JP2007108131A - Analyte carrier and manufacturing method therefor - Google Patents

Analyte carrier and manufacturing method therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2007108131A
JP2007108131A JP2005301859A JP2005301859A JP2007108131A JP 2007108131 A JP2007108131 A JP 2007108131A JP 2005301859 A JP2005301859 A JP 2005301859A JP 2005301859 A JP2005301859 A JP 2005301859A JP 2007108131 A JP2007108131 A JP 2007108131A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
analyte carrier
mesoporous material
material film
metal
pore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005301859A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Kawashima
康裕 川島
Yohei Ishida
陽平 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2005301859A priority Critical patent/JP2007108131A/en
Publication of JP2007108131A publication Critical patent/JP2007108131A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65Raman scattering
    • G01N21/658Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an analyte carrier usable in an analyzer for detecting an extremely micro amount of molecule, and a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: In this analyte carrier, a metal thin wire is exposed partially in structure having a meso-porous substance membrane with a uniform-diametric tubular pore formed on a substrate, and having the metal thin wire in the pore of the meso-porous substance film. This manufacturing method for the analyte carrier has a process for forming on the substrate the meso-porous substance membrane having structure arrayed unidirectionally with the uniform-diametric tubular pore, a process for introducing a solution containing a metal compound into the pore of the meso-porous substance membrane, a process for converting chemically the metal compound to form the metal thin wire in the pore, and a process for removing selectively the meso-porous substance membrane. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はラマン分光分析に用いられる被分析物担体とその製造方法に関するもので、より詳しくは、基板上に一軸方向に配向した金属細線を形成させることで、ラマン分光分析の際に発生する表面増強作用を高める被分析物担体、及び被分析物担体の製造方法に関する。   The present invention relates to an analyte carrier used for Raman spectroscopic analysis and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a surface generated during Raman spectroscopic analysis by forming uniaxially oriented metal wires on a substrate. The present invention relates to an analyte carrier that enhances an enhancing action, and a method for producing the analyte carrier.

最近、表面増強ラマン散乱(SERS:Surface−enhanced Raman Scattering)を用いた単一分子分光が注目を集めている(非特許文献1参照)。これは金属電極、ゾル、結晶および蒸着膜、半導体などの表面上に吸着した物質のラマン散乱強度が、その物質が単独状態にあるときよりも著しく増強される現象を言い、通常のラマン散乱と比較して散乱強度が10〜10倍程度になる。SERSの特徴としては、1)局在プラズモンを発生しうる金属、例えば金、銀、銅、白金、ニッケルなどの金属において増強効果が現れ、特に金、銀においてその効果が顕著である、2)金属表面の粗さがSERSの発現に関与しており、比表面積の高い金属を用いることで効果が高くなる、等があり、金属表面の表面プラズモンの励起が重要な役割を果たしていると考えられている。 Recently, single-molecule spectroscopy using surface-enhanced Raman scattering (SERS: Surface-enhanced Raman Scattering) has attracted attention (see Non-Patent Document 1). This refers to a phenomenon in which the Raman scattering intensity of a substance adsorbed on the surface of a metal electrode, sol, crystal and deposited film, semiconductor, etc. is remarkably enhanced as compared with when the substance is in a single state. In comparison, the scattering intensity is about 10 5 to 10 6 times. The characteristics of SERS are as follows: 1) An enhancement effect appears in metals that can generate localized plasmons, such as gold, silver, copper, platinum, nickel, and the like, and the effect is particularly remarkable in gold and silver. 2) The roughness of the metal surface is involved in the development of SERS, and the effect is enhanced by using a metal with a high specific surface area. It is considered that the excitation of surface plasmons on the metal surface plays an important role. ing.

このSERSのメカニズムに関する最近の新しい考え方として、2個の銀ナノ粒子に挟まれた数個の分子が、銀ナノ粒子による増強電場により著しいSERS効果を示すというものがある(非特許文献2参照)。これはSERSの条件と共鳴ラマン散乱の条件が重なることで生じる表面増強共鳴ラマン散乱の効果によるもので、そのラマン散乱強度は1011〜1014倍程度まで増大するというものである。 As a recent new idea regarding the mechanism of SERS, several molecules sandwiched between two silver nanoparticles exhibit a remarkable SERS effect due to an enhanced electric field caused by silver nanoparticles (see Non-Patent Document 2). . This is due to the effect of surface-enhanced resonance Raman scattering that occurs when the SERS condition and the resonance Raman scattering condition overlap, and the Raman scattering intensity increases to about 10 11 to 10 14 times.

なお、このSERSと共鳴ラマン散乱を用いたセンシングの例として、非特許文献3には、陽極化成して作製したポーラスアルミナを鋳型として作製した、一方向に配列した銀ナノワイヤを用いることで、偏光SERS分光法による微量分子検出を可能とした例が報告されている。
現代化学 2003年9月 p.20−27 Appl.Phys.Lett.2004、Vol.83、p.5557 J.Phys.Chem.B、2004、Vol.108、p.12724
In addition, as an example of sensing using SERS and resonance Raman scattering, Non-Patent Document 3 describes polarization by using silver nanowires arranged in one direction using porous alumina prepared by anodization as a template. An example has been reported that enables the detection of trace molecules by SERS spectroscopy.
Hyundai Chemistry September 2003 p. 20-27 Appl. Phys. Lett. 2004, Vol. 83, p. 5557 J. et al. Phys. Chem. B, 2004, Vol. 108, p. 12724

しかしながら、上記の報告例にはいくつかの改良すべき点があった。   However, the above reported example had some points to be improved.

まず、非特許文献2に関しては、2個の銀ナノ粒子の表面が互いに向かい合う面が小さいため、粒子間の相互作用によって発生する電場の領域も狭くなり、そのため、結果として得られるラマン散乱強度も小さくなってしまうという問題点があった。一方、非特許文献3に関しては、ワイヤの作製時に鋳型として用いたポーラスアルミナをナノワイヤ作製後に溶解し、それによって得られたナノワイヤを溶媒に分散してから基板上に展開しているために、ワイヤの配向は部分的であり、また再現性に乏しいという問題点があった。さらに、この方法で得られるワイヤの末端は粒子状になり凝集してしまうという問題点もあった。   First, regarding Non-Patent Document 2, since the surfaces of two silver nanoparticles facing each other are small, the region of the electric field generated by the interaction between the particles is also narrowed, so that the resulting Raman scattering intensity is also small. There was a problem of becoming smaller. On the other hand, with respect to Non-Patent Document 3, since porous alumina used as a template at the time of producing the wire is dissolved after the nanowire is produced, and the nanowire obtained thereby is dispersed in a solvent and then developed on the substrate, There is a problem that the orientation of is partial and reproducibility is poor. Furthermore, the end of the wire obtained by this method is in the form of particles and aggregates.

本発明は上述の内容に鑑みなされたもので、実質的に均一な径を有する管状の細孔が一軸方向に配列した構造を有するメソポーラス物質膜を基板上に作製し、これを鋳型にすることでその細孔内に一軸配向を有する金属細線を形成させ、その後、鋳型であるメソポーラス物質膜の一部を選択的に除去することにより、基板上で部分的に金属細線を露出させることで得られる被分析物担体およびその製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above-described contents, and a mesoporous material film having a structure in which tubular pores having a substantially uniform diameter are arranged in a uniaxial direction is formed on a substrate and used as a template. In this method, fine metal wires having uniaxial orientation are formed in the pores, and then a part of the mesoporous material film as a template is selectively removed to partially expose the fine metal wires on the substrate. An analyte carrier and a method for producing the same are provided.

すなわち本出願にかかる第一の発明は、ラマン分光分析に用いる被分析物担体であって、基板上に形成された、均一な径の管状の細孔を有するメソポーラス物質膜と、前記メソポーラス物質膜の細孔内に金属細線を有する構造体において、前記金属細線が基板上で部分的に露出していることを特徴とするものである。   That is, a first invention according to the present application is an analyte carrier used for Raman spectroscopic analysis, a mesoporous material film having tubular pores of uniform diameter formed on a substrate, and the mesoporous material film In the structure having fine metal wires in the pores, the fine metal wires are partially exposed on the substrate.

また、特に、前記メソポーラス物質膜が一軸方向に配列した管状細孔からなることが好ましい。   In particular, the mesoporous material film is preferably formed of tubular pores arranged in a uniaxial direction.

特に、前記金属細線が一軸配向を有していることが好ましい。   In particular, it is preferable that the fine metal wire has a uniaxial orientation.

特に、前記金属がAu、Ag、Ptのいずれかであることが好ましい。   In particular, it is preferable that the metal is Au, Ag, or Pt.

また、特に、前記メソポーラス物質膜の細孔壁を構成する物質が、二酸化ケイ素、もしくは1以上の炭素原子を含有する有機基と、前記有機基と2箇所以上で結合する2以上のケイ素原子と、前記ケイ素原子と結合する1以上の酸素原子から構成される、有機シリカハイブリッド材料であることが好ましい。   In particular, the substance constituting the pore wall of the mesoporous material film is silicon dioxide, or an organic group containing one or more carbon atoms, and two or more silicon atoms bonded to the organic group at two or more locations. The organic silica hybrid material is preferably composed of one or more oxygen atoms bonded to the silicon atom.

また、本発明は前記被分析物担体の製造方法を提供する。   The present invention also provides a method for producing the analyte carrier.

すなわち本出願にかかる第二の発明は、ラマン分光分析に用いる被分析物担体の製造方法であって、均一な径の管状の細孔が一軸方向に配列した構造を有するメソポーラス物質膜を基板上に形成する工程と、金属化合物を含む溶液を前記メソポーラス物質膜の細孔内に導入する工程と、前記金属化合物を化学変化させて金属細線を形成させる工程と、前記メソポーラス物質膜を選択的に除去する工程を有することを特徴とするものである。   That is, the second invention according to the present application is a method for producing an analyte carrier used for Raman spectroscopic analysis, wherein a mesoporous material film having a structure in which tubular pores having a uniform diameter are arranged in a uniaxial direction is provided on a substrate. A step of introducing a solution containing a metal compound into the pores of the mesoporous material film, a step of chemically changing the metal compound to form a fine metal wire, and the mesoporous material film selectively. It has the process to remove, It is characterized by the above-mentioned.

特に、前記金属化合物を含む溶液を前記メソポーラス物質膜の細孔内に導入する工程が、前記メソポーラス物質膜の細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成する工程と、前記細孔内に金属の原子を含有するアニオンを導入する工程から構成されることを特徴とするものである。   In particular, the step of introducing the solution containing the metal compound into the pores of the mesoporous material film includes the step of forming sites for immobilizing anions on the pore surfaces of the mesoporous material film, and the metal in the pores. It is characterized by comprising a step of introducing an anion containing these atoms.

また特に、前記メソポーラス物質膜の細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成する工程が、カチオン部位を有するシランカップリング剤、もしくはシリカより等電点の高い酸化物を形成し得る金属を含有する金属塩の水溶液を用いて、細孔表面を修飾する工程であることが好ましい。   In particular, the step of forming the site for immobilizing anions on the pore surface of the mesoporous material film contains a silane coupling agent having a cation site, or a metal capable of forming an oxide having a higher isoelectric point than silica. The step of modifying the pore surface with an aqueous solution of a metal salt is preferable.

本発明によれば、ラマン分光分析により微量の分子を検出可能な被分析物担体を提供することができる。   According to the present invention, an analyte carrier capable of detecting a trace amount of molecules by Raman spectroscopic analysis can be provided.

図1は本発明の被分析物担体の構成例を示すものである。図1において11は基板、12はメソポーラス物質膜、13は細孔、14は細孔壁、15は金属細線である。   FIG. 1 shows a configuration example of an analyte carrier of the present invention. In FIG. 1, 11 is a substrate, 12 is a mesoporous material film, 13 is a pore, 14 is a pore wall, and 15 is a fine metal wire.

表面に構造の異方性を有する基板11上に、ハニカム構造の管状細孔を有するメソポーラス物質膜12が形成されている。メソポーラス物質膜中において、管状の細孔13は、一方向に配列しているものが特に好ましい。メソポーラス物質膜12を構成する細孔13は、IUPACにより定義された、直径2nmから50nmのメソ領域の径を有する細孔を指し、また、ガス吸着法により得られる吸着等温線からBerret−Joyner−Halenda(BJH)法により評価される細孔径分布において、60%以上の細孔が10nmの幅を持つ範囲に含まれることを特徴とする。10nmの幅を持つ範囲とは、例えば、5nmから15nmのように、最小値と最大値の差が10nmである範囲を示す。   A mesoporous material film 12 having tubular pores having a honeycomb structure is formed on a substrate 11 having structural anisotropy on the surface. In the mesoporous material film, the tubular pores 13 are particularly preferably arranged in one direction. The pores 13 constituting the mesoporous material film 12 indicate pores having a meso region diameter of 2 nm to 50 nm defined by IUPAC, and from the adsorption isotherm obtained by the gas adsorption method, Berret-Joyner- In the pore size distribution evaluated by the Halenda (BJH) method, 60% or more of pores are included in a range having a width of 10 nm. The range having a width of 10 nm indicates a range where the difference between the minimum value and the maximum value is 10 nm, for example, from 5 nm to 15 nm.

細孔13を形成する細孔壁14は、シリカもしくは1以上の炭素原子を含有する有機基と、その有機基と2箇所以上で結合する2以上のケイ素原子と、ケイ素原子と結合する1以上の酸素原子からなる有機シリカハイブリッド材料によって構成されている。有機シリカハイブリッド材料は、シリコン原子の結合手の内、有機基と結合していない少なくとも一つの結合手はシラノール基で終端されているため、細孔表面には多くのシラノール基が露出しており、アニオンを固定化する部位の形成に好ましい表面として使用できる。しかし本発明における細孔壁を構成する物質はこれらに限定されるものではない。   The pore wall 14 forming the pore 13 is composed of silica or an organic group containing one or more carbon atoms, two or more silicon atoms bonded to the organic group at two or more locations, and one or more bonded to a silicon atom. It is comprised by the organic silica hybrid material which consists of these oxygen atoms. In the organic-silica hybrid material, at least one bond that is not bonded to an organic group is terminated with a silanol group, and many silanol groups are exposed on the pore surface. Can be used as a preferred surface for the formation of the site to be immobilized. However, the substance constituting the pore wall in the present invention is not limited to these.

また細孔13の中には、金属細線15が形成されている。金属細線15は銀、金、白金などから構成されている。また、金属細線は管状細孔を鋳型として形成されるため、得られる金属細線の径は鋳型となるメソポーラス物質の細孔径を変化させることで調整することが可能となる。   Further, fine metal wires 15 are formed in the pores 13. The thin metal wire 15 is made of silver, gold, platinum or the like. In addition, since the fine metal wire is formed using tubular pores as a template, the diameter of the obtained fine metal wire can be adjusted by changing the pore size of the mesoporous material serving as the template.

また、図1に示す被分析物担体では、メソポーラス物質を選択的に除去することで、金属細線の一部を基板上に露出させることが可能となり、これにより被分析物が金属細線に付着しやすい構造となっている。また、金属細線の両末端はメソポーラス物質膜で支持されており、そのため金属細線同士の間隔はメソポーラス物質の細孔壁の厚みと同じになり、金属細線同士の凝集を防ぐことも可能となる。   Further, in the analyte carrier shown in FIG. 1, by selectively removing the mesoporous material, it is possible to expose a part of the fine metal wire on the substrate, and thereby the analyte adheres to the fine metal wire. It has an easy structure. Further, both ends of the fine metal wires are supported by the mesoporous material film, so that the distance between the fine metal wires is the same as the thickness of the pore wall of the mesoporous material, and it is possible to prevent the fine metal wires from aggregating.

図2は本発明における被分析物担体の製造方法を示す工程図である。図2において、工程Aは均一な径を有する管状の細孔が一軸方向に配列した構造を有するメソポーラス物質膜を基板上に形成させる工程、工程Bは金属化合物を含む溶液を前記メソポーラス物質膜の細孔内に導入する工程、工程Cは金属化合物を化学変化させて金属細線を形成させる工程、工程Dはメソポーラス物質膜を選択的に除去し、金属細線を基板上に露出させる工程、を示す。   FIG. 2 is a process diagram showing a method for producing an analyte carrier in the present invention. In FIG. 2, step A is a step of forming a mesoporous material film having a structure in which tubular pores having a uniform diameter are arranged in a uniaxial direction on a substrate, and step B is a step of applying a solution containing a metal compound to the mesoporous material film. The step of introducing into the pores, Step C is a step of chemically changing the metal compound to form a fine metal wire, and Step D is a step of selectively removing the mesoporous material film and exposing the fine metal wire on the substrate. .

本発明の被分析物担体およびその製造法について以下に説明する。
(工程A:均一な径を有する管状の細孔が一軸方向に配列した構造を有するメソポーラス物質膜を基板上に形成させる工程)
メソポーラス物質膜の作製法に関しては種々の報告があり、溶媒蒸発法とよばれる方法と、基板上への不均一核発生−核成長に基づく方法の2つに大別されるが、本発明において、一軸方向に配列した細孔構造を有するメソポーラス物質膜を作製できる限りにおいては、これらの方法に限定されるものではない。
The analyte carrier of the present invention and the production method thereof will be described below.
(Step A: Step of forming a mesoporous material film having a structure in which tubular pores having a uniform diameter are arranged in a uniaxial direction on a substrate)
There are various reports on the method for producing a mesoporous material film, which are roughly classified into two methods, a method called a solvent evaporation method and a method based on heterogeneous nucleation-nucleus growth on a substrate. As long as a mesoporous film having a pore structure arranged in a uniaxial direction can be produced, the method is not limited to these methods.

図1に示した構成において、11は表面に構造の異方性を有する基板である。   In the configuration shown in FIG. 1, reference numeral 11 denotes a substrate having structural anisotropy on the surface.

基板の表面に形成される構造異方性を有する材料としては、高分子化合物のラングミュア−ブロジェット膜、ラビング処理を施した高分子化合物膜等が良好に用いられる。この様な、異方性を有する高分子化合物の膜を用いたメソポーラス物質膜の細孔の配向制御は、特開2001−58812に記載がなされている。但し、本発明に用いられる表面に異方性を有する高分子化合物を形成する方法は、この2つの方法に限定されず、異方性を誘起し得る方法であれば、どんなものでも適用可能である。例えば、偏光照射による異方性の付与等が挙げられる。また、本発明に適用可能な表面に異方性を有する基板はこれらに限定されず、目的の構造が作製可能な限りにおいて、例えばシリコン単結晶の(110)面のような、表面に異方性を有する結晶性基板を使用することも可能である。この場合には、基板上への高分子化合物膜の形成工程は不要となる。   As a material having structural anisotropy formed on the surface of the substrate, a polymer compound Langmuir-Blodgett film, a polymer compound film subjected to rubbing treatment, or the like is preferably used. JP-A-2001-58812 describes the orientation control of the pores of the mesoporous film using such an anisotropic polymer compound film. However, the method of forming a polymer compound having anisotropy on the surface used in the present invention is not limited to these two methods, and any method that can induce anisotropy is applicable. is there. For example, the provision of anisotropy by irradiation with polarized light can be mentioned. Further, the substrate having anisotropy on the surface applicable to the present invention is not limited to these, and as long as the target structure can be produced, the surface is anisotropic, for example, (110) plane of silicon single crystal. It is also possible to use a crystalline substrate having properties. In this case, the process of forming the polymer compound film on the substrate is not necessary.

始めに、基板の作製方法に関して説明を行う。本発明では、基板の表面にラビング処理を施した高分子化合物膜を形成させる場合について説明する。高分子膜を形成する基板は、後述するメソポーラス物質膜の作製プロセスに耐えられるものであれば任意の材質のものを用いることができる。例示すると、石英ガラス、シリコン基板等が良好に適用可能である。   First, a method for manufacturing a substrate will be described. In the present invention, a case where a polymer compound film subjected to rubbing treatment is formed on the surface of a substrate will be described. As the substrate on which the polymer film is formed, any material can be used as long as it can withstand the process for producing a mesoporous material film described later. For example, quartz glass, a silicon substrate, and the like can be favorably applied.

ラビング処理とは、スピンコート等の手法により基板上にポリマーのコーティングを施し、これを布等で一方向に擦る処理のことである。ラビング布はローラーに巻き付けられており、回転するローラーを基板表面に接触させ、基板を固定したステージをローラーに対して一方向に移動させることによってラビングを行う。   The rubbing process is a process of applying a polymer coating on a substrate by a technique such as spin coating and rubbing it in one direction with a cloth or the like. The rubbing cloth is wound around a roller, and the rubbing is performed by bringing the rotating roller into contact with the substrate surface and moving the stage to which the substrate is fixed in one direction with respect to the roller.

ラビング処理を施す高分子化合物は、後述するメソポーラス物質膜の形成プロセスに耐え得るもので、かつメソポーラス物質膜中の細孔の一軸配向制御が可能なものであれば基本的に材質には限定はなく、ポリイミド等が好ましく用いられる。   The polymer compound subjected to the rubbing treatment is basically limited to the material as long as it can withstand the formation process of the mesoporous material film described later and can control the uniaxial orientation of pores in the mesoporous material film. Polyimide or the like is preferably used.

次に、前述した、表面に構造の異方性を有する基板上に、不均一核発生−核成長に基づく方法を用いて、メソポーラス物質膜を作製する方法について説明する。   Next, a method for producing a mesoporous material film using the above-described method based on heterogeneous nucleation-nuclear growth on a substrate having a structural anisotropy on the surface will be described.

シリカメソ構造体膜は、両親媒性分子である界面活性剤とシリカ源であるシリコンアルコキシドと加水分解触媒として働く酸とを含む水溶液中に上記基板を保持することによって形成可能である。基板上で両親媒性分子の集合体である界面活性剤ミセルとシリカの前駆体である加水分解されたアルコキシドの前駆体が、自己集合により規則的に配列したシリカメソ構造体膜が形成される。   The silica mesostructure film can be formed by holding the substrate in an aqueous solution containing a surfactant that is an amphiphilic molecule, silicon alkoxide that is a silica source, and an acid that acts as a hydrolysis catalyst. A silica mesostructure film in which surfactant micelles that are aggregates of amphiphilic molecules and hydrolyzed alkoxide precursors that are silica precursors are regularly arranged on the substrate by self-assembly is formed.

この方法によるシリカメソ構造体膜の形成に用いる反応容器は、反応に影響を及ぼさないものであれば特に限定はなく、ポリプロピレンやテフロン(登録商標)のようなものを用いることができる。反応容器は、反応中に圧力がかかっても破壊されないように、さらにステンレスのような剛性の高い材質の密閉容器に入れることもある。反応容器内には、基板ホルダーが置かれており、基板はこれを用いて保持される。   The reaction vessel used for forming the silica mesostructured film by this method is not particularly limited as long as it does not affect the reaction, and a material such as polypropylene or Teflon (registered trademark) can be used. The reaction vessel may be placed in a sealed vessel made of a highly rigid material such as stainless steel so that the reaction vessel is not destroyed even if pressure is applied during the reaction. A substrate holder is placed in the reaction vessel, and the substrate is held by using the substrate holder.

反応溶液は、界面活性剤水溶液に酸等を添加して目的の細孔壁を構成する成分の形成に適したpHに調整し、ケイ酸エチルや1、4−ビス(トリメトキシシリル)エチレンの様な目的とする細孔壁の材料の原料になる物質を添加したものである。アルコキシドを用いる場合には、加水分解の結果生成するアルコールが水に可溶であるようなものが好ましく用いられる。   The reaction solution was adjusted to a pH suitable for formation of the component constituting the target pore wall by adding acid or the like to the surfactant aqueous solution, and ethyl silicate or 1,4-bis (trimethoxysilyl) ethylene was used. A material which becomes the raw material of the material of the desired pore wall is added. In the case of using an alkoxide, an alcohol in which the alcohol produced as a result of hydrolysis is soluble in water is preferably used.

使用する界面活性剤は、親水基がアンモニウムのようなカチオン性界面活性剤や、ポリエチレンオキシドを親水基として有する非イオン性界面活性剤等が好ましい。但し、使用可能な界面活性剤は、これらに限定されるものではない。また、使用する界面活性剤分子の疎水基の長さ、及び親水基の大きさは、目的のメソ構造体の細孔径に応じて決められる。   The surfactant to be used is preferably a cationic surfactant having a hydrophilic group such as ammonium, or a nonionic surfactant having polyethylene oxide as a hydrophilic group. However, usable surfactants are not limited to these. Further, the length of the hydrophobic group and the size of the hydrophilic group of the surfactant molecule to be used are determined according to the pore diameter of the target mesostructure.

細孔壁を構成する材料としては、シリカまたは1以上の炭素原子を含有する有機基と、有機基と2箇所以上で結合する2以上のケイ素原子と、ケイ素原子と結合する1以上の酸素原子から構成される、有機シリカハイブリッド材料が好ましい。シリカは、表面にシラノール基を有するため、細孔表面にアニオンを固定化する部位を好適に作製できる。また、有機シリカハイブリッド材料は、シリコン原子の結合手の内、有機基と結合していない少なくとも一つの結合手はシラノール基で終端されているため、細孔表面には多くのシラノール基が露出しており、アニオンを固定化する部位の形成に好ましい表面として使用できる。   The material constituting the pore wall includes silica or an organic group containing one or more carbon atoms, two or more silicon atoms bonded to the organic group at two or more positions, and one or more oxygen atoms bonded to the silicon atom. An organic silica hybrid material composed of Since silica has a silanol group on its surface, it is possible to suitably produce a site for immobilizing anions on the pore surface. In addition, in the organic silica hybrid material, among the silicon atom bonds, at least one bond that is not bonded to an organic group is terminated with a silanol group, so that many silanol groups are exposed on the pore surface. , And can be used as a preferable surface for forming a site for immobilizing an anion.

本発明においては、表面に構造の異方性を有する前記基板を、以上説明したような前駆体溶液中に入れ、目的の細孔壁を構成する化合物に対して最適化された温度で1日〜10日程度保持することによって、基板上に、管状細孔の方向が制御されたシリカメソ構造体の膜を作製することができる。   In the present invention, the substrate having structural anisotropy on the surface is put in the precursor solution as described above, and the temperature is optimized for the compound constituting the target pore wall for one day. By holding for about 10 days, a film of a silica mesostructure in which the direction of the tubular pores is controlled can be produced on the substrate.

面外X線回折法により、作製したシリカメソ構造体膜の細孔構造を評価することができる。また、この膜の構造を面内X線回折分析により、さらに詳細に分析することで、面外X線回折法では観測できない、基板に対して水平でない格子面に関する情報を得ることができる。   The pore structure of the produced silica mesostructured film can be evaluated by out-of-plane X-ray diffraction. Further, by analyzing the structure of this film in more detail by in-plane X-ray diffraction analysis, it is possible to obtain information on a lattice plane that is not horizontal with respect to the substrate, which cannot be observed by the out-of-plane X-ray diffraction method.

以上のようにして作製したシリカメソ構造体から、界面活性剤を除去し、メソポーラスシリカ膜とする。なお、界面活性剤を除去し、多孔質化する方法としては、種々の方法があるが、細孔構造を破壊せずに有機成分を除去できる方法であればどのような方法でも使用することが可能である。最も一般的に用いられる方法は、酸素を含んだ雰囲気中で焼成する方法である。例えば、形成した構造体を450度において空気中で4時間焼成することによって、細孔構造を保持したままで完全に有機成分を除去することが可能である。また、後に、細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成させる際、シランカップリング剤を用いる方法があるが、その時点で、細孔表面にシラノール基が存在していることが重要となる。前記焼成処理では、焼成前後でシラノール基の量が減少することが知られている。そこで、シリカ表面のシラノール基の量を減少させず、界面活性剤を除去することが可能な、マイクロ波により分解する方法、及び溶剤により抽出する方法も用いることが可能である。ただし、これらの方法は、焼成による方法と比較して、細孔内から界面活性剤を完全には除去することはできない。なお、シリカ表面のシラノール基の量を減少させず、界面活性剤を除去することが可能な方法であれば、これらに限定されず使用することが可能である。   The surfactant is removed from the silica mesostructure produced as described above to obtain a mesoporous silica film. There are various methods for removing the surfactant to make it porous, but any method can be used as long as the organic component can be removed without destroying the pore structure. Is possible. The most commonly used method is a method of firing in an atmosphere containing oxygen. For example, by firing the formed structure in air at 450 degrees for 4 hours, it is possible to completely remove organic components while maintaining the pore structure. There is a method of using a silane coupling agent later when forming a site for immobilizing anions on the pore surface. At that time, it is important that silanol groups exist on the pore surface. . In the firing treatment, it is known that the amount of silanol groups decreases before and after firing. Therefore, it is also possible to use a method of decomposing with a microwave and a method of extracting with a solvent that can remove the surfactant without reducing the amount of silanol groups on the silica surface. However, these methods cannot completely remove the surfactant from the pores as compared with the method by firing. Any method can be used as long as it can remove the surfactant without reducing the amount of silanol groups on the silica surface.

上記のような基板上での不均一核発生−核成長に基づく方法の他にも、溶媒蒸発法に基づく方法がメソポーラス物質膜の作製には良好に用いられる。この作製方法について、以下に説明する。この方法は、広い材質のメソポーラス物質膜作製に適用可能な、簡便な方法で、界面活性剤と細孔壁の原料とを含む前駆体溶液を、表面に構造の異方性を有する基板上に塗布、もしくは基板上の任意の位置に配置した後、溶媒蒸発、加水分解、縮合等の反応を行う方法である。   In addition to the above-described method based on heterogeneous nucleation-nucleus growth on a substrate, a method based on a solvent evaporation method is favorably used for producing a mesoporous material film. This manufacturing method will be described below. This method is a simple method applicable to the production of a wide variety of mesoporous material films, and a precursor solution containing a surfactant and a raw material for pore walls is placed on a substrate having structural anisotropy on the surface. This is a method of performing a reaction such as solvent evaporation, hydrolysis, condensation, etc. after coating or arranging at an arbitrary position on the substrate.

この方法で用いられる前駆体溶液は、界面活性剤の溶液に細孔壁を構成する材料の原料を添加したものである。溶媒にはエタノールやイソプロパノール等のアルコールが良好に用いられるが、これらに限定されるわけではなく、目的の細孔壁材料によっては、例えばアルコールと水の混合溶媒、水等が使用可能である。また、反応触媒として酸を加えても良い。   The precursor solution used in this method is obtained by adding a raw material of a material constituting pore walls to a surfactant solution. As the solvent, alcohols such as ethanol and isopropanol are preferably used. However, the solvent is not limited to these. For example, a mixed solvent of alcohol and water, water, or the like can be used depending on the target pore wall material. An acid may be added as a reaction catalyst.

以上のような構成の前駆体溶液を、前記表面に構造の異方性を有する基板に塗布もしくは基板上の任意の位置に配置する。塗布する方法には、ディップコーティング、スピンコーティング、ミストコーティング等、種々の方法を使用することができる。これら以外にも、均一な塗布が可能な方法であれば、適用することができる。スピンコートやディップコートを行うための装置は、一般的なものを用いることができ、特に制約はない。   The precursor solution having the above-described configuration is applied to a substrate having structural anisotropy on the surface or disposed at an arbitrary position on the substrate. Various methods such as dip coating, spin coating, and mist coating can be used as the application method. In addition to these, any method capable of uniform application can be applied. A general apparatus can be used for spin coating or dip coating, and there is no particular limitation.

以上のようにして作製したメソ構造体膜から、界面活性剤を除去し、メソポーラス物質膜とする。なお、界面活性剤を除去し、多孔質化する方法としては、種々の方法があるが、細孔構造を破壊せずに有機成分を除去できる方法であればどのような方法でも使用することが可能である。   The surfactant is removed from the mesostructured film produced as described above to obtain a mesoporous material film. There are various methods for removing the surfactant to make it porous, but any method can be used as long as the organic component can be removed without destroying the pore structure. Is possible.

(工程B:金属化合物を含む溶液を前記メソポーラス物質膜の細孔内に導入する工程)
均一な径の管状の細孔が一軸方向に配列した構造を有するメソポーラス物質膜の細孔内に金属細線を形成させるためには、金属化合物を含む溶液にメソポーラス物質膜を浸漬して細孔内に金属を含有するイオンを導入し、導入後、金属原子含有イオンを化学変化させることにより金属細線を形成させる方法がある。本発明において、金属細線を構成する金属元素としては金、銀または白金が好ましい。ただし、目的の金属細線を形成し、更に表面プラズモンあるいは局在プラズモンを発生し得るものであれば、これらに限定されるわけではない。また、前記金属化合物を溶解させる溶媒としては、金属化合物が溶解するものであれば良く、より具体的には、水、エタノール等が挙げられる。
(Step B: Step of introducing a solution containing a metal compound into the pores of the mesoporous material film)
In order to form fine metal wires in the pores of a mesoporous material film having a structure in which tubular pores of a uniform diameter are arranged in a uniaxial direction, the mesoporous material film is immersed in a solution containing a metal compound and the inside of the pores. There is a method in which metal-containing ions are formed by introducing metal-containing ions into the metal, and then chemically changing the metal atom-containing ions. In the present invention, gold, silver or platinum is preferable as the metal element constituting the fine metal wire. However, the present invention is not limited to these as long as it can form a target fine metal wire and further generate surface plasmons or localized plasmons. The solvent for dissolving the metal compound may be any solvent that dissolves the metal compound, and more specifically, water, ethanol, and the like.

金や白金などの金属細線を作製する際には、金属の原子を含有するアニオンを用いることが好ましい。特に、AuCl 、PtCl 2−などが好ましい。通常、シリカの等電点は2程度であるため、金属原子を含有するアニオンを細孔内に数多く導入することは困難である。よって、細孔内により多くの金属原子含有アニオンを導入するために、細孔内にアニオンを固定化する部位を形成することが好ましい。 When producing a fine metal wire such as gold or platinum, an anion containing a metal atom is preferably used. In particular, AuCl 4 and PtCl 6 2− are preferable. Usually, since the isoelectric point of silica is about 2, it is difficult to introduce many anions containing metal atoms into the pores. Therefore, in order to introduce more metal atom-containing anions into the pores, it is preferable to form a site for immobilizing the anions in the pores.

細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成する方法としては、カチオン部位を有するシランカップリング剤で細孔表面を修飾する方法と、シリカより等電点の高い酸化物を形成し得る金属を含有する金属塩の水溶液を用いて細孔表面を修飾する方法が好適に用いられる。   As a method for forming a site for immobilizing anions on the pore surface, a method for modifying the pore surface with a silane coupling agent having a cation site and a metal capable of forming an oxide having a higher isoelectric point than silica are used. A method of modifying the pore surface with an aqueous solution of the contained metal salt is preferably used.

先ず、カチオン部位を有するシランカップリング剤で細孔表面を修飾する方法について説明する。シランカップリング剤は、細孔表面のシラノール基に結合し、アニオン交換サイトを形成する。カチオン部位を有するシランカップリング剤としては、アンモニウム基を含むもの、すなわち正に帯電した窒素を有するものが適当である。例えば、N−トリメトキシシリルプロピル−N、N、N−トリメチルアンモニウムクロライド(TPTCA)のようなアンモニウム塩酸塩、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等を使用することが可能である。このようなシランカップリング剤のカチオン部位に由来する正電荷に対して、金属原子を含有するアニオンが固定化される。   First, a method for modifying the pore surface with a silane coupling agent having a cation moiety will be described. The silane coupling agent binds to the silanol group on the pore surface to form an anion exchange site. As the silane coupling agent having a cation moiety, those containing an ammonium group, that is, those having positively charged nitrogen are suitable. For example, ammonium hydrochloride such as N-trimethoxysilylpropyl-N, N, N-trimethylammonium chloride (TPTCA), 3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2 (aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane Etc. can be used. An anion containing a metal atom is immobilized to a positive charge derived from the cation portion of such a silane coupling agent.

次に、シリカより等電点の高い酸化物を形成し得る金属を含有する金属塩の水溶液を用いて細孔表面を修飾する方法について説明する。シリカより等電点の高い酸化物を形成し得る金属としては、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズが好ましい。ただし、細孔表面の修飾により、アニオンを固定化する部位を形成することができる金属塩の水溶液であれば、金属塩を構成する金属は、これらに限定されない。この方法においては、細孔表面にシリカより等電点の高い金属と酸素の結合を有する物質が、細孔表面に形成されるため、正電荷密度が増大し、金属原子を含有するアニオンの吸着量が増大する。   Next, a method for modifying the pore surface using an aqueous solution of a metal salt containing a metal capable of forming an oxide having an isoelectric point higher than that of silica will be described. Titanium, aluminum, zirconium and tin are preferable as the metal capable of forming an oxide having an isoelectric point higher than that of silica. However, the metal constituting the metal salt is not limited to these as long as it is an aqueous solution of a metal salt capable of forming a site for immobilizing anions by modification of the pore surface. In this method, a substance having a bond between a metal having a higher isoelectric point than silica and oxygen on the pore surface is formed on the pore surface, so that the positive charge density is increased and the anion containing a metal atom is adsorbed. The amount increases.

次に、形成したアニオンを固定化する部位に、目的とする金属細線の原料となる、金属原子を含有するアニオンを導入する。細孔内に金属原子を含有するアニオンを導入する方法としては、金属細線の前駆物質としての金属化合物の溶液に、細孔表面にアニオンを固定化する部位を有するメソポーラス物質膜を浸漬する方法が好ましい。金属化合物の溶液に、メソポーラス物質膜を浸漬する工程を繰り返し行うことで、細孔内により多くの金属細線の前駆物質を導入することが可能となる。これにより、管状細孔の長さに対応した金属細線を得ることができる。   Next, an anion containing a metal atom, which is a raw material for the target thin metal wire, is introduced into the site where the formed anion is immobilized. As a method for introducing an anion containing a metal atom into the pore, there is a method of immersing a mesoporous material film having a site for fixing an anion on the pore surface in a solution of a metal compound as a precursor of a metal fine wire. preferable. By repeating the step of immersing the mesoporous material film in the metal compound solution, it becomes possible to introduce more metal fine wire precursors into the pores. Thereby, a fine metal wire corresponding to the length of the tubular pore can be obtained.

また、金属細線の前駆物質としての金属化合物としては、例えば、前記金属の塩または錯塩を用いることができる。
(工程C:金属化合物を化学変化させて金属細線を形成させる工程)
細孔内に導入した金属化合物を金属細線に転換する方法としては、主に加熱処理による方法が用いられる。また、金属原子を含有するアニオンを金属細線に転換する方法としては、水素雰囲気下において加熱還元する方法、水素化ホウ素ナトリウム水溶液により還元する方法、光照射により還元する方法が好ましく、例えば、Journal of the American Chemical Society第123巻3373頁に記載されているように、HPtClを白金化合物として白金細線を作製する場合には、20Torrの水蒸気と100Torrのメタノール蒸気にそれぞれ2時間暴露した後、高圧水銀ランプ(100W、250−600nm)を用いて24時間光照射し、さらに真空下で12時間乾燥することにより、金属細線を得ることが可能となる。しかし、本発明で用いられる金属細線への転換方法は、これらに限られるものではない。
(工程D:メソポーラス物質膜を選択的に除去し、金属細線を基板上に露出させる工程)
次に、メソポーラス物質膜を選択的に除去し、金属細線を基板上に露出させる工程Dを施す。
Moreover, as a metal compound as a precursor of a metal fine wire, the said metal salt or complex salt can be used, for example.
(Step C: Step of forming a fine metal wire by chemically changing a metal compound)
As a method for converting the metal compound introduced into the pores into a fine metal wire, a method by heat treatment is mainly used. Further, as a method for converting an anion containing a metal atom into a fine metal wire, a method of reducing by heating in a hydrogen atmosphere, a method of reducing with an aqueous sodium borohydride solution, or a method of reducing by light irradiation is preferable. For example, Journal of As described in the American Chemical Society, Vol. 123, p. 3373, when a platinum fine wire was prepared using H 2 PtCl 6 as a platinum compound, after being exposed to 20 Torr of water vapor and 100 Torr of methanol vapor for 2 hours, respectively. By irradiating with light using a high-pressure mercury lamp (100 W, 250-600 nm) for 24 hours and further drying under vacuum for 12 hours, it becomes possible to obtain fine metal wires. However, the conversion method to the fine metal wire used in the present invention is not limited to these.
(Step D: Step of selectively removing the mesoporous material film and exposing the fine metal wires on the substrate)
Next, a process D for selectively removing the mesoporous material film and exposing the fine metal wires on the substrate is performed.

メソポーラス物質を選択的に除去することで、図1に示すような金属細線の両末端のみをメソポーラス物質が支持する構造体を作製することが可能となる。また金属細線同士の間隔はメソポーラス物質の細孔壁の厚みと同じになるため、金属細線同士の凝集を防ぐことも可能となる。   By selectively removing the mesoporous material, it is possible to produce a structure in which the mesoporous material supports only both ends of the fine metal wires as shown in FIG. Further, since the distance between the fine metal wires is the same as the thickness of the pore wall of the mesoporous material, it is possible to prevent the fine metal wires from aggregating.

メソポーラス物質膜を選択的に除去する方法としては、ウェットエッチングによる方法が好適に用いられる。ウェットエッチングとは、硫酸、硝酸、燐酸、フッ酸などの薬液で溶解を行う方法である。   As a method for selectively removing the mesoporous material film, a wet etching method is preferably used. Wet etching is a method of dissolving with a chemical solution such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, or hydrofluoric acid.

ウェットエッチングについて説明する。まず、金属細線を細孔内に有したメソポーラスシリカ膜の表面に感光剤をスピンコート法により塗布する。表面に塗布する感光剤としては、膜上に成膜できるものであれば良く、ポジ型の感光剤が好ましく用いられる。   The wet etching will be described. First, a photosensitizer is applied to the surface of a mesoporous silica film having fine metal wires in the pores by spin coating. The photosensitive agent applied to the surface is not particularly limited as long as it can be formed on the film, and a positive photosensitive agent is preferably used.

成膜後、フォトマスクを介して露光処理を行った後、現像液を用いて現像処理を行う。このようにしてパターニングした膜をフッ酸/フッ化アンモニウム混合溶液に浸漬することで、感光剤に覆われていないメソポーラスシリカ膜を選択的にエッチングすることが可能となる。   After film formation, exposure processing is performed through a photomask, and then development processing is performed using a developer. By immersing the film thus patterned in a hydrofluoric acid / ammonium fluoride mixed solution, it becomes possible to selectively etch the mesoporous silica film not covered with the photosensitive agent.

次に、感光剤を剥離させる。感光剤を剥離させる方法は、イソプロパノール等のアルコールで洗浄する方法等があるが、感光剤をメソポーラス物質膜から剥離できる方法であれば、これらに限定されない。   Next, the photosensitive agent is peeled off. The method for removing the photosensitizer includes a method of washing with an alcohol such as isopropanol, but is not limited thereto as long as the photosensitizer can be removed from the mesoporous material film.

以上の工程を行うことで、基板上に、メソポーラス物質膜が選択的に除去され、一軸配向を有する金属細線が露出している被分析物担体を作製することが可能となる。   By performing the above steps, an analyte carrier in which the mesoporous material film is selectively removed on the substrate and the fine metal wires having uniaxial orientation are exposed can be produced.

上記の構成の被分析物担体を用いて行う分析方法の一例として、図3に示すような構成が挙げられる。図3においてはメソポーラス物質膜32の膜面よりレーザー発生器35から発生したレーザー光37を入射し、レーザー光により励起された金属細線33と被検出分子34が増強作用を起こし、増強されたラマン散乱光38を放出する。このラマン散乱光38を光検出器36で検出する。その際、金属細線間に発生する電場領域は非常に大きく、また異方性を有しているために、金属細線の配向方向に平行な方向と垂直な方向にそれぞれ偏光を照射することで得られるラマン散乱にも異方性が生じる。金属細線の配向方向に垂直な方向の偏光を入射したときに、より大きな強度のスペクトルを得ることが可能となり、微量分子の検出に非常に有効な手段となり得る。   An example of an analysis method performed using the analyte carrier having the above-described configuration is a configuration as shown in FIG. In FIG. 3, the laser beam 37 generated from the laser generator 35 is incident from the film surface of the mesoporous material film 32, and the metallic thin line 33 and the molecule 34 to be detected excited by the laser beam cause an enhancing action, thereby enhancing the enhanced Raman. Scattered light 38 is emitted. The Raman scattered light 38 is detected by the photodetector 36. At that time, the electric field region generated between the fine metal wires is very large and has anisotropy. Therefore, it can be obtained by irradiating polarized light in the direction parallel to the orientation direction of the fine metal wires. Anisotropy also occurs in the Raman scattering. When polarized light in a direction perpendicular to the orientation direction of the fine metal wires is incident, a spectrum with a larger intensity can be obtained, which can be a very effective means for detecting a trace molecule.

以下、実施例を用いてさらに詳しく本発明を説明するが、本発明は実施例に記述されたものに限定されるわけではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in more detail using an Example, this invention is not necessarily limited to what was described in the Example.

本実施例は、基板表面における不均一核生成−核成長に基づく方法により作製された、実質的に均一な径の管状のメソ細孔が一軸方向に配列した細孔構造を有するメソポーラスシリカ膜を利用して、金細線を作製した後、メソポーラスシリカを選択的に除去して金細線を基板上に露出させ、被分析物担体を作製した例である。細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成する方法としては、シランカップリング剤により修飾する方法を用いた。   In this example, a mesoporous silica film having a pore structure in which tubular mesopores having substantially uniform diameters were arranged in a uniaxial direction, produced by a method based on heterogeneous nucleation-nuclear growth on a substrate surface, This is an example in which, after producing a gold fine wire, mesoporous silica is selectively removed to expose the gold fine wire on the substrate, thereby producing an analyte carrier. As a method for forming a site for immobilizing anions on the pore surface, a method of modifying with a silane coupling agent was used.

アセトン、イソプロピルアルコール、及び純水で洗浄した後、オゾン発生装置中で表面をクリーニングした石英ガラス基板に、スピンコート法によりポリアミック酸AのNMP溶液を塗布し、200℃で1時間焼成して、以下の構造を有するポリイミドA膜を形成した。   After washing with acetone, isopropyl alcohol, and pure water, an NMP solution of polyamic acid A was applied to a quartz glass substrate whose surface was cleaned in an ozone generator by spin coating, and baked at 200 ° C. for 1 hour. A polyimide A film having the following structure was formed.

Figure 2007108131
Figure 2007108131

これに対して、表1に示したような条件でラビング処理を施し、基板として用いた。この基板を以降ラビング処理基板と呼ぶことにする。   On the other hand, the rubbing process was performed on the conditions as shown in Table 1, and it used as a board | substrate. This substrate is hereinafter referred to as a rubbing treatment substrate.

Figure 2007108131
Figure 2007108131

このようなラビング処理を施した基板を用いることにより、実質的に均一な径の管状のメソ細孔が一軸方向に配列した細孔構造を有するシリカメソ構造体膜を作製できることは、特開2001−058812に記載されている。   It is possible to produce a silica mesostructured film having a pore structure in which tubular mesopores having substantially uniform diameters are arranged in a uniaxial direction by using a substrate subjected to such rubbing treatment. 058812.

この基板上に、前記シリカメソ構造体膜を形成する。反応溶液として、6.01gの非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレン10セチルエーテル(C16EO10)を128mlの純水に溶解し、さらに20.6ml の36wt.%濃塩酸を添加した。この水溶液に、2.20mlのテトラエトキシシラン(TEOS)を添加し、3分間撹拌したものを前駆溶液とした。最終的な前駆溶液の組成(モル比)は、TEOS:HO:HCl:C16EO10 = 0.125:100:3:0.11となるようにした。 The silica mesostructured film is formed on this substrate. As a reaction solution, 6.01 g of polyoxyethylene 10 cetyl ether (C 16 EO 10 ) as a nonionic surfactant was dissolved in 128 ml of pure water, and 20.6 ml of 36 wt. % Concentrated hydrochloric acid was added. To this aqueous solution, 2.20 ml of tetraethoxysilane (TEOS) was added and stirred for 3 minutes to obtain a precursor solution. The composition (molar ratio) of the final precursor solution was TEOS: H 2 O: HCl: C 16 EO 10 = 0.125: 100: 3: 0.11.

この前駆溶液に前記ラビング処理基板を、ポリイミドA膜が形成されている面を下向きにして浸漬し、80℃で5日間反応させた。所定の反応時間を経過した後、前駆溶液中に浸漬させた基板を引き上げ、純水で十分に洗浄し、室温で乾燥させた。   The rubbing-treated substrate was immersed in this precursor solution with the surface on which the polyimide A film was formed facing downward, and reacted at 80 ° C. for 5 days. After a predetermined reaction time, the substrate immersed in the precursor solution was pulled up, sufficiently washed with pure water, and dried at room temperature.

作製された膜を面外X線回折法により評価した結果、面間隔4.8nmのヘキサゴナル構造の(100)面に帰属される強い回折ピークが確認され、この膜は管状のメソ細孔がヘキサゴナル配列した細孔構造を有することが確かめられた。また、面内X線回折法により評価したところ、180°周期の強い回折ピークが確認され、前記管状のメソ細孔が一軸方向に配列した細孔構造を有していることが確かめられた。   As a result of evaluating the produced film by the out-of-plane X-ray diffraction method, a strong diffraction peak attributed to the (100) plane of a hexagonal structure having a plane spacing of 4.8 nm was confirmed. It was confirmed to have an ordered pore structure. Moreover, when evaluated by the in-plane X-ray diffraction method, a strong diffraction peak with a period of 180 ° was confirmed, and it was confirmed that the tubular mesopores had a pore structure arranged in a uniaxial direction.

作製された膜から、マイクロ波処理により界面活性剤を分解・除去し、多孔質化した。15Mの硝酸と9.3M過酸化水素水の体積比が15:1となるように調製した混合溶液に前記膜を浸漬し、周波数2450MHz、電圧220Vのマイクロ波を5分間照射した。界面活性剤除去後の膜には、界面活性剤に由来する有機成分は存在していないこと及びシラノール基が十分に残存していることが、赤外分光光度法等により確認された。   The surfactant was decomposed and removed from the produced film by microwave treatment to make it porous. The membrane was immersed in a mixed solution prepared so that the volume ratio of 15M nitric acid and 9.3M hydrogen peroxide was 15: 1, and microwaves with a frequency of 2450 MHz and a voltage of 220 V were irradiated for 5 minutes. It was confirmed by infrared spectrophotometry and the like that the organic component derived from the surfactant did not exist and that silanol groups remained sufficiently in the film after the removal of the surfactant.

次に、シランカップリング剤処理により、細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成させた。前記膜を50wt.% のN−トリメトキシシリルプロピル−N、N、N−トリメチルアンモニウムクロライド(TPTCA)のメタノール溶液中に浸漬し、室温で12時間保持した後、純水で十分に洗浄し、室温で乾燥した。処理後の膜を、赤外分光光度法により評価したところ、TPTCAのシリカ表面への結合が確認された。また、処理後の膜をX線回折法により分析の結果、面外及び面内の規則性共に維持されていることが確認された。   Next, the site | part which fix | immobilizes an anion on the pore surface was formed by the silane coupling agent process. The film is 50 wt. % N-trimethoxysilylpropyl-N, N, N-trimethylammonium chloride (TPTCA) in a methanol solution, kept at room temperature for 12 hours, thoroughly washed with pure water, and dried at room temperature. When the treated film was evaluated by infrared spectrophotometry, binding of TPTCA to the silica surface was confirmed. Further, as a result of analysis of the treated film by X-ray diffraction, it was confirmed that both out-of-plane regularity and in-plane regularity were maintained.

このようにして得られた、前記メソ細孔の表面にアニオンを固定化する部位を有するメソポーラスシリカ膜を利用し、四塩化金酸四水和物(HAuCl・4HO)を前駆物質として、金細線を作製した。前記膜を10wt.%のHAuCl・4HO水溶液に浸漬し、室温で24時間保持した後、エタノールで十分に洗浄し、室温で乾燥させた。この操作を10回繰り返すことで、金属細線を形成させ得るのに十分な量のAuCl をメソ細孔内に導入した。この細孔中にAuCl を十分に含有したメソポーラスシリカ薄膜を、0.1M水素化ホウ素ナトリウム水溶液中に浸漬し、AuCl を還元し、金細線を作製した。 The thus obtained, the anions on the surface of the mesopores using mesoporous silica film having a portion to be immobilized, tetrachloroauric acid tetrahydrate (HAuCl 4 · 4H 2 O) as the precursor A gold thin wire was prepared. 10 wt. After being immersed in a 1% HAuCl 4 .4H 2 O aqueous solution and kept at room temperature for 24 hours, it was thoroughly washed with ethanol and dried at room temperature. By repeating this operation 10 times, a sufficient amount of AuCl 4 was introduced into the mesopores so that a fine metal wire could be formed. A mesoporous silica thin film sufficiently containing AuCl 4 − in the pores was immersed in a 0.1 M aqueous sodium borohydride solution to reduce AuCl 4 to produce a gold fine wire.

次に、金細線を細孔内に有するメソポーラスシリカ膜から選択的に鋳型であるシリカを取り除いた。始めに、金細線を細孔内に有したメソポーラスシリカ膜の表面にポジ型感光剤であるAZ1500(クラリアント社製)をスピンコート法により塗布した。成膜後、フォトマスクを介して10秒の露光処理を行った後、現像液MIF312を用いて現像処理を行った。このようにしてパターニングした膜をフッ酸/フッ化アンモニウム混合溶液(1:5)に浸漬することで、感光剤に覆われていないメソポーラスシリカ膜を選択的にエッチングした。   Next, the silica as a template was selectively removed from the mesoporous silica film having gold fine wires in the pores. First, a positive photosensitive agent AZ1500 (manufactured by Clariant) was applied by spin coating to the surface of a mesoporous silica film having gold fine wires in the pores. After the film formation, an exposure process for 10 seconds was performed through a photomask, and then a development process was performed using a developer MIF312. The film patterned in this manner was immersed in a hydrofluoric acid / ammonium fluoride mixed solution (1: 5) to selectively etch the mesoporous silica film not covered with the photosensitive agent.

次に、イソプロパノールで洗浄することにより、感光剤を剥離させた。以上の工程を行うことにより、基板上に、メソポーラス物質膜が選択的に除去され、金細線が露出している被分析物担体を作製することが可能であった。作製された金細線においては、透過型電子顕微鏡観察により、高い直線性、均一な直径、及び長い細線長を有する金細線が形成されていることが確認された。   Next, the photosensitive agent was peeled off by washing with isopropanol. By performing the above steps, it was possible to produce an analyte carrier from which a mesoporous material film was selectively removed and gold fine lines were exposed on the substrate. In the produced gold fine wire, it was confirmed by observation with a transmission electron microscope that a gold fine wire having high linearity, uniform diameter, and long fine wire length was formed.

この被分析物担体上に濃度100μmol/lのローダミン6G色素分子溶液を滴下し、波長514.5nmのアルゴンイオンレーザーを被分析物担体表面から偏光子を介して照射し、同じく被分析物担体表面側に設置された検出器でラマン散乱光を検出した。   A rhodamine 6G dye molecule solution having a concentration of 100 μmol / l is dropped on the analyte carrier, and an argon ion laser having a wavelength of 514.5 nm is irradiated from the analyte carrier surface through a polarizer. Raman scattered light was detected by a detector installed on the side.

金細線の長軸方向に対して平行方向に偏光を照射した際には、ラマン散乱はほとんど確認できなかったが、金細線の長軸方向に対して垂直方向に偏光を照射した際には、非常に大きな表面増強ラマン散乱(SERS)が発生していることを確認できた。また、そのラマンスペクトルのピーク強度は10倍以上強くなっていることが確認された。   When the polarized light was irradiated in a direction parallel to the long axis direction of the fine gold wire, Raman scattering was hardly confirmed, but when the polarized light was irradiated in the direction perpendicular to the long axis direction of the fine gold wire, It was confirmed that very large surface enhanced Raman scattering (SERS) was generated. Further, it was confirmed that the peak intensity of the Raman spectrum was increased by 10 times or more.

また、このとき、比較のために、一軸配向を有していないメソポーラスシリカ膜を鋳型として作製した金細線を用いて同様の実験を行い、今回作製した一軸配向を有する金細線を用いた被分析物担体との比較を行った。その結果、一軸配向を有していない金細線を用いた被分析物担体においては、SERSの発生は確認されたが、その強度は偏光に依存せず、また、その値も偏光を用いた時に比べて小さいものであった。   At this time, for comparison, a similar experiment was performed using a fine gold wire prepared using a mesoporous silica film having no uniaxial orientation as a template, and an analysis using the fine gold wire having the uniaxial orientation produced this time was performed. Comparison with physical support was performed. As a result, the generation of SERS was confirmed in the analyte carrier using a gold fine wire not having uniaxial orientation, but the intensity did not depend on the polarization, and the value was also obtained when the polarization was used. It was small compared.

上記のようにメソポーラスシリカ膜を鋳型として作製した一軸配向を有する金細線を被分析物担体として用いてラマン散乱測定を行うと、偏光方向に依存したSERSが発生し、その結果、分子の検出感度も著しく向上し、微量の分子を検出することが可能となる。また、上記のような色素分子以外にもアデニン、グアニン等の生体分子やDNA等の微量検出も可能である。   As described above, when Raman scattering measurement is performed using a uniaxially oriented gold wire prepared using a mesoporous silica film as a template as an analyte carrier, SERS that depends on the polarization direction is generated. As a result, molecular detection sensitivity Is significantly improved, and a trace amount of molecules can be detected. In addition to the dye molecules as described above, trace amounts of biomolecules such as adenine and guanine and DNA can also be detected.

本実施例は、溶媒蒸発法に基づき、ディップコート法により作製された、実質的に均一な径の管状のメソ細孔が一軸方向に配列した細孔構造を有するメソポーラス有機シリカハイブリッド膜を利用して、白金細線を作製した後、シリカを選択的に除去して白金細線を基板上に露出させ、被分析物担体を作製した例である。細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成する方法としては、オキシ硝酸ジルコニウムにより修飾する方法を用いた。   This example uses a mesoporous organic silica hybrid membrane having a pore structure in which tubular mesopores having substantially uniform diameters are arranged in a uniaxial direction, which is produced by a dip coating method based on a solvent evaporation method. In this example, after preparing the platinum thin wire, the silica was selectively removed to expose the platinum thin wire on the substrate, thereby preparing the analyte carrier. As a method of forming a site for immobilizing anions on the pore surface, a method of modifying with zirconium oxynitrate was used.

あらかじめ調製された所定量のn−ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド(C16TAB)を含むエタノール溶液に、出発物質として1、4−ビス(トリメトキシシリル)エチレン(BTME)を添加し、30分間撹拌した。BTMEを加水分解させるため、この溶液に塩酸と水を添加し、8時間撹拌することにより前駆溶液を得た。前駆溶液の組成(モル比)は、BTME:EtOH:HO:HCl:C16TAB = 0.5:22:5:0.004:0.3014となるようにした。この前駆溶液を上記ラビング処理基板にディップコート法により、引き上げ速度2mm/sで塗布し、25℃、相対湿度50%の環境試験器中で24時間乾燥させた。 1,4-bis (trimethoxysilyl) ethylene (BTME) was added as a starting material to an ethanol solution containing a predetermined amount of n-hexadecyltrimethylammonium bromide (C 16 TAB) prepared in advance and stirred for 30 minutes. . In order to hydrolyze BTME, hydrochloric acid and water were added to this solution, and a precursor solution was obtained by stirring for 8 hours. The composition (molar ratio) of the precursor solution was set to be BTME: EtOH: H 2 O: HCl: C 16 TAB = 0.5: 22: 5: 0.004: 0.3014. This precursor solution was applied to the rubbing-treated substrate by a dip coating method at a lifting speed of 2 mm / s and dried in an environmental tester at 25 ° C. and 50% relative humidity for 24 hours.

作製された膜を面外X線回折法により評価したところ、面間隔3.8nmのヘキサゴナル構造の(100)面に帰属される強い回折ピークが確認され、この膜は管状のメソ細孔がヘキサゴナル配列した細孔構造を有することが確かめられた。また、この膜を面内X線回折法により評価したところ、180°周期の強い回折ピークが確認され、前記管状のメソ細孔が一軸方向に配列した細孔構造を有していることが確かめられた。   When the produced film was evaluated by an out-of-plane X-ray diffraction method, a strong diffraction peak attributed to the (100) plane of a hexagonal structure with a plane spacing of 3.8 nm was confirmed, and this film had a tubular mesopore with a hexagonal structure. It was confirmed to have an ordered pore structure. When this film was evaluated by in-plane X-ray diffraction, a strong diffraction peak with a period of 180 ° was confirmed, and it was confirmed that the membrane had a pore structure in which the tubular mesopores were uniaxially arranged. It was.

作製された膜から、溶剤により界面活性剤を抽出・除去し、多孔質化した。36wt.%の塩酸とエタノールの体積比が15:500となるように調製された混合溶液に前記膜を浸漬し、70℃で12時間保持した後、純水で十分に洗浄し、室温で乾燥させた。界面活性剤除去後のメソポーラス有機シリカハイブリッド膜には、界面活性剤に由来する有機成分は存在していないこと、エチレン基が残存していること、及びシラノール基が十分に残存していることが、赤外分光光度法により確認された。また、核磁気共鳴分光法により、界面活性剤除去後もケイ素原子と炭素原子との結合は維持され、エチレン基は細孔壁中に均一に分散していることが確認された。   The surfactant was extracted and removed from the prepared membrane with a solvent to make it porous. 36 wt. The membrane was immersed in a mixed solution prepared so that the volume ratio of 1% hydrochloric acid to ethanol was 15: 500, held at 70 ° C. for 12 hours, thoroughly washed with pure water, and dried at room temperature. . The mesoporous organic silica hybrid film after removal of the surfactant is free of organic components derived from the surfactant, has an ethylene group remaining, and has a sufficient silanol group remaining. This was confirmed by infrared spectrophotometry. Further, it was confirmed by nuclear magnetic resonance spectroscopy that the bonds between silicon atoms and carbon atoms were maintained even after removal of the surfactant, and the ethylene groups were uniformly dispersed in the pore walls.

次に、オキシ硝酸ジルコニウム水溶液処理により、細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成した。オキシ硝酸ジルコニウム水溶液処理によって、アニオン固定化部位を細孔内に導入する場合、細孔壁内に有機基を有する前記膜はメソポーラスシリカ膜よりも容易に修飾が可能であるという利点がある。前記膜を10wt.%のオキシ硝酸ジルコニウム水溶液に浸漬し、12時間保持した後、純水で十分に洗浄し、100℃で1時間乾燥させた。処理後の膜をX線回折法により分析した結果、面外及び面内の規則性共に維持されていることが確認された。   Next, the site | part which fixes an anion on the pore surface was formed by the zirconium oxynitrate aqueous solution process. When an anion-immobilized site is introduced into pores by treatment with an aqueous zirconium oxynitrate solution, the membrane having an organic group in the pore wall has an advantage that it can be modified more easily than a mesoporous silica membrane. The membrane is 10 wt. After being immersed in a 1% aqueous solution of zirconium oxynitrate and held for 12 hours, it was thoroughly washed with pure water and dried at 100 ° C. for 1 hour. As a result of analyzing the treated film by X-ray diffraction, it was confirmed that both out-of-plane and in-plane regularity was maintained.

このようにして得られた、前記メソ細孔の表面にアニオンを固定化する部位を有するメソポーラス有機シリカハイブリッド膜を利用し、六塩化白金酸六水和物(HPtCl・6HO)を前駆物質として、白金細線を作製した。前記膜を10wt.%のHPtCl・6HO水溶液に浸漬し、室温で24時間保持した後、エタノールで十分に洗浄し、室温で乾燥させた。この操作を10回繰り返すことで、金属細線を形成させ得るのに十分な量のPtCl 2−をメソ細孔内に導入した。このメソ細孔中にPtCl 2−を十分に含有したメソポーラス有機シリカハイブリッド膜を、水素雰囲気下において500℃に加熱することにより還元し、白金細線を得た。 There was thus obtained, the use of the mesoporous organosilica hybrid film having a site for immobilizing anions on the surface of the mesopores, hexachloroplatinic acid hexahydrate (H 2 PtCl 6 · 6H 2 O) Using platinum as a precursor, platinum fine wires were prepared. 10 wt. % Of H 2 PtCl 6 · 6H 2 was immersed in O solution, was kept at room temperature for 24 hours, ethanol was thoroughly washed and dried at room temperature. By repeating this operation 10 times, a sufficient amount of PtCl 6 2− was introduced into the mesopores so that a fine metal wire could be formed. The mesoporous organic silica hybrid membrane that sufficiently contained PtCl 6 2− in the mesopores was reduced by heating to 500 ° C. in a hydrogen atmosphere to obtain a platinum fine wire.

メソ細孔中に白金細線を含有する膜から、実施例1と同様の方法により、シリカを選択的に除去することで白金細線が基板上に露出している被分析物担体を作製することが可能であった。作製された白金細線においては、透過型電子顕微鏡観察により、高い直線性、均一な直径、及び長い細線長を有する白金細線が形成されていることが確認された。   An analyte carrier in which the platinum fine wire is exposed on the substrate can be prepared by selectively removing silica from the film containing the platinum fine wire in the mesopores by the same method as in Example 1. It was possible. In the produced platinum thin wire, it was confirmed by transmission electron microscope observation that a platinum thin wire having high linearity, a uniform diameter, and a long thin wire length was formed.

この被分析物担体上に濃度100μmol/lのローダミン6G色素分子溶液を滴下し、波長514.5nmのアルゴンイオンレーザーを被分析物担体表面から偏光子を介して照射し、同じく被分析物担体表面側に設置された検出器でラマン散乱光を検出した。   A rhodamine 6G dye molecule solution having a concentration of 100 μmol / l is dropped on the analyte carrier, and an argon ion laser having a wavelength of 514.5 nm is irradiated from the analyte carrier surface through a polarizer. Raman scattered light was detected by a detector installed on the side.

白金細線の長軸方向に対して平行方向に偏光を照射した際には、ラマン散乱はほとんど確認できなかったが、白金細線の長軸方向に対して垂直方向に偏光を照射した際には、非常に大きな表面増強ラマン散乱(SERS)が発生していることを確認できた。また、そのラマンスペクトルのピーク強度は10倍以上強くなっていることが確認された。   When the polarized light was irradiated in a direction parallel to the long axis direction of the platinum thin wire, Raman scattering was hardly confirmed, but when the polarized light was irradiated in the direction perpendicular to the long axis direction of the platinum thin wire, It was confirmed that very large surface enhanced Raman scattering (SERS) was generated. Further, it was confirmed that the peak intensity of the Raman spectrum was increased by 10 times or more.

また、このとき、比較のために、一軸配向を有していないメソポーラスシリカ膜を鋳型として作製した白金細線を用いて同様の実験を行い、今回作製した一軸配向を有する白金細線を用いた被分析物担体との比較を行った。その結果、一軸配向を有していない白金細線を用いた被分析物担体においては、SERSの発生は確認されたが、その強度は偏光に依存せず、また、その値も偏光を用いた時に比べて小さいものであった。   At this time, for comparison, a similar experiment was performed using a platinum fine wire produced using a mesoporous silica film having no uniaxial orientation as a template, and an analysis using the uniaxially oriented platinum fine wire produced this time was performed. Comparison with physical support was performed. As a result, the generation of SERS was confirmed in the analyte carrier using platinum fine wires not having uniaxial orientation, but the intensity did not depend on the polarization, and the value was also obtained when the polarization was used. It was small compared.

上記のようにメソポーラスシリカ膜を鋳型として作製した一軸配向を有する白金細線を被分析物担体として用いてラマン散乱測定を行うと、偏光方向に依存したSERSが発生し、その結果、分子の検出感度も著しく向上し、微量の分子を検出することが可能となる。また、上記のような色素分子以外にもアデニン、グアニン等の生体分子やDNA等の微量検出も可能である。   When Raman scattering measurement is performed using a uniaxially oriented platinum fine wire produced using a mesoporous silica film as a template as an analyte carrier as described above, SERS that depends on the polarization direction is generated, resulting in molecular detection sensitivity. Is significantly improved, and a trace amount of molecules can be detected. In addition to the dye molecules as described above, trace amounts of biomolecules such as adenine and guanine and DNA can also be detected.

本実施例は、溶媒蒸発法に基づき、ディップコート法により作製された、実質的に均一な径の管状のメソ細孔が一軸方向に配列した細孔構造を有するメソポーラスシリカ膜を利用して、銀細線を作製した後、シリカを選択的に除去して銀細線を基板上に露出させ、被分析物担体を作製した例である。   This example uses a mesoporous silica film having a pore structure in which tubular mesopores having substantially uniform diameters, which are produced by a dip coating method based on a solvent evaporation method, are arranged in a uniaxial direction. This is an example in which after preparing a silver fine wire, silica was selectively removed to expose the silver fine wire on the substrate, thereby producing an analyte carrier.

あらかじめ調製された所定量のポリオキシエチレン10セチルエーテル(C16EO10)を含むエタノール溶液に、出発物質としてテトラエトキシシラン(TEOS)を添加し、30分間撹拌した。TEOSを加水分解させるため、この溶液に塩酸と水を添加し、2時間撹拌することにより前駆溶液を得た。前駆溶液の組成(モル比)は、TEOS:EtOH:HO:HCl:C16TAB = 1:22:5:0.004:0.08となるようにした。 Tetraethoxysilane (TEOS) was added as a starting material to an ethanol solution containing a predetermined amount of polyoxyethylene 10 cetyl ether (C 16 EO 10 ) prepared in advance and stirred for 30 minutes. In order to hydrolyze TEOS, hydrochloric acid and water were added to this solution and stirred for 2 hours to obtain a precursor solution. The composition (molar ratio) of the precursor solution was set to be TEOS: EtOH: H 2 O: HCl: C 16 TAB = 1: 22: 5: 0.004: 0.08.

この前駆溶液を前記ラビング処理基板にディップコート法により、引き上げ速度2mm/sで塗布し、25℃、相対湿度50%の環境試験器中で24時間乾燥させた。   This precursor solution was applied to the rubbing-treated substrate by a dip coating method at a lifting speed of 2 mm / s and dried in an environmental tester at 25 ° C. and 50% relative humidity for 24 hours.

作製された膜を面外X線回折法により評価したところ、面間隔4.1nmのヘキサゴナル構造の(100)面に帰属される強い回折ピークが確認され、この膜は管状のメソ細孔がヘキサゴナル配列した細孔構造を有することが確かめられた。また、この膜を面内X線回折法により評価したところ、180°周期の強い回折ピークが確認され、前記管状のメソ細孔が一軸方向に配列した細孔構造を有していることが確かめられた。   When the produced film was evaluated by an out-of-plane X-ray diffraction method, a strong diffraction peak attributed to the (100) plane of a hexagonal structure with a surface spacing of 4.1 nm was confirmed, and this film had a tubular mesopore having a hexagonal structure. It was confirmed to have an ordered pore structure. When this film was evaluated by in-plane X-ray diffraction, a strong diffraction peak with a period of 180 ° was confirmed, and it was confirmed that the membrane had a pore structure in which the tubular mesopores were uniaxially arranged. It was.

作製された膜を400度で4時間焼成処理を行うことにより、界面活性剤を分解・除去し、多孔質化した。界面活性剤除去後の膜には、界面活性剤に由来する有機成分は存在していないことが、赤外分光光度法等により確認された。   The produced film was baked at 400 ° C. for 4 hours, so that the surfactant was decomposed and removed to make it porous. It was confirmed by infrared spectrophotometry and the like that the organic component derived from the surfactant was not present in the film after the removal of the surfactant.

このようにして得られたメソポーラスシリカ膜を利用し、硝酸銀溶液(重量比;エタノール:水=1:1)を前駆物質として、銀細線を作製した。前記膜を0.2Mの硝酸銀溶液に浸漬し、室温で24時間保持した後、エタノールと精製水で十分に洗浄し、室温で乾燥させた。この操作を10回繰り返すことで、金属細線を形成させ得るのに十分な量のAgをメソ細孔内に導入した。このメソ細孔中にAgを十分に含有したメソポーラスシリカ膜を、大気中、300度で2時間に加熱することにより還元処理を行い、銀細線を得た。 Using the mesoporous silica film thus obtained, a silver fine wire was prepared using a silver nitrate solution (weight ratio; ethanol: water = 1: 1) as a precursor. The membrane was immersed in a 0.2M silver nitrate solution and kept at room temperature for 24 hours, and then thoroughly washed with ethanol and purified water and dried at room temperature. By repeating this operation 10 times, a sufficient amount of Ag + was introduced into the mesopores to form a fine metal wire. The mesoporous silica film that sufficiently contained Ag + in the mesopores was subjected to reduction treatment by heating in the atmosphere at 300 ° C. for 2 hours to obtain a silver fine wire.

次に、メソ細孔中に銀細線を含有する膜から、実施例1と同様の方法により、シリカを選択的に除去することで銀細線が基板上に露出している被分析物担体を作製することが可能であった。作製された銀細線においては、透過型電子顕微鏡観察により、高い直線性、均一な直径、及び長い細線長を有する銀細線が形成されていることが確認された。   Next, an analyte carrier in which the silver fine wires are exposed on the substrate is prepared by selectively removing silica from the film containing silver fine wires in the mesopores by the same method as in Example 1. It was possible to do. In the produced silver thin wire, it was confirmed by transmission electron microscope observation that a silver thin wire having high linearity, a uniform diameter, and a long thin wire length was formed.

この被分析物担体上に濃度100μmol/lのローダミン6G色素分子溶液を滴下し、波長514.5nmのアルゴンイオンレーザーを被分析物担体表面から偏光子を介して照射し、同じく被分析物担体表面側に設置された検出器でラマン散乱光を検出した。   A rhodamine 6G dye molecule solution having a concentration of 100 μmol / l is dropped on the analyte carrier, and an argon ion laser having a wavelength of 514.5 nm is irradiated from the analyte carrier surface through a polarizer. Raman scattered light was detected by a detector installed on the side.

銀細線の長軸方向に対して平行方向に偏光を照射した際には、ラマン散乱はほとんど確認できなかったが、銀細線の長軸方向に対して垂直方向に偏光を照射した際には、非常に大きな表面増強ラマン散乱(SERS)が発生していることを確認できた。また、そのラマンスペクトルのピーク強度は10倍以上強くなっていることが確認された。   When the polarized light was irradiated in the direction parallel to the long axis direction of the silver thin wire, Raman scattering was hardly confirmed, but when the polarized light was irradiated in the direction perpendicular to the long axis direction of the silver thin wire, It was confirmed that very large surface enhanced Raman scattering (SERS) was generated. Further, it was confirmed that the peak intensity of the Raman spectrum was increased by 10 times or more.

また、このとき、比較のために、一軸配向を有していないメソポーラスシリカ膜を鋳型として作製した銀細線を用いて同様の実験を行い、今回作製した一軸配向を有する銀細線を用いた被分析物担体との比較を行った。その結果、一軸配向を有していない銀細線を用いた被分析物担体においては、SERSの発生は確認されたが、その強度は偏光に依存せず、また、その値も偏光を用いた時に比べて小さいものであった。   At this time, for comparison, the same experiment was performed using a silver fine wire produced using a mesoporous silica film having no uniaxial orientation as a template, and the analysis was performed using the silver fine wire having the uniaxial orientation produced this time. Comparison with physical support was performed. As a result, in the analyte carrier using silver thin wires not having uniaxial orientation, the generation of SERS was confirmed, but the intensity did not depend on the polarization, and the value was also obtained when the polarization was used. It was small compared.

上記のようにメソポーラスシリカ膜を鋳型として作製した一軸配向を有する銀細線を被分析物担体として用いてラマン散乱測定を行うと、偏光方向に依存したSERSが発生し、その結果、分子の検出感度も著しく向上し、微量の分子を検出することが可能となる。また、上記のような色素分子以外にもアデニン、グアニン等の生体分子やDNA等の微量検出も可能である。   When Raman scattering measurement is performed using a uniaxially oriented silver thin wire produced using a mesoporous silica film as a template as an analyte carrier as described above, SERS depending on the polarization direction is generated, resulting in molecular detection sensitivity. Is significantly improved, and a trace amount of molecules can be detected. In addition to the dye molecules as described above, trace amounts of biomolecules such as adenine and guanine and DNA can also be detected.

[産業上の利用可能性]
本発明の被分析物担体およびその製造方法は、極微量分子の検出のための分析装置に利用可能である。
[Industrial applicability]
The analyte carrier and the method for producing the same of the present invention can be used in an analysis apparatus for detecting an extremely small amount of molecules.

本発明の被分析物担体の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the analyte carrier of this invention. 本発明の被分析物担体の製造方法における工程の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the process in the manufacturing method of the analyte carrier of this invention. 本発明の被分析物担体を用いた分析方法の一例である。It is an example of the analysis method using the analyte carrier of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 基板
12 メソポーラス物質膜
13 細孔
14 細孔壁
15 金属細線
31 基板
32 メソポーラス物質膜
33 金属細線
34 被検出分子
35 レーザー発生器
36 光検出器
37 レーザー光
38 ラマン散乱光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Mesoporous material film 13 Pore 14 Pore wall 15 Metal fine wire 31 Substrate 32 Mesoporous material film 33 Metal fine wire 34 Detected molecule 35 Laser generator 36 Photo detector 37 Laser light 38 Raman scattered light

Claims (10)

ラマン分光分析に用いる被分析物担体であって、
基板上に形成された、均一な径の管状の細孔を有するメソポーラス物質膜と、前記メソポーラス物質膜の細孔内に金属細線を有する構造体において、前記金属細線が基板上で部分的に露出していることを特徴とする被分析物担体。
An analyte carrier for use in Raman spectroscopy, comprising:
A mesoporous material film having tubular pores of uniform diameter formed on a substrate, and a structure having metal fine wires in the pores of the mesoporous material film, wherein the metal wires are partially exposed on the substrate Analyte carrier, characterized in that
前記メソポーラス物質膜が一軸方向に配列した管状細孔からなることを特徴とする請求項1に記載の被分析物担体。   2. The analyte carrier according to claim 1, wherein the mesoporous material film comprises tubular pores arranged in a uniaxial direction. 前記金属細線が一軸配向を有していることを特徴とする請求項1又は、請求項2に記載の被分析物担体。   The analyte carrier according to claim 1 or 2, wherein the thin metal wire has a uniaxial orientation. 前記金属がAu、Ag、Ptのいずれかであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の被分析物担体。   4. The analyte carrier according to claim 1, wherein the metal is Au, Ag, or Pt. 前記メソポーラス物質膜の細孔壁を構成する物質が、二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の被分析物担体。   The analyte carrier according to any one of claims 1 to 4, wherein the substance constituting the pore wall of the mesoporous substance film is silicon dioxide. 前記メソポーラス物質膜の細孔壁を構成する物質が、1以上の炭素原子を含有する有機基と、前記有機基と2箇所以上で結合する2以上のケイ素原子と、前記ケイ素原子と結合する1以上の酸素原子から構成される、有機シリカハイブリッド材料であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の被分析物担体。   The substance constituting the pore wall of the mesoporous material film is bonded to the silicon atom, an organic group containing one or more carbon atoms, two or more silicon atoms bonded to the organic group at two or more locations, and 1 The analyte carrier according to any one of claims 1 to 4, which is an organic silica hybrid material composed of the above oxygen atoms. ラマン分光分析に用いる被分析物担体の製造方法であって、
均一な径の管状の細孔が一軸方向に配列した構造を有するメソポーラス物質膜を基板上に形成する工程と、金属化合物を含む溶液を前記メソポーラス物質膜の細孔内に導入する工程と、前記金属化合物を化学変化させて金属細線を形成させる工程と、前記メソポーラス物質膜を選択的に除去する工程を有することを特徴とする被分析物担体の製造方法。
A method for producing an analyte carrier for use in Raman spectroscopy, comprising:
Forming a mesoporous material film having a structure in which tubular pores of uniform diameter are arranged in a uniaxial direction on a substrate, introducing a solution containing a metal compound into the pores of the mesoporous material film, and A method for producing an analyte carrier, comprising: a step of chemically changing a metal compound to form a fine metal wire; and a step of selectively removing the mesoporous material film.
前記金属化合物を含む溶液を前記メソポーラス物質膜の細孔内に導入する工程が、
前記メソポーラス物質膜の細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成する工程と、前記細孔内に金属の原子を含有するアニオンを導入する工程から構成されることを特徴とする請求項7に記載の被分析物担体の製造方法。
Introducing the solution containing the metal compound into the pores of the mesoporous material film,
8. The method according to claim 7, comprising a step of forming a site for immobilizing an anion on the pore surface of the mesoporous material film, and a step of introducing an anion containing a metal atom into the pore. A method for producing the analyte carrier as described.
前記メソポーラス物質膜の細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成する工程が、カチオン部位を有するシランカップリング剤を用いて細孔表面を修飾する工程であることを特徴とする請求項7又は、請求項8に記載の被分析物担体の製造方法。   The step of forming a site for immobilizing anions on the pore surface of the mesoporous material film is a step of modifying the pore surface using a silane coupling agent having a cation site. A method for producing an analyte carrier according to claim 8. 前記メソポーラス物質膜の細孔表面にアニオンを固定化する部位を形成する工程が、シリカより等電点の高い酸化物を形成し得る金属を含有する金属塩の水溶液を用いて細孔表面を修飾する工程であることを特徴とする請求項7又は、請求項8に記載の被分析物担体の製造方法。   The step of forming a site for immobilizing anions on the pore surface of the mesoporous material film modifies the pore surface with an aqueous solution of a metal salt containing a metal capable of forming an oxide having a higher isoelectric point than silica. The method for producing an analyte carrier according to claim 7 or 8, wherein the method comprises the steps of:
JP2005301859A 2005-10-17 2005-10-17 Analyte carrier and manufacturing method therefor Withdrawn JP2007108131A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005301859A JP2007108131A (en) 2005-10-17 2005-10-17 Analyte carrier and manufacturing method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005301859A JP2007108131A (en) 2005-10-17 2005-10-17 Analyte carrier and manufacturing method therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007108131A true JP2007108131A (en) 2007-04-26

Family

ID=38034086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005301859A Withdrawn JP2007108131A (en) 2005-10-17 2005-10-17 Analyte carrier and manufacturing method therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007108131A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010065250A (en) * 2008-09-09 2010-03-25 Hiroshima Univ Method for producing composite body, and composite body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010065250A (en) * 2008-09-09 2010-03-25 Hiroshima Univ Method for producing composite body, and composite body

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheng et al. GoldHelix: gold nanoparticles forming 3D helical superstructures with controlled morphology and strong chiroptical property
Chen et al. 2D materials: Excellent substrates for surface-enhanced Raman scattering (SERS) in chemical sensing and biosensing
Lin et al. Synthesis and photoluminescence properties of porous silicon nanowire arrays
Lin et al. Surface-enhanced Raman scattering from silver-plated porous silicon
Green et al. SERS substrates fabricated by island lithography: the silver/pyridine system
Zhao et al. Meso‐microporous nanosheet‐constructed 3DOM perovskites for remarkable photocatalytic hydrogen production
Mu et al. In situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) in butterfly wings for surface enhanced Raman spectroscopy (SERS)
Hussain et al. Noble metal nanoparticle-functionalized ZnO nanoflowers for photocatalytic degradation of RhB dye and electrochemical sensing of hydrogen peroxide
Shan et al. Synthesis of wheatear-like ZnO nanoarrays decorated with Ag nanoparticles and its improved SERS performance through hydrogenation
Mettela et al. Nanocrystalline Ag microflowers as a versatile SERS platform
JP2011201769A (en) Substrate for surface-enhanced raman scattering study
TWI591019B (en) A gold nanoparticle array and process of making the same and application thereof
Zhu et al. Surface-enhanced Raman scattering of 4-mercaptobenzoic acid and hemoglobin adsorbed on self-assembled Ag monolayer films with different shapes
Bandarenka et al. 3D Silver Dendrites for Single‐molecule Imaging by Surface‐enhanced Raman Spectroscopy
Dattelbaum et al. Surfactant removal and silica condensation during the photochemical calcination of thin film silica mesophases
Bechelany et al. Extended domains of organized nanorings of silver grains as surface-enhanced Raman scattering sensors for molecular detection
Meng et al. Superhydrophobic Ag‐decorated CuO nanowire arrays with analyte‐concentrating and self‐cleaning binary functions for ultrasensitive and recyclable surface‐enhanced Raman scattering
Wang et al. A recyclable graphene/Ag/TiO 2 SERS substrate with high stability and reproducibility for detection of dye molecules
Li et al. The charge transfer effect on SERS in a gold-decorated surface defect anatase nanosheet/methylene blue (MB) system
Rajput et al. Silica coating of polymer nanowires produced via nanoimprint lithography from femtosecond laser machined templates
JP2007108131A (en) Analyte carrier and manufacturing method therefor
US20090074992A1 (en) Nanowire grid polarizer and method of preparing the same
Bui et al. Electrochemical patterning of gold nanoparticles on transparent single-walled carbon nanotube films
Chen et al. Preparation of silver nanoparticles on zinc oxide nanowires by photocatalytic reduction for use in surface‐enhanced Raman scattering measurements
Zhang et al. Generalized green synthesis of diverse LnF 3–Ag hybrid architectures and their shape-dependent SERS performances

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20090106