(57)【要約】【課題】  強力で高価なことが多いレーザー源を基板の満足な検出のために用いなければならないという欠点を有しない試料支持体及びそれを用いた装置を提供することである。【解決手段】  本発明は、試料を照射する照射ポンプビームと検出及び／又は分析プローブビームとを用いて光熱検出法によって検出及び／又は分析されるべき試料を支持するように構成された試料支持体に関し、試料支持体はブラッグミラーを形成する誘電薄層のスタックであって試料をその上に支持する誘電薄層のスタックを支持する基板を備え、誘電薄層のスタックが該スタックに到達するポンプビームを反射するのに用いられることを特徴とする試料支持体を提供する。【選択図】  図２
2004205516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料（１３）を照射する照射ポンプビーム（２１ａ）と検出及び／又は分析プローブビーム（２２）とを用いて光熱検出法によって検出及び／又は分析されるべき試料を支持するように構成された試料支持体（３，１０）において、
試料支持体はブラッグミラー（１２）を形成する誘電薄層のスタックであって試料（１３）をその上に支持するところの誘電薄層のスタックを支持する基板（１１）を備え、誘電薄層のスタックが該スタックに到達するポンプビーム（２１ａ）を反射するのに用いられることを特徴とする試料支持体。
【請求項２】
ブラッグミラー（１２）は、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＳｉＯ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３及びＩｎ２Ｏ３から成る群から選択された材料から形成された高屈折率誘電薄層を含むことを特徴とする請求項１に記載の試料支持体（３，１０）。
【請求項３】
ブラッグミラー（１２）は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、及びＬｉＦから成る群から選択された材料から形成された低屈折率誘電薄層を含むことを特徴とする請求項１に記載の試料支持体（３，１０）。
【請求項４】
ブラッグミラー（１２）を形成する上部層は試料（１３）に生体適合性があることを特徴とする請求項１に記載の試料支持体（３，１０）。
【請求項５】
ブラッグミラー（１２）を形成する上部層は低屈折率を有する層であることを特徴とする請求項１に記載の試料支持体（３，１０）。
【請求項６】
光熱検出法によって試料（１３）を検出及び／又は分析する装置であって、請求項１から５のいずれか一項に記載の試料支持体（３，１０）と、前記支持体によって支持された試料を照射しかつポンプビーム（１，２１ａ）を供給する手段と、試料が前記照射手段によって照射されるとき試料によってポンプビームを吸収若しくは反射される光を検出及び／又は測定する手段と、を備えた装置。
【請求項７】
前記検出及び／又は測定する手段の位置決め装置を備えたことを特徴とする請求項６に記載の装置。  
【請求項８】
前記試料を照射しかつポンプビーム（１，２１ａ）を供給する手段がレーザー源であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
試料によってポンプビームを吸収若しくは反射される光を検出及び／又は測定する手段が、プローブビーム（２，２２）を供給するレーザー源とプローブビームのずれを検出する手段とをを備えたことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
プローブビーム（２，２２）のずれを検出する手段が、多元素フォトダイオード若しくは単一フォトダイオードを備えたことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
ポンプビーム（１，２１ａ）の波長が、試料（１３）がこの波長で吸収されるように選択されていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
ポンプビーム（１，２１ａ）の波長が、試料（１３）上に備えられたマーカーがこの波長で光を吸収するように選択されていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
“スクリーニング”のために、又は、バイオチップ上のハイブリダイゼーションの検出のために、固体支持体上において、液体媒体若しくは大気中において、オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションのテスト、分析、又は検出のために請求項６から１０のいずれか一項に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光熱偏向法を用いて支持体上に載置された吸収コンポーネントの表面検出（検知）方法において使用できる試料支持体に関するものである。本発明はまた、本発明による試料支持体を用いた光熱偏向装置に関するものである。
本発明は、吸収マッピング若しくは熱パラメータイメージのような表面分析、及び、例えば、分子生物学における第１の分子及び第２の分子の分子認識の検出及び分析の一般的な領域に適用してもよい。分子認識は、２つの分子間に十分に安定な接続につながる大なり小なり複雑な２つの分子間の特定の相互作用があるものとして規定されてもよく、それによって、分子は結合されていることが検出できる。例えば、これは、核酸（ＤＮＡ及び／又はＲＮＡ）のハイブリダイゼーション、抗原／抗体型の認識作用、タンパク／タンパク型の相互作用、酵素／基板型の相互作用、等である。
本発明による装置は、例えば、バイオチップ上のハイブリダイゼーションのスクリーニング若しくは検出のために、水性媒体若しくは大気中において、固体支持体上のオリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションの検出に対する応用において特に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
表面上の吸収（吸収性）物質を検出する方法は複数ある。特に、本明細書の最後に参考として挙げたビアルコスキ［１］による文献において完全な記載がなされている光熱検出法に興味がある。
【０００３】
光熱偏向法は光熱検出法の一つである。
【０００４】
研究する吸収物質（いわゆる試料）の層であって基板に堆積されたものを考えよう。この試料を“ポンプ”ビームと称される光ビームによって照射するとき、それは、ビームの入射光エネルギーの一部を吸収する（この光エネルギーの残りは放射され、あるいは、例えば、蛍光若しくは化学反応を生成してもよい。）この吸収は試料を加熱し、これは熱伝導によって隣接基板を加熱する。吸収による温度上昇は通常非均一（非一様）であり、従って、分析される媒体及び近接する媒体において屈折率（指数）の勾配（グラジエント）につながり、媒体の密度は温度上昇によって非均一となる。ポンプ”ビームと称される光ビームは、試料が照射された領域において通過することができ、前記ビームのずれ（偏差）が屈折率勾配の差によって観察される。このずれを測定して問題の勾配を定量化することができ、さらに、試料の温度及び吸収を推定することができる。
【０００５】
光熱法の利点は、それは基板層の吸収にだけ敏感であり、その拡散に敏感ではないことである。
【０００６】
さらに、この方法は、分光測光法よりはるかに感度がいいことである。吸収によって損失を検出できる精度は1ｐｐｍのオーダーであり、ここで、“損失”は、試料による吸収のパワーと受けた入射光のパワーとの比を意味する。
【０００７】
この光熱的な方法は生物学的検出の分野においてよく用いられている。これは、紫外線において強い吸収を有する（文献［２］を参照）ＤＮＡのハイブリダイゼーションを直接検出するために用いることができ、また、インサイチュー合成堆積法を用いるときにＤＮＡバイオチップ上のオリゴヌクレオチドの堆積につながる技術的段階を和らげるために（本明細書の終わりに参考として挙げた文献［３］を参照されたい）用いることができる。
【０００８】
にもかかわらず、使用できるこの方法については、基板の吸収によるバックグランドノイズは制限しなければならない。基板による光の吸収は、基板によって誘起されるバックグランドノイズにおいて分析される基板に信号を“紛れさせる”ことがないように非常によわくなければならない（本明細書の終わりに参考として挙げた文献［４］を参照されたい）。
【０００９】
バイオセンサ領域で通常使用される基板（フロートガラス又はシリコンから成る顕微鏡スライド）は吸収が強すぎて、この種の基板を用いて上述の条件を満足させることは困難であることがわかっている。
【００１０】
従って、非常に低い吸収で融解シリカ基板を用いることが必要なことがよくあるが、これ材料の純度に依存して高価になる。
【００１１】
サイズの理由で、これらの基板は、生物学者に用いられる製造装置（例えば、市販の合成装置）やキャラクタライゼーション（特性計測）装置には適ささない。
【００１２】
さらに、現存の装置は、強力で高価なことが多いレーザー源を基板の満足な検出のために用いなければならないという欠点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明による装置は、従来技術における欠点を克服することを意図したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、試料照射ポンプビームと検出及び／又は分析プローブビームとを用いて、光熱検出法によって検出及び／又は分析される試料を支持するように構成された試料支持体において、この試料支持体はブラッグミラーを形成する誘電薄層のスタック（積層体）を支持する基板を備えるものであって、その層上に試料を支持するものであり、誘電薄層のスタックはこれに到達するポンプビームを反射するために用いられることを特徴とする試料支持体を用いることによって達成される。
【００１５】
本発明による試料支持体を用いて、光学薄層のスタック若しくは“ブラッグ”ミラーは、信号が吸収基板に到達しないようにポンプビーム信号を反射する。基板の吸収について心配する必要はもはやなく、如何なる基板も試料を支持するために用いることができる。分析される要素は、図２に示したように、基板−多層（マルチレイヤー）支持体の表面に配置されていることに留意されたい。
【００１６】
多層若しくはブラッグミラー堆積物は、ポンプビームの波長で光を吸収しない誘電薄層の交互によって特徴づけれている。これらの膜は連続的に高い屈折率と低い屈折率とを有する。
【００１７】
ブラッグミラーは、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＳｉＯ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３及びＩｎ２Ｏ３から成る群から選択された材料から形成された高屈折率の誘電薄層を含むのが好都合である。
【００１８】
ブラッグミラーは，ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、及びＬｉＦから成る群から選択された材料から形成された低屈折率の誘電薄層を含むのが好都合である。
【００１９】
基板上に堆積された誘電薄層はブラッグミラーを形成するために精確な膜厚をゆうしなければならない。、膜厚は以下の公式を用いて形成する。
【数１】
2004205516.tif 000003
ここで、ｎは考えている材料の屈折率であり、λ’はポンプビームの仮想波長であり、θは考えている層におけるビームとスタックに直交する軸との間の角度である。
また、
【数２】
2004205516.tif 000004
ここで、λはポンプビームの波長であり、θＨはポンプビームと高屈折率層に直交する軸との間の角度であり、θＢはポンプビームと高屈折率層に直交する軸との間の角度である。
【００２０】
角度θは、以下の公式を用いてデカルト則に基づいて計算する：
【数３】
2004205516.tif 000005
ここで、θｒｅｆは分析される試料が配置する媒体に対するポンプビームの入射角であり、ｎｓｕｐはこの媒体の屈折率である。ケースに依存して、Ｎは、ポンプビームと高屈折率層に直交する軸との間の角度を計算するときは高屈折率層の屈折率であり、他方、ポンプビームと低屈折率層に直交する軸との間の角度を計算するときは低屈折率層の屈折率である。
【００２１】
誘電薄層は、ＰＶＤ（物理的気相堆積法）、ＣＶＤ（化学的気相堆積法）、又は、ゾルーゲル法によって堆積する。
【００２２】
ブラッグミラーを形成する上部層は、試料支持体上に固定される試料に生体適合性があると好都合である。
【００２３】
作製される試料支持体は、ポンプビームの基板への伝搬を低減若しくは排除する特性を有し、従来技術による支持体基板の吸収により導入されるバックグランドノイズは制限され若しくは排除される。
【００２４】
本発明の一の特定の実施形態では、ブラッグミラーを形成する上部層は、低屈折率を有する層である。
【００２５】
このようにして作製された装置は、検出される物質に近接する表面での光強度を強化するので、光強度は裸の基板の場合より大きくなる。これは２つの利点を有する：
−本発明による試料支持体の検出感度は、基板だけの場合より高い。
−ポンプレーザーに対して必要とされる強度を低減できる。
【００２６】
本発明は、光熱法によって試料を検出及び／又は分析する装置に関するものでもあり、この装置は、本発明による試料支持体と、この試料支持体によって支持された試料を照射しかつポンプビームを供給する手段と、試料を前記照射手段によって照射されるとき試料によってポンプビームを吸収若しくは反射される光を検出及び／又は測定する手段と、を備える。
【００２７】
本発明の一の特定の実施形態では、装置は、前記検出の位置決めを行う手段及び／又は測定手段を備える。この装置により得られる情報は局所的なものであり、結果として、ポンプビーム吸収又は反射検出及び／又は測定手段は、ポンプビームに対して試料支持体の変位のためのシステムに結合してもよい。次いで、アセンブリを、試料支持体上の２つの点間のプローブビームのずれの値を比較するために用いることができる。特に、信号をマップ状に表示してもよい。本発明では、支持体を位置決めする手段は、前記試料支持体の精確な変位のいかなる公知の手段例えば、高精度並進及び回転プレートであってもよい。
【００２８】
試料を照射し、ポンプビームを供給する手段はレーザー源であると好都合である。
【００２９】
試料による吸収若しくは反射の検出及び／又は測定の手段は、プローブビームを供給する光源と、プローブビームのずれ（偏り）を検知又は測定する手段とを備えると好都合である。
【００３０】
プローブビームは、試料によって吸収されない波長であると好都合である。同様に、光源がレーザー源であると好都合である。
【００３１】
本発明の一の特定の実施形態では、プローブビームのずれを検知する手段は、多元素フォトダイオード又は単一フォトダイオードを備える。多元素フォトダイオードは、２つ若しくは４つの四分円（象限）を有する検出器、ストリップ検出器又はマトリックス検出器から成る群から選択でき、他方、単一フォトダイオードは、マスク若しくはブレードによって部分的に覆われ又はプローブビームの一部だけを受容する。
【００３２】
吸収コンポーネントを検出する方法は直接的であってもよい：装置の作動波長が物質の吸収波長に対応するならば、検出される物質が試料上に送られる光を吸収する。言い替えると、ポンプビームの波長が試料がこの波長で吸収されるように選択されるならば、吸収がある。
【００３３】
検出方法は間接的であってもよい。この場合、検出される物質は、ポンプビームの波長で試料に送られた光を吸収するマーカーを備える。言い替えると、ポンプビームの波長は、試料を供給するマーカーがこの波長で吸収されるように選択される。例えば、吸収マーカーは着色剤、金属粒子又は量子ドットであってもよい。
【００３４】
結局、本発明は、“スクリーニング”のために、又は、バイオチップ上のハイブリダイゼーションの検出のために、固体支持体上において、液体媒体若しくは大気中において、オリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションのテスト、診断（分析）、又は検出のためにこの装置を使用することに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
添付図面を参照して、非限定的な例を用いた以下の詳細な説明を読むことによって、本発明をよりよく理解され、他の利点及び特徴が明確になるだろう。
【００３６】
プローブビームに対するポンプビームの方向（配向）を、例えば、機械的寸法の関数として、及び／又は、入射角の関数として最大吸収を見つける試みにって感度を最適にするように、選択してもよい。しかし、プローブビームに関して、プローブビームが、分析される試料がポンプビームによって照射されるところの領域を通過するように、プローブビームを配備することが重要である。プローブビームが異なる屈折率を有する勾配をクロスことによって、前記プローブビームのずれを生じ、試料の吸収の測定を可能とする。図２では、プローブビーム２２は、それは試料支持体１０の表面を臨むように配置されている。
【００３７】
図１では、プローブビームとポンプビームとは交差して選択角を形成する。符合１はポンプビームを示し、符合２はプローブビームを示し、符合３は測定試料が配置される試料支持体を示し、符合４は検出器を示し；符合５は非吸収性基準試料を用いるときに検出器４上にプローブビームによって形成される光スポットを示し、符合６は分析される試料が用いられるときに検出器４上にプローブビームによって形成される光スポットを示す。プローブビームは、ポンプビームのいくらかが分析される試料に吸収されたことを示す、２つのスポット５と６との間でずれているのが明瞭にわかる。
【００３８】
図２は、本発明による試料支持体を用いて光熱偏向装置の詳細図である。試料支持体１０は、多層１２が上に堆積された基板１０から成る；分析される試料１３は多層１２上に配置される。入射ポンプビーム２１ａは試料１３上に送られ（ポンプビームの一部は反射される。符合２１ｂで示す。）、試料の吸収はプローブビーム２２のずれを測定することによって測定する。
【００３９】
本発明によって使用される基板は、要求される薄層がその上に堆積できる限り任意である。例えば、基板はシリコン又はガラスから成ってもよい。
【００４０】
例えば、波長λ＝514ｎｍを有するポンプビームについては、試料支持体はガラス基板と、膜厚100ｎｍのシリカ製の誘電体薄層１２ａと膜厚75ｎｍの二酸化ハフニウム製の誘電体薄層１２ｂとの交互から成る多層とを含む。この多層は20層の薄層から成る。
【００４１】
［１］S. E. BIALKOWSKI, Photothermal Spectroscopy Methods for Chemical Analysis, Wiley-Intersciense Publication 1996, ISBN 0-471-57467-8
［２］P. CHATON, L. POUPINET, F. GINOT, A. NOVELLI ROUSSEAU, Procede et dispositif de detection d'une reaction de reconnaissance moleculaire（Process and device for detection of a molecular recoginition reaction）、 仏国特許出願ＦＲ−Ａ−２７９９２８１号明細書。
［３］P. CHATON, F. VINET, Procede et dispositif d'analyse d'acides nucleiques fixes sur un support（Process and device for analysis of nucleic acids fixed on a support）、仏国特許出願ＦＲ−Ａ−２７９９２８２号明細書。
［４］ADELHELM et al, Development of a sensitive detection system based on the photothermal effect for biomolecular interaction studies, SPIE proceedings, 第2629巻、第325-333頁
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】光熱偏向による吸収測定装置のための可能な配置を示す概略図である。
【図２】本発明による多層を備えた基板を有する光熱偏向装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，２１ａ  ポンプビーム
２，２２  プローブビーム
３，１０  試料支持体
１２  ブラッグミラー
１３  試料
【図１】
2004205516.tif 000006
【図２】
2004205516.tif 000007