KR100860701B1 - 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서 - Google Patents
장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판, 상기 기판 상에 위치한 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 상에 위치한 금속 박막, 상기 금속 박막 상에 위치하며, 시료가 통과하도록 소정의 채널이 형성된 제2 유전체층, 상기 제2 유전체층 상에 위치한 금속-띠, 및 상기 금속-띠 상에 위치한 제3 유전체층을 포함하는 센서부; 상기 금속 박막과 금속-띠 간 표면 플라즈몬을 유도하기 위한 광원부; 및 상기 표면 플라즈몬에 따라 변화된 광을 검출 및 분석하는 검출부;를 구비한 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서에 관한 것이다.
상기 센서는 전파 손실이 적고, 감도 및 검출 한계가 높고, 분석 속도가 빠르며 소형 또는 경량 시스템 등 다양한 크기로 제작 가능하여, DNA 칩, 단백질 칩 등의 바이오칩, 면역 센서, 희토류 원소 분석 센서, 기체 분석 센서 등 다양한 분야에 적용된다.
광센서, 표면 플라즈몬, 광도파로, 바이오 센서, 기체 센서
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서 구조를 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서의 센서부를 보여주는 입체 단면도이다.
도 3은 상기 도 2의 I-I' 영역을 절단면을 보여주는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 금속-띠의 여러 가지 구현 형태를 보여주는 모식도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서의 도파로 영역의 자기장 분포를 보여주는 모식도이고, 도 5b는 이의 장거리 표면 플라즈몬 모드의 에너지 분포도이다.
본 발명은 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전파 손실이 적고, 감도 및 검출 한계가 높고, 분석 속도가 빠르며 소형 또는 경량 시스템 등 다양한 크기의 센서로 적용 가능한 장거리 표면 플라 즈몬 이중 금속 광도파로 센서에 관한 것이다.
표면 플라즈몬(surface plasmon)은 유전상수의 실수항이 서로 반대의 부호를 가지는 경계면을 따라 진행하는 전하밀도의 진동파를 의미한다. 상기 표면 플라즈몬은 네거티브(-) 극성을 갖는 금속 물질과 포지티브(+) 극성을 갖는 유전체 물질의 경계면에서 존재하며, 표면 플라즈몬은 고속으로 가속된 전자나 광파에 의하여 여기된다.
상기 표면 플라즈몬은 TM(transverse-magnetic) 편광된 파동이며, 파동을 이루는 전기장이나 자기장의 크기는 금속표면에서 가장 큰 값을 가지면서 금속에서 멀어짐에 따라 지수적으로 감소한다. 이러한 특징 때문에 표면 플라즈몬은 금속 표면에 존재하는 물질의 특성 측정과 금속 자체의 광학 상수를 측정하는데 많이 사용되어 왔다.
또한 표면 플라즈몬은 필드가 금속의 표면 근방에 집중되어 있기 때문에 센서 등의 응용에 많은 장점을 가지고 있으며, 금속 표면의 섭동에 민감하게 반응하기 때문에 이를 이용한 광소자로 응용되고 있다.
대한민국 공개특허 제2002-15617호는 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 희토류 원소를 감지하는 센서를 제안하고 있다. 상기 센서는 유리 기판 상에 니켈 크롬 박막과 금 박막을 코팅하고 그 상부에 감지막을 코팅함으로써 희토류 원소들을 선택적으로 분석할 수 있음을 언급하고 있다.
대한민국 공개특허 제2004-102847호는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 생화학 물질 및 생체 물질의 상호작용을 계측하는 분석 장치를 개시하고 있다. 상 기 분석 장치는 표면 플라즈몬을 발생시키는 프리즘의 형태를 변화시켜 측정 한계를 넓힐 수 있다고 언급하고 있다.
대한민국 공개특허 제2004-39553호는 국소화된 표면 플라즈몬 현상을 이용하는 면역 센서를 제안하고 있다. 상기 특허에서는 기판 상에 시료와 접하도록 나노 미터 수준의 다수의 금속 구조체들을 형성함으로써 감도가 더욱 향상될 수 있다고 언급하고 있다.
그러나 이들 특허에서는 표면 플라즈몬을 발생시키기 위한 구조로 기판 상에 금속이 단일 박막으로 형성된 구조를 제안하고 있다. 이러한 구조에서 발생하는 표면 플라즈몬은 금속 박막의 표면에서만 형성되어 발생하고, 그 진행 거리가 매우 짧은 단점이 있다.
이에 본 발명자는 여러 층의 유전체층을 교대로 형성하고, 이들 사이에 매우 얇은 두 개의 금속 박막을 소정 이격하여 형성한 구조를 새로이 개발하였으며, 이러한 구조로 인해 상기 금속 박막 표면의 경계를 따라 장거리 표면 플라즈몬(long-range surface plasmon)이 발생하여, 상기 표면 플라즈몬의 진행 거리를 늘리고 표면 플라즈몬 간의 강한 결합으로 인해 센서에 적용시 감도를 높일 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 전파 손실이 매우 적고, 감도 및 검출 한계가 높으며, 분석 속도가 빠르며 소형 또는 경량 시스템 등 다양한 크기의 센서 제작이 가능한 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은
a) 기판, 상기 기판 위에 적층된 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 위에 적층된 금속 박막, 상기 금속 박막 위에 적층되며 상기 금속박막의 일부면이 노출되도록 채널이 관통형성된 제2 유전체층, 상기 제2 유전체층 위에 적층되며 상기 채널을 향해 일부면이 노출된 금속-띠, 및 상기 금속-띠 위에 적층된 제3 유전체층을 포함하는 센서부;
a) 기판, 상기 기판 위에 적층된 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 위에 적층된 금속 박막, 상기 금속 박막 위에 적층되며 상기 금속박막의 일부면이 노출되도록 채널이 관통형성된 제2 유전체층, 상기 제2 유전체층 위에 적층되며 상기 채널을 향해 일부면이 노출된 금속-띠, 및 상기 금속-띠 위에 적층된 제3 유전체층을 포함하는 센서부;
삭제
b) 상기 금속 박막과 금속-띠 간 표면 플라즈몬을 유도하기 위한 광원부; 및
c) 상기 표면 플라즈몬에 따라 변화된 광을 검출 및 분석하는 검출부;
를 구비한 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서를 제공한다.
이때 상기 제2 유전체층은, 두께가 10 nm 내지 10 ㎛의 범위를 갖는다.
상기 금속 박막과 금속-띠는 각각, 두께가 10 nm 내지 100 nm의 범위를 가지며, 상기 금속-띠의 폭은 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위를 갖는다.
이때 상기 금속-띠는 직선 형태, 직선 형태로 시작되어 Y자형으로 분기되는 형태, 또는 양방향에서 직선 형태로 시작되어 마주보며 진행하다가 각각 Y자형으로 분기되고 각각 분기된 분기선이 연결되는 형태 중 선택된 어느 한 형태를 갖는다. 추가로 상기 금속-띠는 노출된 일부면에 감지막을 형성한다.
상기 채널은 높이가 10 nm 내지 10 ㎛의 범위를 갖고, 폭이 1 ㎛ 이상이며, 제2 유전체층 사이에 단일 또는 복수개로 형성한다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아 래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 또한 각 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것으로 이해되는 것이 바람직하다. 이때 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층은 상기 다른 층 또는 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제3의 층이 개재되어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서의 구조를 보여주는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 상기 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서는 표면 플라즈몬이 발생하는 센서부(100), 상기 표면 플라즈몬을 유도하기 위한 광원부(200), 및 시료의 검출 및 분석을 위한 검출부(300)로 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서의 센서부를 보여주는 단면도이고, 도 3은 도 2의 I-I' 영역을 절단한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 센서부(100)는
기판(101),
상기 기판(101) 위에 적층된 제1 유전체층(102),
상기 제1 유전체층(102) 위에 적층된 금속 박막(103),
상기 금속 박막(103) 상에 위치하며, 금속박막의 일부면이 노출되도록 채널(110)이 관통형성된 제2 유전체층(104),
상기 제2 유전체층(104) 위에 적층되며 채널(110)을 향해 일부면이 노출된 금속-띠(105), 및
상기 금속-띠(105) 위에 적층된 제3 유전체층(106);을 포함한다.
구체적으로, 기판(101)은 통상적으로 사용되는 플라스틱 기판, 반도체 기판 또는 금속 기판이 가능하며, 본 발명에서 그 재질을 특별히 한정하지는 않는다.
상기 제1 유전체층(102)은 기판(101) 전면에 걸쳐 형성된다. 이러한 제1 유전체층(102)은 이 분야에서 공지되어 통상적으로 사용되고 있는 유전체층 재질을 사용한다. 대표적으로 폴리이미드계 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에스테르이미드 수지 등, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 페놀계 수지, 폴리퀴놀린계 수지, 폴리퀴녹살린계 수지, 폴리벤조옥사졸계 수지, 폴리벤조티아졸계 수지, 폴리벤조이미다졸계 수지, 폴리실란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하고, 바람직하기로 상기 수지는 불소 원자를 포함하고, 더욱 바람직하기로는 불소를 포함하는 폴리이미드계 수지가 가능하다.
상기 제1 유전체층(102)은 두께가 10 nm 내지 100 nm이고, 바닥면의 가로 세로 크기는 필요에 따라 결정할 수 있으며, 기판(101)과 같은 크기로 할 수도 있다.
상기 제1 유전체층(102)은 상기한 수지를 이용하여 공지된 바의 습식 코팅 또는 건식 코팅을 통해 형성이 가능하며, 기판(101) 상에 단층으로 적층된 구조를 갖거나, 서로 다른 재질로 2층 이상으로 적층하여 다층 구조를 갖는다.
상기 금속 박막(103)은 상기 제1 유전체층(102)의 전면에 걸쳐 형성된다.
상기 금속 박막(103)은 통상적으로 사용되는 금속 재질이 가능하며, 대표적 으로 Au, Ag, Cu, Al, In, Sn, Pb, Sb, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ta, W, Pt 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하기로 Au를 사용한다.
이러한 금속 박막(103)은 두께가 10 nm 내지 100 nm이다.
상기 금속 박막(103)은, 통상적인 증착 방법을 이용하여 수행하여 형성하며, 대표적으로 스퍼터링, 이온빔 증착법, 화학적 증착법, 및 플라즈마 증착법으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 방법으로 수행한다.
상기 제2 유전체층(104)은 상기 금속 박막(103) 상에 형성한다.
상기 제2 유전체층(104)의 재질은 상기 제1 유전체층(102)과 동일 재질을 사용할 수도 있지만, 유전 상수를 달리할 필요가 있는 경우에는, 제1 유전체층(102)의 재질로서 예시한 것들 중 선택된 다른 하나의 재질로 형성할 수도 있다. 또한 제2 유전체층(104)의 두께는 10 nm 내지 10 ㎛인 것이 바람직하다.
한편 제2 유전체층(104) 또한 제1 유전체층(102)과 마찬가지로, 서로 다른 재질의 박막을 적층하여 다층구조를 갖도록 형성할 수 있다. 이때 각 재질은 앞서 제1 유전체층(102)의 재질로서 예시한 것들 중에서 선택된 것들이다. 이와 같이 서로 다른 재질을 적층하여 다층구조로 하는 것은 후술할 제3 유전체층(106)의 경우도 적용할 수 있다. 또한 제2 유전체층(104)은 평면상 복수의 영역으로 분할한 뒤, 각 분할 영역에 서로 다른 재질이 배치되도록 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 역시 후술하는 바와 같이, 채널(110)이 복수 개 형성되어 있는 다채널 센서의 경우 각 채널마다 유전상수가 다른 제2 유전체층(104)이 배치되게 함으로써 측정할 시료의 특성, 측정 방식 등에 따라 센서의 활용도를 높일 수 있다.
특히 상기 제2 유전체층(104)은 본 발명의 표면 플라즈몬에 의해 시료를 분석하기 위해, 분석하고자 하는 시료가 통과하도록 소정의 채널(110)을 가진다. 상기 채널(110)은 하나하나가 센싱을 위한 시료의 통로가 되는데, 이러한 채널을 다수 개 조합하면, 다채널의 센서 시스템을 구성할 수 있다. 이러한 다채널의 센서 시스템은 여러 시료를 동시에 측정하거나 3차원적으로 입체화하여 분석을 보다 용이하게 할 수 있다.
특히 상기 제2 유전체층(104)은 본 발명의 표면 플라즈몬에 의해 시료를 분석하기 위해, 분석하고자 하는 시료가 통과하도록 소정의 채널(110)을 가진다. 상기 채널(110)은 하나하나가 센싱을 위한 시료의 통로가 되는데, 이러한 채널을 다수 개 조합하면, 다채널의 센서 시스템을 구성할 수 있다. 이러한 다채널의 센서 시스템은 여러 시료를 동시에 측정하거나 3차원적으로 입체화하여 분석을 보다 용이하게 할 수 있다.
이때 시료는 공기와 같은 가스 또는 액체 상태일 수 있으며, 분석하고자 하는 시료나 센서의 용도 등에 따라 적절한 형태를 취할 수 있으나, 높이가 10 nm 내지 10 ㎛로서 제2 유전체층(104)의 두께와 같고, 폭은 1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
상기 금속-띠(105)는 상기 제2 유전체층(104) 위에 배치되되, 채널(110)의 진행 방향과 실질적으로 수직이 되도록 배치된다. 이러한 금속-띠(105)은 두께가 얇은 금속막대 형태를 가지는데, 측정하고자 하는 시료와의 접촉 정도를 조절하기 위해 시료에 따라 그 폭을 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위에서 변화시키면서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 금속-띠(105)는 금속 박막(103)과 이들 사이에 고속으로 가속된 전자나 광파에 의해 여기되어 표면 플라즈몬을 발생시킨다. 이러한 금속-띠(105)의 재질 및 두께는 상기 금속 박막(103)의 재질 및 두께와 같도록 할 수 있다. 다만 금속-띠(105)의 유전 상수를 금속 박막(103)의 유전 상수와 달리할 필요가 있을 경우에는 앞서 금속 박막(103)의 재질로서 언급한 재질들 중 선택된 다른 재질을 사용하는 것도 가능하다.
또한 금속-띠(105)는 그 형상이 직선 형태, 일방향에서 직선 형태로 시작되어 Y자형으로 분기되는 형태, 또는 양방향에서 직선 형태로 시작되어 마주보며 진행하다가 각각 Y자형으로 분기되고 각각 분기된 분기선이 연결되는 형태를 가질 수 있다. 마지막 형태의 경우 채널(110)을 통과하는 시료는 금속-띠(105)와 2차례에 걸쳐 접촉하게 된다.
도 4a 내지 도 4c는 금속-띠(105)의 여러 가지 형태를 보여주기 위해 기판(101), 제1 유전체층(102) 및 금속박막(103)을 제거한 상태에서 제2유전체층(104) 측에서 금속-띠(105)를 바라본 모식도이다. 도 4a에서는 직선의 형태를 가진 금속-띠(105)를 보여주고 있으며, 도 4b에서는 Y자형으로 분기된 형태를 가진 금속-띠(105)를 보여주고 있으며, 도 4c에서는 양방향에서 각각 직선 형태로 마주보며 연장되기 시작되어 Y자형으로 분기된 뒤 각 분기선이 서로 연결된 형태를 가진 금속-띠(105)를 보여준다. 이러한 형태는 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절히 선택 변경될 수 있으며, 도시하지 않은 다른 형태로의 변형도 가능하다.
이때 필요에 따라 상기 금속-띠(105)의 일측면, 바람직하기로 시료와 접촉하는 면에 감지막을 형성할 수 있다. 상기 감지막은 측정하고자 하는 시료와 특정 반응을 수행하는 바이오 또는 화학 물질을 코팅하는 것으로 형성할 수 있다.
일예로 본 발명의 장거리 표면 플라즈몬 광도파로 센서를 면역 센서로 적용하는 경우, 상기 금속-띠(105)의 노출된 일측 표면에 항체(antibody)와 같은 생체 물질을 고정화하고, 이와 특이적으로 결합하는 항원(antigen)의 농도를 측정함으로써 면역 센서의 구현이 가능해진다.
또 다른 예로 본 발명의 장거리 표면 플라즈몬 광도파로 센서를 희토류 분석 센서로 적용하는 경우, 상기 금속-띠(105)의 일측 표면에 희토류 원소를 감지할 수 있는 이오노퍼(ionophore)를 폴리비닐 클로라이드나 폴리아크릴레이트와 같은 고분자와 혼합하여 도포하고, 상기 이오노퍼와 특정 반응을 하는 희토류 원소의 농도를 측정함으로써 희토류 분석 센서의 구현이 가능해진다.
상기 제3 유전체층(106)은 상기 금속-띠(105) 위에, 바람직하게는 금속-띠(105)가 하면에 함입되도록 배치되며, 기판(101)의 전면적을 덮을 수 있도록 형성된다. 즉, 제3 유전체층(106)은 제1 유전체층(102)과 같은 바닥 면적을 가진다.
상기 제3 유전체층(106)의 두께는 상기 제1 유전체층(102)과 같게 할 수 있으며, 제1 유전체층(102)과 동일 재질을 사용하거나, 제1 유전체층(102)의 재질로서 앞서 예시된 재질들 중 선택된 다른 재질을 사용하여 유전 상수를 달리 할 수 있다.
이와 같이 장거리 표면 플라즈몬 광도파로 센서는 기판(101), 제1 유전체층(102), 금속 박막(103), 제2 유전체층(104), 금속-띠(105), 및 제3 유전체층(106)을 포함하여 센서부(100)를 구성한다.
상기 센서부(100)와 연결되는 광원부(200)는 상기 금속 박막과 금속-띠 간 표면 플라즈몬을 유도하기 위한 것으로, 통상적으로 사용되는 광원이 사용될 수 있다.
상기 광원은 구성하고자 하는 센서에 따라 달라지며, 할로겐 램프, 발광 다이오드, 또는 레이저 등이 가능하며, 상기 센서부(100) 내로 입사광을 제공한다.
상기 센서부(100)에서 표면 플라즈몬에 의해 측정되는 시료는 검출부(300)를 통해 분석을 수행한다. 상기 검출부(300)는 시료에 의해 전파하는 표면 플라즈몬의 파장 변화, 모드 크기 변화, 세기의 변화 등을 정량 또는 정성적으로 측정할 수 있는 기능을 가지도록 구성한다.
일예로 광증배기(photomultiplier) 또는 포토다이오드(photodiode)를 포함하거나 이차원 평면을 이미징(imaging)할 수 있는 전하 결합 소자 카메라, 비디오 카메라 또는 영사막(screen)을 포함하거나, 광학 현미경, 주사 현미경, 광자 주사 관통 현미경 등을 포함하여 구상할 수 있다.
이때 필요에 따라 상기 금속 박막과 금속-띠에 전류를 흘려보내 전기적인 저항에 의해, 마치 전선이 합선된 것처럼, 열이 발생되어 금속 박막이나 금속-띠 주위에 붙어있는 시료 물질의 제거가 가능하다.
전술한 바의 구성 요소를 포함하는 본 발명에 따른 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서의 작동 원리는 다음과 같다.
먼저, 센서부의 금속 박막과 금속-띠 사이에 고속으로 가속된 전자 또는 광파를 인가하여 이들의 표면에 표면 플라즈몬을 발생시키고, 제2 유전체층 내 형성된 채널에 분석하고자 하는 시료를 주입하여 검출부에서 상기 센서부에서 변하는 파장 변화, 모드 크기 변화, 세기의 변화 등을 정량 또는 정성적으로 측정한다.
도 5a는 본 발명에 따른 센서에 적용되는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서의 도파로 영역의 자기장 분포를 보여주는 모식도이고, 도 5b는 이의 장거리 표면 플라즈몬 모드의 에너지 분포도이다. 도 5a에서 자기장 성분 Hx는 유한 요소법(finite element method)으로 계산한 결과이다.
도 5a를 참조하면, 상기 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 도파로는 금속 박막과 금속-띠를 따라 동심원 모양을 갖는 전자기파 모드 형태로 전파해나가며, 중심에서 멀어질수록 자기장의 크기가 작아짐을 알 수 있다. 또한 금속 박막과 금속-띠 모두 장거리 표면 플라즈몬에 의해 충분히 속박되어 전자기파가 전파된다. 또한 도 5b를 참조하면 장거리 표면 플라즈몬의 에너지 분포는 중심의 밝은 부분이 에너지가 큰 부분이고 밖으로 나갈수록 줄어드는 경향을 보인다.
도 5a 및 도 5b에 보여지는 에너지 분포를 살펴보면 금속 박막과 금속-띠가 존재하는 중심 부위가 가장 밝게 나타남을 알 수 있다. 이때 분석하고자 하는 시료가 상기 금속-띠와 접하거나 흡착되는 경우, 상기 시료는 전파되는 표면 플라즈몬의 에너지가 가장 큰 부분과 상호작용을 이룬다. 이때 시료의 양이 미량이더라도 전파되는 표면 플라즈몬에 영향을 충분히 줄 수 있어 센서의 감도가 매우 우수한 잇점이 있다. 더욱이 본 발명과 같이 금속 박막과 금속-띠 형태로 구현하는 센서의 경우 전파 손실이 적으며, 이러한 적은 전파손실은 표면 플라즈몬이 전파하면서 시료와 상호 작용하는 길이가 길어지므로, 마찬가지로 센서의 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서는 전파 손실이 적고, 감도 및 검출 한계가 높고, 분석 속도가 빠르며 소형 또는 경량 시스템 등 다양한 크기로 제작 가능하다.
또한 채널을 여러 개 형성하여 다채널화하여 여러 시료를 동시에 측정하거나 3차원적으로 입체화하여 분석을 보다 용이하게 할 수 있다.
이러한 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서는 DNA 칩, 단백질 칩 등의 바이오칩, 면역 센서, 희토류 원소 분석 센서, 기체 분석 센서 등 다양한 분야에 적용된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의해 장거리 표면 플라즈몬의 전파 특성을 효과적으로 조절하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서의 제조가 가능하며, 상기 센서는 전파 손실이 적고, 감도 및 검출 한계를 높이고 분석 속도가 빠르며 소형 또는 경량 시스템 등 다양한 크기의 센서 제작이 가능하다.
Claims (15)
- 기판, 상기 기판 위에 적층된 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 위에 적층된 금속 박막, 상기 금속 박막 위에 적층되며 상기 금속박막의 일부면이 노출되도록 채널이 관통형성된 제2 유전체층, 상기 제2 유전체층 위에 적층되며 상기 채널을 향해 일부면이 노출된 금속-띠, 및 상기 금속-띠 위에 적층된 제3 유전체층을 포함하는 센서부;상기 금속 박막과 금속-띠 간 표면 플라즈몬 공명을 유도하기 위한 광원부; 및상기 표면 플라즈몬 공명에 따라 변화된 광을 검출 및 분석하는 검출부;를 구비한 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 기판은 플라스틱 기판, 반도체 기판 또는 금속 기판으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 제1 유전체층, 제2 유전체층 및 제3 유전체층은 각각, 폴리이미드계 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에스테르이미드 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 페놀계 수지, 폴리퀴놀린계 수지, 폴리퀴녹살린계 수지, 폴리벤조옥사졸계 수지, 폴리벤조티아졸계 수지, 폴리벤조이미다졸계 수지, 폴리실란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 제2 유전체층은 두께가 10 nm 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 제1 유전체층, 제2 유전체층 및 제3 유전체층은 각각, 서로 다른 유전율을 가진 복수의 재질이 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 제2 유전체층은 평면상 분할된 영역에 각각 서로 다른 유전율을 가진 복수의 재질이 분산배치되어 형성된 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 금속 박막과 금속-띠는 각각, Au, Ag, Cu, Al, In, Sn, Pb, Sb, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ta, W, Pt 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 금속 박막 및 금속-띠는 각각, 두께가 10 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 금속-띠는, 폭이 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 금속-띠는 직선 형태, 직선 형태로 시작되어 Y자형으로 분기되는 형태, 또는 양방향에서 직선 형태로 시작되어 마주보며 진행하다가 각각 Y자형으로 분기되고 각각 분기된 분기선이 연결되는 형태 중 선택된 어느 한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 금속띠는,상기 노출된 일부면에 코팅된 감지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 채널은 복수 개가 동일 평면 상에 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
- 제1항에 있어서,상기 채널은 높이가 10 nm 내지 10 ㎛이고, 폭이 1 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 장거리 표면 플라즈몬 이중 금속 광도파로 센서.
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