靶物质捕捉装置制造方法

靶物质捕捉装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够将反射面的格子图案的周期设为目标值并提高传感器灵敏度的靶物质捕捉装置和包括该靶物质捕捉装置的靶物质检测装置。革巴物质捕捉装置包含反射面，该反射面排列有多个非平坦部，且该反射面用于捕捉靶物质并将照射来的光反射。在将M设为2以上的自然数，将N设为与M不同的、2以上的自然数时，排列有多个非平坦部的阵列包含多个单位阵列，该单位阵列是非平坦部以将非平坦部的中心逐一重叠在M次旋转对称的图形的顶点位置的方式配置而成的，多个单位阵列以将M次旋转对称的图形的重心逐一重叠在N次旋转对称的格子图案的交点位置的方式配置。
【专利说明】靶物质捕捉装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测靶物质的靶物质捕捉装置。

【背景技术】
[0002] 作为用于检测蛋白质、细胞等靶物质或者测量该靶物质浓度的部件，公知有一种 采用光子晶体的生物传感器（例如非专利文献1)。非专利文献1所述的生物传感器通过向 形成有金薄膜的光子晶体基板照射光，测量由光子晶体基板反射来的反射光，从而进行靶 物质的检测、靶物质浓度的测量等。在专利文献1中记载有一种这样的生物传感器：作为凹 凸结构，将圆柱状的凸部排列成统一的方形格子状，即具有一个配置成具有旋转对称性的 反射面。在非专利文献2中，作为灵敏度的评价指标记载有灵敏度性能指数F0M1和灵敏度 性能指数F0M2。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :国际公开第2010/044274号
[0006] 非专利文献
[0007] 非专利文献 1 'Development of a mass-producible on-chip plasmonic nanohole array biosensor，'：Kohei Nakamoto, Ryoji Kurita, Osamu Niwa, Toshiyuki Fujiicd and Munehiro Nishida, Received20th July2011, Accepted27th September2011
[0008] 非专利文献 2 'Sensitivity of Metal Nanoparticle Surface Plasmon Resonance to the Dielectric Environment"：Journal of Physical Chemistry B, 109(46)，P21556 - 21565


【发明内容】

[0009] 发明要解决的问是页
[0010] 非专利文献1所述的生物传感器具有将凹部排列成三角格子状而成的反射面。通 常，生物传感器为了提高传感器灵敏度，需要增多凹部的数量。此外，入射到反射面的光的 反射光显示极值的波长取决于反射面的格子图案的周期。为了容易识别该波长，期望能够 将反射面的格子图案的周期设为目标值。但是，若单纯地增多凹部的数量，则反射面的格子 图案的周期会变小。因此，期望一种能够将反射面的格子图案的周期设为目标值并提高传 感器灵敏度的生物传感器。
[0011] 本发明的目的在于，提供一种能够将反射面的格子图案的周期设为目标值并提高 传感器灵敏度的靶物质捕捉装置和包括该靶物质捕捉装置的靶物质检测装置。
[0012] 用于解决问题的方案
[0013] 本发明是一种靶物质捕捉装置，其包含反射面，该反射面排列有多个非平坦部，且 该反射面用于捕捉靶物质并将照射来的光反射，该靶物质捕捉装置的特征在于，在将Μ设 为2以上的自然数，将Ν设为与Μ不同的、2以上的自然数时，排列有上述多个非平坦部的阵 列包含多个单位阵列，该单位阵列是上述非平坦部以将上述非平坦部的中心逐一重叠在Μ 次旋转对称的图形的顶点位置的方式配置而成的，多个上述单位阵列以将上述Μ次旋转对 称的图形的重心逐一重叠在Ν次旋转对称的格子图案的交点位置的方式配置。
[0014] 本发明的靶物质捕捉装置的单位阵列排列成格子状。在采用光子晶体的生物传感 器中，入射到反射面的光的反射光显示极值的波长取决于反射面的格子图案的周期。因而， 在本发明的靶物质捕捉装置中，反射光显示极值的波长取决于单位阵列形成的格子图案的 周期。此外，由于单位阵列包含多个非平坦部，因此，与以由非平坦部形成同样的格子图案 的方式排列的情况相比，其整个反射面中的非平坦部的数量变多。因而，本发明的靶物质捕 捉装置能够将反射面的格子图案的周期设为目标值并提高传感器灵敏度。
[0015] 本发明优选的是，1个上述单位阵列中的上述非平坦部的中心之间的最小距离为 上述格子图案的交点之间的最小距离的〇. 4倍以上0. 6倍以下。1个上述单位阵列中的上 述非平坦部的中心之间的最小距离为上述格子图案的交点之间的最小距离的0.4倍以上 〇. 6倍以下，从而反射面能够将非平坦部保持为规定的大小，并增多非平坦部的数量，因此， 反射面的比表面积变大。
[0016] 本发明优选的是，所有上述非平坦部各属于某个上述单位阵列，属于1个上述单 位阵列的上述非平坦部与属于相邻的上述单位阵列的上述非平坦部有所不同。由此，本发 明的靶物质捕捉装置能够降低非平坦部形成格子图案的可能性。因而，本发明的靶物质捕 捉装置能够更加可靠地将周期设为目标值并提高传感器灵敏度。
[0017] 本发明优选的是，上述Μ是3,上述Ν是6。在Μ是3时，非平坦部在单位阵列中逐 一排列在正三角形的顶点。在Ν是6时，单位阵列排列成三角格子状。由此，本发明的靶物 质捕捉装置能够根据属于不同的单位阵列的非平坦部之间的位置关系降低非平坦部形成 格子图案的可能性。因而，本发明的靶物质捕捉装置能够更加可靠地将周期设为目标值并 提高传感器灵敏度。
[0018] 本发明优选的是，1个上述单位阵列中的上述非平坦部的中心之间的最小距离是 上述格子图案的交点之间的最小距离的0.5倍。由此，本发明的靶物质捕捉装置因非平坦 部在格子图案的方向上等间隔地排列，而使格子图案的周期不易紊乱。因此，反射光的光谱 形状的半宽度变小，能够降低测量过程中的噪声。因而，本发明的靶物质捕捉装置的S/Ν比 上升，能够进一步提高传感器灵敏度。
[0019] 本发明是一种靶物质捕捉装置，其包含用于将照射来的光反射的反射面，利用生 物传感器捕捉靶物质，该生物传感器采用在反射面按照一定的规则排列有多个非平坦部而 成的光子晶体，该靶物质捕捉装置的特征在于，排列有上述多个非平坦部的阵列包含多个 单位阵列，该单位阵列是上述非平坦部以将上述非平坦部的中心逐一重叠在正三角形的顶 点位置的方式配置而成的，排列有上述多个非平坦部的阵列以将上述正三角形的重心逐一 重叠在以60°的角度互相交叉的格子图案的交点位置的方式配置有多个单位阵列。
[0020] 本发明还优选的是，在将上述正三角形的一边的长度设为C1的情况下，上述非平 坦部的截面的直径小于C1的1倍。此外，上述非平坦部的截面形状未必一定是圆形，也可 以是正六边形或者星型。
[0021] 在采用在表面按照一定的规则排列微小结构而成的光子晶体的生物传感器中，入 射到测量部的反射面的光的反射光显示极值的波长取决于反射面的格子图案的周期。因 而，在本发明的靶物质捕捉装置中，反射光显示极值的波长取决于单位阵列形成的格子图 案的周期。此外，由于单位阵列包含多个非平坦部，因此，与以由非平坦部形成同样的格子 图案的方式排列的情况相比，其整个反射面中的非平坦部的数量变多。因而，本发明的靶物 质捕捉装置能够将反射面的格子图案的周期设为目标值并提高传感器灵敏度。
[0022] 本发明的靶物质捕捉装置的特征在于，上述多个非平坦部的阵列包含多个单位阵 列，该单位阵列是上述非平坦部以将上述非平坦部的中心逐一重叠在正三角形的顶点位置 的方式配置而成的，上述单位阵列以将上述正三角形的重心逐一重叠在以60°的角度互相 交叉的格子图案的交点位置的方式配置。通过做成上述的配置，上述非平坦部的阵列在整 个传感器中仅具有6次旋转对称性，反射光的光谱会出现一个峰。因此，与具有多个旋转对 称性的配置相比，能够以较高的精度测量靶物质的量。
[0023] 本发明优选的是，上述非平坦部的沿着上述反射面的截面为圆形，上述非平坦部 的截面的直径小于上述正三角形的一边长度的1倍。由此，相邻的非平坦部不会接触，因此 易于保持非平坦部的形状。
[0024] 本发明优选的是，上述正三角形的一边的长度是上述格子图案的交点之间的最小 距离的〇. 5倍，上述正三角形的一边与上述格子图案所包含的直线平行。由此，非平坦部 28A在格子图案La的方向上等间隔地排列，从而格子图案La的周期不易紊乱。因此，反射 光的光谱形状的半宽度变小，能够降低测量过程中的噪声。因而，靶物质捕捉装置的S/N比 上升，能够进一步提高传感器灵敏度。
[0025] 本发明优选的是，上述非平坦部的沿着上述反射面的截面为正六边形或者星型。 由于这些形状具有6次旋转对称性，因此，通过将上述非平坦部做成这样的形状，本发明的 靶物质捕捉装置除了上述非平坦部的配置为6次旋转对称之外，上述非平坦部的形状也为 6次旋转对称，因此能够实现进一步提高测量精度。
[0026] 发明的效果
[0027] 采用本发明的靶物质捕捉装置，能够将反射面的格子图案的周期设为目标值并提 高传感器灵敏度。包括本发明的靶物质捕捉装置的靶物质检测装置能够将反射面的格子图 案的周期设为目标值并提高传感器灵敏度。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 图1是表示靶物质检测装置的图。
[0029] 图2是金属膜覆盖光子晶体的立体图。
[0030] 图3是金属膜覆盖光子晶体的俯视图。
[0031] 图4是表示图3中的A - A截面的图。
[0032] 图5是比较方式的金属膜覆盖光子晶体的俯视图。
[0033] 图6是表示针对实施例的反射光的波长而言的反射率的图。
[0034] 图7是表示比较例的反射光的波长而言的反射率的图。
[0035] 图8是示出了实施例和比较例的传感器的灵敏度的图。
[0036] 图9是表示非平坦部是凸部的情况下的图3中的A - A截面的图。
[0037] 图10是说明光子晶体的利记博彩app的图。
[0038] 图11是说明光子晶体的利记博彩app的图。
[0039] 图12是说明光子晶体的利记博彩app的图。
[0040] 图13是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0041] 图14是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0042] 图15是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0043] 图16是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0044] 图17是说明光子晶体生物传感器的图。
[0045] 图18是说明光子晶体生物传感器的图。
[0046] 图19是说明光子晶体生物传感器的图。
[0047] 图20是说明光子晶体生物传感器固定部件的图。
[0048] 图21是说明光子晶体生物传感器固定部件的图。
[0049] 图22是说明光子晶体生物传感器的另一种方式的图。
[0050] 图23是表示靶物质检测装置的光检测部向光子晶体生物传感器照射光的例子的 图。
[0051] 图24是表示靶物质检测装置的光检测部所具有的测量探头结构的图。
[0052] 图25是表示靶物质检测装置的光检测部的评价条件的图。
[0053] 图26是靶物质检测方法的流程图。
[0054] 图27是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0055] 图28是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0056] 图29是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0057] 图30是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0058] 图31是说明光子晶体生物传感器的原理的图。
[0059] 图32是表示非平坦部的沿着反射面的截面形状的图，图32(a)是表示截面为正六 边形的非平坦部的图，图32(b)是表示截面为星型的非平坦部的图。
[0060] 图33是利用与反射面正交的平面剖切第3实施方式的金属膜覆盖光子晶体所得 到的剖视图。
[0061] 图34是表示向第1实施例的光子晶体生物传感器照射光时的、反射光的光谱的峰 值波长的图。
[0062] 图35是表示向第1比较例的光子晶体生物传感器照射光时的、反射光的光谱的峰 值波长的图。
[0063] 图36是表示向第2实施例的光子晶体生物传感器照射光时的、反射光的光谱的峰 值波长的图。
[0064] 图37是表示向第2比较例的光子晶体生物传感器照射光时的、反射光的光谱的峰 值波长的图。

【具体实施方式】
[0065] 下面，根据附图详细地说明用于实施本发明的靶物质检测装置的方式（以下称作 实施方式）。另外，本发明不被下述的实施方式所限定。此外，在下述实施方式的构成部件 中包含本领域技术人员能够容易想到的部件、实质上相同的部件、所谓的均等范围内的部 件。并且，在下述实施方式中公开的构成部件能够适当地组合。
[0066] 第1实施方式
[0067] 靶物质检测裝置
[0068] 说明包括第1实施方式的靶物质捕捉装置的靶物质检测装置。图1是表示靶物质 检测装置的图。靶物质检测装置10包含第1实施方式的光子晶体生物传感器（靶物质捕 捉装置）11、光检测部12以及处理部13。
[0069] 光子晶体牛物传感器
[0070] 首先，说明光子晶体生物传感器11。光子晶体生物传感器11包含金属膜覆盖光 子晶体21、上部板22以及下部板23。上部板22设有开口部24。在第1实施方式中，光子 晶体生物传感器11是利用上部板22和下部板23夹持金属膜覆盖光子晶体21的结构。另 夕卜，在第1实施方式中，光子晶体生物传感器11包含上部板22和下部板23而形成，但并不 限定于此，也可以仅由金属膜覆盖光子晶体21形成。
[0071] 金属腊覆盖光子晶体
[0072] 图2是金属膜覆盖光子晶体21的立体图。图3是金属膜覆盖光子晶体21的俯视 图。图4是表示图3中的A - A截面的图，表示以与光子晶体25的表面27正交的平面剖 切光子晶体25后的截面。另外，图2?图4是示意地表示的图，因此，构成金属膜覆盖光子 晶体21的成分的厚度、大小等与实际有所不同。以下，在第1实施方式和后述的其他实施 方式中也是同样的。如图2?图4所示，金属膜覆盖光子晶体21包含光子晶体25和金属 膜26。金属膜覆盖光子晶体21利用金属膜26对在光子晶体25的表面27排列有多个非平 坦部28A而形成的反射面29进行覆盖。非平坦部28A是相对于表面27凹陷的圆柱状的凹 部。
[0073] 首先，说明光子晶体25。通常，光子晶体是这样的结构体：具有在表面周期性地 形成有规定深度的凹部或者规定高度的凸部的反射面，在向上述反射面照射特定波长的光 (平行光）时，能够得到其反射光。向在表面周期性地形成有凹部或者凸部的反射面照射光 时能够得到特定波长的反射光的结构体通常被称作光子晶体。
[0074] 光子晶体是指具有亚波长间隔晶格结构的结构体。而且，其为这样的结构体，即， 在向结构体的表面（之后称作反射面）照射宽幅波长（日语：広領域波長）的光时反射或 者透射取决于光子晶体表面状态的特定波段的光。光子晶体的表面状态取决于例如光子晶 体的形状和材质。通过读取该反射光或者透射光的变化，能够将光子晶体的表面状态的变 化定量化。作为光子晶体的表面状态的变化，能够列举出物质吸附于表面、结构变化等。在 表面形成有金属薄膜的光子晶体被照射光时，也会发生光的反射率出现极值（极大值或者 极小值）或者光的透射率出现极值（极大值或者极小值）。该反射率或者透射率的极值取 决于金属的种类、金属的膜厚、光子晶体的表面形状。通过读取该光的反射率或者光的透射 率，能够将光子晶体的表面状态的变化定量化。关于金属薄膜将在后面进行说明。能够利用 以下的方法，实现根据反射光或者透射光的变化将光子晶体的表面状态的变化定量化。例 如求出极值（极大值或者极小值）时的反射率或者透射率的变化量、或者求出反射率或者 透射率成为极值时的波长的频移量。另外，在存在多个反射率或者透射率的极值的情况下， 关注任意的极值。而且，通过针对关注的极值求出变化量或者求出成为关注的极值时的波 长的频移量，能够将光子晶体的表面状态的变化定量。
[0075] 如图2?图4所示，光子晶体25具有在表面27排列有多个非平坦部28A的反射 面29。在向该反射面29照射光时，取决于光子晶体25的形状和材质的特定波长的光被反 射。
[0076] 在第1实施方式中，排列有多个非平坦部28A的阵列包含多个单位阵列U，该单位 阵列U是3个非平坦部28A以将非平坦部28A的中心G1逐一重叠在作为3次旋转对称的 图形的正三角形P〇的顶点位置的方式配置而成的。排列有多个非平坦部28A的阵列以将 正三角形P〇的重心G2逐一重叠在6次旋转对称的格子图案La的交点位置的方式配置多 个单位阵列U。由此，单位阵列U以形成格子图案La的方式配置。在此，入射到光子晶体 25的反射面29的光的反射光显示极值的波长取决于反射面29的格子图案La的周期。在 反射面29中，格子图案La的周期等于重心G2之间的最小距离B1。因而，在第1实施方式 中，入射到反射面29的光的反射光显示极值的波长取决于重心G2之间的最小距离B1。
[0077] 此外，由于单位阵列U包含多个非平坦部28A，因此，与以利用非平坦部28A形成 格子图案La的方式排列的情况相比，整个反射面中的非平坦部28A的数量增多。并且，优 选的是，单位阵列U中的非平坦部28A的中心G1之间的距离C1为重心G2之间的最小距离 B1的0. 4倍以上0. 6倍以下，该重心G2之间的最小距离B1等于格子图案La的交点之间 的最小距离。因此，反射面29能够在不减小重心G2之间的最小距离B1，即格子图案La的 周期的情况下，增多非平坦部28A的数量。而且，反射面29中，非平坦部28A的直径D1保 持为目标大小，并且每单位面积的非平坦部28A的数量增变。由此，第1实施方式的光子晶 体25因反射面29的比表面积变大而能够提高用作传感器时的灵敏度。因而，采用第1实 施方式的光子晶体25的传感器能够将反射面29的格子图案La的周期设为目标值并且提 高传感器灵敏度。
[0078] 此外，所有的非平坦部28A各属于某个单位阵列U。属于1个单位阵列U的非平 坦部28A与属于相邻的单位阵列U的非平坦部28A有所不同。由此，例如在图3的位置G3 没有配置非平坦部28A。在此，位置G3是用线段连结相邻的3个正三角形Po的重心G2而 成的三角形的重心位置。对于由于第1实施方式的光子晶体25而言，并不是单独地配置非 平坦部28A，因此不是非平坦部28A形成格子图案La。因此，反射面29能够在不减小重心 G2之间的最小距离B1，即格子图案La的周期的情况下，增多非平坦部28A的数量。因而， 采用第1实施方式的光子晶体25的传感器能够更加可靠地将周期设为目标值并提高传感 器灵敏度。
[0079] 此外，进一步优选的是，中心G1之间的距离C1为重心G2之间的最小距离B1的 0.5倍。由此，反射面29中的每单位面积的非平坦部的数量增多的可能性升高。非平坦部 28A在格子图案La的方向上等间隔地排列，因此，反射面29的格子图案La的周期不易紊 舌L。因此，反射光的光谱形状的半宽度变小，能够降低测量过程中的噪声。因而，采用第1 实施方式的光子晶体25的传感器的S/N比上升，能够进一步提高传感器灵敏度。
[0080] 此外，单位阵列U所含有的非平坦部28A的数量也可以不是3个。例如单位阵列 U所含有的非平坦部28A的数量也可以是4个以上。此外，在单位阵列U中，非平坦部28A 的中心G1重叠的位置也可以不是正三角形Po的顶点。例如在单位阵列U中，非平坦部28A 的中心G1重叠的位置也可以是除正三角形之外的旋转对称的图形的顶点。此外，正三角形 Po的重心G2重叠的位置也可以不是6次旋转对称的格子图案La的交点。例如正三角形 Po的重心G2重叠的位置也可以是除6次旋转对称之外的旋转对称的格子图案的交点。但 是，在将Μ设为2以上的自然数，将N设为2以上的自然数，在单位阵列U中，非平坦部28A 的中心G1重叠的位置设为Μ次旋转对称的图形顶点，正三角形Po的重心G2重叠的位置设 为N次旋转对称的格子图案的交点时，需要Μ和N互不相同。其中，优选像图2?图4所示 的第1实施方式那样，上述Μ是3,上述Ν是6。由此，根据属于不同的单位阵列U的非平坦 部28Α之间的位置关系，能够降低非平坦部28Α形成格子图案的可能性。
[0081] 此外，非平坦部28Α的直径D1优选为重心G2之间的距离的0.25倍以下。此外，非 平坦部28Α的直径D1优选为50nm以上lOOOnm以下，更优选为100nm以上500nm以下。此 夕卜，非平坦部28A的中心G1之间的最短距离C1优选为100nm以上2000nm以下，更优选为 200nm以上lOOOnm以下。此外，在将非平坦部28A的深度设为H1时，非平坦部28A的深径 比（日语： 7 7?夕卜比）（H1/D1)优选为0. 1以上10以下，更优选为0. 5以上5. 0以下。 另外，非平坦部28A的尺寸并不限定于上述尺寸。
[0082] 作为光子晶体25的材质，能够使用合成树脂等有机材料，金属、陶瓷等无机材料。
[0083] 作为合成树脂，能够使用聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚环烯烃、聚酰胺、聚酰亚 胺、丙烯酸类、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚缩醛、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮等 热塑性树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂等热固性树脂。
[0084] 作为陶瓷，能够适当地使用二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化钇等陶瓷。 [0085] 作为金属，能够以铁钢材料为首地使用各种合金。具体地讲，能够适当地使用不锈 钢、钛或者钛合金等。
[0086] 在上述各种材料中，考虑到光学特性、加工性、对于含有靶物质（成为靶材的物 质）的溶液的耐性、靶物质捕捉物质（特异性结合物质）的吸附性、对于清洗剂的耐性等， 更优选为聚环烯烃系合成树脂或者二氧化硅系的陶瓷。其中，聚环烯烃系合成树脂的加工 性优异，最为合适。
[0087] 通过对上述材料基板的表面实施微细的加工来制作光子晶体25。作为加工方法， 能够使用激光加工、热纳米压印、光纳米压印、光掩模和蚀刻的组合等。特别是，在将聚环烯 烃系合成树脂等热塑性树脂作为材料的情况下，利用热纳米压印的方法较为合适。
[0088] 接着，说明金属膜26。例如，在第1实施方式中，如图4所示，光子晶体25的反射 面29被金属膜26覆盖。优选的是，金属膜26使用金（Au)、银（Ag)、钼（Pt)或者铝（A1) 中的任一种以上形成。在第1实施方式中，金属膜26由Au形成。由于Au的稳定性优异， 因此优选作为反射面29。优选的是，在金属膜26使用银（Ag)或者铝（A1)中的任一种以上 的情况下，用金覆盖表面。通过这样做，能够减少金的使用量而抑制光子晶体25的制造成 本。
[0089] 由于金属膜覆盖光子晶体21是利用金属膜26覆盖光子晶体25的反射面29而成 的，因此，与光子晶体25的非平坦部28A相对应地在反射面29形成有金属膜覆盖光子晶体 21的非平坦部28B。此外，非平坦部28B的直径D2优选为重心G2之间的最小距离B1的 0. 25倍以下。此外，非平坦部28B的直径D2也取决于金属膜26的厚度，但优选为50nm以 上lOOOnm以下，更优选为lOOnm以上500nm以下。此外，非平坦部28B的中心G1之间的最 短距离C2优选为80nm以上2400nm以下，更优选为200nm以上lOOOnm以下。此外，在将非 平坦部28B的深度设为H2时，非平坦部28B的深径比（H2/D2)优选为0. 1以上10以下，更 优选为0.5以上5. 0以下。另外，非平坦部28B的尺寸并不限定于上述尺寸。
[0090] 在金属膜26的膜厚较小时，有时向光子晶体25的入射光的一部分会透射金属膜 26。其结果，存在如下的可能，S卩，自反射光得到的信息量降低、来自光子晶体25的反射光 含有大量无用信息，如衍射光或者来自光子晶体25的背面的反射光等。通过适度地增大金 属膜26的膜厚，能够减少来自光子晶体25的反射光所含有的无用信息，提高靶物质的检测 精度和浓度的测量精度。此外，在金属膜26的膜厚适度小时，容易在光子晶体25的表面27 制作详细的图案形状，因此优选。例如图案的角变尖锐，而容易确保图案的尺寸。从这个观 点来考虑，在第1实施方式中，金属膜26的膜厚优选为30nm以上lOOOnm以下，更优选为 150nm以上500nm以下，进一步优选为200nm以上400nm以下。其原因在于，在金属膜26的 膜厚大于200nm时，反射率随波长的变化而产生的变化是大致相同的。
[0091] 此外，金属膜26能够利用溅镀或者蒸镀装置等形成在光子晶体25的反射面29。 优选的是，金属膜26的最外表面为Au。在金属膜26使用Ag、Pt、Al的情况下，各极值时反 射光的波长是将Au用作金属膜26的情况的1. 5倍。这样，Ag、Pt、A1具有Au的1. 5倍的 灵敏度。另外，由于Ag易于氧化，因此，优选的是在光子晶体25的反射面29形成Ag之后 形成不易氧化的Au薄膜或者Si0 2等氧化物薄膜。在这种情况下，能够在具有200nm厚度的 Ag膜的表面形成具有5nm厚度的Au膜。在具有200nm厚度的Ag膜的表面形成了具有5nm 厚度的Au膜的情况下，灵敏度是具有200nm厚度的Au膜的1. 5倍。此外，是否存在5nm的 Au膜，都未发现灵敏度的变化。由于A1也与Ag同样易于氧化，因此，优选的是在光子晶体 25的表面27形成A1膜之后形成不易氧化的Au薄膜或者Si0 2等氧化物薄膜。为了利用抗 体等进行修饰，Pt也优选形成Au薄膜或者Si02等氧化物薄膜。
[0092] 此外，优选的是，光子晶体25的反射面29使用3-triethoxysilylpropylamine(A PTES)等改性。在光子晶体25的反射面29形成了 Au或者Ag的金属膜26的情况下，优选 的是不使用APTES，而是使用在一端具有硫醇基，在另一端具有氨基、羧基等官能团的碳链 将光子晶体25的反射面29改性。在光子晶体25的反射面29形成了除Au或者Ag之外的 金属膜26的情况下，优选的是使用在一端具有官能团的硅烷系偶联剂，例如APTES将光子 晶体25的反射面29改性。
[0093] 在第1实施方式中，排列在金属膜覆盖光子晶体21的表面的多个非平坦部28B的 阵列包含多个单位阵列U，该单位阵列U是3个非平坦部28B以将非平坦部28B的中心G1 逐一重叠在正三角形P〇的顶点位置的方式配置而成的。并且，排列有多个非平坦部28B的 阵列以将正三角形P〇的重心G2逐一重叠在以60°的角度互相交叉的格子图案La的交点 位置的方式配置多个单位阵列U。由此，单位阵列U以形成格子图案La的方式配置。在此， 入射到金属膜覆盖光子晶体21的反射面29的光的反射光显示极值的波长取决于反射面29 的格子图案La的周期。在反射面29中，格子图案La的周期等于重心G2之间的最小距离 B1。因而，在第1实施方式中，入射到反射面29的光的反射光显示极值的波长取决于重心 G2之间的最小距离B1。
[0094] 此外，由于单位阵列U包含多个非平坦部28B，因此，与以利用非平坦部28B形成格 子图案La的方式排列的情况相比，整个反射面中的非平坦部28B的数量增多。并且，优选 的是，非平坦部28B的中心G1之间的最短距离，即单位阵列U中的正三角形Po的一边的长 度C1为重心G2之间的最小距离B1的0. 4倍以上0. 6倍以下，该重心G2之间的最小距离 B1等于格子图案La的交点之间的最小距离。
[0095] 其结果，反射面29能够在不减小重心G2之间的最小距离B1，即格子图案La的周 期的情况下，增多非平坦部28B的数量。而且，反射面29中，非平坦部28B的直径D2保持 为目标大小，并且每单位面积的非平坦部28B的数量增变。由此，第1实施方式的金属膜覆 盖光子晶体21因反射面29的比表面积变大而能够提高用作传感器时的灵敏度。因而，采 用第1实施方式的金属膜覆盖光子晶体21的传感器能够将反射面29的格子图案La的周 期设为目标值并提高传感器灵敏度。
[0096] 此外，所有的非平坦部28B属于某一个单位阵列U。属于1个单位阵列U的非平坦 部28B与属于相邻的单位阵列U的非平坦部28B有所不同。由此，例如在图3的位置G3没 有配置非平坦部28B。在此，位置G3是用线段连结相邻的3个正三角形Po的重心G2而成 的三角形的重心位置。由于第1实施方式的金属膜覆盖光子晶体21并不是单独地配置非 平坦部28B，因此不是非平坦部28B形成格子图案La。因此，反射面29能够在不减小重心 G2之间的最小距离B1，即格子图案La的周期的情况下，增多非平坦部28B的数量。因而， 采用第1实施方式的金属膜覆盖光子晶体21的传感器能够更加可靠地将周期设为目标值 并提高传感器灵敏度。
[0097] 通过将非平坦部28B设为这样的配置，非平坦部28B仅具有6次旋转对称性地配 置在反射面29。因此，会在反射光的光谱中出现一个较大的峰，而且，峰形状的深度变大。 其结果，能够高精度地检测反射面29上的微小变化，并且能够降低测量过程中的噪声。因 而，采用第1实施方式的金属膜覆盖光子晶体21的传感器与具有多个旋转对称性的配置相 比其S/N比上升，并且能够提高传感器灵敏度。
[0098] 优选的是，非平坦部28B的直径D2小于正三角形Po的一边的长度C1的1倍。在 D2为C1的1倍以上时，相邻的非平坦部28B相接触，因此不优选。并且，非平坦部28B的沿 着反射面29的截面形状未必一定是圆形，也可以设为图32(a)所示的正六边形、图32(b) 所示的星型。通过将非平坦部28B设为这样的形状，在非平坦部28B中形成有锐利的边缘 部。其结果，利用边缘效应能够促进电场集中，能够进一步提高传感器的灵敏度。此外，不 仅反射面29中的非平坦部28B的配置为6次旋转对称，非平坦部28B的形状自身也为6次 旋转对称，因此，会在反射光的光谱中出现更加明确的一个峰，能够提高传感器灵敏度。另 夕卜，在非平坦部28B的沿着反射面29的截面形状中，圆形包含大致圆形。大致圆形是指，虽 然与正圆相比形状走样，但是相对于正圆的偏差在加工误差的范围内的圆形。即，大致圆形 是指虽不是正圆，但是是谋求正圆而形成的圆形。
[0099] 优选的是，正三角形Po的一边的长度是格子图案La的交点之间的最小距离的0. 5 倍，正三角形Po的一边与格子图案La包含的直线平行。非平坦部28A在格子图案La的方 向上等间隔地排列，因此格子图案La的周期不易紊乱。因此，反射光的光谱形状的半宽度 变小，能够降低测量过程中的噪声。因而，采用第1实施方式的光子晶体25的传感器的S/ N比上升，能够进一步提高传感器灵敏度。
[0100] 接着，说明比较方式。图5是比较方式的金属膜覆盖光子晶体21的俯视图。在比 较方式中，排列有多个非平坦部28A、28B的阵列以非平坦部28A、28B的中心G1逐一重叠在 6次旋转对称的格子图案La的交点位置的方式配置而成。比较方式的中心G1之间的距离 等于第1实施方式的重心G2之间的最小距离B1。
[0101] 将使用图2?图4所示的第1实施方式的金属膜覆盖光子晶体21测量波长光谱 而得到的结果设为实施例。此外，将使用图5所示的比较方式的金属膜覆盖光子晶体21测 量波长光谱而得到的结果设为比较例。实施例和比较例是将非平坦部28B的直径D2设为 200nm、重心G2之间的最小距离B1设为600nm时的结果。图6是表示针对实施例的反射光 的波长而言的反射率的图。图7是表示针对比较例的反射光的波长而言的反射率的图。根 据图6和图7可知，实施例和比较例表示由重心G2之间的最小距离B1为600nm所引起的、 反射率显示极值时的波长。
[0102] 图8是针对实施例和比较例示出了用作传感器时的灵敏度的图。图8针对实施例 和比较例表示在反射面29的表面27使生物素固定化、使100nm的抗生物素反应后的、根据 成为极值时的波长的频移量求出的传感器的灵敏度。根据图8可知，实施例的传感器的灵 敏度高于比较例的传感器的灵敏度。其原因在于，尽管反射面29中的格子图案La的周期 同为重心G2之间的最小距离B1，就每单位面积的非平坦部28A、28B的数量而言也是实施例 多于比较例。
[0103] 另外，在上述说明中，第1实施方式的非平坦部是图4中所示的凹部，但也可以如 图9所示那样是凸部。此时，非平坦部28A、28B是相对于表面27突出的圆柱状的凸部。图 9是表示非平坦部为凸部的情况下的图3中的A - A截面的图。
[0104] 光子晶体的利记博彩app
[0105] 接着，说明利用热纳米压印制作金属膜覆盖光子晶体21的工序的一个例子。图 10、图11及图12是说明光子晶体的利记博彩app的图。如图10所示，在热纳米压印中，使用具 有纳米级的微细结构、或者纳米级的周期结构的图案的模具DI。而且，如图11所示，将加热 后的模具DI压在片状的树脂P上，以规定压力按压规定时间，在模具DI的表面温度刚刚达 到规定温度时脱模，将微细结构和周期结构转印在片状的树脂P上。由此，能够得到光子晶 体25。
[0106] 在树脂P是环烯系聚合物的情况下，优选的是将模具DI加热至160°C左右，以约 12MPa的压力按压规定时间，在模具DI的表面温度刚刚达到60°C左右时脱模。
[0107] 在制作了光子晶体25之后，如图12所示，利用溅镀或者蒸镀装置等在与模具DI 接触过的表面形成金属膜26,从而完成金属膜覆盖光子晶体21。
[0108] 靶物质捕捉物质
[0109] 接着，说明用于捕捉靶物质的靶物质捕捉物质。靶物质是指靶物质检测装置10所 检测的对象物，可以是蛋白质等高分子、低聚物、低分子中的任一种。靶物质并不限定于单 分子，也可以是由多个分子组成的复合体。作为靶物质，能够列举出例如大气中的污染物 质、水中的有害物质、人体内的生物标记（Biomarker)等。其中，优选为皮质醇等。皮质醇是 分子量362g/mol的低分子物质。在人感受到压力时唾液中的皮质醇浓度增加，因此，皮质 醇作为评价人感受到的压力的程度的物质而受到关注。若将皮质醇作为靶物质而测量其浓 度，通过测量例如人的唾液中所含有的皮质醇的浓度，就能够评价压力的程度。若评价了应 力的程度，就能够判断被测量人员是否处于会导致抑郁症等精神疾病的水平的压力状态。 [0110] 靶物质捕捉物质是指与靶物质结合来捕捉靶物质的物质。在此，除了化学结合的 情况之外，结合也可以是例如像物理吸附、利用范德华力进行的结合那样的不利用化学结 合进行的结合。优选的是，靶物质捕捉物质是与靶物质特异地进行反应来捕捉靶物质，是将 靶物质作为抗原的抗体。特异地进行反应是指，选择性地与靶物质进行可逆的或者不可逆 的结合而形成复合体，并不限定于化学反应。此外，特异地进行反应的物质也可以存在于靶 物质之外。即使在试样中除了靶物质之外还存在能与靶物质捕捉物质反应的物质，在其亲 和性与靶物质相比较非常小的情况下，也能够将靶物质定量。靶物质捕捉物质能够使用将 靶物质作为抗原的抗体，人工制作的抗体，由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶等构成DNA 的物质构成的分子，肽等。在靶物质是皮质醇的情况下，靶物质捕捉物质优选为皮质醇抗 体。
[0111] 在制作靶物质捕捉物质时，能够采用公知的方法。例如能够利用血清法、杂交瘤 法、噬菌体展示法来制作抗体。例如能够利用SELEX法（Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment:试管内人工进化法）来制作由构成DNA的物质构成的分子。 例如能够利用噬菌体展示法来制作肽。靶物质捕捉物质不必利用某种酶、同位素来标识。但 是，也可以利用酶、同位素来标识。
[0112] 在第1实施方式中，靶物质捕捉物质固定在图4所示的金属膜覆盖光子晶体21的 反射面29。作为将靶物质捕捉物质固定在金属膜覆盖光子晶体21的反射面29的手段，能 够列举出共价键（日语：共有結合）、化学吸附、物理吸附等化学结合方法、物理结合方法。 能够根据靶物质捕捉物质的性质适当选择这些手段。例如在选择吸附作为固定的手段的情 况下，吸附的操作如下。例如将含有靶物质捕捉物质的溶液滴下到金属膜覆盖光子晶体21 的反射面29,在规定的时间、规定的室温的条件下或者根据需要将金属膜覆盖光子晶体21 冷却或加温，从而使靶物质捕捉物质吸附于反射面29。
[0113] 光子晶体生物传感器11预先使仅与特定的抗原（例如皮质醇）结合的抗体（例 如皮质醇抗体）吸附（固定）于金属膜覆盖光子晶体21的反射面29的表面。由此，光子 晶体生物传感器11能够检测特定的抗原。光子晶体生物传感器11利用光子晶体25的光 学特性和在光子晶体25的表面或者表面附近发生的各种生物反应、化学反应，例如特定的 抗原仅与特定的抗体进行反应这样的抗原抗体反应。
[0114] 光子晶体生物传感器11也可以在固定有作为靶物质捕捉物质的抗体的反射面29 固定有封闭剂（保护物质）。封闭剂在靶物质接触于光子晶体生物传感器11之前固定。光 子晶体25的反射面29的表面通常为超疏水性。因此，有可能由疏水性相互作用导致除了 作为靶物质捕捉物质的抗体之外的杂质于吸附反射面29。并且，由于光子晶体25的光学特 性受表面状态的影响较大，因此，优选的是在光子晶体25的反射面29没有吸附杂质。通过 在光子晶体25的反射面29固定有封闭剂，能够提高反射光的检测精度。
[0115] 因而，优选的是在光子晶体25的反射面29的除了吸附（固定）作为靶物质捕捉 物质的抗体的部分之外的部位，为了不固定杂质等而预先固定所谓的封闭剂。为了预先使 封闭剂吸附，使封闭剂接触于光子晶体25的表面。作为封闭剂，能够使用脱脂奶粉、牛血清 白蛋白（BSA)等。
[0116] 接着，说明光子晶体生物传感器11检测作为靶物质的抗原和其浓度的基本原理。 图13?图16是说明光子晶体生物传感器11的原理的图。通常，光子晶体生物传感器11 利用光子晶体25的光学特性和在光子晶体25的表面或者表面附近发生的各种生物反应、 化学反应，例如特定的抗原仅与特定的抗体进行反应这样的抗原抗体反应来检测微量的蛋 白质或者低分子物质。而且，光子晶体生物传感器11利用由向金属膜覆盖光子晶体21的 反射面29照射特定波长的光时的表面等离子共振现象和/或局域表面等离子共振现象引 起的反射光的波长的极值发生频移的现象。
[0117] 如图13所示，抗体（靶物质捕捉物质）34利用吸附固定在金属膜覆盖光子晶体21 的反射面29的表面。
[0118] 接着，如图14所示，预先使封闭剂（保护物质）35吸附在反射面29的除了抗体34 吸附的部分之外的部位，即除了抗体34吸附的部分之外的反射面29。由此，不会在反射面 29的除了抗体34吸附的部分之外的部位吸附杂质等。
[0119] 接着，如图15所示，使抗原（靶物质）36接触于吸附有抗体34和封闭剂35的光 子晶体生物传感器11，进行抗原抗体反应。在抗体34上捕捉有抗原36的复合体37固定在 反射面29。
[0120] 接着，如图16所示，图1所示的光检测部12在抗原36被光子晶体25的反射面29 捕捉后的状态下以平行光的方式向金属膜覆盖光子晶体21的反射面29照射特定波长的光 (入射光）LI。然后，图1所示的光检测部12检测由反射面29反射来的反射光LR，求出反 射光LR的极值时的波长。然后，图1所示的处理部13求出反射光LR在强度为极值时的波 长和强度为极值时波长的频移量，从而检测是否存在被金属膜覆盖光子晶体21的反射面 29捕捉的抗原36、求出抗原36的浓度。
[0121] 光子晶体生物传感器11根据上述原理,通过改变抗体34和抗原36的组合的种 类，从而能够改变作为检测对象物质的蛋白质等各种生物体物质或者低分子量物质的种 类。
[0122] 在光子晶体生物传感器11中，由固定于反射面29的抗体34捕捉抗原36,从而反 射面29的状态发生变化，反射光LR产生变化。光子晶体生物传感器11输出光学的物理 量。该物理量与金属膜覆盖光子晶体21的反射面29的表面状态的变化相关，与由固定于 反射面29的抗体34捕捉抗原36而形成的复合体37的量相关。光学的物理量例如是反射 光LR的强度成为极值时波长的频移量、光的反射率的变化量、光的反射率成为极值时波长 的频移量、反射光LR的强度、反射光LR的强度的极值的变化量等。在第1实施方式中，采 用反射光LR的强度成为极值时波长的频移量或者光的反射率成为极值时波长的频移量。
[0123] 为了输出光学的物理量，例如像以下这样进行。与金属膜覆盖光子晶体21的反射 面29垂直地入射光，检测反射光LR。也能够是相对于金属膜覆盖光子晶体21的反射面29 的垂线带有角度地入射光，检测反射光LR。通过检测反射光LR，能够使图1所示的靶物质 检测装置10变得紧凑。优选的是，在检测垂直地入射、垂直地反射的光的情况下，利用两股 光纤来入射光，检测反射光LR。该结构将在后面进行说明。
[0124] 光子晶体牛物传感器的制造方法
[0125] 接着，说明图1所示的光子晶体生物传感器11的制作的一个例子。图17、图18及 图19是光子晶体生物传感器11的说明图。如图17所示，在将金属膜覆盖光子晶体21设 置于下部板23之后，如图18所示，将上部板22设置在下部板23之上，利用下部板23和上 部板22夹持金属膜覆盖光子晶体21，从而制作光子晶体生物传感器11。开口部24的靠下 部板23侧的端部被光子晶体25的反射面29封闭。利用这样的结构，上部板22具有由反 射面29和开口部24侧的内壁包围而形成的、恒定容积的液滴保持部38。开口部24侧的内 壁是指上部板22和开口部24之间的分界面，即上部板22的内壁。
[0126] 图19表示在液滴保持部38滴下规定的溶液后的状态。在这种情况下，液滴保持 部38发挥液滴保持功能，因此抑制溶液自开口部24流出。此外，作为溶液的量，只要存在 遍及液滴保持部38的程度的量，就能够充分地检测、测量靶物质。
[0127] 开口部24的形状并不限定于圆柱形，只要能够在开口部24的内部保持液滴，就也 可以设为其他的形状。此外，在将开口部24设为圆柱状的情况下，其直径等能够根据抗体 34和抗原36的组合的种类、所需要的测量精度或者反射光的检测器的光学系统而设为各 种各样的直径。考虑到使抗原36吸附于上述抗体34时的操作、处理的便利性等，开口部24 的直径优选为〇. 5mm?10mm，更优选为2mm?6mm。
[0128] 上部板22和下部板23的材质等并没有特别的限定。但是，考虑到上部板22和下 部板23的表面的清洁度等，优选使用不锈钢、聚环烯烃系树脂、二氧化硅等形成。
[0129] 接着，说明光子晶体生物传感器11的另一种方式。上部板22也可以由疏水性的 材料形成。特别是，在对唾液等所谓的亲水性的溶液进行检测、测量的情况下，若上部板22 由疏水性的材料形成，则能够准确地将溶液聚集在液滴保持部38。此外，在对脂质等所谓的 亲油性的溶液进行检测、测量的情况下，若上部板22由疏水性的材料形成，则能够准确地 将溶液聚集在液滴保持部38。
[0130] 并且，上部板22也可以由具有憎水性或憎油性或者憎水憎油性的材料形成。此 夕卜，也可以对上部板22实施发挥疏水性、亲水性、憎水性、憎油性的表面处理或者涂敷。通 过这样做，能够准确地将溶液聚集在液滴保持部38。
[0131] 光子晶体生物传感器11优选的是，在光子晶体生物传感器11的下部安装固定件 (靶物质捕捉部固定部件、光子晶体生物传感器固定部件），该固定件用于相对于图1所示 的光检测部12对光子晶体生物传感器11进行定位并固定光子晶体生物传感器11。作为固 定件，能够使用磁性片、双面胶带、粘接剂等。此外，为了固定光子晶体生物传感器11，也可 以不使用固定件，而将真空吸盘或者静电卡盘用作固定机构。通过将光子晶体生物传感器 11固定，能够减小由检测、测量时的振动等引起的测量位置的偏移。其结果，能够进行更加 正确的检测、测量。
[0132] 图20、图21是说明光子晶体生物传感器固定部件的图。图20表示安装磁性片39 之前的状态，图21表示安装磁性片39之后的状态。光子晶体生物传感器11在光子晶体生 物传感器11的下部侧安装有磁性片39。磁性片39作为光子晶体生物传感器固定部件发挥 功能。
[0133] 利用热纳米压印等均匀地制作光子晶体生物传感器11。由于靶物质检测装置10 能够更加正确地检测反射光，因此，能够正确地定位照射到光子晶体生物传感器11的光的 入射部位、反射部位。
[0134] S卩，光子晶体生物传感器11和之后要进行说明的测量探头之间在测量时的位置 关系优选在抗原抗体反应的前后是相同的，优选测量相同的部分。因而，测量探头和光子晶 体生物传感器11的反射面29之间的距离优选在抗原抗体反应的前后是相同的，优选为固 定为50 μ m?500 μ m。光子晶体生物传感器11包含上部板22,上部板22作为隔离件发挥 功能，能够使测量探头和光子晶体生物传感器11的反射面29之间的距离恒定。
[0135] 此外，也可以利用用于表示反射面29中的特定位置的定位用的标识器在光子晶 体生物传感器11中标注标记。标识能够通过光刻、溅镀、蒸镀、利用这些手段进行的剥离工 艺、利用墨等进行的打印或者利用压印形成图案等来进行标注。只要能够读取标识的位置， 则标识可以标注在光子晶体生物传感器11的正面（反射面29侧）或者背面（反射面29 的相反侧）中的任一者。此外，也可以避开光子晶体25的测量部分而在光子晶体25自身 上标注标识。并且，也可以将标识标注在上部板22、下部板23上。
[0136] 接着，说明光子晶体生物传感器11的又一种方式。图22是说明光子晶体生物传 感器11的又一种方式的图。如图22所示，光子晶体生物传感器11包含堵塞开口部24的 构件。堵塞开口部24的构件包含带孔盖41和片材42。带孔盖41是具有开口部43的板状 构件，带孔盖41设于光子晶体生物传感器11的正面（反射面29侧）。片材42设于带孔盖 41的与光子晶体生物传感器11所处一侧相反侧（光的入射侧）。片材42作为覆盖构件发 挥功能。光子晶体生物传感器11利用带孔盖41和片材42封堵开口部24、43。
[0137] 由开口部24侧的内壁、光子晶体25的反射面29以及带孔盖41的开口部43侧的 内壁包围的空间成为恒定容积的液滴保持部44。开口部43侧的内壁是指带孔盖41和开口 部43之间的分界面，即带孔盖41的内壁。在液滴保持部44上配置有靶物质之后，开口部 43被片材42覆盖。由此，液滴保持部44被片材42封堵。
[0138] 光子晶体生物传感器11包括带孔盖41和片材42,因此能够抑制滴下到光子晶体 生物传感器11的开口部24处的溶液蒸发。因此，能够抑制由抗原抗体反应时的蒸发等导 致溶液的浓度发生变化。此外，光子晶体生物传感器11包括带孔盖41和片材42,因此能够 防止异物从外部混入到溶液中。
[0139] 并且，通过向液滴保持部44中填充溶液，也能够在填充有溶液的状态下更加正确 地测量反射光。在这种情况下，片材42优选为透明的材料，更优选为对反射光的强度为极 值时的波长的光的吸收较少的材料。例如在利用可见光区域?紫外线区域的反射光进行测 量的情况下，片材42的材料优选为石英（二氧化硅）等。
[0140] 光检测部12
[0141] 接着，说明图1所示的光检测部12。图1所示的光检测部12包含光源51、测量探 头52、光检测装置53、第1光纤54、第2光纤55以及准直透镜56。光源51和测量探头52 之间利用第1光纤54光学连接。测量探头52和光检测装置53之间利用第2光纤55光学 连接。根据需要，也可以设置连接于光源51和光检测装置53等的、用于控制光源51并处 理来自光检测装置53的信号的控制装置。
[0142] 图23是表示光检测部12向光子晶体生物传感器11照射光的例子的图。图1所 示的第1光纤54向测量探头52引导来自图1所示的光源51的光，从测量探头52向光子 晶体生物传感器11所具有的金属膜覆盖光子晶体21的反射面29照射该光。准直透镜56 在使自第1光纤54出射、从测量探头52照射来的光成为平行光之后，将该平行光作为入射 光LI向光子晶体25的反射面29照射。第2光纤55接受由金属膜覆盖光子晶体21的反 射面29反射来的光作为反射光LR，向图1所示的光检测装置53引导。准直透镜56的种类 并没有特别的限定，例如能够使用具有纳米结构的防反射薄膜。光检测装置53例如是包括 光电晶体管或者CCD(Charge Coupled Device)等受光元件的、用于检测光的装置。
[0143] 图24是表示图1所示的光检测部12所具有的测量探头52的结构的图。测量探 头52中，第1光纤54和第2光纤55相接合。而且，测量探头52中，第1光纤54的光的出 射面61和第2光纤55的反射光LR的入射面62配置在同一个面（入射出射面）63上。这 样，测量探头52中，第1光纤54和第2光纤55在第1光纤54的出射侧（出射面61侧）和 第2光纤55的入射侧（入射面62侧）成为一体。而且，测量探头52利用第1光纤54和 第2光纤55入射光，检测反射光LR。
[0144] 由于测量探头52设为这样的结构，因此，能够使照射到光子晶体25的反射面29 的入射光LI的出射位置和来自反射面29的反射光LR的入射位置大致相同。通过将测量 探头52设为上述那样的结构，并且利用准直透镜56使来自测量探头52的光成为平行光， 从而光检测部12能够向反射面29垂直地入射成为平行光的入射光LI。并且，光检测部12 能够接受从反射面29垂直地反射来的反射光LR。通过这样做，测量探头52能够将反射光 强度的降低抑制在最小限度，并且能够主要检测反射光LR的0级光成分。由此，处理部13 能够获得金属膜覆盖光子晶体21的反射面29的正确的信息，因此，靶物质的检测精度和浓 度的测量精度得到提高。另外，检测反射光LR的方法并不限定于上述那样的测量探头52。 例如也可以在准直透镜56和反射面29之间配置半透半返镜，利用半透半返镜将反射光LR 分离而从第2光纤55向光检测装置53引导反射光LR。
[0145] 接着，说明光检测部12的评价条件。图25是表示第1实施方式的靶物质检测装 置10的光检测部12的评价条件的图。如图25所示，光检测部12在测量探头52的入射出 射面63和金属膜覆盖光子晶体21的反射面29之间配置准直透镜56。将准直透镜56和 反射面29之间的距离（测量距离）设为h，将从准直透镜56出射的平行光在反射面29上 的直径设为dl，将光子晶体25的反射面29暴露的开口部24的直径设为d2。在本评价中， 将h设为15mm或者40臟，将dl设为3. 5臟，将d2设为5mm。照射到反射面29的光的光轴 ZL和由反射面29反射来的反射光的光轴ZL均与反射面29正交。测量探头52的直径为 200 μ m。照射的光使用白色光。反射率是相对于标准物质（铝板）的反射光强度的比率。
[0146] 处理部13
[0147] 接着，说明图1所示的处理部13。处理部13求出由光检测部12检测出的反射光 的极值时的波长。处理部13与此同时根据求出的极值时的波长的频移（波长频移量）至 少检测是否存在靶物质（例如图15、图16等所示的抗原36)。处理部13例如是微型计算 机。波长频移量和被金属膜覆盖光子晶体21的反射面29捕捉的靶物质的浓度存在相关。 因此，处理部13能够根据波长频移量求出被反射面29捕捉的靶物质的浓度。
[0148] 检测靶物质的方法
[0149] 接着，说明使用图1所示的靶物质检测装置10检测靶物质的方法（靶物质检测方 法）。在该例子中，说明使皮质醇抗体吸附于金属膜覆盖光子晶体21的反射面29,将唾液中 的皮质醇作为检测对象，即靶物质来检测、测量的情况。作为光子晶体25,使用将利用热纳 米压印在表面形成有规定的微细结构的环烯系聚合物的片材切断为规定大小而成的构件。
[0150] 图26是表示第1实施方式的靶物质检测方法的一个例子的流程图。首先，在步骤 S11中，光检测部12检测向光子晶体25的反射面29照射了光时来自反射面29的反射光 LR，处理部13测量反射光LR(步骤S11)。处理部13例如测量反射光LR的反射光强度的光 谱。照射到反射面29的光（入射光LI)的波长例如为300nm以上2000nm以下。
[0151] 接着，在步骤S12中，将皮质醇抗体溶液（皮质醇抗体浓度1 μ g/ml?50 μ g/ml) 滴下到金属膜覆盖光子晶体21的反射面29。然后，将光子晶体生物传感器11静置规定的 时间或者需要的话在规定的温度下静置规定的时间，使皮质醇抗体吸附于金属膜覆盖光子 晶体21的反射面29。
[0152] 接着，在步骤S13中，将磷酸缓冲液（PBS :Phosphate buffered saline)滴下到金 属膜覆盖光子晶体21的反射面29。之后，将利用离心力等进行去除的冲洗处理进行几次。
[0153] 接着，在步骤S14中，将脱脂奶粉作为封闭剂35滴下到光子晶体25的反射面29， 将光子晶体生物传感器11静置规定的时间或者需要的话在规定的温度下静置规定的时 间，使脱脂奶粉吸附于金属膜覆盖光子晶体21的反射面29中的未吸附皮质醇抗体的部位。
[0154] 之后，在步骤S15中，与冲洗处理（步骤S13)同样，利用磷酸缓冲液进行多次冲洗 处理。利用上述操作，对金属膜覆盖光子晶体21的反射面29进行规定的处理，形成光子晶 体生物传感器11。
[0155] 接着，在步骤S16中，首先，准备唾液作为包含皮质醇的溶液。采样唾液和去除杂 质等预处理例如使用市面上销售的唾液提取试剂盒来进行。只要是在将唾液滴下到光子晶 体生物传感器11之前，何时准备唾液都可以。例如既可以在形成光子晶体生物传感器11 之前进行，也可以与形成光子晶体生物传感器11同时进行，还可以在测量反射光强度之后 进行。将10 μ L?50 μ L采样和预处理完成后的唾液滴下到光子晶体生物传感器11。
[0156] 接着，在步骤S17中，将光子晶体生物传感器11静置规定的时间或者需要的话在 规定的温度下静置规定的时间而进行抗原抗体反应。
[0157] 之后，在步骤S18中，与冲洗处理（步骤S15)同样，利用磷酸缓冲液进行多次冲洗 处理。
[0158] 接着，在步骤S19中，使用靶物质检测装置10向金属膜覆盖光子晶体21的反射面 29照射光。此时照射的光与在步骤S11中照射到反射面29的光是相同的。然后，靶物质检 测装置10测量来自反射面29的反射光LR，例如反射光强度的光谱。
[0159] 光子晶体生物传感器11的反射光强度为极值时的波长因反射面29或者反射面29 附近的抗原抗体反应等而受到影响进而发生变化。因此，能够根据反应前后的反射光强度 为极值时的波长之差，即波长频移量来检测唾液中的皮质醇。此外，能够根据波长频移量求 出唾液中的皮质醇的浓度。
[0160] 在步骤S20中，处理部13求出在步骤S19中测量的反射光强度（或者反射率）为 极值（极小值）时的波长的频移（波长频移量）。波长频移量例如是靶物质被反射面29捕 捉之后的波长λ 2和与靶物质未被反射面29捕捉时的反射光强度（或者反射率）的极值 (最小值）相对应的波长λ 1的差值λ 2 - λ 1。
[0161] 在步骤S21中，例如在存在规定量以上的波长频移量的情况下，处理部13判定为 在唾液中存在皮质醇。此外，处理部13根据波长频移量，例如使用波长频移量和皮质醇的 浓度之间的关系式来确定皮质醇的浓度。此时，上述关系式预先求出，保存在处理部13的 存储部中。
[0162] 在上述例子中，是利用未捕捉靶物质的状态的反射面29中的反射光强度为极值 时的波长来求出波长频移量的，但并不限定于此。例如也可以利用来自冲洗处理（步骤S13 或者步骤S15)结束之后的反射面29的反射光强度为极值时波长来求出波长频移量。此外， 在步骤S11、步骤S19中，在存在多个极值的情况下，适当地选择关注的极值。然后，针对选 出的极值求出波长λ 1和波长λ 2。
[0163] 另外，在第1实施方式中，金属膜覆盖光子晶体21在反射面29上固定有抗体34， 但并不限定于此，金属膜覆盖光子晶体21也可以不是在反射面29上固定抗体34地进行使 用。
[0164] 第2实施方式
[0165] 说明包括第2实施方式的靶物质捕捉装置的靶物质检测装置。第2实施方式的靶 物质捕捉装置除了变更为将固定在金属膜覆盖光子晶体21的反射面29上的物质设为抗原 (靶物质）36,使抗体34吸附于该抗原36之外，与第1实施方式是同样的，因此省略重复的 说明。
[0166] 图27?图31是说明光子晶体生物传感器的原理的图。作为抗体34和抗原36之 间的特异反应，在第2实施方式中，作为抗原36使用皮质醇、作为抗体34使用抗皮质醇抗 体来进行说明。
[0167] 首先，如图27所示，光子晶体生物传感器11能够与将抗体34固定在反射面29上 的手段同样地实行将抗原36固定在金属膜覆盖光子晶体21的反射面29上的手段。作为 将抗原36固定在反射面29上的手段，例如能够列举出共价键、化学吸附、物理吸附等化学 结合方法、物理结合方法。能够根据抗原36的性质适当选择这些手段。
[0168] 固定于金属膜覆盖光子晶体21的抗原36的量是恒定量。由此，在抗体34吸附于 固定在金属膜覆盖光子晶体21的抗原36上而形成有复合体65 (参照图29、图30)的情况 下，光子晶体生物传感器11能够输出与形成的复合体65的量相关的物理量。固定的抗原 36的恒定量也可以适当地变更，例如能够根据试样S所含有的抗原36的量的范围设定为最 适合的量。
[0169] 之后，如图28所示，将封闭剂35固定在反射面29的未附着抗原36的部位。
[0170] 接着，利用平行光且以光轴与反射面29正交的方式向光子晶体25的反射面29照 射例如300nm以上900nm以下的光（入射光）LI。将此时的反射光LR的强度成为极值（在 该例子中是极小值）时的波长或者反射率成为极值（在该例子中是极小值）时的波长设为 λ 1〇
[0171] 接着，如图29所示，准备混合物Μ，该混合物Μ含有抗体34以及抗原36和抗体34 的复合体65。通过将含有抗原36的试样S和含有已知量的抗体34的溶液混合而得到混合 物Μ。通过将含有抗原36的试样S和含有已知量的抗体34的溶液混合，抗体34和抗原36 进行反应而得到复合体65。通过使抗体34的已知量多于试样S所含有的抗原36的供结合 的部位的量，从而有抗体34不与抗原36进行反应而残留在混合物Μ中。使混合物Μ接触 于金属膜覆盖光子晶体21的反射面29。由此，如图30所示，利用固定在反射面29的抗原 36和抗体34将复合体65形成在反射面29。之后，如图31所不，利用平行光且以光轴与反 射面29正交的方式向金属膜覆盖光子晶体21的反射面29照射例如300nm以上2000nm以 下的光（入射光）LI。将此时的反射光LR的反射光强度成为极值（在该例子中是极小值） 时的波长或者反射率成为极值（在该例子中是极小值）时的波长设为λ 2。
[0172] 光的反射率成为极值时的波长的波长频移量是λ 2 - λ 1。波长频移量根据金属 膜覆盖光子晶体21的反射面29的表面状态而相应地发生变化。根据该波长频移量，将抗 原36检测和定量。光子晶体生物传感器11输出光学的物理量。该物理量与反射面29的 表面状态的变化相关，与由固定在反射面29的抗原36和抗体34形成的复合体65的量相 关。
[0173] 第2实施方式使作为抗原36的皮质醇固定在金属膜覆盖光子晶体21，使作为抗体 34的抗皮质醇抗体进行反应。与像上述第1实施方式那样在使抗体34固定于金属膜覆盖 光子晶体21的反射面29之后使抗原36与抗体34进行反应的情况相比较，像第2实施方 式这样在使皮质醇固定于金属膜覆盖光子晶体21的反射面29之后使抗皮质醇抗体与皮质 醇进行反应的情况下，金属膜覆盖光子晶体21的表面状态的变化变大，光子晶体生物传感 器11的灵敏度上升。
[0174] 接着，说明抗原36的浓度的测量方法。将试样S所含有的抗原36的供结合的部 位的量设为X，将混合物Μ中的抗体34的已知量设为C。此时，X和C之间的关系是使X小 于C(X<C)。在混合物Μ中，抗原36和抗体34进行抗原抗体反应，形成复合体65。由于 X小于C (X < C)，因此，混合物Μ中的抗体34的量成为C 一 X。于是，在使混合物Μ接触于 固定有恒定量的抗原36的反射面29时，混合物Μ中的抗体34与反射面29的抗原36进行 抗原抗体反应，形成复合体65。固定于反射面29的抗原36的量成为混合物Μ中的抗体34 的量C - X以上。
[0175] 若混合物Μ中的所有抗体34与反射面29的抗原36进行抗原抗体反应，则复合 体65的量成为C 一 X。根据在使混合物Μ接触于反射面29的前后测量的波长λ 1、λ 2而 求出的波长频移量Δ λ与固定在反射面29的复合体65的量相对应。因而，成为Δ λ = kX(C - X)。k是用于将波长频移量Λ λ变换为复合体65的量的常数。预先求出固定于 反射面29的复合体65的量和波长频移量△ λ之间的关系。根据上述关系式，能够利用 C 一 Λ λ /k求出抗原36的量X。能够根据抗原36的量X求出抗原36的浓度。
[0176] 此外，在第2实施方式中，光子晶体生物传感器11例如也可以将与复合体65特异 地进行反应的二次抗体作为复合体结合物质而与固定在金属膜覆盖光子晶体21的反射面 29上的复合体65进行反应。二次抗体以比第1复合体65多的量接触于金属膜覆盖光子晶 体21的反射面29。于是，使二次抗体附加于所有复合体65而形成为第二复合体。通过这 样做，金属膜覆盖光子晶体21的表面状态的变化变得更大。其结果，光子晶体生物传感器 11的灵敏度进一步上升。二次抗体既可以直接使用，也可以附加其他物质来使用。二次抗 体越大，金属膜覆盖光子晶体21的表面状态的变化越大，因此，通过在对二次抗体附加了 其他物质之后使其与复合体65进行反应，光子晶体生物传感器11的灵敏度变得更大。
[0177] 在使反射面29形成第二复合体的情况下，向形成了第二复合体之后的反射面29 照射光。将得到结果的反射光强度成为极值（在该例子中是极小值）时的波长或者反射率 成为极值（在该例子中是极小值）时的波长设为λ 2。在存在多个极值的情况下，适当地 选择关注的极值。针对选出的任意的极值求出波长λ 1和波长λ 2。光子晶体生物传感器 11输出光学的物理量。该物理量与反射面29的表面状态的变化相关，与固定于反射面29 的第2复合体的量相关。由此，检测并定量第2复合体。由于第2复合体的量与复合体65 的量是相同的，因此能够将复合体65定量。
[0178] 第3实施方式
[0179] 图33是以与反射面正交的平面剖切第3实施方式的金属膜覆盖光子晶体而得到 的剖视图。如图33所示，在第3实施方式中，非平坦部28Ac、28Bc是相对于表面27凹陷的 圆锥状的凹部。由此，在使用模具和树脂利用热纳米压印制作金属膜覆盖光子晶体21时， 模具易于自树脂脱模。因此，非平坦部28Ac、28Bc与上述第1实施方式的圆柱状的凹部，即 非平坦部28A、28B相比较能够容易形成。因而，能够容易制作第3实施方式的金属膜覆盖 光子晶体21。
[0180] 另外，在上述说明中，第3实施方式的非平坦部是图33中所示的凹部，但也可以是 凸部。此时，非平坦部28Ac、28Bc是相对于表面27突出的圆锥状的凸部。
[0181] 此外，非平坦部28Ac、28Bc的沿着反射面29的截面形状既可以是圆形，也可以是 图32 (a)所示的正六边形或者图32(b)所示的星型。在非平坦部28Ac、28Bc的沿着反射面 29的截面形状是正六边形的情况下，非平坦部28Ac、28Bc是相对于表面27凹陷的六棱锥 状的凹部。在非平坦部28Ac、28Bc的沿着反射面29的截面形状是星型的情况下，非平坦部 28Ac、28Bc是相对于表面27凹陷的、底面为星型的棱锥状的凹部。
[0182] 接着，具体地说明光子晶体生物传感器11的灵敏度的评价指标。在向表面采用具 有纳米量级周期性的凹凸形状（以下称作"纳米周期结构"）的光子晶体基板照射光时，产 生表面等离子共振现象，反射光的光谱表示取决于光子晶体基板的材料和结构的峰值波长 Apeak。在将周期设为d，将金属的介电常数设为επι，将环境的折射率设为n，将衍射次数 设为i、j时，如下式那样地表示该峰值波长Apeak。
[0183] 数学式1
[0184]

【权利要求】
1. 一种靶物质捕捉装置，其包含反射面，该反射面排列有多个非平坦部，且该反射面用 于捕捉靶物质并将照射来的光反射，该靶物质捕捉装置的特征在于， 在将Μ设为2以上的自然数，将N设为与Μ不同的、2以上的自然数时，排列有上述多 个非平坦部的阵列包含多个单位阵列，该单位阵列是上述非平坦部以将上述非平坦部的中 心逐一重叠在Μ次旋转对称的图形的顶点位置的方式配置而成的，多个上述单位阵列以将 上述Μ次旋转对称的图形的重心逐一重叠在Ν次旋转对称的格子图案的交点位置的方式配 置。
2. 根据权利要求1所述的靶物质捕捉装置，其特征在于， 1个上述单位阵列中的上述非平坦部的中心之间的最小距离为上述格子图案的交点之 间的最小距离的0. 4倍以上0. 6倍以下。
3. 根据权利要求1或2所述的靶物质捕捉装置，其特征在于， 所有上述非平坦部各属于某个上述单位阵列， 属于1个上述单位阵列的上述非平坦部与属于相邻的上述单位阵列的上述非平坦部 有所不同。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的靶物质捕捉装置，其特征在于， 上述Μ是3,上述Ν是6。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的靶物质捕捉装置，其特征在于， 1个上述单位阵列中的上述非平坦部的中心之间的最小距离是上述格子图案的交点之 间的最小距离的0. 5倍。
6. -种靶物质捕捉装置，其包含用于将照射来的光反射的反射面，利用生物传感器捕 捉靶物质，该生物传感器采用在反射面按照一定的规则排列有多个非平坦部而成的光子晶 体，该靶物质捕捉装置的特征在于， 排列有上述多个非平坦部的阵列包含多个单位阵列，该单位阵列是上述非平坦部以将 上述非平坦部的中心逐一重叠在正三角形的顶点位置的方式配置而成的，排列有上述多个 非平坦部的阵列以将上述正三角形的重心逐一重叠在以60°的角度互相交叉的格子图案 的交点位置的方式配置有多个单位阵列。
7. 根据权利要求6所述的靶物质捕捉装置，其特征在于， 上述非平坦部的沿着上述反射面的截面为圆形，上述非平坦部的截面的直径小于上述 正三角形的一边长度的1倍。
8. 根据权利要求6或7所述的靶物质捕捉装置，其特征在于， 上述正三角形的一边的长度是上述格子图案的交点之间的最小距离的〇. 5倍， 上述正三角形的一边与上述格子图案所包含的直线平行。
9. 根据权利要求1?6中任一项所述的靶物质捕捉装置，其特征在于， 上述非平坦部的沿着上述反射面的截面为正六边形或者星型。
【文档编号】G01N21/41GK104220862SQ201480000573
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】横山景介, 古川秀树, 奥谷畅子, 笹尾邦彦, 小口寿明 申请人:日本精工株式会社