JP5565215B2 - Sensor chip, sensor cartridge and analyzer - Google Patents

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Description

本発明は、センサーチップ、センサーカートリッジ及び分析装置に関するものである。   The present invention relates to a sensor chip, a sensor cartridge, and an analyzer.

近年、医療診断や飲食物の検査などに用いられるセンサーの需要が増大しており、小型で高速にセンシング可能なセンサー技術の開発が求められている。このような要求に応えるために、電気化学的な手法をはじめ様々なタイプのセンサーが検討されている。これらの中で、集積化が可能であり、低コスト、さらに測定環境を選ばないといった理由から、表面プラズモン共鳴(SPR:Surface Plasmon Resonance)を用いたセンサーに対する関心が高まっている。   In recent years, there has been an increasing demand for sensors used for medical diagnosis and inspection of food and drink, and the development of sensor technology that is small and capable of sensing at high speed is demanded. In order to meet such a demand, various types of sensors including an electrochemical method are being studied. Among these, because of the fact that integration is possible, the cost is low, and the measurement environment is not selected, interest in sensors using surface plasmon resonance (SPR) is increasing.

ここで、表面プラズモンとは、表面固有の境界条件により光とカップリングを起こす電子波の振動モードである。表面プラズモンを励起する方法としては、金属表面に回折格子を刻み、光とプラズモンを結合させる方法やエバネッセント波を利用する方法がある。例えば、SPRを利用したセンサーとしては、全反射型プリズムと、当該プリズムの表面に形成された標的物質に接触する金属膜と、を具備して構成されるものがある。このような構成により、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無など、標的物質の吸着の有無を検出している。   Here, the surface plasmon is a vibration mode of an electron wave that causes coupling with light due to boundary conditions unique to the surface. As a method of exciting surface plasmons, there are a method of engraving a diffraction grating on a metal surface and combining light and plasmons and a method of using evanescent waves. For example, a sensor using SPR includes a total reflection prism and a metal film that contacts a target substance formed on the surface of the prism. With such a configuration, the presence or absence of target substance adsorption, such as the presence or absence of antigen adsorption in an antigen-antibody reaction, is detected.

ところで、金属表面に伝播型の表面プラズモンが存在する一方、金属微粒子には局在型の表面プラズモンが存在する。局在型の表面プラズモン、つまり、表面の微細構造上に局在する表面プラズモンが励起された際には、著しく増強された電場が誘起されることが知られている。   By the way, while propagation-type surface plasmons exist on the metal surface, localized surface plasmons exist on the metal fine particles. It is known that when a localized surface plasmon, that is, a surface plasmon localized on the surface microstructure is excited, a significantly enhanced electric field is induced.

そこで、センサー感度の向上を目的として、金属微粒子や金属ナノ構造を用いた局在表面プラズモン共鳴(LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)を利用したセンサーが提案されている。例えば、特許文献1では、表面に金属微粒子が膜状に固定された透明基板に対して光を照射し、金属微粒子を透過した光の吸光度を測定することにより、金属微粒子近傍の媒質の変化を検出し、標的物質の吸着や堆積を検出している。   Therefore, for the purpose of improving sensor sensitivity, a sensor using localized surface plasmon resonance (LSPR) using metal fine particles or metal nanostructures has been proposed. For example, in Patent Document 1, light is applied to a transparent substrate having metal fine particles fixed on the surface thereof, and the absorbance of the light transmitted through the metal fine particles is measured to thereby change the medium in the vicinity of the metal fine particles. It detects and detects adsorption and deposition of the target substance.

特開2000−356587号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-356587

しかしながら、特許文献1では、金属微粒子のサイズ(大きさや形状)を均一に作製すること、及び金属微粒子を規則正しく配列することは困難であった。金属微粒子のサイズや配列が制御できないと、共鳴で生じる吸収や共鳴波長にもばらつきが生じる。これにより、吸光度スペクトルの幅がブロードになり、ピーク強度が低下してしまう。このため、金属微粒子近傍の媒質の変化を検出する信号変化が低く、センサー感度を向上させるにも限界があった。したがって、吸光度スペクトルから物質を特定するような用途では、センサーの感度が不十分であった。   However, in Patent Document 1, it is difficult to uniformly produce metal fine particles (size and shape) and to regularly arrange the metal fine particles. If the size and arrangement of the metal microparticles cannot be controlled, the absorption caused by resonance and the resonance wavelength will also vary. As a result, the width of the absorbance spectrum becomes broad and the peak intensity decreases. For this reason, the signal change for detecting the change of the medium in the vicinity of the metal fine particles is low, and there is a limit in improving the sensor sensitivity. Accordingly, the sensitivity of the sensor is insufficient for applications in which substances are identified from the absorbance spectrum.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、センサー感度の向上を図り、ラマン分光スペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップ、センサーカートリッジ及び分析装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a sensor chip, a sensor cartridge, and an analyzer that can improve the sensitivity of a sensor and can identify a target substance from a Raman spectrum. Objective.

上記の課題を解決するため、本発明にかかるひとつのセンサーチップは、平面部を有する基材と、前記平面部上に形成され、金属で形成された表面を有し、標的物質が配置される回折格子と、を含み、前記回折格子は、第1の方向に100nm以上1000nm以下の周期で周期的に配列されている複数の第1の突起と、隣り合う2つの第1の突起の間に位置して前記基材の下地を構成する複数の下地部分と、前記複数の第1の突起の各々の上面に複数形成されている複数の第2の突起と、前記複数の下地部分の各々に複数形成されている複数の第3の突起と、を含むこと、を特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明にかかるひとつのセンサーチップは、平面部を有する基材と、金属で形成された表面を有し、標的物質が配置される回折格子と、を含み、前記回折格子は、100nm以上1000nm以下の周期で複数の第1の凸形状が周期的に配列されている第1の凹凸形状と、前記複数の第1の凸形状の各々に前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で複数の第2の凸形状が周期的に配列されている第2の凹凸形状と、隣り合う2つの第1の凸形状の間に位置する下地部分の各々にて前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で複数の第3の凸形状が周期的に配列されている第3の凹凸形状とが重畳することにより前記平面部に形成された合成パターンを有すること、を特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明にかかるひとつのセンサーチップは、平面部を有する基材と、前記平面部上に形成され、金属で形成された表面を有し、標的物質が配置される回折格子と、を含み、前記回折格子は、第1の方向に100nm以上1000nm以下の周期で周期的に配列されている複数の第1の突起と、隣り合う2つの第1の突起の間に位置して前記基材の下地を構成する複数の下地部分と、前記複数の第1の突起の上面に形成されている複数の第2の突起と、前記複数の下地部分に形成されている複数の第3の突起と、を含むこと、を特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明にかかるひとつのセンサーチップは、平面部を有する基材と、金属で形成された表面を有し、標的物質が配置される回折格子と、を含み、前記回折格子は、100nm以上1000nm以下の周期で複数の第1の凸形状が周期的に配列されている第1の凹凸形状と、前記複数の第1の凸形状に前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で複数の第2の凸形状が周期的に配列されている第2の凹凸形状と、隣り合う2つの第1の凸形状の間に位置する下地部分にて前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で複数の第3の凸形状が周期的に配列されている第3の凹凸形状とが重畳することにより前記平面部に形成された合成パターンを有すること、を特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明のセンサーチップは、金属を含む基材に形成された回折格子に標的物質を配置し、表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン散乱を利用して、前記標的物質を検出するためのセンサーチップであって、前記回折格子は、前記基材の平面部の上に形成され、前記平面部を垂直に切断する方向の断面形状が矩形の凸形状であり、前記基材の平面内に平行な第1の方向に光の波長よりも短い周期で配列される金属を含む第1の突起の群と、前記第1の突起の群において、隣り合う2つの第1の突起の間に位置する前記基材の下地部分の群と、前記第1の突起の群において、各々の前記第1の突起の上面に形成される金属を含む複数の第2の突起の群と、前記下地部分の群において、各々の前記下地部分に形成される金属を含む複数の第3の突起の群と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, one sensor chip according to the present invention has a base material having a flat surface portion, a surface formed on the flat surface portion and formed of a metal, and a target substance is disposed thereon. A diffraction grating, wherein the diffraction grating is between a plurality of first protrusions periodically arranged in a first direction with a period of 100 nm to 1000 nm and two adjacent first protrusions. A plurality of base portions that are positioned and constitute a base of the base material, a plurality of second protrusions formed on the top surfaces of each of the plurality of first protrusions, and a plurality of base portions And a plurality of third protrusions formed in plurality.
In order to solve the above problems, one sensor chip according to the present invention includes a base material having a flat surface portion, a diffraction grating having a surface formed of a metal and having a target substance disposed thereon, The diffraction grating includes a first concavo-convex shape in which a plurality of first convex shapes are periodically arranged with a period of 100 nm to 1000 nm, and the first concavo-convex shape on each of the plurality of first convex shapes. In each of the second concavo-convex shape in which a plurality of second convex shapes are periodically arranged in a cycle shorter than the cycle of the above and the base portion located between two adjacent first convex shapes. Having a composite pattern formed on the planar portion by overlapping with a third uneven shape in which a plurality of third convex shapes are periodically arranged in a cycle shorter than the cycle of the first uneven shape; It is characterized by.
In order to solve the above problems, one sensor chip according to the present invention has a base material having a flat surface portion, a surface formed on the flat surface portion and formed of a metal, and a target substance is disposed thereon. A diffraction grating, wherein the diffraction grating is between a plurality of first protrusions periodically arranged in a first direction with a period of 100 nm to 1000 nm and two adjacent first protrusions. A plurality of base portions that are positioned and constitute a base of the base material, a plurality of second projections formed on the top surfaces of the plurality of first projections, and a plurality of base portions that are formed on the plurality of base portions A third protrusion.
In order to solve the above problems, one sensor chip according to the present invention includes a base material having a flat surface portion, a diffraction grating having a surface formed of a metal and having a target substance disposed thereon, The diffraction grating includes a first concavo-convex shape in which a plurality of first convex shapes are periodically arranged with a period of 100 nm or more and 1000 nm or less, and a period of the first concavo-convex shape in the plurality of first convex shapes. A second concavo-convex shape in which a plurality of second convex shapes are periodically arranged with a shorter period, and the first concavo-convex portion at a base portion located between two adjacent first convex shapes. It has a composite pattern formed on the plane portion by overlapping with a third concavo-convex shape in which a plurality of third convex shapes are periodically arranged with a cycle shorter than the cycle of the shape, To do.
In order to solve the above problems, the sensor chip of the present invention arranges a target substance on a diffraction grating formed on a substrate containing a metal, and utilizes the surface plasmon resonance and surface enhanced Raman scattering to cause the target substance to be disposed. A sensor chip for detection, wherein the diffraction grating is formed on a flat surface portion of the base material, and a cross-sectional shape in a direction perpendicularly cutting the flat surface portion is a rectangular convex shape, and the base material A first protrusion group including a metal arranged in a first direction parallel to the plane of the light at a period shorter than the wavelength of light, and two adjacent first protrusions in the first protrusion group A group of base portions of the substrate located between and a group of a plurality of second protrusions including a metal formed on the upper surface of each of the first protrusions in the group of the first protrusions; In the group of the base portions, each base portion is formed. It characterized by having a a group of the plurality of third projection including genus.

この構成によれば、第1の突起により表面プラズモン共鳴を介して増強された近接電場を同形状の表面へ励起し、さらに第2の突起、第3の突起による金属微細構造で増強度の高い表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)を発現させることができる。具体的には、第1の突起の群、第2の突起の群、第3の突起の群が形成された面に光が入射すると、第1の突起の群による表面固有の振動モード(表面プラズモン)が生じる。すると、光の振動にともなって自由電子が共鳴振動し、自由電子の振動にともなって電磁波の振動が励起される。この電磁波の振動は、自由電子の振動に影響するため、両者の振動が結合した系、いわゆる表面プラズモンポラリトン(SPP:Surface Plasmon Polariton)をつくることになる。これにより、第2の突起の群、第3の突起の群の近傍に、局在表面プラズモン共鳴(LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)が励起される。本構造では隣り合う2つの第2の突起の間の距離、隣り合う2つの第3の突起の間の距離が小さいため、その接点付近に極めて強い増強電場が生じる。そして、その接点に1〜数個の標的物質が吸着すると、そこからSERSが発生する。このため、標的物質に固有の鋭いSERSスペクトルを取得することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第1の突起の周期や高さ、第2の突起の高さ、第3の突起の高さを適宜変更することで、共鳴ピークの位置を任意の波長に合わせることができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。   According to this configuration, the near electric field enhanced by the first protrusion via the surface plasmon resonance is excited to the surface of the same shape, and further, the metal fine structure by the second protrusion and the third protrusion has a high strength. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) can be expressed. Specifically, when light is incident on the surface on which the first protrusion group, the second protrusion group, and the third protrusion group are formed, the surface-specific vibration mode (surface Plasmon) occurs. Then, free electrons resonate with the vibration of light, and the vibration of the electromagnetic wave is excited with the vibration of the free electrons. Since the vibration of the electromagnetic wave affects the vibration of free electrons, a system in which both vibrations are combined, that is, a so-called surface plasmon polariton (SPP) is formed. As a result, localized surface plasmon resonance (LSPR) is excited in the vicinity of the second protrusion group and the third protrusion group. In this structure, since the distance between two adjacent second protrusions and the distance between two adjacent third protrusions are small, an extremely strong electric field is generated in the vicinity of the contact. When one to several target substances are adsorbed on the contact, SERS is generated therefrom. For this reason, the sharp SERS spectrum intrinsic | native to a target substance is acquirable. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition, by appropriately changing the period and height of the first protrusion, the height of the second protrusion, and the height of the third protrusion, the position of the resonance peak can be adjusted to an arbitrary wavelength. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第1の突起が前記1の方向に交差し前記基材の平面内に平行な第2の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第1の突起が基材の平面内に平行な方向(第1の方向)のみに周期性を有して形成されている場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第1の突起における第1の方向の周期に加えて、第2の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
The sensor chip may be arranged with periodicity in a second direction in which the first protrusion intersects the first direction and is parallel to the plane of the substrate.
According to this configuration, sensing is performed under a wider plasmon resonance condition than when the first protrusion is formed with periodicity only in a direction parallel to the plane of the substrate (first direction). be able to. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition to the period in the first direction of the first protrusion, the period in the second direction can be changed as appropriate. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の突起、前記第3の突起が前記基材の平面内に平行な第3の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第2の突起、第3の突起の周期を適宜変更することができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
In the sensor chip, the second protrusion and the third protrusion may be arranged with periodicity in a third direction parallel to the plane of the substrate.
According to this configuration, the periods of the second protrusion and the third protrusion can be appropriately changed. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の突起、前記第3の突起が前記第3の方向に交差し前記基材の平面内に平行な第4の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第2の突起、第3の突起が基材の平面内に平行な方向(第3の方向)のみに形成されている場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第2の突起、第3の突起における第3の方向の周期に加えて、第4の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
In the sensor chip, the second protrusion and the third protrusion are arranged with periodicity in a fourth direction that intersects the third direction and is parallel to the plane of the substrate. May be.
According to this configuration, sensing is performed under a wider plasmon resonance condition than when the second protrusion and the third protrusion are formed only in the direction parallel to the plane of the base material (third direction). Can do. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition to the period in the third direction of the second protrusion and the third protrusion, the period in the fourth direction can be appropriately changed. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の突起、前記第3の突起が微粒子からなっていてもよい。
この構成においても、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。
In the sensor chip, the second protrusion and the third protrusion may be made of fine particles.
Even in this configuration, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and specifying the target substance from the SERS spectrum.

また、上記センサーチップは、前記基材に含まれる金属、前記第1の突起に含まれる金属、前記第2の突起に含まれる金属、前記第3の突起に含まれる金属が金または銀であることが望ましい。
この構成によれば、金または銀がSPP、LSPR、SERSを発現させる特性を有しているので、SPP、LSPR、SERSが発現しやすくなり、標的物質を高感度で検出することが可能となる。
In the sensor chip, the metal contained in the base material, the metal contained in the first projection, the metal contained in the second projection, and the metal contained in the third projection were gold or silver. It is desirable.
According to this configuration, since gold or silver has a property of expressing SPP, LSPR, and SERS, SPP, LSPR, and SERS are easily expressed, and a target substance can be detected with high sensitivity. .

また、本発明のセンサーチップは、金属を含む基材に形成された回折格子に標的物質を配置し、表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン散乱を利用して、前記標的物質を検出するためのセンサーチップであって、前記回折格子は金属を含み、前記基材の平面部を垂直に切断する方向における前記回折格子の断面形状は、光の波長よりも短い周期で第1の凸形状が配列される第1の凹凸形状と、前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で第2の凸形状が配列される第2の凹凸形状とを重畳して得られた合成パターンであることを特徴とする。   The sensor chip of the present invention is a sensor chip for detecting a target substance by using surface plasmon resonance and surface enhanced Raman scattering by arranging the target substance on a diffraction grating formed on a base material containing metal. The diffraction grating includes a metal, and the first convex shape is arranged with a period shorter than the wavelength of light as a cross-sectional shape of the diffraction grating in a direction in which the planar portion of the base material is cut vertically. It is a composite pattern obtained by superimposing a first concavo-convex shape and a second concavo-convex shape in which a second convex shape is arranged in a cycle shorter than the cycle of the first concavo-convex shape. To do.

この構成によれば、第1の凸形状により表面プラズモン共鳴を介して増強された近接電場を同形状の表面へ励起し、さらに第2の凸形状による金属微細構造で増強度の高い表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)を発現させることができる。具体的には、第1の凹凸形状及び第2の凹凸形状が形成された面に光が入射すると、第1の凹凸形状による表面固有の振動モード(表面プラズモン)が生じる。すると、光の振動にともなって自由電子が共鳴振動し、自由電子の振動にともなって電磁波の振動が励起される。この電磁波の振動は、自由電子の振動に影響するため、両者の振動が結合した系、いわゆる表面プラズモンポラリトン(SPP:Surface Plasmon Polariton)をつくることになる。これにより、第2の凹凸形状の近傍に、局在表面プラズモン共鳴(LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)が励起される。本構造では隣り合う2つの第2の凸形状の間の距離が小さいため、その接点付近に極めて強い増強電場が生じる。そして、その接点に1〜数個の標的物質が吸着すると、そこからSERSが発生する。このため、標的物質に固有の鋭いSERSスペクトルを取得することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第1の凸形状の周期、高さ及び第2の凸形状の高さを適宜変更することで、共鳴ピークの位置を任意の波長に合わせることができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。   According to this structure, the near electric field enhanced by the first convex shape through the surface plasmon resonance is excited to the surface of the same shape, and the surface enhanced Raman having a high strength is obtained by the metal microstructure by the second convex shape. Scatter (SERS: Surface Enhanced Raman Scattering) can be expressed. Specifically, when light enters the surface on which the first concavo-convex shape and the second concavo-convex shape are formed, a surface-specific vibration mode (surface plasmon) is generated by the first concavo-convex shape. Then, free electrons resonate with the vibration of light, and the vibration of the electromagnetic wave is excited with the vibration of the free electrons. Since the vibration of the electromagnetic wave affects the vibration of free electrons, a system in which both vibrations are combined, that is, a so-called surface plasmon polariton (SPP) is formed. Thereby, localized surface plasmon resonance (LSPR) is excited in the vicinity of the second uneven shape. In this structure, since the distance between two adjacent second convex shapes is small, an extremely strong enhanced electric field is generated near the contact point. When one to several target substances are adsorbed on the contact, SERS is generated therefrom. For this reason, the sharp SERS spectrum intrinsic | native to a target substance is acquirable. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition, by appropriately changing the period and height of the first convex shape and the height of the second convex shape, the position of the resonance peak can be adjusted to an arbitrary wavelength. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第1の凸形状が前記基材の平面内に平行な第1の方向に周期性を有するとともに前記1の方向に交差し前記基材の平面内に平行な第2の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第1の凸形状が基材の平面内に平行な方向(第1の方向)のみに周期性を有して形成されている場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第1の凸形状における第1の方向の周期に加えて、第2の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
In the sensor chip, the first convex shape has periodicity in a first direction parallel to the plane of the base material, and intersects the first direction and is parallel to the plane of the base material. They may be arranged with periodicity in the two directions.
According to this configuration, sensing is performed under a wider plasmon resonance condition than when the first convex shape is formed with periodicity only in the direction parallel to the plane of the substrate (first direction). It can be carried out. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition to the period in the first direction in the first convex shape, the period in the second direction can be changed as appropriate. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の凸形状が前記基材の平面内に平行な第3の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第2の凸形状の周期を適宜変更することができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
In the sensor chip, the second convex shape may be arranged with periodicity in a third direction parallel to the plane of the substrate.
According to this configuration, the period of the second convex shape can be changed as appropriate. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の凸形状が前記第3の方向に交差し前記基材の平面内に平行な第4の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第2の凸形状が基材の平面内に平行な方向(第3の方向)のみに形成されている場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第2の凸形状における第3の方向の周期に加えて、第4の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
The sensor chip may be arranged with periodicity in a fourth direction in which the second convex shape intersects the third direction and is parallel to the plane of the substrate.
According to this configuration, sensing can be performed under a wider plasmon resonance condition than when the second convex shape is formed only in the direction parallel to the plane of the substrate (third direction). Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. Moreover, in addition to the period of the 3rd direction in a 2nd convex shape, the period of a 4th direction can also be changed suitably. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の凸形状が微粒子からなっていてもよい。
この構成においても、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。
In the sensor chip, the second convex shape may be made of fine particles.
Even in this configuration, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and specifying the target substance from the SERS spectrum.

また、上記センサーチップは、前記基材に含まれる金属、前記第1の凸形状に含まれる金属、前記第2の凸形状に含まれる金属が金または銀であることが望ましい。
この構成によれば、金または銀がSPP、LSPR、SERSを発現させる特性を有しているので、SPP、LSPR、SERSが発現しやすくなり、標的物質を高感度で検出することが可能となる。
Moreover, as for the said sensor chip, it is desirable that the metal contained in the said base material, the metal contained in the said 1st convex shape, and the metal contained in the said 2nd convex shape are gold or silver.
According to this configuration, since gold or silver has a property of expressing SPP, LSPR, and SERS, SPP, LSPR, and SERS are easily expressed, and a target substance can be detected with high sensitivity. .

本発明の分析装置は、前述した本発明のセンサーチップと、前記センサーチップに光を照射する光源と、前記センサーチップからの光を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上述した本発明に係るセンサーチップを備えているので、ラマン散乱光を選択的に分光し、標的分子を検出することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能な分析装置が提供できる。
The analysis device of the present invention includes the above-described sensor chip of the present invention, a light source that irradiates light to the sensor chip, and a photodetector that detects light from the sensor chip.
According to this configuration, since the sensor chip according to the present invention described above is provided, it is possible to selectively disperse Raman scattered light and detect a target molecule. Therefore, it is possible to provide an analyzer capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum.

本発明のセンサーチップは、基材に形成された回折格子に標的物質を配置し、表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン散乱を利用して、前記標的物質を検出するためのセンサーチップであって、前記回折格子は、前記基材の平面部の上に形成され、前記基材の平面内に平行な第1の方向に100nm以上1000nm以下の周期で配列される第1の突起の群と、前記第1の突起の群において、隣り合う2つの第1の突起の間に位置する前記基材の下地部分の群と、前記第1の突起の群において、前記第1の突起の上面に形成される複数の第2の突起の群と、前記下地部分の群において、前記下地部分に形成される複数の第3の突起の群と、を有し、前記回折格子は表面が金属で形成されていることを特徴とする。   The sensor chip of the present invention is a sensor chip for detecting a target substance by arranging a target substance on a diffraction grating formed on a substrate and utilizing surface plasmon resonance and surface enhanced Raman scattering. The diffraction grating is formed on the planar portion of the base material, and has a group of first protrusions arranged in a first direction parallel to the plane of the base material with a period of 100 nm or more and 1000 nm or less. In the group of one protrusion, the base part group of the base material positioned between two adjacent first protrusions, and in the first protrusion group, formed on the upper surface of the first protrusion. A plurality of second protrusion groups and a plurality of third protrusion groups formed on the base portion in the base portion group, and the diffraction grating has a surface formed of metal. It is characterized by that.

この構成によれば、第1の突起により表面プラズモン共鳴を介して増強された近接電場を同形状の表面へ励起し、さらに第2の突起、第3の突起による金属微細構造で増強度の高い表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)を発現させることができる。具体的には、第1の突起の群、第2の突起の群、第3の突起の群が形成された面に光が入射すると、第1の突起の群による表面固有の振動モード(表面プラズモン)が生じる。すると、光の振動にともなって自由電子が共鳴振動し、自由電子の振動にともなって電磁波の振動が励起される。この電磁波の振動は、自由電子の振動に影響するため、両者の振動が結合した系、いわゆる表面プラズモンポラリトン(SPP:Surface Plasmon Polariton)をつくることになる。これにより、第2の突起の群、第3の突起の群の近傍に、局在表面プラズモン共鳴(LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)が励起される。本構造では隣り合う2つの第2の突起の間の距離、隣り合う2つの第3の突起の間の距離が小さいため、その接点付近に極めて強い増強電場が生じる。そして、その接点に1〜数個の標的物質が吸着すると、そこからSERSが発生する。このため、標的物質に固有の鋭いSERSスペクトルを取得することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第1の突起の周期や高さ、第2の突起の高さ、第3の突起の高さを適宜変更することで、共鳴ピークの位置を任意の波長に合わせることができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。   According to this configuration, the near electric field enhanced by the first protrusion via the surface plasmon resonance is excited to the surface of the same shape, and further, the metal fine structure by the second protrusion and the third protrusion has a high strength. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) can be expressed. Specifically, when light is incident on the surface on which the first protrusion group, the second protrusion group, and the third protrusion group are formed, the surface-specific vibration mode (surface Plasmon) occurs. Then, free electrons resonate with the vibration of light, and the vibration of the electromagnetic wave is excited with the vibration of the free electrons. Since the vibration of the electromagnetic wave affects the vibration of free electrons, a system in which both vibrations are combined, that is, a so-called surface plasmon polariton (SPP) is formed. As a result, localized surface plasmon resonance (LSPR) is excited in the vicinity of the second protrusion group and the third protrusion group. In this structure, since the distance between two adjacent second protrusions and the distance between two adjacent third protrusions are small, an extremely strong electric field is generated in the vicinity of the contact. When one to several target substances are adsorbed on the contact, SERS is generated therefrom. For this reason, the sharp SERS spectrum intrinsic | native to a target substance is acquirable. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition, by appropriately changing the period and height of the first protrusion, the height of the second protrusion, and the height of the third protrusion, the position of the resonance peak can be adjusted to an arbitrary wavelength. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第1の突起が前記1の方向に交差し前記基材の平面内に平行な第2の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第1の突起が基材の平面内に平行な方向(第1の方向)のみに周期性を有して形成されている場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第1の突起における第1の方向の周期に加えて、第2の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
The sensor chip may be arranged with periodicity in a second direction in which the first protrusion intersects the first direction and is parallel to the plane of the substrate.
According to this configuration, sensing is performed under a wider plasmon resonance condition than when the first protrusion is formed with periodicity only in a direction parallel to the plane of the substrate (first direction). be able to. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition to the period in the first direction of the first protrusion, the period in the second direction can be changed as appropriate. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の突起、前記第3の突起が前記基材の平面内に平行な第3の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第2の突起、第3の突起の周期を適宜変更することができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
In the sensor chip, the second protrusion and the third protrusion may be arranged with periodicity in a third direction parallel to the plane of the substrate.
According to this configuration, the periods of the second protrusion and the third protrusion can be appropriately changed. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の突起、前記第3の突起が前記第3の方向に交差し前記基材の平面内に平行な第4の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第2の突起、第3の突起が基材の平面内に平行な方向(第3の方向)のみに形成されている場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第2の突起、第3の突起における第3の方向の周期に加えて、第4の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
In the sensor chip, the second protrusion and the third protrusion are arranged with periodicity in a fourth direction that intersects the third direction and is parallel to the plane of the substrate. May be.
According to this configuration, sensing is performed under a wider plasmon resonance condition than when the second protrusion and the third protrusion are formed only in the direction parallel to the plane of the base material (third direction). Can do. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition to the period in the third direction of the second protrusion and the third protrusion, the period in the fourth direction can be appropriately changed. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の突起、前記第3の突起が微粒子からなっていてもよい。
この構成においても、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。
In the sensor chip, the second protrusion and the third protrusion may be made of fine particles.
Even in this configuration, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and specifying the target substance from the SERS spectrum.

また、上記センサーチップは、前記回折格子の表面の金属が金または銀であることが望ましい。
この構成によれば、金または銀がSPP、LSPR、SERSを発現させる特性を有しているので、SPP、LSPR、SERSが発現しやすくなり、標的物質を高感度で検出することが可能となる。
In the sensor chip, the metal on the surface of the diffraction grating is preferably gold or silver.
According to this configuration, since gold or silver has a property of expressing SPP, LSPR, and SERS, SPP, LSPR, and SERS are easily expressed, and a target substance can be detected with high sensitivity. .

また、本発明のセンサーチップは、基材に形成された回折格子に標的物質を配置し、表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン散乱を利用して、前記標的物質を検出するためのセンサーチップであって、前記回折格子は表面が金属で形成され、前記基材の平面部を垂直に切断する方向における前記回折格子の断面形状は、100nm以上1000nm以下の周期で第1の凸形状が配列される第1の凹凸形状と、前記第1の凹凸形状における前記第1の凸形状において前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で第2の凸形状が配列される第2の凹凸形状と、前記第1の凹凸形状における隣り合う2つの前記第1の凸形状の間に位置する下地部分において前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で第3の凸形状が配列される第3の凹凸形状と、を重畳して得られた合成パターンであることを特徴とする。   The sensor chip of the present invention is a sensor chip for detecting a target substance by arranging a target substance on a diffraction grating formed on a substrate and utilizing surface plasmon resonance and surface enhanced Raman scattering. The diffraction grating has a surface formed of a metal, and a cross-sectional shape of the diffraction grating in a direction in which the planar portion of the base material is cut vertically is arranged such that a first convex shape is arranged with a period of 100 nm to 1000 nm. The first concavo-convex shape and the second concavo-convex shape in which the second convex shape is arranged in a cycle shorter than the cycle of the first concavo-convex shape in the first convex shape in the first concavo-convex shape 3rd unevenness by which the 3rd convex shape is arranged in a ground part located between two adjacent said 1st convex shapes in the 1st uneven shape in the cycle shorter than the cycle of said 1st uneven shape Shape and Characterized in that it is a synthetic pattern obtained by superimposing.

この構成によれば、第1の凸形状により表面プラズモン共鳴を介して増強された近接電場を同形状の表面へ励起し、さらに第2の凸形状による金属微細構造で増強度の高い表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)を発現させることができる。具体的には、第1の凹凸形状及び第2の凹凸形状が形成された面に光が入射すると、第1の凹凸形状による表面固有の振動モード(表面プラズモン)が生じる。すると、光の振動にともなって自由電子が共鳴振動し、自由電子の振動にともなって電磁波の振動が励起される。この電磁波の振動は、自由電子の振動に影響するため、両者の振動が結合した系、いわゆる表面プラズモンポラリトン(SPP:Surface Plasmon Polariton)をつくることになる。これにより、第2の凹凸形状の近傍に、局在表面プラズモン共鳴(LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)が励起される。本構造では隣り合う2つの第2の凸形状の間の距離が小さいため、その接点付近に極めて強い増強電場が生じる。そして、その接点に1〜数個の標的物質が吸着すると、そこからSERSが発生する。このため、標的物質に固有の鋭いSERSスペクトルを取得することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第1の凸形状の周期、高さ及び第2の凸形状の高さ、第3の凸形状の高さを適宜変更することで、共鳴ピークの位置を任意の波長に合わせることができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。   According to this structure, the near electric field enhanced by the first convex shape through the surface plasmon resonance is excited to the surface of the same shape, and the surface enhanced Raman having a high strength is obtained by the metal microstructure by the second convex shape. Scatter (SERS: Surface Enhanced Raman Scattering) can be expressed. Specifically, when light enters the surface on which the first concavo-convex shape and the second concavo-convex shape are formed, a surface-specific vibration mode (surface plasmon) is generated by the first concavo-convex shape. Then, free electrons resonate with the vibration of light, and the vibration of the electromagnetic wave is excited with the vibration of the free electrons. Since the vibration of the electromagnetic wave affects the vibration of free electrons, a system in which both vibrations are combined, that is, a so-called surface plasmon polariton (SPP) is formed. Thereby, localized surface plasmon resonance (LSPR) is excited in the vicinity of the second uneven shape. In this structure, since the distance between two adjacent second convex shapes is small, an extremely strong enhanced electric field is generated near the contact point. When one to several target substances are adsorbed on the contact, SERS is generated therefrom. For this reason, the sharp SERS spectrum intrinsic | native to a target substance is acquirable. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. Moreover, the position of the resonance peak can be adjusted to an arbitrary wavelength by appropriately changing the period, height of the first convex shape, the height of the second convex shape, and the height of the third convex shape. . For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第1の凸形状が前記基材の平面内に平行な第1の方向に周期性を有するとともに前記1の方向に交差し前記基材の平面内に平行な第2の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第1の凸形状が基材の平面内に平行な方向(第1の方向)のみに周期性を有して形成されている場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第1の凸形状における第1の方向の周期に加えて、第2の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
In the sensor chip, the first convex shape has periodicity in a first direction parallel to the plane of the base material, and intersects the first direction and is parallel to the plane of the base material. They may be arranged with periodicity in the two directions.
According to this configuration, sensing is performed under a wider plasmon resonance condition than when the first convex shape is formed with periodicity only in the direction parallel to the plane of the substrate (first direction). It can be carried out. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition to the period in the first direction in the first convex shape, the period in the second direction can be changed as appropriate. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の凸形状、前記第3の凸形状が前記基材の平面内に平行な第3の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第2の凸形状、第3の凸形状の周期を適宜変更することができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
In the sensor chip, the second convex shape and the third convex shape may be arranged with periodicity in a third direction parallel to the plane of the substrate.
According to this configuration, the period of the second convex shape and the third convex shape can be appropriately changed. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の凸形状、前記第3の凸形状が前記第3の方向に交差し前記基材の平面内に平行な第4の方向に周期性を有して配列されていてもよい。
この構成によれば、第2の凸形状、第3の凸形状が基材の平面内に平行な方向(第3の方向)のみに形成されている場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第2の凸形状、第3の凸形状における第3の方向の周期に加えて、第4の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。
The sensor chip is arranged with periodicity in a fourth direction in which the second convex shape and the third convex shape intersect the third direction and are parallel to the plane of the substrate. May be.
According to this configuration, sensing is performed under a wider plasmon resonance condition than when the second convex shape and the third convex shape are formed only in the direction parallel to the plane of the substrate (third direction). It can be carried out. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. Moreover, in addition to the period of the 3rd direction in 2nd convex shape and 3rd convex shape, the period of a 4th direction can also be changed suitably. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、上記センサーチップは、前記第2の凸形状、第3の凸形状が微粒子からなっていてもよい。
この構成においても、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。
In the sensor chip, the second convex shape and the third convex shape may be made of fine particles.
Even in this configuration, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and specifying the target substance from the SERS spectrum.

また、上記センサーチップは、前記回折格子の表面の金属が金または銀であることが望ましい。
この構成によれば、金または銀がSPP、LSPR、SERSを発現させる特性を有しているので、SPP、LSPR、SERSが発現しやすくなり、標的物質を高感度で検出することが可能となる。
In the sensor chip, the metal on the surface of the diffraction grating is preferably gold or silver.
According to this configuration, since gold or silver has a property of expressing SPP, LSPR, and SERS, SPP, LSPR, and SERS are easily expressed, and a target substance can be detected with high sensitivity. .

本発明のセンサーカートリッジは、前述した本発明のセンサーチップと、前記標的物質を前記センサーチップの表面に搬送する搬送部と、前記センサーチップを載置する載置部と、前記センサーチップ、前記搬送部及び前記載置部を収容する筐体と、前記筐体の前記センサーチップの表面と対向する位置に設けられた照射窓と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上述した本発明に係るセンサーチップを備えているので、ラマン散乱光を選択的に分光し、標的分子を検出することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーカートリッジが提供できる。
The sensor cartridge of the present invention includes the above-described sensor chip of the present invention, a transport unit that transports the target substance to the surface of the sensor chip, a mounting unit that mounts the sensor chip, the sensor chip, and the transport And a housing for housing the mounting portion, and an irradiation window provided at a position facing the surface of the sensor chip of the housing.
According to this configuration, since the sensor chip according to the present invention described above is provided, it is possible to selectively disperse Raman scattered light and detect a target molecule. Therefore, it is possible to provide a sensor cartridge capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum.

本発明の分析装置は、前述した本発明のセンサーチップと、前記センサーチップに光を照射する光源と、前記センサーチップからの光を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上述した本発明に係るセンサーチップを備えているので、ラマン散乱光を選択的に分光し、標的分子を検出することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能な分析装置が提供できる。
The analysis device of the present invention includes the above-described sensor chip of the present invention, a light source that irradiates light to the sensor chip, and a photodetector that detects light from the sensor chip.
According to this configuration, since the sensor chip according to the present invention described above is provided, it is possible to selectively disperse Raman scattered light and detect a target molecule. Therefore, it is possible to provide an analyzer capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum.

本発明に係るセンサーチップの概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a sensor chip concerning the present invention. ラマン散乱分光法を示す図である。It is a figure which shows a Raman scattering spectroscopy. LSPRによる電場増強の機構を示す図である。It is a figure which shows the mechanism of the electric field enhancement by LSPR. SERS分光法を示す図である。It is a figure which shows SERS spectroscopy. 第1の突起単体の反射光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the reflected light intensity of the 1st protrusion single-piece | unit. SPPの分散曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the dispersion | distribution curve of SPP. 本発明に係るセンサーチップの反射光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the reflected light intensity of the sensor chip based on this invention. 基材の平面部に複数の第2の突起を形成したセンサーチップの模式図である。It is a mimetic diagram of a sensor chip which formed a plurality of 2nd projections in a plane part of a substrate. 図8におけるセンサーチップの反射光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the reflected light intensity of the sensor chip in FIG. センサーチップの作製プロセスを示す図である。It is a figure which shows the preparation processes of a sensor chip. 他の形態の第1の突起を有するセンサーチップの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the sensor chip which has the 1st protrusion of another form. 他の形態の第2の突起を有するセンサーチップの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the sensor chip which has the 2nd protrusion of another form. 他の形態の第2の突起を有するセンサーチップの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the sensor chip which has the 2nd protrusion of another form. 分析装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of an analyzer. 本発明に係るセンサーチップの概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a sensor chip concerning the present invention. 本発明に係るセンサーチップの概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a sensor chip concerning the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.

図1は、本発明に係るセンサーチップの概略構成を示す模式図である。図1(a)はセンサーチップの概略構成斜視図、図1(b)はセンサーチップの概略構成断面図である。図1(b)において、符号P1は第1の突起(第1の凸形状)の周期、符号P2は第2の突起(第2の凸形状)及び第3の突起(第3の凸形状)の周期、符号T1は第1の突起の高さ(溝の深さ)、符号T2は第2の突起の高さ(溝の深さ)、符号T3は第3の突起の高さ(溝の深さ)、符号W1は第1の突起の幅、符号W2は隣り合う2つの第1の突起の間の距離である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a sensor chip according to the present invention. FIG. 1A is a schematic configuration perspective view of a sensor chip, and FIG. 1B is a schematic configuration cross-sectional view of the sensor chip. In FIG. 1B, reference numeral P1 is the period of the first protrusion (first convex shape), and reference numeral P2 is the second protrusion (second convex shape) and third protrusion (third convex shape). , T1 is the height of the first protrusion (groove depth), T2 is the height of the second protrusion (groove depth), and T3 is the height of the third protrusion (groove depth). Depth), W1 is the width of the first protrusion, and W2 is the distance between two adjacent first protrusions.

図15及び図16は、図1(b)に対応した、本発明に係るセンサーチップの概略構成を示す模式図である。図15及び図16において、符号P1は第1の突起(第1の凸形状)の周期、符号P2は第2の突起(第2の凸形状)及び第3の突起(第3の凸形状)の周期、符号T1は第1の突起の高さ(溝の深さ)、符号T2は第2の突起の高さ(溝の深さ)、符号T3は第3の突起の高さ(溝の深さ)、符号W1は第1の突起の幅、符号W2は隣り合う2つの第1の突起の間の距離である。   15 and 16 are schematic views showing a schematic configuration of a sensor chip according to the present invention, corresponding to FIG. In FIGS. 15 and 16, reference numeral P1 denotes a period of the first protrusion (first convex shape), and reference numeral P2 denotes a second protrusion (second convex shape) and a third protrusion (third convex shape). , T1 is the height of the first protrusion (groove depth), T2 is the height of the second protrusion (groove depth), and T3 is the height of the third protrusion (groove depth). Depth), W1 is the width of the first protrusion, and W2 is the distance between two adjacent first protrusions.

センサーチップ1は、金属を含む基材10に形成された回折格子9に標的物質を配置し、局在表面プラズモン共鳴(LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)及び表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)を利用して、前記標的物質を検出するためのものである。回折格子9は、基材10の平面部10sの上に形成され、平面部10sを垂直に切断する方向の断面形状が矩形の凸形状であり、基材10の平面内に平行な第1の方向に光の波長よりも短い周期P1で配列される金属を含む第1の突起11の群と、第1の突起11の群において隣り合う2つの第1の突起11の間に位置する基材11の下地部分10aの群と、第1の突起11の群において各々の第1の突起11の上面11aに形成される金属を含む複数の第2の突起12の群と、下地部分10aの群において各々の下地部分10aに形成される金属を含む複数の第3の突起13の群と、を具備して構成されている。   In the sensor chip 1, a target substance is arranged on a diffraction grating 9 formed on a base material 10 containing metal, and localized surface plasmon resonance (LSPR) and surface enhanced Raman scattering (SERS). ) To detect the target substance. The diffraction grating 9 is formed on the flat surface portion 10 s of the base material 10, has a convex shape with a rectangular cross section in the direction of cutting the flat surface portion 10 s vertically, and is parallel to the plane of the base material 10. A base member positioned between two first protrusions 11 adjacent to each other in the group of first protrusions 11 including a metal arranged in a direction with a period P1 shorter than the wavelength of light. A group of a plurality of second protrusions 12 including a metal formed on the upper surface 11a of each of the first protrusions 11 and a group of the base parts 10a. And a group of a plurality of third protrusions 13 including a metal formed on each base portion 10a.

具体的には、センサーチップ1は、基材10に形成された回折格子9に標的物質を配置し、LSPR及びSERSを利用して、前記標的物質を検出するためのものである。回折格子9は、基材10の平面部10sの上に形成され、基材10の平面内に平行な第1の方向に100nm以上1000nm以下の周期P1で配列される第1の突起11の群と、第1の突起11の群において隣り合う2つの第1の突起11の間に位置する基材10の下地部分10aの群と、第1の突起11の群において各々の第1の突起11の上面11aに形成される複数の第2の突起12の群と、下地部分10aの群において各々の下地部分10aに形成される複数の第3の突起13の群と、を具備して構成されている。回折格子9は表面が金属で形成されている。   Specifically, the sensor chip 1 is for disposing the target substance on the diffraction grating 9 formed on the base material 10 and detecting the target substance using LSPR and SERS. The diffraction grating 9 is formed on the planar portion 10 s of the base material 10, and is a group of first protrusions 11 arranged in a first direction parallel to the plane of the base material 10 with a period P1 of 100 nm or more and 1000 nm or less. And a group of base portions 10a of the base material 10 located between two adjacent first protrusions 11 in the group of first protrusions 11, and each first protrusion 11 in the group of first protrusions 11 A group of a plurality of second protrusions 12 formed on the upper surface 11a and a group of a plurality of third protrusions 13 formed on each base portion 10a in the group of base portions 10a. ing. The surface of the diffraction grating 9 is made of metal.

言い換えると、回折格子9は金属を含み、基材10の平面部10sを垂直に切断する方向における回折格子9の断面形状は、光の波長よりも短い周期P1で第1の凸形状(第1の突起)11が配列される第1の凹凸形状と、第1の凹凸形状の周期よりも短い周期P2で第2の凸形状(第2の突起、第3の突起)12,13が配列される第2の凹凸形状とを重畳して得られた合成パターンである。すなわち、センサーチップ1は、LSPRを発現させるための第1の凸形状11と、SERSを発現させるための第2の凸形状12,13と、を備えている。なお、LSPR、SERSの詳細については後述する。   In other words, the diffraction grating 9 includes a metal, and the cross-sectional shape of the diffraction grating 9 in the direction in which the planar portion 10s of the base material 10 is cut vertically is a first convex shape (first first) with a period P1 shorter than the wavelength of light. And the second convex shapes (second and third projections) 12 and 13 are arranged at a period P2 shorter than the period of the first concave and convex shape. This is a composite pattern obtained by superimposing the second uneven shape. That is, the sensor chip 1 includes a first convex shape 11 for expressing LSPR and second convex shapes 12 and 13 for expressing SERS. Details of LSPR and SERS will be described later.

具体的には、回折格子9は表面が金属で形成され、基材10の平面部10sを垂直に切断する方向における回折格子9の断面形状は、100nm以上1000nm以下の周期P1で第1の凸形状(第1の突起)11が配列される第1の凹凸形状と、第1の凹凸形状における各々の第1の凸形状11において第1の凹凸形状の周期よりも短い周期P2で第2の凸形状(第2の突起)12が配列される第2の凹凸形状と、前記第1の凹凸形状における隣り合う2つの前記第1の凸形状11の間に位置する各々の下地部分において第1の凹凸形状の周期よりも短い周期P2で第3の凸形状が配列される第3の凹凸形状と、を重畳して得られた合成パターンである。   Specifically, the surface of the diffraction grating 9 is formed of a metal, and the cross-sectional shape of the diffraction grating 9 in the direction in which the planar portion 10s of the base material 10 is cut vertically is a first convex with a period P1 of 100 nm to 1000 nm. The first concavo-convex shape in which the shapes (first protrusions) 11 are arranged, and the first concavo-convex shape of each of the first concavo-convex shapes 11 in the first concavo-convex shape 11 is shorter than the period of the first concavo-convex shape, The first concavo-convex shape in which the convex shapes (second protrusions) 12 are arranged and the first base portion located between the two adjacent first convex shapes 11 in the first concavo-convex shape. It is the synthetic pattern obtained by superimposing the 3rd uneven | corrugated shape by which the 3rd convex shape is arranged with the period P2 shorter than the period of this uneven | corrugated shape.

なお、ここでいう「回折格子」とは、複数の凹凸形状(突起の群)を周期的に配列したものをいう。   Here, the “diffraction grating” refers to a structure in which a plurality of irregular shapes (groups of protrusions) are periodically arranged.

また、ここでいう「平面部」とは、基材の上面部をいう。つまり、「平面部」とは、標的物質が配置される基材の片側の表面部をいう。また、第1の凹凸形状、第2の凹凸形状、及び第3の凹凸形状が重畳することによって形成される合成パターンは、少なくとも基材の上面部に形成されているものとする。また、基材のもう一方の片側の表面部、すなわち基材の下面部に関してその形状は特に限定されない。但し基材の平面部(上面部)への加工工程などを考慮すると、基材の下面部は平面部の下地部分に対して平行でかつ平坦な面であることが好ましい。   Further, the “planar portion” here refers to the upper surface portion of the substrate. That is, the “planar portion” refers to a surface portion on one side of the base material on which the target substance is disposed. In addition, the synthetic pattern formed by overlapping the first uneven shape, the second uneven shape, and the third uneven shape is formed at least on the upper surface portion of the base material. Moreover, the shape is not specifically limited regarding the surface part of the other one side of a base material, ie, the lower surface part of a base material. However, in consideration of the processing step for the flat portion (upper surface portion) of the base material, the lower surface portion of the base material is preferably a flat surface parallel to the base portion of the flat surface portion.

回折格子9の構成としては、図1(b)に示すように、基材10、第1の凸形状11及び第2の凸形状12が全て金属からなるものが挙げられる。また、図15に示すように、基材10及び第1の凸形状11をガラスや樹脂等の絶縁部材で形成して絶縁部材の露出する部位全体を金属膜で覆い、金属膜の上に金属からなる第2の凸形状12、金属からなる第3の凸形状13を形成したものが挙げられる。さらに、図16に示すように、基材10、第1の凸形状11、第2の凸形状12及び第3の凸形状13を全て絶縁部材で形成し、絶縁部材の露出する部位全体を金属膜で覆ったものが挙げられる。すなわち、回折格子9は、基材10の下地部分10a、第1の凸形状11、第2の凸形状12及び第3の凸形状13の少なくとも表面が金属で形成された構成とすることができる。   As a structure of the diffraction grating 9, as shown in FIG.1 (b), the base material 10, the 1st convex shape 11, and the 2nd convex shape 12 all consist of a metal. In addition, as shown in FIG. 15, the base material 10 and the first convex shape 11 are formed of an insulating member such as glass or resin, and the entire exposed portion of the insulating member is covered with a metal film, and the metal is formed on the metal film. And a second convex shape 12 made of metal and a third convex shape 13 made of metal. Furthermore, as shown in FIG. 16, the base material 10, the first convex shape 11, the second convex shape 12, and the third convex shape 13 are all formed of an insulating member, and the entire exposed portion of the insulating member is made of metal. The thing covered with the film is mentioned. That is, the diffraction grating 9 can be configured such that at least the surfaces of the base portion 10a, the first convex shape 11, the second convex shape 12, and the third convex shape 13 of the base material 10 are made of metal. .

基材10は、例えば、ガラス基板の上に金属膜を150nm以上形成したものである。この金属膜が後述する作製プロセスにより、第1の突起11、第2の突起12、第3の突起13となる。なお、本実施形態では、基材10としてガラス基板の上に金属膜を形成したものを用いているがこれに限らない。例えば、石英基板やサファイア基板の上に金属膜を形成したものでもよい。また、基材として金属からなる平板を用いてもよい。   The base material 10 is formed by, for example, forming a metal film of 150 nm or more on a glass substrate. This metal film becomes the first protrusion 11, the second protrusion 12, and the third protrusion 13 by a manufacturing process described later. In the present embodiment, the substrate 10 is formed by forming a metal film on a glass substrate, but is not limited thereto. For example, a metal film formed on a quartz substrate or a sapphire substrate may be used. Moreover, you may use the flat plate which consists of metals as a base material.

第1の突起11は、基材10の平面部10aに所定の高さT1を有して形成されている。この第1の突起11は、基材10の平面内に平行な方向(第1の方向)に光の波長よりも短い周期P1で配列されている。周期P1とは、第1の方向(図1(b)の左右方向)における第1の突起11単体の幅と、隣り合う2つの第1の突起11の間の距離とを足し合わせたものである。また、第1の突起11は断面視矩形の凸形状になっており、第1の突起11の群は平面視ラインアンドスペース(縞状)になっている。   The first protrusion 11 is formed on the flat surface portion 10a of the base material 10 with a predetermined height T1. The first protrusions 11 are arranged in a direction (first direction) parallel to the plane of the substrate 10 with a period P1 shorter than the wavelength of light. The period P1 is the sum of the width of the first protrusion 11 alone in the first direction (left-right direction in FIG. 1B) and the distance between two adjacent first protrusions 11. is there. The first protrusion 11 has a convex shape with a rectangular shape in cross section, and the group of the first protrusions 11 has a line-and-space (striped shape) in plan view.

第1の突起11は、例えば周期P1が100〜1000nmの範囲に設定され、高さT1が10〜100nmの範囲に設定されることが望ましい。これにより、第1の突起11を、LSPRを発現させるための構造とすることができる。   As for the 1st protrusion 11, it is desirable to set the period P1 to the range of 100-1000 nm, for example, and the height T1 to the range of 10-100 nm. Thereby, the 1st processus | protrusion 11 can be made into the structure for expressing LSPR.

第1の方向における第1の突起11の幅W1は、隣り合う2つの第1の突起11の間の距離W2よりも大きくなっている(W1>W2)。これにより、LSPRが励起される第1の突起11の空間充填率が増える。   The width W1 of the first protrusion 11 in the first direction is larger than the distance W2 between two adjacent first protrusions 11 (W1> W2). Thereby, the space filling rate of the 1st protrusion 11 in which LSPR is excited increases.

第2の突起12は、第1の突起11の群において各々の第1の突起11の上面11aに所定の高さT2を有して2つ以上形成されている。第3の突起13は、下地部分10aの群において各々の下地部分10aに所定の高さT3を有して2つ以上形成されている。   Two or more second protrusions 12 are formed on the upper surface 11a of each first protrusion 11 in the group of first protrusions 11 with a predetermined height T2. Two or more third protrusions 13 are formed with a predetermined height T3 in each base portion 10a in the group of base portions 10a.

第2の突起12、第3の突起13は、基材10の平面内に平行な方向(第3の方向)に光の波長よりも短い周期P2で配列されている。周期P2とは、第3の方向(図1(b)の左右方向)における第2の突起12単体の幅と、隣り合う2つの第2の突起12の間の距離とを足し合わせたもの(第3の方向における第3の突起13単体の幅と、隣り合う2つの第3の突起13の間の距離とを足し合わせたもの)である。これにより、第2の突起12(第3の突起13)の周期P2は第1の突起11の周期P1よりも十分に短くなっている。   The second protrusion 12 and the third protrusion 13 are arranged in a direction (third direction) parallel to the plane of the substrate 10 with a period P2 shorter than the wavelength of light. The period P2 is the sum of the width of the second protrusion 12 alone in the third direction (the left-right direction in FIG. 1B) and the distance between two adjacent second protrusions 12 ( (The sum of the width of the single third protrusion 13 in the third direction and the distance between two adjacent third protrusions 13). Thus, the period P2 of the second protrusion 12 (third protrusion 13) is sufficiently shorter than the period P1 of the first protrusion 11.

第2の突起12、第3の突起13は、例えば周期P2が500nmよりも小さい値に設定され、高さT2、T3が200nmよりも小さい値に設定されることが望ましい。これにより、第2の突起12、第3の突起13を、SERSを発現させるための構造とすることができる。   It is desirable that the second protrusion 12 and the third protrusion 13 have a period P2 set to a value smaller than 500 nm, for example, and the heights T2 and T3 set to values smaller than 200 nm. Thereby, the 2nd protrusion 12 and the 3rd protrusion 13 can be made into the structure for expressing SERS.

なお、本実施形態では、第1の突起11の配列方向(第1の方向)と第2の突起12、第3の突起13の配列方向(第3の方向)とが同一の方向になっている。また、第2の突起12、第3の突起13は断面視矩形の凸形状になっており、第2の突起12の群及び第3の突起の群は平面視ラインアンドスペース(縞状)になっている。   In the present embodiment, the arrangement direction of the first protrusions 11 (first direction) and the arrangement direction of the second protrusions 12 and the third protrusions 13 (third direction) are the same direction. Yes. In addition, the second protrusion 12 and the third protrusion 13 have a convex shape with a rectangular shape in cross section, and the group of the second protrusion 12 and the group of the third protrusion are line and space (striped) in plan view. It has become.

回折格子9の表面の金属としては、例えば金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、もしくはこれらの合金が用いられる。本実施形態では、SPP、LSPR、SERSを発現させる特性を有するAuまたはAgを用いる。これにより、SPP、LSPR、SERSが発現しやすくなり、標的物質を高感度で検出することが可能となる。   As the metal on the surface of the diffraction grating 9, for example, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), or an alloy thereof is used. In the present embodiment, Au or Ag having a characteristic of expressing SPP, LSPR, or SERS is used. Thereby, SPP, LSPR, and SERS are easily expressed, and the target substance can be detected with high sensitivity.

ここで、LSPR、SERSについて説明する。センサーチップ1の表面、つまり第1の突起11の群、第2の突起12の群、第3の突起13の群が形成された面に光が入射すると、第1の突起11の群による表面固有の振動モード(表面プラズモン)が生じる。ただし、入射光の偏光方向は第1の突起11の溝方向と直交させておく。すると、自由電子の振動にともなって電磁波の振動が励起される。この電磁波の振動は、自由電子の振動に影響するため、両者の振動が結合した系、いわゆる表面プラズモンポラリトン(SPP:Surface Plasmon Polariton)をつくることになる。なお、本実施形態では光の入射角度がセンサーチップ1の表面に対してほぼ垂直となっているが、SPPを励起する条件であれば、これに限るものではない。   Here, LSPR and SERS will be described. When light is incident on the surface of the sensor chip 1, that is, the surface on which the group of the first protrusions 11, the group of the second protrusions 12, and the group of the third protrusions 13 are formed, the surface formed by the group of the first protrusions 11 An inherent vibration mode (surface plasmon) occurs. However, the polarization direction of incident light is set to be orthogonal to the groove direction of the first protrusion 11. Then, the vibration of electromagnetic waves is excited with the vibration of free electrons. Since the vibration of the electromagnetic wave affects the vibration of free electrons, a system in which both vibrations are combined, that is, a so-called surface plasmon polariton (SPP) is formed. In the present embodiment, the incident angle of light is substantially perpendicular to the surface of the sensor chip 1, but the present invention is not limited to this as long as the SPP is excited.

このSPPは、センサーチップ1の表面に沿って、具体的には空気と第2の突起12、第3の突起13との界面に沿って伝搬し、第2の突起12、第3の突起13の近傍に強い局所電場を励起する。SPPの結合は光の波長に対して敏感であり、その結合効率は高い。このように、空気伝搬モードである入射光からSPPを介して局在表面プラズモン共鳴(LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)を励起することができる。そして、LSPRとラマン散乱光との関係から表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)を利用することができる。   The SPP propagates along the surface of the sensor chip 1, specifically, along the interface between air and the second protrusion 12 and the third protrusion 13, and the second protrusion 12 and the third protrusion 13. A strong local electric field is excited in the vicinity of. SPP coupling is sensitive to the wavelength of light and its coupling efficiency is high. As described above, localized surface plasmon resonance (LSPR) can be excited from the incident light in the air propagation mode via the SPP. And surface enhanced Raman scattering (SERS: Surface Enhanced Raman Scattering) can be utilized from the relationship between LSPR and Raman scattered light.

図2は、ラマン散乱分光法を示す図である。図2(a)は、ラマン散乱分光法の原理を示している。図2(b)は、ラマンスペクトル(ラマンシフトとラマン散乱強度との関係)を示している。図2(a)において、符号Lは入射光(単一波長の光)、符号Ramはラマン散乱光、符号Rayはレイリー散乱光、符号Xは標的分子(標的物質)を示している。図2(b)において、横軸はラマンシフトを示している。なお、ラマンシフトとは、ラマン散乱光Ramの振動数と入射光Lの振動数との差であり、標的分子Xの構造に特有の値をとる。   FIG. 2 is a diagram showing Raman scattering spectroscopy. FIG. 2A shows the principle of Raman scattering spectroscopy. FIG. 2B shows a Raman spectrum (relation between Raman shift and Raman scattering intensity). In FIG. 2 (a), symbol L indicates incident light (light having a single wavelength), symbol Ram indicates Raman scattered light, symbol Ray indicates Rayleigh scattered light, and symbol X indicates a target molecule (target substance). In FIG. 2B, the horizontal axis represents the Raman shift. The Raman shift is the difference between the frequency of the Raman scattered light Ram and the frequency of the incident light L, and takes a value specific to the structure of the target molecule X.

図2(a)に示すように、単一波長の光Lを標的分子Xに照射すると、散乱された光の中に入射された光の波長と異なる波長の光が発生する(ラマン散乱光Ram)。ラマン散乱光Ramと入射光Lとのエネルギー差は、標的分子Xの振動準位や回転準位、もしくは電子準位のエネルギーに対応している。標的分子Xはその構造に応じた特有の振動エネルギーをもつため、単一波長の光Lを用いることで標的分子Xを特定することができる。   As shown in FIG. 2A, when the target molecule X is irradiated with light L having a single wavelength, light having a wavelength different from that of the incident light is generated in the scattered light (Raman scattered light Ram). ). The energy difference between the Raman scattered light Ram and the incident light L corresponds to the vibration level, rotational level, or electron level energy of the target molecule X. Since the target molecule X has a specific vibration energy corresponding to its structure, the target molecule X can be specified by using the light L having a single wavelength.

例えば、入射光Lの振動エネルギーをV1、標的分子Xで消費される振動エネルギーをV2、ラマン散乱光Ramの振動エネルギーをV3とすると、V3=V1−V2となる。なお、入射光Lの大部分は標的分子Xに衝突後においても衝突前と同じ大きさのエネルギーを有している。この弾性的な散乱光をレイリー散乱光Rayという。例えば、レイリー散乱光Rayの振動エネルギーをV4とすると、V4=V1となる。   For example, if the vibration energy of the incident light L is V1, the vibration energy consumed by the target molecule X is V2, and the vibration energy of the Raman scattered light Ram is V3, then V3 = V1−V2. Most of the incident light L has the same amount of energy after collision with the target molecule X as before the collision. This elastic scattered light is called Rayleigh scattered light Ray. For example, when the vibration energy of Rayleigh scattered light Ray is V4, V4 = V1.

図2(b)に示すラマンスペクトルから、ラマン散乱光Ramの散乱強度(スペクトルピーク)とレイリー散乱光Rayの散乱強度を比較すると、ラマン散乱光Ramは微弱であることがわかる。このように、ラマン散乱分光法は標的分子Xの識別能力には優れているものの、標的分子Xをセンシングする感度自体は低い測定手法である。そこで、本発明では高感度化を図るために表面増強ラマン散乱を用いた分光法(SERS分光法)を用いている(図4参照)。   From the Raman spectrum shown in FIG. 2B, it can be seen that the Raman scattered light Ram is weak when comparing the scattered intensity (spectrum peak) of the Raman scattered light Ram and the scattered intensity of the Rayleigh scattered light Ray. Thus, although the Raman scattering spectroscopy is excellent in the discrimination ability of the target molecule X, it is a measurement method with low sensitivity itself for sensing the target molecule X. Therefore, in the present invention, in order to achieve high sensitivity, a spectroscopy using surface enhanced Raman scattering (SERS spectroscopy) is used (see FIG. 4).

図3は、LSPRによる電場増強の機構を示す図である。図3(a)は、金属ナノ粒子に光を入射したときの模式図である。図3(b)は、LSPR増強電場を示す図である。図3(a)において、符号100は光源、符号101は金属ナノ粒子、符号102は光源からの光である。図3(b)において、符号103は表面局在電場である。   FIG. 3 is a diagram showing a mechanism of electric field enhancement by LSPR. FIG. 3A is a schematic diagram when light is incident on the metal nanoparticles. FIG. 3B is a diagram showing an LSPR enhanced electric field. In FIG. 3A, reference numeral 100 denotes a light source, reference numeral 101 denotes metal nanoparticles, and reference numeral 102 denotes light from the light source. In FIG.3 (b), the code | symbol 103 is a surface local electric field.

図3(a)に示すように、金属ナノ粒子101に光102が入射すると、光102の振動にともなって自由電子が共鳴振動する。なお、金属ナノ粒子径は入射光の波長よりも小さくなっている。例えば、光の波長は400〜800nm、金属ナノ粒子径は10〜100nmである。また、金属ナノ粒子としてはAg、Auを用いる。   As shown in FIG. 3A, when light 102 is incident on the metal nanoparticles 101, free electrons resonate with the vibration of the light 102. The metal nanoparticle diameter is smaller than the wavelength of incident light. For example, the wavelength of light is 400 to 800 nm, and the metal nanoparticle diameter is 10 to 100 nm. Further, Ag and Au are used as the metal nanoparticles.

すると、自由電子の共鳴振動にともなって、金属ナノ粒子101の近傍に強い表面局在電場103が励起される(図3(b)参照)。このように、金属ナノ粒子101に光102が入射することにより、LSPRを励起することができる。   Then, along with the resonance vibration of free electrons, a strong surface localized electric field 103 is excited in the vicinity of the metal nanoparticles 101 (see FIG. 3B). Thus, the LSPR can be excited by the light 102 entering the metal nanoparticles 101.

図4は、SERS分光法を示す図である。図4において、符号200は基板、符号201は金属ナノ構造、符号202は選択吸着膜、符号203は増強電場、符号204は標的分子、符号211は入射レーザー光、符号212はラマン散乱光、符号213はレイリー散乱光である。なお、選択吸着膜202は標的分子204を吸着するものである。   FIG. 4 is a diagram showing SERS spectroscopy. In FIG. 4, reference numeral 200 is a substrate, reference numeral 201 is a metal nanostructure, reference numeral 202 is a selective adsorption film, reference numeral 203 is an enhanced electric field, reference numeral 204 is a target molecule, reference numeral 211 is incident laser light, reference numeral 212 is Raman scattered light, reference numeral Reference numeral 213 denotes Rayleigh scattered light. The selective adsorption film 202 adsorbs the target molecule 204.

図4に示すように、金属ナノ構造201にレーザー光211が入射すると、レーザー光211の振動にともなって自由電子が共鳴振動する。金属ナノ構造201のサイズは入射レーザー光の波長よりも小さくなっている。すると、自由電子の共鳴振動にともなって、金属ナノ構造201の近傍に強い表面局在電場が励起される。これにより、LSPRが励起される。そして、隣り合う金属ナノ構造201の間の距離が小さくなると、その接点付近に極めて強い増強電場203が生じる。その接点に1〜数個の標的分子204が吸着すると、そこからSERSが発生する。この点については、時間領域差分(EDTD:Finite Difference Time Domain)法を用いて計算した近接した2個の銀ナノ粒子間に生じる増強電場の結果からも確認されている。したがって、ラマン散乱光を選択的に分光し、標的分子を高感度で検出することができる。   As shown in FIG. 4, when laser light 211 is incident on the metal nanostructure 201, free electrons resonate and vibrate with the vibration of the laser light 211. The size of the metal nanostructure 201 is smaller than the wavelength of the incident laser light. Then, a strong surface localized electric field is excited in the vicinity of the metal nanostructure 201 with the resonance vibration of free electrons. Thereby, LSPR is excited. When the distance between adjacent metal nanostructures 201 is reduced, an extremely strong enhanced electric field 203 is generated in the vicinity of the contact. When one to several target molecules 204 are adsorbed to the contact, SERS is generated therefrom. This point is also confirmed from the result of the enhanced electric field generated between two adjacent silver nanoparticles calculated by using the time domain difference (EDTD: Finite Difference Time Domain) method. Therefore, the Raman scattered light can be selectively dispersed and the target molecule can be detected with high sensitivity.

本発明では、上述したように、第1の突起11を基材10の平面内に平行な方向に光の波長よりも短い周期P1で配列することでLSPRを励起させる構造となっている。また、第2の突起12を第1の突起11の上面11aに2つ以上形成し、第3の突起13を下地部分10aに2つ以上形成することでSERSを発現させる構造になっている。具体的には、単一波長の光を標的分子に照射するとラマン散乱光が発生する原理をもとに、標的分子を隣り合う2つの第2の突起12(第3の突起13)の間に配し、この接点近傍に増強磁場を生じさせることにより、SERSを発生させている。これにより、ラマン散乱分光法に比べて高感度で目標物質を検出することが可能なSERS分光法を用いることが可能になっている。   In the present invention, as described above, the LSPR is excited by arranging the first protrusions 11 in a direction parallel to the plane of the substrate 10 with a period P1 shorter than the wavelength of light. In addition, two or more second protrusions 12 are formed on the upper surface 11a of the first protrusion 11, and two or more third protrusions 13 are formed on the base portion 10a so that SERS is expressed. Specifically, based on the principle that Raman scattered light is generated when a target molecule is irradiated with light of a single wavelength, the target molecule is placed between two adjacent second protrusions 12 (third protrusions 13). SERS is generated by generating an enhanced magnetic field in the vicinity of the contact. This makes it possible to use SERS spectroscopy that can detect a target substance with higher sensitivity than Raman scattering spectroscopy.

図5は、第1の突起単体の反射光強度を示すグラフである。図5において、横軸は光の波長、縦軸は反射光強度である。第1の突起11の高さT1をパラメータにとっている(T1=20nm、30nm、40nm)。なお、本実施形態のセンサーチップ1の構造においては、入射光強度(1.0とする)から反射光強度を差し引いた値が吸光度となる。   FIG. 5 is a graph showing the reflected light intensity of the first protrusion alone. In FIG. 5, the horizontal axis represents the light wavelength, and the vertical axis represents the reflected light intensity. The height T1 of the first protrusion 11 is taken as a parameter (T1 = 20 nm, 30 nm, 40 nm). In the structure of the sensor chip 1 of the present embodiment, the value obtained by subtracting the reflected light intensity from the incident light intensity (1.0) is the absorbance.

光は第1の突起11に対して垂直に入射する。光の偏光方位は溝(隣り合う第1の突起11の間の領域の延在方向)に平行な電界成分をもつ偏光と直交するTM(Transverse Electric)偏光である。第1の突起11の周期は580nmであり、反射光強度の共鳴ピークは波長630nm近傍に存在する。この共鳴ピークはSPPに由来するものであり、第1の突起11の高さT1を大きくしていくと、共鳴ピークは長波長側へシフトする。第1の突起11の高さT1が30nmのとき、反射光強度が最も強くなっており、吸収が最も強くあらわれていることがわかる。   The light is incident on the first protrusion 11 perpendicularly. The polarization direction of light is TM (Transverse Electric) polarized light orthogonal to polarized light having an electric field component parallel to a groove (extending direction of a region between adjacent first protrusions 11). The period of the first protrusion 11 is 580 nm, and the resonance peak of reflected light intensity exists in the vicinity of a wavelength of 630 nm. This resonance peak is derived from SPP, and as the height T1 of the first protrusion 11 is increased, the resonance peak shifts to the long wavelength side. It can be seen that when the height T1 of the first protrusion 11 is 30 nm, the reflected light intensity is the strongest and the absorption is the strongest.

図6は、SPPの分散曲線を示すグラフである。図6において、符号C1はSPPの分散曲線(例として空気とAuの境界面での値を示している)、符号C2はライトラインである。第1の突起11の周期は580nmである。第1の突起11の格子ベクトルの位置を横軸上に示す(図6における横軸上の2π/Pに対応)。この位置から上へ線を延ばすとSPPの分散曲線と交わる。この交点に対応する波長は以下の式から求められる。   FIG. 6 is a graph showing a dispersion curve of SPP. In FIG. 6, reference C <b> 1 is an SPP dispersion curve (for example, a value at the interface between air and Au), and reference C <b> 2 is a light line. The period of the first protrusion 11 is 580 nm. The position of the lattice vector of the first protrusion 11 is shown on the horizontal axis (corresponding to 2π / P on the horizontal axis in FIG. 6). If the line is extended upward from this position, it intersects with the dispersion curve of SPP. The wavelength corresponding to this intersection is obtained from the following equation.

式(1)において、P1は第1の突起11の周期、E1は空気の複素誘電率、E2はAuの複素誘電率である。式(1)にP1、E1、E2を代入すると、λ=620nmを得る(図6における縦軸上のw0に対応)。   In Equation (1), P1 is the period of the first protrusion 11, E1 is the complex permittivity of air, and E2 is the complex permittivity of Au. Substituting P1, E1, and E2 into equation (1) yields λ = 620 nm (corresponding to w0 on the vertical axis in FIG. 6).

第1の突起11の高さT1が大きくなるとともに、SPPの波数における虚部が大きくなる。これにより、SPPの波数における実部が小さくなり、格子ベクトルの位置から延ばした線とSPPの分散曲線との交点が右上から左下へ移動する。すなわち、共鳴ピークは長波長側へシフトする。   As the height T1 of the first protrusion 11 increases, the imaginary part in the wave number of the SPP increases. As a result, the real part in the wave number of the SPP is reduced, and the intersection of the line extending from the position of the lattice vector and the dispersion curve of the SPP moves from the upper right to the lower left. That is, the resonance peak shifts to the long wavelength side.

図7は、第1の突起11及び第2の突起12(第3の突起13)を重ねた構造、つまり本発明に係るセンサーチップ1の反射光強度を示すグラフである。図7において、横軸は光の波長、縦軸は反射光強度である。第2の突起12の高さT2(第3の突起13の高さT3)をパラメータにとっている(T2(T3)=0nm、40nm、80nm)。なお、本図におけるパラメータT2=0のグラフは、図5におけるパラメータT1=30のグラフと同じものである。   FIG. 7 is a graph showing the structure in which the first protrusion 11 and the second protrusion 12 (third protrusion 13) are overlapped, that is, the reflected light intensity of the sensor chip 1 according to the present invention. In FIG. 7, the horizontal axis represents the wavelength of light, and the vertical axis represents the reflected light intensity. The height T2 of the second protrusion 12 (the height T3 of the third protrusion 13) is taken as a parameter (T2 (T3) = 0 nm, 40 nm, 80 nm). Note that the graph of the parameter T2 = 0 in this drawing is the same as the graph of the parameter T1 = 30 in FIG.

光は第1の突起11に対して垂直に入射する。なお、第1の突起11の高さT1は30nmである。また、第2の突起12(第3の突起13)の周期P2は97nmである。反射光強度の共鳴ピークは波長730nm近傍に存在する。特許文献1のスペクトルと比較して、共鳴ピークの幅が狭くかつ鋭くなっている。この共鳴ピークは上述したSPPに由来するものであり、第1の突起11に第2の突起12(第3の突起13)を重ねたことにより共鳴ピークの位置は長波長側へシフトする。このとき、共鳴ピークの鋭さと勾配は保たれている。第2の突起12の高さT2(第3の突起13の高さ)が40nmのときに、波長730nmの光を照射することで第2の突起12の表面近傍へ強い局所電場を励起できる。なお、第1の突起11及び第2の突起12(第3の突起13)の周期P1、P2と高さT1、T2(T3)を適宜変更することにより、共鳴ピークの位置を任意の波長に合わせることができる。   The light is incident on the first protrusion 11 perpendicularly. The height T1 of the first protrusion 11 is 30 nm. The period P2 of the second protrusion 12 (third protrusion 13) is 97 nm. A resonance peak of reflected light intensity exists in the vicinity of a wavelength of 730 nm. Compared with the spectrum of Patent Document 1, the width of the resonance peak is narrower and sharper. This resonance peak is derived from the above-described SPP, and the position of the resonance peak is shifted to the long wavelength side by overlapping the second protrusion 12 (third protrusion 13) on the first protrusion 11. At this time, the sharpness and gradient of the resonance peak are maintained. When the height T2 of the second protrusion 12 (the height of the third protrusion 13) is 40 nm, a strong local electric field can be excited near the surface of the second protrusion 12 by irradiating light with a wavelength of 730 nm. In addition, by appropriately changing the periods P1 and P2 and the heights T1 and T2 (T3) of the first protrusion 11 and the second protrusion 12 (third protrusion 13), the position of the resonance peak can be set to an arbitrary wavelength. Can be matched.

図8は、基材10の平面部10sの上に第1の凸形状11を形成せずに、基材10の平面部10sの上に第2の突起12(第3の突起13)のみを形成した場合、つまり基材10の平面部10sの上に複数の第2の突起12(第3の突起13)を形成した場合のセンサーチップ2を模式的に示す図である。   In FIG. 8, only the second protrusion 12 (third protrusion 13) is formed on the flat surface portion 10 s of the base material 10 without forming the first convex shape 11 on the flat surface portion 10 s of the base material 10. FIG. 4 is a diagram schematically showing the sensor chip 2 when formed, that is, when a plurality of second protrusions 12 (third protrusions 13) are formed on the flat surface portion 10 s of the base material 10.

図9は、基材10の平面部10sの上に複数の第2の突起12(第3の突起13)を形成した場合のセンサーチップ2の反射光強度を示すグラフである。図9において、横軸は光の波長、縦軸は反射光強度である。第2の突起12の高さT2(第3の突起13の高さT3)をパラメータ(T2(T3)=0nm、40nm、80nm)にとっている。TM偏光の光は第2の突起12(第3の突起13)に対して垂直に入射する。本図を見ても反射光強度の深い共鳴ピークは認められない。この結果から、第1の突起11が存在しない場合、つまりSPPを介さない場合には、第2の突起12(第3の突起13)へ光エネルギーをほとんど結合できないことがわかる。   FIG. 9 is a graph showing the reflected light intensity of the sensor chip 2 when a plurality of second protrusions 12 (third protrusions 13) are formed on the planar portion 10 s of the base material 10. In FIG. 9, the horizontal axis represents the wavelength of light and the vertical axis represents the reflected light intensity. The height T2 of the second protrusion 12 (the height T3 of the third protrusion 13) is set as a parameter (T2 (T3) = 0 nm, 40 nm, 80 nm). The TM-polarized light is incident on the second protrusion 12 (third protrusion 13) perpendicularly. Even if this figure is seen, the resonance peak with deep reflected light intensity is not recognized. From this result, it can be seen that when the first protrusion 11 does not exist, that is, when the SPP is not interposed, almost no light energy can be coupled to the second protrusion 12 (third protrusion 13).

図10は、センサーチップの作製プロセスを示す図である。先ず、ガラス基板30の上にAu膜31を蒸着やスパッタ等の方法で形成する。次に、Au膜31の上にレジスト32をスピンコート等の方法で塗布する(図10(a)参照)。このとき、Au膜31の膜厚Taは入射光が透過しない程度に厚く形成する(例えば100nm)。   FIG. 10 is a diagram illustrating a manufacturing process of the sensor chip. First, the Au film 31 is formed on the glass substrate 30 by a method such as vapor deposition or sputtering. Next, a resist 32 is applied on the Au film 31 by a method such as spin coating (see FIG. 10A). At this time, the film thickness Ta of the Au film 31 is formed thick enough to prevent incident light from being transmitted (for example, 100 nm).

次に、インプリント等の方法により、周期Paが580nmのレジストパターン32aを形成する(図10(b)参照)。次に、このレジストパターン32aをマスクにして、ドライエッチングによりAu膜31を所定の深さD1(例えば30nm)だけエッチングする。その後、レジストパターン32aを除去することにより第1の突起31aを形成する(図10(c)参照)。   Next, a resist pattern 32a having a period Pa of 580 nm is formed by a method such as imprinting (see FIG. 10B). Next, using the resist pattern 32a as a mask, the Au film 31 is etched by a predetermined depth D1 (for example, 30 nm) by dry etching. Thereafter, the resist pattern 32a is removed to form the first protrusion 31a (see FIG. 10C).

次に、第1の凸形状31aが形成されたAu膜31の上にレジスト33をスピンコート等の方法で塗布する(図10(d)参照)。次に、インプリント等の方法により、周期Pbが97nmのレジストパターン33aを形成する(図10(e)参照)。次に、このレジストパターン33aをマスクにして、ドライエッチングにより第1の突起31aが形成されたAu膜31を所定の深さD2(例えば40nm)だけエッチングする。その後、レジストパターン33aを除去することにより第2の突起31b、第3の突起31cを形成する(図10(f)参照)。以上の工程により、本発明に係るセンサーチップ3が製造できる。   Next, a resist 33 is applied on the Au film 31 on which the first convex shape 31a is formed by a method such as spin coating (see FIG. 10D). Next, a resist pattern 33a having a period Pb of 97 nm is formed by a method such as imprinting (see FIG. 10E). Next, using the resist pattern 33a as a mask, the Au film 31 on which the first protrusions 31a are formed is etched by a predetermined depth D2 (for example, 40 nm) by dry etching. Thereafter, the resist pattern 33a is removed to form the second protrusion 31b and the third protrusion 31c (see FIG. 10F). Through the above steps, the sensor chip 3 according to the present invention can be manufactured.

本発明のセンサーチップ1によれば、第1の突起11による金属微細構造でSPPを介してLSPRを励起し、さらに第2の突起12、第3の突起13による金属微細構造でSERSを発現させることができる。具体的には、第1の突起11の群、第2の突起12の群、第3の突起13の群が形成された面に光が入射すると、第1の突起11の群による表面固有の振動モード(表面プラズモン)が生じる。すると、光の振動にともなって自由電子が共鳴振動してSPPが励起され、第2の突起12、第3の突起13の近傍に強い表面局在電場が励起される。これにより、LSPRが励起される。本構造では隣り合う2つの第2の突起12(第3の突起13)の間の距離が小さいため、その接点付近に極めて強い増強電場が生じる。そして、その接点に1〜数個の標的物質が吸着すると、そこからSERSが発生する。このため、反射光強度スペクトルの幅が狭く、共鳴ピークが鋭いものとなり、センサー感度を向上させることができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップ1が提供できる。また、第1の突起11の周期P1や高さT1、第2の突起12の高さT2、第3の突起13の高さT3を適宜変更することで、共鳴ピークの位置を任意の波長に合わせることができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。   According to the sensor chip 1 of the present invention, the LSPR is excited through the SPP with the metal microstructure formed by the first protrusions 11, and the SERS is expressed by the metal microstructure formed by the second protrusions 13 and the third protrusions 13. be able to. Specifically, when light is incident on the surface on which the group of the first protrusions 11, the group of the second protrusions 12, and the group of the third protrusions 13 are formed, the surface inherent to the group of the first protrusions 11 is unique. Vibration mode (surface plasmon) occurs. Then, free electrons resonate with the vibration of the light to excite the SPP, and a strong surface localized electric field is excited in the vicinity of the second protrusion 12 and the third protrusion 13. Thereby, LSPR is excited. In this structure, since the distance between two adjacent second protrusions 12 (third protrusions 13) is small, an extremely strong electric field is generated near the contact point. When one to several target substances are adsorbed on the contact, SERS is generated therefrom. For this reason, the width of the reflected light intensity spectrum is narrow and the resonance peak is sharp, and the sensor sensitivity can be improved. Therefore, it is possible to provide the sensor chip 1 capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition, by appropriately changing the period P1 and height T1 of the first protrusion 11, the height T2 of the second protrusion 12, and the height T3 of the third protrusion 13, the resonance peak position can be set to an arbitrary wavelength. Can be matched. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、この構成よれば、第2の突起12、第3の突起13が基材10の平面内に平行な第3の方向に周期性を有して配置されているので、第2の突起12、第3の突起13の周期P2を適宜変更することができる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。   Further, according to this configuration, the second protrusion 12 and the third protrusion 13 are arranged with periodicity in the third direction parallel to the plane of the base material 10, and therefore the second protrusion 12. The period P2 of the third protrusion 13 can be changed as appropriate. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、この構成によれば、回折格子9の表面の金属として金または銀を用いているので、SPP、LSPR、SERSが発現しやすくなり、標的物質を高感度で検出することが可能となる。   Further, according to this configuration, since gold or silver is used as the metal on the surface of the diffraction grating 9, SPP, LSPR, and SERS are easily expressed, and the target substance can be detected with high sensitivity.

また、この構成によれば、第1の突起11のデューティー比がW1>W2の関係を満たしており、LSPRが励起される第1の突起11の空間充填率が増えるため、W1<W2の関係を満たす場合よりも広いプラズモン共鳴条件下においてセンシングを行うことができる。また、標的物質を特定する際に照射する光のエネルギーを有効に利用することができる。   In addition, according to this configuration, the duty ratio of the first protrusion 11 satisfies the relationship of W1> W2, and the space filling rate of the first protrusion 11 in which LSPR is excited increases, so the relationship of W1 <W2 Sensing can be performed under a wider plasmon resonance condition than when satisfying the above condition. Moreover, the energy of the light irradiated when specifying a target substance can be used effectively.

なお、本実施形態では、第1の突起11が基材10の平面内に平行な方向(第1の方向)に光の波長よりも短い周期P1で配列されている構造を示したが、これに限らない。本実施形態の第1の突起11と異なる構造を有するセンサーチップ4について、図11を用いて説明する。   In the present embodiment, the structure in which the first protrusions 11 are arranged in the direction parallel to the plane of the base material 10 (first direction) with a period P1 shorter than the wavelength of light is shown. Not limited to. A sensor chip 4 having a structure different from that of the first protrusion 11 of this embodiment will be described with reference to FIG.

図11は、上述した第1の突起11と異なる形態の第1の突起41を有するセンサーチップ4の概略構成斜視図である。なお、本図においては、便宜上第2の突起、第3の突起の図示を省略している。   FIG. 11 is a schematic configuration perspective view of the sensor chip 4 having the first protrusion 41 having a different form from the first protrusion 11 described above. In the drawing, the second protrusion and the third protrusion are not shown for convenience.

図11に示すように、第1の突起41は、基材40の平面部40sの上に形成されている。この第1の突起41は、基材40の平面内に平行な方向(第1の方向)に光の波長よりも短い周期P3で配列されている。また、第1の突起41は、第1の方向に直交し基材40の平面内に平行な第2の方向に光の波長よりも短い周期P4で配列されている。なお、第2の方向は第1の方向に直交し基材40の平面内に平行な方向に限らず、第1の方向に交差し基材40の平面内に平行な方向にされていてもよい。   As shown in FIG. 11, the first protrusion 41 is formed on the flat surface portion 40 s of the base material 40. The first protrusions 41 are arranged in a direction (first direction) parallel to the plane of the substrate 40 with a period P3 shorter than the wavelength of light. The first protrusions 41 are arranged in a second direction perpendicular to the first direction and parallel to the plane of the base material 40 with a period P4 shorter than the wavelength of light. Note that the second direction is not limited to a direction orthogonal to the first direction and parallel to the plane of the base material 40, but may be a direction intersecting the first direction and parallel to the plane of the base material 40. Good.

この構造によれば、第1の突起が基材10の平面内に平行な方向(第1の方向)のみに形成されている場合よりも広い共鳴条件下においてSPPを励起することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップ4が提供できる。また、第1の突起における第1の方向の周期P3に加えて、第2の方向の周期P4を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。   According to this structure, the SPP can be excited under a wider resonance condition than when the first protrusions are formed only in the direction parallel to the plane of the substrate 10 (first direction). Therefore, it is possible to provide the sensor chip 4 capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition to the period P3 in the first direction of the first protrusion, the period P4 in the second direction can be appropriately changed. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

また、本実施形態では、第2の突起12、第3の突起13が基材10の平面内に平行な方向(第3の方向)に光の波長よりも短い周期P2で配列されている構造、具体的には、第1の突起11の配列方向(第1の方向)と第2の突起12、第3の突起13の配列方向(第3の方向)とが同一の方向になっている構造を示したが、これに限らない。本実施形態の第2の突起12、第3の突起13と異なる構造を有するセンサーチップ5、6、7、8について、図12及び図13を用いて説明する。   In the present embodiment, the second protrusions 12 and the third protrusions 13 are arranged in a direction parallel to the plane of the substrate 10 (third direction) with a period P2 shorter than the wavelength of light. Specifically, the arrangement direction of the first protrusions 11 (first direction) and the arrangement direction of the second protrusions 12 and the third protrusions 13 (third direction) are the same direction. Although the structure is shown, it is not limited to this. Sensor chips 5, 6, 7, and 8 having structures different from those of the second protrusion 12 and the third protrusion 13 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図12は、上述した第2の突起12、第3の突起13と異なる形態の第2の突起、第3の突起を有するセンサーチップの概略構成斜視図である。図12(a)は第2の突起52、第3の突起53を有するセンサーチップ5、図12(b)は第2の突起62、第3の突起63を有するセンサーチップ6を示している。   FIG. 12 is a schematic configuration perspective view of a sensor chip having a second protrusion and a third protrusion which are different from the second protrusion 12 and the third protrusion 13 described above. 12A shows the sensor chip 5 having the second protrusion 52 and the third protrusion 53, and FIG. 12B shows the sensor chip 6 having the second protrusion 62 and the third protrusion 63.

図12(a)に示すように、第2の突起52は、第1の突起51の群において各々の第1の突起51の上面51aに2つ以上形成されている。第3の突起53は、下地部分50aの群において各々の下地部分50aに2つ以上形成されている。本図では、一例として、第1の突起51の配列方向(第1の方向)と第2の突起52、第3の突起53の配列方向(第3の方向)との交差する角度が45度である構造を示している。   As shown in FIG. 12A, two or more second protrusions 52 are formed on the upper surface 51 a of each first protrusion 51 in the group of first protrusions 51. Two or more third protrusions 53 are formed on each base portion 50a in the group of base portions 50a. In this figure, as an example, the angle at which the arrangement direction (first direction) of the first protrusions 51 intersects the arrangement direction (third direction) of the second protrusions 52 and the third protrusions 53 is 45 degrees. The structure which is is shown.

図12(b)に示すように、第2の突起62は、第1の突起61の群において各々の第1の突起61の上面61aに2つ以上形成されている。第3の突起63は、下地部分60aの群において各々の下地部分60aに2つ以上形成されている。本図では、一例として、第1の突起61の配列方向(第1の方向)と第2の突起62、第3の突起63の配列方向(第3の方向)との交差する角度が90度である構造を示している。   As shown in FIG. 12B, two or more second protrusions 62 are formed on the upper surface 61 a of each first protrusion 61 in the group of first protrusions 61. Two or more third protrusions 63 are formed on each base portion 60a in the group of base portions 60a. In this drawing, as an example, the angle at which the arrangement direction of the first protrusions 61 (first direction) intersects the arrangement direction of the second protrusions 62 and the third protrusions 63 (third direction) is 90 degrees. The structure which is is shown.

このような構成においても、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。   Even in such a configuration, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum.

図13は、上述した第2の突起12、第3の突起13と異なる形態の第2の突起、第3の突起を有するセンサーチップの拡大平面図である。図13(a)は第2の突起72(第3の突起73)を有するセンサーチップ7、図13(b)は第2の突起82(第3の突起83)を有するセンサーチップ8を示している。   FIG. 13 is an enlarged plan view of a sensor chip having the second protrusion 12 and the third protrusion 13 different from the second protrusion 12 and the third protrusion 13 described above. 13A shows the sensor chip 7 having the second protrusion 72 (third protrusion 73), and FIG. 13B shows the sensor chip 8 having the second protrusion 82 (third protrusion 83). Yes.

図13(a)に示すように、第2の突起72は、第1の突起の群(不図示)において各々の第1の突起の上面71aに2つ以上形成されている。第3の突起73は、下地部分70aの群において各々の下地部分70aに2つ以上形成されている。また、第2の突起72、第3の突起73は、第3の方向に交差し基材の平面内に平行な第4の方向に周期性を有して配列されている。本図では、一例として第2の突起72、第3の突起73が平面視円形状の構造を示している。なお、第2の突起72、第3の突起73は、周期性を有することなくランダムに配置されていてもよい。また、望ましくは、第2の突起72の間隔、第3の突起73の間隔はゼロ〜数十nmの範囲で設定される。   As shown in FIG. 13A, two or more second protrusions 72 are formed on the upper surface 71a of each first protrusion in the first protrusion group (not shown). Two or more third protrusions 73 are formed on each base portion 70a in the group of base portions 70a. The second protrusions 72 and the third protrusions 73 are arranged with periodicity in a fourth direction that intersects the third direction and is parallel to the plane of the substrate. In this figure, the 2nd protrusion 72 and the 3rd protrusion 73 have shown the structure of planar view circular shape as an example. In addition, the 2nd protrusion 72 and the 3rd protrusion 73 may be arrange | positioned at random, without having periodicity. Desirably, the interval between the second protrusions 72 and the interval between the third protrusions 73 are set in a range of zero to several tens of nm.

図13(b)に示すように、第2の突起82は、第1の突起の群(不図示)において各々の第1の突起の上面81aに2つ以上形成されている。第3の突起83は、下地部分80aの群において各々の下地部分80aに2つ以上形成されている。また、第2の突起82、第3の突起83は、第3の方向に交差し基材の平面内に平行な第4の方向に周期性を有して配列されている。本図では、一例として第2の突起82、第3の突起83が平面視楕円形状の構造を示している。なお、第2の突起82、第3の突起83は、周期性を有することなくランダムに配置されていてもよい。また、望ましくは、第2の突起82の間隔、第3の突起83の間隔はゼロ〜数十nmの範囲で設定される。   As shown in FIG. 13B, two or more second protrusions 82 are formed on the upper surface 81a of each first protrusion in the first protrusion group (not shown). Two or more third protrusions 83 are formed on each base portion 80a in the group of base portions 80a. The second protrusions 82 and the third protrusions 83 are arranged with periodicity in a fourth direction that intersects the third direction and is parallel to the plane of the substrate. In this figure, the 2nd protrusion 82 and the 3rd protrusion 83 have shown the structure of planar view ellipse as an example. The second protrusions 82 and the third protrusions 83 may be randomly arranged without having periodicity. Desirably, the interval between the second protrusions 82 and the interval between the third protrusions 83 are set in a range of zero to several tens of nm.

この構成によれば、第2の突起、第3の突起が基材の平面内に平行な方向(第3の方向)のみに形成されている場合よりも、増強電場が生じる場所の密度を高めることができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。また、第2の突起、第3の突起における第3の方向の周期に加えて、第4の方向の周期を適宜変更することもできる。このため、標的物質を特定する際に照射する光の波長を適宜選択することが可能となり、測定範囲の幅が広がる。   According to this configuration, the density of the place where the enhanced electric field is generated is increased as compared with the case where the second protrusion and the third protrusion are formed only in the direction parallel to the plane of the base material (third direction). be able to. Therefore, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum. In addition to the period in the third direction of the second protrusion and the third protrusion, the period in the fourth direction can be appropriately changed. For this reason, it becomes possible to select the wavelength of the light irradiated when specifying a target substance suitably, and the width of a measurement range spreads.

なお、本実施形態では、第2の突起、第3の突起がガラス基板の上面に形成されたAu膜をパターニングすることにより形成されているが、これに限らない。例えば、第2の突起、第3の突起が微粒子であってもよい。このような構成においても、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーチップが提供できる。   In the present embodiment, the second protrusion and the third protrusion are formed by patterning the Au film formed on the upper surface of the glass substrate. However, the present invention is not limited to this. For example, the second protrusion and the third protrusion may be fine particles. Even in such a configuration, it is possible to provide a sensor chip capable of improving the sensor sensitivity and identifying the target substance from the SERS spectrum.

また、本実施形態では、基材に含まれる金属、第1の突起に含まれる金属、第2の突起に含まれる金属、第3の突起に含まれる金属として、同じ金属どうし(金または銀)を用いているが、これに限らない。例えば、基材に含まれる金属を金、第1の突起に含まれる金属を銀、第2の突起(第3の突起)に含まれる金属を金と銀の合金にするなど、異なる金属(金、銀、銅、アルミニウム、もしくはこれらの合金)を組み合わせて用いてもよい。   In the present embodiment, the same metal (gold or silver) is used as the metal contained in the base material, the metal contained in the first projection, the metal contained in the second projection, and the metal contained in the third projection. However, it is not limited to this. For example, the metal contained in the base material is gold, the metal contained in the first projection is silver, the metal contained in the second projection (third projection) is an alloy of gold and silver, etc. , Silver, copper, aluminum, or an alloy thereof may be used in combination.

(分析装置)
図14は、本発明に係るセンサーチップを備えた分析装置の一例を示す模式図である。
なお、図14における矢印は標的物質(図示略)の搬送方向を示している。
(Analysis equipment)
FIG. 14 is a schematic view showing an example of an analyzer equipped with a sensor chip according to the present invention.
In addition, the arrow in FIG. 14 has shown the conveyance direction of the target substance (not shown).

図14に示すように、分析装置1000は、センサーチップ1001と、光源1002と、光検出器1003と、コリメータレンズ1004と、偏光制御素子1005と、ダイクロイックミラー1006と、対物レンズ1007と、対物レンズ1008と、搬送部1010とを具備して構成されている。光源1002及び光検出器1003は、それぞれ配線を介して制御装置(図示略)と電気的に接続されている。   As shown in FIG. 14, the analysis apparatus 1000 includes a sensor chip 1001, a light source 1002, a photodetector 1003, a collimator lens 1004, a polarization control element 1005, a dichroic mirror 1006, an objective lens 1007, and an objective lens. 1008 and the conveyance part 1010 are comprised. The light source 1002 and the photodetector 1003 are each electrically connected to a control device (not shown) via wiring.

光源1002は、SPP、LSPR及びSERSを励起するレーザー光を照射するものである。光源1002から照射されたレーザー光は、コリメータレンズ1004で平行光にされ、偏光制御素子1005を通過し、ダイクロイックミラー1006によってセンサーチップ1001の方向に導かれ、対物レンズ1007で集光され、センサーチップ1001に入射する。このとき、センサーチップ1001の表面(例えば金属ナノ構造や検出物質選択機構が形成された面)には標的物質(図示略)が配置されている。なお、標的物質は、ファン(図示略)の駆動を制御することにより、搬入口1011から搬送部1010内部に導入され、排出口1012から搬送部1010外部に排出されるようになっている。また、金属ナノ構造のサイズはレーザー光の波長よりも小さくなっている。   The light source 1002 emits laser light that excites SPP, LSPR, and SERS. Laser light emitted from the light source 1002 is collimated by the collimator lens 1004, passes through the polarization control element 1005, is guided in the direction of the sensor chip 1001 by the dichroic mirror 1006, is condensed by the objective lens 1007, and is sensor chip. 1001 is incident. At this time, a target substance (not shown) is arranged on the surface of the sensor chip 1001 (for example, a surface on which a metal nanostructure or a detection substance selection mechanism is formed). The target substance is introduced into the transport unit 1010 from the carry-in port 1011 and discharged from the discharge port 1012 to the outside of the transport unit 1010 by controlling driving of a fan (not shown). The size of the metal nanostructure is smaller than the wavelength of the laser beam.

金属ナノ構造にレーザー光が入射すると、レーザー光の振動にともなって自由電子が共鳴振動し、金属ナノ構造の近傍に強い表面局在電場が励起され、これによりLSPRが励起される。そして、隣り合う金属ナノ構造の間の距離が小さくなると、その接点付近に極めて強い増強電場が生じ、その接点に1〜数個の標的物質が吸着すると、そこからSERSが発生する。   When laser light is incident on the metal nanostructure, free electrons resonate with the vibration of the laser light, and a strong surface localized electric field is excited in the vicinity of the metal nanostructure, thereby exciting LSPR. When the distance between adjacent metal nanostructures is reduced, an extremely strong electric field is generated in the vicinity of the contact. When one to several target substances are adsorbed at the contact, SERS is generated therefrom.

センサーチップ1001からの光(ラマン散乱光やレイリー散乱光)は、対物レンズ1007を通過し、ダイクロイックミラー1006によって光検出器1003の方向に導かれ、対物レンズ1007で集光され、光検出器1003に入射する。そして、光検出器1003によりスペクトル分解され、スペクトル情報が得られる。   Light from the sensor chip 1001 (Raman scattered light or Rayleigh scattered light) passes through the objective lens 1007, is guided toward the photodetector 1003 by the dichroic mirror 1006, is collected by the objective lens 1007, and is detected by the photodetector 1003. Is incident on. Then, the spectrum is decomposed by the photodetector 1003 to obtain spectrum information.

この構成によれば、上述した本発明に係るセンサーチップを備えているので、ラマン散乱光を選択的に分光し、標的分子を検出することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能な分析装置1000が提供できる。   According to this configuration, since the sensor chip according to the present invention described above is provided, it is possible to selectively disperse Raman scattered light and detect a target molecule. Therefore, it is possible to provide the analyzer 1000 that can improve the sensor sensitivity and can identify the target substance from the SERS spectrum.

分析装置1000は、センサーカートリッジを1100を含んで構成されている。センサーカートリッジ1100は、センサーチップ1001と、標的物質をセンサーチップ1001の表面に搬送する搬送部1010と、センサーチップ1001を載置する載置部1101と、これらを収容する筐体1110と、を具備して構成されている。筐体1110のセンサーチップ1001と対向する位置には、照射窓1111が設けられている。光源1002から照射されたレーザー光は、照射窓1111を通過してセンサーチップ1001の表面に照射される。センサーカートリッジ1100は、分析装置1000の上部に位置しており、分析装置1000の本体部から脱着可能に設けられている。   The analysis apparatus 1000 includes a sensor cartridge 1100. The sensor cartridge 1100 includes a sensor chip 1001, a transport unit 1010 that transports a target substance to the surface of the sensor chip 1001, a mounting unit 1101 on which the sensor chip 1001 is mounted, and a housing 1110 that stores these. Configured. An irradiation window 1111 is provided at a position facing the sensor chip 1001 of the housing 1110. The laser light emitted from the light source 1002 passes through the irradiation window 1111 and is irradiated on the surface of the sensor chip 1001. The sensor cartridge 1100 is located in the upper part of the analyzer 1000 and is provided so as to be detachable from the main body of the analyzer 1000.

この構成によれば、上述した本発明に係るセンサーチップを備えているので、ラマン散乱光を選択的に分光し、標的分子を検出することができる。したがって、センサー感度の向上を図り、SERSスペクトルから標的物質を特定することが可能なセンサーカートリッジ1100が提供できる。   According to this configuration, since the sensor chip according to the present invention described above is provided, it is possible to selectively disperse Raman scattered light and detect a target molecule. Therefore, it is possible to provide the sensor cartridge 1100 that can improve the sensor sensitivity and can identify the target substance from the SERS spectrum.

本発明に係る分析装置は、麻薬や爆発物の検知、医療や健康診断、食品の検査に用いられるセンシング装置へ広く応用することが可能である。また、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無などのように、物質の吸着の有無を検出するアフィニティー・センサーなどとして用いることができる。   The analysis device according to the present invention can be widely applied to sensing devices used for narcotics and explosives detection, medical and health checkups, and food inspections. Further, it can be used as an affinity sensor for detecting the presence or absence of substance adsorption, such as the presence or absence of antigen adsorption in an antigen-antibody reaction.

1、3、4、5、6、7、8、1001…センサーチップ、9…回折格子、10、40、50、60…基材、10a、50a、60a、70a、80a…下地部分、10s、40s、50s、60s…基材の平面部、11、31a、41、51、61…第1の突起(第1の凸形状)、11a、51a、61a、71a、81a…第1の突起の上面、12、31b、52、62、72、82…第2の突起(第2の凸形状)、13、31c、53、63、73、83…第3の突起(第3の凸形状)、1000…分析装置、1002…光源、1003…光検出器、1100…センサーカートリッジ、1101…載置部、1110…筐体、1111…照射窓、P1、P2、P3、P4…周期 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1001 ... Sensor chip, 9 ... Diffraction grating, 10, 40, 50, 60 ... Base material, 10a, 50a, 60a, 70a, 80a ... Base part, 10s, 40 s, 50 s, 60 s: flat portion of base material, 11, 31a, 41, 51, 61 ... first projection (first convex shape), 11a, 51a, 61a, 71a, 81a ... upper surface of first projection , 12, 31b, 52, 62, 72, 82 ... second projection (second convex shape), 13, 31c, 53, 63, 73, 83 ... third projection (third convex shape), 1000 ... Analyzer, 1002 ... Light source, 1003 ... Photo detector, 1100 ... Sensor cartridge, 1101 ... Placement part, 1110 ... Case, 1111 ... Irradiation window, P1, P2, P3, P4 ... Cycle

Claims (16)

平面部を有する基材と、
前記平面部上に形成され、金属で形成された表面を有し、標的物質が配置される回折格子と、を含み、
前記回折格子は、第1の方向に100nm以上1000nm以下の周期で周期的に配列されている複数の第1の突起と、隣り合う2つの第1の突起の間に位置して前記基材の下地を構成する複数の下地部分と、前記複数の第1の突起の各々の上面に複数形成されている複数の第2の突起と、前記複数の下地部分の各々複数形成されている複数の第3の突起と、を含むこと、
を特徴とするセンサーチップ。
A base material having a planar portion;
A diffraction grating formed on the planar portion and having a surface formed of metal, on which a target substance is disposed,
The diffraction grating is positioned between a plurality of first protrusions periodically arranged in a first direction with a period of 100 nm to 1000 nm and two adjacent first protrusions of the base material. a plurality of base portions constituting the base, and a plurality of second projections formed with a plurality on the upper surface of each of the plurality of first projections, a plurality of which are formed in a plurality of numbers in each of the plurality of base portions A third protrusion,
Sensor chip characterized by
前記複数の第1の突起は、前記第1の方向に交差し前記平面部に平行な第2の方向に周期的に配列されている、請求項1に記載のセンサーチップ。   2. The sensor chip according to claim 1, wherein the plurality of first protrusions are periodically arranged in a second direction that intersects the first direction and is parallel to the planar portion. 前記複数の第2の突起及び前記複数の第3の突起は、前記平面部に平行な第3の方向に周期的に配列されている、請求項1または2に記載のセンサーチップ The sensor chip according to claim 1, wherein the plurality of second protrusions and the plurality of third protrusions are periodically arranged in a third direction parallel to the planar portion . 前記複数の第2の突起及び前記複数の第3の突起は、前記第3の方向に交差し前記平面部に平行な第4の方向に周期的に配列されている、請求項3に記載のセンサーチップ。   The plurality of second protrusions and the plurality of third protrusions are periodically arranged in a fourth direction that intersects the third direction and is parallel to the planar portion. Sensor chip. 前記複数の第2の突起及び前記複数の第3の突起は、微粒子からなる、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のセンサーチップ。   The sensor chip according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of second protrusions and the plurality of third protrusions are made of fine particles. 前記回折格子の前記表面を構成する金属は、金または銀である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のセンサーチップ。   The sensor chip according to claim 1, wherein the metal constituting the surface of the diffraction grating is gold or silver. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のセンサーチップと、
前記標的物質を前記センサーチップの表面に搬送する搬送部と、
前記センサーチップを載置する載置部と、
前記センサーチップ、前記搬送部及び前記載置部を収容する筐体と、
前記筐体の前記センサーチップの表面と対向する位置に設けられた照射窓と、
を含む、センサーカートリッジ。
The sensor chip according to any one of claims 1 to 6,
A transport unit for transporting the target substance to the surface of the sensor chip;
A mounting section for mounting the sensor chip;
A housing for housing the sensor chip, the transfer unit, and the placement unit;
An irradiation window provided at a position facing the surface of the sensor chip of the housing;
Including a sensor cartridge.
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のセンサーチップと、
前記センサーチップに光を照射する光源と、
前記センサーチップによって得られた光を検出する光検出器と、
を含む、分析装置。
The sensor chip according to any one of claims 1 to 6,
A light source for irradiating light to the sensor chip;
A photodetector for detecting the light obtained by the sensor chip;
Including an analytical device.
平面部を有する基材と、
金属で形成された表面を有し、標的物質が配置される回折格子と、を含み、
前記回折格子は、100nm以上1000nm以下の周期で複数の第1の凸形状が周期的に配列されている第1の凹凸形状と、前記複数の第1の凸形状の各々に前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で複数の第2の凸形状が周期的に配列されている第2の凹凸形状と、隣り合う2つの第1の凸形状の間に位置する下地部分の各々にて前記第1の凹凸形状の周期よりも短い周期で複数の第3の凸形状が周期的に配列されている第3の凹凸形状とが重畳することにより前記平面部に形成された合成パターンを有すること、
を特徴とするセンサーチップ。
A base material having a planar portion;
A diffraction grating having a surface formed of a metal and on which a target substance is disposed,
The diffraction grating includes a first concavo-convex shape in which a plurality of first convex shapes are periodically arranged with a period of 100 nm to 1000 nm, and the first concavo-convex shape on each of the plurality of first convex shapes. At each of the second concavo-convex shape in which a plurality of second convex shapes are periodically arranged with a cycle shorter than the cycle of the shape, and each of the ground portions located between two adjacent first convex shapes The composite pattern formed on the planar portion is formed by superimposing a third concavo-convex shape in which a plurality of third convex shapes are periodically arranged in a cycle shorter than the cycle of the first concavo-convex shape. about,
Sensor chip characterized by
前記複数の第1の凸形状は、前記平面部に平行な第1の方向に周期的に配列されているとともに、前記第1の方向に交差して前記平面部に平行な第2の方向に周期的に配列されている、請求項9に記載のセンサーチップ。   The plurality of first convex shapes are periodically arranged in a first direction parallel to the planar portion, and in a second direction intersecting the first direction and parallel to the planar portion. The sensor chip according to claim 9, which is periodically arranged. 前記複数の第2の凸形状及び前記複数の第3の凸形状は、前記平面部に平行な第3の方向に周期的に配列されている、請求項9または10に記載のセンサーチップ The sensor chip according to claim 9 or 10, wherein the plurality of second convex shapes and the plurality of third convex shapes are periodically arranged in a third direction parallel to the planar portion . 前記複数の第2の凸形状及び前記複数の第3の凸形状は、前記第3の方向に交差して前記平面部に平行な第4の方向に周期的に配列されている、請求項11に記載のセンサーチップ。   The plurality of second convex shapes and the plurality of third convex shapes are periodically arranged in a fourth direction that intersects the third direction and is parallel to the planar portion. The sensor chip described in 1. 前記複数の第2の凸形状及び前記複数の第3の凸形状は、微粒子からなる、請求項9乃至12のいずれか一項に記載のセンサーチップ。   The sensor chip according to any one of claims 9 to 12, wherein the plurality of second convex shapes and the plurality of third convex shapes are made of fine particles. 前記回折格子の前記表面を構成する金属は、金または銀である、請求項9乃至13のいずれか一項に記載のセンサーチップ。   The sensor chip according to any one of claims 9 to 13, wherein the metal constituting the surface of the diffraction grating is gold or silver. 請求項9乃至14のいずれか一項に記載のセンサーチップと、
前記標的物質を前記センサーチップの表面に搬送する搬送部と、
前記センサーチップを載置する載置部と、
前記センサーチップ、前記搬送部及び前記載置部を収容する筐体と、
前記筐体の前記センサーチップの表面と対向する位置に設けられた照射窓と、
を含む、センサーカートリッジ。
The sensor chip according to any one of claims 9 to 14,
A transport unit for transporting the target substance to the surface of the sensor chip;
A mounting section for mounting the sensor chip;
A housing for housing the sensor chip, the transfer unit, and the placement unit;
An irradiation window provided at a position facing the surface of the sensor chip of the housing;
Including a sensor cartridge.
請求項9乃至14のいずれか一項に記載のセンサーチップと、
前記センサーチップに光を照射する光源と、
前記センサーチップによって得られた光を検出する光検出器と、
を含む、分析装置。
The sensor chip according to any one of claims 9 to 14,
A light source for irradiating light to the sensor chip;
A photodetector for detecting the light obtained by the sensor chip;
Including an analytical device.
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