(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子解析用の多柱状構造要素（100〜106）であって、
少なくとも２つのナノポール（115）からなり、各ナノポールが一方の端部（115a）で基板（110）に取り付けられて、曲がるようにフレキシブルであり、前記少なくとも２つのナノポールの反対側の端部（115b）がそれぞれ、それらの反対側の端部において、溶液内の被分析物にさらされた後の乾燥時に毛細管力によって、前記被分析物の少なくとも１つの分子（120）を捕捉するように互いの方へ移動可能であり、各ナノポールが金属コーティングで被覆されている、多柱状構造要素（100〜106）。
【請求項２】
前記金属コーティングが、機能的コーティングで被覆される、請求項１に記載の多柱状構造要素。
【請求項３】
前記少なくとも２つのナノポールが、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、シロキサン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、及びフォトレジストからなるグループから選択されたポリマーからなる、請求項１又は２に記載の多柱状構造要素。
【請求項４】
前記少なくとも２つのナノポールが、酸化ケイ素、シリコン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、アルミナ、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、アルミニウム、及び銅からなるグループから選択された無機材料からなる、請求項１又は２に記載の多柱状構造要素。
【請求項５】
前記少なくとも２つのナノポールが、同じ組成物または異なる組成物からなる、請求項３又は４に記載の多柱状構造要素。
【請求項６】
前記ナノポールが、約５０ｎｍ〜２μｍの範囲内の高さ、約１０ｎｍ〜１μｍの範囲内の直径、及び前記ポールの根元において約１０〜５００ｎｍの間隔を有する、請求項１〜５の何れかに記載の多柱状構造要素。
【請求項７】
前記金属コーティングが、金、銀、銅、白金、アルミニウム、及びそれらの合金からなるグループから選択される、請求項１〜６の何れかに記載の多柱状構造要素。
【請求項８】
分子解析用の多柱状構造要素のアレイ（200、200'）であって、
前記アレイの各構造要素が、請求項１〜７の何れかに記載の構造要素からなる、多柱状構造要素のアレイ（200、200'）。
【請求項９】
ラマン励起光源（508）及び光検出器（506）を含むＳＥＲＳ装置での分子解析用であり、
前記光検出器が、前記基板の、前記ナノポールと同じ側にあり、前記光源が、前記基板の、前記ナノポールと同じ側にあるか、又は前記基板の、前記ナノポールとは反対の側にある、請求項８に記載のアレイ。
【請求項１０】
増強蛍光、増強発光、プラズモン的検知、光学散乱および／または光吸収における分子解析用である、請求項８に記載のアレイ。
【請求項１１】
請求項１に記載の多柱状構造要素を作成する方法であって、
前記基板上に複数の前記ナノポールを形成し、
各ナノポールに金属コーティングを施し、
前記複数のナノポールを溶液中の被分析物にさらし、
前記溶液を除去し、前記ナノポールに前記被分析物を残し、前記ナノポールの前記反対側の端部を、互いの方へ移動させて当該反対側の端部において前記被分析物の少なくとも１つの分子を捕捉することを含む、方法。
【請求項１２】
多柱状構造要素（100〜106）のアレイを形成することを含み、前記アレイが、全て同じ構造要素または異なる構造要素である多柱状構造要素からなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記被分析物の分子の選択的捕捉と検知のために、前記金属コーティング上に機能的コーティングを付着することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本願は、本願と同日付けで出願され、且つ本願と同じ譲受人に譲渡された、Zhiyong Li他による「A SELF-ARRANGING, LUMINESCENCE-ENHANCEMENT DEVICE FOR SURFACE-ENHANCED LUMINESCENCE」と題する米国特許出願番号第            号（代理人整理番号200904951-1）に関連する。
【０００２】
背景技術
本発明の実施形態は概して、数ある中でも表面増感ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、増強蛍光、増強発光、及びプラズモン的検知のような分子解析を行うためのシステムに関する。
【０００３】
特にＳＥＲＳに関して、ラマン分光法は、分子系における振動モード、回転モード、及び他の低周波モードを研究するために、凝縮系物理学および化学で使用される分光技術である。ラマン分光実験において、特定の波長範囲のほぼ単色光ビームが、分子の試料（サンプル）を通過し、散乱光のスペクトルが放出される。当該分子から放出された波長のスペクトルは「ラマンスペクトル」と呼ばれ、放出された光は「ラマン散乱光」と呼ばれる。ラマンスペクトルは、分子の電子エネルギー準位、振動エネルギー準位、及び回転エネルギー準位を明らかにすることができる。異なる分子は異なるラマンスペクトルを生成し、指紋のような当該異なるラマンスペクトルを用いて、分子を同定する、及び分子構造さえも求めることができる。
【０００４】
ラマン分光法は、光子（フォトン）が分子と相互作用（散乱光子のエネルギーがシフトされるという結果になる）する際の分子エネルギー状態間の遷移を研究するために使用される。分子のラマン散乱は、２つの過程として看取され得る。特定のエネルギー状態にある分子は、光周波数領域に通常ある入射光子により、最初に別の（仮想または現実）エネルギー状態へ励起される。次いで、励起された分子は、励起光子に比べて比較的低い周波数に置かれる（即ち、ストークス散乱）、又は比較的高い周波数に置かれる（即ち、アンチストークス散乱）環境の影響下で双極子源として放射する。異なる分子または物質のラマンスペクトルは、種を同定するために使用され得る特性ピークを有する。そのため、ラマン分光法は、様々な化学的または生物学的検知の用途に有用な技術である。しかしながら、固有のラマン散乱過程は、非常に非効率的であり、粗い金属表面、様々なタイプのナノアンテナ、並びに導波路構造を用いてラマン散乱過程（即ち、上述した励起および／または放射過程）を強化していた。
【０００５】
数ナノメートルの構造化金属表面で又はその中で吸着された化合物（又はイオン）により生成されたラマン散乱光は、液相または気相の同じ化合物により生成されたラマン散乱光に比べて１０３〜１０１４倍大きくすることができる。化合物を分析（解析）するこの過程は、表面増感ラマン分光法（ＳＥＲＳ）と呼ばれる。近年、ＳＥＲＳは、分子構造を調査する、並びに界面および薄膜系の特性を明らかにするための日常業務の強力なツールとして出現し、単一分子の検出さえも可能にする。技術者、物理学者、及び化学者は、ＳＥＲＳを行うためのシステム及び方法の改善を求め続けている。
【０００６】
大部分のＳＥＲＳシステムは、特定のホットスポットにおける電磁界を強化するだけである。これは非常に望ましいかもしれないが、多くの場合、被分析物は、単純吸着によってのように、ＳＥＲＳ基板上で均一に広がる。しかしながら、実際には、ほんの僅かの被分析物だけがホットスポットに存在する。
【０００７】
本開示の実施形態に関する特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面を参照することにより明らかになるであろう。図面において、同じ参照符号は、類似するが恐らく同一でない構成要素に対応する。簡略化のために、前述された機能を有する参照符号または特徴要素は、それらが出現する他の図面に関連して説明されたり又は説明されない場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を示す図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を示す図である。
【図１Ｅ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を示す図である。
【図１Ｆ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を示す図である。
【図１Ｇ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を示す図である。
【図１Ｈ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、幾つかの四柱状構造要素のアレイに関する平面図の顕微鏡写真の線画である。
【図２Ｂ】強度（任意の単位）とラマンシフト（ｃｍ−１）の座標において、ナノインプリントリソグラフィーによるミラー上に形成された従来のランダムな円錐状のもの（コーン）と対比した、本発明の実施形態によるそれぞれ４つの柱状体からなる多柱状構造要素のアレイからのラマン信号の強度のグラフである。
【図２Ｃ】四柱状構造、六柱状構造、及び九柱状構造を示す、図２Ａに類似した多柱状構造要素のアレイに関する拡大図の顕微鏡写真の線画である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素（ここでは、２つの柱状体からなる）における柱状体の離隔距離の調整を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素（ここでは、２つの柱状体からなる）における柱状体の離隔距離の調整を示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を他の光学部品類と組み合わせる一体型構造の実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、多柱状構造要素を他の光学部品類と組み合わせる一体型構造の実施形態を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による、検知装置の略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による、検知装置の略図である。
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態
ここで、本発明を実施するために本発明者により現時点で企図されている最良の形態を示す特定の実施形態を詳細に説明する。また、適用可能である場合には、代替の実施形態も簡単に説明される。
【００１０】
被分析物の存在下でテントのような、複数（少なくとも２つ）のナノポールからなる多柱状（multi-pillar：多数の柱状体、マルチピラー）構造またはフィンガ構造に基づいた新たな種類のＳＥＲＳ構造要素が開示される。実際には、ナノポール（２つ、３つ、４つ又は５つ以上）は、被分析物にさらされる際に互いの方へ傾く傾向がある。当該構造は、ＳＥＲＳの要件に従って合理的に設計されることができ、３Ｄインプリンティング方法またはロールツーロール方式でもって大量生産され得る。ナノポールのグループのアレイは、ＳＥＲＳセンサの改善された感度を提供することができ、容易に製造できる。
【００１１】
ＳＥＲＳ構造の合理的なエンジニアリングは、化学的／生物学的検知の広範な用途に非常に重要であった。ＳＥＲＳ用途に最適なナノ構造を特定することは、本分野において常に究極の目標であった。ワイヤ、立方体、マルチポッド（multi-pod）、星形、コアシェル、蝶ネクタイ等のような様々な形状のボトムアップ合成されたナノ結晶が、広範囲に研究された。他方では、ナノコーン、ナノグラス（nanograss）、格子／アンテナ混成構造のようなトップダウン製造されたナノ構造も提案されて研究された。ここで、容易に大量生産され得る新たなタイプのＳＥＲＳ構造が提供され、超高感度のＳＥＲＳセンサとしての最適化のために非常に大きな柔軟性を提供する。
【００１２】
図１Ａ〜図１Ｈは、様々なテント状構造要素１００〜１０６を示し、各テント状構造要素は、テント状構造を形成するために複数（少なくとも２つ）のナノポール１１５を支持する基板１１０を含み、テント状構造は、本明細書において、図１Ａに示されるように、ポールがそれぞれ、一方の端部１１５ａで基板に取り付けられ、それらの他方の端部１１５ｂのそれらの先端で接触するように斜めに互いに傾いている構造として定義される。ナノポール、又は柱状体、又はフィンガ１１５の高さは、約５０ｎｍ〜２μｍの範囲内であり、それらの直径は約１０ｎｍ〜１μｍの範囲内である。
【００１３】
図１Ａは、テント構造１００を形成するために先端部で接触している２つの係るナノポール１１５を示す。同様に、図１Ｂは構造１０１を形成する３つのナノポールを示す。図１Ｃは構造１０２を形成する４つのナノポールを示す。図１Ｄは構造１０３を形成する５つのナノポールを示す。図１Ｅ及び図１Ｆは、６つのナノポールを示し、２つの異なる構成において、それぞれ３つのナノポールからなる２つの平行な線（図１Ｅ）及び六角形の配置（図１Ｆ）がそれぞれ、構造１０４ａ及び１０４ｂを形成する。ナノポールの数が増加するにつれて、多角形、及び少なくとも２つの平行な線などのような様々な配置が、特定の配置におけるポールが全てそれらの先端部分１１５ｂの一部で接触する限り、使用され得る。図１Ｇは構造１０５を形成する７つのナノポールを示す。図１Ｈは構造１０６を形成する９つのナノポールを示す。図１Ａ〜図１Ｈに示された配置は、単なる例示であり、ナノポールの他の構成、及びナノポールの他の数などが使用され得る。
【００１４】
ナノポール１１５は本明細書で示されるように、断面を円形とすることができ、又はナノポールがそれらの先端部１１５ｂにおいて如何にして近寄るかを巧みに処理することを可能にすることができる、卵形のような非対称形状とすることができる。
【００１５】
各例において、ここで溶液（図示せず）の複数の分子１２０として表された被分析物は、一般にナノポール１１５の先端部１１５ｂにおいて又はその近くでナノポール１１５と関連付けられる（associated：結合される）。被分析物１２０は、基板１１０及びナノポール１１５にわたって分散され得るが、（１）ナノポールの表面にＳＥＲＳ活性金属（後述される）が存在すること、（２）レーザ照射の下で先端部に被分析物を集める傾向がある表面プラズモン効果に起因して、それらはナノポールの先端部１１５ｂと結合する可能性が高い。
【００１６】
毛細管力（microcapillary force）は一般に、テント状構造要素１００〜１０６を形成するために使用される。また、テント状構造要素１００〜１０６の形成を生じさせるために、ｅビーム、イオンビーム、又は電気的荷電効果のような他の制限しない例も利用され得る。最初に形成されるナノポールは、３Ｄインプリンティング方法、型押し、ＣＶＤ成長、エッチング、又はロールツーロール方式のような様々な技術により形成され得る垂直な自立型の柱である。
【００１７】
次いで、構造要素１００〜１０６は、水のような溶液内の被分析物にさらされる。乾燥時、毛細管力が、隣接するナノポール又は柱状体１１５を互いに引き寄せ、その結果、それらの先端部１１５ｂが接触する。このプロセスの間、被分析物１２０の分子は、隣接する柱状体１１５の間に捕捉される傾向がある。この場合、柱状体の先端部における柱状体の離隔距離は、分子のサイズに依存する。このプロセスは、構造要素１００〜１０６の形成の十分に制御された均一性を提供する。
【００１８】
構造要素１００〜１０６の形成は、柱状体をそれらの先端部で互いに保持するためのファンデルワールス相互作用に依存して、永久的にすることができると考えられる。これは、乾燥後、及び溶液に再度浸しても生じることができる。
【００１９】
他方では、構造要素１００〜１０６の形成は、場合によっては元の垂直な自立型のナノポールに戻るように当該構造要素を後退させて開くように反発する電磁力、機械力、又は電荷を用いて可逆的にすることができる。
【００２０】
先端部におけるナノポール間の間隙に形成される強化（増強）された電磁界が存在する。電磁界強化の大きさは、間隙のサイズに依存し、それは上述したように、間隙に捕捉される分子のサイズに依存する。
【００２１】
間隙のサイズが減少するにつれて、電磁界は増大する。例えば、間隙が２つの金属ナノ粒子間で１０ｎｍから１ｎｍ未満に減少する場合、電磁界では約１０００倍の増大がある。ＳＥＲＳ効果は、電磁界強化の４乗の関数であることが知られている。かくして、間隙が減少する際の１０３の増大は、ラマン信号強度において１０１２の改善という結果になる。
【００２２】
上述したように、間隙は、ほぼ分子のサイズ（捕捉された分子のサイズ）である。分子のサイズは、約１ｎｍ未満、一般的には約０．５ｎｍであろう。
【００２３】
チオ基（例えば−ＳＨ）が結合された炭素含有基を有する有機分子を考察する。この場合、これらチオ基は、ナノポール１１５を被覆する金属（例えば、金または銀）に結合することができる。かくして、約５ｎｍ、２〜３ｎｍ、１ｎｍ等の間隙のサイズが、分子のサイズ及び結合する基の存在に依存して得られることができる。
【００２４】
ナノポールの数が大きくなればなるほど、捕捉され得る分子の数もより大きくなる。例えば、９つのナノポールは、２つ又は３つのナノポールに比べてより多くの分子を捕捉する。けれども、２つ又は３つのナノポールは、８つ又は９つのナノポールに比べて基板上の必要とする実面積が少ない。かくして、より多くのホットスポットの要望と、必要以上に高い密度が信号応答の減少という結果になるという事実との間になされるべきトレードオフが存在する。
【００２５】
得られた構成１００〜１０６は、以下で更に説明されるように、ナノポール１１５の最初の離隔距離により制御される。ナノポール１１５は、根元で測定される際に１０〜５００ｎｍの範囲の距離だけ間隔を置いて配置され得る。
【００２６】
図２Ａは、ナノポール１１５のアレイ２００の顕微鏡写真（平面図）であり、アレイの各ユニット２１０は、４つの係るナノポールからなる。各ユニット２１０における４つのナノポール１１５は、ナノポールの先端部がそれらの頂部で接触した状態で、ユニットの中心の方へ傾斜しているように看取される。
【００２７】
図２Ａにおいて、ナノポール１１５はそれぞれ、１００ｎｍの直径、及び１００ｎｍの離隔距離を有する。かくして、ピッチは２００ｎｍである。ナノポール１１５の高さは７００ｎｍである。
【００２８】
図２Ｂは、ラマン強度（任意の単位）対ラマンシフト（ｃｍ−１）の座標におけるグラフであり、ナノインプリントリソグラフィーによりミラー上に形成された従来のランダムな円錐状のもの（コーン）に対する、それぞれ４つの柱状体（図２Ａ）からなる多柱状構造要素のアレイからのラマン信号の強度の比較である。看取され得るように、本明細書で開示された構造は、ラマン信号の強度において大幅な増大を提供する。
【００２９】
図２Ｃは、図２Ａに示された領域とは異なり、様々な構造要素という結果になったナノポール１１５の領域２００’の拡大図である。特に、構造要素は、数ある中で４つのナノポール２１０ａ、６つのナノポール２１０ｂ、及び９つのナノポール２１０ｃを含む。これは本質的に、同じサイズの構造要素の規則正しい分布を示す図２Ａと比べて、異なるサイズの構造要素のランダムな分布である。上述したように、ナノポールの最初の離隔距離は、最後の所望の構成を制御するために使用され得る。ポールの隣接するグループ間の適切な離隔距離をグループ内のナノポール間の距離より僅かに大きくなるように選択することにより、最終的な構成の均一な制御につながることができる。
【００３０】
幾つかの実施形態において、ナノポールは、金、銀、銅、白金、アルミニウムなど、又は合金の形態でのこれら金属の組み合わせのようなＳＥＲＳ活性金属で被覆された、レジストのようなポリマーからなることができる。ＳＥＲＳ活性金属は、ナノポール１１５全体にわたって被覆され得るか、又はナノポールの先端部１１５ｂに選択的に被覆され得る。更に、ＳＥＲＳ活性金属は、多層構造とすることができる（例えば、１〜５０ｎｍの金の上側被覆を有する１０〜１００ｎｍの銀の層、又は逆もまた同じである）。代案として、ＳＥＲＳ活性金属は更に、薄い誘電体層で、又はＡＬＤ成長された酸化ケイ素または酸化アルミニウム、酸化チタンなどのような機能的コーティングで被覆され得る。機能的コーティングは、被分析物の分子の選択的捕捉と検知を提供することができる。更に、プローブ種の自己組織化分子層が、ナノポールの先端部に形成され得る。
【００３１】
ポリマーの使用は、先端部が構造要素の頂部において接触するように曲がることを可能にするためにナノポールを十分にフレキシブルにする。適切なポリマーの例は、以下に限定されないが、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、シロキサン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、フォトレジスト、ナノインプリントレジスト、並びに他の熱可塑性ポリマー及び１つ又は複数のモノマー／オリゴマー／ポリマーからなる紫外線硬化材料を含む。代案として、ナノポールは、曲がるのに十分な可撓性を有する無機材料からなることができる。係る無機材料の例は、酸化ケイ素、ケイ素（シリコン）、窒化ケイ素、アルミナ、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、アルミニウム、銅などを含む。
【００３２】
ナノポールの間隙の離隔距離は、調整（modulated：変調）され得る。熱で、又は特定の波長／パルスのレーザ下で試料を加熱することにより、ポール１１５の先端部の離隔間隙ｄは、微調整され得る。これは、構造要素の、異なるプラズモン特性を達成することを可能にする。図３Ａは、ポール１１５の先端部が離隔距離ｄ１を有する二ポール構造要素を示す。図３Ｂは、ポール１１５の先端部がｄ１と異なる（この場合、より大きい）離隔距離ｄ２を有する類似した構造を示す。例えば、ゴムは２０℃で〜１０−４／℃の線形熱膨張を有する。従って、１００ｎｍの長さのゴム柱状体が１０ｎｍのｄ１を有していて２０℃から１２０℃まで加熱される場合、離隔距離は、それぞれｄ１及びｄ２について１０ｎｍから約１ｎｍまで変化することができる。当該プロセスは、温度が戻るように冷却される場合に可逆的にすることができる。
【００３３】
同様に、適切な熱膨張または熱収縮が達成され得るようにナノポールの材料を設計することができる。例えば、２つの異なる材料を用いて、２つの異なる材料を加熱することから効果を得るようにナノポールを形成することができる。
【００３４】
機械的曲げ、伸張／圧縮、又は基板の振動、電界または磁界のような他の手段を用いて構造を調整することもできる。特に、ナノポールが形成される基板は、ＰＤＭＳ又はゴム材料のようなエラストマー特性を有する材料とすることができる。伸張または圧縮力が基板に印加される場合、ポール先端部間の距離ｄは、例えば１ｎｍ未満のｄ１と５〜１０ｎｍのｄ２との間で調整され得る。
【００３５】
任意のテント状構造要素１００〜１０６は、他の光学部品類と一体化され得る。例えば、図４Ａは、金属ミラー４０２上に形成された三ポール構造要素４００を示す。そして、金属ミラー４０２は、基板１１０上に形成される。金属ミラー４０２は、平面または凹面とすることができる。ミラー４０２を用いて光を構造要素４００へ反射し、それにより信号強度の更なる増加を獲得することができる。
【００３６】
図４Ｂは、格子構造４１２上に形成された三ポール構造要素４１０を示す。そして、格子構造４１２は、基板１１０上に形成される。ＳＥＲＳ構造と協働する格子構造は、他で説明されており、例えば米国特許第７，６３９，３５５号及び米国特許第７，４７４，３９６号を参照されたい。代案として、構造要素４１０自体が、格子として使用されてもよい。基板表面上で一次元または二次元に沿ってポールのピッチ又はテント状構造要素のピッチを適切に設計することにより、振幅変調干渉格子が確立され得る。
【００３７】
基板上にナノポールのアレイを製造する制限しない方法は、以下のことを含む。即ち、
１．Ｅビームリソグラフィ、フォトリソグラフィ、レーザ干渉リソグラフィ、ＦＩＢ（集束イオンビーム）、球体の自己組織化などにより、モールド（型）上に所望のパターンを設計し、
２．シリコン基板、ガラス基板、ポリマー基板（ＰＤＭＳ、ポリイミド、ポリカーボネートなど）上へ当該パターンを転写し、
３．金、銀、銅などのようなラマン活性材料でナノポールを被覆し、
４．自己組織化を生じさせる（液体の乾燥でもってナノポールの先端部を互いに移動させる、即ち液体乾燥中の毛細管力が、規則的（例えば、図２Ａ）又は不規則的（例えば、図２Ｃ）なテント状構造要素へのナノポールの自己組織化を生じさせる）。
【００３８】
ナノポールのアセンブリのテント状構造要素の形成から得られる幾つかの利点が存在する。例えば、ナノポール（例えば、２つ、３つなど）の異なる幾何学的形状が、設計され得る。大きなＳＥＲＳ活性塊が、これら３Ｄ構造で達成され得る。プラズモン集束／結合が、テント状構造要素の先端部１１５ｂに向かって達成され得る。ミラー、格子などのような他の光学部品との容易な一体化が、容易に実現可能である。更に、特定の入射波長の下での最適なＳＥＲＳ性能のために、並びに蛍光、ルミネセンス（発光）、プラズモン共鳴、散乱などのような他の光学的検知のために、先端部の離隔距離の微調整が、熱またはレーザ加熱、機械力、電界または磁界を用いて可能である。
【００３９】
図５Ａ〜図５Ｂは、本発明の実施形態に従って構成されて動作する被分析物センサの略図を示す。被分析物センサ５００は、図１Ａ〜図１Ｈに関連して上述されたような特徴要素５０４のアレイからなるラマン活性基板５０２、例えば光検出器５０６、及びラマン励起光源５０８を含む。
【００４０】
図５Ａに示された例において、光源５０８は、ラマン励起光が特徴要素５０４（ナノポール１１５）のアレイに直接的に入射するように配置される。
【００４１】
図５Ｂに示された例において、光源５０８は、ラマン励起光が基板を通過するようにラマン活性基板５０２の下に配置される。この後者の場合、基板１１０は入射光に対して透過的とすることができる。
【００４２】
何れの場合も、光検出器５０６は、基板の表面の被分析物により放出されるラマン散乱光λｅｍの少なくとも一部を捕捉するように配置される。
【００４３】
また、ラマン散乱光の強度は、ラマン活性材料に関連した２つのメカニズムの結果として強化され得る。第１のメカニズムは、ラマン活性基板５０２の表面、特に図１Ａ〜図１Ｈに示されたナノポール１１５においてもたらされる強化された電磁界である。この結果、ナノアンテナ１１５の金属表面における伝導電子が、「表面プラズモンポラリトン」又は「局在表面プラズモン」と呼ばれる拡張表面励起電子状態へ励起される。ナノアンテナ１１５で又はその近傍で吸着された被分析物１２０は、比較的強い電磁界を受ける。ナノポール１１５の表面に垂直に向けられた分子振動モードが、最も強く強化される。表面プラズモンポラリトン共鳴の強度は、金属材料、アンテナ（ここでは、ナノポール１１５）のサイズ及び形状、並びに離隔距離を含む多くの要因に依存する。
【００４４】
強化の第２のモード、電荷移動は、ナノポール１１５の表面とナノポール表面に吸収される被分析物１２０との間の電荷移動錯体の形成の結果として生じることができる。多くの電荷移動錯体の電子遷移は一般に、電磁スペクトルの可視範囲内にある。
【００４５】
上記の説明は、便宜上、ＳＥＲＳ分析に関して提供された。しかしながら、理解されるように、同じ多柱状構造要素が、以下に限定されないが、増強蛍光、増強発光、及びプラズモン的検知、光学散乱および／または光吸収を含む他の解析技術に使用され得る。
【図１Ａ】
0005519075.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
0005519075.tif 000004
【図１Ｄ】
0005519075.tif 000005
【図１Ｅ】
0005519075.tif 000006
【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
0005519075.tif 000008
【図１Ｈ】
0005519075.tif 000009
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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