試樣分析元件以及檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】提供既能夠提高熱點(diǎn)的表面密度又能夠使傳播表面等離子體共振與局域表面等離子體共振結(jié)合的試樣分析元件。試樣分析元件11具備多列金屬納米體列16。每個(gè)金屬納米體列16包含以小于入射光的波長(zhǎng)的第一節(jié)距SP在電介質(zhì)表面排列成一列的多個(gè)金屬納米體15。多列金屬納米體列16以大于第一節(jié)距SP的第二節(jié)距LP并排排列。
【專利說(shuō)明】試樣分析元件以及檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備金屬納米粒子或金屬納米突起等金屬納米體的試樣分析元件，以及使用這種試樣分析元件的檢測(cè)裝置等。

【背景技術(shù)】
[0002]已知有利用了局域表面等離子體共振(LSPR)的試樣分析元件。這樣的試樣分析元件具備例如分散在電介質(zhì)表面的金屬納米體、即金屬納米結(jié)構(gòu)。金屬納米結(jié)構(gòu)例如形成為充分小于激發(fā)光的波長(zhǎng)。向金屬納米粒子照射激發(fā)光時(shí)，全部電偶極子對(duì)齊誘發(fā)增強(qiáng)電場(chǎng)。其結(jié)果，在金屬納米結(jié)構(gòu)的表面生成近場(chǎng)光。形成所謂的熱點(diǎn)。
[0003]非專利文獻(xiàn)1中金屬納米結(jié)構(gòu)以規(guī)定的節(jié)距排列成格子狀。節(jié)距的大小設(shè)定成指定的數(shù)值時(shí)，基于倏逝波引起傳播表面等離子體共振(PSPR)。傳播表面等離子體共振與局域表面等離子體共振結(jié)合。確立所謂的混合模式。因此，局域表面等離子體共振通過(guò)傳播表面等離子體共振被增強(qiáng)，近場(chǎng)光在金屬納米結(jié)構(gòu)表面被增強(qiáng)。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]非專利文獻(xiàn)1:
[0006]Yizhou chu 等著，“Experimental study of the interact1n betweenlocalized and propagating surface plasmons”，OPTICS LETTERS,美國(guó)，2009 年 2 月 1日，Vol.34，N0.3，p.244-246


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008]上述的試樣分析元件能夠用于目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)裝置。如非專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的，如果在引起傳播表面等離子體共振的倏逝波的波長(zhǎng)設(shè)定節(jié)距，則在電介質(zhì)表面上熱點(diǎn)的表面密度顯著降低，目標(biāo)物質(zhì)很難附著于熱點(diǎn)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)方式，能夠提供既能夠提高熱點(diǎn)的表面密度又能夠使傳播表面等離子體共振與局域表面等離子體共振結(jié)合的試樣分析元件。
[0010]解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案
[0011](1)本發(fā)明的一個(gè)方式涉及試樣分析元件，該試樣分析元件在電介質(zhì)表面具備多列金屬納米體列，該金屬納米體列包含以小于入射光的波長(zhǎng)的第一節(jié)距排列成一列的多個(gè)金屬納米體。所述多列金屬納米體列以大于上述第一節(jié)距的第二節(jié)距并排排列。
[0012]在入射光的作用下，金屬納米體中引起局域表面等離子體共振。在金屬納米體列的節(jié)距(第二節(jié)距)的作用下，基于倏逝波引起傳播表面等離子體共振。傳播表面等離子體共振與局域表面等離子體共振結(jié)合。確立所謂的混合模式。由此，局域表面等離子體共振通過(guò)傳播表面等離子體共振被增強(qiáng)，近場(chǎng)光在金屬納米體表面被增強(qiáng)。形成所謂的熱點(diǎn)。而且，因?yàn)樵诿總€(gè)金屬納米體列內(nèi)配置有多個(gè)金屬納米體，所以和以與入射光共振的節(jié)距配置金屬納米體單體時(shí)相比，金屬納米體的表面密度被提高。因此，熱點(diǎn)的表面密度被提聞ο
[0013](2)上述金屬納米體列彼此之間可以形成不含金屬納米體的區(qū)域。即，由電介質(zhì)表面和與電介質(zhì)表面平行且與金屬納米體頂面接觸的虛擬平面隔開(kāi)的空間內(nèi)，相鄰的金屬納米體列彼此之間填充有絕緣體(包含空間)。換言之，金屬材料從該空間內(nèi)相鄰的金屬納米體列彼此之間被排除。
[0014](3)試樣分析元件可以具備:金屬膜；以及電介質(zhì)，在上述金屬膜的表面擴(kuò)展，構(gòu)成上述電介質(zhì)表面。在金屬膜的金屬與金屬納米體的金屬之間偶極如果朝向相同方向，則引起局域電場(chǎng)共振，近場(chǎng)光在金屬納米體表面被增強(qiáng)。同樣，在金屬膜的金屬與金屬納米體的金屬之間偶極如果朝向相反方向，則引起局域電場(chǎng)共振，近場(chǎng)光在金屬納米體表面被增強(qiáng)。
[0015](4)上述第二節(jié)距的大小可以設(shè)定為，用于在比在上述金屬納米體生成的局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)確立反射率的1次極小值，并且在比局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)確立比1次高的高次的極小值。如果這樣設(shè)定第二節(jié)距，則在指定的波長(zhǎng)反射率顯著降低。其結(jié)果，傳播表面等離子體可靠地與局域表面等離子體結(jié)合。近場(chǎng)光在金屬納米體的表面可靠地被增強(qiáng)。
[0016](5)如上所述的試樣分析元件可以裝入檢測(cè)裝置使用。檢測(cè)裝置可以具備:試樣分析元件；光源，向上述金屬納米體列發(fā)射光；以及光檢測(cè)器，根據(jù)上述光的照射檢測(cè)從上述金屬納米體列發(fā)射的光。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是簡(jiǎn)要示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的試樣分析元件的立體圖。
[0018]圖2是示出模擬模型的單位單元的圖，(a)是俯視圖，(b)是側(cè)視圖。
[0019]圖3是模擬模型的圖，(a)是本實(shí)施方式涉及的模型的俯視圖、(b)是第1比較模型的俯視圖、以及(c)是第2比較模型的俯視圖。
[0020]圖4是示出第1比較模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0021]圖5是示出第1模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0022]圖6是示出第2模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0023]圖7是示出第3模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0024]圖8是示出第4模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0025]圖9是示出第5模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0026]圖10是示出第6模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0027]圖11是示出第7模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0028]圖12是示出根據(jù)圖5?圖11的反射率的極小值制成的分散關(guān)系的曲線圖。
[0029]圖13是示出第3模型、第5模型以及第1、第2比較模型的每個(gè)模型的電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值的波長(zhǎng)依賴性的曲線圖。
[0030]圖14是簡(jiǎn)要示出目標(biāo)分子檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)的概念圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，以下說(shuō)明的本實(shí)施方式并非對(duì)權(quán)利要求范圍所記載的本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行不合理的限定，本實(shí)施方式中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)作為本發(fā)明的解決方式并非全部都是必須的。
[0032](1)試樣分析元件的結(jié)構(gòu)
[0033]圖1簡(jiǎn)要示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的試樣分析元件11。此試樣分析元件11具備基板12?；?2例如由電介質(zhì)形成。電介質(zhì)例如可以使用玻璃。
[0034]基板12的表面形成金屬膜13。金屬膜13由金屬形成。金屬膜13例如可以由金形成。金屬膜13例如可以在基板12的表面一整面不間斷地形成。金屬膜13的膜厚例如可以設(shè)定為lOOnm左右以上。
[0035]金屬膜13的表面形成電介質(zhì)膜14 (電介質(zhì))。電介質(zhì)膜14由電介質(zhì)形成。電介質(zhì)膜14例如可以由二氧化硅(Si02)這樣的氧化膜形成。電介質(zhì)膜14例如可以在金屬膜13的表面整個(gè)面不間斷地形成。電介質(zhì)膜14的膜厚例如可以設(shè)定為40nm左右。
[0036]電介質(zhì)膜14的表面形成金屬納米突起15 (金屬納米體)。金屬納米突起15分散在電介質(zhì)膜14的表面。金屬納米突起15由金屬形成。金屬納米突起15例如可以由銀形成。除此之外，在形成金屬納米突起15時(shí)也可以使用金或者招。每個(gè)金屬納米突起15形成棱柱。棱柱的水平截面例如形成正方形。正方形的一邊的長(zhǎng)度例如可以設(shè)定為lnm?lOOOnm左右。棱柱的高度(從電介質(zhì)膜的表面起算)例如可以設(shè)定為10nm?lOOnm左右。棱柱的水平截面也可以形成正方形以外的多邊形。金屬納米突起15也可以形成圓柱體之類的其他立體形狀。
[0037]金屬納米突起15形成金屬納米突起列16 (金屬納米體列)。每個(gè)金屬納米突起列16內(nèi)，金屬納米突起15在電介質(zhì)膜14的表面以短節(jié)距SP (第一節(jié)距)排成一列。金屬納米突起列16沿第一方向SD延伸。短節(jié)距SP設(shè)定為比入射光的波長(zhǎng)小。
[0038]金屬納米突起列16在與第一方向SD交叉的第二方向DR以規(guī)定的長(zhǎng)節(jié)距LP (第二節(jié)距)并列排列。此處，第二方向DR在包括電介質(zhì)膜14的表面的一個(gè)虛擬平面內(nèi)與第一方向SD正交。長(zhǎng)節(jié)距LP設(shè)定為至少比短節(jié)距SP大。優(yōu)選長(zhǎng)節(jié)距LP設(shè)定為以短節(jié)距SP生成的局域等離子體共振峰波長(zhǎng)的程度。長(zhǎng)節(jié)距LP的大小如后所述根據(jù)倏逝波的波數(shù)進(jìn)行設(shè)定。
[0039]在金屬納米突起列16彼此之間形成不含有金屬納米突起的非金屬區(qū)域17 (不含有金屬納米的區(qū)域)。即，在由包含金屬納米突起15的底面的虛擬平面與包含金屬納米突起15的頂面的虛擬平面夾著的空間內(nèi)，相鄰的金屬納米突起列16彼此之間填充有絕緣體(包含空間)。換言之，金屬材料從該空間內(nèi)相鄰的金屬納米突起列16彼此之間被排除。此處，在金屬納米突起列16彼此之間露出電介質(zhì)膜14的表面。
[0040]在試樣分析元件11中，每個(gè)金屬納米突起15的大小與入射光的波長(zhǎng)相比設(shè)定得足夠小。其結(jié)果，由于入射光的作用，在金屬納米突起15引起局域表面等離子體共振(LSPR)。并且，如果入射光的偏光面被調(diào)整至第二方向DR，根據(jù)長(zhǎng)節(jié)距LP的設(shè)定，基于倏逝波引起傳播表面等離子體共振(PSPR)。傳播表面等離子體共振與金屬納米突起15的局域表面等離子體共振結(jié)合。確立所謂的混合模式。由此，局域表面等離子體共振通過(guò)傳播表面等離子體共振被增強(qiáng)，近場(chǎng)光在金屬納米突起15的表面被增強(qiáng)。形成所謂的熱點(diǎn)。而且，因?yàn)樵诿總€(gè)金屬納米突起列16內(nèi)，金屬納米突起15彼此的間隔設(shè)定為比長(zhǎng)節(jié)距LP小的短節(jié)距SP，因此與金屬納米突起15彼此的節(jié)距按照長(zhǎng)節(jié)距LP設(shè)定時(shí)相比，金屬納米突起15的表面密度增高。熱點(diǎn)的表面密度增高。
[0041]該試樣分析元件11中，長(zhǎng)節(jié)距LP的大小設(shè)定為，用于在比在金屬納米突起15生成的局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)確立反射率的1次極小值，并且在比局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)確立比1次高的高次的極小值。如果這樣設(shè)定長(zhǎng)節(jié)距LP，則在指定的波長(zhǎng)反射率顯著降低。其結(jié)果，傳播表面等離子體共振可靠地與局域表面等離子體共振結(jié)合。近場(chǎng)光在金屬納米突起15的表面可靠地被增強(qiáng)。
[0042](2)電場(chǎng)強(qiáng)度的驗(yàn)證
[0043]本發(fā)明人驗(yàn)證了試樣分析元件11的電場(chǎng)強(qiáng)度。驗(yàn)證時(shí)使用了FDTD(Finite-Difference Time-Domain:時(shí)域有限差分)法的模擬軟件。如圖2(a)以及圖2(b)所示，本發(fā)明人基于Yee元胞構(gòu)筑了模擬模型的單位單元。該單位單元中形成120nm見(jiàn)方的金屬膜13。金屬膜13設(shè)定為金。金屬膜13上形成電介質(zhì)膜14。電介質(zhì)膜14設(shè)定為二氧化娃(Si02)。電介質(zhì)膜14的膜厚設(shè)定為40nm。電介質(zhì)膜14上形成80nm見(jiàn)方的金屬納米突起15。金屬納米突起15設(shè)定為銀。金屬納米突起15的高度(從電介質(zhì)膜14的表面起算)設(shè)定為20nm。
[0044]如圖3(a)所示，由一列單位單元、即金屬納米突起15構(gòu)成一個(gè)金屬納米突起列
16。多列金屬納米突起列16平行排列。在X軸方向金屬納米突起列16之間設(shè)定為長(zhǎng)節(jié)距LP。在第1?第7模型中長(zhǎng)節(jié)距LP分別設(shè)定為240nm、360nm、480nm、550nmp、600nm、720nm以及840nm。其結(jié)果，金屬納米突起列16彼此之間在一列的空隙單位單元形成非金屬區(qū)域
17?？障秵挝粏卧?20nm見(jiàn)方的空隙構(gòu)成。在排頭的金屬納米突起15計(jì)算出電場(chǎng)強(qiáng)度Ex。設(shè)定周邊折射率ns = 1。設(shè)定為直線偏光的入射光。偏振面被調(diào)整至X軸方向。入射光設(shè)定為垂直入射。在金屬納米突起15，電場(chǎng)沿著與電介質(zhì)膜14的表面正交的棱線集中。
[0045]如圖3(b)所示，本發(fā)明人準(zhǔn)備了第1比較模型。第1比較模型中省略了非金屬區(qū)域17。即，沒(méi)有設(shè)定金屬納米突起列16。金屬納米突起15單純以短節(jié)距SP配置成成格子狀。與上述相同，在選擇的一個(gè)金屬納米突起15計(jì)算出電場(chǎng)強(qiáng)度Ex。同樣，如圖3(c)所示，本發(fā)明人準(zhǔn)備了第2比較模型。在第2比較模型中，在金屬納米突起15彼此之間，在第一方向DR以及第二方向SD分別設(shè)定為600nm的節(jié)距。
[0046]圖4示出第1比較模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性。圖5?圖11示出第1?第7模型的反射率的波長(zhǎng)依賴性。如果引起局域電場(chǎng)共振，則觀察到反射率降低?？梢哉J(rèn)為在高頻率出現(xiàn)的極小值(相當(dāng)于1次極小值)是金(Au)以及銀(Ag)中偶極朝向相同方向，可以認(rèn)為在比1次極小值低的頻率出現(xiàn)的極小值(相當(dāng)于比1次高的高次極小值)是金(Au)以及銀(Ag)中偶極朝向相反方向。如圖5以及圖6所示，在第1模型以及第2模型中在波長(zhǎng)683nm以及696nm附近分別觀察到2次極小值。如圖7?圖9所示，在第3?第5模型中在波長(zhǎng)555nm、590nm以及620nm觀察到1次極小值，在波長(zhǎng)715nm、730nm以及745nm觀察到2次極小值。第3模型中示出在波長(zhǎng)715nm反射率幾乎接近“0 (零)”。第4模型中在波長(zhǎng)590nm以及730nm各自反射率幾乎接近“0”。第5模型中示出在波長(zhǎng)620nm反射率幾乎為“0”。
[0047]圖12示出根據(jù)各模型的反射率的極小值制成的分散關(guān)系。在多個(gè)長(zhǎng)節(jié)距LP共同出現(xiàn)的波長(zhǎng)(=683nm)相當(dāng)于局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)。這是因?yàn)椋稚㈥P(guān)系的傾斜度表示傳播等離子體的移動(dòng)速度，在第1模型(LP = 240nm)中表示高次極小值的角頻率的傾斜度表示為ο (零)，同樣，第6模型(LP = 720nm)以及第7模型(LP = 840nm)中表示1次極小值的角頻率的傾斜表示為0(零)。局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)能夠根據(jù)金屬納米突起15的體積和電介質(zhì)膜14的膜厚度來(lái)決定。另外，可以認(rèn)為每個(gè)長(zhǎng)節(jié)距LP在局域表面等離子體的共振波長(zhǎng)(=683nm)之外示出反射率的極小值的波長(zhǎng)主要是傳播表面等離子體。這是隨著每單位面積中金屬納米突起15的排列增加，金屬納米突起15之間的相互作用增加，共振波長(zhǎng)紅移、即向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)的結(jié)果。共振峰波長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)化或者紅移表示金屬納米突起15之間的相互作用的強(qiáng)度。根據(jù)該波長(zhǎng)683nm和金Au(ns = 1)的傳播表面等離子體共振的分散關(guān)系曲線，與非專利文獻(xiàn)1相同觀察到反交叉行為(Ant1-CrossingBehav1r)(已知為混合模式的指標(biāo))。
[0048]圖13同樣示出電場(chǎng)強(qiáng)度Ex的波長(zhǎng)依賴性。此處，電場(chǎng)強(qiáng)度Ex的最大值被指定。當(dāng)計(jì)算出最大值時(shí)使用第3?第6模型、第1比較模型以及第2比較模型。由圖13可知，在第3?第5模型中對(duì)應(yīng)于金屬納米突起列16的形成，與第1比較模型相比觀察到大的最大值。特別是第4模型以及第5模型觀察到比第1比較模型以及第2比較模型大的最大值。此時(shí)，認(rèn)為第4模型以及第5模型與第2比較模型相比，金屬納米突起15的表面密度高。由圖8以及圖9可知，第4模型以及第5模型的長(zhǎng)節(jié)距LP相當(dāng)于在比在金屬納米突起15生成的局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)確立折射率的1次極小值，且在比局域共振等離子體共振的共振波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)確立比1次高的高次極小值的大小。
[0049](3)試樣分析元件的制造方法
[0050]試樣分析元件11可以通過(guò)已知的制造方法進(jìn)行制造。即，在制造試樣分析元件11時(shí)準(zhǔn)備玻璃晶片。在玻璃晶片的表面依次層疊金膜以及二氧化硅膜。層疊時(shí)例如可以使用電鍍法或?yàn)R射法。在二氧化硅膜的表面用金屬納米突起15的材料一整面地形成層疊膜。層疊膜的表面上形成模仿金屬納米突起15的掩膜。掩膜例如使用光致抗蝕劑。在掩膜的周圍除去層疊膜后，各個(gè)金屬納米突起15從層疊膜成形。在這樣的成形過(guò)程中可以進(jìn)行蝕刻處理和銑削處理。從玻璃晶體中切出各個(gè)基板12。
[0051](4) 一個(gè)實(shí)施方式的檢測(cè)裝置
[0052]圖14簡(jiǎn)要示出一個(gè)實(shí)施方式的目標(biāo)分子檢測(cè)裝置(檢測(cè)裝置)31。目標(biāo)分子檢測(cè)裝置31包括傳感器單元32。傳感器單元32分別與導(dǎo)入通道33與排出通道34相連接。氣體從導(dǎo)入通道33導(dǎo)入傳感器單元32。氣體從傳感器單元32排出到排出通道34。在導(dǎo)入通道33的通道入口 35設(shè)置過(guò)濾器36。過(guò)濾器36例如可以去除氣體中的塵埃和水蒸氣。在排出通道34的通道出口 37處設(shè)置吸引單元38。吸引單元38由排風(fēng)扇構(gòu)成。隨著排風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)氣體依次流過(guò)導(dǎo)入通道33、傳感器單元32以及排出通道34。這種氣體流通路徑內(nèi)在傳感器單元32的前后設(shè)置關(guān)閉器(未圖示)。對(duì)應(yīng)于關(guān)閉器的打開(kāi)和關(guān)閉可以將氣體封閉在傳感器單元32內(nèi)。
[0053]目標(biāo)分子檢測(cè)裝置31具備拉曼散射光檢測(cè)單元41。拉曼散射光檢測(cè)單元41向傳感器單元32照射光并檢測(cè)拉曼散射光。拉曼散射光檢測(cè)單元41中安裝有光源42。光源42可以使用激光光源。激光光源可以以指定波長(zhǎng)(單一波長(zhǎng))發(fā)射直線偏光的激光。
[0054]拉曼散射光檢測(cè)單元41具備受光元件43。受光元件43例如可以檢測(cè)光的強(qiáng)度。受光元件43可以根據(jù)光的強(qiáng)度輸出檢測(cè)電流。因此，根據(jù)從受光元件43輸出的電流大小可以指定光的強(qiáng)度。
[0055]光源42與傳感器單元32之間，以及傳感器元件32與受光元件43之間構(gòu)筑有光學(xué)系統(tǒng)44。光學(xué)系統(tǒng)44在光源42與傳感器單元32之間形成光路，并在傳感器單元32與受光單元43之間形成光路。在光學(xué)系統(tǒng)44的工作下光源42的光導(dǎo)入傳感器單元32。傳感器單元32的反射光在光學(xué)系統(tǒng)44的工作下導(dǎo)入受光元件43。
[0056]光學(xué)系統(tǒng)44具備準(zhǔn)直透鏡45、分色鏡46、物鏡47、聚光透鏡48、凹透鏡49、光學(xué)過(guò)濾器51以及分光器52。分色鏡46例如配置在傳感器單元32與受光元件43之間。物鏡47配置在分色鏡46與傳感器單元32之間。物鏡47匯聚從分色鏡46供給的平行光并傳導(dǎo)至傳感器單元32。傳感器單元32的反射光通過(guò)物鏡47轉(zhuǎn)換為平行光并透過(guò)分色鏡46。分色鏡46與受光兀件43之間設(shè)置聚光透鏡48、凹透鏡49、光學(xué)過(guò)濾器51以及分光器52。物鏡47、聚光透鏡48以及凹透鏡49的光軸被調(diào)整為同軸。由聚光透鏡48匯聚的光通過(guò)凹透鏡49再次轉(zhuǎn)換為平行光。光學(xué)過(guò)濾器51去除瑞利散射光。拉曼散射光通過(guò)光學(xué)過(guò)濾器51。分光器52例如選擇指定波長(zhǎng)的光并使其透過(guò)。由此，在受光元件43針對(duì)每個(gè)指定波長(zhǎng)檢測(cè)光的強(qiáng)度。分光器52例如可以使用標(biāo)準(zhǔn)具。
[0057]光源42的光軸與物鏡47以及聚光透鏡48的光軸正交。分色鏡46的表面與這些光軸成45度角交叉。分色鏡46與光源42之間設(shè)置準(zhǔn)直透鏡45。由此，使準(zhǔn)直透鏡45朝向光源42。準(zhǔn)直透鏡45的光軸被調(diào)整為與光源42的光軸同軸。
[0058]目標(biāo)分子檢測(cè)裝置31具備控制單元53?？刂茊卧?3與光源42、分光器52、受光元件43、吸引單元38以及其他設(shè)備相連接?？刂茊卧?3控制光源42、分光器52以及吸引單元38的動(dòng)作，并處理受光元件43的輸出信號(hào)。信號(hào)連接器54與控制單元53連接。控制單元53能夠通過(guò)信號(hào)連接器54與外部進(jìn)行信號(hào)交換。
[0059]目標(biāo)分子檢測(cè)裝置31具備電源單元55。電源單元55與控制單元53相連接。電源單元55向控制單元53供給工作電力。控制單元53能夠從電源單元55接收電力的供給進(jìn)行工作。電源單元55例如可以使用一次電池與二次電池。二次電池例如可以具有用于充電的電源連接器56。
[0060]控制單元53具備信號(hào)處理控制部。信號(hào)處理控制部例如可以由中央處理器(CPU)、RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)和R0M(只讀存儲(chǔ)器)等存儲(chǔ)電路構(gòu)成。ROM例如可以存儲(chǔ)處理程序和光譜數(shù)據(jù)。光譜數(shù)據(jù)中指定目標(biāo)分子的拉曼散射光的光譜。CPU臨時(shí)在RAM —邊取得處理程序和光譜數(shù)據(jù)一邊執(zhí)行處理程序。CPU將在分光器以及受光元件的動(dòng)作下指定的光的光譜與光譜數(shù)據(jù)對(duì)照。
[0061]傳感器單元32具備傳感器芯片11。使傳感器芯片11朝向基板58。傳感器芯片11與基板58之間形成氣體室59。氣體室59 —端與導(dǎo)入通道33相連接，另一端與排出通道34相連接。氣體室59內(nèi)設(shè)置金屬納米突起15。從光源42射出的光線通過(guò)準(zhǔn)直透鏡45轉(zhuǎn)換為平行光。直線偏光的光被分色鏡46反射。反射后的光通過(guò)物鏡47匯聚后向傳感器單元32照射。此時(shí)，光能夠沿與傳感器芯片11的表面正交的垂直方向入射。能夠確立所謂的垂直入射。光的偏光面被調(diào)整至與凸筋14平行。由于照射光的作用在金屬納米突起15引起局域表面等離子體共振。近場(chǎng)光在金屬納米突起15彼此之間被增強(qiáng)。形成所謂的執(zhí)占。
[0062]此時(shí)，如果目標(biāo)分子在熱點(diǎn)付著于金屬納米突起15，則從目標(biāo)分子生成瑞利散射光以及拉曼散射光。實(shí)現(xiàn)所謂的表面增強(qiáng)拉曼散射。其結(jié)果，在對(duì)應(yīng)于目標(biāo)分子的種類的光譜向物鏡47發(fā)射光。
[0063]由此，從傳感器單元32發(fā)射的光通過(guò)物鏡47轉(zhuǎn)換為平行光，然后通過(guò)分色鏡46、聚光透鏡48、凹透鏡49以及光學(xué)過(guò)濾器51。拉曼散射光射入分光器52。分光器52將拉曼散射光進(jìn)行分光。由此，針對(duì)每個(gè)指定的波長(zhǎng)受光元件43檢測(cè)光的強(qiáng)度。將光的光譜與光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照。按照光的光譜可以檢測(cè)出目標(biāo)分子。由此，目標(biāo)分子檢測(cè)裝置31根據(jù)表面增強(qiáng)拉曼散射，可以檢測(cè)例如腺病毒或鼻病毒、HIV病毒、流感病毒等目標(biāo)物質(zhì)。
[0064]此外，雖然如上所述對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是在實(shí)質(zhì)上不脫離本發(fā)明的新內(nèi)容和效果的前提下，可以進(jìn)行多種多樣的變形，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是容易理解的。因而，這種變形例均包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，說(shuō)明書或者附圖中，至少一次與更加廣義或同義的不同術(shù)語(yǔ)一起被記載的術(shù)語(yǔ)，在說(shuō)明書或附圖中的任何位置，均能夠替換成該不同術(shù)語(yǔ)。另外，試樣分析元件11和目標(biāo)分子檢測(cè)裝置31等的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作也不局限于本實(shí)施方式中所說(shuō)明的內(nèi)容，而可以進(jìn)行各種變形。
[0065]符號(hào)說(shuō)明
[0066]11試樣分析元件,13金屬膜，14電介質(zhì)(電介質(zhì)膜),15金屬納米體(金屬納米突起)，16金屬納米體列(金屬納米突起列)，17不含有金屬納米體的區(qū)域(非金屬區(qū)域)，31檢測(cè)裝置(目標(biāo)分子檢測(cè)裝置)，42光源，43光檢測(cè)器(受光元件)，LP第二節(jié)距(長(zhǎng)節(jié)距)，SP第一節(jié)距(短節(jié)距)。
【權(quán)利要求】
1.一種試樣分析元件，其特征在于， 在電介質(zhì)表面具備多列金屬納米體列，所述金屬納米體列包含以小于入射光的波長(zhǎng)的第一節(jié)距排列成一列的多個(gè)金屬納米體， 所述多列金屬納米體列以大于所述第一節(jié)距的第二節(jié)距并排排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試樣分析元件，其特征在于， 所述金屬納米體列彼此之間形成有不含金屬納米體的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的試樣分析元件，其特征在于， 所述試樣分析元件具備: 金屬膜；以及 電介質(zhì)，在所述金屬膜的表面擴(kuò)展并構(gòu)成所述電介質(zhì)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的試樣分析元件，其特征在于， 所述第二節(jié)距的大小設(shè)定為，用于在比在所述金屬納米體生成的局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)確立反射率的1次極小值，并且在比局域表面等離子體共振的共振波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)確立比1次高的高次的極小值。
5.一種檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述檢測(cè)裝置具備: 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的試樣分析元件； 光源，向所述金屬納米體列發(fā)射光；以及 光檢測(cè)器，根據(jù)所述光的照射檢測(cè)從所述金屬納米體列發(fā)射的光。
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK104321639SQ201380020394
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月18日
【發(fā)明者】杉本守, 尼子淳, 西田秀明 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社