WO2013168404A1 - 試料分析素子並びに検査装置およびセンサーカートリッジ - Google Patents

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WO2013168404A1
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nanostructure
nanostructures
pitch
substrate
light
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PCT/JP2013/002926
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守 杉本
尼子　淳
秀明 小池
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セイコーエプソン株式会社
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    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
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    • Y10S977/953—Detector using nanostructure
    • Y10S977/954—Of radiant energy

Definitions

  • the present invention relates to a sample analysis element including a nanobody covered with a metal film, and an inspection apparatus and a sensor cartridge using the sample analysis element.
  • a sample analysis element using localized surface plasmon resonance (LSPR) is known.
  • LSPR localized surface plasmon resonance
  • Such a sample analysis element comprises, for example, a nanobody covered with a metal film.
  • the nanobody is formed, for example, sufficiently smaller than the wavelength of the excitation light.
  • excitation light is irradiated onto the metal film on the nanobody, all electric dipoles are aligned and an enhanced electric field is induced.
  • near-field light is generated on the surface of the metal film.
  • a so-called hot spot is formed.
  • Non-Patent Document 1 the nano objects are arranged in a lattice pattern at a predetermined pitch.
  • the pitch is set to a size corresponding to the wavelength of propagating surface plasmon resonance (PSPR), enhancement of near-field light is observed in the metal film on the nanoparticles.
  • PSPR surface plasmon resonance
  • the sample analysis element described above can be used in a target substance inspection apparatus.
  • the pitch is set to a size corresponding to the wavelength of the propagation surface plasmon resonance, the surface density of the hot spot is significantly reduced, and the target substance is easily attached to the hot spot. I can't.
  • a sample analysis element capable of enhancing near-field light while increasing the surface density of hot spots.
  • One embodiment of the present invention includes a substrate and a plurality of nanostructures arranged on the surface of the substrate and covering a dielectric with a metal film, and the nanostructure includes a plurality of rows of nanostructures In each of the nanostructure rows, the nanostructures are arranged in a first direction at a first pitch smaller than the wavelength of the excitation light, and the nanostructure rows are second larger than the first pitch.
  • the present invention relates to a sample analysis element arranged in a second direction that intersects the first direction at a pitch.
  • the localized surface plasmon resonance is caused in the nanostructured metal film by the action of the excitation light.
  • Propagation surface plasmon resonance is caused by the action of the pitch of the nanostructure array (second pitch) based on the evanescent wave.
  • Propagating surface plasmon resonance couples to localized surface plasmon resonance.
  • a so-called hybrid mode is established.
  • localized surface plasmon resonance is enhanced by propagating surface plasmon resonance
  • near-field light is enhanced by the metal film of the nanostructure.
  • a so-called hot spot is formed.
  • the surface density of the nanostructures is higher than when nanostructures are arranged at a pitch that resonates with excitation light. It is done. Therefore, the surface density of the hot spot is increased.
  • a region not including the nanostructures may be formed between the nanostructure rows. That is, the formation of nanostructures between rows of nanostructures is excluded. Localized surface plasmon resonance is not induced between nanostructure arrays.
  • the dielectric of the nanostructure can be formed integrally with the substrate.
  • the nanostructured dielectric and the substrate can be formed from the same material.
  • the dielectric and substrate of the nanostructure array can be formed by integral molding. The manufacturing process of the sample analysis element can be simplified. The mass productivity of the sample analysis element can be increased.
  • the substrate may be formed of a molding material.
  • the dielectric and substrate of the nanostructure array can be formed by integral molding.
  • the mass productivity of the sample analysis element can be increased.
  • the metal film can cover the surface of the substrate.
  • the metal film only needs to be uniformly formed on the surface of the substrate. Therefore, the manufacturing process of the sample analysis element can be simplified. The mass productivity of the sample analysis element can be increased.
  • the wave number of the intersection point between the localized plasmon wavelength generated in the nanostructures arranged at the first pitch and the dispersion relation with the metal film can be set to the second pitch.
  • the sample analysis element can be used by being incorporated in an inspection apparatus.
  • the inspection apparatus includes a sample analysis element, a light source that emits light toward the nanostructure array, and a photodetector that detects light emitted from the nanostructure array in response to the light irradiation. be able to.
  • a plurality of housings that define a detection chamber, a base having a surface in contact with the space of the detection chamber, and a dielectric film that is arranged on the surface of the base and covers a dielectric with a metal film.
  • the nanostructures form a plurality of nanostructure rows, and in each of the nanostructure rows, the nanostructures are arranged at a first pitch smaller than the wavelength of the excitation light.
  • the sensor cartridge is arranged in one direction, and the nanostructure rows are arranged in a second direction intersecting the first direction at a second pitch larger than the first pitch.
  • FIG. 2 is a vertical sectional view taken along line 2-2 in FIG. It is (a) top view and (b) side view which show the unit unit of a simulation model. It is a top view of (a) the model which concerns on this embodiment of a simulation model, and (b) a comparison model. It is a graph which shows the dispersion
  • FIG. 1 schematically shows a sample analysis element 11 according to an embodiment of the present invention.
  • the sample analysis element 11, that is, the sensor chip includes a substrate (base body) 12.
  • the substrate 12 is formed from a molding material, for example.
  • a resin material can be used as the molding material.
  • the resin material may include an acrylic resin such as polymethyl methacrylate resin (PMMA resin).
  • a metal film 13 is formed on the surface of the substrate 12.
  • the metal film 13 is made of metal.
  • the metal film 13 can be made of silver, for example.
  • gold or aluminum may be used as the metal.
  • the metal film 13 can be formed on the surface of the substrate 12 without interruption.
  • the metal film 13 can be formed with a uniform film thickness.
  • the film thickness of the metal film 13 can be set to about 20 nm, for example.
  • a nanostructure 15 is formed on the surface of the metal film 13.
  • the nanostructure 15 protrudes from the surface of the metal film 13.
  • the nanostructures 15 are dispersed on the surface of the substrate 12.
  • Individual nanostructures 15 are formed in a prismatic shape.
  • the horizontal cross section that is, the contour of the prism is formed in, for example, a square.
  • the length of one side of the square can be set to about 1 to 1000 nm, for example.
  • the height of the prism (from the surface of the metal film 13) can be set to about 10 to 100 nm, for example.
  • the horizontal cross section of the prism may be formed in a polygon other than a square.
  • the nanostructure 15 may be formed in a cylindrical or other three-dimensional shape.
  • the nanostructure 15 forms a nanostructure row 16. Within each nanostructure row 16, the nanostructures 15 are arranged in a row on the surface of the metal film 13 with a short pitch SP (first pitch). The nanostructure row 16 extends in the first direction SD.
  • the short pitch SP is set smaller than the wavelength of the excitation light.
  • the nanostructure rows 16 are arranged in parallel at a predetermined long pitch LP (second pitch) in the second direction DR intersecting the first direction SD.
  • the second direction DR is orthogonal to the first direction SD within one virtual plane including the surface of the substrate 12.
  • the long pitch LP is set larger than at least the short pitch SP.
  • the size of the long pitch LP is set according to the wave number of the evanescent wave, as will be described later.
  • a planar region (region not including the nanostructure) 17 that does not include the nanostructure is formed. That is, the formation of the nanostructure 15 is excluded between adjacent nanostructure rows 16.
  • each nanostructure 15 includes a dielectric body 18.
  • the main body 18 is formed in a prismatic shape.
  • the main body 18 protrudes from the surface of the substrate 12.
  • the body 18 can be formed from the same material as the material of the substrate 12.
  • the main body 18 can be integrally formed on the surface of the substrate 12.
  • the surface of the main body 18 is covered with a metal film 19.
  • the metal film 19 can be formed from the same material as the metal film 13.
  • the metal film 19 and the metal film 13 can be formed as a single film.
  • the metal film 19 can be formed with a uniform film thickness.
  • each nanostructure 15 is set to be sufficiently smaller than the wavelength of the excitation light.
  • LSPR localized surface plasmon resonance
  • PSPR propagation surface plasmon resonance
  • Propagating surface plasmon resonance is coupled to localized surface plasmon resonance of nanostructure 15. A so-called hybrid mode is established.
  • the localized surface plasmon resonance is enhanced by the propagation surface plasmon resonance, and the near-field light is enhanced by the metal film 19 of the nanostructure 15.
  • a so-called hot spot is formed.
  • the interval between the nanostructures 15 is set to a short pitch SP smaller than the long pitch LP in each nanostructure row 16, the interval between the nanostructures 15 is set to the long pitch LP.
  • the surface density of the nanostructure 15 is increased.
  • the surface density of the hot spot is increased.
  • the present inventors verified the electric field strength of the sample analysis element 11.
  • simulation software of the FDTD (Finite-Difference Time-Domain) method was used.
  • the present inventor constructed a unit unit of a simulation model based on Yee Cell.
  • a silver metal film 13 was formed on a 120 nm square PMMA substrate 12.
  • the film thickness of the metal film 13 was set to 20 nm.
  • the outline of the PMMA main body 18 was set to a 40 nm square.
  • the height of the main body 18 (from the surface of the substrate 12) was set to 60 nm.
  • one row of unit units that is, nanostructures 15 constitute one row of nanostructures 16.
  • a plurality of nanostructure rows 16 were arranged in parallel.
  • a long pitch LP was set between the nanostructure rows 16 in the x-axis direction.
  • a planar region 17 was formed between the nanostructure rows 16 by one row of void unit units.
  • the void unit was composed of 120 nm square voids.
  • the electric field strength Ex was calculated for the first nanostructure 15.
  • Linearly polarized excitation light was set.
  • the polarization plane was adjusted in the x-axis direction.
  • the excitation light was set at normal incidence.
  • the present inventor prepared a comparative model.
  • the long pitch LP was set to 120 nm. That is, the plane area 17 is omitted.
  • the nanostructures 15 are simply arranged in a lattice pattern with a short pitch SP.
  • the electric field strength Ex was calculated for one selected nanostructure 15.
  • FIG. 5 shows the dispersion relation created based on the electric field intensity Ex.
  • the sum of squares of the electric field intensity Ex converted per unit area was specified.
  • the electric field strength Ex was calculated at each of the four apexes on the upper side of the nanostructure 15.
  • the square value of the electric field intensity Ex was calculated for each individual vertex, and the square values of all the vertexes of the minimum unit of the repeated calculation were added.
  • the area of the comparative model was set as the unit area.
  • the combined results were converted per unit area.
  • the square sum of the electric field intensity Ex per unit area was calculated.
  • the relationship between the wavelength of the excitation light and the sum of squares, that is, the frequency characteristic was calculated.
  • the wave number k is specified according to the long pitch LP.
  • the resonance wavelength of localized surface plasmon resonance can be determined according to the volume of the nanostructure 15 and the film thickness of the metal film 19. So-called Anti-Crossing Behavior (known as a hybrid mode indicator) was not observed.
  • FIG. 7 shows the wavelength dependence of the maximum value of the electric field intensity Ex.
  • the present inventor prepared a first comparison unit.
  • a silver metal film 13 was formed on the surface of a 120 nm square silicon (Si) substrate 12.
  • the film thickness of the metal film 13 was set to 20 nm.
  • the body 18 of the nanostructure 15 was formed from silicon dioxide (SiO 2 ).
  • Other structures were formed in the same manner as the unit unit described above.
  • the inventor similarly prepared a second comparison unit.
  • a silver metal film 13 was formed on the surface of a 120 nm square silicon dioxide (SiO 2 ) substrate 12.
  • the film thickness of the metal film 13 was set to 20 nm.
  • the body 18 of the nanostructure 15 was formed from silicon dioxide (SiO 2 ). That is, the main body 18 of the nanostructure 15 and the substrate 12 were set to an integral structure.
  • Other structures were formed in the same manner as the unit unit described above.
  • FIG. 10 shows the wavelength dependence of the electric field intensity Ex.
  • a comparison model was constructed with the unit unit, the first comparison unit unit, and the second comparison unit unit.
  • the square sum of the electric field intensity Ex per unit area was calculated for each wavelength of the excitation light in the same manner as described above.
  • the refractive index of silicon dioxide was set to 1.45
  • the refractive index of PMMA was set to 1.48.
  • the first comparison unit unit an increase in the electric field intensity Ex was observed with respect to the unit unit and the second comparison unit unit. Almost no difference in electric field intensity Ex was observed between the unit unit and the second comparison unit unit.
  • the electric field intensity Ex has increased due to the effect of the return light reflected from the surface of the silicon substrate 12.
  • the main body 18 of the nanostructure 15 and the substrate 12 can be formed of the same material.
  • the main body 18 of the nanostructure 15 and the substrate 12 can be formed by integral molding.
  • the manufacturing process of the sample analysis element 11 can be simplified.
  • the mass productivity of the sample analysis element 11 can be increased.
  • the nanostructure 15 and the substrate 12 may be formed from a molding material.
  • a stamper is manufactured when the sample analysis element 11 is manufactured.
  • silicon dioxide (SiO 2 ) protrusions 24 are formed on the surface of the silicon (Si) substrate 23.
  • the surface of the silicon substrate 23 is formed as a smooth surface.
  • the protrusions 24 represent the main body 18 of the nanostructure 15 that is dispersed on the surface of the substrate 12.
  • a lithography technique can be used.
  • a silicon dioxide film is formed on the entire surface of the silicon substrate 23.
  • a mask simulating the body 18 of the nanostructure 15 is formed on the surface of the silicon dioxide film.
  • a photoresist film may be used for the mask.
  • a nickel (Ni) film 25 is formed on the surface of the silicon substrate 23. Electroless plating is performed when forming the nickel film 25. Subsequently, as shown in FIG. 13, electroforming is performed based on the nickel film 25. A thick nickel plate 26 is formed on the surface of the silicon substrate 23. Thereafter, as shown in FIG. 14, the nickel plate 26 is peeled from the silicon substrate 23. Thus, a nickel stamper can be manufactured. The surface of the nickel plate 26, that is, the stamper is formed as a smooth surface. A recess 27 is formed on the smooth surface by the separation marks of the protrusions 24.
  • the substrate 28 is molded.
  • injection molding of a molding material can be used.
  • the main body 18 of the nanostructure 15 is integrally formed on the surface of the substrate 28.
  • a metal film 29 is formed on the entire surface of the substrate 28.
  • electroless plating, sputtering, vapor deposition, or the like can be used.
  • the dielectric body 18 is covered with the metal film 19.
  • a nanostructure 15 is formed.
  • the individual substrates 12 are cut out from the substrate 28.
  • the surface of the substrate 12 is covered with a metal film 13.
  • the stamper can greatly contribute to the improvement of the productivity of the sample analysis element 11.
  • FIG. 17 schematically shows a target molecule testing device (testing device) 101 according to one embodiment.
  • the target molecule testing apparatus 101 includes a housing 102.
  • a sensor cartridge 103 is incorporated in the housing 102.
  • An introduction passage 104 and a discharge passage 105 are individually connected to the sensor cartridge 103.
  • Gas is introduced into the sensor cartridge 103 from the introduction passage 104.
  • the gas is discharged from the sensor cartridge 103 to the discharge passage 105.
  • a filter 107 is installed at the passage inlet 106 of the introduction passage 104.
  • the filter 107 can remove dust and water vapor in the gas, for example.
  • a suction unit 109 is installed at the passage outlet 108 of the discharge passage 105.
  • the suction unit 109 is configured by a blower fan. In accordance with the operation of the blower fan, gas flows in order through the introduction passage 104, the sensor cartridge 103, and the discharge passage 105. Shutters (not shown) are installed before and after the sensor cartridge 103 in such a gas flow path. Gas can be confined in the sensor cartridge 103 according to the opening and closing of the shutter.
  • An identification sensor 111 is incorporated in the housing 102.
  • the identification sensor 111 identifies attachment / detachment of the sensor cartridge 103.
  • the identification sensor 111 outputs a predetermined electrical signal in accordance with the mounting and removal of the sensor cartridge 103.
  • the sensor cartridge 103 can be detachably attached to the introduction passage 104 and the discharge passage 105.
  • the target molecule inspection apparatus 101 includes a Raman scattered light detection unit 112.
  • the Raman scattered light detection unit 112 detects the Raman scattered light by irradiating the sensor cartridge 103 with excitation light.
  • the Raman scattered light detection unit 112 defines a light shielding chamber 113 in the housing 102.
  • the light shielding chamber 113 is shielded from ambient light.
  • the Raman scattered light detection unit 112 includes a light source 114.
  • the light source 114 is disposed in the light shielding chamber 113.
  • a laser light source can be used as the light source 114.
  • the laser light source can emit linearly polarized laser light at a specific wavelength (single wavelength).
  • the Raman scattered light detection unit 112 includes a light receiving element 115.
  • the light receiving element 115 can detect the intensity of light.
  • the light receiving element 115 can output a detection current according to the intensity of light. Therefore, the intensity of light can be specified according to the magnitude of the current output from the light receiving element 115.
  • an optical system 116 is constructed between the light source 114 and the sensor cartridge 103 and between the sensor cartridge 103 and the light receiving element 115.
  • the optical system 116 forms an optical path between the light source 114 and the sensor cartridge 103 and simultaneously forms an optical path between the sensor cartridge 103 and the light receiving element 115.
  • the light of the light source 114 is guided to the sensor cartridge 103 by the action of the optical system 116.
  • the reflected light of the sensor cartridge 103 is guided to the light receiving element 115 by the action of the optical system 116.
  • the optical system 116 includes a collimator lens 117, a dichroic mirror 118, an objective lens 119, a condenser lens 121, a concave lens 122, an optical filter 123, and a spectroscope 124.
  • the dichroic mirror 118 is disposed between the sensor cartridge 103 and the light receiving element 115, for example.
  • the objective lens 119 is disposed between the dichroic mirror 118 and the sensor cartridge 103.
  • the objective lens 119 collects the parallel light supplied from the dichroic mirror 118 and guides it to the sensor cartridge 103.
  • the reflected light of the sensor cartridge 103 is converted into parallel light by the objective lens 119 and transmitted through the dichroic mirror 118.
  • a condensing lens 121, a concave lens 122, an optical filter 123, and a spectroscope 124 are disposed between the dichroic mirror 118 and the light receiving element 115.
  • the optical axes of the objective lens 119, the condenser lens 121, and the concave lens 122 are coaxially adjusted.
  • the light condensed by the condenser lens 121 is converted again into parallel light by the concave lens 122.
  • the optical filter 123 removes Rayleigh scattered light.
  • the Raman scattered light passes through the optical filter 123.
  • the spectroscope 124 selectively transmits light having a specific wavelength.
  • the light receiving element 115 detects the light intensity for each specific wavelength.
  • an etalon can be used for the spectroscope 124.
  • the optical axis of the light source 114 is orthogonal to the optical axes of the objective lens 119 and the condenser lens 121.
  • the surface of the dichroic mirror 118 intersects these optical axes at an angle of 45 degrees.
  • a collimator lens 117 is disposed between the dichroic mirror 118 and the light source 114. In this way, the collimator lens 117 is faced to the light source 114.
  • the optical axis of the collimator lens 117 is coaxially aligned with the optical axis of the light source 114.
  • the target molecule testing apparatus 101 includes a control unit 126.
  • the identification unit 111, the light source 114, the spectroscope 124, the light receiving element 115, the suction unit 109, and other devices are connected to the control unit 126.
  • the control unit 126 controls operations of the light source 114, the spectroscope 124, and the suction unit 109, and processes output signals from the identification sensor 111 and the light receiving element 115.
  • a signal connector 127 is connected to the control unit 126.
  • the control unit 126 can exchange signals with the outside through the signal connector 127.
  • the target molecule testing apparatus 101 includes a power supply unit 128.
  • the power supply unit 128 is connected to the control unit 126.
  • the power supply unit 128 supplies operating power to the control unit 126.
  • the control unit 126 can operate by receiving power from the power supply unit 128.
  • a primary battery or a secondary battery can be used for the power supply unit 128.
  • the secondary battery can have a power connector 129 for charging, for example.
  • the control unit 126 includes a signal processing control unit.
  • the signal processing control unit can be constituted by, for example, a central processing unit (CPU) and a storage circuit such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory).
  • a processing program and spectrum data can be stored in the ROM.
  • the spectrum data identifies the Raman scattered light spectrum of the target molecule.
  • the CPU executes the processing program while temporarily fetching the processing program and spectrum data into the RAM.
  • the CPU compares the spectrum data with the spectrum of light specified by the action of the spectroscope and the light receiving element.
  • the sensor cartridge 103 includes a housing 131.
  • the casing 131 defines the detection chamber 132.
  • the detection chamber 132 is connected to the introduction passage 104 at one end and to the discharge passage 105 at the other end.
  • the sensor chip 11 is incorporated in the housing 131.
  • the surface of the substrate 12 is in contact with the space of the detection chamber 132.
  • Light emitted from the light source 114 is converted into parallel light by the collimator lens 117.
  • the linearly polarized light is reflected by the dichroic mirror 118.
  • the reflected light is collected by the objective lens 119 and applied to the sensor cartridge 103.
  • the light passes through the housing 131 of the sensor cartridge 103 and reaches the sensor chip 11.
  • the light can be incident in a vertical direction orthogonal to the surface of the sensor chip 11. So-called normal incidence can be established.
  • the plane of polarization of light is aligned parallel to the nanostructure array 16 (first direction SD).
  • Localized surface plasmon resonance is caused in the metal film 19 of the nanostructure 15 by the action of the irradiated light.
  • Near-field light is enhanced between the nanostructures 15. A so-called hot spot is formed.
  • the light emitted from the sensor cartridge 103 is converted into parallel light by the objective lens 119 and passes through the dichroic mirror 118, the condenser lens 121, the concave lens 122 and the optical filter 123.
  • the Raman scattered light is incident on the spectroscope 124.
  • the spectroscope 124 separates the Raman scattered light.
  • the light receiving element 115 detects the light intensity for each specific wavelength.
  • the spectrum of light is checked against the spectral data.
  • the target molecule can be detected.
  • the target molecule detection apparatus 101 can detect a target substance such as adenovirus, rhinovirus, HIV virus, or influenza virus based on the surface enhanced Raman scattering.
  • Sample analysis element 12 substrate, 13 metal film, 15 nanostructure, 16 nanostructure array, 17 area not including nanostructure (planar area), 18 dielectric (main body), 19 metal film, 101 inspection device (Target molecule testing device), 103 sensor cartridge, 114 light source, 115 photodetector (light receiving element), 131 housing, SP first pitch (short pitch), LP second pitch (long pitch).

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Abstract

　ホットスポットの面密度を高めつつ近接場光の増強を実現することができる試料分析素子は提供される。　試料分析素子１１では基体１２の表面に複数のナノ構造体１５が配列される。個々のナノ構造体１５では誘電体１８が金属膜１９で覆われる。ナノ構造体１５は複数列のナノ構造体列１６を形成する。個々のナノ構造体列１６ではナノ構造体１５は励起光の波長よりも小さい第１ピッチＳＰで並べられ、ナノ構造体列１６は第１ピッチＳＰよりも大きい第２ピッチＬＰで並列に並べられる。

Description

試料分析素子並びに検査装置およびセンサーカートリッジ
　本発明は、金属膜で覆われるナノ体を備える試料分析素子、および、そういった試料分析素子を利用した検査装置およびセンサーカートリッジ等に関する。
　局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を利用した試料分析素子は知られる。こうした試料分析素子は例えば金属膜で覆われるナノ体を備える。ナノ体は例えば励起光の波長よりも十分に小さく形成される。ナノ体上の金属膜に励起光が照射されると、全電気双極子が揃い増強電場が誘発される。その結果、金属膜の表面で近接場光が生成される。いわゆるホットスポットが形成される。
　非特許文献１ではナノ体は所定のピッチで格子状に配置される。ピッチの大きさが伝播表面プラズモン共鳴（ＰＳＰＲ）の波長に対応する大きさに設定されると、ナノ粒子上の金属膜で近接場光の増強が観察される。
Ｌｕｐｉｎ　Ｄｕ外著，「Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎｓ，　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｐｏｌａｒｉｔｏｎｓ，　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｉｎ　２Ｄ　ｍｅｔａｌｌｉｃ　ａｒｒａｙ　ｆｏｒ　ＳＥＲＳ」，ＯＰＴＩＣＳ　ＥＸＰＲＥＳＳ，米国，２０１０年１月１９日発行，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．３，ｐ．１９５９－１９６５
　前述の試料分析素子は標的物質の検査装置に利用されることができる。非特許文献１に開示されるように、伝播表面プラズモン共鳴の波長に対応する大きさでピッチが設定されると、ホットスポットの面密度が著しく低下し、標的物質がなかなかホットスポットに付着することができない。
　本発明の少なくとも１つの態様によれば、ホットスポットの面密度を高めつつ近接場光の増強を実現することができる試料分析素子は提供されることができる。
　（１）本発明の一態様は、基体と、前記基体の表面に配列されて、金属膜で誘電体を覆う複数のナノ構造体とを備え、前記ナノ構造体は複数列のナノ構造体列を形成し、個々の前記ナノ構造体列では前記ナノ構造体は励起光の波長よりも小さい第１ピッチで第１方向に並べられ、前記ナノ構造体列は前記第１ピッチよりも大きい第２ピッチで前記第１方向とは交差する第２方向に並べられる試料分析素子に関する。
　励起光の働きでナノ構造体の金属膜では局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）が引き起こされる。ナノ構造体列のピッチ（第２ピッチ）の働きでエバネッセント波に基づき伝播表面プラズモン共鳴（ＰＳＰＲ）が引き起こされる。伝播表面プラズモン共鳴は局在表面プラズモン共鳴に結合する。いわゆるハイブリッドモードが確立される。こうして局在表面プラズモン共鳴は伝播表面プラズモン共鳴で増強され、ナノ構造体の金属膜で近接場光は強められる。いわゆるホットスポットが形成される。しかも、個々のナノ構造体列内には複数のナノ構造体が配置されることから、ナノ構造体単体が励起光に共鳴するピッチで配置される場合に比べてナノ構造体の面密度は高められる。したがって、ホットスポットの面密度は高められる。
　（２）前記ナノ構造体列同士の間には、前記ナノ構造体を含まない領域が形成されることができる。すなわち、ナノ構造体列同士の間でナノ構造体の形成は排除される。ナノ構造体列同士の間では局在表面プラズモン共鳴は誘起されない。
　（３）前記ナノ構造体の前記誘電体は前記基体と一体に形作られることができる。ナノ構造体の誘電体と基体とは同一の材料から形成されることができる。ナノ構造体列の誘電体および基体は一体成型で形成されることができる。試料分析素子の製造工程は簡素化されることができる。試料分析素子の量産性は高められることができる。
　（４）前記基体は成型材料で形成されることができる。ナノ構造体列の誘電体および基体は一体成型で形成されることができる。試料分析素子の量産性は高められることができる。
　（５）前記金属膜は前記基体の表面を覆うことができる。金属膜は基体の表面で一律に形成されれば済む。したがって、試料分析素子の製造工程は簡素化されることができる。試料分析素子の量産性は高められることができる。
　（６）試料分析素子では、前記第１ピッチで並べられたナノ構造体で生じる局在プラズモン波長と前記金属膜との分散関係との交点の波数を第２ピッチとすることができる。
　（７）試料分析素子は検査装置に組み込まれて利用されることができる。検査装置は、試料分析素子と、前記ナノ構造体列に向けて光を放出する光源と、前記光の照射に応じて前記ナノ構造体列から放射される光を検出する光検出器とを備えることができる。
　（８）本発明の他の態様は、検出室を区画する筐体と、前記検出室の空間に接する表面を有する基体と、前記基体の表面に配列されて、金属膜で誘電体を覆う複数のナノ構造体と、を備え、前記ナノ構造体は複数列のナノ構造体列を形成し、個々の前記ナノ構造体列では前記ナノ構造体は励起光の波長よりも小さい第１ピッチで第１方向に並べられ、前記ナノ構造体列は前記第１ピッチよりも大きい第２ピッチで前記第１方向とは交差する第２方向に並べられることを特徴とするセンサーカートリッジに関する。
本発明の一実施形態に係る試料分析素子を概略的に示す斜視図である。 図１の２－２線に沿った垂直断面図である。 シミュレーションモデルの単位ユニットを示す（ａ）平面図、および（ｂ）側面図である。 シミュレーションモデルの（ａ）本実施形態に係るモデル、および（ｂ）比較モデルの平面図である。 電場強度に基づき作成された分散関係を示すグラフである。 電場強度の最大値を示すグラフである。 電場強度の最大値の波長依存性を示すグラフである。 単位面積当たり電場強度の二乗和を示すグラフである。 第１比較単位ユニットを示す（ａ）平面図、および（ｂ）側面図である。 電場強度の波長依存性を示すグラフである。 シリコン基板の表面に形成される突起を概略的に示す断面図である。 シリコン基板の表面に形成されるニッケル膜を概略的に示す断面図である。 シリコン基板の表面に形成されるニッケル板を概略的に示す断面図である。 シリコン基板から剥離されたニッケル板を概略的に示す断面図である。 ニッケル板で成型される成型材料を概略的に示す断面図である。 基板の表面に成膜される金属膜を概略的に示す断面図である。 標的分子検査装置の構成を概略的に示す概念図である。
　以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
（１）試料分析素子の構造
　図１は本発明の一実施形態に係る試料分析素子１１を概略的に示す。この試料分析素子１１すなわちセンサーチップは基板（基体）１２を備える。基板１２は例えば成型材料から形成される。成型材料には例えば樹脂材が使用されることができる。樹脂材にはポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）といったアクリル樹脂が含まれることができる。
　基板１２の表面には金属膜１３が形成される。金属膜１３は金属から形成される。金属膜１３は例えば銀から形成されることができる。その他、金属には金またはアルミニウムが用いられてもよい。金属膜１３は例えば基板１２の表面に一面に途切れなく形成されることができる。金属膜１３は均一な膜厚で形成されることができる。金属膜１３の膜厚は例えば２０ｎｍ程度に設定されることができる。
　金属膜１３の表面にはナノ構造体１５が形成される。ナノ構造体１５は金属膜１３の表面から突出する。ナノ構造体１５は基板１２の表面に分散する。個々のナノ構造体１５は角柱に形成される。角柱の水平断面すなわち輪郭は例えば正方形に形成される。正方形の一辺の長さは例えば１～１０００ｎｍ程度に設定されることができる。角柱の高さ（金属膜１３の表面から）は例えば１０～１００ｎｍ程度で設定されることができる。角柱の水平断面は正方形以外の多角形に形成されてもよい。ナノ構造体１５は円柱その他の立体形状に形成されてもよい。
　ナノ構造体１５はナノ構造体列１６を形成する。個々のナノ構造体列１６内でナノ構造体１５は短ピッチＳＰ（第１ピッチ）で金属膜１３の表面に１列に配列される。ナノ構造体列１６は第１方向ＳＤに延びる。短ピッチＳＰは励起光の波長よりも小さく設定される。
　ナノ構造体列１６は第１方向ＳＤに交差する第２方向ＤＲに所定の長ピッチＬＰ（第２ピッチ）で並列に並べられる。ここでは、第２方向ＤＲは基板１２の表面を含む１仮想平面内で第１方向ＳＤに直交する。長ピッチＬＰは少なくとも短ピッチＳＰよりも大きく設定される。長ピッチＬＰの大きさは、後述されるように、エバネッセント波の波数に応じて設定される。
　ナノ構造体列１６同士の間には、ナノ構造体を含まない平面領域（ナノ構造体を含まない領域）１７が形成される。すなわち、隣接するナノ構造体列１６同士の間ではナノ構造体１５の形成は排除される。
　図２に示されるように、個々のナノ構造体１５は誘電体の本体１８を備える。本体１８は角柱形状に形成される。本体１８は基板１２の表面から突き出る。本体１８は基板１２の材料と同一の材料から形成されることができる。本体１８は基板１２の表面に一体に形成されることができる。
　個々のナノ構造体１５では本体１８の表面は金属膜１９で覆われる。金属膜１９は金属膜１３と同一の材料から形成されることができる。金属膜１９および金属膜１３は１枚の膜として形成されることができる。金属膜１９は均一な膜厚で形成されることができる。
　試料分析素子１１では、個々のナノ構造体１５の大きさは励起光の波長よりも十分に小さく設定される。その結果、励起光の働きでナノ構造体１５の金属膜１９では局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）が引き起こされる。加えて、励起光の偏光面が第２方向ＤＲに合わせ込まれると、長ピッチＬＰの設定に応じて、エバネッセント波に基づき伝播表面プラズモン共鳴（ＰＳＰＲ）が引き起こされる。伝播表面プラズモン共鳴はナノ構造体１５の局在表面プラズモン共鳴に結合する。いわゆるハイブリッドモードが確立される。こうして局在表面プラズモン共鳴は伝播表面プラズモン共鳴で増強され、ナノ構造体１５の金属膜１９で近接場光は強められる。いわゆるホットスポットが形成される。しかも、個々のナノ構造体列１６内ではナノ構造体１５同士の間隔は長ピッチＬＰよりも小さい短ピッチＳＰに設定されることから、ナノ構造体１５同士の間隔が長ピッチＬＰで設定される場合に比べてナノ構造体１５の面密度は高められる。ホットスポットの面密度は高められる。
（２）電場強度の検証
　本発明者は試料分析素子１１の電場強度を検証した。検証にあたってＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ－Ｄｏｍａｉｎ）法のシミュレーションソフトウェアが利用された。図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、本発明者はＹｅｅ　Ｃｅｌｌに基づきシュミレーションモデルの単位ユニットを構築した。この単位ユニットでは１２０ｎｍ角のＰＭＭＡ製基板１２に銀の金属膜１３が形成された。金属膜１３の膜厚は２０ｎｍに設定された。ＰＭＭＡ製の本体１８の輪郭は４０ｎｍ角の正方形に設定された。本体１８の高さ（基板１２の表面から）は６０ｎｍに設定された。
　図４（ａ）に示されるように、１列の単位ユニットすなわちナノ構造体１５で１つのナノ構造体列１６が構成された。複数のナノ構造体列１６が平行に並べられた。ｘ軸方向にナノ構造体列１６の間に長ピッチＬＰが設定された。その結果、ナノ構造体列１６同士の間には１列の空隙単位ユニットで平面領域１７が形成された。空隙単位ユニットは１２０ｎｍ角の空隙で構成された。先頭のナノ構造体１５で電場強度Ｅｘが算出された。周辺屈折率ｎｓ＝１が設定された。直線偏光の励起光が設定された。偏光面はｘ軸方向に合わせられた。励起光は垂直入射に設定された。
　図４（ｂ）に示されるように、本発明者は比較モデルを用意した。比較モデルでは長ピッチＬＰは１２０ｎｍに設定された。すなわち、平面領域１７は省略された。単純にナノ構造体１５が短ピッチＳＰで格子状に配置された。前述と同様に、選択された１つのナノ構造体１５で電場強度Ｅｘが算出された。
　図５は電場強度Ｅｘに基づき作成された分散関係を示す。ここでは、単位面積当たりに換算された電場強度Ｅｘの二乗和が特定された。二乗和の特定にあたってナノ構造体１５の上側の４つの頂点それぞれで電場強度Ｅｘが算出された。個々の頂点ごとに電場強度Ｅｘの二乗値が算出され、繰り返し計算の最小単位の全ての頂点の二乗値が足し合わせられた。単位面積として比較モデルの面積が設定された。足し合わせられた結果がその単位面積当たりに換算された。こうして単位面積当たり電場強度Ｅｘの二乗和が算出された。励起光の波長と二乗和との関係すなわち周波数特性が算出された。
　図５で波数ｋは長ピッチＬＰに応じて特定される。直線２１は空気（ｎｓ＝１．０）の分散関係を示す。空気の分散関係は比例関係を示す。曲線２２は屈折率（ｎｓ＝１．０）の銀Ａｇの伝播表面プラズモン共鳴の分散関係を示す。複数の長ピッチＬＰ（＝波数ｋ）に現れる波長（＝４２０ｎｍ）は局在表面プラズモン共鳴の共鳴波長に相当する。なぜならば、分散関係の傾きは伝搬表面プラズモンの移動速度を示し、複数の長ピッチＰＬで現れる角周波数の傾きは０（ゼロ）を示すからである。局在表面プラズモン共鳴の共鳴波長はナノ構造体１５の体積や金属膜１９の膜厚に応じて決定されることができる。いわゆるＡｎｔｉ－Ｃｒｏｓｓｉｎｇ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ（ハイブリッドモードの指標として知られる）は観察されなかった。
　図６は電場強度Ｅｘの最大値を示す。比較モデルに対して長ピッチＬＰが増大すると電場強度Ｅｘの最大値は増大することが確認された。特に、長ピッチＬＰ＝３８０ｎｍｐで電場強度Ｅｘの最大値はピークを示すことが確認された。前述の分散関係から観察されるように、長ピッチＬＰ＝３８０ｎｍｐは局在表面プラズモン共鳴の分散関係と銀Ａｇの伝播表面プラズモン共鳴の分散関係との交点に相当する。図７は電場強度Ｅｘの最大値の波長依存性を示す。長ピッチＬＰの大きさに拘わらず４２０ｎｍの波長で電場強度Ｅｘの最大値はピークを示すことが確認された。図８は単位面積当たり電場強度Ｅｘの二乗和を示す。比較モデルに対して長ピッチＬＰが増大すると電場強度Ｅｘの二乗和が増大することが確認された。特に、長ピッチＬＰ＝３８０ｎｍｐで単位面積当たり電場強度Ｅｘの二乗和はピークを示すことが確認された。
　図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるように、本発明者は第１比較単位ユニットを用意した。第１比較単位ユニットでは１２０ｎｍ角のシリコン（Ｓｉ）製基板１２の表面に銀の金属膜１３が形成された。金属膜１３の膜厚は２０ｎｍに設定された。ナノ構造体１５の本体１８は二酸化シリコン（ＳｉＯ2）から形成された。その他の構造は前述の単位ユニットと同様に形成された。
　本発明者は同様に第２比較単位ユニットを用意した。第２比較単位ユニットでは１２０ｎｍ角の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）製基板１２の表面に銀の金属膜１３が形成された。金属膜１３の膜厚は２０ｎｍに設定された。ナノ構造体１５の本体１８は二酸化シリコン（ＳｉＯ2）から形成された。すなわち、ナノ構造体１５の本体１８と基板１２とは一体構造に設定された。その他の構造は前述の単位ユニットと同様に形成された。
　図１０は電場強度Ｅｘの波長依存性を示す。波長依存性の特定にあたって単位ユニット、第１比較単位ユニットおよび第２比較単位ユニットで比較モデルが構築された。比較モデルで励起光の波長ごとに前述と同様に単位面積当たり電場強度Ｅｘの二乗和が算出された。このとき、二酸化シリコンの屈折率は１．４５に設定されＰＭＭＡの屈折率は１．４８に設定された。図１０から明らかなように、第１比較単位ユニットでは単位ユニットおよび第２比較単位ユニットに対して電場強度Ｅｘの増強が観察された。単位ユニットと第２比較単位ユニットとの間では電場強度Ｅｘにほとんど差が観察されなかった。この結果から、第１比較単位ユニットではシリコン製基板１２の表面から反射する戻り光の効果で電場強度Ｅｘが増大したことが容易く推測されることができる。その一方で、ナノ構造体１５の本体１８と基板１２とが一体に形作られると、ナノ構造体１５の本体１８と基板１２とは同一の材料から形成されることができる。ナノ構造体１５の本体１８と基板１２とは一体成型で形成されることができる。試料分析素子１１の製造工程は簡素化されることができる。試料分析素子１１の量産性は高められることができる。一体成型の実施にあたってナノ構造体１５および基板１２は成型材料から形成されればよい。
（３）試料分析素子の製造方法
　次に、試料分析素子１１の製造方法を簡単に説明する。試料分析素子１１の製造にあたってスタンパーが製造される。図１１に示されるように、シリコン（Ｓｉ）基板２３の表面で二酸化シリコン（ＳｉＯ2）の突起２４が形成される。シリコン基板２３の表面は平滑面に形成される。突起２４は、基板１２の表面に分散するナノ構造体１５の本体１８を象る。突起２４の形成にあたって例えばリソグラフィ技術は用いられることができる。シリコン基板２３の表面に一面に二酸化シリコン膜が形成される。二酸化シリコン膜の表面にナノ構造体１５の本体１８を象ったマスクが形成される。マスクには例えばフォトレジスト膜が用いられればよい。マスクの周囲で二酸化シリコン膜が除去されると、二酸化シリコン膜から個々の突起２４は成形される。こうした成形にあたってエッチング処理やミリング処理が実施されればよい。
　図１２に示されるように、シリコン基板２３の表面にニッケル（Ｎｉ）膜２５が形成される。ニッケル膜２５の形成にあたって無電解めっきが実施される。続いて、図１３に示されるように、ニッケル膜２５に基づき電鋳が実施される。シリコン基板２３の表面には肉厚のニッケル板２６が形成される。その後、図１４に示されるように、ニッケル板２６はシリコン基板２３から剥離される。こうしてニッケル製のスタンパーは製造されることができる。ニッケル板２６すなわちスタンパーの表面は平滑面に形成される。平滑面には突起２４の剥離痕で窪み２７が形成される。
　図１５に示されるように、基板２８は成型される。成型にあたって例えば成型材料の射出成型が利用されることができる。基板２８の表面にはナノ構造体１５の本体１８が一体成型される。図１６に示されるように、基板２８の表面に一面に金属膜２９が形成される。金属膜２９の形成にあたって無電解めっきやスパッタリング、蒸着などが用いられることができる。こうして誘電体の本体１８は金属膜１９で覆われる。ナノ構造体１５が形成される。その後、基板２８から個々の基板１２が切り出される。基板１２の表面は金属膜１３で覆われる。スタンパーは試料分析素子１１の生産性の向上に大いに貢献することができる。
（４）一実施形態に係る検査装置
　図１７は一実施形態に係る標的分子検査装置（検査装置）１０１を概略的に示す。標的分子検査装置１０１は筐体１０２を備える。筐体１０２にはセンサーカートリッジ１０３が組み込まれる。センサーカートリッジ１０３には導入通路１０４と排出通路１０５とが個別に接続される。導入通路１０４からセンサーカートリッジ１０３に気体は導入される。センサーカートリッジ１０３から排出通路１０５に気体は排出される。導入通路１０４の通路入口１０６にはフィルター１０７が設置される。フィルター１０７は例えば気体中の塵埃や水蒸気を除去することができる。排出通路１０５の通路出口１０８には吸引ユニット１０９が設置される。吸引ユニット１０９は送風ファンで構成される。送風ファンの作動に応じて気体は導入通路１０４、センサーカートリッジ１０３および排出通路１０５を順番に流通する。こうした気体の流通経路内でセンサーカートリッジ１０３の前後にはシャッター（図示されず）が設置される。シャッターの開閉に応じてセンサーカートリッジ１０３内に気体は閉じ込められることができる。
　筐体１０２には識別センサー１１１が組み込まれる。識別センサー１１１はセンサーカートリッジ１０３の着脱を識別する。識別センサー１１１はセンサーカートリッジ１０３の装着および取り外しに応じて所定の電気信号を出力する。センサーカートリッジ１０３は例えば導入通路１０４および排出通路１０５に着脱自在に装着されることができる。
　標的分子検査装置１０１はラマン散乱光検出ユニット１１２を備える。ラマン散乱光検出ユニット１１２は、センサーカートリッジ１０３に励起光を照射しラマン散乱光を検出する。ラマン散乱光検出ユニット１１２は筐体１０２内に遮光室１１３を区画する。遮光室１１３は周囲の光から遮断される。
　ラマン散乱光検出ユニット１１２は光源１１４を備える。光源１１４は遮光室１１３内に配置される。光源１１４にはレーザー光源が用いられることができる。レーザー光源は特定波長（単一波長）で直線偏光のレーザー光を放射することができる。
　ラマン散乱光検出ユニット１１２は受光素子１１５を備える。受光素子１１５は例えば光の強度を検出することができる。受光素子１１５は光の強度に応じて検出電流を出力することができる。したがって、受光素子１１５から出力される電流の大きさに応じて光の強度は特定されることができる。
　遮光室１１３内で、光源１１４とセンサーカートリッジ１０３との間、および、センサーカートリッジ１０３と受光素子１１５との間には光学系１１６が構築される。光学系１１６は光源１１４とセンサーカートリッジ１０３との間に光路を形成すると同時にセンサーカートリッジ１０３と受光素子１１５との間に光路を形成する。光学系１１６の働きで光源１１４の光はセンサーカートリッジ１０３に導かれる。センサーカートリッジ１０３の反射光は光学系１１６の働きで受光素子１１５に導かれる。
　光学系１１６はコリメーターレンズ１１７、ダイクロイックミラー１１８、対物レンズ１１９、集光レンズ１２１、凹レンズ１２２、光学フィルター１２３および分光器１２４を備える。ダイクロイックミラー１１８は例えばセンサーカートリッジ１０３と受光素子１１５との間に配置される。対物レンズ１１９はダイクロイックミラー１１８とセンサーカートリッジ１０３との間に配置される。対物レンズ１１９はダイクロイックミラー１１８から供給される平行光を集光してセンサーカートリッジ１０３に導く。センサーカートリッジ１０３の反射光は対物レンズ１１９で平行光に変換されダイクロイックミラー１１８を透過する。ダイクロイックミラー１１８と受光素子１１５との間には集光レンズ１２１、凹レンズ１２２、光学フィルター１２３および分光器１２４が配置される。対物レンズ１１９、集光レンズ１２１および凹レンズ１２２の光軸は同軸に合わせ込まれる。集光レンズ１２１で集光された光は凹レンズ１２２で再び平行光に変換される。光学フィルター１２３はレイリー散乱光を除去する。ラマン散乱光は光学フィルター１２３を通過する。分光器１２４は例えば特定波長の光を選択的に透過させる。こうして受光素子１１５では特定波長ごとに光の強度が検出される。分光器１２４には例えばエタロンが用いられることができる。
　光源１１４の光軸は対物レンズ１１９および集光レンズ１２１の光軸に直交する。ダイクロイックミラー１１８の表面はこれら光軸に４５度の角度で交差する。ダイクロイックミラー１１８と光源１１４との間にはコリメーターレンズ１１７が配置される。こうしてコリメーターレンズ１１７は光源１１４に向き合わせられる。コリメーターレンズ１１７の光軸は光源１１４の光軸に同軸に合わせ込まれる。
　標的分子検査装置１０１は制御ユニット１２６を備える。制御ユニット１２６に、識別センサー１１１、光源１１４、分光器１２４、受光素子１１５、吸引ユニット１０９、その他の機器が接続される。制御ユニット１２６は、光源１１４、分光器１２４および吸引ユニット１０９の動作を制御するとともに、識別センサー１１１および受光素子１１５の出力信号を処理する。制御ユニット１２６には信号コネクター１２７が接続される。制御ユニット１２６は信号コネクター１２７を通じて外部と信号をやりとりすることができる。
　標的分子検査装置１０１は電源ユニット１２８を備える。電源ユニット１２８は制御ユニット１２６に接続される。電源ユニット１２８は制御ユニット１２６に動作電力を供給する。制御ユニット１２６は電源ユニット１２８から電力の供給を受けて動作することができる。電源ユニット１２８には例えば１次電池や２次電池が用いられることができる。２次電池は、例えば、充電用の電源コネクター１２９を有することができる。
　制御ユニット１２６は信号処理制御部を備える。信号処理制御部は例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）やＲＯＭ（リードオンリーメモリー）といった記憶回路で構成されることができる。ＲＯＭには例えば処理プログラムやスペクトルデータが格納されることができる。スペクトルデータでは標的分子のラマン散乱光のスペクトルが特定される。ＣＰＵは、一時的にＲＡＭに処理プログラムやスペクトルデータを取り込みながら、処理プログラムを実行する。ＣＰＵは、スペクトルデータに、分光器および受光素子の働きで特定される光のスペクトルを照らし合わせる。
　センサーカートリッジ１０３は筐体１３１を備える。筐体１３１は検出室１３２を区画する。検出室１３２は一端で導入通路１０４に接続され他端で排出通路１０５に接続される。筐体１３１にセンサーチップ１１が組み込まれる。基体１２の表面は検出室１３２の空間に接する。光源１１４から放出される光はコリメーターレンズ１１７で平行光に変換される。直線偏光の光はダイクロイックミラー１１８で反射する。反射した光は対物レンズ１１９で集光されてセンサーカートリッジ１０３に照射される。光はセンサーカートリッジ１０３の筐体１３１を透過してセンサーチップ１１に到達する。このとき、光はセンサーチップ１１の表面に直交する垂直方向に入射することができる。いわゆる垂直入射が確立されることができる。光の偏光面はナノ構造体列１６（第１方向ＳＤ）に平行に合わせ込まれる。照射された光の働きでナノ構造体１５の金属膜１９では局在表面プラズモン共鳴が引き起こされる。ナノ構造体１５同士の間で近接場光は強められる。いわゆるホットスポットが形成される。
　このとき、ホットスポットでナノ構造体１５に標的分子が付着すると、標的分子からレイリー散乱光およびラマン散乱光が生成される。いわゆる表面増強ラマン散乱が実現される。その結果、標的分子の種類に応じたスペクトルで光は対物レンズ１１９に向かって放出される。
　こうしてセンサーカートリッジ１０３から放出される光は対物レンズ１１９で平行光に変換されダイクロイックミラー１１８、集光レンズ１２１、凹レンズ１２２および光学フィルター１２３を通過する。ラマン散乱光は分光器１２４に入射する。分光器１２４はラマン散乱光を分光する。こうして特定の波長ごとに受光素子１１５は光の強度を検出する。光のスペクトルはスペクトルデータに照らし合わせられる。光のスペクトルに応じて標的分子は検出されることができる。こうして標的分子検出装置１０１は表面増強ラマン散乱に基づき例えばアデノウィルスやライノウィルス、ＨＩＶウィルス、インフルエンザウィルスといった標的物質を検出することができる。
　なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、試料分析素子１１や標的物質検査装置１０１等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
　１１　試料分析素子、１２　基体、１３　金属膜、１５　ナノ構造体、１６　ナノ構造体列、１７　ナノ構造体を含まない領域（平面領域）、１８　誘電体（本体）、１９　金属膜、１０１　検査装置（標的分子検査装置）、１０３　センサーカートリッジ、１１４　光源、１１５　光検出器（受光素子）、１３１　筐体、ＳＰ　第１ピッチ（短ピッチ）、ＬＰ　第２ピッチ（長ピッチ）。

Claims (8)

  1. 　基体と、
    　前記基体の表面に配列されて、金属膜で誘電体を覆う複数のナノ構造体と、を備え、
    　前記ナノ構造体は複数列のナノ構造体列を形成し、個々の前記ナノ構造体列では前記ナノ構造体は励起光の波長よりも小さい第１ピッチで第１方向に並べられ、前記ナノ構造体列は前記第１ピッチよりも大きい第２ピッチで前記第１方向とは交差する第２方向に並べられることを特徴とする試料分析素子。
  2. 　請求項１に記載の試料分析素子において、前記ナノ構造体列同士の間には、前記ナノ構造体を含まない領域が形成されることを特徴とする試料分析素子。
  3. 　請求項１または２に記載の試料分析素子において、前記ナノ構造体の前記誘電体は前記基体と一体に形作られることを特徴とする試料分析素子。
  4. 　請求項３に記載の試料分析素子において、前記基体は成型材料で形成されることを特徴とする試料分析素子。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の試料分析素子において、前記金属膜は前記基体の表面を覆うことを特徴とする試料分析素子。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の試料分析素子において、前記第１ピッチで並べられたナノ構造体で生じる局在プラズモン波長と前記金属膜との分散関係との交点の波数を第２ピッチとすることを特徴とする試料分析素子。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の試料分析素子と、
    　前記ナノ構造体列に向けて光を放出する光源と、
    　前記光の照射に応じて前記ナノ構造体列から放射される光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする検査装置。
  8. 　検出室を区画する筐体と、
    　前記検出室の空間に接する表面を有する基体と、
    　前記基体の表面に配列されて、金属膜で誘電体を覆う複数のナノ構造体と、を備え、
    　前記ナノ構造体は複数列のナノ構造体列を形成し、個々の前記ナノ構造体列では前記ナノ構造体は励起光の波長よりも小さい第１ピッチで第１方向に並べられ、前記ナノ構造体列は前記第１ピッチよりも大きい第２ピッチで前記第１方向とは交差する第２方向に並べられることを特徴とするセンサーカートリッジ。
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