(57)【要約】  ルミネセンス増強システムは基板および一群のナノフィンガーを有するルミネセンス増強センサーを含むことができ、ここで個々のナノフィンガーは可撓性であることができ、基板に取着された支持端と、基板に関して遠位に位置する遠位端と、支持端および遠位端の間の中間部分とを含む。導電的に連続する金属または合金のコーティングを基板および遠位端に適用することができる。中間部分はコーティングを欠いていることができ、または中間部分のコーティングは導電的に不連続である。液体吐出器が存在することができ、２ｐＬから１０μＬの容積を有する液体の液滴を吐出する噴射ノズルを含むことができる。ナノフィンガーの群および噴射ノズルは液滴がナノフィンガーの群上に付着されるように相互に位置決め可能である。
2021517249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルミネセンス増強システムであって：
基板、
一群のナノフィンガー、ここで個々のナノフィンガーは可撓性であり、基板に取着された支持端と、基板に関して遠位に位置する遠位端と、支持端および遠位端の間の中間部分とを含む、および
基板および遠位端に適用され導電的に連続する金属または合金のコーティング、ここで中間部分はコーティングを欠いているかまたは中間部分のコーティングは導電的に不連続である
を含むルミネセンス増強センサー；および
２ｐＬから１０μＬの容積を有する液滴の形態でそこから液体を吐出する噴射ノズルを含む液体吐出器、ここでナノフィンガーの群および噴射ノズルは液滴がナノフィンガーの群上に付着されるように相互に位置決め可能である
を含むルミネセンス増強システム。
【請求項２】
ナノフィンガーの群の中の個々のナノフィンガーは、支持端において２０ｎｍから５００ｎｍ離隔され、０．０５μｍから２μｍの平均長さを有し、そして支持端において５０ｎｍから５００ｎｍの平均幅を有する、請求項１のルミネセンス増強システム。
【請求項３】
液体吐出器はさらに、内部に充填された液体を含む、請求項１のルミネセンス増強システム。
【請求項４】
液体と可撓性ナノフィンガーは対をなしており、ナノフィンガーの群上へと液体吐出器によって吐出される液滴は、ナノフィンガーの群の隣接する個々のナノフィンガーをそれぞれの遠位端において収束させるが、隣接する遠位端の間に依然として間隔を残すようにさせる力を生じさせる、請求項３のルミネセンス増強システム。
【請求項５】
液体は表面張力を有し、ナノフィンガーの群の個々のナノフィンガーがその支持端を濡らすことなく、それぞれの遠位端において液滴によって接触されるように、ナノフィンガーの群の個々のナノフィンガーの間の間隔に対する液滴容積でもって液体吐出器から吐出可能である、請求項３のルミネセンス増強システム。
【請求項６】
液体吐出器は、液体の液滴からの液体の蒸発速度に対してナノフィンガーの群上への液滴の吐出を計時するように調節可能である、請求項１のルミネセンス増強システム。
【請求項７】
２ｐＬから１０μＬの容積を有する第２液滴の形態で第２液体をそこから吐出する第２噴射ノズルを含む第２液体吐出器をさらに含む、請求項１のルミネセンス増強システム。
【請求項８】
液体吐出器はその中に充填された液体を含み、第２液体吐出器はさらにその中に充填された第２液体を含み、液体はナノフィンガーの群上へと液滴を介して装荷される被分析物を含み、そして第２液体はナノフィンガーの群の隣接する個々のナノフィンガーをそれぞれの遠位端において収束させるが隣接する遠位端の間に依然として間隔を残す、請求項７のルミネセンス増強システム。
【請求項９】
ルミネセンス増強センサーを支持し、ナノフィンガーの群を噴射ノズル、光学検出器、またはそれらの組み合わせと整列させる可動ステージをさらに含む、請求項１のルミネセンス増強システム。
【請求項１０】
周期的な間隔を置いた複数の群のナノフィンガーをさらに含み、隣接するナノフィンガーの群は０．５μｍから５μｍの間隔を置いている、請求項１のルミネセンス増強システム。
【請求項１１】
ルミネセンス増強システムであって：
基板、
一群のナノフィンガー、ここで個々のナノフィンガーは可撓性であり、基板に取着された支持端と、基板に関して遠位に位置する遠位端と、支持端および遠位端の間の中間部分とを含む、および
基板および遠位端に適用され導電的に連続する金属または合金のコーティング、ここで中間部分はコーティングを欠いているかまたは中間部分のコーティングは導電的に不連続である
を含むルミネセンス増強センサー；
ナノフィンガーの群上に２ｐＬから１０μＬの容積を有する液滴の形態でそこから液体を吐出する噴射ノズルを含む液体吐出器、ここでナノフィンガーの群および噴射ノズルは液滴がナノフィンガーの群上に付着されるように相互に位置決め可能である；
ナノフィンガーの群に向けて電磁放射線を発する電磁放射源；および
ナノフィンガーの群上への液滴の適用によって生成されたルミネセンス増強領域から発光されたルミネセンスを検出する光学検出器、ここで発光されたルミネセンスは電磁放射線との相互作用に応答したものである
を含むルミネセンス増強システム。
【請求項１２】
ルミネセンス増強システムは表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）システムまたは表面増強蛍光（ＳＥＦ）システムである、請求項１０のシステム。  
【請求項１３】
被分析物の検知方法であって：
基板に取着された一群のナノフィンガーを含むルミネセンス増強センサー上へと被分析物を有する液体の液滴を噴射ノズルから吐出すること、ここで個々のナノフィンガーは可撓性であり、基板に取着された支持端と、基板に関して遠位に位置する遠位端と、支持端および遠位端の間の中間部分とを含み、ルミネセンス増強センサーは基板および遠位端に適用され導電的に連続する金属または合金のコーティングを含み、ここで中間部分はコーティングを欠いているかまたは中間部分のコーティングは導電的に不連続である；および
ナノフィンガーの群の個々のナノフィンガーを収束させてルミネセンス増強領域を形成すること、そこでは個々のナノフィンガーのそれぞれの遠位端が収束されているが、それぞれの遠位端の間に間隔が残されている；および
ルミネセンス増強領域に位置する被分析物から発光された信号を光学的に検出すること
を含む方法。
【請求項１４】
収束の形成は、第２液体の第２液滴を第２噴射ノズルからナノフィンガーの群上に吐出することを含む、請求項１３の方法。
【請求項１５】
収束の形成は、ナノフィンガーの群との接触状態から液滴が蒸発することにより生ずる毛管力に起因して行われ、ここで被分析物はルミネセンス増強領域の液体から付着される、請求項１３の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ルミネセンス検出システムは、局在表面プラズモン共鳴、光子散乱、およびその他を測定することができる。例えば共鳴は、幾つかの文脈ではセンサーと称されることのできる、基板の表面上の電子が、光の特定波長に応じて振動する場合に生ずることができる。ルミネセンス検出システムは一般に、高分子および材料科学、生化学、バイオセンシング、触媒作用、電気化学、その他の分野において、分子の化学的識別性（同一性）および／または構造情報を決定するために使用可能である。より具体的には、これらの種類のシステムは、生物試料、疾患、および爆発物において分子を検出するために、並びに分子中の原子の物理的な配列を決定するために使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
本願における図面は、本願に呈示される例を表すものであり、特定の限定を行うものとして考えられるべきではないことが理解されよう。さらにまた、これらの図面は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ例を表すものである。
【０００３】
図１Ａは、本願の例によるルミネセンス増強システムの１つの例を概略的に示しており；
【０００４】
図１Ｂは、本願の例によるルミネセンス増強システムの１つの例を概略的に示しており；
【０００５】
図２Ａは、群（群）に配置された可撓性ナノフィンガーを備えた本願の例による基板の上面図を概略的に示しており；
【０００６】
図２Ｂは、群に配置された可撓性ナノフィンガーを備えた本願の例による基板の上面図を概略的に示しており；
【０００７】
図２Ｃは、群に配置された可撓性ナノフィンガーを備えた本願の例による基板の上面図を概略的に示しており；
【０００８】
図３は、群に配置された複数群の可撓性ナノフィンガーを備えた本願の例による基板の上面図を概略的に示しており；
【０００９】
図４は、基板に達することなくナノフィンガーの遠位端上に着座する小さな液滴を与える本願の例によるルミネセンス増強システムの１つの例を概略的に示しており；
【００１０】
図５は、液滴の計時吐出の例を説明する本願の例によるルミネセンス増強システムの１つの例を概略的に示しており；
【００１１】
図６は、代替的な液滴の計時吐出の例を説明する本願の例によるルミネセンス増強システムの１つの例を概略的に示しており；
【００１２】
図７は、本願の例によるルミネセンス増強システムの１つの例を概略的に示しており；
【００１３】
図８は、本願の例によるルミネセンス増強システムの１つの例を概略的に示しており；そして
【００１４】
図９は、本願の例による被分析物検出方法の１つの例を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
被分析物の検出および／または分子配列の検出のためのルミネセンスセンサーは、目標化合物を含有している溶液中にセンサーを浸漬して溶液をセンサー表面上に吸着させ、そして多くの場合にはセンサーを洗い流して緩く結合した分子を除去しおよび／またはセンサー上に濃度勾配が形成されるのを防止し、多くの場合は続いてセンサーを乾燥させることによって調製可能である。このプロセスは多くの時間を必要とする可能性があり、そして幾つかの場合には、センサー特性を改良するために、例えばナノフィンガーの接近を制御するため、または他の技法のために、追加の洗い流しおよび乾燥工程を付加することができる。例えば、目標化合物または被分析物を低濃度で含有する液体について使用するためなど、例えば場合によっては単一分子を検出するために、センサーの感度を向上させるには、より精確に制御された、予測可能な、および／または一様なナノフィンガー接近技法が実際的には有用でありうる。従って、本願に記載されるルミネセンス増強システムは、より面倒でなく時間を浪費しないルミネセンス増強センサーの調製を許容することができ、そしてそうしたルミネセンス増強センサーは、本願に記載のシステムについて使用された場合に、良好な感度を示すことができる。
【００１６】
これによれば、ルミネセンス増強システムは、基板、一群のナノフィンガー、およびこれらに適用された金属または合金のコーティングを含む、ルミネセンス増強センサーを含むことができる。一群のナノフィンガーは個々のナノフィンガー（群の中に）を含むことができ、個々のナノフィンガーは可撓性であることができ、そして基板に取着された支持端、基板に関して遠位に位置する遠位端、および支持端と遠位端の間の中間部分を含むことができる。コーティングは、より具体的には、基板および遠位端に対して、導電的に連続した仕方で、例えば電気伝導性に関して連続したコーティングまたは事実上連続したコーティングとして適用可能である。他方、中間部分（ナノフィンガーの）はコーティングを欠いていることができ、または中間部分のコーティングは導電的に不連続であることができ、例えば中間部分は導電性ではない。このシステムはまた、２ｐＬから１０μＬの容積を有する液滴の形態でそこから液体を吐出する噴射ノズルを含む、液体吐出器を含むことができる。ナノフィンガーの群と噴射ノズルは、液滴がナノフィンガーの群上に付着されるように、相互に相対的に位置決め可能である。一つの例では、ナノフィンガーの群の中の個々のナノフィンガーは、支持端において２０ｎｍから５００ｎｍ離隔されており、０．０５μｍから２μｍの平均長さを有し、支持端における平均断面幅は５０ｎｍから５００ｎｍである。別の例においては、液体吐出器はさらに、内部に充填された液体を含むことができる。かくして液体と可撓性ナノフィンガーは対をなすことができ、それによってナノフィンガーの群上へと液体吐出器によって吐出された液滴は、ナノフィンガーの群の隣接する個々のナノフィンガーをそれぞれの遠位端において収束させるが、隣接する遠位端の間に依然として間隔を残すようにさせる力を生じさせる。具体的な例では、液体は表面張力を有することができ、そしてナノフィンガーの群の個々のナノフィンガーが、ナノフィンガーの支持端を濡らすことなく、それぞれの遠位端において液滴によって接触されるように、ナノフィンガーの群の個々のナノフィンガーの間の間隔に対する液滴容積でもって、液体吐出器から吐出可能であることができる。別の例においては、液滴は遠位端および基板の両方を濡らすことができる。液体吐出器は、液滴からの液体の蒸発速度に対してナノフィンガーの群上への液滴の吐出を計時するように調節可能であることができる。一つの例では、ルミネセンス増強システムは２ｐＬから１０μＬの容積を有する第２液滴の形態で第２液体をそこから吐出する第２噴射ノズルを含む第２液体吐出器を含むことができる。この例では、液体吐出器はその中に充填された液体を含むことができ、そして第２液体吐出器は、その中に充填された第２液体を含むことができる。液体は、ナノフィンガーの群上へと液滴を介して装荷される被分析物を含むことができ、そして第２液体は、液滴との接触または蒸発に際してナノフィンガーの群の隣接する個々のナノフィンガーがそれぞれの遠位端において収束するが、隣接する遠位端の間に依然として間隔を残すようにさせることができる。別の例においては、ルミネセンス増強システムは、ルミネセンス増強センサー���支持し、ナノフィンガーの群を噴射ノズルと整列させる可動ステージと、光学検出器（散乱、共鳴、その他を検出するために存在してよい）、またはこれらの組み合わせを含むことができる。このシステムはまた、周期的な間隔を置いた複数の群のナノフィンガーを含むことができ、隣接するナノフィンガーの群は０．５μｍから５μｍの間隔を置いている。例えば、相互に独立して検出用に使用可能な複数の群のナノフィンガーがあることができ、または複数群を小さな集まり、例えば２群、３群、１０群、５０群、その他とすることができ、または全部の群を群の場として評価することができる。
【００１７】
別の例においては、ルミネセンス増強システムは、ルミネセンス増強センサー、液体吐出器、放射源、および光学検出器を含むことができる。ルミネセンス増強センサーは、基板、一群のナノフィンガー、およびこれらに適用された金属または合金のコーティングを含むことができる。ナノフィンガーの群は、個々のナノフィンガー（群の中に）を含むことができ、個々のナノフィンガーは可撓性であることができ、そして基板に取着された支持端、基板に関して遠位に位置する遠位端、および支持端と遠位端の間の中間部分を含むことができる。コーティングは、より具体的には、基板および遠位端に対して、導電的に連続した仕方で、例えば電気伝導性に関して連続したコーティングまたは事実上連続したコーティングとして適用可能である。他方、中間部分（ナノフィンガーの）はコーティングを欠いていることができ、または中間部分のコーティングは導電的に不連続であることができ、例えば中間部分は導電性ではない。このシステムはまた、２ｐＬから１０μＬの容積を有する液滴の形態でそこから液体を吐出する噴射ノズルを含む、液体吐出器を含むことができる。ナノフィンガーの群と噴射ノズルは、液滴がナノフィンガーの群上に付着されるように、相互に相対的に位置決め可能である。例えば噴射ノズルは、目標とするナノフィンガーの群に対して自身を位置決めするために、キャリッジに沿って直線的に、または平坦な２Ｄ空間において、または３Ｄ空間において移動することができる。ルミネセンス増強センサーは、自身を噴射ノズルに対して位置決めするために、横方向に、平坦な２Ｄ空間において、または３Ｄ空間において移動可能なプラットフォーム上にあることができる。別の例においては、一群のナノフィンガー上または場合によっては単一のナノフィンガー上へとノズルから液滴を付着させるように、噴射ノズルおよびセンサーの両者を整列するように移動可能とすることができる。電磁放射源は、ナノフィンガーの群に向けて電磁放射線を発することができ、そして光学検出器は、ナノフィンガーの群上への液滴の適用によって生成されたルミネセンス増強領域から発光されたルミネセンスを検出することができる。発光されたルミネセンス（ルミネセンス増強領域から）は、電磁放射線との相互作用に応答したものであることができる。この場合にも、ナノフィンガーの群は一つより多くあることができる。一つの例では、ルミネセンス増強システムは、表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）システムまたは表面増強蛍光（ＳＥＦ）システムである。
【００１８】
別の例においては、被分析物を検知する方法が、被分析物を備えた液体の液滴を噴射ノズルから、基板に取着された一群のナノフィンガーを含むルミネセンス増強センサー上に吐出することを含むことができる。個々のナノフィンガーは可撓性であることができ、そして基板に取着された支持端、基板に関して遠位に位置する遠位端、および支持端と遠位端の間の中間部分を含むことができる。ルミネセンス増強センサーは、基板および遠位端に対して適用され導電的に連続した金属または合金のコーティングを含むことができ、そして中間部分はコーティングを欠いていることができ、または中間部分のコーティングは導電的に不連続であることができる。付加的な工程として、ナノフィンガーの群の個々のナノフィンガーを収束させてルミネセンス増強領域（または「ホットスポット」）を形成することを含むことができ、そこでは個々のナノフィンガーのそれぞれの遠位端が収束可能であるが、依然としてそれらの間に小さな間隔を残している；そしてルミネセンス増強領域に位置する被分析物から発光された信号を光学的に検出することを含むことができる。これは例えば、被分析物を検出するための情報をもたらすことができる。一つの例では、収束形成は、第２液体の第２液滴を第２噴射ノズルから、ナノフィンガーの群上に吐出することを含むことができる。別の例においては、収束形成はナノフィンガーの群との接触状態から液体が蒸発することによって生じうる毛管力に起因して行われることができ、そして被分析物はルミネセンス増強領域において液体から付着される。
【００１９】
留意点として、これら種々のシステムおよび方法について説明する場合、それらの説明の各々は他の例に対しても、それらを他の例の文脈において明示的に記載したか否かに関わらず、適用可能であると考えることができる。従って例えば、ルミネセンス増強システムに関してルミネセンス増強センサーを説明するについては、そうした説明はまた、ルミネセンス増強センサーを使用して被分析物を検出する他の種類のシステムおよび方法の文脈にも関連し、また直接に支持を行うものであり、そして逆もまた同様である。
【００２０】
上述したように、本願の例は、ルミネセンス増強システムおよび被分析物の検知方法に関連している。本願のルミネセンス増強システムおよび方法は、表面増強ルミネセンスを測定するために利用することができる。本願で使用するところでは、「表面増強」されたルミネセンスに言及する場合、例には表面増強ラマン発光、表面増強蛍光、レイリー発光その他を含むことができる。例えば、表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）および表面増強蛍光には、粗な金属表面または金属化表面の使用が含まれ、そして本開示によれば、粗な表面には金属化先端を有する可撓性ナノフィンガーを備えた金属化基板が含まれる。これらの具体的な構造は、本願ではルミネセンス増強「センサー」と称されることができる。
【００２１】
システムそれ自体について見ると、図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、システム１００はルミネセンス増強センサー１０２および液体吐出器１１０を含むことができる。ルミネセンス増強センサーは、基板１０４および群（または図１Ｂに示すような複数の群）に配置された可撓性ナノフィンガー１０６を含むことができる。個々のナノフィンガーは、基板に取着された支持端１１８Ａ、遠位端１１８Ｂ、およびそれらの間の中間部分１１８Ｃを含むことができる。導電性の金属または合金が、基板１０８Ｂおよびナノフィンガーの遠位端１０８Ａをコーティングすることができ、そして中間部分はコーティングされないままであることができ、または不連続にコーティングされることができ、かくしてコーティングはナノフィンガーのその部分に沿って導電性ではない（例えば、基板および遠位端のコーティングに対して実際上機能的に非導電性であるのに十分なだけ不連続である）。液体吐出器１１０は、ルミネセンス増強センサー上、ナノフィンガーの個々の群上、ナノフィンガーの群の複数個または集まり上、またはナノフィンガーの先端上へと、液体を液滴として基板を濡らすことなく吐出するための噴射ノズル１１２を含むことができる。
【００２２】
ルミネセンス増強センサーは、基板を含むことができる。基板は一つの例では１０μｍ２から２５ｍｍ２の範囲の大きさの、平坦で平面的な表面であることができるが、均一でないまたは平坦以外の構成であることもできる。幾つかの例では、基板はシート、ウエーハ、フィルム、またはウェブの形態であることができる。基板は剛性または可撓性であることができ、またシリコン、ガラス、石英、窒化ケイ素、サファイア、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、ポリマー、金属、合金、またはこれらの組み合わせから選択される材料から構成されることができる。一つの例では、基板はポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの組み合わせといった、ポリマーから構成されることができる。基板は剛性または可撓性であることができる。
【００２３】
ルミネセンス増強センサーはさらに、基板から垂直に延びる可撓性ナノフィンガーを含むことができる。ナノフィンガーは柱状構造であることができ、これは基板に取着された支持端および遠位端を含むことができる。個々のナノフィンガーの形状は、さまざまであることができる。例えば、個々のナノフィンガーは、柱、円錐、ピラミッド型、ロッド、バー、またはその他の形状であることができる。一つの例では、個々のナノフィンガーは基板端から遠位端まで０．０５μｍから２μｍの範囲にわたる長さを有することができる。さらに他の例においては、この長さは０．０５μｍから０．９μｍ、０．２５μｍから２μｍ、０．５０μｍから１μｍ、または０．７５μｍから１．５μｍの範囲にわたることができる。幾つかの例では、ナノフィンガーは断面幅が先細であることができ、支持端における外周が遠位端における外周よりも幅広になっている。さらに他の例においては、個々のナノフィンガーの断面幅は、ナノフィンガーの長さに沿って実質的に一貫していることができる。幾つかの例では、この断面幅は５０ｎｍから５００ｎｍの範囲にわたることができる。さらに他の例においては、断面幅は１００ｎｍから５００ｎｍ、１００ｎｍから３００ｎｍ、５０ｎｍから２５０ｎｍ、または７５ｎｍから４５０ｎｍの範囲にわたることができる。幾つかの例では、断面幅はナノフィンガーの長さに沿った平均であることができる；一方で他の例では、断面幅はナノフィンガーの遠位端における幅であることができる。
【００２４】
個々のナノフィンガーの間の間隔は、さまざまであることができる。一つの例では、個々のナノフィンガーの間の間隔は支持端において、２０ｎｍから５００ｎｍまで変動することができる。さらに他の例では、個々のナノフィンガーの間の間隔は支持端において、５０ｎｍから４００ｎｍ、１００ｎｍから３００ｎｍ、７５ｎｍから３５０ｎｍ、２００ｎｍから５００ｎｍ、または１５０ｎｍから４００ｎｍまで変動することができる。
【００２５】
上述したように、ナノフィンガーは基板上で群に配置されることができる。一つの例では、群は、個々のナノフィンガーの幾つかの整列した行のような、アレイ（配列）であることができる。他の例においては、群は幾何学的な集まりであることができ、そこではナノフィンガーは中心点の周囲に配置されてよい。例えば、ナノフィンガーは、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形、その他の形状に配置されることができる。群についての異なる幾何学的配置の上面図が図２Ａから図２Ｃに示されており、それには基板２０４の部分上面図と、ナノフィンガー２０６の上面図が含まれている。一つの具体的な例では、本開示に従って使用するについて、五角形の群が良好な配置でありうる。
【００２６】
群の中での個々のナノフィンガーの間の間隔もまた、さまざまであることができる。例えば、群の中での個々のナノフィンガーは支持端において、相互に５０ｎｍから４００ｎｍ離隔されていることができる。他の例においては、群の中での個々のナノフィンガーは支持端において、相互に１００ｎｍから３５０ｎｍ、５０ｎｍから２５０ｎｍ、または７５ｎｍから３００ｎｍ離隔されていることができる。一つの例では、群の中での個々のナノフィンガーは支持端において５０ｎｍから４００ｎｍ離隔されていることができ、そしてナノフィンガーは０．２５μｍから２μｍの平均長さを有することができ、また支持端において５０ｎｍから５００ｎｍの平均断面幅を有することができる。幾つかの例では、収束に際して遠位端の間に特定の間隔を達成するために、ナノフィンガーの間隔、長さ、および幅は相互に関連していることができる。
【００２７】
一つの例では、基板は複数群のナノフィンガー、すなわちナノフィンガーの群の「集まり」を含むことができる。（部分的な）基板３０４の上面図および群に配置された個々のナノフィンガー３０６の上面図の概略的な例を、隣接する群と共に図３に示す。やはり図３に示されているのは液体の液滴３２０であり、図示のナノフィンガーの群の一つの中にあるナノフィンガーの遠位端に跨って懸架されている。一つの例では、液滴の表面張力および遠位端の疎水性が、蒸発が生ずるまで、液滴が群の中のナノフィンガーの遠位端上に懸架されたまま残ることを許容しうる。例えば基板は、周期的な間隔を置いた複数のナノフィンガー群を含むことができる。一つの例では、隣接する群の間の間隔は、０．５μｍから５μｍであることができる。他の例においては、隣接するナノフィンガー群の間の間隔は、１μｍから５μｍ、０．５μｍから４μｍ、または０．７５μｍから３μｍの範囲にわたることができる。
【００２８】
ナノフィンガーは、基板と同じ材料から、または異なる材料から構成されることができる。一つの例では、ナノフィンガーは誘電材料、非誘電材料、半導体材料、その他を含むことができる。一つの例では、ナノフィンガーの中間部分の導電性は、基板およびナノフィンガーの遠位端にコーティングされた金属または合金の導電性よりも小さくてよい。ナノフィンガーは、ポリシロキサン、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、スピンオンガラス、ゾルゲル、ダイヤモンド、カーボン、酸化アルミニウム、サファイア、酸化亜鉛、酸化チタン、コポリマー、またはこれらの組み合わせから構成することができる。可撓性の組成物は、個々のナノフィンガーの遠位端が別のナノフィンガーの遠位端に向かって、またはナノフィンガーがナノフィンガーの群に配置された場合には中心点に向かって収束することを許容することができる。
【００２９】
基板およびナノフィンガーの遠位端は、導電性の金属または合金でコーティングされることができる。本願で使用するところでは、「合金」は複数の金属の組み合わせ、さらには金属（単数または複数）と非金属の組み合わせをも含むことを意図している。合金はまた、基板およびナノフィンガーの遠位端上への２つの金属の同時適用を含むことができ、または複数の金属（または金属と非金属）のブレンドされた金属を含むことができる。一つの例では、金属または合金は、銅、銀、アルミニウム、または金を含むことができる。コーティングは、本願で記載の液体吐出器を用いて適用された場合のように、それにごく近接する可能性のある被分析物からのルミネセンスを増強することができる。
【００３０】
幾つかの例では、群のナノフィンガーは液滴によって接触された場合に収束することができるが、それらの遠位端においてはナノフィンガーの間に間隔を残す。一つの例では、これは液滴からの液体の接触または蒸発に起因しうる。例えば、液体はナノフィンガーの間に貯留されまたは捕捉されたままとなることができ、そしてナノフィンガーに微小毛管力を作用させることができる。この微小毛管力は個々の可撓性ナノフィンガーをまとめて引き寄せることができ、そして液体が蒸発するにつれて、可撓性ナノフィンガーが群の中心位置に向けて収束することを許容する。収束の中心位置は少なくとも部分的に、ナノフィンガーの遠位端をコーティングしている金属または合金と、液体中の被分析物との間のファンデルワールス力によって指令されうる。
【００３１】
次に液体吐出器について見る。液体吐出器は、被分析物を含有する液体および／または接近用液体のような液体を精確に付着（堆積）させることを許容しうる。一つの例では、液体吐出器は圧電式吐出器、サーマル吐出器、静電吐出器、または音響吐出器であることができる。一つの例では、吐出器はサーマル吐出器であることができる。さらに別の例においては、吐出器は圧電式吐出器であることができる。液体吐出器は種類に関わらず、制御された液滴寸法、改善された液滴コンシステンシー、およびサテライト液滴の排除を許容することができる。本願で使用するところでは、サテライト液滴とは、飛散してセンサーの非応答エリアに着弾する液体の液滴または複数の液滴を指している。
【００３２】
前述したように、液体吐出器は制御された液滴寸法を許容することができる。一つの例では、液体吐出器の噴射ノズルは、２ｐＬから１０μＬの容積を有することができる液体の液滴の吐出を許容可能である。他の例においては、液体の液滴は、２５ｐＬから５μＬ、５ｐＬから５μＬ、１５ｐＬから１μＬ、５０ｐＬから５００ｐＬ、１０ｐＬから１，０００ｐＬ、または２０ｐＬから５００ｐＬの容積を有することができる。これらの寸法範囲内にある液滴は、幾つかの例では、ナノフィンガーの遠位端上に精確に付着させることができ、被分析物を液体中の濃度で遠位端に付着することを許容可能である。図４は、液体の液滴４２０をルミネセンス増強センサー４０２上に吐出するのに使用可能な、液体吐出器４１０および噴射ノズル４１２を概略的に示している。ルミネセンス増強センサーは、ナノフィンガー４０６を備えた基板４０４と、基板４０８Ｂおよびナノフィンガーの遠位端４０８Ａをコーティングしている導電性金属または合金を含むことができる。この例においては、液滴は図示のように単一のナノフィンガーの先端だけに付着可能であり、または複数の隣接する先端に対して適用可能である（図示せず）。特定の例においては、液体の表面張力、液滴寸法、ナノフィンガー（単数または複数）の大きさ、ナノフィンガーの間の間隔その他は、主として遠位端に適用され、その下側にある基板を濡らすことのない、付着事象をもたらすことができる。
【００３３】
さらに別の例においては、液体吐出器は、ナノフィンガー上への液滴の吐出を、液滴からの液体の最小限の蒸発と一致するよう計時するように調節可能であることができる。例えば、液滴の吐出は、液体の蒸発速度と合致するように計時可能であり、かくして液体の薄い膜がセンサーの表面上に残るようにされる。一つのそうした例においては、液体の薄い膜がナノフィンガーの遠位端またはその下側に残るように計時されうる。液体をナノフィンガーの遠位端またはその下側に維持すると、微小毛管力を付着期間の全体にわたって適用することが可能になる。図５は、液滴５２０をルミネセンス増強センサー５０２上に吐出するために使用される液体吐出器５１０および噴射ノズル５１２を示している。このルミネセンス増強センサーは、ナノフィンガー５０６を備えた基板５０４と、基板５０８Ｂおよびナノフィンガーの遠位端５０８Ａをコーティングしている導電性金属または合金を含むことができる。液体５２２はこの例においてはセンサーの表面上に、但しナノフィンガーの遠位端より下側に維持されることができる。蒸発は（ｅ）として示されているように生じて液体を除去し、次いで新たな液体液滴を、遠位端の金属コーティングより下側の液体のレベルを維持する速度で適用可能である。
【００３４】
さらに別の例においては、計時タイミングは、後続の液滴が吐出される前に、または後続の液滴がセンサーに当たるより前に、本質的に完全または完全な蒸発（ｅ）を許容するように間隔を空けることが可能である。一つのそうした例が図６に概略的に示されている。図６に示されているように、液体吐出器６１０および噴射ノズル６１２は、液滴６２０をルミネセンス増強センサー６０２上に吐出するために使用される。このルミネセンス増強センサーは、ナノフィンガー６０６を備えた基板６０４と、基板６０８Ｂの一部およびナノフィンガーの遠位端６０８Ａをコーティングしている導電性金属または合金を含むことができる。図示されているように、液体は後続の液滴が基板に接触するより前に基板から蒸発することができる。この計時タイミングは、一連の局所的な乾燥事象に帰着しうる。
【００３５】
幾つかの例では、ルミネセンス増強システムはさらに、第２噴射ノズルを備えた第２液体吐出器を含むことができる。第２液体吐出器および第２噴射ノズルは、ナノフィンガーの群上に第２液体の第２液滴を吐出するように、ルミネセンス増強センサーに対して位置決め可能である。図７に示されているように、一つの例では、ルミネセンス増強システム７００は液体吐出器７１０および噴射ノズル７１２；第２液体吐出器７１４および第２噴射ノズル７１６；基板７０４、ナノフィンガー７０６、およびナノフィンガーの遠位端７０８Ａおよび基板７０８Ｂをコーティングしている金属または合金を含むルミネセンス増強センサー７０２；および可動ステージ７３０を含むことができる。特に、可動ステージは、単一の液体吐出器のみを備えた、または他のルミネセンス増強センサーまたはシステムを備えた、本願の他の例についても関連しうる。二連液体吐出器システムは、被分析物を含有している液体がナノフィンガーの収束を招来しない場合に有用でありうる。例えば、液体吐出器および噴射ノズルは、被分析物をナノフィンガー上に付着することのできる液体を与えることができる。第２液体吐出器および第２噴射ノズルは、第２液体の液滴を与えることができ、これは液滴からの液体の接触または蒸発に起因して、第２液体によって接触された群のナノフィンガーの収束を生じさせることができるが、遠位端においてナノフィンガーの間に間隔を残す。第２液体は接近液体であることができる。本願で使用するところでは、「接近液体」は、群に配置されたナノフィンガーの遠位端を液体との接触または蒸発に起因して収束させるよう作用可能な液体を指している。幾つかの例では、ナノフィンガーの遠位端の間の間隔は、接近の後に２ｎｍよりも小さくてよい。
【００３６】
別の例においては、ルミネセンス増強システムは複数の液体リザーバを含むことができ、これらは単一の液体吐出器および噴射ノズルを共有することができる。これまでと同様に、この種のシステムは被分析物を含有する液体がセンサー上に与えられることを許容でき、次いで接近液体が続いてセンサー上に吐出されることを許容できる。更に他の例においては、被分析物を含有する複数の液体をセンサー上のナノフィンガーの異なる群上に与えることができるように、ルミネセンス増強システムは複数の液体リザーバを含むことができる。
【００３７】
さらなる例においては、ルミネセンス増強システムは、図７において７３０で示されているように、ルミネセンス増強センサーを支持するための可動ステージを含むことができる。可動ステージは、一群のナノフィンガーを液体吐出器の噴射ノズル、第２液体吐出器の第２噴射ノズル、および／または光学的検出システムと整列させるように、センサーの位置を移動させるために使用することができる。一つの例では、可動ステージは段、例えば１つまたは２つの軸に沿って１００ｎｍから１００ｍｍの段について精確な移動を許容するように動作可能であることができる。このことは、センサー上のナノフィンガーの異なる群を液体吐出器および噴射ノズルに対して露出するために、センサーを事前に移動することを許容可能にする。さらなる例においては、可動ステージは、センサーをそれが液体吐出器および噴射ノズルと整列したエリアからセンサーが光学検出器と整列する第２エリアへと搬送するために、より大きな移動を行うために使用可能である。このステージは、精確な移動を許容することのできる任意のステージであることができる。
【００３８】
さらに別の例においては、ルミネセンス増強システムはさらに、ルミネセンス増強センサーに向けることのできる、または向けられた光学検出器を含むことができる。本願で使用するところでは、「光学検出器」は、分子の振動に起因しうる分子からのルミネセンスにおける変化を測定するための装置を指している。一つの例が図８に示されている。図８に示されているように、ルミネセンス増強システム８００は、液体吐出器８１０および噴射ノズル８１２、基板８０４、ナノフィンガー８０６、およびナノフィンガーの遠位端８０８Ａおよび基板８０８Ｂ上の金属または合金コーティングを含むルミネセンス増強センサー８０２を含むことができる。このシステムはまた、高エネルギーレーザー、例えば近ＵＶ、近ＩＲ、分子振動と相互作用する可視光、光子、または他の励起といった、電磁放射源８４０を含むことができる。また散乱、光子の励起、分子共鳴、その他を検出するために、光学検出器８５０も存在することができる。幾つかの例では、光学検出器はさらに、発光された電磁放射を検出し分析するために、検出器および分析器を含むことができる。一つの例では、ルミネセンス増強システムは、表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）装置または表面増強蛍光（ＳＥＦ）装置の一部として、電磁放射源、ルミネセンス増強センサー、および光学検出器を含むことができる。
【００３９】
図９に示されているさらなる例においては、被分析物を検知するための方法９００は、被分析物を有する液体の液滴を噴射ノズルから、基板に取着された一群のナノフィンガーを含むルミネセンス増強センサーに対して吐出すること９１０を含むことができる。個々のナノフィンガーは可撓性であることができ、基板に取着された支持端、基板に関して遠位に位置する遠位端、および支持端と遠位端の間の中間部分を含んでいる。ルミネセンス増強センサーは、基板および遠位端に適用され導電的に連続する金属または合金のコーティングを含むことができ、そして中間部分はコーティングを欠いているかまたは中間部分におけるコーティングは導電的に不連続であることができる。この方法はまた、ナノフィンガーの群の個々のナノフィンガーを収束させてルミネセンス増強領域、またはルミネセンスホットスポットを形成すること９２０を含むことができ、ここで個々のナノフィンガーのそれぞれの遠位端は、それぞれの遠位端の間に間隔を残しながら収束させることができ、そしてルミネセンス増強領域に配置された被分析物から発せられる信号が光学的に検出される９３０。
【００４０】
本願で使用するところでは、時にはルミネセンス「ホットスポット」と称されることもある「ルミネセンス増強領域」は、増強されたルミネセンスが生ずるセンサーのエリアを指している。一つの例では、増強ルミネセンスは、一群のナノフィンガーの遠位端の収束に起因して生じうる。被分析物がこうした部位に配置または捕捉され、そしてルミネセンス増強領域に電磁放射源による問い合わせが行われると、光学検出器によって検出された被分析物信号は増強可能となり、例えば増強された増幅となる。かくして、増強されたルミネセンスは、より感度の高い検出を許容可能とする。
【００４１】
一つの例では、液体中の被分析物は、群の中でナノフィンガーの遠位端が収束するという結果を生じない場合がある。例えばこれは、液体の液滴が図４に示すようにナノフィンガーの遠位端上に着座する容積を有し、ナノフィンガーの支持端まで貫通しない場合に生ずる可能性がある。これはまた、被分析物を含有する溶質が、ナノフィンガーの遠位端の収束を生ずるのに十分強い毛管力をもたらさない例においても生じうる。これは、溶質が迅速に蒸発する例において生じうる。収束が起こらず、または所望とする程度にまで起こらない場合、そのとき一つの例では、収束形成は、第２液体の第２液滴を第２噴射ノズルからナノフィンガーの群上に吐出することを含むことができる。第２液体の第２液滴がナノフィンガーの群を貫通し蒸発するにつれて、貫通および蒸発からの毛管力、収束がもたらされうる。別の例においては、ナノフィンガーの群との接触状態から液滴が蒸発することによって生ずる毛管力に起因して収束が生じうるものであり、そして被分析物はルミネセンス増強領域において、液体から付着されうる。例えば吐出される液滴は被分析物を含むことができ、そして被分析物を含有する溶質の貫通および蒸発は、収束という結果をもたらしうる。
【００４２】
この明細書および特許請求の範囲において使用するところでは、単数形「ある」、「あの」および「その」は、文脈が明らかに他のことを意図しているのでない限り、複数物への参照を含んでいることが留意されよう。
【００４３】
本願で使用するところでは、便宜上、複数の品目、構成要素、組成要素、および／または材料は、一般的なリストで提示されてよい。しかしながらこうしたリストは、リストの各々の要素が別々に、唯一の要素として個々に識別されているかのように解釈されるべきである。よって、逆の表示がなければ、こうしたリストの個々の要素のどれ一つも、それらが共通の群に提示されていることのみをもって、同じリストの任意の他の要素の事実上の均等物として解釈されるべきではない。
【００４４】
本願において、濃度、寸法、量、および他の数値データは、範囲形式で提示されてよい。そうした範囲形式は、単に便宜上と簡潔さのために使用されるものであり、よって範囲の限界として明確に示された数値だけでなく、その範囲内に包含される全ての個々の数値または部分範囲をも、あたかも各々の数値および部分範囲が明示的に示されているかのようにして含むよう、柔軟に解釈されるべきであることが理解されよう。例えば、２５ｐＬから７５μＬの容積範囲は、明示的に示された上限および下限の２５ｐＬおよび７５μＬを含むだけでなく、５０ｐＬ、１００ｐＬ、２５μＬといった個別の重量と、４０ｐＬから１５μＬ、または１００ｐＬから１μＬおよびその他といったそれらの間の部分範囲をも含むように解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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