(57)【要約】      （修正有）【課題】表面に付着される特定の標的物質の特性及び光学特性を有効に改善できるセンシング素子を提供する。【解決手段】基材１０、ナノチューブアレイ構造２０、複数のアプタマー３０を含むセンシング素子１であって、ナノチューブアレイ構造２０は、基材１０の一側に形成され、複数のナノチューブ２１を含み、各ナノチューブ２１の基材１０に接続されていない一端は開放端であり、アプタマー３０は、表面活性化処理を経たナノチューブ２１の内にアンカーされる。ナノチューブ２１のチューブ壁の厚さＷと直径Ｄの割合は１：２〜１：１０範囲内とする。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
基材と、ナノチューブアレイ構造と、複数のアプタマーとを含むセンシング素子であって、
前記ナノチューブアレイ構造は、前記基材の一側に形成され、
前記ナノチューブアレイ構造は複数のナノチューブを含み、
各前記ナノチューブの前記基材に接続されていない一端は開放端であり、
前記アプタマーは、表面活性化処理を経た前記ナノチューブの内にアンカーされることを特徴とするセンシング素子。
【請求項２】
前記ナノチューブのチューブ壁の厚さと直径の割合は１：２〜１：１０範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項３】
前記ナノチューブのアスペクト比は１：０．５〜１：１０範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項４】
前記ナノチューブのデューティ比（ｄｕｔｙ  ｒａｔｉｏ）は０．５〜６範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項５】
前記ナノチューブアレイ構造は、前記複数のナノチューブで形成される秩序配列であり、
各前記ナノチューブの直径は１０ｎｍ〜１００ｎｍ範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項６】
前記ナノチューブアレイ構造は、ジルコニウム系金属ガラス、チタン系金属ガラス、パラジウム系金属ガラス、鉄系金属ガラス、銅系金属ガラス、ニッケル系金属ガラス、アルミニウム系金属ガラス、タングステン系金属ガラス及びマグネシウム系金属ガラスからなる群から選択された少なくとも１種の材料で製作されたものであることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項７】
基材と、ナノチューブアレイ構造と、複数の官能基と、複数のアプタマー（ａｐｔａｍｅｒｓ）とを含むセンシング素子であって、
前記ナノチューブアレイ構造は、複数のナノチューブを含み、
各前記ナノチューブの前記基材に接続されていない一端は開放端であり、
前記官能基は、前記ナノチューブ内に形成され、
前記アプタマー（ａｐｔａｍｅｒｓ）は、前記ナノチューブ内にアンカー（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）されることを特徴とするセンシング素子。
【請求項８】
前記アプタマーは、抗体、ＤＮＡプローブ、又は、ビオチン（ｂｉｏｔｉｎ）であることを特徴とする請求項７に記載のセンシング素子。
【請求項９】
前記ナノチューブ内には、測定対象である特定のターゲットが充填されていることを特徴とする請求項７に記載のセンシング素子。
【請求項１０】
請求項１に記載のセンシング素子と、流体環境と、光源と、分析機器とを含むセンシングシステムであって、
前記センシング素子は、測定対象である前記特定のターゲットを有する前記流体環境の内部に配置され、
前記光源は、前記センシング素子の前記ナノチューブアレイ構造に向けて入射光を入射し、前記入射光の反射光を受けるように構成され、
前記分析機器は、前記反射光の光学特性を分析することにより、測定対象である前記特定のターゲットの測定結果を判断するように構成されることを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１１】
前記光学特性は、前記反射光の最大反射率を有する反射角であることを特徴とする請求項１０に記載のセンシングシステム。
【請求項１２】
前記光学特性は、前記反射光により呈するカラーであることを特徴とする請求項１０に記載のセンシングシステム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案はセンシング素子に関し、特に、ナノチューブアレイ構造を応用したセンシング素子に関する。本考案はセンシング素子、及び前記センシング素子を応用したセンシングシステムを含む。
【背景技術】
【０００２】
現在、バイオセンシング素子は日常生活において広く応用されており、例えば、医療、環境保護、食品、微生物またはウイルスの検知や検出などの分野で、バイオメトリクス成分を有する特定の標的物質を測定するために使用されている。バイオセンシング素子は、動作原理に応じて、光学式、電気化学式、および圧電式などのタイプに大別することができる。例えば、光学式バイオセンシング素子では、主に光ビームをセンシング素子の表面に照射し、入射光の特性を調整し反射光の特性を検出することにより、センシング素子の表面に測定対象である特定の標的物質が付着されているかどうかを判定し、さらに、この特定の標的物質を分析することができる。しかし、バイオセンシング素子の表面をより良くなるように改善すること、また、バイオセンシング素子の表面に付着される特定の標的物質の特性及びその光学特性を異なる用途のニーズに応えて合せるように向上させることは如何すればいいかは、現在の研究における重要な課題の一つである。
【考案の概要】
【０００３】
本考案の目的は、センシング素子の表面に付着される特定の標的物質の特性及び光学特性を有効に改善できるセンシング素子及びセンシングシステムを提供することにある。
【０００４】
上記目的を達成するために、本考案のセンシング素子は、以下のようなステップを含む製法で製造して得ることができる。
基材を提供し、基材にフォトレジスト層を形成する。そのうち、前記フォトレジスト層は孔アレイを有する。孔アレイは、フォトレジスト層をその一側から基材まで貫通する複数の貫通孔を含む。フォトレジスト層に対して金属ガラス材料をスパッタリングすることにより金属ガラス材料は各貫通孔の孔壁、及び貫通孔により露出された基材に堆積されている。フォトレジスト層を取り除くことにより、金属ガラス材料をナノチューブアレイ構造にするように形成させる。そのうち、ナノチューブアレイ構造は複数のナノチューブを含み、各ナノチューブの基材に接続されていない一端は開放端である。ナノチューブアレイ構造に対して表面処理を行うことにより、各ナノチューブ内に複数の官能基を形成させる。複数の官能基を活性化することにより、複数のアプタマー（ａｐｔａｍｅｒｓ）を各ナノチューブ内にアンカー（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）させる。
【０００５】
本考案の実施例において、表面処理を実施する際には、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）の濃度が０．１〜１０％である無水メタノール溶液を用い、ナノチューブの内表面を修飾（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）することで、複数の官能基を形成する。
【０００６】
本考案の実施例において、ＥＤＣ及びＮＨＳ溶液を加えて複数の官能基を活性化し、並びに、複数のアプタマー（ａｐｔａｍｅｒｓ）を含有する濃度が２〜２０％である緩衝液を加えて、複数のアプタマーを複数の官能基に結合させることにより、複数のアプタマーを各ナノチューブ内にアンカー（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）させる。
【０００７】
本考案の実施例において、アプタマーは抗体、ＤＮＡプローブ、或は、ビオチン（ｂｉｏｔｉｎ）である。
【０００８】
本考案の実施例において、以下のように、複数のアプタマーがアンカーされた後、測定対象である特定の標的物質を複数のナノチューブ内に充填するステップを更に含む。
【０００９】
本考案のもう一つの目的は、センシング素子を提供することにある。本考案のセンシング素子は、基材、ナノチューブアレイ構造、及び複数のアプタマーを含む。ナノチューブアレイ構造は、基材の一側に形成されており、ナノチューブアレイ構造は複数のナノチューブを含んでおり、各ナノチューブの基材に接続されていない一端は開放端である。アプタマーは、表面活性化処理を経たナノチューブの内にアンカーされている。
【００１０】
本考案の実施例において、各ナノチューブのチューブ壁の厚さと直径の割合は１：２〜１：１０範囲内とする。
【００１１】
本考案の実施例において、各ナノチューブのアスペクト比は１：０．５〜１：１０範囲内とする。
【００１２】
本考案の実施例において、複数のナノチューブのデューティ比（ｄｕｔｙ  ｒａｔｉｏ）は０．５〜６範囲内とする。
【００１３】
本考案の実施例において、ノチューブアレイ構造は、複数のナノチューブにより形成される秩序配列であり、ナノチューブの直径は１０ｎｍ〜１００ｎｍ範囲内とする。
【００１４】
本考案の実施例において、ナノチューブアレイ構造は、電気的横波（ＴＥ波）及び磁気的横波（ＴＭ波）に対する回折反射強度が、ナノチューブの直径の増加に伴い増加するものである。
【００１５】
本考案の実施例において、前記ナノチューブアレイ構造は、ジルコニウム系金属ガラス、チタン系金属ガラス、パラジウム系金属ガラス、鉄系金属ガラス、銅系金属ガラス、ニッケル系金属ガラス、アルミニウム系金属ガラス、タングステン系金属ガラス及びマグネシウム系金属ガラスの材料からなる群から選択される、少なくとも１種からなる。
【００１６】
本考案のもう一つの目的は、以下のセンシング方法に前記センシング素子を応用することを提供することにある。本考案の前記センシング方法は、センシング素子を測定対象である特定の標的物質を有する流体環境内に置いて測定を行うステップと、光源によりセンシング素子のナノチューブアレイ構造に入射光を照射し、入射光の反射光を受けるステップと、反射光の光学特性を分析し、測定対象である特定の標的物質の測定結果を判断するステップとを含む。
【００１７】
本考案の実施例において、光学特性は、反射光の最大反射率の反射角を有する。
【００１８】
本考案の実施例において、光学特性は、反射光で呈するカラーである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本考案のセンシング素子の結構示意圖である。
【図２】本考案のセンシング素子を製造するセンシング素子製造方法のフローチャートである。
【図３】本考案のセンシング素子を製造するセンシング素子製造方法の各ステップに対応する構造図である。
【図４】本考案のセンシング素子を適用するセンシング方法のフローチャートである。
【図５】本考案のセンシング素子を適用するセンシング方法の実施例を示す図である。
【図６】本考案のセンシング素子を適用するセンシング方法によりそれぞれ測定した異なる対照群及び実験群の光の入射角と反射率を示す図である。
【図７】本考案のセンシング素子を適用するセンシング方法によりそれぞれ測定した異なる対照群及び実験群の反射光カラースケールを示す図である。
【図８】本考案のセンシング素子を適用するセンシング方法により測定した異なるストレプトアビジン（Ｓｔｒｅｐｔａｖｉｄｉｎ）の濃度に対応して産生する反射光カラースケールを示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００２０】
様々な態様及び実施例は単なる例示であり、考案を限定するものではないため、本考案の範囲から逸脱しなければ、他の態様及び実施形態を有することも可能である。以下の詳細な説明および実用新案請求の範囲により、実施例の特徴および利点がより明らかになる。
【００２１】
本明細書において、「含む」、「有する」または他の類似する用語は非排他的な包含を意図する。例えば、複数の要素を含む素子または構造は、本明細書に列挙された要素に限定されず、具体的に列挙されていないが、素子または構造に固より内在する他の要素を含むことができる。
【００２２】
本明細書において、用語「アンカー」（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）は、分子結合を形成することにより、ある物体と他の物体を互いに固定することを指す。用語「アプタマー」（ａｐｔａｍｅｒ）は、測定対象である特定の標的物質に対して対応的な結合を発生する可能な生体分子を指し、例としては、抗体（ａｎｔｉｂｏｄｙ）、ＤＮＡプローブ（ＤＮＡ  ｐｒｏｂｅ）またはビオチン（ｂｉｏｔｉｎ）などがある。用語「修飾」（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）は、物体に対して表面処理を媒介で実施することにより、物体の表面特性を改変することを指す。
【００２３】
図１は、本考案のセンシング素子の構造図である。図１に示すように、本考案のセンシング素子１は、基材１０、ナノチューブアレイ構造２０及び複数アプタマー３０を含む。本考案の実施例において、基材１０はシリコンチップでも良いが、ＩＩＩＶ半導体、ガラス、石英、サファイアなどの材料から作られたものでも良く、更にプラスチックまたは他の高分子材料から作られたものでも良い。本発明の基材１０の材料は、基材のニーズに応じて選択するものであっても良いが、この実施形態に限定されない。
【００２４】
ナノチューブアレイ構造２０は基材１０の一側に形成される。ナノチューブアレイ構造２０は複数のナノチューブ２１を含み、複数ナノチューブ２１は秩序配列にするようにされている。ここで秩序配列とは、入射光に応じた回折現象を発生させるように、複数のナノチューブ２１の全てが同じ方向に沿って配列し、且つ、一定の周期で複数のナノチューブ２１を繰り返して配列すると定義している。各ナノチューブ２１は中空チューブ体である。その中、各ナノチューブ２１の一端は基材１０に接続して密閉端を形成し、且つ、基材１０の接続した端に反対する各ナノチューブ２１の他端は、開口を有する開放端である。各ナノチューブ２１は直径Ｄ、高さＨ及びチューブ壁厚さＷを有する場合、本考案の実施例において、各ナノチューブ２１の直径Ｄは１０ｎｍ〜１００μｍの間であり、好ましくは５００ｎｍ〜８００ｎｍの間であり、且つ、各ナノチューブ２１の高さＨと直径Ｄの割合は１：０．５〜１：１０範囲内とする。更に、各ナノチューブ２１のチューブ壁厚さＷと直径Ｄの割合は１：２〜１：１０範囲内とする。複数のナノチューブ２１において、任意の隣接する二つのナノチューブ２１の間は一定の間隔を維持する。本考案の実施例において、複数ナノチューブ２１のデューティ比（ｄｕｔｙ  ｒａｔｉｏ）は０．５〜６の間であり、すなわち、隣接する二つのナノチューブ２１の間隔において、最小値はナノチューブ２１の直径の０．５倍であり、最大値はナノチューブ２１の直径の６倍であるが、本考案はこれに限らず、前記デューティ比は０．５〜２が好ましい。
【００２５】
ここで、ナノチューブアレイ構造２０は、金属ガラスの材料からなる。前記金属ガラスの材料は、ジルコニウム系金属ガラス、チタン系金属ガラス、パラジウム系金属ガラス、鉄系金属ガラス、銅系金属ガラス、ニッケル系金属ガラス、アルミニウム系金属ガラス、タングステン系金属ガラス及びマグネシウム系金属ガラスの材料からなる群から選択された少なくとも１種からなるが、本考案はこれに限定されない。本考案の実施例において，ジルコニウム系金属ガラスのジルコニウム含有量は約３７〜６６ａｔ％である。ジルコニウム系金属ガラスとしては、例えば、ＺｒＡｌＣｏ金属ガラス（Ｚｒ：５４〜６０  ａｔ％、Ａｌ：１３〜２２  ａｔ％、Ｃｏ：１８〜３０  ａｔ％）、ＺｒＣｕＡｌＮｉ金属ガラス（Ｚｒ：４８〜６６ａｔ％、Ｃｕ：７〜３０ａｔ％、Ａｌ：８〜１２ａｔ％、Ｎｉ：５〜１８ａｔ％）、ＺｒＣｕＡｌＴａ金属ガラス（Ｚｒ：４８〜６６ａｔ％、Ｃｕ：７〜３０ａｔ％、Ａｌ：８〜１２ａｔ％  Ｔａ：５〜１８ａｔ％）、ＺｒＣｕＡｌＡｇ金属ガラス（Ｚｒ：４８〜６６ａｔ％、Ｃｕ：７〜３０ａｔ％、Ａｌ：８〜１２ａｔ％、Ａｇ：５〜１８ａｔ％）、ＺｒＣｕＡｌＮｉＴｉ金属ガラス（Ｚｒ：５５〜６６ａｔ％、Ｃｕ：１０〜２７ａｔ％、Ａｌ：８〜１２ａｔ％、Ｎｉ：８〜１４ａｔ％、Ｔｉ：２〜５ａｔ％）、ＺｒＡｌＣｕＴｉＢｅ金属ガラス（Ｚｒ：３７〜５５ａｔ％、Ｃｕ：１０〜２０ａｔ％、Ａｌ：８〜１０ａｔ％、Ｔｉ：１０〜１４ａｔ％、Ｂｅ：１２〜２５ａｔ％）、ＺｒＣｕＡｌＮｉＳｉ金属ガラス（Ｚｒ：５５〜６６ａｔ％、Ｃｕ：２５〜３０ａｔ％、Ａｌ：１１〜１８ａｔ％、Ｎｉ：５〜１０ａｔ％、Ｓｉ：０．５〜１ａｔ％）、ＺｒＣｕＡｌＮｉＮｂ金属ガラス（Ｚｒ：５５〜６６ａｔ％、Ｃｕ：１０〜２７ａｔ％、Ａｌ：８〜１２ａｔ％、Ｎｉ：８〜１４ａｔ％、Ｎｂ：６〜１２ａｔ％）、ＺｒＨｆＴｉＣｕＮｉＡｌ金属ガラス（Ｚｒ：４０〜４５ａｔ％、Ｈｆ：８〜１１ａｔ％、Ｔｉ：２〜５ａｔ％、Ｃｕ：１０〜１８ａｔ％、Ｎｉ：１０〜１５ａｔ％、Ａｌ：５〜１０ａｔ％）またはＺｒＴｉＣｕＮｉＢｅＹＭｇ金属ガラス（Ｚｒ：４０〜４５ａｔ％、Ｔｉ：１０〜１５ａｔ％、Ｃｕ：１１〜１８ａｔ％、Ｎｉ：１１〜１５ａｔ％、Ｂｅ：２２〜２６．５ａｔ％、Ｙ：１〜２ａｔ％、Ｍｇ：０．５〜１ａｔ％）が挙げられる。
【００２６】
本考案の実施例において、チタン系金属ガラスのチタン含有量は約２３〜５３ａｔ％である。チタン系金属ガラスとしては、例えば、ＴｉＺｒＣｕＮｂＣｏ金属ガラス（Ｔｉ：４２〜５０ａｔ％、Ｚｒ：１８〜２４ａｔ％、Ｃｕ：２０〜３０ａｔ％、Ｎｂ：３〜５ａｔ％及びＣｏ：１〜８ａｔ％）、ＴｉＺｒＣｕＮｉ金属ガラス（Ｔｉ：３２〜４０ａｔ％、Ｚｒ：７〜１５ａｔ％、Ｃｕ：２０〜３５ａｔ％及びＮｉ：３〜１８ａｔ％）、ＴｉＮｉＣｕＳｎＢｅ金属ガラス（Ｔｉ：４２〜５０ａｔ％、Ｎｉ：１８〜２４ａｔ％、Ｃｕ：２０〜３０ａｔ％、Ｓｎ：３〜５ａｔ％及びＢｅ：１〜８ａｔ％）、ＴｉＺｒＨｆＮｉＣｕ金属ガラス（Ｔｉ：２３〜２８ａｔ％、Ｚｒ：２１〜２６ａｔ％、Ｈｆ：１６〜２１ａｔ％、Ｎｉ：１１〜１６ａｔ％及びＣｕ：９〜１４ａｔ％）、ＴｉＣｕＮｉＳｉＢ  金属ガラス（Ｔｉ：４２〜５０ａｔ％、Ｃｕ：１８〜２４ａｔ％、Ｎｉ：２０〜３０ａｔ％、Ｓｉ：３〜１２ａｔ％及びＢ：１〜２ａｔ％）、ＴｉＺｒＮｉＣｕＢｅ金属ガラス（Ｔｉ：４０〜４５ａｔ％、Ｚｒ：１８〜２５ａｔ％、Ｎｉ：１５〜２５ａｔ％、Ｃｕ：９〜２５ａｔ％及びＢｅ：３〜７ａｔ％）またはＴｉＣｕＮｉＺｒＡｌＳｉＢ金属ガラス（Ｔｉ：５０〜５３ａｔ％、Ｃｕ：２０〜２７ａｔ％、Ｎｉ：１３〜２４ａｔ％、Ｓｉ：３〜５ａｔ％及びＢ：１〜２ａｔ％）が挙げられる。
【００２７】
本考案の実施例において、パラジウム系金属ガラスのパラジウム含有量は約４０〜８２ａｔ％である。パラジウム系金属ガラスとしては、例えば、ＰｄＣｕＳｉ金属ガラス（Ｐｄ：５６〜８２ａｔ％、Ｃｕ：２〜２７ａｔ％及びＳｉ：１５〜１７ａｔ％）、ＰｄＮｉＰ金属ガラス（Ｐｄ：４０〜４２ａｔ％、Ｎｉ：４０〜４２ａｔ％及びＰ：１６〜２０ａｔ％）またはＰｄＮｉＣｕＰ金属ガラス（Ｐｄ：４０〜５０ａｔ％、Ｎｉ：７〜１５ａｔ％、Ｃｕ：２０〜３５ａｔ％及びＰ：１０〜２０ａｔ％）が挙げられる。
【００２８】
本考案の実施例において、鉄系金属ガラスの鉄含有量は約３０〜６７ａｔ％である。鉄系金属ガラスとしては、例えば、ＦｅＣｏＳｍＢ金属ガラス（Ｆｅ：６０〜６７ａｔ％、Ｃｏ：７〜１０ａｔ％、Ｓｍ：２〜４ａｔ％及びＢ：２０〜２５ａｔ％）、ＦｅＣｏＴｂＢ金属ガラス（Ｆｅ：６１〜６７ａｔ％、Ｃｏ：７〜１０ａｔ％、Ｔｂ：２〜４ａｔ％及びＢ：２０〜２５ａｔ％）、ＦｅＣｏＮｄＤｙＢ金属ガラス（Ｆｅ：６１〜６７ａｔ％  Ｃｏ：７〜１０ａｔ％、Ｎｄ：２〜４ａｔ％、Ｄｙ：０．５〜１ａｔ％及びＢ：２０〜２５ａｔ％）、ＦｅＣｏＮｉＺｒＢ金属ガラス（Ｆｅ：６０〜６７ａｔ％、Ｃｏ：７〜１０ａｔ％、Ｎｉ：２〜４ａｔ％、Ｚｒ：０．５〜１ａｔ％及びＢ：２０〜２５ａｔ％）、ＦｅＣｏＮｉＳｉＢ金属ガラス（Ｆｅ：３０〜４０ａｔ％、Ｃｏ：２５〜３０ａｔ％、Ｎｉ：８〜１５ａｔ％、Ｓｉ：５〜８ａｔ％及びＢ：１５〜２５ａｔ％）、ＦｅＺｒＣｏＭｏＷＢ金属ガラス（Ｆｅ：２５〜３０ａｔ％、Ｚｒ：１５〜２５ａｔ％、Ｃｏ：６〜１０ａｔ％、Ｍｏ：３〜８ａｔ％、Ｗ：１５〜２５ａｔ％及びＢ：１０〜２２ａｔ％）またはＦｅＣｒＭｏＥｒＣＢ金属ガラス（Ｆｅ：４８〜５６ａｔ％、Ｃｒ：５〜１５ａｔ％、Ｍｏ：１４〜１８ａｔ％、Ｅｒ：１〜３ａｔ％、Ｃ：１２〜１５ａｔ％及びＢ：２〜１２ａｔ％）が挙げられる。
【００２９】
本考案の実施例において、銅系金属ガラスの銅含有量は約４０〜６５ａｔ％である。銅系金属ガラスとしては、例えば、ＣｕＨｆＴｉ金属ガラス（Ｃｕ：５０〜６０ａｔ％、Ｈｆ：１５〜３０ａｔ％及びＴｉ：１０〜２５ａｔ％）、ＣｕＺｒＡｌ金属ガラス（Ｃｕ：５０〜６０ａｔ％、Ｚｒ：１５〜３０ａｔ％及びＡｌ：１０〜２５ａｔ％）、ＣｕＺｒＮｂ金属ガラス（Ｃｕ：５２〜５７ａｔ％、Ｚｒ：４０〜４５ａｔ％及びＮｂ：１〜３ａｔ％）、ＣｕＺｒＡｌＡｇ金属ガラス（Ｃｕ：４８〜６５ａｔ％、Ｚｒ：２３〜３５ａｔ％、Ａｌ：７〜２０ａｔ％及びＡｇ：２〜２０ａｔ％）、ＣｕＺｒＴｉＮｉ金属ガラス（Ｃｕ：４０〜４８ａｔ％、Ｚｒ：１１〜２０ａｔ％、Ｔｉ：２７〜３４ａｔ％及びＮｉ：５〜８ａｔ％）、ＣｕＺｒＡｌＹ金属ガラス（Ｃｕ：４０〜４８ａｔ％、Ｚｒ：４０〜４５ａｔ％、Ａｌ：５〜１０ａｔ％及びＹ：２〜５ａｔ％）、ＣｕＺｒＡｌＴｉ金属ガラス（Ｃｕ：５０〜６０ａｔ％、Ｚｒ：１５〜２０ａｔ％、Ａｌ：５〜８ａｔ％及びＴｉ：１２〜２５ａｔ％）またはＣｕＺｒＨｆＴｉ金属ガラス  （Ｃｕ：５０〜６０ａｔ％、Ｚｒ：１５〜２０ａｔ％、Ｈｆ：８〜１５ａｔ％及びＴｉ：８〜１５ａｔ％）が挙げられる。
【００３０】
本考案の実施例において、ニッケル系金属ガラスのニッケル含有量は約３５〜６５ａｔ％である。ニッケル系金属ガラスとしては、例えば、ＮｉＺｒＡｌ金属ガラス（Ｎｉ：５５〜５７ａｔ％、Ｚｒ：２８〜３５ａｔ％及びＡｌ：８〜１７ａｔ％）、ＮｉＮｂＴａ金属ガラス（Ｎｉ：５５〜６０ａｔ％、Ｎｂ：２５〜３０ａｔ％及びＴａ：１０〜２０ａｔ％）、ＮｉＮｂＳｎ金属ガラス（Ｎｉ：５５〜６０ａｔ％、Ｎｂ：３２〜４０ａｔ％及びＳｎ：５〜１０ａｔ％）、ＮｉＮｂＨｆＴｉ金属ガラス（Ｎｉ：５７〜６２ａｔ％、Ｎｂ：８〜２０ａｔ％、Ｈｆ：５〜１０ａｔ％及びＴｉ：１５〜２０ａｔ％）、ＮｉＺｒＡｌＮｂ金属ガラス（Ｎｉ：５７〜６２ａｔ％、Ｎｂ：１３〜２５ａｔ％、Ａｌ：３〜５ａｔ％及びＴｉ：１５〜２０ａｔ％）、ＮｉＺｒＴｉＡｌ金属ガラス（Ｎｉ：４５〜５７ａｔ％、Ｚｒ：２０〜２７ａｔ％、Ｔｉ：１６〜２０ａｔ％及びＡｌ：５〜８ａｔ％）、ＮｉＺｒＴｉＰｄ金属ガラス（Ｎｉ：５５〜５７ａｔ％、Ｚｒ：２０〜２５ａｔ％、Ｔｉ：１０〜１８ａｔ％及びＡｌ：３〜１０ａｔ％）、ＮｉＮｂＴｉＺｒ金属ガラス（Ｎｉ：５７〜６２ａｔ％、Ｎｂ：８〜２５ａｔ％、Ｔｉ：１５〜２０ａｔ％及びＺｒ：３〜１０ａｔ％）、ＮｉＣｕＺｒＴｉＡｌ金属ガラス（Ｎｉ：３５〜４５ａｔ％、Ｃｕ：５〜１５ａｔ％、Ｚｒ：２５〜３５ａｔ％、Ｔｉ：５〜１０ａｔ％及びＡｌ：８〜１５ａｔ％）、ＮｉＣｕＺｒＴｉＡｌＳｉ金属ガラス（Ｎｉ：３５〜４５ａｔ％、Ｃｕ：５〜１５ａｔ％、Ｚｒ：２５〜３５ａｔ％、Ｔｉ：５〜１０ａｔ％、Ａｌ：８〜１５ａｔ％及びＳｉ：０．５〜１ａｔ％）またはＮｉＮｂＣｒＭｏＰＢ金属ガラス（Ｎｉ：６０〜６５ａｔ％、Ｎｂ：２〜１０ａｔ％、Ｃｒ：２〜９ａｔ％、Ｍｏ：３〜１１ａｔ％、Ｐ：８〜１９ａｔ％及びＢ：２〜１１ａｔ％）が挙げられる。
【００３１】
本考案の実施例において、アルミニウム系金属ガラスのアルミニウム含有量は約６８〜８５ａｔ％である。アルミニウム系金属ガラスとしては、例えば、ＡｌＮｉＭｍ金属ガラス（Ａｌ：６８〜７０ａｔ％、Ｎｉ：２０〜２２ａｔ％及びＭｍ：８〜１２ａｔ％）、ＡｌＮｉＹ金属ガラス（Ａｌ：７５〜８５ａｔ％、Ｎｉ：５〜２０ａｔ％及びＹ：５〜１２ａｔ％）、ＡｌＶＭ金属ガラス（Ａｌ：６８〜７０ａｔ％、Ｖ：２０〜２２ａｔ％及びＭ：８〜１２ａｔ％）、ＡｌＮｉＣｅ金属ガラス（Ａｌ：６８〜７０ａｔ％、Ｎｉ：２０〜２２ａｔ％及びＣｅ：８〜１２ａｔ％）、ＡｌＣｏＹ金属ガラス（Ａｌ：６８〜７０ａｔ％、Ｃｏ：２０〜２２ａｔ％及びＹ：８〜１２ａｔ％）、ＡｌＮｉＹＺｒＣｏ金属ガラス（Ａｌ：７５〜８０ａｔ％、Ｎｉ：６〜１５ａｔ％、Ｙ：６〜８ａｔ％、Ｚｒ：１〜２ａｔ％及びＣｏ：２〜４ａｔ％）またはＡｌＮｉＹＣｏＣｕ金属ガラス（Ａｌ：７５〜８０ａｔ％、Ｎｉ：６〜１５ａｔ％、Ｙ：６〜８ａｔ％、Ｃｏ：２〜４ａｔ％及びＣｕ：１〜２ａｔ％）が挙げられる。
【００３２】
本考案の実施例において、タングステン系金属ガラスのタングステン含有量は約５０〜５５ａｔ％である。タングステン系金属ガラスとしては、例えば、ＷＮｉＢ金属ガラス（Ｗ：５０〜５５ａｔ％、Ｎｉ：２５〜２７ａｔ％及びＢ：２０〜２５ａｔ％）またはＷＺｒＳｉ金属ガラス（Ｗ：５０〜５５ａｔ％、Ｎｉ：２５〜２７ａｔ％及びＳｉ：２０〜２５ａｔ％）が挙げられる。
【００３３】
本考案の実施例において、マグネシウム系金属ガラスのマグネシウム含有量は約６０〜８０ａｔ％である。マグネシウム系金属ガラスとしては、例えば、ＭｇＣｕＹ金属ガラス（Ｍｇ：６０〜６５ａｔ％、Ｃｕ：２５〜３０ａｔ％及びＹ：８〜１５ａｔ％）、ＭｇＮｉＮｄ金属ガラス（Ｍｇ：７５〜８０ａｔ％、Ｎｉ：１０〜１８ａｔ％及びＮｄ：７〜１５ａｔ％）、ＭｇＣｕＧｄ金属ガラス（Ｍｇ：６０〜６５ａｔ％、Ｃｕ：２５〜３０ａｔ％及びＧｄ：８〜１５ａｔ％）、ＭｇＡｌＣｕＹ金属ガラス（Ｍｇ：６０〜６５ａｔ％、Ａｌ：８〜１０ａｔ％、Ｃｕ：２０〜２５ａｔ％及びＹ：５〜１０ａｔ％）、ＭｇＣｕＹＳｉ金属ガラス（Ｍｇ：６０〜６５ａｔ％、Ｃｕ：２３〜３０ａｔ％、Ｙ：８〜１０ａｔ％及びＳｉ：１〜２ａｔ％）、ＭｇＣｕＺｎＹ金属ガラス（Ｍｇ：６０〜６５ａｔ％、Ｃｕ：２３〜３０ａｔ％、Ｚｎ：１〜２ａｔ％及びＹ：８〜１０ａｔ％）またはＭｇＣｕＮｉＺｎＡｇＹ金属ガラス（Ｍｇ：６０〜６５ａｔ％、Ｃｕ：５〜１０ａｔ％、Ｎｉ：５〜１０ａｔ％、Ｚｎ：３〜９ａｔ％、Ａｇ：３〜５ａｔ％及びＹ：８〜１０ａｔ％）が挙げられる。
【００３４】
ここで、ナノチューブアレイ構造２０は、平面構造に比べてより大きい表面積を提供することができる。且つ、ナノチューブ２１内には、空気を収容することができる。ナノチューブアレイ構造２０において収容する可能な空気量は、ナノチューブの直径サイズに伴い変化する。ナノチューブアレイ構造２０により多い空気量を収容させるとすると、磁気的横波（ＴＭ波）および電気的横波（ＴＥ波）の極化による有効屈折率を低下させることができ、これにより、ナノチューブアレイ構造２０の秩序配列が導波モードの電磁場を増加することができるとなっている。更に、ナノチューブアレイ構造２０のＴＥ偏光及びＴＭ偏光に対する回折反射強度は、各ナノチューブ２１の直径の増加に伴い増加する。
【００３５】
複数のアプタマー３０は、表面処理を経て複数のナノチューブ２１内にアンカーされることにより、、測定対象である特定の標的物質と互いに作用し、結合を産生して固定すると共に、後続の分析またはセンシングに役立つ。すなわち、アプタマー３０の一端は、表面処理を経たナノチューブ２１との結合を形成してナノチューブ２１の表面に固定される。アプタマー３０の他端は、測定対象である特定の標的物質と互いに作用することにより結合を形成して固定される。ここで、アプタマー３０は抗体（ａｎｔｉｂｏｄｙ）、ＤＮＡプローブ（ＤＮＡ  ｐｒｏｂｅ）またはビオチン（ｂｉｏｔｉｎ）などでも良く、センシング素子で測定する測定対象、即ち、特定の標的物質の差異によって変化することができる。
【００３６】
以下図２及び図３を参考されたい。図２は本考案のセンシング素子を製造するに用いられるセンシング素子製造方法を示すフローチャートである。図３は本考案のセンシング素子を製造するに用いられるセンシング素子製造方法において各ステップに対応する構造を示す図である。図２及び図３に示すように、本考案のセンシング素子を製造するに用いられるセンシング素子製造方法は、ステップＳ１１〜ステップＳ１６を含む。以下、本考案における前記センシング素子製造方法の各ステップを詳細に説明する。
【００３７】
ステップＳ１１：基材を提供する。
【００３８】
まず、本考案のセンシング素子１の使用要求に応じて、基底として適用される可能な基材１０を提供する。ここで、基材１０は、事前に準備した一定のサイズを有するシート状またはブロック状の材料でも良い。以下、シリコンチップを例として基材１０について説明するが、本考案はこれに限らていない。基材１０は、表面にフォトレジスト層を形成すると共に、金属ガラス材料をスパッタリングして被覆層を形成したものでも良い。その中、基材１０は第一側１１及びそれに対向する第二側１２を含む。本実施例において、基材１０のサイズは面積が約１ｃｍ２の大きさであるが、本考案の基材１０のサイズはこれに限らない。
【００３９】
ステップＳ１２：基材にフォトレジスト層を形成する。前記フォトレジスト層は孔アレイを有する。前記孔アレイは、前記フォトレジスト層を一側から基材まで貫通する複数の貫通孔を含む。
【００４０】
前記ステップＳ１１で基材１０を提供した後、続いて基材１０の第一側１１にフォトレジスト層１５を形成する。本考案の実施例において、フォトレジスト層１５は、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を採用し、スピンコート法により基材１０の第一側１１に形成することができる。基材１０のシリコンチップとして、先に洗浄プロセスを実施することで、表面にあるほこりまたは有機汚染物質を除去した後、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）で処理することにより、フォトレジスト層１５の補助として第一側１１に形成されることができる。形成されたフォトレジスト層１５に対してリソグラフィ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）プロセスを実施すると、フォトレジスト層１５に孔アレイを形成することができる。孔アレイは複数の貫通孔１６を含み、複数の貫通孔１６は秩序配列にされており、各貫通孔１６はフォトレジスト層１５を一側（すなわち、フォトレジスト層１５と基材１０が接触する側に対向する反対側）から基材１０まで貫通するものである。本実施例において、フォトレジスト層１５の厚さは約７８０ｎｍぐらいであるが、フォトレジスト層１５の厚さは、その後形成されるナノチューブアレイ構造の各ナノチューブの高さに合わせて調整することができる。更に、各貫通孔１６の直径も、その後形成されるナノチューブアレイ構造の各ナノチューブ直径に合わせて調整することができる。
【００４１】
ステップＳ１３：フォトレジスト層に金属ガラス材料をスパッタリングする。これにより、金属ガラス材料は、各貫通孔の孔壁に堆積されると共に、貫通孔を介して基材を露出させる。
【００４２】
前記ステップＳ１２でフォトレジスト層１５を形成した後、金属ガラス材料からなるターゲット（例えば、前記Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５の合金ターゲット）を使用し、スパッタリングプロセスを実施することにより、フォトレジスト層１５に金属ガラス材料を堆積層１７としてスパッタリングして形成する。金属ガラス材料は、各貫通孔１６の孔壁に堆積されると共に、貫通孔１６を介して基材１０を露出する。本考案の実施例において、前記スパッタリングプロセスは、ＲＦマグネトロンスパッタリングシステム（ＲＦ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）を採用し、基材１０を加熱していない前に、ベース圧力を約５＊１０−４  ｍＴｏｒｒとし、作動圧力を約３  ｍＴｏｒｒと維持し、スパッタリングの距離を約１０ｍｍとする条件で、フォトレジスト層１５に対して、金属ガラス材料からなるターゲットを用い約２２５〜６７５秒のスパッタリングを実施することができる。ここで、フォトレジスト層１５表面に形成した金属ガラス材料の堆積層１７の厚さ、及び、各貫通孔１６の孔壁に形成した金属ガラス材料の厚さは、スパッタリングした時間に合わせて調整することができる。なお、スパッタリングした時間が同一とする条件の場合であっても、各貫通孔１６の孔壁に形成した金属ガラス材料の厚さは、貫通孔１６のサイズの差異に伴って変化する。すなわち、貫通孔１６の直径の増加に伴い、各貫通孔１６の孔壁に形成した金属ガラス材料の厚さは減少する。
【００４３】
ステップＳ１４：フォトレジスト層を取り除くことで、金属ガラス材料をナノチューブアレイ構造に形成させる。ナノチューブアレイ構造は複数のナノチューブを含み、各ナノチューブにおける基材が接続する端に反対する他端が開放端である。
【００４４】
前記ステップＳ１３にて金属ガラス材料をフォトレジスト層１５にスパッタリングした後、フォトレジスト層１５の表面の上方に堆積した余分の金属ガラス材料を除去して、トルエンなどの溶媒による洗浄プロセスを実行し、基材１０表面のフォトレジスト層１５を取り除くことにより、残っている金属ガラス材料は基材１０の上にナノチューブアレイ構造２０になって形成される。この時、ナノチューブアレイ構造２０は、それぞれ独立的に基材１０に接続する複数のナノチューブ２１を含み、各ナノチューブ２１において基材１０の接続する端に対向する反対端が開放端である。各ナノチューブ２１の高さは、フォトレジスト層１５の元の厚さと相等しており、各ナノチューブ２１の直径も、フォトレジスト層１５の各貫通孔１６の元の直径と相等している。例えば、本実施例において、各ナノチューブ２１の高さは約７８０  ｎｍであり、各ナノチューブ２１の直径は約５００  ｎｍである。更に、形成した各ナノチューブ２１のチューブ壁の厚さは、前記スパッタリング時間に合わせて調整することができる。例えば、本実施例において、各ナノチューブ２１のチューブ壁の厚さは約１００ｎｍであるが、本実施例により限られることはない。
【００４５】
ステップＳ１５：ナノチューブアレイ構造に対して表面処理を行うことで、各ナノチューブ内に複数の官能基を形成させる。
【００４６】
前記ステップＳ１４において、フォトレジスト層１５を取り除くことで、金属ガラス材料をナノチューブアレイ構造２０に形成した後、ナノチューブアレイ構造２０に対して表面処理を実施することにより、測定対象である特定の標的物質と結合する可能な複数の官能基（例えば、アミノ基（−ＮＨ２）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）またはその他の官能基など）を各ナノチューブ２１内に形成することが必要になっている。本考案の実施例において、修飾（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）媒介として、無水メタノール溶液を加えた３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）を使用する。表面処理を実施する過程において、無水メタノール溶液の利用により各ナノチューブの内表面を修飾することで、複数の官能基を形成する。ＡＰＴＥＳの一端はシロキサン基であるため、ナノチューブ１５表面の酸素分子との鎖反応を引き起こることができる；それに対向する他端はアミノ基であるため、測定対象である特定の標的物質との相互反応することができる。このため、ＡＰＴＥＳの使用によれば、ナノチューブ１５の表面に対する改質作用を産生することもできる。無水メタノール溶液において、前記ＡＰＴＥＳの濃度は約０．１〜１０％であり、好ましくは０．１〜５％である。ＡＰＴＥＳの濃度はナノチューブ１５の表面における酸素分子との反応時間に関係している。ＡＰＴＥＳの濃度が低すぎると（例えば、０．１％未満）、処理時間が長くなるため、製造コストがそれに伴って増加する傾向がある；ＡＰＴＥＳの濃度が高すぎると（例えば、１０％以上）、ナノチューブ１５がＡＰＴＥＳによりブロッキングされるため、その後の測定効果をそれにより減損する可能性がある。
【００４７】
ステップＳ１６：複数の官能基を活性化することにより、複数のアプタマー（ａｐｔａｍｅｒｓ）が各ナノチューブ内にアンカー（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）される。
【００４８】
前記ステップＳ１５において、ナノチューブアレイ構造２０に対して表面処理を実施した後、アプタマー３０を各ナノチューブ１５内にアンカーさせるためには、複数の官能基に対する活性化プロセスを実施することにより、、アプタマー３０が活性化された官能基と接触した後に結合を産生することが必要になっている。。本考案の実施例において、ＥＤＣとＮＨＳ溶液を加えて各ナノチューブ１５表面の複数の官能基を活性化すると共に、複数のアプタマー３０を含有するＰＢＳ緩衝液を加えて十分振動混合することにより、複数のアプタマー３０が複数の官能基と結合し、各ナノチューブ１５内にアンカーされる。ＰＢＳ緩衝液において、前記複数のアプタマー３０の濃度は約２〜２０％である。
【００４９】
以下、Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５の合金ターゲットを用い、８００ｎｍ／ｈｒのスピードで４５０秒スパッタリングする条件で、直接シリコンチップ１０にスパッタリングし、平面状の金属ガラス材料堆積層を形成（すなわち、シリコンチップ１０にフォトレジスト層を形成していない）した半製品を対照群Ａとする。本考案におけるセンシング素子製造方法のステップＳ１１〜Ｓ１４で作られたセンシング素子１半製品を実験群Ｂとする。その中、金属ガラス材料のナノチューブアレイ構造２０は、同様にＺｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５の合金ターゲットを用い、８００ｎｍ／ｈｒのスピードで４５０秒スパッタリングする条件で形成した。その後、対照群Ａ及び実験群Ｂに対して、同様に約５％のＡＰＴＥＳを含有する無水メタノール溶液で、その金属ガラス材料構造表面を修飾し、複数の官能基の活性化をした後、約１３２μＬのビオチン（１ｍｇ／ｍＬ）を含有するＰＢＳ溶液を用い、ビオチンと官能基を十分に結合させ、対照群Ａ及び実験群Ｂの金属ガラス材料構造表面にアンカーさせる。実験の結果が示すように、実験群Ｂにおいて、ナノチューブアレイ構造２０の表面で測定されたビオチン濃度は約１６１．２３μｇ／ｃｍ２であるが、対照群Ａにおいて、平面状の金属ガラス材料堆積層の表面で測定されたビオチン濃度は約１２．８１μｇ／ｃｍ２である。これにより、本考案のセンシング素子１は、金属ガラス材料のナノチューブアレイ構造２０を形成した方が、ナノチューブアレイ構造２０を有していない対照群に比べて、より広い範囲の表面積を提供し、より大量のアプタマーをアンカーさせ、センシング素子１の測定効果を高めることが証明された。
【００５０】
図２に示すように、本実施例において、本考案のセンシング素子製造方法は、ステップＳ１６の後にステップＳ１７を更に含む。複数のアプタマーがアンカーされた後の複数のナノチューブ内に測定対象である特定の標的物質を充填する。
【００５１】
前記ステップＳ１６において、複数のアプタマーをアンカーした後、本考案のセンシング素子１を測定環境に置き、複数のアプタマーと測定対象である特定の標的物質との結合により、続きの測定分析を行う。しかし、比較用の分析データを得るために、本考案のセンシング素子１の各ナノチューブ２１に複数のアプタマーをアンカーした後、測定対象である特定の標的物質の濃度又は／及び種類を事前に設定し、複数のナノチューブ内に充填し、ナノチューブ２１内のアプタマーと測定対象である特定の標的物質を互いに作用させ、結合を形成させて固定することにより、測定対象である特定の標的物質をナノチューブ２１内に維持させる。その後、本考案のセンシング素子１に対して光学試験を行い、測定対象である特定の標的物質の異なる条件での試験結果を収集し、今後のデータベースの比較分析の判断基礎とする。本実施例において、前記測定対象である特定の標的物質は生体高分子（ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）でも良い。
【００５２】
本考案は、更に前記センシング素子１を応用したセンシング方法を含み。図４は、本考案のセンシング方法のフローチャートである。図４に示すように、本考案のセンシング方法は、ステップＳ２１〜ステップＳ２３を含む。以下、本方法の各ステップに関して詳細に説明する。
【００５３】
ステップＳ２１：測定対象である特定の標的物質を有する流体環境内に置いてから、センシング素子に対して測定を行う。
【００５４】
例えば，本考案のセンシング素子１は、特定の標的物質が存在する流体環境（例えば、気体又は溶液等）内に置いて測定を行うことができる。測定対象である特定の標的物質は流体の流動により複数のナノチューブ２１内に入られた後、アンカーされた複数のアプタマーにより、測定対象である特定の標的物質をナノチューブ２１内に結合させて固定させる。
【００５５】
ステップＳ２２：光源はセンシング素子のナノチューブアレイ構造に向かって入射する光を発出させ、並びに入射光の反射光を受信する。
【００５６】
ステップＳ２１を実施した後において、測定されたセンシング素子１に対して光学試験を行う。光源は一側から、センシング素子１のナノチューブアレイ構造に向かって入射光を入射し、その入射光の反射光を別の他側にて受ける。ここで、光源は可視光、紫外光、赤外光などの異なるタイプの光源でも良く、光源の波長が亘っている範囲は２００〜４０００ｎｍ範囲内とする。
【００５７】
ステップＳ２３：反射光の光学特性を分析することにより、測定対象である特定の標的物質の測定結果を判断する。
【００５８】
ステップＳ２２を実施した後、分析により取得された反射光の光学特性と、データベースに保存された試験分析資料とを比較することにより、現在のセンシング素子１が測定した特定の標的物質の種類、濃度又は他の関連情報を判断する。ここで、光学特性は、反射光の最大反射角や、反射光に呈するカラーなどを含んでいる。
【００５９】
以下、図５及び図６を参照する。図５は本考案のセンシング素子を適用するセンシング方法の実施例を示す図であり、図６は本考案のセンシング素子を適用するセンシング方法によりそれぞれ測定した異なる対照群及び実験群における光の入射角と反射率を示す図である。以下の実験において、本考案におけるセンシング素子製造方法のステップＳ１１〜Ｓ１４により作られたセンシング素子１の半製品を対照群Ｃ１及びＣ２として、その中、対照群Ｃ１は通常の大気環境に置き、対照群Ｃ２は水環境に置く；本考案におけるセンシング素子製造方法のステップＳ１１〜Ｓ１６により作られたセンシング素子１を実験群Ｄ１〜Ｄ６として、実験群Ｄ１〜Ｄ６は全部水環境に置き、その中、実験群Ｄ２の水環境に対し、スピード１０μＬ／ｍｉｎ、濃度２５ｎＭでストレプトアビジン（ｓｔｒｅｐｔａｖｉｄｉｎ）を注入する；実験群Ｄ３の水環境に対し、スピード１０μＬ／ｍｉｎ、濃度５０ｎＭでストレプトアビジンを注入する；実験群Ｄ４の水環境に対し、スピード１０μＬ／ｍｉｎ、濃度７５ｎＭでストレプトアビジンを注入する；実験群Ｄ５の水環境に対し、スピード１０μＬ／ｍｉｎ、濃度１００ｎＭでストレプトアビジンを注入する；実験群Ｄ６の水環境に対し、スピード１０μＬ／ｍｉｎ、濃度１２５ｎＭでストレプトアビジンを注入する。続いて、図５に示すように、光源４０を用い、一側から対照群Ｃ１〜Ｃ２及び実験群Ｄ１〜Ｄ６中の任意の組のナノチューブアレイ構造２０に向かって入射光を入射し、それに対向する他側にて、分析器５０を介してその反射光を受ける。入射光の入射角を調整することにより、各組のＴＥ偏光及びＴＭ偏光導波管モードでの最大反射率の入射角（すなわち、最大反射角）を分析する。ここで、対照群Ｃ１〜Ｃ２及び実験群Ｄ１〜Ｄ６におけるナノチューブアレイ構造２０の各ナノチューブの直径は全て５００ｎｍであり、光源はＨｅ−Ｎｅレーザー光源である。
【００６０】
図６に示すように、Ｐ偏光でＴＭ偏光を励起する導波管モードを例として、実験の結果に基づき、対照群Ｃ１のナノチューブアレイ構造の各ナノチューブ内には空気のみが存在し、最大反射率を有する入射角は約３２．６５°である；対照群Ｃ２のナノチューブアレイ構造の各ナノチューブ内には水で満たされ、最大反射率を有する入射角は約３４．３°まで増加することができる；実験群Ｄ１のナノチューブアレイ構造の各ナノチューブは表面修飾を経てビオチンをアンカーした後、最大反射率を有する入射角は約３７．２５°まで増加することができる；実験群Ｄ２のナノチューブアレイ構造の各ナノチューブ内ビオチンと濃度２５ｎＭのストレプトアビジンは結合を形成して固定される。ナノチューブ内に充填した後、最大反射率を有する入射角は約３９．５°まで増加することができる。ストレプトアビジンの濃度の増加に伴い、実験群Ｄ３〜Ｄ６は実験群Ｄ２より、測定された最大反射率を有する入射角が増加する傾向を示している。これにより、ストレプトアビジンの測定では、関連する角度のデータを収集するだけで、センシング素子により測定したＰ偏光光の最大反射率を有する入射角の差異に基づき、ストレプトアビジンの濃度を測定することができる。同様に、測定対象である異なる特定の標的物質に対し、同様の方法を採用し、関連する角度のデータを収集することにより、対応的に測定を行う。
【００６１】
前記最大反射率を有する反射光の入射角を測定根拠にする以外、本考案のセンシング素子１を用い、反射光により表現される色に対して分析を行い、測定対象である特定の標的物質の測定根拠にすることができる。以下、図７及び図８を参照する。図７は本考案のセンシング方法によりそれぞれ測定した異なる対照群及び実験群の反射光カラースケールを示す図であり、図８は本考案のセンシング方法により測定した異なるストレプトアビジン（Ｓｔｒｅｐｔａｖｉｄｉｎ）の濃度に対応して産生する反射光カラースケールを示す図である。以下の実験において、前記対照群Ａ、Ｃ１〜Ｃ２及び実験群Ｄ１〜Ｄ２に基づき、図５のような設置を用い、光源４０を一側から対照群Ｃ１〜Ｃ２及び実験群Ｄ１〜Ｄ６中の任意の組のナノチューブアレイ構造２０に向かって入射光を発し、反対側で分析器５０を介してその反射光を受けて、入射角を固定する条件で、反射光により表現された色を測定及び分析する。ここで、入射光の入射角は８°のような一定の値になっている。
【００６２】
本実験において、国際照明委員会（ＣＩＥ）が１９７６年に使用した均等カラースケール図のＬ＊ａ＊ｂ＊色空間及びａ＊ｂ＊色座標を用い、複数の色の変化を定義した。図７に示すように、実験結果に基づき、対照群Ａの平面状の金属ガラス材料堆積層により反射される反射光は、表面色を表示することができず、元の白色光を維持する。対照群Ｃ１〜Ｃ２及び実験群Ｄ１〜Ｄ２は、表面が金属ガラス材料のナノチューブアレイ構造を有するため、各ナノチューブ内に充填される及び構造表面の異なる媒介物に合わせ、反射光により屈折率が変換され、異なる色の変化を示し、元の白色光から紫光へ偏光する。これにより、反射光の分析で得られる色比の差により、本考案のセンシング素子が特定の標的物質を測定したことを判断できる。
【００６３】
図８に示すように、ストレプトアビジンの測定は、ストレプトアビジンの濃度増加に伴い、カラースケールＬ＊はやや落ち、カラースケールａ＊はやや上昇し、カラースケールｂ＊の低下の程度は顕著である。これにより、反射光に関連する色データを収集するだけで、センシング素子で測定した反射光の色に基づき、ストレプトアビジンの濃度を測定することができる。同様に、測定対象である異なる特定の標的物質に対して、同じ方法を採用し、反射光に関連する色データを収集することにより、対応する測定を行う。
【００６４】
以上より、本考案のセンシング素子１は、金属ガラス材料からなるナノチューブアレイ構造２０により、環境に応じて選択性、感度、再現性を有する反応を産生し、特定の標的物質を測定しやすくなる。また、本考案のセンシング素子１の製造プロセスが簡単になり、製造コストが有効に低下する。
【００６５】
上述した実施形態は、単に例として本質的に例示することに過ぎず、請求創作を実施例により限定されず、又は本考案の使用または用途を当該実施例により限定されるものではない。さらに、上記の実施形態において、少なくとも１つの実施形態を例示したが、本考案は大量の変化が存在することを理解すべきである。同様に、本明細書に記載の実施例は、実用新案請求の範囲、使用または構成を限定するものではないことを理解すべきである。逆に、前述の実施形態は、当業者に都合のよいやり方で、本考案の１つ以上の実施例を提供することができる。さらに、本実用新案請求の範囲から逸脱しなければ、素子の機能および配置に対して様々な変更を行っても良く、実用新案請求範囲は、従来に知られている同等物及び本実用新案出願をする時にて全ての予見可能な同等物を含む。
【符号の説明】
【００６６】
１   センシング素子
１０   基材
１１   第一側
１２   第二側
１５   フォトレジスト層
１６   貫通孔
１７   堆積層
２０   ナノチューブアレイ構造
２１   ナノチューブ
３０   アプタマー
４０   光源 
５０   分析器
Ｓ１１〜Ｓ１７、Ｓ２１〜２３  ステップ 
Ａ、Ｃ１〜Ｃ２  対照群
Ｄ１〜Ｄ６ 実験群
Ｄ   直径
Ｈ   高さ 
Ｗ   チューブ壁の厚さ
【図１】
0003219754.tif 000003
【図２】
0003219754.tif 000004
【図３】
0003219754.tif 000005
【図４】
0003219754.tif 000006
【図５】
0003219754.tif 000007
【図６】
0003219754.tif 000008
【図７】
0003219754.tif 000009
【図８】
0003219754.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月16日(2018.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
基材と、ナノチューブアレイ構造と、複数のアプタマーとを含むセンシング素子であって、
前記ナノチューブアレイ構造は、前記基材の一側に形成され、
前記ナノチューブアレイ構造は複数のナノチューブを含み、
各前記ナノチューブの前記基材に接続されていない一端は開放端であり、
前記アプタマーは、表面活性化処理を経た前記ナノチューブの内にアンカーされることを特徴とするセンシング素子。
【請求項２】
前記ナノチューブのチューブ壁の厚さと直径の割合は１：２〜１：１０範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項３】
前記ナノチューブのアスペクト比は１：０．５〜１：１０範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項４】
前記ナノチューブのデューティ比（ｄｕｔｙ  ｒａｔｉｏ）は０．５〜６範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項５】
前記ナノチューブアレイ構造は、前記複数のナノチューブで形成される秩序配列であり、
各前記ナノチューブの直径は１０ｎｍ〜１００ｎｍ範囲内とすることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項６】
前記ナノチューブアレイ構造は、ジルコニウム系金属ガラス、チタン系金属ガラス、パラジウム系金属ガラス、鉄系金属ガラス、銅系金属ガラス、ニッケル系金属ガラス、アルミニウム系金属ガラス、タングステン系金属ガラス及びマグネシウム系金属ガラスからなる群から選択された少なくとも１種の材料で製作されたものであることを特徴とする請求項１に記載のセンシング素子。
【請求項７】
基材と、ナノチューブアレイ構造と、複数の官能基と、複数のアプタマー（ａｐｔａｍｅｒｓ）とを含むセンシング素子であって、
前記ナノチューブアレイ構造は、複数のナノチューブを含み、
各前記ナノチューブの前記基材に接続されていない一端は開放端であり、
前記官能基は、前記ナノチューブ内に形成され、
前記アプタマー（ａｐｔａｍｅｒｓ）は、前記ナノチューブ内にアンカー（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）されることを特徴とするセンシング素子。
【請求項８】
前記アプタマーは、抗体、ＤＮＡプローブ、又は、ビオチン（ｂｉｏｔｉｎ）であることを特徴とする請求項７に記載のセンシング素子。
【請求項９】
前記ナノチューブ内には、測定対象である特定のターゲットが充填されていることを特徴とする請求項７に記載のセンシング素子。
【請求項１０】
請求項１に記載のセンシング素子と、流体環境と、光源と、分析機器とを含むセンシングシステムであって、
前記センシング素子は、測定対象である特定のターゲットを有する前記流体環境の内部に配置され、
前記光源は、前記センシング素子の前記ナノチューブアレイ構造に向けて入射光を入射し、前記入射光の反射光を受けるように構成され、
前記分析機器は、前記反射光の光学特性を分析することにより、測定対象である前記特定のターゲットの測定結果を判断するように構成されることを特徴とするセンシングシステム。
【請求項１１】
前記光学特性は、前記反射光の最大反射率を有する反射角であることを特徴とする請求項１０に記載のセンシングシステム。
【請求項１２】
前記光学特性は、前記反射光により呈するカラーであることを特徴とする請求項１０に記載のセンシングシステム。