(57)【要約】【課題】光シグナルを容易に検出可能であり、他のデバイスとともに集積化することが可能な流路デバイス及びその流路デバイスを使用した分析方法の提供。【解決手段】（１）基材１内に、流路３と、少なくとも３つの光導波路とを備え、流路３の一部を構成する照射部７において、前記少なくとも３つの光導波路の各第一端部が互いに光学的に結合されていることを特徴とする流路デバイス。（２）第一光導波路４、第二光導波路５および第三光導波路６を備え、第一光導波路４および第三光導波路６は、第一光導波路４を伝搬する伝搬光が照射部７において反射し、その反射光が第三光導波路６へ導かれる位置に配置され、第二光導波路５は、前記反射光が導かれない位置に配置されていることを特徴とする前記（１）に記載の流路デバイス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材内に、流路と、少なくとも３つの光導波路とを備え、前記流路の一部を構成する照射部において、前記少なくとも３つの光導波路の各第一端部が互いに光学的に結合されていることを特徴とする流路デバイス。
【請求項２】
第一光導波路、第二光導波路および第三光導波路を備え、
前記第一光導波路および前記第三光導波路は、前記第一光導波路を伝搬する伝搬光が前記照射部において反射し、その反射光が前記第三光導波路へ導かれる位置に配置され、
前記第二光導波路は、前記反射光が導かれない位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の流路デバイス。
【請求項３】
前記第二光導波路が、前記流路に対して、前記第一光導波路及び前記第三光導波路の反対側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流路デバイス。
【請求項４】
前記第二光導波路が、前記第一光導波路を伝搬して更に前記照射部の流路を透過した透過光が導かれない位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の流路デバイス。
【請求項５】
前記第二光導波路が、前記流路に対して、前記第一光導波路及び前記第三光導波路と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流路デバイス。
【請求項６】
さらに第四光導波路を備え、
前記第四光導波路は、前記第一光導波路を伝搬して更に前記照射部の流路を透過した透過光が導かれる位置に配置されていることを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の流路デバイス。
【請求項７】
前記第一光導波路および前記第四光導波路は、略同一の光軸を共有し、前記流路を挟んで配置されていることを特徴とする請求項６に記載の流路デバイス。
【請求項８】
前記第一光導波路の中心線と前記第三光導波路の中心線とが前記照射部において交差してなす角は、前記伝搬光の光軸が、前記照射部において全反射された前記反射光の光軸となす角に略等しいことを特徴とする請求項２〜７の何れか一項に記載の流路デバイス。
【請求項９】
第一光導波路、第二光導波路および第四光導波路を備え、
前記第一光導波路および前記第四光導波路は、前記第一光導波路を伝搬する伝搬光が前記照射部の流路を透過し、その透過光が第四光導波路へ導かれる位置に配置され、
前記第二光導波路は、前記透過光が導かれない位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の流路デバイス。
【請求項１０】
前記第一光導波路および前記第四光導波路は、略同一の光軸を共有し、前記流路を挟んで配置されていることを特徴とする請求項９に記載の流路デバイス。
【請求項１１】
さらに第三光導波路を備え、
前記第三光導波路は、前記伝搬光が前記照射部において反射して得られる反射光が導かれる位置に配置されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の流路デバイス。
【請求項１２】
前記第一光導波路の中心線と前記第三光導波路の中心線とが前記照射部において交差してなす角は、前記伝搬光の光軸が、前記照射部において全反射された前記反射光の光軸となす角に略等しいことを特徴とする請求項１１に記載の流路デバイス。
【請求項１３】
請求項２〜１２の何れか一項に記載の流路デバイスを使用する分析方法であって、
前記流路に測定物質を含む分析試料を注入し、前記第一光導波路の第二端部から前記照射部へ光を入射することにより前記照射部において前記測定物質を発光させ、
前記測定物質から発生する光シグナルを前記第二光導波路へ導くことによって、前記光シグナルを検出することを特徴とする分析方法。
【請求項１４】
前記照射部を構成する流路を透過した光の強度分布を測定することにより、前記測定物質の吸収スペクトルを得ることを特徴とする請求項１３に記載の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路および光導波路を有する流路デバイス、及びその流路デバイスを使用する分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板に配置されたコア及びクラッドからなる光導波路と、分析用の試料が流通する流路とを備え、コアの一部が流路に接する位置関係で配置されたマイクロチップが知られている。その流路はコアの屈折率より小さい屈折率の媒質によって満たされ、コアと流路が接した箇所において、コア中を伝搬してきた測定用の光線が全反射するという特徴がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７２６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたマイクロチップは、入射光を伝搬する第一の光導波路及び反射光を伝搬する第二の光導波路が、流路の一箇所（照射部）に接続されている。照射部において入射光は全反射されて反射光として第二の光導波路へ導かれる。一方、照射部の流路の内側を構成する側面に発生したエバネッセント波により、流路内の測定物質（蛍光物質）が励起されて蛍光を発生する。この蛍光シグナルは第二の光導波路から検出器へ導かれる。
特許文献１のマイクロチップが有する問題は、蛍光シグナルと反射光とが、同じ第二の光導波路へ導かれることである。つまり、蛍光シグナルを検出する際に反射光がノイズとして重なるため、検出の感度又は精度が落ちてしまう問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光シグナルを容易に検出可能であり、他のデバイスとともに集積化することが可能な流路デバイス及びその流路デバイスを使用した分析方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）基材内に、流路と、少なくとも３つの光導波路とを備え、前記流路の一部を構成する照射部において、前記少なくとも３つの光導波路の各第一端部が互いに光学的に結合されている流路デバイス。
前記（１）の流路デバイスによれば、入射光を伝播する光導波路、照射部からの反射光を伝播する光導波路とは別に、照射部で発生する光シグナルを伝搬する光導波路を設置することができる。この結果、光シグナルを反射光から分離して検出できるため、検出の感度及び精度を向上させることができる。
【０００７】
（２）第一光導波路、第二光導波路および第三光導波路を備え、前記第一光導波路および前記第三光導波路は、前記第一光導波路を伝搬する伝搬光が前記照射部において反射し、その反射光が前記第三光導波路へ導かれる位置に配置され、前記第二光導波路は、前記反射光が導かれない位置に（外側に）配置されている前記（１）に記載の流路デバイス。
前記（２）の流路デバイスによれば、前記照射部からの前記光シグナルを第二光導波路へ導くとともに、前記反射光が第二光導波路へ導かれることを抑制しているため、前記光シグナルを高感度及び高精度で容易に検出することができる。また、前記照射部からの前記反射光を第三光導波路から容易に回収できる。
【０００８】
（３）前記第二光導波路が、前記流路に対して、前記第一光導波路及び前記第三光導波路の反対側に配置されている前記（２）に記載の流路デバイス。
前記（３）の流路デバイスによれば、第一光導波路及び第三光導波路の配置に影響されることなく、第二光導波路を配置することができる。また、照射部からの反射光が第二光導波路に導入されることがないため、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【０００９】
（４）前記第二光導波路が、前記第一光導波路を伝搬して更に前記照射部の流路を透過した透過光が導かれない位置に配置されていることを特徴とする前記（３）に記載の流路デバイス。
前記（４）の流路デバイスによれば、前記透過光が第二光導波路へ導かれることによる検出の感度及び精度の劣化を確実に防ぐことができる。この結果、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【００１０】
（５）前記第二光導波路が、前記流路に対して、前記第一光導波路及び前記第三光導波路と同じ側に配置されている前記（２）に記載の流路デバイス。
前記（５）の流路デバイスによれば、前記第一光導波路を伝搬して更に前記照射部の流路を透過した透過光が第二光導波路へ導かれることを確実に防ぐことができる。この結果、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【００１１】
（６）さらに第四光導波路を備え、前記第四光導波路は、前記第一光導波路を伝搬して更に前記照射部の流路を透過した透過光が導かれる位置に配置されている前記（２）〜（５）の何れか一に記載の流路デバイス。
前記（６）の流路デバイスによれば、前記透過光を第四光導波路から回収できるため、前記透過光が迷光になることを防止することができる。この結果、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。さらには前記透過光及び前記反射光の両方ともを各光導波路によって回収することができる。照射部において入射光を全反射させて流路内をエバネッセント光で照射してもよいし、入射光を流路内に透過させて流路内を入射光で照射してもよい構成であるため、流路内の媒質の屈折率を考慮せずとも、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【００１２】
（７）前記第一光導波路および前記第四光導波路は、略同一の光軸を共有し、前記流路を挟んで配置されている前記（６）に記載の流路デバイス。
前記（７）の流路デバイスによれば、前記透過光を第四光導波路から容易に回収できるため、前記透過光が迷光になることを容易に防止することができる。この結果、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【００１３】
（８）前記第一光導波路の中心線と前記第三光導波路の中心線とが前記照射部において交差してなす角は、前記伝搬光の光軸が、前記照射部において全反射された前記反射光の光軸となす角に略等しい前記（２）〜（７）の何れか一に記載の流路デバイス。
前記（８）の流路デバイスによれば、前記照射部において、前記伝搬光を容易に全反射させることができる。このため、前記照射部を構成する前記流路内にエバネッセント光を容易に発生させることができる。この結果、前記エバネッセント光を利用して前記測定物質を容易に検出することができる。
【００１４】
（９）第一光導波路、第二光導波路および第四光導波路を備え、前記第一光導波路および前記第四光導波路は、前記第一光導波路を伝搬する伝搬光が前記照射部の流路を透過し、その透過光が第四光導波路へ導かれる位置に配置され、前記第二光導波路は、前記透過光が導かれない位置（外側）に配置されている前記（１）に記載の流路デバイス。
前記（９）の流路デバイスによれば、前記照射部からの前記光シグナルを第二光導波路へ導くとともに、前記透過光が第二光導波路へ導かれることを抑制しているため、前記光シグナルを高感度及び高精度で容易に検出することができる。また、前記透過光を第四光導波路から容易に回収できるため、前記透過光が迷光になることを防止することができる。この結果、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【００１５】
（１０）前記第一光導波路および前記第四光導波路は、略同一の光軸を共有し、前記流路を挟んで配置されている前記（９）に記載の流路デバイス。
前記（１０）の流路デバイスによれば、前記透過光を第四光導波路から容易に回収できるため、前記透過光が迷光になることを容易に防止することができる。この結果、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【００１６】
（１１）さらに第三光導波路を備え、前記第三光導波路は、前記伝搬光が前記照射部において反射して得られる反射光が導かれる位置に（該反射光を含むように）配置されている前記（９）又は（１０）に記載の流路デバイス。
前記（１１）の流路デバイスによれば、前記照射部からの前記反射光を第三光導波路から容易に回収できるため、前記反射光が迷光になることを容易に防止することができる。さらには前記透過光及び前記反射光の両方ともを各光導波路によって回収することができる。照射部において入射光を全反射させて流路内をエバネッセント光で照射してもよいし、入射光を流路内に透過させて流路内を入射光で照射してもよい構成であるため、流路内の媒質の屈折率を考慮せずとも、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【００１７】
（１２）前記第一光導波路の中心線と前記第三光導波路の中心線とが前記照射部において交差してなす角は、前記伝搬光の光軸が、前記照射部において全反射された前記反射光の光軸となす角に略等しい前記（１１）に記載の流路デバイス。
前記（１２）の流路デバイスによれば、前記照射部において、前記伝搬光を容易に全反射させることができる。このため、前記照射部を構成する前記流路内にエバネッセント光を容易に発生させることができる。この結果、前記エバネッセント光を利用して前記測定対象物質を容易に検出することができる。
【００１８】
（１３）前記（２）〜（１２）の何れか一に記載の流路デバイスを使用する分析方法であって、前記流路に測定物質を含む分析試料を注入し、前記第一光導波路の第二端部から前記照射部へ光を入射することにより前記照射部において前記測定物質を発光させ、前記測定物質から発生する光シグナルを前記第二光導波路へ導くことによって、前記光シグナルを検出することを特徴とする分析方法。
前記（１３）の分析方法によれば、光シグナルを第二光導波路へ導くとともに、前記照射部からの透過光及び反射光が第二光導波路へ導かれることを抑制しているため、前記光シグナルの検出におけるシグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が高くなり、分析試料中の物質を高感度及び高精度で検出することができる。また、全反射を起こさなくとも前記測定対象物質を容易に検出することができる。
【００１９】
（１４）前記照射部を構成する流路を透過した光の強度分布を測定することにより、前記測定物質の吸収スペクトルを得ることを特徴とする前記（１３）に記載の分析方法。
前記（１４）の分析方法によれば、得られた吸収スペクトルから当該測定物質の種類を同定し、当該測定物質の濃度を定量することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる流路デバイスによれば、入射光を伝播する光導波路、照射部からの反射光を伝播する光導波路とは別に、照射部で発生する光シグナルを伝搬する光導波路を設置することができる。この結果、光シグナルを反射光から分離して検出できるため、検出の感度及び精度を向上させることができる。また、全反射を起こさなくとも容易に測定対象物質を検出することができる。また、各光導波路に光源や検出器を接続し、流路にポンプ等を接続することにより、本発明の流路デバイスと他の装置を集積化することも可能である。
【００２１】
本発明にかかる分析方法によれば、光シグナルを第二光導波路へ導くとともに、前記照射部からの透過光及び反射光が第二光導波路へ導かれることを抑制しているため、前記蛍光シグナルの検出におけるＳ／Ｎ比が高くなり、分析試料中の蛍光物質を高感度及び高精度で検出することができる。また、全反射を起こさなくとも前記測定対象物質を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一の実施形態の流路デバイスの斜視図である。
【図２】第一の実施形態の流路デバイスを上方から見た模式図である。
【図３】第二の実施形態の流路デバイスを上方から見た模式図である。
【図４】第三の実施形態の流路デバイスの斜視図である。
【図５】第三の実施形態の流路デバイスを上方から見た模式図である。
【図６】第四の実施形態の流路デバイスを上方から見た模式図である。
【図７】第五の実施形態の流路デバイスの斜視図である。
【図８】第五の実施形態の流路デバイスを上方から見た模式図である。
【図９】第六の実施形態の流路デバイスを上方から見た模式図である。
【図１０】本発明に係る流路デバイスを製造する方法の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る流路デバイスを製造する方法の別の一例を示す断面図である。
【図１２】レーザー照射方法の一例を示した斜視図である。
【図１３】レーザー照射強度と形成される改質部（酸素欠乏部）との関係を示す模式図である。
【図１４】レーザー照射強度と形成される改質部（酸素欠乏部）との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２４】
《第一の実施形態》
本発明の第一の実施形態である流路デバイス１０を図１に例示する。流路デバイス１０は、基材である基板１内に、流路３と、少なくとも３つの光導波路４，５，６とを備え、流路３の一部を構成する照射部７において、前記少なくとも３つの光導波路の各第一端部４ａ，５ａ，６ａが互いに光学的に結合されている。
より具体的には、流路デバイス１０は、基板１内に、流路３と、少なくとも３つの光導波路４，５，６とを備える流路デバイスであって、前記光導波路として、第一光導波路４、第二光導波路５および第三光導波路６を備え、流路３の一部を構成する照射部７において、第一光導波路４、第二光導波路５及び第三光導波路６の各第一端部が互いに光学的に結合されており、第一光導波路３および第三光導波路６は、第一光導波路３を伝搬する伝搬光が照射部７において反射し、その反射光が第三光導波路６へ導かれる位置に配置され、第二光導波路５は、前記反射光が導かれない位置に配置されている。
【００２５】
本発明にかかる流路デバイスに設けられた各光導波路は、従来公知の光導波路の構成、すなわちコアの周囲をクラッドが覆う構成を備えられる。図１に例示する流路デバイス１０において、矩形で示した光導波路４，５，６はコアであり、基板１が前記コアの下面及び側面を覆うクラッドであり、基板１の上面１ａを覆う層２が前記コアの上面を覆うクラッドである。
【００２６】
流路３は、第一の基材１を構成する基板１の上面１ａに形成された溝であり、その断面形状は凹型である。流路３の上方は、第２の基材２（前記層２）が覆っている。
【００２７】
第一光導波路４を構成するコアは、基板１の上面１ａに掘られた溝をコア材料が充填することによって形成されている。また、第二光導波路５及び第三導波路６を構成するコアも、基板１の上面１ａに同様に形成されている。
【００２８】
各光導波路４，５，６は、各光導波路のコアの各第一端部４ａ，５ａ，６ａが流路３の一箇所に集合する位置関係となるように、配置されている。
前記各第一端部が流路３の側面に光学的に接続される方法は特に制限されない。例えば、流路３の側面を構成する基材１に前記各第一端部の端面が接していてもよいし、流路３の側面が前記各第一端部の端面によって構成されてもよい。
流路デバイス１０においては、各第一端部４ａ，５ａ，６ａを構成するコアが流路３の一箇所に集合して光学的に接続されているとともに、各第一端部４ａ，５ａ，６ａの各端面が流路３の側面を構成している。
【００２９】
本明細書及び特許請求の範囲では、前記一箇所を照射部７と呼ぶ。照射部７は、各光導波路の各第一端部４ａ，５ａ，６ａ、前記各第一端部の各端面が構成する流路３の側面、及び前記側面に近い流路３内の領域が含まれる。例えば、第一光導波路４の第二端部４ｂから入射された光によって、照射部７を照射することができる。
前記領域が指す範囲の目安は、前記入射光が前記側面を透過した光又は前記側面で発生したエバネッセント光が、前記側面から流路３内を照らす範囲であり、例えば前記側面から入射光の波長の１．５倍以内の距離にある領域を指す。具体的には、可視光、近赤外光を入射光とする場合、前記領域が示す範囲の目安は１μｍ以内の距離があげられる。
【００３０】
［流路デバイスを用いた測定方法］
流路デバイス１０を使用した試料の測定の一例として、次の方法が挙げられる。まず、流路３に蛍光物質を有する測定物質を含む流体を流通させる。つぎに、第一光導波路４の第二端部４ｂから第一端部４ａに向けて所定の波長を有する入射光を伝搬させると、流路３の前記側面から流路３内に、入射光の少なくとも一部が励起光として入射する。その際、照射部７を構成する流路３内の前記領域に測定対象である蛍光物質が存在した場合、前記励起光によって励起された前記蛍光物質から蛍光シグナルが放射され、前記蛍光シグナルが流路３の前記側面から各第一端部４ａ，５ａ，６ａが集合したコア内に入射し、第一光導波路４、第二光導波路５、及び第三光導波路６の各第二端部に向けて伝播される。第二光導波路５の第二端部５ｂに検出器を接続しておくことにより、照射部７から放射された蛍光シグナルを検出することができる。このように蛍光シグナルを検出することにより、測定物質が流路３の照射部７を通過したことを知ることができる。蛍光シグナルの蛍光強度と蛍光物質の量は、一般に相関関係を有するため、検出された蛍光強度から蛍光物質の量を知ることもできる。尚、測定の一例として蛍光物質を用いた測定法を示したが、蛍光物質には限定されず、その他の物質を用いた測定を行うことが可能である。その他の物質の一例として、ナノ粒子、量子ドットが挙げられる。
【００３１】
ここで説明した測定法の他に、蛍光物質等などのラべリング（標識）を利用しない測定方法も採用できる。例えば、照射部において、流路内の測定物質の影響を受けて入射光の強度が変化することにより、その透過光又は反射光の吸収スペクトル（強度分布）を検出することも可能である。この場合には、後述する第四光導波路８の第二端部８ｂ又は第三光導波路６の第二端部６ｂに検出器を配置すればよい。
【００３２】
照射部７を構成する流路３の側面において、第一光導波路４から入射された入射光のうち流路３内に励起光として入射しない残部は、反射されて反射光となる。この反射光は、第三光導波路６の第一端部６ａに導入され、第二端部６ｂへ向けて伝搬される。一方、照射部７で放射された蛍光シグナルは、基本的には指向性を有さないため、各第一端部４ａ，５ａ，６ａの各々に導入される。このうち、第二光導波路５は伝搬する蛍光シグナルを検出する。照射部７を構成する流路３の側面に入射する入射光及び前記側面によって反射された反射光は、第二光導波路５には殆ど導入されないため、第二光導波路５の第二端部５ｂにおける蛍光シグナルの検出時に、前記反射光がノイズになることは殆どない。
【００３３】
このように、本発明にかかる流路デバイス１０によれば、流路３内を流通させる流体に含まれる蛍光標識された分子等を、全反射を使用せずに、容易に検出することができる（後述するように、全反射を利用してもよい）。さらに、流路３の照射部７において反射された反射光は、第三光導波路６から回収されるため、蛍光シグナルを伝搬する第二光導波路５へ導かれることがなく、蛍光シグナルの検出が容易となる。また、第一光導波路４の第二端部４ｂに光源を接続し、第二光導波路５の第二端部５ｂに検出器を接続してもよい。また、第三光導波路６の他端部６ｂに、検出器を接続するか、光回収材（光吸収材）を設置するか又は開放端にしてもよい。さらに、流路３の端部にマイクロ流体ポンプ等の他のデバイスを接続するもよい。また、一つのチップ上に種々の装置を集積化することにより、いわゆるμTASとして、マイクロメートル又はナノメートルの流路サイズで本発明にかかる流路デバイスを製造することも可能である。
【００３４】
図１に示した流路デバイス１０の各光導波路の第二端部４ｂ、５ｂ、６ｂは、第一の基材１の側面に露呈しているが、必ずしも露呈させる必要はなく、各第二端部に接続されるデバイス等との組み合わせにより適宜調整することができる。
【００３５】
［光導波路の配置］
本発明にかかる流路デバイスは、それを使用した分析において高感度且つ高精度で容易に蛍光シグナルを検出するために、照射部７からの反射光が第二光導波路５の一端５ａに導入されない構造を備えることが重要である。流路デバイス１０は、このような構造として、光導波路の配置が工夫された構造を備えている。
【００３６】
流路デバイス１０において、第一光導波路４、第二光導波路５および第三光導波路６のうち、第一光導波路４および第三光導波路６は、第一光導波路４を伝搬する伝搬光（入射光）が照射部７において反射し、その反射光が第三光導波路６へ導かれるように配置され、第二光導波路５は、流路３に対して、第一光導波路４と同じ側において、前記反射光の外側に配置されている。また、前記入射光は第一光導波路４から照射部７へ照射されるので、前記入射光が第一光導波路４から第二光導波路５へ直接導かれることも避けられている。
【００３７】
第一光導波路４から照射部７へ入射した光の入射角度に基づいて、照射部７からの反射光の反射角度（出射角度）を算出することができる。第二光導波路５の配置は、図２及び図３の矢印で表したように、基板１の上面側からその厚み方向に見て、第一光導波路４と第三光導波路６の間で、前記入射角度及び反射角度を考慮しつつ設計すればよい。
また、照射部７を構成する流路３の側面（内壁面）を基準面として、第一光導波路４および第三光導波路６の相対的な角度を調整し、前記入射光の入射角度と前記反射光の反射角度とを調整することによって、前記入射光又は反射光が照射部７から第二光導波路５の第一端部５ａに導入されることを抑制することができる。具体的には第一光導波路４の中心線と流路３とのなす角は第三光導波路６の中心線と流路３とのなす角に等しく、且つ、第一光導波路４の中心線と第三光導波路６の中心線は、照射部７における流路３の法線を基準線とした場合、互いに反対の方向に同じ角度だけ傾いている。
また、前記入射光及び反射光が第一光導波路４及び第三光導波路６を伝搬する場合、第二光導波路５を第一光導波路４と第三光導波路６とは重ならないように配置することにより、前記入射光又は反射光が照射部７から第二光導波路５の第一端部５ａに導入されることを抑制することができる。
このように各光導波路を配置することによって、例えば、第一光導波路４から照射部７へ照射されて、さらに照射部７で反射された光を、第三光導波路６から回収することができる。
【００３８】
第一光導波路４と第三光導波路６の相対的な角度は、第一光導波路４から照射部７へ入射した光が全反射されて、その反射光が第三光導波路６へ回収されるように、調整されても構わない。この具体例として、次の構造、すなわち第一光導波路４の中心線と第三光導波路６の中心線とが照射部７において交差してなす角は、第一光導波路４を伝播する伝搬光の光軸が、照射部７において全反射された前記反射光の光軸となす角に略等しい、という構造が挙げられる。このとき、流路内の媒質の屈折率を光導波路のコアの屈折率よりも小さくし、第一の光導波路４と流路３の法線とのなす角が臨界角を越える角度とする。この構造であると、照射部７を構成する流路３の側面（内壁面）から流路３の内部へエバネッセント光を発生させ、流路３内をエバネッセント光のみで照射することができる。
前記エバネッセント光により、流路３内の分析試料を照射および励起し、蛍光シグナルを得ることができる。
【００３９】
第一光導波路４から照射部７へ入射した光が、照射部７を構成する流路３の側面（第一の側面）で全反射されない場合、入射光の少なくとも一部が流路３を透過することがある。或いは流路３の幅がエバネッセント光の及ぶ範囲以下である場合にも入射光の一部が流路３を透過することがある。つまり、照射部７を構成する流路３の第一の側面に照射された光が、流路３内に入り、さらに第一の側面に対向する第二の側面から流路３の外へ透過することがある。したがって、図３に示すように、流路３で二分される（二つに分けられる）基板上面１ａのうち、第一光導波路４が配置された側の反対側に第二光導波路５を配置する場合は、流路３を透過した前記透過光が第二光導波路５に導入されないように、第二光導波路５は前記透過光が導かれない位置（前記透過光の外側）に配置されていてもよい。すなわち、第二光導波路５が、流路３に対して、第一光導波路３の反対側に配置されていてもよい。なお、前記透過光の伝搬方向は、公知の光学的手法により算出することができる。
【００４０】
［光導波路のコア径］
各光導波路４，５，６のコアの断面形状は特に制限されず、例えば矩形、多角形、楕円形及び円形が挙げられる。該断面において、縦の長さ（基板厚み方向の長さ）と横の長さ（基板上面と平行な方向の長さ）とは同じであっても異なっていてもよい。前記縦の長さは特に制限されないが、好ましくは１μｍ〜３００μｍであり、より好ましくは３μｍ〜２００μｍであり、さらに好ましくは５μｍ〜１００μｍである。前記横の長さは特に制限されないが、好ましくは１μｍ〜５００μｍであり、より好ましくは３μｍ〜３００μｍであり、さらに好ましくは５μｍ〜２００μｍである。縦の長さと横の長さの比（縦／横）は光がマルチモードあるいはシングルモードとして導波する限りにおいて限定されない。
【００４１】
各光導波路４，５，６のコアの縦の長さは、少なくとも照射部７において同じ長さである構造が実施形態の一例として挙げられる。この構造であると、各光導波路４，５，６のコアが照射部７に集合して流路３の側面を容易に構成することができる。照射部７以外の領域における、各光導波路４，５，６のコアの相対的な縦の長さは特に制限されず、同じであっても異なっていてもよいが、通常は同じに長さにして構わない。また、実施形態の変形例として、照射部７において、各光導波路４，５，６のコアの縦の長さが、流路３の断面の縦の長さ（基板厚み方向の長さ）と同じ又はそれ以上にした構造が挙げられる。この構造であると、励起光が流路３の内部を余すことなく照射することが可能であり、さらに流路３内で発生したシグナル光を各光導波路へ回収する際の、シグナル光の損失を低減できる。この結果、測定および蛍光シグナルの検出をより容易に高精度に行うことができる。
【００４２】
流路デバイス１０の実施形態の変形例として、第三光導波路６のコアの内径が第一光導波路４のコアの内径よりも大きい構造が挙げられる。この構造であると、前記反射光をより第三光導波路６へ容易に導くことができる。
第二光導波路５のコアの内径を、透過光及び反射光が導入されない範囲で大きくすると、より検出感度が上がる。あるいは第二光導波路５を、入射光、透過光が導入されない範囲で複数個配置させることも可能である。
【００４３】
［流路の内径］
流路３の内径の断面形状は特に制限されず、例えば矩形、多角形、楕円形及び円形が挙げられる。その断面において、縦の長さ（基板厚み方向の長さ）と横の長さ（基板上面と平行な方向の長さ）とは同じであっても異なっていてもよい。流路３の内径のうち長径は基板厚方向であっても良いし、基板上面と平行の方向であっても良い。本発明に係る流路デバイスの製造をより容易にする観点から、流路３の長径が基板の厚み方向に形成され、流路の短径が基板上面と平行方向に形成された構成を採用することができる。前記縦の長さとしては、前記コアの縦の長さとエバネッセント光の届く範囲の距離の和よりも短く設計する必要があり、０．１μｍ〜２００μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜１００μｍであることがより好ましく、０．９μｍ〜５０μｍであることがさらに好ましい。また、前記横の長さは、１００μｍ以下であることが好ましいが、全反射が起きる条件下で流路内全域を照射するためには、１μｍ未満であることが好ましく、１０ｎｍ〜９００ｎｍであることがより好ましく、５０ｎｍ〜８００ｎｍであることがさらに好ましく、１００ｎｍ〜７００ｎｍであることが特に好ましい。また、流路３の断面の縦の長さと横の長さの比（縦／横）は特に限定されない。流路３内の全域をエバネッセント光で照射するためには、流路３の断面の縦の長さ及び横の長さは、例えば入射光の波長の１．５倍程度以下であることが好ましい。
【００４４】
流路３の短径が１μｍ未満である場合、流路３を流れる分析対象の蛍光物質を励起光によって容易に照射することができる。また、流路３の短径が１０ｎｍ以上であると、蛍光物質を含む流体をナノ流路に容易に流通させることができる。一方、短径が１μｍ以上であると、特に全反射の起きる条件下ではエバネッセント光によって流路内全域を照射できない可能性がある。分析試料である流体に含まれる溶質の濃度が濃い又は前記流体が有色である場合には、測定対象である蛍光物質に励起光が充分に届かない可能性がある。また、短径が１０ｎｍ未満であると、分析試料である前記流体の粘度が高い場合には、流路３内を流通させるために過度に高い圧力をかける必要が生じる可能性がある。
【００４５】
実施形態の一例として、流路３の前記縦の長さが第一光導波路４のコアの前記縦の長さと同じ又はそれ以下である構造が挙げられる。この構造であると、流路３内を流通する試料を余すことなく、第一光導波路４を伝搬してくる励起光によって照射することができる。第二光導波路５及び第三光導波路６の前記縦の長さは第一光導波路４の前記縦の長さと等しくても異なっていてもよいが、前記縦の長さが各光導波路で異なる場合、各光導波路から光が漏れ出ないように、第一光導波路の縦の長さを最も小さくすることが好ましい。
【００４６】
図１に示した実施形態と異なる、別の実施形態の一例として、流路３の両端には流路３よりも太い径を有する別の流路が接続された構造が挙げられる。つまり、照射部７から離れた位置の流路３の内径が、照射部３を構成する流路３の内径よりも太くなっていてもよい。具体的には、照射部７を構成する流路３の内径が１μｍ未満であり、照射部７から離れた位置の流路３の内径が１μｍ以上である構造が例示できる。流路３の少なくとも一部又は流路３に接続される別の流路の内径を太くすることにより、流路３へ分析試料を容易に流通させることができる。
【００４７】
［材料の屈折率］
照射部７において、流路３の側面（側壁）を各光導波路４，５，６のコアが構成する場合、そのコア材料は、各光導波路４，５，６が光を充分に伝搬できる材料であれば公知の材料を限定なく使用することができる。ただし、前述の全反射によるエバネッセント光を利用する場合には、コア材料の選定に際して、流路３内を流れる媒質の屈折率を考慮することが好ましい。コア材料の屈折率と前記媒質の屈折率の関係は特許文献１に記載されている。一方、照射部７において入射光を全反射させない場合は、前記屈折率の関係を考慮する必要は無い。
【００４８】
各光導波路４，５，６及び流路３を上方から覆う第二の基材２（層２）の材料は特に制限されず、公知の材料を使用できる。第二の基材２を各光導波路４，５，６のクラッドとして機能させる場合には、前記コア材料の屈折率ｎ１と前記クラッド材料の屈折率ｎ２とが、ｎ１＞ｎ２の関係を有するように前記コア材料及び前記クラッド材料を公知の材料から選定することが好ましい。同様に、第一の基材１である基板１を各光導波路４，５，６のクラッドとして機能させる場合には、前記コア材料の屈折率ｎ１と基板１の屈折率ｎ３とが、ｎ１＞ｎ３の関係を有するように前記コア材料及び基板１の材料を公知の材料から選定することが好ましい。
【００４９】
《第二の実施形態》
本発明の第二の実施形態である流路デバイス２０を図４に例示する。図４において、第一の実施形態である流路デバイス１０と同じ構成には同じ符号を付してある。
【００５０】
流路デバイス２０は、前述した第一の実施形態である流路デバイス１０の構成に加えて、さらに第四光導波路８を備えている。
すなわち、流路デバイス２０は、第一光導波路４、第二光導波路５、第三光導波路６および第四光導波路８を備え、第一光導波路４および第四光導波路８は、第一光導波路４を伝搬する伝搬光が照射部７の流路３を透過し、その透過光が第四光導波路８へ導かれるように配置されている。第二光導波路５は、前記伝搬光が照射部７において反射して得られる反射光及び前記透過光が導かれない位置に（前記透過光の外側に）配置されている。
【００５１】
流路デバイス２０は、前記伝搬光が照射部７において反射して得られる反射光を含むように配置された第三光導波路６を備えている。ここで、「反射光を含む」とは、反射光の少なくとも一部を第三光導波路６の第一端部６ａへ導くことが可能な構造であることを意味する。第一光導波路４から第三光導波路６への結合効率が高い程、より高感度に光シグナルを検出することができる。
【００５２】
第四光導波路８の第一端部８ａは照射部７を構成する流路３の側面に光学的に結合されている。実施形態の一例として、第四光導波路８の第一端部８ａの端面が、照射部７を構成する流路３の側面を構成する構造が挙げられる。
より詳しくは、照射部７において、流路３の第一の側面に、第一〜第三光導波路の各第一端部４ａ，５ａ，６ａが光学的に結合されている。一方、流路３の前記第一の側面に対向する第二の側面に、第四光導波路８の第一端部８ａが光学的に結合されている。つまり、照射部７を構成する流路３を挟んで、第一光導波路４と第四光導波路８とが対向して配置されている。
【００５３】
このように配置された第四光導波路８は、第一光導波路４を伝搬する伝搬光が照射部７の流路３を透過して得られる透過光を含む。ここで、「透過光を含む」とは、透過光の少なくとも一部を第四光導波路８の第一端部８ａへ導くことが可能な構造であることを意味する。第一光導波路４から第四光導波路８への結合効率が高い程、より高感度に光シグナルを検出することができる。
【００５４】
流路デバイス２０の実施形態の変形例として、第四光導波路８のコアの内径が第一光導波路４のコアの内径よりも大きい構造が挙げられる。この構造であると、前記透過光をより第四光導波路８へ容易に導くことができる。
また、流路デバイス２０の実施形態の変形例として、第三導波路６のコアの内径が第一光導波路４のコアの内径よりも大きい構造が挙げられる。この構造であると、前記反射光をより第三光導波路６へ容易に導くことができる。
【００５５】
第四光導波路８を設けたことにより、第一光導波路４から入射された光が照射部７の流路３を透過して得られる透過光を、第四光導波路８の第一端部８ａに導いて、第四光導波路８の第二端部８ｂから回収することができる。さらに、前記透過光が流路デバイス中で迷光になることを防止することができる。この結果、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。また、第四導波路８の第二端部８ｂに検出器を接続することで、透過光の強度分布を測定し、測定物質の吸収スペクトルを得ることができる。吸収スペクトルを解析することにより、測定物質の種類を同定し、測定物質の濃度を定量することができる。
【００５６】
流路デバイス２０の実施形態の一例として、第一光導波路４および第四光導波路８は、略同一の光軸（光導波路を伝搬する光を代表する光束）又は略同一の中心線を共有し、流路３を挟んで配置された構造が挙げられる。この構造であると、前記透過光をより容易に回収することができる。ここで「略同一の光軸を共有する」とは、光導波路と流路との屈折を考慮し、光線（光軸）が第一光導波路４から第四光導波路８へ伝搬可能な状態、又は、前記光軸が第一光導波路４の中心線及び第四光導波路８の中心線の上にある状態を指す。そのため、両光導波路が光軸を共有する場合、第一光導波路４および第四光導波路８は幾何学的に一直線上からずれていてもよいし、流路幅が十分に狭い場合には同一直線上にある（中心線を共有する）ことも可能である。
【００５７】
流路デバイス２０における第二光導波路５の配置は、前述した流路デバイス１０と同様に設計することができる。例えば、図５の矢印で表したように、基板１の上面側からその厚み方向に見て、第一光導波路４と第三光導波路６の間で、前記入射角度及び反射角度を考慮しつつ設計することができる。また、別の例として、図６の矢印で表したように、基板１の上面側からその厚み方向に見て、第一光導波路４と第四光導波路８の間で、前記入射角度及び反射角度を考慮しつつ設計することができる。さらに、図示しないが、基板１の上面側からその厚み方向に見て、第三光導波路６と第四光導波路８の間で、前記入射角度及び反射角度を考慮しつつ設計することができる。流路３と第一光導波路４の中心線とのなす角は、例えば５度以下の角度で設計されるため、第二光導波路５に反射光又は透過光を確実に入射させないためには、第二光導波路５は十分に他の光導波路と離れていることが好ましい。そのため、第二光導波路５の配置は、基板１の上面側からその厚み方向に見て、図５のように第一光導波路４と第三光導波路６の間、又は図６のように第一光導波路４と第四光導波路８の間、且つ流路３に対し第四光導波路８側のいずれかに配置することがより好ましい。
【００５８】
流路デバイス２０においても、前述した流路デバイス１０と同様に、第一光導波路４と第三光導波路６の相対的な角度を調整することができる。
すなわち、第一光導波路４と第三光導波路６の相対的な角度は、第一光導波路４から照射部７へ入射した光が全反射されて、その反射光が第三光導波路６へ回収されるように、調整されて構わない。この構造であると、照射部７を構成する流路３の側面（内壁面）から流路３の内部へエバネッセント光を発生させ、当該エバネッセント光のみで流路３内を照射することが可能となる。このエバネッセント光により、流路３内の分析試料を照射および励起し、蛍光シグナルを得ることができる。
【００５９】
一方、前記相対的な角度は、前記全反射が起こらず、第一光導波路４から照射部７へ入射した光の少なくとも一部が流路３を透過するように調整されても構わない。この場合、流路３を透過する光によって、流路３内を流通する分析試料を照射することができる。
したがって、流路デバイス２０を使用した分析において、分析試料を照射する場合、エバネッセント光を利用してもよいし、エバネッセント光を利用せずに透過光のみを利用してもよい。
【００６０】
《第三の実施形態》
本発明の第三の実施形態である流路デバイス３０を図７に例示する。図７において、第二の実施形態である流路デバイス２０と同じ構成には同じ符号を付してある。
【００６１】
流路デバイス３０は、前述した第二の実施形態である流路デバイス２０の構成から、第三光導波路６を除いた構成を有する。
すなわち、流路デバイス３０は、第一光導波路４、第二光導波路５および第四光導波路８を備え、第一光導波路４および第四光導波路８は、第一光導波路４を伝搬する伝搬光が照射部７の流路３を透過し、その透過光が第四光導波路８へ導かれるように配置されている。第二光導波路５は、前記伝搬光が照射部７において反射して得られる反射光及び前記透過光の外側に配置されている。
【００６２】
流路デバイス３０の実施形態の変形例として、第四光導波路８のコアの内径が第一光導波路４のコアの内径よりも大きい構造が挙げられる。この構造であると、前記透過光をより第四光導波路８へ容易に導くことができる。
【００６３】
第四光導波路８を設けたことにより、第一光導波路４から入射された光が照射部７の流路３を透過して得られる透過光を、第四光導波路８の第一端部８ａに導いて、第四光導波路８の第二端部８ｂから回収することができる。さらに、前記透過光が流路デバイス中で迷光になることを防止することができる。この結果、前記光シグナルを高感度及び高精度でより容易に検出することができる。
【００６４】
流路デバイス３０の実施形態の一例として、第一光導波路４および第四光導波路８は、略同一の光軸（光導波路を伝搬する光を代表する光束）又は略同一の中心線を共有し、流路３を挟んで配置された構造が挙げられる。この構造であると、前記透過光をより容易に回収することができる。
【００６５】
流路デバイス３０における第二光導波路５の配置は、前述した流路デバイス１０及び流路デバイス２０と同様に設計することができる。例えば、図８の矢印で表したように、基板１の上面側からその厚み方向に見て、流路３で二分される（二つに分けられる）基板上面１ａのうち、第一光導波路４が配置された側に第二光導波路５を配置する場合は、前述した第三光導波路６を配置することが可能な領域を除く領域で、第二光導波路５を配置することができる。ここで、前記領域は、照射部７において反射光が発生した場合に当該反射光が及ばない領域である。前記領域は、前記入射光の入射角度及び反射光の反射角度を、公知の光学的手法に基づいて検討することにより求められる。
【００６６】
また、図９の矢印で表したように、基板１の上面側からその厚み方向に見て、流路３で二分される（二つに分けられる）基板上面１ａのうち、第四光導波路８が配置された側に第二光導波路５を配置する場合は、流路３と第四光導波路８の間で、前記入射角度及び透過角度を考慮しつつ設計することができる。
【００６７】
流路デバイス３０を使用した分析において、分析試料を照射する場合、第一光導波路４から照射部７へ入射した光の少なくとも一部が流路３内に入り、流路３内を流通する分析試料を照射することができる。
【００６８】
＜流路デバイスの製造方法＞
本発明にかかる流路デバイスは、公知の材料を使用して、感光性レジストを用いたフォトリソグラフィーやレーザー照射により、基材のエッチング耐性を変化させる公知方法などを利用して製造することができる。以下、図を参照して、製造方法の具体例を示す。
【００６９】
［製造方法１：流路をウェットエッチングにより形成する方法］
第一の基材１としてガラス基板を使用する。まず、第一の基材の上面１ａに、光導波路４，５，６，８及び流路３を形成する領域を反映したパターンを有する感光性レジスト３１を形成する（図１０(a)）。つぎに、第一の基材１をエッチング可能なガス、例えばフロロ力ーボン系、ＳＦ系ガス、ＣＨＦ３、フッ素ガス、塩素ガス等を用いて公知の方法でドライエッチングを行い、第一の基材の上面１ａに、凹状の溝３２によって構成された所定パターンを形成する（図１０(b)）。つづいて、レジスト３１を除去し、ＣＶＤ法等により、溝３２の中に光導波路のコアとなる材料３３を堆積し（図１０(c)）、第一の基材の上面１ａが露出するまで研磨することによって、溝３２の中にだけコア材料３３を残す（図１０(d)）。その後、ＣＶＤ法等により、第一の基材の上面１ａ及び溝中のコア材料の上にクラッド材料を堆積させる（図１０(e)）。この堆積したクラッド材料は、第二の基材２を構成する。この工程が終了したとき、光導波路４，５，６，８が完成するとともに、流路３を形成する領域についても、光導波路と同様に、溝中にコア材料が充填され、上面１ａの全体がクラッド材料で覆われた状態になっている。
【００７０】
つぎに、流路３を形成する領域に充填されたコア材料３３に対して、レーザー光を照射し、形成するナノ流路３の経路をなぞるように、その焦点を走査することにより、コア材料内の流路３が形成される部位を改質する（図１０(f)）。このレーザー照射の方法および条件については、後述する。
【００７１】
改質された部位（改質部）３４は、エッチング選択比が高くなっている（エッチング耐性が低くなっている）ため、例えばフッ酸（ＨＦ）を主成分とする溶液やフッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸、水酸化カリウム水溶液等の公知のエッチャントを用いることにより、改質部３４を選択的に若しくは優先的にウェットエッチングして除去することができる（図１０(g)）。このエッチングによって流路３を形成し、ナノ流路デバイスを得ることができる。
【００７２】
ウェットエッチングの処理時間を調整することによって、改質部３４と流路３とのサイズ差を小さくしたり大きくしたりすることが可能である。
前記処理時間を短くすることによって、流路３の短径を数ｎｍ〜数十ｎｍにすることも理論的には可能である。これとは逆に、前記処理時間を長くすることによって、流路３の短径を１μｍ〜２μｍ程度に、その長径を５μｍ〜１０μｍ程度に形成することも可能である。
【００７３】
本発明にかかる流路デバイスに、照射部７を有する流路以外の流路を形成する場合、第一の基材１の任意の領域をレーザー等で改質して、改質部をエッチングする方法を採用してもよいし、従来公知のフォトリソグラフィーにより、ナノ流路とは別に形成してもよい。
【００７４】
［製造方法２：流路をドライエッチングにより形成する方法］
第一の基材１としてガラス基板を使用する。まず、第一の基材の上面１ａに、光導波路４，５，６，８及び流路３を形成する領域を反映したパターンを有する感光性レジスト３１を形成する（図１１(a)）。つぎに、第一の基材１をエッチング可能なガス、例えばフロロ力ーボン系、ＳＦ系ガス、ＣＨＦ３、フッ素ガス、塩素ガス等を用いて公知の方法でドライエッチングを行い、第一の基材の上面１ａに、凹状の溝３２によって構成された所定パターンを形成する（図１１(b)）。つづいて、レジスト３１を除去し、ＣＶＤ法等により、溝３２の中に光導波路のコアとなる材料３３を堆積し（図１１(c)）、第一の基材の上面１ａが露出するまで研磨することによって、溝３２の中にだけコア材料３３を残す（図１１(d)）。ここまでは、前述の製造方法１と同様である。
【００７５】
つぎに、流路３を形成する領域に充填されたコア材料３３に対して、レーザー光を照射し、形成する流路３の経路をなぞるように、その焦点を走査することにより、コア材料内の流路３が形成される部位を改質する（図１１(e)）。このレーザー照射の方法および条件については、後述する。
改質された部位（改質部）３４は、エッチング選択比が高くなっている（エッチング耐性が低くなっている）ため、例えばフロロ力ーボン系、ＳＦ系ガス、ＣＨＦ３、フッ素ガス、塩素ガス等を用いて公知方法により、改質部３４を選択的に若しくは優先的にドライエッチングして除去することができる。このエッチングによって流路３を構成する凹状の溝３５を形成できる（図１１(f)）。この際、流路の短径をナノオーダーの長さで容易に形成できることから、ドライエッチングの方式としては、異方性ドライエッチング法を採用することが好ましい。
あるいは、基材１上に、電子ビーム用レジストを塗布した後、電子ビームによって前記電子ビーム用レジストをパターニングする。その後ドライエッチングによって流路となる凹部を形成することも可能である。
【００７６】
その後、ＣＶＤ法等により、第一の基材の上面１ａ及び溝中のコア材料３３の上にクラッド材料を堆積させる（図１１(g)）。この際、流路幅が１μｍ未満である場合には、凹状の溝３５内部には殆ど堆積しない。流路幅が１μｍ以上である場合には、例えば、流路内にレジスト等の樹脂を一時的に充填しておき、前記クラッド材料の堆積後に、有機溶剤等で流路内から当該樹脂を除去する方法が可能である。
前記堆積したクラッド材料は、第一の基板の上面１ａ全体を覆う第二の基材２を構成する。この工程が終了したとき、光導波路４，５，６，８、および流路３が完成し、流路デバイスが得られる。
【００７７】
ここでは、基材の材料の一例としてガラスの例を示しているが、インプリント、モールドなどの公知の手法を用いれば、樹脂を基材として使用することも可能である。この際、流路となる凹部を形成する方法として、インプリント、電子ビーム照射、レーザー加工など公知の手法を用いることができる。
【００７８】
［流路を形成するためのレーザー照射方法］
１μｍ未満の短径を有するナノ流路を形成する際に使用するレーザー光としては、パルス時間幅がピコ秒オーダー又はそれ以下のパルス幅を有するレーザー光Ｌを用いることが好ましい。例えば、公知のピコ秒レーザーー、フェムト秒レーザー、チタンサファイアレーザー（レーザー媒質としてサファイアにチタンをドープした結晶を使用したレーザー）又は１ｆｓ以上１０ピコ秒未満のパルス時間幅を有するパルスレーザー若しくはファイバーレーザーなどを用いることができる。ここで、「ピコ秒オーダー又はそれ以下のパルス時間幅」は、１ｆｓ以上１０ピコ秒未満のパルス時間幅であることがより好ましく、１ｆｓ以上３ピコ秒未満のパルス時間幅であることが更に好ましく、１ｆｓ以上２ピコ秒未満のパルス時間幅であることが特に好ましい。
【００７９】
前記パルス時間幅がピコ秒オーダー又はそれ以下であることで、集光部における基材の電子温度とイオン温度とが非平衡状態となり加熱され、いわゆる非熱過程での加工が進行する。そして、熱拡散長が極限まで抑えられる。さらには多光子吸収に始まる非線形加工が支配的となる。このため、加工後に得られる流路の大きさを、ナノスケールからマイクロオーダースケールにすることが可能である。
【００８０】
一方、１０ピコ秒以上のパルス時間幅を有するレーザー光を用いた場合では、集光部における基材の電子温度とイオン温度とが平衡状態となる熱的加工が支配的となる。熱的加工においては熱拡散長が大きくなり、ナノからマイクロオーダースケールの加工を行うことが困難になることがある。このように、パルス時間幅が約１〜１０ピコ秒付近を境にして、全く異なる反応メカニズムとなる。
【００８１】
照射するレーザー光の波長としては、加工用レーザーとして使用される一般的な波長領域（例えば０．１μｍ〜１０μｍ）を適用することができる。この波長域のうち、照射対象である材料を充分に透過することが可能な波長を選択することが好ましい。例えば、材料に対する透過率が６０％以上のレーザー光を用いることが好ましい。
【００８２】
レーザー光の照射条件の具体例として、照射対象を構成する材料がガラスである場合、例えば、パルス幅３００ｆｓ、波長８００ｎｍ、繰返周波数２００ｋＨｚのレーザー光を使用し、レーザー走査速度１ｍｍ／秒、パルスエネルギー９０ｎＪ／ｐｕｌｓｅ程度、照射強度６００ｋＷ／ｃｍ２程度、１パルスあたりのレーザーフルエンス３Ｊ／ｃｍ２程度に設定し、その焦点を照射対象内において走査する条件が挙げられる。なお、ここで例示した波長、繰返周波数、走査速度の値は一例であり、この条件に限定されず、任意に変えることが可能である。
【００８３】
流路３の短径をナノオーダー（例えば１ｎｍ以上１μｍ未満）の長さに形成するために、レーザー光の照射強度を、照射対象である部材の「加工上限閾値」の近傍又は加工上限閾値の近傍且つ加工上限閾値未満にすることが好ましい。さらに、レーザー光の偏波方向（電場方向）を走査方向に対して垂直にすることが好ましい。このレーザー照射方法を、以下ではレーザー照射方法Ｓと呼ぶ。
【００８４】
レーザー照射方法Ｓを、図１２を参照して説明する。レーザー光Ｌの伝播方向は矢印Ｚであり、該レーザー光Ｌの偏波方向（電場方向）は矢印Ｅ１である。レーザー照射方法Ｓでは、レーザー光Ｌの照射領域を、該レーザー光の伝播方向と、該レーザー光の偏波方向に対して垂直な方向と、からなる平面３３ａ内とすることが好ましい。これと共に、レーザー照射強度を、後述する「加工上限閾値」の近傍又は加工上限閾値の近傍且つ加工上限閾値未満とすることが好ましい。
【００８５】
このレーザー照射方法Ｓによって、コア材料３３内にナノオーダーの短径を有する改質部３４を形成することができる。例えば、改質部３４の孔径の断面が略楕円形状であり、その短径が２０ｎｍ程度、長径が０．２μｍ〜５μｍ程度である改質部３４が得られる。この略楕円形状は、レーザーの伝播方向Ｚに沿った方向が長径で、レーザーの電場方向Ｅ１に沿った方向が短径となる。レーザー照射の具合によっては、該断面は矩形に近い形状になることもある。
【００８６】
一方、レーザー照射強度を照射対象である部材の加工上限閾値以上に設定した場合、得られる改質部３４は周期構造を伴って形成されることがある。すなわち、ピコ秒オーダー又はそれ以下のパルスレーザーを加工上限閾値以上の照射強度で集光照射させることにっよって、集光部で電子プラズマ波と入射光の干渉が起こり、レーザーの偏波に対して垂直であり、偏波方向に沿って周期性をもつ周期構造が自己形成的に形成されることがある。
【００８７】
形成された周期構造はエッチング耐性の弱い層、即ち選択的にエッチングされ易い層、となる。例えば照射対象の部材が石英である場合、酸素が欠乏した層と酸素が増えた層が周期的に配列される（図１３）。酸素欠乏部のエッチング耐性が弱くなっているため、エッチングを行うことにより、選択的にエッチングされた領域とエッチングされずに残った領域とが、周期的に並んだ構造が形成可能である。このような周期構造は、ナノオーダーの短径の流路を１本だけ形成する場合においては不要である。
【００８８】
前述した照射部７を有する流路を形成する場合には、前述のレーザー照射方法Ｓを適用することが好ましい。すなわち、レーザー照射強度を照射対象の部材の加工上限値未満、且つ前記部材を改質してエッチング耐性を低下させることが可能なレーザー照射強度の下限値（加工下限閾値）以上に設定し、前記周期構造を形成せず、レーザー照射によって一つの酸素欠乏部（エッチング耐性の弱い層）を形成することが好ましい（図１４）。この単一の酸素欠乏部は極めてエッチング選択性が高い層であるため、そのエッチングを行うことにより、１μｍ未満の短径を有する単一の流路を形成することができる。このことは、本発明者らの鋭意検討によって見出された。
【００８９】
前記レーザー照射方法Ｓによれば、流路３が延設された長手方向に直交する断面の形状を楕円、略楕円又は略矩形にすることができる。また、その断面形状の短径（短辺）をナノオーダー（１ｎｍ以上１μｍ未満）のスケールで形成することが可能である。また、長径を１μｍ以上のスケールで形成することにより、流路３に流入する流体の圧力損失を小さくすることができる。前記長径の上限値は例えば１ｍｍである。
流路３の短径が１μｍ未満である場合、その流路３を「ナノ流路」と呼ぶことができる。
【００９０】
［レーザー照射強度について］
本明細書及び特許請求の範囲において、「加工上限閾値」とは、レーザー照射する部材内に集光させたレーザー光の焦点（集光域）において、部材とレーザー光との相互作用によって生じる電子プラズマ波と入射するレーザー光との干渉が起こり、前記干渉によって前記部材に縞状の改質部が自己形成的に形成されうるレーザー照射強度の下限値を意味する。
また、「加工下限閾値」とは、レーザー照射する部材内に集光させたレーザー光の焦点（集光域）において、部材を改質した改質部を形成し、後段のエッチング処理によって選択的又は優先的にエッチングされることが可能な程度に、前記改質部のエッチング耐性を低下させることが可能なレーザーの照射強度の下限値を意味する。
加工下限閾値よりも低いレーザー照射強度によってレーザー照射された領域は、後段のエッチング処理において選択的又は優先的にエッチングされ難い。このため、エッチング後に除去されて流路となる改質部を形成するためには、レーザー照射強度を加工下限閾値以上に設定することが好ましい。
【００９１】
加工上限閾値及び加工下限閾値は、レーザー光のパルス時間幅、波長、レーザー照射の対象である部材の材料（材質）、及びレーザーの照射条件によって概ね決定される。しかし、レーザー光の偏波方向と走査方向との相対的な向きが異なると、加工上限閾値及び加工下限閾値も多少異なる場合がある。例えば、偏波方向に対して走査方向が垂直の場合と、偏波方向に対して走査方向が平行の場合とでは、加工上限閾値及び加工下限閾値が異なる場合がある。したがって、使用するレーザー光と照射する部材の組み合わせにおいて、レーザー光の偏波方向と走査方向との相対関係を変化させた場合の、それぞれの加工上限閾値及び加工下限閾値を、予め調べておくことが好ましい。
【００９２】
前記偏波としては直線偏波に関して詳細に説明したが、多少の楕円偏波成分を持つレーザーパルスであっても同様な構造（改質部）が形成されることが容易に想像できる。
【００９３】
レーザー光Ｌの焦点を走査する方法は特に限定されない。通常、一度の連続走査によって形成できる改質部３４は偏波方向（矢印Ｙ方向）に対して垂直な１次元方向と、レーザー光Ｌの伝搬方向（矢印Ｚ方向）の２次元方向（平面３３ａ）内になる。この２次元方向内に任意の形状で改質部を形成することができる。
【００９４】
図１２では、レーザー光Ｌの伝播方向Ｚは、コア材料３３の上面に対して垂直である場合を示したが、必ずしも垂直である必要はない。前記上面に対して所望の入射角で、レーザーＬを照射してもよい。
レーザー光Ｌの伝搬方向と改質部３４の長手方向に直交する断面形状が前記楕円である場合、その楕円の長軸方向とレーザー光Ｌの伝搬方向とは概ね一致する。
【００９５】
レーザー照射により改質された部分のレーザーの透過率は、改質されていない部分のレーザーの透過率とは異なるため、改質された部分を透過させたレーザー光の焦点位置を制御することは通常困難である。したがって、レーザー照射する側の面から見て、奥に位置する領域を先に改質することが望ましい。
【００９６】
レーザー照射対象である部材内に、３次元方向に任意形状を有する改質部を形成する場合には、レーザーの偏波方向（矢印Ｙ方向）を適宜変更することによって行うことができる。
【００９７】
また、図１２で示すように、レーザー光Ｌをレンズによって集光して、前述の様に照射することによって改質部３４を形成してもよい。
前記レンズとしては、例えば屈折式の対物レンズや屈折式のレンズを使用することができるが、他にも例えばフレネル、反射式、油浸、水浸式で照射することも可能である。また、例えばシリンドリカルレンズを用いれば、一度に部材の広範囲にレーザー照射することが可能になる。また、例えばコニカルレンズを用いれば部材の垂直方向に広範囲に一度にレーザー照射することができる。ただしシリンドリカルレンズを用いた場合には、レーザー光Ｌの偏波はレンズが曲率を持つ方向に対して水平である必要がある。
【００９８】
集光に用いるレンズとしては、例えばＮ．Ａ.＜０．７未満の対物レンズを用いることが好ましい。ガラス製の部材に微小な流路を形成する場合のパルス強度としては、例えば、加工上限閾値近傍である８０ｎＪ／ｐｕｌｓｅ程度又はそれ以下のパワーで照射することが好ましい。それよりも大きなパワーであると周期構造を有する改質部が形成され、エッチングによってそれらが繋がり、ナノオーダーの口径を有するナノ流路を形成することが困難となり、ミクロンオーダーの口径になるか又は周期構造が形成されてしまうことがある。また、Ｎ．Ａ.≧０．７であるレンズを用いても加工は可能であるが、スポットサイズがより小さくなり、レーザーフルエンスが大きくなるため、より小さなパルス強度でのレーザー照射が求められる。
【００９９】
以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項（クレーム）の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【０１００】
１…第一の基材（基板）、２…第二の基材（クラッド層）、３…流路、４…第一光導波路、５…第二光導波路、６…第三光導波路、７…照射部、８…第四光導波路、１０，２０…ナノ流路デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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