JPH09257697A - Surface plasmon resonance sensor apparatus - Google Patents

Surface plasmon resonance sensor apparatus

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Publication number
JPH09257697A
JPH09257697A JP6401596A JP6401596A JPH09257697A JP H09257697 A JPH09257697 A JP H09257697A JP 6401596 A JP6401596 A JP 6401596A JP 6401596 A JP6401596 A JP 6401596A JP H09257697 A JPH09257697 A JP H09257697A
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JP
Japan
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light
plasmon resonance
surface plasmon
spot
thin film
Prior art date
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Pending
Application number
JP6401596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Uchiyama
兼一 内山
Taiji Osada
泰二 長田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toto Ltd filed Critical Toto Ltd
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Publication of JPH09257697A publication Critical patent/JPH09257697A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface plasmon resonance snesor apparatus by which a surface pasmon resonance angle can be measured with high accuracy even by using a light source such as an LED lamp which radiates light which is not coherent. SOLUTION: Images of an LED lamp as a light source, i.e., the image 6 of an LED chip and the image 7 of an electrode in its circumference, are projected on the light reflection face of a sensor chip 3 at a surface plasmon resonance sensor apparatus. A small metal-thin-film spot 5 which is used to generate surface plasmon resonance is formed on the light reflection face. The metal-thin- film spot 5 is small to such an extent that it can be put completely inside the image 6 of the LED chip as the light source. Only the light, of the image 6 of the LED chip, which is incident on the metal-thin-film spot 5 out of light from the light source is reflected with a refractive index profile due to the surface plasmon resonance, and other light is reflected totally unformly. Instead of forming the small metal-thin-film spot 5, a metal thin film is formed over a wide area, the surface of the metal thin film is covered with a coating film whose refractive index is higher than that of the sensor chip 3, and a small spot window may be opened in the coating film.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモン共
鳴現象を利用した表面プラズモン共鳴センサ装置に関
し、特にそのセンサチップの改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface plasmon resonance sensor device utilizing a surface plasmon resonance phenomenon, and more particularly to improvement of a sensor chip thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】表面プラズモン共鳴現象を利用して溶液
などの屈折率やその変動を測定する表面プラズモン共鳴
センサが知られている。ここで、溶液の屈折率の変動は
その溶液中の物質量の変動を反映しているから、例え
ば、生化学や分子生物学や医療検査等の分野で用いられ
るバイオセンサとして、この表面プラズモン共鳴センサ
は利用されている。
2. Description of the Related Art A surface plasmon resonance sensor is known which measures the refractive index of a solution or the like and its variation by utilizing the surface plasmon resonance phenomenon. Here, since the fluctuation of the refractive index of the solution reflects the fluctuation of the amount of the substance in the solution, for example, as a biosensor used in the fields of biochemistry, molecular biology, medical examination, etc., this surface plasmon resonance The sensor is being used.

【0003】表面プラズモン共鳴センサは、基本的に、
光源と、金属薄膜を有した光反射面を持つ高屈折率の光
透過媒体と、光検出器とを備える。光透過媒体は、一般
に、ガラスやアクリルといった高屈折率材料で作られて
おり、センサチップと呼ばれる。このセンサチップの光
反射面に形成された金属薄膜の外表面に血液や尿等の試
料を接触させた状態で、光源からセンサチップを通して
その光反射面へ光線を全反射角で入射し、その反射光を
光検出器で受光して、表面プラズモン共鳴に起因する減
光が生じる入射角(プラズモン共振角)を測定すること
により、試料の物質状態を検査する。
The surface plasmon resonance sensor is basically composed of
A light source, a high refractive index light transmission medium having a light reflection surface having a metal thin film, and a photodetector are provided. The light transmission medium is generally made of a high refractive index material such as glass or acrylic and is called a sensor chip. With a sample such as blood or urine in contact with the outer surface of the metal thin film formed on the light-reflecting surface of the sensor chip, a light beam is incident on the light-reflecting surface from the light source to the light-reflecting surface through the sensor chip at a total reflection angle. The material state of the sample is inspected by receiving the reflected light with a photodetector and measuring the incident angle (plasmon resonance angle) at which extinction due to surface plasmon resonance occurs.

【0004】ここで、表面プラズモン共鳴センサ装置の
光源には、一般に、LED(発光ダイオード)やLD
(レーザダイオード)が用いられている。LDを用いた
場合は、レーザ光のビーム径は1μm程度まで絞り込め
る。一方、LEDの場合は、LDと異なりコヒーレント
な光を放射することができないため、LEDから放射さ
れた光は、いかなる光学系を用いても、LDからのレー
ザ光程度までは小さく集光することはできない。また、
通常用いられているLEDランプでは、光の反射率の高
い電極上にLEDのウェハチップ(LEDチップ)が実
装されている。これは、電極に反射鏡としての機能を持
たせ、光の取り出し効率を上げることを目的としている
からである。そのため、電極で反射した光もランプ外に
放射される。結果として、LEDランプから放射された
光を光学系を介してセンサチップの光反射面上の焦点に
集光させた場合、ランプのLEDチップから直接レンズ
に入射した光と、電極に反射してレンズに入射した光の
それぞれが、焦点に集光される。
The light source of the surface plasmon resonance sensor device is generally an LED (light emitting diode) or LD.
(Laser diode) is used. When the LD is used, the beam diameter of the laser light can be narrowed down to about 1 μm. On the other hand, in the case of the LED, unlike the LD, it is not possible to emit coherent light. Therefore, the light emitted from the LED should be condensed to a level as small as the laser light from the LD by using any optical system. I can't. Also,
In a commonly used LED lamp, an LED wafer chip (LED chip) is mounted on an electrode having a high light reflectance. This is because the purpose of the electrode is to have a function as a reflecting mirror to improve the light extraction efficiency. Therefore, the light reflected by the electrodes is also emitted outside the lamp. As a result, when the light emitted from the LED lamp is focused on the light reflection surface of the sensor chip through the optical system, the light directly entering the lens from the LED chip of the lamp and reflected by the electrode are reflected. Each of the lights incident on the lens is focused on the focal point.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図1は、LEDランプ
の平面レイアウトと、センサチップの光反射面上に投影
されたLEDランプ像の照度分布を示す。
FIG. 1 shows a plane layout of an LED lamp and an illuminance distribution of an LED lamp image projected on a light reflecting surface of a sensor chip.

【0006】図1に示すように、LEDランプでは、小
さいLEDチップ1が大きい電極上2にマウントされて
いる。従って、LEDランプ像も、小さいLEDチップ
像1aと大きい電極像2aとからなる。このランプ像の
照度分布は、LEDチップ像1aに相当する中央のピー
クに加えて、電極像2の縁に相当する両側の2つのピー
クをもった分布となる。
As shown in FIG. 1, in an LED lamp, a small LED chip 1 is mounted on a large electrode 2. Therefore, the LED lamp image also includes the small LED chip image 1a and the large electrode image 2a. The illuminance distribution of this lamp image is a distribution having two peaks on both sides corresponding to the edges of the electrode image 2 in addition to the central peak corresponding to the LED chip image 1a.

【0007】図2は、光源にLEDランプを使った場合
のセンサチップの光反射面におけるプラズモン励起光の
入反射の態様を示す。
FIG. 2 shows how plasmon excitation light enters and reflects on the light reflecting surface of the sensor chip when an LED lamp is used as the light source.

【0008】センサチップ3は、光反射面上に金属薄膜
5を有する例えば高屈折率のガラス板4である。このセ
ンサチップ3の光反射面には、図1に示したようなLE
Dランプ像が結像され、その照度分布は図示のように中
央と両側の3つのピークを有し、それぞれのピーク箇所
で表面プラズモン共鳴が発生し得る。よって、それぞれ
ピーク箇所から表面プラズモン共鳴に伴う反射率分布を
もった光線束が反射される。
The sensor chip 3 is, for example, a glass plate 4 having a high refractive index and having a metal thin film 5 on the light reflecting surface. The light reflection surface of the sensor chip 3 has LEs as shown in FIG.
A D-lamp image is formed, and its illuminance distribution has three peaks at the center and on both sides as shown in the figure, and surface plasmon resonance can occur at each peak location. Therefore, a ray bundle having a reflectance distribution associated with surface plasmon resonance is reflected from each peak portion.

【0009】その結果、光検出器では、図3に示すよう
に、各反射光線束の反射率分布(点線)が合成されて、
全体としてブロードなピークをもった波形の反射率カー
ブ(実線)が観測される。しかし、高精度にプラズモン
共振角を測定するためには、よりシャープなピークをも
った波形が必要である。
As a result, in the photodetector, as shown in FIG. 3, the reflectance distributions (dotted lines) of the reflected ray bundles are combined,
As a whole, a reflectance curve (solid line) having a broad peak is observed. However, in order to measure the plasmon resonance angle with high accuracy, a waveform having a sharper peak is required.

【0010】そこで本発明は、LEDランプのようなコ
ヒーレントでない光を放射する光源を用いた場合であっ
ても、高精度にプラズモン共振角を測定することができ
る表面プラズモン共鳴センサ装置を提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention provides a surface plasmon resonance sensor device capable of measuring the plasmon resonance angle with high accuracy even when using a light source that emits non-coherent light such as an LED lamp. With the goal.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の表面プラズモン
共鳴センサ装置は、センサチップの光反射面上におい
て、光源像より小さいスポット領域のみで金属薄膜が表
面プラズモン共鳴を生じるように構成されていることを
特徴とする。
The surface plasmon resonance sensor device of the present invention is configured such that the metal thin film causes surface plasmon resonance only on the spot area smaller than the light source image on the light reflecting surface of the sensor chip. It is characterized by

【0012】一つの実施形態では、光反射面上のスポッ
ト領域にのみ金属薄膜が形成されている。また、別の実
施形態では、金属薄膜は広い面積に亘って形成されてい
るが、その表面が、センサチップの光透過媒体の屈折率
以上の屈折率をもたオーバーコート膜によって覆われて
おり、かつ、そのオーバーコート膜が、上記スポット領
域に対応した小さいスポット窓を有している。従って、
金属薄膜の表面のスポット領域に対応した部分のみが、
スポット窓を通じて外部に露出して、試料に接触するこ
とができる。更に別の実施形態では、光反射面の近傍の
光路上に遮光膜が配置され、この遮光膜が上記スポット
領域に対応した小さいスポット窓を有している。従っ
て、光源像を形成する光のうち、スポット領域に相当す
る像部分の光のみがスポット窓を通過して表面プラズモ
ン共鳴に関与できる。
In one embodiment, the metal thin film is formed only in the spot area on the light reflecting surface. In another embodiment, the metal thin film is formed over a large area, but its surface is covered with an overcoat film having a refractive index higher than that of the light transmission medium of the sensor chip. Moreover, the overcoat film has a small spot window corresponding to the spot area. Therefore,
Only the part corresponding to the spot area on the surface of the metal thin film,
The sample can be exposed to the outside through the spot window to contact the sample. In still another embodiment, a light shielding film is arranged on the optical path near the light reflecting surface, and the light shielding film has a small spot window corresponding to the spot area. Therefore, of the light forming the light source image, only the light of the image portion corresponding to the spot region passes through the spot window and can participate in the surface plasmon resonance.

【0013】本発明によれば、光源像より小さいスポッ
ト領域のみで金属薄膜が表面プラズモン共鳴が生じるよ
うに構成されているため、コヒーレントでない光を照射
する光源を用いて十分小さい光源像が作れない場合で
も、所望の小ささを持つスポット領域の光だけが表面プ
ラズモン共鳴に伴う反射率分布をもって反射するので、
光検出器では鋭いピークをもった反射率分布が観測でき
る。従って、高い測定精度が得られる。
According to the present invention, the surface plasmon resonance is generated in the metal thin film only in the spot area smaller than the light source image. Therefore, a sufficiently small light source image cannot be formed by using a light source that emits non-coherent light. Even in this case, only the light in the spot area having the desired small size is reflected with the reflectance distribution associated with the surface plasmon resonance,
The photodetector can observe the reflectance distribution with a sharp peak. Therefore, high measurement accuracy can be obtained.

【0014】例えば図1に示したようなLEDランプを
用いる場合は、スポット領域はLEDチップ像1a内に
収るような小サイズであることが望ましい。これによ
り、LEDチップ像1aを形成する光のみが表面プラズ
モン波を励起し、電極像2aを形成する光は表面プラズ
モン波を励起しなくなるので、測定精度が向上する。
For example, when the LED lamp as shown in FIG. 1 is used, it is desirable that the spot area has a small size so as to fit within the LED chip image 1a. Thereby, only the light forming the LED chip image 1a excites the surface plasmon wave, and the light forming the electrode image 2a does not excite the surface plasmon wave, so that the measurement accuracy is improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0016】図4は、本発明の第1の実施形態に係る表
面プラズモン共鳴センサのセンサチップの反射面の構成
を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing the structure of the reflecting surface of the sensor chip of the surface plasmon resonance sensor according to the first embodiment of the present invention.

【0017】センサチップ3は、高屈折率の透明なガラ
ス板4と、このガラス板3の光反射面上に蒸着された金
属薄膜スポット5とを備えている。尚、ガラス板4の代
わりにアクリル樹脂の板も好適である。金属薄膜スポッ
ト5は、表面プラズモン共鳴を起こすための金や銀の薄
膜であり、膜厚は約50nmである。
The sensor chip 3 comprises a transparent glass plate 4 having a high refractive index and a metal thin film spot 5 deposited on the light reflecting surface of the glass plate 3. Note that an acrylic resin plate is also suitable instead of the glass plate 4. The metal thin film spot 5 is a thin film of gold or silver for causing surface plasmon resonance, and has a film thickness of about 50 nm.

【0018】図4には、また、このセンサチップ3の光
反射面上に投影された光源たるLEDランプの像、つま
り、LEDチップ像6とその外周の電極像7とが示され
ている。
FIG. 4 also shows an image of an LED lamp, which is a light source, projected on the light-reflecting surface of the sensor chip 3, that is, an LED chip image 6 and an electrode image 7 on the periphery thereof.

【0019】ここで重要な点は、金属薄膜スポット5
が、LEDチップ像6と同じ又はより小さいサイズを有
し、LEDチップ像6のエリア内に収容される点であ
る。この薄膜スポット5の形状は円形が望ましいが、正
方形のような他の形状でもよい。薄膜スポット5のパタ
ーニング方法には、フォトリソグラフィの技術を利用す
る方法や、金の蒸着時にマスクでカバーしておく方法な
どがある。
The important point here is the metal thin film spot 5
Is the same size as or smaller than the LED chip image 6 and is accommodated in the area of the LED chip image 6. The shape of the thin film spot 5 is preferably circular, but may be other shape such as square. As a patterning method of the thin film spot 5, there are a method using a photolithography technique, a method of covering with a mask at the time of vapor deposition of gold, and the like.

【0020】このように、金属薄膜スポット5がLED
チップ像6のエリア内に収るため、電極像7を形成する
光線束は表面プラズモン波を励起することはない。従っ
て、LEDチップ像6を形成する光線束のみが表面プラ
ズモン波を励起するから、光検出器では単一の光線束に
よるシャープな反射率カーブが観測され、高精度にプラ
ズモン共振角を測定できる。
As described above, the metal thin film spot 5 is the LED.
Since it falls within the area of the chip image 6, the light flux forming the electrode image 7 does not excite surface plasmon waves. Therefore, since only the light flux forming the LED chip image 6 excites the surface plasmon wave, a sharp reflectance curve due to a single light flux is observed in the photodetector, and the plasmon resonance angle can be measured with high accuracy.

【0021】図5は、第2の実施形態に係るセンサチッ
プの構成図であり、(a)は光反射面の平面図、(b)
はセンサチップの縦断面図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a sensor chip according to the second embodiment, (a) is a plan view of a light reflecting surface, and (b) is a plan view.
FIG. 4 is a vertical sectional view of a sensor chip.

【0022】センサチップ13は、ガラス板14と、こ
のガラス板14の光反射面上に広範囲(例えば全面)に
亘って蒸着形成された金属薄膜15と、金属薄膜15の
表面をスポット状の小さい窓だけを残して覆ったオーバ
ーコート膜18と備える。従って、金属薄膜15の表面
のうちスポット窓の部分15aだけが外部に露出してい
る。この金属薄膜15のスポット露出部分15aのサイ
ズは、図4に示した金属薄膜スポット5と同様に、LE
Dチップ像6のエリア内に収る程度に小さい。オーバー
コート膜18の屈折率は、ガラス板4の屈折率以上であ
る。オーバーコート膜18のパターニング方法には、フ
ォトリソグラフィ技術やマスクを使って蒸着する方法な
どがある。
The sensor chip 13 has a glass plate 14, a metal thin film 15 formed on a light reflecting surface of the glass plate 14 over a wide area (for example, the entire surface) by vapor deposition, and the surface of the metal thin film 15 has a small spot-like shape. It is provided with an overcoat film 18 which covers only the window. Therefore, only the spot window portion 15a of the surface of the metal thin film 15 is exposed to the outside. The size of the spot exposed portion 15a of the metal thin film 15 is the same as that of the metal thin film spot 5 shown in FIG.
It is small enough to fit within the area of the D-chip image 6. The refractive index of the overcoat film 18 is equal to or higher than the refractive index of the glass plate 4. As a method for patterning the overcoat film 18, there are a photolithography technique and a method of vapor deposition using a mask.

【0023】このセンサチップ13によれば、金属薄膜
15のスポット露出部分15aだけが外部の試料と接触
することができるため、このスポット露出部分15aで
は表面プラズモン波共鳴が生じるが、他のオーバーコー
ト膜18で覆われた部分では、オーバーコート膜18の
屈折率がガラス板14の屈折率以上であるために、表面
プラズモン共鳴が生じない。結果として、スポット露出
部分15aで反射したLEDチップ像6の光線束のみが
表面プラズモン共鳴に伴う反射率分布を示すことになる
ため、光検出器ではシャープな反射率カーブが観測さ
れ、高精度にプラズモン共振角を測定できる。
According to this sensor chip 13, since only the spot exposed portion 15a of the metal thin film 15 can contact the external sample, surface plasmon wave resonance occurs at this spot exposed portion 15a, but other overcoats are formed. In the portion covered with the film 18, the surface plasmon resonance does not occur because the refractive index of the overcoat film 18 is higher than that of the glass plate 14. As a result, only the light flux of the LED chip image 6 reflected by the spot exposed portion 15a shows the reflectance distribution due to the surface plasmon resonance, so that a sharp reflectance curve is observed in the photodetector, and it is highly accurate. The plasmon resonance angle can be measured.

【0024】尚、オーバーコート膜18の厚さが薄すぎ
る場合には、金属薄膜15の表面から滲み出たエバネッ
セント波がオーバーコート膜18を透過して試料中に滲
み出るため、表面プラズモン共鳴が発生する。図6はオ
ーバーコート膜18の厚さと、このオーバーコート膜1
8が存在する場所における光反射面からの励起光の反射
率の関係を示した特性図である。尚、この特性カーブ
は、光源の波長=660nm、金属薄膜15の膜厚=5
0nm、ガラス板14の屈折率=1.523、外部の試
料(水)の屈折率=1.3325、オーバーコート膜1
8の誘電率=2.32の条件下で測定したものである。
If the overcoat film 18 is too thin, the evanescent wave that oozes from the surface of the metal thin film 15 permeates the overcoat film 18 and oozes into the sample, so that surface plasmon resonance occurs. appear. FIG. 6 shows the thickness of the overcoat film 18 and this overcoat film 1.
8 is a characteristic diagram showing the relationship of the reflectance of the excitation light from the light reflecting surface in the place where 8 exists. In addition, this characteristic curve shows that the wavelength of the light source = 660 nm, the film thickness of the metal thin film 15 = 5.
0 nm, refractive index of glass plate = 1.523, refractive index of external sample (water) = 1.3325, overcoat film 1
8 was measured under the condition of dielectric constant = 2.32.

【0025】図6に示すように、オーバーコート膜18
の膜厚が厚くなると光の反射率は増大する。これは膜厚
が厚くなると、表面プラズモン共鳴の発生が減少して光
エネルギの吸収が減ることを意味している。この結果か
ら、オーバーコート膜18膜厚が50nm以上であれ
ば、実質的に表面プラズモン共鳴の発生が抑えられて、
スポットエリア部分15aのみでの測定が可能になるこ
とが分かる。
As shown in FIG. 6, the overcoat film 18
The light reflectance increases as the film thickness increases. This means that as the film thickness increases, the occurrence of surface plasmon resonance decreases and the absorption of light energy decreases. From this result, when the thickness of the overcoat film 18 is 50 nm or more, the occurrence of surface plasmon resonance is substantially suppressed,
It can be seen that the measurement can be performed only in the spot area portion 15a.

【0026】図7は、第3の実施形態に係るセンサチッ
プの分解斜視図である。
FIG. 7 is an exploded perspective view of the sensor chip according to the third embodiment.

【0027】センサチップ23は、ガラス板24とその
光反射面に蒸着された金属薄膜25とを備える。更に、
このガラス24の光入射面には、図示しないLEDラン
プからの光を光反射面に導き、かつ、光反射面からの反
射光を図示しない光検出器に導くための三角プリズム3
0が接合される。三角プリズム30のガラス板24との
接合面には、スポット状の小さい窓31aだけを残し
て、クロムなどの遮光膜31が蒸着形成されている。遮
光膜31の膜厚は光を透過させない程度に十分厚い。ス
ポット窓31aは、LEDランプからの光のうちLED
チップ像6(図4参照)を形成する光のみを通過させ
る。遮光膜31のパターニング法にはフォトリソグラフ
ィ技術などがある。尚、三角プリズム30の代りに、他
の形状のプリズムや導光板など、種々の形態の光学要素
を用いることができる。
The sensor chip 23 comprises a glass plate 24 and a metal thin film 25 deposited on its light reflecting surface. Furthermore,
On the light incident surface of the glass 24, a triangular prism 3 for guiding light from an LED lamp (not shown) to a light reflecting surface and guiding light reflected from the light reflecting surface to a photodetector (not shown).
0 is joined. A light-shielding film 31 of chromium or the like is vapor-deposited on the surface of the triangular prism 30 that is joined to the glass plate 24, leaving only a small spot-shaped window 31a. The film thickness of the light shielding film 31 is thick enough not to transmit light. The spot window 31a is the LED of the light from the LED lamp.
Only the light forming the chip image 6 (see FIG. 4) is passed. The patterning method of the light shielding film 31 includes a photolithography technique and the like. Instead of the triangular prism 30, various types of optical elements such as prisms of other shapes and light guide plates can be used.

【0028】このセンサチップ23においても、LED
チップ像6を形成する光のみが表面プラズモン波を励起
するから、シャープな反射率カーブによる高精度な測定
が可能である。
Also in this sensor chip 23, the LED
Since only the light forming the chip image 6 excites the surface plasmon wave, it is possible to perform highly accurate measurement with a sharp reflectance curve.

【0029】第4の実施形態に係るセンサチップの断面
図である。
It is a sectional view of a sensor chip according to a fourth embodiment.

【0030】このセンサチップは、ガラス板44の表面
上に、フッソ樹脂層46が形成されており、このフッソ
樹脂層46にはLEDチップ像6より小さいスポット窓
46aが開いており、その上に金属薄膜45が形成され
ている。従って、金属薄膜45は、スポット窓46aの
領域でのみガラス板44に接触し、他の領域ではフッソ
樹脂層46に接触している。このセンサチップは水溶液
の検査に用いられるが、フッソ樹脂層46の屈折率は水
の屈折率より若干小さい。そのため、スポット窓46a
の領域のみで表面プラズモン共鳴が発生するので、LE
Dチップ像6を形成する光のみを用いた高精度な測定が
可能である。
In this sensor chip, a fluororesin layer 46 is formed on the surface of the glass plate 44, and a spot window 46a smaller than the LED chip image 6 is opened in the fluororesin layer 46, and the spot window 46a is formed thereon. A metal thin film 45 is formed. Therefore, the metal thin film 45 is in contact with the glass plate 44 only in the area of the spot window 46a, and is in contact with the fluororesin layer 46 in other areas. This sensor chip is used for inspection of an aqueous solution, but the refractive index of the fluorine resin layer 46 is slightly smaller than that of water. Therefore, the spot window 46a
Since surface plasmon resonance occurs only in the area of
Highly accurate measurement using only the light forming the D-chip image 6 is possible.

【0031】尚、本発明は上述した実施形態以外にも、
変形、改良、修正を加えた様々な態様で実施することが
できる。例えば、センサチップの光反射面に結像される
光源像は図1や図4に示した形態である必要はなく、他
の形態の像、たとえば単一の照度ピークしかもたない像
であっても、本発明は適用できる。また、センサチップ
を構成する光透過媒体の形態についても、実施例のよう
なガラスやアクリルの板だけに限らず、プリズムのよう
なブロックや導光板など、凡ゆる形態の光透過媒体を用
いたセンサチップに本発明は適用できる。
The present invention is not limited to the embodiment described above,
It can be implemented in various modes with variations, improvements, and modifications. For example, the light source image formed on the light-reflecting surface of the sensor chip does not need to have the form shown in FIGS. 1 and 4, and may have another form, such as an image having only a single illuminance peak. However, the present invention can be applied. Further, the form of the light transmission medium forming the sensor chip is not limited to the glass or acrylic plate as in the embodiment, but a light transmission medium of any form such as a block like a prism or a light guide plate is used. The present invention can be applied to a sensor chip.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、コヒーレントでない光
を照射する光源を用いた場合であっても、高精度に表面
プラズモン共振角を測定できる。
According to the present invention, the surface plasmon resonance angle can be measured with high accuracy even when a light source that emits light that is not coherent is used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一般的なLEDランプの平面構成と、そのLE
Dランプの像の照度分布とを示す説明図である。
FIG. 1 is a plan view of a general LED lamp and its LE.
It is explanatory drawing which shows the illuminance distribution of the image of D lamp.

【図2】光源にLEDランプを使った表面プラズモン共
鳴センサ装置のセンサチップの光反射面上での励起光の
形態を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a form of excitation light on a light reflecting surface of a sensor chip of a surface plasmon resonance sensor device using an LED lamp as a light source.

【図3】光源にLEDランプを使った表面プラズモン共
鳴センサ装置の反射光の反射率分布カーブを示す特性図
である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a reflectance distribution curve of reflected light of a surface plasmon resonance sensor device using an LED lamp as a light source.

【図4】本発明の第1の実施形態に係るセンサチップの
光反射面の構成とLEDランプ像とを示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a light reflecting surface of the sensor chip according to the first embodiment of the present invention and an LED lamp image.

【図5】第2の実施形態に係るセンサチップの構成を示
す平面図(a)と断面図(b)である。
FIG. 5 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing a configuration of a sensor chip according to a second embodiment.

【図6】オーバーコート膜の厚さと励起光の反射率の関
係を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of an overcoat film and the reflectance of excitation light.

【図7】第3の実施形態に係るセンサチップの分解斜視
図である。
FIG. 7 is an exploded perspective view of a sensor chip according to a third embodiment.

【図8】第4の実施形態に係るセンサチップの断面図で
ある。
FIG. 8 is a sectional view of a sensor chip according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 LEDチップ 2 電極 3、13、23 センサチップ 4、14、24、44 ガラス板 5 金属薄膜スポット 6 LEDチップ像 7 電極像 15、25、45 金属薄膜 15a 金属薄膜のスポット露出部 18 オーバーコート膜 31 遮光膜 31a 遮光膜のスポット窓 46 フッソ樹脂層 46a フッソ樹脂層のスポット窓 1 LED chip 2 Electrodes 3, 13, 23 Sensor chip 4, 14, 24, 44 Glass plate 5 Metal thin film spot 6 LED chip image 7 Electrode image 15, 25, 45 Metal thin film 15a Metal thin film spot exposed portion 18 Overcoat film 31 Light-shielding film 31a Light-shielding film spot window 46 Fluoro resin layer 46a Fluoro resin layer spot window

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、金属薄膜を有した光反射面をも
った光透過媒体を含むセンサチップと、光検出器とを備
える表面プラズモン共鳴センサ装置において、 前記光反射面上の光源像より小さいスポット領域のみに
おいて、前記金属薄膜が表面プラズモン共鳴を生じるよ
うに構成されていることを特徴とする表面プラズモン共
鳴センサ装置。
1. A surface plasmon resonance sensor device comprising a light source, a sensor chip including a light transmitting medium having a light reflecting surface having a metal thin film, and a photodetector, comprising: a light source image on the light reflecting surface; A surface plasmon resonance sensor device, wherein the metal thin film is configured to generate surface plasmon resonance only in a small spot region.
【請求項2】 請求項1記載の装置において、前記金属
薄膜が、前記スポット領域にのみ形成されていることを
特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置。
2. The surface plasmon resonance sensor device according to claim 1, wherein the metal thin film is formed only in the spot region.
【請求項3】 請求項1記載の装置において、前記金属
薄膜の表面を覆った、前記光透過媒体の屈折率以上の屈
折率をもつオーバーコート膜を更に備え、 前記オーバーコート膜が、前記金属薄膜の表面の前記ス
ポット領域に対応した部分のみを露出させるためのスポ
ット窓を有することを特徴とする表面プラズモン共鳴セ
ンサ装置。
3. The apparatus according to claim 1, further comprising an overcoat film that covers the surface of the metal thin film and has a refractive index that is equal to or higher than the refractive index of the light transmission medium, and the overcoat film is the metal. A surface plasmon resonance sensor device having a spot window for exposing only a portion of the surface of the thin film corresponding to the spot region.
【請求項4】 請求項3記載の装置において、前記オー
バーコート膜が50nm以上の厚みをもつことを特徴と
する表面プラズモン共鳴センサ装置。
4. The surface plasmon resonance sensor device according to claim 3, wherein the overcoat film has a thickness of 50 nm or more.
【請求項5】 請求項1記載の装置において、前記光反
射面の近傍の光路上に配置された遮光膜を更に備え、 前記遮光膜が、前記光源像のうちの前記スポット領域に
対応する部分を形成する光のみを通過させるためのスポ
ット窓を有することを特徴とする表面プラズモン共鳴セ
ンサ装置。
5. The apparatus according to claim 1, further comprising a light-shielding film arranged on an optical path in the vicinity of the light-reflecting surface, wherein the light-shielding film corresponds to the spot area of the light source image. A surface plasmon resonance sensor device having a spot window for allowing only the light forming the light to pass therethrough.
【請求項6】 請求項1記載の装置において、前記光透
過媒体の光反射面の前記スポット領域以外の領域の屈折
率が、前記金属薄膜と接触する試料の屈折率以下である
ことを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置。
6. The apparatus according to claim 1, wherein a region other than the spot region on the light reflecting surface of the light transmitting medium has a refractive index equal to or lower than a refractive index of a sample in contact with the metal thin film. Surface plasmon resonance sensor device.
【請求項7】 請求項1記載の装置において、前記光源
がLEDランプであり、 前記スポット領域が前記LEDランプの像の内のLED
チップの像と同じ又はより小さいサイズをもつことを特
徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置。
7. The apparatus according to claim 1, wherein the light source is an LED lamp, and the spot area is an LED in an image of the LED lamp.
A surface plasmon resonance sensor device having the same size as or smaller than the image of the chip.
【請求項8】 金属薄膜を有した光反射面をもった光透
過媒体を含み、光源からの光を表面プラズモン共鳴に伴
う反射率で反射させる、表面プラズモン共鳴センサ装置
用のセンサチップにおいて、 前記光反射面上の光源像より小さいスポット領域のみに
おいて、前記金属薄膜が表面プラズモン共鳴を生じるよ
うに構成されていることを特徴とする表面プラズモン共
鳴センサ装置用のセンサチップ。
8. A sensor chip for a surface plasmon resonance sensor device, comprising a light transmitting medium having a light reflecting surface having a metal thin film, and reflecting light from a light source at a reflectance associated with surface plasmon resonance. A sensor chip for a surface plasmon resonance sensor device, wherein the metal thin film is configured to generate surface plasmon resonance only in a spot area smaller than a light source image on a light reflecting surface.
【請求項9】 請求項8記載のセンサチップにおいて、
前記金属薄膜が、前記スポット領域にのみ形成されてい
ることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置用の
センサチップ。
9. The sensor chip according to claim 8, wherein
A sensor chip for a surface plasmon resonance sensor device, wherein the metal thin film is formed only in the spot region.
【請求項10】 請求項8記載のセンサチップにおい
て、前記金属薄膜の表面を覆った、前記光透過媒体の屈
折率以上の屈折率をもつオーバーコート膜を更に備え、 前記オーバーコート膜が、前記金属薄膜の表面の前記ス
ポット領域に対応した部分のみを露出させるためのスポ
ット窓を有することを特徴とする表面プラズモン共鳴セ
ンサ装置用のセンサチップ。
10. The sensor chip according to claim 8, further comprising an overcoat film covering the surface of the metal thin film, the overcoat film having a refractive index higher than that of the light transmitting medium. A sensor chip for a surface plasmon resonance sensor device, comprising a spot window for exposing only a portion corresponding to the spot region on the surface of the metal thin film.
【請求項11】 請求項10記載のセンサチップにおい
て、前記オーバーコート膜が50nm以上の厚みをもつ
ことを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ装置用のセ
ンサチップ。
11. The sensor chip for a surface plasmon resonance sensor device according to claim 10, wherein the overcoat film has a thickness of 50 nm or more.
【請求項12】 請求項8記載のセンサチップにおい
て、前記光反射面の近傍の光路上に配置された遮光膜を
更に備え、 前記遮光膜が、前記光源像のうちの前記スポット領域に
対応する部分を形成する光のみを通過させるためのスポ
ット窓を有することを特徴とする表面プラズモン共鳴セ
ンサ装置用のセンサチップ。
12. The sensor chip according to claim 8, further comprising a light shielding film arranged on an optical path near the light reflecting surface, wherein the light shielding film corresponds to the spot region of the light source image. A sensor chip for a surface plasmon resonance sensor device, comprising a spot window for passing only light forming a part.
【請求項13】 請求項8記載のセンサチップにおい
て、前記光透過媒体の光反射面の前記スポット領域以外
の領域の屈折率が、前記金属薄膜と接触する試料の屈折
率以下であることを特徴とする表面プラズモン共鳴セン
サ装置。
13. The sensor chip according to claim 8, wherein a refractive index of a region of the light reflecting surface of the light transmitting medium other than the spot region is less than or equal to a refractive index of a sample in contact with the metal thin film. Surface plasmon resonance sensor device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100480340B1 (en) * 2002-11-02 2005-03-31 한국전자통신연구원 Apparatus of localized surface plasmon sensor using ordered nano-sized metal structures and method manufacturing the same
JP2011127991A (en) * 2009-12-17 2011-06-30 Konica Minolta Holdings Inc Plasmon excitation sensor and assay method using sensor

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