WO2006132224A1 - 反射率変化型センサ、光学式測定装置、反射率変化型センサの製造方法、並びに反射率変化型センサ用自己組織化微粒子単層膜、自己組織化微粒子単層膜及びこれら単層膜の製造方法 - Google Patents

反射率変化型センサ、光学式測定装置、反射率変化型センサの製造方法、並びに反射率変化型センサ用自己組織化微粒子単層膜、自己組織化微粒子単層膜及びこれら単層膜の製造方法 Download PDF

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Takayuki Numata
Norihiro Umeda
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Tokyo University Of Agriculture And Technology
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • G01N21/554—Attenuated total reflection and using surface plasmons detecting the surface plasmon resonance of nanostructured metals, e.g. localised surface plasmon resonance
    • G—PHYSICS
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    • G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
    • G01N25/66—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point

Definitions

  • Reflectance change type sensor optical measuring device, method of manufacturing reflectivity change type sensor, self-assembled fine particle monolayer film for reflectivity change type sensor, self-assembled fine particle monolayer film, and monolayer film Production method
  • the present invention relates to a reflectance change type sensor, an optical measurement device using the sensor, a method for manufacturing the reflectance change type sensor, and a self-organized fine particle single layer for the reflectance change type sensor.
  • a reference light receiving unit that directly receives light from a reference light source, and light reflected from the measurement light source incident on a mirror surface are captured in the device. It has two sets of light sources and light receiving parts that are the power of the measuring light receiving part, the mirror surface is cooled using a Peltier element, etc., and when the dew point is reached, the decrease in reflectance caused by dew on the mirror surface is photoelectrically detected, This is based on the mirror surface temperature and the reflectance.
  • the dew point is determined as “the mirror surface temperature at which the reflected light intensity starts to decrease due to condensation” (Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 Hajime Tamura, Sensor Technology, VOL. 12, No. 6, P. 179-183, 1992
  • the conventional optical dew point meter has a mirror surface as described above. Attenuation of the amount of specular reflection caused by the light from the measurement light source being scattered by the dew droplets generated in the above is detected. This light scattering phenomenon occurs only when dew drops grow to a size large enough to scatter light waves, and is observable. In other words, the adsorption process of water molecules, the bonding of adsorbed water molecules, and the growth process of dew droplets, which are stacked on them, cannot occur in principle. [0005] This is a major cause of serious troubles in the field of precision equipment.
  • the conventional optical dew point measurement method has low sensitivity and detection of dew condensation is delayed, and wiring shorts such as material corrosion are produced. Maintaining the process and quality is a serious problem.
  • an object of the present invention is to provide a novel reflective sensor having a high sensitivity and a high response speed, and an optical measuring device using the same.
  • the present invention provides:
  • a noble metal film formed on the self-assembled fine particle monolayer film is formed on the self-assembled fine particle monolayer film
  • the present invention relates to a reflectance change type sensor, characterized in that the substance to be detected is detected by a change in reflectance caused by the substance to be detected adsorbed to the noble metal film.
  • the present invention also provides:
  • the reflectance changing sensor a light source for irradiating the noble metal film located on the surface of the reflectance changing sensor, and light detection for receiving reflected light from the noble metal film
  • the present invention relates to an optical measuring device.
  • the present inventors have intensively studied to achieve the above object. As a result, after the present inventors successfully formed a self-assembled fine particle monolayer film on the substrate,
  • the reflectance of the noble metal film with respect to light of a specific wavelength can be obtained even when a small amount of a substance to be detected is adsorbed to the noble metal film. It was found that the substance to be detected can be detected easily and with high accuracy by measuring the change in the reflectance of the noble metal film. In addition, the detected substance can be detected only by detecting the change in reflectance. Therefore, the substance to be detected can be detected at a high speed.
  • a novel reflective sensor having high sensitivity and high response speed can be provided.
  • a predetermined light source and a photodetector are provided, and the noble metal film is irradiated with light from the light source, and then the noble metal film is irradiated by the photodetector.
  • the noble metal film is irradiated with light from the light source, and then the noble metal film is irradiated by the photodetector.
  • the surface of the noble metal film can be subjected to a hydrophilic treatment so that moisture is adsorbed to the noble metal film.
  • the reflectance change type sensor functions as a dew condensation sensor that adsorbs moisture present in the environment.
  • the dew drops can be detected as moisture only after the moisture present in the environment has condensed to form dew drops.
  • the detected substance is detected as a change in reflectance of the noble metal film. Therefore, before the moisture forms dew droplets as in the prior art, the moisture The moisture can be detected only by adsorbing to the noble metal film in a very small proportion.
  • the dew condensation sensor of the present invention a very small amount of water can be detected with high accuracy and high response speed.
  • the "self-assembled fine particle monolayer film” means that the fine particles constituting the monolayer film spontaneously agglomerate by, for example, capillary force acting between the fine particles regardless of external force. It means a film formed by gathering together.
  • the reflectance change due to adsorption of the substance to be detected is mainly caused by the optical resonance response of plasmons (specifically, surface plasmons) formed in the noble metal film. To do. Therefore, even when the amount of the substance to be detected is very small, the optical resonance response reacts sensitively and contributes to the change in reflectance of the noble metal film, so that the substance to be detected can be detected. .
  • plasmons specifically, surface plasmons
  • a novel reflective sensor having high sensitivity and high response speed is provided. It is possible to provide a sensor and an optical measuring device using the sensor.
  • FIG. 1 is a photograph showing an example of a self-assembled fine particle monolayer film in the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a basic configuration of a reflectance change sensor according to the present invention.
  • FIG. 3 shows a configuration diagram as an example when the reflectance change type sensor of the present invention is configured as a dew condensation sensor.
  • FIG. 4 is a view showing a state of pores formed in a noble metal film existing on the self-organized fine particle monolayer film.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the Kelvin radius related to the pores and the saturated water vapor pressure of the noble metal film.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of an optical measurement device using the reflectance change type sensor of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing a light absorption response (change in reflectance) for each measurement wavelength when dew condensation is detected using the optical measurement device shown in FIG.
  • the reflectance change type sensor of the present invention has a self-organized fine particle monolayer film on a substrate.
  • the self-organized fine particle monolayer film is formed by spontaneously aggregating the fine particles constituting the monolayer film by, for example, capillary force acting between the fine particles regardless of external force. It means a dry film.
  • a colloidal solution in which predetermined nanoparticle is dispersed is applied on a substrate, and a solvent is evaporated from the colloidal solution.
  • a capillary force acts between the nanoparticles, and the nanoparticles are formed so as to attract each other. Therefore, in this case, the self-organized fine particle monolayer film is constituted by the nanoparticle particles in the colloid solution.
  • the diameter of the fine particles constituting the self-assembled fine particle monolayer film is ⁇ ! It is preferably ⁇ 1 ⁇ m.
  • the capillary force can be generated effectively and easily by setting the diameter of the fine particles constituting the self-organized fine particle monolayer film in the range as described above, for example. . Therefore, by utilizing such capillary force, the constituent fine particles can be easily aggregated, and the self-assembled fine particle monolayer film can be easily formed.
  • the self-assembled fine particle monolayer film preferably has a hexagonal close-packed lattice structure.
  • the noble metal film has a nano-periodic structure and is compared to the inside of the film.
  • plasmons surface plasmons
  • the self-assembled fine particle monolayer film When forming the self-assembled fine particle monolayer film, it is preferable to perform a hydrophilic treatment on the substrate. As a result, the self-assembled fine particle monolayer film can be more easily produced.
  • the hydrophilic treatment can be performed by bringing a general-purpose surfactant into contact with the substrate.
  • a general-purpose substrate such as a glass substrate can be used.
  • FIG. 1 shows an example of a self-assembled fine particle monolayer film according to the present invention.
  • JP-A-2 000-356587, JP-A-2004-232027 and JP-A-2004-245639 examples of arranging metal fine particles on a substrate are described.
  • the particles are not self-organized as they do not have capillary force acting between adjacent particles, so the film does not form as shown in Fig. 1.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-356587
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-232027
  • Patent Document 3 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-245639
  • the reflectance change type sensor of the present invention has a noble metal film on the self-organized fine particle monolayer film.
  • the noble metal material constituting the noble metal film any material can be used, but preferably a force such as gold or silver is also constituted.
  • the reflectance of the noble metal film itself can be maintained high, and plasmons (surface plasmons) can be effectively formed inside the film. Therefore, it is possible to capture the change in reflectance when the detection substance is adsorbed on the noble metal film with high accuracy due to the optical resonance response of the plasmon.
  • the thickness of the noble metal film is ⁇ ! It is preferably ⁇ 200 nm, more preferably around lOOnm.
  • the noble metal film preferably exhibits a nano-periodic structure.
  • a nano-periodic structure is formed by using a general film forming method on the self-organized fine particle monolayer film as described above, preferably from the range of the material and thickness. Therefore, it can be formed easily.
  • a self-assembled fine particle single-layer film formed on a predetermined substrate and a noble metal film formed on the self-organized fine particle single-layer film are provided.
  • a reflectance change type sensor that detects the substance to be detected by the reflectance change caused by the adsorption of the substance to be detected.
  • FIG. 2 shows a configuration diagram as an example of a basic configuration of the reflectance change type sensor of the present invention.
  • the reflectance change type sensor 1 has a configuration in which a self-organized fine particle monolayer film 3 and a noble metal film 4 are sequentially laminated on a substrate 2.
  • This reflectance change type sensor is based on the adsorption by, for example, chemically adsorbing a predetermined gas substance by decorating a noble metal film located on the surface thereof. Reflectivity changing force It can function as a gas sensor that detects the gas substance. In addition, by monitoring the acid-reduction reaction of the noble metal film, it is possible to easily measure the acid-oxidation reduction potential of a liquid or gas.
  • the reflectance change type sensor of the present invention can be used as a dew condensation sensor.
  • the noble metal film on the sensor surface is hydrophobic, the noble metal film is hydrophilized so that moisture in the ambient atmosphere can be adsorbed.
  • Such a hydrophilization treatment can be easily performed by subjecting the noble metal film to an oxidation treatment and forming an oxide film on the surface.
  • the oxide film can be formed simply by immersing it in tap water for a few seconds.
  • the hydrophilic treatment is performed not only by the formation of the acid film by such an acid treatment, but also by forming an inorganic or organic hydrophilic film on the surface of the noble metal film. can do.
  • the detection is performed by the following process.
  • water molecules are dissociated and adsorbed to oxygen atoms of the noble metal film (hydrophilized) on the sensor surface to form surface hydroxyl groups.
  • This surface Hydroxyl groups are strongly irreversible because they are strongly bonded to metal oxides and do not easily desorb at room temperature.
  • the surface hydroxyl group functions as a substantially hydrophilic site, and water molecules in the environment physically adsorb to function as a dew condensation sensor.
  • FIG. 3 shows a configuration diagram as an example when the reflectance change type sensor of the present invention is configured as a dew condensation sensor.
  • the dew condensation sensor 1 ′ has a configuration in which a self-assembled fine particle monolayer film 3 and a noble metal film 4 are sequentially laminated on a substrate 2, and an oxide film 5 is formed on the surface of the noble metal film 4.
  • the dew drops can be detected as moisture only after the water present in the environment has condensed to form dew drops.
  • the dew condensation sensor uses the change in reflectance when the detection target substance is adsorbed to the noble metal film due to the optical resonance response of the noble metal film, for example, due to plasmon, however, Before the moisture forms dew drops, the moisture can be detected only by adsorbing the moisture to the noble metal film at a very small ratio.
  • the reflectance change type sensor of the present invention is used as a dew condensation sensor, if the sensor is kept at room temperature, moisture in the environmental atmosphere is less likely to aggregate and difficult to be adsorbed on the sensor surface. Therefore, in general, Peltier elements, cooling fins and Z or cooling fins, etc. are arranged around the sensor, preferably below, to cool the sensor and make it easier for moisture to condense and adsorb. Yes.
  • the periphery of the sensor is kept at room temperature, so that moisture adsorbed on the sensor surface is desorbed. Therefore, the moisture can be adsorbed and desorbed reversibly in accordance with the drive and non-drive states of the Peltier element, and the sensor is used as a dew sensor for semi-permanence. Will be able to be used.
  • the sensor surroundings can be cooled and uncooled (normal temperature state) according to the driving and non-driving states of the Peltier elements and the like. Position it as a means.
  • such a nano-periodic structure is obtained by applying the noble metal film on the self-assembled fine particle monolayer film as described above using a general film forming method, preferably in the range of the material and the thickness. From By configuring, it can be easily formed.
  • the noble metal film may exist as a nano-periodic structure on a self-organized fine particle monolayer film as an underlayer. At this time, since the noble metal film reflects the particle arrangement state of the self-organized fine particle monolayer film, pores are formed in the film. The state at this time is shown in FIG.
  • r is the pore radius where capillary condensation occurs and is called the Kelvin radius
  • V, y and ⁇ are the molecular weight, surface tension, and contact angle with the pore wall, respectively
  • T is the absolute temperature
  • (p / p) is the ratio of the vapor pressure to the saturated vapor pressure.
  • Fig. 5 shows the results of calculating the Kelvin radius for water vapor at 18 ° C. As is clear from FIG. 5, for example, in a pore having a radius of 5 nm, the saturated water vapor pressure is reduced, and condensation occurs at a relative humidity of about 80%.
  • the size of the constituent particles of the self-assembled fine particle monolayer film is sufficiently reduced with respect to not only moisture but also a specific gas, and the size of pores formed in the noble metal film is reduced.
  • the saturated vapor pressure in the pores decreases, and a gas having a lower vapor pressure can be adsorbed and detected. Therefore, even when a trace amount of poisonous gas or the like becomes a problem, if the pores are made sufficiently small, they can be easily adsorbed and detected.
  • FIG. 5 only shows the relationship between the saturated water vapor pressure and the Kelvin radius.
  • the size of the pores formed in the noble metal film that is, the self-organized fine particles so that a Kelvin radius that can sufficiently reduce the saturated vapor pressure in advance can be realized. It is necessary to determine the size of the constituent particles of the monolayer film.
  • the reflectance change type sensor of the present invention can be manufactured as follows, for example. First, a colloidal solution in which nanoparticles are dispersed is applied onto the substrate, and the solvent is evaporated from the colloidal solution to form the self-assembled fine particle monolayer film on the substrate. In this case, the self-assembled fine particle monolayer film is composed of nano-particle particles in the colloidal solution.
  • the colloidal solution can be composed of a polystyrene colloidal solution.
  • the constituent fine particles of the nano fine particles and the self-assembled fine particle single layer film are composed of polystyrene fine particles.
  • the self-organized fine particle monolayer film is formed by aggregation of the nano-particles by capillary force when the solvent is vaporized by the colloid solution force.
  • the self-assembled fine particle monolayer film can have a hexagonal close-packed lattice structure.
  • the diameter of the nano-particles is preferably 10 nm to 1 ⁇ m.
  • the diameter of the fine particles constituting the self-assembled fine particle monolayer film is ⁇ ! ⁇ 1 ⁇ m preferred V, can be set in the range.
  • the self-assembled fine particle monolayer film it is preferable to perform a hydrophilic treatment on the substrate. As a result, the self-assembled fine particle monolayer film can be more easily produced.
  • the hydrophilic treatment can be performed by bringing a general-purpose surfactant into contact with the substrate.
  • a noble metal film is formed on the self-assembled fine particle monolayer film.
  • This noble metal film can be formed by a general-purpose film forming method such as the PVD method.
  • the noble metal material constituting the noble metal film any material can be used, but preferably a force such as gold or silver is used.
  • the reflectance of the noble metal film itself can be maintained high, and the film Plasmon (surface plasmon) can be effectively formed inside. Therefore, it is possible to capture the change in reflectance when the detected substance is adsorbed on the noble metal film with high accuracy due to the optical resonance response of the plasmon.
  • the thickness of the noble metal film is ⁇ ! It is preferably ⁇ 200 nm, more preferably around lOOnm.
  • the noble metal film preferably exhibits a nano-periodic structure.
  • a nano-periodic structure is obtained by forming the noble metal film on the self-assembled fine particle monolayer film as described above using a general-purpose film forming method such as the PVD method, preferably with the above-described material and thickness. By configuring the range force, it can be easily formed.
  • the surface of the noble metal film is subjected to a hydrophilic treatment as described above.
  • This hydrophilization treatment is preferably performed by forming an acid film on the surface of the noble metal film, but can also be performed by forming a separate hydrophilic film.
  • a Peltier element when used as such a dew condensation sensor, a Peltier element, a cooling fin and a heating / cooling means such as z or a cooling fin are arranged around the sensor, preferably below, to cool the circumference of the sensor.
  • moisture can be condensed and easily adsorbed.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of an optical measurement device including the reflectance change type sensor described above.
  • a light source 12 for generating and oscillating light of a predetermined wavelength, the above-described reflectance change type sensor 13, and a photodetector 13 are provided in a container 11. ing.
  • the light source 12, the reflectance change type sensor 13 and the photodetector 13 are arranged in such a configuration that the light emitted from the light source 12 is reflected by the sensor 13 and can be received by the photodetector 13.
  • a light source 12 ′ and a light detector 14 ′ are provided in the container 11, and reference light for measuring the reflectance change in the sensor 13 is optionally included. It is configured to be able to monitor when.
  • the sensor 13 is configured to be used as, for example, a dew condensation sensor.
  • the substance to be detected is introduced into and discharged from the container 11 in the direction indicated by the arrow, and adsorbs on the surface of the sensor 13 during that time.
  • a substance to be detected is adsorbed on the surface of the sensor 13
  • the reflectance of the sensor 13 changes due to, for example, an optical resonance response of plasmon (specifically, surface plasmon).
  • the amount of light received at the photodetector 13 changes. Therefore, by monitoring this change in the amount of received light as needed, it is possible to detect the degree of adsorption of the substance to be detected (the presence or absence of adsorption and Z or the amount of adsorption) to the sensor 13.
  • the light sources 12, 12 'and the photodetectors 13, 13' general-purpose devices such as LEDs and lasers can be used.
  • the plurality of light sources 12 By configuring the light source 12 to have a plurality of light source forces so as to emit light having different wavelengths, for example, even when a plurality of substances to be detected are adsorbed to the sensor 13, the plurality of light sources 12 It becomes possible to detect a substance to be detected.
  • the sensor 13 was configured as a dew condensation sensor, and moisture was detected in the environmental atmosphere.
  • the sensor 13 has a diameter of ⁇ after hydrophilizing the glass substrate with a surfactant.
  • a colloid solution in which nanoparticles of ⁇ 1 ⁇ m are dispersed and evaporating the solvent from the colloid solution, a self-organized fine particle monolayer film having a nano-periodic structure is formed on the substrate.
  • silver with a thickness of lOOnm it was formed by performing an oxidation treatment.
  • FIG. 7 shows a graph of moisture detection using such an optical measuring device.
  • the light absorption response due to moisture adsorption to sensor 13 that is, the reflectance change occurs at a temperature of around 10 ° C, and sensor 13 is condensed. It was confirmed to function as a sensor.
  • the reflectance change type sensor of the present invention can be applied to a gas sensor, a sensor used for measuring a redox potential of liquid or gas, a dew condensation sensor, and other sensors.

Abstract

　所定の基板上に形成された自己組織化微粒子単層膜と、前記自己組織化微粒子単層膜上に形成された貴金属膜とを具え、前記貴金属膜に対して被検知物質が吸着することによる反射率変化によって、前記被検知物質を検知することを特徴とする、反射率変化型センサを提供する。

Description

明 細 書
反射率変化型センサ、光学式測定装置、反射率変化型センサの製造方 法、並びに反射率変化型センサ用自己組織化微粒子単層膜、自己組織化微粒 子単層膜及びこれら単層膜の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、反射率変化型センサ、及びこのセンサを用いた光学式測定装置、並び に前記反射率変化型センサの製造方法、さらには反射率変化型センサ用自己組織 化微粒子単層膜、自己組織ィヒ微粒子単層膜及びこれら単層膜の製造方法に関する
背景技術
[0002] これまで、空気中のガスや水分の測定技術は、使用目的、使用環境などに応じて、 いくつかの種類が提案されている。中でも、経時変化が少ない、物理現象そのものを 検知する、一次原理測定であるため信頼性が高い、などの利点を有し、古くから、そ して現在も広く普及しているものに、光学式測定装置がある。
[0003] 光学式測定装置において、例えば露点測定装置では、装置内に、参照光源からの 光を直接受光する参照光受光部と、計測光源からの光を鏡面に入射しその反射した 光を捉える計測光受光部力 なる 2組の光源と受光部を持ち、前記鏡面はペルチェ 素子等を用いて冷却し、露点に達したとき鏡表面に生じる露によって起こる反射率の 低下を、光電検出し、鏡面温度と、反射率よりする方法である。露点は、「結露によつ て反射光強度が低下し始める鏡面温度」として決定される（非特許文献 1)。
非特許文献 1 :田村一、センサ技術、 VOL. 12、 No. 6、 P. 179- 183, 1992 [0004] し力しながら、従来型の光学式露点計には、上述のように、鏡面に生じた露滴によ つて測定光源の光が散乱されておこる正反射光量の減衰を検出する。この光の散乱 現象は、露滴が光波の散乱に充分な大きさにまで成長して初めて起こり、また観測 可能なものである。つまり、それ以前に鏡面上で起こっている、水分子の吸着や吸着 水分子同士の結合、それらの積み重ねである露滴の成長過程は原理的に検出不可 能である。 [0005] このことは、精密機器分野等において重大なトラブル発生の主要因となる。例えば 数十〜数百ナノメートルの間隔で電気配線が敷かれる半導体製造工程においては、 従来の光学式露点測定法では感度が低ぐ結露の検知が遅れ、配線のショートゃ材 料腐食など、製造工程や品質の維持にぉ 、て深刻な問題となる。
[0006] また、 NEMS、 MEMSといったナノ、マイクロメートルオーダーの機械、電子回路 構造を有するデバイス内部での結露の発生は、構造間の微小な隙間に水分が入り 込むことによるメニスカスカの発生を招き、正常な機械的動作を妨げる恐れがある。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は、上述した問題に鑑み、高感度かつ高応答速度の新規な反射型センサ 及びこれを利用した光学式測定装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の基板上に形成された自己組織化微粒子単層膜と、
前記自己組織ィ匕微粒子単層膜上に形成された貴金属膜とを具え、
前記貴金属膜に対して被検知物質が吸着することによる反射率変化によって、前 記被検知物質を検知することを特徴とする、反射率変化型センサに関する。
[0009] また、本発明は、
上記反射率変化型センサと、この反射率変化型センサの、表面に位置する前記貴 金属膜に対して光照射を行うための光源と、前記貴金属膜からの反射光を受光する ための光検出器とを具えることを特徴とする、光学式測定装置に関する。
[0010] 本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、本発明者 らが新たに作製することに成功した自己組織化微粒子単層膜を基板上に形成した後
、この単層膜上にたとえば PVD法などによって貴金属膜を形成することにより、前記 貴金属膜に対して微量の被検知物質が吸着した場合においても、前記貴金属膜の 、特定波長の光に対する反射率が顕著に変化し、前記貴金属膜の前記反射率の変 化を測定することにより、前記被検知物質の検知を簡易かつ高精度に実施できること を見出した。また、前記反射率変化を検知するのみで、前記被検知物質の検知を行 うことができるので、前記被検知物質の検知を高速で行うことができる。
[0011] したがって、本発明によれば、高感度かつ高応答速度の新規な反射型センサを提 供することができる。
[0012] なお、上記反射率変化型センサに加えて、所定の光源及び光検出器を設け、前記 光源より前記貴金属膜に対して光照射を行い、次いで、前記光検出器により前記貴 金属膜からの反射光を受光するようにすることによって、前記センサの特性を利用し た光学式測定装置を提供することができる。
[0013] また、本発明の一態様においては、上記貴金属膜の表面に親水化処理を行い、前 記貴金属膜に対して水分を吸着するようにすることができる。この場合、上記反射率 変化型センサは、環境中に存在する水分を吸着するような結露センサとして機能す るようになる。汎用の結露センサにおいては、通常、環境中に存在する水分が凝縮し て露滴を形成した後に初めて、前記露滴を水分として検知することができる。しかしな がら、本発明の結露センサにおいては、上記貴金属膜の反射率変化として被検知物 質を検知するようにしているので、従来のように水分が露滴を形成する以前に、前記 水分が極微量の割合で前記貴金属膜に吸着するのみで、前記水分を検知すること ができる。
[0014] したがって、本発明の結露センサによれば、極微量の水分を高精度かつ高応答速 度の下に検知することができる。
[0015] なお、本発明における「自己組織ィ匕微粒子単層膜」とは、この単層膜を構成する微 粒子が、外力によらず、微粒子間に作用するたとえば毛細管力によって自発的に凝 集して形成された膜を意味するものである。
[0016] また、上述のように、被検知物質が吸着することによる反射率変化は、主として上記 貴金属膜中に形成されたプラズモン (具体的には、表面プラズモン)の光学共鳴的応 答に起因するものである。したがって、被検知物質が微量である場合においても、前 記光学共鳴的応答が敏感に反応し、前記貴金属膜の反射率変化に寄与するように なるため、前記被検知物質を検知できるものである。
発明の効果
[0017] 以上説明したように、本発明によれば、高感度かつ高応答速度の新規な反射型セ ンサ及びこれを利用した光学式測定装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明における自己組織ィ匕微粒子単層膜の一例を示す写真である。
[図 2]本発明の反射率変化型センサの基本構成の一例である構成図を示す。
[図 3]本発明の反射率変化型センサを結露センサとして構成した場合の一例である 構成図を示す。
[図 4]前記自己組織ィ匕微粒子単層膜上にぉ ヽて存在する貴金属膜に形成された細 孔の状態を示す図である。
[図 5]前記貴金属膜の、細孔に関するケルビン半径と飽和水蒸気圧との関係を示す グラフである。
[図 6]本発明の反射率変化型センサを用いた、光学式測定装置の一例を示す構成 図である。
[図 7]図 6に示す光学的測定装置を用いて結露を検知した際の、測定波長毎の光吸 収応答 (反射率変化)を示すグラフである。
符号の説明
[0019] 1 反射率変化型センサ
1 ' 結露センサ
2 基板
3 自己組織化微粒子単層膜
4 貴金属膜
5 酸化膜
10 光学式測定装置
11 容器
12 光源
12， 光源
13 反射率変化型センサ
14 光検出器
14' 光検出器 15 ペルチェ素子
16 放冷フィン
17 冷却ファン
発明を実施するための最良の形態
[0020] 以下、本発明のその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の 形態に基づいて詳細に説明する。
[0021] (自己組織化微粒子単層膜）
本発明の反射率変化型センサは、基板上において自己組織ィ匕微粒子単層膜を有 する。この自己組織ィ匕微粒子単層膜は、上述したように、前記単層膜を構成する微 粒子が、外力によらず、微粒子間に作用するたとえば毛細管力によって自発的に凝 集して形成された膜を意味するものである。
[0022] 例えば、以下に詳述する自己組織化微粒子単層膜の製造方法にお!ヽて、基板上 に所定のナノ微粒子が分散したコロイド溶液を塗布し、このコロイド溶液から溶剤を蒸 発させる際に、前記ナノ微粒子間に毛細管力が作用し、互いのナノ微粒子を引き寄 せあうようにして形成される。したがって、この場合、前記自己組織ィ匕微粒子単層膜 は、前記コロイド溶液中の前記ナノ微粒子カゝら構成されることになる。
[0023] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜を構成する微粒子の直径は、 ΙΟηπ！〜 1 μ mである ことが好ましい。これによつて、上述したような毛細管力が比較的大きな割合で生成 するようになり、上述したような製造方法などに基づいて、上記自己組織ィ匕微粒子単 層膜を効率的に生成することができるようになる。
[0024] また、前記自己組織ィ匕微粒子単層膜を構成する微粒子の直径を、例えば上述した ような範囲に設定することにより、上記毛細管力を有効かつ簡易に発生させることが できるようになる。したがって、このような毛細管力を利用すれば、上記構成微粒子を 簡易に凝集させることができ、前記自己組織ィ匕微粒子単層膜を簡易に形成すること ができるようになる。
[0025] また、上記自己組織ィ匕微粒子単層膜は六方最密格子構造を呈することが好ま 、 。これによつて、以下に詳述するように、前記自己組織化微粒子単層膜上に貴金属 膜を形成した際に、前記貴金属膜はナノ周期構造を呈するようになり、膜内部に例え ばプラズモン (表面プラズモン)を簡易に形成することができるようになる。したがって 、前記貴金属膜表面への被検知物質の吸着に応じた微細な反射率変化を生ぜしめ ることができ、得られる反射率変化型センサの検知感度 (精度)を向上させることがで さるようになる。
[0026] なお、上記自己組織ィ匕微粒子単層膜を形成する際には、前記基板に対して親水 性処理を施すことが好ましい。これによつて、前記自己組織ィ匕微粒子単層膜をより簡 易に製造することができるようになる。前記親水性処理は、前記基板に対して汎用の 界面活性剤を接触させることによって行うことができる。
[0027] 上記基板としては、ガラス基板などの汎用の基板を用いることができる。
[0028] また、本発明における自己組織ィ匕微粒子単層膜の一例を図 1に示す。なお、特開 2 000— 356587号公報、特開 2004— 232027号公報及び特開 2004— 245639号 公報では、基板上に金属微粒子を配列した例が記載されているが、これらの金属微 粒子は例えば隣接する微粒子間で毛細管力が作用するものではなぐ互いの粒子 が自己組織的に結合しないので、図 1に示すような膜状とはならない。
[0029] (特許文献 1)特開 2000— 356587号
(特許文献 2)特開 2004— 232027号
(特許文献 3)特開 2004 - 245639号
[0030] (貴金属膜）
本発明の反射率変化型センサは、前記自己組織ィ匕微粒子単層膜上において貴金 属膜を有する。この貴金属膜を構成する貴金属材料としては、任意のものを用いるこ とができるが、好ましくは金あるいは銀など力も構成する。このような材料から前記貴 金属膜を構成することにより、前記貴金属膜自体の反射率を高く維持することができ るとともに、膜内部にプラズモン (表面プラズモン)を効果的に形成することができる。 したがって、前記プラズモンの光学共鳴的応答に起因させて、前記貴金属膜に被検 知物質が吸着した際の反射率変化を高精度に捉えることができる。
[0031] また、上記同様の理由で、上記貴金属膜の厚さは ΙΟηπ！〜 200nmであることが好 ましぐさらには lOOnm前後であることが好ましい。
[0032] さらに、上記同様の理由で、上記貴金属膜はナノ周期構造を呈することが好ましい 。なお、このようなナノ周期構造は、上述したような自己組織ィ匕微粒子単層膜上に汎 用の膜形成方法を用いて前記貴金属膜を、好ましくは上記材料及び厚さの範囲から 構成することによって、簡易に形成することができる。
[0033] (反射率変化型センサ）
以上のような工程を経ることにより、所定の基板上に形成された自己組織化微粒子 単層膜及び前記自己組織ィ匕微粒子単層膜上に形成された貴金属膜を具え、前記 貴金属膜に対して被検知物質が吸着することによる反射率変化によって、前記被検 知物質を検知するようにした反射率変化型センサを提供することができる。
[0034] なお、図 2に本発明の反射率変化型センサの基本構成の一例である構成図を示す 。反射率変化型センサ 1は、基板 2上に、自己組織ィ匕微粒子単層膜 3及び貴金属膜 4が順次に積層されたような構成を呈する。
[0035] この反射率変化型センサは、例えばその表面に位置する貴金属膜をィ匕学的に修 飾することによって、所定のガス物質などをィ匕学的に吸着し、その吸着に基づいた反 射率変化力 前記ガス物質を検知するようなガスセンサとして機能させることができる 。また、前記貴金属膜の酸ィ匕還元反応をモニターすることによって、液体や気体など の酸ィ匕還元電位の測定なども簡易に行うことができるようになる。
[0036] また、本発明の反射率変化型センサは結露センサとして用いることができる。この場 合、センサ表面の貴金属膜は疎水性であるため、前記貴金属膜に対して親水化処 理を施し、環境雰囲気中にある水分を吸着できるようにする。このような親水化処理 は、前記貴金属膜に対して酸化処理を施し、その表面に酸ィ匕膜を形成することによ つて簡易に実施することができる。例えば、前記貴金属膜を銀力も構成する場合は、 水道水に数秒間浸漬するだけで、前記酸ィ匕膜を簡易に形成することができる。しかし ながら、このような酸ィ匕処理による酸ィ匕膜の形成のみならず、前記貴金属膜の表面に 、無機物あるいは有機物の親水性の膜を形成することによつても上記親水性処理を 実行することができる。
[0037] なお、反射率変化型センサを結露センサとして用いる場合、その検出は以下のよう なプロセスによって行われる。最初に、センサ表面の (親水化処理がなされた)貴金 属膜の酸素原子に対して水分子が解離吸着し、表面水酸基を形成する。この表面 水酸基は金属酸ィ匕物と強く結合しており、常温では容易に脱離しないため、ほば不 可逆反応である。そして、前記表面水酸基が実質的な親水性サイトとして働き、環境 中の水分子が物理吸着し、結露センサとして機能するようになる。
[0038] なお、図 3に本発明の反射率変化型センサを結露センサとして構成した場合の一 例である構成図を示す。結露センサ 1 'は、基板 2上に、自己組織化微粒子単層膜 3 及び貴金属膜 4が順次に積層され、貴金属膜 4の表面に酸化膜 5が形成されたような 構成を呈している。
[0039] 汎用の結露センサにおいては、通常、環境中に存在する水分が凝縮して露滴を形 成した後に初めて、前記露滴を水分として検知することができる。しかしながら、上記 結露センサにおいては、上記貴金属膜の、例えばプラズモンによる光学共鳴的応答 に起因した、前記貴金属膜に被検知物質が吸着した際の反射率変化を利用してい るので、従来のように水分が露滴を形成する以前に、前記水分が極微量の割合で前 記貴金属膜に吸着するのみで、前記水分を検知することができる。
[0040] なお、本発明の反射率変化型センサを結露センサとして用いた場合、前記センサ を常温に保持しておくと、環境雰囲気中の水分が凝集しづらくなり、前記センサ表面 に吸着しづらくなるので、一般にはペルチヱ素子や、冷却フィン及び Z又は放冷フィ ンなどを前記センサの周囲、好ましくは下方に配置して前記センサの周囲を冷却し、 水分が凝縮して吸着しやすくしている。
[0041] 一方、ペルチェ素子などを非駆動状態にしておくと、前記センサの周囲は常温に保 持されるようになるので、前記センサ表面に吸着した水分は脱離するようになる。した がって、このようなペルチヱ素子の駆動及び非駆動の状態に応じて、水分のセンサに 対する吸着及び脱離を可逆的に行うことができるようになり、前記センサを結露セン サとして半永久的に使用することができるようになる。
[0042] 本発明では、上記ペルチェ素子などの駆動及び非駆動の状態に応じて、センサ周 囲を冷却及び非冷却の状態（常温状態）にすることができるので、これらの素子をカロ 熱冷却手段として位置付けて 、る。
[0043] なお、このようなナノ周期構造は、上述したような自己組織ィ匕微粒子単層膜上に汎 用の膜形成方法を用いて前記貴金属膜を、好ましくは上記材料及び厚さの範囲から 構成することによって、簡易に形成することができる。
[0044] また、上記反射率変化型センサにおいては、上記貴金属膜は、下地層としての自 己組織ィ匕微粒子単層膜上においてナノ周期構造として存在することができる。このと き、前記貴金属膜は前記自己組織ィ匕微粒子単層膜の粒子配列状態を反映するため 、膜中において細孔を形成するようになる。このときの状態を図 4に示す。
[0045] 図 4に示すような細孔内部では気体分子の振る舞いは、ケルビンの式で以下のよう に表すことができる。
[0046] [数 1]
ヽ
ノ
[0047] ここで、 rは毛管凝縮が起こる細孔半径でケルビン半径と呼ばれるものであり、 V, y , Θはそれぞれ凝縮物質の分子量、表面張力、細孔壁面との接触角であり、 Rは比 気体定数、 Tは絶対温度、（p/p )は飽和蒸気圧に対する蒸気圧の比を表す。
[0048] すなわち、上述した貴金属膜中に形成された細孔中では、液体の飽和蒸気圧はバ ルクのものよりも小さくなる。したがって、前記細孔内では、所定の飽和蒸気圧に達す ると気体が凝縮し、液体となる。例えば、 18°Cの水蒸気についてケルビン半径を計算 した結果を図 5に示す。図 5から明らかなように、例えば半径 5nmの細孔では、飽和 水蒸気圧が低下し、相対湿度約 80%で凝縮が起こることがわ力る。
[0049] したがって、水分のみならず、特定の気体に対して、前記自己組織化微粒子単層 膜の構成粒子の大きさを十分に低下させ、前記貴金属膜に形成される細孔の大きさ を低下させることにより、細孔内での飽和蒸気圧が減少し、より低い蒸気圧のガスを 吸着して検出することができる。したがって、毒ガスなどの微量な検出が問題となる場 合においても、前記細孔を十分に小さくしておけば、容易に吸着し検出することがで きる。
[0050] なお、図 5はあくまで飽和水蒸気圧とケルビン半径との関係を示すものであるので、 その他のガスを検出する場合は、予め飽和蒸気圧が十分に低減されるようなケルビ ン半径が実現できるように、前記貴金属膜に形成される細孔の大きさ、すなわち前記 自己組織ィ匕微粒子単層膜の構成粒子の大きさを決定する必要がある。
[0051] (反射率変化型センサの製造方法）
本発明の反射率変化型センサは、例えば以下のようにして製造することができる。 最初に、前記基板上にナノ微粒子が分散したコロイド溶液を塗布し、このコロイド溶 液カゝら溶剤を蒸発させることによって、前記基板上に前記自己組織化微粒子単層膜 を形成する。この場合、前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は前記コロイド溶液中のナノ 微粒子カゝら構成されることになる。
[0052] 具体的に、前記コロイド溶液はポリスチレンコロイド溶液力 構成することができる。
この場合、前記ナノ微粒子及び前記自己組織化微粒子単層膜の構成微粒子はポリ スチレン微粒子力 構成されることになる。
[0053] なお、この場合、前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、前記コロイド溶液力もの溶剤蒸 発の際に、前記ナノ微粒子が毛細管力によって凝集することによって形成されること になる。また、このような毛細管力を利用することによって、前記自己組織化微粒子 単層膜は六方最密格子構造を呈するようにすることができる。
[0054] また、前記ナノ微粒子の直径を 10nm〜l μ mとすることが好ましい。これによつて、 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜を構成する微粒子の直径を ΙΟηπ！〜 1 μ mの好まし V、範囲に設定することができる。
[0055] なお、上記自己組織ィ匕微粒子単層膜を形成する際には、前記基板に対して親水 性処理を施すことが好ましい。これによつて、前記自己組織ィ匕微粒子単層膜をより簡 易に製造することができるようになる。前記親水性処理は、前記基板に対して汎用の 界面活性剤を接触させることによって行うことができる。
[0056] 次 ヽで、前記自己組織化微粒子単層膜上に貴金属膜を形成する。この貴金属膜 は、 PVD法などの汎用の膜形成方法によって形成することができる。上述したように 、前記貴金属膜を構成する貴金属材料としては、任意のものを用いることができるが 、好ましくは金あるいは銀など力 構成する。このような材料力 前記貴金属膜を構成 することにより、前記貴金属膜自体の反射率を高く維持することができるとともに、膜 内部にプラズモン (表面プラズモン)を効果的に形成することができる。したがって、 前記プラズモンの光学共鳴的応答に起因させて、前記貴金属膜に被検知物質が吸 着した際の反射率変化を高精度に捉えることができる。
[0057] また、上記同様の理由で、上記貴金属膜の厚さは ΙΟηπ！〜 200nmであることが好 ましぐさらには lOOnm前後であることが好ましい。
[0058] さらに、上記同様の理由で、上記貴金属膜はナノ周期構造を呈することが好ましい 。なお、このようなナノ周期構造は、上述したような自己組織ィ匕微粒子単層膜上に PV D法などの汎用の膜形成方法を用いて前記貴金属膜を、好ましくは上記材料及び厚 さの範囲力も構成することによって、簡易に形成することができる。
[0059] また、本発明の反射率変化型センサを結露センサとして用いる場合、上述したよう に、前記貴金属膜の表面に対して親水化処理を施す。この親水化処理は、前記貴 金属膜の表面に酸ィ匕膜を形成して行うことが好ましいが、別途親水性の膜を形成す ること〖こよっても実施することができる。
[0060] さらに、このような結露センサとして用いる場合、ペルチェ素子や、冷却フィン及び z又は放冷フィンなどの加熱冷却手段を前記センサの周囲、好ましくは下方に配置 して前記センサの周囲を冷却し、水分が凝縮して吸着しやすくするようにすることが できる。
[0061] (光学式測定装置）
図 6は、上述した反射率変化型センサを具えた光学式測定装置の一例を示す構成 図である。図 6に示す光学式測定装置 10においては、容器 11内に、所定波長の光 を生成及び発振させるための光源 12と、上述した反射率変化型センサ 13と、光検出 器 13とが設けられている。光源 12、反射率変化型センサ 13及び光検出器 13は、光 源 12から出射された光がセンサ 13で反射されて光検出器 13で受光できるような構 成で配置されている。
[0062] また、図 4に示す光学式測定装置 10では、容器 11内において、光源 12'及び光検 出器 14'が設けられ、センサ 13における反射率変化を測定するための参照光を随 時モニタリングできるように構成されて 、る。
[0063] さらに、センサ 13の下方にはペルチェ素子 15、放冷フィン 16及び冷却ファン 17が 設けられ、センサ 13を例えば結露センサとして使用できるように構成している。
[0064] 被検知物質は、容器 11内に矢印で示す方向で導入及び排出され、その間にセン サ 13の表面に吸着する。センサ 13の表面に被検知物質が吸着すると、センサ 13の 反射率が例えばプラズモン (具体的には、表面プラズモン)の光学共鳴的応答に起 因して変化するので、光源 12から出射された光の光検出器 13での受光量が変化す る。したがって、この受光量変化を計算機で随時モニタリングすることによって、セン サ 13に対する被検知物質の吸着度合い（吸着の有無及び Z又は吸着量)を検知す ることがでさるよう〖こなる。
[0065] なお、光源 12, 12'及び光検出器 13、 13'は LEDやレーザなどの汎用のものを使 用することができる。
[0066] 光源 12を複数の光源力も構成し、異なる波長の光を出射するように構成することに よって、例えばセンサ 13に対して複数の被検知物質が吸着した場合においても、そ れら複数の被検知物質を検知することができるようになる。
実施例
[0067] 本実施例においては、図 6に示す光学式測定装置において、センサ 13を結露セン サとして構成し、環境雰囲気中の水分検知を実施した。センサ 13は、ガラス基板を界 面活性剤で親水化処理した後、直径が ΙΟηπ！〜 1 μ mのナノ微粒子が分散したコロ イド溶液を準備し、このコロイド溶液カゝら溶剤を蒸発させることによって、前記基板上 にナノ周期構造の自己組織化微粒子単層膜を形成し、次いで、厚さ lOOnmの銀を 形成するとともに、酸化処理を施すことによって形成した。
[0068] 図 7に、このような光学式測定装置を用いた水分検知のグラフを示す。図 7から明ら かなように、波長 450nm、 470nm及び 490nmいずれの波長の光においても、温度 10°C付近でセンサ 13に対する水分吸着による光吸収応答、すなわち反射率変化が 生じ、センサ 13が結露センサとして機能することが確認された。
[0069] 以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例 に限定されるものではなぐ本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形 や変更が可能である。
産業上の利用可能性 本発明の反射率変化型センサは、ガスセンサ、液体や気体などの酸化還元電位の 測定などに使用するセンサ、さらには結露センサ、及びその他のセンサなどに適用 することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 所定の基板上に形成された自己組織化微粒子単層膜と、
前記自己組織ィ匕微粒子単層膜上に形成された貴金属膜とを具え、
前記貴金属膜に対して被検知物質が吸着することによる反射率変化によって、前 記被検知物質を検知することを特徴とする、反射率変化型センサ。
[2] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜を構成する微粒子の直径が、 ΙΟηπ！〜 1 μ mである ことを特徴とする、請求項 1に記載の反射率変化型センサ。
[3] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、その構成微粒子が毛細管力によって凝集して なることを特徴とする、請求項 1又は 2に記載の反射率変化型センサ。
[4] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、六方最密格子構造を呈することを特徴とする、 請求項 1〜3のいずれか一に記載の反射率変化型センサ。
[5] 前記貴金属膜は、ナノ周期構造を呈することを特徴とする、請求項 1〜4のいずれ か一に記載の反射率変化型センサ。
[6] 前記貴金属膜の厚さ力 ΙΟηπ！〜 200nmであることを特徴とする、請求項 1〜5の
V、ずれか一に記載の反射率変化型センサ。
[7] 前記貴金属は、金及び銀の少なくとも一方であることを特徴とする、請求項 1〜6の
V、ずれか一に記載の反射率変化型センサ。
[8] 前記貴金属膜に対して前記被検知物質が吸着することによる反射率変化は、前記 貴金属膜中に形成されたプラズモンの、光学共鳴的応答に起因することを特徴とす る、請求項 1〜7のいずれか一に記載の反射率変化型センサ。
[9] 前記被検知物質はガス物質であり、前記貴金属膜の、前記自己組織化微粒子単 層膜に起因して形成された細孔の大きさを制御することにより、前記ガス物質の飽和 蒸気圧を変化させ、前記ガス物質の吸着度合!、を変化させて前記ガス物質の検知 精度を制御するように構成したことを特徴とする、請求項 1〜8のいずれか一に記載 の反射率変化型センサ。
[10] 前記貴金属膜の、前記自己組織化微粒子単層膜に起因して形成された細孔の大 きさを減少させ、前記ガス物質の飽和蒸気圧を低下させて、前記ガス物質の吸着度 合いを増大させ、前記ガス物質の検知精度を増大させたことを特徴とする、請求項 9 に記載の反射率変化型センサ。
[11] 前記基板の表面は親水化処理がなされていることを特徴とする、請求項 1〜10の
V、ずれか一に記載の反射率変化型センサ。
[12] 前記貴金属膜に対する前記被検知物質の吸着及び脱着を可逆的に実施できるよ うに構成したことを特徴とする、請求項 1〜 11の!ヽずれか一に記載の反射率変化型 センサ。
[13] 前記貴金属膜の表面に対して親水化処理が施され、前記貴金属膜に対して水分 を吸着することにより、結露センサとして機能させることを特徴とする、請求項 1〜12 の！、ずれか一に記載の反射率変化型センサ。
[14] 前記貴金属膜に対する前記親水化処理は、前記貴金属膜の表面に酸化膜を形成 して行うことを特徴とする、請求項 13に記載の反射率変化型センサ。
[15] 前記反射率変化型センサは加熱冷却手段を具え、前記貴金属膜に吸着した水分 を吸脱着自在となるように構成したことを特徴とする、請求項 13又は 14に記載の反 射率変化型センサ。
[16] 前記加熱冷却手段は、ペルチェ素子を含むことを特徴とする、請求項 15に記載の 反射率変化型センサ。
[17] 前記加熱冷却手段は、放冷フィン及び冷却ファンの少なくとも一方を含むことを特 徴とする、請求項 15又は 16に記載の反射率変化型センサ。
[18] 前記反射率変化型センサは、前記水分が凝集して露滴を形成する以前に、前記水 分の存在を検知することを特徴とする、請求項 15〜 17の ヽずれか一に記載の反射 率変化型センサ。
[19] 請求項 1〜12のいずれか一に記載の反射率変化型センサと、この反射率変化型 センサの、表面に位置する前記貴金属膜に対して光照射を行うための光源と、前記 貴金属膜からの反射光を受光するための光検出器とを具えることを特徴とする、光学 式測定装置。
[20] 請求項 13〜18のいずれか一に記載の反射率変化型センサと、この反射率変化型 センサの、表面に位置する前記貴金属膜に対して光照射を行うための光源と、前記 貴金属膜からの反射光を受光するための光検出器とを具え、 前記貴金属膜の表面に吸着した水分を検知するようにしたことを特徴とする、光学 式測定装置。
[21] 所定の基板上に形成された自己組織化微粒子単層膜と、前記自己組織化微粒子 単層膜上に形成された貴金属膜とを具え、前記貴金属膜に対して被検知物質が吸 着することによる反射率変化によって、前記被検知物質を検知することを特徴とする 、反射率変化型センサの製造方法であって、
前記基板上にナノ微粒子が分散したコロイド溶液を塗布し、このコロイド溶液力ゝら溶 剤を蒸発させることによって、前記基板上に前記自己組織化微粒子単層膜を形成す る工程と、
前記自己組織ィ匕微粒子単層膜上に貴金属膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、反射率変化型センサの製造方法。
[22] 前記ナノ微粒子の直径が ΙΟηπ！〜 1 μ mであって、前記自己組織化微粒子単層膜 を構成する微粒子の直径が ΙΟηπ！〜 1 μ mであることを特徴とする、請求項 21に記 載の反射率変化型センサの製造方法。
[23] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、前記コロイド溶液からの溶剤蒸発の際に、前記 ナノ微粒子が毛細管力によって凝集することによって形成されることを特徴とする、請 求項 21又は 22に記載の反射率変化型センサの製造方法。
[24] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、六方最密格子構造を呈することを特徴とする、 請求項 21〜23のいずれか一に記載の反射率変化型センサの製造方法。
[25] 前記貴金属膜は、ナノ周期構造を呈することを特徴とする、請求項 21〜24のいず れか一に記載の反射率変化型センサの製造方法。
[26] 前記貴金属膜の厚さを、 ΙΟηπ！〜 200nmとすることを特徴とする、請求項 21〜25 の！、ずれか一に記載の反射率変化型センサの製造方法。
[27] 前記貴金属は、金及び銀の少なくとも一方であることを特徴とする、請求項 21〜26 の！、ずれか一に記載の反射率変化型センサの製造方法。
[28] 前記基板の表面を親水化処理する工程を具えることを特徴とする、請求項 21〜27 の！、ずれか一に記載の反射率変化型センサの製造方法。
[29] 前記貴金属膜の表面に対して親水化処理を施す工程を具え、前記反射率変化型 センサは、前記貴金属膜に対して水分を吸着することにより、結露センサとして機能 させるようにすることを特徴とする、請求項 21〜28のいずれか一に記載の反射率変 化型センサの製造方法。
[30] 前記貴金属膜に対する前記親水化処理は、前記貴金属膜の表面に酸化膜を形成 して行うことを特徴とする、請求項 29に記載の反射率変化型センサの製造方法。
[31] 前記貴金属膜に吸着した水分を吸脱着自在となるように加熱冷却手段を設けるェ 程を具えることを特徴とする、請求項 29又は 30に記載の反射率変化型センサの製 造方法。
[32] 前記加熱冷却手段は、ペルチェ素子を含むことを特徴とする、請求項 31に記載の 反射率変化型センサの製造方法。
[33] 前記加熱冷却手段は、放冷フィン及び冷却ファンの少なくとも一方を含むことを特 徴とする、請求項 31又は 32に記載の反射率変化型センサの製造方法。
[34] 構成微粒子が毛細管力によって凝集してなることを特徴とする、反射率変化型セン サ用自己組織化微粒子単層膜。
[35] 前記構成微粒子の直径が、 ΙΟηπ！〜 1 μ mであることを特徴とする、請求項 34に記 載の反射率変化型センサ用自己組織化微粒子単層膜。
[36] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、六方最密格子構造を呈することを特徴とする、 請求項 34又は 35に記載の反射率変化型センサ用自己組織化微粒子単層膜。
[37] 構成微粒子が毛細管力によって凝集してなることを特徴とする、自己組織化微粒子 単層膜。
[38] 前記構成微粒子の直径が、 ΙΟηπ！〜 1 μ mであることを特徴とする、請求項 37に記 載の自己組織化微粒子単層膜。
[39] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、六方最密格子構造を呈することを特徴とする、 請求項 37又は 38に記載の自己組織化微粒子単層膜。
[40] 構成微粒子が毛細管力によって凝集してなることを特徴とする、反射率変化型セン サ用自己組織ィ匕微粒子単層膜の製造方法であって、
所定の基板上にナノ微粒子が分散したコロイド溶液を塗布し、このコロイド溶液から 溶剤を蒸発させることによって、前記基板上に前記自己組織化微粒子単層膜を形成 することを特徴とする、反射率変化型センサ用自己組織化微粒子単層膜の製造方法
[41] 前記ナノ微粒子の直径が ΙΟηπ！〜 1 μ mであって、前記自己組織化微粒子単層膜 を構成する微粒子の直径が ΙΟηπ！〜 1 μ mであることを特徴とする、請求項 40に記 載の反射率変化型センサ用自己組織化微粒子単層膜の製造方法。
[42] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、六方最密格子構造を呈することを特徴とする、 請求項 40又は 41に記載の反射率変化型センサ用自己組織化微粒子単層膜の製 造方法。
[43] 前記基板に対して親水化処理を施す工程を具えることを特徴とする、請求項 40〜
42のいずれか一に記載の反射率変化型センサ用自己組織ィヒ微粒子単層膜の製造 方法。
[44] 構成微粒子が毛細管力によって凝集してなることを特徴とする、自己組織化微粒子 単層膜の製造方法であって、
所定の基板上にナノ微粒子が分散したコロイド溶液を塗布し、このコロイド溶液から 溶剤を蒸発させることによって、前記基板上に前記自己組織化微粒子単層膜を形成 することを特徴とする、自己組織化微粒子単層膜の製造方法。
[45] 前記ナノ微粒子の直径が ΙΟηπ！〜 1 μ mであって、前記自己組織化微粒子単層膜 を構成する微粒子の直径が ΙΟηπ！〜 1 μ mであることを特徴とする、請求項 44に記 載の自己組織化微粒子単層膜の製造方法。
[46] 前記自己組織ィ匕微粒子単層膜は、六方最密格子構造を呈することを特徴とする、 請求項 44又は 45に記載の自己組織化微粒子単層膜の製造方法。
[47] 前記基板に対して親水化処理を施す工程を具えることを特徴とする、請求項 44〜
46のいずれか一に記載の自己組織化微粒子単層膜の製造方法。
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