[发明专利]传感器芯片、传感器芯片的制造方法和检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及传感器芯片、传感器芯片的制造方法以及使用该传感器芯片的检测装置。 

背景技术

近年来，在医疗诊断以及饮料和食物的检查等中使用的传感器的需求增大，要求开发出小型、能够高速传感的传感器以及检测装置。为了满足这种要求，研究了以电化学法为代表的各种形式的传感器。在这些传感器中，从能够集成化、低成本而且无需选择测定环境方面考虑，对利用表面等离子体共振(SPR：Surface Plasmon Resonance)的传感器的关注在增加。 

从这种背景考虑，以提高传感器灵敏度为目的，提出了利用使用了金属微粒子和金属纳米结构的局域表面等离子体共振(LSPR：localized Surface Plasmon Resonance)的传感器。例如，通过对在表面金属微粒子固定成膜状的透明基板照射光，并且测定通过金属微粒子的光的吸光度，从而检测金属微粒子附近的介质的变化，并检测目标物质(被检测物质)的吸附和堆积。(例如，参照专利文献1：特开2000-356587号公报)。 

在专利文献1中，很难均匀地制作金属微粒子的尺寸(大小和形状)并且也很难规则地排列金属微粒子。如果不能控制金属微粒子的尺寸和排列，则由表面等离子体共振产生的吸收和共振波长会产生偏差。由此，吸光度光谱的宽度变宽，峰值强度降低。因此，检测金属微粒子附近的介质的变化的信号变化较小，限制了传感器灵敏度的提高。 

发明内容

本发明用于解决上述问题的至少一部分，可以通过以下的形式或者应用例而实现。 

[应用例1]本应用例涉及的传感器芯片包括：基板；凹凸结构，在所述基板的表面排列成格子状；多个金属微粒子，在所述凹凸结构中，与夹着凹部的位于两侧的凸部的上部棱线接触而被保持；以及间隙，在所述多个金属微粒子的至少一部分中的彼此相邻的金属微粒子之间。 

在本应用例中，测定利用表面等离子体共振的拉曼散射，其中表面等离子体共振通过对纳米级大小的金属微粒子照射激光而产生。根据本应用例，由于金属微粒子对应于形成在基板表面的凸部的间隔排列，因此形成于金属微粒子间的微小间隙的方向对齐(align，一致)排列。因此，通过在金属微粒子间照射激光而产生表面增强等离子体共振，能够实现以高灵敏度检测物质的传感器芯片。 

[应用例2]上述应用例涉及的传感器芯片优选的是，所述间隙为产生表面等离子体共振的微小间隙，并且所述基板为电介质。 

这里，作为电介质，适合使用例如石英、水晶、硼硅酸玻璃等玻璃、硅等。此外，在将入射光设定在基板侧的情况下，适合使用对于入射光透明的基板，在将入射光设定在金属微粒子侧的情况下，不一定必须使用透明的基板。 

在上述应用例中，金属微粒子间的间隙为产生表面等离子体共振的微小间隙，通过在金属微粒子的周围产生的局域表面等离子体共振所引起的增强电场，增强了拉曼散射光，能够使检测灵敏度进一步提高。并且，通过使基板为电介质，能够排除金属微粒子周围的介质对电场的影响，从而不会损害光谱的峰值强度。 

[应用例3]上述应用例涉及的传感器芯片优选的是，所述金属微粒子的平均粒径比入射光的波长小，并且具有形成由表面等离子体共振引起的增强电场的大小。 

在对小于入射光的波长的金属微粒子照射光的情况下，存在于金属微粒子的表面的自由电子由于入射光的电场而受到作用并进行共振，在金属微粒子的周围变成由自由电子产生的电偶极子一致的状态，并且能够形成比入射光的电场强的增强电场。 

[应用例4]上述应用例涉及的传感器芯片优选的是，夹着所述凹凸结构的所述凹部而位于两侧的所述凸部之间的距离比所述金属微粒子的平均粒径小。 

因此，金属微粒子不会脱落到凹部内，并且能够通过凸部的上部棱线以适当的间隙排列。 

[应用例5]上述应用例涉及的传感器芯片优选的是，所述金属微粒子为金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铂(Pt)、钯(Pd)、钼(Mo)、铬(Cr)、或者它们的合金或复合体。 

作为金属微粒子，如果使用上述材质，能够产生表面等离子体共振(SPR)、局域表面等离子体共振(LSPR)、表面增强拉曼散射(SERS)，特别是Au或Ag能够强烈地产生这些特性，从而能够以高灵敏度检测被检测物质。 

[应用例6]本应用例涉及的传感器芯片的制造方法包括：在基板表面形成排列成格子状的凹凸结构的步骤；将在分散介质中分散有金属微粒子的分散液喷在所述凹凸结构的上部的步骤；以及将所述分散介质去除的步骤。