KR20140043806A - 나노구조를 가지는 표면 플라스몬 공명(ｓｐｒ) 센서 장치 - Google Patents

Abstract

센서 장치는 유전체 기판(52); 및 적어도 하나의 캐비티 배열(54)을 내부에 구비하고 기판(52) 상에 형성되며 L-SPR을 지지하도록 적용된 금속층 (53)을 포함하고, 금속층(53) 내부의 캐비티(54) 각각은 개구부 (56) 및 밀폐 바닥부(58) 및 개구부와 바닥부 사이의 확장부를 포함한다. 유전체 베드(62)가 각각의 캐비티(54) 바닥부(58) 상부로 제공되어 겉보기 깊이를 감소시키며, 베드의 표면(62)은 수용체 모이어티(64)에 결합하도록 기능화(functionalized) 된다. 본 센서 장치는 특히 SPR 검출용으로 설계될 수 있으나, 기타 다른 검출 기술에도 사용이 가능하다.

Description

나노구조를 가지는 표면 플라스몬 공명(ＳＰＲ) 센서 장치{SPR sensor device with nanostructure}

본 발명은 일반적으로는 감지 시스템에 기반한 표면 플라스몬 공명(SPR)에 관한 것이며, 좀 더 상세하게는 화학적, 생화학적, 생물학적, 생의학적, 약학적 및 물리적 검사에 적합한 나노구조의 SPR 센서 장치에 관한 것이다.

표면 플라스몬의 여기(excitation)를 이용한 많은 센서가 공지되어 있으며, 일명 표면 플라스몬 공명(SPR) 센서는 센서 표면에 인접한 시료 내의 반사 표지의 변화를 감지한다. 이들 SPR 센서들은, 예를 들면 화학적, 생화학적, 생물학적, 생의학적 또는 약학적 연구 등에서, 임상적 또는 식품 진단 또는 환경적 측정(예. 가스 또는 폐수 감지) 등에서 물질의 농도를 수량화하기 위한 용도 등에 이용된다. 많은 SPR 센서들이 신속하게 병렬적 대량 검사의 수행이 가능하기 때문에, 특히 두 개 이상의 상호작용의 분자들 사이의 친화력 및 실시간 반응 운동 연구에 이들 센서를 이용하면 분자적 상호작용을 편리하게 수량화할 수 있다.

잘 아려진 바와 같이 SPR 센서들은 SPR 현상에 기반하며, 이는 하나 이상의 표면-결합 전자기파가 금속재료 (일반적으로, 금 또는 은) 및 유전체 재료 사이의 계면에 확산되는 현상이다. 금속-유전체 계면 에서의 자유전자의 집합진동으로 인해 표면-결합 전자기파가 상기 계면에 평행한 방향을 따라 최대 강도로 확산되며, 계면에서 멀어지면서 기하급수적으로 붕괴된다.

SPR의 여기와 관련하여 가장 보편적으로 사용되는 기술로는 크레취만(Kretschmann) 형태의 프리즘의 활용이 있다. 이러한 경우, 상기 프리즘은 표면 플라스몬을 지원하는 귀금속 층으로 덮이며, SPR은 프리즘을 통해 광학적으로 여기된다. 사실상, 입사광의 계면-평행 요소 및 SPR의 표면-결합 전자기파 양측 모두가 일치된 주파수 및 파장을 가진 경우, 빛이 금속-유전체 계면에서 표면 플라스몬의 공진을 여기시킬 수 있다. 공진 조건하에서, 입사광은 금속-유전체 계면에 의해 흡수되어, 표면-결합 전자기파와 결합된다. 그런 다음에는, 예를 들면 금속-유전체 계면의 통과 또는 반사광의 강도의 감소 정도를 감지하여 상기 흡수를 관찰할 수 있다. 빛과 표면 플라스몬 파 사이의 결합 조건은 금속-유전체 계면에 인접한 유전체 매질의 굴절률에 매우 민감하기 때문에, SPR 센서들은 이와 같은 공진 결합 조건의 민감도를 이용하여, 금속-유전체 계면에서의 반사광 강도의 감소를 측정하여 유전체 매질의 굴절률을 감지할 수 있으며, 여기서 후자(latter)에는 SPR 여기광 빔이 비추게 된다.

SPR은 특히 생체분자 또는 생화학 분자 사이의 상호 관계, 즉, 예를 들면 항원 및 항체, 효소 및 기질, 내분비 및 수용체, 핵산 및 핵산 등등의 상효 작용을 감지할 수 있는 바이오센서 시스템에 적용이 가능하다. 즉, 많은 SPR 바이오센서가 센서 표면 상에 결합된 바이오-수용체를 가짐으로써, 생화학 분자 또는 생체분자들이 이들 바이오-수용체와 상호작용(결합)하면서 센서 표면에 발생하는 굴절률 변화에 의해 발생하는 빛-SPR 결합 조건의 변화를 감지하게 된다. 상기 바이오센서 시스템은 예를 들면 용매 내의 생체분자 또는 생화학 분자의 농도의 측정에 적합하다.

현재, SPR 감지에 기반한 다양한 실험 기구들이 존재한다. 미합중국 특허 출원 제 2009/021,727 호는 크레취만 형태에 기반한 바이오-센서에 대한 것이다.

미합중국 특허출원 제 2008/316,490 호 역시 생화학 분자 감지를 위한 SPR 바이오센서 시스템을 개시하고 있으며, 프리즘 대신 금속 격자(metal grating)를 채용하고 있다.

좀 더 최근에는, L-SPR (localized surface plasmon resonance) 현상 및 금속 서브 파장(subwavelength) 주기 구조를 통한 개선된 통과에 대한 발견으로 인해, 감지 배열 크기가 한층 증가하도록 크게 지원되었으며, 이로 인해 고-수율 적용의 지원이 가능하게 되었다. L-SPR 적용예의 경우, 기술 분야를 통틀어 연구된 것 중 가장 간단하면서 다용도로 사용될 수 있는 것으로 나노-홀 어레이 감지 구조(nanohole array sensing configuration)가 있다. 고전적 접근법을 사용하는 SPR 센서는 귀금속층으로 덮인 유전체 기판을 포함하며, 그 내부에 주기적 나노 홀 배열, 즉, 서브 파장(sub-wavelength) 규모(dimensions)의 홀이 형성되어 있다.

이와 같이 나노홀을 구비한 L-SPR 기반 센서들이 예를 들면, WO2008/039212, WO2010/130045 및 Parsons, J. 등이 발표한 "Localized surface-plasmon resonances in periodic non-diffracting metallic nanoparticle and nanohole arrays"(PHYSICAL REVIEW B 79, 073412 (2009)) 에 기술되어 있다.

본 발명의 목적은 개선된 감도를 가지는 나노홀 어레이 타입의 SPR 감지용 센서 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적은 제 1 청구항에 기술된 센서 장치에 의해 성취된다.

본 발명을 연구하던 중, 본 발명자들은 전류 기술의 발전으로 인해 나노홀의 형상(geometry)을 전자기적 반응에 적절하게 조절할 수 있게 되었으나, 그로 인한 형상이 생물학적 감지 공정에는 최적이지 않음을 알 수 있었다. 특히, 본 발명자들은 금속 상부 및 홀 내부에 고정된 생체분자 수용체들이 종종 최적의 감지 효율을 내기에는 부적절하게 위치되어 있음을 발견했다.

상기 문제점에 대해 본 발명자들은 강력한 전기장 밀도를 보장할 수 있는 리간드/분석물과 수용체 간의 결합을 가능하게 하는 구조를 가지는 플라스몬 센서를 고안하였다.

따라서, 본 발명에 의한 센서 장치, 특히 SPR 센서 장치는, 유전체 기판, 및 L-SPR을 지원하기 위해 상기 기판 상에 형성되는 금속층을 포함한다. 상기 금속층은 적어도 하나의 캐비티(cavities)들의 배열을 그 내부에 포함하고 있으며, 상기 캐비티들 각각은 소정 깊이, 개방부 및 밀폐 바닥부를 포함하고, 또한 상기 캐비티들은 개방부에서 바닥부 사이에 확장되어 있다.

유전체 재료로 이루어진 베드(bed)가 각각의 캐비티 저면 상부로 제공되므로, 개방부에 비해 감소된 깊이(즉, 겉보기 깊이)를 제공하며, 상기 베드는 수용체 모이어티에 대한 결합 친화력을 갖도록 기능화된다.

먼저, 본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 캐비티의 확장형 형태로 인해 캐비티 개방부에 대한 전기장이 강화된다. 두 번째로, 상기 영역에 수용체들을 좀 더 근접 배치하여 강한 밀도를 가진 영역에서 결합이 일어나도록 하기 위해서, 상기 캐비티의 바닥부를 유전체 재료로 채워 베드를 형성하여, 상기 캐비티의 겉보기 깊이가 감소되도록 한다. 따라서, 겉보기 이는 캐비티의 상부/개방부 및 베드의 표면 사이에서 사용 가능한 잔류 깊이(residual depth)에 대응하게 된다.

또한, 베드의 기능화된(functionalized) 표면 상으로 수용체가 결합할 수 있게 되며, 분석 및 실험 과정 중에도, 실험 대상이 되는 시료에 존재하는 대응 분석물/리간드에 결합할 수 있게 된다.

이와 같이, 수용체 모이어티(moieties)가 강한 전기장에 근접하게 되고, 이에 결합된 분석물은 사실상 상기 강한 전기장 영역에 위치할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 설계에 다르면, 캐비티를 설계함에 있어, 바람직한 전자기를 위한 상세요건에 적합하고, 동시에 수용체 모이어티 및 사용에 따라 형성되는 복합체의 위치를 최적화함으로써, 최적의 감지를 이끌어낼 수 있다.

이하, "수용체 모이어티(receptor moiety)"는 프로브 물질로서 센서에 결합되는 일체의 종류의 물질을 말하며, 감지 대상이 되는 분석물에 대해 소정의 결합 특이성을 갖는다. 상기 수용체 모이어티는 분자, 화학적, 천연 또는 생물학적 물질이나 그 일부일 수 있다; 즉, 생물학적 분석의 경우, 상기 수용체 모이어티는 주로 항원/항체, 효소, 단백질, 올리고뉴클레오티드 등일 수 있다.

따라서, "분석물질(analyte)" 이라는 용어는 해당 분자, 화학적 물질, 생체분자 또는 센서 장치 상에 결합된 수용체 모이어티에 대해 분석물이 갖는 결합 특이성에 기반하여 본 발명에 의한 센서에 의해 감지의 대상이 되는 어떠한 구조를 의미한다. 분석물질은 리간드, 분자, 생물학적 물질 등으로, 예를 들면, 단백질, 효소, 펩타이드, 유기 및 무기 화학적 물질들, 올리고뉴클레오티드, 항체 등, 일반적으로 특정 생화학 반응에 의해 인지될 수 있는 어떠한 종류의 분자일 수 있다.

나노 캐비티의 형태는, 연속적 또는 단차 형태의 절두 원추(frusto-conical) 또는 사다리꼴 형상이 바람직하다. 그러나, 당업자라면 상부에서 저부로 확장하는 형태로 캐비티 개방부 주변에 강한 전기장 패턴을 형성할 수 있다면 적절한 다른 형태를 고안할 수 있을 것이다.

이하 설명하겠으나, 캐비티의 겉보기 깊이는 수용체 모이어티 및 분석물의 종류, 또한 좀 더 상세하게는 그 길이에 기능하도록 적용된다. 캐비티 내의 유전체 베드의 두께는 분석물이 수용체 모이어티에 결합함과 동시에, 분석물이 적어도 부분적으로는 가장 강한 전기장 영역에 위치할 수 있도록 설계된다. 이는, 수용체 모이어티 결합의 종단(binding extremity)이 가장 강력한 전기장 영역에 인접(contiguous to)하거나 부분적으로 관통(penetrates in)해 있음을 암시한다. 이와 관련하여, 베드의 두께(또는 높이, 즉, 캐비티 저부와 베드 상부 사이의 거리)는 따라서 일반적으로 캐비티 깊이(또는 높이) 보다 낮게 될 수 있다.

생물학적 사용예의 경우, 베드의 두께는, 겉보기 깊이가 개방부로부터 10 내지 30 nm 범위, 좀 더 바람직하게는, 15 내지 25 nm 범위 내에 들도록 설정되는 것이 바람직하다.

상기 베드는 대상 분석물을 감지하기 위해 적용된 수용체 모이어티 또는 이를 위해 기능할 수 있는 적절한 유전체 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 베드는 ppAA 또는 나일론으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 베드는 단일의 재료, 또는 두 개 이상의 유전체 층으로 구성될 수 있으며, 여기서 각 층의 두께는 베드의 전반적 두께(global thickness)에 기여함으로써 캐비티의 겉보기 깊이를 조절할 수 있도록 한다. 이와 같은 경우, 최상부 층이 기능화 능력을 갖도록 해야 한다.

예를 들어, ppAA 나 나일론과 같은 유전체 물질로 두께(t1)의 제 1 층을 형성할 수 있으며; 다음 층으로는 예를 들면 유전체 하이드로겔과 같은 기공질 유전체 재료 등의 적절한 기능화 유전체로 형성되어 두께(t2)를 가지고 상기 제 1 층 상에 형성될 수 있다. 상기 베드의 전체 두께(T)는 따라서 T=t1+t2로, 상기 금속층 내 캐비티의 깊이(d_C), 그리고 겉보기 깊이(d_A) 는 d_A = d_C - T와 같이 계산된다.

이와 관련하여, 상기 기능화 층에 수용체 모이어티를 형성하는 분자/모이어티들을 포함하여, 사용 전에 기판 상에 수용체 모이어티를 위치시킬 필요가 없도록 할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 금속층의 두께는 적어도 100 nm, 바람직하게는 적어도 120 nm 일 수 있다. 실제 적용예의 경우, 상기 금속층의 두께는 100 내지 200 nm 범위 내일 수 있다.

상기 캐비티들의 크기는 나노미터 규모일 수 있으며, 도시된 바와 같이, 표면 플라스몬을 촉진하기 위해 캐비티의 크기를 서브 파장(sub-wavelength) 규모, 즉 입사광의 파장 이하의 크기로 할 수 있다.

금속층 내의 캐비티에는 일반적으로 관통공(through bores)이 형성되어 있으므로, 캐비티의 밀폐된 바닥부는 기판 표면으로 형성될 수 있다. 금속층 내의 캐비티들의 깊이는 바람직하게는 적어도 100 nm, 및 좀 더 바람직하게는 100 내지 200 nm 범위이다.

더 나아가, UV-VIS-NIR 스펙트럼에서 선택된 프로브 광에 대한 작동을 위해, 일반적으로 캐비티들은 개구부 폭(즉, 직경 또는 이에 준하는 직경)은 50-250 nm 범위, 및 바닥부 폭은 100-450 nm 범위로 설계될 수 있다.

또한 본 명세서에서는, 나노캐비티 배열의 주기성, 즉 두 개의 캐비티의 중심 사이의 거리는 200 내지 1000 nm 범위일 수 있다.

L-SPR용으로 적용되는 금속을 L-SPR 지지 금속층으로 사용할 수 있다. 상기 금속으로는, 주로, 금, 은, 구리, 백금, 알루미늄 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

바람직한 실시예의 경우, 상기 금속층에는 단백질의 결합을 방지하는 성질을 지닌 오염장지 박막층이 덮일 수 있다. 그 결과, 기능화 표면이 형성되어 있는 유전체 베드의 표면에 수용체 모이어티가 좀 더 수월하게 결합될 수 있다. 또한 실험 시, 금속에 결합되는 단백질 및 분석물이 감소하므로, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)가 개선된다.

본 발명의 설명에 있어서, 기판 및 베드 재료로 사용되는 "유전체(dielectric)" 라는 용어는 "도전체(conductors)"가 아닌 재료로서, 플라스몬 필드에 의해 편광될 수 있는 것을 포함하며, 따라서, 사파이어, 유리 또는 폴리머와 같은 유전체 재료는 물론이며, 반도체 재료 또한 적절히 포함할 수 있다.

사용의 편이를 위해, 금속층 상부에 미세유체층이 구성될 수 있으며, 이는 공지된 바와 같다. 이와 같은 미세유체층은 일반적으로 시료가 각각의 캐비티 배열(array)에 선택적으로 접촉할 수 있도록 배치된 유로를 포함할 수 있다.

일반적으로, 한 열의 캐비티는 한 종류의 수용체와 연관될 수 있다. 따라서, 금속층에는 복수 개의 캐비티 배열이 포함될 수 있으며, 이들 배열 각각에는 각 종류의 수용체 모이어티가 포함될 수 있다.

본 발명의 센서는 종래의 조명 및 광분석 시스템을 구비한 SPR 분석 시스템에 사용될 수 있으며, 여기에는 광검출기 구성이나 영상 시스템 등을 구비할 수 있다.

이와 관련하여, SPR 영상/현미경에 사용할 경우, 본 발명의 SPR은 종래의 SPR 및 L-SPR 센서들에 비해 실질적으로 개선된 품질을 제공함을 알 수 있다. 종래 센서의 경우, 감도 및 측방향 해상도 중 어느 하나를 희생하면서 프로브 광을 선택하도록 되어 있다. 이와는 상대적으로, 본 발명의 SPR센서의 경우, 나노 캐비티 배열을 사용하기 때문에 협소한 영역에 플라스몬이 고정될 수 있고, 이에 따라 섬세한 측방향 해상도(일반적으로, 100 내지 500 nm 사이)를 이룰 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 캐비티 구조에는 캐비티 깊이를 감소시키는 베드가 있으므로, 대상 모이어티가 강한 전기장 내에 위치될 수 있으며 따라서 최대 감도가 제공된다. 결과적으로, 측방향 해상도 및 감도가 모두 높은 수준으로 SPR 영상화를 수행할 수 있게 된다.

본 발명의 센서 장치는 많은 경우 SPR 분석에서 사용될 수 있으며, 이는 베드 표면에 결합된 수용체 모이어티의 유형에 따른다. 특히 본 발명의 SPR 센서 장치는 화학적, 생화학적, 생물학적, 생의학적 약학적 및 물리학적 분야에서 실험의 용도로 적용될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 본 발명의 SPR 센서들은 예를 들면, 화학적, 생화학적, 생물학적, 생의학적 또는 약학적 연구에 있어서, 임상적, 또는 음식 진단 또는 환경 측정(예. 가스 또는 폐수 검출) 등과 같은 용도로 물질의 농도를 수량화하는 용도로 사용될 수 있다.

표면 플라스몬-기반 검출 시스템 외에도, 본 발명의 센서 장치의 구조는 또한 분자학적, 화학적 및/또는 생화학적 검출 기술에도 적용이 가능할 것이다. 특히, 본 발명의 센서는, 본 발명의 경우에서와 같이, 광학적, 열적(thermal), 전기적 등등의 검출 신호의 개선에 적용하기 위한 전자기장의 국부화(localization) 및 개선화를 위한 검출/분석 기술에 유용하게 사용될 수 있다. 이들 기술의 예는 다음과 같다:

a. 표면증강 라만 분광법(SERS).

표준 라만 분광법에 의하면, 레이저에서 발광되는 단색광이 분자의 진동 모드를 여기시킨다. 상기 모드들은 반사광 스펙트럼 상에서 양극 피크로 관찰된다. 이들 피크의 스펙트럼상 위치(라만 스펙트럼)가 (지문과도 같이) 분자의 특성을 말해준다. 라만 분광법은 화합물 내에 각기 다른 분자들의 존재 여부 및 이들의 양을 직접적으로 판단할 수 있는 특별한 방법이다. 종래 SERS에서는, 나노구조 센서 표면으로 라만 신호(일반적으로 강도가 약함)를 증강시켜, 낮은 농도의 물질도 측정할 수 있도록 하였다.

본 발명의 센서 장치는 이러한 SERS에 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 경우, 캐비티 상부 상에서 SERS 증강이 발생하며(표면 플라스몬 공진 기술과 동일함), 캐비티의 크기 및 형태를 조절(tuning)하여 위치 조절할 수 있다. L-SPR 분석에서처럼, 본 발명의 센서 장치를 이용하여 SERS 증강이 최고에 이르는 지점에 검출 대상 분자를 위치시킬 수 있기 때문에 신호 감도가 개선된다.

b. 형광 분광법(Fluoresce Spectroscopy).

표준 형광 분광법에 따르면, 레이저 광에 의해 형광 분자(형광원(fluorophore))가 여기 되며, 상이한 파장의 형광을 조사한다. 상기 기술은 분자, 단백질, DNA 등의 밀도를 파악하기 위한 정량적 방법으로 사용된다. 본 발명에서는, 형광원(검출 대상이 되는 2차 항체 또는 DNA 서열과 결합된 상태)이 최대 전기장 영역에 위치되므로, 감도(즉, 형광 강도)가 크게 향상된다.

c. 매트릭스 지원 레이저 이탈 이온화(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)) 및 표면 지원 레이저 이탈 이온화(Surface Assisted Laser Desorption Ionization (SALDI))에 의하면,

고 밀도 레이저 빔을 사용하여 분석물질이 표면에서 이탈되도록 유도하여, 이온을 생성하고 이를 질량 분석기로 분석할 수 있다. 이는 높은 감도 및 정확도로 모든 분자 밀도를 파악할 수 있는 분석 기술이다. SALDI에 본 발명의 센서 장치를 채용하면, 분석 대상 분자가 (이탈 유도용) 레이저 광의 강도가 최대인 지점에 위치되기 때문에 분석 효율이 증가한다.

이들 각기 상이한 분석 기술 중에도, 표면 플라스몬은 입사광에 의해 국부적으로 여기(stimulated) 되기 때문에, 특정 캐비티 형태로 인해 캐비티 개구부에 SPR만 사용하는 분석법에서 볼 수 있는 개선된 전기장이 얻어진다.

따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 다르면, 수용체 모이어티(moieties)가 강한 전기장에 근접하게 되고, 이에 결합된 분석물은 사실상 상기 강한 전기장 영역에 위치할 수 있게 된다.

또한, 캐비티를 설계함에 있어, 바람직한 전자기를 위한 상세요건에 적합하고, 동시에 수용체 모이어티 및 사용에 따라 형성되는 복합체의 위치를 최적화함으로써, 최적의 감지를 이끌어낼 수 있다.

본 발명에 대해 다음의 도면을 참조하여 설명한다:
도 1은 나노홀 배여를 구비한 종래 SPR 센서를 도시한 그림이고;
도 2는 본 발명의 SPR 센서 장치의 설계 원리를 도시한 스케치이고;
도 3은 유전체 베드가 생략된 상태에서 캐비티 바닥부에 수용체 모이어티의 위치를 도시하기 위한 비교도(본 발명의 실시예에 따른 SPR 센서가 아님)이고;
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 SPR 센서에 따른 나노 구조를 도시한 그림이고;
도 5는 나노 구조 내부 및 그 주변의 전기장 강도를 도시한 그림이고;
도 6은 일 실시예에 의한 SPR 검출 시스템을 도시한 그림이다.

a) 종래 L- SPR 센서 설계

당업자라면, SPR 효과에 기반한 센서는 두 유형의 플라스몬 공명 효과에 기반함을 알 것이다. 즉:

1) 표면 플라스몬 폴라리톤(Sensors based on Surface Plasmon Polaritons(SPP)) 기반 센서들로, 이들은 유전체 및 귀금속 사이 계면에서 이동하는 파동(waves)을 말한다;

2) 국소 표면 플라스몬 공명에 기반한 센서들로, 이들은 귀금속 재료 내부의 유전체 나노 캐비티 내부에 국부화(localized)된 정지파(standing waves), 또는 유전체 매질 내부 또는 그 상에 존재하는 귀금속 나노 구조 내부에 국부화된 준(equivalent) 정지파이다.

물론 상기 두 경우의 센서들은 모두 금속 계면에서의 굴절률 변동을 검출할 수 있다.

SPR 바이오센서에서, 현미경(또는 지역적) 감도를 가지고 센서의 전반적 감도를 판단하게 됨을 주지해야 한다. 지역적 감도는 금속을 둘러싸고 있는 유전체 내의 플라스몬 공명의 전기장의 확장 길이에 관련된 것이다. 상기 길이를 투과 깊이(penetration depth)라고 한다.

보편적으로, L-SPR의 투과 깊이는 10 nm의 차수(order of magnitude)이다. 수치 시뮬레이션(numerical simulation)을 통해 플라스몬 나노구조 주변의 전기장 강도의 평가 및 연구가 가능하다.

종래의 나노홀 배열을 구비한 L-SPR 설계 기반의 센서, 즉 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같은 센서의 경우, 유전체 기판(6) 상에 높인 플라스몬 공명 지지 금속층(4) 내부로 원통형 구멍/캐비티(2)가 천공(예. 이온 빔에 의해)된다. 이러한 경우, 상기 캐비티(2) 내부의 전기장 패턴은 도 1에 짙은 회색의 수직형 직사각형(8)으로 도시된 바와 같이 원통 벽들을 따라 최대치를 이루게 된다. 최대 전기장을 갖는 벽까지의 거리는 주로 약 10 nm에 해당한다.

바이오센서 적용예에 있어, 수용체 모이어티, 즉 단백질들이 주로 캐비티 내에 고정화되고, 이들 모이어티들은 시료 내의 검출 대상 분석물질에 결합 특이성을 갖고 있다. 일반적으로, 수용체 모이어티들은 따라서 전기장이 최대를 이루는 캐비티 벽 상으로 고정된다.

그러나, 수용체 모이어티의 크기는 한계가 있다. 즉, 항체를 예로 들면 이들의 보편적 길이는 10 내지 20 nm 이다.

따라서, 약 10 nm의 전기장을 가지고는, 최대 플라스몬 공명을 갖는 전기장 영역에 위치하는 것은 사실상 수용체 모이어티라는 것을 주지해야 할 것이다.

분석물질이 캐비티에 이르면, 바이오 프로브에 의해 인식되며, 바이오 프로브 수용체 자체상으로 고정화되어, 복합체를 생성한다.

그러나, 분석물질이 위치하게 될 캐비티(2)의 영역은, 비교적 최대 전기장 강도 외곽 지역으로, 감도가 적합하지 않게 된다.

상기 상황이 도 1에 도시되어 있으며, 여기서 수용체 모이어티를 이루는 항체(10)가 캐비티(2)의 수평 벽면들 상에 고정되어 있음을 알 수 있다. 항체(10)의 연장선을 강한 전자기(8)를 가지는 영역의 폭과 비교할 수 있다. 참조번호 12는 수용체 항체(10)에 결합된 항원을 나타낸다. 시료 내에 존재하는 상기 분석물질(12)은 항체(10)에 대한 결합 특이성을 가지고 있으므로 이에 결합하여 복합체를 이룬다. 그러나, 강한 전자기의 연장선이 감소했으므로, 이러한 결합이 외부에서 발생하게 된다.

b) 본 발명의 센서의 작동 원리

도 2에 본 발명에 따른 개념에 의한 센서 설계가 도시되어 있다. L-SPR 센서의 감도를 최적화하기 위해서, 본 발명자들은 캐비티 일 영역 내에 강한/개선된 전자기를 얻을 수 있는 캐비티 형상을 고안했으며, 이와 같은 강력한 전자기 영역에 인접하거나, 부분적으로 겹치도록 수용체 모이어티를 배열할 수 있는 수단을 제공하여 수용체 모이어티에 결합된 분석물질이 상기 강력한 전기장 내에 위치됨으로서, 최대/개선된 감도 영역 내에 위치될 수 있도록 하였다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 SPR 센서 장치(50)는 유전체 기판(52)을 포함하며, 여기에는 L-SPR 지지층이 유전체 기판(52) 상에 귀금속 층(53)을 포함하며, 그 내부에 나노 캐비티(54) 배열을 구비하고 있다(도시의 편이를 위해 도면상에는 캐비티(54)를 두 개만 도시하였음).

이들 캐비티(54)의 크기는 주로 "서브 파장(sub-wavelength)"이라 일컬어지는데, 이는 프로브 광 빔의 파장보다 낮음을 의미한다. 캐비티(54)들은 비대칭형으로 설계되므로, 즉 그 단면이 전체 캐비티 깊이에 걸쳐 균일하지 않기 대문에 입사광 빔의 방향에 걸쳐 비대칭성을 띠고 있다. 이를 좀 더 자세히 설명하자면, 캐비티(14)의 형태는 개구부(56)에서 바닥부(58) 방향으로 확장되는 형태로, 밀폐되어 있는 캐비티 바닥부는 하부에 위치된 기판(52) 표면에 의해 형성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이와 같은 확장은 계속적으로 이루어지며, 즉 예를 들면 절두 원추 또는 사다리꼴 형태, 또는 단차형 윤곽(profile)의 경우에 해당한다. 캐비티(54)의 깊이(d_C)는 개구부(56)에서 바닥부(58) 까지의 수직 거리를 나타낸다. 기판 측, 즉 최대 폭을 가진 바닥부 측(58)에서 적절한 각도 및 파장으로 이와 같은 SPR-센서에 빛이 가해지면, 플라스몬 공명이 일어난다. 표면 플라스몬 폴라리톤의 전계 강도(field strength)가 강하게 일어나, 최대 수준에 이르며, 이는 도 2의 직사각형(60)으로 도시된 바와 같이 캐비티의 개구부(56)에 대략 해당한다.

나노홀 배열의 자기적 반응을 조절하는 능력에 대해서는 잘 알려져 있다(예를 들면, Li, J. et al. 논문 참조. "Studies of the plasmonic properties of two-dimensional metallic nanobottle arrays" in APPLIED PHYSICS LETTERS 92, 213106 (2008)). 사실, 표면 플라스몬 폴라리톤의 여기 및 방사는 형태에 크게 의존한다. 즉, 금속 나노 구조의 크기 및 형상에 공명이 의존하는 것이다. 또한 표면 플라스몬 폴라리톤 스펙트럼 상의 위치가 나노 캐비티의 주기성에 주로 의존하는 반면, 전계 강도 및 패턴은 금속 층 내에 배열된 캐비티의 실제 형상에 크게 의존하고 있는 것도 사실이다.

위에 설명한 바와 같이, 캐비티(54)의 비대칭 형상(즉, 개구부에서 바닥부까지 확장되는 형태)로 인해 캐비티의 개구부(56) 부근에서 가장 큰 세기의 전기장이 밀집하게 된다. 따라서 캐비티(54)의 형태/크기를 얻고자 하는 전자기 반응을 고려하여 선택한다.

본 발명의 센서 장치(50)는 캐비티(54)의 바닥부(58) 상에 놓인 유전체 재료의 베드(62)를 더 포함하여 캐비티(54)의 겉보기 깊이를 감소할 수 있도록 함을 주지해야 한다. 따라서, 금속층(53) 내의 구멍의 깊이는 여전히 d_C (금속층 두께에 대응함-캐비티는 관통공임), 캐비티의 바닥부에는 유전체 재료가 채워지기 때문에 그 깊이는 d_A, 즉 개구부(56) 상부에서 베드(62) 표면 사이의 거리로 나타난다.

상기 베드(62)는, 표면(63) 상에 일종의 지지 구조 또는 받침대 역할을 하여, 수용체 모이어티(64)가 강력한 전기장 영역에 인접하도록 부착될 수 있다. 따라서, 대응 분석물질이 수용체 모이어티에 결합하면, 최대 감도 영역에 위치된다.

다시 말해, 캐비티(54)는 베드(62)를 구성하는 유전체 물질로 부분적으로 채워져, 금속층 상부는 개방되고, 겉보기 깊이(d_A)에 대응되는 중공이 깊이 방향을 따라 형성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 수용체 항체(64)가 베드(62)의 표면(63)에 접착되어 있으며, 그 반대 종단은 강한 전기장 패턴(60) 영역과 계면(interfacing)되어 있다. 항체(64)와 결합함과 동시에, 상기 최대 전기장 영역(60) 내, 즉 최대 감도 영역에서 cogent antigen (66)가 확장된다.

비교를 위해, 도 3은 도 2의 센서처럼 소형 원추 캐비티(54)를 구비하고 있으나, 유전체 베드가 생략되도록 설계된 SPR 센서 구조를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 항체(64)는 캐비티의 최저면(58)에 위치될 것이며, 결합과 동시에, 형성된 복합체는 최대 전기장(60) 영역에서 꽤 떨어져 있게 될 것이다. 이와 같은 나노 구조에서는 홀의 깊이(d_C)가 보편적으로 100 nm에 이르며(no less than), 반면 항체의 보편적 크기가 15 nm임을 주지해야 할 것이다.

도 2에 도시된 본 발명의 센서를 다시 설명하자면, 수용체 모이어티의 접착이 베드(62)를 형성하는 재료의 기능화 표면을 통해 용이하게 수행된다. 상기 재료를 기능화하면 원하는 유형의 수용체 모이어티에 선택적 결합이 가능하게 되며, 여기서 후자(latter)는 수행하고자 하는 실험의 유형에 따라 선택될 수 있다. 기능화 폴리머로 적합한 재료로는, 폴리아크릴산 또는 대상 모이어티의 결합을 최적화하기에 적합한 기능성을 가진 유전체 폴리머 등이 있다.

도 2 및 도 3에서 베드(62)는 단일층으로 도시되어 있으나, 두 개 이상의 유전체 재료층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료의 제 1층은 캐비티 저면 상에 놓이고, 유전체의 제 2층은 상기 제 1층 상에 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제 2층(또는 최상층)의 표면이 베드의 표면을 형성하고, 베드의 두께는 각 층의 개별적 두께의 총합이 될 수 있다. 제 2층(또는 상부층)의 유전체 재료는 프로부(수용체 모이어티)를 결합하기에 필요한 기능화되어 있는 것으로, 상기 제2층/상부층에는 하이드로겔을 포함하는 기공질 유전체가 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 센서 장치의 실용적 실시예를 도시한다. 도 2와 유사한 특징들에는 유사한 참조부호를 부여하되, 100씩 올려서 부여한다. 센서 장치(150)는 위에 설명한 설계 원리에 따라 구성된다. 센서 장치(150)는 유리로 형성된 유전체 기판(152)을 포함한다. 금과 같은 귀금속층(153)이 유리 기판(152) 상부에 놓인다. 상기 층은 금층 내에 형성된 캐비티(154) 배열을 포함하고 있으나, 도시의 편이를 위해 다만 하나만 도시하였다. 금속 내부의 캐비티(154)의 깊이는 d_C 이다.

단차 유형의 확장되는 단면을 가지고 있으며, 이는 다음의 세 종류 단면을 포함한다: 반경(R1)을 가지는 개구 단면부, 최대 반경(R2)을 가지는 중간 단면부 , 및 최대 반경(R3)을 가지는 종단 단면부. 캐비티의 개구부(156)는 금속층(153)의 표면 상으로 약간 돌출되어 있는 칼라(collar)형 단면부(170)로 형성됨을 알 수 있다.

캐비티(154)는 베드(162)를 형성하는 유전체 재료로 부분적으로 채워져 캐비티의 겉보기 깊이를 깊이(d_A)로 감소시킨다. 베드(162)의 표면은 수용체 모이어티가 그 상부에 접착될 수 있도록 기능화되며, 이는 도 4에 나타난 항체(164)를 통해 도시되어 있다.

설명의 편이를 위해, 재료 및 크기에 대해 설명하나, 본 발명에 한정되는 것이 아님을 주지해야 할 것이다.

유리 기판(152) 대신에, 예를 들면 투명 폴리스티렌이나 PMMA 또는 폴리카보네이트와 같은 투명 유전체 재료를 사용할 수도 있으며, 또는 로우-도핑(low doping) 처리 반도체 재료 또한 사용이 가능하다.

또한 금 대신에, Ag 및 Pt, 또는 Al과 같은 귀금속 등의 기타 다른 금속을 사용할 수도 있을 것이다.

베드(162)에 사용되는 유전체 재료는 ppAA, 또는 기타 적합하게 기능화된 폴리머일 수 있다.

금 층의 두께는 캐비티 개구부 부분에서는 대략(in the order of) 120 nm으로, 따라서 캐비티 깊이(d_C)는 120 nm이 된다.

베드(162)의 두께는 100 nm로, 따라서 겉보기 깊이(d_A)는 20 nm 이 된다.

개구부의 반경은 R1 = 50 nm 인 반면, 캐비티의 저면에서는 R3 = 200 nm이다.

상기 크기 자료들은 다만 설명의 예를 들기 위해 제공한 것으로 따라서 어떠한 방향으로도 본 발명에 한정되지 않음을 다시 한 번 주지해야 할 것이다.

도 4의 나노 구조에 대한 플라스몬 공명 하의 전기장 패턴은 수치(numerical) 시뮬레이션을 통해 정해졌으며, 전기장 분포는 도 5에 나타냈다.

도시된 바와 같이, 상기 형상 및 크기에 대한 추정을 고려해보면, 강한 전기장 영역은 캐비티의 개구부 단면부(156)에 위치하며, 베드의 높이 및 이에 따른 수용체 모이어티의 위치로 인해, 수용체 모이어티에 결합하는 분석물질은 모두 최대 감도 영역 내에 위치될 수 있다.

바람직하게는, 오염방지 재료로 형성된 박막층(172)이 금속 표면 상에 형성된다(따라서, 베드 표면(163) 상에는 형성되지 않는다). 주지된 바와 같이, 오염방지 재료는 바람직하지 않은 반응들, 즉 예를 들면 화학 또는 생화학 분자 등의 불특정 흡착(non-specific absorption) 등을 방지 또는 감소시키기 위해 항-점착성으로 작용한다. 이로 인해 불필요한 화학적 또는 생화학적 분자가 센서 표면상에 반응하거나 결합함에 따라 발생할 수 있는 노이즈 신호를 감소시킬 수 있다.

c) 센서의 생산

본 발명의 센서는 리소그래피 기술(lithographic techniques)을 사용하여 용이하게 제조될 수 있다. 폴리 아크릴산(ppAA)층은 유리 기판 상에 증착되고, 그 다음으로 폴리스티렌 비드(polystyrene beads; PS)층이 상기 ppAA 상에 증착된다.

상기 ppAA 및 PS 층은 O₂ 플라스마로 에칭하여 미세마이크로미터(sub-micrometric) 간격으로 이격된, 규칙 이격 ppAA 기둥(pillars)을 형성한다. 상기 기둥은 저부(basis)에서 상부까지 테이퍼링된 형상을 갖는다. 그런 다음, 상기 필라 상으로 금을 증착함으로서 인접 기둥 사이의 간극을 채우고, 잔존하는 PS 마스크를 제거하여, 주기적 금 나노그레이팅(nanograting)을 얻는다. 유전체 기둥에 사용할 수 있는 기타 다른 재료로는 폴리스티렌 또는 폴리-메틸-메타크릴레이트 등이 있다.

이와 같은 단계에 이르면, 캐비티에는 기둥의 유전체 재료가 완전히 채워지게 된다. 수용체 모이어티의 접착 및 위치를 위해 베드에 캐비티를 형성해야 하며, 이는 상기 기둥의 상부부터 바람직한 겉보기 깊이(dA)로 선택적으로(금에 대해) 하향방향으로 에칭하면 충분하다. 상기 기술은 ppAA 에칭을 약 ±2 nm에 이르는 높은 정밀도로 수행할 수 있다는 장점이 있다.

오염방지 재료 박막층(예. 오염방지 하이드로겔, 즉, 예를 들면 폴리에틸렌 글리콜)이 노출된 금 표면 상에 다음으로 증착될 수 있다.

d) SPR 감지 시스템에서의 용도

도 6을 참조하면, 위에 설명한 SPR 센서 장치를 포함하는 SPR 감지 시스템의 개략도가 도시되어 잇다. 작동이 시작되면, 기판(252)에서 프로브 광이 입사되어 최대 크기인 바닥부, 즉 개구부 반대측에서 캐비티(254)에 발광되도록 센서가 배향된다. 일반적으로, 센서 장치는 본 발명의 원리에 입각해 설계된 적어도 하나의 캐비티(254) 배열을 포함함으로서, L-SPR을 지원하고 위에 설명한 바와 같은 전기장 패턴을 이루도록 한다.

일 실시예에 따르면, 금속층(253)에는 미세 유체 시스템(280)이 덮이며, 이는 시료가 각각의 캐비티(254) 배열과 선택적으로 접촉할 수 있도록 하기 위한 유로를 포함한다. 상기의 경우에 있어서, 각각의 배열은 각기 상이한 물질을 검출할 수 있도록 각기 상이한 수용체 모이어티를 포함하도록 준비된다. 상기 미세유체 시스템(280)은 공지된 바와 같은 방식에 따라, 유로(282)를 내부에 포함하는 탄성중합체층 또는 기타 물질(예. PDMS, PMMA, 유리, 에폭시 등등)을 금속층(253)의 상부에 형성함으로서 이루어질 수 있다.

따라서 사용시, 입력 광 모듈(292)에서 유래되는 실험 광 빔(290, 프로브 빔)은 본 발명의 SPR 센서 장치 의 기판 측면부터 발광된다. 실험 광 빔(290)은 센서 표면에서 SPR을 여기시킬 수 있다고 알려진 입사 주파수 및 입사각을 갖는다. 나노 캐비티 배열에 발광하기 위한 실험 광 빔(290)은 소정(given) 편광을 이루도록 기존 방법에 의해 형성될 수 있다. SPR 을 여기하기 위해, 실험 광 빔(290)은 센서 나노 구조 상의 표면-결합 전자기파의 하나 이상의 허용된 주파수와 대응되는 하나 이상의 주파수를 가질 수 있다. SPR의 허용 주파수가 가시/근적외선 빛 스펙스럼에 전형적으로 대응하도록 센서를 설계하는 것이 바람직하다. 실험 광 빔이 SPR을 여기시키면, 실험 광 빔의 적어도 일부가 센서 표면에 흡수되며, 여기서 흡수의 정도는 센서 표면 상에 대한 입사광의 주파수에 따른다. 실험 광 빔의 빛 중 센서 표면에 흡수되지 않은 것은 반사되어 출력 광 모듈(294)에서 차단(intercepted) 된다. 전송 모드에서의 동작 또한 가능함을 알 수 있다.

반사된 실험 광 빔의 광특성 중, 특히 바람직하게는 광 강도를 출력 광 모듈(294)에서 검출(측정)하며, 실제 광 특성의 측정값이 판단되며, 이는 표면 플라스몬 여기 수준을 나타내는 것으로, 공명 상태, 또는 수정(calibrated) 또는 사전에 저장/취득된 정보에 대해 설정된 공명 조건의 변동을 평가할 수 있도록 한다. 이미 알려진 바와 같이, 공명 조건은 보편적으로 센서 표면상의 빛 흡수로 인해 실험 광 빔의 반사광의 측정 강도가 저감되도록 하며, 센서 표면에 인접한 시료의 굴절율을 변동하여 공명 조건에 변동을 일으킨다.

당업자라면, 출력 광 모듈의 검출/측정 작업은 광검출기 또는 영상 어레이 등을 통해 수행할 수 있음을 알 것이다.

d) 그 외 검출 기술 용도

위에 설명한 바와 같이, 본 발명의 센서 장치는 기타 다른 검출 기술에도 유용하게 사용될 수 있다. 사실상, L-SPR 효과(나노 캐비티에 인접하게 국부화된 귀금속층의 전자 진동)과, 나노 캐비티의 테이퍼 형상이 조합되면, 캐비티 개구부에 인접하게 개선된 전기장을 얻을 수 있고, 이에 따라 라만/SERS, 형광 분광 및 SALDI와 같은 기타 다른 분석 기술에서 유용하게 사용될 수 있다.

사실상, 이들 모든 경우에서 전기장의 역할이 주요하며, 다음과 같다:

- 라만 분광법(Raman Spectroscopy, SERS)

라만 분광법에 따르면, 전기장에 따라 라만 발광의 세기가 결정되기 때문에 라만 신호 및 감도가 이에 따라 결정된다.

- 형광 분석법(Fluorescence Spectroscopy)에 의하면, 전기장은 (특정 파장에 있을 때) 형광 분자가 발광할 수 있도록 자극하는 존재이다. 따라서, 전기장이 최대치에 있는 캐비티 상부에 형광 분자를 위치시키게 되면, 발광되는 빛이 증가하며, 이에 따라 감도가 증가한다.

- SALDI에 따르면, 질량 분석법(Mass Spectrometry)의 분석 대상이 되는 단백질은 고 에너지 레이저를 이용하여 탈착(desorb) 유도되는 것으로, 이로 인해 온도가 국부적으로 증가한다. 레이저 빔의 에너지(따라서, 표면상에 방출할 수 있는 열 에너지)는 전기장 세기에 비례한다. 본 발명의 센서를 이용하면, 분자가 위치된 전기장 부분을 집중시킬 수 있으며, 이에 따라 탈착이 최적화된다.

Claims (20)

1. 유전체 기판 (52; 152; 252);
   내부에 적어도 하나의 나노 캐비티 배열 (54; 154; 254)을 내부에 구비하여 상기 기판 (52; 152; 252)상에 형성되며, L-SPR을 지지하기 위해 적용된 금속층 (53; 153; 253)을 포함하며, 상기 금속층 내의 상기 캐비티 (54; 154; 254) 각각은 소정 깊이, 개구부 (56; 156) 및 밀폐 바닥부 (58; 158) 및 개구부에서 바닥부 사이의 확장부를 포함하며;
   유전체 베드(bed, 62; 162)가 캐비티(54; 154) 각각 상부로 제공되어, 겉보기 깊이(d_A)를 감소시키며, 상기 베드의 표면(63; 163)은 수용체 모이어티(64; 164)에 결합하도록 기능화(functionalized)된 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 캐비티 (54)는 개구부 에서 바닥부 사이에 절두 원추형 또는 사다리꼴 형태를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 캐비티 (154)의 확장부는 연속적 또는 단차 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
4. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐비티는 상기 유전체 기판에 의해 그 저면이 밀폐된 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
5. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베드의 두께는 캐비티 깊이보다 낮은 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
6. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겉보기 깊이(d_A)가 개구부(56) 에서부터 10 내지 30 nm 범위, 바람직하게는 15 내지 25 nm 범위에 들도록 상기 베드의 높이가 설정되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
7. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베드(62; 162)는, 적어도 표면 내에 기능화 유전 폴리머로 구성되는(consists of) 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
8. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베드는 단일의 유전 폴리머; 또는 두 개 이상의 유전층으로 형성되며, 상부층은 기능화 유전 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
9. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층 (53; 153; 253)의 두께는 적어도 100 nm, 바람직하게는, 적어도 120 nm 인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
   
10. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층 (53; 153)은, 금, 은, 구리, 백금, 알루미늄 또는 상기 하나 이상을 포함하는 합금을 포함하는 군에서 선택된 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
    
11. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐비티는 50 내지 250 nm 범위의 개구부 폭, 100 내지 450 nm 범위의 바닥부 폭, 및 100 내지 200 nm 범위의 캐비티 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
    
12. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 캐비티 배열은 200 내지 1000 nm 범위의 주기성(periodicity)을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
    
13. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 오염방지 재료층(172)에 덮인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
    
14. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베드 표면에 결합되는 수용체 모이어티(64; 164)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
    
15. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층(253) 상부에 형성되는 미세유체층(280)을 포함하며, 상기 미세유체층은 시료가 각각의 캐비티 배열(254)과 선택적으로 접촉할 수 있도록 배치된 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
    
16. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 유전체 재료 및/또는 반도체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
    
17. 상기 청구항 중 어느 한 항에 따른 센서 장치;
    SPR을 여기하도록 선택된 조건 하에서 상기 센서 장치의 금속층을 지지하는 L-SPR에 적어도 하나의 실험용 광 빔(290)을 조사하기 위한 입력 광 모듈(292);
    상기 센서 장치에 의해 통과 또는 반사된 상기 적어도 하나의 실험용 광 빔의 광 특성을 측정하여 상기 센서 표면에서의 공명 조건을 감시하기 위한 출력 광 모듈(294)을 포함하는 것을 특징으로 하는 SPR 검출 시스템.
    
18. 제 17항에 있어서, 상기 센서 장치에는 상기 유전체 기판 측(252)에서 온 상기 적어도 하나의 실험용 광 빔이 조사되는 것을 특징으로 하는 SPR 검출 시스템.
    
19. SPR, SERS, 형광 및 SALDI 중 하나 이상에 기반한 검출 방법에 있어서, 1항 내지 16항 중 어느 한 항에 따른 센서 장치의 사용.
    
20. 제 1항 내지 16항 중 어느 한 항에 따른 센서 장치를 포함하는 검출 시스템에 있어서, 상기 검출 시스템은, SPR, SERS, 형광 및/또는 SALDI에 기반하여 화학적, 분자, 생화학 또는 생-분자적 검출에 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 검출 시스템.

Images