專利名稱：傳感器、多通道傳感器、感測設(shè)備和感測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，將測量光輸入到該傳感器中并且在由試樣 改變了測量光的物理屬性之后將其作為輸出光從傳感器中輸出并加以檢 測。本發(fā)明還涉及使用所述傳感器的一種多通道傳感器、 一種感測設(shè)備 禾P—種感測方法。
背景技術(shù)：
作為用于生物分子分析之類用途的傳感器之一，提出了一種利用具有 特定波長的反射光的光強(qiáng)度由表面等離子共振衰減這一現(xiàn)象的傳感器，
并且例如在日本未審查專利公開第6 ( 1994) - 167443號中公開了本質(zhì) 上由棱柱形介質(zhì)塊和形成在該塊上并且與試樣接觸的金屬膜構(gòu)成的表面 等離子傳感器。在該傳感器中，全反射發(fā)生在介質(zhì)塊與金屬膜之間的交 界面上。在測試試樣時，將測量光照射在傳感器上，從而在表面等離子 共振的作用下發(fā)生全反射衰減，并且測量在交界面上全反射的反射光的 強(qiáng)度，以檢測全反射衰減。通過這種方式，進(jìn)行試樣的折射系數(shù)或密度 的測量、試樣的鑒定等。
前面介紹的等離子傳感器非常昂貴，因為它需要棱柱形的介質(zhì)塊。此 外，它還有很多結(jié)構(gòu)上的約束，從而縮小傳感器的尺寸或者同時分析多 個試樣是很困難的。因此，提出了利用具有特定波長的反射光的光強(qiáng)度 受局部等離子共振衰減這一現(xiàn)象的不同類型的傳感器，并且例如在日本 未審查專利公開第2004 - 232027號或由Takayuki Okamoto和Ichirou Yamaguchi所著的非專利文獻(xiàn)《Local plasmon sensor with gold colloid monolayers deposited upon glass substrates》(OPTICS LETTERS,第25巻, 第6期，第372-374頁，2000年3月15日)中公開了在基板表面上具 有用于有效引發(fā)如前所述的局部等離子共振的顯微金屬浮雕結(jié)構(gòu)的局部等離子傳感器。
與表面等離子傳感器相比，前面介紹的局部等離子傳感器具有較為筒 單的結(jié)構(gòu)，并且較為便宜且結(jié)構(gòu)約束較少，因為不需要棱柱形的介質(zhì)塊。 不過，局部等離子傳感器的檢測靈敏度沒有表面等離子傳感器理想，以 致精確分析比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于前面介紹的環(huán)境而開發(fā)的，并且本發(fā)明的目的是提供一 種結(jié)構(gòu)簡單的、檢測靈敏度比表面等離子傳感器高的新穎的傳感器。本 發(fā)明的另 一個目的是提供使用該傳感器的感測設(shè)備和感測方法。
本發(fā)明的傳感器是這樣一種傳感器，測量光輸入到該傳感器中并且在 測量光的物理屬性由試樣改變之后從該傳感器中輸出作為輸出光，并且 對輸出光加以檢測，該傳感器包括按照下面列出的順序從測量光的輸入
側(cè)開始排列的下列組成部分
具有半透射和半反射屬性的第一反射器； 半透明體；和
具有完全反射屬性或者半透射和半反射屬性的第二反射器， 其中
第 一反射器和/或第二反射器與試樣接觸，并且第 一反射器和/或第二 反射器的平均復(fù)折射系數(shù)依試樣而變化；
依照第一反射器的平均復(fù)折射系數(shù)、第二反射器的平均復(fù)折射系數(shù)以 及半透明體的平均復(fù)折射系數(shù)和厚度，產(chǎn)生吸收具有特定波長的光的吸 收屬性；
測量光的屬性由包括吸收屬性在內(nèi)的光學(xué)屬性改變，
輸出光從第一反射器和/或第二反射器輸出；和
檢測輸出光按照所述光學(xué)屬性改變的物理屬性。
這里使用的討論對象"半透射和半反射屬性"的意思是具有半透明性 和反射性，并且可以具有任何透射率和反射系數(shù)值。
最好，與試樣接觸的第 一反射器和/或第二反射器具有小于測量光波 長的浮雕結(jié)構(gòu)。
這里使用的討論對象"小于輸入光波長的浮雕結(jié)構(gòu)"的意思是，凸出 部分和下沉部分("下沉部分"，包括沿著厚度方向穿入反射器的空間)的 平均大小("大小，，指的是最寬尺寸)和平均間距小于測量光的波長。
在按照優(yōu)選實施方式的傳感器中，與試樣接觸的第 一反射器和/或第 二反射器是由形成在半透明體具有圖案的表面上的金屬制成的金屬圖案 層構(gòu)成的。
在這一實施方式中，可以給出測量光的屬性由吸收屬性和局部等離子 共振來改變的傳感器。
在按照另 一種優(yōu)選實施方式的傳感器中，與試樣接觸的第 一反射器和 /或第二反射器是由具有多個固定在半透明體表面上的金屬顆粒的金屬顆 粒層構(gòu)成的。
在這一實施方式中，可以給出測量光的屬性由吸收屬性和金屬顆粒層 上的局部等離子共振來改變的傳感器。
在按照另 一種優(yōu)選實施方式的傳感器中，可以采用這樣的構(gòu)造 第 一反射器與試樣接觸，并且第 一反射器的平均復(fù)折射系數(shù)依試樣而 變化；
半透明體由具有多個小孔的半透明多孔體構(gòu)成，各個小孔具有充分小 于測量光波長的小孔直徑并且在第一反射器側(cè)面上的表面上開口；和
第一反射器由沿著半透明體的表面輪廓形成的具有多個小孔的金屬 層構(gòu)成。
在按照再另 一種優(yōu)選實施方式的傳感器中，可以采用這樣的構(gòu)造 第 一反射器與試樣接觸，并且第 一反射器的平均復(fù)折射系數(shù)依試樣而 變化；
半透明體由具有多個小孔的半透明多孔體構(gòu)成，各個小孔具有充分小 于測量光波長的小孔直徑并且在第一反射器側(cè)面上的表面上開口；
第一反射器由沿著半透明體的表面輪廓形成的具有多個小孔的金屬 層構(gòu)成；和
部分地填充在半透明體的多個小孔中的各個小孔內(nèi)的金屬。
在這一實施方式中，可以給出這樣的傳感器在該傳感器中，測量光 的屬性由吸收屬性和發(fā)生在下列至少一個上的局部等離子共振來改變 第一反射器、第二反射器和部分地被填充在半透明體的多個小孔中的各 個小孔內(nèi)的金屬。
吸收屬性由光學(xué)干涉效應(yīng)產(chǎn)生。因此，前面介紹的實施方式可以給出 測量光的屬性由吸收屬性和局部等離子共振來改變的傳感器。這樣的傳 感器本身是新穎的，并且包含在本發(fā)明之內(nèi)。
本發(fā)明的第一種多通道傳感器是這樣一種傳感器測量光輸入到該傳 感器中并且在測量光的物理屬性由多個試樣改變之后從該傳感器中輸出 作為輸出光，并且對輸出光加以檢測，以實現(xiàn)多個試樣的同時分析， 其中
該多通道傳感器包括一個或多個本發(fā)明的任何一種傳感器，這些傳感 器分為多個傳感器區(qū)域,各個傳感器區(qū)域與多個試樣中的各個試樣接觸； 和
針對各個傳感器區(qū)域檢測按照光學(xué)屬性變化的物理屬性。
本發(fā)明的第二種多通道傳感器是這樣一種傳感器測量光輸入到該傳 感器中并且在測量光的物理屬性由多個試樣改變之后從該傳感器中輸出 作為輸出光，并且對輸出光加以檢測，以實現(xiàn)多個試樣的同時分析， 其中
該多通道傳感器包括多個本發(fā)明的任何一種傳感器，和 針對各個傳感器檢測按照光學(xué)屬性變化的物理屬性。
本發(fā)明的具有試樣池的傳感器是這樣的傳感器，該傳感器包括 附加在可由試樣填充的試樣池上的本發(fā)明的任何一種傳感器， 其中，所述傳感器固定在試樣池上，使得傳感器的第一反射器和/或 第二反射器與試樣池中的試樣接觸。
本發(fā)明的感測設(shè)備是這樣一種設(shè)備，該設(shè)備包括 本發(fā)明的任何一種傳感器或多通道傳感器；
測量光照射構(gòu)件，用于將測量光照射在傳感器或多通道傳感器上；和
檢測構(gòu)件，用于檢測輸出光的物理屬性。
最好，將檢測構(gòu)件構(gòu)成為檢測下列至少一項輸出光的光強(qiáng)度、輸出 光光強(qiáng)度的變化、由傳感器吸收的光的吸收峰值波長和由傳感器吸收的 光的吸收峰值波長的偏移量。
本發(fā)明的感測設(shè)備可以分析試樣的折射系數(shù)和/或密度。此外，可以 通過分析試樣的折射系數(shù)來認(rèn)定試樣。
本發(fā)明的感測方法是使用本發(fā)明的任何一種傳感器或多通道傳感器 的感測方法，該方法包括步驟
在將試樣與傳感器接觸之前，在傳感器S或多通道傳感器MS要與試 樣接觸的側(cè)面上固定專門與特定物質(zhì)相結(jié)合的粘著物質(zhì)；
將測量光照射在傳感器或多通道傳感器上；和
檢測輸出光的物理屬性，以分析試樣中是否存在特定物質(zhì)和/或該特 定物質(zhì)的量。
在本發(fā)明的傳感器中，采用了這樣的構(gòu)造，按照下面列出的順序從測 量光的輸入側(cè)開始下列組成部分具有半透射和半反射屬性的第一反射 器；半透明體；和具有完全反射屬性或半透射和半反射屬性的第二反射 器。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，透射穿過第 一反射器并且進(jìn)入到半透明體中的光在 第一反射器和第二反射器之間反復(fù)進(jìn)行反射，導(dǎo)致多路徑反射(共振) 有效發(fā)生。從而，有效地發(fā)生了多路徑反射干涉。在本發(fā)明的傳感器中， 多路徑干涉條件按照第 一反射器的平均復(fù)折射系數(shù)、第二反射器的平均 復(fù)折射系數(shù)以及半透明體的平均復(fù)折射系數(shù)和厚度而變化。因此，按照 這些因素產(chǎn)生用于吸收具有特定波長的光的吸收屬性，從第一反射器和/ 或第二反射器中輸出物理屬性按照吸收屬性而與測量光不同的輸出光。
在本發(fā)明的傳感器中，采用這樣的構(gòu)造第一反射器和/或第二反射 器與試樣接觸，并且第一反射器和/或第二反射器的平均復(fù)折射系數(shù)依試 樣而變化。在這樣的結(jié)構(gòu)中，多路徑干涉條件(因此吸收屬性)由試樣
改變。因此，可以通過檢測輸出光按照吸收屬性變化的物理屬性來進(jìn)行 試樣分析。
在本發(fā)明的傳感器中，采用了這樣的構(gòu)造由兩個不同的反射器將半
透明體夾在中間，這與表面等離子傳感器比較起來要簡單得多，同時成 本更低、結(jié)構(gòu)約束更少。
在本發(fā)明的傳感器中，會有效地發(fā)生多路徑干涉，并且具有特定波長 的光會遭到強(qiáng)烈吸收。因此，與傳統(tǒng)的局部等離子傳感器相比，本發(fā)明 的傳感器具有更高的檢測靈敏度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高度精確的分析。


附圖1A是按照本發(fā)明的第一實施方式的傳感器的立體圖。
附圖1B是附圖1A中所示的傳感器沿著厚度方向的橫截面圖。
附圖1C是圖解說明附圖1A中所示的傳感器的輸出光的實例頻譜的 曲線圖。
附圖2A是按照本發(fā)明的第二實施方式的傳感器沿著厚度方向的橫截 面圖。
圖2B是圖解說明附圖2A中所示的傳感器的輸出光的實例頻譜的 曲線圖。
附圖3A是按照本發(fā)明的第三實施方式的傳感器沿著厚度方向的橫截 面圖。
附圖3B是附圖3A中所示的傳感器的頂視圖。
附圖4是按照本發(fā)明的第四實施方式的傳感器的立體圖。
附圖5A到5C是圖解說明附圖4中所示的傳感器的制造工藝的示意圖。
附圖6是按照本發(fā)明的第五實施方式的傳感器的立體圖。
附圖7A是按照本發(fā)明的實施方式的多通道傳感器的整體平面圖。
附圖7B是圖解說明本發(fā)明的多通道傳感器的設(shè)計變化的例子的示意圖。
附圖7C是圖解說明本發(fā)明的多通道傳感器的設(shè)計變化的另 一種例子 的示意圖。
附圖7D是圖解說明本發(fā)明的多通道傳感器的設(shè)計變化的再另 一種例
子的示意圖。
附圖8A是按照本發(fā)明的實施方式的具有試樣池的傳感器的示意性橫 截面圖，圖解說明它的結(jié)構(gòu)。
附圖8 B是圖解說明具有試樣池的傳感器的設(shè)計變化的例子的示意圖。
附圖9A是按照本發(fā)明的第一實施方式的感測設(shè)備的框圖，圖解說明 它的結(jié)構(gòu)。
附圖9B是按照本發(fā)明的第二實施方式的感測設(shè)備的框圖，圖解說明 它的結(jié)構(gòu)。
附圖9C是按照本發(fā)明的第三實施方式的感測設(shè)備的框圖，圖解說明 它的結(jié)構(gòu)。
附圖IOA是按照本發(fā)明的第四實施方式的感測設(shè)備的框圖，圖解說 明它的結(jié)構(gòu)。
附圖IOB是按照本發(fā)明的第五實施方式的感測設(shè)備的框圖，圖解說 明它的結(jié)構(gòu)。
附圖IOC是按照本發(fā)明的第六實施方式的感測設(shè)備的框圖，圖解說 明它的結(jié)構(gòu)。
附圖ll是圖解說明實例l和實例2的仿真結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式
下文中，將參照附圖1A、 1B、 1C介紹按照本發(fā)明第一實施方式的傳 感器。附圖1A是立體圖，附圖1B是厚度方向上的橫截面圖(沿著附圖 1中的線A-A截取)，附圖1C是圖解說明傳感器輸出光的示例光鐠的曲 線圖。
如附圖1A、 1B中所示，本實施方式的傳感器S1具有這樣的裝置結(jié) 構(gòu)下列組成部分是按照下面列出的順序從測量光L1的輸入側(cè)(附圖 1B中的上側(cè))開始排列的具有半透射和半反射屬性的第一反射器10; 半透明體20;和具有完全反射屬性的第二反射器30。可以使用單一波長光也可以使用廣譜光作為測量光L1 ，測量光是按照要檢測的物理屬性選 取的。
半透明體20是由半透明平面基板構(gòu)成的，第一反射器IO是由設(shè)置在 半透明體20—個表面上的具有形成為規(guī)則網(wǎng)格圖案的薄金屬線11的金 屬圖案層構(gòu)成的，第二反射器30是由設(shè)置在半透明體20的另一個表面 上的整體金屬層構(gòu)成的。
對半透明體20的材料沒有具體的限制，可以使用玻璃、半透明陶瓷 (比如氧化鋁)和半透明樹脂(比如丙烯酸樹脂、碳酸鹽樹脂)之類的 材料。
可以為第一反射器10和第二反射器30使用任何反射金屬，包括Au、 Ag、 Cu、 Al、 Pt、 Ni、 Ti、這些金屬的合金等等。第一反射器10和第二 反射器30可以包括兩種或多種不同的金屬。
第二反射器30 (是整體金屬層)可以例如由金屬汽相沉積之類的工 藝來形成。第一反射器IO可以例如通過首先由金屬汽相沉積之類的工藝 形成整體金屬層、然后在該金屬層上進(jìn)行公知的光刻方法來形成。
雖然第 一反射器10是由反射金屬制成的，但是它具有多個圖案空間， 這些圖案空間是半透明的空空間，從而該第一反射器具有半透射和半反 射屬性。將第一反射器10的薄金屬線11的線寬度和間距設(shè)計得小于測 量光L1的波長。結(jié)果，它具有了小于測量光L1的波長的棱柱結(jié)構(gòu)。由 于稱為電磁網(wǎng)眼屏蔽效應(yīng)的效應(yīng)，具有這種棱柱結(jié)構(gòu)的第一反射器10對 于光起到半透射和半反射薄膜的作用。
在按照本實施方式的傳感器S1中，第一反射器10和第二反射器30 各個都是依照與其接觸的試樣改變其復(fù)折射系數(shù)的感測體。這樣，可以 通過使試樣與第 一反射器10和/或第二反射器30接觸來進(jìn)行試樣的分析。
具體來說，第一反射器IO具有由薄金屬線11和圖案空間12構(gòu)成的 小于測量光L1波長的浮雕結(jié)構(gòu)，從而由試樣造成的反射器10復(fù)折射系 數(shù)的變化會比較明顯。這是因為，我們認(rèn)為，第一反射器10的浮雕結(jié)構(gòu) 有效地引發(fā)了測量光L1之類的振蕩。因此，最好，通過使試樣至少與第 一反射器10的側(cè)面相接觸來進(jìn)行試樣的分析。
對薄金屬線11的間距沒有具體的限制，只要它小于測量光L1的波長
即可。如果使用可見光作為測量光Ll,該間距最好例如小于或等于
200nm。從靈敏度的角度來講，薄金屬線11的間距越窄越好。
對薄金屬線11的線寬度沒有具體限制，但是從靈敏度的角度來講， 該寬度越小越好。最好，薄金屬線11的線寬度小于或等于在金屬中振蕩 的電子的平均自由程。更加具體地講，最好小于或等于50nm,并且更好 地是小于或等于30nm。
薄金屬線11的較小的間距和線寬度會導(dǎo)致表面積相對于單一薄金屬 線ll的比率較大。結(jié)果，薄金屬線11的表面特性更有可能在反射器10 的總體特性中得到反映，從而可以獲得高的靈敏度。更加具體地講，薄 金屬線11的較小的間距和線寬度會導(dǎo)致由不同試樣引起的第一反射器 10的介電常數(shù)的變化較大，這會造成第一反射器10的平均復(fù)折射系數(shù) (有效復(fù)折射系數(shù))的變化較大，從而可以獲得高的靈敏度。
如附圖1B中所示，當(dāng)測量光L1入射在傳感器S1上時，按照第一反 射器10的透射率和反射率， 一部分光在第一反射器10的表面(未示出) 上遭到反射，而另一部分光透射穿過第一反射器IO并且進(jìn)入半透明體 20。進(jìn)入到半透明體20中的光在第一反射器10和第二反射器30之間反 復(fù)發(fā)生反射。就是說，傳感器S1具有在第一反射器10與第二反射器30 之間發(fā)生多路徑反射的共振結(jié)構(gòu)。
在這樣的裝置中，會發(fā)生多路徑反射干涉，并且會產(chǎn)生選擇性地吸收 具有特定波長的光的吸收屬性。多路徑干涉條件取決于第一反射器10的 平均復(fù)折射系數(shù)、第二反射器30的平均復(fù)折射系數(shù)以及半透明體20的 平均復(fù)折射系數(shù)和厚度。因此，依照這些因素吸收了具有特定波長的光， 并且輸出了物理屬性按照該吸收屬性不同于測量光L1的輸出光L2。本 實施方式的傳感器S1是僅僅從第一反射器10輸出輸出光L2的反射型傳 感器，因為第二反射器30具有完全反射的屬性。
這里做出這樣的假設(shè)第一反射器10的平均復(fù)折射系數(shù)為m-ik,、半 透明體20的平均復(fù)折射系數(shù)為n2、第二反射器30的平均復(fù)折射系數(shù)為 ri3-ik3并且半透明體20的厚度為d。(其中，k,、 k2是消光系數(shù)，41^和4]^ 代表虛部，并且在本實施方式中半透明體20的復(fù)折射系數(shù)的虛部為零)。
本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)測量光L1基本上為法向入射光時，由多路徑干涉吸收的光的峰值波長(吸收峰值波長)λ　在很大程度上取決于半透明體20的平均復(fù)折射系數(shù)n2和厚度d，并且本質(zhì)上由后面給出的公式表達(dá)。就是說，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，吸收峰值波長義出現(xiàn)在由下面給出的公式表達(dá)的波長附近，該吸收峰值波長依照第一反射器10的平 均復(fù)折射系數(shù)nriki、第二反射器30的平均復(fù)折射系數(shù)ri3-ik3和半透明體 20的平均復(fù)折射系數(shù)n2和厚度d在由下面給出的公式表達(dá)的波長周圍變化。
n2d＝(m+l)/2 xλ　 λ　＝(m+l) x 2n2d
其中，m是任意整數(shù)值(O， ±1, ±2之類)。
尤其是，如果反射器IO、半透明體20或第二反射器30中的至少任 何一個是由復(fù)介電常數(shù)虛部不為零的光吸收體構(gòu)成的，則會獲得尖銳的 吸收高峰，就是說，可以產(chǎn)生很強(qiáng)的吸收特定波長光的吸收屬性。在本 實施方式中，皆為金屬層的第一反射器10和第二反射器30是復(fù)介電常 數(shù)虛部不為零的光吸收體。
對半透明體20的厚度d沒有具體的限制。不過，最好該厚度d例如 不大于300nm,在這種情況下，在可見光波長范圍之內(nèi)僅僅出現(xiàn)單獨一 個因多路徑干涉造成的吸收高峰波長并且有助于它的檢測。此外，半透 明體20的厚度d最好不小于100 nm,在這種情況下，會有效地發(fā)生多路 徑反射并且在可見光范圍內(nèi)會出現(xiàn)因多路徑干涉造成的吸收高峰波長并 且有助于它的檢測。
最好，傳感器S1具有這樣的裝置結(jié)構(gòu)將光阻抗匹配成使多路徑反 射次數(shù)(銳度)最大。這樣的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生尖銳的吸收高峰，并且能夠 實現(xiàn)更為精確的分析。
當(dāng)試樣與第一反射器10和/或第二反射器30接觸(最好與第一反射 器IO接觸)時，與試樣接觸的反射器的平均復(fù)折射系數(shù)(有效復(fù)折射系 數(shù))通過反射器和試樣之間的相互作用而改變，從而多路徑干涉條件得 到了改變。就是說，因多路徑干涉造成的系數(shù)屬性發(fā)生了改變。
附圖1C中示出了通過照射白光作為測量光L1并且使不同試樣A和B與第一反射器IO接觸而獲得的反射光頻譜的例子(輸出光頻譜的例子)。附圖1C圖解說明通過改變試樣使吸收高峰波長義從A變化到A。
在傳感器S1中，可以通過檢測按照吸收屬性變化的輸出光L2的物 理屬性來進(jìn)行試樣分析。按照吸收屬性變化的輸出光L2物理屬性包括輸 出光L2的光強(qiáng)度或其變化量、由傳感器Sl吸收的光的吸收波長或其偏 移量等等。稍后將介紹感測設(shè)備的結(jié)構(gòu)的具體實例。
本實施方式的傳感器Sl可以分析試樣的折射系數(shù)和/或密度。也可以 通過分析試樣的折射系數(shù)來鑒定該試樣。此外，通過在使試樣與反射器 接觸之前在要與試樣接觸的反射器(第一反射器10和/或第二反射器)上 固著專門與特定物質(zhì)相組合的粘著物質(zhì)，并且將測量光L1照射在傳感器 Sl上和檢測輸出光L2，還可以分析試樣中是否存在這種特定物質(zhì)和/或 該特定物質(zhì)的量。特定物質(zhì)與粘著物質(zhì)的組合可以包括抗原和抗體的組 合(其中任何一個都可以是粘著物質(zhì))等等，并且本實施方式還可以進(jìn) 行抗原和抗體反應(yīng)之類的時間進(jìn)程分析。
按照本實施方式的傳感器Sl是以前面介紹的方式構(gòu)成的。 就是說，按照本實施方式的傳感器Sl具有包括以下面列出的順序從 測量光L1的輸入端開始安排的下列部分的裝置結(jié)構(gòu)具有半透射和半反 射屬性的第一反射器10;半透明體20;和具有完全反射屬性的第二反射 器30。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，透射穿過第一反射器10并且進(jìn)入半透明體20中的 光在第 一反射器10和第二反射器30之間反復(fù)反射，造成多路徑反射(共 振)有效發(fā)生。由此多路徑反射干涉得到有效引發(fā)。在按照本實施方式 的傳感器Sl中，多路徑干涉條件會按照第一反射器10的平均復(fù)折射系 數(shù)、第二反射器30的平均復(fù)折射系數(shù)和半透明體20的平均復(fù)折射系數(shù) 及厚度發(fā)生變化。因此，按照這些因素產(chǎn)生了吸收特定波長光的吸收屬 性，并且從第一反射器IO輸出了物理屬性按照吸收屬性不同于測量光 U的輸出光L2。
在按照本實施方式的傳感器Sl中，第一反射器10和/或第二反射器 30要與試樣接觸，并且反射器的平均復(fù)折射系數(shù)會因試樣而改變。在這 樣的結(jié)構(gòu)中，.多路徑干涉條件會因試樣改變，由此使吸收屬性發(fā)生變化。這樣，可以通過檢測輸出光L2的按照吸收屬性改變的物理屬性來進(jìn)行試
樣的分析。
按照本實施方式的傳感器S1具有這樣的裝置結(jié)構(gòu)由兩個反射器10、 30將半透明體20夾在中間，這種結(jié)構(gòu)比表面等離子傳感器簡單得多，同 時成本更為低廉且結(jié)構(gòu)上的約束更少。
在按照本實施方式的傳感器S1中，會有效地發(fā)生多路徑干涉并且會 產(chǎn)生吸收特定波長光的強(qiáng)吸收屬性。這樣，它具有比傳統(tǒng)局部等離子傳 感器更高的檢測靈敏度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的分析。
此外，按照本實施方式的傳感器Sl可以促成局部等離子共振在第一 反射器10的由金屬圖案層構(gòu)成的表面上有效發(fā)生。
局部等離子共振是這樣的現(xiàn)象由與光電場共振的金屬中的自由電子 的振蕩誘發(fā)電場。我們認(rèn)為，尤其是在具有浮雕結(jié)構(gòu)的金屬層中，借助 與光的電場共振的突出部分的自由電子的振蕩，會在突出部分周圍誘發(fā) 強(qiáng)電場，從而造成局部等離子共振有效發(fā)生。在本實施方式中，第一反 射器IO具有小于測量光LI的波長的浮雕結(jié)構(gòu)，從而局部等離子共振會 有效發(fā)生。
對于局部等離子共振發(fā)生時的波長，測量光L1的散射和吸收明顯增 高，并且具有這一波長的反射光的強(qiáng)度顯著降低。造成等離子共振的光 波長(共振高峰波長)以及測量光Ll的散射和吸收的程度取決于放在傳 感器Sl表面上的試樣等的折射系數(shù)。
本實施方式可以提供這樣的傳感器S1:測量光L1的屬性由因前面介 紹的光學(xué)干涉效應(yīng)和第一反射器10上的局部等離子共振造成的吸收屬性 改變。在這樣傳感器中，可以通過檢測測量光L2按照因光學(xué)干涉效應(yīng)造 成的吸收屬性變化的物理屬性1和測量光L2按照局部等離子共振變化的 物理屬性2二者來進(jìn)行試樣的分析。此外，可以通過檢測物理屬性l和 物理屬性2之間的相互關(guān)系來分析試樣。
在正常情況下，由多路徑干涉造成的吸收高峰和由局部等離子共振造 成的吸收高峰是出現(xiàn)在不同波長上的。這樣，按照本實施方式的傳感器 Sl能夠通過檢測由多路徑干涉和局部等離子共振各自造成的物理變化來 實現(xiàn)更為精確的分析。在附圖1C中，忽略了由局部等離子共振造成的吸
收高峰。由多路徑干涉造成的吸收高峰和由局部等離子共振造成的吸收 高峰有時可能彼此重疊。
就第一反射器10和第二反射器30的材料而言，優(yōu)選的是金屬，因為
它也能夠?qū)崿F(xiàn)基于局部等離子共振的感測，但是也可以使用非金屬反射 材料。
在本實施方式中，以具有規(guī)則網(wǎng)格圖案的第一反射器IO為例進(jìn)行了 介紹。但是第一反射器IO可以具有任何圖案，包括隨意的圖案。但是從 靈敏度的角度而言，高結(jié)構(gòu)規(guī)則性是優(yōu)選的，因為較高的結(jié)構(gòu)規(guī)則性會 提供較高的平面內(nèi)均勻度以及比較統(tǒng)一的屬性。
下面，將參照附圖2A和2B介紹按照本發(fā)明的第二實施方式的傳感 器。附圖2A是與第一實施方式的附圖1B相應(yīng)的橫截面圖。附圖2B表 示輸出光的實例頻譜。在本實施方式中，為與第一實施方式相同的組成 部分給予了相同的附圖標(biāo)記并且不再進(jìn)一步做詳細(xì)介紹。
如附圖2A中所示，與第一實施方式一樣，按照本實施方式的傳感器 S2具有包括以下面列出的順序從測量光Ll的輸入端開始排列的下列組 成部分的裝置結(jié)構(gòu)第一反射器10;半透明體20;和第二反射器30。本 實施方式與第一實施方式的不同之處在于，第二反射器30是由和第一反 射器10—樣的具有形成為規(guī)則網(wǎng)格圖案的薄金屬線31的金屬圖案層構(gòu) 成的，并且第二反射器30具有半透射和半反射屬性，而在第一實施方式 中，第二反射器是由整體金屬層構(gòu)成的，并且具有完全反射的屬性(第 二反射器30的立體圖與附圖1A中的第一反射器IO—樣)。
在按照本實施方式的傳感器S2中，第一反射器10和第二反射器30 各個都是隨著與其接觸的試樣改變其復(fù)折射系數(shù)的感測體。這樣，可以 通過使試樣與第 一反射器10和/或第二反射器30接觸來進(jìn)行試樣的分析。 在本實施方式中，第一反射器10和第二反射器30各個都具有小于測量 光L1的波長的浮雕結(jié)構(gòu)。這樣，使試樣與任何一個反射器接觸都可以導(dǎo) 致由試樣造成反射器的平均復(fù)折射系數(shù)發(fā)生高靈敏度的變化。
而且在本實施方式中，和第一實施方式中一樣，在第一反射器10和
第二反射器30之間會有效地發(fā)生多路徑反射(共振)。從而會有效地發(fā)生多路徑反射干涉，并且產(chǎn)生吸收具有特定波長的光的吸收屬性。當(dāng)使試樣與第一反射器10和/或第二反射器30接觸時，與試樣接觸的反射器的平均復(fù)折射系數(shù)(有效復(fù)折射系數(shù))會發(fā)生改變。就是說，多路徑干 涉條件會隨著試樣改變，因此吸收屬性也會隨著試樣改變。這樣，當(dāng)?shù)诙瓷淦?0是半透射和半反射的時，可以通過^r測輸出光L2按照吸收 屬性變化的物理屬性來進(jìn)行試樣的分析。
而在第二反射器30具有完全反射屬性的第一實施方式中，僅僅給出 了反射型傳感器，在第二反射器30具有半透射和半反射屬性的本實施方 式中，可以給出下列任何一種類型的傳感器僅僅從第一反射器10輸出 輸出光L2的反射型傳感器，僅僅從第二反射器30輸出輸出光L2的透射 型傳感器，或者按照第一反射器IO的平均復(fù)折射系數(shù)、第二反射器30 的平均復(fù)折射系數(shù)和半透明體20的平均復(fù)折射系數(shù)和厚度從第 一反射器 10和第二反射器30兩者輸出輸出光L2的半透射和半反射型傳感器。
在反射型傳感器或半透射和半反射型傳感器中，從第一反射器10輸 出的輸出光L2 (反射光)的實例頻譜與第一實施方式中所示的頻譜相同。 附圖2B表示從透射型傳感器或半透射和半反射型傳感器中的第二反射 器30輸出的輸出光L2 (透射光)的實例頻譜。附圖2B表示吸收頻譜， 并且圖解說明隨著試樣的改變而從義l變化到義2的吸收高峰波長義。
在按照本實施方式的傳感器S2中，第一反射器10和第二反射器30 各個都是由金屬圖案層構(gòu)成的，從而可以造成局部等離子共振在第一反 射器10和/或第二反射器30的表面上有效地發(fā)生。由此，本實施方式可 以提供測量光L1的屬性由因為前面介紹的光學(xué)干涉效應(yīng)而產(chǎn)生的吸收 屬性和在第一反射器10和/或第二反射器30上的局部等離子共振而改變 的傳感器。在這樣的傳感器中，可以通過檢測測量光L2按照因光學(xué)干涉 效應(yīng)而產(chǎn)生的吸收屬性變化的物理屬性1和測量光L2按照局部等離子共 振變化的物理屬性2兩者來進(jìn)行試樣的分析。此外，可以通過檢測物理 屬性1和物理屬性2之間的相互關(guān)系來分析試樣。
按照本實施方式的傳感器S2是按照前面介紹的方式構(gòu)成的。就是說， 本實施方式的基本結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同，除了第二反射器30具有半透射和半反射屬性。因此，本實施方式可以提供與第一實施方式類似的優(yōu)異效果。在本實施方式中，是針對第一反射器10和第二反射器30具有相同的圖案的情況來進(jìn)行介紹的，但是它們也可以具有不同的圖案。
在下文中，將參照附圖3A和3B介紹按照本發(fā)明的第三實施方式的 傳感器。附圖3A是與第一實施方式的附圖IA相應(yīng)的立體圖。附圖3是 傳感器的頂視圖。在本實施方式中，為與第一實施方式相同的組成部分 給予了相同的附圖標(biāo)記并且將不對它們做進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。
如附圖3A中所示，按照本實施方式的傳感器S3具有包括以下面列 出的順序從測量光L1的輸入端開始安排的下列組成部分的裝置結(jié)構(gòu)具 有半透射和半反射屬性的第一反射器10;半透明體20;和與第一實施方 式中 一樣具有完全反射屬性的第二反射器30。
本實施方式與第一實施方式的不同之處在于，第一反射器IO是由具 有多個規(guī)則排列成矩陣形式并且固著在半透明體20的表面上的金屬顆粒 13的金屬顆粒層構(gòu)成的，這些金屬顆粒具有基本相同的直徑，而在第一 實施方式中，第一反射器IO是圖案化的金屬層。對金屬顆粒的材料沒有 具體的限制，并且可以使用和第一實施方式中介紹的金屬一樣的金屬。
前面介紹的第 一反射器10可以例如通過借助旋轉(zhuǎn)涂敷將其中散布有 金屬顆粒13的溶液施加在半透明體的表面上并且進(jìn)行烘干來形成。最好， 所述溶液包含諸如樹脂、蛋白質(zhì)之類的粘結(jié)劑，以便通過該粘結(jié)劑將金 屬顆粒13固著在半透明體20的表面上。當(dāng)使用蛋白質(zhì)作為粘結(jié)劑時， 可以利用蛋白質(zhì)的粘結(jié)反應(yīng)來將金屬顆粒13固著在半透明體20的表面 上。
雖然第一反射器IO是由反射金屬制成的，但是它具有多個顆粒空隙 14，這些顆粒空隙是透明的空白空隙，從而使得它具有半透射和半反射 屬性。金屬顆粒13的直徑和間距被設(shè)計得小于測量光L1的波長。結(jié)果， 它具有小于測量光L1的波長的浮雕結(jié)構(gòu)。而且在本實施方式中，由于稱 為電磁網(wǎng)眼屏蔽效應(yīng)的效應(yīng)，第一反射器IO對于光起到半透射和半反射 薄膜的作用。
而且在按照本實施方式的傳感器3中，第一反射器IO和第二反射器 30各個都是按照與其接觸的試樣改變其復(fù)折射系數(shù)的感測體。這樣，可 以通過使試樣與第一反射器10和/或第二反射器30接觸來進(jìn)行試樣的分 析。
具體來說，第一反射器IO具有由金屬顆粒13和顆粒空間14構(gòu)成的 小于測量光L的波長的浮雕結(jié)構(gòu)，從而由試樣造成的反射器IO的復(fù)折 射系數(shù)變化會因第一實施方式中介紹過的同樣的原因而比較明顯。因此， 最好試樣的分析是通過至少使試樣與第一反射器10的側(cè)面接觸來進(jìn)行 的。
對金屬顆粒13的間距沒有具體的限制，只要小于測量光L1的波長即 可。如果使用可見光作為測量光L1，則該間距最好例如小于或等于 200nm。從靈敏度的角度出發(fā)，金屬顆粒的間距越窄越好。
對金屬顆粒13的直徑?jīng)]有具體的限制，但是從靈敏度的角度出發(fā)， 直徑越小越好。最好，金屬顆粒13的直徑小于或等于金屬中振蕩的電子 的平均自由程。更加具體地講，最好小于或等于50nm，并且更好的是小 于或等于30nm。
和第一實施方式的金屬薄線11 一樣，較小的金屬顆粒13的間距和直 徑相對于單獨一個金屬顆粒13會造成較大比例的表面積。結(jié)果，金屬顆 粒13的表面特性很有可能在反射器10的總體特性中得到反映，從而可 以獲得高靈敏度。
在本實施方式中，和第一實施方式中一樣，在第一反射器10和第二 反射器30之間重復(fù)進(jìn)行光反射，造成多路徑反射(共振)有效地發(fā)生。 這會造成多路徑反射干涉有效地發(fā)生，并且產(chǎn)生吸收具有特定波長的光 的吸收屬性。而且在本實施方式中，第一反射器10和/或第二反射器30 的平均復(fù)折射系數(shù)(有效復(fù)折射系數(shù))隨著試樣變化。就是說，多路徑 干涉條件(因此系數(shù)屬性)隨著試樣變化。這樣，試樣的分析可以按照 與第一實施方式相同的方式進(jìn)行。
按照本實施方式的傳感器S3可以在由金屬顆粒層構(gòu)成的第一反射器 10的表面上造成局部等離子共振有效地發(fā)生。由此，本實施方式可以提 供和第一實施方式一樣的測量光L1的屬性由因前面介紹的光學(xué)干涉效
應(yīng)和第一反射器IO上的局部等離子共振造成的吸收屬性而改變的傳感
器。在這一傳感器中，試樣的分析可以通過檢測測量光L2按照因光學(xué)干 涉效應(yīng)造成的吸收屬性變化的物理屬性1和測量光L2按照局部等離子共 振變化的物理屬性2二者來進(jìn)行。此外，可以通過檢測物理屬性1和物 理屬性2之間的相互關(guān)系來分析試樣。
按照本實施方式的傳感器S3是按照前述方式構(gòu)成的。
就是說，本實施方式的基本結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同，只是第一反射 器IO是由金屬顆粒層構(gòu)成的。因此，本實施方式可以提供與第一實施方 式類似的有益效果。
在本實施方式中，是以第一反射器10由具有多個規(guī)則排列成矩陣的 直徑基本相同的金屬顆粒13的金屬層構(gòu)成并且固著在半透明體20的表 面上為例來進(jìn)行說明的。但是金屬顆粒13也可以具有不同的直徑，它們 也可以排列成任何圖案，包括隨機(jī)圖案。此外，在所進(jìn)行的說明中，第 二反射器30是由整體金屬層構(gòu)成的。但是第二反射器也可以是由和第一 反射器IO—樣的金屬顆粒層構(gòu)成的。在這種情況下，第二反射器30具 有半透射和半反射屬性，并且試樣的分析可以按照與第二實施方式相同 的方式來進(jìn)行。
下文中，將參照附圖4和5A到5C介紹按照本發(fā)明的第四實施方式 的傳感器。附圖4是傳感器的立體圖。附圖5A到5C是圖解說明它的制 造工藝的圖。在本實施方式中，為與第一實施方式相同的組成部分給予 了相同的附圖標(biāo)記并且將不對它們做進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。
如附圖4中所示，按照本實施方式的傳感器4具有包括以下面列出的 順序從測量光L1的輸入端開始安排的下列組成部分的裝置結(jié)構(gòu)具有半 透射和半反射屬性的第一反射器10;半透明體20;和與第一實施方式中 一樣具有完全反射屬性的第二反射器30。
與第一實施方式不同，在本實施方式中，半透明體20是由通過對附 圖5B中所示的可陽極氧化的金屬體(A1)的一部分進(jìn)行陽極氧化而獲得 的金屬氧化物體(八1203 ) 41構(gòu)成的，而第二反射器30是由附圖5B中所
示的可陽極氧化的金屬體40的未陽極氧化部分(Al) 42構(gòu)成的。第二反射器30具有完全反射屬性。
半透明體20是其中形成有多個從第一反射器10—側(cè)朝向第二反射器 30 —側(cè)延伸的小孔的半透明多孔體。這些多個小孔在第一反射器10的表 面上開放并且在第二反射器30—側(cè)閉合。在半透明體20中，直徑和間 距都小于測量光L1的波長的多個小孔21是基本上規(guī)則地排列的。
陽極氧化是通過將可陽極氧化的金屬體40與陰極一起以金屬體40 作為陽極浸泡在電解質(zhì)溶液中并且在陽極和陰極之間施加電壓來實現(xiàn) 的。對可陽極氧化的金屬體40的幾何形狀沒有具體的限制，但是最好是 平板狀之類的形狀。此外，金屬體40可以包括底座，在該底座上，以層 之類的形式形成可陽極氧化的金屬。對電解質(zhì)溶液沒有具體的限制，最 好是包含從由硫酸、磷酸、鉻酸、草酸、氨基磺酸、苯磺酸、氨磺酸之 類酸構(gòu)成的組中選取的一種或多種酸的酸性電解質(zhì)溶液。
如附圖5A和5B中所示，在對可陽極氧化的金屬體40進(jìn)行陽極氧化 時，氧化反應(yīng)沿著基本上垂直于表面40s的方向從表面40s開始進(jìn)行，并 且形成金屬氧化物體(A1203 )。由陽極氧化形成的金屬氧化物體41具有 包括在從上方觀看時基本上為六邊形形狀的沒有任何間隙地排布的多個 細(xì)柱體41a的結(jié)構(gòu)。從表面40s沿著深度方向基本上為直線地延伸的各 個小孔21形成在各個柱體41a的近似中心處，并且各個柱體41a的底部 具有圓形表面。在例如《Material Technology》(第15巻，第IO期，第 34頁，1997)中介紹了由陽極氧化形成的金屬氧化物體的結(jié)構(gòu)。
在使用草酸作為電解質(zhì)溶液時的陽極氧化條件的優(yōu)選實例包括電解質(zhì)溶液濃度為0.5 M;溶液溫度為14到16攝氏度；并且施加電壓為 40± 0.5V。在這些條件下形成的小孔21具有例如5到200 nm的小孔直徑， 且間距為10到400nm.
在本實施方式中，第一反射器IO是由通過金屬汽相沉積之類的工藝 沿著半透明體20的表面輪廓形成的金屬層構(gòu)成的。由于在半透明體20 的小孔21的開口區(qū)域上沒有形成金屬，因此第一反射器10具有基本上 為六邊形的金屬體15,這些金屬體15各自具有處于其中心附近的小孔 16,從上方觀看時，這些金屬體15是沒有任何間隙地排布的。第一反射器10的小孔16形成為與半透明體20的小孔21相同的圖案，從而具有 直徑和間距都小于測量光L1的波長的這些小孔16基本上是規(guī)則地排列 的。
第一反射器IO是由反射性金屬制成的，但是具有多個小孔16，這些 小孔是半透明的空空間，從而它具有半透射和半反射屬性。第一反射器 IO是由基本上為六邊形的金屬體15構(gòu)成的，這些金屬體15各自具有處 于其中心附近的小孔16,從上方觀看時，這些金屬體15是沒有任何間隙 地基本上是規(guī)則地排布的，從而它具有小于測量光L1的波長的浮雕結(jié) 構(gòu)。而且在本實施方式中，第一反射器10因為稱為電^茲網(wǎng)眼屏蔽效應(yīng)的 效應(yīng)而對于光起到半透射和半反射薄膜的作用。
在按照本實施方式的傳感器4中，第一反射器10和第二反射器30 各自都是按照與其接觸的試樣改變其復(fù)折射系數(shù)的感測體。這樣，試樣 的分析可以通過使試樣與第 一反射器10和/或第二反射器30接觸來進(jìn)行。
具體來說，第一反射器10具有由從上方看時基本上為六邊形的金屬 體15和小孔16構(gòu)成的小于測量光L1的波長的浮雕結(jié)構(gòu)，從而由試樣造 成的反射器10的復(fù)折射系數(shù)的變化會出于與第一實施方式中介紹的同樣 原因而比較明顯。由此，最好試樣的分析是通過使試樣至少與第一反射 器10的側(cè)面相接觸來進(jìn)行的。
對金屬體15的間距(小孔16的間距)沒有具體的限制，只要它小于 測量光L1的波長即可。如果使用可見光作為測量光L1，則該間距最好 例如小于或等于200nm。從靈敏度的角度出發(fā)，金屬體15的間距越小越 好。
對相鄰小孔16之間的距離(相鄰小孔16之間的金屬體15的寬度W) 沒有具體的限制，但是從靈敏度的角度出發(fā)，該距離越小越好。寬度W 與第一實施方式的薄金屬線的寬度以及第三實施方式的金屬顆粒13的直 徑相當(dāng)。最好，寬度W小于或等于在金屬中振蕩的電子的平均自由路徑。 更加具體地講，最好小于或等于50nm,更好的是小于或等于30nm。
和第一實施方式的薄金屬線11 一樣，金屬體15的間距和寬度W越 小，金屬體15的表面特征就越有可能反映在反射器10的總體特征中， 從而可以獲得高靈敏度。
在本實施方式中，和第一實施方式中一樣，光反射在第一反射器IO
與第二反射器30之間反復(fù)發(fā)生，導(dǎo)致多路徑反射(振蕩)有效地發(fā)生。 這造成多路徑反射干涉有效地發(fā)生，并且產(chǎn)生了吸收具有特定波長的光 的吸收屬性。而且在本實施方式中，第一反射器10和/或第二反射器30 的平均復(fù)折射系數(shù)(有效復(fù)折射系數(shù))依試樣變化。就是說，多路徑干 涉條件(因此吸收屬性)會依試樣而變化。這樣，試樣的分析可以是以 和第一實施方式中一樣的方式進(jìn)行的。
按照本實施方式的傳感器S4是按照前面介紹的方式構(gòu)成的。 就是說，本實施方式的基本結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同，只是半透明體 是由具有多個開口于第一反射器10的側(cè)面表面上的小孔21的半透明多 孔體構(gòu)成的，并且第一反射器是由沿著半透明多孔體的表面輪廓具有多 個小孔16的金屬層構(gòu)成的。因此，本實施方式可以給出與第一實施方式 類似的有益效果。
按照本實施方式的傳感器S4是很可取的，因為它是通過陽極氧化產(chǎn) 生的?？梢院苋菀椎赝ㄟ^陽極氧化產(chǎn)生半透明體20的小孔21與第一反 射器10的小孔16基本上規(guī)則排列的傳感器S4。不過，這些小孔也可以 是隨機(jī)排列的。
在本實施方式中，僅僅介紹了 Al作為用于形成半透明體20的可陽極 氧化的金屬體40的主要成分，但是實際上可以使用任何材料，只要它是 可陽極氧化的并且結(jié)果得到的金屬氧化物具有半透明性。例如，除了 Al 之外，可以使用Ti、 Ta、 Hf、 Zr、 Si、 In、 Zn之類的材料?？梢躁枠O氧 化的金屬體40可以包括兩種或更多種可陽極氧化金屬。
在本發(fā)明中，是以第二反射器具有完全反射屬性為例做出的介紹。另 外，可以通過對可陽極氧化的金屬體40的整個部分進(jìn)4亍陽極氧化或者對 可陽極氧化的金屬體40的一部分進(jìn)行陽極氧化并且除掉未經(jīng)陽極氧化的 部分42以及鄰近部分來產(chǎn)生具有從中穿行的小孔21的半透明體20。如 果第二反射器30是沿著具有從中穿行的小孔21的半透明體20的表面輪 廓形成的，則可以獲得具有小孔以及與第一反射器IO類似的半透射和半 反射屬性的第二反射器30。從而分析可以按照與第二實施方式相同的方 式來進(jìn)行。
在下文中，將參照附圖6介紹按照本發(fā)明的第五實施方式的傳感器。 附圖6是傳感器的立體圖。在本實施方式中，為與第四實施方式相同的 組成部分給予相同的附圖標(biāo)記并且這里不再對它們做進(jìn)一步的詳細(xì)介 紹。
按照本實施方式的傳感器S5的基本機(jī)構(gòu)與按照第四實施方式的傳感 器S4的基本結(jié)構(gòu)相同，只是形成在半透明體20中的多個小孔21中的各 個小孔在底部具有金屬22。
例如，在通過金屬汽相沉積形成第一反射器10的時候，可以通過形 成第一反射器IO,在使金屬也同時汽相沉積在小孔中的條件下，使與形 成第一反射器IO的金屬相同的金屬22填充在各個小孔21的底部上。
另外，填充在半透明體20的各個小孔21底部上的金屬22(可以通過 首先按照前面介紹的方式同時進(jìn)行第一反射器10的形成與金屬22的沉 積，然后除掉第一反射器10并且使用不同的金屬通過金屬汽相沉積再次 形成第一反射器IO),來由不同于第一反射器IO的金屬提供。
金屬22的沉積可以按照與第 一反射器10的形成相同的方式進(jìn)行的， 從而可以使用與第一實施方式中介紹的用于形成第一反射器10的金屬相 同的金屬。就是說，可以使用任何金屬作為金屬22,包括Au、 Ag、 Cu、 Al、 Pt、 Ni、 Ti、這些金屬的合金等等。金屬22可以包括前面介紹的兩 種或更多種不同的金屬。
在本實施方式中，和第四實施方式中一樣，會在第一反射器10與第 二反射器30之間有效地發(fā)生多路徑反射(共振)。從而會有效地發(fā)生多 路徑反射干涉，并且產(chǎn)生吸收具有特定波長的光的吸收屬性。而且在本 實施方式中，第一反射器10和/或第二反射器30的平均復(fù)折射系數(shù)(有 效復(fù)折射系數(shù))依試樣變化。就是說，多路徑干涉條件(因此吸收屬性) 會依試樣變化。這樣，試樣的分析可以按照與第四實施方式相同的方式 進(jìn)行。
此外，在本實施方式，可以在第一反射器IO、第二反射器30和局部 填充在半透明體20的多個小孔21中的各個小孔內(nèi)的金屬22的表面中的至少一個表面上引發(fā)局部等離子共振。尤其是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以在局部填充在半透明體20的多個小孔中的各個小孔內(nèi)的金屬22的 表面上有效地引發(fā)局部等離子共振。
和第一實施方式一樣，本實施方式可以提供借助因前面介紹的光學(xué)干 涉效應(yīng)造成的吸收屬性和局部等離子共振改變測量光L1的屬性的傳感 器。在這樣的傳感器中，試樣的分析可以通過檢測測量光L2依照因光學(xué) 干涉效應(yīng)造成的吸收屬性而改變的物理屬性1和測量光L2依照局部等離 子共振而改變的物理屬性2二者來進(jìn)行。此外，可以通過檢測物理屬性l 和物理屬性2之間的相互關(guān)系來分析試樣。
將會意識到，本發(fā)明并不局限于前面介紹的實施方式，并且可以進(jìn)行 各種不同的設(shè)計變化，而不會超出本發(fā)明的思想。
可以對第一反射器10和第二反射器30以及它們的組合的結(jié)構(gòu)任意進(jìn) 行設(shè)計變化。例如，可以通過以各種不同的方式將第一到第四實施方式 組合起來而形成第一反射器10和第二反射器30來產(chǎn)生按照本發(fā)明的傳 感器。
下文中，將參照附圖7A到7D介紹按照本發(fā)明的實施方式的多通道 傳感器。附圖7A是多通道傳感器的整體平面圖。
按照本實施方式的多通道傳感器MS是由傳感器S構(gòu)成的，傳感器S 是按照前面介紹的實施方式的傳感器S1到S5中的任何一種傳感器。此 外，傳感器S的表面分成了多個傳感器區(qū)域R,各個傳感器區(qū)域?qū)c 多個試樣中的一個試樣相接觸。在本實施方式中，多個傳感器區(qū)域R在 傳感器S的表面上排布成二維矩陣。最好，相鄰的傳感器區(qū)域R由防水 樹脂之類的材料制成的間隔材料P分開。在按照本實施方式的多通道傳 感器MS中，由各個傳感器區(qū)域R檢測輸出光L2依照吸收屬性變化的物 理屬性，以實現(xiàn)多個試樣的同時分析。
傳感器S上的傳感器區(qū)域R的形狀和排列方式并不局限于前面介紹的那樣。傳感器區(qū)域R可以具有任何形狀或者排列圖樣。例如，傳感器區(qū)域R可以如附圖7B中所示那樣一維地排布。
在本實施方式中，介紹的是多通道傳感器MS由單獨一個傳感器S構(gòu) 成。但是多通道傳感器MS也可以如附圖7C中所示那樣由多個傳感器S 形成。附圖7C中所示的多通道傳感器MS是由多個帶狀傳感器S構(gòu)成的， 在這些帶狀傳感器S上， 一維地排列著傳感器區(qū)域R(象附圖7B中所示 那樣)，多通道傳感器MS是沿著基本上平行于第一反射器IO表面(此 表面是光輸出表面)的方向安置的，并且多個傳感器S由單獨一個承載 部件H承載。針對多個傳感器S的排列圖案和承載結(jié)構(gòu)可以是任意設(shè)計 的。
在使用多個傳感器S形成多通道傳感器MS時，可以采用這樣的構(gòu)造 使各個試樣與各個傳感器S接觸，來由各個傳感器S測量輸出光L2依照 吸收屬性變化的物理屬性，而不在各個傳感器S上提供多個傳感器區(qū)域 R，如附圖7D所示。這樣的結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)行試樣的同時分析。在附圖7D 中所示的多通道傳感器MS中，傳感器S可以按照可在市場上得到的微 池(microwell)取樣板的標(biāo)準(zhǔn)來安排。在這種情況下，可以將多通道傳 感器MS的所有頂端(附圖7D中的右邊緣)同時浸入填充有試樣的微池 取樣板的多個池中，并且同時對它們進(jìn)行分析。
在下文中，將參照附圖8A和8B介紹按照本發(fā)明的實施方式的具有 試樣池的傳感器的結(jié)構(gòu)。附圖8A是與附圖1B相應(yīng)的示意性橫截面圖(省 略了傳感器的陰影)。
傳感器S是按照前面介紹的實施方式的傳感器Sl到S5中的任何一 種，并且具有下列按照所列出的順序從測量光L1的輸入側(cè)開始排列的組 成部分具有半透射和半反射屬性的第一反射器10;半透明體20;和具 有完全反射屬性或半透射和半反射屬性的第二反射器30。
傳感器S表現(xiàn)為反射型傳感器S,其中在第二反射器具有完全反射屬 性時，輸出光L2從第一反射器IO輸出。當(dāng)?shù)诙瓷淦骶哂邪胪干浜桶?反射屬性時，傳感器S表現(xiàn)為下列任何一種輸出光L2僅從第一反射器10輸出的反射型傳感器；輸出光L2僅從第二反射器30輸出的透射型傳 感器；和輸出光L2從第一反射器10和第二反射器30二者輸出的半透射 和半反射型傳感器。按照本實施方式的具有試樣池C1的傳感器可以按照 前面介紹的任何一種傳感器類型進(jìn)行操作。
具有試樣池C1的傳感器是固定在試樣池50中從而第一反射器10和 第二反射器30都與試樣池50內(nèi)的試樣X接觸的傳感器S (忽略了固定 結(jié)構(gòu))。傳感器S可以是永久性地或可拆卸地固定在試樣池50中的。
試樣池50包括由不透明材料(比如金屬之類的材料)制成的作為主 要組成部分的池體51,池體51能夠?qū)⒃嚇覺裝容在其中。池體51具有 裝配在其中的半透明窗口 52和53。半透明窗口 52和53設(shè)置在池體51 分別與第一反射器10和第二反射器30相對的部分上。
在具有試樣池Cl的傳感器中，從試樣池50的外部通過窗口 52將測 量光L1輸入到第一反射器IO上。當(dāng)它表現(xiàn)為反射型傳感器時，反射光 作為輸出光L2通過半透明窗口 52輸出到試樣池50的外部并且得到檢 測。當(dāng)它表現(xiàn)為透射型傳感器時，透射光作為輸出光L2通過半透明窗口 53輸出到試樣池50的外部并且得到檢測。當(dāng)它表現(xiàn)為半透射和半反射型 傳感器時，反射光和/或透射光作為輸出光L2通過半透明窗口 52和/或半 透明窗口 53輸出到試樣池50的外部并且得到檢測。
在本實施方式中，傳感器S是固定在試樣池50中的，從而使得第一 反射器10和第二反射器30與試樣池50內(nèi)的試樣X接觸，從而第一反射 器10和第二反射器30的平均復(fù)折射系數(shù)依試樣X變化，從而試樣X可 以得到分析。
在本實施方式中，可以通過在將試樣X填充到試樣池50中之前，在 第一反射器10和/或第二反射器30上固定專門與特定物質(zhì)相結(jié)合的粘著 物質(zhì)，來進(jìn)行試樣中是否存在特定物質(zhì)和/或特定物質(zhì)的量的分析。特定 物質(zhì)和粘著物質(zhì)的組合的例子可以包括抗原體和抗體(任何一個可以作 為粘著物質(zhì))的組合等等，并且本實施方式可以很容易地進(jìn)行抗原體-抗體反應(yīng)的時程分析。
使用具有帶有試樣池C1的傳感器的形式的傳感器S使得生物分析之 類的分析能夠輕松地得到有效且精確地進(jìn)行。
在本實施方式中，進(jìn)行了在池體51與第一反射器IO和第二反射器 30相對的部分分別固定著半透明窗口 52和53的結(jié)構(gòu)性描述。但是，對 于輸出光L2從第一反射器10輸出的反射型傳感器或半透射和半反射型 傳感器而言，可以采用設(shè)置有至少半透明窗口 52的結(jié)構(gòu)。此外，對于輸 出光L2從第二反射器30輸出的透射型傳感器或半透射和半反射型傳感 器而言，可以采用設(shè)置有至少半透明窗口 53的構(gòu)造。
此外，對于輸出光L2從第一反射器IO輸出的反射型傳感器或半透射 和半反射型傳感器而言，可以采用這樣的構(gòu)造將傳感器S固定在試樣 池50上，以致只有第二反射器30與試樣池50內(nèi)的試樣X接觸，并且枱r 測作為輸出光L2的反射光，如附圖8B中所示。
這樣的結(jié)構(gòu)不需要使測量光L1和輸出光L2穿過試樣X就能夠?qū)崿F(xiàn) 試樣分析，從而可以避免試樣X對分析結(jié)果的影響并且可以得到更加精 確的試樣分析。例如，如果試樣X的液體溫度之類發(fā)生變化，則接觸試 樣X的傳感器S的折射系數(shù)可能會發(fā)生輕微變化，雖然不會很大，并且 可能影響到測量精度。在附圖8B所示的結(jié)構(gòu)中，第一反射器10沒有與 試樣X接觸，從而避免了第一反射器10的折射系數(shù)因溫度變化之類的原 因發(fā)生變化并且可以得到精確的分析結(jié)果。
現(xiàn)在將參照附圖9A到9C和IOA到IOC介紹按照本發(fā)明的第一到第 六實施方式的感測設(shè)備。這里，將以使用反射型傳感器或半透射和半反傳感器S,該傳感器是按照前面介紹的實施方式的傳感器Sl到S5中的 任何一種；測量光照射構(gòu)件60,用于將測量光Ll照射到傳感器S上； 和檢測構(gòu)件70，用于檢測作為輸出光L2的反射光的物理屬性。這里， 測量光照射構(gòu)件60與檢測構(gòu)件的組合是彼此不同的。為附圖9A到9C 中相同的組成部分給予了相同的附圖標(biāo)記。
在感測設(shè)備A1中，測量光照射構(gòu)件60是由廣譜光源61構(gòu)成的，比 如卣素?zé)?、氱燈或氪燈，并且檢測構(gòu)件70是由分光儀71和數(shù)據(jù)處理單元72構(gòu)成的。根據(jù)需要為測量光照射構(gòu)件60配備了準(zhǔn)直透鏡和/或光導(dǎo)光學(xué)器件(包括聚光透鏡)。
感測設(shè)備A1通過由測量光照射構(gòu)件60將作為測量光L1的廣譜光照 射在傳感器S上、獲得作為輸出光L2的反射光的頻譜并且檢測由傳感器 S吸收的光的吸收峰值波長λ或者吸收峰值波長λ離開參照值的偏移量 (頻譜和吸收峰值波長λ參見附圖Ic)來進(jìn)行試樣分析。
在感測設(shè)備A2中，測量光照射構(gòu)件60是由單一波長光源62構(gòu)成的， 比如激光器或者發(fā)光二極管，并且檢測構(gòu)件70是由光強(qiáng)度檢測器73和 數(shù)據(jù)處理單元72構(gòu)成的。而且在感測設(shè)備A2中，根據(jù)需要為測量光照 射構(gòu)件60配備了準(zhǔn)直透鏡和/或光導(dǎo)光學(xué)器件(包括聚光透鏡)。
感測設(shè)備A2通過由測量光照射構(gòu)件60將作為測量光Ll的單一波長光照射在傳感器S上并且獲得作為輸出光L2的反射光的光強(qiáng)度來進(jìn)行試樣分析。測量光L1可以具有任意波長。在關(guān)注任意波長的光時，附圖 1C表明該波長的光強(qiáng)度依照試樣變化。就是說，附圖1C表明試樣分析 可以通過檢測具有任意波長的測量光L1所對應(yīng)的輸出光L2的光強(qiáng)度來 進(jìn)行。
在感測設(shè)備A2中，可以采用這樣的構(gòu)造測量光照射構(gòu)件60由廣 譜光源61 (而不是單一波長光源62)和能夠從光源61的輸出光中僅僅 選取出特定波長光之類的波長分布可變構(gòu)件(比如分光儀)構(gòu)成。而且 在這種情況下，感測設(shè)備A2可以按照與前面介紹的方式相同的方式進(jìn)行 試樣分析。
在感測設(shè)備A3中，測量光照射構(gòu)件60是由廣譜光源61和能夠從光 源61的輸出光中選取出特定波長的光并且隨著時間改變所要選取的特定 波長光的波長的波長分布可變構(gòu)件63構(gòu)成的，并且檢測構(gòu)件70是由光 強(qiáng)度檢測器73和數(shù)據(jù)處理單元72構(gòu)成的。數(shù)據(jù)處理單元72接收由波長 分布可變構(gòu)件63選取的具有特定波長的光的波長數(shù)據(jù)以及由光強(qiáng)度檢測 器73獲得的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。而且在感測設(shè)備A3中，根據(jù) 需要為測量光照射構(gòu)件60配備了準(zhǔn)直透鏡和/或光導(dǎo)光學(xué)器件(包括聚光 透鏡)。
感測設(shè)備A3通過由測量光照射構(gòu)件60將單一波長光照射在傳感器S上作為測量光L1且隨著時間的變化改變照射在傳感器S上的單一波長光 的波長、測量作為輸出光L2的反射光的光強(qiáng)度隨時間的變化以獲得類似 于附圖1C中所示的頻譜并且檢測由傳感器S吸收的光的吸收峰值波長義 或吸收峰值波長義離開參考值的偏移量來進(jìn)行試樣分析。
如前所述，試樣分析可以通過由^r測構(gòu)件704全測下列至少一個來進(jìn) 行輸出光L2的光強(qiáng)度及其變化、由傳感器S吸收的光的吸收峰值波長 及其偏移量。
附圖IOA到10C中示出的各個感測設(shè)備A4到A6由下列部分構(gòu)成 按照前面介紹的實施方式的多通道傳感器MS;測量光照射構(gòu)件60，用 于將測量光L1同時照射在多通道傳感器MS的整個表面上；和檢測構(gòu)件 70,用于檢測作為輸出光L2的反射光相對于各個試樣的物理屬性。這里， 測量光照射構(gòu)件60與檢測構(gòu)件的組合是彼此不同的。為附圖IOA到10C 中相同的組成部分給予了相同的附圖標(biāo)記。
在感測設(shè)備A4中，測量光照射構(gòu)件60是由廣譜光源61構(gòu)成的，比 如卣素?zé)簟㈦療艋螂礋?，并且檢測構(gòu)件70是由成像分光儀74和數(shù)據(jù)處 理單元75構(gòu)成的。根據(jù)需要為測量光照射構(gòu)件60配備了包括用于準(zhǔn)直 輸出光的準(zhǔn)直透鏡在內(nèi)的光導(dǎo)光學(xué)器件等。
感測設(shè)備A4通過由測量光照射構(gòu)件60將同時照射在多通道傳感器 MS的整個表面上的廣譜光作為測量光L1、斥全測同時從多個傳感器區(qū)域 R上反射回來的反射光(輸出光L2)的頻鐠、并且針對各個傳感器區(qū)域 R檢測由多通道傳感器MS吸收的光的吸收峰值波長義或者針對各個傳感 器區(qū)域R檢測吸收峰值波長A離開參照值的偏移量(頻語和吸收峰值波 長義參見附圖1C)來進(jìn)行多個試樣的同時分析。
在感測設(shè)備A5中，測量光照射構(gòu)件60是由單一波長光源62構(gòu)成的， 比如激光器或者發(fā)光二極管，并且檢測構(gòu)件70是由用于檢測光強(qiáng)度分布 的光強(qiáng)度檢測器(比如圖像傳感器)76和數(shù)據(jù)處理單元75構(gòu)成的。而且 在感測設(shè)備A5中，根據(jù)需要為測量光照射構(gòu)件60配備了包括用于準(zhǔn)直 輸出光的準(zhǔn)直透鏡在內(nèi)的光導(dǎo)光學(xué)器件等。
感測設(shè)備A5通過由測量光照射構(gòu)件60將作為測量光L1的單一波長 光照射在多通道傳感器MS的整個表面上并且檢測從多個傳感器區(qū)域R
上反射回來的反射光(輸出光L2 )的光強(qiáng)度來進(jìn)行多個試樣的同時分析。測量光L1可以具有任意波長。在關(guān)注任意波長的光時，附圖1C表明該 波長的光強(qiáng)度依照試樣變化。就是說，附圖1C表明試樣分析可以通過檢 測具有任意波長的測量光L1所對應(yīng)的輸出光L2的光強(qiáng)度來進(jìn)行。
在感測設(shè)備A5中，可以采用這樣的構(gòu)造測量光照射構(gòu)件60由廣 譜光源61 (而不是單一波長光源62)和能夠從光源61的輸出光中僅僅 選取出特定波長光之類的波長分布可變構(gòu)件(比如分光儀)構(gòu)成。而且 在這種情況下，感測設(shè)備A5可以按照與前面介紹的方式相同的方式進(jìn)行 多個試樣的同時分析。
在感測設(shè)備A6中，測量光照射構(gòu)件60是由廣譜光源61和能夠從光 源61的輸出光中選取出特定波長的光并且隨著時間改變所要選取的特定 波長光的波長的波長分布可變構(gòu)件63構(gòu)成的，并且檢測構(gòu)件70是由用 于檢測光強(qiáng)度分布的光強(qiáng)度檢測器(比如圖像傳感器)76和數(shù)據(jù)處理單 元75構(gòu)成的。數(shù)據(jù)處理單元75接收由波長分布可變構(gòu)件63選取的具有 特定波長的光的波長數(shù)據(jù)以及由光強(qiáng)度檢測器76獲得的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)來進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理。而且在感測設(shè)備A6中，根據(jù)需要為測量光照射構(gòu)件60配 備了包括用于準(zhǔn)直輸出光的準(zhǔn)直透鏡在內(nèi)的光導(dǎo)光學(xué)器件等。
感測設(shè)備A6通過由測量光照射構(gòu)件60將單一波長光照射在多通道 傳感器MS的整個表面上作為測量光Ll且隨著時間的變化改變照射在多 通道傳感器MS上的單一波長光的波長、針對各個傳感器區(qū)域R測量從 多個傳感器區(qū)域R反射回來的反射光(輸出光L2)的光強(qiáng)度分布隨時間 的變化以獲得類似于附圖1C中所示的頻譜并且針對各個傳感器區(qū)域R
檢測由多通道傳感器MS吸收的光的吸收峰值波長λ或吸收峰值波長λ離開參考值的偏移量來進(jìn)行多個試樣的同時分析。
如前所述，多個試樣的同時分析可以通過由檢測構(gòu)件70檢測下列至 少一項來進(jìn)行輸出光L2的光強(qiáng)度及其變化、由多通道傳感器MS吸收 的光的吸收峰值波長及其偏移量。
在前面介紹的實施方式中，是參照測量光L1在多通道傳感器MS上 的照射和從多通道傳感器MS中輸出的輸出光L2的檢測為同時進(jìn)行的實 例情況進(jìn)行的介紹。不過，也可以采用這樣一種構(gòu)造使測量光L1進(jìn)行掃描并且相繼照射在多個傳感器區(qū)域R的表面上，并且相繼檢測輸出光L2。至于光掃描構(gòu)件，可以使用一個或多個可移動反射鏡，比如多角鏡、 電動鏡之類。
已經(jīng)介紹了，在多通道傳感器MS由多個傳感器S構(gòu)成時，可以采用 這樣的構(gòu)造可以使各個試樣接觸各個傳感器S，而不用在各個傳感器S 上提供多個傳感器區(qū)域R。在這樣的結(jié)構(gòu)中，可以通過將檢測構(gòu)件70構(gòu) 成為針對各個傳感器S進(jìn)行檢測，來按照與前面介紹的方式相同的方式 進(jìn)行多個試樣的同時分析。
感測設(shè)備A1到A6可以分析試樣的折射系數(shù)和/或強(qiáng)度。還可以通過 分析試樣的折射系數(shù)來認(rèn)定試樣。此外，傳感器S或多通道傳感器MS 還可以通過在使試樣與其接觸之前，將專門與特定物質(zhì)相結(jié)合的粘著物 質(zhì)固定在傳感器S或多通道傳感器MS要與試樣接觸的側(cè)面上并且在傳 感器S或多通道傳感器MS上照射測量光Ll且4企測輸出光L2來分析在 試樣中是否存在特定物質(zhì)和/或特定物質(zhì)的量。
最好，在反射型的感測設(shè)備A1到A6中，將檢測構(gòu)件70構(gòu)成為僅僅 接收和檢測非鏡面反射分量，比如散射光之類。鏡面反射分量具有過高 的光強(qiáng)度，以致于不能正確檢測出實質(zhì)的屬性。這樣，通過檢測較弱的 光，比如散射光之類的光，可以進(jìn)行更加精確的分析。出于同樣的原因， 在反射型的感測設(shè)備Al到A6中，最好將測量光照射構(gòu)件60放在使得 測量光L1相對于傳感器或多通道傳感器的光輸入表面以非法向的角度 照射在傳感器S或多通道傳感器MS上的位置上。
所做出的介紹是參照僅為反射型的感測設(shè)備進(jìn)行的。在使用透射型或 半透射和半反射型傳感器S或多通道傳感器MS的透射型感測設(shè)備的情 況下，僅僅需要將檢測構(gòu)件70移動到第二反射器30的側(cè)面上之類的改 變來使得4全測構(gòu)件70能夠^r測所透射的光。
下文中，將介紹本發(fā)明的實例。
(實例1禾口2)
對于按照第四實施方式的各個傳感器S4 (實例1),和按照第五實施
方式的傳感器S5 (實例2),使用基于FD-TD方法電磁場分析仿真軟件 對反射光頻譜進(jìn)行了仿真。計算是基于小孔21中充滿了水的假設(shè)進(jìn)行的。 在計算過程中使用了下列條件。
<計算的條件>
第一反射器10: Au(厚度為20nm)
半透明體20: A1203 (厚度為200 nm )，小孔21的間距100nm,小 孔21的小孔直徑50 nm
第二反射器30: Al
金屬22: Au(厚度為20nm),填充在實例2的傳感器中的小孔21
內(nèi)
測量光L1:白光(正入射)
物質(zhì)的復(fù)折射系數(shù)會依照輸入光的波長而不同。在考慮了小孔21的 孔徑比和其中填充的物質(zhì)(實例l是水，實例2是水和Au)的前提下， 計算半透明體20的平均復(fù)折射系數(shù)?？紤]小孔21的孔徑比，計算第一 反射器10的平均復(fù)折射系數(shù)。第二反射器30的平均復(fù)折射系數(shù)等于Al 的平均復(fù)折射系數(shù)，因為第二反射器沒有小孔。
附圖11中示出了結(jié)果。
在沒有在小孔21中填充金屬的實例1中，并且在小孔21中填充了金 屬22的實例2中，在400到500 nm和850到950 nm的范圍內(nèi)觀察到了 因多路徑干涉造成的吸收高峰。在小孔21中填充了金屬22的實例2的 傳感器中，除了因多路徑干涉造成的吸收高峰之外，還在700nm附近觀 察到了因局部等離子共振造成的吸收高峰。
本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)證實，可以通過改變填充在小孔21中的試樣來 改變頻譜，并且試樣分析可以使用實例1和實例2的傳感器來進(jìn)行。
<工業(yè)實用性〉
本發(fā)明的傳感器可以纟艮好地用作生物傳感器等。
權(quán)利要求
1.一種傳感器，測量光輸入到該傳感器中并且在測量光的物理屬性由試樣改變之后從該傳感器中輸出作為輸出光，并且對輸出光加以檢測，該傳感器包括按照下面列出的順序從測量光的輸入側(cè)開始排列的下列組成部分具有半透射和半反射屬性的第一反射器；半透明體；和具有完全反射屬性或者半透射和半反射屬性的第二反射器，其中第一反射器和/或第二反射器與試樣接觸，并且第一反射器和/或第二反射器的平均復(fù)折射系數(shù)依試樣而變化；依照第一反射器的平均復(fù)折射系數(shù)、第二反射器的平均復(fù)折射系數(shù)以及半透明體的平均復(fù)折射系數(shù)和厚度，產(chǎn)生吸收具有特定波長的光的吸收屬性；測量光的屬性由包括吸收屬性在內(nèi)的光學(xué)屬性改變，輸出光從第一反射器和/或第二反射器輸出；和檢測輸出光按照所述光學(xué)屬性改變的物理屬性。
2. 按照權(quán)利要求1所述的傳感器，其中與試樣接觸的第一反射器和/或第 二反射器具有小于測量光波長的浮雕結(jié)構(gòu)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的傳感器，其中與試樣接觸的第 一反射器和/或第 二反射器是由形成在半透明體具有圖案的表面上的金屬制成的金屬圖案 層構(gòu)成的。
4. 按照權(quán)利要求3所述的傳感器，其中測量光的屬性是由吸收屬性和金 屬圖案層上的局部等離子共振改變的。
5. 按照權(quán)利要求2所述的傳感器，其中與試樣接觸的第一反射器和/或第 二反射器是由具有多個固定在半透明體表面上的金屬顆粒的金屬顆粒層 構(gòu)成的。
6. 按照權(quán)利要求5所述的傳感器，其中測量光的屬性是由吸收屬性和金 屬顆粒層上的局部等離子共振改變的。
7. 按照權(quán)利要求2所述的傳感器， 其中第 一反射器與試樣接觸，并且第 一反射器的平均復(fù)折射系數(shù)依試樣而 變化；半透明體由具有多個小孔的半透明多孔體構(gòu)成，各個小孔具有充分小 于測量光波長的小孔直徑并且在第一反射器側(cè)面上的表面上開口；和第一反射器由沿著半透明體的表面輪廓形成的具有多個小孔的金屬 層構(gòu)成。
8. 按照權(quán)利要求2所述的傳感器， 其中第 一反射器與試樣接觸，并且第 一反射器的平均復(fù)折射系數(shù)依試樣而 變化；半透明體由具有多個小孔的半透明多孔體構(gòu)成，各個小孔具有充分小 于測量光波長的小孔直徑并且在第一反射器側(cè)面上的表面上開口；第一反射器由沿著半透明體的表面輪廓形成的具有多個小孔的金屬 層構(gòu)成；和部分地填充在半透明體的多個小孔中的各個小孔內(nèi)的金屬。
9. 按照權(quán)利要求8所述的傳感器，其中測量光的屬性由吸收屬性和發(fā)生 在下列至少一個上的局部等離子共振改變第一反射器、第二反射器和 部分地填充在半透明體的多個小孔中的各個小孔內(nèi)的金屬。
10. 按照權(quán)利要求7到9中任何一項所述的傳感器，其中半透明體是由通 過對可陽極氧化的金屬體的 一部分進(jìn)行陽極氧化而獲得的金屬氧化物體 構(gòu)成的，第二反射器是由所述可陽極氧化的金屬體的未陽極氧化部分構(gòu) 成的，并且第一反射器是由形成在半透明體上的金屬層構(gòu)成的。
11. 一種傳感器，測量光輸入到該傳感器中并且在測量光的物理屬性由試 樣改變之后從該傳感器中輸出作為輸出光，并且對輸出光加以檢測，其中測量光的屬性是由光學(xué)干涉效應(yīng)和局部等離子共振改變的。
12. —種多通道傳感器，測量光輸入到該傳感器中并且在測量光的物理屬 性由多個試樣改變之后從該傳感器中輸出作為輸出光，并且對輸出光加 以^r測，以實現(xiàn)多個試樣的同時分析，其中該多通道傳感器包括一個或多個權(quán)利要求1到11中任何一項所述的 傳感器，這些傳感器分為多個傳感器區(qū)域，各個傳感器區(qū)域與多個試樣 中的各個試樣接觸；和針對各個傳感器區(qū)域檢測按照光學(xué)屬性變化的物理屬性。
13. —種多通道傳感器，測量光輸入到該傳感器中并且在測量光的物理屬 性由多個試樣改變之后從該傳感器中輸出作為輸出光，并且對輸出光加 以檢測，以實現(xiàn)多個試樣的同時分析，其中該多通道傳感器包括多個權(quán)利要求l到11中任何一項所述的傳感器，和針對各個傳感器檢測按照光學(xué)屬性變化的物理屬性。
14. 一種具有試樣池的傳感器，該傳感器包括加在可由試樣填充的試樣池 上的權(quán)利要求1到11中任何一項所述的傳感器，其中，所述傳感器固定在試樣池上，使得傳感器的第一反射器和/或 第二反射器與試樣池中的試樣接觸。
15. —種感測設(shè)備，包括權(quán)利要求1到11中任何一項所述的傳感器，或者權(quán)利要求12或13 所述的多通道傳感器；測量光照射構(gòu)件，用于將測量光照射在傳感器或多通道傳感器上；和 檢測構(gòu)件，用于檢測輸出光的物理屬性。
16. 按照權(quán)利要求15所述的感測設(shè)備，其中檢測構(gòu)件檢測下列至少一項 輸出光的光強(qiáng)度、輸出光光強(qiáng)度的變化、由傳感器吸收的光的吸收峰值 波長和由傳感器吸收的光的吸收峰值波長的偏移量。
17. 按照權(quán)利要求15或16所述的感測設(shè)備，其中 傳感器至少從第一反射器輸出輸出光；和 檢測構(gòu)件僅僅接收輸出光的非鏡面反射分量并且檢測物理屬性。
18. 按照權(quán)利要求15到17中任何一項所述的感測設(shè)備，其中測量光照射 構(gòu)件放在使得測量光相對于傳感器的光輸入面成非法向的角度照射在傳 感器上的位置上。
19. 按照權(quán)利要求15到18中任何一項所述的感測設(shè)備，其中該設(shè)備分析 試樣的折射系數(shù)和/或密度。
20. 按照權(quán)利要求15到18中任何一項所述的感測設(shè)備，其中該設(shè)備通過 分析試樣的折射系數(shù)來認(rèn)定試樣。
21. —種使用權(quán)利要求1到11中任何一項所述的傳感器或者權(quán)利要求12 或13所述的多通道傳感器的感測方法，該方法包括步驟在將試樣與傳感器接觸之前，在傳感器S或多通道傳感器MS要與試 樣接觸的側(cè)面上固定專門與特定物質(zhì)相結(jié)合的粘著物質(zhì)； 將測量光照射在傳感器或多通道傳感器上；和 檢測輸出光的物理屬性，以分析試樣中是否存在特定物質(zhì)和/或該特 定物質(zhì)的量。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)簡單的具有高檢測靈敏度的新穎傳感器。該傳感器(S1)包括按照下面列出的順序從測量光(L1)的輸入側(cè)開始排列的下列組成部分具有半透射和半反射屬性的第一反射器(10)；半透明體(20)；和具有完全反射屬性或者半透射和半反射屬性的第二反射器(30)。第一反射器(10)和/或第二反射器與試樣接觸，并且第一反射器和/或第二反射器的平均復(fù)折射系數(shù)依試樣而變化。由這些組成部分產(chǎn)生吸收具有特定波長的光的吸收屬性，測量光(L1)的屬性由包括吸收屬性在內(nèi)的光學(xué)屬性改變，輸出光(L2)從第一反射器(10)和/或第二反射器(30)輸出，并且檢測輸出光(L2)按照所述光學(xué)屬性改變的物理屬性。
文檔編號G01N21/27GK101203741SQ20068002105
公開日2008年6月18日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者納谷昌之, 谷武晴 申請人:富士膠片株式會社