(57)【要約】本発明は、平坦な支持材（１６）を備える装置に関するものである。この平坦な支持材は、少なくとも１つの表面領域上に広がった複数の孔（１０）を有している。上記孔は、支持材（１６）の一方の面（１２）からその反対側の面（１４）へ連続的に延びている。本発明は、孔（１０）が、その長軸に沿って支持材（１６）中に形成された孔壁（２２）の孔境界面（１８）によって、規定されており、孔壁（２２）の少なくとも一部が、少なくとも一部の断面において、孔境界面（１８）を形成する第１層（２０）と、第１層（２０）に隣接し、かつ、孔境界面（１８）から離れて配された第２層（２４）とを含む層構造を有しており、第１層（２０）の屈折率ｎWellenleiterが、第２層（２４）の屈折率ｎ2よりも大きいことを特徴とする。
2005527812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面的に形成された支持材（１６）を有する装置において、
上記支持材は、その少なくとも１つの表面領域上に広がった複数の孔（１０）を有し、これらの孔は、支持材（１６）の一方の面から、その反対側の面（１４）へ貫通して延びており、
上記孔（１０）はそれぞれ、その長軸に沿って支持材（１６）に形成された孔壁（２２）の孔境界面（１８）により、規定されており、
孔壁（２２）の少なくとも一部は、少なくとも一部の断面において、孔境界面（１８）を形成する第１層（２０）と、第１層（２０）と隣接しており、かつ、孔境界面（１８）から離れて配された第２層（２４）とを有する層構造を備え、
第１層（２０）の屈折率ｎWellenleiterが、第２層（２４）の屈折率ｎ2よりも大きい装置。
【請求項２】
上記第１層（２０）が、所定のスペクトル域で透明である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記所定のスペクトル域が、光学的な可視領域、紫外線領域、または、赤外線領域である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
上記層構造が、第２層（２４）に隣接し、第１層（２０）から離れて配された第３層（２６）を備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
上記第１層（２０）が、Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ａ１2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｓｉ3Ｎ4、ＴｉＯ2、ＴａＯ2、および／または、Ａｌ、ＳｉまたはＨｆの窒化物または酸窒化物を含み、
上記第２層（２４）が、ガラス、プラスチック、透明誘電体、および／またはＳｉＯ2を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
上記第３層（２６）が、金属、半導体、および／またはプラスチックを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
上記第３層（２６）が、シリコンを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
上記支持材（１６）の表面近傍の領域の孔直径（ｄpore）が、支持材（１６）の表面（１２，１４）へ向かうにつれて拡大している、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
上記孔（１０）が、ほぼ円筒形状または帯形状である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
上記第１層（２０）が、散乱中心、および／または散乱欠陥を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
上記孔（１０）が、５００ｎｍ〜１００μｍの範囲の孔直径（ｄpore）を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
上記支持材（１６）が、１００μｍと５０００μｍとの間の厚みを有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
上記孔（１０）の孔密度が、１０4／ｃｍ2〜１０8／ｃｍ2の範囲内である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
上記支持材（１６）が、所定のスペクトル域において、反射性である、および／または不透過性である材料からなる、少なくとも１つの上部構造（２６）を備えている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
上記上部構造が、ほぼ円筒形状の枠（２６）であり、
この円筒形状の枠（２６）は、支持材（１６）の一方の面（１２）から反対側の面（１４）へ向かって延びており、少なくとも１つの孔（１０）を備えている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
上記枠（２６）が、シリコンからなる少なくとも１つの核芯を備えている、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
上記少なくとも１つの孔（２０）のの孔境界面（１８）の少なくとも一部の断面に、ＤＮＡ、蛋白質、および、座位子を含むグループから選択された捕獲分子が、共有結合している、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
上記捕獲分子が、オリゴヌクレオチドプローブであり、
このオリゴヌクレオチドプローブが、末端アミノ基または末端チオール基を介して、リンカー分子と結合しており、このリンカー分子が、共有結合性基及び／またはイオン基を介して、孔境界面と結合している請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８の何れかに記載の装置の使用であって、
生化学的な反応および／または結合の検出、及び、このために、特に、酵素反応、核酸ハイブリダイゼーション、蛋白質−蛋白質間相互作用、および、蛋白質−座位子間相互作用を検査する方法において、試料担体の基盤として使用することを特徴とする、使用。
【請求項２０】
化学的または生化学的な、反応および／または結合の検出方法において、
請求項１７または１８に記載の装置を準備する工程と、
支持材（１６）の孔（１０）の少なくとも１つへ、第１層の屈折率ｎWellenleiterよりも低い屈折率ｎPoreを有する被検査物質を導入する工程と、
被検査物質のルミネセンス光を出力連結する工程と、
被検査材料のルミネセンス光を検査する工程とを含む方法。
【請求項２１】
さらに、導波管モードの消失場にある孔境界面（１８）において被検査材料を励起するため、励起光を導波管モードとして層構造の第１層（２０）へ入力連結する工程を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
化学的または生化学的な、反応および／または結合の検出方法において、
請求項１７または１８に記載の装置を準備する工程と、
支持材（１６）の孔（１０）の少なくとも１つに、第１層の屈折率ｎWellenleiterよりも低い屈折率ｎPoreを有する被検査物質を導入する工程と、
導波管モードの消失場にある孔境界面（１８）において被検査材料を励起するため、励起光を導波管モードとして層構造の第１層（２０）へ入力連結する工程と、
被検査材料との相互作用の後に第１層（２０）から出力連結される励起光を検査する工程とを含む方法。
【請求項２３】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置の製造方法であって、
（ａ）２つの対向する表面を有し、シリコンからなる平面的な支持材（１６）を準備する工程と、
（ｂ）支持材（１６）の表面（１２，１４）の１つを電気化学的にエッチングすることによって、支持材の厚みよりも小さな深さを有する止まり穴を生成する工程と、
（ｃ）支持材（１６）の一方の面（１２，１４）から反対側の表面（１４，１２）へ貫通して延びる孔（１０）を得るために、少なくとも反対側の表面（１４，１２）から止まり穴の底部まで、支持材（１６）を除去する工程と、
（ｄ）第２層（２４）を形成するために、支持材（１６）の孔壁（２２）が、少なくとも孔近傍の領域で、ＳｉＯ2で構成されるように、工程（ｃ）にて得られた支持材（１６）を酸化させる工程と、
（ｅ）第１層（２０）を形成するために、少なくとも一部の孔壁（２２）を被覆する工程とを含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置の製造方法。
【請求項２４】
化学的または生化学的な、反応および／または結合の検出方法であって、
平面的に形成された支持材（１６）を有し、この支持材は、少なくとも１つの表面領域上に広がった多数の孔（１０）を有し、これらの孔は、支持材（１６）の一方の面（１２，１４）からその反対側の面（１４，１２）へ貫通して延びており、
これらの孔（１０）はそれぞれ、その長軸に沿って支持材（１６）に形成された孔壁（２２）の孔境界面（１８）により、規定されており、これらの孔に、適切なリンカー分子を介して、捕獲分子が固着された装置を準備する工程と、
支持材（１６）の孔（１０）の少なくとも１つに、孔境界面（１８）の領域にある孔壁（２２）の屈折率ｎPorenwandよりも大きい屈折率ｎPoreを有する被検査物質を導入する工程と、
被検査物質のルミネセンス光を、導波管を形成する孔（１０）の導波管モードとして出力連結する工程と、
被検査材料のルミネセンス光を検査する工程とを含む方法。
【請求項２５】
さらに、被検査材料を励起するために、孔（１０）の少なくとも１つに、励起光を、導波管モードとして入力連結する工程をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
化学的または生化学的な、反応または合成の制御方法において、
請求項１７または１８に記載の装置を準備する工程と、
支持材の孔の少なくとも１つに、第１層の屈折率ｎWellenleiterよりも低い屈折率ｎPoreを有する合成物質を導入する工程と、
導波管モードの消失場にある孔境界面において少なくとも合成材料を光学的に励起するため、光を導波管モードとして層構造の第１層へ入力連結する工程とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１に係る装置、請求項１９に係る装置の使用、請求項２０、２２および２４に係る化学的または生化学的反応（chemischer bzw. biochemischer Reaktionen）および／または結合の検出方法、および、請求項１８に基づく装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
本発明の装置は、生化学的な（結合）反応の検出、及び、このために、特に、酵素反応、核酸ハイブリダイゼーション、蛋白質−蛋白質間相互作用、および、その他の生物学および医学におけるゲノム研究、プロテオーム（Proteom-）研究、または作用物質探索の分野で結合反応を検査する方法において、「バイオチップベースモジュール（BioChip-Grundmodule）」のための基盤として適している。
【０００３】
生体および組織に関する情報を迅速に得るために、バイオチップが使用されている。今日では、このバイオチップが、ますます分子生物学で使用されるようになってきている。(生)化学反応の検出、すなわち、所定の検査材料中にある生物学的関連分子の検出は、生物科学、および、医学的診断に非常に重要である。この分野（In diesem Rahmen）では、いわゆるバイオチップの開発が、絶えず追求されている（stetig vorangetrieben）。このようなバイオチップは、通常、生物学的かつ技術的な構成要素を有する小型化されたハイブリッド機能素子であり、特にバイオチップベースモジュールの表面上に固着された生体分子である。そして、この生体分子は、特異的相互作用配偶子(Interaktionspartner)として機能する。多くの場合、これらの機能素子は、行、および、列の形を有した構造であり、「マイクロアレイ」と呼ばれる。何千もの生物学的、または、生化学的機能素子が１つのチップに配置されていてもよいので、これらは、一般に、マイクロ技術的方法によって形成される（angefertigt）。
【０００４】
生物学的、および、生化学的機能素子としては、特に、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ（核酸およびその化学誘導体であり、例えば、オリゴヌクレオチド、その三重構造体、または、その組み合わせといった一本鎖であってもよい）、糖類（Saccharide）、ペプチド、蛋白質（例えば、抗体、抗原、受容体）、結合化学の誘導体（例えば、有機分子）、細胞成分（例えば、細胞小器官）、個々の細胞、多細胞有機体、および、細胞集合体が挙げられる。
【０００５】
最も広く知られているバイオチップとしては、いわゆるマイクロアレイが挙げられる。これらは、例えばガラス、金、プラスチック、または、シリコンを含む小さなウエハー（Plaettchen）（「チップ」）である。対応する生物学的な、または、生化学的な（結合）反応を検出するために、例えば（種類の）異なる少量の可溶性の捕獲分子、例えば既知の核酸シーケンス（Nukleinsaeuresequenz）が、バイオチッブペースモジュール表面に、極小さな滴（kleinsten Troepfchen）の形状で、点状およびマトリックス状（matrizenartig）に固定されている。なお、この極小さな滴は、ドットとしても知られている。
【０００６】
実際には、１つのチップに対して数百から数千の小滴が使用される。続いて、研究対象検体が、この表面上に、ポンプでくみ上げられる（gepumpt）。研究対象検体としては、例えば、蛍光ラベルされた（fluoreszenzmarkierte）標的分子を含んだものであってもよい。その結果、検体に含まれる標的分子と、固定または固着された捕獲分子との間に、種々の化学 (結合)反応が生じる。上述したように、これらの反応、または、結合を観察するために、標的分子は、色素分子成分（Farbstoffmolekuelbausteine）（通常は蛍光色素）によってラベルされる。蛍光色素から発せられた光の存在および輝度により、基板上の個々の小滴における反応または結合の進行についての情報（Aufschluss）が得られる。その結果、標的分子、および／または、捕獲分子について、その存在、および／または特性を推測することができる。蛍光ラベルされた対応検体中の標的分子が、担体基板表面に固着された捕獲分子と反応、または、捕獲分子と結合した場合、この反応または結合は、レーザーにより光学的に励起し、その対応する蛍光信号を測定することにより、検出可能になる。
【０００７】
高い規定の多孔性（hoher, aber definierter Porositaet）を有する基板は、平坦な基板と比べて、このようなバイオチップの基盤として複数の利点がある。非常に広い表面領域で、より多くの検出反応が可能になる。その結果、生物学的分析における検出感度が高くなる。検体に溶解している標的分子は、多孔性基板の正面と裏面との間にあるチャネルを通して、ポンプでくみ上げられることにより、空間的に近接して基板の表面と接触する（１０μｍ未満）。このサイズスケール（Groessenskala）では、拡散は、非常に有効な輸送プロセスである。この輸送プロセスは、被検出標的分子と、表面上に固着された捕獲分子との間の距離を、短時間で覆う（ueberbrueckt）。その結果、結合反応の速度が上がり、検出方法の所要時間を著しく短縮できる。
【０００８】
このような規定の多孔性を有する基板の例としては、電気化学的に生成される多孔性のシリコンがあげられる（ドイツ特許公報第４２０２４５４号（DE4202454）、欧州特許公報第０５５３４６５号（EP0553465）、または、ドイツ特許公報第１９８２０７５６号（DE19820756）を参照）。
【０００９】
現在、作用物質探索や臨床診断の際に、使用されている分析的な方法の多くは、被検出物質と固着分子との間の結合現象（例えば、ＤＮＡハイブリダイゼーション、抗体−抗原の相互作用、および、蛋白質相互作用）を光学的に検出する方法である。この方法では、被検出物質に、マーカー（Marker）が付加されている。このマーカーは、最適な波長の光による励起で、蛍光を発する(螢光方法)、あるいは、次々と光を発生させる化学反応を起こす(化学ルミネセンス法)ものである。被検出物質（すなわち、標的分子）が、表面上に固着されている捕獲分子と結合する場合、この結合を、視覚的に（例えば、ルミネセンス（Lumineszenz）によって）検出する。なお、ここでいう「ルミネセンス」は、紫外線における光子の自然放出から赤外線のスペクトル域までを含むものである。ルミネセンスの励起機構は、光学的な、または、非光学的な特性（例えば、電気的、化学的、生化学的、および／または、熱励起過程）でもよい。特に、化学的、生物的および電気的なルミネセンス（Chemi-, Bio-und Elektrolumineszenz）、ならびに、螢光およびリン光は、本発明では用語「ルミネセンス」の意味に含まれている。
【００１０】
このような多孔性基板は、光学密度が高く反射率が低い。例えば多孔性のシリコンでは、その反射率がスペクトルの可視域では５０〜７０％である。しかしながら、このような多孔性基板では、螢光方法または化学ルミネセンス方法に関して、実験的に観察された光信号収率（Lichtsignalausbeute）が理論達成可能値に十分に達していない限り、期待される結果が得られない。このような多孔性基板を使用した場合に、実験的に観察される光信号収率が理論値よりも低い理由としては、被検査物質または被検査結合における発光放出に問題があることが挙げられる、また発光方法の場合には、蛍光の光学励起に問題がある個とが挙げられる。
【００１１】
（ルミネセンス）光が孔の全容積（im gesamten Volumen）で発生する場合、孔壁の反射率は、光学信号 （optischen Signals）を表面へ効率的に導く上で重要である。化学ルミネセンスでは、光信号（Lichtsignal）が、全空間方向に等方性に放射する。従って、生成された光のうち、個々の孔の開口角内に直接放出される光は、極僅かである。その他の全光路は、当該の孔の開口部に達するまでに、孔の壁によって何度も反射される。しかしながら、反射率が１００％よりもほんの少し低いだけで、信号強度は、多重反射後に大幅に弱まってしまう。この影響で、結果として、生成された信号の割合は、孔からの経路上で大幅に減衰し、全体の信号に対してほとんど寄与しなくなる。
【００１２】
蛍光励起の問題に関して既に説明したが、孔壁による多重反射による減衰は、ルミネセンス放出にも重大な問題を生じる。孔開口部の方向へ直接放射する蛍光団（Fluorophore）（検体中の蛍光物質）のみが、減衰されないまま、蛍光信号として得られる。他の全ての光路は、孔の開口部に達するまでに、少なくとも１回は反射される。その結果、反射率が１００％よりもほんの少し低いだけで、多重反射により、被検出光学信号がかなり減衰する。
【００１３】
上述の多重反射による輝度減衰の問題を解決するために、励起光および放出光を孔からより好適に導けるように、反射損失を少なくするための反射層を孔壁に配置することが提案される。しかしながら、この解決方法では、信号収率を大幅には改善しない。
【００１４】
本発明の目的は、生化学反応および／または結合を検出するための装置、および「バイオチップベースモジュール」を提供することにある。なお、この装置またはモジュールは、分析方法の範囲内で（im Rahmen）、蛍光または化学ルミネセンスに基づいて、背景信号（Hintergrundsignal）は低く、かつ、より高い絶対信号収率を提供するものである。さらに、本発明の目的は、生化学的な反応および／または結合を検出するための方法を提供することである。なお、この方法は、信号ノイズ比率を改善し、かつ、より高い絶対信号収率を提供するものである。最後に、本発明の目的は、好ましい本発明の装置の製造方法を提供することである。
【００１５】
これらの目的は、請求項１に記載の装置、請求項２０，２２、および２４に記載の検出方法、および、請求項２３に記載の製造方法によってそれぞれ達成される。好ましい実施形態を、従属請求項に記載する。
【００１６】
本発明によると、装置は、平面的に形成された支持材（Traegermaterial）を備える。この支持材は、その少なくとも１つの表面領域上に広がった複数の孔を有している。これらの孔は、支持材の一方の面から、その反対側の面へ貫通して延びている。そして、上記孔それぞれは、その長軸に沿って支持材に形成された孔壁の孔境界面により、規定されている。
孔壁の少なくとも一部は、層構造を、少なくとも一部の断面において、層構造を備えており、この層構造は、孔境界面を形成する第１層と、第１層に隣接しており、かつ、孔境界面から離れて配された第２層とを有している。
第１層の屈折率ｎWellenleiterは、第２層の屈折率ｎ2よりも大きい。
【００１７】
支持材には複数の孔が点在している。これらの孔は、支持材中を延びており、例えば流体検体を、支持材の一方の面からその反対側の面へ流通させる。孔は、その孔の縦軸に沿って、支持材の孔壁に配された孔境界面によって規定されている。従って、孔境界面は、孔壁の外側の面である。すなわち、支持材と孔との界面である。孔壁は、孔の間に延びる支持材の容積の一部（Volumenanteil）である。その結果、互いの孔は、孔壁によって分離されている。
【００１８】
本発明では、孔壁の少なくとも一部の少なくとも一部の断面を、層構造として形成することが提案される。第１層は、孔境界面（孔と支持材との界面）を形成しており、孔境界面から離れて配された第２層と隣接している。この第２層は、第１層よりも孔の中心軸から遠く離れている。例えば、上記孔が、支持材の平坦面（Flaechenebene）に対して平行な断面において、ほぼ長方形の（rechteckigen）断面を有している場合、第１層は、断面がほぼ枠形の形状であることが好ましい。第２層は、例えば第１層に対して同心状に形成されていてもよい。孔が、長方形の筒形状または円筒形状を有している場合、第１層は、中空円筒（Hohlzylinder）として形成されており、その内径が、孔の直径に相当することが好ましい。
【００１９】
好ましくは、第１層の層厚が、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲である。第２層は、例えば、支持材自体の一部でもよいし、支持材の核芯（Kern）と第１層との間に配置されていてもよい。第２層が、支持材の核芯と第１層との間に配置されている場合は、第２層の層厚が、少なくとも１μｍであることが好ましい。支持材の全ての孔が、孔境界面の領域で、このような孔壁の層構造を備えていることが好ましい。層構造は、孔の全長に延びていることが好ましい。
【００２０】
上述の層構造において、第１層が第２層の屈折率ｎ2よりも大きい屈折率ｎWellenleiterを有することによって、孔壁にある導波管が、孔境界面近傍に規定される。つまり、屈折率ｎPoreが第１層の屈折率ｎWellenleiterよりも低くなっている検体（液体または気体）が孔に導入されると、光学信号が導波管モードで第１層に運ばれる。例えば、支持材の一方の面から開始して、励起光は、屈折率ｎWellenleiterを有しかつ導波管核芯を形成する第１層に連結される。この励起光は、より小さな屈折率ｎ２（ｎPore＜ｎWellenleiter）を有する層による制限により、導波管モードの形状で、第１層へと運ばれる。
【００２１】
必要に応じて、断面において（gegebenenfalls bereichsweise）、第１層と第２層との間に、所望の波長領域に対して透明な接着促進層(Haftvermittlerschicht)を配置してもよい。この接着促進層は、２０ｎｍ以下の厚みを有していることが好ましい。また、この接着促進層は、特に、第１層と第２層との間の機械的な結合を改善する。
【００２２】
第１層材料の光学特性は、入力連結される励起光の波長に適合することが好ましい。第１層は、所定のまたは所望のスペクトル範囲では透明であることが好ましい。このスペクトル範囲は、特に、可視、紫外線、または、赤外線のスペクトル域でもよい。このように第１層へ導かれた導波管モードは、屈折率の相違および導波管の形状に応じた消失場（Evaneszenzfeld）を備えている。この消失場は、特に孔境界面近傍の領域では、孔の中へ延びている。この消失場は、孔境界面に対する間隔とともに指数関数的に（exponentiell）減衰する。そして、この消失場は、孔境界面に、または、その近傍領域（direkte Umgebung）に配置されている蛍光物質を、光学的に励起するために用いてもよい（消失場の透過侵入度（Eindringtiefe）は約１μｍまで）。
【００２３】
蛍光色素を励起するための励起光は、孔壁での多重屈折により多大な損失を伴って孔へ導入されるのではなく、効果的な導波管モード導入によって少ない損失で導入されることによって、冒頭部分で述べた蛍光の励起時の問題を効果的に回避できる。同じように、この導波管の概念は、ルミネセンス放射（蛍光方法と化学ルミネセンス方法との双方における）の場合にも使用可能である。例えば被検出物質が、孔境界面上の固着された捕獲分子によって、すなわち、導波管モードの消失場領域で、光子を放出する場合、この光子は、装置から少ない損失で出力放出され、検出器へ導入される。冒頭部分で説明したような、不十分に反射する孔壁での多重屈折による減衰は生じない。従って、信号ノイズ比率は向上したまま、絶対信号収率を大幅に上昇できる。
【００２４】
好ましい実施形態では、層構造が、第２層と隣接し、第１層から離れて配された第３層を備えている。
【００２５】
第１層が、Ｔａ２０５、ＨｆＯ２、Ｙ２０３、Ａｌ２０３、Ｎｂ２０５、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔｉ０２、Ｔａ０２、および／または、Ａｌ、ＳｉまたはＨｆの窒化物または酸窒化物を含み、第２層が、ガラス、プラスチック、特に有機または無機ポリマー、透明誘電体および／またはＳｉＯ2を含んでいることが好ましい。この場合、第１および第２層の材料は、第１層の屈折率ｎWellenleiterが、常に第２層の屈折率ｎ2よりも大きくなるように選択される。さらに、操作中に孔へ導入する検体は、その屈折率ｎPoreに関して、ｎWellenleiter>ｎPoreとなるように選択される。
【００２６】
第３層が、金属、半導体、および／または、プラスチック、特に有機または無機ポリマーを含むことが好ましい。例えば領域または区画を形成することによって、複数の孔をグループに分割するために、第３層は、特に反射する、および／または、不透明になるように形成されていてもよい。グループ間の「光学的な混信」は、反射性のある壁により回避される。第３層が、シリコンを含むことが好ましく、このシリコンは、ｎまたはｐドープされていてもよい。
【００２７】
好ましい実施形態によると、支持材の表面近傍の領域では、孔直径が支持材の表面の領域へ向かうに従い拡大している。孔の表面近傍の領域が、漏斗状または円錐状に形成されていることが好ましい。また、孔直径が、支持材の表面に向かうに従い連続的に拡大すると有利である。第１層は、孔の円錐の領域に、支持材の表面まで導入されていることが好ましい。この構造により、励起光を、導波管核芯である第１層へ、特に効果的に入力連結できる。同様に、孔または孔壁のこのような構造は、支持材の表面の領域において、被検出ルミネセンス光(zu detektierendem Lumineszenzlicht)の出力連結も改善する。なお、この被検出ルミネセンス光は、第１層中を支持材の表面へと導かれるものである。
【００２８】
孔は、ほぼ円筒形状、特に長方形、円形、スリット形または、楕円形であることが好ましい。
【００２９】
他の実施形態では、この第１層は、散乱中央部（Streuzentren）および／または散乱欠陥部（Fehlstellen）を備えている。第１層の表面に接しておよび／または第１層自体の中に、散乱中央部／欠陥部をこのように目的を絞って構成することにより、励起光または放出光の入力連結および出力連結を改善できる。なお、この構成は、例えば、粗面化（Aufrauhen）またはドーピングによって実現される。
【００３０】
孔は、５００ｎｍ〜１００μｍの範囲の直径を有していることが好ましい。支持材は、１００μｍと５０００μｍとの間の厚みを有していることが好ましい。孔密度は、１０14／ｃｍ2〜１０8／ｃｍ2の範囲であることが好ましい。
【００３１】
好ましい実施形態では、支持材が、上部構造（Ueberstruktur）を備えている。なお、この上部構造は、所定のスペクトル域において、反射性である、および／または不透過性である材料からなるものである。上部構造は、任意に形成されていてもよい。上部構造は、ほぼ円筒形状の枠であることが好ましい。この枠は、支持材の一方の面から反対側の面へ向かって延び、少なくとも１つの孔を含む。この枠は、支持材を、領域または区画に分割する。枠は、反射性である、または不透明な材料からなることが好ましい。その結果、個々の領域間の「光学的な混信」が回避される。枠は、１つ以上の面が開口している部分枠として形成されていてもよい。円筒枠の円筒軸は、孔の長軸と平行に配置されていることが好ましい。枠の円筒軸および孔の長軸は、支持材の互いに対向する面に対して垂直になっている。枠は、シリコンからなる核芯を含むことが好ましい。
【００３２】
好ましい実施形態では、捕獲分子またはプローブは、ＤＮＡ、蛋白質、及び配位子を含むグループから選択され、孔の少なくとも１つの孔境界面の、少なくとも断面の一部と共有結合する。捕獲分子は、オリゴヌクレオチドプローブであることが好ましい。なお、このオリゴヌクレオチドプローブは、末端アミノ基または末端チオール基を介して、リンカー分子と結合している。同じく、リンカー分子は、共有結合性基および／またはイオン基を介して、孔境界面と結合している。リンカー分子は、通常、二機能性の（bifunktionellen）シリコン有機化合物を基礎としている。このような二機能性のシリコン有機化合物としては、例えば、エポキシ、グリシジル、クロロ、メルカプトまたはアミノから選択された、１つ以上の末端官能基を有するアルコキシシラン化合物である。
アルコキシシラン化合物は、グリシドオキシアルキルアルコキシシラン（例えば、３−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン）、メルカプトアルキルアルコキシシラン（例えば、ｙ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン）、または、アミノアルキルアルコキシシラン（例えば、Ｎ−β―（アミノエチル）γ−アミノプロプルトリメトキシシラン）であることが好ましい。この場合、実際の捕獲分子またはプローブと結合する官能基（例えば、エポキシまたはグリシドオキシ）と、トリアルコキシシラン基との間のスペーサとして作用するアルキレンラジカルの長さは、制限されていない。このようなスペーサは、ポリエチレングリコールラジカルでもよい。捕獲分子として例えば使用されるオリゴヌクレオチドは、Tet. Let. 22,1981, 1859〜1862ページに記載されているような合成法（Synthesestrategie）を使用して製造できる。この場合、オリゴヌクレオチドでは、製造プロセス（Herstellungsverfahrens）時に、末端アミノ基により、５’末端と３’末端との何れか（5- oder 3- Endstellung）が誘導体化されて（derivatisiert）いてもよい。このような捕獲分子は、以下のように接触されていてもよい。すなわち、まず、孔境界面または第１層を、塩素源（例えば、Ｃｌ2、ＳＯＣｌ2、ＣＯＣｌ2、または（ＣＯＣｌ）2）により処理する。また、場合によってはペロキシド、アゾ化合物またはＢｕ3ＳｎＨなどの遊離基開始剤（Radikalinitiators）を用いて処理する。次に、対応する求核化合物（例えば、特に末端の一級アミノ基または末端チオール基を含む、オリゴヌクレオチドまたはＤＮＡ分子）による置換を行う。（ＰＣＴ第００／３３９７６号（WO 00/33976）参照）。本発明の装置の枠にある第１層として、Ｓｉ3Ｎ4層が使用されている場合、相当する捕獲分子をリンカー分子を介して共有原子価結合させるために、このＳｉ3Ｎ4層は、例えばその表面層において、酸窒化物層に被覆されていてもよい。
【００３３】
このように、捕獲分子（ＤＮＡ、蛋白質および配位子から選択された、好ましくは末端アミノ基または末端チオール基を含むオリゴヌクレオチド）をリンカー分子を介して結合させることにより、利用可能に仕上がったバイオチップが得られる。このような本発明の装置は、マイクロアレイの密度を有する、９６個のプローブ担体（96-Probentraegers）の機能を有していてもよい。さらに、従来技術が提供するマイクロチップ技術を、このような本発明の装置に基づいて比較対照する(parallelisiert)ことができる。
【００３４】
本発明では、上述した本発明の装置が、生化学的な反応および／または結合の検出、及び、このために、特に、酵素反応、核酸ハイブリダイゼーション、蛋白質−蛋白質間相互作用、および、蛋白質−座位子間相互作用を検査する方法において、試料担体の基盤として使用される。
【００３５】
本発明のほかの観点では、化学的または生化学的な、反応および／または結合の検出方法が提案される。この方法は、
本発明の装置またはバイオチップを準備する工程と、
支持材の孔の少なくとも１つへ、第１層の屈折率ｎWellenleiterよりも低い屈折率ｎPoreを有する被検査物質を導入する工程と、
被検査物質のルミネセンス光を出力連結する工程と、
被検査材料のルミネセンス光を検査する工程とを含む。
【００３６】
この場合、被検査材料は、ガス状または液状でもよい。第１層の屈折率ｎWellenleiterは、第２層の屈折率ｎ2および検体で満たされた孔の屈折率ｎPoreよりも大きいので、励起光または被検出放出光は、消失場領域から、導波管モードとして、第１層へ導かれる。このことは、光学信号の効果的な入力連結または出力連結を表している。なぜなら、反射が不完全な孔壁で多重屈折することによる損失の多い減衰が生じないからである。このようにして、生成可能な信号ノイズ比率と絶対信号収率とを改善できる。
【００３７】
この方法は、さらに、導波管モードの消失場にある孔境界面において被検査材料を励起するため、励起光を導波管モードとして層構造の第１層へ入力連結する工程を含むことが好ましい。上記で詳しく説明したように、例えば、蛍光体を、孔境界面において、導波管（ウエーブガイド）中を導かれるモードの消失場を介して、励起してもよい。このとき、ボリュームの励起は起こらない。この用法によって、導波管の孔境界面上の蛍光体励起を、従来使用されているボリューム励起と比べて、何倍も改善できる。
【００３８】
本発明のほかの観点では、化学的または生化学的な、反応および／または結合の検出方法が、
本発明の装置またはバイオチップを準備する工程と、
支持材の孔の少なくとも１つに、第１層の屈折率ｎWellenleiterよりも低い屈折率ｎPoreを有する被検査物質を導入する工程と、
導波管モードの消失場にある孔境界面において被検査材料を励起するため、励起光を導波管モードとして層構造の第１層へ入力連結する工程と、
被検査材料との相互作用の後に第１層から出力連結される励起光を検査する工程とを含む。
【００３９】
従って、化学的または生化学的な、反応および／または結合の検出は、被検査材料（被検査検体）が実際に放出するルミネセンスを検査することによって行うのではない。その代わり、被検査材料の反応および／または結合現象を、導波管中を導かれるモードに対する影響から検出する。従って、被検査材料または化学的過程を、「ラベルなしで(labelfrei)」検出できる。
【００４０】
好ましい変形例では、孔境界面の直ぐ近くの屈折率が変化することによって、このことを行える。なお、屈折率は、検体の分子が、第１層の孔境界面上の捕獲分子に蓄積、または、捕獲分子と結合することによって変化する。屈折率の変化は、導波管内に導かれているモードのパラメータを変調し（verstimmt）、このとき、導波管モードの消失場を介した連結が行われる。この変調を、例えば分子の蓄積または結合の前後に導波管モードを比較測定することによって、検出できる。
【００４１】
この検出を、例えば以下のように行うこともできる：
（ａ）光入力連結の形状が同じままである場合、導波管において励起されたモードの減衰の減小または増加が観察される。
モードの減衰は、例えば導波管の出力部において光量の変化を測定することにより分かる。
（ｂ）光入力連結の形状を連続的に変更し、導波管モードの減衰を記録する。この推移から、屈折率変化を、固着した捕獲分子（および結合現象）を有する導波管表面または孔境界面で（同じく、好ましくは分子の蓄積の前後の比較測定によって）検出できる。
【００４２】
好ましい他の変形例によると、特定の波長域で吸収される分子を、固着した捕獲分子を介して、導波管の表面に蓄積することによって、消失場を介して導波管内に導かれているモードに、エネルギーを（蓄積された分子の吸収により）取り出せる。分子は、捕獲分子が備えられた孔境界面に吸着される。
【００４３】
例えば光の入力連結の形状が同じままである場合、導波管において励起されたモードの減衰を減少または増加することにより、検出を行える。モードの減衰は、導波管における光量の変化を、例えば出力部において測定することにより分かる。
【００４４】
本発明のほかの観点では、化学的または生化学的な、反応または合成を制御するための方法が、
本発明の装置またはバイオチップを準備する工程と、
支持材の孔の少なくとも１つへ、第１層の屈折率ｎWellenleiterよりも低い屈折率ｎPoreを有する合成物質を導入する工程と、
導波管モードの消失場にある孔境界面において少なくとも合成物質を光学的に励起するため、光を導波管モードとして層構造の第１層へ入力連結する工程とを含む。
【００４５】
本発明の装置は、孔壁の孔境界面上の分子を、特に局所的に限定して、光制御して（lichtgesteuerte）合成するのに適している。例えば、欧州特許公報第６１９３２１号（EP0619321）および欧州特許公報第０４７６０１４号（EP0476014）には、平坦な基板における光制御された合成方法が記載されている。本願は、構成および光制御された合成方法に関して、これらの文献の開示内容を全体的に引用する。従って、本出願の開示内容は、このことに関して、これらの文献を含むものである。光を孔へ（導波管を介して）効果的に伝播（Ausbreitung）することにより、消失場を介して、孔壁の孔境界面における光化学反応を促進し、または、制御する。特に、このように、複合的かつ逐次的な光制御された化学反応を、孔境界面において実行できる。
【００４６】
個々の孔または領域／区画間の光学的な混信を、反射性のある／吸収性のある壁によって抑制できる。従って、平坦な基板上の光制御した合成時の主な問題が解決される。
【００４７】
本発明のほかの観点では、本発明の提案する装置の製造方法は、
（ａ）２つの対向する表面を有し、シリコンからなる平面的な支持材を準備する工程と、
（ｂ）支持材の表面の１つを電気化学的にエッチングすることによって、支持材の厚みよりも小さな深さを有する止まり穴（Sackloechern）を生成する工程と、
（ｃ）支持材の一方の面から反対側の面へ貫通して延びる孔を得るために、少なくとも反対側の表面から止まり穴の底部まで、支持材を除去する工程と、
（ｄ）第２層を形成するために、支持材の孔壁が、少なくとも孔近傍の領域で、ＳｉＯ2で構成されるように、工程（ｃ）にて得られた支持材を酸化させる工程と、と、
（ｅ）第１層を形成するために、少なくとも一部の孔壁を被覆する工程とを含む。
【００４８】
この好ましい製造方法により、本発明の装置の特に好ましい実施形態が実施される。この場合、開始点は、単結晶シリコン基板であり、この単結晶シリコン基板は、例えばｎドープされていてもよい。
【００４９】
支持材のエッチングの前に、支持材の表面、および、工程（ｂ）のときに生成した止まり穴の内面に、マスク層を少なくとも部分的に配置し、エッチング工程の後にマスク層を除去することが好ましい。
【００５０】
止まり穴を、以下のように生成することが好ましい。普通は（ansonsten）ほぼ規則的に配置して備えられている止まり穴の間隔を、シリコン壁の厚みの増した領域遷移部（Bereichsuebergangen）を形成することにより、部分的に変更する。このとき、領域遷移部間のシリコン壁の厚みは、大きくなった止まり穴の間隔だけ、領域の内部のシリコン壁の厚みよりも大きい。
【００５１】
工程（ｃ）のときにエッチングした支持材を、すなわち、シリコン壁の厚みに応じて、より薄いシリコン壁を有する領域が、完全に酸化されるように熱酸化することが好ましい。その結果、シリコン核芯が、壁に残る。
【００５２】
本発明の方法の工程（ｂ）のときに、シリコンを電気化学的にエッチングする。このような方法は、例えば、欧州特許公報第０２９６３４８号（EP0296348）、欧州特許公報第０６４５６２１号（EP0645621）、ＰＣＴ第９９／２５０２６号（WO99/25026）、ドイツ特許公報第４２０２４５４号（DE4202454）、欧州特許公報第０５５３４６５号（EP0553465）またはドイツ特許公報第１９８２０７５６号（DE19820756）に記載されている。本発明は、これらを全体的に引用するものであり、これに関する開示内容を一部として含む。このような電気化学的なエッチングのときに、止まり穴または孔を、例えば１〜３００およびそれ以上のエッチング率で、ほぼ規則的に配置して、シリコンにエッチングしてもよい。電気化学的な孔エッチング方法では、パラメータを適切に選択する場合、特定の限度内で孔間隔（ピッチ）が変更されてもよいので、通常は規則的に配置されている止まり穴または孔の孔間隔を変更すること、または、一列全体を省くことによって、生じるシリコン壁の厚みを局部的に変更できる。
【００５３】
支持材または基板（Ｓｉウエハー）を貫通し、支持材の２つの表面上に開口している孔を得るために、Ｓｉウエハーの裏面に止まり穴をエッチングした後、例えばＫＯＨエッチング（KOH-Aetzung）によって、シリコンを除去する。この間は、ウエハーの表面および止まり穴または孔の内面は、マスク層によって保護されている。なお、マスク層は、例えばＣＶＤ堆積方法によって生成された例えば１００ｎｍの厚みの窒化シリコン層である。マスク層を、例えば、ＨＦ処理によって除去してもよい。Ｓｉウエハーの背面からの除去には、均一なスパッタ削磨、レーザー削磨、および／または研磨プロセス（例えばＣＭＰプロセス）が適している。
【００５４】
その結果、規則的な孔がマトリックス状に備えられたシリコンウエハーまたはシリコン支持材が生成される。また、孔は、ウエハーの正面と裏面とを相互接続する貫通した管である。
【００５５】
孔直径を、その製造の後に、例えばＫＯＨによるエッチングによって、拡大または拡張できる。Ｓｉ（１００）を、原材料として使用する場合、このようなエッチングの際に、結晶構造によるほぼ四角形の（quadratische）孔が生じる。例えば、孔直径が約５μｍであり、孔の中心点間の間隔（ピッチ）が１２μｍとすると、例えば５μｍの孔直径を、１０〜１１μｍに拡大できる。孔の間のシリコン壁の厚みは、このとき、同時に２〜１μｍに減少する。このように、薄いシリコン壁からなるほぼ（quasi）四角形の格子が得られる。孔の深さ、または、シリコン壁の長さは、この場合、シリコンウエハーのもともとの厚みに相当しており、裏面に孔を開口するときに除去されるＳｉ層の厚みだけ減少する。
【００５６】
酸化工程（ｄ）のときに、このようにして得た格子を、熱酸化プロセス（例えば、１１００℃の温度で、６時間）で各孔壁の厚みに応じて酸化することにより、ＳｉＯ2に変換する。基板の構造は、この場合、ＳｉをＳｉＯ2に酸化することによる壁領域のボリューム増加とは関係なく、ほぼ変化しない。
【００５７】
工程（ｂ）のときに、止まり穴または孔の間隔が、相互に規則的に（例えば、５、１０、または２０個の孔毎に）、僅かに（例えば１μｍだけ）増加すると、上部構造が生じる。なお、この上部構造は、孔のアレイ（例えば５×５、１０×１０、２０×２０）有する領域により構成されるものである。この領域間のシリコン壁の厚みは、増加した孔間隔の量だけ、領域の内部のシリコン壁の厚みよりも大きい。続く酸化によって、薄いシリコン壁を有する領域を、完全にＳｉＯ2に酸化する。しかし、領域間の遷移部の壁厚が厚くなっている場合、このシリコン壁は、完全に酸化されない。その結果、シリコン核芯は、壁に残る。このとき、シリコンの核芯は、断面上にでは、枠を形成する壁の外面の向かうにつれて、それぞれ二酸化シリコンとなる。その結果、局部的に完全に透明な、ＳｉＯ2領域が生じる。これらの領域は、シリコン核芯を有する不透明な壁によって、相互に分離されている。
【００５８】
導波管、すなわち第１層を製造するために、好ましくはＣＶＤプロセスを使用する。しかしながら、スパッタ、蒸着または湿式化学的な組成方法（Anlagerungsschritte）を使用してもよい。スパッタまたは蒸着プロセスに対して、ＣＶＤ方法を用いれば、縦横比が大きくても、導波管材料（層構造）を、孔の全長に、均一に蒸着できる。Ｓｉ3Ｎ4を、導波管材料として使用する場合、このＳｉ3Ｎ4は、反応装置（Reaktor）を用いて、６５０℃の温度で例えば４００ｍＴｏｒｒの圧力下で、例えば前駆体としてのＤＣＳ（ジクロロシラン）およびＮＨ3から蒸着される。
【００５９】
導波管材料は、全面に蒸着されるので、必要な場合には、元の状態となるように（wieder）、シリコン基板の平坦な表面から、この導波管材料を後から除去してもよい。このことは、例えばＣＭＰ、スパッタまたはエッチングプロセスによって行える。例えば、プラズマエッチングも適している。プラズマエッチングによって、特に、導波管の好ましくは漏斗形状である構造を、孔開口部に生成できる。
【００６０】
他の観点によると、本発明は、化学的なまたは生化学的な反応および／または結合を検出するための方法を提案するものである。なお、この方法は、
平面的に形成された支持材（１６）を有し、この支持材は、少なくとも１つの表面領域上に広がった多数の孔（１０）を有し、これらの孔は、支持材（１６）の一方の面（１２，１４）からその反対側の面（１４，１２）へ貫通して延びており、
これらの孔（１０）はそれぞれ、その長軸に沿って支持材（１６）に形成された孔壁（２２）の孔境界面（１８）により、規定されており、これらの孔に、適切なリンカー分子を介して、捕獲分子が固着された装置を準備する工程と、
支持材の孔の少なくとも１つに、孔境界面の領域にある孔壁の屈折率ｎPorenwandよりも大きい屈折率ｎPoreを有する被検査物質を導入する工程と、
被検査物質のルミネセンス光を、導波管を形成する孔の導波管モードとして出力連結する工程と、
被検査材料のルミネセンス光を検査する工程とを含む。
【００６１】
この実施形態では、孔に導入される検体（ガス状または液状）の屈折率ｎPoreは、孔を規定する孔壁の屈折率ｎPorenwandよりも大きい。従って、検体で満たされた孔自体が、導波管（核芯）である。その結果、孔は、いわゆる「液体核芯導波管」と呼ばれる。
【００６２】
核芯が検体によって満たされた孔自体である導波管の実施形態については、堆積された導波管のために既に上記で説明したような、構造の変化形および形状についての考え（Ueberlegungen）が同じように当てはまる。例えば、支持材は、例えば領域／区画を形成するために、他の上部構造を備えてもよい。できる限り効果的な光の導波管への入力連結を確実なものとするため、上記で説明した実施形態のように、鋭角の孔の開口部は避けたほうがよい。孔の開口領域は、漏斗状の構造を有していることが好ましい。この場合、最適な形状は、励起光の角変形（Winkelverteilung）に応じている。
【００６３】
この方法は、さらに、被検査材料を励起するために、導波管モードとして、励起光を孔に入力連結する工程を含むことが好ましい。
【００６４】
以下に、本発明の好ましい実施形態の添付の図を例として参考にして説明する。
【００６５】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、孔の長軸に沿った断面（Querschnittsflaeche）における本発明の装置の好ましい実施形態の概略的な断面図である。図２（Ａ）は、本発明の装置の好ましい実施形態の概略的な平面図である。図２（Ｂ）は、孔の長軸に対して平行な断面(Schnittflaeche)における、図２（Ａ）に示す実施形態の概略的な断面図である。図３（Ａ）〜（Ｅ）は、可能な孔設計の概略的な断面図である。図４（Ａ）は、「液体核芯導波管」の好ましい実施形態の概略的な平面図である。図４（Ｂ）は、孔の長軸に対して平行な断面（Querschnittsebene）における、図４（Ａ）に示す実施形態の概略的な断面図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、「液体角導波管」のための孔形状の好ましい設計を示す図である。
【００６６】
図１（Ａ）に、本発明の装置の好ましい実施形態の概略的な断面図を示す。大幅に概略化された断面図の断面は、例として４つ示す孔１０の長軸に沿って延びている。これらの孔は、平面的に形成されている支持材１６の表面１２から、反対側の表面１４へ貫通して延びている。孔１０は、この実施形態では、円筒形状の形態を有しており、孔１０の円筒軸は、平面的な支持材１６の表面法線と一致している（zusammenfallen）。例えば生化学的な反応および／または結合を検査するために、操作時には、支持材１６の一方の表面１２から反対側の表面１４へ、孔１０を通して、検体を導入してもよい。
【００６７】
孔１０の形は、それぞれ、孔境界面１８によって規定される。この場合、この孔境界面１８は、孔１０を、それぞれ円筒形状の形態にしている。孔１０を規定するシリンダの端面（Stirnflaeche）は、開口しており、その結果、検体は、例えば表面１２から導入され、表面１４の孔１０から出て行く。孔１０をその孔の長軸に沿って限定している孔境界面１８は、孔壁２２の一部である第１層２０の外面である。孔壁２２は、孔１０間を延びる支持材のボリュームの一部である。従って、孔壁２２は、孔１０を相互に分割している。従って、孔境界面１８は、孔壁２２と孔１０の内部との間の各界面である。
【００６８】
図１（Ａ）に示す実施形態では、全ての孔壁２２が、その全長にわたって１つの層構造を備えている。この層構造の一番外側の層は、第１層２０である。この第１層２０は、第２層２４と隣接している。第２層２４は、割り当てられている孔１０とは間隔を開けている。この実施形態では、第２層２４は、第１層２０によって、各孔１０から分離されている。
【００６９】
図１（Ｂ）に示す実施形態では、孔壁２２が、第１層２０と第２層２４とから構成されている。この場合、第２層２４は、孔壁２２または支持材１６の核芯全体を満たす。これに対して、図１（Ａ）に示す実施形態では、第３層２６が備えられている。この第３層は、孔壁２２の核芯領域であることが好ましい。
【００７０】
第１層２０の屈折率ｎWellenleiterは、第２層２４の屈折率ｎ2よりも大きい。操作時に、検体を、孔１０へ導入する。検体の屈折率ｎPoreは、同じく、第１層２０の屈折率ｎWellenleiterよりも小さい。従って、孔壁２２の層構造の第１層２０は、第２層２４と孔１０にある検体とによって取り囲まれる。これらはそれぞれ、より小さな屈折率を有している。適切に選択された屈折率を有する層設計により、導波管モードの形状で電磁波を第１層２０に伝播できる。この場合、伝播方向は、孔の長軸に対して平行である。従って、導波管モード（主モードおよびよりも高い次数（hoeher Ordnung）のモード）が、第１層２０へ導かれる。このような構造では、第１層２０の内部における電磁波の強度は、隣接する層における強度よりも大きいが、特に、電磁波の消失電磁場は、孔１０内部の孔境界面１８に隣接する空間に浸透するこの消失場は、導波管の長軸に対して垂直な方向では、指数的関数的に減衰する。
【００７１】
光学的な励起信号が、第１層２０へ導入されると、導波管２０中に導かれているモードの消失場によって、被検査物質を光学的に励起できる。なお、これらの物質は、割り当てられている孔境界面１８の周囲に接して、または、周囲に、直接存在しているものである。逆に、被検査材料から消失場領域へ放出される光子は、導かれた導波管モードとして（als gefuehrte Wellenleitermoden）、第１層２０を介して、支持材１６から離れることができる。
【００７２】
従って、図１（Ａ）および（Ｂ）に示す実施形態は、従来技術により知られている完全には反射しない孔壁での多重反射による減衰原則に基づくものではない。その代わり、励起光を、少ない損失で、導波管モードとして、第１層２０へ導入し、導ける。被検査光学信号は、第１層２０での導波管モードとして、支持材１６から出力連結され、検出機のほうへ導かれる。
【００７３】
第１層２０へ励起光を入力連結するため、１つ以上の任意に配置された励起光源を、場合によっては回折光素子とともに使用してもよい。励起光を、同時に、または、順次、様々な方向から、同じ、または、様々な波長で、入射してもよい。光源は、コヒーレント、または、非コヒーレントに重ね合わされる（ueberlagert）、コヒーレント、または、非コヒーレントな光源でもよい。例えば、励起を、ホログラムによって(hologrammartig)行ってもよい。
【００７４】
ルミネセンスを検出するために、少なくとも１つの検出機（例えば、ＣＣＤカメラ、フォトダイオードアレイ、アバランシェフォトダイオードアレイ（Avalanche-Photodioden-Arrays）、多チャネルプレート、および／または、多チャネルフォト多重化機）を使用する。
【００７５】
図１（Ａ）に示す実施形態（４つの構成要素の実施形態）の層は、例えば、以下のように選択されている。
【００７６】
孔１０に存在する検体（屈折率ｎPore）の主成分：空気、水溶性緩衝液を含むＨ2Ｏ、グリセリン。なお、水溶性緩衝剤は、場合によっては極少量の有機溶剤を含んでいてもよい
第１層２０（屈折率ｎWellenleiter）：Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ａ１2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｓｉ3Ｎ4、ＴｉＯ2、ＴａＯ2、および／または、Ａｌ、ＳｉまたはＨｆの窒化物または酸窒化物
第２層２４（屈折率ｎ2）：ガラス、プラスチック、透明誘電体、および／またはＳｉＯ2
第３層２６（屈折率ｎ3）：金属、半導体、特に（ドープされていない、ｐドープされた、または、ｎドープされた）シリコン、プラスチック（特に有機または無機ポリマー）
図１（Ｂ）に示す実施形態（３つの構成要素の実施形態）のためには、層の材料を例えば以下のように選択してもよい：
孔１０に存在する検体（屈折率ｎPore）の主成分：空気、水溶性緩衝剤を含むＨ2Ｏ、グリセリン。なお、水溶性緩衝剤は、場合によっては極少量の有機溶剤を含んでいてもよい。
【００７７】
第１層２０（屈折率ｎWellenleiter）：Ｔａ2Ｏ5、ＨｆＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ａ１2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｓｉ3Ｎ4、ＴｉＯ2、ＴａＯ2、および／またはＡｌ、ＳｉまたはＨｆの窒化物または酸窒化物
第２層２４（屈折率ｎ2）：ガラス、プラスチック、透明な誘電体、および／またはＳｉＯ2
散乱中心部または散乱欠陥部を、孔境界面１８および／または導波管（すなわち、第１層２０自体）に目的を絞って据付ることは有利である。散乱中心部または散乱欠陥部は、例えば、孔境界面１８を粗面化（Aufrauhen）し、または、第１層２０を目的を絞ってドーピングすることにより得られる。このような措置により、励起光の入力連結および出力連結を改善できる。
【００７８】
図１（Ｃ）に、本発明のほかの実施形態を示す。図１（Ｃ）に示す実施形態では、孔１０自体が、光学的な導波管として使用されている。従って、孔１０は、いわゆる「液体核芯導波管」である。このことは、孔壁２２および操作時に孔１０に含まれる検体の屈折率に、ｎPore＞ｎPorenwandの関係が当てはまることにより可能である。ただし、ｎPorenwandは、支持材１６の孔壁２２の屈折率である。
【００７９】
孔壁に導波管が形成されている図１（Ａ）および（Ｂ）に関連して示した実施形態とは異なり、図１（Ｃ）に示す実施形態では、孔１０自体が導波管である。冒頭部分に記載した多重反射による減衰機構が、感度の高い信号損失となることなく、被検査材料の励起光または放出した光子は、支持材１６を、少ない損失で伝播する導波管モードの形状に改善できる。
【００８０】
図２（Ａ）に、本発明の装置の特に好ましい実施形態の平面図を示す。この実施形態では、規則的に孔１０を備える支持材１６を、さらに、上部構造を生成するために上部構造化（Ueberstrukturierung）する。支持材１６は、それぞれ孔１０の少なくとも１つを含む小さな領域または区画２８に分割されている。図２（Ａ）では例として４つ示す領域２８は、好ましくは反射性の材料を含む枠形の壁を用いて、隣接する領域２８から分離されていることが好ましい。
【００８１】
図１（Ａ）に関連して説明したように、孔壁２２は、第３層２６を備えていてもよい。なお、この第３層２６は、反射性のある壁を形成するために使用できるものである。例えば、この反射性のある枠形の壁は、金属または半導体により構成されていてもよい。領域２８の内部に、所定のまたは関心のあるスペクトル域の波長に対しては透過性のある材料を含む、孔１０間の孔壁２２が生じることが好ましい。この形状により、ある領域２８から隣接する領域２８への散乱光の伝播および光学信号の混信が、効果的に抑制される。
【００８２】
孔１０の孔の長軸に対して平行な断面における、図２（Ａ）に示す実施形態を大幅に概略化した断面図を、図２（Ｂ）に示す。この場合、平面的な支持材１６は、縦横（matrixfoermig）に、規則的に配置された孔１０を備えている。このとき、孔１０は、それぞれ、四角形の筒形状を有している。上部構造は、四角形の枠構造を形成し、枠は、同じく四角形の筒として形成されている。領域２８を規定する筒形状の枠の長軸は、孔１０の孔長軸に対して平行である。この場合は、孔１０の間の例えば各６番目の孔壁２２が、核芯領域または反射性のある材料を含む第３層２６を備えている。領域２８の内側にあるほかの孔壁２２は、所定のスペクトル域の波長に対しては透過性がある。
【００８３】
図３（Ａ）〜（Ｅ）に、好ましい孔壁形状を大幅に概略化した断面図を示す。光のできる限り効果的な、導波管２０への入力連結、または、導波管２０からの出力連結を確実にするため、支持材１６の表面１２または１４の付近では孔壁形状を特別な設計にすることが有利である。孔１０の直径dPoreが、支持材１６の表面１２および１４近傍において、表面１２および１４の方向へ、連続的に拡大している、特に図３（Ｃ）に示す変化形が、特に有利である。従って、孔１０は、支持材１６の表面付近の領域において、円錐形状または漏斗形状の構造を有している。
【００８４】
光を第１層２０へできるだけ効果的に入力連結するため、以下の要因を考慮したほうがよい：（１）支持材１６の導波管構造または層構造が備えられていない表面１２，１４に対する支持材１６の表面１２または１４上の導波管構造の割合が大きければ大きいほど、入射光（auftreffenden Lichts）の期待される入力連結割合が大きい。図３（Ａ）および（Ｃ）に示す実施形態は、この要因を特に好適に満たすものである。（２）孔１０の内部領域にある層構造または第１層２０の内部が鋭角であることは避けたほうがよい。
【００８５】
図３（Ｃ）に示すような、孔の開口領域を漏斗形状の構造に形成することが特に好ましい。孔１０の開口領域の正確な形状（すなわち、開口角、層厚、表面の湾曲）は、励起光の角度変化によって決まる。しかし、図３（Ｂ）および（Ｅ）に示す設計も可能である。図３（Ｅ）に示す変化形は、ピラミッド状の孔壁領域が、表面１２および１４の領域で規定され、表面１２，１４の面に対して傾斜している入力連結面を備えていることを特徴とする。従って、角度を調節でき、この入力連結面へ励起光を入力連結できる。このようにすることで、特に、唯一の導波管モードだけを選択的に励起することができる。支持材の表面１２と下面１４とは、異なる孔開口形状を備えていてもよい。
【００８６】
本発明のほかの実施形態の平面図を図４（Ａ）に、断面図を図４（Ｂ）に示す。図４に示す実施形態は、孔１０自体が導波管を形成している既述の構想の設計である。その結果、いわゆる「液体核芯導波管」として孔を使用する。この場合も、規則的に配置されている孔１０が備えられている支持材１６に対して、他の任意の上部構造化を行える。図２に関連して既に詳しく説明したように、この上部構造化は、例えば隣接する領域または区画へ複数の孔１０を配分することにより行える。なお、隣接する領域または区画は、反射性のある、および／または、不透明な壁２６によって分離されている。領域２８に隣接する枠形の壁２６は、少なくとも１つの面が開口して形成されていてもよい。領域２８の好ましくは円筒形状の形態である壁２６の円筒軸は、孔１０の孔の長軸に対して平行に延びるように配置されている。
【００８７】
図５（Ａ）〜（Ｃ）に、「液体核芯導波管」のための孔形状の有利な設計を、大幅に概略化した断面図で示す。図３（Ｃ）に関連して示した実施形態のように、孔１０を導波管自体として使用する場合、支持材１６の上部表面付近の領域における孔１０の桶または漏斗状の（trog- bzw. trichterartige）拡大は、光の入力連結および出力連結を改善するために、有利である。図５（Ｃ）は、図３（Ｅ）に関連して既に示した規定の入力連結面を有する変化形に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、孔の長軸に沿った断面における、本発明の装置の好ましい実施形態の概略的な断面図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の装置の好ましい実施形態の概略的な平面図である。（Ｂ）は、孔の長軸に対して平行な断面(Schnittflaeche)における、図２（Ａ）に示す実施形態の概略的な断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、可能な孔設計の概略的な断面図である。
【図４】（Ａ）は、「液体核芯導波管」の好ましい実施形態の概略的な平面図である。（Ｂ）は、孔の長軸に対して平行な断面における、図４（Ａ）に示す実施形態の概略的な断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、「液体角導波管」のための孔形状の好ましい設計を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０    孔
１２    平面的な支持材の表面
１４    表面１２の反対側の支持材の表面
１６    平面的な支持材
１８    孔境界面
２０    孔壁の層構造の第１層
２２    孔壁
２４    孔壁の層構造の第２層
２６    孔壁の層構造の第３層
２８    領域または区画
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2005527812.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2005527812.tif 000009
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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