(57)【要約】【課題】検出感度が向上したセンサ基板の製造方法等を提供する。【解決手段】基板１上に、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層２を有するセンサ基板１００の製造方法であって、金属層２上に、第１被覆分子９を結合させる結合工程と、所定の検体２０と特異的に結合する分子認識機能物質１０を第１被覆分子９に結合させて固定化する固定化工程と、を含み、結合工程では、金属層２に、局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射して、金属層２上の第１領域１１に、金属層２上の第２領域１２よりも高い密度で、第１被覆分子９を結合させ、第１領域１１での局在表面プラズモン共鳴による電場増強は、第２領域１２での電場増強より大きい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層を有するセンサ基板の製造方法であって、
前記金属層上に、第１被覆分子を結合させる結合工程と、
所定の検体と特異的に結合する分子認識機能物質を前記第１被覆分子に結合させて固定化する固定化工程と、を含み、
前記結合工程では、前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射して、前記金属層上の第１領域に、前記金属層上の第２領域よりも高い密度で、前記第１被覆分子を結合させ、
前記第１領域での前記局在表面プラズモン共鳴による電場増強は、前記第２領域での前記電場増強より大きい、
センサ基板の製造方法。
【請求項２】
前記結合工程は、
一方の末端は前記金属層と結合し、かつ、他方の末端は前記分子認識機能物質および前記検体に対して不活性である第２被覆分子を前記金属層と結合させる工程と、
前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射することにより、前記金属層に結合された前記第２被覆分子のうち、前記第１領域の前記第２被覆分子を除去する工程と、
前記第１被覆分子を、前記第２被覆分子が除去された前記第１領域に結合させる工程と、を含む、
請求項１に記載のセンサ基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１被覆分子は、一方の末端に前記金属層と結合する結合基を有し、他方の末端に前記分子認識機能物質と結合する官能基を有し、
前記結合工程では、前記第１被覆分子の前記結合基または前記官能基を光解離性保護基で保護した前駆体を前記金属層上に配置し、前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射して、前記前駆体の前記光解離性保護基が解離した前記第１被覆分子を、前記第１領域に結合させる、
請求項１に記載のセンサ基板の製造方法。
【請求項４】
前記前駆体の前記結合基は、前記光解離性保護基に保護されており、
前記結合工程では、前記前駆体を含む溶液を前記金属層に接触させた状態で、前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射することにより、前記前駆体の前記光解離性保護基が解離してなる前記第１被覆分子を、前記第１領域に結合させる、
請求項３に記載のセンサ基板の製造方法。
【請求項５】
前記結合工程では、前記第１被覆分子を前記第１領域に結合させた後、一方の末端は前記金属層と結合し、他方の末端は前記分子認識機能物質および前記検体に対して不活性な第２被覆分子を、前記第２領域に結合させる、
請求項４に記載のセンサ基板の製造方法。
【請求項６】
前記前駆体の前記官能基は、前記光解離性保護基に保護されており、
前記結合工程では、前記前駆体を前記金属層上に結合させた後、前記金属層に前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射することにより、前記第１領域に結合した前記前駆体から前記光解離性保護基を解離させる、
請求項３に記載のセンサ基板の製造方法。
【請求項７】
基板上に、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層を有するセンサ基板であって、
前記金属層上に固定化され、所定の検体と特異的に結合する分子認識機能物質を備え、
前記分子認識機能物質は、前記金属層上の第１領域に、前記金属層上の第２領域よりも高い密度で存在し、
前記第１領域での前記局在表面プラズモン共鳴による電場増強は、前記第２領域での前記電場増強より大きい、
センサ基板。
【請求項８】
一方の末端は前記金属層と結合し、他方の末端は前記分子認識機能物質と結合する第１被覆分子と、
一方の末端は前記金属層と結合し、他方の末端は前記分子認識機能物質および検体に対して不活性な第２被覆分子と、を備え、
前記第１被覆分子は、前記第１領域に、前記第２領域よりも高い密度で結合しており、
前記第２被覆分子は、前記第２領域に、前記第１領域よりも高い密度で結合しており、
前記分子認識機能物質は、前記第１被覆分子に結合されている、
請求項７に記載のセンサ基板。
【請求項９】
前記分子認識機能物質は抗体であり、
前記金属層は、金、銀、または、金もしくは銀を主成分とする合金からなり、
前記第１被覆分子は、一方の末端にチオール基を有し、他方の末端に前記分子認識機能物質と結合する官能基を有し、前記官能基に接続する親水基の繰り返し配列を有し、前記金属層上で自己組織化単分子膜を形成しており、
前記第２被覆分子は、一方の末端にチオール基を有し、他方の末端に水酸基を有し、前記水酸基に接続する親水基の繰り返し配列を有し、前記金属層上で自己組織化単分子膜を形成している、
請求項８に記載のセンサ基板。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載のセンサ基板と、
前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射する光照射部と、
前記センサ基板からの光反応信号を検出する光検出部を有する、
検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、試料中の被検出物質、例えば病原体またはアレルゲン等を検出するためのセンサ基板の製造方法、センサ基板および検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微量の被検出物質を検出する方法として、金属ナノ構造体の表面に生じる局在表面プラズモン共鳴を利用する検出方法がある。局在表面プラズモン共鳴を利用する検出方法では、局在表面プラズモン共鳴により生じる数十から数百万倍に及ぶ局所的な電場増強を利用することによって、被検出物質の感度が高まる。局在表面プラズモン共鳴を利用する検出方法としては、例えば、局在表面プラズモン共鳴で増強されたラマン散乱スペクトルにより分子レベルの分析ができる表面増強ラマン散乱法、および、抗原抗体反応を用いる表面プラズモン増強蛍光イムノアッセイ法（例えば特許文献１を参照）などがある。特許文献１の検出方法では、まず、金属層を含むセンサ部上に分子認識機能物質として抗体を固定化し、その上に、蛍光物質で標識された抗体（以下、標識化抗体と称す）が結合された被検出物質を結合させる。そして、金属層にプラズモンを励起させる励起光をセンサ部に照射することにより、プラズモンにより増強した光電場（以下、増強電場と称す）を生じさせる。このとき、増強電場内に存在する標識化抗体の蛍光物質から生じる蛍光の量を測定することにより、被検出物質の量を検出することができる。
【０００３】
また、特許文献２は、表面に誘電体を有する基板と、誘電体上に形成された複数の金属粒子と、金属粒子間の誘電体上に形成され、標的分子を付着する有機分子膜と、を有する光学デバイスを開示している。誘電体上の増強電場を強める為に金属粒子間の間隙は１０ｎｍ未満とし、標的分子が誘電体上の有機分子膜に到達し易いように金属粒子間の間隙の入口側を広くした構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０４３９３４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３１６３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２１４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、検出感度が不十分な場合がある。
【０００６】
そこで、本開示は、検出感度が向上したセンサ基板の製造方法等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係るセンサ基板の製造方法は、基板上に、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層を有するセンサ基板の製造方法であって、前記金属層上に、第１被覆分子を結合させる結合工程と、所定の検体と特異的に結合する分子認識機能物質を前記第１被覆分子に結合させて固定化する固定化工程と、を含み、前記結合工程では、前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射して、前記金属層上の第１領域に、前記金属層上の第２領域よりも高い密度で、前記第１被覆分子を結合させ、前記第１領域での前記局在表面プラズモン共鳴による電場増強は、前記第２領域での前記電場増強より大きい。
【０００８】
本開示の一態様に係るセンサ基板は、基板上に、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層を有するセンサ基板であって、前記金属層上に固定化され、所定の検体と特異的に結合する分子認識機能物質を備え、前記分子認識機能物質は、前記金属層上の第１領域に、前記金属層上の第２領域よりも高い密度で存在し、前記第１領域での前記局在表面プラズモン共鳴による電場増強は、前記第２領域での前記電場増強より大きい。
【０００９】
本開示の一態様に係る検出装置は、上記センサ基板と、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射する光照射部と、前記センサ基板からの光反応信号を検出する光検出部を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、検出感度が向上したセンサ基板を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、局在表面プラズモン共鳴が生じるナノ構造体の電子顕微鏡像である。
【図２】図２は、局在表面プラズモン共鳴が生じるナノ構造体について、シミュレーションにより求めた電場強度増幅率の分布を示す断面分布図である。
【図３】図３は、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層を備えるセンサ基板を用いて蛍光イムノアッセイを行った場合の発光分布を観察した観察像である。
【図４】図４は、図３で示される発光分布の観察に用いられたセンサ基板の概略図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係るセンサ基板の製造方法を示す工程概略図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係るセンサ基板を用いた検出装置を示す概略図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係るセンサ基板の製造方法を示す工程概略図である。
【図８】図８は、実施の形態２の変形例に係るセンサ基板の製造方法を示す工程概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本開示に至った知見）
局在表面プラズモン共鳴では、照射される光の波長より小さい形状を有する金属ナノ構造体表面の自由電子が、照射される光の電磁場と共鳴して振動し、局所的に非常に強い電場（ホットサイト）、すなわち電場増強が生じる。この電場増強は、金属表面から離れると急激に減少する。金属ナノ構造体が隣接している場合は、隣接する金属ナノ構造体間の隙間に最も強い電場が生じ、隣接間距離が狭い程、その電場は大きくなる。
【００１３】
特許文献２に記載の従来技術は、誘電体表面に狭い隙間で金属粒子を設け、誘電体上の金属粒子間に、選択的に標的を捕捉する有機分子を結合させた光学デバイスを用いている。標的を捕捉する有機分子は、誘電体上にある為、誘電体上の金属粒子間の間隙が大きくなると、局在表面プラズモン共鳴による金属粒子間の強い電場を得ることが出来ない。その為、特許文献２の光学デバイスでは、金属粒子間の間隙を１０ｎｍ未満としている。一方で、標的となる、ウィルスおよび生物由来のアレルゲン、ならびに、抗体などの標的を捕捉する有機分子のサイズは、数ｎｍから数百ｎｍであり、１０ｎｍよりも大きい場合が多い。このため、特許文献２では、標的が金属粒子間の隙間に入れるように、誘電体上の金属粒子を、誘電体表面からの高さが高くなるほど幅が狭くなる形状にしている。特許文献２の光学デバイスでは、（１）金属粒子形状に上記の設計上の制約があること、（２）金属粒子の形状誤差によって、電場増強される場所が安定しないこと、および、（３）１０ｍｍ未満である金属粒子間の間隙の幅がばらつくと、例えば１ｎｍの誤差でも、電場強度が大きく変化して、検出性能が大きくばらつくこと、などの製造上の問題を有している。
【００１４】
本発明者は、上記のような問題点を鑑み、局在表面プラズモン共鳴による電場増強が効率よく作用する、高感度のセンサ基板およびその製造方法を、鋭意検討した。
【００１５】
図１は、波長７８０ｎｍの近赤外線で局在表面プラズモン共鳴が生じるナノ構造体４５の電子顕微鏡像（以下、ＳＥＭ像と称す）である。図１の（ａ）は、ナノ構造体４５の平面図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のナノ構造体４５をＩ−Ｉ線で切断した場合の断面図である。図１に示されるナノ構造体４５は、ナノインプリントで作成した多数のナノサイズの微細突起６０を六方配置した樹脂基板６１の上に、金からなる金属層６２が真空成膜により形成されている。図１の（ｂ）の断面図に示されるように、金属層６２は、断面視で先端がやや丸まった柱状の複数の凸部６２ａを有している。複数の凸部６２ａは、狭い隙間を挟んで並んでいる。図１の（ａ）の平面図に示されるように、複数の凸部６２ａは、平面視で略六角形の形状で、六方最密充填状に配置されている。複数の凸部６２ａのピッチは４６０ｎｍであり、複数の凸部６２ａそれぞれの高さは４００ｎｍ強であり、隣接する凸部６２ａ間の間隙は１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度である。
【００１６】
図２は、上記ナノ構造体を３Ｄモデル化し、複数の凸部７０（隣接する凸部間の間隙は１６ｎｍ）を有する金属層を備えるナノ構造体に、ナノ構造体の金属層に局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長（以下、プラズモン共鳴波長と称す）である７８０ｎｍの光を照射したときの、シミュレーションにより求めた電場強度増幅率の分布を示す断面分布図である。最も電場増強の大きい部分は、凸部７０の中程にある狭い間隙部の領域７１であり、領域７１での電場強度増幅率は３００倍強である。また、２つの凸部７０の間隙が広がる入口付近、つまり、２つの凸部７０の間隙開口部近傍の領域７２にも、電場強度増幅率が１００倍弱の電場増強が生じている。
【００１７】
図３は、局在表面プラズモン共鳴が生じるナノ構造体を備えるセンサ基板２００を用いて蛍光イムノアッセイを行った場合の発光分布を観察した観察像である。具体的には、図３は、センサ基板２００の発光の様子を示す平面図であり、白い部分が発光点として示されている。具体的には、図３では、図１に示されるナノ構造体４５と同様に金の金属層によるナノ構造体を設けた基板上に、小型の抗体であるＶＨＨ抗体を分子認識機能物質として結合させ、インフルエンザウィルスの核蛋白質を検体として標識化抗体を結合させ、サンドイッチ型の蛍光イムノアッセイを行った結果を示している。発光分布の観察では、アッセイ後のナノ構造体に、プラズモン共鳴波長のレーザー光を照射するＳＴＯＲＭ（ＳＴｏｃｈａｓｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）型超解像顕微鏡を用い、プラズモン共鳴波長である７８０ｎｍの光を照射している。図３に示される右下の白い横棒が１μｍのスケールバーであり、図１の（ａ）に示されるＳＥＭ像の凸部６２ａのピッチと同じ４６０ｎｍのピッチを有する、六角形の網目状の光が観察され、凸部の間隙部近傍に発光点が分布していることが分かる。
【００１８】
比較の為に、金属層に局在表面プラズモン共鳴を生じさせない波長４８８ｎｍのレーザー光、および波長４８８ｎｍで励起されて蛍光を発する標識化抗体を用いて、同様の蛍光イムノアッセイを行ったところ、図３に示されるような網目状の光による模様は観察されず、蛍光の発光強度は、局在表面プラズモン共鳴が生じた場合の百分の１以下となっていると考えられる。従って、図３に示される発光分布は、検体および抗体が偏って付着していることを示しているのではなく、局在表面プラズモン共鳴による電場増強に由来する蛍光の分布を示していることが分かる。
【００１９】
また、図３を用いた発光分布の観察では、電場強度が最も強い図２に示される領域７１の狭い間隙部に対応する位置は特に強く光ってはおらず、間隙部近傍に発光が拡がっていることから、図２に示される領域７２に相当する、凸部の間隙開口部側の金属層表面付近の電場増強部が主に発光に寄与していると考えられる。
【００２０】
図４は、図３で示される発光分布の観察に用いられたセンサ基板２００の概略図である。図４に示されるように、金属層６２の上に、被覆分子６５を介して結合され、均等に分布する分子認識機能物質１０が、標識化抗体２１と結合した検体２０とを捉えている。プラズモン共鳴波長の光を照射した場合には、凸部６２ａの間隙開口部近傍の標識化抗体２１ａのみが、強く発光している。
【００２１】
このように、本発明者は、図１に示されるような略六角形状の凸部６２ａが、均一な六方最密充填状に１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の間隙で隣接配置されたナノ構造体を用いたセンサ基板を作成し、高感度の検出が可能なことを確認した。しかしながら、プラズモン共鳴波長の光を照射する場合、隣接する凸部６２ａ間の間隙がより狭い方が、電場強度は高まるが、間隙を１０ｎｍ未満に設定すると、間隙のバラツキによって凸部６２ａ間の隙間が無くなる部分も生じ、検出の再現性が取れない。そのため、凸部６２ａのピッチおよび高さは、検出に使用する光の波長の半分程度がよく、高さが１００ｎｍを超えるような凸部６２ａ間の間隙を数ｎｍ以下のバラツキで作成することは、工法を変えても困難であり、隣接する凸部６２ａ間の間隙は少なくとも１０ｎｍ以上は必要である。一方で、隣接する凸部６２ａ間の間隙が４０ｎｍ以下であれば、局在表面プラズモン共鳴による電場増強の効果が、有意なレベルに確保される。よって、高感度の検出が可能なセンサ基板とするためには、凸部６２ａ間の間隙は、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下が望ましい。
【００２２】
以上のように、局在表面プラズモン共鳴を生じさせるナノ構造体を適切な形状とすることで、高感度のセンサ基板を作成できることが分かった。一方で、図２から図４で示されるように、検出される発光を生じさせる標識化抗体２１は、凸部６２ａ先端側の間隙部近傍にある標識化抗体２１に限られており、それ以外の領域の標識化抗体２１は検出に寄与していない。このような知見を基に、局在表面プラズモン共鳴を、より効率的かつ安定的に作用させ、検出精度が向上した、センサ基板の構成と、その製造方法を鋭意検討し本開示に至ったので、以下の実施の形態に開示する。
【００２３】
本開示の一態様に係るセンサ基板の製造方法は、基板上に、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層を有するセンサ基板の製造方法であって、前記金属層上に、第１被覆分子を結合させる結合工程と、所定の検体と特異的に結合する分子認識機能物質を前記第１被覆分子に結合させて固定化する固定化工程と、を含み、前記結合工程では、前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射して、前記金属層上の第１領域に、前記金属層上の第２領域よりも高い密度で、前記第１被覆分子を結合させ、前記第１領域での前記局在表面プラズモン共鳴による電場増強は、前記第２領域での前記電場増強より大きい。
【００２４】
これにより、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層の形状によって、局在表面プラズモン共鳴によって電場増強される領域の分布にばらつきがある場合であっても、製造工程中、金属層に、局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射し、第２領域よりも電場増強の大きい第１領域に、第２領域よりも高い密度で第１被覆分子が結合する。第１被覆分子に分子認識機能物質が固定化されることから、電場増強の大きい第１領域に、第２領域よりも高い密度で分子認識機能物質も固定化される。よって、電場増強の大きい第１領域で、検体が捕捉されやすくなり、検出感度が向上したセンサ基板を製造できる。
【００２５】
また、本開示の一態様に係るセンサ基板の製造方法において、前記結合工程は、一方の末端は前記金属層と結合し、かつ、他方の末端は前記分子認識機能物質および前記検体に対して不活性である第２被覆分子を前記金属層と結合させる工程と、前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射することにより、前記金属層に結合された前記第２被覆分子のうち、前記第１領域の前記第２被覆分子を除去する工程と、前記第１被覆分子を、前記第２被覆分子が除去された前記第１領域に結合させる工程と、を含んでもよい。
【００２６】
これにより、第１領域よりも電場増強の小さい第２領域に、分子認識機能物質および検体に対して不活性な第２被覆分子が結合する。そのため、第２領域には、分子認識機能物質が固定化されにくくなり、第２領域での検体の捕捉が抑制される。よって、電場増強の大きい第１領域で、検体が捕捉される可能性が高くなり、さらに検出感度が向上したセンサ基板を製造できる。
【００２７】
また、本開示の一態様に係るセンサ基板の製造方法において、前記第１被覆分子は、一方の末端に前記金属層と結合する結合基を有し、他方の末端に前記分子認識機能物質と結合する官能基を有し、前記結合工程では、前記第１被覆分子の前記結合基または前記官能基を光解離性保護基で保護した前駆体を前記金属層上に配置し、前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射して、前記前駆体の前記光解離性保護基が解離した前記第１被覆分子を、前記第１領域に結合させてもよい。
【００２８】
これにより、金属層に、局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射して、光解離性保護基が前駆体から解離し、電場増強の大きい第１領域に第１被覆分子が結合する。光解離性保護基の種類によって、保護する対象、および、光解離性保護基を解離させるための条件を変えることができるため、検出感度が向上したセンサ基板を製造しやすくなる。
【００２９】
また、本開示の一態様に係るセンサ基板の製造方法において、前記前駆体の前記結合基は、前記光解離性保護基に保護されており、前記結合工程では、前記前駆体を含む溶液を前記金属層に接触させた状態で、前記金属層に、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射することにより、前記前駆体の前記光解離性保護基が解離してなる前記第１被覆分子を、前記第１領域に結合させてもよい。
【００３０】
これにより、前駆体を含む溶液を金属層上に接触させた状態で、金属層に、局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射するという簡易な操作で、電場増強の大きい第１領域に第１被覆分子が結合する。よって、簡易に検出感度が向上したセンサ基板を製造できる。
【００３１】
また、本開示の一態様に係るセンサ基板の製造方法において、前記結合工程では、前記第１被覆分子を前記第１領域に結合させた後、一方の末端は前記金属層と結合し、他方の末端は前記分子認識機能物質および前記検体に対して不活性な第２被覆分子を、前記第２領域に結合させてもよい。
【００３２】
これにより、第１領域よりも電場増強の小さい第２領域に、分子認識機能物質に対して不活性な第２被覆分子が結合する。そのため、第２領域には、分子認識機能物質が固定化されにくくなり、第２領域での検体の捕捉が抑制される。よって、電場増強の大きい第１領域で、検体が捕捉される可能性が高くなり、さらに検出感度が向上したセンサ基板を製造できる。
【００３３】
また、本開示の一態様に係るセンサ基板の製造方法において、前記前駆体の前記官能基は、前記光解離性保護基に保護されており、前記結合工程では、前記前駆体を前記金属層上に結合させた後、前記金属層に前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射することにより、前記第１領域に結合した前記前駆体から前記光解離性保護基を解離させてもよい。
【００３４】
これにより、前駆体を金属層上に結合させた状態で、金属層に、局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射するという簡易な操作で、電場増強の大きい第１領域に第１被覆分子が結合する。よって、簡易に検出感度が向上したセンサ基板を製造できる。また、第１領域よりも電場増強の小さい第２領域には、分子認識機能物質と結合する官能基が保護された前駆体が結合する。そのため、第２領域には、分子認識機能物質が固定化されにくくなり、電場増強の小さい第２領域での検体の捕捉が抑制される。よって、さらに検出感度が向上したセンサ基板を製造できる。
【００３５】
また、本開示の一態様に係るセンサ基板は、基板上に、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層を有するセンサ基板であって、前記金属層上に固定化され、所定の検体と特異的に結合する分子認識機能物質を備え、前記分子認識機能物質は、前記金属層上の第１領域に、前記金属層上の第２領域よりも高い密度で存在し、前記第１領域での前記局在表面プラズモン共鳴による電場増強は、前記第２領域での前記電場増強より大きい。
【００３６】
これにより、第２領域よりも電場増強の大きい第１領域に、第２領域よりも高い密度で分子認識機能物質が存在するため、第１領域で、検体を捕捉しやすくなる。よって、センサ基板の検出感度を向上させることができる。
【００３７】
また、本開示の一態様に係るセンサ基板において、一方の末端は前記金属層と結合し、他方の末端は前記分子認識機能物質と結合する第１被覆分子と、一方の末端は前記金属層と結合し、他方の末端は前記分子認識機能物質および検体に対して不活性な第２被覆分子と、を備え、前記第１被覆分子は、前記第１領域に、前記第２領域よりも高い密度で結合しており、前記第２被覆分子は、前記第２領域に、前記第１領域よりも高い密度で結合しており、前記分子認識機能物質は、前記第１被覆分子に結合されていてもよい。
【００３８】
これにより、第１領域よりも電場増強の小さい第２領域に、分子認識機能物質および検体に対して不活性な第２被覆分子が第１領域よりも高い密度で存在するため、第２領域での検体の捕捉が抑制される。また、電場増強の大きい第１領域には、分子認識機能物質と結合した第１被覆分子が第２領域よりも高い密度で結合している。よって、第１領域で、検体が捕捉される可能性が高くなり、センサ基板の検出感度をさらに向上させることができる。
【００３９】
また、本開示の一態様に係るセンサ基板において、前記分子認識機能物質は抗体であり、前記金属層は、金、銀、または、金もしくは銀を主成分とする合金からなり、前記第１被覆分子は、一方の末端にチオール基を有し、他方の末端に前記分子認識機能物質と結合する官能基を有し、前記官能基に接続する親水基の繰り返し配列を有し、前記金属層上で自己組織化単分子膜を形成しており、前記第２被覆分子は、一方の末端にチオール基を有し、他方の末端に水酸基を有し、前記水酸基に接続する親水基の繰り返し配列を有し、前記金属層上で自己組織化単分子膜を形成していてもよい。
【００４０】
これにより、金属層と第１被覆分子、および、金属層と第２被覆分子とが結合しやすく、かつ、自己組織化単分子膜が金属層上に形成される。そのため、金属層上に第１被覆分子および第２被覆分子が自己組織化単分子膜として存在するため、金属層への検体の非特異吸着が抑制される。よって、センサ基板の検出感度をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、本開示の一態様に係る検出装置は、上記センサ基板と、前記局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射する光照射部と、前記センサ基板からの光反応信号を検出する光検出部を有する。
【００４２】
これにより、検出感度が向上した上記センサ基板を用いるため、検出精度を向上させることができる。
【００４３】
以下、実施の形態に関して図面を参照しながら具体的に説明する。
【００４４】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する趣旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００４５】
また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００４６】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係るセンサ基板の製造方法について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態１に係るセンサ基板１００の製造方法を示す工程概略図である。センサ基板１００は、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層２を有するセンサ基板であり、金属層２上方に固定化され、所定の検体と特異的に結合する分子認識機能物質１０を備える。
【００４７】
実施の形態１に係るセンサ基板１００の製造方法では、基板１上に、局在表面プラズモン共鳴が生じる金属層２が形成されたナノ構造体４０を用いる。
【００４８】
金属層２は、金、銀、アルミニウムなどの金属から構成され、金、銀、または、金もしくは銀を主成分とする合金で構成されるとよい。金属層２は、複数の凸部２ａを有する。複数の凸部２ａは、間隙３を挟んで隣接配置されている。なお、図５においては、複数の凸部２ａのうち２つの凸部２ａのみを示しており、他の凸部は省略された図となっているが、凸部２ａの数に特に制限は無い。具体的には、例えば、図１のＳＥＭ像に示されるように金からなる多数の凸部が六方細密充填配置されたナノ構造体であるとよい。プラズモン共鳴波長は、金属層に用いられる金属の種類およびナノ構造体４０の形状によって変わり、シミュレーション等により設計可能である。周期構造の場合の凸部２ａのピッチは、プラズモン共鳴波長の１／２程度になる。また、上述したように隣接する凸部２ａ間の間隙３は、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下が好ましい。例えば、図１で示される形状のナノ構造体において、凸部のピッチが４６０ｎｍであり、高さが４００ｎｍ程度である場合、プラズモン共鳴波長は７８０ｎｍ前後になる。また、プラズモン共鳴波長は、同じナノ構造体でも、金属が接する媒質の屈折率、および、光の入射角によって若干シフトするので、ナノ構造体の吸収スペクトルを測定して、光の波長および入射角度を適宜調整するとよい。
【００４９】
このようなナノ構造体４０を、洗剤または酸素プラズマ等で洗浄した後、図５の（ａ）に示されるように、第２被覆分子５を含む水溶液４の中に置き、水溶液４を金属層２に室温から４０℃で一定時間（例えば、室温で１６時間、または、４０℃で１時間）接触させる。
【００５０】
第２被覆分子５は、一方の末端が金属層と結合し、かつ、他方の末端が分子認識機能物質および検体に対して不活性である分子である。具体的には、第２被覆分子５は、一方の末端に金属と結合するチオール基またはホスホン酸基などの結合基を有し、他方の末端に分子認識機能物質に対して不活性な水酸基などの末端基を有し、自己組織化単分子膜（以下、ＳＡＭ膜と称す）を形成する分子であるとよい。さらに、第２被覆分子５は、検出対象の検体を含む他のタンパク質に対して不活性な、親水基の繰り返し配列が末端基に接続されているとよい。親水基の繰り返し配列としては、エチレングリコール基の繰り返し配列、または、リン脂質基などが挙げられる。第２被覆分子５は、例えば、Ｈｙｄｒｏｘｙ−ＥＧ３−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌ（ＥＧはエチレングリコール基）であるとよい。
【００５１】
水溶液４を金属層２に接触させることで、図５の（ｂ）に示されるように、第２被覆分子５が金属層２と結合し、第２被覆分子５を含むＳＡＭ膜が形成される。
【００５２】
次に、図５の（ｃ）に示されるように、プラズモン共鳴波長のレーザー光等の単色光６を金属層２に照射すると、凸部２ａの間隙部近傍の第１領域１１に電場増強が生じる。金属層２と第２被覆分子５との結合、例えば、金と第２被覆分子５のチオール基との金−硫黄結合は、窒素雰囲気中で５Ｗ／ｃｍ２の可視光または近赤外光レーザー照射によって、チオール基の酸化により、結合が切断されることが知られている。よって、局在表面プラズモン共鳴による電場増強により金属層２と第２被覆分子５との結合が切断される強度で、プラズモン共鳴波長のレーザー光を照射することにより、第１領域１１に結合している第２被覆分子５と金属層２との結合が選択的に切断される。その結果、金属層２上の第１領域１１に結合した第２被覆分子５が除去され、図５の（ｄ）に示されるように、局在表面プラズモン共鳴により電場増強される第１領域１１の第２被覆分子５が除去され、電場増強が第１領域１１よりも小さい第２領域１２に結合した第２被覆分子５ａが損傷されずに残る。つまり、第１領域１１の局在表面プラズモン共鳴による電場増強は、第２領域１２の電場増強よりも大きいため、金属層２上の第１領域１１に結合した第２被覆分子５が除去され、金属層２上の第２領域１２に結合した第２被覆分子５ａが残る。
【００５３】
例えば、図１に示されるナノ構造体では、電場強度増幅率は１００倍弱なので、５０〜１００ｍＷ／ｃｍ２の、プラズモン共鳴波長である７８０ｎｍのレーザー光を１分照射した後、速やかに水洗することにより、第１領域の第２被覆分子が選択的に除去される。ナノ構造体の形状または材質が異なる場合でも、プラズモン共鳴波長の光を、電場強度増幅率を考慮した強度で照射することにより、選択的な除去が可能である。金属層として、銀またはアルミニウムを用いた場合は、プラズモン共鳴波長を紫外域まで短波長化することも可能である。この場合、水中で紫外域の波長のレーザー光を金属層上の第２被覆分子に照射することで、金属−硫黄結合が切断され、第１領域の第２被覆分子が選択的に除去される。
【００５４】
次に、図５の（ｅ）に示されるように、第１被覆分子９を含む燐酸緩衝液などの水溶液８を金属層２上に満たして、室温から４０℃で水溶液８を金属層２に一定時間（例えば、室温で１６時間、または、４０℃で１時間）接触させる。
【００５５】
第１被覆分子９は、一方の末端が金属層と結合し、他方の末端が分子認識機能物質と結合する分子である。具体的に、第１被覆分子９は、一方の末端にチオール基またはホスホン酸基のような金属と結合する結合基を有し、他方の末端に抗体などの分子認識機能物質と結合するカルボキシ基、アミノ基、またはエポキシ基などの官能基を有し、ＳＡＭ膜を形成する分子であるとよい。第１被覆分子９は、例えば、Ｃａｒｂｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌであるとよい。例えば、カルボキシ基は、タンパク質のアミノ基との結合する官能基として一般的に用いられており、Ｎ−Ｈｙｄｒｏｘｙ  ｓｕｃｃｉｎｅｉｍｉｄｅ（以下、ＮＨＳと称す）とカルボキシ基とを反応させたＮＨＳエステルを経て、タンパク質のアミノ基と反応し、結合する。なお、未反応のカルボキシ基が残る場合には、水中でイオン化して非特異吸着を生じるので、水溶液８中に、第１被覆分子９としてＣａｒｂｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌと、第２被覆分子５としてＨｙｄｒｏｘｙ−ＥＧ３−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌとを混合して、第１領域１１に結合する第１被覆分子９の密度を調整することで、カルボキシ基の密度を調整してもよい。
【００５６】
水溶液８を金属層２に一定時間接触させることで、図５の（ｆ）に示されるように、第２被覆分子５が除去された金属層２上の第１領域１１に、第１被覆分子９が結合し、第１被覆分子９を含むＳＡＭ膜が形成される。つまり、第２領域１２よりも局在表面プラズモン共鳴による電場増強が大きい第１領域１１ａに、第２領域１２よりも高い密度で第１被覆分子９が結合する。
【００５７】
第１被覆分子９の官能基と、抗体などの分子認識機能物質１０とを上述のＮＨＳエステルを経る方法などの化学反応で結合させることにより、図５の（ｇ）に示されるように、分子認識機能物質１０が結合した第１被覆分子９が、金属層２上の隣接する凸部２ａの間隙開口部近傍の第１領域１１ａに選択的に結合した、実施の形態１に係るセンサ基板１００が作成される。つまり、第１領域１１ａに、第２領域よりも高い密度で分子認識機能物質１０が存在するセンサ基板１００が作成される。
【００５８】
隣接する凸部２ａ間の間隙が、例えば、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である場合、分子認識機能物質１０の大きさが隣接する凸部２ａ間の間隙よりも大きくなる場合が多い。そのため、隣接する凸部２ａ間の間隙に分子認識機能物質１０が入り込めないため、図５の（ｇ）に示されるように凸部２ａの基板１に近い第１領域１１ｂに結合した第１被覆分子９には、分子認識機能物質１０が結合されない。なお、隣接する凸部２ａ間の間隙の大きさよりも分子認識機能物質１０の大きさが小さい場合には、第１領域１１ｂに結合した第１被覆分子９にも分子認識機能物質１０が結合されていてもよい。
【００５９】
以上のように、本実施の形態１に係るセンサ基板１００の製造方法は、局在表面プラズモン共鳴による電場増強を利用して、電場増強が生じる隣接する凸部２ａの間隙近傍部位（第１領域１１）の金属層２と、金属層２上の被覆分子との結合状態を、局所的かつ選択的に変化させる。これにより、ナノ構造体の高さ、間隙部の幅および形状が製造時にばらついたために局在表面プラズモン共鳴の電場増強の分布がばらつく場合でも、電場増強が大きい第１領域１１に選択的かつ局所的に分子認識機能物質１０を固定化することが出来る、という格段の効果がある。
【００６０】
このようにして製造した実施の形態１に係るセンサ基板１００は、分子認識機能物質１０が、金属層２上の、局在表面プラズモン共鳴による電場増強が第２領域１２よりも大きい第１領域１１に偏在する。これにより、タンパク質などの高分子の検体分子が接近可能な凸部２ａの先端側のうち、局在表面プラズモン共鳴による電場増強が生じる第１領域１１で検体が捕捉されるため、検体を検出する感度が向上する。よって、局在表面プラズモン共鳴により生じる強い電場増強の効果を、安定して発揮させることができる高感度のセンサ基板を実現できる。
【００６１】
また、センサ基板１００の、複数の凸部２ａ先端側の中心近傍の第２領域１２では、分子認識機能物質１０および検体に対して不活性な第２被覆分子５ａを含むＳＡＭ膜が金属層２を被覆している。つまり、第２被覆分子５ａは、第２領域１２に、第１領域１１よりも高い密度で結合している。一方、第１被覆分子９は、第１領域１１ａに、第２領域１２よりも高い密度で結合している。これにより、第１領域１１よりも電場増強が小さい第２領域１２では、分子認識機能物質１０および他のタンパク質等の検体も吸着し難くなる為、分子認識機能物質１０を間隙開口部近傍の第１領域１１に偏在し易くできると共に、非特異吸着を低減できる。
【００６２】
また、隣接する凸部２ａ間の間隙は、製造上のバラツキの影響を少なくする観点から、１０ｎｍ以上が好ましく、電場増強を確保する観点から、４０ｎｍ以下が好ましい。
【００６３】
次に、このようにして製造した実施の形態１に係るセンサ基板１００を用いて、病原体などの検体を検出する方法、および、検出装置の一例について説明する。図６は、実施の形態１に係るセンサ基板１００を用いた検出装置３００を示す概略図である。検出装置３００は、センサ基板１００と、光照射部３０と、ビームスプリッター３２と、光検出部３３を備える。
【００６４】
まず、図６の（ａ）に示されるように、図５に示される工程概略図で製造されるセンサ基板１００をウェル（図示省略）中に置き、あらかじめ、蛍光物質で標識された標識化抗体２１と、ウィルスなどの被検出物質である検体２０を燐酸緩衝液（以下、ＰＢＳと称す）中で混合させた検査液１９をウェルに投入し、検査液１９をセンサ基板１００と接触させる。検体２０の一部は、検査液１９中で標識化抗体２１と結合して複合粒子２２を形成している。検体２０を含む複合粒子２２は、ブラウン運動によりセンサ基板１００の金属層２の表面に接近し、分子認識機能物質１０と結合していない第２被覆分子５ａには結合せずに、第１被覆分子９と結合した分子認識機能物質１０と結合する。十分な時間放置した後、ＰＢＳで洗浄することで、分子認識機能物質１０と結合していない標識化抗体２１および検体２０等は洗い流されて、図６の（ｂ）に示されるように、金属層２上の第１領域１１ａに偏在する分子認識機能物質１０に、複合粒子２２の検体２０が結合した状態となる。
【００６５】
そして、プラズモン共鳴波長の光を発する半導体レーザーなどの光照射部３０により、ビームスプリッター３２を介してセンサ基板１００に単色光３１を照射すると、電場増強が大きい第１領域１１に捕捉された複合粒子２２の標識化抗体２１が強く蛍光発光し、この蛍光を光反応信号として検出する光センサなどの光検出部３３により検出することで、検体２０を高感度に検出できる。
【００６６】
光照射部３０としては、公知の技術を特に限定することなく利用することができ、例えば、半導体レーザー、ガスレーザー等のレーザー光源を利用することができる。なお、光照射部３０としては、検体２０と相互作用が小さい波長の励起光を照射する光源を利用してもよい。
【００６７】
光検出部３３としては、特定の波長帯の光を分光し、検出できるものであれば公知の技術を特に限定無く利用することができ、例えば、光を分光するために特定の波長帯を透過させる干渉フィルター、回折格子を用いて分光するツェルニーターナ―型分光器、および、エシェル型分光器等を利用することができる。
【００６８】
図１に示されるナノ構造体、および、上述の第１被覆分子、第２被覆分子ならびに分子認識機能物質を用いて、図５に示される製造方法により実施の形態１に係るセンサ基板を製造し、標識化抗体および検体（インフルエンザウィルス核蛋白質）を用いたサンドイッチ型の蛍光イムノアッセイを行った所、図４に示されるように分子認識機能物質を金属層上に均等に分布させ、従来の方法で製造したセンサ基板で同様のサンドイッチ型の蛍光イムノアッセイを行った場合と比べて、数十倍以上の光信号強度を得ることが出来た。さらに、実施の形態１に係るセンサ基板では、検体が入っていない検査液で生じる非特異吸着によるノイズは、従来の方法で製造したセンサ基板に比べて、数分の１以下に低減し、１００倍以上の高感度化を実現できることが確認された。
【００６９】
なお、本実施の形態では、蛍光イムノアッセイ法による検出の例を説明したが、これに限らず、表面プラズモン増強ラマン法などの局在表面プラズモン共鳴による検出を行う方法であれば、同様の効果がある。分子認識機能物質の例として、抗体の場合を記載したが、これに限らず、プロテインＡ／Ｇのようなタンパク質、または、表面修飾したナノ粒子なども利用可能である。
【００７０】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るセンサ基板の製造方法について、図７を用いて説明する。なお、以下の実施の形態２の説明において、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。実施の形態２に係るセンサ基板の製造方法では、局在表面プラズモン共鳴を利用して、第２被覆分子を金属層上に結合させる前に、電場増強される第１領域に第１被覆分子を局所的に結合させる。
【００７１】
図７は、実施の形態２に係るセンサ基板１１０の製造方法の工程概略図である。実施の形態２に係るセンサ基板１１０の製造方法では、実施の形態１と同様の、複数の凸部２ａが間隙を挟んで隣接配置された構造を有する金属層２が基板１上に形成されたナノ構造体４０を用いる。図７の（ａ）に示されるように、第１被覆分子９の前駆体を含む反応溶液５０中にナノ構造体４０を浸漬し、プラズモン共鳴波長の単色光５１を照射する。反応溶液５０は、第１被覆分子９の前駆体を、水またはエタノールなどの溶媒に溶解させた溶液である。具体的に、反応溶液５０に含まる前駆体は、一方の末端に金属層と結合する結合基を有し、他方の末端に分子認識機能物質と結合する官能基を有する第１被覆分子９の、結合基が光解離性保護基で保護された分子である。第１被覆分子９は、実施の形態１と同様の分子であり、例えば、Ｃａｒｂｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌであるとよい。そして、結合基であるチオール基が、光解離性保護基、例えば、ニトロベンジル基またはクマリン誘導体基と結合されて、いわゆるケージド化合物が合成され、第１被覆分子９の前駆体が得られる。ケージド化合物の合成法などについては、例えば、特開２００３−３２１４７９号公報（特許文献３）などに記載されており、反応に用いる光解離性保護基導入剤が東京化成工業株式会社などで販売されている。
【００７２】
例えば、第１被覆分子９として、Ｃａｒｂｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌを用いた場合、第１被覆分子９と光解離性保護基導入剤である２−ニトロベンジルブロマイドとを反応させると、下記反応式（１）の反応により、２−ニトロベンジルブロマイドの臭素が脱離して、Ｃａｒｂｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌの硫黄と結合し、下記反応式（１）の右辺に示される前駆体が得られる。このように、前駆体は、第１被覆分子９の結合基が保護された構造であるため、保護前の第１被覆分子９よりも金属層と反応しにくい、金属層に対して不活性な分子である。
【００７３】
ＨＯＯＣ−ＥＧ６−（ＣＨ２）１１−ＳＨ  ＋  Ｂｒ−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４ＮＯ２
→  ＨＯＯＣ−ＥＧ６−（ＣＨ２）１１−Ｓ−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４ＮＯ２   （１）
ＨＯＯＣ−ＥＧ６−（ＣＨ２）１１−Ｓ−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４ＮＯ２
→  ＨＯＯＣ−ＥＧ６−（ＣＨ２）１１−ＳＨ＋ＯＨＣ−Ｃ６Ｈ４ＮＯ  （２）
【００７４】
得られた前駆体に紫外域から近紫外域の波長の光を照射すると、上記反応式（２）に示されるように、ニトロベンジル基が解離し、第１被覆分子９であるＣａｒｂｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌが生成し、金などの金属と結合できるようになる。
【００７５】
通常、反応式（２）で示される反応は、紫外域から近紫外域の波長の光の照射により生じるが、光の強度が強い場合には二光子反応によって、可視光域から近赤外域の波長の光の照射でも生じる。図７の（ａ）に示されるように、プラズモン共鳴波長の単色光５１を照射すると、凸部２ａの間隙部近傍の第１領域１１に電場増強が生じる。そのため、可視光域から近赤外域の波長の光を照射した場合に、電場増強が大きい第１領域１１では、反応式（２）の反応が進行し、前駆体から光解離性保護基が解離して、第１領域１１で第１被覆分子９であるＣａｒｂｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌが生成する。
【００７６】
そして、図７の（ｂ）に示されるように、金属層２上の第１領域１１に第１被覆分子９が結合し、官能基を末端に有する第１被覆分子９を含むＳＡＭ膜が形成される。前駆体から光解離性保護基を解離させ、金属層２上の第１領域１１に第１被覆分子９を結合させる場合、３００ｍＷ／ｃｍ２以上１Ｗ／ｃｍ２以下のレーザー光が金属層２に１０分程度照射されるとよい。
【００７７】
次に、図７の（ｃ）に示されるように、一方の末端が金属層２と結合し、他方の末端が分子認識機能物質１０に対して不活性な第２被覆分子５、例えば、実施の形態１と同様のＨｙｄｒｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌを含む水溶液５３を金属層２に一定時間接触させる。水溶液５３を金属層２に一定時間接触させることで、図７の（ｄ）に示されるように、第１領域１１よりもプラズモン共鳴波長による電場増強が小さいために第１被覆分子９が結合していない第２領域１２に、第２被覆分子５ａが結合し、第２被覆分子５ａを含むＳＡＭ膜が形成される。
【００７８】
そして、第１被覆分子９のカルボキシ基などの官能基と抗体などの分子認識機能物質１０とを、上述のＮＨＳエステルを経る方法などの化学反応で結合させることで、図７の（ｅ）に示されるように、第２領域１２よりも電場増強が大きい、隣接する凸部２ａの間隙開口部近傍の第１領域１１ａに分子認識機能物質１０が偏在した、実施の形態２に係るセンサ基板１１０が製造される。
【００７９】
以上のような製造方法により、作成したセンサ基板１１０は、実施の形態１と同様に、局在表面プラズモン共鳴による電場増強が大きい第１領域１１ａに局所的に分子認識機能物質１０が結合されているため、高感度の検出が可能である。
【００８０】
（変形例）
次に、実施の形態２の変形例に係るセンサ基板の製造方法について、図８を用いて説明する。実施の形態２の変形例に係るセンサ基板の製造方法は、第１被覆分子の官能基を光解離性保護基により保護された前駆体を用いる。
【００８１】
図８は、実施の形態２の変形例に係るセンサ基板１２０の製造方法の工程概略図である。実施の形態２の変形例に係るセンサ基板１２０の製造方法では、実施の形態１と同様の、複数の凸部２ａが間隙を挟んで隣接配置された構造を有する金属層２が基板１上に形成されたナノ構造体４０を用いる。
【００８２】
図８の（ａ）に示されるように、前駆体５６を含む水溶液５５の中に置き、水溶液４を金属層２上に室温で一晩接触させる。
【００８３】
実施の形態２の変形例に係る前駆体５６は、第１被覆分子９の官能基を光解離性保護基により保護した第１被覆分子９の前駆体である。実施の形態２に係る前駆体から光解離性保護基導入剤の種類を変更することで、第１被覆分子９の結合基ではなく、官能基が保護される。例えば、第１被覆分子９として、Ｃａｒｂｏｘｙ−ＥＧ６−ｕｎｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌを用いた場合、第１被覆分子９と光解離性保護基導入剤として（２−ニトロフェニル）ジアゾメタンとを反応させることで、官能基であるカルボキシ基を保護した前駆体５６が得られる。このように、前駆体５６は、第１被覆分子９の官能基が保護された構造であるため、保護前の第１被覆分子９よりも分子認識機能物質と結合しにくい、分子認識機能物質に対して不活性な分子である。
【００８４】
水溶液５５を金属層２に一定時間接触させることで、図８の（ｂ）に示されるように、前駆体５６が金属層２上に均一に結合し、前駆体５６を含むＳＡＭ膜が形成される。
【００８５】
図８の（ｃ）に示されるように、プラズモン共鳴波長の単色光５７を照射すると、第１領域１１に電場増強が生じ、前駆体５６から光解離性保護基が解離する。これにより、図８の（ｄ）に示されるように、第１領域１１に第１被覆分子９が生成し、第１被覆分子９を含むＳＡＭ膜が形成される。第１領域１１よりも電場増強が小さい第２領域１２には、官能基が保護された前駆体５６ａを含むＳＡＭ膜が残る。図８の（ｅ）に示されるように、第１被覆分子９のカルボキシ基に抗体などの分子認識機能物質１０を結合させることで、隣接する凸部２ａの間隙開口部近傍の第１領域１１ａに抗体などの分子認識機能物質１０を結合させることができる。ただし、この場合、第１領域１１ａよりも電場増強が小さい第２領域１２には、光解離性保護基で保護された官能基を有する前駆体５６ａが残るため、光解離性保護基が解離しないように、紫外線カットフィルタ等でセンサ基板１２０を保護する必要がある。
【００８６】
以上のように、実施の形態２および実施の形態２に係る製造方法では、第１被覆分子の結合基または官能基を光解離性保護基で保護した前駆体を金属層上に配置し、金属層に、局在表面プラズモン共鳴を生じさせる波長の光を照射して、前駆体の光解離性保護基が解離した第１被覆分子を、第１領域に結合させる。これにより、製造したセンサ基板は、実施の形態１と同様に、高感度の検出が可能である。また、光解離性保護基の種類によって、保護する対象、および、光解離性保護基を解離させるための条件を変えることができるため、センサ基板を製造しやすくなる。
【００８７】
（他の実施の形態）
以上、本開示に係るセンサ基板の製造方法、センサ基板および検出装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
【００８８】
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【００８９】
例えば、上記実施の形態では、図７に示される製造方法では、第２領域に第２被覆分子を結合させているが、これに限らない。例えば、金属層上に第２被覆分子を結合させていない図７の（ｂ）に示される状態で、第１被覆分子に分子認識機能物質を結合させて、第２領域に第２被覆分子が結合されていないセンサ基板が製造されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本開示に係るセンサ基板は、ウィルスなどの病原体や、花粉や食物アレルギーなどのアレルゲンを検出するセンサおよび検出装置に利用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１  基板
２、６２  金属層
２ａ、６２ａ、７０  凸部
３  間隙
４、８、５３、５５  水溶液
５、５ａ  第２被覆分子
６、３１、５１、５７  単色光
９  第１被覆分子
１０  分子認識機能物質
１１、１１ａ、１１ｂ  第１領域
１２  第２領域
１９  検査液
２０  検体
２１、２１ａ  標識化抗体
２２  複合粒子
３０  光照射部
３２  ビームスプリッター
３３  光検出部
４０、４５  ナノ構造体
５０  反応溶液
５６、５６ａ  前駆体
６０  微細突起
６１  樹脂基板
６５  被覆分子
７１、７２  領域
１００、１１０、１２０、２００  センサ基板
３００  検出装置
【図１】
2020153904.tif 000003
【図２】
2020153904.tif 000004
【図３】
2020153904.tif 000005
【図４】
2020153904.tif 000006
【図５】
2020153904.tif 000007
【図６】
2020153904.tif 000008
【図７】
2020153904.tif 000009
【図８】
2020153904.tif 000010