[发明专利]传感器、传感系统和传感方法

说明书

技术领域

本发明涉及将入射到样品中的测量光以根据样品具有不同的物理性 质的发射光的形式发出的传感器，以及使用该传感器的传感系统和传感方 法。

背景技术

作为用于分析有机分子的传感器，已经提出了利用其中特定波长的反 射光的强度通过局部等离子体激元(plasmon)共振而衰减的现象的传感器。 据说，尽管局部等离子体激元传感器结构简单，较为便宜，并且结构局限 性较小，但是其在检测灵敏度方面并不出色，并且难以通过使用局部等离 子体激元传感器进行精确分析。由于检测灵敏度受到传感器表面中金属精 细结构的凹陷/凸起结构(有时称作“不规则”)的面内均匀性的影响，因此提 出了其中精确控制金属精细结构的凹陷/凸起结构以制备凹陷/凸起结构的 规则性高的金属精细结构的方法。参见，例如，日本未审查专利出版物 2004-279364和2004-232027。

发明内容

在日本未审查专利出版物2004-279364和2004-232027公开的等离子 体激元传感器中，金属精细结构是在凹陷/凸起结构规则性高的金属精细结 构基础上制备的，所述凹陷/凸起结构是通过将金属阳极化获得的，因此它 们可以相对容易地控制精细结构。然而，由于局部等离子体激元的吸收峰 包括金属精细结构中的散射光，该散射光影响吸收效果而使峰宽变宽，并 且不能获得足够的灵敏度，因而难以通过使用局部等离子体激元传感器进 行精确分析。

鉴于上述观察和描述，本发明的主要目的是提供一种新的传感器，该 传感器的检测灵敏度比等离子体激元传感器更佳，同时具有相对简单的结 构。

本发明的另一目的是提供采用这种新的传感器的传感系统和传感方 法。

根据本发明，提供一种传感器，其将入射到样品中的测量光以根据样 品具有不同的物理性质的发射光的形式发出，所述传感器包括光学共振 器，其中将表现出半透/半反性的第一反射体、透明体和具有反射性或半透 /半反性的第二反射体一个接一个按序层压，由光学共振器中共振引起的测 量光吸收峰与在光学共振器表面和/或内部产生的局部等离子体激元共振 所引起的测量光吸收峰一致。

在本说明书中，“半透/半反性”是指同时具有透射性和反射性，并且透 射率和反射率可以是任意的。

在本发明的传感器中，优选第一和/或第二反射体具有小于测量光波长 的凹陷/凸起结构。

此处使用的表述“小于测量光波长的凹陷/凸起结构”是指凸部和凹部 (此处使用的“凹部”包括在厚度方向上贯穿反射体的空间)的平均尺寸(此 处使用的“尺寸”是指“最大宽度”)和凸部与凹部的平均间距小于测量光波 长。

作为本发明传感器的一个优选实施方案，可以示出其中第一和/或第二 反射体是在透明体表面上以图案方式形成的金属层的实施方案。

作为本发明传感器的另一优选实施方案，可以示出其中第一和/或第二 反射体是由固着到透明体表面上的多个金属粒子形成的金属层的实施方 案。

作为本发明传感器的另一优选实施方案，可以示出以下实施方案：其 中透明体包含具有多个细孔的透明细孔体，所述细孔开口于面对第一反射 体的表面中且直径小于测量光波长，并且第一反射体是沿着透明体表面具 有多个细孔的金属层。在这种结构中，细孔的一部分可以填充有金属或者 仅仅细孔的底部可以填充有金属。

本发明的传感系统包括上述的本发明的传感器，将测量光投射到传感 器上的光投射装置和检测从传感器发出的光的物理性质的检测器。

作为检测器，优选检测来自传感器的发射光的强度、强度变化率和物 理性质中至少一个的那种检测器。

在本发明的传感系统中，可以分析样品的折射率和/或浓度，并且可以 通过分析样品的折射率识别样品。

本发明的传感方法包括以下步骤：在使与特定材料特异性结合的结合 材料与本发明的传感器的接触侧接触后，使样品与传感器接触；将测量光 投射到传感器上；和检测从传感器发出的光的物理性质，从而分析在样品 中是否存在所述特定材料和/或所述特定材料的量。

本发明的传感器包括光学共振器，其中将表现出半透/半反性的第一反 射体、透明体和具有反射性或半透/半反性的第二反射体一个接一个按序层 压，由光学共振器中共振引起的测量光吸收峰与在光学共振器表面和/或内 部产生的局部等离子体激元共振引起的测量光吸收峰一致。