(57)【要約】【課題】非常に優れた検出感度を有するＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを提供すること。【解決手段】アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、該コア層を被覆する金属層とを有するＳＰＲセンサであって、該コア層が、第１のコア層と該第１のコア層よりも低い屈折率を有する第２のコア層とを含み、該第１のコア層が、該第２のコア層と該金属層との間に配置されている、ＳＰＲセンサセル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、該コア層を被覆する金属層とを有するＳＰＲセンサであって、
該コア層が、第１のコア層と該第１のコア層よりも低い屈折率を有する第２のコア層とを含み、
該第１のコア層が、該第２のコア層と該金属層との間に配置されている、
ＳＰＲセンサセル。
【請求項２】
前記第１のコア層の屈折率（Ｎ１）と前記第２のコア層の屈折率（Ｎ２）との差（ΔＮ＝Ｎ１−Ｎ２）が、０．００１＜ΔＮ＜０．０４５の関係を満たす、請求項１に記載のＳＰＲセンサセル。
【請求項３】
前記第１のコア層の厚み（Ｔ１）が、２μｍ〜１５μｍである、請求項１または２に記載のＳＰＲセンサセル。
【請求項４】
前記第２のコア層の厚み（Ｔ２）に対する前記第１のコア層の厚み（Ｔ１）の割合（Ｔ１／Ｔ２）が、０．７以下である、請求項１から３のいずれかに記載のＳＰＲセンサセル。
【請求項５】
前記第１のコア層の屈折率（Ｎ１）が、１．３４≦Ｎ１≦１．４３の関係を満たす、請求項１から４のいずれかに記載のＳＰＲセンサセル。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のＳＰＲセンサセルを備える、ＳＰＲセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサに関する。より詳細には、本発明は、光導波路を備えるＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学分析および生物化学分析などの分野において、光ファイバを備えるＳＰＲ（表面プラズモン共鳴：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）センサが用いられている。光ファイバを備えるＳＰＲセンサでは、光ファイバの先端部の外周面に金属薄膜が形成されるとともに、分析サンプルが固定され、その光ファイバ内に光が導入される。導入される光のうち特定の波長の光が、金属薄膜において表面プラズモン共鳴を発生させ、その光強度が減衰する。このようなＳＰＲセンサにおいて、表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、通常、光ファイバに固定される分析サンプルの屈折率などによって異なる。したがって、表面プラズモン共鳴の発生後に光強度が減衰する波長を計測すれば、表面プラズモン共鳴を発生させた波長を特定でき、さらに、その減衰する波長が変化したことを検出すれば、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認できるので、分析サンプルの屈折率の変化を確認できる。その結果、このようなＳＰＲセンサは、例えば、サンプルの濃度の測定、免疫反応の検出など、種々の化学分析および生物化学分析に用いることができる。
【０００３】
このような光ファイバを備えるＳＰＲセンサにおいては、光ファイバの先端部が微細な円筒形状であるので、金属薄膜の形成および分析サンプルの固定が困難であるという問題がある。このような問題を解決するために、例えば、光が透過するコアと、このコアを覆うクラッドとを備え、このクラッドの所定位置にコアの表面に至る貫通口を形成し、この貫通口に対応した位置におけるコアの表面に金属薄膜を形成したＳＰＲセンサセルが提案されている（例えば、特許文献１）。このようなＳＰＲセンサセルによれば、コア表面に表面プラズモン共鳴を発生させるための金属薄膜の形成、および、その表面への分析サンプルの固定が容易である。また、このようなＳＰＲセンサセルにおいて、コア層内のアンダークラッド層側の領域の屈折率を連続的に変化させることによってＳＰＲセンサセルの検出精度を向上させることが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
しかし、近年、化学分析および生物化学分析においては、微細な変化および／または微量成分の検出に対する要求が高まっており、ＳＰＲセンサセルのさらなる検出感度の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９１００号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０７９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、非常に優れた検出感度を有するＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲ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】
【０００７】
本発明によれば、ＳＰＲセンサセルが提供される。本発明のＳＰＲセンサセルは、アンダークラッド層と、少なくとも一部が該アンダークラッド層に隣接するように設けられたコア層と、該コア層を被覆する金属層とを有するＳＰＲセンサであって、該コア層が、第１のコア層と該第１のコア層よりも低い屈折率を有する第２のコア層とを含み、該第１のコア層が、該第２のコア層と該金属層との間に配置されている。
好ましい実施形態において、上記第１のコア層の屈折率（Ｎ１）と上記第２のコア層の屈折率（Ｎ２）との差（ΔＮ＝Ｎ１−Ｎ２）が、０．００１＜ΔＮ＜０．０４５の関係を満たす。
好ましい実施形態において、上記第１のコア層の厚み（Ｔ１）が、２μｍ〜１５μｍである。
好ましい実施形態において、上記第２のコア層の厚み（Ｔ２）に対する上記第１のコア層の厚み（Ｔ１）の割合（Ｔ１／Ｔ２）が、０．７以下である。
好ましい実施形態において、上記第１のコア層の屈折率（Ｎ１）が、１．３４≦Ｎ１≦１．４３の関係を満たす。
本発明の別の局面によれば、ＳＰＲセンサが提供される。本発明のＳＰＲセンサは、上記ＳＰＲセンサセルを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コア層を屈折率の異なる二つの層で構成し、屈折率が高い方の層を金属層側に配置することにより、コア層に入射した光を金属層側に偏在させることができる。その結果、ＳＰＲが好適に励起されてＳＰＲシグナル（結果として、Ｓ／Ｎ比）が増大するので、検出感度に優れたＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルを説明する概略斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示すＳＰＲセンサセルの概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明のＳＰＲセンサセルの製造方法の一例を説明する概略断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサを説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．ＳＰＲセンサセル
図１は、本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルを説明する概略斜視図である。図２（ａ）は、図１に示すＳＰＲセンサセルを上から見た概略図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１１】
ＳＰＲセンサセル１００は、図１および図２に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、基板１０上に形成されたアンダークラッド層１１と、コア層１２と、金属層１３とを有する。コア層１２は、第１のコア層１２ａと第１のコア層よりも低い屈折率を有する第２のコア層１２ｂとから構成されている。アンダークラッド層１１およびコア層１２は光導波路を構成し、コア層１２を被覆する金属層１３とともにサンプルの状態および／またはその変化を検知する検知部として機能する。ＳＰＲセンサセル１００は、分析されるサンプル（例えば、溶液、粉末）が検知部（実質的には金属層）に接触するように配置されるサンプル配置部２０を備える。図示した形態においては、サンプル配置部２０は、オーバークラッド層１４により規定されているが、オーバークラッド層１４は、サンプル配置部２０を適切に設けることができる限りにおいて省略されてもよい。また、基板１０も目的に応じて省略されてもよい。サンプル配置部２０には、分析されるサンプル（例えば、溶液、粉末）が検知部（実質的には金属層）に接触して配置される。
【００１２】
アンダークラッド層１１は、所定の厚みを有する平面視略矩形平板状に形成されている。アンダークラッド層の厚みは、例えば５μｍ〜４００μｍである。
【００１３】
コア層１２は、アンダークラッド層１１の幅方向（図２の紙面の左右方向）および厚み方向の両方と直交する方向に延びる略角柱形状に形成され、アンダークラッド層１１の幅方向略中央部の上面に配置されている。コア層は、その延びる方向の両端面がアンダークラッド層の当該方向の両端面と面一となるように形成されている。コア層の延びる方向が、光導波路内を光が伝播する方向となる。
【００１４】
コア層１２は、第１のコア層１２ａと第２のコア層１２ｂとを含む。第１のコア層１２ａは、第２のコア層１２ｂの上面（換言すると、第２のコア層１２ｂと金属層１３との間）に配置されている。
【００１５】
第１のコア層１２ａの屈折率（Ｎ１）は、例えば１．６５０以下であり、好ましくは１．４３以下であり、より好ましくは１．４０未満であり、さらに好ましくは１．３８以下である。第１のコア層の屈折率を１．４３以下とすることにより、検出感度を格段に向上させることができる。第１のコア層の屈折率の下限は、例えばアンダークラッド層１１の屈折率（ＮＣＬ）＋０．００２である。また例えば、第１のコア層は、１．３４以上の屈折率を有する。第１のコア層の屈折率が１．３４以上であれば、水溶液系のサンプル（水の屈折率：１．３３）であってもＳＰＲを励起することができ、かつ、汎用の材料を使用することができる。なお、本明細書において、屈折率は、波長８３０ｎｍにおける屈折率を意味する。
【００１６】
第２のコア層１２ｂの屈折率（Ｎ２）は、アンダークラッド層１１の屈折率（ＮＣＬ）より高く、第１のコア層の屈折率（Ｎ１）より低い。このような屈折率を有する第２のコア層によれば、第２のコア層に入射した光の一部を第１のコア層に移行させることができる。その結果、コア層全体（第１のコア層および第２のコア層）に均一に入射した光が金属層近傍の第１のコア層に偏在することとなるので、ＳＰＲ励起に寄与する光量を増加させることができる。第２のコア層の屈折率（Ｎ２）は、好ましくは後述する第１のコア層の屈折率との関係および／またはアンダークラッド層の屈折率との関係を満たすように設定される。
【００１７】
第１のコア層１２ａの屈折率と第２のコア層１２ｂの屈折率との差（ΔＮ＝Ｎ１−Ｎ２）は、好ましくは０．００１＜ΔＮ＜０．０４５の関係を満たし、より好ましくは０．００５≦ΔＮ≦０．０４０の関係、さらに好ましくは０．００５≦ΔＮ≦０．０３０の関係を満たす。第１のコア層の屈折率と第２のコア層の屈折率との差がこのような範囲内であれば、コア層全体に入射した光を第１のコア層に効率的に偏在させることができる。
【００１８】
第２のコア層１２ｂの屈折率とアンダークラッド層１１の屈折率との差（Ｎ２−ＮＣＬ）は、好ましくは０．００１以上である。このような屈折率差であれば、入射光をコア層１２内に閉じ込めることができ、光導波路のコアとして機能し得る。さらに、該屈折率差は、より好ましくは０．０１０以上であり、さらに好ましくは０．０２０以上である。このような屈折率差であれば、光導波路をいわゆるマルチモードとすることができ、光導波路を透過する光の量を多くすることができるので、結果として、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、第２のコア層の屈折率とアンダークラッド層の屈折率との差は、好ましくは０．１５以下、より好ましくは０．１０以下、さらに好ましくは０．０５０以下である。第２のコア層の屈折率とアンダークラッド層の屈折率との差がこのような範囲であれば、ＳＰＲ励起が生じる反射角の光がコア層内に存在することができる。
【００１９】
第１のコア層１２ａの厚み（Ｔ１）は、例えば２μｍ〜２０μｍとすることができ、好ましくは２μｍ〜１５μｍ、より好ましくは２μｍ〜１０μｍである。第１のコア層の厚みが１５μｍを超えると、光の偏在化の効果が不十分となる場合がある。また、２μｍ未満であると、シングルモードとなる場合がある。一方、第２のコア層１２ｂの厚み（Ｔ２）は、例えば３μｍ〜１９８μｍであり、好ましくは後述する第１のコア層の厚みとの関係を満たすように設定される。なお、コア層１２の厚み（第１のコア層と第２のコア層との合計厚み）は、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。また、コア層の幅は、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。このような厚みおよび／または幅であれば、光導波路をいわゆるマルチモードとすることができる。
【００２０】
第２のコア層１２ｂの厚み（Ｔ２）に対する第１のコア層１２ａの厚み（Ｔ１）の割合（Ｔ１／Ｔ２）は、好ましくは０．７以下、より好ましくは０．６以下、さらに好ましくは０．５以下、特に好ましくは０．４５以下である。このように第２のコア層に比べて第１のコア層を薄くすることにより、光の偏在度を大きくすることができるので、ＳＰＲ励起を好適に生じさせることができる。Ｔ１／Ｔ２の下限は特に限定されないが、ＳＰＲセンサセルの小型化の観点から、例えば０．０２とすることができる。
【００２１】
第１のコア層１２ａおよび第２のコア層１２ｂを形成する材料としてはそれぞれ、上記の屈折率が得られる限りにおいて任意の適切な材料を用いることができる。例えば、具体例としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびこれらの変性体（例えば、フルオレン変性体、重水素変性体、フッ素樹脂以外の場合はフッ素変性体）が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらは、好ましくは感光剤を配合して、感光性材料として用いられ得る。アンダークラッド層１１は、第１のコア層および／または第２のコア層を形成する材料と同様の材料であって、屈折率が第２のコア層よりも低くなるように調整された材料から形成され得る。
【００２２】
金属層１３は、図２に示すように、コア層１２（実質的には、第１のコア層１２ａ）の上面を均一に被覆するように形成されている。図示例とは異なり、コア層の上面および両側面が金属層で被覆されてもよい。また、コア層だけでなく、アンダークラッド層上面の露出部（コア層が配置されない部分）も金属層で被覆されてもよい。好ましくは、コア層１２（実質的には、第１のコア層１２ａ）と金属層１３との間に易接着層（図示せず）が設けられ得る。易接着層を形成することにより、コア層と金属層とを強固に固着させることができる。
【００２３】
金属層１３を形成する材料としては、金、銀、白金、銅、アルミニウムおよびこれらの合金が挙げられる。金属層は、単一層であってもよく、２層以上の積層構造を有していてもよい。金属層の厚み（積層構造を有する場合はすべての層の合計厚み）は、好ましくは２０ｎｍ〜７０ｎｍであり、より好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍである。
【００２４】
易接着層を形成する材料としては、代表的にはクロムまたはチタンが挙げられる。易接着層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜５ｎｍである。
【００２５】
オーバークラッド層１４は、図１に示すように、アンダークラッド層１１の上面において、その外周がアンダークラッド層１１の外周と平面視において略同一となるように、平面視矩形の枠形状に形成されており、その幅方向略中央部の下端をコア層１２が貫通している。アンダークラッド層およびコア層の上面とオーバークラッド層とで囲まれる部分が、サンプル配置部２０として区画されている。当該区画にサンプルを配置することにより、検知部（実質的には、金属層１３）とサンプルとが接触し、検出が可能となる。さらに、このような区画を形成することにより、サンプルを容易に金属層表面に配置することができるので、作業性の向上を図ることができる。
【００２６】
オーバークラッド層１４を形成する材料としては、例えば、上記コア層およびアンダークラッド層を形成する材料、ならびにシリコーンゴムが挙げられる。オーバークラッド層の厚み（コア層１２の上面からの厚み）は、好ましくは５μｍ〜２０００μｍであり、さらに好ましくは２５μｍ〜２００μｍである。オーバークラッド層の屈折率は、好ましくは、コア層の屈折率よりも低い。１つの実施形態においては、オーバークラッド層の屈折率は、アンダークラッド層の屈折率と同等である。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルを説明してきたが、本発明はこれらに限定されない。例えば、アンダークラッド層上面の露出部（コア層が配置されない部分）やコア層側面の露出部（金属層によって被覆されない部分）に保護層を設けてもよい。保護層を設けることにより、例えば、サンプルが液状である場合に、サンプルによってコア層および／またはクラッド層が膨潤することを防止することができる。保護層を形成する材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムが挙げられる。これらの材料は、好ましくは、コア層よりも屈折率が低くなるように調整され得る。保護層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍである。
【００２８】
さらに、コア層とアンダークラッド層の関係においては、コア層の少なくとも一部がアンダークラッド層に隣接するように設けられていればよい。例えば、上記実施形態ではアンダークラッド層の上にコア層が形成された構成を説明したが、コア層は上面（より具体的には、第１のコア層の上面）のみが露出するようにアンダークラッド層に埋設されてもよく、アンダークラッド層を貫通するようにして設けられてもよい。
【００２９】
さらに、ＳＰＲセンサにおけるコア層の数は、目的に応じて変更してもよい。具体的には、コア層は、アンダークラッド層の幅方向に所定の間隔を隔てて複数形成されてもよい。このような構成であれば、複数のサンプルを同時に分析することができるので、分析効率を向上させることができる。コア層の形状もまた、目的に応じて任意の適切な形状（例えば、半円柱形状、凸柱形状）を採用することができる。
【００３０】
さらに、ＳＰＲセンサセル１００（サンプル配置部２０）の上部には、蓋を設けてもよい。このような構成とすれば、サンプルが外気に接触することを防止することができる。また、サンプルが溶液である場合には、溶媒の蒸発による濃度変化を防止することができる。蓋を設ける場合には、液状サンプルをサンプル配置部へ注入するための注入口とサンプル配置部から排出するための排出口とを設けてもよい。このような構成とすれば、サンプルを流してサンプル配置部に連続的に供給することができるので、サンプルの特性を連続的に測定することができる。
【００３１】
上記の実施形態は、それぞれを適切に組み合わせてもよい。
【００３２】
Ｂ．ＳＰＲセンサセルの製造方法
本発明のＳＰＲセンサセルは、任意の適切な方法により製造され得る。以下に、図３を参照しながら本発明のＳＰＲセンサセルの製造方法の一例を説明する。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように基板１０上にアンダークラッド層を形成する材料１１’を塗布する。次いで、図３（ｂ）に示すようにアンダークラッド層形成材料１１’に紫外線を照射し、当該材料を硬化させて、アンダークラッド層１１を形成する。次いで、アンダークラッド層１１上に第２のコア層形成材料１２ｂ’を塗布し、紫外線を照射することによって、当該材料を硬化させて第２のコア層１２ｂを形成する（図３（ｃ）〜（ｄ））。次いで、第２のコア層１２ｂ上に第１のコア層形成材料１２ａ’を塗布し、紫外線を照射することによって、当該材料を硬化させて第１のコア層１２ａを形成する（図３（ｅ）〜（ｆ））。各層の形成材料に対する紫外線の照射条件は、材料の種類に応じて適切に設定され得る。必要に応じて、材料を加熱してもよい。加熱は、紫外線照射前に行ってもよく、紫外線照射後に行ってもよく、紫外線照射と併せて行ってもよい。
【００３４】
次に、エッチング等により、コア層１２（第１のコア層１２ａおよび第２のコア層１２ｂ）を所定の形状にパターニングする（図３（ｇ））。その後、図３（ｈ）に示すように、コア層１２の上面を被覆するようにして金属層１３を形成する。好ましくは、コア層の上面に易接着層（図示せず）を形成し、易接着層を介してコア層を金属層１３で被覆する。金属層は、例えば、所定のパターンを有するマスクを介して金属層を形成する材料を真空蒸着、イオンプレーティングまたはスパッタリングすることにより形成される。易接着層は、例えば、クロムまたはチタンをスパッタリングすることにより形成される。
【００３５】
最後に、図３（ｉ）に示すように、上記所定の枠形状を有するオーバークラッド層１４を形成する。オーバークラッド層１４は、任意の適切な方法により形成され得る。オーバークラッド層１４は、例えば、上記所定の枠形状を有する鋳型をアンダークラッド層およびコア層の上に配置し、当該鋳型にオーバークラッド層形成材料のワニスを充填して乾燥し、必要に応じて硬化させ、最後に鋳型を除去することにより形成され得る。感光性材料を用いる場合には、オーバークラッド層１４は、アンダークラッド層およびコア層の全面にワニスを塗布し、乾燥後に、所定のパターンのフォトマスクを介して露光および現像することにより形成され得る。
【００３６】
以上のようにして、図１に示すＳＰＲセンサセルを作製することができる。
【００３７】
Ｃ．ＳＰＲセンサ
図４は、本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサを説明する概略断面図である。ＳＰＲセンサ２００は、ＳＰＲセンサセル１００と光源１１０と光計測器１２０とを備える。ＳＰＲセンサセル１００は、上記Ａ項およびＢ項で説明した本発明のＳＰＲセンサである。
【００３８】
光源１１０としては、任意の適切な光源が採用され得る。光源の具体例としては、白色光源、単色光光源が挙げられる。光計測器１２０は、任意の適切な演算処理装置に接続され、データの蓄積、表示および加工を可能としている。
【００３９】
光源１１０は、光源側光コネクタ１１１を介して光源側光ファイバ１１２に接続されている。光源側光ファイバ１１２は、光源側ファイバブロック１１３を介してＳＰＲセンサセル１００（コア層１２）の伝播方向一方側端部に接続されている。ＳＰＲセンサセル１００（コア層１２）の伝播方向他方側端部には、計測器側ファイバブロック１１４を介して計測器側光ファイバ１１５が接続されている。計測器側光ファイバ１１５は、計測器側光コネクタ１１６を介して光計測器１２０に接続されている。ＳＰＲ励起可能な反射角の光を光導波路内に伝播させることができるマルチモード光ファイバにて接続することが好ましい。
【００４０】
ＳＰＲセンサセル１００は、任意の適切なセンサセル固定装置（図示せず）によって固定されている。センサセル固定装置は、所定方向（例えば、ＳＰＲセンサセルの幅方向）に沿って移動可能とされており、これにより、ＳＰＲセンサセルを所望の位置に配置することができる。
【００４１】
光源側光ファイバ１１２は、光源側光ファイバ固定装置１３１により固定され、計測器側光ファイバ１１５は、計測器側光ファイバ固定装置１３２により固定されている。光源側光ファイバ固定装置１３１および計測器側光ファイバ固定装置１３２は、それぞれ、任意の適切な６軸移動ステージ（図示せず）の上に固定されており、光ファイバの伝播方向、幅方向（伝播方向と水平方向において直交する方向）および厚み方向（伝播方向と垂直方向において直交する方向）と、これらのそれぞれの方向を軸とする回転方向とに可動とされている。
【００４２】
このようなＳＰＲセンサによれば、光源１１０、光源側光ファイバ１１２、ＳＰＲセンサセル１００（コア層１２）、計測器側光ファイバ１１５および光計測器１２０を一軸上に配置することができ、これらを透過するように光源１１０から光を導入することができる。
【００４３】
以下、このようなＳＰＲセンサの使用形態の一例を説明する。
【００４４】
まず、サンプルをＳＰＲセンサセル１００のサンプル配置部２０に配置し、サンプルと金属層１３とを接触させる。次いで、光源１１０から所定の光を、光源側光ファイバ１１２を介してＳＰＲセンサセル１００（コア層１２）に導入する（図４の矢印Ｌ１参照）。ＳＰＲセンサセル１００（コア層１２）に導入された光は、コア層１２内においてその一部が第２のコア層１２ｂから第１のコア層１２ａに移行しながら全反射を繰り返し、ＳＰＲセンサセル１００（コア層１２）を透過するとともに、一部の光は、コア層１２の上面（実質的には、第１のコア層１２ａの上面）において金属層１３に入射し、表面プラズモン共鳴により減衰される。ＳＰＲセンサセル１００（コア層１２）を透過した光は、計測器側光ファイバ１１５を介して光計測器１２０に導入される（図４の矢印Ｌ２参照）。すなわち、このＳＰＲセンサ２００において、光計測器１２０に導入される光は、コア層１２において表面プラズモン共鳴を発生させた波長の光強度が減衰している。表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、金属層１３に接触したサンプルの屈折率などに依存するので、光計測器１２０に導入される光の光強度の減衰を検出することにより、サンプルの屈折率の変化を検出することができる。
【００４５】
例えば、光源１１０として白色光源を用いる場合には、光計測器１２０によって、ＳＰＲセンサセル１００の透過後に光強度が減衰する波長（表面プラズモン共鳴を発生させる波長）を計測し、その減衰する波長が変化したことを検出すれば、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。また例えば、光源１１０として単色光光源を用いる場合には、光計測器１２０によって、ＳＰＲセンサセル１００の透過後における単色光の光強度の変化（減衰の度合い）を計測し、その減衰の度合いが変化したことを検出すれば、表面プラズモン共鳴を発生させる波長が変化したことを確認でき、サンプルの屈折率の変化を確認することができる。
【００４６】
上記のように、このようなＳＰＲセンサセルは、サンプルの屈折率の変化に基づいて、例えば、サンプルの濃度の測定、免疫反応の検出などの種々の化学分析および生物化学分析に用いることができる。より具体的には、例えば、サンプルが溶液である場合には、サンプル（溶液）の屈折率は溶液の濃度に依存するので、サンプルの屈折率を検出すれば、そのサンプルの濃度を測定することができる。さらに、サンプルの屈折率が変化したことを検出すれば、サンプルの濃度が変化したことを確認することができる。また例えば、免疫反応の検出においては、ＳＰＲセンサセル１００の金属層１３の上に誘電体膜を介して抗体を固定し、抗体に検体を接触させる。抗体と検体とが免疫反応すればサンプルの屈折率が変化するので、抗体と検体との接触前後におけるサンプルの屈折率変化を検出することにより、抗体と検体とが免疫反応したと判断することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、実施例および比較例において、特に明記しない限り、屈折率の測定波長は８３０ｎｍである。
【００４８】
＜屈折率の測定＞
屈折率は、シリコンウエハの上に１０μｍ厚の膜を形成し、プリズムカプラ式屈折率測定装置を用いて波長８３０ｎｍで測定した。
【００４９】
＜実施例１＞
図３に示すような方法でＳＰＲセンサセルを作製した。具体的には、シリコンウエハ上に、アンダークラッド層形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ソルベイスペシャルティポリマージャパン社製、商品名「Ｆｏｍｂｌｉｎ  ＭＤ４０」）を塗布した後、紫外線硬化させ、膜状のアンダークラッド層（屈折率：１．３２０、厚み：２０μｍ）を形成した。次いで、アンダークラッド層の上面に第２のコア層形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ソルベイスペシャルティポリマージャパン社製、商品名「Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ  ＭＤ７００」）を塗布し、紫外線硬化させて、膜状の第２のコア層（屈折率：１．３４８、厚み：３５μｍ）を形成した。続いて、第２のコア層の上面に第１のコア層形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ３８Ｚ」）を塗布し、紫外線硬化させて、膜状の第１のコア層（屈折率：１．３７２、厚み：１５μｍ）を形成した。次いで、膜状の第１のコア層および第２のコア層をエッチングして、５０μｍ幅の直線状にパターニングされたコア層（第１のコア層および第２のコア層）を形成した。その後、アンダークラッド層およびコア層が形成されたシリコンウエハを所定サイズ(２０ｍｍ×２２．２５ｍｍ)にダイシング切削した。次いで、開口部(１ｍｍ幅×６ｍｍ長)を有するマスクを介して、金をスパッタリングし、コア層およびアンダークラッド層の上面を覆うように金属層（厚み：３０ｎｍ）を形成した。最後に、アンダークラッド層形成材料と同じ材料を所定の枠形状の鋳型に充填して硬化させ、次いで鋳型を除去することにより、コア層の形状に対応する凹部を有する枠形状のオーバークラッド層を形成した。このようにして、アンダークラッド層の上面も金属層で被覆されていること以外は図１および図２に示すＳＰＲセンサセルと同様のＳＰＲセンサセルを作製した。
【００５０】
上記で得られたＳＰＲセンサセルと、ハロゲン光源（オーシャンオプティクス社製、商品名「ＨＬ−２０００−ＨＰ」、白色光）と、分光器（オーシャンオプティクス社製、商品名「ＵＳＢ４０００」）とを一軸上に配置して図４に示すようなＳＰＲセンサを作製した。具体的には、光源からの光がＳＰＲセンサセルのコア層の入射側端面に導入されるように、グレーテッド型のマルチモードファイバ（φ５０μｍ／１２５μｍ）を介してハロゲン光源（オーシャンオプティクス社製、商品名「ＨＬ−２０００−ＨＰ」、白色光）をＳＰＲセンサセル（コア層）の入射側に接続し、出射側に分光器（オーシャンオプティクス社製、商品名「ＵＳＢ４０００」）を接続した。ＳＰＲセンサセルのサンプル配置部にサンプルとして純水（屈折率：１．３３）４０μＬを投入し、コア層の一端に白色光を入射させ、他端から出射した光を分光器で測定した。そして、サンプルを配置しない状態でＳＰＲセンサセル（光導波路）に光を透過させたときの各波長の光強度を１００％とした場合の透過率スペクトルを求め、透過率の極小値における吸収強度を計測した。ここで、該吸収強度が大きいほど検出感度が高いことを示す。結果を表１に示す。
【００５１】
＜実施例２＞
第１のコア層の厚みを５μｍにしたこと、および、第２のコア層の厚みを４５μｍにしたこと以外は実施例１と同様にして、ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを作製した。得られたＳＰＲセンサを実施例１と同様の評価に供した。結果を表１に示す。
【００５２】
＜実施例３＞
第１のコア層形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ３８Ｚ」）６０重量部とフッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ４０Ｚ」）４０重量部との混合物を用いて厚み５μｍの第１のコア層（屈折率：１．３８４）を形成したこと、および、第２のコア層の形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ソルベイスペシャルティポリマージャパン社製、商品名「Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ  ＭＤ７００」）を用いて厚み４５μｍの第２のコア層（屈折率：１．３４８）を形成したこと以外は実施例１と同様にして、ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを作製した。得られたＳＰＲセンサを実施例１と同様の評価に供した。結果を表１に示す。
【００５３】
＜実施例４＞
第１のコア層形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ３８Ｚ」）６０重量部とフッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ４０Ｚ」）４０重量部との混合物を用いて厚み５μｍの第１のコア層（屈折率：１．３８４）を形成したこと、および、第２のコア層の形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ３８Ｚ」）を用いて厚み４５μｍの第２のコア層（屈折率：１．３７２）を形成したこと以外は実施例１と同様にして、ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを作製した。得られたＳＰＲセンサを実施例１と同様の評価に供した。結果を表１に示す。
【００５４】
＜実施例５＞
第１のコア層の厚みを２０μｍにしたこと、および、第２のコア層の厚みを３０μｍにしたこと以外は実施例１と同様にして、ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを作製した。得られたＳＰＲセンサを実施例１と同様の評価に供した。結果を表１に示す。
【００５５】
＜実施例６＞
第１のコア層形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ４０Ｚ」）を用いて厚み５μｍの第１のコア層（屈折率：１．３９９）を形成したこと、および、第２のコア層の形成材料として、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ソルベイスペシャルティポリマージャパン社製、商品名「Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ  ＭＤ７００」）を用いて厚み４５μｍの第２のコア層（屈折率：１．３４８）を形成したこと以外は実施例１と同様にして、ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを作製した。得られたＳＰＲセンサを実施例１と同様の評価に供した。結果を表１に示す。
【００５６】
＜比較例１＞
第２のコア層を形成しなかったこと、および、第１のコア層の厚みを５０μｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、ＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサを作製した。得られたＳＰＲセンサを実施例１と同様の評価に供した。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
2014185894.tif 000003
【００５８】
＜評価＞
表１から明らかなように、実施例のＳＰＲセンサセルは、比較例のＳＰＲセンサセルに比べて吸収強度が大きく、感度に優れることがわかる。なかでも、実施例１〜４のＳＰＲセンサセルは、比較例のＳＰＲセンサセルに比べて吸収強度が格段に大きく、顕著に優れた感度を有する。これは、第１のコア層と第２のコア層との屈折率差、厚みの割合等が適切に設定されているためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のＳＰＲセンサセルおよびＳＰＲセンサは、サンプルの濃度の測定、免疫反応の検出など、種々の化学分析および生物化学分析に好適に利用され得る。
【符号の説明】
【００６０】
１１      アンダークラッド層
１２      コア層
１２ａ    第１のコア層
１２ｂ    第２のコア層
１３      金属層
１４      オーバークラッド層
２０      サンプル配置部
１００      ＳＰＲセンサセル
１１０      光源
１２０      光計測器
２００      ＳＰＲセンサ
【図１】
2014185894.tif 000004
【図２】
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【図３】
2014185894.tif 000006
【図４】
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