JP2015127442A - プラズモンセンサー用基板およびプラズモンセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることができるプラズモンセンサー用基板およびプラズモンセンサーを提供する。【解決手段】支持基板と、支持基板の表面上に配置される金属粒子膜と、を有し、金属粒子膜が、無機結着剤を介して互いに連結された複数の金属粒子から構成され、複数の金属粒子の平均粒子径が、０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下であり、無機結着剤が、リン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、塩化アルミニウムおよびリン酸金からなる群から選択される少なくとも１種であるプラズモンセンサー用基板。【選択図】図１

Description

本発明は、照射光の照射により表面プラズモン共鳴が生じるプラズモンセンサー用基板およびプラズモンセンサーに関するものである。

プラズモン共鳴は、金、銀等の貴金属の表面に光を照射した際に、金属表面が励起状態となり、局在する電子密度波であるプラズモン波が、電磁波と相互作用を起こし（共鳴励起）、共鳴状態を形成する現象である。そのうち、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）は、金属表面に光を照射した際に、金属表面の自由電子が励起状態となり、自由電子が集団で振動することで、表面プラズモン波が発生し、強い電場が発生する現象である。

表面プラズモン共鳴が生じる金属表面の近傍の領域、具体的には、金属表面から２００ｎｍ以内程度の領域では、数桁倍（一例では、１０^８〜１０^１０倍）に及ぶ電場の増強が見られ、各種の光学効果に顕著な高揚が観察される。例えば、金等からなる金属膜を蒸着したプリズムに臨界角以上の角度で光を入射すると、金属膜表面の誘電率変化を、表面プラズモン共鳴現象による反射光（ラマン散乱光など）の強度の変化として、高感度で検出することができる。
具体的には、表面プラズモン共鳴現象を応用したＳＰＲ装置を用いることにより、生体分子間の反応量および結合量の測定や速度論的解析が、ノンラベルでかつリアルタイムで行われている。ＳＰＲ装置は、免疫応答、シグナル伝達、タンパク質、核酸等の様々な物質間の相互作用の研究に応用されており、最近では、微量ダイオキシンの分析にも利用されている。

近年、複数の金属粒子を互いに近接して配置したプラズモンセンサー用基板の開発が行われている。例えば、特許文献１には、「アルミニウム部材の表面に陽極酸化処理を施して、マイクロポアが存在する陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化処理工程と、マイクロポアを金属で充填する封孔処理工程と、封孔処理工程の後、陽極酸化皮膜の上層表面の一部を除去し、表面の平均表面粗さ（Ｒ_ａ）を３０ｎｍ以下にする表面処理工程と、表面処理工程後、封孔処理により充填した金属上に、電着により更に金属粒子を形成し、構造体を得る電着工程とを具備する、構造体の製造方法。」が開示され（請求項１）、この製造方法により得られる構造体（プラズモンセンサー用基板）として、「陽極酸化皮膜に存在するマイクロポアの平均ポア径が１０〜５００ｎｍであり、ポア径の変動係数が５〜２０％であって、かつ、金属粒子の平均粒径が該平均ポア径よりも大きく、隣接するマイクロポア間の平均中心間隔よりも小さい構造体」が開示されている（請求項５）。このように、金属粒子同士を間隔を空けて配置することにより複数の金属粒子が互いに離間され、プラズモン波を局在化させて表面プラズモン共鳴による電場をより増強させることができる。

特開２００６−０８９７８８号公報

さらに、表面プラズモン共鳴による電場の大きさは、複数の金属粒子が互いに離間する離間部分、いわゆるホットスポットにおいて増強されるため、ホットスポットの数を増加させることが求められる。
ここで、特許文献１には「金属粒子を２００ｎｍ以内の間隔で隣接して存在させる」ことが記載されているが、金属粒子の間隔は、陽極酸化膜に形成されたマイクロポアの間隔によって規制されるため、金属粒子の間隔を容易に小さくすることができないといった問題があった。また、特許文献１では、金属粒子の大きさも陽極酸化膜に形成されたマイクロポアの大きさによって規制されるため、金属粒子を容易に小さく形成することができないといった問題があった。このため、特許文献１のプラズモンセンサー用基板は、金属粒子の大きさおよび間隔を小さくしてホットスポットの数を増加させることが難しく、表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることは困難であった。

そこで、本発明は、表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることができるプラズモンセンサー用基板およびプラズモンセンサーを提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を達成すべく鋭意研究した結果、所定の平均粒子径を有する複数の金属粒子を無機結着剤を介して互いに連結させた金属粒子膜を設けることにより、表面プラズモン共鳴による電場が大きく増強することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。

（１） 支持基板と、
支持基板の表面上に配置される金属粒子膜と、を有し、
金属粒子膜が、無機結着剤を介して互いに連結された複数の金属粒子から構成され、
複数の金属粒子の平均粒子径が、０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下であり、
無機結着剤が、リン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、塩化アルミニウムおよびリン酸金からなる群から選択される少なくとも１種であるプラズモンセンサー用基板。

（２） 複数の金属粒子の平均粒子径が、１０．０μｍ以下である（１）に記載のプラズモンセンサー用基板。

（３） 複数の金属粒子は、平均粒子径に対する粒子径の標準偏差の比率が１０％以内である（１）または（２）に記載のプラズモンセンサー用基板。

（４） 無機結着剤は、複数の金属粒子を構成する金属と同じ金属原子を含む（１）〜（３）のいずれかに記載のプラズモンセンサー用基板。

（５） 複数の金属粒子は、金、銀およびアルミニウムからなる群から選択される少なくとも１種である（１）〜（４）のいずれかに記載のプラズモンセンサー用基板。

（６） 支持基板は、誘電体から構成される（１）〜（５）のいずれかに記載のプラズモンセンサー用基板。

（７） （１）〜（６）のいずれかに記載のプラズモンセンサー用基板と、
プラズモンセンサー用基板の金属粒子膜に照射光を照射する光照射部と、
照射光の照射により表面プラズモン共鳴が生じた金属粒子膜から反射される反射光を検出する光検出部とを有するプラズモンセンサー。

本発明によれば、表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることができるプラズモンセンサー用基板およびプラズモンセンサーを提供することができる。

本発明のプラズモンセンサー用基板の好適な実施形態の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の変形例に係るプラズモンセンサー用基板の構成を示す断面図である。 本発明のプラズモンセンサーの好適な実施形態の一例を示す模式図である。

［プラズモンセンサー用基板］
以下に、本発明のプラズモンセンサー用基板について詳細に説明する。
本発明のプラズモンセンサー用基板は、支持基板と、支持基板の表面上に配置される金属粒子膜と、を有し、金属粒子膜が、無機結着剤を介して互いに連結された複数の金属粒子から構成され、複数の金属粒子の平均粒子径が、０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下であり、無機結着剤が、リン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、塩化アルミニウムおよびリン酸金からなる群から選択される少なくとも１種であるプラズモンセンサー用基板である。

このような構成を有する本発明のプラズモンセンサー用基板は、表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることができる。
すなわち、本発明のプラズモンセンサー用基板は、平均粒子径が０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下の微小な金属粒子を低分子量の無機結着剤により極めて近接して配置するため、金属粒子膜において複数の金属粒子が互いに離間する離間部分、いわゆるホットスポットの数を大きく増加させることができる。このホットスポットは、表面プラズモン共鳴による電場が大きく増強される領域であり、金属粒子膜のホットスポットの数を大きく増加させることで、表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることができる。

次に、本発明のプラズモンセンサー用基板の全体の構成について図１および図２を用いて説明した後に、各構成について詳述する。

図１は、本発明のプラズモンセンサー用基板の実施形態の一例を示す模式的な断面図である。
図１に示すプラズモンセンサー用基板１は、平板形状の支持基板２と、支持基板２の表面上に配置される金属粒子膜３とを有する。金属粒子膜３は、複数の金属粒子４と、それぞれの金属粒子４を覆うように配置された低分子量の無機結着剤５とを有し、複数の金属粒子４が無機結着剤５を介して互いに連結されている。このように、複数の金属粒子５の間を低分子量の無機結着剤４で連結することにより、複数の金属粒子５が互いに離間する離間距離６を極めて小さくすることができ、金属粒子膜３におけるホットスポットの数を大きく増加させることができる。このため、後述するプラズモンセンサーにおいて金属粒子膜３の表面７に照射光を照射することにより、表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることができる。

また、図２に示すように、支持基板２の一部に支持基板２を貫通する開口部８を設けて、金属粒子膜３の裏面９の一部を露出させることができる。これにより、支持基板２の開口部８を介して金属粒子膜３の裏面９に照射光を照射することができ、照射光の照射により金属粒子膜３の表面７に表面プラズモン共鳴を生じさせることができる。
なお、開口部８には、照射光を透過可能なガラスなどの透明な材料から構成される光透過部を設けることもできる。

＜支持基板＞
上記支持基板は、金属粒子膜を支持するためのもので、その形状は金属粒子膜を支持できれば特に限定されるものではない。
また、支持基板の構成材料の構成材料としては、例えば無機化合物から形成される基材であるのが好ましく、具体的には、金属基材、セラミックス基材、ガラス基材等を好適に用いることができる。なお、これらを一種単独で用いてもよく、２種以上を併用ないし積層してもよい。
上記金属基材の素材である金属としては、具体的には、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン等が挙げられる。
また、セラミックス基材の素材であるセラミックスとしては、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などが好ましい。あるいは、炭化ケイ素や窒化アルミニウムなどのセラミックと、アルミニウムやシリコンとの複合体であってもよい。
ここで、支持基板は、表面プラズモン共鳴に影響を与えないように誘電体から構成されることが好ましく、具体的には、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも１種から構成されるのがより好ましい。また、支持基板が、照射光を透過可能なガラス基材から構成されることにより、金属粒子膜の裏面側から照射光を照射することもできる。

＜金属粒子膜＞
上記金属粒子膜は、後述するプラズモンセンサーにおいて照射光の照射により表面プラズモン共鳴を生じさせるものであり、金属粒子と無機結着剤とを含んでいる。

〔金属粒子〕
本発明においては、複数の金属粒子の平均粒子径は、０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下である。金属粒子の平均粒子径を上記の範囲とすることで、金属粒子膜に配置される金属粒子の数を大きく増加させることができ、これに応じてホットスポットの数が増加し、後述するプラズモンセンサーにおいて表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることができる。さらに、金属粒子の数を増加させることで金属粒子膜の表面において単位面積当たりに存在する金属粒子の数が均一化するため、金属粒子膜において生じる表面プラズモン共鳴による電場を一様に増強させることができる。このため、例えば、プラズモンセンサーにおいて金属粒子膜の表面上に解析対象が配置された際に、その配置場所により電場の増強が異なることを抑制することができ、測定の再現性を向上することができる。

ここで、平均粒子径とは、金属粒子膜に含まれる金属粒子の粒子径の平均値をいい、レーザ回折散乱式粒子径分布測定装置を用い、光散乱法により測定された５０％体積累積径（Ｄ５０）をいう。

また、複数の金属粒子の平均粒子径は、１０．０μｍ以下であるのが好ましく、２．０μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、ホットスポットの数がさらに増加し、プラズモンセンサーにおける表面プラズモン共鳴による電場を著しく増強させることができる。

また、複数の金属粒子は、平均粒子径Ａに対する粒子径の標準偏差Ｓの比率（Ｓ／Ａ）が１０％以内であることが好ましく、８％以内であることがより好ましい。平均粒子径Ａに対する粒子径の標準偏差Ｓの比率を１０％以内とすることで、金属粒子膜におけるホットスポットの配置を均一化することができ、プラズモンセンサーにおける表面プラズモン共鳴による電場を著しく増強させることができる。
ここで、粒子径の標準偏差とは、レーザ回折散乱式粒子径分布測定装置を用いて、光散乱法により複数の金属粒子の粒径とその数を測定し、得られた複数の金属粒子の粒径と数に基づいて算出された標準偏差をいう。

また、複数の金属粒子は、金、銀およびアルミニウムからなる群から選択される少なくとも１種であるのが好ましい。金属粒子を上記の材料から構成することにより、プラズモンセンサーにおける表面プラズモン共鳴による電場を効率よく増強させることができ、さらに酸化が抑制されるため測定の再現性を向上することができる。

〔無機結着剤〕
上記無機結着剤は、金属粒子間に微小な離間距離を設けて互いに連結するものである。
本発明においては、無機結着剤は、リン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、塩化アルミニウムおよびリン酸金からなる群から選択される少なくとも１種である。例えば、リン酸アルミニウムを無機結着剤として用いた場合には、下記式で表されるように金属粒子（下記式においては「ＭＥＴＡＬ」で示される。）が連結される。

このように、無機結着剤は、低分子量の材料であり、例えばポリビニルアルコールなどの重合体を用いて金属粒子を連結する場合と比較して、金属粒子間の離間距離を極めて小さく形成することができる。これにより、金属粒子膜のホットスポットの数を増加させることができ、後述するプラズモンセンサーにおいて表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強させることができる。
ここで、金属粒子間の離間距離は、１．０Å〜１００Åであるのが好ましい。金属粒子間の離間距離を上記の範囲とすることにより、金属粒子膜のホットスポットの数がより増加し、表面プラズモン共鳴による電場を著しく増強させることができる。
さらに、無機結着剤は、強い光耐性を有するため、例えばポリビニルアルコールなどと比較し、照射光の照射による劣化を抑制して金属粒子膜の強度を保つことができる。このため、例えば、プラズモンセンサーにおいて高エネルギーの照射光を照射する場合でも、再現性に優れた測定結果を得ることができる。

また、無機結着剤は、プラズモンセンサーにおいて照射される照射光に対して光吸収などの影響が小さい材料を用いるのが好ましく、例えば透明な材料を用いることが好ましい。
また、無機結着剤は、複数の金属粒子を構成する金属と同じ金属原子を含むことが好ましい。例えば、複数の金属粒子に金を用いる場合には、無機結着剤としては金原子を含むリン酸金などを用いることができる。このように、金属粒子と同じ金属原子を含む無機結着剤を用いることにより、金属粒子間の結着性を高めて金属粒子膜の強度を向上し、例えば、プラズモンセンサーにおいて高エネルギーの照射光を照射する場合でも、再現性に優れた測定結果を得ることができる。

＜プラズモンセンサー用基板の製造方法＞
プラズモンセンサー用基板の製造方法は、特に限定されないが、無機結着剤前駆物質を含有するバインダー液に金属粒子を混合して、この混合液をコーターなどを用いて支持基板上に所定量塗布し、その後加熱処理（低温焼成）するのが好ましい。
ここで、反応式に従う化学量論組成比で無機結着剤前駆物質と金属粒子との水分散体を調整すると、反応が進むとともに液の粘度が急激に上昇する。このような現象を回避し安定的に金属粒子膜を形成させる目的で予め若干の水を添加しておくことが望ましい。

（低温焼成）
無機結着剤前駆体物質と金属粒子とを含む水分散体を基板に塗布後、反応を進めて反応により生成する無機結着剤により金属粒子を結着するために低温焼成を行なう。低温焼成温度は、１００℃〜３００℃であり、１５０℃〜３００℃であるのが好ましく、２００℃〜２５０℃である事がより好ましい。また、無機結着剤前駆物質間の反応を進めて結着させるには１５０℃以上の温度が望ましく、さらに得られる無機結着剤に残存する吸着水を完全に除去するためには１８０℃以上であることが望ましい。
焼成時間は１０分〜６０分であり、２０分〜４０分が更に好ましい。短時間では反応の進行が不十分であり、長時間になると焼成温度との関係で支持基板の強度変化をきたすおそれがある。この理由から、焼成時間は２０分〜４０分がもっとも好ましい。
バインダー液は水分を含む液であるため、塗布後上記低温焼成処理の前に乾燥工程を入れてもよい。リン酸アルミニウム生成反応や結着反応を起こさない１００℃以下の温度で乾燥させてもよい。

［プラズモンセンサー］
以下に、本発明のプラズモンセンサーについて詳細に説明する。
本発明のプラズモンセンサーは、上述したプラズモンセンサー用基板と、プラズモンセンサー用基板の金属粒子膜に照射光を照射する光照射部と、照射光の照射により表面プラズモン共鳴が生じた金属粒子膜から反射される反射光を検出する光検出部とを有するプラズモンセンサーである。
次に、本発明のプラズモンセンサーの構成について、図３を用いて説明する。

図３は、本発明のプラズモンセンサーの好適な実施形態の一例を示す模式図である。
図３に示すように、プラズモンセンサー２１は、支持基板２の表面上に金属粒子膜３を配置したプラズモンセンサー用基板１と、プラズモンセンサー用基板１の金属粒子膜３に対して照射光Ｉを照射する光照射部２２と、光照射部２２からの照射光の照射により表面プラズモン共鳴が生じた金属粒子膜３から反射される反射光Ｒを検出する光検出部２３とを有する。

光照射部２２からの照射光Ｉがプラズモンセンサー用基板１の金属粒子膜３の表面７上に照射されることで、金属粒子膜３の表面７において表面プラズモン共鳴による電場が生じる。この時、金属粒子膜３には、平均粒子径が０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下の微小な金属粒子４が低分子量の無機結着剤５により極めて近接して配置されており、ホットスポットが数多く存在するため、表面プラズモン共鳴による電場を大きく増強することができる。
一方、プラズモンセンサー用基板１の金属粒子膜３の表面７上には、解析対象Ｓが固定されており、光照射部２２からの照射光Ｉが解析対象Ｓに照射されることにより、ラマン散乱光が生じる。このラマン散乱光は、金属粒子膜３の表面７で生じた表面プラズモン共鳴による電場に起因して増強される。すなわち、金属粒子膜３において大きく増強された表面プラズモン共鳴による電場により、解析対象Ｓから生じたラマン散乱光は大きく増強されることになる。
このようにして増強されたラマン散乱光が、反射光Ｒとして反射され、光検出部２３で検出される。

このように、金属粒子膜３により表面プラズモン共鳴による電場が大きく増強されるため、解析対象Ｓに起因するラマン散乱光などの反射光を大きく増強することができ、解析対象Ｓについて詳細なデータを得ることができる。

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。

（実施例１）
以下に示す組成のバインダー液Ａ１００ｇに対して、金属粒子として金粒子（平均粒子径：０．０２μｍ、粒子径の標準偏差：０．００１μｍ）を１００ｇ添加し、撹拌することにより塗布液を調製した。続いて、酸化アルミニウム板をメタノール脱脂処理した支持基板上に塗布液を塗布して塗膜を形成した後、２２０℃で加熱して乾燥および焼成を行うことにより、プラズモンセンサー用基板を作製した。
＜バインダー液Ａ（無機結着剤：リン酸アルミニウム）＞
・リン酸８５％ （和光純薬工業株式会社製） ４８ｇ
・水酸化アルミニウム（和光純薬工業株式会社製） １１ｇ
・水 ４１ｇ

（実施例２）
金属粒子として、平均粒子径が０．５μｍで且つ粒子径の標準偏差が０．０４μｍの金粒子を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。

（実施例３）
金属粒子として、平均粒子径が２．０μｍで且つ粒子径の標準偏差が０．２μｍの金粒子を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。

（実施例４）
以下に示す組成のバインダー液Ｂ１００ｇに対して、金属粒子として銀粒子（平均粒子径：０．５μｍ、粒子径の標準偏差：０．０４μｍ）を１００ｇ添加し、撹拌することにより塗布液を調製した以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。
＜バインダー液Ｂ（無機結着剤：ケイ酸ナトリウム）＞
・ケイ酸ソーダ（比重１．４）（富山化学株式会社製） ５０ｇ
・水 ５０ｇ

（実施例５）
以下に示す組成のバインダー液Ｃ１００ｇに対して、金属粒子としてアルミニウム粒子（平均粒子径：０．５μｍ、粒子径の標準偏差：０．０４５μｍ）を１００ｇ添加し、撹拌することにより塗布液を調製した以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。
＜バインダー液Ｃ（無機結着剤：塩化アルミニウム）＞
・塩酸３５％ (和光純薬工業株式会社製) ４６．９ｇ
・水酸化アルミニウム(和光純薬工業株式会社製) １１ｇ
・水 ９０ｇ

（実施例６）
金属粒子として、粒子径の標準偏差が０．００３μｍの金粒子を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。

（実施例７）
金属粒子として、平均粒子径が１５．０μｍで且つ粒子径の標準偏差が１．５μｍの金粒子を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。

（実施例８）
以下に示す組成のバインダー液Ｄを用いた以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。
＜バインダー液Ｄ（無機結着剤：リン酸金）＞
・リン酸８５％ (和光純薬工業株式会社製) ４８ｇ
・水酸化金（ＩＩＩ） (和光純薬工業株式会社製) ３５ｇ
・水 ４１ｇ

（実施例９）
金属粒子として、平均粒子径が１．０μｍで且つ粒子径の標準偏差が０．１μｍの銅粒子を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。

（実施例１０）
支持基板としてアルミニウム板（Ａ５０５２材）を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。

（比較例１）
メタノール脱脂処理したアルミニウム板（Ａ５０５２材）をプラズモンセンサー用基板として用いた。

（比較例２）
金属粒子として、平均粒子径が２５．０μｍで且つ粒子径の標準偏差が２．０μｍの金粒子を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。

（比較例３）
以下に示す組成のバインダー液Ｅを用いて塗布液を調整し且つ８０℃で加熱して乾燥を行った以外は、実施例１と同様の方法により、プラズモンセンサー用基板を作製した。
＜バインダー液Ｅ＞
・デンカポバールＫ−１７Ｕ６（電気化学工業株式会社） ２０ｇ
・水 ８０ｇ

（比較例４）
（１）鏡面仕上げ処理
高純度アルミニウム基板（和光純薬工業株式会社製、純度９９．９９質量％、厚さ０．４ｍｍ）に対して、研磨布を用いた研磨、バフ研磨および電解研磨をこの順に行うことにより、鏡面仕上げ処理を施した。バフ研磨後には水洗を行った。
研磨布を用いた研磨は、研磨盤（Ｓｔｒｕｅｒｓ Ａｂｒａｍｉｎ、丸本ストルアス株式会社製）および耐水研磨布を用い、耐水研磨布の番手を＃２００、＃５００、＃８００、＃１０００および＃１５００の順に変更しつつ行った。
バフ研磨は、スラリー状研磨剤（ＦＭ Ｎｏ．３（平均粒径１μｍ）およびＦＭ Ｎｏ．４（平均粒径０．３μｍ）、いずれも株式会社フジミインコーポレーテッド社製）を用いて行った。
電解研磨は、下記組成の電解液（温度７０℃）を用いて、陽極をアルミニウム基板、陰極をカーボン電極とし、１３０ｍＡ／ｃｍ²の定電流で、２分間行った。電源としては、ＧＰ０１１０−３０Ｒ（株式会社高砂製作所社製）を用いた。

＜電解液組成＞
・８５質量％リン酸（和光純薬工業株式会社製） ６６０ｍＬ
・純水 １６０ｍＬ
・硫酸 １５０ｍＬ
・エチレングリコール ３０ｍＬ

（２）窪みの形成
鏡面仕上げを施したアルミニウム基板の表面に、特開２００６−０８９７８８号公報に記載の手順従って以下の自己規則化法により、後述する陽極酸化処理においてマイクロポア形成の開始点となる窪みを形成させた。

＜自己規則化法＞
鏡面仕上げ後のアルミニウム基板に、０．３ｍｏｌ／Ｌリン酸（関東化学株式会社製）の電解液で、電圧１９５Ｖ、液温度０℃、安定時の電流密度０．２５Ａ／ｄｍ^２の条件で８時間の自己規則化陽極酸化処理を行い、膜厚４０μｍの陽極酸化膜を形成させた。自己規則化陽極酸化処理においては、冷却装置としてＮｅｏＣｏｏｌ ＢＤ３６（ヤマト科学株式会社製）、かくはん加温装置としてペアスターラー ＰＳ−１００（ＥＹＥＬＡ東京理化器械株式会社製）、電源としてＧＰ０６５０−２Ｒ（株式会社高砂製作所社製）を用いた。

次いで、陽極酸化膜が形成された基板を、下記組成の混合水溶液（液温：５０℃）に浸せきさせて、陽極酸化膜を溶解させる脱膜処理を行った。脱膜処理後の陽極酸化膜の膜厚は、０．１μｍ以下であった。
＜混合水溶液組成＞
・８５質量％リン酸（関東化学株式会社製） １００ｇ
・無水クロム酸（関東化学株式会社製） ３０ｇ
・純水 １５００ｇ

（３）本陽極酸化処理
窪みを形成させた基板に本陽極酸化処理を施した。本陽極酸化処理は、基板を０．３ｍｏｌ／Ｌリン酸の電解液中に浸漬させ、電圧１９５Ｖ、液温度０℃の条件で電解処理を８回施すことにより行った。
１回目の電解処理は、定電圧の初期設定値Ｖ_０に到達したら電解を中断し、２回目の電解処理は、定電圧の初期設定値０．９×Ｖ_０［Ｖ］に到達したら電解を中断し、３回目の電解処理は、定電圧の初期設定値０．８×Ｖ_０［Ｖ］に到達したら電解を中断し、４〜８回目の電解処理は、定電圧の初期設定値｛１−０．１×（ｎ−１）｝×Ｖ_０に到達したら電解を中断した。

（４）ポアワイド処理
ポアワイド処理は、基板を、濃度５０ｇ／Ｌのリン酸水溶液（液温３０℃）に、３０分間浸せきさせることにより行った。

（５）封孔処理
封孔処理は、Ａｕ電着法により行った。具体的には、下記の浴組成からなるメッキ浴（ｐＨ１０、液温７５℃）に基板を浸せきさせ、対極として高純度白金板を用い、電流密度０．１Ａ／ｄｍ²の条件で、５〜６分間電着処理を施した。
＜浴組成＞
・ジシアノ金（Ｉ）酸カリウム ６ｇ／Ｌ
・シアン化カリウム １３ｇ／Ｌ
・水酸化カリウム １１ｇ／Ｌ
・水素化ホウ素カリウム ２２ｇ／Ｌ

（６）表面処理
表面処理は、成膜除去方法（機械研磨法）により行った。具体的には、超精密研磨装置（ＭＡ−２００Ｄ、ムサシノ電子株式会社製）を用いて、ダイヤモンドスラリー（＃２４０００００、粒径０．１μｍ）で基板を３０秒間、回転速度５０ｒｐｍで研磨した後、酸化アルミ（粒径０．０５μｍ）で基板を１０秒間、回転速度５０ｒｐｍで研磨した。
上記研磨は、３質量％リン酸水溶液をスプレーにて適宜吹き付けて行い、目視により研磨面を観察し、充填した金の色彩が光沢色から変化した時点、具体的は充填した金が金色から赤紫色に変化した時点を目安として研磨終了時間を設定した。

（７）電着処理
次いで、金粒子を上述した封孔処理と同様の方法で電着させることにより、プラズモンセンサー用基板を作製した。ここで、電着時間は１０００秒とし、金粒子は平均粒径が８００ｎｍのものを用いた。

（比較例５）
アルミニウム板をメタノール脱脂処理した支持基板上に、蒸着により３μｍ厚の金の薄膜を形成することにより、プラズモンセンサー用基板を作製した。

作製したプラズモンセンサー用基板の金属粒子膜に含まれる金属粒子の平均粒子径は、５０％体積累積径（Ｄ５０）を測定することにより得られた。具体的には、プラズモンセンサー用基板から金属粒子膜を切削し、切削した金属粒子膜に対して水中で超音波処理を行うことで、金属粒子膜中に含有する金属粒子の水分散液を得た。得られた分散液をレーザ回折散乱式粒子径分布測定装置（ＬＡ９６０Ｎ、株式会社堀場製作所製）により測定することで、５０％体積累積径（Ｄ５０）が得られた。この結果を下記第１表に示す。

また、作製したプラズモンセンサー用基板の金属粒子膜に含まれる金属粒子の粒子径の標準偏差は、金属粒子膜に含まれる複数の金属粒子の粒子径とその数に基づいて算出した。具体的には、プラズモンセンサー用基板から金属粒子膜を切削し、切削した金属粒子膜に対して水中で超音波処理を行うことで、金属粒子膜中に含有する金属粒子の水分散液を得た。得られた分散液をレーザ回折散乱式粒子径分布測定装置（ＬＡ９６０Ｎ、株式会社堀場製作所製）により測定することで、金属粒子膜に含まれる複数の金属粒子の粒子径とその数が得られ、これらに基づいて標準偏差を算出した。この結果を下記第１表に示す。

（評価方法）
（１）ラマン散乱強度の増強倍率
３×１０^−７ｍｏｌ／Ｌのローダミン６Ｇ水溶液（関東化学株式会社製）および０．１ｍｏｌ／ＬのＮａＣｌ水溶液（関東化学株式会社製）をプラズモンセンサー用基板の金属粒子膜の表面に塗布した後、ラマン分光分析装置（Ｔ６４０００、株式会社堀場製作所製）を用いて、通常条件では励起波長４８８ｎｍのレーザー光を照射し、過酷条件では励起波長２５７ｎｍのレーザー光を照射して、ラマンシフト測定範囲１８００ｃｍ^−１〜８００ｃｍ^−１の条件で、１６６０ｃｍ^−１におけるラマン散乱強度をそれぞれ測定した。
測定されたラマン散乱強度の値を、通常のスライドガラスを用いてレーザー出力を最大にして測定した場合の１６６０ｃｍ^−１におけるラマン散乱強度の値で除した後、アルミニウム板のラマン散乱強度（比較例１）に対する増強倍率をそれぞれ算出した。なお、高感度となった場合には、レーザー出力を下げ、かつ、ローダミン６Ｇ水溶液を水で希釈して、増強倍率を計算した。この結果を下記第１表に示す。

（２）測定の再現性
ラマン散乱強度を上記の通常条件で繰り返し２０回測定し、その測定から得られる測定値の再現性を評価した。２０回の測定のうち全ての測定でラマン散乱強度の増強倍率が同じ桁数で得られた場合をＡ、２０回の測定のうち１つ以上の測定でラマン散乱強度の増強倍率が異なる桁数で得られた場合をＢとして評価した。この結果を下記第１表に示す。

なお、下記第１表において、「−」は、各材料を含有しないこと、測定値を測定していないこと、または、評価を行っていないことを示している。

第１表に示す結果から、複数の金属粒子から構成される金属粒子膜を用いた実施例１〜１０は、陽極酸化膜の複数のマイクロポアに金属を充填した比較例４および蒸着により金属が一体として広がる金属膜を形成した比較例５と比較して、ラマン散乱強度の増強倍率が大きく向上することがわかった。
また、平均粒子径が０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下の複数の金属粒子を用いた実施例１〜１０は、平均粒子径が２０．０μｍを超える複数の金属粒子を用いた比較例２と比較して、ラマン散乱強度の増強倍率が大きく向上し、さらに測定の再現性が向上することがわかった。
また、無機結着剤を介して複数の金属粒子を連結した実施例１〜１０は、ポリビニルアルコールを介して複数の金属粒子を連結した比較例３と比較して、ラマン散乱強度の増強倍率が大きく向上することがわかった。特に、過酷条件でラマン散乱強度を測定した際の増強倍率が、比較例３と比較して実施例１〜１０において大きく向上することがわかった。

また、複数の金属粒子の平均粒子径が１０．０μｍ以下である実施例３は、複数の金属粒子の平均粒子径が１０．０μｍを超える実施例７と比較して、ラマン散乱強度の増強倍率が向上することがわかった。
また、平均粒子径に対する粒子径の標準偏差の比率が１０％以内である複数の金属粒子を用いた実施例１は、平均粒子径に対する粒子径の標準偏差の比率が１０％を超える複数の金属粒子を用いた実施例６と比較して、ラマン散乱強度の増強倍率が向上することがわかった。

また、無機結着剤が複数の金属粒子を構成する金属と同じ金属原子（Ａｕ）を含む実施例８は、無機結着剤が複数の金属粒子を構成する金属と異なる金属原子（Ａｌ）を含む実施例１と比較して、過酷条件でラマン散乱強度を測定した際の増強倍率が向上することがわかった。
また、複数の金属粒子が金から構成される実施例２、複数の金属粒子が銀から構成される実施例４および複数の金属粒子がアルミニウムから構成される実施例５は、複数の金属粒子が銅から構成される実施例９と比較して、ラマン散乱強度の増強倍率が向上し、さらに測定の再現性が向上することがわかった。
さらに、支持基板が誘電体から構成される実施例１は、支持基板が導体から構成される実施例１０と比較して、ラマン散乱強度の増強倍率が向上することがわかった。

１ プラズモンセンサー用基板、２ 支持基板、３ 金属粒子膜、４ 金属粒子、５ 無機結着剤、６ 離間距離、７ 金属粒子膜の表面、８ 開口部、９ 金属粒子膜の裏面、２１ プラズモンセンサー、２２ 光照射部、２３ 光検出部、Ｉ 照射光、Ｒ 反射光、Ｓ 解析対象。

Claims (7)

1. 支持基板と、
   前記支持基板の表面上に配置される金属粒子膜と、を有し、
   前記金属粒子膜が、無機結着剤を介して互いに連結された複数の金属粒子から構成され、
   複数の前記金属粒子の平均粒子径が、０．０１μｍ以上２０．０μｍ以下であり、
   前記無機結着剤が、リン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、塩化アルミニウムおよびリン酸金からなる群から選択される少なくとも１種であるプラズモンセンサー用基板。
2. 複数の前記金属粒子の平均粒子径が、１０．０μｍ以下である請求項１に記載のプラズモンセンサー用基板。
3. 複数の前記金属粒子は、平均粒子径に対する粒子径の標準偏差の比率が１０％以内である請求項１または２に記載のプラズモンセンサー用基板。
4. 前記無機結着剤は、複数の前記金属粒子を構成する金属と同じ金属原子を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズモンセンサー用基板。
5. 複数の前記金属粒子は、金、銀およびアルミニウムからなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズモンセンサー用基板。
6. 前記支持基板は、誘電体から構成される請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズモンセンサー用基板。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズモンセンサー用基板と、
   前記プラズモンセンサー用基板の金属粒子膜に照射光を照射する光照射部と、
   前記照射光の照射により表面プラズモン共鳴が生じた前記金属粒子膜から反射される反射光を検出する光検出部とを有するプラズモンセンサー。