもマイクロメートルサイズとは限らず、マイクロメートルサイズである領域を含む。

「マイクロメートルサイズの領域」という用語は、3つのうちの少なくとも2つの寸法がマイクロメートルサイズである領域を指すように意図され、前記マイクロメートルサイズは、1μm〜1000μm、好ましくは10μm〜500μmの範囲である。

したがって、領域の第三の寸法は必ずしもマイクロメートルレベルとは限らず、たとえば1mm〜20mm、好ましくは1mm〜10mmの距離を示すことができる。

本発明による領域は、キャビティおよび/または突起の形態の特定の形状を示し、これについては後述する。プラズモン効果が観察されるのは、これらの領域のうち、金属層で被覆されたレベルである。

本発明によれば、チップは2〜500,000、好ましくは10〜10,000、より好ましくは25〜400の領域を含む。

本発明によれば、上面の少なくとも一部が金属層により被覆される。これは、有効検出面(以下、感応面とも呼ばれる)を表す。

本発明によれば、マイクロメートルサイズの少なくとも2つの領域が、少なくとも1つのキャビティおよび/または少なくとも1つの突起から選択されて、金属層で被覆される。

1つの特定の実施形態によれば、チップの上面は完全に金属層で被覆される。

それゆえ、上記の実施形態と組み合わせた1つの特定の実施形態によれば、領域だけでなく、前記領域を分離する平面もまた、分析対象の種を受けるように意図される。

以下の説明をしやすくするために、正規直交座標系(XYZ)が使用され、この中では領域を分離する補遺面は平面(XY)に平行であり、Z軸は下方に向かう。

「平面」という用語は、いくつかの欠陥を示しうる平坦な、または実質的に平坦な表面を意味するように意図される。

分析対象の種を受けるように意図される2つの領域を分離する平面は、領域間表面と呼ばれる。それゆえ、以下の用語は、区別なく使用される。平面または領域間表面、またはその他領域間平面。より具体的には、 − 平面がキャビティである2つの領域を分離する場合は、キャビティ間表面という用語が使用され、 − 平面が突起である2つの領域を分離する場合は、突起間表面という用語が使用され、 − 平面が、キャビティである領域と突起である他の領域を分離する場合、キャビティ突起間表面という用語が使用される。

1つの実施形態によれば、領域はチップの上面にマトリクスの形態で配置される。それゆえ、平面は、X軸とY軸の両方に沿って領域を分離する。

他の実施形態によれば、領域はチップの上面に沿った連続する溝の形態で配置される。それゆえ、この実施形態によれば、平面は、X軸上またはY軸に沿って領域を分離する。

1つの実施形態によれば、領域は、Y軸に沿って距離Dだけ、X軸に沿って距離D’だけ、平面(すなわち、領域間表面)によって分離され、DとD’は、0μm(XまたはY軸の一方に沿った連続する溝の場合)〜5mm、好ましくは50μm〜5mm、好ましくは200〜1000μm、特に好ましくは300〜700μmである。

1つの実施形態によれば、領域は、10μm〜25,000μm、好ましくは50μm〜5000μm、より好ましくは100μm〜1000μmの中心間CTC距離だけ分離される。

1つの実施形態によれば、複数の平面は面(XY)な平行な複数の面内にあり、すると上面は階段状となる。

他の実施形態によれば、複数の平面は同じ面(XY)内にある(すなわち、Zが一定)。

「前記領域の少なくとも1つはそれ以外のものと異なる」という表現は、以下を意味する。 − 少なくとも1つの領域が、チップの他の領域と比較して異なる性質を有する、および/または − 少なくとも1つの領域が、チップの他の領域と比較して異なる寸法を有する、および/または − 少なくとも1つの領域が、チップの他の領域と比較して異なる方位を有する、および/または − チップの領域間表面と底面との間の少なくとも1つの距離が、チップの他の領域間と底面の距離とは異なる。「チップの領域間表面と底面との間の距離」という用語は、チップの高さ、すなわち、領域間表面と底面または底面の延長線をつなぐ垂線の長さを指す。

「異なる性質」と言う用語は、キャビティの形態である領域か突起の形態である領域の何れかを意味するように意図される。

「異なる寸法」という用語は、たとえばそれ以外の領域とは、長さLが異なる、および/または幅Wが異なる、および/または直径dが異なる、および/または平均曲率半径Rが異なる領域を意味するように意図される。

それゆえ、領域Z1が他の領域Z2と同じ形状を有する(たとえば、Z1とZ2が長方形で、Z1は幅W1と長さL1を有し、Z2は幅W2と長さL2を有する)が、異なる寸法(たとえば、W1=W2かつL1

「異なる方位」という用語は、隣接する平面に関して角度β1’の傾斜を示し、そのチップの、角度β2’の傾斜を有する他の領域Z2’とは異なる領域Z1’を意味するように意図され、角度β1’≠β2’である。

それゆえ、1つの実施形態によれば、チップにはキャビティである領域のみ提供される。この場合、領域は同じ性質であるため、当然のことながら、キャビティの少なくとも1つはそれ以外のものとは異なる寸法、および/またはそれ以外のものとは異なる方位、および/またはそのチップのキャビティ内面と底面との間の距離の少なくとも1つが異なる。

他の特定の実施形態によれば、チップには、突起である領域だけが提供される。この場合、領域は同じ性質であり、当然のことながら、突起の少なくとも1つはそれ以外のものとは異なる寸法、および/またはそれ以外のものとは異なる方位を有し、および/またはチップの突起間表面と底面との間の距離の少なくとも1つが異なる。

最後に、また別の特定の実施形態によれば、チップには、少なくとも1つがキャビティであり、他が突起である領域が設けられる。この特定の実施形態において、1つの領域はそれ以外のものから、その性質だけが異なる。

1つの実施形態によれば、チップが少なくとも1つのキャビティと少なくとも1つの突起を含む場合、キャビティおよび/または突起の少なくとも1つは、それ以外のものとは異なる寸法、および/またはそれ以外のものとは異なる方位を有し、および/または突起間および/またはキャビティ間、および/またはチップのキャビティ突起間表面と底面との間の距離が異なる。

「キャビティ」という用語は、チップの上面のへこみを意味するように意図され、前記へこみは2つの平面(また、領域間表面とも呼ばれる)の間にある。

キャビティは、三次元(XYZ座標系)または二次元(1つの面内に断面がある)の何れかで画定することができる。

それゆえ、「キャビティ」という用語には、すべての座標が前記キャビティに隣接する2つの領域間平面を接続する想像上の平面内にあるような体積が付与される。

キャビティはしたがって、面(YZ)で説明される。

それゆえ、面(YZ)で説明される本発明によるキャビティは、平均曲率半径Rの少なくとも1つの曲線および/または少なくとも1つの直線によって定義される。

キャビティが1つの曲線だけで定義される場合、この曲線は必然的に凹状(すなわち、曲率半径は−Z軸に沿う)となる。

キャビティが少なくとも1つの曲線と少なくとも1つの直線で定義される場合、この曲線は凹状または凸状(すなわち、曲率半径は+Z軸に沿う )の何れかでありうる。

1つの特定の実施形態によれば、キャビティは1つの曲線により分離される2つの直線によって定義される。

上記の実施形態と組み合わせた1つの特定の実施形態によれば、2つの直線が平行である。

上記の実施形態と組み合わせることのできる他の実施形態によれば、2つの直線は異なる寸法を有する。

「突起」という用語は、チップの上面の突出を意味し、前記突出は2つの平面(また、領域間表面とも呼ばれる)の間にある。

突起は、三次元(XYZ座標系)または二次元(断面が1つの面内にある)で定義することができる。

それゆえ、「突起」という用語には、その座標のすべてが、前記突起に隣接する2つの領域間平面をつなぐ想像上の面より上の体積が付与される。

突起はしたがって、面(YZ)で説明される。

それゆえ、本発明によれば、面(YZ)で説明すると、曲率半径Rを有する少なくとも1つの曲線および/または少なくとも1つの直線によって定義される。

突起が1つの曲線によってのみ定義される場合、曲線は必然的に凸状(すなわち、曲率半径は+Z軸に沿う)となる。

突起が少なくとも1つの曲線と少なくとも1つの直線によって定義される場合、この曲線は凹状(すなわち、曲率半径が−Z軸に沿う)または凸状の何れかでありうる。

1つの特定の実施形態によれば、突起は1つの曲線により分離される2つの直線によって定義される。

上記の実施形態と組み合わせた1つの特定の実施形態によれば、2つの直線は平行である。

上記の実施形態と組み合わせることのできる他の実施形態によれば、2つの直線は異なる寸法を有する。

それゆえ、1つの特に好ましい実施形態によれば、面(YZ)で説明されるチップの領域(キャビティおよび/または突起)は、平均曲率半径Rを有する曲線(キャビティの場合は凹状、突起の場合は凸状)によってのみ定義され、曲率半径Rは0.1mm〜600mm、好ましくは0.3mm〜300mmである。

たとえば、半球形、半楕円形、または半円柱形(座標系(XYZ)のキャビティおよび/または突起から成ってもよい。

1つの好ましい実施形態によれば、キャビティおよび/または突起は座標系(XYZ)において半円柱形である。

1つの特定の実施形態によれば、領域の(すなわち、キャビティおよび/または突起の)曲率半径は面(XY)に垂直、すなわちZ軸に沿っている。

他の実施形態によれば、領域の曲率半径は面(XY)に垂直ではない(すなわち、キャビティおよび/または突起は傾斜する)。

本発明によれば、チップの底面は平面または曲面でも、または隆線または頂点でもよい。

1つの好ましい実施形態によれば、チップの底面は平面であり、好ましくは平面(また領域間表面とも呼ばれる)に平行である。

上記の実施形態と組み合わせることのできる他の実施形態によれば、複数の平面が同じ面(XY)内にある。換言すれば、底面が前記平面に平行であると、平面とチップの底面との間の距離は同じである。この場合、上面は底面と平行と言われる。

他の実施形態によれば、複数の平面が面(XY)に平行な複数の平面内にある。換言すれば、底面が前記平面と平行であると、平面とチップの底面との間の距離は異なる(上面は階段状の形態となる)。

本発明によれば、チップの側面は平面(チップの底面および/または上面に対して垂直または垂直でない)でも曲面でもよい。

1つの好ましい実施形態によれば、チップの側面は平坦である。

他の好ましい実施形態によれば、チップの少なくとも1つの側面は、底面および/または上面に対して垂直である。

本発明の1つの特定の実施形態によれば、チップは先行技術からよく知られたプリズムに接合される。

それゆえ、1つの特定の実施形態によれば、チップは平行六面体の形状である(すなわち、同じ面(XY)内の平面と前記平面に平行な底面を有するチップ)。この実施形態によれば、側面の高さは約0.1mm〜20mm、好ましくは1mm〜10mmの小さな寸法を有する。

「分析対象の種」という用語は、たとえば材料、気体または生物学的な種、たとえば一本鎖または二重鎖DNA、蛋白質、細菌、毒素、ウイルス、マイコプラズマ、化学物物質、または他の生物学的または化学的種と相互作用しうるその他のあらゆる生物学的または化学的種を意味するように意図される。

1つの好ましい実施形態によれば、分析対象の種は生物学的な種であり、たとえば病原菌、たとえばサルモネラ属菌、リステリアモノサイトゲネス、クロストリジウム・ディフィシル、またはカンピロバクター属菌である。

本出願の発明者は、本発明によるチップを使用することによって、志賀毒素を生成する大腸菌(STEC)株を有利に観察できることを証明しており、これは、それによって大型分子(細菌自体)だけでなく、それが生成する小型の毒素も同時に分析できるからである。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、キャビティおよび/または突起は、各種の生体マーカ特定のモノクローナル抗体で機能化される。

図1は、各種の実施形態によるキャビティの、面(ZY)に沿った断面を示す。これらの図面の各々において、キャビティは、キャビティに隣接する2つの平面をつなぐ、破線で示される想像上の直線(または体積の場合はXYZ座標系の中の想像上の面)より下に(プラスのZ)そのすべての点があるような面(XY)内の表面によって(またはXYZ座標系内の体積によって)次のように表される。 − a)の場合、キャビティは曲率半径Rの凹状曲線(すなわち、−Z軸に沿って曲率半径を有する)のみによって定義される、 − b)の場合、キャビティは曲率半径Rの凹状曲線によって分離される2つの平行な直線によって定義される、 − c)の場合、キャビティは曲率半径Rの凸状曲線(すなわち、+Z軸に沿って曲率半径を有する)により分離される2つの直線によって定義される。

図2は、各種の実施形態による突起の、面(ZY)に沿った断面を示す。これらの図の各々において、突起は、突起に隣接する2つの平面をつなぐ、破線で示される想像上の直線(または体積の場合はXYZ座標系の中の想像上の面)より上に(マイナスのZ)そのすべての点があるような面(XY)内の表面によって(またはXYZ座標系内の体積によって)次のように表される。 − a)の場合、突起は曲率半径Rの凸状曲線(すなわち、+Z軸に沿って曲率半径を有する)のみによって定義される、 − b)の場合、突起は曲率半径Rの凸状曲線によって分離される2つの平行な直線によって定義される、 − c)の場合、突起は曲率半径Rの凹状曲線(すなわち、−Z軸に沿って曲率半径を有する)により分離される2つの直線によって定義される。

図3は、微細構造チップ3を示しており、その上面4はキャビティ間平面を含み、チップ3の底面5に平行である。上面4は金属層2によって被覆され、分析対象の種を受けるように意図された、プラズモン効果を発生させやすいキャビティ1が設けられている。

図3において、キャビティ1はY軸に沿って距離Dだけ、およびX軸に沿って距離D’だけ、平面(または、キャビティ間表面とも呼ばれる)によって相互から離間される。

微細構造チップ3は、光を伝播できるどのような種類の材料で作製することもできる。たとえば、ガラス、水晶またはプラスチックを挙げることができる。

1つの好ましい実施形態によれば、コスト面から、チップ3はプラスチック、たとえばPMMA(ポリ(メチルメタクリレート))、PC(ポリカーボネート)、PS(ポリスチレン)、SU−8(エポキシ系ネガ型感光樹脂)またはPDMS(ポリジメチルシルコキサン)で作製される。

1つの特定の実施形態によれば、チップがプリズムに接合される場合、これはプリズムのそれとは異なる材料で作製されてもよい。

チップ3の上層4(および特にキャビティ1)を被覆する金属層2は、金、銀、プラチナ、またはアルミニウム等の各種の金属で作製できる。

1つの好ましい実施形態によれば、金属層2は金で作製されるがこれは、その耐食特性が非常に優れているからである。

金属層2の厚さは10〜200nm、好ましくは30〜100nm、さらにより好ましくは40nm〜50nmである。

上記の実施形態と組み合わせた他の実施形態によれば、クロムの薄い層をチップ3の上面4への金のための前処理層として使用する。

図4は、本発明による微細構造チップの上面を示しており、これは完全に金属層2で被覆され、前記微細構造チップにはX軸に沿った溝の形態で配置されたキャビティが設けられ、それによって4つの列C₁〜C₄が形成されている。図4において、dは溝の径を示し、CTCは2つの連続する溝間の中心間距離を示す。

本発明によるチップによって、各領域(すなわち各キャビティおよび/または突起)の感度を調整して、違いの大きい生物学的な種を観察できるようにすることが可能である。

1つの実施形態によれば、前記領域の少なくとも1つは、それ以外のものと異なる曲率半径を有する。図5は、チップ3の(金属層2で被覆された)曲面キャビティ1を示した図3の拡大断面を図示し、これに入射角θの、TM偏光による線形偏光コリメート単色ビームが照射される。

キャビティは、(XYZ座標系において)半円柱形であり、その表面は図3と5の(面ZY内の)1つの曲線によって定義され、その曲率半径Rと2つの半角α(それゆえ、全角2αを画定する)により特徴付けられる。

曲率半径Rと半角αはそれゆえ、弦dの長さ、または前記キャビティの直径を画定する。

感応面(またはキャビティ1)での反射によって、2つの端AとCでの入射角はそれぞれ、コリメートビームの平均入射角をθとして、θ₁=θ+2α、θ₂=θ、θ₃=θ−2αとなる。それゆえ、前記キャビティ1によって反射されるビーム(点Aについてはθ₁、点Bではθ₂、点Cではθ₃)の角度幅Δθ(Δθ=θ₁−θ₃)は4αと等しく、その中心は角度θmean(図5の角度θ₂に対応する)にある。

本発明によるチップの各キャビティおよび/または突起の曲率半径Rの選択は肝要であり、それは、これが重要な物理的パラメータ(チップの光学指標n_p、外部誘電媒体の光学指標n_e、コリメートビームの入射角θ、分析したい生物学的種の大きさ)および各キャビティおよび/または突起に関する測定の角度と角度ダイナミクスに応じて決まるからである。

「測定の角度ダイナミクス」という表現は、分析中に視覚化可能な角度範囲を意味するように意図される。

「感度」という用語は、感応面上で測定可能となる光学的厚さの最小変化を意味するように意図される。

実際に、曲率半径が非常に大きいと、面に近付くため、角度θ₁とθ₃は非常に近くなる(分析角度範囲Δθはしたがって、非常に小さくなり、この構成は小さな分子の分析に特に適した(すなわち、良好な感度を有する)構成となる。逆に、曲率半径が非常に小さいと、より低いが、大型分子の分析にはより適していることが明らかな測定角度でプラズモン曲線全体を観察することが可能となる。

上記の実施形態と組み合わせることのできる他の実施形態によれば、前記領域の少なくとも1つは、角度βの傾斜を示す。

この実施形態によれば、曲率半径はZ軸に関して偏向される。

図6は、チップ43の曲面キャビティ41(その上面は金属層42によって被覆される)の拡大断面図を示し、これは角度βの傾斜を示し、横方向磁気TM方向にしたがって線形偏光された平均入射角θの単色コリメートビームによって照射される。

感応面(この場合、キャビティ)が、感応面の、キャビティ間平面に平行な面として定義される平均平面の垂線に関してβ傾斜している場合、反射光線の角度幅Δθは依然として4αと等しいが、今度はこの中心の平均角度はγ’_mean(図6のθ’₂で示される)であり、凹面ではγ’_mean=θ−2βとなる。

1つの実施形態によれば、角度βは以下のように定義される。0°<β≦80°、好ましくは15°≦β≦45°。

それゆえ、本発明によれば、領域の各々について、(曲率半径の選択の結果として)観察される角度幅およびこの角度範囲の平均角度(すなわち、キャビティが傾斜しているか否かに応じて、図5と6に示されるθ₂またはθ’₂)の両方を調整することが可能であり、それゆえ、同じ実験中に同じチップ内の各種の種に関する測定角度を調整することが可能となる。

それゆえ、1つの特定の実施形態によれば、領域の少なくとも1つは、チップのそれ以外の領域と比較して、異なる曲津半径と異なる方位を有する。

上記の実施形態と組み合わせることのできる他の実施形態によれば、底面と領域間表面との間の少なくとも1つの距離は、それ以外のものと異なる。

図7はチップ33を示し、その上面44は金属層22で被覆され、湾曲形状の突起11が設けられている。チップ33の側面(55、66)は底面77と平面に対して垂直である。突起11の間の平面(すなわち、突起間表面)と底面77を分離する距離はすべて相互に異なっており、d4

他の特定の実施形態によれば、領域のうちの少なくとも1つがそれ以外のものと異なる性質であり、および/またはそれ以外のものと異なる角度βの傾斜を示し、および/または底面を領域間の平面から分離する少なくとも1つの距離がそれ以外のものと異なる場合、領域は同じ寸法であってもよく、またたとえば、同一の曲率半径Rを有していてもよい。

実際に、本発明によれば、1つのみのパラメータが領域間で異なっていれば十分である(性質、寸法、底面と領域間平面との距離)。本発明によるチップは、様々な方法で製造することができ、これは当然、チップを製造するステップと、それに続き、少なくとも1の薄い金属層を堆積させるステップを含む。

製造方法の中では、高圧注入、直接的な機械加工、箔押し、プラズマエッチング、フォトリソグラフィまたはレーザアブレーションを挙げることができる。

薄い金属層を堆積させる方法の中では、スパッタリング、真空蒸着法、または冷間成膜法を挙げることができる。

冷間成膜法は、特にプラスチック製支持手段の場合に有用であり、これはプラスチックが高温に耐えられないからである。

分析装置 図8と9は、前述の微細構造チップを含む測定装置の異なる実施形態を示す。

それゆえ、本発明の他の主旨はSPR分析用装置であって、 − 入射ビームを生成するように意図された光源7と、 − 任意選択的に設置可能な光学的コリメーションシステム8と、 − 偏光システム6と、 − 前記入射ビームの光路内に設置された、前述の微細構造チップ(3、33、43、53、63)と、 − 任意選択的に設置可能な光学的イメージングシステム(9,69)と、 − 検出器(10、70)と、 を含む。

1つの実施形態によれば、入射ビームのエネルギーとチップの金属表面の表面波の間の結合がチップ自体によって行われる。

他の実施形態によれば、結合手段はプリズム、導波管、または回折構造体である。

それゆえ、1つの特定の実施形態によれば、結合がプリズムによって行われる場合、本発明によるチップは前記プリズムに、チップの底面がプリズムの、金属表面を持たない上面と接触するように、当業者の間でよく知られている方法であるインデックスマッチングオイルによって接合される。

他の実施形態によれば、チップは導波管に接合される。

また別の特定の実施形態によれば、チップは回折構造体に接合される。

本発明によれば、光源7は、たとえば水銀灯、白熱灯、レーザダイオード、レーザ、発光ダイオード(LED)、または誘起発光ダイオード(OLED)であってもよい。

1つの好ましい実施形態によれば、光源7は単色LEDである。「単色」という用語は、その高さ方向中間部の幅が40nmを超えないLEDを意味するように意図される。

本発明によれば、たとえば、視覚範囲または近赤外(IR)範囲等、各種の波長範囲を使用できる。

1つの好ましい実施形態によれば、790〜825nm(近IR)の波長が使用される。

本発明によれば、ビームはコリメートされてもよい。これを行うために、当業者の間でよく知られた各種の技術を使用してもよい。

たとえば、光学的コリメーションシステム8として、光源7から発せられた光を直径Φの穴に焦点を絞ることが可能な第一の収束レンズを利用してもよく、前記穴は収束レンズの焦点面にあり、それによってコリメートビームの生成が可能となる。

1つの実施形態によれば、光学コリメーションシステム8は光源7と一体化される。

本発明によれば、偏光システム6によって、横方向磁気(またはTMまたは偏光−p)モードで動作させることができる。

たとえば、直線偏光子または偏光スプリッタキューブを挙げることができる。

1つの好ましい実施形態によれば、偏光システム6はTM偏光からTE(横方向電気)偏光へと、およびその逆に容易に切り替えることができる。

部品が少しも移動しないようにするために、これは電流と電圧により制御される液晶ストリップを使って実行できる。

本発明によれば、検出器(10、70)は、CCDまたはCMOSカメラであってもよく、または光検出器マトリクスであってもよい。

1つの好ましい実施形態によれば、カメラは8、10、12または16ビット、好ましくは10または12ビットで動作する。

1つの実施形態によれば、装置はまた、光学イメージングシステム(9、69)を含み、それによって検出器(10、70)上に微細構造チップ(3、33、43、53、63)の画像を生成することができる。

光学イメージングシステム(9、69)は、微細構造チップから生じる放射のすべてを受けるように十分に開口していなければならない。さらに、光学イメージングシステム(9、69)は、微細構造チップの2つのキャビティまたは突起の画像が検出器(10、70)上の2つの異なる位置に対応するように選択される。

最後に、有利な態様として、光学システムは検出器(10、70)上の有効画素数を最大限にする拡大機能を有する。

光学イメージングシステム(9、69)の例としては、無限焦点式に取り付けられた2つの平凸レンズを挙げることができる。

本発明によれば、入射放射がチップに入る面は入射面と呼ばれ、感応面により反射された放射が出る面は射出面と呼ばれる。

図8では、光源7は単色入射放射を放出し、これはコリメーションシステム8によってコリメートされ、偏光子6によって偏光されてからチップ53の入射面54(金属層52により被覆されている)にある入射角で到達する。放射はチップ53に入射する時に屈折し、キャビティ51で反射されることになる。

イメージングシステム9は前記チップ53の射出面57の後に配置され、これによって、反射放射の強度を収集し、照射された突起51の画像を検出器10の上に生成することができる。

図9に示される装置はチップ61(金属層62で被覆される)を含み、その側面は底面に垂直であり、キャビティ61を底面から分離する表面間の距離は相互に異なる。

図9は、光源(図9では示されていない)から放出された入射放射が入射面64(側面に対応する)に垂直に到達し、それがチップ63を通過する時に偏向せず、各種のキャビティ61のすべてを照射する実施形態を示している。

イメージングシステム69と検出器70は、この実施形態では前記チップ63の底面に対応する射出面67の後に配置され、それゆえ、これによって反射放射の強度を収集して、照射されたキャビティ61の画像を生成することができる。

1つの実施形態によれば、光学イメージングシステム(9、69)は、マイクロレンズのマトリクスの形態でチップ(53、63)の射出面(57,67)に直接組み込むことができる。

1つの好ましい実施形態によれば、コリメーションシステム8と、任意選択的に設置可能な偏光子6が入射面(54、64)に固定され、および/または光学イメージングシステム(9、69)と検出器(10、70)が射出面(57、67)に固定される。

測定方法 本発明の他の主題はSPR測定方法に関し、これは、 − (i)微細構造チップの入射面から、少なくとも1つのキャビティおよび/または少なくとも1つの突起から選択された少なくとも2つの領域の感応面に、事前に偏光され、任意選択的にコリメートされた単色入射ビームを照射することにより、および(ii)前記領域の少なくとも2つの感応面によって反射され、射出面から出た放射の強度を同時に検出することによって、初期状態を検出するステップと、 − 少なくとも1種の流体を前記流域の少なくとも2つの感応面と接触させるステップと、 − 前記領域の少なくとも2つの、前記流体を含む感応面に、微細構造チップの入射面から、事前に偏光され、任意選択的にコリメートされた単色入射ビームを照射し、前記領域の少なくとも2つの感応面によって反射され、射出面から出た放射の強度を同時に検出して、前記領域の少なくとも2つにおける光学的厚さの変化をリアルタイムで継続的にモニタするステップと、 を含む。

本発明の別の主題はSPR測定方法に関し、これは、 − 前述の微細構造チップの、金属層で被覆された上面にリガンドを固定化するステップと、 − (i)微細構造チップの入射面から、少なくとも1つのキャビティおよび/または少なくとも1つの突起から選択された少なくとも2つの領域の感応面に、事前に偏光され、任意選択的にコリメートされた単色入射ビームを照射することにより、および(ii)前記領域の少なくとも2つの感応面によって反射され、射出面から出た放射の強度を同時に検出することによって、初期状態を検出するステップと、 − 少なくとも1種の流体を前記微細構造チップの前記流域の少なくとも2つの感応面と接触させるステップと、 − 前記領域の少なくとも2つの、前記流体を含む感応面に、微細構造チップの入射面から、事前に偏光され、任意選択的にコリメートされた単色入射ビームを照射し、前記領域の少なくとも2つの感応面によって反射され、射出面から出た放射の強度を同時に検出して、前記領域の少なくとも2つにおける光学的厚さの変化をリアルタイムで継続的にモニタするステップと、 を含む。

本発明によれば、上面へのリガンドの固定化は、当業者の間で知られている各種の技術、たとえば化学的共有結合、または金属面へのピロールの電解共重合によって行うことができる。

「流体」という用語は、気体または流体を意味するように意図される。

本発明の1つの好ましい実施形態によれば、流体は少なくとも1種の生物学的な種である。

これらの測定方法は、表面上に固定化された分子の構造変化、分子間相互作用、流体(気体または液体)の光学指数、表面の品質(平行度、微細表面粗さ、成膜品質)または表面近傍の金属ナノビーズの存在を非限定的な方法で測定するのに適している。

これらの測定方法によれば、外部媒体の光学指標等の外部パラメータの測定も可能となり、それによって屈折の制限角度の数値まで観察することが可能となる。

1つの実施形態によれば、入射ビームはチップ63の入射面64から垂直に入る。

検出器(10、70)による角度範囲Δθ(またはΔθ’)の反射放射の強度の検出により、プラズモン曲線の全部または一部を生成することが可能となり、その主な関心対象領域は以下のとおりである。 − 最小プラズモン感度、 − 「プラズモンの立ち上がり」とも呼ばれる、感度が最大となる(すなわち、プラズモン励起が最大となる)角度範囲、 − 屈折の制限角度範囲内の領域(屈折系から全反射系に変化する部分)

図10と11は、異なる観察角度範囲を有する3つのキャビティおよび/または突起に関するプラズモン曲線を示している(第一のキャビティおよび/または突起の角度範囲は、図10ではΔθ₁、図11ではΔθ’₁、第二のキャビティおよび/または突起の角度範囲は、図10ではΔθ₂、図11ではΔθ’₂、第三のキャビティおよび/または突起の角度範囲は、図10ではΔθ₃、図11ではΔθ’₃である)。

図10は、β=0(傾斜なし)の場合の3つのキャビティ/突起の角度範囲を示し、図11は、β≠0(傾斜あり)の場合の3つのキャビティ/突起の角度範囲を示している。

図10において、すなわちβ=0(傾斜なし)の場合、観察対象の3つの角度範囲の中心は角度θにある。各範囲の幅は、各キャビティおよび/また突起の頂点の角度2αと曲率半径Rによって定義される。したがって、角度θの選択は、関心対象および可能なすべての範囲を観察する上で非常に重要である。それゆえ、観察対象の領域の曲率半径に応じて、プラズモン曲線の事実上大きな角度範囲を探索することが可能である。領域に傾斜βが全くない場合(図10にあてはまる)、この角度範囲は常に中心が同じ数値θにある。

図11において、すなわちβ≠0(傾斜あり)の場合、3つの角度範囲Δθ’₁、Δθ’₂、Δθ’₃の中心はそれぞれ、角度γ’₁、γ’₂、γ’₃にあり、前記角度γ’₁、γ’₂、γ’₃は、各々、異なる角度βにより定義される。この場合(傾斜あり)、角度範囲の中心は同じ数値とならない。

それゆえ、同じ角度の入射ビームでプラズモン曲線の様々な角度範囲を探索することが可能であり、それゆえ、入射ビームの角度を回転させるために通常用いられる可動部品を不要にすることができる。

他の実施形態によれば、測定方法はまた、チップのキャビティおよび/または突起の画像が生成されるステップも含む。

図12は、マトリクス検出器上の3つのキャビティおよび/または突起(図11のプラズモン曲線)の画像を示しており、明るい帯状部(薄いグレイ)間の暗い帯状部は領域間表面(すなわち、キャビティ間および/または突起間および/またはキャビティ突起間表面)を示し、これらは平面であるため、反射率が反対となる。

本発明によれば、それゆえ、光学システムの構造によって一定で変化しない(機械的部品が何れも移動しないため)入射角θがわかっているため、任意選択的に検出器の上に画像形成できる角度範囲Δθを選択し(曲率半径Rと角度αまたは曲率半径Rと直径dを選択することによる。なぜならαとdが曲率半径Rによって相互から推測可能であるため。)と、分析対象の様々な種に応じた微細構造の平均角度γ’_meanを選択する(傾斜βの選択による)凸面の場合γ’_mean=θ+2β)ことが可能となる。この選択は、キャビティおよび/または突起の各々について行うことができ、その結果、同じチップ上に固定化された数種類の種に適応させることができる。

同様に、上記の選択は、チップ上に事前に固定化させた種と相互作用するタイプの種に応じて行うこともでき、それゆえ、キャビティおよび/または突起の各々を検出対象の種に「適応させる」ことが可能となる。

それゆえ、本発明の他の主題は、生体分子間相互作用を測定するための本発明による装置の使用に関する。

本発明を、単に例示的で非限定黄な例を挙げて説明する。

実施例1:プロテインチップ−相互作用動力学における外部媒体の指数のリアルタイムでのモニタと補正 ポリカーボネート(PC)製の、16のキャビティを有する微細構造チップが図13に示されている。

プラズモン効果を発生させるために、厚さ48nmの金の層を前記チップの上面にスパッタリングにより成膜した。

TM偏光では、最低反射率は角度θ=28°付近で得られる。

16のキャビティは、直径d=500μm、長さL=500μmの半円柱面4×4個の規則的マトリクスにしたがって分散され、各々が1mmの中心間(CTC)距離だけ離間されている。

4種類の種を、関心対象のリガンドで機能化したポリピロールフィルムの電解共重合によって共有結合的に固定化した。

それゆえ、キャビティ内には以下の種が存在する。 − ラインL₁:モノクローナル抗マウス抗体 − ラインL₂:ヒト柔毛膜性ゴナドトロピンホルモン(hCG、数種の腫瘍病理においてバイオマーカとして含められる)に対するマネクローナル抗体 − ラインL₃:バクテリウム属リステリアモノサイトゲネスに対するモノクローナル抗体 − ラインL₄:BSA(ウシ血清アルブミン)

チップに偏光コリメート単色入射放射を照射し、キャビティにより反射される放射の強度をCMOS検出器で検出する。

列C₁、C₂、C₃の半円柱面の曲率半径は9.5mm(プラズモン曲線上で約3°での角度観察領域Δθ_aと等しい)であり、列C₄のキャビティの曲率半径は1.9mm(約15°の角度観察領域Δθ_bと等しい)である。角度範囲Δθ_aとΔθ_bはそれぞれ図10の角度範囲Δθ₁とΔθ₃に対応する。

hCGプロテインを含む、光学指標が不明な液体をチップのキャビティと接触させる。ラインL₂のキャビティでの時間に関する信号の特徴的変化を観察するが、抗hCGモノクローナル抗体では特異な相互作用が起こるが他の固定化されたプロテインでは起こらないため、それ以外では観察しない。

さらに、(L₂、C₄)にあるキャビティの曲率半径は、プラズモン曲線全体を検出器上で視覚化できるような曲率半径を有するため、屈折の制限角度の角度値を容易に決定でき、それゆえ、液体媒体の不明な指標を推測することが可能である。

この指標がわかれば、(L₂、C₁)、(L₂、C₂)、(L₂、L₃)にあるキャビティ上の信号の変化は、外部媒体に関連する信号の変化を、hCGプロテインを抗hCGモノクローナル抗体に付着させたことに関連する信号の変化から分離することによって、正確に推測できる。

実施例2:志賀毒素生成大腸菌観察チップ この例では、食品加工業界から得た標本中の志賀毒素生成大腸菌(STEC)の存在を観察した。

この分類の細菌の例はO157:H7、O26:H11またはO103:H2型である。この種の細菌とそれらによって生成される志賀毒素は、重篤な腸障害の原因となり、命に係わることがある。これらの志賀毒素の大きさと分子量(直径数ナノメートル、分子量は約68kDa)は大腸菌(重さは約1,000万倍)と大きく異なる。その結果、これら2種類の族の付着によるプラズモン信号は非常に異なる。従来のSPR装置ではしたがって、これらの細菌とこれらの毒素の両方を同じ実験においてリアルタイムで検査することはできない。そのため、細菌を付着させた場合、曲線は0.1°近く角度的にシフトし、これに対し、毒素の場合は0.01°未満しか移動しない(従来のSPR方法では容易に検出できない)。

この例は、特別な構造を有する本発明による微細構造チップを使用することによって、上記のような大きさの異なる2つの生物学的な種を単独の実験で検査できることを実証している。

直径600μm、長さ800μmの半円柱形突起を含むポリカーボネート製チップを作製する。

プラズモン効果を得るために、前記チップの上面を、厚さ2nmのクロムの層および厚さ48nmの金の層で被覆し、何れもスパッタリングで成膜した。

第一の突起は傾斜なし(β=0)とし、第二の突起はβ=0.5°で傾斜させた。

チップに、偏光コリメート単色入射放射を照射し、突起の感応面により反射された放射の強度をCCD検出器で検出する。

光学系の平均入射角はシステムの構造によって機械的に固定され、26.5°である。

2つの突起の曲率半径もまた異なり、第一の突起は11.5mm(角度観察範囲Δθ3°に対応)、第二の突起は100mm(角度分析範囲Δθ’0.3°に対応)である(図14)。

O157:H7型細菌に対するモノクローナル抗体は、第一の突起に共有結合により均一に固定化され、特に志賀毒素に対するモノクローナル抗体を第二の突起に固定化する。

これら2つの突起から得られた2つのプラズモン曲線は、反応前には同じプラズモン共鳴角度(約26.7°)を示す。

大量の(すなわち、細菌濃度が1ml当たり10⁵より大きい)細菌O157:H7を含む混合物をチップの感応面(換言すれば、突起面)に接触させると、その中の一部が第一の突起の抗体と特異に相互作用する。細菌はSPRによって検出しやすい分子であるため(重量が大きいため)、プラズモン曲線は十分にシフトし、このシフトは第一の突起の画像を形成する検出器によって抽出されやすい。さらに、この細菌は同じ実験中に志賀毒素も分泌する。

第二の突起は、わずかに傾斜し(β=0.5°)、その観察対象角度幅ははるかに小さい(Δθ’=0.3°)。それゆえ、第二の突起の測定角度はより大きく、第二の突起の抗体と結合した志賀毒素を検出することが可能である。図15と16は、それぞれ傾斜なしと傾斜ありの2つの突起について、突起の各々に固定化された抗体と、それぞれ細菌と毒素との相互作用の前と後に検出器で得られた信号を示している。

それゆえ、この例は、本発明によるチップによって、単独の実験で測定対象の種に合わせて測定ダイナミクスと感度を調整することが可能であることを実証している。

実施例3:プリズムに接合された微細構造チップの具体的構成 2つのキャビティを含む微細構造チップの、面(YZ)に沿った断面図が図17に示されている。2つのキャビティは、チップの全長に沿った溝の形態で形成されている(図4参照)。

チップ(図17の斜線部で示される)は、ポリスチレン(PS)のプリズム上に直接形成されている。これを行うために、事前にPSプリズム上にスピンコーティングによってClariant社製AZ4562型の感光性樹脂の層を厚さ10μmに成膜した。この層を次に、光によって+X方向に分離し、図17のキャビティを再現した。その後、事前に分離した樹脂の上面に厚さ47nmの金の層を真空蒸着により堆積させた。

2つのキャビティは面(YZ)で説明され、曲線で分離された2つの直線により定義され、前記曲線は凸状の曲率半径(換言すれば、+Z軸に沿った曲率半径)を有する。この例によれば、キャビティを異なる曲率半径(R1≠R2)とすることにより、プラズモン曲線の2種類の角度範囲を観察できる。