CN104321638B - Spr传感器元件和spr传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有非常优异的检测灵敏度的SPR传感器元件和SPR传感器。该SPR传感器元件包括：下包层；芯层，其以所述芯层的至少一部分与所述下包层邻接的方式形成并且具有光入射口和光出射口；以及金属层，其覆盖所述芯层的一部分。所述芯层在所述光入射口处的截面积S1和所述芯层在被所述金属层覆盖的部分处的截面积S2满足S1>S2的关系。

Description

SPR传感器元件和SPR传感器
技术领域
本发明涉及SPR传感器元件和SPR传感器。更具体地，本发明涉及SPR传感器和具有光波导的SPR传感器元件。
背景技术
迄今为止，在化学分析、生化分析等领域中，已使用具有光纤的表面等离子共振(SPR)传感器。在具有光纤的SPR传感器中，金属薄膜形成于光纤的末端部的外周面上，并将分析样品固定到导入光的光纤。在这些将被导入的光中，具有特定波长的光在金属薄膜中产生表面等离子共振，进而其光强度衰减了。在这种SPR传感器中，产生表面等离子共振的光的波长通常根据将固定到光纤的分析样品的折射率等而不同。因此，如果测量光强度在表面等离子共振的产生之后衰减处的波长，则能够确定产生表面等离子共振的光的波长。此外，如果检测光强度衰减的波长的改变，则能够确定的是，产生表面等离子共振的光的波长已改变，因此能够确定分析样品的折射率的改变。结果，这种SPR传感器能够用于诸如样品浓度的测量和免疫反应的检测等的各种化学分析和生化分析。
例如，在样品是溶液的情况下，样品(溶液)的折射率依赖于溶液的浓度。因此，可以通过测量与SPR传感器中的金属薄膜接触的样品(溶液)的折射率来检测样品的浓度，此外，可以通过确定折射率的改变而确定样品(溶液)的浓度已改变。在免疫反应的分析中，例如，抗体通过电介质膜的介入而被固定在SPR传感器中的光纤的金属薄膜上，使分析物与抗体接触，从而产生表面等离子共振。在这种情况下，如果抗体和分析物进行免疫反应，则样品的折射率会发生改变。因此，可以通过确定样品的折射率在抗体和分析物接触之前和之后已发生改变来确定抗体和分析物已进行免疫反应。
在具有光纤的SPR传感器中，光纤的末端部具有微细的圆筒形状，因此存在难以形成金属薄膜并且难以将分析样品固定到光纤的问题。为了解决该问题，例如，已公开了具有透射光的芯和覆盖芯的包层的SPR传感器元件，其中，在包层的预定位置处形成延伸到芯的表面的通孔，芯的在与通孔对应的位置处的表面形成金属薄膜(例如，专利文献1)。在这种SPR传感器元件中，容易在芯的表面形成用于产生表面等离子共振的金属薄膜并且容易将分析样品固定在该表面。
然而，近年来，在化学分析和生化分析中，提高了对细微变化和/或微量成分的检测的要求，因而要求SPR传感器元件的检测灵敏度的进一步提高。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本特开2000-19100号公报
发明内容
发明要解决的问题
考虑到解决传统问题而做出本发明，本发明的目的是提供具有非常优异的检测灵敏度的SPR传感器元件和SPR传感器。
用于解决问题的方案
根据本发明的一个实施方式，提供一种SPR传感器元件。该传感器元件包括：下包层；芯层，其以所述芯层的至少一部分与所述下包层邻接的方式形成并且具有光入射口和光出射口；以及金属层，其覆盖所述芯层的一部分。所述芯层在所述光入射口处的截面积S1和所述芯层在被所述金属层覆盖的部分处的截面积S2满足S1>S2的关系。
在本发明的一个实施方式中，所述芯层在所述光入射口处的截面积S1和所述芯层在被所述金属层覆盖的部分处的截面积S2满足S1×0.5≥S2的关系。
在本发明的一个实施方式中，所述芯层在被所述金属层覆盖的部分处的厚度是25μm或更小。
在本发明的一个实施方式中，所述芯层在所述光入射口处的厚度是50μm或更大。
在本发明的一个实施方式中，所述芯层在所述光入射口处的宽度是50μm或更大。
根据本发明的另一方面，提供一种SPR传感器。该SPR传感器包括上述SPR传感器元件。
发明的效果
根据本发明的实施方式，通过改变作为检测单元的光波导中的芯层的形状而促进SPR激发来提供均具有极其优异的检测灵敏度的SPR传感器元件和SPR传感器。
附图说明
图1是图示根据本发明的优选实施方式的SPR传感器元件的示意性立体图。
图2是从光入射口侧观察的图1中图示的SPR传感器元件的示意性侧面图。
图3的(a)是图1中图示的SPR传感器元件的沿线Ia-Ia截取的示意性截面图，图3的(b)是图1中图示的SPR传感器元件的沿线Ib-Ib截取的示意性截面图，图3的(c)是图1中图示的SPR传感器元件的沿穿过该SPR传感器元件的芯层的平面截取的示意性水平截面图。
图4的(a)、图4的(b)和图4的(c)分别为第一变形例的SPR传感器元件的示意性立体图，该变形例的SPR传感器元件的沿线Ic-Ic截取的示意性截面图，以及该变形例的SPR传感器元件的沿穿过芯层的平面截取的示意性水平截面图。
图5的(a)、图5的(b)和图5的(c)分别为第二变形例的SPR传感器元件的示意性立体图，该变形例的SPR传感器元件的沿线Id-Id截取的示意性截面图，以及该变形例的SPR传感器元件的沿穿过芯层的平面截取的示意性水平截面图。
图6的(a)、图6的(b)和图6的(c)分别为第三变形例的SPR传感器元件的示意性立体图，该变形例的SPR传感器元件的沿线Ie-Ie截取的示意性截面图，以及该变形例的SPR传感器元件的沿穿过芯层的平面截取的示意性水平截面图。
图7的(a)至图7的(h)是图示本发明的SPR元件的制造方法的示例的示意性截面图。
图8是图示根据本发明的优选实施方式的SPR传感器的示意性截面图。
具体实施方式
A.SPR传感器元件
图1是图示根据本发明的优选实施方式的SPR传感器元件(sensor cell)的示意性立体图。在该SPR传感器元件中，光在由箭头指示的方向上入射和行进。图2是从光入射口侧观察的图1中图示的SPR传感器元件的示意性侧面图。图3的(a)、图3的(b)以及图3的(c)分别是图1中图示的SPR传感器元件的沿线Ia-Ia截取的示意性截面图、该SPR传感器元件的沿线Ib-Ib截取的示意性截面图以及该SPR传感器元件的沿穿过该SPR传感器元件的芯层的平面截取的示意性水平截面图。在以下的SPR传感器元件的说明中，当提及方向时，将图面的纸面上侧定义为上侧，将图面的纸面下侧定义为下侧。
SPR传感器元件100包括：下包层11；芯层12，其以其至少一部分与下包层11邻接的方式形成并且具有光入射口A和光出射口B；保护层13，其覆盖下包层11和芯层12的上表面；和金属层14，其形成于保护层13上并且覆盖芯层12的一部分。在图示的实施方式中，下包层11、芯层12、保护层13和金属层14构成光波导，并且用作用于检测样品的状态和/或样品中的改变的检测单元10。在实用情况中，SPR传感器元件100包括形成为与检测单元10邻接的样品载置部20。样品载置部20由上包层15限定。可以根据目的省略保护层13。只要能够适当地设置样品载置部20，则也可以省略上包层15。在样品载置部20中，以与检测单元(实质上是金属层)接触的方式载置待分析的样品(例如，溶液或粉末)。
下包层11形成为具有预定厚度的、在平面视图中具有大致矩形形状的平板状形状。例如，下包层的厚度(从芯层的上表面起的厚度)是50μm至900μm。
芯层12形成为沿与下包层11的宽度方向(图2的图面的左右方向)和厚度方向均垂直的方向延伸，并且埋设在位于下包层11的宽度方向上的大致中央部的上端部中。芯层12延伸的方向作为光在光波导中传播的方向。
以芯层12的上表面从下包层11中露出的方式配置芯层12。优选地，以芯层12的上表面与下包层11的上表面齐平的方式配置芯层12。通过以芯层的上表面与下包层的上表面齐平的方式配置芯层，能够有效地使金属层14仅布置在芯层12的上面。此外，以芯层12的在延伸方向上的两端面均与下包层的在延伸方向上的两端面齐平的方式配置芯层12。
在本发明中，芯层12在光入射口A处的截面积(S1)和芯层12在被金属层14覆盖的部分处的截面积(S2)满足S1>S2的关系，优选地，满足S1×0.5≥S2的关系。当满足该关系时，能够使已射入光入射口的光能够聚集在金属层14附近。结果，促进SPR激发，因此能够获得优异的检测灵敏度。应当注意的是，当被金属层覆盖的部分处的截面形状不恒定时(例如，当厚度和/或宽度改变时)，将该部分的截面积的最小值定义为S2，并且该最小值(S2)比S1小就足够了。
只要满足S1>S2的关系，则芯层12的形状可以是任意适合的形状。例如，芯层12形成为包括光入射口并且具有截面积S1的区域(S1区域)，以及包括被金属层14覆盖的部分的至少一部分(优选为全部)并且具有截面积S2的大致柱体形状的区域(S2区域)；并且芯层12形成为在S1区域和S2区域之间具有朝向S2区域逐渐减小的截面积。优选地，S2区域形成为包括光出射口。当S2区域不包括光出射口时，可以以光出射口的截面积比S2大的形式形成范围从S2区域的光出射侧的端部到光出射口的区域。
在图3的(a)至图3的(c)图示的实施方式中，在芯层12中，范围从光入射口A到预定的部分的区域作为具有大致棱柱形状的S1区域，范围从S1区域的光出射侧的端部到被金属层14覆盖的部分的光入射口侧的端部的区域形成为如同在平面视图中具有逐渐减小的倾斜厚度的形状的锥状，范围从被金属层14覆盖的部分的光入射口侧的端部到光出射口B的区域作为具有大致棱柱形状的S2区域。
在S1区域和S2区域之间的区域中，厚度和宽度均可以改变，或者只有两者中的一者(例如，只有厚度)可以改变。当厚度改变时，倾斜角度θ优选地为5°或更小，更优选地为3°或更小，再优选地为1°或更小。利用这样的倾斜角度，能够适当地抑制已射入光入射口的光的损失。
优选地，芯层12在被金属层14覆盖的部分处的厚度(在该部分的截面形状不是恒定的情况下，具有最小截面积的部分的厚度：T2)比芯层12在光入射口处的厚度(T1)小。芯层12在光入射口处的厚度(T1)的下限值优选地为50μm或更大，更优选地为100μm或更大，上限值为例如500μm或更小。芯层12在被金属层14覆盖的部分处的厚度(T2)的上限值为例如50μm或更小，优选地为小于50μm，更优选地为25μm或更小，再优选地为15μm或更小，特别优选地为5μm或更小，并且下限值为例如2μm或更大。在一个实施方式中，T2/T1可以优选地为1/2或更小，可以更优选地为1/4或更小，可以再优选地为1/5或更小。当将芯层12的厚度调整为所述的厚度时，能够使已射入光入射口的光有效地聚集在金属层14附近。
优选地，芯层12在被金属层14覆盖的部分处的宽度(在该部分的截面形状不是恒定的情况下，具有最小截面积的部分的宽度：W2)等于或小于芯层12在光入射口处的宽度(W1)。芯层12在光入射口处的宽度(W1)的下限值优选地为50μm或更大，更优选地为100μm或更大，并且上限值为例如500μm或更小。另外，芯层12在被金属层14覆盖的部分处的宽度(W2)的上限值优选地为50μm或更小，更优选地为25μm或更小，再优选地为15μm或更小，特别优选地为5μm或更小，并且下限值为例如2μm或更大。当将芯层12的宽度调整为所述的宽度时，能够使已射入光入射口的光有效地聚集在金属层14附近。
芯层12在光出射口处的厚度和宽度分别可以等于或大于芯层12在被金属层14覆盖的部分处的厚度和宽度，并且优选地，可以等于被金属层覆盖的部分处的厚度和宽度。
优选地，芯层12的折射率为1.33至1.59。利用该折射率，即使在水溶液系的样品中(水的折射率是1.33)也能够引起SPR激发，并且对于通用的材料样品，能够得到优异的检测灵敏度。应当注意的是，除非另外提及，本文使用的术语“折射率”是指850nm波长的折射率。
芯层12的折射率比下包层11的折射率高。芯层的折射率与下包层的折射率之间的差优选地为0.010或更大，更优选地为0.020或更大。当芯层的折射率与下包层的折射率之间的差落入该范围时，能够将检测单元的光波导设定成所谓的多模。因而，能够增加传输通过光波导的光的量，结果，能够提高S/N比。
只要能够获得本发明的效果，任何适合的材料都可以用作形成芯层12的材料。适合的材料的具体示例包括氟树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、硅树脂、丙烯酸树脂以及它们的改性产品(例如，芴改性产品、氘改性产品以及除了氟树脂以外的氟改性产品)。这些树脂可以单独使用或组合使用。这些树脂均可以用作感光材料，优选地通过与光敏剂混合而用作感光材料。下包层11可以由如下材料形成：该材料与形成芯层的材料相同，并且该材料被调整为其折射率低于芯层的折射率。
根据需要，可以将保护层13形成为具有在平面视图中与下包层的形状相同的形状的薄膜，以便覆盖下包层11和芯层12的整个上表面。例如，保护层13的形成能够防止芯层和/或包层在样品是液体时溶胀。例如，用于形成保护层13的材料为二氧化硅或氧化铝。优选地，该材料可以被调整为具有比芯层12的折射率低的折射率。优选地，保护层13具有1nm至100nm的厚度，更优选地具有5nm至20nm的厚度。
如图1中所示，金属层14形成为通过保护层13的介入而均一地覆盖芯层12的上表面的一部分。在这种情况下，根据需要，可以在保护层13和金属层14之间形成易粘接层(未示出)。通过形成易粘接层，能够使保护层13和金属层14彼此稳固地固定。芯层12可以在没有保护层13的形成的情况下被金属层14直接地覆盖。
金、银、白金、铜、铝以及它们的合金可以作为形成金属层14用的材料。金属层14可以为单层或者可以具有两层或更多层的层叠结构。金属层14的厚度(在层叠结构的情况下为所有层的总厚度)优选地为从40nm至70nm，更优选地为从50nm到60nm。
典型地，铬或钛可以作为形成易粘接层的材料。优选地，易粘接层的厚度为1nm至5nm。
如图1所示，上包层15在下包层11和芯层12的上表面(图示示例中的保护层13的上表面)以上包层15的外周与下包层11的外周在平面视图中大致齐平的方式形成为在平面视图中具有矩形的框架形状。由下包层11和芯层12的上表面(图示示例中的保护层13的上表面)以及上包层15包围的部分被划分为样品载置部20。通过将样品载置在被划分的部分内，以能够进行检测的方式使检测单元10的金属层和样品彼此接触。此外，通过形成该被划分的部分，能够容易地将样品载置于金属层的表面，因此能够增强可操作性。
例如，用于形成芯层和下包层的材料和硅橡胶可以作为形成上包层15的材料。上包层的厚度优选地为5μm至2,000μm，更优选地为25μm至200μm。优选地，上包层的折射率比芯层的折射率低。在一个实施方式中，上包层的折射率等于下包层的折射率。应当注意的是，当形成折射率比芯层的折射率低的保护层时，上包层的折射率不需要比芯层的折射率低。
虽然已说明了根据本发明的优选实施方式的SPR传感器元件，但本发明不限于此。例如，参考图4的(a)至图4的(c)、图5的(a)至图5的(c)以及图6的(a)至图6的(c)，能够说明图1中图示的SPR传感器元件的变形例。图4的(a)至图4的(c)、图5的(a)至图5的(c)以及图6的(a)至图6的(c)中图示的SPR传感器元件均具有与图1图示的SPR传感器元件的结构基本相同的结构，区别仅在于芯层12的形状(以及与芯层12的形状对应的下包层的形状)。具体地，图4的(a)至图4的(c)、图5的(a)至图5的(c)以及图6的(a)至图6的(c)中图示的SPR传感器元件说明如下。
图4的(a)、图4的(b)和图4的(c)分别为第一变形例的SPR传感器元件的示意性立体图，该变形例的SPR传感器元件的沿线Ic-Ic截取的示意性截面图，以及该变形例的SPR传感器元件的沿穿过芯层的平面截取的示意性水平截面图。在第一变形例的SPR传感器元件100a的芯层12中，范围从光入射口A到被金属层14覆盖的部分的光入射口侧的端部的区域(S1区域)形成为如同在平面视图中具有逐渐减小的倾斜厚度的形状的锥状，范围从被金属层14覆盖的部分的光入射口侧的端部到光出射口B的区域作为具有大致棱柱形状的S2区域。
图5的(a)、图5的(b)和图5的(c)分别为第二变形例的SPR传感器元件的示意性立体图，该变形例的SPR传感器元件的沿线Id-Id截取的示意性截面图，以及该变形例的SPR传感器元件的沿穿过芯层的平面截取的示意性水平截面图。在第二变形例的SPR传感器元件100b的芯层12中，范围从光入射口A到预定部分的区域作为具有大致棱柱形状的S1区域，范围从S1区域的光出射口侧的端部到被金属层14覆盖的部分的光入射口侧的端部的区域形成为如同在平面视图中具有逐渐减小的倾斜厚度形状的锥状，被金属层14覆盖的部分的全部作为具有大致棱柱形状的S2区域，范围从S2区域的光出射口侧的端部到预定部分的区域形成为如同在平面视图中具有逐渐增大的倾斜厚度形状的倒锥状，并且范围从该区域的光出射口侧的端部到光出射口B的区域形成为具有截面积S1的大致棱柱形状。
图6的(a)、图6的(b)和图6的(c)分别为第三变形例的SPR传感器元件的示意性立体图，该变形例的SPR传感器元件的沿线Ie-Ie截取的示意性截面图，以及该变形例的SPR传感器元件的沿穿过芯层的平面截取的示意性水平截面图。在第三变型例的SPR传感器元件100c的芯层12中，范围从光入射口A到被金属层14覆盖的部分的光入射口侧的端部的区域形成为在平面视图中具有逐渐减小的倾斜厚度形状的锥状，被金属层14覆盖的部分的全部作为具有大致棱柱形状的S2区域，并且范围从S2区域的光出射口侧的端部到光出射口B的区域形成为如同在平面视图中具有逐渐增大的倾斜厚度形状的倒锥状。
另外，本发明不限于上述实施方式，例如，在芯层和下包层之间的关系中，所述层仅需要形成为芯层的至少一部分与下包层邻接。例如，在上述实施方式中，已说明了芯层埋设在下包层中的结构。然而，芯层可以形成为贯穿下包层。另外，可以采用芯层形成于下包层上并且芯层的预定部分被上包层包围的结构。
此外，SPR传感器中的芯层的数量可以根据目的而改变。具体地，能够在下包层的宽度方向上以预定的间隔形成多个芯层。利用该结构，能够同时分析多个样品，因此能够提高分析效率。可以根据目的采用任何适合的形状(例如，以半圆形状或凸形状作为截面形状)作为芯层的形状。
此外，可以在SPR传感器元件100(样品载置部20)的上部设置盖。利用该结构，能够防止样品与环境空气接触。另外，在样品是溶液的情况下，能够防止由溶剂蒸发引起的浓度的改变。在设置盖的情况下，可以设置用于将液体样品注入样品载置部的注入口和用于从样品载置部排出液体样品的排出口。利用该结构，能够允许样品被连续地流动供给到样品载置部，因此能够连续地测量样品的特性。
上述实施方式可以被适当地组合。
B.SPR传感器元件的制造方法
可以通过任何适合的方法制造本发明的SPR传感器元件。作为示例，说明采用压模方式作为在下包层上形成芯层的方法的SPR传感器元件的制造方法。例如，可以利用使用掩模的光刻法(直接曝光方式)以及压模方式作为在下包层上形成芯层的方法。应当注意的是，光刻法是众所周知的。
图7的(a)至图7的(h)是图示采用压模方式作为在下包层上形成芯层的方法的SPR传感器元件的制造方法的示意性截面图。首先，如图7的(a)所示，将用于形成下包层的材料11’涂布到具有与下包层的芯层形成部分对应的突起部的模具31，并利用紫外线照射涂布到模具的形成下包层用的材料以使材料固化。可以根据用于形成下包层的材料的种类适当地设定紫外线的照射条件。通过使形成下包层用的材料固化来形成下包层11。此外，如图7的(b)所示，将如此形成的下包层11从模具剥离。
接着，如图7的(c)所示，利用形成芯层用的材料12’填充下包层11的槽部。此外，根据日本特开平09-281351号公报中说明的聚合物光波导的制造方法，利用刮具刮掉填充下包层的槽部的用于形成芯层的材料中从凹槽流出的用于形成芯层的多余材料。因而，能够使芯层和下包层彼此齐平。此外，如图7的(d)所示，利用紫外线照射填充槽部的用于形成芯层的材料12’以使材料12’固化。可以根据形成芯层的材料的种类适当地设定紫外线的照射条件。根据需要，可以对用于形成芯层的材料进行加热。可以在利用紫外线照射之前或之后、或与利用紫外线照射同时进行加热。可以根据形成芯层用的材料的种类适当地设定紫外线的照射条件。如图7的(e)所示，通过使形成芯层用的材料固化，形成埋设在下包层11中的芯层12。
根据需要，如图7的(f)所示，在下包层11和芯层12上形成保护层13。例如，通过使形成保护层用的材料经受溅射或气相沉积而形成保护层。在形成保护层的情况下，优选地，在保护层上形成易粘接层(未示出)。例如，通过使铬或钛经受溅射而形成易粘接层。
然后，如图7的(g)所示，在保护层13上(在没有形成保护层的情况下为芯层和下包层的上表面)以覆盖芯层12的方式形成金属层14。具体地，例如，通过具有预定图案的掩模，通过使形成金属层用的材料经受真空蒸镀、离子镀或溅射而形成金属层14。
最后，如图7的(h)所示，形成具有预定框架形状的上包层15。可以通过任何适合的方法形成上包层15。例如，可以通过在保护层13上布置具有预定框架形状的模具、用形成上包层用的材料的清漆填充模具、干燥清漆、根据需要使清漆固化以及最后移除模具而形成上包层15。在使用感光性材料的情况下，可以通过将清漆涂布到保护层13的全部表面、干燥清漆，再通过具有预定图案的光掩模将清漆暴露到光下，随后通过显影而形成上包层15。
因此，可以通过上述方法制造SPR传感器元件。
C.SPR传感器
图8是图示根据本发明的优选实施方式的SPR传感器的示意性截面图。SPR传感器200包括SPR传感器元件100、光源110以及光学测量器120。SPR传感器元件100是上述部分A和部分B中说明的本发明的SPR传感器元件(如图1中图示的SPR传感器元件)。
任何适合的光源都可以用作光源110。光源的具体示例包括白色光源和单色光光源。光学测量器120与任何适合的运算处理装置连接，并且能够进行数据的累积、显示和加工。
光源110通过光源侧光连接器111与光源侧光纤112连接。光源侧光纤112通过光源侧纤维模块113与SPR传感器元件100(芯层12)在传播方向上的一侧端部连接。测量器侧光纤115通过测量器侧纤维模块114与SPR传感器元件100(芯层12)在传播方向上的另一侧端部连接。测量器侧光纤115通过测量器侧光连接器116与光学测量器120连接。
通过任何适合的传感器元件固定装置(未示出)固定SPR传感器元件100。传感器元件固定装置在预定方向(例如，SPR传感器元件的宽度方向)上是可移动的，因而能够将SPR传感器元件布置在期望的位置。
通过光源侧光纤固定装置131固定光源侧光纤112，通过测量器侧光纤固定装置132固定测量器侧光纤115。光源侧光纤固定装置131和测量器侧光纤固定装置132分别固定于任何适合的六轴移动台架(未示出)，以便能够在光纤的传播方向上、宽度方向(水平方向中的与传播方向垂直的方向)上以及厚度方向(垂直方向中的与传播方向垂直的方向)上移动并且能够绕着上述各方向的轴转动。
在上述SPR传感器中，可以将光源110、光源侧光纤112、SPR传感器元件100(芯层12)、测量器侧光纤115以及光学测量器120配置在一个轴上，并且可以从光源110引导光以便穿过上述部分传播。
以下说明该SPR传感器的使用方式的示例。
首先，将样品载置于SPR传感器元件100的样品载置部20，使得样品与金属层14彼此接触。接着，将来自光源110的预定光通过光源侧光纤112引导到SPR传感器元件100(芯层12)(参见图8的箭头L1)。引导到SPR传感器元件100(芯层12)的光在芯层12中反复全反射的同时传输通过SPR传感器元件100(芯层12)，部分光入射到芯层12的上表面上的金属层14，并且通过表面等离子共振而衰减。传输通过SPR传感器元件100(芯层12)的光通过测量器侧光纤115被引导到光学测量器120(参见图8的箭头L2)。即，在SPR传感器200中，具有在芯层12中产生表面等离子共振的波长的光的强度在被引导到光学测量器120的光中衰减。例如，产生表面等离子共振的光的波长依赖于与金属层14接触的样品的折射率。因此，通过检测被引导到光学测量器120的光的光强度的衰减，能够检测样品的折射率的改变。
例如，在使用白色光源作为光源110的情况下，可以通过利用光学测量器120测量在传输通过SPR传感器元件100之后光强度衰减的光的波长(产生表面等离子共振的光的波长)，以及通过检测光强度衰减的光的波长的改变来确定样品的折射率的改变。另外，例如，在使用单色光光源作为光源110的情况下，可以通过利用光学测量器120测量单色光在传输通过SPR传感器元件100之后的光强度的改变(衰减度)，以及通过检测衰减度的改变来确定产生表面等离子共振的光的波长的改变和样品的折射率的改变。
如上所述，例如，基于样品的折射率的改变，这种SPR传感器元件能够用于诸如样品浓度的测量和免疫反应的检测等的各种化学分析和生化分析。更具体地，例如，在样品是溶液的情况下，样品(溶液)的折射率依赖于溶液的浓度，因此可以通过检测样品的折射率来测量样品的浓度。此外，可以通过检测样品的折射率的改变来确定样品的浓度。另外，例如，在免疫反应的检测中，抗体通过中间电介质膜固定到SPR传感器元件100的金属层14上，使分析物与抗体相接触。如果抗体和分析物进行免疫反应，则样品的折射率会发生改变。因此，通过检测在抗体和分析物接触之前和之后样品的折射率的改变，能够确定抗体和分析物已进行了免疫反应。
实施例
以下通过实施例具体说明本发明。然而，本发明不限于以下实施例。应当注意的是，除非另有所指，在实施例和比较例中，用于折射率的测量波长为850nm，用于吸收系数和消光系数的测量波长均为1200nm。
<实施例1>
如图7的(a)至图7的(e)所示，通过使用压模方式形成光波导。具体地，将作为形成下包层用的材料的氟系UV固化型树脂(DIC公司制造的“OP38Z”(商品名))涂布到其上已形成有芯层的形状图案的模具，并且利用紫外线固化以形成下包层。由此得到的下包层的折射率为1.372。下包层具有80mm的长度，80mm的宽度和150μm的厚度，并且在下包层中形成与芯层的形状图案对应的槽部。在从模具剥离下包层之后，利用作为形成芯层用的材料的氟系UV固化型树脂(DIC公司制造的“OP40Z”(商品名))填充槽部以形成芯层。由此形成的芯层的折射率为1.399，并且该芯层的吸收系数为2.90×10-2(mm-1)。应当注意的是，通过形成在硅晶圆上具有10μm厚度的芯层用的材料的膜，以及通过使用棱镜耦合器式折射率测量装置在850nm的波长下测量该膜的折射率来测量折射率。通过形成在玻璃基板上具有50μm厚度的芯层用的材料的膜，以及通过使用分光光度计在1200nm的波长下测量该膜的吸收系数来测量吸收系数。如上所述，制造了埋设型光波导膜。
接着，将SiO2溅射到如此得到的光波导的上表面(芯层露出面)的整个表面，以形成保护层(厚度：10nm)。将其上形成有保护层的光波导膜切割成20mm长、20mm宽的方块。之后，通过具有2mm长、1mm宽的开口的掩模依次溅射铬和金，由此，以通过保护层的介入而覆盖芯层的方式依次形成了易粘接层(厚度：1nm)和金属层(厚度：50nm)。最后，使用与形成下包层用的材料相同的材料、通过与下包层的形成方法相同的方法来形成具有框架形状的上包层。因而，制造了如图1、图2以及图3的(a)至图3的(c)图示的SPR传感器元件。应当注意的是，在得到的SPR传感器元件中，芯层在光入射口处的截面形状为具有50μm厚度和50μm宽度的矩形，并且范围从被金属层覆盖的部分的光入射口侧的端部到光出射口的区域为具有25μm厚度和25μm宽度的截面形状的棱柱形状。
将如上所述的得到的SPR传感器元件、卤素光源(Ocean Optics,Inc.制造的“HL-2000-HP”(商品名))以及分光器(Ocean Optics,Inc.制造的“USB4000”(商品名))配置在一个轴上并且彼此连接以制造如图8所示的SPR传感器。将40μL的超纯水载置于SPR传感器元件的样品载置部中，允许来自光源的白光经由具有50μm直径的多模光纤射入芯层的光入射口，并且利用分光器测量射出光出射口的光。然后，在将光在没有载置超纯水的状态下穿过SPR传感器元件(光波导路)时的各波长下的光强度定义为100％的情况下确定透射光谱，并测量透射率的最小值。结果如表1所示。应当注意的是，最小值越小意味着检测灵敏度越高。
<实施例2>
除了芯层在光入射口处的截面形状为具有50μm厚度和50μm宽度的矩形，以及范围从被金属层覆盖的部分的光入射口侧的端部到光出射口的区域为具有10μm厚度和25μm宽度的截面形状的棱柱形状以外，以与实施例1中的方式相同的方式制造SPR传感器元件和SPR传感器。以与实施例1中的方式相同的方式评价得到的SPR传感器。结果如表1所示。
<实施例3>
除了芯层在光入射口处的截面形状为具有50μm厚度和50μm宽度的矩形，以及范围从被金属层覆盖的部分的光入射口侧的端部到光出射口的区域为具有10μm厚度和10μm宽度的截面形状的棱柱形状以外，以与实施例1中的方式相同的方式制造SPR传感器元件和SPR传感器。以与实施例1中的方式相同的方式评价得到的SPR传感器。结果如表1所示。
<实施例4>
除了芯层在光入射口处的截面形状为具有50μm厚度和50μm宽度的矩形，以及范围从被金属层覆盖的部分的光入射口侧的端部到光出射口的区域为具有5μm厚度和50μm宽度的截面形状的棱柱形状以外，以与实施例1中的方式相同的方式制造SPR传感器元件和SPR传感器。以与实施例1中的方式相同的方式评价得到的SPR传感器。结果如表1所示。
<实施例5>
除了芯层在光入射口处的截面形状为具有100μm厚度和50μm宽度的矩形，以及范围从被金属层覆盖的部分的光入射口侧的端部到光出射口的区域为具有25μm厚度和25μm宽度的截面形状的棱柱形状以外，以与实施例1中的方式相同的方式制造SPR传感器元件和SPR传感器。以与实施例1中的方式相同的方式评价得到的SPR传感器。结果如表1所示。
<实施例6>
除了芯层在光入射口处的截面形状为具有100μm厚度和100μm宽度的矩形，以及范围从被金属层覆盖的部分的光入射口侧的端部到光出射口的区域为具有25μm厚度和25μm宽度的截面形状的棱柱形状以外，以与实施例1中的方式相同的方式制造SPR传感器元件和SPR传感器。以与实施例1中的方式相同的方式评价得到的SPR传感器。结果如表1所示。
<比较例1>
除了形成在光入射口和光出射口处的截面形状均为具有50μm厚度和50μm宽度的矩形的棱柱形状的芯层以外，以与实施例1中的方式相同的方式制造SPR传感器元件和SPR传感器。以与实施例1中的方式相同的方式评价得到的SPR传感器。结果如表1所示。
[表1]
<评价>
如表1中可见的，在芯层的光入射口处的截面积(S1)和被金属层覆盖的部分处的截面积(S2)满足S1>S2的关系的情况下，与S1＝S2的情况相比，透射率的最小值较小并且检测灵敏度提高了。另外，可以在被金属层覆盖的部分处的厚度较小时以更适合的方式得到该效果。
产业上的可利用性
本发明的SPR传感器元件和SPR传感器能够适当地用于诸如样品浓度的测量和免疫反应的检测等的各种化学分析和生化分析。
附图标记说明
10 检测单元
11 下包层
12 芯层
13 保护层
14 金属层
15 上包层
20 样品载置部
100 SPR传感器元件
110 光源
120 光学测量器
200 SPR传感器

Claims (6)

1.一种SPR传感器元件，其包括：
下包层；
芯层，其以所述芯层的至少一部分与所述下包层邻接的方式形成并且具有光入射口和光出射口；以及
金属层，其覆盖所述芯层的一部分，
其特征在于，所述芯层在所述光入射口处的截面积S1和所述芯层在被所述金属层覆盖的部分处的截面积S2满足S1×0.5≥S2的关系，
所述芯层在被所述金属层覆盖的部分处的厚度和宽度是恒定的。
2.根据权利要求1所述的SPR传感器元件，其特征在于，所述芯层在被所述金属层覆盖的部分处的厚度是25μm或更小。
3.根据权利要求1或2所述的SPR传感器元件，其特征在于，所述芯层在所述光入射口处的厚度是50μm或更大。
4.根据权利要求1或2所述的SPR传感器元件，其特征在于，所述芯层在所述光入射口处的宽度是50μm或更大。
5.根据权利要求3所述的SPR传感器元件，其特征在于，所述芯层在所述光入射口处的宽度是50μm或更大。
6.一种SPR传感器，其包括根据权利要求1至5中任一项所述的SPR传感器元件。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5946330B2 (ja) * 2012-06-01 2016-07-06 日東電工株式会社 Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
JP2015127697A (ja) * 2013-11-28 2015-07-09 日東電工株式会社 光導波路ならびに該光導波路を用いたｓｐｒセンサセルおよび比色センサセル
JP2016038395A (ja) * 2014-08-05 2016-03-22 日東電工株式会社 光導波路への光の入射方法
CN105823759A (zh) * 2016-06-15 2016-08-03 中国工程物理研究院材料研究所 一种基于绝缘体上硅光波导的表面等离子体共振传感器
CN111060481A (zh) * 2019-12-17 2020-04-24 桂林电子科技大学 基于同轴双波导光纤spr纳米显微成像装置

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5858799A (en) 1995-10-25 1999-01-12 University Of Washington Surface plasmon resonance chemical electrode
JPH09281351A (ja) 1996-04-18 1997-10-31 Sharp Corp 高分子光導波路の製造方法
JP2000019100A (ja) * 1998-07-06 2000-01-21 Suzuki Motor Corp Ｓｐｒセンサセル及びこれを用いた免疫反応測定装置
US6432364B1 (en) * 1998-07-06 2002-08-13 Suzuki Motor Corporation SPR sensor cell and immunoassay apparatus using the same
US7046362B2 (en) 2001-12-12 2006-05-16 Trustees Of Princeton University Fiber-optic based cavity ring-down spectroscopy apparatus
US20040118997A1 (en) 2001-12-12 2004-06-24 Lehmann Kevin K. Tapered fiber optic strain gauge using cavity ring-down spectroscopy
US7318909B2 (en) 2001-12-12 2008-01-15 Trustees Of Princeton University Method and apparatus for enhanced evanescent field exposure in an optical fiber resonator for spectroscopic detection and measurement of trace species
US7352468B2 (en) 2001-12-12 2008-04-01 Trustees Of Princeton University Cavity ring-down detection of surface plasmon resonance in an optical fiber resonator
CA2612741A1 (en) * 2005-06-29 2007-01-04 Spectalis Corp. Optical sensing device comprising a finite width strip for propagating a plasmon-polarition wave
JP5230149B2 (ja) * 2007-09-10 2013-07-10 ローム株式会社 表面プラズモン共鳴センサおよびバイオチップ
TWI399532B (zh) * 2009-01-20 2013-06-21 Nat Chung Cheng University Inv Optical fiber type localized plasma resonance sensing device and its system
JP2010223610A (ja) 2009-03-19 2010-10-07 Toyota Central R&D Labs Inc 自己形成光導波路型センサ
JP2010223817A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Soka Univ エタノールセンサ及びこれを用いたエタノール計測システム
TWI404982B (zh) * 2009-09-22 2013-08-11 Nat Univ Chung Cheng Localized plasma resonance sensing device
US9012830B2 (en) * 2009-12-11 2015-04-21 Washington University Systems and methods for particle detection
CN102128809B (zh) * 2010-01-19 2013-01-02 北京金菩嘉医疗科技有限公司 表面等离子共振传感器芯片组件及柱面棱镜芯片
US9075009B2 (en) * 2010-05-20 2015-07-07 Sungkyunkwan University Foundation For Corporation Collaboration Surface plasmon resonance sensor using metallic graphene, preparing method of the same, and surface plasmon resonance sensor system
JP2012021973A (ja) * 2010-06-15 2012-02-02 Nitto Denko Corp Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
JP5479314B2 (ja) * 2010-12-10 2014-04-23 日東電工株式会社 Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
JP5425141B2 (ja) * 2011-03-28 2014-02-26 日東電工株式会社 Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
JP5395129B2 (ja) * 2011-03-28 2014-01-22 日東電工株式会社 Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
CN102262073B (zh) * 2011-04-14 2013-06-05 北京航空航天大学 一种基于波导耦合表面等离子共振的降低背景影响的检测方法
JP2013007687A (ja) * 2011-06-27 2013-01-10 Nitto Denko Corp Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
JP2013061301A (ja) * 2011-09-15 2013-04-04 Nitto Denko Corp Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
KR101257309B1 (ko) * 2011-11-11 2013-04-23 한국과학기술연구원 광섬유 표면 플라즈몬 공진 센서 및 이를 이용한 센싱 방법
JP2013181753A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Nitto Denko Corp Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
JP2013181752A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Nitto Denko Corp Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
JP5946330B2 (ja) * 2012-06-01 2016-07-06 日東電工株式会社 Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
JP6029899B2 (ja) * 2012-09-07 2016-11-24 日東電工株式会社 Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ

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Publication number Publication date
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US9470631B2 (en) 2016-10-18
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JP2013250185A (ja) 2013-12-12
JP5946330B2 (ja) 2016-07-06
WO2013179900A1 (ja) 2013-12-05
CN104321638A (zh) 2015-01-28

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