JP2001183292A - Sensor element using surface plasmon resonance and its manufacturing method - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor element using a surface plasmaon, having an intermediate layer carrying a protective layer or a sensitive layer for capturing target material without any influence on the measuring sensitivity and being susceptible by a change in the environment temperature. SOLUTION: A second layer having a fixed thickness and containing inorganic or organic material is provided on a silver thin film to minimize an influence on the sensitivity of a sensor, thereby restraining influence due to a temperature change of the sensor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモン共
鳴（ＳＰＲ）を利用したセンサ素子、その製造方法、お
よびそれを用いたセンサ装置に関する。The present invention relates to a sensor element using surface plasmon resonance (SPR), a method for manufacturing the same, and a sensor device using the same.

【０００２】[0002]

【背景技術】ＳＰＲセンサは一種の屈折率計である。そ
れに利用されるセンサ素子は、高屈折率の光透過性材料
の表面に金属薄膜が張り付いている、という基本構造を
有する。2. Description of the Related Art An SPR sensor is a kind of refractometer. The sensor element used therein has a basic structure in which a metal thin film is adhered to the surface of a light-transmitting material having a high refractive index.

【０００３】ＳＰＲセンサの原理を簡単に述べると、次
の通りである。屈折率の高い媒体例えばガラス中を進む
光が、屈折率のより低い媒質との界面で全反射する時、
その界面にはエバネッセント波と呼ばれる表面を伝わる
波がわずかに滲み出す。一方、金属薄膜の表面には、表
面プラズモン（ＳＰ）と呼ばれる表面波が存在する。[0003] The principle of the SPR sensor is briefly described as follows. When light traveling through a medium having a high refractive index, for example, glass, is totally reflected at an interface with a medium having a lower refractive index,
A wave transmitted on the surface called an evanescent wave slightly exudes at the interface. On the other hand, a surface wave called surface plasmon (SP) exists on the surface of the metal thin film.

【０００４】この二つの表面波の波数が一致すると、共
鳴が起こり、入射された光のエネルギーの一部がＳＰを
励起するために使われ、反射光として戻る分が減少す
る。他の条件が一定であれば、共鳴点を決めるのは金属
膜の誘電率および金属膜表面と接する媒質の屈折率であ
る。金属膜の誘電率は一定であるので、金属膜表面と接
触する媒質の屈折率（以下屈折率と略す）の変化は反射
光の変化として観察されるのである。When the wave numbers of these two surface waves coincide, resonance occurs, and a part of the energy of the incident light is used to excite the SP, and the amount returned as reflected light decreases. If other conditions are constant, the resonance point is determined by the dielectric constant of the metal film and the refractive index of the medium in contact with the metal film surface. Since the dielectric constant of the metal film is constant, a change in the refractive index (hereinafter, abbreviated as a refractive index) of a medium in contact with the surface of the metal film is observed as a change in reflected light.

【０００５】すなわち、光の入射角が一定であれば、屈
折率の変化は減少された反射光の波長変化として観察さ
れる。また、波長が一定であれば、屈折率の変化は減少
された反射光の反射角変化として観察される。したがっ
て、反射光の角度検出装置または波長検出装置のどちら
かを利用すれば、SPRに基づく測定装置の構築ができ
る。That is, if the incident angle of light is constant, the change in the refractive index is observed as a reduced change in the wavelength of the reflected light. Further, if the wavelength is constant, the change in the refractive index is observed as a change in the reflection angle of the reflected light which is reduced. Therefore, if either the reflected light angle detection device or the wavelength detection device is used, a measurement device based on SPR can be constructed.

【０００６】媒質の屈折率は媒質に含まれる溶質の濃度
により変化するので、ＳＰＲセンサは金属薄膜と接触す
る媒質中の溶質の濃度を検出することができる。さら
に、金属膜表面付近に特定の標的物質に親和性を有する
物質を担持し、この標的物質を金属膜表面付近に捕捉す
ると、これは金属薄膜に接触する媒質の濃度変化を生じ
させたと実質的に同じ意味を有する。すなわち、標的物
質に親和性を有する物質を担持させたＳＰＲセンサ素子
利用すると、標的物質の定量が可能である。[0006] Since the refractive index of the medium changes depending on the concentration of the solute contained in the medium, the SPR sensor can detect the concentration of the solute in the medium in contact with the metal thin film. Furthermore, when a substance having an affinity for a specific target substance is carried near the surface of the metal film and the target substance is captured near the surface of the metal film, this substantially changes the concentration of the medium in contact with the metal thin film. Has the same meaning as That is, the use of an SPR sensor element carrying a substance having an affinity for the target substance enables the quantification of the target substance.

【０００７】エバネッセント波のエネルギー分布は界面
から鉛直方向に指数的に減衰する性質を持っており、そ
の侵入深さ（エネルギー強度が1/eにすなわち約３７％
に減衰する距離）は用いられた金属や光の波長などによ
って異なるが、200nm前後である。したがって、９０％
以上のエネルギーが界面から500nmの範囲内に、９９％
以上のエネルギーが界面から１μmの範囲内に局在す
る。媒質の屈折率変化のＳＰＲ共鳴点変化への寄与度が
同じ分布をすると考えられるので、SPRセンサの測定対
象範囲は界面から数百ｎｍであることが言える。The energy distribution of an evanescent wave has the property of exponentially attenuating in the vertical direction from the interface, and its penetration depth (the energy intensity is 1 / e, that is, about 37%
The attenuation distance varies depending on the metal used, the wavelength of light, and the like, but is around 200 nm. Therefore, 90%
The above energy is 99% within 500nm from the interface.
The above energy is localized within 1 μm from the interface. Since the contribution of the change in the refractive index of the medium to the change in the SPR resonance point is considered to be the same distribution, it can be said that the measurement target range of the SPR sensor is several hundred nm from the interface.

【０００８】ＳＰＲセンサを利用して標的物質を検出す
るには、標的物質に親和性を有する捕捉物質を金属表面
近辺に担持させたセンサ素子の開発が必要なわけである
が、ＳＰＲセンサ素子に関する従来の研究では、如何に
多くの捕捉物質を、その標的物質に対する捕捉活性を失
わせることなく金属表面近辺に担持させことに集中して
いる。金属の捕捉物質を担持する能力が低いことと、捕
捉物質を直接金属表面に担持させる場合、それを失活さ
せる恐れがあることから、金属膜と捕捉物質担持層との
間に、中間層を設けることが多い。In order to detect a target substance using an SPR sensor, it is necessary to develop a sensor element in which a capture substance having an affinity for the target substance is supported near a metal surface. Previous studies have focused on supporting as many capture substances as possible near the metal surface without losing their capture activity on the target substance. Since the ability to support the metal capturing substance is low, and when the capturing substance is directly supported on the metal surface, it may be deactivated, the intermediate layer is provided between the metal film and the capturing substance supporting layer. Often provided.

【０００９】一方、標的物質を効率的に検出するには、
センサの捕捉物質による標的物質の捕捉に伴う屈折率の
変化に対する特異性を保持しなければならない。この特
異性を損なう主な要因として非特異的吸着、バルク媒体
成分の変化、環境の温度変化が考えられる。On the other hand, in order to detect a target substance efficiently,
The sensor must retain its specificity with respect to the change in the refractive index due to the capture of the target substance by the capture substance. The main factors that impair this specificity are non-specific adsorption, changes in bulk medium components, and changes in environmental temperature.

【００１０】非特異的吸着問題は他の原理に基づく検出
方法と共通するところが多く、既存の手段で解決でき
る。また、バルク媒体成分変化の影響については、例え
ば、標的物質捕捉前後の媒質組成を一定にすることによ
って解決できる。The nonspecific adsorption problem has many points in common with the detection method based on other principles, and can be solved by existing means. In addition, the influence of a change in the bulk medium component can be solved, for example, by keeping the medium composition before and after capturing the target substance constant.

【００１１】一方、温度の影響については、SPRセンサ
を温度計として開発する報告があることからも判るよう
に、SPRセンサは温度変化に対して非常に敏感である。
これは、主に物質の屈折率が温度の関数であることに由
来する。例えば水の場合、その温度変動は約１０^-4／℃
である。この変化量はタンパク質を１０〜２０ng/cm2吸
着させた場合の変化に相当する。測定装置やセンサ素子
によって異なるが、これを標的物質の被検試料における
濃度に換算すると、測定装置やセンサ素子によって異な
るが、よくできた装置でも100〜1000ng/mlだと推測され
る。On the other hand, as for the influence of temperature, as can be seen from the report of developing an SPR sensor as a thermometer, the SPR sensor is very sensitive to a change in temperature.
This is mainly due to the fact that the refractive index of a substance is a function of temperature. For example, in the case of water, the temperature fluctuation is about 10 ⁻⁴ / ° C.
It is. This change corresponds to the change when the protein is adsorbed at 10 to 20 ng / cm2. Although it differs depending on the measuring device and the sensor element, when this is converted into the concentration of the target substance in the test sample, it is estimated that the concentration is 100 to 1000 ng / ml even with a good device, depending on the measuring device and the sensor element.

【００１２】一方、SPR装置の検出下限を、屈折率の変
化に換算すると、多くの装置において１０^-5オーダーで
ある。したがって、温度はＳＰＲセンサの検出限界を決
めるファクターであり、温度変動の制御が測定装置の検
出下限を決定しているといえる。しかし、温度変動を±
1℃以下に制御することができるとしても、±0.1℃以下
に制御するには、かなりのコストを強いられることにな
る。On the other hand, when the detection lower limit of the SPR device is converted into a change in the refractive index, it is on the order of 10 ^{-5 in} many devices. Therefore, the temperature is a factor that determines the detection limit of the SPR sensor, and it can be said that the control of the temperature fluctuation determines the detection lower limit of the measurement device. However, temperature fluctuations of ±
Even if the temperature can be controlled to 1 ° C. or less, considerable cost is required to control the temperature to ± 0.1 ° C. or less.

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上のことを鑑み、本
発明者は、ＳＰＲセンサ素子の温度変化に対する感受性
を抑えることがＳＰＲセンサの高感度化およびコストダ
ウンにつながる有効な手段と考え、環境温度の影響を受
けにくいセンサ素子の開発を目的とする。すなわち、本
発明はセンサ素子の温度感受性を低くすることによっ
て、よりラフな温度制御でSPRセンサの使用、および高
感度化の実現を可能にしたものである。In view of the above, the present inventor considers that suppressing the sensitivity of an SPR sensor element to a temperature change is an effective means for increasing the sensitivity and reducing the cost of an SPR sensor. The purpose is to develop a sensor element that is less affected by temperature. That is, the present invention makes it possible to use the SPR sensor with rougher temperature control and realize higher sensitivity by reducing the temperature sensitivity of the sensor element.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】金属薄膜の表面に、一定
の厚さを有する無機物質または有機物質層を設けること
によって、センサの温度感受性を抑える。The temperature sensitivity of the sensor is suppressed by providing an inorganic or organic material layer having a certain thickness on the surface of the metal thin film.

【００１５】[0015]

【発明の具体的説明】センサ素子の態様 従来の考え方では、金属膜表面を直接被検物質に接触さ
せることが理想的であり、金属を保護するために、また
は標的物質に対して親和性を有する捕捉物質を担持させ
るために、やむを得ず中間層を形成する場合、中間層が
基本的にセンサ感度を低下させる作用があるので、中間
層をできるだけ薄くしなければならない。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Aspects of the sensor element According to the conventional concept, it is ideal to bring the surface of the metal film into direct contact with the test substance, and to protect the metal or to have an affinity for the target substance. If the intermediate layer is unavoidably formed in order to carry the capturing substance, the intermediate layer basically has the effect of lowering the sensor sensitivity, so the intermediate layer must be made as thin as possible.

【００１６】例えば、光の波長を固定して、ＳＰＲ共鳴
点を反射光の最低反射率における反射角として検出す
る、もっともよく利用されるＳＰＲ装置（図１参照）で
は、中間層の存在はＳＰＲ共振カーブのブロード化、し
いては共鳴点の検出誤差を大きくし測定感度の低下をも
たらすと考えられる。For example, in an SPR device (see FIG. 1) which is used most often and fixes the wavelength of light and detects an SPR resonance point as a reflection angle at the lowest reflectance of the reflected light, the existence of the intermediate layer is determined by the SPR. It is considered that the resonance curve is broadened, and the detection error of the resonance point is increased, thereby lowering the measurement sensitivity.

【００１７】本発明者は、しかし、金属薄膜の材料が銀
である場合、適切な厚さを有する中間層を形成すること
によって、シャープな共振カーブが得られるだけではな
く、環境温度の変動による影響を大幅に低減させること
ができることを発見した。However, the present inventor has found that, when the material of the metal thin film is silver, not only a sharp resonance curve can be obtained by forming an intermediate layer having an appropriate thickness, but also a change in environmental temperature may cause a change. It has been found that the effects can be significantly reduced.

【００１８】本発明によるセンサ素子は、光透過性の支
持体と該支持体上に形成された銀からなる第一層と、厚
さが５nmから50nmまでの無機物または有機物からなる第
二層とを含む構造になっている。The sensor element according to the present invention comprises a light-transmitting support, a first layer made of silver formed on the support, and a second layer made of an inorganic or organic substance having a thickness of 5 to 50 nm. It has a structure including.

【００１９】本発明の好ましい態様によれば、第二層は
直接第一層の上に形成される。このようなセンサ素子１
を図２に示す。この態様において、光透過性支持体２の
上に形成された銀薄膜層３の上に、さらに第二層４が設
けられる。第二層は第一層の銀を外部媒体から保護する
と同時に、その存在によって環境温度の変化によるセン
サの応答の変動を低下させる役割を有する。According to a preferred embodiment of the present invention, the second layer is formed directly on the first layer. Such a sensor element 1
Is shown in FIG. In this embodiment, a second layer 4 is further provided on the silver thin film layer 3 formed on the light-transmitting support 2. The second layer has a role of protecting the silver of the first layer from the external medium, and at the same time, reducing the fluctuation of the response of the sensor due to the change of the environmental temperature due to its presence.

【００２０】第２層によるセンサの温度感受性低下の原
因は必ずしも明らかではないが、第２層の存在によって
エバネッセント波および／またはＳＰ波のエネルギーの
密度分布が変化し、その結果、特に環境温度の変化によ
るバルク屈折率の影響が低下したことが考えられる。さ
らに、標的物質に対して親和性を有する捕捉物質を担持
させて、標的物質を検出する場合、捕捉物質を含む感応
層または担持補助層を担持する機能を有する。Although the cause of the decrease in the temperature sensitivity of the sensor due to the second layer is not always clear, the density distribution of the evanescent wave and / or the SP wave energy is changed by the presence of the second layer, and as a result, especially, the environmental temperature is reduced. It is considered that the influence of the bulk refractive index due to the change was reduced. Furthermore, when a target substance is detected by supporting a capture substance having an affinity for the target substance, it has a function of supporting a sensitive layer or a support auxiliary layer containing the capture substance.

【００２１】本発明の第二の好ましい態様によれば、第
一層と第二層の間に、金属と、無機物または有機物と共
にを含んでなる混合層５を設けてもよい。この態様のセ
ンサ素子を図３に示す。混合層５に含まれる金属の材料
は特に限定しないが、銀、金またはアルミニウムである
ことが好ましい。また、混合層５に含まれる無機物また
は有機物の材料は特に限定しないが、第二層を構成する
ものと同じ材料か、第一層と第二層との接着性を強くさ
せる材料が好ましい。According to a second preferred embodiment of the present invention, a mixed layer 5 containing a metal and an inorganic or organic substance may be provided between the first layer and the second layer. FIG. 3 shows a sensor element of this embodiment. The material of the metal contained in the mixed layer 5 is not particularly limited, but is preferably silver, gold, or aluminum. Further, the inorganic or organic material contained in the mixed layer 5 is not particularly limited, but is preferably the same material as that constituting the second layer or a material that increases the adhesiveness between the first layer and the second layer.

【００２２】この態様において、混合層が、図４に示さ
れるように、支持体からの距離に比例して、金属の含有
率が小さくなる、傾斜組成を有する構造が挙げられる。
この場合、混合層を構成する材料が第一層と第二層の材
料であることが望ましい。さらに、図５に示されるよう
に、混合層が、実質的に均一な組成を有してもよい。In this embodiment, as shown in FIG. 4, there is a structure having a gradient composition in which the content of metal decreases in proportion to the distance from the support, as shown in FIG.
In this case, the material constituting the mixed layer is desirably the material of the first layer and the second layer. Further, as shown in FIG. 5, the mixed layer may have a substantially uniform composition.

【００２３】いずれの態様においても、第二層は第一層
の銀を外部媒体から保護すると同時に、センサの温度変
化に対する応答の変動を低下させる役割と有する。さら
に、標的物質に対して親和性を有する捕捉物質を担持さ
せて、標的物質を検出する場合、捕捉物質を含む感応層
または担持補助層を担持する機能を有する。In any of the embodiments, the second layer serves to protect the silver of the first layer from the external medium and at the same time to reduce the fluctuation of the response of the sensor to temperature changes. Furthermore, when a target substance is detected by supporting a capture substance having an affinity for the target substance, it has a function of supporting a sensitive layer or a support auxiliary layer containing the capture substance.

【００２４】本発明において、第二層を構成する無機物
または有機物は、センサの温度変動による影響を抑制す
る働きがあれば特に限定されないが、この無機物質の一
般的に好ましい成分を挙げれば、ケイ素、チタン、アル
ミニウム、及びタンタルからなる群から選択される物
質、またはその酸化物、窒化物、またはフッ化物が挙げ
られる。また、有機物質の一般的に好ましい成分を挙げ
れば、ポリスチレン、テフロン、ポリカーボネートから
なる群から選択される物質が挙げられる。In the present invention, the inorganic or organic substance constituting the second layer is not particularly limited as long as it has a function of suppressing the influence of temperature fluctuation of the sensor. , A material selected from the group consisting of titanium, aluminum, and tantalum, or an oxide, nitride, or fluoride thereof. In addition, generally preferred components of the organic substance include substances selected from the group consisting of polystyrene, Teflon, and polycarbonate.

【００２５】また、第二層の厚さは、選択された材料、
温度による影響やセンサ感度など、を勘案して適宜決定
されてよい。一般的に、材料の誘電率が低いほど、また
その質量密度が小さく、第２層の厚さを大きくする必要
がる。The thickness of the second layer depends on the selected material,
It may be appropriately determined in consideration of the influence of temperature, sensor sensitivity, and the like. Generally, the lower the dielectric constant of a material, the lower its mass density, and the greater the thickness of the second layer.

【００２６】しかし、厚すぎると、例えば標的物質に対
して親和性を有する捕捉物質を担持させて標的物質を検
出する場合、捕捉層が金属膜の表面から離れ過ぎること
により、センサの測定精度および感度を低下させる恐れ
がある。一方、薄過ぎてはセンサの温度感受性を抑制す
る働きが不十分であると同時に、銀膜を保護する機能も
低下する恐れがある。However, if the thickness is too large, for example, when a target substance is detected by supporting a capture substance having an affinity for the target substance, the capture layer is too far from the surface of the metal film, so that the measurement accuracy of the sensor and the The sensitivity may be reduced. On the other hand, if the thickness is too small, the function of suppressing the temperature sensitivity of the sensor is insufficient, and the function of protecting the silver film may be reduced.

【００２７】以上のことを勘案して、第２層の厚さの下
限は５ｎｍが好ましく、より好ましくは７ｎｍであり、
最も好ましくは１０ｎｍである。また、その上限は１０
０ｎｍが好ましく、より好ましくは８０ｎｍであり、最
も好ましくは６０ｎｍである。In consideration of the above, the lower limit of the thickness of the second layer is preferably 5 nm, more preferably 7 nm,
Most preferably, it is 10 nm. The upper limit is 10
0 nm is preferred, more preferably 80 nm, and most preferably 60 nm.

【００２８】本発明のもっとも好ましい態様によれば、
第二層を構成する無機物質はケイ素酸化物またはチタン
酸化物であり、その厚さは１０−４０ｎｍである。本発
明において、支持体は、上記混合層または第二層と付着
性を有し、かつ光透過性を有するものであれば特に限定
されない。ただし、この支持体の屈折率は、面１１側に
接する被検物質の屈折率よりも大きなものでなければな
らない。According to a most preferred embodiment of the present invention,
The inorganic material constituting the second layer is silicon oxide or titanium oxide, and its thickness is 10-40 nm. In the present invention, the support is not particularly limited as long as it has an adhesive property to the mixed layer or the second layer and has a light transmitting property. However, the refractive index of the support must be larger than the refractive index of the test substance in contact with the surface 11 side.

【００２９】この支持体は、好ましくは各種ガラス、ア
クリル系、ポリカーボネート系、ポリスチレン系、ノル
ボルネン系などのプラスチックなどにより構成される。
また、支持体は、プリズム６、回折格子、光ファイバー
等と一体成型されたものであっても良い。The support is preferably made of various kinds of glass, plastics such as acrylic, polycarbonate, polystyrene, norbornene and the like.
Further, the support may be formed integrally with the prism 6, the diffraction grating, the optical fiber and the like.

【００３０】また、第一層を構成する銀膜の厚さは、種
々の条件を勘案して適宜決定されてよいが、その下限は
２０ｎｍが好ましく、より好ましくは３０ｎｍであり、
最も好ましくは４０ｎｍである。また、その上限は１２
０ｎｍが好ましく、より好ましくは１００ｎｍであり、
最も好ましくは８０ｎｍである。厚さが２０ｎｍだとＳ
Ｐ波の発生が困難になり、１２０ｎｍ以上ではＳＰ共振
カーブが非常に浅くなり、測定が困難になる。The thickness of the silver film constituting the first layer may be appropriately determined in consideration of various conditions, but the lower limit is preferably 20 nm, more preferably 30 nm.
Most preferably, it is 40 nm. The upper limit is 12
0 nm is preferred, more preferably 100 nm,
Most preferably, it is 80 nm. If the thickness is 20nm, S
It becomes difficult to generate a P wave, and at 120 nm or more, the SP resonance curve becomes very shallow, making measurement difficult.

【００３１】センサ素子の利用態様 本発明によるセンサ素子は、次のように利用される。 Usage of Sensor Element The sensor element according to the present invention is used as follows.

【００３２】まず、その第一に、センサ素子１を第二層
の上面１１にさらに層を設けずに利用する態様である。
この態様にあっては、第二層は第一層の銀膜を保護する
と、同時に、測定計の温度変動による影響を抑制する機
能を兼ね備えるものとなる。具体的に、例えば図１に示
されるような態様で第二層の面１１に被検物質を接触さ
せて利用する。First, the first mode is one in which the sensor element 1 is used without providing another layer on the upper surface 11 of the second layer.
In this embodiment, the second layer has a function of protecting the silver film of the first layer and, at the same time, a function of suppressing the influence of temperature fluctuation of the measuring instrument. Specifically, for example, a test substance is brought into contact with the surface 11 of the second layer in a manner as shown in FIG.

【００３３】本発明によるセンサ素子の利用態様の第二
は、第二層上にさらに、標的物質に親和性を有する捕捉
物質をを含んでなる感応層を担持させて利用する態様で
ある。この態様に用いられるセンサ素子の構造を図６に
示す。図中、第二層４の上に、さらに感応層６が設けら
れてなる。この感応層は、第二層の表面にある無機物質
または有機物質によって捕捉物質を物理的または化学的
に担持させてなる。この感応層２１の表面２２に被検試
料を接触させる。The second mode of use of the sensor element according to the present invention is a mode in which a sensitive layer comprising a capture substance having an affinity for a target substance is further carried on the second layer. FIG. 6 shows the structure of the sensor element used in this embodiment. In the figure, a sensitive layer 6 is further provided on the second layer 4. The sensitive layer is formed by physically or chemically supporting a trapping substance by an inorganic substance or an organic substance on the surface of the second layer. A test sample is brought into contact with the surface 22 of the sensitive layer 21.

【００３４】ここで標的物質に親和性を有する捕捉物質
の具体例として、タンパク質、ペプチド、ホルモン、抗
生物質、色素、農薬、ドラッグ、核酸、ウイルスもしく
は微生物、またはそれらの構成成分の抗原、これらの抗
原を認識するポリクローナル、モノクローナル、もしく
は組み換え抗体、または活性部位の機能のみを有する酵
素、レクチン、もしくは生体内のシグナル伝達に関わる
レセプターなどが挙げられる。これらの物質を利用する
ことで、本発明によるセンサ素子は、臨床検査、食品分
析、環境分析などのためのバイオセンサとして利用でき
る。Here, specific examples of the capture substance having an affinity for the target substance include proteins, peptides, hormones, antibiotics, dyes, pesticides, drugs, nucleic acids, viruses or microorganisms, antigens of their constituents, and antigens thereof. Examples include a polyclonal, monoclonal, or recombinant antibody that recognizes an antigen, an enzyme having only the function of an active site, a lectin, or a receptor involved in in vivo signal transduction. By utilizing these substances, the sensor element according to the present invention can be used as a biosensor for clinical examination, food analysis, environmental analysis, and the like.

【００３５】また、本発明によるセンサ素子の利用態様
の第三は、標的物質に親和性を有する捕捉物質をより多
く効率的担持させるには、第二層の表面に担持補助層を
設けて、担持補助層の表面、特に中に捕捉物質を担持さ
せて感応層を形成ことが可能である。後者の場合、標的
物質は、この担持補助層の中へ拡散して捕捉物質と反応
し、担持補助層を立体的に利用することで、より高感度
の測定が期待できる。The third mode of use of the sensor element according to the present invention is to provide a supporting auxiliary layer on the surface of the second layer in order to more efficiently support a capturing substance having an affinity for a target substance. The sensitive layer can be formed by supporting the capturing substance on the surface of the supporting auxiliary layer, in particular, in the supporting auxiliary layer. In the latter case, a higher sensitivity measurement can be expected by diffusing the target substance into the supporting auxiliary layer and reacting with the capturing substance, and using the supporting auxiliary layer three-dimensionally.

【００３６】このような担持補助層を構成する材料とし
て、ヒドロキシル、カルボキシル、アミノ、アルデヒ
ド、カルボニル、エポキシ、およびビニル基からなる群
から選択される基を含んでなる多糖体類もしくは有機ポ
リマー、または前記基を含んでなるモノマーからなるコ
ポリマーが挙げられる。さらにこれらの具体例として
は、デキストラン、セルロース、キチン、キトサン、澱
粉、アミロース、アガロース、などの多糖類、およびこ
れらの誘導体；コラーゲン、アルブミンなどのタンパク
質；ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ナ
イロン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリエチ
レングリコール、ポリアクリルアミド、ポリアミノ酸、
ポリピロール、ポリフェノール、光硬化樹脂、などの有
機ポリマー；などが挙げられる。As a material constituting such a supporting auxiliary layer, a polysaccharide or an organic polymer containing a group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amino, aldehyde, carbonyl, epoxy and vinyl groups, or Copolymers consisting of monomers comprising the groups are mentioned. Specific examples thereof include polysaccharides such as dextran, cellulose, chitin, chitosan, starch, amylose, and agarose, and derivatives thereof; proteins such as collagen and albumin; polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, nylon, and polyacrylic acid. , Polymethacrylic acid, polyethylene glycol, polyacrylamide, polyamino acid,
Organic polymers such as polypyrrole, polyphenol, and photocurable resin; and the like.

【００３７】センサ素子の製造 本発明によるセンサ素子は好ましくは次のように製造さ
れる。まず、光透過性支持体を用意する。この支持体の
表面は、製造前に洗浄操作に付されるのが好ましい。洗
浄方法は支持体の材料によって適宜選択されてよいが、
ガラスの場合、酸、洗剤、酸―過酸化水素混合液などを
用いることができる。また、超音波洗浄を併用してもよ
い。 Manufacture of the sensor element The sensor element according to the invention is preferably manufactured as follows. First, a light-transmitting support is prepared. The surface of the support is preferably subjected to a washing operation before production. The washing method may be appropriately selected depending on the material of the support,
In the case of glass, an acid, a detergent, an acid-hydrogen peroxide mixed solution, or the like can be used. Further, ultrasonic cleaning may be used together.

【００３８】次に、表面が清浄にされた支持体上に銀薄
膜を形成する。銀薄膜の形成方法は、周知の薄膜作成方
法、例えば、真空蒸着、またはスパッタリング蒸着など
によって実施することができる。さらに、金属と絶縁支
持体との間の接着性が悪い場合には、常法に従い、銀膜
を形成する前に接着層を設けてもよい。Next, a silver thin film is formed on the support whose surface has been cleaned. The silver thin film can be formed by a well-known thin film forming method, for example, vacuum evaporation or sputtering evaporation. Furthermore, when the adhesiveness between the metal and the insulating support is poor, an adhesive layer may be provided before forming the silver film according to a conventional method.

【００３９】続いて、銀薄膜の上に第二層を形成する。
形成方法として、第一層の銀膜と同じように、真空蒸
着、またはスパッタリング蒸着などによって実施するこ
とができる。さらに、CVＤ、イオンプレイティングなど
の方法を利用することができる。Subsequently, a second layer is formed on the silver thin film.
As in the case of the silver film of the first layer, the film can be formed by vacuum evaporation or sputtering evaporation. Furthermore, methods such as CVD and ion plating can be used.

【００４０】さらに、第一層と第二層との間に、混合層
を形成する場合、上記製造方法で第一層と第二層積層し
たあと、センサ素子を熱アニーリングに付して、第一層
と第二層との界面に混合層を形成させる方法によって実
施することができる。加熱によって、金属と無機物質ま
たは有機物質との界面から、両者の成分が互いに層中に
侵入し、最終的に金属と無機物質または有機物質とを共
に含む混合層となる。Further, when a mixed layer is formed between the first layer and the second layer, the sensor element is subjected to thermal annealing after the first layer and the second layer are laminated by the above-described manufacturing method. It can be performed by a method of forming a mixed layer at the interface between one layer and the second layer. By heating, from the interface between the metal and the inorganic or organic substance, both components penetrate into each other into the layer, and finally form a mixed layer containing both the metal and the inorganic or organic substance.

【００４１】熱アニーリング条件は、支持体の種類、第
一層の厚さ、および無機物質または有機物質の種類およ
び厚さを勘案して適宜決定されてよいが、好ましい条件
として６０℃から８００℃で１分間から２４時間加熱す
る、より好ましい条件として１００℃から６００℃で１
０分間から４時間加熱する。The thermal annealing conditions may be appropriately determined in consideration of the type of the support, the thickness of the first layer, and the type and thickness of the inorganic or organic substance. For 1 minute to 24 hours, more preferably at 100 ° C to 600 ° C for 1 hour.
Heat for 0 minutes to 4 hours.

【００４２】また、共蒸着によっても混合層を形成する
ことができる。すなわち、支持体上に第一層を形成した
後、例えばマルチターゲットスパッタリング、マルチタ
ーゲットＣＶＤを用いて混合層を形成し、最後に第二層
を形成する方法である。混合層の構造及び組成比は、そ
れぞれの成分の蒸着速度を独立制御することによって制
御することができる。Further, a mixed layer can be formed by co-evaporation. That is, after forming the first layer on the support, a mixed layer is formed using, for example, multi-target sputtering or multi-target CVD, and finally, the second layer is formed. The structure and composition ratio of the mixed layer can be controlled by independently controlling the deposition rate of each component.

【００４３】また、金属と無機物質または有機物質とが
均一組成を有する混合層の場合、予め金属と無機物質ま
たは有機物質とを混合し、その混合物質をターゲットと
して真空蒸着またはスパッタリング蒸着することも可能
である。In the case of a mixed layer having a uniform composition of a metal and an inorganic substance or an organic substance, it is also possible to previously mix the metal and the inorganic substance or the organic substance and perform vacuum deposition or sputtering deposition using the mixed substance as a target. It is possible.

【００４４】[0044]

【実施例】本発明を以下の実施例によってさらに詳細に
説明するが、本発明はこれら実施例によって限定される
ものではない。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【００４５】実施例１ スパッタリングによるセンサ素
子の製造 支持体としてカバーガラス（サイズ２０×４０ｍｍ）を
用意し、希硝酸、中性洗剤、および超純水の順で超音波
洗浄した。この支持体上にマグネトロンスパッタリング
法によってアルゴン雰囲気中４８ｎｍ厚の銀膜を蒸着し
た。続いて、雰囲気をアルゴン・酸素混合に変えて同法
により所定厚さ（１０から６０ｎｍ）の二酸化シリコン
膜を形成した。 Example 1 Production of Sensor Element by Sputtering A cover glass (size 20 × 40 mm) was prepared as a support and ultrasonically cleaned in the order of diluted nitric acid, a neutral detergent, and ultrapure water. A 48 nm-thick silver film was deposited on this support by magnetron sputtering in an argon atmosphere. Subsequently, the atmosphere was changed to a mixture of argon and oxygen, and a silicon dioxide film having a predetermined thickness (10 to 60 nm) was formed by the same method.

【００４６】実施例２ 混合層を有するセンサ素子の製
造 その１ 実施例１と同様に洗浄したカバーガラスを支持体として
用いた。この支持体上に、銀と二酸化チタンとの２つの
ターゲットを装着したマルチターゲットスパタリング装
置を用いて、まず４８ｎｍの厚の銀膜を蒸着した。続い
て、試料側を回転し、銀と二酸化チタンを予め決めたそ
れぞれの速度でスパッタリングした。スパッタリング途
中、銀ターゲットのスパッタリング速度を徐々にゼロま
で落とすと同時に、二酸化チタンターゲットのスパッタ
リング速度を徐々に上げた。この結果、第１層銀膜と膜
厚５〜２０ｎｍの第２層二酸化チタン膜との間に膜厚５
〜１０ｎｍの銀／二酸化チタン混合層を有するセンサ素
子を製造した。 Example 2 Production of Sensor Element Having Mixed Layer Part 1 A cover glass washed in the same manner as in Example 1 was used as a support. First, a 48 nm-thick silver film was vapor-deposited on this support using a multi-target sputtering apparatus equipped with two targets of silver and titanium dioxide. Subsequently, the sample was rotated, and silver and titanium dioxide were sputtered at predetermined rates. During the sputtering, the sputtering rate of the silver target was gradually decreased to zero, and the sputtering rate of the titanium dioxide target was gradually increased. As a result, a film thickness of 5 between the first silver film and the second titanium dioxide film having a thickness of 5 to 20 nm.
A sensor element having a silver / titanium dioxide mixed layer of 10 nm was manufactured.

【００４７】実施例３ 混合層を有するセンサ素子の製
造 その２ 実施例１と同様に、カバーガラスを支持体上に、スパッ
タリング法によって厚さ４８ｎｍの銀膜を蒸着した。そ
れから、ターゲットをシリコンに換えて、厚さ3nmのシ
リコン膜を作成した。続いて、スパッタリング雰囲気を
アルゴン・酸素に切り換えて、二酸化シリコンをターゲ
ットにして、厚さ２０ｎｍの二酸化シリコン膜を形成し
た。 Example 3 Production of Sensor Element Having Mixed Layer Part 2 In the same manner as in Example 1, a cover glass was deposited on a support and a silver film having a thickness of 48 nm was deposited by a sputtering method. Then, the target was changed to silicon, and a silicon film having a thickness of 3 nm was formed. Subsequently, the sputtering atmosphere was switched to argon / oxygen, and a silicon dioxide film having a thickness of 20 nm was formed using silicon dioxide as a target.

【００４８】次に、上記で得た基板を電気炉に入れて、
酸素雰囲気中で２００℃、30分間熱アニーリングして、
銀／シリコン／シリコン酸化物の傾斜構造を有する混合
層を持つセンサ素子を作成した。Next, the substrate obtained above was put into an electric furnace,
Heat annealing at 200 ° C for 30 minutes in an oxygen atmosphere,
A sensor element having a mixed layer having a gradient structure of silver / silicon / silicon oxide was prepared.

【００４９】実施例４ 第二層（二酸化シリコン）の厚
さの共振カーブへの影響 前記実施例１で作成した基板を約６×８ｍｍのサイズに
ダイシングして、図１に示したＳＰＲ測定装置にセット
し、水を被検媒体として共振カーブの確認を行った。 Example 4 Influence of the thickness of the second layer (silicon dioxide) on the resonance curve The substrate prepared in Example 1 was diced to a size of about 6 × 8 mm, and the SPR measuring apparatus shown in FIG. And the resonance curve was confirmed using water as a test medium.

【００５０】比較例１ 第二層を設けないセンサ素子の
製造 支持体としてカバーガラス（サイズ２０×４０ｍｍ）を
用意し、希硝酸、中性洗剤、および超純水の順で超音波
洗浄した。この支持体上にマグネトロンスパッタリング
法によってアルゴン雰囲気中４８ｎｍ厚の銀膜を蒸着し
た。 Comparative Example 1 Production of Sensor Element without Second Layer A cover glass (size 20 × 40 mm) was prepared as a support, and ultrasonic cleaning was performed in the order of dilute nitric acid, a neutral detergent, and ultrapure water. A 48 nm-thick silver film was deposited on this support by magnetron sputtering in an argon atmosphere.

【００５１】比較例２ 金を金属材料とするセンサ素子
の製造 比較例１と同様に洗浄した支持体上に、アルゴン雰囲気
中、マグネトロンスパッタリング法によって３ｎｍのCr
膜を形成した後、５０ｎｍ厚の金膜を蒸着した。続い
て、雰囲気をアルゴン・酸素混合に変えて同法により厚
さ５ｎｍの二酸化シリコン膜を形成した。COMPARATIVE EXAMPLE 2 Production of a Sensor Element Using Gold as a Metal Material On a support washed in the same manner as in Comparative Example 1, 3 nm of Cr was deposited by magnetron sputtering in an argon atmosphere.
After forming the film, a 50 nm thick gold film was deposited. Subsequently, the atmosphere was changed to a mixture of argon and oxygen, and a silicon dioxide film having a thickness of 5 nm was formed by the same method.

【００５２】比較例３ 比較例１，２で作成したセンサ
素子を実施例４と同じように、共振カーブの確認を行っ
た。 Comparative Example 3 The resonance curves of the sensor elements produced in Comparative Examples 1 and 2 were confirmed in the same manner as in Example 4.

【００５３】実施例４と比較例３の測定結果を図７に示
す。二酸化シリコンの厚さが３０ｎｍまでかなりシャー
プな共振カーブが得られた。厚さ４５ｎｍでは共振カー
ブが浅くブロードになったが、シャープさは比較例２で
作成した金膜を有するチップのとは比較できるものであ
った。FIG. 7 shows the measurement results of Example 4 and Comparative Example 3. A fairly sharp resonance curve was obtained up to a thickness of 30 nm of silicon dioxide. At a thickness of 45 nm, the resonance curve was shallow and broad, but the sharpness was comparable to that of the chip having a gold film prepared in Comparative Example 2.

【００５４】実施例５ 第二層（二酸化シリコン）の厚
さのセンサ素子性能への影響 実施例４と同じ装置を用いて、実施例１で作成した、第
二層の厚さが異なったセンサ素子の性能（グルコースに
対する検出感度及び温度による影響）を調べた。図８は
グルコース測定感度と第二層の厚さとの関係を示す結果
である。 Example 5 Influence of the Thickness of the Second Layer (Silicon Dioxide) on Sensor Element Performance Using the same apparatus as in Example 4, a sensor having a different second layer thickness was prepared in Example 1. The performance of the device (detection sensitivity to glucose and the effect of temperature) was examined. FIG. 8 is a result showing the relationship between the glucose measurement sensitivity and the thickness of the second layer.

【００５５】グルコースに対する検出感度を調べるため
に、まず、純水をセンサ素子表面へ通液し、その時の共
振角１を測定して、ベースラインとした。次に水に溶解
された１(w/v)％のグルコース溶液を一定時間センサ素
子表面に接触させ、共振角２を測定した。共振角２と共
振角１との差が、溶液に含まれるグルコースに起因する
共振角の変化量であり、グルコースに対する測定感度と
した。測定は２５℃の室温環境で行った。In order to examine the detection sensitivity to glucose, first, pure water was passed through the surface of the sensor element, and the resonance angle 1 at that time was measured to obtain a baseline. Next, a 1 (w / v)% glucose solution dissolved in water was brought into contact with the sensor element surface for a certain period of time, and the resonance angle 2 was measured. The difference between the resonance angle 2 and the resonance angle 1 is the amount of change in the resonance angle due to glucose contained in the solution, and was defined as the measurement sensitivity for glucose. The measurement was performed in a 25 ° C. room temperature environment.

【００５６】結果を図８に示す。第二層が厚くなるにし
たがって、測定感度が低下するが、４５ｎｍでは逆に第
二層がない場合に比べて感度が大きくなった。これは、
共振角と屈折率との関係はサイン関数に基づくことに起
因する。すなわち、屈折率の変化が同じでも、共振角が
高いと、その変化量も高くなる。第二層が45nmの場合、
共振角が８０度を超えているので、その効果が顕著に現
れたと考えられる。FIG. 8 shows the results. As the second layer became thicker, the measurement sensitivity decreased, but at 45 nm, the sensitivity was conversely higher than when no second layer was provided. this is,
The relationship between the resonance angle and the refractive index is based on a sine function. That is, even if the change in the refractive index is the same, if the resonance angle is high, the amount of the change also increases. If the second layer is 45nm,
Since the resonance angle exceeds 80 degrees, it is considered that the effect is remarkably exhibited.

【００５７】一方、温度変化の感度に対する影響をみる
ために、異なった温度の水に対する共振角の変化を調べ
た。水の入った容器を恒温槽に入れて、適当な送液系で
その水をセンサ素子に送液する。まず、温度を２５℃に
設定して、共振角１を記録する。次に、恒温槽の温度を
４５℃に上げて、一定時間送液する。この時、共振角２
が変化するが、安定するまで送液し続け、安定した時の
共振角２を記録する。共振角１と共振角２との差を温度
変動とした。送液系及びセンサ素子を含む測定装置は温
度制御していないので、実際の温度変化は２０℃より低
いが、すべての測定条件は一定にしてあるので、温度変
動の比較はできる。On the other hand, in order to see the effect of the temperature change on the sensitivity, the change in the resonance angle for water at different temperatures was examined. A container containing water is placed in a thermostat, and the water is sent to the sensor element by an appropriate liquid sending system. First, the temperature is set to 25 ° C., and the resonance angle 1 is recorded. Next, the temperature of the thermostat is raised to 45 ° C., and the solution is fed for a certain time. At this time, the resonance angle 2
Is changed, but the liquid is continuously supplied until the liquid is stabilized, and the resonance angle 2 when the liquid is stabilized is recorded. The difference between the resonance angle 1 and the resonance angle 2 was defined as temperature fluctuation. Since the temperature of the measuring device including the liquid feeding system and the sensor element is not controlled, the actual temperature change is lower than 20 ° C., but since all the measurement conditions are constant, the temperature fluctuation can be compared.

【００５８】結果を図９に示す。温度変動は測定感度と
同じように第二層の厚さによって異なるが、たとえば、
温度変動は厚さ２０ｎｍにおいて最小であった。FIG. 9 shows the results. Temperature variation depends on the thickness of the second layer as well as the measurement sensitivity, for example,
Temperature variation was minimal at a thickness of 20 nm.

【００５９】第二層なしの場合の温度変動を１００とす
ると、２０ｎｍの第二層を設けた場合では温度変動が５
８％であった。すなわち、温度変化による影響が半分強
に抑えられた。一方、図８から分かるように、感度が６
％しか低下していなかった。したがって、適宜に選択し
た第二層の存在によって、わずかな感度低下を代償に、
温度による影響を大幅に抑えることができることを意味
する。Assuming that the temperature fluctuation without the second layer is 100, the temperature fluctuation is 5 when the second layer of 20 nm is provided.
8%. That is, the influence of the temperature change was suppressed to slightly more than half. On the other hand, as can be seen from FIG.
% Had only dropped. Therefore, at the expense of a slight decrease in sensitivity due to the presence of an appropriately selected second layer,
This means that the effects of temperature can be significantly reduced.

【００６０】実施例６ アルブミン測定用免疫センサの
製造 実施例１から３のいずれかで作成した基板を０．５（Ｖ
／Ｖ）％のグリシドキシプロピルトリメトキシシラン
（溶媒：２−プロパンノール）に入れて、５分間表面を
シラン化させた。２−プロパンノールで洗浄し乾燥した
後、２３（ｗ／ｖ）のカルボキシメチル化デキストラン
（ＣＭデキストラン、分子量約５００，０００）水溶液
中で２０時間振盪して、その後大量の水で洗浄しＣＭデ
キストランゲル層を形成した。 Example 6 Production of Immunosensor for Measurement of Albumin The substrate prepared in any one of Examples 1 to 3 was treated with 0.5 (V)
/ V)% of glycidoxypropyltrimethoxysilane (solvent: 2-propanol) to silanize the surface for 5 minutes. After washing with 2-propanol and drying, the mixture was shaken in a 23 (w / v) aqueous solution of carboxymethylated dextran (CM dextran, molecular weight: about 500,000) for 20 hours, and then washed with a large amount of water and washed with a large amount of CM dextran. A gel layer was formed.

【００６１】ＣＭデキストランゲル層をジメチルアミノ
プロピルカルボジイミドおよびＮ−ヒドロキシスクシイ
ミドで活性化した後、アルブミン抗体を固定化した。得
られた抗体固定化基板は６×８ｍｍのサイズにダイシン
グして、センサ素子とした。After activating the CM dextran gel layer with dimethylaminopropylcarbodiimide and N-hydroxysuccinimide, the albumin antibody was immobilized. The obtained antibody-immobilized substrate was diced to a size of 6 × 8 mm to obtain a sensor element.

【００６２】実施例７ ヒト血清アルブミン（HＳＡ）
の測定 実施例６で作成したセンサ素子を図１に示したセンサ装
置にセットし、ＨＳＡの測定を行った。 Example 7 Human Serum Albumin (HSA)
Measurement The sensor element prepared in Example 6 was set in the sensor device shown in FIG. 1 and HSA was measured.

【００６３】まず、適当な緩衝液をセンサ素子表面へ通
液し、その時の共振角１を測定し、ベースラインとし
た。次に被検溶液を一定時間センサ素子表面に接触さ
せ、被検溶液に含まれるＨＳＡを固定化抗体で捕捉させ
た。その後、前記同組成の緩衝液を通液し、非特異的結
合を洗浄除去し、共振角２を測定した。共振角２と共振
角１との差が、ＨＳＡ捕捉に起因する共振角の変化量で
あり、被検液に含まれる量を反映する。抗体に捕捉され
たＨＳＡは適当な溶液（例えばｐＨ３以下の希塩酸）に
よって解離させ、センサ素子を再生した。First, an appropriate buffer solution was passed through the surface of the sensor element, and the resonance angle 1 at that time was measured to obtain a baseline. Next, the test solution was brought into contact with the sensor element surface for a certain period of time, and HSA contained in the test solution was captured by the immobilized antibody. Thereafter, the buffer having the same composition was passed through the column to wash and remove non-specific binding, and the resonance angle 2 was measured. The difference between the resonance angle 2 and the resonance angle 1 is the amount of change in the resonance angle due to HSA capture, and reflects the amount contained in the test liquid. The HSA captured by the antibody was dissociated with an appropriate solution (for example, dilute hydrochloric acid having a pH of 3 or less) to regenerate the sensor element.

【００６４】以上の操作による共振角の変化様子を図１
０に示す。FIG. 1 shows how the resonance angle is changed by the above operation.
0 is shown.

【００６５】本発明は、高感度な表面プラズモン共鳴を
利用した装置に用いられるセンサ素子、およびその製造
方法を提供するものであり、本発明によるセンサ素子を
用いることによって、環境温度の変動の影響を受けにく
い測定ができ、よりマイルドな温度制御での使用を可能
にしたものである。The present invention provides a sensor element used in an apparatus utilizing high-sensitivity surface plasmon resonance and a method for manufacturing the same. The use of the sensor element according to the present invention makes it possible to reduce the influence of environmental temperature fluctuations. This makes it possible to perform measurements that are less susceptible to intrusions, and enables use with milder temperature control.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明によるセンサ素子が用いられるＳＰＲセ
ンサ装置の一例を示す図である。センサ素子１の支持体
２と銀膜３との界面に光源２０から光を照射する。プリ
ズム２１によって入射角の異なった光２２が集められ、
界面によって全反射し、反射光２３として測光器２４に
到達する。測光器で集められた光信号が処理され、ＳＰ
共鳴点（共振角という）が求められる。FIG. 1 is a diagram showing an example of an SPR sensor device using a sensor element according to the present invention. Light is emitted from a light source 20 to the interface between the support 2 of the sensor element 1 and the silver film 3. Light 22 having different incident angles is collected by the prism 21,
The light is totally reflected by the interface and reaches the photometer 24 as reflected light 23. The optical signal collected by the photometer is processed and SP
A resonance point (referred to as a resonance angle) is obtained.

【図２】本発明によるセンサ素子の好ましい例の断面図
である。銀膜３上に、第二層４が設けられている。FIG. 2 is a sectional view of a preferred example of a sensor element according to the present invention. The second layer 4 is provided on the silver film 3.

【図３】本発明によるセンサ素子の別の好ましい例を示
す図である。銀膜３と第二層４との間に、混合層５が設
けられている。FIG. 3 shows another preferred example of a sensor element according to the present invention. The mixed layer 5 is provided between the silver film 3 and the second layer 4.

【図４】図３に示されたセンサ素子に含む混合層の好ま
しい例を示す図である。図４において、混合層５が、支
持体からの距離に比例して、金属の含有率が小さくな
る、傾斜構造を有する。FIG. 4 is a diagram showing a preferred example of a mixed layer included in the sensor element shown in FIG. In FIG. 4, the mixed layer 5 has an inclined structure in which the metal content decreases in proportion to the distance from the support.

【図５】図３に示されたセンサ素子に含む混合層の別の
好ましい例を示す図である。図５において、混合層５
が、実質的に均一な組成を有する。FIG. 5 is a view showing another preferred example of the mixed layer included in the sensor element shown in FIG. 3; In FIG. 5, the mixed layer 5
Have a substantially uniform composition.

【図６】本発明によるセンサ素子の一つの使用態様を示
す図である。この図の態様において、第二層４の上に、
さらに感応層６が設けられている。第二層４と第一層３
との間に、混合層５を設けてもよい。FIG. 6 is a diagram showing one use mode of the sensor element according to the present invention. In the embodiment of this figure, on the second layer 4,
Further, a sensitive layer 6 is provided. Second layer 4 and first layer 3
A mixed layer 5 may be provided between the two.

【図７】異なった厚さの第２層を有するセンサ素子から
得られた共振カーブを示す図である。二酸化シリコンか
らなる第２層が厚くなるにしたがって、共振カーブが浅
くブロードになって行くが、３０ｎｍまでAu膜を有する
チップのそれよりも深くシャープであった。FIG. 7 is a diagram showing resonance curves obtained from sensor elements having second layers of different thicknesses. As the second layer made of silicon dioxide becomes thicker, the resonance curve becomes shallower and broader, but is deeper and sharper than that of the chip having the Au film up to 30 nm.

【図８】センサ素子の感度と第二層の厚さとの関係を示
す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the sensitivity of a sensor element and the thickness of a second layer.

【図９】センサ素子の温度の影響を受ける度合い（温度
変動）と第二層の厚さとの関係を示す図である。厚さを
適宜に選択された第二層の存在によって、温度変動が大
幅に低減されたことを示す。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the degree of temperature effect of the sensor element (temperature fluctuation) and the thickness of the second layer. It shows that the temperature fluctuation was greatly reduced by the presence of the second layer, whose thickness was appropriately selected.

【図１０】実施例７において実施された、本発明による
センサ素子に、ＨＳＡを含む溶液、洗浄液、または溶出
液を接触させた時の共振角の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a change in resonance angle when a solution, a washing solution, or an eluate containing HSA is brought into contact with the sensor element according to the present invention, implemented in Example 7.

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 光透過性の支持体と、該支持体上に形
成された銀からなる第一層と、厚さが５ｎｍから１００
ｎｍまでの無機物または有機物を含む第二層と、を含ん
でなる、表面プラズモン共鳴を利用した、センサ素子。1. A light-transmitting support, a first layer made of silver formed on the support, and a thickness of 5 nm to 100
A sensor element utilizing surface plasmon resonance, comprising: a second layer containing an inorganic substance or an organic substance up to nm. 【請求項２】 前記無機物または有機物は、標的物質
に親和性を有する捕捉物質を物理的または化学的に担持
可能であり、その結果、前記無機物または有機物層が、
標的物質に親和性を有する捕捉物質を含んでなる感応層
を担持可能なものとされてなる、請求項１に記載のセン
サ素子。2. The inorganic or organic substance can physically or chemically carry a capture substance having an affinity for a target substance, and as a result, the inorganic or organic layer has
2. The sensor element according to claim 1, wherein the sensor element can support a sensitive layer containing a capture substance having an affinity for a target substance. 【請求項３】 前記無機物または有機物は、担持補助
層を物理的または化学的に担持可能であり、その結果、
前記無機物または有機物層上に担持補助層を介して標的
物質に親和性を有する捕捉物質を含んでなる感応層を担
持可能なものとされてなる、請求項１に記載のセンサ素
子。3. The inorganic or organic substance can physically or chemically support the supporting auxiliary layer, and as a result,
2. The sensor element according to claim 1, wherein a sensitive layer containing a capture substance having an affinity for a target substance can be supported on the inorganic or organic substance layer via a support auxiliary layer. 3. 【請求項４】 第一層と第二層の間に、金属と、無機
物または有機物と共にを含んでなる混合層が設けられて
なる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ素
子。4. The sensor element according to claim 1, wherein a mixed layer containing a metal and an inorganic or organic substance is provided between the first layer and the second layer. . 【請求項５】 前記混合層に含まれる金属が、金、
銀、およびアルミニウムからなる群から選択されるもの
である、請求項４に記載のセンサ素子5. The metal contained in the mixed layer is gold,
The sensor element according to claim 4, wherein the sensor element is selected from the group consisting of silver and aluminum. 【請求項６】 前記混合層が、支持体からの距離に比
例して、前記金属の含有率が小さくなる、傾斜組成を有
するものである、請求項４または請求項５に記載のセン
サ素子。6. The sensor element according to claim 4, wherein the mixed layer has a gradient composition in which the content of the metal decreases in proportion to the distance from the support. 【請求項７】 前記混合層の厚さが、１００ｎｍ以下
である、請求項５または請求項６に記載のセンサ素子。7. The sensor element according to claim 5, wherein the thickness of the mixed layer is 100 nm or less. 【請求項８】 前記第一層を構成する銀膜の厚さ２０
ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である、請求項１〜７のいずれ
か一項に記載のセンサ素子。8. The thickness of the silver film constituting the first layer is 20
The sensor element according to any one of claims 1 to 7, wherein the sensor element has a thickness of not less than nm and not more than 120 nm. 【請求項９】 前記第二層を構成する無機物質が、ケ
イ素、チタン、アルミニウム、及びタンタルからなる群
から選択される物質、またはその酸化物、窒化物、また
はフッ化物、またはこれらの混合物質である、請求項１
〜８のいずれか一項に記載のセンサ素子。9. The inorganic material constituting the second layer is a material selected from the group consisting of silicon, titanium, aluminum and tantalum, or an oxide, nitride or fluoride thereof, or a mixture thereof. Claim 1.
The sensor element according to any one of claims 1 to 8. 【請求項１０】 前記第二層を構成する無機物質が、
二酸化ケイ素である、請求項９に記載のセンサ素子。10. The inorganic material constituting the second layer,
10. The sensor element according to claim 9, which is silicon dioxide. 【請求項１１】 前記第二層の厚さが１０から４０ｎ
ｍである、請求項１０に記載のセンサ素子。11. The thickness of the second layer is 10 to 40 n
The sensor element according to claim 10, wherein m is m. 【請求項１２】 前記第二層を構成する無機物質が、
二酸化チタンである、請求項９に記載のセンサ素子。12. The inorganic material constituting the second layer,
The sensor element according to claim 9, which is titanium dioxide. 【請求項１３】 前記第二層の厚さが５から２０ｎｍ
である、請求項１２に記載のセンサ素子。13. The thickness of the second layer is 5 to 20 nm.
The sensor element according to claim 12, which is: 【請求項１４】 前記第二層を構成する有機物質が、
ポリスチレン、テフロン、ポリカーボネートからなる群
から選択される物質、またはそれらの混合物質である、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサ素子。14. The organic material constituting the second layer,
Polystyrene, Teflon, a substance selected from the group consisting of polycarbonate, or a mixture thereof,
The sensor element according to claim 1. 【請求項１５】 前記支持体の屈折率が、前記標的物
質を含む媒質の屈折率よりも大きなものである、請求項
１〜１５のいずれか一項に記載のセンサ素子。15. The sensor element according to claim 1, wherein a refractive index of the support is larger than a refractive index of a medium containing the target substance. 【請求項１６】 前記第二層に接触する被検試料の物
性または組成の変化は、前記銀層または前記混合層の表
面の光学的性質の変化として現れる、請求項１、４〜１
６のいずれか一項に記載のセンサ素子。16. The change in physical properties or composition of a test sample in contact with the second layer appears as a change in optical properties of the surface of the silver layer or the mixed layer.
7. The sensor element according to claim 6. 【請求項１７】 前記第二層上に担持された捕捉物質
との反応の有無が、前記銀層または前記混合層の表面の
光学的性質の変化として現れる、請求項１〜１５のいず
れか一項に記載のセンサ素子。17. The method according to claim 1, wherein the presence or absence of a reaction with the trapping substance carried on the second layer appears as a change in optical properties of the surface of the silver layer or the mixed layer. The sensor element according to the paragraph. 【請求項１８】 請求項１〜１７のいずれか一項に記
載のセンサ素子の第二層上に、標的物質に親和性を有す
る捕捉物質を含んでなる感応層がさらに設けられてな
る、センサ素子。18. The sensor according to claim 1, further comprising a sensitive layer comprising a capture substance having an affinity for a target substance, on the second layer of the sensor element according to claim 1. Description: element. 【請求項１９】 請求項１〜１７のいずれか一項に記
載のセンサ素子の第二層上に、担持補助層が設けられて
なり、さらに該担持補助層上に標的物質に親和性を有す
る捕捉物質を含んでなる感応層がさらに設けられてな
る、センサ素子。19. A supporting auxiliary layer is provided on the second layer of the sensor element according to any one of claims 1 to 17, further having an affinity for a target substance on the supporting auxiliary layer. A sensor element, further comprising a sensitive layer containing a trapping substance. 【請求項２０】 担持補助層が、ヒドロキシル、カル
ボキシル、アミノ、アルデヒド、カルボニル、エポキ
シ、およびビニル基からなる群から選択される基を含ん
でなる多糖類もしくは有機ポリマー、または前記基を含
んでなるモノマーからなるコポリマーである、請求項１
９に記載のセンサ素子。20. The supporting auxiliary layer comprises a polysaccharide or an organic polymer comprising a group selected from the group consisting of hydroxyl, carboxyl, amino, aldehyde, carbonyl, epoxy and vinyl groups, or said group. 2. A copolymer comprising monomers.
10. The sensor element according to 9. 【請求項２１】 前記捕捉物質が、タンパク質、ペプ
チド、抗生物質、色素、核酸、薬品、微生物、ホルモ
ン、もしくはウイルス、またはそれらの構成成分の抗
原；これらの抗原を認識するポリクローナル、モノクロ
ーナル、もしくは組み換え抗体；または活性部位を破壊
し結合部位の機能のみを有する酵素、レクチン、もしく
は生体内のシグナル伝達に関わるレセプターリガンドで
ある、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のセンサ
素子21. The capture substance is an antigen of a protein, peptide, antibiotic, dye, nucleic acid, drug, microorganism, hormone, or virus, or a component thereof; polyclonal, monoclonal, or recombinant that recognizes these antigens. The sensor element according to any one of claims 17 to 20, which is an antibody; or an enzyme, a lectin, which destroys an active site and has only a binding site function, or a receptor ligand involved in in vivo signal transduction. 【請求項２２】 請求項１〜１６のいずれか一項に記
載のセンサ素子の製造法であって、支持体上に銀を積層
し、その上に無機物または有機物からなる層を積層する
工程を含んでなる、方法。22. The method for producing a sensor element according to claim 1, wherein a step of laminating silver on the support and laminating a layer made of an inorganic substance or an organic substance thereon is performed. Comprising, a method. 【請求項２３】 請求項１〜１６のいずれか一項に記
載のセンサ素子の製造法であって、支持体上に銀を積層
し、その上に無機物または有機物からなる層を積層し、
その後熱アニーリングに付し、銀層と第二層との間に混
合層を形成する工程を含んでなる、方法。23. The method for manufacturing a sensor element according to claim 1, wherein silver is laminated on the support, and a layer made of an inorganic or organic substance is laminated thereon.
Subsequently subjecting to thermal annealing to form a mixed layer between the silver layer and the second layer.