JP2010091321A - バイオセンシング用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】蛋白質やＤＮＡなどが基板表面に結合・吸着した際に大きな反射率変化を与える新たな構造のバイオセンンシング用基板を提供する。
【解決手段】本発明に係るバイオセンンシング用基板１０は、金属又は合金からなる基板下層５と、基板下層５上に形成された誘電体薄膜４と、誘電体薄膜４上に形成された異常反射を生じる金属薄膜又は合金薄膜３とを備える。異常反射を用いることにより、単純な反射でバイオセンシングができ、バイオセンシングチップやその検出システムの低コスト化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明はバイオセンシング用基板に関する。詳しくは、金属絶縁体金属（ＭＩＭ）構造を用いた高感度バイオセンシング用基板に関する。

図１３はバイオセンシングの原理を説明するための図である。ＤＮＡや蛋白質などのバイオセンシングでは、検出対象分子（アナライト）２に特異的な相互作用を有するリガンド６を金などの基板７や微粒子上に塗布し、リガンド６へのアナライト２の結合の有無を検出する。アナライト２の結合量は１ｎｇ／ｍｍ^２以下であり非常に少ない。結合に伴う反射率変化は小さく、通常の光学的な手法でそれを検出することは困難である。そのため、表面プラズモン共鳴（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＳＰＲ）装置や金ナノ微粒子中の局在プラズモン共鳴（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＬＰＲ）などを用いて、増感を行ってきた。

図１４はＳＰＲを用いたバイオセンシングを説明するための図である。図１４（ａ）にＳＰＲを用いた全反射減衰法（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＴＲ）による測定方法を示す（以下ＡＴＲ−ＳＰＲと呼ぶ）。ＡＴＲ−ＳＰＲでは、プリズム１１の底面に堆積された金属薄膜１２中に生じる伝搬型表面プラズモンＳＰｓ（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎｓ）を励起する。図１４（ｂ）に光の反射率の入射角θ依存性を示す。ｐ−偏光の光の反射率は、共鳴角θｒで最小となり、入射光１３のエネルギーは薄膜中のＳＰｓに変換される。反射光１４から反射率が求められる。共鳴角θｒは金属薄膜１２近傍の屈折率や物質の有無に敏感であるため、その表面をあらかじめリガンド６で修飾しておけばアナライト２の結合をθｒの変化として読み取ることができる。空気中で１ｎｇ／ｍｍ^２の分子の結合によりＡＴＲ−ＳＰＲでは最大１２％の変化を得ることができる。この方法を利用したバイオセンサはすでに市販品も多く、現在では生化学や遺伝子工学の分野では欠くことのできないツールとなっている。

他方、ＬＰＲは金ナノ微粒子や粗い金属表面などに励起されるＳＰｓである。ＡＴＲ−ＳＰＲとは異なり、ＬＰＲを励起するためには微粒子に光を照射すればよい。特定の入射角で光を入射する必要がないため光学系を組む必要がなく、市販の分光器を用いて透過や反射、散乱スペクトル測定を行うことによりセンシングすることができるなどの利点ある。

このような状況下、数年前に発明者達は、青や紫の光に対する金表面の反射率が５０％以下となることを利用して、単純な反射測定でＤＮＡや蛋白質の検出が可能であることを示した。金は金属であるが、光学的には青や紫の光に対しては誘電体的な性質を示す。そのため、青や紫の光に対する反射率は５０％程度であり、それゆえ黄色がかった色を呈している。これらの波長の光に対する金表面の反射率は、物質の吸着や結合に伴い比較的大きく低下する。これを金の異常反射（ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＲ）という。ＡＲを利用すると、空気中で金の表面は波長４７０ｎｍの光に対して物質の吸着や結合により反射率変化を与えられる可能性がある。銀やアルミニウムなどの金属の場合にはこの現象はおきない。ＡＲは、垂直入射でも斜め入射でもよく、金薄膜の膜厚制限も無い。そのため、垂直入射での単純な反射率測定により金表面に結合・吸着した微量物質の量を計測することが可能である。入射光の単色性もあまり問題とならないため発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）などのインコヒーレント光源を利用することができるので、分光測定も容易である。金を用いた場合には感度はＳＰＲと比べて物足りないが、単純な光学系を用いるため様々な使い方が可能である。（非特許文献１参照）

Ｓ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｋ．Ｕｓｕｉ，Ｋ．−Ｙ．Ｔｏｍｉｚａｋｉ，Ｋ．Ｋａｊｉｋａｗａ，Ｈ．Ｍｉｈａｒａ，"Ａｎｏｍａｌｏｕｓ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｏｌｄ Ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｆｏｒ ａ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｐｒｏｔｅｉｎ−Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｃｈｉｐ Ｐｌａｔｆｏｒｍ" Ｍｏｌ．ＢｉｏＳｙｓｔｅｍｓ １ （２００５）３６３−３６５．

しかしながら、ＡＴＲ−ＳＰＲを用いる場合には、固定化された光学系が必要であり全反射減衰法を用いなければならず他の測定手法との組み合わせに制限があること、金の膜厚が４５−５５ｎｍの間でなければ感度の高い測定が難しいなどの改良すべき点も多く、これらの点を解決することは容易ではないという問題があった。また、ＬＰＲを用いる場合には、定量的な測定をするためには、あらかじめ検量線を作る必要がある、分子のサイズにより感度の補正が必要であるなどの点で物足りないという問題があった。

発明者達は、高い感度を持つ異常反射を利用したＡＲ基板の誘電率をシミュレーションにより求め、金と他の物質（銀等）を混合することにより基板の誘電率を変えて高い感度を持つ基板を発明した（特許願２００７−２２３９５０）（以下、比較例という）。その結果、金と銀の合金薄膜をＵＶ−オゾン処理することにより、空気中で１ｎｇ／ｍｍ^２の分子の結合により異常反射率の変化１．３％が得られ、従来の数倍の感度の改善がはかられた基板を開発することができた。これにより、従来のＡＴＲ−ＳＰＲを用いる測定やＬＰＲを用いる測定に置き換えて、異常反射を利用した測定を提供できた。

本発明は、異常反射を利用したＡＲ基板について、比較例のような単一媒質からなる基板構造に比して、これを上回る高感度の基板構造の開発を目指すこととした。

本発明は、蛋白質やＤＮＡなどが基板表面に結合・吸着した際に大きな反射率変化を与える新たな構造のバイオセンンシング用基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るバイオセンンシング用基板１０は、例えば図１に示すように、金属又は合金からなる基板下層５と、基板下層５上に形成された誘電体薄膜４と、誘電体薄膜４上に形成された異常反射を生じる金属薄膜又は合金薄膜３とを備える。

ここにおいて、基板下層５とはその上に誘電体薄膜４及び金属薄膜又は合金薄膜３を形成するための基板構成要素であって、基板下層５がガラスチップ、プラスチックチップ等の支持板上に形成されていても良い。異常反射とは、金のように、光学的には青や紫の光に対しては誘電体的な性質を示す金属又は合金において、青や紫の光に対する反射率が低下し、さらに、この反射率が物質の吸着や結合に伴い比較的大きく低下する現象をいう。この態様のように構成すると、蛋白質やＤＮＡなどが基板表面に結合・吸着した際に大きな反射率変化を与える新たな構造のバイオセンンシング用基板を提供できる。また、異常反射を用いることにより、単純な反射でバイオセンシングができ、バイオセンシングチップやその検出システムの低コスト化が可能となる。これにより、既存の表面プラズモン共鳴を用いるバイオセンシング手法に置き換えられる可能性がある。

また、本発明の第２の態様に係るバイオセンンシング用基板１０は、第１の態様において、金属薄膜又は合金薄膜３が金又は銅を主体とする。このように構成すると、金又は銅は異常反射を生じるので、異常反射による反射率変化を実現できる。

また、本発明の第３の態様に係るバイオセンンシング用基板１０は、第１又は第２の態様において、誘電体薄膜４が透明である。ここにおいて、透明な誘電体薄膜４として、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ガラス、ＳｉＯ_２，ＭｇＦを使用できる。この態様のように構成すると、誘電体薄膜が共振器のように作用し、異常反射による反射率変化を大きくできる。

また、本発明の第４の態様に係るバイオセンンシング用基板１０は、第１ないし第３の態様のいずれかにおいて、例えば図３又は図７に示すように、入射光に対する反射率が、検出対象分子２が無いときをＲ_０、有るときをＲとすると、Ｒ_０が０．５％以上であり、Ｒ／Ｒ_０が０．９７％以下又は１．０３％以上である。このように構成すると、実用上、異常反射によるバイオセンンシングに適している。

また、本発明の第５の態様に係るバイオセンンシング用基板１０は、第１ないし第３の態様のいずれかにおいて、例えば図４又は図８に示すように、金属薄膜又は合金薄膜３の膜厚ｄ_３（ｎｍ）及び誘電体薄膜４の膜厚ｄ_４（ｎｍ）が、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、（８，１８）、（８，５２）、（１３，５７）、（１７，５７）、（１７，２８）、（１２，１８）で囲まれた第１の領域、又は（８，６３）、（８，７２）、（１２，７２）、（１２，６３）で囲まれた第２の領域内にある。このように構成すると、実用上、異常反射によるバイオセンンシングに適している。

本発明によれば、蛋白質やＤＮＡなどが基板表面に結合・吸着した際に大きな反射率変化を与える新たな構造のバイオセンンシング用基板を提供できる。

以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
図１に、本発明の第１の実施の形態によるバイオセンシング用基板１０の構成例を示す。本実施の形態は、金属−絶縁体−金属構造で、金−ＰＭＭＡ−金薄膜の組み合わせで、周辺媒質１が空気の例を示す。図１において、媒質１は通常空気又は水であり、本実施の形態では空気とし、屈折率をｎ_１（＝１）とする。媒質２はバイオセンシングの検出対象分子（アナライト、ＤＮＡや蛋白質など）であり、屈折率ｎ_２の連続誘電体媒質とみなす。媒質３は屈折率ｎ_３の金属薄膜であり、屈折率ｎ_３は複素数となる。また、その厚さをｄ_３とする。媒質４は誘電体薄膜であり、屈折率をｎ_４、その厚さをｄ_１とする。媒質５は屈折率ｎ_５の基板下層であり、屈折率ｎ_５は複素数となる。媒質３と媒質５は同じ金属である必要はない。媒質３から媒質５までがバイオセンシング用基板１０を構成している。基板１０は金属で誘電体（絶縁体）を挟んだ構成をしており、金属−絶縁体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：ＭＩＭ）構造とよぶことにする。１３は入射光、１４は反射光である。

バイオセンシングでは、媒質３の表面への、アナライト２としての誘電体分子の吸着や結合を検出することとなる。厚さｄ_２＝１ｎｍの分子層の吸着や結合は、密度を１とすれば１ｎｇ／ｍｍ^２の分子の結合に対応するから、このときの反射率変化ΔＲの波長依存性を計算すれば、バイオセンシング用基板１０の感度を求めることができる。媒質４としての誘電体薄膜の屈折率ｎ_４を１．５とし、媒質３及び媒質５としての金属の屈折率ｎ_３，ｎ_５は文献（Ｐ．Ｂ．Ｊｏｈｎｓｏｎ ａｎｄ Ｒ．Ｗ．Ｃｒｉｓｔｙ，“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ Ｎｏｂｌｅ Ｍｅｔａｌｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．６ （１９７２）４７３０−４３７９．）に記載の値を用い、記載の無い波長での値は比例配分で求めた。

図２に、媒質３が金で、屈折率ｎ_２＝１．５、厚さ１ｎｍの媒質２が吸着した際の媒質３表面の反射率の波長依存性の例を示す。媒質２が吸着・結合する前の反射率をＲ_０、吸着・結合後の反射率をＲとし、Ｒ／Ｒ_０をシミュレーションしプロットしたものである。計算条件は、周辺媒質１は空気（屈折率１）、媒質３は金属薄膜又は合金薄膜としての金薄膜、媒質４は屈折率１．５の誘電体薄膜、媒質５は金の基板下層とし、媒質３の厚さｄ_３及び媒質４の厚さｄ_４をパラメータとしていくつかの組み合わせについてシミュレーションを行った。媒質５は金薄膜でも１００ｎｍ以上であれば十分厚いため、計算では半無限大として考えることができる。図２（ａ）には媒質３の厚さｄ_３＝１０ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝３５ｎｍ〜７０ｎｍの例、図２（ｂ）には媒質３の厚さｄ_３＝１５ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝５５ｎｍ〜６８ｎｍの例、図２（ｃ）には媒質３の厚さｄ_３＝２０ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝７０ｎｍ〜８０ｎｍの例を示す。

図２（ａ）によれば、ｄ_４＝３５ｎｍの時には波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの広い波長領域でＲ／Ｒ_０は９５．０％前後の値をとる。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。また、ｄ_４＝４０ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で９４．７％、ｄ_４＝４５ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で９０．９％、ｄ_４＝５０ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は下に凸のピークを持ち、最小値で８５．０％、ｄ_４＝５５ｎｍの時は同様に下に凸のピークを持ちＲ／Ｒ_０は最小値で６４．０％となる。また、ｄ_４＝６０ｎｍの時は上に凸のピークを持ち、波長約４８０ｎｍにおいてＲ／Ｒ_０は最大値で１６３％、ｄ_４＝６５ｎｍの時は最大値でＲ／Ｒ_０＝１１６％、ｄ_４＝７０ｎｍの時は最大値でＲ／Ｒ_０＝１０９％となる。ｄ_４の値により様々なＲ／Ｒ_０の極値が与えられ、大きな反射率変化が得られる場合もある。しかしながら、後述するように必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなる。これは誘電体薄膜４が共振器のような作用をしていることを裏付けている。

図２（ｂ）によれば、ｄ_４＝５５ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は波長４８０ｎｍ付近で最小値８７．０％となり１３％の反射率変化が起こっていることがわかる。また、ｄ_４＝６０ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で７４％、ｄ_４＝６２ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で５６％、ｄ_４＝６３ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で３２．０％となる。また、ｄ_４＝６５ｎｍの時には上に凸のピークを持ち、Ｒ／Ｒ_０は最大値で３５３％、同様にｄ_４＝６６ｎｍの時はΔＲ／Ｒは最大値で１８０％、ｄ_４＝６８ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最大値で１３２％となる。ｄ_４の値により様々なＲ／Ｒ_０が与えられ、いずれの場合も大きな反射率変化が得られる。しかしながら、必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなる。

図２（ｃ）によれば、ｄ_４＝７０ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は下に凸の鋭いピークを持ち、最小値で７３．０％となる。２７％の反射率変化が起こっていることがわかる。さらに、ｄ_４＝７２ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で５３％、ｄ_４＝７３ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で２４％となる。また、ｄ_４＝７６ｎｍの時には、上に凸のピークとなり、Ｒ／Ｒ_０は最大値で１８７％、ｄ_４＝７８ｎｍの時にはＲ／Ｒ_０は最大値で１４０％、ｄ_４＝８０ｎｍの時にはＲ／Ｒ_０は最大値で１２５％となる。ｄ_４の値により様々なΔＲ／Ｒが与えられ、いずれの場合も大きな反射率変化が得られる。しかしながら、必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなり、図２（ａ）〜（ｃ）を比較すると、ｄ_３の値が増加するにつれて、同じｄ_４に対して最小値又は最大値を示す波長も長くなる。これは金薄膜３も共振器の作用に寄与していることを裏付けている。

バイオセンシング用基板の感度を表す一つの指標としてＲ／Ｒ_０があり、媒質２が吸着・結合した際に１に比べて十分小さい又は十分大きいことが求められる。金の異常反射では空気中でＲ／Ｒ_０は約９８．７％である。図２に示したように、ＭＩＭ基板では大きな変化を得ることができる。しかしながら、このように大きなＲ／Ｒ_０を与える基板であっても入射光１３に対する反射率Ｒ_０が小さければ、得られる信号は小さく良い結果が得られない。

図３に、媒質３が金で、周辺媒質１が空気の場合について、上述のｄ_３とｄ_４の組み合わせに対してＲ／Ｒ_０とＲ_０の関係をプロットしたものを示す。●はｄ_３＝１０ｎｍ、□はｄ_３＝１５ｎｍ、◇はｄ_３＝２０ｎｍのデータであり、各ｄ_４（ｎｍ）についてＲ／Ｒ_０の値は最大値又は最小値をプロットした。例えば、ｄ_４＝４０ｎｍでＲ／Ｒ_０＝９４．７％、ｄ_４＝５５ｎｍでＲ／Ｒ_０＝６４．０％、ｄ_４＝６５ｎｍでＲ／Ｒ_０＝１１６％、ｄ_４＝７０ｎｍでＲ／Ｒ_０＝１０９％となる。ハロゲンランプ等のインコヒーレント光源を用いた場合、１秒程度の測定で十分なＳ／Ｎ比を確保するためには、少なくとも入射光強度の０．５％程度の反射率が必要である。そのため、Ｒ／Ｒ_０が１に比べて十分小さい、又は、十分大きくても、Ｒ_０＜０．５％では反射率が低過ぎ、バイオセンシング用基板として適当であるとは言い難い。また、厚さ１ｎｍの媒質２が媒質３に吸着・結合した際の変化量は３％以上あれば、先行技術である異常反射や比較例のバイオセンシング用基板（反射率変化１．３％）に対して優位であると考えられるので、この２つの条件を満たす領域をハッチで示した。

図４に、金属薄膜又は合金薄膜３の膜厚ｄ_３（ｎｍ）及び誘電体薄膜４の膜厚ｄ_４（ｎｍ）が、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、上記バイオセンシング用基板として適当である条件を満たす領域にある組み合わせを線Ｉで示す。これより、媒質３が金で、空気中では、ｄ_３＝１０ｎｍの場合には、ｄ_４＝２０〜５０ｎｍまたは６５〜７０ｎｍが好ましいことがわかった。また、ｄ_３＝１５ｎｍの場合には、ｄ_４＝３０〜５５ｎｍが良い結果を与えることがわかった。マージンを含めると、（８，１８）、（８，５２）、（１３，５７）、（１７，５７）、（１７，２８）、（１２，１８）で囲まれた第１の領域（図では領域１と示す）内、又は（８，６３）、（８，７２）、（１２，７２）、（１２，６３）で囲まれた第２の領域（図では領域２と示す）内にある点が良い結果を与えると推定される。これ以外の場合にはＲが小さく、実用に供するには、高感度の検出装置と理想的な構造の作製が必要である。なお、後述する図５（ｃ）の測定点は×で示すように第１の領域に含まれる。

次に、本実施の形態におけるバイオセンシングの測定例について説明する。媒質３？媒質５で構成されるＭＩＭ構造を持つ基板１０を作製し、その反射率測定を行うことにより、バイオセンシングを行う。上記基板１０に媒質２としてのバイオ由来分子が結合すれば反射率の変化が生じ、この反射率変化を分光器等と検出器で構成される装置でモニターしてバイオ由来分子の検出を行う。簡単な光学系で単純な反射でバイオセンシングができるので、バイオセンシングチップやその検出システムの低コスト化が可能となる。

まず、媒質３の金属薄膜又は合金薄膜として金薄膜を、媒質４の誘電体薄膜としてＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）薄膜を、媒質５の基板下層としての金上にスピンコートしてバイオセンシング用基板１０としてのＭＩＭ基板を作製した。

図５にＭＩＭ基板１０に媒質２を吸着・結合したときの反射吸収スペクトルの測定例を示す。図５（ａ）に金薄膜の厚さｄ_３＝１０ｎｍ、ＰＭＭＡ薄膜の厚さｄ_４＝２０ｎｍの例を示す。（１）（図中○内に１）は、ＡＵＴ（アミノウンデカンチオール）のエタノール溶液に１時間浸漬し、リンスをして作製した媒質２の第１層としてのＡＵＴ自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）の反射吸収スペクトルを示す。測定は垂直入射で行った。ＡＵＴ ＳＡＭは厚さ１．４ｎｍ、屈折率１．５の誘電体薄膜としてはたらくことがＳＰＲやエリプソメトリの測定から知られている。なお、媒質４としてのＰＭＭＡ薄膜の厚さｄ_４は、測定された反射吸収スペクトル（ＡＲスペクトル）の結果とシミュレーション結果を比較することにより知ることができ、これにより、ＰＭＭＡ薄膜の厚さをｄ_４＝２０ｎｍと見積もることができた。また（２）（図中○内に２）は、ＡＵＴ ＳＡＭを形成した基板を媒質２の第２層としてのＢｉｏｔｉｎ−ＯＳＵでビオチン化した時の反射吸収スペクトルを示す。（３）（図中○内に３）は、さらに、ビオチン化した基板を媒質２の第３層としての抗ビオチン抗体（ＩｇＧ）（ＰＢＳ中４０μＭ）に１時間暴露し、ＰＢＳでリンスし乾燥させた時の反射吸収スペクトルを示す。このように、ＭＩＭ基板１０に媒質２を吸着・結合することにより、反射吸収スペクトルが変化することがわかる。

図５（ｂ）に金薄膜の厚さｄ_３＝１０ｎｍ、ＰＭＭＡ薄膜の厚さｄ_４＝５５ｎｍの例を示す。これは、高い反射率変化を与えた結果の例であり、反射率変化は大きいが、図４の領域外となる。上と同様に（１）（図中○内に１）はＡＵＴ ＳＡＭを形成した場合、（２）（図中○内に２）はビオチン化した場合、（３）（図中○内に３）はＩｇＧが結合した場合の結果である。ＡＵＴにおいて大きな反射率変化が得られているが、ＩｇＧの結合による変化量は小さい。感度が高すぎると飽和してしまうためと考えられる。

図５（ｃ）に金薄膜の厚さｄ_３＝１２ｎｍ、ＰＭＭＡ薄膜の厚さｄ_４＝５５ｎｍの例を示す。これは図５（ｂ）に比して、少し感度を落とした基板で測定した例である。反射率変化は大きく、かつ図４の第１の領域内となる。上と同様に（１）（図中○内に１）はＡＵＴ ＳＡＭを形成した場合、（２）（図中○内に２）はビオチン化した場合、（３）（図中○内に３）はＩｇＧが結合した場合の結果である。ＩｇＧによる結合も良好に観測されていることがわかる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、蛋白質やＤＮＡなどが基板表面に結合・吸着した際に大きな反射率変化を与える新たな構造のバイオセンンシング用基板を提供できる。また、異常反射を用いることにより、単純な反射でバイオセンシングができ、バイオセンシングチップやその検出システムの低コスト化が可能となる。これにより、既存の表面プラズモン共鳴や局在化表面プラズモン共鳴を用いるバイオセンシング手法に置き換えられる可能性がある。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、媒質３が金で、周辺媒質が水（屈折率ｎ_１＝１．３３）の場合について説明する。バイオセンシングのその場観察では、水や緩衝溶液中での検出が主であるため、周辺媒質が水の場合を考える。基板の構造は第１の実施の形態と同様にＭＩＭ基板である。

図６に、周辺媒質が水の場合、屈折率ｎ_２＝１．５、厚さ１ｎｍの媒質２が吸着した際の媒質３表面の反射率の波長依存性を示す。計算条件で、第１の実施の形態と異なる点は、周辺媒質１の屈折率（水は１．３３）が異なるだけである。図６（ａ）には媒質３の厚さｄ_３＝１０ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝３５ｎｍ〜７０ｎｍの例、図６（ｂ）には媒質３の厚さｄ_３＝１５ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝６０ｎｍ〜７０ｎｍの例、図６（ｃ）には媒質３の厚さがｄ_３＝２０ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝６８ｎｍ〜７５ｎｍの例を示す。

図６（ａ）によれば、波長４００ｎｍ以下の広い領域においてｄ_４＝３５ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は９５．５％となり４．５％の反射率変化が起こっていることがわかる。さらに、ｄ_４＝４０ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で９３．９％、ｄ_４＝４５ｎｍの時は３７０ｎｍ付近に下に凸のピークが現れ、Ｒ／Ｒ_０は最小値で９０．１％、ｄ_４＝５０ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で８４．９％、ｄ_４＝５５ｎｍの時は下に凸の鋭いピークとなり、Ｒ／Ｒ_０は最小値で１８．４％となる。また、ｄ_４＝６０ｎｍの時は上に凸のピークとなり最大値でＲ／Ｒ_０＝１１６％、ｄ_４＝６５ｎｍの時は最大値でＲ／Ｒ_０＝１０６％、ｄ_４＝７０ｎｍの時は最大値でＲ／Ｒ_０＝１０４％となる。ｄ_４の値により様々なＲ／Ｒ_０の極値が与えられ、大きな反射率変化が得られる場合もある。しかしながら必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなる。

図６（ｂ）によれば、波長５００ｎｍ以下の領域において、ｄ_４＝６０ｎｍの時は波長４７５ｎｍ付近でＲ／Ｒ_０は最小値で９０．２％となり、９．８％の反射率変化が起こっていることがわかる。さらに、ｄ_４＝６２ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で８３％、ｄ_４＝６３ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で７１％となる下に凸のピークが現れた。また、ｄ_４＝６５ｎｍの時は上に凸のピークが現れ、Ｒ／Ｒ_０は最大値で１７１％、ｄ_４＝７０ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最大値で１０８％、となる。ｄ_４の値により様々なＲ／Ｒ_０が与えられ、いずれの場合も大きな反射率変化が得られる。しかしながら、必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなる。

図６（ｃ）によれば、波長５００ｎｍ付近の領域において、ｄ_４＝６８ｎｍの時は下に凸のピークが現れ、Ｒ／Ｒ_０は最小値で８６．９％となり１３．１％の反射率変化が起こっていることがわかる。さらに、ｄ_４＝７０ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最小値で６８．２％となる。また、ｄ_４＝７２ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最大値で１５７％、ｄ_４＝７５ｎｍの時はＲ／Ｒ_０は最大値で１１０％となる。ｄ_４の値により様々なＲ／Ｒ_０が与えられ、いずれの場合も大きな反射率変化が得られる。しかしながら、必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなり、図６（ａ）〜（ｃ）を比較すると、ｄ_３の値が増加するにつれて、同じｄ_４に対して最小値又は最大値を示す波長も長くなる。

図７に、媒質１が水の場合について、上述のｄ_３とｄ_４の組み合わせに対してＲ／Ｒ_０とＲ_０の関係をプロットしたものを示す。●はｄ_３＝１０ｎｍ、□はｄ_３＝１５ｎｍ、◇はｄ_３＝２０ｎｍのデータであり、各ｄ_４（ｎｍ）についてＲ／Ｒ_０の値は最大値又は最小値をプロットした。例えば、ｄ_４＝４０ｎｍでＲ／Ｒ_０＝９３．９％、ｄ_４＝７０ｎｍでＲ／Ｒ_０＝１０４％となる。また、Ｒ_０が０．５％以上、厚さ１ｎｍの媒質２が媒質３に吸着・結合した際の変化量は３％以上の、バイオセンシング用基板として適当である領域をハッチで示した。

図８に、金属薄膜又は合金薄膜３の膜厚ｄ_３（ｎｍ）及び誘電体薄膜４の膜厚ｄ_４（ｎｍ）が、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、上記条件を満たす領域にある組み合わせを線Ｉで示す。これより、媒質１が水の場合には、ｄ_３＝１０ｎｍの場合にはｄ_４＝３５〜５０ｎｍまたは６５〜７０ｎｍ好ましいことがわかった。また、ｄ_３＝１５ｎｍの場合には、ｄ_４＝５０〜５５ｎｍの場合にＲ_０＝０．５％以上、Ｒ／Ｒ_０＝０．９５％程度となり、良い結果を与えることがわかった。マージンを含めると、（８，３３）、（８，５２）、（１３，５７）、（１７，５７）、（１７，４８）、（１２，３３）で囲まれた第３の領域（図では領域３と示す）、又は（８，６３）、（８，７２）、（１２，７２）、（１２，６３）で囲まれた第２の領域内にある点が良い結果を与えると推定される。なお、第３の領域は第１の領域に含まれ、第１の領域は空気中又は水中のいずれかで良い結果を与える領域でもある。

本実施の形態においても、ＭＩＭ構造の基板を用いるので、第１の実施の形態と同様に、蛋白質やＤＮＡなどが基板表面に結合・吸着した際に大きな反射率変化を与える新たな構造のバイオセンンシング用基板を提供できる。また、異常反射を用いることにより、単純な反射でバイオセンシングができ、バイオセンシングチップやその検出システムの低コスト化が可能となる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では媒質５を銀にした場合について説明する。
図９に、媒質５が銀、周辺媒質１が空気の場合の反射吸収スペクトルのシミュレーション結果の例を示す。屈折率ｎ_２＝１．５、厚さ１ｎｍの媒質２が吸着した際の媒質３表面の反射率の波長依存性の例である。媒質２が吸着・結合する前の反射率をＲ_０、吸着・結合後の反射率をＲとし、Ｒ／Ｒ_０をシミュレーションしプロットしたものである。計算条件は、周辺媒質１は空気（屈折率１）、媒質３は金属薄膜又は合金薄膜としての金薄膜、媒質４は屈折率１．５の誘電体薄膜、媒質５は銀の基板下層とし、媒質３の厚さｄ_３及び媒質４の厚さｄ_４をパラメータとしていくつかの組み合わせについてシミュレーションを行った。媒質５は銀薄膜でも１００ｎｍ以上であれば十分厚いため、計算では半無限大として考えることができる。図９（ａ）には媒質３の厚さｄ_３＝１０ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝４０ｎｍ〜７０ｎｍの例、図９（ｂ）には媒質３の厚さｄ_３＝１５ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝４０ｎｍ〜７５ｎｍの例、図９（ｃ）には媒質３の厚さｄ_３＝２０ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝４０ｎｍ〜７５ｎｍの例を示す。

図９（ａ）によれば、ｄ_４＝４０ｎｍの時には波長３３０ｎｍ〜３７５ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加し、波長３７５ｎｍ〜４５０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝４５ｎｍの時には波長３５０ｎｍ〜３８０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加し、波長４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝５０ｎｍの時には波長３７０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加し、波長４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝５５ｎｍの時には波長４００ｎｍ〜４３０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加している。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝６０ｎｍの時には波長４２０ｎｍ〜４４０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加している。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝６５ｎｍの時には波長４３０ｎｍ〜４４０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加している。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。しかしながら、後述するように必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなる。これは誘電体薄膜４が共振器のような作用をしていることを裏付けている。

図９（ｂ）によれば、ｄ_４＝４０ｎｍの時には波長３３０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝４５ｎｍの時には波長３９０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝５０ｎｍの時には波長４１０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝５５ｎｍの時には波長４３０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝６０ｎｍの時には波長４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少している。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝６５ｎｍの時には波長４３０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加している。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝７０ｎｍの時には波長４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加している。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝７５ｎｍの時には波長４７０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加している。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。しかしながら、後述するように必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなる。

図９（ｃ）によれば、ｄ_４＝６０ｎｍの時には波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝６５ｎｍの時には波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝７０ｎｍの時には波長４８０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝７５ｎｍの時には波長４７０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。しかしながら、後述するように必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなり、図９（ａ）〜（ｃ）を比較すると、ｄ_３の値が増加するにつれて、同じｄ_４に対して最小値又は最大値を示す波長も長くなる。これは金薄膜３も共振器の作用に寄与していることを裏付けている。

図１０に媒質５が銀、周辺媒質１が水の場合の反射吸収スペクトルのシミュレーション結果の例を示す。屈折率ｎ_２＝１．５、厚さ１ｎｍの媒質２が吸着した際の媒質３表面の反射率の波長依存性の例である。媒質２が吸着・結合する前の反射率をＲ_０、吸着・結合後の反射率をＲとし、Ｒ／Ｒ_０をシミュレーションしプロットしたものである。計算条件は、周辺媒質１は水（屈折率１．３３）、媒質３は金属薄膜又は合金薄膜としての金薄膜、媒質４は屈折率１．５の誘電体薄膜、媒質５は銀の基板下層とし、媒質３の厚さｄ_３及び媒質４の厚さｄ_４をパラメータとしていくつかの組み合わせについてシミュレーションを行った。媒質５は銀薄膜でも１００ｎｍ以上であれば十分厚いため、計算では半無限大として考えることができる。図１０（ａ）には媒質３の厚さｄ_３＝１５ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝１５ｎｍ〜４０ｎｍの例、図１０（ｂ）には媒質３の厚さｄ_３＝２０ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝４５ｎｍ〜７０ｎｍの例、図１０（ｃ）には媒質３の厚さｄ_３＝２５ｎｍ、媒質４の厚さｄ_４＝５０ｎｍ〜８０ｎｍの例を示す。

図１０（ａ）によれば、ｄ_４＝３０ｎｍの時には波長３４０ｎｍ〜３６０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝３５ｎｍの時には波長３６０ｎｍ〜３８０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝４０ｎｍの時には波長３７０ｎｍ〜３９０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。しかしながら、後述するように必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなる。

図１０（ｂ）によれば、ｄ_４＝６０ｎｍの時には波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝６５ｎｍの時には波長４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝７０ｎｍの時には波長４６０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝７５ｎｍの時には波長４７０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝８０ｎｍの時には波長４８０ｎｍ〜４８５ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。しかしながら、必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなる。

図１０（ｃ）によれば、ｄ_４＝７０ｎｍの時には波長４７０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝８０ｎｍの時には波長４８０ｎｍ〜４８５ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上減少する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。ｄ_４＝８０ｎｍの時には波長４７５ｎｍ〜４８５ｎｍの波長領域でＲ／Ｒ_０は５％以上増加する。すなわち、媒質２の結合により５．０％の反射率変化が起こっていることがわかる。しかしながら、後述するように必ずしも大きな反射率変化が得られる場合が実用上好ましいというわけではない。また、ｄ_４の値が増加するにつれて最小値又は最大値を示す波長が長くなり、図１０（ａ）〜（ｃ）を比較すると、ｄ_３の値が増加するにつれて、同じｄ_４に対して最小値又は最大値を示す波長も長くなる。これは金薄膜３も共振器の作用に寄与していることを裏付けている。

バイオセンシング用基板の感度を表す一つの指標としてＲ／Ｒ_０があり、媒質２が吸着・結合した際に１に比べて十分小さい又は十分大きいことが求められる。金の異常反射では空気中でＲ／Ｒ_０は約９８．７％である。図２に示したように、ＭＩＭ基板では大きな変化を得ることができる。しかしながら、このように大きなＲ／Ｒ_０を与える基板であっても入射光１３に対する反射率Ｒ_０が小さければ、得られる信号は小さく良い結果が得られない。

図１１に、媒質５が銀の場合、上述のｄ_３とｄ_４の組み合わせに対してＲ／Ｒ_０とＲ_０の関係をプロットしたものを示す。図１１（ａ）に周辺媒質１が空気の場合の例を、図１１（ｂ）に周辺媒質１が水の場合の例を示す。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において、●はｄ_３＝１０ｎｍ、□はｄ_３＝１５ｎｍ、◇はｄ_３＝２０ｎｍのデータであり、各ｄ_４（ｎｍ）についてＲ／Ｒ_０の値は最大値又は最小値をプロットした。ハロゲンランプ等のインコヒーレント光源を用いた場合、１秒程度の測定で十分なＳ／Ｎ比を確保するためには、少なくとも入射光強度の０．５％程度の反射率が必要である。そのため、Ｒ／Ｒ_０が１に比べて十分小さい、又は、十分大きくても、Ｒ_０＜０．５％では反射率が低過ぎ、バイオセンシング用基板として適当であるとは言い難い。また、厚さ１ｎｍの媒質２が媒質３に吸着・結合した際の変化量は３％以上あれば、先行技術である異常反射や比較例のバイオセンシング用基板に対して優位であると考えられるので、この２つの条件を満たす領域をハッチで示した。

図１２に、媒質５が銀の場合、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、バイオセンシング用基板として適当である条件を満たす領域にある組み合わせを示す。図１２（ａ）に周辺媒質１が空気の場合を、図１２（ｂ）に周辺媒質１が水の場合を示す。金属薄膜又は合金薄膜３の膜厚ｄ_３（ｎｍ）及び誘電体薄膜４の膜厚ｄ_４（ｎｍ）が、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、上記バイオセンシング用基板として適当である条件を満たす領域にある組み合わせを線Ｉで示す。図１２（ａ）より、空気中では、ｄ_３＝１０ｎｍの際には、ｄ_４＝４０〜６５ｎｍが好ましいことがわかった。また、ｄ_３＝１５ｎｍの場合には、ｄ_４＝４０〜７５ｎｍが良い結果を与えることがわかった。また、ｄ_３＝２０ｎｍの場合には、ｄ_４＝６０〜７５ｎｍが良い結果を与えることがわかった。マージンを含めると、（８，５２）、（８，７２）、（１３，７７）、（１７，７７）、（２２，６２）、（２２，４８）、（１７，４３）、（１３，３８）で囲まれた第４の領域（図では領域４と示す）の中で（１２，６８）、（１８，６８）、（１８，５２）、（１２，５２）で囲まれた第５の領域（図では領域５と示す）をのぞいた部分にある点が良い結果を与えると推定される。これ以外の場合にはＲが小さく、実用に供するには、高感度の検出装置と理想的な構造の作製が必要である。

また、１２（ｂ）より、水中では、ｄ_３＝１５ｎｍの際には、ｄ_４＝３０〜４０ｎｍが好ましいことがわかった。また、ｄ_３＝２０ｎｍの場合には、ｄ_４＝６０〜７０ｎｍが良い結果を与えることがわかった。また、ｄ_３＝２５ｎｍの場合には、ｄ_４＝７５〜８０ｎｍが良い結果を与えることがわかった。マージンを含めると、（１３，１３）、（１３，３２）、（２３，７７）、（２７，７７）、（２７，７２）、（２７，５８）、（２２，４２）、（１８，４３）、（１７，１３）で囲まれた第６の領域（図では領域６と示す）の中で（１７，５７）、（２３，５７）、（２３，７３）、（１７，７３）で囲まれた第７の領域（図では領域７と示す）をのぞいた部分にある点が良い結果を与えると推定される。すなわち、水中でも空気中とほぼ同様の条件で良好な感度が得られる。これ以外の場合にはＲが小さく、実用に供するには、高感度の検出装置と理想的な構造の作製が必要である。

本実施の形態においても、ＭＩＭ構造の基板を用いるので、第１及び第２の実施の形態と同様に、蛋白質やＤＮＡなどが基板表面に結合・吸着した際に大きな反射率変化を与える新たな構造のバイオセンンシング用基板を提供できる。また、異常反射を用いることにより、単純な反射でバイオセンシングができ、バイオセンシングチップやその検出システムの低コスト化が可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々変更を加えられることは明白である。

例えば、以上の実施の形態では、媒質５が金の例を説明したが、その他の金属又は合金でも良い。また、基板下層５がガラスチップ、プラスチックチップ等の支持板上に形成されていても良い。また、媒質４がＰＭＭＡの例を説明したが、ガラス、ＳｉＯ_２，ＭｇＦ等その他の透明な誘電体を用いても良い。また、媒質３が金の例を説明したが、その他の異常反射を生じる金属又は合金、例えば金を主体とする合金又は銅を主体とする金属又は合金を用いても良い。また、媒質２を適宜選択可能であり、媒質２に対応して媒質１を空気又は水以外の気体又は液体でも良い。また、各媒質の膜厚、屈折率を適宜選択・調整可能である。

本発明は、バイオセンシングに利用される。

本発明におけるバイオセンシング用基板の構成例を示す図である。 媒質５が金で、周辺媒質が空気の場合、屈折率ｎ_２＝１．５の媒質２が吸着した際の媒質３表面の反射率の波長依存性の例を示す図である。 媒質５が金で、周辺媒質１が空気の場合について、ｄ_３とｄ_４の組み合わせに対してＲ／Ｒ_０とＲ_０の関係をプロットした図である。 媒質５が金で、周辺媒質１が空気の場合、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、バイオセンシング用基板として適当である条件を満たす領域にある組み合わせを示す図である。 ＭＩＭ基板に媒質を形成したときの反射吸収スペクトルの測定例を示す図である。 媒質５が金で、周辺媒質が水の場合、屈折率ｎ_２＝１．５の媒質２が吸着した際の媒質３表面の反射率の波長依存性の例を示す図である。 媒質５が金で、周辺媒質１が水の場合について、ｄ_３とｄ_４の組み合わせに対してＲ／Ｒ_０とＲ_０の関係をプロットした図である。 媒質５が金で、周辺媒質１が水の場合、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、バイオセンシング用基板として適当である条件を満たす領域にある組み合わせを示す図である。 媒質５が銀、周辺媒質が空気の場合の反射吸収スペクトルのシミュレーション結果の例を示す図である。 媒質５が銀、周辺媒質が水の場合の反射吸収スペクトルのシミュレーション結果の例を示す図である。 媒質５が銀の場合、ｄ_３とｄ_４の組み合わせに対してＲ／Ｒ_０とＲ_０の関係をプロットした図である。 媒質５が銀の場合、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、バイオセンシング用基板として適当である条件を満たす領域にある組み合わせを示す図である。 バイオセンシングの原理を説明するための図である。 表面プラズモン共鳴を用いたバイオセンシングを説明するための図である。

符号の説明

１ 周辺媒質（媒質１）
２ 検出対象分子（アナライト、媒質２）
３ 金属薄膜（媒質３）
４ 誘電体薄膜（媒質４）
５ 基板下層（媒質５）
６ リガンド
７ 基板
１０ バイオセンシング用基板
１１ プリズム
１２ 金属薄膜
１３ 入射光
１４ 反射光
ｄ_２〜ｄ_４ 媒質２〜媒質４の膜厚
ｎ_１〜ｎ_５ 媒質１〜媒質５の屈折率
Ｒ 媒質２が存在する場合の反射率
Ｒ_０ 媒質２が存在しない場合の反射率
ＳＰｓ 伝搬型表面プラズモン
ΔＲ 反射率変化
θ 入射角
θｒ 共鳴角

Claims (5)

1. 金属又は合金からなる基板下層と；
   前記基板下層上に形成された誘電体薄膜と；
   前記誘電体薄膜上に形成された異常反射を生じる金属薄膜又は合金薄膜とを備える：
   バイオセンンシング用基板。
2. 前記金属薄膜又は合金薄膜が金又は銅を主体とする；
   請求項１に記載のバイオセンンシング用基板。
3. 前記誘電体薄膜が透明である；
   請求項１又は請求項２に記載のバイオセンンシング用基板。
4. 入射光に対する反射率が、検出対象分子の無いときをＲ_０、有るときをＲとすると、Ｒ_０が０．５％以上であり、Ｒ／Ｒ_０が０．９７％以下又は１．０３％以上である；
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバイオセンンシング用基板。
5. 前記金属薄膜又は合金薄膜の膜厚ｄ_３（ｎｍ）及び誘電体薄膜の膜厚ｄ_４（ｎｍ）が、（ｄ_３、ｄ_４）座標系において、（８，１８）、（８，５２）、（１３，５７）、（１７，５７）、（１７，２８）、（１２，１８）で囲まれた第１の領域、又は（８，６３）、（８，７２）、（１２，７２）、（１２，６３）で囲まれた第２の領域内にある；
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバイオセンンシング用基板。