电场增强元件、拉曼光谱法、拉曼光谱装置及电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电场增强元件、拉曼光谱法、拉曼光谱装置以及电子设备。
【背景技术】
[0002] 近年来，物质感测技术在医疗诊断和食物的检查等中的需求逐渐增大，特别是需 要小型高速的感测技术的开发。以电化学的手法为代表，研究了各种电场增强元件，然而 从可以集成化、低成本、而且不选择测定环境的理由出发，使用表面等离子体谐振（SPR: Surface Plasmom Resonance)的传感器日益受到关注。例如，通过使用在设置于全反射型 棱镜表面的金属薄膜产生的SPR，检测抗原抗体反应中有无抗原吸附等、在检测对象分子的 吸附前后位移，可进行感测检测对象分子的存在。
[0003] 另外，作为检测低浓度的分子的高灵敏度光谱技术之一，利用SPR的表面增强拉 曼散射（SERS :Surface Enhanced Raman Scattering)受到关注。所谓SERS是指在具有纳 米级的凹凸构造的金属表面（金属纳米粒子表面）拉曼散射光增强IO 2~IO4倍的现象。向 分子照射激光等单一波长的激发光时，从激发光的波长偏离相当于分子振动能量的波长的 光（拉曼散射光）被散射。对该散射光进行光谱处理时，得到分子种类所特有的光谱（指纹 光谱）。该指纹光谱通常是微弱的，然而通过利用SERS，能够以高灵敏度分析光谱的形状， 能够确定目标分子。
[0004] 例如在专利文献1中记载了在包含形成于等离子体谐振反射镜层上的电介质分 隔件层和形成于电介质分隔件层上的纳米粒子层的传感器中，通过调整层间的间隔、纳米 粒子的尺寸以及形状等参数，能够调整等离子体谐振响应。
[0005] 目标物质（目标分子）吸附于金属纳米粒子表面时，金属纳米粒子周围的折射率 发生变化，等离子体谐振波长也发生变化。等离子体谐振波长的变化量依赖于目标物质的 种类以及数量。然而，在根据等离子体谐振波长改变层间的间隔和纳米粒子的尺寸等而制 造传感器（电场增强元件）的方法中，必须根据每个目标物质的种类和数量制造传感器。因 此，不易与等尚子体谐振波长的变化相对应。
[0006] 在先技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本专利特表2007-538264号公报
【发明内容】
[0009] 本发明的几个方式所涉及的目的之一在于提供能够与等离子体谐振波长的变化 相对应的电场增强元件。另外，本发明的几个方式所涉及的目的之一在于提供使用上述电 场增强元件的拉曼光谱法。另外，本发明的几个方式所涉及的目的之一在于提供包含上述 电场增强元件的拉曼光谱装置。另外，本发明的几个方式所涉及的目的之一在于提供包含 上述拉曼光谱装置的电子设备。
[0010] 本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下方式或者应用 例而实现。 toon] 本发明所涉及的电场增强元件的一个方式包括：包含尺寸小于入射光的波长的金 属细微构造而构成的金属细微构造层、反射通过所述金属细微构造层的光的反射镜层、设 置于所述金属细微构造层和所述反射镜层之间并产生法拉第效应和科顿-穆顿效应中的 至少一个的磁光学材料层、以及对所述磁光学材料层施加磁场的磁场产生单兀。
[0012] 在这样的电场增强元件中，通过由磁场产生单元对磁光学材料层施加磁场，能够 使磁光学材料层的折射率变化，使通过金属细微构造层的光前进，使金属细微构造层和反 射镜层之间的光路长度变化。由此，即使导入包含目标物质的试料，目标物质吸附于金属细 微构造，产生等离子体谐振波长的位移，也能够根据等离子体谐振波长的位移而补偿光路 长度。因而，该电场增强元件可以不根据每个目标物质的种类和数量而进行制造，能够容易 地与等离子体谐振波长的变化相对应。
[0013] 在本发明所涉及的电场增强元件中，所述磁场产生单元可以包含线圈。
[0014] 在这样的电场增强兀件中，能够容易地控制施加于磁光学材料层的磁场。
[0015] 在本发明所涉及的电场增强元件中，所述磁场产生单元可以包含永久磁铁。
[0016] 在这样的电场增强兀件中，能够容易地控制施加于磁光学材料层的磁场。
[0017] 在本发明所涉及的电场增强元件中，可以包含能够使含有目标物质的试料与所述 金属细微构造层接触的流路。
[0018] 在这样的电场增强元件中，即使金属细微构造层和磁光学材料层之间的空间（流 路）的折射率发生变化，也能够将金属细微构造层以及反射镜层之间的光路长度调整为最 佳值（例如，拉曼散射光的强度最大的值）。
[0019] 在本发明所涉及的电场增强元件中，对所述磁光学材料层施加的磁场的方向可以 是与光相对于所述磁光学材料层的入射方向相同的方向，或者是与所述入射方向正交的方 向。
[0020] 这样的电场增强元件由于是法拉第配置或者沃伊特（7 -々卜）配置，因此能 够更有效地使通过磁光学材料层的光的光路长度变化。
[0021] 在本发明所涉及的电场增强元件中，所述磁光学材料层可以具有石榴石型结晶构 造，用组成式Ui xFe5_yAy012表示。
[0022] 组成式中，
[0023] R 表示从钪（Sc)、钇（Y)、铈（Ce)、镨（Pr)、钕（Nd)、钷（Pm)、钐（Sm)、铕（Eu)、钆 (Gd)、铽（Tb)、镝（Dy)、钦（Ho)、铒（Er)、铥（Tm)、镱（Yb)以及镥（Lu)中选择的至少一种元 素，
[0024] Bi表示秘，
[0025] Fe表示铁，
[0026] A表示镓（Ga)以及铝（Al)中的至少一种元素，
[0027] 0表示氧，
[0028] X以及y分别在0彡x<3以及0彡y<5的范围内。
[0029] 在这样的电场增强兀件中，磁光学材料层对入射光（例如波长633nm的光）具有 高透射性，并且，对施加磁场能够得到大的折射率的变化。
[0030] 本发明所涉及的拉曼光谱法的一个方式是分析目标物质的拉曼光谱法，包括：使 所述目标物质吸附于上述电场增强元件的所述金属细微构造层的工序；对所述磁光学材料 层施加磁场，从所述金属细微构造层侧照射所述入射光，检测从所述电场增强元件反射的 光，并决定所述电场增强元件中的反射率极小的所述磁场的工序；以及根据在对所述磁光 学材料层施加极小的所述磁场的状态下检测到的光，分析所述目标物质的工序。
[0031] 这样的拉曼光谱法由于使用本发明所涉及的电场增强元件，因此能够使金属细微 构造层和反射镜层之间的光路长度变化，能够容易地与由目标物质的吸附引起的等离子体 谐振波长的变化相对应。
[0032] 本发明所涉及的拉曼光谱装置的一个方式是分析目标物质的拉曼光谱装置，包含 上述电场增强元件、对所述目标物质吸附的所述金属细微构造层照射所述入射光的光源、 以及检测从所述电场增强元件反射的光的光检测器。
[0033] 在这样的拉曼光谱装置中，由于包含本发明所涉及的电场增强元件，因此能够容 易地与由目标物质的附着引起的等离子体谐振波长的变化相对应。
[0034] 本发明所涉及的电子设备包含上述拉曼光谱装置、根据来自所述光检测器的检测 信息运算健康医疗信息的运算部、存储所述健康医疗信息的存储部、以及显示所述健康医 疗信息的显示部。
[0035] 在这样的电子设备中由于包含本发明所涉及的拉曼光谱装置，因此能够容易地进 行微量物质的检测，能够提供高精度的健康医疗信息。
[0036] 在本发明所涉及的电子设备中，所述健康医疗信息可以包含与选自细菌、病毒、蛋 白质、核酸以及抗原/抗体中的至少一种生物体关联物质，或者选自无机分子以及有机分 子中的至少一种化合物的有无或者数量相关的信息。
[0037] 这样的电子设备由于包含本发明所涉及的光谱装置，因此能够容易地进行微量物 质的检测，能够提供1?精度的健康医疗信息。
【附图说明】
[0038] 图1是本实施方式所涉及的电场增强元件的主要部分的截面模式图。
[0039] 图2是本实施方式所涉及的电场增强元件的主要部分的截面模式图。
[0040] 图3是本实施方式所涉及的电场增强元件的主要部分的截面模式图。
[0041] 图4是本实施方式所涉及的电场增强元件的主要部分的截面模式图。
[0042] 图5是示意性地示出GSP构造的截面图。
[0043] 图6是示意性地示出GSP构造的截面图。
[0044] 图7是示出波长与反射率的关系的图表。
[0045] 图8是用于说明本实施方式所涉及的拉曼光谱法的流程图。
[0046] 图9是示出波长与反射率的关系的图表。
[0047] 图10是示意性地示出本实施方式所涉及的拉曼光谱装置的图。
[0048] 图11是示意性地示出本实施方式所涉及的电子设备的图。
[0049] 符号说明
[0050] 1…基板；2…其他基板；10…反射镜层；20…磁光学材料层；30…金属细微构造 层；32···金属细微构造；40···磁场产生单元；42··