(57)【要約】【課題】局在プラズモン共鳴を応用したセンサに用いられる微細構造体を、試料の僅かな屈折率変化あるいは物性の変化を検出可能なものとする。【解決手段】一表面に複数の微細孔１２ａが形成された層状の基体１２を陽極酸化アルミナ等を用いて構成し、この基体１２の前記微細孔１２ａ内に金属微粒子１３を充填させるとともに、この金属微粒子１３と概略その径以下の距離を置いた状態で、前記一表面において微細孔１２ａの周囲部分に金属薄膜１４を形成して微細構造体１０を構成する。【選択図】          図１
2004232027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面に複数の微細孔が形成された層状の基体と、
この基体の前記微細孔内に充填された金属微粒子と、
この金属微粒子と概略その径以下の距離を置いた状態で、前記一表面において前記微細孔の周囲部分に形成された金属薄膜とからなる微細構造体。
【請求項２】
前記基体が陽極酸化アルミナであることを特徴する請求項１記載の微細構造体。
【請求項３】
前記基体が、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記載の微細構造体。
【請求項４】
前記基体が、照射される光に対して透明であることを特徴する請求項１から３いずれか１項記載の微細構造体。
【請求項５】
前記基体が互いに間隔を置いた状態に複数に分割され、それらが一体的に保持されていることを特徴する請求項１から４いずれか１項記載の微細構造体。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１項記載の微細構造体を作製する方法であって、
一表面に複数の微細孔が形成された層状の基体に、該一表面側から蒸着処理をすることにより、前記金属微粒子を前記微細孔内に充填させるとともに、該一表面に前記金属薄膜を形成することを特徴する微細構造体の作製方法。
【請求項７】
請求項１から５いずれか１項記載の微細構造体を作製する方法であって、
一表面に複数の微細孔が形成された層状の基体にメッキ処理を施すことにより前記金属微粒子を前記微細孔内に充填させ、
その後前記基体の一表面に蒸着処理によって前記金属薄膜を形成することを特徴する微細構造体の作製方法。
【請求項８】
請求項１から５いずれか１項記載の微細構造体を用いたセンサであって、
前記微細構造体の前記金属微粒子および金属薄膜の部分に測定光を照射する手段と、
前記金属微粒子および金属薄膜の部分を透過、あるいは該部分で反射した前記測定光の強度を検出する光検出手段とを備えてなるセンサ。
【請求項９】
前記光検出手段が、前記測定光の強度を分光検出するものであることを特徴とする請求項８記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は局在プラズモン共鳴を応用したセンサ、およびそれに使用される微細構造体に関するものである。
【０００２】
さらに本発明は、上述のような微細構造体を作製する方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
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ユニットとして用い、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、上記微細構造体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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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基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基体で反射するので、この透過光も一緒に検出することができる。
【０００８】
また、微細構造体の金属微粒子の周囲に特定物質と結合する物質を固定しておくと、該固定物質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固定物質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、該特定物質と固定物質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固定物質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。
【０００９】
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微細構造体としては、例えば前記特許文献１に示されているように、基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微細構造体も、上記センサに適用可能である。なお、こ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。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３５６５８７号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１１−２０００９０号公報
【００１２】
【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
【００１３】
【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
【００１４】
【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
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上に挙げたような従来の微細構造体を用いたセンサにおいては、局在プラズモン共鳴による測定光の減衰が、共鳴ピーク波長を挟んで比較的広い波長範囲に亘って生じるようになっている。つまり従来の微細構造体を用いたセンサは、測定光の吸収、散乱スペクトル特性が十分鋭敏に変化するものとはなっていない。そのために従来のセンサは、試料の屈折率あるいは物性の微小な変化や、特定物質と固定物質との僅かの結合を検出することが困難となっている。
【００１６】
本発明は上記の事情に鑑みて、試料の僅かな屈折率変化あるいは物性の変化を検出することができる、局在プラズモン共鳴を応用したセンサを提供することを目的とする。
【００１７】
また本発明は、そのようなセンサを実現できる微細構造体、およびその作製方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による微細構造体は、一表面に複数の微細孔が形成された層状の基体と、この基体の微細孔内に充填された金属微粒子と、この金属微粒子と概略その径以下の距離を置いた状態で、前記一表面において前記微細孔の周囲部分に形成された金属薄膜とからなることを特徴とするものである。
【００１９】
上記のように微細孔が形成された基体としては、陽極酸化アルミナを好適に用いることができる。あるいは、そのような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微細孔が形成された基体を用いることもできる。
【００２０】
また本発明の微細構造体においては、前記基体が、照射される光に対して透明であることが望ましい。
【００２１】
また本発明の微細構造体においては、前記基体が互いに間隔を置いた状態に複数に分割され、それらが一体的に保持されていることが望ましい。
【００２２】
一方、本発明による一つの微細構造体の作製方法は、上述したような微細構造体を作製するために、一表面に複数の微細孔が形成された層状の基体に、該一表面側から蒸着処理をすることにより、前記金属微粒子を前記微細孔内に充填させるとともに、該一表面に前記金属薄膜を形成することを特徴するものである。
【００２３】
また、本発明による別の微細構造体の作製方法は、同じく上述したような微細構造体を作製するために、一表面に複数の微細孔が形成された層状の基体にメッキ処理を施すことにより前記金属微粒子を前記微細孔内に充填させ、その後前記基体の一表面に蒸着処理によって前記金属薄膜を形成することを特徴するものである。
【００２４】
また本発明によるセンサは、上述したような本発明による微細構造体をセンサユニットとして用いるものであって、この微細構造体の金属微粒子および金属薄膜の部分に測定光を照射する手段と、この部分を透過、あるいは該部分で反射した測定光の強度を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【００２５】
なお上記の光検出手段としては、微細構造体の金属微粒子および金属薄膜の部分を透過、あるいは該部分で反射した測定光を分光検出するものが好適に用いられる。
【００２６】
【発明の効果】
上述の通り本発明の微細構造体は、一表面に複数の微細孔が形成された層状の基体と、この基体の微細孔内に充填された金属微粒子とを備えているので、前述の局在プラズモン共鳴を応用した従来のセンサと同様に、この微細構造体をセンサユニットとして用いることにより、金属微粒子の周囲に配した試料の屈折率や、それに対応する試料の物性、さらには金属微粒子の周囲に配した媒質と特定物質との結合の有無等を検出することができる。
【００２７】
それに加えて本発明の微細構造体は、金属微粒子と概略その径以下の距離を置いた状態で、基体の一表面において微細孔の周囲部分に形成された金属薄膜を有しているので、金属微粒子に測定光を照射した際に生じる近接場光がこの金属薄膜と相互作用し、測定光において電気多重極子による吸収スペクトルが発生する。
【００２８】
また本発明の微細構造体において、特に基体が、照射される測定光に対して透明である場合は、その中で全反射する光と金属薄膜との相互作用により表面プラズモン共鳴も励起される。
【００２９】
そこで、本発明の微細構造体を局在プラズモン共鳴を応用したセンサに用いた場合は、局在プラズモン共鳴と電気多重極子との相乗効果、あるいはそれらに表面プラズモン共鳴も加えた相乗効果により、測定光の吸収、散乱スペクトル特性が十分鋭敏に変化するようになる。それにより、この微細構造体を用いた上で、その金属微粒子および金属薄膜の部分に測定光を照射する手段と、これら金属微粒子および金属薄膜の部分を透過、あるいはそこで反射した測定光の強度を検出する手段とを設けてなる本発明のセンサによれば、試料の屈折率あるいは物性の微小な変化や、特定物質と媒質との僅かの結合を検出することが可能になる。
【００３０】
本発明の微細構造体は、上述の通り、局在プラズモン共鳴を応用したセンサに好適に用いられ得るものであるが、それに限らず、例えば被変調光を金属微粒子および金属薄膜の部分に入射させ、これらの部分の周囲に配した媒質の屈折率を変化させることにより被変調光を変調させる光変調素子等を構成することも可能である。そのような光変調素子に本発明の微細構造体を適用した場合は、上記媒質の僅かな屈折率変化により、大きな消光比が得られるようになる。
【００３１】
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）。本発明の微細構造体を作製する際には、金属微粒子と金属薄膜とを概略前者の径以下の距離を置いた状態に配置するために、基体の微細孔の深さを正確に制御する必要があるので、上述のような特徴を有する陽極酸化アルミナは、この基体を構成する材料として極めて好適なものとなる。
【００３２】
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。
【００３３】
他方、本発明の微細構造体において、前記基体が互いに間隔を置いた状態に複数に分割され、それらが一体的に保持されている場合は、各基体をそれぞれ例えば試料が満たされているマイクロタイタプレートの各ウェルに浸漬させることにより、各基体に（つまりはそれらに保持されている金属微粒子および金属薄膜に）互いに異なる試料を同時に供給することが可能になる。そうであれば、試料供給作業が能率化され、また測定光を各基体に対して同時照射したり、あるいは短時間間隔で順次照射できることから測定光の検出も能率化されるので、多数の試料の分析、測定を短時間で行えるようになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施の形態による微細構造体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の形態の微細構造体１０は、アルミニウム基板１１の上に形成された層状の基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（図中の上表面）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、陽極酸化アルミナ１２の上記一表面において微細孔１２ａの周囲部分に形成された金の薄膜１４とからなるものである。
【００３６】
この微細構造体１０において、微細孔１２ａの深さは一例として２００ｎｍ以下程度とされ、その底部に充填される金微粒子１３の直径は例えば数ｎｍ〜１００ｎｍ程度とされる。そして金微粒子１３と金薄膜１４との間の距離、つまり前者の上端から後者の下端との間の距離は、金微粒子１３の直径以下とされる。
【００３７】
ここで、上記構成の微細構造体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に対して、微細孔１２ａが形成されている一表面側から金を蒸着する。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内に金微粒子１３が充填されるとともに、陽極酸化アルミナ１２の上記一表面上に金薄膜１４が形成されて、本実施の形態の微細構造体１０が完成する。
【００３８】
また本実施の形態の微細構造体１０は、別の方法によって作製することも可能である。この別の方法を、その工程を概略的に示す図３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。
【００３９】
次に上記陽極酸化アルミナ１２に対して、微細孔１２ａが形成されている一表面側から金を蒸着する。この処理により、同図（３）に示すように陽極酸化アルミナ１２の上記一表面上に金薄膜１４が形成されて、本実施の形態の微細構造体１０が完成する。この場合も蒸着の条件を適切に制御することにより、微細孔１２ａの中には金が蒸着されないようにして、陽極酸化アルミナ１２の表面部分のみに金薄膜１４を形成することができる。
【００４０】
なお、金微粒子１３および金薄膜１４の代わりに、その他の金属、例えば銀等から金属微粒子や金属薄膜を形成するようにしてもよい。しかし金は、本発明の微細構造体を形成する上で、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、微細構造体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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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および金薄膜１４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、微細構造体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。
【００４６】
次に、本発明によるセンサの実施の形態について説明する。図４は、上記微細構造体１０を用いたセンサの一実施の形態を示す側面図である。図示の通りこのセンサは、微細構造体１０を底部に固定して上面には透明窓２２が形成された容器２０と、この容器２０内の微細構造体１０に向けて測定光２３を斜め照射する白色光源２４と、微細構造体１０で反射した測定光２３を分光検出する分光検出器２５とから構成されたものである。
【００４７】
なお容器２０内において微細構造体１０は、金微粒子１３が充填されるとともに金薄膜１４が形成された陽極酸化アルミナ１２の部分が上側を向く状態に配置されている。またこの容器２０内には、上記陽極酸化アルミナ１２に接触するようにして、測定対象の液体試料２１が供給される。
【００４８】
微細構造体１０に対して透明窓２２越しに白色光である測定光２３を照射すると、該測定光２３は金微粒子１３および金薄膜１４（図１参照）において反射し、この反射した測定光２３が、分光検出器２５によって分光検出される。またこの場合、測定光２３は金微粒子１３および金薄膜１４が存在する陽極酸化アルミナ１２の部分を透過し、アルミニウム基板１１において上向きに反射する。ここで反射した測定光２３も、分光検出器２５によって分光検出される。
【００４９】
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５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２３が照射されたとき、ある特定の波長λＬＰの光に関しては局在プラズモン共鳴によって測定光の散乱や吸収が特異的に増大する。そこで、この波長λＬＰの光については、反射光強度が著しく低くなる。
【００５０】
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）λＬＰ、並びに測定光２３の散乱や吸収の程度は、金微粒子１３の周囲に存在する液体試料２１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λＬＰは長波長側にシフトし、また測定光２３の散乱や吸収は増大する。したがって、図４に示すように容器２０内に液体試料２１を貯えた状態で陽極酸化アルミナ１２の部分に測定光２３を照射し、そのときの例えば共鳴ピーク波長λＬＰを検出することにより、液体試料２１の屈折率や、その屈折率に対応する液体試料２１の物性等を測定することができる。
【００５１】
また、このセンサにおいて用いられている微細構造体１０は、金微粒子１３と概略その径以下の距離を置いた状態で金薄膜１４が形成されたものであるので、金微粒子１３に測定光２３を照射した際に生じる近接場光がこの金薄膜１４と相互作用し、測定光２３において電気多重極子による吸収スペクトルが発生する。さらに、透明な陽極酸化アルミナ１２の中で全反射する測定光２３と金薄膜１４との相互作用により、表面プラズモン共鳴も励起される。
【００５２】
そこでこのセンサにおいては、局在プラズモン共鳴と電気多重極子と表面プラズモン共鳴との相乗効果により、測定光２３の吸収、散乱スペクトル特性が鋭敏に変化するようになる。具体的に、図５に示す測定光２３の吸収、散乱スペクトル特性は、金微粒子１３による局在プラズモン共鳴のみを応用した場合は、図中に破線で示すようなものとなるのに対し、本実施の形態においてその特性は実線表示のようなものとなり、僅かの波長変化つまり液体試料２１の屈折率変化に対して、反射光強度が鋭く変化するようになる。それにより、このセンサを用いれば、液体試料２１の屈折率や、その屈折率に対応する液体試料２１の物性等を極めて精度良く測定可能となる。
【００５３】
なお図５に示すような特性は、予め経験あるいは実験に基づいて求めておくことができる。
【００５４】
ここで上記実施の形態では、反射した白色光である測定光２３を分光検出して共鳴ピーク波長λＬＰを検出するようにしているが、測定光として単色光を用い、上記共鳴ピーク波長λＬＰのシフトや、測定光２３の散乱、吸収の変化に伴う光強度の変化を検出しても、液体試料２１の屈折率や物性等を測定可能である。
【００５５】
次に図６を参照して、本発明の別の実施の形態による微細構造体３０について説明する。この微細構造体３０は、図１に示した微細構造体１０と比べると、金微粒子１３および金薄膜１４の上に予め抗体３１が固定されている点が基本的に異なるものである。なおこの図６において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００５６】
この微細構造体３０は、図７に示すバイオセンサを構成するために用いられ得る。このバイオセンサは、図４に示したものと比べると、微細構造体１０に代えて微細構造体３０が用いられている点のみが異なり、その他の構成は基本的に同様である。このバイオセンサにおいて、容器２０内には微細構造体３０の陽極酸化アルミナ１２に接触するようにして、測定対象の検体溶液３２が供給される。このとき検体溶液３２内に、上記抗体３１と特異的に結合する特定の抗原が含まれていると、図８に示すようにその抗原３３が、微細構造体３０の抗体３１と結合する。
【００５７】
こうして抗体３１に抗原３３が結合すると、微細構造体３０の金微粒子１３および金薄膜１４の周囲部分の屈折率が変化するので、分光検出器２５によって検出される測定光２３の吸収、散乱スペクトル特性が変化する。例えばこの変化は、抗体３１と抗原３３との結合前は図９に破線で示すように共鳴ピーク波長がλＬＰ１であったものが、結合後は同図に実線で示す通り共鳴ピーク波長がλＬＰ２に変わるように、共鳴ピーク波長のシフトとして現れる。そこで、分光検出器２５によって共鳴ピーク波長の変化を検出することにより、抗体３１と抗原３３との結合の有無、つまり検体溶液３２の中に抗原３３が存在するか否かを調べることができる。
【００５８】
また本実施の形態においても、金微粒子１３に測定光２３を照射した際に生じる近接場光がこの金薄膜１４と相互作用し、測定光２３において電気多重極子による吸収スペクトルが発生する。さらに、透明な陽極酸化アルミナ１２の中で全反射する測定光２３と金薄膜１４との相互作用により、表面プラズモン共鳴も励起される。それにより、局在プラズモン共鳴と電気多重極子と表面プラズモン共鳴との相乗効果により、測定光２３の吸収、散乱スペクトル特性が十分鋭敏に変化するようになり、抗体３１と抗原３３との微かな結合を精度良く検出可能となる。
【００５９】
なお、より具体的に、上記抗体３１と抗原３３との組合せとしては、例えばビオチンとストレプトアビジンとの組合せ等が挙げられる。その場合、ビオチンの微細構造体３０への固定をより強固にするために、陽極酸化アルミナ１２の表面を、自己組織化単分子膜で修飾することが望ましい。その種の自己組織化単分子膜に関しては、例えば文献  Ｃｏｌｉｎ  Ｄ．Ｂａｉｎ  ａｎｄ  Ｇｅｏｒｇｅ  Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、“Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ”「Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ  Ｃｈｅｍｉｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｎｇｌｉｓｈ」１９８９年、第２８巻、第４号、ｐ．５０６−５１２に詳しい記載がなされている。
【００６０】
次に図１０を参照して、本発明の別の実施の形態による微細構造体およびセンサについて説明する。本実施の形態の微細構造体４０は、図６に示した微細構造体３０のアルミニウム基板１１から、金微粒子１３および金薄膜１４が固定された陽極酸化アルミナ１２の部分のみが分離されてなる形態のものである。なお、このように陽極酸化アルミナ１２の部分単体で微細構造体４０を構成する他、その部分を剛性の高い別の透明部材に固定して微細構造体を構成してもよい。
【００６１】
一方上記微細構造体４０を用いるセンサは、その他に容器２０、白色光源２４および分光検出器２５を設けて構成されている。本実施の形態において容器２０には、相対面する部分にそれぞれ透明窓２２が形成されている。また白色光源２４は、白色光である測定光２３が一方の透明窓２２から容器２０内に進入する向きに配置され、分光検出器２５は容器２０内を通過して他方の透明窓２２から出射した測定光２３を受光する向きに配置されている。また微細構造体４０は、容器２０内の測定光２３の光路に入り込む位置に配されている。
【００６２】
上記のセンサにおいて、容器２０内には測定対象の検体溶液３２が供給される。そして容器２０内を進行する測定光２３は、検体溶液３２に接している微細構造体４０の金微粒子１３および金薄膜１４の部分を透過し、分光検出器２５によって検出される。したがってこのセンサにおいても、図７に示したセンサと同様にして、抗体３１（図中、「Ｙ」印で表示）と抗原３３との結合を精度良く検出可能となる。
【００６３】
次に図１１を参照して、本発明の別の実施の形態による微細構造体およびセンサについて説明する。本実施の形態の微細構造体５０は、図１０に示した微細構造体４０と比べると、陽極酸化アルミナ１２の裏面（図中の右端面）から露出している金微粒子１３にも予め抗体３１が固定されている点が異なり、その他の部分は上記微細構造体４０と基本的に同様に構成されている。
【００６４】
センサも、図１０に示したものと比べると、上記微細構造体５０を用いる点だけが異なり、その他は同様に構成されている。このセンサにおいても、図１０に示したセンサと同様にして、抗体３１と抗原３３との結合を精度良く検出することができる。
【００６５】
次に図１２を参照して、本発明のさらに別の実施の形態による微細構造体について説明する。本実施の形態の微細構造体６０は、例えば図１１に示した微細構造体４０を構成する陽極酸化アルミナ１２が複数、所定間隔を置いて一列に配列した状態で保持部材６１に一体的に保持されてなるものである。なお図示は省略してあるが、陽極酸化アルミナ１２においては、上記微細構造体４０と同様に金微粒子１３および金薄膜１４が形成され、そしてそれらには各々抗体３１が固定されている。
【００６６】
本実施の形態において上記陽極酸化アルミナ１２は、一例として８本が一体的に固定され、それらの配列ピッチは、例えば８×１２＝９６穴のマイクロタイタプレート６２のウェル６３の配列ピッチと同一とされている。したがって、この微細構造体６０の８本の陽極酸化アルミナ１２を、マイクロタイタプレート６２の一方向に８個並んでいるウェル６３にそれぞれ浸漬させて、各ウェル６３に貯えられている相異なる検体溶液３２を同時供給することができる。
【００６７】
このようにして検体溶液３２の供給がなされた微細構造体６０に対しては、例えば図１０、１１に示されるような白色光源２４および分光検出器２５を用いて、抗体３１と抗原３３との結合を検出することができる。なおその場合、検体溶液を貯えるための容器２０は勿論不要となる。
【００６８】
そして、上記白色光源２４および分光検出器２５の組合わせを８組設けておけば、相異なる検体溶液３２が供給された８本の陽極酸化アルミナ１２に対する測定光照射および透過光検出を同時に行うことが可能になる。また、そのような白色光源２４および分光検出器２５の組合わせを１組だけ設けておき、その組に対して微細構造体６０を相対移動させて、８本の陽極酸化アルミナ１２を短時間間隔で順次送り込むようにしても、測定光照射および透過光検出を能率良く行うことができる。
【００６９】
以上の通り、本実施の形態の微細構造体６０を用いれば、試料の供給作業、並びに測定光照射および透過光検出を能率良く行うことができるので、多数の試料の分析、測定を短時間で行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による微細構造体を示す概略側面図
【図２】図１に示した微細構造体を作製する方法を説明する概略図
【図３】図１に示した微細構造体を作製する別の方法を説明する概略図
【図４】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５】図４のセンサにおいて検出される測定光の分光強度特性を示すグラフ
【図６】本発明の別の実施の形態による微細構造体を示す概略側面図
【図７】本発明の別の実施の形態によるセンサを示す概略側面図
【図８】図６の微細構造体の試料分析時の状態を示す概略側面図
【図９】図７のセンサにおいて検出される測定光の分光強度特性の変化を説明するグラフ
【図１０】本発明のさらに別の実施の形態による微細構造体およびセンサを示す概略側面図
【図１１】本発明のさらに別の実施の形態による微細構造体およびセンサを示す概略側面図
【図１２】本発明のさらに別の実施の形態による微細構造体を示す概略側面図
【符号の説明】
１０、３０、４０、５０、６０    微細構造体
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
１３    金微粒子
１４    金薄膜
２０    容器
２１    液体試料
２２    透明窓
２３    測定光
２４    白色光源
２５    分光検出器
３１    抗体
３２    検体溶液
３３    抗原
６１    保持部材
６２    マイクロタイタプレート
６３    マイクロタイタプレートのウェル
【図１】
2004232027.tif 000003
【図２】
2004232027.tif 000004
【図３】
2004232027.tif 000005
【図４】
2004232027.tif 000006
【図５】
2004232027.tif 000007
【図６】
2004232027.tif 000008
【図７】
2004232027.tif 000009
【図８】
2004232027.tif 000010
【図９】
2004232027.tif 000011
【図１０】
2004232027.tif 000012
【図１１】
2004232027.tif 000013
【図１２】
2004232027.tif 000014