JP2013190375A

JP2013190375A - センサー基板およびその製造方法並びに検出装置

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Publication number: JP2013190375A
Application number: JP2012058319A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Sakagami; 裕介坂上
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP5928025B2

Abstract

【課題】配列を形成するナノ粒子を有するセンサー基板を提供する。
【解決手段】センサー基板１１では基体１７の表面に磁性体材料層１８が形成される。磁性体材料層１８は磁性体材料で形成される。磁性体材料層１８の表面にナノ粒子２２の配列が固定される。ナノ粒子２２は磁性体材料で形成される。ナノ粒子２２には金属膜２３が被さる。金属膜２３は、照射光に共鳴振動する自由電子を有する材料から形成される。照射光の働きで金属膜２３では局在表面プラズモン共鳴が引き起こされる。増強電場が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、入射光に共鳴振動する自由電子を有する材料から形成される金属膜を備えるセンサー基板およびその製造方法、並びに、そうしたセンサー基板を利用した検出装置等に関する。

磁性ナノ粒子の配列は例えば特許文献１に記載される。特許文献１では基体の表面は不動態化される。不動態化された表面に磁性ナノ粒子は供給される。磁性ナノ粒子は無秩序に堆積する。その後、例えばレーザーで磁性ナノ粒子はピットまで運ばれる。こうして磁性ナノ粒子はピット内に閉じ込められる。

特表２００４−５０２５６１号公報

特許文献１では磁性ナノ粒子の配列にあたって基体の表面に予めピットが形成されなければならない。ピットはいわゆるフォトリソグラフィ技術で形成される。フォトリソグラフィ技術では例えば電子ビーム露光装置が利用される。電子ビーム露光装置は一度に狭い範囲でしかフォトレジストを露光することができない。したがって、磁性ナノ粒子の配列には長時間が費やされてしまう。大量生産には向かない。しかも、磁性ナノ粒子の運搬にあたってレーザーが用いられると、さらに長時間が費やされてしまう。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、配列を形成するナノ粒子を有するセンサー基板は提供されることができる。そうしたセンサー基板を比較的に短時間に製造することができるセンサー基板の製造方法は提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、基体と、前記基体の表面に磁性体材料で形成された磁性体材料層と、前記磁性体材料層の表面に固定され、かつ配列された磁性体材料のナノ粒子と、前記ナノ粒子の表面に形成された、光に共鳴振動する自由電子を有する金属膜とを備えるセンサー基板に関する。

光の働きでナノ粒子では局在表面プラズモン共鳴が引き起こされる。増強電場が形成される。金属膜の表面で近接場光が生成される。こうした近接場光は表面増強ラマン散乱を誘引する。こうしてセンサー基板はラマンスペクトルの検出に利用されることができる。ここで、ナノ粒子は特定の配列を形成する。入射光の偏光に合わせて配列が設定されると、増強電場は強化されることができる。

（２）前記基体は円形に形成されることができる。このとき、前記配列は同心円パターンまたは螺旋円パターンであることができる。同心円または螺旋円の中心回りにセンサー基板が回転すると、同心円または螺旋円上のナノ粒子は特定の半径位置を通過することができる。したがって、照射光が特定の半径位置で固定されても、短時間に広い範囲にわたってナノ粒子は照射光に曝されることができる。

（３）前記磁性体材料層には、前記ナノ粒子に作用する磁界を形成する磁化パターンが書き込まれることができる。磁性体材料層には予め決められた配列に応じて磁化パターンが書き込まれることができる。ナノ粒子は、磁化パターンに従って磁性体材料層の表面で確実に配列を形成することができる。

（４）前記金属膜は前記ナノ粒子同士の間に空隙を区画することができる。金属膜はナノ粒子上で途切れる。ナノ粒子同士の間は金属膜の形成から除外される。こうした金属膜の空隙で増強電場が形成されると、ナノ粒子同士の間に金属膜が形成される場合に比べて、増強電番は強められることができる。

（５）前記センサー基板は、前記センサー基板を母材として複数に分割され、個片化した形状であることができる。こうして個片化されたセンサー基板は小型化された検出装置に比較的に簡単に組み込まれることができる。母材としての円形のセンサー基板から微小な領域が切り出されれば、ナノ粒子の配列は円形の曲率の影響から逃れることができる。

（６）前記金属膜は金、銀、またはこれらを含む合金であることができる。こうした金属膜によれば、近接場光は確実に生成されることができる。

（７）センサー基板は検出装置に組み込まれて利用されることができる。検出装置は、センサー基板と、前記センサー基板に向かって前記照射光を出力する光源と、前記照射光の照射に応じて前記金属膜から放射される光を検出する受光素子とを備えることができる。

（８）その他、検出装置の構築にあたって、前記基体はディスク形に形成され、前記配列は同心円パターンで規定されることができる。このとき、検出装置は、センサー基板と、前記同心円パターンの中心回りで前記センサー基板を回転駆動する駆動ユニットと、前記センサー基板に向かって前記照射光を出力する光源と、前記照射光の照射に応じて前記金属膜から放射される光を検出する受光素子とを備えることができる。

（９）本発明の他の態様は、磁性体材料で形成され基体の表面に広がる磁性体材料層に、予め決められた配列に応じて磁化パターンを書き込む工程と、前記磁性体材料層の表面に、磁性体材料で形成されるナノ粒子を供給し、前記磁化パターンに倣って前記ナノ粒子の配列を形成する工程と、前記磁化パターンの磁化で前記磁性体材料層の表面に保持される前記ナノ粒子に被さる金属膜を形成する工程とを備えるセンサー基板の製造方法に関する。

磁化パターンは磁性体材料層の表面から磁束の漏れ（流入や流出）を形成する。したがって、磁性体材料層の表面にナノ粒子が供給されると、ナノ粒子は磁束の漏れに倣って整列することができる。こうして予め決められた磁化パターンに応じてナノ粒子の配列が形成されることができる。ナノ粒子は磁束の漏れの働きで磁性体材料層の表面に保持されることができる。こうして整列したナノ粒子の表面に金属膜は付着することができる。こうした金属膜は照射光の働きで局在表面プラズモン共鳴を引き起こすことができる。

（１０）前記磁化パターンの書き込みにあたって、前記磁性体材料層の表面に直交する回転軸回りで前記基体は回転することができ、前記磁性体材料層の表面に浮上ヘッドスライダーに搭載の電磁変換素子は向き合わせられることができる。こうした浮上ヘッドスライダーの採用によれば、磁性体材料層の表面には確実にナノオーダーの磁気潜像は形成されることができる。ナノオーダーでナノ粒子は配列されることができる。しかも、このような磁化パターンの書き込みにあたってハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）やＨＤＤ用のサーボトラックライターの技術が応用されることができる。センサー基板の製造にあたってＨＤＤ用の磁気記録ディスクが利用されることができる。こうした用途は今までのところ全く想定されていなかった。

（１１）センサー基板の製造方法は、前記磁化パターンの書き込みにあたって、前記磁性体材料層の表面に、前記磁化パターンに倣って所定の間隔で磁性体を重ねる工程と、前記磁性体に磁束を作用させ、前記磁性体の漏れ磁界で前記磁性体材料層内に磁化を確立する工程とを備えることができる。こうした製造方法によれば、比較的に広い範囲で一度に磁気潜像は形成されることができる。その結果、磁気潜像の形成は効率化されることができる。

（１２）前記ナノ粒子の供給にあたって磁気ブラシが用いられることができる。磁気ブラシが磁性体材料層の表面をなぞると、磁性体材料層の表面に重なりなくナノ粒子は供給されることができる。

（１３）前記金属膜の形成にあたって斜め蒸着または斜めスパッタリングが用いられることができる。金属原子は磁性体材料層の表面に対して小さな傾斜角で進入することができる。ナノ粒子同士の間では金属原子の進入は回避されることができる。その結果、ナノ粒子上に金属膜が形成されることができる。ナノ粒子同士の間で金属膜の形成は排除されることができる。

第１実施形態に係るセンサー基板の外観を概略的に示す斜視図である。同心円パターンの１環状線の構造を概略的に示すセンサー基板の拡大部分平面図である。図２の３−３線に沿った断面図である。磁化パターンの構成を概略的に示すセンサー基板の拡大部分平面図である。磁気記録ディスクの構造を概略的に示す拡大部分断面図である。図５に対応し、磁化および漏れ磁界の様子を示す磁気記録ディスクの拡大部分断面図である。一具体例に係る磁気記録装置の構成を概略的に示す構成図である。電磁変換素子に供給される電流の波形を概略的に示す概念図である。図５に対応し、漏れ磁界で固定されるナノ粒子の様子を示す磁気記録ディスクの拡大部分断面図である。現像器の構造を概略的に示す構成図である。図５に対応し、斜め蒸着法を概略的に示す磁気記録ディスクの拡大部分断面図である。一具体例に係る磁気転写装置の構成を概略的に示す拡大部分断面図である。磁化の反転の様子を示す磁気転写装置の拡大部分断面図である。第２実施形態に係るセンサー基板の外観を概略的に示す斜視図である。一具体例に係る磁気転写装置の構成を概略的に示す拡大部分断面図である。一実施形態に係る標的分子検出装置の構成を概略的に示す構成図である。制御ユニットの講師を概略的に示すブロック図である。センサーユニットの構成を概略的に示す標的分子検出装置の拡大部分断面図である。他の実施形態に係る標的分子検出装置の構成を概略的に示す構成図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）第１実施形態に係るセンサー基板の構造
図１は第１実施形態に係るセンサー基板１１を概略的に示す。センサー基板１１は円形の輪郭すなわちディスク形に形成される。センサー基板１１の表面には複数の金属ナノ構造体が配置される。金属ナノ構造体はセンサー基板１１の表面で配列１２を形成する。配列１２は同心円パターンで規定される。同心円パターンは同心の環状線１３を有する。環状線１３は例えば均一なピッチで配置される。すなわち、環状線１３同士は等間隔で分離される。センサー基板１１の中心には取り付け用の円形開口１４が形成される。こうした同心円パターンに代えて螺旋円パターンが配列に用いられてもよい。

図２に示されるように、１本の環状線１３は金属ナノ構造体１５の集合体で構成される。集合体は環状線１３の線方向に並べられる複数列の金属ナノ構造体列１６を含む。後述されるように、１本の環状線１３は１本の磁気記録の記録トラックに対応する。したがって、金属ナノ構造体列１６の長さすなわち環状線１３の線幅は書き込み磁界の幅に相当する。

図３に示されるように、センサー基板１１は基体１７を備える。基体１７はディスク形に形成される。基体１７には例えばガラス基板が用いられる。基体１７は、金属ナノ構造体１５に照射されて局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を引き起こす照射光に対して透過性を有することが望まれる。

基体１７の表面には磁性体材料層１８が広がる。磁性体材料層１８は基体１７の表面に満遍なく一様に広がればよい。磁性体材料層１８は磁性体材料で形成される。磁性体材料には例えば白金コバルト（ＰｔＣｏ）やコバルト鉄（ＣｏＦｅ）といった高い保磁力を有する磁性物質が用いられることができる。磁性体材料層１８は磁化されていてもよく磁化されていなくてもよい。磁化は例えばセンサー基板１７の面内方向に確立されることができる。磁性体材料層１８と基体１７との間には例えばクロム（Ｃｒ）などの下地層１９が挟まれてもよい。クロムは例えば磁性体材料層１８内で磁性粒の界面に偏析することができる。磁性体材料層１８の表面は保護層２１で覆われてもよい。保護層２１には例えば無電解のニッケルめっきやダイヤモンドライクカーボン膜が用いられることができる。

磁性体材料層１８の表面には金属ナノ構造体１５が固定される。金属ナノ構造体１５はナノ粒子２２および金属膜２３を備える。ナノ粒子２２は保護層２１の表面に固着される。ナノ粒子２２は磁性体材料で形成されることができる。ここでは、ナノ粒子２２には鉄白金（ＦｅＰｔ）微粒子や白金コバルト（ＰｔＣｏ）微粒子が用いられることができる。これらの微粒子は金属イオンの還元に基づきポリオール（多価アルコール）中で析出することができる。微粒子はｆｃｔ（面心直方）構造の結晶構造を有することができる。その他、ナノ粒子２２には、湿式合成反応から生成される粒状マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）や、粒状マグネタイトの熱処理で得られる粒状のヘマタイト（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）が用いられることができる。ナノ粒子２２の粒径は例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度に設定されることができる。ナノ粒子２２の粒径は、後述されるように、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）との関連で決定されることができる。

個々のナノ粒子２２の表面には金属膜２３が被さる。金属膜２３は、後述されるように、照射光に共鳴振動する自由電子を有する材料から形成されることができる。こうした材料には、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）等が単体または合金または複合体で用いられることができる。

図３から明らかなように、金属膜２３はナノ粒子２２同士の間に空隙を区画する。金属膜２３はナノ粒子２２上で途切れる。すなわち、金属膜２３はナノ粒子２２上に留まる。ナノ粒子２２同士の間では保護層２１の表面が露出する。ナノ粒子２２同士の間に金属膜２３は形成されない。ナノ粒子２２同士の間は金属膜２３の形成から除外される。少なくともナノ粒子２２の下半分同士の間は空間が占める。

図４に示されるように、磁性体材料層１８には磁化パターン２６が書き込まれる。磁化パターン２６はナノ粒子２２に作用する磁界を形成する。この磁界の働きでナノ粒子２２は整列される。ここでは、磁化パターン２６には環状線１３に沿って連続的に均等な区域２７が区画される。個々の区域２７ごとに同一の磁化方向２８の磁化が確立される。磁化方向２８は環状線１３に沿って交互に反転する。したがって、隣接する区域２７同士で磁化が突き合うと、区域２７同士の境界線から磁束は垂直方向に流出する。隣接する区域２７同士で磁化が反対向きであれば、区域２７同士の境界線に向かって垂直方向に磁束は流入する。こうした区域２７同士の境界線上で金属ナノ構造体１５が整列し金属ナノ構造体列１６を形成する。

センサー基板１１に照射光が照射されると、照射光の働きで金属ナノ構造体１５の金属膜２３では局在表面プラズモン共鳴が引き起こされる。隣接する金属ナノ構造体１５同士の間で増強電場が形成される。金属膜２３の表面で近接場光が生成される。ここで、金属ナノ構造体１５は特定の配列を形成する。入射光の偏光に合わせて配列１２が設定されると、増強電場は強化されることができる。

センサー基板１１の円形開口１４には例えば駆動軸が受け入れられることができる。センサー基板１１は、センサー基板１１の表面に直交しつつ環状線１３の中心を通過する回転軸回りで回転することができる。環状線１３の中心回りにセンサー基板１１が回転すると、１本の環状線１３上の金属ナノ構造体１５は特定の半径位置を通過することができる。したがって、照射光が特定の半径位置で固定されても、短時間に広い範囲にわたって金属ナノ構造体１５は照射光に曝されることができる。

前述のように、磁性体材料層１８には予め決められた配列１２に応じて磁化パターンが書き込まれることができる。ナノ粒子２２は、磁化パターンに従って磁性体材料層１８の表面で確実に配列を形成することができる。

金属膜２３はナノ粒子２２上で途切れる。ナノ粒子２２同士の間は金属膜２３の形成から除外される。こうした金属膜２３の空隙で増強電場が形成されると、ナノ粒子２２同士の間に金属膜２３が形成される場合に比べて、増強電場は強められることができる。

（２）第１実施形態に係るセンサー基板の製造方法
次にセンサー基板１１の製造方法を説明する。まず、図５に示されるように、磁気記録ディスク３１が用意される。磁気記録ディスク３１は基体１７を備える。基体１７の表面には、下地層１９、磁性体材料層１８および保護層２１が順番に積層される。

図６に示されるように、磁気記録ディスク３１の磁性体材料層１８には磁化パターン２６が書き込まれる。磁化パターン２６の書き込みにあたって、例えば図７に示されるように、磁気記録ディスク３１は磁気記録装置３２に装着される。磁気記録装置３２には例えばハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）用のサーボトラックライターが用いられることができる。

磁気記録装置３２はスピンドルモーター３３および浮上ヘッドスライダー３４を備える。スピンドルモーター３３の駆動軸に磁気記録ディスク３１は固定される。スピンドルモーター３４は回転軸３５回りで磁気記録ディスク３１を回転駆動する。磁気記録ディスク３１の表面は回転軸３５に直交する。浮上ヘッドスライダー３４はヘッドサスペンション３６の先端に固定される。浮上ヘッドスライダー３４は浮上面で磁気記録ディスク３１の表面に向き合わせられる。ヘッドサスペンション３６は所定の押し付け力で磁気記録ディスク３１に向かって浮上ヘッドスライダー３４を押し付ける。磁気記録ディスク３１が回転すると、磁気記録ディスク３１の表面と浮上ヘッドスライダー３４の浮上面との間に空気軸受けが形成される。こうして磁気記録ディスク３１の回転中に浮上ヘッドスライダー３４の浮上面は微小な間隔で磁気記録ディスク３１の表面に向き合わせられる。

浮上ヘッドスライダー３４には電磁変換素子が搭載される。電磁変換素子は浮上面から書き込み磁界を漏らすことができる。書き込み磁界は磁気記録ディスク３１の磁性体材料層１８に作用する。書き込み磁界の磁力が磁性体材料層１８の保磁力を超えると、磁性体材料層１８には書き込み磁界で磁化が確立される。電磁変換素子は、供給される電流の向きに応じて磁界の向きを反転させることができる。磁気記録ディスク３１が１回転すれば、１本の環状線１３が確立されることができる。

浮上ヘッドスライダー３４は１半径線に沿って移動することができる。移動にあたってヘッドサスペンション３６にはリニア変位機構３７が連結される。リニア変位機構３７は１直線上でヘッドサスペンション３６を駆動する。ヘッドサスペンション３６は例えば均一なピッチで間欠的に移動することができる。こうして磁性体材料層１８には予め決められた配列１２に応じて磁化パターン２６が書き込まれることができる。なお、図８に示されるように、電磁変換素子に供給される電流の波形に応じて環状線１３のピッチは適宜に調整されることができる。

磁気記録装置３２はＨＤＤであってもよい。この場合には、磁化パターンの書き込みに先立って予め磁気記録ディスク３１の表面にトラッキングサーボセクターが形成されればよい。トラッキングサーボセクターの働きで浮上ヘッドスライダーは磁気記録ディスクの半径方向に位置決めされることができる。磁化の書き込みにあたって浮上ヘッドスライダーは高い精度で同心円を辿ることができる。

磁化パターン２６が確立されると、磁性体材料層１８の表面にはナノ粒子２２が供給される。ナノ粒子２２は、例えば図９に示されるように、磁化パターン２６に倣って配列１２を形成する。区域２７同士の境界で磁化に応じて磁界の漏れ（流出および流入）が形成されることから、ナノ粒子２２は区域２７同士の境界線上で整列する。こうしたナノ粒子２２の供給にあたって、例えば図１０に示されるように、現像器３８が利用されることができる。現像器３８は容器３９を備える。容器３９内にはマグネットローラー４１が収容される。マグネットローラー４１はローラー軸回りで回転する。マグネットローラー４１の外表面すなわちローラー面４１ａは円柱面を構成する。ローラー面４１ａは磁化される。容器３９内のナノ粒子２２は磁力でローラー面４１ａに付着する。ローラー面４１ａは部分的に容器３９の開口３９ａから露出する。開口３９ａから露出するローラー面４１ａで磁気ブラシ４２は形成される。磁気ブラシ４２が磁気記録ディスク３１の表面をなぞると、磁気記録ディスク３１の表面に重なりなくナノ粒子２２が供給されることができる。ナノ粒子２２は磁界の漏れ（流出および流入）に引き寄せられる。ナノ粒子２２は磁界の漏れの働きで磁性体材料層１８の表面に保持されることができる。

こうしてナノ粒子２２が整列すると、磁気記録ディスク３１の表面で金属膜２３が形成される。金属膜２３の形成にあたって、図１１に示されるように、例えば斜め蒸着法が用いられることができる。こうした斜め蒸着法によれば、金属原子４３は保護層２１の表面に対して小さな傾斜角で進入する。ナノ粒子２２同士の間では金属原子４３の進入は回避されることができる。その結果、ナノ粒子２２上に金属膜２３が形成される。ナノ粒子２２同士の間で金属膜２３の形成は排除されることができる。こうした金属膜２３の形成にあたって斜め蒸着法に代えて斜めスパッタリング法が用いられてもよい。

浮上ヘッドスライダー３４の採用によれば、磁性体材料層１８の表面には確実にナノオーダーの磁気潜像は形成されることができる。ナノオーダーでナノ粒子２２は配列されることができる。予め決められた配列１２に従って金属膜２３の配列は確立されることができる。しかも、このような磁化パターン２６の書き込みにあたってＨＤＤ用のサーボトラックライターの技術が応用されることができる。センサー基板１１の製造にあたってＨＤＤ用の磁気記録ディスク３１が利用されることができる。こうした用途は今までのところ全く想定されていなかった。

その他、磁化パターン２６の確立にあたって、図１２に示されるように、例えば磁気転写装置４４が用いられることができる。磁気転写装置４４は着磁ユニット４５を備える。着磁ユニット４５は磁気記録ディスク３１の磁性体材料層１８を着磁することができる。着磁ユニット４５はマスターディスク４６および磁石４７を備える。マスターディスク４６は磁気記録ディスク３１に重ね合わせられる。マスターディスク４６は基体４８を備える。基体４８は例えば非磁性体のディスクで形成されることができる。基体４８の表面には磁性体４９が埋め込まれる。磁性体４９はディスクの円周方向に一定の間隔で配列される。磁石４７は基体４８の表面に平行に磁界５１ａを形成する。磁石４７には例えば電磁石が用いられることができる。磁石４７からマスターディスク４６に磁界５１ａが作用すると、磁性体４９同士の間でマスターディスク４６の表面から磁界５２ａが漏れ出る。図１２に示されるように、磁気記録ディスク３１の磁性体材料層１８では円周方向に沿って一様に第１方向に連続する磁化５３ａが書き込まれる。こうした連続する磁化５３ａの書き込みにあたって例えばマスターディスク４６は磁気記録ディスク３１に対して相対的に回転すればよい。その後、図１３に示されるように、磁石４７の磁束の向きは反転される。磁石４７からマスターディスク４６に磁界５１ｂは作用する。磁性体４９同士の間では第１方向と反対向きの第２方向に磁性体材料層１８に磁界５２ｂが作用する。磁性体４９同士の間で磁化５３ｂは反転する。こうして磁化パターン２６は書き込まれることができる。

（３）第２実施形態に係るセンサー基板
図１４は第２実施形態に係るセンサー基板１１ａを概略的に示す。センサー基板１１ａは、前述のセンサー基板１１と同様に、基体１７、下地層１９、磁性体材料層１８、保護層２１および金属ナノ構造体１５を備える。ナノ粒子２２の整列にあたって磁性体材料層１８には磁化パターン２６ａが書き込まれる。ここでは、磁性体材料層１８には垂直方向に沿って特定の磁化方向５４に磁化が確立される。円周方向に特定の間隔で磁力のピーク値が現れる。こうしたピーク値上で金属ナノ構造体１５が整列し金属ナノ構造体列１６を形成する。その他、第１実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付され、重複する説明は割愛される。

センサー基板１１ａの製造にあたって、図１５に示されるように、例えば磁気転写装置５５が用いられることができる。磁気転写装置５５は着磁ユニット５６を備える。着磁ユニット５６は磁気記録ディスク３１の磁性体材料層１８を着磁することができる。着磁ユニット５６はマスターディスク５７および磁石５８を備える。マスターディスク５７は磁気記録ディスク３１に重ね合わせられる。マスターディスク５７では、マスターディスク４６と同様に、基体４８の表面に磁性体４９が埋め込まれる。磁石５８は基体４８の表面に垂直に磁界５９を形成する。磁性体４９の稜線４９ａでマスターディスク５７の表面から磁界は漏れ出る。ここでは、磁気記録ディスク３１の磁性体材料層１８は垂直方向に磁化容易軸を有する。その結果、磁性体４９の稜線４９ａに沿ってピーク値の磁化６１は形成される。磁化パターン２６ａは書き込まれる。

（４）一実施形態に係る検出装置
図１６は一実施形態に係る標的分子検出装置（検出装置）６２を概略的に示す。標的分子検出装置６２はセンサーユニット６３を備える。センサーユニット６３には導入通路６４と排出通路６５とが個別に接続される。導入通路６４からセンサーユニット６３に気体は導入される。センサーユニット６３から排出通路６５に気体は排出される。導入通路６４の通路入口６６にはフィルター６７が設置される。フィルター６７は例えば気体中の塵埃や水蒸気を除去することができる。排出通路６５の通路出口６８には吸引ユニット６９が設置される。吸引ユニット６９は送風ファンで構成される。送風ファンの作動に応じて気体は導入通路６４、センサーユニット６３および排出通路６５を順番に流通する。こうした気体の流通経路内でセンサーユニット６３の前後にはシャッター（図示されず）が設置される。シャッターの開閉に応じてセンサーユニット６３内に気体は閉じ込められることができる。

標的分子検出装置６２はラマン散乱光検出ユニット７１を備える。ラマン散乱光検出ユニット７１は、センサーユニット６３に照射光を照射しラマン散乱光を検出する。ラマン散乱光検出ユニット７１には光源７２が組み込まれる。光源７２にはレーザー光源が用いられることができる。レーザー光源は特定波長（単一波長）で直線偏光のレーザー光を放射することができる。

ラマン散乱光検出ユニット７１は受光素子７３を備える。受光素子７３は例えば光の強度を検出することができる。受光素子７３は光の強度に応じて検出電流を出力することができる。したがって、受光素子７３から出力される電流の大きさに応じて光の強度は特定されることができる。

光源７２とセンサーユニット６３との間、および、センサーユニット６３と受光素子７３との間には光学系７４が構築される。光学系７４は光源７２とセンサーユニット６３との間に光路を形成すると同時にセンサーユニット６３と受光素子７３との間に光路を形成する。光学系７４の働きで光源７２の光はセンサーユニット６３に導かれる。センサーユニット６３の反射光は光学系７４の働きで受光素子７３に導かれる。

光学系７４はコリメーターレンズ７５、ダイクロイックミラー７６、対物レンズ７７、集光レンズ７８、凹レンズ７９、光学フィルター８１および分光器８２を備える。ダイクロイックミラー７６は例えばセンサーユニット６３と受光素子７３との間に配置される。対物レンズ７７はダイクロイックミラー７６とセンサーユニット６３との間に配置される。対物レンズ７７はダイクロイックミラー７６から供給される平行光を集光してセンサーユニット６３に導く。センサーユニット６３の反射光は対物レンズ７７で平行光に変換されダイクロイックミラー７６を透過する。ダイクロイックミラー７６と受光素子７３との間には集光レンズ７８、凹レンズ７９、光学フィルター８１および分光器８２が配置される。対物レンズ７７、集光レンズ７８および凹レンズ７９の光軸は同軸に合わせ込まれる。集光レンズ７８で集光された光は凹レンズ７９で再び平行光に変換される。光学フィルター８１はレイリー散乱光を除去する。ラマン散乱光は光学フィルター８１を通過する。分光器８２は例えば特定波長の光を選択的に透過させる。こうして受光素子７３では特定波長ごとに光の強度が検出される。分光器８２には例えばエタロンが用いられることができる。

光源７２の光軸は対物レンズ７７および集光レンズ７８の光軸に直交する。ダイクロイックミラー７６の表面はこれら光軸に４５度の角度で交差する。ダイクロイックミラー７６と光源７２との間にはコリメーターレンズ７５が配置される。こうしてコリメーターレンズ７５は光源７２に向き合わせられる。コリメーターレンズ７５の光軸は光源７２の光軸に同軸に合わせ込まれる。

標的分子検出装置６２は制御ユニット８３を備える。制御ユニット８３に、光源７２、分光器８２、受光素子７３、吸引ユニット６９、センサー検出器８４、その他の機器が接続される。制御ユニット８３は、光源７２、分光器８２および吸引ユニット６９の動作を制御するとともに、受光素子７３およびセンサー検出器８４の出力信号を処理する。センサー検出器８４はセンサーユニット６３の識別子を検出する。識別子でセンサーユニット６３の種別が判別されることができる。センサーユニット６３の種別に応じて照射光の波長は選択されることができる。制御ユニット８３には信号コネクター８５が接続される。制御ユニット８３は信号コネクター８５を通じて外部と信号をやりとりすることができる。

標的分子検出装置６２は電源ユニット８６を備える。電源ユニット８６は制御ユニット８３に接続される。電源ユニット８６は制御ユニット８３に動作電力を供給する。制御ユニット８３は電源ユニット８６から電力の供給を受けて動作することができる。電源ユニット８６には例えば１次電池や２次電池が用いられることができる。２次電池は、例えば、充電用の電源コネクター８７を有することができる。

図１７に示されるように、制御ユニット８３は信号処理制御部８８を備える。信号処理制御部８８は例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）８９と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）９１やＲＯＭ（リードオンリーメモリー）９２といった記憶回路で構成されることができる。ＲＯＭ９２には例えば処理プログラムやスペクトルデータが格納されることができる。スペクトルデータでは標的分子のラマン散乱光のスペクトルが特定される。ＣＰＵ８９は、一時的にＲＡＭ９１に処理プログラムやスペクトルデータを取り込みながら、処理プログラムを実行する。ＣＰＵ８９は、スペクトルデータに、分光器８２および受光素子７３の働きで特定される光のスペクトルを照らし合わせる。

信号処理制御部８８には、光源駆動回路９３、分光器駆動回路９４、送風ファン駆動回路９５、受光回路９６、センサー検出回路９７、その他の電子回路が構築される。光源駆動回路９３は光源７２に接続される。光源駆動回路９３は信号処理制御部８８の指令に基づき光源７２を駆動する。分光器駆動回路９４は分光器８２の駆動機構に接続される。分光器駆動回路９４は信号処理制御部８８の指令に基づき駆動機構を制御する。例えば分光器８２の水平移動に応じて透過光の帯域は変更されることができる。送風ファン駆動回路９５は吸引ユニット６９の送風ファンに接続される。送風ファン駆動回路９５は信号処理制御部８８の指令に応じて送風ファンの回転を駆動する。受光回路９６は受光素子７３に接続される。受光回路９６は受光素子７３の検出電流から光強度信号を生成する。光強度信号では例えば光の強度がデジタル値で特定される。センサー検出回路９７はセンサー検出器８４に接続される。センサー検出回路９７はセンサーユニット６３の識別番号を特定する。識別番号は信号処理制御部８８に供給される。信号処理制御部８８は識別番号に応じて光源７２を制御する。

標的分子検出装置は操作パネル９８といったユーザーインターフェイスやディスプレイユニット９９を備えることができる。スペクトルの照合結果はディスプレイユニット９９の画面上に映し出されることができる。ユーザーは、ディスプレイユニット９９の画面に映し出される指示に従って操作パネル９８から様々な情報を入力することができる。

図１８に示されるように、センサーユニット６３はセンサー基板１００を備える。センサー基板１００はセンサー基板１１（１１ａ）から切り出される。センサー基板１００はセンサー基板１１（１１ａ）を母材として複数に分割され個片化される。センサー基板１１（１１ａ）から微小な領域が切り出されれば、センサー基板１００上では金属ナノ構造体１５の配列１２は同心円の曲率の影響から逃れることができる。金属ナノ構造体１５はマトリクスに限りなく近い形で配置されることができる。

センサー基板１００は基板１０１に向き合わせられる。センサー基板１００と基板１０１との間には気体室１０２が形成される。気体室１０２は一端で導入通路６４に接続され他端で排出通路６５に接続される。気体室１０２内に金属ナノ構造体１５が配置される。光源７２から放出される光はコリメーターレンズ７５で平行光に変換される。直線偏光の光はダイクロイックミラー７６で反射する。反射した光１０３は対物レンズ７７で集光されてセンサーユニット６３に照射される。このとき、光１０３はセンサー基板１００の表面に直交する垂直方向に入射することができる。いわゆる垂直入射が確立されることができる。光１０３の偏光面はセンサー基板１００の接線方向に合わせ込まれる。照射された光１０３の働きで金属ナノ構造体１５では局在表面プラズモン共鳴が引き起こされる。金属ナノ構造体１５同士の間で近接場光は強められる。いわゆるホットスポットが形成される。

このとき、ホットスポットで金属ナノ構造体１５に標的分子が付着すると、標的分子からレイリー散乱光１０４およびラマン散乱光１０５が生成される。いわゆる表面増強ラマン散乱が実現される。その結果、標的分子の種類に応じたスペクトルで光は対物レンズ７７に向かって放出される。

こうしてセンサーユニット６３から放出される光は対物レンズ７７で平行光に変換されダイクロイックミラー７６、集光レンズ７８、凹レンズ７９および光学フィルター８１を通過する。ラマン散乱光１０５は分光器８２に入射する。分光器８２はラマン散乱光１０５を分光する。こうして特定の波長ごとに受光素子７３は光の強度を検出する。光のスペクトルはスペクトルデータに照らし合わせられる。光のスペクトルに応じて標的分子は検出されることができる。こうして標的分子検出装置６２は表面増強ラマン散乱に基づき例えばアデノウィルスやライノウィルス、ＨＩＶウィルス、インフルエンザウィルスといった標的物質を検出することができる。

（５）他の実施形態に係る検出装置
図１８は他の実施形態に係る標的分子検出装置（検出装置）１１１を概略的に示す。標的分子検出装置１１１は駆動ユニット１１２を備える。駆動ユニット１１２は例えばステップモーターで構成されることができる。ステップモーターにはセンサー基板１１（１１ａ）が装着される。ステップモーターは同心円パターンの中心回りでセンサー基板１１（１１ａ）を回転駆動する。センサー基板１１（１１ａ）の表面は回転軸に直交する。ステップモーターは一定の回転角で間欠的にセンサー基板１１（１１ａ）を回転させることができる。センサー基板１１（１１ａ）の表面には所定の中心角で均等にセクター領域１１３が区画されることができる。ステップモーターの回転角はセクター領域１１３の中心角に対応すればよい。

標的分子検出装置１１１は試料供給器１１５を備える。試料供給器１１５は例えばシリンジで構成されることができる。試料供給器１１５は例えば液状の試料を保持することができる。試料供給器１１５の供給口１１５ａはセンサー基板１１（１１ａ）の表面に向き合わせられる。供給口１１５ａからセンサー基板１１（１１ａ）の表面に向けて試料は供給されることができる。

標的分子検出装置１１１はラマン散乱光検出ユニット１１６を備える。ラマン散乱光検出ユニット１１６はセンサー基板１１（１１ａ）に向かって光源１１７から照射光を出力する。照射光は特定の照射域１１８に照射される。照射域１１８はステップモーターに対して特定の角位置で固定されればよい。光源１１７は光源７２と同様に構成されることができる。図示例では光路の確立にあたって光源１１７および照射域１１８の間にミラー１１９が配置される。

ラマン散乱光検出ユニット１１６は受光素子１２１を備える。受光素子１２１は受光素子７３と同様に構成されることができる。センサー基板１１（１１ａ）と受光素子１２１との間には光学系１２２が構築される。光学系１２２は、対物レンズ１２３、集光レンズ１２４、光ファイバー１２５、光学フィルター１２６および分光器１２７を備える。センサー基板１１（１１ａ）の反射光は対物レンズ１２３で平行光に変換され集光レンズ１２４で光ファイバー１２５に導かれる。光学フィルター１２６はレイリー散乱光を除去する。ラマン散乱光は光学フィルター１２６を通過する。分光器１２７は例えばグレーティングといった分光手段で光をスペクトルに分解する。こうして受光素子１２１では特定波長ごとに光の強度が検出される。

標的分子検出装置１１１は制御ユニット１２８を備える。制御ユニット１２８に、駆動ユニット１１２、試料供給器１１５、光源１１７、分光器１２７、受光素子１２１、その他の機器が接続される。制御ユニット１２８は、駆動ユニット１１２、試料供給器１１５、光源１１７および分光器１２７の動作を制御するとともに、受光素子１２１の出力信号を処理する。制御ユニット１２８は、制御ユニット８３と同様に、信号処理制御部や光源駆動回路、受光回路を備えることができる。

標的分子検出装置１１１ではセンサー基板１１（１１ａ）の回転に応じて個々のセクター領域１１３ごとに個別に試料は供給されることができる。個々のセクター領域１１３ごとに個別にラマン散乱光は検出されることができる。センサー基板１１（１１ａ）の回転に応じて複数の試料は連続的に検査されることができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、センサー基板１１、１１ａ、１００、磁気記録ディスク３１、磁気記録装置３２、磁気転写装置４４、標的分子検出装置６２、１１１等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１１センサー基板、１１ａセンサー基板、１２配列、１７基体、１８磁性体材料層、２２ナノ粒子、２３金属膜、２６磁化パターン、２６ａ磁化パターン、３４浮上ヘッドスライダー、４９磁性体、６２検出装置（標的分子検出装置）、７２光源、７３受光素子、１００センサー基板、１１１検出装置（標的分子検出装置）、１１２駆動ユニット、１１７光源、１２１受光素子。

Claims

基体と、
前記基体の表面に磁性体材料で形成された磁性体材料層と、
前記磁性体材料層の表面に固定され、かつ配列された磁性体材料のナノ粒子と、
前記ナノ粒子の表面に形成された、光に共鳴振動する自由電子を有する金属膜と
を備えることを特徴とするセンサー基板。
請求項１に記載のセンサー基板において、前記基体は円形に形成され、前記配列は同心円パターンまたは螺旋円パターンであることを特徴とするセンサー基板。
請求項１または２に記載のセンサー基板において、前記磁性体材料層には、前記ナノ粒子に作用する磁界を形成する磁化パターンが書き込まれることを特徴とするセンサー基板。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサー基板において、前記金属膜は前記ナノ粒子同士の間に空隙を区画することを特徴とするセンサー基板。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサー基板において、前記センサー基板を母材として複数に分割され、個片化した形状であることを特徴とするセンサー基板。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサー基板において、前記金属膜が金、銀、またはこれらを含む合金であることを特徴とするセンサー基板。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサー基板と、
前記センサー基板に向かって前記光を出力する光源と、
前記光の照射に応じて前記金属膜から放射される光を検出する受光素子と
を備えることを特徴とする検出装置。
請求項２に記載のセンサー基板と、
前記同心円パターンの中心回りで前記センサー基板を回転駆動する駆動ユニットと、
前記センサー基板に向かって前記照射光を出力する光源と、
前記照射光の照射に応じて前記金属膜から放射される光を検出する受光素子と
を備えることを特徴とする検出装置。
磁性体材料で形成され基体の表面に広がる磁性体材料層に、予め決められた配列に応じて磁化パターンを書き込む工程と、
前記磁性体材料層の表面に、磁性体材料で形成されるナノ粒子を供給し、前記磁化パターンに倣って前記ナノ粒子の配列を形成する工程と、
前記磁化パターンの磁化で前記磁性体材料層の表面に保持される前記ナノ粒子に被さる金属膜を形成する工程と
を備えることを特徴とするセンサー基板の製造方法。
請求項９に記載のセンサー基板の製造方法において、前記磁化パターンの書き込みにあたって、前記磁性体材料層の表面に直交する回転軸回りで前記基体を回転駆動し、前記磁性体材料層の表面に浮上ヘッドスライダーに搭載の電磁変換素子を向き合わせることを特徴とするセンサー基板の製造方法。
請求項９に記載のセンサー基板の製造方法において、
前記磁化パターンの書き込みにあたって、
前記磁性体材料層の表面に、前記磁化パターンに倣って所定の間隔で磁性体を重ねる工程と、
前記磁性体に磁束を作用させ、前記磁性体の漏れ磁界で前記磁性体材料層内に磁化を確立する工程と
を備えることを特徴とするセンサー基板の製造方法。
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のセンサー基板の製造方法において、前記ナノ粒子の供給にあたって磁気ブラシが用いられることを特徴とするセンサー基板の製造方法。
請求項９〜１２のいずれか１項に記載のセンサー基板の製造方法において、前記金属膜の形成にあたって斜め蒸着または斜めスパッタリングが用いられることを特徴とするセンサー基板の製造方法。