JP6900325B2 - Sensor chip and sensing system - Google Patents

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Description

本発明は、金属系粒子集合体のプラズモン共鳴を利用して標識物質から発せられる信号の増強が図られたセンサーチップ及び当該センサーチップを備えるセンシングシステムに関する。 The present invention relates to a sensor chip in which a signal emitted from a labeling substance is enhanced by utilizing plasmon resonance of a metal-based particle aggregate, and a sensing system including the sensor chip.

蛍光物質などの発光物質で標識した被検出物質を、発光物質からの発光を分析することによって、定性的にまたは定量的に検出する発光分析法は、高速な分析を実現し得る方法として、種々の分野において重要な役割を果たしている。例えば、発光物質で標識した核酸について、発光分析法を用いることにより、塩基配列の決定、遺伝子変異の解析、遺伝子の発現量の測定等を高速に行うことができる。 Emission analysis methods that qualitatively or quantitatively detect a substance to be detected labeled with a luminescent substance such as a fluorescent substance by analyzing the luminescence from the luminescent substance are various methods that can realize high-speed analysis. Plays an important role in the field of. For example, by using a luminescence analysis method for a nucleic acid labeled with a luminescent substance, it is possible to determine a base sequence, analyze a gene mutation, measure a gene expression level, and the like at high speed.

しかし、一般的なセンサーチップを用いて被検出物質を固定した場合に、発光物質からの発光の強度は弱く、高感度な分析を行うためには高感度分光器が必要となる場合がある。また、被検出物質が少量である場合には、高感度な分析がさらに難しくなり、複数回の測定を要したり、検出できなかったりする場合がある。このような発光分析法の課題を解決し、発光物質の発光を増強させることを目的として、発光素子への金属粒子からなるプラズモン材料の適用が検討されている。 However, when the substance to be detected is fixed using a general sensor chip, the intensity of light emission from the luminescent substance is weak, and a high-sensitivity spectroscope may be required for high-sensitivity analysis. Further, when the amount of the substance to be detected is small, highly sensitive analysis becomes more difficult, and a plurality of measurements may be required or the substance may not be detected. The application of a plasmon material composed of metal particles to a light emitting element has been studied for the purpose of solving the problem of such a light emission analysis method and enhancing the light emission of a light emitting substance.

金属粒子をナノサイズにまで微細化すると、バルク状態では見られなかった機能を発現するようになることが従来知られており、なかでも応用が期待されているのが「局在プラズモン共鳴」である。プラズモンとは、金属ナノ構造体中の自由電子の集団的な振動によって生起する自由電子の粗密波のことである。 It has been conventionally known that when metal particles are miniaturized to nano size, they exhibit functions that were not seen in the bulk state, and among them, "localized plasmon resonance" is expected to be applied. is there. Plasmon is a coarse and dense wave of free electrons generated by the collective vibration of free electrons in a metal nanostructure.

近年、上記プラズモンを扱う技術分野は、「プラズモニクス」と呼ばれ大きな注目を集めているとともに活発な研究が行なわれており、かかる研究は金属ナノ粒子の局在プラズモン共鳴現象を利用した発光物質の発光の増強を目的とするものを含む。 In recent years, the above-mentioned technical field dealing with plasmons has attracted a great deal of attention as "plasmonics" and active research has been carried out. Such research is on luminescent substances utilizing the localized plasmon resonance phenomenon of metal nanoparticles. Includes those intended to enhance luminescence.

たとえば特開2007−139540号公報(特許文献1)、特開平08−271431号公報(特許文献2)および国際公開第2005/033335号(特許文献3)には、局在プラズモン共鳴現象を利用して蛍光を増強させる技術が開示されている。また、T. Fukuura and M. Kawasaki, "Long Range Enhancement of Molecular Fluorescence by Closely Packed Submicro-scale Ag Islands", e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 2009, 7, 653(非特許文献1)には、銀ナノ粒子による局在プラズモン共鳴に関する研究が示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-139540 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-271431 (Patent Document 2), and International Publication No. 2005/033333 (Patent Document 3) utilize the localized plasmon resonance phenomenon. A technique for enhancing fluorescence is disclosed. In addition, T. Fukuura and M. Kawasaki, "Long Range Enhancement of Molecular Fluorescence by Closely Packed Submicro-scale Ag Islands", e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 2009, 7, 653 (Non-Patent Document 1) Studies on localized plasmon resonance with silver nanoparticles have been shown.

特開2007−139540号公報JP-A-2007-139540 特開平08−271431号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 08-271431 国際公開第2005/033335号International Publication No. 2005/0333335

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

しかしながら、金属ナノ粒子の局在プラズモン共鳴現象を利用した従来の発光増強には次のような課題があった。 However, the conventional luminescence enhancement using the localized plasmon resonance phenomenon of metal nanoparticles has the following problems.

すなわち、金属ナノ粒子による発光増強作用の要因には、1)金属ナノ粒子中に局在プラズモンが生起されることによって粒子近傍の電場が増強される(第1の因子)、および、2)励起された分子(発光材料分子など)からのエネルギー移動により金属ナノ粒子中の自由電子の振動モードが励起されることによって、励起された分子の発光性双極子よりも大きい発光性の誘起双極子が金属ナノ粒子中に生起し、これにより発光量子効率自体が増加する(第2の因子)、という2つの因子があるところ、より大きな要因である第2の因子における発光性誘起双極子を金属ナノ粒子に有効に生じさせるためには、金属ナノ粒子と励起される分子との距離を、電子の直接移動であるデクスター機構によるエネルギー移動が起こらない範囲であって、フェルスター機構のエネルギー移動が発現する範囲内(1nm〜10nm)にすることが求められる。これは、発光性誘起双極子の生起がフェルスターのエネルギー移動の理論に基づくためである(上記非特許文献1参照)。 That is, the factors of the luminescence enhancing action by the metal nanoparticles are 1) the electric field near the particles is enhanced by the generation of localized plasmons in the metal nanoparticles (first factor), and 2) excitation. The energy transfer from the excited molecule (such as a luminescent material molecule) excites the vibrational mode of the free electrons in the metal nanoparticles, resulting in a luminescent induced dipole larger than the luminescent dipole of the excited molecule. Where there are two factors that occur in metal nanoparticles, which increases the luminescence quantum efficiency itself (second factor), the luminescence-induced dipole in the second factor, which is the larger factor, is the metal nano. In order to effectively generate particles, the distance between the metal nanoparticles and the excited molecule is within the range where energy transfer by the Dexter mechanism, which is the direct movement of electrons, does not occur, and the energy transfer of the Felster mechanism is expressed. It is required to be within the range (1 nm to 10 nm). This is because the occurrence of luminescence-induced dipoles is based on Felster's theory of energy transfer (see Non-Patent Document 1 above).

一般に、上記1nm〜10nmの範囲内において、金属ナノ粒子と励起される分子との距離を近づけるほど、発光性誘起双極子が生起しやすくなり、発光増強効果が高まる一方、上記距離を大きくしていくと、局在プラズモン共鳴が有効に影響しなくなることによって発光増強効果は徐々に弱まり、フェルスター機構のエネルギー移動が発現する範囲を超えると(一般に10nm程度以上の距離になると)、発光増強効果をほとんど得ることはできなかった。上記特許文献1〜3に記載の発光増強方法においても、効果的な発光増強効果を得るために有効な金属ナノ粒子と励起される分子との間の距離は10nm以下とされている。 Generally, in the range of 1 nm to 10 nm, the closer the distance between the metal nanoparticles and the excited molecule is, the easier it is for luminescence-induced dipoles to occur, and the more the luminescence enhancing effect is enhanced, while the above distance is increased. As the localized plasmon resonance no longer effectively affects the luminescence enhancing effect, the luminescence enhancing effect gradually weakens, and when the energy transfer of the Felster mechanism is exceeded (generally at a distance of about 10 nm or more), the luminescence enhancing effect is achieved. Could hardly be obtained. Also in the luminescence enhancing methods described in Patent Documents 1 to 3, the distance between the metal nanoparticles effective for obtaining an effective luminescence enhancing effect and the excited molecule is 10 nm or less.

このように従来の金属ナノ粒子を用いた局在プラズモン共鳴においては、その作用範囲が金属ナノ粒子表面から10nm以下と極めて狭い範囲内に限定されるという本質的な課題があった。この課題は必然的に、金属ナノ粒子による局在プラズモン共鳴をセンサーチップに利用して標識物質の発光を増強させて感度の向上を図る試みにおいて、ほとんど増強効果が認められないという課題を招来する。 As described above, in the conventional localized plasmon resonance using metal nanoparticles, there is an essential problem that the range of action is limited to an extremely narrow range of 10 nm or less from the surface of the metal nanoparticles. This problem inevitably leads to the problem that almost no enhancing effect is observed in an attempt to enhance the luminescence of the labeling substance by utilizing the localized plasmon resonance by the metal nanoparticles in the sensor chip to improve the sensitivity. ..

すなわち、センサーチップにおいては、センサーチップ上に配置された捕捉物質に特異的結合した被検出物質を、特異的結合の近傍に存在する標識物質に由来する信号に基づいて検出する。このような構成における、金属ナノ粒子表面から標識物質までの距離を検討した場合、通常10nmを超えることになり、上述した局在プラズモン共鳴の作用範囲外となる。なぜなら、捕捉物質を固定するための足場の形成が必要であり、また捕捉物質及び被検出物質自体の長さを考慮する必要があるからである。また、金属ナノ粒子表面から標識物質までの距離を短縮した構成においては、金属ナノ粒子表面の保護が不十分となり、金属ナノ粒子の劣化により局在プラズモン共鳴の作用が低下することになる。 That is, in the sensor chip, the substance to be detected that is specifically bound to the trapping substance placed on the sensor chip is detected based on the signal derived from the labeling substance that exists in the vicinity of the specific binding. When the distance from the surface of the metal nanoparticles to the labeling substance in such a configuration is examined, it usually exceeds 10 nm, which is outside the range of action of the localized plasmon resonance described above. This is because it is necessary to form a scaffold for fixing the trapping substance, and it is necessary to consider the length of the trapping substance and the substance to be detected itself. Further, in the configuration in which the distance from the surface of the metal nanoparticles to the labeling substance is shortened, the protection of the surface of the metal nanoparticles becomes insufficient, and the action of the localized plasmon resonance is reduced due to the deterioration of the metal nanoparticles.

そこで本発明は、局在プラズモン共鳴により標識物質に由来する信号を増強させることができ、また局在プラズモン共鳴を生じさせる金属ナノ粒子の劣化が防止されたセンサーチップ及び当該センサーチップを備えるセンシングシステムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention includes a sensor chip capable of enhancing a signal derived from a labeling substance by localized plasmon resonance and preventing deterioration of metal nanoparticles that cause localized plasmon resonance, and a sensing system including the sensor chip. The purpose is to provide.

すなわち本発明は以下のものを含む。
[1] 被検出物質を検出するために用いられるセンサーチップであって、
基板と、
前記基板上に形成されてなる金属系粒子集合体層と、
前記金属系粒子集合体層を覆う保護層と、
前記保護層上に形成されてなり、前記被検出物質と特異的結合する捕捉物質を有する捕捉層と、
を備え、
前記金属系粒子集合体層は、30個以上の金属系粒子が互いに離間して二次元的に配置されてなる粒子集合体からなり、前記金属系粒子は、その平均粒径が200〜1600nmの範囲内、平均高さが55〜500nmの範囲内、前記平均高さに対する前記平均粒径の比で定義されるアスペクト比が1〜8の範囲内にある、センサーチップ。
That is, the present invention includes the following.
[1] A sensor chip used to detect a substance to be detected.
With the board
A metal-based particle aggregate layer formed on the substrate and
A protective layer that covers the metallic particle aggregate layer and
A capture layer formed on the protective layer and having a capture substance that specifically binds to the substance to be detected, and a capture layer.
With
The metal-based particle aggregate layer is composed of a particle aggregate in which 30 or more metal-based particles are two-dimensionally arranged apart from each other, and the metal-based particles have an average particle size of 200 to 1600 nm. A sensor chip having an aspect ratio in the range of 55 to 500 nm and an aspect ratio defined by the ratio of the average particle size to the average height in the range of 1 to 8.

[2] 前記捕捉物質と前記被検出物質の特異的結合の状態に対応する信号を検出することにより、前記被検出物質を検出する、[1]に記載のセンサーチップ。 [2] The sensor chip according to [1], which detects the substance to be detected by detecting a signal corresponding to a state of specific binding between the trapped substance and the substance to be detected.

[3] 前記信号は、前記捕捉物質と前記被検出物質の特異的結合の近傍に存在する標識物質に由来する信号である、[2]に記載のセンサーチップ。 [3] The sensor chip according to [2], wherein the signal is a signal derived from a labeling substance existing in the vicinity of a specific bond between the trapping substance and the detected substance.

[4] 前記標識物質は発光物質であり、
前記信号は、前記標識物質による光の吸収または発光に由来する信号である、[3]に記載のセンサーチップ。
[4] The labeling substance is a luminescent substance and is a luminescent substance.
The sensor chip according to [3], wherein the signal is a signal derived from absorption or light emission of light by the labeling substance.

[5] 前記標識物質は、前記捕捉物質または前記被検出物質に予め結合されている、[3]または[4]に記載のセンサーチップ。 [5] The sensor chip according to [3] or [4], wherein the labeling substance is previously bound to the trapping substance or the substance to be detected.

[6] 前記保護層は、平均厚みが10nm以上である、[1]〜[5]のいずれかに記載のセンサーチップ。 [6] The sensor chip according to any one of [1] to [5], wherein the protective layer has an average thickness of 10 nm or more.

[7] 前記被検出物質は、長径が5nm以上の分子である、[1]〜[6]のいずれかに記載のセンサーチップ。 [7] The sensor chip according to any one of [1] to [6], wherein the substance to be detected is a molecule having a major axis of 5 nm or more.

[8] 前記被検出分子は塩基を有し、
前記捕捉分子は塩基を結合することができる結合活性基を有する、[1]〜[7]のいずれかに記載のセンサーチップ。
[8] The molecule to be detected has a base and has a base.
The sensor chip according to any one of [1] to [7], wherein the capture molecule has a binding active group capable of binding a base.

[9] [4]に記載のセンサーチップと、
前記捕捉層に、前記標識物質の発光を励起する励起光を照射する励起光源と、
前記標識物質からの発光を検出する検出器と、
を備えるセンシングシステム。
[9] The sensor chip according to [4] and
An excitation light source that irradiates the capture layer with excitation light that excites the emission of the labeling substance.
A detector that detects light emission from the labeling substance and
Sensing system with.

本発明によれば、局在プラズモン共鳴により標識物質に由来する信号を増強させることができ、また局在プラズモン共鳴を生じさせる金属ナノ粒子の劣化が防止されたセンサーチップ及び当該センサーチップを備えるセンシングシステムを提供することができる。 According to the present invention, a sensor chip capable of enhancing a signal derived from a labeling substance by localized plasmon resonance and preventing deterioration of metal nanoparticles that cause localized plasmon resonance, and a sensing including the sensor chip. The system can be provided.

本発明のセンサーチップの一例を示す断面模式図である。It is sectional drawing which shows an example of the sensor chip of this invention. 図2(a)はヌクレオチドを検出するセンサーチップの一例を示す断面模式図であり、図2(b)は当該センサーチップに被検出物質が捕捉されている状態を示す断面模式図である。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of a sensor chip that detects nucleotides, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a state in which a substance to be detected is captured by the sensor chip. センサーチップの発光スペクトルのセンシングシステムの一例を示す断面模式図である。It is sectional drawing which shows an example of the sensing system of the emission spectrum of a sensor chip. 製造例1で得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層を直上から見たときのSEM画像(10000倍および50000倍スケール)である。3 is an SEM image (10000 times and 50,000 times scale) when the metal particle aggregate layer in the metal particle aggregate layer laminated substrate obtained in Production Example 1 is viewed from directly above. 製造例1で得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層のAFM画像である。It is an AFM image of the metal-based particle aggregate layer in the metal-based particle aggregate layer laminated substrate obtained in Production Example 1. 製造例2で得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層を直上から見たときのSEM画像(10000倍および50000倍スケール)である。It is an SEM image (10000 times and 50,000 times scale) when the metal-based particle aggregate layer in the metal-based particle aggregate layer laminated substrate obtained in Production Example 2 is seen from directly above. 製造例2で得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層のAFM画像である。It is an AFM image of the metal-based particle aggregate layer in the metal-based particle aggregate layer laminated substrate obtained in Production Example 2. FIG. 実施例1b及び比較例1の発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum of Example 1b and Comparative Example 1. 実施例1a〜1eの発光強度の換算値を保護層の捕捉層の平均厚みを足し合わせた値に対してプロットした図である。It is a figure which plotted the conversion value of the light emission intensity of Examples 1a to 1e with respect to the value which added the average thickness of the capture layer of a protective layer.

[センサーチップの構成]
図1は、本発明のセンサーチップの一例を模式的に示す図である。本発明のセンサーチップ1は、被検出物質を検出するために用いられるものであって、基板10と、基板10上に設けられ、30個以上の金属系粒子200が互いに離間して配置されてなる粒子集合体からなる金属系粒子集合体層20と、金属系粒子集合体層20を覆う保護層30と、保護層30上に設けられ、被検出分子と特異結合する捕捉物質を有する捕捉層40と、を備える。
[Sensor chip configuration]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the sensor chip of the present invention. The sensor chip 1 of the present invention is used for detecting a substance to be detected, and is provided on a substrate 10 and a substrate 10, and 30 or more metal-based particles 200 are arranged so as to be separated from each other. A metal-based particle aggregate layer 20 composed of the particle aggregates, a protective layer 30 covering the metal-based particle aggregate layer 20, and a capture layer provided on the protective layer 30 and having a capture substance that specifically binds to the molecule to be detected. 40 and.

金属系粒子集合体層20は、30個以上の金属系粒子が互いに離間して二次元的に配置されてなる粒子集合体からなり、前記金属系粒子は、その平均粒径が200〜1600nmの範囲内、平均高さが55〜500nmの範囲内、前記平均高さに対する前記平均粒径の比で定義されるアスペクト比が1〜8の範囲内にある。 The metal-based particle aggregate layer 20 is composed of a particle aggregate in which 30 or more metal-based particles are two-dimensionally arranged apart from each other, and the metal-based particles have an average particle size of 200 to 1600 nm. Within the range, the average height is in the range of 55 to 500 nm, and the aspect ratio defined by the ratio of the average particle size to the average height is in the range of 1 to 8.

本発明のセンサーチップにおいては、捕捉層40の捕捉物質と被検出物質とが特異結合して、センサーチップ上に被検出物質が捕捉される。センサーチップを用いた検出においては、捕捉物質と被検出物質の特異的結合の状態に対応する信号によって、被検出物質を定性的または定量的に分析することができる。 In the sensor chip of the present invention, the trapped substance in the trapping layer 40 and the substance to be detected are specifically bonded to capture the substance to be detected on the sensor chip. In detection using a sensor chip, the substance to be detected can be analyzed qualitatively or quantitatively by a signal corresponding to the state of specific binding between the substance to be captured and the substance to be detected.

本発明のセンサーチップを用いると、金属系粒子集合体層20により生じる局在プラズモン共鳴により、捕捉物質と被検出物質の特異的結合の状態に対応する信号を増強することができ、高感度の検出が可能となる。なお、特異的結合の状態に対応する信号は、例えば、捕捉物質と被検出物質の特異的結合の近傍に存在する標識物質に由来する信号である。さらに、本発明に係る金属系粒子集合体層20によると、局在プラズモン共鳴の作用範囲を長くすることができるので、金属系粒子集合体層20から標識物質までの距離が長い場合であっても信号の増強効果を得ることができる。また、局在プラズモン共鳴の作用範囲が狭い範囲に限定されないので、局在プラズモン共鳴により信号の増強効果が得られるセンサーチップの構成の自由度が増し、金属系集合体層20が保護層30により十分に保護されている構成とすることができる。このような構成により、金属系粒子集合体層20の劣化が防止され、局在プラズモン共鳴の効果の低減を抑制することができる。 By using the sensor chip of the present invention, the signal corresponding to the specific bonding state of the trapped substance and the detected substance can be enhanced by the localized plasmon resonance generated by the metal-based particle aggregate layer 20, and the signal is highly sensitive. Detection is possible. The signal corresponding to the specific binding state is, for example, a signal derived from a labeling substance existing in the vicinity of the specific binding between the trapping substance and the detected substance. Further, according to the metal-based particle aggregate layer 20 according to the present invention, the range of action of the localized plasmon resonance can be lengthened, so that the distance from the metal-based particle aggregate layer 20 to the labeling substance is long. Can also obtain the signal enhancing effect. Further, since the action range of the localized plasmon resonance is not limited to a narrow range, the degree of freedom in the configuration of the sensor chip that can obtain the signal enhancing effect by the localized plasmon resonance is increased, and the metal-based aggregate layer 20 is formed by the protective layer 30. It can be a sufficiently protected configuration. With such a configuration, deterioration of the metal-based particle aggregate layer 20 can be prevented, and reduction of the effect of localized plasmon resonance can be suppressed.

ここで、本明細書で用いられる主たる技術用語について説明する。
「捕捉物質」とは、これと特異的結合する物質(被検出物質)を捕捉するために機能する物質であって、捕捉層中に固定されて存在したり、捕捉層中に遊離状態で存在したり、保護層の表面に固定されて存在したりする。上記機能を有する物質である限り、あらゆる有機物質、無機物質を捕捉物質として用いることができ、一例を挙げれば、ヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸、タンパク質、糖類等の生体由来物質、ウィルス、細胞等がある。また、被検出物質が有する官能基と静電相互作用により結合し得る結合性活性基を有する物質を用いることができる。
Here, the main technical terms used in the present specification will be described.
A "capture substance" is a substance that functions to capture a substance that specifically binds to it (substance to be detected), and is fixed in the capture layer or exists in a free state in the capture layer. Or it may be fixed to the surface of the protective layer. As long as it is a substance having the above functions, any organic substance or inorganic substance can be used as a capturing substance, and examples thereof include biological substances such as nucleosides, nucleotides, nucleic acids, proteins and sugars, viruses, cells and the like. .. Further, a substance having a binding active group that can be bonded to the functional group of the substance to be detected by electrostatic interaction can be used.

「被検出物質」とは、定性的または定量的な検出を行う対象の物質であり、捕捉物質に特異的結合する物質である。あらゆる有機物質及び無機物質を被検出物質とすることができ、例えば、ヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸、タンパク質、糖類等の生体由来物質、ウィルス、細胞等を被検出物質とすることができる。 The “substance to be detected” is a substance to be detected qualitatively or quantitatively, and is a substance that specifically binds to a trapping substance. All organic and inorganic substances can be detected substances, and for example, biological substances such as nucleosides, nucleotides, nucleic acids, proteins and sugars, viruses, cells and the like can be detected substances.

上記において、核酸は、プリン塩基またはピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体(ヌクレオチド鎖)を意味し、プローブDNAを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチドが重合したDNA(全長あるいはその断片)、RNA、ポリアミドヌクレオチド誘導体(PNA)等を含む。また、ヌクレオシドは、塩基と糖がグリコシド結合した化合物であり、ヌクレオチドはヌクレオシドにリン酸が結合した化合物であり、ヌクレオシド及びヌクレオチド共に塩基を含む化合物である。 In the above, the nucleic acid means a polymer (nucleotide chain) of a phosphate ester of nucleoside in which a purine base or a pyrimidine base and a sugar are glycosided, and an oligonucleotide including probe DNA, a polynucleotide, a purimidine nucleotide and a pyrimidine nucleotide are polymerized. Contains DNA (full length or fragment thereof), RNA, polyamide nucleotide derivative (PNA) and the like. The nucleoside is a compound in which a base and a sugar are glycosidic bonded, and the nucleotide is a compound in which phosphoric acid is bonded to the nucleoside, and both the nucleoside and the nucleotide are compounds containing a base.

「特異的結合」とは、物質間の非共有結合、共有結合、水素結合を含む化学結合を広く意味し、例えば、タンパク質分子間の相互作用、分子間の静電相互作用、等が挙げられる。捕捉物質とこれと特異的結合する被検出物質として、レクチンによる糖鎖の捕捉、包摂化合物による分子の捕捉等が挙げられる。 The "specific bond" broadly means a non-covalent bond between substances, a covalent bond, a chemical bond including a hydrogen bond, and examples thereof include an interaction between protein molecules and an electrostatic interaction between molecules. .. Examples of the substance to be detected that specifically binds to the capture substance include capture of sugar chains by lectins, capture of molecules by inclusion compounds, and the like.

「センサーチップ」は、捕捉層近傍の反応領域において、捕捉物質と被検出物質の特異的結合を進行させ、被検出物質を検出するために用いられるセンサーチップを意味し、捕捉物質と被検出物質の種類は制限されない。被検出物質が生体由来物質、ウィルス、細胞等であるセンサーチップをバイオチップともいう。センサーチップにおける被検出物質の検出は、捕捉物質と被検出物質の特異的結合の状態に対応する信号を検出することにより行われ、例えば、捕捉物質と被検出物質の特異的結合の近傍に存在する標識物質に由来する信号を検出することにより行われる。本発明において、かかる信号は金属系粒子集合体層により生じる局在プラズモン共鳴により増強され得る信号であれば限定されることはない。このような信号として、標識物質が発光物質である場合に、発光物質による光の吸収または発光に由来する信号が例示される。発光物質は、励起光等の励起エネルギーの注入により発光する物質である。発光物質における発光の原理は限定されることはなく、蛍光、りん光、化学発光等が挙げられる。 "Sensor chip" means a sensor chip used to detect a substance to be detected by advancing a specific bond between the substance to be detected and the substance to be detected in a reaction region near the capture layer, and the substance to be detected and the substance to be detected. There are no restrictions on the type of. A sensor chip in which the substance to be detected is a substance derived from a living body, a virus, a cell, or the like is also called a biochip. The detection of the substance to be detected in the sensor chip is performed by detecting a signal corresponding to the state of the specific bond between the capture substance and the substance to be detected, and is present in the vicinity of the specific bond between the capture substance and the substance to be detected, for example. This is done by detecting a signal derived from the labeling substance. In the present invention, such a signal is not limited as long as it is a signal that can be enhanced by the localized plasmon resonance generated by the metal-based particle aggregate layer. Examples of such a signal include a signal derived from light absorption or light emission by the light emitting substance when the labeling substance is a light emitting substance. The luminescent substance is a substance that emits light by injecting excitation energy such as excitation light. The principle of light emission in a luminescent substance is not limited, and examples thereof include fluorescence, phosphorescence, and chemiluminescence.

標識物質は、捕捉物質または被検出物質に予め結合されているものであってもよいし、捕捉物質及び被検物質の特異的結合により得られる生成物に特異的結合する標識物質であってもよい。以下では、主として、標識物質として発光物質を用いた場合について詳述する。 The labeling substance may be one that is preliminarily bound to the trapping substance or the substance to be detected, or may be a labeling substance that specifically binds to the product obtained by the specific binding of the trapping substance and the test substance. Good. In the following, the case where a luminescent substance is mainly used as a labeling substance will be described in detail.

<金属系粒子集合体層>
本発明のセンサーチップの好ましい実施形態において、金属系粒子集合体層は下記のいずれかの特徴を有する。
<Metallic particle aggregate layer>
In a preferred embodiment of the sensor chip of the present invention, the metal-based particle aggregate layer has any of the following characteristics.

〔i〕金属系粒子集合体層を構成する金属系粒子が、その隣り合う金属系粒子との平均距離が1〜150nmの範囲内となるように配置されている(第1の実施形態)、
〔ii〕金属系粒子集合体層は、可視光領域における吸光スペクトルにおいて、上記平均粒径と同じ粒径、上記平均高さと同じ高さおよび同じ材質からなる金属系粒子を、金属系粒子間の距離がすべて1〜2μmの範囲内となるように配置した参照金属系粒子集合体(X)と比べて、最も長波長側にあるピークの極大波長が30〜500nmの範囲で短波長側にシフトしている(第2の実施形態)、
〔iii〕金属系粒子集合体層は、可視光領域における吸光スペクトルにおいて、上記平均粒径と同じ粒径、上記平均高さと同じ高さおよび同じ材質からなる金属系粒子を、金属系粒子間の距離がすべて1〜2μmの範囲内となるように配置した参照金属系粒子集合体(Y)よりも、同じ金属系粒子数での比較において、最も長波長側にあるピークの極大波長における吸光度が高い(第3の実施形態)。
[I] The metal-based particles constituting the metal-based particle aggregate layer are arranged so that the average distance from the adjacent metal-based particles is within the range of 1 to 150 nm (first embodiment).
[Ii] In the absorption spectrum in the visible light region, the metal-based particle aggregate layer comprises metal-based particles having the same particle size as the average particle size, the same height as the average height, and the same material among the metal-based particles. Compared to the reference metal particle aggregate (X) arranged so that the distances are all within the range of 1 to 2 μm, the maximum wavelength of the peak on the longest wavelength side shifts to the short wavelength side in the range of 30 to 500 nm. (Second embodiment),
[Iii] In the absorption spectrum in the visible light region, the metal-based particle aggregate layer comprises metal-based particles having the same particle size as the average particle size, the same height as the average height, and the same material among the metal-based particles. Compared to the reference metal particle aggregate (Y) arranged so that the distances are all within the range of 1 to 2 μm, the absorbance at the maximum wavelength of the peak on the longest wavelength side is higher than that of the reference metal particle aggregate (Y) with the same number of metal particles. High (third embodiment).

(第1の実施形態)
上記〔i〕の特徴を有する金属系粒子集合体層を備える本実施形態のセンサーチップは、次の点において極めて有利である。
(First Embodiment)
The sensor chip of the present embodiment provided with the metal-based particle aggregate layer having the above-mentioned characteristic [i] is extremely advantageous in the following points.

(1)本実施形態に係る金属系粒子集合体層が極めて強いプラズモン共鳴を示すため、従来のプラズモン材料を用いる場合と比較して、より強い発光増強効果を得ることができ、これにより発光効率を飛躍的に高めることができる。金属系粒子集合体層が示すプラズモン共鳴の強さは、特定波長における個々の金属系粒子が示す局在プラズモン共鳴の単なる総和ではなく、それ以上の強さである。すなわち、30個以上の所定形状の金属系粒子が上記の所定間隔で密に配置されることにより、個々の金属系粒子が相互作用して、極めて強いプラズモン共鳴が発現する。これは、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用により発現したものと考えられる。 (1) Since the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment exhibits extremely strong plasmon resonance, a stronger luminescence enhancing effect can be obtained as compared with the case where a conventional plasmon material is used, thereby achieving luminous efficiency. Can be dramatically increased. The strength of the plasmon resonance exhibited by the metal-based particle aggregate layer is not merely the sum of the localized plasmon resonance exhibited by the individual metal-based particles at a specific wavelength, but is stronger than that. That is, when 30 or more metal-based particles having a predetermined shape are densely arranged at the above-mentioned predetermined intervals, the individual metal-based particles interact with each other to develop extremely strong plasmon resonance. It is considered that this was expressed by the interaction between the localized plasmons of the metallic particles.

一般にプラズモン材料は、吸光光度法で吸光スペクトルを測定したとき、紫外〜可視領域におけるピークとしてプラズモン共鳴ピーク(以下、プラズモンピークともいう)が観測され、このプラズモンピークの極大波長における吸光度値の大小から、そのプラズモン材料のプラズモン共鳴の強さを略式に評価することができるが、本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、これをガラス基板上に積層した状態で吸光スペクトルを測定したとき、可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長における吸光度が1以上、さらには1.5以上、なおさらには2程度となり得る。 In general, when the absorption spectrum of a plasmon material is measured by the absorptiometry method, a plasmon resonance peak (hereinafter, also referred to as a plasmon peak) is observed as a peak in the ultraviolet to visible region, and the magnitude of the absorbance value at the maximum wavelength of this plasmon peak is used. , The strength of the plasmon resonance of the plasmon material can be roughly evaluated, but when the absorption spectrum of the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment is measured in a state where it is laminated on a glass substrate, The absorbance of the plasmon peak on the longest wavelength side in the visible light region at the maximum wavelength can be 1 or more, 1.5 or more, and even 2 or so.

金属系粒子集合体層の吸光スペクトルは、吸光光度法によって、ガラス基板に積層した状態で測定される。具体的には、吸光スペクトルは、金属系粒子集合体層が積層されたガラス基板の裏面側(金属系粒子集合体層とは反対側)であって、基板面に垂直な方向から紫外〜可視光領域の入射光を照射し、金属系粒子集合体層側に透過した全方向における透過光の強度Iと、前記金属系粒子集合体膜積層基板の基板と同じ厚み、材質の基板であって、金属系粒子集合体膜が積層されていない基板の面に垂直な方向から先と同じ入射光を照射し、入射面の反対側から透過した全方向における透過光の強度I0を、それぞれ積分球分光光度計を用いて測定することにより得られる。このとき、吸光スペクトルの縦軸である吸光度は、下記式:
吸光度=−log10(I/I0
で表される。
The absorption spectrum of the metal-based particle aggregate layer is measured by the absorptiometry in a state of being laminated on a glass substrate. Specifically, the absorption spectrum is on the back surface side of the glass substrate on which the metal-based particle aggregate layer is laminated (the side opposite to the metal-based particle aggregate layer), and is ultraviolet to visible from the direction perpendicular to the substrate surface. A substrate having the same thickness and material as the substrate of the metal-based particle aggregate film laminated substrate and the intensity I of the transmitted light in all directions transmitted to the metal-based particle aggregate layer side by irradiating the incident light in the optical region. , The same incident light as before is irradiated from the direction perpendicular to the surface of the substrate on which the metal particle aggregate film is not laminated, and the intensity I 0 of the transmitted light in all directions transmitted from the opposite side of the incident surface is integrated. Obtained by measurement using a spherical spectrophotometer. At this time, the absorbance, which is the vertical axis of the absorption spectrum, is calculated by the following equation:
Absorbance = -log 10 (I / I 0 )
It is represented by.

(2)金属系粒子集合体層によるプラズモン共鳴の作用範囲(プラズモンによる増強効果の及ぶ範囲)が著しく伸長されているため、従来のプラズモン材料を用いる場合と比較して、より強い発光増強効果を得ることができ、このことは上記と同様、発光効率の飛躍的な向上に寄与する。すなわち、この作用範囲の大幅な伸長によって、金属系粒子集合体層を十分に保護するものとするために金属系粒子集合体を覆う第1層の平均厚みが10nm以上であっても、または担持物質及び被検出物質が大きいものであっても、標識物質の発光を増強させることが可能になり、これによりセンサーチップの発光効率を著しく向上させることができる。 (2) Since the range of action of plasmon resonance by the metallic particle aggregate layer (the range covered by the plasmon enhancing effect) is significantly extended, a stronger luminous enhancement effect can be obtained as compared with the case of using a conventional plasmon material. It can be obtained, which contributes to a dramatic improvement in luminous efficiency as described above. That is, even if the average thickness of the first layer covering the metal-based particle aggregate is 10 nm or more or is supported in order to sufficiently protect the metal-based particle aggregate layer by the significant extension of this range of action. Even if the substance and the substance to be detected are large, it is possible to enhance the light emission of the labeling substance, which can significantly improve the light emission efficiency of the sensor chip.

このような伸長作用もまた、30個以上の所定形状の金属系粒子を所定間隔で密に配置したことによって生じた金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用により発現したものと考えられる。本実施形態の金属系粒子集合体層によれば、従来では概ねフェルスター距離の範囲内(約10nm以下)に限定されていたプラズモン共鳴の作用範囲を、たとえば数百nm程度まで伸長することができる。 It is considered that such an elongation action is also exhibited by the interaction between the localized plasmons of the metal-based particles generated by densely arranging 30 or more metal-based particles having a predetermined shape at predetermined intervals. According to the metal-based particle aggregate layer of the present embodiment, the range of action of plasmon resonance, which was conventionally limited to within the range of Felster distance (about 10 nm or less), can be extended to, for example, about several hundred nm. it can.

このように本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、それ単独では双極子型の局在プラズモンが可視光領域で生起し難い比較的大型の金属系粒子を用いるにもかかわらず、このような大型の金属系粒子(所定の形状を有していることが必要であるが)の特定数以上を、特定の間隔を置いて密に配置することにより、当該大型の金属系粒子が内包する極めて多数の表面自由電子を有効にプラズモンとして励起することができ、著しく強いプラズモン共鳴およびプラズモン共鳴の作用範囲の著しい伸長の実現を可能にしたものである。 As described above, the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment uses relatively large metal-based particles in which dipole-type localized plasmons are unlikely to occur in the visible light region by itself. By densely arranging a specific number or more of large metallic particles (although they must have a predetermined shape) at specific intervals, the large metallic particles are included. An extremely large number of surface free electrons can be effectively excited as plasmons, which makes it possible to realize extremely strong plasmon resonance and a remarkable extension of the working range of plasmon resonance.

また、本実施形態のセンサーチップは、その金属系粒子集合体層が特定の形状を有する比較的大型な金属系粒子の特定数以上を二次元的に特定の間隔で離間して配置した構造を有していることに起因して、次のような有利な効果を奏し得る。 Further, the sensor chip of the present embodiment has a structure in which a specific number or more of relatively large metal-based particles having a specific shape are arranged two-dimensionally at specific intervals in the metal-based particle aggregate layer. Due to having, the following advantageous effects can be obtained.

(3)本実施形態に係る金属系粒子集合体層では、可視光領域における吸光スペクトルにおいて、金属系粒子の平均粒径および粒子間の平均距離に依存して、プラズモンピークの極大波長が特異なシフトを示し得るため、特定の(所望の)波長領域の発光を、特に増強させることが可能になる。具体的には、粒子間の平均距離を一定にして金属系粒子の平均粒径を大きくするに従い、可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長が短波長側にシフト(ブルーシフト)する。同様に、大型の金属系粒子の平均粒径を一定にして粒子間の平均距離を小さくするに従い(金属系粒子をより密に配置すると)、可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長が短波長側にシフトする。この特異な現象は、プラズモン材料に関して一般的に認められているミー散乱理論(この理論に従えば、粒径が大きくなるとプラズモンピークの極大波長は長波長側にシフト(レッドシフト)する。)に反するものである。 (3) In the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, the maximum wavelength of the plasmon peak is peculiar in the absorption spectrum in the visible light region, depending on the average particle size of the metal-based particles and the average distance between the particles. Since it can exhibit a shift, it is possible to particularly enhance the emission in a specific (desired) wavelength region. Specifically, as the average distance between the particles is kept constant and the average particle size of the metal particles is increased, the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side in the visible light region shifts to the short wavelength side (blue shift). ). Similarly, as the average particle size of the large metallic particles is kept constant and the average distance between the particles is reduced (when the metallic particles are arranged more densely), the plasmon peak on the longest wavelength side in the visible light region The maximum wavelength shifts to the short wavelength side. This peculiar phenomenon is due to the Mie scattering theory generally accepted for plasmon materials (according to this theory, the maximum wavelength of the plasmon peak shifts to the long wavelength side (red shift) as the particle size increases). It is contrary to that.

上記のような特異なブルーシフトもまた、金属系粒子集合体層が大型の金属系粒子を特定の間隔を置いて密に配置した構造を有しており、これに伴い、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用が生じていることによるものと考えられる。本実施形態に係る金属系粒子集合体層(ガラス基板上に積層した状態)は、金属系粒子の形状や粒子間の距離に応じて、吸光光度法によって測定される可視光領域における吸光スペクトルにおいて、最も長波長側にあるプラズモンピークが、たとえば350〜550nmの波長領域に極大波長を示し得る。また、本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、金属系粒子が十分に長い粒子間距離(たとえば1μm)を置いて配置される場合と比較して、典型的には30〜500nm程度(たとえば30〜250nm)のブルーシフトを生じ得る。 The peculiar blue shift as described above also has a structure in which the metal-based particle aggregate layer densely arranges large metal-based particles at specific intervals, and accordingly, the station of the metal-based particles It is considered that this is due to the interaction between the plasmons in the plasmon. The metal-based particle aggregate layer (in a state of being laminated on a glass substrate) according to the present embodiment has an absorption spectrum in a visible light region measured by an absorptiometry according to the shape of the metal-based particles and the distance between the particles. The plasmon peak on the longest wavelength side can exhibit a maximum wavelength in the wavelength region of, for example, 350 to 550 nm. Further, the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment is typically about 30 to 500 nm (compared to the case where the metal-based particles are arranged at a sufficiently long inter-particle distance (for example, 1 μm)). For example, a blue shift of 30-250 nm) can occur.

このようなプラズモンピークの極大波長がブルーシフトした金属系粒子集合体層を備えるセンサーチップは、たとえば次の点で極めて有利である。すなわち、比較的発光効率の低い青色発光物質を標識物質として用いる場合であっても、その発光効率を十分な程度にまで増強させることができる。 A sensor chip including such a metal-based particle aggregate layer in which the maximum wavelength of the plasmon peak is blue-shifted is extremely advantageous in the following points, for example. That is, even when a blue luminescent substance having a relatively low luminous efficiency is used as a labeling substance, the luminous efficiency can be enhanced to a sufficient extent.

次に、本実施形態に係る金属系粒子集合体層の具体的構成について説明する。
金属系粒子集合体層を構成する金属系粒子は、ナノ粒子またはその集合体としたときに、吸光光度法による吸光スペクトル測定において、紫外〜可視領域にプラズモンピークを有する材料からなる限り特に限定されず、たとえば、金、銀、銅、白金、パラジウム等の貴金属や、アルミニウム、タンタル等の金属;該貴金属または金属を含有する合金;該貴金属または金属を含む金属化合物(金属酸化物や金属塩など)を挙げることができる。これらのなかでも、金、銀、銅、白金、パラジウム等の貴金属が好ましく、安価で、吸収が小さい(可視光波長において誘電関数の虚部が小さい)ことから銀であることがより好ましい。
Next, a specific configuration of the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment will be described.
The metal-based particles constituting the metal-based particle aggregate layer are particularly limited as long as they are made of a material having a plasmon peak in the ultraviolet to visible region in the absorption spectrum measurement by the absorptiometry when the nanoparticles or their aggregates are formed. For example, precious metals such as gold, silver, copper, platinum, and palladium, metals such as aluminum and tantalum; alloys containing the precious metals or metals; metal compounds containing the precious metals or metals (metal oxides, metal salts, etc.) ) Can be mentioned. Among these, precious metals such as gold, silver, copper, platinum, and palladium are preferable, and silver is more preferable because it is inexpensive and has low absorption (the imaginary part of the dielectric function is small at the visible light wavelength).

金属系粒子の平均粒径は200〜1600nmの範囲内であり、上記(1)〜(3)の効果を効果的に得るために、好ましくは200〜1200nm、より好ましくは250〜500nm、さらに好ましくは300〜500nmの範囲内である。ここで特筆すべき点は、たとえば平均粒径500nmという大型の金属系粒子は、上述のように、それ単独では局在プラズモンによる増強効果がほとんど認められないということである。これに対し本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、このような大型の金属系粒子の所定数(30個)以上を所定の間隔で密に配置することにより、著しく強いプラズモン共鳴およびプラズモン共鳴の作用範囲の著しい伸長、さらには上記(3)の効果を実現するものである。 The average particle size of the metal particles is in the range of 200 to 1600 nm, and in order to effectively obtain the effects of (1) to (3) above, it is preferably 200 to 1200 nm, more preferably 250 to 500 nm, and even more preferably. Is in the range of 300 to 500 nm. What should be noted here is that, for example, a large metal-based particle having an average particle size of 500 nm has almost no enhancing effect by localized plasmon by itself, as described above. On the other hand, in the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, remarkably strong plasmon resonance and plasmon are formed by densely arranging a predetermined number (30) or more of such large metal-based particles at predetermined intervals. It realizes a remarkable extension of the action range of resonance and the effect of (3) above.

金属系粒子の平均粒径とは、二次元的に金属系粒子が配置された金属系粒子集合体(膜)の直上からのSEM観察画像において、無作為に粒子を10個選択し、各粒子像内に無作為に接線径を5本引き(ただし、接線径となる直線はいずれも粒子像内部のみを通ることができ、このうち1本は粒子内部のみ通り、最も長く引ける直線であるものとする)、その平均値を各粒子の粒径としたときの、選択した10個の粒径の平均値である。接線径とは、粒子の輪郭(投影像)をこれに接する2本の平行線で挟んだときの間隔(日刊工業新聞社 「粒子計測技術」,1994,第5頁)を結ぶ垂線と定義する。 The average particle size of the metal-based particles is defined as the average particle size of 10 particles randomly selected from the SEM observation image from directly above the metal-based particle aggregate (film) in which the metal-based particles are arranged in two dimensions. Randomly draw 5 tangent diameters in the image (however, all straight lines with tangent diameters can pass only inside the particle image, and one of them is the longest straight line that can be drawn only inside the particle. ), It is the average value of the selected 10 particle sizes when the average value is taken as the particle size of each particle. The tangent diameter is defined as a perpendicular line connecting the contour (projected image) of a particle between two parallel lines in contact with it (Nikkan Kogyo Shimbun, "Particle Measurement Technology", 1994, p. 5). ..

平均粒径の測定方法についてより具体的に説明すると、まずSEM観察画像は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「JSM−5500」を用いて測定する。次いで、得られた観察画像を、アメリカ国立衛生研究所製のフリー画像処理ソフト「ImageJ」を用いて横1280ピクセル×縦960ピクセルで読み込む。次に、Microsoft社製の表計算ソフト「excel」の乱数発生関数「RANDBETWEEN」を用いて、1〜1280から10個の乱数(x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10)、1〜960から10個の乱数(y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8、y9、y10)をそれぞれ得る。得られた各10個の乱数から10組の乱数組み合わせ(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)、(x5,y5)、(x6,y6)、(x7,y7)、(x8,y8)、(x9,y9)及び(x10,y10)を得る。1〜1280から発生させた乱数の数値をx座標、1〜960から発生させた乱数の数値をy座標として、10組の座標点(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)、(x5,y5)、(x6,y6)、(x7,y7)、(x8,y8)、(x9,y9)及び(x10,y10)を得る。そして、当該座標点を含む合計10個の粒子像のそれぞれについて上記の接線径平均値を得、次いで当該10個の接線径平均値の平均値として平均粒径を得る。10組の乱数組み合わせである10個の座標点の少なくともいずれか1つが粒子像内に含まれない場合、あるいは同一粒子内に2つ以上の座標点が含まれる場合には、この乱数組み合わせを破棄し、10個の座標点がすべて異なる粒子像内に含まれるまで乱数発生を繰り返す。More specifically, the method for measuring the average particle size will be described. First, the SEM observation image is measured using a scanning electron microscope "JSM-5500" manufactured by JEOL Ltd. Next, the obtained observation image is read in a width of 1280 pixels and a height of 960 pixels using the free image processing software "ImageJ" manufactured by the National Institutes of Health. Next, using the random number generation function "RANDBETWEEN" of the spreadsheet software "excel" manufactured by Microsoft, 10 random numbers (x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5 , x 6) from 1 to 1280. , X 7 , x 8 , x 9 , x 10 ), 1 to 960 to 10 random numbers (y 1 , y 2 , y 3 , y 4 , y 5 , y 6 , y 7 , y 8 , y 9 , y 10 ) are obtained respectively. 10 sets of random number combinations (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ), (x 3 , y 3 ), (x 4 , y 4 ), (x 5 , y 1) from each of the obtained 10 random numbers. We obtain y 5 ), (x 6 , y 6 ), (x 7 , y 7 ), (x 8 , y 8 ), (x 9 , y 9 ) and (x 10 , y 10). Ten sets of coordinate points (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ), where the numerical value of the random number generated from 1 to 1280 is the x coordinate and the numerical value of the random number generated from 1 to 960 is the y coordinate. (X 3 , y 3 ), (x 4 , y 4 ), (x 5 , y 5 ), (x 6 , y 6 ), (x 7 , y 7 ), (x 8 , y 8 ), (x Obtain 9 , y 9 ) and (x 10 , y 10 ). Then, the above average value of the tangential diameters is obtained for each of the total of 10 particle images including the coordinate points, and then the average particle size is obtained as the average value of the average values of the 10 tangent diameters. If at least one of the 10 coordinate points, which is a set of 10 random number combinations, is not included in the particle image, or if two or more coordinate points are included in the same particle, this random number combination is discarded. Then, random number generation is repeated until all 10 coordinate points are included in different particle images.

金属系粒子の平均高さは55〜500nmの範囲内であり、上記(1)〜(3)の効果を効果的に得るために、好ましくは55〜300nm、より好ましくは70〜150nmの範囲内である。金属系粒子の平均高さとは、金属系粒子集合体層(膜)のAFM観察画像において、無作為に粒子を10個選択し、これら10個の粒子の高さを測定したときの、10個の測定値の平均値である。 The average height of the metallic particles is in the range of 55 to 500 nm, preferably in the range of 55 to 300 nm, more preferably in the range of 70 to 150 nm in order to effectively obtain the effects (1) to (3) above. Is. The average height of the metal-based particles is 10 when 10 particles are randomly selected in the AFM observation image of the metal-based particle aggregate layer (film) and the heights of these 10 particles are measured. It is the average value of the measured values of.

金属系粒子のアスペクト比は1〜8の範囲内であり、上記(1)〜(3)の効果を効果的に得るために、好ましくは2〜8、より好ましくは2.5〜8の範囲内である。金属系粒子のアスペクト比は、上記平均高さに対する上記平均粒径の比(平均粒径/平均高さ)で定義される。金属系粒子は真球状であってもよいが、アスペクト比が1を超える扁平形状を有していることが好ましい。 The aspect ratio of the metallic particles is in the range of 1 to 8, preferably in the range of 2 to 8, and more preferably in the range of 2.5 to 8 in order to effectively obtain the effects of (1) to (3) above. Inside. The aspect ratio of the metallic particles is defined by the ratio of the average particle size to the average height (average particle size / average height). The metallic particles may be spherical, but preferably have a flat shape having an aspect ratio of more than 1.

金属系粒子は、効果の高いプラズモンを励起する観点から、その表面が滑らかな曲面からなることが好ましく、とりわけ表面が滑らかな曲面からなる扁平形状を有していることがより好ましいが、表面に微小な凹凸(粗さ)を幾分含んでいてもよく、このような意味において金属系粒子は不定形であってもよい。 From the viewpoint of exciting highly effective plasmons, the metal particles preferably have a smooth curved surface, and more preferably have a flat shape having a smooth curved surface. It may contain some fine irregularities (roughness), and in this sense, the metal-based particles may have an irregular shape.

金属系粒子集合体層面内におけるプラズモン共鳴の強さの均一性に鑑み、金属系粒子間のサイズのバラツキはできるだけ小さいことが好ましい。ただし、粒径に多少バラツキが生じたとしても、大型粒子間の距離が大きくなることは好ましくなく、その間を小型の粒子が埋めることで大型粒子間の相互作用を発現しやすくすることが好ましい。 In view of the uniformity of the strength of plasmon resonance in the layer plane of the metal-based particle aggregate, it is preferable that the size variation between the metal-based particles is as small as possible. However, even if there is some variation in the particle size, it is not preferable that the distance between the large particles is large, and it is preferable that the small particles fill the space between the large particles to facilitate the interaction between the large particles.

本実施形態に係る金属系粒子集合体層において金属系粒子は、その隣り合う金属系粒子との平均距離(以下、平均粒子間距離ともいう。)が1〜150nmの範囲内となるように配置される。このように金属系粒子を密に配置することにより、著しく強いプラズモン共鳴およびプラズモン共鳴の作用範囲の著しい伸長、さらには上記(3)の効果を実現することができる。当該平均距離は、上記(1)〜(3)の効果を効果的に得るために、好ましくは1〜100nm、より好ましくは1〜50nm、さらに好ましくは1〜20nmの範囲内である。平均粒子間距離が1nm未満であると、粒子間でデクスター機構に基づく電子移動が生じ、局在プラズモンの失活の点で不利となる。 In the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, the metal-based particles are arranged so that the average distance between the metal-based particles and the adjacent metal-based particles (hereinafter, also referred to as the average inter-particle distance) is within the range of 1 to 150 nm. Will be done. By arranging the metal-based particles densely in this way, it is possible to realize a remarkably strong plasmon resonance, a remarkably extended range of action of the plasmon resonance, and the effect of (3) above. The average distance is preferably in the range of 1 to 100 nm, more preferably 1 to 50 nm, and further preferably 1 to 20 nm in order to effectively obtain the effects of (1) to (3). If the average interparticle distance is less than 1 nm, electron transfer based on the Dexter mechanism occurs between the particles, which is disadvantageous in terms of deactivation of localized plasmons.

金属系粒子が互いに離間して配置されている金属系粒子集合体層は、当該層として導電性を示さないものであり、具体的には、金属系粒子集合体層20にマルチメーター〔テスター(ヒューレット・パッカード社製「E2378A」)〕の一対のテスタープローブを10〜15mm離して接触させたとき、レンジ設定「30MΩ」のときに、当該測定条件にて抵抗値が30MΩ以上である結果、「オーバーロード」と表示される。一部もしくは全ての金属系粒子間で電子の授受が可能であると、プラズモンピークは先鋭さを失い、バルク金属の吸光スペクトルに近づき、また高いプラズモン共鳴が得られない。従って、金属系粒子間は確実に離間されており、金属系粒子間には導電性物質が介在されないことが好ましい。 The metal-based particle aggregate layer in which the metal-based particles are arranged apart from each other does not exhibit conductivity as the layer. Specifically, the metal-based particle aggregate layer 20 is subjected to a multimeter [tester (tester (tester)). When a pair of tester probes manufactured by Hulett-Packard Co., Ltd. "E2378A")] are brought into contact with each other at a distance of 10 to 15 mm, and when the range setting is "30 MΩ", the resistance value is 30 MΩ or more under the measurement conditions. "Overload" is displayed. When electrons can be transferred between some or all metallic particles, the plasmon peak loses its sharpness and approaches the absorption spectrum of bulk metal, and high plasmon resonance cannot be obtained. Therefore, it is preferable that the metal-based particles are surely separated from each other and that no conductive substance is interposed between the metal-based particles.

平均粒子間距離とは、二次元的に金属系粒子が配置された金属系粒子集合体層の直上からのSEM観察画像において、無作為に粒子を30個選択し、選択したそれぞれの粒子について、隣り合う粒子との粒子間距離を求めたときの、これら30個の粒子の粒子間距離の平均値である。隣り合う粒子との粒子間距離とは、すべての隣り合う粒子との距離(表面同士間の距離である)をそれぞれ測定し、これらを平均した値である。 The average inter-particle distance is an SEM observation image from directly above the metal-based particle aggregate layer in which the metal-based particles are two-dimensionally arranged. It is an average value of the interparticle distances of these 30 particles when the interparticle distances with adjacent particles are obtained. The inter-particle distance between adjacent particles is a value obtained by measuring the distances between all adjacent particles (distances between surfaces) and averaging them.

平均粒子間距離の測定方法についてより具体的に説明すると、まずSEM観察画像は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡「JSM−5500」を用いて測定する。次いで、得られた観察画像を、アメリカ国立衛生研究所製のフリー画像処理ソフト「ImageJ」を用いて横1280ピクセル×縦960ピクセルで読み込む。次に、Microsoft社製の表計算ソフト「excel」の乱数発生関数「RANDBETWEEN」を用いて、1〜1280から30個の乱数(x1〜x30)、1〜960から30個の乱数(y1〜y30)をそれぞれ得る。得られた各30個の乱数から30組の乱数組み合わせ(x1,y1)から(x30,y30)を得る。1〜1280から発生させた乱数の数値をx座標、1〜960から発生させた乱数の数値をy座標として、30組の座標点(x1,y1)〜(x30,y30)を得る。そして、当該座標点を含む合計30個の粒子像のそれぞれについて、当該粒子と隣り合う粒子との粒子間距離を得、次いで当該30個の隣り合う粒子との粒子間距離の平均値として平均粒子間距離を得る。30組の乱数組み合わせである30個の座標点の少なくともいずれか1つが粒子像内に含まれない場合、あるいは同一粒子内に2つ以上の座標点が含まれる場合には、この乱数組み合わせを破棄し、30個の座標点がすべて異なる粒子像内に含まれるまで乱数発生を繰り返す。More specifically, the method for measuring the average interparticle distance will be described. First, the SEM observation image is measured using a scanning electron microscope "JSM-5500" manufactured by JEOL Ltd. Next, the obtained observation image is read in a width of 1280 pixels and a height of 960 pixels using the free image processing software "ImageJ" manufactured by the National Institutes of Health. Next, using the random number generation function "RANDBETWEEN" of the spreadsheet software "excel" manufactured by Microsoft, 1 to 1280 to 30 random numbers (x 1 to x 30 ) and 1 to 960 to 30 random numbers (y). 1 to y 30 ) are obtained respectively. From each of the obtained 30 random numbers, 30 sets of random number combinations (x 1 , y 1 ) are obtained (x 30 , y 30). 30 sets of coordinate points (x 1 , y 1 ) to (x 30 , y 30 ) are set with the numerical value of the random number generated from 1 to 1280 as the x coordinate and the numerical value of the random number generated from 1 to 960 as the y coordinate. obtain. Then, for each of the total of 30 particle images including the coordinate points, the interparticle distance between the particle and the adjacent particle is obtained, and then the average particle is used as the average value of the interparticle distance between the 30 adjacent particles. Get the distance. If at least one of the 30 coordinate points, which is a combination of 30 random numbers, is not included in the particle image, or if two or more coordinate points are included in the same particle, this random number combination is discarded. Then, random number generation is repeated until all 30 coordinate points are included in different particle images.

金属系粒子集合体層に含まれる金属系粒子の数は30個以上であり、好ましくは50個以上である。金属系粒子を30個以上含む集合体を形成することにより、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用によって極めて強いプラズモン共鳴およびプラズモン共鳴の作用範囲の伸長が発現する。 The number of metal-based particles contained in the metal-based particle aggregate layer is 30 or more, preferably 50 or more. By forming an aggregate containing 30 or more metal-based particles, extremely strong plasmon resonance and extension of the action range of plasmon resonance are exhibited by the interaction between the localized plasmons of the metal-based particles.

センサーチップの一般的な素子面積に照らせば、金属系粒子集合体に含まれる金属系粒子の数は、たとえば300個以上、さらには17500個以上となり得る。 In light of the general element area of the sensor chip, the number of metal-based particles contained in the metal-based particle aggregate can be, for example, 300 or more, or even 17,500 or more.

金属系粒子集合体層における金属系粒子の数密度は、7個/μm2以上であることが好ましく、15個/μm2以上であることがより好ましい。The number density of the metal-based particles in the metal-based particle aggregate layer is preferably 7 particles / μm 2 or more, and more preferably 15 particles / μm 2 or more.

金属系粒子集合体層において、金属系粒子間は互いに絶縁されている、換言すれば、隣り合う金属系粒子との間に関して非導電性(金属系粒子集合体層として非導電性)であることが好ましい。一部もしくは全ての金属系粒子間で電子の授受が可能であると、プラズモンピークは先鋭さを失い、バルク金属の吸光スペクトルに近づき、また高いプラズモン共鳴が得られない。したがって、金属系粒子間は確実に離間されており、金属系粒子間には導電性物質が介在されないことが好ましい。 In the metal-based particle aggregate layer, the metal-based particles are insulated from each other, in other words, they are non-conductive with respect to adjacent metal-based particles (non-conductive as a metal-based particle aggregate layer). Is preferable. When electrons can be transferred between some or all metallic particles, the plasmon peak loses its sharpness and approaches the absorption spectrum of bulk metal, and high plasmon resonance cannot be obtained. Therefore, it is preferable that the metal-based particles are surely separated from each other and that no conductive substance is interposed between the metal-based particles.

(第2の実施形態)
本実施形態のセンサーチップは、可視光領域における吸光スペクトルにおいて、上記参照金属系粒子集合体(X)と比べて、最も長波長側にあるピークの極大波長が30〜500nmの範囲で短波長側にシフトしている(上記〔ii〕の特徴を有する)金属系粒子集合体層を備えるものである。このような特徴を有する金属系粒子集合体層を備える本実施形態のセンサーチップは、次の点において極めて有利である。
(Second Embodiment)
In the absorption spectrum in the visible light region, the sensor chip of the present embodiment has a peak maximum wavelength in the range of 30 to 500 nm on the longest wavelength side as compared with the reference metal particle aggregate (X) on the short wavelength side. It includes a metal-based particle aggregate layer (having the characteristics of [ii] above) that is shifted to. The sensor chip of the present embodiment provided with the metal-based particle aggregate layer having such characteristics is extremely advantageous in the following points.

(I)本実施形態に係る金属系粒子集合体層では、可視光領域における吸光スペクトルにおいて、最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長が特異的な波長領域に存在するため、特定の(所望の)波長領域の発光を、特に増強させることが可能になる。具体的には、本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、吸光スペクトルを測定したとき、上記プラズモンピークの極大波長が、後述する参照金属系粒子集合体(X)の極大波長に比べて、30〜500nmの範囲(たとえば30〜250nmの範囲)で短波長側にシフト(ブルーシフト)しており、典型的には、上記プラズモンピークの極大波長は350〜550nmの範囲内にある。 (I) In the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, since the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side exists in a specific wavelength region in the absorption spectrum in the visible light region, it is specific (desired). It is possible to particularly enhance the light emission in the wavelength region. Specifically, in the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, when the absorption spectrum is measured, the maximum wavelength of the plasmon peak is higher than the maximum wavelength of the reference metal-based particle aggregate (X) described later. , 30 to 500 nm (for example, 30 to 250 nm) shifts to the short wavelength side (blue shift), and typically, the maximum wavelength of the plasmon peak is in the range of 350 to 550 nm.

上記ブルーシフトは、金属系粒子集合体層が特定の形状を有する大型な金属系粒子の特定数以上を二次元的に離間して配置した構造を有しており、これに伴い、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用が生じていることによるものと考えられる。 The blue shift has a structure in which a metal-based particle aggregate layer has a structure in which a specific number or more of large metal-based particles having a specific shape are arranged two-dimensionally separated from each other. It is considered that this is due to the interaction between the localized plasmons of.

青色またはその近傍波長領域にプラズモンピークを有する本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、青色またはその近傍波長領域の発光物質を有する被検出物質を検出するセンサーチップの発光増強に極めて有用であり、かかる金属系粒子集合体層を備えるセンサーチップでは、比較的発光効率の低い青色発光材料を用いる場合であっても、その発光効率を十分な程度にまで増強させることができる。 The metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment having a plasmon peak in the blue or near wavelength region is extremely useful for enhancing the light emission of a sensor chip that detects a substance to be detected having a luminescent substance in the blue or near wavelength region. Therefore, in the sensor chip provided with such a metal-based particle aggregate layer, the luminous efficiency can be sufficiently enhanced even when a blue light emitting material having a relatively low luminous efficiency is used.

ここで、ある金属系粒子集合体と参照金属系粒子集合体(X)との間で最も長波長側にあるピークの極大波長や該極大波長における吸光度を比較する場合には、両者について、顕微鏡(Nikon社製「OPTIPHOT−88」と分光光度計(大塚電子社製「MCPD−3000」)とを用い、測定視野を絞って吸光スペクトル測定を行う。 Here, when comparing the maximum wavelength of the peak on the longest wavelength side and the absorbance at the maximum wavelength between a certain metal-based particle aggregate and the reference metal-based particle aggregate (X), both are microscopically measured. (Using a Nikon "OPTIPHOT-88" and a spectrophotometer ("MCPD-3000" manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), the absorbance spectrum is measured by narrowing the measurement field.

参照金属系粒子集合体(X)は、吸光スペクトル測定の対象となる金属系粒子集合体層が有する平均粒径、平均高さと同じ粒径、高さおよび同じ材質を有する金属系粒子Aを、金属系粒子間の距離がすべて1〜2μmの範囲内となるように配置した金属系粒子集合体であって、ガラス基板に積層した状態で、上記の顕微鏡を利用した吸光スペクトル測定を行い得る程度の大きさを有するものである。 The reference metal-based particle aggregate (X) is a metal-based particle A having an average particle size, the same particle size, height, and the same material as the average height of the metal-based particle aggregate layer to be measured by the absorption spectrum. It is a metal-based particle aggregate arranged so that the distances between the metal-based particles are all within the range of 1 to 2 μm, and the absorption spectrum can be measured using the above-mentioned microscope in a state of being laminated on a glass substrate. It has the size of.

参照金属系粒子集合体(X)の吸光スペクトル波形は、金属系粒子Aの粒径および高さ、金属系粒子Aの材質の誘電関数、金属系粒子A周辺の媒体(たとえば空気)の誘電関数、基板(たとえばガラス基板)の誘電関数を用いて、3D−FDTD法によって理論上計算することも可能である。 The absorption spectrum waveform of the reference metal-based particle aggregate (X) is the particle size and height of the metal-based particle A, the dielectric function of the material of the metal-based particle A, and the dielectric function of the medium (for example, air) around the metal-based particle A. , It is also possible to theoretically calculate by the 3D-FDTD method using the dielectric function of a substrate (for example, a glass substrate).

また、本実施形態のセンサーチップは、その金属系粒子集合体層が特定の形状を有する比較的大型な金属系粒子の特定数以上を二次元的に離間して配置した構造を有していることに起因して、(II)金属系粒子集合体層が極めて強いプラズモン共鳴を示し得るため、従来のプラズモン材料を用いる場合と比較して、より強い発光増強効果を得ることができ、これにより発光効率を飛躍的に高めることが可能となる(上記第1の実施形態の効果(1)と同様)、および(III)金属系粒子集合体層によるプラズモン共鳴の作用範囲(プラズモンによる増強効果の及ぶ範囲)が著しく伸長され得るため、従来のプラズモン材料を用いる場合と比較して、より強い発光増強効果を得ることができ、同様に発光効率を飛躍的に高めることが可能となる(上記第1の実施形態の効果(2)と同様)、などの効果を奏し得る。本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、これをガラス基板上に積層した状態で吸光スペクトルを測定したとき、可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長における吸光度が1以上、さらには1.5以上、なおさらには2程度となり得る。 Further, the sensor chip of the present embodiment has a structure in which a specific number or more of relatively large metal-based particles having a specific shape are arranged two-dimensionally apart from each other in the metal-based particle aggregate layer. As a result, (II) the metallic particle aggregate layer can exhibit extremely strong plasmon resonance, so that a stronger luminescence enhancing effect can be obtained as compared with the case where a conventional plasmon material is used. It is possible to dramatically increase the light emission efficiency (similar to the effect (1) of the first embodiment above), and (III) the range of action of plasmon resonance by the metal-based particle aggregate layer (enhancement effect by plasmon). Since the range) can be significantly extended, a stronger luminescence enhancing effect can be obtained as compared with the case where a conventional plasmon material is used, and similarly, the luminescence efficiency can be dramatically increased (the above-mentioned first). The effect of the first embodiment (similar to (2)), and the like can be achieved. The metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment has an absorbance of 1 or more at the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side in the visible light region when the absorption spectrum is measured in a state where the metal-based particle aggregate layer is laminated on a glass substrate. It can be 1.5 or more, and even 2 or more.

次に、本実施形態に係る金属系粒子集合体層の具体的構成について説明する。本実施形態に係る金属系粒子集合体層の具体的構成は、第1の実施形態に係る金属系粒子集合体層の具体的構成(金属系粒子の材質、平均粒径、平均高さ、アスペクト比、平均粒子間距離、金属系粒子の数、金属系粒子集合体層の非導電性など)と基本的には同様であることができる。平均粒径、平均高さ、アスペクト比、平均粒子間距離などの用語の定義も第1の実施形態と同じである。 Next, a specific configuration of the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment will be described. The specific configuration of the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment is the specific configuration of the metal-based particle aggregate layer according to the first embodiment (material of metal-based particles, average particle size, average height, aspect). The ratio, the average inter-particle distance, the number of metal-based particles, the non-conductive nature of the metal-based particle aggregate layer, etc.) can be basically the same. Definitions of terms such as average particle size, average height, aspect ratio, and average interparticle distance are also the same as in the first embodiment.

金属系粒子の平均粒径は200〜1600nmの範囲内であり、上記(I)〜(III)の効果を効果的に得るために、好ましくは200〜1200nm、より好ましくは250〜500nm、さらに好ましくは300〜500nmの範囲内である。本実施形態に係る金属系粒子集合体層では、このような大型の金属系粒子の所定数(30個)以上を二次元的に配置した集合体とすることにより、著しく強いプラズモン共鳴およびプラズモン共鳴の作用範囲の著しい伸長の実現を可能とする。また、上記〔ii〕の特徴(短波長側へのプラズモンピークのシフト)を発現させるうえでも、金属系粒子は、平均粒径が200nm以上の大型であることが必須であり、好ましくは250nm以上である。 The average particle size of the metal-based particles is in the range of 200 to 1600 nm, and in order to effectively obtain the effects of (I) to (III) above, it is preferably 200 to 1200 nm, more preferably 250 to 500 nm, and even more preferably. Is in the range of 300 to 500 nm. In the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, remarkably strong plasmon resonance and plasmon resonance are formed by forming an aggregate in which a predetermined number (30) or more of such large metal-based particles are two-dimensionally arranged. It is possible to realize a remarkable extension of the working range of. Further, in order to exhibit the above-mentioned characteristic [ii] (shift of plasmon peak to the short wavelength side), it is essential that the metal-based particles have a large average particle size of 200 nm or more, preferably 250 nm or more. Is.

本実施形態に係る金属系粒子集合体層では、可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長は、金属系粒子の平均粒径に依存する。すなわち、金属系粒子の平均粒径が一定の値を超えると、当該プラズモンピークの極大波長は短波長側にシフト(ブルーシフト)する。 In the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side in the visible light region depends on the average particle size of the metal-based particles. That is, when the average particle size of the metal-based particles exceeds a certain value, the maximum wavelength of the plasmon peak shifts (blue shifts) to the short wavelength side.

金属系粒子の平均高さは55〜500nmの範囲内であり、上記(I)〜(III)の効果を効果的に得るために、好ましくは55〜300nm、より好ましくは70〜150nmの範囲内である。金属系粒子のアスペクト比は1〜8の範囲内であり、上記(I)〜(III)の効果を効果的に得るために、好ましくは2〜8、より好ましくは2.5〜8の範囲内である。金属系粒子は真球状であってもよいが、アスペクト比が1を超える扁平形状を有していることが好ましい。 The average height of the metallic particles is in the range of 55 to 500 nm, preferably in the range of 55 to 300 nm, more preferably in the range of 70 to 150 nm in order to effectively obtain the effects (I) to (III) above. Is. The aspect ratio of the metallic particles is in the range of 1 to 8, preferably in the range of 2 to 8, and more preferably in the range of 2.5 to 8 in order to effectively obtain the effects (I) to (III) above. Inside. The metallic particles may be spherical, but preferably have a flat shape having an aspect ratio of more than 1.

金属系粒子は、効果の高いプラズモンを励起する観点から、その表面が滑らかな曲面からなることが好ましく、とりわけ表面が滑らかな曲面からなる扁平形状を有していることがより好ましいが、表面に微小な凹凸(粗さ)を幾分含んでいてもよく、このような意味において金属系粒子は不定形であってもよい。また、金属系粒子集合体層面内におけるプラズモン共鳴の強さの均一性に鑑み、金属系粒子間のサイズのバラツキはできるだけ小さいことが好ましい。ただし上述のように、粒径に多少バラツキが生じたとしても、大型粒子間の距離が大きくなることは好ましくなく、その間を小型の粒子が埋めることで大型粒子間の相互作用を発現しやすくすることが好ましい。 From the viewpoint of exciting highly effective plasmons, the metal particles preferably have a smooth curved surface, and more preferably have a flat shape having a smooth curved surface. It may contain some fine irregularities (roughness), and in this sense, the metal-based particles may have an irregular shape. Further, in view of the uniformity of the strength of plasmon resonance in the surface of the metal-based particle aggregate layer, it is preferable that the size variation between the metal-based particles is as small as possible. However, as described above, even if there is some variation in the particle size, it is not preferable that the distance between the large particles is large, and the small particles fill the space between them to facilitate the interaction between the large particles. Is preferable.

本実施形態に係る金属系粒子集合体層において金属系粒子は、その隣り合う金属系粒子との平均距離(平均粒子間距離)が1〜150nmの範囲内となるように配置されることが好ましい。より好ましくは1〜100nm、さらに好ましくは1〜50nm、特に好ましくは1〜20nmの範囲内である。このように金属系粒子を密に配置することにより、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用が効果的に生じ、上記(I)〜(III)の効果が発現されやすくなる。プラズモンピークの極大波長は、金属系粒子の平均粒子間距離に依存するので、平均粒子間距離の調整により、最も長波長側にあるプラズモンピークのブルーシフトの程度や当該プラズモンピークの極大波長を制御することが可能である。平均粒子間距離が1nm未満であると、粒子間でデクスター機構に基づく電子移動が生じ、局在プラズモンの失活の点で不利となる。 In the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, the metal-based particles are preferably arranged so that the average distance (average inter-particle distance) from the adjacent metal-based particles is within the range of 1 to 150 nm. .. It is more preferably in the range of 1 to 100 nm, further preferably 1 to 50 nm, and particularly preferably in the range of 1 to 20 nm. By arranging the metal-based particles densely in this way, the interaction between the localized plasmons of the metal-based particles is effectively generated, and the above-mentioned effects (I) to (III) are likely to be exhibited. Since the maximum wavelength of the plasmon peak depends on the average interparticle distance of the metal-based particles, the degree of blue shift of the plasmon peak on the longest wavelength side and the maximum wavelength of the plasmon peak can be controlled by adjusting the average interparticle distance. It is possible to do. If the average interparticle distance is less than 1 nm, electron transfer based on the Dexter mechanism occurs between the particles, which is disadvantageous in terms of deactivation of localized plasmons.

上記〔ii〕の特徴(短波長側へのプラズモンピークのシフト)を発現させる上記以外の他の手段としては、たとえば、金属系粒子間に、空気とは誘電率の異なる誘電体物質(後述するように非導電性物質であることが好ましい)を介在させる方法を挙げることができる。 As another means other than the above for expressing the above-mentioned characteristic of [ii] (shift of plasmon peak to the short wavelength side), for example, a dielectric substance having a dielectric constant different from that of air between metal-based particles (described later). As described above, a method of interposing (preferably a non-conductive substance) can be mentioned.

金属系粒子集合体層に含まれる金属系粒子の数は30個以上であり、好ましくは50個以上である。金属系粒子を30個以上含む集合体を形成することにより、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用が効果的に生じ、上記〔ii〕の特徴および上記(I)〜(III)の効果の発現が可能となる。 The number of metal-based particles contained in the metal-based particle aggregate layer is 30 or more, preferably 50 or more. By forming an aggregate containing 30 or more metallic particles, the interaction between the localized plasmons of the metallic particles is effectively generated, and the above-mentioned characteristics [ii] and the above-mentioned effects (I) to (III) are obtained. Can be expressed.

センサーチップの一般的な素子面積に照らせば、金属系粒子集合体に含まれる金属系粒子の数は、たとえば300個以上、さらには17500個以上となり得る。 In light of the general element area of the sensor chip, the number of metal-based particles contained in the metal-based particle aggregate can be, for example, 300 or more, or even 17,500 or more.

金属系粒子集合体層における金属系粒子の数密度は、7個/μm2以上であることが好ましく、15個/μm2以上であることがより好ましい。The number density of the metal-based particles in the metal-based particle aggregate layer is preferably 7 particles / μm 2 or more, and more preferably 15 particles / μm 2 or more.

本実施形態の金属系粒子集合体層においても、第1の実施形態と同様、金属系粒子間は互いに絶縁されている、換言すれば、隣り合う金属系粒子との間に関して非導電性(金属系粒子集合体層として非導電性)であることが好ましい。 Also in the metal-based particle aggregate layer of the present embodiment, as in the first embodiment, the metal-based particles are insulated from each other, in other words, they are non-conductive (metal) with respect to adjacent metal-based particles. It is preferable that the system particle aggregate layer is non-conductive).

(第3の実施形態)
本実施形態のセンサーチップは、可視光領域における吸光スペクトルにおいて、上記参照金属系粒子集合体(Y)よりも、同じ金属系粒子数での比較において、最も長波長側にあるピークの極大波長における吸光度が高い(上記〔iii〕の特徴を有する)金属系粒子集合体層を備えるものである。このような特徴を有する金属系粒子集合体層を備える本実施形態のセンサーチップは、次の点において極めて有利である。
(Third Embodiment)
In the absorption spectrum in the visible light region, the sensor chip of the present embodiment has a peak at the maximum wavelength on the longest wavelength side in comparison with the same number of metal particles as the reference metal particle aggregate (Y). It includes a metal-based particle aggregate layer having high absorbance (having the characteristics of [iii] described above). The sensor chip of the present embodiment provided with the metal-based particle aggregate layer having such characteristics is extremely advantageous in the following points.

(A)本実施形態に係る金属系粒子集合体層では、プラズモンピークである可視光領域において最も長波長側にあるピークの極大波長における吸光度が、金属系粒子が何らの粒子間相互作用もなく単に集合した集合体とみなすことができる上記参照金属系粒子集合体(Y)よりも大きく、したがって、極めて強いプラズモン共鳴を示すため、従来のプラズモン材料を用いる場合と比較して、より強い発光増強効果を得ることができ、これにより発光効率を飛躍的に高めることができる。このような強いプラズモン共鳴は、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用により発現したものと考えられる。 (A) In the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, the absorbance at the maximum wavelength of the peak on the longest wavelength side in the visible light region, which is the plasmon peak, is such that the metal-based particles do not interact with each other. Larger than the above-referenced metal-based particle aggregate (Y), which can be regarded as simply an aggregate, and therefore exhibiting extremely strong plasmon resonance, a stronger luminescence enhancement as compared with the case of using a conventional plasmon material. The effect can be obtained, and thus the light emission efficiency can be dramatically increased. It is considered that such strong plasmon resonance is expressed by the interaction between the localized plasmons of the metallic particles.

上記のように、プラズモンピークの極大波長における吸光度値の大小から、そのプラズモン材料のプラズモン共鳴の強さを略式に評価することが可能であるが、本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、これをガラス基板上に積層した状態で吸光スペクトルを測定したとき、可視光領域において最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長における吸光度が1以上、さらには1.5以上、なおさらには2程度となり得る。 As described above, the strength of the plasmon resonance of the plasmon material can be roughly evaluated from the magnitude of the absorbance value at the maximum wavelength of the plasmon peak. When the absorbance spectrum was measured with this laminated on a glass substrate, the absorbance at the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side in the visible light region was 1 or more, 1.5 or more, and even 2 Can be a degree.

上述のように、ある金属系粒子集合体と参照金属系粒子集合体(Y)との間で最も長波長側にあるピークの極大波長や該極大波長における吸光度を比較する場合には、両者について、顕微鏡(Nikon社製「OPTIPHOT−88」と分光光度計(大塚電子社製「MCPD−3000」)とを用い、測定視野を絞って吸光スペクトル測定を行う。 As described above, when comparing the maximum wavelength of the peak on the longest wavelength side and the absorbance at the maximum wavelength between a certain metal-based particle aggregate and the reference metal-based particle aggregate (Y), both are used. , A microscope (“OPTIPHOT-88” manufactured by Nikon Co., Ltd. and a spectrophotometer (“MCPD-3000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.)) is used to narrow the measurement field and measure the absorbance spectrum.

参照金属系粒子集合体(Y)は、吸光スペクトル測定の対象となる金属系粒子集合体層が有する平均粒径、平均高さと同じ粒径、高さおよび同じ材質を有する金属系粒子Bを、金属系粒子間の距離がすべて1〜2μmの範囲内となるように配置した金属系粒子集合体であって、ガラス基板に積層した状態で、上記の顕微鏡を利用した吸光スペクトル測定を行い得る程度の大きさを有するものである。 The reference metal-based particle aggregate (Y) is a metal-based particle B having an average particle size, the same particle size, height, and the same material as the average height of the metal-based particle aggregate layer to be measured for absorption spectrum. It is a metal-based particle aggregate arranged so that the distances between the metal-based particles are all within the range of 1 to 2 μm, and the absorption spectrum can be measured using the above-mentioned microscope in a state of being laminated on a glass substrate. It has the size of.

吸光スペクトル測定の対象となる金属系粒子集合体層と参照金属系粒子集合体(Y)との間で、最も長波長側にあるピークの極大波長における吸光度を比較する際には、以下に述べるように、同じ金属系粒子数になるように換算した参照金属系粒子集合体(Y)の吸光スペクトルを求め、当該吸光スペクトルにおける最も長波長側にあるピークの極大波長における吸光度を比較の対象とする。具体的には、金属系粒子集合体と参照金属系粒子集合体(Y)の吸光スペクトルをそれぞれ求め、それぞれの吸光スペクトルにおける最も長波長側にあるピークの極大波長における吸光度を、それぞれの被覆率(金属系粒子による基板表面の被覆率)で除した値を算出し、これらを比較する。 When comparing the absorbance at the maximum wavelength of the peak on the longest wavelength side between the metal-based particle aggregate layer to be measured for absorption spectrum measurement and the reference metal-based particle aggregate (Y), it is described below. As described above, the absorption spectrum of the reference metal-based particle aggregate (Y) converted so that the number of metal-based particles is the same is obtained, and the absorbance at the maximum wavelength of the peak on the longest wavelength side in the absorption spectrum is compared. To do. Specifically, the absorbance spectra of the metal-based particle aggregate and the reference metal-based particle aggregate (Y) are obtained, and the absorbance at the maximum wavelength of the peak on the longest wavelength side in each absorption spectrum is determined by the respective coverage. Calculate the value divided by (the coverage of the substrate surface with metal particles) and compare them.

また、本実施形態のセンサーチップは、その金属系粒子集合体層が特定の形状を有する比較的大型な金属系粒子の特定数以上を二次元的に離間して配置した構造を有していることに起因して、(B)金属系粒子集合体層によるプラズモン共鳴の作用範囲(プラズモンによる増強効果の及ぶ範囲)が著しく伸長され得るため、従来のプラズモン材料を用いる場合と比較して、より強い発光増強効果を得ることができ、これにより発光効率を飛躍的に高めることが可能となる(上記第1の実施形態の効果(2)と同様)、および(C)金属系粒子集合体層のプラズモンピークの極大波長が特異なシフトを示し得るため、特定の(所望の)波長領域の発光を増強させることが可能になる(上記第1の実施形態の効果(3)と同様)、などの効果を奏し得る。 Further, the sensor chip of the present embodiment has a structure in which a specific number or more of relatively large metal-based particles having a specific shape are arranged two-dimensionally apart from each other in the metal-based particle aggregate layer. As a result, (B) the range of action of the plasmon resonance by the metallic particle aggregate layer (the range of the enhancement effect by the plasmon) can be significantly extended, so that the range of action of the plasmon resonance is more than that of the case of using the conventional plasmon material. A strong luminescence enhancing effect can be obtained, whereby the luminescence efficiency can be dramatically increased (similar to the effect (2) of the first embodiment above), and (C) a metal-based particle aggregate layer. Since the maximum wavelength of the plasmon peak of the above can exhibit a peculiar shift, it is possible to enhance the light emission in a specific (desired) wavelength region (similar to the effect (3) of the first embodiment), etc. Can produce the effect of.

本実施形態の金属系粒子集合体層(ガラス基板上に積層した状態)は、金属系粒子の形状や粒子間の距離に応じて、吸光光度法によって測定される可視光領域における吸光スペクトルにおいて、最も長波長側にあるプラズモンピークが、たとえば350〜550nmの波長領域に極大波長を示し得る。また、本実施形態の金属系粒子集合体層は、金属系粒子が十分に長い粒子間距離(たとえば1μm)を置いて配置される場合と比較して、典型的には30〜500nm程度(たとえば30〜250nm)のブルーシフトを生じ得る。 The metal-based particle aggregate layer (in a state of being laminated on a glass substrate) of the present embodiment has an absorption spectrum in a visible light region measured by an absorptiometry according to the shape of the metal-based particles and the distance between the particles. The plasmon peak on the longest wavelength side may exhibit a maximum wavelength in the wavelength region of, for example, 350 to 550 nm. Further, the metal-based particle aggregate layer of the present embodiment is typically about 30 to 500 nm (for example,) as compared with the case where the metal-based particles are arranged at a sufficiently long inter-particle distance (for example, 1 μm). A blue shift of 30-250 nm) can occur.

次に、本実施形態に係る金属系粒子集合体層の具体的構成について説明する。本実施形態に係る金属系粒子集合体層の具体的構成は、第1の実施形態に係る金属系粒子集合体層の具体的構成(金属系粒子の材質、平均粒径、平均高さ、アスペクト比、平均粒子間距離、金属系粒子の数、金属系粒子集合体層の非導電性など)と基本的には同様であることができる。平均粒径、平均高さ、アスペクト比、平均粒子間距離などの用語の定義も第1の実施形態と同じである。 Next, a specific configuration of the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment will be described. The specific configuration of the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment is the specific configuration of the metal-based particle aggregate layer according to the first embodiment (material of metal-based particles, average particle size, average height, aspect). The ratio, the average inter-particle distance, the number of metal-based particles, the non-conductive nature of the metal-based particle aggregate layer, etc.) can be basically the same. Definitions of terms such as average particle size, average height, aspect ratio, and average interparticle distance are also the same as in the first embodiment.

金属系粒子の平均粒径は200〜1600nmの範囲内であり、上記〔iii〕の特徴(最も長波長側にあるプラズモンピークの極大波長における吸光度が参照金属系粒子集合体(Y)のそれよりも高いという特徴)、さらには上記(A)〜(C)の効果を効果的に得るために、好ましくは200〜1200nm、より好ましくは250〜500nm、さらに好ましくは300〜500nmの範囲内である。このように、比較的大型の金属系粒子を用いることが肝要であり、大型の金属系粒子の所定数(30個)以上を二次元的に配置した集合体とすることにより、著しく強いプラズモン共鳴、さらにはプラズモン共鳴の作用範囲の著しい伸長、短波長側へのプラズモンピークのシフトの実現を可能となる。 The average particle size of the metal-based particles is in the range of 200 to 1600 nm, and the above-mentioned feature of [iii] (the absorbance at the maximum wavelength of the plasmon peak on the longest wavelength side is higher than that of the reference metal-based particle aggregate (Y). In order to effectively obtain the effects of (A) to (C) above, it is preferably in the range of 200 to 1200 nm, more preferably 250 to 500 nm, and further preferably 300 to 500 nm. .. In this way, it is important to use relatively large metal particles, and by forming an aggregate in which a predetermined number (30) or more of large metal particles are arranged in two dimensions, extremely strong plasmon resonance occurs. Furthermore, it is possible to significantly extend the range of action of plasmon resonance and to shift the plasmon peak to the short wavelength side.

金属系粒子の平均高さは55〜500nmの範囲内であり、上記〔iii〕の特徴、さらには上記(A)〜(C)の効果を効果的に得るために、好ましくは55〜300nm、より好ましくは70〜150nmの範囲内である。金属系粒子のアスペクト比は1〜8の範囲内であり、上記〔iii〕の特徴、さらには上記(A)〜(C)の効果を効果的に得るために、好ましくは2〜8、より好ましくは2.5〜8の範囲内である。金属系粒子は真球状であってもよいが、アスペクト比が1を超える扁平形状を有していることが好ましい。 The average height of the metallic particles is in the range of 55 to 500 nm, and in order to effectively obtain the characteristics of the above [iii] and the effects of the above (A) to (C), it is preferably 55 to 300 nm. More preferably, it is in the range of 70 to 150 nm. The aspect ratio of the metallic particles is in the range of 1 to 8, and in order to effectively obtain the characteristics of the above [iii] and the effects of the above (A) to (C), preferably 2 to 8 or more. It is preferably in the range of 2.5 to 8. The metallic particles may be spherical, but preferably have a flat shape having an aspect ratio of more than 1.

金属系粒子は、効果の高いプラズモンを励起する観点から、その表面が滑らかな曲面からなることが好ましく、とりわけ表面が滑らかな曲面からなる扁平形状を有していることがより好ましいが、表面に微小な凹凸(粗さ)を幾分含んでいてもよく、このような意味において金属系粒子は不定形であってもよい。 From the viewpoint of exciting highly effective plasmons, the metal particles preferably have a smooth curved surface, and more preferably have a flat shape having a smooth curved surface. It may contain some fine irregularities (roughness), and in this sense, the metal-based particles may have an irregular shape.

上記〔iii〕の特徴が効果的に得られることから、金属系粒子集合体層を構成する金属系粒子は、それらのサイズおよび形状(平均粒径、平均高さ、アスペクト比)ができるだけ均一であることが好ましい。すなわち、金属系粒子のサイズおよび形状を均一にすることにより、プラズモンピークが先鋭化し、これに伴い、最も長波長側にあるプラズモンピークの吸光度が参照金属系粒子集合体(Y)のそれよりも高くなりやすくなる。金属系粒子間のサイズおよび形状のバラツキの低減は、金属系粒子集合体層面内におけるプラズモン共鳴の強さの均一性の観点からも有利である。ただし上述のように、粒径に多少バラツキが生じたとしても、大型粒子間の距離が大きくなることは好ましくなく、その間を小型の粒子が埋めることで大型粒子間の相互作用を発現しやすくすることが好ましい。 Since the above-mentioned characteristics of [iii] can be effectively obtained, the size and shape (average particle size, average height, aspect ratio) of the metal-based particles constituting the metal-based particle aggregate layer are as uniform as possible. It is preferable to have. That is, by making the size and shape of the metal-based particles uniform, the plasmon peak is sharpened, and accordingly, the absorbance of the plasmon peak on the longest wavelength side is higher than that of the reference metal-based particle aggregate (Y). It tends to be expensive. Reducing the variation in size and shape between metallic particles is also advantageous from the viewpoint of uniformity of plasmon resonance intensity in the surface of the metallic particle aggregate layer. However, as described above, even if there is some variation in the particle size, it is not preferable that the distance between the large particles is large, and the small particles fill the space between them to facilitate the interaction between the large particles. Is preferable.

本実施形態に係る金属系粒子集合体層において金属系粒子は、その隣り合う金属系粒子との平均距離(平均粒子間距離)が1〜150nmの範囲内となるように配置されることが好ましい。より好ましくは1〜100nm、さらに好ましくは1〜50nm、特に好ましくは1〜20nmの範囲内である。このように金属系粒子を密に配置することにより、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用が効果的に生じ、上記〔iii〕の特徴、さらには上記(A)〜(C)の効果を効果的に発現させることができる。平均粒子間距離が1nm未満であると、粒子間でデクスター機構に基づく電子移動が生じ、局在プラズモンの失活の点で不利となる。 In the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment, the metal-based particles are preferably arranged so that the average distance (average inter-particle distance) from the adjacent metal-based particles is within the range of 1 to 150 nm. .. It is more preferably in the range of 1 to 100 nm, further preferably 1 to 50 nm, and particularly preferably in the range of 1 to 20 nm. By arranging the metal-based particles densely in this way, the interaction between the localized plasmons of the metal-based particles is effectively generated, and the above-mentioned characteristics [iii] and further the above-mentioned effects (A) to (C) are obtained. Can be effectively expressed. If the average interparticle distance is less than 1 nm, electron transfer based on the Dexter mechanism occurs between the particles, which is disadvantageous in terms of deactivation of localized plasmons.

金属系粒子集合体層に含まれる金属系粒子の数は30個以上であり、好ましくは50個以上である。金属系粒子を30個以上含む集合体を形成することにより、金属系粒子の局在プラズモン間の相互作用が効果的に生じ、上記〔iii〕の特徴、さらには上記(A)〜(C)の効果を効果的に発現させることができる。 The number of metal-based particles contained in the metal-based particle aggregate layer is 30 or more, preferably 50 or more. By forming an aggregate containing 30 or more metal-based particles, the interaction between the localized plasmons of the metal-based particles is effectively generated, and the above-mentioned characteristics of [iii], as well as the above-mentioned (A) to (C). The effect of can be effectively expressed.

センサーチップの一般的な素子面積に照らせば、金属系粒子集合体に含まれる金属系粒子の数は、たとえば300個以上、さらには17500個以上となり得る。 In light of the general element area of the sensor chip, the number of metal-based particles contained in the metal-based particle aggregate can be, for example, 300 or more, or even 17,500 or more.

金属系粒子集合体層における金属系粒子の数密度は、7個/μm2以上であることが好ましく、15個/μm2以上であることがより好ましい。The number density of the metal-based particles in the metal-based particle aggregate layer is preferably 7 particles / μm 2 or more, and more preferably 15 particles / μm 2 or more.

本実施形態の金属系粒子集合体層においても、第1の実施形態と同様、金属系粒子間は互いに絶縁されている、換言すれば、隣り合う金属系粒子との間に関して非導電性(金属系粒子集合体層として非導電性)であることが好ましい。 Also in the metal-based particle aggregate layer of the present embodiment, as in the first embodiment, the metal-based particles are insulated from each other, in other words, they are non-conductive (metal) with respect to adjacent metal-based particles. It is preferable that the system particle aggregate layer is non-conductive).

以上のように、上記〔iii〕の特徴を有する本実施形態に係る金属系粒子集合体層は、これを構成する金属系粒子の金属種、サイズ、形状、金属系粒子間の平均距離などの制御により得ることができる。 As described above, the metal-based particle aggregate layer according to the present embodiment having the above-mentioned characteristics of [iii] has the metal species, size, shape, average distance between the metal-based particles, and the like of the metal-based particles constituting the layer. It can be obtained by control.

本発明のセンサーチップが備える金属系粒子集合体層は、上記〔i〕〜〔iii〕のいずれか1つの特徴を有することが好ましく、〔i〕〜〔iii〕のいずれか2つ以上の特徴を有することがより好ましく、〔i〕〜〔iii〕のすべての特徴を有することがさらに好ましい。 The metal-based particle aggregate layer included in the sensor chip of the present invention preferably has any one of the above-mentioned features [i] to [iii], and has any two or more features of [i] to [iii]. It is more preferable to have all the characteristics of [i] to [iii].

<金属系粒子集合体層の製造方法>
上記第1〜第3の実施形態に係る金属系粒子集合体層を含む本発明に係る金属系粒子集合体層は、次のような方法によって作製することができる。
<Manufacturing method of metallic particle aggregate layer>
The metal-based particle aggregate layer according to the present invention including the metal-based particle aggregate layer according to the first to third embodiments can be produced by the following method.

(1)基板上において微小な種(seed)から金属系粒子を成長させていくボトムアップ法、
(2)所定の形状を有する金属系粒子を所定の厚みを有する両親媒性材料からなる保護層で被覆した後、LB(Langmuir Blodgett)膜法により、これを基板上にフィルム化する方法、
(3)その他、蒸着またはスパッタリングにより作製した薄膜を後処理する方法、レジスト加工、エッチング加工、金属系粒子が分散された分散液を用いたキャスト法など。
(1) A bottom-up method in which metallic particles are grown from minute seeds on a substrate.
(2) A method of coating metal particles having a predetermined shape with a protective layer made of an amphipathic material having a predetermined thickness, and then forming a film on a substrate by an LB (Langmuir-Blodget) film method.
(3) In addition, a method of post-treating a thin film produced by vapor deposition or sputtering, a resist process, an etching process, a casting method using a dispersion liquid in which metal-based particles are dispersed, and the like.

上記方法(1)においては、所定温度に調整された基板上に、極めて低速で金属系粒子を成長させる工程(以下、粒子成長工程ともいう。)を含むことが肝要である。かかる粒子成長工程を含む製造方法によれば、30個以上の金属系粒子が互いに離間して二次元的に配置されており、該金属系粒子が、所定範囲内の形状(平均粒径200〜1600nm、平均高さ55〜500nmおよびアスペクト比1〜8)、さらに好ましくは所定範囲内の平均粒子間距離(1〜150nm)を有する金属系粒子集合体の層(薄膜)を制御良く得ることができる。 In the above method (1), it is important to include a step of growing metal-based particles at an extremely low speed (hereinafter, also referred to as a particle growth step) on a substrate adjusted to a predetermined temperature. According to the production method including such a particle growth step, 30 or more metal-based particles are two-dimensionally arranged apart from each other, and the metal-based particles have a shape within a predetermined range (average particle size 200 to 200 to). A layer (thin film) of a metal-based particle aggregate having an average height of 1600 nm, an average height of 55 to 500 nm, and an aspect ratio of 1 to 8), more preferably an average particle distance (1 to 150 nm) within a predetermined range can be obtained with good control. it can.

粒子成長工程において、基板上に金属系粒子を成長させる速度は、平均高さ成長速度で1nm/分未満であることが好ましく、0.5nm/分以下であることがより好ましい。ここでいう平均高さ成長速度とは、平均堆積速度または金属系粒子の平均厚み成長速度とも呼ぶことができ、下記式:
金属系粒子の平均高さ/金属系粒子成長時間(金属系材料の供給時間)
で定義される。「金属系粒子の平均高さ」の定義は上述のとおりである。
In the particle growth step, the rate of growing metal-based particles on the substrate is preferably less than 1 nm / min in average height growth rate, and more preferably 0.5 nm / min or less. The average height growth rate referred to here can also be called the average deposition rate or the average thickness growth rate of metal-based particles, and the following formula:
Average height of metallic particles / Growth time of metallic particles (supply time of metallic materials)
Defined in. The definition of "average height of metallic particles" is as described above.

粒子成長工程における基板の温度は、好ましくは100〜450℃の範囲内、より好ましくは200〜450℃、さらに好ましくは250〜350℃、特に好ましくは300℃またはその近傍(300℃±10℃程度)である。 The temperature of the substrate in the particle growth step is preferably in the range of 100 to 450 ° C., more preferably 200 to 450 ° C., further preferably 250 to 350 ° C., particularly preferably 300 ° C. or its vicinity (about 300 ° C. ± 10 ° C.). ).

100〜450℃の範囲内に温度調整された基板上に、1nm/分未満の平均高さ成長速度で金属系粒子を成長させる粒子成長工程を含む製造方法では、粒子成長初期において、供給された金属系材料からなる島状構造物が複数形成され、この島状構造物が、さらなる金属系材料の供給を受けて大きく成長しながら、周囲の島状構造物と合体していき、その結果、個々の金属系粒子が互いに完全に分離されていながらも、比較的平均粒径の大きい粒子が密に配置された金属系粒子集合体層が形成される。したがって、所定範囲内の形状(平均粒径、平均高さおよびアスペクト比)、さらに好ましくは所定範囲内の平均粒子間距離を有するように制御された金属系粒子からなる金属系粒子集合体層を製造することが可能となる。 In the manufacturing method including a particle growth step of growing metallic particles at an average height growth rate of less than 1 nm / min on a substrate whose temperature is adjusted in the range of 100 to 450 ° C., the particles were supplied in the early stage of particle growth. A plurality of island-like structures made of metal-based materials are formed, and these island-like structures grow large with the supply of further metal-based materials and coalesce with the surrounding island-like structures, and as a result, Although the individual metal-based particles are completely separated from each other, a metal-based particle aggregate layer in which particles having a relatively large average particle size are densely arranged is formed. Therefore, a metal particle aggregate layer composed of metal particles controlled to have a shape (average particle size, average height and aspect ratio) within a predetermined range, and more preferably an average particle distance within a predetermined range. It becomes possible to manufacture.

また、平均高さ成長速度、基板温度および/または金属系粒子の成長時間(金属系材料の供給時間)の調整によって、基板上に成長される金属系粒子の平均粒径、平均高さ、アスペクト比および/または平均粒子間距離を所定の範囲内で制御することも可能である。 In addition, the average particle size, average height, and aspect of the metal particles grown on the substrate are adjusted by adjusting the average height growth rate, the substrate temperature, and / or the growth time of the metal particles (supply time of the metal material). It is also possible to control the ratio and / or average interparticle distance within a predetermined range.

さらに、上記粒子成長工程を含む製造方法によれば、粒子成長工程における基板温度および平均高さ成長速度以外の諸条件を比較的自由に選択できることから、所望のサイズの基板上に所望のサイズの金属系粒子集合体層を効率的に形成できるという利点もある。 Further, according to the manufacturing method including the particle growth step, various conditions other than the substrate temperature and the average height growth rate in the particle growth step can be selected relatively freely, so that the desired size can be obtained on the desired size substrate. There is also an advantage that the metal-based particle aggregate layer can be efficiently formed.

平均高さ成長速度が1nm/分以上である場合や、基板温度が100℃未満または450℃を超える場合には、島状構造物が大きく成長する前に周囲の島状構造物と連続体を形成し、互いに完全に分離された大粒径の金属系粒子からなる金属系集合体を得ることができないか、または、所望の形状を有する金属系粒子からなる金属系集合体を得ることができない(たとえば平均高さや平均粒子間距離、アスペクト比が所望の範囲から外れてしまう)。 When the average height growth rate is 1 nm / min or more, or when the substrate temperature is less than 100 ° C or more than 450 ° C, the island-like structure and the surrounding island-like structure and the continuum are formed before the island-like structure grows large. It is not possible to obtain a metal-based aggregate composed of metal-based particles having a large particle size that are formed and completely separated from each other, or it is not possible to obtain a metal-based aggregate composed of metal-based particles having a desired shape. (For example, the average height, the average interparticle distance, and the aspect ratio are out of the desired range).

金属系粒子を成長させる際の圧力(装置チャンバ内の圧力)は、粒子成長可能な圧力である限り特に制限されないが、通常、大気圧未満である。圧力の下限は特に制限されないが、平均高さ成長速度を上記範囲内に調整し易いことから、好ましくは6Pa以上、より好ましくは10Pa以上、さらに好ましくは30Pa以上である。 The pressure for growing metallic particles (pressure in the apparatus chamber) is not particularly limited as long as the pressure allows the particles to grow, but is usually less than atmospheric pressure. The lower limit of the pressure is not particularly limited, but it is preferably 6 Pa or more, more preferably 10 Pa or more, and further preferably 30 Pa or more because the average height growth rate can be easily adjusted within the above range.

基板上に金属系粒子を成長させる具体的方法は、1nm/分未満の平均高さ成長速度で粒子成長できる方法である限り特に制限されないが、スパッタリング法、真空蒸着等の蒸着法を挙げることができる。スパッタリング法のなかでも、比較的簡便に金属系粒子集合体層を成長させることができ、かつ、1nm/分未満の平均高さ成長速度を維持しやすいことから、直流(DC)スパッタリング法を用いることが好ましい。スパッタンリング方式は特に制限されず、イオンガンやプラズマ放電で発生したアルゴンイオンを電界で加速してターゲットに照射する直流アルゴンイオンスパッタリング法などを用いることができる。スパッタリング法における電流値、電圧値、基板・ターゲット間距離等の他の諸条件は、1nm/分未満の平均高さ成長速度で粒子成長がなされるよう適宜調整される。 The specific method for growing the metal-based particles on the substrate is not particularly limited as long as the particles can grow at an average height growth rate of less than 1 nm / min, and examples thereof include a sputtering method and a vapor deposition method such as vacuum deposition. it can. Among the sputtering methods, the direct current (DC) sputtering method is used because the metal-based particle aggregate layer can be grown relatively easily and the average height growth rate of less than 1 nm / min can be easily maintained. Is preferable. The sputtering method is not particularly limited, and a DC argon ion sputtering method in which an ion gun or an argon ion generated by plasma discharge is accelerated by an electric field to irradiate the target can be used. Other conditions such as the current value, the voltage value, and the distance between the substrate and the target in the sputtering method are appropriately adjusted so that the particles grow at an average height growth rate of less than 1 nm / min.

なお、所定範囲内の形状(平均粒径、平均高さおよびアスペクト比)、さらに好ましくは所定範囲内の平均粒子間距離を有する金属系粒子からなる金属系粒子集合体層を制御良く得るためには、粒子成長工程において平均高さ成長速度を1nm/分未満とすることに加えて、平均粒径成長速度を5nm未満とすることが好ましいが、平均高さ成長速度が1nm/分未満である場合、通常、平均粒径成長速度は5nm未満となる。平均粒径成長速度は、より好ましくは1nm/分以下である。平均粒径成長速度とは、下記式:
金属系粒子の平均粒径/金属系粒子成長時間(金属系材料の供給時間)
で定義される。「金属系粒子の平均粒径」の定義は上述のとおりである。
In order to obtain a metal-based particle aggregate layer composed of metal-based particles having a shape within a predetermined range (average particle size, average height and aspect ratio), and more preferably an average particle distance within a predetermined range, with good control. In addition to setting the average height growth rate to less than 1 nm / min in the particle growth step, it is preferable that the average particle size growth rate is less than 5 nm, but the average height growth rate is less than 1 nm / min. In this case, the average particle size growth rate is usually less than 5 nm. The average particle size growth rate is more preferably 1 nm / min or less. The average particle size growth rate is the following formula:
Average particle size of metal particles / Growth time of metal particles (supply time of metal materials)
Defined in. The definition of "average particle size of metallic particles" is as described above.

粒子成長工程における金属系粒子の成長時間(金属系材料の供給時間)は、少なくとも、基板上に担持された金属系粒子が所定範囲内の形状、さらに好ましくは所定範囲内の平均粒子間距離に達する時間であり、かつ、当該所定範囲内の形状、平均粒子間距離から逸脱し始める時間未満である。たとえば、上記所定範囲内の平均高さ成長速度および基板温度で粒子成長を行なっても、成長時間が極端に長すぎる場合には、金属系材料の担持量が多くなり過ぎて、互いに離間して配置された金属系粒子の集合体とはならずに連続膜となったり、金属系粒子の平均粒径や平均高さが大きくなり過ぎたりする。 The growth time of the metal-based particles (supply time of the metal-based material) in the particle growth step is at least the shape of the metal-based particles supported on the substrate within a predetermined range, and more preferably the average inter-particle distance within a predetermined range. It is the time to reach and less than the time to start deviating from the shape and average interparticle distance within the predetermined range. For example, even if the particles are grown at the average height growth rate and the substrate temperature within the above predetermined range, if the growth time is extremely long, the amount of the metal-based material carried becomes too large and the particles are separated from each other. It does not become an aggregate of the arranged metal-based particles but becomes a continuous film, or the average particle size and the average height of the metal-based particles become too large.

したがって、金属系粒子の成長時間を適切な時間に設定する(粒子成長工程を適切な時間で停止する)必要があるが、このような時間の設定は、たとえば、あらかじめ予備実験を行なうことにより得られる、平均高さ成長速度および基板温度と、得られる金属系粒子集合体における金属系粒子の形状および平均粒子間距離との関係に基づいて行なうことができる。あるいは、基板上に成長された金属系材料からなる薄膜が導電性を示すまでの時間(すなわち、薄膜が金属系粒子集合体膜ではなく、連続膜となってしまう時間)をあらかじめ予備実験により求めておき、この時間に達するまでに粒子成長工程を停止するようにしてもよい。 Therefore, it is necessary to set the growth time of the metallic particles to an appropriate time (stop the particle growth process at an appropriate time), and such a time setting can be obtained, for example, by conducting a preliminary experiment in advance. This can be performed based on the relationship between the average height growth rate and the substrate temperature obtained, the shape of the metal-based particles in the obtained metal-based particle aggregate, and the average distance between the particles. Alternatively, the time until the thin film made of the metal-based material grown on the substrate exhibits conductivity (that is, the time when the thin film becomes a continuous film instead of the metal-based particle aggregate film) is determined in advance by a preliminary experiment. The particle growth process may be stopped by the time this time is reached.

金属系粒子を成長させる基板表面は、できるだけ平滑であることが好ましく、とりわけ、原子レベルで平滑であることがより好ましい。基板表面が平滑であるほど、基板から受け取った熱エネルギーにより、成長中の金属系粒子が別の周囲の隣接金属系粒子と合体成長しやすくなるため、より大きなサイズの金属系粒子からなる膜が得られやすい傾向にある。 The surface of the substrate on which the metal-based particles are grown is preferably as smooth as possible, and more preferably smooth at the atomic level. The smoother the surface of the substrate, the easier it is for the growing metal particles to coalesce and grow with other surrounding metal particles due to the thermal energy received from the substrate, resulting in a film of larger size metal particles. It tends to be easy to obtain.

金属系粒子を成長させる基板は、センサーチップの基板としてそのまま用いることが可能である。すなわち、上記した方法で作製された、金属系粒子集合体層が積層、担持された基板(金属系粒子集合体層積層基板)をセンサーチップの構成部材として用いることができる。 The substrate on which the metal particles are grown can be used as it is as the substrate of the sensor chip. That is, a substrate (metal-based particle aggregate layer laminated substrate) on which the metal-based particle aggregate layer is laminated and supported, which is produced by the above method, can be used as a constituent member of the sensor chip.

<基板>
基板10はいずれの材料で構成されてもよいが、特に金属系粒子集合体層が基板10に直接積層される場合には、金属系粒子集合体層の非導電性を確保する観点から、非導電性基板を用いることが好ましい。非導電性基板としては、ガラス、各種無機絶縁材料(SiO2、ZrO2、マイカ等)、各種プラスチック材料を用いることができる。
<Board>
The substrate 10 may be made of any material, but particularly when the metal-based particle aggregate layer is directly laminated on the substrate 10, it is non-conductive from the viewpoint of ensuring the non-conductive property of the metal-based particle aggregate layer. It is preferable to use a conductive substrate. As the non-conductive substrate, glass, various inorganic insulating materials (SiO 2 , ZrO 2 , mica, etc.), and various plastic materials can be used.

<保護層>
図1に示されるように、本発明のセンサーチップは、金属系粒子集合体層を構成するそれぞれの金属系粒子200の表面を覆い、金属系粒子200を保護する保護層30を有する。保護層30は、絶縁性であることが好ましい。絶縁性であることにより、上述した金属系粒子集合体層の非導電性(金属系粒子間の非導電性)を担保できるとともに、金属系粒子集合体層20とこれに隣り合う他の層との間の電気的絶縁を図ることができる。金属系粒子集合体層20に電流が流れてしまうと、プラズモン共鳴による発光増強効果が十分に得られないおそれがある。また金属系粒子を覆う保護層30により、金属系粒子200が保護層30以外の層または外部環境と直接接触することを防ぐことができ、金属系粒子200の劣化を防止することができる。
<Protective layer>
As shown in FIG. 1, the sensor chip of the present invention has a protective layer 30 that covers the surface of each metal-based particle 200 constituting the metal-based particle aggregate layer and protects the metal-based particle 200. The protective layer 30 is preferably insulating. Due to the insulating property, the non-conductive property (non-conductive property between the metal-based particles) of the above-mentioned metal-based particle aggregate layer can be ensured, and the metal-based particle aggregate layer 20 and other layers adjacent thereto can be secured. Electrical insulation between them can be achieved. If a current flows through the metal-based particle aggregate layer 20, there is a possibility that the effect of enhancing light emission due to plasmon resonance cannot be sufficiently obtained. Further, the protective layer 30 covering the metal-based particles can prevent the metal-based particles 200 from coming into direct contact with a layer other than the protective layer 30 or the external environment, and can prevent the metal-based particles 200 from deteriorating.

保護層30を構成する材料としては、良好な絶縁性を有するものが好ましく、たとえば、スピンオングラス(SOG;たとえば有機シロキサン材料を含有するもの)のほか、SiO2やSi34などを用いることができる。保護層30の厚みは、金属系粒子200が保護層30以外の層または外部環境と直接接触することを防ぐことができるものであれば特に制限はないが、後述するように捕捉物質と被検出物質の特異的結合の近傍に存在する標識物質と金属系粒子集合体層200との距離が所定範囲内であることが好ましいことから、所望の保護性が確保される範囲で薄いほどよい。保護層30の厚みは、たとえば10〜150nmが好ましく、20〜150nmがより好ましく、20〜90nmがさらに好ましい。なお、本明細書において、保護層30の厚みは、基板10の上面から保護層30の上面までの平均厚みから、金属系粒子集合体層20の平均高さを引いた値とする。十分な保護性を確保できる点から10nm以上であることが好ましく、センサーチップの上方に存在することになる標識物質について、局在プラズモン共鳴による発光増強効果が十分に得られるようにするとの観点から150nm以下であることが好ましい。The material constituting the protective layer 30 is preferably a material having good insulating properties, and for example, spin-on glass (SOG; a material containing, for example, an organic siloxane material), SiO 2 or Si 3 N 4 or the like is used. Can be done. The thickness of the protective layer 30 is not particularly limited as long as it can prevent the metal particles 200 from coming into direct contact with a layer other than the protective layer 30 or the external environment. Since it is preferable that the distance between the labeling substance existing in the vicinity of the specific bond of the substance and the metal-based particle aggregate layer 200 is within a predetermined range, the thinner the range is, the better as long as the desired protection is ensured. The thickness of the protective layer 30 is preferably, for example, 10 to 150 nm, more preferably 20 to 150 nm, and even more preferably 20 to 90 nm. In the present specification, the thickness of the protective layer 30 is a value obtained by subtracting the average height of the metal-based particle aggregate layer 20 from the average thickness from the upper surface of the substrate 10 to the upper surface of the protective layer 30. It is preferably 10 nm or more from the viewpoint of ensuring sufficient protection, and from the viewpoint of ensuring that the effect of enhancing light emission by localized plasmon resonance can be sufficiently obtained for the labeling substance that will be present above the sensor chip. It is preferably 150 nm or less.

本発明によれば、強いプラズモン共鳴を示すとともに、プラズモン共鳴の作用範囲(プラズモンによる増強効果の及ぶ範囲)が著しく伸長された金属系粒子集合体層を備えるため、金属系粒子集合体層20の上面からセンサーチップの上方に存在することになる標識物質までの距離がたとえば15nm以上、さらには25nm以上、なおさらにはそれ以上の距離を有する場合であっても、例えば標識物質の発光増強が可能である。なお、金属系粒子集合体層20の上面から標識物質までの距離は170nm以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましい。 According to the present invention, the metal-based particle aggregate layer 20 is provided with a metal-based particle aggregate layer that exhibits strong plasmon resonance and has a significantly extended range of action of plasmon resonance (range of enhancement effect by plasmon). Even when the distance from the upper surface to the labeling substance that will be above the sensor chip is, for example, 15 nm or more, further 25 nm or more, or even more, it is possible to enhance the light emission of the labeling substance, for example. Is. The distance from the upper surface of the metal-based particle aggregate layer 20 to the labeling substance is preferably 170 nm or less, more preferably 150 nm or less.

したがって、被検出物質の大きさの分だけ金属系粒子集合体層20の上面から標識物質までの距離が離れることがあるものの、本発明では、長径5nm以上、さらには長径10nm以上の被検出物質の検出においても標識物質に由来する信号を増強させることができる。なお、被検出物質は長径1μm以下であることが好ましい。被検出物質の長径が100nmを超える場合には、標識物質がプラズモン共鳴の作用範囲内に位置するように被検出物質が捕捉されるように調整することが好ましい。被検出物質が核酸などの鎖状の化合物の場合、ここでいう長径は鎖長を意味する。 Therefore, although the distance from the upper surface of the metal-based particle aggregate layer 20 to the labeling substance may be increased by the size of the substance to be detected, in the present invention, the substance to be detected having a major axis of 5 nm or more and further having a major axis of 10 nm or more. It is also possible to enhance the signal derived from the labeling substance in the detection of. The substance to be detected preferably has a major axis of 1 μm or less. When the major axis of the substance to be detected exceeds 100 nm, it is preferable to adjust so that the substance to be detected is captured so that the labeling substance is located within the action range of plasmon resonance. When the substance to be detected is a chain compound such as nucleic acid, the major axis here means the chain length.

本発明によると、検出感度を増強させることができるので、発光効率が低いとされる発光物質を標識物質として用いる場合であっても、被検出物質が少量である場合であっても、高感度で検出することが可能となる。 According to the present invention, since the detection sensitivity can be enhanced, high sensitivity is obtained regardless of whether a luminescent substance having low luminous efficiency is used as a labeling substance or a small amount of the substance to be detected is used. It becomes possible to detect with.

また、本発明のセンサーチップによれば、比較的発光効率の低い従来の青色(もしくはその近傍波長領域)発光物質を用いる場合であっても、プラズモンピークの極大波長が短波長側にシフトした金属系粒子集合体層を備えることにより、その発光効率を増強させることができる。 Further, according to the sensor chip of the present invention, even when a conventional blue (or its neighboring wavelength region) light emitting substance having a relatively low luminous efficiency is used, a metal in which the maximum wavelength of the plasmon peak is shifted to the short wavelength side. By providing the system particle aggregate layer, the luminous efficiency can be enhanced.

金属系粒子集合体層のプラズモンピークの極大波長は、標識物質として用いる発光物質の発光波長と一致するかまたは近いことが好ましい。これにより、プラズモン共鳴による発光増強効果をより効果的に高めることができる。金属系粒子集合体層のプラズモンピークの極大波長は、これを構成する金属系粒子の金属種、平均粒径、平均高さ、アスペクト比および/または平均粒子間距離の調整により制御可能である。 The maximum wavelength of the plasmon peak of the metal-based particle aggregate layer preferably matches or is close to the emission wavelength of the luminescent substance used as the labeling substance. Thereby, the luminescence enhancing effect by the plasmon resonance can be enhanced more effectively. The maximum wavelength of the plasmon peak of the metal-based particle aggregate layer can be controlled by adjusting the metal type, average particle size, average height, aspect ratio and / or average interparticle distance of the metal-based particles constituting the plasmon peak.

<捕捉層>
図1に示されるように、捕捉層40は捕捉物質を有するものであり、保護層30の上に形成されてなる。捕捉物質は、捕捉層40中に固定されて存在したり、捕捉層中に遊離状態で存在したり、保護層30の表面に固定されて存在したりする。捕捉層40の表面に被検出物質と特異的結合し得る結合活性基を誘導する処理を行い、かかる結合活性基を捕捉物質としてもよい。
<Capture layer>
As shown in FIG. 1, the trapping layer 40 has a trapping substance and is formed on the protective layer 30. The trapping substance may be fixedly present in the trapping layer 40, may be present in a free state in the trapping layer, or may be fixedly present on the surface of the protective layer 30. A treatment for inducing a binding active group capable of specifically binding to the substance to be detected may be performed on the surface of the trapping layer 40, and such binding active group may be used as the capturing substance.

[ヌクレオチドを検出するセンサーチップの構成例]
図2(a)は、ヌクレオチドを検出するセンサーチップの一例を示す断面模式図である。図2(b)は、本構成例のセンサーチップ110において、被検出物質51が捕捉層41に捕捉されている状態を示す断面模式的である。
[Structure example of sensor chip that detects nucleotides]
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of a sensor chip that detects nucleotides. FIG. 2B is a schematic cross section showing a state in which the substance to be detected 51 is captured by the capture layer 41 in the sensor chip 110 of this configuration example.

被検出物質51は、蛍光物質が結合されたヌクレオチドである。捕捉層41の材料は限定されることはなく、有機物、無機物、これらの酸化物等を用いることができ、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、SiO、Si、TiO、Ta、Al等で形成することができる。捕捉層41の表面は、被検出物質であるヌクレオチドが有する塩基と特異的結合し得る結合活性基を誘導する処理が行われている。かかる結合活性基が捕捉物質として機能する。このような結合活性基としては、例えば、塩基と静電相互作用する、カルボキシル基、水酸基等が挙げられる。The substance to be detected 51 is a nucleotide to which a fluorescent substance is bound. The material of the capture layer 41 is not limited, and organic substances, inorganic substances, oxides thereof and the like can be used. For example, indium tin oxide (ITO), SiO 2 , Si 3 N 4 , TiO 2 , Ta 2 It can be formed of O 5 , Al 2 O 3, etc. The surface of the capture layer 41 is subjected to a treatment for inducing a binding active group capable of specifically binding to a base contained in a nucleotide as a substance to be detected. Such a binding active group functions as a capture substance. Examples of such a binding active group include a carboxyl group and a hydroxyl group that electrostatically interact with a base.

本構成例において、センサーチップの表面近傍に位置する蛍光物質が、金属系粒子層により生じる局在プラズモン共鳴の作用範囲に入るように、保護層30及び捕捉層41の厚さが決定されることが好ましい。捕捉層41の平均厚さは、例えば5〜50nmとすることができる。保護層30の平均厚さは、例えば15〜145nmとすることができる。なお、保護層30の平均厚さと捕捉層41の平均厚さの合計が20〜150nmであることが好ましく、20〜150nmがより好ましく、20〜90nmがさらに好ましい。 In this configuration example, the thicknesses of the protective layer 30 and the capture layer 41 are determined so that the fluorescent substance located near the surface of the sensor chip falls within the action range of the localized plasmon resonance generated by the metal-based particle layer. Is preferable. The average thickness of the capture layer 41 can be, for example, 5 to 50 nm. The average thickness of the protective layer 30 can be, for example, 15 to 145 nm. The total of the average thickness of the protective layer 30 and the average thickness of the capture layer 41 is preferably 20 to 150 nm, more preferably 20 to 150 nm, and even more preferably 20 to 90 nm.

[被検出物質の検出方法]
本発明のセンサーチップを用いた被検出物質の検出方法の一例を説明する。なお、以下の説明では、図2(a)、図2(b)に基づいて、被検出物質に結合させた蛍光物質を用いて検出する場合を例に挙げて説明する。
[Detection method for substances to be detected]
An example of a method for detecting a substance to be detected using the sensor chip of the present invention will be described. In the following description, a case of detection using a fluorescent substance bound to the substance to be detected will be described as an example based on FIGS. 2 (a) and 2 (b).

センサーチップ110の保護層30の表面に、蛍光物質で標識した被検出物質51を含むサンプル溶液を捕捉層41の表面に滴下する。その後、所定時間放置したセンサーチップ110を、例えば以下で説明するセンシングシステムを用いて分析し、被検出物質の検出を行う。 On the surface of the protective layer 30 of the sensor chip 110, a sample solution containing the substance to be detected 51 labeled with a fluorescent substance is dropped onto the surface of the capture layer 41. After that, the sensor chip 110 left for a predetermined time is analyzed using, for example, a sensing system described below to detect the substance to be detected.

[センシングシステム]
図3は、本発明のセンシングシステムの一例を示す断面模式図である。センシングシステムにおいては、センサーチップ110の捕捉層41側に、捕捉層41の表面に対して垂直な方向から励起光3を照射することによりセンサーチップの表面近傍に存在する標識物質である発光物質を発光させる。励起光源4からの発光をレンズ5で集光して励起光3とし、これを照射する。その後、励起光3の光軸に対して40°の方向に放射されるセンサーチップ110からの発光6をレンズ7で集光し、励起光の波長の光をカットする波長カットフィルタ8を通して、分光測定器9により検出する。検出器としては、分光測定器9以外にも、落射蛍光顕微鏡、全反射照明蛍光顕微鏡、走査型近接場光顕微鏡、などを用いることができる。
[Sensing system]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the sensing system of the present invention. In the sensing system, the capture layer 41 side of the sensor chip 110 is irradiated with excitation light 3 from a direction perpendicular to the surface of the capture layer 41 to emit a luminescent substance which is a labeling substance existing in the vicinity of the surface of the sensor chip. Make it emit light. The light emitted from the excitation light source 4 is focused by the lens 5 to obtain excitation light 3, which is then irradiated. After that, the light emission 6 from the sensor chip 110 radiated in the direction of 40 ° with respect to the optical axis of the excitation light 3 is focused by the lens 7 and separated through a wavelength cut filter 8 that cuts the light having the wavelength of the excitation light. It is detected by the measuring instrument 9. As the detector, in addition to the spectroscopic measuring instrument 9, an epi-fluorescence microscope, a total internal reflection fluorescence microscope, a scanning near-field fluorescence microscope, or the like can be used.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[金属系粒子集合体層積層基板の作製]
<製造例1>
直流マグネトロンスパッタリング装置を用いて、下記の条件で、ソーダガラス基板上に、銀粒子を極めてゆっくりと成長させ、基板表面の全面に金属系粒子集合体の薄膜を形成して、金属系粒子集合体層積層基板を得た。
[Preparation of metal-based particle aggregate layer laminated substrate]
<Manufacturing example 1>
Using a DC magnetron sputtering device, silver particles are grown extremely slowly on a soda glass substrate under the following conditions, and a thin film of metal-based particle aggregates is formed on the entire surface of the substrate to form metal-based particle aggregates. A layered laminated substrate was obtained.

使用ガス:アルゴン、
チャンバ内圧力(スパッタガス圧):10Pa、
基板・ターゲット間距離:100mm、
スパッタ電力:4W、
平均粒径成長速度(平均粒径/スパッタ時間):0.9nm/分、
平均高さ成長速度(=平均堆積速度=平均高さ/スパッタ時間):0.25nm/分、
基板温度:300℃、
基板サイズおよび形状:一辺が5cmの正方形。
Gas used: Argon,
Chamber pressure (sputter gas pressure): 10 Pa,
Distance between board and target: 100 mm,
Sputtering power: 4W,
Average particle size growth rate (average particle size / sputtering time): 0.9 nm / min,
Average height growth rate (= average deposition rate = average height / spatter time): 0.25 nm / min,
Substrate temperature: 300 ° C,
Board size and shape: A square with a side of 5 cm.

図4は、得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層を直上から見たときのSEM画像である。図4(a)は10000倍スケールの拡大像であり、図4(b)は50000倍スケールの拡大像である。また図5は、得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層を示すAFM画像である。AFM像撮影にはキーエンス社製「VN−8010」を用いた(以下同様)。図5に示される画像のサイズは5μm×5μmである。 FIG. 4 is an SEM image of the obtained metal-based particle aggregate layer laminated substrate when the metal-based particle aggregate layer is viewed from directly above. FIG. 4 (a) is a magnified image of 10000 times scale, and FIG. 4 (b) is a magnified image of 50,000 times scale. Further, FIG. 5 is an AFM image showing the metal-based particle aggregate layer in the obtained metal-based particle aggregate layer laminated substrate. "VN-8010" manufactured by KEYENCE CORPORATION was used for AFM image photographing (the same applies hereinafter). The size of the image shown in FIG. 5 is 5 μm × 5 μm.

図4に示されるSEM画像より、本製造例の金属系粒子集合体層を構成する銀粒子の上記定義に基づく平均粒径は335nm、平均粒子間距離は16.7nmと求められた。また図5に示されるAFM画像より、平均高さは96.2nmと求められた。これらより銀粒子のアスペクト比(平均粒径/平均高さ)は3.48と算出され、また、取得した画像からも銀粒子は扁平形状を有していることがわかる。さらにSEM画像より、本製造例の金属系粒子集合体層は、約6.25×1010個(約25個/μm2)の銀粒子を有することがわかる。From the SEM image shown in FIG. 4, the average particle size of the silver particles constituting the metal-based particle aggregate layer of this production example based on the above definition was determined to be 335 nm, and the average interparticle distance was determined to be 16.7 nm. Further, from the AFM image shown in FIG. 5, the average height was determined to be 96.2 nm. From these, the aspect ratio (average particle size / average height) of the silver particles is calculated to be 3.48, and it can be seen from the acquired image that the silver particles have a flat shape. Further, from the SEM image, it can be seen that the metal-based particle aggregate layer of this production example has about 6.25 × 10 10 (about 25 / μm 2) silver particles.

また、得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層の表面にテスター〔マルチメーター(ヒューレット・パッカード社製「E2378A」〕を接続して導電性を確認したところ、導電性を有しないことが確認された。 Further, when a tester [multimeter (“E2378A” manufactured by Hewlett-Packard Co., Ltd.]] was connected to the surface of the metal-based particle aggregate layer in the obtained metal-based particle aggregate layer laminated substrate and the conductivity was confirmed, the conductivity was confirmed. It was confirmed that it did not have.

<製造例2>
銀ナノ粒子水分散物(三菱製紙社製、銀ナノ粒子濃度:25重量%)を純水で、銀ナノ粒子濃度が2重量%となるように希釈した。次いで、この銀ナノ粒子水分散物に対して1体積%の界面活性剤を添加して良く攪拌した後、得られた銀ナノ粒子水分散物に対して80体積%のアセトンを添加して常温で十分撹拌し、銀ナノ粒子塗工液を調製した。
<Manufacturing example 2>
An aqueous dispersion of silver nanoparticles (manufactured by Mitsubishi Paper Co., Ltd., concentration of silver nanoparticles: 25% by weight) was diluted with pure water so that the concentration of silver nanoparticles was 2% by weight. Next, 1% by volume of a surfactant was added to the aqueous dispersion of silver nanoparticles and stirred well, and then 80% by volume of acetone was added to the obtained aqueous dispersion of silver nanoparticles to keep the temperature at room temperature. To prepare a silver nanoparticle coating solution.

次に、表面をアセトン拭きした1mm厚のソーダガラス基板上に上記銀ナノ粒子塗工液を1000rpmでスピンコートした後、そのまま大気中で1分間放置し、その後550℃の電気炉内で40秒間焼成した。次いで、形成された銀ナノ粒子層上に再度、上記銀ナノ粒子塗工液を1000rpmでスピンコートした後、そのまま大気中で1分間放置し、その後550℃の電気炉内で40秒間焼成して、金属系粒子集合体層積層基板を得た。 Next, the silver nanoparticle coating solution was spin-coated on a 1 mm thick soda glass substrate whose surface was wiped with acetone at 1000 rpm, left as it was in the air for 1 minute, and then in an electric furnace at 550 ° C. for 40 seconds. It was fired. Then, the silver nanoparticle coating solution was spin-coated on the formed silver nanoparticle layer again at 1000 rpm, left as it was in the air for 1 minute, and then fired in an electric furnace at 550 ° C. for 40 seconds. , A metal-based particle aggregate layer laminated substrate was obtained.

図6は、得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層を直上から見たときのSEM画像である。図6(a)は10000倍スケールの拡大像であり、図6(b)は50000倍スケールの拡大像である。また図7は、得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層を示すAFM画像である。図7に示される画像のサイズは5μm×5μmである。 FIG. 6 is an SEM image of the obtained metal-based particle aggregate layer laminated substrate when the metal-based particle aggregate layer is viewed from directly above. FIG. 6A is a 10000x scale magnified image, and FIG. 6B is a 50000x scale magnified image. Further, FIG. 7 is an AFM image showing the metal-based particle aggregate layer in the obtained metal-based particle aggregate layer laminated substrate. The size of the image shown in FIG. 7 is 5 μm × 5 μm.

図6に示されるSEM画像より、本製造例の金属系粒子集合体層を構成する銀粒子の上記定義に基づく平均粒径は293nm、平均粒子間距離は107.8nmと求められた。また図7に示されるAFM画像より、平均高さは93.0nmと求められた。これらより銀粒子のアスペクト比(平均粒径/平均高さ)は3.15と算出され、また、取得した画像からも銀粒子は扁平形状を有していることがわかる。さらにSEM画像より、本製造例の金属系粒子集合体層は、約3.13×1010個(約12.5個/μm2)の銀粒子を有することがわかる。From the SEM image shown in FIG. 6, the average particle size of the silver particles constituting the metal-based particle aggregate layer of this production example based on the above definition was determined to be 293 nm, and the average particle distance was 107.8 nm. Further, from the AFM image shown in FIG. 7, the average height was determined to be 93.0 nm. From these, the aspect ratio (average particle size / average height) of the silver particles is calculated to be 3.15, and it can be seen from the acquired image that the silver particles have a flat shape. Further, from the SEM image, it can be seen that the metal-based particle aggregate layer of this production example has about 3.13 × 10 10 silver particles (about 12.5 particles / μm 2).

また、得られた金属系粒子集合体層積層基板における金属系粒子集合体層の表面にテスター〔マルチメーター(ヒューレット・パッカード社製「E2378A」〕を接続して導電性を確認したところ、導電性を有しないことが確認された。 Further, when a tester [multimeter (“E2378A” manufactured by Hewlett-Packard Co., Ltd.]] was connected to the surface of the metal-based particle aggregate layer in the obtained metal-based particle aggregate layer laminated substrate and the conductivity was confirmed, the conductivity was confirmed. It was confirmed that it did not have.

[実施例1:蛍光物質で標識化したヌクレオチドを被検出物質とするセンサーチップ]
(センサーチップの作製)
図2(a)に示すセンサーチップを次の方法にしたがって作製した。製造例1と同条件で銀粒子を成長させることにより、0.5mm厚のソーダガラス基板である基板10上に製造例1に記載の金属系粒子集合体層20を形成した。その後直ちに、スピンオングラス(SOG)溶液を金属系粒子集合体層上にスピンコートして、所定の厚みの保護層30を積層した。SOG溶液には、有機系SOG材料である東京応化工業株式会社製「OCD T−7 5500T」をエタノールで希釈したものを用いた。次に、スパッタリング法により、捕捉層41としてITO層(厚み10nm)を保護層30の上に積層した。このようにして、保護層30の厚みが異なる5つのセンサーチップ(実施例1a,1b,1c,1d,1e)を作製した。実施例1a,1b,1c,1d,1eの保護層30の厚みは、それぞれ10nm,30nm,50nm,80nm,150nmとした。
[Example 1: A sensor chip using a nucleotide labeled with a fluorescent substance as a substance to be detected]
(Manufacturing of sensor chip)
The sensor chip shown in FIG. 2A was produced according to the following method. By growing silver particles under the same conditions as in Production Example 1, the metal-based particle aggregate layer 20 described in Production Example 1 was formed on a substrate 10 which is a soda glass substrate having a thickness of 0.5 mm. Immediately thereafter, a spin-on-glass (SOG) solution was spin-coated on the metal-based particle aggregate layer, and a protective layer 30 having a predetermined thickness was laminated. As the SOG solution, an organic SOG material "OCD T-7 5500T" manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. diluted with ethanol was used. Next, an ITO layer (thickness 10 nm) was laminated on the protective layer 30 as a trapping layer 41 by a sputtering method. In this way, five sensor chips (Examples 1a, 1b, 1c, 1d, 1e) having different thicknesses of the protective layer 30 were produced. The thicknesses of the protective layer 30 of Examples 1a, 1b, 1c, 1d, and 1e were 10 nm, 30 nm, 50 nm, 80 nm, and 150 nm, respectively.

[比較例1:蛍光物質で標識化したヌクレオチドを被検出物質とするセンサーチップ]
金属系粒子集合体層を形成しないことと、保護層30の厚みを150nmとしたこと以外は実施例1と同様にしてセンサーチップを作製した。
[Comparative Example 1: Sensor chip using nucleotides labeled with a fluorescent substance as the substance to be detected]
A sensor chip was produced in the same manner as in Example 1 except that the metal particle aggregate layer was not formed and the thickness of the protective layer 30 was set to 150 nm.

[実施例1及び比較例1の発光増強効果の評価]
実施例1b及び比較例1のセンサーチップの表面に、蛍光物質Cy3を結合させたシチジン三リン酸(CTP)を含む溶液を回転数2000rpmでスピンコートし、その後乾燥させた。蛍光物質Cy3を結合させたシチジン三リン酸(CTP)を含む溶液は以下のように調整した。パーキンエルマー社製蛍光標識ヌボヌクレオチド(製品名:CTP analogs Cyanine 3-CTP、製品コード:NEL580001EA)に200μLのエタノールを投入し攪拌した。この溶液を100μL測り取り800μLのエタノールで希釈することによって、蛍光物質Cy3を結合させたシチジン三リン酸(CTP)を含む溶液を得た。かかる工程により、捕捉層40の表面にCy3−CTPが捕捉された。その後、図3に示すセンシングシステムにおいて、分光測定器9として蛍光分光光度計(商品名:FP-6500、日本分光社製)を用いて発光スペクトルを測定した。励起光源の波長は532nmとした。
[Evaluation of luminescence enhancing effect of Example 1 and Comparative Example 1]
A solution containing cytidine triphosphate (CTP) to which the fluorescent substance Cy3 was bound was spin-coated on the surfaces of the sensor chips of Example 1b and Comparative Example 1 at a rotation speed of 2000 rpm, and then dried. The solution containing cytidine triphosphate (CTP) to which the fluorescent substance Cy3 was bound was prepared as follows. 200 μL of ethanol was added to a fluorescently labeled nucleonucleotide manufactured by PerkinElmer (product name: CTP analogs Cyanine 3-CTP, product code: NEL580001EA) and stirred. This solution was measured in 100 μL and diluted with 800 μL of ethanol to obtain a solution containing cytidine triphosphate (CTP) to which the fluorescent substance Cy3 was bound. By this step, Cy3-CTP was captured on the surface of the capture layer 40. Then, in the sensing system shown in FIG. 3, the emission spectrum was measured using a fluorescence spectrophotometer (trade name: FP-6500, manufactured by Nippon Spectroscopy Co., Ltd.) as the spectrophotometer 9. The wavelength of the excitation light source was 532 nm.

図8は、実施例1b及び比較例1のセンサーチップを用いて測定された発光スペクトルを示す。実施例1bのセンサーチップで観測される発光スペクトルの積分値(波長545nmから波長755nm)で表される発光強度は、比較例1のセンサーチップで観測される発光スペクトルの積分値(波長545nmから波長755nm)で表される発光強度の10.1倍を示すことが確認された。 FIG. 8 shows emission spectra measured using the sensor chips of Example 1b and Comparative Example 1. The emission intensity represented by the integrated value of the emission spectrum observed by the sensor chip of Example 1b (wavelength 545 nm to wavelength 755 nm) is the integrated value of the emission spectrum observed by the sensor chip of Comparative Example 1 (wavelength from wavelength 545 nm to wavelength). It was confirmed that the emission intensity was 10.1 times that represented by 755 nm).

実施例1a,1c,1d,1eについても同様に発光スペクトルを測定した。得られた発光スペクトルについて、発光スペクトルの積分値(波長545nmから波長755nm)で表される発光強度を比較例1の発光強度を1とした場合の値に換算した値を算出した。図9は、発光強度の上記換算値を、保護層の平均厚みと捕捉層の平均厚みを足し合わせた値に対してプロットした図である。図9より、捕捉層41の平均厚みが10nmである場合は、保護層の平均厚みが10〜150nm(保護層の平均厚みに捕捉層の平均厚みを足し合わせた場合は20〜160nmn)である範囲において発光増強効果が得られ、保護層の平均厚みが30nmである場合が最も高い発光増強効果が得られることがわかった。かかる結果より、標識物質である蛍光物質が捕捉層のほぼ表面に存在していると仮定した場合は、金属系粒子集合体層の表面から標識物質までの距離が20〜160nmである場合に発光増強効果が得られることがわかる。なお、本評価では、被検出物質として蛍光物質Cy3を結合させたシチジン三リン酸(CTP)を用いており、CTPの分子量が483であることに鑑みても蛍光物質Cy3が捕捉層のほぼ表面に存在していると仮定して問題ないものと考える。 The emission spectra of Examples 1a, 1c, 1d, and 1e were measured in the same manner. With respect to the obtained emission spectrum, a value obtained by converting the emission intensity represented by the integrated value of the emission spectrum (wavelength 545 nm to wavelength 755 nm) into a value when the emission intensity of Comparative Example 1 was set to 1 was calculated. FIG. 9 is a diagram in which the above-mentioned conversion value of the emission intensity is plotted against a value obtained by adding the average thickness of the protective layer and the average thickness of the capture layer. From FIG. 9, when the average thickness of the capture layer 41 is 10 nm, the average thickness of the protective layer is 10 to 150 nm (20 to 160 nmn when the average thickness of the protective layer is added to the average thickness of the capture layer). It was found that the luminescence enhancing effect was obtained in the range, and the highest luminescence enhancing effect was obtained when the average thickness of the protective layer was 30 nm. From these results, assuming that the fluorescent substance, which is a labeling substance, is present almost on the surface of the capture layer, it emits light when the distance from the surface of the metal-based particle aggregate layer to the labeling substance is 20 to 160 nm. It can be seen that the enhancing effect can be obtained. In this evaluation, cytidine triphosphate (CTP) to which the fluorescent substance Cy3 is bound is used as the substance to be detected, and the fluorescent substance Cy3 is almost on the surface of the capture layer even considering that the molecular weight of CTP is 483. Assuming that it exists in, it is considered that there is no problem.

1,110 センサーチップ、3 励起光、4 励起光源、5,7 レンズ、6 標識物質からの発光、8 波長カットフィルタ、9 分光測定器、10 基板、20 金属系粒子集合体層、30 保護層、40,41 捕捉層、51 被検出物質、200 金属系粒子。 1,110 Sensor chip, 3 excitation light, 4 excitation light source, 5,7 lens, 6 emission from labeled material, 8 wavelength cut filter, 9 spectrophotometer, 10 substrate, 20 metal particle aggregate layer, 30 protective layer , 40, 41 capture layer, 51 substances to be detected, 200 metal particles.

Claims (10)

被検出物質を検出するために用いられるセンサーチップであって、
基板と、
前記基板上に形成されてなる金属系粒子集合体層と、
前記金属系粒子集合体層を覆う保護層と、
前記保護層上に形成されてなり、前記被検出物質と特異的結合する捕捉物質を有する捕捉層と、
を備え、
前記金属系粒子集合体層は、30個以上の金属系粒子が互いに離間して二次元的に配置されてなる粒子集合体からなり、前記金属系粒子は、その平均粒径が200〜1600nmの範囲内、平均高さが55〜500nmの範囲内、前記平均高さに対する前記平均粒径の比で定義されるアスペクト比が1〜8の範囲内にある、センサーチップ。
A sensor chip used to detect a substance to be detected.
With the board
A metal-based particle aggregate layer formed on the substrate and
A protective layer that covers the metallic particle aggregate layer and
A capture layer formed on the protective layer and having a capture substance that specifically binds to the substance to be detected, and a capture layer.
With
The metal-based particle aggregate layer is composed of a particle aggregate in which 30 or more metal-based particles are two-dimensionally arranged apart from each other, and the metal-based particles have an average particle size of 200 to 1600 nm. A sensor chip having an aspect ratio in the range of 55 to 500 nm and an aspect ratio defined by the ratio of the average particle size to the average height in the range of 1 to 8.
前記保護層の平均厚さと前記捕捉層の平均厚さの合計値が20nm〜90nmである、請求項1に記載のセンサーチップ。The sensor chip according to claim 1, wherein the total value of the average thickness of the protective layer and the average thickness of the capture layer is 20 nm to 90 nm. 前記捕捉物質と前記被検出物質の特異的結合の状態に対応する信号を検出することにより、前記被検出物質を検出する、請求項1または2に記載のセンサーチップ。 The sensor chip according to claim 1 or 2 , wherein the detected substance is detected by detecting a signal corresponding to a state of specific binding between the captured substance and the detected substance. 前記信号は、前記捕捉物質と前記被検出物質の特異的結合の近傍に存在する標識物質に由来する信号である、請求項に記載のセンサーチップ。 The sensor chip according to claim 3 , wherein the signal is a signal derived from a labeling substance existing in the vicinity of a specific bond between the trapping substance and the substance to be detected. 前記標識物質は発光物質であり、
前記信号は、前記標識物質による光の吸収または発光に由来する信号である、請求項に記載のセンサーチップ。
The labeling substance is a luminescent substance and is
The sensor chip according to claim 4 , wherein the signal is a signal derived from absorption or light emission of light by the labeling substance.
前記標識物質は、前記捕捉物質または前記被検出物質に予め結合されている、請求項4または5に記載のセンサーチップ。 The sensor chip according to claim 4 or 5 , wherein the labeling substance is previously bound to the trapping substance or the substance to be detected. 前記保護層は、平均厚みが10nm以上である、請求項1〜のいずれか1項に記載のセンサーチップ。 The sensor chip according to any one of claims 1 to 6 , wherein the protective layer has an average thickness of 10 nm or more. 前記被検出物質は、長径が5nm以上の分子である、請求項1〜のいずれか1項に記載のセンサーチップ。 The sensor chip according to any one of claims 1 to 7 , wherein the substance to be detected is a molecule having a major axis of 5 nm or more. 前記被検出物質は塩基を有し、
前記捕捉物質は塩基を結合することができる結合活性基を有する、請求項1〜のいずれか1項に記載のセンサーチップ。
The substance to be detected has a base and has a base.
The sensor chip according to any one of claims 1 to 8 , wherein the capture substance has a binding active group capable of binding a base.
請求項に記載のセンサーチップと、
前記捕捉層に、前記標識物質の発光を励起する励起光を照射する励起光源と、
前記標識物質からの発光を検出する検出器と、
を備えるセンシングシステム。
The sensor chip according to claim 5 and
An excitation light source that irradiates the capture layer with excitation light that excites the emission of the labeling substance.
A detector that detects light emission from the labeling substance and
Sensing system with.
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