JP2023020955A - 積層物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属系粒子の集合体を備える構造体を製造するための新たな方法を提供する。
【解決手段】立体表面を有する基材と、該立体表面上に配置される層であって、互いに離間して配置される複数の金属系粒子を含む金属系粒子集合体層とを備える積層物の製造方法であって、該製造方法は、金属系粒子を構成する金属のカチオンを含むメッキ液に基材を浸漬した状態で該カチオンを還元することによって金属系粒子集合体層を立体表面上に形成する工程を含み、該メッキ液の体積Ｖ_Ｌ［ｃｍ^３］に対する基材の体積Ｖ_Ｓ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｓ／Ｖ_Ｌが０．０３以下である製造方法が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は、積層物の製造方法に関する。

金属ナノ粒子の局在プラズモン共鳴を利用して蛍光を増強させる技術が知られている（例えば特許文献１）。非特許文献１には、銀ナノ粒子による局在プラズモン共鳴に関する研究が示されている。

特開平０８－２７１４３１号公報

T. Fukuura and M. Kawasaki, "Long Range Enhancement of Molecular Fluorescence by Closely Packed Submicro-scale Ag Islands", e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 2009, 7, 653

本発明の目的は、金属系粒子の集合体を備える構造体を製造するための新たな方法を提供することにある。

本発明は、以下に示す積層物の製造方法を提供する。
［１］ 立体表面を有する基材と、
前記立体表面上に配置される層であって、互いに離間して配置される複数の金属系粒子を含む金属系粒子集合体層と、
を備える積層物の製造方法であって、
前記製造方法は、前記金属系粒子を構成する金属のカチオンを含むメッキ液に前記基材を浸漬した状態で前記カチオンを還元することによって前記金属系粒子集合体層を前記立体表面上に形成する工程を含み、
前記メッキ液の体積Ｖ_Ｌ［ｃｍ^３］に対する前記基材の体積Ｖ_Ｓ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｓ／Ｖ_Ｌが０．０３以下である、製造方法。
［２］ 前記積層物が備える金属系粒子集合体層において、前記複数の金属系粒子の平均粒径が５ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である、［１］に記載の製造方法。
［３］ 前記積層物が備える金属系粒子集合体層において、前記複数の金属系粒子は、それぞれ、その隣り合う金属系粒子との平均距離が１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下となるように配置されている、［１］又は［２］に記載の製造方法。
［４］ 前記金属系粒子集合体層を形成する工程において、前記立体表面上への前記金属の堆積開始から２８分経過時点での金属系粒子の平均高さ成長速度が６ｎｍ／分以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の製造方法。
［５］ 前記基材が粒子である、［１］～［４］のいずれかに記載の製造方法。
［６］ 前記金属系粒子集合体層を形成する工程は、下記式（１）を満たす、［５］に記載の製造方法。
１０×１０^－７≦Ｘ≦６００×１０^－７ （１）
［式（１）中、Ｘは、前記粒子が球状であるとき、下記式で表される。

（式中、ａは前記メッキ液の前記カチオンの濃度（ｍｏｌ／Ｌ）、Ｖは前記メッキ液の体積（Ｌ）、Ｄは前記カチオンの還元によって生じる金属（０価）の原子量、Ｂは前記基材の粒子数（個）、Ｃは前記カチオンの還元によって生じる金属（０価）の比重（ｇ／ｃｍ^３）、Ｒは前記粒子の半径（ｃｍ）を表す。）
Ｘは、前記粒子が不定形であるとき、下記式で表される。

（式中、ａ、Ｖ、Ｄ及びＣは前記と同じ意味を表す。Ｓは前記粒子の表面積の総和を表す。）］
［７］ 前記メッキ液は、前記カチオンを還元可能な還元剤をさらに含む、［１］～［６］のいずれかに記載の製造方法。
［８］ 前記還元剤は、標準酸化還元電位が－０．５Ｖ以上である、［７］に記載の製造方法。
［９］ 前記還元剤がグルコースである、［７］又は［８］に記載の製造方法。
［１０］ 前記メッキ液は、錯化剤をさらに含む、［１］～［９］のいずれかに記載の製造方法。
［１１］ 前記錯化剤がアンモニア又はアミン系錯化剤である、［１０］に記載の製造方法。
［１２］ 前記金属系粒子集合体層を形成する工程の後に、前記金属系粒子集合体層上に絶縁性材料から構成される保護層を形成する工程をさらに含む、［１］～［１１］のいずれかに記載の製造方法。
［１３］ 前記保護層は、ゾルゲル法により形成される、［１２］に記載の製造方法。
［１４］ 前記絶縁性材料がＳｉＯ_２である、［１２］又は［１３］に記載の製造方法。
［１５］ 前記保護層の厚みが３００ｎｍ以下である、［１２］～［１４］のいずれかに記載の製造方法。

金属系粒子の集合体を備える構造体を製造するための新たな方法を提供することができる。

積層物の一例を模式的に示す平面図である。 積層物の一例を模式的に示す断面図である。 金属系粒子集合体層形成工程の一例を説明する模式図である。 積層物の他の一例を模式的に示す断面図である。 センサ素子の一例を模式的に示す断面図である。 実施例１で得られた積層物のＳＥＭ画像（６０００倍スケール）である。 実施例１で得られた積層物のＳＥＭ画像（３５０００倍スケール）である。 実施例２で得られた積層物のＳＥＭ画像（２００００倍スケール）である。 測定サンプル１についての蛍光強度測定で得られた画像である。 測定サンプル２についての蛍光強度測定で得られた画像である。 実施例３で得られた保護層を含む積層物のＳＥＭ画像（７０００倍スケール）である。 実施例３で得られた保護層を含む積層物のＳＥＭ画像（３００００倍スケール）である。 実施例３で得られた保護層を含む積層物のＳＴＥＭ断面画像（１０００００倍スケール）である。 実施例５で得られた積層物のＳＥＭ画像（９００００倍スケール）である。 実施例６で得られた積層物のＳＥＭ画像（２００００倍スケール）である。 実施例７で得られた保護層を含む積層物のＳＥＭ画像（３００００倍スケール）である。 実施例８で得られた保護層を含む積層物のＳＥＭ画像（３５０００倍スケール）である。 実施例９で得られた保護層を含む積層物のＳＥＭ画像（３５０００倍スケール）である。

＜積層物の製造方法及び積層物＞
以下、実施の形態を示して、本発明に係る積層物の製造方法（以下、単に「積層物の製造方法」ともいう。）及び該製造方法によって得られる積層物について説明する。
本明細書において「積層物」とは、立体表面を有する基材と、該立体表面上に配置される層であって、互いに離間して配置される複数の金属系粒子（金属で構成される粒子）を含む金属系粒子集合体層とを備える積層構造体をいう。該積層構造体は、上記以外の他の層を含んでいてもよい。基材の「立体表面」とは、三次元的な表面を意味し、その一例は曲面である。

図１は、積層物の一例を模式的に示す平面図であり、図２は積層物の一例を模式的に示す断面図である。図１及び図２に示される例において、立体表面を有する基材１０は、基材表面全体が曲面である粒子状の基材（コア粒子）である。図１及び図２に示される積層物１は、立体表面を有する基材１０（コア粒子）と、基材１０の立体表面の少なくとも一部（好ましくは表面全体）に配置される金属系粒子集合体層とを含む複合粒子である。金属系粒子集合体層は、基材１０に担持された複数の金属系粒子２０の集合であり、互いに離間して配置される複数の金属系粒子２０から構成される層である。

図１及び図２に示される例において金属系粒子集合体層は、基材１０の立体表面全体に配置されている。ただし、金属系粒子集合体層を構成する複数の金属系粒子２０は互いに離間しているため、金属系粒子集合体層には金属系粒子２０が存在しない領域が存在し、該領域では基材１０の表面が露出している。

積層物の製造方法は、金属系粒子を構成する金属のカチオン（以下、「金属カチオン」ともいう。）を含むメッキ液に基材を浸漬した状態で該カチオンを還元することによって金属系粒子集合体層を基材の立体表面上に形成する工程（金属系粒子集合体層形成工程）を含む。積層物の製造方法は、金属系粒子集合体層形成工程の後に、金属系粒子集合体層上に絶縁性材料から構成される保護層を形成する工程（保護層形成工程）をさらに含むことができる。

（１）金属系粒子集合体層形成工程
金属系粒子集合体層形成工程では、金属系粒子を構成する金属カチオンを含むメッキ液に基材を浸漬した状態で金属カチオンの還元を行う。この工程は、例えば図３に示されるように、槽５０に収容された金属カチオンを含むメッキ液６０に基材１０を攪拌下に加えることによって行うことができる。基材１０を、金属カチオンを含むメッキ液６０に浸漬させると、金属カチオンの還元によって生じる金属（０価）が基材１０の表面に堆積し始め、反応時間の経過とともに堆積した金属は粒子状に成長していき、金属系粒子の集合体（金属系粒子集合体層）が形成される。金属系粒子集合体層は、好ましくは、基材１０の立体表面の全体に形成され、より好ましくは、基材１０の表面全体に形成される。

基材１０としては、立体表面を有する限り特に制限されず、三次元的表面として曲面からなる表面を有するもの、凹凸表面を有するもの等が挙げられる。基材１０の好ましい例は、例えば図１及び図２に示されるような粒子である。該粒子の形状としては、例えば、球状、回転楕円形状、多面体形状等が挙げられる。該粒子は、その表面の一部が曲面であり、残部が平面で構成されていてもよい。該粒子は不定形であってもよい。該粒子は、好ましくは球状又は略球状である。

基材１０が粒子である場合、その粒径は、例えば０．３μｍ以上５０００μｍ以下である。該粒径は、例えば０．３μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、好ましくは０．５μｍ以上８μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上５μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以上４μｍ以下である。
上記粒径は、次の方法に従って測定される。日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ－５５００」又はこれと同等の装置を用いて、粒子を付着させた基板（ガラス基板等）の該粒子を含む直上からのＳＥＭ観察画像を取得する。該ＳＥＭ観察画像において、粒子像内に無作為に接線径を５本引き（ただし、接線径となる直線はいずれも粒子像内部のみを通ることができ、このうち１本は粒子内部のみ通り、最も長く引ける直線であるものとする。）、その平均値（接線径平均値）を粒子の粒径とする。接線径とは、粒子の輪郭（投影像）をこれに接する２本の平行線で挟んだときの間隔（日刊工業新聞社 「粒子計測技術」，１９９４，第５頁）を結ぶ垂線と定義する。

基材１０として用いることができる複数の上記粒子からなる粒子群の平均粒径は、例えば０．３μｍ以上５０００μｍ以下である。該平均粒径は、例えば０．３μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、好ましくは０．５μｍ以上８μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上５μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以上４μｍ以下である。
上記平均粒径は、次の方法に従って測定される。日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ－５５００」又はこれと同等の装置を用いて、粒子群を付着させた基板（ガラス基板等）の該粒子群を含む直上からのＳＥＭ観察画像を取得する。該ＳＥＭ観察画像において、無作為に粒子を１０個選択し、各粒子像内に無作為に接線径を５本引き（ただし、接線径となる直線はいずれも粒子像内部のみを通ることができ、このうち１本は粒子内部のみ通り、最も長く引ける直線であるものとする。）、その平均値（接線径平均値）を求める。選択した１０個すべての粒子について接線径平均値を取得する。接線径の定義は上述と同じである。それぞれの粒子の接線径平均値の１／４の長さをそれぞれの粒子の「縁領域長さ」と定義する。また、それぞれの粒子のＳＥＭ観察画像上での輪郭線から粒子内側に向かって「縁領域長さ」分の範囲を、それぞれの粒子の「縁領域」と定義する。そして、上記１０個の粒子のうち、他の粒子の縁領域に一部でも重なる粒子が存在する場合には、その粒子を破棄し、不足する個数分だけ新たに粒子を無作為に選択して上記と同様にして接線径平均値を取得する。必要に応じて以上を繰り返し、縁領域と重なることがない粒子１０個についての接線径平均値を得る。得られた１０個の接線径平均値の平均値を平均粒径とする。

基材１０の材質は特に制限されない。ただし、基材１０上に形成される金属系粒子集合体層は、後述するように、プラズモン構造体であることが好ましく、このためには、基材１０は、非導電性であることが好ましい。この観点から、基材１０は、絶縁性材料を含むことが好ましく、絶縁性材料からなることがより好ましい。絶縁性材料としては、シリカ、チタニア、アルミナ、窒化ケイ素等の無機絶縁材料；樹脂材料（例えば、ポリスチレン、アクリル系樹脂、セルロースナノファイバー、紙、ニトロセルロース、エポキシ樹脂等）等の有機絶縁材料が挙げられる。そのほかシリコン等の半導体であってもよい。球状又は略球状の基材１０を含む積層物を得たい場合、工業的に球状又は略球状の粒子を製造しやすいことから、基材１０の材質はシリカであることが好ましい。
基材１０は、透光性を有することが好ましく、光学的に透明であることがより好ましい。

基材１０は、２種以上の材料から構成されていてもよい。また、基材１０は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。例えば、基材１０は、金属材料からなるコアと、絶縁性材料からなるシェルとを有することによって非導電性を示してもよい。例えば絶縁性皮膜を有するシリコンや、絶縁性皮膜を有する金属（アルミ、銅、クロム、あるいはその複合体等）が挙げられる。

一実施形態において、メッキ液６０は、金属カチオンを含む金属カチオン液と、還元剤を含む還元剤液とを混合することによって調製することができる。
金属カチオンを含む金属カチオン液は通常、金属カチオンと溶媒とを含む。基材１０上に形成される金属系粒子集合体層は、後述するように、好ましくはプラズモン構造体である。この観点から、金属カチオンの金属種は、メッキ液６０に基材１０を接触させた状態で金属カチオンを還元する処理によって金属系粒子を基材１０上に堆積させることができるものであって、かつ、金属系粒子又はその集合体としたときに、吸光光度法による吸光スペクトル測定において紫外～可視領域に現れるプラズモン共鳴ピーク（以下、「プラズモンピーク」ともいう。）を示す材料（プラズモン共鳴を示し得る材料）であることが好ましい。このような金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウムのような貴金属；アルミニウムのような他の金属；該貴金属又は他の金属を含有する合金を挙げることができる。中でも、金、銀、銅、白金、パラジウム等の貴金属が好ましく、安価で吸収が小さい（可視光波長において誘電関数の虚部が小さい）という観点からは銀であることがより好ましい。メッキ液６０は、２種以上の金属カチオンを含んでいてもよい。

金属カチオン液に含まれる溶媒としては、金属カチオン源として金属カチオン液に含有させる対応する金属塩を溶解可能な溶媒であることが好ましく、例えば水が挙げられる。金属カチオン液は、２種以上の溶媒を含んでいてもよい。例えば、溶媒は、水と、水混和性の有機溶媒（例えば、アルコール類）とを含むことができる。

メッキ液６０における金属カチオンの濃度は、好ましくは０．０００８ｍｏｌ／Ｌ以上、より好ましくは０．００２ｍｏｌ／Ｌ以上、さらに好ましくは０．００３５ｍｏｌ／Ｌ以上、なおさらに好ましくは０．００６ｍｏｌ／Ｌ以上、特に好ましくは０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上である。金属カチオンの濃度が上記範囲であると、適度な速度で金属系粒子を成長できるため、好ましい形状（平均粒径、平均高さ、平均粒子間距離及びその標準偏差）を有する金属系粒子集合体層を制御良く形成しやすくなる。金属系粒子集合体層の好ましい形状については後で詳しく説明する。また、金属カチオンの濃度が上記範囲であると、基材１０として粒子（粉体）を使用し、これをメッキ液６０に浸漬して金属系粒子集合体層の形成を行う場合、各粒子の表面全体に十分な金属系粒子を形成しやすくなる。金属系粒子の成長速度を適度な速度にするため、メッキ液６０における金属カチオンの濃度は、好ましくは０．４ｍｏｌ／Ｌ以下、より好ましくは０．３ｍｏｌ／Ｌ以下、さらに好ましくは０．１５ｍｏｌ／Ｌ以下、なおさらに好ましくは０．０５ｍｏｌ／Ｌ以下である。

金属系粒子集合体層形成工程において、メッキ液６０の体積Ｖ_Ｌ［ｃｍ^３］に対する基材１０の体積Ｖ_Ｓ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｓ／Ｖ_Ｌは、０．０３以下である。これにより、互いに離間して配置される複数の金属系粒子を含む金属系粒子集合体層を基材１０の表面上に形成することができる。上記比が０．０３を超えると、連続した金属膜が基材１０上に形成されてしまい、金属系粒子集合体層を形成することが困難となる。金属系粒子集合体層を形成しやすくする観点、及び好ましい形状を有する金属系粒子集合体層を制御良く形成しやすくする観点から、上記比は、好ましくは０．０２０以下、より好ましくは０．０１０以下、さらに好ましくは０．００５以下、なおさらに好ましくは０．００３以下、特に好ましくは０．００２以下である。また、積層物の量産性等に鑑み、上記比は通常、０．００００１以上であり、０．０００１以上であってよく、好ましくは０．０００５以上であり、より好ましくは０．０００５超えである。
例えば基材１０が粒子である場合、基材１０の体積Ｖ_Ｓは、粒子総重量を粒子密度で割った値として求めることができる。

メッキ液６０は、金属カチオンとともに、この金属カチオンを０価金属に還元可能な還元剤を含むことが好ましい。還元剤を含む場合、この還元剤は、好ましくは、基材１０をメッキ液６０に浸漬させる直前にメッキ液６０に含有される。例えば上述のように、金属カチオンを含む金属カチオン液と、還元剤を含む還元剤液とを混合することによって、金属カチオン及び還元剤を含むメッキ液６０を調製することができる。還元剤液は、還元剤と溶媒とを含む液であり、好ましくは、還元剤を溶媒に溶解させた溶液である。還元剤液に含まれる溶媒としては、還元剤を溶解可能な溶媒であることが好ましく、例えば水が挙げられる。還元剤液は、２種以上の溶媒を含んでいてもよい。例えば、溶媒は、水と、水混和性の有機溶媒（例えば、アルコール類）とを含むことができる。

還元剤としては、還元力の小さいものを用いることが好ましく、その標準酸化還元電位は、好ましくは－０．５Ｖ以上であり、好ましくは－０．４５Ｖ以上である。ここでいう標準酸化還元電位は、ｐＨ７、２５℃、標準水素電極を陰極にしたときの値である。用いる還元剤の標準酸化還元電位が上記範囲であると、適度な速度で金属系粒子を成長できるため、金属系粒子集合体層を形成しやすい。標準酸化還元電位が上記範囲であることは、好ましい形状を有する金属系粒子集合体層を制御良く形成しやすくするうえでも有利である。還元剤の還元力が過度に高いと、金属系粒子の成長速度が速くなりすぎて、連続した金属膜となってしまいやすい。
標準酸化還元電位が－０．５Ｖ以上である還元剤としては、グルコース、アスコルビン酸等が挙げられる。メッキ液６０は、２種以上の還元剤を含んでいてもよい。

メッキ液６０における還元剤の濃度は、好ましくは１ｍｏｌ／Ｌ以下、より好ましくは０．８ｍｏｌ／Ｌ以下、さらに好ましくは０．４ｍｏｌ／Ｌ以下、なおさらに好ましくは０．３ｍｏｌ／Ｌ以下、特に好ましくは０．２５ｍｏｌ／Ｌ以下である。還元剤の濃度が上記範囲であると、適度な速度で金属系粒子を成長できるため、好ましい形状を有する金属系粒子集合体層を制御良く形成しやすくなる。金属系粒子の成長速度を適度な速度にするため、メッキ液６０における還元剤の濃度は、好ましくは０．０００００１ｍｏｌ／Ｌ以上、より好ましくは０．０００００５ｍｏｌ／Ｌ以上、さらに好ましくは０．０００００８ｍｏｌ／Ｌ以上、なおさらに好ましくは０．００００１ｍｏｌ／Ｌ以上、特に好ましくは０．０００８ｍｏｌ／Ｌ以上である。

メッキ液６０における還元剤の濃度の、メッキ液６０における還元剤の飽和濃度に対する比は、百分率で、好ましくは８％以下、より好ましくは４％以下、さらに好ましくは２％以下、なおさらに好ましくは１％以下、特に好ましくは０．８％以下である。該比が上記範囲であると、適度な速度で金属系粒子を成長できるため、好ましい形状を有する金属系粒子集合体層を制御良く形成しやすくなる。金属系粒子の成長速度を適度な速度にするため、上記比は、好ましくは０．０００５％以上、より好ましくは０．００１％以上、さらに好ましくは０．００３％以上、なおさらに好ましくは０．００５％以上、特に好ましくは０．０１％以上である。上記比が過度に高い場合、金属系粒子集合体層の形状制御が難しくなり、連続した金属膜となってしまいやすい。
メッキ液６０における還元剤の飽和濃度は、基材１０をメッキ液６０に浸漬する処理を行う温度においてメッキ液６０に含有される溶媒（金属カチオンを含まないもの）に還元剤を溶解させるときの飽和濃度である。

メッキ液６０は、金属カチオンと結合して錯イオンを形成し、金属カチオンを安定化させる錯化剤、及びその他の添加剤をそれぞれ１種又は２種以上含有することができる。錯化剤としては、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム、トリエチレンテトラアンミン六酢酸等のアミン系錯化剤、アンモニア、ニトロ三酢酸、チオ硫酸ナトリウム、コハク酸塩、コハク酸イミド、クエン酸塩又はヨウ化物塩等が挙げられ、金属系粒子の成長速度を適度な速度にする観点から、好ましくはアミン系錯化剤又はアンモニアであり、より好ましくはアミン系錯化剤であり、さらに好ましくはエチレンジアミン等である。金属カチオン液と還元剤液との混合によりメッキ液６０を調製する場合において、錯化剤は、あらかじめ金属カチオン液に含有させておくことができる。

メッキ液６０に基材１０を浸漬して複数の金属系粒子２０を含む金属系粒子集合体層を基材１０上に形成する処理は、基本的には、めっき浴を用いた無電解めっき（化学めっき）と同様にして行うことができる。メッキ液６０に基材１０を浸漬させる際の温度は特に制限されず、例えば１０℃以上１００℃以下、好ましくは１５℃以上６０℃以下、より好ましくは２０℃以上４０℃以下である。

連続した金属膜ではなく金属系粒子集合体層を形成しやすくする観点、さらには、好ましい形状を有する金属系粒子集合体層を制御良く形成しやすくする観点から、金属系粒子の成長速度を適度な速度にすることが好ましい。具体的には、金属系粒子集合体層形成工程において、基材１０の立体表面上への金属の堆積開始から２８分経過時点での金属系粒子の平均高さ成長速度は、好ましくは６ｎｍ／分以下、より好ましくは５ｎｍ／分以下、さらに好ましくは４ｎｍ／分以下、なおさらに好ましくは３．５ｎｍ／分以下である。上記比Ｖ_Ｓ／Ｖ_Ｌが上述の範囲であると、金属の堆積開始から２８分経過時点での平均高さ成長速度を上記範囲に制御しやすくなる。積層物の量産性等に鑑み、該平均高さ成長速度は通常、１ｎｍ／分以上であり、好ましくは２ｎｍ／分以上である。

基材１０の立体表面上への金属の堆積開始から２８分経過時点での金属系粒子の平均高さ成長速度は、例えば予備実験として２８分で反応を終了する（例えば濾別する）以外同じ金属系粒子集合体層形成工程を前もって実施し、この予備実験で得られた平均高さから測定することができる。

「基材１０の立体表面上への金属の堆積開始」とは、金属カチオン及び還元剤を含むメッキ液６０に基材１０を浸漬して金属系粒子集合体層形成工程を開始する場合には、基材１０の浸漬開始を意味し、金属カチオンを含む金属カチオン液に基材１０を浸漬し、その後、還元剤（例えば還元剤液）を添加する場合には、還元剤添加時を意味する。

連続した金属膜ではなく金属系粒子集合体層を形成しやすくする観点、さらには、好ましい形状を有する金属系粒子集合体層を制御良く形成しやすくする観点から、基材１０が粒子である場合、金属系粒子集合体層形成工程は、下記式（１）を満たすことが好ましい。
１０×１０^－７≦Ｘ≦６００×１０^－７ （１）
上記比Ｖ_Ｓ／Ｖ_Ｌが上述の範囲であると、Ｘの値を上記範囲に制御しやすくなる。Ｘの値は、より好ましくは３０×１０^－７以上４５０×１０^－７以下、さらに好ましくは４０×１０^－７以上３００×１０^－７以下である。

粒子が球状であるとき、Ｘは下記式で表される。

式中、ａはメッキ液６０の金属カチオンの濃度（ｍｏｌ／Ｌ）、Ｖはメッキ液６０の体積（Ｌ）、Ｄは金属カチオンの還元によって生じる金属（０価）の原子量、Ｂは基材１０の粒子数（個）、Ｃは金属カチオンの還元によって生じる金属（０価）の比重（ｇ／ｃｍ^３）、Ｒは基材１０である粒子の半径（ｃｍ）を表す。

粒子が不定形であるとき、Ｘは下記式で表される。

式中、ａ、Ｖ、Ｄ及びＣは上記と同じ意味を表す。Ｓは基材１０である粒子の表面積の総和を表す。

基材１０の粒子数Ｂは、下記式に従って、粒子の総重量ｍ_ｐ及び粒子の密度Ｖ_ｐから求めることができる。

式中、Ｒは前記と同じ意味を表す。粒子の半径Ｒ（ｃｍ）は、上記に従って求められる粒子の平均粒径の１／２の値である。

粒子の表面積の総和Ｓは、ＢＥＴ法によって比表面積を測定し、これに粒子の総重量ｍ_ｐを乗ずることによって求めることができる。

基材１０である粒子が球状であるとは、上記と同様の方法でＳＥＭ観察画像を取得し、採用した１０個の粒子すべてにおいて、採用した５本の接線径がいずれも接線径平均値の±３０％（すなわち基材１０である粒子の平均粒径×７０％以上１３０％以下）となるものをいう。不定形とは、球状でないものをいう。

本発明に係る積層物の製造方法によれば、複数の金属系粒子２０を含む金属系粒子集合体層を基材１０の立体表面上に制御良く形成することができ、さらには、好ましい形状を有する金属系粒子集合体層を基材１０の立体表面上に制御良く形成することができる。また、本発明に係る積層物の製造方法によれば、基材１０の表面の全体にわたって金属系粒子集合体層を形成することが容易になる。さらに、本発明に係る積層物の製造方法によれば、積層物製造の量産性を高めることができる。

金属系粒子集合体層形成工程の時間、すなわち、メッキ液６０に基材１０を浸漬して金属系粒子２０を成長させる時間は、適切に制御されることが好ましい。該時間が過度に長いと、複数の金属系粒子２０を含む金属系粒子集合体層が形成されずに、連続した金属膜が形成されてしまう。該時間が長いほど、金属系粒子の平均粒径及び平均高さは大きくなり、平均粒子間距離は小さくなる傾向にある。金属系粒子集合体層形成工程の適切な時間は、金属系粒子集合体層形成工程を実際に行う前の予備実験によりあらかじめ把握しておくことが好ましい。

（２）金属系粒子集合体層形成工程によって形成される金属系粒子集合体層
金属系粒子集合体層形成工程によって、互いに離間して配置される複数の金属系粒子を含む金属系粒子集合体層が基材１０の立体表面上に形成される。

基材１０上に形成される金属系粒子集合体層は、好ましくはプラズモン構造体である。「プラズモン構造体」とは、局在プラズモン共鳴を示すことができる構造体をいう。プラズモンとは、構造体中の自由電子の集団的な振動によって生起する自由電子の粗密波のことである。

プラズモン構造体を備える積層物は、その局在プラズモン共鳴により、例えば、被検出物質を標識する発光体からの発光（例えば蛍光）の強度を増強させることができる。したがって、プラズモン構造体を備える積層物は、各種センサ素子用の発光増強要素として好適に用いることができる。該積層物をセンサ素子に適用することによってセンサ素子の感度、定量精度及び／又は定量結果の再現性（安定性）を向上させることができる。センサ素子の好適な一例は、バイオセンサ素子である。

プラズモン構造体を備える積層物は、下記［ａ］及び［ｂ］の特徴を示すことができる。これらの特徴は、金属系粒子集合体層を構成する複数の金属系粒子が示す局在プラズモン間の相互作用により発現すると考えられる。
［ａ］金属系粒子集合体層が示すプラズモン共鳴の作用範囲（プラズモンによる発光増強効果の及ぶ範囲）が広く、金属系粒子集合体層の表面から例えば数百ｎｍ（例えば２００ｎｍ）の範囲内にある発光体の発光をも増強し得る。
［ｂ］金属系粒子集合体層が強いプラズモン共鳴を示すため、強い発光増強効果を得ることができる。

上記［ａ］に関し、プラズモン構造体を備える積層物は、金属系粒子集合体層から例えば１０ｎｍ以上、さらには数十ｎｍ（例えば２０ｎｍ、３０ｎｍ又は４０ｎｍ）以上、なおさらには１００ｎｍ以上又は２００ｎｍ以上離れた位置に配置された発光体の発光を増強し得る。上記［ｂ］に関し、プラズモン構造体を備える積層物が示すプラズモン共鳴の強さは、特定波長における個々の金属系粒子が示す局在プラズモン共鳴の単なる総和ではなく、それ以上の強さになり得る。プラズモン構造体を備える積層物においては、個々の金属系粒子が相互作用して強いプラズモン共鳴を発現することができる。このような強いプラズモン共鳴は、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用により発現すると考えられる。

一般的に、プラズモン構造体は、吸光光度法で吸光スペクトルを測定したとき、紫外～可視光領域における最も長波長側にあるピークとしてプラズモン共鳴ピーク（プラズモンピーク）が観測される。プラズモンピークの極大波長における吸光度の大小から、プラズモン構造体のプラズモン共鳴の強さを評価することができる。吸光度値が大きいほどプラズモン共鳴の強さも大きい傾向にある。

プラズモン構造体の吸光スペクトルは、吸光光度法によって測定することができる。具体的には、吸光スペクトルは、金属系粒子集合体が積層されたガラス基板の裏面側（金属系粒子集合体とは反対側）であって、基板面に垂直な方向から紫外～可視光領域の入射光を照射し、金属系粒子集合体側に透過した全方向における透過光の強度Ｉと、該測定サンプルの基板と同じ厚み及び同じ材質の基板であって、金属系粒子集合体が積層されていない基板の面に垂直な方向から先と同じ入射光を照射し、入射面の反対側から透過した全方向における透過光の強度Ｉ_０とを、それぞれ積分球分光光度計を用いて測定することにより得られる。このとき、吸光スペクトルの縦軸である吸光度は、下記式：
吸光度＝－ｌｏｇ_１０（Ｉ／Ｉ_０）
で表される。
吸光スペクトルは、一般の分光光度計を用いて測定することができる。

また、紫外～可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長やその吸光度を測定するにあたっては、対物レンズと分光光度計を用い、測定視野を絞って吸光スペクトル測定を行ってもよい。

金属系粒子集合体層を構成する複数の金属系粒子は、上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、平均粒径は５ｎｍ以上であってもよく、好ましくは３０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上、さらに好ましくは２００ｎｍ以上、なおさらに好ましくは２５０ｎｍ以上である。金属系粒子集合体層を構成する複数の金属系粒子は、上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、平均粒径が例えば１６００ｎｍ以下、好ましくは８００ｎｍ以下、より好ましくは５５０ｎｍ以下、さらに好ましくは４５０ｎｍ以下、なおさらに好ましくは４００ｎｍ以下、特に好ましくは３５０ｎｍ以下である。
金属系粒子の平均粒径は、金属系粒子を構成する金属系材料の種類に応じて適切に選択されることが好ましい。

上記複数の金属系粒子の平均粒径とは、積層物を付着させた基板（ガラス基板等）の該積層物を含む直上からのＳＥＭ観察画像において、無作為に金属系粒子を６個選択し、各金属系粒子像内に無作為に接線径を５本引き（ただし、接線径となる直線はいずれも金属系粒子像内部のみを通ることができ、このうち１本は金属系粒子内部のみ通り、最も長く引ける直線であるものとする。）、その平均値（以下、この平均値を「接線径平均値」ともいう。）を各金属系粒子の粒径としたときの、選択した６個の金属系粒子についての粒径の平均値である。接線径の定義は上述と同じである。

平均粒径の測定方法についてより具体的に説明すると、まずＳＥＭ観察画像は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ－５５００」又はこれと同等の装置を用いて測定する。次いで、得られた観察画像を、アメリカ国立衛生研究所製のフリー画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を用いて横１２８０ピクセル×縦９６０ピクセルで読み込む。次に、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製の表計算ソフト「Ｅｘｃｅｌ」の乱数発生関数「ＲＡＮＤＢＥＴＷＥＥＮ」を用いて、１～１２８０から６個の乱数（ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、ｘ_４、ｘ_５、ｘ_６）、１～９６０から６個の乱数（ｙ_１、ｙ_２、ｙ_３、ｙ_４、ｙ_５、ｙ_６）をそれぞれ得る。得られた各６個の乱数から６組の乱数組み合わせ（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、（ｘ_３，ｙ_３）、（ｘ_４，ｙ_４）、（ｘ_５，ｙ_５）及び（ｘ_６，ｙ_６）を得る。１～１２８０から発生させた乱数の数値をｘ座標、１～９６０から発生させた乱数の数値をｙ座標として、６組の座標点（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、（ｘ_３，ｙ_３）、（ｘ_４，ｙ_４）、（ｘ_５，ｙ_５）及び（ｘ_６，ｙ_６）を得る。そして、当該座標点を含む合計６個の金属系粒子像のそれぞれについて上記の接線径平均値を得、次いで当該６個の接線径平均値の平均値として平均粒径を得る。この際、６組の乱数組み合わせである６個の座標点の少なくともいずれか１つが金属系粒子像内に含まれない場合、あるいは同一金属系粒子内に２つ以上の座標点が含まれる場合には、この乱数組み合わせを破棄し、６個の座標点がすべて異なる金属系粒子像内に含まれるまで乱数発生を繰り返す。またこの際、同じ観察画像から、上述した基材である粒子における「縁領域」を取得する。そして、上記６個の金属系粒子のうち、それぞれの金属系粒子が配置される基材である粒子における縁領域に一部でも重なる金属系粒子が存在する場合には、その乱数組み合わせを破棄し、６個の座標点がすべて異なる金属系粒子像内に含まれ、かつ、それぞれの金属系粒子が配置される基材である粒子における縁領域に一部でも重なる金属系粒子が存在しないようになるまで乱数発生を繰り返し、上記と同様にして接線径平均値を取得する。必要に応じて以上を繰り返し、基材である粒子における縁領域と重なることがない金属系粒子６個についての接線径平均値を得る。得られた６個の接線径平均値の平均値を平均粒径とする。

通常、金属系粒子の平均粒径は、それらを担持する基材である粒子の粒径よりも小さい。金属系粒子の平均粒径に対する基材である粒子の粒径の比は、例えば２以上１００００以下であり、好ましくは４以上５０００以下、より好ましくは６以上１０００以下である。

上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、金属系粒子集合体層において複数の金属系粒子は、それぞれ、その隣り合う金属系粒子との平均距離（以下、「平均粒子間距離」ともいう。）が１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下となるように配置されることが好ましい。このような平均粒子間距離で複数の金属系粒子を配置することにより、強いプラズモン共鳴を得ることができるとともにプラズモン共鳴の作用範囲の伸長の効果を高めることができる。

平均粒子間距離は、上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、より好ましくは１ｎｍ以上１２０ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、なおさらに好ましくは１ｎｍ以上８０ｎｍ以下、特に好ましくは１ｎｍ以上６０ｎｍ以下、最も好ましくは１ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。平均粒子間距離が１ｎｍ未満であると、粒子間でデクスター機構に基づく電子移動が生じ、局在プラズモンの失活の点で不利となる。

平均粒子間距離とは、積層物を付着させた基板（ガラス基板等）の該積層物を含む直上からのＳＥＭ観察画像において、無作為に金属系粒子を６個選択し、選択したそれぞれの金属系粒子について、隣り合う金属系粒子との粒子間距離を求めたときの、これら６個の金属系粒子の粒子間距離の平均値である。隣り合う金属系粒子との粒子間距離とは、すべての隣り合う金属系粒子との距離（隣り合う金属系粒子の表面同士間の最小距離）をそれぞれ測定し、これらを平均した値である。

平均粒子間距離の測定方法についてより具体的に説明すると、まずＳＥＭ観察画像は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ－５５００」又はこれと同等の装置を用いて測定する。次いで、得られた観察画像を、アメリカ国立衛生研究所製のフリー画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を用いて横１２８０ピクセル×縦９６０ピクセルで読み込む。次に、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製の表計算ソフト「Ｅｘｃｅｌ」の乱数発生関数「ＲＡＮＤＢＥＴＷＥＥＮ」を用いて、１～１２８０から６個の乱数（ｘ_１～ｘ_６）、１～９６０から６個の乱数（ｙ_１～ｙ_６）をそれぞれ得る。得られた各６個の乱数から６組の乱数組み合わせ（ｘ_１，ｙ_１）から（ｘ_６，ｙ_６）を得る。１～１２８０から発生させた乱数の数値をｘ座標、１～９６０から発生させた乱数の数値をｙ座標として、６組の座標点（ｘ_１，ｙ_１）～（ｘ_６，ｙ_６）を得る。そして、当該座標点を含む合計６個の金属系粒子像のそれぞれについて、当該金属系粒子と隣り合う金属系粒子との粒子間距離を得、次いで当該６個の隣り合う金属系粒子との粒子間距離の平均値として平均粒子間距離を得る。この際、６組の乱数組み合わせである６個の座標点の少なくともいずれか１つが金属系粒子像内に含まれない場合、あるいは同一金属系粒子内に２つ以上の座標点が含まれる場合には、この乱数組み合わせを破棄し、６個の座標点がすべて異なる金属系粒子像内に含まれるまで乱数発生を繰り返す。またこの際、同じ観察画像から、上述した基材である粒子における「縁領域」を取得する。そして、上記６個の金属系粒子のうち、それぞれの金属系粒子が配置される基材である粒子における縁領域に一部でも重なる金属系粒子が存在する場合には、その乱数組み合わせを破棄し、６個の座標点がすべて異なる金属系粒子像内に含まれ、かつ、それぞれの金属系粒子が配置される基材である粒子における縁領域に一部でも重なる金属系粒子が存在しないようになるまで乱数発生を繰り返し、上記と同様にして粒子間距離を取得する。必要に応じて以上を繰り返し、基材である粒子における縁領域と重なることがない金属系粒子６個についての粒子間距離を得る。得られた６個の粒子間距離の平均値を平均粒子間距離とする。

上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、金属系粒子集合体層において複数の金属系粒子は、上記平均粒子間距離の標準偏差が５０ｎｍ以下となるように配置されることが好ましい。該標準偏差がこの範囲となるように金属系粒子を配置することにより、強いプラズモン共鳴を得ることができるとともにプラズモン共鳴の作用範囲の伸長の効果を高めることができる。

平均粒子間距離の標準偏差は、上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、より好ましくは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以下、なおさらに好ましくは２５ｎｍ以下、特に好ましくは２０ｎｍ以下である。平均粒子間距離の標準偏差は、上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、好ましくは０．１ｎｍ以上であり、より好ましくは０．２ｎｍ以上であり、さらに好ましくは０．３ｎｍ以上である。

平均粒子間距離の標準偏差は、次のように定義される。積層物を付着させた基板（ガラス基板等）の該積層物を含む直上からのＳＥＭ観察画像において、無作為に金属系粒子をまず１個選択し、その金属系粒子について、隣り合う金属系粒子との粒子間距離を求める。隣り合う金属系粒子との粒子間距離とは、すべての隣り合う金属系粒子との距離（表面同士間の最小距離である。）をそれぞれ測定し、これらを平均した値である。上記ＳＥＭ観察画像において、上記１個とは異なる５個の金属系粒子を無作為に選択し、これらの５個の金属系粒子について、上記と同様にして隣り合う金属系粒子との粒子間距離を求める。このようにして得られた合計６個の金属系粒子についての隣り合う金属系粒子との粒子間距離の標準偏差を、平均粒子間距離の標準偏差と定義する。

平均粒子間距離の標準偏差の測定方法についてより具体的に説明すると、まずＳＥＭ観察画像は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ－５５００」又はこれと同等の装置を用いて測定する。次いで、得られた観察画像を、アメリカ国立衛生研究所製のフリー画像処理ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を用いて横１２８０ピクセル×縦９６０ピクセルで読み込む。次に、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製の表計算ソフト「Ｅｘｃｅｌ」の乱数発生関数「ＲＡＮＤＢＥＴＷＥＥＮ」を用いて、１～１２８０から６個の乱数（ｘ_１～ｘ_６）、１～９６０から６個の乱数（ｙ_１～ｙ_６）をそれぞれ得る。得られた各６個の乱数から６組の乱数組み合わせ（ｘ_１，ｙ_１）から（ｘ_６，ｙ_６）を得る。１～１２８０から発生させた乱数の数値をｘ座標、１～９６０から発生させた乱数の数値をｙ座標として、６組の座標点（ｘ_１，ｙ_１）～（ｘ_６，ｙ_６）を得る。そして、当該座標点を含む合計６個の金属系粒子像のそれぞれについて、当該金属系粒子と隣り合う金属系粒子との粒子間距離を得、次いで当該６個の隣り合う金属系粒子との粒子間距離の標準偏差として平均粒子間距離の標準偏差を得る。この際、６組の乱数組み合わせである６個の座標点の少なくともいずれか１つが金属系粒子像内に含まれない場合、あるいは同一金属系粒子内に２つ以上の座標点が含まれる場合には、この乱数組み合わせを破棄し、６個の座標点がすべて異なる金属系粒子像内に含まれるまで乱数発生を繰り返す。またこの際、同じ観察画像から、上述した基材である粒子における「縁領域」を取得する。そして、上記６個の金属系粒子のうち、それぞれの金属系粒子が配置される基材である粒子における縁領域に一部でも重なる金属系粒子が存在する場合には、その乱数組み合わせを破棄し、６個の座標点がすべて異なる金属系粒子像内に含まれ、かつ、それぞれの金属系粒子が配置される基材である粒子における縁領域に一部でも重なる金属系粒子が存在しないようになるまで乱数発生を繰り返し、上記と同様にして粒子間距離を取得する。必要に応じて以上を繰り返し、基材である粒子における縁領域と重なることがない金属系粒子６個についての粒子間距離を得る。当該６個の隣り合う金属系粒子との粒子間距離の標準偏差として平均粒子間距離の標準偏差を得る。

積層物が後述する保護層を有する場合など、ＳＥＭ観察で金属系粒子集合体層を観察できない場合には、金属系粒子集合体層の平均粒径、平均粒子間距離及びその標準偏差の測定については、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察で代替してもよい。

金属系粒子集合体層を構成する複数の金属系粒子の平均高さは、上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、好ましくは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、なおさらに好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、特に好ましくは５５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。

上記複数の金属系粒子の平均高さは、次の方法に従って測定される。すなわち、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ－５５００」又はこれと同等の装置を用いて、積層物の断面像を取得する。得られた断面像において、基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物（保護層を有しない積層物）の外側輪郭面上の点を無作為に１０点選択する。ついで、当該１０点のそれぞれから基材の外側表面まで、最短となるように直線を引き、得られた１０本の直線の長さの平均値を金属系粒子の平均高さとする。

金属系粒子集合体層を構成する複数の金属系粒子のアスペクト比は、上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、好ましくは１以上８以下、より好ましくは１以上７以下、さらに好ましくは１．５以上７以下、なおさらに好ましくは１．５以上６以下である。
上記アスペクト比は、上記平均高さに対する上記平均粒径の比（平均粒径／平均高さ）で定義される。金属系粒子は真球状であってもよいが、上記［ａ］及び［ｂ］の効果を効果的に得る観点から、アスペクト比が１を超える扁平形状を有していることが好ましい。

金属系粒子は、効果の高いプラズモンを励起する観点から、その表面が滑らかな曲面からなることが好ましく、とりわけ表面が滑らかな曲面からなる扁平形状を有していることがより好ましいが、表面に微小な凹凸（粗さ）を幾分含んでいてもよく、このような意味において金属系粒子は不定形であってもよい。

本発明に係る積層物の製造方法は、平均粒径、平均高さ、アスペクト比、平均粒子間距離及びその標準偏差等が上述の好ましい範囲である金属系粒子集合体層を基材１０上に形成するための方法として好適である。

１個の積層物について、金属系粒子集合体層に含まれる金属系粒子の数は、通常６個以上であり、好ましくは３０個以上である。金属系粒子を６個以上含む金属系粒子集合体層を形成することにより、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用によって強いプラズモン共鳴及びプラズモン共鳴の作用範囲の伸長が発現しやすい。１個の積層物について、金属系粒子集合体層に含まれる金属系粒子の数は、例えば５０個以上、さらには１０００個以上、なおさらには１００００個以上であってもよい。
金属系粒子の数密度は、強いプラズモン共鳴及びプラズモン共鳴の作用範囲の伸長を発現しやすくする観点から、基材の表面積１μｍ^２あたり、好ましくは７個以上、より好ましくは１５個以上である。

基材の表面に金属系粒子集合体層を配置した積層物、及び、該積層物の表面にさらに後述する保護層を配置した積層物は、表面凹凸を有していてもよい。表面凹凸を有する積層物は表面積がより大きい。したがって、該積層物をセンサ素子に適用する場合には、被検出物質を多く積層物の表面に結合させることができる。このことは、センサ素子の検出感度及び検出精度の向上に有利である。

金属系粒子集合体層は、強いプラズモン共鳴及びプラズモン共鳴の作用範囲の伸長を発現しやすくする観点から、層として非導電性であることが好ましい。この観点から、金属系粒子が配置される基材の表面も非導電性であることが好ましい。金属系粒子それ自体は導電性を有していてもよい。

（３）保護層形成工程
積層物の製造方法は、金属系粒子集合体層上に絶縁性材料から構成される保護層を形成する工程を含むことができる。図４は、積層物の他の一例を模式的に示す断面図である。図４に示される積層物２は、立体表面を有する基材１０（コア粒子）と、基材１０の立体表面の少なくとも一部（好ましくは表面全体）に配置される金属系粒子集合体層と、少なくとも複数の金属系粒子２０の表面を覆う保護層３０とを含む。保護層は、少なくとも基材表面上の複数の金属系粒子の表面を覆うように形成されることが好ましい。

保護層を形成することは、下記の点で有利である。
［Ａ］積層物を、被検出物質を標識する発光体からの発光の強度を増強させるための発光増強要素として用いる場合において、発光体が積層物の金属系粒子に直接接触していると、発光体から金属系粒子への電子トンネリングによる消光が起こる可能性があり、増強効果が低下し得る。金属系粒子上に保護層を設けることにより、発光体と金属系粒子とを確実に離間させることができるため、消光を抑制できる。
［Ｂ］積層物（基材及び／又は金属系粒子）の安定性（耐酸化性等）及び耐環境安定性（例えば耐光性、耐湿度性、耐熱性等）を高めることができる。

保護層は、上記［Ａ］の観点からは、少なくとも金属系粒子集合体層を構成する複数の金属系粒子の表面を覆うように形成されていればよいが、図４に示されるように基材表面及び複数の金属系粒子の表面を含む表面全体を覆うように形成されていてもよい。

保護層の材質は、上記［Ａ］の観点からは、非導電性材料、すなわち、絶縁性材料であることが好ましい。絶縁性材料としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４等の無機絶縁材料；樹脂材料（例えば、ポリスチレン、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂等）等の有機絶縁材料が挙げられる。保護層は、２種以上の材料から構成されていてもよい。保護層は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。

保護層の厚みは特に制限されないが、例えば３ｎｍ以上であり、好ましくは１０ｎｍ以上である。発光体で標識された被検出物質を保護層上に捕捉し、該被検出物質について分析を行うセンサ素子に積層物を発光増強要素として用いる場合、発光体からの発光を効果的に増強させる観点から、保護層の厚みは、例えば３００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、より好ましくは１５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１００ｎｍ以下、なおさらに好ましくは８０ｎｍ以下である。

保護層の厚みは、次の方法に従って測定される。日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ－５５００」又はこれと同等の装置を用いて、積層物の断面像を取得する。得られた断面像において、基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物（保護層を有しない積層物）の外側輪郭面上の点を無作為に１０点選択する。当該点は、金属系粒子の表面であって、保護層との界面を形成している表面上の点である。ついで、当該１０点のそれぞれから保護層の外側表面まで、最短となるように直線を引き、得られた１０本の直線の長さの平均値を保護層の厚みとする。

１つの好ましい実施形態に係る積層物において保護層は、基材及び金属系粒子集合体層からなる粒子（保護層を有しない積層物）の表面全体を被覆している。この実施形態において、保護層の外側表面は、保護層を有しない積層物の表面凹凸（金属系粒子に基づく凹凸）に追随して凹凸を有していてもよいし、凹凸を有しておらず平滑であってもよい。図４は、保護層が表面凹凸を有する例である。積層物をセンサ素子に適用する場合、積層物の表面に結合させる被検出物質の量を増加させる観点から、保護層は表面凹凸を有することが好ましい。

保護層を有しない積層物の表面全体を保護層が被覆している場合において、保護層は、上記表面全体にわたって比較的均一な厚みで形成されていてもよいし、局所において厚く形成されていたり薄く形成されていたりするなど、不均一な厚みで形成されていてもよい。発光体で標識された被検出物質を保護層上に捕捉し、該被検出物質について分析を行うセンサ素子に積層物を発光増強要素として用いる場合、発光体で標識された被検出物質が捕捉される積層物表面の位置によって金属系粒子集合体層から発光体までの距離が変動することをできるだけ抑制する観点から、保護層は、上記表面全体にわたって均一又は比較的均一な厚みで形成されることが好ましい。

金属系粒子集合体層上に保護層を形成する工程を含む積層物の製造方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。
〔ａ〕上記（１）で述べた金属系粒子集合体層形成工程を行った後、後述するゾル－ゲル法により保護層を形成する方法。
〔ｂ〕上記（１）で述べた金属系粒子集合体層形成工程を行った後、後述するゾル－ゲル法以外の方法（例えば、スパッタリング法（粉体スパッタリングであってもよい。）、蒸着法（粉体蒸着であってもよい）、ＣＶＤ（粉体ＣＶＤであってもよい）等）により保護層を形成する方法。
〔ｃ〕上記（１）で述べた金属系粒子集合体層形成工程以外の方法（例えば、スパッタリング法、蒸着法（真空蒸着等）等）により金属系粒子集合体層を形成した後、後述するゾル－ゲル法により保護層を形成する方法。
〔ｄ〕上記（１）で述べた金属系粒子集合体層形成工程以外の方法（例えば、スパッタリング法、蒸着法（真空蒸着等）等）により金属系粒子集合体層を形成した後、後述するゾル－ゲル法以外の方法（例えば、スパッタリング法（粉体スパッタリングであってもよい。）、蒸着法（粉体蒸着であってもよい）、ＣＶＤ（粉体ＣＶＤであってもよい）等）により保護層を形成する方法。

金属系粒子集合体層上に絶縁性材料から構成される保護層を形成する方法の好適な例は、上述のゾル－ゲル法である。ゾル－ゲル法は、原料としての金属アルコキシド等を含む溶液から出発して、加水分解反応及び重合反応を伴って、対応する金属酸化物を得ることができる方法である。ゾル－ゲル法の一例は、Ｓｔｏｂｅｒ法（Ｓｔｏｂｅｒのｏは、ｏのウムラウトを意味する。以下同様。）である。この方法によれば、原料としてオルトケイ酸テトラエチルを使用し、エタノール溶媒中、水及び触媒としてのアンモニアの存在下に反応を行って、シリカ（ＳｉＯ_２）を得ることができる。Ｓｔｏｂｅｒ法については、W. Stober and A. Fink, Journal of Colloid and Interface Science 26(1), 62-69 (1968)を参照することができる。

Ｓｔｏｂｅｒ法により、基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物上に保護層としてのＳｉＯ_２層を形成することができる。具体的には、アルコール等の溶媒、水、及び触媒としてのアンモニアを含む溶液中で、原料としてのオルトケイ酸テトラエチル等の上記反応を、基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物の存在下に行うことにより、該積層物上にＳｉＯ_２層を形成することができる。

上記反応の温度は適宜選択されるが、例えば０℃以上１００℃以下であり、好ましくは１０℃以上６０℃以下である。また、反応中、反応液に対して超音波処理を行うと、保護層によるコーティングが均一になりやすい。

保護層の厚みは、反応液における基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物に対する原料（金属アルコキシド等）の量に依存する。反応液における基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物の体積Ｖ_Ｌ２［ｃｍ^３］に対する原料の体積Ｖ_Ｇ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｇ／Ｖ_Ｌ２は、例えば１５以下であり、好ましくは９以下、より好ましくは６以下である。上記比は通常、０．１以上である。上記比を大きくするほど、保護層の厚みを大きくできる傾向にある。

ゾル－ゲル法により金属酸化物からなる保護層を形成するために用いることができる原料は、オルトケイ酸テトラエチルに限定されるものではなく、例えばメチルトリメトキシシラン等を用いることもできる。

＜センサ素子＞
本発明に係る積層物、とりわけプラズモン構造体を備える積層物は、センサ素子用の発光増強要素として好適に用いることができる。センサ素子は、例えば、被検出物質を検出するために用いられるセンサ素子であって、基板と、該基板上に配置される積層物と、該積層物上に配置され、被検出物質と特異的に結合する捕捉物質を有する捕捉部とを含む。積層物は、上述の保護層を含むものであってもよい。

図５は、センサ素子の一例を模式的に示す断面図である。図５に示されるセンサ素子は、窪み７１を表面に有する基板７０と、基板７０上、より具体的には窪み７１内に配置される積層物２と、積層物２上に配置され、被検出物質９０と特異的に結合する捕捉物質を有する捕捉部８０とを含む。図５に示される例において、捕捉部８０は積層物２の保護層上に設けられているが、保護層を有しない積層物を用い、その基材上及び／又は金属系粒子集合体層上に捕捉部８０を設けてもよい。

図５は、標識（ラベル）された被検出物質９０が捕捉部８０に捕捉されている状態を模式的に示している。図５の９１は、被検出物質９０に結合した標識を示している。標識としては発光体が挙げられる。

上記センサ素子は、次のようにして被検出物質９０の検出を行う。検出は、定性的又は定量的な検出であってよく、例えば被検出物質９０の同定又は定量等を指す。積層物２上の捕捉物質に特異的に結合した標識された被検出物質９０に向けて励起光を照射すると発光体である標識が励起される。そして、積層物２の金属系粒子集合体層が励起された発光体と共鳴して、プラズモン発光増強が発現する。励起された発光体からの発光を検出器を用いて検出することにより被検出物質９０を定性的又は定量的に検出することができる。例えば、発光強度を測定することにより被検出物質９０の存在量を定性的又は定量的に測定することができる。

本発明に係る積層物を備えるセンサ素子によれば、積層物が金属系粒子集合体層を含んでおり、これによりプラズモン発光増強を発現させることができるため、検出感度及び検出精度を高めることができる。例えば、基板７０が有する窪み７１の底面に金属粒子集合体層を配置し、積層物の代わりに金属粒子集合体層を有しないビーズ（積層物の基材に相当）を窪み７１内に配置することも考えられるが、この場合、捕捉部を表面に備えるビーズの粒径が大きい場合（例えばマイクロメートルオーダーの場合）、標識された被検出物質９０と金属粒子集合体層とが離れすぎて、プラズモン発光増強効果が得られないおそれがある。これに対して、金属系粒子集合体層を含む積層物を窪み７１内に配置するビーズとして用いることにより、標識された被検出物質９０と金属粒子集合体層との距離が短くなるため、プラズモン発光増強効果を得ることができる。

また、基材の表面に金属系粒子集合体層を配置した積層物、及び、該積層物の表面にさらに保護層を配置した積層物は、表面凹凸を有しているか又は表面凹凸を有するものとすることができる。表面凹凸を有する積層物は表面積がより大きい。したがって、該積層物を上記ビーズとして用いることにより、捕捉物質、ひいては被検出物質９０を多く積層物の表面に結合させることができる。このことも、検出感度及び検出精度を向上させることに寄与する。

被検出物質９０は、定性的又は定量的な検出を行う対象の物質であり、捕捉物質に対して特異的に結合する物質である。被検出物質９０としては特に制限されず、例えば、ヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸、タンパク質、糖類、糖タンパク、レクチン、ウィルス、細胞、抗体、エクソソーム等が挙げられる。被検出物質９０が生体由来物質又は生体関連物質であるセンサ素子をバイオセンサ素子ともいう。

核酸は、プリン塩基又はピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体（ヌクレオチド鎖）を意味し、プローブＤＮＡを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチドが重合したＤＮＡ（全長あるいはその断片）、ＲＮＡ、ポリアミドヌクレオチド誘導体（ＰＮＡ）等を含む。また、ヌクレオシドは、塩基と糖がグリコシド結合した化合物であり、ヌクレオチドはヌクレオシドにリン酸が結合した化合物であり、ヌクレオシド及びヌクレオチドは、塩基を含む化合物である。

「特異的に結合」とは、物質間の非共有結合、共有結合、水素結合を含む化学結合を広く意味し、例えば、タンパク質分子間の相互作用、分子間の静電相互作用等が挙げられる。

捕捉された被検出物質９０の検出は、被検出物質９０をあらかじめ発光体である標識９１で標識しておき、この標識９１からの発光を検出することによって行うことができる。標識９１は、捕捉物質と被検出物質９０との特異的結合により得られる複合体に特異的に結合する標識物質であってもよい。発光体は、励起光による励起エネルギーの注入により発光する物質である。発光体における発光の原理は限定されることはなく、蛍光、りん光、化学発光等が挙げられる。発光体としては、従来公知のものを用いることができる。

捕捉部８０を構成する捕捉物質は、被検出物質９０と特異的に結合して、これを捕捉するために機能する物質である。捕捉物質は、例えば、積層物の表面に固定される。捕捉物質は、例えば、被検出物質９０と特異的に結合できる結合活性基を有する物質である。結合活性基としては、例えば、被検出物質９０と静電相互作用できる、カルボキシル基、水酸基等が挙げられる。捕捉物質としては特に制限されず、例えば、ヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸、タンパク質、糖類、糖タンパク等が挙げられる。

センサ素子が有する基板７０の材質としては、例えば、シリコン、石英、合成石英、ガラス、熱可塑性樹脂等が挙げられる。積層物は、必ずしも基板７０の窪み７１内に配置されることに限定される訳ではなく、基板７０に固定又は収容できる態様で配置されればよい。基板７０は、１又は２以上の窪み７１を有することができる。基板７０の例は、フローセル、マイクロアレイである。

本発明に係る積層物を備えるセンサ素子によれば、局在プラズモン共鳴の作用範囲が広い積層物を含むことができるため、積層物の金属系粒子集合体層から標識９１までの距離が１０ｎｍを超える長い距離であっても標識９１からの発光を増強させることができる。
例えば、被検出物質９０となり得るＤＮＡの大きさは数ｎｍ～数十ｎｍ程度であり得、５ｎｍ～１５ｎｍであり得る。例えば、ウィルスの大きさは数十ｎｍ～百数十ｎｍ程度であり得、３０ｎｍ～１２０ｎｍであり得る。これらが被検出物質９０である場合、これに結合される標識９１と金属系粒子集合体層との距離は、例えば数十ｎｍ～数百ｎｍになり得る。このような場合においても上記センサ素子によれば、標識９１からの発光を増強させることができる。

金属系粒子集合体層から標識９１までの距離は、１５ｎｍ以上、さらには２５ｎｍ以上、なおさらにはそれ以上の距離であってもよい。該距離は、センサ素子の感度の観点から、好ましくは２００ｎｍ以下であり、より好ましくは１７０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下である。

金属系粒子集合体層のプラズモンピークの極大波長は、標識９１の発光波長と一致するか又は近いことが好ましい。これにより、プラズモン共鳴による発光増強効果をより効果的に高めることができる。金属系粒子集合体層のプラズモンピークの極大波長は、これを構成する金属系粒子の金属種、平均粒径、平均高さ、アスペクト比、平均粒子間距離及び／又は平均粒子間距離の標準偏差の調整により制御可能である。

上記センサ素子を備えるセンサ装置は通常、センサ素子に加えて、標識９１を励起させるための励起光を発する光源、及び、標識９１からの発光を検出する検出器を含む。光源と検出器とは、基板７０を基準に異なる側に配置されていてもよいし、同じ側に配置されていてもよい。一実施形態において、光源は、基板７０の上方（図５における、標識された被検出物質９０の上方又は側方）に配置されており、検出器は、基板７０の下方（裏側）、すなわち基板７０を基準に光源とは反対側、又は、光源と同じ側に配置されている。検出器が基板７０の下方（裏側）に配置される場合、基板７０は、透光性を有することが好ましく、光学的に透明であることがより好ましい。透光性を有する基板７０は、これを透過することとなる光に関して、８０％以上の光透過率を有することが好ましく、９０％以上の光透過率を有することがより好ましい。

発光を検出する際、励起光が混入するおそれがある場合には、励起光の波長の光をカットする波長カットフィルタを通して発光を検出器に入射させることが好ましい。

センサ装置の例は、例えば、ＤＮＡシーケンサ、ＤＮＡマイクロアレイ、ウィルスセンサ、イオンセンサ、プレートリーダー（プロテインチップ、糖鎖チップ、レクチンチップ等）、顕微分光装置、グルコースセンサ等のバイオセンサ装置である。

なお、積層物がセンサ用途に使用される場合において、積層物は、基板に固定されることなく使用されてもよい。このような使用方法としては、フローサイトメトリーにおける使用や、液媒体中に積層物を分散させ、分散された積層物に標識された被検出物質９０を結合させて分析を行う方法が挙げられる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
０．０４７ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）水溶液５０ｍＬに０．０５ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液０．２５ｍＬを滴下した後、攪拌した。水酸化カリウム水溶液の添加により溶液は無色透明から褐色に変色した。この溶液に、３．５ｍｏｌ／Ｌのエチレンジアミン（ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）水溶液を攪拌下に５０μＬずつ滴下し、溶液が無色透明になったところで滴下を止めた。得られた溶液を銀イオン液Ａとする。

０．０６ｍｏｌ／Ｌのグルコース水溶液１６．６ｍＬとメタノール８．４ｍＬとを混合し、還元剤液Ｂを得た。槽内に銀イオン液Ａを投入し、次いで、基材としてのシリカパウダー（日本電気硝子株式会社製の「ファインスフィアＳＫ－３０」、平均粒径３μｍの球状粒子群）２００ｍｇを槽内へ投入した。次いで、還元剤液Ｂを槽内に投入後直ちに、槽内の液を攪拌することにより、銀イオン液Ａと還元剤液Ｂとからなるメッキ液への基材の浸漬を行い、基材表面上での銀からなる金属系粒子の成長を開始した。メッキ液の調製及びメッキ液への基材の浸漬は２５℃の環境下で行った。２５℃で攪拌を継続した。浸漬開始から２８分後に、金属系粒子集合体層を有する基材（積層物）を濾別し、次いでこの濾過物をアセトンと超純水の１：１体積比混合液で洗浄した後、遠心分離機を用いて上澄みを取り除いたのち、８０℃で乾燥を行って、積層物を得た。

＜実施例２＞
還元剤の濃度及び還元剤の濃度の飽和濃度に対する比（百分率）が表１に示される値となるように、還元剤液Ｂの調製に用いたグルコース水溶液のグルコース濃度を変更したこと以外は実施例１と同様にして金属系粒子集合体層形成工程を行い、積層物を得た。

＜比較例１＞
実施例１で用いた基材（シリカパウダー）を比較例１の粒子とした。なお、基材として用いたシリカパウダーの平均粒径（３μｍ）は上述の粒子群の平均粒径の測定方法に従って求めた。

実施例１及び実施例２について、メッキ液における銀イオンの濃度、還元剤の種類、還元剤の濃度、還元剤の濃度の飽和濃度に対する比（百分率）、メッキ液への基材の浸漬時間、メッキ液の体積Ｖ_Ｌ［ｃｍ^３］に対する基材の体積Ｖ_Ｓ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｓ／Ｖ_Ｌ、金属の堆積開始から２８分経過時点での金属系粒子の平均高さ成長速度を表１に示す。
球状粒子であるシリカパウダーを基材として用いた実施例１及び実施例２において、上記式から求められるＸの値は、いずれも１２１×１０^－７であった。

図６及び図７は、実施例１で得られた積層物のＳＥＭ画像（図６：６０００倍スケール、図７：３５０００倍スケール）であり、図８は、実施例２で得られた積層物のＳＥＭ画像（２００００倍スケール）である。これらのＳＥＭ画像を含め本明細書においてＳＥＭ画像の取得には、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「ＪＳＭ－５５００」を用いた。

ＳＥＭ画像より、基材を被覆している金属系粒子集合体層を構成する銀粒子の上記定義に基づく平均粒径、平均粒子間距離を求めた。また、ＳＴＥＭ断面画像（１０００００倍スケール）に基づき、銀粒子の上記定義に基づく平均高さを求めた。ＳＴＥＭ断面画像の取得には、ＦＥＩ社製の走査型透過電子顕微鏡「Ｈｅｌｉｏｓ Ｇ４ ＵＸ」を用いた。得られた平均粒径及び平均高さから銀粒子のアスペクト比を算出した。以上の結果を表１に示す。なお、実施例２の積層物については、ＳＥＭ画像は取得したが（図８）、平均粒径及び平均粒子間距離を求めることはしなかった。図８に示されるとおり、実施例２の積層物が有する金属系粒子集合体層は、互いに離間して配置される複数の金属系粒子を含んでいるが、実施例１の積層物に比べて、金属系粒子同士が結合して連続膜を形成している部分が多く存在していた。

（蛍光強度の増強効果についての評価）
ガラス基板上にスピンオングラス（ＳＯＧ）溶液を３０００ｒｐｍでスピンコートした後、ＳＯＧの塗膜の上に実施例１で得られた積層物を置いた。次いで、ＳＯＧの塗膜を２００℃で乾燥させて、積層物を固定した。ＳＯＧ溶液には、有機系ＳＯＧ材料である東京応化工業株式会社製「ＯＣＤ Ｔ－７ ５５００Ｔ」を用いた。

次に、積層物が固定されている面にローダミンＢ溶液を２０００ｒｐｍで１００秒間スピンコートして、積層物の表面に蛍光色素であるローダミンＢを担持させた。これを測定サンプル１とする。ローダミンＢ溶液には、Ｅｘｃｉｔｏｎ社製「Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ」をエタノールに溶解してなる０．１５ｍＭのローダミンＢ溶液を用いた。

別途、上記と同じ方法で比較例１の粒子の表面に蛍光色素であるローダミンＢを担持させた。これを測定サンプル２とする。

測定サンプル１及び測定サンプル２について、蛍光顕微鏡（オリンパス社製「ＦＶ１０００」）を用いて、レーザー光を照射したときに、積層物に担持したローダミンＢ（測定サンプル１）、シリカ粒子に担持したローダミンＢ（測定サンプル２）から発せされる蛍光強度を測定した。

蛍光強度の測定条件は次のとおりとした。
レーザー励起波長：５５９ｎｍ
検出条件：Ｃｙ５
対物レンズ：４０倍

測定サンプル１の測定によって得られた蛍光画像において、他の積層物と接触していない積層物を無作為に１０個選択し、それらの「ＩＮＴ」値の平均値を算出し、この平均値からバックグラウンド値を差し引いた値を蛍光強度１とした。同様にして、測定サンプル２の測定から求められる蛍光強度を蛍光強度２とした。他の積層物と接触していない積層物（測定サンプル１）、及び、他のシリカ粒子と接触していないシリカ粒子（測定サンプル２）を選択したのは、特に透明粒子であるシリカ粒子同士が接触している場合には、それらが励起光や発光を粒子内部で再帰反射し合うことにより、蛍光強度にムラが生じるためである。

バックグラウンド値は、次のようにして求めた。無処理のガラス基板（測定サンプル１及び測定サンプル２で用いたものと同じもの）について、上記と同じ条件で蛍光強度の測定を行って画像を得た。該画像から無作為に１０点選択し、それらの「ＩＮＴ」値の平均値を算出し、この平均値をバックグラウンド値とした。

蛍光強度１は、蛍光強度２の１９．７倍であった。
図９は測定サンプル１についての蛍光強度測定で得られた画像であり、図１０は測定サンプル２についての蛍光強度測定で得られた画像である。

＜実施例３＞
エタノール５０００μＬに２５質量％のアンモニア（ＮＨ_３）水溶液１１８８μＬを溶解させて溶液を得た。この溶液を５０℃まで昇温した後、同温度で、実施例１で得られた積層物２４．８ｍｇ及びオルトケイ酸テトラエチル３２．４μＬを攪拌下に添加して反応液とした。反応液に対して超音波処理を行いながら、５０℃での反応液の攪拌を４時間継続した後、遠心分離機を用いて上澄みを取り除き、水による洗浄及び８０℃での乾燥を順に行って、金属系粒子集合体層の上にＳｉＯ_２からなる保護層が形成された積層物を得た。反応液における基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物の体積Ｖ_Ｌ２［ｃｍ^３］に対するオルトケイ酸テトラエチルの体積Ｖ_Ｇ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｇ／Ｖ_Ｌ２は、２．８７であった。

図１１及び図１２は、得られた保護層を含む積層物のＳＥＭ画像（図１１：７０００倍スケール、図１２：３００００倍スケール）である。該ＳＥＭ画像より、保護層が実施例１で得られた積層物の表面全体にわたって形成されていることが確認できた。保護層は、金属系粒子集合体層の銀粒子表面上だけではなく、銀粒子間の隙間（コア粒子が露出している部分）にも形成されていることが確認された。また、保護層の表面は、金属系粒子集合体層の凹凸に追随して凹凸を有していることが確認された。

図１３は、得られた保護層を含む積層物のＳＴＥＭ断面画像（１０００００倍スケール）である。ＳＴＥＭ断面画像の取得には、ＦＥＩ社製の走査型透過電子顕微鏡「Ｈｅｌｉｏｓ Ｇ４ ＵＸ」を用いた。該画像より、６０～７０ｎｍ程度の厚みを有する保護層が概ね均一に形成されていることが確認された。

＜実施例４＞
０．０４７ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）水溶液１５０ｍＬに０．０５ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液０．７５ｍＬを滴下した後、攪拌した。水酸化カリウム水溶液の添加により溶液は無色透明から褐色に変色した。この溶液に、３．５ｍｏｌ／Ｌのエチレンジアミン（ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）水溶液を攪拌下に５０μＬずつ滴下し、溶液が無色透明になったところで滴下を止めた。得られた溶液を銀イオン液Ａとする。

０．０４ｍｏｌ／Ｌのグルコース水溶液５０ｍＬとメタノール２５ｍＬとを混合し、還元剤液Ｂを得た。槽内に銀イオン液Ａを投入し、次いで、基材としてのシリカパウダー（日揮触媒化成株式会社製の平均粒径１．１μｍの球状粒子群）２４０ｍｇを槽内へ投入した。次いで、還元剤液Ｂを槽内に投入後直ちに、槽内の液を攪拌することにより、銀イオン液Ａと還元剤液Ｂとからなるメッキ液への基材の浸漬を行い、基材表面上での銀からなる金属系粒子の成長を開始した。メッキ液の調製及びメッキ液への基材の浸漬は２５℃の環境下で行った。２５℃で攪拌を継続した。浸漬開始から２８分後に、金属系粒子集合体層を有する基材（積層物）を濾別し、次いでこの濾過物をアセトンと超純水の１：１体積比混合液で洗浄した後、遠心分離機を用いて上澄みを取り除いたのち、８０℃で乾燥を行って、積層物を得た。

＜実施例５＞
０．００２４ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）水溶液６６６．７ｍＬに０．０５ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液５ｍＬを滴下した後、攪拌した。水酸化カリウム水溶液の添加により溶液は無色透明から褐色に変色した。この溶液に、３．５ｍｏｌ／Ｌのエチレンジアミン（ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）水溶液を攪拌下に５０μＬずつ滴下し、溶液が無色透明になったところで滴下を止めた。得られた溶液を銀イオン液Ａとする。

０．００６ｍｏｌ／Ｌのグルコース水溶液２２２．２ｍＬとメタノール１１１．１ｍＬとを混合し、還元剤液Ｂを得た。槽内に銀イオン液Ａを投入し、次いで、基材としてのシリカパウダー（日揮触媒化成株式会社製の平均粒径０．５５μｍの球状粒子群）４６．７ｍｇを槽内へ投入した。次いで、還元剤液Ｂを槽内に投入後直ちに、槽内の液を攪拌することにより、銀イオン液Ａと還元剤液Ｂとからなるメッキ液への基材の浸漬を行い、基材表面上での銀からなる金属系粒子の成長を開始した。メッキ液の調製及びメッキ液への基材の浸漬は２５℃の環境下で行った。２５℃で攪拌を継続した。浸漬開始から２８分後に、金属系粒子集合体層を有する基材（積層物）を濾別し、次いでこの濾過物をアセトンと超純水の１：１体積比混合液で洗浄した後、遠心分離機を用いて上澄みを取り除いたのち、８０℃で乾燥を行って、積層物を得た。

＜実施例６＞
０．０４７ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）水溶液５０ｍＬに０．０５ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液０．２５ｍＬを滴下した後、攪拌した。水酸化カリウム水溶液の添加により溶液は無色透明から褐色に変色した。この溶液に、３．５ｍｏｌ／Ｌのエチレンジアミン（ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）水溶液を攪拌下に５０μＬずつ滴下し、溶液が無色透明になったところで滴下を止めた。得られた溶液を銀イオン液Ａとする。

０．０６ｍｏｌ／Ｌのグルコース水溶液１６．６ｍＬとメタノール８．４ｍＬとを混合し、還元剤液Ｂを得た。槽内に銀イオン液Ａを投入し、次いで、基材としてのアルミナパウダー（住友化学株式会社製の「アドバンスアルミナＡＡ－３」、平均粒径３μｍの不定形粒子群）３６２ｍｇを槽内へ投入した。次いで、還元剤液Ｂを槽内に投入後直ちに、槽内の液を攪拌することにより、銀イオン液Ａと還元剤液Ｂとからなるメッキ液への基材の浸漬を行い、基材表面上での銀からなる金属系粒子の成長を開始した。メッキ液の調製及びメッキ液への基材の浸漬は２５℃の環境下で行った。２５℃で攪拌を継続した。浸漬開始から２８分後に、金属系粒子集合体層を有する基材（積層物）を濾別し、次いでこの濾過物をアセトンと超純水の１：１体積比混合液で洗浄した後、遠心分離機を用いて上澄みを取り除いたのち、８０℃で乾燥を行って、積層物を得た。

＜実施例７＞
エタノール５０００μＬに２５質量％のアンモニア（ＮＨ_３）水溶液１１８８μＬを溶解させて溶液を得た。この溶液を５０℃まで昇温した後、同温度で、実施例１で得られた積層物２４．８ｍｇ及びオルトケイ酸テトラエチル５．０μＬを攪拌下に添加して反応液とした。反応液に対して超音波処理を行いながら、５０℃での反応液の攪拌を４時間継続した後、遠心分離機を用いて上澄みを取り除き、水による洗浄及び８０℃での乾燥を順に行って、金属系粒子集合体層の上にＳｉＯ_２からなる保護層が形成された積層物を得た。反応液における基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物の体積Ｖ_Ｌ２［ｃｍ^３］に対するオルトケイ酸テトラエチルの体積Ｖ_Ｇ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｇ／Ｖ_Ｌ２は、０．４４３であった。

実施例３と同様にしてＳＴＥＭ断面画像を取得した。該画像より、２０ｎｍ程度の厚みを有する保護層が概ね均一に形成されていることが確認された。

＜実施例８＞
エタノール５０００μＬに２５質量％のアンモニア（ＮＨ_３）水溶液１１８８μＬを溶解させて溶液を得た。この溶液を５０℃まで昇温した後、同温度で、実施例１で得られた積層物２４．８ｍｇ及びオルトケイ酸テトラエチル１５．０μＬを攪拌下に添加して反応液とした。反応液に対して超音波処理を行いながら、５０℃での反応液の攪拌を４時間継続した後、遠心分離機を用いて上澄みを取り除き、水による洗浄及び８０℃での乾燥を順に行って、金属系粒子集合体層の上にＳｉＯ_２からなる保護層が形成された積層物を得た。反応液における基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物の体積Ｖ_Ｌ２［ｃｍ^３］に対するオルトケイ酸テトラエチルの体積Ｖ_Ｇ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｇ／Ｖ_Ｌ２は、１．３３であった。

実施例３と同様にしてＳＴＥＭ断面画像を取得した。該画像より、８５ｎｍ程度の厚みを有する保護層が概ね均一に形成されていることが確認された。

＜実施例９＞
エタノール５０００μＬに２５質量％のアンモニア（ＮＨ_３）水溶液１１８８μＬを溶解させて溶液を得た。この溶液を５０℃まで昇温した後、同温度で、実施例１で得られた積層物２４．８ｍｇ及びオルトケイ酸テトラエチル３２．４μＬを攪拌下に添加して反応液とした。反応液に対して超音波処理を行いながら、５０℃での反応液の攪拌を４時間継続した後、遠心分離機を用いて上澄みを取り除き、水による洗浄及び８０℃での乾燥を順に行って、金属系粒子集合体層の上にＳｉＯ_２からなる保護層が形成された積層物を得た。反応液における基材及び金属系粒子集合体層からなる積層物の体積Ｖ_Ｌ２［ｃｍ^３］に対するオルトケイ酸テトラエチルの体積Ｖ_Ｇ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｇ／Ｖ_Ｌ２は、２．８７であった。

実施例３と同様にしてＳＴＥＭ断面画像を取得した。該画像より、１１０ｎｍ程度の厚みを有する保護層が概ね均一に形成されていることが確認された。

実施例４～６について、メッキ液における銀イオンの濃度、還元剤の種類、還元剤の濃度、還元剤の濃度の飽和濃度に対する比（百分率）、メッキ液への基材の浸漬時間、メッキ液の体積Ｖ_Ｌ［ｃｍ^３］に対する基材の体積Ｖ_Ｓ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｓ／Ｖ_Ｌ、金属の堆積開始から２８分経過時点での金属系粒子の平均高さ成長速度を表２に示す。
実施例４～６で用いた基材の上記式から求められるＸの値は、それぞれ、実施例４について１０１×１０^－７、実施例５について４１×１０^－７、実施例６について１１０×１０^－７であった。

図１４～図１８は、それぞれ、実施例５～９で得られた積層物のＳＥＭ画像である。ＳＥＭ画像より、基材を被覆している金属系粒子集合体層を構成する銀粒子の上記定義に基づく平均粒径、平均粒子間距離を求めた。また、ＳＴＥＭ断面画像（１０００００倍スケール）に基づき、銀粒子の上記定義に基づく平均高さを求めた。ＳＴＥＭ断面画像の取得には、ＦＥＩ社製の走査型透過電子顕微鏡「Ｈｅｌｉｏｓ Ｇ４ ＵＸ」を用いた。得られた平均粒径及び平均高さから銀粒子のアスペクト比を算出した。以上の結果を表２に示す。

（蛍光強度の増強効果についての評価）
実施例１で得られた積層物と同じ方法で、実施例４、６、７及び９の積層物について、蛍光強度の増強効果を評価した。その結果、実施例４、６、７及び９の積層物の蛍光強度１は、それぞれ、蛍光強度２の４．５倍、１．３倍、１８倍、４．６倍であった。蛍光強度２とは、実施例１で得られた積層物についての評価と同じく、各実施例で用いた基材である粒子の表面に蛍光色素であるローダミンＢを担持させてなる測定サンプル２から発せされる蛍光強度である。

１，２ 積層物、１０ 基材、２０ 金属系粒子、３０ 保護層、５０ 槽、６０ メッキ液、７０ 基板、７１ 窪み、８０ 捕捉部、９０ 被検出物質、９１ 標識。

Claims (15)

1. 立体表面を有する基材と、
   前記立体表面上に配置される層であって、互いに離間して配置される複数の金属系粒子を含む金属系粒子集合体層と、
   を備える積層物の製造方法であって、
   前記製造方法は、前記金属系粒子を構成する金属のカチオンを含むメッキ液に前記基材を浸漬した状態で前記カチオンを還元することによって前記金属系粒子集合体層を前記立体表面上に形成する工程を含み、
   前記メッキ液の体積Ｖ_Ｌ［ｃｍ^３］に対する前記基材の体積Ｖ_Ｓ［ｃｍ^３］の比Ｖ_Ｓ／Ｖ_Ｌが０．０３以下である、製造方法。
2. 前記積層物が備える金属系粒子集合体層において、前記複数の金属系粒子の平均粒径が５ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記積層物が備える金属系粒子集合体層において、前記複数の金属系粒子は、それぞれ、その隣り合う金属系粒子との平均距離が１ｎｍ以上１５０ｎｍ以下となるように配置されている、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記金属系粒子集合体層を形成する工程において、前記立体表面上への前記金属の堆積開始から２８分経過時点での金属系粒子の平均高さ成長速度が６ｎｍ／分以下である、請求項１に記載の製造方法。
5. 前記基材が粒子である、請求項１に記載の製造方法。
6. 前記金属系粒子集合体層を形成する工程は、下記式（１）を満たす、請求項５に記載の製造方法。
   １０×１０^－７≦Ｘ≦６００×１０^－７ （１）
   ［式（１）中、Ｘは、前記粒子が球状であるとき、下記式で表される。
   

   

   
   （式中、ａは前記メッキ液の前記カチオンの濃度（ｍｏｌ／Ｌ）、Ｖは前記メッキ液の体積（Ｌ）、Ｄは前記カチオンの還元によって生じる金属（０価）の原子量、Ｂは前記基材の粒子数（個）、Ｃは前記カチオンの還元によって生じる金属（０価）の比重（ｇ／ｃｍ^３）、Ｒは前記粒子の半径（ｃｍ）を表す。）
   Ｘは、前記粒子が不定形であるとき、下記式で表される。
   

   

   
   （式中、ａ、Ｖ、Ｄ及びＣは前記と同じ意味を表す。Ｓは前記粒子の表面積の総和を表す。）］
7. 前記メッキ液は、前記カチオンを還元可能な還元剤をさらに含む、請求項１に記載の製造方法。
8. 前記還元剤は、標準酸化還元電位が－０．５Ｖ以上である、請求項７に記載の製造方法。
9. 前記還元剤がグルコースである、請求項７に記載の製造方法。
10. 前記メッキ液は、錯化剤をさらに含む、請求項１に記載の製造方法。
11. 前記錯化剤がアンモニア又はアミン系錯化剤である、請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記金属系粒子集合体層を形成する工程の後に、前記金属系粒子集合体層上に絶縁性材料から構成される保護層を形成する工程をさらに含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の製造方法。
13. 前記保護層は、ゾルゲル法により形成される、請求項１２に記載の製造方法。
14. 前記絶縁性材料がＳｉＯ_２である、請求項１２に記載の製造方法。
15. 前記保護層の厚みが３００ｎｍ以下である、請求項１２に記載の製造方法。
    

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