JP2012078185A - Optical waveguide type biosensor chip and optical waveguide type biosensor chip manufacturing method - Google Patents

Optical waveguide type biosensor chip and optical waveguide type biosensor chip manufacturing method Download PDF

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Masaaki Hirakawa
雅章 平川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide type biosensor chip enabling light detection measurement with high accuracy while maintaining high sensitivity, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: An optical waveguide type biosensor chip comprises: a substrate having light transmissivity; an optical waveguide layer formed on the substrate and having higher refractive index than the substrate; a first grating that makes light enter the optical waveguide layer so as to propagate the light in the optical waveguide layer; a second grating that emits the light propagated in the optical waveguide layer to the outside of the optical waveguide layer; and a metal oxide film formed on the optical waveguide layer; and a sensing film comprising at least a coloring agent fixed on the metal oxide film using a crosslinking agent.

Description

本発明は、光導波路型バイオセンサチップおよび光導波路型バイオセンサチップの製造方法に係わる。   The present invention relates to an optical waveguide biosensor chip and a method for manufacturing an optical waveguide biosensor chip.

血液検査では、例えば肝機能などを調べるため、肝機能の指標値となる血液、あるいは血清中の酵素の活性を専用試薬と混合し、その時に発色する色素の吸光度変化より調べている。専用試薬には血液中の測定対象である酵素と反応する物質(以下基質と称す。)と、酵素と基質が反応して生成する物質と反応する測定対象の酵素とは別の酵素、及び色素、反応促進剤(界面活性剤、補酵素、緩衝液)が含まれている。血液、あるいは血清と専用試薬を混合することで、発色反応が生じる。発色した色素の特定波長の単位時間当たりの吸光度変化から血液中の酵素活性値を算出し、それを検査結果としている。   In the blood test, for example, in order to examine the liver function or the like, the activity of an enzyme in blood or serum serving as an index value of liver function is mixed with a dedicated reagent, and the change is measured from the change in absorbance of the dye that develops color at that time. The dedicated reagent includes a substance that reacts with the enzyme to be measured in blood (hereinafter referred to as substrate), an enzyme that is different from the enzyme to be measured that reacts with the substance produced by the reaction between the enzyme and the substrate, and a dye. , Reaction accelerators (surfactants, coenzymes, buffers) are included. A color reaction occurs when blood or serum is mixed with a dedicated reagent. The enzyme activity value in the blood is calculated from the change in absorbance per unit time of the specific wavelength of the colored dye, and this is used as the test result.

従来、小型で高感度なバイオセンサチップとしてはグレーティングカプラおよび生体分子認識機能および情報変換機能を有するセンシング膜を備え、光導波路層表面に生じるエバネッセント波を利用した平面型光導波路型バイオセンサチップが提案されている。(例えば、特許文献1参照)   Conventionally, as a small and highly sensitive biosensor chip, there is a planar optical waveguide biosensor chip that includes a grating coupler and a sensing film having a biomolecule recognition function and an information conversion function and uses an evanescent wave generated on the surface of the optical waveguide layer. Proposed. (For example, see Patent Document 1)

特開2006−208359号公報JP 2006-208359 A

上記の特許文献1に記されている光導波路型バイオセンサはセンシング膜の膜形成物質に水溶性高分子を用いており、これにより酵素、色素を光導波層表面に固定化している。一方、血液検査で使用する検体溶液には酵素反応を促進するため、酵素同士の凝集を防止する界面活性剤が添加してある。この溶液を特許文献1の平板型光導波路センサのセンシング膜に滴下し、検出する際、膜形成物質である水溶性高分子が界面活性剤により溶解し、酵素、色素が光導波層界面から離脱し、感度が低下する。また、水溶性高分子は溶解すると界面で拡散反射因子となり、拡散した光が検出部に入り、高精度な光検出測定ができないといった問題が生じる。   The optical waveguide biosensor described in Patent Document 1 described above uses a water-soluble polymer as a film-forming substance for the sensing film, whereby an enzyme and a dye are immobilized on the surface of the optical waveguide layer. On the other hand, in order to promote the enzyme reaction, a surfactant that prevents aggregation of enzymes is added to the sample solution used in the blood test. When this solution is dropped on the sensing film of the flat optical waveguide sensor of Patent Document 1 and detected, the water-soluble polymer as a film-forming substance is dissolved by the surfactant, and the enzyme and the dye are detached from the optical waveguide layer interface. And the sensitivity decreases. In addition, when the water-soluble polymer is dissolved, it becomes a diffuse reflection factor at the interface, and diffused light enters the detection unit, which causes a problem that high-precision light detection measurement cannot be performed.

本発明は、高い感度を維持しつつ、高精度な光検出測定を可能とする光導波路型バイオセンサチップ、あるいはその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical waveguide biosensor chip that enables highly accurate photodetection measurement while maintaining high sensitivity, or a method for manufacturing the same.

本発明の光導波路型バイオセンサチップは、透光性を有する基板と、前記基板上に形成された、前記基板より屈折率が高い光導波路層と、前記光導波路層で光を伝播させるために前記光導波路層へ光を入射する第1グレーティングと、前記光導波路層で伝播した光を前記光導波路層外へ光を出射する第2グレーティングと、前記光導波路層上に形成された金属酸化膜と、前記金属酸化膜上に架橋剤を介して固定化された発色剤を少なくとも有するセンシング膜と、を有することを特徴とする。   An optical waveguide biosensor chip according to the present invention includes a light-transmitting substrate, an optical waveguide layer having a refractive index higher than that of the substrate, and light transmitted through the optical waveguide layer. A first grating for entering light into the optical waveguide layer; a second grating for emitting light propagated through the optical waveguide layer to the outside of the optical waveguide layer; and a metal oxide film formed on the optical waveguide layer And a sensing film having at least a color former fixed on the metal oxide film via a crosslinking agent.

また、実施形態の光導波路型バイオセンサチップの製造方法は、透光性を有する基板の主面に、この基板の内部に光を入射あるいは出射するための一対のグレーティングを形成する工程と、前記グレーティングを含む基板の主面に前記基板より高屈折率の光導波路層を形成する工程と、前記光導波路層上に、前記光導波路層より低屈折率の金属酸化膜を形成する工程と、前記金属酸化膜上の所定の領域に、少なくとも架橋剤を有する溶液を塗布し、乾燥する工程と、前記架橋剤を塗布乾燥した領域に、少なくとも発色剤を有する溶液を塗布し、乾燥する工程と、を有することを特徴とする。   Further, the method for manufacturing an optical waveguide biosensor chip according to the embodiment includes a step of forming a pair of gratings on the main surface of a light-transmitting substrate for entering or emitting light into the substrate, A step of forming an optical waveguide layer having a higher refractive index than the substrate on a main surface of a substrate including a grating, a step of forming a metal oxide film having a lower refractive index than the optical waveguide layer on the optical waveguide layer, and A step of applying a solution having at least a crosslinking agent to a predetermined region on the metal oxide film and drying; a step of applying a solution having at least a color former to a region where the crosslinking agent is applied and dried; and a step of drying; It is characterized by having.

実施形態に係る光導波路型バイオセンサチップの断面図。A sectional view of an optical waveguide type biosensor chip concerning an embodiment. 実施形態に係る光導波路型バイオセンサチップの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the optical waveguide type biosensor chip which concerns on embodiment. 実施形態に係る光導波路型バイオセンサチップの製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the optical waveguide type biosensor chip which concerns on embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る光導波路型バイオセンサチップを示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical waveguide biosensor chip according to the first embodiment.

ガラス( 例えば無アルカリガラス)または石英などからなる透光性を有する基板1の平坦な主面の両端部付近の領域には、一対のグレーティング2(入射側グレーティング2a,出射側グレーティング2b)がその基板1に光を入射、出射させるためにそれぞれ形成されている。これらのグレーティング2は、基板1を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料( 例えば酸化チタン)で形成されている。   A pair of gratings 2 (incident side grating 2a, output side grating 2b) are provided in a region near both ends of a flat main surface of a transparent substrate 1 made of glass (for example, alkali-free glass) or quartz. Each is formed to allow light to enter and exit from the substrate 1. These gratings 2 are formed of a material (for example, titanium oxide) having a higher refractive index than the material constituting the substrate 1.

光導波路層3は、基板1より高屈折率の高分子樹脂からなり、3〜300μmの範囲で設定される均一な厚さの膜体である。前記グレーティング2が形成された基板1の主面に密着するように隣接して形成されている。   The optical waveguide layer 3 is made of a polymer resin having a higher refractive index than that of the substrate 1 and is a film body having a uniform thickness set in a range of 3 to 300 μm. Adjacent to the main surface of the substrate 1 on which the grating 2 is formed.

金属酸化膜4は、光導波路層3を構成する材料よりも低屈折率な材料で、光導波路層3の主面に密着するように隣接して形成されている。金属酸化膜4の材料としては、例えば二酸化シリコン(屈折率1.45)、酸化アルミニウム(屈折率1.63)、酸化ベリリウム(屈折率1.82)、酸化マグネシウム(屈折率1.70)などが挙げられる。しかし、光を導波する高屈折率樹脂の屈折率は1.49から1.70程度であるため、実施形態においては上記の材料の中で最も屈折率の低い酸化シリコンが望ましい。   The metal oxide film 4 is made of a material having a refractive index lower than that of the material constituting the optical waveguide layer 3 and is formed adjacent to the main surface of the optical waveguide layer 3 so as to be in close contact therewith. Examples of the material of the metal oxide film 4 include silicon dioxide (refractive index 1.45), aluminum oxide (refractive index 1.63), beryllium oxide (refractive index 1.82), magnesium oxide (refractive index 1.70), and the like. However, since the refractive index of the high refractive index resin that guides light is about 1.49 to 1.70, silicon oxide having the lowest refractive index among the above materials is desirable in the embodiment.

保護膜5は、センサチップに投入される全ての試薬と反応しない材料であり,かつ撥液性を有する材料(例えばフッ素樹脂系材料)で構成される。前記グレーティング2が形成されている領域に対応する前記金属酸化膜4の両端部、つまりグレーティング2に対応する領域を覆うように、金属酸化膜4の表面に隣接して形成されている。   The protective film 5 is made of a material that does not react with all the reagents put into the sensor chip and has a liquid repellency (for example, a fluororesin material). It is formed adjacent to the surface of the metal oxide film 4 so as to cover both ends of the metal oxide film 4 corresponding to the region where the grating 2 is formed, that is, the region corresponding to the grating 2.

色素膜6は、金属酸化膜4表面で保護膜が形成されていない領域に、架橋剤を介して固定化された発色剤により形成されている。架橋剤は、例えばシランカップリング剤やジイソシアナート剤などがあり、架橋剤の官能基の共有結合により発色剤と金属酸化膜4とを結合させる。なお、色素膜6と金属酸化膜4を含む膜厚は、金属酸化膜4と光導波路層3との屈折率と光導波路に伝播させる光の波長とその入射角で算出されるエバネッセント波の染み出し距離以下にすることが望ましい。例えば、光導波路樹脂の屈折率が1.56であり,その上に形成する金属酸化膜の屈折率が1.45,光導波路樹脂と金属酸化膜との界面に入射する光の角度が77.8°の場合,エバネッセント波の染み出し距離は212nmと算出される。これが光の吸収領域となるため,金属酸化膜,及び架橋された色素膜の膜厚は212nm以内とすることが好ましい。   The dye film 6 is formed of a color former fixed on a surface of the metal oxide film 4 where a protective film is not formed via a crosslinking agent. Examples of the crosslinking agent include a silane coupling agent and a diisocyanate agent, and the color former and the metal oxide film 4 are bonded by covalent bonding of a functional group of the crosslinking agent. The film thickness including the dye film 6 and the metal oxide film 4 is determined by the refractive index of the metal oxide film 4 and the optical waveguide layer 3, the wavelength of light propagating through the optical waveguide, and the evanescent wave stain calculated by the incident angle. It is desirable to make it less than the distance. For example, if the refractive index of the optical waveguide resin is 1.56, the refractive index of the metal oxide film formed on it is 1.45, and the angle of light incident on the interface between the optical waveguide resin and the metal oxide film is 77.8 °, evanescent The wave seepage distance is calculated to be 212 nm. Since this becomes a light absorption region, the thickness of the metal oxide film and the crosslinked dye film is preferably within 212 nm.

センシング膜7は、グレーティング2間を結ぶ線分上の保護膜5に囲まれた領域で、色素膜6の表面に形成されている。センシング膜7は、例えば、生体分子認識機能および情報変換機能を有する。光導波路型バイオセンサチップにおけるセンシング膜7とは、膜上に導入された所定濃度の検体に応じて、所定濃度の反応産物を生成する膜である。反応産物は光導波路型バイオセンサチップ内を導波する光、もしくはこの光から生じるエバネッセント波と作用してエネルギーを消費する性質を有し、吸収したり、蛍光を発したりする。   The sensing film 7 is formed on the surface of the dye film 6 in a region surrounded by the protective film 5 on the line segment connecting the gratings 2. The sensing film 7 has, for example, a biomolecule recognition function and an information conversion function. The sensing film 7 in the optical waveguide biosensor chip is a film that generates a reaction product having a predetermined concentration in accordance with a sample having a predetermined concentration introduced on the film. The reaction product has the property of consuming energy by acting on the light guided in the optical waveguide type biosensor chip or the evanescent wave generated from this light, and absorbs or emits fluorescence.

このような膜として機能させるために、膜本体は多孔質組織となっており、検体と抗原抗体反応により結合する標識された抗体や、標識に反応して反応産物を生成する試薬、標識と試薬の反応を促進する触媒などが、薬品の種類に応じて適宜組み合わされ、多孔質組織内の空孔に個別に納められている。検体溶液の溶媒が多孔質膜の空孔を介して浸透することで膜が膨潤し、センシング膜構成物質を移動自在に開放し、検体との反応を促す。   In order to function as such a membrane, the membrane body is a porous tissue, a labeled antibody that binds to the specimen by an antigen-antibody reaction, a reagent that reacts with the label to generate a reaction product, a label and a reagent Catalysts that promote the reaction are appropriately combined depending on the type of chemicals and are individually stored in the pores in the porous structure. When the solvent of the sample solution permeates through the pores of the porous membrane, the membrane swells, and the sensing membrane constituent material is movably released to promote reaction with the sample.

センシング膜7がグルコースセンシング膜である場合、グルコースセンシング膜はグルコースの酸化酵素または還元酵素、膜形成高分子樹脂、必要に応じてポリエチレングリコールのような透水性促進剤を含む。このグルコースセンシングにおける酸化酵素、検体と酵素との反応による生成物と反応して発色する試薬および発色剤は、例えば下記表1に示す組み合わせがある。

Figure 2012078185
When the sensing membrane 7 is a glucose sensing membrane, the glucose sensing membrane includes a glucose oxidase or reductase, a film-forming polymer resin, and, if necessary, a water permeability promoter such as polyethylene glycol. Examples of the oxidase, the reagent that develops color by reacting with the product of the reaction between the sample and the enzyme, and the color former in glucose sensing include combinations shown in Table 1 below.
Figure 2012078185

前記グルコースセンシング膜中の膜形成高分子樹脂としては、例えばカルボキシメチル
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系高分子樹脂を挙げることがで
きる。
Examples of the film-forming polymer resin in the glucose sensing membrane include cellulose polymer resins such as carboxymethyl cellulose and hydroxyethyl cellulose.

前記グルコースセンシング膜の場合,グルコースセンシング膜内の発色剤は金属膜への固定化が必要のため,前記色素膜6の発色剤は、生体への有害性が極めて低く、金属膜への固定が可能なN,N’-ビス(2-ヒドロキシ-3-スルホプロピル)トリジンを用いることが望ましい。   In the case of the glucose sensing membrane, since the color former in the glucose sensing membrane needs to be immobilized on a metal film, the color former of the dye film 6 has extremely low toxicity to a living body and can be immobilized on the metal film. It is desirable to use the possible N, N′-bis (2-hydroxy-3-sulfopropyl) tolidine.

前述した図1に示す光導波路型バイオセンサチップの作用を説明する。   The operation of the optical waveguide biosensor chip shown in FIG. 1 will be described.

バイオセンサチップのセンシング膜7に生体分子を含む検体を接触させ、検体中の生体分子をセンシング膜7に抽出する。この生体分子は、センシング膜7との間でバイオケミカル反応を起こす。   A specimen containing a biomolecule is brought into contact with the sensing film 7 of the biosensor chip, and the biomolecule in the specimen is extracted to the sensing film 7. This biomolecule causes a biochemical reaction with the sensing film 7.

このとき、金属酸化膜4と発色剤とは架橋剤により結合されているため、検体内に含まれる界面活性剤により膜形成物質が溶解しても、金属酸化膜4表面から発色剤が離脱することはない。つまり、発色剤は光導波路層3から一定内の距離を保った状態で発色反応することができる。   At this time, since the metal oxide film 4 and the color former are bonded by the cross-linking agent, the color former is detached from the surface of the metal oxide film 4 even if the film-forming substance is dissolved by the surfactant contained in the specimen. There is nothing. That is, the color former can carry out a color reaction while maintaining a certain distance from the optical waveguide layer 3.

この状態で、図1に示すように光源(例えばレーザダイオード)8および受光素子(例えばフォトダイオード)9をそれぞれバイオケミカルセンサチップの基板1の裏面左側および右側にそれぞれ配置し、前記光源8からレーザ光を前記バイオセンサチップの基板1裏面側に入射すると、そのレーザ光は基板1を通して入射側グレーティング2aと光導波路層3の界面で屈折され、さらに光導波路層3と基板1および金属酸化膜4の界面で複数回屈折しながら伝播する。この際、光導波路層3で伝播する光のエバネッセント波は金属酸化膜4の界面での屈折時にそのセンシング膜7おける前記検体中の生体分子のバイオケミカル反応に基づく変化(例えば吸光度変化)に応じて吸収される。   In this state, as shown in FIG. 1, a light source (for example, a laser diode) 8 and a light receiving element (for example, a photodiode) 9 are respectively disposed on the left side and the right side of the back surface of the substrate 1 of the biochemical sensor chip. When light is incident on the back side of the substrate 1 of the biosensor chip, the laser light is refracted through the substrate 1 at the interface between the incident side grating 2a and the optical waveguide layer 3, and further, the optical waveguide layer 3, the substrate 1, and the metal oxide film 4 It propagates while being refracted multiple times at the interface. At this time, the evanescent wave of the light propagating in the optical waveguide layer 3 responds to a change (for example, a change in absorbance) based on a biochemical reaction of a biomolecule in the specimen in the sensing film 7 upon refraction at the interface of the metal oxide film 4. Absorbed.

前記光導波路層3を伝播した光は、出射側グレーティング2bから基板1の裏面から出射され、受光素子9で受光される。受光したレーザ光強度は、センシング膜7が生体分子とバイオケミカル反応をなさない時に受光した光強度(初期光強度)に比べて低下した値になり、その低下率から生体分子の量を検出することが可能になる。   The light propagated through the optical waveguide layer 3 is emitted from the output side grating 2 b from the back surface of the substrate 1 and received by the light receiving element 9. The received laser light intensity is a value that is lower than the light intensity (initial light intensity) received when the sensing film 7 does not biochemically react with the biomolecule, and the amount of the biomolecule is detected from the decrease rate. It becomes possible.

次に、第1実施形態に係る光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the optical waveguide biochemical sensor chip according to the first embodiment will be described.

図2,3に、第1の実施形態の光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造方法を示す模式図を示す。   2 and 3 are schematic views showing a method for manufacturing the optical waveguide type biochemical sensor chip of the first embodiment.

まず、図2(a)に示すように、ウエハ状に広がりを有する無アルカリガラスまたは石英からなる透光性の平板である基板1の主面に、この基板より高い屈折率を有する材料膜(例えば酸化チタン膜)をスパッタリングにより成膜する。次いで、前工程にて形成された酸化チタン膜を、所定ピッチの格子パターンを形成するようにリソグラフィーとドライエッチングにより部分的に除去して、入射側グレーティング2a,出射側グレーティング2bを形成する。   First, as shown in FIG. 2A, a material film (refractive index higher than this substrate) is formed on the main surface of the substrate 1 which is a light-transmitting flat plate made of alkali-free glass or quartz having a wafer-like shape. For example, a titanium oxide film) is formed by sputtering. Next, the titanium oxide film formed in the previous step is partially removed by lithography and dry etching so as to form a lattice pattern with a predetermined pitch, and the incident side grating 2a and the emission side grating 2b are formed.

すべてのグレーティング2は同じ線長で等ピッチに形成される。このグレーティング2に対して外部から光を入射させればグレーティングはカプラとして機能するし、光導波路層内を伝播した光がグレーティング2に入射すれば、グレーティングはデカプラとして機能する。   All the gratings 2 are formed at an equal pitch with the same line length. If light is incident on the grating 2 from the outside, the grating functions as a coupler, and if light propagated in the optical waveguide layer is incident on the grating 2, the grating functions as a decoupler.

次いで、図2(b)に示すように、グレーティング2が形成された透光性基板1の主面の全面に、透光性基板1を構成する材料よりも高い屈折率で、同様に透光性を有する高分子樹脂材料をスピンコータ等により均一な膜厚で塗布し乾燥させることにより、高分子樹脂材料からなる厚さ3〜300μmの光導波路層膜3を形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, the entire surface of the main surface of the translucent substrate 1 on which the grating 2 is formed has a refractive index higher than that of the material constituting the translucent substrate 1 and is similarly translucent. An optical waveguide layer film 3 made of a polymer resin material and having a thickness of 3 to 300 μm is formed by applying a polymer resin material having a property with a spin coater or the like and drying it.

次いで、図2(c)に示すように、光導波路層膜3の表面部分に、光導波路層3よりも低屈折率の例えば二酸化シリコンのような金属酸化物を、スパッタやスピンコート法により金属酸化膜4を形成する。金属酸化膜4の膜厚の範囲は,例えば、光導波路樹脂の屈折率が1.56であり,その上に形成する金属酸化膜の屈折率が1.45,光導波路樹脂と金属酸化膜との界面に入射する光の角度が77.8°である場合,光の吸収領域となるエバネッセント波の染み出し距離は212nmと算出されることから,金属酸化膜とその上に形成される色素膜を212nm以内とする必要がある。色素膜の膜厚は約5~10nmであることから、金属酸化膜は200nm以内とするのが望ましい。   Next, as shown in FIG. 2C, a metal oxide such as silicon dioxide having a refractive index lower than that of the optical waveguide layer 3 is applied to the surface portion of the optical waveguide layer film 3 by sputtering or spin coating. An oxide film 4 is formed. The range of the thickness of the metal oxide film 4 is, for example, that the refractive index of the optical waveguide resin is 1.56, the refractive index of the metal oxide film formed thereon is 1.45, and is incident on the interface between the optical waveguide resin and the metal oxide film. When the angle of light to be emitted is 77.8 °, the seepage distance of the evanescent wave that becomes the light absorption region is calculated to be 212 nm. Therefore, the metal oxide film and the dye film formed on it must be within 212 nm. There is. Since the thickness of the dye film is about 5 to 10 nm, the metal oxide film is preferably within 200 nm.

次いで、図3(d)に示すように、グレーティング12が形成された領域に対応する金属酸化膜4の表面部分に、例えばフッ素系樹脂材料のような金属酸化膜4を構成する材料よりも低屈折率かつ試薬と反応しない材料を、スクリーン印刷し乾燥して、保護膜5を形成する。なおこの際は、あとで色素膜6およびセンシング膜7を形成する領域については、保護膜5が形成されないように操作する。これにより、保護膜5は色素膜6およびセンシング膜7を形成する領域を囲む枠構造を有する膜となる。   Next, as shown in FIG. 3D, the surface portion of the metal oxide film 4 corresponding to the region where the grating 12 is formed is lower than the material constituting the metal oxide film 4 such as a fluorine-based resin material. A material that does not react with the refractive index and the reagent is screen-printed and dried to form the protective film 5. In this case, the region where the dye film 6 and the sensing film 7 are formed later is operated so that the protective film 5 is not formed. Thereby, the protective film 5 becomes a film having a frame structure surrounding a region where the dye film 6 and the sensing film 7 are formed.

次いで、金属酸化膜4および保護膜5を洗浄する。具体的には、金属酸化膜4および保護膜5の表面に対して、エキシマ紫外光( 例えば波長172nm)を照射し、塩基溶液に浸漬し、純水で洗浄する。保護膜5で保護されていない領域の表面はフッ素系樹脂材料などの不純物が存在するため、これを除去する。   Next, the metal oxide film 4 and the protective film 5 are washed. Specifically, the surfaces of the metal oxide film 4 and the protective film 5 are irradiated with excimer ultraviolet light (for example, wavelength 172 nm), immersed in a base solution, and washed with pure water. Since the surface of the region not protected by the protective film 5 contains impurities such as a fluorine resin material, it is removed.

次いで、図3(e)に示すように、金属酸化膜4表面で保護膜5が形成されていない領域に、例えばシランカップリング剤のような架橋剤を塗布乾燥させる。更にその上に発色剤を塗布乾燥させ、色素膜6を形成する。これにより発色剤が金属酸化膜4の主面に架橋剤を介して固定化される。なお、架橋剤と発色剤を含む溶液を同時に塗布乾燥させて色素膜6を形成してもよいが、架橋剤により発色剤同士が結合する可能性があるため、別々に処理するのが望ましい。   Next, as shown in FIG. 3E, a crosslinking agent such as a silane coupling agent is applied and dried on the surface of the metal oxide film 4 where the protective film 5 is not formed. Further, a color former is applied and dried thereon to form a dye film 6. As a result, the color former is fixed to the main surface of the metal oxide film 4 via the crosslinking agent. The dye film 6 may be formed by simultaneously applying and drying a solution containing a cross-linking agent and a color former. However, since the color formers may be bonded to each other by the cross-linking agent, it is desirable to treat them separately.

次いで、図3(f)に示すように、表1に対応する成分・組成の成膜用塗布液を、保護膜5が形成されていない領域に滴下する。この塗布液を乾燥させて、保護膜5が形成されていないグレーティング2間に位置する領域に、センシング膜7を形成する。 Next, as shown in FIG. 3 (f), a film-forming coating solution having components and compositions corresponding to Table 1 is dropped onto the region where the protective film 5 is not formed. The coating liquid is dried to form a sensing film 7 in a region located between the gratings 2 where the protective film 5 is not formed.

以上の工程により、光導波路型バイオセンサチップが完成する。   The optical waveguide biosensor chip is completed through the above steps.

以上説明した第1実施形態によれば、発色剤が、光導波路層3上の金属酸化膜4に固定されているため、検体内に含まれる界面活性剤等により膜形成物質が溶解するなどしても、金属酸化膜4表面から発色剤が離脱することを抑制することができる。つまり、発色剤は光導波路層3から一定内の距離を保った状態で発色反応することができる。これにより、高精度な光検出測定をすることが可能となる。   According to the first embodiment described above, since the color former is fixed to the metal oxide film 4 on the optical waveguide layer 3, the film-forming substance is dissolved by the surfactant contained in the specimen. However, it is possible to prevent the color former from detaching from the surface of the metal oxide film 4. That is, the color former can carry out a color reaction while maintaining a certain distance from the optical waveguide layer 3. This makes it possible to perform highly accurate photodetection measurement.

また、金属酸化膜4は、光導波路層3内で伝播する光を伝播損失させないための保護膜としても作用する。従来、金属酸化膜4を形成していないと、検体溶液をセンシング膜に導入した際、溶液を吸収したセンシング膜が膨潤し、屈折率変化が生じる。屈折率の変化に伴い、光導波路層3を光が導波層内を伝播する時に生じるエバネッセント波の染み出し距離が変動する。この変動により、光検出測定にばらつきが生じる。さらに、センシング膜の膨潤により、導波層とセンシング膜との界面で散乱成分となり、拡散反射が生じる。この拡散反射により、光検出測定にばらつきが生じる。本実施例のように、金属酸化膜4を光導波路層3上に形成することにより、屈折率の変化の抑制や拡散反射の抑制をすることができ、発色剤の発色によるエバネッセント波の吸収・散乱のみによる伝播光の強度変化を測定して光検出測定をすることができ、以って高精度な光検出測定をすることが可能となる。   The metal oxide film 4 also functions as a protective film for preventing light propagating in the optical waveguide layer 3 from being lost. Conventionally, if the metal oxide film 4 is not formed, when the sample solution is introduced into the sensing film, the sensing film that has absorbed the solution swells and a refractive index change occurs. As the refractive index changes, the evanescent wave oozing distance that occurs when light propagates through the optical waveguide layer 3 fluctuates. This variation causes variations in the light detection measurement. Furthermore, due to swelling of the sensing film, it becomes a scattering component at the interface between the waveguiding layer and the sensing film and diffuse reflection occurs. Due to this diffuse reflection, variations occur in the photodetection measurement. By forming the metal oxide film 4 on the optical waveguide layer 3 as in this embodiment, it is possible to suppress the change in refractive index and the diffuse reflection, and to absorb the evanescent wave due to the coloring of the color former. Photodetection measurement can be performed by measuring a change in the intensity of propagating light due only to scattering, and therefore, highly accurate photodetection measurement can be performed.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. Each element included in each of the specific examples described above and their arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed.

また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
In addition, each element included in each of the above-described embodiments can be combined as long as technically possible, and combinations thereof are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

また、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Also, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…基板、2a…入射側グレーティング、2b…出射側グレーティング、3…光導波路層、4…金属酸化膜、5…保護膜、6…色素膜、7…センシング膜、8…光源、9…受光素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2a ... Incident side grating, 2b ... Outgoing side grating, 3 ... Optical waveguide layer, 4 ... Metal oxide film, 5 ... Protective film, 6 ... Dye film, 7 ... Sensing film, 8 ... Light source, 9 ... Light reception element

Claims (5)

透光性を有する基板と、前記基板上に形成された、前記基板より屈折率が高い光導波路層と、前記光導波路層で光を伝播させるために前記光導波路層へ光を入射する第1グレーティングと、前記光導波路層で伝播した光を前記光導波路層外へ光を出射する第2グレーティングと、前記光導波路層上に形成された金属酸化膜と、前記金属酸化膜上に架橋剤を介して固定化された発色剤を少なくとも有するセンシング膜と、を有することを特徴とする光導波路型バイオセンサチップ。   A substrate having translucency, an optical waveguide layer formed on the substrate and having a higher refractive index than the substrate, and a first light incident on the optical waveguide layer for propagating light through the optical waveguide layer A grating, a second grating that emits light propagating in the optical waveguide layer to the outside of the optical waveguide layer, a metal oxide film formed on the optical waveguide layer, and a crosslinking agent on the metal oxide film And a sensing film having at least a color former immobilized via the optical waveguide biosensor chip. 前記金属酸化膜は、二酸化シリコンであることを特徴とする請求項1に記載の光導波路型バイオセンサチップ。   The optical waveguide biosensor chip according to claim 1, wherein the metal oxide film is silicon dioxide. 前記架橋剤は、シランカップリング剤であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光導波路型バイオセンサチップ。   The optical waveguide biosensor chip according to claim 1, wherein the crosslinking agent is a silane coupling agent. 透光性を有する基板の主面に、この基板の内部に光を入射あるいは出射するための一対のグレーティングを形成する工程と、前記グレーティングを含む基板の主面に前記基板より高屈折率の光導波路層を形成する工程と、前記光導波路層上に、前記光導波路層より低屈折率の金属酸化膜を形成する工程と、前記金属酸化膜上の所定の領域に、少なくとも架橋剤を有する溶液を塗布し、乾燥する工程と、前記架橋剤を塗布乾燥した領域に、少なくとも発色剤を有する溶液を塗布し、乾燥する工程と、を有することを特徴とする光導波路型バイオセンサチップの製造方法。   A step of forming a pair of gratings on the main surface of the light-transmitting substrate for entering or emitting light into the substrate; and a light guide having a higher refractive index than the substrate on the main surface of the substrate including the grating. A step of forming a waveguide layer; a step of forming a metal oxide film having a lower refractive index than the optical waveguide layer on the optical waveguide layer; and a solution having at least a crosslinking agent in a predetermined region on the metal oxide film A method for producing an optical waveguide type biosensor chip comprising: a step of applying and drying, and a step of applying and drying a solution having at least a color former in a region where the crosslinking agent is applied and dried. . 透光性を有する基板の主面に、この基板の内部に光を入射あるいは出射するためのグレーティングを形成する工程と、前記グレーティングを含む基板の主面に前記基板より高屈折率の光導波路層を形成する工程と、前記光導波路層上に、前記光導波路層より低屈折率の金属酸化膜を形成する工程と、前記金属酸化膜上の所定の領域に、少なくとも架橋剤および発色剤を有する溶液を塗布し、乾燥する工程と、を有することを特徴とする光導波路型バイオセンサチップの製造方法。   A step of forming a grating on the main surface of the light-transmitting substrate for entering or emitting light into the substrate; and an optical waveguide layer having a higher refractive index than the substrate on the main surface of the substrate including the grating. A step of forming a metal oxide film having a lower refractive index than the optical waveguide layer on the optical waveguide layer, and a predetermined region on the metal oxide film having at least a crosslinking agent and a color former. A method of manufacturing an optical waveguide biosensor chip, comprising: applying a solution and drying the solution.
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