表面等离子共振传感用芯片、其制造方法以及测定方法技术

一种表面等离子共振传感器，包括：具有基板（１０２）和金属层（１０３）的芯片、棱镜（１０４）、作为光源的光学系统（１０５）、和光检测器（１０６），其中，金属层（１０３）由形成为薄膜状的平坦部（１０９）、和相互隔开间隔配置的由金属微粒（１１０）等形成的凸部构成。在向这种结构的金属层（１０３）入射光时，可以得到分别由平坦部（１０９）和凸部引起的共振角。根据该共振角可以检测金属层所接触的介质的折射率变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及表面等离子共振(SPRsurface plasmon resonance)传感器，更具体讲涉及适合于检测蛋白质和DNA这种活体分子的相互作用的表面等离子共振传感器。
技术介绍
近年来，作为用于检测活体分子的相互作用的有无或程度的传感器，使用表面等离子共振传感器。图1表示以往的表面等离子共振传感器1。表面等离子共振传感器1具有由玻璃等构成的基板2；形成于基板2上的金属薄膜3；配置在基板2的没有形成金属薄膜3的一侧的棱镜4；能够以各种角度向金属薄膜3和基板2的界面入射光的光学系统5；测定在金属薄膜3和基板2的界面反射的光的强度的光检测器6。金属薄膜3与试料溶液接触，试料溶液中的抗原等配体8，与被固定在金属薄膜3的表面上的抗体等受体7相互作用。将来自光学系统5的光入射到棱镜4上，以在金属薄膜3和基板2的界面全反射时，在金属薄膜3的表面产生具有电场分布的衰减波(evanescent-wave)。在衰减光的波数和频率与表面等离子的波数和频率一致时，两者共振，入射光的能量转入表面等离子中，所以反射光减少。此处，用于引起共振的入射角度(共振角)取决于金属薄膜3的表面的折射率。在被固定在金属薄膜3上的受体7与试料溶液中的配体8相互作用时，表面的折射率发生变化，所以共振角发生变化。通过测定其角度变化，检测活体分子的相互作用。图2表示在受体7与配体8的反应前后利用表面等离子共振传感器1测定的反射率的变化的示例。另外，还提出局域等离子共振传感器，其向不是固定金属薄膜而将金属微粒固定成膜状的基板照射光，测定透过金属微粒的光的吸光度，由此检测金属微粒表面附近的折射率的变化(专利文献1)。专利文献1日本特许第3452837号公报但是，在图1所示的表面等离子共振传感器1中，受距金属薄膜约200nm的折射率变化影响，所以存在以下问题不仅对于基于被固定在金属薄膜上的活体分子的相互作用的折射率的变化，而且对于基于溶液部的浓度、pH、温度等变化的折射率的变化，也作为噪声而检测。并且，专利文献1公开的局域等离子共振传感器，通过使用金属微粒膜代替金属薄膜，使将要产生的电场在金属微粒表面附近局域化，减小溶液部的折射率的变化的影响，但是并未排除溶液部的影响，而存在不知道溶液部的变化对测定结果的影响有多大的问题。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述技术课题而提出的，其目的在于，分别检测金属表面上的基于分子的相互作用的折射率变化、和基于溶剂部的变化的折射率变化。本专利技术的表面等离子共振传感器用芯片的特征在于，具有透光性基板和金属层，该金属层形成为在表面具有凹部或凸部、及位于所述凹部或凸部之间的平坦部，并覆盖所述基板的表面。本专利技术的表面等离子共振传感器用芯片的某实施方式的特征在于，所述基板是具有平坦的表面的基板，所述凸部是在所述平坦部即金属薄膜上相互隔开间隔固定的多个金属微粒。本专利技术的表面等离子共振传感器用芯片的另一实施方式的特征在于，所述基板是具有平坦的表面的基板，所述凹部或凸部是在所述金属层即金属薄膜上相互隔开间隔形成的多个微小的凹部或凸部，所述凹部不贯通所述金属薄膜。本专利技术的表面等离子共振传感器用芯片的又一实施方式的特征在于，在所述基板的一侧表面上隔开间隔形成有多个微小凸部或微小凹部，所述金属层形成于所述基板的一侧表面上，以反映所述微小凸部或微小凹部的形状。本专利技术的表面等离子共振传感器用芯片的另一实施方式的特征在于，所述金属层的材质是金或银。本专利技术的表面等离子共振传感器用芯片的制造方法的特征在于，包括通过溅射或蒸镀在基板的一侧表面形成金属薄膜的步骤；对所述金属薄膜的表面进行化学修饰的步骤；以及将所述化学修饰后的基板浸渍于金属微粒溶液中的步骤。本专利技术的表面等离子共振传感器用芯片的制造方法的特征在于，包括将基板的一侧表面浸渍于氨硅烷耦合剂溶液中的步骤；将所述基板浸渍于金属微粒溶液中的步骤；清洗所述基板的步骤；以及通过溅射或蒸镀在所述一侧表面形成金属薄膜的步骤。本专利技术的表面等离子共振传感器的特征在于，具有本专利技术的表面等离子共振传感器用芯片；配置在所述芯片的没有形成所述金属层的一侧的棱镜；通过所述棱镜向所述芯片照射光的光源；以及测定所述金属层的光的反射率的光检测器。本专利技术的活体分子的测定方法，从光学系统向本专利技术的表面等离子共振传感器芯片照射光，使光在所述芯片的金属层和基板的界面上全反射，利用光检测器测定反射光的强度，其特征在于，根据所述反射光的强度相对于所述照射光的频率变化的变化，测定活体分子的相互作用的有无或程度。本专利技术的折射率变化的检测方法，从光学系统向本专利技术的表面等离子共振传感器芯片照射光，使光在所述芯片的金属层和基板的界面上全反射，利用光检测器测定反射光的强度，其特征在于，通过测定所述反射光的共振角的变化，分别检测所述金属层表面上的基于分子的相互作用的折射率变化、和所述金属层附近的基于与溶剂的相互作用的折射率变化。本专利技术的表面等离子共振传感器中，形成于棱镜的一面的金属层包括形成为薄膜状的平坦部；和相互隔开间隔配置的由金属微粒等构成的凸部，在向这种结构的金属层入射光时，可以得到分别因平坦部和凸部引起的共振角。通过利用该特征，可以分别检测金属表面上的基于分子的相互作用的折射率变化、和基于溶剂部的变化的折射率变化。附图说明图1是以往的表面等离子共振传感器的概要侧视图。图2是表示以往的表面等离子共振传感器的入射光的入射角度和反射率的关系的曲线图。图3是本专利技术的第1实施方式的表面等离子共振传感器的概要侧视图。图4是概念地表示产生于金属层表面的电场的图。图5是表示表面等离子和入射光的方差关系的曲线图。图6是表示混合模式的表面等离子和入射光的方差关系的曲线图。图7是表示在本专利技术的实施方式中测定的反射率的测定结果的曲线图。图8是将图3的表面等离子共振传感器的一部分放大的图。图9是本专利技术的第2实施方式的表面等离子共振传感器的概要侧视图。图10是本专利技术的第3实施方式的表面等离子共振传感器的概要侧视图。符号说明1、101、201、301表面等离子共振传感器；2、102基板；3、103金属层；4、104棱镜；5、105光学系统；6、106光检测器；7、107受体；8、108配体；109平坦部；110金属微粒；111试料溶液具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的优选实施方式。(实施例1)图3是本专利技术的第1实施方式的表面等离子共振传感器101的概要侧视图。表面等离子共振传感器101具有由玻璃等构成的基板102；形成于基板102上的金属层103；配置在基板102的没有形成金属层103的一侧的棱镜104；向金属层103和基板102的界面入射光的光学系统105；测定在金属层103和基板102的界面反射的光的强度的光检测器106。光学系统105可以是以各种入射角度入射某种波长的光的结构，也可以是以一定的入射角度入射各种波长的光的结构。在本实施方式中金属层103由形成为薄膜状的平坦部109、和相互隔开间隔配置的金属微粒110构成，平坦部109露出于相邻的金属微粒110之间。平坦部109的厚度优选20～60nm，金属微粒110的直径优选20～150nm。代表性地，金属层103由金或银构成，但不限于此。在金属层103的表面固定有抗体等受体107。金属层103与包括抗原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面等离子共振传感器用芯片，具有透光性基板和金属层，该金属层形成为在表面具有凹部或凸部、及位于所述凹部或凸部之间的平坦部，并覆盖所述基板的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：西川武男，松下智彦，青山茂，乗冈茂巳，和沢铁一，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]