KR101224326B1 - Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus - Google Patents

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고헤이 야마다
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

센서 칩으로서, 평면부를 갖는 기재와; 상기 평면부에 평행한 제 1 방향으로 100㎚ 이상 1000㎚ 이하의 주기로 주기적으로 배열되어 있는 복수의 제 1 돌기와, 이웃하는 2개의 제 1 돌기 사이에 위치하여 상기 기재의 하지를 구성하는 복수의 하지 부분과, 상기 복수의 제 1 돌기의 상면에 형성되어 있는 복수의 제 2 돌기를 포함하고, 금속으로 형성된 표면을 갖고, 상기 평면부상에 형성되고, 표적 물질이 배치되는 회절 격자를 포함한다.A sensor chip comprising: a substrate having a planar portion; A plurality of substrates positioned between the plurality of first protrusions periodically arranged in a period of 100 nm or more and 1000 nm or less in a first direction parallel to the planar portion and adjacent two first protrusions to constitute a base of the substrate; And a diffraction grating comprising a portion and a plurality of second protrusions formed on upper surfaces of the plurality of first protrusions, the surface having a metal surface, formed on the planar portion, and having a target material disposed thereon.

Description

센서 칩, 센서 카트리지 및 분석 장치{SENSOR CHIP, SENSOR CARTRIDGE, AND ANALYSIS APPARATUS}Sensor Chips, Sensor Cartridges, and Analysis Devices {SENSOR CHIP, SENSOR CARTRIDGE, AND ANALYSIS APPARATUS}

본 발명은 센서 칩, 센서 카트리지 및 분석 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor chip, a sensor cartridge and an analysis device.

본원은, 2009년 11월 19일에 출원된 일본 특허 출원 제 2009-263706 호, 및2010년 8월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제 2010-192839 호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 인용한다.This application claims priority with respect to Japanese Patent Application No. 2009-263706 for which it applied on November 19, 2009, and Japanese Patent Application No. 2010-192839 for which it applied on August 30, 2010, The content here Quote on.

최근, 의료 진단이나 음식 물건의 검사 등에 이용되는 센서의 수요가 증대하고 있어, 소형이고 고속으로 센싱 가능한 센서 기술의 개발이 요구되고 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해서, 전기 화학적인 수법을 비롯하여 다양한 타입의 센서가 검토되고 있다. 이들 중에서, 집적화가 가능하고, 저비용, 또한 측정 환경을 가리지 않는다는 이유로, 표면 플라즈몬 공명(SPR: Surface Plasmon Resonance)을 이용한 센서에 대한 관심이 높아지고 있다.In recent years, the demand of the sensor used for the medical diagnosis, the inspection of food products, etc. is increasing, and the development of the sensor technology which can sense small size and high speed is calculated | required. In order to respond to these demands, various types of sensors have been studied, including electrochemical techniques. Among these, interest in sensors using Surface Plasmon Resonance (SPR) is increasing because of the possibility of integration, low cost, and obscuring the measurement environment.

여기에서, 표면 플라즈몬란, 표면 고유의 경계 조건에 의해 광과 커플링(coupling)을 일으키는 전자파의 진동 모드이다. 표면 플라즈몬을 여기하는 방법으로서는, 금속 표면에 회절 격자를 새기고, 광과 플라즈몬을 결합시키는 방법이나 소산파(evanescent wave)를 이용하는 방법이 있다. 예를 들면, SPR을 이용한 센서의 구성으로서는, 전반사형 프리즘과, 해당 프리즘의 표면에 형성된 표적 물질에 접촉하는 금속막을 구비하는 구성이 알려져 있다. 이러한 구성에 의해, 항원항체 반응에 있어서의 항원의 흡착의 유무 등, 표적 물질의 흡착의 유무를 검출하고 있다.Here, surface plasmon is a vibration mode of the electromagnetic wave which causes coupling with light by surface-specific boundary conditions. As a method of exciting surface plasmons, a diffraction grating is inscribed on a metal surface, a method of combining light and plasmon, or a method of using evanescent waves. For example, as a structure of the sensor using SPR, the structure provided with the total reflection prism and the metal film which contacts the target substance formed in the surface of the prism is known. With this configuration, the presence or absence of adsorption of the target substance, such as the presence or absence of the adsorption of the antigen in the antigen antibody reaction, is detected.

그런데, 금속 표면에 전파형(傳播形)의 표면 플라즈몬이 존재하는 한편, 금속 미립자에는 국재형(局在形)의 표면 플라즈몬이 존재한다. 국재형의 표면 플라즈몬, 즉 표면의 미세 구조상에 국재하는 표면 플라즈몬이 여기되었을 때는, 현저하게 증강된 전장(電場)이 유기되는 것이 알려져 있다.By the way, a propagation type surface plasmon exists in a metal surface, and a local type surface plasmon exists in metal fine particles. When localized surface plasmons, ie, surface plasmons localized on the surface microstructure, are excited, it is known that remarkably enhanced electric field is induced.

여기에서, 센서 감도의 향상을 목적으로 하여, 금속 미립자나 금속 나노 구조를 이용한 국재 표면 플라즈몬 공명(LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance)을 이용한 센서가 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1(일본 공개 특허 제 2000-356587 호 공보)에서는, 표면에 금속 미립자가 막형상으로 고정된 투명 기판에 대하여 광을 조사하여, 금속 미립자를 투과한 광의 흡광도(吸光度)를 측정하는 것에 의해, 금속 미립자 근방의 매질의 변화를 검출하여, 표적 물질의 흡착이나 퇴적을 검출하고 있다.Here, for the purpose of improving the sensor sensitivity, a sensor using localized surface plasmon resonance (LSPR) using metal fine particles or metal nanostructures has been proposed. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-356587) discloses light on a transparent substrate having metal fine particles fixed on the surface thereof in a film form, and thus absorbance of light transmitted through the metal fine particles. By measuring, the change of the medium in the vicinity of metal fine particles is detected, and the adsorption and deposition of a target substance are detected.

그렇지만, 특허문헌 1에서는, 금속 미립자의 사이즈(크기나 형상)를 균일하게 제작하는 것, 및 금속 미립자를 규칙적으로 배열하는 것은 곤란했다. 금속 미립자의 사이즈나 배열을 제어할 수 없으면, 공명에 의해 생기는 흡수나 공명 파장에도 편차가 생긴다. 이에 의해, 흡광도 스펙트럼의 폭이 넓어지게 되어, 피크 강도가 저하해버린다. 이 때문에, 금속 미립자 근방의 매질의 변화를 검출하는 신호 변화가 낮아, 센서 감도를 향상시키는 것에도 한계가 있었다. 따라서, 흡광도 스펙트럼으로부터 물질을 특정하는 것 같은 용도에서는, 센서의 감도가 불충분했다.However, in Patent Document 1, it was difficult to uniformly prepare the size (size and shape) of the metal fine particles and to arrange the metal fine particles regularly. If the size and arrangement of the metal fine particles cannot be controlled, variations occur in absorption and resonance wavelengths caused by resonance. As a result, the width of the absorbance spectrum becomes wider and the peak intensity decreases. For this reason, the signal change which detects the change of the medium near metal fine particles is low, and there existed a limit in improving sensor sensitivity. Therefore, the sensitivity of the sensor was insufficient for applications such as specifying a substance from the absorbance spectrum.

일본 공개 특허 제 2000-356587 호 공보Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-356587

본 발명은, 상기 사정에 비추어, 센서 감도의 향상을 도모하고, 라만 분광 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩, 센서 카트리지 및 분석 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a sensor chip, a sensor cartridge, and an analysis apparatus capable of improving sensor sensitivity and specifying a target substance from a Raman spectral spectrum.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 채용한다.In order to solve the said subject, this invention adopts the following structures.

본 발명의 제 1 관점에 의하면, 센서 칩으로서, 평면부를 갖는 기재와; 상기 평면부에 평행한 제 1 방향으로 100㎚ 이상 1000㎚ 이하의 주기로 주기적으로 배열되어 있는 복수의 제 1 돌기와, 이웃하는 2개의 제 1 돌기 사이에 위치하여 상기 기재의 골격(base)을 구성하는 복수의 골격 부분과, 상기 복수의 제 1 돌기의 상면에 형성되어 있는 복수의 제 2 돌기를 포함하고, 금속으로 형성된 표면을 갖고, 상기 평면부상에 형성되고, 표적 물질이 배치되는 회절 격자를 포함한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor chip comprising: a substrate having a planar portion; A base is formed between a plurality of first protrusions periodically arranged in a period of 100 nm or more and 1000 nm or less in a first direction parallel to the planar portion, and between two neighboring first protrusions. A diffraction grating having a plurality of skeleton portions and a plurality of second protrusions formed on the upper surfaces of the plurality of first protrusions, having a surface formed of metal, formed on the planar portion, and having a target material disposed thereon; do.

본 발명의 제 1 관점에 따르면, 제 1 돌기에 의해 표면 플라즈몬 공명을 거쳐서 증강된 근접 전장을 동일 형상의 표면에 여기하고, 또한 제 2 돌기에 의한 금속 미세 구조에 의해 증강도가 높은 표면 증강 라만 산란(SERS: Surface Enhanced Raman Scattering)을 발현시킬 수 있다. 구체적으로는, 복수의 제 1 돌기 및 복수의 제 2 돌기가 형성된 면에 광이 입사하면, 복수의 제 1 돌기에 의한 표면 고유의 진동 모드(표면 플라즈몬)가 생긴다. 그러면, 광의 진동에 따라 자유 전자가 공명 진동하고, 자유 전자의 진동에 따라 전자파의 진동이 여기된다. 이 전자파의 진동은 자유 전자의 진동에 영향을 미치기 때문에, 양자의 진동이 결합한 계, 소위 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP: Surface Plasmon Polariton)을 만들게 된다. 이에 의해, 복수의 제 2 돌기의 근방에, 국재 표면 플라즈몬 공명(LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance)이 여기된다. 본 구조에서는 이웃하는 2개의 제 2 돌기 사이의 거리가 작기 때문에, 그 접점 부근에 극히 강한 증강 전장이 생긴다. 그리고, 그 접점에 1개 내지 수개의 표적 물질이 흡착하면, 거기에서 SERS가 발생한다. 이 때문에, 표적 물질에 고유한 날카로운 SERS 스펙트럼을 취득할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다. 또한, 제 1 돌기의 주기, 높이 및 제 2 돌기의 높이를 적절히 변경하는 것에 의해, 공명 피크의 위치를 임의의 파장에 맞출 수 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.According to the first aspect of the present invention, the surface-enhanced Raman having high reinforcement by excitation of the near electric field enhanced through surface plasmon resonance by the first protrusion on the surface of the same shape and by the metal microstructure of the second protrusion. SER (Surface Enhanced Raman Scattering) can be expressed. Specifically, when light enters a surface on which a plurality of first projections and a plurality of second projections are formed, a vibration mode (surface plasmon) inherent to the surface caused by the plurality of first projections is generated. Then, the free electrons resonate oscillate in response to the vibration of light, and the vibration of the electromagnetic waves is excited in accordance with the vibration of the free electrons. Since the vibration of the electromagnetic wave affects the vibration of the free electrons, the system combines the vibrations of the free electrons, creating a so-called surface plasmon polariton (SPP). Thereby, Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) is excited in the vicinity of the plurality of second protrusions. In this structure, since the distance between two neighboring 2nd protrusions is small, the extremely strong reinforcement electric field arises in the vicinity of the contact. Then, when one to several target substances are adsorbed at the contact point, SERS is generated there. For this reason, the sharp SERS spectrum unique to a target substance can be acquired. Therefore, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided. In addition, by appropriately changing the period, the height of the first projections, and the height of the second projections, the position of the resonance peak can be adjusted to any wavelength. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 복수의 제 1 돌기는 상기 제 1 방향에 교차하고 상기 평면부에 평행한 제 2 방향으로 주기적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 1 돌기가 기재의 평면부에 평행한 방향(제 1 방향)으로만 주기성을 갖고서 형성되어 있는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다. 또한, 제 1 돌기에 있어서의 제 1 방향의 주기에 부가하여, 제 2 방향의 주기를 적절히 변경할 수도 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.In the sensor chip of the present invention, the plurality of first protrusions are preferably arranged periodically in a second direction crossing the first direction and parallel to the planar portion. Thereby, sensing can be performed under plasmon resonance conditions wider than when the first projection is formed with periodicity only in the direction parallel to the planar portion of the substrate (first direction). Therefore, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided. Moreover, in addition to the period of a 1st direction in a 1st protrusion, you may change suitably the period of a 2nd direction. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 복수의 제 2 돌기는 상기 평면부에 평행한 제 3 방향으로 주기적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 2 돌기의 주기를 적절히 변경할 수 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.In the sensor chip of the present invention, the plurality of second protrusions are preferably arranged periodically in a third direction parallel to the planar portion. Thereby, the period of a 2nd protrusion can be changed suitably. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 복수의 제 2 돌기는 상기 제 3 방향에 교차하고 상기 평면부에 평행한 제 4 방향으로 주기적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 2 돌기가 기재의 평면부에 평행한 방향(제 3 방향)으로만 형성되어 있는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다. 또한, 제 2 돌기에 있어서의 제 3 방향의 주기에 부가하여, 제 4 방향의 주기를 적절히 변경할 수도 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.In the sensor chip of the present invention, the plurality of second protrusions are preferably arranged periodically in a fourth direction crossing the third direction and parallel to the planar portion. Thereby, sensing can be performed under plasmon resonance conditions wider than when the 2nd protrusion is formed only in the direction parallel to the planar part of a base material (3rd direction). Therefore, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided. Moreover, in addition to the period of a 3rd direction in a 2nd protrusion, you may change suitably the period of a 4th direction. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 복수의 제 2 돌기는 미립자로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 의해, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다.In the sensor chip of the present invention, the plurality of second protrusions preferably comprise fine particles. Thereby, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 제 1 방향에 있어서의 제 1 돌기의 폭을 W1, 상기 제 1 방향에 있어서의 이웃하는 2개의 상기 제 1 돌기 사이의 거리를 W2라고 했을 때에, W1>W2의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, LSPR이 여기되는 제 1 돌기의 공간 충전율이 증대하기 때문에, W1<W2의 관계를 충족시키는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 또한, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.In the sensor chip of the present invention, when the width of the first projection in the first direction is W1 and the distance between two adjacent first projections in the first direction is W2, W1> W2 It is desirable to satisfy the relationship. Thereby, since the space filling rate of the 1st protrusion in which LSPR is excited increases, sensing can be performed under the wider plasmon resonance condition than when the relationship of W1 <W2 is satisfied. In addition, when specifying a target substance, the energy of light to irradiate can be utilized effectively.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 제 1 방향에 있어서의 상기 제 1 돌기의 상기 폭(W1)과 상기 제 1 방향에 있어서의 이웃하는 2개의 상기 제 1 돌기 사이의 상기 거리(W2)의 비가 W1:W2=9:1의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 또한, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.In the sensor chip of the present invention, the ratio of the distance W2 between the width W1 of the first protrusion in the first direction and two adjacent first protrusions in the first direction is determined. It is desirable to satisfy the relationship of W1: W2 = 9: 1. Thereby, the sensing can be performed under a wide plasmon resonance condition. In addition, when specifying a target substance, the energy of light to irradiate can be utilized effectively.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 회절 격자의 상기 표면을 구성하는 금속은 금 또는 은인 것이 바람직하다. 이에 의해, 금 또는 은이 SPP, LSPR, SERS를 발현시키는 특성을 갖고 있으므로, SPP, LSPR, SERS가 발현되기 쉬워져, 표적 물질을 고감도로 검출하는 것이 가능해진다.In the sensor chip of the present invention, the metal constituting the surface of the diffraction grating is preferably gold or silver. Thereby, since gold or silver has the characteristic to express SPP, LSPR, and SERS, SPP, LSPR, and SERS are easy to express, and it becomes possible to detect a target substance with high sensitivity.

본 발명의 제 2 관점에 의하면, 센서 카트리지로서, 상기에 기재된 센서 칩과; 상기 표적 물질을 상기 센서 칩의 표면으로 반송하는 반송부와; 상기 센서 칩을 탑재하는 탑재부와; 상기 센서 칩, 상기 반송부, 및 상기 탑재부를 수용하는 하우징과; 상기 하우징의 상기 센서 칩의 표면과 대향하는 위치에 마련된 조사창을 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a sensor cartridge comprising: the sensor chip described above; A conveying unit for conveying the target substance to the surface of the sensor chip; A mounting part to mount the sensor chip; A housing accommodating the sensor chip, the transfer unit, and the mounting unit; And an irradiation window provided at a position facing the surface of the sensor chip of the housing.

본 발명의 제 2 관점에 따르면, 상기에 기재된 센서 칩을 구비하고 있으므로, 라만 산란광을 선택적으로 분광하여, 표적 분자를 검출할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 카트리지를 제공할 수 있다.According to the second aspect of the present invention, since the sensor chip described above is provided, the Raman scattered light can be selectively spectroscopically detected to detect the target molecule. Therefore, the sensor cartridge which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided.

본 발명의 제 3 관점에 의하면, 분석 장치로서, 상기에 기재된 센서 칩과; 상기 센서 칩에 광을 조사하는 광원과; 상기 센서 칩에 의해 얻어진 광을 검출하는 광 검출기를 포함한다.According to a third aspect of the present invention, there is provided an analysis apparatus comprising: the sensor chip described above; A light source for irradiating light to the sensor chip; And a photo detector for detecting the light obtained by the sensor chip.

본 발명의 제 3 관점에 따르면, 상기에 기재된 센서 칩을 구비하고 있으므로, 라만 산란광을 선택적으로 분광하여, 표적 분자를 검출할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 분석 장치를 제공할 수 있다.According to the third aspect of the present invention, since the sensor chip described above is provided, the Raman scattered light can be selectively spectroscopically detected to detect the target molecule. Therefore, the analysis apparatus which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided.

본 발명의 제 4 관점에 의하면, 센서 칩으로서, 평면부를 갖는 기재와; 100㎚ 이상 1000㎚ 이하의 주기로 복수의 제 1 볼록 형상이 주기적으로 배열되어 있는 제 1 요철 형상과, 상기 복수의 제 1 볼록 형상에 상기 제 1 요철 형상의 주기보다도 짧은 주기로 복수의 제 2 볼록 형상이 주기적으로 배열되어 있는 제 2 요철 형상이 중첩하는 것에 의해 상기 평면부에 형성된 합성 패턴을 갖고, 금속으로 형성된 표면을 갖고, 표적 물질이 배치되는 회절 격자를 포함한다.According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sensor chip comprising: a substrate having a planar portion; A plurality of first concave-convex shapes in which a plurality of first convex shapes are periodically arranged at intervals of 100 nm or more and 1000 nm or less, and a plurality of second convex shapes in a period shorter than a period of the first concave-convex shape in the plurality of first convex shapes. It includes a diffraction grating having a composite pattern formed in the planar portion, having a surface formed of a metal, and having a target material disposed by the overlapping of the second irregularities arranged periodically.

본 발명의 제 4 관점에 따르면, 제 1 볼록 형상에 의해 표면 플라즈몬 공명을 거쳐서 증강된 근접 전장을 동일 형상의 표면에 여기하고, 또한 제 2 볼록 형상에 의한 금속 미세 구조에 의해 증강도가 높은 표면 증강 라만 산란(SERS: Surface Enhanced Raman Scattering)을 발현시킬 수 있다. 구체적으로는, 제 1 요철 형상 및 제 2 요철 형상이 형성된 면에 광이 입사하면, 제 1 요철 형상에 의한 표면 고유의 진동 모드(표면 플라즈몬)가 생긴다. 그러면, 광의 진동에 따라 자유 전자가 공명 진동하고, 자유 전자의 진동에 따라 전자파의 진동이 여기된다. 이 전자파의 진동은 자유 전자의 진동에 영향을 미치기 때문에, 양자의 진동이 결합한 계, 소위 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP: Surface Plasmon Polariton)을 만들게 된다. 이에 의해, 제 2 요철 형상의 근방에, 국재 표면 플라즈몬 공명(LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance)이 여기된다. 본 구조에서는 이웃하는 2개의 제 2 볼록 형상 사이의 거리가 작기 때문에, 그 접점 부근에 극히 강한 증강 전장이 생긴다. 그리고, 그 접점에 1개 내지 수개의 표적 물질이 흡착하면, 거기에서 SERS가 발생한다. 이 때문에, 표적 물질에 고유한 날카로운 SERS 스펙트럼을 취득할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다. 또한, 제 1 볼록 형상의 주기, 높이 및 제 2 볼록 형상의 높이를 적절히 변경하는 것에 의해, 공명 피크의 위치를 임의의 파장에 맞출 수 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.According to the fourth aspect of the present invention, a surface having a high degree of reinforcement by excitation of a near electric field enhanced by surface plasmon resonance by a first convex shape to a surface of the same shape and by a metal microstructure by a second convex shape It can express Surface Enhanced Raman Scattering (SERS). Specifically, when light enters the surface on which the first uneven shape and the second uneven shape are formed, a vibration mode (surface plasmon) inherent in the surface due to the first uneven shape is generated. Then, the free electrons resonate oscillate in response to the vibration of light, and the vibration of the electromagnetic waves is excited in accordance with the vibration of the free electrons. Since the vibration of the electromagnetic wave affects the vibration of the free electrons, the system combines the vibrations of the free electrons, creating a so-called surface plasmon polariton (SPP). Thereby, Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) is excited in the vicinity of the second uneven shape. In this structure, since the distance between two adjacent second convex shapes is small, the extremely strong reinforcement electric field arises in the vicinity of the contact. Then, when one to several target substances are adsorbed at the contact point, SERS is generated there. For this reason, the sharp SERS spectrum unique to a target substance can be acquired. Therefore, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided. Moreover, the position of a resonance peak can be matched to arbitrary wavelengths by changing suitably the period, height of a 1st convex shape, and the height of a 2nd convex shape. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 복수의 제 1 볼록 형상은 상기 평면부에 평행한 제 1 방향으로 주기적으로 배열되어 있는 동시에, 상기 제 1 방향에 교차하고 상기 평면부에 평행한 제 2 방향으로 주기적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 1 볼록 형상이 기재의 평면부에 평행한 방향(제 1 방향)으로만 주기성을 갖고서 형성되어 있는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다. 또한, 제 1 볼록 형상에 있어서의 제 1 방향의 주기에 부가하여, 제 2 방향의 주기를 적절히 변경할 수도 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.In the sensor chip of the present invention, the plurality of first convex shapes are periodically arranged in a first direction parallel to the planar portion, and in a second direction crossing the first direction and parallel to the planar portion. It is preferable to arrange periodically. Thereby, sensing can be performed under plasmon resonance conditions wider than the case where the first convex shape is formed with periodicity only in the direction parallel to the planar portion of the substrate (first direction). Therefore, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided. Moreover, in addition to the period of a 1st direction in a 1st convex shape, the period of a 2nd direction can also be changed suitably. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 복수의 제 2 볼록 형상은 상기 평면부에 평행한 제 3 방향으로 주기적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 2 볼록 형상의 주기를 적절히 변경할 수 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.In the sensor chip of this invention, it is preferable that the said 2nd convex shape is arrange | positioned periodically in the 3rd direction parallel to the said planar part. Thereby, the period of a 2nd convex shape can be changed suitably. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 복수의 제 2 볼록 형상은 상기 제 3 방향에 교차하고 상기 평면부에 평행한 제 4 방향으로 주기적으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 2 볼록 형상이 기재의 평면부에 평행한 방향(제 3 방향)으로만 형성되어 있는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다. 또한, 제 2 볼록 형상에 있어서의 제 3 방향의 주기에 부가하여, 제 4 방향의 주기를 적절히 변경할 수도 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.In the sensor chip of the present invention, the plurality of second convex shapes are preferably arranged periodically in a fourth direction crossing the third direction and parallel to the planar portion. Thereby, sensing can be performed under plasmon resonance conditions wider than when the 2nd convex shape is formed only in the direction parallel to the planar part of a base material (3rd direction). Therefore, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided. Moreover, in addition to the period of a 3rd direction in a 2nd convex shape, the period of a 4th direction can also be changed suitably. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 복수의 제 2 볼록 형상은 미립자로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 의해, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다.In the sensor chip of this invention, it is preferable that the said 2nd convex shape consists of microparticles | fine-particles. Thereby, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 제 1 방향에 있어서의 제 1 볼록 형상의 폭을 W1, 상기 제 1 방향에 있어서의 이웃하는 2개의 상기 제 1 볼록 형상 사이의 거리를 W2라고 했을 때에, W1>W2의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, LSPR이 여기되는 제 1 볼록 형상의 공간 충전율이 증대하기 때문에, W1<W2의 관계를 충족시키는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 또한, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.In the sensor chip of the present invention, when the width of the first convex shape in the first direction is W1 and the distance between two adjacent first convex shapes in the first direction is W2, W1 It is desirable to satisfy the relationship of> W2. As a result, since the space filling rate of the first convex shape in which the LSPR is excited increases, the sensing can be performed under a wider plasmon resonance condition than when the relationship W1 < W2 is satisfied. In addition, when specifying a target substance, the energy of light to irradiate can be utilized effectively.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 제 1 방향에 있어서의 상기 제 1 볼록 형상의 상기 폭(W1)과 상기 제 1 방향에 있어서의 이웃하는 2개의 상기 제 1 볼록 형상 사이의 상기 거리(W2)의 비가 W1:W2=9:1의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 또한, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.In the sensor chip of the present invention, the distance W2 between the width W1 of the first convex shape in the first direction and two adjacent first convex shapes in the first direction. It is desirable that the ratio satisfy the relationship W1: W2 = 9: 1. Thereby, the sensing can be performed under a wide plasmon resonance condition. In addition, when specifying a target substance, the energy of light to irradiate can be utilized effectively.

본 발명의 센서 칩에 있어서는, 상기 회절 격자의 상기 표면을 구성하는 금속은 금 또는 은인 것이 바람직하다. 이에 의해, 금 또는 은이 SPP, LSPR, SERS를 발현시키는 특성을 갖고 있으므로, SPP, LSPR, SERS가 발현되기 쉬워져, 표적 물질을 고감도로 검출하는 것이 가능해진다.In the sensor chip of the present invention, the metal constituting the surface of the diffraction grating is preferably gold or silver. Thereby, since gold or silver has the characteristic to express SPP, LSPR, and SERS, SPP, LSPR, and SERS are easy to express, and it becomes possible to detect a target substance with high sensitivity.

본 발명의 제 5 관점에 의하면, 센서 카트리지로서, 상기에 기재된 센서 칩과; 상기 표적 물질을 상기 센서 칩의 표면으로 반송하는 반송부와; 상기 센서 칩을 탑재하는 탑재부와; 상기 센서 칩, 상기 반송부, 및 상기 탑재부를 수용하는 하우징과; 상기 하우징의 상기 센서 칩의 표면과 대향하는 위치에 마련된 조사창을 포함한다.According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a sensor cartridge comprising: the sensor chip described above; A conveying unit for conveying the target substance to the surface of the sensor chip; A mounting part to mount the sensor chip; A housing accommodating the sensor chip, the transfer unit, and the mounting unit; And an irradiation window provided at a position facing the surface of the sensor chip of the housing.

본 발명의 제 5 관점에 따르면, 상기에 기재된 센서 칩을 구비하고 있으므로, 라만 산란광을 선택적으로 분광하여, 표적 분자를 검출할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 카트리지를 제공할 수 있다.According to the fifth aspect of the present invention, since the sensor chip described above is provided, the Raman scattered light can be selectively spectroscopically detected to detect the target molecule. Therefore, the sensor cartridge which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided.

본 발명의 제 6 관점에 의하면, 분석 장치로서, 상기에 기재된 센서 칩과; 상기 센서 칩에 광을 조사하는 광원과; 상기 센서 칩에 의해 얻어진 광을 검출하는 광 검출기를 포함한다.According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an analysis apparatus comprising: the sensor chip described above; A light source for irradiating light to the sensor chip; And a photo detector for detecting the light obtained by the sensor chip.

본 발명의 제 6 관점에 따르면, 상기에 기재된 센서 칩을 구비하고 있으므로, 라만 산란광을 선택적으로 분광하여, 표적 분자를 검출할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 분석 장치를 제공할 수 있다.According to the sixth aspect of the present invention, since the sensor chip described above is provided, the Raman scattered light can be selectively spectrated to detect the target molecule. Therefore, the analysis apparatus which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩의 개략 구성을 도시하는 모식도,
도 2a 및 도 2b는 라만 산란 분광법을 도시하는 도면,
도 3a 및 도 3b는 LSPR에 의한 전장 증강의 기구를 도시하는 도면,
도 4는 SERS 분광법을 도시하는 도면,
도 5는 제 1 돌기 단체의 반사광 강도를 도시하는 그래프,
도 6은 SPP의 분산 곡선을 도시하는 그래프,
도 7은 제 1 돌기 단체의 반사광 강도를 도시하는 그래프,
도 8a 및 도 8b는 제 1 돌기 단체의 반사광 강도를 도시하는 그래프,
도 9a 및 도 9b는 제 1 돌기 단체의 반사광 강도를 도시하는 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩의 반사광 강도를 도시하는 그래프,
도 11a 내지 도 11c는 기재의 평면부에 제 2 돌기를 중첩한 구조의 반사광 강도를 도시하는 그래프,
도 12는 기재의 평면부에 복수의 제 2 돌기를 형성한 센서 칩의 모식도,
도 13은 도 12에 있어서의 센서 칩의 반사광 강도를 도시하는 그래프,
도 14a 내지 도 14f는 센서 칩의 제작 프로세스를 도시하는 도면,
도 15는 형태의 제 1 돌기를 갖는 센서 칩의 변형예를 도시하는 개략 구성도,
도 16a 및 도 16b는 제 2 돌기를 갖는 센서 칩의 변형예를 도시하는 개략 구성도,
도 17a 및 도 17b는 제 2 돌기를 갖는 센서 칩의 변형예를 도시하는 개략 구성도,
도 18은 분석 장치의 일례를 도시하는 모식도,
도 19는 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩의 개략 구성을 도시하는 모식도,
도 20은 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩의 개략 구성을 도시하는 모식도.
1A and 1B are schematic diagrams showing a schematic configuration of a sensor chip of one embodiment according to the present invention;
2A and 2B show Raman scattering spectroscopy,
3A and 3B show the mechanism of full length enhancement by LSPR;
4 shows SERS spectroscopy,
5 is a graph showing the reflected light intensity of the first projection unit;
6 is a graph showing a dispersion curve of an SPP;
7 is a graph showing the reflected light intensity of the first projection unit;
8A and 8B are graphs showing the reflected light intensities of the first protrusions;
9A and 9B are graphs showing the reflected light intensity of the first projection alone;
10 is a graph showing the reflected light intensity of the sensor chip of one embodiment according to the present invention;
11A to 11C are graphs showing the reflected light intensity of the structure in which the second projection is superposed on the planar portion of the substrate;
12 is a schematic view of a sensor chip in which a plurality of second protrusions are formed on a plane portion of a base material;
FIG. 13 is a graph showing the reflected light intensity of the sensor chip in FIG. 12;
14A to 14F illustrate a manufacturing process of a sensor chip;
15 is a schematic configuration diagram showing a modification of the sensor chip having the first protrusion of the form;
16A and 16B are schematic configuration diagrams showing a modification of the sensor chip having the second protrusions;
17A and 17B are schematic configuration diagrams showing a modification of the sensor chip having the second projections;
18 is a schematic diagram illustrating an example of an analysis apparatus;
19 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a sensor chip of one embodiment according to the present invention;
It is a schematic diagram which shows schematic structure of the sensor chip of one Embodiment which concerns on this invention.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 이러한 실시형태는, 본 발명의 일 태양을 나타내고, 이 발명을 한정하고 있지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 임의로 변경 가능하다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 각 구성을 이해하기 용이하게 하기 위해서, 실제의 구조와 각 구조에 있어서의 축척이나 개수 등이 상이하다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Such embodiment shows one aspect of the present invention and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, the scale, number, etc. in an actual structure and each structure differ.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1a는 센서 칩의 개략 구성 사시도이고, 도 1b는 센서 칩의 개략 구성 단면도이다. 도 1b에 있어서, 도면부호(P1)는 제 1 돌기(제 1 볼록 형상)의 주기, 도면부호(P2)는 제 2 돌기(제 2 볼록 형상)의 주기, 도면부호(W1)는 제 1 돌기의 폭, 도면부호(W2)는 이웃하는 2개의 제 1 돌기 사이의 거리, 도면부호(T1)는 제 1 돌기의 높이(홈의 깊이), 도면부호(T2)는 제 2 돌기의 높이(홈의 깊이)이다.1: A and 1B is a schematic diagram which shows schematic structure of the sensor chip of one Embodiment which concerns on this invention. 1A is a schematic configuration perspective view of a sensor chip, and FIG. 1B is a schematic configuration sectional view of a sensor chip. In Fig. 1B, reference numeral P1 denotes a period of the first projection (first convex shape), reference numeral P2 denotes a period of the second projection (second convex shape), and reference numeral W1 denotes the first projection. Width, reference numeral W2 is the distance between two neighboring first protrusions, reference numeral T1 is the height of the first protrusion (depth of the groove), reference numeral T2 is the height of the second protrusion (groove) Depth).

도 19 및 도 20은, 도 1b에 대응한, 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 도 19 및 도 20에 있어서, 도면부호(P1)는 제 1 돌기(제 1 볼록 형상)의 주기, 도면부호(P2)는 제 2 돌기(제 2 볼록 형상)의 주기, 도면부호(W1)는 제 1 돌기의 폭, 도면부호(W2)는 이웃하는 2개의 제 1 돌기 사이의 거리, 도면부호(T1)는 제 1 돌기의 높이(홈의 깊이), 도면부호(T2)는 제 2 돌기의 높이(홈의 깊이)이다.19 and 20 are schematic diagrams showing a schematic configuration of a sensor chip of an embodiment according to the present invention corresponding to FIG. 1B. 19 and 20, reference numeral P1 denotes a period of the first protrusion (first convex shape), reference numeral P2 denotes a period of the second protrusion (second convex shape), and reference numeral W1 denotes The width of the first projection, reference W2 is the distance between two neighboring first projections, T1 is the height of the first projection (depth of the groove), and T2 is the width of the second projection. Height (depth of the groove)

센서 칩(1)은, 금속을 포함하는 기재(10)에 형성된 회절 격자(9)에 표적 물질을 배치하고, 국재 표면 플라즈몬 공명(LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance) 및 표면 증강 라만 산란(SERS: Surface Enhanced Raman Scattering)을 이용하여, 상기 표적 물질을 검출하는데 이용된다.The sensor chip 1 arranges a target material on a diffraction grating 9 formed on a substrate 10 including a metal, and localized surface plasmon resonance (LSPR) and surface enhanced Raman scattering (SERS: Surface). Enhanced Raman Scattering) is used to detect the target material.

센서 칩(1)은, 기재(10)에 형성된 회절 격자(9)에 표적 물질을 배치하고, LSPR 및 SERS를 이용하여, 상기 표적 물질을 검출하는데 이용된다. 회절 격자(9)는, 기재(10)의 평면부에 평행한 제 1 방향으로 100㎚ 이상 1000㎚ 이하의 주기(P1)로 배열되어 있는 복수의 제 1 돌기(11)와, 이웃하는 2개의 제 1 돌기(11) 사이에 위치하여 기재(10)의 골격을 구성하는 복수의 골격 부분(10a)과, 복수의 제 1 돌기(11)의 각각의 상면(11a)에 형성되어 있는 복수의 제 2 돌기(12)를 구비한다. 회절 격자(9)는 금속으로 형성된 표면을 갖고, 기재(10)의 평면부(10s)상에 형성되어 있다.The sensor chip 1 is used to arrange the target material on the diffraction grating 9 formed on the substrate 10 and to detect the target material using LSPR and SERS. The diffraction grating 9 includes a plurality of first projections 11 arranged in a period P1 of 100 nm or more and 1000 nm or less in a first direction parallel to the planar portion of the substrate 10, and two adjacent ones. A plurality of skeletal portions 10a disposed between the first protrusions 11 and constituting the skeleton of the base 10 and a plurality of agents formed on the respective upper surfaces 11a of the plurality of first protrusions 11. 2 protrusions 12 are provided. The diffraction grating 9 has a surface formed of metal and is formed on the planar portion 10s of the substrate 10.

환언하면, 회절 격자(9)는, 기재(10)의 평면부(10s)에 대하여 수직한 방향에 있어서 100㎚ 이상 1000㎚ 이하의 주기(P1)로 제 1 볼록 형상(제 1 돌기)(11)이 배열되어 있는 제 1 요철 형상과, 복수의 제 1 볼록 형상(11)의 각각에 제 1 요철 형상의 주기보다도 짧은 주기(P2)로 제 2 볼록 형상(제 2 돌기)(12)이 배열되어 있는 제 2 요철 형상이 중첩하여 얻어진 합성 패턴을 갖고, 금속으로 형성된 표면을 갖고 있다.In other words, the diffraction grating 9 has a first convex shape (first projection) 11 at a period P1 of 100 nm or more and 1000 nm or less in a direction perpendicular to the plane portion 10s of the substrate 10. The second convex shape (second protrusion) 12 is arranged in each of the first concave-convex shape in which the c) is arranged and the period P2 shorter than the period of the first concave-convex shape in each of the plurality of first convex shapes 11. It has a composite pattern obtained by superimposing the 2nd uneven shape, and has the surface formed from the metal.

또한, 여기에서 말하는 「회절 격자」란 복수의 요철 형상(복수의 돌기)이 주기적으로 배열된 구조를 말한다.In addition, the term "diffraction grating" as used herein means a structure in which a plurality of irregularities (plural protrusions) are periodically arranged.

또한, 여기에서 말하는 「평면부」란 기재의 상면부를 말한다. 즉, 「평면부」란, 표적 물질이 배치되는 기재의 편측(片側)의 표면부를 말한다. 또한, 제 1 요철 형상 및 제 2 요철 형상이 중첩함으로써 형성되는 합성 패턴은 적어도 기재의 상면부에 형성되어 있다. 또한, 기재의 다른쪽의 편측의 표면부, 즉 기재의 하면부에 관해서 그 형상은 특별히 한정되지 않는다. 단, 기재의 평면부(상면부)에의 가공 공정 등을 고려하면, 기재의 하면부는 평면부의 골격 부분에 대하여 평행하고 또한 평탄한 면인 것이 바람직하다.In addition, the "plane part" as used here means the upper surface part of description. That is, a "plane part" means the surface part of the one side of the base material in which a target substance is arrange | positioned. In addition, the composite pattern formed by overlapping a 1st uneven shape and a 2nd uneven shape is formed in the upper surface part of a base material at least. In addition, the shape is not specifically limited about the surface part of the other one side of a base material, ie, the lower surface part of a base material. However, in consideration of the processing step of the substrate to the flat portion (upper surface portion) and the like, it is preferable that the lower surface portion of the substrate is a plane parallel to and flat with respect to the skeleton portion of the flat portion.

회절 격자(9)의 구성으로서는, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 기재(10), 제 1 볼록 형상(11) 및 제 2 볼록 형상(12)이 모두 금속으로 이루어지는 구조를 들 수 있다. 또한, 도 19에 도시하는 바와 같이, 기재(10) 및 제 1 볼록 형상(11)을 유리나 수지 등의 절연 부재로 형성하여 절연 부재의 노출 부위 전체를 금속막으로 덮고, 금속막상에 금속으로 이루어지는 제 2 볼록 형상(12)이 형성된 구조를 들 수 있다. 더욱이, 도 20에 도시하는 바와 같이, 기재(10), 제 1 볼록 형상(11) 및 제 2 볼록 형상(12)을 모두 절연 부재로 형성하고, 절연 부재의 노출 부위 전체가 금속막으로 덮은 구조를 들 수 있다. 즉, 회절 격자(9)는, 기재(10)의 골격 부분(10a), 제 1 볼록 형상(11) 및 제 2 볼록 형상(12)의 적어도 표면이 금속으로 형성된 구성을 갖는다.As a structure of the diffraction grating 9, as shown in FIG. 1B, the structure in which the base material 10, the 1st convex shape 11, and the 2nd convex shape 12 all consist of metal is mentioned. 19, the base material 10 and the 1st convex shape 11 are formed of insulating members, such as glass and resin, the whole exposed part of an insulating member is covered with a metal film, and it consists of a metal on a metal film. The structure in which the 2nd convex shape 12 was formed is mentioned. Moreover, as shown in FIG. 20, the base material 10, the 1st convex shape 11, and the 2nd convex shape 12 were all formed by the insulating member, and the whole exposed part of the insulating member was covered with the metal film. Can be mentioned. That is, the diffraction grating 9 has the structure in which at least the surface of the skeletal part 10a, the 1st convex shape 11, and the 2nd convex shape 12 of the base material 10 was formed with the metal.

기재(10)는, 예를 들어 유리 기판상에 금속막이 150㎚ 이상 형성된 구조를 갖는다. 이 금속막이 후술하는 제작 프로세스에 의해, 제 1 돌기(11), 제 2 돌기(12)가 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 기재(10)로서 유리 기판상에 금속막이 형성된 기체(基體)가 사용되고 있지만 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 석영 기판이나 사파이어 기판상에 금속막이 형성된 기체가 기재(10)로서 이용되어도 좋다. 또한, 기재로서 금속으로 이루어지는 평판을 사용해도 좋다.The base material 10 has a structure in which a metal film is formed in 150 nm or more on the glass substrate, for example. This metal film turns into the 1st protrusion 11 and the 2nd protrusion 12 by the manufacturing process mentioned later. In addition, in this embodiment, although the base material in which the metal film was formed on the glass substrate as the base material 10 is used, it is not limited to this. For example, a substrate on which a metal film is formed on a quartz substrate or a sapphire substrate may be used as the substrate 10. Moreover, you may use the flat plate which consists of metal as a base material.

제 1 돌기(11)는 기재(10)의 평면부(10s)에 소정의 높이(T1)를 갖고서 형성되어 있다. 이 제 1 돌기(11)는 기재(10)의 평면부(10s)에 평행한 방향(제 1 방향)으로 광의 파장보다도 짧은 주기(P1)로 배열되어 있다. 주기(P1)에 있어서는, 제 1 방향(도 1b의 좌우 방향)에 있어서의 제 1 돌기(11) 단체의 폭(W1)과, 이웃하는 2개의 제 1 돌기(11) 사이의 거리(W2)가 서로 합해져 있다(P1=W1+W2). 또한, 제 1 돌기(11)는 단면에서 보아 장방형의 볼록 형상이며, 복수의 제 1 돌기(11)는 평면에서 보아 라인 앤드 스페이스(line and space)(줄무늬 형상)로 형성되어 있다.The 1st protrusion 11 is formed in the flat part 10s of the base material 10, and has predetermined height T1. The first projections 11 are arranged in a period P1 shorter than the wavelength of light in a direction (first direction) parallel to the plane portion 10s of the substrate 10. In the period P1, the width W1 of the single width | variety W1 of the 1st protrusion 11 single body in a 1st direction (left-right direction of FIG. 1B), and the distance W2 between two adjacent 1st protrusions 11 Are summed together (P1 = W1 + W2). In addition, the 1st protrusion 11 is rectangular convex from a cross section, and the some 1st protrusion 11 is formed in line and space (stripe shape) by planar view.

제 1 돌기(11)에 있어서는, 예를 들어 주기(P1)가 100㎚ 내지 1000㎚의 범위로 설정되고, 높이(T1)가 10㎚ 내지 100㎚의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 1 돌기(11)를, LSPR을 발현시키기 위한 구조로서 기능시킬 수 있다.In the 1st protrusion 11, it is preferable that period P1 is set to the range of 100 nm-1000 nm, for example, and height T1 is set to the range of 10 nm-100 nm. Thereby, the 1st protrusion 11 can function as a structure for expressing LSPR.

이러한 제 1 방향에 있어서의 제 1 돌기(11)의 폭(W1)은 이웃하는 2개의 제 1 돌기(11) 사이의 거리(W2)보다도 크게 되어 있다(W1>W2). 이에 의해, LSPR이 여기되는 제 1 돌기(11)의 공간 충전율이 증가한다.The width W1 of the first protrusion 11 in this first direction is larger than the distance W2 between two neighboring first protrusions 11 (W1> W2). Thereby, the space filling rate of the 1st protrusion 11 in which LSPR is excited increases.

제 2 돌기(12)는 복수의 제 1 돌기(11)의 각각의 상면(11a)에 소정의 높이(T2)를 갖고서 2개 이상 형성되어 있다. 구체적으로는, 제 2 돌기(12)는 기재(10)의 골격 부분(10a)[이웃하는 2개의 제 1 돌기(11) 사이의 영역에 있어서의 기재(10)의 평면부(10s)]에는 형성되지 않고, 제 1 볼록 형상(11)의 상면(11a)에만 형성되어 있다.Two or more 2nd protrusions 12 are formed in each upper surface 11a of the some 1st protrusion 11, and have predetermined height T2. Specifically, the second projection 12 is formed on the skeleton portion 10a of the substrate 10 (the flat portion 10s of the substrate 10 in the region between two neighboring first projections 11). It is not formed, but is formed only on the upper surface 11a of the first convex shape 11.

이러한 제 2 돌기(12)는 기재(10)의 평면부(10s)에 평행한 방향(제 3 방향)으로 광의 파장보다도 짧은 주기(P2)로 배열되어 있다. 주기(P2)에 있어서는, 제 3 방향(도 1b의 좌우 방향)에 있어서의 제 2 돌기(12) 단체의 폭과, 이웃하는 2개의 제 2 돌기(12) 사이의 거리가 서로 합해져 있다. 이에 의해, 제 2 돌기(12)의 주기(P2)는 제 1 돌기(11)의 주기(P1)보다도 충분히 짧게 되어 있다.These second protrusions 12 are arranged at a period P2 shorter than the wavelength of light in a direction (third direction) parallel to the plane portion 10s of the substrate 10. In the period P2, the width | variety of the 2nd protrusion 12 single body in a 3rd direction (left-right direction of FIG. 1B), and the distance between two adjacent 2nd protrusions 12 are mutually added. As a result, the period P2 of the second projection 12 is sufficiently shorter than the period P1 of the first projection 11.

제 2 돌기(12)에 있어서는, 예를 들어 주기(P2)가 500㎚보다도 작은 값으로 설정되고, 높이(T2)가 200㎚보다도 작은 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제 2 돌기(12)를, SERS를 발현시키기 위한 구조로서 기능시킬 수 있다.In the second projection 12, for example, the period P2 is preferably set to a value smaller than 500 nm, and the height T2 is preferably set to a value smaller than 200 nm. Thereby, the 2nd protrusion 12 can function as a structure for expressing SERS.

또한, 본 실시형태에서는, 제 1 돌기(11)의 배열 방향(제 1 방향)과 제 2 돌기(12)의 배열 방향(제 3 방향)이 동일하다. 또한, 제 2 돌기(12)는 제 1 돌기와 마찬가지로, 단면에서 보아 장방형의 볼록 형상으로 형성되어 있고, 복수의 제 2 돌기(12)는 평면에서 보아 라인 앤드 스페이스(줄무늬 형상)로 형성되어 있다.In addition, in this embodiment, the arrangement direction (first direction) of the 1st protrusion 11 and the arrangement direction (third direction) of the 2nd protrusion 12 are the same. Similarly to the first projection, the second projection 12 is formed in a rectangular convex shape in cross section, and the plurality of second projections 12 are formed in a line and space (stripe shape) in plan view.

회절 격자(9)의 표면의 금속으로서는, 예를 들면 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(A1), 혹은 이들 합금이 이용된다. 본 실시형태에서는, SPP, LSPR, SERS를 발현시키는 특성을 갖는 금 또는 은을 이용한다. 이에 의해, SPP, LSPR, SERS가 발현되기 쉬워져, 표적 물질을 고감도로 검출하는 것이 가능해진다.As a metal of the surface of the diffraction grating 9, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (A1), or these alloys are used, for example. In this embodiment, gold or silver which has the characteristics which express SPP, LSPR, and SERS is used. Thereby, SPP, LSPR, and SERS become easy to express, and it becomes possible to detect a target substance with high sensitivity.

여기에서, SPP, LSPR, SERS에 대해서 설명한다. 센서 칩(1)의 표면, 즉 복수의 제 1 돌기(11) 및 복수의 제 2 돌기(12)가 형성된 면에 광이 입사하면, 복수의 제 1 돌기(11)에 의한 표면 고유의 진동 모드(표면 플라즈몬)가 생긴다. 단, 입사광의 편광 상태는 제 1 돌기(11)의 홈 방향과 직교하는 TM(Transverse Electric) 편광이다. 그러면, 자유 전자의 진동에 따라 전자파의 진동이 여기된다. 이 전자파의 진동은 자유 전자의 진동에 영향을 미치기 때문에, 양자의 진동이 결합한 계, 소위 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP: Surface Plasmon Polariton)이 생성된다. 또한, 본 실시예에서는 광의 입사 각도는 칩 표면에 대하여 거의 수직으로 되어 있지만, SPP를 여기하는 조건이면, 입사 각도는 이러한 각도(수직)에 한정되지 않는다.Here, the SPP, LSPR, and SERS will be described. When light is incident on the surface of the sensor chip 1, that is, the surface on which the plurality of first protrusions 11 and the plurality of second protrusions 12 are formed, the vibration mode inherent in the surface by the plurality of first protrusions 11. (Surface plasmon) occurs. However, the polarization state of incident light is TM (Transverse Electric) polarization orthogonal to the groove direction of the first protrusion 11. Then, the vibration of the electromagnetic wave is excited in accordance with the vibration of the free electrons. Since the vibration of the electromagnetic wave affects the vibration of the free electrons, a system in which the vibrations of both are combined, so-called surface plasmon polariton (SPP), is generated. Incidentally, in this embodiment, the incident angle of light is substantially perpendicular to the chip surface, but the incident angle is not limited to this angle (vertical) as long as it is a condition for exciting the SPP.

이 SPP는 센서 칩(1)의 표면을 따라, 구체적으로는 공기와 제 2 돌기(12)의 계면을 따라 전파하고, 제 2 돌기(12)의 근방에 강한 국소 전장을 여기한다. SPP의 결합은 광의 파장에 대하여 민감하고, 그 결합 효율은 높다. 이와 같이, 공기 전파 모드인 입사광으로부터 SPP를 거쳐서 국재 표면 플라즈몬 공명(LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance)을 여기할 수 있다. 그리고, LSPR과 라만 산란광의 관계로부터 표면 증강 라만 산란(SERS: Surface Enhanced Raman Scattering)을 이용할 수 있다.This SPP propagates along the surface of the sensor chip 1, specifically, along the interface between air and the second projection 12, and excites a strong local electric field in the vicinity of the second projection 12. The coupling of SPP is sensitive to the wavelength of light, and the coupling efficiency is high. In this way, localized surface plasmon resonance (LSPR) can be excited from the incident light in the air propagation mode via the SPP. And, Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) can be used from the relationship between LSPR and Raman scattered light.

도 2a 및 도 2b는 라만 산란 분광법을 도시하는 도면이다. 도 2a는 라만 산란 분광법의 원리를 도시하고 있다. 도 2b는 라만 스펙트럼(라만 시프트와 라만 산란 강도의 관계)을 도시하고 있다. 도 2a에 있어서, 도면부호(L)는 입사광(단일 파장의 광), 도면부호(Ram)는 라만 산란광, 도면부호(Ray)는 레일리(Rayleigh) 산란광, 도면부호(X)는 표적 분자(표적 물질)를 나타내고 있다. 도 2b에 있어서, 가로축은 라만 시프트를 나타내고 있다. 또한, 라만 시프트란, 라만 산란광(Ram)의 진동수와 입사광(L)의 진동수의 차이이며, 표적 분자(X)의 구조에 특유의 값을 말한다.2A and 2B are diagrams showing Raman scattering spectroscopy. 2A illustrates the principle of Raman scattering spectroscopy. 2B shows the Raman spectrum (raman shift and Raman scattering intensity). In FIG. 2A, reference numeral L denotes incident light (light having a single wavelength), reference numeral Ra denotes Raman scattered light, reference Ray denotes Rayleigh scattered light, reference numeral X denotes target molecule (target). Substance). In FIG. 2B, the horizontal axis represents Raman shift. In addition, a Raman shift is a difference between the frequency of the Raman scattered light Ram and the frequency of the incident light L, and says a value peculiar to the structure of the target molecule X.

도 2a에 도시하는 바와 같이, 단일 파장의 광(L)을 표적 분자(X)에 조사하면, 산란된 광 중에 입사된 광의 파장과 다른 파장의 광이 발생한다[라만 산란광(Ram)]. 라만 산란광(Ram)과 입사광(L)의 에너지차는 표적 분자(X)의 진동 준위나 회전 준위, 혹은 전자 준위의 에너지에 대응한다. 표적 분자(X)는 그 구조에 따른 특유의 진동 에너지를 가지기 때문에, 단일 파장의 광(L)을 이용함으로써 표적 분자(X)를 특정할 수 있다.As shown in Fig. 2A, when the light L having a single wavelength is irradiated onto the target molecule X, light having a wavelength different from that of the incident light in the scattered light is generated (Raman scattered light Ram). The energy difference between the Raman scattered light Ram and the incident light L corresponds to the energy of the vibration level, rotational level, or electron level of the target molecule X. Since the target molecule X has a unique vibration energy according to its structure, the target molecule X can be specified by using light L of a single wavelength.

예를 들면, 입사광(L)의 진동 에너지를 V1, 표적 분자(X)에서 소비되는 진동 에너지를 V2, 라만 산란광(Ram)의 진동 에너지를 V3이라고 하면, V3=V1-V2가 된다. 또한, 입사광(L)의 대부분은 표적 분자(X)에 충돌후에도 충돌전과 동일한 크기의 에너지를 갖고 있다. 이 탄성적인 산란광을 레일리 산란광(Ray)이라고 말한다. 예를 들면, 레일리 산란광(Ray)의 진동 에너지를 V4라고 하면, V4=V1이 된다.For example, if the vibration energy of the incident light L is V1, the vibration energy consumed by the target molecule X is V2, and the vibration energy of the Raman scattered light Ram is V3, then V3 = V1-V2. In addition, most of the incident light L has the same amount of energy as before the impact even after the collision with the target molecule X. This elastic scattered light is called Rayleigh scattered light. For example, when the vibration energy of Rayleigh scattered light Ray is V4, V4 = V1.

도 2b에 도시하는 라만 스펙트럼으로부터, 라만 산란광(Ram)의 산란 강도(스펙트럼 피크)와 레일리 산란광(Ray)의 산란 강도를 비교하면, 라만 산란광(Ram)은 미약한 것을 알 수 있다. 이와 같이, 라만 산란 분광법은 표적 분자(X)의 식별 능력에는 뛰어나지만, 표적 분자(X)를 센싱하는 감도 자체는 낮은 측정 수법이다. 여기에서, 본 실시형태에서는 고감도화를 도모하기 위해서 표면 증강 라만 산란을 이용한 분광법(SERS 분광법)을 이용하고 있다(도 4 참조).From the Raman spectrum shown in FIG. 2B, when the scattering intensity (spectral peak) of Raman scattered light (Ram) is compared with the scattering intensity of Rayleigh scattered light (Ray), it turns out that Raman scattered light (Ram) is weak. As described above, the Raman scattering spectroscopy is excellent in the identification ability of the target molecule (X), but the sensitivity itself of sensing the target molecule (X) is a low measurement method. In this embodiment, in order to achieve high sensitivity, spectroscopy (SERS spectroscopy) using surface-enhanced Raman scattering is used (see FIG. 4).

도 3a 및 도 3b는 LSPR에 의한 전장 증강의 기구를 도시하는 도면이다. 도 3a는 금속 나노 입자에 광을 입사했을 때의 모식도이다. 도 3b는 LSPR 증강 전장을 도시하는 도면이다. 도 3a에 있어서, 도면부호(100)는 광원, 도면부호(101)는 금속 나노 입자, 도면부호(102)는 광원으로부터 출사된 광이다. 도 3b에 있어서, 도면부호(103)는 표면 국재 전장이다.3A and 3B show the mechanism of full-field enhancement by LSPR. 3A is a schematic diagram when light is incident on metal nanoparticles. 3B is a diagram illustrating LSPR enhanced full length. In FIG. 3A, reference numeral 100 denotes a light source, reference numeral 101 denotes metal nanoparticles, and reference numeral 102 denotes light emitted from the light source. In Fig. 3B, reference numeral 103 is a surface localization full length.

도 3a에 도시하는 바와 같이, 금속 나노 입자(101)에 광(102)이 입사하면, 광(102)의 진동에 따라 자유 전자가 공명 진동한다. 또한, 금속 나노 입자 직경은 입사광의 파장보다도 작게 되어 있다. 예를 들면, 광의 파장은 400㎚ 내지 800㎚, 금속 나노 입자 직경은 10㎚ 내지 100㎚이다. 또한, 금속 나노 입자로서는 Ag, Au를 이용한다.As shown in FIG. 3A, when light 102 enters the metal nanoparticle 101, free electrons resonate oscillate in accordance with the vibration of light 102. In addition, the metal nanoparticle diameter is smaller than the wavelength of incident light. For example, the wavelength of light is 400 nm to 800 nm, and the metal nanoparticle diameter is 10 nm to 100 nm. As the metal nanoparticles, Ag and Au are used.

그러면, 자유 전자의 공명 진동에 따라, 금속 나노 입자(101)의 근방에 강한 표면 국재 전장(103)이 여기된다(도 3b 참조). 이와 같이, 금속 나노 입자(101)에 광(102)이 입사하는 것에 의해, LSPR을 여기할 수 있다.Then, in accordance with the resonance oscillation of the free electrons, the surface localization electric field 103 that is strong near the metal nanoparticles 101 is excited (see FIG. 3B). In this way, the light 102 is incident on the metal nanoparticle 101, thereby allowing LSPR to be excited.

도 4는 SERS 분광법을 도시하는 도면이다. 도 4에 있어서, 도면부호(200)는 기판(본 발명에 따른 일 실시형태의 제 1 돌기에 상당), 도면부호(201)는 금속 나노 구조(본 발명에 따른 일 실시형태의 제 2 돌기에 상당), 도면부호(202)는 선택 흡착막, 도면부호(203)는 증강 전장, 도면부호(204)는 표적 분자, 도면부호(211)는 입사 레이저광, 도면부호(212)는 라만 산란광, 도면부호(213)는 레일리 산란광이다. 또한, 선택 흡착막(202)은 표적 분자(204)를 흡착한다.4 is a diagram illustrating SERS spectroscopy. In Fig. 4, reference numeral 200 denotes a substrate (corresponding to the first projection of one embodiment according to the present invention), and reference numeral 201 denotes a metal nanostructure (second projection of one embodiment according to the present invention). Equivalent reference numeral 202 denotes a selective adsorption membrane, reference numeral 203 denotes an augmented electric field, reference numeral 204 denotes a target molecule, reference numeral 211 denotes an incident laser light, reference numeral 212 denotes a Raman scattered light, Reference numeral 213 denotes Rayleigh scattered light. In addition, the selective adsorption membrane 202 adsorbs the target molecules 204.

도 4에 도시하는 바와 같이, 금속 나노 구조(201)에 레이저광(211)이 입사하면, 레이저광(211)의 진동에 따라 자유 전자가 공명 진동한다. 금속 나노 구조(201)의 사이즈는 입사 레이저광의 파장보다도 작게 되어 있다. 그러자, 자유 전자의 공명 진동에 따라, 금속 나노 구조(201)의 근방에 강한 표면 국재 전장이 여기된다. 이에 의해, LSPR가 여기된다. 그리고, 이웃하는 금속 나노 구조(201) 사이의 거리가 작아지면, 그 접점 부근에 극히 강한 증강 전장(203)이 생긴다. 그 접점에 1개 내지 수개의 표적 분자(204)가 흡착하면, 거기에서 SERS가 발생한다. 이 점에 대해서는, 시간 영역 차분(FDTD: Finite Difference Time Domain)법을 이용하여 계산한 근접한 2개의 은 나노 입자 사이에 생기는 증강 전장의 결과에서도 확인되고 있다. 따라서, 라만 산란광을 선택적으로 분광하여, 표적 분자를 고감도로 검출할 수 있다.As shown in FIG. 4, when the laser light 211 enters the metal nanostructure 201, free electrons resonate oscillate in response to the vibration of the laser light 211. The size of the metal nanostructure 201 is smaller than the wavelength of the incident laser light. Then, in accordance with the resonance vibration of the free electrons, a strong surface localization electric field near the metal nanostructure 201 is excited. Thereby, LSPR is excited. When the distance between neighboring metal nanostructures 201 becomes small, an extremely strong enhanced electric field 203 is generated near the contact point. When one to several target molecules 204 adsorb to the contact point, SERS is generated there. This point has also been confirmed in the results of the enhanced electric field generated between two adjacent silver nanoparticles calculated using the Finite Difference Time Domain (FDTD) method. Thus, Raman scattered light can be selectively spectroscopy to detect the target molecule with high sensitivity.

본 실시형태는, 상술한 바와 같이, 제 1 돌기(11)를 기재(10)의 평면부에 평행한 방향으로 광의 파장보다도 짧은 주기(P1)로 배열하는 것에 의해 LSPR를 여기시키는 구조를 갖는다. 또한, 본 실시형태는, 제 2 돌기(12)를 제 1 돌기(11)의 상면(11a)에만 2개 이상 형성하는 것에 의해 SERS를 발현시키는 구조를 갖는다. 구체적으로는, 단일 파장의 광을 표적 분자에 조사하면 라만 산란광이 발생하는 원리를 근거로, 표적 분자를 이웃하는 2개의 제 2 돌기(12) 사이에 배치하고, 이 접점 근방에 증강 자장을 생기게 하는 것에 의해, SERS를 발생시키고 있다. 이에 의해, 라만 산란 분광법에 비하여 고감도로 목표 물질을 검출하는 것이 가능한 SERS 분광법을 이용하는 것이 가능하게 되어 있다.As described above, the present embodiment has a structure in which the LSPR is excited by arranging the first protrusions 11 at a period P1 shorter than the wavelength of light in a direction parallel to the planar portion of the substrate 10. Moreover, this embodiment has a structure which expresses SERS by forming two or more 2nd protrusions 12 only in the upper surface 11a of the 1st protrusion 11. Specifically, based on the principle that when a single wavelength of light is irradiated to a target molecule, a Raman scattered light is generated, the target molecule is disposed between two neighboring second protrusions 12 and an augmented magnetic field is generated near this contact point. SERS is generated by doing. Thereby, it becomes possible to use SERS spectroscopy which can detect a target substance with high sensitivity compared with Raman scattering spectroscopy.

도 5는 제 1 돌기 단체의 반사광 강도를 도시하는 그래프이다. 도 5에 있어서, 가로축은 광의 파장, 세로축은 반사광 강도이다. 제 1 돌기(11)의 높이(T1)를 파라미터로 취하고 있다(T1=20㎚, 30㎚, 40㎚). 또한, 본 실시형태의 센서 칩(1)의 구조에 있어서는, 입사광 강도(1.0으로 함)로부터 반사광 강도를 뺀 값이 흡광도가 된다.Fig. 5 is a graph showing the reflected light intensity of the first protrusions alone. In FIG. 5, the horizontal axis represents wavelength of light and the vertical axis represents reflected light intensity. The height T1 of the first protrusion 11 is taken as a parameter (T1 = 20 nm, 30 nm, 40 nm). In the structure of the sensor chip 1 of the present embodiment, the value obtained by subtracting the reflected light intensity from the incident light intensity (to be 1.0) is the absorbance.

광은 제 1 돌기(11)에 대하여 수직으로 입사한다. 광의 편광방향은 TM 편광이다. 제 1 돌기(11)의 주기는 580㎚이며, 반사광 강도의 공명 피크는 파장 630㎚ 근방에 존재한다. 이 공명 피크는 SPP에 유래하고, 제 1 돌기(11)의 높이(T1)를 크게 하여가면, 공명 피크는 장파장측(장파장 영역)으로 시프트한다. 제 1 돌기(11)의 높이(T1)가 30㎚일 때, 반사광 강도가 가장 강해져, 흡수가 가장 강하게 나타나고 있다는 것을 알 수 있다.Light is incident perpendicularly to the first projection 11. The polarization direction of light is TM polarization. The period of the first protrusion 11 is 580 nm, and the resonance peak of the reflected light intensity exists near the wavelength of 630 nm. This resonance peak is derived from SPP, and when the height T1 of the first protrusion 11 is increased, the resonance peak shifts to the long wavelength side (long wavelength region). When the height T1 of the first protrusion 11 is 30 nm, the reflected light intensity is the strongest and it can be seen that the absorption is the strongest.

도 6은 SPP의 분산 곡선을 도시하는 그래프이다. 도 6에 있어서, 도면부호(C1)는 SPP의 분산 곡선(예로서 공기와 Au의 경계면에서의 값을 도시하고 있음), 도면부호(C2)는 라이트 라인(light line)이다. 제 1 돌기(11)의 주기는 580㎚이다. 제 1 돌기(11)의 격자 벡터의 위치를 가로축상에 나타낸다(도 6에 있어서의 가로축상의 2π/P에 대응). 이 위치부터 위로 선을 연장시키면 SPP의 분산 곡선과 교차한다. 이 교점에 대응하는 파장은 하기의 수학식 1로부터 구해진다.6 is a graph showing the dispersion curve of the SPP. In Fig. 6, reference numeral C1 denotes a dispersion curve of the SPP (for example, a value at the interface between air and Au), and reference numeral C2 denotes a light line. The period of the first protrusion 11 is 580 nm. The position of the grating vector of the 1st protrusion 11 is shown on the horizontal axis (it corresponds to 2 (pi) / P on the horizontal axis in FIG. 6). Extending the line upwards from this position intersects the SPP's dispersion curve. The wavelength corresponding to this intersection is calculated | required from following formula (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112010075573956-pat00001
Figure 112010075573956-pat00001

수학식 1에 있어서, P1은 제 1 돌기(11)의 주기, E1은 공기의 복소 유전율, E2는 Au의 복소 유전율이다. 수학식 1에 P1, E1, E2를 대입하면, λ=620㎚을 얻는다(도 6에 있어서의 세로축상의 ω0에 대응).In Equation 1, P1 is a period of the first protrusion 11, E1 is a complex dielectric constant of air, and E2 is a complex dielectric constant of Au. Substituting P1, E1, E2 into Equation 1 yields λ = 620 nm (corresponding to ω 0 on the vertical axis in FIG. 6).

제 1 돌기(11)의 높이(T1)가 커지는 동시에, SPP의 파수(波數)에 있어서의 허부(虛部)가 커진다. 이에 의해, SPP의 파수에 있어서의 실부(實部)가 작아져, 격자 벡터의 위치부터 연장시킨 선과 SPP의 분산 곡선의 교점이 우측 상부로부터 좌측 하부로 이동한다. 즉, 공명 피크는 장파장측으로 시프트한다.The height T1 of the 1st protrusion 11 becomes large, and the hub part in the wave number of SPP becomes large. Thereby, the real part in the wavenumber of SPP becomes small, and the intersection of the line extended from the position of a lattice vector, and the dispersion curve of SPP moves from upper right to lower left. That is, the resonance peak shifts to the long wavelength side.

도 7은 제 1 돌기 단체의 반사광 강도를 도시하는 그래프이다. 도 7에 있어서, 가로축은 광의 파장, 세로축은 반사광 강도이다. 제 1 방향에 있어서의 제 1 돌기(11)의 폭(W1)과 이웃하는 2개의 제 1 돌기 사이의 거리(W2)의 비(이하, 듀티비라고 함)를 파라미터로 취하고 있다(W1:W2=5:5, 8:2). 또한, 본 도면에 있어서의 파라미터 W1:W2=5:5의 그래프는 도 5에 있어서의 파라미터 T1=30의 그래프와 동일하다.FIG. 7 is a graph showing the reflected light intensity of the first projection alone. FIG. 7, the horizontal axis represents the wavelength of light and the vertical axis represents the reflected light intensity. The ratio (hereinafter, referred to as duty ratio) of the width W1 between the width W1 of the first protrusion 11 in the first direction and two adjacent first protrusions is taken as a parameter (W1: W2). = 5: 5, 8: 2). In addition, the graph of the parameters W1: W2 = 5: 5 in this figure is the same as the graph of the parameter T1 = 30 in FIG.

TM 편광의 광은 제 1 돌기(11)에 대하여 수직으로 입사한다. 제 1 돌기(11)의 주기가 580㎚, 듀티비가 W1:W2=5:5일 때, 반사광 강도의 공명 피크는 파장 630㎚ 근방에 존재한다. 또한, 듀티비가 W1:W2=8:2일 때, 반사광 강도의 공명 피크는 파장 660㎚ 근방에 존재한다. 듀티비를 크게 하면, 공명 피크의 구배가 날카로워져, 공명 피크는 장파장측으로 시프트한다.Light of TM polarized light is incident perpendicularly to the first projection 11. When the period of the first protrusion 11 is 580 nm and the duty ratio is W1: W2 = 5: 5, the resonance peak of the reflected light intensity exists near the wavelength of 630 nm. In addition, when the duty ratio is W1: W2 = 8: 2, the resonance peak of the reflected light intensity exists near the wavelength of 660 nm. If the duty ratio is increased, the gradient of the resonance peak is sharpened, and the resonance peak is shifted to the long wavelength side.

도 8a 내지 도 9b는 제 1 돌기 단체의 반사광 강도를 도시하는 그래프이다. 도 8a는 듀티비가 W1:W2=7:3일 경우의 그래프이다. 도 8b는 듀티비가 W1:W2=3:7일 경우의 그래프이다. 도 9a는 듀티비가 W1:W2=9:1일 경우의 그래프이다. 도 9b는 듀티비가 W1:W2=1:9일 경우의 그래프이다. 도 8a 내지 도 9b에 있어서, 가로축은 광의 파장, 세로축은 반사광 강도이다. 제 1 돌기(11)의 높이(T1)를 파라미터로 취하고 있다(T1=20㎚, 30㎚, 40㎚, 50㎚).8A to 9B are graphs showing the reflected light intensity of the first projection alone. 8A is a graph when the duty ratio is W1: W2 = 7: 3. 8B is a graph when the duty ratio is W1: W2 = 3: 7. 9A is a graph when the duty ratio is W1: W2 = 9: 1. 9B is a graph when the duty ratio is W1: W2 = 1: 9. 8A to 9B, the horizontal axis represents wavelength of light and the vertical axis represents reflected light intensity. The height T1 of the first protrusion 11 is taken as a parameter (T1 = 20 nm, 30 nm, 40 nm, 50 nm).

TM 편광의 광은 제 1 돌기(11)에 대하여 수직으로 입사한다. 제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1:W2=7:3이며 높이(T1)가 30㎚일 때, 반사광 강도의 공명 피크는 파장 660㎚ 근방에 존재한다(도 8a 참조). 한편, 듀티비가 W1:W2=3:7이며 높이(T1)가 40㎚일 때, 반사광 강도의 공명 피크는 파장 600㎚ 근방에 존재한다(도 8b 참조). 제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1:W2=7:3일 경우, 높이(T1)를 크게 하면 반사광 강도의 공명 피크의 위치는 장파장측으로 시프트하는 것을 알 수 있다. 그렇지만, 제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1:W2=3:7일 경우, 반사광 강도의 공명 피크의 위치는 거의 변화되지 않는 것을 알 수 있다.Light of TM polarized light is incident perpendicularly to the first projection 11. When the duty ratio of the first protrusion 11 is W1: W2 = 7: 3 and the height T1 is 30 nm, the resonance peak of the reflected light intensity exists near the wavelength of 660 nm (see Fig. 8A). On the other hand, when the duty ratio is W1: W2 = 3: 7 and the height T1 is 40 nm, the resonance peak of the reflected light intensity exists near the wavelength of 600 nm (see Fig. 8B). When the duty ratio of the first protrusion 11 is W1: W2 = 7: 3, it can be seen that when the height T1 is increased, the position of the resonance peak of the reflected light intensity shifts to the long wavelength side. However, when the duty ratio of the first protrusion 11 is W1: W2 = 3: 7, it can be seen that the position of the resonance peak of the reflected light intensity hardly changes.

제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1:W2=9:1이며 높이(T1)가 40㎚일 때, 반사광 강도의 공명 피크는 파장 670㎚ 근방에 존재한다(도 9a 참조). 한편, 듀티비가 W1:W2=1:9이며 높이(T1)가 20㎚일 때, 반사광 강도의 공명 피크는 파장 730㎚ 근방에 존재하고, 공명 피크의 구배는 넓다(도 9b 참조). 제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1:W2=9:1일 경우, 높이(T1)를 크게 하면 반사광 강도의 공명 피크의 위치는 장파장측으로 시프트하는 것을 알 수 있다. 그렇지만, 제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1:W2=1:9일 경우, 반사광 강도의 공명 피크는 작다.When the duty ratio of the first protrusion 11 is W1: W2 = 9: 1 and the height T1 is 40 nm, the resonance peak of the reflected light intensity exists near the wavelength of 670 nm (see Fig. 9A). On the other hand, when the duty ratio is W1: W2 = 1: 9 and the height T1 is 20 nm, the resonance peak of the reflected light intensity exists near the wavelength 730 nm, and the gradient of the resonance peak is wide (see FIG. 9B). When the duty ratio of the first protrusion 11 is W1: W2 = 9: 1, it can be seen that when the height T1 is increased, the position of the resonance peak of the reflected light intensity shifts to the long wavelength side. However, when the duty ratio of the first protrusion 11 is W1: W2 = 1: 9, the resonance peak of the reflected light intensity is small.

도 10은 제 1 돌기(11)에 제 2 돌기(12)를 중첩한 구조, 즉 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩(1)의 반사광 강도를 도시하는 그래프이다. 도 10에 있어서, 가로축은 광의 파장, 세로축은 반사광 강도이다. 제 2 돌기(12)의 높이(T2)를 파라미터로 취하고 있다(T2=0㎚, 30㎚). 또한, 본 도면에 있어서의 파라미터 T2=0의 그래프는, 도 7에 있어서의 파라미터 W1:W2=8:2의 그래프와 동일하다.FIG. 10 is a graph showing the reflected light intensity of the structure in which the second protrusion 12 is superimposed on the first protrusion 11, that is, the sensor chip 1 of the embodiment according to the present invention. In FIG. 10, the horizontal axis represents wavelength of light and the vertical axis represents reflected light intensity. The height T2 of the second projection 12 is taken as a parameter (T2 = 0 nm, 30 nm). In addition, the graph of parameter T2 = 0 in this figure is the same as the graph of parameter W1: W2 = 8: 2 in FIG.

TM 편광의 광은 제 1 돌기(11)에 대하여 수직으로 입사한다. 제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1:W2=8:2이며, 제 1 돌기(11)의 높이(T1)는 30㎚이다. 또한, 제 2 돌기(12)의 주기(P2)는 116㎚이다. 제 1 돌기(11)의 상면(11a)에만 제 2 돌기(12)를 복수 형성한 것에 의해, 반사광 강도의 공명 피크의 위치는 파장 660㎚로부터 파장 710㎚ 근방으로 시프트한다. 또한, 공명 피크의 날카로움과 구배는 유지되고 있다. 이 공명 피크는 상술한 SERS에 유래한다. 제 2 돌기(12)의 높이(T2)가 30㎚일 때에, 파장 710㎚의 광을 조사함으로써 제 2 돌기(12)의 표면 근방에 강한 국소 전장을 여기할 수 있다. 또한, 제 1 돌기(11) 및 제 2 돌기(12)의 주기(P1, P2)와 높이(T1, T2)를 적절히 변경하는 것에 의해, 공명 피크의 위치를 임의의 파장에 맞출 수 있다.Light of TM polarized light is incident perpendicularly to the first projection 11. The duty ratio of the first protrusion 11 is W1: W2 = 8: 2, and the height T1 of the first protrusion 11 is 30 nm. In addition, the period P2 of the second protrusion 12 is 116 nm. The plurality of second projections 12 are formed only on the upper surface 11a of the first projection 11, whereby the position of the resonance peak of the reflected light intensity is shifted from the wavelength of 660 nm to the vicinity of the wavelength of 710 nm. In addition, the sharpness and gradient of the resonance peak are maintained. This resonance peak is derived from the SERS described above. When the height T2 of the second protrusion 12 is 30 nm, a local electric field strong in the vicinity of the surface of the second protrusion 12 can be excited by irradiating light having a wavelength of 710 nm. In addition, by appropriately changing the periods P1 and P2 and the heights T1 and T2 of the first projections 11 and the second projections 12, the position of the resonance peak can be adjusted to an arbitrary wavelength.

도 11a 내지 도 11c는 기재(10)상에 제 2 돌기(12)를 중첩한 구조의 반사광 강도를 도시하는 그래프이다. 도 11a는 제 2 돌기를 제 1 돌기의 상면과, 이웃하는 2개의 제 1 돌기 사이의 영역에 있어서의 기재의 평면부(기재의 골격 부분) 각각에 복수 형성했을 경우(도시 생략)의 그래프이다. 도 11b는 제 2 돌기를 제 1 돌기의 상면에만 복수 형성했을 경우(본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩의 구조)의 그래프이다. 도 11c는 제 2 돌기를 이웃하는 2개의 제 1 돌기 사이의 영역에 있어서의 기재의 평면부(기재의 골격 부분)에만 복수 형성했을 경우(도시 생략)의 그래프이다. 도 11a 내지 도 11c에 있어서, 가로축은 광의 파장, 세로축은 반사광 강도이다. 제 2 돌기(12)의 높이(T2)를 파라미터로 취하고 있다(T2=0㎚, 40㎚). 또한, 본 도면에 있어서의 파라미터 T2=0의 그래프는 도 5에 있어서의 파라미터 T1=30의 그래프와 동일하다.11A to 11C are graphs showing the reflected light intensities of the structure in which the second protrusions 12 are superposed on the substrate 10. FIG. 11A is a graph when a plurality of second projections are formed (not shown) in a plurality of plane portions (skeletal portions of the substrate) of the substrate in the upper surface of the first projection and the region between two adjacent first projections. . 11B is a graph of the case where a plurality of second projections are formed only on the upper surface of the first projection (the structure of the sensor chip of one embodiment according to the present invention). FIG. 11C is a graph of the case where a plurality of second projections are formed only on the planar portion (skeletal portion of the substrate) in the region between two adjacent first projections (not shown). 11A to 11C, the horizontal axis represents wavelength of light and the vertical axis represents reflected light intensity. The height T2 of the second projection 12 is taken as a parameter (T2 = 0 nm, 40 nm). In addition, the graph of parameter T2 = 0 in this figure is the same as the graph of parameter T1 = 30 in FIG.

TM 편광의 광은 제 1 돌기(11)에 대하여 수직으로 입사한다. 제 1 돌기(11)의 주기는 580㎚, 듀티비는 W1:W2=5:5, 높이(T1)는 30㎚이다. 또한, 제 2 돌기(12)의 주기(P2)는 97㎚, 높이(T2)는 40㎚이다.Light of TM polarized light is incident perpendicularly to the first projection 11. The period of the first protrusion 11 is 580 nm, the duty ratio is W1: W2 = 5: 5, and the height T1 is 30 nm. In addition, the period P2 of the second projection 12 is 97 nm, and the height T2 is 40 nm.

제 2 돌기를 제 1 돌기의 상면과 기재의 골격 부분의 각각에 복수 형성한 것에 의해, 반사광 강도의 공명 피크의 위치는 파장 640㎚로부터 파장 730㎚ 근방으로 시프트하는 것을 알 수 있다(도 11a 참조). 또한, 제 1 돌기(11)의 상면(11a)에만 제 2 돌기(12)를 복수 형성한 것에 의해, 반사광 강도의 공명 피크의 위치는 파장 640㎚로부터 파장 710㎚ 근방으로 시프트하는 것을 알 수 있다(도 11b 참조). 그렇지만, 제 2 돌기를 기재의 골격 부분에만 복수 형성해도 반사광 강도의 공명 피크의 위치는 거의 변화되지 않는 것을 알 수 있다.By forming a plurality of second projections on each of the upper surface of the first projection and the skeleton portion of the substrate, it can be seen that the position of the resonance peak of the reflected light intensity is shifted from the wavelength 640 nm to the wavelength 730 nm vicinity (see FIG. 11A). ). In addition, it is understood that the position of the resonance peak of the reflected light intensity shifts from the wavelength of 640 nm to the vicinity of the wavelength of 710 nm by forming a plurality of second protrusions 12 only on the upper surface 11a of the first protrusion 11. (See FIG. 11B). However, it can be seen that the position of the resonance peak of the reflected light intensity hardly changes even when a plurality of second projections are formed only in the skeleton portion of the substrate.

이들의 결과로부터, SPP는 주로 공기와 제 1 돌기 상면의 계면을 따라 전파하고 있는 것으로 생각된다. 따라서, 제 2 돌기를 기재의 골격 부분에는 형성하지 않고, 제 1 돌기의 상면에만 2개 이상 형성하는 것은 LSPR를 여기하고, 또한 SERS를 발현시키기 위한 구조로서 유효하다. 또한, 제 1 돌기의 듀티비를 크게 하는 것에 의해(W1>W2), LSPR를 여기하는 제 1 돌기의 공간 충전율이 증가하기 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.From these results, it is thought that SPP propagates mainly along the interface of air and the upper surface of a 1st protrusion. Therefore, forming two or more second projections only on the upper surface of the first projection without forming the second projections is effective as a structure for exciting LSPR and expressing SERS. Further, by increasing the duty ratio of the first projections (W1> W2), the space filling rate of the first projections that excite the LSPR increases, so that the energy of the light to be irradiated when specifying the target substance can be effectively used. .

도 12는 기재(10)의 평면부(10s)에 제 1 돌기(11)를 형성하지 않고, 기재(10)의 평면부(10s)에 제 2 돌기(12)만을 형성했을 경우, 즉 기재(10)의 평면부(10s)에 복수의 제 2 돌기(12)를 형성했을 경우의 센서 칩(2)을 모식적으로 도시하는 도면이다.12 shows the case where only the second projection 12 is formed in the flat portion 10s of the substrate 10 without forming the first projection 11 in the flat portion 10s of the substrate 10, that is, the substrate ( It is a figure which shows typically the sensor chip 2 when the some 2nd protrusion 12 is formed in planar part 10s of 10. FIG.

도 13은 기재(10)의 평면부(10s)에 복수의 제 2 돌기를 형성했을 경우의 센서 칩(2)의 반사광 강도를 도시하는 그래프이다. 도 13에 있어서, 가로축은 광의 파장, 세로축은 반사광 강도이다. 제 2 돌기(12)의 높이(T2)를 파라미터(T2=0㎚, 40㎚, 80㎚)로 취하고 있다. TM 편광의 광은 제 2 돌기(12)에 대하여 수직으로 입사한다. 본 도면을 보아도 반사광 강도의 공명 피크는 인식되지 않는다. 이 결과로부터, 제 1 돌기(11)가 존재하지 않을 경우, 즉 SPP를 거치지 않을 경우에는, 제 2 돌기(12)에 광 에너지를 거의 결합할 수 없다는 것을 알 수 있다.FIG. 13 is a graph showing the reflected light intensity of the sensor chip 2 when a plurality of second protrusions are formed on the planar portion 10s of the substrate 10. In Fig. 13, the horizontal axis represents wavelength of light and the vertical axis represents reflected light intensity. The height T2 of the second projection 12 is taken as a parameter (T2 = 0 nm, 40 nm, 80 nm). Light of the TM polarized light is incident perpendicularly to the second projection 12. Even in this figure, the resonance peak of the reflected light intensity is not recognized. From this result, it can be seen that when the first protrusion 11 does not exist, that is, when it does not go through the SPP, it is hardly possible to couple light energy to the second protrusion 12.

도 14a 내지 도 14f는 센서 칩의 제작 프로세스를 도시하는 도면이다. 우선, 유리 기판(30)상에 Au막(31)을 증착이나 스퍼터링 등의 방법으로 형성한다. 다음에, Au막(31)상에 레지스트(32)를 스핀 코트 등의 방법으로 도포한다(도 14a 참조). 이 때, Au막(31)의 막 두께(Ta)는 입사광이 투과하지 않는 정도로 두껍게 형성한다(예를 들면, 200㎚).14A to 14F are diagrams illustrating a manufacturing process of the sensor chip. First, the Au film 31 is formed on the glass substrate 30 by methods, such as vapor deposition and sputtering. Next, the resist 32 is applied onto the Au film 31 by spin coating or the like (see Fig. 14A). At this time, the film thickness Ta of the Au film 31 is formed so thick that the incident light does not transmit (for example, 200 nm).

다음에, 임프린트(imprint) 등의 방법에 의해, 주기(Pa)가 580㎚의 레지스트 패턴(32a)을 형성한다(도 14b 참조). 다음에, 이 레지스트 패턴(32a)을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 Au막(31)을 소정의 깊이(D1)(예를 들면, 70㎚)만큼 에칭 한다. 그 후, 레지스트 패턴(32a)을 제거하는 것에 의해 제 1 돌기(31a)를 형성한다(도 14c 참조).Next, a resist pattern 32a having a period of 580 nm is formed by a method such as imprint (see FIG. 14B). Next, using the resist pattern 32a as a mask, the Au film 31 is etched by a predetermined depth D1 (for example, 70 nm) by dry etching. Thereafter, the first protrusion 31a is formed by removing the resist pattern 32a (see FIG. 14C).

다음에, 제 1 돌기(31a)가 형성된 Au막(31)상에 레지스트(33)를 스핀 코트 등의 방법으로 도포한다(도 14d 참조). 다음에, 임프린트 등의 방법에 의해, 주기(Pb)가 116㎚의 레지스트 패턴(33a)을 제 1 돌기(31a)의 상면에만 형성한다(도 14e 참조). 다음에, 이 레지스트 패턴(33a)을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 제 1 돌기(31a)만을 소정의 깊이(D2)(예를 들면, 40㎚)만큼 에칭한다. 그 후, 레지스트 패턴(33a)을 제거하는 것에 의해 제 2 돌기(31b)를 형성한다(도 14f 참조). 이상의 공정에 의해, 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩(3)을 제조할 수 있다.Next, the resist 33 is applied onto the Au film 31 on which the first protrusion 31a is formed by spin coating or the like (see FIG. 14D). Next, by a method such as imprint, a resist pattern 33a having a period Pb of 116 nm is formed only on the upper surface of the first protrusion 31a (see FIG. 14E). Next, using the resist pattern 33a as a mask, only the first protrusion 31a is etched by a predetermined depth D2 (for example, 40 nm) by dry etching. Thereafter, the second protrusion 31b is formed by removing the resist pattern 33a (see FIG. 14F). By the above process, the sensor chip 3 of one Embodiment which concerns on this invention can be manufactured.

본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩(1)에 따르면, 제 1 돌기(11)에 의한 금속 미세 구조로 SPP를 거쳐서 LSPR를 여기하고, 또한 제 2 돌기(12)에 의한 금속 미세 구조로 SERS를 발현시킬 수 있다. 구체적으로는, 복수의 제 1 돌기(11) 및 복수의 제 2 돌기(12)가 형성된 면에 광이 입사하면, 복수의 제 1 돌기(11)에 의한 표면 고유의 진동 모드(표면 플라즈몬)가 생긴다. 그러면, 광의 진동에 따라 자유 전자가 공명 진동하여 SPP가 여기되고, 복수의 제 2 돌기(12)의 근방에 강한 표면 국재 전장이 여기된다. 이에 의해, LSPR이 여기된다. 본 구조에서는 이웃하는 2개의 제 2 돌기(12) 사이의 거리가 작기 때문에, 그 접점 부근에 극히 강한 증강 전장이 생긴다. 그리고, 그 접점에 1개 내지 수개의 표적 물질이 흡착하면, 거기에서 SERS가 발생한다. 이 때문에, 반사광 강도 스펙트럼의 폭이 좁고, 공명 피크가 날카로운 강도 특성이 얻어져서, 센서 감도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩(1)을 제공할 수 있다. 또한, 제 1 돌기(11)의 주기(P1), 높이(T1) 및 제 2 돌기(12)의 높이(T2)를 적절히 변경하는 것에 의해, 공명 피크의 위치를 임의의 파장에 맞출 수 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.According to the sensor chip 1 of the embodiment according to the present invention, LSPR is excited through the SPP to the metal microstructure by the first protrusion 11, and SERS to the metal microstructure by the second protrusion 12. Can be expressed. Specifically, when light is incident on the surface on which the plurality of first protrusions 11 and the plurality of second protrusions 12 are formed, the vibration mode (surface plasmon) inherent to the surface by the plurality of first protrusions 11 is generated. Occurs. Then, free electrons resonate and vibrate with the vibration of light, and SPP is excited, and the surface local electric field strong in the vicinity of the some 2nd protrusion 12 is excited. As a result, the LSPR is excited. In this structure, since the distance between two adjacent 2nd protrusions 12 is small, the extremely strong reinforcement electric field arises in the vicinity of the contact. Then, when one to several target substances are adsorbed at the contact point, SERS is generated there. For this reason, the intensity | strength characteristic of a narrow reflection light intensity spectrum and a sharp resonance peak can be obtained, and a sensor sensitivity can be improved. Therefore, the sensor chip 1 which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided. In addition, by suitably changing the period P1 of the 1st protrusion 11, the height T1, and the height T2 of the 2nd protrusion 12, the position of a resonance peak can be matched to arbitrary wavelengths. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

또한, 이러한 구성에` 따르면, 제 2 돌기(12)가 기재(10)의 평면부에 평행한 제 3 방향으로 주기성을 갖고서 배치되어 있으므로, 제 2 돌기(12)의 주기(P2)를 적절히 변경할 수 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.According to this configuration, since the second projections 12 are arranged with periodicity in the third direction parallel to the planar portion of the substrate 10, the period P2 of the second projections 12 may be appropriately changed. Can be. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

또한, 이러한 구성에 따르면, 회절 격자(9)의 표면의 금속으로서 금 또는 은을 사용하고 있으므로, LSPR, SERS가 발현되기 쉬워져, 표적 물질을 고감도로 검출하는 것이 가능해진다.According to this configuration, since gold or silver is used as the metal on the surface of the diffraction grating 9, LSPR and SERS tend to be expressed, and the target substance can be detected with high sensitivity.

또한, 이러한 구성에 따르면, 제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1>W2의 관계를 만족하고 있어, LSPR이 여기되는 제 1 돌기(11)의 공간 충전율이 증가하기 때문에, W1<W2의 관계를 만족하는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 또한, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.According to this configuration, since the duty ratio of the first protrusion 11 satisfies the relationship of W1> W2, and the space filling rate of the first protrusion 11 to which LSPR is excited increases, the relationship of W1 <W2 is changed. Sensing can be performed under wider plasmon resonance conditions than satisfactory. In addition, when specifying a target substance, the energy of light to irradiate can be utilized effectively.

또한, 제 1 돌기(11)의 듀티비가 W1:W2=9:1의 관계를 만족하고 있는 경우에 있어서도, 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있는 동시에, 조사하는 광의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.Further, even when the duty ratio of the first protrusion 11 satisfies the relationship of W1: W2 = 9: 1, the sensing can be performed under a wide plasmon resonance condition, and the energy of the light to be irradiated can be effectively used. .

또한, 본 실시형태에서는, 제 1 돌기(11)가 기재(10)의 평면부에 평행한 방향(제 1 방향)으로 광의 파장보다도 짧은 주기(P1)로 배열되어 있는 구조를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 본 실시형태의 제 1 돌기(11)와 다른 구조를 갖는 센서 칩(4)에 대해서 도 15를 이용하여 설명한다.In addition, in this embodiment, although the 1st protrusion 11 showed the structure arranged in the period P1 shorter than the wavelength of light in the direction parallel to the planar part of the base material 10 (1st direction), It is not limited. The sensor chip 4 which has a structure different from the 1st protrusion 11 of this embodiment is demonstrated using FIG.

도 15는 상술한 제 1 돌기(11)와 다른 형태의 제 1 돌기(41)를 갖는 센서 칩(4)의 개략 구성 사시도이다. 또한, 본 도면에 있어서는, 편의상 제 2 돌기의 도시를 생략하고 있다.FIG. 15 is a schematic configuration perspective view of the sensor chip 4 having the first protrusions 41 different from the first protrusions 11 described above. In addition, in this figure, illustration of a 2nd protrusion is abbreviate | omitted for convenience.

도 15에 도시하는 바와 같이, 제 1 돌기(41)는 기재(40)의 평면부(40s)에 형성되어 있다. 이러한 제 1 돌기(41)는 기재(40)의 평면부에 평행한 방향(제 1 방향)으로 광의 파장보다도 짧은 주기(P3)로 배열되어 있다. 또한, 제 1 돌기(41)는 제 1 방향에 직교하고 기재(40)의 평면부에 평행한 제 2 방향으로 광의 파장보다도 짧은 주기(P4)로 배열되어 있다. 또한, 제 2 방향은 제 1 방향에 직교하고 기재(40)의 평면부에 평행한 방향에 한하지 않고, 제 1 방향에 교차하고 기재(40)의 평면부에 평행한 방향으로 되어 있어도 좋다.As shown in FIG. 15, the 1st protrusion 41 is formed in the flat part 40s of the base material 40. As shown in FIG. These first projections 41 are arranged at a period P3 shorter than the wavelength of light in a direction (first direction) parallel to the planar portion of the substrate 40. The first protrusion 41 is arranged at a period P4 shorter than the wavelength of light in the second direction perpendicular to the first direction and parallel to the planar portion of the substrate 40. The second direction is not limited to the direction orthogonal to the first direction and parallel to the planar portion of the base 40, but may be a direction intersecting the first direction and parallel to the planar portion of the base 40.

이러한 구조에 따르면, 제 1 돌기가 기재(10)의 평면부에 평행한 방향(제 1 방향)으로만 형성되어 있는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩(4)을 제공할 수 있다. 또한, 제 1 돌기에 있어서의 제 1 방향의 주기(P3)에 부가하여, 제 2 방향의 주기(P4)를 적절히 변경할 수도 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.According to this structure, sensing can be performed under plasmon resonance conditions wider than when the first projection is formed only in a direction parallel to the planar portion of the substrate 10 (first direction). Therefore, the sensor chip 4 which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from a SERS spectrum can be provided. In addition to the period P3 in the first direction in the first projection, the period P4 in the second direction may be appropriately changed. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

또한, 본 실시형태에서는, 제 2 돌기(12)가 기재(10)의 평면부에 평행한 방향(제 3 방향)으로 광의 파장보다도 짧은 주기(P2)로 배열되어 있는 구조, 구체적으로는, 제 1 돌기(11)의 배열 방향(제 1 방향)과 제 2 돌기(12)의 배열 방향(제 3 방향)이 동일한 방향으로 되어 있는 구조를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 본 실시형태의 제 2 돌기(12)와 다른 구조를 갖는 센서 칩(5, 6, 7, 8)에 대해서 도 16a 내지 도 17b를 이용하여 설명한다.In addition, in this embodiment, the structure in which the 2nd protrusion 12 is arrange | positioned by the period P2 shorter than the wavelength of light in the direction parallel to the planar part of the base material 10 (third direction), specifically, Although the structure in which the arrangement direction (first direction) of the first protrusion 11 and the arrangement direction (third direction) of the second protrusion 12 are in the same direction is shown, the present invention is not limited thereto. The sensor chips 5, 6, 7, and 8 having a structure different from the second protrusions 12 of the present embodiment will be described with reference to Figs. 16A to 17B.

도 16a 및 도 16b는 상술한 제 2 돌기(12)와 다른 형태의 제 2 돌기를 갖는 센서 칩의 개략 구성 사시도이다. 도 16a는 제 2 돌기(52)를 갖는 센서 칩(5), 도 16b는 제 2 돌기(62)를 갖는 센서 칩(6)을 도시하고 있다.16A and 16B are schematic configuration perspective views of a sensor chip having a second protrusion different from the above-described second protrusion 12. FIG. 16A shows the sensor chip 5 with the second protrusion 52, and FIG. 16B shows the sensor chip 6 with the second protrusion 62.

도 16a에 도시하는 바와 같이, 제 2 돌기(52)는 기재(50)의 평면부(50s)에 형성된 복수의 제 1 돌기(51)의 각각의 상면(51a)에만 2개 이상 형성되어 있다. 즉, 제 2 돌기(52)는 기재(50)의 골격 부분(50a)에는 형성되어 있지 않다. 본 도면에서는, 하나의 예로서, 제 1 돌기(51)의 배열 방향(제 1 방향)과 제 2 돌기(52)의 배열 방향(제 3 방향)의 교차하는 각도가 45°인 구조를 도시하고 있다.As shown to FIG. 16A, two or more 2nd protrusions 52 are formed only in each upper surface 51a of the some 1st protrusion 51 formed in the flat part 50s of the base material 50. As shown in FIG. That is, the 2nd protrusion 52 is not formed in the frame | skeleton part 50a of the base material 50. As shown in FIG. In this figure, as an example, the structure where the angle | corner of the arrangement direction (1st direction) of the 1st protrusion 51 and the arrangement direction (3rd direction) of the 2nd protrusion 52 is 45 degrees is shown, have.

도 16b에 도시하는 바와 같이, 제 2 돌기(62)는 기재(60)의 평면부(60s)에 형성된 복수의 제 1 돌기(61)의 각각의 상면(61a)에만 2개 이상 형성되어 있다. 즉, 제 2 돌기(62)는 기재(60)의 골격 부분(60a)에는 형성되어 있지 않다. 본 도면에서는, 하나의 예로서, 제 1 돌기(61)의 배열 방향(제 1 방향)과 제 2 돌기(62)의 배열 방향(제 3 방향)의 교차하는 각도가 90°인 구조를 도시하고 있다.As shown in FIG. 16B, two or more second projections 62 are formed only on the upper surfaces 61a of the plurality of first projections 61 formed on the planar portion 60s of the substrate 60. That is, the 2nd protrusion 62 is not formed in the frame | skeleton part 60a of the base material 60. As shown in FIG. In this drawing, as an example, a structure in which the angle at which the arrangement direction (first direction) of the first protrusion 61 intersects with the arrangement direction (third direction) of the second protrusion 62 is 90 °, have.

이러한 구성에 있어서도, 센서 감도의 향상을 도모하고, 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다.Also in such a configuration, it is possible to provide a sensor chip capable of improving sensor sensitivity and specifying a target material from the SERS spectrum under a wide plasmon resonance condition.

도 17a 및 도 17b는 상술한 제 2 돌기(12)와 다른 형태의 제 2 돌기를 갖는 센서 칩의 확대 평면도이다. 도 17a는 제 2 돌기(72)를 갖는 센서 칩(7), 도 17b는 제 2 돌기(82)를 갖는 센서 칩(8)을 도시하고 있다.17A and 17B are enlarged plan views of a sensor chip having a second protrusion different from the above-described second protrusion 12. 17A shows a sensor chip 7 with a second protrusion 72, and FIG. 17B shows a sensor chip 8 with a second protrusion 82.

도 17a에 도시하는 바와 같이, 제 2 돌기(72)는 복수의 제 1 돌기(도시하지 않음)의 각각의 상면(71a)에만 2개 이상 형성되어 있다. 또한, 제 2 돌기(72)는 제 3 방향에 교차하고 기재의 평면부에 평행한 제 4 방향으로 주기성을 갖고서 배열되어 있다. 본 도면에서는, 하나의 예로서 제 2 돌기(72)가 평면에서 보아 원형상의 구조를 도시하고 있다. 또한, 제 2 돌기(72)는 주기성을 갖는 일없이 랜덤(random)하게 배치되어 있어도 좋다.As shown in FIG. 17A, two or more second projections 72 are formed only on the upper surfaces 71a of the plurality of first projections (not shown). Further, the second projections 72 are arranged with periodicity in the fourth direction crossing the third direction and parallel to the plane portion of the substrate. In this figure, as an example, the second projection 72 shows a circular structure in plan view. In addition, the second projections 72 may be arranged randomly without having periodicity.

도 17b에 도시하는 바와 같이, 제 2 돌기(82)는 복수의 제 1 돌기(도시하지 않음)의 각각의 상면(81a)에만 2개 이상 형성되어 있다. 또한, 제 2 돌기(82)는 제 3 방향에 교차하고 기재의 평면부에 평행한 제 4 방향으로 주기성을 갖고서 배열되어 있다. 본 도면에서는, 하나의 예로서 제 2 돌기(82)가 평면에서 보아 타원형상의 구조를 도시하고 있다. 또한, 제 2 돌기(82)는 주기성을 갖는 일없이 랜덤하게 배치되어 있어도 좋다.As shown in FIG. 17B, two or more second projections 82 are formed only on the upper surfaces 81a of the plurality of first projections (not shown). The second projection 82 is arranged with periodicity in a fourth direction crossing the third direction and parallel to the planar portion of the substrate. In this figure, as an example, the second projection 82 shows an elliptical structure in plan view. In addition, the 2nd protrusion 82 may be arrange | positioned at random without having periodicity.

이러한 구성에 따르면, 제 2 돌기가 기재의 평면부에 평행한 방향(제 3 방향)으로만 형성되어 있는 경우보다도 넓은 플라즈몬 공명 조건하에서 센싱을 실행할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다. 또한, 제 2 돌기에 있어서의 제 3 방향의 주기에 부가하여, 제 4 방향의 주기를 적절히 변경할 수도 있다. 이 때문에, 표적 물질을 특정할 때에 조사하는 광의 파장을 적절히 선택하는 것이 가능해져, 측정 범위의 폭이 넓어진다.According to this structure, sensing can be performed under plasmon resonance conditions wider than when the second projection is formed only in the direction parallel to the planar portion of the substrate (third direction). Therefore, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided. Moreover, in addition to the period of a 3rd direction in a 2nd protrusion, you may change suitably the period of a 4th direction. For this reason, when specifying a target substance, the wavelength of the light to irradiate can be selected suitably, and the width | variety of a measurement range becomes wide.

또한, 본 실시형태에서는, 제 2 돌기가 유리 기판의 상면에 형성된 Au막을 패터닝하는 것에 의해 형성되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 2 돌기가 미립자이어도 좋다. 이러한 구성에 있어서도, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 칩을 제공할 수 있다.In addition, in this embodiment, although the 2nd protrusion is formed by patterning the Au film formed in the upper surface of a glass substrate, it is not limited to this. For example, the second projection may be fine particles. Also in such a structure, the sensor chip which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided.

또한, 본 실시형태에서는, 기재에 포함되는 금속, 제 1 돌기에 포함되는 금속, 제 2 돌기에 포함되는 금속으로서, 동일 금속끼리(금 또는 은)를 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기재에 포함되는 금속을 금, 제 1 돌기에 포함되는 금속을 은, 제 2 돌기에 포함되는 금속을 금과 은의 합금으로 하는 등, 다른 금속(금, 은, 구리, 알루미늄, 혹은 이들의 합금)을 조합하여 이용해도 좋다.In addition, in this embodiment, although the same metals (gold or silver) are used as a metal contained in a base material, the metal contained in a 1st protrusion, and a metal contained in a 2nd protrusion, it is not limited to this. For example, another metal (gold, silver, copper, aluminum or These alloys) may be used in combination.

(분석 장치)(Analysis device)

도 18은 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩을 구비한 분석 장치의 일례를 도시하는 모식도이다. 또한, 도 14a 내지 도 14f에 있어서의 화살표는 표적 물질(도시 생략)의 반송 방향을 도시하고 있다.It is a schematic diagram which shows an example of the analysis apparatus provided with the sensor chip of one Embodiment which concerns on this invention. In addition, the arrow in FIGS. 14A-14F shows the conveyance direction of a target substance (not shown).

도 18에 도시하는 바와 같이, 분석 장치(1000)는, 센서 칩(1001)과, 광원(1002)과, 광 검출기(1003)와, 콜리메이터 렌즈(1004; collimator lens)와, 편광 제어 소자(1005)와, 다이크로익 미러(1006; dichroic mirror)와, 대물 렌즈(1007)와, 대물 렌즈(1008)와, 반송부(1010)를 구비한다. 광원(1002) 및 광 검출기(1003)는 각각 배선을 거쳐서 제어 장치(도시 생략)와 전기적으로 접속되어 있다.As shown in FIG. 18, the analysis apparatus 1000 includes a sensor chip 1001, a light source 1002, a photo detector 1003, a collimator lens 100, and a polarization control element 1005. ), A dichroic mirror (1006), an objective lens (1007), an objective lens (1008), and a conveying unit (1010). The light source 1002 and the photodetector 1003 are electrically connected to a control apparatus (not shown) via wiring, respectively.

광원(1002)은 SPP, LSPR 및 SERS를 여기하는 레이저광을 생성한다. 광원(1002)으로부터 조사된 레이저광은, 콜리메이터 렌즈(1004)에 의해 평행광으로 되어, 편광 제어 소자(1005)를 통과하고, 다이크로익 미러(1006)에 의해 센서 칩(1001)의 방향으로 인도되어, 대물 렌즈(1007)에 의해 집광되어서, 센서 칩(1001)에 입사한다. 이 때, 센서 칩(1001)의 표면(예를 들면, 금속 나노 구조나 검출 물질 선택 기구가 형성된 면)에는 표적 물질(도시 생략)이 배치되어 있다. 또한, 표적 물질은 팬(도시 생략)의 구동을 제어하는 것에 의해, 반입구(1011)로부터 반송부(1010) 내부에 도입되어, 배출구(1012)로부터 반송부(1010) 외부로 배출된다. 또한, 금속 나노 구조의 사이즈는 레이저광의 파장보다도 작다.The light source 1002 generates laser light that excites SPP, LSPR, and SERS. The laser light irradiated from the light source 1002 becomes parallel light by the collimator lens 1004, passes through the polarization control element 1005, and is in the direction of the sensor chip 1001 by the dichroic mirror 1006. The light is guided and collected by the objective lens 1007, and enters the sensor chip 1001. At this time, the target substance (not shown) is arrange | positioned at the surface (for example, the surface in which the metal nanostructure and the detection substance selection mechanism were formed) of the sensor chip 1001. In addition, by controlling the driving of a fan (not shown), the target substance is introduced into the conveyance section 1010 from the delivery port 1011 and is discharged from the discharge port 1012 to the exterior of the conveyance section 1010. In addition, the size of the metal nanostructure is smaller than the wavelength of the laser light.

금속 나노 구조에 레이저광이 입사하면, 레이저광의 진동에 따라 자유 전자가 공명 진동하고, 금속 나노 구조의 근방에 강한 표면 국재 전장이 여기되고, 이것에 의해 LSPR이 여기된다. 그리고, 이웃하는 금속 나노 구조 사이의 거리가 작아지면, 그 접점 부근에 극히 강한 증강 전장이 생기고, 그 접점에 1개 내지 수개의 표적 물질이 흡착하면, 거기에서 SERS가 발생한다.When a laser beam enters a metal nanostructure, free electrons resonate and vibrate in response to the vibration of a laser beam, and a strong surface localization electric field in the vicinity of the metal nanostructure is excited, thereby LSPR is excited. When the distance between neighboring metal nanostructures becomes small, an extremely strong enhancement electric field is generated near the contact point, and SERS is generated therefrom when one to several target substances are adsorbed at the contact point.

센서 칩(1001)에 의해 얻어진 광(라만 산란광이나 레일리 산란광)은 대물 렌즈(1007)를 통과하고, 다이크로익 미러(1006)에 의해 광 검출기(1003)의 방향으로 인도되어, 대물 렌즈(1007)에 의해 집광되어서, 광 검출기(1003)에 입사한다. 그리고, 광 검출기(1003)에 의해 스펙트럼 분해되어, 스펙트럼 정보가 얻어진다.The light (Raman scattered light or Rayleigh scattered light) obtained by the sensor chip 1001 passes through the objective lens 1007, is guided by the dichroic mirror 1006 in the direction of the photo detector 1003, and the objective lens 1007. ) Is focused on and incident on the photodetector 1003. Then, the photodetector 1003 is used for spectral decomposition to obtain spectral information.

이러한 구성에 따르면, 상술한 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩을 구비하고 있으므로, 라만 산란광을 선택적으로 분광하여, 표적 분자를 검출할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 분석 장치(1000)를 제공할 수 있다.According to such a structure, since the sensor chip of one Embodiment which concerns on this invention mentioned above is provided, the target molecule can be detected by selectively spectroscopy Raman scattered light. Therefore, the analysis apparatus 1000 which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from SERS spectrum can be provided.

분석 장치(1000)는 센서 카트리지(1100)를 포함한다. 센서 카트리지(1100)는, 센서 칩(1001)과, 표적 물질을 센서 칩(1001)의 표면으로 반송하는 반송부(1010)와, 센서 칩(1001)을 탑재하는 탑재부(1101)와, 이들을 수용하는 하우징(1110)을 구비한다. 하우징(1110)의 센서 칩(1001)과 대향하는 위치에는, 조사창(1111)이 마련되어 있다. 광원(1002)으로부터 조사된 레이저광은 조사창(1111)을 통과하여 센서 칩(1001)의 표면에 조사된다. 센서 카트리지(1100)는 분석 장치(1000)의 상부에 위치하고 있어, 분석 장치(1000)의 본체부로부터 탈착 가능하게 마련되어 있다.The analyzing apparatus 1000 includes a sensor cartridge 1100. The sensor cartridge 1100 accommodates a sensor chip 1001, a conveying unit 1010 for conveying a target substance to the surface of the sensor chip 1001, a mounting unit 1101 for mounting the sensor chip 1001, and these The housing 1110 is provided. An irradiation window 1111 is provided at a position facing the sensor chip 1001 of the housing 1110. The laser light irradiated from the light source 1002 passes through the irradiation window 1111 and is irradiated onto the surface of the sensor chip 1001. The sensor cartridge 1100 is located above the analysis device 1000, and is provided to be detachable from the main body of the analysis device 1000.

이러한 구성에 따르면, 상술한 본 발명에 따른 일 실시형태의 센서 칩을 구비하고 있으므로, 라만 산란광을 선택적으로 분광하여, 표적 분자를 검출할 수 있다. 따라서, 센서 감도의 향상을 도모하고, SERS 스펙트럼으로부터 표적 물질을 특정하는 것이 가능한 센서 카트리지(1100)를 제공할 수 있다.According to such a structure, since the sensor chip of one Embodiment which concerns on this invention mentioned above is provided, the target molecule can be detected by selectively spectroscopy Raman scattered light. Therefore, the sensor cartridge 1100 which can aim at the improvement of a sensor sensitivity and can specify a target substance from a SERS spectrum can be provided.

본 발명에 따른 일 실시형태의 분석 장치는, 의료나 건강 진단, 마약이나 폭발물의 검지, 식품의 검사에 이용되는 센싱 장치에 널리 응용하는 것이 가능하다. 또한, 항원항체 반응에 있어서의 항원의 흡착의 유무 등과 같이, 물질의 흡착의 유무를 검출하는 친화성 센서(affinity sensor) 등으로서 이용할 수 있다.The analysis device of one embodiment according to the present invention can be widely applied to a sensing device used for medical or medical examination, detection of drugs or explosives, and inspection of food. It can also be used as an affinity sensor that detects the presence or absence of adsorption of a substance, such as the presence or absence of adsorption of an antigen in an antigen-antibody reaction.

1 : 센서 칩 9 : 회절 격자
10 : 기재 10a : 골격 부분
10s : 평면부 11 : 제 1 돌기(제 1 볼록 형상)
12 : 제 2 돌기(제 2 볼록 형상)
1: sensor chip 9: diffraction grating
10: base material 10a: skeleton portion
10s: planar portion 11: first projection (first convex shape)
12: 2nd protrusion (2nd convex shape)

Claims (20)

센서 칩에 있어서,
평면부를 갖는 기재와;
상기 평면부에 평행한 제 1 방향으로 100㎚ 이상 1000㎚ 이하의 주기로 주기적으로 배열되어 있는 복수의 제 1 돌기와, 이웃하는 2개의 제 1 돌기 사이에 위치하여 상기 기재의 골격을 구성하는 복수의 골격 부분과, 상기 복수의 제 1 돌기의 각각의 상면에 2개 이상 형성되어 있는 제 2 돌기를 포함하고, 금속으로 형성된 표면을 갖고, 상기 평면부상에 형성되고, 표적 물질이 배치되는 회절 격자를 포함하는
센서 칩.
In the sensor chip,
A substrate having a planar portion;
A plurality of skeletons which are arranged between a plurality of first protrusions periodically arranged in a period of 100 nm or more and 1000 nm or less in a first direction parallel to the planar portion and adjacent two first protrusions to constitute a skeleton of the substrate; And a diffraction grating comprising a portion and second projections formed on at least two upper surfaces of each of the plurality of first projections, the diffraction grating having a surface formed of metal, formed on the planar portion, and having a target material disposed thereon. doing
Sensor chip.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 돌기는 상기 제 1 방향에 교차하고 상기 평면부에 평행한 제 2 방향으로 주기적으로 배열되어 있는
센서 칩.
The method of claim 1,
The plurality of first protrusions are periodically arranged in a second direction crossing the first direction and parallel to the planar portion.
Sensor chip.
제 1 항에 있어서,
2개 이상의 상기 제 2 돌기는 상기 평면부에 평행한 제 3 방향으로 주기적으로 배열되어 있는
센서 칩.
The method of claim 1,
Two or more of the second protrusions are periodically arranged in a third direction parallel to the planar portion.
Sensor chip.
제 3 항에 있어서,
2개 이상의 상기 제 2 돌기는 상기 제 3 방향에 교차하고 상기 평면부에 평행한 제 4 방향으로 주기적으로 배열되어 있는
센서 칩.
The method of claim 3, wherein
Two or more of the second protrusions are periodically arranged in a fourth direction crossing the third direction and parallel to the planar portion;
Sensor chip.
제 1 항에 있어서,
2개 이상의 상기 제 2 돌기는 미립자로 이루어지는
센서 칩.
The method of claim 1,
At least two of the second protrusions are composed of fine particles
Sensor chip.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 방향에 있어서의 제 1 돌기의 폭을 W1, 상기 제 1 방향에 있어서의 이웃하는 2개의 상기 제 1 돌기 사이의 거리를 W2라고 했을 때에, W1>W2의 관계를 만족하는
센서 칩.
The method of claim 1,
When the width of the first protrusion in the first direction is W1 and the distance between two adjacent first protrusions in the first direction is W2, the relationship of W1> W2 is satisfied.
Sensor chip.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 방향에 있어서의 상기 제 1 돌기의 상기 폭(W1)과 상기 제 1 방향에 있어서의 이웃하는 2개의 상기 제 1 돌기 사이의 상기 거리(W2)의 비가 W1:W2=9:1의 관계를 만족하는
센서 칩.
The method according to claim 6,
The ratio of the distance W2 between the width W1 of the first protrusion in the first direction and two adjacent first protrusions in the first direction is W1: W2 = 9: 1. Satisfying relationship
Sensor chip.
제 1 항에 있어서,
상기 회절 격자의 상기 표면을 구성하는 금속은 금 또는 은인
센서 칩.
The method of claim 1,
The metal constituting the surface of the diffraction grating is gold or silver
Sensor chip.
센서 카트리지에 있어서,
제 1 항에 기재된 센서 칩과;
상기 표적 물질을 상기 센서 칩의 표면으로 반송하는 반송부와;
상기 센서 칩을 탑재하는 탑재부와;
상기 센서 칩, 상기 반송부, 및 상기 탑재부를 수용하는 하우징과;
상기 하우징의 상기 센서 칩의 표면과 대향하는 위치에 마련된 조사창을 포함하는
센서 카트리지.
In the sensor cartridge,
A sensor chip according to claim 1;
A conveying unit for conveying the target substance to the surface of the sensor chip;
A mounting part to mount the sensor chip;
A housing accommodating the sensor chip, the transfer unit, and the mounting unit;
An irradiation window provided at a position opposite to a surface of the sensor chip of the housing;
Sensor cartridge.
분석 장치에 있어서,
제 1 항에 기재된 센서 칩과;
상기 센서 칩에 광을 조사하는 광원과;
상기 센서 칩에 의해 얻어진 광을 검출하는 광 검출기를 포함하는
분석 장치.
In the analysis device,
A sensor chip according to claim 1;
A light source for irradiating light to the sensor chip;
A photo detector for detecting light obtained by the sensor chip.
Analysis device.
센서 칩에 있어서,
평면부를 갖는 기재와;
100㎚ 이상 1000㎚ 이하의 주기로 복수의 제 1 볼록 형상이 주기적으로 배열되어 있는 제 1 요철 형상과, 상기 복수의 제 1 볼록 형상에 상기 제 1 요철 형상의 주기보다도 짧은 주기로 복수의 제 2 볼록 형상이 주기적으로 배열되어 있는 제 2 요철 형상이 중첩하는 것에 의해 상기 평면부에 형성된 합성 패턴을 갖고, 금속으로 형성된 표면을 갖고, 표적 물질이 배치되는 회절 격자를 포함하는
센서 칩.
In the sensor chip,
A substrate having a planar portion;
A plurality of first concave-convex shapes in which a plurality of first convex shapes are periodically arranged at intervals of 100 nm or more and 1000 nm or less, and a plurality of second convex shapes in a period shorter than a period of the first concave-convex shape in the plurality of first convex shapes. The second concave-convex shapes arranged periodically have a composite pattern formed in the planar portion, have a surface formed of metal, and includes a diffraction grating in which a target material is disposed.
Sensor chip.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 볼록 형상은 상기 평면부에 평행한 제 1 방향으로 주기적으로 배열되어 있는 동시에, 상기 제 1 방향에 교차하고 상기 평면부에 평행한 제 2 방향으로 주기적으로 배열되어 있는
센서 칩.
The method of claim 11,
The plurality of first convex shapes are periodically arranged in a first direction parallel to the planar portion, and are periodically arranged in a second direction crossing the first direction and parallel to the planar portion.
Sensor chip.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 제 2 볼록 형상은 상기 평면부에 평행한 제 3 방향으로 주기적으로 배열되어 있는
센서 칩.
The method of claim 11,
The plurality of second convex shapes are periodically arranged in a third direction parallel to the planar portion.
Sensor chip.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 제 2 볼록 형상은 상기 제 3 방향에 교차하고 상기 평면부에 평행한 제 4 방향으로 주기적으로 배열되어 있는
센서 칩.
The method of claim 13,
The plurality of second convex shapes are periodically arranged in a fourth direction crossing the third direction and parallel to the planar portion.
Sensor chip.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 제 2 볼록 형상은 미립자로 이루어지는
센서 칩.
The method of claim 11,
The plurality of second convex shapes are made of fine particles
Sensor chip.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 방향에 있어서의 제 1 볼록 형상의 폭을 W1, 상기 제 1 방향에 있어서의 이웃하는 2개의 상기 제 1 볼록 형상 사이의 거리를 W2라고 했을 때에, W1>W2의 관계를 만족하는
센서 칩.
The method of claim 15,
When the width of the first convex shape in the first direction is W1 and the distance between two adjacent first convex shapes in the first direction is W2, the relationship of W1> W2 is satisfied.
Sensor chip.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 방향에 있어서의 상기 제 1 볼록 형상의 상기 폭(W1)과 상기 제 1 방향에 있어서의 이웃하는 2개의 상기 제 1 볼록 형상 사이의 상기 거리(W2)의 비가 W1:W2=9:1의 관계를 만족하는
센서 칩.
17. The method of claim 16,
The ratio of the distance W2 between the width W1 of the first convex shape in the first direction and two adjacent first convex shapes in the first direction is W1: W2 = 9: 1, satisfy the relationship
Sensor chip.
제 11 항에 있어서,
상기 회절 격자의 상기 표면을 구성하는 금속은 금 또는 은인
센서 칩.
The method of claim 11,
The metal constituting the surface of the diffraction grating is gold or silver
Sensor chip.
센서 카트리지에 있어서,
제 11 항에 기재된 센서 칩과;
상기 표적 물질을 상기 센서 칩의 표면으로 반송하는 반송부와;
상기 센서 칩을 탑재하는 탑재부와;
상기 센서 칩, 상기 반송부, 및 상기 탑재부를 수용하는 하우징과;
상기 하우징의 상기 센서 칩의 표면과 대향하는 위치에 마련된 조사창을 포함하는
센서 카트리지.
In the sensor cartridge,
A sensor chip according to claim 11;
A conveying unit for conveying the target substance to the surface of the sensor chip;
A mounting part to mount the sensor chip;
A housing accommodating the sensor chip, the transfer unit, and the mounting unit;
An irradiation window provided at a position opposite to a surface of the sensor chip of the housing;
Sensor cartridge.
분석 장치에 있어서,
제 11 항에 기재된 센서 칩과;
상기 센서 칩에 광을 조사하는 광원과;
상기 센서 칩에 의해 얻어진 광을 검출하는 광 검출기를 포함하는
분석 장치.
In the analysis device,
A sensor chip according to claim 11;
A light source for irradiating light to the sensor chip;
A photo detector for detecting light obtained by the sensor chip.
Analysis device.
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