JP2015010825A - Localized plasmon resonance chip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は医療診断、健康診断、食品検査等に用いられる局在プラズモン共鳴(LPR)バイオセンサ、特に、その局在プラズモン共鳴チップに関する。 The present invention relates to a localized plasmon resonance (LPR) biosensor used for medical diagnosis, medical examination, food inspection, and the like, and more particularly to a localized plasmon resonance chip.
近年、医療診断、健康診断、食品検査等においては、小型、低コストで高速のセンシングのバイオセンサとしてプリズムを用いたクレッチマン(Kretschmann)配置の表面プラズモン共鳴(SPR)バイオセンサが開発されている。 In recent years, surface plasmon resonance (SPR) biosensors with a Kretschmann arrangement using prisms have been developed as small-sized, low-cost, high-speed sensing biosensors in medical diagnosis, medical examination, food inspection, and the like.
さらに、最近では、高感度センシングのバイオセンサとしてプリズムを用いない局在プラズモン共鳴(LPR)バイオセンサが注目されている。従来の局在プラズモン共鳴バイオセンサとして図10に示す透過型(参照:特許文献1)、図11に示す反射型がある。 Furthermore, recently, a localized plasmon resonance (LPR) biosensor not using a prism has been attracting attention as a biosensor for high-sensitivity sensing. As a conventional localized plasmon resonance biosensor, there are a transmission type shown in FIG. 10 (refer to Patent Document 1) and a reflection type shown in FIG.
図10において、101は光源、102はコリメータレンズ、103は表面プラズモン共鳴部103aを有する局在プラズモン共鳴チップ、104は分光器、マルチチャネルアナライザを含み、マイクロコンピュータにより構成される測定装置である。この場合、光源101からの光L1はコリメータレンズ102によって平行光とされて局在プラズモン共鳴チップ103を垂直に透過し、測定装置104において局在プラズモン共鳴チップ103を透過した光L1から局在プラズモン共鳴チップ103の吸光度を測定する。尚、測定装置104においては、光源101の光源スペクトルから局在プラズモン共鳴チップ103を透過した光L1の透過光スペクトルを減算することにより吸光度を吸光スペクトルとして得てもよいが、透過光スペクトルを直接用いてもよい。吸光スペクトルの吸収ピーク波長あるいは透過光スペクトルの透過ディップ波長のシフト量により、局在プラズモン共鳴チップ103の表面プラズモン共鳴部103a近傍の媒体の屈折率(誘電率)変化を高精度に検出することができる。
In FIG. 10, 101 is a light source, 102 is a collimator lens, 103 is a localized plasmon resonance chip having a surface
他方、図11において、201は光源、202はコリメータレンズ、203はビームスプリッタ、204は表面プラズモン共鳴部204aを有する局在プラズモン共鳴チップ、205は分光器、マルチチャネルアナライザを含み、マイクロコンピュータにより構成される測定装置である。この場合、光源201からの光L2はコリメータレンズ202によって平行光とされてビームスプリッタ203を透過して局在プラズモン共鳴チップ204で反射し、さらにビームスプリッタ203で反射して測定装置205に入射する。測定装置205において局在プラズモン共鳴チップ204で反射した光L2から局在プラズモン共鳴チップ204の吸光度を測定する。尚、測定装置205においては、光源201の光源スペクトルから局在プラズモン共鳴チップ204で反射した光L2の反射光スペクトルを減算することにより吸光度を吸光スペクトルとして得てもよいが、反射光スペクトルを直接用いてもよい。吸光スペクトルの吸収ピーク波長あるいは反射光スペクトルの反射ディップ波長のシフト量により、局在プラズモン共鳴チップ204の表面プラズモン共鳴部204a近傍の媒体の屈折率(誘電率)変化を高精度に検出できる。
On the other hand, in FIG. 11, 201 is a light source, 202 is a collimator lens, 203 is a beam splitter, 204 is a localized plasmon resonance chip having a surface
上述の表面プラズモン共鳴部103a、204a近傍の媒体は、初期的には、目的物質であるたとえば抗原物質に特異的に結合するセンサ物質たとえば抗体物質であり、予め、センサ物質が表面プラズモン共鳴部103a、204aに固定化されている。結合後には、上記媒体は、センサ物質プラス目的物質となり、従って、結合前後で媒体の屈折率(誘電率)が変化する。この結果、媒体の屈折率(誘電率)変化を高精度に検出することにより目的物質を高精度に定量的に検出できる。 The medium in the vicinity of the surface plasmon resonance portions 103a and 204a is initially a sensor substance that specifically binds to a target substance such as an antigen substance, for example, an antibody substance. 204a. After the combination, the medium becomes a sensor substance plus a target substance, and thus the refractive index (dielectric constant) of the medium changes before and after the combination. As a result, the target substance can be quantitatively detected with high accuracy by detecting the change in the refractive index (dielectric constant) of the medium with high accuracy.
図10、図11の局在プラズモン共鳴バイオセンサのいずれにおいても、光L1、L2は局在プラズモン共鳴チップ103、204の表面プラズモン共鳴部103a、204aに対して垂直に直接入射する。尚、表面プラズモン共鳴バイオセンサにおいては、光はプリズムの底面に斜めに入射する。従って、局在プラズモン共鳴バイオセンサは表面プラズモン共鳴バイオセンサより小型化の点でも優れている。 In any of the localized plasmon resonance biosensors of FIGS. 10 and 11, the lights L1 and L2 are directly incident perpendicularly to the surface plasmon resonance portions 103a and 204a of the localized plasmon resonance chips 103 and 204. In the surface plasmon resonance biosensor, light is incident obliquely on the bottom surface of the prism. Therefore, the localized plasmon resonance biosensor is superior to the surface plasmon resonance biosensor in terms of miniaturization.
図10、図11の局在プラズモン共鳴チップ103、204の表面プラズモン共鳴部103a、204aはAu、Ag、Cu、Al等の1種類の金属よりなる金属ナノ薄膜層あるいは金属ナノ粒子層よりなる。たとえば、金属ナノ薄膜層は透明基板上にナノインプリント技術あるいはリソグラフィー技術を用いて貫通孔を有する金属薄膜を形成することにより製造される(参照:特許文献1)。また、金属ナノ粒子層は電気泳動堆積(EPD)法によって平滑なガラス基板上にシランカップリング剤等の誘電体を介して分散堆積され、この場合、金属ナノ粒子層の各粒子は球状、ロッド状、三角状、その他の多角形などでもよい(参照:非特許文献1)。 The surface plasmon resonance portions 103a and 204a of the localized plasmon resonance chips 103 and 204 shown in FIGS. 10 and 11 are formed of a metal nano thin film layer or a metal nanoparticle layer made of one kind of metal such as Au, Ag, Cu, and Al. For example, the metal nano thin film layer is manufactured by forming a metal thin film having a through hole on a transparent substrate using a nanoimprint technique or a lithography technique (see Patent Document 1). In addition, the metal nanoparticle layer is dispersed and deposited on a smooth glass substrate via a dielectric such as a silane coupling agent by electrophoretic deposition (EPD) method. In this case, each particle of the metal nanoparticle layer is spherical and rod-shaped. Shape, triangular shape, and other polygonal shapes (see Non-Patent Document 1).
図12は図10、図11の測定装置104、205にて得られる吸光スペクトルS1あるいは透過光/反射光スペクトルS2を示すグラフである。図12に示すように、図10、図11の局在プラズモン共鳴チップ103、204の表面プラズモン共鳴部103a、204aは1種類の金属よりなる金属ナノ薄膜層もしくは金属ナノ粒子層よりなるので、1箇所の山状の吸収ピーク波長もしくは谷状の透過/反射ディップ波長のみが発現している。媒体の屈折率(誘電率)変化はこの吸収ピーク波長もしくは透過/反射ディップ波長のシフト量に従って検出する。
FIG. 12 is a graph showing the absorption spectrum S1 or the transmitted / reflected light spectrum S2 obtained by the
しかしながら、上述の従来の局在プラズモン共鳴バイオセンサにおいては、1種類の金属よりなる金属ナノ薄膜層もしくは金属ナノ粒子層により、測定装置104、205における吸光スペクトルには1箇所の吸収ピーク波長あるいは透過/反射ディップ波長のみしか発現していないので、この吸収ピーク波長あるいは透過/反射ディップ波長付近の吸光スペクトルあるいは透過光/反射光スペクトルが局在プラズモン共鳴バイオセンサの製造で不安定となると、センシング精度が低下するという課題がある。
However, in the above-described conventional localized plasmon resonance biosensor, the absorption spectrum in the
たとえば、表面プラズモン共鳴部103a、204aが同一金属であっても、金属ナノ薄膜層の厚さ、金属ナノ粒子層の粒子サイズ、球状、ロット形状、三角形状等の形状、集合状態が製造上でばらつき、この結果、吸光スペクトルあるいは透過光/反射光スペクトルがつぶれた山状あるいは緩やかな谷状となり、センシング精度が低下する。 For example, even if the surface plasmon resonance portions 103a and 204a are the same metal, the thickness of the metal nano thin film layer, the particle size of the metal nano particle layer, the shape such as a spherical shape, a lot shape, and a triangular shape, and the aggregated state are As a result, the absorption spectrum or the transmitted / reflected light spectrum becomes a crushed mountain shape or a gentle valley shape, and the sensing accuracy decreases.
また、光源101、201としてハロゲンランプ、発光ダイオード(LED)素子を用いるが、光源101、201が製造上でばらつき、この結果、吸光スペクトルあるいは透過光/反射光スペクトルがつぶれた山状あるいは緩やかな谷状となり、やはり、センシング精度が低下する。 Further, although halogen lamps and light emitting diode (LED) elements are used as the light sources 101 and 201, the light sources 101 and 201 vary in manufacturing. As a result, the absorption spectrum or the transmitted / reflected light spectrum is crushed or loose. It becomes a valley shape, and the sensing accuracy also decreases.
上述の課題を解決するために、本発明に係る局在プラズモン共鳴チップは、基板と、基板上に配置され、第1の金属を含むナノメートルオーダの非平板状の第1の金属層と、第1の金属層上に配置され、第1の金属と異なる第2の金属を含むナノメートルオーダの非平板状の第2の金属層とを具備するものである。2種類の金属により吸光スペクトルに発現する吸収ピーク波長もしくは透過光/反射光スペクトルに発現する透過/反射ディップ波長は2箇所となる。 In order to solve the above-described problem, a localized plasmon resonance chip according to the present invention includes a substrate, a non-planar first metal layer of a nanometer order that is disposed on the substrate and includes the first metal, And a second metal layer having a non-planar shape of nanometer order including a second metal different from the first metal and disposed on the first metal layer. The absorption peak wavelength that appears in the absorption spectrum due to the two kinds of metals or the transmission / reflection dip wavelength that appears in the transmitted / reflected light spectrum is two places.
また、基板と、基板上にランダムに配置され、第1の金属を含むナノメートルオーダの第1の金属粒子及び第1の金属と異なる第2の金属を含むナノメートルオーダの第2の金属粒子とを具備するものである。2種類の金属により吸光スペクトルに発現する吸収ピーク波長もしくは透過光/反射光スペクトルに発現する透過/反射ディップ波長は2箇所となる。また、第1の金属粒子及び第2の金属粒子を同一金属で構成し、第1の金属粒子の形状と第2の金属粒子の形状を異ならせても、吸収ピーク波長もしくは透過/反射ディップ波長は2箇所となる。 And a nanometer-order first metal particle randomly disposed on the substrate and including a first metal and a second metal particle having a second metal different from the first metal. It comprises. The absorption peak wavelength that appears in the absorption spectrum due to the two kinds of metals or the transmission / reflection dip wavelength that appears in the transmitted / reflected light spectrum is two places. Further, even if the first metal particle and the second metal particle are made of the same metal, and the shape of the first metal particle is different from the shape of the second metal particle, the absorption peak wavelength or the transmission / reflection dip wavelength. Are two places.
本発明によれば、吸光スペクトルの吸収ピーク波長もしくは透過光/反射光スペクトルのディップ波長が2箇所となるので、2箇所の吸収ピーク波長もしくは透過/反射ディップ波長のシフト量によって媒体の屈折率(誘電率)変化を検出でき、つまり、一方の吸収ピーク波長がたとえつぶれた山状となっても他方の吸収ピーク波長が鋭い山状となっていれば、あるいは一方の透過/反射ディップ波長がたとえ緩慢となっても他方の透過/反射ディップ波長が鋭い谷状となっていれば、媒体の屈折率(誘電率)変化を検出でき、従って、センシング精度を向上できる。 According to the present invention, since the absorption peak wavelength of the absorption spectrum or the dip wavelength of the transmitted light / reflected light spectrum is two places, the refractive index of the medium (depending on the shift amount of the two absorption peak wavelengths or the transmitted / reflected dip wavelength) (Dielectric constant) change can be detected, that is, if one absorption peak wavelength is crushed and the other absorption peak wavelength is sharp, or one transmission / reflection dip wavelength is If the other transmission / reflection dip wavelength has a sharp valley shape even if it is slow, a change in the refractive index (dielectric constant) of the medium can be detected, and therefore the sensing accuracy can be improved.
図1は本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第1の実施の形態を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a localized plasmon resonance chip according to the present invention.
図1の(A)においては、ガラス、ポリエチレン・テレフタレート(PET)等よりなる基板1上に、厚さ10nm〜100nmの金(Au)ナノ薄膜層2aを形成し、その上に、球径10nm〜200nmの粒子よりなる誘電体ナノ粒子層3を配置し、その上に、厚さ10nm〜100nmの銀(Ag)ナノ薄膜層4を形成し、その上に、厚さ10nm〜100nmの金(Au)ナノ薄膜層5を形成する。
In FIG. 1A, a gold (Au) nano thin film layer 2a having a thickness of 10 nm to 100 nm is formed on a
図1の(B)においては、図1の(A)のAuナノ薄膜層2aの代りに、厚さ10nm〜100nmの銀(Ag)ナノ薄膜層2bを形成する。 In FIG. 1B, a silver (Ag) nano thin film layer 2b having a thickness of 10 nm to 100 nm is formed in place of the Au nano thin film layer 2a of FIG.
図1においては、誘電体ナノ粒子層3の存在のために、Agナノ薄膜層4及びAuナノ薄膜層5は非平板状、つまり凹凸形状となり、局在プラズモン共鳴を起こす。また、Auナノ薄膜層2aあるいはAgナノ薄膜層2bは平板状であるが、誘電体ナノ粒子層3を介してAuナノ薄膜層5あるいはAgナノ薄膜層4の局在プラズモン共鳴と相互作用して局在プラズモン共鳴を起こす。
In FIG. 1, due to the presence of the
図1の(A)、(B)の変更例を示す図2においては、図1の(A)のAuナノ薄膜層2aあるいは図1の(B)のAgナノ薄膜層2bを削除し、基板1上に、直接、誘電体ナノ粒子層3を配置する。
In FIG. 2 showing a modified example of FIGS. 1A and 1B, the Au nano thin film layer 2a in FIG. 1A or the Ag nano thin film layer 2b in FIG. The
図1の(A)、(B)及び図2における誘電体ナノ粒子層3は表面プラズモン共鳴によって発生する電場を増幅させる作用をもし、従って、発現した吸光スペクトルの吸収ピークもしくは透過光/反射光スペクトルの透過/反射ディップを大きくできる。
The
図1の(A)、(B)においては、Auナノ薄膜層2a(もしくはAgナノ薄膜層2b)、Agナノ薄膜層4及びAuナノ薄膜層5が紫外から近赤外域の光と表面プラズモン共鳴を起こす。この場合、これらのナノ薄膜層は2種類の金属つまりAu及びAgよりなるので、後述のごとく、吸光スペクトルに2つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは透過光/反射光スペクトルに2つの透過/反射ディップ波長を発現させる。
In FIGS. 1A and 1B, the Au nano thin film layer 2a (or Ag nano thin film layer 2b), the Ag nano
また、図2においても、表面プラズモン共鳴を起こすAgナノ薄膜層4及びAuナノ薄膜層5は2種類の金属つまりAu及びAgよりなるので、やはり、吸光スペクトルに2つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは透過光/反射光スペクトルに2つの透過/反射ディップ波長を発現させる。但し、Auナノ薄膜層2a、Agナノ薄膜層2bが存在しない分、発現する吸収ピークあるいは透過/反射ディップは少し小さくなる。
Also in FIG. 2, the Ag nano
図3は本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第2の実施の形態を示す断面図である。 FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the localized plasmon resonance chip according to the present invention.
図3の(A)においては、基板1上に、厚さ10nm〜100nmの金(Au)ナノ薄膜層2aを形成し、その上に、球径10nm〜200nmの粒子よりなる銀(Ag)ナノ粒子層3’を配置し、その上に、厚さ10nm〜100nmの金(Au)ナノ薄膜層5を形成する。
In FIG. 3A, a gold (Au) nano thin film layer 2a having a thickness of 10 nm to 100 nm is formed on a
図3の(B)においては、図3の(A)のAuナノ薄膜層2aの代りに、厚さ10nm〜100nmの銀(Ag)ナノ薄膜層2bを形成する。 In FIG. 3B, a silver (Ag) nano thin film layer 2b having a thickness of 10 nm to 100 nm is formed in place of the Au nano thin film layer 2a of FIG.
図3においては、Agナノ粒子層3’は非平板状であり、従って、局在プラズモン共鳴を起こす。また、Auナノ薄膜層5は、Agナノ粒子層3’の存在のために、非平面状、つまり凹凸形状となり、局在プラズモン共鳴を起こす。さらに、Auナノ薄膜層2aあるいはAgナノ薄膜層2bは平板状であるが、Auナノ薄膜層5あるいはAgナノ粒子層3’と相互作用して局在プラズモン共鳴を起こす。
In FIG. 3, the
図3の(A)、(B)の変更例を示す図4においては、図3の(A)のAuナノ薄膜層2aあるいは図3の(B)のAgナノ薄膜層2bを削除し、基板1上に、直接、Agナノ粒子層3’を配置する。
In FIG. 4 showing a modified example of FIG. 3A and FIG. 3B, the Au nano thin film layer 2a in FIG. 3A or the Ag nano thin film layer 2b in FIG. 1, an
図3の(A)、(B)においては、Auナノ薄膜層2a(もしくはAgナノ薄膜層2b)、Agナノ粒子層3’及びAuナノ薄膜層5が紫外から近赤外域の光と表面プラズモン共鳴を起こす。この場合、これらのナノ薄膜層及びナノ粒子層は2種類の金属つまりAu及びAgよりなるので、後述のごとく、吸光スペクトルに2つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは透過光/反射光スペクトルに2つの透過/反射ディップ波長を発現させる。
In FIGS. 3A and 3B, the Au nano thin film layer 2a (or Ag nano thin film layer 2b), the Ag
また、図4においても、表面プラズモン共鳴を起こすAgナノ粒子層3’及びAuナノ薄膜層5は2種類の金属つまりAu及びAgよりなるので、やはり、吸光スペクトルに2つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは透過光/反射光スペクトルに2つの透過/反射ディップ波長を発現させる。但し、Auナノ薄膜層2a、Agナノ薄膜層2bが存在しない分、発現する吸収ピークあるいは透過/反射ディップは少し小さくなる。
Also in FIG. 4, the
図5は図1の(A)、(B)、図2、図3の(A)、(B)あるいは図4の局在プラズモン共鳴チップを図10(あるいは図11)の局在プラズモン共鳴バイオセンサに適用した場合に、測定装置104、205にて得られる吸光スペクトル、透過光スペクトル(あるいは反射光スペクトル)を示すグラフである。
FIG. 5 shows the localized plasmon resonance biochip of FIG. 10 (or FIG. 11) and the localized plasmon resonance chip of FIG. 10 (or FIG. 11). It is a graph which shows the light absorption spectrum and transmitted light spectrum (or reflected light spectrum) which are obtained with the measuring
図5の(A)に示す光源101(201)の光源スペクトルS0に対して、図5の(B)に示す吸光スペクトルS1及び図5の(C)に示す透過光/反射光スペクトルS2が得られる。従って、図5の(A)に示す光源スペクトルS0から図5の(C)に示す透過光/反射光スペクトルS2を減算することにより図5の(B)に示す吸光スペクトルS1が得られる。図12の吸光スペクトルS1においては、吸収ピークもしくは透過/反射ディップが1個であったのに対し、図5の吸光スペクトルS1もしくは透過光/反射光スペクトルにおいては、吸収ピークもしくは透過/反射ディップは2個存在する。尚、図5の(A)に示すごとく、透過光/反射光スペクトルS2より光源スペクトルS0は大きくなっている。 For the light source spectrum S0 of the light source 101 (201) shown in FIG. 5A, an absorption spectrum S1 shown in FIG. 5B and a transmitted / reflected light spectrum S2 shown in FIG. 5C are obtained. It is done. Therefore, by subtracting the transmitted / reflected light spectrum S2 shown in FIG. 5C from the light source spectrum S0 shown in FIG. 5A, an absorption spectrum S1 shown in FIG. 5B is obtained. In the absorption spectrum S1 of FIG. 12, there is one absorption peak or transmission / reflection dip, whereas in the absorption spectrum S1 or transmission / reflection light spectrum of FIG. 5, the absorption peak or transmission / reflection dip is There are two. As shown in FIG. 5A, the light source spectrum S0 is larger than the transmitted / reflected light spectrum S2.
尚、上述の第1、第2の実施の形態においては、ナノ薄膜層5はAu以外でもよいが、Auの場合には最表層として他の金属たとえばAg、Cu、Agの劣化を防止するためのコーティング層の作用をなしている。また、誘電体ナノ粒子層3、Agナノ粒子層3’の各粒子は完全に密接している必要がなく、粒子1〜3個分離れていてもよい。さらに、Agナノ薄膜層2b、Agナノ粒子層3’、Agナノ薄膜層4は他の金属たとえば銅(Cu)、アルミニウム(Al)でもよい。さらにまた、誘電体ナノ粒子層3、Agナノ粒子層3’は球状以外のロッド状、三角状、その他の多角形などでもよい。
In the first and second embodiments described above, the nano
図6は本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第3の実施の形態を示す断面図である。 FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of the localized plasmon resonance chip according to the present invention.
図6の(A)においては、深さ50〜500nmの穴1aがナノインプリントされた基板1の凸部上に、厚さ10nm〜100nmの銀(Ag)ナノ薄膜層4’を形成し、その上に、厚さ10nm〜100nmの金(Au)ナノ薄膜層5’を形成する。
6A, a silver (Ag) nano
図6の(B)においては、図6の(A)の基板1の凸部に加えて、Agナノ薄膜層4’及びAuナノ薄膜層5’が基板1の凹部にも形成されている。
In FIG. 6B, an Ag nano
図6においては、Agナノ薄膜層4’及びAuナノ薄膜層5’は非平板状つまり離散的に形成されているので、局在プラズモン共鳴を起こす。
In FIG. 6, the Ag nano
図6においては、Agナノ薄膜層4’及びAuナノ薄膜層5’が紫外から近赤外域の光と表面プラズモン共鳴を起こす。この場合、これらのナノ薄膜層は2種類の金属つまりAu及びAgよりなるので、第1、第2の実施の形態と同様に、吸光スペクトルに2つの吸収ピーク波長を発現させ、もしくは透過光/反射光スペクトルに2つの透過/反射ディップを発現させる。
In FIG. 6, the Ag nano
尚、上述の第3の実施の形態においても、最表層としてAuナノ薄膜層5’はAgナノ薄膜層4’の劣化を防止するためのコーティング層の作用をなしている。また、Agナノ薄膜層4’は他の金属たとえばCu、Alでもよい。
In the third embodiment described above, the Au nano thin film layer 5 'serves as a coating layer for preventing the deterioration of the Ag nano thin film layer 4' as the outermost layer. Further, the Ag nano
図7は本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第4の実施の形態を示す断面図である。 FIG. 7 is a sectional view showing a fourth embodiment of the localized plasmon resonance chip according to the present invention.
図7の(A)においては、基板1上に、球径10nm〜200nmの粒子よりなる銀(Ag)ナノ粒子層3’及び球径10nm〜200nmの粒子よりなる金(Au)ナノ粒子層3”をランダムに配置する。
In FIG. 7A, a silver (Ag)
図7の(B)においては、図7の(A)の基板1に深さ50nm〜500nmの穴1aがナノインプリントされている。
In FIG. 7B, holes 1a having a depth of 50 nm to 500 nm are nanoimprinted on the
図7においては、Agナノ粒子層3’及びAuナノ粒子層3”は非平板状つまり離散的に形成されているので、局在プラズモン共鳴を起こす。
In FIG. 7, the
図7の(A)、(B)においては、Agナノ粒子層3’及びAuナノ粒子層3”が紫外から近赤外域の光と表面プラズモン共鳴を起こす。この場合、これらのナノ粒子層は2種類の金属つまりAu及びAgよりなるので、第1、第2、第3の実施の形態と同様に、吸光スペクトルに2つの吸収ピーク波長を発現させ、もしくは透過光/反射光スペクトルに2つの透過/反射ディップ波長を発現させる。
7A and 7B, the
尚、上述の第4の実施の形態においても、Agナノ粒子層3’、Auナノ粒子層3”の各粒子は完全に密接している必要がない。また、Agナノ粒子層3’、Auナノ粒子層3”は異なる2種類の金属であればよい。さらに、Agナノ粒子層3’、Auナノ粒子層3”は球状以外のロッド状、三角状、その他の多角形などでもよい。
In the fourth embodiment described above, the
図8は本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第5の実施の形態を示す断面図である。 FIG. 8 is a sectional view showing a fifth embodiment of the localized plasmon resonance chip according to the present invention.
図8の(A)においては、基板1上に、球径10nm〜200nmの球状粒子よりなる金(Au)ナノ粒子層3”a及び長辺の長さ10nm〜200nmのロッド状粒子よりなる金(Au)ナノ粒子層3”bをランダムに配置する。
In FIG. 8A, a gold (Au)
図8の(B)においては、図8の(A)の基板1に深さ50nm〜500nmの穴1aがナノインプリントされている。
In FIG. 8B, holes 1a having a depth of 50 nm to 500 nm are nano-imprinted on the
図8においては、Auナノ粒子層3”a及びAuナノ粒子層3”bは非平板状つまり離散的に形成されているので、局在プラズモン共鳴を起こす。
In FIG. 8, since the
図8の(A)、(B)においては、Auナノ粒子層3”a及びAuナノ粒子層3”bが紫外から近赤外域の光と表面プラズモン共鳴を起こす。この場合、これらのナノ粒子層は同一の金属つまりAuよりなる粒子形状が異なるので、第1、第2、第3、第4の実施の形態と同様に、吸光スペクトルに2つの吸収ピーク波長を発現させ、もしくは透過光/反射光スペクトルに2つの透過/反射ディップ波長を発現させる。
In FIGS. 8A and 8B, the
尚、上述の第5の実施の形態においても、Auナノ粒子層3”a、Auナノ粒子層3”bの各粒子は完全に密接している必要がない。また、Auナノ粒子層3”a、Auナノ粒子層3”bは金以外の銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等でもよい。さらに、Auナノ粒子層3”a、Auナノ粒子層3”bは、球状、ロッド状、三角状、その他の多角形などのいずれか異なる2つの形状であればよい。
In the fifth embodiment described above, the
尚、上述の第1、第2、第3、第4の実施の形態においては、異なる2つの金属たとえばAu、Agを用いているが、異なる3つ以上の金属を用いてもよい。たとえば、図1の(A)、図2の(A)に示す局在プラズモン共鳴チップに厚さ10nm〜100nmの銅(Cu)ナノ薄膜層6を付加した局在プラズモン共鳴チップを図9の(A)、(B)に示す。この場合には、吸光スペクトルに3つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは透過光/反射光スペクトルに3つの透過/反射ディップ波長を発現させる。 In the first, second, third, and fourth embodiments described above, two different metals such as Au and Ag are used, but three or more different metals may be used. For example, a localized plasmon resonance chip obtained by adding a copper (Cu) nano thin film layer 6 having a thickness of 10 nm to 100 nm to the localized plasmon resonance chip shown in FIGS. Shown in A) and (B). In this case, three absorption peak wavelengths are expressed in the absorption spectrum, or three transmission / reflection dip wavelengths are expressed in the transmitted light / reflected light spectrum.
尚、本発明におけるナノメートルオーダは、薄膜層の場合、厚さ10nm〜100nmを意味し、粒子の場合、球径、ロッドの長辺の長さもしくは三角の高さの長さ10nm〜200nmを意味する。 The nanometer order in the present invention means a thickness of 10 nm to 100 nm in the case of a thin film layer, and in the case of particles, a sphere diameter, a length of a long side of a rod or a length of a triangle of 10 nm to 200 nm. means.
尚、本発明は上述の第1〜第5の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更も適用し得る。 It should be noted that the present invention can be applied to any modifications within the obvious range of the first to fifth embodiments described above.
本発明に係る局在プラズモン共鳴チップを有する局在プラズモン共鳴バイオセンサは上述の医療診断、健康診断、食品検査等以外にセキュリティ(爆薬、麻薬)にも利用できる。また、抗原抗体反応における目的物質である抗原物質の定量以外に、DNA等の選択的結合における特定物質の定量に利用できる。 The localized plasmon resonance biosensor having the localized plasmon resonance chip according to the present invention can be used for security (explosives, narcotics) in addition to the above-described medical diagnosis, health check, food inspection, and the like. Further, in addition to the quantification of an antigen substance that is a target substance in an antigen-antibody reaction, it can be used for quantification of a specific substance in selective binding of DNA or the like.
1:基板
1a:穴
2a:Auナノ薄膜層
2b:Agナノ薄膜層
3:誘電体ナノ粒子層
3’:Agナノ粒子層
3”:Auナノ粒子層
4、4’:Agナノ薄膜層
5、5’:Auナノ薄膜層
6:Cuナノ薄膜層
101:光源
102:コリメータレンズ
103:局在プラズモン共鳴チップ
103a:表面プラズモン共鳴部
104:測定装置
201:光源
202:コリメータレンズ
203:ビームスプリッタ
204:局在プラズモン共鳴チップ
204a:表面プラズモン共鳴部
205:測定装置
S0:光源スペクトル
S1: 吸光スペクトル
S2:透過光/反射光スペクトル
L1、L2:光
1:
S0: Light source spectrum
S1: Absorption spectrum
S2: Transmitted light / reflected light spectrum
L1, L2: Light
たとえば、表面プラズモン共鳴部103a、204aが同一金属であっても、金属ナノ薄膜層の厚さ、金属ナノ粒子層の粒子サイズ、球状、ロッド形状、三角形状等の形状、集合状態が製造上でばらつき、この結果、吸光スペクトルあるいは透過光/反射光スペクトルがつぶれた山状あるいは緩やかな谷状となり、センシング精度が低下する。 For example, even if the surface plasmon resonance portions 103a and 204a are the same metal, the thickness of the metal nano thin film layer, the particle size of the metal nano particle layer, the shape such as a spherical shape, a rod shape, and a triangular shape, and the aggregated state are As a result, the absorption spectrum or the transmitted / reflected light spectrum becomes a crushed mountain shape or a gentle valley shape, and the sensing accuracy decreases.
尚、上述の第1、第2の実施の形態においては、ナノ薄膜層5はAu以外でもよいが、Auの場合には最表層として他の金属たとえばAg、Cu、Alの劣化を防止するためのコーティング層の作用をなしている。また、誘電体ナノ粒子層3、Agナノ粒子層3’の各粒子は完全に密接している必要がなく、粒子1〜3個分離れていてもよい。さらに、Agナノ薄膜層2b、Agナノ粒子層3’、Agナノ薄膜層4は他の金属たとえば銅(Cu)、アルミニウム(Al)でもよい。さらにまた、誘電体ナノ粒子層3、Agナノ粒子層3’は球状以外のロッド状、三角状、その他の多角形などでもよい。
In the first and second embodiments described above, the nano
Claims (14)
該基板上に配置され、第1の金属を含むナノメートルオーダの非平板状の第1の金属層と、
該第1の金属層上に配置され、前記第1の金属と異なる第2の金属を含むナノメートルオーダの非平板状の第2の金属層と
を具備する局在プラズモン共鳴チップ。 A substrate,
A non-planar non-planar first metal layer disposed on the substrate and comprising a first metal;
A localized plasmon resonance chip comprising: a second metal layer having a non-planar shape of nanometer order, which is disposed on the first metal layer and includes a second metal different from the first metal.
さらに、前記基板と前記第1の金属層との間に配置された誘電体粒子層を具備する請求項1に記載の局在プラズモン共鳴チップ。 The first and second metal layers comprise metal thin film layers,
The localized plasmon resonance chip according to claim 1, further comprising a dielectric particle layer disposed between the substrate and the first metal layer.
該第3の金属層は金属薄膜層を具備する請求項2に記載の局在プラズモン共鳴チップ。 And a third metal layer in a nanometer order, which is disposed between the substrate and the dielectric particle layer, and includes any one of the first and second metals.
The localized plasmon resonance chip according to claim 2, wherein the third metal layer comprises a metal thin film layer.
前記第2の金属層は金属薄膜層を具備する請求項1に記載の局在プラズモン共鳴チップ。 The first metal layer is a metal particle layer;
The localized plasmon resonance chip according to claim 1, wherein the second metal layer includes a metal thin film layer.
該第3の金属層は金属薄膜層である請求項4に記載の局在プラズモン共鳴チップ。 Furthermore, it is disposed between the substrate and the first metal layer, and comprises a third metal layer having a flat plate shape of nanometer order including any of the first and second metals,
The localized plasmon resonance chip according to claim 4, wherein the third metal layer is a metal thin film layer.
前記第1、第2の金属層は該基板の凸部上に形成された金属薄膜層を具備する請求項1に記載の局在プラズモン共鳴チップ。 The substrate is processed with irregularities at a depth of 50 to 500 nm,
2. The localized plasmon resonance chip according to claim 1, wherein the first and second metal layers include a metal thin film layer formed on a convex portion of the substrate.
前記第2の金属は金(Au)である請求項1に記載の局在プラズモン共鳴チップ。 The first metal is one of silver (Ag), copper (Cu) and aluminum (Al);
The localized plasmon resonance chip according to claim 1, wherein the second metal is gold (Au).
該基板上にランダムに配置され、第1の金属を含むナノメートルオーダの第1の金属粒子及び該第1の金属と異なる第2の金属を含むナノメートルオーダの第2の金属粒子と
を具備する局在プラズモン共鳴チップ。 A substrate,
First nanometer order metal particles randomly arranged on the substrate and comprising a second metal different from the first metal and comprising a second metal different from the first metal. Localized plasmon resonance chip.
前記第2の金属は金(Au)である請求項9に記載の局在プラズモン共鳴チップ。 The first metal is one of silver (Ag), copper (Cu) and aluminum (Al);
The localized plasmon resonance chip according to claim 9, wherein the second metal is gold (Au).
該基板上にランダムに配置され、ある金属を含むナノメートルオーダの第1の金属粒子及び前記金属を含むナノメートルオーダの第2の金属粒子と
を具備し、前記第1の金属粒子の形状と前記第2の金属粒子の形状とを異ならせた局在プラズモン共鳴チップ。 A substrate,
A first metal particle having a nanometer order including a certain metal, and a second metal particle having a nanometer order including the metal, and the shape of the first metal particle; A localized plasmon resonance chip in which the shape of the second metal particle is different.
である請求項12に記載の局在プラズモン共鳴チップ。
The localized plasmon resonance chip according to claim 12, wherein the metal is one of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al).
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JP2013133753A JP2015010825A (en) | 2013-06-26 | 2013-06-26 | Localized plasmon resonance chip |
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WO2018043298A1 (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Light absorbing body, bolometer, infrared ray absorbing body, solar thermal power generating device, radiant cooling film, and method for manufacturing light absorbing body |
CN111122517A (en) * | 2020-01-07 | 2020-05-08 | 沈阳大学 | Sensor based on asymmetric nanoparticle dimer micro-nano structure |
-
2013
- 2013-06-26 JP JP2013133753A patent/JP2015010825A/en active Pending
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