ナノスペーサーを用いた光学センサー、及び光学センサーを用いた検出方法
【課題】ナノスペーサーを用いた光学センサー、及び光学センサーを用いた検出方法を提供する。
【解決手段】本発明によるナノスペーサーを用いた光学センサーは、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーと、ナノスペーサーの片側に結合された第１の物体と、ナノスペーサーの他側に結合された第２の物体と、第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出する検出部とを含むことができる。従って、外部刺激によってその長さが可逆的に変化するナノスペーサーを用いてナノ粒子間の光学的な特性、即ち、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動、局在表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン分光といった光学的な現象を能動的に制御することができる。また、前記ナノスペーサーを用いて蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動、局在表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン分光等を感知原理とする光学的センサーの感知限界を向上させることができる。
【解決手段】本発明によるナノスペーサーを用いた光学センサーは、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーと、ナノスペーサーの片側に結合された第１の物体と、ナノスペーサーの他側に結合された第２の物体と、第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出する検出部とを含むことができる。従って、外部刺激によってその長さが可逆的に変化するナノスペーサーを用いてナノ粒子間の光学的な特性、即ち、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動、局在表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン分光といった光学的な現象を能動的に制御することができる。また、前記ナノスペーサーを用いて蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動、局在表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン分光等を感知原理とする光学的センサーの感知限界を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノスペーサーを用いた光学センサー、及び光学センサーを用いた検出方法に関し、さらに詳しくは、外部刺激によって光学的特性を制御及び検出できるナノスペーサーを用いた光学センサー、及び光学センサーを用いた検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）とは、物質が光の刺激によって発光する現象のことである。光エネルギーを受けた物質が、入射光の波長よりも長い波長（即ち、元よりも低いエネルギー）を有する光を発するものであって、反射とは異なる。入射光を取り除いても発光し続けることを燐光と、照射光を取り除くとすぐ消滅してしまうことを蛍光と区分する。
【０００３】
蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ：Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）とは、一対のエネルギー受容体及びエネルギー供与体、特異結合をする一対の生体分子の特性を活用したものである。
【０００４】
即ち、短波長蛍光物質（ｓｈｏｒｔｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｙｅ）であるエネルギー供与体（ｄｏｎｏｒ）が外部からエネルギーを吸収すると、供与体の励起エネルギーが光エネルギーとして放出される代わりに、長波長蛍光物質（ｌｏｎｇｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｄｙｅ）であるエネルギー受容体（ａｃｃｅｐｔｏｒ）に無発光で（ｒａｄｉａｔｉｏｎｌｅｓｓ）伝達され、受容体の長波長蛍光のみが放出される現象をいう。
【０００５】
表面プラズモン（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ）とは、金属と誘電体の境界面に沿って進行する表面電磁波のことである。このような表面プラズモンは金属の表面や構造の変化によって強化可能であり、これは生分子分析技術及び光素子開発に応用されることができる。
【０００６】
表面プラズモンの一例である局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）とは、金属ナノ粒子のサイズと形状、及び周辺媒質の分散特性（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）によって入射光のエネルギーを選択的に吸収、散乱する現象のことである。これは、光エネルギーが表面プラズモンに吸収、変換され、金属ナノ粒子表面に形成された電場が局所的に大きく歪曲、強化されたことを示し、さらに、光の回折限界よりも小さい領域、即ち、近接場（ｎｅａｒｆｉｅｌｄ）において光の制御が可能であることも意味する。
【０００７】
ラマン分光効果（Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）とは、分子の振動数（ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）に関する情報を提供することでよく知られている技術である。また、表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）とは、金属表面の周辺に分子が存在する場合、ラマン信号が大きく増加する現象のことである。
【０００８】
ラマン分光効果は蛍光に比べて信号の強さが弱いため、実生活には応用しにくいという問題もあるが、表面増強ラマン分光を用いることにより克服することができる。
【０００９】
一般的に表面増強ラマン分光現象は、銀や金のナノ粒子の表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によって周辺に分子が存在する時に現れると知られている。
【００１０】
また、一般的に、蛍光粒子の蛍光及び消光（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）、蛍光共鳴エネルギー移動、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン分光等は、ナノ粒子間、または、粒子に近接している金属／誘電体表面との距離に非常に敏感であるという共通点がある。
【００１１】
しかし、上記ナノ粒子間の距離を決める媒質は、一般的にその長さが固定されており、ナノ粒子間のエネルギー移動条件を能動的に調節できないという短所がある。
【００１２】
即ち、ナノ粒子間のエネルギー移動条件を能動的に調節できる光学センサー、特に、固定された長さを有する通常のスペーサーの短所を解決するために、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長のような外部の刺激に対してその長さを可逆的に変化できるナノスペーサーを用いた光学センサーが必要となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許公開２００７-０６８３８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、外部刺激によって光学的特性を制御及び検出できるナノスペーサーを用いた光学センサーを提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、外部刺激によって光学的特性を制御及び検出できる光学センサーを用いた検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した本発明の目的を達成するためのナノスペーサーを用いた光学センサーとしては、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーと、上記ナノスペーサーの片側に結合された第１の物体と、上記ナノスペーサーの他側に結合された第２の物体と、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出する検出部と、を含んで構成されることができる。
【００１７】
ここで、上記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることができる。
【００１８】
ここで、上記外部刺激は、ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することができる。
【００１９】
ここで、上記ナノスペーサーのサイズの変化によって上記第１の物体及び上記第２の物体間の長さは変化することができる。
【００２０】
ここで、上記ナノスペーサーは、重合体（ｐｏｌｙｍｅｒ）及びハイドロゲル（ｈｙｄｒｏ ｇｅｌ）の少なくとも１つを含んで形成されることができる。
【００２１】
ここで、上記ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍ（ｐｏｌｙ Ｎ ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）であることができる。
【００２２】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用は、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることができる。
【００２３】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることができる。
【００２４】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体は蛍光体であり、上記第２の物体は金属ナノ粒子であることができる。
【００２５】
ここで、上記検出部は、上記ナノスペーサーのサイズの変化による上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することができる。
【００２６】
上述した本発明の他の目的を達成するための光学センサーを用いた検出方法としては、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーの片側に第１の物体を結合し、上記ナノスペーサーの他側に第２の物体を結合するステップと、上記結合されたナノスペーサーに上記外部刺激を印加するステップと、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出するステップと、を含んで構成されることができる。
【００２７】
ここで、上記ナノスペーサーは、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されることができる。
【００２８】
ここで、上記ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍであることができる。
【００２９】
ここで、上記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることができる。
【００３０】
ここで、上記外部刺激は、ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することができる。
【００３１】
ここで、上記外部刺激を印加するステップにおいて上記外部刺激は、周期的に変化することができる。
【００３２】
ここで、上記放出される光を検出するステップは、上記外部刺激の変化による上記放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することができる。
【００３３】
ここで、上記放出される光を検出するステップにおいて上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用は、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることができる。
【００３４】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることができる。
【００３５】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体は蛍光体であり、上記第２の物体は金属ナノ粒子であることができる。
【発明の効果】
【００３６】
上記のようなナノスペーサーを用いた光学センサー、及び光学センサーを用いた検出方法によると、外部刺激によってその長さが可逆的に変化するナノスペーサーを用いナノ粒子間の光学的な特性、即ち、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）といった光学的な現象を能動的に制御することができる。
【００３７】
また、上記ナノスペーサーを用いて蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）等を感知原理とする光学的センサーの感知限界を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーを説明するための例示図である。
【図２】本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーで蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を説明するための例示図である。
【図３】本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーにおいて局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を説明するための例示図である。
【図４】本発明の一実施例による光学センサーを用いた検出方法を説明するための流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は様々な変更を加えることができ、且つ様々な実施例を有することができるが、下記では特定の実施例を図面に例示して詳細に説明する。
【００４０】
しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解しなければならない。
【００４１】
「第１」、「第２」等の用語は多様な構成要素を説明するのに使われるが、上記構成要素は上記用語によって限定されるものではない。上記用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ用いられる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱することなく、第１構成要素は第２構成要素として命名することができ、同様に第２構成要素も第１構成要素として命名することができる。「及び／または」という用語は複数の関連した記載項目の組み合わせまたは複数の関連した記載項目のうち何れかの項目を含む。
【００４２】
また、ある構成要素が他の構成要素に「連結されている」あるいは「接続されている」という時には、他の構成要素に直接連結されている、または接続されていることもできるが、その間に他の構成要素が存在することもできると理解しなければならない。その反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されている」あるいは「直接接続されている」という時には、その間に他の構成要素が存在しないこととして理解しなければならない。
【００４３】
本出願に用いられた用語は単に特定の実施形態を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は文脈上明らかに異なる場合を除き、複数の表現を含む。本出願において「含む」または「有する」等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものが存在するということを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除するものではないとして理解しなければならない。
【００４４】
他に定義しない限り、技術的または科学的用語を含んで、ここで用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる辞書に定義しているものと同じ用語は関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈すべきであり、本出願で明らかに定義しない限り、理想的もしくは過度に形式的な意味に解釈されない。
【００４５】
以下、添付した図面を参照し本発明の好ましい実施例についてさらに詳細に説明する。本発明を説明するにあたって、全体的な理解を容易にするために、図面上の同じ構成要素については同じ参照符号を付し、同じ構成要素に対する重複説明は省略する。
【００４６】
図１は、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーを説明するための例示図である。
【００４７】
図１を参照すると、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサー１００は、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサー１１０と、上記ナノスペーサーの片側に結合された第１の物体１２０と、上記ナノスペーサーの他側に結合された第２の物体１３０と、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出する検出部１４０と、を含んで構成することができる。
【００４８】
先ず、上記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることができ、上記温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長等の外部刺激は、それぞれ上記ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することができる。
【００４９】
上記ナノスペーサー１１０は、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されることができ、特に、ＰＮＩＰＡＡｍで構成されることができる。
【００５０】
上記第１の物体１２０及び第２の物体１３０は、それぞれ蛍光体及び金属ナノ粒子であることができる。これによって、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用は蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることができる。
【００５１】
詳述すると、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることができ、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体は蛍光体であり、上記第２の物体は金属ナノ粒子であることができる。
【００５２】
上記検出部１４０は、上記ナノスペーサーのサイズの変化による上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することができる。
【００５３】
即ち、上記ナノスペーサー１１０、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０の結合体に対して、上記外部刺激を印加し、ここで外部刺激は上記ナノスペーサーのサイズを変化させることができる。
【００５４】
上記ナノスペーサー１１０のサイズの変化によって、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が変化することができ、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離変化によって、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）現象による光の強さが変化する特性を検出することができる。
【００５５】
図２は、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーにおいて蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を説明するための例示図である。
【００５６】
図２を参照すると、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサー１００において、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用が蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）で表される場合について説明する。ここで、上記第１の物体１２０は蛍光体であることができ、上記第２の物体１３０も蛍光体であることができる。
【００５７】
上記外部刺激の印加前は、図２（ａ）のように、ナノスペーサーによる上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が大きく維持でき、これによって上記第１の物体１２０から上記第２の物体１３０に蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）がなく、上記第１の物体１２０の散乱または蛍光光の強さが減らないことを検出することができる。
【００５８】
しかし、上記外部刺激の印加後は、図２（ｂ）のように、ナノスペーサーによる上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が縮まり、これによって上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用により上記第１の物体１２０から上記第２の物体１３０に蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）が起きる消光現象が発生するようになる。即ち、上記蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）現象によって放出される光の強さが小さくなることを検出するようになる。
【００５９】
上記のような外部刺激の変化によって、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）現象によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出できるため、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用の特性を検出することができるものである。
【００６０】
図３は、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーにおいて局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を説明するための例示図である。
【００６１】
図３を参照すると、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサー１００において、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）で表される場合について説明する。ここで、上記第１の物体１２０は蛍光体であることができ、上記第２の物体１３０は金属ナノ粒子であることができる。
【００６２】
上記外部刺激の印加前は、図３（ａ）のように、ナノスペーサーによる上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が大きく維持でき、これによって上記第１の物体１２０から上記第２の物体１３０に非放射型エネルギー移動（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ）がなく、上記第１の物体１２０の散乱または蛍光光の強さが減らないことを検出することができる。
【００６３】
しかし、上記外部刺激の印加後は、図３（ｂ）のように、ナノスペーサーによる上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が縮まり、これによって上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用により上記第１の物体１２０から上記第２の物体１３０に非放射型エネルギー移動が起きるようになり、上記第１の物体のエネルギー（即ち、波長）が、上記第２の物体、即ち、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）エネルギー（即ち、共鳴波長）に相応する場合、第２の物体１３０から放出される光の強さが大きいことを検出することができる。
【００６４】
上記のような外部刺激の変化によって、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）現象によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出できるため、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用の特性を検出することができるものである。
【００６５】
図４は、本発明の一実施例による光学センサーを用いた検出方法を説明するための流れ図である。
【００６６】
図４を参照すると、本発明の一実施例による光学センサーを用いた検出方法は外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーの片側に第１の物体を結合し、上記ナノスペーサーの他側に第２の物体を結合するステップ４１０と、上記結合されたナノスペーサーに上記外部刺激を印加するステップ４２０と、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出するステップと４３０、を含んで構成されることができる。
【００６７】
先ず、ナノスペーサーは、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されるものであることができ、ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍであることができる。
【００６８】
次いで、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーの片側に第１の物体を結合し、上記ナノスペーサーの他側に第２の物体を結合するステップ４１０は、上記ナノスペーサーを用いた光学センサーにおいて上述したので詳しい説明は省略する。
【００６９】
次いで、上記結合されたナノスペーサーに上記外部刺激を印加するステップ４２０は、上記ナノスペーサー、上記第１の物体及び上記第２の物体の結合体に温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つの外部刺激を印加することができる。
【００７０】
ここで、上記外部刺激は、それぞれナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有するものであることができ、特に、上記外部刺激を印加するステップ４２０において、上記外部刺激は周期的に変化するものであることができる。これにより、外部刺激の変化による特性を観察することができる。
【００７１】
次いで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出するステップ４３０は、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することができる。
【００７２】
特に、上記放出される光を検出するステップ４３０において、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用は蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることができる。
【００７３】
これによって、検出に適合するよう、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合は上記第１の物体及び第２の物体として蛍光体を用いることができ、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合は上記第１の物体として蛍光体、上記第２の物体として金属ナノ粒子を用いることができる。
【００７４】
以上、実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正及び変更可能であることが理解できるはずである。
【符号の説明】
【００７５】
１００ ナノスペーサーを用いた光学センサー
１１０ ナノスペーサー
１２０ 第１の物体
１３０ 第２の物体
１４０ 検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノスペーサーを用いた光学センサー、及び光学センサーを用いた検出方法に関し、さらに詳しくは、外部刺激によって光学的特性を制御及び検出できるナノスペーサーを用いた光学センサー、及び光学センサーを用いた検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）とは、物質が光の刺激によって発光する現象のことである。光エネルギーを受けた物質が、入射光の波長よりも長い波長（即ち、元よりも低いエネルギー）を有する光を発するものであって、反射とは異なる。入射光を取り除いても発光し続けることを燐光と、照射光を取り除くとすぐ消滅してしまうことを蛍光と区分する。
【０００３】
蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ：Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）とは、一対のエネルギー受容体及びエネルギー供与体、特異結合をする一対の生体分子の特性を活用したものである。
【０００４】
即ち、短波長蛍光物質（ｓｈｏｒｔｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｙｅ）であるエネルギー供与体（ｄｏｎｏｒ）が外部からエネルギーを吸収すると、供与体の励起エネルギーが光エネルギーとして放出される代わりに、長波長蛍光物質（ｌｏｎｇｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｄｙｅ）であるエネルギー受容体（ａｃｃｅｐｔｏｒ）に無発光で（ｒａｄｉａｔｉｏｎｌｅｓｓ）伝達され、受容体の長波長蛍光のみが放出される現象をいう。
【０００５】
表面プラズモン（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ）とは、金属と誘電体の境界面に沿って進行する表面電磁波のことである。このような表面プラズモンは金属の表面や構造の変化によって強化可能であり、これは生分子分析技術及び光素子開発に応用されることができる。
【０００６】
表面プラズモンの一例である局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）とは、金属ナノ粒子のサイズと形状、及び周辺媒質の分散特性（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）によって入射光のエネルギーを選択的に吸収、散乱する現象のことである。これは、光エネルギーが表面プラズモンに吸収、変換され、金属ナノ粒子表面に形成された電場が局所的に大きく歪曲、強化されたことを示し、さらに、光の回折限界よりも小さい領域、即ち、近接場（ｎｅａｒｆｉｅｌｄ）において光の制御が可能であることも意味する。
【０００７】
ラマン分光効果（Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）とは、分子の振動数（ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）に関する情報を提供することでよく知られている技術である。また、表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）とは、金属表面の周辺に分子が存在する場合、ラマン信号が大きく増加する現象のことである。
【０００８】
ラマン分光効果は蛍光に比べて信号の強さが弱いため、実生活には応用しにくいという問題もあるが、表面増強ラマン分光を用いることにより克服することができる。
【０００９】
一般的に表面増強ラマン分光現象は、銀や金のナノ粒子の表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によって周辺に分子が存在する時に現れると知られている。
【００１０】
また、一般的に、蛍光粒子の蛍光及び消光（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）、蛍光共鳴エネルギー移動、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴及び表面増強ラマン分光等は、ナノ粒子間、または、粒子に近接している金属／誘電体表面との距離に非常に敏感であるという共通点がある。
【００１１】
しかし、上記ナノ粒子間の距離を決める媒質は、一般的にその長さが固定されており、ナノ粒子間のエネルギー移動条件を能動的に調節できないという短所がある。
【００１２】
即ち、ナノ粒子間のエネルギー移動条件を能動的に調節できる光学センサー、特に、固定された長さを有する通常のスペーサーの短所を解決するために、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長のような外部の刺激に対してその長さを可逆的に変化できるナノスペーサーを用いた光学センサーが必要となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許公開２００７-０６８３８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、外部刺激によって光学的特性を制御及び検出できるナノスペーサーを用いた光学センサーを提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、外部刺激によって光学的特性を制御及び検出できる光学センサーを用いた検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した本発明の目的を達成するためのナノスペーサーを用いた光学センサーとしては、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーと、上記ナノスペーサーの片側に結合された第１の物体と、上記ナノスペーサーの他側に結合された第２の物体と、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出する検出部と、を含んで構成されることができる。
【００１７】
ここで、上記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることができる。
【００１８】
ここで、上記外部刺激は、ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することができる。
【００１９】
ここで、上記ナノスペーサーのサイズの変化によって上記第１の物体及び上記第２の物体間の長さは変化することができる。
【００２０】
ここで、上記ナノスペーサーは、重合体（ｐｏｌｙｍｅｒ）及びハイドロゲル（ｈｙｄｒｏ ｇｅｌ）の少なくとも１つを含んで形成されることができる。
【００２１】
ここで、上記ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍ（ｐｏｌｙ Ｎ ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）であることができる。
【００２２】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用は、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることができる。
【００２３】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることができる。
【００２４】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体は蛍光体であり、上記第２の物体は金属ナノ粒子であることができる。
【００２５】
ここで、上記検出部は、上記ナノスペーサーのサイズの変化による上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することができる。
【００２６】
上述した本発明の他の目的を達成するための光学センサーを用いた検出方法としては、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーの片側に第１の物体を結合し、上記ナノスペーサーの他側に第２の物体を結合するステップと、上記結合されたナノスペーサーに上記外部刺激を印加するステップと、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出するステップと、を含んで構成されることができる。
【００２７】
ここで、上記ナノスペーサーは、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されることができる。
【００２８】
ここで、上記ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍであることができる。
【００２９】
ここで、上記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることができる。
【００３０】
ここで、上記外部刺激は、ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することができる。
【００３１】
ここで、上記外部刺激を印加するステップにおいて上記外部刺激は、周期的に変化することができる。
【００３２】
ここで、上記放出される光を検出するステップは、上記外部刺激の変化による上記放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することができる。
【００３３】
ここで、上記放出される光を検出するステップにおいて上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用は、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることができる。
【００３４】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることができる。
【００３５】
ここで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体は蛍光体であり、上記第２の物体は金属ナノ粒子であることができる。
【発明の効果】
【００３６】
上記のようなナノスペーサーを用いた光学センサー、及び光学センサーを用いた検出方法によると、外部刺激によってその長さが可逆的に変化するナノスペーサーを用いナノ粒子間の光学的な特性、即ち、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）といった光学的な現象を能動的に制御することができる。
【００３７】
また、上記ナノスペーサーを用いて蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）等を感知原理とする光学的センサーの感知限界を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーを説明するための例示図である。
【図２】本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーで蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を説明するための例示図である。
【図３】本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーにおいて局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を説明するための例示図である。
【図４】本発明の一実施例による光学センサーを用いた検出方法を説明するための流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は様々な変更を加えることができ、且つ様々な実施例を有することができるが、下記では特定の実施例を図面に例示して詳細に説明する。
【００４０】
しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解しなければならない。
【００４１】
「第１」、「第２」等の用語は多様な構成要素を説明するのに使われるが、上記構成要素は上記用語によって限定されるものではない。上記用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ用いられる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱することなく、第１構成要素は第２構成要素として命名することができ、同様に第２構成要素も第１構成要素として命名することができる。「及び／または」という用語は複数の関連した記載項目の組み合わせまたは複数の関連した記載項目のうち何れかの項目を含む。
【００４２】
また、ある構成要素が他の構成要素に「連結されている」あるいは「接続されている」という時には、他の構成要素に直接連結されている、または接続されていることもできるが、その間に他の構成要素が存在することもできると理解しなければならない。その反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されている」あるいは「直接接続されている」という時には、その間に他の構成要素が存在しないこととして理解しなければならない。
【００４３】
本出願に用いられた用語は単に特定の実施形態を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は文脈上明らかに異なる場合を除き、複数の表現を含む。本出願において「含む」または「有する」等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものが存在するということを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除するものではないとして理解しなければならない。
【００４４】
他に定義しない限り、技術的または科学的用語を含んで、ここで用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる辞書に定義しているものと同じ用語は関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈すべきであり、本出願で明らかに定義しない限り、理想的もしくは過度に形式的な意味に解釈されない。
【００４５】
以下、添付した図面を参照し本発明の好ましい実施例についてさらに詳細に説明する。本発明を説明するにあたって、全体的な理解を容易にするために、図面上の同じ構成要素については同じ参照符号を付し、同じ構成要素に対する重複説明は省略する。
【００４６】
図１は、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーを説明するための例示図である。
【００４７】
図１を参照すると、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサー１００は、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサー１１０と、上記ナノスペーサーの片側に結合された第１の物体１２０と、上記ナノスペーサーの他側に結合された第２の物体１３０と、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出する検出部１４０と、を含んで構成することができる。
【００４８】
先ず、上記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることができ、上記温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長等の外部刺激は、それぞれ上記ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することができる。
【００４９】
上記ナノスペーサー１１０は、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されることができ、特に、ＰＮＩＰＡＡｍで構成されることができる。
【００５０】
上記第１の物体１２０及び第２の物体１３０は、それぞれ蛍光体及び金属ナノ粒子であることができる。これによって、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用は蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることができる。
【００５１】
詳述すると、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることができ、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、上記第１の物体は蛍光体であり、上記第２の物体は金属ナノ粒子であることができる。
【００５２】
上記検出部１４０は、上記ナノスペーサーのサイズの変化による上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することができる。
【００５３】
即ち、上記ナノスペーサー１１０、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０の結合体に対して、上記外部刺激を印加し、ここで外部刺激は上記ナノスペーサーのサイズを変化させることができる。
【００５４】
上記ナノスペーサー１１０のサイズの変化によって、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が変化することができ、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離変化によって、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）現象による光の強さが変化する特性を検出することができる。
【００５５】
図２は、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーにおいて蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）を説明するための例示図である。
【００５６】
図２を参照すると、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサー１００において、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用が蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）で表される場合について説明する。ここで、上記第１の物体１２０は蛍光体であることができ、上記第２の物体１３０も蛍光体であることができる。
【００５７】
上記外部刺激の印加前は、図２（ａ）のように、ナノスペーサーによる上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が大きく維持でき、これによって上記第１の物体１２０から上記第２の物体１３０に蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）がなく、上記第１の物体１２０の散乱または蛍光光の強さが減らないことを検出することができる。
【００５８】
しかし、上記外部刺激の印加後は、図２（ｂ）のように、ナノスペーサーによる上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が縮まり、これによって上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用により上記第１の物体１２０から上記第２の物体１３０に蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）が起きる消光現象が発生するようになる。即ち、上記蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）現象によって放出される光の強さが小さくなることを検出するようになる。
【００５９】
上記のような外部刺激の変化によって、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）現象によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出できるため、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用の特性を検出することができるものである。
【００６０】
図３は、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサーにおいて局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を説明するための例示図である。
【００６１】
図３を参照すると、本発明の一実施例によるナノスペーサーを用いた光学センサー１００において、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）で表される場合について説明する。ここで、上記第１の物体１２０は蛍光体であることができ、上記第２の物体１３０は金属ナノ粒子であることができる。
【００６２】
上記外部刺激の印加前は、図３（ａ）のように、ナノスペーサーによる上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が大きく維持でき、これによって上記第１の物体１２０から上記第２の物体１３０に非放射型エネルギー移動（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ）がなく、上記第１の物体１２０の散乱または蛍光光の強さが減らないことを検出することができる。
【００６３】
しかし、上記外部刺激の印加後は、図３（ｂ）のように、ナノスペーサーによる上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の距離が縮まり、これによって上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用により上記第１の物体１２０から上記第２の物体１３０に非放射型エネルギー移動が起きるようになり、上記第１の物体のエネルギー（即ち、波長）が、上記第２の物体、即ち、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）エネルギー（即ち、共鳴波長）に相応する場合、第２の物体１３０から放出される光の強さが大きいことを検出することができる。
【００６４】
上記のような外部刺激の変化によって、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）現象によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出できるため、上記第１の物体１２０及び上記第２の物体１３０間の相互作用の特性を検出することができるものである。
【００６５】
図４は、本発明の一実施例による光学センサーを用いた検出方法を説明するための流れ図である。
【００６６】
図４を参照すると、本発明の一実施例による光学センサーを用いた検出方法は外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーの片側に第１の物体を結合し、上記ナノスペーサーの他側に第２の物体を結合するステップ４１０と、上記結合されたナノスペーサーに上記外部刺激を印加するステップ４２０と、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出するステップと４３０、を含んで構成されることができる。
【００６７】
先ず、ナノスペーサーは、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されるものであることができ、ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍであることができる。
【００６８】
次いで、外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーの片側に第１の物体を結合し、上記ナノスペーサーの他側に第２の物体を結合するステップ４１０は、上記ナノスペーサーを用いた光学センサーにおいて上述したので詳しい説明は省略する。
【００６９】
次いで、上記結合されたナノスペーサーに上記外部刺激を印加するステップ４２０は、上記ナノスペーサー、上記第１の物体及び上記第２の物体の結合体に温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つの外部刺激を印加することができる。
【００７０】
ここで、上記外部刺激は、それぞれナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有するものであることができ、特に、上記外部刺激を印加するステップ４２０において、上記外部刺激は周期的に変化するものであることができる。これにより、外部刺激の変化による特性を観察することができる。
【００７１】
次いで、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出するステップ４３０は、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することができる。
【００７２】
特に、上記放出される光を検出するステップ４３０において、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用は蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることができる。
【００７３】
これによって、検出に適合するよう、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合は上記第１の物体及び第２の物体として蛍光体を用いることができ、上記第１の物体及び上記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合は上記第１の物体として蛍光体、上記第２の物体として金属ナノ粒子を用いることができる。
【００７４】
以上、実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正及び変更可能であることが理解できるはずである。
【符号の説明】
【００７５】
１００ ナノスペーサーを用いた光学センサー
１１０ ナノスペーサー
１２０ 第１の物体
１３０ 第２の物体
１４０ 検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーと、
前記ナノスペーサーの片側に結合された第１の物体と、
前記ナノスペーサーの他側に結合された第２の物体と、
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出する検出部と
を含むことを特徴とする光学センサー。
【請求項２】
前記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項３】
前記外部刺激は、ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することを特徴とする請求項２に記載の光学センサー。
【請求項４】
前記ナノスペーサーのサイズの変化によって前記第１の物体及び前記第２の物体間の長さが変化することを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項５】
前記ナノスペーサーは、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項６】
前記ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍであることを特徴とする請求項５に記載の光学センサー。
【請求項７】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用は、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項８】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、前記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることを特徴とする請求項７に記載の光学センサー。
【請求項９】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、前記第１の物体は蛍光体であり、前記第２の物体は金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項７に記載の光学センサー。
【請求項１０】
前記検出部は、前記ナノスペーサーのサイズの変化による前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項１１】
光学センサーを用いた検出方法であって、
外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーの片側に第１の物体を結合し、前記ナノスペーサーの他側に第２の物体を結合するステップと、
前記結合されたナノスペーサーに前記外部刺激を印加するステップと、
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記ナノスペーサーは、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記外部刺激は、ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記外部刺激を印加するステップにおいて前記外部刺激は、周期的に変化することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記放出される光を検出するステップは、前記外部刺激の変化による前記放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記放出される光を検出するステップにおいて前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用は、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、前記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、前記第１の物体は蛍光体であり、前記第２の物体は金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーと、
前記ナノスペーサーの片側に結合された第１の物体と、
前記ナノスペーサーの他側に結合された第２の物体と、
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出する検出部と
を含むことを特徴とする光学センサー。
【請求項２】
前記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項３】
前記外部刺激は、ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することを特徴とする請求項２に記載の光学センサー。
【請求項４】
前記ナノスペーサーのサイズの変化によって前記第１の物体及び前記第２の物体間の長さが変化することを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項５】
前記ナノスペーサーは、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項６】
前記ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍであることを特徴とする請求項５に記載の光学センサー。
【請求項７】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用は、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項８】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、前記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることを特徴とする請求項７に記載の光学センサー。
【請求項９】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、前記第１の物体は蛍光体であり、前記第２の物体は金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項７に記載の光学センサー。
【請求項１０】
前記検出部は、前記ナノスペーサーのサイズの変化による前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用によって放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項１１】
光学センサーを用いた検出方法であって、
外部刺激によってサイズが可逆的に変化するナノスペーサーの片側に第１の物体を結合し、前記ナノスペーサーの他側に第２の物体を結合するステップと、
前記結合されたナノスペーサーに前記外部刺激を印加するステップと、
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用によって放出される光を検出するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記ナノスペーサーは、重合体及びハイドロゲルの少なくとも１つを含んで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノスペーサーは、ＰＮＩＰＡＡｍであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記外部刺激は、温度、湿度、ｐＨ、光の強さ及び光の波長の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記外部刺激は、ナノスペーサーのサイズが変化する臨界条件を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記外部刺激を印加するステップにおいて前記外部刺激は、周期的に変化することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記放出される光を検出するステップは、前記外部刺激の変化による前記放出される光の強さの変化及び光の波長の変化の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記放出される光を検出するステップにおいて前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用は、蛍光、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用が蛍光及び蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）のいずれかで表される場合、前記第１の物体及び第２の物体は蛍光体であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の物体及び前記第２の物体間の相互作用が局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）及び表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）のいずれかで表される場合、前記第１の物体は蛍光体であり、前記第２の物体は金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−８１００２（Ｐ２０１１−８１００２Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９６９７（Ｐ２０１０−２２９６９７）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（５９６１８００７６）韓國電子通信研究院 (733)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
【住所又は居所原語表記】１６１ Ｋａｊｏｎｇ−ｄｏｎｇ， Ｙｕｓｏｎｇ−ｇｕ， Ｔａｅｊｏｎ ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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