WO2010044274A1 - 光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法 - Google Patents

光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2010044274A1
WO2010044274A1 PCT/JP2009/005415 JP2009005415W WO2010044274A1 WO 2010044274 A1 WO2010044274 A1 WO 2010044274A1 JP 2009005415 W JP2009005415 W JP 2009005415W WO 2010044274 A1 WO2010044274 A1 WO 2010044274A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical sensor
concavo
convex structure
metal layer
detected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/005415
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
遠藤達郎
高谷佳輝
田中覚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maruzen Petrochemical Co Ltd
Scivax Corp
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Maruzen Petrochemical Co Ltd
Scivax Corp
Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maruzen Petrochemical Co Ltd, Scivax Corp, Tokyo Institute of Technology NUC filed Critical Maruzen Petrochemical Co Ltd
Priority to JP2010533836A priority Critical patent/JP5488469B2/ja
Priority to US13/126,343 priority patent/US20120038926A1/en
Publication of WO2010044274A1 publication Critical patent/WO2010044274A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • G02B1/005—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials made of photonic crystals or photonic band gap materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/008—Surface plasmon devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1226—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths involving surface plasmon interaction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material
    • Y10T29/49988—Metal casting

Definitions

  • the present invention relates to an optical sensor that is highly sensitive and easy to operate.
  • PCR Polymerase chain reaction
  • electrochemical measurement method electrochemical measurement method
  • ELISA Enzyme-linked immunosorbent assay
  • the electrochemical measurement method is a biomolecule that specifically recognizes an object to be detected immobilized on the electrode surface as a recognition element, and detects an electrochemical signal change that occurs when the object binds to the recognition element?
  • signal amplification by a labeling substance such as an enzyme is detected and quantified.
  • the ELISA method is a technique for detecting color development or fluorescence depending on the enzyme reaction by the enzyme labeled in advance after the binding between the biomolecule and the detection target or the concentration of the detection target by the fluorescent molecule.
  • the electrochemical method or the ELISA method requires a labeling agent such as an enzyme or a fluorescent substance on a biomolecule to be detected or a recognition element.
  • This labeling operation has previously hindered the recognition ability of biomolecules having high recognition ability, and at the same time requires labeling work, resulting in a decrease in sensitivity and complication of operation.
  • an expensive and large-sized measuring device is required when detecting and quantifying a detection object with high sensitivity.
  • the surface plasmon resonance (SPR) method that detects the shift of the resonance angle that enables detection and quantification of unlabeled analytes and the quartz crystal (Quartz crystal microbalance: QCM) that detects frequency changes ) Method, and detection and quantification methods of undetected objects using a cantilever that detects changes in resonance frequency.
  • SPR surface plasmon resonance
  • QCM Quadrat crystal microbalance
  • LSPR localized surface plasmon resonance
  • Patent Document 1 a measurement method using localized surface plasmon resonance (LSPR), which is a nonlinear optical phenomenon expressed in nanometer-order noble metal fine particles such as gold, silver, and platinum
  • Patent Document 2 a measurement method using a sensor having a function as a photonic crystal in which particles are three-dimensionally arranged.
  • an object of the present invention is to provide an optical sensor that has a low manufacturing cost, an easy detection method, and a very high sensitivity and reliability.
  • the present invention is an optical sensor for detecting a predetermined object to be detected, which is formed on the surface of the concavo-convex structure having a concavo-convex structure in which a predetermined shape is periodically arranged two-dimensionally and functions as a photonic crystal. And a metal layer capable of exciting localized surface plasmon resonance.
  • the difference between the peak wavelength of light reflected from the concavo-convex structure and the peak wavelength of light absorbed by the metal layer is 10 nm or less.
  • the concavo-convex structure it is preferable that columns or holes having a constant diameter in the range of 50 to 500 nm are two-dimensionally periodically arranged at a constant pitch in the range of 50 to 1000 nm.
  • the metal layer preferably has a thickness of 5 to 200 nm.
  • the metal layer preferably includes an adsorption element that adsorbs the object to be detected on the surface.
  • the said uneven structure can use suitably any of cyclic olefin resin, an acrylic resin, a polycarbonate, a vinyl ether resin, a fluororesin, and a polyester resin.
  • Another optical sensor of the present invention is an optical sensor for detecting a predetermined object, and has a concavo-convex structure in which a predetermined shape is periodically arranged in two dimensions and functions as a photonic crystal.
  • corrugated structure may be formed by resin selected from cyclic olefin resin, acrylic resin, polycarbonate, vinyl ether resin, fluororesin, and polyester resin.
  • the uneven structure of the optical sensor of the present invention described above is formed by an imprint technique.
  • the concavo-convex structure and the metal layer may be formed of a material that is dissolved or decomposed by the object to be detected.
  • the concavo-convex structure includes an adsorption element that adsorbs the detection object on the surface.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing an optical sensor for detecting a predetermined detection object, wherein the predetermined shape is two-dimensionally periodically arranged to form a concavo-convex structure that functions as a photonic crystal. And a metal layer forming step of forming a metal layer capable of exciting localized surface plasmon resonance on the surface of the concavo-convex structure.
  • the concavo-convex structure forming step forms the concavo-convex structure by an imprint technique.
  • the metal layer is preferably formed by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), or plating.
  • the present invention is a detection method for detecting an object contained in a sample, and includes an uneven structure functioning as a photonic crystal, and a localized surface plasmon resonance formed on the surface of the uneven structure.
  • An optical sensor having a difference between a peak wavelength of light reflected from the concavo-convex structure and a peak wavelength of light absorbed by the metal layer is 10 nm or less.
  • Another detection method of the present invention is a detection method for detecting an object to be detected contained in a sample, and includes a concavo-convex structure functioning as a photonic crystal, and a locality formed on the surface of the concavo-convex structure.
  • An optical sensor having a metal layer capable of exciting surface plasmon resonance and having a difference between a peak wavelength of light reflected from the concavo-convex structure and a peak wavelength of light absorbed by the metal layer of 10 nm or less is prepared.
  • preparing a database prepared by contacting samples containing various concentrations of objects to be detected with the optical sensor and detecting the characteristics of light reflected from the optical sensor.
  • the detection object contained in the solution is detected by comparing the characteristics of the light reflected from the optical sensor after the sample is brought into contact with the information accumulated in the database. And wherein the door.
  • an optical sensor By combining the function as a photonic crystal and the function by localized surface plasmon resonance, an optical sensor with extremely high sensitivity and high reliability can be provided.
  • an optical sensor in which a regular concavo-convex structure is precisely constructed by using nanoimprint technology is manufactured, an optical sensor with extremely high sensitivity and high reliability can be mass-produced at a low cost.
  • this makes it possible to compare optical characteristics between different optical sensors, and a simpler detection method can be provided by creating a database.
  • FIG. 1 It is a figure explaining the measuring method of the optical sensor of this invention. It is a figure explaining the manufacturing method of the optical sensor of this invention. It is a figure explaining the measuring method of the optical sensor of this invention. It is a figure which shows the optical characteristic of the optical sensor A. It is a figure which shows the change of the peak wavelength of the reflected light with respect to the protein density
  • FIG. It is a figure which shows the optical characteristic of the optical sensor B of this invention. It is a figure which shows the optical characteristic of the optical sensor C of this invention. It is a figure which shows the optical characteristic of the optical sensor D of this invention. It is a figure explaining the measuring method of the optical sensor of this invention. It is a figure explaining the measuring method of the optical sensor of this invention.
  • the optical sensor 1 of the present invention is for detecting a predetermined object, and has a concavo-convex structure 2 in which a predetermined shape is periodically arranged in two dimensions and functions as a photonic crystal. And a metal layer 3 formed on the surface of the concavo-convex structure 2 and capable of exciting localized surface plasmon resonance.
  • the concavo-convex structure 2 may be anything as long as it functions as a photonic crystal.
  • a hole (see FIG. 1) or a cylinder (see FIG. 10) having a predetermined diameter is two-dimensionally arranged at a predetermined interval.
  • a periodically arranged structure can be used.
  • a hole or column having a diameter of 50 to 500 nm and periodically arranged in a two-dimensional manner at a pitch of 50 to 1000 nm can be used.
  • the material of the concavo-convex structure 2 may be any material as long as it can form a photonic crystal, but preferably an imprint technique (thermal imprinting) capable of forming a uniform concavo-convex structure with a large area with good reproducibility.
  • An imprint technique thermal imprinting
  • a material to which print, optical imprint, etc. can be applied is preferable.
  • cyclic olefin-based resins such as cyclic olefin ring-opening polymerization / hydrogenated product (COP) and cyclic olefin copolymer (COC), acrylic resin, polycarbonate, vinyl ether resin, perfluoroalkoxyalkane (PFA) and polytetrafluoroethylene Fluorine resin such as (PTFE), thermoplastic resin such as polystyrene, polyimide resin, and polyester resin can be used.
  • COP cyclic olefin ring-opening polymerization / hydrogenated product
  • COC cyclic olefin copolymer
  • acrylic resin polycarbonate
  • vinyl ether resin vinyl ether resin
  • PFA perfluoroalkoxyalkane
  • PTFE polytetrafluoroethylene Fluorine resin
  • thermoplastic resin such as polystyrene, polyimide resin, and polyester resin
  • a resin produced by a polymerization reaction (thermosetting or photocuring) of group-containing compounds can also be used. It is also possible to use the polymerizable reactive group-containing compounds alone for thermal polymerization, and it is also possible to add and use a thermally reactive initiator to improve thermosetting. is there. Furthermore, the concavo-convex structure 2 may be formed by adding a photoreactive initiator and causing the polymerization reaction to proceed by light irradiation.
  • Organic peroxides and azo compounds can be preferably used as the heat-reactive radical initiator, and acetophenone derivatives, benzophenone derivatives, benzoin ether derivatives, xanthone derivatives and the like can be preferably used as the photoreactive radical initiator.
  • the reactive monomer may be used without a solvent, or may be used after being dissolved in a solvent and desolvated after coating.
  • any substrate that does not impair the desired sensor sensitivity can be selected, such as a cyclic olefin resin, a transparent plastic substrate such as an acrylic resin or PET, a quartz substrate, a sapphire substrate, A transparent substrate is particularly preferred.
  • the water absorption rate of the resin is preferably 3% or less.
  • the heat generation start temperature (oxidation start temperature) of the heat generation peak accompanying oxidation is the glass of the resin.
  • the transition temperature is preferably + 35 ° C or higher. This is because in the fine processing by thermal imprinting, particle-like objects on the surface of the resin caused by resin deterioration can be prevented, so that transfer defects and mold release defects of the concavo-convex structure 2 can be greatly reduced.
  • the thermal imprinting resin is preferably made of a cyclic olefin resin, more preferably a thermal imprinting resin containing at least one repeating unit represented by the formula (1).
  • X is a halogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms.
  • X and R21 may be bonded to each other via an alkylene group, etc.
  • p, q, r is 0, 1 or 2.
  • R1 to R21 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, and an alicyclic hydrocarbon group
  • R11 (or R12) and R13 (or R14) may be bonded via an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, or may be bonded via any group, provided that R11 (or R12) and R13 (or R14) and R11 (or R12) is a halogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms
  • R13 (or R14) is a hydrogen atom, halogen An atom, an aliphatic hydrocarbon group, or an alicyclic hydrocarbon group.
  • the concavo-convex structure 2 By forming the concavo-convex structure 2 in this way, when the concavo-convex structure 2 is irradiated with light, light having a specific wavelength corresponding to the concavo-convex structure 2 is reflected by the function of the photonic crystal. In addition, if any substance is adsorbed on the concavo-convex structure 2 and the concavo-convex structure 2 is slightly changed, the wavelength and intensity of the reflected light change accordingly. Therefore, a predetermined object to be detected can be detected by the change.
  • the concavo-convex structure 2 may be formed of a material that is dissolved or decomposed by an object to be detected.
  • the concavo-convex structure 2 when the object to be detected is a polar solvent, the concavo-convex structure 2 is formed by a polar substance that dissolves in this polar solvent, and when the object to be detected is a nonpolar solvent, the nonpolarity that dissolves in this nonpolar solvent. It may be formed by a substance.
  • the concavo-convex structure 2 is dissolved or decomposed, but in this case also, the concavo-convex structure 2 is changed. Accordingly, the wavelength and intensity of the reflected light change. Therefore, a predetermined object to be detected can be detected by the change.
  • the metal layer 3 is for exciting localized surface plasmon resonance, and is formed in a state of being localized on the surface of the concavo-convex structure 2 described above, for example.
  • the metal layer 3 may be formed at least on the bottom of the hole (see FIG. 1), and if it is a column, the metal layer 3 may be formed on the pillar (see FIG. 1). 10).
  • the metal used for the metal layer 3 may be any metal that can excite localized surface plasmon resonance, and examples thereof include gold, silver, copper, platinum, and aluminum. These may be used alone or in combination. In addition, an intervening layer of chromium or the like may be provided in consideration of bondability with the material used for the uneven structure 2.
  • the thickness of the metal layer 3 is arbitrary, but it is preferably 5 to 200 nm in consideration of sensitivity.
  • the metal layer 3 By forming the metal layer 3 in this manner, when the metal layer 3 is irradiated with light, light having a specific wavelength is absorbed by localized surface plasmon resonance. Further, if any substance is adsorbed on the metal layer 3 and there is a slight change in the metal layer 3, the wavelength or intensity of the absorbed light changes accordingly. Therefore, a predetermined object to be detected can be detected by the change.
  • the concavo-convex structure 2 and the metal layer 3 may be formed of a material that is dissolved or decomposed by an object to be detected.
  • the concavo-convex structure 2 when the object to be detected is a polar solvent, the concavo-convex structure 2 is formed by a polar substance that dissolves in this polar solvent, and when the object to be detected is a nonpolar solvent, the nonpolarity that dissolves in this nonpolar solvent. It may be formed by a substance.
  • the concavo-convex structure 2 is dissolved or decomposed, but also in this case, the concavo-convex structure 2 and the metal layer 3 are changed. As a result, the wavelength and intensity of reflected light and transmitted light change accordingly. Therefore, a predetermined object to be detected can be detected by the change.
  • the object to be detected can be obtained from two optical characteristics. Double detection is possible, and detection accuracy of an object to be detected can be increased.
  • the difference between the peak wavelength of light reflected from the concavo-convex structure 2 and the peak wavelength of light absorbed by the metal layer 3 may be made as small as possible. This is because, when formed in this manner, the change in reflected light as a photonic crystal by the concavo-convex structure 2 and the change in absorbed light as localized surface plasmon resonance by the metal layer 3 overlap, so that the metal layer on the concavo-convex structure 2 This is because, when an object to be detected is attached to 3, the change in the light reflected from or absorbed by the optical sensor 1 becomes large before and after that, and the sensitivity as the optical sensor 1 is improved.
  • the basic equation of the two-dimensional photonic crystal is lambda: wavelength of reflected light d: a distance of the holes between theta: angle of incidence n a of the light: average refractive index f: area proportion hole occupies n hole: the refractive index of the hole n medium: the refractive index of the surrounding medium pore From the Bragg equation, It can be expressed as.
  • the divergence condition is that the denominator of the polarizability becomes 0, and a resonance phenomenon occurs at this time.
  • the resonance frequency of localized surface plasmon resonance generated in a metal layer that is sufficiently smaller than the wavelength of incident light is determined by the dielectric constant ⁇ m ( ⁇ ) of the metal layer and the medium ⁇ 1 around the metal layer. If the size of the metal layer is not negligible compared to the wavelength of the incident light, the resonance frequency can be derived by using Mie's scattering theory, but actually the diameter and shape of the metal layer can also be derived. It is known to depend.
  • the size of the metal layer 3 is determined.
  • the distance between the holes and the average refractive index may be controlled such that the peak wavelength of the light absorbed by the localized surface plasmon resonance is fixed, and this wavelength is the same as the peak wavelength of the light reflected by the photonic crystal.
  • the difference between the peak wavelength of the light reflected from the concavo-convex structure 2 and the peak wavelength of the light absorbed by the metal layer 3 depends on the performance of the light receiving means for receiving reflected light and absorbed light, but is 10 nm or less. Good, preferably 5 nm or less.
  • An adsorbing element that specifically adsorbs an object to be detected may be formed on the surface of one or both of the uneven structure 2 and the metal layer 3 described above.
  • the material used for the adsorption element any material can be used as long as it can specifically bind an object to be detected and can be fixed to the uneven structure 2 or the metal layer 3.
  • an antibody for an antigen an antigen for an antibody, an antigen for an antibody, an anti-hapten antibody for a hapten, a hapten for an anti-hapten antibody, a DNA or PNA that can hybridize to DNA, biotin For avidin or streptavidin, biotin or biotinylated protein for avidin or streptavidin, hormone (eg insulin) for hormone receptor (eg insulin receptor), hormone (eg insulin) Includes hormone receptors (for example, insulin receptor), sugar chains corresponding to lectins, lectins corresponding to sugar chains, and the like.
  • the adsorbing element also includes those fragments or subunits having specific binding ability.
  • the cell itself can be selected as the adsorbing element, and the detected object in this case may specifically recognize a part of the cell (such as a receptor).
  • a to-be-detected object is what can adsorb
  • biological materials include antigens, antibodies, receptors, ligands, lectins, sugar chain compounds, RNA, DNA, PNA, and haptens.
  • hormones, immunoglobulins, coagulation factors, enzymes, drugs and the like are included.
  • Substance names include serum albumin, macroglobulin, ferritin, ⁇ -fetoprotein, CEA, prostate specific antigen (PSA), hepatitis B virus surface antigen (HBsAg), HIV-1P24, and the like.
  • the optical sensor of the present invention has a shape and material that can easily apply the nanoimprint technology, even if it has only a function as a photonic crystal without the metal layer 3. Superior to conventional sensors. This is because the nanoimprint technology can process a minute structure precisely and easily, and therefore can provide a sensor with low manufacturing cost and extremely high sensitivity and reliability. In addition, conventional optical sensors have low reproducibility, and errors between manufactured optical sensors are very large. Therefore, it is difficult to compare optical characteristics between different optical sensors. However, since the same optical sensor formed by nanoimprint technology can be mass-produced with high reproducibility, optical characteristics can be compared even between different optical sensors. Therefore, there is also an advantage that simpler detection can be performed by converting the change in the optical characteristics due to the concentration of the object to be detected into a database. Furthermore, it also has significance as an intermediate for producing the optical sensor 1 in which the metal layer 3 is formed.
  • the method for manufacturing an optical sensor according to the present invention includes a concavo-convex structure forming step for forming a concavo-convex structure 2 in which a predetermined shape is periodically arranged two-dimensionally and functions as a photonic crystal, and a localized surface plasmon on the surface of the concavo-convex structure 2. And a metal layer forming step for forming the metal layer 3 capable of exciting resonance.
  • the concavo-convex structure forming step may be any concavo-convex structure in which a predetermined shape is two-dimensionally accurately and periodically arranged and can function as a photonic crystal. It is better to use printing technology.
  • thermoplastic resin 9 When using the thermal imprint technique, first, a film or a substrate made of the thermoplastic resin 9 is prepared, and a desired pattern is formed thereon.
  • thermoplastic resin examples include cyclic olefin resins such as cyclic olefin polymers and cyclic olefin copolymers (COC), acrylic resins, polycarbonates, vinyl ether resins, perfluoroalkoxyalkanes (PFA), polytetrafluoroethylene ( Fluorine resin such as PTFE), polyester resin, or the like can be used.
  • cyclic olefin resins such as cyclic olefin polymers and cyclic olefin copolymers (COC)
  • acrylic resins polycarbonates
  • vinyl ether resins vinyl ether resins
  • PFA perfluoroalkoxyalkanes
  • Fluorine resin such as PTFE
  • polyester resin or the like
  • the mold 10 formed of a metal such as nickel, ceramics, a carbon material such as glassy carbon, silicon, or the like is heated to a temperature higher than the glass transition temperature of the thermoplastic resin 9.
  • the film or substrate made of a thermoplastic resin is pressed (FIG. 2 (a)).
  • the thermoplastic resin is cooled to below the glass transition temperature and then released. Thereby, the pattern 10a (inverted pattern of the concavo-convex structure 2) formed on the mold is transferred (FIG. 2B).
  • the formation method of the concavo-convex structure 2 is not limited to this, and it can be formed by applying a semiconductor fine processing technique or the like.
  • the metal layer forming process may be any process that can be formed on the concavo-convex structure 2 in a state where a metal capable of exciting localized surface plasmon resonance is localized.
  • PVD physical vapor deposition
  • FOG. 2C concavo-convex structure 2
  • CVD chemical vapor deposition method
  • electroless plating the thickness of the metal layer 3 is arbitrary, but it is preferably 5 to 200 nm in view of sensitivity.
  • an adsorption element when an adsorption element is formed on the concavo-convex structure 2 or the metal layer 3, it is formed using physical adsorption by hydrophobic interaction, chemical bonding to the metal layer 3 by chemicals, or the like. (Adsorption element formation process).
  • a housing or a frame may be constructed in a shape that does not impair the sensor performance to form a chip.
  • the optical sensor 1 in a state where an object to be detected or the like is not adsorbed is irradiated with the light 21 to obtain information on the optical characteristics of the reflected light 22, particularly the peak wavelength and intensity of the reflected light (see FIG. 1 or FIG. 10).
  • Any light source 30 may be used.
  • a tungsten / halogen light source, a light emitting diode, an LED, a deuterium lamp, an organic EL, a laser, or the like may be used.
  • a multichannel spectroscope, a CCD image sensor, a CMOS sensor, or the like can be used as the light detection means 40 that detects reflected light.
  • information processing means 50 such as a computer may be used for processing the acquired information.
  • the optical characteristics of the reflected light when the concentration of the object to be detected contained in the sample is changed in advance are detected by the optical sensor 1 and converted into a data base, and the sample is brought into contact with the concavo-convex structure 2.
  • the presence / absence or amount of the object to be detected contained in the solution may be detected by comparing the optical characteristics of the light reflected from the optical sensor. In this case, the operation (1) becomes unnecessary.
  • the optical sensor 1 may be irradiated with light, and information regarding the optical characteristics of the transmitted light 23 may be used (see FIG. 3 or FIG. 11). In this case, it may be used as follows. (1) First, the optical sensor 1 in a state where an object to be detected or the like is not adsorbed is irradiated with light 21 to acquire information on the optical characteristics of the transmitted light 23, particularly the peak wavelength and intensity of the transmitted light 23. (2) Next, after a sample that may contain an object to be detected is brought into contact with the concavo-convex structure 2 of the optical sensor 1 of the present invention, information on the optical characteristics of the transmitted light 23 is obtained in the same manner. (3) Finally, the optical characteristics of the light transmitted through the optical sensor and the optical characteristics of the light transmitted through the optical sensor after contacting the sample with the concavo-convex structure 2 are included in the solution. The presence or amount of the detected object is detected.
  • the optical characteristics of the transmitted light when the concentration or the like of the detection object contained in the sample is changed in advance are detected by the optical sensor 1 and converted into a wrinkle database, and this data and the concavo-convex structure 2 are stored in the sample.
  • the optical characteristics of the light transmitted through the optical sensor after contact with the optical sensor the presence / absence or amount of the object to be detected contained in the solution may be detected. In this case, the operation (1) becomes unnecessary.
  • a cyclic olefin resin film having a glass transition temperature (Tg) of 163 ° C. made by Nippon Zeon Co., Ltd., trade name: ZEONOR film ZF-16: thickness 100 ⁇ m
  • the pattern was transferred to produce an optical sensor A having a concavo-convex structure in which a plurality of holes having a diameter of about 250 nm and a depth of 150 nm were arranged at a pitch of 500 nm.
  • Thermal imprinting was performed by the following method. First, a nickel mold preheated to 205 ° C. is pressed against the resin film at a pressure of 2 MPa for 180 seconds. Next, after cooling the nickel mold and the resin film to 100 ° C., the nickel mold is released from the resin film to form a hole-shaped uneven structure. For thermal imprinting, an SCVAX imprinting device (VX) was used.
  • VX SCVAX imprinting device
  • human chorionic gonadotropin As a protein, human chorionic gonadotropin (hCG), which is a hormone produced during pregnancy, was used and adjusted to a concentration of 1 pg / ml, 10 pg / ml, and 100 pg / ml with ultrapure water. Next, this solution was dropped onto the optical sensor A and allowed to stand at room temperature for 5 minutes, whereby the human chorionic gonadotropin was physically adsorbed onto the concavo-convex structure 2. After standing, cleaning operation was performed with ultrapure water, excess hCG was removed, and the optical properties were evaluated after drying.
  • hCG human chorionic gonadotropin
  • Optical characteristics are evaluated by vertically emitting white light from a tungsten / halogen light source (Ocean Optics, LS-1) onto the concavo-convex structure 2 of the optical sensor A through a multi-channel fiber (Ocean Optics, r200-7UV / VIS). The reflected light was detected by a multichannel spectrometer (Ocean Optics, USB4000). The optical characteristics were evaluated in the wavelength range of 350 nm to 1000 nm.
  • FIG. 5 shows changes in peak wavelength of reflected light with respect to protein concentration
  • FIG. 6 shows changes in intensity
  • a cyclic olefin resin film having a glass transition temperature (Tg) of 163 ° C. made by Nippon Zeon Co., Ltd., trade name: ZEONOR film ZF-16: thickness 100 ⁇ m
  • the pattern is transferred, and a film B having an uneven structure in which holes with a diameter of about 100 nm and a depth of 150 nm are arranged at a pitch of 200 nm, and a plurality of holes with a diameter of about 250 nm and a depth of 150 nm are arranged at a pitch of 500 nm.
  • Film C having an uneven structure was prepared.
  • Thermal imprinting was performed by the following method. First, a nickel mold preheated to 205 ° C. is pressed against the resin film at a pressure of 2 MPa for 180 seconds. Next, after cooling the nickel mold and the resin film to 100 ° C., the nickel mold is released from the resin film to form a hole-shaped uneven structure. For thermal imprinting, an SCVAX imprinting device (VX) was used.
  • VX SCVAX imprinting device
  • a metal layer having a thickness of about 30 nm made of gold (Au) was formed on the surface of the concavo-convex structure of film B and film C by vacuum deposition.
  • the vacuum deposition was performed by depositing gold (Au) at a deposition rate of 1.0 angstrom or more at a vacuum degree of 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or less.
  • an antibody (adsorbing element) that adsorbs human fibrinogen (detection object) was fixed to the metal layer surface of films B and C, and optical sensor B and optical sensor C were produced.
  • the antibody was immobilized by the following method. First, a self-assembled monolayer is formed on the surface of films B and C with DDA (4,4′0Dithiodibutylic acid), and a carboxyl group (—COOH) is introduced. Next, an NHS group is introduced with a 400 mM WSC (Water soluble carbodiimide) / 100 mM NHS mixed solution. An antibody solution prepared with PBS (Phosphate buffered saline, pH 7.4) is added to 100 mg / ml, and the antibody is fixed. Finally, 1M Ethanolamine solution is added to block unreacted NHS groups.
  • DDA 4,4′0Dithiodibutylic acid
  • Human fibrinogen is adsorbed by adding human ⁇ fibrinogen solutions prepared at concentrations of 1fg / ml, 1pg / ml, 1ng / ml, 1 ⁇ g / ml, and 1mg / ml to optical sensors B and C and let stand for 10 minutes at room temperature.
  • human ⁇ fibrinogen solutions prepared at concentrations of 1fg / ml, 1pg / ml, 1ng / ml, 1 ⁇ g / ml, and 1mg / ml to optical sensors B and C and let stand for 10 minutes at room temperature.
  • adsorbing it was made to adsorb
  • Optical characteristics are evaluated on the concavo-convex structure 2 of the optical sensors B and C using white light from a tungsten / halogen light source (Ocean Optics, LS-1) via a multichannel fiber (Ocean Optics, r200-7UV / VIS).
  • the transmitted light was detected by a multi-channel spectrometer (Ocean Optics, USB4000).
  • FIG. 7 shows the optical characteristics before and after the adsorption of human fibrinogen on the optical sensor B
  • FIG. 8 shows the optical characteristics before and after the adsorption of human fibrinogen on the optical sensor C.
  • the absorbances of both optical sensors B and C changed according to the concentration of human fibrinogen.
  • the change in absorbance could be observed even when the concentration of human fibrinogen was 1 pg / ml or less.
  • a cyclic olefin resin film having a glass transition temperature (Tg) of 163 ° C. made by Nippon Zeon Co., Ltd., trade name: ZEONOR film ZF-16: thickness 100 ⁇ m
  • the pattern was transferred to produce a film D having a concavo-convex structure in which a plurality of holes having a diameter of about 200 nm and a depth of 150 nm were arranged at a pitch of 200 nm.
  • Thermal imprinting was performed by the following method. First, a nickel mold preheated to 205 ° C. is pressed against the resin film at a pressure of 2 MPa for 180 seconds. Next, after cooling the nickel mold and the resin film to 100 ° C., the nickel mold is released from the resin film to form a hole-shaped uneven structure. For thermal imprinting, an SCVAX imprinting device (VX) was used.
  • VX SCVAX imprinting device
  • an antibody (adsorbing element) that adsorbs human fibrinogen (object to be detected) was fixed on the surface of the uneven structure of the film D, and an optical sensor D was produced.
  • the antibody was immobilized by the following method. First, it is immersed in an anti-human fibrinogen antibody solution (10 ⁇ g / ml) and allowed to stand for 1 hour, and the antibody is fixed to the concavo-convex structure by hydrophobic interaction. This is washed with ultrapure water and dried.
  • Human fibrinogen is adsorbed by first preparing a human fibrinogen solution prepared in phosphate buffer (20 mM, pH 7.4) at concentrations of 1 fg / ml, 1 pg / ml, 1 ng / ml, and 1 ⁇ g / ml.
  • the type sensor D was immersed for 1 hour.
  • a cleaning operation was performed with ultrapure water to remove excess human fibrinogen, and after drying, optical characteristics were evaluated.
  • Optical characteristics are evaluated on the concavo-convex structure 2 of the optical sensors B and C using white light from a tungsten / halogen light source (Ocean Optics, LS-1) via a multichannel fiber (Ocean Optics, r200-7UV / VIS).
  • the transmitted light was detected by a multi-channel spectrometer (Ocean Optics, USB4000).
  • FIG. 9 shows the optical characteristics before and after the adsorption of Human fibrinogen to the optical sensor D.
  • the absorbance of the optical sensor D changed according to the concentration of human fibrinogen.
  • the change in absorbance could be observed even when the concentration of human fibrinogen was 1 pg / ml or less.
  • the optical sensor of the present invention is simple and high even at a minute concentration of 1 pg / ml or less, which is difficult to analyze by the conventional analysis method or requires a large and expensive analyzer. Sensitivity was shown to be detectable.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

　製造コストが低く検出方法が容易で、非常に高感度かつ信頼性の高い光学式センサー。所定の被検出物を検出するための光学式センサー１であって、所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造２と、凹凸構造２の表面に形成され局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層３と、金属層３の表面に形成され被検出物を吸着する吸着素子を具備する光学式センサー。この光学式センサー１に被検出物が吸着する前と後の光学特性から被検出物を定量的に検出する。

Description

光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法
　本発明は、高感度で操作が容易な光学式センサーに関する。
　従来酵素や抗体、DNAなどといった生体分子の高い認識能を利用した被検出物の検出および定量には、PCR（Polymerase chain reaction）法や電気化学的測定手法、ELISA(Enzyme-linked immunosorbent assay)法が主に用いられている。
　電気化学的測定手法は、電極表面へ被検出物を特異的に認識する生体分子を認識素子として固定化し、認識素子へ被検出物が結合した際に生じる電気化学的なシグナル変化を検出するか、または酵素などの標識物質によるシグナル増幅を検出し、定量を行うものである。
　また、ELISA法は、生体分子と被検出物との結合後にあらかじめ標識した酵素による酵素反応や蛍光分子による被検出物の濃度に依存した発色もしくは蛍光を検出する手法である。
　しかしながら、電気化学的手法あるいはELISA法では、被検出物あるいは認識素子として用いる生体分子へ酵素や蛍光物質などの標識剤を必要とする。この標識作業は、従来高い認識能を有する生体分子の認識能を阻害すると同時に、標識作業を必要とするため、感度の低下および操作の煩雑化を招いている。また、高感度に被検出物を検出・定量する際に高額かつ大型の測定装置を必要とする。
　また、簡便な測定手法として注目されているイムノクロマト法もあるが、この場合でも金コロイドやポリスチレン粒子等の修飾が必要である。
　このような背景から、生体分子へ酵素や蛍光分子などを標識することなく（非標識）、被検出物の検出および定量が行える測定手法が望まれてきた。
　そこで、非標識での被検出物の検出および定量が可能な共鳴角のシフトを検出する表面プラズモン共鳴(Surface plasmon resonance : SPR)法や振動数変化を検出する水晶振動子(Quartz crystal microbalance : QCM)法、また、共振周波数変化を検出するカンチレバーによる非標識に被検出物の検出・定量手法が開発されている。
　しかしながら、SPR法の場合、共鳴角シフトを検出するために大型の光学系を構築する必要があるとともに、一連の操作が煩雑である。そのためオンサイトでの被検出物のモニタリングに適さない。また、QCM法では、簡便に測定は可能ではあるが、ノイズが大きく、高感度測定には適さない。そしてカンチレバー法ではデバイス作製が非常に困難という点とともに、簡易測定には適さないという問題がある。
　また、上記測定法とは別に、金や銀、白金などのナノメートルオーダーでの貴金属微粒子に発現する非線形光学現象である局在表面プラズモン共鳴（LSPR）を利用した測定法（例えば、特許文献１参照）や、粒子を三次元的に配列したフォトニック結晶としての機能を有するセンサーを用いた測定方法もある（例えば、特許文献２参照）。
　しかしながら、これらの方法では、微粒子を均一に配列することが非常に難しく再現性も低いため、感度や信頼性の点で未だ問題がある。
　また、従来のセンサーは各センサー同士の再現性が低いため、同一のセンサーを用いて、試料を接触させる前後の光学特性の違いを比較することはできでも、試料に含まれる被検出物の濃度等を変化させた際の光学特性の変化を複数のセンサーを用いて データーベース化し利用するということは困難であるという問題もあった。
　また、センサーの歩留まりやスループットが低く、コストがかかるという問題もあった。
特許公開２００６－２５０６６８号公報 特許公開２００７－２７１６０９号公報
　そこで本発明では、製造コストが低く検出方法が容易で、非常に高感度かつ信頼性の高い光学式センサーを提供することを目的とする。
　本発明は、所定の被検出物を検出するための光学式センサーであって、所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造と、前記凹凸構造の表面に形成され局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層と、を具備することを特徴とする。
　この場合、前記凹凸構造から反射される光のピーク波長と前記金属層で吸収される光のピーク波長との差が１０ｎｍ以下である方が好ましい。また、前記凹凸構造は、50～500ｎｍの範囲内の一定の直径を有する柱又は孔を50～1000ｎｍの範囲内の一定のピッチで二次元的に周期配列する方が好ましい。また、前記金属層は、膜厚が５～２００ｎｍである方が好ましい。また、前記金属層は、表面に前記被検出物を吸着する吸着素子を具備する方が好ましい。また、前記凹凸構造は、環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂のいずれかを好適に用いることができる。
　また、本発明の別の光学式センサーは、所定の被検出物を検出するための光学式センサーであって、所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造を具備し、当該凹凸構造が環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂のいずれかから選択された樹脂によって形成されたものであっても良い。
　また、上述した本発明の光学式センサーの前記凹凸構造は、インプリント技術によって形成されたものである方が好ましい。また、前記凹凸構造や前記金属層は、前記被検出物によって溶解又は分解する材料によって形成されるものであっても良い。また、前記凹凸構造は、表面に前記被検出物を吸着する吸着素子を具備する方が好ましい。
　また、本発明は、所定の被検出物を検出するための光学式センサーの製造方法であって、所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、前記凹凸構造の表面に局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層を形成する金属層形成工程と、を有することを特徴とする。
　この場合、前記凹凸構造形成工程は、前記凹凸構造をインプリント技術によって形成する方が好ましい。また、前記金属層形成工程は、前記金属層を物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、メッキ法のいずれかによって形成する方が好ましい。
　また、本発明は、試料中に含まれる被検出物を検出するための検出方法であって、フォトニック結晶として機能する凹凸構造と、前記凹凸構造の表面に形成され局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層とを有し、前記凹凸構造から反射される光のピーク波長と前記金属層で吸収される光のピーク波長との差が１０ｎｍ以下である光学式センサーを用意し、前記光学式センサーから反射される光の特性と、前記凹凸構造に前記試料を接触させた後の前記光学式センサーから反射される光の特性と、を比較することにより、前記溶液中に含まれる被検出物を検出することを特徴とする。
　また、本発明の別の検出方法は、試料中に含まれる被検出物を検出するための検出方法であって、フォトニック結晶として機能する凹凸構造と、前記凹凸構造の表面に形成され局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層とを有し、前記凹凸構造から反射される光のピーク波長と前記金属層で吸収される光のピーク波長との差が１０ｎｍ以下である光学式センサーを用意し、種々の濃度の被検出物を含有する試料を前記光学式センサーに接触させて、当該光学式センサーから反射される光の特性を検出して作成したデーターベースを用意し、前記凹凸構造に前記試料を接触させた後の前記光学式センサーから反射される光の特性と、前記データーベースに蓄積された情報とを比較することにより、前記溶液中に含まれる被検出物を検出することを特徴とする。
　フォトニック結晶としての機能と局在表面プラズモン共鳴による機能とを複合することにより、非常に高感度かつ信頼性の高い光学式センサーを提供することができる。
　また、ナノインプリント技術を用いて規則性のある凹凸構造が精緻に構築された光学式センサーを製造するので、非常に高感度かつ信頼性の高い光学式センサーを低コストで大量生産することができる。また、これにより異なる光学式センサー間でも光学特性の比較が可能となり、データーベース化によって更に簡易な検出方法を提供することができる。
本発明の光学式センサーの測定方法について説明する図である。 本発明の光学式センサーの製造方法について説明する図である。 本発明の光学式センサーの測定方法について説明する図である。 光学式センサーＡの光学特性を示す図である。 光学式センサーＡにおける蛋白質の濃度に対する反射光のピーク波長の変化を示す図である。 光学式センサーＡにおける蛋白質の濃度に対する光の強度変化を示す図である。 本発明の光学式センサーＢの光学特性を示す図である。 本発明の光学式センサーＣの光学特性を示す図である。 本発明の光学式センサーＤの光学特性を示す図である。 本発明の光学式センサーの測定方法について説明する図である。 本発明の光学式センサーの測定方法について説明する図である。
符号の説明
　　１　光学式センサー
　　２　凹凸構造
　　３　金属層
　２１　光
　２２　反射光
　２３　透過光
　３０　光源
　４０　光検出手段
　５０　情報処理手段
　本発明の光学式センサー１は、図１に示すように、所定の被検出物を検出するためのもので、所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造２と、凹凸構造２の表面に形成され局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層３と、で主に構成される。
　凹凸構造２は、フォトニック結晶として機能するものであればどのようなものでも良いが、例えば、所定の直径を有する孔（図１参照）や円柱（図１０参照）を所定の間隔で二次元的に周期配列した構造を用いることができる。また、凹凸構造２の間隔は、反射される光のピーク波長が可視領域となるように形成するのが好ましい。具体的には、50～500ｎｍの直径を有する孔又は柱を50～1000ｎｍのピッチで二次元的に周期配列したものを用いることができる。
　また、凹凸構造２の材料としては、フォトニック結晶を形成できるものであればどのようなものでも良いが、好ましくは、大面積で均一な凹凸構造を再現性良く形成できるインプリント技術（熱インプリント、光インプリント等）を適用可能な材料が良い。例えば、環状オレフィン開環重合／水素添加体（ＣＯＰ）や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類、等の重合反応性基含有化合物類の重合反応（熱硬化、または光硬化）によって製造される樹脂を用いることもできる。熱的に重合するために重合反応性基含有化合物類を単独で使用することも可能であるし、熱硬化性を向上させるために熱反応性の開始剤を添加して使用することも可能である。更に光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて凹凸構造２を形成してもよい。熱反応性のラジカル開始剤としては有機過酸化物、アゾ化合物が好適に使用でき、光反応性のラジカル開始剤としてはアセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾインエーテル誘導体、キサントン誘導体等が好適に使用できる。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。樹脂を塗布するための基板としては、目的のセンサー感度を損なわないものであれば任意に選択でき、環状オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂やPETのような透明プラスチック基板、石英基板、サファイア基板等、透明基板が特に好ましい。
　なお、パターンの寸法安定性の観点から、樹脂の吸水率は３％以下である方が好ましい。
　また、熱インプリント用の樹脂としては、空気中、昇温速度5℃/minでの示差走査熱量計測定において、酸化に伴う発熱ピークの発熱開始温度（酸化開始温度）が、当該樹脂のガラス転移温度＋35℃以上である方が好ましい。これは、熱インプリントによる微細加工において、樹脂劣化により発生する樹脂表面のパーティクル状物を防止できるので、凹凸構造２の転写不良や離型不良等を大幅に低減できるからである。
　この場合、熱インプリント用樹脂としては環状オレフィン系樹脂からなる方が良く、更に好ましくは、式(1)で示される繰返し単位を少なくとも一つ含む熱インプリント用樹脂である方が良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(式(1)中、Xはハロゲン原子又は炭素数1～12の炭化水素基である。XとR21（又はR20）は互いにアルキレン基などを介して結合していても良い。p、q、rは0、1又は2である。R1～R21はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、脂肪族炭化水素基、及び脂環族炭化水素基である。また、R11（又はR12）とR13（又はR14）とは炭素数1～5のアルキレン基を介して結合してもよく、また、何れの基も介さずに結合してもよい。但し、R11（又はR12）とR13（又はR14）とが何の基も介さずに結合した場合、結合しない残基である、R11（又はR12）はハロゲン原子又は炭素数1～12の炭化水素基であり、R13（又はR14）は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族炭化水素基、又は脂環族炭化水素基である。)
　凹凸構造２をこのように形成することにより、凹凸構造２に光を照射すると、フォトニック結晶の機能によって凹凸構造２に応じた特定の波長の光が反射される。また、凹凸構造２に何らかの物質が吸着し、凹凸構造２に微妙な変化があると、それに応じて反射光の波長や強度が変化する。したがって、その変化によって、所定の被検出物を検出することが可能となる。
　なお、凹凸構造２は、被検出物によって溶解又は分解する材料によって形成されるものであっても良い。例えば、被検出物が極性溶媒の場合には、凹凸構造２をこの極性溶媒に溶解する極性物質により形成し、被検出物が無極性溶媒の場合には、この無極性溶媒に溶解する無極性物質により形成することが考えられる。
　このように形成された光学式センサー１は、凹凸構造２に被検出物を接触させると凹凸構造が溶解又は分解することになるが、この場合にも凹凸構造２に変化が生じることになるので、それに応じて反射光の波長や強度が変化する。したがって、その変化によって、所定の被検出物を検出することが可能となる。
　金属層３は、局在表面プラズモン共鳴を励起するためのもので、例えば、上述した凹凸構造２の表面上に局在した状態で形成される。例えば、凹凸構造２が孔状であれば、少なくとも孔の底面に金属層３を形成すれば良く（図１参照）、柱状であれば、柱の上に金属層３を形成すれば良い（図１０参照）。
　金属層３に用いる金属としては、局在表面プラズモン共鳴を励起可能なものであればどのようなものでも良く、例えば、金、銀、銅、白金、アルミニウム等が挙げられる。また、これらを単独で用いても組み合わせて用いても構わない。また、凹凸構造２に用いられる材料との接合性を考慮して、クロム等の介在層を設けても良い。
　金属層３の膜厚は任意であるが、感度を考慮した場合、好ましくは５～２００ｎｍにするのが良い。
　金属層３をこのように形成することにより、金属層３に光を照射すると、局在表面プラズモン共鳴によって特定の波長の光が吸収される。また、金属層３に、何らかの物質が吸着し、金属層３に微妙な変化があると、それに応じて吸収光の波長や強度が変化する。したがって、その変化によって、所定の被検出物を検出することが可能となる。
　なお、凹凸構造２、金属層３は、被検出物によって溶解又は分解する材料によって形成されるものであっても良い。例えば、被検出物が極性溶媒の場合には、凹凸構造２をこの極性溶媒に溶解する極性物質により形成し、被検出物が無極性溶媒の場合には、この無極性溶媒に溶解する無極性物質により形成することが考えられる。
　このように形成された光学式センサー１は、凹凸構造２に被検出物を接触させると凹凸構造は溶解又は分解することになるが、この場合にも凹凸構造２や金属層３に変化が生じることになるので、それに応じて反射光や透過光の波長や強度が変化する。したがって、その変化によって、所定の被検出物を検出することが可能となる。
　このように、光学式センサー１にフォトニック結晶として機能する凹凸構造２と、局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層３とを形成することにより、二つの光学的な特性から被検出物を二重に検出することが可能となり、被検出物の検出精度を上げることが可能となる。
　また、凹凸構造２から反射される光のピーク波長と金属層３で吸収される光のピーク波長との差をできる限り小さく形成しても良い。なぜなら、このように形成すると、凹凸構造２によるフォトニック結晶としての反射光の変化と、金属層３による局在表面プラズモン共鳴としての吸収光の変化とが重なるため、凹凸構造２上の金属層３に被検出物が付着すると、その前後で、光学式センサー１から反射する光や吸収される光の変化が大きくなり光学式センサー１としての感度が向上するからである。
　ここで、二次元フォトニック結晶の原理式は、
λ：反射光の波長
ｄ：孔同士の距離
θ：光の入射角
ｎａ：平均屈折率
ｆ：孔が占める面積占有率
ｎhole：孔の屈折率
ｎmedium：孔の周囲の媒質の屈折率
とすると、ブラッグの式より、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
と表すことができる。
　また、局在表面プラズモン共鳴において分極率αは、
ｒｍ：金属層の半径
εｍ（ω）：金属層の誘電率
ε１：金属層周囲の媒質
とすると、マクスウェルの方程式より、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
で表すことができる。
　式（３）において発散条件は分極率の分母が０になることであり、このときに共鳴現象が生じる。入射光の波長に比べて十分に小さな金属層に生じる局在表面プラズモン共鳴の共鳴周波数は、金属層の誘電率εｍ（ω）と金属層周囲の媒質ε１によって決まる。入射光の波長に比べて金属層の大きさが無視できない場合には、共鳴周波数は、Ｍｉｅの散乱理論を用いることで導くことが可能であるが、実際には金属層の直径や形状にも依存することが知られている。
　式（３）より、局在表面プラズモン共鳴は、単一の金属層のみでも発現が可能であることから、局在表面プラズモン共鳴の励起には、金属層の大きさ、すなわちピラーの直径のみが関与することになる。
　したがって、凹凸構造２から反射される光のピーク波長と金属層３で吸収される光のピーク波長との差をできる限り小さく形成するためには、まず、金属層３の大きさを決定して局在表面プラズモン共鳴による吸収光のピーク波長を固定し、この波長がフォトニック結晶による反射光のピーク波長と同じになるように、孔同士の距離及び平均屈折率を制御すれば良い。
　なお、凹凸構造２から反射される光のピーク波長と金属層３で吸収される光のピーク波長との差は、反射光や吸収光を受光する受光手段の性能にもよるが、１０ｎｍ以下が良く、好ましくは５ｎｍ以下が良い。
　上述した凹凸構造２及び金属層３のいずれか一方又は両方の表面に被検出物を特異的に吸着する吸着素子を形成するようにしても良い。吸着素子に用いる材料としては、被検出物を特異的に結合でき、かつ、凹凸構造２や金属層３に固定できるものであればどのようなものでも良い。例えば、抗原に対しては抗体、抗体に対しては抗原、ハプテンに対しては抗ハプテン抗体、抗ハプテン抗体に対してはハプテン、ＤＮＡに対してはハイブリダイズすることができるＤＮＡ又はＰＮＡ、ビオチンに対してはアビジンあるいはストレプトアビジン、アビジンあるいはストレプトアビジンに対してはビオチンあるいはビオチン化タンパク、ホルモン受容体（例えばインスリン受容体）に対してはホルモン（例えばインスリン）、ホルモン（例えばインスリン）に対してはホルモン受容体（例えばインスリン受容体）、レクチンに対しては対応する糖鎖、糖鎖に対しては対応するレクチンなどが挙げられる。また、吸着素子は、特異的結合能を有するそれらのフラグメントあるいはサブユニットなどをも含む。さらに、細胞自体を吸着素子として選択可能であり、この場合の被検出物は、該細胞のある一部（受容体等）を特異的に認識するものでよい。
　なお、被検出物とは、凹凸構造２、金属層３、吸着素子の少なくともいずれかと吸着し得るもの、または凹凸構造２、金属層３のいずれかを溶解又は分解し得るものであり、化学物質や生体物質等がある。具体的には、抗原、抗体、レセプター、リガンド、レクチン、糖鎖化合物、ＲＮＡ、ＤＮＡ、ＰＮＡ、ハプテン等が挙げられる。被検出物の機能から分類すると、ホルモン、イムノグロブリン、凝固因子、酵素、薬剤等が含まれる。物質名では、血清アルブミン、マクログロブリン、フェリチン、α－フェトプロテイン、ＣＥＡ、前立腺特異抗原（ＰＳＡ）、Ｂ型肝炎ウイルス表面抗原（ＨＢｓＡｇ）、ＨＩＶ－１Ｐ２４などが挙げられる。
　また、本発明の光学式センサーは、金属層３がないフォトニック結晶としての機能を有するだけのものであっても、ナノインプリント技術を適用し易い形状と材料で形成されたものであるという点で従来のセンサーより優れている。なぜなら、ナノインプリント技術は、微細な構造を精密かつ容易に加工することができるため、製造コストが低く、非常に高感度かつ信頼性の高いセンサーを提供することが可能なためである。また、従来の光学式センサーは再現性が低く、製造された光学式センサー同士の誤差が非常に大きいため、異なる光学式センサー間で光学特性の比較をするということは困難であった。しかしながら、ナノインプリント技術で形成された光学式センサーは、同一のものを再現性良く大量生産できるため、異なる光学式センサー間であっても光学特性を比較することができる。したがって、被検出物の濃度による光学特性の変化を データーベース化することにより、より簡易な検出を行うことができるという利点もある。更に、金属層３を形成した光学式センサー１を製造するための中間体としての意義も有している。
　次に、本発明の光学式センサーの製造方法について説明する。
　本発明の光学式センサーの製造方法は、所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造２を形成する凹凸構造形成工程と、凹凸構造２の表面に局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層３を形成する金属層形成工程と、で主に構成される。
　凹凸構造形成工程は、所定の形状が二次元的に正確に周期配列された凹凸構造であって、フォトニック結晶として機能するものを形成できるのであればどのようなものでも良いが、好ましくはインプリント技術を用いるのが良い。
　熱インプリント技術を用いる場合には、まず、熱可塑性樹脂９からなるフィルム又は基板等を用意し、これに所望のパターンを形成する。
　この熱可塑性樹脂としては、例えば、環状オレフィン重合体や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリエステル系樹脂等を用いることができる。
　凹凸構造２の形成は、まず、ニッケル等の金属やセラミックス、ガラス状カーボン等の炭素素材、シリコンなどから形成された型10を、熱可塑性樹脂９のガラス転移温度以上に加熱し、これを当該熱可塑性樹脂からなるフィルム又は基板に押圧する（図２（ａ））。次に、当該熱可塑性樹脂をガラス転移温度以下に冷却した後、離型する。これにより、型に形成されたパターン10ａ（凹凸構造２の反転パターン）が転写される（図２（ｂ））。
　なお、凹凸構造２の形成方法はこれに限られるものではなく、半導体微細加工技術等を適用して形成することも可能である。
　金属層形成工程は、局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属を局在した状態で凹凸構造２上に形成できるものであればどのようなものでも良いが、例えば、物理気相成長法（ＰＶＤ）により金属を凹凸構造２上に堆積させて形成すれば良い（図２（ｃ））。また、化学気相成長法（ＣＶＤ）や無電界めっきなどのめっき法等によって形成しても良い。この際、金属層３の膜厚は任意であるが、感度を考慮した場合、好ましくは５～２００ｎｍにするのが良い。
　また、図示しないが、凹凸構造２又は金属層３に吸着素子を形成する場合には、疎水性相互作用による物理的吸着や、薬品等による金属層３への化学的結合などを用いて形成すれば良い（吸着素子形成工程）。
　なお、取扱を容易にするために、センサー性能を損なわない形状で筐体や枠を構築してチップ化してもよい。
　次に、本発明の光学式センサーの使用方法（検出方法）について下記に説明する。
（１）まず、被検出物等が吸着されていない状態の光学式センサー１に光21を照射し、反射光22の光学特性、特に、反射光のピーク波長や強度に関する情報を取得する（図１又は図１０参照）。光源30としてはどのようなものでも良いが、例えば、タングステン・ハロゲン光源や発光ダイオード、ＬＥＤ、重水素ランプ、有機ＥＬ、レーザー等を用いれば良い。また、反射光を検出する光検出手段40には、例えば、マルチチャンネル分光器やＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳセンサー等を用いることができる。また、取得した情報の処理には、コンピュータ等の情報処理手段50を用いれば良い。
（２）次に、被検出物が含まれ得る試料を本発明の光学式センサー１の凹凸構造２上に接触させた後、同様に反射光22の光学特性に関する情報を取得する。
（３）最後に、光学式センサーから反射される光の光学特性と、凹凸構造２に試料を接触させた後の光学式センサーから反射される光の光学特性とを比較することにより、溶液中に含まれる被検出物の有無や量を検出する。
　なお、予め試料に含まれる被検出物の濃度等を変化させた際の反射光の光学特性を光学式センサー１で検出してデーターベース化し、このデータと凹凸構造２に試料を接触させた後の光学式センサーから反射される光の光学特性とを比較することにより、溶液中に含まれる被検出物の有無や量を検出しても良い。この場合、（１）の操作は不要になる。
　また、光学式センサー１に光を照射し、透過光23の光学特性に関する情報を利用しても良い（図３又は図１１参照）。この場合、下記のように使用すれば良い。
（１）まず、被検出物等が吸着されていない状態の光学式センサー１に光21を照射し、透過光23の光学特性、特に、透過光23のピーク波長や強度に関する情報を取得する。
（２）次に、被検出物が含まれ得る試料を本発明の光学式センサー１の凹凸構造２上に接触させた後、同様に透過光23の光学特性に関する情報を取得する。
（３）最後に、光学式センサーを透過した光の光学特性と、凹凸構造２に試料を接触させた後の光学式センサーを透過した光の光学特性とを比較することにより、溶液中に含まれる被検出物の有無や量を検出する。
　なお、この場合にも、予め試料に含まれる被検出物の濃度等を変化させた際の透過光の光学特性を光学式センサー１で検出して データーベース化し、このデータと凹凸構造２に試料を接触させた後の光学式センサーを透過する光の光学特性とを比較することにより、溶液中に含まれる被検出物の有無や量を検出しても良い。この場合、（１）の操作は不要になる。
　次に本発明の実施例について説明する。
　熱インプリント技術を用いて、ピラー状パターンが形成されたニッケル金型からガラス転移温度（Ｔｇ）が163℃の環状オレフィン系樹脂フィルム（日本ゼオン社製、商品名：ゼオノアフィルムZF-16：厚み100μｍ）に当該パターンを転写し、直径約250nm、深さ150nmの孔がピッチ500nmで複数配置された凹凸構造を有する光学式センサーＡを作製した。
　熱インプリントは次の方法で行った。まず、前記樹脂フィルムに対し、予め205℃に加熱したニッケル金型を圧力２MPaで180秒間押圧する。次に、ニッケル金型と樹脂フィルムを100℃まで冷却した後、この樹脂フィルムからニッケル金型を離型し、孔状の凹凸構造を形成する。なお、熱インプリントには、SCIVAX社のインプリント装置（VX）を使用した。
　次に、光学式センサーＡを用いて、濃度の異なる蛋白質の吸着検出を試みた。
　蛋白質としては、妊娠中に産生されるホルモンであるヒト絨毛性ゴナドトロピン（Human chorionic gonadotropin：ｈＣＧ）を用い、これを超純水によって１pg/ml、１０pg/ml、１００pg/mlの濃度に調整した。次にこの溶液を光学式センサーＡへ滴下し、５分間室温にて静置することにより、ヒト絨毛性ゴナドトロピンを凹凸構造２上へ物理的に吸着させた。静置後は、超純水によって洗浄操作を行い、余剰のｈＣＧを除去し、乾燥させた後に光学特性の評価を行った。
　光学特性の評価は、タングステン・ハロゲン光源（Ocean Optics,LS-1）からの白色光をマルチチャンネルファイバー（Ocean Optics,r200-7UV/VIS）を介して光学式センサーＡの凹凸構造２上へ垂直に入射し、その反射光をマルチチャンネル分光器（Ocean Optics,USB4000）によって検出した。なお、光学特性評価は、波長350nm～1000nmの範囲において行った。
　蛋白質の吸着前後における光学特性を図４に示す。また、蛋白質の濃度に対する反射光のピーク波長の変化を図５に、強度の変化を図６に示す。
　その結果、蛋白質の濃度が１pg/mlの場合にはピークシフトが観察され（図５参照）、濃度が10pg/ml、100pg/mlの場合には強度の増加を観察することができた（図６参照）。
　熱インプリント技術を用いて、ピラー状パターンが形成されたニッケル金型からガラス転移温度（Ｔｇ）が163℃の環状オレフィン系樹脂フィルム（日本ゼオン社製、商品名：ゼオノアフィルムZF-16：厚み100μｍ）に当該パターンを転写し、直径約100nm、深さ150nmの孔がピッチ200nmで複数配置された凹凸構造を有するフィルムＢと、直径約250nm、深さ150nmの孔がピッチ500nmで複数配置された凹凸構造を有するフィルムＣを作製した。
　熱インプリントは次の方法で行った。まず、前記樹脂フィルムに対し、予め205℃に加熱したニッケル金型を圧力２MPaで180秒間押圧する。次に、ニッケル金型と樹脂フィルムを100℃まで冷却した後、この樹脂フィルムからニッケル金型を離型し、孔状の凹凸構造を形成する。なお、熱インプリントには、SCIVAX社のインプリント装置（VX）を使用した。
　次に、フィルムＢとフィルムＣの凹凸構造の表面に真空蒸着法によって金（Ａｕ）からなる厚さ約３０nm程度の金属層を形成した。
　なお、真空蒸着は、真空度1.0×10-3Ｐａ以下において、蒸着速度1.0オングストローム以上で金（Ａｕ）を堆積させることにより行った。
　次に、フィルムＢ、フィルムＣの金属層表面にHuman fibrinogen（被検出物）を吸着する抗体（吸着素子）を固定し、光学式センサーＢおよび光学式センサーＣを作製した。
　抗体の固定は次の方法で行った。まず、DDA(4,4'0Dithiodibutylic acid)にてフィルムＢ、フィルムＣの表面へ自己組織化単分子層を形成し、カルボキシル基(-COOH)を導入する。次に、400 mM WSC(Water soluble carbodiimide)/100 mM NHS混合液にてNHS基を導入する。これに、100 mg/mlにPBS(Phosphate buffered saline, pH 7.4)にて調製した抗体溶液を添加し、抗体を固定する。最後に、1M Ethanol amine溶液を添加し、未反応NHS基をブロッキングする。
　次に、光学式センサーＢ、Ｃを用いて、濃度の異なるHuman fibrinogenの吸着検出を試みた。Human fibrinogenの吸着は、１fg/ml，１pg/ml，１ng/ml，１μg/ml，１mg/mlの濃度に調製したHuman fibrinogen溶液を光学式センサーＢ、Ｃに滴下し、10分間室温にて静置することにより、凹凸構造上の抗体（吸着素子）へ吸着させた。静置後は、超純水によって洗浄操作を行い、余剰のHuman fibrinogenを除去し、乾燥させた後に光学特性の評価を行った。
　光学特性の評価は、タングステン・ハロゲン光源（Ocean Optics,LS-1）からの白色光をマルチチャンネルファイバー（Ocean Optics,r200-7UV/VIS）を介して光学式センサーＢ、Ｃの凹凸構造２上へ垂直に入射し、その透過光をマルチチャンネル分光器（Ocean Optics,USB4000）によって検出した。
　光学式センサーＢに対するHuman fibrinogenの吸着前後における光学特性を図７に、光学式センサーＣに対するHuman fibrinogenの吸着前後における光学特性を図８に示す。
　その結果、光学式センサーＢ、ＣのいずれもHuman fibrinogenの濃度に応じて吸光度が変化した。また、Human fibrinogen濃度が１pg/ml以下においても吸光度の変化を観察することができた。
　熱インプリント技術を用いて、ピラー状パターンが形成されたニッケル金型からガラス転移温度（Ｔｇ）が163℃の環状オレフィン系樹脂フィルム（日本ゼオン社製、商品名：ゼオノアフィルムZF-16：厚み100μｍ）に当該パターンを転写し、直径約200nm、深さ150nmの孔がピッチ200nmで複数配置された凹凸構造を有するフィルムＤを作製した。
　熱インプリントは次の方法で行った。まず、前記樹脂フィルムに対し、予め205℃に加熱したニッケル金型を圧力２MPaで180秒間押圧する。次に、ニッケル金型と樹脂フィルムを100℃まで冷却した後、この樹脂フィルムからニッケル金型を離型し、孔状の凹凸構造を形成する。なお、熱インプリントには、SCIVAX社のインプリント装置（VX）を使用した。
　次に、フィルムＤの凹凸構造の表面にHuman fibrinogen（被検出物）を吸着する抗体（吸着素子）を固定し、光学式センサーＤを作製した。
　抗体の固定は次の方法で行った。まず、Anti-human fibrinogen antibody溶液（10μg/ml）に浸漬し１時間静置させ、疎水性相互作用にて抗体を凹凸構造に固定する。これを超純水で洗浄し、乾燥する。
　次に、光学式センサーＤを用いて、濃度の異なるHuman fibrinogenの吸着検出を試みた。Human fibrinogenの吸着は、まず、リン酸緩衝液（20mM,pH7.4）に１fg/ml，１pg/ml，１ng/ml，１μg/mlの濃度に調製したHuman fibrinogen溶液を用意し、これに光学式センサーＤを１時間浸漬させた。次に、超純水によって洗浄操作を行い、余剰のHuman fibrinogenを除去し、乾燥させた後に光学特性の評価を行った。
　光学特性の評価は、タングステン・ハロゲン光源（Ocean Optics,LS-1）からの白色光をマルチチャンネルファイバー（Ocean Optics,r200-7UV/VIS）を介して光学式センサーＢ、Ｃの凹凸構造２上へ垂直に入射し、その透過光をマルチチャンネル分光器（Ocean Optics,USB4000）によって検出した。
　光学式センサーＤに対するHuman fibrinogenの吸着前後における光学特性を図９に示す。
　その結果、光学式センサーＤは、Human fibrinogenの濃度に応じて吸光度が変化した。また、Human fibrinogen濃度が１pg/ml以下においても吸光度の変化を観察することができた。
　以上より、本発明の光学式センサーは、従来の分析手法では分析が困難であるか、または大型・高額な分析装置を必要としていた１pg/ml以下という微量な濃度であっても、簡便かつ高感度に検出可能であることが示された。

Claims (16)

  1. 　所定の被検出物を検出するための光学式センサーであって、
    　所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造と、
    　前記凹凸構造の表面に形成され局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層と、
    を具備することを特徴とする光学式センサー。
  2. 　前記凹凸構造から反射される光のピーク波長と前記金属層で吸収される光のピーク波長との差が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学式センサー。
  3. 　前記凹凸構造は、50～500ｎｍの範囲内の一定の直径を有する柱又は孔を50～1000ｎｍの範囲内の一定の間隔で二次元的に周期配列したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の光学式センサー。
  4. 　前記金属層は、膜厚が５～200ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光学式センサー。
  5. 　前記金属層は、表面に前記被検出物を吸着する吸着素子を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光学式センサー。
  6. 　前記凹凸構造は、環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル系樹脂のいずれかによって形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光学式センサー。
  7. 　所定の被検出物を検出するための光学式センサーであって、
    　所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造を具備し、当該凹凸構造が環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル系樹脂のいずれかから選択された樹脂によって形成されたものであることを特徴とする光学式センサー。
  8. 　前記凹凸構造は、インプリント技術によって形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光学式センサー。
  9. 　前記凹凸構造は、前記被検出物によって溶解又は分解する材料によって形成されるものであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光学式センサー。
  10. 　前記金属層は、前記被検出物によって溶解又は分解する材料によって形成されるものであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の光学式センサー。
  11. 　前記凹凸構造は、表面に前記被検出物を吸着する吸着素子を具備することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光学式センサー。
  12. 　所定の被検出物を検出するための光学式センサーの製造方法であって、
    　所定の形状が二次元的に周期配列されフォトニック結晶として機能する凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、
    　前記凹凸構造の表面に局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層を形成する金属層形成工程と、
    を有することを特徴とする光学式センサーの製造方法。
  13. 　前記凹凸構造形成工程は、前記凹凸構造をインプリント技術によって形成することを特徴とする請求項１２記載の光学式センサーの製造方法。
  14. 　前記金属層形成工程は、前記金属層を物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、メッキ法のいずれかによって形成することを特徴とする請求項１２又は１３記載の光学式センサーの製造方法。
  15. 　試料中に含まれる被検出物を検出するための検出方法であって、
    　フォトニック結晶として機能する凹凸構造と、前記凹凸構造の表面に形成され局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層とを有し、前記凹凸構造から反射される光のピーク波長と前記金属層で吸収される光のピーク波長との差が１０ｎｍ以下である光学式センサーを用意し、
    　前記光学式センサーから反射される光の特性と、前記凹凸構造に前記試料を接触させた後の前記光学式センサーから反射される光の特性と、を比較することにより、前記溶液中に含まれる被検出物を検出することを特徴とする検出方法。
  16. 　試料中に含まれる被検出物を検出するための検出方法であって、
    　フォトニック結晶として機能する凹凸構造と、前記凹凸構造の表面に形成され局在表面プラズモン共鳴を励起可能な金属層とを有し、前記凹凸構造から反射される光のピーク波長と前記金属層で吸収される光のピーク波長との差が１０ｎｍ以下である光学式センサーを用意し、
    　種々の濃度の被検出物を含有する試料を前記光学式センサーに接触させて、当該光学式センサーから反射される光の特性を検出して作成したデーターベースを用意し、
    　前記凹凸構造に前記試料を接触させた後の前記光学式センサーから反射される光の特性と、前記データーベースに蓄積された情報とを比較することにより、前記溶液中に含まれる被検出物を検出することを特徴とする検出方法。
PCT/JP2009/005415 2008-10-17 2009-10-16 光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法 Ceased WO2010044274A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010533836A JP5488469B2 (ja) 2008-10-17 2009-10-16 光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法
US13/126,343 US20120038926A1 (en) 2008-10-17 2009-10-16 Optical sensor, method for manufacturing same and detection method using optical sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-269231 2008-10-17
JP2008269231 2008-10-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010044274A1 true WO2010044274A1 (ja) 2010-04-22

Family

ID=42106444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/005415 Ceased WO2010044274A1 (ja) 2008-10-17 2009-10-16 光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120038926A1 (ja)
JP (1) JP5488469B2 (ja)
WO (1) WO2010044274A1 (ja)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013129665A1 (ja) * 2012-03-01 2013-09-06 日本精工株式会社 標的物質捕捉装置およびそれを備えた標的物質検出装置
WO2013179342A1 (ja) * 2012-05-30 2013-12-05 株式会社バイオマーカーサイエンス バイオチップ
JP2014160021A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Nsk Ltd 標的物質捕捉装置およびそれを備えた標的物質検出装置
WO2014168041A1 (ja) * 2013-04-12 2014-10-16 日本精工株式会社 標的物質捕捉装置
JP2014206463A (ja) * 2013-04-12 2014-10-30 日本精工株式会社 標的物質捕捉装置
JP2015141144A (ja) * 2014-01-30 2015-08-03 国立大学法人 東京大学 光学素子
CN109470652A (zh) * 2018-10-24 2019-03-15 北京邮电大学 基于Fano谐振的椭圆空气孔部分刻蚀型光子晶体传感器
JP2021068821A (ja) * 2019-10-24 2021-04-30 国立大学法人東京農工大学 熱電変換素子
JP2021177166A (ja) * 2020-05-04 2021-11-11 ディージー グループ エス ピー エー バクテリア及び／又はウイルス検出用比色センサー
JP2023044017A (ja) * 2021-09-17 2023-03-30 公立大学法人大阪 検出装置、および、検出方法
KR102961865B1 (ko) * 2020-05-04 2026-05-07 디쥐 그룹 에스.피.에이. 박테리아 및/또는 바이러스를 검출하기 위한 비색 센서

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130230931A1 (en) * 2012-03-01 2013-09-05 Nsk Ltd. Target substance detecting apparatus, and target substance detecting method
JP6134975B2 (ja) * 2013-04-08 2017-05-31 富士フイルム株式会社 測定用デバイス、測定装置および方法
JP2014206471A (ja) * 2013-04-12 2014-10-30 Ｓｃｉｖａｘ株式会社 光学式センサー用検出方法
US11067507B2 (en) * 2017-06-01 2021-07-20 Versitech Limited Sensors with gradient nanostructures and associated method of use
JP7742632B2 (ja) * 2021-08-23 2025-09-22 公立大学法人大阪 被検出物質の検出キット、検出システムおよび検出方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005016963A (ja) * 2003-06-23 2005-01-20 Canon Inc 化学センサ、化学センサ装置
JP2005257458A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Sony Corp 表面プラズモン共鳴装置
JP2008014732A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Tohoku Univ 表面プラズモン共鳴測定装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4906704B2 (ja) * 2007-02-08 2012-03-28 キヤノン株式会社 面発光レーザ、及び面発光レーザを備えた発光装置
US20100279886A1 (en) * 2007-04-03 2010-11-04 University Of Rochester Two-dimensional photonic bandgap structures for ultrahigh-sensitivity biosensing
DE102007039784A1 (de) * 2007-08-23 2009-02-26 Clariant International Limited Anionische wasserlösliche Additive auf Allyl- und Vinyletherbasis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005016963A (ja) * 2003-06-23 2005-01-20 Canon Inc 化学センサ、化学センサ装置
JP2005257458A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Sony Corp 表面プラズモン共鳴装置
JP2008014732A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Tohoku Univ 表面プラズモン共鳴測定装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OSAMU SATO ET AL.: "Kin Nano Ryushi Coating Photonic Kessho ni yoru Hyomen Plasmon Sensor", JAPANESE JOURNAL OF OPTICS, vol. 34, no. 10, 2005, pages 530 - 532 *
REO ABE ET AL.: "Denshisen Lithography o Mochiita Nano Kozo no Keisei to Kyokuzai Hyomen Plasmon Kyomei no Reiki", THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN DAI 86 SHUNKI NENKAI (2006) KOEN YOKOSHU II, 30 March 2006 (2006-03-30), pages 945 *
TAKUHO SHA ET AL.: "2-Jigen Kinzoku Photonic Kessho o Mochiita Terahertz Hyomen Plasmon Sensor", THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS 2004 NEN SHUKI DAI 65 KAI EXTENDED ABSTRACTS, 2004, pages 982 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013129665A1 (ja) * 2012-03-01 2013-09-06 日本精工株式会社 標的物質捕捉装置およびそれを備えた標的物質検出装置
WO2013179342A1 (ja) * 2012-05-30 2013-12-05 株式会社バイオマーカーサイエンス バイオチップ
JPWO2013179342A1 (ja) * 2012-05-30 2016-01-14 株式会社バイオマーカーサイエンス バイオチップ
JP2014160021A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Nsk Ltd 標的物質捕捉装置およびそれを備えた標的物質検出装置
US10379111B2 (en) 2013-04-12 2019-08-13 Nsk Ltd. Target substance capturing device
WO2014168041A1 (ja) * 2013-04-12 2014-10-16 日本精工株式会社 標的物質捕捉装置
JP2014206463A (ja) * 2013-04-12 2014-10-30 日本精工株式会社 標的物質捕捉装置
JP5900615B2 (ja) * 2013-04-12 2016-04-06 日本精工株式会社 標的物質捕捉装置
JP2015141144A (ja) * 2014-01-30 2015-08-03 国立大学法人 東京大学 光学素子
CN109470652A (zh) * 2018-10-24 2019-03-15 北京邮电大学 基于Fano谐振的椭圆空气孔部分刻蚀型光子晶体传感器
JP2021068821A (ja) * 2019-10-24 2021-04-30 国立大学法人東京農工大学 熱電変換素子
JP7392972B2 (ja) 2019-10-24 2023-12-06 国立大学法人東京農工大学 熱電変換素子
JP2021177166A (ja) * 2020-05-04 2021-11-11 ディージー グループ エス ピー エー バクテリア及び／又はウイルス検出用比色センサー
JP7786881B2 (ja) 2020-05-04 2025-12-16 ディージー グループ エス ピー エー バクテリア及び／又はウイルス検出用比色センサー
KR102961865B1 (ko) * 2020-05-04 2026-05-07 디쥐 그룹 에스.피.에이. 박테리아 및/또는 바이러스를 검출하기 위한 비색 센서
JP2023044017A (ja) * 2021-09-17 2023-03-30 公立大学法人大阪 検出装置、および、検出方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5488469B2 (ja) 2014-05-14
JPWO2010044274A1 (ja) 2012-03-15
US20120038926A1 (en) 2012-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5488469B2 (ja) 光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法
Oliverio et al. Chemical functionalization of plasmonic surface biosensors: a tutorial review on issues, strategies, and costs
JP2010145408A (ja) バイオチップ及び生体物質検出装置
JP5720248B2 (ja) 表面プラズモンおよび蛍光共鳴エネルギー転移を利用した免疫アッセイ
US7403287B2 (en) Sensing element used in sensing device for sensing target substance in specimen by using plasmon resonance
KR20090128528A (ko) 바이오센서를 위한 교정 및 정규화 방법
JP2005181296A (ja) 局在化表面プラズモンセンサ、センシング装置およびセンシング方法
WO2002056012A1 (en) Fluorescent analysis element with the use of metallic nanowell and process for producing the same
Chen et al. Near-infrared surface plasmon resonance sensor with a graphene-gold surface architecture for ultra-sensitive biodetection
Krizkova et al. Nanotechnologies in protein microarrays
US7915053B2 (en) Substrate for target substance detecting device, target substance detecting device, target substance detecting apparatus and method using the same, and kit therefor
JP2006250668A (ja) 非標識バイオチップ
CN101825629B (zh) 波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法
Kashyap et al. Multiple protein‐patterned surface plasmon resonance biochip for the detection of human immunoglobulin‐G
Chen et al. Novel Multifunctional Meta‐Surface Plasmon Resonance Chip Microplate for High‐Throughput Molecular Screening
US20150204865A1 (en) Sensing method
Rastogi et al. Quantifying analyte surface densities and their distribution with respect to electromagnetic hot spots in plasmon-enhanced spectroscopic biosensors
CN102246042B (zh) 用于检测流体中的靶元素的感测器件
JP4580291B2 (ja) バイオセンサーを用いた測定方法
US7829349B2 (en) Base carrier for detecting target substance, element for detecting target substance, method for detecting target substance using the element, and kit for detecting target substance
EP1969352A2 (en) Method for increasing signal intensity in an optical waveguide sensor
WO2011065398A1 (ja) 光学式センサー及びその製造方法
Linman et al. Etched glass microarrays with differential resonance for enhanced contrast and sensitivity of surface plasmon resonance imaging analysis
TWI316603B (en) Method for immunoassays based on infrared reflection absorption spectroscopy
WO2009150583A1 (en) Diagnostic device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09820452

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010533836

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13126343

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09820452

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1