比色センサセル、比色センサおよび比色センサセルの製造方法
【課題】検出感度に優れる比色センサセルおよび比色センサを提供すること。
【解決手段】検知部３０と、検知部３０に隣接するサンプル配置部３１とを備える比色センサセル１において、検知部３０に、第１樹脂からなるアンダークラッド層３と、第２樹脂からなり、アンダークラッド層３に被覆されるコア層４とを備える光導波路を備えて、コア層４のアンダークラッド層３と接触する表層に、第１樹脂が第２樹脂に浸透されている樹脂混合層２３を形成する。
【解決手段】検知部３０と、検知部３０に隣接するサンプル配置部３１とを備える比色センサセル１において、検知部３０に、第１樹脂からなるアンダークラッド層３と、第２樹脂からなり、アンダークラッド層３に被覆されるコア層４とを備える光導波路を備えて、コア層４のアンダークラッド層３と接触する表層に、第１樹脂が第２樹脂に浸透されている樹脂混合層２３を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比色センサセル、比色センサおよび比色センサセルの製造方法、詳しくは、光導波路を備える比色センサセル、その比色センサセルを備える比色センサ、および、その比色センサセルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学分析や生物化学分析などの分野において、サンプルの濃度や、その変化を検出するセンサとして、比色センサが用いられている。
【０００３】
このような比色センサとしては、例えば、ガラス基板上に形成された光導波層と、その光導波層の上に形成された、被検知ガスに反応して吸収スペクトルが変化する反応膜と、光取り出し用の直角プリズムと備えるセンサチップが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載のセンサチップにおいて、反応膜は、被検知ガスと反応し、被検知ガスの濃度に依存して、色変化を生じる。
【０００５】
このようなセンサチップの光導波層に光が導入されると、その導波光は、光導波層内において全反射を繰り返しながら進行するとともに、光導波層の表面にエバネッセント波を染み出させる。このとき、エバネッセント波の一部が反応膜に吸収されるため、光導波層から直角プリズムを用いて出力される光の強度が、低下する。
【０００６】
反応膜による光（エバネッセント波）の吸収は、反応膜の変色の度合い、すなわち、被検知ガスの濃度に依存するため、導波光の出力強度を測定することにより、被検知ガスの濃度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２５０８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したような比色センサは、反応膜を用いたガス検知の他、例えば、濃度により色変化を生じる溶液の濃度検知などにも用いることができる。
【０００９】
しかるに、近年、種々の化学分析において、比色センサセルのさらなる検出精度の向上が、要求されている。
【００１０】
本発明の目的は、検出精度に優れる比色センサセル、比色センサおよび比色センサセルの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の比色センサセルは、検知部と、前記検知部に隣接するサンプル配置部とを備え、前記検知部は、第１樹脂からなるアンダークラッド層と、第２樹脂からなり、前記アンダークラッド層に被覆されるコア層とを備える光導波路を備え、前記コア層の前記アンダークラッド層と接触する表層に、前記第１樹脂が前記第２樹脂に浸透されている樹脂混合層が、形成されていることを特徴としている。
【００１２】
このような比色センサセルによれば、コア層に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層が形成されているため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００１３】
また、本発明の比色センサは、上記の比色センサセルを備えることを特徴としている。
【００１４】
この比色センサでは、コア層に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層が形成されている比色センサセルが用いられるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００１５】
また、本発明の比色センサセルの製造方法は、基板の上に、第２樹脂からなるコア層を所定パターンで形成する工程と、前記基板の上において、第１樹脂を、前記コア層を被覆するとともに、前記コア層の表層に前記第１樹脂を浸透させるように、塗布および加熱する工程と、前記第１樹脂を硬化させることにより、前記第１樹脂からなるアンダークラッド層を形成するとともに、前記コア層の前記アンダークラッド層と接触する表層に、前記第１樹脂が前記第２樹脂に浸透されている樹脂混合層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【００１６】
このような比色センサセルの製造方法によれば、コア層に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層を形成することができるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出できる比色センサセルを製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の比色センサセル、比色センサおよび比色センサセルの製造方法によれば、簡易な構成により、検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の比色センサセルの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す比色センサセルの断面図である。
【図３】図１に示す比色センサセルの製造方法を示す工程図であって、（ａ）は、基板の上に、第２樹脂からなるコア層を形成する工程、（ｂ）は、基板の上において、第１樹脂を、コア層を被覆するとともに、コア層の表層に第１樹脂を浸透させるように塗布および加熱する工程、（ｃ）は、第１樹脂を硬化させ、第１樹脂からなるアンダークラッド層を形成するとともに、コア層のアンダークラッド層と接触する表層に樹脂混合層を形成する工程、（ｄ）は、コア層およびアンダークラッド層から基板を剥離させる工程、（ｅ）は、基板が剥離されることにより露出されたコア層およびアンダークラッド層の表面に、保護層を形成する工程、（ｆ）は、保護層の表面にオーバークラッド層を形成する工程を示す。
【図４】図４は、本発明の比色センサの一実施形態を示す概略側断面図である。
【図５】図５は、実施例および比較例における比色センサの評価結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の比色センサセルの一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す比色センサセルの断面図である。
【００２０】
比色センサセル１は、図１および図２に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、検知部３０と、検知部３０に隣接するサンプル配置部３１とを備えている。
【００２１】
検知部３０は、サンプル配置部３１に配置されるサンプルの状態や、その変化を検知するために設けられており、光導波路２を備えている。
【００２２】
なお、以下の比色センサセル１の説明において、方向に言及するときは、比色センサセル１にサンプルを配置するときの状態を上下の基準とする。すなわち、図１において、紙面上側を上側とし、紙面下側を下側とする。
【００２３】
光導波路２は、本実施形態においては、比色センサセル１そのものであり、アンダークラッド層３、コア層４、保護層５およびオーバークラッド層６を備えている。
【００２４】
アンダークラッド層３は、第１樹脂（後述）からなり、上下方向に所定の厚みを有する平面視略矩形平板状に形成されている。
【００２５】
コア層４は、第１樹脂（後述）とは異なる第２樹脂（後述）からなり、アンダークラッド層３の幅方向（厚み方向と直交する方向、以下同じ）および厚み方向の両方と直交する方向に延びる略角柱形状（詳しくは、幅方向に扁平する断面矩形状）に形成され、アンダークラッド層３の幅方向略中央部の上端部において、アンダークラッド層３に被覆（埋設）されている。なお、以下の比色センサセル１の説明において、コア層４が延びる方向を、光導波路２内を光が伝播する伝播方向とする。
【００２６】
また、コア層４は、その伝播方向両面がアンダークラッド層３の伝播方向両面と面一となり、その上面がアンダークラッド層３の上面と面一となるように配置されている。つまり、コア層４は、その上面が、アンダークラッド層３から露出されている。
【００２７】
また、コア層４は、単一樹脂層２２と、樹脂混合層２３とから形成されている。
【００２８】
単一樹脂層２２は、略角柱形状（詳しくは、幅方向に扁平する断面矩形状）に形成され、その上面がアンダークラッド層３の上面と面一となるように配置されている。
【００２９】
より具体的には、単一樹脂層２２は、コア層４の全体に対して厚み方向長さおよび幅方向長さが短く、かつ、伝播方向長さが等しい略角柱形状に形成されており、コア層４の幅方向略中央部の上端部において、樹脂混合層２３に被覆（埋設）されている。
【００３０】
樹脂混合層２３は、コア層４のアンダークラッド層３と接触する表層として形成され、より具体的には、コア層４の下部および幅方向両側部において、単一樹脂層２２を囲う断面視略凹形状（コ字状）に形成されている。また、樹脂混合層２３は、その上面がアンダークラッド層３および単一樹脂層２２の上面と面一となるように、配置されている。
【００３１】
つまり、コア層４は、その上面が、単一樹脂層２２および樹脂混合層２３から、アンダークラッド層３と面一に形成されるとともに、幅方向両面および下面が、樹脂混合層２３から形成されている。
【００３２】
また、コア層４の伝播方向両端部には、光源１２（後述）および光計測器１３（後述）が光学的に接続される。
【００３３】
保護層５は、必要により、アンダークラッド層３およびコア層４の上面をすべて被覆するように、平面視においてアンダークラッド層３と同じ形状の薄層として形成されている。
【００３４】
保護層５が形成されていると、例えば、サンプルが液状である場合に、サンプルによってコア層４が膨潤することを防止することができる。
【００３５】
オーバークラッド層６は、保護層５の上において、その外周がアンダークラッド層３の外周と平面視において略同一となるように、平面視矩形の枠形状に形成されている。
【００３６】
これにより、光導波路２は、アンダークラッド層３およびコア層４の上に形成される保護層５を底壁とし、オーバークラッド層６を側壁とする有底枠形状に形成されている。
【００３７】
サンプル配置部３１は、比色センサ１１（後述）によって分析されるサンプルを収容するために設けられ、検知部３０に隣接するように配置されている。
【００３８】
より具体的には、サンプル配置部３１は、コア層４の上側において、保護層５とオーバークラッド層６とで囲まれる部分として、区画されている。
【００３９】
なお、詳述しないが、比色センサセル１には、必要により、光導波路２を支持する支持部材（図示せず）を設けることができる。
【００４０】
図３は、図１に示す比色センサセルの製造方法を示す工程図である。
【００４１】
次いで、この比色センサセル１の製造方法について、図３を参照して説明する。
【００４２】
この方法では、まず、図３（ａ）に示すように、平板状の基板９を用意し、次いで、その基板９の上に、コア層４を形成する。
【００４３】
基板９は、例えば、シリコン、ガラスなどのセラミック材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄合金などの金属材料、例えば、ポリイミド、ガラス−エポキシ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂材料などから形成されている。好ましくは、セラミック材料から形成されている。基板９の厚みは、例えば、１０〜５０００μｍ、好ましくは、１０〜１５００μｍである。
【００４４】
コア層４は、第２樹脂から形成されており、そのような第２樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはこれらのフッ素化変性体や重水素化変性体、さらには、フルオレン変性体などの樹脂材料が挙げられる。これら樹脂材料は、好ましくは、感光剤を配合して、感光性樹脂として用いられる。
【００４５】
コア層４を形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを、上記した所定パターンで基板９の表面に塗布した後、乾燥し、必要により、加熱硬化させる。また、感光性樹脂が用いられる場合には、基板９の全面にワニスを塗布および乾燥し、フォトマスクを介して紫外線照射し、現像によりパターンとし、次いで、必要により、加熱硬化する。
【００４６】
加熱条件としては、加熱温度が、例えば、７０〜２５０℃、好ましくは、７０〜１５０℃であり、加熱時間が、例えば、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間である。
【００４７】
このようにして形成されるコア層４の厚みは、例えば、５〜１００μｍであり、幅は、例えば、５〜２００μｍである。
【００４８】
次いで、この方法では、図３（ｂ）に示すように、基板９の上において、コア層４を被覆するとともに、第１樹脂と接触するコア層４の表層に第１樹脂を浸透させるように、第１樹脂を上記パターンで塗布および加熱する。
【００４９】
第１樹脂としては、例えば、上記と同様の樹脂材料から、コア層４の単一樹脂層２２よりも屈折率が低くなるように調整された樹脂材料が挙げられる。
【００５０】
第１樹脂を基板９の上に塗布するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを基板９の上に、例えば、キャスティング、スピンコータなどによって、コア層４を被覆するように塗布した後、乾燥する。次いで、第１樹脂がコア層４（第２樹脂）に浸透するように、加熱する。
【００５１】
加熱条件としては、加熱温度が、例えば、６０〜１５０℃、好ましくは、１００〜１５０℃であり、加熱時間が、例えば、１〜３０分間である。
【００５２】
なお、感光性樹脂が用いられる場合には、次いで、紫外線照射する。このとき、必要により、フォトマスクを介して紫外線照射し、必要により、現像する。
【００５３】
次いで、この方法では、図３（ｃ）に示すように、第１樹脂を、例えば、加熱により硬化させ、第１樹脂からなるアンダークラッド層３を形成する。このとき、コア層４として、コア層４のアンダークラッド層３と接触する表層に、第１樹脂が第２樹脂に浸透されている樹脂混合層２３が形成されるとともに、樹脂混合層２３に埋設される単一樹脂層２２が形成される。
【００５４】
加熱条件としては、加熱温度が、例えば、７０〜２５０℃、好ましくは、７０〜１５０℃であり、加熱時間が、例えば、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間である。
【００５５】
このようにして形成されるアンダークラッド層３の、コア層４の表面からの厚みは、例えば、２〜５００μｍである。
【００５６】
なお、樹脂混合層２３の、単一樹脂層２２を囲んでいる各辺の厚み、および、単一樹脂層２２の厚みは、特に制限されず、第２樹脂に対する第１樹脂の浸透の度合いなどにより、適宜決定される。
【００５７】
これにより、基板９に接触される下面において、アンダークラッド層３とコア層４とが面一に形成される。
【００５８】
なお、このようにして形成されるアンダークラッド層３の屈折率は、コア層４の単一樹脂層２２の屈折率より低く設定されており、例えば、１．４２以上、１．５５未満である。
【００５９】
また、コア層４の単一樹脂層２２の屈折率は、アンダークラッド層３の屈折率より高く設定されており、例えば、１．４４以上、１．６５以下である。
【００６０】
また、樹脂混合層２３の屈折率は、通常、アンダークラッド層３の屈折率を超過し、単一樹脂層２２の屈折率未満であり、具体的には、その積層方向において、アンダークラッド層３側から単一樹脂層２２側に向けて、アンダークラッド層３の屈折率から単一樹脂層２２の屈折率まで連続的に変化している。
【００６１】
次いで、この方法では、図３（ｄ）に示すように、アンダークラッド層３およびコア層４から基板９を剥離させ、アンダークラッド層３およびコア層４を上下反転させる。
【００６２】
すると、アンダークラッド層３およびコア層４の基板９に接触されていた面が上面として露出される。
【００６３】
次いで、この方法では、図３（ｅ）に示すように、アンダークラッド層３およびコア層４の上に保護層５を形成する。
【００６４】
保護層５を形成する材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどが挙げられ、好ましくは、それらの材料から、コア層４よりも屈折率が低くなるように調整された材料が挙げられる。
【００６５】
保護層５を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法などの方法が挙げられ、好ましくは、スパッタリング法が挙げられる。
【００６６】
このようにして形成される保護層５の厚みは、例えば、１〜１００ｎｍ、好ましくは、５〜２０ｎｍである。また、保護層５の屈折率は、コア層４の屈折率より低く設定されており、例えば、１．２５以上、１．５５未満である。
【００６７】
次いで、この方法では、図３（ｆ）に示すように、オーバークラッド層６を、保護層５の上に、上記したパターンで形成する。
【００６８】
オーバークラッド層６を形成する材料としては、例えば、シリコーンゴムや、上記したアンダークラッド層３と同様の樹脂材料（第１樹脂）などが挙げられる。
【００６９】
オーバークラッド層６を形成するには、例えば、別途、上記した材料から平面視矩形枠形状のシートを形成し、そのシートをオーバークラッド層６として、保護層５の上に積層する。
【００７０】
なお、オーバークラッド層６を形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを、上記したパターンで保護層５の表面に塗布した後、乾燥させ、必要により硬化させることもできる。また、感光性樹脂が用いられる場合には、保護層５の全面にワニスを塗布し、乾燥後に、フォトマスクを介して露光し、必要により、露光後加熱した後、現像によりパターンとし、次いで、加熱することもできる。
【００７１】
このようにして形成されるオーバークラッド層６の厚みは、例えば、５〜２００μｍ、好ましくは、２５〜１００μｍである。また、オーバークラッド層６の屈折率は、コア層４の屈折率より低く設定されており、例えば、アンダークラッド層３の屈折率と同様に設定されている。なお、保護層５の屈折率がコア層４の屈折率より低い場合には、オーバークラッド層６の屈折率は、必ずしも、コア層４の屈折率より低くなくてもよい。
【００７２】
また、このようなオーバークラッド層６において、サンプル配置部３１の大きさおよび形状は、特に限定されず、サンプルの種類や用途に応じて、適宜決定される。比色センサセル１の小型化を図る場合には、好ましくは、サンプル配置部３１を小さく形成する。
【００７３】
このようにして、比色センサセル１を製造することができる。
【００７４】
このような比色センサセル１の製造方法によれば、コア層４に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層２３を形成することができるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出できる比色センサセル１を製造することができる。
【００７５】
そして、この比色センサセル１では、サンプル配置部３１にサンプルが収容（配置）されることにより、サンプルは、サンプル配置部３１において、オーバークラッド層６に取り囲まれ、コア層４（単一樹脂層２２および樹脂混合層２３）とサンプルとが接触される。
【００７６】
このような比色センサセル１によれば、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００７７】
つまり、このような比色センサセル１によれば、コア層４に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層２３が形成されているため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００７８】
図４は、本発明の比色センサの一実施形態を示す概略側断面図である。
【００７９】
次いで、比色センサセル１を備える比色センサ１１について、図４を参照して説明する。
【００８０】
比色センサ１１は、図４に示すように、光源１２と、光計測器１３と、上記した比色センサセル１とを備えている。
【００８１】
光源１２は、例えば、白色光源、単色光光源などの公知の光源であって、光源側光コネクタ１４を介して光源側光ファイバ１５に接続され、この光源側光ファイバ１５が、光源側光ファイバブロック１６を介して比色センサセル１（コア層４）の伝播方向一方側端部に接続されている。
【００８２】
また、比色センサセル１（コア層４）の伝播方向他方側端部には、計測器側光ファイバブロック１７を介して計測器側光ファイバ１８が接続されており、この計測器側光ファイバ１８は、計測器側光コネクタ１９を介して光計測器１３に接続されている。
【００８３】
光計測器１３は、図示しないが、公知の演算処理装置に接続され、データの表示、蓄積および加工を可能としている。
【００８４】
また、このような比色センサ１１において、比色センサセル１は、公知のセンサセル固定装置（図示せず）によって固定されている。センサセル固定装置（図示せず）は、所定方向（例えば、比色センサセル１の幅方向）に沿って移動可能とされており、これにより、比色センサセル１が任意の位置に配置されている。
【００８５】
また、光源側光ファイバ１５は、光源側光ファイバ固定装置２０に固定され、計測器側光ファイバ１８は、計測器側光ファイバ固定装置２１に固定されている。
【００８６】
光源側光ファイバ固定装置２０および計測器側光ファイバ固定装置２１は、公知の６軸移動ステージ（図示せず）の上に固定されており、光ファイバの伝播方向、幅方向（伝播方向と水平方向において直交する方向）および厚み方向（伝播方向と垂直方向において直交する方向）と、それら各方向（３方向）を軸とする回転方向（３方向）とに可動とされている。
【００８７】
このような比色センサ１１によれば、光源１２、光源側光ファイバ１５、比色センサセル１（コア層４）、計測器側光ファイバ１８および光計測器１３を一軸上に配置することができ、これらを透過するように、光源１２から光を導入することができる。
【００８８】
そして、この比色センサ１１では、上記した比色センサセル１、つまり、コア層４に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層２３が形成されている比色センサセル１が用いられるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００８９】
以下において、この比色センサ１１の一使用態様について説明する。
【００９０】
この態様では、例えば、まず、図４に示す比色センサセル１のサンプル配置部３１に、サンプルを収容（配置）し、サンプルとコア層４（単一樹脂層２２および樹脂混合層２３）とを接触させる。次いで、光源１２から所定の光を、光源側光ファイバ１５を介して比色センサセル１（コア層４）に導入する（図４に示す破線矢印Ｌ１参照）。
【００９１】
比色センサセル１（コア層４）に導入された光は、コア層４内において全反射を繰り返しながら、比色センサセル１（コア層４）を透過するとともに、一部の光がエバネッセント波としてコア層４から染み出し、コア層４の上面において、保護層５を介してサンプルに入射され、減衰される。
【００９２】
その後、比色センサセル１（コア層４）を透過した光は、計測器側光ファイバ１８を介して光計測器１３に導入される（図４に示す破線矢印Ｌ２参照）。
【００９３】
つまり、この比色センサ１１において、光計測器１３に導入される光は、コア層４においてサンプルが吸収した波長の光強度が減衰している。
【００９４】
サンプルが吸収する波長は、比色センサセル１に収容（配置）されたサンプルの色などに依存するため、光計測器１３に導入される光の、光強度の減衰を検出することにより、サンプルの色や、その変化を検出することができる。
【００９５】
より具体的には、例えば、光源１２として白色光源を用いる場合には、光計測器１３によって、比色センサセル１の透過後に光強度が減衰する波長を計測し、その減衰する波長が変化したこと検出すれば、サンプルの色や、その変化を確認することができる。
【００９６】
また、例えば、光源１２として単色光光源を用いる場合には、光計測器１３によって、比色センサセル１の透過後における単色光の光強度の変化（減衰の度合い）を計測し、その減衰の度合いが変化したことを検出すれば、上記と同様に、サンプルの色や、その変化を確認することができる。
【００９７】
そのため、このような比色センサ１１では、サンプルの色の変化に基づいて、例えば、サンプルの濃度の測定など、種々の化学分析に用いることができる。
【００９８】
より具体的には、例えば、サンプルが溶液である場合には、サンプル（溶液）の色は、溶液の濃度に依存するため、そのサンプル（溶液）を配置した比色センサ１１において、サンプル（溶液）の色を検出すれば、そのサンプルの濃度を測定することができる。また、サンプル（溶液）の色が変化したことを検出すれば、サンプル（溶液）の濃度が変化したことを確認することができる。
【００９９】
また、サンプルとして、例えば、ガス（被検知ガス）、および、そのガスに反応して吸収スペクトルが変化（すなわち、色変化）する反応膜を用いる場合には、サンプル配置部３１内のコア層４（単一樹脂層２２および樹脂混合層２３）に反応膜を接触させるように固定するとともに、サンプル配置部３１内に、ガスを導入する。
【０１００】
このとき、反応膜は、被検知ガスと反応し、その濃度に依存して、色変化を生じる。つまり、反応膜の色は、被検知ガスの濃度に依存する。そのため、反応膜を配置した比色センサ１１において、反応膜の色を検出すれば、被検知ガスの濃度を測定することができる。また、反応膜の色が変化したことを検出すれば、被検知ガスの濃度が変化したことを確認することができる。
【０１０１】
そして、このような比色センサセル１、比色センサ１１、および、比色センサセル１の製造方法によれば、簡易な構成により、検出感度の向上を図ることができる。
【０１０２】
なお、上記した実施形態では、比色センサセル１には、コア層４を１つ形成したが、コア層４の数は、特に制限されず、互いに幅方向に間隔を隔てて、複数形成することもできる。
【０１０３】
光導波路２が複数のコア層４を備える場合には、この比色センサセル１を備える比色センサ１１により、サンプルを複数回同時に分析できるため、分析効率を向上することができる。
【０１０４】
また、上記した実施形態では、コア層４を、略角柱形状に形成したが、コア層４の形状としては、特に制限されず、コア層４を、例えば、断面視略半円形状（半円柱形状）、断面視略凸形状（凸柱形状）など、任意の形状に形成することができる。
【０１０５】
また、上記した実施形態では、比色センサセル１の上端部は開放されているが、比色センサセル１の上端部には、サンプル配置部３１を被覆する蓋を設けることもできる。これによれば、測定中に、サンプルが外気に接触することを防止することができる。
【０１０６】
また、サンプル配置部３１を被覆する蓋に、サンプル配置部３１内へサンプル（液状）を注入するための注入口と、サンプル配置部３１からサンプルを排出するための排出口とを設け、サンプルを、注入口から注入し、サンプル配置部３１内を通過させて、排出口から排出することもできる。これによれば、サンプル配置部３１内にサンプルを流しながら、サンプルの物性を連続的に測定することができる。
【実施例】
【０１０７】
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。
【０１０８】
製造例１（第１樹脂の製造）
ビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル３５質量部、脂環式エポキシ樹脂である３’，４’−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート４０質量部、（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル−３’，４’−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート２５質量部および４，４’−ビス〔ジ（β−ヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０質量％プロピオンカーボネート溶液２質量部を混合することにより、第１樹脂（非溶剤系の感光性エポキシ樹脂組成物）を調製した。
【０１０９】
製造例２（第２樹脂の製造）
ビスフェノキシエクノールフルオレングリシジルエーテル７０質量部、１，３，３−トリス｛４−〔２−（３−オキセクニル）〕ブトキシフェニル｝ブタン３０質量部および４，４’−ビス〔ジ（β−ヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０質量％プロピオンカーボネート溶液１質量部を乳酸エチルに溶解することにより、第２樹脂（感光性エポキシ樹脂組成物）を調製した。
【０１１０】
実施例１
シリコン基板（基板）の上に、製造例２で得られた第２樹脂を用いて、厚み５０μｍ、幅５０μｍの略角柱形状に塗布した後、７０℃で１０分加熱することにより溶剤を揮発させた。次に、フオトマスクを介して、紫外線照射し、さらに７０℃で１０分加熱して反応を完了させた。次に、γ−ブチロラクトンの現像液で現像し、厚み５０μｍ、幅１１０μｍの略角柱形状のコア層を形成した（図３（ａ）参照）。
【０１１１】
次いで、製造例１で得られた第１樹脂を、コア層の表面（上面）からの厚みが１００μｍとなるように、コア層を披覆するように基板上に塗布し、１４０℃で２０分加熱した。この加熱処理により、第１樹脂がコア層の表層の第２樹脂に浸透した（図３（ｂ）参照）。
【０１１２】
次いで、紫外線照射して、さらに１２０℃で１０分加熱することにより反応を完了させた。これにより、アンダークラッド層を形成するとともに、コア層のアンダークラッド層と接触する表層に、第１樹脂が第２樹脂に浸透されている樹脂混合層を形成し、また、樹脂混合層に埋設される単一樹脂層を形成した（図３（ｃ）参照）。
【０１１３】
次いで、アンダークラッド層およびコア層からシリコン基板を剥離させ（図３（ｄ）参照）、アンダークラッド層およびコア層を上下反転させた。
【０１１４】
次いで、アンダークラッド層およびコア層の上に、スパッタリング法により、厚み１０ｎｍの二酸化ケイ素薄膜を保護層として形成した（図３（ｅ）参照）。
【０１１５】
別途、平面視においてシリコン基板と略同一形状であり、かつ、幅方向長さ１ｍｍ、伝播方向長さ１２ｍｍの開口部が形成されたシリコーンゴムシートを用意し、保護層に積層した。これにより、幅方向長さ１ｍｍ、伝播方向長さ１２ｍｍのサンプル配置部を区画した（図３（ｆ）参照）。
【０１１６】
このようにして、比色センサセルを得た。なお、アンダークラッド層の屈折率は、１．５３１、樹脂混合層の屈折率は、１．５８４であり、混合樹脂層の屈折率は、その積層方向において、アンダークラッド層側から単一樹脂層側に向けて、１．５３１から１．５８４に連続的に変化していた。
【０１１７】
比較例１
１４０℃で２０分加熱する工程を省略して、第１樹脂が第２樹脂（コア層の表層）に浸透しないようにした以外は、実施例１と同様にして、樹脂混合層を備えていない比色センサセルを得た。
【０１１８】
評価
各実施例および各比較例により得られた比色センサセルを、比色センサ（図４参照）に固定した。
【０１１９】
その後、比色センサセルのサンプル収容部に、サンプルとして、溶質の濃度に応じて色の濃度が異なる４種のローダミンＢ（別名：ベーシックバイオレット１０）水溶液（濃度：１ｎｇ／ｍＬ（薄い赤色）、１０ｎｇ／ｍＬ（やや薄い赤色）、１００ｎｇ／ｍＬ（やや濃い赤色）、１０００ｎｇ／ｍＬ（濃い赤色））、および、水（ローダミンＢ濃度０ｎｇ／ｍＬ）を５０μＬ投入し、コア層の一端から波長５５５ｎｍの光を入射し、他端から射出した光の強度を測定した。
【０１２０】
そして、ローダミンＢ水溶液や水が無い状態での光の強度を１００％とした場合の透過率（％）を求めた。その結果を、表１に示す。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】
そして、ローダミンＢ水溶液の濃度をＸ軸、透過率をＹ軸として、それらの関係をＸＹ座標にプロットした。その結果を、図５に示す。
【０１２３】
結果
樹脂混合層を形成した実施例では、樹脂混合層を形成していない比較例に比べ、ローダミンＢ水溶液の濃度を精度よく検出することができた。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 比色センサセル
２ 光導波路
３ アンダークラッド層
４ コア層
６ オーバークラッド層
１１ 比色センサ
２３ 樹脂混合層
３０ 検知部
３１ サンプル配置部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比色センサセル、比色センサおよび比色センサセルの製造方法、詳しくは、光導波路を備える比色センサセル、その比色センサセルを備える比色センサ、および、その比色センサセルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学分析や生物化学分析などの分野において、サンプルの濃度や、その変化を検出するセンサとして、比色センサが用いられている。
【０００３】
このような比色センサとしては、例えば、ガラス基板上に形成された光導波層と、その光導波層の上に形成された、被検知ガスに反応して吸収スペクトルが変化する反応膜と、光取り出し用の直角プリズムと備えるセンサチップが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載のセンサチップにおいて、反応膜は、被検知ガスと反応し、被検知ガスの濃度に依存して、色変化を生じる。
【０００５】
このようなセンサチップの光導波層に光が導入されると、その導波光は、光導波層内において全反射を繰り返しながら進行するとともに、光導波層の表面にエバネッセント波を染み出させる。このとき、エバネッセント波の一部が反応膜に吸収されるため、光導波層から直角プリズムを用いて出力される光の強度が、低下する。
【０００６】
反応膜による光（エバネッセント波）の吸収は、反応膜の変色の度合い、すなわち、被検知ガスの濃度に依存するため、導波光の出力強度を測定することにより、被検知ガスの濃度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２５０８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したような比色センサは、反応膜を用いたガス検知の他、例えば、濃度により色変化を生じる溶液の濃度検知などにも用いることができる。
【０００９】
しかるに、近年、種々の化学分析において、比色センサセルのさらなる検出精度の向上が、要求されている。
【００１０】
本発明の目的は、検出精度に優れる比色センサセル、比色センサおよび比色センサセルの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の比色センサセルは、検知部と、前記検知部に隣接するサンプル配置部とを備え、前記検知部は、第１樹脂からなるアンダークラッド層と、第２樹脂からなり、前記アンダークラッド層に被覆されるコア層とを備える光導波路を備え、前記コア層の前記アンダークラッド層と接触する表層に、前記第１樹脂が前記第２樹脂に浸透されている樹脂混合層が、形成されていることを特徴としている。
【００１２】
このような比色センサセルによれば、コア層に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層が形成されているため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００１３】
また、本発明の比色センサは、上記の比色センサセルを備えることを特徴としている。
【００１４】
この比色センサでは、コア層に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層が形成されている比色センサセルが用いられるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００１５】
また、本発明の比色センサセルの製造方法は、基板の上に、第２樹脂からなるコア層を所定パターンで形成する工程と、前記基板の上において、第１樹脂を、前記コア層を被覆するとともに、前記コア層の表層に前記第１樹脂を浸透させるように、塗布および加熱する工程と、前記第１樹脂を硬化させることにより、前記第１樹脂からなるアンダークラッド層を形成するとともに、前記コア層の前記アンダークラッド層と接触する表層に、前記第１樹脂が前記第２樹脂に浸透されている樹脂混合層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【００１６】
このような比色センサセルの製造方法によれば、コア層に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層を形成することができるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出できる比色センサセルを製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の比色センサセル、比色センサおよび比色センサセルの製造方法によれば、簡易な構成により、検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の比色センサセルの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す比色センサセルの断面図である。
【図３】図１に示す比色センサセルの製造方法を示す工程図であって、（ａ）は、基板の上に、第２樹脂からなるコア層を形成する工程、（ｂ）は、基板の上において、第１樹脂を、コア層を被覆するとともに、コア層の表層に第１樹脂を浸透させるように塗布および加熱する工程、（ｃ）は、第１樹脂を硬化させ、第１樹脂からなるアンダークラッド層を形成するとともに、コア層のアンダークラッド層と接触する表層に樹脂混合層を形成する工程、（ｄ）は、コア層およびアンダークラッド層から基板を剥離させる工程、（ｅ）は、基板が剥離されることにより露出されたコア層およびアンダークラッド層の表面に、保護層を形成する工程、（ｆ）は、保護層の表面にオーバークラッド層を形成する工程を示す。
【図４】図４は、本発明の比色センサの一実施形態を示す概略側断面図である。
【図５】図５は、実施例および比較例における比色センサの評価結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の比色センサセルの一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す比色センサセルの断面図である。
【００２０】
比色センサセル１は、図１および図２に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、検知部３０と、検知部３０に隣接するサンプル配置部３１とを備えている。
【００２１】
検知部３０は、サンプル配置部３１に配置されるサンプルの状態や、その変化を検知するために設けられており、光導波路２を備えている。
【００２２】
なお、以下の比色センサセル１の説明において、方向に言及するときは、比色センサセル１にサンプルを配置するときの状態を上下の基準とする。すなわち、図１において、紙面上側を上側とし、紙面下側を下側とする。
【００２３】
光導波路２は、本実施形態においては、比色センサセル１そのものであり、アンダークラッド層３、コア層４、保護層５およびオーバークラッド層６を備えている。
【００２４】
アンダークラッド層３は、第１樹脂（後述）からなり、上下方向に所定の厚みを有する平面視略矩形平板状に形成されている。
【００２５】
コア層４は、第１樹脂（後述）とは異なる第２樹脂（後述）からなり、アンダークラッド層３の幅方向（厚み方向と直交する方向、以下同じ）および厚み方向の両方と直交する方向に延びる略角柱形状（詳しくは、幅方向に扁平する断面矩形状）に形成され、アンダークラッド層３の幅方向略中央部の上端部において、アンダークラッド層３に被覆（埋設）されている。なお、以下の比色センサセル１の説明において、コア層４が延びる方向を、光導波路２内を光が伝播する伝播方向とする。
【００２６】
また、コア層４は、その伝播方向両面がアンダークラッド層３の伝播方向両面と面一となり、その上面がアンダークラッド層３の上面と面一となるように配置されている。つまり、コア層４は、その上面が、アンダークラッド層３から露出されている。
【００２７】
また、コア層４は、単一樹脂層２２と、樹脂混合層２３とから形成されている。
【００２８】
単一樹脂層２２は、略角柱形状（詳しくは、幅方向に扁平する断面矩形状）に形成され、その上面がアンダークラッド層３の上面と面一となるように配置されている。
【００２９】
より具体的には、単一樹脂層２２は、コア層４の全体に対して厚み方向長さおよび幅方向長さが短く、かつ、伝播方向長さが等しい略角柱形状に形成されており、コア層４の幅方向略中央部の上端部において、樹脂混合層２３に被覆（埋設）されている。
【００３０】
樹脂混合層２３は、コア層４のアンダークラッド層３と接触する表層として形成され、より具体的には、コア層４の下部および幅方向両側部において、単一樹脂層２２を囲う断面視略凹形状（コ字状）に形成されている。また、樹脂混合層２３は、その上面がアンダークラッド層３および単一樹脂層２２の上面と面一となるように、配置されている。
【００３１】
つまり、コア層４は、その上面が、単一樹脂層２２および樹脂混合層２３から、アンダークラッド層３と面一に形成されるとともに、幅方向両面および下面が、樹脂混合層２３から形成されている。
【００３２】
また、コア層４の伝播方向両端部には、光源１２（後述）および光計測器１３（後述）が光学的に接続される。
【００３３】
保護層５は、必要により、アンダークラッド層３およびコア層４の上面をすべて被覆するように、平面視においてアンダークラッド層３と同じ形状の薄層として形成されている。
【００３４】
保護層５が形成されていると、例えば、サンプルが液状である場合に、サンプルによってコア層４が膨潤することを防止することができる。
【００３５】
オーバークラッド層６は、保護層５の上において、その外周がアンダークラッド層３の外周と平面視において略同一となるように、平面視矩形の枠形状に形成されている。
【００３６】
これにより、光導波路２は、アンダークラッド層３およびコア層４の上に形成される保護層５を底壁とし、オーバークラッド層６を側壁とする有底枠形状に形成されている。
【００３７】
サンプル配置部３１は、比色センサ１１（後述）によって分析されるサンプルを収容するために設けられ、検知部３０に隣接するように配置されている。
【００３８】
より具体的には、サンプル配置部３１は、コア層４の上側において、保護層５とオーバークラッド層６とで囲まれる部分として、区画されている。
【００３９】
なお、詳述しないが、比色センサセル１には、必要により、光導波路２を支持する支持部材（図示せず）を設けることができる。
【００４０】
図３は、図１に示す比色センサセルの製造方法を示す工程図である。
【００４１】
次いで、この比色センサセル１の製造方法について、図３を参照して説明する。
【００４２】
この方法では、まず、図３（ａ）に示すように、平板状の基板９を用意し、次いで、その基板９の上に、コア層４を形成する。
【００４３】
基板９は、例えば、シリコン、ガラスなどのセラミック材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄合金などの金属材料、例えば、ポリイミド、ガラス−エポキシ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂材料などから形成されている。好ましくは、セラミック材料から形成されている。基板９の厚みは、例えば、１０〜５０００μｍ、好ましくは、１０〜１５００μｍである。
【００４４】
コア層４は、第２樹脂から形成されており、そのような第２樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはこれらのフッ素化変性体や重水素化変性体、さらには、フルオレン変性体などの樹脂材料が挙げられる。これら樹脂材料は、好ましくは、感光剤を配合して、感光性樹脂として用いられる。
【００４５】
コア層４を形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを、上記した所定パターンで基板９の表面に塗布した後、乾燥し、必要により、加熱硬化させる。また、感光性樹脂が用いられる場合には、基板９の全面にワニスを塗布および乾燥し、フォトマスクを介して紫外線照射し、現像によりパターンとし、次いで、必要により、加熱硬化する。
【００４６】
加熱条件としては、加熱温度が、例えば、７０〜２５０℃、好ましくは、７０〜１５０℃であり、加熱時間が、例えば、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間である。
【００４７】
このようにして形成されるコア層４の厚みは、例えば、５〜１００μｍであり、幅は、例えば、５〜２００μｍである。
【００４８】
次いで、この方法では、図３（ｂ）に示すように、基板９の上において、コア層４を被覆するとともに、第１樹脂と接触するコア層４の表層に第１樹脂を浸透させるように、第１樹脂を上記パターンで塗布および加熱する。
【００４９】
第１樹脂としては、例えば、上記と同様の樹脂材料から、コア層４の単一樹脂層２２よりも屈折率が低くなるように調整された樹脂材料が挙げられる。
【００５０】
第１樹脂を基板９の上に塗布するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを基板９の上に、例えば、キャスティング、スピンコータなどによって、コア層４を被覆するように塗布した後、乾燥する。次いで、第１樹脂がコア層４（第２樹脂）に浸透するように、加熱する。
【００５１】
加熱条件としては、加熱温度が、例えば、６０〜１５０℃、好ましくは、１００〜１５０℃であり、加熱時間が、例えば、１〜３０分間である。
【００５２】
なお、感光性樹脂が用いられる場合には、次いで、紫外線照射する。このとき、必要により、フォトマスクを介して紫外線照射し、必要により、現像する。
【００５３】
次いで、この方法では、図３（ｃ）に示すように、第１樹脂を、例えば、加熱により硬化させ、第１樹脂からなるアンダークラッド層３を形成する。このとき、コア層４として、コア層４のアンダークラッド層３と接触する表層に、第１樹脂が第２樹脂に浸透されている樹脂混合層２３が形成されるとともに、樹脂混合層２３に埋設される単一樹脂層２２が形成される。
【００５４】
加熱条件としては、加熱温度が、例えば、７０〜２５０℃、好ましくは、７０〜１５０℃であり、加熱時間が、例えば、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間である。
【００５５】
このようにして形成されるアンダークラッド層３の、コア層４の表面からの厚みは、例えば、２〜５００μｍである。
【００５６】
なお、樹脂混合層２３の、単一樹脂層２２を囲んでいる各辺の厚み、および、単一樹脂層２２の厚みは、特に制限されず、第２樹脂に対する第１樹脂の浸透の度合いなどにより、適宜決定される。
【００５７】
これにより、基板９に接触される下面において、アンダークラッド層３とコア層４とが面一に形成される。
【００５８】
なお、このようにして形成されるアンダークラッド層３の屈折率は、コア層４の単一樹脂層２２の屈折率より低く設定されており、例えば、１．４２以上、１．５５未満である。
【００５９】
また、コア層４の単一樹脂層２２の屈折率は、アンダークラッド層３の屈折率より高く設定されており、例えば、１．４４以上、１．６５以下である。
【００６０】
また、樹脂混合層２３の屈折率は、通常、アンダークラッド層３の屈折率を超過し、単一樹脂層２２の屈折率未満であり、具体的には、その積層方向において、アンダークラッド層３側から単一樹脂層２２側に向けて、アンダークラッド層３の屈折率から単一樹脂層２２の屈折率まで連続的に変化している。
【００６１】
次いで、この方法では、図３（ｄ）に示すように、アンダークラッド層３およびコア層４から基板９を剥離させ、アンダークラッド層３およびコア層４を上下反転させる。
【００６２】
すると、アンダークラッド層３およびコア層４の基板９に接触されていた面が上面として露出される。
【００６３】
次いで、この方法では、図３（ｅ）に示すように、アンダークラッド層３およびコア層４の上に保護層５を形成する。
【００６４】
保護層５を形成する材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどが挙げられ、好ましくは、それらの材料から、コア層４よりも屈折率が低くなるように調整された材料が挙げられる。
【００６５】
保護層５を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法などの方法が挙げられ、好ましくは、スパッタリング法が挙げられる。
【００６６】
このようにして形成される保護層５の厚みは、例えば、１〜１００ｎｍ、好ましくは、５〜２０ｎｍである。また、保護層５の屈折率は、コア層４の屈折率より低く設定されており、例えば、１．２５以上、１．５５未満である。
【００６７】
次いで、この方法では、図３（ｆ）に示すように、オーバークラッド層６を、保護層５の上に、上記したパターンで形成する。
【００６８】
オーバークラッド層６を形成する材料としては、例えば、シリコーンゴムや、上記したアンダークラッド層３と同様の樹脂材料（第１樹脂）などが挙げられる。
【００６９】
オーバークラッド層６を形成するには、例えば、別途、上記した材料から平面視矩形枠形状のシートを形成し、そのシートをオーバークラッド層６として、保護層５の上に積層する。
【００７０】
なお、オーバークラッド層６を形成するには、例えば、上記した樹脂のワニス（樹脂溶液）を調製して、そのワニスを、上記したパターンで保護層５の表面に塗布した後、乾燥させ、必要により硬化させることもできる。また、感光性樹脂が用いられる場合には、保護層５の全面にワニスを塗布し、乾燥後に、フォトマスクを介して露光し、必要により、露光後加熱した後、現像によりパターンとし、次いで、加熱することもできる。
【００７１】
このようにして形成されるオーバークラッド層６の厚みは、例えば、５〜２００μｍ、好ましくは、２５〜１００μｍである。また、オーバークラッド層６の屈折率は、コア層４の屈折率より低く設定されており、例えば、アンダークラッド層３の屈折率と同様に設定されている。なお、保護層５の屈折率がコア層４の屈折率より低い場合には、オーバークラッド層６の屈折率は、必ずしも、コア層４の屈折率より低くなくてもよい。
【００７２】
また、このようなオーバークラッド層６において、サンプル配置部３１の大きさおよび形状は、特に限定されず、サンプルの種類や用途に応じて、適宜決定される。比色センサセル１の小型化を図る場合には、好ましくは、サンプル配置部３１を小さく形成する。
【００７３】
このようにして、比色センサセル１を製造することができる。
【００７４】
このような比色センサセル１の製造方法によれば、コア層４に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層２３を形成することができるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出できる比色センサセル１を製造することができる。
【００７５】
そして、この比色センサセル１では、サンプル配置部３１にサンプルが収容（配置）されることにより、サンプルは、サンプル配置部３１において、オーバークラッド層６に取り囲まれ、コア層４（単一樹脂層２２および樹脂混合層２３）とサンプルとが接触される。
【００７６】
このような比色センサセル１によれば、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００７７】
つまり、このような比色センサセル１によれば、コア層４に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層２３が形成されているため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００７８】
図４は、本発明の比色センサの一実施形態を示す概略側断面図である。
【００７９】
次いで、比色センサセル１を備える比色センサ１１について、図４を参照して説明する。
【００８０】
比色センサ１１は、図４に示すように、光源１２と、光計測器１３と、上記した比色センサセル１とを備えている。
【００８１】
光源１２は、例えば、白色光源、単色光光源などの公知の光源であって、光源側光コネクタ１４を介して光源側光ファイバ１５に接続され、この光源側光ファイバ１５が、光源側光ファイバブロック１６を介して比色センサセル１（コア層４）の伝播方向一方側端部に接続されている。
【００８２】
また、比色センサセル１（コア層４）の伝播方向他方側端部には、計測器側光ファイバブロック１７を介して計測器側光ファイバ１８が接続されており、この計測器側光ファイバ１８は、計測器側光コネクタ１９を介して光計測器１３に接続されている。
【００８３】
光計測器１３は、図示しないが、公知の演算処理装置に接続され、データの表示、蓄積および加工を可能としている。
【００８４】
また、このような比色センサ１１において、比色センサセル１は、公知のセンサセル固定装置（図示せず）によって固定されている。センサセル固定装置（図示せず）は、所定方向（例えば、比色センサセル１の幅方向）に沿って移動可能とされており、これにより、比色センサセル１が任意の位置に配置されている。
【００８５】
また、光源側光ファイバ１５は、光源側光ファイバ固定装置２０に固定され、計測器側光ファイバ１８は、計測器側光ファイバ固定装置２１に固定されている。
【００８６】
光源側光ファイバ固定装置２０および計測器側光ファイバ固定装置２１は、公知の６軸移動ステージ（図示せず）の上に固定されており、光ファイバの伝播方向、幅方向（伝播方向と水平方向において直交する方向）および厚み方向（伝播方向と垂直方向において直交する方向）と、それら各方向（３方向）を軸とする回転方向（３方向）とに可動とされている。
【００８７】
このような比色センサ１１によれば、光源１２、光源側光ファイバ１５、比色センサセル１（コア層４）、計測器側光ファイバ１８および光計測器１３を一軸上に配置することができ、これらを透過するように、光源１２から光を導入することができる。
【００８８】
そして、この比色センサ１１では、上記した比色センサセル１、つまり、コア層４に、第１樹脂が浸透された第２樹脂からなる樹脂混合層２３が形成されている比色センサセル１が用いられるため、サンプルの濃度や変化などを精度よく検出することができる。
【００８９】
以下において、この比色センサ１１の一使用態様について説明する。
【００９０】
この態様では、例えば、まず、図４に示す比色センサセル１のサンプル配置部３１に、サンプルを収容（配置）し、サンプルとコア層４（単一樹脂層２２および樹脂混合層２３）とを接触させる。次いで、光源１２から所定の光を、光源側光ファイバ１５を介して比色センサセル１（コア層４）に導入する（図４に示す破線矢印Ｌ１参照）。
【００９１】
比色センサセル１（コア層４）に導入された光は、コア層４内において全反射を繰り返しながら、比色センサセル１（コア層４）を透過するとともに、一部の光がエバネッセント波としてコア層４から染み出し、コア層４の上面において、保護層５を介してサンプルに入射され、減衰される。
【００９２】
その後、比色センサセル１（コア層４）を透過した光は、計測器側光ファイバ１８を介して光計測器１３に導入される（図４に示す破線矢印Ｌ２参照）。
【００９３】
つまり、この比色センサ１１において、光計測器１３に導入される光は、コア層４においてサンプルが吸収した波長の光強度が減衰している。
【００９４】
サンプルが吸収する波長は、比色センサセル１に収容（配置）されたサンプルの色などに依存するため、光計測器１３に導入される光の、光強度の減衰を検出することにより、サンプルの色や、その変化を検出することができる。
【００９５】
より具体的には、例えば、光源１２として白色光源を用いる場合には、光計測器１３によって、比色センサセル１の透過後に光強度が減衰する波長を計測し、その減衰する波長が変化したこと検出すれば、サンプルの色や、その変化を確認することができる。
【００９６】
また、例えば、光源１２として単色光光源を用いる場合には、光計測器１３によって、比色センサセル１の透過後における単色光の光強度の変化（減衰の度合い）を計測し、その減衰の度合いが変化したことを検出すれば、上記と同様に、サンプルの色や、その変化を確認することができる。
【００９７】
そのため、このような比色センサ１１では、サンプルの色の変化に基づいて、例えば、サンプルの濃度の測定など、種々の化学分析に用いることができる。
【００９８】
より具体的には、例えば、サンプルが溶液である場合には、サンプル（溶液）の色は、溶液の濃度に依存するため、そのサンプル（溶液）を配置した比色センサ１１において、サンプル（溶液）の色を検出すれば、そのサンプルの濃度を測定することができる。また、サンプル（溶液）の色が変化したことを検出すれば、サンプル（溶液）の濃度が変化したことを確認することができる。
【００９９】
また、サンプルとして、例えば、ガス（被検知ガス）、および、そのガスに反応して吸収スペクトルが変化（すなわち、色変化）する反応膜を用いる場合には、サンプル配置部３１内のコア層４（単一樹脂層２２および樹脂混合層２３）に反応膜を接触させるように固定するとともに、サンプル配置部３１内に、ガスを導入する。
【０１００】
このとき、反応膜は、被検知ガスと反応し、その濃度に依存して、色変化を生じる。つまり、反応膜の色は、被検知ガスの濃度に依存する。そのため、反応膜を配置した比色センサ１１において、反応膜の色を検出すれば、被検知ガスの濃度を測定することができる。また、反応膜の色が変化したことを検出すれば、被検知ガスの濃度が変化したことを確認することができる。
【０１０１】
そして、このような比色センサセル１、比色センサ１１、および、比色センサセル１の製造方法によれば、簡易な構成により、検出感度の向上を図ることができる。
【０１０２】
なお、上記した実施形態では、比色センサセル１には、コア層４を１つ形成したが、コア層４の数は、特に制限されず、互いに幅方向に間隔を隔てて、複数形成することもできる。
【０１０３】
光導波路２が複数のコア層４を備える場合には、この比色センサセル１を備える比色センサ１１により、サンプルを複数回同時に分析できるため、分析効率を向上することができる。
【０１０４】
また、上記した実施形態では、コア層４を、略角柱形状に形成したが、コア層４の形状としては、特に制限されず、コア層４を、例えば、断面視略半円形状（半円柱形状）、断面視略凸形状（凸柱形状）など、任意の形状に形成することができる。
【０１０５】
また、上記した実施形態では、比色センサセル１の上端部は開放されているが、比色センサセル１の上端部には、サンプル配置部３１を被覆する蓋を設けることもできる。これによれば、測定中に、サンプルが外気に接触することを防止することができる。
【０１０６】
また、サンプル配置部３１を被覆する蓋に、サンプル配置部３１内へサンプル（液状）を注入するための注入口と、サンプル配置部３１からサンプルを排出するための排出口とを設け、サンプルを、注入口から注入し、サンプル配置部３１内を通過させて、排出口から排出することもできる。これによれば、サンプル配置部３１内にサンプルを流しながら、サンプルの物性を連続的に測定することができる。
【実施例】
【０１０７】
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。
【０１０８】
製造例１（第１樹脂の製造）
ビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル３５質量部、脂環式エポキシ樹脂である３’，４’−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート４０質量部、（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル−３’，４’−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート２５質量部および４，４’−ビス〔ジ（β−ヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０質量％プロピオンカーボネート溶液２質量部を混合することにより、第１樹脂（非溶剤系の感光性エポキシ樹脂組成物）を調製した。
【０１０９】
製造例２（第２樹脂の製造）
ビスフェノキシエクノールフルオレングリシジルエーテル７０質量部、１，３，３−トリス｛４−〔２−（３−オキセクニル）〕ブトキシフェニル｝ブタン３０質量部および４，４’−ビス〔ジ（β−ヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０質量％プロピオンカーボネート溶液１質量部を乳酸エチルに溶解することにより、第２樹脂（感光性エポキシ樹脂組成物）を調製した。
【０１１０】
実施例１
シリコン基板（基板）の上に、製造例２で得られた第２樹脂を用いて、厚み５０μｍ、幅５０μｍの略角柱形状に塗布した後、７０℃で１０分加熱することにより溶剤を揮発させた。次に、フオトマスクを介して、紫外線照射し、さらに７０℃で１０分加熱して反応を完了させた。次に、γ−ブチロラクトンの現像液で現像し、厚み５０μｍ、幅１１０μｍの略角柱形状のコア層を形成した（図３（ａ）参照）。
【０１１１】
次いで、製造例１で得られた第１樹脂を、コア層の表面（上面）からの厚みが１００μｍとなるように、コア層を披覆するように基板上に塗布し、１４０℃で２０分加熱した。この加熱処理により、第１樹脂がコア層の表層の第２樹脂に浸透した（図３（ｂ）参照）。
【０１１２】
次いで、紫外線照射して、さらに１２０℃で１０分加熱することにより反応を完了させた。これにより、アンダークラッド層を形成するとともに、コア層のアンダークラッド層と接触する表層に、第１樹脂が第２樹脂に浸透されている樹脂混合層を形成し、また、樹脂混合層に埋設される単一樹脂層を形成した（図３（ｃ）参照）。
【０１１３】
次いで、アンダークラッド層およびコア層からシリコン基板を剥離させ（図３（ｄ）参照）、アンダークラッド層およびコア層を上下反転させた。
【０１１４】
次いで、アンダークラッド層およびコア層の上に、スパッタリング法により、厚み１０ｎｍの二酸化ケイ素薄膜を保護層として形成した（図３（ｅ）参照）。
【０１１５】
別途、平面視においてシリコン基板と略同一形状であり、かつ、幅方向長さ１ｍｍ、伝播方向長さ１２ｍｍの開口部が形成されたシリコーンゴムシートを用意し、保護層に積層した。これにより、幅方向長さ１ｍｍ、伝播方向長さ１２ｍｍのサンプル配置部を区画した（図３（ｆ）参照）。
【０１１６】
このようにして、比色センサセルを得た。なお、アンダークラッド層の屈折率は、１．５３１、樹脂混合層の屈折率は、１．５８４であり、混合樹脂層の屈折率は、その積層方向において、アンダークラッド層側から単一樹脂層側に向けて、１．５３１から１．５８４に連続的に変化していた。
【０１１７】
比較例１
１４０℃で２０分加熱する工程を省略して、第１樹脂が第２樹脂（コア層の表層）に浸透しないようにした以外は、実施例１と同様にして、樹脂混合層を備えていない比色センサセルを得た。
【０１１８】
評価
各実施例および各比較例により得られた比色センサセルを、比色センサ（図４参照）に固定した。
【０１１９】
その後、比色センサセルのサンプル収容部に、サンプルとして、溶質の濃度に応じて色の濃度が異なる４種のローダミンＢ（別名：ベーシックバイオレット１０）水溶液（濃度：１ｎｇ／ｍＬ（薄い赤色）、１０ｎｇ／ｍＬ（やや薄い赤色）、１００ｎｇ／ｍＬ（やや濃い赤色）、１０００ｎｇ／ｍＬ（濃い赤色））、および、水（ローダミンＢ濃度０ｎｇ／ｍＬ）を５０μＬ投入し、コア層の一端から波長５５５ｎｍの光を入射し、他端から射出した光の強度を測定した。
【０１２０】
そして、ローダミンＢ水溶液や水が無い状態での光の強度を１００％とした場合の透過率（％）を求めた。その結果を、表１に示す。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】
そして、ローダミンＢ水溶液の濃度をＸ軸、透過率をＹ軸として、それらの関係をＸＹ座標にプロットした。その結果を、図５に示す。
【０１２３】
結果
樹脂混合層を形成した実施例では、樹脂混合層を形成していない比較例に比べ、ローダミンＢ水溶液の濃度を精度よく検出することができた。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 比色センサセル
２ 光導波路
３ アンダークラッド層
４ コア層
６ オーバークラッド層
１１ 比色センサ
２３ 樹脂混合層
３０ 検知部
３１ サンプル配置部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知部と、前記検知部に隣接するサンプル配置部とを備え、
前記検知部は、第１樹脂からなるアンダークラッド層と、第２樹脂からなり、前記アンダークラッド層に被覆されるコア層とを備える光導波路を備え、
前記コア層の前記アンダークラッド層と接触する表層に、前記第１樹脂が前記第２樹脂に浸透されている樹脂混合層が、形成されていることを特徴とする、比色センサセル。
【請求項２】
請求項１に記載の比色センサセルを備えることを特徴とする比色センサ。
【請求項３】
基板の上に、第２樹脂からなるコア層を所定パターンで形成する工程と、
前記基板の上において、第１樹脂を、前記コア層を被覆するとともに、前記コア層の表層に前記第１樹脂を浸透させるように、塗布および加熱する工程と、
前記第１樹脂を硬化させることにより、前記第１樹脂からなるアンダークラッド層を形成するとともに、前記コア層の前記アンダークラッド層と接触する表層に、前記第１樹脂が前記第２樹脂に浸透されている樹脂混合層を形成する工程と
を備えることを特徴とする、比色センサセルの製造方法。
【請求項１】
検知部と、前記検知部に隣接するサンプル配置部とを備え、
前記検知部は、第１樹脂からなるアンダークラッド層と、第２樹脂からなり、前記アンダークラッド層に被覆されるコア層とを備える光導波路を備え、
前記コア層の前記アンダークラッド層と接触する表層に、前記第１樹脂が前記第２樹脂に浸透されている樹脂混合層が、形成されていることを特徴とする、比色センサセル。
【請求項２】
請求項１に記載の比色センサセルを備えることを特徴とする比色センサ。
【請求項３】
基板の上に、第２樹脂からなるコア層を所定パターンで形成する工程と、
前記基板の上において、第１樹脂を、前記コア層を被覆するとともに、前記コア層の表層に前記第１樹脂を浸透させるように、塗布および加熱する工程と、
前記第１樹脂を硬化させることにより、前記第１樹脂からなるアンダークラッド層を形成するとともに、前記コア層の前記アンダークラッド層と接触する表層に、前記第１樹脂が前記第２樹脂に浸透されている樹脂混合層を形成する工程と
を備えることを特徴とする、比色センサセルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１０７９０１（Ｐ２０１２−１０７９０１Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５１６７（Ｐ２０１０−２５５１６７）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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