電場增強元件、拉曼光譜法、拉曼光譜裝置及電子設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電場增強元件、拉曼光譜法、拉曼光譜裝置以及電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，物質(zhì)感測技術(shù)在醫(yī)療診斷和食物的檢查等中的需求逐漸增大，特別是需 要小型高速的感測技術(shù)的開發(fā)。以電化學的手法為代表，研究了各種電場增強元件，然而 從可以集成化、低成本、而且不選擇測定環(huán)境的理由出發(fā)，使用表面等離子體諧振（SPR: Surface Plasmom Resonance)的傳感器日益受到關(guān)注。例如，通過使用在設(shè)置于全反射型 棱鏡表面的金屬薄膜產(chǎn)生的SPR，檢測抗原抗體反應中有無抗原吸附等、在檢測對象分子的 吸附前后位移，可進行感測檢測對象分子的存在。
[0003] 另外，作為檢測低濃度的分子的高靈敏度光譜技術(shù)之一，利用SPR的表面增強拉 曼散射（SERS :Surface Enhanced Raman Scattering)受到關(guān)注。所謂SERS是指在具有納 米級的凹凸構(gòu)造的金屬表面（金屬納米粒子表面）拉曼散射光增強IO 2~IO4倍的現(xiàn)象。向 分子照射激光等單一波長的激發(fā)光時，從激發(fā)光的波長偏離相當于分子振動能量的波長的 光（拉曼散射光）被散射。對該散射光進行光譜處理時，得到分子種類所特有的光譜（指紋 光譜）。該指紋光譜通常是微弱的，然而通過利用SERS，能夠以高靈敏度分析光譜的形狀， 能夠確定目標分子。
[0004] 例如在專利文獻1中記載了在包含形成于等離子體諧振反射鏡層上的電介質(zhì)分 隔件層和形成于電介質(zhì)分隔件層上的納米粒子層的傳感器中，通過調(diào)整層間的間隔、納米 粒子的尺寸以及形狀等參數(shù)，能夠調(diào)整等離子體諧振響應。
[0005] 目標物質(zhì)（目標分子）吸附于金屬納米粒子表面時，金屬納米粒子周圍的折射率 發(fā)生變化，等離子體諧振波長也發(fā)生變化。等離子體諧振波長的變化量依賴于目標物質(zhì)的 種類以及數(shù)量。然而，在根據(jù)等離子體諧振波長改變層間的間隔和納米粒子的尺寸等而制 造傳感器（電場增強元件）的方法中，必須根據(jù)每個目標物質(zhì)的種類和數(shù)量制造傳感器。因 此，不易與等尚子體諧振波長的變化相對應。
[0006] 在先技術(shù)文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本專利特表2007-538264號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的幾個方式所涉及的目的之一在于提供能夠與等離子體諧振波長的變化 相對應的電場增強元件。另外，本發(fā)明的幾個方式所涉及的目的之一在于提供使用上述電 場增強元件的拉曼光譜法。另外，本發(fā)明的幾個方式所涉及的目的之一在于提供包含上述 電場增強元件的拉曼光譜裝置。另外，本發(fā)明的幾個方式所涉及的目的之一在于提供包含 上述拉曼光譜裝置的電子設(shè)備。
[0010] 本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為以下方式或者應用 例而實現(xiàn)。 toon] 本發(fā)明所涉及的電場增強元件的一個方式包括：包含尺寸小于入射光的波長的金 屬細微構(gòu)造而構(gòu)成的金屬細微構(gòu)造層、反射通過所述金屬細微構(gòu)造層的光的反射鏡層、設(shè) 置于所述金屬細微構(gòu)造層和所述反射鏡層之間并產(chǎn)生法拉第效應和科頓-穆頓效應中的 至少一個的磁光學材料層、以及對所述磁光學材料層施加磁場的磁場產(chǎn)生單兀。
[0012] 在這樣的電場增強元件中，通過由磁場產(chǎn)生單元對磁光學材料層施加磁場，能夠 使磁光學材料層的折射率變化，使通過金屬細微構(gòu)造層的光前進，使金屬細微構(gòu)造層和反 射鏡層之間的光路長度變化。由此，即使導入包含目標物質(zhì)的試料，目標物質(zhì)吸附于金屬細 微構(gòu)造，產(chǎn)生等離子體諧振波長的位移，也能夠根據(jù)等離子體諧振波長的位移而補償光路 長度。因而，該電場增強元件可以不根據(jù)每個目標物質(zhì)的種類和數(shù)量而進行制造，能夠容易 地與等離子體諧振波長的變化相對應。
[0013] 在本發(fā)明所涉及的電場增強元件中，所述磁場產(chǎn)生單元可以包含線圈。
[0014] 在這樣的電場增強兀件中，能夠容易地控制施加于磁光學材料層的磁場。
[0015] 在本發(fā)明所涉及的電場增強元件中，所述磁場產(chǎn)生單元可以包含永久磁鐵。
[0016] 在這樣的電場增強兀件中，能夠容易地控制施加于磁光學材料層的磁場。
[0017] 在本發(fā)明所涉及的電場增強元件中，可以包含能夠使含有目標物質(zhì)的試料與所述 金屬細微構(gòu)造層接觸的流路。
[0018] 在這樣的電場增強元件中，即使金屬細微構(gòu)造層和磁光學材料層之間的空間（流 路）的折射率發(fā)生變化，也能夠?qū)⒔饘偌毼?gòu)造層以及反射鏡層之間的光路長度調(diào)整為最 佳值（例如，拉曼散射光的強度最大的值）。
[0019] 在本發(fā)明所涉及的電場增強元件中，對所述磁光學材料層施加的磁場的方向可以 是與光相對于所述磁光學材料層的入射方向相同的方向，或者是與所述入射方向正交的方 向。
[0020] 這樣的電場增強元件由于是法拉第配置或者沃伊特（7 -々卜）配置，因此能 夠更有效地使通過磁光學材料層的光的光路長度變化。
[0021] 在本發(fā)明所涉及的電場增強元件中，所述磁光學材料層可以具有石榴石型結(jié)晶構(gòu) 造，用組成式Ui xFe5_yAy012表示。
[0022] 組成式中，
[0023] R 表示從鈧（Sc)、釔（Y)、鈰（Ce)、鐠（Pr)、釹（Nd)、钷（Pm)、釤（Sm)、銪（Eu)、釓 (Gd)、鋱（Tb)、鏑（Dy)、欽（Ho)、鉺（Er)、銩（Tm)、鐿（Yb)以及镥（Lu)中選擇的至少一種元 素，
[0024] Bi表示秘，
[0025] Fe表示鐵，
[0026] A表示鎵（Ga)以及鋁（Al)中的至少一種元素，
[0027] 0表示氧，
[0028] X以及y分別在0彡x<3以及0彡y<5的范圍內(nèi)。
[0029] 在這樣的電場增強兀件中，磁光學材料層對入射光（例如波長633nm的光）具有 高透射性，并且，對施加磁場能夠得到大的折射率的變化。
[0030] 本發(fā)明所涉及的拉曼光譜法的一個方式是分析目標物質(zhì)的拉曼光譜法，包括：使 所述目標物質(zhì)吸附于上述電場增強元件的所述金屬細微構(gòu)造層的工序；對所述磁光學材料 層施加磁場，從所述金屬細微構(gòu)造層側(cè)照射所述入射光，檢測從所述電場增強元件反射的 光，并決定所述電場增強元件中的反射率極小的所述磁場的工序；以及根據(jù)在對所述磁光 學材料層施加極小的所述磁場的狀態(tài)下檢測到的光，分析所述目標物質(zhì)的工序。
[0031] 這樣的拉曼光譜法由于使用本發(fā)明所涉及的電場增強元件，因此能夠使金屬細微 構(gòu)造層和反射鏡層之間的光路長度變化，能夠容易地與由目標物質(zhì)的吸附引起的等離子體 諧振波長的變化相對應。
[0032] 本發(fā)明所涉及的拉曼光譜裝置的一個方式是分析目標物質(zhì)的拉曼光譜裝置，包含 上述電場增強元件、對所述目標物質(zhì)吸附的所述金屬細微構(gòu)造層照射所述入射光的光源、 以及檢測從所述電場增強元件反射的光的光檢測器。
[0033] 在這樣的拉曼光譜裝置中，由于包含本發(fā)明所涉及的電場增強元件，因此能夠容 易地與由目標物質(zhì)的附著引起的等離子體諧振波長的變化相對應。
[0034] 本發(fā)明所涉及的電子設(shè)備包含上述拉曼光譜裝置、根據(jù)來自所述光檢測器的檢測 信息運算健康醫(yī)療信息的運算部、存儲所述健康醫(yī)療信息的存儲部、以及顯示所述健康醫(yī) 療信息的顯示部。
[0035] 在這樣的電子設(shè)備中由于包含本發(fā)明所涉及的拉曼光譜裝置，因此能夠容易地進 行微量物質(zhì)的檢測，能夠提供高精度的健康醫(yī)療信息。
[0036] 在本發(fā)明所涉及的電子設(shè)備中，所述健康醫(yī)療信息可以包含與選自細菌、病毒、蛋 白質(zhì)、核酸以及抗原/抗體中的至少一種生物體關(guān)聯(lián)物質(zhì)，或者選自無機分子以及有機分 子中的至少一種化合物的有無或者數(shù)量相關(guān)的信息。
[0037] 這樣的電子設(shè)備由于包含本發(fā)明所涉及的光譜裝置，因此能夠容易地進行微量物 質(zhì)的檢測，能夠提供1?精度的健康醫(yī)療信息。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本實施方式所涉及的電場增強元件的主要部分的截面模式圖。
[0039] 圖2是本實施方式所涉及的電場增強元件的主要部分的截面模式圖。
[0040] 圖3是本實施方式所涉及的電場增強元件的主要部分的截面模式圖。
[0041] 圖4是本實施方式所涉及的電場增強元件的主要部分的截面模式圖。
[0042] 圖5是示意性地示出GSP構(gòu)造的截面圖。
[0043] 圖6是示意性地示出GSP構(gòu)造的截面圖。
[0044] 圖7是示出波長與反射率的關(guān)系的圖表。
[0045] 圖8是用于說明本實施方式所涉及的拉曼光譜法的流程圖。
[0046] 圖9是示出波長與反射率的關(guān)系的圖表。
[0047] 圖10是示意性地示出本實施方式所涉及的拉曼光譜裝置的圖。
[0048] 圖11是示意性地示出本實施方式所涉及的電子設(shè)備的圖。
[0049] 符號說明
[0050] 1…基板；2…其他基板；10…反射鏡層；20…磁光學材料層；30…金屬細微構(gòu)造 層；32···金屬細微構(gòu)造；40···磁場產(chǎn)生單元；42··