(57)【要約】  化学センサとともに用いられる光学マイクロアレイであって、１つ以上の第１領域（２）を有するポリマー体（１）を備え、第１領域（２）は透明であって、非透明な第２領域（３）によって区画され、光学マイクロアレイは単体に形成され、透明領域は、非結晶性ポリマーから形成され、非透明領域は、結晶性ポリマーから形成される。半製造体が全体的に透明である場合、第２領域のポリマーを、当該ポリマーの融解温度以上に加熱し、その後、第２領域のポリマーを実質的に結晶化するようにゆっくりと冷却する。半製造体が全体的に非透明である場合、第１領域のポリマーを、当該ポリマーの融解温度以上に加熱し、その後、第１領域のポリマーの実質的な結晶化を防止するように急速に冷却する。
2009524042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学センサとともに用いられる光学マイクロアレイであって、
１つ以上の第１領域（２）を有するポリマー体（１）を備え、第１領域（２）は透明であって、非透明な第２領域（３）によって区画され、
前記光学マイクロアレイは単体に形成され、
前記透明領域は、非結晶性ポリマーから形成され、前記非透明領域は、結晶性ポリマーから形成されることを特徴とする光学マイクロアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学マイクロアレイにおいて、
前記透明領域には、被検化学物質への暴露前、および、暴露中または暴露後に光学的読み出しを行うために、光化学活性物質が設けられていることを特徴とする光学マイクロアレイ。
【請求項３】
請求項２に記載の光学マイクロアレイにおいて、
複数検体化学センサを形成するために、複数の異なる物質が設けられていることを特徴とする光学マイクロアレイ。
【請求項４】
光源と、
請求項１〜３のいずれかに記載の光学マイクロアレイと、
前記光源から射出され、前記光学マイクロアレイを透過した光を検出し、被検化学物質を光化学的に検出する光学検出器とを備えることを特徴とする化学センサ。
【請求項５】
前記マイクロアレイは透過型であることを特徴とする化学センサ。
【請求項６】
前記マイクロアレイは反射型であることを特徴とする化学センサ。
【請求項７】
請求項１〜３に記載された光学マイクロアレイの製造方法であって、
（ａ）両方とも透明または非透明な状態の前記第１領域および前記第２領域を備える半製造体を、周知の方法により製造し、
（ｂ）前記半製造体の前記第１および第２領域が透明である場合、前記第２領域のポリマーを、当該ポリマーの融解温度以上に加熱し、その後、前記第２領域を実質的に結晶化するようにゆっくりと冷却し、
（ｃ）前記半製造体の前記第１および第２領域が非透明である場合、前記第１領域のポリマーを、当該ポリマーの融解温度以上に加熱し、その後、前記第１領域の実質的な結晶化を防止するように急速に冷却することを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光学マイクロアレイの製造方法において、
前記第１領域に、光化学活性物質を設けることを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の光学マイクロアレイの製造方法において、
前記半製造体は、成形型を用いて作成され、前記第１または第２領域は、前記半製造体がまだ前記成形型中にあるときに加熱されることを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の光学マイクロアレイの製造方法において、
前記半製造体は、成形型を用いて作成され、前記第１または第２領域は、前記半製造体が前記成形型から取り出された後に加熱されることを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の光学マイクロアレイの製造方法において、
前記第１または第２領域の加熱は、１つ以上のレーザービームを用いて行われることを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の光学マイクロアレイの製造方法において、
前記第１領域を透明にするために、冷却速度を毎秒数十分の一℃とすることを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の光学マイクロアレイの製造方法において、
前記第２領域を非透明にするために、冷却速度を毎秒数百分の一℃とすることを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【請求項１４】
請求項７に記載の光学マイクロアレイの製造方法において、
前記半製造体は収納手段に収納され、前記第１または第２領域は、前記半製造体がまだ前記収納手段の成形型にあるときに加熱されることを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【請求項１５】
請求項７に記載の光学マイクロアレイの製造方法において、
前記半製造体は、第１の収納手段に収納され、前記第１または第２領域は、前記半製造体を前記第１の収納手段から第２の収納手段へと移動するときに、加熱されることを特徴とする光学マイクロアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロセンサー用の、高品質ポリマー（プラスチック）ウィンドウアレイを備える光学マイクロアレイの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数検体センサ用のポリマー光学マイクロアレイが、例えば、臨床微生物分析、環境、安全衛生、食物／飲料、および化学的処理関連に適用される場合、マイクロアレイは透明性を高くする一方で、光学解析信号の相互クロストークを最小限とする必要がある。従来のポリマー処理技術では、現在まで、単体のウィンドウアレイの製造は成功していない。これは、ウィンドウの透明性を十分に高くすること（光信号減衰を低くすること）、および／または、これらのウィンドウ間での信号クロストークを十分に小さくすることが実現できなかったためである。
【０００３】
２つの材料、すなわち、光信号を伝達するための光学的に透明なマイクロ構造物と、機械的支持および光信号分離（クロストーク防止）のための非透明なフレーム材料とを使用することにより、製造、とくにアレイの組み立てに関する問題が発生してしまう。光学マイクロ構造物（レンズ、ウィンドウ）をフレーム内に配置して固定するには、処理および材料（配置精度、光学構造の損傷、収縮による差）に対する制約が大きく、また、マイクロ構造物とフレームとの結合には、格別な注意を払うことが要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、１つ以上の透明な第１領域と１つ以上の非透明な第２領域とを備えるポリマー体を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様により、化学センサとともに用いられる光学マイクロアレイを提供する。光学マイクロアレイは、１つ以上の第１領域を有するポリマー体を備え、第１領域は透明であって、非透明な第２領域によって区画され、光学マイクロアレイは単体に形成され、透明領域は、非結晶性ポリマーから形成され、非透明領域は、結晶性ポリマーから形成される。
【０００６】
マイクロアレイは、ポリマーの形態が、アモルファス（非結晶、透明）領域および/または結晶（非透明）領域を有するものであるという知識に基づいて、製造することができる。いわゆる半結晶ポリマーの結晶度は、ポリマーの熱履歴、とくに冷却速度によって決定される。一般に、急速に冷却して結晶の形成を抑えることで、アモルファスポリマーを生成する一方、ゆっくりと冷却することで結晶が形成および増大するといわれている。
【０００７】
別の態様によると、本発明による方法は、
（ａ）半製造体を周知の方法により製造し、半製造体は、この半製造段階において、両方とも透明または非透明な状態の第１領域および第２領域を備え、
（ｂ）半製造体の第１および第２領域が透明である場合、第２領域のポリマーを、当該ポリマーの融解温度以上に加熱し、その後、第２領域を実質的に結晶化するようにゆっくりと冷却し、
（ｃ）半製造体の第１および第２領域が非透明である場合、第１領域のポリマーを、当該ポリマーの融解温度以上に加熱し、その後、第１領域の実質的な結晶化を防止するように急速に冷却する。
（ｄ）さらに付加的な工程において、透明領域に、被検化学物質への暴露前、および暴露中または暴露後に光学的読み出しを行うために、光学活性物質を設け、ポリマーウィンドウを、（マイクロ）センサーによる検査用に用いるようにしてもよい。センサーは、マルチ検体タイプであることが望ましい。
【０００８】
全体が非透明な半製造体を用いて製造を開始することが望ましい（オプションｃ）。この場合、第１領域のポリマーの結晶化を実質的に防止するように、冷却時間を短くする必要があり、この冷却時間は、全体が透明な半製造体を用いて製造を開始する場合（オプションｂ）よりも短くなる。オプションｂでは、冷却時間をかなり長く、すなわち、第２領域が非透明な形態を実現するように結晶処理の時間を十分に長くする必要がある。
【０００９】
一方で、全体が透明な半製造体を用いて製造を開始することが望ましい場合もある（オプションｂ）。この場合、信号クロストークの問題を無視して、半製造体の初期材料の光学的な透明性を重視することができる。信号クロストークの問題は、製造の最終段階において、すなわち、クロストーク防止バリアとして機能する第２領域の（再）加熱および結晶により解決できる。
【００１０】
半製造ポリマー体は、射出成形、またはエンボス加工やロールツーロール方式によるシートまたはフィルムの温間プレス等の周知の方法により製造することができる。全体が透明な半製造体から製造開始する場合、第２の製造工程において、非透明なクロストークバリアを、例えば光学的に透明な（マイクロ）ウィンドウの周りに形成することができる。全体が非透明な半製造体から製造開始する場合、第２の製造工程において、光学的に透明な（マイクロ）ウィンドウ等を非透明な環境内に形成することができる。どちらのケースにおいても、半製造体のポリマーは、局所的に溶解され、（再）結晶化を防止するように急速に、あるいは（再）結晶化を起こさせるようゆっくりと冷却するように制御される。
【００１１】
半製造体は、半製造体を形成するための成形型の内部または外部で、局所的に加熱される。アモルファスポリマー構造を、半結晶構造に変える、あるいはその反対の変換のために、電気、流体、レーザ加熱や、マイクロ波、超音波加熱を用いてもよい。ポリマーに添加剤が含まれていなければ、ＣＯ２レーザを用いることができる。あるいは近赤外線吸収用添加剤を加えることで、ダイオードレーザを用いることもできる。
【００１２】
ポリマーを実質的にアモルファス構造とするための冷却速度は、毎秒数十分の一℃である。一方、冷却速度を毎秒およそ数百分の一℃とすると、実質的に結晶構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１ａ、１ｂは、後続する工程で完成されるマイクロウィンドウアレイの初期構造をなす半製造体の２つの実施の形態を示している。
【図２】図２は、上述した方法によって作成されたポリマー体の一例を示す図であり、図１ａに示す全体的に透明な半製造体を用いた場合を示す。
【図３】図３は、上述した方法によって作成されたポリマー体の一例を示す図であり、図１ｂに示す全体的に非透明な半製造体を用いた場合を示す。
【図４】図４は、本発明の一態様による光学マイクロアレイを備える化学センサを示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１ａは、例えば射出成形によって半製造された全体が透明な（黒色で示す）ポリマー体１を示す。ポリマー体は、複数の第１領域２と複数の第２領域３とを備える。第１領域２と第２領域３は、両方とも、全体１と同様に透明である。
【００１５】
図１ｂは、例えば射出成形によって半製造された全体が非透明な（白色で示す）ポリマー体１を示す。ポリマー体は、複数の第１領域２と複数の第２領域３とを備える。第１領域２と第２領域３は、両方とも、全体１と同様に非透明である。
【００１６】
領域２の典型的な寸法は、２ｘ２ｍｍである。これにより、例えば、通常３０ｘ３０ｍｍの本体１上のアレイ領域を、約１００個の透明な領域２から形成することができる。これらの本体１の透明領域２の上に、例えば、接着剤等を用いた塗布技術や、インク印刷技術を利用して、化学的に選択したコーティングを塗布することが好ましい。コーティングは、分析対象のガス状、または、液状の物質と反応し、ウィンドウアレイの透明領域の透過特性（波長、吸収性能）を変化させる。これにより、対象物質の検出が可能となる。コーティングは、例えば、二酸化炭素、アンモニア、メタノール、エタノール系、燃料のグレード、および他のガス状および液状物質の検出のために、選択されて塗布される。
【００１７】
光学マイクロアレイは、図４を用いて後述する光学マイクロセンサシステムの一部を形成することができる。図２，３は、両方とも同じポリマー体１の上面図および断面図を示す。なお、第１領域２は透明であり、第２領域３は非透明である。領域２は、透明な（マイクロ）ウィンドウ、すなわち光学ゲートとして機能し、領域３は、ウィンドウ領域１を囲み、各ウィンドウ２間の光学クロストークを防止する非透明なバリアとして機能する。ポリマー体１は、図１ａに示すような全体が透明な半製造体１、または図１ｂに示すような全体が非透明な半製造体１から形成される。
【００１８】
半製造体の全体１が、（図１ａに示すように）全体的（領域２，３を含む）に透明な場合、図２に示すような所望の完成体を得るために、領域３、すなわち各ウィンドウ領域２を囲むリブのポリマー材料は、局所的にポリマーの融解温度以上に（再）加熱される。その後、十分にゆっくりと、毎秒数百分の一℃ずつ、冷却され、長時間かけて冷却することにより、領域３の溶融ポリマー（のみ）を結晶化させる。これにより、非透明なリブ３（白色で図示）を得ることができる。一方、本体のウィンドウ２を含む再加熱されていない残りの部分は、半製造体のもともとの透明性を維持する。
【００１９】
半製造体の全体１が、（図１ｂに示すように）全体的（領域２，３を含む）に非透明な場合、図３に示すような所望の完成体を得るために、ウィンドウ領域２のポリマーは、局所的にポリマーの融解温度以上に（再）加熱される。その後、十分に急速に、毎秒数十分の一℃ずつ、冷却され、結晶化の時間を与えないことで、領域２（のみ）の溶融ポリマーの結晶化を防止する。これにより、透明なウィンドウ２（黒色で図示）を得ることができる。一方、本体のリブ３を含む再加熱されていない残りの部分は、半製造体１のもともとの非透明性を維持する。
【００２０】
領域２または領域３のそれぞれの加熱は、例えばレーザー加熱によって、半製造体がまだ成形型内にある状態、または半製造体を射出成形型から取り出した後、別の装置内にある状態で、行われる。
【００２１】
透明な半製造体１、あるいは非透明な半製造体１のいずれから製造を開始する場合であっても、半製造状態のポリマー体１は、射出成形の代わりに、例えばロール状に収納された（製造前の）ホイルから製造したり、あるいはホイルの一部をポリマー体とすることもできる。ホイルから製造する場合、図面では突出しているが、領域３の突出量を最小限、あるいは全く突出しないようにすることができる。
【００２２】
半製造状態のポリマー体１が、例えば収納コイルに巻きつけられた製造前のホイルから、あるいはその一部として形成される場合、上述したいずれの処理工程も、エンボス加工あるいはロールツーロール方式を利用して実行することができる。そのような（より連続した）処理環境では、領域２や領域３の加熱は、それぞれ、（半）連続した処理として行うことができる。例えば、（半）連続して流れるホイルの一部をなす半製造（ホイル）体を収納コイル（リール）から引き出して別の収納コイル、または別の処理や収納モジュールへ送る間に、加熱を行うことができる。
【００２３】
図４に、本発明の一態様による、光学マイクロアレイ１を備える光学マイクロセンサシステム４を概略的に示す。システム４は、例えば、マイクロアレイの一方側に配置された光源５を有する。光源５は、例えば、複数のＬＥＤ、とくにポリマーＬＥＤからなる下部アレイである。ＬＥＤは同一の、あるいは異なる波長の光を発することができる。透過型の場合、マイクロアレイ１の他方側には、フォトダイオード９（望ましくはポリマーフォトダイオード）からなる上部アレイ６を配置することができる。これにより、下部アレイ５から射出された光は、マイクロアレイ１に入射する。マイクロアレイ１には、供給流８中に含まれる１つ以上の検査対象となる化学物質と反応する光化学活性体７が設けられている。供給流８は、アレイの一部分に局所的に、あるいはアレイ全体に供給される。さらに、複数の物質を連続的に、あるいは同時にマイクロアレイに供給することもできる。供給流８は、気体または液体であり、マイクロアレイ１の透明領域２の透過特性（波長、吸収性能）を変化させることで、物質の検出を可能にする。下部アレイ５と上部アレイ６は、処理装置１０に接続されてもよい。処理装置１０は、Ａ/Ｄ変換回路、および光源５および/またはフォトダイオード９のアレイを駆動するプロセッサを備える。
【００２４】
本明細書において、光を導くのに適していれば、領域２は透明とみなす。とくに、少なくとも所定の波長の光が厚さ１ｍｍの領域を透過するときの透過率が、少なくとも８０％、望ましくは９０％、より望ましくは９５〜１００％であれば、領域２は透明であるとみなす。
【００２５】
領域３は、光バリア（遮光材）として機能するのに適していれば、非透明とみなす。とくに、少なくとも所定の波長の光が厚さ１ｍｍの領域を透過するときの透過率が、多くて２０％、望ましくは１０％、より望ましくは０〜５％であれば、領域３は非透明であるとみなす。このような非透明領域は、光バリアとして機能するのに適している。
【００２６】
原則として、光の波長は、紫外、可視、および赤外スペクトルのいずれでもよく、とくに、１９０〜１５００ｎｍの波長のいずれでもよい。領域は、少なくとも５０ｎｍの波長域、望ましくは少なくとも１００ｎｍの波長域に対して、それぞれ透明もしくは非透明であることが望ましい。通常、波長域は２５０ｎｍを超えることはない。透明領域は、４００〜８００ｎｍの波長の光に対して透明であり、非透明領域は、４００〜８００ｎｍの波長の光に対して非透明であることが望ましい。
【００２７】
光学マイクロアレイは、共重合体および混合物を含むいずれの半結晶熱可塑性ポリマーからでも構成できる。このポリマーは、とくに、ポリエチレンテレフタレート（polyethyleneterephthalates）、ポリアミド、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、およびポリエチレンナフタレート（polyethylenenaphthalates）を含む。
【００２８】
実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明はこれらには限定されない。例えば、光学マイクロアレイを反射型としてもよい。この場合、例えば、アレイ１に反射面を組み込んだり、センサシステムに設けられた反射面（不図示）にアレイを配置することで、反射型の光学マイクロアレイとすることができる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009524042.tif 000008
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