(57)【要約】本発明は、サブ波長アパーチャ又はスリット構造、つまりそのアパーチャ又はスリット構造を満たす媒体中の励起放射線の波長よりも短い最小寸法を有するアパーチャ又はスリット構造を用いた、たとえばバイオセンサ又は化学センサのような定性的又は定量的発光センサを供する。本発明はさらに、当該発光センサ内のアパーチャ又はスリット構造中に存在する1以上の発光物質によって発生する発光放射線を検出する方法を供する。
2008544276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起放射線源、検出器、相互に対向する第1面と第2面を有するセンサ、及び基板を有する発光センサシステムであって、
前記基板には、
最小寸法を有する少なくとも1のアパーチャ又はスリット、及び、
ある波長の励起放射線によって励起される前記少なくとも1のアパーチャ内の少なくとも1の発光物質、
が供され、
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットは媒質によって満たされ、
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法は、前記少なくとも1のアパーチャを満たす媒質中での励起放射線の波長よりも小さく、
前記励起放射線源は前記第1面に設けられ、かつ
前記検出器は前記第2面に設けられている、
発光センサシステム。
【請求項２】
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法が、前記媒質の回折限界未満である、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項３】
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法は、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットを満たす前記媒質中での励起放射線の波長の50%よりも短く、好適には前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットを満たす前記媒質中での励起放射線の波長の40%よりも短い、請求項2に記載の発光センサシステム。
【請求項４】
前記最小寸法が水の回折限界よりも短い、請求項2に記載の発光センサシステム。
【請求項５】
前記基板が少なくとも1の穴を有する、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項６】
前記少なくとも1の穴が傾斜側壁を有する、請求項5に記載の発光センサシステム。
【請求項７】
前記基板が少なくとも1のスリットを有する、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項８】
アパーチャ又はスリットのアレイを有する、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項９】
前記アパーチャ又はスリットのアレイが周期的アレイである、請求項8に記載の発光センサシステム。
【請求項１０】
少なくとも1のアパーチャ又はスリットが供される前記基板が他の基板上に設けられている、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１１】
前記他の基板が、励起放射線及び/又は発光放射線に対して透明である、請求項10に記載の発光センサシステム。
【請求項１２】
少なくとも1のアパーチャ又はスリットが供される前記基板が、第1つまり上部スラブと第2つまり下部スラブとの間に設けられている、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１３】
前記第1つまり上部スラブ及び/又は前記第2つまり下部スラブがパターニングされている、請求項12に記載の発光センサシステム。
【請求項１４】
前記検出器がCCD又はCMOS検出器である、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットが内面の壁を有し、
前記内面の壁上には、リガンドが固定される、
請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１６】
前記発光センサシステムが発光バイオセンサシステムである、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１７】
前記発光バイオセンサシステムが蛍光バイオセンサシステムである、請求項16に記載の発光センサシステム。
【請求項１８】
基板内に存在する、最小寸法を有しかつ媒質で満たされている少なくとも1のアパーチャ又はスリット内に発生する発光放射線を検出する方法であって：
前記の少なくとも1のアパーチャ又はスリット最小寸法よりも長い波長を有する励起放射線の手段によって少なくとも1の発光物質を、前記基板の第1面で励起する工程、及び
前記の少なくとも1の励起された発光物質からの発光放射線を、前記第1面に対向する前記基板の第2面で検出する工程、
を有する方法。
【請求項１９】
前記のアパーチャ又はスリットを満たす媒質中での前記励起放射線の波長が、前記の少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法の2倍よりも長い、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記励起放射線がTE偏光からなる、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットが内面の壁を有する方法であって、前記の少なくとも1のアパーチャ又はスリットの内面の壁にリガンドを固定する工程をさらに有する、請求項18に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばバイオセンサのような定性的又は定量的発光センサに関する。より詳細には本発明は、サブ波長アパーチャ又はスリット構造を用いた発光センサに関する。本発明はさらに、当該発光センサ内のアパーチャ又はスリット構造中に存在する1以上の発光物質によって発生する発光放射線の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサは、物理的性質又は物理的事象を測定するのに広く用いられている。センサは、その測定結果を、電気信号、光信号、又はデジタル信号として機能的に読み取ったものを、出力する。その信号は、他の装置によって情報に変換することのできるデータである。センサの具体例はバイオセンサである。バイオセンサは、たとえば以下に限定されるわけではないが、血液、血清、血漿、唾液のような流体中のタンパク質、ウイルス、バクテリア、細胞組織、細胞膜、胞子、DNA、RNAなどのようなターゲット分子の存在（つまり定性的）、又はその量（つまり定量的）を検出又は測定する装置である。ターゲット分子は、“検体”とも呼ばれる。ほとんどすべての場合において、バイオセンサは、検体を捕獲する特定の認識素子を有する表面を用いる。従ってセンサ表面は、流体中に存在するターゲット分子を結合するのに適した特定の分子を付着させることによって修飾されて良い。
【０００３】
特定の分子への検体の結合効率を最適にするには、面積を大きくし、かつ拡散長を短くすることが特に好ましい。従ってミクロンサイズ又はナノサイズの有孔性基板（膜）が、大面積と短時間の結合キネティックスを併せ持つバイオセンサ基板として提案されてきた。特に検体濃度が小さい（たとえば1nM未満又は1pM未満）ときには、拡散キネティックスの役割は、バイオセンサアッセイの全体的な性能において重要である。
【０００４】
結合した検体の量は蛍光によって検出することができる。この場合、検体自身が蛍光ラベルを有しても良いし、あるいはその代わりに、蛍光ラベルとして機能する第2認識元素をさらに加えても良い。
【０００５】
結合した検体の量の検出は、複数の因子によって妨害される恐れがある。そのような妨害因子はたとえば、発光物質の散乱又は退色、基板からのバックグラウンド蛍光、及び励起光の除去が不完全になることなどである。しかも結合ラベルと溶液中のラベルとの区別を可能にするには、未結合ラベルを除去する（複数の）洗浄工程を実行することが必要である。
【０００６】
特許文献1は、ゼロモード導波路、及びそれを通常の回折限界よりも短い実効観察体積に閉じこめるように使用することに関する。ゼロモード導波路は、コアを部分的又は全体的に取り囲むクラッドを有する。コアは、カットオフ周波数未満の周波数を有する電磁エネルギーが、ゼロモード導波路の長手方向に伝播するのを妨害するように備えられている。発光源は、励起放射線を、ゼロモード導波路内に存在するターゲット材料へ向かわせる。よって放出された放射線は、発光源が設けられているゼロモード導波路の面と同一面上に設けられた、発光の種類を特定するための検出器へ向かうように通過する。
【０００７】
励起放射線と、たとえば蛍光放射線のような発光放射線とを分離するには問題がある。なぜならこれらの種類の放射線は、同一の波長を有するからである。さらに放出された放射線の一部は失われる恐れがある。なぜならその放出された放射線はゼロモード導波路を通り抜けることができるので、検出器が設けられている導波路の面以外の面へ進むからである。
【特許文献１】米国特許出願公開第2003/0174992号明細書
【特許文献２】国際公開第2002/059583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】
【０００８】
本発明の目的は、たとえばバイオセンサのような定性的又は定量的発光センサの改善で、より詳細にはサブ波長アパーチャ又はスリット構造を用いた発光センサの改善、及び係る発光センサ内のアパーチャ又はスリット構造中に存在する1以上の発光物質によって発生する発光放射線の検出方法の提供である。
【０００９】
本発明の利点は、たとえばバイオセンサ又は化学センサのような発光センサに、良好な信号対バックグラウンド比が供されることである。本発明の他の利点は、励起放射線と、たとえば蛍光放射線のような発光放射線とを分離することができることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、本発明に従った方法及び装置によって実現される。
【００１１】
本発明の特定及び好適実施例は、「特許請求の範囲」の独立及び従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、請求項中で明確に言及されたものだけではなく、独立請求項の特徴、及び他の従属請求項と適切に組み合わせられて良い。
【００１２】
本発明の第1態様では、発光センサシステムが供される。発光センサシステムは、発光センサ、励起放射線源、及び検出器を有する。発光センサシステムは、最小寸法を有する少なくとも1のアパーチャ又はスリット、及び、ある波長の励起放射線によって励起される前記少なくとも1のアパーチャ内の少なくとも1の発光物質が供された基板を有する。前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットは、媒質によって満たされる。その媒質は液体又は気体であって良いが、検出されるべき少なくとも1の発光粒子を有する真空であっても良い。使用にあたっては、センサは、たとえば液体媒質のような媒質中に浸漬されて良い。あるいは、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットは、如何なる他の適切な方法によって媒質で満たされて良い。他の適切な方法とはたとえば、液体媒質であればマイクロピペットの手段であり、又は気体をセンサ全体に噴霧し、かつ前記少なくとも1のアパーチャ又はスリット内に気体を流し込むことである。前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法は、前記少なくとも1のアパーチャを満たす媒質中の励起放射線の波長よりも小さい。発光センサは第1面及び第2面を有する。その第1面と第2面とは、互いに対向している。本発明に従うと、励起放射線源は発光センサの第1面に設けられ、検出器は発光センサの第2面に設けられている。
【００１３】
本発明に従った発光センサは、励起放射線と発光放射線とを分離する能力を有する。さらに発光センサは、従来技術に係るセンサと比較して、良好な測定信号とバックグラウンド信号の分離を示す。従って、従来技術に係るセンサを用いることで知られるようになった、検出過程での洗浄工程を省略することができる。
【００１４】
本発明の実施例に従うと、アパーチャは、正方形、円形、楕円形、長方形、多角形…の形状を有して良い。しかもアパーチャは、2以上の大きさを有して良い。典型的にはアパーチャは、2又は3の大きさを有して良い。従って本発明の実施例に従うと、アパーチャの大きさについて言及されるときには、最小寸法について検討される。
【００１５】
本発明の実施例に従うと、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法は、前記少なくとも1のアパーチャを満たす媒質の回折限界未満であって良い。‘前記少なくとも1のアパーチャを満たす媒質’は、侵浸流体である。その侵浸流体は、センサが浸漬される液体又は気体であって良い。前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法は、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットを満たす媒質中の励起放射線の波長の50%よりも短くて良く、好適には前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットを満たす媒質中の励起放射線の波長の40%よりも短い。
【００１６】
本発明の特定実施例では、侵浸流体は水であって良い。前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法は、励起波長での水の回折限界よりも短くて良い。回折限界は、励起波長又は周波数及び周辺媒質の屈折率の関数である。
【００１７】
本発明に従った実施例では、基板は、少なくとも1の穴を有して良い。特定実施例では、前記少なくとも1の穴は傾斜した側壁を有して良い。
【００１８】
他の実施例では、基板は少なくとも1のスリットを有して良い。
【００１９】
本発明に実施例に従うと、基板は、アパーチャ又はスリットのアレイを有して良い。そのアレイは、アパーチャ又はスリットの周期アレイであって良い。つまりアパーチャ又はスリットは、1次元又は2次元において等間隔に設けられて良い。
【００２０】
本発明に従った実施例では、少なくとも1のアパーチャ又はスリットが供される基板は、他の基板上に設けられて良い。他の基板は、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットが供されている基板を支持して良い。これにより、機械的強度を改善することができる。他の基板は、励起放射線及び/又は発光放射線に対して透明であって良い。
【００２１】
本発明に従った実施例では、少なくとも1のアパーチャ又はスリットが供される基板は、第1つまり上側スラブと第2つまり下側スラブとの間に設けられて良い。実施例によっては、第1つまり上側スラブと第2つまり下側スラブはパターニングされて良い。
【００２２】
本発明の実施例に従うと、放射線検出器は、たとえばCCD又はCMOS検出器であって良い。
【００２３】
本発明に従った実施例では、発光センサはたとえば、発光バイオセンサ又は発行化学センサであって良い。
【００２４】
本発明に従った実施例では、アパーチャは、発光信号が小さな空間角(spatial  angle)に集中する検出器へ、発光放射線が向かうように備えられて良い。このことはたとえば、アパーチャが三角形の形状を有するときに当てはまるだろう。
【００２５】
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットは、内面の壁を有して良い。本発明の実施例に従うと、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの内面の壁は表面に固定されたリガンドを有して良く、そのリガンドは、検体とも呼ばれる関心対象である1以上のターゲットを認識できる。これにより、たとえばバイオセンサ又は化学センサのようなセンサの選択性が改善される。2以上の検体が検出されなければならないような場合では、センサは、様々なリガンドのアレイを有して良い。適切なリガンドの例には、タンパク質、抗体、アプタマー、ペプチド、オリゴヌクレオチド、糖類、レクチンなどがある。リガンドは、適切な表面化学の性質を利用することによって、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの内面の壁に固定されて良い。表面の化学的性質の選択はもっぱら、内面の壁の化学組成に依存する。
【００２６】
本発明の第2態様では、基板内の少なくとも1のアパーチャ又はスリット中に存在する少なくとも1の発光物質によって発生する発光放射線を検出する方法が供される。前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットは、最小寸法を有し、かつたとえば液体又は気体のような媒質で満たされている。当該方法は：
アパーチャ又はスリットを満たす媒質中である波長を有する励起放射線の手段によって、基板の第1面で少なくとも1の発光物質を励起する工程；及び
前記基板の第1面に対向する第2面で前記の励起された少なくとも1の発光物質からの発光放射線を検出する工程；
を有する。
【００２７】
アパーチャ又はスリットを満たす媒質中での励起放射線の波長は、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法の2倍よりも長くて良い。
【００２８】
基板が少なくとも1のスリットを有して良い本発明の実施例に従うと、励起放射線は、たとえばTE偏光（たとえばスリットの長さ方向の電場）のような偏光で構成されて良い。しかし他の実施例では、偏光はまた、TM偏光であって良い。この場合、放出された発光を回収するのが容易になるだろう。たとえば円形のアパーチャにとっては、偏光の種類は関係ない。長方形のアパーチャにとっては、偏光は関係あると考えられる。その理由は、偏光は、エバネッセント場の減衰長に影響を及ぼしうるからである。
【００２９】
本発明の実施例に従うと、本発明に従った方法は、少なくとも1のアパーチャ又はスリットの内面の壁にリガンドを固定する工程をさらに有して良い。これはたとえば、適切な表面の化学的性質によって行われて良い。表面の化学的性質は、内面の壁の化学組成にもっぱら依存する。
【００３０】
本発明に従うと、偏光フィルタが、励起波長の抑制を改善するのにさらに用いられて良い。あるいはその代わりに、他の種類のフィルタが用いられても良い。他の種類のフィルタとはたとえば、励起光を遮断（又は一部の遮断、つまり減衰）し、又は励起光の方向を変化させ（二色性ビームスプリッタのように）ながらも、蛍光にはほとんど影響を与えない波長フィルタである。
【００３１】
本発明のこれら及び他の特性、特徴、並びに利点は、例示によって本発明の原理を説明する添付の図と共に以降の詳細な説明から明らかになる。この説明は、例示のみを目的としており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。以降で引用されている参照番号は、添付図を参照のこと。
【００３２】
各異なる図において、同一参照番号は、同一又は類似の素子を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明は、特定の図を参照しながら、特定実施例について説明される。しかし本発明はそれには限定されず、「特許請求の範囲」の請求項にのみ限定される。
【００３４】
さらに、明細書及び特許請求の範囲に記載されている第1、第2、第3等の語は、同様の構成要素を区別するために用いられており、必ずしも生起順序又は時系列順序を表すものではない。よって用いられているそれらの語は適切な状況下では同義であり、本明細書で説明されている本発明は、説明すなわち例示されている順序以外の順序での動作が可能であることに留意すべきである。
【００３５】
しかも、明細書及び特許請求の範囲に記載されている上部、下部、上、下等の語は、説明目的で使用されており、必ずしも相対的位置を表すものではない。よって用いられているそれらの語は適切な状況下では同義であり、本明細書で説明されている本発明は、説明すなわち例示されている順序以外の順序での動作が可能であることに留意すべきである。
【００３６】
本発明は、定性的又は定量的センサシステム、より詳細には発光センサシステム、を供する。発光センサシステムは、たとえばバイオセンサシステム又は発光化学センサシステムであって良い。発光センサシステムは良好な信号対バックグラウンド比を示す。以降では本発明は主として発光バイオセンサシステムを参照しながら説明される。しかしこれは単なる説明の便を目的としたものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００３７】
本発明の実施例に従った発光センサシステムは、励起放射線と、たとえば蛍光放射線のような発光放射線との分離を可能にする。
【００３８】
本発明は、流体中に浸漬されたセンサ、励起放射線源、及び検出器を有するセンサシステムについて説明される。しかしこのことは本発明を限定するものではない。本発明に従ったセンサは、媒質で満たされる少なくとも1のアパーチャ又はスリットを有する。センサは、媒質中に浸漬される必要はない。媒質はまた、たとえばセンサ上に噴霧され、かつその少なくとも1のアパーチャ又はスリットに流し込まれても良い。
【００３９】
本発明に従った発光センサは基板を有し、その基板には、穴、ギャップ、又は、たとえば少なくとも1のスリットのような如何なる他の種類の開口部が供される。本発明に従うと、その少なくとも1のアパーチャは、たとえば正方形、円形、楕円形、長方形、多角形…のような如何なる適切な形状を有しても良い。しかもアパーチャは、2又は3の大きさを有して良い。従って発明の詳細な説明においてアパーチャの大きさについて言及するときには、最小寸法について検討される。基板内のアパーチャ又はスリットは、エバネッセント励起と共に用いられることが好ましいと考えられる。発光放射線は、溶液中又は基板上で得られて良い。本発明に従ってアパーチャ又はスリット構造を利用することで、励起放射線と発光放射線とを分離するフィルタに不要にすることができる。それに加えて、同一のアパーチャ又はスリット構造は、様々なすなわち他種類の励起波長での利用に適している。しかし様々な波長ということは、エバネッセント場の減衰定数も様々であることを意味する。ある所与の幅について、波長を減少させることによって、センサが浸漬する又はアパーチャ若しくはスリットを満たす流体中での波長の回折限界よりも、アパーチャ又はスリットが長くなる地点が生じる。このことは、アパーチャ又はスリットの幅が全ての波長に対して適するように選ばれる必要があることを意味する。またこのことは、可能な波長範囲がわずかに制限される可能性があることをも意味する。
【００４０】
最初に、アパーチャ又はスリット構造上で反射するエバネッセント場の動作原理について説明し、エバネッセント励起についてより詳細に論じる。しかし本発明はエバネッセント励起に限定されないことに留意して欲しい。エバネッセント場の動作原理を説明する際には、本発明に従って用いることによって、たとえば蛍光プローブのような発光物質を励起することができるエバネッセント場について説明するため、複数の有限要素法によるシミュレーションが行われる。
【００４１】
以降の議論では、発光放射線の検出は透過モードで行われる。このことは、センサがそのセンサの第1面に存在する励起放射線源からの励起放射線によって照射され、かつ発光放射線は、第1面に対向する第2面に存在する検出器によって検出される、ことを意味する。
【００４２】
図1-3を参照すると、スリット構造11を有する基板10、つまり有孔性基板10を参照しながら論じることにする。しかし本発明は、これに限定されるわけではなく、たとえば基板10内に形成される穴、ギャップ、又は他の開口部の場合でも利用可能であることに留意して欲しい。図1及び図3は、スリット構造11を有する基板10についての有限要素法シミュレーションの強度分布を図示している。基板10は、たとえばAu基板のような金属基板、又はたとえばシリコン基板のような半導体基板である。基板材料についての主要な要件は、励起放射線に対して透明であること、つまりアパーチャ間の材料が励起放射線に対して透明であることである。有限要素法シミュレーションは、FEMLABによって行われる。FEMLABは、偏微分方程式(PDEs)に基づいて、単一及び複数の結合した現象をモデル化する双方向ソフトウエアであり、コムソールグループから販売されている。
【００４３】
スリット11でのTE偏光についてのシミュレーションが2Dで実行された。なお偏光は、特に言及がなければTE偏光である。しかしこれらのシミュレーションを行って得られた結果は、たとえばピンホールのような3Dアパーチャについても有効である。なぜなら偏光が対称性に無関係だからである。
【００４４】
図1に図示されている第1シミュレーションでは、基板10として厚さ300nmのAu層（屈折率n=0.038361519-j*5.074565）内に形成される、幅wが200nmで各々の深さdが300nmのスリット11のアレイが図示されている。そのスリット11のアレイは、スリット11の内部でエバネッセント場を観測するため、波長λが700nmの平面波と共に図示されている。図を簡単にするため、図1ではスリット11のアレイのうち1のスリット11のみが図示されている。これは本発明を限定するものではない。スリット11のアレイは、スリット11の周期的アレイであって良い。つまりアレイ内で、隣接するスリット11間の距離は等しい。しかしこのことは必要なことではなく、隣接スリット間の距離はそれぞれ異なっていても良い。与えられた例では、スリット11のアレイは、基板10内の隣接スリット11の中心間距離が2.5μmの周期的アレイである。スリット11を有する有孔性基板10は、たとえば水又は空気のような侵浸流体中に浸漬される。この例では、TE偏光について検討する。
【００４５】
図1から明らかなように、シミュレーション結果から、スリット構造11の大きさが入射放射線の波長の半分未満であるときには、スリット構造11はほとんど光を透過しないことが分かる。一般的には、放射線がアパーチャ又はスリット11に入らないようにするには、回折限界よりも低い空間周波数を有するエバネッセントが必要となる。このことは、アパーチャ又はスリット11を満たす媒質、たとえばセンサが浸漬されている媒質の所与の屈折率n及び所与の波長λでは、そのアパーチャ又はスリット構造11の最小寸法はλ/(2*n)よりも短くなければならない。よって侵浸流体12中での回折限界よりも短い幅を有するアパーチャ又はスリット構造11が用いられる場合、エバネッセント場は、そのアパーチャ又はスリット構造11へ入り込む。たとえばアパーチャ又はスリット構造が水に浸漬されている場合には、その幅は、水についての回折限界である270nmよりも短い（700nmの励起波長において）。図2は、光がスリット11を介して（図1の参照番号13で示される線に沿って）進むときのその光の強度分布を図示している。
【００４６】
図2では、図1に図示されている、スリット11の入射口14と射出口15との間でのエバネッセント場が見られる。光が、図1の参照番号13で示される線に沿って光がスリット11を介して進行するとき、その強度は、〜180nmの範囲内で1/e2倍に減少する。たとえばスリット11のすぐ後方では、強度は、入射位置14での強度の3.1%にまで減少する。その一方で、スリット11の1μm後方では、強度は、入射位置14での強度の0.3%にまで減少する。エバネッセント場の形状は、スリット11の幅w及び深さdを、より一般的にはアパーチャ11の幅w及び深さdを変化させることによって調節可能であることに留意して欲しい。
【００４７】
センサの結合能力を最適にするには（つまり表面積を最大にするには）、深さdは大きく、かつピッチは狭いことが好ましい。ピッチが狭いとは、アパーチャ又はスリット11間の距離が小さいことである。ピッチの狭さはフィルタの気孔率を決定する。一例として、200nmの正方形、深さ300nmの穴、及び50%のフィルタ気孔率の場合について検討されて良い。この場合は、1のアパーチャ11につき、4*200*150=120000nm2の実効表面積を与える。強度はアパーチャ11内部で急速に減少する。従って0.5*300=150nmの深さが検討される。また実効深さの指標として、（入射強度に対して）1/e2倍の強度がとられても良い。その場合の実効深さは180nmである。1のアパーチャ11につき、フィルタの入射ファセットでは、平坦領域は、200nm*200nm=40000nm2である。フィルタの気孔率が50%であることを考慮すると、上の平坦領域に相当する平坦領域は80000nm2であることが分かるだろう。このことから、及び4*200nm=800nmの外周、及び150nmの実効深さにより、1の穴11につき800nm*150nm=120000nm2の面積が実現可能である。これは、120000nm2/80000nm2=1.5倍ずつ実効面積を増加させている。アパーチャ又はスリット11の直径を最適化させることによって、エバネッセント場の形状、つまりアパーチャ又はスリット11の進行する深さを調節することが可能で、かつ実効表面積は、変化及び/又は最適化されて良い。
【００４８】
たとえば蛍光プローブのような発光物質を励起させるのにエバネッセント場を用いる結果、小さな励起体積が、アパーチャ又はスリット11の位置周辺に局在する。小さな励起体積とは、実際には、アパーチャ又はスリット11は、励起放射線を、そのアパーチャ又はスリット11の位置周辺に局在する小さな体積にしか透過させない、ことを意味する。このことは、発光放射線を局在したプローブとして、及びアパーチャ又はスリット11の後方で発生する発光放射線と、アパーチャ又はスリット11の内部で発生する発光放射線との比を最小にするのに利用することができる。発光放射線は、たとえば蛍光放射線であって良い。
【００４９】
第2シミュレーションでは、ガウシアンビームも、図1に図示されているスリット11を照射するのに用いることができることを示すため、第1シミュレーションと厳密に同一のパラメータを用いて計算が行われた。しかしここでは、0.5μmのウエイスト、つまり1/e振幅に対応する最大からの距離、を有するガウシアンビームが用いられている。計算結果が図3及び図4に図示されている。
【００５０】
第1シミュレーションと第2シミュレーションとを比較するため、図5は、図2及び図4で与えられた強度プロファイルを図示している。その強度プロファイルは、スリット11の入射位置での強度で規格化されている。図5から、スリット11の入射部14後方のエバネッセント波は、平面波（シミュレーション1）とガウシアンビーム（シミュレーション2）でほとんど同一であることが分かる。高い励起出力を有することが好ましいことを考慮すると、ガウシアンビーム又は別な形状を有する集光スポットによる励起が好ましいと考えられる。集光スポットがほとんど同一形状のエバネッセント場を与えるということはまた、その方法が入射光の角度及び形状に非常に敏感というわけではないことをも示唆している。
【００５１】
第3シミュレーションでは、アパーチャ又はスリット11の幅wがアパーチャ又はスリット11後方の光強度へ及ぼす影響が図示されている。この第3シミュレーションは、アパーチャとしてスリット11を用いて論じられている。このシミュレーションでは、波長700nmの光が用いられ、スリット11の深さは300nmである。図6は、幅wが、0.1μm（曲線16）、0.2μm（曲線17）、0.26μm（曲線18）、0.3μm（曲線19）、0.4μm（曲線20）、及び1.0μm（曲線21）のスリット11についての規格化強度曲線を図示している。このシミュレーションから、スリット11の幅が広くなる（アパーチャ又はスリット11の幅wが増大する）ことで、光はスリット11へより深く進行し、かつスリット11後方(y>0.3μm)での強度が増大する、つまりスリット11の出力すなわち射出部15での強度が小さくなればなるほど、スリット11後方での強度は小さくなる、と結論づけることができる。侵浸流体12中での回折限界よりも十分に短い幅wでは、スリット11内部での強度は、スリット11の入射部後方(y>0μm)で指数関数的に減少する。侵浸流体12中での回折限界よりも十分に短い幅とは、図示されたシミュレーションにおける曲線16、17、及び18である。なぜなら与えられた図では、この侵浸流体は、回折限界が約270nmの水だからである。よって、スリット11後方で、又は一般的にはアパーチャ又はスリット11後方で十分に小さな励起強度を得るには、これらのアパーチャ又はスリット11は、侵浸流体12中での回折限界よりも短い幅w、一般的には最小寸法、を有しなければならない。
【００５２】
図示されているように、様々な幅w、つまりw=0.2μm、0.26μm、及び1μm、を有するアパーチャ、より具体的には穴11の強度分布が、それぞれ図7、図8、及び図9に図示されている。
【００５３】
たとえば蛍光プローブのような発光物質のエバネッセント励起に加えて、アパーチャ又はスリット11は、発生した蛍光を検出器へ導き、かつアパーチャ又はスリット11から離れた位置から発生する発光の透過を大幅に減少させる機能をも有する。図10は、励起光が底部から放出される場合における、アパーチャ又はスリット11の存在した状態での発光物質から放出される放射線の2D計算に用いられる配置である。その計算において、たとえば蛍光プローブのような発光物質は、（その計算時での）点源PT1で表される。その計算に用いられる波長は700nmで、TE偏光が用いられた。
【００５４】
図11は、幅200nmのピンホール11の射出側15に位置する、PT1で表された蛍光プローブによって発生する放射線パターンの具体例を図示している。図は、紙面にほぼ垂直な方向である電場の実部を図示している。電場の実部は、平面波と同様に、正から負へ変化する。図で表されているスケールは、大きな負の値（矢印22で示されている）から大きな正の値（矢印23で示されている）までである。蛍光プローブPT1は、穴11の下の放射線源によって励起される。図から、放射線が、穴11の面に垂直な方向に集中しているのが分かる。ただしその放射線はTE偏光であると仮定する。これにより、発光を集めるための低開口数(NA)の光学系の利用が可能となる。与えられた例では、発光とは、蛍光放出である。図の上部を介する全出力流は96.6%で、それに対して下方へ向かうのは3.4%である。このことは、蛍光プローブPT1によって下方で放出される光のほとんど全てが上へ向かうことを示唆している。このことから、蛍光出力は、1.93倍(96.6%/0.5)改善されることが分かった。
【００５５】
図12も同様の計算だが、（パターニングされた）スリット11が存在しない自由空間での計算結果を図示している。予想通りこの場合では、励起される蛍光プローブPT1によって発生する出力の50%が上へ流れ、50%が下へ流れる。
【００５６】
実際には、アパーチャ又はスリット11に位置する、たとえば蛍光プローブのような発光物質だけが発光するのではなく、アパーチャ又はスリット11の外部及び励起ビーム内部での、たとえば蛍光プローブのような発光物質も発光する。この段落では、アパーチャ又はスリット11の外部で発生する、たとえば蛍光のような発光の影響を見積もる。図13は、バックグラウンドの蛍光プローブPT1、つまり穴11の励起側に位置し、スリット11から1μm離れた蛍光プローブPT1の具体例に係る強度分布を図示している。そのシミュレーションは、蛍光出力のわずか0.285%しか穴11を通過して検出側へ透過しなかったことで、穴11によって大きく抑制されていることを示している。これは、穴11の入射部14に位置する蛍光プローブPT1の場合よりも1桁よりさらに小さい。これは、スリット11後方の蛍光出力が、スリット11が存在しない場合と比較して0.5/0.00285=175倍抑制されていることに対応する。同様に図14は、穴11から2μm離れて位置する蛍光プローブPT1の強度分布を図示している。この場合、わずか0.149%の蛍光出力が穴11を透過する。これは、スリット11が存在しない場合と比較して0.5/0.00149=336倍抑制されていることに対応する。図13と図14のいずれにおいても、蛍光は検出側へは大きく超えないことが分かった。
【００５７】
上述の有限要素法シミュレーションから、全般的に以下のように結論づけることができる。
1.幅w又は侵浸流体12の回折限界よりも短い最小寸法を有する、アパーチャ若しくはスリット11又はアパーチャ若しくはスリット11アレイを照射した結果、回折限界の大きさ未満でも存在する、小さな励起体積がアパーチャ又はスリット11に直接隣接するように制限される。
2.アパーチャ又はスリット11は、そのアパーチャ又はスリット11のすぐ隣又は内部で発生する、たとえば蛍光放射線のような発光放射線をほとんどわずかしか透過しない。アパーチャ又はスリット11から離れた、たとえば典型的には、蛍光放射線のような発光物質による放射線の抑圧は、2桁よりも良好である。
3.アパーチャ又はスリット11は、たとえば蛍光のような発光を、そのアパーチャ又はスリット11面に垂直な方向に集中させる。
【００５８】
次に、小さなアパーチャ又はスリット11を通って進む波の発光放射線の透過は大きく抑制される、つまりそのアパーチャ又はスリット11の大きさの20%未満の波長では、発光放射線の透過が、大きく抑制されることを示す。深いアパーチャ又はスリット11が光の透過に及ぼす影響を調べるため、図15に図示されているような、細孔すなわちアパーチャ11を有する厚さ100μmのシリコンホイルが用いられる。ピンホール-ホイルの光の透過率が測定され、その結果が図16に図示されている。この図から、長波長、つまり350nmよりも長い波長では、光の透過率は低い（〜0.5%、Al層について予想された通りの値）が、300nm未満のUV波長では、200nmで光の透過率は4.5%まで増大する。閉じられたAl層、つまりアパーチャ又はスリット11を有していない層は、UV放射線を透過させない。これらの結果は、かなり大きな穴（〜1.5μm）での結果であることに留意すべきである。小さな穴では、最小の透過率は、ここで測定された値よりも小さくなる。
【００５９】
以降では本発明の実施例について説明する。
【００６０】
本発明の第1実施例では、たとえばバイオセンサのようなセンサが供される。そのセンサは、アパーチャ11が供されたウエハ基板10を有する。この実施例では、アパーチャ11は穴11であって良い。従ってウエハ基板10は有孔性基板10を形成する。“基板”という語は、下地材料、又は、素子、回路、若しくはエピタキシャル層を上に形成することのできる材料であって、その少なくとも一部は励起光に対して透明でない材料を含んで良い。他の代替実施例では、この“基板”は、たとえばドーピングされたシリコン、ガリウムヒ素(GaAs)、ガリウムヒ素燐(GaAsP)、インジウム燐(InP)、ゲルマニウム(Ge)、又はシリコンゲルマニウム(SiGe)基板を有して良い。その“基板”は、たとえば半導体基板部分に加えて、SiO2又はSi3N4層のような絶縁層を有して良い。よって基板という語は、シリコン・オン・ガラス、シリコン・オン・サファイア基板をも含む。よって“基板”という語は一般的に、関心層又は関心部分の下に存在する層の元素を定義するのに用いられる。また“基板”は、たとえばガラス、プラスチック、又は金属層が上に形成される如何なるベースであって良い。主な制約は、アパーチャ11に隣接する基板10の材料は、励起光を透過しない、つまり励起光を大きく減衰することである。このことは、アパーチャ11が延びる積層体の少なくとも一部が、励起光を透過してはならないことを意味する。
【００６１】
基板10内の穴11は、励起放射線の波長よりも短い大きさを有して良い。その大きさは、エバネッセント波励起を有するようにするため、アパーチャ11を満たす媒質（侵浸流体12）での励起放射線波長の50%未満であることが好ましい。またその大きさは、アパーチャ11を満たす媒質中での波長の40%未満であることがより好ましい。これはまた、穴11がサブ波長サイズを有して良いという事実を表すものである。基板10は、穴11のアレイを有して良い。穴11のアレイは穴11の周期的アレイであって良い。つまり隣接する穴11間の距離は、同一であって良い。しかしこれは必ずしも必要というわけではない。隣接する穴11間の距離は、周期的アレイが形成されないようにそれぞれ異なっていても良い。
【００６２】
使用時においては、穴構造11を有する有孔性基板10は、侵浸媒質12に浸漬されて良い。侵浸媒質12は、たとえば水のような液体、又は空気のような気体であって良い。その液体又は気体は、センサによって検知又は検出される、たとえばビーズ/分子又はラベルされたターゲット分子のような物質を有して良い。
【００６３】
以降の記載では、穴及び穴構造の語は、同一物、つまりウエハ基板10内に形成されたアパーチャ11、を表すものとして互いに用いられる。この第1実施例に従うと、穴11は、傾斜側壁24を有して良い。しかしこのことは本発明を限定するものではない。穴11は他の形状を有しても良い。図17から分かるように、発光物質25は穴11内部に、たとえば1の穴11につき1の発光物質25が存在する。発光物質25はこの実施例ではたとえば蛍光プローブ25であって良い。本発明のさらに他の実施例は、蛍光プローブ25及び蛍光によって説明されている。しかしこれは単なる例示であって、本発明を限定するものではないことに留意して欲しい。本発明は、他すべての種類の発光物質25及び発光にも適用される。
【００６４】
基板10内に形成される穴構造11は、励起光（矢印26によって表される）によって上から照射される。本発明によると、基板10内の穴11はサブ波長サイズを有して良い。つまりサブ波長サイズとは、センサが浸漬する、又はアパーチャ又はスリットが満たされる侵浸流体12の回折限界未満であることが好ましい。液体又は気体である侵浸流体12の回折限界未満にするため、アパーチャ11は、そのアパーチャ11を満たす媒質内部での波長の半分未満の長さを有しなければならない。つまり<λ/(2*n)である。ここでnは、アパーチャ11を満たす媒質の屈折率で、λは真空中での波長である。
【００６５】
すでに上述したように、エバネッセント波、つまり伝播しない波を有するようにするため、穴11が回折限界未満の大きさを有する場合、より一般的には、アパーチャ11の最小寸法が穴11を満たす媒質中での励起光26の波長の半分未満である場合には、励起光26は穴11を介して伝播することができない。従って穴構造11の入射部14では、穴の大きさが小さいため、励起光26は反射される。よってエバネッセント場が穴11の内部に発生し、かつ反射される。それにより、エバネッセント場は穴11の内部及び後方に存在し続ける。穴11、つまりこのエバネッセント場のどこかに存在する蛍光プローブ25は、励起され、かつ蛍光放射線（矢印27によって表される）を放出する。この蛍光放射線27はほとんど穴11を通過することができないので、ほとんど全ての蛍光放射線27は下方に放出され、蛍光信号を測定する検出ユニット（図示されていない）へ送られる。蛍光放射線強度、より一般的には発光放射線の検出は、如何なる適当な検出器によって行われても良い。適当な検出器とはたとえば、電荷結合素子(CCD)又は相補的金属酸化物半導体(CMOS)検出器である。あるいはその代わりに、小さな画像しか得られない走査手法が用いられても良い。光は、最適の信号対雑音比を得ることができるような期間、フォトダイオード上に集められる。これは、センサ感度を実質的に向上させることができる。
【００６６】
上方へ向かう蛍光放射線、つまり励起蛍光プローブ25によって発生する放射線であって通常は検出ユニットに到達しない蛍光放射線27は、上述のように光をほとんど透過しない穴構造11に衝突することに留意して欲しい。その結果、上方へ向かう蛍光放射線27は反射される。大雑把には、反射された結果、検出ユニットへ向かう全蛍光出力は2倍に増大し、かつ検出ユニットへ向けて下方へ進む。穴11の傾斜側壁24により、蛍光放射線27は、傾斜しない側壁24の場合よりもはるかに小さな空間角に集中する。このことは、検出器の所与の許容角（つまり空間角）及び検出器上で蛍光を結像するのに用いられる光学系（開口数）を有する光学系に集められることを意味する。よってバイオセンサの感度を、特許文献2に記載されている検出器に基づく結果と比較して、約10倍向上させる。あるいはその代わりに、低出力許容角の検出器及び/又は低開口数(NA)の光学系が用いられても良い。図18は、これがどのように機能するのかを示している。この図では、参照番号28で表された矢印は、蛍光プローブ25によって放出された蛍光を表す。図から分かるように、蛍光28は全方向に放出される。検出器へ向かう方向とは反対の方向、与えられた実施例では上方向、へ導かれる蛍光28は、三角形の側壁24で反射されて、検出器へ向かう方向へ再度導かれる。検出器へ導かれる全蛍光は、矢印27によって表される。
【００６７】
さらに穴構造11の上に存在する、つまり励起光26内であって穴11内部にはない、蛍光プローブ25は、励起光26によっても励起される。しかしこれらの蛍光プローブ25によって発生する蛍光27は、穴11を通過できないので、検出されない。よって穴構造11の上で発生する蛍光27は如何なるものもバックグラウンド信号にはほとんど寄与しない。典型的には、穴11から離れた位置に存在する蛍光プローブ25からの放射線は、2桁よりさらに抑制される。
【００６８】
利点は、励起ビーム26が集光されなくても良いこと、つまりそのエバネッセント場は穴又はスリット構造11内部に到達すること、及び、多重スポット励起を実現するのに特殊な方法を採る必要がないこと、である。多重スポット励起とは、アパーチャ又はスリット構造11が、1以上の励起スポット、たとえば励起スポットのアレイ、で照射されることを意味する。たとえばスポット位置は、穴11の位置と一致して良い。その結果、穴/スポット内での励起強度がより効率的に増大する。三角形、つまり図17から分かるように傾斜側壁24を有する穴又はアパーチャ11、が存在することで、より大きな蛍光27の出力が所与の空間角内に集中するように、光線は再度導かれる。その結果、収集光学系の所与の開口数及び検出器の許容角での収集される出力量が増大する。
【００６９】
この第1実施例によると、励起波長未満の幅又は最小寸法を有する（複数の）穴11（のアレイ）を照射する結果、励起体積は回折限界未満となる。ここで励起波長未満とは、たとえば穴又はアパーチャ11を満たす媒質での励起放射線波長の50%未満であることが好ましく、穴又はアパーチャ11を満たす媒質中での波長の40%未満であることがより好ましい。
1.  このことは、回折限界未満の幅又は最小寸法を有し、かつTE偏光によって照射されるスリット11のアレイについては、スリット11の面に垂直な方向及びスリット11の深さ方向において、スリット内部及び後方での励起体積は、たとえばスリット11を満たす媒質中での波長の半分であるような回折限界未満の大きさを有する、つまり2Dエバネッセント体積である、ことを意味する。TM偏光での照射については、このことは当てはまらず、スリット11のアレイは励起光をほとんど通す。
2.回折限界未満の大きさを有するアパーチャ11のアレイについては、スリット内部及び後方での励起体積は、全方向において回折限界未満の大きさを有する。つまり3Dエバネッセント体積である。
【００７０】
有孔性基板10の厚さは、エバネッセント場の侵入深さのオーダーである必要はない。しかし有孔性シリコン10が厚ければ厚いほど、穴11のアレイが透過する出力は小さくなる。第2基板が穴構造11上にマウントされても良いし、又は逆に有孔性基板11が既存の基板に付加されても良い。これにより、基板10の機械的安定性が変化すると考えられる。この方法の要件は、第2基板が、励起又は発光波長のうちの少なくとも1に対して透明であることである。これは、本発明の第2実施例の箇所で説明する。
【実施例１】
【００７１】
本発明の第2実施例が図19に図示されている。第1基板10には、サブ波長の大きさを有する穴11が供される。つまりサブ波長とは、アパーチャ又はスリット11を満たす媒質中での励起放射線の波長未満の大きさ、たとえば穴又はアパーチャ11を満たす媒質での励起放射線波長の50%未満で、好適には穴又はアパーチャ11を満たす媒質中での波長の40%未満である大きさである。従って基板10は有孔性基板10を形成する。図19に図示された例では、有孔性基板10は第2基板29上にマウントされている。しかしこれは単なる一例であって、本発明を限定するものではないことに留意して欲しい。第2基板29は、有孔性基板10の上にマウントされても良い。
【００７２】
第2基板29が有孔性基板10と検出器30との間に設けられている場合、第2基板29は発光波長に対して透明でなければならない。他の実施例において、第2基板29が有孔性基板10と励起光源との間に設けられている場合、第2基板29は、励起波長に対して透明でなければならない。可視光範囲の励起波長では、第2基板29は、たとえば石英、フッ化カルシウム、ボロンシリケート等のガラス様材料を有して良い。
【００７３】
図19から分かるように、図示された実施例では、矢印26で表される励起光は、上から有孔性基板10を照射する。穴11の入射部21aでは、穴11の小さな幅すなわち最小寸法が、アパーチャ又はスリット11を満たす媒質の回折限界未満であるため、励起光26は反射される。よってエバネッセント場が穴11内部に発生する。穴11内に存在する発光物質は励起され、かつ蛍光放射線27を放出する。この実施例においては、発光物質は蛍光プローブ25であって良い。有孔性基板10の厚さが十分に厚い、つまりエバネッセント場の減衰長よりもある程度長い場合、この蛍光放射線27は穴11を通過することができないため、実際には穴11の射出側15、与えられた例では第2基板29側、近くで発生する蛍光放射線27のみが検出器30によって検出される。検出器30は、電荷結合素子(CCD)又は相補的金属酸化物半導体(CMOS)検出器であって良い。あるいはその代わりに、小さな画像しか得られない走査手法が用いられても良い。光は、最適の信号対雑音比を得ることができるような期間、フォトダイオード上に集められる。これは、センサ感度を実質的に向上させることができる。
【００７４】
上の実施例で述べたようにサブ波長又は最小寸法を有するアパーチャ又はスリット11を有する有効性基板10を用いたバイオセンサに係る問題は、アパーチャ又は穴11内部で発生する、たとえば蛍光のような発光放射線が、アパーチャ又は穴11を射出できる前に強く抑制される恐れがあることである。
【００７５】
アパーチャ11が円形穴11によって形成される本発明の実施例では、光の抑制は偏光状態に依存しない。しかし円形穴構造11の代わりにスリット構造11を用いるときには、偏光状態は重要となる。以降では、偏光状態が放射線の抑制に及ぼす影響について論じる。以降の議論の目標は、スリット11による透過の偏光依存性を解析すること、及び、本発明の実施例に従った発光バイオセンサで、これをどのように利用できるのかを評価することである。
【００７６】
解析は、電場成分及び磁場成分、つまりTE及びTM偏光の両方について、屈折率n=1.3の水中に存在する単一スリットバイオセンサ上で実行された。この解析ではスリット11は屈折率n=0.038361519-j*5.074565のAu基板で作られ、かつ200nmの幅を有する。励起放射線の波長λは700nmである。シミュレーションでは、スリット11は、そのシミュレーション面と垂直な方向に無限に延びていると仮定する。本発明をシミュレーションに係る上記値に限定することは意図していない。
【００７７】
スリット11を伝播する基本モードを解くことによって、減衰長を決定することができる。これは図20に図示されている。図20では、Au基板10内のスリット11中のTE偏光（曲線31）及びTM偏光（曲線32）の減衰長が、スリット11の幅の関数として与えられている。この図は、水の回折限界つまり270nm未満の幅を有するスリット11の場合、TE偏光の基本モード伝播の減衰長は、TM偏光モードよりもはるかに小さいことを明らかに示している。
【００７８】
図21から図25は、厚さ300nmのスリット11でのTE偏光の強度分布（図21）、厚さ300nmのスリット11でのTM偏光の強度分布（図22）、厚さ600nmのスリット11でのTM偏光の強度分布（図23）、厚さ1000nmのスリット11でのTM偏光の強度分布（図24）、及び厚さ1000nmのスリット11でのTE偏光の強度分布（図25）を図示している。
【００７９】
図26及び図27は、スリット11の中心(x=0)に沿った規格化強度を図示している。図26は、幅200nmのスリット11であって、深さ1000nmでのTE偏光（曲線33）、深さ300nmでのTE偏光（曲線34）、深さ300nmでのTM偏光（曲線35）、深さ600nmでのTM偏光（曲線36）、及び深さ1000nmでのTM偏光（曲線37）の透過の偏光依存性を対数スケールで図示している。図27は、深さ300nm（曲線38）、深さ600nm（曲線39）、及び深さ1000nm（曲線40）のスリット11の中心線に沿った強度を図示している。
【００８０】
図21乃至図27から、以下の結論を得ることができる。
1.TM偏光の透過は、TE偏光の透過よりもはるかに大きい。
2.TM偏光の強度パターンは定在波に似ている（y方向での干渉パターン）。
3.（TM偏光の）定在波パターンは長波長でも存在する。
4.ある種の共鳴効果が起こっているように見える（厚さ600nmのAu層のスリット11内部での規格化強度は、厚さ300nm、1000nmのAu層での規格化強度よりも大きい）。
【００８１】
単一スリット11を介する放射線の透過は、強い偏光依存性を示す。つまりTE偏光状態（スリット11に平行な電場）は、TM偏光状態での透過よりもはるかに小さい。スリット11内部でのTM偏光放射線の強度分布は、ファブリペロー効果を示唆する定在波パターンである。このことは、高さ600nmのスリットの最大規格化強度が強くなっている、つまり共鳴効果が起こっていることによっても支持される。スリット11の後方では、強度は急速に減少する。これは、スリット11後方での自由空間で発散しているためと考えられる。
【００８２】
次に基板10の厚さの効果について観察する。基板10は与えられた例ではAu基板である。基板10は、先の解析で用いられた幅と同一の幅、つまり200nmのスリット11のアレイを有する。2の隣接するスリット11間の距離は2.5μmである。スリット11の厚さは基板10の厚さに依存する。またスリット11厚さは基板10の厚さと同一である。図28は、波長700nmのTE偏光についての、スリット11のアレイの透過量（曲線41）及び全反射量（曲線42）を図示している。図29は、波長700nmのTM偏光についての、Au基板10内のスリット11のアレイの全透過量（曲線41）及び全反射量（曲線42）を図示している。図29の曲線43は、透過+反射を示している。用いられたシミュレーションツールは、GSOLVER420cである。
【００８３】
TM偏光については、（図28及び図29から）これまでに観察されてきたように、スリット11の透過量（曲線41）及び反射量（曲線42）は、基板10の厚さに対して周期的に依存する。たとえば基板10の厚さが860nmのときに透過量は最大となり、基板10の厚さが740nmのときに透過量は最小となる。最大透過量は9.7%の透過率に対応し、最小透過量は3.9%の透過率に対応する。与えられた例では基板10はAu基板10である。これらの計算では、TE偏光には±11次の回折次数が含まれ、TM偏光には±51次の回折次数が含まれる。TE偏光については、透過率は基板の厚さが増大すると共に減少し、ある基板厚さまで反射率は増大し、その後反射率は一定となる。
【００８４】
スリット11の密なアレイの例として、隣接スリット11の中心間距離が0.4μmで、かつ幅0.2μmのスリット11のアレイについて検討する。図30及び図31は、TM偏光についての、スリット11の周期的アレイの透過率を、基板10の厚さの関数として図示している。与えられた実施例では、基板10の厚さとはAu層の厚さである。先の例と同様、透過率は、Au層又は基板10の厚さに対して周期的に変化する。透過率曲線の包絡関数は、Au層の厚さに対して指数関数的に減少する。これはAu層によって光を損失するからである。TM偏光は、〜62μmの進行（1/e2倍の透過率となる）深さを有する。これは、約150nmであるTE偏光の侵入深さよりもかなり長い。図32は、TE偏光についてのスリット11の周期的アレイの透過率を、Au層又は基板11の厚さの関数として図示している。
【００８５】
上の議論並びに、厚さ300nmのスリット11でのTE偏光の強度分布を図示する図21、及び厚さ300nmのスリット11でのTE偏光の強度分布を図示する図22から、TE偏光は強く抑制され、かつTE偏光は基本的にはスリット11の射出部15に到達しない一方で、TM偏光はスリット11を透過できることが分かる。シミュレーションによって示されているように、TE偏光のごく一部は依然としてスリット11の射出部15に到達することにも留意しなければならない。スリット11内部のTE偏光が指数関数的に減衰するため、スリット11後方の割合は、スリット11の深さの増大と共に減少する。TE偏光の減衰定数は、スリット11の幅の減少と共に増大する。
【実施例２】
【００８６】
図33では、本発明に従ったセンサの第3実施例に係る基本的な考え方が記載されている。第3実施例に従ったセンサは、少なくとも1のスリットを有する基板10を有する。そのスリット11内には、たとえば蛍光プローブのような少なくとも1の発光物質25が存在する。この実施例では、TE偏光44は、基板10内のスリット11内部に存在する発光物質25を励起するのに用いられる。基板10は、非透明材料、つまり励起放射線に対して透明ではない材料で作られる。励起光44がTE偏光を有するので、その励起光44はスリット11を透過せず、たとえば蛍光プローブのような発光物質25をエバネッセント場で励起するだけである。
【００８７】
励起後、たとえば蛍光プローブのような発光物質25は、TE偏光とTM偏光の両方を含む無偏光放射線45を放出する。スリット11が深い場合、つまり典型的にはスリット11が減衰長の2倍よりも長い深さを有する場合、現実にはTM偏光した発光放射線のみがスリット11を透過できる（これは放出された蛍光放射線の約50%である）。TE偏光した発光は強く抑制される。減衰長の2倍の深さを有するスリット11では、スリット11の中心に存在する蛍光プローブ25によって放出されるTE偏光放射線は減衰する。たとえばスリット11底部での強度は、蛍光プローブ25の中心での強度のわずか13%である。
【００８８】
第3実施例は、本発明の第1及び第2実施例と比較して利点及び欠点を有する。
【００８９】
利点は、たとえば蛍光のような放出された発光を収集するのがより容易になることである。このことは、スリット11が深い場合には、たとえば蛍光のような発光の約50%がスリット11を出ることが可能な一方で、同じ深さの穴若しくはギャップ又は他のアパーチャ11によって、たとえば蛍光のような発光はスリットを出ることができないことを意味する。これにより、測定対象である、たとえば蛍光のような発光を新たに与えることができる。それにより、良好な信号対雑音比が得られる。
【００９０】
他の利点は、スリット11内のたとえば蛍光プローブのような励起した発光物質25の数がより多くなることである。その理由はスリット11の方向では、構造は基本的に開いているので、より多くの蛍光の放出が期待できるからである。
【００９１】
第3実施例の欠点は、たとえば蛍光のような放出された発光から、わずか50%しかTM偏光しないこと、及び、たとえば蛍光のようなこのTM発光からは、わずか50%しかスリット11の射出側へ向かわず、他の50%は励起ビームの原点に向かって逆行することである。このことは、たとえば蛍光のような放出された発光のわずか25%しか結局は検出されないことを意味する。このことは、同一量の発光物質25が存在するとしても、より低い出力が検出されることを意味する。従って具体的用途について、この欠点は、たとえば穴又はスリット11のうちのいずれのアパーチャが必要なのかを判断するため、より容易な収集という利点の効果との比較考量がなされなければならない。これは、アパーチャ又はスリット11の深さに少なくとも依存する。
【００９２】
第1及び第2実施例同様に、第3実施例もまた、所与の開口数を有する光学系及び許容角を有する検出器30について、放射線を再導光することでその放射線をスリット11の小さな空間角に集中させる傾斜壁24を用いることによって、たとえば蛍光のような新たな発光を収集することを可能にする。
【００９３】
スリット11の励起側で発生する、たとえば蛍光のようなTM偏光したバックグラウンド発光は、スリット11を透過することが可能で、かつバックグラウンド信号に寄与する。このことにより、たとえば蛍光のようなこのバックグラウンド発光を抑制する工程がとられない限り、バックグラウンド信号は増大する。これは、励起ビームをスリット11上へ集光することによって行われて良い。あるいはその代わりに、従来技術で行われているように、未結合発光物質を除去することによって、バックグラウンド発光の量を減少させる洗浄工程が行われても良い。これらの選択肢は両方とも、これらの選択肢を必要としない第1及び第2実施例と比較して、第3実施例をより複雑にしてしまう。
【００９４】
本発明の全実施例は、非常に小さな励起体積を示す。しかし第1及び第2実施例では、励起体積が3次元であるのに対し、この実施例ではわずか2次元である。いずれにせよ第3実施例では、励起表面（又は体積）は、第1及び第2実施例の構成よりもはるかに大きくできるという利点を有するスリット11の利用が可能となる。
【００９５】
たとえばバイオセンサ又は化学センサのようなセンサが用いなければならない用途の種類に応じて、上述した実施例のいずれが特定の用途を実行するのに最も適しているのかを判断するため、利点及び欠点が検討されなければならない。
【００９６】
上述の実施例において、たとえば蛍光プローブのような発光物質25の発光又は励起は、アパーチャ又はスリット11上に集光された多重スポット光ビームを用いることによって、より効率的に行われて良い。さらに上述の実施例は、同時に様々な波長で機能して良い。様々な波長を用いるのに、穴の大きさが十分である場合、つまりたとえば穴若しくはスリット11のようなアパーチャの最小寸法が、励起放射線の波長よりも短い、たとえば好適には50%未満でより好適には40%未満である、場合、又は、アパーチャ若しくはスリット11の最小寸法が、そのアパーチャ若しくはスリット11を満たす媒質の回折限界未満である場合には、励起周波数又は波長のみを変化させるだけでよい。たとえばアパーチャ又はスリット11が屈折率1.3の水で満たされているとき、このことは、真空中での波長が700nmであれば、回折限界は269nmであることを意味する（つまり（真空中での波長）/（2*（水の屈折率）））。本発明に従った他の実施例では、1nmから10nmの範囲の大きさを有する蛍光ナノ粒子（量子ドット）が用いられて良い。よって典型的には、励起波長の範囲が200nmから400nmである結果、発光波長が粒径に依存する多色発光を起こす。
【００９７】
さらに他の実施例では、電気化学的又は化学発光的ラベルが用いられて良い。この場合、電気化学的又は化学的に励起が行われて良い。
【００９８】
上述の全実施例は、具体的にはバイオセンサであるセンサを提案している。そのセンサは、たとえば水又は空気のような流体内部で機能する3D（たとえば穴のようなアパーチャ11のアレイ）又は2D（スリット11のアレイ）励起体積を有する。これらの実施例では、流体チャネルは膜を有して良い。その膜は、たとえば薄い金属膜であって良い。しかし薄い膜を有する構造は比較的壊れやすい。これは、アパーチャ若しくはスリット11のアレイ又は有孔性基板10を、第1すなわち上部スラブ47と、第2すなわち下部スラブ48との間に挟むことによって解決可能である（以降参照）。第1スラブ47及び第2スラブ48は、透明材料で作られていることが好ましいだろう。さらに深いスリット又はアパーチャ11、つまり減衰長の数倍、たとえば3倍、の深さを有するスリット又はアパーチャ11について、たとえば蛍光のような発光をスリット又はアパーチャ11の後方又は前方で検出する場合において、第1スラブ47及び第2スラブ48を介して伝播するときに、たとえば蛍光のような、発生した発光は抑制される。その結果、蛍光信号は、スリット又はアパーチャ11の後方又は前方での蛍光信号がはるかに小さくなる。たとえばアパーチャ又はスリットの深さが減衰長の3倍である場合、初期強度の0.002倍に抑制される恐れがある。この解決法は、上側スラブ47及び/又は下側スラブ48を介するたとえば蛍光のような発光を検出することである。その結果、スラブ47及びスラブ48後方の蛍光のような発光信号は、スリット又はアパーチャ11の後方又は前方の蛍光のような発光信号よりもはるかに大きくなる。
【実施例３】
【００９９】
本発明の第4実施例に従うと、ナノ流体チャネル及び該ナノ流体チャネルの作製方法が供される。図34は、ナノ流体チャネルアレイの断面を図示している。この例では、チャネル長はy方向に均一である。ナノ流体チャネルは、スリット又はアパーチャ11を有する有効性基板10を有して良い。そのスリット又はアパーチャ11は、第1つまり上部スラブ47と第2つまり下部スラブ48との間に挟まれている。上部及び下部スラブは、透明材料で作製されることが好ましい。基板10は、励起放射線に対して透明でないとするならば、たとえばSiのような半導体又はAuのような金属であって良い。たとえば水のような流体がスリット11内に存在して良い。
【０１００】
次に係るナノ流体チャネルの製造方法について論じる。第1工程では、基板材料10は、第1つまり上部スラブ47（又は第2つまり上部スラブ48）上に設けられて良い。続いて基板材料10は、スラブ47又は48上にアパーチャ又はスリット11のアレイを形成するようにパターニングされる。基板材料10のパターニングは、たとえばマイクロリソグラフィのような当業者にとって既知の方法によって実行されて良い。次の工程では、第2すなわち下部スラブ48（又は第1つまり上部スラブ47）が、アパーチャ又はスリット11のアレイ上で接合すなわち接着されて良い。接着の場合では、接着剤はナノチャネルに入り込む恐れがある。これは防止されなければならない。従って用いられる接着剤は、透明度、濡れ性、及び粘性に基づいて選択されることが好ましい。
【０１０１】
スリット又はアパーチャ11内に存在する流体中に溶解する、たとえば蛍光プローブのような発光物質25が、上部スラブ47又は下部スラブ48を介して励起されて良い。図35は、スリット又はアパーチャ11内の流体中に溶解する、たとえば蛍光プローブのような発光物質25を、上部スラブ47を介して励起する様子を図示している。この例は本発明を限定するものではない。下部スラブ48を介して励起されても良い。図35では、参照番号49は、上部スラブ47を介して入射できる励起光を示している。励起放射線49は、TM又はTE偏光であって良い。励起放射線49がTM偏光である場合、エバネッセント場は発生せず、励起放射線49はスリット11を介して下部スラブ48へ入り込む。励起放射線49がTE偏光である場合、スリット11が十分に厚い、つまりスリット11が減衰長の数倍、たとえば3倍、の厚さを有するのであれば、励起放射線49は基本的にスリット11を介して伝播しない。よって、たとえば蛍光のような発生した発光50及び51は、上部スラブ47及び下部スラブ48を介して検出できる（上部スラブ47を介する発光は矢印50で示され、下部スラブ48を介する発光は矢印51で示される）。たとえば蛍光放射線のような発光放射線50及び51は、主としてTM偏光であって良い。
【０１０２】
スラブ47及び48は、たとえば蛍光放射線のような発光放射線50及び51は良好にコリメートされ、かつより多くの（視野角の大きい）発光放射線が検出器（図示されていない）に到達できるように作られて良い。これを実現するには、スラブ47及び48はそれぞれ、図36に示されているようにパターニングされて良い。パターニングは、傾斜側壁52を有することで、発光放射線50及び51を小さな立体角に収集できるように行われて良い。
【０１０３】
スリット11及びエバネッセント励起体積を用いる場合では、TE偏光した励起光が、TM偏光した励起光よりも好まれる。その理由は、TE偏光は、TM偏光よりもかなり深くまで進行するからである。他方で円形のピンホール11の場合では、TE偏光はTM偏光と等価である。従って侵入深さが十分に小さな実施例では、一のスラブ47又は48を介してたとえば蛍光プローブのような発光物質を励起し、かつ他のスラブ48又は47を介してたとえば蛍光のような発光を検出することによって、励起光はたとえば蛍光のような発光と分離できる。
【０１０４】
第4実施例で考えられる欠点は、励起光路と例えば蛍光のような発光に係る光路とが同一方向であることである。このことは、侵入深さが長いことを考慮すると、励起放射線49とたとえば蛍光放射線のような発光放射線50及び51が、図35から分かるように、スリット又はアパーチャ11によって分離されないことを意味する。これは、他の実施例では、スラブ47及び48に平行な方向（つまりy方向）に励起することによって回避できる。従って、スラブ47及び48にほぼ平行な方向へ（つまりy方向に沿って）導かれ得るスポット53が、スリット又はアパーチャ11内に供されて良い。これは図37に図示されている。スポット53はまたy方向に伝播する平面波であって良い。上部スラブ47及び下部スラブ48を介して進行する励起光の量は最小に抑えられることが好ましい。この実施例の考え方は、スリット又はアパーチャ11がたとえば紙面内部で延在するときに、たとえば紙面に垂直な方向に導かれる励起放射線49を用いることである。このようにして、励起放射線49（図37）と、たとえば蛍光放射線のような発光放射線50及び51とを分離することが可能となる。
【０１０５】
よって第4及び第5実施例は、機械強度及びたとえば蛍光のような発光の励起が改善されたナノ流体チャネルを作製するのに、第1及び第2実施例に記載されているスリット又はアパーチャ構造11を用いることができることを示している。さらに本発明に従ったナノ流体チャネルの作製方法は安価でかつ単純である。
【０１０６】
本発明に従った実施例では、たとえばバイオセンサ又は化学センサのようなセンサの感度は、1以上の関心あるターゲット、検体とも呼ばれる、を認識できる、表面に固定されたリガンドを用いることによって改善されて良い。適切なリガンドの例には、タンパク質、抗体、アプタマー、ペプチド、オリゴヌクレオチド、糖類、レクチンなどがある。リガンドは、適切な表面化学の性質を利用することによって、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの内面の壁（図19の参照番号58によって示されている）に固定されて良い。表面の化学的性質の選択はもっぱら、内面の壁の化学組成に依存する。
【０１０７】
たとえばアパーチャ又はスリット11が、たとえばAu、Ag、Cu又はAlのような金属柱に形成されるとき、たとえば硫黄ヒドリル基及び/又はカルボキシル基のような、アパーチャ又はスリット11の内面の壁に結合させるのに適した第1反応基を含む反応物質を用いることによって、自己集合モノマーを、内面の下部58上に堆積することができる。反応物質は、リガンドを固定するのに用いることのできる第2反応基を有しなければならない。たとえば第2反応基は、水溶液中のリガンドの1次アミン基と結合するように化学的に活性化できるカルボキシル基であって良い。様々な異なる化学的性質を有する表面に固定する他の方法は、当業者に既知である。
【０１０８】
本発明の実施例では、検体を有する溶液は、（複数の）リガンドへの（複数の）検体の結合を促進するため、たとえばポンピングさせることによって、アパーチャ又はスリット11を介して押圧されて良い。このポンピングは、複数回繰り返されて良い。あるいはその代わりに流体の一部がアパーチャ又はスリット11を介して流れるような横方向の流れが用いられても良い。
【０１０９】
たとえ本明細書では、好適実施例、特定の構成及び設定、並びに材料について本発明に従ったセンサシステムが論じされているとはいえ、形態及び詳細について様々な変化型及び修正型が、本発明の技術的範囲及び技術的思想から逸脱することなく可能である。たとえば本発明は、光励起ではなく電気励起を用いる方法にも適用されうる。その場合、その方法では小さな励起体積に係る利点は得られないが、センサ前方で発生する発光とセンサ後方又は内部で発生する放射線とを分離するという利点は依然として得られる。さらに本発明は、非エバネッセント励起にも用いられる。その場合も、（たとえば穴の面内での検知体積が穴の大きさによって制限されているような穴にとっては）励起体積が小さいという利点が依然として得られる。しかも構造が依然として相対的閉じられている（アパーチャ11しか開いていないため、典型的にはその構造の少なくとも50%が閉じられていると考えられる）ため、バイオセンサの前で発生する発光と他の場所で発生する発光とは‘ある程度’分離される。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】幅wが200nmで、深さdが300nmのアパーチャ構造、及び平面波による励起を用いたFEMLAB有限要素法シミュレーションの強度分布を図示する。
【図２】アパーチャの中心を通って、伝播方向に沿って進む平面波によって生成される放射線強度のプロットである。
【図３】図1のスリット及びガウシアンビームによる励起した場合のx-y平面での強度分布である。
【図４】アパーチャの中心を通る、図3におけるy方向の線に沿った強度のプロットである。
【図５】図2及び図4の状況に対応する、アパーチャの中心を通る、y方向の線に沿った強度の規格化(y=0)プロットである。
【図６】アパーチャの幅が増大することによる強度分布への効果を図示している。
【図７】幅w=0.2μmのピンホールの強度分布を示している。
【図８】幅w=0.26μmのピンホールの強度分布を示している。
【図９】幅w=1μmのピンホールの強度分布を示している。
【図１０】アパーチャ又はスリットの存在下において蛍光プローブの放射線放出の2次元計算に用いられる配置を図示している。
【図１１】0.2μmの幅を有するアパーチャの射出側に位置する蛍光プローブによって発生する放射線パターンを図示している。
【図１２】アパーチャが存在しない状態で発生する放射線パターンを図示している。
【図１３】アパーチャ前方1μmに位置する双極子によって発生する放射線パターンを図示している。
【図１４】アパーチャ前方2μmに位置する双極子によって発生する放射線パターンを図示している。
【図１５】基板を貫通する穴を有する穴のアレイフィルタを概略的に図示している。
【図１６】本発明の実施例に従ったAlコーティングされたピンホールホイルの透過率を図示している。
【図１７】本発明の実施例に従った穴構造を図示している。
【図１８】図17の穴構造内で放出された蛍光の反射を、より詳細に図示している。
【図１９】本発明の実施例に従った穴構造を図示している。
【図２０】スリットを通過する放射線の基本モードの伝播強度の(1/e)2倍に係る減衰長を図示している。
【図２１】厚さ300nmのスリット及びTE偏光の強度分布を図示している。
【図２２】厚さ300nmのスリット及びTM偏光の強度分布を図示している。
【図２３】厚さ600nmのスリット及びTM偏光の強度分布を図示している。
【図２４】厚さ1000nmのスリット及びTM偏光の強度分布を図示している。
【図２５】厚さ1000nmのスリット及びTE偏光の強度分布を図示している。
【図２６】様々な厚さのアパーチャについて、スリットの中心線に沿った、TE及びTM偏光の規格化強度（x=y=0での強度について規格化している）を図示している。
【図２７】スリットの中心線に沿った、TM偏光の規格化強度（x=y=0での強度について規格化している）を図示している。
【図２８】金属基板内に形成されたスリットのアレイ（幅200nmでスリット間距離2.5μm）でのTE偏光の透過率及び反射率を図示している。
【図２９】金属基板内に形成されたスリットのアレイ（幅200nmでスリット間距離2.5μm）でのTM偏光の透過率及び反射率を図示している。
【図３０】TM偏光に対するスリットの周期アレイ（周期0.4μm）の透過率を、金基板層の厚さの関数として図示している。
【図３１】TM偏光に対するスリットの周期アレイ（周期0.4μm）の透過率を、金基板層の厚さの関数として図示している。
【図３２】TE偏光に対するスリットの周期アレイ（周期0.4μm）の透過率を、金基板層の厚さの関数として図示している。
【図３３】本発明の他の実施例に従ったスリット構造内での励起放射線及び発光放射線を図示している。
【図３４】本発明の他の実施例に従ったナノ流体チャネルの断面である。
【図３５】図34の流体チャネルの上側スラブを通る流体中に溶解する蛍光プローブの励起を図示している。
【図３６】パターニングされたスラブを図示している。
【図３７】流体中に溶解する蛍光プローブが励起され、かつその励起光がスラブと平行な方向に進む様子を図示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月9日(2008.1.9)
【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】
複数の発光粒子を有する媒質を含む領域、
センサ、
励起放射線を発生させる励起放射線源、
それぞれが前記センサの対向する面に設けられている、前記発光粒子のうちの少なくとも1によって発生する発光放射線を検出する検出器、及び、少なくとも1のアパーチャ又はスリットを有する基板、
を有し、
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットは前記領域と接続することで、前記媒質の少なくとも1の発光粒子が前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットへ入り込み、かつ
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットは、前記励起放射線によって照射されたときに、エバネッセント励起体積を発生させるため、前記媒質中での回折限界未満の最小寸法を有し、
前記エバネッセント励起体積は、前記アパーチャ又はスリット内に入り込んだ前記少なくとも1の発光粒子を励起できる、
発光センサシステム。
【請求項２】
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットの最小寸法は、前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットを満たす前記媒質中での励起放射線の波長の50%よりも短く、好適には前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットを満たす前記媒質中での励起放射線の波長の40%よりも短い、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項３】
前記媒質が水を有する、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項４】
前記基板が少なくとも1の穴を有する、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項５】
前記少なくとも1の穴が傾斜側壁を有する、請求項5に記載の発光センサシステム。
【請求項６】
アパーチャ又はスリットのアレイを有する、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項７】
前記アパーチャ又はスリットのアレイが周期的アレイである、請求項6に記載の発光センサシステム。
【請求項８】
少なくとも1のアパーチャ又はスリットが供される前記基板が他の基板上に設けられている、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項９】
前記他の基板が、励起放射線及び/又は発光放射線に対して透明である、請求項8に記載の発光センサシステム。
【請求項１０】
少なくとも1のアパーチャ又はスリットが供される前記基板が、第1つまり上部スラブと第2つまり下部スラブとの間に設けられている、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１１】
前記第1つまり上部スラブ及び/又は前記第2つまり下部スラブがパターニングされている、請求項10に記載の発光センサシステム。
【請求項１２】
前記検出器がCCD又はCMOS検出器である、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも1のアパーチャ又はスリットが内面の壁を有し、
前記内面の壁上には、リガンドが固定される、
請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１４】
前記発光センサシステムが発光バイオセンサシステムである、請求項1に記載の発光センサシステム。
【請求項１５】
前記発光バイオセンサシステムが蛍光バイオセンサシステムである、請求項14に記載の発光センサシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
特許文献1は、インクユニットのポリマーを光学的に分析するシステムを開示している。そのシステムは、複数のスリットを有するセンサを有する。その複数のスリットは、それぞれに対応するエバネッセント励起体積を発生させる。そのエバネッセント励起体積はそれぞれ分離したマイクロチャネルに到達することが可能である。
特許文献2は、試料中の少なくとも1の成分の情報を得るシステムを開示している。そのシステムは、アパーチャのアレイを有するセンサを有する。その複数のスリットは、それぞれに対応するエバネッセント励起体積を発生させる。そのエバネッセント励起体積はそれぞれ分離したマイクロチャネルに到達することが可能である。よって発光粒子は、エバネッセント励起体積を通過するときに励起される。よって試料の時間領域クロマトグラムが生成可能である。
特許文献3は、ゼロモード導波路、及びそれを通常の回折限界よりも短い実効観察体積に閉じこめるように使用することに関する。ゼロモード導波路は、コアを部分的又は全体的に取り囲むクラッドを有する。コアは、カットオフ周波数未満の周波数を有する電磁エネルギーが、ゼロモード導波路の長手方向に伝播するのを妨害するように備えられている。発光源は、励起放射線を、ゼロモード導波路内に存在するターゲット材料へ向かわせる。よって放出された放射線は、発光源が設けられているゼロモード導波路の面と同一面上に設けられた、発光の種類を特定するための検出器へ向かうように通過する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
励起放射線と、たとえば蛍光放射線のような発光放射線とを分離するには問題がある。なぜならこれらの種類の放射線は、同一の波長を有するからである。さらに放出された放射線の一部は失われる恐れがある。なぜならその放出された放射線はゼロモード導波路を通り抜けることができるので、検出器が設けられている導波路の面以外の面へ進むからである。
【特許文献１】米国特許出願公開第2003/0174992号明細書
【特許文献２】国際公開第2002/059583号パンフレット
【特許文献３】米国特許出願公開第2003/0174992号明細書
【特許文献４】国際公開第2002/059583号パンフレット
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
上方へ向かう蛍光放射線、つまり励起蛍光プローブ25によって発生する放射線であって通常は検出ユニットに到達しない蛍光放射線27は、上述のように光をほとんど透過しない穴構造11に衝突することに留意して欲しい。その結果、上方へ向かう蛍光放射線27は反射される。大雑把には、反射された結果、検出ユニットへ向かう全蛍光出力は2倍に増大し、かつ検出ユニットへ向けて下方へ進む。穴11の傾斜側壁24により、蛍光放射線27は、傾斜しない側壁24の場合よりもはるかに小さな空間角に集中する。このことは、検出器の所与の許容角（つまり空間角）及び検出器上で蛍光を結像するのに用いられる光学系（開口数）を有する光学系に集められることを意味する。よってバイオセンサの感度を、特許文献4に記載されている検出器に基づく結果と比較して、約10倍向上させる。あるいはその代わりに、低出力許容角の検出器及び/又は低開口数(NA)の光学系が用いられても良い。図18は、これがどのように機能するのかを示している。この図では、参照番号28で表された矢印は、蛍光プローブ25によって放出された蛍光を表す。図から分かるように、蛍光28は全方向に放出される。検出器へ向かう方向とは反対の方向、与えられた実施例では上方向、へ導かれる蛍光28は、三角形の側壁24で反射されて、検出器へ向かう方向へ再度導かれる。検出器へ導かれる全蛍光は、矢印27によって表される。
【国際調査報告】
2008544276.tif 000040
2008544276.tif 000041