(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、当該基板の表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層とを有し、
上記金属層の表面には、
平坦部と、
上記平坦部に対して窪んだ凹部と、
上記平坦部に対して突出した凸部と、
が形成されており、
上記凸部は、上記凹部の外周に沿って連続的に突起しており、
上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部の頂点が成す形状の直径が５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項２】
上記凹部とその外周に沿って連続的に突起した凸部とからなる構造の分散密度が、１個／１００μｍ２以上１，０００個／１００μｍ２以下の範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項３】
上記凹部とその外周に沿って連続的に突起した凸部とからなる構造における、凸部の高さ及び凹部の深さの和が５ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項４】
上記凹部とその外周に沿って連続的に突起した凸部とからなる構造における、凸部の高さ及び凹部の深さの和が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項５】
上記基板の上記金属層と接する面には、
平坦部と、
上記平坦部に対して窪んだ凹部と、
上記凹部の外周に沿って、上記平坦部に対して連続的に突起した凸部と、
が形成されており、
上記金属層の形状は、上記基板表面形状にならって形成されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項６】
上記金属層の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項５に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項７】
上記金属層の表面に、生体分子を固定化するための有機分子層が形成されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項８】
上記有機分子層は、金属層表面からの長さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の分子と、金属層表面からの長さが１ｎｍ以上５０ｎｍ未満の分子とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項９】
上記金属層が、Ａｕ又はＡｇを含有することを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップと、
上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップに光を照射する光源と、
上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいて反射若しくは透過した光を受光する光検出器と、
を備えたことを特徴とする局在型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１１】
上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの表面に対して、２種類以上の波長の光を垂直に入射させ、当該局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップで反射した各波長の光の反射率、当該局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを透過した各波長の透過率、又はこれら反射若しくは透過した各波長の光強度を上記光検出器で測定することを特徴とする、請求項１０に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１２】
光応答性材料上に、平均直径が１ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲内である固体が分散した懸濁液を塗布する懸濁液塗布工程と、
懸濁液が塗布された上記光応答性材料に対して光を照射する光照射工程と、
を含むことを特徴とする、構造体の製造方法により製造される構造体であり、
上記構造体の表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層を有することを特徴とする構造体。
【請求項１３】
懸濁液中の上記固体が、無機材料、金属材料、及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも１つの材料からなることを特徴とする、請求項１２に記載の構造体。
【請求項１４】
光応答性材料上に、屈折率が１よりも大きい中間材料を塗布する工程と、
少なくとも一方の表面に凹凸構造を有するテンプレート基板の凹凸面が、塗布された中間材料に面するように、当該テンプレート基板を光応答性材料上に塗布された中間材料の上に置く工程と、
中間材料を挟んでテンプレート基板を置いた上記光応答性材料に対して光を照射する光照射工程と、
を含むことを特徴とする、構造体の製造方法により製造される構造体であり、
上記構造体の表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層を有することを特徴とする構造体。
【請求項１５】
上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、平均粒径が１ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲である固体からなることを特徴とする、請求項１４に記載の構造体。
【請求項１６】
上記固体の平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲であることを特徴とする、請求項１５に記載の構造体。
【請求項１７】
上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、シリコン基板のアルカリエッチングにより形成されてなることを特徴とする請求項１４に記載の構造体。
【請求項１８】
上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、シリコン基板の表面に金属ナノ粒子を塗布または生成させた後、アルカリおよび酸エッチングにより形成されてなることを特徴とする、請求項１４に記載の構造体。
【請求項１９】
上記テンプレート基板は、凹凸構造面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層を有することを特徴とする、請求項１４〜１８の何れか１項に記載の構造体。
【請求項２０】
上記光応答性材料は、アゾポリマー誘導体を含むことを特徴とする、請求項１４〜１９の何れか１項に記載の構造体。
【請求項２１】
上記光応答性材料は、アゾベンゼン基を主鎖及び／又は側鎖に有するアゾポリマー誘導体であることを特徴とする、請求項１２〜１９の何れか１項に記載の構造体。
【請求項２２】
上記構造体は、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部とを有し、上記凸部は、上記凹部の外周に沿って連続的に突起していることを特徴とする請求項１２〜２１の何れか１項に記載の構造体。
【請求項２３】
光応答性材料上に、平均直径が１ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲内である固体が分散した懸濁液を塗布する懸濁液塗布工程と、懸濁液が塗布された上記光応答性材料に対して光を照射する光照射工程と、を含む構造体の製造方法により構造体を製造する工程と、
上記構造体の表面に、金属を堆積させることにより、上記構造体の形状が反映された形状を有する金属層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項２４】
懸濁液中の上記固体が、無機材料、金属材料、及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも１つの材料からなることを特徴とする、請求項２３に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項２５】
光応答性材料上に、屈折率が１よりも大きい中間材料を塗布する工程と、少なくとも一方の表面に凹凸構造を有するテンプレート基板の凹凸面が、塗布された中間材料に面するように、当該テンプレート基板を光応答性材料上に塗布された中間材料の上に置く工程と、中間材料を挟んでテンプレート基板を置いた上記光応答性材料に対して光を照射する光照射工程と、を含むことを特徴とする、構造体の製造方法により構造体を製造する工程と、
上記構造体の表面に、金属を堆積させることにより、上記構造体の形状が反映された形状を有する金属層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項２６】
上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、平均粒径が１ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲である固体からなることを特徴とする、請求項２５に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項２７】
上記固体の平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲であることを特徴とする、請求項２６に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項２８】
上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、シリコン基板のアルカリエッチングにより形成されてなることを特徴とする、請求項２５に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項２９】
上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、シリコン基板の表面に金属ナノ粒子を塗布または生成させた後、アルカリおよび酸エッチングにより形成されてなることを特徴とする、請求項２５に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項３０】
上記テンプレート基板は、凹凸構造面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層を有することを特徴とする、請求項２５〜２９の何れか１項に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項３１】
上記光応答性材料は、アゾポリマー誘導体を含むことを特徴とする、請求項２３〜３０の何れか１項に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【請求項３２】
上記光応答性材料は、アゾベンゼン基を主鎖及び／又は側鎖に有するアゾポリマー誘導体であることを特徴とする、請求項２３〜３０の何れか１項に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る、構造体、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ、及びこれらから得られる局在型表面プラズモン共鳴センサ、並びにこれらの製造方法に関する。更に詳しくは、光照射下において微粒子の表面近傍に存在する近接場光に基づく光応答性材料の物質移動に着目して開発された新規な微細構造体、光加工方法及び製造方法に関する。【０００２】
また、本発明は、（ｉ）光応答性材料上に固体が分散した懸濁液を塗布した後、若しくは（ii）少なくとも一方の表面に凹凸構造を有する基板と光応答性材料の間に屈折率が１よりも大きい中間材料を満たした後、光照射することにより光応答性材料の表面に凹部及び凸部を有する構造体を形成することを特徴とする新規な製造方法と、この製造方法を利用して形成された構造体、に関する。
【背景技術】
【０００３】
人体の６０％は水分で構成され、残り４０％のうち半分はタンパク質で構成されており、人体の細胞、筋肉、皮膚の大部分はタンパク質からなる。そのため、病気は、タンパク質の変異と相関が認められる場合が多く、癌、インフルエンザその他の病気では、病気の進行に伴って体内（血液中等）において特定のタンパク質が増加する。【０００４】
従って、特定のタンパク質の状態（特定のタンパク質の有無、量等）をモニターすることで病気の罹患、進行状況を知ることができ、現在では、数十種類のタンパク質について病気との相関が確認されている。例えば、腫瘍（癌）の進行とともに増加する生体分子は腫瘍マーカーと呼ばれ、腫瘍の発生部位に応じてそれぞれ異なる腫瘍マーカーが特定されている。【０００５】
また、生体内のタンパク質、ＤＮＡ、糖鎖といった生体分子は、疾患の発生と直接的に関係していることが多いので、それら生体分子間の相互作用を解析することにより、病気のメカニズムを解明し、特効薬の開発を行うことが可能になりつつある。【０００６】
上記腫瘍マーカーを含め、特定のタンパク質の有無や量を簡便且つ高精度に測定するツールとしてバイオセンサがあり、将来的には誤診防止、早期診断、予防医療等への応用が期待されている。【０００７】
ここで、タンパク質等生体分子の相互作用を検出する方法としては、表面プラズモン共鳴（SPR; Surface Plasmon Resonance）が利用されている。表面プラズモン共鳴とは、金属表面の自由電子と電磁波（光）との相互作用によって生じる共鳴現象であって、蛍光検出方式に比べると、試料を蛍光物質で標識する必要が無いため簡便な手法として注目されている。表面プラズモン共鳴を利用したセンサには、伝搬型表面プラズモン共鳴センサと局在型表面プラズモン共鳴センサとがある。【０００８】
伝搬型表面プラズモン共鳴センサの原理を図８の（ａ）〜（ｄ）により簡単に説明する。伝搬型表面プラズモン共鳴センサ１１は、図８の（ａ）及び図８の（ｃ）に示すように、ガラス基板１２の表面に厚み５０ｎｍ程度のＡｕ、Ａｇ等の金属膜１３を形成したものである。【０００９】
この伝搬型表面プラズモン共鳴センサ１１は、ガラス基板１２側から光を照射し、ガラス基板１２と金属膜１３との界面において光を全反射させる。全反射した光を受光し、光の反射率を測定することによって生体分子等がセンシングされる。【００１０】
即ち、この反射率測定を光の入射角θを変化させることによって行うと、図８の（ｂ）に示すように、ある入射角（共鳴入射角）θ１で反射角が大きく減衰する。これは、ガラス基板１２と金属膜１３との界面に入射した光が当該界面で全反射するとき、当該界面で発生するエバネッセント光（近接場光）と金属の表面プラズモン波とが相互作用するからである。具体的には、ある特定の波長や特定の入射角においては、光のエネルギーが金属膜１３中に吸収され、金属膜１３中の自由電子の振動エネルギーに変化し、光の反射率が著しく低下するからである。【００１１】
この共鳴条件は金属膜１３の周辺物質の誘電率（屈折率）に依存するため、このような現象は周辺物質の物性変化を高感度に検出する手法として用いられる。特に、バイオセンサとして用いる場合には、図８の（ａ）に示すように、特定のタンパク質（抗原）と特異的に結合する抗体１４（プローブ）を予め金属膜１３の表面に固定化しておく。そこに、導入された検査試料にターゲットとなる抗原１６が存在すると、図８の（ｃ）に示すように抗原１６が抗体１４と特異的に結合する。そして、抗原１６が抗体１４と結合することで金属膜１３の周辺の屈折率が変化し、共鳴波長や共鳴入射角が変化する。【００１２】
従って、検査試料を導入する前後における共鳴波長の変化、共鳴入射角の変化、あるいは共鳴波長や共鳴入射角の時間的変化を測定することにより、検査試料中に抗原１６が含まれているかどうかを検査できる。また、どの程度の濃度で抗原１６が含まれているかも検査することができる。【００１３】
図８の（ｄ）は、入射角θに対する反射率の依存性を測定した結果の一例を表している。図８の（ｄ）において、破線は検査試料を導入する前の反射率スペクトル１７ａを示し、実線は検査試料が導入されて抗体１４に抗原１６が結合した後の反射率スペクトル１７ｂを示す。【００１４】
このように検査試料を導入する前後における共鳴入射角の変化Δθを測定すると、検査試料が抗原１６を含んでいるかどうかを検査できる。また、抗原１６の濃度も検査することができ、特定の病原体の有無や疾患の有無等を検査することができる。【００１５】
尚、一般的な伝搬型表面プラズモン共鳴センサでは、ガラス基板に光を導入するためにプリズムを用いている。そのため、センサの光学系が複雑且つ大型化し、またセンサ用チップ（ガラス基板）とプリズムとをマッチングオイルで密着させる必要がある。【００１６】
しかしながら、伝搬型表面プラズモン共鳴センサでは、センシングエリアがガラス基板表面から数百ｎｍとタンパク質のサイズ（十ｎｍ前後）に比べて大きい。そのため、このセンサは検査試料の温度変化や検査試料中の夾雑物（例えば、検査対象以外のタンパク質）の影響を受け易く、バイオセンサでは、抗体に結合されず検査試料中に浮遊している抗原にも感度を持ってしまう。【００１７】
これらはノイズの原因となるため、Ｓ／Ｎ比が小さくて高感度のセンサを作製することが難しい。また、高感度のセンサを作製するためには、ノイズの原因となる夾雑物を取り除く工程や、検査試料の温度を一定に保つための厳密な温度制御手段を必要とし、装置が大型になったり、装置コストが高価になったりする。【００１８】
これに対し、局在型表面プラズモン共鳴センサでは、金属微粒子（金属ナノ微粒子）の表面に発生する近接場がセンシング領域となるため、回折限界以下の数十ｎｍの感度領域を実現できる。その結果、局在型表面プラズモン共鳴センサでは、金属微粒子から離れた領域に浮遊する検査対象物には感度を持たず、金属微粒子表面の非常に狭い領域に付着した検査対象物にのみ感度を持たせることができ、より高感度のセンサを実現できる可能性がある。【００１９】
金属微粒子を用いた局在表面プラズモン共鳴センサでは、金属微粒子から離れて浮遊している検査対象物に感度を持たないので、ノイズ成分が少なくなり、その意味では伝搬型表面プラズモン共鳴センサに比べて高感度である。しかし、Ａｕ、Ａｇ等の金属微粒子において発生する表面プラズモン共鳴を利用したセンサでは、金属微粒子の表面に付着している検査対象物から得られる信号の強度が小さく、その意味では感度がまだ低く、あるいは感度が十分でなかった。【００２０】
このような取り扱い難さを解消するために、複数の凹部を有する回折格子類似の局在型表面プラズモン共鳴センサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。【００２１】
上記局在型表面プラズモン共鳴センサは、図９に示すように、ナノインプリントによる賦形された窪み（凹部）が規則的に配置された構造を有する基板１９を有し、凹部の上から蒸着又はスパッタ等により金属材料を積層し、得られる金属層２０はその下の形状を反映している。そして、図１０に示すように、この局在型表面プラズモン共鳴センサ１８では、基板１９の金属層２０側から直線偏光を照射すると、凹部に強い電界２２が集中する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００８−２１６０５５号公報（２００８年９月１８日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、特許文献１に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサでは、隣り合う凹部間距離ｄは４００ｎｍ以下が好ましいとあるが、凹部間距離ｄ（図１０参照）が近づきすぎると、凹部間の隙間の平坦部が凸部として光に認識され、作製した凹部がその機能を失ってしまう。つまり、特許文献１に記載の局在型表面プラズモン共鳴センサでは、凹部間距離ｄを小さくして、凹部の密度を高めて高感度化しようとすればするほど凹部自体が機能しなくなってしまうという問題があった。【００２４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る、構造体、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ、及びこれらから構成される局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明者は、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサについて、鋭意検討を重ねた結果、金属層の表面に凹部のみならず、平坦部と、平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部とを有する局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを用いることにより、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを実現できることを見出した。【００２６】
また、それと同時に、本発明者は、光応答性材料表面に凹凸構造を形成させる製造方法について、鋭意検討を重ねた結果、（ｉ）光応答性材料上に固体が分散した懸濁液を塗布した後、若しくは（ii）少なくとも一方の表面に凹凸構造を有する基板を用いて、屈折率が１よりも大きい中間材料を挟んで光応答性材料の上に当該基板を接触させた後、光照射することにより、所定の構造体を製造できること、及び当該構造体に金属層を形成することで高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを実現できることを見出し、本発明を完成するに到った。【００２７】
即ち、本発明に係る構造体は、上記課題を解決するために、光応答性材料に光照射して形成される構造体であり、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部と、を有し、上記凸部は、上記凹部の外周に沿って連続的に突起しており、上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部の頂点が成す形状の直径が５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴としている。【００２８】
上記構成によれば、例えば、上記構造体を局在型表面プラズモン共鳴センサ用基板に用い、その表面に基板の形状に沿って金属層を形成させることにより、金属層の表面に平坦部と平坦部に対して窪んだ凹部と上記平坦部に対して突出した凸部とを有する局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製することができる。【００２９】
このようにして得られる局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、凸部と凹部とで囲まれた領域内部の金属における自由電子と入射光との間で結合が起こり、内部及び凸部に強い電界が集中して極めて強い局在型表面プラズモン共鳴が発生する。従って、当該チップを用いることにより、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができるという効果を奏する。【００３０】
本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップは、上記課題を解決するために、基板と、当該基板の表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層とを有し、上記金属層の表面には、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部とが形成されており、上記凸部は、上記凹部の外周に沿って連続的に突起しており、上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部の頂点が成す形状の直径が５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴としている。【００３１】
上記構成によれば、凸部と凹部とで囲まれた領域内部の金属における自由電子と入射光との間で結合が起こり、内部及び凸部に強い電界が集中して極めて強い局在型表面プラズモン共鳴が発生する。従って、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができるという効果を奏する。【００３２】
本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサは、上記課題を解決するために、本発明に係る上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップと、上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップに光を照射する光源と、上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいて反射若しくは透過した光を受光する光検出器とを備えたことを特徴としている。【００３３】
上記構成によれば、本発明に係る上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを備えているため、当該チップにおける凸部と凹部とで囲まれた領域内部において局在的な共鳴電界を発生させることができる。そして、光源から光を当該領域に照射して、当該領域で反射又は透過した光を上記光検出器で受光することにより、上記センサ用チップにおける反射率若しくは透過率、又は上記光検出器で受光した光強度を測定することができる。従って、上記構成によれば、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができるという効果を奏する。【００３４】
本発明に係る構造体の製造方法は、上記課題を解決するために、光応答性材料上に、平均直径が１ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲内である固体が分散した懸濁液を塗布する懸濁液塗布工程と、懸濁液が塗布された上記光応答性材料に対して光を照射する光照射工程と、を含むことを特徴としている。【００３５】
上記方法によれば、懸濁液が塗布された上記光応答性材料に対して光を照射するため、上記固体の下に位置する光応答性材料は窪み、当該窪みの周りにある光応答性材料は盛上り突出する。また、懸濁液の溶媒を乾燥させずに上記光応答性材料に対して光を照射するため、上記固体は光応答性材料には固定されず、上記懸濁液を除去するだけで、上記構造体を得ることができる。【００３６】
そして、上記方法により作製された構造体を局在型表面プラズモン共鳴センサ用基板に用い、その表面に基板の形状に沿って金属層を形成させることにより、金属層の表面に平坦部と平坦部に対して窪んだ凹部と上記平坦部に対して突出した凸部とを有する局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製することができる。【００３７】
このようにして得られる局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、凸部と凹部とで囲まれた領域内部の金属における自由電子と入射光との間で結合が起こり、内部及び凸部に強い電界が集中して極めて強い局在型表面プラズモン共鳴が発生する。【００３８】
従って、簡便に、安定的に、低コストでより高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る構造体を製造することができるという効果を奏する。【００３９】
本発明に係る構造体の製造方法は、上記課題を解決するために、光応答性材料上に、屈折率が１よりも大きい中間材料を塗布する工程と、少なくとも一方の表面に凹凸構造を有するテンプレート基板の凹凸面が、塗布された中間材料に面するように、当該テンプレート基板を光応答性材料上に塗布された中間材料の上に置く工程と、中間材料を挟んでテンプレート基板を置いた上記光応答性材料に対して光を照射する光照射工程と、を含むことを特徴としている。【００４０】
上記方法によれば、テンプレート基板における上記凸体の下に位置する光応答性材料は窪み、当該窪みの周りにある光応答性材料は盛上り突出する。また、テンプレート基板を用いているため、上記凸体は光応答性材料には固定されず、上記テンプレート基板を除去するだけで、上記構造体を得ることができる。【００４１】
本発明に係る構造体の製造方法は、本発明に係る上記製造方法により得られる構造体の型となる構造体の製造方法であり、本発明に係る上記製造方法により第一の構造体を製造する工程と、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を、上記第一の構造体の表面に塗布し、硬化後剥離させることにより、第一の構造体の型となる、第二の構造体を得る工程と、を含むことを特徴としている。【００４２】
上記方法によれば、例えば、当該型に熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を塗布し、硬化後剥離させることにより、上述の本発明に係る構造体を容易に複製できる。よって、当該複製した構造体を局在型表面プラズモン共鳴センサ用基板に用い、その表面に基板の形状に沿って金属層を形成させることにより、金属層の表面に平坦部と平坦部に対して窪んだ凹部と上記平坦部に対して突出した凸部とを有する局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製することができる。【００４３】
このようにして得られる局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、凸部と凹部とで囲まれた領域内部の金属における自由電子と入射光との間で結合が起こり、内部及び凸部に強い電界が集中して極めて強い局在型表面プラズモン共鳴が発生する。【００４４】
従って、簡便に、安定的に、低コストでより高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る構造体を製造することができるという効果を奏する。【００４５】
本発明に係る構造体の製造方法は、本発明に係る上記方法により得られた、型となる第二の構造体の表面に、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を塗布し、硬化後剥離させることにより、第三の構造体を得ることを特徴としている。【００４６】
上記方法によれば、上述の本発明に係る構造体を容易に複製できるため、上記方法により複製された構造体を局在型表面プラズモン共鳴センサ用基板に用い、その表面に基板の形状に沿って金属層を形成させることにより、金属層の表面に平坦部と平坦部に対して窪んだ凹部と上記平坦部に対して突出した凸部とを有する局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製することができる。【００４７】
このようにして得られる局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、凸部と凹部とで囲まれた領域内部の金属における自由電子と入射光との間で結合が起こり、内部及び凸部に強い電界が集中して極めて強い局在型表面プラズモン共鳴が発生する。【００４８】
従って、簡便に、安定的に、低コストでより高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る構造体を製造することができるという効果を奏する。【００４９】
本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法は、上記課題を解決するために、本発明に係る構造体の製造方法の何れか１つにより構造体を製造する工程と、上記構造体の表面に、金属を堆積させることにより、上記構造体の形状が反映された形状を有する金属層を形成する工程と、を含むことを特徴としている。【００５０】
上記方法によれば、簡便に、安定的に、低コストでより高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを製造することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００５１】
本発明に係る構造体は、以上のように、光応答性材料に光照射して形成される構造体であり、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部と、を有し、上記凸部は、上記凹部の外周に沿って連続的に突起しており、上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部の頂点が成す形状の直径が５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内であることを特徴としている。【００５２】
このため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができるという効果を奏する。【００５３】
また、本発明に係る構造体の製造方法は、以上のように、光応答性材料上に、平均直径が１ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲内である固体が分散した懸濁液を塗布する懸濁液塗布工程と、懸濁液が塗布された上記光応答性材料に対して光を照射する光照射工程とを含むことを特徴としている。【００５４】
このため、簡便に、安定的に、低コストでより高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る構造体を製造することができるという効果を奏する。【００５５】
つまり、本発明によれば、光照射前の基準面に対して、凹部および凸部を有する構造体を製造することができ、且つ当該構造体に金属を積層することで局在型表面プラズモン共鳴センサを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサの反射光学系の基本的構成の一例を示す平面図である。
【図２】本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサの透過光学系の基本的構成の一例を示す平面図である。
【図３】本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサにおける測定領域を拡大した概略構成を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図３の（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法の一例を示す断面図である。
【図５】実施例１により得られたセンサ用チップの基板部分の表面構造のＡＦＭ写真を示す図面である。
【図６】局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップにおける、電界集中の強度のシミュレーション結果に用いた構造の概略構成を示す断面図であり、（ａ）は一次元溝構造を示し、（ｂ）は本発明に係る構造を示す。
【図７】局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップにおける、電界集中の強度のシミュレーション結果を示す図面であり、（ａ）は一次元溝構造の結果を示し、（ｂ）は本発明に係る構造の結果を示す。
【図８】従来の伝搬型表面プラズモン共鳴センサの原理を模式的に示す図面である。
【図９】従来の局在型表面プラズモン共鳴センサの概略構成を示す断面図である。
【図１０】従来の局在型表面プラズモン共鳴センサにおいて、凹部に強い電界が集中することを示す断面図である。
【図１１】実施例３により得られたセンサ用チップの基板部分の表面構造のＡＦＭ写真を示す図面である。
【図１２】実施例３により得られたＬＳＰＲチップの透過スペクトルを示す図面である。
【図１３】実施例４で作製したテンプレート基板を模式的に示す側面図である。
【図１４】実施例４により得られた構造体における表面構造のＡＦＭ写真を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。
【００５８】
尚、本明細書では、範囲を示す「Ａ〜Ｂ」はＡ以上Ｂ以下であることを意味し、本明細書で挙げられている各種物性は、特に断りの無い限り後述する実施例に記載の方法により測定した値を意味する。
【００５９】
（Ｉ）構造体
本実施の形態に係る構造体は、光応答性材料に光照射して形成される構造体であり、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部とを有する。
【００６０】
〔光応答性材料〕
上記光応答性材料とは、光照射により物質移動が起こる材料であり、より具体的には照射部の光の明部及び暗部に沿って物質移動現象を生じる材料である。
【００６１】
上記光応答性材料としては、光変形を起こし得る材料であって、光照射部の明暗部に応じて物質移動を示す材料であれば特には限定されないが、例えば、光照射によりアブレーション、フォトクロミズム、分子の光誘起配向等を起こす成分（光反応性成分）をマトリックス材料中に含み、光照射により体積、密度、自由体積等が変化するような、有機又は無機の材料が挙げられる。また、上記光応答性材料としては、イオウ、セレン及びテルルからなる群から選択される何れかの元素と、ゲルマニウム、ヒ素及びアンチモンからなる群から選択される何れかの元素とが結合した構造を含むカルコゲナイトガラスと総称される無機材料等も挙げられる。
【００６２】
上記光反応性成分としては、例えば、材料の形状変化を伴う異方的光反応を起こし得る成分である、光異性化成分や光重合性成分が挙げられる。
【００６３】
上記光異性化成分としては、例えば、トランス−シス光異性化を生じる成分、特に代表的にはアゾ基（−Ｎ＝Ｎ−）を有する色素構造、特に、アゾベンゼンやその誘導体の化学構造を持つ成分が挙げられる。
【００６４】
上記異性化成分がアゾ基を有する色素構造を含む材料である場合において、その色素構造が、１又は２以上の電子吸引性官能基（電子吸引性置換基）、及び／又は、１又は２以上の電子供与性官能基（電子供与性置換基）を備えることが好ましく、これらの電子吸引性官能基と電子供与性官能基とを両方備えることが特に好ましい。
【００６５】
上記電子吸引性官能基としては、ハメット則における置換基定数σが正の値である官能基が好ましく、電子供与性官能基としてはハメット則における置換基定数σが負の値である官能基が好ましい。
【００６６】
つまり、上記異性化成分は、下記式（１）
Σ｜σ｜≦｜σ1 ｜＋｜σ2 ｜    …（１）
（上記式において、σはハメット則における置換基定数、σ1 はシアノ基の置換基定数、σ2 はアミノ基の置換基定数である。）
が成立する条件下で、上記電子供与性置換基と電子吸引性置換基とを備えることが好ましい。これにより、蛍光分析用の蛍光色素における蛍光ピーク波長よりも短い波長域に光吸収波長の長波長側のカットオフ波長があるように制御した色素構造を含み得る。これにより、正確な測定を行うことができる。
【００６７】
上記色素構造の種類は特には限定されないが、例えば、アゾ基を有する色素構造、特に、アゾベンゼンやその誘導体の化学構造が好ましい。つまり、上記光応答性材料は、アゾポリマー誘導体を含むことが好ましく、アゾベンゼン基を主鎖又は側鎖に有するアゾポリマー誘導体であることがより好ましい。
【００６８】
光応答性材料のマトリクス材料中において、上記光応答性成分は単に分散していているだけでもよく、マトリクス材料の構成分子と化学結合等をしていてもよい。マトリクス材料中の光反応性成分の分布密度をほぼ完全に制御できる点や、材料の耐熱性又は経時的安定性等の点からは、マトリクス材料を構成する分子に対して光応答性成分が化学的に結合していることが特に好ましい。
【００６９】
上記マトリクス材料としては、通常の高分子材料等の有機材料や、ガラス等の無機材料を用いることができる。マトリクス材料に対する光応答性成分の均一分散性あるいは結合性を考慮すれば、有機材料、特に高分子材料を用いることがより好ましい。
【００７０】
マトリックス材料を構成する上記高分子材料の種類は特には限定されないが、高分子の繰返し構造単位がウレタン基、ウレア基、又はアミド基を有していることが好ましく、更には高分子の主鎖中にフェニレン基等の環構造を有していることが耐熱性の点でより好ましい。
【００７１】
マトリックス材料を構成する上記高分子材料は、必要な形状に成形可能であればその分子量や重合度は特には限定されない。また、その重合形態も直鎖状、分岐状、はしご状、星形等の任意の形態でよく、ホモポリマーでも共重合体であってもよい。
【００７２】
光変形の経時的な安定性のためには、高分子材料のガラス転移温度は、例えば１００℃以上のように高いことが好ましいが、ガラス転移温度が室温程度やそれ以下のものでも使用可能である。
【００７３】
〔構造体〕
上記構造体は、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部とを有する。
【００７４】
ここで、上記構造体における上記凸部は、上記凹部の外周に沿って連続的に突起している。言い換えれば、上記構造体は、平坦部より上部に出っ張った凸部と平坦部よりも下部に窪んだ凹部との両方を有し、凸部分が円形等の閉じた形状になっているものであり、海洋生物のフジツボに類似した形状を有していることが好ましい。
【００７５】
尚、本明細書では、上記凹部と当該凹部の外周に沿って連続的に突起している凸部とから形成されるフジツボのような形状を有する部分を「フジツボ体」と記する場合がある。
【００７６】
上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部の頂点が成す形状の直径は５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内である。
【００７７】
尚、本明細書において、「直径」とは、対象となる形状を問わず、当該害形状を構成する線上に両端を有する線分の中で最も長いものの長さを意味する。
【００７８】
また、上記凹部における最も窪んだ部分の直径は、０ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。尚、凹部における最も窪んだ部分の直径が０ｎｍである場合としては、例えば、凹部が深さ方向に向かって先細となっている形状が挙げられる。
【００７９】
上記構造体では、上記凹部の上記平坦部に対する深さＢと、上記凸部の上記平坦部に対する高さＡとの比（Ａ／Ｂ）が、０．０１以上１００以下の範囲内であることが好ましく、０．１以上１０以下の範囲内であることがより好ましい。
【００８０】
上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部が成す形状の内径Ｃと、当該凸部の高さ及び当該凹部の深さの和Ｄとの比Ｃ／Ｄが０．０１以上１００以下の範囲内であることが好ましく、０．１以上１０以下の範囲内であることがより好ましい。
【００８１】
また、上記フジツボ体の分散密度は、１個／１００μｍ２以上１０，０００個／１００μｍ２以下の範囲内であることが好ましく、１個／１００μｍ２以上１，０００個／１００μｍ２以下の範囲内であることがより好ましい。また、１個／μｍ２以上１０，０００個／μｍ２以下の範囲内であってもよく、１０個／μｍ２以上５００個／μｍ２以下の範囲内であってもよい。
【００８２】
以上のように、本発明に係る構造体では、上記凹部の上記平坦部に対する深さＢと、上記凸部の上記平坦部に対する高さＡとの比（Ａ／Ｂ）が、０．０１以上１００以下の範囲内であることが好ましい。
【００８３】
上記構成によれば、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製した場合に、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【００８４】
また、本発明に係る構造体では、上記凹部の上記平坦部に対する深さＢと、上記凸部の上記平坦部に対する高さＡとの比（Ａ／Ｂ）が、０．１以上１０以下の範囲内であることが好ましい。
【００８５】
上記構成によれば、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製した場合に、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【００８６】
更には、本発明に係る構造体では、上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部が成す形状の内径Ｃと、当該凸部の高さ及び当該凹部の深さの和Ｄとの比Ｃ／Ｄが０．０１以上１００以下の範囲内であることが好ましい。
【００８７】
上記構成によれば、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製した場合に、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【００８８】
また、本発明に係る構造体では、上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部が成す形状の内径Ｃと、当該凸部の高さ及び当該凹部の深さの和Ｄとの比Ｃ／Ｄが０．１以上１０以下の範囲内であることが好ましい。
【００８９】
上記構成によれば、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製した場合に、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【００９０】
更には、本発明に係る構造体では、上記凹部とその外周に沿って連続的に突起した凸部とからなる構造の分散密度は、１個／１００μｍ２以上１０，０００個／１００μｍ２以下の範囲内であることが好ましい。
【００９１】
上記構成によれば、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製した場合に、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【００９２】
また、本発明に係る構造体では、上記凹部とその外周に沿って連続的に突起した凸部とからなる構造の分散密度は、１個／１００μｍ２以上１，０００個／１００μｍ２以下の範囲内であることが好ましい。
【００９３】
上記構成によれば、局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを作製した場合に、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【００９４】
更には、本発明に係る構造体では、上記光応答性材料は、アゾポリマー誘導体を含むことが好ましい。
【００９５】
上記構成によれば、より容易に構造体を得ることができる。
【００９６】
また、本発明に係る構造体では、上記光応答性材料は、アゾベンゼン基を主鎖及び／又は側鎖に有するアゾポリマー誘導体であることが好ましい。
【００９７】
上記構成によれば、より容易に構造体を得ることができる。
【００９８】
（II）局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップは、基板と、当該基板の表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層とを有し、上記金属層の表面は、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部とが形成されており、上記凸部は、上記凹部の外周に沿って連続的に突起しており、上記凹部の外周に沿って連続的に突起した上記凸部の頂点が成す形状の直径が５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内である。
【００９９】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップは、上記形状を有しているため、凸部と凹部とで囲まれた領域内部の金属における自由電子と入射光との間で結合が起こり、内部及び凸部に強い電界が集中して極めて強い局在型表面プラズモン共鳴が発生する。
【０１００】
ここで、局在的な共鳴電界とは、共鳴電界が金属表面に沿って伝搬せず、共鳴によって増強された電界の領域が入射光の回折限界よりも小さい電界のことをいう。
【０１０１】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記凸部が上記凹部の外周に沿って連続的に突起していること、つまり、上述した「フジツボ体」を有する。当該構成であれば、凸部及び凹部で囲まれた内部の金属における自由電子と入射光との間で結合がより起こり易く、内部により強い電界が集中して更に強い局在型表面プラズモン共鳴が発生する。
【０１０２】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記フジツボ形体の凸部の頂点が成す直径が５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内である。また、バイオセンサとして使用する場合には、一般的なタンパク質のサイズが１０ｎｍ前後であるため、上記フジツボ体の凸部の頂点が成す直径は２０ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましい。
【０１０３】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記凸部及び凹部からなるフジツボ体の深さ（当該凸部の高さと当該凹部の深さとの和）が５ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましい。フジツボ体の深さが上記範囲内であれば、高いセンサ感度で、局在型表面プラズモン共鳴現象を良好に生じさせることができる。
【０１０４】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、フジツボ体間の距離に制限はないが、上記フジツボ体の分散密度が、１個／１００μｍ２以上１，０００個／１００μｍ２以下の範囲内であることが好ましく、１０個／１００μｍ２以上１，０００個／１００μｍ２以下の範囲内であることがより好ましい。また、１０個／μｍ２以上１，０００個／μｍ２以下の範囲内であってもよく、１０個／μｍ２以上５００個／μｍ２以下の範囲内であってもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記基板の表面は、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部とを有し、上記金属層の形状は、上記基板表面形状にならって形成されていることが好ましい。
【０１０６】
つまり、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記基板がその表面に複数のフジツボ体を有し、上記金属層は、上記基板表面に設けられたフジツボ体の形状を反映してフジツボ体を形成するように、上記基板の表面に形成されていることが好ましい。係る実施態様であれば、簡単な工程で金属層に微細なフジツボ体を形成することができる。
【０１０７】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、反射光の場合は、上記金属層の厚さは１０ｎｍ以上であればよい。上限は特には限定されないが、例えば、５００ｎｍとすることができる。
【０１０８】
また、透過光の場合は、上記金属層の厚さは１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内とすることができ、より好ましくは２０ｎｍ〜１２５ｎｍの範囲内とすることができる。金属層の厚さが当該範囲内であれば、透過光でプラズモン共鳴現象を充分に検出することができる。
【０１０９】
尚、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記金属層の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であってもよい。金属層の厚さが当該範囲内であれば、反射光について十分な光量を確保でき、また透過光量についても十分な光量を確保でき、計測精度が高くなる。
【０１１０】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記金属層は、Ａｕ又はＡｇを含有することが好ましく、具体的には、その材質が、Ａｕ、Ａｇ又はＡｕ−Ｐｄ合金であることが好ましい。つまり、上記金属層の材質は、Ａｕ又はＡｇ単体でもよいし、Ａｕ及び／又はＡｇを含む合金でもよい。上記金属層の材質が、Ａｕ又はＡｇであれば、金属層材質は化学的に安定となり、また強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができる。
【０１１１】
また、当該金属層の上に更に無機材料層を形成してもよい。金属層の酸化劣化を防ぎ、測定対象のたんぱく質等の分子を失活させないようにできるためである。上記無機材料としては、二酸化珪素、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタン等の材料が好適である。
【０１１２】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記金属層の表面に、生体分子を固定化するための有機分子層が形成されていることが好ましい。これにより、特定の生体分子を検出することができるバイオセンサとして用いることが可能になる。つまり、本実施の形態に係るチップであれば、有機分子層を形成するための表面積を大きくすることができ、センサ感度を向上させることができる。
【０１１３】
また、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記有機分子層は、金属層表面からの長さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の分子と、金属層表面からの長さが１ｎｍ以上５０ｎｍ未満の分子とを含むことが好ましい。
【０１１４】
上記有機分子層が上記のような分子を有することにより、長さが１ｎｍ以上５０ｎｍ未満の分子は金属層の近傍で生体分子と結合し、長さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の分子は金属層から離れたところで生体分子と結合する。そして、生体分子と結合した、長さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の分子が折れ曲がることによってその生体分子も金属層の近傍へ引き寄せられる。これにより、金属層の近傍の領域に多くの生体分子を集めることができ、センサ感度をより一層高めることができる。
【０１１５】
上記有機分子層を構成する上記分子としては、ビオチン修飾ポリエチレングリコール、ＯＲＬＡ１８（商品名、ＯＲＬＡ  ＰＲＯＴＥＩＮ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製）、デキストラン等が挙げられる。
【０１１６】
また、上記分子の分子鎖長の計測は、動的光散乱法により測定することができる。
【０１１７】
以上のように、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記凹部とその外周に沿って連続的に突起した凸部とからなる構造の分散密度が、１個／１００μｍ２以上１，０００個／１００μｍ２以下の範囲内であることが好ましい。
【０１１８】
上記構成によれば、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【０１１９】
また、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記凹部とその外周に沿って連続的に突起した凸部とからなる構造における、凸部の高さ及び凹部の深さの和が５ｎｍ以上１０μｍの範囲内であることが好ましい。
【０１２０】
上記構成によれば、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【０１２１】
更には、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記凹部とその外周に沿って連続的に突起した凸部とからなる構造における、凸部の高さ及び凹部の深さの和が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【０１２２】
上記構成によれば、より強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができるため、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【０１２３】
また、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記基板の上記金属層と接する面には、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記凹部の外周に沿って、上記平坦部に対して連続的に突起した凸部とが形成されており、上記金属層の形状は、上記基板表面形状にならって形成されていることが好ましい。
【０１２４】
上記構成によれば、簡便に、安定的に、低コストで作製することができる。
【０１２５】
更には、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記金属層の厚さが１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【０１２６】
上記構成によれば、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができる。
【０１２７】
また、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記金属層の表面に、生体分子を固定化するための有機分子層が形成されていることが好ましい。
【０１２８】
上記構成によれば、特定の生体分子を検出することができるバイオセンサとして用いることが可能になる。
【０１２９】
更には、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記有機分子層は、金属層表面からの長さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の分子と、金属層表面からの長さが１ｎｍ以上５０ｎｍ未満の分子とを含むことが好ましい。
【０１３０】
上記構成によれば、長さが１ｎｍ以上５０ｎｍ未満の分子は金属層の近傍で生体分子と結合し、長さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の分子は金属層から離れたところで生体分子と結合する。そして、生体分子と結合した、長さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の分子は、分子鎖が折れ曲がることによってその生体分子を金属層の近傍へ引き寄せる。これにより、金属層の近傍の領域に多くの生体分子を集めることができ、センサ感度がより高いバイオセンサを提供することができる。
【０１３１】
また、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、上記金属層が、Ａｕ又はＡｇを含有することが好ましい。
【０１３２】
上記構成によれば、Ａｕ又はＡｇは化学的に安定であり、また強い局在型表面プラズモン共鳴を発生させることができる。
【０１３３】
（III）局在型表面プラズモン共鳴センサ
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサは、上述した本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップと、上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップに光を照射する光源と、上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいて反射若しくは透過した光を受光する光検出器とを備えている。
【０１３４】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサは、上述した局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップにおける金属層表面において局在的な共鳴電界を発生させ、上記光源から出射して上記センサ用チップの表面に入射し、上記金属層の表面における共鳴電界が発生した領域において反射又は透過した光を上記光検出器で受光する。そして、上記センサ用チップにおける、反射率、透過率、又は上記光検出器で受光した光強度を測定する。
【０１３５】
また、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサでは、上記センサ用チップに対して２種類以上の波長の光をセンサ用チップ表面に対して垂直に入射させ、上記センサ用チップで反射又は透過した各波長の光の反射率若しくは透過率、又は各波長の光の光強度を上記光検出器で測定するものであってもよい。
【０１３６】
かかる実施態様によれば、特定の２波長以上の波長における反射率若しくは透過率、光強度を比較することにより共鳴波長の変化を評価することができる。よって、既知の特定物質の有無等を検査する用途に望ましい。
【０１３７】
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいて局在型表面プラズモン共鳴が起きると、照射される光のエネルギーが金属層の表面プラズモン波に吸収されるので、ある波長（共鳴波長）において光の反射率又は透過率、及び光検出器で受光する光強度が低下する。
【０１３８】
この共鳴波長は、凸部と凹部とで囲まれた領域内部にある媒質の屈折率により変化するので、係る局在型表面プラズモンセンサによれば、当該領域内に誘電体物質が付着したことや付着量の変化等を検知することができる。特に、バイオセンサとして使用して特定のタンパク質の検出に好ましく使用することができる。
【０１３９】
しかも、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサでは、凸部と凹部とで囲まれた領域内及び凸部に大きな電界増強が見られるので、極めて強い表面プラズモン共鳴を引き起こすことができ、従来の伝搬型表面プラズモン共鳴センサや局在型表面プラズモン共鳴センサと比較して非常に感度の高いセンシングを行うことができる。
【０１４０】
特に、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサでは、上述した「フジツボ体」を含むため、当該フジツボ体が形成されている領域における面に対して垂直に光を入射させると、フジツボ体の内壁の金属側面における自由電子と入射光との間で結合が起こり、フジツボ体内部により強い電界が集中して、更に強い局在型表面プラズモン共鳴が発生する。
【０１４１】
更に、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサは、金属層の表面から数十ｎｍ程度の狭い領域で感度を持つので、金属層から離れた領域の物質によるノイズが小さく、Ｓ／Ｎ比の良好な局在型表面プラズモン共鳴センサを作製することができる。
【０１４２】
以下、図１を用いて、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ（以下、局在ＳＰＲセンサという）の反射光学系の基本的構成の一例について説明する。
【０１４３】
図１は、本実施の形態に係る局在ＳＰＲセンサ２４の反射光学系の基本的構成の概略を示す平面図である。
【０１４４】
図１に示すように、上記局在ＳＰＲセンサ２４は、光源２５と、コリメータレンズ２６と、ピンホールを有するコリメータ板２７と、ビームスプリッタ（ハーフミラーでもよい）２８と、分光器２９と、光検出器３３と、局在ＳＰＲセンサチップ３０と、データ処理装置３１とを備える。
【０１４５】
光源２５から出射された光は、コリメータレンズ２６へ導かれる。コリメータレンズ２６は、光源２５から出射された光をコリメート化し、平行ビームとして通過させる。コリメータレンズ２６でコリメート化された光は、コリメータ板２７のピンホールを通過することにより細く絞られた平行ビームとなる。
【０１４６】
コリメータ板２７のピンホールを通過した光はビームスプリッタ２８に入射し、入射光量の約１／２の光だけがビームスプリッタ２８を真っ直ぐに透過する。ビームスプリッタ２８を透過した平行ビームは測定領域（フジツボ体が形成された領域）３２に照射される。
【０１４７】
測定領域３２に照射された光は、測定領域３２で反射して元の方向に戻る。元の方向に戻った測定光はビームスプリッタ２８に入射する。ビームスプリッタ２８に入射した測定光は、その光量の約１／２だけがビームスプリッタ２８内の貼合せ面で９０度の方向へ反射される。
【０１４８】
ビームスプリッタ２８で反射した光は、分光器２９を通過して各波長の光に分光され、光検出器３３で受光される。よって、分光器２９で分光された光を光検出器３３で受光することにより、各波長の光強度を検出することができる。
【０１４９】
データ処理装置３１は、測定領域３２に検体が無い状態で照射する光の各波長の光強度をデータとして予め与えられている。よって、データ処理装置３１により、予め与えられているデータと光検出器３３で検出した各波長の光強度とを比較することで、測定領域３２における各波長の反射率の分光特性（反射率スペクトル）等を求めることができる。
【０１５０】
次に、図２を用いて、本実施の形態に係る局在ＳＰＲセンサの透過光学系の基本的構成の一例について説明する。
【０１５１】
図２は、本実施の形態に係る局在ＳＰＲセンサ３４の透過光学系の基本的構成の概略を示す平面図である。
【０１５２】
局在ＳＰＲセンサ３４は、光源２５と、コリメータレンズ２６と、ピンホールを有するコリメータ板２７と、測定領域３２を含む局在ＳＰＲセンサチップ３０と、分光器２９と、光検出器３３と、データ処理装置３１とを備える。
【０１５３】
光源２５から出射された光は、コリメータレンズ２６へ導かれる。コリメータレンズ２６は、光源２５から出射された光をコリメート化し、平行ビームとして通過させる。コリメータレンズ２６でコリメート化された光は、コリメータ板２７のピンホールを通過することにより細く絞られた平行ビームとなる。
【０１５４】
コリメータ板２７のピンホールを通過した光は測定領域（フジツボ体が形成された領域）３２に照射される。測定領域３２に照射された光は、測定領域３２を透過する。透過した測定光は分光器２９を通過して各波長の光に分光され、光検出器３３で受光される。
【０１５５】
データ処理装置３１は、測定領域３２に検体が無い状態で照射する光の各波長の光強度をデータとして予め与えられている。よって、データ処理装置３１により、予め与えられているデータと光検出器３３で検出した各波長の光強度とを比較することで、測定領域３２における各波長の反射率の分光特性（透過率スペクトル）等を求めることができる。
【０１５６】
尚、上記反射光学系及び透過光学系の構成において、上記光源２５は、ハロゲンランプ等の白色光を照射するものが望ましいが、測定に用いる波長域の光を含むものであればよい。また、ピンホールを通過した平行ビームは、ある偏光面（例えば、図４の紙面に平行な偏光面）を有する直線偏光や楕円偏光、円偏光等でもよい。
【０１５７】
更には、上記各種偏光状態にするための光学部品（例えば、λ／２板等）は必要に応じて配置してもよい。尚、本実施の形態においては、光（電磁波）の電界の振動面を偏光面と定義し、その電界の方向を偏光方向と定義する。
【０１５８】
また、光検出器３３は、複数の受光面を有するフォトダイオードアレイ、ＣＣＤやプラズモン現象を利用した受光器等によって構成することができる。
【０１５９】
次に、図３により、上記局在ＳＰＲセンサ２４及び３４における測定領域３２について詳細に説明する。
【０１６０】
図３の（ａ）は測定領域３２を拡大して示す平面図であり、図３の（ｂ）は図３の（ａ）Ａ−Ａ線矢視断面図である。
【０１６１】
測定領域３２においては、金属層５２の表面に複数のフジツボ体４５（金属薄膜によるフジツボ体、破線丸印内）が形成されている。また、複数のフジツボ体４５は、６０個／μｍ２の密度で配置されている。
【０１６２】
このような配置のもとで測定領域３２に光が垂直入射すると、フジツボ体４５に光が入射し、フジツボ体４５の内部や周辺に電界が生じる。フジツボ体４５を有する金属層５２に入射した光は、フジツボ体４５の内部および周辺において電界を生じ、その電界と金属層５２内部の自由電子の固有振動とが結合することで、局在型ＳＰＲが発生する。よって、金属層５２に入射した光のエネルギーが局在型ＳＰＲによってフジツボ体４５へ集中し、金属層５２へ入射した光の一部が吸収される。
【０１６３】
この結果、光検出器３３で受光した光から求めた反射率若しくは透過率はある特定の波長（共鳴波長）で小さくなる。この特定の波長は、検査試料溶液の屈折率によって変化するので、反射率の極小点の波長又はその変化を調べることで検査試料溶液に含まれる誘電体物質の屈折率や種類等を検査することができる。
【０１６４】
また、特定のタンパク質を特異的に結合させる抗体等を用いることにより、検査試料溶液に含まれる特定のタンパク質の有無や含有量等を検査することができる。
【０１６５】
尚、このような測定領域３２において、フジツボ体４５の口径や深さは均一に揃っていてもよいし、不均一であってもよい。
【０１６６】
以上のように、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサでは、上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの表面に対して、２種類以上の波長の光を垂直に入射させ、当該局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップで反射した各波長の光の反射率、当該局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを透過した各波長の透過率、又はこれら反射若しくは透過した各波長の光強度を上記光検出器で測定することが好ましい。
【０１６７】
上記構成によれば、特定の２種類以上の波長における、反射率、透過率、又は光強度を比較することにより共鳴波長の変化を評価することができる。このため、既知の特定物質の有無等を検査する用途に好適に用いることができる。
【０１６８】
（IV）構造体の製造方法
（IV−Ｉ）第１の製造方法
本実施の形態に係る構造体の第１の製造方法は、（ｉ）懸濁液塗布工程と、（ii）光照射工程と、（iii）構造体の型の製造工程と、（iv）型を用いた構造体の複製工程と、を含む。
【０１６９】
〔懸濁液塗布工程〕
上記懸濁液塗布工程は、光応答性材料上に、固体が分散した懸濁液を塗布する工程である。
【０１７０】
ここで、光応答性材料は「（Ｉ）構造体」にて例示したものと同じものを用いることができる。
【０１７１】
上記固体は、平均直径が１ｎｍ〜１００μｍの範囲内であり、１ｎｍ〜１μｍの範囲内であることがより好ましく、１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが特に好ましい。
【０１７２】
上記固体の平均直径は、一次粒子径の平均直径を意味し、ＢＥＴ法（比表面積法）により測定された値を意味する。
【０１７３】
また、上記固体としては、特に限定されず、金属粒子の様な剛体であってもよく、動物細胞のような非常に柔軟な物体であっても用いることができる。上記固体としてより具体的には、無機材料、金属材料、及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも１つの材料からなることが好ましく、金属粒子、金属酸化物粒子、半導体粒子、セラミック粒子、プラスチック粒子、又はこれらの２以上の材料からなる（例えば、２種材料の混合体又は重層構造体）粒子であってもよい。
【０１７４】
上記金属粒子としては、例えば、金、銀、銅、アルミ、白金等が挙げられる。金属酸化物粒子としては、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等が挙げられる。プラスチック粒子としては、例えば、ポリスチレン粒子、アクリル粒子等が挙げられる。
【０１７５】
本実施の形態に係る方法において、上記懸濁液の溶媒としては、水、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒や、水と有機溶媒との混合物が挙げられ、これら溶媒は界面活性剤を併用してもよい。
【０１７６】
上記懸濁液の濃度は、特には限定されないが、例えば、１〜９０質量％の範囲内とすることができる。
【０１７７】
塗布方法としては、スポイト等で単に添加するだけでもよいし、また、スピンコート法、スプレー法等の公知の方法を用いることができる。
【０１７８】
〔光照射工程〕
上記光照射工程は、懸濁液が塗布された上記光応答性材料に対して光を照射する工程である。言い換えれば、固体を含有する懸濁液を光応答性材料の表面に塗布し、懸濁液が乾燥するまでの間に光照射を行う工程である。
【０１７９】
上記光照射の時間は、得ようとする構造の形状に合わせて適宜調整すればよい。また、光の照射方向も特には限定されず、光応答性材料の裏面（懸濁液が塗布されていない側）から光を照射してもよいし、懸濁液が塗布された側から光照射してもよい。
【０１８０】
照射する光としては、光変形を起こす材料との組み合わせにおいてミスマッチングがない限り、伝搬光、近接場光、又はエバネッセント光等の任意の照射光を利用できる。
【０１８１】
伝搬光としては、自然光、レーザー光等を利用できる。伝搬光、近接場光、又はエバネッセント光として、その偏光特性を利用できる。
【０１８２】
照射光の波長や光源は限定されないが、波長に関しては、光変形を起こす材料の吸収効率の高い波長が好ましい。上記固体が、例えば、紫外光（波長３００〜４００ｎｍ）により不活性化、劣化等の影響を受けるおそれがある場合には、照射光として可視光（波長４００〜６００ｎｍ）を用い、且つ可視光の照射により上記固体の光固定化が可能な光応答性材料を用いることが好ましい。また、尖頭出力の高いパルス光を使用することもできる。照射光の照射時間は、必要に応じて任意に設定すればよい。
【０１８３】
〔懸濁液除去工程〕
光照射工程後に、上記光応答性材料から懸濁液を除去する工程である。当該工程により、本実施の形態に係る構造体が得られる。
【０１８４】
上記光応答性材料から懸濁液を除去する具体的な方法としては、超音波洗浄や、懸濁液を構成する溶媒で洗い流す方法が挙げられる。
【０１８５】
これにより、光照射前の光応答性材料の表面を基準面として、光照射後に、当該基準面より窪んだ凹部と、平坦部と、出っ張った凸部との両方が同時に形成された微細構造体が得られる。本実施の形態では、上記構造体において、凹部と平坦部と凸部とが同時に形成されるため、安定的に、低コストでより高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る構造体を製造することができる。
【０１８６】
〔コロナ放電処理工程〕
コロナ放電処理工程は、光応答性材料上の懸濁液を除去した後にコロナ放電処理を行う工程である。コロナ放電処理方法は一般的なコロナ放電処理方法を用いることができる（例えば、Optics Letters, Vol. 26, No. 1, January 1, 2001, “Diffraction efficiency increase by corona discharge in photoinduced surface relief gratings on an azo polymer film”参照）。また、所望の構造が得られるように、コロナ放電の強さ、処理時間を調節すればよい。
【０１８７】
コロナ放電処理工程自体は所望の構造を得るために、必要によりコロナ放電処理を行えばよく、コロナ放電処理をする必要がなければ行わなくてもよい。
【０１８８】
〔構造体の型の製造工程〕
構造体の型の製造工程とは、上記懸濁液除去工程により得られた構造体（以下、第一の構造体と記す）の表面に、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を塗布し、硬化後剥離させる工程である。当該工程により、第一の構造体の型となる、第二の構造体が得られる。
【０１８９】
上記熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂としては、一般に用いられる樹脂を使用することができるが、熱硬化型樹脂については、光応答性材料のガラス転移温度より低い熱硬化温度を有するものを使用することが好ましい。
【０１９０】
〔型を用いた構造体の複製工程〕
型（第二の構造体）を用いた構造体の複製工程は、上記構造体の型（第二の構造体）の表面に、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を塗布し、硬化後当該樹脂を剥離させる工程である。
【０１９１】
具体的には、上記第二の構造体の表面に、紫外線硬化樹脂又は熱硬化型樹脂を塗布し、紫外線を照射又は熱をかけて硬化させた後、当該樹脂を剥離させることによって、光応答性材料表面に形成した形状とほぼ同じ形状を有する、本実施の形態に係る構造体（第三の構造体）を得ることができる。
【０１９２】
尚、光応答性材料表面に形成した微細構造体と全く同じである場合のみならず、転写率の大小によって、得られる微細構造体の形状が異なる場合もあるが、凹部、平坦部、凸部の面内の配置パターンはほぼ同様になる。
【０１９３】
尚、上述の説明では、「構造体の型の製造工程」と、「型を用いた構造体の複製工程」とを含む場合について説明したが、これに限るものではない。これらの工程を行わずに、懸濁液塗布工程と、光照射工程とから構造体を作製してもよい。
【０１９４】
但し、本実施形態のように、型を製造して、当該型により、光応答性材料表面に形成した構造体を複製する場合は、構造体を構成する材料が光応答性材料に限定されず、また容易に量産することができるため、特に効果が大きい。
【０１９５】
以上のように、本発明に係る構造体の製造方法では、懸濁液中の上記固体が、無機材料、金属材料、及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも１つの材料からなることが好ましい。
【０１９６】
上記方法によれば、より簡便により高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供し得る構造体を製造することができる。
【０１９７】
（IV−II）第２の製造方法
本実施の形態に係る構造体の第２の製造方法は、（ｉ）テンプレート配置工程と、（ii）光照射工程と、を含む。
【０１９８】
〔テンプレート配置工程〕
上記テンプレート配置工程は、光応答性材料上に、中間材料（光波長５８９ｎｍにおける屈折率が１より大きな材料であり、テンプレート基板と光応答性材料との間を満たすものであればよい。例えば、水、アルコール類、有機溶媒、イオン性液体等）を塗布し、その上にテンプレート基板を置く工程である。
【０１９９】
より具体的には、テンプレート配置工程は、光応答性材料上に、屈折率が１よりも大きい中間材料を塗布する工程と、少なくとも一方の表面に凹凸構造を有するテンプレート基板の凹凸面が、塗布された中間材料に面するように、当該テンプレート基板を光応答性材料上に置く工程とを含む。
【０２００】
ここで、光応答性材料は「（Ｉ）構造体」にて例示したものと同じものを用いることができる。
【０２０１】
テンプレート基板は、表面に微細凹凸形状を有するものであれば特に限定はされない。
【０２０２】
〔光照射工程〕
上記光照射工程は、懸濁液が塗布された上記光応答性材料に対して光を照射する工程である。言い換えれば、中間材料を光応答性材料の表面に塗布し、その上からテンプレート基板を置いて光照射を行う工程である。
【０２０３】
上記光照射の時間は、得ようとする構造の形状に合わせて適宜調整すればよい。また、光の照射方向も特には限定されず、光応答性材料の裏面（懸濁液が塗布されていない側）から光を照射してもよいし、テンプレート基板側から光照射してもよい。
【０２０４】
照射する光としては、光変形を起こす材料との組み合わせにおいてミスマッチングがない限り、伝搬光、近接場光、又はエバネッセント光等の任意の照射光を利用できる。
【０２０５】
以上のように、本発明に係る構造体の製造方法では、上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、平均粒径が１ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲である固体からなることが好ましい。
【０２０６】
また、本発明に係る構造体の製造方法では、上記固体の平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲であることが好ましい。
【０２０７】
更には、本発明に係る構造体の製造方法では、上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、シリコン基板のアルカリエッチングにより形成されてなることが好ましい。
【０２０８】
また、本発明に係る構造体の製造方法では、上記テンプレート基板の少なくとも一方の表面の凹凸構造が、シリコン基板の表面に金属ナノ粒子を塗布または生成させた後、アルカリおよび酸エッチングにより形成されてなることが好ましい。
【０２０９】
更には、本発明に係る構造体の製造方法では、上記テンプレート基板は、凹凸構造面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層を有することが好ましい。
【０２１０】
更には、本発明に係る構造体の製造方法では、上記光応答性材料は、アゾポリマー誘導体を含むことが好ましい。
【０２１１】
また、本発明に係る構造体の製造方法では、上記光応答性材料は、アゾベンゼン基を主鎖及び／又は側鎖に有するアゾポリマー誘導体であることが好ましい。
【０２１２】
更には、本発明に係る構造体は、上記本発明の何れか１つの製造方法により製造される構造体と言い換えることができる。ここで、上記構造体は、平坦部と、上記平坦部に対して窪んだ凹部と、上記平坦部に対して突出した凸部とを有し、上記凸部は、上記凹部の外周に沿って連続的に突起していることが好ましい。また、上記構造体の表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層を有することが好ましい。
【０２１３】
尚、従来、例えばレーザー光源からの光を照射して、光応答性材料に微細形状加工や光情報記録を行う光加工方法が知られている。また、伝搬光を利用する光学系が光の回折限界以下の領域では利用できないことから、近年、物質表面の光の波長よりも小さな領域に局在する近接場光を利用する方法も提案されている。
【０２１４】
光応答性材料に微細形状加工を施す技術として、特許文献２（日本国公開特許公報「特開２００２−３０１６９９号公報」）、非特許文献１（Optics Communications,161,pp.6-12(1999)）及び非特許文献２（J.Micrography,vol.202,Pt 1,April,pp.162-171(2000)）には、アゾベンゼン誘導体を側鎖に有するアクリル系高分子化合物やエポキシ系高分子化合物、ウレタン系高分子化合物を用い、その薄膜表面にナノ微粒子を並べた後、光照射によりナノ微粒子近傍に誘起される近接場光を利用して光ナノ加工する技術が開示されている。当該従来技術では、光応答性材料薄膜上にはナノ微粒子のみ並んだ状態になっており、光照射時には液体等の成分は存在していない。
【０２１５】
また、従来技術では、並べたナノ微粒子と光応答性材料（例えば、アゾベンゼン誘導体を含有した、又はアゾベンゼン誘導体が結合した高分子材料等）との接点近傍のみが変形し、光照射前の光応答性材料の基準面に対して窪んだ（例えば、ゴルフボールのディンプルのような）形状にしか変形せず、また、その窪みの深さも、ナノ微粒子の直径の六分の一程度以下と非常に小さいものであった。更に、光応答性材料表面が窪んで変形することにより、ナノ微粒子が捕捉されてしまう部分が発生し、窪んだ部分のみを利用するためには超音波洗浄等の余計なプロセスが必要であった。加えて、超音波洗浄等の後処理によってナノ微粒子が全て除去できるわけではないため、窪んだ形状を利用するにあたり不純物が存在してしまうという不満があった。更に、従来技術では、窪んだ部分の深さを充分深くすることができないという不満があった。
【０２１６】
また、光応答性材料の表面に粒子を並べる場合、最密充填構造は比較的形成させやすいものの、その他の周期構造（粒子以外のハニカムやスクウェア、線上といった周期構造）やランダム配列を表面全体に形成させることが困難であるという不満があった。
【０２１７】
そこで本発明では、光応答性材料の表面に微細形状を形成させる方法において、簡便に、光応答性材料の表面に、凹部および凸部の同時形成、周期構造、球状以外のハニカムやスクウェアや線状等の構造体等を形成させる方法および、本方法により形成された構造体および当該構造体に金属を積層することにより製造される局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することが可能である。
【０２１８】
（Ｖ）局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法
本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法は、本実施の形態に係る構造体の上述の製造方法により構造体を製造する工程と、当該構造体の表面に、金属を堆積させることにより、上記基板の形状が反映された形状を有する金属層を形成する工程とを含む。
【０２１９】
〔構造体を製造する工程〕
構造体を製造する工程は、「（IV）構造体の製造方法」で記載した方法により構造体を製造する工程である。
【０２２０】
〔金属層を形成する工程〕
金属層を形成する工程とは、構造体の表面に、金属を堆積させることにより、上記基板の形状が反映された形状を有する金属層を形成する工程である。
【０２２１】
金属層の形成は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の公知の方法により行うことができる。
【０２２２】
尚、スパッタリングや蒸着により堆積させる金属層の厚みが薄い場合には、センサ用チップの表面全面に金属層が堆積しない場合も起こり得るが、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、そのような場合でも局在型表面プラズモン共鳴現象は誘起される。
【０２２３】
〔局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法の例〕
以下、図４により、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法の一例について詳細に説明する。
【０２２４】
まず、透明基板４６の上にスピンコータ等によって光応答性材料を塗布して、光応答性材料からなる層（光応答性材料層）４８を形成する（図４の（ａ）参照）。
【０２２５】
次に、固体４７を溶媒に懸濁させた懸濁液を、光応答性材料層４８上に滴下する（図４の（ｂ）参照）。所定の光を透明基板４６側から照射した後（図４の（ｃ）参照）、懸濁液を除去し、光応答性材料層４８を自然乾燥させて、フジツボ体を有する基板４９を作製する（図４の（ｄ）参照）。
【０２２６】
次いで、基板４９の上に熱硬化性樹脂を滴下し、熱風オーブン中に放置し、硬化後、剥離させてフジツボ体の逆転写形状を有する熱硬化性樹脂基板５０を作製する（図４の（ｅ）参照）。そして、紫外線硬化樹脂を熱硬化性樹脂基板５０上に滴下し、光硬化後に剥離させてフジツボ体を有する透明基板５１を作製する。
【０２２７】
このようにして得られたフジツボ体を有する透明基板５１の表面に、スパッタリングによってＡｕ、Ａｇ等の金属を堆積させてフジツボ様の形状を反映するように金属層５２を成膜し、図４の（ｆ）のようなセンサ用チップ５３の基板部分を得ることができる。
【０２２８】
尚、フジツボ体を有する透明基板５１の表面と金属層５２との密着性が不十分である場合には、フジツボ体を有する透明基板５１と金属層５２との間にＴｉ、Ｃｒ等の密着層を設けてもよい。
【０２２９】
また、反射光の光量を十分得るためには、金属層５２の厚さは１０ｎｍ以上であることが望ましい。但し、金属層５２があまり厚いと、コストや作製スループットが良くないため、現実的には１０〜１００ｎｍ程度の膜厚が望ましい。
【０２３０】
以上のように、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法では、一旦製造された光応答性材料上の凸部及び凹部を含む構造体に、熱又は光硬化樹脂を塗布し、硬化後に剥離させることで容易に構造体の型となる構造体を大量に生産することができる。
【０２３１】
そして、得られた型となる構造体に、更に熱又は光硬化性樹脂を塗布し、剥離させることで光応答性材料上の表面形状と同じ形状を有する構造体を得ることができる。
【０２３２】
また、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法では、大掛かりな装置は必要ないため、設備投資額が殆どかからず、量産性に優れているため、高精度のセンサ用チップを低コストで生産することができる。
【０２３３】
尚、上述の説明では、光応答性材料を塗布する基板として透明基板４６を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。光を光応答性材料側に照射する場合には、透光性のない基板を用いることもできる。
【０２３４】
また、上述の説明では、最終的に得られる局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの基板として透明基板５１を用いているが、これに限るものではない。局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップで透過率を測定しない場合には、透光性のない基板を用いることもできる。
【０２３５】
更には、上述の説明では、熱硬化性樹脂を用いて構造体の型を作製し、その後、当該型に紫外線硬化性樹脂を塗布して最終的な局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの基板を作製する場合について説明したが、これに限るものではない。
【０２３６】
紫外線硬化性樹脂等の光硬化性樹脂を用いて構造体の型を作製し、その後、当該型に熱硬化性樹脂を塗布して最終的な局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの基板を作製してもよいし、どちらも紫外線硬化性樹脂等の光硬化性樹脂を用いてもよいし、どちらも熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【０２３７】
尚、これまでの局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップでは、金属ナノ構造（金属微粒子）が断続的（島状）に存在しているため、効率的に製造することが難しかった。
【０２３８】
これに対し、本実施の形態に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップの製造方法では、金属層を連続的に形成することができるので、効率的に製造することができる。つまり、光応答性材料上に微小物体が分散した懸濁液を滴下し、光異性化と物質移動とが誘起される波長の光を照射する等で得られる、平坦部、凸部及び凹部を含む形状を設けた基板の上に蒸着、スパッタ等のプロセスで金属膜を形成することで、平坦部、凸部及び凹部を含む形状を効率的に形成することができる。
【０２３９】
また、近年、サブミクロンから数１０ナノメーターサイズの微小な凹部又は凸部を形成する方法としてナノインプリント法がよく使用されている。しかしながら、ナノインプリント法では、スタンパやインプリント装置が必要であり、量産性に優れているとは言え、初期設備投資額が高いためローコストで生産できるとは言えない。また、スタンパには凹部又は凸部のどちらか一方のみが形成されており、凸部及び凹部の両方を並存させたスタンパの製作は難しく、ナノインプリント法では複雑な形状を生産することは困難である。
【０２４０】
尚、局在型表面プラズモン共鳴センサは、上記局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを用いて公知の方法により製造することができる。
【実施例】
【０２４１】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０２４２】
〔実施例１：構造体の製造〕
光応答性材料として、以下に示す構造【０２４３】
【化１】
0005438106.tif 000002
を有するアゾポリマー（Ｎ−フェニルマレイミド（ｚ）と、４−イソプロペニルフェノール（ｙ）と、４’−［Ｎ−エチル−Ｎ−（４−イソプロペニルフェノキシエチル）アミノ］−４’’−ニトロアゾベンゼン（ｘ）とのコポリマー（ｘ：ｙ：ｚ＝０．４３：０．０７：０．５０）、Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.488 (1998), pp.813-818, “Synthesis of High-Tg Azo polymer and the optimization of its poling condition for stable EO system”、特開２００６−７７２３９号公報参照）（以下、「ＰＭＰＤ４３」と略す場合がある）を用い、当該アゾポリマーの薄膜（厚み５０ｎｍ）をスピンコート法でガラス基板上に形成した。一次粒子径７０ｎｍのシリカナノ粒子（コロイダルシリカ）（商品名：「ＰＬ−７」、扶桑化学社製）０．１ｇを水１０ｃｃに分散させて得られた懸濁液を、上記アゾポリマー薄膜上に１ｃｃ滴下した後、波長４７０ｎｍの光を１００ｍＷ／ｃｍ２の強度で２０分間照射した。【０２４４】
照射後、懸濁液を除去し、光照射後のアゾポリマー薄膜を水中で超音波洗浄後に、表面をＡＦＭで観察した。その結果を図５に示す。得られた構造体におけるフジツボ体は、口径（凸部の頂点が成す形状の直径）が５５ｎｍ、深さ（フジツボ体の凸部の高さ及び凹部の深さの和）が１３０ｎｍ、口径と深さとの比は０．４２であった。【０２４５】
〔実施例２：構造体の製造〕
透明基板上にスピンコータによって、光応答性材料である実施例１で用いた物と同じアゾポリマー誘導体ＰＭＰＤ４３を５０ｎｍの厚みで塗布しアゾポリマー誘導体薄膜を形成した。次に、一次粒子径２２０ｎｍのシリカナノ粒子（コロイダルシリカ）（商品名：「ＰＬ−２０」、扶桑化学社製）を水に０．１質量％懸濁させた懸濁液を、アゾポリマー誘導体薄膜上に滴下した。【０２４６】
その後、波長４７０ｎｍの光（強度：８０ｍＷ／ｃｍ２）を透明基板側から２０分照射した後、懸濁液を除去し、アゾポリマー誘導体薄膜を自然乾燥させて、アゾポリマー誘導体上においてフジツボ体を有する基板を得た。【０２４７】
次いで、熱硬化性樹脂としてシリコーン樹脂（商品名：「ＥＬＡＳＴＯＳＩＬ  Ｍ８５２０」、ワッカー旭化成シリコーン社製、熱硬化温度：１００℃、空気雰囲気下）を用いて、基板の上に熱硬化型シリコーン樹脂を滴下し、１００℃で３０分熱風オーブン中に放置し、硬化後、剥離させてフジツボ体を含む形状の逆転写形状を有するシリコーン樹脂基板を得た。更に、紫外線硬化樹脂をシリコーン樹脂基板上に滴下し、光硬化後に剥離させてフジツボ体を有する透明基板を得た。【０２４８】
このようにして作製した透明基板の表面構造をＡＦＭにより確認した。その結果、実施例１と同様にフジツボ体が形成しており、フジツボ体の口径（凸部の頂点が成す形状の直径）は５０ｎｍ、深さ（フジツボ体の凸部の高さ及び凹部の深さの和）は１００ｎｍであった。また、フジツボ体の平坦部に対する深さＢ、及び凸部の上記平坦部に対する高さＡは何れも５０ｎｍであった。【０２４９】
〔参考例１：シミュレーション結果〕
図６に局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップにおける、電界集中の強度のシミュレーション結果に用いた構造の概略構成を示す断面図を示す。（ａ）は一次元溝構造（グレーティング構造）を示し、（ｂ）は本発明に係る構造を示す。【０２５０】
本参考例における、シミュレーションは、ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain）法により、５５０ｎｍの光を照射した条件により行った。【０２５１】
参考として用いた上記一次元溝構造は、図６の（ａ）に示すように、幅１２０ｎｍ、底面の幅１００ｎｍのＰＭＭＡ基板上に、厚さ４０ｎｍの金からなる金属層を設けて、構造体の深さが１００ｎｍである構造である。【０２５２】
一方、本発明に係る上記構造では、図６の（ｂ）に示すように、フジツボ体の深さが８０ｎｍ、フジツボ体における凸部の頂点が成す形状の直径が１２０ｎｍとなるように、ＰＭＭＡ基板上に厚さ４０ｎｍの金からなる金属層を設けた構造である。【０２５３】
図７に、本発明に係る局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップを用いた場合のシミュレーション結果を示し、（ａ）一次元溝構造のシミュレーション結果を示し、（ｂ）は、本発明に係る構造のシミュレーション結果を示す。【０２５４】
上記シミュレーションの結果、本発明に係る構造では、中央強度が２．５、エッジ強度が６．０４であり、一次元溝構造では、中央強度が１．７、エッジ強度が４．２５となった。【０２５５】
このため、本発明に係る構造では、一次元溝構造のシミュレーション結果に比べて、電界集中の強度が大きくなっており、より強い局在型表面プラズモン共鳴が発生することが確認できた。よって、本発明に係る構造では、より高感度の局在型表面プラズモン共鳴センサを提供することができることが確認できた。【０２５６】
〔実施例３：構造体の製造〕
光応答性材料として、以下に示す構造【０２５７】
【化２】
0005438106.tif 000003
を有するアゾポリマー：The side-chain azo-polymer, poly(orange tom-1 isophoronedisocyanate)（参考文献、Direct Fabrication of Surface Relief Holographic Diffusers in Azobenzene Polymer Films、OPTICAL REVIEW Vol. 12, No. 5 (2005) 383−386、実施例において「ＰＯＴ１」と略す場合がある）を用い、当該アゾポリマーの薄膜（厚み５０ｎｍ）をスピンコート法でガラス基板上に形成した。一次粒子径７０ｎｍのシリカナノ粒子（コロイダルシリカ）（商品名：「ＰＬ−７」、扶桑化学社製）０．１ｇを水１０ｃｃに分散させて得られた懸濁液を、上記アゾポリマー薄膜上に１ｃｃ滴下した後、波長４７０ｎｍの光を１００ｍＷ／ｃｍ２の強度で透明基板側から２０分間照射した。【０２５８】
照射後、懸濁液を除去し、光照射後のアゾポリマー薄膜を水中で超音波洗浄後に、表面をＡＦＭで観察した。その結果を図１１に示す。【０２５９】
得られた構造体におけるフジツボ体は、口径（凸部の頂点が成す形状の直径）が５５０ｎｍ、深さ（フジツボ体の凸部の高さ及び凹部の深さの和）が１５０ｎｍ、口径と深さとの比は０．２７であった。また、フジツボ体の密度は２５個／１００μｍ２であった。【０２６０】
当該構造体の表面に、真空蒸着法により金を１００ｎｍ蒸着させ、局在表面プラズモン共鳴チップ（以下、ＬＳＰＲチップ）を作製した。ＬＳＰＲチップに対して、白色光を照射して測定した透過スペクトルを図１２に示す。図１２に示すように、局在表面プラズモン共鳴による吸収ピークが観察され、ピーク波長が７６０ｎｍ付近にあるＬＳＰＲチップが得られたことを確認した。【０２６１】
次に、以下に示す構造【０２６２】
【化３】
0005438106.tif 000004
を有する機能化チオール分子（N-(2-{2-[2-(1-mercaptoundec-11-yloxy)-ethoxy]-ethoxy}-ethyl)biotinamide、以下、HS-C11-EG3-Biotin、と略することがある）を用いて、濃度２ｍＭのエタノール溶液を作製した。当該溶液に上記ＬＳＰＲチップを１２時間、室温にて浸漬した後、取り出し、乾燥させて表面修飾ＬＳＰＲチップを作製した。【０２６３】
当該表面修飾ＬＳＰＲチップの表面に白色光を照射し、透過スペクトルを測定したところ、吸収ピークは７７２ｎｍであった。【０２６４】
更に、ストレプトアビジンを１００ｎｇ／ｍＬの濃度となるように調整したリン酸緩衝溶液（ｐＨ８．０）を上記表面修飾ＬＳＰＲチップ表面に滴下して乾燥させた後、白色光を照射して透過スペクトルを得たところ、吸収ピークは７８０ｎｍとなり、ストレプトアビジンを検出することができ、高感度なバイオセンサとして機能することがわかった。【０２６５】
〔実施例４：構造体の製造〕
（テンプレート基板の製造）
一次粒子径７０ｎｍのシリカナノ粒子（コロイダルシリカ）（商品名：「ＰＬ−７」、扶桑化学社製）０．１ｇをトルエン１０ｃｃに分散させたのち、ポリスチレン（日本ポリスチレン株式会社製、Ｇ６９０Ｎ）０．１ｇを溶解させた溶液をガラス基板上に滴下し、スピンコート法により薄膜を形成することによりテンプレート基板を製造した。尚、テンプレート基板を模式的に示した側面図を図１３に示す。【０２６６】
（構造体の製造）
光応答性材料として、上述したＰＭＰＤ４３を用い、当該アゾポリマーの薄膜（厚み５０ｎｍ）をスピンコート法でガラス基板上に形成した。当該アゾポリマー薄膜上に１ｃｃの純水を滴下後、その上から上記テンプレート基板の粒子固定化面を置いた後、波長４７０ｎｍの光を１００ｍＷ／ｃｍ２の強度で１０分間照射した。【０２６７】
照射後、テンプレート基板と純水を除去し、光照射後のアゾポリマー薄膜の表面をＡＦＭで観察した。その結果を図１４に示す。得られた構造体はフジツボ状の構造体であり、口径（凸部の頂点が成す形状の直径）が４００ｎｍ、深さ（フジツボ体の凸部の高さ及び凹部の深さの和）が１４０ｎｍであった。また、フジツボ体の密度は１０個／１００μｍ２であった。【０２６８】
当該構造体の表面に、真空蒸着法により金を１００ｎｍ蒸着させたところ、外観は赤紫色をしていた。【０２６９】
〔比較例１〕
比較例として、表面に凹凸のない表面平滑なスライドガラスをテンプレート基板に用いて、実施例４と同様に光照射したところ、光照射前後で、光応答性材料表面には何も変化がなかった。【０２７０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２７１】
本発明の構造体は、平坦部と上記凹部と上記凸部とを有している。このため、局在型表面プラズモン共鳴センサ用基板等の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０２７２】
１  テンプレート基板表面の粒子（シリカナノ粒子）
２  ガラス基板
１８  局在型表面プラズモン共鳴センサ
１９  基板
２０  金属層
２１  直線偏光
２２  電界
２４  局在型表面プラズモン共鳴センサ
２５  光源
２６  コリメータレンズ
２７  コリメータ板
２８  ビームスプリッタ
２９  分光器
３０  局在型表面プラズモン共鳴センサ用チップ
３１  データ処理装置
３２  測定領域
３３  光検出器
３４  局在型表面プラズモン共鳴センサ
４５  フジツボ体
４６  透明基板（基板）
４７  固体
４８  光応答性材料層
４９  フジツボ体を有する基板（構造体、第一の構造体）
５０  熱硬化性樹脂基板（構造体の型、第二の構造体）
５１  透明基板（第三の構造体）
５２  金属層
５３  センサ用チップ
５４  懸濁液
【図１】
0005438106.tif 000005
【図２】
0005438106.tif 000006
【図３】
0005438106.tif 000007
【図４】
0005438106.tif 000008
【図６】
0005438106.tif 000009
【図８】
0005438106.tif 000010
【図９】
0005438106.tif 000011
【図１０】
0005438106.tif 000012
【図１２】
0005438106.tif 000013
【図１３】
0005438106.tif 000014
【図５】
0005438106.tif 000015
【図７】
0005438106.tif 000016
【図１１】
0005438106.tif 000017
【図１４】
0005438106.tif 000018