(57)【要約】【課題】本発明は、光屈折媒体内に存在するナノ物体を、光学的に検出する方法およびシステムに関し、特に必要な検出設備を簡単にして実施することができる。【解決手段】ナノ物体（ｎ_ｏi）および光屈折媒体に、ナノ物体近辺での特定温度と屈折率のプロファイルを生成するために、周期的振幅変調されたコヒーレントな電磁的加熱波（ＨＢ(Ω)）を照射し（Ａ）、また同時にコヒーレントな電磁波（ＰＢ）を照射する（Ｂ）。後者は、上記コヒーレントな加熱波の変調周波数において、ビートで変調された少なくとも１つの強度成分振幅を有する新生プローブ波（ＥＰＢ(Ω)）を生成するために照射する。上記屈折媒体内の上記ナノ物体を識別し表示するために、上記ビートによって変調された強度成分振幅を、上記新生プローブ波（ＥＰＢ（Ω））内に検出する（Ｃ）。産業・医療用または細胞内の光屈折媒体内でのナノ物体の検出に使用できる。【選択図】図１
2008506096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折媒体内のナノ物体を光学的に検出する方法であって、該方法は、少なくとも
前記ナノ物体の近辺エリアで電磁的エネルギーの吸収を生じさせ、該エリアでの特定温度と屈折率のプロファイルにしたがい、温度上昇によって前記屈折媒体の屈折率に変調変動を誘発させるために、周期的に振幅変調された第１のコヒーレントな電磁波を、少なくとも１つの前記ナノ物体および前記屈折媒体に照射するステップ、
前記ナノ物体の近辺エリアでの特定温度と屈折率のプロファイルによる該エリアでのプローブ波の拡散によって、前記第１のコヒーレントな電磁波の変調周波数においてビートで変調された少なくとも１つの強度成分振幅を有する新生プローブ波を生成するために、前記プローブ波を形成する第２のコヒーレントな電磁波を用いて、前記ナノ物体に同時照射するステップ、および
前記屈折媒体内における前記ナノ物体を識別して表示できるように、前記新生プローブ波内において、ビートで変調された前記強度成分振幅を検出するステップ、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ビートで変調された前記強度成分振幅を検出する前記処理は、前記ナノ物体および前記屈折媒体によって反射された前記新生プローブ波で実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ビートで変調された前記強度成分振幅を検出する前記処理は、前記屈折媒体によって伝播された前記新生プローブ波で実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ビートで変調された前記強度成分振幅を検出する前記処理は、同期検出で実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
金属性ナノ物体に対する、前記第１のコヒーレントな電磁波の波長は、該ナノ物体のプラズモン共鳴波長に近いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の電磁波の波長は、前記ナノ物体の前記近辺エリアで集束されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
屈折媒体内のナノ物体を光学的に検出する装置であって、該装置は、少なくとも
前記ナノ物体の近辺エリアで電磁的エネルギーの吸収を生じさせ、該エリアでの特定温度と屈折率のプロファイルにしたがい、温度上昇によって前記屈折媒体の屈折率に変調変動を誘発させるために、周期的に振幅変調された第１のコヒーレントな電磁波を、少なくとも１つの前記ナノ物体および前記屈折媒体に照射する手段、
前記ナノ物体の近辺エリアでの特定温度と屈折率のプロファイルによる該エリアでのプローブ波の拡散によって、前記第１のコヒーレントな電磁波の変調周波数においてビートで変調された少なくとも１つの強度成分振幅を有する新生プローブ波を生成するために、前記プローブ波を形成する第２のコヒーレントな電磁波を用いて、前記ナノ物体に同時照射する手段、および
前記屈折媒体内における前記ナノ物体を識別して表示できるように、前記新生プローブ波内において、ビートで変調された前記強度成分振幅を検出する手段、を含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
第１のコヒーレントな電磁波で照射する前記手段は、少なくとも
加熱波を形成する前記第１のコヒーレントな電磁波を形成する第１のレーザビームを生成する手段、および
前記屈折媒体内の前記ナノ物体の上に、変調された前記第１のレーザビームを集束させる手段、を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
第２の電磁波を前記ナノ物体に同時照射する前記手段は、少なくとも
前記プローブ波を形成する第２のレーザビームを生成する手段、および
前記屈折媒体内の少なくとも１つの前記ナノ物体の上に、変調された前記第２のレーザビームを集束させる手段、を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記加熱波および前記プローブ波は、２色性ミラーと前記集束手段を形成する単一の共通物体との間に形成される共通の光学経路上で、該２色性ミラーにより重ね合わされることを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
反射によりおよびビートにより変調された前記強度成分振幅の新生プローブ波内における検出のために、前記装置は、
前記第１のレーザビームを、第１の方向にリニアに偏光させる手段、
前記第２のレーザビームを、第２の方向にリニアに偏光させる手段であって、前記プローブ波を該第２の方向にリニアに偏光させる手段、
前記新生プローブ波を、前記第２の方向とは直交する第３の方向にリニアに偏光させる手段、および
前記第３の方向にリニアに偏光された前記新生プローブ波および前記第２の方向に偏光された前記プローブ波に共通する光学経路上に置かれた偏光分離手段であって、前記第３の方向にリニアに偏光された前記新生プローブ波のみを伝播できるようにする偏光分離手段、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出手段は、前記新生プローブ波を受信する少なくとも１つのフォトダイオードを含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記検出手段は、一方では前記フォトダイオードから伝送される検出信号を受信し、他方では前記第１のレーザビームの周期的振幅変調の同期検出用制御信号を受信する同期化検出モジュールを、さらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折媒体内に存在するナノ物体を、光学的に検出する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ（超微細）科学の技術分野において、物体の大きさ自体が本質的特徴であるが、この物体を測定する技術または方法も、根本的な事項である。
【０００３】
現時点で、上記測定の目的で使用される光学技術は、発光現象をベースにしている。蛍光分子については、研究されてきており、広く公表され、生命科学分野において通常に利用されている。
【０００４】
しかしながら、上記蛍光分子は、光退色現象のため短期間の測定しかできない。
【０００５】
より強くて安定した発光物体の開発成果が、上記問題を部分的には解決しているが、しかし、無視できないブリンキング現象が発生することを犠牲としている。
【０００６】
別の方法は、物体の吸収特性を使用している。
【０００７】
液体ヘリウムの温度状態において、孤立した分子は、初期にゼロフォノン線の高品質要因に基づく吸収方法によって検出される。このとき、孤立分子は、共振現象において、各々が１０-11ｃｍ2となる非常に大きな吸収断面積を有する。
【０００８】
孤立したイオンまたは原子が、無線周波によるトラップまたは高品質要因の空洞において、プローブビームの吸収によって検出される。
【０００９】
一般法則として、大きな吸収断面積を有し、連続する吸収作用が短い時間間隔である粒子は、吸収方法によって首尾よく検出することができる。
【００１０】
最近になって、このタイプの粒子検出方法は、金属性粒子用として発展している。１ナノメートル程度を測定する金属粒子は、プラズモン共鳴の近場で電磁波によって励起させると、比較的大きな吸収断面積を有することになる。具体的には、直径５ｎｍの粒子１つが、約８×１０-14ｃｍ2の断面積で、約１ピコセカンドの高速な電子−光子間での緩和時間となる。
【００１１】
これらの粒子の発光現象は、非常に弱いので、吸収される電磁エネルギーの大部分は、熱に変換される。結果として得られる温度上昇は、屈折率を局部的に変動させる。
【００１２】
上記の最新方法は、偏光に干渉コントラスト法を使用する。この方法により、粒子部分での局部的な光熱効果を検出し、信号雑音比が約１０で得られる直径５ｎｍのゴールド粒子をイメージにして表示する。
【００１３】
上記方法をより詳細に記述したものとして、「散乱体間でのナノメータサイズの金属性粒子の光熱イメージ」と題した記事を参照することができる。この記事は、ディビッド・ボワイエ、フィリップ・タマラット、アブダルハミッド・マリー、ブラヒミ・ローニス、およびミシェル・オリット等により記述され、米国科学推進協会（ＡＡＡＳ）発刊の「科学（Science）、２９７号（2002年8月16日発行）1160頁〜1163頁」に掲載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記方法は、満足を得ている。しかしながら、上記方法は、干渉法を使用しているので、正確に据え付けられた設備、特に大きくて重い作業台のような物を必要とする。この作業台は、干渉現象を識別するのに不可欠なレーザビーム間の位相関係を正確に設定し、かつこの正確な設定状態を維持するのに必要である。
【００１５】
上記タイプの設備は、産業用に展開させるには不適切であり、また、容易に使用できる実験用設備としても不適切である。
【００１６】
本発明の目的は、従来技術による方法の欠点を克服し、特に必要な設備を簡単にすることで、産業スケールでの活用を実質的に促進させることを最終目的とする。
【００１７】
本発明の別の目的は、局部的な光熱的検出を、ナノ物体の光学的検出の方法とシステムに使用することである。この光熱的検出は、干渉分光法による上記での光熱的検出の方法よりも著しく大きな感度を有しているので、信号対雑音比は、１００の比まで向上させることが可能である。また、検出する粒子のサイズは、１ｎｍから２ｎｍの範囲で検出することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による屈折媒体内のナノ物体の光学的検出方法は、以下のことを特徴とする。
本発明の検出方法は、
ナノ物体の近辺エリアで電磁的エネルギーの吸収を生じさせ、当該エリアでの特定温度と屈折率のプロファイルにしたがい、温度上昇によって、上記屈折媒体の屈折率に変調変動を誘発させるために、周期的に振幅変調された第１のコヒーレントな電磁波を、少なくとも１つの上記ナノ物体および上記屈折媒体に照射するステップ、
上記ナノ物体の近辺エリアでの特定温度と屈折率のプロファイルによる当該エリアでのプローブ波の拡散によって、上記第１のコヒーレントな電磁波の変調周波数においてビートで変調された少なくとも１つの強度成分振幅を有する新生プローブ波を生成するために、上記プローブ波を形成する第２のコヒーレントな電磁波を用いて、上記ナノ物体に同時照射するステップ、および
上記屈折媒体内における上記ナノ物体を識別して表示できるように、上記新生プローブ波内において、ビートで変調された上記強度成分振幅を検出するステップを含む。
【００１９】
本発明による屈折媒体内のナノ物体の光学的検出装置は、以下のことを特徴とする。
本発明の検出装置は、
ナノ物体の近辺エリアで電磁的エネルギーの吸収を生じさせ、当該エリアでの特定温度と屈折率のプロファイルにしたがつて、温度上昇によって、上記屈折媒体の屈折率に変調変動を誘発させるために、周期的に振幅変調された第１のコヒーレントな電磁波を、少なくとも１つの前記ナノ物体および上記屈折媒体に照射する手段、
上記ナノ物体の近辺エリアでの特定温度と屈折率のプロファイルによる当該エリアでのプローブ波の拡散によって、上記第１のコヒーレントな電磁波の変調周波数においてビートで変調された少なくとも１つの強度成分振幅を有する新生プローブ波を生成するために、上記プローブ波を形成する第２のコヒーレントな電磁波を用いて、上記ナノ物体に同時照射する手段、および
上記屈折媒体内における上記ナノ物体を識別して表示できるように、上記新生プローブ波内において、ビートで変調された上記強度成分振幅を検出するモジュールを含む。
【００２０】
本発明により提示される方法および装置は、産業用または医療用で使用する屈折媒体内に存在する吸収性または金属性のナノ物体の検出に適用することができる。また、上記媒体における上記ナノ粒子の位置検出および表示への特定な応用と共に、物理化学分野、物体科学分野および生理学的環境または細胞内環境における注目すべき生体分子の検出においても適用することができる。
本発明は、以下の説明および図面の援助により、より容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明により提示される屈折媒質内のナノ物体に関する光学的検出方法について、より詳細な説明を、図１に関連して以下から行うことにする。
【００２２】
図１に関連して、複数のナノ物体を考える。この複数の物体を、屈折媒質内のナノ物体ｎ_ｏiと呼ぶ。複数のナノ物体は、液体の屈折媒質内で浮遊状態であることが可能であり、例えばこの後で説明するように、透明な滑り台の上に複数のナノ物体を置くことで浮遊状態にさせることができる。
【００２３】
本発明の提示する方法が、屈折媒質からナノ物体に電磁波エネルギー吸収を生じさせ、さらにナノ物体の温度上昇により、この媒質の屈折率に変調変動を誘発させるために、少なくとも１つのナノ物体ｎ_ｏiを照射するステップＡ、およびＨＢ（Ω）と呼ぶ第１の周期的振幅で、電磁波変調される屈折媒質、を含むことは特筆すべきことである。
【００２４】
第１の電磁波の振幅変調は、Ωと呼ぶ変調振動による強度変調と考えることができる。この結果、上記照射は、目標であるナノ物体ｎ_ｏiの近辺エリアで、特定温度と屈折率のプロファイルを生じさせる。
【００２５】
また、本発明の提示する方法は、目標であるナノ物体ｎ_ｏiに対して、ステップＢでコヒーレントな第２の電磁波を同時照射することを含む。このコヒーレントな第２の電磁波は、プローブ波を形成するものである。
【００２６】
上記プローブ波は、温度と屈折率のプロファイルが関連するエリアで、電磁波を拡散させることで、ＥＰＢ（Ω）と呼ぶ新生プローブ波を発生させることに使用することができる。この新生プローブ波は、第１の電磁波の変調周波数によるビートによって変調される少なくとも１つの強度成分振幅を有する。
【００２７】
特に、屈折媒体の屈折率の変調変動のために、プローブ波ＰＢは、明らかに拡散現象または散乱現象に従う。
【００２８】
本発明で提示する方法では、ステップＣが継続する。このステップにおいて、強度成分、すなわちビートで変調される振幅は、新生波ＥＰＢ（Ω）内で検出される。
【００２９】
従って、明らかに上記検出は、新生プローブ波ＥＰＢ（Ω）の照射強度の変動によって、イメージＩｎ_ｏiの形の中に屈折媒体内でのナノ物体ｎ_ｏiを認識し、示すことができる。このプローブ波は、このナノ物体の近辺エリアにおいて、目標となるナノ物体近辺でピークを有する。
【００３０】
本発明で提示する方法で使用する物理的処理の組合せを、以下に説明する。目標となるナノ物体は、同一の屈折媒体に組み込まれる。この屈折媒体が第１の振幅変調されたコヒーレントな電磁波で照射されたとき、上記ナノ物体は、下記の加熱パワーを有する点熱源として反応する。
【数１】
2008506096.tif 000003
上記において、Ωは、第１のコヒーレントな電磁波の振動を意味し、Ｐheatは、吸収されたコヒーレントな電磁波の平均的加熱パワーを意味する。
【００３１】
上記点熱源は、目標ナノ物体の近辺での屈折率の時間的変調を発生させる。この屈折率の時間的変調は、下式で与える空間−時間プロファイルにしたがう。
【数２】
2008506096.tif 000004
上式において、ｒはナノ物体ｎ_ｏiの中心からの距離である。ｎは、屈折媒体の屈折率である。∂n/∂tは、温度関数としての屈折率の偏導関数であり、おおよそ１０-4/Ｋである。
【００３２】
上式において、下記は、長さを表し、すなわち熱拡散の特性半径を表す。
【数３】
2008506096.tif 000005
ここで、ｋは屈折媒体の熱伝導率であり、およびＣは屈折媒体の単位容積当りの比熱である。
【００３３】
上記条件において、プローブ用ビームは、対応する屈折率プロファイルにしたがい屈折率を変調させながら、照射部分の近辺エリアに伝播し、また当然、付随する屈折媒体を伝播する。このとき、プローブ用ビームは、拡散する電磁波プローブ波を生成する。このプローブ波は、第１のコヒーレントな電磁波の振幅変調の周波数によってシフトされた側波帯の周波数を有する。
【００３４】
目標のナノ物体の近辺エリアおける可変な屈折率を有する屈折媒体は、反射されたビームまたは伝播されてきた入射プローブ用ビームＰＢと、拡散されたコヒーレントな電磁的プローブ波との間のヘテロダイン現象によって、変調振動Ωによる周波数のビートを生じさせる。この変調振動Ωは、従来からの検出方法で検出することができる。
【００３５】
従って、上記ビートによって変調される強度成分振幅は、屈折媒体によって反射された新生プローブ波内で、または屈折媒体によって伝播された新生プローブ波内で検出することができる。
【００３６】
上述した従来の検出方法は、有利なことに同期検出を含むことができる。この同期検出は、ノイズレベルを低減することができ、得られた信号の対雑音比を結果として最適化する。そして、この後で、この得られた信号から、ビート変調された強度成分振幅が検出される。
【００３７】
一般に、本発明で提示する方法は、これらのナノ物体が、吸収性または金属性であるかにかかわらず、ナノ物体の光学的検出に使用できることに注目すべきである。また、金属性は、ゴールド原子の集合体のようなものであって、それに関しては、この後で説明する。
【００３８】
ナノ物体が、金属性のとき、例えば２〜３ナノメートルの直径を有する金属性粒子を、細胞内媒体でマーキング細胞として使用するとき、第１のコヒーレントな電磁波の波長は、目標ナノ物体のプラズモン共鳴波長に近い値に設定する。
【００３９】
すべての場合において、検出すべきナノ物体の種類を無視すれば、本発明の提示する方法において、プローブ用ビームを形成する第２の電磁波を、第１の電磁波の集束方法と類似の方法でナノ物体の近辺エリアに集束させる。
【００４０】
テストは、以下の条件で行われた。金属性ナノ球体、すなわちゴールドのナノ球体は、ポリビニールアルコールの水溶液（質量濃度２％）で希釈され、「回転塗装法」として知られている方法によって、顕微鏡スライドの上に沈着させる。得られる表面密度は、１μｍ-2よりも小さく、コヒーレントな電磁波の焦点において平均化することで、その場所においてエアリーディスク（Airy disc）当りの１粒子よりも充分小さくなる。
【００４１】
波長５３２ｎｍからなる第１のコヒーレントな電磁波は、約１ＭＨｚの周波数で振幅変調される。上記５３２ｎｍの波長は、ゴールドのナノ球体のプラズモン共鳴の近傍の値に設定する。これらの条件において、ナノ球体は、強力に電磁波の加熱エネルギーを吸収し、周波数Ω/２πで変調された局部的な温度変動の源とする点光源として働く。
【００４２】
物理的特性に関してモデル化できる屈折媒体を提供するために、屈折率ｎ＝１.４のシリコンオイル（30,000ミリパスカル秒）の層を、また試料の上に被着させる。
【００４３】
これらの条件において、各々のナノ物体近辺エリアの温度プロフィルは、球対称で、上記の長さＲthによって特徴付けされる。電磁的加熱波に波長６３３ｎｍのコヒーレントな電磁的プローブ波を重ね合わせること、およびゴールドのナノ球体近辺に電磁波を集束させることで、すなわち一般的には熱拡散Ｒthの長さまたは熱拡散Ｒthの半径よりも短い距離に集束させることで、擾乱を、プローブ用ビームの伝播に波及させることができる。この擾乱自体は、ナノ物体で生じる加熱によって誘発される媒体屈折率の振動Ωで変調される変動により発生する。
【００４４】
新生プローブ波は、ナノ物体近辺での温度プロファイルによりプローブ用ビームＥＲＢの拡散から発生する振動Ωで変調される非常に弱い成分と、連続成分との相互作用からなる。
【００４５】
上記で説明したテストは、加熱パワー、変調周波数、およびナノ物体のサイズのような種々のテスト・パラメータとの関連において、検出信号の従属性を特徴づけることができたので、１ｎｍおよびこの程度のサイズであるナノ物体を含む試料のマップを計画することを可能とした。
【００４６】
本発明の目的にしたがい、屈折媒体内のナノ物体の光学的検出装置に関する一層詳細な記述は、図２ａとの関係から与えることができる。
【００４７】
図２ａに示すように、本発明で提示する屈折媒体内のナノ物体の光学的検出装置は、振動Ωで周期的に振幅変調される第１のコヒーレントな電磁波ＨＢで、少なくとも１つのナノ物体ｎ_ｏiと屈折媒体とを照射する少なくとも手段１を有する。この手段は、上述の説明でしたように、目標となるナノ物体の近辺エリアにおいて、特定する温度および屈折率のプロファイルにしたがって、電磁波エネルギーを吸収させること、温度を上昇させることにより屈折媒体の屈折率を変調変動させることを可能にする。
【００４８】
また、本発明で提示する装置は、プローブ波を形成する第２のコヒーレントな電磁波ＰＢを、目標とするナノ物体ｎ_ｏiに同時照射する手段２を有する。この手段は、ナノ物体ｎ_ｏiの近辺エリアで、このエリア内での上記電磁波の拡散および上述の温度と屈折率のプロファイルによって、新生プローブ波ＥＰＢ（Ω）を生成するための手段である。この新生プローブ波は、第１の電磁波の変調周波数においてビートによって変調される、少なくとも１つの強度成分振幅を有する。
【００４９】
最後に、本発明で提示する装置は、少なくとも、新生プローブ波ＥＰＢ（Ω）内のビートによって変調される強度成分振幅を検出する手段３を有する。
【００５０】
上記手段での処理は、目標の屈折媒体のイメージの形で、屈折媒体内のナノ物体を認識および表示することに使用することができる。
【００５１】
上述の図２ａで示すように、第１のコヒーレントな電磁波を照射する手段１は、加熱波を形成するために、第１のコヒーレントな電磁波を形成する第１のレーザビームの少なくとも１つの発生器１０からなる。このレーザ発生器１０は、都合良いことに、２倍波で波長５３２ｎｍを発生するＮｄ−ＹＡＧレーザ発生器にすることができる。
【００５２】
また、照射手段１は、第１の電磁波を形成する第１のレーザビームを、屈折媒体内のナノ物体に集束させるための１2と表示する装置を含む。
【００５３】
振動Ωの第１の加熱レーザは、音響光学変調器１03によって変調される。なお、この音響光学変調器は、図２ａに参照番号３０で示す制御発生器によって制御される。この制御発生器は、振動Ωで制御信号を音響光学変調器に供給する。音響光学変調器は、従来タイプの変調器なので、ここで詳細に記述することはないであろう。
【００５４】
また、図２ａに示すように、プローブ波を形成する第２の電磁波ＰＢを、目標のナノ物体に同時照射する手段２は、少なくとも１つの第２のレーザビーム発生器２０を有する。例えば、この発生器２０は、プローブ波を形成するためのＨｅーＮｅレーザである。
【００５５】
レーザ発生器２０によって生成される第２のレーザビームは、図２ａに示すような以下の条件で、屈折媒体内で目標のナノ物体に集束される。
【００５６】
変調された加熱波ＨＢ（Ω）およびプローブ波ＰＢは、２色性ミラー１1と単一の共通物体との間で形成された共通の光学経路上で、該２色性ミラーによって重ね合わされる。この共通物体とは、言い換えれば、図に示す１2であり、すでに説明したように集束装置を形成するものである。
【００５７】
最後に、第１のレーザビームＨＢは、例えば図２ａの表面に垂直な方向Ｐに照射されているので、リニアに偏光される。
【００５８】
プローブ波を形成する第２のレーザビームは、第２の方向Ｐ’にレーザ源２０によって照射されることでリニアに偏光される。この第２の方向Ｐ’は、例えば図２ａの表面上に存在する。
【００５９】
そして、レーザ源２０によって照射されるプローブ波の極性方向は、図２ａに２02と示すλ／４用ブレードによって、図２ａの表面に直交する面で回転偏光ＰＣへと変換される。上記回転偏光は、２色性ミラーによって伝播される。図２ａに示す試料ＳＡへの集束、および新生プローブ波ＥＰＢ（Ω）伝播の後で、上記回転偏光は、実質的に保存され、かつ、新生プローブ波ＥＰＢ（Ω）に関する、図に２02で示すλ／４用ブレードによる伝播は、初期のプローブ波ＰＢを偏光した第２の方向Ｐ’に直交する第３の方向Ｐ”に、この新生波をリニアに偏光して戻すことを可能にする。こうして、第２および第３の方向は、図２ａに示すように、図２ａの表面に直交する面として含まれる。
【００６０】
偏光分離用キューブ（polarization separator cube）によって形成される偏光分離用装置２01は、図２ａの表面に直交するＰ”の方向に偏光された新生プローブ波ＥＲＢ（Ω）のみが、元に戻るように使用することができる。この戻る方向は、上記方向の中の第３の方向を形成する。
【００６１】
偏光分離用装置２01は、第３の方向Ｐ”にリニアに偏光される新生プローブ波と第２の方向Ｐ’に偏光されるプローブ波との共通光学経路上に置かれる。
【００６２】
最後に、図２ａに示すような本発明で提示する装置は、検出手段３を有し、この手段は、新生プローブ波ＥＰＢ（Ω）を受信する少なくとも１つのフォトダイオード３1からなる。上記フォトダイオードは、都合良いことに低ノイズのフォトダイオードであり、かつ新生プローブ波ＥＰＢ（Ω）は、ハイパス用フィルタ３10によって受信される。
【００６３】
また、検出手段は、図２ａに示すように、同期化検出モジュールを有す。このモジュールは、フォトダイオード３1から供給される検出信号と、第１のレーザビームの周期的な振幅変調のための同期検出用制御信号と、を受信する。
【００６４】
この目的のため、変調信号発生器３０は、周期的変調Ωを意味する信号を、同期検出装置３2に供給する。この同期検出装置は、画像化システム３3に表示する際に、フォトダイオード３1からの供給信号を同期検波用として使用することができる。例えば、同期検出装置３2は、ロックイン・アンプを使用することもできる。
【００６５】
最後に、以下のことに留意すべきである。集束装置１2、および当然２色性ミラー１1のシステム構成品、レーザ発生器１０と２０、および光学的要素すなわち音響光学変調器１03、２色性ミラー１1、λ／４ブレード２02、偏光分離装置キューブ２01、ハイパスフィルター３10、およびフォトダイオード３1は、固定される。
【００６６】
２次元画像、または必要であれば、３次元物体の断面を形成する複数の２次元画像を得るために、上述の準備した試料ＳＡを、例えばＯＸＹＺを基準として図示のように、都合良く３次元の圧電性プラットホームの上に置く。
【００６７】
本発明で提示する装置の処理態様の詳細について、今までの記述の中で説明した方法にしたがって、説明することになる。
【００６８】
各々のナノ物体近辺で得られ、かつ上述の関係式（２）によって規定される屈折率プロファイルにより、拡散された電磁場を計算するために、同期化検出により測定された検出信号の推定は、可変性誘電媒体内における拡散原理を使用することで得られた。
【００６９】
基準プローブ波ＰＢと拡散プローブ波との間で発生する振動Ωのビートは、同期検出器にビートエネルギーＳを生じさせる。ビートエネルギーＳは、下式の関係にしたがい、直交関係にある２成分を有する。
【数４】
2008506096.tif 000006
上式において、αは、形状係数で１に近い値である。
Ｉincは、第２のコヒーレントな入射した電磁波の強度である。換言すれば、プローブ波を形成するレーザビームの強度である。
Ｐrefは、試験条件内で反射する、新生プローブ波を形成する第２の電磁波のパワーである。
ｆk（Ω）およびｇk(Ω）は、２つの無次元関数で、変調の振動数および屈折媒体の熱拡散率によって決定される関数である。
【００７０】
変調が低い振動のとき、特性長または熱拡散の半径Ｒthは、プローブビームすなわちプローブ波の集束直径よりも大きい。また、加熱用ビームに使用される変調での位相におけるｆk（Ω）／Ωの成分が、優勢となる。
【００７１】
しかし、変調が充分に高い振動のとき、Ｒth《Φのとき、ｇk(Ω）／Ωが優勢となり、１／Ωと一緒に減少する。なお、Φは、プローブ波の焦点箇所での直径を意味する。
【００７２】
図２ａの同期検出装置３2によって供給される復調信号の振幅は、次式の関係にしたがう。
【数５】
2008506096.tif 000007
上式において、両辺の関係を示す記号は、復調信号Ｓdemが右辺に比例することを意味し、右辺の〈Ｓ(t)2〉は、上式（３）において付与したビート信号の振幅の二乗を意味する。
ｆk（Ω）／Ωおよびｇk(Ω）／Ωの変動量は、Ｋ/Ｃ＝２×１０-8ｍ2/ｓとして、図３ａに示す。
【００７３】
上式（４）の関係は、検出器内のビート成分のエネルギーを評価するのに使用できる。
【００７４】
直径１．４ｎｍのゴールド粒子からなるナノ物体は、５２３ｎｍの地点で５×１０-15ｃｍ2の吸収断面積を保有し、２ＭＷ/ｃｍ2の強度を有するレーザビームを照射したときに、Ｐheat＝１０ｍｗとなる加熱パワーを吸収する。
【００７５】
Ｐinc＝７０ｍｗのパワーを有する入射プローブビームで、変調周波数Ω/２π＝８００ｋＨｚで、基準パワーＰref＝１００μＷにおいて、上式（４）は、５ｍＷのビートパワーＳdemを示す。検出回路を較正した後で、有効な測定値は、実質的には２ｍＷと同一であった。換言すれば、予測した温度値にしたがっている。
【００７６】
図４ａは、加熱波の変調信号の周波数Ω/２πの関数として、検出信号の変動量を示す。点線の曲線は、加熱波の変調信号に同相となる検出信号分の変動量を示す。混在線の曲線は、加熱波の変調信号に直交する検出信号分の変動量を示す。実線の曲線は、検出信号の合計振幅を示す。
【００７７】
図４ｂは、ミリワットで表示する加熱パワーＰheatの関数として、検出信号の線形従属性を示す。信号の振幅は、相対的振幅すなわち絶対単位（ａ.ｕ.：absolute units）で与える。加熱パワーの更なる増加は、飽和状態が追従するだけでなく検出信号の振幅のゆらぎを導き、さらに粒子が復元できない損傷にいたる。
【００７８】
図２ｂに関連して、以下のことに注意すべきである。本発明で提示する方法と装置は、直径１．４ｎｍ程の小さい金属性粒子によって形成されるナノ物体を、信号雑音比（ＳＮＲ）〉１０で検出することに使用することができる。
【００７９】
実際において、プローブ波用の波長７２０ｎｍのＴｉ−Ｓａレーザと、加熱ビーム用波長５３２ｎｍの２倍波のＮｄ−Ｙａｇレーザとを使用した。これらのレーザ強度は、音響光学変調器によって１００ｋＨｚから１５ＭＨｚまでの範囲の周波数に相当する振動で変調して使用した。
【００８０】
使用した共通物体（図２ａの１2）は、ツァイス社製の１００Ｘ、開口数＝１．４である。加熱用ビームのパワーは、１ｍＷから３.５ｍＷの範囲で、検出すべきナノ物体の大きさにより決定される。
【００８１】
試料ＳＡのイメージは、固定された第１および第２の集束ビームに対して、プラットホーム２Ｄを使用して、試料を動かすことによって形成した。
【００８２】
上述したように、試料ＳＡは、直径１.４ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３３ｎｍ、２０ｎｍ、３３ｎｍ、または７５ｎｍからなるゴールド粒子の溶液を準備した。
【００８３】
図２ｂは、直径１.４ｎｍのゴールド原子の集合体を、本発明で提示した方法と装置の応用によって得られたヘテロダイン式光熱イメージにて３次元表現したものである。
【００８４】
このイメージは、担体によって持ち込まれたバックグランドノイズが存在しないことを明らかにした。このことは、試料内での吸収物体から単に発生した検出信号、すなわちゴールド粒子の集合体を意味する。これらの粒子は、約３.５ｎＷ程度の比較的低い加熱パワーで検出され、かつ、信号雑音比１０以上の顕著な信号で検出された。
【００８５】
図２ｂのイメージにおける強度の２７２ピークに関する信号振幅のヒストグラムを示す図２ｃは、発光強度の振幅のピークは、ナノ物体自身から発生していることを立証している。
【００８６】
上記集合体の捕獲断面積は、良好な蛍光プローブまたはＣｂＳｅ/ＺｎＳのナノクリスタルの捕獲断面積と同程度で、最大で約１０-15ｃｍ2までに達する。緩和時間は、非常に短い。
【００８７】
一方、発光半導性ナノクリスタルおよび蛍光性分子は、約１ナノセカンドの放出する緩和時間を有する。このことは、吸収による検出を困難にする。
【００８８】
しかし、比較的大きな励起強度のとき、発光半導性ナノクリスタルは、発光性を示すことが生じる。本発明によって提示される方法と装置は、短い放出緩和時間を有するナノ物体を検出することに使用することができる。
【００８９】
図５ａは、発光性コロイドＣｂＳｅ/ＺｎＳの量子箱の蛍光像を示す。このコロイドの照射ピークは、約０.１ｋＷ/ｃｍ2程度の非常に低い強度の加熱ビームで励起したとき、波長６４０ｎｍのところにある。単一の量子箱照射の特徴であるブリンキング現象が、このイメージにおいて観ることができる。
【００９０】
一方、図５ｂは、本発明で提示する方法と装置の応用例で得られた同一領域のイメージを示す。このとき、５ＭＷ/ｃｍ2の励起強度で、もはや量子箱には発光性は無い。
【００９１】
２つのイメージは、正確には相互に関連がある。すなわち、本発明によって提示された方法の適用によって得られる図５ｂのイメージの中の強度の振幅を保証することは、実際は個々の量子箱のおかげである。これらは、もはやブリンキングを示していない。特別顕著な方法において、初期状態で非蛍光性であった量子箱、換言すれば図５ａでは不在であつた量子箱は、いま検出されて図５ｂで表示されている。
【００９２】
最後に、本発明で提示する方法と装置を、生物学または生命科学で使用するとき、ナノ物体の表面で上昇する温度が重要なパラメータであることに注意すべきである。
【００９３】
広く使用する配置において、直径５ｎｍのゴールド粒子から形成されるナノ物体は、１ｍＷの加熱パワーにおいて、信号対雑音比が１００を越えて検出することができる。
【００９４】
これらの条件において、局所的温度上昇は、水溶液内で４Ｋと推定することができる。
【００９５】
温度は、距離との逆数で減少し、また、生命科学における検出成分すなわち細胞小器官に対する大部分の応用は、そのような高い信号対雑音比を必要としない。従って、本発明で提示する方法と装置が、非常に小さなゴールド粒子またはナノ物体の検出、および電子的イメージの表示に使用できることは注目すべきである。また、誘発される局所的加熱は、試料全体の平均温度上昇として、実質的には１Ｋ以下にすることができる。
【００９６】
最後に、図２ａに示した本発明の提示装置の単純化に関して、説明の中で記述した記事の装置と比べて、過剰なテレセントリック装置を除去したことは注目することができる。これは、以下の事実に起因する。本発明で提示した方法と装置の中で、基準となる拡散プローブ波と振動Ωでビート変調された振幅成分を生成した変調された拡散プローブ波との間の相互作用が、目標のナノ物体の近辺エリアで実施されることである。
【００９７】
逆に言えば、説明の中で記述した装置において、上記相互作用を、ビートの代わりに、ウォラストン・プリズムおよび検出器で干渉によって実施する。この方法は、スプリットビーム間の位相関係を維持するために、テレセントリックなシステムを使用することを根本とする。したがって、これは、本発明で提示した方法と装置に係るケースではない。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明で提示する方法の適用において、本質的なステップのブロック図からなる実施例のフローチャートである。
【図２ａ】本発明で提示するナノ物体の光学的検出装置を使用する一実施例を示す図である。
【図２ｂ】本発明で提示する方法の適用において、光学的検出方法によって得られた６７ゴールド原子（１.４ｎｍ）の集合体イメージ例を示す図である。
【図２ｃ】図２ｂに示すイメージの強度に付与されたピーク番号に対して、検出信号の振幅のヒストグラムを示す図である。
【図３ａ】変調周波数の関数として、検出信号の変動原理を示す図である。
【図３ｂ】ナノ物体のサイズ（半径）の関数として、吸収断面積の変動原理を示す図である。
【図４ａ】電磁的加熱波の振幅に使用する変調周波数の関数として、検出信号の従属性原理を示す図である。
【図４ｂ】電磁的加熱波のパワーの関数として、検出信号の従属性原理を示す図である。
【図５ａ】非常に低いパワー密度の電磁的加熱波で励起された、量子箱を含むコロイド状のＣｄＳｅ／ＺｎＳ調合液の蛍光発光イメージを示す図である。
【図５ｂ】図５ａとの比較として、本発明で提示する方法の適用で得られた、同一調合液の蛍光発光イメージを示す図であって、量子箱は検出され、区別されている図である。
【図１】
2008506096.tif 000008
【図２ａ】
2008506096.tif 000009
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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【国際調査報告】
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