WO2012070175A1

WO2012070175A1 - 分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法

Info

Publication number: WO2012070175A1
Application number: PCT/JP2011/005126
Authority: WO
Inventors: 智子宮浦; 山東　康博
Original assignee: コニカミノルタホールディングス株式会社
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2012-05-31
Also published as: EP2645085A1; JPWO2012070175A1; EP2645085A4; US20130242298A1

Abstract

　本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置の分析チップ１０に含まれ、且つ流路部材１２と共同して検体を含む試料溶液が流れる流路１３を形成するプリズム部２０であって、表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部２１と、プリズム本体部２１の特定の面２３の面上に設けられる金膜２５と、を備える。そして、プリズム本体部２１は、特定の面２３から内側に向かって所定の厚さを有する混合層２８を有し、この混合層２８は、特定の面２３に金膜２５が成膜されるときにこの金膜２５を構成する金がイオン化された状態で特定の面２３から入り込むことにより形成されていることを特徴とする。

Description

分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法

　本発明は、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）の共鳴角の変化に基づいて検体を分析する表面プラズモン共鳴分析装置、又は表面プラズモン共鳴によって生じたエバネッセント波を用いて検体又は検体に標識された蛍光物質を発光させ、この蛍光を測定することにより検体の分析を行う表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に用いられる分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法に関するものである。

　従来から、タンパク質やＤＮＡ等を検出するバイオ測定等のような試料溶液に含まれる極微量の検体等を定量分析する方法として、表面プラズモン共鳴を利用した様々な分析方法が開発されている。これらの分析方法では、その殆どがプリズム上に金膜が成膜された所謂クレッチマン配置の分析チップが用いられる。そして、この分析チップにおける表面プラズモン共鳴の共鳴角の変化や、表面プラズモン共鳴に基づく金膜近傍の増強電場が利用されて、試料溶液中の極微量の検体等の分析が高感度且つ高精度に行われる（特許文献１参照）。

　具体的に、分析チップは、図１２に示すように、プリズム部１１１と、このプリズム部１１１と共同して試料溶液が流れる流路１１６を形成する流路部材１１７とを備える。プリズム部１１１は、ガラスや樹脂によって形成されるプリズム本体部１１２と、このプリズム本体部１１２の所定の面１１２ｂの面上に成膜される金膜１１３と、を有する。

　この分析チップ１１０のプリズム本体部１１２に励起光が入射して所定の面１１２ｂの面上の金膜１１３によってこの励起光が反射されると、所定の入射角において金膜１１３の表面近傍の電場が大きく増強される。これは、励起光が所定の入射角（共鳴角）で金膜１１３に入射することにより、金膜１１３において表面プラズモン共鳴が生じ、これにより、金膜１１３の表面近傍の電場が大きく増強されるからである。この現象が金膜１１３の表面における屈折率の変化に対して高感度に応答する。このため、前記現象が利用されることにより、金膜１１３上を流れる試料溶液中に存在する極微量の物質の検出が可能となる。

　しかしながら、金膜１１３は、ガラスや樹脂に対する密着力が弱く且つ軟らかいため、プリズム本体部１１２から剥がれたり傷ついたりし易い。そのため、分析チップ１１０の組み立てや、検体の分析毎に分析チップ１１０の流路１１６等が洗浄される際に、金膜１１３の一部にプリズム本体部１１２からの剥がれや傷等が生じる場合があった。

　具体的には、プリズム本体部１１２の所定の面１１２ｂの面上に金膜１１３が形成された後、このプリズム部１１１と流路部材１１７との接合のために当該プリズム部１１１における金膜１１３の形成された部位がピンセット等で挟まれたときに、金膜１１３に剥がれや傷等が生じる場合があった。また、流路１１６等の洗浄のためにプリズム部１１１と流路部材１１７とが離間させられたときに、金膜１１３の流路部材１１７と当接していた部分にプリズム本体部１１２からの剥がれや傷等が生じる場合があった。このように、金膜１１３に剥がれや傷等が生じると、このプリズム部１１１が用いられた分析チップ１１０が使用されて検体の分析が行われたときに、検体の検出が精度よく行えない場合がある。

日本国特許第４３７０３８３号公報

　本発明の目的は、金膜が剥がれ難い分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法を提供することである。

　本発明に係る分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法では、プリズム本体部が、金膜の設けられた特定の面に沿って当該特定の面の内側に金と当該プリズム本体部を構成する物質とが混在する混合層を有する。このため、本発明によれば、金膜が剥がれ難い分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法を提供することができる。

　上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

図１は、本実施形態に係る分析チップの斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ端面図である。図３は、前記分析チップの分解斜視図である。図４は、他実施形態に係る分析チップのプリズム部の構造を説明するための断面図である。図５は、混合層部を説明するための拡大断面図である。図６は、他実施形態に係るシール部材を説明するための分析チップの分解斜視図である。図７は、本実施形態に係る分析チップの製造方法のフローを示す図である。図８は、プラズマ支援型スパッタ法による真空成膜装置の構成を説明するための図である。図９は、テープ剥離試験（ごばん目テープ剥離試験：ＪＩＳ　Ｄ０２０２－１９８８に準拠）を説明するための図である。図１０は、電子ビーム加熱式真空蒸着法による真空成膜装置の構成を説明するための図である。図１１は、イオンプレーティング法による真空成膜装置の構成を説明するための図である。図１２は、従来の分析素子チップの概略縦断面図である。

　以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

　本実施形態に係る分析チップは、表面プラズモン共鳴の共鳴角の変化に基づいて検体を分析する分析装置や、検体若しくは検体に標識された蛍光物質が表面プラズモン共鳴に基づくエバネッセント波により励起されて発した蛍光を測定する分析装置等に用いられる。この分析チップは、所謂クレッチマン配置のセンサーチップである。

　具体的に、分析チップは、図１乃至図３に示すように、金膜２５を有するプリズム部２０と、このプリズム部２０と共同して検体を含む試料溶液が流れる流路１３を形成する流路部材１２と、を備える。

　プリズム部２０は、内部に入射した励起光が金膜２５によって反射されることにより当該金膜２５に表面プラズモン共鳴が生じる。具体的に、プリズム部２０は、表面プラズモンを生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部２１と、プリズム本体部２１の特定の面２３の面上に形成される金膜２５と、を有する。

　プリズム本体部２１は、入射面２２と、反射面（特定の面）２３と、出射面２４と、をその表面に含み、透明なガラス又は樹脂により形成されている。

　入射面２２は、分析チップ１０が表面プラズモン共鳴蛍光分析装置等に設置されて検体の分析が行われるときに、当該装置の光源（図示省略）が射出する励起光をプリズム本体部２１の内部に入射させる。また、反射面２３は、分析チップ１０が表面プラズモン共鳴蛍光分析装置等に設置されて検体の分析が行われるときに、入射面２２からプリズム本体部２１の内部に入射した励起光を当該面２３上に形成された金膜２５によって反射する。また、出射面２４は、分析チップ１０が表面プラズモン共鳴蛍光分析装置等に設置されて検体の分析が行われるときに、反射面２３（詳しくは、反射面２３上の金膜２５）によって反射された励起光をプリズム本体部２１の外部に出射する。

　本実施形態のプリズム本体部２１は、プリズムのみであるが、これに限定されない。例えば、プリズム本体部は、図４に示すように、プリズム２１１と、金膜２５を有する基板２１２と、を有してもよい。この場合、プリズム２１１には金膜２５が成膜されず、基板２１２に金膜２５が成膜される。具体的には、基板２１２は、プリズム２１１と同じ屈折率を有し、表面（厚さ方向における一方の面）２３の面上に金膜２５を有する。この基板２１２は、裏面（厚さ方向における他方の面）２１２ｂをプリズム２１１に向け、当該プリズム２１１の所定の面２１１ａの面上にマッチングオイル２１３を介して配置される。即ち、基板２１２は、表面２３が金膜２５と対向し且つ裏面２１２ｂがマッチングオイル２１３を介してプリズム２１１の所定の面２１１ａと対向するように配置される。このように、プリズム本体部２１Ａがプリズム２１１と金膜２５の形成された基板２１２とを有することにより、剥がれや汚れ、損傷等によって金膜２５の交換が必要になったときに、基板２１２のみが交換されてプリズム２１１が使い続けられる。このため、コスト削減が図られる。

　このプリズム本体部２１は、図５にも示すように、反射面２３と直交する方向において、当該反射面２３からプリズム本体部２１の内側に向かって所定の厚さを有する混合層部（混合層）２８を備える。

　混合層部２８は、反射面２３からプリズム本体部２１の内側に金膜２５を構成する金がイオン化した状態で入り込むことによって形成される。即ち、混合層部２８では、プリズム本体部２１の他の部位（混合層部２８を除く部位）を構成する物質（前記のガラス又は樹脂）と金膜２５を構成する金元素とが混在している。

　この混合層部２８は、１０ｎｍ以下の厚さを有する。混合層部２８がこのような厚さであれば、当該プリズム部２０における表面プラズモン共鳴に適した金膜２５の厚さが容易に求められる。具体的には、混合層部２８の屈折率が、プリズム本体部２１の他の部位の屈折率と異なる。このため、混合層部２８の厚さが１０ｎｍよりも大きいと、表面プラズモン共鳴に適した金膜２５の厚さが導出されるときに混合層部２８の屈折率や厚さ等が考慮されなければならない。このため、プリズム部２０における表面プラズモン共鳴に適した金膜２５の厚さの導出が困難となる。これに対し、混合層部２８の厚さが１０ｎｍ以下であれば、混合層部２８の屈折率や厚さを無視してプリズム本体部２１の他の部位の屈折率のみから表面プラズモン共鳴に適した金膜２５の厚さを導出することができる。ここで、本実施形態の混合層部２８の厚さとは、プリズム本体部２１内において金が存在する領域の厚さである。

　尚、プリズム本体部２１では、本実施形態のように断面形状が台形（図２参照）でなくてもよい。プリズム本体部２１は、入射面２２と反射面２３と出射面２４とをその表面に含み、入射面２２から内部に入射した励起光が反射面２３（詳しくは、反射面２３上の金膜２５）によって反射され、この反射された励起光がプリズム本体部２１の内部において乱反射せずに出射面２４から外部に出射されるような形状であればよい。

　金膜２５は、プリズム本体部２１の反射面２３の面上に成膜（形成）された金製の薄膜である。この金膜２５は、当該金膜２５を構成する多数の金元素のうちの一部が反射面２３からプリズム本体部２１内に入り込むことによって混合層部２８を形成する。金膜２５は、プリズム部２０において金膜２５により励起光が反射されることにより生じるエバネッセント波を増幅する。即ち、反射面２３上に金膜２５が設けられて当該金膜２３に表面プラズモン共鳴が生じることにより、金膜２５の設けられていない反射面２３において励起光を全反射させてエバネッセント波を生じさせた場合に比べ、反射面２３の表面近傍に形成される電場を増強させることができる。尚、金膜２５は、表面プラズモン共鳴を生じさせることができるように、膜厚が１００ｎｍ以下の薄膜である。好ましくは、金膜２５は、膜厚が３０ｎｍ以上且つ７０ｎｍ以下となるように反射面２３の面上に成膜される。

　また、金膜２５の表面（プリズム本体部２１と反対側の面）２５ａには、試料溶液に含まれる検体（特定の抗原等）を捕捉するための生理活性物質２６が固定されている。本実施形態の生理活性物質２６は抗体である。この生理活性物質２６は、表面処理によって金膜２５の表面２５ａに固定される。具体的に、生理活性物質２６は、金膜２５の表面２５ａにおいて、プリズム本体部２１が流路部材１２と共同して流路１３を形成したときにこの流路１３を流れる試料溶液と接する領域に固定される。尚、図２及び図４に示す生理活性物質２６は、模式的に表したものであり、実際の形状とは異なる。

　以上のような金膜２５は、電子ビーム加熱真空蒸着法、抵抗加熱真空蒸着法、マグネトロンスパッタ法、プラズマ支援型スパッタ法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法等の真空成膜法によって反射面２３の面上に成膜される。

　流路部材１２は、プリズム本体部２１の反射面２３上（詳しくは、金膜２５上）に設けられ、プリズム本体部２１と共同して流路１３を形成する。この流路部材１２は、透明な樹脂により形成される。本実施形態の流路部材１２は、水平方向に拡がる板状の部材である。

　流路１３は、抗原抗体反応が行われる検出部１３ａと、分析チップ１０の外部から検出部１３ａへ試料溶液を案内し、又は検出部１３ａから分析チップ１０の外部へ試料溶液を案内する案内部１３ｂと、を有する。検出部１３ａは、流路部材１２の裏面（図２において下側の面）１２ｂに設けられた溝とプリズム本体部２１上の金膜２５とにより囲まれている。即ち、この検出部１３ａでは、試料溶液が金膜２５の表面（生理活性物質２６が固定されている面）２５ａと接しつつ流れる。各案内部１３ｂは、一方の端部が流路部材１２の表面（図１において上側の面）１２ａにおいて開口し、他方の端部（前記一方の端部と反対側の端部）が検出部１３ａと接続されている。このように案内部１３ｂと検出部１３ａと案内部１３ｂとが順に繋がることにより、一本の流路１３が形成される。

　また、流路部材１２は、流路１３を構成する裏面１２ｂの溝内にシール部材１５を有する。このシール部材１５は、金膜２５側からプリズム本体部２１に流路部材１２を接合させたときに、検出部１３ａを水平方向から囲み、且つ流路部材１２の裏面１２ｂの溝内面とプリズム部２０の金膜２５とに密着する。これにより、流路部材１２とプリズム部２０との接合部位からの試料溶液の漏れが防止される。本実施形態のシール部材１５は、いわゆるＯリングである。尚、シール部材１５は、Ｏリングに限定されない。例えば、シール部材は、図６に示すように、流路１３の検出部１３ａに対応する形状にくり貫かれた両面粘着シート１５Ａ等であってもよい。この場合、シール部材は、流路部材１２とプリズム部２０との間に配置される。

　流路部材１２は、裏面１２ｂがプリズム部２０の反射面２３（詳しくは、金膜２５）に圧着された状態となるようにクランプやねじ等の固定部材によってプリズム部２０と接合される。これにより、流路部材１２とプリズム部２０との離間が容易になり、金膜２５の汚れや損傷等によるプリズム部２０の交換が可能になる。

　尚、流路部材１２は、着脱可能にプリズム部２０に接合されなくてもよい。即ち、流路部材１２は、接着によりプリズム部２０に接合されてもよく、レーザー溶着や超音波溶着等によって接合されてもよい。また、流路部材１２とプリズム部２０とが液密に接合されていれば、検出部１３ａを囲むシール部材１５はなくてもよい。

　以上の分析チップ１０は、以下のようにして製造される。

　<プリズム部の製造>
　所定の形状のプリズム本体部（本実施形態では、プリズム）２１が準備される（ステップＳ１）。このプリズム本体部２１が真空成膜装置等の成膜位置に配置される。そして、前記真空成膜装置等によって反射面２３の面上に金膜２５が成膜される。具体的には、プリズム本体部２１が真空雰囲気中に配置され、イオン化された状態の金（金イオン）が反射面２３に供給される。これにより、反射面２３の略全体に金膜２５が成膜される。本実施形態では、電子ビーム加熱式真空蒸着法、マグネトロンスパッタ法、プラズマ支援型スパッタ法、イオンアシスト蒸着法、及びイオンプレーティング法等の真空成膜法によって、金膜２５が反射面２３の面上に形成される。

　詳しくは、まず、プリズム本体部２１が真空製膜装置等の真空チャンバー内に配置され、真空チャンバー内の空気が排気される。これにより、当該チャンバー内が真空雰囲気となる。真空成膜装置等は、真空雰囲気のチャンバー内において、反射面２３へ供給する金イオンを発生させ、この金イオンを反射面２３に向けて供給する。このとき、反射面２３に向けて供給される金は、全てイオン化した状態でなくてもよい。

　反射面２３に到達した多数の金イオンは、その一部（所定のエネルギーより大きなエネルギーを持った金イオン）が反射面２３からその内側に入り込むことにより、プリズム本体部２１に混合層部２８を形成する（ステップＳ２）。さらに、金イオンが反射面２３に向けて供給され続けると、プリズム本体部２１内（混合層）に入り込んだ金と連続するように反射面２３の外側に金が堆積される。そして、所定の厚さまで金が堆積されることにより金膜２５が完成する（ステップＳ３）。このように形成された金膜２５では、反射面２３からプリズム本体部２１内に入り込んだ金元素がアンカーとして働く。その結果、樹脂やガラス製のプリズム本体部２１の反射面２３と、金膜２５と、が強固に密着する。このとき、反射面２３に向けて供給される金イオンの量が多い程、反射面２３から入り込む単位面積当たりの金の量が多くなる。また、反射面２３に到達（衝突）したときの金イオンの有するエネルギーが高い程、金イオンが反射面２３から内側に入り込む距離が長くなる。即ち、混合層部２８の厚さが大きくなる。

　以上のようにして、混合層部２８が形成されたプリズム本体部２１と、金膜２５と、を有するプリズム部２０が完成する。

　<分析チップの製造>
　金膜２５の表面２５ａにおける所定の領域に、生理活性物質２６が表面処理によって固定される（ステップＳ４）。所定の領域は、プリズム部２０に流路部材１２が接合されたときに流路１３の検出部１３ａに対応する部位（領域）である。

　所定の形状の流路部材１２が準備され（ステップＳ５）、この流路部材１２がプリズム部２０に金膜２５側から当接させられる。この状態で、ねじ等によって流路部材１２がプリズム部２０に固定されることにより（ステップＳ６）、分析チップ１０が完成する。

　以上の分析チップ１０によれば、金膜２５の一部がプリズム本体部２１（混合層部２８）内に入り込むことによって金膜２５のプリズム本体部２１に対する高い密着性が得られる。これにより、プリズム本体部２１から金膜２５が剥がれ難くなる。即ち、金膜２５を構成する多数の金元素のうちの一部がプリズム本体部２１内に入り込んで混合層部２８が形成されることによって、プリズム本体部２１と金膜２５とが強固に接合される。これにより、プリズム本体部２１に混合層部２８が形成されることなく単に特定の面の面上に設けられた金膜に比べ、金膜２５のプリズム本体部２１に対する密着強度が大きくなる。

　尚、本発明のプリズム部２０、このプリズム部２０を含む分析チップ１０、及び分析チップ１０のプリズム部２０の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

　上記実施形態では、金膜２５が反射面２３に形成されるときに、金イオンが反射面２３に打ち込まれて混合層部２８が形成される工程と、金膜２５の反射面２３よりも外側の部位が形成される工程と、が真空成膜法によって連続して行われるが、これに限定されない。例えば、イオン注入法によって反射面２３から金イオンが注入されて混合層部２８のみが先に形成され、その後、真空成膜法により金膜２５の反射面２３よりも外側の部位が形成されてもよい。

　ここで、上記実施形態の分析チップ１０のプリズム部２０における金膜２５の剥がれ難さを評価するために、混合層部２８を備えたプリズム部２０と、混合層を備えていない点以外は上記実施形態と同じ構成を有するプリズム部とを比較する。

　本実施例のプリズム部２０は、以下のようにして作成（製造）された。

　ＬａＦ７１（ランタン含有クラウン系ガラス）製のプリズム本体部２１の反射面２３に、５０ｎｍの厚さの金膜２５がプラズマ支援型スパッタ法によって形成された。

　以下に、プラズマ支援型スパッタ法について説明する。

　プラズマ支援型スパッタ法による成膜は、例えば、図８に示す装置３０によって行われる。この装置３０は、真空チャンバー３１と、プリズム本体部２１を保持するホルダー３２と、カソードを構成し、且つ金イオンを発生させるための金ターゲットＧを保持するターゲットホルダー３３と、金ターゲットＧからホルダー３２に保持されたプリズム本体部２１に向かう金イオンの経路の途中に設けられるシャッター３４と、前記金イオンの経路の途中に設けられる支援コイル３５と、カソードにＲＦを印加する第１ＲＦ電源３６と、支援コイル３５にＲＦを印加する第２ＲＦ電源３７と、を備える。

　この装置３０では、プリズム本体部２１（又は基板２１２）が反射面２３を金ターゲットＧに向けた状態となるようにホルダー３２に保持され、空気が排気されて真空チャンバー３１内が所定の真空雰囲気となる。そして、真空チャンバー３１内にアルゴンガスが供給されると共に、カソードに第１ＲＦ電源３３によってＲＦが印加されることにより放電が生じ、以下の反応により金ターゲットＧから金がスパッタされる。
　　　　　　　Ａｕ＋Ａｒ^＋　→　Ａｕ^＋＋ｅ^－＋Ａｒ^＋
シャッター３４が開かれると、このスパッタされて金ターゲットＧから飛び出した金イオン及び金（イオン化していない金）が、第２ＲＦ電源３７によってＲＦを印加された支援コイル３５を通過することにより高エネルギーを与えられる。そして、この高エネルギーを持った金イオンが反射面２３に衝突する。これにより、金イオンが反射面２３から内側に入り込み混合層部２８が形成される。スパッタが続けられることにより、反射面２３に金が堆積して金膜２５が形成される。この成膜において、印加される高周波印加電力は、カソード側が１００Ｗで支援コイル側が５０ｗである。

　上記のプラズマ支援型スパッタ法により金膜２５が形成されたプリズム本体部２１に対し、ＦＩＢ－ＴＥＭにて断面観察が行われ、ＥＤＳにより元素分析が行われた。すると、プリズム本体部２１の反射面２３側において、金元素の含まれる領域（即ち、混合層部２８）が反射面２３から約９ｎｍの範囲内に形成されていることが確認できた。

　一方、比較例として、金がイオン化される工程を含まない抵抗加熱式真空蒸着法により、５０ｎｍの金膜がプリズム本体部２１の反射面２３に形成された。上記と同様に、ＦＩＢ－ＴＥＭにて断面観察が行われ、ＥＤＳにより元素分析が行われたが、プリズム本体部２１の反射面２３近傍において、金元素の含まれる領域は存在しなかった。即ち、混合層部が形成されなかった。

　これら２つのプリズム部に対して、テープ剥離試験（ごばん目テープ剥離試験：ＪＩＳ　Ｄ０２０２－１９８８に準拠）が行われ、金膜の密着強度が評価された。

　この試験は、先ず、図９に示すように、金膜２５の形成された反射面２３に対して金膜２５の上から１ｍｍ間隔のごばん目状の傷１７が入れられる。そして、金膜２５にセロハンテープ１８が貼り付けられた後、このセロハンテープ１８が反射面２３に対して上方斜め４５°の方向へ勢いよく引っ張られることにより剥がされる。これにより反射面２３から剥がれなかった金膜２５の升目の数によって金膜２５の反射面２３への密着強度（密着性）が評価される。

　結果を以下の表１に示す。

　この結果から、混合層部２８を備えたプリズム部２０の方が、反射面２３に対して金膜２５が強固に密+着していることが確認できた。

　次に、Ｅ４８Ｒ（シクロオレフィンポリマー樹脂）製のプリズム本体部２１の反射面２３に、４５ｎｍの厚さの金膜２５が電子ビーム加熱式真空蒸着法によって形成されることにより、混合層部２８を備えたプリズム部２０が作成された。

　以下に、電子ビーム加熱式真空蒸着法について説明する。

　電子ビーム加熱式真空蒸着法による成膜は、例えば、図１０に示す装置４０によって行われる。この装置４０は、真空チャンバー４１と、プリズム本体部２１を保持するホルダー４２と、フィラメント４３から電子を放出すると共に金の塊Ｇが載置される電子銃４４と、金の塊Ｇからホルダー４２に保持されたプリズム本体部２１に向かう金又は金イオンの経路の途中に設けられるシャッター４５と、を備える。

　この装置４０において、反射面２３を金の塊Ｇに向けた状態となるようにプリズム本体部２１（又は基板２１２）がホルダー４２に保持され、空気が排気されて真空チャンバー４１内が所定の真空雰囲気となる。そして、電子銃４４に所定の加速電圧とエミッション電流とが供給されてフィラメント４３から電子を放出させ、電子銃４４近傍に形成された磁場がこの電子を金の塊Ｇまで案内する。この放出された電子が金の塊Ｇに照射される（衝突する）と金が蒸発する。そしてシャッター４５が開かれると、この蒸発した金が反射面２３に向かう途中に金の塊Ｇに対して照射される電子の流れの中を通過する。このとき、
　　　　　　Ａｕ＋ｅ^－　→　Ａｕ^＋＋ｅ^－＋ｅ^－
の式により表される衝突電離が起こり、これにより金がイオン化される。このイオン化された金が反射面２３に衝突することにより、当該金イオンが反射面２３からプリズム本体部２１の内側に入り込んで混合層部２８が形成される。電子銃４４が電子の放出を続けることにより、反射面２３に金が堆積して金膜２５が形成される。この成膜において、電子ビームの加速電圧は６ｋＶ、エミッション電流は１２０ｍＡである。

　上記の電子ビーム加熱式真空蒸着法によって金膜２５が形成されたプリズム本体部に対し、ＦＩＢ－ＴＥＭにて断面観察が行われ、ＥＤＳにより元素分析が行われた。すると、プリズム本体部２１の反射面２３側において、金元素の含まれる領域（即ち、混合層部２８）が反射面２３から約３ｎｍの範囲内に形成されていることが確認できた。

　一方、比較例として、金がイオン化される工程を含まない抵抗加熱式真空蒸着法により、プリズム本体部２１の反射面２３に４５ｎｍの金膜が形成された。上記と同様に、ＦＩＢ－ＴＥＭにて断面観察が行われ、ＥＤＳにより元素分析が行われたが、プリズム本体部２１の反射面２３近傍に、金元素が含まれる領域は存在しなかった。

　これら２つのプリズム部に対して、実施例１と同様に、テープ剥離試験（碁盤目テープ剥離試験：ＪＩＳ　Ｄ０２０２－１９８８に準拠）が行われ、金膜の密着強度が評価された。

　その結果を以下の表２に示す。

　この結果からも、混合層部２８を備えたプリズム部２０の方が、反射面２３に対して金膜２５が強固に密着していることが確認できた。

　次に、ＢＫ７（白板ガラス）製のプリズム本体部２１の反射面２３に、４０ｎｍの厚さの金膜２５がイオンプレーティング法によって形成されることにより、混合層部２８を備えたプリズム部２０が作成された。

　以下に、電子ビーム加熱式真空蒸着法について説明する。

　イオンプレーティング法による成膜は、例えば、図１１に示す装置によって行われる。この装置５０は、真空チャンバー５１と、プリズム本体部２１を保持するホルダー５２と、ホルダー５２の近傍においてイオン電流を検出するファラデーカップ５３と、電子を放出するトリアタングステンフィラメント５４と、放出された電子を加速するメッシュアノード５５と、金の塊Ｇを加熱するタングステンボート５６と、金の塊Ｇからホルダー５２に保持されたプリズム本体部２１に向かう金又は金イオンの経路の途中に設けられるシャッター５７と、を備える。

　この装置５０において、反射面２３を金の塊Ｇに向けた状態でプリズム本体部２１（又は基板２１２）がホルダー５２に保持され、空気が排気されて真空チャンバー５１内が所定の真空雰囲気となる。そして、トリアタングステンフィラメント５４が交流電圧を印加されて電子を放出すると、この電子がメッシュアノード５５に向かって進む。このとき、シャッター５７が開かれ、タングステンボート５６上の金の塊Ｇが加熱されて蒸発させられる。これにより、蒸発した金が反射面２３に向かう途中にトリアタングステンフィラメント５４からメッシュアノード５５に向かう電子の流れの中を通過する。このとき、
　　　　　　Ａｕ＋ｅ^－　→　Ａｕ^＋＋ｅ^－＋ｅ^－
の式により表される衝突電離が起こり、これにより金がイオン化される。このイオン化された金が反射面２３に衝突することにより、当該金イオンが反射面２３からプリズム本体部２１の内側に入り込んで混合層部２８が形成される。トリアタングステンフィラメント５４が電子の放出を続けることにより、反射面２３に金が堆積して金膜２５が形成される。この成膜において、蒸発源電力は５００Ｗ、イオン化電圧は０．５ｋＶ、エミッション電流は５００ｍＡである。

　上記のイオンプレーティング法によって金膜２５が形成されたプリズム本体部２１に対し、ＦＩＢ－ＴＥＭにて断面観察が行われ、ＥＤＳにより元素分析が行われた。すると、プリズム本体部２１の反射面２３側において、金元素の含まれる領域（即ち、混合層部２８）が反射面２３から約６ｎｍの範囲内に形成されていることが確認できた。

　一方、比較例として、金がイオン化される工程を含まない抵抗加熱式真空蒸着法により、プリズム本体部２１の反射面２３に４０ｎｍの金膜が形成された。上記と同様に、ＦＩＢ－ＴＥＭにて断面観察が行われ、ＥＤＳにより元素分析が行われたが、プリズム本体部２１の反射面２３近傍に、金元素が含まれる領域は存在しなかった。

　これら２つのプリズム部に対して、実施例１及び２と同様に、テープ剥離試験（碁盤目テープ剥離試験：ＪＩＳ　Ｄ０２０２－１９８８に準拠）が行われ、金膜の密着強度が評価された。

　その結果を以下の表３に示す。

［実施の形態の概要］
　以上の実施形態をまとめると、以下の通りである。

　本実施形態に係る分析チップのプリズム部は、表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップに含まれ、且つ流路部材と共同して前記検体を含む試料溶液が流れる流路を形成するプリズム部であって、前記表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部と、前記プリズム本体部の特定の面の面上に設けられる金膜と、を備える。そして、前記プリズム本体部は、前記金膜が設けられる特定の面に沿って当該特定の面の内側に金と当該プリズム本体部を構成する物質とが混在する混合層を有する。

　かかる構成によれば、金膜を構成する金とプリズム本体部を構成する物質とが混在する混合層が設けられることにより、混合層がなく単にプリズム本体部の特定の面の面上に金膜が形成されたプリズム部に比べ、金膜のプリズム本体部に対する密着強度が大きくなる。即ち、混合層内に位置する金元素と特定の面の外側に位置する金元素との相互作用によって、金膜のプリズム本体部に対する密着強度が向上する。

　上記のプリズム部において、例えば、前記混合層は、前記特定の面の面上に前記金膜が成膜されるときにこの金膜を構成する金がイオン化された状態で前記特定の面から入り込むことにより形成されている。

　このように、金膜の一部がプリズム本体部（混合層）内に入り込むことによって金膜のプリズム本体部に対する高い密着性が得られる。その結果、プリズム本体部から金膜が剥がれ難くなる。即ち、金膜を構成する多数の金元素のうちの一部がプリズム本体部内に入り込んで混合層を形成することによって、プリズム本体部と金膜とが強固に接合される。これにより、金膜のプリズム本体部に対する密着強度が大きくなる。

　この場合、前記混合層は、１０ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。

　混合層がこのような厚さであれば、当該プリズム部における表面プラズモン共鳴に適した金膜の厚さが容易に求められる。具体的には、混合層の屈折率がプリズム本体部における他の部位（混合層以外の部位）の屈折率と異なる。このため、混合層の厚さが１０ｎｍよりも大きいと、表面プラズモン共鳴に適した金膜の厚さが導出されるときに混合層の屈折率や厚さ等が考慮されなければならない。このため、プリズム部２０における表面プラズモン共鳴に適した金膜の厚さの導出が困難となる。これに対し、混合層の厚さが１０ｎｍ以下であれば、混合層の屈折率や厚さを無視してプリズム本体部の他の部位の屈折率のみから表面プラズモン共鳴に適した金膜の厚さを導出することができる。

　尚、上記のプリズム部において、前記金膜が、３０ｎｍ以上且つ７０ｎｍ以下の厚さを有することにより、当該プリズム部を用いた分析チップにおいて金膜に表面プラズモン共鳴を生じさせると、検体の検出に十分な強度の増強電場が金膜近傍に形成される。

　また、本実施形態に係る分析チップは、表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップであって、プリズム部と、前記プリズム部と共同して前記検体を含む試料溶液が流れる流路を形成する流路部材と、を備える。そして、前記プリズム部は、前記表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部と、前記プリズム本体部の特定の面の面上に設けられる金膜と、を有し、前記プリズム本体部は、前記金膜が設けられる特定の面に沿って当該特定の面の内側に金と当該プリズム本体部を構成する物質とが混在する混合層を有する。

　かかる構成によれば、金膜を構成する金とプリズム本体部を構成する物質とが混在する混合層が設けられることにより、金膜のプリズム本体部に対する高い密着性が得られる。これにより、プリズム本体部から金膜が剥がれ難くなる。即ち、混合層内に位置する金元素と特定の面の外側に位置する金元素との相互作用によって、金膜のプリズム本体部に対する密着強度が向上する。

　また、本実施形態に係るプリズム部の製造方法は、表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップに含まれ、流路部材と共同して前記検体を含む試料液が流れる流路を形成するプリズム部の製造方法であって、予め準備しておいた前記表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部の特定の面の面上に金膜を形成する成膜工程を備える。そして、この成膜工程では、前記特定の面から前記プリズム本体部内に入り込むようにイオン化した状態の金を当該特定の面に向けて供給する。

　かかる構成によれば、プリズム本体部から金膜が剥がれ難いプリズム部が得られる。即ち、金膜が形成されるときに、この金膜を構成する多数の金元素のうちの一部がプリズム本体部内に入り込むことにより、プリズム本体部と金膜との密着強度が大きいプリズム部が得られる。

　具体的に、前記成膜工程では、電子ビーム加熱式真空蒸着法、マグネトロンスパッタ法、プラズマ支援型スパッタ法、イオンアシスト蒸着法、又はイオンプレーティング法のいずれかの成膜法によって前記金膜が形成されることにより、イオン化した状態の金がプリズム本体部内に入り込むよう、成膜時に金イオンを特定の面に向けて供給することが可能となる。

　以上のように、本発明に係る分析チップのプリズム部、このプリズム部を含む分析チップ、及び分析チップのプリズム部の製造方法は、表面プラズモン共鳴分析装置又表面プラズモン共鳴蛍光分析装置に用いられる分析チップの取り扱いを容易にするのに有用であり、プリズム本体部から金膜を剥がれ難くすることに適している。

Claims

　表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップに含まれ、且つ流路部材と共同して前記検体を含む試料溶液が流れる流路を形成するプリズム部であって、
　前記表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部と、
　前記プリズム本体部の特定の面の面上に設けられる金膜と、を備え、
　前記プリズム本体部は、前記金膜が設けられる特定の面に沿って当該特定の面の内側に金と当該プリズム本体部を構成する物質とが混在する混合層を有することを特徴とする分析チップのプリズム部。
　前記混合層は、前記特定の面の面上に前記金膜が成膜されるときにこの金膜を構成する金がイオン化された状態で前記特定の面から入り込むことにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分析チップのプリズム部。
　前記混合層は、１０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の分析チップのプリズム部。
　前記金膜は、３０ｎｍ以上且つ７０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分析チップのプリズム部。
　表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップであって、
　プリズム部と、前記プリズム部と共同して前記検体を含む試料溶液が流れる流路を形成する流路部材と、を備え、
　前記プリズム部は、前記表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部と、前記プリズム本体部の特定の面の面上に設けられる金膜と、を有し、
　前記プリズム本体部は、前記金膜が設けられる特定の面に沿って当該特定の面の内側に金と当該プリズム本体部を構成する物質とが混在する混合層を有することを特徴とする分析チップ。
　表面プラズモン共鳴を利用して検体を分析する分析装置において前記表面プラズモン共鳴が生じる分析チップに含まれ、流路部材と共同して前記検体を含む試料液が流れる流路を形成するプリズム部の製造方法であって、
　予め準備しておいた前記表面プラズモン共鳴を生じさせるための励起光が内部に入射するプリズム本体部の特定の面の面上に金膜を形成する成膜工程を備え、
　この成膜工程では、前記特定の面から前記プリズム本体部内に入り込むようにイオン化した状態の金を当該特定の面に向けて供給することを特徴とする分析チップのプリズム部の製造方法。
　前記成膜工程では、電子ビーム加熱式真空蒸着法、マグネトロンスパッタ法、プラズマ支援型スパッタ法、イオンアシスト蒸着法、又はイオンプレーティング法のいずれかの成膜法により前記金膜が形成されることを特徴とする請求項６に記載の分析チップのプリズム部の製造方法。