(57)【要約】【課題】  測定回数が少なくかつ高検出精度に役立つ局在プラズモン共鳴チップを提供すること。【解決手段】  局在プラズモン共鳴バイオセンサ１０は数100nm〜数μmの正方形の複数の本測定領域S及び複数の基準測定領域Rに分割されている。抗体抗原反応を受ける各本測定領域Sには、X方向に強いプラズモン共鳴を発生させるためのナノメートルオーダの非平板状金（Au）層GSがX方向に沿って形成されている。抗体抗原反応を受けない各基準測定領域Rには、Y方向に強いプラズモン共鳴を発生させるためのナノメートルオーダの非平板状金（Au）層GRがY方向に沿って形成されている。【選択図】        図１
2015064205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本測定領域と基準測定領域とに分割された基板と、
該基板の前記本測定領域上に形成され、第１の方向に強いプラズモン共鳴を発生させるためのナノメートルオーダの第１の非平板状金属層と、
該第１の非平板状金属層上に形成されたセンサ物質層と、
前記基板の前記基準測定領域上に形成され、第１の方向と異なる第２の方向に強いプラズモン共鳴を発生させるためのナノメートルオーダの第２の非平板状金属層と、
該第２の非平板状金属層上に設けられ、前記センサ物質層の誘電率を補償するためのマスキング層と
を具備する局在プラズモン共鳴チップ。
【請求項２】
前記本測定領域と前記基準測定領域とは交互に配置された請求項１に記載の局在プラズモン共鳴チップ。
【請求項３】
前記第１、第２の非平板状金属層は金属薄膜層を具備し、
さらに、前記基板と前記金属薄膜層との間に配置されたナノメートルオーダの誘電体粒子層を具備し、
前記本測定領域の前記誘電体粒子層の各粒子は前記第１の方向に沿って近接して配置され、
前記基準測定領域の前記誘電体粒子層の各粒子は前記第２の方向に沿って近接して配置された請求項１もしくは２に記載の局在プラズモン共鳴チップ。
【請求項４】
さらに、前記基板と前記誘電体粒子層との間に配置されたナノメートルオーダの平板状金属薄膜層を具備する請求項３に記載の局在プラズモン共鳴チップ。
【請求項５】
前記第１、第２の非平板状金属層はナノメートルオーダの金属粒子層であり、
前記本測定領域の前記金属粒子層の各粒子は前記第１の方向に沿って近接して配置され、
前記基準測定領域の前記金属粒子層の各粒子は前記第２の方向に沿って近接して配置された請求項１もしくは２に記載の局在プラズモン共鳴チップ。
【請求項６】
さらに、前記基板と前記金属粒子層との間に配置されたナノメートルオーダの平板状金属薄膜層を具備する請求項５に記載の局在プラズモン共鳴チップ。
【請求項７】
前記基板には深さ数10〜数100nmで凹部が形成され、
前記第１、第２の非平板状金属層は該基板の前記凹部の側壁に形成された金属薄膜層を具備し、
前記本測定領域の前記基板の前記凹部は前記第１の方向に沿って近接して配置され、
前記基準測定領域の前記基板の前記凹部は前記第２の方向に沿って近接して配置された請求項１もしくは２に記載の局在プラズモン共鳴チップ。
【請求項８】
前記金属薄膜層はさらに前記基板の前記凹部の底部に形成された請求項８に記載の局在プラズモン共鳴チップ。
【請求項９】
光源と、
該光源からの光を受けるための請求項１〜８のいずれかに記載の局在プラズモン共鳴チップと、
該局在プラズモン共鳴チップを透過した第１の方向の偏光及び該第１の方向と異なる第２の方向の偏光を分けるための偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタからの前記第１の方向の偏光の吸光スペクトルの吸光ピーク波長と前記第２の方向の偏光の吸光スペクトルの吸光ピーク波長とのシフト量により前記局在プラズモン共鳴チップの目的物質を定量的に測定する測定装置と
を具備する透過型局在プラズモン共鳴センサ。
【請求項１０】
光源と、
該光源からの光を受けるための請求項１〜８のいずれかに記載の局在プラズモン共鳴チップと、
該局在プラズモン共鳴チップを反射した第１の方向の偏光及び該第１の方向と異なる第２の方向の偏光を分けるための偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタからの前記第１の方向の偏光の反射光スペクトルの反射ディップ波長と前記第２の方向の偏光の反射光スペクトルの反射ディップ波長とのシフト量により前記局在プラズモン共鳴チップの媒体の目的物質を定量的に検出する測定装置とを具備する反射型局在プラズモン共鳴センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医療診断、健康診断、食品検査等に用いられる局在プラズモン共鳴（LPR）チップ及びこれを用いた局在プラズモン共鳴バイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療診断、健康診断、食品検査等においては、小型、低コストで高速のセンシングのバイオセンサとしてプリズムを用いたクレッチマン（Kretschmann）配置の表面プラズモン共鳴（SPR）バイオセンサが開発されている。
【０００３】
さらに、最近では、高感度センシングのバイオセンサとしてプリズムを用いない局在プラズモン共鳴（LPR）バイオセンサが注目されている。従来の局在プラズモン共鳴バイオセンサとして図８、図９に示す透過型、図１０、図１１に示す反射型がある。
【０００４】
図８において、１０１は光源、１０２はコリメータレンズ、１０３は表面プラズモン共鳴部１０３ａを有する局在プラズモン共鳴チップ、１０４は分光器、マルチチャネルアナライザを含み、マイクロコンピュータにより構成される測定装置である。この場合、光源１０１からの光L1はコリメータレンズ１０２によって平行光とされて局在プラズモン共鳴チップ１０３を垂直に透過し、測定装置１０４において局在プラズモン共鳴チップ１０３を透過した光L1から局在プラズモン共鳴チップ１０３の吸光スペクトルを測定する。つまり、図９に示す吸光スペクトルS1の吸収ピーク波長のシフト量dS1により、局在プラズモン共鳴チップ１０３の表面プラズモン共鳴部１０３ａ近傍の媒体の屈折率（誘電率）変化を高精度に検出することができる（参照：特許文献１の図２、非特許文献１のFig.1）。
【０００５】
他方、図１０において、２０１は光源、２０２はコリメータレンズ、２０３はビームスプリッタ、２０４は表面プラズモン共鳴部２０４ａを有する局在プラズモン共鳴チップ、２０５は分光器、マルチチャネルアナライザを含み、マイクロコンピュータにより構成される測定装置である。この場合、光源２０１からの光L2はコリメータレンズ２０２によって平行光とされてビームスプリッタ２０３を透過して局在プラズモン共鳴チップ２０４で反射し、さらにビームスプリッタ２０３で反射して測定装置２０５に入射する。測定装置２０５において、局在プラズモン共鳴チップ２０４で反射した光L2から局在プラズモン共鳴チップ２０４の反射光スペクトルを測定する。つまり、図１１に示す反射光スペクトルS2の反射ディップ波長のシフト量dS2により、局在プラズモン共鳴チップ２０４の表面プラズモン共鳴部２０４ａ近傍の媒体の屈折率（誘電率）変化を高精度に検出できる（参照：特許文献１の図１）。
【０００６】
上述の表面プラズモン共鳴部１０３ａ、２０４ａ近傍の媒体は、初期的には、目的物質たとえば抗原に特異的に結合するセンサ物質たとえば抗体であり、予め、センサ物質が表面プラズモン共鳴部１０３ａ、２０４ａに固定されている。目的物質のセンサ物質への結合後には、上記媒体は、センサ物質プラス目的物質となり、従って、結合前後で媒体の屈折率（誘電率）が変化する。この結果、媒体の屈折率（誘電率）変化を高精度に検出することにより目的物質を高精度に定量的に検出できる。
【０００７】
図８、図１０の局在プラズモン共鳴バイオセンサのいずれにおいても、光L1、L2は局在プラズモン共鳴チップ１０３、２０４の表面プラズモン共鳴部１０３ａ、２０４ａに対して垂直に直接入射する。尚、表面プラズモン共鳴バイオセンサにおいては、光はプリズムの底面に斜めに入射する。従って、局在プラズモン共鳴バイオセンサは表面プラズモン共鳴バイオセンサより小型化の点でも優れている。
【０００８】
図８、図１０の局在プラズモン共鳴チップ１０３、２０４の表面プラズモン共鳴部１０３ａ、２０４ａはAu、Ag、Cu、Al等の金属よりなる金属ナノ薄膜層あるいは金属ナノ粒子層よりなる。たとえば、金属ナノ薄膜層は透明基板上にナノインプリント技術あるいはリソグラフィー技術を用いて貫通孔を有する金属薄膜を形成することにより製造される（参照：特許文献２）。また、金属ナノ粒子層は電気泳動堆積（EPD）法によって平滑なガラス基板上にシランカップリング剤等の誘電体を介して分散堆積され、この場合、金属ナノ粒子層の各粒子は球状、ロッド状、三角状、その他の多角形などでもよい（参照：非特許文献２）。また、セラミックスナノ粒子を金層上に単層で形成し、セラミックスナノ粒子を金でキャップ状に被覆する（参照：非特許文献３）。さらに、特殊な材料を用いてサブミクロンオーダの構造を形成し、この構造上に金を蒸着させる（参照：特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／１２１８５７Ａ１
【特許文献２】特開２００３−２７０１３２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】都丸雄一他、“ポーラスアルミナ基板を用いる局在プラズモンセンサ”、Fujifilm Research & Development、No.53-2008、pp.34-37
【非特許文献２】栗田昌昭、“局在プラズモン共鳴バイオセンサーに利用される貴金属とその応用”、表面技術、Vol.62、No.6、2011、pp.28-30
【非特許文献３】Anal. Chem. 78、pp.6415-6475、2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の従来の局在プラズモン共鳴チップは、基準測定用及び本測定用を兼ねているので、次のごとき課題がある。
【００１２】
第１に、抗体等のセンサ物質が固定された局在プラズモン共鳴チップを図８もしくは図１０の局在プラズモン共鳴バイオセンサに設定して基準用吸収ピーク波長もしくは反射ディップ波長を測定（基準測定という）した後に、局在プラズモン共鳴チップを局在プラズモン共鳴センサから外し、目的物質であるウィルス等の抗原を局在プラズモン共鳴チップに付着させて洗浄した上で局在プラズモン共鳴センサに再設定して本測定用吸収ピーク波長もしくは反射ディップ波長を測定（本測定という）する。これにより、シフト量を得る。従って、測定回数が2回と多く作業時間が長くなるという課題がある。
【００１３】
第２に、基準測定時の局在プラズモン共鳴チップの設定位置と本測定時の局在プラズモン共鳴チップの設定位置とが不一致となると、基準用吸収ピーク波長もしくは反射ディップ波長に対する本測定用吸収ピーク波長もしくは反射ディップ波長の測定誤差が大きくなり、この結果、これらの差つまりシフト量で表す目的物質の検出精度が低下するという課題もある。また、図８、図１０の光源１０１、２０１としてハロゲンランプ、発光ダイオード（LED）素子を用いるが、光源１０１、２０１が安定しない場合、周囲の温度環境が変化した場合等においては、上述のごとく、基準測定時と本測定時とが異なるために、光源１０１、２０１の発光スペクトル自体が変化し、従って、やはり、上述の測定誤差が大きくなり、この結果、これらの差つまりシフト量で表す目的物質の検出精度が低下するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決するために、本発明に係る局在プラズモン共鳴バイオセンサは、本測定領域と基準測定領域とに分割された基板と、基板の本測定領域上に形成され、第１の方向に強いプラズモン共鳴を発生させるためのナノメートルオーダの第１の非平板状金属層と、第１の非平板状金属層上に形成されたセンサ物質層と、基板の基準測定領域上に形成され、第１の方向と異なる第２の方向に強いプラズモン共鳴を発生させるためのナノメートルオーダの第２の非平板状金属層と、第２の非平板状金属層上に設けられ、センサ物質層の誘電率を補償するためのマスキング層とを具備するものである。これにより、本測定領域では、目的物質結合前（たとえば抗原抗体反応前）の媒体はセンサ物質層であり、目的物質結合後（たとえば抗原抗体反応後）の媒体はセンサ物質層プラス目的物質であり、従って、本測定領域の媒体の屈折率（誘電率）は変化する。これに対し、基準測定領域では、目的物質結合前（たとえば抗原抗体反応前）の媒体はマスキング層であり、目的物質結合後（たとえば抗原抗体反応後）の媒体もマスキング層であり、従って、基準測定領域の媒体の屈折率（誘電率）は変化しない。また、本測定領域の透過光あるいは反射光の偏光方向は第１の方向となり、基準測定領域の透過光あるいは反射光の偏光方向は第２の方向となり、これらの両者はたとえば偏光ビームスプリッタを用いることにより識別可能である。
【００１５】
また、本発明に係る透過型局在プラズモン共鳴センサは、光源と、光源からの光を受けるための上述の局在プラズモン共鳴チップと、局在プラズモン共鳴チップを透過した第１の方向の偏光及び第１の方向と異なる第２の方向の偏光を分けるための偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタからの第１の方向の偏光の吸光スペクトルの吸光ピーク波長と第２の方向の偏光の吸光スペクトルの吸光ピーク波長とのシフト量により局在プラズモン共鳴チップの目的物質を定量的に測定する測定装置とを具備するものである。
【００１６】
さらに、本発明に係る反射型局在プラズモン共鳴センサは、光源と、光源からの光を受けるための上述の局在プラズモン共鳴チップと、局在プラズモン共鳴チップを反射した第１の方向の偏光及び第１の方向と異なる第２の方向の偏光を分けるための偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタからの第１の方向の偏光の反射光スペクトルの反射ディップ波長と第２の方向の偏光の反射光スペクトルの反射ディップ波長とのシフト量により局在プラズモン共鳴チップの媒体の目的物質を定量的に測定する測定装置とを具備するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、目的物質の結合前後で、本測定領域の媒体の屈折率（誘電率）が変化し、従って、吸光スペクトルの吸光ピーク波長あるいは反射光スペクトルの反射ディップ波長にシフト量が発生する。これに対し、目的物質の結合前後で、基準測定領域の媒体の屈折率（誘電率）が変化せず、従って、吸光スペクトルの吸光ピーク波長あるいは反射光スペクトルの反射ディップ波長にシフト量が発生しない。この結果、目的物質の結合後の1回の測定により、本測定領域の吸光スペクトルの吸光ピーク波長もしくは反射光スペクトルの反射ディップ波長と、基準測定領域の吸光スペクトルの吸光ピーク波長もしくは反射光スペクトルの反射ディップ波長とを得、この差であるシフト量を演算すれば、目的物質を高精度に定量的に検出できる。つまり、1回の測定で目的物質を高精度に定量的に検出でき、作業効率を向上できる。
【００１８】
また、基準測定と本測定とが同時に行われるので、基準用吸収ピーク波長もしくは反射ディップ波長に対する本測定用吸収ピーク波長もしくは反射ディップ波長の測定誤差はなくなり、この結果、これらの差で表す目的物質の検出精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第１の実施の形態を示す上面図である。
【図２】図１の局在プラズモン共鳴チップの第１の例を示す図１のI-I線断面図である。
【図３】図１の局在プラズモン共鳴チップの第２の例を示す図１のI-I線断面図である。
【図４】本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第２の実施の形態を示す上面図である。
【図５】図４の局在プラズモン共鳴チップの例を示す図４のV-V線断面図である。
【図６】本発明に係る透過型局在プラズモン共鳴バイオセンサを示す図である。
【図７】本発明に係る反射型局在プラズモン共鳴バイオセンサを示す図である。
【図８】従来の透過型局在プラズモン共鳴バイオセンサを示す図である。
【図９】図８の測定装置で得られる吸光スペクトルを示すグラフである。
【図１０】従来の反射型局在プラズモン共鳴バイオセンサを示す図である。
【図１１】図１０の測定装置で得られる反射光スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第１の実施の形態を示す上面図である。
【００２１】
図１においては、局在プラズモン共鳴バイオセンサ１０は数100nm〜数μmの正方形の複数の本測定（センシング）領域S及び複数の基準測定（リファレンス）領域Rに分割されている。この場合、好ましくは、本測定領域S及び基準測定領域Rは交互に配置され、複数の本測定領域S及び基準測定領域Rが1つの直径3mm×数10mmの光測定スポットによって同時に照射されるようにする。また、本測定領域S（基準測定領域R）の各辺は目的物質のサイズたとえばインフルエンザウイルスのサイズ90〜120nmの2倍以上に設定される。
【００２２】
各本測定領域Sには、X方向に強いプラズモン共鳴を発生させるためのナノメートルオーダの非平板状金（Au）層GSがX方向に沿って形成されている。また、図１に図示しないが非平板状Au層GS上には、後述の抗体がセンサ物質層として塗布されている。
【００２３】
他方、各基準測定領域Rには、Y方向に強いプラズモン共鳴を発生させるためのナノメートルオーダの非平板状金（Au）層GRがY方向に沿って形成されている。また、図１に図示しないが非平板状Au層GR上には、後述の抗体の誘電率と同等の誘電率を有するマスキング層が形成されている。マスキング層は抗体の役目をしないたとえば酸化シリコン（SiO2）、有機物、無機物層よりなる。
【００２４】
尚、非平板状Au層GS、GRは、後述のごとく、厚さ10〜100nmのAuナノ薄膜層もしくは球径10〜200nmのAu粒子層である。
【００２５】
以下に、図１の局在プラズモン共鳴バイオセンサの例を説明する。
【００２６】
図２は図１の局在プラズモン共鳴センサの第１の例を示す図１のI-I線断面図である。
【００２７】
図２の（Ａ）においては、ガラス、ポリエチレン・テレフタレート（PET）等よりなる基板１上に、厚さ10nm〜100nmの金（Au）ナノ薄膜層２を形成し、その上に、球径10nm〜200nmの粒子よりなる誘電体ナノ粒子層３を配置し、その上に、非平板状Au層GS、GRとしての厚さ10nm〜100nmの金（Au）ナノ薄膜層４を形成する。さらに、本測定領域SのAuナノ薄膜層４上には、抗体５がセンサ物質層として塗布され、他方、基準測定領域RのAuナノ薄膜層４上には、抗体５の誘電率に相当する誘電率を有するマスキング層６が形成されている。尚、７は抗体５に結合した目的物質としての抗原である。つまり、本測定領域Sは抗原抗体反応を受ける領域であり、基準測定領域Rは抗原抗体反応を受けない領域である。
【００２８】
本測定領域Sにおける誘電体ナノ粒子層３の各粒子はX方向に沿って間隙数nm以下で近接して配置され、Y方向では誘電体ナノ粒子層３の粒子の直径と同等もしくはそれ以上の間隙で配置されている。また、基準測定領域Rにおける誘電体ナノ粒子層３の各粒子はY方向に沿って間隙数nm以下で近接して配置され、X方向では誘電体ナノ粒子層３の粒子の直径と同等もしくはそれ以上の間隙で配置されている。
【００２９】
図２の（Ａ）においては、誘電体ナノ粒子層３の存在のために、Auナノ薄膜層４は非平板状、つまりＸ方向もしくはＹ方向で凹凸形状となり、局在プラズモン共鳴を起こす。また、Auナノ薄膜層２は平板状であるが、誘電体ナノ粒子層３を介してAuナノ薄膜層４の局在プラズモン共鳴と相互作用して局在プラズモン共鳴を起こす。
【００３０】
図２の（Ｂ）においては、図２の（Ａ）のAuナノ薄膜層２を削除し、基板１上に、直接、誘電体ナノ粒子層３を配置する。
【００３１】
図２の（Ａ）、（Ｂ）における誘電体ナノ粒子層３は表面プラズモン共鳴によって発生する電場を増幅させる作用をもし、従って、発現した吸光スペクトルの吸収ピークもしくは反射光スペクトルの反射ディップを大きくできる。
【００３２】
図２の（Ａ）、（Ｂ）においては、Auナノ薄膜層２及びAuナノ薄膜層４が紫外から近赤外域の光と表面プラズモン共鳴を起こす。この場合、これらのAuナノ薄膜層は1種類の金属つまりAuよりなるので、後述のごとく、吸光スペクトルに1つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは反射光スペクトルに1つの反射ディップ波長を発現させる。
【００３３】
また、図２の（Ｂ）においても、表面プラズモン共鳴を起こすAuナノ薄膜層４は1種類の金属つまりAuよりなるので、やはり、吸光スペクトルに1つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは反射光スペクトルに1つの反射ディップ波長を発現させる。但し、Auナノ薄膜層２が存在しない分、発現する吸収ピークあるいは反射ディップは少し小さくなる。
【００３４】
図３は図１の局在プラズモン共鳴チップの第２の例を示す図１のI-I線断面図である。
【００３５】
図３の（Ａ）においては、基板１上に、厚さ10nm〜100nmの金（Au）ナノ薄膜層２を形成し、その上に、球径10nm〜200nmの粒子よりなる非平板状Au層GS、GRとしての金（Au）ナノ粒子層３’を配置する。さらに、図２の（Ａ）と同様に、本測定領域SのAuナノ粒子層３’上には、抗体５がセンサ物質層として塗布され、他方、基準測定領域RのAuナノ粒子層３’上には、抗体５の誘電率に相当する誘電率を有するマスキング層６を形成する。尚、７は抗体５に結合した目的物質としての抗原である。つまり、この場合も、本測定領域Sは抗原抗体反応を受ける領域であり、基準測定領域Rは抗原抗体反応を受けない領域である。
【００３６】
本測定領域SにおけるAuナノ粒子層３’の各粒子はX方向に沿って間隙数nm以下で近接して配置され、Y方向ではAuナノ粒子層３’の粒子の直径と同等もしくはそれ以上の間隙で配置されている。また、基準測定領域RにおけるAuナノ粒子層３’の各粒子はY方向に沿って間隙数nm以下で近接して配置され、X方向ではAuナノ粒子層３’の粒子の直径と同等もしくはそれ以上の間隙で配置されている。
【００３７】
図３の（Ａ）においては、Auナノ粒子層３’は非平板状であり、従って、局在プラズモン共鳴を起こす。また、Auナノ薄膜層２は平板状であるが、Auナノ粒子層３’と相互作用して局在プラズモン共鳴を起こす。
【００３８】
図３の（Ａ）の変更例を示す図３の（Ｂ）においては、図３の（Ａ）のAuナノ薄膜層２を削除し、基板１上に、直接、Auナノ粒子層３’を配置する。
【００３９】
図３の（Ａ）、（Ｂ）においては、Auナノ薄膜層２及びAuナノ粒子層３’が紫外から近赤外域の光と表面プラズモン共鳴を起こす。この場合、これらのナノ薄膜層及びナノ粒子層は1種類の金属つまりAuよりなるので、後述のごとく、吸光スペクトルに1つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは反射光スペクトルに1つの反射ディップ波長を発現させる。
【００４０】
また、図３の（Ｂ）においても、表面プラズモン共鳴を起こすAuナノ粒子層３’は1種類の金属つまりAuよりなるので、やはり、吸光スペクトルに1つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは反射光スペクトルに1つの反射ディップ波長を発現させる。但し、Auナノ薄膜層２が存在しない分、発現する吸収ピークあるいは反射ディップは少し小さくなる。
【００４１】
尚、上述の第１の実施の形態においては、ナノ薄膜層２、４はAu以外でもよく、たとえばAg、Cu、Alでもよい。また、誘電体ナノ粒子層３、Auナノ粒子層３’の各粒子は完全に密接している必要がなく、上述のごとく、数nm離れていてもよい。さらに、誘電体ナノ粒子層３、Auナノ粒子層３’は球状以外のロッド状、三角状、その他の多角形などでもよい。
【００４２】
図４は本発明に係る局在プラズモン共鳴チップの第２の実施の形態を示す上面図である。
【００４３】
図４においては、図１の局在プラズモン共鳴バイオセンサ１０と同様に、局在プラズモン共鳴バイオセンサ２０は数100nm〜数μmの正方形の複数の本測定領域S及び複数の基準測定領域Rに分割されている。この場合も、好ましくは、本測定領域S及び基準測定領域Rは交互に配置され、複数の本測定領域S及び基準測定領域Rが1つの直径3mm〜数10mmの光測定スポットによって同時に照射されるようにする。また、本測定領域S（基準測定領域R）の各辺は目的物質のサイズの2倍以上に設定される。
【００４４】
各本測定領域Sには、X方向に沿って強いプラズモン共鳴を発生させるための深さ数10〜数100nm、直径10〜200nmの複数の凹部１aSがX方向に沿って間隙数nm以下で近接して形成されている。この場合、各凹部１aSは、Y方向では凹部１aSの直径同等もしくはそれ以上の間隙で形成されている。
【００４５】
他方、各基準測定領域Rには、Y方向に沿って強いプラズモン共鳴を発生させるための深さ数10〜数100nm、直径10〜200nmの複数の凹部１aRがY方向に沿って間隙数nm以下で近接して形成されている。この場合、各凹部１aRは、X方向では凹部１aRの直径同等もしくはそれ以上の間隙で形成されている。
【００４６】
図５は図４の局在プラズモン共鳴センサの詳細を示す図４のV-V線断面図である。
【００４７】
図５の（Ａ）に示すように、凹部１aS、１aRの側壁に厚さ10〜100nmのAuナノ薄膜層４’が形成されている。
【００４８】
さらに、本測定領域SのAuナノ薄膜層４’上には、抗体５がセンサ物質層として塗布され、他方、基準測定領域RのAuナノ薄膜層４’上には、抗体５の誘電率に相当する誘電率を有するマスキング層６が形成されている。尚、７は抗体５に結合した目的物質としての抗原である。つまり、この場合も、本測定領域Sは抗原抗体反応を受ける領域であり、基準測定領域Rは抗原抗体反応を受けない領域である。
【００４９】
図５の（Ａ）においては、凹部１aS、１aRの存在のために、Auナノ薄膜層４’は非平板状、つまりX方向もしくはY方向凹凸形状となり、局在プラズモン共鳴を起こす。
【００５０】
図５の（Ｂ）においては、図５の（Ａ）のAuナノ薄膜層４’が凹部１aS、１aRの底部にも形成されている。この場合も、Auナノ薄膜層４’は図５の（Ａ）の場合と同様に作用し、何ら問題ない。
【００５１】
尚、図５の（Ａ）、（Ｂ）における凹部１aS、１aRは電子線照射技術、ナノインプリント技術等を用いて形成される。
【００５２】
また、図５においても、表面プラズモン共鳴を起こすAuナノ薄膜層４’は1種類の金属つまりAuよりなるので、やはり、吸光スペクトルに1つの吸収ピーク波長を発現させ、あるいは反射光スペクトルに1つの反射ディップ波長を発現させる。
【００５３】
図６は図１、図４の局在プラズモン共鳴チップを用いた透過型局在プラズモン共鳴バイオセンサを示す図である。
【００５４】
図６においては、図８において、局在プラズモン共鳴チップ１０３の代りに、図１（図４）の局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）を採用し、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）と測定装置１０４との間に偏光ビームスプリッタ１０５を設けている。偏光ビームスプリッタ１０５はその入射ビームに対して平行なp偏光ビーム及び直交するs偏光ビームを出射するものである。
【００５５】
図６においては、光源１０１からの光L1はコリメータレンズ１０２によって平行光とされて局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）に垂直に入射する。このとき、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）の本測定領域SはX方向（縦方向）に強いプラズモン共鳴を発生させてX方向（縦方向）の光ビームつまりp偏光ビームを出射すると同時に、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）の基準測定領域RはY方向（横方向）に強いプラズモン共鳴を発生させてY方向（横方向）の光ビームつまりs偏光ビームを出射する。従って、偏光ビームスプリッタ１０５は局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）からのp偏光ビームを平行なp偏光ビームとして測定装置１０４に出射すると共に、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）からのs偏光ビームを直交するs偏光ビームとして測定装置１０４に出射する。この結果、測定装置１０４はp偏光ビームの透過光スペクトルの吸光ピーク波長からs偏光ビームの透過光スペクトルの吸光ピーク波長を減算することによりシフト量を演算し、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）の媒体の屈折率（誘電率）変化を高精度に検出することができる。
【００５６】
このように、図６の透過型局在プラズモン共鳴センサにおいては、図１（図４）の局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）を1回設定しただけで、媒体の屈折率（誘電率）変化つまり目的物質たとえば抗原を高精度に定量的に検出できる。
【００５７】
図７は図１、図４の局在プラズモン共鳴チップを用いた反射型局在プラズモン共鳴バイオセンサを示す図である。
【００５８】
図７においては、図１０において、局在プラズモン共鳴チップ２０４の代りに、図１（図４）の局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）を採用し、また、ビームスプリッタ２０３の代りに、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）と測定装置２０５との間に偏光ビームスプリッタ２０６を設けている。偏光ビームスプリッタ２０６はその入射ビームに対して平行なp偏光ビーム及び直交するs偏光ビームを出射するものである。
【００５９】
図７においては、光源２０１からの光L2はコリメータレンズ１０２によって平行光とされて局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）に斜めに入射する。このとき、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）の本測定領域SはX方向（縦方向）に強いプラズモン共鳴を発生させてX方向（縦方向）の光ビームつまりp偏光ビームを出射すると同時に、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）の基準測定領域RはY方向（横方向）に強いプラズモン共鳴を発生させてY方向（横方向）の光ビームつまりs偏光ビームを出射する。従って、偏光ビームスプリッタ２０６は局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）からのp偏光ビームを平行なp偏光ビームとして測定装置２０５に出射すると共に、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）からのs偏光ビームを直交するs偏光ビームとして測定装置２０５に出射する。この結果、測定装置２０５はp偏光ビームの反射光スペクトルの反射ディップ波長からs偏光ビームの反射光スペクトルの反射ディップ波長を減算することによりシフト量を演算し、局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）の媒体の屈折率（誘電率）変化を高精度に検出することができる。
【００６０】
このように、図７の反射型局在プラズモン共鳴センサにおいても、図１（図４）の局在プラズモン共鳴チップ１０（２０）を1回設定しただけで、媒体の屈折率（誘電率）変化つまり目的物質たとえば抗原を高精度に定量的に検出できる。
【００６１】
尚、上述の実施の形態におけるX方向とY方向とは必ずしも直交している必要はなく、X方向とY方向とは本測定領域Sからの偏光と基準測定領域Rからの偏光とが区別できる程度の角度で交差すればよい。
【００６２】
上述の局在プラズモン共鳴チップは、リソグラフィ技術、電子線照射技術、ナノインプリント技術等で製造される外、ポーラスアルミナのセルフアライメント機能（参照：非特許文献１等）によっても製造できる。
【００６３】
尚、本発明におけるナノメートルオーダは、薄膜層の場合、厚さ10nm〜100nmを意味し、粒子の場合、球径、ロッドの長辺の長さもしくは三角の高さの長さ10nm〜200nmを意味する。
【００６４】
尚、本発明は上述の第１、第２の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更も適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る局在プラズモン共鳴チップを有する局在プラズモン共鳴バイオセンサは上述の医療診断、健康診断、食品検査等以外にセキュリティ（爆薬、麻薬）にも利用できる。また、抗原抗体反応における目的物質である抗原の定量以外に、DNA等の選択的結合における特定物質の定量に利用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１：基板
１ａ：凹部
２：Auナノ薄膜層
３：誘電体ナノ粒子層
３’：Auナノ粒子層
４、４’：Auナノ薄膜層
１０、２０：局在プラズモン共鳴チップ
S：本測定領域
R：基準測定領域
GS；GR：非平板状金（Au）層
１０１：光源
１０２：コリメータレンズ
１０３：局在プラズモン共鳴チップ
１０３ａ：表面プラズモン共鳴部
１０４：測定装置
１０５：偏光ビームスプリッタ
２０１：光源
２０２：コリメータレンズ
２０３：ビームスプリッタ
２０４：局在プラズモン共鳴チップ
２０４ａ：表面プラズモン共鳴部
２０５：測定装置
２０６：偏光ビームスプリッタ
S0：光源スペクトル
S1： 吸光スペクトル
S2：反射光スペクトル
L1、L2：光
【図１】
2015064205.tif 000003
【図２】
2015064205.tif 000004
【図３】
2015064205.tif 000005
【図４】
2015064205.tif 000006
【図５】
2015064205.tif 000007
【図６】
2015064205.tif 000008
【図７】
2015064205.tif 000009
【図８】
2015064205.tif 000010
【図９】
2015064205.tif 000011
【図１０】
2015064205.tif 000012
【図１１】
2015064205.tif 000013