JP4899061B2 - センシングデバイス、センシング装置およびセンシング方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明のセンシング装置の特徴、つまり、センシング装置のセンシングデバイスに用いる金属構造体の特徴について説明する。特に、基板状に構築された複数の金属微粒子の材質、形状、サイズ、間隔、および方向の特徴について具体的に説明する。
複数の金属微粒子を配置する基板は、特に限定されないが、金属構造体を光学応答デバイスとして用いるためには、可視領域から近赤外領域に光吸収を有しない固体材料からなる基板、すなわち透明基板であることが好ましい。具体的な基板材料の例には、ガラスや石英、サファイアなどが含まれる。
基板状に整列配置する金属微粒子は、プラズモン共鳴吸収を有することを特徴とする。プラズモン共鳴吸収を有する金属微粒子としては、金や銀、銅、白金などの貴金属類が挙げられる。また、金属微粒子は、他の材料をこれらの貴金属でメッキした粒子であってもよい。
本発明の金属微粒子は、金属微粒子を2つに切断したときに切断した2つの金属微粒子がそれぞれ同一の形状をとるような切断面が存在する形状を有する。例えば、本発明の金属微粒子は、相隣る面がすべて直角に交わる6面体(直方体)の形状をとりうる。この場合、金属微粒子を基板に垂直な上面から見た場合、該金属微粒子は矩形状に見える。なお、この矩形の各頂点は、必ずしも厳格な直角に見える必要はなく、例えば、各頂点が丸みを帯びた形状であってもよいし、頂点の角が削られた形状であってもよい。ただし、この場合、矩形の各頂点は、すべて一様な形状を帯びていることが好ましい。
本発明の金属微粒子は、一定のサイズを有することを特徴とする。「サイズが一定」とは、基板上に配置された各金属微粒子の面積、体積、および高さがそれぞれ一定であることを意味する。ここで規定する「金属微粒子の面積」とは、金属微粒子を基板に垂直な上面から見たときの金属微粒子の面積を意味し、「金属微粒子の高さ」とは、基板の表面からの金属微粒子の厚さを意味する。
本発明の金属微粒子は、一定の間隔で配置されていることを特徴とする。「間隔が一定」とは、基板上に配置された複数の金属微粒子の任意の1つと、これに隣接する金属微粒子との最短距離が30nm以下(好ましくは、10nm以下)であって、かつ、その変動性が5%以下であることを意味する。
本発明の金属微粒子は、一定の方向で配置されていることを特徴とする。「方向が一定」とは、金属微粒子の任意の頂点と該頂点の対角に位置する頂点とを結んだ直線上に、この金属微粒子を起点として隣接する複数の金属微粒子の任意の頂点、および該頂点の対角に位置する頂点が位置することを意味する。
本発明のセンシング方法は、前述のセンシングデバイスにより増強された検出対象物質の光学応答を応答信号として検出対象物質をセンシングすることを特徴とする。具体的には、例えば、1)検出対象物質が付着した前述のセンシングデバイスを用意するステップ、2)用意されたセンシングデバイスに励起光を照射するステップ、3)前記検出対象物質からの光学応答を測定し、前記検出対象物質をセンシング(定量または定性)するステップを含む。
次に、上述した金属構造体をセンシングデバイスとして用いたセンシング装置について説明する。以下において、応答信号として蛍光を用いるセンシング装置を例として説明するが、もちろん応答信号が蛍光に限定されることはない。例えば、本発明のセンシング装置は、光散乱(ラマン散乱)、高長波発光、和周波や差周波などを測定して、検出対象物質をセンシングする装置でありうる。
本実施例では、ガラス基板上(Matsunami Glass:24mm×24mm)に電子線リソグラフィ/リフトオフにより金属微粒子を作製した。具体的には、まず、ガラス基板をアセトン、メタノール、超純水で順に超音波洗浄した後、ガラス基板上にポジ型電子リソグラフィ用レジスト(日本ゼオン株式会社製のZEP−520A、専用シンナで2倍希釈)をスピンコート(初期:1000rpmで10sec、メイン:4000rpmで90sec)し、ホットプレート上でプリベークを180℃で3分間行った。次いで、加速電圧100kVの電子ビーム露光装置により、1.2μC/cm2のドーズレートで所定のパターンを描画した後、30分現像した。次いで、現像・リンスした基板上にクロム2nmと金10nm〜100nmをスパッタリングにより成膜した後、レジストリムーバ(ジメチルフォルムアミド)溶液中でリフトオフを行った。このとき、レジストリムーバを65℃〜70℃と高温にしながら超音波を5分かけることにより、レジストが残らないきれいな微細金属構造体(センシングデバイス)を作製することに成功した。
本発明者は、さらに、当該方法により作製した金属構造体(センシングデバイス)の多光子励起効率および蛍光増強に関しても実験を行った。
本実施例では、ガラス基板上に、長軸および短軸をともに80nm、かつ金属微粒子間の距離を4nmと設計して金属微粒子の作製を行った。まず、ガラス基板上に40塩基対の3’末端にチオールを修飾したDNA(1mmol/l)を滴下し、37℃のインキュベータ中で12時間静置して金との結合を誘起した。次いで、相補的なDNAを37℃、pH7.4のバッファ中で4時間静置して、ハイブリダイゼーションを行った。そして、金属構造体を界面活性剤溶液(ドデシル硫酸ナトリウム、SDS溶液)で、5分3セットゆっくり攪拌して洗浄後、SYBR Green I(Molecular Probe社)をジメチルスルホキシド溶媒(DMSO)で1000倍に希釈して金属構造体上に滴下し、10分後、上記と同様に界面活性剤溶液で洗浄を行った。測定システムは上記と同様である。
Claims (7)
- プラズモン共鳴吸収を有するセンシングデバイスであって、
基板上に、一定の間隔かつ一定の方向で配置された、一定のサイズを有する複数の金属微粒子を有し、
前記複数の金属微粒子は、基板に垂直な上面から見たときに同一形状の4つの頂点を有し、
前記複数の金属微粒子は、対向する頂点間の間隔が10nm未満となり、かつ対向する側面間の間隔が前記対向する頂点間の間隔よりも長くなるように配置され、
前記複数の金属微粒子のサイズの変動性は、5%以下である、
センシングデバイス。 - 前記複数の金属微粒子は、高さが10nm〜100nmである、請求項1記載のセンシングデバイス。
- 前記基板は、固体透明基板である、請求項1記載のセンシングデバイス。
- 請求項1に記載のセンシングデバイスと、
前記センシングデバイスに付着した検出対象物質から蛍光を発生させる励起光を、前記センシングデバイスに対して照射する励起光照射手段と、
前記検出対象物質からの蛍光の強度を検出する蛍光強度検出手段と、
を有するセンシング装置。 - 前記蛍光の強度を解析して、前記センシングデバイスに付着した前記検出対象物質の量を定量的に算出する検出対象物質解析手段をさらに有する、請求項4記載のセンシング装置。
- 前記複数の金属微粒子は、高さが10nm〜100nmである、請求項4記載のセンシング装置。
- 請求項1に記載のセンシングデバイスに付着した検出対象物質から蛍光を発生させる励起光を、前記センシングデバイスに対して照射するステップと、
前記検出対象物質からの蛍光の強度を検出するステップと、
を有するセンシング方法。
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