JP4926865B2 - Surface plasmon sensor - Google Patents
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Description
本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して、検出対象を含む液体または気体の屈折率を検出する表面プラズモンセンサーに関するものである。 The present invention relates to a surface plasmon sensor that detects the refractive index of a liquid or a gas including a detection target using surface plasmon resonance.
近年、表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーが多く開発されている。表面プラズモンセンサーは、検出対象を含む液体または気体の屈折率を検出するためのものであり、溶液の濃度測定、蛋白質・高分子の検出等に広範に用いられている。また、表面プラズモンセンサーは、検出対象を含む液体または気体の屈折率の時間変化を追うことにより、金属膜の該検出対象を吸着する吸着層への該検出対象の吸着過程や反応の時間変化等も検出することができる。 In recent years, many surface plasmon sensors using surface plasmon resonance have been developed. The surface plasmon sensor is used to detect the refractive index of a liquid or gas containing a detection target, and is widely used for measuring the concentration of a solution, detecting proteins and polymers, and the like. In addition, the surface plasmon sensor follows the time change of the refractive index of the liquid or gas containing the detection target, so that the detection process of the detection target to the adsorption layer that adsorbs the detection target of the metal film, the time change of the reaction, etc. Can also be detected.
ここで、溶液の濃度を測定するための表面プラズモンセンサーを例として、表面プラズモンセンサーの具体的な構成について説明する。表面プラズモンセンサーは、誘電体基板上に金属膜が形成されており、該金属膜の該誘電体基板が形成されている側とは反対側の面に、検出対象、例えば所定の分子が吸着可能な吸着層が形成されており、該吸着層に対し上記分子を含む溶液を接触させることにより、該分子を該吸着層に吸着させる。そして、上記表面プラズモンセンサーは、光源から出射された光ビームを上記金属膜の上記吸着層が形成されている面とは反対側の面に照射することにより、上記溶液の屈折率を検出する。さらに、上記表面プラズモンセンサーは、上記溶液の屈折率の検出と同様に、上記分子を含まない溶媒の屈折率も検出し、上記溶媒の屈折率と上記溶液の屈折率との屈折率変化から、上記溶液の濃度を求める。 Here, a specific configuration of the surface plasmon sensor will be described using a surface plasmon sensor for measuring the concentration of the solution as an example. In the surface plasmon sensor, a metal film is formed on a dielectric substrate, and a detection target, for example, a predetermined molecule can be adsorbed on the surface of the metal film opposite to the side on which the dielectric substrate is formed. An adsorption layer is formed, and the molecule is adsorbed to the adsorption layer by bringing the solution containing the molecule into contact with the adsorption layer. The surface plasmon sensor detects the refractive index of the solution by irradiating the surface of the metal film opposite to the surface on which the adsorption layer is formed with a light beam emitted from a light source. Furthermore, the surface plasmon sensor also detects the refractive index of the solvent that does not contain the molecule as well as the refractive index of the solution, and from the refractive index change between the refractive index of the solvent and the refractive index of the solution, Determine the concentration of the solution.
上記表面プラズモンセンサーでは、上記屈折率を検出するために、表面プラズモン共鳴を利用している。表面プラズモン共鳴とは、誘電体基板上の金属膜に適切な偏光方向および入射角で光ビームを入射させた場合、該光ビームの該金属膜に平行な方向の波数と、表面プラズモンの波数とが一致すると、共鳴を起こす現象のことである。なお、表面プラズモンとは、金属表面の自由電子が、金属表面に平行な方向に振動する粗密波である。 The surface plasmon sensor uses surface plasmon resonance to detect the refractive index. Surface plasmon resonance means that when a light beam is incident on a metal film on a dielectric substrate with an appropriate polarization direction and incident angle, the wave number of the light beam in a direction parallel to the metal film, the wave number of the surface plasmon, If they match, it is a phenomenon that causes resonance. The surface plasmon is a dense wave in which free electrons on the metal surface vibrate in a direction parallel to the metal surface.
すなわち、上記表面プラズモンセンサーでは、上記光ビームを上記金属膜に照射したとき、該光ビームが適切な入射角および偏光方向で該金属膜に入射されると、該光ビームは該金属膜上において表面プラズモンに変換される。そのため、上記光ビームの上記金属膜に対する反射率は、表面プラズモンに変換された分だけエネルギーが利用されるために小さくなる。 That is, in the surface plasmon sensor, when the light beam is irradiated onto the metal film, the light beam is incident on the metal film at an appropriate incident angle and polarization direction. Converted to surface plasmon. Therefore, the reflectance of the light beam with respect to the metal film becomes small because energy is used for the amount converted to surface plasmon.
上記光ビームを適切な入射角および偏光方向で上記金属膜に入射した場合の入射角と反射率との関係を、横軸を入射角、縦軸を反射率としたグラフとして表現すると、反射率がある入射角で低下していることが分かる。この反射率が低下した部分を、dipという。以下の説明においては、上記dipにおける反射率の最小値を反射率Rminとし、このときの入射角を入射角θminとする。 When the light beam is incident on the metal film with an appropriate incident angle and polarization direction, the relationship between the incident angle and the reflectance is expressed as a graph with the horizontal axis representing the incident angle and the vertical axis representing the reflectance. It can be seen that decreases at a certain incident angle. The portion where the reflectance is reduced is called dip. In the following description, the minimum value of the reflectance in the dip is defined as reflectance Rmin, and the incident angle at this time is defined as an incident angle θmin.
すなわち、上記適切な入射角とは、上記光ビームのほとんどが上記金属膜上で表面プラズモンに変換される入射角θminである。また、上記適切な偏光方向とは、上記誘電体基板と上記金属膜との間に形成された界面の法線と上記光ビームの光軸とを含む面を入射面とし、該入射面に対して平行な偏光方向(p偏光)である。なお、上記光ビームの偏光方向が、上記入射面に対して垂直な偏光方向(s偏光)では、上記表面プラズモン共鳴は起こらない。 That is, the appropriate incident angle is an incident angle θmin at which most of the light beam is converted to surface plasmon on the metal film. In addition, the appropriate polarization direction refers to a plane including the normal line of the interface formed between the dielectric substrate and the metal film and the optical axis of the light beam as an incident plane, with respect to the incident plane. Parallel polarization directions (p-polarized light). Note that the surface plasmon resonance does not occur when the polarization direction of the light beam is a polarization direction (s-polarized light) perpendicular to the incident surface.
上記表面プラズモンセンサーは、表面プラズモン共鳴を利用して入射角θminを求めることにより、予め計算された入射角θminと上記溶液の屈折率との関係から、該溶液の屈折率を算出することができる。 The surface plasmon sensor can calculate the refractive index of the solution from the relationship between the incident angle θmin calculated in advance and the refractive index of the solution by obtaining the incident angle θmin using surface plasmon resonance. .
また、非特許文献1には、上記金属膜の膜厚および上記入射角θminは、上記金属膜上に接触する媒質の屈折率に依存していると記載されている。したがって、上記入射角と上記反射率との関係は、上記金属膜上に接触する溶媒または溶液の屈折率に応じて異なる。そのため、上記表面プラズモンセンサーは、上記分子を含まない溶媒を上記金属膜に接触させた場合と、上記分子を含む溶液を上記金属膜に接触させた場合とにおける屈折率変化を検出することができる。
Non-Patent
そして、上記表面プラズモンセンサーは、上記屈折率変化を用いて、予め計算された屈折率と上記溶液の濃度との関係から、該溶液の濃度を算出することができる。 The surface plasmon sensor can calculate the concentration of the solution from the relationship between the refractive index calculated in advance and the concentration of the solution by using the refractive index change.
表面プラズモンセンサーの金属膜の膜厚は、一般に、検出対象を含む液体または気体の正確な屈折率を検出するために、検出対象を含まない液体または気体を金属膜に接触させた場合における、光ビームの該金属膜に対する反射率Rminが最も小さくなるように選択される。以下の説明においては、反射率Rminが最も小さくなる金属膜の膜厚を膜厚dと呼ぶ。 In general, the film thickness of the metal film of the surface plasmon sensor is the light when a liquid or gas not including the detection target is brought into contact with the metal film in order to detect an accurate refractive index of the liquid or gas including the detection target. The reflectance Rmin of the beam with respect to the metal film is selected to be the smallest. In the following description, the thickness of the metal film having the smallest reflectance Rmin is referred to as the thickness d.
しかしながら、従来の表面プラズモンセンサーは、吸収がある検出対象を含む液体または気体の屈折率を検出する場合には、金属膜の膜厚を膜厚dとしたとしても、検出対象の光吸収特性の変化に伴い入射角θminの値が変化してしまう。その結果、従来の表面プラズモンセンサーでは、検出対象を含む液体または気体の正しい屈折率を算出することができないという問題があった。 However, in the conventional surface plasmon sensor, when detecting the refractive index of a liquid or gas containing a detection target with absorption, even if the thickness of the metal film is set to the film thickness d, the light absorption characteristics of the detection target are The value of the incident angle θmin changes with the change. As a result, the conventional surface plasmon sensor has a problem that the correct refractive index of the liquid or gas including the detection target cannot be calculated.
吸収がある検出対象を含む液体または気体の正確な屈折率を検出するためには、所定の濃度の検出対象を含む液体または気体について、消衰係数に対する入射角θminと屈折率との関係を予め算出または測定しておく必要がある。 In order to detect an accurate refractive index of a liquid or gas including a detection target having absorption, the relationship between the incident angle θmin and the refractive index with respect to the extinction coefficient is previously determined for the liquid or gas including the detection target having a predetermined concentration. It is necessary to calculate or measure.
しかしながら、入射角θminと屈折率との関係はほぼ線形であるが、消衰係数と入射角θminとの関係は線形ではないため、消衰係数の細かい変化に対する入射角θminを予め算出または測定する必要がある。そのため、入射角θminから、検出対象を含む液体または気体の屈折率、消衰係数および濃度を算出するための計算が非常に複雑となってしまう。 However, although the relationship between the incident angle θmin and the refractive index is almost linear, the relationship between the extinction coefficient and the incident angle θmin is not linear, so the incident angle θmin for a fine change in the extinction coefficient is calculated or measured in advance. There is a need. Therefore, the calculation for calculating the refractive index, extinction coefficient, and concentration of the liquid or gas including the detection target from the incident angle θmin becomes very complicated.
そこで、上記問題の解決手段として、特許文献1では、以下の2つの方法が提案されている。第1の方法は、光源の波長を検出対象の吸収最大波長とし、光吸収変化が原因で起こる屈折率変化を測定する方法である。第2の方法は、入射角θminから屈折率を、反射率の変化から消衰係数を求める方法である。
しかしながら、特許文献1に記載された第1の方法および第2の方法には、それぞれ以下のような問題点がある。
However, the first method and the second method described in
まず、第1の方法は、光源の波長を検出対象の吸収最大波長としているが、光源の波長が検出対象の吸収最大波長近傍のときのみ有効であり、光源の波長が検出対象の吸収最大波長と大きく異なる場合には適用することはできない。したがって、上記第1の方法では、光源の波長を常に検出対象の吸収最大波長に合わせる必要がある。しかしながら、光源の波長には制限があり、かつ、自由に波長を設定することはできないために、上記第1の方法は実用的でないという問題があった。 First, the first method uses the wavelength of the light source as the maximum absorption wavelength of the detection target, but is effective only when the wavelength of the light source is near the maximum absorption wavelength of the detection target, and the wavelength of the light source is the maximum absorption wavelength of the detection target. It cannot be applied if it is significantly different. Therefore, in the first method, it is necessary to always match the wavelength of the light source with the absorption maximum wavelength of the detection target. However, since the wavelength of the light source is limited and the wavelength cannot be set freely, there is a problem that the first method is not practical.
また、第2の方法では、入射角θminから屈折率、反射強度から消衰係数を求めているが、入射角θminは消衰係数にも依存するため、正確な屈折率を検出することができない。また、消衰係数の増加に伴い、反射率Rminも増加するために、dipが判別しにくくなり、入射角θminを検出するときのS/Nが悪化してしまう。このように、上記第2の方法では、吸収のある検出対象を含む液体または気体の屈折率を検出する場合には、光吸収の影響を受けるために正確な屈折率を検出することができず、検出精度が悪くなってしまう。 In the second method, the refractive index is obtained from the incident angle θmin and the extinction coefficient is obtained from the reflection intensity. However, since the incident angle θmin also depends on the extinction coefficient, an accurate refractive index cannot be detected. . Further, as the extinction coefficient increases, the reflectance Rmin also increases, so that it is difficult to determine dip, and the S / N when detecting the incident angle θmin is deteriorated. As described above, in the second method, when detecting the refractive index of a liquid or gas containing a detection target having absorption, the accurate refractive index cannot be detected due to the influence of light absorption. , Detection accuracy will deteriorate.
さらに、上記第2の方法では、消衰係数を算出するためには反射強度を正確に求める必要があり、p偏光とs偏光の両方で測定するとともに、上記各偏光方向に対する透過率等を各入射角に対して補正しなければならず、作業が非常に煩雑となってしまう。 Furthermore, in the second method, in order to calculate the extinction coefficient, it is necessary to accurately obtain the reflection intensity, and both the p-polarized light and the s-polarized light are measured, and the transmittance for each polarization direction is determined for each. The incident angle must be corrected, and the operation becomes very complicated.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、吸収がある検出対象の屈折率を、光吸収の影響を受けずに測定できる表面プラズモンセンサーを提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a surface plasmon sensor that can measure the refractive index of a detection target having absorption without being affected by light absorption with a simple configuration. Is to provide.
本発明の表面プラズモンセンサーは、上記課題を解決するために、透光性を有する誘電体基板上に形成されており、かつ、検出対象を含む液体または気体を接触させた金属膜に対し、光源から出射された光ビームを該金属膜の該液体または該気体が接触している面とは反対側の面に照射することにより、該液体または該気体の屈折率を検出する表面プラズモンセンサーであって、上記金属膜の膜厚は、上記検出対象を含まない上記液体または上記気体を接触させた該金属膜に対する上記光ビームの反射率の最小値が最小となる膜厚dより薄いことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the surface plasmon sensor of the present invention is formed on a light-transmitting dielectric substrate, and a light source is applied to a metal film in contact with a liquid or gas containing a detection target. A surface plasmon sensor that detects the refractive index of the liquid or the gas by irradiating the surface of the metal film opposite to the surface in contact with the liquid or the gas with the light beam emitted from the metal film. The thickness of the metal film is smaller than the thickness d at which the minimum reflectance of the light beam with respect to the metal film in contact with the liquid or the gas not including the detection target is minimized. It is said.
従来の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜の膜厚を上記膜厚dとしていた。上記金属膜の膜厚を上記膜厚dとした場合は、消衰係数が0のときに上記光ビームの上記金属膜に対する反射率の最小値Rminと、反射率Rminにおける上記光ビームの上記金属膜に対する入射角θminとが最小値となる。すなわち、上記入射角θminおよび上記反射率Rminは、消衰係数が0のとき最小値となり、消衰係数の増加に伴い単調増加していく。そのため、上記入射角θminおよび上記反射率Rminの変化を所定の範囲内に抑えるためには、狭い範囲の消衰係数の検出対象しか測定できないという不具合が生じる。 In the conventional surface plasmon sensor, the thickness of the metal film is the thickness d. When the film thickness of the metal film is the film thickness d, the minimum value Rmin of the reflectance of the light beam with respect to the metal film when the extinction coefficient is 0, and the metal of the light beam at the reflectance Rmin The incident angle θmin with respect to the film is the minimum value. That is, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are minimum values when the extinction coefficient is 0, and monotonously increase as the extinction coefficient increases. Therefore, in order to suppress the change in the incident angle θmin and the reflectance Rmin within a predetermined range, there arises a problem that only the detection target of the extinction coefficient in a narrow range can be measured.
そこで、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜の膜厚を上記膜厚dよりも薄くすることにより、所定の消衰係数の値で上記入射角θminおよび上記反射率Rminを最小とすることができる。すなわち、上記入射角θminおよび上記反射率Rminは、消衰係数が0から所定値までで一度減少し、所定値以降で増加していく。 Therefore, in the surface plasmon sensor of the present invention, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are minimized with a predetermined extinction coefficient value by making the thickness of the metal film smaller than the thickness d. Can do. That is, the incident angle θmin and the reflectance Rmin decrease once when the extinction coefficient is 0 to a predetermined value, and increase after the predetermined value.
そのため、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜の膜厚を上記膜厚dとする場合と比較して、所定の範囲内の消衰係数において、上記入射角θminおよび上記反射率Rminの変化を半分程度にすることができる。そのため、吸収がある検出対象を用いた場合でも、上記入射角θminは消衰係数にほとんど依存しない。したがって、従来の装置の金属膜厚を薄くするだけという簡易な構成で、光吸収の影響を受けずに吸収がある検出対象の屈折率を正確に検出することができる。 Therefore, in the surface plasmon sensor of the present invention, the change in the incident angle θmin and the reflectance Rmin at an extinction coefficient within a predetermined range as compared with the case where the thickness of the metal film is the thickness d. Can be halved. Therefore, even when a detection target with absorption is used, the incident angle θmin hardly depends on the extinction coefficient. Therefore, it is possible to accurately detect the refractive index of the detection target having absorption without being affected by light absorption with a simple configuration in which the metal film thickness of the conventional apparatus is simply reduced.
さらに、本発明の表面プラズモンセンサーは、消衰係数の増加に伴う反射率Rminの変動も抑えられるため、入射角θmin検出時のS/Nの劣化を抑えることができる。また、入射角θminと屈折率との関係および屈折率と濃度との関係は線形であるため、非常に単純な計算により、入射角から上記液体または上記気体の屈折率だけでなく、濃度を求めることができる。 Furthermore, since the surface plasmon sensor according to the present invention can suppress the fluctuation of the reflectance Rmin accompanying the increase of the extinction coefficient, it is possible to suppress the deterioration of S / N when the incident angle θmin is detected. In addition, since the relationship between the incident angle θmin and the refractive index and the relationship between the refractive index and the concentration are linear, not only the refractive index of the liquid or the gas but also the concentration is obtained from the incident angle by a very simple calculation. be able to.
また、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜は、金からなることが好ましい。 In the surface plasmon sensor of the present invention, the metal film is preferably made of gold.
上記検出対象を含む液体または気体は、上記金属膜に直接接触する。そのため、上記金属膜は上記液体または上記気体によって化学反応を起こさない安定した金属から構成されていることが望ましい。金は、非常に安定した金属であり、錆びないために耐久性が高く、さらに、表面プラズモンを効率よく励起する。そのため、本発明の表面プラズモンセンサーの金属膜として金を用いることにより、上記検出対象を含む上記液体または上記気体によって化学反応を起こさず、該液体または該気体の屈折率を高い分解能で検出するとともに、金属膜の酸化による経時劣化を防ぐことができる。 The liquid or gas containing the detection target is in direct contact with the metal film. Therefore, it is desirable that the metal film is made of a stable metal that does not cause a chemical reaction with the liquid or the gas. Gold is a very stable metal, has high durability because it does not rust, and excites surface plasmons efficiently. Therefore, by using gold as the metal film of the surface plasmon sensor of the present invention, a chemical reaction is not caused by the liquid or the gas including the detection target, and the refractive index of the liquid or the gas is detected with high resolution. Further, deterioration with time due to oxidation of the metal film can be prevented.
また、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記光源の波長は、約600nm〜約1550nmであってもよい。 In the surface plasmon sensor of the present invention, the wavelength of the light source may be about 600 nm to about 1550 nm.
金属膜上に表面プラズモンを励起させるためには、光源から出射される光ビームの波長が重要である。上述したように、上記金属膜は金から構成されていることがもっとも望ましいが、金から構成された該金属膜上に表面プラズモンを励起するためには、約600nm〜約1550nmの波長の光ビームを該金属膜に照射することが望ましい。上記光源から約600nm〜約1550nmの波長の光ビームを金から構成された上記金属膜に照射することにより、表面プラズモンの励起効率が高まり、高い分解能で上記検出対象を含んだ上記液体または上記気体の屈折率を検出することができる。 In order to excite surface plasmons on the metal film, the wavelength of the light beam emitted from the light source is important. As described above, the metal film is most preferably made of gold. However, in order to excite surface plasmons on the metal film made of gold, a light beam having a wavelength of about 600 nm to about 1550 nm is used. It is desirable to irradiate the metal film. By irradiating the metal film composed of gold with a light beam having a wavelength of about 600 nm to about 1550 nm from the light source, the excitation efficiency of surface plasmon is increased, and the liquid or gas containing the detection target with high resolution Can be detected.
また、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜の膜厚と上記膜厚dとの差が、約20nm以下であってもよい。 In the surface plasmon sensor of the present invention, the difference between the thickness of the metal film and the thickness d may be about 20 nm or less.
上記金属膜の膜厚が上記膜厚dである場合、上記入射角θminおよび上記反射率Rminの変化を所定の範囲内に抑えるためには、狭い範囲の消衰係数の検出対象しか測定できないという不具合が生じる。 When the film thickness of the metal film is the film thickness d, in order to suppress changes in the incident angle θmin and the reflectance Rmin within a predetermined range, only a detection object having a narrow extinction coefficient can be measured. A malfunction occurs.
また、上記金属膜の膜厚を上記膜厚dよりも大きく異なる値にした場合には、該金属膜の膜厚を該膜厚dにした場合と同様に、狭い範囲の消衰係数の検出対象しか測定できないという不具合が生じる。 In addition, when the thickness of the metal film is set to a value that is significantly different from the thickness d, the extinction coefficient in a narrow range can be detected as in the case where the thickness of the metal film is set to the thickness d. There is a problem that only the target can be measured.
そこで、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜の膜厚と上記膜厚dとの差を約20nm以下にすることにより、消衰係数の増加に伴う入射角θminの変動を、膜厚dの場合よりも抑えることができる。また、反射率Rminの変動も、膜厚dの場合よりも抑えることができるため、入射角θmin検出時のS/Nの劣化を抑えることができる。 Therefore, in the surface plasmon sensor of the present invention, the difference between the thickness of the metal film and the film thickness d is set to about 20 nm or less, so that the fluctuation of the incident angle θmin accompanying the increase in the extinction coefficient is reduced. It can be suppressed than in the case of. In addition, since the fluctuation of the reflectance Rmin can also be suppressed as compared with the case of the film thickness d, it is possible to suppress the deterioration of S / N when the incident angle θmin is detected.
また、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜の膜厚と上記膜厚dとの差が、約10nm〜約15nmであってもよい。 In the surface plasmon sensor of the present invention, the difference between the thickness of the metal film and the thickness d may be about 10 nm to about 15 nm.
上記構成により、消衰係数の増加に伴う入射角θminの変動を十分に小さく、例えばdipの1/10程度にまで抑えること可能である。そのため、上記検出対象を含んだ上記液体または上記気体の正確な屈折率が検出可能な、検出対象の消衰係数の範囲を最大限にすることができる。また、この消衰係数の範囲における反射率Rminの変動も、上記金属膜の膜厚を上記膜厚dとした場合と比較して、半分以下に抑えられるため、入射角θmin検出時のS/Nの劣化を抑えることができる。 With the above configuration, the fluctuation of the incident angle θmin accompanying the increase in the extinction coefficient can be sufficiently reduced, for example, to about 1/10 of dip. Therefore, the range of the extinction coefficient of the detection target that can detect the accurate refractive index of the liquid or the gas including the detection target can be maximized. In addition, since the fluctuation of the reflectance Rmin in the range of the extinction coefficient can be suppressed to less than half compared with the case where the thickness of the metal film is the thickness d, the S / at the time of detecting the incident angle θmin is reduced. N deterioration can be suppressed.
また、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記誘電体基板は、上記表面プラズモンセンサーから着脱可能な構成であってもよい。 In the surface plasmon sensor of the present invention, the dielectric substrate may be configured to be detachable from the surface plasmon sensor.
金属膜を形成した誘電体基板が、表面プラズモンセンサーから着脱可能であることにより、検出対象に応じて金属膜を誘電体基板ごと取り替えることが可能となる。これにより、1つの装置を用いて、多種の検出対象の検出を行うことが可能となる。すなわち、他の材料から構成されており、かつ、他の膜厚を有する金属膜が形成された誘電体基板と取り替えることにより、上記表面プラズモンセンサーの感度や測定範囲等を変えることができる。 Since the dielectric substrate on which the metal film is formed is detachable from the surface plasmon sensor, it is possible to replace the metal film with the dielectric substrate according to the detection target. As a result, it is possible to detect a variety of detection targets using a single device. That is, the sensitivity, measurement range, and the like of the surface plasmon sensor can be changed by replacing with a dielectric substrate made of another material and having a metal film having another film thickness.
また、本発明の表面プラズモンセンサーでは、金属膜表面に、特定の分子を吸着する吸着層を備えていてもよい。 Moreover, in the surface plasmon sensor of this invention, you may equip the metal film surface with the adsorption layer which adsorb | sucks a specific molecule | numerator.
上記検出対象を含む液体または気体には、上記検出対象以外の物質が混入している可能性がある。その場合、表面プラズモンセンサーによって上記液体または上記気体の屈折率を検出すると、上記検出対象および上記物質が含まれた濃度が検出されてしまう。 There is a possibility that a substance other than the detection target is mixed in the liquid or gas containing the detection target. In that case, when the refractive index of the liquid or the gas is detected by a surface plasmon sensor, the concentration containing the detection target and the substance is detected.
そこで、本発明の上記構成にすることにより、検出対象である、所定の分子のみを吸着することができ、該分子のみの濃度を知ることが可能となる。 Therefore, by adopting the above-described configuration of the present invention, it is possible to adsorb only a predetermined molecule, which is a detection target, and to know the concentration of only the molecule.
本発明の表面プラズモンセンサーは、以上のように、誘電体基板上に形成されており、かつ、検出対象を含む液体または気体を接触させた金属膜に対し、光源から出射された光ビームを該金属膜の該液体または該気体が接触している面とは反対側の面に照射することにより、該液体または該気体の屈折率を検出する表面プラズモンセンサーであって、上記金属膜の膜厚は、上記検出対象を含まない上記液体または上記気体を接触させた該金属膜に対する上記光ビームの反射率の最小値が最小となる膜厚dより薄いことを特徴としている。 As described above, the surface plasmon sensor of the present invention is formed on the dielectric substrate, and the light beam emitted from the light source is applied to the metal film in contact with the liquid or gas containing the detection target. A surface plasmon sensor that detects the refractive index of the liquid or the gas by irradiating the surface of the metal film opposite to the surface in contact with the liquid or the gas, wherein the film thickness of the metal film Is characterized in that the minimum value of the reflectance of the light beam with respect to the metal film in contact with the liquid or the gas not including the detection target is smaller than the film thickness d at which the minimum value is minimized.
そこで、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜の膜厚を上記膜厚dよりも薄くすることにより、所定の消衰係数の値で上記入射角θminおよび上記反射率Rminを最小とすることができる。すなわち、上記入射角θminおよび上記反射率Rminは、消衰係数が0から所定値までで一度減少し、所定値以降で増加していく。 Therefore, in the surface plasmon sensor of the present invention, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are minimized with a predetermined extinction coefficient value by making the thickness of the metal film smaller than the thickness d. Can do. That is, the incident angle θmin and the reflectance Rmin decrease once when the extinction coefficient is 0 to a predetermined value, and increase after the predetermined value.
そのため、本発明の表面プラズモンセンサーでは、上記金属膜の膜厚を上記膜厚dとする場合と比較して、所定の範囲内の消衰係数において、上記入射角θminおよび上記反射率Rminの変化を半分程度にすることができる。そのため、吸収がある検出対象を用いた場合でも、上記入射角θminは消衰係数にほとんど依存しない。したがって、従来の装置の金属膜厚を薄くするだけという簡易な構成で、光吸収の影響を受けずに吸収がある検出対象の屈折率を正確に検出することができる。 Therefore, in the surface plasmon sensor of the present invention, the change in the incident angle θmin and the reflectance Rmin at an extinction coefficient within a predetermined range as compared with the case where the thickness of the metal film is the thickness d. Can be halved. Therefore, even when a detection target with absorption is used, the incident angle θmin hardly depends on the extinction coefficient. Therefore, it is possible to accurately detect the refractive index of the detection target having absorption without being affected by light absorption with a simple configuration in which the metal film thickness of the conventional apparatus is simply reduced.
さらに、本発明の表面プラズモンセンサーは、消衰係数の増加に伴う反射率の変動も抑えられるため、入射角検出時のS/Nの劣化を抑えることができる。また、入射角と屈折率との関係および屈折率と濃度との関係は線形であるため、非常に単純な計算により、入射角から上記液体または上記気体の屈折率だけでなく、濃度を求めることができる。 Furthermore, since the surface plasmon sensor of the present invention can suppress the change in reflectance accompanying an increase in the extinction coefficient, it is possible to suppress the deterioration of S / N at the time of detecting the incident angle. In addition, since the relationship between the incident angle and the refractive index and the relationship between the refractive index and the concentration are linear, it is possible to obtain not only the refractive index of the liquid or the gas but also the concentration from the incident angle by a very simple calculation. Can do.
本発明の一実施形態について図1〜図16に基づいて説明すると以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
本発明の表面プラズモンセンサーは、透光性を有する誘電体基板上に形成されており、かつ、検出対象を含む液体または気体を接触させた金属膜に対し、光源から出射された光ビームを該金属膜の該液体または該気体が接触している面とは反対側の面に照射することにより、該液体または該気体の屈折率を検出するものである。 The surface plasmon sensor of the present invention is formed on a light-transmitting dielectric substrate, and a light beam emitted from a light source is applied to a metal film in contact with a liquid or gas containing a detection target. By irradiating the surface of the metal film opposite to the surface in contact with the liquid or the gas, the refractive index of the liquid or the gas is detected.
本発明では、上記金属膜の膜厚が、上記検出対象を含まない上記液体または上記気体を接触させた該金属膜における上記光ビームの反射率の最小値が最小となる膜厚dより薄いことを特徴としている。 In the present invention, the film thickness of the metal film is thinner than the film thickness d at which the minimum value of the reflectance of the light beam in the metal film in contact with the liquid or the gas not including the detection target is minimized. It is characterized by.
〔表面プラズモンセンサーの全体構成〕
まず、本発明に係る表面プラズモンセンサーの一実施形態の全体構成について図1〜図3を参照して説明する。図1は、本発明に係る表面プラズモンセンサーの一実施形態の全体構成の概略を示す図である。
[Overall configuration of surface plasmon sensor]
First, an overall configuration of an embodiment of a surface plasmon sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the overall configuration of an embodiment of a surface plasmon sensor according to the present invention.
表面プラズモンセンサー1は、図1に示すように、光源2と、コリメートレンズ3と、集光レンズ4と、プリズム(誘電体基板)5と、金属膜6と、第1レンズ7と、第2レンズ8と、光検出器9と、光源駆動回路10と、算出回路11と、モニター12とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態の表面プラズモンセンサー1は、試料(検出対象を含む液体または気体)14の屈折率を検出するものであり、試料14の濃度測定、蛋白質や高分子等の検出等に好適に用いられる。なお、試料14としては、検出対象を含む液体または気体が挙げられる。
The
光源2は、光ビーム13を出射するものであり、半導体レーザや発光ダイオード等が好適に用いられる。光源2から出射された光ビーム13は、金属膜6に照射されることにより、金属膜6表面において表面プラズモンを励起する。ここで、光ビーム13が複数の波長を含んでいる場合、各波長における表面プラズモンの励起条件が異なる。そのため、光ビーム13が金属膜6によって反射された反射光の入射角依存性が異なり、分析が複雑になってしまう。したがって、光源2の波長領域は、できるだけ狭いことが望ましい。
The light source 2 emits a
また、光源2から出射された光ビーム13の偏光方向は、プリズム5と金属膜6との間に形成された界面の法線と、光ビーム13の光軸を含む面とを入射面としたとき、該入射面に対して平行な偏光方向、すなわちp偏光が望ましい。光ビーム13は、偏光方向をp偏光とすることにより、金属膜6表面において表面プラズモンを励起することができる。なお、光ビーム13の偏光方向が上記入射面に対して垂直な偏光方向、すなわちs偏光の場合は、光ビーム13は金属膜6表面において表面プラズモンを励起することができない。
Further, the polarization direction of the
コリメートレンズ3は、光源2から出射された光ビーム13を平行光に変換するものである。コリメートレンズ3の焦点距離は、短ければ短いほど、光源2から出射された光ビーム13の利用効率が上がる。
The collimating lens 3 converts the
集光レンズ4は、光源2から出射された光ビーム13を、金属膜6上に集光するものである。コリメートレンズ3によって光源2から出射された光ビーム13を平行光に変換しておくことにより、集光レンズ4は効率よく光ビーム13を金属膜6上に集光することができる。また、集光レンズ4は、位置を調整することにより、様々な入射角で光ビーム13を金属膜6へ入射することができる。
The condensing lens 4 condenses the
集光レンズ4としては、全方位を集光する平凸レンズ等のレンズを用いてもよいし、一方向のみ集光するシリンドリカルレンズ等のレンズを用いてもよい。集光レンズ4として全方位を集光するレンズを用いた場合は、金属膜6への入射角が複雑となるが、照射面積を小さくすることができる。そのため、全方位を集光するレンズを用いた表面プラズモンセンサー1は、試料14の局所的な情報を得ることが可能となる。
As the condensing lens 4, a lens such as a plano-convex lens that condenses all directions may be used, or a lens such as a cylindrical lens that condenses only in one direction may be used. When a lens that collects all directions is used as the condenser lens 4, the incident angle to the metal film 6 is complicated, but the irradiation area can be reduced. Therefore, the
また、集光レンズ4として一方向のみ集光するレンズを用いた場合は、集光しない方向は元のビームサイズのままであるため、金属膜6への入射角は集光した方向にのみ依存する。そのため、一方向のみを集光するレンズを用いた表面プラズモンセンサー1は、試料14の解析が容易となるとともに、光ビーム13の照射面積を大きくできるため、試料14の全体的な情報を得ることができる。
Further, when a lens that collects light in only one direction is used as the condenser lens 4, the incident angle to the metal film 6 depends only on the direction of light collection because the non-condensing direction remains the original beam size. To do. Therefore, the
金属膜6への入射角の角度範囲は、集光レンズ4の開口数で決まるが、金属膜6に試料14が接触している場合は、金属膜6上において表面プラズモンが励起されるように決定する必要がある。さらに、金属膜6への入射角の範囲を、全ての光ビーム13が全反射するような範囲にすることも好ましい。なお、コリメートレンズ3および集光レンズ4は、それぞれ一度平行光にしてから集光する構成にしているが、有限系のレンズ1つで代用してもよい。
The angle range of the incident angle on the metal film 6 is determined by the numerical aperture of the condenser lens 4. When the
プリズム5は、透光性を有する誘電体基板であり、光源2から出射された光ビーム13を通過させることにより、任意の入射角で光ビーム13を金属膜6に照射し、金属膜6表面に表面プラズモンを励起するものである。プリズム5を構成する材料としては、光源2の波長を透過でき、金属膜6上に表面プラズモンを励起できる材料であれば特に限定されないが、ガラスや樹脂等が好適に用いられる。
The
金属膜6表面に表面プラズモンを効率よく励起するためには、光ビーム13を入射角が約45度で金属膜6に照射することが望ましい。しかしながら、光ビーム13をプリズム5ではなく平行基板を介して、約45度の入射角で金属膜6に入射させることは困難である。そのため、本実施形態の表面プラズモンセンサー1は、プリズム5を用いることにより、金属膜6に入射角約45度で光ビーム13を照射している。
In order to efficiently excite surface plasmons on the surface of the metal film 6, it is desirable to irradiate the metal film 6 with the
プリズム5としては、図1においては三角プリズムが用いられているが、台形、楔形、半円柱型、半球型プリズム等も好適に用いられる。例えば、プリズム5として半円柱型や半球型プリズムを用いた場合は、半円柱および半球の中心に向かって光ビーム13を入射すると、プリズムの入射面への入射角がほぼ直角であるために、該入射面における反射率が小さくなり、光の利用効率が高くなる。
As the
さらに、プリズム5として半円柱型プリズムを用いた場合には、半円柱の中心に向かって光ビーム13を入射すると、プリズムの入射面への入射角と、金属膜6への入射角とが等しいため、入射角を換算する必要もない。
Further, when a semi-cylindrical prism is used as the
また、プリズム5として三角プリズムを用いた場合は、入射面での屈折により、プリズムへの入射角と金属膜6への入射角とが異なるが、半円柱型プリズムに比べ安価であるために、一般的に利用されている。プリズム5は、上述した構成に限られず、金属膜6に適切な角度で入射できればよいため、他の形状でもよいし、導波路でもよい。
In addition, when a triangular prism is used as the
金属膜6は、光源2から照射された光ビーム13により、表面プラズモンを発生させるものである。金属膜6は、プリズム5の所定の一面上に直接形成されていてもよいし、プリズム5と同程度の屈折率を有した誘電体基板上に形成し、上記誘電体基板の金属膜6が形成されている側とは反対側の面をプリズム5の所定の一面上にインデックスマッチング剤を挟んでのせてもよい。上記インデックスマッチング剤としては、市販されている液体やジェル等を用いてもよいし、UV硬化樹脂を用いてもよい。ただし、金属膜6が形成された上記誘電体基板が傾くと、入射角の誤差が生じるため、該誘電体基板をプリズム5上に安定して固定可能なインデックスマッチング剤を用いる必要がある。また、上記誘電体基板またはプリズム5との密着性の向上や、金属膜6の面精度を上げるために、上記誘電体基板またはプリズム5と金属膜6との間に下地層を設けてもよい。
The metal film 6 generates surface plasmons by the
また、金属膜6が形成された上記誘電体基板をプリズム5に対して着脱可能にしておくことにより、検出対象に応じて金属膜を誘電体基板ごと取り替えることが可能となる。これにより、1つの装置を用いて、多種の試料14の検出を行うことが可能となる。すなわち、他の材料から構成されており、かつ、他の膜厚を有する金属膜6が形成された誘電体基板と取り替えることにより、表面プラズモンセンサー1の感度や測定範囲等を変えることができる。
In addition, by making the dielectric substrate on which the metal film 6 is formed detachable from the
なお、プリズム5の所定の一面上とは、プリズム5が図1に示す三角プリズムの場合は三角形の底辺を含む面であり、プリズム5が半円柱型または半球型プリズムの場合は半円柱または半球型の中心を含む面であり、プリズム5によって光ビーム13を入射角約45度で金属膜6に入射可能な面である。
Note that the predetermined one surface of the
また、金属膜6表面にさらに特定の分子を吸着できる吸着層を設け、試料14中の特定の分子を検出する構成としてもよい。試料14には、検出対象以外の物質が混入している可能性がある。その場合、表面プラズモンセンサー1によって試料14の屈折率を検出すると、上記検出対象および上記物質が含まれた濃度が検出されてしまう。そこで、金属膜6に上記吸着層を設けることにより、検出対象のみを吸着することができ、該検出対象のみの濃度を知ることが可能となる。
Further, an adsorption layer capable of adsorbing specific molecules on the surface of the metal film 6 may be provided to detect specific molecules in the
金属膜6を構成する材料としては、表面プラズモンを励起可能な金属または合金であればよく、例えば、銀、銅、アルミニウム、白金、金等が好適に用いられる。金属膜6は、試料14に直接接触するために、試料14によって化学反応を起こさない安定した金属から構成されていることが望ましい。
The material constituting the metal film 6 may be any metal or alloy that can excite surface plasmons. For example, silver, copper, aluminum, platinum, gold, or the like is preferably used. The metal film 6 is preferably made of a stable metal that does not cause a chemical reaction by the
上述した金属のうち、金は、非常に安定した金属であり、錆びないために耐久性が高く、さらに、表面プラズモンを効率よく励起する。そのため、表面プラズモンセンサー1の金属膜として、金は最も好適に用いられる。金属膜6として金を用いることにより、試料14によって化学反応を起こさず、高い分解能で屈折率を検出することができるとともに、金属膜の酸化による経時劣化を防ぐことができる。金属膜6が金から構成されている場合、金属膜6上に表面プラズモンを励起するためには、約600nm〜約1550nmの波長の光ビーム13を金属膜6に照射することが望ましい。光源2から約600nm〜約1550nmの波長の光ビーム13を金から構成された金属膜6に照射することにより、表面プラズモンの励起効率が高まり、高い分解能で試料14の屈折率を検出することができる。
Among the metals described above, gold is a very stable metal and has high durability because it does not rust. Further, it excites surface plasmons efficiently. Therefore, gold is most preferably used as the metal film of the
また、金属膜6の膜厚は、非特許文献1に示すように、主に4つの要素、すなわちプリズム5、金属膜6および試料14の屈折率と光源2の波長とにより、試料14の屈折率を検出するために好適な膜厚に決定される。上述したように、従来では、金属膜6の膜厚は、検出対象を含まない状態の試料14を接触させた金属膜6における光ビーム13の反射率の最小値が最小となる膜厚dに設定されており、通常、数10nm程度である。ただし、本発明においては、この膜厚dより薄い膜厚を用いることが特徴であり、この詳細については後述する。
Further, as shown in
第1レンズ7および第2レンズ8は、プリズム5と金属膜6との間に形成された界面において反射した光ビーム13を、光検出器9へ集光させて入射させるためのものである。第1レンズ7および第2レンズ8は、上記界面からの反射光を一度平行光にしてから光検出器9に集光する構成であるが、本発明はこれに限られず、1つの有限系のレンズを用いてもかまわない。
The first lens 7 and the second lens 8 are for condensing the
光検出器9は、プリズム5と金属膜6との間に形成された界面において光ビーム13が反射した反射光強度を検出するものである。光検出器9としては、CCD若しくはCMOS、またはアレイ状検出器を用いることにより、反射光を一度に取り込むことが好ましい。特に、光検出器9としてCCDまたはCMOSを用いれば、光ビーム13のどの光線を測定に用いるかを選択することができる。
The photodetector 9 detects the intensity of the reflected light reflected by the
光源駆動回路10は、光源2を駆動するものであり、図示しない電源から電圧の供給を受けて光源2に電流を流すことにより、光源2を駆動する。なお、光源2の破壊を防ぐために、光源駆動回路10には光源2に流す電流値に上限値を設けておくことが好ましい。
The light
算出回路11は、光検出器9の検出結果から試料14の屈折率を算出するものである。具体的には、算出回路11は、光検出器9で検出された光ビーム13の反射光強度から、光ビーム13の金属膜6への入射角θminを算出する。そして、算出回路11は、予め入力された入射角θminと屈折率との関係から、算出された上記入射角θminに対応する屈折率を算出する。ここで、試料14が1種類であると想定される場合には、算出回路11は、さらに予め入力された屈折率と濃度との関係から、算出された上記屈折率に対応する濃度を算出することもできる。
The
入射角θminと屈折率との関係および屈折率と濃度との関係は、一般に、線形近似することができる。そのため、非常に単純な計算により、入射角θminから試料14の屈折率だけでなく、濃度を求めることができる。また、算出回路11は、表面プラズモンセンサー1による検出結果を記憶する記憶部を備えていてもよい。算出回路11としては、LSIやICなどの半導体チップや、これらを複合化したコンピュータ等が好適に用いられる。
In general, the relationship between the incident angle θmin and the refractive index and the relationship between the refractive index and the concentration can be linearly approximated. Therefore, not only the refractive index of the
モニター12は、算出回路11に記憶された測定結果や、該測定結果から算出した真の反射率や、反射率から判断した試料14の屈折率や濃度等の種々の結果を表示するものである。モニター12としては、例えば、CRTや液晶ディスプレイ等が好適に用いられる。
The
次に、本実施形態の表面プラズモンセンサー1を用いて、試料14の屈折率を検出する方法について図2および図3を参照して説明する。図2は、表面プラズモンセンサー1の金属膜6に対する試料14の接触方法の一実施例を示す図である。図3は、表面プラズモンセンサー1の金属膜6に対する試料14の接触方法の他の一実施例を示す図である。なお、試料14は、表面プラズモンセンサー1によって屈折率を検出する対象であり、所定の分子を含んだ液体または気体である。
Next, a method for detecting the refractive index of the
まず、本実施形態の表面プラズモンセンサー1は、試料14の屈折率の検出を行うために、試料14を金属膜6表面に接触させる。例えば、試料14として液体を用いた場合には、図2に示すように、金属膜6のプリズム5が設けられている側とは反対側の面に液滴として接触させる。また、例えば、試料14として液体または気体を用いた場合には、図3に示すように、金属膜6表面に設けられたフローセル15に液体または気体を流して接触させる。試料14を金属膜6表面に接触させる方法としては、上述した方法に限られず、試料14が金属膜6表面に接触可能な構成であればかまわない。
First, the
そして、試料14を金属膜6表面に接触させた後、光源2から光ビーム13が出射される。そして、光ビーム13は、コリメートレンズ3によって平行光に変換され、集光レンズ4によって様々な入射角で、プリズム5を介してプリズム5と金属膜6との間に形成された界面に対して金属膜6にp偏光で照射される。そして、光ビーム13は、金属膜6で反射され、その反射光は第1レンズ7および第2レンズ8を介して光検出器9へ集光される。そして、光検出器9へ集光された反射光の反射光強度の入射角依存性の測定を行い、モニター12に表示する。
Then, after bringing the
さらに算出回路11は、光検出器9で検出された光ビーム13の反射光強度から、入射角θminを算出する。そして、予め入力された入射角θminと屈折率との関係から、算出された入射角θminに対応する試料14の屈折率を算出する。さらに、算出回路11は、予め屈折率と濃度との関係を入力しておくことにより、算出された上記屈折率に対応する試料14の濃度を算出することもできる。
Further, the
〔金属膜6の膜厚の選定〕
次に、金属膜6の膜厚の選定方法について、図4〜図16を参照して説明する。金属膜6の膜厚は、上述したように、4つの要素、すなわちプリズム5、金属膜6および試料14の検出対象を含まない状態の屈折率と光源2の波長とにより、種々の構成を選択することができる。以下に、金属膜6の膜厚の選定に用いられる上記各要素の取り得る値について、代表的な例を説明する。
[Selection of film thickness of metal film 6]
Next, a method for selecting the film thickness of the metal film 6 will be described with reference to FIGS. As described above, the thickness of the metal film 6 is selected according to the refractive index in the state that does not include the detection target of the
プリズム5の屈折率としては、一般にプリズムに用いられる石英の屈折率1.46と、高屈折率な屈折率2.0とを用いる。なお、プリズムの材料としては、石英だけでなくガラスも好適に用いられるが、一般的なガラスの屈折率は約1.5であり、石英の場合とほぼ同様の結果となる。
As the refractive index of the
金属膜6の屈折率は、金属膜6を構成する材料に依存しており、金属膜6を構成する材料は、上述したように種々の材料が考えられる。ただし、以下の説明においては、金属膜6の材料としてAuを用いる。 The refractive index of the metal film 6 depends on the material constituting the metal film 6, and various materials can be considered as the material constituting the metal film 6 as described above. However, in the following description, Au is used as the material of the metal film 6.
試料14の検出対象を含まない状態の屈折率としては、試料14が検出対象を含む液体である場合と、検出対象を含む気体である場合が考えられる。そのため、試料14が検出対象を含む液体である場合、検出対象を水に溶かして濃度を測定することを想定し、検出対象を溶かす前の溶媒、すなわち水の屈折率1.33を用いる。また、試料14が検出対象を含む気体である場合、検出対象を空気または真空中に溶かして濃度を想定することを想定し、検出対象を溶かす前の屈折率1.0を用いる。
As the refractive index of the
金属膜6を構成する材料をAuとした場合、光源2の波長としては、金属膜6上に表面プラズモンを励起するのに適した赤色から赤外域が用いられる。具体的に、以下の説明においては、半導体レーザの波長635nm、780nm、YAGレーザの波長1054nmを用いる。 When the material constituting the metal film 6 is Au, the wavelength of the light source 2 is in the red to infrared range suitable for exciting surface plasmons on the metal film 6. Specifically, in the following description, wavelengths of 635 nm and 780 nm of a semiconductor laser and a wavelength of 1054 nm of a YAG laser are used.
以下に、上記4つの要素を組み合わせた場合における金属膜6の膜厚の選定について第1実施例〜第3実施例を挙げて説明する。ただし、プリズム5を石英、試料14を液体とすると、金属膜6において表面プラズモンをほとんど励起することができないため、この構成は除外した。
Hereinafter, selection of the thickness of the metal film 6 in the case where the above four elements are combined will be described with reference to the first to third embodiments. However, when the
〔第1実施例〕
まず、金属膜6の膜厚の選定の第1実施例について図4〜7を参照して説明する。本実施例では、上記4つの要素として、金属膜6の材質としてAuを、光源2の波長として635nm、780nm、1054nmの3波長を、プリズム5の屈折率として2.0を、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率として1.33を選択した場合における金属膜6の膜厚の選定について説明する。
[First embodiment]
First, a first embodiment for selecting the film thickness of the metal film 6 will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as the above four elements, Au is used as the material of the metal film 6, the wavelengths of the light source 2 are 635 nm, 780 nm, and 1054 nm, the refractive index of the
まず、上記4つの要素で消衰係数を0とした場合の光源2の各波長における、光ビーム13の金属膜6に対する入射角と反射率との関係について図4を参照して説明する。図4は、上記4つの要素で消衰係数を0とした場合における、光源2から出射された各波長635nm、780nm、1054nmの光ビーム13の金属膜6に対する入射角と反射率との関係を示すグラフである。なお、図中の点線は光ビーム13の波長635nmを、破線は光ビームの波長780nmを、実線は光ビームの波長1054nmを示している。
First, the relationship between the incident angle of the
また、光源2から出射された光ビーム13の各波長における金属膜6の膜厚は、反射率の最小値Rminが0に近くなるように、光ビーム13の波長が635nmの場合は金属膜6の膜厚を50nm、光ビーム13の波長が780nmの場合は金属膜6の膜厚を45nm、光ビーム13の波長が1054nmの場合は金属膜6の膜厚を35nmとしている。
Further, the thickness of the metal film 6 at each wavelength of the
光ビーム13の各波長における反射率が落ちるdipの半値全幅は、図4に示すように、光ビーム13の波長が635nmのとき約3.4度、光ビーム13の波長が780nmのとき約0.8度、光ビーム13の波長が1054nmのとき約0.5度であることが分かる。
As shown in FIG. 4, the full width at half maximum of dip in which the reflectance at each wavelength of the
次に、試料14の光吸収を考慮し、消衰係数を0から増加させた場合において、光源2の各波長における金属膜6の膜厚の選定について説明する。
Next, selection of the film thickness of the metal film 6 at each wavelength of the light source 2 when the extinction coefficient is increased from 0 in consideration of the light absorption of the
〔波長635nm〕
まず、光ビーム13の波長が635nmの場合において、金属膜6の膜厚を30nm、35nm、50nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図5(a)および図5(b)を参照して説明する。図5(a)は光ビームの波長が635nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図5(b)は光ビームの波長が635nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚30nm、破線が膜厚35nm、実線が膜厚50nmを示す。
[Wavelength 635nm]
First, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長635nmの膜厚dである50nmの場合、図5(a)に示すように、消衰係数が0から0.09まで増加するに伴い、入射角θminが約0.7度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約3.4度)の1/5程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.344として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図5(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the thickness of the metal film 6 is 50 nm, which is the thickness d of the
また、金属膜6の膜厚が35nmの場合、図5(a)に示すように、消衰係数が0から0.09まで増加するに伴い、入射角θminが約0.4度増加する。これは、上述したdipの半値全幅(約3.4度)の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。また、反射率Rminの値も、図5(b)に示すように、50nmの場合に比べて半分程度の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 35 nm, as shown in FIG. 5A, the incident angle θmin increases by about 0.4 degrees as the extinction coefficient increases from 0 to 0.09. This is about 1/10 of the full width at half maximum (about 3.4 degrees) of dip described above, and is an angle shift that cannot be detected. Further, as shown in FIG. 5B, the value of the reflectance Rmin is also suppressed to a fluctuation of about half compared with the case of 50 nm.
また、金属膜6の膜厚が30nmの場合、図5(a)および図5(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである50nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 Further, when the thickness of the metal film 6 is 30 nm, as shown in FIGS. 5A and 5B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are about the same as the case where the thickness d is 50 nm. It turns out that it is a change.
以上のことから、光ビーム13の波長が635nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである50nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.05の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を35nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を30nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が635nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約20nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
〔波長780nm〕
次に、光ビーム13の波長が780nmの場合において、金属膜6の膜厚を30nm、35nm、45nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図6を参照して説明する。図6(a)は光ビームの波長が780nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図6(b)は光ビームの波長が780nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚30nmの場合、破線が膜厚35nmの場合、実線が膜厚45nmの場合を示す。
[Wavelength 780nm]
Next, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長の膜厚dである45nmの場合、図6(a)に示すように、消衰係数が0から0.025まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.16度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約0.8度)の1/5程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.334として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図6(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the thickness of the metal film 6 is 45 nm, which is the thickness d of the wavelength of the
また、金属膜6の膜厚が35nmの場合、図6(a)に示すように、消衰係数が0から0.025まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.08度増加する。これは、上述したdip(約0.8度)の半値全幅の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。反射率Rminの値も、図5(b)に示すように、45nmの場合に比べて半分程度の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 35 nm, as shown in FIG. 6A, the incident angle θmin increases by about 0.08 degrees as the extinction coefficient increases from 0 to 0.025. . This is about 1/10 of the full width at half maximum of dip (about 0.8 degrees) described above, and is an angle shift that cannot be detected. As shown in FIG. 5B, the value of the reflectance Rmin is also suppressed to a fluctuation of about half compared with the case of 45 nm.
また、金属膜6の膜厚が30nmの場合、図6(a)および図6(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである45nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 Further, when the thickness of the metal film 6 is 30 nm, as shown in FIGS. 6A and 6B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are about the same as the case where the thickness d is 45 nm. It turns out that it is a change.
以上のことから、光ビーム13の波長が780nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである45nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.018の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を35nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を30nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が780nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約15nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
〔波長1054nm〕
次に、光ビーム13の波長が1054nmの場合において、金属膜6の膜厚を22.5nm、25nm、35nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図7を参照して説明する。図7(a)は光ビームの波長が1054nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図7(b)は光ビームの波長が1054nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚22.5nmの場合、破線が膜厚25nmの場合、実線が膜厚35nmの場合を示す。
[Wavelength 1054nm]
Next, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長の膜厚dである35nmの場合、図7(a)に示すように、消衰係数が0から0.02まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.09度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約0.5度)の1/5程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.332として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図7(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the film thickness of the metal film 6 is 35 nm, which is the film thickness d of the wavelength of the
また、金属膜6の膜厚が25nmの場合、消衰係数が0から0.02まで増えたときの入射角θminの増加分は約0.05度である。これは、dipの半値全幅の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。また、消衰係数が増えたときの反射率Rminも、35nmの場合に比べて半分以下の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 25 nm, the increment of the incident angle θmin when the extinction coefficient increases from 0 to 0.02 is about 0.05 degrees. This is an angle shift that is about 1/10 of the full width at half maximum of dip and cannot be detected. Further, the reflectance Rmin when the extinction coefficient is increased is also suppressed to a fluctuation of half or less compared to the case of 35 nm.
また、金属膜6の膜厚が22.5nmの場合、図7(a)および図7(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである35nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 When the film thickness of the metal film 6 is 22.5 nm, as shown in FIGS. 7A and 7B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are equivalent to the film thickness d of 35 nm. It turns out that it is a change of a grade.
以上のことから、光ビーム13の波長が1054nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである35nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.012の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を25nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を22.5nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が1054nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約12.5nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
〔第2実施例〕
次に、金属膜6の膜厚の選定の第2実施例について図8〜11を参照して説明する。本実施例では、上記4つの要素として、金属膜6の材質としてAuを、光源2の波長として635nm、780nm、1054nmの3波長を、プリズム5の屈折率として2.0を、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率として1.0を選択した場合における金属膜6の膜厚の選定について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment for selecting the film thickness of the metal film 6 will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as the above four elements, Au is used as the material of the metal film 6, the wavelengths of the light source 2 are 635 nm, 780 nm, and 1054 nm, the refractive index of the
まず、上記4つの要素で消衰係数を0とした場合の光源2の各波長における、光ビーム13の金属膜6に対する入射角と反射率との関係について図8を参照して説明する。図8は、上記4つの要素で消衰係数を0とした場合における、光源2から出射された各波長635nm、780nm、1054nmの光ビーム13の金属膜6に対する入射角と反射率との関係を示すグラフである。なお、図中の点線は光ビーム13の波長635nmを、破線は光ビームの波長780nmを、実線は光ビームの波長1054nmを示している。
First, the relationship between the incident angle of the
また、光源2から出射された光ビーム13の各波長における金属膜6の膜厚は、反射率の最小値Rminが0に近くなるように、光ビーム13の波長が635nmの場合は金属膜6の膜厚を50nm、光ビーム13の波長が780nmの場合は金属膜6の膜厚を45nm、光ビーム13の波長が1054nmの場合は金属膜6の膜厚を40nmとしている。
Further, the thickness of the metal film 6 at each wavelength of the
光ビーム13の各波長における反射率が落ちるdipの半値全幅は、図8に示すように、光ビーム13の波長が635nmのとき約1.2度、光ビーム13の波長が780nmのとき約0.3度、光ビーム13の波長が1054nmのとき約0.12度であることが分かる。
As shown in FIG. 8, the full width at half maximum of dip in which the reflectance at each wavelength of the
次に、試料14の光吸収を考慮し、消衰係数を0から増加させた場合において、光源2の各波長における金属膜6の膜厚の選定について説明する。
Next, selection of the film thickness of the metal film 6 at each wavelength of the light source 2 when the extinction coefficient is increased from 0 in consideration of the light absorption of the
〔波長635nm〕
まず、光ビーム13の波長が635nmの場合において、金属膜6の膜厚を33.5nm、40nm、50nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図9(a)および図9(b)を参照して説明する。図9(a)は光ビームの波長が635nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図9(b)は光ビームの波長が635nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚33.5nm、破線が膜厚40nm、実線が膜厚50nmを示す。
[Wavelength 635nm]
First, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長635nmの膜厚dである50nmの場合、図9(a)に示すように、消衰係数が0から0.035まで増加するに伴い、入射角θminが約0.2度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約1.2度)の1/6程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.003として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図9(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the thickness of the metal film 6 is 50 nm, which is the thickness d of the
また、金属膜6の膜厚が40nmの場合、図9(a)に示すように、消衰係数が0から0.035まで増加するに伴い、入射角θminが約0.13度増加する。これは、上述したdipの半値全幅(約1.2度)の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。また、反射率Rminの値も、図9(b)に示すように、50nmの場合に比べて半分程度の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 40 nm, as shown in FIG. 9A, the incident angle θmin increases by about 0.13 degrees as the extinction coefficient increases from 0 to 0.035. This is about 1/10 of the full width at half maximum (about 1.2 degrees) of dip described above, and is an angle shift that cannot be detected. Further, as shown in FIG. 9B, the value of the reflectance Rmin is also suppressed to a fluctuation of about half compared with the case of 50 nm.
また、金属膜6の膜厚が33.5nmの場合、図9(a)および図9(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである50nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 Further, when the thickness of the metal film 6 is 33.5 nm, as shown in FIGS. 9A and 9B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are the same as the case where the thickness d is 50 nm. It turns out that it is a change of a grade.
以上のことから、光ビーム13の波長が635nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである50nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.024の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を40nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を33.5nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が635nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約16.5nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
〔波長780nm〕
次に、光ビーム13の波長が780nmの場合において、金属膜6の膜厚を26.5nm、30nm、45nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図10を参照して説明する。図10(a)は光ビームの波長が780nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図10(b)は光ビームの波長が780nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚26.5nmの場合、破線が膜厚30nmの場合、実線が膜厚45nmの場合を示す。
[Wavelength 780nm]
Next, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長の膜厚dである45nmの場合、図10(a)に示すように、消衰係数が0から0.018まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.07度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約0.3度)の1/3程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.002として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図10(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the thickness of the metal film 6 is 45 nm, which is the thickness d of the wavelength of the
また、金属膜6の膜厚が30nmの場合、図10(a)に示すように、消衰係数が0から0.018まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.04度増加する。これは、上述したdip(約0.3度)の半値全幅の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。反射率Rminの値も、図10(b)に示すように、45nmの場合に比べて1/3程度の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 30 nm, the incident angle θmin increases by about 0.04 degrees as the extinction coefficient increases from 0 to 0.018 as shown in FIG. . This is about 1/10 of the full width at half maximum of dip (about 0.3 degrees) described above, and is an angle shift that cannot be detected. As shown in FIG. 10B, the value of the reflectance Rmin is also suppressed to a fluctuation of about 1/3 compared to the case of 45 nm.
また、金属膜6の膜厚が26.5nmの場合、図10(a)および図10(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである45nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 Further, when the thickness of the metal film 6 is 26.5 nm, as shown in FIGS. 10A and 10B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are the same as when the film thickness d is 45 nm. It turns out that it is a change of a grade.
以上のことから、光ビーム13の波長が780nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである45nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.01の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を30nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を26.5nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が780nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約18.5nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
〔波長1054nm〕
次に、光ビーム13の波長が1054nmの場合において、金属膜6の膜厚を22nm、25nm、40nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図11を参照して説明する。図11(a)は光ビームの波長が1054nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図11(b)は光ビームの波長が1054nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚22nmの場合、破線が膜厚25nmの場合、実線が膜厚40nmの場合を示す。
[Wavelength 1054nm]
Next, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長の膜厚dである40nmの場合、図11(a)に示すように、消衰係数が0から0.007まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.03度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約0.12度)の1/4程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.001として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図11(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the thickness of the metal film 6 is 40 nm, which is the thickness d of the wavelength of the
また、金属膜6の膜厚が25nmの場合、消衰係数が0から0.007まで増えたときの入射角θminの増加分は約0.015度である。これは、dipの半値全幅の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。また、消衰係数が増えたときの反射率Rminも、35nmの場合に比べて1/3程度の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 25 nm, the increment of the incident angle θmin when the extinction coefficient increases from 0 to 0.007 is about 0.015 degrees. This is an angle shift that is about 1/10 of the full width at half maximum of dip and cannot be detected. Further, the reflectance Rmin when the extinction coefficient increases is also suppressed to a fluctuation of about 1/3 compared to the case of 35 nm.
また、金属膜6の膜厚が22nmの場合、図11(a)および図11(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである40nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 When the film thickness of the metal film 6 is 22 nm, as shown in FIGS. 11A and 11B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are about the same as those when the film thickness d is 40 nm. It turns out that it is a change.
以上のことから、光ビーム13の波長が1054nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである40nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.003の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を25nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を22nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が1054nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約18nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
〔第3実施例〕
次に、金属膜6の膜厚の選定の第3実施例について図12〜15を参照して説明する。本実施例では、上記4つの要素として、金属膜6の材質としてAuを、光源2の波長として635nm、780nm、1054nmの3波長を、プリズム5の屈折率として1.46を、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率として1.0を選択した場合における金属膜6の膜厚の選定について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment for selecting the thickness of the metal film 6 will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as the above four elements, Au is used as the material of the metal film 6, three wavelengths of 635 nm, 780 nm, and 1054 nm are used as the wavelength of the light source 2, and 1.46 is detected as the refractive index of the
まず、上記4つの要素で消衰係数を0とした場合の光源2の各波長における、光ビーム13の金属膜6に対する入射角と反射率との関係について図12を参照して説明する。図12は、上記4つの要素で消衰係数を0とした場合における、光源2から出射された各波長635nm、780nm、1054nmの光ビーム13の金属膜6に対する入射角と反射率との関係を示すグラフである。なお、図中の点線は光ビーム13の波長635nmを、破線は光ビームの波長780nmを、実線は光ビームの波長1054nmを示している。
First, the relationship between the incident angle of the
また、光源2から出射された光ビーム13の各波長における金属膜6の膜厚は、反射率の最小値Rminが0に近くなるように、光ビーム13の波長が635nmの場合は金属膜6の膜厚を50nm、光ビーム13の波長が780nmの場合は金属膜6の膜厚を45nm、光ビーム13の波長が1054nmの場合は金属膜6の膜厚を40nmとしている。
Further, the thickness of the metal film 6 at each wavelength of the
光ビーム13の各波長における反射率が落ちるdipの半値全幅は、図12に示すように、光ビーム13の波長が635nmのとき約2.1度、光ビーム13の波長が780nmのとき約0.4度、光ビーム13の波長が1054nmのとき約0.18度であることが分かる。
As shown in FIG. 12, the full width at half maximum of dip in which the reflectance at each wavelength of the
次に、試料14の光吸収を考慮し、消衰係数を0から増加させた場合において、光源2の各波長における金属膜6の膜厚の選定について説明する。
Next, selection of the film thickness of the metal film 6 at each wavelength of the light source 2 when the extinction coefficient is increased from 0 in consideration of the light absorption of the
〔波長635nm〕
まず、光ビーム13の波長が635nmの場合において、金属膜6の膜厚を33nm、40nm、50nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図13(a)および図13(b)を参照して説明する。図13(a)は光ビームの波長が635nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図13(b)は光ビームの波長が635nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚33nm、破線が膜厚40nm、実線が膜厚50nmを示す。
[Wavelength 635nm]
First, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長635nmの膜厚dである50nmの場合、図13(a)に示すように、消衰係数が0から0.032まで増加するに伴い、入射角θminが約0.33度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約2.1度)の1/6程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.005として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図13(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the thickness of the metal film 6 is 50 nm, which is the thickness d of the
また、金属膜6の膜厚が40nmの場合、図13(a)に示すように、消衰係数が0から0.032まで増加するに伴い、入射角θminが約0.2度増加する。これは、上述したdipの半値全幅(約2.1度)の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。また、反射率Rminの値も、図13(b)に示すように、50nmの場合に比べて半分程度の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 40 nm, as shown in FIG. 13A, the incident angle θmin increases by about 0.2 degrees as the extinction coefficient increases from 0 to 0.032. This is about 1/10 of the full width at half maximum (about 2.1 degrees) of dip described above, and is an angle shift that cannot be detected. Further, as shown in FIG. 13B, the value of the reflectance Rmin is also suppressed to a fluctuation of about half compared with the case of 50 nm.
また、金属膜6の膜厚が33nmの場合、図13(a)および図13(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである50nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 When the film thickness of the metal film 6 is 33 nm, as shown in FIGS. 13A and 13B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are approximately the same as the case where the film thickness d is 50 nm. It turns out that it is a change.
以上のことから、光ビーム13の波長が635nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである50nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.024の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を40nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を33nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が635nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約17nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
〔波長780nm〕
次に、光ビーム13の波長が780nmの場合において、金属膜6の膜厚を27nm、30nm、45nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図14を参照して説明する。図14(a)は光ビームの波長が780nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図14(b)は光ビームの波長が780nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚27nmの場合、破線が膜厚30nmの場合、実線が膜厚45nmの場合を示す。
[Wavelength 780nm]
Next, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長の膜厚dである45nmの場合、図14(a)に示すように、消衰係数が0から0.015まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.08度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約0.4度)の1/5程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.0015として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図14(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the thickness of the metal film 6 is 45 nm, which is the thickness d of the wavelength of the
また、金属膜6の膜厚が30nmの場合、図14(a)に示すように、消衰係数が0から0.015まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.04度増加する。これは、上述したdip(約0.4度)の半値全幅の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。反射率Rminの値も、図14(b)に示すように、45nmの場合に比べて半分程度の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 30 nm, as shown in FIG. 14A, the incident angle θmin increases by about 0.04 degrees as the extinction coefficient increases from 0 to 0.015. . This is about 1/10 of the full width at half maximum of the dip (about 0.4 degrees) described above, and is an angle shift that cannot be detected. As shown in FIG. 14B, the value of the reflectance Rmin is also suppressed to a fluctuation of about half compared to the case of 45 nm.
また、金属膜6の膜厚が27nmの場合、図14(a)および図14(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである45nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 Further, when the film thickness of the metal film 6 is 27 nm, as shown in FIGS. 14A and 14B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are about the same as those in the case where the film thickness d is 45 nm. It turns out that it is a change.
以上のことから、光ビーム13の波長が780nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである45nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.008の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を30nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を27nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が780nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約18nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
〔波長1054nm〕
次に、光ビーム13の波長が1054nmの場合において、金属膜6の膜厚を21nm、25nm、40nmとしたときの試料14の消衰係数と、入射角θminと、反射率Rminとの関係について図15を参照して説明する。図15(a)は光ビームの波長が1054nmの場合における、試料14の消衰係数と、入射角θminとの関係を示したグラフであり、図15(b)は光ビームの波長が1054nmの場合における、試料14の消衰係数と、反射率Rminとの関係を示したグラフである。なお、点線が膜厚21nmの場合、破線が膜厚25nmの場合、実線が膜厚40nmの場合を示す。
[Wavelength 1054nm]
Next, when the wavelength of the
金属膜6の膜厚が光ビーム13の波長の膜厚dである40nmの場合、図15(a)に示すように、消衰係数が0から0.007まで増加するのに伴い、入射角θminが約0.05度増加してしまうことが分かる。この入射角θminの増加した値は、上述したdipの半値全幅(約0.18度)の1/4程度であり、誤差として検出されてしまう範囲である。この入射角θminの誤差は、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率が1.001として検出されることになる。また、反射率Rminの値も、図15(b)に示すように、消衰係数の増加に伴い増加している。これは、入射角θminの検出時のS/N低下となる。
When the thickness of the metal film 6 is 40 nm, which is the thickness d of the wavelength of the
また、金属膜6の膜厚が25nmの場合、消衰係数が0から0.007まで増えたときの入射角θminの増加分は約0.02度である。これは、dipの半値全幅の1/10程度であり、検出できない程度の角度シフトである。また、消衰係数が増えたときの反射率Rminも、40nmの場合に比べて半分程度の変動に抑えられている。 When the thickness of the metal film 6 is 25 nm, the increment of the incident angle θmin when the extinction coefficient increases from 0 to 0.007 is about 0.02 degrees. This is an angle shift that is about 1/10 of the full width at half maximum of dip and cannot be detected. Further, the reflectance Rmin when the extinction coefficient is increased is also suppressed to about half of the fluctuation compared to the case of 40 nm.
また、金属膜6の膜厚が21nmの場合、図15(a)および図15(b)に示すように、入射角θminおよび反射率Rminが、膜厚dである40nmの場合と同等程度の変化であることが分かる。 Further, when the film thickness of the metal film 6 is 21 nm, as shown in FIGS. 15A and 15B, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are about the same as those when the film thickness d is 40 nm. It turns out that it is a change.
以上のことから、光ビーム13の波長が1054nmの場合、金属膜6の膜厚を膜厚dである40nmとしては、入射角θminの変化をdipの半値全幅の1/10程度に抑えるためには、消衰係数が0から0.003の範囲の試料14しか測定できないという不具合が生じることが分かる。しかしながら、金属膜6の膜厚を25nm、すなわち上記膜厚dよりもさらに薄い膜厚とすることにより、入射角θminに対する試料14の吸収の影響を小さくすることができる。ただし、金属膜6の膜厚を21nmまで薄くしてしまうと、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と同様の不具合が生じてしまう。
From the above, when the wavelength of the
したがって、光ビーム13の波長が1054nmの場合における金属膜6の膜厚は、金属膜6の膜厚dに対して、約0nm〜約19nmの範囲内で薄くすることにより、光ビーム13の金属膜6に対する入射角θminおよび反射率Rminは、金属膜6の膜厚を膜厚dとしたときよりも消衰係数の変化に影響されないことが分かる。
Therefore, when the wavelength of the
上記第1実施例〜上記第3実施例に示したように、金属膜6の膜厚を膜厚d、すなわち、消衰係数が0の状態で表面プラズモン共鳴を起こす膜厚とした場合は、消衰係数が0のときに入射角θminおよび反射率Rminが最小値となる。すなわち、入射角θminおよび反射率Rminは、消衰係数が0のとき最小値となり、消衰係数の増加に伴い単調増加していく。そのため、入射角θminおよび反射率Rminの変化を所定の範囲内に抑えるためには、狭い範囲の消衰係数の検出対象しか測定できないという不具合が生じる。 As shown in the first to third embodiments, when the film thickness of the metal film 6 is the film thickness d, that is, the film thickness causing the surface plasmon resonance with the extinction coefficient being 0, When the extinction coefficient is 0, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are minimum values. That is, the incident angle θmin and the reflectance Rmin are minimum values when the extinction coefficient is 0, and monotonously increase as the extinction coefficient increases. Therefore, in order to suppress changes in the incident angle θmin and the reflectance Rmin within a predetermined range, there arises a problem that only a detection target of an extinction coefficient in a narrow range can be measured.
そこで、表面プラズモンセンサー1では、金属膜6の膜厚を膜厚dよりも薄くすることにより、所定の消衰係数の値で入射角θminおよび反射率Rminを最小とすることができる。すなわち、入射角θminおよび反射率Rminは、消衰係数が0から所定値までで一度減少し、所定値以降で増加していく。そのため、金属膜6の膜厚を膜厚dとする場合と比較して、入射角θminおよび反射率Rminの変化を半分程度にすることができる。
Therefore, in the
このとき、金属膜6の膜厚の下限値は、入射角θminが金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合の入射角θminと同じになる膜厚である。すなわち、上述した本発明の効果は、金属膜6の膜厚を下限値から膜厚dまでの範囲内とすることにより、得ることができる。金属膜6の膜厚の選定方法における上記第1実施例〜上記第3実施例の結果に基づいて、金属膜6の膜厚d、推奨膜厚、下限値を下記表にまとめる。(単位はすべてnm) At this time, the lower limit value of the film thickness of the metal film 6 is a film thickness at which the incident angle θmin is the same as the incident angle θmin when the film thickness of the metal film 6 is the film thickness d. That is, the effect of the present invention described above can be obtained by setting the film thickness of the metal film 6 within the range from the lower limit value to the film thickness d. Based on the results of the first to third embodiments in the method of selecting the thickness of the metal film 6, the thickness d, the recommended thickness, and the lower limit value of the metal film 6 are summarized in the following table. (Unit is nm)
上記表1から、金属膜6の膜厚が膜厚dより20nm薄い膜厚から膜厚dまでの範囲内であれば、本発明の効果を得られることが分かる。このように、金属膜6の膜厚と膜厚dとの差を約20nm以下にすることにより、消衰係数の増加に伴う入射角θminの変動を、膜厚dの場合よりも抑えることができる。また、反射率Rminの変動も、膜厚dの場合よりも抑えることができるため、入射角θmin検出時のS/Nの劣化を抑えることができる。 From Table 1 above, it can be seen that the effect of the present invention can be obtained if the thickness of the metal film 6 is in the range from the thickness 20 nm thinner than the thickness d to the thickness d. Thus, by making the difference between the film thickness d and the film thickness d of the metal film 6 approximately 20 nm or less, the variation in the incident angle θmin accompanying the increase in the extinction coefficient can be suppressed more than in the case of the film thickness d. it can. In addition, since the fluctuation of the reflectance Rmin can also be suppressed as compared with the case of the film thickness d, it is possible to suppress the deterioration of S / N when the incident angle θmin is detected.
また、金属膜6の膜厚を膜厚dより10nm〜15nmの範囲で薄くすることにより、推奨値の範囲となることが分かる。これにより、消衰係数の増加に伴う入射角θminの変動を十分に小さく、例えばdipの1/10程度にまで抑えること可能である。そのため、試料14の正確な屈折率が検出可能な、検出対象の消衰係数の範囲を最大限にすることができる。また、この消衰係数の範囲における反射率Rminの変動も、金属膜6の膜厚を膜厚dとした場合と比較して、半分以下に抑えられるため、入射角θmin検出時のS/Nの劣化を抑えることができる。
It can also be seen that the recommended value range can be obtained by making the metal film 6 thinner than the film thickness d in the range of 10 nm to 15 nm. Thereby, the fluctuation of the incident angle θmin accompanying the increase in the extinction coefficient can be sufficiently reduced, for example, to about 1/10 of dip. Therefore, it is possible to maximize the range of the extinction coefficient of the detection target in which the accurate refractive index of the
したがって、金属膜6の膜厚を膜厚dより薄い膜厚とすることにより、試料14に吸収がある場合でも、入射角θminの変化は試料14の屈折率のみに依存する。そのため、算出回路11は、予め入力された入射角θminと試料14の屈折率との関係から、入射角θminに対応した正確な屈折率、さらには濃度を算出することができる。
Therefore, by making the film thickness of the metal film 6 thinner than the film thickness d, the change in the incident angle θmin depends only on the refractive index of the
ここで、入射角θminと、反射率Rminと、屈折率との関係について図16を参照して説明する。図16(a)は金属膜6の材料としてAuを、プリズム5の屈折率として2.0を、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率として1.33を用い、消衰係数0とした場合における、入射角θminと試料14の屈折率との関係をプロットしたグラフであり、図16(b)は金属膜6の材料としてAuを、プリズム5の屈折率として2.0を、試料14の検出対象を含まない状態の屈折率として1.33を用い、消衰係数0とした場合における、反射率Rminと試料14の屈折率との関係をプロットしたグラフである。
Here, the relationship among the incident angle θmin, the reflectance Rmin, and the refractive index will be described with reference to FIG. FIG. 16A uses Au as the material of the metal film 6, 2.0 as the refractive index of the
図16(a)のグラフから、入射角θminと試料14の屈折率との関係はほぼ線形であることが分かる。また、金属膜6の材料、プリズム5の屈折率および試料14の検出対象を含まない状態の屈折率として他の組合せを用いた場合であっても、図16(a)に示したグラフと同様に線形となる。したがって、算出回路11は、入射角θminと試料14の屈折率との関係を予め計算しておくことにより、線形近似することによって、非常に単純な計算で入射角θminから試料14の屈折率を算出することができる。また、試料14の屈折率と濃度との関係もほぼ線形であるために、入射角θminと屈折率との関係と同様に、単純な計算で濃度も算出することが可能である。
From the graph of FIG. 16A, it can be seen that the relationship between the incident angle θmin and the refractive index of the
また、図16(b)のグラフから、試料14の屈折率は反射率Rminに依存していないことが分かる。そのため、試料14の屈折率は、入射角θminのみに基づいて算出することができる。
Moreover, it can be seen from the graph of FIG. 16B that the refractive index of the
なお、試料14の屈折率の検出における誤差をさらに少なくするためには、金属膜6の膜厚を試料14の消衰係数の範囲に応じて選択することが望ましい。具体的には、試料14の消衰係数が上記第1実施例〜上記第3実施例において述べた範囲よりも小さい場合には、より膜厚dに近い膜厚とする。
In order to further reduce the error in detecting the refractive index of the
また、上記説明においては、入射角θminの変化がdipの半値全幅の1/10程度であれば、検出できない範囲の角度シフトであると説明したが、表面プラズモンセンサー1の検出感度が高くなるに伴い、金属膜6の膜厚を膜厚dにより近い膜厚にすることが望ましい。
In the above description, if the change in the incident angle θmin is about 1/10 of the full width at half maximum of dip, it has been described that the angle shift is in a range that cannot be detected. However, the detection sensitivity of the
また、金属膜6の膜厚の選定方法における上記第1実施例〜上記第3実施例では、金属膜6の材料としてAuを用いて説明しているが、本発明の原理は金属膜6がAuから構成されている場合に限られず、金属膜6が他の材料から構成されている場合であっても適用することができる。また、プリズム5および試料14についても、金属膜6と同様であり、プリズム5および試料14が上述した材料以外から構成されていたとしても、本発明の原理を適用することが可能である。
In the first to third embodiments of the method for selecting the thickness of the metal film 6, Au is used as the material of the metal film 6, but the principle of the present invention is that the metal film 6 The present invention is not limited to the case where it is made of Au, and can be applied even when the metal film 6 is made of another material. Also, the
また、試料14である、検出対象を含まない液体または気体自体にもともと吸収がある場合でも、検出対象に吸収があり、該検出対象を含む液体または気体の濃度を濃くしたときに試料14の消衰係数が増加すれば、本発明の原理と同様である。
Further, even when the liquid or gas itself that does not include the detection target, which is the
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、検出対象を含む液体または気体の屈折率を検出するものであり、上記液体または上記気体の濃度測定、蛋白質や高分子等の検出等に好適に用いられる。 The present invention detects the refractive index of a liquid or gas containing a detection target, and is suitably used for measuring the concentration of the liquid or gas, detecting proteins or polymers, and the like.
1 表面プラズモンセンサー
2 光源
3 コリメートレンズ
4 集光レンズ
5 プリズム(誘電体基板)
6 金属膜
7 第1レンズ
8 第2レンズ
9 光検出器
10 光源駆動回路
11 算出回路
12 モニター
13 光ビーム
14 試料(検出対象を含む液体または気体)
15 フローセル
DESCRIPTION OF
6 Metal film 7 First lens 8 Second lens 9
15 Flow cell
Claims (2)
前記誘電体基板上に形成され、検出対象を含む液体または気体を接触させた金からなる金属膜であって、その表面に所定の分子を吸着する吸着層が形成されている金属膜と、
前記金属膜において前記液体または前記気体が接触している面とは反対側の前記金属膜の面に光ビームを照射する光源とを有する、前記液体または前記気体の屈折率を検出する表面プラズモンセンサーにおいて、
前記誘電体基板が、前記表面プラズモンセンサーから着脱可能であり、
前記光ビームの波長が、1054nm〜1550nmであるとともに、
前記金属膜の膜厚が、前記検出対象を含まない前記液体または前記気体を接触させた該金属膜に対する前記光ビームの反射率の最小値が最小となる膜厚dより薄く、さらに、前記金属膜の膜厚と前記膜厚dとの差が、10nm〜15nmであることを特徴とする表面プラズモンセンサー。 A dielectric substrate having translucency;
A metal film formed on the dielectric substrate and made of gold in contact with a liquid or gas containing a detection target, wherein an adsorption layer that adsorbs a predetermined molecule is formed on the surface of the metal film;
A surface plasmon sensor for detecting a refractive index of the liquid or the gas, comprising: a light source that irradiates a light beam on a surface of the metal film opposite to a surface in contact with the liquid or the gas in the metal film. In
The dielectric substrate is detachable from the surface plasmon sensor,
The wavelength of the light beam is 1054 nm to 1550 nm,
The film thickness of the metal film is smaller than the film thickness d at which the minimum reflectance of the light beam with respect to the metal film in contact with the liquid or the gas not including the detection target is minimized, and further, the metal The surface plasmon sensor characterized in that the difference between the film thickness and the film thickness d is 10 nm to 15 nm.
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