金属系粒子集合体、层叠体和传感装置的制作方法

1.本发明涉及金属系粒子集合体和包含其的层叠体、以及包含该层叠体的传感装置。


背景技术：

2.通过分析来自发光体的发光来定性或定量地检测用荧光体等发光体标记的被检测物质的光学式生物传感装置作为可实现高速分析的装置在各种领域中发挥重要的作用。作为上述光学式生物传感装置，已知有例如：病毒传感器、离子传感器、dna芯片、蛋白质芯片、糖链芯片、凝集素芯片、非侵入葡萄糖传感器等。
3.需要说明的是，作为与本发明相关的的现有技术文献，有专利文献1。专利文献1中公开了利用局域等离激元共振现象来增强荧光的技术。非专利文献1示出了有关利用银纳米粒子的局域等离激元共振的研究。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2007-139540号公报
7.非专利文献
8.非专利文献1：t.fukuura and m.kawasaki，
″
long range enhancement of molecular fluorescence by closely packed submicro-scale ag islands
″
，e-journal of surface science and nanotechnology，2009，7，653


技术实现要素：

9.发明要解决的课题
10.在以往的光学式生物传感装置中，来自发光体的发光的强度弱，为了进行高灵敏度的分析，有时需要高灵敏度分光器。另外，在被检测物质为少量的情况下，高灵敏度的分析变得更难，有时需要多次测定或者无法检测。
11.本发明的一个目的在于提供一种能够用于光学式传感装置、且作为使发光体的发光增强的增强要素有用的新型结构体。
12.本发明的另一目的在于提供一种通过具备上述结构体而实现了灵敏度提高的传感装置。
13.用于解决课题的手段
14.本发明提供以下所示的金属系粒子集合体、层叠体和传感装置。
15.[1]一种金属系粒子集合体，其是多个金属系粒子相互分离地配置而成的金属系粒子集合体，
[0016]
上述多个金属系粒子分别以与其相邻的金属系粒子的平均距离为1nm以上且1000nm以下的方式配置，
[0017]
上述平均距离的标准偏差为25nm以下。
[0018]
[2]根据[1]所述的金属系粒子集合体，其中，上述多个金属系粒子的平均粒径为5nm以上且800nm以下。
[0019]
[3]一种层叠体，其包含：
[0020]
基板，其具有第1主面和与上述第1主面对置的第2主面；以及
[0021]
层叠于上述第1主面上的[1]或[2]所述的金属系粒子集合体，
[0022]
上述金属系粒子集合体是多个金属系粒子以相互分离的方式二维配置而成的。
[0023]
[4]根据[3]所述的层叠体，其中，被上述金属系粒子集合体被覆的面积在上述第1主面的面积中所占的比例为65％以上。
[0024]
[5]一种传感装置，其是用于检测被检测物质的传感装置，其包含：
[0025]
[3]或[4]所述的层叠体；
[0026]
捕捉层，其配置于上述金属系粒子集合体上，具有用于捕捉被发光体标记的上述被检测物质的捕捉物质；
[0027]
光源，其发出用于激发上述发光体的激发光；以及
[0028]
检测器，其检测来自上述发光体的发光。
[0029]
[6]根据[5]所述的传感装置，其还包含以上述基板为基准配置在与上述金属系粒子集合体侧相反的一侧的支撑构件。
[0030]
[7]根据[5]所述的传感装置，其中，上述基板具有透光性，
[0031]
上述检测器以上述基板为基准配置在与上述金属系粒子集合体侧相反的一侧。
[0032]
[8]根据[6]所述的传感装置，其依次配置有上述捕捉层、上述金属系粒子集合体、上述基板和上述支撑构件，
[0033]
上述基板和上述支撑构件具有透光性，
[0034]
上述检测器以上述支撑构件为基准配置在与上述基板侧相反的一侧。
[0035]
[9]根据[8]所述的传感装置，其中，上述激发光入射到上述支撑构件中。
[0036]
发明效果
[0037]
能够提供一种结构体，其能够用于光学式传感装置，且作为使发光体的发光增强的增强要素有用。另外，通过具备上述结构体，能够提供实现了灵敏度提高的传感装置。
附图说明
[0038]
图1是表示本发明的传感装置的一个例子的截面示意图。
[0039]
图2是表示本发明的传感装置的另一个例子的截面示意图。
[0040]
图3是表示本发明的传感装置的又一个例子的截面示意图。
[0041]
图4是从正上方观察实施例1中得到的层叠体中的金属系粒子集合体时的sem图像(50000倍和100000倍比例尺)。
[0042]
图5是表示实施例1中制作的光学式传感装置的截面示意图。
[0043]
图6是表示在实施例1和参照例中得到的发光光谱的图。
[0044]
图7是从正上方观察实施例2中得到的层叠体中的金属系粒子集合体时的sem图像(50000倍和100000倍比例尺)。
具体实施方式
[0045]
《金属系粒子集合体》
[0046]
(1)概要
[0047]
本发明的金属系粒子集合体(以下，也简称为“金属系粒子集合体”。)是多个金属系粒子相互分离地配置而成的金属系粒子集合体。多个金属系粒子优选以相互分离的方式进行二维配置。
[0048]
在金属系粒子集合体中，金属系粒子分别与其相邻的金属系粒子的平均距离(以下，也称为“平均粒子间距离”。)被配置为1nm以上且1000nm以下，该平均粒子间距离的标准偏差为25nm以下。
[0049]
本发明的金属系粒子集合体为等离激元结构体。“等离激元结构体”是指能够显示局域等离激元共振的结构体。等离激元是由结构体中的自由电子的集体振动产生的自由电子的疏密波。
[0050]
本发明的金属系粒子集合体通过其局域等离激元共振，能够增强来自标记被检测物质的发光体的发光的强度，可以适合用作光学式传感装置用的发光增强要素。通过将该金属系粒子集合体应用于光学式传感装置，能够提高光学式传感装置的灵敏度。
[0051]
专利文献1中记载那样的以往的等离激元结构体存在如下制约：必须使等离激元结构体与被激发的发光体的距离处于不发生作为电子的直接移动的德克斯特机理导致的能量移动的范围、且处于显现福斯特机理的能量移动的范围内(1nm～10nm)。这样，在使用了上述以往的等离激元结构体的局域等离激元共振中，存在其作用范围被限定在距等离激元结构体表面10nm以下的极窄的范围内这样的本质的课题。该课题必然导致如下课题：在将基于金属纳米粒子的局域等离激元共振利用于光学式传感装置来增强作为发光标记的发光体的发光从而实现灵敏度的提高的尝试中，不怎么确认到发光增强效果。这是因为，在光学式传感装置中，等离激元结构体表面与发光体的距离通常超过10nm。
[0052]
根据本发明的金属系粒子集合体，能够显示出下述特征，因此能够解决使用了上述以往的等离激元结构体的局域等离激元共振中的上述课题。
[0053]
[a]与使用上述以往的等离激元结构体的情况相比，等离激元共振的作用范围(基于等离激元的发光增强效果所波及的范围)宽，也能够增强位于距离金属系粒子集合体的表面例如几百nm的范围内的发光体的发光。
[0054]
[b]与使用上述以往的等离激元结构体的情况相比，显示出更强的等离激元共振，因此，能够得到更强的发光增强效果。
[0055]
据认为上述[a]和[b]的特征是通过以平均粒子间距离成为规定的范围的方式、且以该平均粒子间距离的标准偏差成为规定的范围的方式配置多个金属系粒子从而产生的金属系粒子的局域等离激元间的相互作用而显现的。
[0056]
关于上述[a]，根据本发明的金属系粒子集合体，能够增强配置于例如距离10nm以上、进一步为几十nm(例如20nm、30nm或40nm)以上、更进一步为100nm以上或200nm以上的位置的发光体的发光。
[0057]
关于上述[b]，本发明的金属系粒子集合体所显示的等离激元共振的强度不是特定波长下的各个金属系粒子所显示的局域等离激元共振的单纯的总和，而是其以上的强度。即，通过以上述平均粒子间距离成为规定的范围的方式、且以该平均粒子间距离的标准
偏差成为规定的范围的方式配置多个金属系粒子，各个金属系粒子相互作用而表现出强的等离激元共振。据认为这样的强的等离激元共振通过金属系粒子的局域等离激元间的相互作用而显现。
[0058]
通常，等离激元结构体在通过吸光光度法测定吸收光谱时，能以紫外～可见光区域中的位于最长波长侧的峰的形式观测到等离激元共振峰(以下，也称为“等离激元峰”。)。
[0059]
金属系粒子集合体的吸收光谱可以将形成于玻璃基板上的物质作为测定样品，通过吸光光度法进行测定。具体而言，吸收光谱是通过如下方式而得到的：分别使用积分球分光光度计对从层叠有金属系粒子集合体的玻璃基板的背面侧(与金属系粒子集合体相反的一侧)的、与基板面垂直的方向照射紫外～可见光区域的入射光，并透射至金属系粒子集合体侧的所有方向的透射光的强度i，以及从与该测定样品的基板相同厚度和相同材质的基板的未层叠金属系粒子集合体的基板的面垂直的方向照射与之前相同的入射光，并从入射面的相反侧透射的所有方向的透射光的强度i0进行测定。此时，作为吸收光谱的纵轴的吸光度由下述式表示：
[0060]
吸光度＝-log
10
(i/i0)。
[0061]
吸收光谱可以使用一般的分光光度计进行测定。
[0062]
另外，在紫外～可见光区域中测定位于最长波长侧的等离激元峰的极大波长、其吸光度时，可以使用物镜和分光光度计，缩小测定视野来进行吸收光谱测定。
[0063]
(2)金属系粒子集合体的构成
[0064]
构成金属系粒子集合体的金属系粒子由在紫外～可见光区域中能够进行等离激元共振的材料构成。在紫外～可见光区域中能够进行等离激元共振的材料是指在制成纳米粒子或其集合体时，在基于吸光光度法的吸收光谱测定中显示在紫外～可见光区域出现的等离激元峰的材料。
[0065]
作为紫外～可见光区域中能够进行等离激元共振的金属系材料，例如可举出金、银、铜、铂、钯等贵金属；铝、钽等贵金属以外的金属；含有选自该贵金属和贵金属以外的金属中的金属的合金；包含选自该贵金属和贵金属以外的金属中的金属的金属化合物(金属氧化物、金属盐等)。其中，作为在紫外～可见光区域为中能够发生等离激元共振的金属系材料，优选金、银、铜、铂、钯等贵金属，从廉价且吸收小(在可见光波长中的介电函数的虚部小)的观点考虑，更优选为银。
[0066]
从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，构成金属系粒子集合体的多个金属系粒子的平均粒径优选为5nm以上，更优选为10nm以上，进一步优选为20nm以上，更进一步优选大于20nm。从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，构成金属系粒子集合体的多个金属系粒子的平均粒径优选为800nm以下，更优选为550nm以下，进一步优选为300nm以下，更进一步优选为250nm以下，特别优选为150nm以下。
[0067]
金属系粒子的平均粒径优选根据构成金属系粒子的金属系材料的种类适当选择。
[0068]
上述多个金属系粒子的平均粒径是指：在从二维地配置有多个金属系粒子而成的金属系粒子集合体的正上方观察的sem观察图像中，随机地选择10个粒子，在各粒子像内随机地画5条切线直径(其中，成为切线直径的直线均可以仅从粒子像内部通过，设为其中的1根仅从粒子内部通过、可画出最长的直线的直线)，将其平均值(以下，将该平均值也称为“切线直径平均值”。)作为各粒子的粒径时，所选择的10个粒子的粒径的平均值。切线直径
定义为：将粒子的轮廓(投影像)用与该轮廓相切的2根平行线夹持，将此时的间隔(日刊工业新闻社“粒子计测技术”，1994，第5页)连接而成的垂线。
[0069]
对平均粒径的测定方法更具体地进行说明时，首先sem观察图像使用日本电子株式会公司制的扫描电子显微镜“jsm-5500”或与其同等的装置进行测定。接下来，使用美国国立卫生研究所制的自由图像处理软件“imagej”，以横1280像素
×
纵960像素读入所得到的观察图像。接下来，使用microsoft公司制的表计算软件“excel”的随机数产生函数“randbetween”，从1～1280中得到10个随机数(x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x
10
)，从1～960中得到10个随机数(y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8、y9、y
10
)。从所得到的各10个随机数得到10组随机数组合(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、(x4，y4)、(x5，y5)、(x6，y6)、(x7，y7)、(x8，y8)、(x9，y9)和(x
10
，y
10
)。将从1～1280产生的随机数的数值设为x坐标、将从1～960产生的随机数的数值设为y坐标，得到10组坐标点(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、(x4，y4)、(x5，y5)、(x6，y6)、(x7，y7)、(x8，y8)、(x9，y9)和(x
10
，y
10
)。然后，针对包含该坐标点的合计10个粒子像分别得到上述切线直径平均值，接着，作为该10个切线直径平均值的平均值而得到平均粒径。在作为10组随机数组合的10个坐标点的至少任意1个不包含在粒子像内的情况下，或者在同一粒子内包含2个以上的坐标点的情况下，废弃该随机数组合，重复产生随机数，直到10个坐标点全部被包含在不同的粒子像内为止。
[0070]
金属系粒子例如可以通过sem观察来确认。sem观察图像使用日本电子株式会公司制的扫描电子显微镜“jsm-5500”或与其同等的装置进行测定。
[0071]
具体而言，在本说明书中，“金属系粒子”的“粒子”是指在使用美国国立卫生研究所制的自由图像处理软件“imagej”，以横1280像素
×
纵960像素读取所得的50000倍的sem观察图像而得到的图像中，被相对暗的部分包围的相对亮的部分。该图像也可以是根据下述[实施例]的项中有关被覆率的测定所记载的方法进行了对比度和亮度的调整而得的图像。
[0072]
在金属系粒子集合体中，多个金属系粒子分别以与其相邻的金属系粒子的平均距离(平均粒子间距离)成为1nm以上且1000nm以下的方式配置。通过以这样的平均粒子间距离配置金属系粒子，能够表现出强的等离激元共振和等离激元共振的作用范围的延长等效果。
[0073]
从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，平均粒子间距离优选为1nm以上且150nm以下，更优选为1nm以上且60nm以下，进一步优选为1nm以上且30nm以下，更进一步优选为1nm以上且20nm以下。如果平均粒子间距离小于1nm，则在粒子间产生基于德克斯特机理的电子移动，在局域等离激元的失活的方面变得不利。
[0074]
多个金属系粒子相互分离地配置而成的金属系粒子集合体可以是作为该集合体不显示导电性的集合体，也可以是显示导电性的集合体。例如，在金属系粒子间可以存在导电性物质，也可以不存在导电性物质。
[0075]
作为该集合体不显示导电性例如可以如下进行确认：使万用表〔测试仪(hewlett-packard公司制“e2378a”)〕的一对测试仪探针分开10mm～15mm地与金属系粒子集合体接触时，在范围设定为“30mω”时，在该测定条件下电阻值为30mω以上，结果显示为“过载”。
[0076]
平均粒子间距离是指在从二维地配置有多个金属系粒子而成的金属系粒子集合体的正上方观察的sem观察图像中，随机地选择30个粒子，对于所选择的各个粒子，求出与
相邻的粒子的粒子间距离时的、这30个粒子的粒子间距离的平均值。与相邻的粒子的粒子间距离是指分别测定与所有相邻的粒子的距离(相邻的粒子的表面彼此间的最小距离)并将它们平均而得到的值。
[0077]
对平均粒子间距离的测定方法更具体地进行说明时，首先sem观察图像使用日本电子株式会公司制的扫描电子显微镜“jsm-5500”或与其同等的装置进行测定。接下来，使用美国国立卫生研究所制的自由图像处理软件“imagej”，以横1280像素
×
纵960像素读入所得到的观察图像。接下来，使用microsoft公司制的表计算软件“excel”的随机数产生函数“randbetween”，从1～1280中得到30个随机数(x1～x
30
)，从1～960中得到30个随机数(y1～y
30
)。从所得到的各30个随机数中得到30组随机数组合(x1，y1)至(x
30
，y
30
)。将从1～1280产生的随机数的数值设为x坐标，将从1～960产生的随机数的数值设为y坐标，得到30组坐标点(x1，y1)～(x
30
，y
30
)。然后，对于包含该坐标点的合计30个粒子像，分别得到该粒子与相邻的粒子的粒子间距离，接着，作为与该30个相邻的粒子的粒子间距离的平均值，得到平均粒子间距离。在作为30组随机数组合的30个坐标点的至少任一个不包含在粒子像内的情况下，或者在同一粒子内包含2个以上的坐标点的情况下，废弃该随机数组合，重复产生随机数，直到30个坐标点全部包含在不同的粒子像内为止。
[0078]
在金属系粒子集合体中，多个金属系粒子以上述平均粒子间距离的标准偏差成为25nm以下的方式配置。通过以该标准偏差成为该范围的方式配置金属系粒子，可以表现出强的等离激元共振和等离激元共振的作用范围的延长等效果。
[0079]
从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，平均粒子间距离的标准偏差优选为20nm以下。从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，平均粒子间距离的标准偏差优选为0.1nm以上，更优选为0.2nm以上，进一步优选为0.3nm以上。
[0080]
平均粒子间距离的标准偏差如下定义。在从二维配置有多个金属系粒子而成的金属系粒子集合体的正上方观察的sem观察图像中，首先随机地选择1个粒子，对于该粒子，求出与相邻的粒子的粒子间距离。与相邻的粒子的粒子间距离是指分别测定与所有相邻的粒子的距离(表面彼此间的最小距离。)，并对它们进行平均而得到的值。在上述sem观察图像中，随机选择与上述1个不同的29个粒子，对于这29个粒子，与上述同样地求出与相邻的粒子的粒子间距离。将这样得到的合计30个粒子的与相邻粒子的粒子间距离的标准偏差定义为平均粒子间距离的标准偏差。
[0081]
对平均粒子间距离的标准偏差的测定方法更具体地进行说明时，首先sem观察图像使用日本电子株式会公司制的扫描电子显微镜“jsm-5500”或与其同等的装置进行测定。接下来，使用美国国立卫生研究所制的自由图像处理软件“imagej”，以横1280像素
×
纵960像素读入所得到的观察图像。接下来，使用microsoft公司制的表计算软件“excel”的随机数产生函数“randbetween”，从1～1280中得到30个随机数(x1～x
30
)，从1～960中得到30个随机数(y1～y
30
)。从所得到的各30个随机数中得到30组随机数组合(x1，y1)至(x
30
，y
30
)。将从1～1280产生的随机数的数值设为x坐标，将从1～960产生的随机数的数值设为y坐标，得到30组坐标点(x1，y1)～(x
30
，y
30
)。然后，对于包含该坐标点的合计30个粒子像，分别得到该粒子与相邻的粒子的粒子间距离，接着，作为与该30个相邻的粒子的粒子间距离的标准偏差，得到平均粒子间距离的标准偏差。在作为30组随机数组合的30个坐标点的至少任一个不包含在粒子像内的情况下，或者在同一粒子内包含2个以上的坐标点的情况下，废弃该随
机数组合，重复产生随机数，直到30个坐标点全部包含在不同的粒子像内为止。
[0082]
从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，构成金属系粒子集合体的多个金属系粒子的平均高度优选为5nm以上且500nm以下，更优选为5nm以上且300nm以下，进一步优选为5nm以上且150nm以下，更进一步优选为5nm以上且100nm以下，特别优选为5nm以上且50nm以下。
[0083]
上述多个金属系粒子的平均高度是指在金属系粒子集合体的afm观察图像中，随机选择10个粒子，测定这10个粒子的高度时的10个测定值的平均值。
[0084]
从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，构成金属系粒子集合体的多个金属系粒子的长径比优选为1以上且8以下，更优选为1以上且6以下，进一步优选为1.5以上且5.5以下，更进一步优选为1.5以上且5.0以下。
[0085]
上述长径比由上述平均粒径相对于上述平均高度之比(平均粒径/平均高度)来定义。金属系粒子可以为正球形，但从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，优选具有长径比超过1的扁平形状。
[0086]
从激发效果高的等离激元的观点出发，金属系粒子优选其表面由平滑的曲面形成，特别是更优选具有表面由平滑的曲面形成的扁平形状，但也可以在表面含有一些微小的凹凸(粗糙)，在这样的意义上，金属系粒子可以为不定形。
[0087]
鉴于金属系粒子集合体的面内的等离激元共振的强度的均匀性，优选金属系粒子间的尺寸的偏差尽量小。但是，即使粒径稍微产生偏差，也不优选大型粒子间的距离的标准偏差变大，优选通过在其间填埋小型粒子从而容易表现出大型粒子间的相互作用。
[0088]
金属系粒子集合体中所含的金属系粒子的数量通常为30个以上，优选为50个以上。通过形成包含30个以上金属系粒子的金属系粒子集合体，容易因金属系粒子的局域等离激元间的相互作用而表现出强的等离激元共振和等离激元共振的作用范围的延长。
[0089]
鉴于将金属系粒子集合体应用于光学式传感装置，金属系粒子集合体中所含的金属系粒子的数量例如可以为300个以上，进一步可以为17500个以上。金属系粒子集合体中的金属系粒子的数密度优选为7个/μm2以上，更优选为15个/μm2以上。
[0090]
(3)金属系粒子集合体的制造方法
[0091]
金属系粒子集合体例如可以通过如下所述的方法来制作。
[0092]
[a]在基板上使金属系粒子从微小的种(seed)生长的由下而上法，
[0093]
[b]将多个金属系粒子用具有规定厚度的由两亲性材料构成的保护膜被覆后，通过lb(langmuir blodgett)膜法将其在基板上进行膜化的方法，
[0094]
[c]此外，对通过蒸镀或溅射制作的薄膜进行后处理的方法、抗蚀剂加工、蚀刻加工、使用分散有金属系粒子的分散液的流延法等。
[0095]
在上述方法[a]中，优选包括在调整为规定温度的基板上以极其低速使金属系粒子生长的工序(以下，也称为“粒子生长工序”。)。根据包括该粒子生长工序的制造方法，能够控制良好地得到本发明的金属系粒子集合体。
[0096]
粒子生长工序中，使金属系粒子在基板上生长的速度以平均高度生长速度计优选小于1nm/分钟，更优选为0.5nm/分钟以下。在此所说的平均高度生长速度也可以称为平均堆积速度或金属系粒子的平均厚度生长速度，由下述式定义，
[0097]
金属系粒子的平均高度/金属系粒子生长时间。
[0098]“金属系粒子的平均高度”的定义如上所述。
[0099]
金属系粒子生长时间是指从金属系粒子的生长开始到结束为止的时间，具体而言，是指金属系材料的供给时间。将金属系粒子集合体视为膜时，金属系粒子生长时间也可以改称为成膜时间。使金属系粒子生长的方法为溅射法时，金属系粒子生长时间为溅射时间。
[0100]
粒子生长工序中的基板的温度优选为100℃以上且450℃以下，更优选为200℃以上且450℃以下，进一步优选为250℃以上且350℃以下，更进一步优选为300℃或其附近(300℃
±
10℃左右)。
[0101]
通过调整平均高度生长速度、基板温度和/或金属系粒子生长时间等，能够控制在基板上生长的多个金属系粒子的平均粒子间距离及其标准偏差、平均粒径、平均高度、长径比。
[0102]
使金属系粒子生长时的压力(装置腔室内的压力)只要是能够使粒子生长的压力就没有特别限制，通常小于大气压。压力的下限没有特别限定，从容易将平均高度生长速度调整为上述范围内的方面出发，优选为0.5pa以上，更优选为6pa以上，进一步优选为10pa以上。
[0103]
使金属系粒子在基板上生长的具体方法只要是能够以小于1nm/分钟的平均高度生长速度进行粒子生长的方法就没有特别限制，可举出溅射法、真空蒸镀等蒸镀法。在溅射法中，从能够比较简便地使金属系粒子集合体生长、且容易维持低于1nm/分钟的平均高度生长速度的方面出发，优选使用直流(dc)溅射法。
[0104]
溅射方式没有特别限制，可以使用将在离子枪、等离子体放电中产生的氩离子在电场中加速从而照射在靶上的直流氩离子溅射法等。适当调节溅射法中的电流值、电压值、基板
·
靶间距离等其他各条件，使得以小于1nm/分钟的平均高度生长速度进行粒子生长。
[0105]
需要说明的是，为了控制良好地得到本发明的金属系粒子集合体，优选除了在粒子生长工序中将平均高度生长速度设为小于1nm/分钟以外，还将平均粒径生长速度设为小于5nm，但在平均高度生长速度小于1nm/分钟的情况下，通常平均粒径生长速度小于5nm。平均粒径生长速度更优选为1nm/分钟以下。平均粒径生长速度由下述式定义，
[0106]
金属系粒子的平均粒径/金属系粒子生长时间。
[0107]“金属系粒子的平均粒径”和“金属系粒子生长时间”的定义如上所述。
[0108]
为了得到具有规定的平均粒子间距离和平均粒子间距离的标准偏差的金属系粒子集合体，优选在考虑到上述优选的制造条件的同时，适当地调整粒子生长工序中的金属系粒子生长时间。
[0109]
《层叠体》
[0110]
本发明的层叠体(以下，也简称为“层叠体”。)包含：具有第1主面和与该第1主面对置的第2主面的基板；以及层叠于该第1主面上的上述本发明的金属系粒子集合体。该基板典型的是使上述的金属系粒子生长的基板。
[0111]
基板优选由非导电性材料构成。在该基板由导电性材料构成的情况下，在其上形成的金属系粒子间能够进行电子的授受，因此存在等离激元共振效应降低的趋势。但是，只要等离激元共振效应不消失，即使是导电性基板也可适宜地使用。
[0112]
作为构成上述基板的非导电性材料，可举出云母、sio2、zro2、玻璃等无机绝缘材
料、热塑性树脂等。
[0113]
作为上述导电性基板，可举出由金属材料等导电性材料构成的基板、在由上述非导电性材料构成的基板的表面具有由金属材料构成的层的多层基板等。
[0114]
上述基板的表面优选尽可能平滑，尤其更优选在原子水平上平滑。基板表面越平滑，则生长中的金属系粒子越容易因从基板接受的热能而与其他周围的邻接金属系粒子融合生长，因此存在容易得到由更大尺寸的金属系粒子构成的集合体的趋势。
[0115]
上述基板可以是具有透光性的基板、例如光学透明的基板，也可以是非透光性(光吸收性)。
[0116]
关于透射该基板的光，具有透光性的基板优选具有80％以上的透光率，更优选具有90％以上的透光率。
[0117]
在层叠体中，从有效地得到上述[a]和[b]的效果的观点出发，被金属系粒子集合体被覆的面积在基板的第1主面的面积中所占的比例(被覆率)优选为65％以上，更优选为70％以上，进一步优选为75％以上。
[0118]
被覆率可以通过以下方法测定。首先，使用美国国立卫生研究所制的自由图像处理软件“imagej”，以8比特、720
×
480像素读入通过从二维配置有多个金属系粒子而成的金属系粒子集合体的正上方进行sem观察而得到的50000倍的图像。sem观察图像使用日本电子株式会公司制的扫描电子显微镜“jsm-5500”或与其同等的装置进行测定。从所得到的图像中选择500
×
350像素的范围(选择为不包含图像中的标尺和标记字符)。所选择的图像优选以使上述相对明亮的部位(相当于金属系粒子的部位)与上述相对暗的部位(不相当于金属系粒子的部位)的区别变得明确的方式调整对比度和亮度。对比度和亮度的调整例如可以通过后述的[实施例]的项中记载的方法来进行。
[0119]
接下来，使用microsoft公司制的表计算软件“excel”的随机数产生函数“randbetween”，从1～720中得到3个随机数(x1，x2，x3)，从1～480中得到3个随机数(y1，y2，y3)。从所得到的各3个随机数中得到3组随机数组合(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)。将从1～720产生的随机数的数值设为x坐标，将从1～480产生的随机数的数值设为y坐标，得到3组坐标点(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)。并且，将包含该坐标点的合计3个粒子像分别称为“粒子1”、“粒子2”、“粒子3”。在作为3组随机数组合的3个坐标点的至少任1个不包含在粒子像内的情况下，在同一粒子内包含2个以上的坐标点的情况下，或者在“粒子1”、“粒子2”和“粒子3”中的至少任1个不包含在上述选择的500
×
350像素内或者图像突出的情况下，丢弃该随机数组合，重复产生随机数，直到3个坐标点全部包含在不同的粒子像内，并且“粒子1”、“粒子2”和“粒子3”全部完全包含在上述选择的500
×
300像素内。
[0120]
接下来，进行图像的二值化。此时，在上述确定的“粒子1”、“粒子2”、“粒子3”的全部粒子中，在粒子内部看不到黑点的范围内以最大的值调整阈值而进行二值化。接下来，在与上述相同的坐标位置选择500
×
350像素。
[0121]
关于二值化后的图像，在将像素值为零的计数值设为vw、将像素值为255的计数值设为vb时，被覆率通过下述式来计算。
[0122]
被覆率(％)＝{vw/(vw vb)}
×
100
[0123]
层叠体可以包含基板和金属系粒子集合体以外的其他构成要素。作为其他构成要素，可举出后述的保护层。
[0124]
《传感装置》
[0125]
本发明的传感装置(以下，也简称为“传感装置”。)是用于检测被检测物质的传感装置。
[0126]
(1)传感装置的构成例
[0127]
将传感装置的一个例子示于图1。图1所示的传感装置包含：上述本发明的层叠体10，其包含基板11和形成于该基板11的第1主面上的金属系粒子集合体12；捕捉层20，其配置于金属系粒子集合体12之上，具有用于捕捉被发光体31标记的被检测物质32的捕捉物质21；支撑构件40，其配置于基板11的第2主面侧；光源50，其发出用于激发发光体31的激发光51；检测器60，其检测来自发光体31的发光61。
[0128]
将传感装置的另一个例子示于图2。图2所示的传感装置除了层叠体10进一步包含覆盖金属系粒子集合体12的保护层13以外，具有与图1所示的传感装置同样的构成。在图2所示的传感装置中，捕捉层20配置于保护层13上。
[0129]
图1和图2所示的传感装置为全反射激发型的光学式传感装置。在图1和图2所示的传感装置中，优选依次配置捕捉层20、金属系粒子集合体12、基板11和支撑构件40。如后所述，也可以省略支撑构件40。此时，在该传感装置中，优选依次配置捕捉层20、金属系粒子集合体12和基板11。
[0130]
在图1和图2所示的全反射激发型的传感装置中，从光源50发出的激发光51入射到支撑构件40中，在支撑构件40的内部发生全反射。此时，在基板11的外部产生从基板11的表面稍微渗出的隐矢波(evanescent wave)。通过该隐矢波激发发光体31。然后，金属系粒子集合体12与被激发的发光体31共振，表现出等离激元发光增强。通过利用以基板11为基准配置在与金属系粒子集合体12侧相反的一侧、更具体而言以支撑构件40为基准配置在与基板11侧相反的一侧的检测器60来检测来自被激发的发光体31的发光61，能够定性或定量地检测被检测物质32。例如，通过测定发光61的强度，能够定性或定量地测定被检测物质32的存在量。
[0131]
在图1和图2所示的传感装置中配置光源50的位置只要是能够将激发光51入射到支撑构件40中的位置就没有特别限制，例如，既可以以支撑构件40为基准配置在与基板11侧相反的一侧，也可以配置在支撑构件40的侧方。
[0132]
在图1和图2所示的全反射激发型的传感装置中，检测器60可以以基板11为基准配置在与金属系粒子集合体12侧相反的一侧，更具体而言，可以以支撑构件40为基准配置在与基板11侧相反的一侧，也可以以基板11为基准配置在与金属系粒子集合体12侧相同的一侧，更具体而言，可以以支撑构件40为基准配置在与基板11侧相同的一侧。
[0133]
在图1和图2所示的传感装置中省略支撑构件40的情况下，激发光51可以入射到基板11之中。
[0134]
在全反射激发型的传感装置中，在利用以基板11为基准配置在与金属系粒子集合体12和发光体31侧相反的一侧的检测器60来检测来自发光体31的发光61的情况下(参照图1和图2)，从发光增强效果的观点出发，优选金属系粒子集合体12的上述等离激元峰中的吸光度充分高，另一方面，优选该吸光度不过度高，以便能够利用检测器60充分检测发光61。
[0135]
具体而言，金属系粒子集合体12在将其层叠于玻璃基板上的状态下通过吸光光度法测定吸收光谱，在紫外～可见光区域中位于最长波长侧的等离激元峰的极大波长处的吸
光度优选为0.1以上且1.5以下，更优选为0.1以上且1.2以下，进一步优选为0.1以上且1.0以下，更进一步优选为0.1以上且0.8以下。
[0136]
传感装置的装置构成并不限定于图1和图2所示的构成，例如也可以是图3所示的构成。图3所示的传感装置是反射型的光学式传感装置。在图3所示的传感装置中，光源50和检测器60均以捕捉层20为基准配置于与金属系粒子集合体12侧相反的一侧。
[0137]
在图3所示的反射型的光学式传感装置中，支撑构件40不是必须的，也可以省略。
[0138]
在反射型的传感装置中，通过以基板11为基准配置在与金属系粒子集合体12和发光体31侧相同的一侧的检测器60来检测来自发光体31的发光61(参照图3)。因此，金属系粒子集合体12与全反射激发型的传感装置的情况不同，从发光增强效果的观点出发，上述等离激元峰的吸光度越高越优选。
[0139]
具体而言，金属系粒子集合体12在将其层叠于玻璃基板上的状态下通过吸光光度法测定吸收光谱时，在紫外～可见光区域中位于最长波长侧的等离激元峰的极大波长处的吸光度优选为0.1以上，更优选为0.5以上，进一步优选为0.8以上，更进一步优选为1.3以上。
[0140]
以下，对传感装置中包含或可包含的构成要素中的金属系粒子集合体12以外的构成要素进行叙述。
[0141]
(2)捕捉层
[0142]
捕捉层20配置于层叠体10的金属系粒子集合体12之上，是具有用于捕捉被发光体31标记的被检测物质32的捕捉物质21的层。在形成上述保护层13的情况下，捕捉层20可以配置于保护层13之上。
[0143]“捕捉物质”是指为了捕捉与其特异性结合的物质(被检测物质32)而发挥功能的物质，可以固定于捕捉层20中而存在、或以游离状态存在于捕捉层20中、或固定于保护层13的表面而存在。也可以在捕捉层20的表面进行诱导能够与被检测物质32特异性结合的结合活性基团的处理，并将该结合活性基团作为捕捉物质21。也可以将该结合活性基团的集合视为捕捉层20。
[0144]
只要是具有上述功能的物质，则可以使用所有的有机物质、无机物质作为捕捉物质21，如果举出其具体例，则有核苷、核苷酸、核酸、蛋白质、糖类等来自生物体的物质、细胞等。另外，可以将具有能够通过静电相互作用与被检测物质32所具有的官能团结合的结合性活性基团的物质用作捕捉物质21。
[0145]
在1个实施方式中，作为捕捉层20的材料，没有特别限定，可以使用有机物、无机物、它们的氧化物等，例如可以为氧化铟锡(ito)、sio2、si3n4、tio2、ta2o5、al2o3等。
[0146]
在1个实施方式中，捕捉层20具有能够与被检测物质32特异性结合的捕捉物质21。例如，捕捉层20的表面进行了诱导能够与被检测物质32的特定基团特异性结合的结合活性基团的处理。该结合活性基团作为捕捉物质21发挥功能。作为这样的结合活性基团，例如可举出与碱发生静电相互作用的羧基、羟基等。
[0147]“被检测物质”是进行定性或定量的检测的对象的物质，是与捕捉物质21特异性结合的物质。可以将所有的有机物质和无机物质作为被检测物质32，例如可以将核苷、核苷酸、核酸、蛋白质、糖类等来自生物体的物质、病毒、细胞等作为被检测物质32。
[0148]
核酸是指嘌呤碱基或嘧啶碱基与糖进行糖苷键合而成的核苷的磷酸酯的聚合物
(核苷酸链)，包括含有探针dna的寡核苷酸、多核苷酸、嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸聚合而成的dna(全长或其片段)、rna、聚酰胺核苷酸衍生物(pna)等。另外，核苷是碱基与糖进行糖苷键合而成的化合物，核苷酸是在核苷上键合磷酸而成的化合物，核苷和核苷酸均是包含碱基的化合物。
[0149]“特异性结合”广义上是指物质间的非共价键、包括共价键、氢键的化学键，例如可举出蛋白质分子间的相互作用、分子间的静电相互作用等。作为捕捉物质21和与其特异性结合的被检测物质32，可举出利用凝集素的糖链的捕捉、利用包合物的分子的捕捉等。
[0150]
捕捉层20与层叠体10的组合在捕捉层20附近的反应区域中进行捕捉物质21与被检测物质32的特异性结合，作为用于检测被检测物质32的传感器芯片发挥功能。也将被检测物质32为来自生物体的物质、病毒、细胞等的传感器芯片称为生物芯片。通过捕捉层20捕捉的被检测物质32的检测可以通过预先用发光体31标记被检测物质32，并检测来自该发光体31的发光来进行。发光体31可以是与通过捕捉物质21和被检测物质32的特异性结合而得到的复合体特异性结合的标记物质。发光体31是通过注入激发光等激发能量而发光的物质。发光体31的发光原理没有限定，可举出荧光、磷光、化学发光等。作为发光体31，可以使用以往公知的发光体。
[0151]
根据本发明的传感装置，由于包含上述本发明的金属系粒子集合体12，所以能够增强来自发光体31的发光，由此能够提高传感装置的灵敏度。
[0152]
根据本发明的传感装置，由于包含局域等离激元共振的作用范围宽的上述本发明的金属系粒子集合体，所以即使从金属系粒子集合体12的上表面至发光体31的距离为超过10nm的长距离，也能够增强来自发光体31的发光。
[0153]
例如，可成为被检测物质32的dna的大小可以为几nm～几十nm左右，可以为5nm～15nm。病毒的大小可以为几十nm～一百几十nm左右，可以为30nm～120nm。在它们为被检测物质32的情况下，对其进行标记的发光体31与金属系粒子集合体12的上表面的距离例如可以为几十nm～几百nm。即使在这样的情况下，根据本发明的传感装置，也能够增强来自发光体31的发光。
[0154]
传感装置中，从金属系粒子集合体12的上表面至发光体31的距离可以为15nm以上，进一步为25nm以上，更进一步为其以上的距离。从传感装置的灵敏度的观点出发，从金属系粒子集合体12的上表面至发光体31的距离优选为200nm以下，更优选为170nm以下，进一步优选为150nm以下。
[0155]
捕捉层20的平均厚度优选以从金属系粒子集合体12的上表面至发光体31的距离成为上述范围的方式进行选择，例如为1nm以上且50nm以下。
[0156]
需要说明的是，被检测物质32优选长径为1μm以下。在被检测物质32的长径超过100nm的情况下，优选以捕捉被检测物质32的方式进行调整，以使作为标记物质的发光体31位于等离激元共振的作用范围内。在被检测物质32为核酸等链状的化合物的情况下，此处所说的长径是指链长。
[0157]
另外，根据本发明的传感装置，由于包含显示强的等离激元共振的上述本发明的金属系粒子集合体12，所以即使在使用被认为发光效率低的发光体31作为标记物质的情况下、被检测物质32为少量的情况下，也能够以高灵敏度进行检测。
[0158]
金属系粒子集合体12的等离激元峰的极大波长优选与用作标记物质的发光体31
的发光波长一致或接近。由此，能够更有效地提高基于等离激元共振的发光增强效果。金属系粒子集合体12的等离激元峰的极大波长可以通过调整构成其的金属系粒子的金属种类、平均粒径、平均高度、长径比、平均粒子间距离和/或平均粒子间距离的标准偏差来控制。
[0159]
(3)保护层
[0160]
层叠体10可以具有覆盖构成金属系粒子集合体12的各个金属系粒子的表面的保护层13(参照图2)。
[0161]
保护层13优选为绝缘性。通过保护层13为绝缘性，能够确保上述金属系粒子集合体12的非导电性(金属系粒子间的非导电性)。如果电流流过金属系粒子集合体12，则由等离激元共振带来的发光增强效果有可能降低。另外，通过设置覆盖金属系粒子的保护层13，能够防止金属系粒子与保护层13以外的层或外部环境直接接触，能够防止金属系粒子的劣化。
[0162]
作为构成保护层13的材料，优选具有良好的绝缘性的材料，例如，除了旋涂玻璃(sog；例如含有有机硅氧烷材料的物质)以外，还可以使用sio2、tio2、al2o3、si3n4等。
[0163]
保护层13的厚度只要能够防止金属系粒子与保护层13以外的层或外部环境直接接触就没有特别限制，如上所述，从金属系粒子集合体12的上表面至发光体31的距离存在优选的范围，因此在确保所期望的保护性的范围内越薄越好。保护层13的厚度例如为1nm以上且150nm以下，优选为1nm以上且100nm以下，更优选为2nm以上且80nm以下。需要说明的是，保护层13的厚度为从基板11的上表面至保护层13的上表面的平均厚度减去金属系粒子集合体12的平均高度而得到的值。
[0164]
(4)支撑构件和层叠体所具有的基板
[0165]
在如图1和图2所示的全反射激发型的传感装置中，支撑构件40是以基板11为基准配置在与金属系粒子集合体12侧相反的一侧的构件，可以作为用于支撑层叠体10的构件和用于向基板11的内部导入激发光51的构件发挥功能。在该情况下，从光源50发出的激发光51入射到支撑构件40中。支撑构件40优选由能够使入射到内部的激发光51发生全反射的结构(例如，透光性聚合物板、载玻片、石英基板等透光性板、棱镜等)和材料构成。
[0166]
另外，在支撑构件40作为用于向基板11的内部导入激发光51的构件发挥功能的情况下，为了使激发光51在支撑构件40内传播，以及为了能够利用以支撑构件40为基准配置在与发光体31侧相反的一侧的检测器60来检测来自发光体31的发光61，支撑构件40通常具有透光性，优选为光学透明。对于具有透光性的支撑构件40而言，关于在该构件中传播或透射的光，优选具有80％以上的透光率，更优选具有90％以上的透光率。
[0167]
作为构成支撑构件40的材料，可举出硅、石英、合成石英、玻璃、热塑性树脂等。
[0168]
在如图1和图2所示的全反射激发型的传感装置中，也可以省略支撑构件40。在该情况下，激发光51能够入射到基板11中。
[0169]
在如图1和图2所示的全反射激发型的传感装置中，为了能够利用以支撑构件40为基准配置在与发光体31侧相反的一侧的检测器60来检测来自发光体31的发光61，基板11通常具有透光性，优选为光学透明。对于具有透光性的基板11而言，关于透射该基板的光，优选具有80％以上的透光率，更优选具有90％以上的透光率。
[0170]
在如图3所示的反射型的传感装置中，支撑构件40和基板11可以具有透光性，也可以不具有透光性。在反射型的传感装置中，也可以省略支撑构件40。
[0171]
在传感装置包含基板11和支撑构件40的情况下，通常将它们接合。在该接合时，能够使折射率调整液介于基板11与支撑构件40之间。作为折射率调整液，例如可举出液浸油、液体石蜡等。作为折射率调整液，可以使用市售的折射率调整液。
[0172]
(5)检测器
[0173]
作为用于检测来自发光体31的发光61的检测器60，可举出分光测定器、落射荧光显微镜、全反射照明荧光显微镜、扫描型近场光显微镜等。
[0174]
检测发光61时，在有可能混入激发光51的情况下，优选使发光61通过截止激发光51的波长的光的波长截止滤光片而入射到检测器60。
[0175]
实施例
[0176]
以下，列举实施例更详细地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
[0177]
《实施例1》
[0178]
(1)层叠体的制作
[0179]
使用直流磁控溅射装置，在下述条件下使银粒子在钠玻璃基板上极缓慢地生长，在基板表面的整个面形成金属系粒子集合体的薄膜，得到由基板和金属系粒子集合体构成的层叠体。
[0180]
使用气体：氩
[0181]
腔室内压力(溅射气体压力)：10pa
[0182]
基板
·
靶间距离：100mm
[0183]
溅射功率：4w
[0184]
平均粒径生长速度(平均粒径/金属系粒子生长时间)：0.9nm/分钟
[0185]
平均高度生长速度(＝平均堆积速度＝平均高度/金属系粒子生长时间)：0.25nm/分钟
[0186]
基板温度：300℃
[0187]
基板尺寸和形状：一边为5cm的正方形
[0188]
金属系粒子生长时间：120分钟
[0189]
图4是从正上方观察所得到的层叠体中的金属系粒子集合体膜时的sem图像。图4(a)是50000倍比例尺的放大像，图4(b)是100000倍比例尺的放大像。sem图像的获得使用了日本电子株式会公司制的扫描电子显微镜“jsm-5500”(在其他例子中也相同)。
[0190]
根据图4所示的sem图像，求出构成实施例1的金属系粒子集合体的银粒子的基于上述定义的平均粒径为102nm，平均粒子间距离为11.3nm，平均粒子间距离的标准偏差为0.35nm。由sem图像可知，实施例1的金属系粒子集合体具有约6.25
×
10
10
个(约25个/μm2)银粒子。
[0191]
另外，基于使用了keyence公司制“vn-8010”的afm像拍摄的结果，求出平均高度为20.6nm。由此，算出银粒子的长径比(平均粒径/平均高度)为4.95。
[0192]
基于上述50000倍比例尺的sem图像，按照上述方法测定被覆率，结果为79％。
[0193]
需要说明的是，使用美国国立卫生研究所制的自由图像处理软件“imagej”，以8比特、720
×
480像素读入50000倍的sem图像后，如下调整图像的对比度和亮度之后，实施使用了microsoft公司制的表计算软件“excel”的被覆率的计算。
[0194]
打开美国国立卫生研究所制的自由图像处理软件“imagej”的“analyze
”→“histogram
”→“
list”。从较小的值开始依次观察“value”时，将“count”为最大的“count”的值设为i
max
。从较小的值开始依次观察“value”时，将最初“count”值超过i
max
×
0.04时的“value”设为v
min
，从较小的值开始依次观察“value”时，在“count”超过i
max
后，将“count”值下一次低于i
max
×
0.04时的“value”设为v
max
。
[0195]
接下来，打开“image
”→“
adjust
”→“
brightness/contrast
…”
。向左右移动“minimum”条，将值调整为v
min
。然后，向左右移动“maximum”条，将值调整为v
max
。然后，按下“apply”按钮，确定图像的对比度、亮度调整。
[0196]
另外，在所得到的层叠体中的金属系粒子集合体的表面连接测试仪(万用表(hewlett-packard公司制“e2378a”〕来确认导电性，结果确认到不具有导电性。
[0197]
(2)传感器芯片的制作
[0198]
参照图5，通过在与上述(1)相同的条件下使银粒子生长，在0.7mm厚的无碱玻璃基板即基板11上形成上述(1)记载的金属系粒子集合体12。然后，立即将旋涂玻璃(sog)溶液旋涂在金属系粒子集合体层上，由此层叠平均厚度3nm的保护层13，得到传感器芯片a。该保护层13是也模拟地作为捕捉层发挥功能的层。
[0199]
sog溶液使用将作为有机系sog材料的东京应化工业株式会公司制“ocd t-75500t”用乙醇稀释而得到的溶液。
[0200]
(3)光学式传感装置的制作和来自发光体的发光的检测
[0201]
参照图5，在上述(2)中得到的传感器芯片a的保护层13的表面以转速2000rpm旋涂罗丹明b溶液，然后使其干燥，使作为发光体31的罗丹明b色素固定于保护层13的表面。罗丹明b溶液是将罗丹明b色素(exciton公司rhodamine110)以浓度成为0.15mm的方式溶解于乙醇中而制备的。
[0202]
接下来，构建图5所示的光学式传感装置。具体而言，准备作为支撑构件的由透光性玻璃“bk7”构成的棱镜41，在棱镜41的主面之一上，经由液体石蜡层70层叠了上述制作的具备发光体31的传感器芯片a。该传感器芯片a以其基板11与液体石蜡层70相接的方式层叠。配置液体石蜡层70的目的在于排除夹在基板11与棱镜41之间的空气层，并插入折射率与两种材料接近的石蜡层，从而能够使激发光通过棱镜、液体石蜡层70而导入基板11的内部。
[0203]
检测器60使用荧光分光光度计(商品名：pma-12，hamamatsu photonics公司制)。
[0204]
在图5所示的光学式传感装置中，使用光源50向棱镜41照射波长532nm的激发光51。在朝向棱镜41照射的激发光51直线行进并进入传感器芯片a(层叠体10)的内部，并在传感器芯片1a与外部的界面处发生全反射时，在传感器芯片表面附近产生隐矢波，从而激发发光体31。被激发的发光体31与金属系粒子集合体12发生共振，通过截止激发光51的波长的光的波长截止滤光片80，利用检测器60测定由此增强的发光61的发光光谱。
[0205]
对于所得到的发光光谱，算出从波长540nm至800nm的发光光谱的积分值。
[0206]
将所得到的发光光谱示于图6。
[0207]
《实施例2》
[0208]
(1)层叠体的制作
[0209]
使用直流磁控溅射装置，在下述条件下使银粒子在钠玻璃基板上极缓慢地生长，在基板表面的整个面形成金属系粒子集合体的薄膜，得到由基板和金属系粒子集合体构成
的层叠体。
[0210]
使用气体：氩
[0211]
腔室内压力(溅射气体压力)：10pa
[0212]
基板
·
靶间距离：100mm
[0213]
溅射功率：4w
[0214]
平均粒径生长速度(平均粒径/金属系粒子生长时间)：0.9nm/分钟
[0215]
平均高度生长速度(＝平均堆积速度＝平均高度/金属系粒子生长时间)：0.25nm/分钟
[0216]
基板温度：300℃
[0217]
基板尺寸和形状：一边为5cm的正方形
[0218]
金属系粒子生长时间：240分钟
[0219]
图7是从正上方观察所得到的层叠体中的金属系粒子集合体膜时的sem图像。图7(a)是50000倍比例尺的放大像，图7(b)是100000倍比例尺的放大像。
[0220]
根据图7所示的sem图像，求出构成实施例2的金属系粒子集合体的银粒子的基于上述定义的平均粒径为246nm，平均粒子间距离为21.7nm，平均粒子间距离的标准偏差为21.2nm。由sem图像可知，实施例2的金属系粒子集合体具有约6.25
×
10
10
个(约25个/μm2)银粒子。
[0221]
另外，基于使用了keyence公司制“vn-8010”的afm像拍摄的结果，求出平均高度为57.3nm。由此，算出银粒子的长径比(平均粒径/平均高度)为4.29。
[0222]
与实施例1同样地测定被覆率，结果为78％。
[0223]
另外，在所得到的层叠体中的金属系粒子集合体的表面连接测试仪(万用表(hewlett-packard公司制“e2378a”〕来确认导电性，结果确认到不具有导电性。
[0224]
(2)传感器芯片的制作、光学式传感装置的制作和来自发光体的发光的检测
[0225]
通过在与上述实施例2的(1)相同的条件下使银粒子生长，从而在0.7mm厚的无碱玻璃基板即基板11上形成上述(1)记载的金属系粒子集合体12，除此以外，与实施例1同样地得到传感器芯片b。
[0226]
接下来，除了使用传感器芯片b以外，与实施例1同样地构建光学式传感装置，与实施例1同样地测定发光61的发光光谱。对于所得到的发光光谱，算出从波长540nm至800nm的发光光谱的积分值。
[0227]
《比较例1》
[0228]
(1)层叠体的制作
[0229]
使用直流磁控溅射装置，在下述条件下使银粒子在钠玻璃基板上极缓慢地生长，在基板表面的整个面形成金属系粒子集合体的薄膜，得到由基板和金属系粒子集合体构成的层叠体。
[0230]
使用气体：氩
[0231]
腔室内压力(溅射气体压力)：10pa
[0232]
基板
·
靶间距离：100mm
[0233]
溅射功率：4w
[0234]
平均粒径生长速度(平均粒径/金属系粒子生长时间)：0.9nm/分钟
[0235]
平均高度生长速度(＝平均堆积速度＝平均高度/金属系粒子生长时间)：0.25nm/分钟
[0236]
基板温度：300℃
[0237]
基板尺寸和形状：一边为5cm的正方形
[0238]
金属系粒子生长时间：360分钟
[0239]
根据所获得的sem图像，求出构成比较例1的金属系粒子集合体的银粒子的基于上述定义的平均粒径为335nm，平均粒子间距离为16.7nm，平均粒子间距离的标准偏差为27.8nm。根据sem图像可知，比较例1的金属系粒子集合体具有约6.25
×
10
10
个(约25个/μm2)的银粒子。
[0240]
另外，基于使用了keyence公司制“vn-8010”的afm像拍摄的结果，求出平均高度为96.2nm。由此，算出银粒子的长径比(平均粒径/平均高度)为3.48。
[0241]
与实施例1同样地测定被覆率，结果为85％。
[0242]
另外，在所得到的层叠体中的金属系粒子集合体的表面连接测试仪(万用表(hewlett-packard公司制“e2378a”〕来确认导电性，结果确认到不具有导电性。
[0243]
(2)传感器芯片的制作、光学式传感装置的制作和来自发光体的发光的检测
[0244]
通过在与上述比较例1的(1)相同的条件下使银粒子生长，从而在0.7mm厚的无碱玻璃基板即基板11上形成上述(1)记载的金属系粒子集合体12，除此以外，与实施例1同样地得到传感器芯片c。
[0245]
接下来，除了使用传感器芯片c以外，与实施例1同样地构建光学式传感装置，与实施例1同样地测定发光61的发光光谱。对于所得到的发光光谱，算出从波长540nm至800nm的发光光谱的积分值。
[0246]
《参照例》
[0247]
代替层叠体，使用未形成金属系粒子集合体的钠玻璃基板，除此以外，实施例1同样地得到传感器芯片d。在传感器芯片d中，由sog构成的保护层13直接形成在钠玻璃基板上。
[0248]
接下来，除了使用传感器芯片d以外，与实施例1同样地构建光学式传感装置，与实施例1同样地测定发光61的发光光谱。对于所得到的发光光谱，算出从波长540nm至800nm的发光光谱的积分值。
[0249]
将所得到的发光光谱示于图6。
[0250]
(发光增强效果的评价)
[0251]
算出将参照例1中的发光光谱的积分值设为1时的、实施例1、实施例2和比较例1中的发光光谱的积分值。结果如下所示。
[0252]
实施例1：8.4
[0253]
实施例2：5.4
[0254]
比较例1：2.3
[0255]
附图标记说明
[0256]
10：层叠体，11：基板，12：金属系粒子集合体，13：保护层，20：捕捉层，21：捕捉物质，31：发光体，32：被检测物质，40：支撑构件，41：棱镜，50：光源，51：激发光，60：检测器，61：来自发光体的发光，70：液体石蜡层，80：波长截止滤光片。