(57)【要約】【課題】金属層上の表面プラズモン共鳴の伝播ロスを改善するために、金属層と誘電体層との密着性を向上させ、かつ表面プラズモン共鳴の吸収をしない表面プラズモン共鳴センサチップを提供する。【解決手段】第１誘電体層と、第１誘電体層上に配置される金属層と、金属層を被覆する第２誘電体層とを有し、金属層における第２誘電体層側表面の一部を露出させ、測定サンプルと第２誘電体層側表面とを接触させるための開口部を設けた表面プラズモン共鳴センサ用チップであって、第１誘電体層と金属層との間、および、金属層と第２誘電体層との間、の少なくとも一方に有機分子膜を備えている表面プラズモン共鳴センサ用チップに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に配置される金属層と、前記金属層を被覆する第２誘電体層とを有し、
前記金属層における前記第２誘電体層側表面の一部を露出させ、測定サンプルと前記第２誘電体層側表面とを接触させるための開口部を設けた表面プラズモン共鳴センサ用チップであって、
前記第１誘電体層と前記金属層との間、および、
前記金属層と前記第２誘電体層との間、の少なくとも一方に有機分子膜を備えている表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項２】
前記有機分子膜を形成する有機分子は、メルカプト基およびアミノ基の少なくとも一方を有する有機シラン化合物である請求項１に記載の表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項３】
前記金属層は、金、銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムおよび白金、
のいずれかの少なくとも一つからなる請求項１または２に記載の表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【請求項４】
前記第１誘電体層および前記第２誘電体層は、
ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ガラス、石英、アルミナ、シリコーン
、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびＳｉ3Ｎ4のいずれかの少なくとも一つからなる請求項１〜３のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ用チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモン共鳴現象を利用した表面プラズモン共鳴センサ用チップに関し、特に、生体外試料を用いた生体機能解析、環境測定に用いられる表面プラズモン共鳴センサ用チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、生化学および医療分野においては、高精度に生体内における生理活性分子等どうしの相関関係を解明することが必要になってきている。したがって、高精度に生理活性分子等の生化学的反応の進行等を測定でき、かつ小型であるセンサが望まれており、研究が進められている。該センサのなかでも、測定に光を用いた方法は、感度の面で優れており、これまでに比色法、蛍光法または発光法といった多くの手法が開発されている。しかし、これらの手法を用いたセンサは大型となり、さらに、色素退色による消光現象が起こる場合があることが報告されている。また、これらの手法による測定の感度については伸び悩みを見せている。さらに現在、主として用いられている該センサは、溶液中に測定サンプルを分散した状態で測定する形態が多く、該形態によると、センサは、一定以上の光路長が要求されるため、センサの小型化を困難としている。
【０００３】
そこで、最近では基板上に生体分子を固定し、基板表面もしくは表面近傍で生じる反応を測定するセンシング方法を利用したセンサが提案されている。特に表面プラズモン共鳴分光法を用いたセンサは、感度面が優れており、小型化も可能であるため、注目を集めている（たとえば、非特許文献１および非特許文献２参照）。
【０００４】
図３は、表面プラズモン共鳴現象を利用したセンサの一実施形態の模式的な斜視図である。
【０００５】
図３に基づいて以下説明する。図３に示すセンサは、光源８０と、プリズム８１と、誘電体基板８２と、金属膜８４とを備え、誘電体基板８２は、金属膜８４で被覆されており、金属膜８４の表面には受容体としての抗体８５が固定されている。そして、測定サンプルにおける該抗体８５と特異的に結合するターゲット分子８６の量を測定することができる。
【０００６】
まず、金属膜８４で被覆された誘電体基板８２に対して、プリズム８１を介して光源８０から入射光λ１を入射させる。そして、入射光λ１が、誘電体基板８２を通り、金属膜８４で反射され、プリズム８１を介して出射光λ２が発生する。このとき入射光λ１と出射光λ２とをある一定の入射角と反射角とに設定すると、金属膜８４と誘電体基板８２との境界面に表面プラズモン共鳴が観測される。そして、該表面プラズモン共鳴が観測される状態に入射光λ１および出射光λ２を設定した状態で、固定された抗体８５にターゲット分子８６が結合すると、該表面プラズモン共鳴が変化する（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。
【０００７】
しかし、現行の表面プラズモン共鳴センサは、プリズム８１または石英などの透明基板を介して入射光λ１を入射させるために、ある一定の入射・反射角を有するようにチップと光学系を配置させる必要があり、大幅な小型化が困難である。さらに、入射光λ１はプリズム８１等を介して金属膜８４で被覆された誘電体基板８２に伝播するので、表面プラズモン共鳴の発生効率にロスが生じることが原理的に知られている。
【０００８】
図４は、伝播型の表面プラズモン共鳴を利用したセンサの一実施形態の模式的な斜視図である。図５は、図４におけるセンサの断面を示す模式的な断面図である。図６は、図４におけるセンサの別の一形態としての断面を示す模式的な断面図である。
【０００９】
以下、図４〜図６に基づいて説明する。上述の問題を改善するために現在、図４および図５に示すようなセンサが提案されている。図４に示すセンサは、チップ１００と、光源としてのレーザ６０とを備える。チップ１００は、第１誘電体層５２と第１誘電体層５２の上に配置される金属層５４と金属層５４を被覆する第２誘電体層５３とを有する。チップ１００は、基板５１の上に設置されている。そして、チップ１００は、金属層５４における第２誘電体層５３側表面の一部を露出させ、測定サンプルと該表面とを接触させるための開口部が設けられている。該開口部における金属層５４には、測定サンプルに含まれるターゲット分子と反応する生体分子としての抗体５５が固定されている。レーザ６０は、レーザ光６１を発し、金属層５４の一端から、金属層５４に対して水平にレーザ光６１を入射する。レーザ光６１は、導波路としての役割を果たす金属層５４の長手方向に進み、金属層５４を介して、他端から出射される。そして、他端から出射される出射光７１を検出する。
【００１０】
該表面プラズモン共鳴センサによると、チップおよび光源間の配置角の解消とプリズムからの光伝播ロスとを改善することができる。
【００１１】
ここで、図４に示すような表面プラズモン共鳴センサは誘電体で金属層を挟む構造を必要とする。このような構造においては、該誘電体と金属層との屈折率の関係および密着性が該表面プラズモン共鳴センサの性能に大きな影響を与える。図４および図５に示すような表面プラズモン共鳴センサにおいては、金属層と誘電体との密着性が悪く伝播ロスが生じて、結果、測定の感度が低下することが問題となる。また、密着性を向上させる方法として、図５に示すような金属層と誘電体との間に異種金属５７を挟む図６に示すような表面プラズモン共鳴センサが知られているが、異種金属５７による伝播型の表面プラズモン共鳴吸収によって伝播ロスが生じて、その分、表面プラズモン共鳴センサの感度が低下することが知られている。
【００１２】
また、現在、バイオセンサーとして用いる表面プラズモン共鳴センサが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２７９４７６号公報
【特許文献２】特開２００３−４２９４４号公報
【特許文献３】特開２００６−２５０６６８号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｋ．  Ｋｕｒｉｈａｒａ  他  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ．７４（３）：６９６−７０１（２００２）
【非特許文献２】Ｓｈｕｍａｋｅｒ−Ｐａｒｒｙ  ＪＳ  他  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ．７６（４）：９１８−９２９（２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以上の問題から、センサの高感度化のために１）金属と誘電体の密着性を向上させ２）伝播型表面プラズモンポラリトン吸収がおこらず３）屈折率が誘電体とほぼ同程度で４）プラズモンを減衰させないほど薄い物質が望まれている。
【００１６】
そこで、本発明は、金属層上の表面プラズモン共鳴の伝播ロスを改善するために、金属層と誘電体層との密着性を向上させ、かつ表面プラズモン共鳴の吸収をしない表面プラズモン共鳴センサチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、第１誘電体層と、第１誘電体層上に配置される金属層と、金属層を被覆する第２誘電体層とを有し、金属層における第２誘電体層側表面の一部を露出させ、測定サンプルと第２誘電体層側表面とを接触させるための開口部を設けた表面プラズモン共鳴センサ用チップであって、第１誘電体層と金属層との間、および、金属層と第２誘電体層との間、の少なくとも一方に有機分子膜を備えている表面プラズモン共鳴センサ用チップに関する。
【００１８】
また、本発明の表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいて、有機分子膜を形成する有機分子は、メルカプト基およびアミノ基の少なくとも一方を有する有機シラン化合物であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいて、金属層は、金、銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムおよび白金、のいずれかの少なくとも一つからなることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいて、第１誘電体層および第２誘電体層は、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ（窒化酸化シリコン）、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ガラ
ス、石英、アルミナ、シリコーン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびＳｉ3Ｎ4のいずれかの少なくとも一つからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
金属層上の表面プラズモン共鳴の伝播ロスを改善するために、金属層と誘電体層との密着性を向上させ、かつ表面プラズモン共鳴の吸収をしない表面プラズモン共鳴センサチップを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明における一実施形態を示す模式的な断面図である。
【図２】実施例１および比較例１における表面プラズモン共鳴センサによる測定結果を示す図である。
【図３】表面プラズモン共鳴現象を利用したセンサの一実施形態の模式的な斜視図である。
【図４】伝播型の表面プラズモン共鳴を利用したセンサの一実施形態の模式的な斜視図である。
【図５】図４におけるセンサの断面を示す模式的な断面図である。
【図６】図４におけるセンサの別の一形態としての断面を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない。
【００２４】
図１は、本発明における一実施形態を示す模式的な断面図である。以下、図１に基づいて、本発明の表面プラズモン共鳴センサチップの基本構造について説明し、その後、有機分子膜について説明し、該表面プラズモン共鳴センサチップの有機分子膜以外の各部材の材料等について説明する。
【００２５】
≪基本構造≫
図１に示すように、本発明の表面プラズモン共鳴センサチップは、少なくとも第１誘電体層２と第１誘電体層２の上に配置される金属層４と金属層４を被覆する第２誘電体層３とを有する。そして、表面プラズモン共鳴センサチップは、金属層４における第２誘電体層３側表面の一部を露出させ、測定サンプルと該表面とを接触させるための開口部が設けられている。本実施形態においては、該開口部における金属層４には、測定サンプルに含まれるターゲット分子と反応する生体分子としての抗体５が固定されている。該抗体５などの測定サンプル中のターゲット分子と反応する物質は適宜選択できる。
【００２６】
そして、本実施形態においては、第１誘電体層２と金属層４との間および金属層４と第２誘電体層４との間に有機分子膜７を備えている。そして、レーザ１０から発するレーザ光１１を金属層４の一端から、金属層４に対して水平に入射させると、レーザ光１１は、導波路としての役割を果たす金属層４の長手方向に進み、金属層４を介して、他端から出射される。
【００２７】
該開口部に測定サンプルを接触させる前と接触させた後における金属層４の上面近傍の屈折率は、変化する。本発明においては、該屈折率の変化を出射光２１を検出する検出部２０で解析することによって、測定サンプルにおけるターゲット分子の測定を行なう。なお、金属層４は、該開口部以外の箇所では、第２誘電体層３で全て被覆されていることが好ましいが、一部被覆されない箇所があってもよい。
【００２８】
金属層４は、厚みが１ｎｍから１００ｎｍの範囲であることが好ましく、１０ｎｍから４０ｎｍの範囲であることが特に好ましい。金属層４の厚みが１ｎｍ未満である場合には、金属層４の形成が困難となる虞があり、金属層４の厚みが１００ｎｍを超える場合には、金属層４において表面プラズモン共鳴が生じない虞があるためである。また、金属層４の短手方向の長さは、５０ｎｍから１００μｍの範囲であることが好ましい。該長さが５０ｎｍ未満の場合には、金属層４において表面プラズモン共鳴が発生しない虞があり、該長さが１００μｍを超える場合には、使用しにくい高次の表面プラズモンが多く発生する虞があるためである。また、金属層４の長手方向の長さは、３０μｍから５ｍｍの範囲であることが好ましい。該長さが３０μｍ未満の場合には、十分な分解能（分析能）が得られない虞があり、該長さが５ｍｍを超える場合には、出射光２１の強度が低くなりすぎる虞があるためである。
【００２９】
そして、該開口部は、長手方向に１０μｍから５ｍｍの範囲で設けることが好ましい。１０μｍ未満の場合には、測定サンプルの接触量が不足する虞があり、５ｍｍを超える場合には、出射光２１の強度が低くなりすぎる虞があるためである。
【００３０】
なお、第１誘電体層２および第２誘電体層３の厚さについては特に限定されないが、たとえば、双方とも１００ｎｍから１００μｍの範囲とすることができる。
【００３１】
≪有機分子膜≫
本実施形態は、金属層４の第１誘電体層２と接する面または両面と誘電体層（第１および第２を含む）との間に、金属層と誘電体層との結合を促し、第１および第２誘電体層と金属層との密着性を向上させる有機分子膜７を備える。
【００３２】
有機分子膜７を形成する有機分子は、メルカプト基およびアミノ基の少なくとも一方を有する有機シラン化合物であることが好ましく、メルカプト基を有する有機シラン化合物であることが特に好ましい。これは、有機分子膜７を形成する有機分子は、該金属層４とメルカプト基のＳまたはアミノ基のＮの結合、有機シラン分子間疎水性相互作用によって強固に結合することができることが望まれるためである。また、メルカプト基を有する有機シラン化合物である場合には、ジスルフィド結合も該結合に寄与する。該有機分子の具体例としては、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、（６−アミノヘキシル）アミノプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
【００３３】
そして、有機分子膜７と、第１誘電体層２および第２誘電体層３の屈折率ができるだけ近い値であることが好ましい。また、有機分子膜７、第１誘電体層２および第２誘電体層３の該屈折率は、１．０から４．０の範囲となるよう設定することが好ましい。
【００３４】
また、有機分子膜７の厚みは特に限定されないが、５〜３０Åであることが好ましい。表面プラズモン共鳴を吸収することを防ぐためである。そして、有機分子膜７の形態は特に限定されないが、たとえば、有機単分子膜とすることができる。また、有機単分子膜である場合において、該有機分子膜７を形成する有機分子は、１種類であってもよいし、２種類以上の混合物であってもよい。有機単分子膜は１分子層と薄く、その構造によって屈折率を誘電体層と同様に設定できる。
【００３５】
また、有機分子膜７を形成することによって、たとえば第１誘電体層２の表面を荒らすことなく、表面を履歴することができる。Ｘ線光電子分光法によって、有機分子膜７の被覆の率までも測定することができる。有機分子膜７の表面の様子は、電子顕微鏡等で確認することができる。本実施形態の表面プラズモン共鳴センサチップは、有機分子膜７を有することで、第１誘電体層２および第２誘電体層３と、金属層４との密着性を向上させることができるため、表面プラズモン共鳴センサチップの測定感度が向上し、デバイスとしての効率が上がる。
【００３６】
また、有機分子膜７を形成する有機分子は、炭素数が３〜２１の直鎖構造であることが好ましい。該炭素数が３未満である該有機分子は、入手が困難であり、また、金属層４と第１誘電体層２および第２誘電体層３との結合の向上の効果を得ることができない虞がある。また、該炭素数が２１を超えると、有機分子膜７を形成する有機分子同士が、相互に作用しあうことによって、単分子膜の形成が難しく、金属層４と第１誘電体層２および第２誘電体層３との密着力の向上に寄与しない虞がある。
【００３７】
有機分子膜７を形成する有機分子の長さは０．５ｎｍ〜３ｎｍの範囲であることが好ましい。該長さは、有機分子膜７を形成する有機分子の分子量に由来する。
【００３８】
金属層４と第１誘電体層２との密着性の評価は、たとえば、めっきの密着性試験方法（ＪＩＳ−Ｈ８５０４）に準拠して、行なうことができる。また、本実施形態においては、有機分子膜７を２箇所備えるようにしたが、どちらかのみであっても本発明の効果を得ることは十分に可能である。また、有機分子膜７は、金属層４と少なくとも一部接触していればよい。
【００３９】
本発明によると有機分子膜７によって金属層４と第１誘電体層２および第２誘電体層３との密着性がよい表面プラズモン共鳴センサ用チップを利用することにより、従来よりも高い感度でのバイオセンシングを提供することができ、抗原抗体反応、遺伝子変異、遺伝子・タンパク相互作用、細胞・タンパク機能、代謝物質同定などの高精度な検出・診断が可能となる。
【００４０】
また、金属層４と第１誘電体層２および第２誘電体層３との密着性が悪いと、衝撃など物理的要因、酸、アルカリなどの化学的要因によって容易に表面プラズモン共鳴センサ用チップが破壊される虞があるが、本発明によると、表面プラズモン共鳴センサ用チップの繰り返し使用や酸、アルカリ溶液などの過酷な条件での使用でき、水質検査などの環境測定が可能となる。
【００４１】
≪各部材≫
金属層４は、金、銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムおよび白金、のいずれかの少なくとも一つからなることが好ましく、金、銀および銅のいずれか一つからなることが特に好ましい。これらの材料は、表面プラズモン波を発生しやすい性質を有する。そして、上述のメルカプト基における硫黄（Ｓ）およびアミノ基とこれらの材料とは強く結合しあい、金属層４と第１誘電体層２および第２誘電体層３との密着力の向上に寄与するためである。
【００４２】
また、第１誘電体層２および第２誘電体層３は、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ膜（窒化酸化シリコン膜、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ガラス、石英、アルミナ、シリコーン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびＳｉ3Ｎ4のいずれかの少なくとも一つからなることが好ましい。これらの材料は、透光性が高く、レーザ１０からのレーザ光１１を吸収しにくいためである。また、これらの材料は、屈折率を適宜好ましい値に設定することができるためである。たとえば基板としてシリコン基板（図示せず）等の表面にＳｉＯ2を形成してこれを第１誘電体層２としてもよい。基板の材料は適宜選択することができ、該基板に酸化膜を形成することで第１誘電体層２または第２誘電体層３としてもよい。また、第１誘電体層２および第２誘電体層３は、ＳｉＯＮや、アルミナなど、形成の際に分子の組成を調整し易く、屈折率の調整ができるものが好ましい。
【００４３】
また、第２誘電体層３に設けられた開口部における金属層４上に固定化された生体分子としては、たとえば、抗体５のほかに、酵素などのタンパク質およびＤＮＡ等を例に挙げることができる。そして、該生体分子と反応するターゲット分子としては、具体的に、該抗体と結合する抗原、該酵素と結合する補酵素、該ＤＮＡと結合するタンパク質やＤＮＡなどを挙げることができる。つまり、本発明の表面プラズモン共鳴センサとしては、通常のバイオセンサで汎用されているタンパク質相互作用、抗体抗原反応および遺伝子反応などを利用して、サンドイッチイムノアッセイ、アビジンービオチン反応系およびハイブリダイゼーションなどの技術を用いることが可能である。表面プラズモン共鳴センサは、該ターゲット分子が、測定サンプル中にどれだけ含まれているかを測定することができる。そして、該生体分子と、該ターゲット分子とからなる凝集体が、金属層４の表面に固定化した状態で検出部２０において出射光２１を検出することが好ましい。また、測定サンプルは、液体状態であっても、気体状態であっても良い。
【００４４】
ただし、該生体分子を備えない場合であっても本発明における表面プラズモン共鳴センサチップは、測定サンプルの測定に利用できる。
【００４５】
また、特定の嗅覚対象の受容体を上述の生体分子として金属層４に固定してもよい。該嗅覚対象の受容体を固定したセンサ本体５０を備える表面プラズモン共鳴センサは、生体内反応とほぼ等効率な模倣生体として利用できる。該受容体は、遺伝子解析・操作技術を用いて、または、生体抽出することで得ることができる。本発明において、該受容体は精製された高純度なものを用いることが好ましい。該受容体を金属層４に固定する際に、同時に抗体などを用いても良い。
【００４６】
また、該生体分子を金属層４に固定するための該金属層４の表面に分子修飾処理を施すことが好ましい。たとえば、該分子修飾においては、アルキルシラン、アルカンチオールなどの分子やイオン性高分子などの分子を該表面に固定するような処理を施すことが好ましい。また、該分子は末端官能基として、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ2、−ＣＦ3、−ＣＨ3、−ＣＮ、−ＳＯ3Ｈなどを少なくとも１つ以上有することが好ましい。該分子修飾処理については、公知の技術を各種選択して用いる。
【００４７】
基板１の材料は、ＳｉＯ2、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ガラス、石英、シリコーンおよびプラスチックから選ばれるいずれかからなることが好ましい。該ガラスとしては、たとえば多孔質ガラス等を挙げることができ、該プラスチックとしては、ポリウレタンおよび多孔質スチレン等を挙げることができる。
【００４８】
また、光源としてのレーザとしては、半導体レーザおよび有機レーザ等を挙げることができる。有機レーザとは、たとえば、Ｈ．Ｈａｊｉｍｅ  Ｎａｋａｎｏｎａｎｉら  “Ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ  ｌｏｗ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ９，９’−ｓｐｉｒｏｂｉｆｌｕｏｒｅｎｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｆｒｏｍ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”  Ａｄｖ．  Ｆｕｎｃｔ．  Ｍａｔｅｒ．，（ｉｎ  ｐｒｅｓｓ  ２００７）記載されたものを用いることができる。本実施形態において、有機レーザを備える場合には、表面プラズモン共鳴センサを廃棄する際に環境を汚染しにくく、使い捨てのチップとして使用できる。なお、光源は、レーザ以外のたとえば発光ダイオードなどであってもよい。また、該レーザが発するレーザ光の波長は４００ｎｍから１６００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、本実施の形態において、該レーザが発するレーザ光１１の１割から４割は、金属層４に入射することなく、センサ本体の外部に放出される。したがって、該レーザ光１１の強度は、外部に放出されるロスを考慮して設定することが好ましい。
【００４９】
≪動作≫
以下、図１に基づいて説明する。本発明の表面プラズモン共鳴センサチップにおいて、上述のように金属層４の一端からレーザ光１１を入射させると、該金属層４の両表面に表面プラズモン共鳴の一種である表面プラズモン共鳴が生じる。つまり、直接、導波路としての役割を果たす金属層４にレーザ光１１を入射させる方式によって、金属層４表面における屈折率変化を経時的に測定することができる。屈折率変化の測定は、開口部において行なわれる。開口部の金属層４表面にて該表面に固定した生体分子とターゲット分子との反応が進むにつれて、第１誘電体層２の屈折率と金属層４の表面の屈折率との差が大きくなっていき、伝播ロスもそれに従って大きくなる。伝播ロスにより減衰した光の強度を測定し、初期状態の光量と比較することで金属層４の表面（上面近傍）の屈折率が分かり、そこから該生体分子と反応したターゲット分子の量、たとえば抗原抗体反応の量がわかる。また、測定サンプルにおけるターゲット分子をナノ粒子で修飾した場合には、同様の現象が増幅されて生じることから、該生体分子と反応したターゲット分子の量がより高感度に検知できる。
【００５０】
本実施形態においては、抗原６が抗体５と結合する量が増加するに従って、該開口部における金属層３を通るレーザ光１１の屈折率が経時的に変化し、該金属層３で生じる表面プラズモン共鳴の強度も変化する。導波路としての金属層３の端部から出射する出射光２１を経時的に解析し、測定サンプルにおける抗原６の量を算出することができる。
【００５１】
以下、上述したような構成要素を備えた別の実施の形態の表面プラズモン共鳴センサについて説明する。なお、以下の実施の形態において、上述した材料等を適宜選択することができる。
【００５２】
≪製造方法≫
基板（図示せず）上に、第１誘電体層２をスパッタ法等で形成する。次に、この基板を有機分子膜７の材料を含有するエタノール溶液に一定時間浸漬し、洗浄の後に焼成することで有機分子膜７を形成する。ここで、有機分子膜７が形成された該基板の表面にレジストを塗布し、ストライプ状のマスクを用いて露光し、現像することで、該ＳｉＯＮ膜および有機分子膜７を所望のパターンにしてもよい。
【００５３】
その後、該基板に蒸着等で金属層４を形成した後、洗浄し、金属層４を所望のパターンにする。そして、適宜、上述と同様にして金属層４に有機分子膜７を形成する。そして、最後に、スパッタ法等によって、第２誘電体層３を形成する。以上の操作で、表面プラズモン共鳴センサ用チップを製造することができる。
【００５４】
なお、本実施形態のように、金属層４の表面に上述の分子修飾処理を施したり、抗体５を固定する場合には、第２誘電体層３を形成した後に表面プラズモン共鳴センサ用チップに対して行なうことができる。
【００５５】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００５６】
＜実施例１＞
図１に基づいて以下説明する。
【００５７】
≪第１誘電体層の形成≫
まず、シリコン（Ｓｉ）からなる基板（図示せず）上に、第１誘電体層２として厚さ１０μｍのＳｉＯＮ膜（窒化酸化シリコン膜）を形成した。
【００５８】
≪有機分子膜の形成≫
次に、この基板を２０ｍｍｏｌ／Ｌ  ３−メルカプトプロピルトリメトシキシシラン（ＭＰＴＭＳ）のエタノール溶液に２時間浸漬した。浸漬した後に該基板の表面をエタノールと純水とで洗浄し、１１０度で１２０秒ベークすることで、有機分子膜７を形成した。有機分子膜７が形成された該基板の表面にレジストを塗布し、ストライプ状のマスクを用いて露光し、現像することで、該ＳｉＯＮ膜および有機分子膜７を所望のパターンにした。
【００５９】
≪金属層の形成≫
その後、該基板に蒸着によって金からなる金属層４を形成した。該蒸着における成膜速度は２Å／秒で行なった。得られた金属層４の厚さは１５０Åであった。そして、金属層４が形成された基板をアセトンで１５分間超音波洗浄し、金属層４を細線状のパターンにするためにリフトオフした。
【００６０】
≪第２誘電体層の形成≫
リフトオフした後、基板上にスパッタ法によって、第２誘電体層３として厚さ１０μｍのＳｉＯＮ膜を形成した。以上の操作で、表面プラズモン共鳴センサ用チップを製造した。
【００６１】
＜比較例１＞
上述の≪有機分子膜の形成≫の工程において、有機分子膜７は形成せず、スパッタ蒸着により基板の表面にチタンからなる膜を形成したことを除いては、実施例１と同様に行ない、表面プラズモン共鳴センサ用チップを製造した。
【００６２】
［密着性評価］
実施例１および比較例１の表面プラズモン共鳴センサ用チップにおける第１誘電体層２と金属層４との密着性を評価した。
【００６３】
評価には、金属層４が形成された直後の基板を用いた。評価はめっきの密着性試験方法（ＪＩＳ−Ｈ８５０４）に準拠して、スコッチテープ（登録商標）で行なった。
【００６４】
その結果、実施例１における表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいては、金属層４はスコッチテープに付着しなかったが、比較例１における表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいては、金属層がスコッチテープに付着した。実施例１の表面プラズモン共鳴センサ用チップにおいては、金属層４と第１誘電体層２とが密着していることが分かった。
【００６５】
［測定評価］
実施例１における表面プラズモン共鳴センサ用チップは基板上部領域の屈折率変化により、伝播ロスは大幅に変化する。従って、伝播ロスの変化を見ることで送液している溶液の組成をモニタリングすることが可能である。したがって、実施例１における表面プラズモン共鳴センサ用チップを用いて、濃度が異なるエタノール水溶液の組成を判別することができるかどうかを測定した。
【００６６】
実施例１における表面プラズモン共鳴センサ用チップに対して、送液用の流路パターン（シリコーン製）を配置した。そして、開口部と流路パターンを流れる測定サンプルとが接触できるようにした。そして、測定サンプルとして、純水、２０％エタノール水溶液および６０％エタノール水溶液を送液した。このとき、表面プラズモン共鳴センサ用チップに対するレーザ光１１の照射のために、波長１５５０ｎｍの光を発する半導体レーザを用いた。また、表面プラズモン共鳴センサ用チップ内を伝播し放出された射出光について測定を行なった。
【００６７】
図２は、実施例１および比較例１における表面プラズモン共鳴センサによる測定結果を示す図である。図２は、横軸に金属層４の上面近傍における屈折率の変化を示し、縦軸に入射光と出射光との強度および該入射光の移動距離から算出される伝播ロスの値を示す。
【００６８】
まず、実施例１において、流路内に純水を送液し、そのときの伝播ロスを計測すると２．１ｄＢ／ｍｍであった。次に、流路内に２０％エタノール水溶液を送液し、そのときの伝播ロスを計測すると８２ｄＢ／ｍｍであった。最後に、流路内に６０％エタノール溶液を水溶液し、そのときの伝播ロスを計測すると２３０ｄＢ／ｍｍであった。
【００６９】
また、比較例１において、流路内に純水を送液し、そのときの伝播ロスを計測すると１．９ｄＢ／ｍｍであった。次に、流路内に２０％エタノール水溶液を送液し、そのときの伝播ロスを計測すると６７ｄＢ／ｍｍであった。最後に、流路内に６０％エタノール水溶液を送液し、そのときの伝播ロスを計測すると１０４ｄＢ／ｍｍであった。
【００７０】
結果の解釈として図２のように、実施例１においては、金属層４の表面近傍の屈折率変化により、表面プラズモン共鳴センサにおけるレーザ光１１の伝播ロスが大幅に変化することで、濃度が異なるエタノール水溶液の屈折率の差を測定できることがわかった。
【００７１】
また、実施例１における表面プラズモン共鳴センサは、比較例１における表面プラズモン共鳴センサよりも感度が高く、具体的には、１つ桁が異なるレベルでの感受性の差を提供できる。
【００７２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７３】
２，５２  第１誘電体層、３，５３  第２誘電体層、４，５４  金属層、５，５５，８５  抗体、７  有機分子膜、１０  レーザ、１１，６１  レーザ光、２０  検出部、２１，７１  出射光、５１  基板、５６，８６  抗原、５７  異種金属、６０，８０  光源、８１  プリズム、８２  誘電体基板、８４  金属膜、１００  チップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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