JP2014190910A - センサー基板、検出装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 検出装置は、流体試料中に含まれる標的分子1が吸着される複数の金属ナノ構造18を基板表面10Aに有するセンサー基板10と、センサー基板に光を照射する光源と、標的分子から出射される光を検出する光検出器と、金属ナノ構造に吸着された標的分子を脱離させる脱離部20と、を有する。複数の金属ナノ構造の各々は、基板上に形成される吸着層18Aと、吸着層上に形成される金属粒子層18Bとを有する。吸着層に吸着される標的分子を脱離させるのに必要な第1の脱離活性化エネルギーが、金属粒子層に吸着される標的分子を脱離させるのに必要な第2の脱離活性化エネルギーよりも大きい。
【選択図】 図1
Description
流体試料中に含まれる標的分子を吸着する複数の金属ナノ構造を基板表面に備えたセンサー基板と、
前記センサー基板に光を照射する光源と、
前記標的分子から出射される光を検出する光検出器と、
前記金属ナノ構造に吸着された前記標的分子を脱離させる脱離部と、
を有し、
前記複数の金属ナノ構造の各々は、
前記センサー基板上に形成される吸着層と、
前記吸着層上に形成される金属粒子層と、
を有し、
前記吸着層に吸着された前記標的分子を脱離させるのに必要な第1の脱離活性化エネルギーが、前記金属粒子層に吸着された前記標的分子を脱離させるのに必要な第2の脱離活性化エネルギーよりも大きい検出装置に関する。
流体試料と接触されるセンサー基板において、
前記流体試料中に含まれる標的分子が吸着される複数の金属ナノ構造を基板表面に有し、
前記複数の金属ナノ構造の各々は、
前記基板上に形成される吸着層と、
前記吸着層上に形成される金属粒子層と、
を有し、
前記吸着層に吸着される前記標的分子を脱離させるのに必要な第1の脱離活性化エネルギーが、前記金属粒子層に吸着される前記標的分子を脱離させるのに必要な第2の脱離活性化エネルギーよりも大きいセンサー基板に関する。
上述した(1)〜(4)に記載の検出装置と、
前記検出装置からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、
健康医療情報を記憶する記憶部と、
前記健康医療情報を表示する表示部と、
を備えた電子機器に関する。この電子機器は、医療診断や飲食物の検査等に有益である。
図1(A)(B)に、本発明の一実施形態に係るセンサー基板10を示す。センサー基板10は、基板表面10Aに複数の金属ナノ構造18を有する。複数の金属ナノ構造18の各々は、基板表面10Aに形成される吸着層18Aと、吸着層18A上に形成される金属粒子層(金属層)18Bと、を有する。センサー基板10は、基材12と、基材12上に形成される金属ミラー層14と、誘電体層16とを含むことができる。なお、センサー基板10の構造についてはこれに限定されず、例えば金属ミラー層10は必須ではない。本実施形態では、センサー基板10を加熱する脱離部20を設けることができる。脱離部20は、金属ミラー層14を発熱抵抗体として兼用している。金属ミラー層14には配線22が接続され、配線22途中には電源24とスイッチ26が設けられる。
吸着層18Aと金属粒子層18Bとに分けることにより、金属粒子層18Bが標的分子1を吸着する吸着力よりも強い吸着力を有する吸着層18Aを選択することができる。ここで、吸着力について考察する。図5のように分子が金属表面に近づくとエネルギーの障壁があり、それを超えるとエネルギーの低い状態(吸着)へ入って安定化することができる。ただし、脱離活性化エネルギーEdが小さいと、室温程度の熱エネルギーでEdを乗り越えることができ、気体分子は脱離してしまうことになる。つまり、吸着力は脱離活性化エネルギーEdで定義することができる。本実施形態では、吸着層18Aに吸着される標的分子1を脱離させるのに必要な第1の脱離活性化エネルギーが、金属粒子層18Bに吸着される標的分子1を脱離させるのに必要な第2の脱離活性化エネルギーよりも大きい。
ΔF=−2×F0 2×Δm/{A×(μ×ρ)1/2} 式1
で表される。実験で使用した水晶センサー30は、周波数F0=9MHz、電極径Φ5mmの水晶センサー30で、1Hz当り約1.07ngの感度になる。
脱離部20は、吸着層18Aに吸着された標的分子1を脱離させる。脱離部20は、吸着層18Aから標的分子1を脱離させるのに必要な第1の脱離活性化エネルギー以上の脱離エネルギーをセンサー基板10に供給する。脱離部20は熱または光によりセンサー基板10に脱離エネルギーを供給することができる。
図12(A)〜図12(G)には、センサー基板10の製造方法の例を示す。図12(A)に示す基材12を石英基板とするが、他の基材でも同様に形成することが可能であり、石英に限定するものではない。先ず、清浄な石英基板12に対して、図12(B)に示すように平坦な金属ミラー層14を形成する。この例では、真空蒸着法又はスパッタ法で金(Au)の金属ミラー層14を形成する例を示している。Au膜の厚さとしておよそ数10nm〜数100nmが望ましい。金属の種類としては、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、タングステン(W)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)などが適している。
検出装置または電子機器100として、生体ガスに含まれるアセトン濃度を検出し、検出したアセトン濃度と相関がある体脂肪の燃焼量を検出する物質検出装置を例に挙げて説明する。物質検出装置100は、図13(A)〜図13(C)に示すように、検出試料採取部110と検出部130と表示部230とが、ケース120と風防ガラス121によって構成される空間内に格納されている。検出試料採取部110は、人の皮膚に接触する側(ケース120の裏面側)に配置され、検出部130はケース120の内部に、表示部230は被験者が視認可能な位置(ケース120の表面側)に配置されている。
Claims (6)
- 流体試料中に含まれる標的分子を吸着する複数の金属ナノ構造を備えたセンサー基板と、
前記センサー基板に光を照射する光源と、
前記標的分子から出射される光を検出する光検出器と、
前記金属ナノ構造に吸着された前記標的分子を脱離させる脱離部と、
を有し、
前記複数の金属ナノ構造の各々は、
前記センサー基板上に形成される吸着層と、
前記吸着層上に形成される金属粒子層と、
を有し、
前記吸着層に吸着された前記標的分子を脱離させるのに必要な第1の脱離活性化エネルギーが、前記金属粒子層に吸着された前記標的分子を脱離させるのに必要な第2の脱離活性化エネルギーよりも大きいことを特徴とする検出装置。 - 請求項1において、
前記脱離部は、前記第1の脱離活性化エネルギー以上のエネルギーを有する熱または光を前記センサー基板に供給することを特徴とする検出装置。 - 請求項2において、
前記センサー基板は、基材と、前記基材上に形成された金属ミラー層と、前記金属ミラー層上に形成された誘電体層と、を有し、前記複数の金属ナノ構造は前記誘電体層上に形成され、
前記脱離部は、前記金属ミラー層に通電することを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項において、
前記標的分子はアセトンであり、
前記金属粒子層は銀であり、
前記吸着層は、白金、銅、金、二酸化チタンのいずれかであることを特徴とする検出装置。 - 流体試料と接触されるセンサー基板において、
前記試料流体中に含まれる標的分子が吸着される複数の金属ナノ構造を基板表面に有し、
前記複数の金属ナノ構造の各々は、
前記基板上に形成される吸着層と、
前記吸着層上に形成される金属粒子層と、
を有し、
前記吸着層に吸着される前記標的分子を脱離させるのに必要な第1の脱離活性化エネルギーが、前記金属粒子層に吸着される前記標的分子を脱離させるのに必要な第2の脱離活性化エネルギーよりも大きいことを特徴とするセンサー基板。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の検出装置と、
前記検出装置からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、
健康医療情報を記憶する記憶部と、
前記健康医療情報を表示する表示部と、
を備えたことを特徴とする電子機器
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