(57)【要約】この発明は、センサ要素及び第２構造の界面にスペーサを備えたセンシング装置に関する。
2005517924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局所的な環境で所定の刺激の存在又は量又は変化を検出するセンシング装置であって、
第２導波管内に、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を誘起することのできる一つ又は複数の検出層（１）、又は、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を示すことのできる検出導波管（２）、のどちらかを含むセンサ要素と；
前記センサ要素の近くの第２構造と；
第１面が第２導波管又は前記検出導波管のどちらかの少なくとも一部と接触するように前記センサ要素と第２構造との界面に位置するスペーサと；
を含むことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２】
請求項１記載のセンシング装置において、
前記スペーサの第１面は、接触している前記第２導波管又は検出導波管の少なくとも一部を光学的に分離するように設けられていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項３】
請求項１記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、漂遊電磁放射を実質的に除去するよう光学的に及び／又は寸法的に設けられていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記スペーサの厚さは、励起放射の波長における前記第２導波管のエバネッセント場の侵入長よりも大きいことを特徴とするセンシング装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記第１面の反対にある前記スペーサの第２面は、前記第２構造と接触していることを特徴とするセンシング装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、前記センサ要素又は前記第２構造と一体であることを特徴とするセンシング装置。
【請求項７】
請求項６記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、前記第２構造と一体であり、かつフッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレン、又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から構成されていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、前記第２構造と一体であり、かつ約０．５ミクロンの励起波長に対して１００ミクロン又はそれよりも小さい厚さを有することを特徴とするセンシング装置。
【請求項９】
請求項８記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、５〜５０ミクロンの範囲の厚さを有することを特徴とするセンシング装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、前記第２構造の表面にスピンコーティングされていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項１１】
請求項６記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、前記センサ要素と一体であり、かつ二酸化ケイ素から構成されていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項１２】
請求項６又は１１記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、前記センサ要素と一体であり、かつ１０ミクロン又はそれよりも小さい、好ましくは５ミクロン又はそれよりも小さい厚さを有することを特徴とするセンシング装置。
【請求項１３】
請求項１から５のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記スペーサは分離していることを特徴とするセンシング装置。
【請求項１４】
請求項１３記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、効率よく利用可能な材料から構成されていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、フッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレン、又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から構成されていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、約０．５ミクロンの励起波長に対して１００ミクロン又はそれよりも小さい厚さを有することを特徴とするセンシング装置。
【請求項１７】
請求項１６記載のセンシング装置において、
前記スペーサの厚さは、５０から１００ミクロンの範囲であることを特徴とするセンシング装置。
【請求項１８】
請求項１３から１７のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記分離スペーサは、コンタクト層を有する下面に及び任意にコンタクト層を有する上面にコーティングされたコア層を含む層構造を取り、これにより使用するとき前記分離スペーサは、前記コンタクト層が第２導波管又は検出導波管と接触するように前記センサ要素に位置されることを特徴とするセンシング装置。
【請求項１９】
請求項１８記載のセンシング装置において、
前記コンタクト層又は各コンタクト層は、漂遊電磁放射を実質的に除去するよう寸法的にかつ光学的に設けられていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項２０】
請求項１８又は１９記載のセンシング装置において、
前記分離スペーサは、前記第２構造と前記センサ要素との間の圧縮性シールを形成することを特徴とするセンシング装置。
【請求項２１】
請求項１８から２０のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記コンタクト層又は各コンタクト層は、薄膜であることを特徴とするセンシング装置。
【請求項２２】
請求項２１記載のセンシング装置において、
前記薄膜は、３〜１００ミクロンの範囲の厚さを有することを特徴とするセンシング装置。
【請求項２３】
請求項１８から２２のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記コンタクト層又は各コンタクト層は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から構成されていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項２４】
請求項１８から２３のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記コア層は、前記励起放射に対して実質的に非透過性である材料から構成されていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項２５】
請求項２４記載のセンシング装置において、
前記コア層は、ＶＩＴＯＮ（登録商標）から構成されていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記スペーサは、該スペーサが接触している前記第２導波管又は検出導波管の少なくとも一部の上方の局所的な環境を画定する窓を含むことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２７】
請求項２６記載のセンシング装置において、
前記窓は、吸収材料又は生物活性材料を画定することを特徴とするセンシング装置。
【請求項２８】
請求項１から２７のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記センサ要素は、第２導波管に、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を誘起することのできる一つ又は複数の検出層を含むことを特徴とするセンシング装置。
【請求項２９】
請求項１から２７のいずれか一項に記載のセンシング装置において、
前記センサ要素は、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を示すことのできる検出導波管を含むことを特徴とするセンシング装置。
【請求項３０】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のセンシング装置で定義されるようなスペーサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、センサ要素と第２構造との界面にスペーサを含むセンシング装置、及びスペーサ自身に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、特許文献２、及び特許文献３は、薄層状の型に形成された少なくとも２つの導波管を備えたセンサ要素を開示している。一つの導波管には、刺激（例えば化学的、物理的、又は生物学的な刺激）の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境（localised environment）の変化に対して測定できる応答が示されるか又は誘起される。センサ要素を局所的な環境に露出するために、又はいくつかの他の所望の効果（例えば光学的効果）を達成するために、構造的、機械的、又は光学的な機能のような第２構造を用いる必要があるかも知れない。例えば、特許文献２は、センサ要素を局所的な環境に根本的に露出するためにセンサ要素と接触して位置させることのできる微細構造を開示している。しかしながら、センサ要素の表面と直接接触して第２構造を配置することによって、出力に有害な影響を与える可能性がある。例えば、第２構造の材料は、センサ要素の表面からの放射を吸収するか又は該表面からの散乱を誘起する可能性があり、その結果、出力が著しく失われる。これは事実上、センサ要素を実施できなくする可能性がある。
【０００３】
特許文献３は、センサ要素を思い通りに作動させる表面接触特性を与えることによって前述の欠点に取り組む、センサ要素を収容する洗練された第２構造を開示している。同時に、装置は実質的に、別の状況では出力に寄与する、センサ要素の表面にわたって通過する漂遊電磁放射（stray electromagnetic radiation）を除去する。これは、自由空間に効率的にセンサ要素を露出するようセンサ要素の位置と電磁放射源とを長さ方向の経路に沿って相関させるガイド手段と一緒に、第２構造内で、センサ要素を取り付けるためのホルダを内部で受けるよう構成されたハウジングによって、機械的に達成される。要素部が形成される材料は通常、励起放射に対して吸収性を有する。ガイド手段は、製造の間、センサ要素内に又はハウジング内に組み入れることができる。どちらの場合でも、困難でかつ高価な付加的な製造段階が要求される。
【特許文献１】国際公開第９８／２２８０７号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０１／３６９４５号パンフレット
【特許文献３】国際公開第９９／６３３３０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、センサ要素又は第２構造（例えばハウジング）の複雑な機械的、又は材料的な変更に頼ることなく上述の欠点を克服するために、センサ要素と第２構造との界面にスペーサを組み込むことによってセンシング装置を改善しようと試みるものである。特に、この発明は、センサ要素への破壊的な散乱又はセンサ要素からの吸収損なしにセンシング装置を作動させることのできるスペーサに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このように一側面から考えられたこの発明は、局所的な環境における所定の刺激の存在、量、又は変化を検出するセンシング装置であって、
第２導波管内に、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を誘起することのできる一つ又は複数の検出層（１）、又は、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を示すことのできる検出導波管（２）、のどちらかを含むセンサ要素と；
前記センサ要素の近くの第２構造と；
第１面が前記第２導波管又は前記検出導波管のどちらかの少なくとも一部と接触するように前記センサ要素と第２構造との界面に位置するスペーサと；
を含むことを特徴とするセンシング装置を提供する。
【０００６】
スペーサは、第２構造とセンサ要素との間の直接の接触と結び付けられた困難を回避することを可能にする複雑でなくかつ安価な構成要素を表す。
【０００７】
好ましい実施例では、スペーサの第１面は、接触している第２導波管又は検出導波管の少なくとも一部を光学的に隔てるように設けられている。好ましくは、スペーサは、漂遊電磁放射を実質的に除去するよう光学的に及び／又は寸法的（dimensionally）に設けられている。例えば、スペーサの厚さは、励起放射の波長における第２導波管のエバネッセント場の侵入長よりも大きくすることができる（すなわち、エバネッセント場の大部分を収容するためにこの波長に生成される）。
【０００８】
本発明のセンシング装置の一実施例では、第１面の反対にあるスペーサの第２面は、第２構造と接触している。
【０００９】
スペーサは、センサ要素又は第２構造と一体とすることができるか、又は分離することができる。
【００１０】
スペーサが第２構造と一体とされる場合には、該スペーサは、漂遊電磁放射を実質的に除去するために光学的に及び／又は寸法的に構成することができる。適切な光学特性は、フッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレン、又はＰＤＭＳのようなポリマーによって示され、スペーサは、センサ要素の構造と励起放射の波長とに従って合わせられた厚さを有する。典型的には、スペーサは、約０．５ミクロンの励起波長に対して１００ミクロン又はそれよりも小さい厚さを有する。好ましくは、厚さは、５〜５０ミクロンの範囲である。通常、スペーサは、第２構造の適切な表面に従来通りにコーティング（スピンコーティング）される。
【００１１】
スペーサがセンサ要素と一体である場合には、該スペーサは、漂遊磁場放射を実質的に除去するために光学的に及び／又は寸法的に構成することができる。適切な光学特性はシリコンダイオードによって示され、スペーサは通常１０ミクロン又はそれよりも小さい、好ましくは５ミクロン又はそれよりも小さい厚さを有する。スペーサは、化学気相蒸着のような従来の方法によってセンサ要素に好都合に適用することができる。
【００１２】
好ましい実施例では、スペーサは分離しており、かつ光学的に再利用できる。分離スペーサは効率的に利用可能な材料（efficiently disposable material）から構成されることが有利である。スペーサが同種のものからなる場合には、該スペーサは漂遊磁場放射を実質的に除去するために光学的に及び／又は寸法的に構成することができる。適切な光学特性は、フッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリエチレン、又はＰＤＭＳのようなポリマーによって示され、スペーサは、（構造の機械的強固さを熟慮して）センサ要素の構造と励起放射の波長とに従って合わせられた厚さを有する。通常、スペーサは、約０．５ミクロンの励起波長に対して１００ミクロン又はそれよりも小さい厚さを有する。好ましくは厚さは、５０から１００ミクロンの範囲である。
【００１３】
好ましくは、分離スペーサは、コンタクト層を有する下面に及び任意にコンタクト層を有する上面にコーティングされたコア層を含む層構造を取る。分離スペーサは、破滅的な散乱（catastrophic scattering）又は吸収損なしに前記コンタクト層が第２導波管又は検出導波管と接触するように前記センサ要素に位置される。好ましくは、コンタクト層又は各コンタクト層は、漂遊電磁放射を実質的に除去するよう寸法的にかつ光学的に設けられている。分離スペーサは、前記第２構造と前記センサ要素との間に圧縮性シールを形成することができる。
【００１４】
前記コンタクト層又は各コンタクト層は、薄膜（例えば薄膜は０．５ミクロンの励起波長に対して３ミクロン又はそれよりも大きい厚さを有する）とすることができる。好ましくは、薄膜は、３〜１００ミクロンの範囲の厚さを有する。前記又は各コンタクト層は、低光損失を示すことができる。通常、前記コンタクト層又は各コンタクト層は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から構成されている。上部コーティング及び／又は下部コーティングは、コア層に従来通りにコーティング（例えばスピンコーティング）される。
【００１５】
コア層は、励起放射に対して実質的に非透過性（例えば不透明）である、好ましくは励起放射（例えば可視スペクトルにおける励起放射）に対して非透過性である材料から構成することができる。好ましくは、コア層は、ＶＩＴＯＮ（登録商標）から構成される。
【００１６】
好ましくは、スペーサは、該スペーサが接触している第２導波管又は検出導波管の少なくとも一部の上方の局所的な環境を画定する窓を含む。窓は、あらゆる都合のよい形状を取ることができ、通常実質的に正方形である。窓を組み込むことによって好都合には、所定の刺激とセンサ要素との間の密接な接触が保証される。例えば、窓は、（以下でより詳細に述べられる）吸収材料又は生物活性材料のような検出層を画定することができる。
【００１７】
スペーサは、どの分離検出手段が作られ得るかに関連して、複数の局所的な環境を形成する複数の窓を含むことができる。あるいは、センシング装置は、第１面が第２導波管又は検出導波管どちらかの少なくとも一部と接触するように、センサ要素と第２構造との界面にそれぞれが位置する複数のスペーサを含むことができ、前記第２導波管又は検出導波管どちらかの少なくとも一部は個別の局所的な環境にさらされる。
【００１８】
センサ要素は特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に開示された種類のいずれかとすることができる。
【００１９】
第２構造は、センシング装置におけるセンサ要素と連結かつ隣接して有益に用いることができるあらゆる素子又は装置とすることができ、特定の実施例が以下に述べられる。
【００２０】
第２構造は、センサ要素を取り付けるために用いられるホルダ又はハウジングのようなセンサ要素を支持する支持手段とすることもできる。
【００２１】
第２構造は、前記（又は各）検出層又は検出導波管の少なくとも一部を（例えば特許文献２に記述された種類の）局所的な環境に本質的に露出する手段とすることができる。例えば、検出層又は検出導波管の少なくとも一部を局所的な環境に本質的に露出する手段は、所定の化学的な刺激（すなわち動的システム）を含む分析物の局所的な環境への連続的な導入を許容するよう構成することができる。例えば、該手段は、不連続な流れ（例えば一連の分離した部分のような）における所定の刺激の局所的な環境への連続的な導入を許容することができる。これは、キャピラリ動作又は分離刺激手段（separate urging means）によって達成することができる。好ましくは検出層又は検出導波管の少なくとも一部を局所的な環境へ本質的にさらす手段は、所定の化学的刺激を含む静止状態の分析物に化学的な反応または相互作用を誘起するよう構成される。この意味で、センシング装置は、動的であるとみなされ得る。化学的な反応又は相互作用は、熱又は放射のようなあらゆる従来の方法によって誘起され得る。好ましくは、検出層又は検出導波管の少なくとも一部を局所的な環境に本質的にさらす手段は、一つ又は複数のマイクロチャンネル及び／又はマイクロチャンバの形態である。例えば、化学的刺激を含む分析物が、マイクロチャンネルを通じて供給され得るか、又は、化学的な反応又は相互作用が、マイクロチャンバに位置する分析物内で起こり得る。化学的刺激を含む分析物は、キャピラリ動作によってマイクロチャンネルに供給され得るか又は刺激手段によって確かに供給され得る。
【００２２】
第２構造は、漂遊電場トラック（quadrature electric field track）又は他の微小流動センシング装置、電磁源（例えばレーザ）及び／又は（以下に述べられる種類の）電磁放射を検出する手段又は化学分離手段（例えばＨＰＬＣベースの装置）とすることができる。
【００２３】
好ましくは、本発明のセンシング装置は、エバネッセントモード又は全導波管モードで使用できるように構成されている。
【００２４】
このようにセンシング装置の第１実施例では、センサ要素は、第２導波管に、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を誘起することのできる一つ又は複数の検出層を含む。この第１実施例では、センシング装置は好適には、第２導波管に測定できる光学的応答を誘起するようエバネッセント要素を最適にするよう構成されている。センサ要素は、異なる局所的な環境における変化が検出され得るように複数の分離検出層を備えることができる。
【００２５】
本発明の好ましいセンシング装置では、検出層は、吸収材料（例えばポリメタクリル酸メチル、ポリシロキサン、ポリ−４−ビニルピリジン）又は生物活性材料（例えば抗体、酵素、ＤＮＡ断片、機能性タンパク質、又は全セルを含む）を備える。吸収材料は、所定の化学的刺激を含む気体、液体、又は蒸気の分析物を吸収することができてもよい。生物活性材料は、液体相又は気体相のバイオセンシングに適切なものとすることができる。例えば検出層は、抗体、酵素、ＤＮＡ断片、機能性タンパク質、又は全セルを用いて任意に生物学的に機能的なものにされた多孔質シリコン材料を含むことができる。
【００２６】
本発明の好ましいセンシング装置では、第２導波管は窒化ケイ素又は（好ましくは）酸窒化ケイ素（silicon oxynitride）を含む。
【００２７】
本発明の第２実施例では、センサ要素は、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を示すことのできる検出導波管を含む。この第２実施例では、センシング装置は、エバネッセント要素を最小限に抑えるよう構成されており、好都合には全導波管モードで使用することができる。
【００２８】
本発明の好ましいセンシング装置では、検出導波管は、吸収材料（例えばポリメタクリル酸メチル、ポリシロキサン、ポリ−４−ビニルピリジンのような高分子材料）又は生物活性材料（例えば抗体、酵素、ＤＮＡ断片、機能性タンパク質、又は全セルを含む）を備える。吸収材料は、所定の化学的刺激を含む気体、液体、又は蒸気の分析物を吸収することができてもよい。生物活性材料は、液体相又は気体相のバイオセンシングに適切なものとすることができる。例えば検出導波管は、抗体、酵素、ＤＮＡ断片、機能性タンパク質、又は全セルを用いて任意に生物学的に機能的なものにされた多孔質シリコン材料を含むことができる。
【００２９】
本発明のセンシング装置のセンサ要素が全導波管モードで使用するよう構成された検出導波管を備える場合には、オーバーコート（overcoating）の形態の吸収層が、（例えば）所定の刺激を隔てるために膜として用いるために存在してもよい。
【００３０】
第１実施例の性能を最適化するために、センサ要素はさらに、検出層が所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を誘起することができない不活性第２導波管を備えることができる。不活性第２導波管は、基準層として作動することができる。第２導波管と不活性第２導波管とは、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対する応答を除いて、同一の性質を有することが好ましい。例として、第２導波管及び不活性第２導波管は酸窒化ケイ素から作られる。
【００３１】
第２実施例の性能を最適化するために、センサ要素はさらに、所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対して測定できる応答を示すことが実質的にできない不活性（例えば非活性化された）導波管を備えることができる。不活性導波管は、基準層として作動することができる。検出導波管と不活性導波管との物理的、生物学的、及び化学的な性質は、（所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対する応答を除いて）可能な限り類似している。通常、不活性導波管は酸窒化ケイ素から作られる。
【００３２】
好ましくは、センサ要素における検出導波管又は第２導波管（又は基準導波管のようなあらゆる付加的な導波管）のそれぞれは、平面導波管（すなわち、平面内のあらゆる任意の方向に光の伝播を許す導波管）である。
【００３３】
好ましくは、本発明のセンシング装置のセンサ要素は、多層構造（例えば薄層状導波管構造）を構成する。この意味で、センシング装置は製造が容易であり、組立誤差の点で耐障害性を有する。好ましい実施例では、多層センサ要素における複数の層のそれぞれは、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、等のような公知のプロセスを通じて（例えばシリコンの）基板に組み立てられる。そのようなプロセスは、高度に繰り返すことができ、正確に製造される。所望ならば、中間透明層（例えば二酸化ケイ素）を加えることができる。通常、センサ要素は、０．２〜１０ミクロンの範囲の厚さの多層構造である。層構造は好都合には、層を隙間なく接近させることが可能である（例えば検出導波管及び不活性（基準）導波管は、温度及び他の環境因子の有害な影響を最小化するよう互いに隙間なく接近させることができる）。
【００３４】
好ましくは、センサ要素は、層が隙間なく接近して位置する（励起波長に対して）透明な誘電体層の積層を含む。好ましくは、各層は、構造内における導波モードの同時励起によって同一量の光学的放射が伝播することができるよう作られている。特に好ましくは、検出導波管／不活性導波管における、又は第２導波管／不活性第２導波管における光の量は、等しい。
【００３５】
好ましくは、センシング装置は、センサ要素の（所定の刺激の導入又は変化によって引き起こされる局所的な環境の変化に対する）応答を測定する手段を備える。
【００３６】
本発明のセンシング装置は好都合には、センシング装置（すなわち化学センシング装置）に導入される分析物における化学的刺激の量又は変化を検出するために用いることができる。例えば、化学的刺激を備える気体相又は液体相の分析物をセンシング装置に導入することができる。あるいは、元の位置（in situ）の化学的刺激の性質に変化を生み出すとともに局所的な環境に変化を引き起こす化学反応が起こり得る。
【００３７】
本発明のセンシング装置は、物理的刺激（すなわち物理センシング装置）の量又は変化に関して、特に圧力、位置、温度、又は振動を測定するために用いることができる。物理的刺激は、（例えば）（例えば）圧力又は正確な位置の測定を可能にするために、圧縮器（impeller）のような第２構造を介してセンサ要素の検出層又は検出導波管に適用することができる。本発明によればスペーサの使用によって直接接触が回避される。
【００３８】
従来の源から生成される電磁放射は、多くの方法でセンサ要素へ伝播させることができる。好ましい実施例では、放射は、センサ要素の端面を介した単なる入力である（時折「最終発射手順（end firing procedure）」として記述される）。好ましくは（しかし必須ではなく）、電磁放射源は、光学的範囲内で減少する波長を有する入射電磁放射を与える。入射電磁放射を複数の導波管に実質的に同時に伝播させるために伝播手段を用いることができる。例えば、一つ又は複数の結合格子（coupling grating）又はミラーを用いることができる。光を最下の導波管に伝播させるために、結合格子又はミラーよりもむしろ円錐エンドカプラ（tapered end coupler）を用いることができる。
【００３９】
入射電磁放射は、適切な偏光手段を用いて望むように向ける（例えば平面偏光させる）ことができる。入射電磁放射は、望むならば、レンズ又は同種の微小フォーカス手段を用いてフォーカスすることができる。
【００４０】
異なる周波数の電磁放射を（同時に又は連続して）用いると、個々の導波管の寄与が変化し、センシング装置の有用性をさらに高めることができる。
【００４１】
マルチモード励起は役立つ付加的な情報を与えることができる。干渉縞の外部領域と内部領域とを比較することによって、あらゆる屈折率変化が外部領域の厚さの変化によって誘起されてきた範囲（すなわち寸法の変化）と、内部領域の物理化学変化によってもたらされてきた程度（すなわち構成の変化）と、を決定することが可能だろう。
【００４２】
例として、ＴＥ（transverse electric）励起モード及びＴＭ（transverse magnetic）励起モードの両方を、例えば国際公開第０１／３６９４６号パンフレットで述べられているようなセンシング装置を連続して又は同時に応答させるために用いることができる。この意味で、センシング装置は、ＴＭモード電磁放射を用いてセンサ要素を照射する第１照射手段と、ＴＥモード電磁放射を用いてセンサ要素を照射する第２照射手段と、を備える。２つのモードにおける相対的な相変化は、検出層又は検出導波管で起こる光学的な変化の性質を同定及び定量化するために用いられる。例えば、相変化は、寸法（例えば膨張又は収縮）及び／又は組成の特定の変化に対する検出層又は検出導波管における有効屈折率（effective refractive index）の変化に起因すると考えることが可能であろう。２つのモードの相対的な相変化はまた、よりコンパクトな構造が用いられる場合に続く層で起こるそのような変化を同定するためにも用いることができる。好都合には、２つのモードの屈折モード率（refractive mode index）及び静電容量の測定は、吸収層で起こる変化に対してさらなる情報をもたらす。
【００４３】
電磁放射は、センシング装置の振る舞いに付加的な情報を与えるために、（例えば振幅、周波数、又は位相が）調整され得る。
【００４４】
局所的な環境における物理的、生物学的、及び／又は化学的な刺激の導入又は変化（すなわち局所的な環境における材料の屈折率の変化）の結果として、検出導波管又は検出層の誘電特性（例えば有効屈折率）の変化が起こる。これにより、測定できる光学的応答（すなわち全導波管モードにおける検出導波管（又は導波管）又はエバネッセント場モードにおける第２導波管の下の電磁放射の透過率の変化）が生じる。
【００４５】
干渉縞は、センサ要素からの電磁放射が自由空間に結合される場合に生成され得、かつ該干渉縞は、従来の方法（例えば特許文献１参照）で記録され得る。この実施例では、局所的な環境の変化に対するセンサ要素の測定できる光学的応答はそれ自身、干渉縞における縞の動きとして現れる。（例えばエバネッセント場モードの第２導波管に誘起されるか又は全導波管モードの検出導波管に示される）センサ要素における放射の位相ずれは、縞の動きから計算できる。同様に、局所的な環境における化学的、生物学的、又は物理的な刺激の量又は変化は、位相ずれから計算できる。
【００４６】
センサ要素は、該要素の幅を横断して励起され得、２次元フォトダイオードアレイ（又は同様のもの）は、センサ要素（例えばアレイセンサ）の「ストリップ」を有効に応答させるために用いられ得る。これは、センサ要素の表面におけるイベントに関する空間分解された情報を与えるために、同時に又は連続的に一つよりも多くの軸線を横切って実施することができる。
【００４７】
センサ要素は、国際公開第０１／３６９４７号パンフレットに記述されているようなセンシング装置をバイアスすることができるよう掻き乱す（perturb）（例えば熱的に掻き乱す）ことができる。
【００４８】
干渉縞の動きは、電磁放射強度の変化を測定する単一の検出器を用いるか、又は多くの縞又は全体の干渉縞に生じる変化を測定する複数のそのような検出器を用いて測定することができる。一つ又は複数の検出器は、一つ又は複数の光検出器を備えることができる。一つよりも多くの光検出器が用いられる場合には、検出器はアレイに配置することができる。
【００４９】
センシング装置の実施例では、電磁放射源及び一つ又は複数の検出器は、センサ要素を用いて単一の組立体にまとめられる。
【００５０】
複数の電磁放射検出器ユニット（例えばアレイの）及び／又は複数の電磁放射源は、センサ要素の分離領域において局所的な環境の変化に対する応答を同時に測定するために用いることができる。あるいは、センサ要素に関して電磁放射検出器及び電磁放射源の位置は、センサ要素の分離領域における応答に関係する情報を与えるために変更することができる。例えば、同一の又は異なる刺激の量によって引き起こされる局所的な環境の変化に対する別個の応答は、異なる領域で測定することができる。この目的のために、好ましい装置は、万能なエバネッセントモードを使用するとともに、複数の分離検出層又は領域を備える。
【００５１】
好都合には、検出層又は検出導波管の表面近くに配置された電極である第２構造は、静電容量を同時に測定することを可能にする。電極は、センサ要素の横付近に置かれた平行プレートか、又はセンサ要素の頂部表面及び底部表面の付近の下に置かれた組合せ装置又は曲折装置（meander system）のような形態を取ることができる。
【００５２】
本発明のセンシング装置は、化学的、物理的、又は生物学的な刺激の導入又は変化を検出するために用いることができる。刺激の、検出導波管又は検出層との相互作用は、結合相互作用又は吸光度又はあらゆる他の相互作用とすることができる。
【００５３】
さらなる側面から見たこの発明は、以上で定義されたようなスペーサを与える。
【００５４】
この発明は、以下に、添付の図面を参照して非制限的な意味で述べられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
図１は、（ａ）側面図及び（ｂ）等角投影図で参照番号１で一般的に示された本発明のスペーサの一実施例を示す。スペーサは、励起放射に対して不透明な材料（例えばＶｉｔｏｎ（登録商標））のコア層２を備えた分離している層構造である。コア層２の上面及び下面には、センサ要素と接触させるために適切な光学特性を有する材料の薄膜コーティング３が設けられている。（望むならば）一つの面のみに、センサ要素と接触するようになるべき薄膜コーティング３が設けられることに留意されたい。
【００５６】
薄膜コーティングに対する適切な材料はＰＤＭＳである。５ミクロンのＰＤＭＳの薄膜は、次のようにしてコア材料にコーティングされる：
（ａ）４ｍｌのＰＤＭＳ及び８ｍｌのヘキサンの溶液が作られ、ガス抜きされ；
（ｂ）０．４ｍｌの触媒（ＰＤＭＳ重合に対する）及び４ｍｌのヘキサンの溶液が作られ、ＰＤＭＳ溶液に加えられ；
（ｃ）コア材料が５ｍｍ／秒の速度で（ｂ）で準備された溶液にディップコーティングされる。
【００５７】
スペーサ１の層構造には、テスト材料のような刺激のためのセンサ要素に対するアクセスを可能にする実質的に中心に配置される窓４が設けられる。薄膜３は、センサ要素と接触させるために正確な光学特性と、迷光放射がセンサ要素の頂部にわたって通過するのを実質的に排除するために正確な寸法と、を有する。
【００５８】
図２は、参照番号２１によって一般に示される本発明のセンシング装置の一実施例の一部を示す。センシング装置２１は、シリコン基板層２３ａと、二酸化ケイ素クラッド層２３ｂ（３ミクロン）と、二酸化ケイ素スペーシング層２３ｄ（３ミクロン）と、酸窒化ケイ素層２３ｃ（１ミクロン）及び２３ｅ（１ミクロン）と、を含むラミネート構造であるセンサ要素２３を含む。二酸化ケイ素（３ミクロン）から構成されるスペーサ２２は、スペーサ２２が接触している酸窒化ケイ素層２３ｅの領域を光学的に分離するようセンサ要素２３に一体に形成される。スペーサ２２は、スペーサ２２が接触する酸窒化ケイ素層２３ｅの領域の上の局所的な環境を画定する開口２４を含む。エバネッセントモードでは、酸窒化ケイ素層２３ｅは第２（検出）導波管として作動し、酸窒化ケイ素層２３ｃは、刺激の検出層（又は刺激を含む検出層）が局所的な環境に導入されるときに、基準導波管として作動する。
【００５９】
図３は、一体となった部分でありかつ参照番号１によって一般的に示される第２構造から分離された本発明のスペーサの一実施例を示す。スペーサ１は、ＦＥＰ、ポリエチレン、又はＰＤＭＳのような適切な光学特性を有する材料の層から構成されており、電磁放射が実質的に除去されることを保証するために、通常１００ミクロン又はそれよりも小さい厚さを有する。スペーサは、スペーサ１がセンサ要素と接触しているときにセンサ要素が露出される局所的な環境を形成する窓２を含む。
【００６０】
図３は、漂遊電磁放射が実質的に除去されることを保証するために通常１００ミクロン又はそれよりも小さくかつ機械的に堅固にするために（すなわち収縮を回避するために）５０ミクロンよりも大きい厚さを有するＦＥＰ、ポリエチレン、又はＰＤＭＳのような適切な光学特性を有する材料から構成された同質の分離スペーサを同様に表現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の分離スペーサの一実施例を示す側面図（ａ）及び等角投影図（ｂ）である。
【図２】本発明のセンシング装置の一実施例の一部を示す図である。
【図３】本発明のセンシング装置の一実施例の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  検出層
２  検出導波管
２１  センシング装置
２２  スペーサ
２３  センサ要素
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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