(57)【要約】【課題】  金属粒子の大きさと金属粒子間の間隙との関係からホットサイトの密度を高く確保しながら、金属粒子間の間隙にてラマン散乱光を増強して、検出能力を向上した光デバイス及び検出装置を提供すること。【解決手段】  光学デバイス１００は、基板１１０と、基板１１０の表面に形成される大きさ１〜５００ｎｍ、間隔０．１〜２０ｎｍの複数の金属粒子１２０Ａから成る金属微細構造１２０と、金属微細構造１２０上の有機分子膜１３０とを備える。有機分子膜１３０は分子を捕捉する吸着膜であり、複数の金属粒子１２０Ａが互いに形成する基板１００の表面上の微小間隙１２１を覆うように配置されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に形成される複数の金属粒子から成る金属微細構造と、
前記金属微細構造上に形成される有機分子膜と、を備え、
前記複数の金属粒子は、平面視での粒子径が１〜５００ｎｍであり、隣り合う金属粒子の間隔が０．１〜２０ｎｍであり、
前記有機分子膜は分子を捕捉する吸着膜であり、
前記有機分子膜は、隣り合う金属粒子の間隙を覆うように配置されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光学デバイスにおいて、
前記有機分子膜の膜厚が０．１〜１ｎｍであることを特徴とする光学デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の光学デバイスにおいて、
前記有機分子膜の膜厚が０．１〜０．４ｎｍであることを特徴とする光学デバイス。
【請求項４】
請求項２に記載の光学デバイスにおいて、
前記有機分子膜がアルカンチオール膜であり、
前記アルカンは主鎖に１原子以上９原子以下の炭素を備えることを特徴とする光学デバイス。
【請求項５】
請求項３に記載の光学デバイスにおいて、
前記有機分子膜がアルカンチオール膜であり、
前記アルカンは主鎖に１原子以上３原子以下の炭素を備えることを特徴とする光学デバイス。
【請求項６】
請求項４または５に記載の光学デバイスにおいて、
前記炭素の原子数が２以上であり、２以上の炭素原子が直鎖状の配列を有することを特徴とする光学デバイス。
【請求項７】
光源と、
前記光源の光が入射される請求項１乃至６のいずれかに記載の光学デバイスと、
前記光学デバイスから発せられる流体試料中の標的物資を反映した光を検出する光検出部と、
を有することを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイス及び検出装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療診断や飲食物の検査等に用いられるセンサーチップの需要が増大しており、高感度かつ小型のセンサーチッブの開発が求められている。このような要求に応えるために、電気化学的な手法をはじめ様々なタイプのセンサーチップが検討されている。これらの中で、集積化が可能であること、低コスト、測定環境を選ばないこと等の理由から、表面プラズモン共鳴(SPR: Surface Plasmon Resonance）を利用した分光分析、特に表面増強ラマン散乱分光（SERS: Surface Enhanced Raman Scattering）用いたセンサーチップに対する関心が高まっている。
【０００３】
ここで、表面プラズモンとは、表面固有の境界条件により光とカップリングを起こす電子波の振動モードである。表面プラズモンを励起する方法としては、金属表面に回折格子を刻み、光とプラズモンを結合させる方法やエバネッセント波を利用する方法がある。例えば、ＳＰＲを利用したセンサーとしては、全反射型プリズムと、当該プリズムの表面に形成された標的物質に接触する金属膜と、を具備して構成されるものがある。このような構成により、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無など、標的物質の吸着の有無を検出している。
【０００４】
ところで、金属表面に伝搬型の表面プラズモンが存在する一方、金属微粒子には局在型の表面プラズモンが存在する。局在型の表面プラズモン、つまり、表面の金属微細構造上に局在する表面プラズモンが励起された際には、著しく増強された電場が誘起されることが知られている。
【０００５】
更に、金属ナノ粒子を用いた局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Localized Surface Plasmon Resonance）によって形成される増強電場にラマン散乱光が照射されると表面増強ラマン散乱現象によってラマン散乱光が増強されることが知られており、高感度のセンサー（検出装置）が提案されている。この原理を用いることで、各種の微量な物質を検出することが可能になる。
【０００６】
増強電場は、金属粒子の周囲、特に隣り合う金属粒子間の間隙で大きく、流体試料中の標的分子を金属粒子間の間隙に止まらせる必要がある。例えば、特許文献１や非特許文献１には、センサーチップの金属表面上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ:Self-Assembled Monolayer)）を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２２２４０１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】P.Freunscht et al., “Surface-enhanced Raman spectroscopy of trans-stilbene adsorbed on platinum or self-assembled monolayer-modified silver film over nanosphere surfaces”, Chemical Physics Letters, 281(1997), 372-378
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の図１０及び図１２では、金属パターンの大きさは直径が８００ｎｍである。非特許文献１では、銀フィルムが直径５４２ｎｍのポリスチレンの球形凸部上に形成されている。そして、特許文献１及び非特許文献１では、金属パターン上に自己組織化単分子膜を形成することが開示されている。
【００１０】
このような構造によれば、増強電場が形成されるホットサイトとなる金属粒子の密度が小さいため、センサーチップの検出能力の向上に限界があった。
【００１１】
本発明の幾つかの態様によれば、金属粒子の大きさと金属粒子間の間隙との関係からホットサイトの密度を確保しながら、金属粒子間の間隙でもラマン散乱光を増強して、検出能力を向上した光デバイス及び検出装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明の一態様は、
基板と、
前記基板の表面に形成される複数の金属粒子から成る金属微細構造と、
前記金属微細構造上に形成される有機分子膜と、を備え、
前記複数の金属ナノ粒子は、平面視での粒子径が１〜５００ｎｍであり、隣り合う金属粒子の間隔が０．１〜２０ｎｍであり、
前記有機分子膜は分子を捕捉する吸着膜であり、
前記有機分子膜は、隣り合う金属粒子間の間隙を覆うように配置されている光学デバイスに関係する。
【００１３】
本発明の一態様によれば、光学デバイスでの信号検出強度は、ホットサイト（電場増強の場）となる金属粒子の密度と、金属粒子の周囲に形成される増強電場にて捕捉される標的分子の数とに比例し、金属粒子間の間隙の大きさに反比例する。金属粒子の密度は、金属ナノ粒子の大きさと間隔（微小間隙）で定まる。ここで、金属粒子を小さくするとホットサイトの数は増える。ただし、加工精度が十分に確保できず、光学デバイス毎の測定感度のばらつきが大きくなる場合には、金属粒子を大きくする。ただし、金属粒子の径を大きくすると、ホットサイトの数が少なくなる。よって、この感度低下に対して、微小間隙を小さくして感度を向上させることがおこなわれる。
【００１４】
さらに、金属微細構造の微小間隙を覆う有機分子膜が、金属表面そのままでは吸着しない分子を吸着する吸着膜として機能すると共に、増強電場の強度が大きい金属微細構造の微小間隙をも覆う。このことから、光学デバイスでの信号検出強度を大きくすることができる。
【００１５】
（２）本発明の一態様では、前記有機分子膜の膜厚を０．１〜１ｎｍとすることができる。有機分子膜の膜厚が小さい方が、金属ナノ粒子の表面からの距離による増強電場の減衰の影響を受けにくく、信号を高感度に検出できる。
【００１６】
（３）本発明の一態様では、前記有機分子膜の膜厚を０．１〜０．４ｎｍとすることができる。特に、金属粒子の径が大きい金属微細構造では、金属粒子間の微小間隙を小さくしてく、金属ナノ粒子の密度とホットサイト数（増強電場数）を確保して、感度を向上させる必要がある。この場合、有機分子膜の厚みが薄いほど金属粒子間の間隙の全体を覆い易くなる。
【００１７】
（４）本発明の一態様では、前記有機分子膜がアルカンチオール膜であり、前記アルカンは主鎖に１原子以上９原子以下の炭素を備えることができる。アルカンチオール膜の膜厚は主鎖炭素原子数と相関があり、９原子以下の炭素を備えることで有機分子膜の膜厚を０．１〜１ｎｍの範囲で安定して形成できる。
【００１８】
（５）本発明の一態様では、前記有機分子膜がアルカンチオール膜であり、前記アルカンは主鎖に１原子以上３原子以下の炭素を備えることができる。アルカンチオール膜の膜厚は主鎖炭素原子数と相関があり、３原子以下の炭素を備えることで有機分子膜の膜厚を０．１〜０．４ｎｍの範囲で安定して形成できる。
【００１９】
（６）本発明の一態様では、前記アルカンチオール膜の炭素の原子数が２以上であり、２以上の炭素原子が直鎖状の配列を有することができる。有機分子膜の分子鎖が基板の表面に対して６０°以下で傾斜して直鎖状で配列される場合に、炭素数が２〜９であれば有機分子膜１３０の膜厚を０．１〜１ｎｍの範囲で安定して形成でき、炭素数が２〜３であれば有機分子膜１３０の膜厚を０．１〜０．４ｎｍの範囲で安定して形成できる。
【００２０】
（７）本発明の他の態様は、光源と、前記光源の光が入射される上述した光学デバイスと、前記光学デバイスから発せられる流体試料中の標的物資を反映した光を検出する光検出部と、を有する検出装置に関する。この検出装置は、表面増強ラマン散乱を適用して高感度な検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（Ａ）は、ラマン散乱分光法の原理的な説明図であり、図１（Ｂ）は、ラマン散乱分光により取得されるラマンスペクトルの例である。
【図２】図２（Ａ）は光デバイスの部分断面図であり、図２（Ｂ）は光デバイスの部分平面図である。
【図３】膜厚（炭素数）の異なる有機分子膜とラマンスペクトルピーク強度との関係を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は有機分子膜の膜厚（炭素数）とＳＥＲＳスペクトル強度との関係を示し、図４（Ｂ）（Ｃ）は有機分子膜の炭素数と膜厚との関係を示す図である。
【図５】金属ナノ粒子の径が大きい金属微細構造の平面図である。
【図６】図６（Ａ）（Ｂ）は金属ナノ粒子の径とホットサイトの数との関係を示す図である。
【図７】検出装置の概略図である。
【図８】金属表面上の有機分子膜を例示した図である。
【図９】有機分子膜の分子長を例示した図である。
【図１０】有機分子膜の分子長と膜厚との関係を例示した図である。
【図１１】Ｃ−Ｃ結合距離と分子長との関係を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。また、各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
【００２３】
１．検出原理
図１（Ａ）に、ラマン散乱分光法の原理的な説明図を示す。図１（Ａ）に示すように、単一波長の光Ｌｉｎを標的分子Ｘ（標的物）に照射すると、散乱光の中には、入射光Ｌｉｎの波長λｉｎと異なる波長λ２のラマン散乱光Ｒａｍが発生する。このラマン散乱光Ｒａｍと入射光Ｌｉｎとのエネルギー差は、標的分子Ｘの振動準位や回転準位や電子準位のエネルギーに対応している。標的分子Ｘは、その構造に応じた特有の振動エネルギーをもつため、単一波長の光Ｌｉｎを用いることで、標的分子Ｘを特定できる。
【００２４】
例えば、入射光Ｌｉｎの振動エネルギーをＶ１とし、標的分子Ｘの振動エネルギーをＶ２とし、ラマン散乱光Ｒａｍの振動エネルギーをＶ３とすると、Ｖ３＝Ｖ１−Ｖ２となる。すなわち、Ｖ３がＶ２に応じた振動エネルギーとなるため、ラマン散乱光Ｒａｍの波長λ２を測定することで、標的分子Ｘを特定できる。
【００２５】
なお、入射光Ｌｉｎの大部分は、標的分子Ｘに衝突した後においても衝突前と同じ大きさのエネルギーを有している。この弾性的な散乱光をレイリー散乱光Ｒａｙという。例えば、レイリー散乱光Ｒａｙの振動エネルギーをＶ４とすると、Ｖ４＝Ｖ１である。すなわち、レイリー散乱光Ｒａｙの波長λ１は、λ１＝λｉｎである。
【００２６】
図１（Ｂ）に、ラマン散乱分光により取得されるラマンスペクトル（ラマンシフトとラマン散乱強度との関係）の例を示す。図１（Ｂ）に示すグラフの横軸は、ラマンシフトを示す。ラマンシフトとは、ラマン散乱光Ｒａｍの波数（振動数）と入射光Ｌｉｎの波数との差であり、標的分子Ｘの分子結合状態に特有の値をとる。
【００２７】
図１（Ｂ）に示すように、Ｂ１に示すラマン散乱光Ｒａｍの散乱強度（スペクトルピーク）と、Ｂ２に示すレイリー散乱光Ｒａｙの散乱強度を比較すると、ラマン散乱光Ｒａｍの方が微弱であることがわかる。このように、ラマン散乱分光法は、標的分子Ｘの識別能力には優れている一方、標的分子Ｘをセンシングする感度自体は低い測定手法である。そのため、本実施形態では、表面増強ラマン散乱による分光法を用いて、センサーの高感度化を図っている。
【００２８】
２．光デバイス
図２（Ａ）（Ｂ）に、本発明の一実施形態に係る表面プラズモン共鳴センサーチップ（光デバイス）１００の構造を模式的に示した。図２（Ａ）はセンサーチップ１００の断面図であり、図２（Ｂ）は金属微細構造の平面図であり、いずれもセンサーチップ１００の一部を示している。
【００２９】
図２（Ａ）に示すセンサーチップ１００は、金属微細構造１２０を形成する複数の金属粒子１２０Ａが、図２（Ｂ）に示すように例えば縦横に周期配列されて、基板例えばガラス基板１１０上に形成されている。複数の金属粒子１２０Ａは、Ａｇ（銀）やＡｕ（金）等の金属にて形成される。なお、金属微細構造１２０は、基板１１０上に凹凸パターンを形成し、その凹凸パターン上に金属膜を形成することで製造されても良い。金属粒子１２０Ａの平面視での大きさ（外径）は１〜５００ｎｍ、隣り合う２つの金属粒子１２０Ａ間の間隔（微小間隙１２１の大きさ）は０．１〜２０ｎｍとすることができる。さらに好ましくは、金属粒子１２０Ａの平面視での大きさ（外径）は１０〜３００ｎｍとすることができ、金属粒子間の間隙１２１の大きさは０．１〜１０ｎｍとすることができる。
【００３０】
図２（Ｂ）の顕微鏡写真で示す金属粒子１２０Ａは銀（Ａｇ）にて形成され、金属粒子１２０Ａの直径は１４０ｎｍであり、隣り合う２つの金属粒子１２０Ａ間の最小間隔は１０ｎｍである。
【００３１】
本実施形態では、金属微細構造１２０上に有機分子膜１３０を有する。有機分子膜１３０は分子を捕捉する吸着膜であり、金属微細構造１２０上にて自己組織化単分子膜ＳＡＭを形成する。有機分子膜１３０は、複数の金属粒子１２０Ａが互いに形成する基板１１０の表面上の微小間隙１２１を覆うように配置され、複数の金属ナノ粒子１２０Ａの外表面も覆っている。
【００３２】
２．１．実施例１
本実施例１は、図３にてＣ１，Ｃ３，Ｃ１６と表記される３種類のアルカンチオール（メタンチオールＣＨ３ＳＨ：Ｃ１と表記、プロパンチオールＣ３Ｈ７ＳＨ：Ｃ３と表記、ヘキサデカンチオールＣ１６Ｈ３３ＳＨ：Ｃ１６と表記）の１ｍＭエタノール溶液をそれぞれ調製し、図２（Ｂ）に示す銀ＳＥＲＳチップ１００を一晩浸して、図２（Ａ）に示すようにアルカンチオール膜から成る有機分子膜１３０を形成した。
【００３３】
この銀ＳＥＲＳチップ１００の表面に、標的物質であるトルエンの気体を曝露させて、銀ＳＥＲＳチップ１００を用いて検出されるＳＥＲＳスペクトルを図３に示す。図３は、２ｍＷレーザー光源からの波長６３２．８ｎｍの光を、６０秒間露光させることで得られるＳＥＲＳスペクトルである。
【００３４】
図３中のＣ１とＣ３のアルカンチオール膜１３０を形成した銀ＳＥＲＳチップ１００では、トルエンに特徴的な７８５ｃｍ−１、１０００ｃｍ−１、１０３０ｃｍ−１のピークが高感度に検出できており、銀表面だけでは検出できなかった分子の検出が可能となった。
【００３５】
上記の結果をアルカンチオールの炭素数を横軸、トルエンの１０００ｃｍ−１のピークを縦軸にとりプロットすると、図４（Ａ）ようになる。図４（Ａ）に示すように、トルエンの１０００ｃｍ−１のピークは、Ｃ１と表記される炭素数１のメタンチオールＣＨ３ＳＨ、Ｃ３と表記される炭素数３のプロパンチオールＣ３Ｈ７ＳＨ、Ｃ１６と表記される炭素数１６のヘキサデカンチオールＣ１６Ｈ３３ＳＨの順で低くなる。有機分子膜１３０を形成する材料の炭素数は、図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、有機分子膜１３０の膜厚に反映する。Ｃ１と表記される炭素数１のメタンチオールＣＨ３ＳＨによる有機分子膜１３０の膜厚は０．１３ｎｍであるのに対して、Ｃ１６と表記される炭素数１６のヘキサデカンチオールＣ１６Ｈ３３ＳＨによる有機分子膜１３０の膜厚は１．７６ｎｍである。膜厚の計算例については後述する。
【００３６】
図４から、有機分子膜１３０の膜厚が薄い方が、金属表面からの距離による増強電場の減衰の影響を受けずに高感度に検出できる。膜厚１ｎｍを超えると（炭素数１０以上）では感度が低く、トルエン検出能力が低いことが分かる。これは局在型表面プラズモン共鳴（LSPR）による電場増強度Ｅの範囲が金属ナノ粒子１２０Ａの表面から近いほど大きく、離れるにしたがって著しく減衰するためである（SERS強度∝Ｅ４）。このことから、有機分子膜１３０の膜厚は好ましくは０．１〜１ｎｍであり、さらに好ましくは０．１〜０．４ｎｍである。
【００３７】
有機分子膜１３０がアルカンチオール膜である場合には、アルカンは主鎖に１原子以上９原子以下の炭素を備えると、図４（Ａ）に示すように有機分子膜１３０の膜厚を０．１〜１ｎｍとすることができる。また、有機分子膜１３０がアルカンチオール膜である場合には、アルカンは主鎖に１原子以上３原子以下の炭素を備えると、図４（Ａ）に示すように有機分子膜１３０の膜厚を０．１〜０．４ｎｍとすることができる。特に、金属ナノ粒子１２０Ａの粒径が大きくホットサイト数が少ない構造では、金属ナノ粒子１２０Ａ間の微小間隙１２１の長さを小さくして感度を向上させる必要があり、このとき有機分子膜１３０の厚みが制限される。微小間隙１２１の長さが小さい場合に、有機分子膜１３０の厚みが厚いと、微小間隙１２１の全体を有機分子１３０にて覆うことが困難となるからである。
【００３８】
なお、炭素の原子数が２〜９である場合には、２以上の炭素原子が直鎖状の配列を有することが好ましい。有機分子膜１３０の分子鎖が基板１１０の表面に対して６０°以下で傾斜して直鎖状で配列される場合に、炭素数が２〜９であれば有機分子膜１３０の膜厚を０．１〜１ｎｍの範囲で安定して形成でき、炭素数が２〜３であれば有機分子膜１３０の膜厚を０．１〜０．４ｎｍの範囲で安定して形成できる。
【００３９】
ここで、有機分子膜（アルカンチオール膜）の分子構造と膜厚の関係について説明する。図８に示すように、この膜厚Ｔの定義はアルカンチオールが金属（例えばＡｇ）表面から例えば６０°傾いた際の金属側の末端Ｓ原子中心から反対側の末端Ｃ原子中心までの距離とした。
【００４０】
膜厚Ｔの計算方法は、まずアルカンチオールの分子長（末端Ｓ原子から末端Ｃ原子の距離）を図９及び図１１に示すように求め、次に６０°傾いた際の膜厚を図１０のようにして求めた。なお、膜厚Ｔの計算には、化学便覧（基礎編II  改訂２版、日本化学会編、丸善）に記載された結合距離として、Ｃ‐Ｃ結合距離＝１．５４Å、Ｓ‐Ｃ結合距離＝１．８２Å及びＣ‐Ｈ結合距離＝１．１０Åを用い、結合角を全て１０９．５°とした。
【００４１】
メタンチオール（Ｃ１）
分子長＝{C-C結合距離×（炭素数-1）＋S-C結合距離×1}×{sin（109.5°÷2）}
＝（１．５４×０＋１．８２×１）×０．８１６６
＝１．４９  Å
膜厚＝分子長×ｓｉｎ６０°
＝１．４９×√３／２
＝１．２９  Å
＝０．１３  ｎｍ
ヘキサデカンチオール（Ｃ１６）
分子長＝{C-C結合距離×（炭素数-1）＋S-C結合距離×1}×{sin（109.5°÷2）}
＝（１．５４×１５＋１．８２×１）×０．８１６６
＝２０．３５  Å
膜厚＝分子長×ｓｉｎ６０°
＝２０．３５×√３／２
＝１７．６２  Å
＝１．７６  ｎｍ
２．２．実施例２
図５は、図２（Ｂ）に示す金属微細構造に代えて、金属粒子１２０Ａの粒径を上限の５００ｎｍとした例を示している。金属粒子１２０Ａの粒径が大きくなると、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、それに伴って局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）のホットサイトＨＳの数は減少する。図６（Ａ）（Ｂ）はレーザービーム径Ｄに対して異なる粒子径の金属ナノ粒子１２０Ａを示しており、粒子径が大きい図６（Ａ）では粒子径の小さい図６（Ｂ）よりもホットサイトＨＳの数は少なくなっている。
【００４２】
ここで、ＳＥＲＳ強度は、ホットサイト数をＮとし、微小間隙１２１の大きさをＧとすると、ＳＥＲＳ強度∝Ｎ／Ｇとなる。
【００４３】
このように、金属粒子１２０Ａの粒径が大きな構造ではホットサイト数Ｎが小さいため、金属粒子間の間隙１２１の大きさＧを小さくして感度を向上させる必要がある。上述の通り、金属粒子間の間隙１２１の大きさＧが小さくなると分子長の大きな分子は構造間に入り込めなくなるため、金属粒子間の間隙１２１の大きさＧの大きさによって有機分子膜１３０の膜厚は限定される。そのため、実施例２のように比較的大きな粒径の金属粒子１２０Ａを用いる場合には、有機分子膜１３０の膜厚を０．１〜０．４ｎｍとするのが適している。
【００４４】
３．検出装置
図７は、上述したセンサーチップ（光デバイス）１００（図７では符号２６０）を備えた検出装置２００の一例を示す模式図である。標的物質（図示せず）のＡ方向から検出装置２００に搬入されてＢ方向に搬出される。励起光源２１０から出射されたレーザーはコリメータレンズで平行光にされ、偏光制御素子２３０を通過し、ダイクロイックミラー２４０によってセンサーチップ２６０の方向に導かれる。レーザーは対物レンズ２５０で集光され、センサーチップ２６０に入射する。このとき、センサーチップ２６０の表面（例えば、金属微細構造１２０が形成された面）には標的物質（図示せず）が配置されている。なお、ファン（図示せず）の駆動を制御することにより、標的物質は搬入口から搬送部内部に導入され、排出口から搬送部外部に排出されるようになっている。
【００４５】
センサーチップ２６０表面へレーザー光が入射すると、金属微細構造１２０の近傍には表面プラズモン共鳴ＳＰＲを介して極めて強い増強電場が生じる。増強電場に１〜数個の標的物質が浸入し、有機分子膜１３０にて吸着されると、そこからラマン散乱光が発生する。ラマン散乱光は、対物レンズ２５０を通過し、ダイクロイックミラー２４０によって光検出器２８０の方向に導かれ、集光レンズ２７０で集光され、光検出器（例えば、回折格子型分光器）２８０に入射する。そして、光検出器２８０によりスペクトル分解され、図４（Ｂ）に示されたようなスペクトル情報が得られる。この構成によれば、上述したセンサーチップ１００を備えているため、センサー感度が向上され、ラマン散乱スペクトルから標的物質を特定することが可能となる。
【００４６】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００４７】
例えば、有機分子膜１３０を形成させる試薬としては、金属微細構造１２０上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を形成する試薬を用いることができ、この試薬としてチオール基、ジスルフィド基、カルボニル基などを含むものを用いることができる。なお、従来はＳＡＭ形成試薬としては、鎖長が長いもの（膜厚が厚い）の方が、分子間の分子間相互作用が強固なので安定性が高く規則的に配列しやすいため、鎖長が長いもの（膜厚が厚い）よく用いられてきた。しかし、ＳＥＲＳに利用する場合はＬＰＳＲの電場増強の及ぶ範囲を効率よく利用するためには、鎖長の短いものの方が有利であることは上述の通り実験により明らかになった。なお、有機分子膜１３０の形成は液相に限らず気相であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１００，２６０  光デバイス、１１０  基板、１２０  金属微細構造、
１２０Ａ  金属粒子、１２１  金属粒子間の間隙、１３０  有機分子膜、
２００  検出装置、２１０  光源、２８０  光検出器
【図１】
2013096939.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図５】
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