化学传感器、化学传感器模块、化学物质检测装置和化学物质检测方法

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化学传感器、化学传感器模块、化学物质检测装置和化学物质检测方法
申请号	CN201280057511.6	申请日	2012-11-16	公开(公告)号	CN103946691A	公开(公告)日	2014-07-23
申请人	索尼公司;			发明人	守屋雄介; 松泽伸行; 前田兼作;
摘要	本发明提供一种设置有分光特性优异的分光滤波器的化学传感器、化学传感器模块、化学物质检测装置和化学物质检测方法。根据本技术的化学传感器设置有基板和等离子体激元吸收层。在所述基板上形成有光检测部。所述等离子体激元吸收层层叠在所述基板上并具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构。
权利要求	1.一种化学传感器，包括：其上形成有光检测部的基板；和层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构。 2.根据权利要求1所述的化学传感器，还包括层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面。 3.根据权利要求2所述的化学传感器，其中所述等离子体激元吸收层阻挡照射所述检测对象物的照明光并使在所述检测对象物上产生的检测对象光通过。 4.根据权利要求3所述的化学传感器，其中所述照明光是激励光，以及所述检测对象光是荧光。 5.根据权利要求1所述的化学传感器，其中所述等离子体激元吸收层含有金属纳米粒子。 6.根据权利要求5所述的化学传感器，其中所述金属纳米粒子是具有由含有金、银和铜中的至少一种的纯金属及其合金中的一种形成的表面的粒子。 7.根据权利要求6所述的化学传感器，其中所述金属纳米粒子具有1nm以上和150nm以下的粒径。 8.根据权利要求1所述的化学传感器，还包括层叠在所述基板和所述等离子体激元吸收层之间的滤色层，所述滤色层由有机色素系材料制成。 9.根据权利要求1所述的化学传感器，还包括通过层叠多种材料形成的多层膜滤波器层。 10.根据权利要求2所述的化学传感器，其中所述保持面保持与将要检测的靶材料特异性结合的示踪材料。 11.根据权利要求10所述的化学传感器，其中所述示踪材料是DNA、RNA、蛋白质和抗原物质中的一种。 12.一种化学传感器模块，包括：化学传感器，所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面；和用照明光照射所述保持面的照明光源。 13.一种化学物质检测装置，包括：化学传感器，所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面；和信号处理电路，所述信号处理电路与所述化学传感器连接并处理所述光检测部的输出信号。 14.一种化学物质检测方法，包括：准备化学传感器，所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面；使示踪材料保持在所述保持面上；使样品与所述保持面接触并使所述样品中包含的靶材料与所述示踪材料结合以形成检测对象物；用照明光照射所述保持面；以及经接收所述照明光，由于在所述检测对象物上的所述示踪材料和所述靶材料的结合产生的检测对象光由所述光检测部检测。 15.根据权利要求14所述的化学物质检测方法，其中所述照明光是激励光，以及所述检测对象光是荧光。 16.根据权利要求15所述的化学物质检测方法，其中在荧光的检测步骤中，由预先用荧光标记的所述靶材料和所述示踪材料的相互作用引起的荧光的波长和亮度的变化由所述光检测部检测。 17.根据权利要求15所述的化学物质检测方法，其中在荧光的检测步骤中，由预先用荧光标记并与所述示踪材料结合的靶材料产生的荧光由所述光检测部检测。 18.根据权利要求15所述的化学物质检测方法，其中在荧光的检测步骤中，对所述示踪材料和所述靶材料的结合体进行荧光标记，并且荧光由所述光检测部检测。
说明书全文	化学传感器、化学传感器模块、化学物质检测装置和化学物质检测方法技术领域 [0001] 本技术涉及一种通过利用在检测对象物上的发光来检测化学物质的化学传感器、化学传感器模块、化学物质检测装置和化学物质检测方法。背景技术 [0002] 正在研究一种通过利用由化学结合引起的发光来检测化学物质的化学传感器。具体地，使与将要检测的靶材料结合的示踪材料附着到传感器上，并将含有靶材料的样品供给到传感器。因此，靶材料与示踪材料结合。例如，向靶材料和示踪材料的结合体引入荧光标记，并且通过用激励光照射在结合体上产生荧光。因此，通过光电转换元件检测荧光，因而可以确认样品中靶材料的存在。 [0003] 在这种化学传感器中，如果用于激励荧光标记的激励光通过光电转换元件检测，那么不能将激励光与本来要检测的荧光区别开，因此必须将激励光与荧光分开并除去激励光。 [0004] 例如，专利文献1公开了一种设置有阻挡激励光并仅使荧光通过的光学滤波器和DNA固定膜的有机分子检测用半导体元件。光学滤波器和DNA固定膜是通过层叠二氧化硅膜、氧化铝膜和氧化镁膜等形成的多层膜光学滤波器，并且通过利用光的干涉除去紫外光(激励光)。 [0005] 专利文献1：日本专利申请特开No.2002-202303(第[0039]段，图1)发明内容 [0006] 发明要解决的技术问题 [0007] 然而，专利文献1中公开的多层膜光学滤波器为了充分阻挡激励光需要一定数量的层，因此担心由于厚度大而可能发生串扰(与相邻光电转换元件的混光)。此外，因为利用光的干涉，所以认为不能有效阻挡在倾斜方向上入射到多层膜光学滤波器中的激励光。此外，形成多层膜需要许多步骤，并且必须进行厚度控制，因此必须研究生产性。 [0008] 鉴于上述情况，本技术的目的是提供一种设置有分光特性优异的分光滤波器的化学传感器、化学传感器模块、化学物质检测装置和化学物质检测方法。 [0009] 问题的解决方案 [0010] 为了实现上述目的，本技术实施方案的化学传感器具备基板和等离子体激元(plasmon)吸收层。 [0011] 在所述基板中，形成有光检测部。 [0012] 所述等离子体激元吸收层层叠在所述基板上，并且所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构。 [0013] 通过利用这种结构，可以通过层叠在基板的上层中的等离子体激元吸收层分散入射光并仅使作为检测对象的光到达光检测部。通过利用金属纳米结构的等离子体激元吸收性，可以减小起到分光滤波器的作用的等离子体激元吸收层的厚度并可以防止在等离子体激元吸收层上产生荧光发光(自发荧光)。此外，等离子体激元吸收层可以比作为化学传感器的分光滤波器的典型的多层膜滤波器更容易生产，因此可以增大化学传感器的生产性。 [0014] 所述化学传感器还可以包括层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面。 [0015] 通过利用这种结构，通过由等离子体激元吸收层进行分散，可以使光检测部检测从保持在表面层的保持面上的检测对象物发出的光。 [0016] 所述等离子体激元吸收层可以阻挡照射所述检测对象物的照明光并可以使在所述检测对象物上产生的检测对象光通过。 [0017] 通过利用这种结构，通过等离子体激元吸收层，可以对照明光和检测对象光进行分散。如果照明光到达光检测部，那么由光检测部检测检测对象光和照明光的重叠，从而导致检测精度的降低。通过由等离子体激元吸收层阻挡照明光，可以防止照明光被光检测部检测到。 [0018] 所述照明光可以是激励光，以及所述检测对象光可以是荧光。 [0019] 通过利用这种结构，可以高精度地检测荧光。通常，荧光微弱，因此必须由光检测部进行长时间的曝光。因此，为了提高检测精度，必须是只有从检测对象物发出的荧光被光检测部检测。等离子体激元吸收层不产生自发荧光，因此适于荧光的检测。 [0020] 所述等离子体激元吸收层可以含有金属纳米粒子。 [0021] 通过将金属纳米粒子分散在合成树脂中或通过仅层叠金属纳米粒子，可以形成具有等离子体激元吸收性的金属纳米结构。作为金属纳米结构，除此之外还有金属纳米孔，但是必须进行光刻等以产生金属纳米孔。相比之下，通过使用金属纳米粒子，可以容易形成金属纳米结构 [0022] 所述金属纳米粒子是具有由含有金、银和铜中的至少一种的纯金属及其合金中的一种形成的表面的粒子。 [0023] 通过使用这种粒子，可以产生等离子体激元吸收性。具有由含有金、银和铜中的至少一种的纯金属及其合金中的一种形成的表面的粒子包括由金、银或铜的纯金属制成的粒子、由含有这些纯金属的合金形成的粒子以及由一些材料制成的核被由金、银或铜的纯金属或含有这些纯金属的合金形成的壳覆盖的核-壳型粒子。 [0024] 所述金属纳米粒子可以具有1nm以上和150nm以下的粒径。 [0025] 在金属纳米粒子的粒径小于1nm的情况下，在等离子体激元吸收层上可能产生荧光。在其粒径超过150nm的情况下，光谱可能不适于分光滤波器。因此，通过将金属纳米粒子的粒径设定为落入1nm以上和150nm以下的范围内，可以使等离子体激元吸收层的分光特性是所希望的。 [0026] 所述化学传感器还可以包括层叠在所述基板和所述等离子体激元吸收层之间的滤色层，所述滤色层由有机色素系材料制成。 [0027] 经接收激励光的照射，由有机色素系材料制成的滤色层自动产生荧光(自发荧光)，这导致检测对象光的检测精度的降低。然而，通过利用根据本技术的结构，滤色层设置在等离子体激元吸收层的下面，因此激励光被等离子体激元吸收层阻挡以防止其到达滤色层，因此不产生自发荧光。同时，滤色器对阻挡/透过波长具有良好的可控性，因此可以通过滤色层插入等离子体激元吸收层的分光特性。 [0028] 所述化学传感器还可以包括通过层叠多种材料形成的多层膜滤波器层。 [0029] 通过利用这种结构，多层膜滤波器层和等离子体激元吸收层可以互相补充分光特性。多层膜滤波器层不产生自发荧光，因此可以设置在等离子体激元吸收层的上层中。 [0030] 在所述化学传感器中，所述保持面保持与将要检测的靶材料特异性结合的示踪材料。 [0031] 通过利用这种结构，通过将含有靶材料的样品供给到保持面，可以使与示踪材料对应的靶材料与示踪材料结合。因此，可以使靶材料和示踪材料的结合体作为检测对象物检测检测对象光，从而使得可以核实样品中含有靶材料的事实。 [0032] 所述示踪材料可以是DNA、RNA、蛋白质和抗原物质中的一种。 [0033] 通过利用这种结构，可以将这些物质设定为测定对象。 [0034] 为了实现上述目的，根据本技术实施方案的化学传感器模块包括化学传感器和照明光源。 [0035] 所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面。 [0036] 所述照明光源用照明光照射所述保持面。 [0037] 为了实现上述目的，根据本技术实施方案的化学物质检测装置包括化学传感器和信号处理电路。 [0038] 所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面。 [0039] 所述信号处理电路与所述化学传感器连接并处理所述光检测部的输出信号。 [0040] 为了实现上述目的，根据本技术实施方案的化学物质检测方法包括准备化学传感器，所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面。 [0041] 使示踪材料保持在所述保持面上。 [0042] 使样品与所述保持面接触并使所述样品中包含的靶材料与所述示踪材料结合以形成检测对象物。 [0043] 用照明光照射所述保持面。 [0044] 经接收所述照明光，由于在所述检测对象物上的所述示踪材料和所述靶材料的结合产生的检测对象光由所述光检测部检测。 [0045] 所述照明光可以是激励光，以及所述检测对象光可以是荧光。 [0046] 在荧光的检测步骤中，由预先用荧光标记的所述靶材料和所述示踪材料的相互作用引起的荧光的波长和亮度的变化可以由所述光检测部检测。 [0047] 在荧光的检测步骤中，由预先用荧光标记并与所述示踪材料结合的靶材料产生的荧光可以由所述光检测部检测。 [0048] 在荧光的检测步骤中，对所述示踪材料和所述靶材料的结合体进行荧光标记，并且荧光可以由所述光检测部检测。 [0049] 发明效果 [0050] 如上所述，根据本技术，可以提供一种设置有分光特性优异的分光滤波器的化学传感器、化学传感器模块、化学物质检测装置和化学物质检测方法。附图说明 [0051] 图1是示出根据第一实施方案的化学物质检测装置的结构的示意图。 [0052] 图2是示出根据第一实施方案的化学传感器的结构的示意图。 [0053] 图3是示出根据第一实施方案的化学传感器的结构的示意图。 [0054] 图4是示出基于银纳米粒子的粒径的吸收光谱的曲线图。 [0055] 图5是示出基于金纳米粒子的粒径的吸收光谱的曲线图。 [0056] 图6是基于金纳米粒子(棒状)的粒径的吸收光谱。 [0057] 图7是金纳米粒子(棒状)的TEM图像。 [0058] 图8是示出取决于滤波器结构的必要厚度的表格。 [0059] 图9是示出各种滤波器的荧光光谱的曲线图。 [0060] 图10是示出根据第一实施方案的化学传感器模块的结构的示意图。 [0061] 图11是示出根据第二实施方案的化学传感器模块的结构的示意图。 [0062] 图12是示出根据第三实施方案的化学传感器模块的结构的示意图。具体实施方式 [0063] (第一实施方案) [0064] 下面将说明根据本技术第一实施方案的化学物质检测装置。 [0065] (化学物质检测装置的整体结构) [0066] 图1是示出根据本实施方案的化学物质检测装置1的结构的示意图。如图所示，化学物质检测装置1由在基板2上形成的化学传感器3和用于驱动化学传感器3的外围电路构成。化学传感器3包括排列在基板2上的多个光检测部21。 [0067] 光检测部21的数量及其排列没有限制，可以排列成矩阵状或线状。这里，光检测部21在基板2的平面上排列成矩阵形式。行方向设定为垂直方向，列方向设定为水平方向。 [0068] 外围电路由垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6和系统控制电路7构成。此外，光检测部21的各行与像素驱动线8连接并且各列与垂直信号线9连接。像素驱动线8与垂直驱动电路4连接，垂直信号线9与列信号处理电路5连接。 [0069] 列信号处理电路5与水平驱动电路6连接，系统控制电路7与垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6连接。应当指出的是，例如，外围电路可以设置在层叠在像素区域上的位置或基板2的相反侧。 [0070] 例如，垂直驱动电路4由移位寄存器形成。垂直驱动电路4选择像素驱动线8，将用于驱动光检测部21的脉冲供给到所选择的像素驱动线8，并逐行驱动光检测部21。换句话说，垂直驱动电路4顺次在垂直方向上对光检测部21逐行进行选择性扫描。然后，通过相对于像素驱动线8垂直配线的垂直信号线9，垂直驱动电路4基于根据光检测部21中接收的光量产生的信号电荷将像素信号供给到列信号处理电路5。 [0071] 列信号处理电路5相对于从一行光检测部21输出的信号对各像素列进行诸如噪声去除等信号处理。换句话说，列信号处理电路5为了除去像素固有的固定的图案噪声进行诸如相关双采样(CDS)、信号放大和模拟/数字(AD)转换等信号处理。 [0072] 例如，水平驱动电路6由移位寄存器形成，并顺序输出水平扫描脉冲，从而按顺序选择列信号处理电路5并使各列信号处理电路5输出像素信号。 [0073] 系统控制电路7接收输入时钟和指定操作模式等的数据并输出与化学传感器3的内部信息等相关的数据。即，系统控制电路7基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等的操作的基准的时钟信号和控制信号。然后，系统控制电路7将这些信号输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。 [0074] 如上所述，垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、系统控制电路7以及设置在后述的光检测部21上的像素电路构成驱动光检测部21的驱动电路。 [0075] (化学传感器的结构) [0076] 图2是示出化学传感器3的结构的示意图。如图所示，化学传感器3通过在其上形成有光检测部21的基板2上按顺序层叠保护绝缘层31、等离子体激元吸收层32和表面保护层33而形成。化学传感器3通过在表面保护层33上放置检测对象物来使用。图3是示出其上放置有检测对象物S的化学传感器3的示意图。 [0077] 基板2支撑上述各层，例如，其可以由单晶硅制成。基板2具有其上设置有光检测部21的主面，并且在主面上，层叠上述各层。在基板2上，除了光检测部21之外，还可以形成诸如元件隔离和浮动扩散等结构。 [0078] 光检测部21可以是将光转换成电流的光电转换元件(光电二极管)。光检测部21可以是通过将杂质引入到作为半导体基板的基板2上形成的杂质区域。光检测部21可以与由栅极绝缘膜或栅电极形成的像素电路(未示出)连接，并且像素电路可以设置在基板2的主面的相反面上。 [0079] 保护绝缘层31是用于保护和绝缘光检测部21的层，并且由至少使在检测对象物S上产生的光(下文中，被称作检测对象光)的波长范围通过的材料制成。保护绝缘层31取决于光检测部21的结构可以不设置。 [0080] 等离子体激元吸收层32具有后述的金属纳米结构，并且是用于使照射检测对象物S以产生检测对象光的光(下文中，被称作照明光)和检测对象光进行分散的层。等离子体激元吸收层32的厚度基于其分光原理与多层膜滤波器等的情况相比可以充分小。 [0081] 表面保护层33是用于覆盖和保护等离子体激元吸收层32并保持检测对象物S的层。下文中，其上保持有检测对象物S的表面保护层33的表面被称作保持面33a。表面保护层33由至少使检测对象光的波长范围通过的材料制成，例如，二氧化硅膜和氮化硅膜。此外，对于保持面33a，可以进行诸如亲水处理等用于使检测对象物S附着到表面保护层33上的表面处理。通过这种表面处理，可以将附着有检测对象物S的区域(附着区域)和没有附着检测对象物S的区域(非附着区域)分开。 [0082] (通过使用化学传感器进行的化学物质检测方法) [0083] 下面将说明通过使用上述的化学传感器3进行的化学物质检测方法。应当指出的是，下面说明的化学物质检测方法是一个例子，通过使用化学传感器3进行的化学物质检测方法不限于下述的方法。 [0084] 在使用化学传感器3进行的化学物质检测方法中，可以使用能够与将要被检测的化学物质(下文中，被称作靶材料)特异性结合的示踪材料。 [0085] 具体地，首先，在保持面33a上附着示踪材料。例如，在对保持面33a进行表面处理的情况下，使含有示踪材料的溶液滴到附着区域上，从而可以使示踪材料附着到附着区域上。此外，在使保持面33a分成附着区域和非附着区域的情况下，可以针对各附着区域附着不同种类的示踪材料。 [0086] 在这种状态下，向保持面33a上供给样品溶液。在样品溶液含有靶材料的情况下，靶材料和与其对应的示踪材料结合。清洗保持面33a，从而除去额外的靶材料。之后，通过引入可以仅将其引入到示踪材料和靶材料的结合体上的荧光标记，只有示踪材料和靶材料的结合体被荧光标记，而没有与靶材料结合的示踪材料未被荧光标记。应当指出的是，在本例子中，示踪材料和靶材料的结合体相当于检测对象物S。 [0087] 在这种状态下，化学传感器3用来自表面保护层33侧的激励光照射。由激励光激励检测对象物S中所含的荧光标记，并产生荧光。荧光透过表面保护层33、等离子体激元吸收层32和保护绝缘层31，到达光检测部21，并被检测。激励光被等离子体激元吸收层32阻挡，从而防止其到达光检测部21。 [0088] 例如，在靶材料的检测中，在将DNA(脱氧核糖核酸)用作示踪材料的情况下，可以使用5’-荧光素标记的DNA。如果样品含有序列与5’-荧光素标记的DNA互补的DNA，那么就会发生杂化反应，从而导致示踪材料从单链DNA(ss-DNA)到双链DNA(ds-DNA)的变化。这种变化导致荧光分子周围的介电常数改变，因而引起荧光的发射波长和强度的变化。这种变化由光检测部21检测。 [0089] 此外，在将DNA用作示踪材料的情况下，例如，将未用荧光标记的DNA用作示踪材料，并且将5’-荧光素标记的DNA用于样品。在这种情况下，如果样品含有序列与作为示踪材料的DNA互补的DNA，那么会发生杂化反应，从而导致变化成具有荧光标记的ds-DNA。来自荧光标记的荧光的发光由光检测部21检测。 [0090] 可选择地，在将DNA用作示踪材料的情况下，未用荧光标记的DNA用于示踪材料，并且也未向样品侧引入荧光色素。在这种情况下，如果样品含有序列与作为示踪材料的DNA互补的DNA，那么会发生杂化反应，从而导致变化成ds-DNA。然后，例如，通过选择性地仅染色ds-DNA的荧光标记的处理通过使用由Molecular Probes生产的Pico-Green2-链DNA定量试剂进行，从而将荧光标记引入ds-DNA部。来自荧光标记的荧光的发光由光检测部21检测。 [0091] 在以上的例子中，以示踪材料作为DNA进行了说明，但是可以将诸如RNA(核糖核酸)、蛋白质和抗原物质等各种生物分子或各种化学物质用作示踪材料。此外，作为照射检测对象物S的照明光的例子，给出了激励光，并且作为从检测对象物S发出的检测对象光，给出了荧光，但是照明光和检测对象光不限于此。只要存在用任意光照射检测对象物S并且检测对象物S发出具有不同波长的任意光的关系，那么就可以应用本技术。 [0092] (关于通过等离子体激元吸收层进行的分散) [0093] 如上所述，等离子体激元吸收层32阻挡照明光并仅使检测对象光通过。即，等离子体激元吸收层32起到分光滤波器的作用。等离子体激元吸收层32具有金属纳米结构，即，由诸如金属纳米粒子等金属和金属纳米孔形成的纳米尺寸结构。 [0094] 等离子体激元吸收层32具有等离子体激元吸收性。等离子体激元指的是金属中的自由电子的集体振荡的量子。在金属纳米结构中，产生具有与块体金属不同的振荡的表面等离子体激元。表面等离子体激元和光之间的相互作用被称作表面等离子体激元共振，并且取决于金属种类、纳米结构形状(粒子形状、孔形状等)和纳米结构尺寸(粒径、孔径等)确定的特定波长的光电场和等离子体激元发生耦合，因此发生光吸收。 [0095] 具体地，在本实施方案中，可以使用具有由含有金、银和铜中的至少一种的纯金属或其合金形成的表面的金属纳米粒子。这包括由金、银或铜的纯金属制成的粒子、含有金、银和铜中至少一种的合金形成的粒子以及通过用由纯金属或合金制成的壳覆盖一些金属核或非金属核形成的核-壳型粒子。 [0096] 可取的是金属纳米粒子的粒径为1nm以上和150nm以下。在金属纳米粒子的粒径小于1nm的情况下，在金属纳米粒子中可以产生荧光。另外，在粒径超过150nm的情况下，光谱可能不适于分光滤波器。具体地，认为阻挡/透过波长的设计变得困难，例如，产生光谱的两个以上的透射峰。 [0097] 图4示出基于银纳米粒子的粒径的吸收光谱，图5示出基于金纳米粒子的粒径的吸收光谱。从图4发现，在银纳米粒子的大约400nm处产生最大吸收的波长范围，从图5发现，在金纳米粒子的大约520nm处产生最大吸收的波长范围。在银纳米粒子和金纳米粒子的情况下，取决于粒径，吸收的波长范围迁移，但是金属种类的不同影响更大。 [0098] 图6示出基于棒状金纳米粒子的粒径(棒长)的吸收光谱。图7示出棒状金纳米粒子(10nmx40nm)的TEM(透射电子显微镜)图片。如图6所示，在棒状金纳米粒子的情况下，取决于粒径，最大吸收的波长范围在500nm到1400nm之间变化。这样，通过适当地选择等离子体激元吸收层32中所含的金属纳米粒子的金属种类、粒子形状和粒径，可以将任意的波长范围设定为等离子体激元吸收层32的吸收的波长范围。 [0099] 如上所述，在本实施方案中，通过利用金属纳米结构的等离子体激元吸收性，将金属纳米结构的吸收波长范围设定为照明光的波长范围，因此等离子体激元吸收层32可以用作分光滤波器。 [0100] 将等离子体激元吸收层32用作分光滤波器相对于典型的多层膜滤波器或典型的有机色素系滤波器(滤色器)提供了以下优点。 [0101] 首先，可以减小获得充分分光特性所必需的厚度。图8示出为了实现波长为530nm的光的透射率为0.1％所必需的厚度。如图所示，使用金属纳米粒子的分光滤波器(含有金属纳米粒子的滤波器)具有比有机色素系滤波器和多层膜滤波器(TiO2/SiO2)更小的必需的厚度。因此，检测对象物S和光检测部21彼此靠近，因此可以防止在检测对象物S上产生的检测对象光被相邻的光检测部21检测到的现象(串扰)。 [0102] 此外，不产生作为在有机色素系滤波器的情况下的问题的自发荧光。自发荧光是分光滤波器本身被激励光激励而产生荧光的现象。如果产生自发荧光，那么自发荧光会混入在检测对象物上产生的荧光中，从而导致光检测部的测定精度的降低。 [0103] 图9是示出了含有金属纳米粒子的滤波器、有机色素系滤波器和硅基板的荧光测定结果的曲线图。硅基板用作参考，含有金属纳米粒子的滤波器通过用金属纳米粒子涂布硅基板获得。激励光的波长范围为510nm～550nm，荧光的检测波长为600nm以上。如图所示，发现在有机色素系滤波器上产生自发荧光，但是在含有金属纳米粒子的滤波器上未产生。这样，在使用根据本技术的金属纳米粒子的分光滤波器中，未产生自发荧光，因此可以高精度地测定检测对象光。 [0104] 此外，对于多层膜滤波器，必需层叠准确厚度的多个层。相比之下，对于等离子体激元吸收层32，只使用一层，而其厚度可以设定为不比多层膜滤波器准确。因此，通过将等离子体激元吸收层32用于分光滤波器，可以增大化学传感器3的生产性。 [0105] 另外，基于其中利用光的干涉的分光原理，多层膜滤波器对于在垂直于层的方向上的入射光具有分光功能，但是不能对在倾斜方向上的入射光进行有效的分散。相比之下，根据本实施方案的等离子体激元吸收层32相对于多层膜滤波器具有以下优点：允许有效分散的入射角更宽，不象多层膜滤波器，对入射角没有限制。 [0106] (化学传感器模块) [0107] 化学传感器3可以形成具有向化学传感器3发射照明光的照明光源的模块。图10是示出化学传感器模块100的示意图。如图所示，化学传感器模块100通过将照明光源 101与化学传感器3一体地连接而构成。从照明光源101发出的照明光入射到保持在保持面33a上的检测对象物S并使产生检测对象光。应当指出的是，根据本实施方案的等离子体激元吸收层32可以有效地分散相对于层在倾斜方向的入射光，因此这种光源可以用作照明光源101。 [0108] (化学传感器的制造方法) [0109] 下面将说明化学传感器3的制造方法(参照图1)。首先，在基板2的主面上，通过掩模进行离子注入及其后的热处理来形成由杂质区域形成的光检测部21、栅极绝缘膜(未示出)和栅电极(未示出)。然后，在其上形成有光检测部21的基板2上，通过CVD(化学气相沉积)法和溅射法等层叠保护绝缘层31。 [0110] 然后，在保护绝缘层31上，层叠等离子体激元吸收层32。在等离子体激元吸收层32由金属纳米粒子形成的情况下，其可以通过进行含有金属纳米粒子的树脂或金属纳米粒子溶液的旋涂、雾涂和喷墨法等来形成。此外，在等离子体激元吸收层32由金属纳米孔形成的情况下，其可以通过光刻等使金属膜图案化来形成。 [0111] 然后，在等离子体激元吸收层32上，层叠表面保护层33。表面保护层33可以通过CVD法和溅射法等层叠。应当指出的是，等离子体激元吸收层32也可以在层叠保护绝缘层31之后，进行PAD开口并进行后处理，然后在晶片上通过喷墨法层叠。 [0112] 如上所述，根据本实施方案，等离子体激元吸收层32用作分光滤波器，因此可以进行有效的分散，并且可以提供设置有具有高生产性的光学滤波器的化学传感器3。 [0113] (第二实施方案) [0114] 下面将说明根据本技术第二实施方案的化学物质检测装置。应当指出的是，在本实施方案中，与第一实施方案相同的结构由相同的附图标记表示，并且将省略对它们的说明。 [0115] 根据本实施方案的化学物质检测装置与根据第一实施方案的化学物质检测装置的不同之处在于化学传感器的结构。图11是示出根据本实施方案的化学传感器200的结构的示意图。 [0116] 如图11所示，化学传感器200除了其上形成有光检测部21的基板2、保护绝缘层31、等离子体激元吸收层32和表面保护层33之外还包括滤色层34。滤色层34层叠在保护绝缘层31和等离子体激元吸收层32之间，即，在等离子体激元吸收层32的下层侧。 [0117] 滤色层34由有机色素系树脂制成并通过其颜色分散入射光。滤色层34可以由具有与照明光和检测对象光的波长范围对应的合适分光特性的材料制成。 [0118] 如上所述，由有机色素系树脂制成的滤色器可以产生作为通过接收激励光照射产生的荧光的自发荧光。然而，在根据本实施方案的化学传感器200中，在滤色层34的上层中设置等离子体激元吸收层32，因此激励光被等离子体激元吸收层32阻挡，因此防止通过滤色层34产生自发荧光。 [0119] 另一方面，容易控制滤色器的吸收和透射波长。因而，通过将滤色层34设置在等离子体激元吸收层32的下层中，可以在防止产生自发荧光的同时进行与照明光和检测对象光的波长范围对应的分散。换句话说，等离子体激元吸收层32仅阻挡由滤色器34产生的自发荧光的波长范围即可，即，使用滤色器34，从而使得容易进行等离子体激元吸收层32的光学设计。 [0120] (第三实施方案) [0121] 下面将说明根据本技术第三实施方案的化学物质检测装置。应当指出的是，在本实施方案中，与第一实施方案相同的结构由相同的附图标记表示，并且将省略对它们的说明。 [0122] 根据本实施方案的化学物质检测装置与根据第一实施方案的化学物质检测装置的不同之处在于化学传感器的结构。图12是示出根据本实施方案的化学传感器300的结构的示意图。 [0123] 如图12所示，化学传感器300除了其上形成有光检测部21的基板2、保护绝缘层31、等离子体激元吸收层32和表面保护层33之外还包括多层膜滤波器层35。多层膜滤波器层35层叠在保护绝缘层31和等离子体激元吸收层32之间。另外，尽管未示出，但是多层膜滤波器层35可以层叠在等离子体激元吸收层32和保护绝缘层31之间。 [0124] 多层膜滤波器层35通过交替地层叠诸如TiO2和SiO2等多种材料形成，并通过光的干涉分散入射光。多层膜滤波器层35可以由具有与照明光和检测对象光的波长范围对应的合适分光特性的材料制成。 [0125] 在多层膜滤波器层35中，不象滤色器，不产生自发荧光，因此多层膜滤波器层35可以在等离子体激元吸收层32的上层形成，而不是在等离子体激元吸收层32的下层形成。通过使用多层膜滤波器层35，可以相互插入等离子体激元吸收层32和多层膜滤波器层35的分光特性并减少多层膜滤波器层35所需层的数量。 [0126] 本技术不限于以上实施方案并且在不超出本技术的精神的情况下可以进行修改。 [0127] 在上述实施方案中所述的等离子体激元吸收层，即，利用通过金属纳米结构的等离子体激元吸收性的分光滤波器可以用于除了化学传感器之外的其他装置。例如，等离子体激元吸收层可以用作用红外线照射测试者的手指并检测其反射和吸收等的位移的保健传感器的分光滤波器。 [0128] 应当指出的是，本技术可以采取以下构成 [0129] (1)一种化学传感器，包括： [0130] 其上形成有光检测部的基板；和 [0131] 层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构。 [0132] (2)根据(1)所述的化学传感器，还包括 [0133] 层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面。 [0134] (3)根据(1)或(2)所述的化学传感器，其中 [0135] 所述等离子体激元吸收层阻挡照射所述检测对象物的照明光并使在所述检测对象物上产生的检测对象光通过。 [0136] (4)根据(1)～(3)中任一项所述的化学传感器，其中 [0137] 所述照明光是激励光，以及 [0138] 所述检测对象光是荧光。 [0139] (5)根据(1)～(4)中任一项所述的化学传感器，其中 [0140] 所述等离子体激元吸收层含有金属纳米粒子。 [0141] (6)根据(1)～(5)中任一项所述的化学传感器，其中 [0142] 所述金属纳米粒子是具有由含有金、银和铜中的至少一种的纯金属及其合金中的一种形成的表面的粒子。 [0143] (7)根据(1)～(6)中任一项所述的化学传感器，其中 [0144] 所述金属纳米粒子具有1nm以上和150nm以下的粒径。 [0145] (8)根据(1)～(7)中任一项所述的化学传感器，还包括 [0146] 层叠在所述基板和所述等离子体激元吸收层之间的滤色层，所述滤色层由有机色素系材料制成。 [0147] (9)根据(1)～(8)中任一项所述的化学传感器，还包括 [0148] 通过层叠多种材料形成的多层膜滤波器层。 [0149] (10)根据(1)～(9)中任一项所述的化学传感器，其中 [0150] 所述保持面保持与将要检测的靶材料特异性结合的示踪材料。 [0151] (11)根据(1)～(10)中任一项所述的化学传感器，其中 [0152] 所述示踪材料是DNA、RNA、蛋白质和抗原物质中的一种。 [0153] (12)一种化学传感器模块，包括： [0154] 化学传感器，所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面；和 [0155] 用照明光照射所述保持面的照明光源。 [0156] (13)一种化学物质检测装置，包括： [0157] 化学传感器，所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面；和 [0158] 信号处理电路，所述信号处理电路与所述化学传感器连接并处理所述光检测部的输出信号。 [0159] (14)一种化学物质检测方法，包括： [0160] 准备化学传感器，所述化学传感器包括其上形成有光检测部的基板、层叠在所述基板上的等离子体激元吸收层和层叠在所述等离子体激元吸收层上的表面层，所述等离子体激元吸收层具有产生等离子体激元吸收性的金属纳米结构，所述表面层具有其上保持检测对象物的保持面； [0161] 使示踪材料保持在所述保持面上； [0162] 使样品与所述保持面接触并使所述样品中包含的靶材料与所述示踪材料结合以形成检测对象物； [0163] 用照明光照射所述保持面；以及 [0164] 经接收所述照明光，由于在所述检测对象物上的所述示踪材料和所述靶材料的结合产生的检测对象光由所述光检测部检测。 [0165] (15)根据(14)所述的化学物质检测方法，其中 [0166] 所述照明光是激励光，以及 [0167] 所述检测对象光是荧光。 [0168] (16)根据(14)或(15)所述的化学物质检测方法，其中 [0169] 在荧光的检测步骤中，由预先用荧光标记的所述靶材料和所述示踪材料的相互作用引起的荧光的波长和亮度的变化由所述光检测部检测。 [0170] (17)根据(14)～(16)中任一项所述的化学物质检测方法，其中 [0171] 在荧光的检测步骤中，由预先用荧光标记并与所述示踪材料结合的靶材料产生的荧光由所述光检测部检测。 [0172] (18)根据(14)～(17)中任一项所述的化学物质检测方法，其中 [0173] 在荧光的检测步骤中，对所述示踪材料和所述靶材料的结合体进行荧光标记，并且荧光由所述光检测部检测。 [0174] 附图标记说明 [0175] 1 化学物质检测装置 [0176] 2 基板 [0177] 3 化学传感器 [0178] 21 光检测部 [0179] 31 保护绝缘层 [0180] 32 等离子体激元吸收层 [0181] 33 表面保护层 [0182] 33a 保持面 [0183] 34 滤色层 [0184] 35 多层膜滤波器层 [0185] 100 化学传感器模块 [0186] 101 照明光 [0187] 200 化学传感器 [0188] 300 化学传感器