(57)【要約】  空間的分解能限界を有する光学リーダシステムのためのマルチ回折格子共振導波路（ＲＷＧ）バイオセンサが開示されている。マルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサは、１または複数の信号回折格子領域及び１または複数の基準回折格子領域を含む。マルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサは、１または複数の信号回折格子領域を空間的に分離し、１または複数の基準回折格子領域を空間的に分離し、かつ１または複数の基準回折格子領域を１または複数の信号回折格子領域から空間的に分離する非共振領域も含み得る。非共振領域は、光学リーダシステムの空間的分解能限界よりも大きい最小幅を有し得る。ＲＷＧバイオセンサは、非対称分割回折格子構成を有し得る。空間的分解能限界を有する光学リーダを用いてマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサの信号共振波長を測定する方法も開示されている。
2013509595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的分解能限界を有する光学リーダシステムのマルチ回折格子共振導波路（ＲＷＧ）バイオセンサであって、
１または複数の信号回折格子領域と、
１または複数の基準回折格子領域と、
前記１または複数の信号回折格子領域を空間的に分離しており、前記１または複数の基準回折格子領域を空間的に分離しており、かつ前記１または複数の基準回折格子領域を前記１または複数の信号回折格子領域から空間的に分離している非共振領域とを含み、前記非共振領域が前記光学リーダシステムの空間的分解能限界よりも大きい最小幅を有していることを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、１つの信号回折格子領域及び１つの基準回折格子領域を有していることを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、前記信号回折格子領域が面積ＡＳを有し、前記基準回折格子領域が面積ＡＲを有し、ＡＳ≠ＡＲであることを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、ＡＳ＞ＡＲであることを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項５】
請求項３に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、エッジ及び中心を有するウェル内に配され、前記非共振領域の中心が前記ウェルの中心と一致していないことを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、前記信号回折格子領域及び前記基準回折格子領域の各々が前記ウェルのエッジに隣接して丸められた角部を有することを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項７】
請求項１に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、複数の信号回折格子領域及び単一の基準回折格子領域を含むことを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項８】
請求項１に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、前記非共振領域が、回折格子構造を有さないか、導波路コーティングを有さない回折格子領域を有するか、または非共振反射コーティングを有するかのうちのいずれか１であることを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項９】
請求項１に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、前記１または複数の信号回折格子領域及び前記１または複数の基準回折格子領域がマイクロプレートの前記ウェル内に配されていることを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、前記ウェルは異なった生物的材料を支持し、かつ各々が前記異なった生物学的物質の１つを動作可能に支持する複数の信号回折格子領域を含むことを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項１１】
請求項１に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、前記光学リーダシステムが直径を有する光点を有し、前記非共振領域の最小幅が少なくとも前記光点の直径よりも大きいことを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項１２】
光学リーダシステムのマイクロプレートであって、
各々がマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサを動作可能に支持する複数のウェルと、
対応した複数の請求項１に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサと、を含み、前記ウェルの各々内に１つのマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサが動作可能に配されていることを特徴とするマイクロプレート。
【請求項１３】
請求項１２に記載のマイクロプレートであって、前記マルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサのうちの少なくとも１つが非対称分割回折格子構成を有していることを特徴とするマイクロプレート。
【請求項１４】
空間的分解能限界を有する光学リーダを用いて共振導波路（ＲＷＧ）バイオセンサの信号共振波長を測定する方法であって、
マイクロプレートのウェル内に、空間的に分離された信号回折格子領域及び基準回折格子領域、並びにそれらの間に配されておりかつ前記光学リーダの空間的分解能限界よりも大きい最小幅を有する非共振領域を有する前記ＲＷＧバイオセンサを動作可能に配置するステップと、
入射光ビームを前記基準回折格子領域に当てずに前記信号回折格子領域に照射して反射信号光を生成するステップと、
前記反射信号光をスペクトル分析して前記信号共振波長を得るステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記入射光ビームを前記信号回折格子領域に当てずに前記基準回折格子領域に照射して反射基準光を生成するステップと、
前記反射基準光をスペクトル分析して基準共振波長を得るステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、前記信号回折格子領域は幅及び長さを有し、
前記方法が、前記入射光ビームで前記信号回折格子領域の幅よりも大きい光点を生成するステップをさらに含み、
信号走査経路が前記信号回折格子領域の長さに沿った直線であることで前記信号回折格子領域の全体が走査されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、前記信号回折格子領域は幅及び長さを有し、
前記方法が、前記入射光ビームで前記信号回折格子領域の幅よりも小さい光点を生成するステップをさらに含み、
信号走査経路がジグザグであることで前記信号回折格子領域の全体が走査されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であって、前記空間的に分離された信号回折格子領域及び基準回折格子領域を、ユニタリ領域を有する回折格子を設け、その後に前記回折格子の一部を除去して前記非共振領域を形成することによって形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法であって、前記非共振領域内に回折格子を形成しないことで前記空間的に分離された信号回折格子領域及び基準回折格子領域を形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法であって、前記非共振領域内に回折格子を形成するが前記回折格子に導波路コーティングをしないことで前記空間的に分離された信号回折格子領域及び基準回折格子領域を形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１４に記載の方法であって、前記ウェルが異なった生化学的物質を支持し、前記方法が、各々が前記異なった生化学的物質の１を支持する複数の信号回折格子領域を設けるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１４に記載の方法であって、面積ＡＳとなるように前記信号回折格子領域を形成するステップと、面積ＡＲとなるように前記基準回折格子領域を形成するステップと、をさらに含み、ＡＳ≠ＡＲであることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、ＡＳ＞ＡＲであることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であって、前記ウェルが中心を有し、前記非共振領域の中心が前記ウェルの中心と一致していないことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法であって、前記ウェルがエッジを有し、前記信号回折格子領域及び前記基準回折格子領域の各々が、前記ウェルのエッジに隣接して丸まった角部を有していることを特徴とする方法。
【請求項２６】
空間的分解能限界を有する光学リーダを用いて共振導波路（ＲＷＧ）バイオセンサの信号共振波長を測定する方法であって、
マイクロプレートのウェル内に、空間的に分離された信号回折格子領域及び基準回折格子領域、並びにそれらの間に配されておりかつ前記光学リーダの空間的分解能限界よりも大きい最小幅を有する非共振領域を有する前記ＲＷＧバイオセンサを動作可能に配置するステップと、
前記信号回折格子領域、前記基準回折格子領域及び前記非共振領域に同時に入射光を照射して反射光を生成するステップと、
前記信号回折格子領域からの反射信号成分、前記非共振領域からの暗成分、及び前記基準回折格子領域からの反射基準成分を前記反射光から得る取得ステップと、
前記反射信号成分をスペクトル分析して前記信号共振波長を得るステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、デジタル画像を生成する画像センサによって前記反射光を同時に検出するステップをさらに含み、前記取得ステップは、前記デジタル画像をデジタル処理するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、
前記非共振領域内に回折格子を形成しない、
ユニタリ領域を有する回折格子を設け、その後に当該回折格子の一部を除去する、
前記非共振領域内に回折格子を形成するが、前記非共振領域に前記信号回折格子領域と実質的に同一の波長の共振反射をもたせるコーティングをしない、
回折格子を形成し、当該回折格子状に導波路コーティングをし、その後に前記波長コーティング状にマスキング層を設けて、当該回折格子からの共振反射を防止して非共振領域を画定する、及び
前記共振波長領域内に回折格子を形成し、その後に前記回折格子を除去する、
のいずれか１またはこれらの組み合わせによって前記非共振領域を形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載の方法であって、複数のマイクロプレートウェルの各々内に複数のＲＷＧバイオセンサを動作可能に配置するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２６に記載の方法であって、面積ＡＳとなるように前記信号回折格子領域を形成するステップと、面積ＡＲとなるように前記基準回折格子領域を形成するステップと、をさらに含み、ＡＳ≠ＡＲであることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、ＡＳ＞ＡＲであることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法であって、前記ウェルが中心を有し、前記非共振領域の中心が前記ウェルの中心と一致していないことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法であって、前記ウェルがエッジを有し、前記信号回折格子領域及び前記基準回折格子領域の各々が、前記ウェルのエッジに隣接して丸まった角部を有していることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先に出願された米国出願の利益の主張
本出願は、米国特許出願第６１／２５７，０５８号（発明名称「ラベル非依存光学リーダのためのマルチ回折格子バイオセンサ」、出願日２００９年１１月２日）の利益を主張する。本出願は、米国特許出願第６１／３８６，７０８号（発明名称「ラベル非依存光学リーダのためのマルチ回折格子バイオセンサ」、出願日２０１０年９月２７日）の利益も主張する。
【０００２】
関連する同時係属出願の相互参照
本出願は、共有されておりかつ同一出願による同時係属出願である米国特許出願第６１／２５７，０６１号（発明名称「ラベル非依存光学リーダのためのマルチ波長参照マイクロプレート」）に関している。
【０００３】
本発明は、ラベル非依存光学リーダにおいて用いられるバイオセンサに関し、特に、複数の空間的に分離された回折格子を有するバイオセンサに関する。
【背景技術】
【０００４】
光学リーダによるラベル非依存検出（label-independent detection（ＬＩＤ））は、タンパク質のような標的分子への薬品の結合、または薬品に反応して細胞内で物質が移動させられる際の生体細胞における変化を検出するために使用され得る。いくつかのタイプのＬＩＤ光学リーダは、共振導波路回折格子（resonant waveguide grating（ＲＷＧ））バイオセンサのアレイのＲＷＧバイオセンサの表面における屈折率の変化を測定する。個々のＲＷＧバイオセンサは、マイクロプレートのウェルの各々内に配される。光源からのスペクトル的に広帯域な光は、ＲＷＧバイオセンサの各々に向けられる。ＲＷＧバイオセンサと共振する波長を有する光のみが強く反射される。この反射光が収集されてスペクトル的に分析されて共振波長が判定され、波長におけるシフトが、ＲＷＧバイオセンサに結合する生体分子からの屈折率の変化を表しているか、または、同様にセンサ表面に固定されている細胞内の物質の移動を表している。
【０００５】
共振波長測定の再現性は、ＲＷＧセンサに対するインタロゲーション（interrogation）ビームの精密な位置決めに依存している。このことは、光学リーダがマイクロプレートのための積極的な位置決め装置を有することを必要とし、このことがリーダを高価にかつ複雑にする。代替手段は、センサからの上方の全てを捕集する大きなインタロゲーションビームを持つことである。しかし、これは、「信号」バイオセンサからの情報及び「参照」バイオセンサからの情報の区別における問題を引き起こす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、空間的分解能限界を有する光学リーダシステムのマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサである。マルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサは、１または複数の信号回折格子領域及び１または複数の基準回折格子領域を含む。マルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサは、１または複数の信号回折格子領域を空間的に分離し、１または複数の基準回折格子領域を空間的に分離し、かつ１または複数の信号回折格子領域から１または複数の基準回折格子領域空間的に分離する非共振領域も含む。非共振領域は、光学リーダシステムの空間的分解能限界よりも大きな最小幅を有する。このＲＷＧバイオセンサは、非対称な分割回折格子構成を有し得る。
【０００７】
本発明の他の態様は、空間的分解能限界を有する光学リーダを使用するＲＷＧバイオセンサの信号共振波長の測定方法である。この方法は、マイクロプレートのウェル内に、間にある非共振領域によって空間的に分離された信号回折格子及び基準回折格子を有するＲＷＧバイオセンサを動作可能に配置するステップを含み、この非共振領域は光学リーダの空間的分解能限界よりも大きい最小幅を有している。この方法は、入射光ビームを、基準回折格子領域に当てずに、信号回折格子領域に照射して反射光ビームを生成するステップを含む。この方法は、反射信号光をスペクトル的に分析して信号共振波長を得るステップも含む。
【０００８】
本発明の他の態様は、空間的分解能限界を有する光学リーダを使用するＲＷＧバイオセンサの信号共振波長の測定方法である。この方法は、マイクロプレートのウェル内に、間にある非共振領域によって空間的に分離された信号回折格子及び基準回折格子を有するＲＷＧバイオセンサを動作可能に配置するステップを含み、この非共振領域は、光学リーダの空間分解能限界よりも大きな最小幅を有している。この方法は、さらに、反射された光から、信号回折格子領域からの反射信号成分、非共振領域からの暗部成分、及び基準回折格子領域からの反射基準成分を生成するステップを含む。この方法は、追加的に、反射信号成分をスペクトル的に分析して、信号共振波長を得るステップを含む。
【０００９】
本発明のこれら及び他の態様は、以下の説明、特許請求の範囲及び添付の図面を参照して、当業者によってさらに理解及び認識されるだろう。
【００１０】
本発明のさらに完全な理解は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のマルチ波長参照マイクロプレートを使用するのに適した例示の光学リーダシステムの一般化された図である。
【図２】マイクロプレートホルダに保持されているマイクロプレートの領域、すなわち「ウェル」内に動作可能に支持されている例示のＲＷＧバイオセンサアレイを示す図である。
【図３】バイオセンサにおける位置（ｍｍ）に対する反射共振波長λＲ（ｎｍ）の例示のプロット図である。
【図４】波長に対応した分光計ピクセル（画素）位置に対する反射共振ピーク振幅（光子数）のプロット図である。
【図５】非反射領域によって互いに空間的に分離されている信号回折格子及び基準回折格子を有する例示のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサを含むウェルの平面図であり、比較的大きな楕円形光点の例示の直線走査経路も示している図である。
【図６】図５と同様の図であり、比較的小さい円状光点のジグザグ走査経路の一例を示す図である。
【図７Ａ】ユニタリ(ユニット化された)回折格子構造を有するＲＷＧバイオセンサの一例の斜視図である。
【図７Ｂ】ユニタリ回折格子構造を有するＲＷＧバイオセンサの一例の平面図である。
【図８Ａ】図７Ａと同様の図であり、処理ビームによって処理されてユニタリ回折格子の一部が除去されて非共振領域が形成されているユニタリ回折格子を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示されている処理の後の、または他の処理によって直接形成されたマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサの斜視図である。
【図８Ｃ】図８Ａに示されている処理の後の、または他の処理によって直接形成されたマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサの平面図である。
【図９】中央基準回折格子領域を囲む複数の信号回折格子領域を有するマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサの平面図であり、非共振領域が格子状である。
【図１０】ウェル内に配されている図９のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサの平面図である。
【図１１】ウェルの底部に配されているマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサを示すウェルの側断面図である。
【図１２Ａ】ウェルと共に示されている非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサの第１の例の図である。
【図１２Ｂ】ウェルと共に示されている非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサの第２の例の図である。
【図１３】ｙ方向に振動しつつｘ方向において光点を走査する走査経路に沿っている非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサの一例を示す図である。
【図１４Ａ】基準回折格子領域及び信号回折格子領域の従来の配置を有する従来技術のＲＷＧバイオセンサの図であり、基準回折格子領域の形成に関連するインクジェット走査経路を示している。
【図１４Ｂ】非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサの図であり、基準回折格子領域の形成に関連する単純化されたインクジェット走査経路を示している。
【図１５】本明細書に開示されている非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサの２つの主たるタイプのアラインメント許容誤差に対する覆われるウェル面積の割合（％）のプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施例について説明する。本発明の実施例は、添付の図面に記載されている。
【００１３】
以下の説明において、「分解能限界」を有する光学リーダシステムについて説明する。「分解能限界」とは、当該システムによって分解可能な最小の空間的寸法を示す閾値である。付随する光点を有する走査光学リーダシステムの場合、分解能限界は光点サイズによって規定される。デジタルカメラ等の画像センサを用いて反射光を同時に捕集する非走査光学リーダシステムの場合、分解能限界は、隣り合う信号生成領域または「共振」領域を分離する非共振領域を区別するのに必要な画像センサピクセル(画素)のサイズ及び数によって規定される。
【００１４】
図１は、各々が表面１０３を有する１または複数の共振導波路（ＲＷＧ）バイオセンサ１０２をインタロゲーションして、生物学的物質１０４がＲＷＧバイオセンサに存在しているかを判定するために用いられる光学リーダシステム（システム）１００の一例の一般化された図である。挿入図Ａは、ＲＷＧバイオセンサ１０２の一例の拡大図である。
【００１５】
図２は、マイクロプレート１７０の一例を示す平面図である。マイクロプレート１７０は、表面１７３を有する支持プレート１７１を含み、表面１７３は、その中に複数のウェル１７５を有している。例示の支持プレート１７１は、例えば米国特許出願公報第２００７／０２１１２４５号に記載されているように、上部プレート及び下部プレート(図示せず)の２部分構造を有している。
【００１６】
図２のマイクロプレート１７０は例示の構成を示しており、当該構成において、ＲＷＧバイオセンサ１０２は、アレイ１０２Ａ内に配されており、かつウェル１７５内に動作可能に支持されている。例示のＲＷＧバイオセンサアレイ１０２Ａは、２ｍｍ角のバイオセンサ１０２に対して４．５ｍｍのピッチを有し、列ごとに１６のＲＷＧバイオセンサを含みかつ行ごとに２４のＲＷＧバイオセンサを含んでいる。実施例において、基準４２８は、システム１００内でマイクロプレート１７０を位置決め、アラインメントまたはその両方を行うために使用される。マイクロプレートホルダ１７４は、１７０を保持して示されている。多くの異なったタイプのプレートホルダが、マイクロプレートホルダ１７４に使用され得る。
【００１７】
図１を再度参照すると、システム１００は、光１２０を生成する光源１０６を含んでいる。光源１０６は、ランプ、レーザ、ダイオード、フィルタ、減衰器等のうちの１または複数を含んでもよい。例示の光源１０６は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を含む。光源１０６からの光１２０は、カップリングデバイス１２６（例えば、サーキュレータ、光学スイッチ、ファイバスプリッタ等）によって、関連する光軸Ａ１を有しかつ光１２０をＲＷＧバイオセンサ１０２における光点１３５を形成する（挿入図Ｂ参照）入射光ビーム（入射光）１３４Ｉに変換する光学システム１３０に送られる。入射光ビーム１３４Ｉ（及び光点１３５）は、走査光学システム１３０の走査動作またはマイクロプレートホルダ１７４によるマイクロプレート１７０の移動によってＲＷＧバイオセンサ１０２に亘って走査される。
【００１８】
入射光ビーム１３４Ｉは、ＲＷＧバイオセンサ１０２によって反射されて、反射光ビーム（反射光）１３４Ｒが生成される。反射光ビーム１３４Ｒは、光システム１３０によって受信され、光システム１３０からの光１３６（以下、「案内された光信号（案内光信号）」と称する）がカップリングデバイス１２６によって分光計ユニット１４０に送られ、分光計ユニット１４０が、当該反射光ビームのスペクトルを示す電気信号Ｓ１４０を生成する。実施例において、その後、プロセッサユニット（プロセッサ）１５２及びメモリユニット(メモリ)１５４を有するコントローラ１５０が電気信号Ｓ１４０を受信し、生のスペクトルデータをメモリ内に保存する。当該生のスペクトルデータは、ＲＷＧバイオセンサ１０２における位置（場合よっては時間）の関数である。その後、プロセッサ１５２は、プロセッサ１５２またはメモリ１５２内に保存されている命令に基づいて、生のスペクトルデータを分析する。
【００１９】
この結果が図３に示されている様な共振波長（λＲ）データの空間的マップであり、このマップは、光点１３５が複数の異なった走査のためにセンサを横切って移動した際の、光点１３５の位置に応じて計算された共振波長を示している。共振波長λＲの変化は、特定のＲＷＧバイオセンサ１０２について化学的または生物学的反応が生起しているかを示す。図３は、共振波長測定値の位置検出感度も示している。
【００２０】
実施例において、コントローラ１５０は、スペクトルのプロット、共振波長のプロット、及び他の測定結果等の測定情報、並びにシステム状態及び動作パラメータ等を表示する表示ユニットを含むか、またはこれと動作可能に接続されている。実施例において、スペクトルは、迅速に処理されて共振波長（演算されたもの、例えば、測定スペクトルの各々のセントロイド）のみがメモリ１５４内に保存され得る。
【００２１】
ＲＷＧバイオセンサ１０２において生起する生化学的または細胞アッセイ事象の測定のために最も一般に用いられている技術は、スペクトルインタロゲーション（spectral interrogation）である。スペクトルインタロゲーションは、マルチ波長光または広帯域ビーム光(入射光ビーム１３４Ｉ)を用いてＲＷＧバイオセンサ１０２を照明し、反射光（反射光ビーム１３４Ｒ）を収集し、分光計ユニット１４０を用いて反射スペクトルを分析する必要がある。例示の分光計ユニット１４０から得られた例示の反射スペクトルが図４に示されており、図において、「ピーク振幅」は分光計内のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によって判定される光子数（光子カウント数）である。ＲＷＧバイオセンサにおいて化学的結合が生起した場合、矢印によって示されているように共振は波長に関して僅かにシフトし、このシフトが分光計ユニット１４０によって検出される。
【００２２】
例示のＲＷＧバイオセンサ１０２は、入射光ビーム１３４Ｉ及び反射光ビーム１３４Ｒの導波路結合特性に影響を与えるセンサ表面１０３における屈折率の変化を利用し、ＲＷＧバイオセンサ上の生化学的物質１０４（細胞、分子、タンパク質、薬品、化合物、核酸、ペプチド、炭水化物）のラベルフリー検出を可能にする。生化学的物質１０４は、ＲＷＧバイオセンサ表面１０３上に配されたバルク流体内にあり、この生化学的物質のセンサ表面への付着（attachment）がＲＷＧにおける屈折率を変化させる。
【００２３】
生化学的物質１０４を検出するために、ＲＷＧバイオセンサ１０２は、入射光ビーム１３４Ｉによって探査（probe）され、反射光ビーム１３４Ｒが分光計ユニット１４０において受信される。コントローラ１５０は、生化学的物質１０４の存在によるＲＷＧバイオセンサの屈折率の変化（例えば、１００万分の１）があるかを判定するよう構成される（例えば、プロセッサ１５２がプログラミングされる）。実施例において、ＲＷＧバイオセンサ表面１０３は、例えば、抗体またはタンパク質等の特定の補完的生化学的物質１０４の表面付着のみを許容する生化学化合物（図示せず）でコーティングされていてもよく、それによってＲＷＧバイオセンサ１０２を、非常に精度が高くかつ非常に特異的にすることが可能である。このように、システム１００及びＲＷＧバイオセンサ１０２は、非常に多種の生化学的物質１０４を検出するために使用することが可能である。同様に、ＲＷＧバイオセンサ１０２は、ＲＷＧバイオセンサ１０３に固定化されている細胞の運動・活動または変化を検出するために使用可能である。例えば、細胞がＲＷＧバイオセンサに対して移動した場合または細胞が物質を取り込むかまたは排出した場合に屈折率の変化が生ずる。
【００２４】
複数のＲＷＧバイオセンサ１０２がマイクロプレート１７０のウェル１７５内のアレイ１０２Ａとして動作可能に支持されている、すなわちマイクロプレートホルダ１７４に支持されている場合、当該複数のＲＷＧバイオセンサは、高スループットな薬品または化学的スクリーニング調査を可能にすべく利用可能である。走査光学リーダシステムを用いた生物学的物質１０４（または生体分子結合事象）の検出に関して更に詳細な説明をするために、米国特許出願第１１／０２７，５４７号が参照される。他の光学リーダシステムは、米国特許第７，４２４，１８７号及び米国特許出願公報第２００６／０２０５０５８号及び第２００７／０２０２５４３号に記載されている。
【００２５】
ＲＷＧバイオセンサは、通常は、ＲＷＧバイオセンサ表面１０３において化学的結合が生起する「信号」領域１０２Ｓ、及び化学的結合が生起しない（例えば、ＲＷＧ回折格子が化学的に不活性化されている）「基準」領域１０２Ｒを含む。共振波長は、一般的にλＲと表され、「信号」共振波長はλＲＳと表され、基準回折格子領域１０２Ｒの「基準」共振波長は、λＲＲと表される。基準回折格子領域は、通常はＲＷＧバイオセンサ表面１０３の一領域を化学的に不活性化することによって形成され、連続的な信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒがもたらされる。上述のように、入射光ビーム１３４Ｉが十分に大きい場合（すなわち、大きな光点１３５）または小さな光点１３５が信号回折格子領域１０２Ｓに亘って走査された場合、信号回折格子領域の走査中の基準回折格子領域１０２Ｒとの光点の重なりは、不可解な結果、不正確な読み取りをもたらす。
【００２６】
空間的に分離された信号回折格子及び基準回折格子
図５は、幅Ｄの非共振領域１０２Ｄによって互いに空間的に分離されている信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒを有する例示のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２を含むウェル１７５の平面図である。信号回折格子領域及び基準回折格子領域のこの「分割構成」は、ＬＩＤリーダシステムが全てのセンサ領域をインタロゲーションすることを可能にし、それによってプレート並進移動に対する感度を最小にすることができ、及び２つの領域から得られた信号を物理的に区別することができる。
【００２７】
通常、ＲＷＧバイオセンサ１０２は、非共振反射領域１０２Ｄによって分離されている少なくとも１つの信号回折格子領域１０２Ｓ及び少なくとも１つの基準回折格子領域１０２Ｒを有する。実施例において、非共振領域１０２Ｄは、回折格子またはそれと同様の構造を持たず、機能するセンサ領域ではないので、信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２ＲのＲＷＧの態様にて入射光ビームを共振反射しない。
【００２８】
代替的に、非共振領域１０２Ｄは、元々の回折格子構造を維持したまま、当該領域における共振波長が完全に除去されるかまたはリーダシステムの検出帯域外にシフトさせられルように、センサ領域に通常は使用される適切な量の高屈折率材料によって導波路コーティングせずに形成してもよい。実施例において、入射光１３４Ｉによって照明された際に、いくらかの量の反射光が非共振領域１０２Ｄから発せられてもよい。この反射光は、信号回折格子領域１０２Ｓからの反射光１３４ＲＳの量及び基準回折格子領域１０２Ｒからの反射光１３４ＲＲの量と比較してごく僅かである。実施例において、非共振領域１０２Ｄが当所は回折格子及び導波路コーティングを含み、マスキング層（図示せず）が非共振領域を画定するために設けられてもよい。このマスクキング手法の例は、以下で更に詳細に説明される。
【００２９】
実施例において、非共振領域１０２Ｄは連続的な領域であり、本明細書において単一の領域として説明されるが、１または複数の部分・ブランチ（branch）を有していてもよいし、格子パターンであってもよいし、または１または複数のサブ領域として認識され得るものを有していてもよい。実施例において、非共振領域１０２Ｄは、少なくとも１つの信号回折格子領域１０２Ｓ及び少なくとも１つの基準回折格子領域１０２Ｒを囲繞している。信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒの分割構成は、対称でも非対称であってもよい。ＲＷＧバイオセンサ１０２の異なる回折格子構成の例は、以下で説明される。
【００３０】
図５において、光点１３５は、一例として、Ｘ方向の主軸を有する楕円形であるとして示されている。光点１３５は、信号回折格子領域１０２Ｓに亘ってＹ方向に直線信号走査経路２００Ｓを移動し、かつ基準回折格子領域１０２Ｒに亘ってＹ方向に直線基準走査経路２００Ｒを移動する。光点１３５は、Ｘ方向において信号回折格子領域１０２Ｓまたは基準回折格子領域１０２Ｒよりも大きな長さを有しているので、光点の一部は、非共振領域１０２内に延在している。このことは、信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒが完全に覆われることを保証する。信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒ内の回折格子の方向は、水平または垂直であり得ることに留意する。図５において、一例として垂直の場合が示されている。
【００３１】
図６は、光点１３５が円形であり、比較的小さく（例えば、ＲＷＧバイオセンサの幅の２０分の１）、かつジグザグの信号走査経路２００Ｓ及び基準走査経路２００Ｒの各々に亘って走査されることで、信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒの全体が実質的にカバーされることを除いて図５と同様である。信号走査経路２００Ｓは、非共振領域１０２Ｄに延在するが、基準回折格子領域１０２Ｒには触れてないことに留意し、かつ基準走査経路２００Ｒが非共振領域１０２Ｄに延在しているが信号回折格子領域１０２Ｓに触れていないことに留意する。実施例において、非共振領域１０２Ｄは、光点１３５のサイズ（すなわち直径）よりも大きい最小幅Ｄを有している。実施例において、最小幅Ｄの一例は、光点１３５の幅の１．５倍から２．５倍であってもよい。
【００３２】
通常、非共振領域１０２Ｄのサイズ（幅）は、信号回折格子領域１０２Ｓによって反射された反射光１３４ＲＳが基準回折格子領域１０２Ｒ空の反射光１３４ＲＲと混合されないように決められる。光点の直径（例えば、１／ｅ２の強度における直径）の一例は、２５μｍから２５０μｍまでの間であり、さらに好ましくは約１００μｍである。従って、光点の直径が１００μｍである場合、１００μｍから２５０μｍまでの間の最小幅Ｄは、光点１３５が信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒの両方を同時に照明しないことを保証する。システム１００がカメラベースの画像装置を含む実施例において、最小幅Ｄは、１または複数の最大限の解像度のカメラピクセル（fully resolved camera pixel）が非共振領域１０２Ｄ内に収まるように設定される。実施例において、最小幅Ｄは、システム１００の分解能限界よりも大きい。
【００３３】
信号回折格子領域１０２Ｓまたは基準回折格子領域１０２Ｒのいずれかのサイズよりも小さい直径の光点を用いた、異なったＸ位置における複数のＹ方向経路等の他の走査経路２００も使用され得る。本開示のＲＷＧバイオセンサ１０２は、信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒからの反射光１３４Ｒのオーバーラップ（重なり）を防止することが望まれる任意の光学インタロゲーション方法に適用可能である。実施例において、３から５の「スペクトル」が非共振領域１０２Ｄから収集されて、最小幅Ｄが光点１３５のサイズに基づいて選択される。
【００３４】
図５及び図６に記載されているＲＷＧをインタロゲーションする走査ビーム手法と対照的に、他の実施例において、システム１００は、非共振領域１０２Ｄからの実質的に存在しない反射光（回折格子共振において）を受信しつつ、信号回折格子領域１０２Ｓからの反射光１３４ＲＳ及び基準回折格子領域１０２Ｒからの反射光１３４ＲＲを同時に捕集するように構成されている（例えば、画像センサまたはカメラ（図示せず））。これらの領域は、プロセッサ１５２において動作している信号処理ソフトウェアを用いて識別される。特に、反射信号光１３４ＲＳ（すなわち反射信号成分）、反射基準光１３４ＲＲ（すなわち反射基準成分）、及び非共振領域１０２Ｄ空の「暗」信号成分は、反射光１３４Ｒから判定される。例示の撮像カメラまたはセンサ（例えば、ＣＣＤアレイカメラまたはセンサ）は、他のピクセルよりも著しく弱い光を受信するピクセルに関する「暗」信号成分を含む反射光の様々な成分を識別するために使用され得るピクセルを有する。ここで、得られたデジタル画像はデジタル処理されて、信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒからの光成分、並びに非共振領域１０２Ｄの「暗」成分が識別される。
【００３５】
図７Ａは、単一のまたはユニタリ（ユニット化・一体化された）回折格子領域１０２Ｕを有するＲＷＧバイオセンサの一例の斜視図であり、図７Ｂはその平面図である。実施例において、マルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２は、図７Ａのように単一のまたはユニタリ回折格子領域１０２Ｕとともに形成されており、ユニタリ回折格子領域が信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒに分割されている。実施例において、分割処理は、回折格子材料を選択的に除去することを含み、レーザアブレーション、選択的エッチング、イオンミリング等の多数の技術のいずれかを用いて行われる。図８Ａは、処理ビーム１８２（レーザビーム、イオンビーム等）によって処理されてユニタリ回折格子１０２Ｕの一部が選択的に除去され、非共振領域１０２Ｄが形成されている図７ＡのＲＷＧバイオセンサの斜視図である。図８Ｂ及び図８Ｃの各々は、結果として得られたマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサの斜視図及び平面図である。
【００３６】
実施例において、ユニタリ回折格子セクション１０２Ｕの一部は、回折格子反射を消して非共振領域１０２Ｄが規定されるように、選択的に覆われ、すなわち「マスクされ」る。これは、例えば、選択的なコーティング技術またはストラップ技術（strapping technique）を使用して、マイクロプレートの底面上に遮断（マスキング）材のパターン層を塗布して非共振領域１０２Ｄを画定することによって行われる。このような遮断材は、光源からの照明が領域１０２Ｄに当たることを防止する。このような遮断材の例には、アルミニウム、銀、接着層、または照明波長に対して不透明な任意のコーティングを含む。
【００３７】
実施例において、マルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２は、ユニタリ回折格子領域１０２Ｕの最初の形成無しに直接形成される。これは、例えば、適切なＲＷＧ回折格子基板内に信号領域１０２Ｓ、基準領域１０２Ｒ、及び非共振領域１０２Ｄを形成するのに用いられる適切に形成された（例えば、電子ビーム形成によって）マスタ（原盤）を用いて、ホログラフィック露光によって、紫外線（ＵＶ）等のリソグラフィプロセス等によって、キャストアンドキュア（cast and cure）技術、射出成形、スタンプ等の非回折格子非共振領域１０２Ｄを直接形成する技術によってなされる。この場合、マスタが一度製造されると、分離された信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒを画定するためにマスク要素は必要無くなることに留意する。このことは、ＲＷＧバイオセンサ基板（図示せず）に対するマスキング要素の精密なアラインメントの必要を減少させ、マスクのコストを削減する。
【００３８】
図９は、ＲＷＧバイオセンサ１０２が、全てが格子タイプの非共振領域１０２Ｄによって分離されている５つの信号回折格子領域１０２Ｓ及び１つの基準回折格子領域１０２Ｒを含む態様で形成されていることを除いて、図８Ｃの平面図と同様である。示されている例示の構成においては、基準回折格子領域１０２Ｒが中央に配されている。
【００３９】
図１０は、様々な生物学的物質１０４を支持しているウェル１７５内に配されている（図１参照）図９のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２の平面図であり、複数の信号領域１０２Ｓの各々が異なった生物学的物質の１を動作可能に支持（すなわち結合）するように構成されている。このようなバイオセンサ構成は、複数の生物学的標的物質が、異なった信号回折格子領域１０２Ｓ上に付着させられることを可能にする。このことは、実質的に並進（すなわち位置的）検出ができないシステム１００と共に多重アッセイを行うことを可能にする。図１１は、ウェル１７５の底部１９２におけるマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２の側面図である。
【００４０】
本開示は、空間的分解能限界を有する光学リーダシステムを用いたマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２の信号共振波長の測定方法を含む。１つの方法は、マイクロプレート１７０のウェル１７５内にマルチ回折格子バイオセンサ１０２を動作可能に配置することを含む。この方法は、入射光ビーム１３４Ｉを基準回折格子領域に当てずに信号回折格子領域１０２Ｓに当てて、反射信号光１３４ＲＳを生成することを含む。この方法は、反射信号光１３４ＲＳをスペクトル分析して信号共振波長λＲＳを得ることをさらに含む。
【００４１】
この方法は、入射光ビーム１３４Ｉを信号回折格子領域１０２Ｓに当てずに基準回折格子領域１０２Ｒに当てて反射基準光１３４ＲＲを生成し、当該反射基準光をスペクトル分析して基準共振波長λＲＲを得ることを任意的に含む。その後、この信号共振波長及び基準共振波長は比較されて、生化学的物質１０４が信号回折格子領域１０２Ｓに結合したかが確認される。
【００４２】
非対称分割回折格子構成
空間的に分離（分割）された信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒは、対称に配される必要は無い。実施例において、１または複数のウェル１７５の１または複数内に存在しているＲＷＧバイオセンサ１０２の少なくとも１つは、非対称分割回折格子構成を有し得る。
【００４３】
図１２Ａは、非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２の第１の例示の構成を示しており、当該例において、信号回折格子領域１０２Ｓは面積ＡＳを有し、基準回折格子領域１０２Ｒは面積ＡＲを有し、これらの面積は異なったものである（すなわち、ＡＳ≠ＡＲ  一例においてＡＳ＞ＡＲ）。
【００４４】
信号回折格子領域１０２Ｓは、長さＬ及び幅ＷＳであり、基準回折格子領域は、長さＬであるが幅はＷＳよりも小さいＷＲである（２つの異なる回折格子領域が同一の長さＬを有する必要はないことに留意する）。ウェル１７５は中心ＷＣ、及び直径ＤＷの外側エッジを有する。信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒは、外側エッジ１７７Ｅ及び直径ＤＣを有する円形領域１７７に非対称に囲まれている。非共振領域１０２Ｄは、上述の幅Ｄを有している。ウェル１７５内の円形領域１７７のアラインメント許容誤差ＴＯＬがあり、これはウェルの外側エッジ１７５Ｅに対する内側円形領域の外側エッジ１７７Ｅの許容変位によって与えられる。一例において、同一の長さＬを有する面積ＡＳ及びＡＲ内の違いは、非共振領域１０２Ｄがウェルの中心ＷＣに中心を持たないという結果をもたらす。このことは、以下に説明する理由の故に有利である。
【００４５】
上述の寸法の例示の値は：長さＬ＝１．２ｍｍ、幅ＷＳ＝０．８ｍｍ、幅ＷＲ＝Ｄ＝０．４ｍｍ、直径ＤＷ＝２．８２ｍｍ、及び直径ＤＣ＝２ｍｍであってもよい。ＲＷＧバイオセンサ１０２のこのタイプの非対称回折格子構成は、基準回折格子領域１０２Ｒの面積ＡＲを最小にしつつ、非共振領域１０２Ｄがウェルの中心１７５Ｃに中心を持たないことを保証する。アラインメント許容誤差の一例は、ＴＯＬ＝０．４ｍｍまたは０．４２ｍｍである。
【００４６】
図１２Ｂは、図１２Ａと同様であり、非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２の第２の例示の構成を示している。この第２の例において、信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒのシャープな（尖った）外側角部は、円形領域１７７の外側エッジ１７７Ｅにおいて丸められており、各々丸められた角部１０２ＳＣ及び１０２ＲＣが形成されている。このことは、示されているように、信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒのエッジ長さＬＥ（ＬＥ＞Ｌ）規定している。
【００４７】
非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２の第２の例示の構成に関する例示のパラメータは：エッジ長さＬＥ＝０．８ｍｍ、直径ＤＷ＝２．８２ｍｍ、及び直径ＤＣ＝１．７９ｍｍであってもよい。図１２Ｂの構成は、ＲＷＧバイオセンサ１０２内の回折格子領域の全体量を４％減少させる。しかし、ウェル１７５内のＲＷＧバイオセンサ１０２の位置に関する許容誤差ＴＯＬは、ＴＯＬ＝０．４２ｍｍからＴＯＬ＝０．５３ｍｍまで増加する。このウェル１７５内のＲＷＧバイオセンサ１０２の位置的許容誤差の２０％の増加は、ウェル内のＲＷＧバイオセンサのアラインメントに対する工程能力（process capability）を著しく向上させ得る。図１２Ｂに示されている第２の例示の非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサを使用し、許容誤差ＴＯＬ＝０．４２が維持され得る場合、ＲＷＧバイオセンサ１０２の全センサ領域は、１．４６ｍｍ２から１．６３ｍｍ２に増加させられ得る。
【００４８】
非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２は、例えば、上述した製造技術及びナノインプリントリソグラフィ（ＵＶＣＣ）またはＤＶＤのようなプロセス技術を含む既知の任意のＲＷＧバイオセンサ製造技術を用いて製造され得る。ガラスのマスタは、電子ビームリソグラフィを用いて製造されてもよい。必要な回折格子パターンは、ＵＶ硬化薄膜を用いたナノインプリントリソグラフィを使用して挿入物に直接転写されてもよい。代替的に、回折格子パターンは、薄いガラス基板上へのインプリントリソグラフィを用いてＵＶ硬化ポリマ内に複製されてもよい。このポリマレプリカ（複製物）は、スタンパと称される電気鋳造されたレプリカを製造するために使用され得る。これらのスタンパは、回折格子センサを有する挿入物の製造のために射出成形金型内に取り付けられる。デザインの変更には、電子ビームリソグラフィによって新しいガラスマスタを製造することが必要である。
【００４９】
図１３には、非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２の一例が、ｙ方向に振動しながらｘ方向に光点１３５を走査する走査経路２００とともに示されている。信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒが、走査方向にアラインメントされることに留意する。最小限の位置データが走査の間取得され、信号領域及び基準領域の前縁を識別するために使用されるパワーにおける大きな落ち込みが必要とされる。この例において、非反射領域１０２Ｄに関してＤ＝４００μｍに設定することは、低パワーの少なくとも２から３のピクセルが観測されることを保証する。このパワー落ち込みは、走査の間における信号回折格子領域１０２Ｓから基準回折格子領域１０２Ｒへの遷移を示す。
【００５０】
実施例において、幅ＷＳ、Ｄ及びＷＲは、走査後のデータ処理及び分析を単純化するために互いに整数の倍数である。
【００５１】
あるリーダシステム１００は、ＲＷＧバイオセンサ１０２の中心を下方に走査する。このようなシステムの入射光ビーム１３４Ｉの中心とマイクロプレート１７０の中心との間のアラインメント許容誤差の一例は、＋／−４００μｍである。このアラインメント許容誤差への貢献は、マイクロプレートに対する挿入アラインメント及び個々のコリメータアラインメントを含む。走査経路２００の全てが同一の長さをもつことを保証するために、ＲＷＧバイオセンサ１０２の中心８００μｍは、Ｘ方向において同一であるべきである。この一定であることは、信号回折格子領域１０２Ｓ及び基準回折格子領域１０２Ｒの外側角部を切り取る円形領域１７７の曲率半径を制限する。すべての走査経路２００が同一の長さであることを保証することは、ウェル間のアッセイの一貫性に寄与し、ウェル走査の各々に対する一貫したノイズ特性をもたらす。
【００５２】
１つの例において、基準回折格子領域１０２Ｒは、例えば、エアロゾルジェットデポジション（aerosol jet deposition）を用いてセンサ表面にポリマをプリントすることによって画定されてもよい。このポリマは、生化学的アッセイの間の生体分子の共有結合またはイオン結合を防止する。マイクロプレートの許容誤差の積み重ねの故に、図１４Ａに示されている従来のＲＷＧバイオセンサ１０２′は、２ｍｍ×２ｍｍのＲＷＧバイオセンサに関して少なくとも８５０μｍの幅ＷＲ（ｙ方向寸法）の基準回折格子領域を有する。エアロゾルジェットは、プリント経路３０２をたどり、長手方向にプリントし、短手方向にラスタリング（raster）され、例えば、基準回折格子領域１０２Ｒの各々に関して１６以下またはそれ以上の経路を含み得る。
【００５３】
図１４Ｂは、図１２Ａ及び図１２Ｂに関して上述された非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２の一例を示している。この図１４ＢのＲＷＧバイオセンサ１０２は、図１４Ａの従来のＲＷＧバイオセンサ１０２′に対して基準回折格子領域１０２Ｒが９０°回転している。この変更は、プリント経路３０２に亘るインクジェットプリント及びラスタリングに最適な方向を変化させる（例えば、５０μｍのワイドジェットを用いる）。従来のＲＷＧバイオセンサ１０２′と比べて基準回折格子領域１０２Ｒの幅ＷＲを減少させることで、基準回折格子領域のプリントのためのラスタリングの回数が半分に減らされ得る。このことは、例えば、製造サイクル時間の５０％の減少をもたらし得る。
【００５４】
ＲＷＧバイオセンサ１０２の全体がウェル１７５内にある場合の例においては、ＲＷＧバイオセンサが可能な限り小さいのが有利である。ＲＷＧバイオセンサ１０２のサイズが減少すると、ウェル１７５内のＲＷＧバイオセンサの位置に対するアラインメント許容誤差が増加する。このアラインメント許容誤差は、２つの別個の製造プロセスに通常は依存する。第１のプロセスは、ウェル内にＲＷＧバイオセンサを挿入するプロセスであり、このプロセスは、ウェルのエッジ１７５Ｅに対して、基準回折格子領域１０２Ｒ及び信号回折格子領域１０２Ｓを確実に配置しなければならない。第２のプロセスは、組み立てプロセスであり、この組み立てプロセスはウェル１７５内でＲＷＧバイオセンサ１０２をアラインメントすることを含む。これらのプロセスの両方が機械的なプロセスである故に、許容誤差の増加（またはＲＷＧバイオセンサのサイズの減少）は工程能力を向上させる。
【００５５】
光学リーダシステムのアッセイ応答は、ウェルの中央１７５Ｃで最も一貫している傾向がある。アッセイの液体取り扱いが完全に最適化されていない場合、ウェルに亘るアッセイ応答変動性も生じ得る。アッセイ変動性は、実際は全体として放射状であり、必要なステップの間における不適切な混合等の多数の要因によって引き起こされ得る。非平行であるかまたはキャリブレーションされていないピペット先端高さも、アッセイ成分の低い集中度に影響し得る。アッセイ液体の取り扱いミスは、細胞の分注（cell dispensing）、タンパク質固定化、または化合物追加ステップの間に発生し得る。結果として発生するウェル間の非一様性は、一般的に「ドーミング（doming）」と称される。この原因に対しては、ウェルの中心１７５Ｃがインタロゲーションされるのが有利であり得る。非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２は、この点に関して利点を有する。なぜならば、非共振領域１０２Ｄの中心がウェルの中心１７５Ｃと一致していないからである。
【００５６】
アッセイトラブルシューティングの間、実施例において、ウェルの中心１７５Ｃ、及びウェルのエッジ１７５Ｅまたはその近傍におけるアッセイ応答、並びにウェルの中心からウェルのエッジまでの連続部分に亘るアッセイ応答を観測することが有益である。非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２は、ウェルの中心１７５Ｃに中心が置かれている対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサデザインよりも、ウェルの中心１７５Ｃがさらに多くインタロゲーションされることを許容する。
【００５７】
将来の光学リーダは、現在使用されているよりも大きなセンサ面積を有するＲＷＧバイオセンサ１０２の利点を活用可能であるだろう。しかし、広いセンサ面積は、製造の容易さのためにセンサ領域を最小化する要求と競合し得る。基準回折格子領域１０２Ｒ及び信号回折格子領域１０２Ｓに対する丸められた角部１０２ＲＣ及び１０２ＳＣの各々追加（図１２Ｂ）は、図１２ＡのＲＷＧバイオセンサ１０２と比較して、所定の許容誤差に対してさらに大きいセンサ領域を許容する。実施例において、丸められた角部１０２ＲＣ及び１０２ＳＣの追加は、センサ面積の４％未満の減少をもたらすが、許容誤差を２６％増加させる。ＴＯＬ＝０．４μｍのアラインメント許容誤差が達成可能であるならば、センサ面積は、丸められた角部１０２ＲＣ及び１０２ＳＣが加えられる場合に１０％大きくなり得る。丸められた角部１０２ＲＣ及び１０２ＳＣが製造に関して問題を生ずる場合、これらは外接した円１７７の曲率に正確に一致させることに代えて、直線または他のタイプの曲線を用いて実質的な減少無しに近似される。
【００５８】
表１は、例示の非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサのデザインパラメータ及び対応するアラインメント許容誤差を示している。表１において、バイオセンサデザイン「１」は、図１２Ａの第１の例示の非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ構成に対応しており、バイオセンサデザイン「２」は、図１２Ｂの第２の例示の非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサに対応している。「センサ高さ」は寸法Ｌであり、「センサ幅」は寸法ＷＳであり、「基準及びギャップ幅」はＷＲ＋Ｄであり、センサ面積はＬ×（（ＷＲ＋Ｄ）＋ＷＳ）で与えられ、覆われているウェル面積の割合（％）は、センサ面積をウェル面積で割って１００を掛けたものである。ＴＯＬは、上述で規定されているアラインメント許容誤差である。
【００５９】
【表１】
2013509595.tif 000003
【００６０】
この２つの例示の非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサデザインは、例えば、９６−及び１５３６−ウェルマイクロプレートデザインを含む他のマイクロプレート形式に拡大されてもよい。表２は、９６−及び１５３６−ウェルマイクロプレート形式の両方に関して例示の非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンササイズを列挙している。「Ａ／２」という表記は、ハーフエリアマイクロプレートを表している。
【００６１】
【表２】
2013509595.tif 000004
【００６２】
図１５は、非対称分割回折格子ＲＷＧバイオセンサ１０２のバイオセンサデザイン１（曲線３５１）及びバイオセンサデザイン２（曲線３５２）の「覆われているウェル面積の割合(％)」対アラインメント許容誤差（ｍｍ）のプロット図である。所定の許容誤差要求に対して、バイオセンサデザイン２は、より大きいウェル面積カバー率％をもたらしている。所定のＲＷＧバイオセンサの面積要求に対して、バイオセンサデザイン２は、より大きいウェルアラインメント許容誤差をもたらしている。
【００６３】
当業者にとって、本明細書に記載されている本発明の好ましい実施例に対する様々な変更は、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の精神または本発明の範囲から逸脱することなく可能であることは明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内及びその均等の範囲内にある変形例及び変更例を含む。
【図１】
2013509595.tif 000005
【図２】
2013509595.tif 000006
【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７Ａ】
2013509595.tif 000011
【図７Ｂ】
2013509595.tif 000012
【図８Ａ】
2013509595.tif 000013
【図８Ｂ】
2013509595.tif 000014
【図８Ｃ】
2013509595.tif 000015
【図９】
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【図１０】
2013509595.tif 000017
【図１１】
2013509595.tif 000018
【図１２Ａ】
2013509595.tif 000019
【図１２Ｂ】
2013509595.tif 000020
【図１３】
2013509595.tif 000021
【図１４Ａ】
2013509595.tif 000022
【図１４Ｂ】
2013509595.tif 000023
【図１５】
2013509595.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月20日(2012.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的分解能限界を有する光学リーダシステムのマルチ回折格子共振導波路（ＲＷＧ）バイオセンサであって、
１または複数の信号回折格子領域と、
１または複数の基準回折格子領域と、
前記１または複数の信号回折格子領域を空間的に分離しており、前記１または複数の基準回折格子領域を空間的に分離しており、かつ前記１または複数の基準回折格子領域を前記１または複数の信号回折格子領域から空間的に分離している非共振領域と、を含み、
前記非共振領域が前記光学リーダシステムの空間的分解能限界よりも大きい最小幅を有していることを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサであって、前記１または複数の信号回折格子領域及び前記１または複数の基準回折格子領域が非対称分割回折格子構成を画定することを特徴とするマルチ回折格子ＲＷＧバイオセンサ。
【請求項３】
空間的分解能限界を有する光学リーダを用いて共振導波路（ＲＷＧ）バイオセンサの信号共振波長を測定する方法であって、
マイクロプレートのウェル内に、空間的に分離された信号回折格子領域及び基準回折格子領域、並びにそれらの間に配されておりかつ前記光学リーダの空間的分解能限界よりも大きい最小幅を有する非共振領域を有する前記ＲＷＧバイオセンサを動作可能に配置するステップと、
入射光ビームを前記基準回折格子領域に当てずに前記信号回折格子領域に照射して反射信号光を生成するステップと、
前記反射信号光をスペクトル分析して前記信号共振波長を得るステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
空間的分解能限界を有する光学リーダを用いて共振導波路（ＲＷＧ）バイオセンサの信号共振波長を測定する方法であって、
マイクロプレートのウェル内に、空間的に分離された信号回折格子領域及び基準回折格子領域、並びにそれらの間に配されておりかつ前記光学リーダの空間的分解能限界よりも大きい最小幅を有する非共振領域を有する前記ＲＷＧバイオセンサを動作可能に配置するステップと、
前記信号回折格子領域、前記基準回折格子領域及び前記非共振領域に同時に入射光を照射して反射光を生成するステップと、
前記信号回折格子領域からの反射信号成分、前記非共振領域からの暗成分、及び前記基準回折格子領域からの反射基準成分を前記反射光から得る取得ステップと、
前記反射信号成分をスペクトル分析して前記信号共振波長を得るステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記非共振領域内に回折格子を形成しない、
ユニタリ領域を有する回折格子を設け、その後に当該回折格子の一部を除去する、
前記非共振領域内に回折格子を形成するが、前記非共振領域に前記信号回折格子領域と実質的に同一の波長の共振反射をもたせるコーティングをしない、
回折格子を形成し、当該回折格子状に導波路コーティングをし、その後に前記波長コーティング状にマスキング層を設けて、当該回折格子からの共振反射を防止して非共振領域を画定する、及び
前記共振波長領域内に回折格子を形成し、その後に前記回折格子を除去する、
のいずれか１の作業によって前記非共振領域を形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2013509595.tif 000025
2013509595.tif 000026
2013509595.tif 000027