(57)【要約】  【課題】  試料分析時に、センサに長時間固定しておくことにより試料分析の能率が損なわれることのないセンサ、およびそれに用いられるセンサチップを得る。  【解決手段】  金属微粒子表面の局在プラズモン共鳴状態を光により検知することにより、金属微粒子近傍の試料の特性を分析するセンサに用いられるセンサチップ10を、一表面12ｂから内部に向かって延びた、互いに独立する複数の微細孔12ａを有する支持体12と、端面13ａが前記一表面12ｂから露出し、かつ長軸周りの側面13ｂが支持体12に覆われる状態にして、複数の微細孔12ａ内にそれぞれ充填されたロッド状の金属微粒子13とから構成する。【選択図】          図１
2006078438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属微粒子表面の局在プラズモン共鳴状態を光により検知することにより金属微粒子近傍の試料の特性を分析するセンサに用いられるセンサチップであって、
一表面から内部に向かって延びた、互いに独立する複数の微細孔を有する支持体と、
端面が前記一表面から露出し、かつ長軸周りの側面が前記支持体に覆われる状態にして前記複数の微細孔内にそれぞれ充填された、アスペクト比が１ではないロッド状の金属微粒子とからなることを特徴とするセンサチップ。
【請求項２】
前記支持体が陽極酸化アルミナからなることを特徴する請求項１記載のセンサチップ。
【請求項３】
前記支持体が、複数の微細孔を有する陽極酸化アルミナをマスクに用いたエッチング加工により前記微細孔が形成されたものであることを特徴する請求項１記載のセンサチップ。
【請求項４】
前記金属微粒子の最大寸法が２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のセンサチップ。
【請求項５】
前記金属微粒子が、金、銀、銅およびアルミニウムのうちの１つからなるものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のセンサチップ。
【請求項６】
請求項３記載のセンサチップを製造する方法であって、
支持体の一表面上に、該表面に対して略垂直な方向に延びる複数の貫通微細孔を有する陽極酸化アルミナ層を設け、
該陽極酸化アルミナ層をマスクにして前記支持体をエッチングすることにより該支持体に、その前記一表面から深さ方向に延びる、前記貫通微細孔に対応した複数の微細孔を形成し、
前記陽極酸化アルミナ層を除去し、
前記支持体に前記一表面側から金属を被着させた後、該一表面上に形成された金属の被着体層を除去することにより、該支持体の前記微細孔の内部にそれぞれに互いに独立してロッド状の金属微粒子を充填させることを特徴とするセンサチップの製造方法。
【請求項７】
請求項１から５いずれか１項記載のセンサチップを用いたセンサであって、
前記センサチップの金属微粒子の部分に、所定の波長帯域を有する測定光を照射する手段と、
前記センサチップを、そのロッド状の金属微粒子の長軸が前記測定光の電場方向に対して傾斜する向きにして、かつこの傾斜の角度を変更自在に保持するセンサチップ保持手段と、
このセンサチップ保持手段を、前記傾斜の角度が変わるように駆動する駆動手段と、
前記金属微粒子の部分を透過、あるいは該部分で反射した前記測定光の強度を分光検出する光検出手段と、
この光検出手段による分光検出の結果に基づいて前記駆動手段の作動を制御することにより、前記傾斜の角度が一定となるようにセンサチップ保持手段の向きを設定する制御手段とを備えてなるセンサ。
【請求項８】
請求項１から５いずれか１項記載のセンサチップを用いたセンサであって、
前記センサチップの金属微粒子の部分に、所定の波長帯域を有する測定光を照射する手段と、
前記センサチップを、そのロッド状の金属微粒子の長軸が前記測定光の電場方向に対して傾斜する向きにして、かつこの傾斜の角度を変更自在に保持するセンサチップ保持手段と、
前記金属微粒子の部分を透過、あるいは該部分で反射した前記測定光の強度を分光検出する光検出手段と、
この光検出手段による分光検出の結果を表示する表示手段とを備えてなるセンサ。
【請求項９】
請求項８記載のセンサを用いた試料分析方法であって、
前記センサチップの金属微粒子の部分に試料を供給する前と後とでそれぞれ該部分に前記測定光を照射し、
試料供給前に測定光を照射したときに前記表示手段に表示された、該測定光の波長帯域の中の第１の特定波長についての強度を記憶しておき、
試料供給後に測定光を照射したときに前記表示手段に表示される、前記第１の特定波長についての測定光の強度が、前記記憶した強度と一致するように前記センサチップ保持手段によるセンサチップの傾斜の角度を調整し、
次いで、前記表示手段に表示される、前記第１の特定波長とは別の第２の特定波長についての測定光の強度に基づいて、前記試料の分析を行うことを特徴とする試料分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属微粒子表面の局在プラズモン共鳴状態を光により検知して金属微粒子近傍の試料を分析するセンサおよびそのセンサを用いる試料分析方法、並びにそのセンサに用いられるセンサチップおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されているように、誘電体や半導体等の表面に金属微粒子が層状に固定されてなる微細構造体をセンサチップとして用い、局在プラズモン共鳴を応用して試料の屈折率等を測定するセンサが知られている。このセンサは基本的に、上記センサチップの金属微粒子の部分に測定光を照射する手段と、この層状の金属微粒子を経た（つまりそこを透過、あるいはそこで反射した）測定光の強度を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【０００３】
上記のセンサにおいて、層状の金属微粒子の部分に測定光を照射すると、ある特定の波長において局在プラズモン共鳴が生じ、それによって測定光の散乱や吸収が著しく増大する。そこで、層状の金属微粒子を経た測定光の強度を検出するようにしておけば、その検出光強度が急激に減衰することを観察して、局在プラズモン共鳴の発生を確認することができる。
【０００４】
このとき局在プラズモン共鳴が生じる光波長、並びに測定光の散乱や吸収の程度は、金属微粒子の周囲に存在する媒質の屈折率に依存する。つまり、この屈折率が大であるほど共鳴ピーク波長は長波長側にシフトし、また測定光の散乱や吸収は増大する。したがって、層状の金属微粒子の周囲に試料を配した状態で該金属微粒子の部分に測定光を照射し、そのときこの部分を経た測定光の強度を検出することにより、試料の屈折率や、それに対応する試料の物性等を測定することができる。
【０００５】
その場合、測定光として白色光を用い、金属微粒子の部分を経た光を分光検出して上記共鳴ピーク波長のシフトを検出するようにしてもよいし、あるいは測定光として単色光を用い、上記共鳴ピーク波長のシフトや、測定光の散乱、吸収の変化に伴う光強度の変化を検出するようにしてもよい。
【０００６】
また、層状の金属微粒子を経た測定光を検出する上では、光検出器を金属微粒子に対し測定光照射側と反対側に配置して、金属微粒子を透過した光を検出してもよいし、あるいは光検出器を金属微粒子に対し測定光照射側と同じ側に配置して、金属微粒子で反射した光を検出してもよい。なお後者のようにする場合、層状の金属微粒子を固定する支持体を光反射性の材料から形成しておけば、金属微粒子を透過した測定光がその支持体で反射するので、この透過光も一緒に検出することができる。
【０００７】
また、センサチップの金属微粒子の周囲に特定物質と結合するセンシング媒体を固定しておくと、該センシング媒体と特定物質との結合の有無に応じて、金属微粒子の周囲部分の屈折率が変化する。そこで、金属微粒子の周囲に上記センシング媒体を固定した状態で該金属微粒子の部分に測定光を照射し、そのとき該部分を経た測定光の強度を検出することにより、該特定物質とセンシング媒体との結合の有無を検出することも可能である。なお、このような特定物質とセンシング媒体との組合せとしては、例えば各種抗原と抗体等が挙げられる。
【０００８】
従来、この局在プラズモン共鳴を応用したセンサに使用されるセンサチップとしては、例えば前記特許文献１に示されているように、支持体の表面部分に金属コロイド単層膜を形成してなるものが知られている。また、非特許文献１および２に示されるように、一表面に複数の微細孔が形成された層状の陽極酸化アルミナと、この陽極酸化アルミナの微細孔内に充填された金属微粒子とからなるセンサチップも、上記センサに適用可能である。なお、従来のセンサチップにおいて、上述の金属微粒子としては、３次元の各寸法が互いに同程度である塊状の金属微粒子が適用されていた。また、上述のように複数の微細孔を有する陽極酸化アルミナそのものについては、特許文献２や非特許文献３にも記載がある。
【特許文献１】特開２０００−３５６５８７号公報
【特許文献２】特開平１１−２０００９０号公報
【非特許文献１】ジャーナル オブ アプライド フィジックス（Journal of Applied Physics）、1978年、第49巻、第5号、p.2929
【非特許文献２】ジャーナル オブ アプライド フィジックス（Journal of Applied Physics）、1980年、第51巻、第1号、p.754
【非特許文献３】益田秀樹、「陽極酸化アルミナにもとづく高規則性メタルナノホールアレー」、固体物理、1996年、第31巻、第５号、p.493
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記局在プラズモン共鳴を応用したセンサにおいて、試料を分析するためには、前述した通り、金属微粒子の周囲に試料を供給する前と後とで、共鳴ピーク波長や測定光強度がどのように変化するかを検出することになるが、この共鳴ピーク波長や測定光強度は、層状の金属微粒子の部分に対する測定光の入射角が変化しても変化してしまう。そこでこの入射角は、金属微粒子の周囲に試料を供給する前と後とで互いに一致させておくことが必要である。そこで従来は、金属微粒子の周囲に試料を供給する前から分析終了まで、上記入射角のズレを招くセンサチップの位置ズレが発生しないように、センサチップをずっと固定しておくようにしていた。
【００１０】
しかしそのようにすると、特に前述したセンシング媒体と特定物質との結合の有無を判別するような場合は、それら両者の反応が開始してから終了するまで、センサチップを長時間固定しておく必要が生じる。このようにセンサチップを固定しておく間、つまり上記反応が終了するのを待っている間、センサを他の試料分析に利用することは当然不可能であるので、その待ち時間のために試料分析の能率が損なわれる。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、センサチップを長時間固定しておくことにより試料分析の能率が損なわれることのないセンサ、およびそのセンサを用いる試料分析方法を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに本発明は、上述のようなセンサに用いられるセンサチップ、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によるセンサチップは、
先に説明したように、金属微粒子表面の局在プラズモン共鳴状態を光により検知することにより金属微粒子近傍の試料の特性を分析するセンサに用いられるセンサチップにおいて、
一表面から内部に向かって延びた、互いに独立する複数の微細孔を有する支持体と、
端面が前記一表面から露出し、かつ長軸周りの側面が前記支持体に覆われる状態にして前記複数の微細孔内にそれぞれ充填された、アスペクト比（直径と長さの比）が１ではないロッド状の金属微粒子とからなることを特徴とするものである。
【００１４】
なおこのセンサチップにおいて上記支持体は、陽極酸化アルミナから構成されたものであることが望ましい。またこの支持体としては、複数の微細孔を有する陽極酸化アルミナをマスクに用いたエッチング加工により前記微細孔が形成されたものも好適に用いられ得る。
【００１５】
また上記ロッド状の金属微粒子の最大寸法は、２００ｎｍ以下であることが好ましい。そしてこの金属微粒子は、金、銀、銅およびアルミニウムのうちの１つからなるものであることが望ましい。
【００１６】
また上記本発明のセンサチップを製造する、本発明によるセンサチップの製造方法は、
支持体の一表面上に、該表面に対して略垂直な方向に延びる複数の貫通微細孔を有する陽極酸化アルミナ層を設け、
該陽極酸化アルミナ層をマスクにして前記支持体をエッチングすることにより該支持体に、その前記一表面から深さ方向に延びる、前記貫通微細孔に対応した複数の微細孔を形成し、
前記陽極酸化アルミナ層を除去し、
前記支持体に前記一表面側から金属を被着させた後、該一表面上に形成された金属の被着体層を除去することにより、該支持体の前記微細孔の内部にそれぞれに互いに独立してロッド状の金属微粒子を充填させることを特徴とするものである。
【００１７】
他方、本発明による第１のセンサは、以上説明した本発明によるセンサチップを用いるセンサであって、
センサチップの金属微粒子の部分に、所定の波長帯域を有する測定光を照射する手段と、
センサチップを、そのロッド状の金属微粒子の長軸が測定光の電場方向に対して傾斜する向きにして、かつこの傾斜の角度を変更自在に保持するセンサチップ保持手段と、
このセンサチップ保持手段を、前記傾斜の角度が変わるように駆動する駆動手段と、
前記金属微粒子の部分を透過、あるいは該部分で反射した測定光の強度を分光検出する光検出手段と、
この光検出手段による分光検出の結果に基づいて前記駆動手段の作動を制御することにより、前記傾斜の角度が一定となるようにセンサチップ保持手段の向きを設定する制御手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明による第２のセンサは、以上説明した本発明によるセンサチップを用いるセンサであって、
センサチップの金属微粒子の部分に、所定の波長帯域を有する測定光を照射する手段と、
センサチップを、そのロッド状の金属微粒子の長軸が測定光の電場方向に対して傾斜する向きにして、かつこの傾斜の角度を変更自在に保持するセンサチップ保持手段と、
前記金属微粒子の部分を透過、あるいは該部分で反射した測定光の強度を分光検出する光検出手段と、
この光検出手段による分光検出の結果を表示する表示手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明による試料分析方法は、本発明による上記第２のセンサを用いる試料分析方法であって、
センサチップの金属微粒子の部分に試料を供給する前と後とでそれぞれ該部分に測定光を照射し、
試料供給前に測定光を照射したときに前記表示手段に表示された、該測定光の波長帯域の中の第１の特定波長についての強度を記憶しておき、
試料供給後に測定光を照射したときに前記表示手段に表示される、前記第１の特定波長についての測定光の強度が、前記記憶した強度と一致するように前記センサチップ保持手段によるセンサチップの傾斜の角度を調整し、
次いで、前記表示手段に表示される、前記第１の特定波長とは別の第２の特定波長についての測定光の強度に基づいて、試料の分析を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるセンサチップは、上述したようにアスペクト比が１ではない複数のロッド状の金属微粒子を、その端面が支持体の一表面から露出し、長軸周りの側面が支持体に覆われる状態に設けてなるものである。このような構成のセンサチップに対して測定光を、その電場方向が金属微粒子の長軸に対して傾斜する向きにして照射し、そのときのセンサチップによる吸収スペクトルを調べると、ロッド状の金属微粒子の端面および側面の双方に測定光が照射されることから、金属微粒子の端面に起因する吸収ピークと、金属微粒子の側面に起因する吸収ピークとが互いに異なる波長において生じる。
【００２１】
つまり、例えば直径よりも長さが大きいロッド状の金属微粒子に対して測定光を照射したとき、測定光の電場方向すなわち電場ベクトルの向きと金属微粒子の長軸方向が一致していると、局在プラズモンは長波長側で（後述の図４で例示すれば波長λ２おいて）のみ生じ、他方、測定光の電場方向と金属微粒子の直径方向が一致していると、局在プラズモンは短波長側で（同じく図４で例示すれば波長λ１おいて）のみ生じるが、上記のように測定光を、その電場方向が金属微粒子の長軸に対して傾斜する向きにして照射すると、局在プラズモンが上記長波長側および短波長側の双方で生じることになる。なお上記波長λ１とλ２は、ロッド状の金属微粒子のアスペクト比が１からかけ離れるほど差が大きくなり、該アスペクト比が１である場合は一致してしまうので、このアスペクト比が１ではないロッド状金属微粒子を用いることが必要である。
【００２２】
ここで、測定光の電場方向と金属微粒子の長軸方向が一致している場合は、長軸方向の金属微粒子と周囲媒質との界面の境界条件並びに金属微粒子の長さに応じて、局在プラズモン共鳴が起きる波長が決まる。上述した「金属微粒子の端面に起因する吸収ピーク」とは、この場合に生じる吸収ピークを指すものである。他方、測定光の電場方向と金属微粒子の直径方向が一致している場合は、直径方向の金属微粒子と周囲媒質との界面の境界条件並びに金属微粒子の直径に応じて、局在プラズモン共鳴が起きる波長が決まる。上述した「金属微粒子の側面に起因する吸収ピーク」とは、この場合に生じる吸収ピークを指すものである。
【００２３】
そして、金属微粒子の端面は支持体の一表面から露出しているのに対し、側面は支持体に覆われているので、試料は金属微粒子の端面のみに付着し、側面には付着し得ない。したがって、上記金属微粒子の端面に起因する吸収ピークは試料供給の前と後とで変わり、その変化に基づいて試料の屈折率やそれに関連する試料特性を分析できるのに対し、金属微粒子の側面に起因する吸収ピークは、原理的に試料供給の前と後とで変化することがない。
【００２４】
そこで、前記第１のセンサを用いる本発明の試料分析方法において、上記金属微粒子の側面に起因する吸収ピークが生じる波長を前記第１の特定波長とし、試料供給後に測定光を照射したときに表示手段に表示される該第１の特定波長についての測定光の強度が、記憶した強度（つまり試料供給前にセンサチップに測定光を照射したときに表示手段に表示された、該第１の特定波長についての測定光の強度）と一致するようにセンサチップ保持手段によるセンサチップの傾斜の角度を調整すると、そのときのセンサチップの傾斜の角度は試料供給前の傾斜の角度と一致する。
【００２５】
このようにして、試料供給後のセンサチップの傾斜の角度を試料供給前の傾斜の角度と一致させることが可能であれば、例えば前述したようにセンシング媒体と特定物質との反応が開始してから終了するまでセンサチップをずっとセンサに固定しておく必要はなく、この反応が進行している間はセンサチップをセンサから取り外しておくことも可能となる。そうであれば、そのセンサチップをセンサから取り外している間に、他のセンサチップを用いた試料分析作業を一部あるいは全部行うことも可能となり、試料分析の能率を高めることができる。
【００２６】
なお、上述のようにしてセンサチップの傾斜の角度を試料供給前と後とで一致させなくても、試料供給前と後の各場合において第１、第２の特定波長について測定光強度を検出し、試料供給後の測定光強度検出信号を、第１の特定波長についての測定光強度が試料供給前と後とで互いに等しくなるように補正し、その補正された測定光強度検出信号から第２の特定波長について測定光強度を求めれば、センサチップの傾斜による誤差をキャンセルすることができる。
【００２７】
以上、本発明の第２のセンサを用いる試料分析方法について説明したが、本発明の第１のセンサは、ロッド状の金属微粒子の長軸の測定光電場方向に対する傾斜の角度が一定となるようにセンサチップ保持手段の向きを設定する制御手段を備えたことにより、上記試料分析方法と同様の操作を自動で実行できるものとなる。
【００２８】
また本発明によるセンサチップは、前述した通り、複数のロッド状の金属微粒子を、その端面が支持体の一表面から露出し、長軸周りの側面が支持体に覆われる状態に設けてなるものであるので、本発明による上記第１のセンサや第２のセンサを構成できるものとなる。
【００２９】
なお先に述べた陽極酸化アルミナは、アルミニウムを酸性電解液中で陽極酸化することにより、該アルミニウムの表面に多孔性酸化被膜として形成されるものである。この陽極酸化アルミナは、直径数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の極めて微細な孔が、互いに独立してその表面に対して略垂直な方向に延びる状態に形成され、またそれらの微細孔は略等間隔に形成されるという特徴を有するものである。そしてその微細孔の径や深さや間隔は、陽極酸化の条件を制御することにより、比較的自由に設定可能となっている（前記非特許文献３参照）。本発明のセンサチップは、ロッド状の金属微粒子を備えてなるものであるので、それを充填させる支持体の微細孔の深さを正確に制御する必要がある。そこで、上述のような特徴を有する陽極酸化アルミナは、このセンサチップを構成する支持体の材料として極めて好適なものとなる。
【００３０】
なお上記の陽極酸化アルミナは、アルミニウムの表面に被膜として形成された状態でそのまま用いられてもよいし、あるいはアルミニウムの表面から一旦剥離された後、別の基板の上に固定した状態で用いられてもよい。
【００３１】
また本発明のセンサチップにおいて、支持体を陽極酸化アルミナから構成する場合は、多数の微細孔を有する支持体を極めて容易に作製可能となるので、センサチップのコストダウンが実現される。
【００３２】
他方、本発明によるセンサチップの製造方法は、支持体の一表面上に、該表面に対して略垂直な方向に延びる複数の貫通微細孔を有する陽極酸化アルミナ層を設け、該陽極酸化アルミナ層をマスクにして支持体をエッチングすることにより該支持体に、その一表面から深さ方向に延びる複数の微細孔を形成するようにしたので、複数の微細孔を容易に形成して、能率良くセンサチップを製造可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態によるセンサチップ10の側面形状を概略的に示すものである。図示されるように本実施形態のセンサチップ10は、アルミニウム基板11の上に形成された層状の支持体としての陽極酸化アルミナ12と、この陽極酸化アルミナ12の一表面12ｂに開口するように多数形成された微細孔12ａの中に充填された金（Ａｕ）の微粒子13とからなるものである。
【００３５】
このセンサチップ10において、微細孔12ａの深さは一例として２００ｎｍ以下程度、またその内径は例えば数ｎｍ〜１００ｎｍ程度とされる。金微粒子13は、このような微細孔12ａ内に充填されているので細長いロッド状となり、その端面13ａは支持体である陽極酸化アルミナ12の一表面12ｂから露出する一方、その長軸周りの側面13ｂは陽極酸化アルミナ12に覆われた状態となっている。
【００３６】
ここで、上記構成のセンサチップ10を作製する方法の一例を、その工程を概略的に示す図２を参照して説明する。まず同図（１）に示すように、表面部分に陽極酸化アルミナ12の皮膜が形成されたアルミニウム基板11を用意し、この陽極酸化アルミナ12の微細孔12ａが形成されている一表面12ｂ側に金を電解メッキする。この処理により、同図（２）に示すように陽極酸化アルミナ12の微細孔12ａ内にロッド状の金微粒子13が充填される。なお、上記電解メッキの条件を適切に制御することにより、陽極酸化アルミナ12の表面部分には金メッキをせず、微細孔12ａの中だけに金微粒子13を充填させることができる。また、このような電解メッキの代わりに、蒸着処理によって微細孔12ａの中に金微粒子13を充填させることも可能である。
【００３７】
なお、金微粒子13の代わりに、その他の金属、例えば銀、銅、アルミニウム等からロッド状の金属微粒子を形成するようにしてもよい。しかし金は、本発明のセンサチップを形成する上で、以下の点から特に好ましい材料であると言える。すなわち、金は展性および延性に富む材料であるので、比較的低い温度下でも良好な蒸着が可能になる。また金は耐食性も高いので、センサチップ10を後述するセンサに適用した際には、安定した特性のセンサが実現され、またセンサの製造時および使用時の取扱いも容易化される。
【００３８】
次に、アルミニウム基板11に層状の陽極酸化アルミナ12を形成する方法について説明する。そのような方法としてはいくつかの方法が挙げられるが、基本的には、アルミニウム基板11を酸性電解液中で陽極酸化処理する際に、酸化被膜の生成と、生成された酸化被膜の溶解とを同時に進行させる方法が適用される。この方法によれば、陽極酸化の開始初期にアルミニウム基板11の上に形成された酸化被膜の表面に、酸による溶解作用で、微小なピット（小孔）がランダムに発生する。そして、陽極酸化の進行とともに、この中のいくつかのピットが優先的に成長して、略等間隔に配列するようになる。酸化被膜において一旦ピットが形成された部分では、他の部分と比較してより高い電場が加わるので、その部分の溶解がより促進される。その結果、層状の陽極酸化アルミナ12においては、その成長とともに選択的に溶解されて微細孔12ａが形成される一方、溶解されないで微細孔12ａを取り囲むように残る部分が形成される。
【００３９】
以上のようにして得られる陽極酸化アルミナ12においては、多数の微細孔12ａが規則的に配列して形成される。これらの微細孔12ａは、陽極酸化アルミナ12の表面に対して略垂直方向に延び、そして互いに略同一の断面形状で、底部が閉じられた円柱状空間となる。
【００４０】
なお、特開２００１−９８００号並びに特開２００１−１３８３００号には、上記微細孔の形成位置を制御する方法が開示されている。これらの方法では、例えばアルミニウムに集束イオンビームを照射する等により、所望の位置に溶解開始点を形成する。この処理の後に前述のような陽極酸化処理を行うことにより、所望の位置に微細孔12ａを形成することができる。また、上記集束イオンビームを照射する際に、その照射量、ビーム径、照射エネルギー等の条件を制御することにより、溶解開始点の凹み形状や組成を変えることができるので、最終的に形成される微細孔12ａの直径も自在に制御可能となる。
【００４１】
また、微細孔12ａの配列を特に高密度化させる方法として、例えばシュウ酸を用いる方法がある。すなわち、陽極酸化用の電解液としてシュウ酸を用い、４０Ｖ程度の定電圧下で陽極酸化処理を行うことにより、微細孔12ａが規則的に配列して高密度に形成されるようになる。この微細孔12ａの配列の規則化は、陽極酸化時間の経過に伴って進行するので、長時間陽極酸化処理することにより、高度に規則化して高密度に配置された微細孔12ａを形成することができる。
【００４２】
以上のようにして微細孔12ａの直径、間隔、深さを比較的自由に制御できるので、金微粒子13を任意の均一サイズに形成でき、またそれらを規則的に配置可能となる。その結果、センサチップ10を後述のセンサに適用した際には、その感度を高め、またその感度を安定化することができる。
【００４３】
次に、本発明によるセンサの実施形態について説明する。図３は、上記センサチップ10を用いたセンサの一実施形態を示す側面図である。図示の通りこのセンサは、センサチップ10のロッド状金微粒子13の部分に、例えば白色光である測定光20を照射する白色光源21と、センサチップ10をその金微粒子13の長軸が測定光20の電場方向に対して傾斜する向きにして保持するセンサチップ保持手段22と、このセンサチップ保持手段22を固定した３軸揺動アクチュエータ23と、上記金微粒子13の部分で反射した測定光20の強度を分光検出するポリクロメータ24と、このポリクロメータ24による分光検出の結果に基づいて３軸揺動アクチュエータ23の作動を制御する制御回路25と、該制御回路25およびポリクロメータ24に接続された表示手段26とを備えている。
【００４４】
なおセンサチップ10は、センサチップ保持手段22の上で、陽極酸化アルミナ12の部分が上側を向く状態に配置されている。また３軸揺動アクチュエータ23は、センサチップ保持手段22を、図示のｘ、ｙおよびｚ軸の周りを揺動するように動かすことができ、それによりセンサチップ保持手段22の姿勢が変化する。このようにセンサチップ保持手段22の姿勢が変化すると、それに応じて上記傾斜の角度が変化する。
【００４５】
センサチップ10に対して白色光である測定光20を照射すると、該測定光20は金微粒子13（図１参照）において反射し、この反射した測定光20が、ポリクロメータ24によって分光検出される。こうして検出される反射光の分光強度特性は、基本的に図４に実線で示すようなものとなる。つまり、陽極酸化アルミナ12の金微粒子13の部分に測定光20が照射されたとき、ある特定の波長λ１および波長λ２の光に関しては、局在プラズモン共鳴によって測定光の吸収が特に大きなものとなる。なお図４の実線は、陽極酸化アルミナ12の部分に分析対象の試料が供給される前の特性を示している。
【００４６】
そして、局在プラズモン共鳴が生じる光波長（共鳴ピーク波長）、並びに測定光20の吸収の程度（吸光度）は、金微粒子13の周囲に存在する物質の屈折率に依存する。つまり、この屈折率が大であるほど共鳴ピーク波長は長波長側にシフトし、また吸光度は増大する。
【００４７】
図４に示した共鳴ピーク波長λ１、波長λ２は、前者が金微粒子13の側面13ｂに起因するもの、後者が金微粒子13の端面13ａに起因するものであるので、陽極酸化アルミナ12の部分に試料が供給されると、共鳴ピーク波長λ２に関しては上述の通りの共鳴ピーク波長のシフト、およびΔＡで示す吸光度の増大が生じ、分光吸収特性は同図に破線で示すように変化する。これは、試料が供給されることにより金微粒子13の端面13ａにその試料が付着して、該端面13ａに接する媒質の屈折率が変化するからである。
【００４８】
それに対して、試料が供給されても金微粒子13の端面13ｂにその試料は付着し得ないので、共鳴ピーク波長λ１に関しては、原理的に上記のような共鳴ピーク波長のシフトおよび吸光度の増大は生じない。したがって、この共鳴ピーク波長λ１に関して上記共鳴ピーク波長のシフトや吸光度の変化が生じたなら、それは測定光20に対するセンサチップ10の角度ズレに起因するものと考えられる。
【００４９】
なお上の説明は、センサチップ10の金微粒子13の部分に何も無い状態から、そこに試料が供給された場合を例に挙げたものであるが、金微粒子13の部分に前述したセンシング媒体（例えば抗原・抗体の一方）を固定しておき、試料としての特定物質（例えば抗原・抗体の他方）が該センシング媒体に結合するか否かを検出するような場合も、その結合によって金微粒子13の端面13ａに接する媒体の屈折率が変化するのに対し、金微粒子13の側面13ｂに関してはそのような媒体の屈折率変化は生じないので、事情は上記と同様である。
【００５０】
図３に示したセンサは、上述のことを利用して、試料分析を行うとともに、試料供給前と後とでセンサチップ10の角度ズレが生じないようにしている。以下、その点について詳しく説明する。
【００５１】
制御回路25は、センサチップ10の金微粒子13の部分で反射した測定光20の強度を分光検出したポリクロメータ24の出力を受け、図４に示した吸光度特性を求め、２つの共鳴ピーク波長λ１および波長λ２のうち長波長側の共鳴ピーク波長λ２に関して、試料供給後の共鳴ピーク波長のシフトおよび吸光度の増大を検出する。そして制御回路25は、その共鳴ピーク波長のシフトおよび吸光度の増大に基づいて、試料の屈折率やそれに関連する特性を求め、その分析結果を表示手段26に表示させる。
【００５２】
また制御回路25は、上記２つの共鳴ピーク波長λ１および波長λ２のうち短波長側の共鳴ピーク波長λ１に関して、試料供給前の吸光度を求め、その値を記憶手段に記憶しておく。そして例えばセンサチップ10に試料が供給された後、図示しないキーボード等の入力手段からセンサ角度合わせの指令が入力されると、その時点で測定される共鳴ピーク波長λ１に関する吸光度が、上記記憶されている吸光度の値と一致するように３軸揺動アクチュエータ23の駆動を制御する。このようして、共鳴ピーク波長λ１に関する吸光度の測定値が、上記記憶されている吸光度の値と一致すれば、測定光20に対するセンサチップ10の傾斜角度（つまりロッド状金微粒子13の傾斜角度）は、試料供給前の傾斜角度と一致していることになる。
【００５３】
このように、測定光20に対するセンサチップ10の傾斜角度を試料供給前の傾斜角度と一致させた上で、共鳴ピーク波長λ２に関する共鳴ピーク波長のシフトおよび吸光度の増大に基づいて試料分析すれば、センサチップ10の角度ズレによる誤測定を招くことがないので、試料分析の精度向上を実現できる。
【００５４】
また、以上説明のように制御回路25に適宜センサ角度合わせの指令を入力して、測定光20に対するセンサチップ10の傾斜角度を試料供給前の傾斜角度と一致させることが可能であれば、センサチップ10への試料供給前から試料供給後、そして分析終了後まで、センサチップ10の角度ズレを防ぐために該センサチップ10をずっとセンサチップ保持手段22に固定しておく必要が無くなる。つまり、センサチップ10をセンサチップ保持手段22にセットして、試料供給前の分光吸光特性、すなわち図４の実線の特性を求め終えたなら、次に前記共鳴ピーク波長λ２に関する共鳴ピーク波長のシフトおよび吸光度の増大を測定するまでは、センサチップ10をセンサチップ保持手段22から取り外しても何ら支障が無い。
【００５５】
したがって、特に先に述べた抗原抗体反応の有無を検出するような場合は、その反応が進行するのに必要な比較的長い時間、センサチップ10をセンサチップ保持手段22から取り外して、その反応をセンサ外で進行させることも可能である。そうであれば、その間に別のセンサチップ10をセンサチップ保持手段22にセットして、別の試料の分析に係る作業を行うことができるので、試料分析の能率が大いに向上する。
【００５６】
なお以上の実施形態のセンサでは、センサ角度合わせの指令が与えられた時点で測定される共鳴ピーク波長λ１に関する吸光度が、記憶されている吸光度の値と一致するように、センサ角度合わせを３軸揺動アクチュエータ23および制御回路25によって自動的に行っているが、センサ角度合わせを手動で行うことも可能である。つまりその場合は、３軸揺動アクチュエータ23として手動操作も可能なものを適用するとともに、図４に示した吸光度特性を例えば表示手段26に表示させ、そこに表示された試料供給前の共鳴ピーク波長λ１に関する吸光度を記憶させておき、試料供給後には、そのとき表示手段26に表示される共鳴ピーク波長λ１に関する吸光度が、上記記憶させた吸光度と一致するように３軸揺動アクチュエータ23を手動操作すればよい。あるいは、３軸揺動アクチュエータ23として手動操作も可能なものを用いる代わりに、手動操作のみが可能な手段でセンサチップ保持手段を動かすようにしてもよい。
【００５７】
また本発明のセンサチップを構成する支持体は、陽極酸化アルミナから形成する他、その他の方法によって形成することも可能である。図５は、本発明の別の実施形態によるセンサチップおよびその製造方法を示すものである。この方法においては、まず同図（１）に示すように、例えばポリスチレン等からなる透明誘電体基板41の一表面41ａ上に、該一表面41ａに対して略垂直な方向に延びる複数の貫通微細孔12ａ’を有する層状の陽極酸化アルミナ12が設けられる。なおこのような層状の陽極酸化アルミナ12は、例えば図２の（１）に示したようなものから、アルミニウム基板11および陽極酸化アルミナ12の基板11に近い一部分を除去して得ることができる。
【００５８】
次に同図（２）に示すように、上記陽極酸化アルミナ12をマスクとして透明誘電体基板41をエッチングすることにより、この透明誘電体基板41に、その一表面41ａから深さ方向に延びる、上記貫通微細孔12ａ’に対応した複数の微細孔41ｂが形成される。なおこのエッチングは、例えば酸素やＣＦ4をエッチャントとして用いて行われる。
【００５９】
次に同図（３）に示すように、マスクとして使用した陽極酸化アルミナ12を除去する。次に同図（４）に示すように、透明誘電体基板41にその一表面41ａから、金を蒸着あるいはスパッタする。これにより透明誘電体基板41の複数の微細孔41ｂ内にそれぞれ金微粒子13ａが被着するとともに、透明誘電体基板41の一表面41ａにも金微粒子13ｂが被着する。
【００６０】
こうして上記微細孔41ｂ内に金微粒子13ａを十分充填させた後、同図（５）に示すように透明誘電体基板41の一表面41ａ上に被着している金微粒子13ｂを除去すると、支持体としての透明誘電体基板41の複数の微細孔41ｂ内に、ロッド状の金微粒子13が充填されてなるセンサチップ40が得られる。
【００６１】
このセンサチップ40も、図１に示したセンサチップ10と同じようにセンサを構成することができる。その上このセンサチップ40は支持体が透明誘電体基板41から構成されているので、ロッド状の金微粒子13の部分に測定光を照射し、そのとき該センサチップ40を透過した測定光を検出することによって試料分析を行うように用いることも可能である。
【００６２】
図６は、本発明のさらに異なる実施形態によるセンサチップ50を示すものである。このセンサチップ50は、図５に示したセンサチップ40を製造するに当たって使用した、複数の貫通微細孔12ａ’を有する層状の陽極酸化アルミナ12を用いて作製されたものである。すなわち、この陽極酸化アルミナ12の各貫通微細孔12ａ内に金微粒子13を充填させれば、本実施形態のセンサチップ50が得られる。このセンサチップ50においても、陽極酸化アルミナ12が光を透過させるので、該センサチップ50を透過した測定光を検出することによって試料分析を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施の形態によるセンサチップを示す概略側面図
【図２】図１に示したセンサチップを作製する方法を説明する概略図
【図３】本発明の一実施の形態によるセンサを示す概略側面図
【図４】図３のセンサにおいて検出される測定光の分光強度特性の概略を示すグラフ
【図５】本発明の別の実施の形態によるセンサチップを、その製造工程と併せて示す概略側面図
【図６】本発明のさらに別の実施の形態によるセンサを示す概略側面図
【符号の説明】
【００６４】
10、40、50    センサチップ
11    アルミニウム基板
12    陽極酸化アルミナ
12ａ    陽極酸化アルミナの微細孔
12ａ’  陽極酸化アルミナの貫通微細孔
12ｂ    陽極酸化アルミナの一表面
13    金微粒子
13ａ    金微粒子の端面
13ｂ    金微粒子の側面
20    測定光
21    白色光源
22    センサチップ保持手段
23    ３軸揺動アクチュエータ
24    ポリクロメータ
25    制御回路
26    表示手段
41    透明誘電体基板
41ａ    透明誘電体基板の一表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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