JP2011179978A - Spr sensor cell and spr sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SPRセンサセルおよびSPRセンサ、詳しくは、光導波路を備えるSPRセンサセル、および、そのSPRセンサセルを備えるSPRセンサに関する。 The present invention relates to an SPR sensor cell and an SPR sensor, and more particularly, to an SPR sensor cell including an optical waveguide and an SPR sensor including the SPR sensor cell.
従来、化学分析や生物化学分析などの分野において、光ファイバを備えるSPR(表面プラズモン共鳴:Surface Plasmon Resonance)センサが用いられている。 Conventionally, in fields such as chemical analysis and biochemical analysis, SPR (Surface Plasmon Resonance) sensors including optical fibers have been used.
光ファイバを備えるSPRセンサでは、光ファイバの先端部の外周面に金属薄膜が形成されるとともに、分析サンプルが固定され、その光ファイバ内に光が導入される。そして、導入される光における特定の波長の光が、金属薄膜において表面プラズモン共鳴を発生させ、その光強度を減衰する。 In an SPR sensor including an optical fiber, a metal thin film is formed on the outer peripheral surface of the tip portion of the optical fiber, an analysis sample is fixed, and light is introduced into the optical fiber. Then, light of a specific wavelength in the introduced light generates surface plasmon resonance in the metal thin film, and attenuates the light intensity.
このようなSPRセンサにおいて、表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、通常、光ファイバに固定される分析サンプルの屈折率などによって異なる。 In such an SPR sensor, the wavelength for generating surface plasmon resonance usually varies depending on the refractive index of the analysis sample fixed to the optical fiber.
そのため、表面プラズモン共鳴の発生後に光強度が減衰する波長を計測すれば、表面プラズモン共鳴を発生させた波長を特定でき、また、その減衰する波長が変化したことを検出すれば、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認できるため、分析サンプルの屈折率の変化を確認できる。 Therefore, if the wavelength at which the light intensity attenuates after the occurrence of surface plasmon resonance is measured, the wavelength at which the surface plasmon resonance is generated can be identified, and if it is detected that the attenuation wavelength has changed, the surface plasmon resonance is detected. Since it can be confirmed that the wavelength to be generated has changed, a change in the refractive index of the analysis sample can be confirmed.
その結果、このようなSPRセンサは、例えば、サンプルの濃度の測定や、免疫反応の検出など、種々の化学分析や生物化学分析に用いることができる。 As a result, such an SPR sensor can be used for various chemical analysis and biochemical analysis such as measurement of sample concentration and detection of immune reaction.
例えば、サンプルが溶液である場合において、サンプル(溶液)の屈折率は、溶液の濃度に依存する。そのため、サンプル(溶液)を金属薄膜に接触させたSPRセンサにおいて、サンプル(溶液)の屈折率を計測することにより、サンプルの濃度を検出することができ、さらには、その屈折率が変化したことを確認することにより、サンプル(溶液)の濃度が変化したことを確認できる。 For example, when the sample is a solution, the refractive index of the sample (solution) depends on the concentration of the solution. Therefore, in the SPR sensor in which the sample (solution) is in contact with the metal thin film, the concentration of the sample can be detected by measuring the refractive index of the sample (solution), and the refractive index has changed. By confirming, it can be confirmed that the concentration of the sample (solution) has changed.
また、免疫反応の分析では、例えば、SPRセンサにおける光ファイバの金属薄膜上に、誘電体膜を介して抗体を固定し、抗体に検体を接触させるとともに、表面プラズモン共鳴を発生させる。このとき、抗体と検体とが免疫反応すれば、そのサンプルの屈折率が変化するため、抗体と検体との接触前後において、サンプルの屈折率が変化したことを確認することにより、抗体と検体とが免疫反応したものと判断できる。 In the analysis of immune reaction, for example, an antibody is immobilized on a metal thin film of an optical fiber in an SPR sensor via a dielectric film, a specimen is brought into contact with the antibody, and surface plasmon resonance is generated. At this time, if the antibody and the specimen undergo an immunoreaction, the refractive index of the sample changes. Therefore, by confirming that the refractive index of the sample has changed before and after contact between the antibody and the specimen, the antibody and specimen Can be judged to have immunoreacted.
しかしながら、このような光ファイバを備えるSPRセンサにおいては、光ファイバの先端部が微細な円筒形状であるため、金属薄膜の形成や分析サンプルの固定が困難であるという不具合がある。 However, the SPR sensor provided with such an optical fiber has a problem that it is difficult to form a metal thin film and to fix an analysis sample because the tip of the optical fiber has a fine cylindrical shape.
このような不具合を解決するため、例えば、光が透過するコアと、このコアを覆うクラッドとを備え、このクラッドの所定位置に、コアの表面に至るまで貫通口を形成し、この貫通口に対応した位置におけるコアの表面に、金属薄膜を形成したSPRセンサセルが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to solve such a problem, for example, a core through which light passes and a clad covering the core are provided, and a through hole is formed at a predetermined position of the clad up to the surface of the core. An SPR sensor cell in which a metal thin film is formed on the surface of a core at a corresponding position has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
このSPRセンサセルによれば、コア表面に表面プラズモン共鳴を発生させるための金属薄膜の形成、および、その表面への分析サンプルの固定が容易である。 According to this SPR sensor cell, it is easy to form a metal thin film for generating surface plasmon resonance on the core surface and fix the analysis sample to the surface.
しかしながら、特許文献1に記載のSPRセンサセルでは、クラッドの貫通口に臨むコアの上面のみに金属薄膜が形成されているため、分析サンプルと金属薄膜との接触面積が小さく、分析サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができないという不具合がある。
However, in the SPR sensor cell described in
本発明の目的は、検出精度に優れるSPRセンサセルおよびSPRセンサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an SPR sensor cell and an SPR sensor excellent in detection accuracy.
上記目的を達成するために、本発明のSPRセンサセルは、サンプルが配置されるSPRセンサセルであって、アンダークラッド層と、前記アンダークラッド層の上に所定厚みで形成されるコア層とを備える光導波路を備え、前記コア層には、金属薄膜が、サンプルと接触するように、前記コア層の厚み方向最上位から最下位にわたって形成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, an SPR sensor cell of the present invention is an SPR sensor cell in which a sample is disposed, and includes an undercladding layer and a core layer formed with a predetermined thickness on the undercladding layer. A waveguide is provided, and a metal thin film is formed on the core layer from the top to the bottom in the thickness direction of the core layer so as to be in contact with the sample.
このようなSPRセンサセルによれば、コア層の厚み方向最上位だけでなく、その最上位から最下位にわたって金属薄膜が形成されているので、サンプルと金属薄膜との接触面積を大きくすることができる。そのため、このようなSPRセンサセルを用いれば、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。 According to such an SPR sensor cell, since the metal thin film is formed not only from the uppermost layer in the thickness direction of the core layer but also from the uppermost layer to the lowermost layer, the contact area between the sample and the metal thin film can be increased. . Therefore, if such an SPR sensor cell is used, it is possible to accurately detect the concentration or change of the sample.
また、本発明のSPRセンサセルでは、前記コア層が、断面視略矩形状であり、前記金属薄膜が、前記コア層の上面および両側面に形成されていることが好適である。 In the SPR sensor cell of the present invention, it is preferable that the core layer has a substantially rectangular shape in cross section, and the metal thin film is formed on an upper surface and both side surfaces of the core layer.
コア層が、断面視略矩形状であれば、コア層および金属薄膜の表面積を大きくすることができるため、サンプルと金属薄膜との接触面積を、より一層大きくすることができ、SPRセンサセルにおける検出精度を、より一層向上することができる。 If the core layer has a substantially rectangular shape in cross section, the surface area of the core layer and the metal thin film can be increased, so that the contact area between the sample and the metal thin film can be further increased, and detection in the SPR sensor cell is possible. The accuracy can be further improved.
また、本発明のSPRセンサセルでは、前記光導波路が、さらに、前記アンダークラッド層の上に、前記金属薄膜と接触するサンプルを取り囲むように形成されるオーバークラッド層を備えることが好適である。 In the SPR sensor cell of the present invention, it is preferable that the optical waveguide further includes an over clad layer formed on the under clad layer so as to surround the sample in contact with the metal thin film.
オーバークラッド層が、金属薄膜と接触するサンプルを取り囲むように形成されていれば、サンプルを容易に金属薄膜の表面に配置することができるため、作業性の向上を図ることができる。 If the over clad layer is formed so as to surround the sample in contact with the metal thin film, the sample can be easily disposed on the surface of the metal thin film, so that the workability can be improved.
また、本発明のSPRセンサは、上記のSPRセンサセルを備えることを特徴としている。 In addition, an SPR sensor of the present invention includes the above SPR sensor cell.
このSPRセンサでは、サンプルと金属薄膜との接触面積の大きいSPRセンサセルが用いられるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。 In this SPR sensor, since the SPR sensor cell having a large contact area between the sample and the metal thin film is used, it is possible to accurately detect the concentration and change of the sample.
本発明のSPRセンサセルおよびSPRセンサによれば、簡易な構成により、検出精度の向上を図ることができる。 According to the SPR sensor cell and the SPR sensor of the present invention, detection accuracy can be improved with a simple configuration.
図1(a)は、本発明のSPRセンサセルの一実施形態を示す概略斜視図、図1(b)は、図1(a)に示すSPRセンサセルのA−A断面図である。 Fig.1 (a) is a schematic perspective view which shows one Embodiment of the SPR sensor cell of this invention, FIG.1 (b) is AA sectional drawing of the SPR sensor cell shown to Fig.1 (a).
図1(a)および図1(b)において、SPRセンサセル1は、平面視略矩形平板状に形成されており、光導波路2と、必要により設けられる基材10(2点鎖線参照)とを備えている。また、詳しくは後述するが、このSPRセンサセル1には、SPRセンサ11によって分析されるサンプルが配置される。
1A and 1B, an
光導波路2は、平面視略矩形平板状に形成されており、アンダークラッド層3、コア層4およびオーバークラッド層5を備えている。
The
アンダークラッド層3は、光導波路2と平面視略同一の平面視略矩形平板状に、所定の厚みで形成されている。
The under-
コア層4は、アンダークラッド層3の上(厚み方向一方側、以下同様)において、所定厚みで、アンダークラッド層3の長手方向と直交する幅方向の中央部において、長手方向に延びる細長い断面視略矩形状(四角柱状)に形成されている。
The
また、コア層4は、その長手方向長さが、アンダークラッド層3の長手方向長さと略同一となるように形成されており、その下面(厚み方向他方側面)がアンダークラッド層3に接触するとともに、その長手方向両端がアンダークラッド層3の長手方向両端と面一となるように配置されている。
The
また、コア層4の長手方向両端部は、詳しくは後述するが、光源12および光計測器13に光学的に接続されるための接続部分とされている。
Moreover, although the longitudinal direction both ends of the
オーバークラッド層5は、アンダークラッド層3の上において、金属薄膜6(後述)と接触するサンプルを取り囲むように、開口部7が平面視略中央部に形成される平面視矩形枠状に、形成されている。
The over
また、オーバークラッド層5は、その外周がアンダークラッド層3の外周と平面視において略同一となるように形成されており、コア層4の長手方向両端部の表面(上面および両側面)を被覆するように配置されている。
The over
開口部7は、オーバークラッド層5の平面視中央部において、平面視略矩形状となるように、オーバークラッド層5を厚み方向に貫通して形成されており、これによって、アンダークラッド層3の上面における外周部に、オーバークラッド層5から、サンプルを配置するための平面視矩形枠状の堰部8が形成されるとともに、その平面視略中央部に、堰部8に囲まれる、サンプルを収容するための収容部9が区画される。
The
このような光導波路2において、コア層4には、金属薄膜6が設けられている。
In such an
金属薄膜6は、収容部9内に配置されるコア層4の表面において、サンプルと接触するように、コア層4の厚み方向最上位から最下位にわたって連続的に形成されている。
The metal
より具体的には、金属薄膜6は、オーバークラッド層5から露出されるコア層4の上面および両側面(すなわち、コア層4におけるアンダークラッド層3との接触面と、オーバークラッド層5によって被覆される面とを除く表面)に、連続的に形成されている。
More specifically, the metal
なお、金属薄膜6は、必要により、さらに、オーバークラッド層5から露出されるアンダークラッド層3の上面に形成されていてもよい(図1(b)に示す2点鎖線参照)。
In addition, the metal
図1(a)および図1(b)において、基材10(2点鎖線参照)は、必要により、光導波路2と平面視略同一の平面視略矩形平板状に形成され、光導波路2の下面に設けられる。これにより、基材10は、光導波路2を下側から支持する。
In FIG. 1A and FIG. 1B, the base material 10 (refer to the two-dot chain line) is formed in a substantially rectangular flat plate shape in plan view that is substantially the same as that in the
図2は、図1に示すSPRセンサセルの製造方法を示す工程図である。 FIG. 2 is a process diagram showing a method of manufacturing the SPR sensor cell shown in FIG.
次いで、このSPRセンサセル1の製造方法について、図2を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
この方法では、まず、図2(a)に示すように、基材10を用意し、次いで、その基材10の上に、アンダークラッド層3を形成する。
In this method, first, as shown in FIG. 2A, a
基材10は、平板状をなし、この基材10を形成する材料としては、例えば、シリコン、ガラスなどのセラミック材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄合金などの金属材料、例えば、ポリイミド、ガラス−エポキシ、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの樹脂材料が挙げられる。好ましくは、セラミック材料が挙げられる。基材10の厚みは、例えば、10〜5000μm、好ましくは、10〜1500μmである。
The
アンダークラッド層3を形成する材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはこれらのフッ素化変性体や重水素化変性体、さらには、フルオレン変性体などの樹脂材料が挙げられる。これら樹脂材料は、好ましくは、感光剤を配合して、感光性樹脂として用いられる。
Examples of the material for forming the
アンダークラッド層3を、基材10の上に形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス(樹脂溶液)を調製して、そのワニスを基材10の上に、例えば、キャスティング、スピンコータなどによって塗布した後、乾燥し、必要により加熱する。なお、感光性樹脂が用いられる場合には、ワニスの塗布および乾燥後に、フォトマスクを介して露光し、必要により、露光後加熱した後、現像し、次いで、加熱する。
In order to form the under clad
このようにして形成されるアンダークラッド層3の厚みは、例えば、5〜200μmである。また、アンダークラッド層3の屈折率は、例えば、1.42以上、1.55未満である。
The thickness of the
次いで、この方法では、図2(b)に示すように、コア層4を、アンダークラッド層3の上に、上記したパターンで形成する。
Next, in this method, as shown in FIG. 2B, the
コア層4を形成する材料としては、アンダークラッド層3の樹脂材料よりも、屈折率が高くなる樹脂材料が挙げられる。このような樹脂材料としては、例えば、上記と同様の樹脂材料が挙げられる。
As a material for forming the
コア層4を形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス(樹脂溶液)を調製して、そのワニスを、上記したパターンでアンダークラッド層3の表面に塗布した後、乾燥し、必要により硬化させる。また、感光性樹脂が用いられる場合には、ワニスの塗布および乾燥後に、フォトマスクを介して露光し、必要により、露光後加熱した後、現像し、次いで、加熱する。
In order to form the
このようにして形成されるコア層4の厚みは、例えば、5〜100μmであり、幅は、例えば、5〜100μmである。また、コア層4の屈折率は、アンダークラッド層3の屈折率より高く設定されており、例えば、1.44以上、1.65以下である。
The thickness of the
次いで、この方法では、図2(c)に示すように、オーバークラッド層5を、アンダークラッド層3の上に、上記したパターンで形成する。
Next, in this method, as shown in FIG. 2C, the over
すなわち、この方法では、アンダークラッド層3の上に、オーバークラッド層5を、開口部7を有する平面視矩形枠状に形成し、コア層4の長手方向両端部を被覆するとともに長手方向途中を露出させるように配置する。これにより、アンダークラッド層3の上面の外周部に堰部8を形成するとともに、サンプルを収容するための収容部9を区画する。
That is, in this method, the
オーバークラッド層5を形成する材料としては、上記したアンダークラッド層3を同様の樹脂材料が用いられる。
As a material for forming the over
オーバークラッド層5を形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス(樹脂溶液)を調製して、そのワニスを、上記したパターンでアンダークラッド層3の表面に塗布した後、乾燥させ、必要により硬化させる。また、感光性樹脂が用いられる場合には、ワニスの塗布および乾燥後に、フォトマスクを介して露光し、必要により、露光後加熱した後、現像し、次いで、加熱する。
In order to form the over
このようにして形成されるオーバークラッド層5の厚みは、例えば、5〜100μmであり、また、コア層4の長手方向両端部における、オーバークラッド層5のコア層4の表面からの厚みは、例えば、1〜50μm、好ましくは、5〜20μmである。また、オーバークラッド層5の屈折率は、コア層4の屈折率より低く設定されており、例えば、アンダークラッド層3の屈折率と同様に設定されている。
The thickness of the over clad
また、このようなオーバークラッド層5において、開口部7の大きさおよび形状は、特に限定されず、サンプルの種類や用途に応じて、適宜決定される。SPRセンサセル1の小型化を図る場合には、好ましくは、開口部7を小さく形成する。
Further, in such an
次いで、この方法では、図2(d)に示すように、金属薄膜6を、コア層4の厚み方向上面(最上位)から両側面(最下位)にわたって連続的に形成する。
Next, in this method, as shown in FIG. 2 (d), the metal
金属薄膜6を形成する金属材料としては、例えば、金、銀、白金などが挙げられる。
Examples of the metal material for forming the metal
金属薄膜6を形成するには、例えば、まず、金属薄膜6のパターンの逆パターンのレジストを形成して、金属薄膜6を形成する部分の周辺をマスキングする。その後、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの蒸着法により、レジストから露出するコア層4の表面(上面および両側面)に、金属薄膜6を形成する。
In order to form the metal
コア層4の上面および両側面に金属薄膜6を連続的に形成するには、例えば、コア層4の両側面斜め上方から、上記した金属材料を蒸着する。
In order to continuously form the metal
より具体的には、この方法では、上記した金属材料を、コア層4の幅方向中央を通過する厚み方向(垂直方向)に沿う軸線Sを含む幅方向平面両側(コア層4の両側面側)から、その軸線Sに対して、例えば、±15〜45°、好ましくは、±20〜30°の角度θで蒸着する。
More specifically, in this method, the above-described metal material is used on both sides in the width direction plane including the axis S along the thickness direction (vertical direction) passing through the center in the width direction of the core layer 4 (both sides on both sides of the
その後、エッチングや剥離などにより、レジストを除去する。 Thereafter, the resist is removed by etching or peeling.
なお、必要により、金属薄膜6を、オーバークラッド層5から露出されるアンダークラッド層3の上面に形成することもできる(図1(b)に示す2点鎖線参照)。
If necessary, the metal
このようにして形成される金属薄膜6の厚みは、例えば、40〜70nm、好ましくは、50〜60nmである。
The metal
このようにして、基材10の上に、アンダークラッド層3、コア層4およびオーバークラッド層5を順次積層し、金属薄膜6をオーバークラッド層5から露出するコア層4の上面および両側面に形成することにより、光導波路2を形成することができる。
In this way, the under
また、この方法では、必要により、図2(e)に示すように、基材10を、例えば、エッチング、剥離などによって除去することもできる。
Further, in this method, as shown in FIG. 2E, the
そして、このようにして光導波路2を形成することにより、光導波路2を備えるSPRセンサセル1を製造することができる。このSPRセンサセル1では、収容部9にサンプルが収容(配置)されることにより、その収容部9において露出する金属薄膜6とサンプルとが接触する。
And the
このようなSPRセンサセル1によれば、コア層4の厚み方向最上位だけでなく、その最上位から最下位にわたって金属薄膜6が形成されているので、サンプルと金属薄膜6との接触面積を大きくすることができる。そのため、このようなSPRセンサセル1を用いれば、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
According to such an
またコア層4が、断面視略矩形状であれば、コア層4および金属薄膜6の表面積を大きくすることができるため、サンプルと金属薄膜6との接触面積を、より一層大きくすることができ、SPRセンサセル1における検出精度を、より一層向上することができる。
Further, if the
さらには、オーバークラッド層5が、金属薄膜6と接触するサンプルを取り囲むように形成されているので、サンプルを容易に金属薄膜6の表面に配置することができるため、作業性の向上を図ることができる。
Furthermore, since the over clad
図3は、本発明のSPRセンサの一実施形態を示す概略側断面図である。なお、上記した各部に対応する部材については、以下の各図において同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。 FIG. 3 is a schematic sectional side view showing an embodiment of the SPR sensor of the present invention. In addition, about the member corresponding to each above-mentioned part, the same referential mark is attached | subjected in each following figure, and the detailed description is abbreviate | omitted.
次いで、SPRセンサセル1を備えるSPRセンサ11について、図3を参照して説明する。
Next, the
図3において、SPRセンサ11は、光源12と、光計測器13と、上記したSPRセンサセル1とを備えている。
In FIG. 3, the
光源12は、例えば、白色光源、単色光光源などの公知の光源であって、光コネクタ14を介して光ファイバ15に接続され、この光ファイバ15が、光ファイバブロック16を介してSPRセンサセル1(コア層4)の長手方向一方側端部に接続されている。
The
また、SPRセンサセル1(コア層4)の長手方向他方側端部には、光ファイバブロック17を介して光ファイバ18が接続されており、この光ファイバ18は、光コネクタ19を介して光計測器13に接続されている。
Further, an
光計測器13は、図示しないが、公知の演算処理装置に接続され、データの表示、蓄積および加工を可能としている。
Although not shown, the optical measuring
また、このようなSPRセンサ11において、SPRセンサセル1は、公知のセンサセル固定装置(図示せず)によって固定されている。センサセル固定装置(図示せず)は、所定方向(例えば、SPRセンサセル1の幅方向)に沿って移動可能とされており、これにより、SPRセンサセル1が任意の位置に配置されている。
In such an
また、光ファイバ15および18は、それぞれ、光ファイバ固定装置20および21に固定されている。
The
光ファイバ固定装置20および21は、公知の6軸移動ステージ(図示せず)の上に固定されており、光ファイバの長手方向、幅方向(長手方向と水平方向において直交する方向)および厚み方向(長手方向と垂直方向において直交する方向)と、それら各方向(3方向)を軸とする回転方向(3方向)とに可動とされている。
The optical
このようなSPRセンサ11によれば、光源12、光ファイバ15、SPRセンサセル1(コア層4)、光ファイバ18および光計測器13を一軸上に配置することができ、これらを透過するように、光源12から光を導入することができる。
According to such an
そして、このSPRセンサ11では、サンプルと金属薄膜6との接触面積の大きいSPRセンサセル1が用いられるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
In this
以下において、このSPRセンサ11の一使用態様について説明する。
Hereinafter, one usage mode of the
この態様では、例えば、まず、図3に示すSPRセンサセル1の収容部9に、サンプルを収容(配置)し、サンプルと金属薄膜6とを接触させる。次いで、光源12から所定の光を、光ファイバ15を介してSPRセンサセル1(コア層4)に導入する(図3に示す矢印L1参照)。
In this aspect, for example, first, a sample is accommodated (arranged) in the
SPRセンサセル1(コア層4)に導入された光は、コア層4内において全反射するとともに、金属薄膜6で表面プラズモン共鳴を発生させながら、SPRセンサセル1(コア層4)を透過する。
The light introduced into the SPR sensor cell 1 (core layer 4) is totally reflected in the
その後、このSPRセンサ11では、SPRセンサセル1(コア層4)を透過した光が、光ファイバ18を介して光計測器13に導入される(図3に示す矢印L2参照)。
Thereafter, in the
そして、このSPRセンサ11において、光計測器13に導入される光は、コア層4において表面プラズモン共鳴を発生させた波長の光強度が減衰している。
In the
表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、SPRセンサセル1に収容(配置)されたサンプルの屈折率などに依存するため、光計測器13に導入される光の、光強度の減衰を検出することにより、サンプルの屈折率の変化を検出することができる。
Since the wavelength for generating surface plasmon resonance depends on the refractive index of the sample accommodated (arranged) in the
より具体的には、例えば、光源12として白色光源を用いる場合には、光計測器13によって、SPRセンサセル1の透過後に光強度が減衰する波長(表面プラズモン共鳴を発生させる波長)を計測し、その減衰する波長が変化したこと検出すれば、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。
More specifically, for example, when a white light source is used as the
また、例えば、光源12として単色光光源を用いる場合には、光計測器13によって、SPRセンサセル1の透過後における単色光の光強度の変化(減衰の度合い)を計測し、その減衰の度合いが変化したことを検出すれば、上記と同様に、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認でき、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。
Further, for example, when a monochromatic light source is used as the
そのため、このようなSPRセンサ11は、例えば、サンプルの濃度の測定や、免疫反応の検出など、種々の化学分析や生物化学分析に用いることができる。
Therefore, such an
より具体的には、例えば、サンプルが溶液である場合には、サンプル(溶液)の屈折率は、溶液の濃度に依存するため、そのサンプル(溶液)を金属薄膜6に接触させたSPRセンサ11において、サンプル(溶液)の屈折率を検出すれば、そのサンプルの濃度を測定することができる。また、サンプル(溶液)の屈折率が変化したことを検出すれば、サンプル(溶液)の濃度が変化したことを確認することができる。
More specifically, for example, when the sample is a solution, since the refractive index of the sample (solution) depends on the concentration of the solution, the
また、免疫反応の検出においては、例えば、SPRセンサセル1の金属薄膜6上に、誘電体膜を介して抗体を固定し、抗体に検体を接触させる。このとき、抗体と検体とが免疫反応すればサンプルの屈折率が変化するため、抗体と検体との接触前後においてサンプルの屈折率が変化することを検出することにより、その抗体と検体とが免疫反応したものと判断することができる。
In detecting an immune reaction, for example, an antibody is fixed on the metal
そして、このようなSPRセンサセル1およびSPRセンサ11によれば、簡易な構成により、検出精度の向上を図ることができる。
And according to such
図4(a)は、本発明のSPRセンサセルの他の実施形態を示す概略斜視図、図4(b)は、図4(a)に示すSPRセンサセルのB−B断面図である。 FIG. 4A is a schematic perspective view showing another embodiment of the SPR sensor cell of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the SPR sensor cell shown in FIG.
上記した説明においては、SPRセンサセル1には、コア層4を1つ形成したが、コア層4の数は、特に制限されず、複数(例えば、3つ)形成することもできる。
In the above description, one
図4(a)および図4(b)において、SPRセンサセル1は、光導波路2と、必要により設けられる基材10(2点鎖線参照)とを備えており、光導波路2は、アンダークラッド層3、複数(3つ)のコア層4、および、オーバークラッド層5を備えている。
4A and 4B, the
コア層4は、アンダークラッド層3の上において、互いに幅方向に間隔を隔てて、長手方向に延びる細長い断面視略矩形状(四角柱状)で複数(3つ)形成されている。
A plurality of (three) core layers 4 are formed on the under-
光導波路2が複数(例えば、3つ)のコア層4を備える場合には、このSPRセンサセル1を備えるSPRセンサ11により、サンプルを複数回同時に分析できるため、分析効率を向上することができる。
When the
図5は、本発明のSPRセンサセルの他の実施形態(コア層が断面視略半円形状である形態)の要部断面図、図6は、本発明のSPRセンサセルの他の実施形態(コア層が断面視略凸形状である形態)の要部断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of another embodiment of the SPR sensor cell according to the present invention (the core layer has a substantially semicircular shape in cross section), and FIG. 6 shows another embodiment (core of the SPR sensor cell of the present invention). It is principal part sectional drawing of the form whose layer is a cross-sectional view substantially convex shape.
また、上記した説明においては、コア層4を、長手方向に延びる細長い断面視略矩形状(四角柱状)に形成したが、コア層4の形状としては、特に制限されず、コア層4を、例えば、図5に示す断面視略半円形状(半円柱形状)、図6に示す断面視略凸形状(凸柱形状)など、任意の形状に形成することができる。
Further, in the above description, the
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the examples and comparative examples.
実施例1
4インチシリコンウエハを基板(基材)として用意し、その基板(基材)の上に、感光性エポキシ樹脂を用いて、厚み25μmのアンダークラッド層を形成した(図2(a)参照)。
Example 1
A 4-inch silicon wafer was prepared as a substrate (base material), and an under cladding layer having a thickness of 25 μm was formed on the substrate (base material) using a photosensitive epoxy resin (see FIG. 2A).
次いで、アンダークラッド層の上に、アンダークラッド層の形成に用いたものより屈折率が高い感光性エポキシ樹脂を用いて、厚み50μm、幅50μmの断面正方形で直線状(四角柱状)のコア層を形成した(図2(b)参照)。 Next, using a photosensitive epoxy resin having a higher refractive index than that used for forming the undercladding layer, a linear (square columnar) core layer having a thickness of 50 μm and a width of 50 μm is formed on the undercladding layer. It formed (refer FIG.2 (b)).
その後、アンダークラッド層の形成に用いたものと同じ感光性エポキシ樹脂を用いて、厚み70μmのオーバークラッド層を、上記したパターンで形成した。なお、オーバークラッド層の一部には、コア層が長手方向長さにおいて8mm露出するように、開口部を形成した(図2(c)参照)。 Thereafter, an over clad layer having a thickness of 70 μm was formed in the above-described pattern using the same photosensitive epoxy resin as that used for forming the under clad layer. An opening was formed in a part of the overcladding layer so that the core layer was exposed 8 mm in the length in the longitudinal direction (see FIG. 2C).
そして、開口部から露出するコア層の表面(上面および両側面)、および、アンダークラッド層の上面に、金を蒸着し、厚み50nmの金属薄膜を形成した(図2(d)参照)。 Then, gold was deposited on the surface (upper surface and both side surfaces) of the core layer exposed from the opening and the upper surface of the under cladding layer to form a metal thin film having a thickness of 50 nm (see FIG. 2D).
なお、金属薄膜の形成においては、コア層4の幅方向中央を通過する厚み方向(垂直方向)に沿う軸線Sを含む幅方向平面両側(コア層4の両側面側)から、その軸線Sに対して、±25°の角度で(すなわち、+25°および−25°の角度の2方向から)、金を蒸着した。
In forming the metal thin film, from the both sides in the width direction plane (both sides of the core layer 4) including the axis S along the thickness direction (vertical direction) passing through the center of the
これにより、光導波路を備えるSPRセンサセルを形成した。 Thereby, the SPR sensor cell provided with the optical waveguide was formed.
実施例2
コア層の大きさを、厚み20μm、幅20μmとした以外は、実施例1と同様にして、光導波路を備えるSPRセンサセルを形成した。
Example 2
An SPR sensor cell including an optical waveguide was formed in the same manner as in Example 1 except that the core layer was 20 μm thick and 20 μm wide.
比較例1
金を、コア層4の幅方向中央を通過する厚み方向(垂直方向)に沿う軸線Sを含む幅方向平面両側(コア層4の両側面側)から、その軸線Sに対して、±0°の角度で(すなわち、コア層の厚み方向一方側から)蒸着し、金属薄膜を、コア層の側面に形成せずに、コア層の上面のみに形成した以外は、実施例1と同様にして、光導波路を備えるSPRセンサセルを形成した。
Comparative Example 1
± 0 ° with respect to the axis S from both sides of the plane in the width direction (both sides of the core layer 4) including the axis S along the thickness direction (vertical direction) passing through the center in the width direction of the core layer 4 (Ie, from one side in the thickness direction of the core layer), and the metal thin film was not formed on the side surface of the core layer, but only on the upper surface of the core layer. An SPR sensor cell having an optical waveguide was formed.
比較例2
金を、コア層4の幅方向中央を通過する厚み方向(垂直方向)に沿う軸線Sを含む幅方向平面両側(コア層4の両側面側)から、その軸線Sに対して、±0°の角度で(すなわち、コア層の厚み方向一方側から)蒸着し、金属薄膜を、コア層の側面に形成せずに、コア層の上面のみに形成した以外は、実施例2と同様にして、光導波路を備えるSPRセンサセルを形成した。
Comparative Example 2
± 0 ° with respect to the axis S from both sides of the plane in the width direction (both sides of the core layer 4) including the axis S along the thickness direction (vertical direction) passing through the center in the width direction of the core layer 4 (Ie, from one side in the thickness direction of the core layer), and the metal thin film was not formed on the side surface of the core layer, but only on the upper surface of the core layer. An SPR sensor cell having an optical waveguide was formed.
評価
各実施例および各比較例により得られたSPRセンサセルを、SPRセンサ(図3参照)に固定した。
Evaluation The SPR sensor cell obtained by each Example and each comparative example was fixed to the SPR sensor (see FIG. 3).
その後、SPRセンサセルの開口部に、サンプルとして濃度が異なる4種のグルコース水溶液(濃度:5重量%、10重量%、20重量%、30重量%)を50μL投入し、コア層の一端から波長650nmの光を入射し、他端から射出した光の強度を測定した。そして、グルコース水溶液が無い状態での光の強度を100%とした場合の透過率(%)を求めた。 Thereafter, 50 μL of four types of glucose aqueous solutions (concentrations: 5% by weight, 10% by weight, 20% by weight, 30% by weight) having different concentrations as samples are introduced into the opening of the SPR sensor cell, and a wavelength of 650 nm is introduced from one end of the core layer. And the intensity of the light emitted from the other end was measured. And the transmittance | permeability (%) when the intensity | strength of light in the state without glucose aqueous solution was set to 100% was calculated | required.
そして、グルコース水溶液のグルコース濃度をX軸、透過率をY軸として、それらの関係をXY座標にプロットして、検量線を作成し、その傾きおよび相関係数を求めた。その値を表1に示す。なお、傾きが大きいほど検出感度が高く、また、相関係数が1に近いほど検出精度が高いことを示す。 Then, using the glucose concentration of the glucose aqueous solution as the X-axis and the transmittance as the Y-axis, the relationship was plotted on the XY coordinates to create a calibration curve, and the slope and correlation coefficient were obtained. The values are shown in Table 1. In addition, it shows that a detection sensitivity is so high that inclination is large, and a detection accuracy is so high that a correlation coefficient is close to one.
結果
コア層の上面および両側面に金属薄膜を形成した各実施例は、コア層の上面のみに金属薄膜を形成した各比較例に比べ、傾きが大きく、また、相関係数が1に近い値であった。
Results Each example in which a metal thin film was formed on the upper surface and both side surfaces of the core layer had a larger slope and a correlation coefficient close to 1 compared to each comparative example in which a metal thin film was formed only on the upper surface of the core layer. Met.
1 SPRセンサセル
2 光導波路
3 アンダークラッド層
4 コア層
5 オーバークラッド層
6 金属薄膜
7 開口部
8 堰部
9 収容部
10 基材
11 SPRセンサ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
アンダークラッド層と、前記アンダークラッド層の上に所定厚みで形成されるコア層とを備える光導波路を備え、
前記コア層には、金属薄膜が、サンプルと接触するように、前記コア層の厚み方向最上位から最下位にわたって形成されていることを特徴とする、SPRセンサセル。 An SPR sensor cell in which a sample is placed,
An optical waveguide comprising an undercladding layer and a core layer formed with a predetermined thickness on the undercladding layer,
The SPR sensor cell according to claim 1, wherein a metal thin film is formed on the core layer from the top to the bottom in the thickness direction of the core layer so as to come into contact with the sample.
前記金属薄膜が、前記コア層の上面および両側面に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のSPRセンサセル。 The core layer has a substantially rectangular shape in sectional view,
The SPR sensor cell according to claim 1, wherein the metal thin film is formed on an upper surface and both side surfaces of the core layer.
An SPR sensor comprising the SPR sensor cell according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010044635A JP2011179978A (en) | 2010-03-01 | 2010-03-01 | Spr sensor cell and spr sensor |
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Cited By (1)
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WO2016125696A1 (en) * | 2015-02-05 | 2016-08-11 | 日東電工株式会社 | Measurement device |
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2010
- 2010-03-01 JP JP2010044635A patent/JP2011179978A/en active Pending
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