特許 5967756 分光用基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5967756

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】分光用基板

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/01 20060101AFI20160728BHJP

   G01N 21/65 20060101ALI20160728BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/01 B

   G01N21/65

   G01N21/64 Z

   G01N21/64 G

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-103029(P2012-103029)

(22)【出願日】2012年4月27日

(65)【公開番号】特開2013-231641(P2013-231641A)

(43)【公開日】2013年11月14日

【審査請求日】2015年4月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】501061319

【氏名又は名称】学校法人 東洋大学

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(72)【発明者】

【氏名】竹井 弘之

(72)【発明者】

【氏名】設樂 涼

【審査官】 奥田 雄介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２３０３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０８９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４７１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４２９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４４５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１５５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３８４１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／６４

Ｇ０１Ｎ ２１／６５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に吸着された疎水性又は親水性を有する微粒子群と、分光測定領域のみ前記各微粒子の表面に形成された表面増強用の第１の金属層とを備え、前記分光測定領域以外の前記基板表面には前記疎水性又は親水性を有する微粒子が配置されていることを特徴とする分光用基板。

【請求項2】

前記疎水性又は親水性を有する微粒子は、シランカップリング処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の分光用基板。

【請求項3】

前記微粒子群の各微粒子は、粒径５ｎｍ〜１０００ｎｍのシリカ、酸化チタン、ポリスチレンのいずれかの材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光用基板。

【請求項4】

前記第１の金属層は、膜厚５ｎｍ〜１０００ｎｍの銀あるいは金で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の分光用基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蛍光物質もしくはラマン活性を有する分子を濃縮するサンプル濃縮型の分光用基板に関する。

【背景技術】

【0002】

環境モニタリング、品質管理、臨床検査等の分野において、蛍光物質もしくはラマン活性を有する分子を測定するにあたって、測定に先立って分子を濃縮することは検出感度の向上の観点から有効である。さまざまな濃縮方法が存在するが、もっとも簡便な方法は、サンプルを基板に滴下し、乾燥させてから測定する方法である。

【0003】

より進化した濃縮方法としては、化学修飾により疎水化された基板の上にサンプルを滴下し、分子を局所的に濃縮かつ乾燥させることである。例えば、非特許文献１に示されるように、親水性液滴を撥水性表面に滴下すると、液体は球状に近い形を取り、液体と基板の接触面積を抑制することができる。接触面積が制限されることにより、滴下された液体中の被検体分子は基板上で濃縮され、蛍光もしくはラマン散乱光の強度を向上させるのに有利である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】I.A. Larmour et al. Spectroscopy Europe, 3, 6-8, 2009

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来の方法を用いることにより、蛍光強度及びラマン散乱光強度を増強することは可能である。しかし、低濃度の微小サンプルから信号を測定するためには、さらに蛍光強度及びラマン散乱光強度の向上が望まれる。特に、ラマン分光の場合、散乱断面積が極度に低いことから、従来の方法による濃縮では信号強度が十分ではなく、正確な測定ができない場合が多々生じる。

【0006】

ラマン分光法は、低分子量分子の同定に非常に有効な手法であることから、低濃度の微少量サンプルから信号を測定することが可能になれば、環境モニタリング、品質管理、医療等の分野において、より活用が期待される。

【0007】

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、蛍光強度やラマン散乱光強度等をより増強することができる分光用基板を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の分光用基板は、基板上に吸着された疎水性又は親水性を有する微粒子群と、分光測定領域のみ前記各微粒子の表面に形成された表面増強用の第１の金属層とを備え、前記分光測定領域以外の前記基板表面には前記疎水性又は親水性を有する微粒子が配置されていることを主要な特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、表面増強効果及び疎水化処理によるサンプル濃縮効果を兼ね備えた分光用基板、又は、表面増強効果及び親水化処理によるサンプル濃縮効果を兼ね備えた分光用基板を構成でき、容量１μｌ以下といった微少量サンプルの測定に、特に適する分光用基板を形成することができる。しかも高価な製造装置を用いることなく、表面増強用領域及び疎水性領域又は表面増強用領域及び親水性領域を容易に形成できることから、分光用基板を安価に量産することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の分光用基板の構造を示す断面図である。

【図2】分光用基板の形成方法を示す図である。

【図3】疎水面の特性及び形成方法を示す図である。

【図4】表面増強領域の形成方法を示す図である。

【図5】表面増強領域を持たない比較用の基板を示す図である。

【図6】表面増強領域を有する基板の効果を示す図である。

【図7】疎水面の効果を示す図である。

【図8】蒸着マスクのパターン例を示す図である。

【図9】走査型電子顕微鏡により観察された基板上の金属付着微粒子を示す図である。

【図10】分光測定を行う基本構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。構造に関する図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

【0014】

蛍光強度及びラマン散乱光強度を増強する方法として、表面増強法がある。本発明の第１の形態として、微少量の低濃度サンプルを濃縮させ分光測定に十分な強度の信号を得るため、撥水性（疎水性）及び表面増強効果を有する領域を基板上に形成した。

【0015】

図１は、本発明の分析用基板の基本的構造を示す断面図である。図１（ａ）では、基板１上の分光測定領域Ｍには、微粒子２上に金属層３が帽子状に形成された金属付着微粒子１０が配置されている。一方、基板１の分光測定領域Ｍ以外の非測定領域には、撥水処理（疎水化処理）が行われた微粒子２が配置されており、微粒子２の表面は、例えばシランカップリング処理によりシラン分子１３が吸着されており、疎水性を有する。なお、金属層４は、金属層３を形成する際に、基板１上に堆積した金属である。

【0016】

このように、分光用基板を構成することにより、サンプルとして基板１上の分光測定領域Ｍの付近に滴下された水溶液は、分光測定領域Ｍ以外の範囲の微粒子２の表面では、はじかれる。他方、金属層３の表面は、非測定領域の微粒子２の表面と比較して相対的に親水性であることから、金属層３が形成された金属付着微粒子１０の表面に水溶液が広がる。

【0017】

これにより、滴下された水溶液は、金属付着微粒子１０が存在する分光測定領域Ｍに集まり、球状に近い形を取る。すなわち、サンプルを分光測定領域Ｍの範囲に濃縮することができる。ここで、金属付着微粒子１０が有する金属層３により表面プラズモン共鳴による表面増強効果が得られるので、サンプルが濃縮された金属付着微粒子１０表面からは、非常に大きな表面増強効果を得ることができる。

【0018】

また、図１（ｃ）のように、分光測定領域Ｍにのみ、基板１上に金属付着微粒子１０を形成しておき、分光測定領域Ｍ以外の範囲には、微粒子２を吸着させないようにしても良い。この場合、基板１の分光測定領域Ｍ以外の範囲では、基板１の表面が疎水化処理されて疎水面となっている。疎水面は、例えばシランカップリング処理によりシラン分子１３が吸着される。図１（ｃ）の場合でも、サンプル濃縮効果及び表面増強効果が得られる。図１（ａ）と比較すると、図１（ａ）の方が作製が簡単で、疎水性の効果が増強される。

【0019】

一方、本発明の第２の形態として、微少量の低濃度サンプルを濃縮させ分光測定に十分な強度の信号を得るため、親水性及び表面増強効果を有する領域を基板上に形成した。図１（ｂ）は、サンプルの被検体及び溶媒が油性物質の場合の分析用基板を示す。分光測定領域Ｍに配置される金属付着微粒子１０は、微粒子２上に帽子状に金属層３が形成されているのは、図１（ａ）と同じであるが、微粒子２の表面が親水化処理されて、例えば、シラン分子１４が吸着しており、親水性を有することが異なる。シラン分子１３とシラン分子１４とは、結合している官能基が異なるので、疎水化処理にも親水化処理にも使用することができる。

【0020】

これにより、サンプルの被検体及び溶媒が油性物質の場合、油性溶液のサンプルを図１（ｂ）の基板１上の分光測定領域Ｍの付近に滴下すると、分光測定領域Ｍ以外の範囲の微粒子２の表面では、はじかれる。他方、分光測定領域Ｍの金属層３の表面は非測定領域と比較して相対的に疎水性１５を有することから、金属付着微粒子１０の表面は油性溶液が広がる。

【0021】

これにより、滴下された油性溶液のサンプルは、金属付着微粒子１０が存在する分光測定領域Ｍに集まり、球状に近い形を取る。すなわち、サンプルを分光測定領域Ｍの範囲に濃縮することができる。ここで、金属付着微粒子１０が有する金属層３により表面プラズモン共鳴による表面増強効果が得られるので、サンプルが濃縮された金属付着微粒子１０表面からは、非常に大きな表面増強効果を得ることができる。

【0022】

なお、図１（ｂ）の分光測定領域Ｍの疎水性を増加させる場合は、金属層３の表面に疎水化処理としてチオール分子処理を行う。図１（ｂ）は、チオール分子処理により、金属層３の表面にチオール分子１５が吸着し、疎水性が増加した状態を示す。

【0023】

また、図１（ｄ）のように、分光測定領域Ｍにのみ、基板１上に金属付着微粒子１０を形成しておき、分光測定領域Ｍ以外の範囲には、微粒子２を吸着させないようにしても良い。この場合、基板１の分光測定領域Ｍ以外の範囲では、基板１の表面が親水化処理されて親水面となっている。親水面は、例えばシランカップリング処理によりシラン分子１４が吸着される。図１（ｄ）の場合でも、サンプル濃縮効果及び表面増強効果が得られる。図１（ｂ）と比較すると、図１（ｂ）の方が作製が簡単で、親水性の効果が増強される。

【0024】

基板１は、ガラス、石英、シリコン等の材料が用いられる。また、微粒子２には、シリカ、ポリスチレン、酸化チタン等によるナノ粒子が用いられる。金属層３は、金や銀、白金、アルミ、銅等の金属材料を用いることできるが、金属材料としては貴金属である金、銀、白金が望ましい。

【0025】

次に、疎水面（撥水面）の特性と作製方法について図３により説明する。化学修飾により金属や樹脂表面を撥水性にする試薬は、様々な分野で用いられている。その際、図３（ａ）に示すように、基板１の平坦な表面よりも、図３（ｂ）に示すように、数十ナノメートルからミクロン程度の凹凸構造を有する表面を化学修飾する方が、接触角が増すことが知られている（「超撥水と超親水」辻井 薫 著、米田出版、２００９）。

【0026】

ここで、図３（ａ）は基板１の平坦な表面に撥水処理を行って、水溶液２０を滴下した状態を示す。θ１は液滴の接触角を示す。図３（ｂ）は、基板１の平坦な表面に微粒子２を吸着させた後、微粒子２の表面を撥水処理し、水溶液２０を滴下した状態を示す。θ２は液滴の接触角を示す。このように、図３（ｂ）の方が、接触角が大きくなる（θ１＜θ２）。

【0027】

そこで、本発明においては基板表面を粒径数十ナノメートルからミクロン程度の粒子で被覆してから、化学修飾を行う。具体的には、図３（ｃ）に示すように、シリカ、酸化チタン等の微粒子２を基板１に吸着させる。次に、シラン分子のＳｉ−ＯＲ基がＯＨ基と反応することを利用して微粒子２の表面にシランカップリング処理を施す（図３（ｄ））。図３（ｄ）は、図３（ｃ）のＡ１の範囲を拡大表示した図である。微粒子２の表面に吸着されたシラン分子１３が、長鎖の炭化水素やフッ化炭素基あるいはシリコン基を有すると、表面の接触角は１２０度以上の超撥水面となり、疎水性を有することになる。

【0028】

一方、水酸基もしくはカルボキシル基またはアミノ基を有するシラン分子１４によるシランカップリング処理を行うと、図１（ｂ）で説明したように、微粒子２の表面は親水性を有することになる。

【0029】

次に、表面増強領域の作製方法を図４で説明する。図４（ａ）は、図３（ｃ）に示すように形成された微粒子２の表面を、厚さ５ｎｍ〜１０００ｎｍの銀もしくは金の貴金属で被覆する。これにより、表面増強が実現可能であることが知られている（T. Yamaguchi, T. Kaya, M. Aoyama, H. Takei, Analyst, 134, 776-783, 2009）。このように、金属層３には貴金属を用いることが望ましい。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ２の領域を拡大した図を示す。微粒子２上に帽子状に金属層３が堆積される。このとき、微粒子間における基板１の表面にも、金属層４が堆積する。このようにして、図４（ｃ）に示すように、微粒子２上に金属層３が形成された金属付着微粒子１０が、基板１上に形成される。

【0030】

また、図４（ｄ）に示すように、基板１上の微粒子２をすべて覆うように、基板１の表面上に金属層３を堆積するようにしても良い。金属層３は、微粒子２をすべて埋包（内包）するように形成されるが、微粒子２が基板１に吸着したときの配置による凹凸が、そのまま堆積した金属層３の突起部４１として現れる。金属層３は所定の厚みを持って形成される。金属層３を連続的に形成しているので、伝播型表面プラズモン共鳴よる表面増強効果を得ることができる。また、連続的に形成された金属層３は突起部４１を複数有しているので、局在型プラズモン共鳴による表面増強効果を得ることができる。このように、伝播型表面プラズモン共鳴と局在型表面プラズモン共鳴のカップリングを可能とする構造を用いることにより、増強率の増大および構造の強靭性が得られる。

【0031】

次に、図５のように、表面上に何も形成されていない、すなわち表面増強領域を持たない基板１を用意し、これを用いてラマン分光を行った結果と、図４（ｃ）の金属付着微粒子が形成された基板１を用いてラマン分光を行った結果とを比較した。

【0032】

図４（ｃ）の基板を用い、基板を１ｍＭのローダミン６Ｇ溶液に浸漬し、波長５１４．５ｎｍの励起光でラマン分光を行った結果を図６のＸのグラフに示す。ここで、基板１上の微粒子の粒径は１００ｎｍ、金属層３には銀を用い、その蒸着厚は１６０ｎｍとした。一方、図５の基板を用い、基板を１ｍＭのローダミン６Ｇ溶液に浸漬し、波長５１４．５ｎｍの励起光でラマン分光を行った結果を図６のＹのグラフに示す。図６のラマンスペクトルは、横軸がラマンシフト（ｃｍ^−１）を、縦軸はラマン強度（任意単位）を示す。

【0033】

図６のＸからわかるように、図４（ｃ）の基板からは顕著な散乱光が観察される。しかし、図６のＹからわかるように、図５の基板からは信号が観察されない。

【0034】

上記図３、４に基づけば、分光用基板の作製方法及び分光測定方法の基本的な工程の例は、以下のようになる。

【0035】

（１）基板にシリカ微粒子を吸着させ、（２）シランカップリング処理により撥水処理を施したシリカ粒子被覆表面を作製し、（３）分光測定領域内のシリカ粒子を銀ないし金でコーティングすることにより表面増強領域を作製する。次に、（４）表面増強領域をチオール処理により親水性にする。（５）被検体を含む水溶性液滴を表面増強領域に滴下すると、表面増強領域を中心に球状液体が形成される。（６）サンプルを乾燥することにより、被検体は表面増強領域のみに濃縮される。（７）被検体からの信号を表面増強効果で増幅して検出する。このような方法で、サンプルが濃縮されるとともに、濃縮された領域が表面増強効果を有するので、分光測定に十分な強度の受光信号を得ることができる。

【0036】

以下に、本発明の分光用基板作製の実施例を示す。
（実施例１）
図２は、分光用基板の具体的な作製方法を示す。まず、基板としてガラス基板１１を用い、ガラス基板１１の上に微粒子としてシリカナノ粒子１２を吸着させる。このために、ガラス基板１１表面の化学修飾を行う。アミノプロピルトリメトキシシランもしくはアミノプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング試薬の水溶液を重量比で０．１％〜１０％のものを用意し、ガラス基板１１を水溶液中に１０秒から１分の間浸漬する。

【0037】

次にガラス基板１１を精製水で洗浄し乾燥させる。重量比で０．１％〜５％の粒径１００ｎｍのシリカナノ粒子１２の懸濁液を用意し、表面修飾された上記のガラス基板１１をシリカナノ粒子１２の懸濁液に浸漬する。１０秒〜５分経過したら、ガラス基板を懸濁液から精製水に移し、ガラス基板１１の表面から過剰量のナノ粒子を洗い流す。

【0038】

ガラス基板１１を室温で十分に乾燥させたら、次にシランカップリング処理を行う。試薬としては、メチルトリメトキシシランやトリフルオロプロピルトリメトキシシラン等を使う。官能基は炭化水素基、フッ化炭素基、シリコン基であることが望ましい。

【0039】

シランカップリング処理が行われたガラス基板１１の状態を示すのが、図２（ａ）である。また、図２（ａ）の上段に記載されたガラス基板１１の一部を拡大したものが、下段に示されている。ガラス基板１１上のシリカナノ粒子１２の表面は、シランカップリング処理により、シラン分子１３が吸着し、疎水性を有するようになる。

【0040】

ここで、図７（ａ）は、シランカップリング処理が施されたシリカナノ粒子１２が表面に配置された構造を有するガラス基板１１上に滴下された水滴２０の状態を、図７（ｂ）は、全く処理が施されていないガラス基板１１上に滴下された水滴２０の状態を模式図的に示す。図３（ａ）、（ｂ）で説明したように、図６（ａ）の場合は、接触角が非常に大きくなる。

【0041】

また、図７（ｃ）はメチルトリメトキシシランで処理された粒径１００ｎｍのシリカナノ粒子１２を有するガラス基板１１の上に滴下された水滴の状態を示す画像であり、図７（ｄ）は、全く処理が施されていないガラス基板表面に滴下された水滴の状態を示す画像である。図７（ｃ）における接触角が、図７（ｄ）に対して大幅に増加しているのが分かる。

【0042】

また、図７（ｅ）は、３μｌの１０μＭローダミン６Ｇ液滴を、図７（ａ）のように構成されたガラス基板１１の撥水面に滴下し乾燥させた状態を示す画像である。図７（ｆ）は、３μｌの１０μＭローダミン６Ｇ液滴を、図７（ｂ）のように構成されたガラス基板１１の未処理表面に滴下し、乾燥させた状態を示す画像である。各画像ともに、５ｍｍのスケールが示されている。

【0043】

図７（ｅ）の円形の点線内に描かれた白い円形状の部分は、ローダミン６Ｇ液滴がガラス基板１１の撥水面により凝集されて球状液体となり、乾固した領域である。一方、図７（ｆ）の円形の点線内に描かれた白い円形状の部分はローダミン６Ｇが乾固した領域を示す。図７（ｆ）の乾固した領域よりも図７（ｅ）の乾固した領域の方が小さい。このように、図７（ｅ）は図７（ｆ）と比較してローダミン６Ｇが濃縮されていることがわかる。

【0044】

次に、基板上に表面増強領域を形成する。図２（ａ）のように、シリカナノ粒子１２にシランカップリング処理が施されたガラス基板１１を用いる。図２（ｂ）のように、蒸着マスク４１がシリカナノ粒子１２に接触した状態、または近傍に配置された状態で金属蒸着を行う。この金属には、例えば、貴金属である銀を用いる。

【0045】

ガラス基板１１を蒸着装置内に設置し、内部の圧力を１×１０^−３パスカル程度まで減衰させる。銀ペレットを含む蒸着用ボートに電流を流し、銀の金属ガスを発生させ、銀を毎秒０．１から５ｎｍの割合で蒸着する。銀からなる金属層３の厚さが８０ｎｍから５００ｎｍに到達したら蒸着を終了する。このようにして、シリカナノ粒子１２上に帽子状に金属層３が堆積された金属付着微粒子１０が作製される。走査型電子顕微鏡により撮影した金属付着微粒子１０の画像を図９に示す。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、金属層の蒸着厚が異なる。

【0046】

この結果、蒸着マスク４１の開口部４１ａに存在するシリカナノ粒子１２の表面は銀からなる金属層３でコーティングされ、銀がコーティングされていない周辺領域には、疎水性領域が形成される。この状態で、適量の水溶性サンプルを滴下すると、金属付着微粒子１０の表面は、周辺領域のシリカナノ粒子表面と比較して相対的に親水性であることから、サンプルは球状の液滴を形成する。

【0047】

サンプルを乾燥させると、サンプル内部の被検体分子は、表面増強法に適した金属付着微粒子１０の表面上に濃縮される。金属付着微粒子１０の表面の親水性を増加させる必要がある場合には、金属層３の表面を水酸基もしくはカルボキシル基またはアミノ基を有するチオール分子による処理を行う。

【0048】

なお、チオール分子処理は、疎水化処理として用いることもできる。これは、チオール分子の官能基によって親水性の効果を発揮したり、疎水性の効果を発揮したりするものであるからである。上記のように官能基として、水酸基（ＯＨ）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）、アミノ基（ＮＨ_２）等を有する場合は、親水化処理に用いることができる。一方、フッ化チオール（ＨＳ−（ＣＨ_２）１１−Ｏ−（ＣＨ_２）_２−（ＣＦ_２）_５−ＣＦ_３）のように、官能基としてフッ素基を有する場合は、疎水化処理に用いることができる。また、チオール分子処理により、親水性又は疎水性の化学修飾を行う場合は、化学修飾される対象が金属である必要がある。

【0049】

また、チオール分子は、金属表面にしか結合しないので、分光用基板の全体にチオール分子処理を行っても、誘電体等からなる微粒子２の表面への影響はなく、微粒子２の表面の疎水性や親水性の特性が変化することはない。

【0050】

図８に、蒸着マスク４１の形状パターン例を示す。図８（ａ）は円形の開口部４１Ａを有する蒸着マスク、図８（ｂ）は３つの円形開口部４１Ｂを有する蒸着マスク、図８（ｃ）は矩形状の開口部４１Ｃを有する蒸着マスク、図８（ｄ）は十字形状の開口部４１Ｄを有する蒸着マスクである。このような蒸着マスクを用いれば、蒸着マスクの開口部の形状に対応した分光測定領域の形状が形成される。同じ容量の液滴を基板表面に保持するに際し、分光測定領域の形状を適宜選択することができる。

【0051】

（実施例２）
次に、被検体及び溶媒が油性物質の場合の分光用基板の作製例を以下に示す。水と油とは混ざらない性質があるので、分光測定領域となる表面増強領域を疎水性、表面増強領域以外の周辺の領域を親水性にすることで、油性サンプルを滴下すると、サンプルは球状の液滴を形成する。

【0052】

まず、表面にシリカナノ粒子１２が吸着されたガラス基板１１を用意する。これは、図２（ａ）の構造と同じであるが、シリカナノ粒子１２の表面を親水化処理する点が異なる。親水化処理には、例えば、前述したように、水酸基、カルボキシル基、アミノ基のいずれかの官能基を有するシラン分子によるシランカップリング処理を用いる。

【0053】

次に、図２（ｂ）と同様な方法により、蒸着マスク４１を用いて、金属層３を分光測定領域に存在するシリカナノ粒子１１に蒸着させる。シリカナノ粒子１２上に帽子状に金属層３が堆積された金属付着微粒子１０が作製される。金属層３の表面は、表面増強領域となり、周辺領域のシリカナノ粒子表面と比較して相対的に疎水性であることから、油性のサンプルは球状の液滴を形成する。さらに、表面増強領域の疎水性を増加させる場合は、金属層３の表面にフッ化チオール処理を行う。図２（ｃ）は、金属層３の表面にチオール分子１５が吸着しており、疎水性が増加した状態を示す。

【0054】

次に、表面増強領域の周辺領域の疎水性又は親水性をさらに向上させる必要がある場合には、チオール分子処理を行っても良い。この場合は、微粒子吸着後、微粒子形成の全範囲に渡って、厚さ５ｎｍ〜１０ｎｍの金を蒸着しておく必要がある。

【0055】

金薄膜を微粒子上に形成後、疎水性又は親水性の効果を向上させるために、チオール分子による表面改質処理を行う。例えば、親水化処理を行う場合は、金薄膜の表面を水酸基もしくはカルボキシル基またはアミノ基を有するチオール分子による処理を行う。また、疎水化処理を行う場合は、金薄膜表面にフッ化チオール処理を行う。

【0056】

シランカップリング処理により、疎水化処理又は親水化処理を行う場合は、金薄膜等の金属を微粒子の全範囲に渡って形成する必要はなく、コストは安い。しかし、シランカップリング処理されたシリカ粒子と比較して、チオール分子処理された金コートシリカ粒子の方が、より顕著な表面処理効果が現れる。次に、蒸着マスクを使用して分光測定領域（表面増強領域）のみに、５ｎｍから１０００ｎｍの銀ないしは金を蒸着する。励起波長にも依存するが、一般的には銀の方が表面増強用金属として望ましい。

【0057】

図１０は、分光測定の一例を示す。図１０（ａ）は、基板１上に濃縮されている被検体５１を含む水溶性の液滴３２に励起光を照射し、分光学的に測定している例を示す。図１０（ｂ）は、被検体５１を含む液滴３２が、疎水化処理された基板１の表面に滴下された状態を示す。ここで、実線で描かれた５３は疎水性領域を、点線で描かれた５２は親水性領域を示す。親水性領域５２は分光測定領域に相当する。

【0058】

すなわち、図１（ａ）、図２（ｂ）に示される基板１やガラス基板１１と同様、基板上には微粒子２が吸着されており、金属層３が形成されている金属付着微粒子１０が存在する領域が親水性領域５２を示し、金属層３が形成されていない微粒子２が存在する領域が疎水性領域５３を示す。これにより、図１０（ｂ）に示すように、液滴３２が親水性領域５２に濃縮される。液滴３２が乾燥すると、図１０（ｃ）に示すように、被検体５１が親水性領域５２に集約される。親水性領域５２は、表面増強領域でもあるので、濃縮された被検体５１からは、強度の大きい受光信号を得ることができる。このように、微少量の低濃度サンプルであっても、このサンプルを濃縮させ、分光測定に十分な強度の信号を得ることができる。

【0059】

図１０（ｄ）、（ｅ）は比較例を示す。図１０（ｄ）では、表面処理が何もされていない基板３１を用いている。このため、液滴５１は、基板３１上で広がり濃縮されなくなる。液滴５１が乾燥すると、図１０（ｅ）に示すように、被検体５１が分散した状態で、基板３１上に配置される。また、基板３１には表面増強領域は形成されていないので、分散配置された被検体５１からは、分光測定に十分な強度の受光信号を得ることができない。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明の分光用基板は、環境モニタリング、品質管理、臨床検査等に適用することができる。

【符号の説明】

【0061】

１ 基板
２ 微粒子
３ 金属層
４ 金属層
１０ 金属付着微粒子
１３ シラン分子
１４ シラン分子
１５ チオール分子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図8】

【図10】

【図7】

【図9】