(57)【要約】  水性環境で化学物質を感知する技法、および水性環境で化学物質を感知するように構成されたシステムが、提供される。より詳細には、水性環境での芳香族化学物質の存在または不在を検出するための技法およびシステムが提供される。ある実施例は、光サーキュレータの第１のポートからの放射光を受光し、受光された放射光の少なくとも一部を反射させて反射光を生成し、かつ反射光を光サーキュレータの第２のポートから伝送することを含むことができる。反射光は、化学物質と第２のポートのフォトニックシリカのアレイとの相互作用によって少なくとも部分的に生成することができる。
2013520679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射光を生成するように構成されたレーザダイオードと、
前記放射光を受光しかつ前記放射光の少なくとも一部を反射光として反射するように構成されている、複数の植物被殻を有するフォトニックシリカのアレイであって、前記反射光が、水性環境からの１種または複数の芳香族化学物質と前記複数の植物被殻との相互作用によって少なくとも部分的に決定されるように適合されているフォトニックシリカのアレイと、
前記反射光の少なくとも一部を受光しかつ取り込むように構成された受光器と
を含む、水性環境で１種または複数の芳香族化学物質を感知するためのシステム。
【請求項２】
前記レーザダイオードが第１のポートに収容され、前記フォトニックシリカのアレイが第２のポートに収容され、前記受光器が第３のポートに収容され、
前記第１のポート、前記第２のポート、および前記第３のポートが、光サーキュレータとして動作するように協働して構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記放射光が、前記フォトニックシリカのアレイから所望のフォトルミネセンスをもたらすように構成された波長を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記放射光が、約３００ナノメートルから約４００ナノメートルの範囲の波長を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記反射光が、約３００ナノメートルから約７００ナノメートルの範囲の波長を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記フォトニックシリカのアレイが、１種または複数の珪藻から培養される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の植物被殻が複数の細孔を含み、個々の細孔は、所定の物質に接触すると変化し得る直径を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記所定の物質には硫酸ニッケルが含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記フォトニックシリカのアレイが結合される光ファイバをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記１種または複数の芳香族化学物質が、キシレン、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、ピリジン、アルコール、テトラクロロエタン、および／またはクロロベンゼンの１種または複数を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フォトニックシリカのアレイに動作可能に結合され、前記フォトニックシリカのアレイ上での前記１種または複数の芳香族化学物質の濃度が増加するように構成された、疎水性ポリマー膜をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記疎水性ポリマー膜が、ポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン）、ポリ（アクリロニトリル−ｃｏ−ブタジエン）、シリコーン、可塑化ＰＶＣ、ブタジエンコポリマー、および／またはフルオロポリマーの１種または複数を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記レーザダイオードが、インジウムガリウムアルミニウムヒ素（ＩｎＧａＡｌＡｓ）ダイオード、インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）ダイオード、および／またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ダイオードの１種または複数を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記受光器により受光される前に前記反射光をフィルタリングするように構成された光フィルタをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記フォトニックシリカのアレイに動作可能に結合された湿度センサをさらに含み、前記湿度センサが、湿度の量を検出するように構成され、かつ検出された前記湿度の量に少なくとも部分的に基づいて前記フォトニックシリカのアレイに較正値を提供するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
レーザダイオードを含む第１のポート、複数の植物被殻を含むフォトニックシリカのアレイを含む第２のポート、および受光器を含む第３のポートを含む光サーキュレータによって、水性環境で１種または複数の芳香族化学物質を感知する方法であって、
前記第１のポートからの放射光を受光すること、
前記水性環境中の１種または複数の芳香族化学物質と前記複数の植物被殻との相互作用によって少なくとも部分的にもたらされる反射光を生成するように、前記受光した放射光の少なくとも一部を反射すること、および
前記反射光を前記第２のポートから前記第３のポートに伝送すること
を含む方法。
【請求項１７】
前記反射光をフィルタリングして、フィルタリングされた反射光を生成すること、および
前記フィルタリングされた反射光を前記第３のポートに伝送すること
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記反射光を前記第２のポートから受光すること、
前記反射光の強度、波長、および／または周波数の１つまたは複数を決定すること、および
前記反射光の前記強度、前記波長、および／または前記周波数の１つまたは複数に少なくとも部分的に基づいて、前記１種または複数の芳香族化学物質の存在および／または不在を識別すること、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
１種または複数の芳香族化学物質の既知の周波数、前記１種または複数の芳香族化学物質の既知の波長、および／または前記１種または複数の芳香族化学物質の既知の強度の１つまたは複数に関する、芳香族化学物質情報を記憶するように構成されたデータベースと、
放射光を生成するように構成されたレーザダイオードと、
複数の植物被殻を有しており、前記放射光を受光し、前記放射光の少なくとも一部を反射光として反射させ、前記反射光を伝送するように構成されたフォトニックシリカのアレイであって、前記反射光は、前記複数の植物被殻の周りに提供された１種または複数の芳香族化学物質の相互作用によって少なくとも部分的に決定されるものである、フォトニックシリカのアレイと、
前記反射光の少なくとも一部を受光し、
前記反射光の強度、前記反射光の波長、および／または前記反射光の周波数の１つまたは複数を測定し、
前記反射光の前記測定された強度、前記測定された波長、および／または前記測定された周波数の１つまたは複数と、前記データベースに記録された前記芳香族化学物質情報とを比較し、
前記反射光の前記測定された強度、前記測定された波長、および／または前記測定された周波数と、前記データベースに記憶された前記芳香族化学物質情報との比較に少なくとも部分的に基づいて、前記１種または複数の芳香族化学物質の存在および／または不在の１つまたは複数を検出する
ように構成された受光器と
を含む、水性環境で１種または複数の芳香族化学物質を感知するためのシステム。
【請求項２０】
前記１種または複数の芳香族化学物質には、キシレン、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、ピリジン、アルコール、テトラクロロエタン、および／またはクロロベンゼンの１種または複数が含まれ、
前記レーザダイオードには、インジウムガリウムアルミニウムヒ素（ＩｎＧａＡｌＡｓ）ダイオード、インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）ダイオード、および／またはガリウム／ヒ素（ＧａＡｓ）ダイオードの１種または複数が含まれる、
請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
コンピュータ可読命令が記憶された信号担持媒体を含み、前記コンピュータ可読命令が、
１つまたは複数の処理装置によって実行されたとき、コンピューティングプラットフォームが、
光の強度、前記光の波長、および／または前記光の周波数の１つまたは複数を表す信号を受け取り、
前記光の前記強度、前記波長、および／または前記周波数の１つまたは複数を表す信号の少なくとも一部と、１つまたは複数の芳香族化学物質データベースに記憶された芳香族化学物質情報とを比較し、
前記光の前記強度、前記波長、および／または前記周波数を表す信号の少なくとも一部と、前記１つまたは複数の芳香族データベースに記憶された前記芳香族化学物質情報との比較に少なくとも部分的に基づいて、前記１種または複数の芳香族化学物質の存在および／または不在の１つまたは複数を検出する
ことを、動作可能にする、
コンピュータプログラム製品。
【請求項２２】
コンピューティングプラットフォームが、
前記光の前記強度、前記波長、および／または前記周波数を表す信号の少なくとも一部と、前記１つまたは複数の芳香族データベースに記憶された前記芳香族化学物質情報との比較に少なくとも部分的に基づいて、前記１種または複数の芳香族化学物質の１種または複数を識別する
ことを、さらに前記コンピュータ可読命令が動作可能にする、請求項２１に記載のコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、水性環境における化学物質の感知に関し、より詳細には、水性環境中に芳香族化学物質の存在または不在を検出することに関する。
【発明の概要】
【０００２】
水性環境で化学物質を感知するための技法について、概略的に記述する。これらの様々な技法は、デバイス、システム、方法、および／またはコンピュータプログラム製品の一部として利用することができる。
【０００３】
デバイスまたはシステムのいくつかの例示的な実施形態は、レーザダイオード、フォトニックシリカのアレイ、および／または受光器の１つまたは複数を含むことができる。レーザダイオードは、放射光が生成されるように構成することができる。フォトニックシリカのアレイは、複数の植物被殻（ｆｒｕｓｔｕｌｅｓ）を有することができる。フォトニックシリカのアレイは、放射光を受光しかつ放射光の少なくとも一部を反射光として反射するように構成することができる。反射光は、水性環境からの１種または複数の芳香族化学物質と複数の植物被殻との相互作用によって少なくとも部分的に決定されるように、適合することができる。受光器は、反射光の少なくとも一部を受光し取り込むように構成することができる。
【０００４】
いくつかの実施形態では、光サーキュレータにより水性環境で１種または複数の芳香族化学物質を感知する方法が、概略的に記述される。いくつかの光サーキュレータは、レーザダイオードを含む第１のポート、複数の植物被殻を含むフォトニックシリカのアレイを含む第２のポート、および／または受光器を含む第３のポートを含むことができる。いくつかの例示的な方法は、第１のポートから放射光を受光することを含むことができる。いくつかの例示的な方法は、受光された放射光の少なくとも一部を反射させて反射光を生成することをさらに含むことができ、この反射光は、水性環境中の１種または複数の芳香族化学物質と複数の植物被殻との相互作用によって少なくとも部分的に生成されるものである。いくつかの例示的な実施形態は、反射光を第２のポートから第３のポートに伝送することをさらに含むことができる。
【０００５】
いくつかの実施形態では、水性環境中の１種または複数の芳香族化学物質を感知するためのシステムについて、概略的に記述される。いくつかの例示的な実施形態は、データベース、レーザダイオード、フォトニックシリカのアレイ、および受光器の１つまたは複数を含むことができる。データベースは、１種もしくは複数の芳香族化学物質の既知の周波数、１種もしくは複数の芳香族化学物質の既知の波長、および／または１種もしくは複数の芳香族化学物質の既知の強度に関する芳香族化学物質の情報を、記憶するように構成することができる。レーザダイオードは、放射光を生成するように構成することができる。フォトニックシリカのアレイは、複数の植物被殻を有することができ、このフォトニックシリカのアレイは、放射光を受光し、放射光の少なくとも一部を反射光として反射させ、反射光を伝送するように構成されている。反射光は、複数の植物被殻付近で提供された１種または複数の芳香族化学物質の相互作用によって少なくとも部分的に決定することができる。受光器は、反射光の少なくとも一部を受光し、反射光の強度、反射光の波長、および／または反射光の周波数を測定するように構成することができる。受光器は、反射光の測定された強度、測定された波長、および／または測定された周波数の１つまたは複数を、データベースに記憶された芳香族化学物質情報と比較するように構成することもできる。受光器はさらに、反射光の測定された強度、測定された波長、および／または測定された周波数とデータベースに記憶された芳香族化学物質情報との比較に少なくとも部分的に基づいて、１種または複数の芳香族化学物質の存在および／または不在を検出するように構成することができる。
【０００６】
いくつかの追加の実施形態では、コンピュータプログラム製品について概略的に記述される。例示的な実施形態は、コンピュータ可読命令が記憶された信号担持媒体を含むことができ、コンピュータ可読命令は、１つまたは複数の処理装置によって実行されたときに、コンピューティングプラットフォームが光の強度、光の波長、および／または光の周波数を表す信号を受け取ることを、動作可能にする。他の命令によれば、コンピューティングプラットフォームは、光の強度、波長、および／または周波数を表す信号の少なくとも一部と、１つまたは複数の芳香族化学物質データベースに記憶された芳香族化学物質情報とを比較することが可能になる。さらにその他の命令によれば、コンピューティングプラットフォームは、光の強度、波長、および／または周波数を表す信号の少なくとも一部と、１つまたは複数の芳香族データベースに記憶された芳香族化学物質情報との比較に少なくとも部分的に基づいて、１種または複数の芳香族化学物質の存在および／または不在を検出することが可能になる。
【０００７】
前述の概要は、単なる例示であり、いかなる方法によっても限定しようとするものではない。上述の例示的な態様、実施形態、および特徴に加え、さらなる態様、実施形態、および特徴は、図面および下記の詳細な記述を参照することによって明らかになろう。
【０００８】
本開示の前述のまたはその他の特徴は、添付される図面と併せて解釈される以下の記述および添付される特許請求の範囲から、より十分に明らかになろう。これらの図面はこの開示によるいくつかの実施形態しか示しておらず、したがってその範囲を限定すると見なされないことを理解して、この開示は、添付図面の使用を通してさらなる特定性および詳細と共に記述される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の少なくともいくつかの実施形態により構成されている、芳香族化学物質を感知するための、いくつかの例示的なシステムを示すブロック図である。
【図２】本開示の少なくともいくつかの実施形態により構成されている、芳香族化学物質を感知するための、いくつかの例示的な方法を示すフローチャートである。
【図３】本開示の少なくともいくつかの実施形態により構成されている、芳香族化学物質を感知するための、いくつかの追加の例示的な方法を示すフローチャートである。
【図４】本開示の少なくともいくつかの実施形態により構成されている、例示的なコンピュータプログラム製品のブロック図である。
【図５】本開示の少なくともいくつかの実施形態により構成されている、芳香族化学物質感知を実装するように構成することができる、例示的なコンピューティングデバイスを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
下記の詳細な記述では、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。図面において、同様の記号は、他に文脈が記述しない限り同様の構成要素を典型的には示す。詳細な記述、図面、および請求項に記述される例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書に提示される対象の精神または範囲から逸脱することなく、その他の実施形態を利用してもよく、その他の変更を行ってもよい。本明細書に概略的に記述されかつ図に例示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で構成し、置換し、組み合わせ、設計することができ、その全てが明示的に企図されかつ本開示の部分をなすことが、容易に理解されよう。
【００１１】
この開示は、とりわけ、水性環境での化学物質の感知、より詳細には水性環境での芳香族化学物質の存在または不在の検出に関する方法、システム、デバイス、および／または装置を対象とする。
【００１２】
本開示は、水性環境での化学汚染物質を分析するための既存の分析方法（例えば、ガスクロマトグラフィおよび／または質量分析法）は、費用がかかりかつ／または手間がかかる可能性があると考える。さらに、分析結果は、サンプリングが行われてから数日または数週間遅れる可能性がある。そのような遅れがあると、即時のフィードバックおよび／または化学汚染物質の実時間モニタリングができなくなる可能性がある。いくつかの分析方法は、化学汚染物質を識別しかつ／または分析するための、様々なセンサの大きなネットワークを含むことができる。しかし、センサのそのような大きなネットワークは、酸素および硝酸化合物のモニタリングシステムに限定される可能性がある。これらの分析方法は、水性の系および環境で、特に貯蔵タンク（地下または地上タンクを含む）の下に位置付けられた流出液放出ポイントおよび帯水層付近での既知の化学物質（例えば、有機溶媒）の実時間モニタリングを提供することができない。
【００１３】
本開示は、流出液、帯水層、水域、および／またはその他の水性環境における揮発性有機化学物質（または芳香族化学物質）をモニタリングするためのセンサを、培養した珪藻からのフォトニックシリカ植物被殻のアレイを使用して構成することができると考える。いくつかの例示的な実施形態では、本開示は、問題となっている化学物質の詳細が既知であると考えられかつ溶媒が求核的である（例えば、キシレン、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、ピリジン、および／またはアルコール）と考えられるときの、工業流出液中の化学物質をモニタリングするための方法について記述する。例示的な実施形態（またはその部分）は、流出液、帯水層、水域、および／またはその他の水性環境の内部および／または付近で実施されてもよい。いくつかの実施形態では、センサは、芳香族化学物質を伴いかつ／または含む、流出液、帯水層、水域、および／またはその他の水性環境に、少なくとも部分的に接触していてもよい。いくつかの実施形態では、感知システムの一部のみ（例えば、フォトニックシリカのアレイ）が、芳香族化学物質を伴いかつ／または含む、流出液、帯水層、水域、および／またはその他の水性環境に接触していてもよい。
【００１４】
光サーキュレータは、光を一方向に、すなわちポート１からポート２に、次いでポート２からポート３に進行させることができる、３ポートデバイス（例えば、ポート１、ポート２、およびポート３を含む）と記述することができる。例示的な光サーキュレータでは、任意の方向に反射するポート２から放出された光を、ポート３に向けることができる。光サーキュレータは、例えば、拡張通信システムおよび光ファイバセンサの適用例で使用してもよい。
【００１５】
図１は、本開示の少なくともいくつかの実施形態により構成された、芳香族化学物質を感知するためのいくつかの例示的なシステムを示すブロック図である。いくつかの実施例では、光サーキュレータ１００は、ポート１  １１０、ポート２  １２０、およびポート３  １３０を含むことができる。ポート１  １１０は、放射光（emitted light）を生成するように構成されたレーザダイオードを含むことができる。ポート２  １２０は、複数の植物被殻を有するフォトニックシリカのアレイ１１５を含むことができる。フォトニックシリカのアレイ１１５は、放射光を受光し、放射光の少なくとも一部を反射光として反射するように構成されていてもよい。反射光は、芳香族化学物質と複数の植物被殻との相互作用によって少なくとも部分的に決定することができる。ポート３  １３０は、反射光の少なくとも一部を受光し取り込むように構成された受光器を含むことができる。
【００１６】
記述される実施例では、ポート１  １１０、ポート２  １２０、および／またはポート３  １３０は、目下開示されている対象の概略的なステージを表すことができ、光サーキュレータに限定しなくてもよい。具体的には、ポート１  １１０は、光伝送ステージに対応させることができ、ポート２  １２０は、光ホスティングステージ（例えば、フォトニックシリカのアレイを存在させてもよい）に対応させることができ、ポート３  １３０は、受光または光収集ステージに対応させることができる。
【００１７】
図１に示されるように、ポート１  １１０に位置付けられたレーザダイオード１０５などの発光デバイスは、ポート２  １２０に光を伝送するように構成することができる。レーザダイオード１０５は、約３００ナノメートル（ｎｍ）から約４００ｎｍの範囲の波長を有していてもよく、インジウムガリウムアルミニウムヒ素（ＩｎＧａＡｌＡｓ）ダイオード、インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）ダイオード、および／またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ダイオードを含むことができる。異なる波長および化学的性質を有するその他のレーザも、いくつかの例示的な実施形態で使用することができる。いくつかの実施例では、レーザダイオードは、フォトニックシリカのアレイから所望のフォトルミネセンスを得るために光を放出するよう適合させることができる。
【００１８】
いくつかの実施例では、ポート２  １２０は、フォトニックシリカのアレイ１１５を含むことができる。例示的なフォトニックシリカのアレイ１１５は、厚さ方向に１からＰ層のいずれかの場所で、Ｎ×Ｍ次元のマトリックスに構成されていてもよい（Ｎ、Ｍ、およびＰは、任意の数値にすることができる）。いくつかの実施例では、フォトニックシリカのアレイ１１５を、珪藻および／または珪藻材料から培養し構成してもよい。珪藻の外部、または植物被殻は、フォトニックシリカのアレイ１１５を含むことができる材料として、単離してもよい。いくつかの実施例では、植物被殻は、前述のマトリックスへと自己組織化することができる。
【００１９】
フォトニックシリカのアレイ１１５は、水性環境中の芳香族化学物質１４０の濃度を実質的に高めることができる疎水性ポリマー膜１３５と併せて実現することができる。疎水性ポリマー膜１３５は、フォトニックシリカのアレイ１１５上で芳香族化学物質１４０を濃縮するメカニズムとして働くことができる。疎水性ポリマー膜１３５は、フォトニックシリカのアレイ１１５に芳香族化学物質１４０を通しながら水が浸透しないようにすることができる。このように、芳香族化学物質１４０は疎水性ポリマー膜１３５に浸透し、フォトニックシリカのアレイ１１５に到達することができる。フォトニックシリカのアレイ１１５に到達すると、芳香族化学物質１４０は、光に対するフォトニックシリカのアレイ１１５の感受性を変えることができる。いくつかの実施例では、ポリマー膜１３５は、フォトニックシリカのアレイ１１５が水性環境に置かれた場合にフォトニックシリカのアレイ１１５を取り囲みかつ／または包み込むことができる。これにより、芳香族化学物質１４０の存在または不在のより容易な検出が可能になる。疎水性ポリマー膜１３５は、とりわけポリ（エチレン−ｃｏ−プロピレン）、ポリ（アクリロニトリル−ｃｏ−ブタジエン）、シリコーン、可塑化ＰＶＣ、ブタジエンコポリマー、および／またはフルオロポリマー材料を含むことができる。
【００２０】
いくつかの実施例では、レーザダイオード１０５がフォトニックシリカのアレイ１１５に当たる光を放出する場合、フォトニックシリカのアレイ１１５の上および／または周りに存続し得る芳香族化学物質１４０は、レーザダイオード１０５からの発光を反射させることができる。いくつかの実施例では、反射光は、約３００ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長の光を含むことができる。芳香族化学物質１４０とフォトニックシリカのアレイ１１５との相互作用の結果、そのような反射は、通常なされると考えられるよりも強化することができる。
【００２１】
一般に、フォトルミネセンスは、物質が光子（例えば、電磁放射線）を吸収するプロセス、さらには光子を放射するプロセスであってもよい。フォトニックシリカのアレイ１１５のフォトルミネセンスは、植物被殻の性質（例えば、植物被殻の孔径など）の関数であってもよい。いくつかの実施例では、所定の化学物質（例えば、硫酸ニッケル）を、植物被殻の細孔サイズを変化させるのに使用することができる。例えば、植物被殻の孔径の変更には、検出される芳香族化学物質１４０のタイプに応じて細孔をより大きくまたはより小さくすることを含めることができる。いくつかの芳香族化学物質は、その他の芳香族化学物質よりも、（１種または複数の）ある特定の孔径でさらに大きなフォトルミネセンスをもたらすことができる。例示的な芳香族化学物質１４０は、とりわけキシレン、トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、ピリジン、アルコール、テトラクロロエタン、またはクロロベンゼンを含むことができる。
【００２２】
いくつかの実施例では、環境湿度によって、フォトルミネセンスのピーク振幅が得られる波長（さらには周波数）がシフトされる可能性がある。湿度センサ１４５は、この湿度センサ１４５が湿度の量を検出することができるように、フォトニックシリカのアレイ１１５に結合されてもよい。この構成は、湿度レベルによって引き起こされる波長シフトの予測を支援することができる。システム１００は、湿度センサ１４５により観察される湿度に応じて較正することができる。このように、フォトルミネセンスは、（湿度センサ１４５により測定される）湿度の関数として、受光器１２５によって決定することができる。
【００２３】
いくつかの実施例では、レーザダイオード１０５からの放射光は、フォトニックシリカのアレイ１１５から反射し、次いで第３のポート、ポート３  １３０の受光器１２５により取り込むことができる。光フィルタ１５０は、ポート２  １２０とポート３との間の伝送路に配置することができる。このように、受光器１２５は、所定の波長（または波長範囲）を有する反射光を受光するように適合させることができる。（フィルタリングされた、またはフィルタリングされていない）反射光の強度、波長、および／または周波数は、ある芳香族化学物質１４０が存在する証拠として解釈することができる。例えば、レーザダイオード１０５が強度Ｘおよび周波数Ｙの光を放出し、かつフォトニックシリカのアレイ１１５が強度Ｚおよび周波数Ｗでこの光を反射することがわかっている場合、この強度Ｚおよび周波数Ｗのデータは、芳香族化学物質Ｕの存在または不在を示すことができる。いくつかの実施例では、湿度および／またはフィルタリングの任意の影響を考慮に入れることができる。
【００２４】
システム１００は、芳香族化学物質に関連した既知の強度、波長、および／または周波数に関する芳香族化学物質情報を記憶するように構成することができる、データベース１５５を含むことができる。例えば、芳香族化学物質情報は、化学物質Ｕが強度Ｚおよび波長Ｗに対応することを示すことができ、したがって芳香族化学物質（例えば、キシレン）を識別することができる。いくつかの実施形態では、データベース１５５は、ポート２  １２０および／またはポート３  １３０に動作可能に結合することができる。したがって、システム１００は、システム１００を配備することができる環境（例えば、水性環境）で、化学物質（有害でありまたはそうでないもの）の存在または不在を識別するのに役立てることができる。いくつかの実施例では、ポート２  １２０（フォトニックシリカのアレイ１１５を含む）は、内部に芳香族化学物質を有する、流出液、帯水層、水域、および／またはその他の水性環境に実質的に接触させて構成することができる。そのような実施例では、ポート１  １１０（レーザダイオード１０５を含む）およびポート３  １３０（受光器１２５を含む）が離れて位置付けられ（例えば、流出液、帯水層、水域、および／またはその他の水性環境に接触していない）、さらになおポート２  １２０に連絡するよう構成することができる。そのような実施例では、フォトニックシリカのアレイは、流出液、帯水層、水域、および／またはその他の水性環境に曝されていてもよい（疎水性ポリマー膜１３５を経て）。いくつかの実施例では、ポート１  １１０、ポート２  １２０、およびポート３  １３０は、水性環境に接触するよう（またはその他の方法で曝されるよう）構成することができる。
【００２５】
図２は、本開示の少なくともいくつかの実施形態による、光サーキュレータによって芳香族化学物質を感知するいくつかの例示的な方法２００を示すフローチャートである。例示的な方法２００は、ブロック２１０、２２０、および／または２３０により示されるように、操作、機能、または動作の１つまたは複数を含むことができる。方法２００では、光サーキュレータは、レーザダイオードを含む第１のポート、複数の植物被殻を含むフォトニックシリカのアレイを含む第２のポート、および受光器を含む第３のポートを含むことができる。
【００２６】
処理は、ブロック２１０で開始することができ、第１のポートからの放射光を受光することを含むことができる。ブロック２１０の後に、ブロック２２０が続くことができる。ブロック２２０は、受光した放射光の少なくとも一部を反射させて反射光を生成することを含むことができる。反射光は、芳香族化学物質と複数の珪藻被殻との相互作用によって少なくとも部分的に生成することができる。ブロック２２０の後に、ブロック２３０が続くことができる。ブロック２３０で、反射光は、第２のポートから伝送することができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、方法２００は、反射光をフィルタリングして、フィルタリングされた反射光を生成し、フィルタリングされた反射光を第３のポートに伝送することを含むことができる。いくつかのその他の実施形態では、方法２００は、反射光を第２のポートから受光し、反射光の強度、波長、および／または周波数を決定し、（１種または複数の）芳香族化学物質の存在および／または不在を識別することを含むことができる。（１種または複数の）芳香族化学物質の存在および／または不在を識別することは、反射光の強度、波長、および／または周波数の１つまたは複数に少なくとも部分的に基づくことができる。
【００２８】
図３は、本開示の少なくともいくつかの実施形態による、芳香族化学物質を感知するいくつかの追加の例示的な方法３００を示すフローチャートである。例示的な方法３００は、ブロック３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、３７０、３８０、および／または３９０により示される操作、機能、または動作の１つまたは複数を含むことができる。
【００２９】
処理は、ブロック３１０で開始することができ、光ファイバについて、珪藻の受け入れを受容できるように準備する、または「官能基化する（functionalized）」ことができる。ブロック３１０の後に、ブロック３２０および／またはブロック３３０を続けることができる。
【００３０】
ブロック３２０で、光ファイバは、光ファイバを取り囲むよう人工海水および珪酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）の溶液を調製することによって珪藻を受け入れるように構成することができる。いくつかの実施形態では、人工海水は、天然に生ずる海水をシミュレートすることが意図される、溶解した無機塩および／またはビタミンの水性溶液であってもよい。
【００３１】
ブロック３３０で、所望の電子特性を実現するために、不純物を、光ファイバおよび／または光ファイバを取り囲む溶液に導入してもよい。これは、硫酸ニッケル、またはゲルマニウムなどを添加することを含むことができる。ブロック３３０の後に、ブロック３４０を続けることができる。
【００３２】
ブロック３４０で、官能基化された光ファイバを海水および珪酸ナトリウム溶液に浸漬し、珪藻を培養することができる。ブロック３４０の後にブロック３５０を続けることができる。
【００３３】
ブロック３５０で、珪藻培養がなされた光ファイバを溶液から取り出し、リンスし、アニールすることができる。いくつかの実施例では、珪藻はここでマトリックスに構成されており、外部植物被殻が収集されている。所望の寸法のマトリックスに構成された植物被殻は、図１を参照しながら先に記述されたフォトニックシリカのアレイ１１５として働くことができる。ブロック３５０の後に、ブロック３６０を続けることができる。
【００３４】
ブロック３６０で、植物被殻が存在している光ファイバを、光サーキュレータのポート２  １２０に動作可能に結合することができる。ブロック３６０の後に、ブロック３７０を続けることができる。
【００３５】
ブロック３７０で、疎水性膜層を、フォトニックシリカのアレイ１１５と芳香族化学物質１４０との間に配置することができる。ブロック３７０の後に、ブロック３８０を続けることができる。
【００３６】
ブロック３８０で、光（約３００ｎｍから約４００ｎｍの範囲の波長を有することができる）をポート１  １１０から伝送することができる。ブロック３８０の後に、ブロック３９０を続けることができる。
【００３７】
ブロック３９０で、光はフォトニックシリカのアレイ１１５に当たり、反射光、またはフォトルミネセンス（約３００ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長を有することができる）は、ポート３  １３０の受光器１２５によって受光されかつ／または取り込まれてもよい。波長および／または強度のシフトが観察された場合、それは、少なくとも一部では、フォトニックシリカのアレイ１１５の特性および／または環境湿度に起因すると考えられる。本開示は、約５３３．４ｎｍの波長を有する空気から反射された光に比べ、例えばキシレンは、約５５７．１ｎｍの波長を有する光を反射させると考える。また、キシレンから反射された光の強度は、空気の場合よりも大きい。同様にピリジンは、約５３３．４ｎｍの波長を有する空気から反射された光に比べ、約５３８．１ｎｍで光を反射する。さらに、ピリジンから反射した光の強度は、空気の場合よりも大きい。波長および／または強度のそのようなシフトは、とりわけキシレンおよび／またはピリジンなどの芳香族化学物質１４０の存在および／または不在を示すことができる。
【００３８】
図４は、本明細書に記述される少なくともいくつかの実施形態により構成された、例示的なコンピュータプログラム製品４００のブロック図を示す。いくつかの実施例では、図４に示されるように、コンピュータプログラム製品４００は、機械可読命令４０４を含むことができる信号担持媒体４０２を含むことができる。命令４０４は、光の強度、光の波長、および／または光の周波数を表す信号を受け取るように適合させることができる。命令４０４は、信号の少なくとも一部と、（１つまたは複数の）芳香族化学物質データベースに記憶された芳香族化学物質情報とを比較するように適合させてもよい。さらに命令４０４は、信号と（１つまたは複数の）芳香族データベースに記憶された芳香族化学物質情報との比較に少なくとも部分的に基づいて、芳香族化学物質の存在および／または不在を検出するように適合させてもよい。いくつかの実施例では、命令は、反射光のピーク強度および／または波長を測定しかつ／またはモニタするように、適合させることができる。命令は、反射光のピーク強度および／または波長と、既知の化学物質に関する反射光のピーク強度および／または波長とを比較するように、さらに適合させることができる。いくつかの実施例では、既知の化学物質（例えば、特徴付けられているような化学物質）に関する反射光のそのようなピーク強度および／または波長は、予め決定することができ、反射光のピーク強度および／または波長を探索しかつ既知の化学物質に関する反射光のピーク強度および／または波長と比較するための（１つまたは複数の）芳香族化学物質データベースに記憶させることができる。このように、既知の化学物質の存在および／または不在は、（１つまたは複数の）芳香族データベースに記憶された芳香族化学物質情報を有する任意の既知の化学物質に関して決定することができる。
【００３９】
同様に図４に示されるように、いくつかの実施例では、コンピュータ製品４００は、コンピュータ可読媒体４０６、記録可能媒体４０８、および通信媒体４１０の１つまたは複数を含むことができる。これらの要素を囲む破線ボックスは、信号担持媒体４０２に含まれるがそれに限定されない異なるタイプの媒体を示す。これらのタイプの媒体は、論理により実行されるように命令４０４を分散させることができる。コンピュータ可読媒体４０６および記録可能媒体４０８には、フレキシブルディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなどを含めることができるが、これらに限定するものではない。通信媒体４１０には、デジタルおよび／またはアナログ通信媒体（例えば、光ファイバケーブル、導波路、有線通信リンク、無線通信リンクなど）を含めることができるが、これらに限定するものではない。
【００４０】
図５は、本開示の少なくともいくつかの実施形態による、芳香族化学物質感知を実装するように構成することができる例示的なコンピューティングデバイスを示すブロック図である。非常に基本的な構成５０１において、コンピューティングデバイス５００は、１つまたは複数のプロセッサ５１０およびシステムメモリ５２０を典型的には含むことができる。メモリバス５３０は、プロセッサ５１０とシステムメモリ５２０との間で通信するのに使用することができる。
【００４１】
所望の構成に応じて、プロセッサ５１０は、マイクロプロセッサ（μＰ）、マイクロコントローラ（μＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはこれらの任意の組合せを含むがこれらに限定されない任意のタイプのものにすることができる。プロセッサ５１０は、レベル１のキャッシュ５１１およびレベル２のキャッシュ５１２などの１つまたは複数のレベルのキャッシング、プロセッサコア５１３、およびレジスタ５１４を含むことができる。プロセッサコア５１３は、論理演算装置（ＡＬＵ）、浮動小数点演算装置（ＦＰＵ）、デジタル信号プロセッシングコア（ＤＳＰコア）、またはこれらの任意の組合せを含むことができる。メモリコントローラ５１５は、プロセッサ５１０と共に使用することもでき、またはいくつかの実現例では、メモリコントローラ５１５をプロセッサ５１０の内部部品とすることができる。
【００４２】
所望の構成に応じて、システムメモリ５２０は、揮発性メモリ（ＲＡＭなど）、不揮発性メモリ（ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）、またはこれらの任意の組合せを含むがこれらに限定されない任意のタイプのものにすることができる。システムメモリ５２０は、オペレーティングシステム５２１、１つまたは複数のアプリケーション５２２、およびプログラムデータ５２４を典型的には含む。アプリケーション５２２は、水性環境で芳香族化学物質を感知するように構成することができる芳香族化学物質感知アルゴリズム５２３を、含むことができる。プログラムデータ５２４は、芳香族化学物質を感知するのに役立てることができる、１つまたは複数の芳香族化学物質感知データベース５２５（芳香族化学物質情報５２６を含むことができる）を含むことができる。いくつかの実施形態では、アプリケーション５２２は、水性環境中に存在しかつ／または存在しない１種または複数の芳香族化学物質を本明細書に記述される技法に従い決定しかつ／または識別することができるように、オペレーティングシステム５２１上でプログラムデータ５２４と共に動作するよう構成することができる。
【００４３】
コンピューティングデバイス５００は、追加の特徴または機能性と、基本構成５０１と任意の必要とされるデバイスおよびインターフェースとの間の通信を容易にする追加のインターフェースとを有することができる。例えば、バス／インターフェースコントローラ５４０は、ストレージインターフェースバス５４１を介した基本構成５０１と１つまたは複数のデータ記憶装置５５０との間の通信を容易にするために使用することができる。データ記憶装置５５０は、取外し式記憶装置５５１、非取外し式記憶装置５５２、またはこれらの組合せとすることができる。取外し式記憶装置および非取外し式記憶装置の例には、いくつか例を挙げると、フレキシブルディスクドライブおよびハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気ディスクデバイス、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブまたはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブなどの光ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、およびテープドライブが含まれる。例示的なコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータなど、情報を記憶するための任意の方法または技術で実現される、揮発性および不揮発性の、取外し式および非取外し式媒体を含むことができる。
【００４４】
システムメモリ５２０、取外し式ストレージ５５１、および非取外し式ストレージ５５２は、全て、コンピュータ記憶媒体の例である。コンピュータ記憶媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）またはその他の光ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージまたはその他の磁気記憶装置、または所望の情報を記憶させるのに使用することができかつコンピューティングデバイス５００によりアクセスすることができる任意のその他の媒体が含まれるが、これらに限定するものではない。任意のそのようなコンピュータ記憶媒体は、デバイス５００の一部にすることができる。
【００４５】
コンピューティングデバイス５００は、様々なインターフェースデバイス（例えば、出力インターフェース、周辺インターフェース、および通信インターフェース）からバス／インターフェースコントローラ５４０を介した基本構成５０１への通信を容易にするための、インターフェースバス５４２を含むこともできる。例示的な出力デバイス５６０は、１つまたは複数のＡ／Ｖポート５６３を介してディスプレーまたはスピーカーなどの様々な外部デバイスと通信するように構成することができる、グラフィック処理ユニット５６１およびオーディオ処理ユニット５６２を含む。例示的な周辺インターフェース５７０は、１つまたは複数のＩ／Ｏポート５７３を介して入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、ペン、音声入力デバイス、タッチ入力デバイスなど）またはその他の周辺デバイス（例えば、プリンタ、スキャナなど）などの外部デバイスと通信するように構成することができる、シリアルインターフェースコントローラ５７１またはパラレルインターフェースコントローラ５７２を含む。例示的な通信装置５８０は、１つまたは複数の通信ポート５８２を介したネットワーク通信上での１つまたは複数のその他のコンピューティングデバイス５９０との通信を容易にするよう構成することができる、ネットワークコントローラ５８１を含む。通信接続は、通信媒体の一例である。通信媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または被変調データ信号におけるその他のデータ、例えば搬送波またはその他の移送メカニズムなどによって典型的には実施することができ、任意の情報送達媒体を含む。「被変調データ信号」は、信号中で情報を符号化するようにその特性の１つまたは複数が設定または変更された信号とすることができる。例として、限定するものではないが、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接有線接続などの有線媒体と、音響、無線周波数（ＲＦ）、赤外線（ＩＲ）、およびその他の無線媒体などの、無線媒体とを含むことができる。本明細書で使用されるコンピュータ可読媒体は、記憶媒体および通信媒体の両方を含むことができる。
【００４６】
コンピューティングデバイス５００は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナルメディアプレーヤデバイス、ワイヤレスウェブ閲覧（ｗｅｂ−ｗａｔｃｈ）デバイス、パーソナルヘッドセットデバイス、特定用途向けデバイス、または上述の機能のいずれかを含むハイブリッドデバイスなど、スモールフォームファクタポータブル（またはモバイル）電子デバイスの一部として実現することができる。コンピューティングデバイス５００は、ラップトップコンピュータおよび非ラップトップコンピュータの両方の構成を含むパーソナルコンピュータとして実現することもできる。
【００４７】
本明細書に記載された主題は、様々なコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他の様々なコンポーネントに包含されるか、または他の様々なコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例にすぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的にかみ合わせ可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。
【００４８】
本明細書における実質的に全ての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００４９】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む発明に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、通常、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステ���を含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００５０】
様々な態様および実施形態について本明細書に開示してきたが、その他の態様および実施形態が当業者に明らかになろう。本明細書に開示される様々な態様および実施形態は、例示を目的とし、限定しようとするものではなく、真の範囲および精神は下記の特許請求の範囲によって示される。
【図１】
2013520679.tif 000003
【図２】
2013520679.tif 000004
【図３】
2013520679.tif 000005
【図４】
2013520679.tif 000006
【図５】
2013520679.tif 000007
【国際調査報告】
2013520679.tif 000008
2013520679.tif 000009
2013520679.tif 000010