JP6252053B2 - Surface-enhanced Raman scattering measurement substrate and manufacturing method thereof - Google Patents
Surface-enhanced Raman scattering measurement substrate and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP6252053B2 JP6252053B2 JP2013186473A JP2013186473A JP6252053B2 JP 6252053 B2 JP6252053 B2 JP 6252053B2 JP 2013186473 A JP2013186473 A JP 2013186473A JP 2013186473 A JP2013186473 A JP 2013186473A JP 6252053 B2 JP6252053 B2 JP 6252053B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal nanoparticles
- raman scattering
- microprojection
- scattering measurement
- microprojections
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Description
本発明は、表面増強ラマン散乱測定用基板、及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate and a manufacturing method thereof.
近年、ライフサイエンスを中心とするバイオの分野において、細胞を生きたまま、非標識で観察可能な超高感度分析技術が求められている。
バイオの分野の検出法として、表面増強ラマン分光法(Surface Enhanced Raman Spectroscopy:以下、SERSと略することがある)が物質の同定などに用いる超高感度分析方法として注目されている。ラマン分光法は、ラマン効果により散乱した光と入射光のエネルギーの差が物質内の分子や結晶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することから、単色光であるレーザを入射光として用い、その分子固有のエネルギー状態を反映した光に変調される現象を利用して、スペクトルから化学種を同定し、その散乱光強度から目的物質の定量を行う方法である。ラマン分光法の感度は本質的に低いため、微少量の試料分析には適していないという問題があった。一方、金属ナノ粒子においては金属表面に存在する自由電子が集合的に振動する現象であるプラズモンが金属表面に存在し、この表面プラズモンは可視〜近赤外領域の光電場とカップリングさせることによって、金属ナノ粒子表面において著しく電場を増強させる。この表面プラズモン共鳴を利用して、金属ナノ粒子表面に吸着させた分子にレーザ光を照射すると、吸着分子から発生するラマン散乱光を飛躍的に増強させることができるので、当該表面増強ラマン分光法が注目されるに至っている。
In recent years, in the field of biotechnology centered on life science, there is a demand for ultra-sensitive analysis technology that allows cells to be observed without labeling.
As a detection method in the field of biotechnology, surface enhanced Raman spectroscopy (hereinafter, sometimes abbreviated as SERS) is attracting attention as an ultrasensitive analysis method used for identification of substances. Raman spectroscopy is monochromatic light because the difference in energy between the light scattered by the Raman effect and the incident light corresponds to the vibrational level, rotational level, or electron level energy of the molecules and crystals in the material. In this method, a laser is used as incident light, a chemical species is identified from the spectrum, and the target substance is quantified from the intensity of the scattered light, utilizing a phenomenon that is modulated into light reflecting the energy state unique to the molecule. Since the sensitivity of Raman spectroscopy is essentially low, there is a problem that it is not suitable for analyzing a small amount of sample. On the other hand, in metal nanoparticles, plasmons, which are a phenomenon in which free electrons existing on the metal surface oscillate collectively, exist on the metal surface, and this surface plasmon is coupled with a photoelectric field in the visible to near infrared region. , Significantly enhance the electric field at the surface of the metal nanoparticles. Using this surface plasmon resonance, when the molecules adsorbed on the surface of the metal nanoparticles are irradiated with laser light, the Raman scattered light generated from the adsorbed molecules can be dramatically enhanced. Has been attracting attention.
ラマン散乱測定基板を得る方法として、例えば、特許文献1には、SERS活性を有する金属の粒径100nm以下のナノ粒子を含むコロイド溶液中に少なくともアミノ基とカルボニル基を有する両性電解質を分散させ、該両性電解質を含むコロイド溶液を金属基板上に滴下し、金属基板とナノ粒子との電極電位差で凝集を開始させることによりホットサイト(表面プラズモン共鳴による電場増強効果が顕著に発生する場所)を形成する方法が開示されている。
特許文献2には、金属微粒子を含有した高分子フィルムを製造する方法として、金属微粒子の水分散液と高分子を溶解した有機溶媒液を混合して水相と有機相に分離した分離溶液を形成し、次いで該分離溶液中の液液界面に金属微粒子を薄膜状に凝集させた後に有機相に含まれる高分子をフィルム化することによって液液界面に形成された金属微粒子凝集体を該フィルムに取り込ませ、該金属微粒子薄膜凝集体がフィルムの片側表層部分に含有された高分子フィルムを製造する方法が開示されている。
As a method for obtaining a Raman scattering measurement substrate, for example, in Patent Document 1, an ampholyte having at least an amino group and a carbonyl group is dispersed in a colloidal solution containing nanoparticles having a particle size of 100 nm or less of a metal having SERS activity. A colloidal solution containing the ampholyte is dropped onto a metal substrate, and agglomeration is initiated by the electrode potential difference between the metal substrate and the nanoparticles to form a hot site (a place where an electric field enhancement effect due to surface plasmon resonance occurs remarkably). A method is disclosed.
In Patent Document 2, as a method for producing a polymer film containing metal fine particles, an aqueous dispersion of metal fine particles and an organic solvent solution in which a polymer is dissolved are mixed and separated into an aqueous phase and an organic phase. The metal fine particle aggregate formed at the liquid-liquid interface is formed by forming a film of the polymer contained in the organic phase after the metal fine particles are agglomerated at the liquid-liquid interface in the separation solution and then forming the film. And a method for producing a polymer film in which the metal fine particle thin film aggregate is contained in one surface layer portion of the film is disclosed.
しかし、特許文献1、2に記載されるような分散液を用いる方法により得られるラマン散乱測定用基板は、当該ラマン散乱測定用基板が備える金属微粒子が、界面活性剤等の分散剤に覆われるため、金属微粒子によるラマン散乱の増強効果が不十分になる場合がある。また、このような分散液を用いて金属ナノ粒子の凝集体を形成する方法は、凝集の度合いや形状を精密に制御することが実質的には困難である。 However, in the Raman scattering measurement substrate obtained by the method using the dispersion liquid as described in Patent Documents 1 and 2, the metal fine particles provided in the Raman scattering measurement substrate are covered with a dispersant such as a surfactant. Therefore, the enhancement effect of Raman scattering by the metal fine particles may be insufficient. In addition, in the method of forming an aggregate of metal nanoparticles using such a dispersion, it is substantially difficult to precisely control the degree and shape of aggregation.
一方、分散液から金属微粒子を配置する方法とは別の方法として、気相法により合成した貴金属ナノワイヤを基板上に配置し、貴金属ナノワイヤ間の接触や交差によってホットサイトを形成する方法(特許文献3)や、気相法により合成した貴金属ナノワイヤ及び当該貴金属ナノワイヤ表面に自己組織化された貴金属ナノ粒子を基板上に配置し、貴金属ナノワイヤ表面と貴金属ナノ粒子の結合によりホットサイトを形成する方法(特許文献4)も知られている。
しかし、貴金属ナノワイヤの交点や貴金属ナノ粒子の結合により形成されたホットサイトによる増強効果は強い偏光依存性が存在するため、精密な偏光制御が必要となるという問題点がある(非特許文献1、2)。
On the other hand, as a method different from the method of arranging the metal fine particles from the dispersion, a method of forming noble metal nanowires synthesized by a vapor phase method on a substrate and forming hot sites by contact or intersection between the noble metal nanowires (Patent Document) 3) or a method in which a noble metal nanowire synthesized by a vapor phase method and a noble metal nanoparticle self-assembled on the surface of the noble metal nanowire are arranged on a substrate and hot sites are formed by bonding the surface of the noble metal nanowire and the noble metal nanoparticle ( Patent document 4) is also known.
However, there is a problem that precise polarization control is required because the enhancement effect by hot sites formed by the intersection of noble metal nanowires and the combination of noble metal nanoparticles has strong polarization dependence (Non-Patent Document 1, 2).
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、測定感度が高く、簡易な方法で製造可能な表面増強ラマン散乱測定用基板、及び当該表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate that has high measurement sensitivity and can be manufactured by a simple method, and a method for manufacturing the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate. For the purpose.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板は、複数の微小突起が密接して配置され、隣接する前記微小突起間の距離の平均が1000nm以下であり、前記微小突起の深さ方向と直交する水平面で切断したと仮定したときの水平断面内における当該微小突起を形成する材料部分の断面積占有率が、当該微小突起の頂部から最深部方向に近づくに従い連続的に漸次増加する構造を有し、隣接する前記微小突起間の距離の平均に対する前記微小突起の高さの平均の比が、0.8〜2.5である微小突起構造体を有する微細凹凸層と、平均粒径が前記微小突起間の距離の平均よりも小さい金属ナノ粒子とを有し、前記金属ナノ粒子が前記微小突起構造体の表面に担持されていることを特徴とする。 SERS measurement substrate according to the present invention, a plurality of minute projections are closely spaced, average 1000nm der following distance between adjacent said microprojection is, perpendicular to the depth direction of the microprojections It has a structure in which the cross-sectional area occupancy of the material part forming the microprotrusions in the horizontal cross-section when it is assumed to be cut at a horizontal plane is continuously increased gradually from the top of the microprotrusions toward the deepest part. And the ratio of the average height of the microprotrusions to the average distance between the adjacent microprotrusions is 0.8 to 2.5. It has metal nanoparticles smaller than the average of the distance between the microprotrusions, and the metal nanoparticles are supported on the surface of the microprotrusion structure.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板においては、前記微細凹凸層の表面が無機酸化物層からなることが、測定性能に優れる点から好ましい。 In the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention, it is preferable that the surface of the fine concavo-convex layer is composed of an inorganic oxide layer from the viewpoint of excellent measurement performance.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板においては、前記金属ナノ粒子が、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、及び、これらの合金よりなる群から選択される1種以上の金属ナノ粒子であるであることが好ましい。 In the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention, the metal nanoparticles are one or more metal nano particles selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, and alloys thereof. It is preferably a particle.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法は、複数の微小突起が密接して配置され、隣接する前記微小突起間の距離の平均が1000nm以下であり、前記微小突起の深さ方向と直交する水平面で切断したと仮定したときの水平断面内における当該微小突起を形成する材料部分の断面積占有率が、当該微小突起の頂部から最深部方向に近づくに従い連続的に漸次増加する構造を有し、隣接する前記微小突起間の距離の平均に対する前記微小突起の高さの平均の比が、0.8〜2.5である微小突起構造体を有する微細凹凸層を準備する工程と、
蒸着法を用いて前記微小突起構造体表面に金属原子を付着することにより、金属ナノ粒子を形成し、担持する工程とを有することを特徴とする。
Method for producing a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention, a plurality of minute projections are closely spaced, average 1000nm der following distance between adjacent said microprojection is, the depth of said microprojection The cross-sectional area occupancy rate of the material portion forming the microprojections in the horizontal cross section when assuming that it is cut at a horizontal plane orthogonal to the direction continuously increases gradually from the top of the microprojections toward the deepest portion. A step of preparing a fine concavo-convex layer having a microprojection structure having a structure and an average ratio of the height of the microprojections to an average distance between adjacent microprojections is 0.8 to 2.5 When,
And a step of forming and supporting metal nanoparticles by attaching metal atoms to the surface of the microprojection structure using a vapor deposition method.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法においては、前記蒸着法が、平坦面上に付着する金属原子によって形成される蒸着膜の厚みが40nm以下となるように調整されていることが、ホットサイトを形成し易い点から好ましい。 In the method for manufacturing a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention, the vapor deposition method is adjusted so that the thickness of a vapor deposition film formed by metal atoms adhering to a flat surface is 40 nm or less. However, it is preferable because it is easy to form a hot site.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法においては、前記金属ナノ粒子が、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、及び、これらの合金よりなる群から選択される1種以上の金属ナノ粒子であることが好ましい。 In the method for producing a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention, the metal nanoparticles are one or more selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, and alloys thereof. It is preferable that it is a metal nanoparticle.
本発明によれば、測定感度が高く、簡易な方法で製造可能な表面増強ラマン散乱測定用基板、及び当該表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate that has high measurement sensitivity and can be manufactured by a simple method, and a method for manufacturing the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate.
本件明細書において「フィルム面(板面、シート面)」とは、対象となるフィルム状(板状、シート状)の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるフィルム状部材(板状部材、シート状部材)の平面方向と一致する面のことを指す。
さらに、本件明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや距離の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
In this specification, “film surface (plate surface, sheet surface)” means a film-like member (target) when the target film-like (plate-like, sheet-like) member is viewed as a whole and globally. It refers to a surface that coincides with the planar direction of a plate-like member or sheet-like member.
Further, the shape and geometric conditions used in this specification and the degree thereof are specified. For example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “identical”, length and distance values, etc. are strictly Without being bound by meaning, it should be interpreted including the extent to which similar functions can be expected.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板は、複数の微小突起が密接して配置され、隣接する前記微小突起間の距離の平均が1000nm以下である微小突起構造体を有する微細凹凸層と、平均粒径が前記微小突起間の距離の平均よりも小さい金属ナノ粒子とを有し、前記金属ナノ粒子が前記微小突起構造体の表面に担持されていることを特徴とする。 The surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention has a fine concavo-convex layer having a microprojection structure in which a plurality of microprojections are closely arranged and the average distance between adjacent microprojections is 1000 nm or less; Metal nanoparticles having an average particle diameter smaller than the average distance between the microprojections, and the metal nanoparticles are supported on the surface of the microprojection structure.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法は、複数の微小突起が密接して配置され、隣接する前記微小突起間の距離の平均が1000nm以下である微小突起構造体を有する微細凹凸層を準備する工程と、
蒸着法を用いて前記微小突起構造体表面に金属原子を付着することにより、金属ナノ粒子を形成し、担持する工程とを有することを特徴とする。
The method for manufacturing a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention includes a micro unevenness having a microprojection structure in which a plurality of microprojections are closely arranged and an average distance between adjacent microprojections is 1000 nm or less. Preparing a layer;
And a step of forming and supporting metal nanoparticles by attaching metal atoms to the surface of the microprojection structure using a vapor deposition method.
本発明者らは、銀粒子等のSERS活性を示し、通常は単独の粒子としては安定に存在し難い金属ナノ粒子が、前記所定の微小突起構造体の表面に蒸着法を用いて金属原子を付着することにより形成されること、更に、前記所定の微小突起構造体の表面においては、金属ナノ粒子は凝集しにくく単独の粒子として安定に存在し得ることを知見した。このような作用効果は、従来、金属ナノ粒子の製造方法として、水溶液中で金属を還元させる方法等、反応に長い時間を要したり、特殊な環境が必要になったりする方法が用いられていることからしても、技術水準から予測される範囲を超えた顕著な作用効果であると言える。
また、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板は、前記特定の微小突起構造体の表面の表面積が平坦面に比べて大きいため、平坦面に比べて多くの金属ナノ粒子を担持することができる。その結果、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板は、金属ナノ粒子によるSERS活性をさらに増大することができ、測定感度に優れる。
また、従来の分散液を用いて得られる測定用基板においては、金属ナノ粒子が分散剤等に覆われてSERS活性が悪化する問題があり、分散剤を除去するためには焼成工程が必要となり、製造工程が増えてしまうという問題があった。これに対し、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板は、分散液を用いず、気相法により製造することができる。そのため、一工程で簡易に製造できる上に、金属ナノ粒子表面が分散剤等に覆われることがなく、金属ナノ粒子によるSERS活性が高く、測定感度に優れる。
更に、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板は、前記金属ナノ粒子が前記微小突起構造体の表面に担持されていることから、前記微小突起の大きさや配列により前記微小突起構造体の凹凸表面形状を適宜調整することによって、前記金属ナノ粒子の配置を所望の配置とすることができる。例えば、微小突起の大きさや配列の偏差が小さい均一な凹凸表面形状を有する微小突起構造体の表面に金属ナノ粒子を担持した場合には、金属ナノ粒子は均等に配置され易いことから、ナノギャップによるホットサイトも均等に配置され易く、実質的に偏光依存性が存在せず、精密な偏光制御が不要となるというメリットがある。
また、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法によれば、蒸着法を用いて前記微小突起構造体表面に金属原子を付着することにより、金属ナノ粒子を形成し担持することから、金属ナノ粒子の大きさ、形状、配置は、前記微小突起構造体表面の形状を調整することにより、ある程度適宜調整可能である。そのため、金属ナノ粒子のコンフォメーションを精密に制御することができる。
The present inventors show SERS activity of silver particles and the like, and metal nanoparticles that normally do not exist stably as single particles are deposited on the surface of the predetermined microprojection structure by vapor deposition. It was found that the metal nanoparticles are formed by adhering, and that the metal nanoparticles are less likely to aggregate on the surface of the predetermined microprojection structure and can exist stably as single particles. Such an effect has been conventionally used as a method for producing metal nanoparticles, such as a method of reducing a metal in an aqueous solution, or a method that requires a long time for the reaction or a special environment. Therefore, it can be said that this is a remarkable effect that exceeds the range predicted from the technical level.
In addition, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention has a surface area of the surface of the specific microprojection structure larger than that of the flat surface, and thus can carry more metal nanoparticles than the flat surface. it can. As a result, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention can further increase the SERS activity by the metal nanoparticles, and is excellent in measurement sensitivity.
In addition, in the measurement substrate obtained by using the conventional dispersion liquid, there is a problem that the metal nanoparticles are covered with the dispersant and the SERS activity is deteriorated, and a firing step is necessary to remove the dispersant. There is a problem that the manufacturing process increases. In contrast, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention can be produced by a vapor phase method without using a dispersion. Therefore, the metal nanoparticles can be easily manufactured in one process, and the surface of the metal nanoparticles is not covered with a dispersant or the like, the SERS activity by the metal nanoparticles is high, and the measurement sensitivity is excellent.
Furthermore, in the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention, since the metal nanoparticles are carried on the surface of the microprojection structure, the unevenness of the microprojection structure depends on the size and arrangement of the microprojections. By appropriately adjusting the surface shape, the metal nanoparticles can be arranged in a desired arrangement. For example, when metal nanoparticles are supported on the surface of a microprojection structure having a uniform concavo-convex surface shape with a small microprojection size and alignment deviation, the metal nanoparticles are easily arranged evenly. The hot sight is easily arranged evenly, and there is a merit that there is substantially no polarization dependence and precise polarization control becomes unnecessary.
Further, according to the method for manufacturing a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention, metal nanoparticles are formed and supported by attaching metal atoms to the surface of the microprojection structure using a vapor deposition method. The size, shape, and arrangement of the metal nanoparticles can be appropriately adjusted to some extent by adjusting the shape of the surface of the microprojection structure. Therefore, it is possible to precisely control the conformation of the metal nanoparticles.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
図1は、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の一例を模式的に示す断面図であり、図1に示す表面増強ラマン散乱測定用基板10は、複数の微小突起22が密接して配置され、隣接する前記微小突起22間の距離dの平均が1000nm以下である微小突起構造体21を有する微細凹凸層20を有し、平均粒径が前記微小突起22間の距離dの平均よりも小さい金属ナノ粒子30が前記微小突起構造体21の表面に担持されている。また、図1に示すように、表面増強ラマン散乱測定用基板10は、支持体として透明基材11を含んでいてもよい。
図2は、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の別の一例を模式的に示す断面図であり、図2に示す表面増強ラマン散乱測定用基板10’は、微細凹凸層20の微小突起構造体21側の表面が無機酸化物層25からなり、透明基材11を含まない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale, the vertical / horizontal dimension ratio, and the like are appropriately changed and exaggerated from those of the actual product.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention. The surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 shown in FIG. It has the fine uneven | corrugated layer 20 which has the microprojection structure 21 arrange | positioned and the average of the distance d between the said adjacent microprotrusions 22 is 1000 nm or less, and an average particle diameter is from the average of the distance d between the said microprotrusions 22 Smaller metal nanoparticles 30 are supported on the surface of the microprojection structure 21. As shown in FIG. 1, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 may include a transparent substrate 11 as a support.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another example of the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention. The surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 ′ shown in FIG. The surface on the protruding structure 21 side is composed of the inorganic oxide layer 25 and does not include the transparent substrate 11.
<微細凹凸層>
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板10は、複数の微小突起22が密接して配置され、隣接する前記微小突起22間の距離の平均が1000nm以下である微小突起構造体21を有する微細凹凸層20を有する。ここで、微小突起の「微小」とは、1000nm以下の平均間隔dAVGで配列される程度に微小であることを意味している。
<Fine uneven layer>
The surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 according to the present invention includes a microprojection structure 21 in which a plurality of microprojections 22 are closely arranged and the average distance between adjacent microprojections 22 is 1000 nm or less. An uneven layer 20 is provided. Here, “microscopic” of the microprotrusions means that the microprotrusions are so small that they are arranged with an average interval d AVG of 1000 nm or less.
本発明者らは、微細凹凸層20において、微小突起構造体21を構成する微小突起22間の距離の平均を特定値以下とすると、当該微小突起構造体21の表面に担持された金属ナノ粒子30は、安定して保持され、凝集しにくいことを知見した。また、前記特定の微小突起構造体21の表面は、その表面積が大きいため、平坦面に比べて多くの金属ナノ粒子を担持することができる。その結果、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板は、金属ナノ粒子による優れたSERS活性を発揮することができ、測定感度に優れる。 When the average distance between the microprotrusions 22 constituting the microprojection structure 21 is set to a specific value or less in the fine uneven layer 20, the inventors of the present invention have metal nanoparticles supported on the surface of the microprojection structure 21. No. 30 was found to be stably held and difficult to aggregate. In addition, since the surface of the specific microprojection structure 21 has a large surface area, it can carry more metal nanoparticles than a flat surface. As a result, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention can exhibit excellent SERS activity due to the metal nanoparticles, and is excellent in measurement sensitivity.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板10においては、微小突起構造体21を構成する各微小突起22の大きさ、形状、配列等により、微小突起構造体21の凹凸表面形状を適宜調整することにより、当該微小突起構造体21の表面に担持される金属ナノ粒子30の大きさ、形状、配置を調整することができる。
前記微小突起構造体21を構成する各微小突起22は、微細凹凸層20に植立するように形成され、その形状は、特に限定されないが、所望の大きさの金属ナノ粒子30を担持させることができ、さらに、金属ナノ粒子30を均一に且つ安定して配置し易い点から、例えば、当該微小突起22の深さ方向と直交する水平面で切断したと仮定したときの水平断面内における当該微小突起22を形成する材料部分の断面積占有率が、当該微小突起22の頂部から最深部方向に近づくに従い連続的に漸次増加する構造、すなわち各微小突起が先細りとなる構造を有するものが好ましい。このような微小突起22の形状の具体例としては、半円状、半楕円状、三角形状、放物線状、釣鐘状等の垂直断面形状を有するものが挙げられる。複数ある微小突起22は、同一の形状を有していても異なる形状を有していてもよい。また、微小突起の頂上は、曲面を有することが金属ナノ粒子の形成性の点から好ましい。
また、各微小突起の深さ方向と直交する水平面で切断したと仮定したときの水平断面の長径と短径の比(長径/短径)は、表面積を広くする点から、1以上1.5以下であることが好ましく、更に1以上1.2以下であることが好ましい。
In the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 according to the present invention, the uneven surface shape of the microprojection structure 21 is appropriately adjusted according to the size, shape, arrangement, etc. of the microprojections 22 constituting the microprojection structure 21. Thus, the size, shape, and arrangement of the metal nanoparticles 30 supported on the surface of the microprojection structure 21 can be adjusted.
Each microprotrusion 22 constituting the microprotrusion structure 21 is formed so as to be planted on the fine concavo-convex layer 20, and the shape thereof is not particularly limited, but the metal nanoparticle 30 having a desired size is supported. Furthermore, from the point that the metal nanoparticles 30 can be arranged uniformly and stably, for example, the minute in the horizontal section when it is assumed that the metal nanoparticle 30 is cut along a horizontal plane perpendicular to the depth direction of the minute protrusion 22. It is preferable that the occupation ratio of the cross-sectional area of the material portion forming the protrusion 22 is continuously increased gradually from the top of the microprotrusion 22 toward the deepest portion, that is, a structure in which each microprotrusion is tapered. Specific examples of the shape of the minute protrusion 22 include those having a vertical cross-sectional shape such as a semicircular shape, a semi-elliptical shape, a triangular shape, a parabolic shape, and a bell shape. The plurality of microprojections 22 may have the same shape or different shapes. Moreover, it is preferable from the point of the formation property of a metal nanoparticle that the top of a microprotrusion has a curved surface.
Further, the ratio of the major axis to the minor axis (major axis / minor axis) of the horizontal cross section when it is assumed that the microprojections are cut in a horizontal plane perpendicular to the depth direction is 1 or more and 1.5 from the point of increasing the surface area. Or less, more preferably 1 or more and 1.2 or less.
前記微小突起構造体21において、前記微小突起22間の距離(図1中のd、以下、「隣接突起間距離d」と称する場合がある。)の平均dAVGは、1000nm以下であり、金属ナノ粒子30の平均粒径よりも大きければ特に限定されないが、500nm以下であることが好ましく、380nm以下であることがより好ましく、200nm以下であることが更により好ましい。これにより、微小突起構造体21表面に担持された金属ナノ粒子30の安定性が向上する。
また、前記微小突起22間の距離の平均dAVGは、前記金属ナノ粒子の平均粒径よりも大きければ特に限定されないが、通常50nm以上である。
この隣接突起間距離dに係る隣接する微小突起は、いわゆる隣り合う微小突起であり、付け根部分である微小突起の裾の部分が接している突起である。本発明に用いられる微細凹凸層は、微小突起が密接して配置されることにより、微小突起間の谷の部位を順次辿るようにして線分を作成すると、平面視において各微小突起を囲む多角形状領域を多数連結してなる網目状の模様が作製されることになる。隣接突起間距離dに係る隣接する微小突起は、この網目状の模様を構成する一部の線分を共有する突起である。
In the microprojection structure 21, the average d AVG of the distance between the microprojections 22 (d in FIG. 1, hereinafter sometimes referred to as “distance between adjacent projections d”) is 1000 nm or less, and metal Although it will not specifically limit if it is larger than the average particle diameter of the nanoparticle 30, It is preferable that it is 500 nm or less, It is more preferable that it is 380 nm or less, It is still more preferable that it is 200 nm or less. As a result, the stability of the metal nanoparticles 30 supported on the surface of the microprojection structure 21 is improved.
The average d AVG of the distance between the microprotrusions 22 is not particularly limited as long as it is larger than the average particle diameter of the metal nanoparticles, but is usually 50 nm or more.
The adjacent minute protrusions related to the distance d between the adjacent protrusions are so-called adjacent minute protrusions, which are the protrusions that are in contact with the bottom part of the minute protrusion that is the base part. The fine concavo-convex layer used in the present invention has a polygonal structure surrounding each microprojection in a plan view when a line segment is created so that the microprojections are closely arranged so as to sequentially follow the valley portions between the microprojections. A mesh-like pattern formed by connecting a large number of shape regions is produced. The adjacent minute protrusions related to the distance d between the adjacent protrusions are protrusions that share a part of the line segments constituting the mesh pattern.
また、前記微小突起構造体21を構成する微小突起群22の中には、頂点を複数有する微小突起(以下、「多峰性の微小突起」と称する場合がある。)が含まれていても良い。本発明においては、前記微小突起群の中に多峰性の微小突起を含むことにより、前記微小突起構造体21の表面積がさらに増大するため、当該微小突起構造体21の表面により多くの金属ナノ粒子30を担持することができる。なお、多峰性の微小突起との対比により、頂点が1つのみの微小突起を「単峰性の微小突起」と称する場合がある。また多峰性の微小突起、単峰性の微小突起に係る各頂点を形成する各凸部を、適宜、「峰」と称する。
多峰性の微小突起は、単峰性の微小突起に比して、頂点近傍の寸法に対する裾の部分の太さが相対的に太く、さらに、外力をより多くの頂点で分散して受ける為、各頂点に加わる外力を低減し、微小突起を損傷し難いようにすることができると考えられる。よって、本発明の表面増強ラマン散乱測定用基板10は、微小突起構造体21を構成する微小突起22として、多峰性の微小突起を有することにより、機械的強度及び耐擦傷性も向上する。
Further, the microprojection group 22 constituting the microprojection structure 21 includes microprojections having a plurality of vertices (hereinafter sometimes referred to as “multimodal microprojections”). good. In the present invention, the surface area of the microprojection structure 21 is further increased by including multimodal microprojections in the microprojection group. Particles 30 can be carried. Note that a microprojection having only one vertex may be referred to as a “unimodal microprojection” in comparison with a multimodal microprojection. In addition, each convex portion that forms each vertex related to a multi-peak microprojection or a single-peak microprojection is appropriately referred to as a “peak”.
Multi-modal micro-projections are relatively thicker than the unimodal micro-protrusions, with the thickness of the hem portion relative to the dimensions near the apexes, and because the external force is distributed and received at more apexes. It is considered that the external force applied to each apex can be reduced so that the microprojections are hardly damaged. Therefore, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 of the present invention has multi-peaked microprojections as the microprojections 22 constituting the microprojection structure 21, thereby improving the mechanical strength and scratch resistance.
微小突起の高さH(図1中のH)は、適宜設定すればよい。中でも、微小突起のアスペクト比(平均突起高さHAVG/平均隣接突起間隔dAVG)が、0.8〜2.5となるように微小突起の高さHを選択することが好ましく、更に、0.8〜2.1となるように選択することがより好ましい。
前記微小突起22の高さHの平均HAVGは、1μm以下であることが好ましく、更に500nm以下であることが好ましく、より更に50〜350nmであることが好ましく、100〜250nmであることが特に好ましい。
ここで各微小突起22の高さHとは、その頂部に存在する最高高さを有する峰(最高峰)の高さを言う。単峰性の微小突起の場合は、頂部における唯一の峰の高さが該微小突起の突起高さとなる。多峰性の微小突起の場合は、頂部に在る麓部を共有する複数の峰のうちの最高峰の高さをもって該微小突起の高さとする。
The height H of the microprotrusions (H in FIG. 1) may be set as appropriate. Among them, it is preferable to select the height H of the microprojections so that the aspect ratio of the microprojections (average projection height H AVG / average adjacent projection spacing d AVG ) is 0.8 to 2.5, It is more preferable to select so that it may become 0.8-2.1.
The average H AVG height H of the fine protrusions 22 is preferably 1μm or less, preferably further 500nm or less, is preferably even more 50~350Nm, particularly to be 100~250nm preferable.
Here, the height H of each microprotrusion 22 refers to the height of a peak (the highest peak) having the highest height at the top. In the case of a single-peak microprojection, the height of the only peak at the top is the projection height of the microprojection. In the case of multimodal microprotrusions, the height of the microprotrusions is defined as the height of the highest peak among a plurality of ridges sharing the ridge at the top.
本発明において、前記微小突起22間の距離dの平均値dAVG及び微小突起22の高さHの平均値HAVGは、以下の方法により測定される。
(1)先ず、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)又は走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて突起の面内配列(突起配列の平面視形状)を検出する。
In the present invention, the mean value H AVG average value d AVG and height H of the minute projection 22 of the distance d between the fine protrusions 22 is measured by the following method.
(1) First, an in-plane arrangement of projections (planar shape of the projection arrangement) is detected using an atomic force microscope (AFM) or a scanning electron microscope (SEM).
(2)続いてこの求められた面内配列から各突起の高さの極大点(以下、単に極大点と称する。)を検出する。なお極大点を求める方法としては、平面視形状と対応する断面形状の拡大写真とを逐次対比して極大点を求める方法、平面視拡大写真の画像処理によって極大点を求める方法等、種々の手法を適用することができる。 (2) Subsequently, a maximum point of the height of each protrusion (hereinafter simply referred to as a maximum point) is detected from the obtained in-plane arrangement. There are various methods for obtaining the maximum point, such as a method of sequentially comparing the planar view shape and the enlarged photograph of the corresponding cross-sectional shape to obtain the maximum point, and a method of obtaining the maximum point by image processing of the plan view enlarged photo. Can be applied.
(3)次に検出した極大点を母点とするドロネー図(Delaunary Diagram)を作成する。ここでドロネー図とは、各極大点を母点としてボロノイ分割を行った場合に、ボロノイ領域が隣接する母点同士を隣接母点と定義し、各隣接母点同士を線分で結んで得られる3角形の集合体からなる網状図形である。各3角形は、ドロネー3角形と呼ばれ、各3角形の辺(隣接母点同士を結ぶ線分)は、ドロネー線と呼ばれる。図3は、ドロネー図(白色の線分により表される図である)を平面視拡大写真の模式図と重ね合わせた図である。 (3) Next, a Delaunay diagram with the detected maximum point as a generating point is created. Here, Delaunay diagram is obtained by dividing the Voronoi region adjacent to the Voronoi region when the Voronoi division is performed with each local maximum as the generating point, and connecting the adjacent generating points with line segments. This is a net-like figure made up of triangular aggregates. Each triangle is called a Delaunay triangle, and a side of each triangle (a line segment connecting adjacent generating points) is called a Delaunay line. FIG. 3 is a diagram in which a Delaunay diagram (a diagram represented by a white line segment) is superimposed on a schematic diagram of an enlarged photograph in plan view.
(4)次に、各ドロネー線の線分長の度数分布、すなわち隣接する極大点間の距離(隣接突起間距離)の度数分布を求める。なお、突起の頂部に溝状等の凹部が存在したり、あるいは頂部が複数の峰に分裂している場合は、求めた度数分布から、このような突起の頂部に凹部が存在する微細構造、頂部が複数の峰に分裂している微細構造に起因するデータを除去し、突起本体自体のデータのみを選別して度数分布を作成する。 (4) Next, the frequency distribution of the line segment length of each Delaunay line, that is, the frequency distribution of the distance between adjacent maximum points (distance between adjacent protrusions) is obtained. In addition, when there is a groove-like recess at the top of the protrusion, or when the top is split into a plurality of peaks, from the obtained frequency distribution, the microstructure in which there is a recess at the top of such protrusion, The data resulting from the fine structure in which the top part is divided into a plurality of peaks is removed, and only the data of the projection body itself is selected to create a frequency distribution.
具体的には、突起の頂部に凹部が存在する微細構造、頂部が複数の峰に分裂している微小突起(多峰性の微小突起)に係る微細構造においては、このような微細構造を備えていない微小突起(単峰性の微小突起)の場合の数値範囲から、隣接突起間距離が明らかに大きく異なることになる。これによりこの特徴を利用して対応するデータを除去することにより突起本体自体のデータのみを選別して度数分布を検出する。より具体的には、例えば微小突起(群)の平面視の拡大写真から、5〜20個程度の互いに隣接する単峰性の微小突起を選んで、その隣接突起間距離の値を標本抽出し、この標本抽出して求められる数値範囲から明らかに外れる値(通常、標本抽出して求められる隣接突起間距離平均値に対して、値が1/2以下のデータ)を除外して度数分布を検出する。 Specifically, a fine structure in which a concave portion exists on the top of the protrusion, or a fine structure related to a fine protrusion (multi-modal micro protrusion) in which the top is divided into a plurality of peaks has such a fine structure. The distance between adjacent protrusions is clearly different from the numerical range in the case of non-protruding microprotrusions (single-peak microprotrusions). Thus, by removing the corresponding data using this feature, only the data of the projection body itself is selected and the frequency distribution is detected. More specifically, for example, about 5 to 20 adjacent single-peaked microprojections are selected from an enlarged photograph of the microprojections (group) in plan view, and the value of the distance between the adjacent projections is sampled. The frequency distribution is excluded by excluding values that are clearly out of the numerical range obtained by sampling (usually, data having a value of 1/2 or less of the average distance between adjacent protrusions obtained by sampling). To detect.
(5)このようにして求めた隣接突起間距離dの度数分布を正規分布とみなして平均値dAVG及び標準偏差σdを求める。前記標準偏差σdは、特に限定されないが、10nm〜100nmであることが、偏光依存性が低減されることから好ましい。 (5) The frequency distribution of the distance d between adjacent protrusions thus determined is regarded as a normal distribution, and the average value d AVG and the standard deviation σ d are determined. The standard deviation σ d is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 100 nm because polarization dependency is reduced.
同様の手法を適用して微小突起の高さHの平均値HAVG、標準偏差σHを求める。まず、上述の(2)により求められる極大点から、特定の基準位置からの各極大点位置の相対的な高さの差を取得してヒストグラム化する。このヒストグラムによる度数分布から突起高さの平均値HAVGを求める。突起高さHのヒストグラムにおいて、多峰性の微小突起の場合は、頂点を複数有していることにより、1つの突起に対してこれら複数のデータが混在することになる。この場合は麓(付け根)部が同一の微小突起に属するそれぞれ複数の頂点の中から高さの最も高い頂点を、当該微小突起の突起高さとして採用して度数分布を求める。 By applying the same method, the average value H AVG and the standard deviation σ H of the height H of the microprojections are obtained. First, the relative height difference of each local maximum point position from a specific reference position is acquired from the local maximum point obtained by the above (2) to form a histogram. An average value HAVG of the protrusion height is obtained from the frequency distribution by the histogram. In the histogram of the protrusion height H, in the case of a multi-peak microprotrusion, the plurality of data are mixed for one protrusion due to having a plurality of vertices. In this case, the frequency distribution is obtained by adopting the vertex having the highest height from among the plurality of vertices belonging to the same microprotrusion at the heel (base) portion as the protrusion height of the microprotrusion.
なお、微小突起の高さを測る際の基準位置は、突起付け根位置、すなわち隣接する微小突起の間の谷底(高さの極小点)を高さ0の基準とする。但し、係る谷底の高さ自体が場所によって異なる場合、例えば、各微小突起間の谷底を連ねた包絡面が、微小突起の隣接突起間距離に比べて大きな周期でうねった凹凸形状を有する場合等は、(1)先ず、透明基材の表面若しくは裏面又は微細凹凸層の微小突起構造体が存在する側とは反対側の面から測った各谷底の高さの平均値を、該平均値が収束するに足る面積の中で算出する。(2)次いで、該平均値の高さを有し、且つ透明基材の表面若しくは裏面又は微細凹凸層の微小突起構造体が存在する側とは反対側の面と平行な面を基準面として考える。(3)その後、該基準面を改めて高さ0として、該基準面からの各微小突起の高さを算出する。 The reference position for measuring the height of the microprojections is the base position of the projection, that is, the valley bottom (minimum point of height) between the adjacent microprojections is used as the reference for the height 0. However, when the height of the valley bottom itself varies depending on the location, for example, when the envelope surface connecting the valley bottoms between the microprotrusions has a concavo-convex shape with a large period compared to the distance between adjacent protrusions of the microprotrusions, etc. (1) First, the average value of the height of each valley bottom measured from the surface or the back surface of the transparent substrate or the surface on the side opposite to the side where the microprojection structure of the micro uneven surface is present, Calculate within the area sufficient to converge. (2) Next, a surface having the average height and parallel to the surface or the back surface of the transparent substrate or the surface opposite to the surface on which the microprojection structure of the fine uneven layer is present is used as a reference surface. Think. (3) Then, the height of each microprotrusion from the reference surface is calculated by setting the reference surface to a height of 0 again.
前記微小突起構造体中の各微小突起が不規則に配置されている場合は、上述のようにして求めた平均隣接突起間距離dAVGが1000nm以下であればよい。
一方、前記微小突起構造体中の各微小突起が一定周期で規則正しく配置されている場合には、隣接突起間距離dの標準偏差σdが0となり、微小突起配列の周期pと一致するため、dAVG=pとなる。
前記微小突起構造体の表面を形成する各微小突起が一定周期で規則正しく配置されている場合の当該各微小突起としては、例えば、六方格子状、準六方格子状、四方格子状、又は準四方格子状に周期的に配列されてなるもの等を挙げることができる。
ここで、六方格子とは、正六角形状の格子のことをいい、準六方格子とは、正六角形状の格子とは異なり、歪んだ正六角形状の格子のことをいう。また、四方格子とは、正四角形状の格子のことをいい、準四方格子とは、正四角形状の格子とは異なり、歪んだ正四角形状の格子のことをいう。
六方格子状に周期的に配列されてなるとは、正六角形状の格子パターンにより周期的に配列されてなることをいい、準六方格子状に周期的に配列されてなるとは、例えば微小突起の配列方向に引き伸ばされ歪んだ六方格子パターンにより周期的に配列されてなるものが挙げられる。なお、微小突起の配列は、直線状のみならず、蛇行していてもよい。
前記微小突起構造体の表面を形成する各微小突起が不規則に配置されている場合の当該微小突起としては、前記微小突起構造体の表面を形成する全ての微小突起が不規則に配置されているものが好ましいが、一定周期で規則正しく配置されてなる微小突起を一部に含んでいてもよい。
本発明において、微小突起構造体の表面を形成する各微小突起は、特に限定されるものではないが、中でも不規則に配置されていることが好ましい。前記各微小突起が規則的に配置されている場合、その規則的な構造が回折格子として働いてラマン励起光が不要な回折をされる恐れがあるが、前記各微小突起が不規則に配置されていることにより、ラマン励起光の不要な回折を防ぐことができるからである。
When the microprotrusions in the microprotrusion structure are irregularly arranged, the average inter-protrusion distance dAVG determined as described above may be 1000 nm or less.
On the other hand, when the microprotrusions in the microprotrusion structure are regularly arranged at a constant period, the standard deviation σ d of the distance d between adjacent protrusions is 0, which matches the period p of the microprotrusion array. d AVG = p.
Examples of the microprojections in the case where the microprojections forming the surface of the microprojection structure are regularly arranged at a constant period include, for example, a hexagonal lattice, a quasi-hexagonal lattice, a tetragonal lattice, or a quasi-tetragonal lattice And the like periodically arranged in a shape.
Here, the hexagonal lattice refers to a regular hexagonal lattice, and the quasi-hexagonal lattice refers to a distorted regular hexagonal lattice unlike a regular hexagonal lattice. Further, the tetragonal lattice refers to a regular tetragonal lattice, and the quasi-tetragonal lattice refers to a distorted regular tetragonal lattice unlike the regular tetragonal lattice.
To be arranged periodically in a hexagonal lattice means to be periodically arranged in a regular hexagonal lattice pattern, and to be arranged periodically in a quasi-hexagonal lattice, for example, an arrangement of microprojections Examples include those periodically arranged in a hexagonal lattice pattern stretched in the direction and distorted. In addition, the arrangement | sequence of a microprotrusion may meander not only in linear form.
When the microprojections forming the surface of the microprojection structure are irregularly arranged, the microprojections include all the microprojections forming the surface of the microprojection structure irregularly arranged. However, it may include a part of minute protrusions regularly arranged at a constant period.
In the present invention, each microprojection forming the surface of the microprojection structure is not particularly limited, but it is preferable that the microprojections are irregularly arranged. When the microprojections are regularly arranged, the regular structure may act as a diffraction grating and the Raman excitation light may be diffracted unnecessarily, but the microprojections are irregularly arranged. This is because unnecessary diffraction of the Raman excitation light can be prevented.
前記微細凹凸層は、微小突起構造体側の表面が無機酸化物層からなることが好ましい。図2に、微細凹凸層20の微小突起構造体21側の表面が、無機酸化物層25からなる表面増強ラマン散乱測定用基板10’を示す。
微細凹凸層20の微小突起構造体21側表面が無機酸化物層25からなることにより、前記微細凹凸層20が樹脂を含む場合においても、金属ナノ粒子30による樹脂のスペクトル増強が防止される。これにより、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の測定性能がより向上する。
前記無機酸化物層25の材料としては、特に限定されないが、ラマン活性がないもしくは弱い材料であることが好ましく、例えば、酸化チタン(TiO2)、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、酸化スズ、酸化亜鉛、二酸化ケイ素、及びこれらのアモルファス型物質等が挙げられる。
なお、前記無機酸化物層は、単一の層からなる構成に限られず、複数の層が積層された構成を有してもよい。
The fine concavo-convex layer preferably has an inorganic oxide layer on the surface on the microprojection structure side. FIG. 2 shows a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 ′ in which the surface of the fine concavo-convex layer 20 on the side of the microprojection structure 21 is made of an inorganic oxide layer 25.
Since the surface of the fine concavo-convex layer 20 on the side of the microprojection structure 21 is composed of the inorganic oxide layer 25, even when the fine concavo-convex layer 20 contains a resin, the enhancement of the spectrum of the resin by the metal nanoparticles 30 is prevented. Thereby, the measurement performance of the substrate for surface enhanced Raman scattering measurement according to the present invention is further improved.
The material of the inorganic oxide layer 25 is not particularly limited, but is preferably a material having no Raman activity or weak, for example, titanium oxide (TiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ). ), Tin oxide, zinc oxide, silicon dioxide, and amorphous materials thereof.
In addition, the said inorganic oxide layer is not restricted to the structure which consists of a single layer, You may have the structure by which the several layer was laminated | stacked.
当該無機酸化物層25の厚みは、当該無機酸化物層25を形成した後も上記微小突起構造体21の凹凸構造を維持するように適宜調整すればよく特に限定されない。無機酸化物層25の厚みは、例えば、1nm〜30nmの範囲とすることが好ましい。当該厚みは、例えば、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板10を厚み方向に切断した垂直断面のTEM、STEM、SEM等の電子顕微鏡写真を観察することにより測定することができる。 The thickness of the inorganic oxide layer 25 is not particularly limited as long as it is appropriately adjusted so that the uneven structure of the microprojection structure 21 is maintained even after the inorganic oxide layer 25 is formed. The thickness of the inorganic oxide layer 25 is preferably in the range of 1 nm to 30 nm, for example. The thickness can be measured, for example, by observing an electron micrograph such as TEM, STEM, or SEM of a vertical section obtained by cutting the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 according to the present invention in the thickness direction.
微細凹凸層20の厚みは、特に限定されないが、一例として10〜1000μmとすることができる。なお、この場合の微細凹凸層20の厚みとは、微細凹凸層20の微小突起構造体21が存在しない側の界面から、当該微細凹凸層20の微小突起構造体21をなす微小突起22の頂部23までの表面増強ラマン散乱測定用基板10のフィルム面への法線方向ndに沿った高さt1を意味する。 Although the thickness of the fine uneven | corrugated layer 20 is not specifically limited, As an example, it can be 10-1000 micrometers. In this case, the thickness of the fine concavo-convex layer 20 refers to the top of the microprojections 22 forming the microprojection structures 21 of the microrelief layer 20 from the interface on the side where the microprojections 21 are not present. It means the height t1 along the normal direction nd to the film surface of the substrate 10 for surface enhanced Raman scattering measurement up to 23.
<微細凹凸層の形成方法>
本発明に用いられる微小突起構造体21を表面に有する微細凹凸層20としては、所望の微小突起構造体21が形成された市販品を用いてもよい。一方、当該微細凹凸層20を形成する場合は、上述の微小突起構造体21を形成できる方法であれば特に限定されない。
例えば、透明基材11の一方の面に微細凹凸層用樹脂組成物の硬化物からなる複数の微小突起22が密接して配置されてなる微小突起構造体21を有する微細凹凸層20の形成方法の具体例としては、まず透明基材11上に微細凹凸層用樹脂組成物を塗布して塗膜を形成し、所望の凹凸形状を有する微小突起構造体形成用原版の該凹凸形状を、前記樹脂組成物の塗膜に賦形した後、前記樹脂組成物を硬化させることにより微小突起構造体21を形成し、前記微小突起構造体形成用原版を剥離する方法等が挙げられる。
なお、微小突起構造体形成用原版の凹凸形状とは、多数の微小孔が密に形成されたものであり、微小突起構造体21の形状に対応する形状である。
微小突起構造体形成用原版の凹凸形状を微細凹凸層用樹脂組成物に賦形し、該樹脂組成物を硬化させる方法は、樹脂組成物の種類等に応じて適宜選択することができる。
また、微細凹凸層20は、図1に示すように、透明基材11の一方の面に形成してもよい。この場合、透明基材11は微細凹凸層20の支持体となる。或いは、前記樹脂組成物を硬化させることにより微小突起構造体21を形成した後、製造に使用した透明基材は必要に応じて剥離して、図2に示すように微細凹凸層20のみとしてもよい。
<Method for forming fine uneven layer>
As the fine concavo-convex layer 20 having the microprojection structure 21 on the surface used in the present invention, a commercial product on which the desired microprojection structure 21 is formed may be used. On the other hand, when the fine uneven layer 20 is formed, there is no particular limitation as long as it is a method capable of forming the above-described microprojection structure 21.
For example, a method for forming a fine uneven layer 20 having a fine protrusion structure 21 in which a plurality of fine protrusions 22 made of a cured product of a resin composition for a fine uneven layer are arranged in close contact with one surface of a transparent substrate 11. As a specific example of the above, first, the resin composition for fine uneven layer is applied on the transparent substrate 11 to form a coating film, and the uneven shape of the original plate for forming a microprojection structure having a desired uneven shape is Examples thereof include a method of forming the microprojection structure 21 by curing the resin composition after forming the coating film of the resin composition, and peeling the original plate for forming the microprojection structure.
The concave / convex shape of the original plate for forming the microprojection structure is a shape in which a large number of micropores are densely formed and corresponds to the shape of the microprojection structure 21.
The method of shaping the concave / convex shape of the original plate for forming a microprojection structure into a resin composition for a fine concave / convex layer and curing the resin composition can be appropriately selected according to the type of the resin composition.
Moreover, you may form the fine uneven | corrugated layer 20 in one surface of the transparent base material 11, as shown in FIG. In this case, the transparent substrate 11 serves as a support for the fine uneven layer 20. Alternatively, after the microprojection structure 21 is formed by curing the resin composition, the transparent base material used for production is peeled off as necessary, and only the fine uneven layer 20 as shown in FIG. Good.
また、前記無機酸化物層25を微小突起構造体21表面に形成する場合、その形成方法としては、特に限定されないが、例えば、所望の凹凸形状を有する微小突起構造体形成用原版の該凹凸形状を、樹脂組成物の塗膜に賦形し、当該樹脂組成物を硬化させた後、硬化した樹脂組成物の該凹凸形状を賦形した面に、例えば、スパッタリング法、CVD法、ゾルゲル法、MOD法(Metal Organic Deposition:有機金属堆積法)等により、前記無機酸化物層25を形成する方法等を挙げることができる。 In addition, when the inorganic oxide layer 25 is formed on the surface of the microprojection structure 21, the formation method is not particularly limited. For example, the uneven shape of the original plate for forming the microprojection structure having a desired uneven shape. After forming the coating film of the resin composition and curing the resin composition, on the surface of the cured resin composition formed with the uneven shape, for example, a sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, Examples thereof include a method of forming the inorganic oxide layer 25 by a MOD method (Metal Organic Deposition).
(透明基材)
前記透明基材11としては、公知の透明基材を適宜選択して用いることができ、特に限定されない。透明基材11に用いられる材料としては、例えば、透明樹脂が挙げられる。透明樹脂としては、例えば、トリアセチルセルロース等のアセチルセルロース系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエチレンやポリメチルペンテン等のオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエーテルサルホンやポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、アクロニトリル、メタクリロニトリル、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマ一等を挙げることができる。また、透明基材11に用いられる材料としては、例えばソーダ硝子、カリ硝子、無アルカリガラス、鉛ガラス等の硝子、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン(PLZT)等のセラミックス、石英、蛍石等の各種透明無機材料等も挙げられる。
(Transparent substrate)
As the transparent substrate 11, a known transparent substrate can be appropriately selected and used, and is not particularly limited. Examples of the material used for the transparent substrate 11 include a transparent resin. Examples of the transparent resin include acetyl cellulose resins such as triacetyl cellulose, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, olefin resins such as polyethylene and polymethylpentene, acrylic resins, polyurethane resins, and polyethers. Examples include sulfone, polycarbonate, polysulfone, polyether, polyetherketone, acrylonitrile, methacrylonitrile, cycloolefin polymer, and cycloolefin copolymer. Examples of materials used for the transparent substrate 11 include glass such as soda glass, potassium glass, alkali-free glass, and lead glass, ceramics such as lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), quartz, and fluorite. Examples thereof include transparent inorganic materials.
透明基材11の厚みは、表面増強ラマン散乱測定用基板10の用途に応じて適宜設定することができ、特に限定されないが、通常10〜5000μmであり、透明基材11は、ロールの形で供給されるもの、巻き取れるほどには曲がらないが負荷をかけることによって湾曲するもの、完全に曲がらないもののいずれであってもよい。 Although the thickness of the transparent base material 11 can be suitably set according to the use of the substrate 10 for surface-enhanced Raman scattering measurement and is not particularly limited, it is usually 10 to 5000 μm, and the transparent base material 11 is in the form of a roll. It may be either supplied, not bent to the extent that it can be wound, but curved by applying a load, or not completely bent.
透明基材11は、可視光領域における透過率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。ここで、透明基材の透過率は、JISK7361−1(プラスチック−透明材料の全光透過率の試験方法)により測定することができる。 The transparent substrate 11 preferably has a transmittance in the visible light region of 80% or more, and more preferably 90% or more. Here, the transmittance of the transparent substrate can be measured by JISK7361-1 (Plastic—Testing method of total light transmittance of transparent material).
透明基材11の構成は、単一の層からなる構成に限られるものではなく、複数の層が積層された構成を有してもよい。複数の層が積層された構成を有する場合は、同一組成の層が積層されてもよく、また、異なった組成を有する複数の層が積層されてもよい。また、透明基材11と微細凹凸層20との密着性を向上させ、ひいては耐摩耗性を向上させるためのプライマー層を透明基材11上に形成してもよい。このプライマー層は、透明基材11および微細凹凸層20との双方に密着性を有し、可視光学的に透明であることが好ましい。プライマー層の材料としては、例えば、フッ素系コーティング剤及びシランカップリング剤等から適宜選択して使用することができる。フッ素系コーティング剤の市販品としては、例えば、フロロテクノロジー製のフロロサーフ FG−5010Z130等が挙げられ、前記シランカップリング剤の市販品としては、例えば、ハーベス製のデュラサーフプライマーDS−PC−3B等が挙げられる。 The configuration of the transparent substrate 11 is not limited to a configuration composed of a single layer, and may have a configuration in which a plurality of layers are stacked. When it has the structure by which the several layer was laminated | stacked, the layer of the same composition may be laminated | stacked, and the several layer which has a different composition may be laminated | stacked. Further, a primer layer for improving the adhesion between the transparent substrate 11 and the fine uneven layer 20 and thus improving the wear resistance may be formed on the transparent substrate 11. This primer layer preferably has adhesion to both the transparent substrate 11 and the fine uneven layer 20 and is transparent in terms of visible optics. As a material for the primer layer, for example, a material selected from a fluorine-based coating agent, a silane coupling agent and the like can be used as appropriate. Examples of commercially available fluorine-based coating agents include Fluorosurf FG-5010Z130 manufactured by Fluoro Technology, and examples of commercially available silane coupling agents include Durasurf Primer DS-PC-3B manufactured by Harves. Is mentioned.
(微細凹凸層用樹脂組成物)
本発明において、前記微細凹凸層20は、特に限定されないが、例えば、樹脂を含有してなる層とすることができ、更に、樹脂組成物を硬化させてなるものとすることができる。
微細凹凸層用樹脂組成物は、少なくとも樹脂を含み、必要に応じて重合開始剤等その他の成分を含有する。当該樹脂組成物に用いられる樹脂としては、特に限定されないが、例えば、アクリレート系、エポキシ系、ポリエステル系等の電離放射線硬化性樹脂、アクリレート系、ウレタン系、エポキシ系、ポリシロキサン系等の熱硬化性樹脂、アクリレート系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系等の熱可塑性樹脂等の各種材料及び各種硬化形態の賦型用樹脂を使用することができる。また、非反応性重合体を含有してもよい。なお、電離放射線とは、分子を重合させて硬化させ得るエネルギーを有する電磁波または荷電粒子を意味し、例えば、すべての紫外線(UV、UV−B、UV−C)、可視光線、ガンマー線、X線、電子線等が挙げられる。
(Resin composition for fine uneven layer)
In the present invention, the fine uneven layer 20 is not particularly limited. For example, the fine uneven layer 20 can be a layer containing a resin, and can be formed by curing a resin composition.
The resin composition for fine concavo-convex layers contains at least a resin and, if necessary, other components such as a polymerization initiator. The resin used in the resin composition is not particularly limited. For example, ionizing radiation curable resins such as acrylate-based, epoxy-based, and polyester-based resins, and thermosetting such as acrylate-based, urethane-based, epoxy-based, and polysiloxane-based resins. Various materials such as thermoplastic resins such as curable resins, acrylate-based, polyester-based, polycarbonate-based, polyethylene-based, and polypropylene-based resins, and molding resins in various cured forms can be used. Moreover, you may contain a non-reactive polymer. The ionizing radiation means electromagnetic waves or charged particles having energy that can be cured by polymerizing molecules. For example, all ultraviolet rays (UV, UV-B, UV-C), visible rays, gamma rays, X Examples thereof include an electron beam and an electron beam.
前記樹脂としては、中でも成形性及び機械的強度に優れる点から電離放射線硬化性樹脂が好ましい。本発明に用いられる電離放射線硬化性樹脂とは、分子中にラジカル重合性及び/又はカチオン重合性結合を有する単量体又は重合体を適宜混合したものであり、適宜重合開始剤を用いて電離放射線により硬化されるものである。また、本発明において成形性に優れるとは、所望の形状に精度良く成形できることをいう。
中でも、微細凹凸層用樹脂組成物は、アクリレート系、エポキシ系、ポリエステル系の電離放射線硬化性樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましく、更に、アクリロイル基及び/又はメタクリロイル基を有するアクリレート系の電離放射線硬化性樹脂から選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
As the resin, an ionizing radiation curable resin is preferable because it is excellent in moldability and mechanical strength. The ionizing radiation curable resin used in the present invention is a mixture of a monomer or a polymer having radically polymerizable and / or cationically polymerizable bonds in a molecule as appropriate, and ionized using a suitable polymerization initiator. It is cured by radiation. Further, in the present invention, being excellent in moldability means that it can be accurately molded into a desired shape.
Especially, it is preferable that the resin composition for fine uneven | corrugated layers contains at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of an acrylate type, an epoxy type, and a polyester type ionizing radiation curable resin, and also has an acryloyl group and / or a methacryloyl group. It is preferable to include at least one selected from acrylate-based ionizing radiation curable resins.
微細凹凸層用樹脂組成物は、塗工性等を付与する点から適宜溶剤を用いてもよく、また、さらに必要に応じて、重合開始剤、離型剤、光増感剤、酸化防止剤、重合禁止剤、架橋剤、赤外線吸収剤、帯電防止剤、粘度調整剤、シランカップリング剤等を含有することもできる。 The fine concavo-convex layer resin composition may appropriately use a solvent from the viewpoint of imparting coatability and the like, and further, if necessary, a polymerization initiator, a release agent, a photosensitizer, an antioxidant. Further, it may contain a polymerization inhibitor, a crosslinking agent, an infrared absorber, an antistatic agent, a viscosity modifier, a silane coupling agent, and the like.
(微小突起構造体形成用原版)
前記微小突起構造体形成用原版としては、繰り返し使用した際に変形および摩耗するものでなければ、特に限定されるものではなく、金属製であっても良く、樹脂製であっても良いが、通常、耐変形性および耐摩耗性に優れている点から、金属製が好適に用いられる。
前記微小突起構造体形成用原版の凹凸形状を有する面は、特に限定されないが、酸化されやすく、陽極酸化による加工が容易である点から、アルミニウムからなることが好ましい。
前記微小突起構造体形成用原版は、具体的には、例えば、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属製の母材の表面に、直接に又は各種の中間層を介して、スパッタリング等により純度の高いアルミニウム層が設けられ、当該アルミニウム層に凹凸形状を形成したものが挙げられる。前記母材は、前記アルミニウム層を設ける前に、電解溶出作用と、砥粒による擦過作用の複合による電解複合研磨法によって母材の表面を超鏡面化しても良い。
前記微小突起構造体形成用原版に凹凸形状を形成する方法としては、例えば、陽極酸化法によって前記アルミニウム層の表面に複数の微小孔を形成する陽極酸化工程と、前記アルミニウム層をエッチングすることにより前記微小孔の開口部にテーパー形状を形成する第1エッチング工程と、前記アルミニウム層を前記第1エッチング工程のエッチングレートよりも高いエッチングレートでエッチングすることにより前記微小孔の孔径を拡大する第2エッチング工程とを順次繰り返し実施することによって形成することができる。
微小突起構造体形成用原版に凹凸形状を形成する際には、アルミニウム層の純度(不純物量)や結晶粒径、陽極酸化処理及び/又はエッチング処理の諸条件を適宜調整することによって、所望の形状とすることができる。前記陽極酸化処理において、より具体的には、液温、印加する電圧、陽極酸化に供する時間等の管理により、微小孔をそれぞれ目的とする深さ及び形状に作製することができる。
(Original plate for forming microprojections)
The original plate for forming the microprojection structure is not particularly limited as long as it is not deformed and worn when repeatedly used, and may be made of metal or resin, Usually, metal is preferably used because it is excellent in deformation resistance and wear resistance.
The surface having the concavo-convex shape of the original plate for forming a microprojection structure is not particularly limited, but is preferably made of aluminum from the viewpoint of being easily oxidized and easily processed by anodization.
Specifically, the original plate for forming the microprojection structure has high purity by sputtering or the like directly on the surface of a metal base material such as stainless steel, copper, or aluminum, or through various intermediate layers. An aluminum layer is provided, and the aluminum layer is formed with an uneven shape. Prior to providing the aluminum layer, the surface of the base material may be made into a super mirror surface by an electrolytic composite polishing method in which electrolytic elution action and abrasion action by abrasive grains are combined.
Examples of a method for forming a concavo-convex shape on the original plate for forming a microprojection structure include, for example, an anodic oxidation step of forming a plurality of micropores on the surface of the aluminum layer by an anodic oxidation method, and etching the aluminum layer. A first etching step for forming a tapered shape in the opening of the microhole, and a second for enlarging the hole diameter of the microhole by etching the aluminum layer at an etching rate higher than the etching rate of the first etching step. It can be formed by sequentially repeating the etching process.
When forming a concavo-convex shape on an original plate for forming a microprojection structure, the purity (impurity amount), crystal grain size, anodizing treatment and / or etching treatment conditions of the aluminum layer are appropriately adjusted to obtain a desired shape. It can be a shape. In the anodic oxidation treatment, more specifically, the micropores can be produced to the desired depth and shape by managing the liquid temperature, the applied voltage, the time for the anodic oxidation, and the like.
また、前記微小突起構造体形成用原版の形状としては、例えば、平板状、ロール状等が挙げられ、特に限定されるものではないが、生産性向上の観点からは、ロール状が好ましい。本発明においては、前記微小突起構造体形成用原版として、ロール状の金型(以下、「ロール金型」と称する場合がある。)を用いることが好ましい。
前記ロール金型としては、例えば、母材として、円筒形状の金属材料を用い、当該母材の周側面に、直接に又は各種の中間層を介して設けられたアルミニウム層に、上述したように、陽極酸化処理、エッチング処理の繰り返しにより、凹凸形状が作製されたものが挙げられる。
Moreover, examples of the shape of the original plate for forming a microprojection structure include a flat plate shape and a roll shape, and are not particularly limited, but a roll shape is preferable from the viewpoint of improving productivity. In the present invention, it is preferable to use a roll-shaped mold (hereinafter sometimes referred to as “roll mold”) as the original plate for forming the microprojection structure.
As the roll mold, for example, as described above, a cylindrical metal material is used as a base material, and the aluminum layer provided on the peripheral side surface of the base material directly or through various intermediate layers, as described above. In other words, the concavo-convex shape is produced by repeating the anodizing treatment and the etching treatment.
図4に、微細凹凸層20形成用の樹脂組成物として紫外線硬化性樹脂組成物を用い、微小突起構造体21形成用原版としてロール金型を用いて、微細凹凸層20を形成する方法の一例を示す。この製造方法では、まず、樹脂供給工程において、ダイ31により、帯状フィルム形態の透明基材11に、微細凹凸層20となる受容層20’を構成する未硬化で液状の紫外線硬化性樹脂組成物を塗布する。尚、紫外線硬化性樹脂組成物の塗布については、ダイ31による場合に限らず、各種の手法を適用することができる。続いて、押圧ローラ33により、賦形用金型であるロール金型32の周側面に透明基材11を加圧押圧し、これにより透明基材11に未硬化の受容層20’を密着させると共に、ロール金型32の周側面に形成された微小な凹凸形状の凹部に受容層20’を構成する紫外線硬化性樹脂組成物を充分に充填する。この状態で、紫外線の照射により紫外線硬化性樹脂組成物を硬化させ、これにより透明基材11の表面に微小突起構造体21を有する微細凹凸層20が形成される。続いて剥離ローラ34を介してロール金型32から、硬化した微細凹凸層20と一体に透明基材11を剥離する。必要に応じてこの透明基材11に粘着層等を積層した後、所望の大きさに切断する。これにより、所望の形状の微小突起構造体21が形成された微細凹凸層20と透明基材11との積層体が、効率良く大量生産される。 FIG. 4 shows an example of a method for forming the fine concavo-convex layer 20 using an ultraviolet curable resin composition as the resin composition for forming the fine concavo-convex layer 20 and using a roll die as the original plate for forming the microprojection structure 21. Indicates. In this manufacturing method, first, in the resin supplying step, an uncured and liquid ultraviolet curable resin composition that forms a receiving layer 20 ′ that becomes the fine uneven layer 20 is formed on the transparent base material 11 in the form of a strip by a die 31. Apply. In addition, about application | coating of an ultraviolet curable resin composition, not only the case by the die | dye 31 but various methods are applicable. Subsequently, the transparent substrate 11 is pressed and pressed against the peripheral side surface of the roll die 32 which is a shaping die by the pressing roller 33, thereby bringing the uncured receiving layer 20 ′ into close contact with the transparent substrate 11. At the same time, the ultraviolet curable resin composition constituting the receiving layer 20 ′ is sufficiently filled in the concave portion having a minute uneven shape formed on the peripheral side surface of the roll mold 32. In this state, the ultraviolet curable resin composition is cured by irradiating with ultraviolet rays, thereby forming the fine uneven layer 20 having the microprojection structure 21 on the surface of the transparent substrate 11. Subsequently, the transparent substrate 11 is peeled from the roll die 32 through the peeling roller 34 integrally with the hardened fine uneven layer 20. If necessary, an adhesive layer or the like is laminated on the transparent substrate 11 and then cut into a desired size. Thereby, the laminated body of the fine uneven | corrugated layer 20 in which the microprojection structure 21 of the desired shape was formed, and the transparent base material 11 is mass-produced efficiently.
なお、多峰性の微小突起と単峰性の微小突起とを混在させるには、陽極酸化処理において作製される微小突起構造体形成用原版の微小孔の間隔をばらつかせることにより実現することができる。多峰性の微小突起は、その頂部に対応する形状の凹部を備えた微小孔により作成されるものであり、このような微小孔は、極めて近接して作製された微小孔が、エッチング処理により、一体化して形成されると考えられる。
また、個々の微小突起の高さのばらつきは、微小突起構造体形成用原版に形成される微小孔の深さのばらつきによるものであり、このような微小孔の深さのばらつきは、陽極酸化処理におけるばらつきに起因するものと言える。個々の微小突起に高さのばらつきをもたせるには、陽極酸化処理におけるばらつきを大きくすることにより実現することができる。
In order to mix multi-peak microprojections and monomodal micro-protrusions, it must be realized by varying the micro-hole intervals of the micro-projection structure forming original plate produced in the anodizing process. Can do. Multi-modal microprotrusions are created by micropores having a concave portion corresponding to the top of the microprotrusions, and such micropores are produced by etching processing. It is thought that they are formed integrally.
Also, the variation in the height of each microprojection is due to the variation in the depth of the microhole formed in the original plate for forming the microprojection structure. It can be said that this is due to variations in processing. In order to give the individual microprotrusions variations in height, it can be realized by increasing the variations in the anodizing process.
また上述の実施形態では、ロール金型を使用した賦形処理により、フィルム形状の透明基材11上に微細凹凸層20を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、透明基材の形状に応じて、賦形処理に係る工程、金型は適宜変更することができる。例えば、平板状又は特定の曲面形状の賦形用金型を使用した賦形処理等により、枚葉状の透明基材上に微細凹凸層を形成することができる。 Moreover, although the above-mentioned embodiment described the case where the fine uneven | corrugated layer 20 was formed on the film-shaped transparent base material 11 by the shaping process using a roll metal mold | die, this invention is not limited to this, Transparent base Depending on the shape of the material, the process and mold for the shaping process can be appropriately changed. For example, the fine concavo-convex layer can be formed on the sheet-like transparent substrate by a shaping process using a shaping mold having a flat plate shape or a specific curved shape.
<金属ナノ粒子>
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板10は、金属ナノ粒子30が前記微小突起構造体21の表面に担持されている。ここで、本発明において担持とは、担体に粒子を付着している状態で持っていることをいい、具体的には、微細凹凸層20の微小突起構造体21側表面に金属ナノ粒子30を付着している状態で持っていることをいう。本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板10において得られる様々な特性は、通常、金属ナノ粒子30自体に基づいて発揮されるものである。
<Metal nanoparticles>
In the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 according to the present invention, the metal nanoparticles 30 are supported on the surface of the microprojection structure 21. Here, in the present invention, the term “supporting” means that the particles are attached to the carrier. Specifically, the metal nanoparticles 30 are provided on the surface of the fine concavo-convex layer 20 on the microprojection structure 21 side. It means to have it attached. Various characteristics obtained in the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 according to the present invention are usually exhibited based on the metal nanoparticles 30 themselves.
前記金属ナノ粒子30は、特に限定されないが、ホットサイトが形成されるように配置されていることが好ましい。ここで、ホットサイトとは、金属ナノ粒子30が密に配置されていることにより形成される局所的な強い電場領域をいう。ホットサイトにおいて、互いに隣接する金属ナノ粒子30間の距離は、当該隣接する金属ナノ粒子30の平均粒径よりも小さい距離であることが好ましく、例えば、金属ナノ粒子30間の距離が20nm以下であることが好ましく、より好ましくは10nm以下である。なお、隣接する金属ナノ粒子30間の距離とは、隣接する金属ナノ粒子30が最も近接している部分の間隙の距離をいう。 Although the said metal nanoparticle 30 is not specifically limited, It is preferable to arrange | position so that a hot site may be formed. Here, the hot site refers to a local strong electric field region formed by densely arranging the metal nanoparticles 30. In the hot site, the distance between the adjacent metal nanoparticles 30 is preferably smaller than the average particle diameter of the adjacent metal nanoparticles 30, for example, the distance between the metal nanoparticles 30 is 20 nm or less. It is preferable that the thickness is 10 nm or less. In addition, the distance between the adjacent metal nanoparticles 30 refers to the distance between the gaps where the adjacent metal nanoparticles 30 are closest to each other.
前記金属ナノ粒子30は、例えば図1及び図2に示すように、微小突起構造体21表面に均一に並んだ状態で配置されていてもよいが、金属ナノ粒子30の分布状態は特に限定されず、ばらつきをもって配置されていてもよく、例えば、金属ナノ粒子30は、微小突起22の側面に比べて微小突起22の谷部24や頂部23により密に配置されていてもよい。中でも、測定感度に優れる点から、単位表面積あたりのホットサイトの個数(密度)が、好ましくは100〜10000個/μm2、より好ましくは1000〜10000個/μm2となる程度にホットサイトを形成していることが好ましい。 For example, as shown in FIGS. 1 and 2, the metal nanoparticles 30 may be arranged in a state of being uniformly arranged on the surface of the microprojection structure 21, but the distribution state of the metal nanoparticles 30 is particularly limited. For example, the metal nanoparticles 30 may be more densely arranged by the valleys 24 and the tops 23 of the microprojections 22 than the side surfaces of the microprojections 22. Among them, hot sites are formed so that the number (density) of hot sites per unit surface area is preferably 100 to 10,000 / μm 2 , more preferably 1000 to 10,000 / μm 2 from the viewpoint of excellent measurement sensitivity. It is preferable.
また、隣接する金属ナノ粒子30間の平均距離は、特に限定されないが、ホットサイトを形成しやすく、電場増強効果を向上する点から、20nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。
隣接する金属ナノ粒子30間の距離の標準偏差は、ラマン散乱強度のばらつきを抑える点から、10nm以下であることが好ましく、5nm以下であることがより好ましい。
Moreover, the average distance between the adjacent metal nanoparticles 30 is not particularly limited, but is preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less from the viewpoint of easily forming hot sites and improving the electric field enhancement effect. preferable.
The standard deviation of the distance between adjacent metal nanoparticles 30 is preferably 10 nm or less, and more preferably 5 nm or less, from the viewpoint of suppressing variations in Raman scattering intensity.
前記金属ナノ粒子30は、中でも、図1及び図2に示すように均一に並んだ状態で配置されていることが、ホットサイトを形成し易く、電場増強効果を向上し、且つ、ラマン散乱強度のばらつきを抑える点から好ましい。
また、同様の観点から、前記金属ナノ粒子30は、堆積されておらず、単層の状態で配置されていることがより好ましい。
In particular, the metal nanoparticles 30 are arranged in a state of being uniformly arranged as shown in FIGS. 1 and 2, so that hot sites are easily formed, the electric field enhancement effect is improved, and the Raman scattering intensity is increased. It is preferable from the viewpoint of suppressing the variation of.
From the same viewpoint, it is more preferable that the metal nanoparticles 30 are not deposited and are arranged in a single layer state.
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板10が担持する金属ナノ粒子30を構成する金属としては、粒径がnmオーダーの粒子として存在する場合に、バルクの場合には発揮されない光学的特性であるラマン散乱の増強効果を示すものが用いられる。また本発明においては、上述のように、微小突起構造体21を有する微細凹凸層20を利用して金属ナノ粒子30を担持することにより、金属ナノ粒子30を単独の粒子として安定に存在させることができる。従って本発明においては、粒子の状態のときに凝集し易いという性質を有する金属から構成された金属ナノ粒子30に対してより好適に用いられ得る。また、金属ナノ粒子30特有の特性をより有用に活用することを考慮すると、金属ナノ粒子30を構成する金属は、粒子として存在する際にそのプラズモン吸収のピークの波長が可視光域に存在することが好ましい。
これらの点を考慮すると、金属ナノ粒子30は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、及び、これらの合金よりなる群から選択される1種以上の金属ナノ粒子であることが好ましい。
金属ナノ粒子30の平均粒径は、金属ナノ粒子30が微細凹凸層20の微小突起構造体21によって安定に担持される限りにおいて特に限定されないが、例えば20〜30nmの範囲内となっている。
The metal constituting the metal nanoparticle 30 carried by the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 according to the present invention has optical characteristics that are not exhibited in the case of a bulk when the particle diameter is present as a nanometer-order particle. Those exhibiting a certain Raman scattering enhancement effect are used. In the present invention, as described above, by supporting the metal nanoparticles 30 using the fine concavo-convex layer 20 having the microprojection structure 21, the metal nanoparticles 30 can stably exist as individual particles. Can do. Therefore, in this invention, it can use more suitably with respect to the metal nanoparticle 30 comprised from the metal which has the property of being easy to aggregate in the state of particle | grains. Further, considering that the characteristics unique to the metal nanoparticles 30 are utilized more effectively, the metal constituting the metal nanoparticles 30 has a peak wavelength of plasmon absorption in the visible light region when present as particles. It is preferable.
Considering these points, the metal nanoparticles 30 are preferably one or more metal nanoparticles selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, and alloys thereof.
The average particle diameter of the metal nanoparticles 30 is not particularly limited as long as the metal nanoparticles 30 are stably supported by the microprojection structure 21 of the fine concavo-convex layer 20, but is within a range of, for example, 20 to 30 nm.
本発明において、金属ナノ粒子の粒径、粒子間の距離、粒子数及び粒子密度等は、例えば、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板10のTEM、STEM、SEM等の電子顕微鏡写真を観察することにより測定することができる。具体的には、電子顕微鏡写真について解析ソフトウェアを用いて2値化した画像を用いてこれらの値を測定することができる。図5の(A)に、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板のSTEM像の一例を示し、図5の(B)に、図5の(A)のSTEM像を、解析ソフトウェアを用いて2値化することで金属ナノ粒子だけを抽出した画像を示す。前記金属ナノ粒子の粒子径、粒子間の距離、及び粒子数は、粒子密度等は、これらの画像をもとに測定することができる。なお、図5の(B)において用いた解析ソフトウェアはImageJである。 In the present invention, the particle size of metal nanoparticles, the distance between particles, the number of particles, the particle density, and the like are obtained by, for example, TEM, STEM, SEM, etc. of the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 according to the present invention. It can be measured by observing. Specifically, these values can be measured using an image obtained by binarizing an electron micrograph using analysis software. FIG. 5A shows an example of a STEM image of the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention. FIG. 5B shows the STEM image of FIG. The image which extracted only the metal nanoparticle by binarizing is shown. The particle diameter, the distance between particles, and the number of particles of the metal nanoparticles can be measured based on these images. Note that the analysis software used in FIG. 5B is ImageJ.
金属ナノ粒子30を微細凹凸層20の微小突起構造体21の表面に担持する方法は特に限られることはなく、様々な方法が用いられ得る。例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、CVD法等の気相法(ドライプロセス)、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサ印刷法、スリットコート法、ダイコート法、ドクターブレードコート法、ワイヤーバーコート法、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法等の溶液塗布法(ウェットプロセス)が挙げられる。 The method for supporting the metal nanoparticles 30 on the surface of the microprojection structure 21 of the fine uneven layer 20 is not particularly limited, and various methods can be used. For example, sputtering method, ion plating method, vacuum deposition method, gas phase method (dry process) such as CVD method, ink jet printing method, screen printing method, gravure printing method, offset printing method, flexographic printing method, dispenser printing method, Examples thereof include solution coating methods (wet processes) such as a slit coating method, a die coating method, a doctor blade coating method, a wire bar coating method, a spin coating method, a dip coating method, and a spray coating method.
なお本発明者らが鋭意研究を重ねたところ、金属ナノ粒子30をより安定に保持するという観点からは、蒸着法を用いて前記微小突起構造体表面に金属原子を付着することにより、金属ナノ粒子を形成し、担持する工程によって、微細凹凸層20の微小突起構造体21の表面に金属ナノ粒子30を担持することが好ましい。なお、合金ナノ粒子を担持する方法としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、及びニッケルよりなる群から選択される2種以上を含有する合金蒸着源を、フラッシュ蒸着により微小突起構造体21表面に付着させる方法や、2種以上の蒸着源を用いて、共蒸着を行う方法が挙げられる。金属ナノ粒子として合金ナノ粒子を用いると、表面プラズモン共鳴や粒子安定性の調整をすることができる点から好ましい。 In addition, as a result of extensive research conducted by the present inventors, from the viewpoint of more stably holding the metal nanoparticles 30, by attaching metal atoms to the surface of the microprojection structure using an evaporation method, It is preferable to support the metal nanoparticles 30 on the surface of the microprojection structure 21 of the fine concavo-convex layer 20 by the step of forming and supporting the particles. In addition, as a method of supporting the alloy nanoparticles, for example, an alloy deposition source containing two or more selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, and nickel is used to form a microprojection structure by flash deposition. Examples thereof include a method of adhering to the surface of the body 21 and a method of performing co-evaporation using two or more kinds of vapor deposition sources. It is preferable to use alloy nanoparticles as the metal nanoparticles because surface plasmon resonance and particle stability can be adjusted.
金属ナノ粒子30を微小突起構造体21の表面に形成し、担持させる方法としては、中でも蒸着法が好ましく、特に真空蒸着法が好ましい。
真空蒸着法の場合、通常、真空排気系と、蒸発源と、基板ホルダーを備えた真空蒸着装置が用いられる。
真空排気系は、従来公知の高真空排気系を用いればよい。例えば、荒引きポンプとして油回転ポンプ、ドライポンプ等を用い、必要に応じてルーツポンプ等をブースターポンプとして併用することができる。高真空ポンプとしては、拡散ポンプ、クライオポンプ等を用いることができる。拡散ポンプを用いる場合には、−120〜−150℃程度のコールドトラップを更に備えていてもよい。
蒸発源は、金属を加熱蒸発するための加熱源を有する。加熱源としては、抵抗加熱、電子ビーム加熱等が挙げられる。
As a method for forming and supporting the metal nanoparticles 30 on the surface of the microprojection structure 21, the vapor deposition method is preferable, and the vacuum vapor deposition method is particularly preferable.
In the case of the vacuum deposition method, a vacuum deposition apparatus provided with a vacuum exhaust system, an evaporation source, and a substrate holder is usually used.
As the vacuum exhaust system, a conventionally known high vacuum exhaust system may be used. For example, an oil rotary pump, a dry pump, or the like can be used as the roughing pump, and a roots pump or the like can be used as a booster pump if necessary. As the high vacuum pump, a diffusion pump, a cryopump, or the like can be used. When a diffusion pump is used, a cold trap at about −120 to −150 ° C. may be further provided.
The evaporation source has a heating source for heating and evaporating the metal. Examples of the heating source include resistance heating and electron beam heating.
例えば、まず、前記微小突起構造体21を表面に有する部材を、微小突起構造体21表面が蒸発源に対面するように基板ホルダーに設置する。真空蒸着装置の真空容器内を10−2〜10−3Pa程度の真空状態にした後、前記蒸発源において金属の蒸気圧が1〜10−2Pa程度となるように加熱して、前記微小突起構造体21の表面に金属原子を付着すればよい。 For example, first, a member having the microprojection structure 21 on the surface is placed on the substrate holder so that the surface of the microprojection structure 21 faces the evaporation source. After the inside of the vacuum vessel of the vacuum evaporation apparatus is brought into a vacuum state of about 10 −2 to 10 −3 Pa, the metal is heated so that the vapor pressure of the metal is about 1 to 10 −2 Pa in the evaporation source, and the minute Metal atoms may be attached to the surface of the protruding structure 21.
このように、上記本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法によれば、気相法により、金属ナノ粒子30を単独の粒子として安定に担持させることができ、さらに、分散液を用いる方法と異なり、金属ナノ粒子30の表面が分散剤等に覆われることもないので、一工程による簡易な方法で製造することができ、測定感度の高いものとなる。 Thus, according to the method for producing a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention, the metal nanoparticles 30 can be stably supported as single particles by the vapor phase method, Unlike the method used, the surface of the metal nanoparticle 30 is not covered with a dispersant or the like, so that it can be produced by a simple method in one step and has high measurement sensitivity.
中でも、金属原子の微小突起構造体21への付着は、微小突起構造体21が平坦面であったと仮定した場合に当該平坦面上に積層される金属の厚みが、好ましくは40nm以下となるよう、より好ましくは20nm以下となるよう調整された状態で、蒸着法を用いて、実施されることが好ましい。これによって、安定に保持され得る程度の粒径を有する金属ナノ粒子30を、微細凹凸層20の微小突起構造体21上に形成することができ、また、金属ナノ粒子30同士の凝集や堆積が抑制されるため、ホットサイトが形成され易くなる。 In particular, the adhesion of metal atoms to the microprojection structure 21 is such that when the microprojection structure 21 is assumed to be a flat surface, the thickness of the metal laminated on the flat surface is preferably 40 nm or less. More preferably, it is carried out using a vapor deposition method in a state adjusted to be 20 nm or less. As a result, the metal nanoparticles 30 having a particle size that can be stably held can be formed on the microprojection structure 21 of the fine concavo-convex layer 20, and the metal nanoparticles 30 can be aggregated or deposited. Therefore, hot sites are easily formed.
<変形例>
上述した本発明の実施の形態に対しては、様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。なお、以下の説明では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
例えば、上述した実施の形態において、表面増強ラマン散乱測定用基板10が、一方の面側のみに、微細凹凸層20の微小突起構造体21を有し且つ当該当該微小突起構造体21上に金属ナノ粒子30が配置されている例を示したが、これに限られない。表面増強ラマン散乱測定用基板10が、一方の面側および他方の面側の両側に微細凹凸層20の微小突起構造体21を有し、且つ、両方の微小突起構造体21上に金属ナノ粒子30が配置されていてもよい。或いは、表面増強ラマン散乱測定用基板10が、一方の面側および他方の面側の両側に微細凹凸層20の微小突起構造体21を有し、且つ、片方の微小突起構造体21上のみに金属ナノ粒子30が配置されていてもよい。
また、上述した実施の形態において、表面増強ラマン散乱測定用基板10が、透明基材11と、微細凹凸層20と、金属ナノ粒子30と、からなる例(図1)、及び微細凹凸層20の表面が無機酸化物層25からなる例(図2)を示したが、これらに限られない。表面増強ラマン散乱測定用基板10から透明基材11が省かれてもよいし、表面増強ラマン散乱測定用基板10、10’に、他の層が追加されてもよい。
<Modification>
Various modifications can be made to the above-described embodiment of the present invention. Hereinafter, an example of modification will be described. In the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above-described embodiment are used for the parts that can be configured in the same manner as in the above-described embodiment, and redundant description is omitted. To do.
For example, in the above-described embodiment, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 has the microprojection structure 21 of the fine concavo-convex layer 20 only on one surface side, and a metal is formed on the microprojection structure 21. Although the example in which the nanoparticles 30 are arranged has been shown, the present invention is not limited to this. The surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 has a microprojection structure 21 of a fine uneven layer 20 on both sides of one surface and the other surface, and metal nanoparticles on both microprojection structures 21. 30 may be arranged. Alternatively, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 has the microprojection structures 21 of the fine uneven layer 20 on both sides of one surface side and the other surface side, and only on one microprojection structure body 21. Metal nanoparticles 30 may be arranged.
In the above-described embodiment, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 includes the transparent substrate 11, the fine uneven layer 20, and the metal nanoparticles 30 (FIG. 1), and the fine uneven layer 20 Although the example (FIG. 2) which the surface of consists of the inorganic oxide layer 25 was shown, it is not restricted to these. The transparent base material 11 may be omitted from the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10, or another layer may be added to the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10, 10 ′.
<表面増強ラマン散乱測定用基板の用途>
本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板は、ラマン分光法、赤外分光法等の分光分析方法に幅広く適用することができ、例えば、臨床検査、環境モニタリング、品質管理、残留農薬や着香の分析などの食品検査、危険物の検出などのセキュリティ検査等の分野に適用することができる。
<Application of surface-enhanced Raman scattering measurement substrate>
The surface-enhanced Raman scattering measurement substrate according to the present invention can be widely applied to spectroscopic analysis methods such as Raman spectroscopy and infrared spectroscopy, such as clinical examination, environmental monitoring, quality control, residual agricultural chemicals and flavoring. It can be applied to fields such as food inspection such as analysis of security and security inspection such as detection of dangerous goods.
以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。
[実施例1]
(微細凹凸層の準備)
<微小突起構造体形成用原版の製造>
純度99.50%の圧延されたアルミニウム板を、その表面が、十点平均粗さRz30nm、且つ周期1μmの凹凸形状となるように研磨後、0.02Mシュウ酸水溶液の電解液中で、化成電圧40V、20℃の条件にて120秒間、陽極酸化を実施した。次に、第一エッチング処理として、陽極酸化後の電解液で60秒間エッチング処理を行った。続いて、第二エッチング処理として、1.0Mリン酸水溶液で150秒間孔径処理を行った。さらに、上記処理を繰り返し、これらを合計5回追加実施した。これにより、アルミニウム基板上に微細な凹凸形状が形成された陽極酸化アルミニウム層が形成された。最後に、フッ素系離型剤を塗布し、余分な離型剤を洗浄することで、微小突起構造体形成用原版を得た。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. These descriptions do not limit the present invention.
[Example 1]
(Preparation of fine uneven layer)
<Manufacture of original plate for forming microprojection structure>
A rolled aluminum plate having a purity of 99.50% is polished so that its surface has an irregular shape with a 10-point average roughness Rz of 30 nm and a period of 1 μm, and then formed in an electrolyte solution of 0.02 M oxalic acid aqueous solution. Anodization was performed for 120 seconds under conditions of a voltage of 40 V and 20 ° C. Next, as a first etching process, an etching process was performed for 60 seconds with the electrolytic solution after anodization. Subsequently, as the second etching treatment, a pore size treatment was performed with a 1.0 M phosphoric acid aqueous solution for 150 seconds. Furthermore, the said process was repeated and these were added and implemented 5 times in total. As a result, an anodized aluminum layer having fine irregularities formed on the aluminum substrate was formed. Finally, a fluorine mold release agent was applied and the excess mold release agent was washed to obtain an original plate for forming a microprojection structure.
<微細凹凸層形成用樹脂組成物の調製>
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(DPHA)20質量部、アロニックスM−260(東亜合成社製)70質量部、ヒドロキシエチルアクリレート10質量部、ルシリンTPO 3質量部を酢酸エチル300質量部に溶解させ、樹脂組成物を調製した。
<Preparation of resin composition for forming fine uneven layer>
A resin composition is prepared by dissolving 20 parts by mass of dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA), 70 parts by mass of Aronix M-260 (manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.), 10 parts by mass of hydroxyethyl acrylate, and 3 parts by mass of lucillin TPO in 300 parts by mass of ethyl acetate. A product was prepared.
<微小突起構造体の形成>
前記微細凹凸層形成用樹脂組成物を、前記微小突起構造体形成用原版の微細凹凸面が覆われ、硬化後の微細凹凸層の厚さが20μmとなるように塗布、充填し、その上に透明基材として厚さ80μmのトリアセチルセルロース(TAC)フィルム(富士フィルム社製)を斜めから貼り合わせた後、貼り合わせられた貼合体をゴムローラーで10N/cm2の加重で圧着した。原版全体に均一な組成物が塗布されたことを確認し、透明基材側から2000mJ/cm2のエネルギーで紫外線を照射して微細凹凸層形成用樹脂組成物を硬化させた。その後、原版より剥離し透明基材と無機酸化物層形成前の微細凹凸層との積層体を得た。
<Formation of microprojection structure>
The fine concavo-convex layer-forming resin composition is applied and filled such that the fine concavo-convex surface of the microprojection structure-forming original plate is covered and the thickness of the fine concavo-convex layer after curing is 20 μm. A 80 μm thick triacetyl cellulose (TAC) film (manufactured by Fuji Film Co., Ltd.) was bonded obliquely as a transparent substrate, and the bonded body was pressed with a rubber roller under a load of 10 N / cm 2 . After confirming that the uniform composition was applied to the entire original plate, ultraviolet rays were irradiated from the transparent substrate side with an energy of 2000 mJ / cm 2 to cure the resin composition for forming a fine uneven layer. Then, it peeled from the original plate and obtained the laminated body of the transparent base material and the fine uneven | corrugated layer before inorganic oxide layer formation.
<無機酸化物層の形成>
得られた積層体の微細凹凸面上に、スパッタ装置(アルバック社製、SMD−750)を用い、35℃で酸化ジルコニウムをスパッタリングし、各微小突起の頂部から谷部までの領域における厚さが10〜20nmの範囲内の酸化ジルコニウムの連続層からなる無機酸化物層を形成した。引き続いて、スパッタ装置(アルバック社製、SMD-750)を用い、35℃で酸化チタンをスパッタリングし、各微小突起の頂部から谷部までの領域における厚さが10〜20nmの範囲内の酸化チタンの連続層からなる無機酸化物層を形成した。なお、前記無機酸化物層の厚さは、前記無機酸化物層形成後の積層体を厚み方向に切断した垂直断面のSTEMの電子顕微鏡写真を観察することにより測定した。
無機酸化物層形成後の微細凹凸層に設けられた微小突起構造体は、平均隣接微細突起間距離が100nm、平均微小突起高さが200nmで、各微小突起が先細りとなる構造を有するものであった。
<Formation of inorganic oxide layer>
Sputtering equipment (SMD-750, ULVAC, Inc.) was used to sputter zirconium oxide on the fine irregular surface of the resulting laminate, and the thickness in the region from the top to the valley of each microprotrusion was An inorganic oxide layer composed of a continuous layer of zirconium oxide within a range of 10 to 20 nm was formed. Subsequently, titanium oxide is sputtered at 35 ° C. using a sputtering apparatus (ULMD, SMD-750), and the thickness in the region from the top to the valley of each fine protrusion is within a range of 10 to 20 nm. The inorganic oxide layer which consists of a continuous layer of was formed. The thickness of the inorganic oxide layer was measured by observing a STEM electron micrograph of a vertical cross section obtained by cutting the laminate after forming the inorganic oxide layer in the thickness direction.
The microprojection structure provided on the fine uneven layer after the formation of the inorganic oxide layer has a structure in which the distance between adjacent microprojections is 100 nm, the average microprojection height is 200 nm, and each microprojection is tapered. there were.
(蒸着法による金属原子の付着)
無機酸化物層を形成した凹凸構造物品の凹凸面上に、真空蒸着装置(アルバック社製、VPC−410)を用い、真空度8×10−6Torr(1×10−3Pa)で、凹凸面上の領域と平面視において同面積となる平版材の表面に成膜した場合に5nmとなるような平面での換算膜厚5nmで金を蒸着した。これを粘着剤(パナック製、製品名パナクリーンPDR5)を介してスライドガラス(松浪硝子社製、S1221)に貼り付けることで実施例1の表面増強ラマン散乱測定用基板を得た。実施例1で得られた表面増強ラマン散乱測定用基板のSTEM像を確認したところ、平均粒径17.3nmの金属ナノ粒子が形成されており、金属ナノ粒子間平均距離は3.5nmであり、金属ナノ粒子間の距離の標準偏差は2.5nmであり、ホットサイトの個数密度は4900個/μm2であった。
(Adhesion of metal atoms by vapor deposition)
On the concavo-convex surface of the concavo-convex structure article on which the inorganic oxide layer is formed, using a vacuum deposition apparatus (VPC-410, manufactured by ULVAC, Inc.), the concavo-convex degree is 8 × 10 −6 Torr (1 × 10 −3 Pa). Gold was vapor-deposited with an equivalent film thickness of 5 nm on a flat surface such that the film thickness was 5 nm when the film was formed on the surface of a lithographic material having the same area in plan view as the area on the surface. This was attached to a slide glass (manufactured by Matsunami Glass Co., Ltd., S1221) via an adhesive (manufactured by Panac, product name Panaclean PDR5) to obtain a surface enhanced Raman scattering measurement substrate of Example 1. When the STEM image of the substrate for surface enhanced Raman scattering measurement obtained in Example 1 was confirmed, metal nanoparticles having an average particle diameter of 17.3 nm were formed, and the average distance between metal nanoparticles was 3.5 nm. The standard deviation of the distance between the metal nanoparticles was 2.5 nm, and the number density of hot sites was 4900 / μm 2 .
[実施例2]
蒸着法による金属原子の付着において、金の代わりに銀を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の表面増強ラマン散乱測定用基板を得た。実施例2で得られた表面増強ラマン散乱測定用基板のSTEM像を確認したところ、平均粒径5.3nmの金属ナノ粒子が形成されており、金属ナノ粒子間平均距離は9.4nmであり、金属ナノ粒子間の距離の標準偏差は8.0nmであり、ホットサイトの個数密度は3700個/μm2であった。
[Example 2]
A surface-enhanced Raman scattering measurement substrate of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that silver was used instead of gold in the deposition of metal atoms by vapor deposition. When the STEM image of the substrate for surface enhanced Raman scattering measurement obtained in Example 2 was confirmed, metal nanoparticles having an average particle diameter of 5.3 nm were formed, and the average distance between the metal nanoparticles was 9.4 nm. The standard deviation of the distance between the metal nanoparticles was 8.0 nm, and the number density of hot sites was 3700 / μm 2 .
[比較例1]
スライドガラス(松浪硝子社製、S1221)をそのまま用いて、比較例1の物品とした。
[Comparative Example 1]
A slide glass (manufactured by Matsunami Glass Co., Ltd., S1221) was used as it was to make an article of Comparative Example 1.
[比較例2]
スライドガラス(松浪硝子社製、S1221)上に、真空蒸着装置(アルバック社製、VPC−410)を用い真空度8×10−6Torr(1×10−3Pa)で金を膜厚15nmで蒸着することで比較例2の物品を得た。表面には均一に金の薄膜が形成されていた。
[Comparative Example 2]
Gold on the slide glass (manufactured by Matsunami Glass Co., Ltd., S1221) using a vacuum evaporation apparatus (VPC-410, manufactured by ULVAC, Inc.) with a vacuum degree of 8 × 10 −6 Torr (1 × 10 −3 Pa) and a film thickness of 15 nm. The article of Comparative Example 2 was obtained by vapor deposition. A gold thin film was uniformly formed on the surface.
[比較例3]
金の代わりに銀を膜厚15nmで蒸着したこと以外は、比較例2と同様にして比較例3の物品を得た。表面には均一に銀の薄膜が形成されていた。
[Comparative Example 3]
An article of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as Comparative Example 2 except that silver was deposited in a film thickness of 15 nm instead of gold. A silver thin film was uniformly formed on the surface.
<ラマン散乱の評価>
ローダミン6G(Lambda Physik社製)0.0076gをエタノール100mlに溶解することで濃度158μMのローダミン6Gエタノール溶液を調製した。この溶液に実施例1、実施例2で得られた表面増強ラマン散乱測定用基板、及び比較例1、比較例2、比較例3の物品をそれぞれディップし、引き上げて風乾した。顕微レーザーラマン分光測定装置(堀場製作所製、HR800)にて風乾後の各物品でのローダミン6Gのラマンスペクトルを測定した。測定時の励起レーザー波長は633nmで行った。測定結果として、実施例1、比較例1、比較例2をプロットしたものを図6に示し、実施例2、比較例1、比較例3をプロットしたものを図7に示す。
ローダミン6Gに由来するピークは、ラマンシフト612cm−1、776cm−1、1193cm−1、1349cm−1、1511cm−1、1600cm−1に現れる。実施例1、実施例2では、ローダミン6Gに由来するピークの増大が確認できた。
<Evaluation of Raman scattering>
Rhodamine 6G ethanol solution having a concentration of 158 μM was prepared by dissolving 0.0076 g of rhodamine 6G (manufactured by Lambda Physik) in 100 ml of ethanol. In this solution, the surface-enhanced Raman scattering measurement substrate obtained in Example 1 and Example 2 and the articles of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 were dipped, pulled up and air-dried. The Raman spectrum of rhodamine 6G in each article after air drying was measured with a microscopic laser Raman spectrometer (HR800, manufactured by Horiba, Ltd.). The excitation laser wavelength at the time of measurement was 633 nm. FIG. 6 shows a plot of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 as measurement results, and FIG. 7 shows a plot of Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 3.
Peak attributable to rhodamine 6G is the Raman shift 612cm -1, 776cm -1, 1193cm -1 , 1349cm -1, 1511cm -1, appears at 1600 cm -1. In Example 1 and Example 2, an increase in the peak derived from rhodamine 6G was confirmed.
(結果のまとめ)
実施例1〜2で得られた表面増強ラマン散乱測定用基板は、複数の微小突起が密接して配置され、隣接する前記微小突起間の距離の平均が1000nm以下である微小突起構造体を有する微細凹凸層と、平均粒径が前記微小突起間の距離の平均よりも小さい金属ナノ粒子とを有し、前記金属ナノ粒子が前記微小突起構造体の表面に担持されている、本発明に係る表面増強ラマン散乱測定用基板であり、一工程による簡易な方法で製造することができた。実施例1〜2では、各比較例に比べて、ラマン散乱強度の増大が確認され、測定感度の高いものであった。
一方、比較例1〜3は、基板表面に金属ナノ粒子が担持されておらず、測定感度に劣っていた。
(Summary of results)
The surface-enhanced Raman scattering measurement substrates obtained in Examples 1 and 2 have a microprojection structure in which a plurality of microprojections are closely arranged and the average distance between adjacent microprojections is 1000 nm or less. According to the present invention, the fine uneven layer has metal nanoparticles having an average particle diameter smaller than the average distance between the microprotrusions, and the metal nanoparticles are supported on the surface of the microprotrusion structure. It was a substrate for surface enhanced Raman scattering measurement, and could be manufactured by a simple method in one step. In Examples 1 and 2, an increase in Raman scattering intensity was confirmed and the measurement sensitivity was higher than in each Comparative Example.
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, metal nanoparticles were not supported on the substrate surface, and the measurement sensitivity was poor.
10 表面増強ラマン散乱測定用基板
10’表面増強ラマン散乱測定用基板
11 透明基材
20 微細凹凸層
20’受容層
21 微小突起構造体
22 微小突起
23 頂部
24 谷部
25 無機酸化物層
30 金属ナノ粒子
31 ダイ
32 ロール金型
33 押圧ローラ
34 剥離ローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 10 'Surface-enhanced Raman scattering measurement substrate 11 Transparent base material 20 Fine uneven | corrugated layer 20' Receptive layer 21 Microprotrusion structure 22 Microprotrusion 23 Top part 24 Valley part 25 Inorganic oxide layer 30 Metal nano Particle 31 Die 32 Roll mold 33 Pressing roller 34 Peeling roller
Claims (6)
前記金属ナノ粒子が前記微小突起構造体の表面に担持されている、表面増強ラマン散乱測定用基板。 A plurality of minute projections are closely spaced, average 1000nm der following distance between adjacent said microprojection is, in horizontal cross section, assuming that was cut in a horizontal plane perpendicular to the depth direction of the microprojections The cross-sectional area occupancy rate of the material portion forming the microprotrusions has a structure that gradually increases gradually from the top of the microprotrusions toward the deepest portion, and is relative to the average distance between the adjacent microprotrusions A fine concavo-convex layer having a microprojection structure in which the average ratio of the heights of the microprojections is 0.8 to 2.5, and metal nanoparticles having an average particle size smaller than the average distance between the microprojections And
A substrate for surface enhanced Raman scattering measurement, wherein the metal nanoparticles are supported on the surface of the microprojection structure.
蒸着法を用いて前記微小突起構造体表面に金属原子を付着することにより、金属ナノ粒子を形成し、担持する工程とを有する、表面増強ラマン散乱測定用基板の製造方法。 A plurality of minute projections are closely spaced, average 1000nm der following distance between adjacent said microprojection is, in horizontal cross section, assuming that was cut in a horizontal plane perpendicular to the depth direction of the microprojections The cross-sectional area occupancy rate of the material portion forming the microprotrusions has a structure that gradually increases gradually from the top of the microprotrusions toward the deepest portion, and is relative to the average distance between the adjacent microprotrusions Preparing a fine concavo-convex layer having a microprojection structure in which the average ratio of the heights of the microprojections is 0.8 to 2.5 ;
A method for producing a surface-enhanced Raman scattering measurement substrate, comprising a step of forming and supporting metal nanoparticles by attaching metal atoms to the surface of the microprojection structure using a vapor deposition method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013186473A JP6252053B2 (en) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Surface-enhanced Raman scattering measurement substrate and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013186473A JP6252053B2 (en) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Surface-enhanced Raman scattering measurement substrate and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015052562A JP2015052562A (en) | 2015-03-19 |
JP6252053B2 true JP6252053B2 (en) | 2017-12-27 |
Family
ID=52701687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013186473A Expired - Fee Related JP6252053B2 (en) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Surface-enhanced Raman scattering measurement substrate and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6252053B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2021346297B2 (en) * | 2020-12-22 | 2023-11-09 | Shandong University | Polymer-based multi-component surface-enhanced Raman detection substrates, preparation methods and applications in cancer diagnosis thereof |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101733147B1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-05-25 | 한국생산기술연구원 | A SERS substrate having nanoporous structure and a method for manufacturing the same |
KR101777852B1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-09-13 | 한국표준과학연구원 | Fabrication Method of Transparent Substrate and Fabrication Method of Surface Enhanced Raman Scattering Substrates using Thereof |
KR101776103B1 (en) | 2016-04-01 | 2017-09-08 | 한국생산기술연구원 | A SERS substrate using synthetic resin material and a method for manufacturing the same |
KR101930514B1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-12-20 | 한국생산기술연구원 | Method of manufacturing substrate for sers using anodic aluminum oxidation and substrate for sers manufactured thereby |
JP7029121B2 (en) * | 2017-04-14 | 2022-03-03 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Target substance detection chip, target substance detection device and target substance detection method |
EP3401670A1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-11-14 | ETH Zurich | Method, uses of and device for surface enhanced raman spectroscopy |
CN107300548B (en) * | 2017-06-19 | 2018-04-20 | 华中科技大学 | A kind of flexible surface enhancing Raman substrate material and preparation method and application |
KR101888080B1 (en) * | 2017-08-18 | 2018-08-13 | 한국표준과학연구원 | Fabrication Method of Transparent Substrate and Fabrication Method of Surface Enhanced Raman Scattering Substrates using Thereof |
CN208399384U (en) * | 2018-01-30 | 2019-01-18 | 苏州天际创新纳米技术有限公司 | A kind of SERS unit, SERS chip and SERS detection system |
JP7398639B2 (en) * | 2018-08-24 | 2023-12-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Metal microstructure and detection device |
WO2020044762A1 (en) * | 2018-08-28 | 2020-03-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Sensor substrate and method for manufacturing same |
CN111693506A (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-22 | 中国科学院微电子研究所 | Mixed nano-structure substrate, preparation method and application thereof |
KR102246480B1 (en) * | 2019-07-16 | 2021-05-03 | 한국재료연구원 | Substrate comprising plasmonic continuous film with curved surface and manufacturing method thereof |
KR102233028B1 (en) * | 2019-08-06 | 2021-03-29 | 단국대학교 산학협력단 | Surface plasmon resonance sensor combined with nanostructure |
KR102233031B1 (en) * | 2019-08-06 | 2021-03-29 | 단국대학교 산학협력단 | Test method for surface plasmon resonance sensor combined with nanostructures, and calibration method of output signal of surface plasmon resonance sensor combined with nanostructure |
KR102233036B1 (en) * | 2019-08-06 | 2021-03-29 | 단국대학교 산학협력단 | Continuous measurement device using surface plasmon resonance sensor |
JP7442359B2 (en) | 2020-03-25 | 2024-03-04 | 住友化学株式会社 | Laminate and sensing device |
KR102269193B1 (en) * | 2020-04-13 | 2021-06-25 | 고려대학교 세종산학협력단 | Heavy metal detection sensor and manufacturing method thereof |
WO2023210336A1 (en) * | 2022-04-27 | 2023-11-02 | キヤノン株式会社 | Substrate, analysis method, device, and manufacturing method |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4317989B2 (en) * | 2005-01-31 | 2009-08-19 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Molecular sensing device and chip for enhancing Raman scattering |
US7292334B1 (en) * | 2005-03-25 | 2007-11-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Binary arrays of nanoparticles for nano-enhanced Raman scattering molecular sensors |
JP2008095163A (en) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Osaka Univ | Method of forming nanometal particle and method of forming nanometal thin film, and method of controlling size of nanometal particle |
JP4921128B2 (en) * | 2006-11-20 | 2012-04-25 | キヤノン株式会社 | Jig for surface enhanced vibrational spectroscopy |
WO2009107294A1 (en) * | 2008-02-27 | 2009-09-03 | シャープ株式会社 | Roller type nano-imprint device, mold roll for the roller type nano-imprint device, fixed roll for the roller type nano-imprint device, and nano-imprint sheet manufacturing method |
JP2012508881A (en) * | 2008-11-17 | 2012-04-12 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. | Surface enhanced Raman scattering (SERS) substrate |
JP5549356B2 (en) * | 2010-04-28 | 2014-07-16 | 学校法人早稲田大学 | Surface-enhanced Raman spectroscopy |
US8269963B2 (en) * | 2010-04-30 | 2012-09-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Tunable apparatus for performing SERS |
JP5810667B2 (en) * | 2011-06-23 | 2015-11-11 | セイコーエプソン株式会社 | Optical device and detection apparatus |
WO2013048446A1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Hewlet-Packard Development Company, L.P. | Devices to detect a substance and methods of producing such a device |
-
2013
- 2013-09-09 JP JP2013186473A patent/JP6252053B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2021346297B2 (en) * | 2020-12-22 | 2023-11-09 | Shandong University | Polymer-based multi-component surface-enhanced Raman detection substrates, preparation methods and applications in cancer diagnosis thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015052562A (en) | 2015-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6252053B2 (en) | Surface-enhanced Raman scattering measurement substrate and manufacturing method thereof | |
CN110220881B (en) | Flexible SERS substrate based on nanostructure and ordered nanoparticles and preparation method and application thereof | |
Hatab et al. | Free-standing optical gold bowtie nanoantenna with variable gap size for enhanced Raman spectroscopy | |
KR101097205B1 (en) | Fabrication method of substrate for surface enhanced raman scattering | |
Gartia et al. | Rigorous surface enhanced Raman spectral characterization of large-area high-uniformity silver-coated tapered silica nanopillar arrays | |
US8568878B2 (en) | Directly fabricated nanoparticles for raman scattering | |
Qi et al. | Surface-enhanced Raman spectroscopy with monolithic nanoporous gold disk substrates | |
Wallace et al. | Advancements in fractal plasmonics: structures, optical properties, and applications | |
Kiraly et al. | Multifunctional porous silicon nanopillar arrays: antireflection, superhydrophobicity, photoluminescence, and surface-enhanced Raman scattering | |
EP2889607B1 (en) | Surface-enhanced raman scattering element | |
Tu et al. | Enhancement of surface Raman spectroscopy performance by silver nanoparticles on resin nanorods arrays from anodic aluminum oxide template | |
WO2011050272A2 (en) | Nanoantenna arrays for nanospectroscopy, methods of use and methods of high-throughput nanofabrication | |
Jung et al. | Nanoplasmonic Au nanodot arrays as an SERS substrate for biomedical applications | |
Lang et al. | Tunable silver nanocap superlattice arrays for surface-enhanced Raman scattering | |
JP2016043581A (en) | Laminated material and method for manufacturing laminated material | |
Zhao et al. | Constructing sensitive SERS substrate with a sandwich structure separated by single layer graphene | |
Kumar et al. | Sculptured thin films: overcoming the limitations of surface-enhanced Raman scattering substrates | |
Wang et al. | Flexible and superhydrophobic silver nanoparticles decorated aligned silver nanowires films as surface-enhanced raman scattering substrates | |
Zang et al. | Highly sensitive and spatially homogeneous surface-enhanced Raman scattering substrate under plasmon–nanocavity coupling | |
Jiang et al. | Robust assembly of colloidal nanoparticles for controlled-reflectance surface construction | |
Zuo et al. | Quadrupolar plasmon resonance in arrays composed of small-sized Ag nanoparticles prepared by a dewetting method | |
JP2016043586A (en) | Laminated material and method for manufacturing laminated material | |
JP6458481B2 (en) | Anti-reflective articles and art exhibits | |
JP5626667B2 (en) | Infrared transmitting film and method for manufacturing infrared transmitting film | |
Potejana et al. | Fabrication of metallic nano pillar arrays on substrate by sputter coating and direct imprinting processes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160728 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170414 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170509 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170607 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171031 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171113 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6252053 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |