Spr傳感器元件和spr傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有非常優(yōu)異的檢測靈敏度的SPR傳感器元件和SPR傳感器。該SPR傳感器元件包括：下包層；芯層，其以所述芯層的至少一部分與所述下包層鄰接的方式形成并且具有光入射口和光出射口；以及金屬層，其覆蓋所述芯層的一部分。所述芯層在所述光入射口處的截面積S1和所述芯層在被所述金屬層覆蓋的部分處的截面積S2滿足S1>S2的關系。
【專利說明】SPR傳感器元件和SPR傳感器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及SPR傳感器元件和SPR傳感器。更具體地，本發(fā)明涉及SPR傳感器和 具有光波導的SPR傳感器元件。

【背景技術】
[0002] 迄今為止，在化學分析、生化分析等領域中，已使用具有光纖的表面等離子共振 (SPR)傳感器。在具有光纖的SPR傳感器中，金屬薄膜形成于光纖的末端部的外周面上，并 將分析樣品固定到導入光的光纖。在該些將被導入的光中，具有特定波長的光在金屬薄膜 中產(chǎn)生表面等離子共振，進而其光強度衰減了。在該種SPR傳感器中，產(chǎn)生表面等離子共 振的光的波長通常根據(jù)將固定到光纖的分析樣品的折射率等而不同。因此，如果測量光強 度在表面等離子共振的產(chǎn)生之后衰減處的波長，則能夠確定產(chǎn)生表面等離子共振的光的波 長。此外，如果檢測光強度衰減的波長的改變，則能夠確定的是，產(chǎn)生表面等離子共振的光 的波長已改變，因此能夠確定分析樣品的折射率的改變。結果，該種SH?傳感器能夠用于諸 如樣品濃度的測量和免疫反應的檢測等的各種化學分析和生化分析。
[0003] 例如，在樣品是溶液的情況下，樣品（溶液）的折射率依賴于溶液的濃度。因此， 可W通過測量與SPR傳感器中的金屬薄膜接觸的樣品（溶液）的折射率來檢測樣品的濃 度，此外，可W通過確定折射率的改變而確定樣品（溶液）的濃度已改變。在免疫反應的分 析中，例如，抗體通過電介質(zhì)膜的介入而被固定在SPR傳感器中的光纖的金屬薄膜上，使分 析物與抗體接觸，從而產(chǎn)生表面等離子共振。在該種情況下，如果抗體和分析物進行免疫反 應，則樣品的折射率會發(fā)生改變。因此，可W通過確定樣品的折射率在抗體和分析物接觸之 前和之后已發(fā)生改變來確定抗體和分析物已進行免疫反應。
[0004] 在具有光纖的SPR傳感器中，光纖的末端部具有微細的圓筒形狀，因此存在難W 形成金屬薄膜并且難W將分析樣品固定到光纖的問題。為了解決該問題，例如，已公開了具 有透射光的芯和覆蓋芯的包層的SPR傳感器元件，其中，在包層的預定位置處形成延伸到 芯的表面的通孔，芯的在與通孔對應的位置處的表面形成金屬薄膜（例如，專利文獻1)。在 該種SH?傳感器元件中，容易在芯的表面形成用于產(chǎn)生表面等離子共振的金屬薄膜并且容 易將分析樣品固定在該表面。
[0005] 然而，近年來，在化學分析和生化分析中，提高了對細微變化和/或微量成分的檢 測的要求，因而要求SPR傳感器元件的檢測靈敏度的進一步提高。
[0006] 引用列表
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 ;日本特開2000-19100號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的巧穎
[0010] 考慮到解決傳統(tǒng)問題而做出本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供具有非常優(yōu)異的檢測靈 敏度的SPR傳感器元件和SPR傳感器。
[0011] 巧于解決巧穎的方案
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種SH?傳感器元件。該傳感器元件包括：下包 層；芯層，其W所述芯層的至少一部分與所述下包層鄰接的方式形成并且具有光入射口和 光出射口；W及金屬層，其覆蓋所述芯層的一部分。所述芯層在所述光入射口處的截面積 Sl和所述芯層在被所述金屬層覆蓋的部分處的截面積S2滿足SDS2的關系。
[0013] 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述芯層在所述光入射口處的截面積Sl和所述芯 層在被所述金屬層覆蓋的部分處的截面積S2滿足Sixo. 5 > S2的關系。
[0014] 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述芯層在被所述金屬層覆蓋的部分處的厚度是 25 Ji m或更小。
[0015] 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述芯層在所述光入射口處的厚度是50 y m或更 大。
[0016] 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述芯層在所述光入射口處的寬度是50 y m或更 大。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種SH?傳感器。該SH?傳感器包括上述SH?傳感 器元件。
[0018] 發(fā)明的效果
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，通過改變作為檢測單元的光波導中的芯層的形狀而促進 SPR激發(fā)來提供均具有極其優(yōu)異的檢測靈敏度的SPR傳感器元件和SPR傳感器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的SPR傳感器元件的示意性立體圖。
[0021] 圖2是從光入射口側觀察的圖1中圖示的SPR傳感器元件的示意性側面圖。
[0022] 圖3的（a)是圖1中圖示的SPR傳感器元件的沿線Ia-Ia截取的示意性截面圖， 圖3的化）是圖1中圖示的SPR傳感器元件的沿線Ib-Ib截取的示意性截面圖，圖3的（C) 是圖1中圖示的SH?傳感器元件的沿穿過該SH?傳感器元件的芯層的平面截取的示意性水 平截面圖。
[002引圖4的（a)、圖4的化）和圖4的（C)分別為第一變形例的SPR傳感器元件的示意 性立體圖，該變形例的SH?傳感器元件的沿線Ic-Ic截取的示意性截面圖，W及該變形例的 SH?傳感器元件的沿穿過芯層的平面截取的示意性水平截面圖。
[0024] 圖5的（a)、圖5的化）和圖5的（C)分別為第二變形例的SPR傳感器元件的示意 性立體圖，該變形例的SH?傳感器元件的沿線Id-Id截取的示意性截面圖，W及該變形例的 SH?傳感器元件的沿穿過芯層的平面截取的示意性水平截面圖。
[002引圖6的（a)、圖6的化）和圖6的（C)分別為第；變形例的SPR傳感器元件的示意 性立體圖，該變形例的SH?傳感器元件的沿線Ie-Ie截取的示意性截面圖，W及該變形例的 SH?傳感器元件的沿穿過芯層的平面截取的示意性水平截面圖。
[0026] 圖7的（a)至圖7的化）是圖示本發(fā)明的SPR元件的制造方法的示例的示意性截 面圖。
[0027] 圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的SPR傳感器的示意性截面圖。

【具體實施方式】
[0028] A. SPR傳威器元件
[0029] 圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的SH?傳感器元件（sensor cell)的示意 性立體圖。在該SPR傳感器元件中，光在由箭頭指示的方向上入射和行進。圖2是從光入 射口側觀察的圖1中圖示的SPR傳感器元件的示意性側面圖。圖3的（a)、圖3的化）W 及圖3的（C)分別是圖1中圖示的SPR傳感器元件的沿線Ia-Ia截取的示意性截面圖、該 SPR傳感器元件的沿線Ib-Ib截取的示意性截面圖W及該SPR傳感器元件的沿穿過該SPR 傳感器元件的芯層的平面截取的示意性水平截面圖。在W下的SPR傳感器元件的說明中， 當提及方向時，將圖面的紙面上側定義為上側，將圖面的紙面下側定義為下側。
[0030] SPR傳感器元件100包括；下包層11 ;芯層12,其W其至少一部分與下包層11鄰 接的方式形成并且具有光入射口 A和光出射口 B ;保護層13,其覆蓋下包層11和芯層12的 上表面；和金屬層14,其形成于保護層13上并且覆蓋芯層12的一部分。在圖示的實施方式 中，下包層11、芯層12、保護層13和金屬層14構成光波導，并且用作用于檢測樣品的狀態(tài) 和/或樣品中的改變的檢測單元10。在實用情況中，SPR傳感器元件100包括形成為與檢 測單元10鄰接的樣品載置部20。樣品載置部20由上包層15限定。可W根據(jù)目的省略保 護層13。只要能夠適當?shù)卦O置樣品載置部20,則也可W省略上包層15。在樣品載置部20 中，W與檢測單元（實質(zhì)上是金屬層）接觸的方式載置待分析的樣品（例如，溶液或粉末）。
[0031] 下包層11形成為具有預定厚度的、在平面視圖中具有大致矩形形狀的平板狀形 狀。例如，下包層的厚度（從芯層的上表面起的厚度）是50ym至900ym。
[0032] 芯層12形成為沿與下包層11的寬度方向（圖2的圖面的左右方向）和厚度方向 均垂直的方向延伸，并且埋設在位于下包層11的寬度方向上的大致中央部的上端部中。芯 層12延伸的方向作為光在光波導中傳播的方向。
[0033] W芯層12的上表面從下包層11中露出的方式配置芯層12。優(yōu)選地，W芯層12 的上表面與下包層11的上表面齊平的方式配置芯層12。通過W芯層的上表面與下包層的 上表面齊平的方式配置芯層，能夠有效地使金屬層14僅布置在芯層12的上面。此外，W芯 層12的在延伸方向上的兩端面均與下包層的在延伸方向上的兩端面齊平的方式配置芯層 12。
[0034] 在本發(fā)明中，芯層12在光入射口 A處的截面積（SI)和芯層12在被金屬層14覆 蓋的部分處的截面積（S2)滿足SDS2的關系，優(yōu)選地，滿足SlXO. 5 >S2的關系。當滿足 該關系時，能夠使已射入光入射口的光能夠聚集在金屬層14附近。結果，促進SPR激發(fā)，因 此能夠獲得優(yōu)異的檢測靈敏度。應當注意的是，當被金屬層覆蓋的部分處的截面形狀不恒 定時（例如，當厚度和/或寬度改變時），將該部分的截面積的最小值定義為S2,并且該最 小值（S2)比Sl小就足夠了。
[00巧]只要滿足SDS2的關系，則芯層12的形狀可W是任意適合的形狀。例如，芯層12 形成為包括光入射口并且具有截面積Sl的區(qū)域（SI區(qū)域），W及包括被金屬層14覆蓋的部 分的至少一部分（優(yōu)選為全部）并且具有截面積S2的大致柱體形狀的區(qū)域（S2區(qū)域）；并 且芯層12形成為在Sl區(qū)域和S2區(qū)域之間具有朝向S2區(qū)域逐漸減小的截面積。優(yōu)選地， S2區(qū)域形成為包括光出射口。當S2區(qū)域不包括光出射口時，可W W光出射口的截面積比 S2大的形式形成范圍從S2區(qū)域的光出射側的端部到光出射口的區(qū)域。
[0036] 在圖3的（a)至圖3的（C)圖示的實施方式中，在芯層12中，范圍從光入射口 A 到預定的部分的區(qū)域作為具有大致棱柱形狀的Sl區(qū)域，范圍從Sl區(qū)域的光出射側的端部 到被金屬層14覆蓋的部分的光入射口側的端部的區(qū)域形成為如同在平面視圖中具有逐漸 減小的傾斜厚度的形狀的錐狀，范圍從被金屬層14覆蓋的部分的光入射口側的端部到光 出射口 B的區(qū)域作為具有大致棱柱形狀的S2區(qū)域。
[0037] 在Sl區(qū)域和S2區(qū)域之間的區(qū)域中，厚度和寬度均可W改變，或者只有兩者中的一 者（例如，只有厚度）可W改變。當厚度改變時，傾斜角度0優(yōu)選地為5°或更小，更優(yōu)選 地為3°或更小，再優(yōu)選地為r或更小。利用該樣的傾斜角度，能夠適當?shù)匾种埔焉淙牍?入射口的光的損失。
[0038] 優(yōu)選地，芯層12在被金屬層14覆蓋的部分處的厚度（在該部分的截面形狀不是 恒定的情況下，具有最小截面積的部分的厚度：T2)比芯層12在光入射口處的厚度（Tl) 小。芯層12在光入射口處的厚度（Tl)的下限值優(yōu)選地為50 y m或更大，更優(yōu)選地為100 y m 或更大，上限值為例如500 y m或更小。芯層12在被金屬層14覆蓋的部分處的厚度（T2) 的上限值為例如50 y m或更小，優(yōu)選地為小于50 y m，更優(yōu)選地為25 y m或更小，再優(yōu)選地 為15 ym或更小，特別優(yōu)選地為5 ym或更小，并且下限值為例如2 ym或更大。在一個實施 方式中，T2/T1可W優(yōu)選地為1/2或更小，可W更優(yōu)選地為1/4或更小，可W再優(yōu)選地為1/5 或更小。當將芯層12的厚度調(diào)整為所述的厚度時，能夠使已射入光入射口的光有效地聚集 在金屬層14附近。
[0039] 優(yōu)選地，芯層12在被金屬層14覆蓋的部分處的寬度（在該部分的截面形狀不是 恒定的情況下，具有最小截面積的部分的寬度：W2)等于或小于芯層12在光入射口處的寬 度（W1)。芯層12在光入射口處的寬度（Wl)的下限值優(yōu)選地為50ym或更大，更優(yōu)選地為 100 U m或更大，并且上限值為例如500 y m或更小。另外，芯層12在被金屬層14覆蓋的部 分處的寬度（W2)的上限值優(yōu)選地為50 ym或更小，更優(yōu)選地為25 ym或更小，再優(yōu)選地為 15 y m或更小，特別優(yōu)選地為5 y m或更小，并且下限值為例如2 y m或更大。當將芯層12的 寬度調(diào)整為所述的寬度時，能夠使已射入光入射口的光有效地聚集在金屬層14附近。
[0040] 芯層12在光出射口處的厚度和寬度分別可W等于或大于芯層12在被金屬層14 覆蓋的部分處的厚度和寬度，并且優(yōu)選地，可W等于被金屬層覆蓋的部分處的厚度和寬度。
[0041] 優(yōu)選地，芯層12的折射率為1. 33至1. 59。利用該折射率，即使在水溶液系的樣品 中（水的折射率是1.33)也能夠引起SH?激發(fā)，并且對于通用的材料樣品，能夠得到優(yōu)異的 檢測靈敏度。應當注意的是，除非另外提及，本文使用的術語"折射率"是指850nm波長的 折射率。
[0042] 芯層12的折射率比下包層11的折射率高。芯層的折射率與下包層的折射率之間 的差優(yōu)選地為0. OlO或更大，更優(yōu)選地為0. 020或更大。當芯層的折射率與下包層的折射 率之間的差落入該范圍時，能夠將檢測單元的光波導設定成所謂的多模。因而，能夠增加傳 輸通過光波導的光的量，結果，能夠提高S/N比。
[0043] 只要能夠獲得本發(fā)明的效果，任何適合的材料都可W用作形成芯層12的材料。適 合的材料的具體示例包括氣樹脂、環(huán)氧樹脂、聚醜亞胺樹脂、聚醜胺樹脂、娃樹脂、丙帰酸樹 脂W及它們的改性產(chǎn)品（例如，巧改性產(chǎn)品、気改性產(chǎn)品W及除了氣樹脂W外的氣改性產(chǎn) 品）。該些樹脂可W單獨使用或組合使用。該些樹脂均可W用作感光材料，優(yōu)選地通過與 光敏劑混合而用作感光材料。下包層11可W由如下材料形成；該材料與形成芯層的材料相 同，并且該材料被調(diào)整為其折射率低于芯層的折射率。
[0044] 根據(jù)需要，可W將保護層13形成為具有在平面視圖中與下包層的形狀相同的形 狀的薄膜，W便覆蓋下包層11和芯層12的整個上表面。例如，保護層13的形成能夠防止 芯層和/或包層在樣品是液體時溶脹。例如，用于形成保護層13的材料為二氧化娃或氧化 鉛。優(yōu)選地，該材料可W被調(diào)整為具有比芯層12的折射率低的折射率。優(yōu)選地，保護層13 具有1皿至100皿的厚度，更優(yōu)選地具有5皿至20皿的厚度。
[0045] 如圖1中所示，金屬層14形成為通過保護層13的介入而均一地覆蓋芯層12的上 表面的一部分。在該種情況下，根據(jù)需要，可W在保護層13和金屬層14之間形成易粘接層 (未示出）。通過形成易粘接層，能夠使保護層13和金屬層14彼此穩(wěn)固地固定。芯層12 可W在沒有保護層13的形成的情況下被金屬層14直接地覆蓋。
[0046] 金、銀、白金、銅、鉛W及它們的合金可W作為形成金屬層14用的材料。金屬層14 可W為單層或者可W具有兩層或更多層的層疊結構。金屬層14的厚度（在層疊結構的情 況下為所有層的總厚度）優(yōu)選地為從40nm至70nm，更優(yōu)選地為從50nm到60nm。
[0047] 典型地，鉛或鐵可W作為形成易粘接層的材料。優(yōu)選地，易粘接層的厚度為Inm至 5打m。
[004引如圖1所示，上包層15在下包層11和芯層12的上表面（圖示示例中的保護層13 的上表面）W上包層15的外周與下包層11的外周在平面視圖中大致齊平的方式形成為在 平面視圖中具有矩形的框架形狀。由下包層11和芯層12的上表面（圖示示例中的保護層 13的上表面）W及上包層15包圍的部分被劃分為樣品載置部20。通過將樣品載置在被劃 分的部分內(nèi)，W能夠進行檢測的方式使檢測單元10的金屬層和樣品彼此接觸。此外，通過 形成該被劃分的部分，能夠容易地將樣品載置于金屬層的表面，因此能夠增強可操作性。
[0049] 例如，用于形成芯層和下包層的材料和娃橡膠可W作為形成上包層15的材料。上 包層的厚度優(yōu)選地為5 y m至2, 000 y m，更優(yōu)選地為25 y m至200 y m。優(yōu)選地，上包層的折 射率比芯層的折射率低。在一個實施方式中，上包層的折射率等于下包層的折射率。應當 注意的是，當形成折射率比芯層的折射率低的保護層時，上包層的折射率不需要比芯層的 折射率低。
[0050] 雖然已說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的SPR傳感器元件，但本發(fā)明不限于 此。例如，參考圖4的（a)至圖4的（C)、圖5的（a)至圖5的（C) W及圖6的（a)至圖6 的（C)，能夠說明圖1中圖示的SPR傳感器元件的變形例。圖4的（a)至圖4的（C)、圖5 的（a)至圖5的（C) W及圖6的（a)至圖6的（C)中圖示的SPR傳感器元件均具有與圖1 圖示的SH?傳感器元件的結構基本相同的結構，區(qū)別僅在于芯層12的形狀（W及與芯層12 的形狀對應的下包層的形狀）。具體地，圖4的（a)至圖4的（C)、圖5的（a)至圖5的（C) W及圖6的（a)至圖6的（C)中圖示的SPR傳感器元件說明如下。
[005。 圖4的（a)、圖4的化）和圖4的（C)分別為第一變形例的SPR傳感器元件的示意 性立體圖，該變形例的SH?傳感器元件的沿線Ic-Ic截取的示意性截面圖，W及該變形例的 SPR傳感器元件的沿穿過芯層的平面截取的示意性水平截面圖。在第一變形例的SPR傳感 器元件IOOa的芯層12中，范圍從光入射口 A到被金屬層14覆蓋的部分的光入射口側的端 部的區(qū)域（SI區(qū)域）形成為如同在平面視圖中具有逐漸減小的傾斜厚度的形狀的錐狀，范 圍從被金屬層14覆蓋的部分的光入射口側的端部到光出射口 B的區(qū)域作為具有大致棱柱 形狀的S2區(qū)域。
[005引圖5的（a)、圖5的化）和圖5的（C)分別為第二變形例的SPR傳感器元件的示意 性立體圖，該變形例的SH?傳感器元件的沿線Id-Id截取的示意性截面圖，W及該變形例的 SPR傳感器元件的沿穿過芯層的平面截取的示意性水平截面圖。在第二變形例的SPR傳感 器元件10化的芯層12中，范圍從光入射口 A到預定部分的區(qū)域作為具有大致棱柱形狀的 Sl區(qū)域，范圍從Sl區(qū)域的光出射口側的端部到被金屬層14覆蓋的部分的光入射口側的端 部的區(qū)域形成為如同在平面視圖中具有逐漸減小的傾斜厚度形狀的錐狀，被金屬層14覆 蓋的部分的全部作為具有大致棱柱形狀的S2區(qū)域，范圍從S2區(qū)域的光出射口側的端部到 預定部分的區(qū)域形成為如同在平面視圖中具有逐漸增大的傾斜厚度形狀的倒錐狀，并且范 圍從該區(qū)域的光出射口側的端部到光出射口 B的區(qū)域形成為具有截面積Sl的大致棱柱形 狀。
[005引圖6的（a)、圖6的化）和圖6的（C)分別為第；變形例的SPR傳感器元件的示意 性立體圖，該變形例的SH?傳感器元件的沿線Ie-Ie截取的示意性截面圖，W及該變形例的 SH?傳感器元件的沿穿過芯層的平面截取的示意性水平截面圖。在第H變型例的SH?傳感 器元件IOOc的芯層12中，范圍從光入射口 A到被金屬層14覆蓋的部分的光入射口側的端 部的區(qū)域形成為在平面視圖中具有逐漸減小的傾斜厚度形狀的錐狀，被金屬層14覆蓋的 部分的全部作為具有大致棱柱形狀的S2區(qū)域，并且范圍從S2區(qū)域的光出射口側的端部到 光出射口 B的區(qū)域形成為如同在平面視圖中具有逐漸增大的傾斜厚度形狀的倒錐狀。
[0054] 另外，本發(fā)明不限于上述實施方式，例如，在芯層和下包層之間的關系中，所述層 僅需要形成為芯層的至少一部分與下包層鄰接。例如，在上述實施方式中，已說明了芯層埋 設在下包層中的結構。然而，芯層可W形成為貫穿下包層。另外，可W采用芯層形成于下包 層上并且芯層的預定部分被上包層包圍的結構。
[00巧]此外，SH?傳感器中的芯層的數(shù)量可W根據(jù)目的而改變。具體地，能夠在下包層的 寬度方向上W預定的間隔形成多個芯層。利用該結構，能夠同時分析多個樣品，因此能夠提 高分析效率。可W根據(jù)目的采用任何適合的形狀（例如，W半圓形狀或凸形狀作為截面形 狀）作為芯層的形狀。
[0056] 此外，可W在SPR傳感器元件100 (樣品載置部20)的上部設置蓋。利用該結構， 能夠防止樣品與環(huán)境空氣接觸。另外，在樣品是溶液的情況下，能夠防止由溶劑蒸發(fā)引起的 濃度的改變。在設置蓋的情況下，可W設置用于將液體樣品注入樣品載置部的注入口和用 于從樣品載置部排出液體樣品的排出口。利用該結構，能夠允許樣品被連續(xù)地流動供給到 樣品載置部，因此能夠連續(xù)地測量樣品的特性。
[0057] 上述實施方式可W被適當?shù)亟M合。
[0058] B. SPR傳威器元件的制浩方法
[0059] 可W通過任何適合的方法制造本發(fā)明的SPR傳感器元件。作為示例，說明采用壓 模方式作為在下包層上形成芯層的方法的SPR傳感器元件的制造方法。例如，可W利用使 用掩模的光刻法（直接曝光方式）W及壓模方式作為在下包層上形成芯層的方法。應當注 意的是，光刻法是眾所周知的。
[0060] 圖7的（a)至圖7的化）是圖示采用壓模方式作為在下包層上形成芯層的方法的 SPR傳感器元件的制造方法的示意性截面圖。首先，如圖7的（a)所示，將用于形成下包層 的材料11'涂布到具有與下包層的芯層形成部分對應的突起部的模具31，并利用紫外線照 射涂布到模具的形成下包層用的材料W使材料固化?？蒞根據(jù)用于形成下包層的材料的種 類適當?shù)卦O定紫外線的照射條件。通過使形成下包層用的材料固化來形成下包層11。此 夕F，如圖7的化）所示，將如此形成的下包層11從模具剝離。
[006。 接著，如圖7的（C)所示，利用形成芯層用的材料12'填充下包層11的槽部。此 夕F，根據(jù)日本特開平09-281351號公報中說明的聚合物光波導的制造方法，利用刮具刮掉 填充下包層的槽部的用于形成芯層的材料中從凹槽流出的用于形成芯層的多余材料。因 而，能夠使芯層和下包層彼此齊平。此外，如圖7的（d)所示，利用紫外線照射填充槽部的 用于形成芯層的材料12' W使材料12'固化?？蒞根據(jù)形成芯層的材料的種類適當?shù)卦O定 紫外線的照射條件。根據(jù)需要，可W對用于形成芯層的材料進行加熱。可W在利用紫外線 照射之前或之后、或與利用紫外線照射同時進行加熱。可W根據(jù)形成芯層用的材料的種類 適當?shù)卦O定紫外線的照射條件。如圖7的（e)所示，通過使形成芯層用的材料固化，形成埋 設在下包層11中的芯層12。
[0062] 根據(jù)需要，如圖7的（f)所示，在下包層11和芯層12上形成保護層13。例如，通 過使形成保護層用的材料經(jīng)受姍射或氣相沉積而形成保護層。在形成保護層的情況下，優(yōu) 選地，在保護層上形成易粘接層（未示出）。例如，通過使鉛或鐵經(jīng)受姍射而形成易粘接層。
[0063] 然后，如圖7的（g)所示，在保護層13上（在沒有形成保護層的情況下為芯層和 下包層的上表面）W覆蓋芯層12的方式形成金屬層14。具體地，例如，通過具有預定圖案 的掩模，通過使形成金屬層用的材料經(jīng)受真空蒸鍛、離子鍛或姍射而形成金屬層14。
[0064] 最后，如圖7的化）所示，形成具有預定框架形狀的上包層15?？蒞通過任何適合 的方法形成上包層15。例如，可W通過在保護層13上布置具有預定框架形狀的模具、用形 成上包層用的材料的清漆填充模具、干燥清漆、根據(jù)需要使清漆固化W及最后移除模具而 形成上包層15。在使用感光性材料的情況下，可W通過將清漆涂布到保護層13的全部表 面、干燥清漆，再通過具有預定圖案的光掩模將清漆暴露到光下，隨后通過顯影而形成上包 層15。
[0065] 因此，可W通過上述方法制造SPR傳感器元件。
[0066] C. SPR 傳威器
[0067] 圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的SPR傳感器的示意性截面圖。SPR傳感 器200包括SPR傳感器元件100、光源110 W及光學測量器120。SPR傳感器元件100是上 述部分A和部分B中說明的本發(fā)明的SH?傳感器元件（如圖1中圖示的SPR傳感器元件）。
[0068] 任何適合的光源都可W用作光源110。光源的具體示例包括白色光源和單色光光 源。光學測量器120與任何適合的運算處理裝置連接，并且能夠進行數(shù)據(jù)的累積、顯示和加 工。
[0069] 光源110通過光源側光連接器111與光源側光纖112連接。光源側光纖112通過 光源側纖維模塊113與SPR傳感器元件100 (芯層12)在傳播方向上的一側端部連接。測 量器側光纖115通過測量器側纖維模塊114與SPR傳感器元件100 (芯層12)在傳播方向 上的另一側端部連接。測量器側光纖115通過測量器側光連接器116與光學測量器120連 接。
[0070] 通過任何適合的傳感器元件固定裝置（未示出）固定SPR傳感器元件100。傳感 器元件固定裝置在預定方向（例如，SH?傳感器元件的寬度方向）上是可移動的，因而能夠 將SPR傳感器元件布置在期望的位置。
[0071] 通過光源側光纖固定裝置131固定光源側光纖112,通過測量器側光纖固定裝置 132固定測量器側光纖115。光源側光纖固定裝置131和測量器側光纖固定裝置132分別 固定于任何適合的六軸移動臺架（未示出），W便能夠在光纖的傳播方向上、寬度方向（水 平方向中的與傳播方向垂直的方向）上W及厚度方向（垂直方向中的與傳播方向垂直的方 向）上移動并且能夠繞著上述各方向的軸轉動。
[007引在上述SPR傳感器中，可W將光源110、光源側光纖112、SPR傳感器元件100 (芯 層12)、測量器側光纖115 W及光學測量器120配置在一個軸上，并且可W從光源110引導 光W便穿過上述部分傳播。
[0073] W下說明該SPR傳感器的使用方式的示例。
[0074] 首先，將樣品載置于SPR傳感器元件100的樣品載置部20,使得樣品與金屬層14 彼此接觸。接著，將來自光源110的預定光通過光源側光纖112引導到SPR傳感器元件 100 (芯層12)(參見圖8的箭頭LI)。引導到SPR傳感器元件100 (芯層12)的光在芯層12 中反復全反射的同時傳輸通過SPR傳感器元件100 (芯層12)，部分光入射到芯層12的上 表面上的金屬層14,并且通過表面等離子共振而衰減。傳輸通過SPR傳感器元件100 (芯 層12)的光通過測量器側光纖115被引導到光學測量器120(參見圖8的箭頭L2)。目P，在 SH?傳感器200中，具有在芯層12中產(chǎn)生表面等離子共振的波長的光的強度在被引導到光 學測量器120的光中衰減。例如，產(chǎn)生表面等離子共振的光的波長依賴于與金屬層14接觸 的樣品的折射率。因此，通過檢測被引導到光學測量器120的光的光強度的衰減，能夠檢測 樣品的折射率的改變。
[0075] 例如，在使用白色光源作為光源110的情況下，可W通過利用光學測量器120測量 在傳輸通過SH?傳感器元件100之后光強度衰減的光的波長（產(chǎn)生表面等離子共振的光的 波長），W及通過檢測光強度衰減的光的波長的改變來確定樣品的折射率的改變。另外，例 女口，在使用單色光光源作為光源110的情況下，可W通過利用光學測量器120測量單色光在 傳輸通過SH?傳感器元件100之后的光強度的改變（衰減度），W及通過檢測衰減度的改變 來確定產(chǎn)生表面等離子共振的光的波長的改變和樣品的折射率的改變。
[0076] 如上所述，例如，基于樣品的折射率的改變，該種SPR傳感器元件能夠用于諸如樣 品濃度的測量和免疫反應的檢測等的各種化學分析和生化分析。更具體地，例如，在樣品是 溶液的情況下，樣品（溶液）的折射率依賴于溶液的濃度，因此可W通過檢測樣品的折射率 來測量樣品的濃度。此外，可W通過檢測樣品的折射率的改變來確定樣品的濃度。另外，例 女口，在免疫反應的檢測中，抗體通過中間電介質(zhì)膜固定到SPR傳感器元件100的金屬層14 上，使分析物與抗體相接觸。如果抗體和分析物進行免疫反應，則樣品的折射率會發(fā)生改 變。因此，通過檢測在抗體和分析物接觸之前和之后樣品的折射率的改變，能夠確定抗體和 分析物已進行了免疫反應。
[0077] 實施例
[0078] W下通過實施例具體說明本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于W下實施例。應當注意的 是，除非另有所指，在實施例和比較例中，用于折射率的測量波長為850nm，用于吸收系數(shù)和 消光系數(shù)的測量波長均為1200nm。
[007引 < 實施例1〉
[0080] 如圖7的（a)至圖7的（e)所示，通過使用壓模方式形成光波導。具體地，將作為 形成下包層用的材料的氣系UV固化型樹脂值IC公司制造的"0P38Z"(商品名））涂布到其 上已形成有芯層的形狀圖案的模具，并且利用紫外線固化W形成下包層。由此得到的下包 層的折射率為1.372。下包層具有80mm的長度，80mm的寬度和150 ym的厚度，并且在下包 層中形成與芯層的形狀圖案對應的槽部。在從模具剝離下包層之后，利用作為形成芯層用 的材料的氣系UV固化型樹脂值IC公司制造的"0P40Z"(商品名））填充槽部W形成芯層。 由此形成的芯層的折射率為1. 399,并且該芯層的吸收系數(shù)為2. 90X ICT2 (mm 1)。應當注意 的是，通過形成在娃晶圓上具有10 U m厚度的芯層用的材料的膜，W及通過使用棱鏡禪合 器式折射率測量裝置在850nm的波長下測量該膜的折射率來測量折射率。通過形成在玻璃 基板上具有50 y m厚度的芯層用的材料的膜，W及通過使用分光光度計在1200nm的波長下 測量該膜的吸收系數(shù)來測量吸收系數(shù)。如上所述，制造了埋設型光波導膜。
[0081] 接著，將Si化姍射到如此得到的光波導的上表面（芯層露出面）的整個表面，W 形成保護層（厚度；l〇nm)。將其上形成有保護層的光波導膜切割成20mm長、20mm寬的方 塊。之后，通過具有2mm長、Imm寬的開口的掩模依次姍射鉛和金，由此，W通過保護層的介 入而覆蓋芯層的方式依次形成了易粘接層（厚度；lnm)和金屬層（厚度；50nm)。最后，使 用與形成下包層用的材料相同的材料、通過與下包層的形成方法相同的方法來形成具有框 架形狀的上包層。因而，制造了如圖1、圖2 W及圖3的（a)至圖3的（C)圖示的SH?傳感 器元件。應當注意的是，在得到的SH?傳感器元件中，芯層在光入射口處的截面形狀為具有 50 U m厚度和50 y m寬度的矩形，并且范圍從被金屬層覆蓋的部分的光入射口側的端部到 光出射口的區(qū)域為具有25 y m厚度和25 y m寬度的截面形狀的棱柱形狀。
[0082] 將如上所述的得到的SPR傳感器元件、團素光源（Ocean化tics, Inc.制造的 "HL-2000-HP"(商品名））W及分光器（Ocean Optics, Inc.制造的"USB4000"(商品名）） 配置在一個軸上并且彼此連接W制造如圖8所示的SH?傳感器。將40 y L的超純水載置于 SPR傳感器元件的樣品載置部中，允許來自光源的白光經(jīng)由具有50 y m直徑的多模光纖射 入芯層的光入射口，并且利用分光器測量射出光出射口的光。然后，在將光在沒有載置超純 水的狀態(tài)下穿過SPR傳感器元件（光波導路）時的各波長下的光強度定義為100%的情況 下確定透射光譜，并測量透射率的最小值。結果如表1所示。應當注意的是，最小值越小意 味著檢測靈敏度越高。
[008引 < 實施例2〉
[0084] 除了芯層在光入射口處的截面形狀為具有50 y m厚度和50 y m寬度的矩形，W及 范圍從被金屬層覆蓋的部分的光入射口側的端部到光出射口的區(qū)域為具有10 Um厚度和 25 ym寬度的截面形狀的棱柱形狀W外，W與實施例1中的方式相同的方式制造SH?傳感器 元件和SH?傳感器。W與實施例1中的方式相同的方式評價得到的SH?傳感器。結果如表 1所示。
[00財 < 實施例3〉
[0086] 除了芯層在光入射口處的截面形狀為具有50 U m厚度和50 U m寬度的矩形，W及 范圍從被金屬層覆蓋的部分的光入射口側的端部到光出射口的區(qū)域為具有10 y m厚度和 IOy m寬度的截面形狀的棱柱形狀W外，W與實施例1中的方式相同的方式制造SH?傳感器 元件和SH?傳感器。W與實施例1中的方式相同的方式評價得到的SH?傳感器。結果如表 1所示。
[0087] <實施例4〉
[0088] 除了芯層在光入射口處的截面形狀為具有50 U m厚度和50 U m寬度的矩形，W及 范圍從被金屬層覆蓋的部分的光入射口側的端部到光出射口的區(qū)域為具有Sum厚度和 50 Um寬度的截面形狀的棱柱形狀W外，W與實施例1中的方式相同的方式制造SH?傳感器 元件和SH?傳感器。W與實施例1中的方式相同的方式評價得到的SH?傳感器。結果如表 1所示。
[008引 < 實施例5〉
[0090] 除了芯層在光入射口處的截面形狀為具有100 U m厚度和50 U m寬度的矩形，W及 范圍從被金屬層覆蓋的部分的光入射口側的端部到光出射口的區(qū)域為具有25 ym厚度和 25 ym寬度的截面形狀的棱柱形狀W外，W與實施例1中的方式相同的方式制造SH?傳感器 元件和SH?傳感器。W與實施例1中的方式相同的方式評價得到的SH?傳感器。結果如表 1所示。
[00川 < 實施例6〉
[0092] 除了芯層在光入射口處的截面形狀為具有100 Um厚度和100 Um寬度的矩形，W 及范圍從被金屬層覆蓋的部分的光入射口側的端部到光出射口的區(qū)域為具有25 ym厚度 和25 y m寬度的截面形狀的棱柱形狀W外，W與實施例1中的方式相同的方式制造SPR傳 感器元件和SH?傳感器。W與實施例1中的方式相同的方式評價得到的SH?傳感器。結果 如表1所示。
[009引 < 比較例1〉
[0094] 除了形成在光入射口和光出射口處的截面形狀均為具有50 U m厚度和50 U m寬度 的矩形的棱柱形狀的芯層W外，W與實施例1中的方式相同的方式制造SPR傳感器元件和 SPR傳感器。W與實施例1中的方式相同的方式評價得到的SPR傳感器。結果如表1所示。
[0095] [表 1]
[0096]

【權利要求】
1. 一種SPR傳感器元件，其包括： 下包層； 芯層，其以所述芯層的至少一部分與所述下包層鄰接的方式形成并且具有光入射口和 光出射口；以及 金屬層，其覆蓋所述芯層的一部分， 其中，所述芯層在所述光入射口處的截面積Sl和所述芯層在被所述金屬層覆蓋的部 分處的截面積S2滿足S1>S2的關系。
2. 根據(jù)權利要求1所述的SPR傳感器元件，其特征在于，所述芯層在所述光入射口處的 截面積Sl和所述芯層在被所述金屬層覆蓋的部分處的截面積S2滿足SlXO. 5 > S2的關 系。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的SPR傳感器元件，其特征在于，所述芯層在被所述金屬層 覆蓋的部分處的厚度是25 μ m或更小。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的SPR傳感器元件，其特征在于，所述芯層在所述 光入射口處的厚度是50 μ m或更大。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的SPR傳感器元件，其特征在于，所述芯層在所述 光入射口處的寬度是50μ m或更大。
6. -種SPR傳感器，其包括根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的SPR傳感器元件。
【文檔編號】G01N21/27GK104321638SQ201380025926
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年5月16日 優(yōu)先權日:2012年6月1日
【發(fā)明者】紺谷友廣 申請人:日東電工株式會社