[go: up one dir, main page]

JP2013047661A - Detection plate, detection apparatus and detection method - Google Patents

Detection plate, detection apparatus and detection method Download PDF

Info

Publication number
JP2013047661A
JP2013047661A JP2012037193A JP2012037193A JP2013047661A JP 2013047661 A JP2013047661 A JP 2013047661A JP 2012037193 A JP2012037193 A JP 2012037193A JP 2012037193 A JP2012037193 A JP 2012037193A JP 2013047661 A JP2013047661 A JP 2013047661A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
detection
layer
detection plate
water
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012037193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Fujimaki
真 藤巻
Nobuhiro Kitade
信宏 北出
Hisashi Nagaya
寿 長屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TECHNO SCIENCE CORP
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Optex Co Ltd
Original Assignee
TECHNO SCIENCE CORP
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Optex Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TECHNO SCIENCE CORP, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST, Optex Co Ltd filed Critical TECHNO SCIENCE CORP
Priority to JP2012037193A priority Critical patent/JP2013047661A/en
Publication of JP2013047661A publication Critical patent/JP2013047661A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection plate which contributes, when arranged in a detection apparatus for detecting an oil content and a surface active agent, to a compact, inexpensive and portable configuration of the detection apparatus, and is capable of quickly detecting the oil content and the surface active agent in water at high sensitivity, and to provide a detection apparatus including the detection plate, and a detection method using the detection apparatus.SOLUTION: In a detection plate, a detection electric field formation layer forming an electric field for detecting at least either one of an oil content and a surface active agent as a specimen, and a capture layer for capturing the specimen from water including the specimen are arranged in this order. On the capture layer, a capturing recess for capturing the specimen is formed on a face brought into contact with water; water repelling treatment is applied to the face brought into contact with water; and when water is dropped to the face forming the capturing recess under the atmospheric pressure, water does not infiltrate into and fill the capturing recess.

Description

本発明は、光導波モードや表面プラズモン共鳴を利用して、水中に含まれる油分及び界面活性剤を検体として検出可能とする検出板、該検出板を有する検出装置、及び該検出装置を用いた検出方法に関する。   The present invention uses a detection plate capable of detecting an oil component and a surfactant contained in water as a specimen by using an optical waveguide mode and surface plasmon resonance, a detection device having the detection plate, and the detection device. It relates to a detection method.

昨今、環境汚染や飲料水確保の観点から、水中への油分の混入が問題となっている。油分は、人々の健康を害するだけでなく、浄水場では、濾過フィルタの目詰まりの原因ともなるため、その検出は迅速性を必要とする重要な管理項目の1つとなっている。
現在、水中における油分の混入の検出は、公定法となっているノルマルヘキサン抽出法が用いられることが多いが、この手法は、水中から油分を抽出する処理に時間と手間が掛かり迅速性に劣るという問題点がある。ガスクロマトグラフィを用いた高精度な測定手法もあるが、この場合、高い検出感度が得られるものの、装置が高価でかつ大型であるため、装置を携行することができず、よって被検体(汚染水)を現場で採取し、これらの装置の設置場所に輸送しなければならないという問題点がある。油分汚染を検出する装置として油膜検知器なども市販されているが、油膜検知器は、水面に油膜が張るほどの重度の汚染でなければ検出できない。また、油分と同様に、界面活性剤の水中への混入も迅速な検出を必要とする重要な管理項目となっている。
Recently, from the viewpoint of environmental pollution and securing drinking water, mixing of oil into water has become a problem. The oil content not only harms the health of people but also causes clogging of the filtration filter at the water purification plant, so detection thereof is one of the important management items that require rapidity.
Currently, the normal hexane extraction method is often used to detect oil contamination in water, but this method requires time and effort to extract oil from water and is inferior in speed. There is a problem. There is also a high-precision measurement technique using gas chromatography. In this case, although high detection sensitivity is obtained, the apparatus is expensive and large-sized, so the apparatus cannot be carried, and therefore the subject (contaminated water) ) Must be collected on site and transported to the installation site of these devices. An oil film detector or the like is also commercially available as a device for detecting oil contamination, but the oil film detector cannot be detected unless the oil film is severely contaminated with an oil film on the water surface. In addition, like oil, mixing of a surfactant into water is an important management item that requires quick detection.

携行が可能な程度に小さく、液体中に含まれる油分の測定が可能なセンサーとして、表面プラズモン共鳴(SPR;Surface Plasmon Resonance)を用いるセンサーが知られている(例えば、非特許文献1〜7参照)。この表面プラズモン共鳴を用いたセンサーは、一般的にSPRセンサーと呼ばれ、NTTアドバンステクノロジ株式会社や株式会社オプトクエスト、などの企業から販売されている。   A sensor using surface plasmon resonance (SPR) is known as a sensor that is small enough to be carried and capable of measuring oil contained in a liquid (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 7). ). Sensors using this surface plasmon resonance are generally called SPR sensors and are sold by companies such as NTT Advanced Technology Co., Ltd. and OptQuest Inc.

図1に、クレッチマン配置と呼ばれる最もポピュラーなSPRセンサー200の構成例を示す。このSPRセンサー200は、透明基板201上に金や銀などの金属を蒸着して金属薄膜層202を形成し、透明基板201の金属薄膜層202を形成した面と反対側の面に光学プリズム203を密着させた構造からなり、光源204から照射されるレーザー光を偏光板205にてp偏光に偏光し、光学プリズム203を通して透明基板201に照射する。入射光210Aは、全反射となる条件で入射する。入射光210Aの金属の表面側に染み出すエバネセント波によって、ある入射角度で表面プラズモン共鳴が発現する。入射角度θは、光学系を駆動させて適宜変更する。表面プラズモン共鳴が起こると、エバネセント波は表面プラズモンによって吸収されるので、この入射角付近では反射光の強度が著しく減少する。表面プラズモン共鳴が発現する条件は、金属薄膜層202表面近傍の誘電率によって変化することから、金属薄膜層202の表面上に被検出試料が結合したり吸着したり接近して誘電率に変化が生じると、入射光210Aの反射特性に変化が生じる。よって、金属薄膜層202から反射される反射光210Bの強度変化を光検出器206によりモニターすることによって、被検出試料を検出することができる。   FIG. 1 shows a configuration example of the most popular SPR sensor 200 called a Kretschmann arrangement. In this SPR sensor 200, a metal thin film layer 202 is formed by vapor deposition of a metal such as gold or silver on a transparent substrate 201, and an optical prism 203 is formed on the surface of the transparent substrate 201 opposite to the surface on which the metal thin film layer 202 is formed. The laser light emitted from the light source 204 is polarized into p-polarized light by the polarizing plate 205 and irradiated onto the transparent substrate 201 through the optical prism 203. Incident light 210A is incident under conditions of total reflection. Surface plasmon resonance appears at a certain incident angle by the evanescent wave that oozes out to the metal surface side of the incident light 210A. The incident angle θ is appropriately changed by driving the optical system. When surface plasmon resonance occurs, the evanescent wave is absorbed by the surface plasmon, so that the intensity of the reflected light is remarkably reduced near this incident angle. The condition for surface plasmon resonance to appear varies depending on the dielectric constant in the vicinity of the surface of the metal thin film layer 202. Therefore, the dielectric constant changes when the sample to be detected binds or adsorbs on the surface of the metal thin film layer 202. When this occurs, a change occurs in the reflection characteristics of the incident light 210A. Therefore, the sample to be detected can be detected by monitoring the intensity change of the reflected light 210 </ b> B reflected from the metal thin film layer 202 with the photodetector 206.

また、SPRセンサーにおいて、光学系を簡素化し、小型化を実現した系として、波長分解型測定法が報告されている(例えば、非特許文献6、7参照)。図2に、非特許文献6の報告に係る光学系のSPRセンサー300の概要を示す。入射光310Aは、光源301から光ファイバ302Aを介して光学プリズム303の手前まで導かれ、コリメートレンズ304によって平行光にされ、偏光板305にてp偏光にされた後に、光学プリズム303に入射される。この入射光310Aは、光学プリズム303上に密着する形で配された透明基板306上の金属薄膜層307に照射され、金属薄膜層307から反射される反射光310Bとして、集光レンズ308を通じて光ファイバ302Bで光検出器309まで導かれる。ここで光検出器309は、分光器309Aを備えており、反射光310Bの反射スペクトルを観測する。このSPRセンサー300は、前述のSPRセンサー200と同様に、金属薄膜層307表面近傍で誘電率の変化が生じると、反射スペクトルに変化が生じ、誘電率変化を検知できる一方で、前述のSPRセンサー200と異なり、光学系を駆動させて入射光310Aの金属薄膜層に対する入射角度を変更することなく、反射光310Bを波長分解して測定に供する、つまりスペクトルを測定するため、光学系を簡素にし、装置を小型化できる利点を有する。   In addition, a wavelength-resolved measurement method has been reported as a system in which an optical system is simplified and a miniaturization is realized in an SPR sensor (for example, see Non-Patent Documents 6 and 7). FIG. 2 shows an outline of the SPR sensor 300 of the optical system according to the report of Non-Patent Document 6. Incident light 310A is guided from the light source 301 to the front of the optical prism 303 via the optical fiber 302A, converted into parallel light by the collimator lens 304, converted to p-polarized light by the polarizing plate 305, and then incident on the optical prism 303. The The incident light 310A is applied to the metal thin film layer 307 on the transparent substrate 306 arranged in close contact with the optical prism 303, and is reflected through the condenser lens 308 as reflected light 310B reflected from the metal thin film layer 307. The light is guided to the photodetector 309 through the fiber 302B. Here, the photodetector 309 includes a spectroscope 309A, and observes the reflection spectrum of the reflected light 310B. Similar to the SPR sensor 200 described above, the SPR sensor 300 can detect a change in dielectric constant when a change in dielectric constant occurs near the surface of the metal thin film layer 307, and can detect a change in dielectric constant. Unlike 200, the optical system is driven to resolve the wavelength of the reflected light 310B for measurement without changing the incident angle of the incident light 310A to the metal thin film layer, that is, to measure the spectrum. This has the advantage that the device can be miniaturized.

SPRセンサーとよく似た構造を持ち、やはりセンサーの検出面における、物質の吸着や誘電率の変化を検出するセンサーとして、光導波モードセンサーがある(非特許文献1、2、8〜19、及び特許文献1〜6参照)。この光導波モードセンサーは、SPRセンサーで用いることができる全ての光学系と同等の光学系を使用することが可能であることが知られている。   As a sensor having a structure very similar to that of an SPR sensor and detecting a substance adsorption or a change in dielectric constant on the detection surface of the sensor, there is an optical waveguide mode sensor (Non-patent Documents 1, 2, 8 to 19, and Patent References 1 to 6). It is known that this optical waveguide mode sensor can use an optical system equivalent to all optical systems that can be used in the SPR sensor.

図3に、クレッチマン配置と類似の配置を用いた光導波モードセンサー400を示す。光導波モードセンサー400は、透明基板401aと、その上に被覆した金属層又は半導体層で構成される薄膜層401bと、更にこの薄膜層401b上に形成される光導波路層401cとからなる検出板401を用いる。この検出板401の光導波路層401cが形成されている面とは反対側の面に屈折率調節オイルを介して光学プリズム402が密着される。光源403から照射され、偏光板404にて偏光された光は、光学プリズム402を通して検出板401に照射される。入射光410Aは、検出板401に対して全反射となる条件で入射する。ある特定の入射角度θにおいて、入射光410Aが光導波路内を伝搬する光導波モード(漏洩モード、又はリーキーモードとも呼ばれる)と結合すると、光導波モードが励起され、この入射角近傍で光の反射光強度が大きく変化する。このような光導波モードの励起条件は、光導波路層401c表面近傍の誘電率によって変化することから、光導波路層401cの表面において物質の吸着や接近、離脱、変質が生じると、反射光410Bの強度に変化が現れる。この変化を光検出器405により観測することにより、光導波路層401c表面における物質の吸着や接近、離脱、変質といった現象を検出することができる。   FIG. 3 shows an optical waveguide mode sensor 400 using an arrangement similar to the Kretschmann arrangement. The optical waveguide mode sensor 400 includes a transparent substrate 401a, a thin film layer 401b composed of a metal layer or a semiconductor layer coated thereon, and an optical waveguide layer 401c formed on the thin film layer 401b. 401 is used. The optical prism 402 is brought into close contact with the surface of the detection plate 401 opposite to the surface on which the optical waveguide layer 401c is formed via refractive index adjusting oil. Light emitted from the light source 403 and polarized by the polarizing plate 404 is irradiated to the detection plate 401 through the optical prism 402. The incident light 410A is incident on the detection plate 401 under conditions that cause total reflection. When the incident light 410A is coupled with an optical waveguide mode (also called a leakage mode or leaky mode) propagating in the optical waveguide at a certain incident angle θ, the optical waveguide mode is excited, and light is reflected near the incident angle. The light intensity changes greatly. Such an optical waveguide mode excitation condition changes depending on the dielectric constant in the vicinity of the surface of the optical waveguide layer 401c. Therefore, if adsorption, approach, separation, or alteration of a substance occurs on the surface of the optical waveguide layer 401c, the reflected light 410B Changes appear in intensity. By observing this change with the photodetector 405, it is possible to detect phenomena such as adsorption, approach, separation, and alteration of substances on the surface of the optical waveguide layer 401c.

また、図4に、図2に示したSPRセンサー300の光学系を光導波モードセンサーに適用した場合の概要を示す。該図4に示す光照射手段は、光源501と、光ファイバ502Aと、コリメートレンズ503と偏光板504で構成されている。光源501からの光は、光ファイバ502Aに入射され、光学プリズム505に入射しやすい位置に導かれる。光ファイバ502Aの先に配置されたコリメートレンズ503により、光ファイバ502Aからの出射光は、平行光となるように設定される。また、この出射光は、偏光板504にて所望の偏光状態に偏光された後に、光学プリズム505に入射される。光学プリズム505に入射された光は、検出板506で反射され、反射光として光学プリズム505から出射された後、集光レンズ507により集光されて光ファイバ502Bに取り込まれ、分光器508及び光検出器509にて、反射強度又は反射スペクトルを観測可能とされる。検出板506は、透明基板506a上に、金属層又は半導体層で構成される薄膜層506bと、光導波路層506cとがこの順で配されたもので構成され、検出板506の光導波路層506cが配される面と反対側の面に光学プリズム505が光学的に密着されて配される。このような構造を有する光導波モードセンサー500により、入射光が検出板506で反射された後の特性、例えば反射光スペクトルを観測すると、入射光のある特定波長帯域の光が、検出板506の表面に形成された光導波路層506c内及びその近傍を局在的に伝搬する光導波モードを励起する条件を満たし、この波長帯域で反射強度が著しく変化する現象が生じる。この光導波モード励起条件は、検出板506の光導波路層506c表面近傍の誘電率によって変化するため、光導波路層506c表面近傍の誘電率に変化があると、反射スペクトルが変化する。これにより、反射スペクトルの変化又はある特定波長帯域の反射光強度の変化を観測することで、光導波路層506c表面近傍において誘電率変化を引き起こしている原因、例えば、物質の吸着や接近、離脱、変質を光検出器509で検出することができる。
また、光導波モードセンサーでは、光導波路層にナノ孔を形成し検出面の表面積を増大させると、検出感度が飛躍的に向上することがこれまでに報告されている。(例えば、特許文献4、5、非特許文献10〜13参照)
FIG. 4 shows an outline when the optical system of the SPR sensor 300 shown in FIG. 2 is applied to an optical waveguide mode sensor. The light irradiation means shown in FIG. 4 includes a light source 501, an optical fiber 502 A, a collimator lens 503, and a polarizing plate 504. Light from the light source 501 enters the optical fiber 502A and is guided to a position where it easily enters the optical prism 505. The collimating lens 503 disposed at the tip of the optical fiber 502A sets the outgoing light from the optical fiber 502A to be parallel light. The emitted light is polarized to a desired polarization state by the polarizing plate 504 and then enters the optical prism 505. The light incident on the optical prism 505 is reflected by the detection plate 506, is emitted from the optical prism 505 as reflected light, is condensed by the condenser lens 507, and is taken into the optical fiber 502B. The detector 509 can observe the reflection intensity or the reflection spectrum. The detection plate 506 includes a thin film layer 506b composed of a metal layer or a semiconductor layer and an optical waveguide layer 506c arranged in this order on a transparent substrate 506a. The optical waveguide layer 506c of the detection plate 506 is provided. The optical prism 505 is disposed in optical close contact with the surface opposite to the surface on which is disposed. When the optical waveguide mode sensor 500 having such a structure observes the characteristics after the incident light is reflected by the detection plate 506, for example, the reflected light spectrum, the light in the specific wavelength band of the incident light is reflected on the detection plate 506. A condition occurs in which the conditions for exciting the optical waveguide mode that locally propagates in and near the optical waveguide layer 506c formed on the surface are satisfied, and the reflection intensity changes significantly in this wavelength band. Since the optical waveguide mode excitation condition changes depending on the dielectric constant in the vicinity of the surface of the optical waveguide layer 506c of the detection plate 506, the reflection spectrum changes when the dielectric constant in the vicinity of the surface of the optical waveguide layer 506c changes. Accordingly, by observing a change in the reflection spectrum or a change in the reflected light intensity in a specific wavelength band, the cause of the change in the dielectric constant in the vicinity of the surface of the optical waveguide layer 506c, for example, adsorption, approach, separation, Alteration can be detected by a photodetector 509.
In addition, it has been reported so far that in the optical waveguide mode sensor, when nanopores are formed in the optical waveguide layer and the surface area of the detection surface is increased, the detection sensitivity is dramatically improved. (For example, see Patent Documents 4 and 5 and Non-Patent Documents 10 to 13)

また、特許文献7に、SPRセンサーの金属薄膜層の表面に、親油性膜を被覆し、水中に含まれる油分を検出板表面に捕捉して、油分検出を行うセンサーが開示されている。しかし、この場合、水と油分では誘電率の差が小さく、油分を検出板表面で捉えても、高い検出感度が得られないという問題点がある。   Patent Document 7 discloses a sensor for detecting oil content by covering the surface of a metal thin film layer of an SPR sensor with a lipophilic film and capturing oil contained in water on the surface of a detection plate. However, in this case, the difference in permittivity between water and oil is small, and there is a problem that high detection sensitivity cannot be obtained even if the oil is caught on the surface of the detection plate.

特許第4581135号公報Japanese Patent No. 4581135 特許第4595072号公報Japanese Patent No. 4,595,072 特開2007−271596号公報JP 2007-271596 A 特開2008− 46093号公報JP 2008-46093 A 特開2009− 85714号公報JP 2009-85714 A 国際公開第2010/ 87088号International Publication No. 2010/87088 特開平10−38797号公報(特許第3447478号公報)JP 10-38797 A (Patent No. 3447478)

W.Knoll,MRS Bulletin 16,pp.29-39(1991年)W. Knoll, MRS Bulletin 16, pp. 29-39 (1991) W.Knoll,Annu.Rev.Phys.Chem.49,pp.569−638(1998年)W. Knoll, Annu. Rev. Phys. Chem. 49, pp. 569-638 (1998) H.Kano and S.Kawata,Appl.Opt.33,pp.5166−5170(1994年)H. Kano and S.K. Kawata, Appl. Opt. 33, pp. 5166-5170 (1994) C.Nylander,B.Liedberg,and T.Lind,Sensor.Actuat.3,pp.79−88(1982/83年)C. Nylander, B.M. Liedberg, and T.M. Lind, Sensor. Actuat. 3, pp. 79-88 (1982/83) K.Kambhampati,T.A.M.Jakob,J.W.Robertson,M.Cai,J.E.Pemberton,and W.Knoll,Langmuir 17,pp.1169−1175(2001年)K. Kambhampati, T .; A. M.M. Jakob, J .; W. Robertson, M.C. Cai, J .; E. Pemberton, and W.C. Knoll, Langmuir 17, pp. 1169-1175 (2001) O.R.Bolduc,L.S.Live,and J.F.Masson,Talanta 77,pp.1680−1687(2009年)O. R. Bolduc, L.M. S. Live, and J.M. F. Masson, Talenta 77, pp. 1680-1687 (2009) I.Stammler,A.Brecht,and G.Gauglitz,Sensor.Actuat.B54,pp98−105(1999年)I. Stammler, A.M. Brecht, and G.G. Gauglitz, Sensor. Actuat. B54, pp98-105 (1999) M.Osterfeld,H.Franke,and C.Feger,Appl.Phys.Lett.62,pp.2310−2312(1993年)M.M. Osterfeld, H .; Franke, and C.I. Feger, Appl. Phys. Lett. 62, pp. 2310-2312 (1993) E.F.Aust and W.Knoll,J.Appl.Phys.73,p.2705(1993年)E. F. Aust and W. Knoll, J.M. Appl. Phys. 73, p. 2705 (1993) M.Fujimaki,C.Rockstuhl,X.Wang,K.Awazu,J.Tominaga,T.Ikeda,Y.Ohki,and T.Komatsubara,Microelectronic Engineering 84,pp.1685−1689(2007年)M.M. Fujimaki, C.I. Rockstuhl, X.M. Wang, K .; Awazu, J. et al. Tominaga, T .; Ikeda, Y .; Ohki, and T.K. Komatsubara, Microelectronic Engineering 84, pp. 1685-1689 (2007) K.Awazu,C.Rockstuhl,M.Fujimaki,N.Fukuda,J.Tominaga,T.Komatsubara,T.Ikeda,and Y.Ohki,Optics Express 15,pp.2592−2597(2007年)K. Awazu, C.I. Rockstuhl, M.M. Fujimaki, N .; Fukuda, J. et al. Tominaga, T .; Komatsusubara, T .; Ikeda, and Y.M. Ohki, Optics Express 15, pp. 2592-2597 (2007) K.H.A.Lau,L.S.Tan,K.Tamada,M.S.Sander,and W.Knoll,J.Phys.Chem.B108,pp.10812(2004年)K. H. A. Lau, L .; S. Tan, K .; Tamada, M .; S. Sander, and W.M. Knoll, J.M. Phys. Chem. B108, pp. 10812 (2004) M.Fujimaki,C.Rockstuhl,X.Wang,K.Awazu,J.Tominaga,Y.Koganezawa,Y.Ohki,and T.Komatsubara,Optics Express 16,pp.6408−6416(2008年)M.M. Fujimaki, C.I. Rockstuhl, X.M. Wang, K .; Awazu, J. et al. Tominaga, Y. et al. Koganezawa, Y .; Ohki, and T.K. Komatsusubara, Optics Express 16, pp. 6408-6416 (2008) M.Fujimaki,C.Rockstuhl,X.Wang,K.Awazu,J.Tominaga,N.Fukuda,Y.Koganezawa,and Y.Ohki,Nanotechnology 19,pp.095503−1−095503−7(2008年)M.M. Fujimaki, C.I. Rockstuhl, X.M. Wang, K .; Awazu, J. et al. Tominaga, N .; Fukuda, Y .; Koganezawa, and Y.K. Ohki, Nanotechnology 19, pp. 095503-1-095503-7 (2008) M.Fujimaki,C.Rockstuhl,X.Wang,K.Awazu,J.Tominaga,T.Ikeda,Y.Koganezawa,and Y.Ohki,J.Microscopy 229,pp.320−326(2008年)M.M. Fujimaki, C.I. Rockstuhl, X.M. Wang, K .; Awazu, J. et al. Tominaga, T .; Ikeda, Y .; Koganezawa, and Y.K. Ohki, J .; Microscopy 229, pp. 320-326 (2008) M.Fujimaki,K.Nomura,K.Sato,T.Kato,S.C.B.Gopinath,X.Wang,K.Awazu,andY.Ohki,Optics Express 18,pp.15732−15740(2010年)M.M. Fujimaki, K .; Nomura, K .; Sato, T .; Kato, S .; C. B. Gopinath, X .; Wang, K .; Awazu, andY. Ohki, Optics Express 18, pp. 15732-15740 (2010) R.P.Podgorsek,H.Franke,J.Woods,and S.Morrill,Sensor.Actuat.B51 pp.146−151(1998年)R. P. Podgorsek, H .; Franke, J .; Woods, and S.W. Morrill, Sensor. Actuat. B51 pp. 146-151 (1998) J.J.Saarinen,S.M.Weiss,P.M.Fauchet,and J.E.Sipe,Opt.Express 13,pp.3754−3764(2005年)J. et al. J. et al. Saarinen, S .; M.M. Weiss, P.M. M.M. Fauchet, and J.M. E. Shipe, Opt. Express 13, pp. 3754-3764 (2005) G.Rong,A.Najmaie,J.E.Sipe,and S.M.Weiss,Biosens.Bioelectron.23,pp.1572−1576(2008年)G. Long, A .; Najmaie, J .; E. Shipe, and S.M. M.M. Weiss, Biosens. Bioelectron. 23, pp. 1572-1576 (2008)

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、油分及び界面活性剤の検出装置に配したときに、その検出装置を小型で安価で携行可能に構成せしめるとともに、水中の油分及び界面活性剤を迅速かつ高感度に検出可能とする検出板、該検出板を有する検出装置、及び該検出装置を用いた油分及び界面活性剤の検出方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and achieve the following objects. That is, according to the present invention, when arranged in a detection device for oil and surfactant, the detection device can be configured to be small, inexpensive and portable, and can detect oil and surfactant in water quickly and with high sensitivity. It is an object of the present invention to provide a detection plate having a detection plate, a detection device having the detection plate, and a method for detecting oil and surfactant using the detection device.

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> 油分及び界面活性剤の少なくともいずれかを検体として検出する電場を形成する検出電場形成層と、前記検体を含む水から前記検体を捕捉する捕捉層と、がこの順で配され、前記捕捉層は、前記水が接する側の面に前記検体を捕捉する捕捉用凹部が形成されているとともに、前記水が接する側の面に撥水処理が施されてなり、大気圧下で前記捕捉用凹部が形成された面に前記水を滴下したとき、前記捕捉用凹部内の全体に前記水中の水分が浸入しないことを特徴とする検出板。
<2> 捕捉用凹部は、捕捉層に形成された孔としてなる前記<1>に記載の検出板。
<3> 捕捉用凹部は、検出板の検体を含む水が接する側の面に、その間隔が凹部となるよう複数のピラーを配して形成される前記<1>に記載の検出板。
<4> ピラーの最長径が使用する光の波長の長さよりも短い前記<3>に記載の検出板。
<5> 捕捉用凹部は、表面ラフネスとして形成される前記<1>に記載の検出板。
<6> 捕捉用凹部の開口径が、使用する光の波長の長さよりも短い前記<1>から<5>のいずれかに記載の検出板。
<7> 捕捉用凹部の深さが5nm以上5μm以下である前記<1>から<6>のいずれかに記載の検出板。
<8> 捕捉用凹部は、検出板の検体を含む水が接する側の面に、その間隔が凹部となるよう複数のビーズを配して形成される前記<1>に記載の検出板。
<9> 撥水処理として、捕捉用凹部が形成された面に親油基を有するシランカップリング剤を用いた表面処理又はフッ素コート剤を用いた表面処理がなされている前記<1>から<8>のいずれかに記載の検出板。
<10> 検出電場形成層は、表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層が配されて形成される前記<1>から<9>のいずれかに記載の検出板。
<11> 表面プラズモン励起層の形成材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む前記<10>に記載の検出板。
<12> 検出電場形成層は、捕捉層が配される側から、透明材料で形成される光導波路層と金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層とがこの順で配されて形成される前記<1>から<9>のいずれかに記載の検出板。
<13> 捕捉層が光導波路層の一部又は全部を兼ねる形で形成される前記<12>に記載の検出板。
<14> 前記<1>から<13>のいずれかに記載の検出板と、前記検出板の検出電場形成層が配される側の面に配される光学素子と、前記光学素子を介して前記検出板に光を照射する光照射手段と、前記検出板から反射される反射光を検出する光検出手段と、を有し、前記検出板の捕捉用凹部内における検体の有無に応じて変化する前記反射光の特性の変化から前記検体を検出することを特徴とする検出装置。
<15> 前記<14>に記載の検出装置を用いて水に含まれる検体の存在を検出する検出方法であって、検出板の捕捉層が形成された面に対し、前記検体を含まない水を投与して、光照射手段から光学素子を介して前記検出板に光を照射する第1の光照射工程と、前記第1の光照射工程に基づき、前記検出板から反射される反射光を検出する第1の光検出工程と、前記検出板の前記捕捉層が形成された面に対し、前記検体を含む水を投与して前記検体を前記捕捉層の捕捉用凹部内に捕捉する捕捉工程と、前記捕捉工程後、前記検出板に光を照射する第2の光照射工程と、前記第2の光照射工程に基づき、前記検出板から反射される反射光を検出する第2の光検出工程と、を有し、前記第1の光検出工程と、前記第2の光検出工程とで検出される前記各反射光の特性の変化から前記検体を検出することを特徴とする検出方法。
Means for solving the problems are as follows. That is,
<1> A detection electric field forming layer that forms an electric field for detecting at least one of oil and surfactant as a specimen, and a capturing layer that captures the specimen from water containing the specimen are arranged in this order, The trapping layer has a trapping recess for trapping the specimen on the surface in contact with the water, and a water-repellent treatment is applied to the surface in contact with the water, so that the trapping is performed under atmospheric pressure. A detection plate, wherein the water in the water does not enter the entire inside of the catching recess when the water is dropped on the surface on which the recess is formed.
<2> The detection plate according to <1>, wherein the capture recess is a hole formed in the capture layer.
<3> The detection plate according to <1>, wherein the capturing concave portion is formed by arranging a plurality of pillars on the surface of the detection plate on a side in contact with water containing the specimen so that the interval is a concave portion.
<4> The detection plate according to <3>, wherein the longest diameter of the pillar is shorter than the length of the wavelength of light used.
<5> The detection plate according to <1>, wherein the capturing recess is formed as surface roughness.
<6> The detection plate according to any one of <1> to <5>, wherein an opening diameter of the capturing recess is shorter than a wavelength of light to be used.
<7> The detection plate according to any one of <1> to <6>, wherein the depth of the recess for capturing is 5 nm or more and 5 μm or less.
<8> The detection plate according to <1>, wherein the capture concave portion is formed by arranging a plurality of beads on a surface of the detection plate on a side in contact with water containing the specimen so that the interval is a concave portion.
<9> From <1> to <1> above, the surface treatment using a silane coupling agent having a lipophilic group or the surface treatment using a fluorine coating agent is carried out as a water repellent treatment. The detection plate according to any one of 8>.
<10> The detection plate according to any one of <1> to <9>, wherein the detection electric field forming layer is formed by arranging a surface plasmon excitation layer that expresses surface plasmon resonance.
<11> The detection plate according to <10>, wherein the material for forming the surface plasmon excitation layer includes at least one of gold, silver, copper, platinum, and aluminum.
<12> The detection electric field forming layer is formed by arranging an optical waveguide layer formed of a transparent material and a thin film layer formed of a metal material or a semiconductor material in this order from the side where the capturing layer is disposed. The detection plate according to any one of <1> to <9>.
<13> The detection plate according to <12>, wherein the trapping layer is formed in a form that also serves as part or all of the optical waveguide layer.
<14> The detection plate according to any one of <1> to <13>, an optical element disposed on a surface of the detection plate on which the detection electric field forming layer is disposed, and the optical element A light irradiating means for irradiating the detection plate with light; and a light detecting means for detecting reflected light reflected from the detection plate, and changes depending on the presence or absence of the specimen in the capturing recess of the detection plate. A detection apparatus that detects the specimen from a change in characteristics of the reflected light.
<15> A detection method for detecting the presence of a sample contained in water by using the detection device according to <14>, wherein water that does not contain the sample is formed on the surface of the detection plate on which the capture layer is formed. A first light irradiation step of irradiating the detection plate with light from the light irradiation means via an optical element, and reflected light reflected from the detection plate based on the first light irradiation step. A first light detection step for detecting, and a capture step for capturing the sample in the capture recess of the capture layer by administering water containing the sample to the surface of the detection plate on which the capture layer is formed. And after the capturing step, a second light irradiation step of irradiating the detection plate with light, and a second light detection for detecting reflected light reflected from the detection plate based on the second light irradiation step. And detecting the first light detection step and the second light detection step. And detecting the specimen from a change in characteristics of each reflected light.

本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、油分及び界面活性剤の検出装置に配したときに、その検出装置を小型で安価で携行可能に構成せしめるとともに、水中の油分及び界面活性剤を迅速かつ高感度に検出可能とする検出板、該検出板を有する検出装置、及び該検出装置を用いた油分及び界面活性剤の検出方法を提供することができる。   According to the present invention, the above-mentioned problems in the prior art can be solved, and when arranged in a detection device for oil and surfactant, the detection device is configured to be small, inexpensive and portable, It is possible to provide a detection plate that can detect oil and surfactant quickly and with high sensitivity, a detection device having the detection plate, and a method for detecting oil and surfactant using the detection device.

従来技術に係る表面プラズモン共鳴を用いたSPRセンサーの光学配置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the optical arrangement | positioning of the SPR sensor using the surface plasmon resonance which concerns on a prior art. 従来技術に係る表面プラズモン共鳴を用いたSPRセンサーの光学配置の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of optical arrangement | positioning of the SPR sensor using the surface plasmon resonance which concerns on a prior art. 従来技術に係る光導波モードセンサーの光学配置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of optical arrangement | positioning of the optical waveguide mode sensor which concerns on a prior art. 従来技術に係る光導波モードセンサーの光学配置の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of optical arrangement | positioning of the optical waveguide mode sensor which concerns on a prior art. 本発明の実施形態に係る検出装置に配される検出板の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the detection board distribute | arranged to the detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る検出装置に配される検出板の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the detection board distribute | arranged to the detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る検出装置に配される検出板の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the detection board distribute | arranged to the detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る検出装置に配される検出板の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the detection board distribute | arranged to the detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る検出装置に配される検出板の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the detection board distribute | arranged to the detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る検出装置に配される検出板の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the detection board distribute | arranged to the detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施例に係る検出装置の光学配置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the optical arrangement | positioning of the detection apparatus which concerns on the Example of this invention. 実施例1における捕捉用凹部が形成された捕捉層の電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph of a capturing layer in which a capturing recess is formed in Example 1. FIG. 実施例1における捕捉層の表面に水滴を滴下した際の写真である。2 is a photograph when water droplets are dropped on the surface of a capturing layer in Example 1. FIG. 実施例1に係る検出装置を用いて観察した撥水処理前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind the water-repellent process observed using the detection apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る検出装置を用いて観察した油分を含む水の滴下前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind the dripping of the water containing the oil observed using the detection apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例2に係る検出装置を用いて観察した撥水処理前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind the water repellent process observed using the detection apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る検出装置を用いて観察した油分を含む水の滴下前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind the dripping of the water containing the oil observed using the detection apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例3における捕捉用凹部が形成された捕捉層の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the capture layer in which the recess for capture in Example 3 was formed. 実施例3に係る検出装置を用いて観察した撥水処理前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind the water repellent process observed using the detection apparatus which concerns on Example 3. FIG. 実施例3に係る検出装置を用いて観察した油分を含む水の滴下前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and after dripping of the water containing the oil observed using the detection apparatus which concerns on Example 3. FIG. 実施例4に係る検出装置を用いて観察した油分を含む水の滴下前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and after dripping of the water containing the oil observed using the detection apparatus which concerns on Example 4. FIG. 比較例1に係る検出装置を用いて観察した油分を含む水の滴下前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind the dripping of the water containing the oil observed using the detection apparatus which concerns on the comparative example 1. FIG. 比較例1における検出面表面に水滴を滴下した際の写真である。6 is a photograph when water droplets are dropped on the detection surface in Comparative Example 1. 比較例2に係る検出装置を用いて観察した撥水処理前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind the water repellent process observed using the detection apparatus which concerns on the comparative example 2. FIG. 比較例2における検出面表面に水滴を滴下した際の写真である。6 is a photograph when water droplets are dropped on the detection surface in Comparative Example 2. FIG. 比較例2に係る検出装置を用いて観察した油分を含む水の滴下前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind the dripping of the water containing the oil observed using the detection apparatus which concerns on the comparative example 2. FIG. 実施例5に係る検出装置を用いて観察した界面活性剤を含む水の滴下前後の反射スペクトルである。It is the reflection spectrum before and behind dripping of the water containing the surfactant observed using the detection apparatus which concerns on Example 5. FIG.

(検出装置及び検出板)
本発明の検出装置は、本発明の検出板と、光学素子と、光照射手段と、光検出手段とを有し、必要に応じて、その他の部材を有してなる。
(Detection device and detection plate)
The detection apparatus of the present invention includes the detection plate of the present invention, an optical element, a light irradiation unit, and a light detection unit, and includes other members as necessary.

<検出板>
前記検出板は、検出電場形成層と、捕捉層とがこの順で配され、必要に応じて、その他の層を有してなる。前記検出板は、油分及び界面活性剤を検体とする。
<Detection plate>
The detection plate includes a detection electric field forming layer and a capture layer in this order, and includes other layers as necessary. The detection plate uses oil and a surfactant as specimens.

−検出電場形成層−
前記検出電場形成層は、前記捕捉層付近に局在した前記検体を検出するために用いる電場(検出電場)を形成する層としてなる。ここでいう検出電場とは、表面プラズモン共鳴を励起した際に表面プラズモンの励起に伴って発生する表面に局在した電場や、光導波路内を光が伝搬する際に光導波路表面に染み出す伝搬光による電場を指す。これらの電場は、その電場内における誘電率の変化に敏感であり、例えば、この電場内に、物質が侵入して誘電率が変化すると、表面プラズモン共鳴の共鳴条件に変化が生じ、又は、光導波路内を伝搬する光のモードに変化が生じ、よって、これらの変化を観測することで、前記物質の侵入を検知できる。
前記検出電場形成層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の表面プラズモン共鳴を利用するSPRセンサーに用いられる表面プラズモン励起層及び光導波路中を伝搬する光のモードを利用する光導波モードセンサーに用いられる光導波路層が挙げられる。例えば、前記クレッチマン配置及び前記波長分解測定に係るSPRセンサー(図1及び図2参照)における金属薄膜層、並びに、前記光導波モードセンサー(図3及び図4参照)における薄膜層と光導波路層とで構成された層などが挙げられる。
-Detection electric field forming layer-
The detection electric field forming layer is a layer that forms an electric field (detection electric field) used for detecting the analyte localized near the capture layer. The detection electric field here refers to an electric field localized on the surface generated by excitation of surface plasmon resonance, or propagation that penetrates the surface of the optical waveguide when light propagates in the optical waveguide. It refers to the electric field caused by light. These electric fields are sensitive to changes in the dielectric constant in the electric field. For example, when a substance enters the electric field and the dielectric constant changes, the resonance condition of the surface plasmon resonance changes, or the optical A change occurs in the mode of light propagating in the waveguide. Therefore, the intrusion of the substance can be detected by observing these changes.
The detection electric field forming layer is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. The detection electric field forming layer is a surface plasmon excitation layer used for an SPR sensor using a known surface plasmon resonance, and light propagating in an optical waveguide. Examples thereof include an optical waveguide layer used in an optical waveguide mode sensor using a mode. For example, the metal thin film layer in the SPR sensor (see FIGS. 1 and 2) related to the Kretschmann arrangement and the wavelength resolution measurement, and the thin film layer and the optical waveguide layer in the optical waveguide mode sensor (see FIGS. 3 and 4) The layer comprised by these is mentioned.

ここで前記SPRセンサーに用いられる検出電場形成層(表面プラズモン励起層)の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、入射する光の波長において負の誘電率を有する金属材料が挙げられるが、金、銀、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む金属材料が好ましい。
この金属材料で形成される金属層は、プリズムを介してある入射角度で光を受けると、表面側に染み出したエバネセント波が表面プラズモンの励起条件を満たし、前記金属層の表面に前記表面プラズモン共鳴を発現させる。
前記金属層の厚みとしては、金属材料及び入射する光の波長によってその最適値が決定されるが、この値はフレネルの式を用いた計算から算出が可能であることが知られている。一般的に、近紫外域から近赤外域で表面プラズモンを励起する場合、前記金属層の厚さは数nm〜数十nmとなる。
Here, the forming material of the detection electric field forming layer (surface plasmon excitation layer) used in the SPR sensor is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Although the metal material which has a dielectric constant is mentioned, The metal material containing at least any one of gold, silver, platinum, and aluminum is preferable.
When the metal layer formed of the metal material receives light at a certain incident angle through the prism, the evanescent wave that oozes to the surface side satisfies the excitation condition of the surface plasmon, and the surface plasmon is formed on the surface of the metal layer. Resonance is developed.
The optimum thickness of the metal layer is determined by the metal material and the wavelength of incident light. It is known that this value can be calculated from calculation using the Fresnel equation. Generally, when surface plasmon is excited from the near ultraviolet region to the near infrared region, the thickness of the metal layer is several nm to several tens of nm.

また、前記光導波モードセンサーに用いられる検出電場形成層としての薄膜層と光導波路層として用いられる材料としては、例えば薄膜層としては、金属又は半導体材料が挙げられ、光導波路層としては、誘電体材料などの透明材料が挙げられる。
前記薄膜層を形成する前記金属材料としては、特に制限はなく、例えば、一般に入手が可能で、安定な金属及びその合金などが挙げられるが、金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含むことが好ましい。
前記薄膜層を形成する半導体材料としては、特に制限はなく、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料又は既知の化合物半導体材料が挙げられるが、特にシリコンは安価で加工が容易であるため好ましい。
前記薄膜層の厚みとしては、前記表面プラズモン励起層の金属層と同様で、前記薄膜層の材料及び入射する光の波長によってその最適値が決定されるが、この値はフレネルの式を用いた計算から算出が可能であることが知られている。一般的に、近紫外域から近赤外域の波長帯の光を使用する場合、前記薄膜層の厚さは数nm〜数百nmとなる。
前記光導波路層の形成材料としては、光透過性の高い透明材料であれば特に制限はなく、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、アクリル樹脂等の樹脂材料、酸化チタン等の金属酸化物、窒化アルミニウム等の金属窒化物などが挙げられるが、作製が容易で、化学的安定性が高い酸化シリコンが好ましい。この場合、前記薄膜層を前記シリコンで形成すれば、前記シリコンの層の表面側を酸化させることで、簡便に形成することができる。
In addition, as a material used as a thin film layer and an optical waveguide layer as a detection electric field forming layer used in the optical waveguide mode sensor, for example, a metal or a semiconductor material can be cited as the thin film layer, and a dielectric can be used as the optical waveguide layer. Examples include transparent materials such as body materials.
The metal material for forming the thin film layer is not particularly limited, and for example, is generally available and includes a stable metal and its alloy, but at least one of gold, silver, copper, platinum and aluminum. It is preferable to contain.
There is no restriction | limiting in particular as a semiconductor material which forms the said thin film layer, For example, semiconductor materials, such as silicon and germanium, or a known compound semiconductor material are mentioned, However, Since silicon is cheap and easy to process, it is preferable.
The thickness of the thin film layer is the same as that of the metal layer of the surface plasmon excitation layer, and the optimum value is determined by the material of the thin film layer and the wavelength of incident light, and this value is calculated using the Fresnel equation. It is known that calculation is possible from calculation. Generally, when using light in a wavelength band from the near ultraviolet region to the near infrared region, the thickness of the thin film layer is several nm to several hundred nm.
The material for forming the optical waveguide layer is not particularly limited as long as it is a transparent material having high light transmittance. For example, a resin material such as silicon oxide, silicon nitride, and acrylic resin, a metal oxide such as titanium oxide, and aluminum nitride Examples of the metal nitride include silicon oxide, but silicon oxide is preferable because it is easy to manufacture and has high chemical stability. In this case, if the thin film layer is formed of silicon, it can be easily formed by oxidizing the surface side of the silicon layer.

また、これ以外にも、光導波路構造として検出電場形成層を持ち、前記検体の検出に利用可能な検出電場の形成が可能な層構造として、平板型光導波路、スラブ型光導波路、シリコンナノ細線を用いた光導波路構造、リングレゾネータータイプの光導波路構造、マッハツェンダータイプの光導波路構造などが挙げられる。   In addition to this, there are a detection electric field forming layer as an optical waveguide structure, and as a layer structure capable of forming a detection electric field that can be used for detection of the specimen, a flat optical waveguide, a slab optical waveguide, a silicon nanowire An optical waveguide structure using a ring, a ring resonator type optical waveguide structure, a Mach-Zehnder type optical waveguide structure, and the like.

−捕捉層−
前記捕捉層は、前記検体を含む水から前記検体を捕捉する機能を有し、前記検体を含む水と接する側の面に前記捕捉対象を捕捉する捕捉用凹部が形成されているとともに、前記捕捉用凹部が形成された面に撥水処理が施されてなる。
本発明は、前記捕捉層において、大気圧下で前記捕捉用凹部が形成された面に前記水を滴下したとき、前記捕捉用凹部内の全体に前記水中の水分が浸入しないことを技術の核とする。
即ち、本発明の前記検出装置の使用環境として一般的である大気圧下で、この捕捉層上に前記水が滴下されると、前記撥水処理によって前記水中の水分が弾かれ、前記捕捉用凹部内に前記水中の水分が浸入しないか、浸入したとしても前記捕捉用凹部内の全体には前記水中の水分が浸入しない一方で、前記水中の前記検体は、前記撥水処理された前記捕捉層表面に馴染むため、前記捕捉用凹部内に浸入する。
前記捕捉用凹部には、前記検体が浸入する前に前記水で満たされていない空間、つまり誘電率が1に近い空間が存在している。この空間に前記検体が浸入するため、前記捕捉用凹部内で大きな誘電率の変化が生じ、その結果、高感度で前記検体の存在を検出することができる。
前記検出装置では、前記捕捉層で前記検体を捕らえて前記検体の存在を検出することから、前記検出板において、前記捕捉層が形成される面を検出面と呼ぶ。
-Trapping layer-
The capture layer has a function of capturing the sample from the water containing the sample, and a capture recess is formed on a surface in contact with the water containing the sample, and the capture layer captures the capture target. Water repellent treatment is performed on the surface on which the concave portions for forming are formed.
The core of the present invention is that when the water is dropped on the surface of the trapping layer where the trapping recess is formed under atmospheric pressure, the water in the water does not enter the entire trapping recess. And
That is, when the water is dripped onto the trapping layer under atmospheric pressure, which is a general use environment of the detection device of the present invention, the water in the water is repelled by the water repellent treatment, and the trapping is performed. The water in the water does not enter the recess, or even if it enters, the water in the water does not enter the entire recess for capturing, while the specimen in the water is subjected to the water repellent treatment. In order to adjust to the surface of the layer, it penetrates into the capturing recess.
In the capture recess, there is a space that is not filled with water before the specimen enters, that is, a space having a dielectric constant close to 1. Since the specimen enters the space, a large change in the dielectric constant occurs in the capturing recess, and as a result, the presence of the specimen can be detected with high sensitivity.
In the detection apparatus, since the sample is captured by the capture layer and the presence of the sample is detected, the surface on the detection plate where the capture layer is formed is referred to as a detection surface.

前記捕捉用凹部内に前記水が浸入しない空間が存在する状態は、以下の測定方法で確認することができる。
即ち、本発明の前記検出板の作製に際し、前記撥水処理前(前記撥水処理後である場合には、前記撥水処理前の状態に戻す)の前記検出面に対して大気圧下で純水を適量(1μL〜100mL程度)滴下した状態と、前記撥水処理後の前記検出面に対して、前記撥水処理前と同様に大気圧下で純水を適量滴下した状態との2つの状態における光信号の観測を行う。観測結果から、前記撥水処理前後のそれぞれの信号から得られる検出面での誘電率の値を算出する。前記捕捉用凹部内に前記水がない空間が存在すると、得られる誘電率が低くなる。よって、前記捕捉用凹部内に前記水が浸入しない空間が存在するかどうかは、この誘電率の差をもって確認することができる。
The state where the space into which the water does not enter exists in the capturing recess can be confirmed by the following measuring method.
That is, when the detection plate according to the present invention is manufactured, the detection surface before the water repellent treatment (in the case after the water repellent treatment, returns to the state before the water repellent treatment) is under atmospheric pressure. 2 in a state where an appropriate amount of pure water is dropped (about 1 μL to 100 mL) and a state where an appropriate amount of pure water is dropped on the detection surface after the water repellent treatment at atmospheric pressure as before the water repellent treatment. Observe optical signals in two states. From the observation result, the value of the dielectric constant on the detection surface obtained from the respective signals before and after the water repellent treatment is calculated. If there is a space without the water in the catching recess, the resulting dielectric constant will be low. Therefore, it can be confirmed from the difference in dielectric constant whether there is a space in which the water does not enter in the capturing recess.

前記捕捉層の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス材料、樹脂材料、半導体材料、金属材料などが挙げられる。
前記ガラス材料としては、耐薬品性が高く、安定的である観点から選択されるが、中でも非常に高い化学的安定性、物理的安定性を有するシリカガラスが好ましい。
また、前記樹脂材料としては、前記捕捉用凹部の形成が容易である観点から選択される。
なお、前記捕捉層としては、材料の選択により、前記検出電場形成層における前記光導波路層としての機能を付与することができ、この場合、前記捕捉層が、前記光導波モードを励起する光導波路層の一部又は全部を兼ねる形で形成することができる。
There is no restriction | limiting in particular as a formation material of the said acquisition layer, According to the objective, it can select suitably, For example, a glass material, a resin material, a semiconductor material, a metal material etc. are mentioned.
The glass material is selected from the viewpoint of high chemical resistance and stability. Among them, silica glass having very high chemical stability and physical stability is preferable.
Further, the resin material is selected from the viewpoint of easy formation of the capturing recess.
The trapping layer can be given a function as the optical waveguide layer in the detection electric field forming layer by selecting a material. In this case, the trapping layer is an optical waveguide that excites the optical waveguide mode. It can be formed in a form that also serves as part or all of the layer.

前記捕捉用凹部としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、孔をあけて形成する場合、真円形、楕円形、多角形などの断面形状の孔を形成して凹部とすることができる。また、前記検出板の前記油分及び前記界面活性剤を含む水が接する側の面に、その間隔が凹部となるように複数のピラー(柱状の構造物)を配して形成することもできる。また、ランダムに形成されたスクラッチ、表面凹凸、溝構造のような表面ラフネスを前記捕捉用凹部として利用してもよい。   There is no restriction | limiting in particular as said recessed part for acquisition, According to the objective, it can select suitably, When forming a hole, it forms a hole of cross-sectional shapes, such as a perfect circle, an ellipse, and a polygon, and is recessed It can be. In addition, a plurality of pillars (columnar structures) may be formed on the surface of the detection plate on the side where the oil and the water containing the surfactant are in contact with each other so that the interval is a recess. Further, surface roughness such as randomly formed scratches, surface irregularities, and groove structures may be used as the capturing recesses.

前記捕捉用凹部の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記捕捉層を溶かす溶液による化学エッチング方法又は反応性イオンエッチングのようなドライエッチング方法、研磨などの物理的加工方法が挙げられる。
前記捕捉用凹部として孔を形成する場合の最も一般的な形成方法としては、前記捕捉層の形成材料表面にレジストを塗布し、このレジストにリソグラフィーにてドットパターンを形成した後、前記化学エッチング方法又は前記ドライエッチング方法にて孔を形成する方法が挙げられる。
前記捕捉層自身をレジスト材料で形成した場合には、前記ドットパターンのリソグラフィーを行い、前記レジスト材料を現像した時点で、前記捕捉用凹部が得られる。
前述のような孔を形成する場合、孔の径は深さ方向に均一の大きさである必要はなく、深くなるにつれて、径が大きくなってもよいし、小さくなってもよい。しかし、孔の径を深さ方向に均一に形成すると、孔を最も密に形成でき、その結果、孔の内部容積の合計量、つまり前記検体を捕捉できる量を大きくできる為、前記孔は孔径が深さ方向に均一な孔とすることが好ましい。
The method for forming the capturing recess is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a chemical etching method using a solution for dissolving the capturing layer or a dry etching method such as reactive ion etching, Examples include physical processing methods such as polishing.
In the case of forming a hole as the capturing recess, the most common forming method is to apply a resist on the surface of the capturing layer forming material, form a dot pattern on the resist by lithography, and then perform the chemical etching method. Or the method of forming a hole with the said dry etching method is mentioned.
When the capturing layer itself is formed of a resist material, the capturing recesses are obtained when the dot pattern is lithographically developed and the resist material is developed.
In the case of forming the hole as described above, the diameter of the hole does not have to be uniform in the depth direction, and the diameter may increase or decrease as the depth increases. However, when the hole diameter is uniformly formed in the depth direction, the holes can be formed most densely, and as a result, the total amount of the internal volume of the holes, that is, the amount capable of capturing the specimen can be increased. Is preferably a uniform hole in the depth direction.

一般に、前記リソグラフィーを用いた孔の形成は、規則的なパターンを形成するのに好適であるが、前記捕捉用凹部として用いる場合、孔の配置としては、特に制限はなく、規則的であっても規則的でなくともよい。
ランダムな配置の孔の形成方法としては、特に制限はないが、前記捕捉層の材料に対してイオン注入する方法と、イオン注入後に化学エッチングする方法の組み合わせが非常に有効である。
高エネルギーでイオンを加速して、酸化シリコンや酸化チタン、高分子化合物や有機物薄膜、ガラス材料、透明な伝導体材料などに注入すると、前記イオンが通過した部分が化学的に選択エッチング可能となる。例えば、前記酸化シリコンや前記酸化チタンにMeVオーダーで前記イオンを加速して注入した後、フッ化水素酸やホウフッ化水素酸の溶液又は蒸気でエッチングを行うと、前記イオンが照射された部分が、前記イオンが照射されていない部分に比べ効率的にエッチングされ、非常に微細な直径を持つ前記捕捉用凹部の形成が可能となる。
In general, the formation of holes using the lithography is suitable for forming a regular pattern, but when used as the capturing recess, the arrangement of the holes is not particularly limited and is regular. May not be regular.
A method for forming the randomly arranged holes is not particularly limited, but a combination of a method of ion implantation into the material of the trapping layer and a method of chemical etching after ion implantation is very effective.
When ions are accelerated with high energy and injected into silicon oxide, titanium oxide, polymer compounds, organic thin films, glass materials, transparent conductor materials, etc., the portion where the ions have passed can be chemically selectively etched. . For example, after accelerating and injecting the ions into the silicon oxide or titanium oxide on the order of MeV and then etching with a solution or vapor of hydrofluoric acid or borohydrofluoric acid, the portion irradiated with the ions becomes The trapping recess having a very fine diameter can be formed by etching more efficiently than the portion not irradiated with the ions.

前記捕捉用凹部としてピラーを形成する場合も、前記孔の形成と同様に、リソグラフィーとエッチングを組み合わせた手法などが適応可能である。スクラッチや表面凹凸、溝構造などを前記捕捉用凹部として利用する場合、やはり、リソグラフィーとエッチングを組み合わせた手法で形成が可能であるが、ランダムな凹凸を形成する場合は、単に前記捕捉層を目の細かい研磨剤を用いて研磨したり、島状に物質を堆積させる手法を用いることによって簡単に形成することができる。   In the case where a pillar is formed as the capturing recess, a technique combining lithography and etching can be applied as in the formation of the hole. When scratches, surface irregularities, groove structures, etc. are used as the capture recesses, they can still be formed by a combination of lithography and etching. However, when forming random irregularities, simply look at the capture layer. It can be easily formed by polishing using a fine polishing agent or using a technique of depositing a substance in an island shape.

また、前記捕捉用凹部の形成方法として、前記検出板の前記検体を含む水が接する側の面に、その間隔が凹部となるよう複数のビーズを配して形成する方法が挙げられる。
例えば、シリカビーズやポリスチレンビーズなどのビーズを前記検出板の前記検体を含む水が接する側の面に塗工すると、前記ビーズを密に配置することができ、前記ビーズと前記各ビーズ間の間隔をもって、前記捕捉用凹部を有する前記捕捉層を形成することができる。
In addition, as a method of forming the capturing recess, a method of forming a plurality of beads on the surface of the detection plate on the side in contact with the water containing the specimen so as to form a recess is provided.
For example, when beads such as silica beads and polystyrene beads are coated on the surface of the detection plate on the side in contact with water containing the specimen, the beads can be arranged densely, and the gap between the beads and the beads. Thus, the capturing layer having the capturing recesses can be formed.

前記捕捉用凹部として孔を形成する場合、その開口径としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記開口径が大きくなりすぎると、前記検体の検出のために入射した光の散乱が生じてしまうおそれがあることから、前記検出に使用する光の波長以下が好ましい。また、前記開口径が大きいと、撥水処理を行っても、前記捕捉用凹部の全体に水が入り込んでしまうことを防げなくなってしまう恐れがある。よって、前記開口径は、撥水処理によって前記捕捉用凹部内の全体に水が侵入しないようにできる程度に小さくする必要がある。前記開口径が小さくなりすぎると、前記検体が捕捉用凹部に浸入しないため、10nm以上であることが好ましい。
なお、前記開口径とは、その開口平面において最も長くなる位置の径を示す。
When a hole is formed as the capturing recess, the opening diameter is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and can be appropriately selected according to the purpose, but the opening diameter becomes too large. Since the incident light may be scattered for detection of the specimen, the wavelength is preferably equal to or less than the wavelength of light used for the detection. In addition, if the opening diameter is large, even if a water repellent treatment is performed, there is a risk that it will not be possible to prevent water from entering the entire catching recess. Therefore, the opening diameter needs to be small enough to prevent water from penetrating into the entire catching recess by water repellent treatment. If the opening diameter becomes too small, the specimen does not enter the capture recess, and is preferably 10 nm or more.
In addition, the said opening diameter shows the diameter of the position which becomes the longest in the opening plane.

前記孔の深さとしては、前記検出面に前記水を滴下した際、前記孔内に前記水で満たされない空間が確保できるような深さであればよい。
この条件を満たす前記孔の深さとしては、前記撥水処理された前記検出面における撥水の程度や前記孔の開口径に依存するが、前記捕捉層の厚みが許す範囲内で、深ければ深い程好しく、5nmよりも深いことが好ましく、20nm以上がさらに好ましい。
The depth of the hole may be such a depth that when the water is dropped onto the detection surface, a space not filled with the water can be secured in the hole.
The depth of the hole that satisfies this condition depends on the degree of water repellency on the water-repellent detection surface and the opening diameter of the hole, but if it is deep within the range allowed by the thickness of the trapping layer, It is preferable that the depth is deeper, preferably deeper than 5 nm, and more preferably 20 nm or more.

前記捕捉用凹部として前記ピラーを形成する場合、その最長径としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記最長径が大きくなりすぎると、やはり前記検体の検出のために入射した光の散乱が生じてしまうおそれがあることから、前記検出に使用する光の波長以下が好ましい。また、前記最長径が小さくなりすぎると、ピラーの強度が著しく低くなることから、10nm以上であることが好ましい。なお、前記最長径とは、そのピラーが最も太くなる位置の径を示す。
またこの場合、隣接するピラー間が前記捕捉用凹部となるので、この隣接するピラー間の間隔の最も広い部分が前記開口径に相当する。よって、前記孔形成時と同様に、この場合も前記開口径は10nm以上が好ましく、使用する波長以下が好ましい。また、前記開口径は、撥水処理によって前記捕捉用凹部内の全体に前記水が侵入しないようにできる程度に小さくする必要がある。
When the pillar is formed as the catching recess, the longest diameter is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and can be appropriately selected according to the purpose, but the longest diameter is too large. In addition, since there is a possibility that incident light may be scattered for detection of the specimen, the wavelength is preferably equal to or less than the wavelength of light used for the detection. Moreover, since the intensity | strength of a pillar will become remarkably low when the said longest diameter becomes small too much, it is preferable that it is 10 nm or more. In addition, the said longest diameter shows the diameter of the position where the pillar becomes the thickest.
Further, in this case, since the gap between the adjacent pillars becomes the capturing recess, the widest portion between the adjacent pillars corresponds to the opening diameter. Therefore, as in the formation of the holes, the opening diameter is preferably 10 nm or more, and is preferably less than the wavelength used. The opening diameter needs to be small enough to prevent the water from entering the entire inside of the catching recess by water repellent treatment.

前記ピラーの高さとしては、前記検出面に前記水を滴下した際、前記捕捉用凹部内に前記水で満たされない空間が確保できるような高さであればよい。
この条件を満たす前記ピラーの高さとしては、前記撥水処理された前記検出面における撥水の程度や前記ピラーの径や配置間隔に依存するが、前記捕捉層の厚みが許す範囲内で、高ければ高い程好しく、5nmよりも高いことが好ましく、20nm以上がさらに好ましい。
The height of the pillar may be a height that can secure a space that is not filled with the water in the catching recess when the water is dropped onto the detection surface.
The height of the pillar that satisfies this condition depends on the degree of water repellency on the water-repellent detection surface and the diameter and arrangement interval of the pillars, but within the range allowed by the thickness of the capturing layer, The higher it is, the better, preferably higher than 5 nm, more preferably 20 nm or more.

前記捕捉用凹部として前記表面ラフネスを形成する場合、その表面ラフネスを構成する構造の大きさとしては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記構造が大きくなりすぎると、前記検体の検出のために入射した光の散乱が生じてしまうおそれがある。この場合、表面ラフネスによって形成される前記捕捉用凹部の間隔の最も広い部分が前記開口径に相当する。よって、この場合も前記開口径は10nm以上が好ましく、使用する波長以下が好ましい。また、前記開口径は、撥水処理によって前記捕捉用凹部内の全体に水が侵入しないようにできる程度に小さくする必要がある。   When the surface roughness is formed as the capturing recess, the size of the structure constituting the surface roughness is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and can be appropriately selected according to the purpose. If the structure becomes too large, the incident light may be scattered for detection of the specimen. In this case, the widest portion of the capturing recess formed by surface roughness corresponds to the opening diameter. Therefore, also in this case, the opening diameter is preferably 10 nm or more, and is preferably less than the wavelength used. The opening diameter needs to be small enough to prevent water from penetrating into the entire catching recess by water repellent treatment.

前記表面ラフネスの深さ、つまり表面ラフネスを構成する構造によって形成される凹部の深さ、としては、前記検出面に前記水を滴下した際、前記孔内に前記水で満たされない空間が確保できるような深さであればよい。
この条件を満たす前記表面ラフネスの深さとしては、前記撥水処理された前記検出面における撥水の程度や前記凹部の幅に依存するが、前記捕捉層の厚みが許す範囲内で、深ければ深い程好しく、5nmよりも深いことが好ましく、20nm以上がさらに好ましい。
As the depth of the surface roughness, that is, the depth of the concave portion formed by the structure constituting the surface roughness, when the water is dropped on the detection surface, a space that is not filled with the water can be secured in the hole. Such depth is sufficient.
The depth of the surface roughness that satisfies this condition depends on the degree of water repellency on the water-repellent detection surface and the width of the recess, but if it is deep within the range allowed by the thickness of the capture layer, It is preferable that the depth is deeper, preferably deeper than 5 nm, and more preferably 20 nm or more.

前記捕捉層の厚みとしては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、薄すぎると前記検体を捕捉できる量が少なくなり、また、前記検出面に前記水を滴下した際、前記捕捉用凹部内に形成される前記水で満たされない空間が小さくなってしまうことから、5nmよりも厚いことが好ましい。
また、前記表面プラズモン共鳴及び前記光導波モードのいずれの場合も、前記検出電場形成層表面から500nm程度までしか検出電場が形成されないため、これ以上前記捕捉層を厚くしても感度の向上は望めないことから、前記捕捉層の厚みとしては、500nm以下で十分である。しかし、前記光導波モードを用いる場合で、前記捕捉層が前記光導波路層の一部又は全部を兼ねる形で形成される場合、前記捕捉層自身が前記光導波路層として機能するため、前記の厚みの上限に関する制限がなくなる。しかしながらこの場合でも、前記捕捉層を厚くしすぎると製造コスト上好ましくないため、前記捕捉層の厚みとしては5μm以下が好ましい。
The thickness of the capture layer is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and can be appropriately selected according to the purpose. However, if the thickness is too thin, the amount of the sample that can be captured decreases, and the detection When the water is dripped onto the surface, the space that is not filled with the water formed in the catching concave portion is reduced, so that it is preferably thicker than 5 nm.
Further, in both the surface plasmon resonance and the optical waveguide mode, since a detection electric field is formed only up to about 500 nm from the surface of the detection electric field forming layer, an improvement in sensitivity can be expected even if the trapping layer is further thickened. For this reason, the thickness of the trapping layer is sufficient to be 500 nm or less. However, when the optical waveguide mode is used and the trapping layer is formed so as to be part or all of the optical waveguide layer, the trapping layer itself functions as the optical waveguide layer. There is no limit on the upper limit of. However, even in this case, if the acquisition layer is too thick, it is not preferable in terms of manufacturing cost. Therefore, the thickness of the acquisition layer is preferably 5 μm or less.

前記撥水処理を行う方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の撥水処理、親油処理、疏水処理が挙げられるが、安定性に優れる観点から、親油性を有する化合物を前記検出面に表面修飾させる方法が好ましい。
前記表面修飾させる方法としては、特に制限はなく、親油基の種類や目的に応じて適宜選択することができるが、簡便に導入可能な観点から、親油基を有するシランカップリング剤を用いた表面処理方法や、撥水性のフッ素コート剤を用いた表面処理方法が好ましい。
The method for performing the water repellency treatment is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose, and includes known water repellency treatment, lipophilic treatment, and water repellency treatment, but from the viewpoint of excellent stability, A method in which a compound having lipophilicity is surface-modified on the detection surface is preferred.
The surface modification method is not particularly limited and can be appropriately selected according to the type and purpose of the lipophilic group. From the viewpoint of easy introduction, a silane coupling agent having a lipophilic group is used. And a surface treatment method using a water-repellent fluorine coating agent is preferable.

−その他の層−
前記その他の層としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、透明基板、接着層等が挙げられる。
-Other layers-
There is no restriction | limiting in particular as long as the said other layer does not impair the effect of this invention, According to the objective, it can select suitably, A transparent substrate, an adhesive layer, etc. are mentioned.

前記透明基板は、前記検出電場形成層の前記捕捉層が配される面と反対側の面に配される。この透明基板は、この上に前記検出電場形成層と前記捕捉層とを形成するのに用いられる。
前記透明基板は、これらの層が形成されている面と反対側の面がマッチングオイル等により前記光学素子に密着される。
ただし、前記透明基板を配するか否かは、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光学素子として光学プリズムを用いる場合、この光学プリズムに前記透明基板の役割を付与することができる。
前記透明基板の形成材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シリカガラス(含む熱酸化シリコン)等のガラス材料、プラスチック材料、セラミックス材料、絶縁物等の透明な誘電体材料、ITO等の透明伝導体材料などが挙げられる。
The transparent substrate is disposed on a surface of the detection electric field forming layer opposite to a surface on which the capturing layer is disposed. This transparent substrate is used to form the detection electric field forming layer and the trapping layer thereon.
The surface of the transparent substrate opposite to the surface on which these layers are formed is in close contact with the optical element with matching oil or the like.
However, whether or not to arrange the transparent substrate can be appropriately selected according to the purpose. For example, when an optical prism is used as the optical element, the role of the transparent substrate can be given to the optical prism. it can.
The material for forming the transparent substrate is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include glass materials such as silica glass (including thermally oxidized silicon), plastic materials, ceramic materials, and insulators. Examples thereof include a transparent dielectric material and a transparent conductor material such as ITO.

前記接着層は、前記検出電場形成層における前記金属薄膜層と前記透明基板との間又は前記透明基板を用いない場合には、前記金属薄膜層と前記光学プリズムとの間に配される。即ち、前記金属薄膜層は、ガラス材料からなる前記透明基板又は前記光学プリズムとの密着性が低くなることがあるため、前記ガラス材料との密着性を向上させるのに前記接着層を用いることができる。
前記接着層の形成材料としては、例えば、Crなどが挙げられる。
The adhesive layer is disposed between the metal thin film layer and the transparent substrate in the detection electric field forming layer, or between the metal thin film layer and the optical prism when the transparent substrate is not used. That is, since the metal thin film layer may have low adhesion to the transparent substrate made of a glass material or the optical prism, the adhesive layer is used to improve the adhesion to the glass material. it can.
Examples of the material for forming the adhesive layer include Cr.

前記検出板の具体的な構成例を図面に基づき説明する。
前記表面プラズモン共鳴を利用する場合の前記検出板、即ち、前記SPRセンサーに用いられる前記検出板の一実施形態を図5に示す。
この場合、該図5に示すように、検出板10は、透明基板11上に、金属薄膜層12(検出電場形成層17)と、捕捉層13とがこの順に配されてなり、捕捉層13には、複数の捕捉用凹部14が形成されるとともに、その表面(検出面)に撥水処理が施されて構成される。
A specific configuration example of the detection plate will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 shows an embodiment of the detection plate when the surface plasmon resonance is used, that is, the detection plate used for the SPR sensor.
In this case, as shown in FIG. 5, the detection plate 10 has a metal thin film layer 12 (detection electric field forming layer 17) and a capture layer 13 arranged in this order on a transparent substrate 11. A plurality of catching recesses 14 are formed, and the surface (detection surface) is subjected to water repellent treatment.

また、前記光導波モードを利用する場合の前記検出板、即ち、前記光導波モードセンサーに用いられる前記検出板の一実施形態を図6に示す。
この場合、該図6に示すように、検出板20は、透明基板21上に、金属又は半導体材料で形成される薄膜層22と、光導波路層25と、捕捉層23とがこの順に配されてなり、捕捉層23には、複数の捕捉用凹部24が形成されるとともに、その表面(検出面)に撥水処理が施されて構成される。この例では、薄膜層22と光導波路層25とで、検出電場形成層27が構成される。
FIG. 6 shows an embodiment of the detection plate used in the optical waveguide mode, that is, the detection plate used in the optical waveguide mode sensor.
In this case, as shown in FIG. 6, in the detection plate 20, a thin film layer 22 formed of a metal or a semiconductor material, an optical waveguide layer 25, and a capturing layer 23 are arranged in this order on a transparent substrate 21. Thus, the trapping layer 23 is formed with a plurality of trapping recesses 24 and subjected to water repellent treatment on the surface (detection surface). In this example, the thin film layer 22 and the optical waveguide layer 25 constitute a detection electric field forming layer 27.

前記光導波路層自身に前記捕捉用凹部を形成してその表面を撥水処理し、これを前記捕捉層としてもよい。この時、前記捕捉用凹部としては、前記光導波路層を貫通していてもよいし、前記光導波路層を貫通せず表面側にのみ形成されていてもよい。このように前記捕捉層を前記光導波モード検出板における前記光導波路層と一体化させて構成すると、前記捕捉層を別途形成するより製造プロセスが簡易になり好ましい。この場合の前記捕捉層の一実施形態を図7(a)に示す。
即ち、該図7(a)に示ように、検出板30は、透明基板31上に、金属又は半導体材料で形成される薄膜層32と、前記光導波路層としても機能する捕捉層33とがこの順で配されてなり、捕捉層33には、該捕捉層33を貫通する状態の捕捉用凹部34が複数形成されるとともに、その表面(検出面)に撥水処理が施されて構成される。この例では、薄膜層32と前記光導波路層としても機能する捕捉層33とで、検出電場形成層37が構成される。
The catching recess may be formed in the optical waveguide layer itself, and the surface thereof may be subjected to water repellent treatment, and this may be used as the catching layer. At this time, the capturing concave portion may penetrate the optical waveguide layer, or may be formed only on the surface side without penetrating the optical waveguide layer. Thus, it is preferable that the trapping layer is integrated with the optical waveguide layer in the optical waveguide mode detection plate because the manufacturing process becomes simpler than separately forming the trapping layer. One embodiment of the trapping layer in this case is shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 7A, the detection plate 30 has a thin film layer 32 formed of a metal or a semiconductor material on a transparent substrate 31, and a trapping layer 33 that also functions as the optical waveguide layer. Arranged in this order, the trapping layer 33 is formed with a plurality of trapping recesses 34 penetrating the trapping layer 33, and the surface (detection surface) is subjected to water repellent treatment. The In this example, the detection electric field forming layer 37 is constituted by the thin film layer 32 and the capturing layer 33 that also functions as the optical waveguide layer.

図7(a)に示す検出板30において、捕捉用凹部34を捕捉層33に貫通させない状態で形成した前記検出板の一実施形態を図7(b)に示す。
即ち、該図7(b)に示すように、検出板40は、透明基板41上に、金属又は半導体材料で形成される薄膜層42と、前記光導波路層としても機能する捕捉層43とがこの順で配されてなり、捕捉層43には、該捕捉層43を貫通しない状態の捕捉用凹部44が複数形成されるとともに、その表面(検出面)に撥水処理が施されて構成される。この例では、薄膜層42と前記光導波路層としても機能する捕捉層43とで、検出電場形成層47が構成される。
FIG. 7B shows an embodiment of the detection plate formed in the detection plate 30 shown in FIG. 7A in a state where the capture recess 34 does not penetrate the capture layer 33.
That is, as shown in FIG. 7B, the detection plate 40 includes a thin film layer 42 formed of a metal or a semiconductor material on a transparent substrate 41, and a trapping layer 43 that also functions as the optical waveguide layer. Arranged in this order, the trapping layer 43 is formed with a plurality of trapping recesses 44 that do not penetrate the trapping layer 43, and the surface (detection surface) is subjected to water repellent treatment. The In this example, the detection electric field forming layer 47 is configured by the thin film layer 42 and the capturing layer 43 that also functions as the optical waveguide layer.

また、図7(a)に示す検出板30において、捕捉用凹部34が捕捉層33を貫通せず、その孔の形状が孔の深さ方向に向けて段々細くなる円錐型とした前記検出板の一実施形態を図7(c)に示す。
即ち、該図7(c)に示すように、検出板50は、透明基板51上に、金属又は半導体材料で形成される薄膜層52と、前記光導波路層としても機能する捕捉層53とがこの順で配されてなり、捕捉層53には、該捕捉層53を貫通せず、孔の深さ方向に向けて段々と細くなる円錐型の形状からなる捕捉用凹部54が複数形成されるとともに、その表面(検出面)に撥水処理が施されて構成される。この例では、薄膜層52と前記光導波路層としても機能する捕捉層53とで、検出電場形成層57が構成される。
In addition, in the detection plate 30 shown in FIG. 7A, the concavity 34 has a conical shape in which the capture recess 34 does not penetrate the capture layer 33, and the shape of the hole gradually becomes narrower in the depth direction of the hole. One embodiment is shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 7C, the detection plate 50 includes a thin film layer 52 formed of a metal or a semiconductor material on a transparent substrate 51, and a trapping layer 53 that also functions as the optical waveguide layer. Arranged in this order, the trapping layer 53 is formed with a plurality of trapping recesses 54 each having a conical shape that does not penetrate the trapping layer 53 and gradually narrows in the depth direction of the hole. At the same time, the surface (detection surface) is subjected to water repellent treatment. In this example, the detection electric field forming layer 57 is configured by the thin film layer 52 and the capturing layer 53 that also functions as the optical waveguide layer.

<光学素子>
前記光学素子は、前記検出板の前記検出電場形成層が配される側の面に配される。
前記光学素子は、前記光照射手段から照射される光を前記検出板に導き、その反射光を前記光検出手段に導く機能を有する。
<Optical element>
The optical element is disposed on a surface of the detection plate on the side where the detection electric field forming layer is disposed.
The optical element has a function of guiding light emitted from the light irradiation means to the detection plate and guiding reflected light to the light detection means.

前記光学素子としては、前記機能を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光学プリズム、回折格子、シリンドリカルレンズなどが挙げられる。
前記光学プリズムの形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、三角形プリズム、台形プリズム、半円柱プリズム、半球プリズムが挙げられる。
前記光学プリズムの形成材料としては、光透過性が高い材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記検出板との界面における光の反射や屈折を抑える観点から、前記検出板が前記透明基板を有する場合、前記透明基板を構成する材料と同じ材料か又は同等の屈折率を持つ材料が好ましく、例えば、シリカガラス等のガラス材料が好ましい。
The optical element is not particularly limited as long as it has the above function, and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include the optical prism, diffraction grating, and cylindrical lens.
There is no restriction | limiting in particular as a shape of the said optical prism, According to the objective, it can select suitably, For example, a triangular prism, a trapezoid prism, a semi-cylindrical prism, and a hemispherical prism are mentioned.
The material for forming the optical prism is not particularly limited as long as it is a material having high light transmittance, and can be appropriately selected according to the purpose. However, it is possible to suppress reflection and refraction of light at the interface with the detection plate. Therefore, when the detection plate includes the transparent substrate, a material having the same refractive index as that of the material constituting the transparent substrate or a material having an equivalent refractive index is preferable. For example, a glass material such as silica glass is preferable.

前記検出板に前記光学素子を配する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記検出板と前記光学素子との間に、屈折率調節オイルや屈折率調節ポリマーシートで満たし、これらが光学的に連続となるように密着させて配する方法が好ましい。
また、前記検出板と前記光学プリズムとは、より簡便に光学的な連続性が得られる観点から、一体的に形成されていてもよい。
この場合、前記検出板の前記透明基板を研磨して、プリズム形状にすることで形成することができる。
A method for arranging the optical element on the detection plate is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. However, a refractive index adjusting oil or a refractive index is provided between the detection plate and the optical element. A method of filling with a regulating polymer sheet and arranging them so as to be optically continuous is preferable.
Further, the detection plate and the optical prism may be integrally formed from the viewpoint of more easily obtaining optical continuity.
In this case, it can be formed by polishing the transparent substrate of the detection plate into a prism shape.

前記検出板と前記光学プリズムとが一体的に形成される例を図8に示す。この例に係る検出板60は、シリカガラス基板を光学プリズム状に加工して形成された光学プリズム66上に、前記光導波モードセンサー用の前記検出板における前記薄膜層62として、シリコン層を配し、その上に、前記光導波路層としても機能する捕捉層63が配される。なお、この図では、捕捉層63に、該捕捉層63を貫通しているが孔の深さ方向に向けて段々と細くなる円錐型の形状からなる捕捉用凹部64が複数形成されるとともに、その表面(検出面)に撥水処理が施されて構成される例を示しているが、捕捉用凹部64の形状としては、適宜選択することができる。また、この例では、薄膜層62と前記光導波路層としても機能する捕捉層63とで、検出電場形成層67が構成される。   An example in which the detection plate and the optical prism are integrally formed is shown in FIG. In the detection plate 60 according to this example, a silicon layer is arranged as the thin film layer 62 in the detection plate for the optical waveguide mode sensor on an optical prism 66 formed by processing a silica glass substrate into an optical prism shape. On top of that, a trapping layer 63 that also functions as the optical waveguide layer is disposed. In this figure, the trapping layer 63 is formed with a plurality of trapping recesses 64 each having a conical shape that penetrates the trapping layer 63 but gradually decreases in the depth direction of the hole. Although an example in which the surface (detection surface) is subjected to a water repellent treatment is shown, the shape of the capturing concave portion 64 can be appropriately selected. In this example, the detection electric field forming layer 67 is constituted by the thin film layer 62 and the capturing layer 63 that also functions as the optical waveguide layer.

前記光導波モードを利用する前記検出板の前記透明基板としてシリカガラス基板を選択し、前記薄膜層としてシリコン層を選択し、前記光導波路層として酸化シリコン層を選択し、前記光学素子として前記光学プリズムを選択し、前記波長分解型の反射光スペクトルを観察可能として前記検出装置を構成したとき、前記光学プリズムは、前記光照射手段から照射される光が入射される入射面と、前記検出板に密着される密着面とのなす角の角度が大きくとも43°以下であることが好ましい。このような角度であると、前記検体を高感度に検出することができる。ただし、プリズムの角αの角度が30°より小さくなると、入射光が前記検出板の表面で全反射条件を満たさなくなる、つまり、前記検出板の検出面への光の入射角度が臨界角より小さくなってしまう場合がある。   A silica glass substrate is selected as the transparent substrate of the detection plate using the optical waveguide mode, a silicon layer is selected as the thin film layer, a silicon oxide layer is selected as the optical waveguide layer, and the optical element is the optical element. When the detection device is configured such that a prism is selected and the wavelength-resolved reflected light spectrum can be observed, the optical prism includes an incident surface on which light emitted from the light irradiation unit is incident, and the detection plate It is preferable that the angle formed by the contact surface to be in close contact with the surface is 43 ° or less at most. With such an angle, the specimen can be detected with high sensitivity. However, when the angle α of the prism is smaller than 30 °, the incident light does not satisfy the total reflection condition on the surface of the detection plate, that is, the incident angle of light on the detection surface of the detection plate is smaller than the critical angle. It may become.

<光照射手段>
前記光照射手段は、前記光学素子を介して前記検出板に光を照射することとしてなる。
<Light irradiation means>
The light irradiation means irradiates the detection plate with light through the optical element.

前記光照射手段の構成としては、前記光学素子を介して前記検出板に光を照射可能である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、レーザー、白色ランプ、LEDなどの光源、前記光源から照射される光をコリメート光とするコリメータ、前記コリメート光を偏光する偏光板、前記光源から照射される光を前記コリメータに導く光ファイバ、前記光源からの光を集光して前記光学プリズムに入射させる集光レンズなど、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。   The configuration of the light irradiation means is not particularly limited as long as it can irradiate the detection plate with light through the optical element, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, laser, white lamp, LED A collimator that collimates the light emitted from the light source, a polarizing plate that polarizes the collimated light, an optical fiber that guides the light emitted from the light source to the collimator, and condenses the light from the light source. Thus, it can be configured by appropriately selecting from known optical members such as a condensing lens to be incident on the optical prism.

<光検出手段>
前記光検出手段は、前記検出板から反射される反射光を検出することとしてなる。
<Light detection means>
The light detection means detects reflected light reflected from the detection plate.

前記光検出手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記反射光を検出するCCD、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出器、前記反射光を前記光検出器に導く光ファイバ、前記反射光を集光して前記光検出器に導く集光レンズなど、公知の光学部材から適宜選択して構成することができる。
また、前記波長分解型測定法を用いる場合、前記光検出手段として、分光器と光検出器とを備えることにより、反射光のスペクトルを測定するか、ある特定波長領域における反射光強度を測定する。
The configuration of the light detection means is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. A photodetector such as a CCD, a photodiode, or a photomultiplier tube that detects the reflected light, and the reflected light An optical fiber that leads to the photodetector and a condensing lens that collects the reflected light and guides it to the photodetector can be appropriately selected from known optical members.
When the wavelength-resolved measurement method is used, a spectroscope and a photodetector are provided as the light detection means, thereby measuring the spectrum of reflected light or measuring the intensity of reflected light in a specific wavelength region. .

なお、前記検出装置の光学配置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記クレッチマン配置及び前記波長分解測定に係るSPRセンサー(図1及び図2参照)、並びに、前記光導波モードセンサー(図3及び図4参照)の各光学系から構成することができるが、小型で高感度の検出装置を実現する観点から、前記光導波モードを利用した前記光導波モードセンサーの光学系から構成されることが好ましい。このようにして構成される前記検出装置は、前記検出板の前記捕捉用凹部内における前記検体の有無に応じて変化する前記反射光の特性の変化から前記検体を検出することができる。   The optical arrangement of the detection device is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. For example, the SPR sensor (see FIGS. 1 and 2) related to the Kretschmann arrangement and the wavelength-resolved measurement, In addition, each optical system of the optical waveguide mode sensor (see FIGS. 3 and 4) can be configured. From the viewpoint of realizing a small and highly sensitive detection device, the optical waveguide using the optical waveguide mode is used. It is preferable that the optical system of the mode sensor is used. The detection apparatus configured as described above can detect the specimen from a change in the characteristic of the reflected light that changes depending on the presence or absence of the specimen in the capturing recess of the detection plate.

<その他の部材>
前記その他の部材としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記検出板の検出面に前記検体を含む水(被検体)を案内する案内部などが挙げられる。
前記案内部の構成としては、前記被検体を前記捕捉層に案内可能である限り特に制限はなく、例えば、前記被検体を注入する注入口と、前記注入された被検体を前記捕捉層の面上に案内する案内路とを有して構成される。
<Other members>
The other members are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, water (subject) containing the sample on the detection surface of the detection plate is used. Examples include a guidance section for guidance.
The configuration of the guide section is not particularly limited as long as the specimen can be guided to the capture layer. For example, the inlet for injecting the specimen and the injected specimen on the surface of the capture layer. And a guide path that guides upward.

なお、前記油分としては、例えば、鉱物油や植物油が挙げられ、また、前記界面活性剤としては、例えば、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤などが挙げられる。前記検出装置は、これらの油分及び界面活性剤の少なくともいずれかの混入が疑われる水を被検体とすることができ、例えば、飲料水、工業用水、河川水、湖水、海水、ダム貯留水、雨水、工場等からの排水などの水質調査に広く用いることができる。   Examples of the oil component include mineral oil and vegetable oil. Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and a nonionic surfactant. Surfactant etc. are mentioned. The detection device can use water that is suspected of being mixed with at least one of these oils and surfactants, for example, drinking water, industrial water, river water, lake water, seawater, dam reservoir water, It can be widely used for water quality surveys such as rainwater and wastewater from factories.

(検出方法)
本発明の検出方法は、本発明の前記検出装置を用いて前記水に含まれる前記検体の存在を検出する方法であって、第1の光照射工程と、第1の光検出工程と、捕捉工程と、第2の光照射工程と、第2の光検出工程とを有し、必要に応じて、その他の工程を有してなる。
(Detection method)
The detection method of the present invention is a method of detecting the presence of the specimen contained in the water using the detection device of the present invention, wherein the first light irradiation step, the first light detection step, and the capture It has a process, a 2nd light irradiation process, and a 2nd light detection process, and has another process as needed.

<第1の光照射工程>
前記第1の光照射工程は、前記光照射手段から前記光学素子を介して前記検出板に光を照射する工程である。この工程は、前記検出板の検出面に対し、レファレンスとなる前記検体を含まない水を投与した状態で行われる。
前記第1の光照射工程における光照射方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、本発明の前記検出装置で説明した前記光照射手段を用いて行うことができる。
また、前記検出板としては、前記捕捉層を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、本発明の前記検出板を用いることができる。
<First light irradiation step>
The first light irradiation step is a step of irradiating the detection plate with light from the light irradiation means via the optical element. This step is performed in a state in which water that does not include the sample serving as a reference is administered to the detection surface of the detection plate.
There is no restriction | limiting in particular as the light irradiation method in the said 1st light irradiation process, According to the objective, it can select suitably, For example, using the said light irradiation means demonstrated with the said detection apparatus of this invention Can do.
The detection plate is not particularly limited as long as it has the capture layer, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the detection plate of the present invention can be used.

<第1の光検出工程>
前記第1の光検出工程は、前記第1の光照射工程に基づき、前記検出板から反射される反射光を検出する工程である。
前記第1の光検出工程における光検出方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、本発明の前記光検出装置で説明した前記光検出手段を用いて行うことができる。
<First light detection step>
The first light detection step is a step of detecting reflected light reflected from the detection plate based on the first light irradiation step.
The light detection method in the first light detection step is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, the light detection method described in the light detection device of the present invention is used. be able to.

<捕捉工程>
前記捕捉工程は、前記検出板の検出面に対し、前記検体の混入が疑われる水を投与して前記水に含まれる前記検体を前記捕捉層の前記捕捉用凹部内に捕捉する工程である。この工程は、検出に十分な量の前記検体を捕捉するため、前記水を投入後、数秒から数十分待って行ってもよい。
<Capture process>
The capturing step is a step of administering water suspected of mixing the sample to the detection surface of the detection plate and capturing the sample contained in the water in the capturing recess of the capturing layer. This step may be performed after waiting for several seconds to several tens of minutes after adding the water in order to capture a sufficient amount of the specimen for detection.

<第2の光照射工程>
前記第2の光照射工程は、前記捕捉工程後、前記検出板に光を照射する工程である。
前記第2の光照射工程における光照射方法としては、前記第1の光照射工程における光照射方法と同じ方法を用いることができる。
<Second light irradiation step>
The second light irradiation step is a step of irradiating the detection plate with light after the capturing step.
As the light irradiation method in the second light irradiation step, the same method as the light irradiation method in the first light irradiation step can be used.

<第2の光検出工程>
前記第2の光検出工程は、前記第2の光照射工程に基づき、前記検出板から反射される反射光を検出する。
前記第2の光検出工程における光検出方法としては、前記第1の検出工程における光検出方法と同じ方法を用いることができる。
<Second light detection step>
The second light detection step detects reflected light reflected from the detection plate based on the second light irradiation step.
As the light detection method in the second light detection step, the same method as the light detection method in the first detection step can be used.

なお、前記検出方法に用いる前記検出装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記クレッチマン配置及び前記波長分解測定に係るSPRセンサー(図1及び図2参照)、並びに、前記光導波モードセンサー(図3及び図4参照)の各光学系からなる検出装置を用いて実施することができるが、小型で高感度の検出装置を用いて実施する観点から、前記光導波モードを利用した前記光導波モードセンサーの光学系が好ましい。   The detection device used in the detection method is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the SPR sensor (see FIGS. 1 and 2) related to the Kretschmann arrangement and the wavelength-resolved measurement. ), And a detection device composed of each optical system of the optical waveguide mode sensor (see FIGS. 3 and 4), but from the viewpoint of using a small and highly sensitive detection device, An optical system of the optical waveguide mode sensor using the optical waveguide mode is preferable.

このような工程を有する前記検出方法は、前記第1の光検出工程と、前記第2の光検出工程とで検出される前記各反射光の特性の変化に基づき、前記検体を検出可能とされる。
前記第1の光照射工程及び前記第1の光検出工程は、少なくとも、前記捕捉工程の前に実施され、前記第2の光照射工程及び前記第2の光検出工程は、前記捕捉工程の後に実施されることが必要であるが、これらの工程で行われる前記光照射及び前記光検出を断続的に行う必要はなく、実際の検出においては、前記第1の光照射工程及び前記第1の光検出工程、並びに、前記第2の光照射工程及び前記第2の光検出工程における、前記光照射及び前記光検出を連続的に実施することとしてもよい。即ち、前記光照射及び前記光検出は、ある一定時間、常時行うことができ、その一定時間内に、前記捕捉工程を実施することとしてもよい。
The detection method having such a process can detect the specimen based on a change in characteristics of each reflected light detected in the first light detection step and the second light detection step. The
The first light irradiation step and the first light detection step are performed at least before the capturing step, and the second light irradiation step and the second light detection step are performed after the capturing step. Although it is necessary to carry out, it is not necessary to intermittently perform the light irradiation and the light detection performed in these steps. In actual detection, the first light irradiation step and the first light irradiation are not necessary. The light irradiation and the light detection in the light detection step, the second light irradiation step, and the second light detection step may be continuously performed. That is, the light irradiation and the light detection can be performed constantly for a certain time, and the capturing step may be performed within the certain time.

(実施例1)
図9に示す構成で、実施例1における検出装置100を作製した。
この検出装置100においては、タングステンハロゲンランプ光101から照射される光を、光ファイバ102Aを介してコリメートレンズ103、偏光板104の順で導入し、s偏光の平行光にした後、光学プリズム105に照射するように構成した。光学プリズム105には、マッチングオイルを介して検出板106を光学的に密着させた。
Example 1
With the configuration shown in FIG. 9, the detection apparatus 100 in Example 1 was manufactured.
In this detection apparatus 100, the light irradiated from the tungsten halogen lamp light 101 is introduced in the order of the collimator lens 103 and the polarizing plate 104 through the optical fiber 102 </ b> A, converted into s-polarized parallel light, and then the optical prism 105. It was comprised so that it might irradiate. A detection plate 106 is optically adhered to the optical prism 105 through matching oil.

また、検出装置100は、光学プリズム105の光入射面aを介して検出板106に照射された光を検出板106の表面で反射させ、光学プリズム105の光出射面bから出射させた後、集光レンズ107及び光ファイバ102Bを介して、分光器108に導き、光検出器109(CCDアレイ)によりスペクトルが観測されるように作製した。本実施例では、光学プリズム105として、2つの底角の角度αがいずれも38°の台形プリズムを用いた。   In addition, the detection apparatus 100 reflects the light applied to the detection plate 106 via the light incident surface a of the optical prism 105 on the surface of the detection plate 106 and emits the light from the light emission surface b of the optical prism 105. The light was guided to the spectroscope 108 through the condensing lens 107 and the optical fiber 102B, and the spectrum was observed by the photodetector 109 (CCD array). In this embodiment, a trapezoidal prism having two base angles α of 38 ° is used as the optical prism 105.

検出板106は、厚さ1.2mmの透明基板(シリカガラス製)106a上に、厚さ220nmの単結晶Si層からなる薄膜層106bを形成し、その上に厚さ440nmの熱酸化シリコン層を形成し、この熱酸化シリコン層の表面にイオン注入とエッチングを組み合わせる手法により、複数の捕捉用凹部を形成して作製した。
具体的には、イオン注入プロセスでは、前記熱酸化シリコン層の上面から垂直に137MeVで加速した金イオンを1cm当たり1×1010個照射した。その後、5%に希釈したHF溶液に、これを2分間浸し化学エッチングすることで、イオン照射部を選択的に取り除き、前記捕捉用凹部を形成し、検出板106を作製することとした。
In the detection plate 106, a thin film layer 106b made of a single crystal Si layer having a thickness of 220 nm is formed on a transparent substrate (made of silica glass) 106a having a thickness of 1.2 mm, and a thermally oxidized silicon layer having a thickness of 440 nm is formed thereon. And a plurality of recesses for capturing were formed on the surface of the thermally oxidized silicon layer by a method combining ion implantation and etching.
Specifically, in the ion implantation process, 1 × 10 10 gold ions per 1 cm 2 were irradiated perpendicularly from the upper surface of the thermally oxidized silicon layer at 137 MeV. Thereafter, this was immersed in an HF solution diluted to 5% for 2 minutes and chemically etched to selectively remove the ion irradiation portion, form the capturing recess, and produce the detection plate 106.

前記捕捉用凹部形成後、親油基を有するシランカップリング剤であるdimethyldichlorosilaneを用いて前記捕捉用凹部が形成された面に撥水処理を行い、捕捉層106cを形成した。なお、この捕捉層106cは、前記光導波路層と一体的に形成されており、光導波路層としても機能する。   After the formation of the capture recess, water repellent treatment was performed on the surface on which the capture recess was formed using dimethyldichlorosilane, which is a silane coupling agent having a lipophilic group, to form a capture layer 106c. The capturing layer 106c is formed integrally with the optical waveguide layer, and also functions as an optical waveguide layer.

捕捉層106c表面の電子顕微鏡写真を図10に示す。この図10では、前記捕捉用凹部を構成する微細な孔を多数確認することができる。前記捕捉用凹部の直径は、約70nmであった。孔の深さは観測できなかったが、過去の文献(下記参考文献1)によれば、孔は円錐型であると考えられる。
図11は、捕捉層106c表面に水滴を滴下した際の写真である。撥水効果によって、水滴が球に近い状態になっていることが確認できる。また、この時の接触角は115.8°であった。
参考文献1:K.Awazu,S.ishii,K.Shima,S.Roorda,J.L.Brebner,Phys.Rev.B 62,pp.3689(2000年)
An electron micrograph of the surface of the trapping layer 106c is shown in FIG. In FIG. 10, it is possible to confirm a large number of fine holes constituting the capturing recess. The diameter of the capture recess was about 70 nm. Although the depth of the hole could not be observed, according to past literature (reference document 1 below), the hole is considered to be conical.
FIG. 11 is a photograph when water droplets are dropped on the surface of the trapping layer 106c. It can be confirmed that water droplets are close to a sphere due to the water repellent effect. Further, the contact angle at this time was 115.8 °.
Reference 1: K. Awazu, S .; ishii, K .; Shima, S .; Rooda, J .; L. Brebner, Phys. Rev. B 62, pp. 3689 (2000)

図12に、撥水処理前の検出板106の表面が空気の状態(A)、撥水処理前の検出板106の検出面上に大気圧下で純水を150μL滴下した状態(B)、及び、撥水処理後の検出板106の表面が空気の状態(C)、撥水処理後の検出板106の検出面上に大気圧下で純水を150μL滴下した状態(D)において、検出装置100にて反射スペクトルを観測した結果を示す。
(A)と(C)でのスペクトルを比較すると、撥水処理前後でチップ表面が空気の場合、大きな反射スペクトルの違いはない。(C)のスペクトルが若干長波長側にシフトしているが、これは撥水処理によって、検出板106の表面に撥水層が形成され、その結果、検出板106表面で誘電率が上昇したことによる。
一方、(B)と(D)でのスペクトルを比べると、撥水処理によって、観測されるディップ位置が短波長側にシフトしていることが観測される。これは、撥水処理によって、捕捉用凹部内に水が入りにくくなり、捕捉用凹部内に水で満たされない空間ができ、その結果、検出板106表面での平均誘電率が下がったためである。
この(B)と(D)で見られるスペクトルの変化、つまり撥水効果を検出面に付与したときに見られるディップ位置の短波長シフトにより、捕捉用凹部内に水で満たされない空間が形成されたことを確認することができる。
FIG. 12 shows a state where the surface of the detection plate 106 before water repellent treatment is in the air state (A), a state where 150 μL of pure water is dropped on the detection surface of the detection plate 106 before water repellent treatment under atmospheric pressure (B), Further, detection is performed in a state where the surface of the detection plate 106 after water repellent treatment is in the air state (C), and in a state where 150 μL of pure water is dropped on the detection surface of the detection plate 106 after water repellent treatment under atmospheric pressure (D). The result of having observed the reflection spectrum with the apparatus 100 is shown.
Comparing the spectra of (A) and (C), when the chip surface is air before and after the water repellent treatment, there is no significant difference in the reflection spectrum. Although the spectrum of (C) is slightly shifted to the longer wavelength side, a water repellent layer is formed on the surface of the detection plate 106 by the water repellent treatment. As a result, the dielectric constant increases on the surface of the detection plate 106. It depends.
On the other hand, when the spectra in (B) and (D) are compared, it is observed that the observed dip position is shifted to the short wavelength side due to the water repellent treatment. This is because the water repellent treatment makes it difficult for water to enter the trapping recesses, creating a space that is not filled with water in the trapping recesses, and as a result, the average dielectric constant on the surface of the detection plate 106 is lowered.
Due to the spectrum change seen in (B) and (D), that is, the short wavelength shift of the dip position seen when the water-repellent effect is applied to the detection surface, a space not filled with water is formed in the catching recess. Can be confirmed.

検出する油分にはキャノーラ油(昭和産業(株)製)を用いた。被検体となる水溶液中の油分の濃度は、水質汚濁防止法排水での基準値(動植物油30mg/L)以下である2mg/Lとした。また、この時、被検体としての水中に油が溶けるように、2.5ppmの界面活性剤(東京化成工業(株)製、Tween20)を混ぜた。   Canola oil (manufactured by Showa Sangyo Co., Ltd.) was used as the oil to be detected. The concentration of the oil in the aqueous solution to be tested was set to 2 mg / L, which is lower than the reference value (30 mg / L of animal and vegetable oil) in the water pollution prevention method wastewater. Further, at this time, 2.5 ppm of a surfactant (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., Tween 20) was mixed so that the oil was dissolved in the water as the specimen.

図13に、実施例1に係る検出装置100により測定された、油分を含まない水を滴下後の反射スペクトルと、油分を含む水を滴下後10分経過後の反射スペクトルとを示す。
該図から分かるように、油分を含む水を滴下後時間が経つとディップ位置が長波長側にシフトするのが分かる。このシフトは、油分が徐々に捕捉層106cに捕捉され、その結果、捕捉層での誘電率が上昇したことによって発生したものである。
このように、実施例1に係る検出装置100によって、水質汚濁防止法で定められている基準以下の濃度を10分以内で検出することが可能であることが分かる。
FIG. 13 shows a reflection spectrum measured by the detection device 100 according to Example 1 after dropping water not containing oil and a reflection spectrum after 10 minutes have passed after dropping water containing oil.
As can be seen from the figure, the dip position shifts to the longer wavelength side as time passes after the water containing the oil is dropped. This shift is caused by the fact that the oil is gradually trapped in the trapping layer 106c, and as a result, the dielectric constant in the trapping layer increases.
Thus, it turns out that the density | concentration below the reference | standard defined by the water pollution prevention method can be detected within 10 minutes with the detection apparatus 100 which concerns on Example 1. FIG.

(実施例2)
実施例1に係る検出装置において、2つの底角の角度αがいずれも38°の台形プリズムに代え、2つの底角の角度αがいずれも32°の台形プリズムを配したこと以外は、実施例1と同様の構成にして、実施例2に係る検出装置を作製した。
(Example 2)
In the detection apparatus according to the first embodiment, except that a trapezoidal prism having two base angles α of 38 ° is replaced with a trapezoidal prism having two base angles α of 32 °. A detection apparatus according to Example 2 was fabricated in the same configuration as Example 1.

図14に、実施例2に係る検出装置に対し、撥水処理前の検出板の検出面上に大気圧下で純水を150μL滴下した状態(B)、及び、撥水処理後の検出板の検出面上に大気圧下で純水を150μL滴下した状態(D)で、反射光の反射スペクトルを観測した結果を示す。
該図に示す通り、実施例1と同様、(B)と(D)でのスペクトルを比べると、撥水処理によって、観測されるディップ位置が短波長側にシフトしていることが観測され、捕捉用凹部内に水で満たされない空間が形成されていることが確認できる。
FIG. 14 shows a state (B) in which 150 μL of pure water is dropped at atmospheric pressure on the detection surface of the detection plate before water repellent treatment with respect to the detection apparatus according to Example 2, and the detection plate after water repellent treatment The result of having observed the reflection spectrum of reflected light in the state (D) which dripped 150 microliters of pure water on the detection surface of this under atmospheric pressure is shown.
As shown in the figure, as in Example 1, when comparing the spectra in (B) and (D), it was observed that the observed dip position was shifted to the short wavelength side by the water repellent treatment, It can be confirmed that a space not filled with water is formed in the catching recess.

実施例2に係る検出装置を用いて、実施例1と同様の方法により測定した、油分を含まない水を滴下後の反射スペクトルと、油分を含む水を滴下後5分及び10分経過後に測定した反射スペクトルとを図15に示す。
該図から分かるように、油分を含む水を滴下後、時間が経つにつれてディップ位置が長波長側にシフトし、水質汚濁防止法で定められている基準以下の濃度を数分で検出することが可能であることが分かる。また、この時得られたシフト量は、実施例1に係る検出装置を用いて測定した場合より大きかった。つまり、プリズムの低角の角度を小さくするとより高い感度が得られることが分かる。
Using the detection apparatus according to Example 2, measured by the same method as in Example 1, measured after 5 minutes and 10 minutes after dropping the reflection spectrum after dropping water not containing oil, and water containing oil. The obtained reflection spectrum is shown in FIG.
As can be seen from the figure, after dripping water containing oil, the dip position shifts to the long wavelength side as time passes, and it is possible to detect a concentration below the standard defined by the Water Pollution Control Law in a few minutes. It turns out that it is possible. Further, the shift amount obtained at this time was larger than that measured using the detection apparatus according to Example 1. That is, it can be seen that higher sensitivity can be obtained by reducing the low angle of the prism.

(実施例3)
実施例1に係る検出装置において、捕捉用凹部の形成方法を以下の方法に代えたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3に係る検出装置を作製した。
即ち、本実施例では、イオン注入プロセスで捕捉層の上面から垂直に137MeVで加速した金イオンを1cm当たり1×1010個照射した後、20%に希釈したHF溶液による蒸気に検出板を30分間曝し化学エッチングすることで、イオン照射部を選択的に取り除き、捕捉用凹部を形成した。エッチング中、検出板はHF溶液に浸らないように、HF溶液面の近くに保持した。また、HF溶液の温度は19℃、検出板の温度は30℃としてエッチングを行った。
(Example 3)
In the detection apparatus according to Example 1, a detection apparatus according to Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the method for forming the capturing recess was changed to the following method.
That is, in this example, after irradiating 1 × 10 10 gold ions per cm 2 vertically by 137 MeV vertically from the upper surface of the trapping layer in the ion implantation process, the detection plate is applied to the vapor of HF solution diluted to 20%. By performing chemical etching by exposure for 30 minutes, the ion-irradiated part was selectively removed, and a recess for capturing was formed. During the etching, the detection plate was held near the HF solution surface so as not to be immersed in the HF solution. Etching was performed with the temperature of the HF solution being 19 ° C. and the temperature of the detection plate being 30 ° C.

図16に前記方法で捕捉用凹部を形成した捕捉層106c表面の電子顕微鏡写真を示す。
形成された捕捉用凹部の開口径は、約15nmであった。孔の深さは観測できなかったが、過去の文献(非特許文献10)によれば、孔は実施例1の場合と異なり、真っ直ぐ深く形成され、光導波路層を貫通し、HFでエッチングされない単結晶Si層からなる薄膜層の表面で止まっていると考えられる。
FIG. 16 shows an electron micrograph of the surface of the trapping layer 106c in which the trapping recesses are formed by the above method.
The opening diameter of the formed catching recess was about 15 nm. Although the depth of the hole could not be observed, according to the past literature (Non-Patent Document 10), unlike the case of Example 1, the hole is formed straight and deep, penetrates the optical waveguide layer, and is not etched by HF. It is considered that the film stops on the surface of the thin film layer made of the single crystal Si layer.

図17に、実施例3に係る検出装置に対し、撥水処理前の検出板の検出面上に大気圧下で純水を150μL滴下した状態(B)、及び、撥水処理後の検出板の検出面上に大気圧下で純水を150μL滴下した状態(D)で、反射光の反射スペクトルを観測した結果を示す。
該図に示す通り、実施例1と同様、(B)と(D)でのスペクトルを比べると撥水処理によって、観測されるディップ位置が短波長側にシフトしていることが観測され、捕捉用凹部内に水で満たされない空間が形成されていることが確認できる。
FIG. 17 shows a state (B) in which 150 μL of pure water is dropped under atmospheric pressure on the detection surface of the detection plate before water repellent treatment, and the detection plate after water repellent treatment with respect to the detection apparatus according to Example 3. The result of having observed the reflection spectrum of reflected light in the state (D) which dripped 150 microliters of pure water on the detection surface of this under atmospheric pressure is shown.
As shown in the figure, when the spectra in (B) and (D) were compared as in Example 1, it was observed that the observed dip position was shifted to the short wavelength side due to the water repellent treatment, and captured. It can be confirmed that a space not filled with water is formed in the concave portion for use.

実施例3に係る検出装置を用いて、実施例1と同様の方法により測定した、油分を含まない水を滴下後の反射スペクトルと、油分を含む水を滴下後10分経過後に測定した反射スペクトルとを図18に示す。
該図から分かるように、油分を含む水を滴下後、時間が経つにつれてディップ位置が長波長側にシフトし、水質汚濁防止法で定められている基準以下の濃度を数分で検出することが可能であることが分かる。
Using the detection apparatus according to Example 3, the reflection spectrum measured by the same method as in Example 1 after dropping water not containing oil and the reflection spectrum measured after 10 minutes after dropping water containing oil were measured. Is shown in FIG.
As can be seen from the figure, after dripping water containing oil, the dip position shifts to the long wavelength side as time passes, and it is possible to detect a concentration below the standard defined by the Water Pollution Control Law in a few minutes. It turns out that it is possible.

(実施例4)
実施例1に係る検出装置において、撥水処理の方法を以下の方法に代えたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4に係る検出装置を作製した。
即ち、前記HFエッチングにより前記捕捉用凹部形成後、リンス洗浄及び乾燥を行い、親油基を有するシランカップリング剤であるDodecyltrichlorosilaneを用いて前記捕捉用凹部が形成された面の撥水処理を行った。
Example 4
In the detection apparatus according to Example 1, a detection apparatus according to Example 4 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the water repellent treatment method was changed to the following method.
That is, after the formation of the catching recess by HF etching, rinsing and drying are performed, and water repellent treatment is performed on the surface on which the catching recess is formed using Dodecyltrichlorosilane, which is a silane coupling agent having a lipophilic group. It was.

実施例4に係る検出装置を用いて、実施例1と同様の方法により測定した、油分を含まない水を滴下後の反射スペクトルと、油分を含む水を滴下後10分経過後に測定した反射スペクトルとを図19に示す。
該図から分かるように、油分を含む水を滴下後時間が経つにつれてディップ位置が長波長側にシフトし、水質汚濁防止法で定められている基準以下の濃度を数分で検出することが可能であることが分かる。また、この時得られたシフト量は、実施例1に係る検出装置を用いて測定した場合より大きかった。撥水処理方法によって、撥水の度合いを変化させ、感度を上げることが可能であることが分かる。
Using the detection apparatus according to Example 4, measured by the same method as in Example 1, the reflection spectrum after dropping water not containing oil, and the reflection spectrum measured after 10 minutes after dropping water containing oil Is shown in FIG.
As can be seen from the figure, the dip position shifts to the longer wavelength side as time passes after the water containing the oil is dropped, and it is possible to detect the concentration below the standard defined by the Water Pollution Control Law in a few minutes. It turns out that it is. Further, the shift amount obtained at this time was larger than that measured using the detection apparatus according to Example 1. It can be seen that the water repellent treatment method can change the degree of water repellency and increase the sensitivity.

(比較例1)
実施例1に係る検出装置において、撥水処理を行わない検出板を配したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1に係る検出装置を作製した。なお、この比較例1においては、撥水処理を行っていないので、撥水処理前後のスペクトルの差に関するデータはない。
(Comparative Example 1)
In the detection apparatus according to Example 1, a detection apparatus according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that a detection plate not subjected to water repellent treatment was provided. In Comparative Example 1, since no water repellent treatment is performed, there is no data relating to the difference in spectrum before and after the water repellent treatment.

比較例1に係る検出装置を用いて、実施例1と同様の方法により測定した、油分を含まない水を滴下後の反射スペクトルと、油分を含む水を滴下後10分経過後に測定した反射スペクトルとを図20に示す。
該図から分かるように、ディップ位置は殆ど変化せず、検出ができていないことが分かる。このことから、高感度化には撥水処理が重要であることが分かる。図21は比較例1で使用した検出板表面に水滴を滴下した際の写真である。撥水効果が殆どないことが確認できる。この時の接触角は52.3°であった。
Using the detection apparatus according to Comparative Example 1, measured by the same method as in Example 1, the reflection spectrum after dropping water not containing oil and the reflection spectrum measured after 10 minutes after dropping water containing oil Is shown in FIG.
As can be seen from the figure, the dip position hardly changes and it can be seen that the detection is not possible. From this, it can be seen that water repellent treatment is important for high sensitivity. FIG. 21 is a photograph when water droplets are dropped on the surface of the detection plate used in Comparative Example 1. It can be confirmed that there is almost no water repellent effect. The contact angle at this time was 52.3 °.

(比較例2)
実施例1に係る検出装置において、捕捉用凹部を形成しない検出板を配したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2に係る検出装置を作製した。
(Comparative Example 2)
In the detection apparatus according to Example 1, a detection apparatus according to Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that a detection plate that did not form a capture recess was provided.

図22に、比較例2に係る検出装置に対し、撥水処理前の検出板の検出面上に大気圧下で純水を150μL滴下した状態(B)、及び、撥水処理後の検出板の検出面上に大気圧下で純水を150μL滴下した状態(D)で、反射光の反射スペクトルを観測した結果を示す。
該図から分かるように、図12、図14、図17の場合と異なり、撥水処理前後で反射スペクトルに差がないことが分かる。図23は比較例2で使用した検出板表面に水滴を滴下した際の写真である。撥水効果によって、水滴が球に近い状態になっていることが確認できる。また、この時の接触角は101.7°であった。
FIG. 22 shows a state (B) in which 150 μL of pure water is dropped on the detection surface of the detection plate before water repellent treatment under atmospheric pressure with respect to the detection apparatus according to Comparative Example 2, and the detection plate after water repellent treatment The result of having observed the reflection spectrum of reflected light in the state (D) which dripped 150 microliters of pure water on the detection surface of this under atmospheric pressure is shown.
As can be seen from the figure, unlike the cases of FIGS. 12, 14, and 17, there is no difference in the reflection spectrum before and after the water repellent treatment. FIG. 23 is a photograph when water droplets are dropped on the surface of the detection plate used in Comparative Example 2. It can be confirmed that water droplets are close to a sphere due to the water repellent effect. Further, the contact angle at this time was 101.7 °.

比較例2に係る検出装置を用いて、実施例1と同様の方法により測定した、油分を含まない水を滴下後の反射スペクトルと、油分を含む水を滴下後10分経過後に測定した反射スペクトルとを図24に示す。
該図から分かるように、ディップ位置は殆ど変化せず、検出ができていないことが分かる。このことから、高感度化には捕捉用凹部の形成が重要であることが分かる。
Using the detection apparatus according to Comparative Example 2, the reflection spectrum measured by the same method as in Example 1 after dropping water not containing oil and the reflection spectrum measured after 10 minutes after dropping water containing oil were measured. Is shown in FIG.
As can be seen from the figure, the dip position hardly changes and it can be seen that the detection is not possible. From this, it can be seen that the formation of the catching recess is important for high sensitivity.

(実施例5)
実施例1に係る検出装置において、捕捉用凹部の形成方法を以下の方法に代えたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5に係る検出装置を作製した。
即ち、本実施例では、イオン注入プロセスで捕捉層の上面から垂直に60MeVで加速した銀イオンを1cm当たり1×1010個照射した後、5%に希釈したHF溶液に検出板を2分間浸し化学エッチングすることで、イオン照射部を選択的に取り除き、前記捕捉用凹部を形成した。
(Example 5)
In the detection apparatus according to Example 1, a detection apparatus according to Example 5 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the method for forming the recess for capturing was changed to the following method.
That is, in this example, 1 × 10 10 silver ions accelerated at 60 MeV perpendicularly from the upper surface of the trapping layer in the ion implantation process were irradiated per cm 2, and then the detection plate was placed in an HF solution diluted to 5% for 2 minutes. Immersion and chemical etching were used to selectively remove the ion-irradiated portion and form the capturing recess.

実施例5では、検体として、界面活性剤(東京化成工業(株)製、Tween20)を用いた。水溶液中のTween20の濃度は、1ppmとした。
実施例5に係る検出装置を用いて、実施例1と同様の方法により測定した、前記検体を含まない水を滴下後の反射スペクトルと、前記検体を含む水を滴下後10分経過後に測定した反射スペクトルとを図25に示す。
該図から分かるように、前記検体を含む水を滴下後時間が経つにつれてディップ位置が長波長側にシフトし、界面活性剤を数分で検出することが可能であることが分かる。
In Example 5, a surfactant (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., Tween 20) was used as a specimen. The concentration of Tween 20 in the aqueous solution was 1 ppm.
Using the detection apparatus according to Example 5, measurement was performed in the same manner as in Example 1, and the reflection spectrum after dropping the specimen-free water and the measurement after 10 minutes after dropping the water containing the specimen were measured. The reflection spectrum is shown in FIG.
As can be seen from the figure, the dip position shifts to the longer wavelength side as time passes after the water containing the specimen is dropped, and the surfactant can be detected in a few minutes.

10、20、30、40、50、60、106 検出板
11、21、31、41、51、106a、201、306、401a、506a 透明基板
12、202、307 金属薄膜層
13、23、33、43、53、63、106c 捕捉層
14、24、34、44、54、64 捕捉用凹部
17、27、37、47、57、67 検出電場形成層
22、32、42、52、62、106b、401b、506b 薄膜層
25、401c、506c 光導波路層
66、105、203、303、402、505 光学プリズム
100 検出装置
101 タングステンハロゲンランプ光
102A、102B、302A、302B、502A、502B 光ファイバ
103、304、503 コリメートレンズ
104、205、305、404、504 偏光板
107、308、507 集光レンズ
108、309A、508 分光器
200、300 SPRセンサー
204、301、403、501 光源
109、206、309、405、509 光検出器
210A、310A、410A 入射光
210B、310B、410B 反射光
400、500 光導波モードセンサー
401、506 検出板
a 光入射面
b 光出射面
α 角度
θ 入射角度
10, 20, 30, 40, 50, 60, 106 Detection plate 11, 21, 31, 41, 51, 106a, 201, 306, 401a, 506a Transparent substrate 12, 202, 307 Metal thin film layer 13, 23, 33, 43, 53, 63, 106c Capture layer 14, 24, 34, 44, 54, 64 Capture recess 17, 27, 37, 47, 57, 67 Detection electric field forming layer 22, 32, 42, 52, 62, 106b, 401b, 506b Thin film layer 25, 401c, 506c Optical waveguide layer 66, 105, 203, 303, 402, 505 Optical prism 100 Detector 101 Tungsten halogen lamp light 102A, 102B, 302A, 302B, 502A, 502B Optical fiber 103, 304 , 503 Collimating lens 104, 205, 305, 404, 504 Optical plate 107, 308, 507 Condensing lens 108, 309A, 508 Spectroscope 200, 300 SPR sensor 204, 301, 403, 501 Light source 109, 206, 309, 405, 509 Photodetector 210A, 310A, 410A Incident light 210B, 310B, 410B Reflected light 400, 500 Optical waveguide mode sensor 401, 506 Detection plate a Light incident surface b Light exit surface α angle θ incident angle

Claims (15)

油分及び界面活性剤の少なくともいずれかを検体として検出する電場を形成する検出電場形成層と、
前記検体を含む水から前記検体を捕捉する捕捉層と、がこの順で配され、
前記捕捉層は、前記水が接する側の面に前記検体を捕捉する捕捉用凹部が形成されているとともに、前記水が接する側の面に撥水処理が施されてなり、
大気圧下で前記捕捉用凹部が形成された面に前記水を滴下したとき、前記捕捉用凹部内の全体に前記水中の水分が浸入しないことを特徴とする検出板。
A detection electric field forming layer for forming an electric field for detecting at least one of oil and surfactant as a specimen;
A capture layer that captures the specimen from water containing the specimen is arranged in this order,
The capture layer is formed with a capture recess for capturing the specimen on the surface in contact with the water, and is subjected to water repellency treatment on the surface in contact with the water,
A detection plate according to claim 1, wherein when the water is dropped on the surface on which the catching recess is formed under atmospheric pressure, the water in the water does not enter the entire catching recess.
捕捉用凹部は、捕捉層に形成された孔としてなる請求項1に記載の検出板。   The detection plate according to claim 1, wherein the capture recess is a hole formed in the capture layer. 捕捉用凹部は、検出板の検体を含む水が接する側の面に、その間隔が凹部となるよう複数のピラーを配して形成される請求項1に記載の検出板。   2. The detection plate according to claim 1, wherein the capture recess is formed by arranging a plurality of pillars on the surface of the detection plate on the side in contact with the water containing the specimen so that the interval is a recess. ピラーの最長径が使用する光の波長の長さよりも短い請求項3に記載の検出板。   The detection plate according to claim 3, wherein the longest diameter of the pillar is shorter than the wavelength of light used. 捕捉用凹部は、表面ラフネスとして形成される請求項1に記載の検出板。   The detection plate according to claim 1, wherein the capturing recess is formed as surface roughness. 捕捉用凹部の開口径が、使用する光の波長の長さよりも短い請求項1から5のいずれかに記載の検出板。   The detection plate according to any one of claims 1 to 5, wherein an opening diameter of the capturing recess is shorter than a wavelength of light to be used. 捕捉用凹部の深さが5nm以上5μm以下である請求項1から6のいずれかに記載の検出板。   The detection plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the depth of the capture recess is 5 nm or more and 5 µm or less. 捕捉用凹部は、検出板の検体を含む水が接する側の面に、その間隔が凹部となるよう複数のビーズを配して形成される請求項1に記載の検出板。   2. The detection plate according to claim 1, wherein the capture concave portion is formed by arranging a plurality of beads on the surface of the detection plate on a side in contact with water containing the specimen so that the interval is a concave portion. 撥水処理として、捕捉用凹部が形成された面に親油基を有するシランカップリング剤を用いた表面処理又はフッ素コート剤を用いた表面処理がなされている請求項1から8のいずれかに記載の検出板。   9. The water repellent treatment according to claim 1, wherein a surface treatment using a silane coupling agent having an oleophilic group or a surface treatment using a fluorine coating agent is performed on the surface on which the catching concave portion is formed. Description detection plate. 検出電場形成層は、表面プラズモン共鳴を発現する表面プラズモン励起層が配されて形成される請求項1から9のいずれかに記載の検出板。   10. The detection plate according to claim 1, wherein the detection electric field forming layer is formed by arranging a surface plasmon excitation layer that expresses surface plasmon resonance. 表面プラズモン励起層の形成材料が金、銀、銅、プラチナ及びアルミニウムの少なくともいずれかを含む請求項10に記載の検出板。   The detection plate according to claim 10, wherein the material for forming the surface plasmon excitation layer includes at least one of gold, silver, copper, platinum, and aluminum. 検出電場形成層は、捕捉層が配される側から、透明材料で形成される光導波路層と金属材料又は半導体材料で形成される薄膜層とがこの順で配されて形成される請求項1から9のいずれかに記載の検出板。   The detection electric field forming layer is formed by arranging an optical waveguide layer formed of a transparent material and a thin film layer formed of a metal material or a semiconductor material in this order from the side on which the capturing layer is disposed. The detection plate according to any one of 9 to 9. 捕捉層が光導波路層の一部又は全部を兼ねる形で形成される請求項12に記載の検出板。   The detection plate according to claim 12, wherein the trapping layer is formed so as to serve as part or all of the optical waveguide layer. 請求項1から13のいずれかに記載の検出板と、
前記検出板の検出電場形成層が配される側の面に配される光学素子と、
前記光学素子を介して前記検出板に光を照射する光照射手段と、
前記検出板から反射される反射光を検出する光検出手段と、を有し、
前記検出板の捕捉用凹部内における検体の有無に応じて変化する前記反射光の特性の変化から前記検体を検出することを特徴とする検出装置。
The detection plate according to any one of claims 1 to 13,
An optical element disposed on the surface on which the detection electric field forming layer of the detection plate is disposed;
A light irradiation means for irradiating the detection plate with light through the optical element;
Light detection means for detecting reflected light reflected from the detection plate,
A detection apparatus that detects the specimen from a change in characteristics of the reflected light that changes in accordance with the presence or absence of the specimen in the capture recess of the detection plate.
請求項14に記載の検出装置を用いて水に含まれる検体の存在を検出する検出方法であって、
前記検出板の捕捉層が形成された面に対し、前記検体を含まない水を投与して、光照射手段から光学素子を介して前記検出板に光を照射する第1の光照射工程と、
前記第1の光照射工程に基づき、前記検出板から反射される反射光を検出する第1の光検出工程と、
前記検出板の前記捕捉層が形成された面に対し、前記検体を含む水を投与して前記検体を前記捕捉層の捕捉用凹部内に捕捉する捕捉工程と、
前記捕捉工程後、前記検出板に光を照射する第2の光照射工程と、
前記第2の光照射工程に基づき、前記検出板から反射される反射光を検出する第2の光検出工程と、を有し、
前記第1の光検出工程と、前記第2の光検出工程とで検出される前記各反射光の特性の変化から前記検体を検出することを特徴とする検出方法。
A detection method for detecting the presence of a sample contained in water using the detection device according to claim 14,
A first light irradiation step of administering water not containing the specimen to the surface of the detection plate on which the capture layer is formed, and irradiating the detection plate with light from the light irradiation means via an optical element;
A first light detection step of detecting reflected light reflected from the detection plate based on the first light irradiation step;
A capturing step of administering water containing the sample to the surface of the detection plate on which the capturing layer is formed and capturing the sample in a capturing recess of the capturing layer;
A second light irradiation step of irradiating the detection plate with light after the capturing step;
A second light detection step for detecting reflected light reflected from the detection plate based on the second light irradiation step;
A detection method, comprising: detecting the specimen from a change in characteristics of each reflected light detected in the first light detection step and the second light detection step.
JP2012037193A 2011-07-27 2012-02-23 Detection plate, detection apparatus and detection method Pending JP2013047661A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012037193A JP2013047661A (en) 2011-07-27 2012-02-23 Detection plate, detection apparatus and detection method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011163893 2011-07-27
JP2011163893 2011-07-27
JP2012037193A JP2013047661A (en) 2011-07-27 2012-02-23 Detection plate, detection apparatus and detection method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013047661A true JP2013047661A (en) 2013-03-07

Family

ID=48010724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012037193A Pending JP2013047661A (en) 2011-07-27 2012-02-23 Detection plate, detection apparatus and detection method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013047661A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112986182A (en) * 2021-02-04 2021-06-18 中山大学 Humidity sensing unit, humidity sensor and application thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112986182A (en) * 2021-02-04 2021-06-18 中山大学 Humidity sensing unit, humidity sensor and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5885350B2 (en) Detection device
Guner et al. A smartphone based surface plasmon resonance imaging (SPRi) platform for on-site biodetection
US8107071B2 (en) Method for detecting molecular analysis light, and apparatus and sample plate for use with the same
US20090027668A1 (en) Chip for raman scattering enhancement and molecular sensing device including the chip
US8564781B2 (en) SPR sensor
EP3014250B1 (en) Waveguide structure
US10436711B2 (en) Plasmonic nanohole arrays on hybrid substrate for highly sensitive label-free biosensing
TWI687674B (en) Apparatus and method for metrology analysis of thin film and method of obtaining properties of thin film
US10309958B2 (en) Method and apparatus for bacterial monitoring
Liu et al. Simple and low‐cost plasmonic fiber‐optic probe as SERS and biosensing platform
TW201003059A (en) Sensor chip for biological and chemical sensing
CN102066997A (en) Method for manufacturing an optical waveguide, optical waveguide, and sensor arrangement
US8629983B2 (en) Assembly with absorbing sensor layer
US20110312103A1 (en) Sample detection sensor and sample detection method
TWI499769B (en) Chemical detector, chemical detector module, chemical substance detection device and chemical substance detection method
US10677790B2 (en) Optochemical detector and a method for fabricating an optochemical detector
Agnarsson et al. Fabrication of planar polymer waveguides for evanescent-wave sensing in aqueous environments
JP5920692B2 (en) Target substance detection chip, target substance detection device, and target substance detection method
WO2018012436A1 (en) Optical detection apparatus and optical detection method
WO2015146036A1 (en) Enhanced raman spectroscopy device
JP2004163257A (en) Method for introducing light into optical waveguide and optical waveguide spectrometer using the same
JP2013047661A (en) Detection plate, detection apparatus and detection method
CN105842222A (en) Electric-field enhancement element, analysis device, and electronic apparatus
WO2006109408A1 (en) Total-reflection attenuation optical probe and far-ultraviolet spectrophotometer
JP2012163342A (en) Metal detector, detection plate, and metal detection method