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光学デバイスおよび分析装置 NEW

国内特許コード P170013731
整理番号 (S2013-0346-N0)
掲載日 2017年3月14日
出願番号 特願2014-553069
出願日 平成25年12月4日(2013.12.4)
国際出願番号 JP2013082578
国際公開番号 WO2014097886
国際出願日 平成25年12月4日(2013.12.4)
国際公開日 平成26年6月26日(2014.6.26)
優先権データ
  • 特願2012-275793 (2012.12.18) JP
発明者
  • 本間 敬之
  • 柳沢 雅広
  • 齋藤 美紀子
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 光学デバイスおよび分析装置 NEW
発明の概要 試料からのラマン散乱光を表面プラズモンにより確実に増強し得、従来よりも表面増強ラマン散乱光の感度を向上し得る光学デバイスおよび分析装置を提案する。本発明の光学デバイス(5)では、金属ナノ粒子(9)に平坦面を形成したことにより、金属ナノ粒子(9)の試料(S)に近接した近接面に表面プラズモン(P)を励起させることができ、かくして試料(S)からのラマン散乱光を表面プラズモン(P)により確実に増強し得、従来よりも表面増強ラマン散乱光(L3)の感度を向上し得る。また、対物レンズ(4)により、金属ナノ粒子(9)と試料(S)の界面近傍に励起光(L1)の焦点をもうけることにより、試料(S)の深さ方向(z)の分子構造を高い深さ分解能で測定することができる。
従来技術、競合技術の概要


表面増強ラマン散乱(以下、SERS(Surface Enhanced Raman Scattering)という)は、金属表面に励起された表面プラズモンによる電界により、金属表面に存在する分子のラマン散乱光の強度が数桁増強される現象である。表面プラズモンとは、金属に光を照射したときに励起される金属中の自由電子の粗密波である。このようなSERSは、試料表面近傍の測定方法に応用されており、ラマン散乱光の測定感度を約2桁以上上昇させることができる表面増強ラマン分光法として提案されている。



このような表面増強ラマン分光法を用いた分析装置としては、特開2008-281530号公報(特許文献1)がある。特許文献1では、球状に形成された複数の金属粒子がプローブの内部に分散し、プローブの表面に複数の金属粒子が露出した構成を有している。このようなプローブを用いた分析装置は、プローブ先端部を試料に近接させた状態で、当該プローブに入射光を入射し、当該入射光によって表面プラズモンの電界を励起させて試料から表面増強ラマン散乱光を測定し得るものである。

産業上の利用分野


本発明は光学デバイスおよび分析装置に関し、例えば表面増強ラマン散乱光を測定して試料分析を行う分析装置に適用して好適なものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
励起光が透過可能なデバイス本体と、
前記デバイス本体の一面に表面が露出し、平坦面が形成された1つまたは複数の金属ナノ粒子とを備え、
前記金属ナノ粒子を試料に近接させ、前記デバイス本体の他面から前記励起光が入射されると、前記金属ナノ粒子の前記試料に近接させた近接面に表面プラズモンが励起し、前記表面プラズモンにより前記試料からのラマン散乱光を増強させて表面増強ラマン散乱光を生成する
ことを特徴とする光学デバイス。

【請求項2】
前記金属ナノ粒子は、前記平坦面が前記デバイス本体の一面に沿って配置されており、前記デバイス本体の一面から膨出、または前記デバイス本体内に埋没している
ことを特徴とする請求項1記載の光学デバイス。

【請求項3】
前記デバイス本体の一面から膨出している前記金属ナノ粒子は、前記平坦面が前記デバイス本体の一面と面接触している
ことを特徴とする請求項2記載の光学デバイス。

【請求項4】
前記デバイス本体内に埋没している前記金属ナノ粒子は、前記平坦面が前記デバイス本体の一面に沿って露出している
ことを特徴とする請求項2記載の光学デバイス。

【請求項5】
前記金属ナノ粒子を球状と仮定したときの直径が5~100[nm]であり、
前記平坦面は、球状の前記金属ナノ粒子の一部が切り取り除かれたように該金属ナノ粒子に形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の光学デバイス。

【請求項6】
前記金属ナノ粒子は、半球状または円錐状でなる
ことを特徴とする請求項1~4のうちいずれか1項記載の光学デバイス。

【請求項7】
前記金属ナノ粒子は、Ag、Au、Cu、Pd、Ptのいずれかである
ことを特徴とする請求項1~6のうちいずれか1項記載の光学デバイス。

【請求項8】
前記デバイス本体は、前記試料側に向けて膨出した凸レンズ形状でなる
ことを特徴とする請求項1~6のうちいずれか1項記載の光学デバイス。

【請求項9】
前記デバイス本体は、前記試料側に突出された錘形状を有し、カンチレバーにより支持されている
ことを特徴とする請求項1~7のうちいずれか1項記載の光学デバイス。

【請求項10】
前記デバイス本体は、ファイバ状に形成されている
ことを特徴とする請求項1~7のうちいずれか1項記載の光学デバイス。

【請求項11】
前記金属ナノ粒子は、
前記デバイス本体よりも耐摩耗性の高い材料により形成された被覆膜で覆われている
ことを特徴とする請求項1~10のうちいずれか1項記載の光学デバイス。

【請求項12】
前記金属ナノ粒子は、
前記デバイス本体よりも屈折率の高い材料により形成された被覆膜で覆われている
ことを特徴とする請求項1~10のうちいずれか1項記載の光学デバイス。

【請求項13】
前記金属ナノ粒子は、前記平坦面が前記被覆膜の表面に配置され、該平坦面が外部に露出している
ことを特徴とする請求項11または12記載の光学デバイス。

【請求項14】
請求項1~13のうちいずれかの光学デバイスと、
光源から発した励起光を、前記光学デバイスを介し試料に照射し、前記励起光を前記試料に照射することにより該試料から発した表面増強ラマン散乱光を撮像手段まで導く導光手段と
を備えることを特徴とする分析装置。

【請求項15】
前記光源から発した励起光を集光して前記光学デバイスを介し前記試料に照射する対物レンズを備え、
前記対物レンズの焦点近傍の電界勾配を表面プラズモンにより増強させる
ことを特徴とする請求項14記載の分析装置。

【請求項16】
前記試料の深さ方向に前記対物レンズの焦点を移動させる焦点移動手段を備え、
前記焦点移動手段によって前記焦点を前記試料内にて移動させることにより、前記表面プラズモンにより増強された前記電界勾配を前記試料の深さ方向に移動させる
ことを特徴とする請求項15記載の分析装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014553069thum.jpg
出願権利状態 公開
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