WO2012077482A1 - Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ - Google Patents

Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ Download PDF

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WO2012077482A1
WO2012077482A1 PCT/JP2011/076617 JP2011076617W WO2012077482A1 WO 2012077482 A1 WO2012077482 A1 WO 2012077482A1 JP 2011076617 W JP2011076617 W JP 2011076617W WO 2012077482 A1 WO2012077482 A1 WO 2012077482A1
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spr sensor
sample
sensor cell
core layer
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PCT/JP2011/076617
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Inventor
友広 紺谷
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日東電工株式会社
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Publication date
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
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Definitions

  • the present invention relates to an SPR sensor cell and an SPR sensor, and more particularly, to an SPR sensor cell including an optical waveguide and an SPR sensor including the SPR sensor cell.
  • a metal thin film is formed on the outer peripheral surface of the tip of the optical fiber, an analysis sample is fixed, and light is introduced into the optical fiber. Then, light of a specific wavelength in the introduced light generates surface plasmon resonance in the metal thin film, and attenuates the light intensity.
  • the wavelength for generating surface plasmon resonance usually varies depending on the refractive index of the analysis sample fixed to the optical fiber.
  • the wavelength at which the light intensity attenuates after the occurrence of surface plasmon resonance is measured, the wavelength at which the surface plasmon resonance is generated can be identified, and if it is detected that the attenuation wavelength has changed, the surface plasmon resonance is detected. Since it can be confirmed that the wavelength to be generated has changed, a change in the refractive index of the analysis sample can be confirmed.
  • such an SPR sensor can be used for various chemical analysis and biochemical analysis such as measurement of sample concentration and detection of immune reaction.
  • the concentration of the sample can be detected by measuring the refractive index of the sample (solution), and the refractive index has changed. By confirming, it can be confirmed that the concentration of the sample (solution) has changed.
  • an antibody is immobilized on a metal thin film of an optical fiber in an SPR sensor via a dielectric film, a specimen is brought into contact with the antibody, and surface plasmon resonance is generated. At this time, if the antibody and the specimen undergo an immunoreaction, the refractive index of the sample changes. Therefore, by confirming that the refractive index of the sample has changed before and after contact between the antibody and the specimen, the antibody and specimen Can be judged to have immunoreacted.
  • the SPR sensor equipped with such an optical fiber has a problem that it is difficult to form a metal thin film or fix an analysis sample because the tip of the optical fiber has a fine cylindrical shape.
  • a core through which light passes and a clad covering the core are provided, and a through hole is formed at a predetermined position of the clad up to the surface of the core.
  • An SPR sensor cell in which a metal thin film is formed on the surface of a core at a corresponding position has been proposed (for example, see Patent Document 1 below).
  • this SPR sensor cell it is easy to form a metal thin film for generating surface plasmon resonance on the core surface and to fix the analysis sample to the surface.
  • An object of the present invention is to provide an SPR sensor cell and an SPR sensor excellent in detection sensitivity.
  • the SPR sensor cell of the present invention is an SPR sensor cell including an optical waveguide that is in contact with a sample, and the optical waveguide includes an under cladding layer and the under cladding layer so that at least a part of the optical waveguide is exposed from the under cladding layer.
  • the cover layer is made of a metal oxide.
  • the contact angle of the cover layer with respect to water is 80 ° or less.
  • the optical waveguide further includes an over clad layer formed on the under clad layer so as to surround the sample in contact with the cover layer.
  • the SPR sensor of the present invention is characterized by including the above-described SPR sensor cell.
  • the detection sensitivity can be improved.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows one Embodiment of the SPR sensor cell of this invention. It is sectional drawing of the SPR sensor cell shown in FIG. It is process drawing which shows the manufacturing method of the SPR sensor cell shown in FIG. 1, (a) is the process of forming a core layer on a base material, (b) is a base material so that a core layer may be coat
  • FIG. 5 is a process diagram illustrating a method for manufacturing the SPR sensor cell illustrated in FIG. 4, wherein (a) is a step of forming a core layer on the substrate, and (b) is a substrate so as to cover the core layer.
  • FIG. 6 is a schematic sectional side view showing an embodiment of the SPR sensor of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the SPR sensor cell of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the SPR sensor cell shown in FIG.
  • the SPR sensor cell 1 is formed in a bottomed frame shape having a substantially rectangular shape in plan view, and includes an optical waveguide 2.
  • a sample to be analyzed by an SPR sensor 11 (described later) is arranged.
  • the SPR sensor cell 1 can be provided with a support member (not shown) that supports the optical waveguide 2 as necessary.
  • the state when the sample is arranged in the SPR sensor cell 1 is used as the upper and lower standards. That is, in FIG. 1, the upper side of the page is the upper side, and the lower side of the page is the lower side.
  • the optical waveguide 2 is the SPR sensor cell 1 itself, and includes an under cladding layer 3, a core layer 4, a protective layer 5, an over cladding layer 6, and a metal thin film 23 as a metal layer.
  • the under-cladding layer 3 is formed in a substantially rectangular flat plate shape having a predetermined thickness in the vertical direction.
  • the core layer 4 has a substantially prismatic shape extending in the direction perpendicular to both the width direction (the direction orthogonal to the thickness direction, hereinafter the same) and the thickness direction of the undercladding layer 3 (specifically, a rectangular cross section flattened in the width direction). And is embedded in the upper end portion of the substantially center portion in the width direction of the under cladding layer 3.
  • a direction in which the core layer 4 extends is a propagation direction in which light propagates in the optical waveguide 2.
  • the core layer 4 is disposed such that both propagation directions thereof are flush with both propagation directions of the under cladding layer 3, and the upper surface thereof is flush with the upper surface of the under cladding layer 3. In other words, the upper surface of the core layer 4 is exposed from the under cladding layer 3.
  • the core layer 4 is embedded in the under cladding layer 3 so that the upper surface thereof is flush with the upper surface of the under cladding layer 3, when the metal thin film 23 or the metal particle layer 24 (described later) is formed, Metal materials (described later) and metal particles 25 (described later) can be efficiently arranged only on the upper side of the core layer 4.
  • a light source 12 (described later) and an optical measuring instrument 13 (described later) are optically connected to both ends in the propagation direction of the core layer 4.
  • the protective layer 5 is formed as a thin layer having the same shape as the under-cladding layer 3 in plan view so as to cover the upper surfaces of the under-cladding layer 3 and the core layer 4 as necessary.
  • the core layer 4 can be prevented from swelling due to the sample.
  • the over clad layer 6 is formed in a rectangular frame shape in plan view on the protective layer 5 so that the outer periphery thereof is substantially the same as the outer periphery of the under clad layer 3 in plan view.
  • the optical waveguide 2 is formed in a bottomed frame shape having the protective layer 5 formed on the under cladding layer 3 and the core layer 4 as a bottom wall and the over cladding layer 6 as a side wall. And the part enclosed by the protective layer 5 and the over clad layer 6 is divided as the sample accommodating part 7 which accommodates a sample.
  • the metal thin film 23 is formed so as to uniformly cover the upper surface of the core layer 4 via the protective layer 5 in the sample accommodating portion 7.
  • the metal thin film 23 only needs to be formed so as to cover at least the upper surface of the core layer 4 exposed from the over clad layer 6.
  • the width direction length is the width direction of the core layer 4. It may be the same as the length, or may be the same as the length in the width direction of the protective layer 5.
  • a cover layer 26 with which the sample is brought into contact is provided on the metal thin film 23.
  • the cover layer 26 is formed as a thin layer having the same shape as the metal thin film 23 in plan view so as to cover the entire upper surface of the metal thin film 23.
  • the cover layer 26 is formed, the detection sensitivity of the SPR sensor cell 1 can be improved.
  • FIG. 3 is a process diagram showing a method of manufacturing the SPR sensor cell shown in FIG.
  • a flat substrate 9 is prepared, and then the core layer 4 is formed on the substrate 9.
  • the base material 9 is formed of, for example, a ceramic material such as silicon or glass, for example, a metal material such as copper, aluminum, stainless steel, or an iron alloy, for example, a resin material such as polyimide, glass-epoxy, or polyethylene terephthalate (PET). Has been. Preferably, it is formed from a ceramic material.
  • the thickness of the substrate 9 is, for example, 10 to 5000 ⁇ m, preferably 10 to 1500 ⁇ m.
  • Examples of the material for forming the core layer 4 include a polyimide resin, a polyamide resin, a silicone resin, an epoxy resin, an acrylic resin, or a resin such as a fluorinated modified product or a deuterated modified product, or a fluorene modified product. Materials. These resin materials are preferably used as a photosensitive resin by blending a photosensitive agent.
  • the above-described resin varnish (resin solution) is prepared, and the varnish is applied to the surface of the substrate 9 in the above-described pattern, and then dried and cured as necessary.
  • a varnish is applied to the entire surface of the substrate 9, and after drying, exposed through a photomask. If necessary, after exposure, it is heated to form a pattern, and then developed. Heat.
  • the thickness of the core layer 4 thus formed is, for example, 5 to 100 ⁇ m, and the width is, for example, 5 to 100 ⁇ m. Moreover, the refractive index of the core layer 4 is 1.44 or more and 1.65 or less, for example.
  • the under cladding layer 3 is formed on the base material 9 in the above-described pattern so as to cover the core layer 4.
  • Examples of the material for forming the under cladding layer 3 include a resin material adjusted to have a refractive index lower than that of the core layer 4 from the same resin material as described above.
  • the above-described resin varnish (resin solution) is prepared, and the varnish is formed on the substrate 9 by, for example, casting, spin coater, or the like. After coating the core layer 4 so as to cover it, it is dried and heated if necessary. In the case where a photosensitive resin is used, it is exposed through a photomask after application and drying of the varnish, and if necessary, it is heated after exposure, developed, and then heated.
  • the thickness of the under cladding layer 3 formed in this way from the surface of the core layer 4 is, for example, 5 to 200 ⁇ m.
  • the refractive index of the under cladding layer 3 is set lower than the refractive index of the core layer 4 and is, for example, 1.42 or more and less than 1.55.
  • the under cladding layer 3 and the core layer 4 are formed flush with each other on the lower surface in contact with the substrate 9.
  • the base material 9 is peeled from the under cladding layer 3 and the core layer 4, and the under cladding layer 3 and the core layer 4 are turned upside down.
  • a protective layer 5 is formed on the under cladding layer 3 and the core layer 4.
  • Examples of the material for forming the protective layer 5 include silicon dioxide, aluminum oxide, and the like. Preferably, materials adjusted so as to have a refractive index lower than that of the core layer 4 are included.
  • Examples of a method for forming the protective layer 5 include a sputtering method and a vapor deposition method, and a sputtering method is preferable.
  • the thickness of the protective layer 5 thus formed is, for example, 1 to 100 nm, preferably 5 to 20 nm.
  • the refractive index of the protective layer 5 is set lower than the refractive index of the core layer 4, for example, is 1.25 or more and less than 1.55.
  • the surface of the protective layer 5 can be treated with a known primer such as a silane coupling agent in advance. If the surface of the protective layer 5 is treated with the above-described primer, when the metal thin film 23 or the metal particle layer 24 (described later) is formed, the metal material (described later) or the metal particles 25 (described later) is applied to the protective layer 5. It can be firmly fixed.
  • a known primer such as a silane coupling agent
  • silane coupling agent examples include amino group-containing silane coupling agents such as ⁇ -aminopropyltriethoxysilane.
  • silane coupling agent is treated as a primer, for example, an alcohol solution of the silane coupling agent is applied to the protective layer 5 and then heat-treated.
  • a metal thin film 23 is formed on the protective layer 5 so as to cover the core layer 4 via the protective layer 5.
  • Examples of the metal material forming the metal thin film 23 include gold, silver, platinum, copper, aluminum, and alloys thereof.
  • metal materials can be used alone or in combination of two or more.
  • the metal thin film 23 for example, if necessary, first, a resist having a pattern opposite to the pattern of the metal thin film 23 is formed, and the periphery of the portion where the metal thin film 23 is formed is masked. Thereafter, the metal thin film 23 is formed on the upper surface of the core layer 4 (the core layer 4 exposed from the resist formed if necessary) by a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method, an ion plating method, or a sputtering method. Thereafter, if a resist is formed, the resist is removed by etching or peeling.
  • a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method, an ion plating method, or a sputtering method.
  • the metal thin film 23 can be laminated
  • the thickness of the metal thin film 23 thus formed (when a plurality of metal thin films 23 are stacked, the total thickness) is, for example, 40 to 70 nm, preferably 50 to 60 nm.
  • the cover layer 26 is formed on the metal thin film 23 in the above-described pattern.
  • Examples of the material for forming the cover layer 26 include metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, and titanium oxide.
  • Examples of the method for forming the cover layer 26 include a sputtering method and a vapor deposition method, and a sputtering method is preferable.
  • the thickness of the cover layer 26 thus formed is, for example, 1 to 10 nm, preferably 1 to 5 nm.
  • the cover layer 26 is formed so that the wettability with respect to water is higher than the wettability with respect to the water of the metal thin film 23.
  • the wettability is evaluated by measuring the contact angle with water by the sessile drop method according to JIS R 3257.
  • the sample comes into contact with the cover layer 26 having higher wettability to water than the wettability of the metal thin film 23 to water. Therefore, compared with the case where the sample is brought into contact with the metal thin film 23, the sample can be adapted to the contacted portion (cover layer 26), and the detection accuracy can be improved.
  • the contact angle of the cover layer 26 with respect to water is smaller than the contact angle of the metal thin film 23 (usually 95 to 100 °), preferably 80 ° or less, It is 20 ° or more.
  • the sample can be well adapted to the contacted portion (cover layer 26), and the detection accuracy can be improved.
  • the over clad layer 6 is formed on the protective layer 5 in the above-described pattern.
  • the over clad layer 6 for example, silicone rubber or a resin material similar to the above under clad layer 3 is used.
  • the over clad layer 6 for example, a sheet having a rectangular frame shape in plan view is separately formed from the above-described material, and the sheet is laminated on the protective layer 5 as the over clad layer 6.
  • the above-described resin varnish (resin solution) is prepared, and the varnish is applied to the surface of the protective layer 5 in the above-described pattern, and then dried and necessary. Can also be cured.
  • a varnish is applied to the entire surface of the protective layer 5, and after drying, exposed through a photomask. If necessary, after exposure, heated, and then developed into a pattern. It can also be heated.
  • the thickness of the over clad layer 6 thus formed is, for example, 5 to 200 ⁇ m, preferably 25 to 100 ⁇ m.
  • the refractive index of the over clad layer 6 is set lower than the refractive index of the core layer 4, for example, the same as the refractive index of the under clad layer 3. Note that when the refractive index of the protective layer 5 is lower than the refractive index of the core layer 4, the refractive index of the over clad layer 6 is not necessarily lower than the refractive index of the core layer 4.
  • the size and shape of the sample accommodating portion 7 are not particularly limited, and are appropriately determined according to the type and use of the sample.
  • the sample storage portion 7 is preferably formed small.
  • the SPR sensor cell 1 can be manufactured.
  • the sample is accommodated (arranged) in the sample accommodating portion 7 surrounded by the over clad layer 6, so that the cover layer 26 formed on the metal thin film 23 is brought into contact with the sample. .
  • Such an SPR sensor cell 1 can accurately detect the concentration and change of the sample.
  • the over clad layer 6 is formed so as to surround the sample in contact with the metal thin film 23, the sample can be easily disposed on the surface of the metal thin film 23, so that the workability can be improved. it can.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the SPR sensor cell of the present invention
  • FIG. 5 is a process diagram showing a method for manufacturing the SPR sensor cell shown in FIG.
  • the same referential mark is attached
  • the metal thin film 23 is provided as the metal layer, but for example, the metal particle layer 24 can be provided as the metal layer instead of the metal thin film 23.
  • the metal layer (the metal thin film 23 or the metal particle layer 24) and the cover layer 26 are stacked and then the over clad layer 6 is stacked.
  • the stacking order is not limited.
  • a metal layer (metal thin film 23 or metal particle layer 24) and a cover layer 26 can be sequentially laminated.
  • the metal particle layer 24 is formed so as to uniformly cover the protective layer 5 in the sample storage portion 7 as shown in FIG. 4. That is, the metal particle layer 24 is formed so as to uniformly cover the upper surface of the core layer 4.
  • a flat substrate 9 is prepared in the same manner as described above, and then the core layer 4 is formed on the substrate 9 in the same manner as described above. Form.
  • the under-cladding layer 3 is formed in the above-described pattern on the base material 9 so as to cover the core layer 4 as described above.
  • the base material 9 is peeled from the under cladding layer 3 and the core layer 4 and the under cladding layer 3 and the core layer 4 are turned upside down as described above.
  • the protective layer 5 is formed on the under cladding layer 3 and the core layer 4 as described above.
  • the over clad layer 6 is formed on the protective layer 5 in the above-described pattern.
  • the metal particle layer 24 is formed so as to cover the core layer 4 in the sample container 7.
  • the metal particles 25 forming the metal particle layer 24 for example, the surface of particles made of metal such as gold, silver, copper, aluminum, chromium and platinum, for example, inorganic particles such as silica and carbon black is made of the metal described above.
  • the coated particles include particles in which the surface of an organic particle such as a resin is coated with the metal described above.
  • grains which consist of metals are mentioned, More preferably, a chromium particle and a gold particle are mentioned.
  • the average particle diameter of the metal particles 25 is calculated, for example, as an average value of arbitrary 100 particles observed by an electron microscope, and is, for example, 5 to 300 nm, preferably 10 to 150 nm.
  • the above-described metal particles 25 are dispersed in a known solvent to prepare a particle dispersion, and the particle dispersion is applied to the protective layer 5. ,dry.
  • the gold particle dispersion liquid in which gold particles are dispersed as the metal particles 25 is commercially available, and examples thereof include the EMGC series (manufactured by British BioCell International Ltd.).
  • the metal particles 25 are preferably formed as a single particle layer without being stacked on each other in the thickness direction. In addition, the metal particles 25 are arranged independently at a slight interval so as not to contact each other.
  • the metal particle layer 24 is, for example, 15 to 60%, preferably 20 to 50% of the surface area of the core layer 4 exposed from the under-cladding layer 3 in plan view, that is, the area of the sample container 7. % Coating.
  • the metal particle layer 24 covers the core layer 4 exposed from the under-cladding layer 3 at the above-described ratio (coverage), as a single particle layer in which almost all the metal particles 25 are arranged independently. Since the metal particle layer 24 is formed, the concentration and change of the sample can be detected more accurately.
  • the cover layer 26 is formed on the metal particle layer 24 in the pattern described above.
  • the cover layer 26 has higher wettability with respect to water than the metal particle layer 24 with respect to water. ,It is formed.
  • the contact angle of the cover layer 26 with respect to water is smaller than the contact angle of the metal particle layer 24 (usually 95 to 100 °), preferably 80 ° or less, usually , 20 ° or more.
  • the SPR sensor cell 1 can be manufactured.
  • the sample is accommodated (arranged) in the sample accommodating portion 7 surrounded by the over clad layer 6, so that the cover layer 26 formed on the metal particle layer 24 is brought into contact with the sample.
  • Such an SPR sensor cell 1 can accurately detect the concentration and change of the sample.
  • FIG. 6 is a schematic sectional side view showing an embodiment of the SPR sensor of the present invention.
  • the SPR sensor 11 includes a light source 12, an optical measuring instrument 13, and the SPR sensor cell 1 described above, as shown in FIG.
  • the light source 12 is a known light source such as a white light source or a monochromatic light source, and is connected to a light source side optical fiber 15 via a light source side optical connector 14, and the light source side optical fiber 15 is connected to the light source side optical fiber.
  • the block 16 is connected to one end of the SPR sensor cell 1 (core layer 4) in the propagation direction.
  • a measuring instrument side optical fiber 18 is connected to the other end portion in the propagation direction of the SPR sensor cell 1 (core layer 4) via a measuring instrument side optical fiber block 17, and the measuring instrument side optical fiber 18 is The optical measuring instrument 13 is connected to the measuring instrument side optical connector 19.
  • the optical measuring instrument 13 is connected to a known arithmetic processing unit, and can display, store and process data.
  • the SPR sensor cell 1 is fixed by a known sensor cell fixing device (not shown).
  • the sensor cell fixing device (not shown) is movable along a predetermined direction (for example, the width direction of the SPR sensor cell 1), whereby the SPR sensor cell 1 is disposed at an arbitrary position.
  • the light source side optical fiber 15 is fixed to the light source side optical fiber fixing device 20
  • the measuring instrument side optical fiber 18 is fixed to the measuring instrument side optical fiber fixing device 21.
  • the light source side optical fiber fixing device 20 and the measuring instrument side optical fiber fixing device 21 are fixed on a known six-axis moving stage (not shown), and the propagation direction and width direction of the optical fiber (the propagation direction and the horizontal direction). It is movable in a direction perpendicular to the direction) and a thickness direction (a direction perpendicular to the propagation direction perpendicular to the propagation direction) and a rotation direction (three directions) with these directions (three directions) as axes.
  • the light source 12, the light source side optical fiber 15, the SPR sensor cell 1 (core layer 4), the measuring instrument side optical fiber 18 and the optical measuring instrument 13 can be arranged on one axis, and these The light can be introduced from the light source 12 so as to transmit the light.
  • a sample is accommodated (arranged) in the sample accommodating portion 7 of the SPR sensor cell 1 shown in FIG. 6, and the sample and the cover layer 26 are brought into contact with each other.
  • predetermined light from the light source 12 is introduced into the SPR sensor cell 1 (core layer 4) via the light source side optical fiber 15 (see arrow L1 shown in FIG. 6).
  • the light introduced into the SPR sensor cell 1 (core layer 4) passes through the SPR sensor cell 1 (core layer 4) while repeating total reflection in the core layer 4, and part of the light is on the upper surface of the core layer 4. , The light is incident on the metal thin film 23 (or the metal particle layer 24) through the protective layer 5, and is attenuated by surface plasmon resonance.
  • the light transmitted through the SPR sensor cell 1 (core layer 4) is introduced into the optical measuring instrument 13 through the measuring instrument side optical fiber 18 (see arrow L2 shown in FIG. 6).
  • the light introduced into the optical measuring instrument 13 has attenuated light intensity at a wavelength that causes surface plasmon resonance in the core layer 4.
  • the wavelength at which surface plasmon resonance is generated depends on the refractive index of the sample accommodated (arranged) in the SPR sensor cell 1 and brought into contact with the cover layer 26. Therefore, the light intensity of the light introduced into the optical measuring instrument 13 is reduced. By detecting the attenuation, a change in the refractive index of the sample can be detected.
  • the optical measuring instrument 13 measures the wavelength at which the light intensity attenuates after transmission through the SPR sensor cell 1 (the wavelength that generates surface plasmon resonance), If it is detected that the attenuation wavelength has changed, the change in the refractive index of the sample can be confirmed.
  • the optical measuring instrument 13 measures the change (degree of attenuation) of the monochromatic light after transmission through the SPR sensor cell 1, and the degree of attenuation is measured. If the change is detected, it can be confirmed that the wavelength for generating the surface plasmon resonance has changed, and the change in the refractive index of the sample can be confirmed as described above.
  • such an SPR sensor 11 can be used for various chemical analysis and biochemical analysis such as measurement of sample concentration and detection of immune reaction based on the change in the refractive index of the sample.
  • the SPR sensor 11 in which the sample (solution) is brought into contact with the cover layer 26 If the refractive index of the sample (solution) is detected, the concentration of the sample can be measured. Moreover, if it detects that the refractive index of the sample (solution) has changed, it can be confirmed that the concentration of the sample (solution) has changed.
  • an antibody is fixed on the cover layer 26 of the SPR sensor cell 1 via a dielectric film, and a specimen is brought into contact with the antibody.
  • the refractive index of the sample changes if the antibody and the specimen undergo an immunoreaction
  • the antibody and the specimen are immune. It can be judged that it reacted.
  • one core layer 4 is formed in the SPR sensor cell 1.
  • the number of core layers 4 is not particularly limited, and a plurality of core layers 4 may be formed at intervals in the width direction. it can.
  • the sample can be simultaneously analyzed a plurality of times by the SPR sensor 11 including the SPR sensor cell 1, so that the analysis efficiency can be improved.
  • the core layer 4 is formed in a substantially prismatic shape.
  • the shape of the core layer 4 is not particularly limited, and the core layer 4 is, for example, a substantially semicircular shape (semi-cylindrical view in cross section) Shape) and a substantially convex shape (convex column shape) in cross-sectional view.
  • the upper end portion of the SPR sensor cell 1 is open, but a lid that covers the sample storage portion 7 can be provided on the upper end portion of the SPR sensor cell 1. According to this, it can prevent that a sample contacts external air during a measurement.
  • the lid that covers the sample storage unit 7 is provided with an injection port for injecting the sample (liquid) into the sample storage unit 7 and a discharge port for discharging the sample from the sample storage unit 7. It is also possible to inject from the injection port, pass through the inside of the sample storage portion 7, and discharge from the discharge port. According to this, the physical properties of the sample can be continuously measured while flowing the sample into the sample storage unit 7.
  • Example 1 A substantially prismatic core layer having a thickness of 50 ⁇ m and a width of 50 ⁇ m was formed on a silicon substrate (base material) using a photosensitive epoxy resin (see FIG. 3A).
  • the thickness from the upper surface of the core layer is 100 ⁇ m.
  • An under clad layer was formed so as to be (see FIG. 3B).
  • the silicon substrate was peeled from the under cladding layer and the core layer (see FIG. 3C), and the under cladding layer and the core layer were turned upside down.
  • a 10 nm-thick silicon dioxide thin film was formed as a protective layer on the undercladding layer and the core layer by sputtering (see FIG. 3D).
  • a gold thin film having a thickness of 50 nm and a width of 1 mm was formed on the protective layer so as to overlap the position of the core layer by a sputtering method (see FIG. 3E). It was 97.7 degrees when the contact angle with respect to the water of a gold thin film was measured by the sessile drop method based on JISR3257.
  • a silicon dioxide thin film having a thickness of 5 nm and a width of 1 mm was formed as a cover layer on the gold thin film by sputtering (see FIG. 3F). It was 74.3 degrees when the contact angle with respect to the water of a cover layer was measured by the sessile drop method based on JISR3257.
  • a silicone rubber sheet with an opening having a width direction length of 1 mm and a propagation direction length of 6 mm was separately prepared and laminated on the protective layer as an overcladding layer (see FIG. 3G). Thereby, the sample accommodating part of width direction length 1mm and propagation direction length 6mm was divided.
  • Example 2 An SPR sensor cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aluminum oxide thin film having a thickness of 10 nm and a width of 1 mm was formed as a cover layer instead of the silicon dioxide thin film. It was 78.2 degrees when the contact angle with respect to the water of a cover layer was measured by the sessile drop method based on JISR3257.
  • Example 3 A substantially prismatic core layer having a thickness of 50 ⁇ m and a width of 50 ⁇ m was formed on a silicon substrate (base material) using a photosensitive epoxy resin (see FIG. 5A).
  • the thickness from the upper surface of the core layer is 100 ⁇ m.
  • An under clad layer was formed so as to be (see FIG. 5B).
  • the silicon substrate was peeled from the under cladding layer and the core layer (see FIG. 5C), and the under cladding layer and the core layer were turned upside down.
  • a 10 nm-thick silicon dioxide thin film was formed as a protective layer on the undercladding layer and the core layer by sputtering (see FIG. 5D).
  • a silicone rubber sheet with an opening having a width direction length of 1 mm and a propagation direction length of 6 mm was separately prepared and laminated on the protective layer as an overcladding layer (see FIG. 5E). Thereby, the sample accommodating part of width direction length 1mm and propagation direction length 6mm was divided.
  • a gold particle dispersion liquid (EMGC series, manufactured by British BioCell International Ltd.) described in the following table is applied to the protective layer in the sample container, dried, and then the gold particles not attached to the protective layer are removed.
  • the protective layer in the sample container was washed with ethanol to form a metal particle layer on the protective layer (see FIG. 5 (f)). It was 97.9 degrees when the contact angle with respect to the water of a metal thin film was measured by the sessile drop method based on JISR3257.
  • a silicon dioxide thin film having a thickness of 5 nm and a width of 1 mm was formed as a cover layer on the metal particle layer by a sputtering method (see FIG. 5G). It was 74.3 degrees when the contact angle with respect to the water of a cover layer was measured by the sessile drop method based on JISR3257.
  • Comparative Example 1 An SPR sensor cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cover layer was not formed.
  • Comparative Example 2 An SPR sensor cell was obtained in the same manner as in Example 3 except that the cover layer was not formed.
  • the transmittance (%) was determined when the light intensity in the absence of the aqueous ethylene glycol solution was 100%.
  • the SPR sensor of the present invention including the SPR sensor cell of the present invention can be used for various chemical analyzes and biochemical analyses.

Abstract

　ＳＰＲセンサは、ＳＰＲセンサセルを備える。ＳＰＲセンサセルは、サンプルと接触される光導波路を備える。光導波路は、アンダークラッド層と、少なくとも一部がアンダークラッド層から露出するように、アンダークラッド層に設けられるコア層と、アンダークラッド層から露出されたコア層を被覆する金属層と、金属層を被覆し、サンプルに接触されるカバー層と を備える。カバー層の水に対する濡れ性が、金属層の水に対する濡れ性よりも高い。

Description

ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサ
　本発明は、ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサ、詳しくは、光導波路を備えるＳＰＲセンサセル、および、そのＳＰＲセンサセルを備えるＳＰＲセンサに関する。
　従来、化学分析や生物化学分析などの分野において、光ファイバを備えるＳＰＲ（表面プラズモン共鳴：Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｌａｓｍｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）センサが用いられている。
　光ファイバを備えるＳＰＲセンサでは、光ファイバの先端部の外周面に金属薄膜が形成されるとともに、分析サンプルが固定され、その光ファイバ内に光が導入される。そして、導入される光における特定の波長の光が、金属薄膜において表面プラズモン共鳴を発生させ、その光強度を減衰する。
　このようなＳＰＲセンサにおいて、表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、通常、光ファイバに固定される分析サンプルの屈折率などによって異なる。
　そのため、表面プラズモン共鳴の発生後に光強度が減衰する波長を計測すれば、表面プラズモン共鳴を発生させた波長を特定でき、また、その減衰する波長が変化したことを検出すれば、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認できるため、分析サンプルの屈折率の変化を確認できる。
　その結果、このようなＳＰＲセンサは、例えば、サンプルの濃度の測定や、免疫反応の検出など、種々の化学分析や生物化学分析に用いることができる。
　例えば、サンプルが溶液である場合において、サンプル（溶液）の屈折率は、溶液の濃度に依存する。そのため、サンプル（溶液）を金属薄膜に接触させたＳＰＲセンサにおいて、サンプル（溶液）の屈折率を計測することにより、サンプルの濃度を検出することができ、さらには、その屈折率が変化したことを確認することにより、サンプル（溶液）の濃度が変化したことを確認できる。
　また、免疫反応の分析では、例えば、ＳＰＲセンサにおける光ファイバの金属薄膜上に、誘電体膜を介して抗体を固定し、抗体に検体を接触させるとともに、表面プラズモン共鳴を発生させる。このとき、抗体と検体とが免疫反応すれば、そのサンプルの屈折率が変化するため、抗体と検体との接触前後において、サンプルの屈折率が変化したことを確認することにより、抗体と検体とが免疫反応したものと判断できる。
　しかしながら、このような光ファイバを備えるＳＰＲセンサにおいては、光ファイバの先端部が微細な円筒形状であるため、金属薄膜の形成や分析サンプルの固定が困難であるという不具合がある。
　このような不具合を解決するため、例えば、光が透過するコアと、このコアを覆うクラッドとを備え、このクラッドの所定位置に、コアの表面に至るまで貫通口を形成し、この貫通口に対応した位置におけるコアの表面に、金属薄膜を形成したＳＰＲセンサセルが提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
　このＳＰＲセンサセルによれば、コア表面に表面プラズモン共鳴を発生させるための金属薄膜の形成、および、その表面への分析サンプルの固定が容易である。
特開２０００－１９１００号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載のＳＰＲセンサセルでは、クラッドの貫通口に臨むコアの上面には、金属薄膜が形成されており、そのような形態では、分析サンプルの濃度や変化などを検出する感度に限界がある。
　本発明の目的は、検出感度に優れるＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを提供することにある。
　本発明のＳＰＲセンサセルは、サンプルと接触される光導波路を備えるＳＰＲセンサセルであって、前記光導波路は、アンダークラッド層と、少なくとも一部が前記アンダークラッド層から露出するように、前記アンダークラッド層に設けられるコア層と、前記アンダークラッド層から露出された前記コア層を被覆する金属層と、前記金属層を被覆し、前記サンプルに接触されるカバー層とを備え、前記カバー層の水に対する濡れ性が、前記金属層の水に対する濡れ性よりも高いことを特徴としている。
　また、本発明のＳＰＲセンサセルでは、前記カバー層が、金属酸化物からなることが好適である。
　また、本発明のＳＰＲセンサセルでは、前記カバー層の水に対する接触角が８０°以下であることが好適である。
　また、本発明のＳＰＲセンサセルでは、前記光導波路が、さらに、前記アンダークラッド層の上に、前記カバー層と接触するサンプルを取り囲むように形成されるオーバークラッド層を備えることが好適である。
　また、本発明のＳＰＲセンサは、上記したＳＰＲセンサセルを備えることを特徴としている。
　本発明のＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサによれば、検出感度の向上を図ることができる。
本発明のＳＰＲセンサセルの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示すＳＰＲセンサセルの断面図である。 図１に示すＳＰＲセンサセルの製造方法を示す工程図であって、（ａ）は、基材の上に、コア層を形成する工程、（ｂ）は、コア層を被覆するように、基材の上にアンダークラッド層を形成する工程、（ｃ）は、コア層およびアンダークラッド層から基材を剥離させる工程、（ｄ）は、基材が剥離されることにより露出されたコア層およびアンダークラッド層の表面に、保護層を形成する工程、（ｅ）は、オーバークラッド層から露出される保護層の表面に、コア層を被覆するように金属薄膜を形成する工程、（ｆ）は、カバー層を、金属薄膜の上に形成する工程、（ｇ）は、保護層の表面にオーバークラッド層を形成する工程を示す。 本発明のＳＰＲセンサセルの他の実施形態を示す断面図である。 図４に示すＳＰＲセンサセルの製造方法を示す工程図であって、（ａ）は、基材の上に、コア層を形成する工程、（ｂ）は、コア層を被覆するように、基材の上にアンダークラッド層を形成する工程、（ｃ）は、コア層およびアンダークラッド層から基材を剥離させる工程、（ｄ）は、基材が剥離されることにより露出されたコア層およびアンダークラッド層の表面に、保護層を形成する工程、（ｅ）は、保護層の表面にオーバークラッド層を形成する工程、（ｆ）は、オーバークラッド層から露出される保護層の表面に、コア層を被覆するように金属粒子層を形成する工程、（ｇ）は、カバー層を、金属粒子層の上に形成する工程を示す。 図６は、本発明のＳＰＲセンサの一実施形態を示す概略側断面図である。
発明の実施形態
　図１は、本発明のＳＰＲセンサセルの一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示すＳＰＲセンサセルの断面図である。
　ＳＰＲセンサセル１は、図１および図２に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、光導波路２を備えている。ＳＰＲセンサセル１には、ＳＰＲセンサ１１（後述）によって分析されるサンプルが配置される。また、ＳＰＲセンサセル１には、必要により、光導波路２を支持する支持部材（図示せず）を設けることができる。なお、以下のＳＰＲセンサセル１の説明において、方向に言及するときは、ＳＰＲセンサセル１にサンプルを配置するときの状態を上下の基準とする。すなわち、図１において、紙面上側を上側とし、紙面下側を下側とする。
　光導波路２は、本実施形態においては、ＳＰＲセンサセル１そのものであり、アンダークラッド層３、コア層４、保護層５、オーバークラッド層６、および、金属層としての金属薄膜２３を備えている。
　アンダークラッド層３は、上下方向に所定の厚みを有する平面視略矩形平板状に形成されている。
　コア層４は、アンダークラッド層３の幅方向（厚み方向と直交する方向、以下同じ）および厚み方向の両方と直交する方向に延びる略角柱形状（詳しくは、幅方向に扁平する断面矩形状）に形成され、アンダークラッド層３の幅方向略中央部の上端部に埋設されている。なお、以下のＳＰＲセンサセル１の説明において、コア層４が延びる方向を、光導波路２内を光が伝播する伝播方向とする。
　また、コア層４は、その伝播方向両面がアンダークラッド層３の伝播方向両面と面一となり、その上面がアンダークラッド層３の上面と面一となるように配置されている。つまり、コア層４は、その上面が、アンダークラッド層３から露出されている。
　コア層４が、その上面がアンダークラッド層３の上面と面一となるように、アンダークラッド層３に埋設されていれば、金属薄膜２３や金属粒子層２４（後述）を形成したときに、金属材料（後述）や金属粒子２５（後述）を、コア層４の上側のみに効率よく配置することができる。
　また、コア層４の伝播方向両端部には、光源１２（後述）および光計測器１３（後述）が光学的に接続される。
　保護層５は、必要により、アンダークラッド層３およびコア層４の上面をすべて被覆するように、平面視においてアンダークラッド層３と同じ形状の薄層として形成されている。
　保護層５が形成されていると、例えば、サンプルが液状である場合に、サンプルによってコア層４が膨潤することを防止することができる。
　オーバークラッド層６は、保護層５の上において、その外周がアンダークラッド層３の外周と平面視において略同一となるように、平面視矩形の枠形状に形成されている。
　これにより、光導波路２は、アンダークラッド層３およびコア層４の上に形成される保護層５を底壁とし、オーバークラッド層６を側壁とする有底枠形状に形成されている。そして、保護層５とオーバークラッド層６とで囲まれる部分が、サンプルを収容するサンプル収容部７として区画されている。
　金属薄膜２３は、図２に示すように、サンプル収容部７内において、保護層５を介して、コア層４の上面を均一に被覆するように形成されている。
　なお、金属薄膜２３は、少なくともオーバークラッド層６から露出するコア層４の上面を被覆するように形成されていればよく、図示しないが、例えば、その幅方向長さがコア層４の幅方向長さと同じであってもよく、保護層５の幅方向長さと同じであってもよい。
　そして、このような光導波路２において、金属薄膜２３の上には、サンプルが接触されるカバー層２６が設けられている。
　カバー層２６は、金属薄膜２３の上面をすべて被覆するように、平面視において、金属薄膜２３と同じ形状の薄層として形成されている。
　カバー層２６が形成されていると、ＳＰＲセンサセル１の検出感度の向上を図ることができる。
　図３は、図１に示すＳＰＲセンサセルの製造方法を示す工程図である。
　次いで、このＳＰＲセンサセル１の製造方法について、図３を参照して説明する。
　この方法では、まず、図３（ａ）に示すように、平板状の基材９を用意し、次いで、その基材９の上に、コア層４を形成する。
　基材９は、例えば、シリコン、ガラスなどのセラミック材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄合金などの金属材料、例えば、ポリイミド、ガラス－エポキシ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂材料などから形成されている。好ましくは、セラミック材料から形成されている。基材９の厚みは、例えば、１０～５０００μｍ、好ましくは、１０～１５００μｍである。
　コア層４を形成する材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはこれらのフッ素化変性体や重水素化変性体、さらには、フルオレン変性体などの樹脂材料が挙げられる。これら樹脂材料は、好ましくは、感光剤を配合して、感光性樹脂として用いられる。
　コア層４を形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを、上記したパターンで基材９の表面に塗布した後、乾燥し、必要により硬化させる。また、感光性樹脂が用いられる場合には、基材９の全面にワニスを塗布し、乾燥後に、フォトマスクを介して露光し、必要により、露光後加熱した後、現像によりパターンとし、次いで、加熱する。
　このようにして形成されるコア層４の厚みは、例えば、５～１００μｍであり、幅は、例えば、５～１００μｍである。また、コア層４の屈折率は、例えば、１．４４以上、１．６５以下である。
　次いで、この方法では、図３（ｂ）に示すように、アンダークラッド層３を、コア層４を被覆するように、基材９の上に、上記したパターンで形成する。
　アンダークラッド層３を形成する材料としては、例えば、上記と同様の樹脂材料から、コア層４よりも屈折率が低くなるように調整された樹脂材料が挙げられる。
　アンダークラッド層３を、基材９の上に形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを基材９の上に、例えば、キャスティング、スピンコータなどによって、コア層４を被覆するように塗布した後、乾燥し、必要により加熱する。なお、感光性樹脂が用いられる場合には、ワニスの塗布および乾燥後に、フォトマスクを介して露光し、必要により、露光後加熱した後、現像し、次いで、加熱する。
　このようにして形成されるアンダークラッド層３の、コア層４の表面からの厚みは、例えば、５～２００μｍである。また、アンダークラッド層３の屈折率は、コア層４の屈折率より低く設定されており、例えば、１．４２以上、１．５５未満である。
　これにより、基材９に接触される下面において、アンダークラッド層３とコア層４とが面一に形成される。
　次いで、この方法では、図３（ｃ）に示すように、アンダークラッド層３およびコア層４から基材９を剥離させ、アンダークラッド層３およびコア層４を上下反転させる。
　すると、アンダークラッド層３およびコア層４の基材９に接触されていた面が上面として露出される。
　次いで、この方法では、図３（ｄ）に示すように、アンダークラッド層３およびコア層４の上に保護層５を形成する。
　保護層５を形成する材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどが挙げられ、好ましくは、それらの材料から、コア層４よりも屈折率が低くなるように調整された材料が挙げられる。
　保護層５を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法などの方法が挙げられ、好ましくは、スパッタリング法が挙げられる。
　このようにして形成される保護層５の厚みは、例えば、１～１００ｎｍ、好ましくは、５～２０ｎｍである。また、保護層５の屈折率は、コア層４の屈折率より低く設定されており、例えば、１．２５以上、１．５５未満である。
　また、保護層５の表面には、予め、シランカップリング剤などの公知のプライマーを処理することもできる。保護層５の表面を上記したプライマーにより処理しておけば、金属薄膜２３や金属粒子層２４（後述）を形成したときに、金属材料（後述）や金属粒子２５（後述）を保護層５に強固に固着させることができる。
　シランカップリング剤としては、γ－アミノプロピルトリエトキシシランなどのアミノ基含有シランカップリング剤が挙げられる。
　プライマーとして、シランカップリング剤を処理する場合には、例えば、シランカップリング剤のアルコール溶液を保護層５に塗布し、その後、加熱処理する。
　次いで、この方法では、図３（ｅ）に示すように、保護層５の上に金属薄膜２３を、保護層５を介してコア層４を被覆するように形成する。
　金属薄膜２３を形成する金属材料としては、例えば、金、銀、白金、銅、アルミニウム、および、それらの合金などが挙げられる。
　これら金属材料は、単独使用または２種類以上併用することができる。
　金属薄膜２３を形成するには、例えば、必要により、まず、金属薄膜２３のパターンの逆パターンのレジストを形成して、金属薄膜２３を形成する部分の周辺をマスキングする。その後、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などの蒸着法により、コア層４（必要により形成されるレジストから露出するコア層４）の上面に、金属薄膜２３を形成する。その後、レジストが形成されている場合には、エッチングや剥離などにより、レジストを除去する。
　なお、金属薄膜２３は、必要により、複数積層することができる。
　このようにして形成される金属薄膜２３の厚み（複数積層される場合には、その合計厚み）は、例えば、４０～７０ｎｍ、好ましくは、５０～６０ｎｍである。
　次いで、この方法では、図３（ｆ）に示すように、カバー層２６を、金属薄膜２３の上に、上記したパターンで形成する。
　カバー層２６を形成する材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの金属酸化物が挙げられる。
　カバー層２６を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法などの方法が挙げられ、好ましくは、スパッタリング法が挙げられる。
　このようにして形成されるカバー層２６の厚みは、例えば、１～１０ｎｍ、好ましくは、１～５ｎｍである。
　また、カバー層２６は、その水に対する濡れ性が、金属薄膜２３の水に対する濡れ性よりも高くなるように、形成される。なお、濡れ性は、ＪＩＳ　Ｒ　３２５７に準拠する静滴法によって、水に対する接触角を測定することによって評価される。
　このＳＰＲセンサセル１では、水に対する濡れ性が、金属薄膜２３の水に対する濡れ性よりも高いカバー層２６に、サンプルが接触する。そのため、サンプルと金属薄膜２３とを接触させる場合に比べて、サンプルを被接触部（カバー層２６）に馴染ませることができ、検出精度の向上を図ることができる。
　より具体的には、この光導波路２では、カバー層２６の水に対する接触角が、上記金属薄膜２３の接触角（通常、９５～１００°）よりも小さく、好ましくは、８０°以下、通常、２０°以上である。
　カバー層２６の水に対する接触角が、上記上限以下であれば、サンプルを被接触部（カバー層２６）に、良好に馴染ませることができ、検出精度の向上を図ることができる。
　次いで、この方法では、図３（ｇ）に示すように、オーバークラッド層６を、保護層５の上に、上記したパターンで形成する。
　オーバークラッド層６を形成する材料としては、例えば、シリコーンゴムや、上記したアンダークラッド層３と同様の樹脂材料が用いられる。
　オーバークラッド層６を形成するには、例えば、別途、上記した材料から平面視矩形枠形状のシートを形成し、そのシートをオーバークラッド層６として、保護層５の上に積層する。
　また、オーバークラッド層６を形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを、上記したパターンで保護層５の表面に塗布した後、乾燥させ、必要により硬化させることもできる。また、感光性樹脂が用いられる場合には、保護層５の全面にワニスを塗布し、乾燥後に、フォトマスクを介して露光し、必要により、露光後加熱した後、現像によりパターンとし、次いで、加熱することもできる。
　このようにして形成されるオーバークラッド層６の厚みは、例えば、５～２００μｍ、好ましくは、２５～１００μｍである。また、オーバークラッド層６の屈折率は、コア層４の屈折率より低く設定されており、例えば、アンダークラッド層３の屈折率と同様に設定されている。なお、保護層５の屈折率がコア層４の屈折率より低い場合には、オーバークラッド層６の屈折率は、必ずしも、コア層４の屈折率より低くなくてもよい。
　また、このようなオーバークラッド層６において、サンプル収容部７の大きさおよび形状は、特に限定されず、サンプルの種類や用途に応じて、適宜決定される。ＳＰＲセンサセル１の小型化を図る場合には、好ましくは、サンプル収容部７を小さく形成する。
　このようにして、ＳＰＲセンサセル１を製造することができる。このＳＰＲセンサセル１では、オーバークラッド層６に取り囲まれているサンプル収容部７にサンプルが収容（配置）されることにより、金属薄膜２３の上に形成されたカバー層２６とサンプルとが接触される。
　このようなＳＰＲセンサセル１によれば、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
　また、オーバークラッド層６が、金属薄膜２３と接触するサンプルを取り囲むように形成されているので、サンプルを容易に金属薄膜２３の表面に配置することができるため、作業性の向上を図ることができる。
　図４は、本発明のＳＰＲセンサセルの他の実施形態を示す断面図、図５は、図４に示すＳＰＲセンサセルの製造方法を示す工程図である。なお、上記した部材に対応する部材については、以下の各図において同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　上記した説明では、金属層として金属薄膜２３を設けたが、例えば、金属薄膜２３に代えて、金属層として金属粒子層２４を設けることができる。
　また、上記した実施形態では、金属層（金属薄膜２３または金属粒子層２４）およびカバー層２６を積層した後、オーバークラッド層６を積層したが、それらの積層順序は限定されず、例えば、オーバークラッド層６を形成した後、金属層（金属薄膜２３または金属粒子層２４）およびカバー層２６を順次積層することができる。
　以下において、オーバークラッド層６が形成された後、金属層としての金属粒子層２４、および、カバー層２６が積層される方法、および、それにより得られるＳＰＲセンサセル１について、図４および図５を参照して説明する。
　このＳＰＲセンサセル１において、金属粒子層２４は、図４に示すように、サンプル収容部７内において、保護層５を均一に被覆するように形成されている。つまり、金属粒子層２４は、コア層４の上面を均一に被覆するように形成されている。
　そして、この方法では、まず、図５（ａ）に示すように、上記と同様、平板状の基材９を用意し、次いで、その基材９の上に、上記と同様、コア層４を形成する。
　次いで、この方法では、図５（ｂ）に示すように、上記と同様、アンダークラッド層３を、コア層４を被覆するように、基材９の上に、上記したパターンで形成する。
　次いで、この方法では、図５（ｃ）に示すように、上記と同様、アンダークラッド層３およびコア層４から基材９を剥離させ、アンダークラッド層３およびコア層４を上下反転させる。
　次いで、この方法では、図５（ｄ）に示すように、上記と同様、アンダークラッド層３およびコア層４の上に保護層５を形成する。
　次いで、この方法では、図５（ｅ）に示すように、オーバークラッド層６を、保護層５の上に、上記したパターンで形成する。
　次いで、この方法では、図５（ｆ）に示すように、金属粒子層２４を、サンプル収容部７内において、コア層４を被覆するように形成する。
　金属粒子層２４を形成する金属粒子２５としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、クロム、白金などの金属からなる粒子、例えば、シリカ、カーボンブラックなどの無機粒子の表面が上記した金属により被覆された粒子、例えば、樹脂などの有機粒子の表面が上記した金属により被覆された粒子などが挙げられる。好ましくは、金属からなる粒子が挙げられ、より好ましくは、クロム粒子、金粒子が挙げられる。
　金属粒子２５の平均粒子径は、例えば、電子顕微鏡観察により観察された任意の１００個の粒子の平均値として算出され、例えば、５～３００ｎｍ、好ましくは、１０～１５０ｎｍである。
　金属粒子層２４を形成するには、詳しくは図示しないが、例えば、上記した金属粒子２５を公知の溶媒に分散させて粒子分散液を調製し、その粒子分散液を、保護層５に塗布し、乾燥する。
　なお、金属粒子２５として金粒子が分散された金粒子分散液は、市販されており、例えば、ＥＭＧＣシリーズ（Ｂｒｉｔｉｓｈ　ＢｉｏＣｅｌｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌｔｄ．製）などが挙げられる。
　このようにして形成される金属粒子層２４では、各金属粒子２５は、好ましくは、厚み方向に互いに積層されずに、単粒子層として形成される。また、各金属粒子２５は、互いに接触しないように、わずかに間隔を隔てて、それぞれ独立して配置される。
　そして、金属粒子層２４は、平面視において、アンダークラッド層３から露出されたコア層４の表面積、すなわち、サンプル収容部７の面積のうち、例えば、１５～６０％、好ましくは、２０～５０％を被覆している。金属粒子層２４が、上記した割合（被覆率）で、アンダークラッド層３から露出されたコア層４を被覆していると、ほぼすべての金属粒子２５が独立して配置された単粒子層として、金属粒子層２４が形成されるので、サンプルの濃度や変化などをより精度よく検出することができる。
　次いで、この方法では、図５（ｇ）に示すように、カバー層２６を、金属粒子層２４の上に、上記したパターンで形成する。
　なお、このような場合にも、金属層として金属薄膜２３が形成される場合と同様、カバー層２６は、その水に対する濡れ性が、金属粒子層２４の水に対する濡れ性よりも高くなるように、形成される。
　より具体的には、この光導波路２では、カバー層２６の水に対する接触角が、上記金属粒子層２４の接触角（通常、９５～１００°）よりも小さく、好ましくは、８０°以下、通常、２０°以上である。
　このようにして、ＳＰＲセンサセル１を製造することができる。このＳＰＲセンサセル１では、オーバークラッド層６に取り囲まれているサンプル収容部７にサンプルが収容（配置）されることにより、金属粒子層２４の上に形成されたカバー層２６とサンプルとが接触される。
　このようなＳＰＲセンサセル１によれば、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
　図６は、本発明のＳＰＲセンサの一実施形態を示す概略側断面図である。
　次いで、ＳＰＲセンサセル１を備えるＳＰＲセンサ１１について、図６を参照して説明する。
　ＳＰＲセンサ１１は、図６に示すように、光源１２と、光計測器１３と、上記したＳＰＲセンサセル１とを備えている。
　光源１２は、例えば、白色光源、単色光光源などの公知の光源であって、光源側光コネクタ１４を介して光源側光ファイバ１５に接続され、この光源側光ファイバ１５が、光源側光ファイバブロック１６を介してＳＰＲセンサセル１（コア層４）の伝播方向一方側端部に接続されている。
　また、ＳＰＲセンサセル１（コア層４）の伝播方向他方側端部には、計測器側光ファイバブロック１７を介して計測器側光ファイバ１８が接続されており、この計測器側光ファイバ１８は、計測器側光コネクタ１９を介して光計測器１３に接続されている。
　光計測器１３は、図示しないが、公知の演算処理装置に接続され、データの表示、蓄積および加工を可能としている。
　また、このようなＳＰＲセンサ１１において、ＳＰＲセンサセル１は、公知のセンサセル固定装置（図示せず）によって固定されている。センサセル固定装置（図示せず）は、所定方向（例えば、ＳＰＲセンサセル１の幅方向）に沿って移動可能とされており、これにより、ＳＰＲセンサセル１が任意の位置に配置されている。
　また、光源側光ファイバ１５は、光源側光ファイバ固定装置２０に固定され、計測器側光ファイバ１８は、計測器側光ファイバ固定装置２１に固定されている。
　光源側光ファイバ固定装置２０および計測器側光ファイバ固定装置２１は、公知の６軸移動ステージ（図示せず）の上に固定されており、光ファイバの伝播方向、幅方向（伝播方向と水平方向において直交する方向）および厚み方向（伝播方向と垂直方向において直交する方向）と、それら各方向（３方向）を軸とする回転方向（３方向）とに可動とされている。
　このようなＳＰＲセンサ１１によれば、光源１２、光源側光ファイバ１５、ＳＰＲセンサセル１（コア層４）、計測器側光ファイバ１８および光計測器１３を一軸上に配置することができ、これらを透過するように、光源１２から光を導入することができる。
　そして、このＳＰＲセンサ１１では、上記したＳＰＲセンサセル１が用いられるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
　以下において、このＳＰＲセンサ１１の一使用態様について説明する。
　この態様では、例えば、まず、図６に示すＳＰＲセンサセル１のサンプル収容部７に、サンプルを収容（配置）し、サンプルとカバー層２６とを接触させる。次いで、光源１２から所定の光を、光源側光ファイバ１５を介してＳＰＲセンサセル１（コア層４）に導入する（図６に示す矢印Ｌ１参照）。
　ＳＰＲセンサセル１(コア層４）に導入された光は、コア層４内において全反射を繰り返しながら、ＳＰＲセンサセル１(コア層４）を透過するとともに、一部の光は、コア層４の上面において、保護層５を介して金属薄膜２３（または金属粒子層２４）に入射され、表面プラズモン共鳴により減衰される。
　その後、ＳＰＲセンサセル１(コア層４）を透過した光は、計測器側光ファイバ１８を介して光計測器１３に導入される（図６に示す矢印Ｌ２参照）。
　つまり、このＳＰＲセンサ１１において、光計測器１３に導入される光は、コア層４において表面プラズモン共鳴を発生させた波長の光強度が減衰している。
　表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、ＳＰＲセンサセル１に収容（配置）され、カバー層２６に接触されたサンプルの屈折率などに依存するため、光計測器１３に導入される光の、光強度の減衰を検出することにより、サンプルの屈折率の変化を検出することができる。
　より具体的には、例えば、光源１２として白色光源を用いる場合には、光計測器１３によって、ＳＰＲセンサセル１の透過後に光強度が減衰する波長（表面プラズモン共鳴を発生させる波長）を計測し、その減衰する波長が変化したこと検出すれば、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。
　また、例えば、光源１２として単色光光源を用いる場合には、光計測器１３によって、ＳＰＲセンサセル１の透過後における単色光の光強度の変化（減衰の度合い）を計測し、その減衰の度合いが変化したことを検出すれば、上記と同様に、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認でき、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。
　そのため、このようなＳＰＲセンサ１１では、サンプルの屈折率の変化に基づいて、例えば、サンプルの濃度の測定や、免疫反応の検出など、種々の化学分析や生物化学分析に用いることができる。
　より具体的には、例えば、サンプルが溶液である場合には、サンプル（溶液）の屈折率は、溶液の濃度に依存するため、そのサンプル（溶液）をカバー層２６に接触させたＳＰＲセンサ１１において、サンプル（溶液）の屈折率を検出すれば、そのサンプルの濃度を測定することができる。また、サンプル（溶液）の屈折率が変化したことを検出すれば、サンプル（溶液）の濃度が変化したことを確認することができる。
　また、免疫反応の検出においては、例えば、ＳＰＲセンサセル１のカバー層２６上に、誘電体膜を介して抗体を固定し、抗体に検体を接触させる。このとき、抗体と検体とが免疫反応すればサンプルの屈折率が変化するため、抗体と検体との接触前後においてサンプルの屈折率が変化することを検出することにより、その抗体と検体とが免疫反応したものと判断することができる。
　そして、このようなＳＰＲセンサセル１およびＳＰＲセンサ１１によれば、簡易な構成により、検出感度の向上を図ることができる。
　なお、上記した実施形態では、ＳＰＲセンサセル１には、コア層４を１つ形成したが、コア層４の数は、特に制限されず、互いに幅方向に間隔を隔てて、複数形成することもできる。
　光導波路２が複数のコア層４を備える場合には、このＳＰＲセンサセル１を備えるＳＰＲセンサ１１により、サンプルを複数回同時に分析できるため、分析効率を向上することができる。
　また、上記した実施形態では、コア層４を、略角柱形状に形成したが、コア層４の形状としては、特に制限されず、コア層４を、例えば、断面視略半円形状（半円柱形状）、断面視略凸形状（凸柱形状）など、任意の形状に形成することができる。
　また、上記した実施形態では、ＳＰＲセンサセル１の上端部は開放されているが、ＳＰＲセンサセル１の上端部には、サンプル収容部７を被覆する蓋を設けることもできる。これによれば、測定中に、サンプルが外気に接触することを防止することができる。
　また、サンプル収容部７を被覆する蓋に、サンプル収容部７内へサンプル（液状）を注入するための注入口と、サンプル収容部７からサンプルを排出するための排出口とを設け、サンプルを、注入口から注入し、サンプル収容部７内を通過させて、排出口から排出することもできる。これによれば、サンプル収容部７内にサンプルを流しながら、サンプルの物性を連続的に測定することができる。
　以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。
　　実施例１
　シリコン基板（基材）の上に、感光性エポキシ樹脂を用いて、厚み５０μｍ、幅５０μｍの略角柱形状のコア層を形成した（図３（ａ）参照）。
　次いで、コア層を被覆するように、シリコン基板の上に、コア層の形成に用いた感光性エポキシ樹脂より屈折率が低い感光性エポキシ樹脂を用いて、コア層の上面からの厚みが１００μｍとなるようにアンダークラッド層を形成した（図３（ｂ）参照）。
　次いで、アンダークラッド層およびコア層からシリコン基板を剥離させ（図３（ｃ）参照）、アンダークラッド層およびコア層を上下反転させた。
　次いで、アンダークラッド層およびコア層の上に、スパッタリング法により、厚み１０ｎｍの二酸化ケイ素薄膜を保護層として形成した（図３（ｄ）参照）。
　次いで、スパッタリング法により、保護層の上に厚み５０ｎｍ、幅１ｍｍの金薄膜を、コア層の位置と重なるようにして形成した（図３（ｅ）参照）。金薄膜の水に対する接触角を、ＪＩＳ　Ｒ　３２５７に準拠する静滴法により測定したところ、９７．７°であった。
　次いで、スパッタリング法により、金薄膜の上に、厚み５ｎｍ、幅１ｍｍの二酸化ケイ素薄膜をカバー層として形成した（図３（ｆ）参照）。カバー層の水に対する接触角を、ＪＩＳ　Ｒ　３２５７に準拠する静滴法により測定したところ、７４．３°であった。
　次いで、別途、幅方向長さ１ｍｍ、伝播方向長さ６ｍｍの開口が形成されたシリコーンゴムシートを用意し、オーバークラッド層として、保護層に積層した（図３（ｇ）参照）。これにより、幅方向長さ１ｍｍ、伝播方向長さ６ｍｍのサンプル収容部を区画した。
　このようにして、ＳＰＲセンサセルを得た。
　　実施例２
　二酸化ケイ素薄膜に代えて、厚み１０ｎｍ、幅１ｍｍの酸化アルミニウム薄膜をカバー層として形成した以外は、実施例１と同様にして、ＳＰＲセンサセルを得た。カバー層の水に対する接触角を、ＪＩＳ　Ｒ　３２５７に準拠する静滴法により測定したところ、７８．２°であった。
　　実施例３
　シリコン基板（基材）の上に、感光性エポキシ樹脂を用いて、厚み５０μｍ、幅５０μｍの略角柱形状のコア層を形成した（図５（ａ）参照）。
　次いで、コア層を被覆するように、シリコン基板の上に、コア層の形成に用いた感光性エポキシ樹脂より屈折率が低い感光性エポキシ樹脂を用いて、コア層の上面からの厚みが１００μｍとなるようにアンダークラッド層を形成した（図５（ｂ）参照）。
　次いで、アンダークラッド層およびコア層からシリコン基板を剥離させ（図５（ｃ）参照）、アンダークラッド層およびコア層を上下反転させた。
　次いで、アンダークラッド層およびコア層の上に、スパッタリング法により、厚み１０ｎｍの二酸化ケイ素薄膜を保護層として形成した（図５（ｄ）参照）。
　次いで、γ－アミノプロピルトリエトキシシラン（シランカップリング剤）の３質量％エタノール溶液を保護層に塗布し、その後、１００℃で２時間加熱処理した。
　次いで、別途、幅方向長さ１ｍｍ、伝播方向長さ６ｍｍの開口が形成されたシリコーンゴムシートを用意し、オーバークラッド層として、保護層に積層した（図５（ｅ）参照）。これにより、幅方向長さ１ｍｍ、伝播方向長さ６ｍｍのサンプル収容部を区画した。
　次いで、下記表に記載される金粒子分散液（ＥＭＧＣシリーズ、Ｂｒｉｔｉｓｈ　ＢｉｏＣｅｌｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌｔｄ．製）を、サンプル収容部内の保護層に塗布し、乾燥した後、保護層に付着していない金粒子を除去するために、サンプル収容部内の保護層をエタノールで洗浄し、保護層の上に金属粒子層を形成した（図５（ｆ）参照）。金属薄膜の水に対する接触角を、ＪＩＳ　Ｒ　３２５７に準拠する静滴法により測定したところ、９７．９°であった。
　次いで、スパッタリング法により、金属粒子層の上に、厚み５ｎｍ、幅１ｍｍの二酸化ケイ素薄膜をカバー層として形成した（図５（ｇ）参照）。カバー層の水に対する接触角を、ＪＩＳ　Ｒ　３２５７に準拠する静滴法により測定したところ、７４．３°であった。
　このようにして、ＳＰＲセンサセルを得た。
　　比較例１
　カバー層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にしてＳＰＲセンサセルを得た。
　　比較例２
　カバー層を形成しなかった以外は、実施例３と同様にしてＳＰＲセンサセルを得た。
　　評価
　各実施例および各比較例により得られたＳＰＲセンサセルを、ＳＰＲセンサ（図６参照）に固定した。
　その後、ＳＰＲセンサセルのサンプル収容部に、サンプルとして濃度が異なる５種のエチレングリコール水溶液（濃度：１質量％（屈折率：１．３３３８９）、５質量％（屈折率：１．３３７６４）、１０質量％（屈折率：１．３４２４５）、２０質量％（屈折率：１．３５２３１）、３０質量％（屈折率：１．３６２４９））を５０μＬ投入し、コア層の一端から、波長５６５ｎｍの光を入射し、他端から射出した光の強度を測定した。
　そして、エチレングリコール水溶液が無い状態での光の強度を１００％とした場合の透過率（％）を求めた。
　そして、エチレングリコール水溶液の屈折率をＸ軸、透過率をＹ軸として、それらの関係をＸＹ座標にプロットして、検量線を作成し、その傾きを求めた。その値を表１に示す。なお、傾き（絶対値）が大きいほど検出感度が高いことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　　結果
　カバー層を形成した各実施例は、カバー層を形成しなかった比較例に比べ、傾きが大きかった。
　なお、上記発明は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。当該技術分野の当業者によって明らかな本発明の変形例は、後記特許請求の範囲に含まれる。
　本発明のＳＰＲセンサセルを備える本発明のＳＰＲセンサは、種々の化学分析や生物化学分析に用いることができる。

Claims (5)

  1. 　サンプルと接触される光導波路を備えるＳＰＲセンサセルであって、
    　前記光導波路は、
    　　アンダークラッド層と、
    　　少なくとも一部が前記アンダークラッド層から露出するように、前記アンダークラッド層に設けられるコア層と、
    　　前記アンダークラッド層から露出された前記コア層を被覆する金属層と、
    　前記金属層を被覆し、前記サンプルに接触されるカバー層と
    を備え、
    前記カバー層の水に対する濡れ性が、前記金属層の水に対する濡れ性よりも高いことを特徴とする、ＳＰＲセンサセル。
  2. 　前記カバー層が、金属酸化物からなることを特徴とする、請求項１に記載のＳＰＲセンサセル。
  3. 　前記カバー層の水に対する接触角が８０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載のＳＰＲセンサセル。
  4. 　前記光導波路が、さらに、前記アンダークラッド層の上に、前記カバー層と接触するサンプルを取り囲むように形成されるオーバークラッド層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のＳＰＲセンサセル。
  5. 　ＳＰＲセンサセルを備えるＳＰＲセンサであって、
    　前記ＳＰＲセンサセルは、サンプルと接触される光導波路を備え、
    　前記光導波路は、
    　　アンダークラッド層と、
    　　少なくとも一部が前記アンダークラッド層から露出するように、前記アンダークラッド層に設けられるコア層と、
    　　前記アンダークラッド層から露出された前記コア層を被覆する金属層と、
    　前記金属層を被覆し、前記サンプルに接触されるカバー層と
    を備え、
    前記カバー層の水に対する濡れ性が、前記金属層の水に対する濡れ性よりも高いことを特徴とする、ＳＰＲセンサ。
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