DE602005002054T2

DE602005002054T2 - Verfahren zum Nachweis von Testkörpern

Info

Publication number: DE602005002054T2
Application number: DE200560002054
Authority: DE
Inventors: Masayuki Fuji Photo Film Co. Naya
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2005-01-03
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2025-01-04
Also published as: US7307731B2; EP1553400B1; JP2005195440A; EP1553400A1; JP4109205B2; DE602005002054D1; US20050168745A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Testkörpers mit einem Sensor unter Ausnutzung eines örtlichen Plasmonenresonanz-Phänomens.
Beschreibung des Standes der Technik
Als zum Detektieren oder Identifizieren von Substanzen oder zur Untersuchung von molekularen Strukturen verwendete Sensoren sind solche Sensoren bekannt, die von einem lokalisierten oder örtlichen Plasmonenresonanz-Phänomen Gebrauch machen. Die von diesem Phänomen Gebrauch machenden Sensoren verwenden eine Vorrichtung mit einer Struktur, in welcher feine Metallpartikel in einer schichtförmigen Ausbildung einer Oberfläche eines Dielektrikums fixiert sind, um einen Sensor-Chip zu bilden. Außerdem werden die Sensoren gebildet durch eine Einrichtung zum Aufstrahlen von Licht auf die Schicht der feinen Metallpartikel des Sensor-Chips und einer Einrichtung zum spektrophotometrischen Detektieren des Lichts, welches von der Schicht der feinen Metallpartikel reflektiert wurde, und zum Messen der Intensität jeder der Lichtkomponenten, die unterschiedliche Wellenlängen besitzen.
In solchen Fällen, in denen Licht, welches auf die feinen Metallpartikel aufgestrahlt wird, die kleiner als die Wellenlängen sind, gelangen freie Elektronen innerhalb der feinen Metallpartikel in Resonanz mit einem elektrischen Feld einer Lichtkomponente, die eine spezifische Wellenlänge besitzt, und sie beginnen zu schwingen. Das oben beschriebene Phänomen wird als örtliches Plasmonenresonanz-Phänomen bezeichnet. In solchen Fällen, in denen die Elektronen innerhalb der feinen Metallpartikel zu schwingen beginnen und die örtliche Plasmonenresonanz induziert wird, treten starke elektrische Felder um die feinen Metallpartikel herum auf, so daß die Streuung und Absorption der Lichtkomponente mit der spezifischen Wellenlänge (im folgenden als Resonanz-Wellenlänge bezeichnet) deutlich ansteigt.
In solchen Fällen hängt die Resonanz-Wellenlänge ab von dem Brechungsindex einer Substanz, welche sich in der Umgebung der feinen Metallpartikel befindet. Speziell in solchen Fällen, in denen der Brechungsindex der sich um die feinen Metallpartikel herum befindenden Substanz groß ist, verschiebt sich eine Resonanz-Wellenlänge zur Seite längerer Wellenlängen hin, und die Streuung und Absorption von reflektiertem Licht nehmen zu. Deshalb kann in solchen Fällen, in denen die Bestrahlung mit Licht und die Messung der Intensität des reflektierten Lichts in einem Zustand erfolgen, in welchem eine als Testkörper fungierende Substanz an der Schicht der feinen Metallpartikel adsorbiert wird oder sich an der Schicht der feinen Metallpartikel ansammelt, der Testkörper detektiert werden in Abhängigkeit der besonderen Änderung der Intensität des reflektierten Lichts. Außerdem läßt sich die Art des Testkörpers abhängig von der Wellenlänge spezifizieren, die zu dem Auftreten der deutlichen Änderung der Intensität des reflektierten Lichts gehört. Als Sensor-Chip zur Verwendung in den oben beschriebenen Sensoren ist beispielsweise ein Sensor-Chip bekannt, der einen Basiskörper und den gallertartigen einzellagigen Metallfilm enthält, der auf der Oberfläche des Basiskörpers ausgebildet ist, beschrieben beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2000-356587.
Als Methode zum Detektieren eines in einer Flüssigkeit dispergierten Testkörpers unter Verwendung eines Sensor-Chips der oben beschriebenen Art werden, abgesehen von den an dem Sensor-Chip fixierten feinen Metallpartikeln, feine Metallpartikel an der Seite des Testkörpers gebunden. (Die vorgeschlagene Methode zum Nachweisen eines Testkörpers ist zum Beispiel beschrieben in „Metal Nanoparticles, Synthetis, Characterization, and Applications", Daniel L. Feldheim, Colby A. Foss, Jr., MARCEL DEKKER Inc., S. 183-205). Mit Hilfe der vorgeschlagenen Methode zum Nachweisen eines Testkörpers befinden sich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Testkörper an der Oberfläche des Sensor-Chips adsorbiert wurde, ein feiner Metallpartikel auf der Seite des Sensor-Chips und ein feiner Metallpartikel auf der Seite des Testkörpers in großer Nähe zueinander. Die Resonanz-Wellenlänge der örtlichen Plasmonenresonanz schwankt abhängig von dem Zustand, in welchem die feinen Metallpartikel nahe beieinander liegen. In solchen Fällen, in denen die feinen Metallpartikel an der Seite des Testkörpers gebunden sind, läßt sich also die Schwankung der Resonanz-Wellenlänge einfach ermitteln.
Bei dem Sensor-Chip nach der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2000-356587 gibt es Probleme insofern, als die gallertartigen Partikel zum Agglomerieren neigen und aus diesem Grund der Sensor-Chip schwierig herzustellen ist, wobei außerdem die Größen der feinen Metallpartikel nicht gleichmäßig sind. Als eine Methode zum Lösen der oben angegebenen Probleme wurde eine Methode vorgeschlagen, bei der regelmäßig angeordnete feine Löcher vorab in einer Basisplatte ausgebildet werden, woraufhin in die feinen Löcher feine Metallpartikel gefüllt werden, um dadurch einen Sensor-Chip der oben beschriebenen Art zu fertigen. (Die Methode zum Fertigen eines Sensor-Chips ist zum Beispiel beschrieben in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2003-268592.)
Die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2003-268592 offenbarte Feinstruktur besitzt Vorteile gegenüber dem Sensor-Chip nach der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2000-356587 insofern, als die feinen Metallpartikel mit gleichmäßiger Größe in einem regulären Muster angeordnet sind und zuverlässige Meßergebnisse gewonnen werden können. Allerdings gibt es bei dem Feinstrukturkörper nach der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2003-268592, in der jeder der feinen Metallpartikel sich im Inneren eines der feinen Löcher befindet, in solchen Fällen, in denen die Methode zum Nachweisen eines Testkörpers Gebrauch macht von der Literaturstelle „Metal Nanoparticles, Synthesis, Characterization, and Applications", Probleme insofern, als es schwierig ist, einen feien Metallpartikel auf der Seite des Sensor-Chips und einen feinen Metallpartikel auf der Seite des Testkörpers nahe zusammenzuführen. Insbesondere kommt es bei gewissen Arten von sensorischen Methoden häufig vor, daß der Feinstrukturkörper nach der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2000-356587 besser geeignet ist als der Feinstrukturkörper nach der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2003-268592.
Die EP 0 965 835 A2 zeigt einen Sensor mit einem flachen Substrat und einer Schicht aus Isolierkügelchen eines Polymers oder eines nichtmetallischen Werkstoffs, die auf dem Substrat praktisch gleichmäßig angeordnet sind, wobei eine freie Elektronen enthaltende dünne Metall-Mikropartikelschicht über etwa der Hälfte der Außenoberfläche der Isolierkügelchen auf der dem Substrat abgewandten Seite gebildet ist. Die Oberfläche der freie Elektronen enthaltenden dünnen Metallschicht ist chemisch durch ein Molekül modifiziert, welches sich selektiv bei einem spezifischen Eintritt in eine Probenlösung kombiniert.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Nachweisen eines Testkörpers, bei dem sowohl der Effekt eines Zustands, in welchem ein feiner Metallpartikel auf der Seite eines Sensor-Chips und eines feinen Metallpartikels auf der Seite des Testkörpers nahe zusammengebracht werden, als auch der Effekt eines Zustands, in welchem feine Metallpartikel gleichmäßiger Größe in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, erreicht werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Detektieren eines Testkörpers, bei dem ein sensorischer Vorgang mit hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Detektieren eines in einer Flüssigkeit enthaltenen Testkörpers, umfassend folgende Schritte:

i) Erhalten eines Feinstrukturkörpers mit einem Basiskörper, der eine Mehrzahl feiner Löcher aufweist, die in einer Oberfläche verteilt und ausgebildet sind, und erste feine Metallpartikel, die jeweils eine solche Größe besitzen, daß eine örtliche Plasmonenreso nanz induziert werden kann, und von denen jeder in einem der feinen Löcher des Basiskörpers liegt, so daß eine Kopfzone jedes der ersten feinen Metallpartikel auf einer Seite mehr nach oben vorsteht als die Oberfläche des Basiskörpers,
ii) Einbringen des Feinstrukturkörpers in die Flüssigkeit und in einem Zustand, in dem eine spezifische Bindesubstanz, die in der Lage ist, eine spezifische Bindung mit dem Testkörper einzugehen, an der Kopfzone jedes der ersten feinen Metallpartikel fixiert wurde,
iii) Dispergieren einer Mehrzahl zweiter feiner Metallpartikel, die jeweils eine solche Größe aufweisen, daß die örtliche Plasmonenresonanz induziert werden kann, in der Flüssigkeit und in einem Zustand, in welchem eine spezifische Bindesubstanz, die eine spezifische Bindung mit dem Testkörper eingehen kann, an jedem der zweiten feinen Metallpartikel fixiert wurde,
iv) Aufstrahlen von Licht auf die Oberfläche des Feinstrukturkörpers, von welcher Oberfläche die Kopfzonen der ersten feinen Metallpartikel vorstehen,
v) Messen der Intensität des Lichts, welches von der Oberfläche des Feinstrukturkörpers reflektiert wurde, oder des Lichts, das durch den Feinstrukturkörper hindurchgegangen ist, und
vi) Detektieren des Testkörpers, der in der Flüssigkeit enthalten ist, nach Maßgabe der so gemessenen Lichtintensität.

Speziell wird bei dem Verfahren zum Detektieren eines Testkörpers gemäß der Erfindung zunächst der Feinstrukturkörper (das ist der Sensor-Chip) erstellt. Der Feinstrukturkörper enthält den Basiskörper, der die mehreren feinen Löcher enthält, die in der einen Oberfläche verteilt ausgebildet sind. Der Feinstrukturkörper enthält außerdem die Feinmetallpartikel (das sind die ersten feinen Metallpartikel), von denen jeder eine solche Größe besitzt, daß die örtliche Plasmonenresonanz induziert werden kann, und von denen jeder sich in einem der feinen Löcher des Basiskörpers befindet. Der Feinstrukturkörper befindet sich in einer Probenflüssigkeit, die möglicherweise den Testkörper enthält.
Jeder der ersten feinen Metallpartikel befindet sich in einem der feinen Löcher des Basiskörpers, so daß die Kopfzone jedes der ersten Feinmetallpartikel zu der Seite weiter weg steht als die Oberfläche des Basiskörpers. Der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher sollte vorzugsweise höchstens 200 nm betragen. Die Tiefe jedes der feinen Löcher sollte vorzugsweise höchstens 100 nm betragen. Auch die Schwankung der Lochdurchmesser der feinen Löcher sollte vorzugsweise höchstens 15% betragen. Der Durchmesser jeder der Kopfzonen der ersten Feinmetallpartikel sollte vorzugsweise 200 nm betragen. Die ersten Feinmetallpartikel sollten vorzugsweise aus einem Werkstoff bestehen, der ausgewählt ist aus der Gruppe Gold, Silber, Aluminium und Kupfer.
Der Feinstrukturkörper befindet sich in der Flüssigkeit und in einem Zustand, in welchem die spezifische Bindesubstanz, die eine spezifische Bindung mit dem Testkörper eingehen kann, an der Kopfzone jedes der ersten Feinmetallpartikel fixiert wurde.
Weiterhin sind die mehreren Feinmetallpartikel (das heißt die zweiten Feinmetallpartikel), von denen jeder eine Größe besitzt, so daß die örtliche Plasmonenresonanz induziert werden kann, in der Flüssigkeit dispergiert und befinden sich in einem Zustand, in welchem die spezifische Bindesubstanz, die eine spezifische Bindung mit dem Testkörper eingehen kann, an jedem der zweiten Feinmetallpartikel fixiert wurde, so daß der in der Flüssigkeit enthaltene Testkörper die spezifische Bindung mit der spezifischen Bindesubstanz eingehen kann, die an jedem der zweiten Feinmetallpartikel fixiert wurde. Die zweiten Feinmetallpartikel sollten vorzugsweise aus einem Werkstoff gebildet sein, der ausgewählt ist aus der Gruppe Gold, Silber, Aluminium und Kupfer.
In dem oben beschriebenen Zustand wird das Licht auf die Oberfläche des Feinstrukturkörpers aufgestrahlt, von welcher Oberfläche die Kopfzonen der ersten feinen Metallpartikel vorstehen. Außerdem wird die Intensität des von der Oberfläche des Feinstrukturkörpers reflektierten Lichts oder des Lichts, welches durch den Feinstrukturkörper hin durchgetreten ist, gemessen. In solchen Fällen, in denen der Testkörper in der Flüssigkeit enthalten ist, wird der Testkörper an der Oberfläche des Feinstrukturkörpers adsorbiert, so daß der Testkörper sandwichartig zwischen der spezifischen Bindesubstanz; die an der Kopfzone jedes der ersten Feinmetallpartikel fixiert wurde, und der spezifischen Bindesubstanz, die an jedem der zweiten feinem Metallpartikel fixiert wurde, eingeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich der erste und der zweite Feinmetallpartikel in großer Nähe zueinander, so daß die Resonanzwellenlänge der lokalisierten Plasmonenresonanz variiert. Folglich kann der in der Flüssigkeit enthaltene Testkörper abhängig von der so gemessenen Lichtintensität nachgewiesen werden.
Das Verfahren zum Detektieren eines Testkörpers gemäß der Erfindung sollte vorzugsweise so modifiziert werden, daß der Feinstrukturkörper eine Aluminiumoxidschicht als Basiskörper enthält, gebildet durch anodische Oxidation eines Werkstoffs, der Aluminium als Hauptbestandteil enthält, außerdem die ersten Feinmetallpartikel, von denen jeder sich in einem der feinen Löcher innerhalb der Aluminiumoxidschicht befindet. Der Feinstrukturkörper mit der oben beschriebenen Struktur läßt sich vergleichsweise einfach herstellen. Außerdem weist der die oben beschriebene Struktur aufweisende Feinstrukturkörper nur eine geringe Schwankung der Lochdurchmesser der feinen Löcher auf und besitzt eine gleichmäßige Oberflächenstruktur. Mit dem die oben beschriebene Struktur aufweisenden Feinstrukturkörper können also aus der Messung des von der Oberfläche des Feinstrukturkörpers reflektierten oder durch den Feinstrukturkörper hindurchgetretenen Lichts zuverlässige Ergebnisse gewonnen werden.
Das Verfahren zum Detektieren eines Testkörpers gemäß der Erfindung sollte vorzugsweise außerdem so modifiziert werden, daß der Feinstrukturkörper außerdem einen dünnen Metallfilm enthält, der auf Oberflächenbereichen des Basiskörpers ausgebildet ist, die die feinen Löcher des Basiskörpers umgeben. Weiterhin sollte das erfindungsgemäße Verfahren zum Detektieren eines Testkörpers vorzugsweise so modifiziert werden, daß ein Durchmesser jeder der Kopfzonen der erste Feinmetallpartikel des Feinstrukturköpers größer ist als der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher des Feinstrukturkörpers. Bei jeder der oben angesprochenen Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektieren eines Testkörpers kann letzterer mit gesteigerter Empfindlichkeit nachgewiesen werden.
Bei dem Verfahren zum Detektieren eines Testkörpers gemäß der Erfindung, bei dem der Feinstrukturkörper mit der gleichmäßigen Oberflächenstruktur verwendet wird, können zuverlässige Meßergebnisse gewonnen werden. Auch in solchen Fällen, in denen der Testkörper an der Oberfläche des Feinstrukturkörpers adsorbiert wurde, können die ersten und die zweiten Feinmetallpartikel in ausreichend große Nähe zueinander gebracht werden, so daß die Resonanzwellenlänge der örtlichen Plasmonenresonanz deutlich variieren kann. Aus diesem Grund läßt sich der in der Flüssigkeit enthaltene Testkörper mit hoher Empfindlichkeit nachweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Nachweisen eines Testkörpers, bei dem die feinen Löcher bei der anodischen Oxidation des Aluminium als Hauptbestandteil enthaltenden Werkstoffs gebildet werden, kann der Feinstrukturkörper mit der gleichmäßigen Struktur in vergleichsweise einfacher Weise erhalten werden, wobei der sensorische Vorgang mit hoher Empfindlichkeit ausgeführt werden kann.
Das Verfahren zum Nachweisen eines Testkörpers gemäß der Erfindung läßt sich derart modifizieren, daß der Feinstrukturkörper außerdem einen dünnen Metallfilm enthält, gebildet auf Oberflächenbereichen des Basiskörpers, die sich um die feinen Löcher des Basiskörpers herum gruppieren. Außerdem läßt sich das Verfahren zum Detektieren eines Testkörpers gemäß der Erfindung derart modifizieren, daß der Durchmesser jeder der Kopfzonen der ersten feinen Metallpartikel des Feinstrukturkörpers größer ist als der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher des Feinstrukturkörpers. Bei jeder der oben angesprochenen Abwandlungen des Verfahrens zum Detektieren eines Testkörpers gemäß der Erfindung kann die Empfindlichkeit des Sensors noch weiter verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Seitenansicht, die einen Reflexionstyp-Sensor zeigt, welcher zum Detektieren eines Testkörpers in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Nachweisen eines Testkörpers verwendet wird,
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Struktur eines Sensor-Chips,
3A, 3B, 3C und 3D sind anschauliche Darstellungen eines Verfahrens zum Fertigen des Sensor-Chips,
4 ist eine Konzept-Seitenansicht, die zeigt, wie eine spezifische Bindung an einer Oberfläche des Sensor-Chips in solchen Fällen zustande kommt, in denen ein Testkörper in einer Probenflüssigkeit enthalten ist,
5 ist eine schematische Seitenansicht eines anderen Beispiels für eine Struktur eines Sensor-Chips,
6 ist eine schematische Seitenansicht, die ein noch weiteres Beispiel für den Aufbau eines Sensor-Chips zeigt,
7 ist eine schematische Seitenansicht, die einen Transmissionstyp-Sensor veranschaulicht, der verwendet wird zum Nachweisen eines Testkörpers bei einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektieren eines Testkörpers, und
8 ist eine schematische Seitenansicht eines Beispiels für den Aufbau eines Sensor-Chips für den Transmissionstyp-Sensor.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird im folgenden anhand der begleitenden Zeichnungen in größerer Einzelheit erläutert.
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Sensors vom Reflexionstyp, welcher zum Detektieren eines Testkörpers bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektieren eines Testkörpers verwendet wird. Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Sensor ein Gefäß 2 mit einem transparenten Fenster 4. Außerdem enthält der Sensor einen Sensor-Chip, der an der inneren Bodenfläche des Gefäßes 2 befestigt ist. Der Sensor enthält weiterhin eine Weißlichtquelle 5 zum Lenken von weißem Licht 23 auf den an der inneren Bodenfläche des Gefäßes 2 befestigten Sensor-Chip 1. Außerdem enthält der Sensor ein Spektrophotometer 6 zur spektrophotometrischen Detektierung des von der Oberfläche des Sensor-Chips 1 reflektierten Lichts und zum Gewinnen eines Spektrums des reflektierten Lichts. Der Spektrophotometer 6 detektiert folglich eine Schwankung der Resonanzwellenlänge der örtlichen Plasmonenresonanz. Mehrere erste feine Goldpartikel 9, 9, ... sind in Form eines Feldes auf der Oberfläche des Sensor-Chips 1 angeordnet, auf die das Licht aufgestrahlt wird.
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Struktur des Sensor-Chips 1 zeigt. Wie aus 2 hervorgeht, enthält der Sensor-Chip 1 einen Basiskörper 7 mit feinen Löchern 8, 8, ..., die auf der Oberfläche verteilt ausgebildet sind. Der Sensor-Chip 1 enthält weiterhin erste feine Goldpartikel 9, 9, ..., die jeweils einzeln in den feinen Löchern 8, 8, ... angeordnet sind. Der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher 8, 8, ... beträgt etwa 200 nm. Die Tiefe jedes der feinen Löcher 8, 8, ... beträgt etwa 100 nm, das heißt etwa die Hälfte des Lochdurchmessers jedes der feinen Löcher 8, 8, ... Die Schwankung der Lochdurchmesser der feinen Löcher 8, 8, ... beträgt höchstens 15%. Die Oberfläche des Sensor-Chips 1 besitzt eine gleichmäßige Struktur. Der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... ist etwas kleiner als der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher 8, 8, ... und beträgt etwa 200 nm. Der Partikeldurchmesser von jedem der erste feinen Goldpartikel 9, 9, ... ist größer als die Tiefe jedes der feinen Löcher 8, 8, ... Deshalb steht gemäß 2 ein Teil (das heißt die Kopfzone) jedes der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... zur Seite weiter vor als die Oberfläche des Basiskörpers 7.
Der Sensor-Chip 1 kann nach einem von verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise wird im folgenden beschrieben, wie der Sensor-Chip 1 mit Hilfe eines Verfahrens gefertigt wird, bei dem ein Aluminium-Basiskörper verwendet wird. 3A, 3B, 3C und 3D sind anschauliche Ansichten, die das Verfahren zum Fertigen des Sensor-Chips zeigen, wobei der Aluminium-Basiskörper verwendet wird. Jede der 3A, 3B, 3C und 3D zeigt eine teilweise Schnittansicht des Sensor-Chip-Materials für den Sensor-Chip 1.
3A zeigt einen Basiskörper 10, bevor dieser dem Fertigungsverfahren für den Sensor-Chip unterzogen wird. Bei dieser Ausführungsform wird als Basiskörper 10 ein Körper aus einer Aluminiumschicht 13 verwendet. Alternativ kann ein Basiskörper mit einem Trägerelement aus einem anderen Material als Aluminium (zum Beispiel Glas) verwendet werden, der mit einer Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung überzogen ist, um den Basiskörper 10 zu bilden. Insbesondere reicht es aus, wenn die Oberflächenschicht des Basiskörpers 10 aus einem Material besteht, welches als Hauptbestandteil Aluminium enthält, wobei es keine Beschränkung bezüglich der Struktur desjenigen Teils des Basiskörpers 10 gibt, der nicht die Oberflächenschicht des Basiskörpers 10 betrifft.
Zur Fertigung des Sensor-Chips 1 erfolgt zunächst eine anodische Oxidation der Oberfläche des Basiskörpers 10 unter Verwendung einer Apparatur für eine anodische Oxidationsbearbeitung. Damit die anodische Oxidation der Oberfläche des Basiskörpers 10 stattfindet, wird der Basiskörper 10 zunächst an einem Halter fixiert und in einem Elektrolytmaterial untergebracht, welches sich in einem Reaktionsgefäß befindet, zusammen mit einer Gegenelektrode. Der Elektrolyt kann ein saurer Elektrolyt sein, beispielsweise in Form von Oxalsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Chromsäure. Alternativ kann der Elektrolyt ein Gemisch aus mindestens zwei Arten von sauren Lösungen sein.
Anschließend wird zwischen den Basiskörper 10 und die Gegenelektrode eine Spannung von etwa 40 V gelegt. Während des Anlegens der Spannung ist der Basiskörper 10 mit dem positiven Pol einer elektrischen Stromquelle verbunden, die Gegenelektrode liegt an dem negativen Pol. Wenn die Spannung zwischen den Körper 10 und die Gegenelektrode gelegt ist, bildet sich zunächst auf der Oberfläche des Basiskörpers 10 eine Oxidschicht. Außerdem werden durch den Lösungseffekt der Säure feine Vertiefungen (feine Löcher) in der Oberfläche der Oxidschicht gebildet. Im Zuge der fortschreitenden anodischen Oxidation wachsen außerdem gewisse Vertiefungen von den oben angesprochenen Vertiefungen bevorzugt, und auf diese Weise ergibt sich die Ausbildung einer Mehrzahl von Vertiefungen in nahezu gleichen Intervallen innerhalb der Oberfläche der Oxidschicht. Eine Fläche der Oxidschicht, in der eine Vertiefung ausgebildet ist, ist einem elektrischen Feld ausgesetzt, welches stärker ist als das an den übrigen Bereichen der Oxidschicht herrschende elektrische Feld. Aus diesem Grund wird die Auflösung in dem Flächenbereich der Oxidschicht, in welchem sich die Vertiefung ausgebildet hat, begünstigt. Im Ergebnis wächst die Vertiefung in der Richtung etwa senkrecht zur Oberfläche des Aluminiums. Eine die Vertiefung umgebende Fläche bleibt nicht-aufgelöst. Durch die anodische Oxidation erhaltenes Aluminiumoxid besitzt die Besonderheit, daß innerhalb des Aluminiumoxids natürlich ausgebildete feine Löcher in Form eines eine beträchtliche Regelmäßigkeit aufweisenden Musters angeordnet sind.
3B zeigt einen Basiskörper 11 mit der Oberfläche, auf der eine Aluminiumoxidschicht 14 mit einer Mehrzahl feiner Löcher 15, 15, ... durch die anodische Oxidation gebildet wurde. Wie in 3B gezeigt ist, sind die feinen Löcher 15, 15, ... in regelmäßigen Intervallen über nahezu die gesamte Fläche des Basiskörpers 11 ausgebildet. Die Lochdurchmesser, die Tiefen und die Intervalle der feinen Löcher 15, 15, ... variieren abhängig von den Bedingungen bei der anodischen Oxidation (zum Beispiel der Konzentration und der Temperatur des für die anodische Oxidation verwendeten Elektrolyten, der Methode des Anlegens einer Spannung, der Spannungsstärke und der Zeit). Üblicherweise kann die Ausbildung der feinen Löcher 15, 15, ... akkurat so gesteuert werden, daß die Periode der feinen Löcher 15, 15, ... in einen Bereich von 10 nm bis 500 nm fällt, außerdem so, daß die Lochdurchmesser der feinen Löcher 15, 15, ... in den Bereich von 5 nm bis 400 nm fallen kann. Bei dieser Ausführungsform sind die Bedingungen für die anodische Oxidation derart eingestellt, daß die Lochdurchmesser der feinen Löcher 15, 15, ... annähernd 200 nm betragen, und daß die Periode der feinen Löcher 15, 15, ... etwa 200 nm beträgt.
Methoden zur Feinregulierung der Positionen, an denen die feinen Löcher gebildet werden, und der Lochdurchmesser der feinen Löcher sind beispielsweise in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen Nr. 2001-9800 und 2001-138300 offenbart. Bei den angegebenen Methoden zum Regulieren der Positionen, an denen die feinen Löcher gebildet werden, und deren Lochdurchmesser, können die feinen Löcher mit beliebigen Lochdurchmessern und beliebigen Lochtiefen in einem Feldmuster mit beliebiger Periode der feinen Löcher ausgebildet werden. Außerdem läßt sich die Schwankung der Lochdurchmesser der feinen Löcher auf höchstens 15% drücken.
Anschließend wird in jedes der feinen Löcher 15, 15, ..., die auf natürlichem Wege durch die anodische Oxidation gebildet wurden, mit Hilfe einer Vakuum-Aufdampfmethode, durch Sputtern, durch Galvanisieren oder dergleichen Gold eingebracht. Wird von dem Galvanisierverfahren Gebrauch gemacht, ist es notwendig, daß die Böden der feinen Löcher 15, 15, ... elektrische Leitfähigkeit besitzen. Um die Böden der feinen Löcher 15, 15, ... mit elektrischer Leitfähigkeit auszustatten, können zum Beispiel die Bedingungen für die anodische Oxidation so eingestellt werden, daß die Aluminiumoxidschicht an den Böden der feinen Löcher 15, 15, ... beträchtlich dünne wird. Alternativ kann die anodische Oxidation mehrmals wiederholt werden, so daß die Oxidschicht an den Böden der feinen Löcher 15, 15, ... dünn wird. Als weitere Alternative kann man die Aluminiumschicht an den Böden der feinen Löcher 15, 15, ... durch Ätzen entfernen.
Der Gold-Beladungsvorgang wird dann abgeschlossen, wenn das eingebrachte Gold bis zu einer Stelle reicht, die identisch ist mit der Stelle auf der Oberfläche des Basiskörpers 11. Alternativ läßt sich der Gold-Beladungsvorgang abschließen, bevor das Gold bis zu der Stelle aufgefüllt ist, die identisch mit der Lage der Oberfläche des Basiskörpers 11. Auf diese Weise erhält man gemäß 3C einen Strukturkörper 12, in welchem jeder der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... sich im Inneren eines der feinen Löcher 15, 15, ... befindet.
Der so erhaltene Strukturkörper 12 wird anschließend einer Ätzbearbeitung unterzogen, bei der eine Ätzlösung, die in der Lage ist, selektiv Aluminiumoxid zu lösen, beispielsweise eine Misch-Lösung aus Phosphorsäure und Chromsäure, verwendet wird. Durch die Ätzbearbeitung wird die obere Schicht der Aluminiumschicht 14 an der Oberfläche des Strukturkörpers 12 entfernt. Die Dicke der oberen Schicht der Aluminiumschicht 14, von der die obere Schicht entfernt wird, läßt sich durch die Ätzzeit entsprechend einstellen. Deshalb wird der Ätzvorgang dann beendet, wenn ein Teil (beispielsweise die obere halbe Zone) jedes der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... von der Oberfläche des Strukturkörpers 12 absteht. Auf diese Weise wird nach 3D der Sensor-Chip 1 erhalten.
Bei dieser Ausführungsform wird als Metall, welches in jedes der feinen Löcher 8, 8, ... des Sensor-Chips 1 eingebracht wird, das heißt als Material der feinen Metallpartikel, Gold verwendet. Alternativ kann das Material der feinen Metallpartikel auch ein anderes Metall als Gold sein, zum Beispiel Silber, Kupfer, Aluminium, Nickel oder Kobalt. Gold besitzt eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Außerdem kann die Vakuum-Aufdampftechnik von Gold bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen eingesetzt werden, so daß der Vorgang des Beladens mit Gold der feinen Löcher 8, 8, ... in einfacher Weise durchgeführt werden kann. In solchen Fällen, in denen Silber als Material für die feinen Metallpartikel verwendet wird, läßt sich die Empfindlichkeit des von dem Sensor-Chip 1 Gebrauch machenden Sensors steigern.
Der Sensor-Chip 1 kann mit einem anderen Verfahren gefertigt werden. Beispielsweise können die feinen Löcher auf der Oberfläche des Basiskörpers durch eine Feinbearbeitungstechnik gebildet werden, beispielsweise durch Bearbeiten mit einem Elektronenstrahl, durch Nano-Prägetechnik oder durch Nahfeldlicht-Lithographie. Anschließend kann mit Hilfe von Vakuum-Aufdampfen, durch Sputtern oder durch Metalllisieren ein Metall in die feinen Löcher eingebracht werden. In diesen Fällen braucht das Material des Basiskörpers nicht notwendigerweise Aluminium zu sein.
Wie der Testkörper unter Verwendung des Sensor-Chips 1 detektiert wird, wird im folgenden anhand der 1 beschrieben. Der Nachweis des Testkörpers erfolgt in dem Zustand, in welchem eine Probenflüssigkeit 3 in das Gefäß 2 eingefüllt ist, so daß in solchen Fällen, in denen der Testkörper in der Probenflüssigkeit 3 enthalten ist, dieser Testkörper an die Oberfläche des Sensor-Chips 1 adsorbiert werden kann. In diesen Fällen sind mehrere zweite feine Goldpartikel in der Probenflüssigkeit 3 in einem Zustand dispergiert, in welchem eine spezifische Bindesubstanz eine spezifische Bindung mit dem an jedem der zweiten feinen Goldpartikel fixierten Testkörper eingehen kann. Außerdem ist vorab eine spezifische Bindesubstanz, die in der Lage ist, eine spezifische Bindung mit dem Testkörper einzugehen, vorab an der Kopfzone jedes der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... des Sensor-Chips 1 fixiert worden. In solchen Fällen, in denen der Testkörper ein Antigen ist, kann die spezifische Bindesubstanz, die eine spezifische Bindung mit dem Testkörper eingehen kann, ein Antikörper sein. Beispiele für die Kombinationen des Antigens und des Antikörpers enthalten eine Kombination aus Streptoavidin und Biotin, und dergleichen. Die Art der spezifischen Bindung zur Fixierung an jedem der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... und der Art der spezifischen Bindesubstanz zur Fixierung an jedem der zweiten feinen Goldpartikel variiert abhängig von der Art des Testkörpers.
4 ist eine Konzept-Seitenansicht, die zeigt, wie es zu einer spezifischen Bindung an der Oberfläche des Sensor-Chips 1 in solchen Fällen kommt, in denen der Testkörper in der Probenflüssigkeit 3 enthalten ist. 4 zeigt einen Teil des Querschnitts des Sensor-Chips 1. Wie oben beschrieben wurde, sind die mehreren zweiten feinen Goldpartikel in der Probenflüssigkeit 3 in einem Zustand dispergiert, in welchem die für eine spezifische Bindung mit dem Testkörper geeignete spezifische Bindesubstanz an jedem der zweiten feinen Goldpartikel fixiert wurde. Die spezifische Bindesubstanz, die an jedem der zweiten feinen Goldpartikel fixiert wurde, geht eine spezifische Bindung mit dem in der Probenflüssigkeit 3 enthaltenen Testkörper ein. Im Ergebnis werden in der Probenflüssigkeit 3 wie in den Fällen der zweiten feinen Goldpartikel 16a nach 4 mehrere zweite feine Goldpartikel, die jeweils mit einem Testkörper 19a über eine spezifische Bindesubstanz 18a verbunden sind, dispergiert.
Der Testkörper 19a, der spezifisch an der spezifischen Bindesubstanz 18a an dem zweiten feinen Goldpartikel 16a in der Probenflüssigkeit 3 gebunden ist, wird auch spezifisch an einer spezifischen Bindesubstanz 17 gebunden, die an einem der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... des Sensor-Chips 1 fixiert wurde. In solchen Fällen, in denen zwei spezifische Bindungen an einem Testkörper auftreten, wird wie in den Fällen eines Testkörpers 19b in 4 der Testkörper sandwichartig zwischen einem der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... des Sensor-Chips 1 und einem zweiten feinen Goldpartikel 16b eingefaßt, der in der Probenflüssigkeit 3 dispergiert ist. In diesem Zustand werden der erste feine Goldpartikel 9 und der zweite feine Goldpartikel 16b in beträchtlich große Nähe zueinander gebracht.
Wie in 1 gezeigt ist, wird das Licht aus der Weißlichtquelle 5 durch das transparente Fenster 4 gestrahlt und gelangt an den Sensor-Chip 1. Das von der Oberfläche des Sensor-Chips 1 reflektierte Licht wird von dem Spektrophotometer 6 detektiert. Der Spektrophotometer 6 detektiert spektrophotometrisch das reflektierte Licht und bildet daraus das Spektrum. Das so gebildete Spektrum wird an einen (nicht gezeigten) Anzeigebildschirm oder einen (nicht gezeigten) Drucker ausgegeben.
Wie in den Fällen des in 4 dargestellten Testkörpers 19b verschiebt sich dann, wenn der Testkörper an der Oberfläche des Sensor-Chips 1 adsorbiert wurde, so daß der Testkörper sandwichartig zwischen den beiden Arten feiner Goldpartikel eingefaßt ist, das heißt zwischen dem ersten feinen Goldpartikel 9 und dem zweiten feinen Goldpartikel 16b, die Resonanzwellenlänge der örtlichen Plasmonenresonanz zu einer nahegelegenen Stelle des ersten feinen Goldpartikels 9 und des zweiten feinen Goldpartikels 16b verschoben. Aus diesem Grund läßt sich abhängig von der Änderung des Spektrums des reflektierten Lichts der in der Probenflüssigkeit 3 enthaltene Testkörper nachweisen.
Bei der oben erläuterten Ausführungsform des Verfahrens zum Detektieren eines Testkörpers gemäß der Erfindung wurde bestätigt, daß die Schwankung der Resonanzwellenlänge, die etwa 10-mal so groß ist wie die Schwankung der Resonanzwellenlänge, die in Fällen angetroffen wurde, in denen die zweiten feinen Goldpartikel 16a und 16b nicht in der Probenflüssigkeit enthalten waren, in Erscheinung trat. Insbesondere in solchen Fäl len, in denen die zweiten feinen Goldpartikel 16a und 16b nicht in der Probenflüssigkeit 3 enthalten sind, verschiebt sich die Resonanzwellenlänge um einige Nanometer. Bei der oben erläuterten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektieren eines Testkörpers jedoch, bei dem die zweiten feinen Goldpartikel 16a und 16b in der Probenflüssigkeit 3 enthalten sind, verschiebt sich die Resonanzwellenlänge um mindestens 10 nm. Bei der obigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektieren eines Testkörpers kann also der Testkörper mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das weiße Licht auf die Oberfläche des Sensor-Chips 1 aufgestrahlt, und das von der Oberfläche des Sensor-Chips 1 reflektierte Licht wird spektrophotometrisch erfaßt. Das die Intensität des reflektierten Lichts für jede der Lichtwellenlänge erhaltene Spektrum wird auf diese Weise gewonnen. Alternativ kann monochromatisches Licht mit einer der Resonanzwellenlänge entsprechenden Wellenlänge auf die Oberfläche des Sensor-Chips 1 aufgestrahlt werden, um eine Verschiebung der Resonanzwellenlänge nachzuweisen anhand einer Schwankung der Intensität des von der Oberfläche des Sensor-Chips 1 reflektierten Lichts.
Anstelle des Aufbaus des Sensor-Chips 1 kann auch ein Sensor-Chip mit einem Aufbau verwendet werden, wie es in 5 oder in 6 dargestellt ist.
5 zeigt einen Teil des Querschnitts eines Sensor-Chips 20 mit einem Aufbau, der sich von demjenigen des Sensor-Chips 1 unterscheidet. Wie in 5 dargestellt ist, hat wie bei dem Sensor-Chip 1 der Sensor-Chip 20 einen Aufbau, bei dem jeder der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... sich in einem der feinen Löcher befindet, die in der Oberfläche des Basiskörpers verteilt angeordnet sind. Der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher beträgt etwa 200 nm. Der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... beträgt etwa 200 nm. Die Tiefe jedes der feinen Löcher beträgt etwa 100 nm, das heißt etwa die Hälfte des Lochdurchmessers jedes der feinen Löcher. Wie in 5 dargestellt ist, steht ein Teil (das heißt die Kopfzone) jedes der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... zu der Seite weiter vor als die Oberfläche des Basiskörpers. Der Sensor-Chip 20 be sitzt mithin einen Aufbau, der im wesentlichen identisch ist mit dem Aufbau des Sensor-Chips 1, nur daß ein dünner Goldfilm 21 auf den Bereichen der Oberfläche des Basiskörpers ausgebildet ist, die die feinen Löcher des Basiskörpers umgeben.
Der Sensor-Chip 20 kann zum Beispiel in folgender Weise hergestellt werden: speziell wird ein Basiskörper einer anodischen Oxidation unterzogen, und auf der Aluminiumschicht 13 wird die Aluminiumoxidschicht 14 ausgebildet. Außerdem wird Gold in jedes der feinen Löcher der Aluminiumoxidschicht 14 eingebracht, und jeder der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... wird auf diese Weise in jedem der feinen Löcher in der Aluminiumoxidschicht 14 gebildet. Im Anschluß daran wird die obere Lage der Aluminiumoxidschicht 14 durch Ätzen entfernt. Weiterhin wird die dünne Goldschicht 21 durch Aufdampfen im Vakuum, durch Sputtern oder dergleichen gebildet. Alternativ kann wie in Fällen des Sensor-Chips 1 der Sensor-Chip 20 nach einer anderen Methode oder unter Einsatz eines anderen Werkstoffs gefertigt werden.
Bei dem Aufbau des Sensor-Chips 20 wirkt Nahfeldlicht, welches entsteht, wenn das Licht auf einen Bereich der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... aufgestrahlt wird, mit dem dünnen Goldfilm 21 zusammen, und es kommt zu einem Absorptionsspektrum aufgrund elektrischer Mehrfachpole. Aufgrund von synergetischen Effekten der lokalisierten Plasmonenresonanz und der elektrischen Mehrfachpole wird die Schwankung des reflektierten Lichts bezüglich der Schwankung des Brechungsindex' des Mediums, welches sich um die ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... herum befindet, ausgeprägt deutlich. Wenn daher bei dem Sensor-Chip 20 der Sensorvorgang durchgeführt wird, so ist dies mit höherer Empfindlichkeit möglich als mit dem Sensor-Chip 1.
Ein Sensor-Chip 22 mit einem vom Aufbau des Sensor-Chips 1 abweichenden Aufbau wird im folgenden beschrieben. 6 zeigt einen Teil des Querschnitts des Sensor-Chips 22. Wie im Fall des Sensor-Chips 1 besitzt der Sensor-Chip 22 einen Aufbau, bei dem jeder von ersten feinen Goldpartikeln sich in einem der feinen Löcher befindet, die verteilt in der Oberfläche des Basiskörpers angeordnet sind. Der Sensor-Chip 22 hat folglich einen Aufbau, der im wesentlichen identisch ist mit dem Aufbau des Sensor-Chips 1, nur daß die Form jedes der feinen Goldpartikel 23, 23, ... sich von der Form jedes der ersten feinen Goldpartikel 9, 9, ... des Sensor-Chips 1 unterscheidet. Wie in 6 gezeigt ist, besitzt jeder der feinen Goldpartikel 23, 23, ... des Sensor-Chips 22 eine pilzähnliche Form, bei der der Durchmesser der Kopfzone jedes der feinen Goldpartikel 23, 23, ... größer ist als der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher des Basiskörpers.
Beispielsweise kann der Sensor-Chip 22 in der im folgenden beschriebenen Weise gefertigt werden. Speziell wird der Aluminium-Basiskörper einer anodischen Oxidation unterzogen, und auf der Aluminiumschicht 13 bildet sich die Aluminiumoxidschicht 14. Außerdem wird in jedem der feinen Löcher der Aluminiumoxidschicht 14 übermäßig Gold niedergeschlagen. Üblicherweise wird beim Vergolden im Zuge der Fertigung des Sensor-Chips 1 oder dergleichen die Vergoldungszeit derart eingestellt, daß das Gold beim Niederschlagen nicht über die Oberfläche des Basiskörpers hinaus gelangt, oder es wird überschüssiges Gold entfernt. Bei der Fertigung des Sensor-Chips 22 jedoch wird die Beschichtungszeit so eingestellt, daß das Gold über die Oberfläche des Basiskörpers hinaus niedergeschlagen werden kann. Auf diese Weise können in den feinen Löchern des Basiskörpers, wie in 6 gezeigt ist, die feinen Goldpartikel 23, 23, ... mit den Kopfzonen, deren Durchmesser jeweils größer ist als der Lochdurchmesser der feinen Löcher in dem Basiskörper, ausgebildet werden. Alternativ kann wie im Fall des Sensor-Chips 1 auch der Sensor-Chip 22 mit einer anderen Methode oder unter Verwendung eines anderen Werkstoffs gefertigt werden.
Bei dem Aufbau des Sensor-Chips 22 sind die Kopfzonen der feinen Goldpartikel 23, 23, ... nahe beieinander angeordnet. In solchen Fällen, in denen das Licht auf die feinen Goldpartikel 23, 23, ... aufgestrahlt wird, entsteht ein starkes elektrisches Feld in dem Raum zwischen benachbarten feinen Goldpartikeln 23, 23, und das reflektiert Licht wird durch den Effekt des elektrischen Felds verstärkt. Aus diesem Grund kann der Sensorvorgang mit einer höheren Empfindlichkeit erfolgen als bei dem Sensor-Chip 1.
Der Nachweis des Testkörpers durch Verwendung des Reflexionstyps-Sensors erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Wie das Nachweisen des Testkörpers unter Verwendung eines Transmissionstyp-Sensors zum Messen der Intensität des durch den Sensor-Chip hindurchgelangten Lichts erfolgt, wird im folgenden erläutert.
7 zeigt einen Sensor zum Nachweisen eines Testkörpers durch Messen der Intensität von Licht, welches durch einen Sensor-Chip hindurchgetreten ist. Wie in 7 gezeigt ist, enthält der Sensor ein Gefäß 2' mit transparenten Fenstern 4', 4' an einander abgewandten Seiten. Der Sensor enthält außerdem einen Sensor-Chip 24, der sich in der Mitte des Gefäßes 2' und parallel zu den transparenten Fenstern 4', 4' befindet. Außerdem enthält der Sensor die Weißlichtquelle 5, die sich auf der Seite außerhalb des Gefäßes 2' befindet. Darüber hinaus enthält der Sensor das Spektrophotometer 6, welches sich auf der Seite außerhalb des Gefäßes 2' befindet. Mehrere erste feine Goldpartikel 26, 26, ... befinden sich auf der Oberfläche des Sensor-Chips 24, die mit dem Licht belichtet wird.
Die Weißlichtquelle 5 befindet sich an einer solchen Stelle, daß sie das weiße Licht durch das transparente Fenster 4' schicken kann, welches sich der Weißlichtquelle 5 gegenüber befindet, so daß das weiße Licht auf die Oberfläche des Sensor-Chips 24 gelangt, auf der sich die ersten feinen Goldpartikel 26, 26, ... befinden. Außerdem befindet sich das Spektrophotometer 6 an einer Stelle, an der es das durch den Sensor-Chip 24 hindurchgelangte Licht empfangen kann. Das Spektrophotometer 6 detektiert das durch den Sensor-Chip 24 gelangte Licht spektrophotometrisch. Das Spektrophotometer 6 ermittelt mithin das Spektrum und detektiert die Schwankung der Resonanzwellenlänge.
8 zeigt einen Teil des Querschnitts des Sensor-Chips 24. Wie in 8 gezeigt ist, besitzt der Sensor-Chip 24 einen Aufbau, bei dem jeder der ersten feinen Goldpartikel 26, 26, ... sich in einem der feinen Löcher 25, 25, ... befindet, die in der Oberfläche des Basiskörpers verteilt ausgebildet sind. Damit hat der Sensor-Chip 24 im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Sensor-Chip 1, nur daß jedes der feinen Löcher 25, 25, ... als Durchgangsloch ausgebildet ist. Der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher 25, 25, ... beträgt etwa 200 nm. Der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Goldpartikel 26, 26, ... ist etwas kleiner als der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher 25, 25, ... Wie in 8 dargestellt ist, steht ein Teil (das ist die Kopfzone) jedes der ersten feinen Goldpartikel 26, 26, ... zu der Seite weiter vor als die Oberfläche des Basiskörpers.
Beispielswiese kann der Sensor-Chip 24 in der im folgenden beschriebenen Weise gefertigt werden. Insbesondere wird der Basiskörper aus Aluminium einer anodischen Oxidation unterzogen, wodurch sich auf der Aluminiumschicht die Aluminiumoxidschicht 14 bildet. In der Aluminiumoxidschicht 14 wird in jedem der feinen Löcher Gold niedergeschlagen. Anschließend wird die obere Lage der Aluminiumschicht 14 durch Ätzen entfernt. Damit werden die Aluminiumschicht und die Aluminiumoxidschicht in den Bodenbereichen der feinen Löcher durch Ätzen entfernt. Alternativ kann wie im Fall des Sensor-Chips 1 der Sensor-Chip 24 auch mit einem anderen. Verfahren und unter Einsatz eines anderen Werkstoffs gefertigt werden.
Wie in 7 dargestellt ist, erfolgt der Nachweis des Testkörpers durch Verwendung des Sensor-Chips 24 in einem Zustand, in welchem die Probenflüssigkeit 3 in das Gefäß 2' gefüllt wurde, so daß dann, wenn in der Probenflüssigkeit 3 der Testkörper enthalten ist, dieser an die Oberfläche des Sensor-Chips 24 gezogen (adsorbiert) werden kann. In diesen Fällen sind mehrere zweite feine Goldpartikel in der Probenflüssigkeit 3 in einem Zustand dispergiert, in welchem eine spezifische Bindesubstanz eine spezifische Bindung mit dem Testkörper eingehen kann, wobei die Bindesubstanz an jedem der zweiten feinen Goldpartikel fixiert wurde. Außerdem wurde vorab an der Kopfzone jedes der ersten feinen Goldpartikel 26, 26, ... des Sensor-Chips 24 eine spezifische Bindesubstanz fixiert, die eine spezifische Bindung mit dem Testkörper eingehen kann.
Außerdem wird Licht aus der Weißlichtquelle 5 durch das transparente Fenster 4' auf den Sensor-Chip 24 gelenkt. Das Licht gelangt durch die Bereiche der ersten feinen Goldpartikel 26, 26, ... des Sensor-Chips 24. Das durch die Bereiche der ersten feinen Goldpartikel 26, 26, ... des Sensor-Chips 24 gelangte Licht wird von dem Spektrophotometer 6 erfaßt. Das Spektrophotometer 6 detektiert spektrophotometrisch das Licht und erzeugt ein Licht-Spektrum. Das so erzeugte Spektrum wird auf einem (nicht gezeigten) Bildschirm oder auf einem (nicht gezeigten) Drucker ausgegeben.
In den Fällen, in denen der Transmissionstyp-Sensor eingesetzt wird, wird von dem in 8 gezeigten Sensor-Chip 24 Gebrauch gemacht, dessen Aufbau so beschaffen ist, daß die Kopfzone jedes der ersten feinen Goldpartikel 26, 26, ... zu der Seite weiter weg steht als die Oberfläche des Basiskörpers. Außerdem befindet sich der Sensor-Chip 24 in der Probenflüssigkeit 3, so daß nach 4 der Testkörper an den zweiten feinen Goldpartikeln, die in der Probenflüssigkeit 3 dispergiert sind, gebunden werden kann. In diesen Fällen ist wie beim Reflexionstyp-Sensor der Testkörper sandwichartig eingefaßt zwischen zwei Arten der feinen Goldpartikel, das heißt zwischen dem ersten feinen Goldpartikel 26 und dem zweiten feinen Goldpartikel, und die Resonanzwellenlänge der lokalisierten Plasmonenresonanz schwankt deutlich aufgrund der engen Nachbarschaft der erste feinen Goldpartikel 26 und der zweiten feinen Goldpartikel.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen beträgt der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Metallpartikel etwa 200 nm. Bei dem Verfahren zum Nachweisen eines Testkörpers gemäß der Erfindung reicht es jedoch aus, wenn der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Metallpartikel einen solchen Wert hat, daß die örtliche Plasmonenresonanz induziert werden kann, der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Metallpartikel ist nicht auf die Größe beschränkt, die bei den obigen Ausführungsformen gewählt ist. Damit die örtliche Plasmonenresonanz induziert wird, ist es notwendig, daß der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Metallpartikel kleiner ist als die Wellenlängen des Lichts. Deshalb sollte der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Metallpartikel vorzugsweise höchstens 200 nm betragen. Abhängig von den Lichtwellenlängen allerdings kann die örtliche Plasmonenresonanz dann induziert werden, wenn der Partikeldurchmesser der ersten feinen Metallpartikel jeweils etwas größer als 200 nm ist. Das Verfahren zum Nachweisen eines Testkörpers gemäß der Erfindung umfaßt in seinem Schutzumfang auch Fälle, in denen der Partikeldurchmesser jedes der ersten feinen Metallpartikel etwas größer als 200 nm ist.
Auch ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Tiefe jedes der feinen Löcher des Basiskörpers auf 100 nm eingestellt, so daß die obere Hälfte jedes der ersten feinen Metallpartikel mit einem Partikeldurchmesser von 200 nm auch weiter zu der Seite wegstehen kann, als des dies die Oberfläche des Basiskörpers tut. Das Verhältnis des vorstehenden Teils jedes der ersten feinen Metallpartikel braucht jedoch nicht notwendigerweise der Hälfte jedes der ersten feinen Metallpartikel zu entsprechen. Alternativ kann der Anteil des vorstehenden Teils von jedem ersten feinen Metallpartikel größer als die Hälfte jedes ersten feinen Metallpartikels sein. Als weitere Alternative kann der Anteil des vorstehenden Teils von jedem der ersten feinen Metallpartikel kleiner sein als die Hälfte jedes Partikels. Allerdings sollte vorzugsweise der Anteil des vorstehenden Teils jedes der ersten feinen Metallpartikel möglichst groß sein. In diesen Fällen nämlich läßt sich die enge Nachbarschaft der ersten feinen Metallpartikel und der zweiten feinen Metallpartikel leicht erreichen und dementsprechend kann die Änderung der Resonanzwellenlänge relativ leicht aufgefunden werden.
Außerdem ist die Form jedes der ersten feinen Metallpartikel nicht beschränkt auf die kugelähnliche Form nach 5, die pilzähnliche Form nach 6 und die ellipsoidähnliche Form nach 8. Alternativ kann die Form jedes der ersten feinen Metallpartikel kreiszylindrisch, rechteckig-prismatisch, kreiskegelförmig oder dergleichen sein. Insbesondere kann jeder der ersten feinen Metallpartikel eine von verschiedenen Formen aufweisen, so daß die Kopfzone jedes ersten feinen Metallpartikels weiter zu der Seite wegsteht als die Oberfläche des Basiskörpers, und jeder der ersten feinen Metallpartikel nah an einem der zweiten feinen Metallpartikel, die in der Probenflüssigkeit dispergiert sind, lokalisiert werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, kann bei dem Verfahren zum Nachweisen eines Testkörpers gemäß der Erfindung sowohl der Effekt des Zustands, bei dem der erste feine Metallpartikel auf der Seite des Sensor-Chips und der zweite feine Metallpartikel auf der Seite des Testkörpers nahe beieinander liegen, ebenso erreicht werden wie der Effekt des Zustands, bei dem die ersten feinen Metallpartikel gleichförmige Größe aufweisen und regelmäßig angeordnet sind. Aus diesem Grund kann der Sensorvorgang mit hoher Empfindlichkeit und hoher Zuverlässigkeit erfolgen.

Claims

Verfahren zum Detektieren eines in einer Flüssigkeit enthaltenen Testkörpers, umfassend folgende Schritte: i) Erhalten eines Feinstrukturkörpers (1) mit einem Basiskörper (7), der eine Mehrzahl feiner Löcher (8, 15, 25) aufweist, die in einer Oberfläche verteilt und ausgebildet sind, und erste feine Metallpartikel (9, 23, 26), die jeweils eine solche Größe besitzen, daß eine örtliche Plasmonenresonanz induziert werden kann, und von denen jeder in einem der feinen Löcher (8, 15, 25) des Basiskörpers (7) liegt, so daß eine Kopfzone jedes der ersten feinen Metallpartikel (9, 23, 26) auf einer Seite mehr nach oben vorsteht als die Oberfläche des Basiskörpers (7), ii) Einbringen des Feinstrukturkörpers (1) in die Flüssigkeit und in einem Zustand, in dem eine spezifische Bindesubstanz (17), die in der Lage ist, eine spezifische Bindung mit dem Testkörper einzugehen, an der Kopfzone jedes der ersten feinen Metallpartikel (9, 23, 26) fixiert wurde, iii) Dispergieren einer Mehrzahl zweiter feiner Metallpartikel (16), die jeweils eine solche Größe aufweisen, daß die örtliche Plasmonenresonanz induziert werden kann, in der Flüssigkeit und in einem Zustand, in welchem eine spezifische Bindesubstanz (18), die eine spezifische Bindung mit dem Testkörper eingehen kann, an jedem der zweiten feinen Metallpartikel (16) fixiert wurde, iv) Aufstrahlen von Licht auf die Oberfläche des Feinstrukturkörpers (1), von welcher Oberfläche die Kopfzonen der ersten feinen Metallpartikel (9, 23, 26) vorstehen, v) Messen der Intensität des Lichts, welches von der Oberfläche des Feinstrukturkörpers (1) reflektiert wurde, oder des Lichts, das durch den Feinstrukturkörper (1) hindurchgegangen ist, und vi) Detektieren des Testkörpers, der in der Flüssigkeit enthalten ist, nach Maßgabe der so gemessenen Lichtintensität.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Feinstrukturkörper (1) eine Aluminiumoxidschicht (14) enthält, die als Basiskörper fungiert, wobei die Aluminiumoxidschicht durch anodische Oxidation eines Aluminium als Hauptbestandteil enthaltenden Werkstoffs gebildet wurde, und die ersten feinen Metallpartikel (9, 23, 26) enthält, von denen jeder sich in einem der feinen Löcher der Aluminiumoxidschicht (14) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Feinstrukturkörper (1) außerdem eine dünne Metallschicht (21) aufweist, ausgebildet auf Flächenbereichen der Oberfläche des Basiskörpers (7), die sich um jedes der feinen Löcher (8) des Basiskörpers (7) herum befinden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Durchmesser jeder der Kopfzonen der ersten feinen Metallpartikel (23) des Feinstrukturkörpers (1) größer ist als der Lochdurchmesser jedes der feinen Löcher des Feinstrukturkörpers (1).
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem ein Durchmesser jeder der Kopfzonen der ersten feinen Metallpartikel (9, 23, 26) des Feinstrukturkörpers (1) höchstens 200 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem eine Tiefe jedes der feinen Löcher (8, 15, 25) des Feinstrukturkörpers (1) höchstens 100 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem eine Schwankung der Lochdurchmesser der feinen Löcher (8, 15, 25) des Feinstrukturkörpers (1) höchstens 15% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei dem die ersten feinen Metallpartikel (9, 23, 26) und/oder die zweiten feinen Metallpartikel (16) aus einem Werkstoff bestehen, der ausgewählt ist aus der Gruppe Gold, Silber, Aluminium und Kupfer.