(57)【要約】      （修正有）【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を提供する。【解決手段】基板１に、流路３と、第一光導波路４及び第二光導波路５とが備えられ、流路と第一光導波路とが接するように、少なくとも一部の区間において平行に設けられ、平行に設けられた区間において、第二光導波路の第一端部５ａが第一光導波路に交差して配置されている。第一光導波路が第二光導波路によって区切られた二つの区間のうち、第一の区間の幅が第二の区間の幅よりも小さい。【選択図】図１
2014081321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、流路と、第一光導波路及び第二光導波路とが備えられ、
前記流路と前記第一光導波路とが接するように、少なくとも一部の区間において平行に設けられ、
前記平行に設けられた区間において、前記第二光導波路の第一端部が、前記第一光導波路に交差して配置されていることを特徴とする流路デバイス。
【請求項２】
前記第一光導波路が前記第二光導波路によって区切られた二つの区間のうち、第一の区間の幅が第二の区間の幅よりも小さい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】
前記第一の区間における伝搬光の最大角がθであり、
前記第一の区間の幅が、下記式（１）で表されることを特徴とする請求項２に記載の流路デバイス。
【数１】
2014081321.tif 000006
［式中、Ｄ１は第一の区間の幅であり、Ｄ２は第二の区間の幅であり、Ｌは第二光導波路の幅であり、θは第一光導波路を伝搬する光の最大角を表す。］
【請求項４】
前記流路と前記第一光導波路とが平行に設けられた前記区間において、
第三光導波路が、前記流路を挟んで前記第一光導波路の反対側に配置され、前記第三光導波路と前記流路とが接するように平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の流路デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいず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、
前記流路に測定対象物質を含む分析試料を注入し、前記第一光導波路の第一端部から第二端部へ励起光を入射することにより前記流路内において前記測定対象物質を励起し、前記測定対象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。
【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、流路内の測定対象物質（蛍光物質、量子ドット及びナノ粒子）が励起されて測定対象物質から光シグナルが発生する。この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、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、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。また、ナノ粒子が測定対象物質である場合では、ナノ粒子からの光シグナルは入射光と同一の波長となる。したがって、入射光と検出光とが分離されにくく、検出の感度又は精度が悪いという問題がある。
【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）  基板に、流路と、第一光導波路及び第二光導波路とが備えられ、前記流路と前記第一光導波路とが接するように、少なくとも一部の区間において平行に設けられ、前記平行に設けられた区間において、前記第二光導波路の第一端部が、前記第一光導波路に交差して配置されていることを特徴とする流路デバイス。
【０００７】
前記（１）の流路デバイスによれば、入射光を伝播する第一光導波路とは別に設けた第二光導波路へ、流路内で発生した光シグナルを導くことにより、第二光導波路に接続された検出器により光シグナルを検出することができる。入射光の影響を受けずに光シグナルを検出できるため、検出の感度及び精度を向上させることができる。また、入射光を流路内に入射させてもよいし、入射光を流路の側面に全反射させることにより当該流路内にエバネッセント光を発生させてもよい。どちらの場合であっても、流路内の測定対象物質を光照射して励起することが可能である。したがって、（１）の流路デバイスの流路に流す流体の屈折率は、光導波路の屈折率に依存しないため、どのような屈折率を有する流体であっても測定することができる。
【０００８】
（２）  前記第一光導波路が前記第二光導波路によって区切られた二つの区間のうち、第一の区間の幅が第二の区間の幅よりも小さいことを特徴とする前記（１）に記載の流路デバイス。
【０００９】
前記（２）の流路デバイスによれば、第一の区間を伝搬する入射光が第二の区間に容易に伝搬することが可能となり、第一の区間を伝搬する入射光が第二光導波路へ導かれることをより確実に防止することができる。よって、入射光の影響を排除し、光シグナルを高感度及び高精度に検出することができる。
【００１０】
（３）  前記第一の区間における伝搬光の最大角がθであり、
前記第一の区間の幅が、下記式（１）で表されることを特徴とする前記（２）に記載の流路デバイス。
【００１１】
【数１】
2014081321.tif 000003
［式中、Ｄ１は第一の区間の幅であり、Ｄ２は第二の区間の幅であり、Ｌは第二光導波路の幅であり、θは第一光導波路を伝搬する光の最大角を表す。］
【００１２】
前記（３）の流路デバイスによれば、第一の区間を伝搬する入射光が第二の区間により容易に伝搬することが可能となり、第一の区間を伝搬する入射光が第二光導波路へ導かれることをより一層確実に防止することができる。よって、入射光の影響を排除し、光シグナルをより高感度及びより高精度に検出することができる。
【００１３】
（４）  前記流路と前記第一光導波路とが平行に設けられた前記区間において、第三光導波路が、前記流路を挟んで前記第一光導波路の反対側に配置され、前記第三光導波路と前記流路とが接するように平行に配置されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一に記載の流路デバイス。
【００１４】
前記（４）の流路デバイスによれば、第一光導波路から流路内に入射した入射光を、流路を挟んで第一光導波路と反対側に設けられた第三光導波路へ入射させることができる。この結果、入射光を第三光導波路から回収することができるため、入射光が第二光導波路へ導かれることを一層防止することができる。また、流路を透過した光が迷光となることを抑制することができる。よって、入射光の影響を排除し、光シグナルをより高感度及びより高精度に検出することができる。
【００１５】
（５）  前記（１）〜（４）のいずれか一の流路デバイスを使用する分析方法であって、前記流路に測定対象物質を含む分析試料を注入し、前記第一光導波路の第一端部から第二端部へ励起光を入射することにより前記流路内において前記測定対象物質を励起し、前記測定対象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分析方法である。
【００１６】
前記（５）の分析方法によれば、まず、入射光が流路内に入射して前記測定対象物質を直接励起するか、又は入射光が流路内の側面で発生させたエバネッセント光によって前記測定対象物質を励起することにより、流路内で光シグナルを発生させる。この光シグナルを第二光導波路へ導くとともに、入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、分析試料中の測定対象物質を高感度及び高精度で検出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
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とは別に、流路内で発生する光シグナルを伝搬する光導波路を設置している。この結果、光シグナルを入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、第一光導波路と平行にされた流路内に、第一光導波路から入射光を入射させることにより、前記平行にされた区間において、流路内を通過する分析試料を入射光によって直接励起することができるので、エバネッセント光を発生させなくて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。
【００１８】
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、入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、光シグナルの検出におけるＳ／Ｎ比が高くなり、分析試料中の測定対象物質を高感度及び高精度で検出することができる。また、第一光導波路と平行にされた流路内に入射光を直接入射させることにより、前記平行にされた区間において、流路内を通過する分析試料を入射光によって直接励起することができるので、エバネッセント光を発生させなくて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】
【００１９】
【図１】第一実施形態の流路デバイスの斜視図である。
【図２】第一実施形態の流路デバイスの流路及び光導波路を上方から見た模式図である。
【図３】第二実施形態の流路デバイスの流路及び光導波路を上方から見た模式図である。
【図４】第三実施形態の流路デバイスの流路及び光導波路を上方から見た模式図である。
【図５】第四実施形態の流路デバイスの流路及び光導波路を上方から見た模式図である。
【図６】第五実施形態の流路デバイスの流路及び光導波路を上方から見た模式図である。
【図７】第六実施形態の流路デバイスの流路及び光導波路を上方から見た模式図である。
【図８】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９】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１０】レーザー照射方法の一例を示した斜視図である。
【図１１】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１２】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】
【００２０】
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。
【００２１】
＜流路デバイス＞
《第一実施形態》
本発明の第一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、第一光導波路４及び第二光導波路５とが少なくとも備えられている。流路３と第一光導波路４とは、互いに接するように、少なくとも一部の区間において平行に設けられている。これにより、流路３と第一光導波路４とは、光学的に結合されている。ここで前記一部の区間は、第一光導波路４の第一端部４ａから第一光導波路４の第二端部４ｂの区間である。流路デバイス１０においては、第一光導波路４の全体が流路３と平行に配置され、且つ第一光導波路４の側面が流路３の側面を構成することにより、両者が光学的に結合している。変形例として、第一光導波路４の両端部と流路３とが平行ではなく、互いに離間した構成であっても構わない。
【００２２】
前記平行に設けられた区間、即ち第一光導波路４と流路３とが接することで光学的に結合し且つ平行に配置された区間において、第二光導波路５の第一端部５ａが第一光導波路４に交差して配置されている。流路デバイス１０においては、流路３の手前に配置された第一光導波路４に対して、第二光導波路５の中心を通り且つその延設方向に沿う線（中心線）が略垂直に交差している。第二光導波路５の前記中心線が第一光導波路の中心線に交差する角度は垂直に限られず、例えば前記交差の鋭角が２０°以上９０°未満になるように配置することができる。
【００２３】
第一光導波路４は第二光導波路５によって二つの区間に区切られている。図１の上方から見た流路及び光導波路の構成を示す図２において、第一光導波路４は、第一光導波路の第一端部４ａから点Ａまでの第一の区間と、点Ｂから第一光導波路の第二端部４ｂまでの第二の区間とに分けられる。
【００２４】
流路デバイス１０においては、点Ａにおける第一の区間の径Ｄ１（幅Ｄ１）が、点Ｂにおける第二の区間の径Ｄ２（幅Ｄ２）よりも小さくなっている。ここで、径Ｄ１及び径Ｄ２は、基板１の上面１ａと平行な方向の長さ（幅）（最短の径）である。径Ｄ１＞径Ｄ２であることにより、第一光導波路４の第一端部４ａから入射させた入射光を、第二光導波路２に導かず、第一光導波路４の第二端部４ｂへ容易に導くことができる。
【００２５】
流路デバイス１０において、第一光導波路４の点Ａにおける第一の区間の径Ｄ１は、第一端部４ａから見て、第二光導波路５が交差する直前の第一光導波路４の径（幅）である。  流路デバイス１０において、第一光導波路４の点Ｂにおける第二の区間の径Ｄ２は、第一端部４ａから見て、第二光導波路５が交差した直後の第一光導波路４の径（幅）である。
【００２６】
流路デバイス１０において、第一の区間における伝搬光の最大角がθであり、第一の区間の径Ｄ１（幅Ｄ１）と第二の区間の径Ｄ２（幅Ｄ２）が、下記式（１）の関係を満たすこと好ましい。
【００２７】
【数２】
2014081321.tif 000004
［式中、Ｄ１は第一の区間の径（幅）であり、Ｄ２は第二の区間の径（幅）であり、Ｌは第二光導波路の点Ｂにおける径（基板１の上面１ａと平行な方向の長さ（幅）（最短の径））であり、θは第一光導波路を伝搬する光の最大角を表す。］
【００２８】
式（１）について、図２を参照して説明する。径Ｄ２−径Ｄ１の差は、図２の直角三角形ＡＢＣの辺ＡＣに等しい。Ｌは第二光導波路５が第一光導波路４に交差する直前の点Ｂにおける第二光導波路５の径である。また、辺ＡＣは三角関数によりＬ×ｔａｎθの積で表される。前記差（左辺）が前記積（右辺）と等しいとき、第一の区間において最大角θを有する伝搬光Ａｒは、点Ａを通過した後、点Ｂを通過し、第二の区間へ導かれる。したがって、前記差が前記積以上であることにより、第一の区間を伝搬する入射光を第二の区間へ確実に導き、前記入射光が第二光導波路５へ導かれることを抑制することができる。一方、流路３の点Ｐで発生した光シグナルは、第二光導波路５へ容易に導かれ、第一端部５ａを通過して第二端部５ｂへ伝搬する。
【００２９】
伝搬光Ａｒが点Ａ及び点Ｂを通過した後で、より確実に第一光導波路４の第二の区間へ導かれるためには、式（１）は、Ｄ２−Ｄ１＞Ｌ×ｔａｎθ…（１’）であることが好ましい。
【００３０】
第一光導波路を伝搬する入射光の波長は特に制限されないが、例えば１７０〜３７００ｎｍの波長の入射光が挙げられる。第一光導波路４の第一の区間を伝搬する入射光の最大角θは、光導波路のコアとクラッドの屈折率によって決定される。たとえばコアの屈折率がｎ１、クラッドの屈折率がｎ２の場合、最大角θはｃｏｓ−１(ｎ２／ｎ１)となる。このとき、それぞれの屈折率は波長によって異なるため、入射光の波長によって最大角θの値は異なる。
【００３１】
流路デバイス１０においては、流路３と第一光導波路４とが平行に設けられた前記第一の区間及び第二の区間において、第三光導波路６が、流路３を挟んで第一光導波路４の反対側に配置され、第三光導波路６と流路３とが接することで光学的に結合し、平行に配置されている。第三光導波路６が設けられていることにより、第一光導波路４から流路３内に入射した入射光を第三光導波路６へ入射させることができる。この結果、入射光を第三光導波路６の端部から回収することができるため、入射光が第二光導波路５へ導かれることを一層防止することができる。よって、入射光の影響を排除し、光シグナルをより高感度及びより高精度に検出することができる。
【００３２】
第一実施形態の変形例として、流路デバイス１０から第三光導波路６を除いた構成も採用することができる。この場合、第三光導波路６の代わりに基板１が流路３の側面を構成してもよい。この変形例においても、流路デバイス１０と同様の効果が奏される。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
第一光導波路４、流路３及び第三光導波路６は、互いの側面が接触することにより光学的に結合している。つまり、第一光導波路４の側面及び第三光導波路６の側面が流路３の両側面をそれぞれ構成している。また、第二光導波路５の第一端部５ａは第一光導波路４の側面にシームレスに接続され、両者が一体化されている。
【００３７】
［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対象物質を含む流体を流通させる。つぎに、第一光導波路４の第一端部４ａから第二端部４ｂに向けて所定の波長を有する入射光を伝搬させると、第一光導波路４が流路３に接する側面から流路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、流路３内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る。前記蛍光シグナルの少なくとも一部は第一光導波路４を透過して、さらに第二光導波路５の第一端部５ａを通過し、第二光導波路５の第二端部５ｂへ伝搬する。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、流路３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、測定対象物質が流路３の例えば点Ｐ（図２参照）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。
【００３８】
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、そのまま第一光導波路４の第二端部４ｂへ伝搬する。一方、流路３内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、各光導波路４，５，６へ向けて伝搬する。このうち第二光導波路５を伝搬する蛍光シグナルを検出する。前記残部は、第二光導波路５には殆ど伝搬しないため、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、前記残部がノイズになることは殆どない。
【００３９】
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、エバネッセント光を使用せずに、容易に検出することができる。
【００４０】
一方、流路デバイス１０を用いた流体の分析において、エバネッセント光を利用しても構わない。例えば、流路３に流通させる流体の屈折率が第一光導波路４のコアの屈折率よりも小さい場合、第一光導波路４を伝搬する光は殆ど流路３内に入射せず、全反射されながら第一光導波路４を伝搬する。その際、第一光導波路４が構成する流路３内の側面にエバネッセント光が発生する。このエバネッセント光によって流路３内の蛍光物質が励起され、蛍光シグナルが発生する。この蛍光シグナルは、前述のように、第二光導波路５の第二端部５ｂに接続された検出器により検出される。この場合にも、第一光導波路４を伝搬する入射光は第二光導波路５へ導入され難いため、高感度および高精度に蛍光シグナルを検出することができる。
【００４１】
上記のようにエバネッセント光を利用する場合、第一光導波路４の第一端部４ａから入射光を入射させるとともに、第三光導波路６の第一端部から入射光を入射させてもよい。第三光導波路６の側面で入射光が全反射されることにより、第三光導波路６が構成する流路３の側面にエバネッセント光を発生させることができる。
【００４２】
第一光導波路４および第三光導波路６の第二端部には光回収材（光吸収材）を設置するか又は開放端にしても構わない。あるいは、検出器を配置し入射光の強度をモニタすることも可能である。また、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ことにより、種々の装置を集積化したマイクロチップ或いはナノチップとして本発明にかかる流路デバイスを使用することも可能である。
【００４３】
図１に示した流路デバイス１０の各光導波路の第二端部は、第一の基材１（基板１）の側面に露呈しているが、必ずしも基板１の側面に露呈させる必要はない。各光導波路の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。
以上は、測定対象として蛍光物質を用いた場合の測定方法であるが、本発明は蛍光物質に限らず、他のラベルに対しても適用することができる。例えば、ナノ粒子、量子ドットなどのラベルにも適用することができる。
【００４４】
［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。前記縦の長さおよび横の長さは特に制限されないが、各々独立して、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。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。
【００４５】
各光導波路４，５，６のコアの縦の長さは、各光導波路が互いに光学的に結合された又は互いに平行に配置された前記区間において、同じ長さであってもよい。それ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、同じであってもよいし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、各光導波路４，５，６が流路３と光学的に結合した領域において、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の長さであることが好ましい。この構造であると、入射光が流路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第二光導波路５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。
【００４６】
［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。前記縦の長さが流路３の長径である場合、前記縦の長さとしては、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、前記横の長さが流路３の短径である場合、前記横の長さは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、前記縦の長さと横の長さの比（縦／横）は特に限定されない。
【００４７】
流路３の短径が上記範囲の上限値未満（即ち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、上記範囲の下限値以上（即ち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、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。
【００４８】
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。
【００４９】
図１に示した実施形態とは異なる、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、第二光導波路５が交差する点Ｐ（図２参照）から離れた位置の流路３の内径が、前記点Ｐ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、前記点Ｐを構成する流路３の内径が１μｍ未満であり、前記点Ｐから遠く離れた位置の流路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。
【００５０】
前述したように、流路３内にエバネッセント光を発生させる場合には、流路３は流路幅（基板上面と平行な方向の長さ）がナノメートルサイズ（ナノスケール）のナノ流路であることが好ましい。
【００５１】
［ナノ流路の長径および短径について]
ナノ流路の孔径の断面は矩形、多角形、楕円形、円形の何れであってもよい。ナノ流路の孔径における長径は膜厚方向であってもよいし、基板上面と平行の方向であってもよい。本明細書においては、ナノ流路の長径（縦の長さ）が基板の厚み方向に形成され、ナノ流路の短径（横の長さ）（幅）が基板上面と平行方向に形成されている場合を説明している。
【００５２】
ナノ流路の幅は少なくとも、第一光導波路４と光学的に接続される部位において、入射光が第一光導波路４の側面で全反射された場合にナノ流路の内側面に発生するエバネッセント光の侵入長Ｄｐ以下であることが好ましい。
【００５３】
前記エバネッセント光の侵入長Ｄｐは、ナノ流路内を流れる分析試料の屈折率ｎａ、ナノ流路に光学的に結合した第一光導波路４のコアの屈折率ｎｂ、入射光の波長λ、第一光導波路４を伝搬する入射光の最大角θを用いて、下記（式Ｇ１）で表される。
【００５４】
【数３】
2014081321.tif 000005
【００５５】
前記（式Ｇ１）に具体的な数値を代入した例を次に挙げる。
前記（式Ｇ１）によれば、ナノ流路を流れる試料の屈折率ｎａが水の屈折率１．３３であると近似され、コアの屈折率ｎｂが１．４５３であり、入射光の最大角θ＝３°であり、励起波長λが０．５μｍである場合、エバネッセント光の侵入光Ｄｐは、約１４０ｎｍであることが算出される。
また、前記（式Ｇ１）によれば、ナノ流路３を流れる試料の屈折率ｎａが空気の屈折率１．００と同じであり、コアの屈折率ｎｂが１．４５３であり、入射光の最大角θが３°であり、励起波長λが０．５μｍである場合、エバネッセント光の侵入光Ｄｐは、約
７５ｎｍであることが算出される。
【００５６】
上記例においては、コアの屈折率＞試料の屈折率であるため、ナノ流路の側面を構成するコアの側面において入射光を全反射させることが可能である。全反射させた場合、ナノ流路内に侵入するエバネッセント光は、全反射が起こる側面から、励起光の波長の１／１０〜１程度の距離まで到達する。よって、ナノ流路の幅（短径）を励起光の波長の１／１０程度に設定すれば、当該ナノ流路を流通する試料を余すことなく当該エバネッセント光により照射することが可能になる。つまり、ナノ流路の径をナノメートル単位で形成することにより、試料の測定精度を向上させることができる。
【００５７】
一方、コアの屈折率＜試料の屈折率である場合は、ナノ流路の側面を構成するコアの側面において、入射光の一部はそのまま第一光導波路を伝搬し、残りの入射光はナノ流路内に侵入して、ナノ流路を透過する。この場合、エバネッセント光を使用することなく、ナノ流路内の試料を励起光によって励起することができる。入射光がナノ流路を透過可能である場合、ナノ流路の幅（短径）が１μｍ以上であったとしても、当該ナノ流路を流通する試料を余すことなく励起光により照射することができる。つまり、コアの屈折率＜試料の屈折率である場合は、流路の幅（短径）は１μｍ以上であってもよい。
よって、本発明にかかる流路デバイスにおいては、流路の側面において入射光を全反射させてもよいし、全反射させずに透過させてもよい。何れの場合においても、流路内の試料を余すことなく励起光により充分に照射することができる。
【００５８】
ナノ流路の長径（基板厚み方向の長さ）は、第一光導波路４のコアの長径（基板厚み方向の長さ）以下であることが好ましい。この構成であると、ナノ流路内を流通する試料を余すことなく、第一光導波路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、第三光導波路６および、後述する第四光導波路７、第五光導波路８、第六光導波路９の長径（ここでは、便宜的に、長径はいずれも基板厚み方向の長さであるとする。）は第一光導波路４の長径と等しいことが好ましいが、異なっていてもよい。
【００５９】
［材料の屈折率］
各光導波路４，５，６のコア材料は、各光導波路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。
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。クラッド、コア及び基板の各材料の屈折率は、必要に応じて、部位ごとに異なっていても構わない。
【００６０】
《第二の実施形態》
本発明の第二実施形態である流路デバイス２０を上方から見たときの流路及び光導波路を図３に例示する。図３において、第一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。
【００６１】
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７を備えている。第四光導波路７の説明は前述した第二光導波路５の説明と同様である。第四光導波路７の幅は第二光導波路５の幅Ｌと同じであってもよいし、異なっていてもよい。流路３の点Ｐ’において発生したシグナル光は第四光導波路７の第一端部７ａを通過して第二端部７ｂへ伝搬する。よって、第四光導波路７を設けることにより、流路３内のシグナル光をより確実に検出できる。
【００６２】
《第三の実施形態》
本発明の第三実施形態である流路デバイス３０を上方から見たときの流路及び光導波路を図４に例示する。図４において、第一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。
【００６３】
流路デバイス３０は、第一光導波路４、第二光導波路５、第三光導波路６および第五光導波路８を備えている。第五光導波路８の説明は前述した第二光導波路５の説明と同様である。流路３の点Ｐ”において発生したシグナル光は第五光導波路８の第一端部８ａを通過して第二端部８ｂへ伝搬する。また第二の実施形態よりも確実に入射光とシグナル光を分離することができる。よって、第五光導波路８を設けることにより、流路３内のシグナル光をより確実に検出できる。
【００６４】
流路デバイス３０の第一光導波路４は、第二光導波路５によって二つの区間に区切られている。図４において、第一光導波路４は、第一光導波路の第一端部４ａから点Ａまでの第一の区間と、点Ｂから第一光導波路の第二端部４ｂまでの第二の区間とに分けられる。
【００６５】
流路デバイス３０においては、点Ａにおける第一の区間の径Ｄ１が、点Ｅにおける第二の区間の径Ｄ２よりも小さくなっている。さらに、径Ｄ２は長さＤ４と長さＤ５の和である。点Ｂ又は点Ｄを通る長さＤ４は流路３から辺ＢＤまでの長さである。長さＤ５は径Ｄ２−長さＤ４であり、辺ＤＦと等しい。ここで、径Ｄ１、径Ｄ２、長さＤ４及び長さＤ５は、基板１の上面１ａと平行な方向の長さ（幅）である。
【００６６】
流路デバイス３０の第二光導波路５においても、前述した式（１）の関係が満たされている。つまり、Ｄ４−Ｄ１≧Ｌ×ｔａｎθである。
さらに、第五光導波路８においても同様の関係が成立している。すなわち、Ｄ２−Ｄ４≧Ｌ”×ｔａｎθの関係が成立している。これらの関係により、第一光導波路４の第一端部４ａから入射した伝搬光（最大角θ）が、第二光導波路５及び第五光導波路８に導かれることを防ぎ、第一光導波路４の第二端部４ｂへ確実に導かれる。
ここで、第一光導波路４の第一の区間を伝搬する光の最大角θは角ＡＢＣ及び角ＤＥＦと等しくてもよい。また、Ｌ”は第五光導波路８が第一光導波路４に交差する点Ｅにおける第五光導波路８の径である。
【００６７】
第二光導波路５が第一光導波路４を区切る基準であると捉えた場合には、第一端部４ａから点Ａまでが第一の区間であり、点Ｂから第二端部４ｂまでが第二の区間であると考えることができる。一方、第五光導波路８が第一光導波路４を区切る基準であると捉えた場合には、第一端部４ａから点Ｄまでが第一の区間であり、点Ｅから第二端部４ｂまでが第二の区間であると考えることができる。どちらの考え方も可能であり、同時に成立しうる。
【００６８】
流路デバイス３０においては、第一光導波路４に交差して、第一光導波路４を区切る基準となる２つの光導波路、第二光導波路５及び第五光導波路８が備えられている。この基準になる光導波路の数は１つ又は２つに限定されることはなく、任意の数（例えば１０以上でもよい）の光導波路を設けることができる。
【００６９】
《第四実施形態》
本発明の第四実施形態である流路デバイス４０を上方から見たときの流路及び光導波路を図５に例示する。流路デバイス４０は、基本的には流路デバイス３０の構成から第五光導波路８を除いた構成である。
【００７０】
《第五実施形態》
本発明の第五実施形態である流路デバイス５０を上方から見たときの流路及び光導波路を図６に例示する。流路デバイス５０は、基本的には流路デバイス４０の構成から第三光導波路６の端部を短縮した構成である。
前述した他の実施形態においても第三光導波路６の端部を短縮することが可能である。尚、第三光導波路６の端部が省略されていない場合には、第三光導波路６の図面左側（例えば図２の第一端部６ａ）から入射光を入れることも可能である。第三光導波路から入射光を入れる場合には、第一光導波路の第一端部４aを短縮することも可能である。これらの効果は他の実施形態においても適用される。
【００７１】
《第六実施形態》
本発明の第六実施形態である流路デバイス６０を上方から見たときの流路及び光導波路を図７に例示する。流路デバイス６０は、流路デバイス１０の構成に加えて第六光導波路９を備えている。また、第三光導波路６と第六光導波路９との関係は、第一光導波路４と第二光導波路５との関係と同じである。流路デバイス６０は、流路３を対称軸とする線対称の構成を有する。つまり、流路３で折り曲げた場合、第一光導波路４と第三光導波路６が重なり、第二光導波路５と第五光導波路９とが重なる。
また、第六実施形態の変形例として、流路３で折り曲げた場合に、第二光導波路５と第五光導波路９とが重ならず、流路３の長手方向にスライドしてずれた構成も挙げられる。
【００７２】
流路デバイス６０のように流路３の両側にシグナル検出用の光導波路５，９を備えることにより、シグナル光の検出効率を向上させることができる。流路デバイス６０において、第一光導波路の第一端部４ａから入射光を入射させるだけでなく、第三光導波路６の第一端部６ａからも入射光を入射させてもよい。
【００７３】
第六実施形態の変形例として、第六光導波路９を所望の位置へ、流路３に沿う方向へスライドさせた位置に設けてもよい。第六実施形態のように線対称でなくてもよい。流路３の両側に検出用の光導波路を設けることにより、光シグナルの検出効率を向上させることができる。
【００７４】
以上で説明した第二実施形態から第六実施形態の流路デバイスを使用することにより、第一実施形態の流路デバイス１０と同様に、流体の分析を行うことができる。
【００７５】
＜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。
【００７６】
［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８(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８(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８(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８(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８(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。
【００７７】
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、レーザー光又は電子ビームを照射し、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８(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。
【００７８】
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８(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。
【００７９】
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。
【００８０】
本発明にかかる流路デバイスに、ナノサイズの流路３（ナノ流路）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。
【００８１】
［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９(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９(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９(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９(d)）。ここまでは、前述の製造方法１と同様である。
【００８２】
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、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９(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９(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。また、ウェットエッチングによっても改質部を選択的にエッチングすることが出来る。
あるいは、基材１上に、電子ビーム（EB）レジストを塗布し、電子線を照射することで、マスクを形成し、その後ドライエッチング、マスク除去を順次行うことで同様な凹状の流路を形成することができる。
【００８３】
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９(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、光導波路および流路３が完成し、流路デバイスが得られる。
【００８４】
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。
【００８５】
［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１ナノ秒未満のパルス時間幅であることが好ましく、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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
レーザー照射方法Ｓを、図１０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によって構成される平面３３ａ内に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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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１１）。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。
【００９５】
前述した流路３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１２）。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。
【００９６】
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。
【００９７】
［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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
図１０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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
また、図１０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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
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…第四光導波路、８…第五光導波路、９…第六光導波路、１０…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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