Spr传感器元件和spr传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种SPR传感器元件和SPR传感器。更具体地，本发明涉及一种包括 光波导的SPR传感器元件和SPR传感器。
【背景技术】
[0002] 迄今，在化学分析、生物化学分析等领域中，已使用了包括光纤的表面等离子共振 (SPR，surface plasmon resonance)传感器。在包括光纤的SPR传感器中，金属薄膜形成 在光纤的顶端部的外周面上，分析试样被固定到供光被引导入的光纤。在将被引导的光中， 具有特定波长的光在金属薄膜中产生表面等离子共振，这些光的光强度被衰减。在这样的 SPR传感器中，产生表面等离子共振的光的波长通常根据将被固定到光纤的分析试样的折 射率而变化。因此，如果测量在产生表面等离子共振之后光强度衰减的波长，则能够确认产 生表面等离子共振的光的波长。此外，如果检测出光强度衰减的波长有所变化，则可以确认 产生表面等离子共振的光的波长已变化，因此可以确认分析试样的折射率的变化。结果，该 SPR传感器可以用于诸如试样浓度的测量和免疫反应的检测等的各种化学分析和生物化学 分析。
[0003] 例如，在试样为溶液的情况下，试样（溶液）的折射率取决于溶液的浓度。因此， 通过利用试样（溶液）与金属薄膜接触的SPR传感器来测量试样（溶液）的折射率来检测 试样的浓度，此外，可以通过确认折射率的变化来确认试样（溶液）的浓度已变化。在免疫 反应的分析中，例如，抗体经由置于中间的介电膜而被固定到SPR传感器中的光纤的金属 薄膜上，分析物与抗体接触，且产生表面等离子共振。在这种情况下，如果抗体和分析物进 行免疫反应，则试样的折射率变化。因此，通过确认试样的折射率在抗体和分析物的接触前 后已变化，可以断定抗体和分析物已进行免疫反应。
[0004] 在包括光纤的SPR传感器中，光纤的顶端部具有微细的圆筒形状，因此存在难以 形成金属薄膜和难以将分析试样固定到光纤的问题。为了解决该问题，例如，已提出了一种 包括供光透过的芯和覆盖该芯的包层的SPR传感器元件，其中延伸到芯的表面的通孔形成 在包层的预定位置处，且金属薄膜在与该通孔对应的位置形成在芯的表面（例如，专利文 献1)。在该SPR传感器元件中，容易形成用于在芯的表面产生表面等离子共振的金属薄膜 且容易将分析试样固定到该表面。
[0005] 然而，近几年，在化学分析和生物化学分析中，用于微细变化和/或微量成分的检 测的需求有所增加，因此对于进一步提高SPR传感器元件的检测灵敏度存在需求。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 【专利文献1】：日本特开第2000-19100号公报
【发明内容】
[0009] 发明要解决的问题
[0010] 鉴于解决传统的问题做出了本发明，本发明的目的在于提供一种均具有非常优异 的检测灵敏度的SPR传感器元件和SPR传感器。
[0011] 用于解决问题的方案
[0012] 根据本发明的实施方式的SPR传感器元件包括：下包层；芯层，所述芯层的至少一 部分邻接所述下包层；和金属层，所述金属层覆盖所述芯层。所述芯层包括均一层和配置在 所述均一层与所述下包层之间的梯度层；所述均一层的折射率N aj满足1. 34 < Na^L 44的 关系；所述下包层的折射率^和所述均一层的折射率Nra满足NarN aS 0.020的关系；并 且所述梯度层的折射率沿所述梯度层的厚度方向从所述下包层所在侧向所述均一层所在 侧在大于所述N a至小于所述N。^的范围内逐渐地增加。
[0013] 在本发明的一实施方式中，所述下包层的折射率Na满足1. 32彡Na^L 42的关系。
[0014] 在本发明的一实施方式中，所述均一层包含35重量％或更多的卤素。在本发明的 一实施方式中，所述卤素包括氟。
[0015] 根据本发明的另一方面，提供一种SPR传感器。该SPR传感器包括如上所述的SPR 传感器元件。
[0016] 发明的效果
[0017] 根据本发明的实施方式，通过在芯层中形成具有折射率梯度的层来提供分别具有 极其优异的检测灵敏度的SPR传感器元件和SPR传感器。
【附图说明】
[0018] 【图1】是示出根据本发明的优选实施方式的SPR传感器元件的示意性立体图。
[0019] 【图2】是图1中所示的SPR传感器元件的示意性截面图。
[0020]【图3】是根据本发明的另一优选实施方式的SPR传感器元件的示意性截面图。
[0021] 【图4】是示出本发明的SPR传感器元件的制造方法的一示例的示意性截面图。
[0022] 【图5】是示出根据本发明的优选实施方式的SPR传感器的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0023] A. SPR传感器元件
[0024] 图1是示出根据本发明的优选实施方式的SPR传感器元件的示意性立体图。图2 是图1中所示的SPR传感器元件的示意性截面图。应当注意的是，当在SPR传感器元件的 下述描述中提到方向时，附图的上侧被限定为上侧，附图的下侧被限定为下侧。
[0025] 如图1和图2所示，SPR传感器元件100形成为在平面图中具有大致矩形的有底 框架的形状，且包括：下包层11 ;芯层14,其包括均一层12和梯度层13,芯层14的至少一 部分与下包层11邻接；保护层15,其覆盖下包层11和芯层14中的每一者的上表面；以及 金属层16,其形成于保护层15上且覆盖芯层14。在SPR传感器元件100中，下包层11、芯 层14、保护层15和金属层16构成光波导且用作检测试样的状态和/或其内的变化用的检 测单元10。在实际情况下，SPR传感器元件100包括被设置成与检测单元10相邻的试样 载置部20。试样载置部20被上包层17限定。保护层15根据目的可以省略。只要试样载 置部20能够被适当地设置，上包层17也可以省略。在试样载置部20中，将被分析的试样 (例如，溶液或粉末）被载置成与检测单元（大致金属层）接触。
[0026] 下包层11形成为具有预定厚度的、在平面图中具有大致矩形的板状。下包层的厚 度（从芯层的上表面起的厚度）为例如5 μ m至400 μ m。
[0027] 下包层11的折射率（以下有时被称为"Να"）优选地小于I. 42,更优选地为I. 39 或更小，再更优选地为1. 37或更小。另外，下包层的折射率的下限优选地为1. 32或更大。 当下包层的折射率落在该范围内时，下包层和后述的均一层之间的折射率差可以被调节为 落在期望的范围。结果，检测灵敏度和S/N比能够提高。应当注意的是，这里使用的术语 "折射率"指波长830nm时的折射率。
[0028] 芯层14形成为在与下包层11的宽度方向（图2的纸面的左右方向）和厚度方向 均垂直的方向上延伸的大致角柱形状（更具体地，在宽度方向上扁平的截面中为矩形），且 埋设在下包层11的宽度方向上的大致中央处的上端部。芯层14延伸的方向用作光在光波 导中传输的方向。芯层的厚度例如为5 μπι至200 μπι，芯层的宽度例如为5 μπι至200 μπι。
[0029] 芯层14以其上表面从下包层11暴露的方式配置。优选的是，芯层14以其上表面 与下包层11的上表面齐平的方式配置。通过以芯层的上表面与下包层的上表面齐平的方 式配置芯层，金属层16可以有效地仅配置在芯层的上侧。此外，芯层14以芯层14的延伸 方向上的两端面与下包层的延伸方向上的两端面齐平的方式配置。
[0030] 芯层14包括均一层12和梯度层13。梯度层13以隔开均一层12和下包层11的 方式配置在均一层12和下包层11之间。
[0031] 均一层12的折射率（以下有时称为"Νω"）小于1. 44,优选地为1. 41或更小，更 优选地为1. 39或更小。当均一层的折射率被设定为小于1. 44时，检测灵敏度能够被显著 地提高。均一层的折射率的下限优选地为1.34。当均一层的折射率为1.34或更大时，SPR 可以甚至在水溶液系试样（水的折射率：1. 33)中被激发，可以使用通用材料。
[0032] 均一层12的折射率比下包层11的折射率大。均一层的折射率和下包层的折射 率之间的差（N arNa)优选地为0. 020或更大，更优选地为0. 030或更大。当均一层的折射 率和下包层的折射率之间的差落在该范围时，检测单元的光波导可以被设定为所谓的多模 (multimode)。因而，可以增加透过光波导的光量，结果可以增加 S/N比。另外，可以充分地 增加有助于均一层的上表面的SPR激发的光量，以提高检测灵敏度。
[0033] 均一层12优选地包含卤素。当均一层包含卤素，均一层的折射率可以被调整为落 在上述范围。结果，检测灵敏度能够被显著地提高。卤素的示例包括氟、氯、溴和碘。在这 些之中，氟是优选的。这是因为氟有利于均一层的折射率被调整到期望的折射率。
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