(57)【要約】【課題】  従来的方法の場合よりも、より迅速に生物学的成分を含有する試料の詳細な測定を実行可能とすること。【解決手段】  試料（１０５）による光吸収または光拡散を測定するためのデバイスであって、光線に関しての第１および第２の反射手段（１０８，１０９）を具備し、第１および／または第２の反射手段には、少なくとも２つのミラーが設けられており、あるいは、同じ支持体内に一体化された複数のミラーからなるマトリクスが設けられており、第１および第２の反射手段が、複数のキャビティ共振器からなるシステムを形成し得るものとされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料による光吸収または光拡散を測定するためのデバイスであって、
光線に関しての第１および第２の反射手段を具備し、
前記第１および／または第２の反射手段には、少なくとも２つのミラーが設けられており、あるいは、同じ支持体内に一体化された複数のミラーからなるマトリクスが設けられており、
前記第１および第２の反射手段が、複数のキャビティ共振器からなるシステムを形成し得るものとされていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、
光インパルス放出手段を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項１記載のデバイスにおいて、
検出手段を具備し、
この検出手段が、前記キャビティ共振器から導出される光信号を検出し得るものとされていることを特徴とするデバイス。
【請求項４】
試料による光吸収または光拡散を測定するためのデバイスであって、
−複数のキャビティ共振器からなるシステムを形成し得るような、光線に関しての第１および第２の反射手段であり、これら第１および／または第２の反射手段には、少なくとも２つのミラーが設けられている、あるいは、同じ支持体内に一体化された複数のミラーからなるマトリクスが設けられている、ような第１および第２の反射手段と；
−光インパルス放出手段と；
−前記キャビティ共振器から導出される光信号を検出し得るものとされた検出手段と；
を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項４記載のデバイスにおいて、
前記光インパルス放出手段と、前記複数のキャビティ共振器からなる前記システムの中の少なくとも１つのキャビティと、の間の接続手段を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項４記載のデバイスにおいて、
前記光インパルス放出手段からの光線を偏向させるための手段を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項４記載のデバイスにおいて、
前記複数のキャビティ共振器からなる前記システムの中の１つまたは複数のキャビティからの光線を、前記検出手段上へと焦点合わせし得るような、接続手段を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項１または４記載のデバイスにおいて、
前記第１反射手段が、複数の凹面ミラーからなる第１マトリクスを備え、
前記第２反射手段が、平面ミラーを備えている、あるいは、複数の凹面ミラーからなる第２マトリクスを備えている、ことを特徴とするデバイス。
【請求項９】
請求項１または４記載のデバイスにおいて、
前記第１反射手段と前記第２反射手段との間に前記試料が配置されるようにして、前記試料を支持するための支持体を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
請求項１または４記載のデバイスにおいて、
前記試料が、生物学的成分をベースとしたものである場合に、
前記試料を、前記第１反射手段または前記第２反射手段上に懸架するあるいは一体化することを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
試料による光吸収または光拡散を測定するためのデバイスであって、
−第１反射手段が、複数の凹面ミラーからなる第１マトリクスを備え、第２反射手段が、平面ミラー、または、複数の凹面ミラーからなる第２マトリクスを備え、さらに、複数のキャビティ共振器からなるシステムを形成し得るものとされた、第１および第２の反射手段と；
−前記第１反射手段と前記第２反射手段との間に前記試料が配置されるようにして、前記試料を支持するための支持体と；
を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
生物学的成分をベースとした試料による光吸収または光拡散を測定するためのデバイスであって、
−第１反射手段が、複数の凹面ミラーからなる第１マトリクスを備え、第２反射手段が、平面ミラー、または、複数の凹面ミラーからなる第２マトリクスを備え、さらに、前記試料を、前記第１反射手段または前記第２反射手段上に懸架あるいは一体化されており、さらに、複数のキャビティ共振器からなるシステムを形成し得るものとされた、第１および第２の反射手段；
を具備していることを特徴とするデバイス。
【請求項１３】
生物学的試料による光吸収または光拡散を測定するための方法であって、
ａ）少なくとも１つのキャビティ共振器内に、あるいは、複数のキャビティからなるシステムの中の少なくとも１つのキャビティ内に、少なくとも１つのターゲット試料を配置し；
ｂ）前記キャビティ内に、少なくとも１つの光インパルスを導入し；
ｃ）前記光インパルスに応答して前記キャビティから導出される少なくとも１つの光応答信号を測定し、この測定により、前記試料による光吸収を決定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
生物学的試料による光吸収または光拡散を測定するための方法であって、
ａ）マルチキャビティシステムの中のターゲットキャビティ内に、少なくとも２つのターゲット試料を配置し；
ｂ）前記ターゲットキャビティの各々内に、少なくとも１つの光インパルスを導入し；
ｃ）前記光インパルスに応答して前記キャビティから導出される少なくとも２つの光応答信号を測定し、この測定により、前記少なくとも２つの試料による光吸収を決定する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、
前記複数の光インパルスを、同時に導入することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の方法において、
前記複数の応答信号を、同時に測定することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３または１４記載の方法において、
１つまたは複数のパルス型レーザーを使用することによって、前記光インパルスを導入することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１３または１４記載の方法において、
前記ステップｃ）においては、１つまたは複数のフォトダイオードを使用することによって、前記応答信号を測定することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３または１４記載の方法において、
前記マルチキャビティシステムを、少なくとも２つのミラーを備えたものとする、あるいは、同じ支持体内に一体化された複数のミラーからなる少なくとも１つのマトリクスを備えたものとする、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１３または１４記載の方法において、
前記試料を、支持体上に配置する、あるいは、前記キャビティ共振器内に配置されたバイオチップ上に配置する、ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１３または１４記載の方法において、
各試料を、前記キャビティ共振器内において、シフトさせることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１３または１４記載の方法において、
前記キャビティまたは前記マルチキャビティシステムを、第１および第２反射手段によって形成し、
前記試料を、前記第１反射手段または前記第２反射手段上に懸架するあるいは一体化することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１３または１４記載の方法において、
前記生物学的成分が、ＤＮＡまたはＲＮＡを含有していることを特徴とする方法。
【請求項２４】
生物学的試料による光吸収または光拡散を測定するための方法であって、
ａ）マルチキャビティシステムの中のターゲットキャビティ内に、少なくとも２つのターゲット試料を配置し；
ｂ）前記ターゲットキャビティの各々内に、同時に、少なくとも１つの光インパルスを導入し；
ｃ）前記光インパルスに応答して前記キャビティから導出される少なくとも２つの光応答信号を同時に測定し、この測定により、前記少なくとも２つの試料による光吸収を決定する；
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の光吸収および／または光拡散を測定し得るような、改良されたデバイスに関するものであり、また、生物学的成分による光吸収および／または光拡散を測定するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生物学的成分の光吸収を測定するに際し、周知の方法は、光熱偏向測定である。この方法は、参考文献［１］に記載されている。
【０００３】
この方法においては、光吸収の測定対象をなす対象物に対して、『ポンピング』ビームを照射する。『ポンピング』ビームのエネルギーの一部は、対象物によって吸収され、周囲環境に対してグレーデッドインデックスをもたらす。このグレーデッドインデックスと交差する『ポンピング』ビームとして公知であるような、他の光ビームは、偏向を受ける。『プローブ』ビームの偏向を測定することにより、グレーデッドインデックスを定量化することができる。この測定により、対象物の光吸収を決定することができる。
【０００４】
しかしながら、この方法には、限界がある。この方法は、例えばＤＮＡストランドどうしのハイブリッド化の測定といったような、検出感度の高さを要求されるようないくつかの応用においては、正確さが不十分である。
【０００５】
『表面プラズモンによる共振』として公知の他の手法を使用することにより、生物学的試料の光吸収を測定することができる。この方法は、参考文献［２］に記載されている。
【０００６】
この『表面プラズモンによる共振』を使用した手法は、測定対象をなす生物学的試料が交換されるたびごとに調整が必要であるという、特有の欠点を有している。
【０００７】
多数の試料を測定する必要があるようないくつかの用途においては、例えば、バイオチップ上におけるＤＮＡストランドどうしのハイブリッド化の測定といったような用途においては、この方法では、実施にかなりの時間を要することとなる。
【０００８】
課題は、従来からの方法の場合よりも、より迅速に生物学的成分を含有する試料の詳細な測定を実行可能とすることである。
【非特許文献１】A. C. Boccara, D. Fournier, J. Badoz:“Thermo-opticalspectroscopy: detection by the‘mirage effect’”; Science; Nov 1979（参考文献［１］）
【非特許文献２】Jiri Homola, Siclair S. Yee, Gunter Gautlitz:“Surfaceplasmon resonance sensors”; Sensor and Actuators 54; 1999（参考文献［２］）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、生物学的試料による光吸収または光拡散を測定するための方法を提供するものであって、本発明による方法においては、
ａ）少なくとも１つのキャビティ共振器内に、あるいは、マルチキャビティシステムの中の少なくとも１つのキャビティ共振器内に、少なくとも１つのターゲット試料を配置し；
ｂ）キャビティ内に、少なくとも１つの光インパルスを導入し；
ｃ）光インパルスに応答してキャビティから導出される少なくとも１つの光応答信号を測定し、この測定により、試料による光吸収を決定する。
【００１０】
生物学的試料という用語は、例えば動物の細胞や植物の細胞や微生物やバクテリアやＤＮＡまたはＲＮＡといったような巨大分子のような、生物学的成分を意味している。
【００１１】
本発明による方法においては、測定対象をなす生物学的試料に対して連続ビームを照射することを必須とする方法と比較して、より大きな感度を得ることができる。
【００１２】
キャビティは、例えば互いに対向配置されたミラーによって形成することができる。キャビティ内に導入される光インパルスに関しては、これら光インパルスは、例えば、パルス型レーザーに由来するものとすることができる、あるいは、複数のパルス型レーザーからなるマトリクスに由来するものとすることができる。キャビティから導出される応答信号は、例えば複数のフォトダイオードや複数のフォトトランジスタといったような形態とされた１つまたは複数の光検出器を備えたデバイスを使用して、測定することができる。例えば、応答信号の減少が観測されれば、試料による光吸収を決定することができる。
【００１３】
本発明の変形例においては、キャビティは、マルチキャビティシステムによって代替することができる。この変形例においては、複数の試料を迅速に測定することができる。
【００１４】
そのようなマルチキャビティシステムは、例えば、複数の凹面ミラーからなる第１マトリクスと、平面ミラーと、によって；あるいは、複数の凹面ミラーからなる第１マトリクスと、複数の凹面ミラーからなる第２マトリクスと、によって；形成することができる。第１マトリクスおよび／または第２マトリクスをなす各ミラーは、支持体に対して一体化することができる。
【００１５】
複数の試料を測定するに際し、本発明による方法における一変形例においては、
ａ）マルチキャビティシステムの中のターゲットキャビティ内に、少なくとも２つのターゲット試料を配置し；
ｂ）ターゲットキャビティの各々内に、少なくとも１つの光インパルスを導入し；
ｃ）光インパルスに応答してキャビティから導出される少なくとも２つの光応答信号を測定し、この測定により、少なくとも２つの試料による光吸収を決定する。
【００１６】
この変形例は、複数の試料を並列的に測定することを可能とする。これにより、一群をなす複数の試料の吸収測定に関する『像』を得ることができる。
【００１７】
この変形例においては、ステップｂ）において、複数の光インパルスを、同時に導入することができる。これは、例えば、複数のパルス型レーザーや、複数のパルス型レーザーからなるマトリクス、を使用することにより、行うことができる。
【００１８】
ステップｃ）においては、複数の応答信号を、同時に測定することができる。これは、例えば、複数の検出器を使用することによって、あるいは、複数のフォトダイオードからなるマトリクスといったような、複数の検出器からなるマトリクスを使用することによって、行うことができる。
【００１９】
光インパルス放出手段の一変形例においては、例えば、パルス型レーザーを、光線を偏向し得る手段と関連させつつ、使用することができる。
【００２０】
キャビティ内へと導入される、あるいは、複数のキャビティからなるシステム内へと導入される、光インパルスは、光インパルス放出手段を移動させる必要なく、一群をなす複数の試料の中の任意の試料に対して、送出することができる。
【００２１】
本発明による方法は、１つまたは複数の非常に小さな生物学的試料を測定することを可能とする。試料は、マルチキャビティシステムの中のキャビティの内部に配置されたバイオチップ上に配置することができる。
【００２２】
小さな試料を測定し得るよう、例えばマトリクスとして配列されたような、複数のマイクロキャビティからなるシステムを、構成することができる。このシステムを使用することにより、例えば、バイオチップのブロック上に懸架されたＤＮＡ試料またはＲＮＡ試料を測定することができる。このようなマイクロキャビティシステムは、例えば、薄いコーティング手法を使用することによって、形成することができる。
【００２３】
キャビティまたはマルチキャビティシステムは、第１反射手段と第２反射手段とによって形成される。本発明による方法の一変形例においては、例えばＤＮＡやＲＮＡといったような生物学的試料は、ステップａ）の前に、第１反射手段または第２反射手段上に懸架あるいは一体化することができる。例えば試料が懸架される場合には、試料懸架ステップの前に、反射手段の校正を行うことができる。
【００２４】
この変形例においては、例えば、支持体を使用する必要性を不要とすることができる。この場合には、試料による光吸収または光拡散のみを考慮した測定を、行うことができる。
【００２５】
本発明は、また、対象物による光吸収または光拡散を測定するためのデバイスに関するものであって、光線に関しての第１および第２の反射手段を具備し、第１および第２の反射手段が、複数のキャビティ共振器からなるシステムを形成し得るものとされている。
【００２６】
複数のキャビティからなるシステムを形成し得るよう、第１および／または第２の反射手段には、少なくとも２つのミラー、あるいは、複数のミラーからなるマトリクスを設けることができる。最小で２つとされるミラーは、単一の支持体に対して組み込むことができる。
【００２７】
複数のキャビティからなるこのシステムの一変形例においては、第１反射手段が、複数の凹面ミラーからなる第１マトリクスを備えることができ、第２反射手段が、平面ミラーを備えることができる、あるいは、複数の凹面ミラーからなる第２マトリクスを備えることができる。
【００２８】
システムのキャビティ内に光インパルスを導入するための放出手段を具備することができる。
【００２９】
光インパルス放出手段は、例えば、１つまたは複数のパルス型レーザーや、複数のパルス型レーザーからなるマトリクス、を備えることができる。また、本発明によるデバイスは、可能であれば、光インパルス放出手段と、複数のキャビティ共振器からなるシステムの中の少なくとも１つのキャビティと、の間の接続手段を具備することができる。接続手段は、例えば、１つまたは複数の導波路や、少なくとも１つのレンズや、少なくとも１つのレンズマトリクス、とすることができる。
【００３０】
本発明によるデバイスの一変形例においては、光インパルス放出手段からの光線を偏向させるための手段を具備することができ、これにより、例えば、マルチキャビティシステムの中の任意のキャビティに対してインパルスを案内することができる。
【００３１】
マルチキャビティシステムの中の１つまたは複数のキャビティから導出される信号を測定し得るよう、本発明によるデバイスは、さらに、検出手段を具備することができる。検出手段は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタやフォトダイオードマトリクスやフォトトランジスタマトリクスといったような信号波長に応じて選択された少なくとも１つの光検出器を備えている。
【００３２】
本発明によるデバイスは、複数のキャビティ共振器からなるシステムの中の１つまたは複数のキャビティからの光線を、検出手段上へと接続し得るような、他の接続手段を具備することができる。このような他の接続手段は、例えば、１つまたは複数の導波路や、少なくとも１つのレンズや、少なくとも１つのレンズマトリクス、とすることができる。
【００３３】
複数のキャビティ共振器からなるシステムの中の１つまたは複数のキャビティからの光線を、検出手段上へと焦点合わせし得るような手段を、設けることができる。
【００３４】
本発明によるデバイスを使用して測定される対象物すなわち成分は、生物学的試料とすることができ、例えば、ＤＮＡや、ＲＮＡや、細胞、とすることができる。
【００３５】
本発明は、さらに、キャビティを形成しているあるいは複数のキャビティからなるシステムを形成している第１および第２の反射手段の間に、試料を付帯した支持体を具備しているデバイスに関するものである。本発明は、また、試料が、生物学的成分をベースとしたものである場合に、試料を、第１反射手段または第２反射手段上に懸架あるいは一体化したようなデバイスに関するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。
【００３７】
複数の図面にわたって、同一の部材または同様の部材または等価な部材に関しては、図面どうしの間の関連を明瞭とし得るよう、同じ符号が付されている。
【００３８】
図面の理解を明瞭とし得るよう、図示された各構成要素は、必ずしも同じスケールで図示されているわけではない。
【００３９】
本発明に基づいて構成されたデバイスの一例につき、図１を参照して説明する。このデバイスは、例えば１つ以上の平面および／または凹面を有してなるミラーとされたような、第１反射手段（１０８）と、例えば１つ以上の平面および／または凹面を有してなるミラーとされたような、第２反射手段（１０９）と、を備えている。
【００４０】
第１反射手段（１０８）および第２反射手段（１０９）は、互いに平行であるとともに、互いに対向して配置されている。これら第１および第２反射手段は、試料（１０５）の周囲において、少なくとも１つのファブリペロー型光学キャビティ共振器を形成している。このキャビティは、数ｃｍ〜数ｍという長さのものとすることができ、例えば１０ｃｍという長さのものとすることができる。
【００４１】
デバイスは、キャビティ内に光インパルス（１１６）を送出することができる。例えばパルス型レーザーといったような、発光光源（１１５）が設けられている。この光源は、例えば１００ｐｓ〜数十ｎｓという期間にわたって、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚという周波数でもって、紫外〜赤外といった波長範囲において、短い光インパルスを送出することができる。
【００４２】
図２Ａにおける曲線（Ｃ１ ）は、キャビティの入射部分に対して発光光源（１１５）によって送出される信号の一例を示している。
【００４３】
キャビティの入射部分へと光インパルスが入射されたときには、入射光インパルスは、キャビティの内部を伝搬し、第２反射手段（１０９）および第１反射手段（１０８）のところにおいて何回にもわたって反射される。光インパルスのエネルギーの弱い部分は、往復のたびごとに、キャビティから逸脱する。
【００４４】
キャビティの出射部分のところに検出デバイス（１２０）を配置することにより、キャビティから透過して出てくる光エネルギーを収集することができる。インパルスの形態でもってキャビティの入射部分へと導入される光信号の場合には、検出デバイス（１２０）を使用することによって、キャビティから導出される応答信号として、一連をなす複数のインパルスを得ることができる。
【００４５】
光吸収および／または光拡散の測定対象をなす複数の対象物を備えた支持体（１００）が、キャビティ内に配置されている。複数の対象物は、例えば、動物細胞や植物細胞や微生物やＤＮＡとかＲＮＡとかいったような巨視的分子のような生物学的成分を含有した複数の試料（１０５）とされる。
【００４６】
よって、キャビティから導出される応答信号は、包絡線を有しているとともに、この包絡線は、キャビティによる損失、および、複数の試料（１０５）を付帯した試料（１００）による損失、を示している。この包絡線は、一般に、時間的に指数関数的に減少する。
【００４７】
キャビティから導出される信号の一例であるとともに図２Ａにおける曲線（Ｃ１ ）によって示されているインパルスに応答した信号の一例が、図２Ｂにおいて曲線（Ｃ２ ）によって示されている。曲線（Ｃ２ ）は、漸次的に弱くなっていくような一連をなす複数のパルスという形状を有している。この応答信号の包絡線は、破線で示す曲線（Ｃ３ ）によってモデル化されている。この曲線（Ｃ３ ）は、指数関数的な減少という形状をなしている。
【００４８】
キャビティの入射部分へと光インパルスが入射された後に、キャビティからの応答信号の減衰時間を測定することにより、キャビティによって引き起こされる損失を知ることができる。キャビティ内に支持体（１００）のような対象物が存在する場合には、空虚なキャビティと比較して、エネルギーのさらなる損失が引き起こされる。これにより、減衰時間が変わることとなる。
【００４９】
同様に、キャビティ内の支持体（１００）上に、生物学的成分を含有した試料（１０５）が存在する場合には、試料を付帯することなく同じ支持体（１００）を備えたキャビティと比較して、エネルギーのさらなる損失が引き起こされる。
【００５０】
生物学的成分を含有した試料の吸収を測定するためには、まず最初に、キャビティが、試料（１０５）を付帯していない支持体（１００）を備えている場合に、キャビティからの応答信号の減衰時間を測定する必要がある。この測定結果を、その後、キャビティが、試料（１０５）を付帯している支持体（１００）を備えている場合における、キャビティからの応答信号の減衰時間に関する測定結果と、比較する。
【００５１】
これらの測定を行うには、キャビティ内に送出されるインパルスを、キャビティの長さに応じて特有のものとされたような時間幅を有したものとする。この時間幅は、好ましくは、所定のしきい値を超えないものとされる。それは、キャビティから導出される隣り合ったインパルスどうしを空間的にオーバーラップさせないためである。例えば、１０ｃｍという長さのキャビティの場合には、送出される光インパルスの時間幅は、好ましくは、６６６ｐｓ以下のものとされる。他の例においては、１ｍという長さのキャビティの場合には、送出される光インパルスの時間幅は、好ましくは、６．６ｎｓ以下のものとされる。
【００５２】
インパルスの瞬時パワーに関しては、インパルスの瞬時パワーは、例えば、１０ｋＷ〜数百ｋＷとすることができ、例えば１６６ｋＷとすることができる。
【００５３】
図２Ｂに示すような、キャビティから導出される応答信号の減衰時間は、特に、キャビティの長さに依存し、また、反射手段（１０８，１０９）の反射率に依存する。例えば、キャビティの長さが１０ｃｍであり、かつ、両反射手段の反射率が９９．８％であるというの場合には、減衰時間は、１００ｎｓの程度となり得る。例えば、１６６ｎｓとなる。よって、キャビティの長さを選択することによって、周波数信号の減衰時間を、測定可能な範囲とすることができる。
【００５４】
キャビティから導出される応答信号が、検出デバイスによって受領されたときには、信号の強度は、キャビティを形成する各反射手段の反射率が９９．８％でありかつキャビティ入射部分におけるインパルスパワーが１６６ｋＷである場合には、最大でも１００ｍＷへと例えば６．６６ｍＷへと、減衰している。
【００５５】
検出デバイスの減衰率は、例えば、２０ｄＢとすることができる。検出デバイスは、１つまたは複数の検出器を有することができる。例えば、１つまたは複数のフォトダイオードを有することができる。検出器は、キャビティから導出される光応答信号を採取し得るものであるとともに、そのような光応答信号を電気信号へと変換し得るものとされる。検出器による光−電流変換は、数百ｍＡ／Ｗとすることができ、例えば、０．３Ａ／Ｗとすることができる。
【００５６】
キャビティからの応答信号は、測定されることによりさらにフォトダイオードによって電流へと変換されさらに減衰を受けることにより、数百μＡという最大強度を有することができる。この強度は、例えば、検出デバイスの入射部分において６．６６ｍＷという信号でありかつ２０ｄＢという減衰率である場合には、２２２μＡとすることができる。
【００５７】
図１に示すデバイスは、さらに、光学的接続手段（１１８）を備えることができる。光学的接続手段（１１８）は、例えば、発光光源（１１５）とキャビティとの間に配置された１つまたは複数のレンズという態様とすることができる。この光学的接続手段（１１８）は、発光光源（１１５）からの光インパルスを、キャビティの光学軸に対して、調節することができる。
【００５８】
他方、発光光源（１１５）に応じて、また、例えばレーザービームの直径や発散度合いに応じて、光学的接続手段（１１８）は、発光光源（１１５）を、通常モードのキャビティに対して接続することができる。
【００５９】
さらに、他の光学的接続手段（１２３）を設けることができる。この光学的接続手段（１２３）は、キャビティ（１１０）から導出される光線を収集し得るとともに、この光線を、検出デバイス（１２０）上に焦点合わせすることができる。この光学的接続手段（１２３）は、例えば、キャビティと検出デバイス（１２０）との間に配置された１つまたは複数のレンズという態様とすることができる。
【００６０】
本発明の一変形例においては、支持体（１００）は、各測定後に、各反射手段（１０８，１０９）に対して相対的に移動することができる。これにより、複数の試料（１０５）の各々を、光インパルスに関しての接続手段（１１８）や発光光源（１１５）を必ずしも移動させる必要なく、キャビティ共振器内に配置することができる。例えば自動的な手段とされるような、支持体（１００）を移動させるための手段を、設けることができる。このような移動シフト手段は、例えば、ステップモータとか、並進移動プレートとか、を有することができる。
【００６１】
本発明の一変形例においては、『マルチキャビティシステム』と称されるような、複数のキャビティ共振器を備えてなるシステムを、単一のキャビティ内に配置して使用することができる。このようなシステムは、特に測定対象をなす試料を付帯した支持体を必ずしも移動させる必要なく、複数の生物学的試料を対象とした光吸収の測定を迅速に行うことができる。
【００６２】
図３Ａは、マルチキャビティシステムを備えたデバイスの一例を示している。
【００６３】
このデバイスは、まず最初に、複数の凹面ミラー（２０８）から構成されたマトリクス（２０７）と、平面ミラー（２０９）と、を備えている。マトリクス（２０７）と平面ミラー（２０９）とは、互いに平行にかつ互いに対向して配置されている。マトリクス（２０７）のうちの、平面ミラー（２０９）の一部に対応した各ミラーは、光学角度（Δ）（一点鎖線によって示されている）を有したキャビティ共振器を形成している。光学角度（Δ）上に、試料を中心合わせすることができる。
【００６４】
光吸収の測定対象をなす生物学的試料生物学的試料を有したバイオチップ（２００）が、システム内に配置される。生物学的試料は、例えば、ブロック（２０４）上に支持されたＤＮＡストランドまたはＲＮＡストランドとすることができる。
【００６５】
マルチキャビティシステムの特定のキャビティ内に含有された特定のブロック（２０４ａ）上に配置された特定の試料の光吸収を測定するには、上記原理を使用することができる。例えばレーザービームを使用することによって、一連をなす複数の光インパルスが、マトリクス（２０７）の特定の凹面ミラー（２０８ａ）の背面に対して照射される。
【００６６】
その後、その特定のキャビティから導出されるインパルス応答信号を、測定する。他の試料を測定するには、レーザービームを、このような他の試料を含有した他のキャビティの入射部分に対して移動させる。
【００６７】
マトリクスのミラー（２０８）は、例えば、１００μｍ〜数ｍｍという直径を有することができる。例えば、１００μｍから１〜２ｍｍという直径を有することができる。
【００６８】
マトリクス（２０７）のミラー（２０８）のサイズすなわち直径は、好ましくは、マルチキャビティシステムの入射部分に対して送出されるレーザービームの直径よりも、大きなものとされる。逆の場合であれば、ミラー上において望ましくない回折現象が起こってしまう。このような回折現象は、測定結果を歪曲してしまうような損失を引き起こす。
【００６９】
このような損失を１００ｐｐｍよりも小さなものとするためには、ミラーは、好ましくは、ミラー上におけるビームの直径よりも、２．７４倍以上大きな半径を有している。
【００７０】
このような損失を１０ｐｐｍよりも小さなものとするためには、ミラーは、好ましくは、ミラー上におけるビームの直径よりも、３．１９倍以上大きな半径を有している。
【００７１】
このような損失を１ｐｐｍよりも小さなものとするためには、ミラーは、好ましくは、ミラー上におけるビームの直径よりも、３．４５倍以上大きな半径を有している。
【００７２】
マトリクス（２０７）のミラー（２０８）のサイズおよび曲率半径は、また、試料のサイズに適合したものとすることができる。
【００７３】
例えば、キャビティの長さが１０ｃｍであり、かつ、生物学的試料が１００μｍというブロックでもって配置されている場合には、ミラーのサイズは、例えば、１ｍｍとすることができる。
【００７４】
図３Ｂは、上述したものとは異なるような、マルチキャビティシステムの他の例を示している。複数の凹面ミラー（２０８）から構成された第１マトリクス（２０７）と、複数の凹面ミラーから構成された第２マトリクス（２１０）と、が設けられている。２つのマトリクスは、互いに平行にかつ互いに対向して配置されている。
【００７５】
第１マトリクス（２０７）の各ミラーは、第２マトリクス（２１０）のそれぞれ対応するミラー（２１１）と共通した主軸を備えている。第１マトリクス（２０７）の各ミラーと、第２マトリクス（２１０）のそれぞれ対応するミラー（２１１）とは、光学軸（Δ）（一点鎖線によって示されている）を有したキャビティ共振器を形成している。光学軸（Δ）上に、バイオチップ（２００）上の各試料を中心合わせすることができる。
【００７６】
上述したマルチキャビティシステムの場合には、例えば、各ブロック（２０４）が直径（ｄ１ ）を有しつつ試料が一組をなす複数のブロック（２０４）として配置されており、かつ、ブロック（２０４）どうしが、ミラー（２０８）の直径（ｄ２ ）よりも小さなあるいはずっと小さなステップ（ｐ１ ）という距離だけ互いに離間されており、かつ、マトリクス（２０７）のミラー（２０８）どうしが、ステップ（ｐ２ ）という距離だけ互いに離間されているような場合（図３Ｃ）には、空間的な解像度が不十分となり得るという問題点がある。複数のブロック（２０４）のいくつかだけしか、光学軸上に配置されていないため、すべての試料を測定することができない。
【００７７】
この問題点を解決するため、支持体（２００）を、マルチキャビティシステムの各キャビティの光学軸に対して垂直な平面に沿って、シフトさせることができる（この移動は、図３Ｃにおいて矢印によって示されている）。これにより、各試料を、マルチキャビティシステムのいずれか１つのキャビティの光学軸（Δ）に対して配置することができる。
【００７８】
試料の支持体を移動させ得る手段またはシフトさせ得る手段を、設けることができる。このような手段は、例えば、ステップモータと、並進移動プレートと、を有することができる。
【００７９】
変形例においては、支持体に依存することなく、マルチキャビティシステムの反射手段のいずれかに対して、一体化することができるあるいは直接的に取り付けることができる。
【００８０】
そのような変形例を構成する第１の例が、図３Ｄに示されている。この例においては、測定対象をなす複数の試料は、平面ミラー（２０９）内にブロック（２０４）として、一体化して懸架されている。各ブロックは、平面ミラー（２０９）の反射面上に配置されている。平面ミラー（２０９）は、複数の凹面ミラー（２０８）から構成されたマトリクス（２０７）に対して対向して配置されている。これにより、マルチキャビティシステムを形成している。
【００８１】
そのような変形例を具現した第２の例が、図３Ｅに示されている。この例においては、複数の試料は、複数の凹面ミラー（２０８）からなるマトリクス（２０７）に対して、ブロック（２０４）として一体化して配置されている。各ブロック（２０４）は、凹面ミラー（２０８）の反射面上に配置されている。マルチキャビティシステムを形成し得るよう、マトリクス（２０７）は、複数の凹面ミラー（２１１）から構成された他のマトリクス（２１０）に対して対向して配置されている。
【００８２】
本発明によるデバイスは、マルチキャビティシステムを形成するようにして複数の凹面ミラーから構成されたマトリクスを使用することに、限定されるものではない。マルチキャビティシステムは、例えば、平面ミラーから構成された複数のマトリクスを使用することによっても、得ることができる。しかしながら、そのようなシステムの場合には、複数の凹面ミラーから構成されたマトリクスを使用する場合と比較して、より繊細な調整が必要とされることがわかっている。
【００８３】
マルチキャビティシステムを使用して吸収の測定を行う場合には、システム内の任意のターゲットキャビティに対して高速で光インパルスをアドレッシング可能とすることが課題となる。この作業を行い得る発光デバイスが、本発明の一部をなすものとして、図４Ａに図示されている。
【００８４】
発光デバイスは、例えば、パルス型レーザー（２１５）を備えることができる。パルス型レーザー（２１５）は、例えば、１０ｋＷ〜数百ｋＷとすることができ、例えば１６６ｋＷとすることができる。発光デバイスは、さらに、レーザー（２１５）から放出された複数のインパルスを、偏向させ得るような手段（２１７）を備えることができる。
【００８５】
偏向手段（２１７）は、光インパルス（２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃ，２１６ｄ）を、例えば複数の凹面ミラー（２０８）からなるマトリクス（２０７）と平面ミラー（２０９）とから構成されたマルチキャビティシステムの様々なキャビティに対して、非常に迅速に、順次的に送出することができる。偏向手段（２１７）は、ブラッグ動作条件で機能する音響光学部材の形態とすることができる。これら構成部材は、レーザー（２１５）から放出された複数のインパルスを、水平方向と鉛直方向とのそれぞれにおいて、偏向させることができる。
【００８６】
音響光学部材の各々は、低周波数電源によって制御することができ、光インパルスの強度を、可変強度のラジオ周波数波を使用して、変調することができる。ラジオ周波数波の周波数によって、光ビームの偏向を制御することができる。
【００８７】
他の偏向手法は、例えば、複数のマイクロミラーの形態とすることができる。しかしながら、上述した偏向手法は、特に、設定が安定的かつ単純であるとともに迅速な測定を行い得るという利点を有している。
【００８８】
マルチキャビティシステムから導出される信号を取得し得るよう、例えば迅速なフォトダイオードといったような迅速な光検出器のような検出器（２２０）を、設けることができる。
【００８９】
例えばマルチキャビティシステムへと入射させる複数のレンズからなるマトリクスに関連した１つまたは複数のレンズの形態とされたような接続手段（２１８）は、光信号を、マルチキャビティシステムの様々なキャビティに対して案内することができる。
【００９０】
例えばマルチキャビティシステムから導出させる複数の収束レンズに関連した１つまたは複数のレンズの形態とされたような他の接続手段（２２３）は、マルチキャビティシステムの様々なキャビティからの光信号を、単一の検出器（２２０）に向けて案内することができる。
【００９１】
上記デバイスの変形例においては、異なる複数の試料に関して、複数の吸収測定を同時に行うことができる。
【００９２】
この変形例においては、マルチキャビティシステムの後段に位置した検出器（２２０）が、例えば複数のフォトダイオードからなるような、複数の検出器からなるマトリクス（３２０）によって代替される。
【００９３】
この検出器マトリクス（３２０）は、複数の測定を並列的に行うことを可能とするとともに、複数の試料の吸収測定に関する像を得ることを可能とする。
【００９４】
このような並列的測定を可能とし得るよう、複数の光インパルス（３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃ，３１６ｄ）を、マルチキャビティシステムのターゲットキャビティ内に位置した各試料に対して、同時的に送出することができる。
【００９５】
マルチキャビティシステムに向けて同時的に複数の光インパルスを導入し得るよう、複数のレーザー源（３１５）からなるマトリクスを、単一のレーザーに代えて、使用することができる。
【００９６】
レーザー源マトリクスの各レーザーを、マルチキャビティシステムに対して接続し得るよう、接続手段を設けることができる。接続手段は、例えば、複数のレンズからなるマトリクス（３１８）という形態とすることができる。マルチキャビティシステムに対して、複数の検出器からなるマトリクス（３２０）を、接続し得るよう、他の接続手段を設けることができる。この他の接続手段は、例えば、複数のレンズからなる他のマトリクス（３２３）という形態とすることができる（図４Ｂ）。
【００９７】
変形例においては、マルチキャビティシステムに向けて複数の光インパルスを同時的に導入し得るよう、例えば、単一のレーザー（２１５）と、このレーザーに関連する接続手段と、を使用することができる。この場合の接続手段は、上述した接続手段とは相違するものであって、例えば、レーザーからの光インパルスをマルチキャビティシステムに向けて搬送し得るような複数の光ファイバ（３２８）の形態とすることができる。
【００９８】
本発明は、キャビティ共振器内のフォトンのライフサイクルをベースとしたような上記タイプの測定に限定されるものではない。上記キャビティ共振器を使用したような、測定手法の様々な変形例を実施することができる。このような様々な変形例は、本発明の実施形態をなすものである。
【００９９】
本発明は、非常に精密な測定に対して適用することができ、例えば、ＤＮＡストランドやＲＮＡストランドのハイブリッド化を測定することができる。実際、ＤＮＡ試料またはＲＮＡ試料の光吸収を測定することによって、これら試料のハイブリッド化を定量化することができる。
【０１００】
そのような測定を行うため、ＤＮＡ試料またはＲＮＡ試料は、例えば、バイオチップのブロック上に懸架することができる。その後、バイオチップをマルチキャビティシステム内に配置することができる。その後、上述したような測定手法を適用することができる。例えば、複数の光インパルスを、マルチキャビティシステムの特定のキャビティ内の試料に向けて送出し、その後、そのキャビティから導出される信号を、測定する。
【０１０１】
バイオチップは、例えば、５０個×５０個のブロックからなるマトリクスを備えることができる。各ブロックの直径は、１μｍまたは数μｍから、１００μｍまたは数百μｍまで、といったような範囲とされ、例えば、３００μｍとされる。ブロックの数は、制限を受けるものではない。本発明の他の例においては、バイオチップは、５０００個×５０００個のブロックからなるマトリクスを備えることができ、各ブロックの直径は、１μｍ〜１０μｍとされる。
【０１０２】
マルチキャビティシステムの場合の各キャビティに関しては、キャビティは、１ｃｍまたは数ｃｍから、２ｍまたは数ｍまで、といったような長さを有することができる。本発明に基づいて構成されたキャビティは、例えば、１０ｃｍという程度の長さを有することができる。
【０１０３】
ＤＮＡストランドまたはＲＮＡストランドをマーキングすることなく、これらストランドの光吸収の直接的な測定を行うことができる。
【０１０４】
この場合、使用される発光光源は、例えば、紫外光線を放出する。このような発光光源は、２５０ｎｍ付近の波長の光を放出する１つまたは複数のパルス型レーザーを備えることができる。
【０１０５】
他の変形例においては、予めマーキングされたＤＮＡストランドまたはＲＮＡストランドによる光吸収または光拡散を、測定することができる。使用されるマーカーは、例えば、Ｃｙ３タイプの蛍光物質といったような化学的マーカーとすることができる。
【０１０６】
また、光吸収および／または光拡散は、粒子による試料のマーキングを使用することにより、測定することもできる。光吸収の測定に際しては、そのような粒子は、金をベースとしたような、直径が例えば１ｎｍ〜１０ｎｍといったような、ナノサイズの球とすることができる。光拡散の測定に際しては、より大きなサイズのナノサイズ球を使用することができ、例えば、金をベースとしたような、直径が、２０ｎｍから、１００ｎｍといったような、さらには数百ｎｍといったような、ナノサイズ球を使用することができる。
【０１０７】
Ｃｙ３タイプの蛍光物質が、強力な光によってあるいは連続的な光によって露光されたときには、そのような蛍光物質は、白色化することができる。『光による白色化』とも称し得るようなこの現象が起こった場合には、試料は、実質的に光を吸収することがなく、光吸収に関するすべての測定が、全く不正確なものとなる。
【０１０８】
本発明による測定方法は、試料に対して光線を非常に短時間にわたって照射するだけで良いという利点を有している。例えば、キャビティの長さが１０ｃｍでありかつミラーの反射率が９９．８％である場合には、１００ｎｓという非常に短時間にわたって照射するだけで良い。本発明による測定方法においては、蛍光物質によってマーキングされたＤＮＡストランドまたはＲＮＡストランドを測定するに際し、これらＤＮＡストランドまたはＲＮＡストランドは、『光による白色化』という現象を、受けることがない、あるいは、ごくわずかしか受けることがない。
【０１０９】
マーキングされたストランドを測定する場合には、光インパルスの発光光源は、例えば可視領域や赤外領域において発光するものとされ、例えばＹＡＧタイプのレーザーといったような１つまたは複数のパルス型レーザーとすることができ、可能であれば、周波数を２倍化することで、５３２ｎｍという程度の波長で発光することができる。あるいは、光源は、Ｈｅ−Ｎｅタイプのレーザーとすることができ、５４１ｎｍという程度の波長で発光することができる。
【０１１０】
図３Ｄを参照して上述したような本発明による方法の変形例においては、マルチキャビティシステムの一方の反射手段は、光吸収の測定対象をなす生物学的試料に関する支持体として直接的に機能することができる。ＤＮＡストランドまたはＲＮＡストランドのハイブリッド化の測定に関しては、これらストランドは、例えば、ブラッグタイプの光学的反射性ミラーをなすミラーまたはミラーマトリクス内のミラーに対して直接的に組み込まれたすなわち取り付けられたブロック上に、懸架することができる。
【０１１１】
次に、それぞれがフィルムコーティングを有した複数の凹面ミラーからなるマトリクスの形成方法に関する一例について、説明する。
【０１１２】
このマトリクスは、まず最初に、例えば溶融石英またはＢＫ７タイプのガラスといったような材料をベースとしたような基板（４００）から形成される。
【０１１３】
その後、例えば『スピンコーティング』法といったような手法により、基板上に、感光性樹脂フィルム（４１０）を堆積させる。その後、感光性樹脂フィルムに対して、例えば図６に示すような可変透過マスクを通して非コヒーレント紫外光線を照射する。このマスクは、紫外光線に対して不透明な部分（４２０）と、マトリクスに応じて配置された複数の円形パターン（４２５）と、を備えている。これらパターン（４２５）は、基板内に形成すべきミラーパターンの複製である。マスクのパターン（４２５）は、透明性が、周縁部から中心に向けて漸次的に変化している。
【０１１４】
可変透過マスクを通して樹脂フィルム（４１０）を露光することにより、露光量に応じたようにして、樹脂の物理的化学的特性を変更することができる。ポジ型の調性を有した樹脂を現像した場合には、半球形状をなす複数の孔（４３０）を得ることができる（図５Ａ）。
【０１１５】
その後、孔（４３０）を介して基板（４００）のエッチングを行う。これにより、それら孔を複製することができるとともに、基板（４００）に、複数の孔からなるマトリクスを形成することができる。これら孔は、数μｍ〜数ｃｍという直径を有することができる（図５Ｂ）。その後、このようにしてエッチングされた基板上において、数度にわたって共焦的な成膜を行う。これにより、反射性多層積層体を形成することができる（図５Ｃ）。
【０１１６】
この多層積層体は、ＳｉＯ２やＭｇＦ２やＬｉＦといったような材料をベースとした低屈折率層と；高屈折率層（例えば、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３）と；の交互積層から形成される。この積層体は、例えばブラッグタイプのような高反射性ミラーを形成することができる。積層体は、蒸気層内における物理的成膜（物理的気相蒸着、ＰＶＤ）や、蒸気層内における化学的成膜（化学的気相蒸着、ＣＶＤ）、といったような成膜を繰り返すことによって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明による方法の実施に際しての一例を示す図である。
【図２Ａ】光学キャビティ共振器の入射部分に入射される光インパルスを示す曲線である。
【図２Ｂ】図２Ａの光インパルスに応答してキャビティから導出される信号を示す曲線である。
【図３Ａ】本発明によるマルチキャビティシステムを備えてなるデバイスの構成例を示す図である。
【図３Ｂ】本発明によるマルチキャビティシステムを備えてなるデバイスの構成例を示す図である。
【図３Ｃ】本発明によるマルチキャビティシステムを備えてなるデバイスの構成例を示す図である。
【図３Ｄ】本発明によるマルチキャビティシステムを備えてなるデバイスの構成例を示す図である。
【図３Ｅ】本発明によるマルチキャビティシステムを備えてなるデバイスの構成例を示す図である。
【図４Ａ】本発明による方法の実施に際しての様々な例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明による方法の実施に際しての様々な例を示す図である。
【図４Ｃ】本発明による方法の実施に際しての様々な例を示す図である。
【図５Ａ】複数のミラーからなるマトリクスを実現し得る手法の例を示す図である。
【図５Ｂ】複数のミラーからなるマトリクスを実現し得る手法の例を示す図である。
【図５Ｃ】複数のミラーからなるマトリクスを実現し得る手法の例を示す図である。
【図６】可変透過マスクの一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１００  支持体
１０５  試料
１０８  第１反射手段
１０９  第１反射手段
１１０  キャビティ
１１５  発光光源（光インパルス放出手段）
１１６  光インパルス
１１８  光学的接続手段
１２０  検出デバイス（検出手段）
１２３  光学的接続手段
２００  バイオチップ
２０４  ブロック
２０７  マトリクス、第１マトリクス
２０８  凹面ミラー
２０９  平面ミラー
２１０  第２マトリクス
２１５  パルス型レーザー（光インパルス放出手段）
２１７  偏向手段
２１８  接続手段
２２０  検出器（検出手段）
２２３  接続手段
３２０  検出器マトリクス（検出手段）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2005195588.tif 000009
【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2005195588.tif 000016
【図６】
2005195588.tif 000017
【外国語明細書】
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