JP6835585B2 - 試料観察用のコントラスト増幅支持体、その製造方法および用途 - Google Patents
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Description
n1 2=n0n3 (1a)
n1e1=λ/4 (1b)
ここで、n1は層の屈折率(実数)、n0およびn3は入射および出射媒質の屈折率(同じく実数)、e1は層の厚さ、およびλは照射波長である。
− M.A.Kats et al.“Nanometre optical coatings based on strong interference effects in highly absorbing media”,Nature Materials,Vol.12,January 2013,pages 20−24、および
− R.M.A.Azzam et al.“Antireflection of an absorbing substrate by an absorbing thin film at normal incidence”,Applied Optics,Vol.26,No.4,pages719−722(1987)
は、同じく吸収基板に堆積された吸収反射防止層を開示している。ここでも、特定のケースのみが記述されているが、一般化することは困難である。更に、M.A.katsらによる論文の場合、反射の防止は単に部分的に過ぎない。
− 前記照射波長λにおいて、基板の屈折率n0、層の複素屈折率N1=n1−jk1の実部および虚部、並びに層の厚さe1は、以下の条件:
i)照射波長λを選択するステップと、
ii)前記基板を構成し、且つ前記照射波長λで実屈折率n0を示す材料を選択するステップと、
iii)前記基板の反対側にある前記層と接触し、且つ前記照射波長λで実屈折率n3<n0を示す周囲媒質を選択するステップと、
iv)前記基板の反対側にある前記層の面が前記周囲媒質と接触している状態で、前記基板を通過する前記照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように前記層の名目複素屈折率N1=n1−jk1および名目厚さe1を決定するステップと、
v)前記吸収層を構成し、且つ前記照射波長λで実部および虚部が前記名目複素屈折率の実部および虚部と少なくとも5%以下、好ましくは0.3%以下の許容範囲で一致する複素屈折率を示す材料を選択するステップと
を含むことを特徴とする、方法である。
− 前記ステップiv)の間、前記名目複素屈折率および前記名目厚さは以下の条件:
A.実屈折率n0を有する第1のいわゆる入射透明媒質と、実屈折率n3<n0を有する第2のいわゆる出射透明媒質との間にある、複素屈折率N1=n1−jk1を示す厚さe1の吸収層上に前記試料を堆積させるステップと、
B.前記入射媒質を通過する少なくとも前記照射波長λの垂直入射光により前記試料を照射するステップと、
C.同じく前記入射媒質を通して、このように照射された試料を観察するステップと
を含む試料観察方法であって、
前記吸収層が、以下:
− 前記ステップAは、上述のようなコントラスト増幅支持体であって、その基板が前記入射媒質を構成する、コントラスト増幅支持体により実行可能である。
I.少なくとも1つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化層または表面を含む、上述のようなコントラスト増幅支持体を用意するステップと、
II.前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされた化学的または生物学的種を含む少なくとも1種類の溶液と接触するように配置するステップであって、前記種が、前記機能化層または表面に直接、または1つ以上の他の化学的または生物学的種を介してのいずれかで固定可能であり、それにより、前記粒子が連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成する、ステップと、
III.前記基板を通過する少なくとも前記照射波長λの垂直入射光により前記コントラスト増幅支持体を照射するステップと、
IV.同じく前記基板を通して、このように照射された前記コントラスト増幅支持体を観察するステップと
を含む、方法である。
I.少なくとも1つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化層または表面を担持する透明基板を用意するステップと、
II.前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされた化学的または生物学的種を含む少なくとも1種類の溶液と接触するように配置するステップであって、連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成するように、前記種が、前記機能化層または表面に − 直接、または1つ以上の他の化学的または生物学的種を介してのいずれかで − 固定可能であり、し、前記透明基板が、前記機能化層または表面およびこのように形成された吸収または拡散金属層と共に、上述のようなコントラスト増幅支持体を形成する、ステップと、
III.前記基板を通過する少なくとも前記照射波長λの垂直入射光により前記コントラスト増幅支持体を照射するステップと、
IV.同じく前記基板を通して、このように照射された前記コントラスト増幅支持体を観察するステップと
を含む、方法である。
− 前記ステップIIは以下:
II−1)いわゆる中間層を形成するように、前記機能化層または表面を、検出または分析対象の化学的または生物学的種を含む第1の溶液と接触するように配置する、サブステップと、
II−2)前記中間層を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成すべく前記中間層に固定可能ないわゆる補用の化学的または生物学的種を含む第2の溶液と接触するように配置するサブステップと
を含むサブステップを含んでいてよい。
II−1’)前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成すべく前記機能化層に固定可能な化学的または生物学的種、いわゆる中間種を含む第1の溶液と接触するように配置するサブステップと、
II−2’)前記機能化層または表面および前記吸収または拡散金属層を、前記中間種の前記機能化層または表面との親和性よりも大きい前記機能化層または表面との親和性を示す検出または分析対象の前記化学的または生物学的種を含む第2の溶液と接触するように配置することにより、前記中間種を移動させて前記吸収または拡散金属層を少なくとも部分的に除去するサブステップと
を含むサブステップを含んでいてよい。
− n0=n3
のときのみ存在して、mは整数である
−
− 非吸収層のみがコントラスト(明るい背景上の暗い試料)の真正な反転を可能にし、層κ1=0.1がそのような反転を極めて低いコントラストレベルのみで可能にし、
− κ1が高いほど、コントラストスパイクの幅、従って反射防止層の薄くされた厚さの許容範囲が低くなる。厚さが1ナノメートルの観察対象物体の場合、δ1が最適値から±10%逸脱しても、κ1=0.1に対するコントラストは受容可能(0.4)なままであるが、κ1=1に対しては許容範囲が1%を上回るのは困難なことである。
− 最初に、照射波長(または照射が多色の場合、最小照射波長)λを、考察する用途または各種の技術的制約の関数として決定する。
Claims (20)
- 試料観察用のコントラスト増幅支持体(SAC)において、少なくとも1つの吸収層(CA)を担持する透明基板(MI、SS)を含み、前記基板を通過する照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように前記吸収層の複素屈折率N1=n1−jk1および厚さが選択され、前記基板の反対側にある前記層の面が、前記基板の屈折率n0未満である屈折率n3を有する透明ないわゆる周囲媒質(ME)と接触しており、
前記照射波長λにおいて、前記基板の前記屈折率n 0 、前記層の前記複素屈折率N 1 =n 1 −jk 1 の実部および虚部、並びに前記層の前記厚さe 1 は、以下の条件:
を満たし、ここで、
であり、n 1 およびk 1 の許容範囲が5%以下であり、且つe 1 の許容範囲が30%以下である、コントラスト増幅支持体(SAC)。 - 前記基板がガラス製である、請求項1または2に記載のコントラスト増幅支持体。
- 比n0/n3が1.1〜1.3の間にあるように選択される、請求項3に記載のコントラスト増幅支持体。
- 比n0/n3が1.45〜1.7の間にあるように選択される、請求項3に記載のコントラスト増幅支持体。
- 前記吸収層が、
− 前記基板に注入された不純物の層、
− 金属層、
− 半導体層、
− 金属/半導体複合合金、
− 磁気吸収層、
− 金属ナノ粒子の層、
− 非金属導体層、
− 拡散層、
− 顔料または染料を含むポリマーまたはフォトレジスト層、
− 色中心を含む鉱物誘電層、
− ナノ粒子が分散された連続相を含む合成ハイブリッド層、および
− グラフェン層または機能化グラフェン層
のうちから選択される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。 - 前記吸収層が、少なくとも1つの化学的または生物学的種を固定可能な少なくとも1つの機能化層を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。
- 前記基板が、少なくとも1つの化学的または生物学的種(ECI、ECC、ECD)を固定可能な機能化表面(CF)を示し、前記吸収層が、前記機能化表面により固定された前記少なくとも1つの化学的または生物学的種により形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。
- 前記吸収層が80%以上の透過率を示す、請求項1〜8のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。
- 少なくとも1つの吸収層(CA)を担持する透明基板(MI、S)を含むコントラスト増幅支持体を製造する方法であって、前記支持体の設計フェーズ、およびそのように設計された前記支持体のハードウェア製造フェーズを含む方法において、前記設計ステップが以下のステップ:
i)照射波長λを選択するステップと、
ii)前記基板を構成し、且つ前記照射波長λで実屈折率n 0 を示す材料を選択するステップと、
iii)前記基板の反対側にある前記層と接触し、且つ前記照射波長λで実屈折率n 3 <n 0 を示す周囲媒質(ME)を選択するステップと、
iv)前記基板の反対側にある前記層の面が前記周囲媒質と接触している状態で、前記基板を通過する前記照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように前記層の名目複素屈折率N 1 =n 1 −jk 1 および名目厚さe 1 を決定するステップと、
v)前記吸収層を構成し、且つ前記照射波長λで実部および虚部が前記名目複素屈折率の実部および虚部と少なくとも5%以下の許容範囲で一致する複素屈折率を示す材料を選択するステップと
を含み、
前記ステップiv)の間、前記名目複素屈折率および前記名目厚さが以下の条件:
- 少なくとも1つの吸収層(CA)を担持する透明基板(MI、S)を含むコントラスト増幅支持体を製造する方法であって、前記支持体の設計フェーズ、およびそのように設計された前記支持体のハードウェア製造フェーズを含む方法において、前記設計ステップが以下のステップ:
i)照射波長λを選択するステップと、
ii)前記基板を構成し、且つ前記照射波長λで実屈折率n 0 を示す材料を選択するステップと、
iii)前記基板の反対側にある前記層と接触し、且つ前記照射波長λで実屈折率n 3 <n 0 を示す周囲媒質(ME)を選択するステップと、
iv)前記基板の反対側にある前記層の面が前記周囲媒質と接触している状態で、前記基板を通過する前記照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように前記層の名目複素屈折率N 1 =n 1 −jk 1 および名目厚さe 1 を決定するステップと、
v)前記吸収層を構成し、且つ前記照射波長λで実部および虚部が前記名目複素屈折率の実部および虚部と少なくとも5%以下の許容範囲で一致する複素屈折率を示す材料を選択するステップと
を含み、
前記層の前記名目複素屈折率および前記名目厚さが、前記照射波長λに対して、以下の条件:
- 試料を観察する方法であって、以下のステップ:
A.実屈折率n0を有する第1のいわゆる入射透明媒質(MI、SS)と、実屈折率n3<n0を有する第2のいわゆる出射透明媒質(ME)との間にある、複素屈折率N1=n1−jk1を示す厚さe1の吸収層(CA)上に前記試料を堆積させるステップと、
B.前記入射媒質を通過する少なくとも照射波長λの垂直入射光により前記試料を照射するステップと、
C.同じく前記入射媒質を通して、このように照射された前記試料を観察するステップと
を含む方法であって、
前記吸収層が、以下:
- 前記ステップAが、請求項1〜8のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体(SAC)であって、その基板が前記入射媒質を構成する、コントラスト増幅支持体(SAC)により実行される、請求項12に記載の方法。
- 20°以下の半開口角度を示す照射円錐を形成するように、前記試料を、平行または集光された光ビーム(FL)により少なくとも前記照射波長λで照射する、請求項12または13に記載の方法。
- 前記試料が、集光されたレーザービームにより少なくとも前記照射波長λで照射される、請求項13に記載の方法。
- 少なくとも1つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法であって、以下のステップ:
I.少なくとも1つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化層または表面(CF)を含む、請求項7に記載のコントラスト増幅支持体(SAC)を用意するステップと、
II.前記機能化層または表面を、検出対象の化学的または生物学的種を含む少なくとも1種類の溶液(S0、S0’、S1、S1’、S2)と接触するように配置するステップであって、前記種が、前記機能化層または表面に固定可能である、ステップと、
III.前記基板を通過する少なくとも照射波長λの垂直入射光により前記コントラスト増幅支持体を照射するステップと、
IV.同じく前記基板を通して、このように照射された前記コントラスト増幅支持体を観察するステップと
を含む、方法。 - 少なくとも1つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法であって、以下のステップ:
I.少なくとも1つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化層または表面(CF)を担持する透明基板(SS)を用意するステップと、
II.前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子(NPM)あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされた化学的または生物学的種を含む少なくとも1種類の溶液(S0、S0’、S1、S1’、S2)と接触するように配置するステップであって、連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成するように、前記種が、前記機能化層または表面に直接、または1つ以上の他の化学的または生物学的種を介してのいずれかで固定可能であり、前記透明基板が、前記機能化層または表面(CF)およびこのように形成された前記吸収または拡散金属層と共に、請求項8に記載のコントラスト増幅支持体を形成する、ステップと、
III.前記基板を通過する少なくとも照射波長λの垂直入射光により前記コントラスト増幅支持体を照射するステップと、
IV.同じく前記基板を通して、このように照射された前記コントラスト増幅支持体を観察するステップと
を含む、方法。 - 前記ステップIIが以下:
II−1)いわゆる中間層(CI)を形成するように、前記機能化層または表面を、検出または分析対象の前記化学的または生物学的種(ECD)を含む第1の溶液(S1)と接触するように配置するサブステップと、
II−2)前記中間層を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成すべく前記中間層に固定可能ないわゆる補用の化学的または生物学的種(ECA)を含む第2の溶液(S2)と接触するように配置するサブステップと
を含むサブステップを含む、請求項17に記載の少なくとも1つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法。 - 前記ステップIIが以下:
II−1’)前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成すべく前記機能化層に固定可能な化学的または生物学的種、いわゆる中間種(ECI)を含む第1の溶液(S1’)と接触するように配置するサブステップと、
II−2’)前記機能化層または表面および前記吸収または拡散金属層を、前記中間種の前記機能化層または表面との親和性よりも大きい前記機能化層または表面との親和性を示す検出または分析対象の前記化学的または生物学的種を含む第2の溶液(S2)と接触するように配置することにより、前記中間種を移動させて前記吸収または拡散金属層を少なくとも部分的に除去するサブステップと
を含むサブステップを含む、請求項17に記載の少なくとも1つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法。 - 前記ステップIIの間、前記機能化層または表面が、競合する化学的または生物学的種(ECC)と共に分析対象の前記化学的または生物学的種(ECD)を含む溶液(S0’)と接触するように配置され、前記2つの種の一方が金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、それにより、連続または不連続な吸収または拡散金属層であって、その有効厚さが前記競合する化学的または生物学的種の濃度と、分析対象の前記化学的または生物学的種の濃度との間の比に依存する、連続または不連続な吸収または拡散金属層が得られる、請求項17に記載の少なくとも1つの化学的または生物学的種を分析する方法。
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