DE10244876A1

DE10244876A1 - Messchip und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10244876A1
Application number: DE2002144876
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Nomura
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: DE10244876B4; JP2003106992A; US20030062842A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Meßchips, welches einen dielektrischen Block und eine Dünnfilmschicht auf einer Fläche des dielektrischen Blocks zur Plazierung einer Probe aufweist. Der dielektrische Block wird aus einem Harzmaterial als Einzelblock geformt, dessen Schnitt parallel zu der einen Fläche ein Polygon ist. Der Einzelblock enthält eine Eintrittsfläche, durch die ein Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt, eine Austrittsfläche, durch die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, und die eine Fläche, auf der die Dünnfilmschicht gebildet ist. Der dielektrische Block wird durch Spritzgießen gebildet unter Verwendung von zwei Formhälften, deren Paßflächen außerhalb von zwei Öffnungswinkeln des Polygons gelegen sind, die einander über die Mitte des Polygons hinweg gegenüberliegen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meßchip, welches in einer Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur zum quantitativen Analysieren der Eigenschaften einer Substanz in einer Flüssigkeitsprobe unter Ausnutzung der Oberflächenplasmonanregung eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Fertigen eines derartigen Meßchips.

Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

Wenn in Metallen freie Elektronen dazu gebracht werden, in einer Gruppe zu schwingen, so wird eine Druckwelle erzeugt, die man als Plasmawelle bezeichnet. Die Druckwelle, die in der Metalloberfläche erzeugt und quantisiert wird, wird als Oberflächenplasmon bezeichnet.
Es gibt unterschiedliche Arten von Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparaturen zum quantitativen Analysieren einer Substanz in einer Flüssigkeitsprobe, wobei man den Vorteil eines Phänomen nutzt, gemäß dem das Oberflächenplasmon durch Lichtwellen angeregt wird. Unter diesen Apparaturen ist besonders bekannt eine Apparatur, die von der "Kretschmann-Konfiguration" Gebrauch macht (vergleiche zum Beispiel die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 6 (1994)-167443).
Die Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur unter Verwendung der oben erwähnten "Kretschmann-Konfiguration" enthält: (1) einen dielektrischen Block in Form eines Prismas; (2) einen Metallfilm, der auf einer Oberfläche des dielektrischen Blocks ausgebildet ist, um dort eine Probe zu plazieren; (3) eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls; (4) eine Optik, die den Lichtstrahl dazu bringt, in den dielektrischen Block einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und dem Metallfilm erfüllt ist und verschiedene Einfallwinkel einschließlich einer Oberflächenplasmonresonanz-Bedingung, erhalten werden; und (5) eine Photodetektoreinrichtung zum Messen der Intensität des an der Grenzfläche totalreflektierten Lichtstrahls, um die Oberflächenplasmonresonanz nachzuweisen.
Um verschiedene Einfallwinkel in der oben beschriebenen Weise zu erhalten, kann ein relativ dünner Lichtstrahl abgelenkt werden, damit er die vorerwähnte Grenzfläche streift, oder man kann relativ dicke konvergente oder divergente Strahlen dazu bringen, auf die Grenzfläche zu treffen, so daß diese Strahlen Komponenten haben, die unter verschiedenen Winkeln auftreffen. Bei ersterer Möglichkeit läßt sich ein Lichtstrahl, dessen Reflexionswinkel mit seiner Ablenkung variiert, mit Hilfe eines kleinen Photodetektors nachweisen, der synchron mit der Ablenkung bewegt wird, oder aber durch einen flächigen Sensor, der sich in der Richtung erstreckt, in der der Reflexionswinkel variiert. Bei letzterer Möglichkeit hingegen können unter verschiedenen Winkeln reflektierte Strahlen von einem Flächensensor nachgewiesen werden, der sich in einer Richtung erstreckt, in der sämtliche reflektierten Strahlen empfangen werden können.
Wenn bei der oben beschriebenen Oberflächenplasmonresonanz-Meßvorrichtung ein Lichtstrahl die Dünnfilmschicht unter einem spezifischen Einfallwinkel θ_sp trifft, der größer als ein kritischer Einfallwinkel ist, bei dem innere Totalreflexion (TIR) stattfindet, wird eine schwindende Welle mit einer elektrischen Feldverteilung in einer Flüssigkeitsprobe erzeugt, die in Berührung mit der Dünnfilmschicht steht. Die schwindende Welle regt das oben beschriebene Oberflächenplasmon an der Grenzfläche zwischen der Dünnfilmschicht und der Flüssigkeitsprobe an. Wenn der Wellenvektor der schwindenden Welle gleich der Wellenzahl des Oberflächenplasmons ist und deshalb die Wellenzahlen zwischen den beiden übereinstimmen, geht die schwindende Welle mit dem Oberflächenplasmon in Resonanz, und auf das Oberflächenplasmon wird die Lichtenergie übertragen, wodurch die Intensität des an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und dem Metallfilm totalreflektierten Lichts scharf abfällt. Dieser scharfe Intensitätsabfall wird im allgemeinen als Dunkellinie mit Hilfe der oben beschriebenen Photodetektoreinrichtung nachgewiesen.
Man beachte, daß die oben erläuterte Resonanz nur dann auftritt, wenn ein einfallender Lichtstrahl ein p-polarisierter Lichtstrahl ist. Um daher die Resonanz entstehen zu lassen, muß man vorab solche Einstellungen vornehmen, daß ein Lichtstrahl auf die vorerwähnte Grenzfläche in Form eines p-polarisierten Lichtstrahls auftreffen kann.
Wenn die Wellenzahl des Oberflächenplasmons aus einem spezifischen Einfallwinkel θ_sp ermittelt wird, bei dem gedämpfte Totalreflexion (im folgenden als ATR; attenuated total reflection bezeichnet) stattfindet, läßt sich die Dielektrizitätskonstante einer zu analysierenden Probe nach folgender Gleichung berechnen:

wobei K_sp die Wellenzahl des Oberflächenplasmons, ω die Winkelgeschwindigkeit des Oberflächenplasmons, c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und ε_m und ε_s die Dielektrizitätskonstanten von Metall bzw. der Probe sind.
Wenn die Dielektrizitätskonstante ε_s der Probe ermittelt ist, findet sich die Konzentration einer spezifischen Substanz innerhalb der Probe anhand einer vorbestimmten Eichkurve etc. Im Ergebnis läßt sich die spezifische Substanz dadurch quantitativ analysieren, daß man den spezifischen Einfallwinkel θ_sp auffindet, bei dem die Intensität des reflektierten Lichts scharf abfällt.
Bei einer herkömmlichen Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur, die von dem oben erläuterten System Gebrauch macht, muß der Metallfilm, auf dem eine Probe plaziert wird, bei jeder Messung ausgetauscht werden. Deshalb ist der Metallfilm an einem ersten dielektrischen Block in Form einer Platte fixiert, und es ist ein zweiter dielektrischer Block in der Form eines Prismas als optischer Koppler vorgesehen, damit es zu der oben erläuterten inneren Totalreflexion kommt. Der erste dielektrische Block ist mit einer Fläche des zweiten dielektrischen Blocks vereint. Der zweite dielektrische Block ist bezüglich einer Optik fixiert. Der erste dielektrische Block und der Metallfilm werden als ein Meßchip benutzt. Auf diese Weise kann der Meßchip bei jeder vorgenommenen Messung ausgetauscht werden.
Darüber hinaus ist eine Leckwellen-Meßapparatur als ähnliche Meßvorrichtung bekannt, die von ATR Gebrauch macht (vergleiche zum Beispiel "Spectral Resarch", Band 47, Nr. 1 (1998), Seiten 21 bis 23 und Seiten 26 bis 27). Diese Leckwellen-Meßapparatur enthält: (1) einen dielektrischen Block in Form eines Prismas; (2) eine auf einer Oberfläche des dielektrischen Blocks gebildete Mantelschicht; (3) eine optische Wellenleiterschicht, die auf der Mantelschicht ausgebildet ist, um darauf eine Probe zu plazieren; (4) eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls; (5) eine Optik, die den Lichtstrahl dazu bringt, unter verschiedenen Einfallwinkeln in den dielektrischen Block einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und der Mantelschicht erfüllt ist; und (6) eine Photodetektoreinrichtung zum Messen der Intensität des an der Grenzfläche totalreflektierten Lichtstrahls, um den Anregungszustand eines Wellenleitermodus, das heißt den Zustand der ATR, nachzuweisen.
Wenn in der oben beschriebenen Leckwellen-Meßapparatur ein Lichtstrahl durch den dielektrischen Block unter Einfallwinkeln auf die Mantelschicht auftrifft, die größer sind als ein kritischer Einfallwinkel, bei dem innere Totalreflexion (TIR) stattfindet, so wird der Lichtstrahl durch die Mantelschicht durchgelassen. Anschließend breitet sich in der auf der Mantelschicht gebildeten optischen Wellenleiterschicht nur Licht mit einer spezifischen Wellenzahl, das unter einem spezifischen Einfallwinkel auftrifft, in einem Wellenleitermodus aus. Wenn der Wellenleitermodus auf diese Weise angeregt ist, wird der größte Teil des einfallenden Lichts auf das Innere der optischen Wellenleiterschicht beschränkt, und folglich tritt die ATR auf, wobei die Intensität des an der vorerwähnten Grenzfläche totalreflektierten Lichts scharf abfällt. Die Wellenzahl des durch die optische Wellenleiterschicht sich ausbreitenden Lichts hängt ab vom Brechungsindex der Probe auf der optischen Wellenleiterschicht. Deshalb läßt sich der Brechungsindex der Flüssigkeitsprobe ebenso wie die Eigenschaften der Flüssigkeitsprobe in Bezug zu dem Brechungsindex dadurch analysieren, daß man den oben beschriebenen spezifischen Einfallwinkel θ_sp auffindet, bei dem ATR stattfindet.
In der Leckwellen-Meßapparatur wird ebenso wie in der oben erläuterten Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur ein erster dielektrischer Block in Bezug auf eine Optik fixiert, und an einem zweiten dielektrischen Block werden die Mantelschicht und die optische Wellenleiterschicht ausgebildet, und dies wird als Meßchip verwendet. Wenn eine Probe ausgetauscht wird, reicht es aus, wenn nur der Meßchip ausgetauscht wird.
Bei dem herkömmlichen Meßchip, welches austauschbar eingesetzt wird, kommt es allerdings zu einem Spalt oder einer Lücke zwischen dem ersten und dem zweiten dielektrischen Block, so daß der Brechungsindex diskontinuierlich wird. Um die Diskontinuität zu vermeiden, ist es notwendig, daß die beiden dielektrischen Blöcke über eine Index Anpassungs-Lösung vereint werden. Der Vorgang des Vereinens der beiden dielektrischen Blöcke zu einem Körper ist ziemlich schwierig, und folglich ist der herkömmliche Meßchip bei der Durchführung einer Messung nicht so leicht zu handhaben. Es gibt Fälle, in denen die Messung automatisiert wird durch automatisches Laden einer Mehrzahl von Meßchips in einen Revolverkopf, der Revolverkopf anschließend gedreht wird, und die Meßchips automatisch einer Meßstelle zugeführt werden, an der ein Lichtstrahl in den Meßchip eintritt. In diesem Fall ist das Laden und das Herausnehmen der Meßchips zeitaufwendig. Im Ergebnis vermindert sich der Wirkungsgrad der automatischen Messung. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, daß der konventionelle Meßchip schlechten Einfluß auf die Umgebung hat, weil er von einer Indexanpassungs-Lösung Gebrauch macht.
Im Hinblick auf die oben erläuterten Umstände wurde ein Oberflächenplasmonresonanz-Meßchip vorgeschlagen, der sich einfach austauschen läßt auch ohne lndexanpassungs-Lösung (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2001-92666).
Dieser Meßchip enthält: (1) einen dielektrischen Block; (2) eine Dünnfilmschicht, ausgebildet auf einer Fläche des dielektrischen Blocks, um dort eine Probe zu plazieren; (3) eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls; (4) eine Optik, die den Lichtstrahl veranlaßt, in den dielektrischen Block einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und der Dünnschicht erfüllt ist und der Lichtstrahl unter verschiedenen Winkeln einfallende Komponenten enthält; und (5) eine Photodetektoreinrichtung zum Nachweisen der Intensität des Lichtstrahls, der an der Grenzfläche totalreflektiert wurde, um so den Zustand der ATR zu erkennen. Der dielektrische Block ist als Einzelblock ausgebildet, der eine Eintrittsfläche enthält, durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt, eine Austrittsfläche besitzt, durch die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, und eine Fläche besitzt; auf der die Dünnfilmschicht gebildet ist. Diese Dünnfilmschicht ist mit dem dielektrischen Block integriert.
Man beachte, daß dann, wenn der Meßchip in der oben erläuterten Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur verwendet wird, die zuvor beschriebene Dünnfilmschicht aus einem Metallfilm gebildet ist. Wird er in einer Leckwellen- Meßapparatur verwendet, so ist die Dünnfilmschicht aus einer Mantelschicht und einer optischen Wellenleiterschicht gebildet.
Ferner besitzt der den Meßchip bildende dielektrische Block vorzugsweise einen Probenhalteteil zum Haltern einer Probe an dem dünnen Metallfilm, derart ausgebildet, daß er den Raum oberhalb des dünnen Metallfilms von dessen Seiten her umgibt.
Der oben beschriebene dielektrische Block wird übrigens im allgemeinen in die Form eines quadratischen Pyramidenstumpfs, eines Rechteckstabs (die Form eines Schnitts parallel zu einer Oberfläche, auf der die Dünnschichtfilm ausgebildet ist, ist ein Polygon, zum Beispiel ein Viereck) und dergleichen gebracht, und zwar durch Kunststoff-Spritzguß. In zahlreichen Meßchips allerdings, die den dielektrischen Block aus Harzmaterial enthalten, besitzen die Lichtdurchgangsflächen der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche des dielektrischen Blocks schlechte optische Eigenschaften (Flachheit etc.).

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erläuterten Umstände gemacht. Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Meßchip zu schaffen, der mit einem dielektrischen Harzblock ausgestattet ist, bei dem die lichtdurchlässigen Bereiche der Eintritts- und Austrittsflächen des Blocks gute optische Eigenschaften besitzen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Meßchip-Herstellungsverfahrens, welches im Stande ist, einen derartigen dielektrischen Harzblock zu erhalten.
Um die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Verfahren zum Herstellen eines Meßchips geschaffen, welches aufweist:
einen dielektrischen Block, und
eine Dünnfilmschicht, die auf einer Fläche des dielektrischen Blocks ausgebildet ist, um dort eine Probe zu plazieren;
wobei der Meßchip in einer Meßvorrichtung verwendet wird, die von gedämpfter Totalreflexion Gebrauch macht und aufweist:
eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls,
eine Optik, die den Lichtstrahl dazu bringt, unter verschiedenen Einfallwinkeln in den dielektrischen Block einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an einer Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und der Dünnfilmschicht erfüllt ist; und
eine Photodetektoreinrichtung zum Nachweisen der Intensität des an der Grenzfläche totalreflektierten Lichtstrahls, um gedämpfte Totalreflexion nachzuweisen;
wobei der dielektrische Block aus Harzmaterial in Form eines Einzelblocks gebildet ist, dessen Schnitt parallel zu der einen Fläche ein Polygon ist, und der eine Eintrittsfläche aufweist, durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt, eine Austrittsfläche besitzt, durch die hindurch der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, und die eine Fläche besitzt, an der die Dünnfilmschicht ausgebildet ist; und
wobei die Dünnfilmschicht mit dem dielektrischen Block integriert ist, implementiert durch den Schritt:
Herstellen des dielektrischen Blocks durch Spritzguß unter Verwendung von zwei Formhälften, deren Paßflächen sich außerhalb von zwei Öffnungswinkeln des Polygons befinden, die einander über die Mitte des Polygons gegenüberstehen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein zweites Verfahren zum Herstellen eines Meßchips geschaffen, umfassend:
einen dielektrischen Block, und
eine Dünnfilmschicht, die einen Metallfilm umfaßt, ausgebildet auf einer Fläche des dielektrischen Blocks, um darauf eine Probe zu plazieren;
wobei der Meßchip in einer Meßapparatur verwendet wird, die von gedämpfter Totalreflexion Gebrauch macht, und aufweist:
eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls,
eine Optik, die den Lichtstrahl dazu bringt, unter verschiedenen Einfallwinkeln in den dielektrischen Block einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und dem Metallfilm erfüllt ist, und
eine Photodetektoreinrichtung zum Detektieren der Intensität des an der Grenzfläche totalreflektierten Lichtstrahls, um gedämpfte Totalreflexion aufgrund von Oberflächenplasmonresonanz nachzuweisen;
wobei der dielektrische Block aus einem Harzmaterial als Einzelblock geformt ist, dessen Schnitt parallel zu der einen Fläche ein Polygon ist, und der eine Eintrittsfläche, durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt, eine Austrittsfläche, durch die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, und die eine Fläche enthält, auf der der Metallfilm gebildet ist; und
wobei die Dünnfilmschicht mit dem dielektrischen Block integriert ist, implementiert durch den Schritt:
Bilden des dielektrischen Blocks durch Spritzgießen unter Verwendung von zwei Formhälften, deren Paßflächen außerhalb zweier Öffnungswinkel des Polygons gelegen sind, die einander über die Mitte des Polygons gegenüberliegen.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein drittes Verfahren zum Herstellen eines Meßchips geschaffen, umfassend:
einen dielektrischen Block, und
eine Dünnfilmschicht aus einer Mantelschicht, gebildet auf einer Fläche des dielektrischen Blocks, und einer optischen Wellenleiterschicht, die auf der Mantelschicht gebildet ist, um dort eine Probe zu plazieren;
wobei der Meßchip in einer Meßapparatur verwendet wird, die von gedämpfter Totalreflexion Gebrauch macht, und aufweist:
eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls,
eine Optik, die den Lichtstrahl dazu bringt, in den dielektrischen Block unter verschiedenen Einfallwinkeln einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und der Mantelschicht erfüllt ist, und
eine Photodetektoreinrichtung zum Detektieren der Intensität des an der Grenzfläche totalreflektierten Lichtstrahls, um so gedämpfte Totalreflexion aufgrund der Anregung eines Wellenleitermodus an der optischen Wellenleiterschicht nachzuweisen;
wobei der dielektrische Block gebildet ist aus einem Harz als Einzelblock, dessen Schnitt parallel zu der einen Fläche ein Polygon ist, und der eine Eintrittsfläche, durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt, eine Austrittsfläche, durch die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, und die eine Fläche, auf der die Mantelschicht gebildet ist, aufweist, und
die Dünnfilmschicht mit dem dielektrischen Block integriert ist, implementiert durch den Schritt:
Bilden des dielektrischen Blocks durch Spritzgießen unter Verwendung von zwei Formhälften, deren Paßflächen außerhalb von zwei Öffnungswinkeln des Polygons gelegen sind, die einander über die Mitte des Polygons gegenüberliegen.
Bei den oben beschriebenen Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ist es besonders bevorzugt, wenn das Polygon ein regelmäßiges Polygon ist, bei dem die Anzahl der Seiten eine gerade Zahl ist.
Bei den oben beschriebenen Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung kann das Harzmaterial ein Cycloolefin-Polymer aufweisen.
Ein erfindungsgemäßer Meßchip wird nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellt. In dem erfindungsgemäßen Meßchip ist es wünschenswert, wenn der dielektrische Körper einen Probenhalteteil zum Halten einer Probe an der Dünnfilmschicht aufweist, gebildet durch Umfassen des Raums oberhalb der Dünnfilmschicht von deren Seiten her.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Grunds dafür angeboten, warum sich im Stand der Technik das oben erläuterte Problem findet.
Fig. 3 zeigt einen Meßchip, der in einer Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur verwendet wird. Wie in der Figur zu sehen ist, besitzt der Meßchip 10 einen transparenten dielektrischen Block 11, einen auf einer Fläche 11a des dielektrischen Blocks 11 gebildeten Metallfilm 12 und einen Probenhalteteil 13 zum Halten einer Probe an dem Metallfilm 12. Der Metallfilm 12 besteht aus Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder dergleichen. Der dielektrische Block 11 ist als Einzelblock ausgebildet, der die Fläche 11a enthält, auf der der Metallfilm 12 ausgebildet ist, weiterhin eine Eintrittsfläche 11c, durch die ein Meßlichtstrahl in den dielektrischen Block 11 eintritt, und eine Austrittsfläche 11b besitzt, durch die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block 11 austritt.
In dem Meßchip 10 gemäß der Erfindung sind der dielektrische Block 11 und der Probenhalteteil 13 einstückig miteinander unter Verwendung eines transparenten Kunstharzmaterials gebildet. Bevorzugte Beispiele sind ein Cycloolefin-Polymer, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat, nicht kristallines Polyolefin etc. Ein besonders bevorzugtes Beispiel ist "ZEONEX 330R" (hergestellt von Japan Zeon), bei dem es sich um ein Cycloolefin-Polymer handelt. Erfindungsgemäß ist ein Sensormedium 14 an dem Metallfilm 12 fixiert. Der Grund hierfür wird später beschrieben.
Der dielektrische Harzmaterialblock 11 mit der oben erläuterten Form wurde üblicherweise durch Spritzgießen hergestellt, wozu zwei Formhälften 5a und 5b verwendet wurden. Die Schnitte durch die beiden Formhälften parallel zu der einen Fläche 11a des dielektrischen Blocks 11 sind in Fig. 5 gezeigt. Demnach sind die Paßflächen H der Formhälften 5a und 5b außerhalb der beiden Seitenflächen von den vier Seitenflächen des dielektrischen Blocks 11 angeordnet.
Wenn die beiden Formhälften 5a und 5b mit den oben erläuterten Paßflächen H verwendet werden, werden die Formhälften 5a und 5b mit sich verjüngenden Abschnitten ausgestattet, die als "Ziehkegel" bezeichnet werden, so daß der dielektrische Block 11 sich leicht aus den beiden Formhälften 5a und 5b herausziehen läßt. Obschon der Winkel des Ziehkegels tatsächlich etwa 1 bis 3 Grad beträgt, ist er in Fig. 5 übertrieben dargestellt und mit 8 bezeichnet. Deshalb ist in der Figur der Schnitt durch einen Teil des dielektrischen Blocks 11 ein Sechseck, praktisch handelt es sich aber um ein Quadrat.
Wenn jede der beiden Formhälften einen Ziehkegel besitzt, und wenn die maximale Außenabmessung A des dielektrischen Blocks 11 durch eine Norm oder dergleichen festgelegt ist, wird die maximale Abmessung der Eintrittsfläche 11c und der Austrittsfläche 11b (an diesen Flächen kann kein Ziehkegel gebildet werden) zu A', was weniger ist als die maximale Abmessung A. Die Lichtdurchgangsbereiche der Eintrittsfläche 11c und der Austrittsfläche 11b müssen deshalb auf einen großen Wert eingestellt werden, damit die Stabilität der Oberflächenplasmonresonanz-Messungen garantiert ist. Insbesondere dann, wenn der dielektrische Block 11 klein ist, wird ein Bereich mit einer Breite nahe der oben angegebenen maximalen Abmessung A als lichtdurchlässiger Bereich festgelegt.
Aus diesen Gründen erstrecken sich die lichtdurchlässigen Bereiche der Eintritts- und Austrittsflächen 11c und 11b zu den Ecken des dielektrischen Blocks 11, in denen es leicht zu einem Schrumpfungsproblem beim Vorgang des Spritzgießens kommt. Im Ergebnis werden die optischen Eigenschaften der lichtdurchlässigen Bereiche verschlechtert.
Erfindungsgemäß wird der dielektrische Block in der gleichen Form durch Spritzgießen unter Verwendung von zwei Formhälften 84a und 84b hergestellt. Die Schnitte der beiden Formhälften parallel zu einer Fläche 11a des dielektrischen Blocks 11 sind in Fig. 6 gezeigt. Demnach erfolgt, obschon die Schnitte der beiden Formhälften 84a und 84b parallel zu einer Fläche 11a die Form eines regelmäßigen Quadrats haben, das Spritzgießen mit Hilfe der beiden Formhälften 84a und 84b, deren Paßflächen H sich außerhalb zweier Öffnungswinkel des regelmäßigen Quadrats befinden, die einander über die Mitte O des regelmäßigen Quadrats gegenüberstehen.
Wenn die beiden Formhälften 84a und 84b verwendet werden, läßt sich der geformte dielektrische Block 11 leicht aus den Formen 84a und 84b herausziehen, ohne daß die oben beschriebenen Ziehkegel ausgebildet werden. Werden die Ziehkegel nicht ausgebildet, wird die maximale Abmessung A des dielektrischen Blocks zu der maximalen Abmessung der Eintrittsfläche 11c und der Eintrittsfläche 11b. Daher wird die Breite der Eintrittsfläche 11c und der Austrittsfläche 11b größer als dann, wenn die Formen 5a und 5a verwendet werden. Im Ergebnis wird verhindert, daß die Lichtdurchlaßbereiche der Eintritts- und der Austrittsfläche 11c und 11b sich zu den Ecken des dielektrischen Blocks 11 hin erstrecken, bei denen es leicht zu dem Schrumpfungsproblem kommt, wenn mit Spritzgießen gearbeitet wird. Folglich besitzen die Lichtdurchgangsbereiche gute optische Eigenschaften.
Während die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf den Oberflächenplasmonresonanz-Meßchip beschrieben wurde, dessen Schnitt parallel zu einer Fläche 11a ein regelmäßiges Quadrat ist, so ist die Erfindung auch anwendbar bei einem anderen Polygon als einem regelmäßigen Quadrat. Außerdem ist die Erfindung anwendbar, wenn Meßchips hergestellt werden, die in der oben erläuterten Leckwellen-Meßapparatur einzusetzen sind. Wie im Fall des Oberflächenplasmonresonanz-Meßchips lassen sich auch dort die gleichen Vorteile erzielen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Oberflächenplasmonresonanz- Meßapparatur, die Oberflächenplasmonresonanz-Meßchips verwendet, die nach einem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren hergestellt wurden;
Fig. 2 eine Teilschnittansicht, die die in Fig. 1 gezeigte Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur zeigt;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die den Oberflächenplasmonresonanz- Meßchip zeigt, der nach dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren gemäß Fig. 1 hergestellt wurde;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Einfallswinkel, unter dem ein Lichtstrahl in den Meßchip eintritt, und der Intensität des an dem Meßchip reflektierten Lichtstrahls;
Fig. 5 ein ebener Schnitt, der die zweiteilige Form zum Formen eines Meßchips zeigt, wobei von einem herkömmlichen Fertigungsverfahren Gebrauch gemacht wird;
Fig. 6 einen ebenen Schnitt, der eine zweiteilige Form zum Formen eines Meßchips zeigt, wobei von dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren Gebrauch gemacht wird;
Fig. 7 eine Seitenschnittansicht einer Vorrichtung zum Herstellen des Meßchips gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren; und
Fig. 8 eine Teilschnittansicht einer Leckwellen-Meßapparatur, die von Meßchips Gebrauch macht, die sich von den in Fig. 1 gezeigten Meßchips unterscheiden, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nunmehr in größerer Einzelheit auf die Zeichnungen und zunächst auf Fig. 1 eingehend, ist dort eine Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur gezeigt, die Oberflächenplasmonresonanz-Meßchips (die im folgenden einfach als Meßchips bezeichnet werden) 10 zeigt, die von einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt wurden. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der wesentlichen Teile dieser Apparatur. Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Meßchips 10. Zunächst wird die Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur beschrieben.
Zunächst wird die Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt die Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur einem Drehtisch 20 zum Haltern mehrerer Meßchips 10. Die Apparatur besitzt ferner eine Laserlichtquelle (zum Beispiel einen Halbleiterlaser) 31 zum Emittieren eines Meßlichtstrahls (zum Beispiel eines Laserstrahls) 30, eine Sammellinse 32 als Optik, und einen Photodetektor 40. Die Oberflächenplasmonresonanz-Meßvorrichtung enthält außerdem eine Trägerkörper-Antriebseinrichtung 50 zum intermittierenden Drehen des Drehtisches 20, eine Steuerung 60 und einen automatischen Probenzuführmechanismus 70. Die Steuerung 60 steuert die Trägerkörper-Antriebseinrichtung 50 und führt auch einen weiter unten zu beschreibenden Prozeß in Abhängigkeit eines von dem Photodetektor 40 abgegebenen Signals S aus.
Der Meßchip 10 ist gemäß Fig. 2 und 3 aus einem transparenten dielektrischen Block 11, einem Metallfilm 12 und einem Probenhalteteil 13 aufgebaut. Der dielektrische Block 11 hat zum Beispiel die Form eines quadratischen Pyramidenstumpfs. Der Metallfilm 12 ist auf der Oberseite des dielektrischen Blocks 11 ausgebildet und besteht aus Silber, Kupfer, Aluminium oder dergleichen. Der Probenhalteteil 13 ist an dem dielektrischen Block 11 derart ausgebildet, daß auf dem Metallfilm 12 eine Probe gehalten wird. Der dielektrische Block 11 ist als einzelner Block ausgebildet, der eine Oberseite 11a (eine noch zu beschreibende Grenzfläche) enthält, auf der der Metallfilm 12 ausgebildet ist; eine Eintrittsfläche 11c, durch die der Lichtstrahl 12 eintritt, und eine Austrittsfläche 11b, aus der der Lichtstrahl 30 austritt. In dem Probenhalteteil 13 ist zum Beispiel eine Flüssigkeitsprobe 15 aufgenommen, wie weiter unten beschrieben wird.
Der dielektrische Block 11 und der Probenhalteteil 13, die den Meßchip 10 bilden, sind integral aus einem transparenten Harzmaterial geformt. Der Meßchip 10 ist bezüglich des Drehtisches 20 austauschbar. Damit der Meßchip 10 austauschbar ist, kann er zum Beispiel lösbar in einer in dem Drehtisch 20 ausgebildeten Durchgangsöffnung lösbar eingesetzt werden. Bevorzugte Beispiele für das transparente Harzmaterial sind Cycloolefin-Polymer, PMMA, Polycarbonat, ein nicht kristallines Polyolefin etc. Bei dieser Ausführungsform ist ein Sensormedium 14 an dem Metallfilm 12 fixiert. Der Grund hierfür wird weiter unten beschrieben. Es ist wünschenswert, wenn der Brechungsindex eines den dielektrischen Block 11 bildenden Harzmaterials im Bereich von etwa 1,45 bis 2,5 liegt. Der Grund hierfür ist der, daß in diesem Brechungsindexbereich praxistaugliche Winkel für die Oberflächenplasmonresonanz (SPR) erzielbar sind.
Der Drehtisch 20 ist derart aufgebaut, daß mehrere Meßchips 10 in gleichmäßigen Intervallen auf einem Kreis bezüglich der Drehachse 20a gehaltert werden. Bei dieser Ausführungsform werden 11 (elf) Meßchips 10 verwendet. Die Trägerkörper-Antriebseinrichtung 50 wird durch einen Schrittmotor oder dergleichen gebildet und wird intermittierend in gleichwinkligen Intervallen gleicher Schrittweite zwischen den Meßchips 10 gedreht.
Die Sammellinse 32 wird gemäß Fig. 2 dazu eingesetzt, den von der Lichtquelle 31 emittierten Lichtstrahl 30 zu bündeln. Der gebündelte Lichtstrahl 30 tritt in den dielektrischen Block 11 an einer Eintrittsfläche 11c ein und konvergiert an der Grenzfläche 11a zwischen dem dielektrischen Block 11 und dem Metallfilm 12, so daß verschiedene Einfallwinkel erhalten werden. Das heißt: in dem Bereich der Einfallwinkel ist eine Bedingung für innere Totalreflexion (TIR) des Lichtstrahls 30 an der Grenzfläche 11a erfüllt, so daß eine Oberflächenplasmonresonanz stattfinden kann. Zweckmäßigerweise sei angemerkt, daß die Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block 11 und dem Metallfilm 12 mit demselben Bezugszeichen 11a bezeichnet ist wie die Oberseite 11a des dielektrischen Blocks 11.
Der Lichtstrahl 30 trifft auf die Grenzfläche 11a als p-polarisiertes Licht. Deshalb ist es notwendig, die Laserlichtquelle 31 derart anzuordnen, daß ihre Polarisationsrichtung einer vorbestimmten Richtung entspricht. Alternativ läßt sich die Polarisationsrichtung des Laserstrahls 30 mit Hilfe einer Wellenlängenplatte, einer Polarisatorplatte etc. steuern.
Der Photodetektor 40 besteht aus einem Zeilensensor, seinerseits bestehend aus einer großen Anzahl von Lichtempfangselementen, die in einer Reihe entlang der Pfeilrichtung X in Fig. 2 angeordnet sind.
Die Steuerung 60 empfängt ein Adressensignal A, welches eine Stelle bedeutet, bei der die Drehung der Trägerkörper-Antriebseinrichtung 50 angehalten wird, bezogen auf die Trägerkörper-Antriebseinrichtung 50. Diese Steuerung 60 gibt außerdem ein Treibersignal D aus, um die Trägerkörper-Antriebseinrichtung 50 basierend auf einem vorbestimmten Ablauf in Gang zu setzen. Die Steuerung 60 enthält einen Signalverarbeitungsteil 60 dem das Ausgangssignal S des Photodetektors 40 eingegeben wird, ferner einen Anzeigeteil 62, dem ein Signal von dem Signalverarbeitungsteil 61 zugeführt wird.
Der automatische Probenzuführmechanismus 70 ist aufgebaut aus einer Pipette 71 zum Ansaugen und Halten einer vorbestimmten Menge einer Flüssigkeitsprobe, und einer Einrichtung 72 zum Bewegen der Pipette 71. Der automatische Probenzuführmechanismus 70 saugt und hält eine flüssige Probe aus einem Probenbehälter 73 durch die Pipette 71 und liefert die Flüssigkeitsprobe zu dem Probenhalteteil 13 des Meßchips 10, welches an einer vorbestimmten Stelle angehalten hat.
Im folgenden wird beschrieben, wie eine Probe mit Hilfe der den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur analysiert wird. Der Drehtisch 20 wird von der Trägerkörper-Antriebseinrichtung 50 in der bereits erwähnten Weise intermittierend gedreht. Wenn der Drehtisch 20 angehalten ist, wird eine Probe 15 von dem automatischen Probenzuführmechanismus 70 zu dem Probenhalteteil 13 des Meßchips 10 geliefert, das eine vorbestimmte Stellung einnimmt.
Wenn der Drehtisch 20 einige Male gedreht und angehalten wurde, befindet sich der Meßchip 10 mit der Probe 15 in dem Probenhalteteil 13 an einer Meßstelle (siehe Fig. 2), an der der Lichtstrahl 30 in den dielektrischen Block 11 eintritt. Wenn der Meßchip 10 an der Meßstelle gehalten wird, wird die Laserlichtquelle 31 ansprechend auf einen Befehl von der Steuerung 60 betrieben. Der Lichtstrahl 30, der von der Laserlichtquelle 31 emittiert wird, wird von der Sammellinse 32 gebündelt und trifft die Grenzfläche 11a zwischen dem dielektrischen Block 11 und dem Metallfilm 12 in einem konvergierten Zustand. Der Lichtstrahl 30 wird an der Grenzfläche 11a totalreflektiert und von dem Photodetektor 40 erfaßt.
Der Lichtstrahl 30 enthält Komponenten, die auf die Grenzfläche 11a unter verschiedenen Einfallwinkeln θ auftreffen, weil der Strahl in einem konvergierten Zustand in den dielektrischen Block 11 eintritt, wie oben bereits erwähnt wurde. Man beachte, daß diese Einfallwinkel θ gleich oder größer sind als ein kritischer Winkel, bei dem innere Totalreflexion stattfindet. Deshalb wird der Lichtstrahl 30 an der Grenzfläche 11a totalreflektiert und besitzt Komponenten, die unter verschiedenen Reflexionswinkeln reflektiert werden. Die Optik, die die Sammellinse 32 etc. enthält, kann derart ausgebildet sein, daß der Lichtstrahl 30 in einem defokussierten Zustand auf die Grenzfläche 11a auftrifft. In diesem Fall werden Fehler der Messung der Oberflächenplasmonresonanz (zum Beispiel Meßfehler bezüglich der Lage der Dunkellinie) gemittelt, so daß die Meßgenauigkeit gesteigert wird.
Wenn der Lichtstrahl 30 an der Grenzfläche 11a in der oben beschriebenen Weise die Bedingung für innere Totalreflexion erfüllt, breitet sich eine gedämpfte oder schwindende Welle an der Seite des Metallfilms 12 durch die Grenzfläche 11a aus. Wenn der Lichtstrahl 30 auf die Grenzfläche 11a unter einem spezifischen Einfallwinkel θ_sp auftrifft, geht die schwindende Welle in Resonanz mit dem an der Oberfläche des Metallfilms 12 angeregten Oberflächenplasmon. Aus diesem Grund nimmt die Intensität I des reflektierten Lichts steil ab. Die Relation zwischen dem spezifischen Einfallwinkel θ_sp und der Lichtintensität I ist in Fig. 4 gezeigt.
Folglich wird die Lichtmenge, die von jedem Lichtempfangselement empfangen wird, aus dem Lichtmengen-Detektorsignal S errechnet, welches von dem Detektor 40 ausgegeben wird. Basierend auf der berechneten Lichtmenge (das heißt basierend auf der Lage des Lichtempfangselements, das eine dunkle Linie detektiert hat) wird der spezifische Einfallwinkel θ_sp (bei dem es zur ATR kommt) erhalten. Daher läßt sich gemäß den zuvor gewonnenen Kurven, die die Beziehung zwischen der Reflexionslichtintensität I und dem spezifischen Einfallwinkel θ_sp repräsentieren, eine spezifische Substanz in der Probe 15 quantitativ analysieren. Das Analyseergebnis wird auf dem Anzeigeteil 62 angezeigt.
Wenn eine Einzelmessung bezüglich einer einzelnen Probe 15 vorgenommen wird, wird die Messung in der oben beschriebenen Weise abgeschlossen. In diesem Fall wird also der Meßchip 10, an welchem eine Messung vorgenommen wurde, von Hand oder mit einer automatischen Entnahmeeinrichtung von dem Drehtisch 20 entfernt. Andererseits wird, wenn mehrere Messungen auf einer einzelnen Probe 15 vorgenommen werden, jeder der Meßchips 10 immer noch von dem Drehtisch 20 gehaltert, nachdem die erste Messung erfolgt ist. Nach einer vollständigen Umdrehung des Drehtisches 20 kann die in jedem der Meßchips 10 gehaltene Probe 15 erneut gemessen werden.
In der oben beschriebenen Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur sind mehrere Meßchips 10 von einem Drehtisch 20 gehaltert und werden sequentiell durch Bewegen des Drehtisches 20 an der Meßstelle angeordnet. Daher können die in den Probenhalteteilen 13 der Meßchips 10 gehaltenen Proben 15 sukzessive gemessen werden durch die Bewegung des Drehtisches 20. Damit ist die erste Ausführungsform der Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur in der Lage, eine große Anzahl von Proben 15 in kurzer Zeit zu messen.
In dem Meßchip 10 der ersten Ausführungsform wird die optische Kopplung des dielektrischen Blocks 11 mit einem weiteren dielektrischen Block über eine Indexanpassungs-Lösung nicht benötigt, im Gegensatz zum Stand der Technik. Damit läßt sich der Meßchip 10 der ersten Ausführungsform einfach handhaben und benötigt keine lndexanpassungs-Lösung, die schlechten Einfluß auf die Umgebung hätte.
Man beachte, daß das Sensormedium 14, das an der Oberfläche des Metallfilms 12 fixiert ist, eine Bindung mit einer spezifischen Substanz in der Probe 15 eingeht. Ein Beispiel für eine Kombination einer spezifischen Substanz in der Probe 15 und dem Sensormedium 14 ist eine Kombination aus einem Antigen und einem Antikörper. In diesem Fall läßt sich eine Antigen-Antikörper-Reaktion nachweisen anhand des Winkels θ_sp, bei dem ATR zustande kommt.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen des Meßchips 10 beschrieben.
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Spritzgießvorrichtung zum Herstellen des Meßchips 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren. Die Spritzgießvorrichtung besteht aus einer unteren Form 2 und einer oberen Form 1, die in Richtung der unteren Form 2 bewegbar und von dieser abrückbar ist. Die untere Form 2 ist an einer vertikalen beweglichen Platte 80 mit Hilfe eines Distanzstücks 81 fixiert.
Die untere Form 2 enthält eine Aufnahmeplatte 82, eine Anschlagplatte 83, die an der Aufnahmeplatte 82 gelagert ist, und einen Zapfen 4 zum Formen des Probenhalteteils 13 (vergleiche Fig. 2) des dielektrischen Blocks 11. Die obere Form 1 enthält eine bewegliche Platte 84, um die obere Form 1 und die untere Form 2 in vertikaler Richtung in enge Berührung miteinander zu bringen, wenn die untere Form 2 gegen die obere Form 1 gedrückt wird, eine Angußverteilerplatte 85, eine Angußabstreiferplatte 86 und eine ortsfeste Platte 87. Die ortsfeste Platte 87 ist in vertikaler Richtung fixiert. Wenn die untere Form 2 ein vorbestimmtes Stück von der in Fig. 7 gezeigten Stellung nach unten abgerückt wird, bewegen sich die bewegliche Platte 84, die Angußverteilerplatte 85 und die Angußanschlagplatte 86 von der ortsfesten Platte 87 weg, während sie voneinander getrennt werden.
Die bewegliche Platte 84 besitzt Gleitblöcke 84a und 84b, wodurch ein Raum 3 gebildet wird, wenn die Blöcke sich horizontal bewegen, so daß sie miteinander in Berührung treten. Wenn die obere Form 1 und die untere Form 2 miteinander in Berührung gebracht sind, wird das Spitzenende des Zapfens 4 in den Raum 3 eingeführt. Man beachte, daß in Fig. 7 die Räume, in die schmelzflüssiges Harz einfließt, schraffiert sind, ebenso wie der Raum 3.
Die Oberseite der Angußverteilerplatte 85 und die Unterseite der Angußstopperplatte 86 besitzen Angußnuten 85a und 86a, die miteinander zusammenwirken, wenn sie in Berührung miteinander gebracht werden. Die Angußstopperplatte 86 besitzt außerdem einen unteren Harzeinleitkanal 86b, der eine Fortsetzung der oberen Angußnut 86a darstellt. Die ortsfeste Platte 87 besitzt einen oberen Harzeinleitkanal 87a, strömungsverbunden mit dem unteren Harzeinleitkanal 86a, wenn die Angußstopperplatte 86 in Berührung mit der ortsfesten Platte 87 gebracht ist.
Wenn die obere Form 1 und die untere Form 2 in Berührung miteinander gebracht sind, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, und wenn transparentes Kunstharzmaterial zwangsweise in den Harzeinleitkanal 87a der ortsfesten Platte 87 in Pfeilrichtung A eingebracht wird, wird das Harzmaterial durch eine Stiftsperre in den Raum 3 eingebracht. Nachdem das Harzmaterial abgekühlt und ausgehärtet ist, werden die obere Form 1 und die untere Form voneinander abgerückt, und die Gleitblöcke 84a und 84b werden voneinander abgerückt. Als Ergebnis erhält man den dielektrischen Block 11, der den Meßchip 10 gemäß Fig. 3 bildet.
Wenn der dielekrische Block 11 in der oben beschriebenen Weise durch Spritzgießen gefertigt wird, befindet sich die Öffnung G an einer Stelle, die der Spitzen-Stirnfläche 4a des Zapfens 4 gegenübersteht, wobei es sich um eine Formfläche zum Formen einer Fläche 11a des dielektrischen Blocks 11 handelt. Es gibt daher keine Möglichkeit, daß die mechanische Festigkeit des dielektrischen Blocks 11 in einem Bereich vermindert wird, in welchem das Harzmaterial vermengt wird. Darüber hinaus wird das Auftreten einer Schweißnaht in der einen Fläche 11a des dielektrischen Blocks 11 vermieden. Da außerdem keine Möglichkeit besteht, daß der Zapfen 4 in horizontaler Richtung durch den Druck des eingeleiteten Harzmaterials kippt, wird verhindert, daß die Form des dielektrischen Blocks 11 ungenau wird.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, besitzen die Gleitblöcke 84a und 84b, die zum Formen des dielektrischen Blocks 11 verwendet werden, horizontale Abschnitte parallel zu der Fläche 11a, an der der Metallfilm 12 gebildet wird. Bei dieser Form ist der Schnitt parallel zur Fläche 11a, an der der Metallfilm 12 gebildet wird, ein regelmäßiges Viereck. Der Spritzgußvorgang wird durchgeführt, indem zwei Formhälften 84a und 84b verwendet werden, deren Paßflächen sich außerhalb zweier vertikaler Winkel des regelmäßigen Vierecks befinden, die einander über die Mitte O des regelmäßigen Vierecks gegenüberliegen.
Wenn derartige zwei Formhälften 84a und 84b verwendet werden, läßt sich verhindern, daß die Lichtdurchlaßbereiche der Lichteintrittsfläche 11c und der Lichtaustrittsfläche 11b in den Ecken des dielektrischen Blocks 11 gebildet werden, so daß die optischen Eigenschaften der Lichtdurchgangsbereiche hervorragend wird. Der Grund wurde oben im einzelnen in Verbindung mit Fig. 6 erläutert.
Nachdem der dielektrische Block 11 in der oben beschriebenen Weise durch Spritzgießen hergestellt ist, wird auf der vorerwähnten einen Fläche 11a des dielektrischen Blocks 11 ein Metallfilm gebildet. Wenn außerdem das Sensormedium 14 an dem Metallfilm 12 fixiert wird, erhält man den in Fig. 3 gezeigten Meßchip 10.
Das erfindungsgemäße Meßchip-Fertigungsverfahren ist nicht auf den Fall beschränkt, daß der dielektrische Block 11 mit der oben beschriebenen Form durch Spritzgießen hergestellt wird. Das Herstellungsverfahren ist gleichermaßen anwendbar, wenn ein dielektrischer Block mit einer anderen Gestalt durch Spritzgießen hergestellt wird. Darüber hinaus ist die Öffnung (Gate) G nicht auf die oben angesprochene Zapfenöffnung beschränkt. Beispielsweise kann es sich um ein Fächer-Gate etc. handeln.
Fig. 8 zeigt eine Leckwellen-Meßapparatur, die Meßchips 700 verwendet, die nach einem zweiten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt wurden. Die Leckwellen-Meßapparatur hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur. Der Meßchip 700 enthält eine Mantelschicht 701, die an einer Oberfläche (zum Beispiel der Oberfläche oder Oberseite) eines dielektrischen Körpers 11 gebildet ist, ferner eine optische Wellenleiterschicht 702, die auf der Mantelschicht 701 gebildet ist.
Der dielektrische Block 11 wird zum Beispiel aus dem vorerwähnten Harzmaterial geformt. Die Mantelschicht 701 erhält die Form eines dünnen Films, wozu ein Dielektrikum oder ein Metall (beispielsweise Gold etc.) mit einem niedrigeren Brechungsindex verwendet wird, als ihn der dielektrische Block 11 aufweist. Die optische Wellenleiterschicht 702 wird ebenfalls als dünner Film unter Verwendung eines Dielektrikums gebildet, dessen Brechungsindex höher als der der Mantelschicht 91 ist, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA). Die Filmdicke der Mantelschicht 701 beträgt 36,5 nm für den Fall, daß es sich um einen dünnen Goldfilm handelt. Die Filmdicke der optischen Wellenleiterschicht 72 beträgt etwa 700 nm, wenn sie aus PMMA gebildet ist.
Wenn in der Leckwellen-Meßapparatur ein von einer Laserlichtquelle 31 emittierter Lichtstrahl 30 durch den dielektrischen Block 11 unter Einfallwinkeln auf die Mantelschicht 701 auftrifft, die größer sind als ein kritischer Winkel, bei dem innere Totalreflexion (TIR) auftritt, wird der Lichtstrahl 30 an der Grenzfläche 11a zwischen dem dielektrischen Block 11 und der Mantelschicht 701 totalreflektiert. Allerdings breitet sich das Licht einer spezifischen Wellenzahl, das auf die optische Wellenleiterschicht 702 durch die Mantelschicht 701 unter einem spezifischen Einfallwinkel auftrifft, in einem Wellenleitermodus durch die optische Wellenleiterschicht 702 aus. Wenn der Wellenleitermodus auf diese Weise angeschwungen ist, wird der größte Teil des einfallenden Lichts in der optischen Wellenleiterschicht 702 eingefangen, und folglich kommt es zu ATR, bei der die Intensität des an der Grenzfläche 11a totalreflektierten Lichts steil abfällt.
Die Wellenzahl des durch die optische Wellenleiterschicht 702 sich ausbreitenden Lichts hängt ab von dem Brechungsindex der Probe 15 auf der optischen Wellenleiterschicht 702. Daher können der Brechungsindex der Probe 15 und die Eigenschaften der Probe 15 in Beziehung zu dem Brechungsindex dadurch gemessen werden, daß man den oben beschriebenen spezifischen Einfallwinkel θ_sp auffindet, unter welchem ATR stattfindet. Ein Signalverarbeitungsteil 61 analysiert quantitativ eine spezifische Substanz in der Probe 15 basierend auf dem oben beschriebenen Grundprinzip. Das Analyseergebnis wird auf einem (nicht gezeigten) Anzeigeteil angezeigt.
Wenn der Meßchip 700 gebildet wird, kann der dielektrische Block 11 des Meßchips 700 mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren durch Spritzgießen hergestellt werden. Daher können die gleichen Vorteile wie im Fall der Fig. 1 erzielt werden.
Wenngleich die vorliegende Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt, sondern kann im Rahmen des im folgenden beanspruchten Schutzumfangs der Erfindung modifiziert werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Meßchips, welches umfaßt:
einen dielektrischen Block, und
eine Dünnfilmschicht, die auf einer Fläche des dielektrischen Blocks ausgebildet ist, um dort eine Probe zu plazieren;
wobei der Meßchip in einer Meßvorrichtung verwendet wird, die von gedämpfter Totalreflexion Gebrauch macht und aufweist:
eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls,
eine Optik, die den Lichtstrahl dazu bringt, unter verschiedenen Einfallwinkeln in den dielektrischen Block einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an einer Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und der Dünnfilmschicht erfüllt ist; und
eine Photodetektoreinrichtung zum Nachweisen der Intensität des an der Grenzfläche totalreflektierten Lichtstrahls, um gedämpfte Totalreflexion nachzuweisen;
wobei der dielektrische Block aus Harzmaterial in Form eines Einzelblocks gebildet ist, dessen Schnitt parallel zu der einen Fläche ein Polygon ist, und der eine Eintrittsfläche aufweist, durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt, eine Austrittsfläche besitzt, durch die hindurch der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, und die eine Fläche besitzt, an der die Dünnfilmschicht ausgebildet ist; und
wobei die Dünnfilmschicht mit dem dielektrischen Block integriert ist, implementiert durch den Schritt:
Herstellen des dielektrischen Blocks durch Spritzguß unter Verwendung von zwei Formhälften, deren Paßflächen sich außerhalb von zwei Öffnungswinkeln des Polygons befinden, die einander über die Mitte des Polygons gegenüberstehen.

2. Verfahren zum Herstellen eines Meßchips, welches aufweist:
einen dielektrischen Block, und
eine Dünnfilmschicht, die einen Metallfilm umfaßt, ausgebildet auf einer Fläche des dielektrischen Blocks, um darauf eine Probe zu plazieren;
wobei der Meßchip in einer Meßapparatur verwendet wird, die von gedämpfter Totalreflexion Gebrauch macht, und aufweist:
eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls,
eine Optik, die den Lichtstrahl dazu bringt, unter verschiedenen Einfallwinkeln in den dielektrischen Block einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und dem Metallfilm erfüllt ist, und
eine Photodetektoreinrichtung zum Detektieren der Intensität des an der Grenzfläche totalreflektierten Lichtstrahls, um gedämpfte Totalreflexion aufgrund von Oberflächenplasmonresonanz nachzuweisen;
wobei der dielektrische Block aus einem Harzmaterial als Einzelblock geformt ist, dessen Schnitt parallel zu der einen Fläche ein Polygon ist, und der eine Eintrittsfläche, durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt, eine Austrittsfläche, durch die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, und die eine Fläche enthält, auf der der Metallfilm gebildet ist; und
wobei die Dünnfilmschicht mit dem dielektrischen Block integriert ist, implementiert durch den Schritt:
Bilden des dielektrischen Blocks durch Spritzgießen unter Verwendung von zwei Formhälften, deren Paßflächen außerhalb zweier Öffnungswinkel des Polygons gelegen sind, die einander über die Mitte des Polygons gegenüberliegen.

3. Verfahren zum Herstellen eines Meßchips, welcher aufweist:
einen dielektrischen Block, und
eine Dünnfilmschicht aus einer Mantelschicht, gebildet auf einer Fläche des dielektrischen Blocks, und einer optischen Wellenleiterschicht, die auf der Mantelschicht gebildet ist, um dort eine Probe zu plazieren;
wobei der Meßchip in einer Meßapparatur verwendet wird, die von gedämpfter Totalreflexion Gebrauch macht, und aufweist:
eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls,
eine Optik, die den Lichtstrahl dazu bringt, in den dielektrischen Block unter verschiedenen Einfallwinkeln einzutreten, so daß eine Bedingung für innere Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Block und der Mantelschicht erfüllt ist, und
eine Photodetektoreinrichtung zum Detektieren der Intensität des an der Grenzfläche totalreflektierten Lichtstrahls, um so gedämpfte Totalreflexion aufgrund der Anregung eines Wellenleitermodus an der optischen Wellenleiterschicht nachzuweisen;
wobei der dielektrische Block gebildet ist aus einem Harz als Einzelblock, dessen Schnitt parallel zu der einen Fläche ein Polygon ist, und der eine Eintrittsfläche, durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt, eine Austrittsfläche, durch die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, und die eine Fläche, auf der die Mantelschicht gebildet ist, aufweist, und
die Dünnfilmschicht mit dem dielektrischen Block integriert ist, implementiert durch den Schritt:
Bilden des dielektrischen Blocks durch Spritzgießen unter Verwendung von zwei Formhälften, deren Paßflächen außerhalb von zwei Öffnungswinkeln des Polygons gelegen sind, die einander über die Mitte des Polygons gegenüberliegen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Polygon ein regelmäßiges Polygon ist, bei dem die Anzahl der Seiten eine gerade Zahl ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Polygon ein regelmäßiges Polygon ist, bei dem die Anzahl der Seiten eine gerade Zahl ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Polygon ein regelmäßiges Polygon ist, bei dem die Anzahl der Seiten eine gerade Zahl ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Harz ein Cycloolefin-Polymer aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Harz ein Cycloolefin-Polymer aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Harz ein Cycloolefin-Polymer aufweist.

10. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellter Meßchip.

11. Nach dem Verfahren nach Anspruch 2 hergestellter Meßchip.

12. Nach dem Verfahren nach Anspruch 3 hergestellter Meßchip.

13. Meßchip nach Anspruch 10, bei dem der dielektrische Körper einen Probenhalteteil zum Halten einer Probe an der Dünnfilmschicht aufweist.

14. Meßchip nach Anspruch 11, bei dem der dielektrische Körper einen Probenhalteteil zum Halten einer Probe an der Dünnfilmschicht aufweist.

15. Meßchip nach Anspruch 12, bei dem der dielektrische Körper einen Probenhalteteil zum Halten einer Probe an der Dünnfilmschicht aufweist.