(57)【要約】【課題】被測定分子が金属に吸着せず、表面増強ラマン散乱の化学的増強効果を活用出来ない。あるいは、金属微細構造に用いている金属に吸着する特定の分子しか判別することが出来ない。【解決手段】基材１０に配置された金属微細構造２１の一部に、金属微細構造２１の材質と異なる金属で金属被覆２２を形成し、分子の同定を表面増強ラマン散乱の化学的増強効果を利用して行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面増強ラマン散乱測定の試料分析基板であって、
基材と、
前記基材に配置された複数の金属微細構造と、
前記金属微細構造の表面に形成された金属被覆と、を備え、
前記金属被覆の組成と、前記金属微細構造の組成と、は互いに異なることを特徴とする試料分析基板。
【請求項２】
請求項１に記載の試料分析基板において、
前記金属微細構造の組成が、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌからなる第１群より選択される１種類の金属であって、
前記金属被覆の組成が、前記金属微細構造の組成として選択される金属とは異なり、且つＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｒｕからなる第２群の中より選択される、少なくとも１種類の金属であることを特徴とする試料分析基板。
【請求項３】
請求項２に記載の試料分析基板において、
前記金属被覆が、１層以上５層以下の積層構造であることを特徴とする試料分析基板。
【請求項４】
請求項２または３に記載の試料分析基板において、
前記金属微細構造の大きさが、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることを特徴とする試料分析基板。
【請求項５】
請求項２または３に記載の試料分析基板において、
前記金属被覆の膜厚が、０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする試料分析基板。
【請求項６】
請求項４または５に記載の試料分析基板において、
前記金属微細構造は、真空蒸着法、電子ビーム露光法、収束イオンビーム法、干渉露光法、陽極酸化法、ナノインプリント法、電子ビーム融解法のいずれかにより形成されたことを特徴とする試料分析基板。
【請求項７】
請求項６に記載の試料分析基板において、
前記金属被覆は、斜方蒸着法、電子ビーム露光法、収束イオンビーム法、干渉露光法、陽極酸化法、ナノインプリント法、電子ビーム融解法のいずれかにより形成されたことを特徴とする試料分析基板。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の試料分析基板と、
金属構造と金属被膜に向けて光を放出する光源と、
前記光の照射に応じて前記金属構造と前記金属被膜から放射される光を検出する光検出器と、を備え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、試料分析基板、特に表面増強ラマン散乱（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ、以下ＳＥＲＳと称す）を利用した分光分析装置に用いる試料分析基板および、試料分析基板を用いた検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の波長を持つ光を被測定物質に照射すると、被測定物質から入射光と同じ波長を持つレイリー散乱光、及び入射光と異なる波長を持つラマン散乱光が散乱されるラマン効果という現象が知られている。ＳＥＲＳとは、このラマン効果において、入射光の波長よりも小さい寸法の金属微細構造近傍に被測定物が存在すると、ラマン散乱光が増強される現象のことである。
【０００３】
このラマン散乱光は、分子の振動に起因する固有のエネルギーを持っており、ラマン散乱光を分光測定して得られたスペクトルを分子の指紋スペクトルとして分析することで、被測定物質を同定することが可能となる。
【０００４】
ＳＥＲＳ効果は、電気的増強効果と化学的増強効果の相乗効果として現れる。このうち電気的増強効果は局在表面プラズモン共鳴（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｕｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、以下ＬＳＰＲと称す）による効果である。ＬＳＰＲとは、光の波長以下の金属微細構造に光を入射させると、金属内に存在する自由電子が光の電場成分により集団的に振動し、外部に局在電場を誘起する現象である。この誘起された局在電場により、ラマン散乱光が増強されることが一般に知られている。
一方、化学的増強効果は、分子が金属に化学吸着する際に形成される混成軌道準位がエネルギー的な幅を持つことで、励起状態に遷移する確率が上がるために起きる。金属の種類が異なれば混成軌道の準位も変化するため、励起状態から基底状態に遷移する際に放出されるラマン散乱光の波長も変化する。よって被測定分子が同じであっても、金属の種類が異なればラマン散乱光のピークは異なる波数位置に現れる。
【０００５】
金属の種類は局在電場の強度にも影響し、複素誘電率の虚数成分が０に近い金属ほど強い局在電場を誘起することが出来る。また、局在電場の強度は、金属微細構造に近いほど高く、１ｎｍ以内で特に高くなる。このため、強いラマン増強効果を得るためには、被測定分子を金属微細構造近傍に留める必要がある。
【０００６】
例えば、特許文献１に記載されているように、金属膜で被覆したナノ粒子上に分子認識素子として抗体を形成し、被測定分子を捕捉して、ＳＥＲＳ信号を測定する局在プラズモン共鳴用測定チップが知られている。また、特許文献２に記載されているように、複素誘電率の虚数成分が０に近い金（Ａｕ）の微粒子を基板上に形成し、ＬＳＰＲを発現する局在プラズモン共鳴センサーが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５０６６８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５６５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の局在プラズモン共鳴用測定チップでは、被測定分子が金属に吸着しておらず、ＳＥＲＳの化学的増強効果を活用出来ない。また、特許文献２に記載の局在プラズモン共鳴センサーでは、金属微細構造に用いている金に吸着する特定の分子しか判別することが出来ない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］本適用例に係る試料分析基板は、表面増強ラマン散乱測定の試料分析基板であって、基材と、前記基材に配置された複数の金属微細構造と、前記金属微細構造の表面に形成された金属被覆と、を備え、前記金属被覆の組成と、前記金属微細構造の組成と、は互いに異なることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、金属微細構造及び金属被覆に試料分子が吸着することでＳＥＲＳの化学的増強効果が発現し、ラマンピークの波数シフトが起きるため、１回の測定で複数のラマンピークを取得できるようになる。
【００１２】
［適用例２］上記適用例に係る試料分析基板において、前記金属微細構造の組成が、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌからなる第１群より選択される１種類の金属であって、前記金属被覆の組成が、前記金属微細構造の組成として選択される金属とは異なり、且つＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｒｕからなる第２群の中より選択される、少なくとも１種類の金属であることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、金属微細構造を形成する組成として局在電場を誘起しやすい金属に、金属被覆を形成する組成として被測定分子を吸着しやすい金属に、それぞれ選択する。このことで、被測定分子を局在電場中に留めて増強ラマン散乱光を継続的に発生させることが可能となり、被測定分子のラマンピーク強度を増大させることが出来る。
【００１４】
［適用例３］上記適用例に係る試料分析基板において、前記金属被覆が、１層以上５層以下の積層構造であることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、積層断面に複数の金属が露出することになるため、被測定分子のラマンピークシフトが金属の数だけ起こり、これにより１回の測定で複数のラマンピークが取得できるようになる。
【００１６】
［適用例４］上記適用例に係る試料分析基板において、前記金属微細構造の大きさが、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、金属微細構造の大きさが、ＬＳＰＲ発現に適した大きさとなるため、局在電場が誘起されることによって、ラマン散乱光を増強する効果が得られる。
【００１８】
［適用例５］上記適用例に係る試料分析基板において、前記金属被覆の膜厚が、０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、局在電場が特に強くなる金属微細構造近傍に被測定分子が存在できるようになるため、増強ラマン散乱光の強度が高くなり、被測定分子の同定能力を高くすることが出来る。
【００２０】
［適用例６］上記適用例に係る試料分析基板において、前記金属微細構造は、真空蒸着法、電子ビーム露光法、収束イオンビーム法、干渉露光法、陽極酸化法、ナノインプリント法、電子ビーム融解法のいずれかにより形成されたことが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、ナノメートルオーダーの金属微細構造を作製することができる。
【００２２】
［適用例７］上記適用例に係る試料分析基板において、前記金属被覆は、斜方蒸着法、電子ビーム露光法、収束イオンビーム法、干渉露光法、陽極酸化法、ナノインプリント法、電子ビーム融解法のいずれかにより形成されたことが好ましい。
【００２３】
本適用例によれば、金属微細構造上に金属被覆を形成することが出来る。
【００２４】
［適用例８］本適用例に係る検出装置は、上記適用例に係る試料分析基板と、金属構造と金属被膜に向けて光を放出する光源と、前記光の照射に応じて前記金属構造と前記金属被膜から放射される光を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、試料分析基板を用いて光検出器を構成でき、測定精度の優れた光検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態１の試料分析基板の構成を示す模式図。
【図２】蒸着角度７５度の場合の試料分析基板の電子顕微鏡画像。
【図３】蒸着角度８８度の場合の試料分析基板の電子顕微鏡画像。
【図４】蒸着角度７５度、８８度の場合のアデニンのラマンスペクトル。
【図５】実施形態２の試料分析基板の構成を示す模式図。
【図６】金属被覆が積層構造となるように形成する工程図。
【図７】ナノ多孔質膜をマスクとして金属を積層した構造の断面模式図。
【図８】図７におけるナノ多孔質膜を溶解した試料分析基板の模式図。
【図９】標的分子検出装置の構成を概略的に示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２８】
（実施形態１）
図１は、実施形態１の試料分析基板の構成を示す模式図である。
試料分析基板１は、基材１０、金属微細構造２１、金属被覆２２を有している。
【００２９】
基材１０は、例えば誘電体から形成される。誘電体には例えば酸化珪素（ＳｉＯ2）やガラスを使用することができる。
【００３０】
金属微細構造２１は、基材１０の表面に複数の金属の微細構造体を配置して形成され、材質として例えばＡｇを使用することが出来る。金属微細構造２１の作製には、例えば真空蒸着法を使用することが出来る。
金属微細構造２１の大きさは、入射光の波長以下であればＬＳＰＲを発現可能だが、大きさが５０ｎｍ以下では入射光の電場に追随する自由電子の数が少なくなり、誘起される局所電場の強度が下がる。このため、可視光レーザーを使用する場合、金属微細構造２１の大きさは５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
金属被覆２２は、金属微細構造２１の表面に形成され、組成として例えばＣｕを使用することができる。つまり、試料分析基板１は金属微細構造２１の表面と金属被覆２２の両者が露出している構造である。金属被覆２２の作製には、例えば斜方蒸着法を使用することが好ましい。
金属微細構造２１によって誘起される局所電場は、金属微細構造２１に近いほど高く、１ｎｍ以下の範囲で特に顕著に高くなることが知られている。このため、金属被覆２２の膜厚は、０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、より好適には０．１ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
次に、基材１０にＳｉＯ2、金属微細構造２１にＡｇ、金属被覆にＣｕを用いて、試料分析基板１を実際に作製した一例の手順を以下に示す。
Ａｇは、真空度５×１０-5Ｐａの条件下で、膜厚が１０ｎｍとなるよう蒸着レート０．０２ｎｍ／ｓで真空蒸着して作製した。Ｃｕは、真空度８．８×１０-5Ｐａの条件化で、膜厚が２０ｎｍとなるよう蒸着レート０．０１ｎｍ／ｓで真空蒸着して作製した。Ｃｕを真空蒸着する際、基材１０を蒸着源の上方に配置し、基材１０の角度を、水平方向から７５度、８８度となるように配置して、Ｃｕ金属被覆を形成した。
蒸着角度が７５度の場合の電子顕微鏡画像を図２に、蒸着角度が８８度の場合の電子顕微鏡画像を図３に示す。
蒸着角度が７５度の場合は、金属微細構造２１の全体に金属被覆２２が形成されているが、蒸着角度が８８度の場合は、金属微細構造２１の一部（図３の左上面）のみに金属被覆２２が形成されていることがわかる。本実施形態の試料分析基板１は蒸着角度が８８度にて作成されている。
【００３３】
このように、蒸着角度が８８度の場合は、金属微細構造２１の表面と金属被覆２２の表面の両者が露出している構造となる。このため、試料分析基板１は、被測定分子が金属微細構造２１と金属被覆２２の両方に化学吸着可能な形態である。ラマン散乱光のピーク波数は、被測定分子内の電子状態によって変化するが、化学吸着する金属の種類によって被測定分子内の電子状態も変化するため、被測定分子が金属微細構造２１及び金属被覆２２の両方に化学吸着する場合には、２つのラマンピークが得られる。
【００３４】
図４は、Ａｇ金属微細構造上に、Ｃｕを蒸着角度７５度、８８度で形成した試料分析基板に対して、アデニンのラマンスペクトルを測定した結果を示すグラフである。金属に吸着しない場合のアデニンのラマンピークは７２３ｃｍ-1に現れるが、蒸着角度７５度の場合のアデニンのラマンピークは、７４５ｃｍ-1に現れている。一方、蒸着角度８８度の場合のアデニンのラマンピークは、７３７ｃｍ-1、７４５ｃｍ-1に現れている。
この結果は、蒸着角度７５度の場合は、金属微細構造２１が全てＣｕで被覆されており、Ｃｕの化学的増強効果によるラマンピークシフトが生じているためであり、蒸着角度８８度の場合は、金属微細構造２１の一部がＣｕで被覆されており、ＣｕとＡｇの化学的増強効果によるラマンピークシフトが生じているためである。
【００３５】
すなわち、２種類の金属に被測定試料が吸着している状態で、ラマン測定を行うと、ＳＥＲＳの化学的増強効果により、２種類のラマンピークを得ることが出来るため、ラマン測定による分子の同定の精度を高くすることが出来る。
【００３６】
なお、本実施形態では金属微細構造の材質としてＡｇを用いたが、金属微細構造の組成としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌより選択される１種類の金属を用いることができる。さらに、金属被覆構造の組成として本実施形態ではＣｕを用いたが、金属被覆の組成賭しては、金属微細構造の組成とは異なる、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｒｕから選択される少なくとも１種類の金属を用いることができる。
【００３７】
（実施形態２）
次に、１種類の金属で形成された金属微細構造に、２種類の金属被覆構造を有する実施形態について説明する。
図５は、実施形態２の試料分析基板の構成を示す模式図である。試料分析基板２は、基材１０、金属微細構造２１、金属被覆２２、金属被覆２３を有している。
【００３８】
基材１０は、例えば誘電体から形成される。誘電体には例えば酸化珪素（ＳｉＯ2）やガラスを使用することができる。
【００３９】
金属微細構造２１は、基材１０の表面に多数の金属の構造体を配置して形成され、材質として例えばＡｇを使用することが出来る。金属微細構造２１の作製には、例えば電子ビーム露光法を使用することが出来る。
金属微細構造２１の大きさは、入射光の波長以下であればＬＳＰＲを発現可能だが、大きさが５０ｎｍ以下では入射光の電場に追随する自由電子の数が少なくなり、誘起される局所電場の強度が下がる。このため、可視光レーザーを使用する場合、金属微細構造２１の大きさは５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
金属被覆２２，２３は、金属微細構造２１の上に積層され、例えばＡｌ及びＡｕを使用することができる。金属被覆２２，２３の作製には、例えば電子ビーム露光法を使用することが出来る。金属微細構造２１によって誘起される局所電場は、金属微細構造２１に近いほど高く、１ｎｍ以下の範囲で特に顕著に高くなることが知られている。このため、金属被覆２２，２３の膜厚は、それぞれ０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、より好適には０．１ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
次に、試料分析基板２の作製方法について説明する。
図６は、試料分析基板２の製造工程を説明する工程図である。この工程では金属の積層膜にレジストを塗布し、電子ビーム露光法で所望の形状に露光してエッチングする工程を複数回行うことで、金属被覆が積層構造となるように形成することができる。
【００４２】
まず、図６（ａ）に示すように、基材１０の上に金属膜１１、金属膜１２、金属膜１３、を順次成膜して積層する。
金属の積層構造は、例えばスパッタ法を使用することが出来る。
金属膜１１は、例えばＡｇから形成されることが出来る。金属膜１１の膜厚は、例えば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設定されることが出来る。
金属膜１２は、例えばＣｕから形成されることが出来る。金属膜１２の膜厚は、例えば０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下に設定されることが出来る。
金属膜１３は、例えばＡｕから形成されることが出来る。金属膜１３の膜厚は、例えば０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下に設定されることが出来る。これらの金属膜１１，１２，１３は、例えばスパッタ法を使用することが出来る。
そして、この金属膜の積層構造の上にレジスト１４を塗布する。
【００４３】
続いて、図６（ｂ）に示すように、レジスト１４を、電子ビーム露光法を用いてパターニングする。
そして、レジスト１４をマスクとして金属膜１１，１２，１３をエッチングし（図６（ｃ））、その後レジスト１４を除去する（図６（ｄ））。
このようにして、金属微細構造２１の上面に積層された金属被覆２２，２３を持つ試料分析基板２を作製することが出来る。なお、金属微細構造２１の大きさは、例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下に設定される。
【００４４】
上記説明した積層構造は、陽極酸化法で得られたナノ多孔質膜をマスクとし、例えばスパッタ法によって金属を積層した後、ナノ多孔質膜を除去することでも得られる。
図７は、陽極酸化法で得られたナノ多孔質膜をマスクとして、スパッタ法で金属を積層した構造の断面模式図である。図８は、図７におけるナノ多孔質膜を溶解した試料分析基板の模式図である。
図７に示すように、ナノ多孔質の陽極酸化法で得られたナノ多孔質膜２４を基材１０に形成し、その上から金属膜１１、金属膜１２、金属膜１３、を順次成膜して積層する。
ナノ多孔質膜２４は、ナノレベルの微小な凹部または穴を多数有する膜であり、例えばＡｌ2Ｏ3から形成されることが出来る。
そして、図８に示すように、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬することで、ナノ多孔質膜２４の基材１０から金属膜１１の端部付近までの部分を残して溶解させ、試料分析基板３を作製する。
【００４５】
以上に述べたように、本実施形態に係る試料分析基板２，３によれば、実施形態１の効果に加えて、試料分子が金属被覆２３の壁面及び上面に吸着可能であるため、３種類の金属によるＳＥＲＳの化学的増強効果が得られる。これにより３種類のラマンピークを得ることが出来るため、ラマン測定による分子の同定の精度を高くすることが出来る。
このように、金属微細構造に複数の金属被覆を形成することで複数種類のラマンピークを得ることができる。
【００４６】
（検出装置）
図９は一実施形態に係る標的分子検出装置（検出装置）３１を概略的に示す。標的分子検出装置３１はセンサーユニット３２を備える。センサーユニット３２には導入通路３３と排出通路３４とが個別に接続される。導入通路３３からセンサーユニット３２に気体は導入される。センサーユニット３２から排出通路３４に気体は排出される。導入通路３３の通路入口３５にはフィルター３６が設置される。フィルター３６は例えば気体中の塵埃や水蒸気を除去することができる。排出通路３４の通路出口３７には吸引ユニット３８が設置される。吸引ユニット３８は送風ファンで構成される。送風ファンの作動に応じて気体は導入通路３３、センサーユニット３２および排出通路３４を順番に流通する。こうした気体の流通経路内でセンサーユニット３２の前後にはシャッター（図示されず）が設置される。シャッターの開閉に応じてセンサーユニット３２内に気体は閉じ込められることができる。
【００４７】
標的分子検出装置３１はラマン散乱光検出ユニット４１を備える。ラマン散乱光検出ユニット４１は、センサーユニット３２に照射光を照射しラマン散乱光を検出する。ラマン散乱光検出ユニット４１には光源４２が組み込まれる。光源４２にはレーザー光源が用いられることができる。レーザー光源は特定波長（単一波長）で直線偏光のレーザー光を放射することができる。
【００４８】
ラマン散乱光検出ユニット４１は受光素子４３を備える。受光素子４３は例えば光の強度を検出することができる。受光素子４３は光の強度に応じて検出電流を出力することができる。したがって、受光素子４３から出力される電流の大きさに応じて光の強度は特定されることができる。
【００４９】
光源４２とセンサーユニット３２との間、および、センサーユニット３２と受光素子４３との間には光学系４４が構築される。光学系４４は光源４２とセンサーユニット３２との間に光路を形成すると同時にセンサーユニット３２と受光素子４３との間に光路を形成する。光学系４４の働きで光源４２の光はセンサーユニット３２に導かれる。センサーユニット３２の反射光は光学系４４の働きで受光素子４３に導かれる。
【００５０】
光学系４４はコリメーターレンズ４５、ダイクロイックミラー４６、対物レンズ４７、集光レンズ４８、凹レンズ４９、光学フィルター５１および分光器５２を備える。ダイクロイックミラー４６は例えばセンサーユニット３２と受光素子４３との間に配置される。対物レンズ４７はダイクロイックミラー４６とセンサーユニット３２との間に配置される。対物レンズ４７はダイクロイックミラー４６から供給される平行光を集光してセンサーユニット３２に導く。センサーユニット３２の反射光は対物レンズ４７で平行光に変換されダイクロイックミラー４６を透過する。ダイクロイックミラー４６と受光素子４３との間には集光レンズ４８、凹レンズ４９、光学フィルター５１および分光器５２が配置される。対物レンズ４７、集光レンズ４８および凹レンズ４９の光軸は同軸に合わせ込まれる。集光レンズ４８で集光された光は凹レンズ４９で再び平行光に変換される。光学フィルター５１はレイリー散乱光を除去する。ラマン散乱光は光学フィルター５１を通過する。分光器５２は例えば特定波長の光を選択的に透過させる。こうして受光素子４３では特定波長ごとに光の強度が検出される。分光器５２には例えばエタロンが用いられることができる。
【００５１】
光源４２の光軸は対物レンズ４７および集光レンズ４８の光軸に直交する。ダイクロイックミラー４６の表面はこれら光軸に４５度の角度で交差する。ダイクロイックミラー４６と光源４２との間にはコリメーターレンズ４５が配置される。こうしてコリメーターレンズ４５は光源４２に向き合わせられる。コリメーターレンズ４５の光軸は光源４２の光軸に同軸に合わせ込まれる。
【００５２】
標的分子検出装置３１は制御ユニット５３を備える。制御ユニット５３に、光源４２、分光器５２、受光素子４３、吸引ユニット３８、その他の機器が接続される。制御ユニット５３は、光源４２、分光器５２および吸引ユニット３８の動作を制御するとともに、受光素子４３の出力信号を処理する。制御ユニット５３には信号コネクター５４が接続される。制御ユニット５３は信号コネクター５４を通じて外部と信号をやりとりすることができる。
【００５３】
標的分子検出装置３１は電源ユニット５５を備える。電源ユニット５５は制御ユニット５３に接続される。電源ユニット５５は制御ユニット５３に動作電力を供給する。制御ユニット５３は電源ユニット５５から電力の供給を受けて動作することができる。電源ユニット５５には例えば１次電池や２次電池が用いられることができる。２次電池は、例えば、充電用の電源コネクター５６を有することができる。
【００５４】
制御ユニット５３は信号処理制御部を備える。信号処理制御部は例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）やＲＯＭ（リードオンリーメモリー）といった記憶回路で構成されることができる。ＲＯＭには例えば処理プログラムやスペクトルデータが格納されることができる。スペクトルデータでは標的分子のラマン散乱光のスペクトルが特定される。ＣＰＵは、一時的にＲＡＭに処理プログラムやスペクトルデータを取り込みながら、処理プログラムを実行する。ＣＰＵは、スペクトルデータに、分光器および受光素子の働きで特定される光のスペクトルを照らし合わせる。
【００５５】
センサーユニット３２は試料分析基板４を備える。試料分析基板４は基板５８に向き合わせられる。試料分析基板４と基板５８との間には気体室５９が形成される。気体室５９は一端で導入通路３３に接続され他端で排出通路３４に接続される。気体室５９内に金属微細構造と金属被膜が配置される。光源４２から放出される光はコリメーターレンズ４５で平行光に変換される。直線偏光の光はダイクロイックミラー４６で反射する。反射した光は対物レンズ４７で集光されてセンサーユニット３２に照射される。このとき、光は試料分析基板４の表面に直交する垂直方向に入射することができる。いわゆる垂直入射が確立されることができる。照射された光の働きで金属微細構造と金属被膜では局在表面プラズモン共鳴が引き起こされる。金属微細構造同士または金属被膜同士の間で近接場光は強められる。いわゆるホットスポットが形成される。
【００５６】
このとき、ホットスポットで金属微細構造と金属被膜に標的分子が付着すると、標的分子からレイリー散乱光およびラマン散乱光が生成される。いわゆる表面増強ラマン散乱が実現される。その結果、標的分子の種類に応じたスペクトルで光は対物レンズ４７に向かって放出される。
【００５７】
こうしてセンサーユニット３２から放出される光は対物レンズ４７で平行光に変換されダイクロイックミラー４６、集光レンズ４８、凹レンズ４９および光学フィルター５１を通過する。ラマン散乱光は分光器５２に入射する。分光器５２はラマン散乱光を分光する。こうして特定の波長ごとに受光素子４３は光の強度を検出する。光のスペクトルはスペクトルデータに照らし合わせられる。光のスペクトルに応じて標的分子は検出されることができる。こうして標的分子検出装置３１は表面増強ラマン散乱に基づき例えばアデノウィルスやライノウィルス、ＨＩＶウィルス、インフルエンザウィルスといった標的物質を検出することができる。
【００５８】
なお、本実施形態の試料分析基板は、上記のような極微量の物質を吸着検出するセンシング装置に広く利用することができる。上記の利用例の他に呼気を利用した病気診断や、汗を利用した体調管理システムなどに用いることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１，２，３，４…試料分析基板、１１…金属膜、１２…金属膜，１３…金属膜、１４…レジスト、２１…金属微細構造、２２…金属被覆、２３…金属被覆、２４…ナノ多孔質膜、３１…検出装置（標的分子検出装置）、４２…光源、４３…光検出器。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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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２】
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【図３】
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