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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Meßchip, welcher 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.
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Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
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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.
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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
JP
6-167443 A .
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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.
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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.
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Wenn
bei der oben beschriebenen Oberflächenplasmonresonanz-Meßvorrichtung
ein Lichtstrahl die Dünnfilmschicht
unter einem spezifischen Einfallwinkel θsp 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.
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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.
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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.
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Wenn
die Dielektrizitätskonstante εs 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 θsp auffindet, bei dem die Intensität des reflektierten Lichts
scharf abfällt.
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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.
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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,
un ter 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.
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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 θsp auffindet, bei dem ATR stattfindet.
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In
der Leckwellen-Meßapparatur
wird ebenso wie in der oben erläuterten
Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur
ein erster dielektrischen 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.
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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
Indexanpassungs-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.
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Im
Hinblick auf die oben erläuterten
Umstände
wurde ein Oberflächenplasmonresonanz-Meßchip vorgeschlagen,
der sich einfach austauschen läßt auch
ohne Indexanpassungs-Lösung
(japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
JP 2002-296172 A mit
der Anmeldenummer 2001-92666).
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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.
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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.
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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.
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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 der 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.).
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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
regelmäßiges Polygon
ist, und der eine Eintrittsfläche
aufweist, durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block
eintritt, und eine Austrittsfläche
besitzt, durch die hindurch der Lichtstrahl aus dem dielektrischen
Block austritt; und
wobei die Dünnfilmschicht mit dem dielektrischen Block
integriert ist,
wobei das Verfahren den Schritt umfasst:
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.
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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 regelmäßiges Polygon
ist, und der eine Eintrittsfläche,
durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt,
und eine Austrittsfläche,
durch die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt,
aufweist; und
wobei die Dünnfilmschicht
mit dem dielektrischen Block integriert ist,
wobei das Verfahren
den Schritt umfasst:
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.
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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 regelmäßiges Polygon
ist, und der eine Eintrittsfläche,
durch die der Lichtstrahl in den dielektrischen Block eintritt,
und eine Austrittsfläche, durch
die der Lichtstrahl aus dem dielektrischen Block austritt, aufweist,
und
die Dünnfilmschicht
mit dem dielektrischen Block integriert ist,
wobei das Verfahren
den Schritt umfasst:
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.
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Bei
den oben beschriebenen Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ist es besonders
bevorzugt, wenn die Anzahl der Seiten des Polygons eine gerade Zahl
ist.
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Bei
den oben beschriebenen Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung kann das Harzmaterial
ein Cycloolefin-Polymer aufweisen.
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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.
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Im
folgenden wird eine Beschreibung des Grunds dafür angeboten, warum sich im
Stand der Technik das oben erläuterte
Problem findet.
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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.
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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.
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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 5 gezeigt.
Demnach sind die Paßflächen H der
Formhälften 5a und 5b außerhalb
der beiden Seitenflächen 11b, 11c von
den vier Seitenflächen
des dielektrischen Blocks 11 angeordnet.
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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 5 übertrieben dargestellt und
mit θ 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.
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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.
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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.
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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 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.
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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 müssen. 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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird in größerer Einzelheit
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur,
die Oberflächenplasmonresonanz-Meßchips verwendet,
die nach einem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren
hergestellt wurden;
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2 eine
Teilschnittansicht, die die in 1 gezeigte
Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur
zeigt;
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3 eine
perspektivische Ansicht, die den Oberflächenplasmonresonanz-Meßchip zeigt,
der nach dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren hergestellt
wurde;
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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;
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5 ein
ebener Schnitt, der die zweiteilige Form zum Formen eines Meßchips zeigt,
wobei von einem herkömmlichen
Fertigungsverfahren Gebrauch gemacht wird;
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6 einen
ebenen Schnitt, der eine zweiteilige Form zum Formen eines Meßchips zeigt,
wobei von dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
Gebrauch gemacht wird;
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7 eine
Seitenschnittansicht einer Vorrichtung zum Herstellen des Meßchips gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren;
und
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8 eine
Teilschnittansicht einer Leckwellen-Meßapparatur, die von Meßchips Gebrauch macht,
die sich von den in 1 gezeigten Meßchips unterscheiden,
hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nunmehr
in größerer Einzelheit
auf die Zeichnungen und zunächst
auf 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. 2 zeigt eine Seitenansicht der
wesentlichen Teile dieser Apparatur. 3 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Meßchips 10. Zunächst wird
die Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur
beschrieben.
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Zunächst wird
die Oberflächenplasmonresonanz-Meßapparatur
beschrieben.
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Wie
in 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.
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Der
Meßchip 10 ist
gemäß 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.
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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.
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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.
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Die
Sammellinse 32 wird gemäß 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.
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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.
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Der
Photodetektor 40 besteht aus einem Zeilensensor, seinerseits
bestehend aus einer großen Anzahl
von Lichtempfangselementen, die in einer Reihe entlang der Pfeilrichtung
X in 2 angeordnet sind.
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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.
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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.
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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-Antriebsein richtung 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.
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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 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.
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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.
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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 θsp 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 θsp und der Lichtintensität I ist in 4 gezeigt.
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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 θsp (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 θsp repräsentieren,
eine spezifische Substanz in der Probe 15 quantitativ analysieren.
Das Analyseergebnis wird auf dem Anzeigeteil 62 angezeigt.
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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.
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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.
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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 Indexanpassungs-Lösung,
die schlechten Einfluß auf
die Umgebung hätte.
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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 θsp,
bei dem ATR zustande kommt.
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Als
nächstes
wird das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen
des Meßchips 10 beschrieben.
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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.
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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 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 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.
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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 7 die
Räume,
in die schmelzflüssiges
Harz einfließt,
schraffiert sind, ebenso wie der Raum 3.
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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 Harzein leitkanal 86a, wenn die Angußstopperplatte 86 in
Berührung
mit der ortsfesten Platte 87 gebracht ist.
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Wenn
die obere Form 1 und die untere Form 2 in Berührung miteinander gebracht
sind, wie dies in 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 3 bildet.
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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 keien 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.
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Wie
in 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.
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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 6 erläutert.
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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 3 gezeigten Meßchip 10.
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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.
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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.
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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 701 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 702 beträgt etwa
700 nm, wenn sie aus PMMA gebildet ist.
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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.
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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 θsp 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.
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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 1 erzielt
werden.
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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.