(57)【要約】微小構造の検出システムは、基体チップと、基板チップにより規定され、流体のサンプルが使用時に転送されるチャンバと、この少なくとも１つの検出器とを具備しており、この少なくとも１つの検出器は、光をチャンバ中に放射する有機半導体素子を含んでいる少なくとも１つの発光ダイオードと、光をチャンバから受光する有機半導体素子を含んでいる少なくとも１つの光電池とを具備している。【選択図】図１
2004532383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体チップと、
基板チップにより規定され、流体のサンプルが使用時に供給されるチャンバと、
光をチャンバ中に放射する有機半導体素子を含む少なくとも１つの発光ダイオードと、光をチャンバから受取る有機半導体素子を含む少なくとも１つの光電池とを具備する少なくとも１つの検出器とを具備している微小な構造の検出システム。
【請求項２】
チャンバは約１０乃至約５００μｍの深さを有する請求項１記載の検出システム。
【請求項３】
チャンバは約５０乃至約１００μｍの深さを有する請求項２記載の検出システム。
【請求項４】
チャンバは約１０乃至約１００μｍの幅を有する請求項１乃至３のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項５】
チャンバは約１０乃至約５０μｍの幅を有する請求項４記載の検出システム。
【請求項６】
チャンバは１よりも大きい深さ対幅のアスペクト比を有する請求項１乃至５のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項７】
チャンバは１０以上の深さ対幅のアスペクト比を有する請求項６記載の検出システム。
【請求項８】
少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの光電池はチャンバの深さに面している請求項６または７記載の検出システム。
【請求項９】
各検出器の少なくとも１つの光電池はチャンバの深さに面している請求項８記載の検出システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの発光ダイオードと少なくとも１つの光電池とは対向する関係にある請求項１乃至９のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項１１】
各検出器の少なくとも１つの発光ダイオードと少なくとも１つの光電池とは対向する関係である請求項１０記載の検出システム。
【請求項１２】
少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの発光ダイオードは微小空洞中に含まれている請求項１乃至１１のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項１３】
各検出器の少なくとも１つの発光ダイオードは微小空洞中に含まれている請求項１２記載の検出システム。
【請求項１４】
少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの光電池は波長選択性であるように構成されている請求項１乃至１３のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項１５】
各検出器の少なくとも１つの光電池は波長選択性であるように構成されている請求項１４記載の検出システム。
【請求項１６】
少なくとも１つの光検出器の少なくとも１つの光電池はその有機半導体素子のフィルタアップストリームを含んでいる請求項１乃至１５のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項１７】
各検出器の少なくとも１つの光電池はその有機半導体素子のフィルタアップストリームを含んでいる請求項１６記載の検出システム。
【請求項１８】
フィルタまたは各フィルタはノッチフィルタである請求項１６または１７記載の検出システム。
【請求項１９】
少なくとも１つの光検出器の少なくとも１つは複数の光電池を含み、それらの光電池の有機半導体素子は異なる吸収スペクトルを有し、色空間において異なる応答を与える請求項１乃至１８のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項２０】
各検出器は複数の光電池を含んでいる請求項１９記載の検出システム。
【請求項２１】
検出器または各検出器は３個の光電池を含んでいる請求項１９または２０記載の検出システム。
【請求項２２】
少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの発光ダイオードは基体チップの表面上に配置されている多層構造である請求項１乃至２１のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項２３】
各検出器の少なくとも１つの発光ダイオードは基体チップの表面上に配置されている多層構造である請求項２２項記載の検出システム。
【請求項２４】
少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの光電池は基体チップの表面上に配置されている多層構造である請求項１乃至２３のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項２５】
各検出器の少なくとも１つの光電池は基体チップの表面上に配置されている多層構造である請求項２４項記載の検出システム。
【請求項２６】
複数の間隔を隔てられた検出器を具備している請求項１乃至２５のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項２７】
検出器の間隔は約５００μｍよりも小さい請求項２６記載の検出システム。
【請求項２８】
検出器は均一に間隔を隔てられている請求項２６または２７記載の検出システム。
【請求項２９】
チャンバはフローチャンネルである請求項１乃至２８のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項３０】
検出器はフローチャンネルに沿って間隔を置いて配置されている請求項２６乃至２８のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項３１】
光を放射するために発光ダイオードまたは各発光ダイオードを駆動するための駆動装置をさらに具備している請求項１乃至３０のいずれか１項記載の検出システム。
【請求項３２】
駆動装置は高い瞬間輝度の光を放射するためにパルスモードで発光ダイオードまたは各発光ダイオードを駆動するように構成されている請求項３１記載の検出システム。
【請求項３３】
駆動装置は少なくとも約１０７ ｃｄｍ−２の高い瞬間輝度を有する光を放射するために発光ダイオードまたは各発光ダイオードを駆動するように構成されている請求項３２記載の検出システム。
【請求項３４】
光電池または各光電池から信号を受信するための検出装置をさらに具備している請求項１乃至３３のいずれか１項記載の検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学的な検出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学的および生物学的パラメータの正確な決定は科学において常に非常に重要である。しかしながら、最近、化学製品の生産、ＤＮＡ解析、麻薬の発見、薬物のスクリーニング、医学的診断、環境解析等のような分野で低濃度における迅速な、オンラインの測定が必要とされている［１］。
【０００３】
このような分野では、小さい有機分子または非常に大きい生体高分子の検体が通常マイナーなコンポーネントとして存在する。結果として、検体の検出を妨害する傾向のある他の成分からの検体の弁別は通常、任意の解析で臨界的なステップである。
【０００４】
直接解析と、特定の検体の分子情報を電子情報に変換することを可能にする化学センサが開発されている。このようなセンサは全ての他の成分を除外して実時間で情報を提供する。解析は変換前に分離ステップを実行することにより改善されることができ、分離は検出の選択要求を少なくし、感度を改良する。
【０００５】
全（化学）解析システム（ＴＡＳ）が開発されており、これは一体化され自動化された方法で完全な解析の全ての段を与える。これらの段はサンプリング、事前処置、化学反応、解析分離、検体検出、生成物分離、データ解析を含んでいる。このようなＴＡＳはオンライン解析での強化を可能にするが、多数の大きな欠点を有する。それらの欠点には低速度のサンプル輸送、高い試薬消費、各システム成分間のインターフェースを製造する必要性等が含まれている。
【０００６】
さらに最近、小型化された全（化学）解析システム（μ−ＴＡＳ）が開発されており［２］、これはサイズの減少により、改良された解析性能を示す。典型的に、μ−ＴＡＳは微小に構成された装置であり、例えばフォトリソグラフ、エッチング、薄膜付着、結合等の通常の微細な機械加工技術を使用して製造され、ここでチャンネル、リアクタ、フィルタ、インジェクタ、検出器は平面のガラス、シリコンまたは重合体の物質上に生成される。性能の強化は実験的および理論的に示されている［３］。特に、流体マニホルドの小型化は試薬の消費の減少、分離効率の増加、解析時間の減少につながる。
【０００７】
例えば毛管の電気泳動（ＣＥ）チップのμ−ＴＡＳでは、注入量は典型的に１０−１４ 乃至１０−１０ ｄｍ３ の範囲である。診断的に関連するターゲットである１ナノモルでは、これらの量は約１０乃至１０４ の検出可能な分子しか含んでいない。高感度の検出はしたがって微小解析を行うための必要条件である。
【０００８】
【発明の参考とする文献】
１．Ｓ． Ｃ． Ｊａｋｅｗａｙ， Ａ． Ｊ． ｄｅ Ｍｅｌｌｏ， Ｅ． Ｌ． Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ｆｒｅｓ． Ｊ． Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ，
３６６， ５２５ （２０００）
２．Ａ． Ｍａｎｚ， Ｎ． Ｇｒａｂｅｒ， Ｈ． Ｍ． Ｗｉｄｍｅｒ， Ｓｅｎｓ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ， Ｂ１， ２４４ （１９９０）
３．Ａ． Ｍａｎｚ， Ｄ． Ｊ． Ｈａｒｒｉｓｏｎ， Ｅ． Ｍ． Ｊ． Ｖｅｒｐｏｏｒｔｅ， Ｊ． Ｃ． Ｆｅｔｔｉｎｇｅｒ，
Ａ． Ｐａｕｌｕｓ， Ｈ． Ｌｕｄｉ， Ｈ． Ｍ． Ｗｉｄｍｅｒ， Ｊ． Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．， ５９３， ２５３ （１９９２）
４．Ａ． Ｔ． Ｗｏｏｌｌｅｙ， Ｄ． Ｈａｄｌｅｙ， Ｐ． Ｌａｎｄｒｅ， Ａ． Ｊ． ｄｅＭｅｌｌｏ， Ｒ． Ａ． Ｍａｔｈｉｅｓ，
Ｍ． Ａ． Ｎｏｒｔｈｕｐ， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．， ６８， ４０８１ （１９９６）
５．Ｚ． Ｌｉａｎｇ ｅｔ ａｌ， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．， ６８， １０４０ （１９９６）
６．Ａ． Ｍａｎｚ， ｅｔ ａｌ， Ｊ． Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔ． Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．， １６， ４３３ （１９９３）
７．Ａ． Ａｒｏｒａ， Ａ． Ｊ． ｄｅ Ｍｅｌｌｏ， Ａ． Ｍａｎｚ， Ａｎａｌ． Ｃｏｍｍｕｎ．， ３４， ３９３ （１９９７）
８．Ｓ． Ｓｉｒｉｃｈａｉ， Ａ． Ｊ． ｄｅ Ｍｅｌｌｏ， Ａｎａｌｙｓｔ， １２５， １３３ （２０００）
９．Ｎ． Ｂｕｒｇｇｒａｆ， Ｂ． Ｋｒａｔｔｉｇｅｒ， Ａ． Ｊ． ｄｅ Ｍｅｌｌｏ， Ｎ． Ｆ． ｄｅ Ｒｏｏｉｊｉ， Ａ． Ｍａｎｚ，
Ａｎａｌｙｓｔ， １２３， １４４３ （１９９８）
１０．Ｑ． Ｘｕｅ， Ｆ．Ｆｏｒｅｔ， Ｙ． Ｍ． Ｄｕｎａｙｅｖｓｋｉｙ， Ｐ． Ｍ． Ｚａｖｒａｃｋｙ， Ｎ． Ｅ． ＭｃＧｒｕｅｒ，
Ｂ． Ｌ． Ｋａｒｇｅｒ， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．， ６９， ４２６ （１９９７）
１１．Ｒ． Ｈ． Ｆｒｉｅｎｄ ｅｔ ａｌ， Ｎａｔｕｒｅ， ３９７， １２１ （１９９９）
１２．Ｈ． Ｓｈｉｒａｋａｗａ， Ｅ． Ｊ． Ｌｅｗｉｓ， Ａ． Ｇ． Ｌｅｗｉｓ， Ａ． Ｇ． ＭａｃＤｉａｒｍｉｄ，
Ｃ． Ｋ． Ｃｈｉａｎｇ， Ａ． Ｊ． Ｈｅｅｇｅｒ， Ｃｈｅｍ． Ｃｏｍｍｕｎ．， ５７８ （１９７７）
１３．Ｊ． Ｈ． Ｂｕｒｒｏｕｇｈｅｓ， Ｄ． Ｄ． Ｃ． Ｂｒａｄｌｅｙ， Ａ． Ｒ． Ｂｒｏｗｎ， Ｒ． Ｎ． Ｍａｒｋｓ，
Ｋ． ＭａｃＫａｙ， Ｒ． Ｈ． Ｆｒｉｅｎｄ， Ｐ． Ｌ． Ｂｕｒｎ， Ａ． Ｂ． Ｈｏｌｍｅｓ， Ｎａｔｕｒｅ， ３４１，５３１
（１９９０）
１４．Ｓ． Ｂｕｒｎｓ， Ｐｈ． Ｄ． Ｔｈｅｓｉｓ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ， １９９７
１５．Ｈ． Ｊ． Ｃｒａｂｔｒｅｅ， Ｍ． Ｕ． Ｋｏｐｐ， Ａ． Ｍａｎｚ， Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．， ７１， ２１３０ （１９９９）
１６．Ｓ． Ｍａｌｌａｔ， ’Ａ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｏｕｒ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ’，
Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎｃ，（１９９９）
１７．Ｄ． Ｂ． Ｊｕｄｄ， Ｇ． Ｗｙｓｚｅｃｋｉ， ’Ｃｏｌｏｒ ｉｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ’， Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ
（３ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ）， Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ， ２９６ （１９７５）
１８．Ｄ． Ｇ． Ｌｉｄｚｅｙ， Ｄ． Ｄ． Ｃ． Ｂｒａｄｌｅｙ， Ｓ． Ａｌｖａｒａｄｏ， Ｐ．Ｆ．Ｓｅｉｄｌｅｒ， Ｎａｔｕｒｅ，
３８６， １３５ （１９９７）
【発明が解決しようとする課題】
現在まで、解析システムにおける小さい体積の検出には通常光学的な測定が使用されている。これは主としてほとんどの平面チップ装置が電磁スペクトルの可視領域で透明であるガラス材料から作られるためである。光学的検出のための２つの最も普通の技術は吸収および蛍光である。
【０００９】
吸収技術は、小さい体積の使用が十分に長い光路長に対する要求に容易に合致しないとき多くの問題を有する。光路長の問題に対する解決策が提案されている［５−６］。しかしながら、任意の感度の増加のために、特に電気泳動またはクロマトグラフィー装置での検出に適用されるとき、通常コンポーネントの分解能を犠牲にする必要がある。
【００１０】
蛍光技術は通常、吸収技術よりも優れていることが証明されている。例えば、レーザで誘発された蛍光の測定は１０５ 分子程度の僅かのものを通常検出でき、超高感度の蛍光検出における最近の発展は平面チップシステム上での単一分子の検出を可能にする。しかしながら、蛍光技術は本質的に感度が高いが、これらの技術は価格、可搬性、適用性に関して多くの制限を受ける。
【００１１】
非蛍光分子の検出を可能にする別の技術が開発されている。これらの技術には電気化学発光［７］、間接的蛍光［８］、電気化学および屈折率変化技術［１、９］が含まれている。さらに、毛管の電気泳動マイクロチップは電子スプレー質量分析方法（ＭＳ）［１０］に適切に結合されている。
【００１２】
これらの技術は小型化、価格、適用性における改良を与えるが、廉価で小型化された高感度の検出システムを与える唯一の技術はない。これらの特徴を有する検出システムは研究所ベースの解析で本質的なことではないが、取扱の点およびフィールド内の応用で高感度の測定の能力を有する可搬性のμＴＡＳを開発するのに必要な条件である。典型的な応用には環境監視、臨床および医学的診断、産業状のプロセス制御および討論解析が含まれている。
【００１３】
したがって、本発明の目的は高い感度と低い検出限界を有する微小な構造に製造された検出システムを提供することである。廉価の検出システムを提供することもまた本発明の目的である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は微小構造の検出システムを提供し、これは基体チップと、基板チップにより規定され、流体のサンプルが使用時に供給されるチャンバと、少なくとも１つの検出器とを具備しており、この少なくとも１つの検出器は、光をチャンバ中に放射する有機半導体素子を含む少なくとも１つの発光ダイオードと、光をチャンバから受取る有機半導体素子を含む少なくとも１つの光電池とを具備している。
【００１５】
好ましくは、チャンバは約１０乃至約５００μｍの深さを有する。
【００１６】
さらに好ましくは、チャンバは約５０乃至約１００μｍの深さを有する。
【００１７】
好ましくは、チャンバは約１０乃至約１００μｍの幅を有する。
【００１８】
さらに好ましくは、チャンバは約１０乃至約５０μｍの幅を有する。
【００１９】
好ましくは、チャンバは１よりも大きい深さ対幅のアスペクト比を有する。
【００２０】
さらに好ましくは、チャンバは少なくとも１０の深さ対幅のアスペクト比を有する。
【００２１】
好ましくは、少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの光電池はチャンバの深さに面している。
【００２２】
さらに好ましくは、各検出器の少なくとも１つの光電池はチャンバの深さに面している。
【００２３】
好ましくは、少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの発光ダイオードと少なくとも１つの光電池とは対向する関係である。
【００２４】
さらに好ましくは、各検出器の少なくとも１つの発光ダイオードと少なくとも１つの光電池とは対向する関係である。
【００２５】
好ましくは、少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの発光ダイオードは微小空洞中に含まれている。
【００２６】
さらに好ましくは、各検出器の少なくとも１つの発光ダイオードは微小空洞中に含まれている。
【００２７】
好ましくは、少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの光電池は波長選択性であるように構成されている。
【００２８】
さらに好ましくは、各検出器の少なくとも１つの光電池は波長選択性であるように構成されている。
【００２９】
好ましくは、少なくとも１つの光検出器の少なくとも１つの光電池はその有機半導体素子のフィルタアップストリームを含んでいる。
【００３０】
さらに好ましくは、各検出器の少なくとも１つの光電池はその有機半導体素子のフィルタアップストリームを含んでいる。
【００３１】
１実施形態では、フィルタまたは各フィルタはノッチフィルタである。
【００３２】
好ましくは、少なくとも１つの光検出器の少なくとも１つは複数の光電池を含み、それらの光電池の有機半導体素子は異なる吸収スペクトルを有し、色空間において異なる応答を与える。
【００３３】
さらに好ましくは、各検出器は複数の光電池を含んでいる。
【００３４】
１実施形態では、検出器または各検出器は３個の光電池を含んでいる。
【００３５】
好ましくは、少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの発光ダイオードは基体チップの表面上に配置されている多層構造である。
【００３６】
さらに好ましくは、各検出器の少なくとも１つの発光ダイオードは基体チップの表面上に配置されている多層構造である。
【００３７】
好ましくは、少なくとも１つの検出器の少なくとも１つの光電池は基体チップの表面上に配置されている多層構造である。
【００３８】
さらに好ましくは、各検出器の少なくとも１つの光電池は基体チップの表面上に配置されている多層構造である。
【００３９】
好ましくは、検出システムは複数の間隔を隔てられた検出器を具備している。
【００４０】
好ましくは、検出器の間隔は約５００μｍよりも小さい。
【００４１】
さらに好ましくは、検出器は均一に間隔を隔てられている。
【００４２】
好ましくは、チャンバはフローチャンネルである。
【００４３】
１実施形態では、検出器はフローチャンネルに沿って間隔を置いて配置されている。
【００４４】
好ましくは、検出システムは光を放射するために発光ダイオードまたは各発光ダイオードを駆動するための駆動装置を具備している。
【００４５】
さらに好ましくは、駆動装置は高い瞬間輝度の光を放射するためにパルスモードで発光ダイオードまたは各発光ダイオードを駆動するように構成されている。
【００４６】
さらに好ましくは、駆動装置は少なくとも約１０７ ｃｄｍ−２の高い瞬間輝度を有する光を放射するために発光ダイオードまたは各発光ダイオードを駆動するように構成されている。
【００４７】
好ましくは、検出システムは光電池または各光電池から信号を受信するための検出装置をさらに具備している。
【００４８】
好ましい実施形態では、基体チップに対する発光ダイオードと受光光電池の並列配置は放射／集光損失が最小にされることを確実にする。添付の付録で説明されているように、簡単な計算によって、少なくとも１０−８モルｄｍ−３までの検体濃度は容易に検出可能であり、検出の下限は位相感度検出等の低雑音技術の使用で実現可能であることを示している。
【００４９】
また検出システムは流体路に沿って多数の密接した間隔の位置で同時におよび独立して検出を有効に可能にする。典型的に５００μｍよりも小さい間隔で隔てられたこのような多数の点の検出は特定の有効な解析で空間的分解能を与える。通常の検出器ではその完全な物理的寸法がこれらの検出器を平面上の検出に対して不適切にするので、このような分解能は光電子増倍管（ＰＭＴ）等のような通常の検出器を使用したのでは可能ではない。
【００５０】
さらに、検出システムは極めて少量のサンプルしか必要としないので、動作が迅速で、非侵襲性で、選択可能で高効率であり、単価も低い。本発明は一般的な計器よりも優れた方法で標準的な解析を行い、劇的に減少した解析時間を与え、迅速な取扱い点の診断を可能にする能力によって臨床／生物学的分野で特に応用が発見される。
【００５１】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して例示のみにより本発明の好ましい実施形態を以下説明する。
検出システムは、基体チップ２、この実施形態では平坦なチップを具備し、これは液体またはガスのような流体を解析のために誘導するチャンネル４と、チャンネル４の長さに沿って隔てられた関係で基体チップ２に配置されている複数の検出器６ａ−ｊを含んでいる。この実施形態では、検出器６ａ−ｊの間隔は約５００μｍよりも小さい。この検出システムは重合体検出システムと呼ばれる。
【００５２】
この実施形態ではそれぞれ特定の波長に選択性を有するように構成されている検出器６ａ−ｊは、発光ダイオード８ａ−ｊ（ＬＥＤ）と、基体チップ２の反対側の表面に対向した関係で配置されている受光光電池１０ａ−ｊとを具備している。
【００５３】
この実施形態では、基体チップ２はガラスまたはポリジメチルシロクサン（ＰＤＭＳ）のようなプラスティック材料の一方または両者から形成され、チャンネル４は典型的に反応性イオンエッチングにより形成されている。好ましい実施形態では、チャンネル４は深さ約１０乃至約５００μｍ、好ましくは約５０乃至約１００μｍの深さと、幅約１０乃至約１００μｍ、好ましくは約１０乃至約５００μｍの幅を有する。低い濃度の検体と、所定の流速では、感度の増加した検出がチャンネル４に高い深さ対幅のアスペクト比を与えることにより与えられる。好ましい実施形態では、チャンネル４は少なくとも約１０の深さ対幅のアスペクト比を有している。
【００５４】
図２で示されているように、検出器６ａ−ｊの発光ダイオード８ａ−ｊと受光光電池１０ａ−ｊは多層構造であり、この実施形態では重合体と電極材料の順次の配置により既知の方法で製造された半導体の重合体（ＳＰ）構造である［１１］。発光ダイオード８ａ−ｊと光電池１０ａ−ｊはそれぞれ少なくとも１つの有機半導体層１２を有し、この実施形態ではインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の実質上透明な陽極層１４と、この実施形態では金属である陰極層１６との間に挟まれている。好ましい実施形態では、１以上の半導体層１２は半導体重合体のブレンドである。
【００５５】
好ましい実施形態では、半導体重合体は可溶性の重合体であり、半導体層１２は印刷技術、好ましくはインクジェット印刷により製造される。このようにして、検出器６ａ−ｊの発光ダイオード８ａ−ｊと光電池１０ａ−ｊはチャンネル４に沿って正確に位置されることができる。さらに複雑なパターンはインクジェット印刷技術を使用して実現され、それによって高い正確度でミリメートルに満たないスケールで検出器６ａ−ｊの複雑なアレイの配置を可能にする。この技術は配置可能な応用の廉価の需要に理想的に適している。また、発光ダイオード８ａ−ｊと光電池１０ａ−ｊの１層づつの製造により、検出システムは既存の微細な構造のシステムと一体化されることができる。
【００５６】
各発光ダイオード８ａ−ｊの動作は、十分に高い電位差がそれを横切って与えられるとき、電子およびホールが陽極と陰極の層１４、１６のそれぞれから注入され、励起子を形成するために半導体層１２中で再結合し、その励起子はその後、光子の放射により接地状態に緩和（ｒｅｌａｘ ）する。各光電池１０ａ−ｊの動作は基本的に発光ダイオード８ａ−ｊの動作と反対であり、ここでは半導体層１２による光子の吸収はその後、拘束のない電子およびホールを形成するために分離する励起子を生成し、分離された電荷は内部電界の影響下でそれぞれ陽極１４および陰極１６の方向および外部回路へドリフトする。
【００５７】
蛍光解析の１構成では、発色団等の蛍光検体がチャンネル４を通過するとき、蛍光検体は各発光ダイオード８ａ−ｊにより放射される光子を吸収し、その後、蛍光光子を再度放射し、その蛍光光子はそれぞれの光電池１０ａ−ｊにより検出される。
【００５８】
燐光解析の別の構成では、燐光検体がチャンネル４を通過するとき、燐光検体はそれぞれの発光ダイオード８ａ−ｊにより放射される光子を吸収し、その後、燐光光子を再度放射し、その燐光光子はそれぞれの光電池１０ａ−ｊにより検出される。
【００５９】
十分に大きい光路の長さが各検出器６ａ−ｊの発光ダイオード８ａ−ｊと光電池１０ａ−ｊとの間に設けられる吸収解析のさらに別の構成では、吸収検体がチャンネル４を通過するとき、吸収検体はそれぞれの発光ダイオード８ａ−ｊにより放射される光子を吸収し、吸収はそれぞれの光電池１０ａ−ｊにより検出されるときそれぞれの発光ダイオード８ａ−ｊからの光子の透過の減少として検出される。
【００６０】
解析の１モードでは、検体濃度は各検出器６ａ−ｊで同時に測定される。
【００６１】
解析の別のモードでは、シャー（Ｓｈａｈ）コンピュータボリューションフーリエ変換（ＳＣＯＦＴ）検出が使用される［１５］。ＳＣＯＦＴでは、移動する検体プラグからの放射強度はチャンネル４に沿って均一な間隔で隔てられた位置にある検出器６ａ−ｊにより測定される。ほとんどの分離技術、例えば毛管の電気泳動および高圧力の液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）では、検体プラグは一定の速度で動き、各検出器６ａ−ｊの放射強度は固定した周波数の時間依存信号を発生するように電子的に加算されることができる。信号の周波数は検体の可動性により特有に決定され、したがって検体識別手段として使用されてもよい。多成分システムでは、付加的な成分は可動性により特有に決定される位置で周波数ドメインに存在する。
【００６２】
さらに別の解析モードでは、放射強度は各検出器６ａ−ｊで独立に測定され、リアルおよびレシプロカル空間での最適に近い位置決定を確実にするウェブレット解析［１６］はデータの処理に使用される。このようにしてＳＣＯＦＴ検出と異なって、空間情報が保存され、情報内容を増加し、例えば距離による電気泳動の移動度の変化の決定を可能にする。
【００６３】
最終的に、本発明は好ましい実施形態について説明され、特許請求の範囲で規定されているように本発明の技術的範囲を逸脱せずに多数の異なる方法で変更されることができることが理解されよう。
【００６４】
１つの変形では、発光ダイオード８ａ−ｊは改良されたスペクトル特性を有する励起ソースを提供するために微小空洞にそれぞれ含まれることができる。特定の半導体重合体の有機半導体は典型的に広い放射特性を有し、一方、光検出の目的では狭い励起ソースが所望である。適切な光路長の微小空洞中に各発光ダイオード８ａ−ｊを含むことによって、各発光ダイオード８ａ−ｊからの励起光は強化した単色の色度を有する。このような空洞は廉価なブラグ反射器を形成するためにはっきり異なる屈折率を有する材料の交互の熱付着により製造される［１４］。
【００６５】
別の変形では、適切である場合、発光ダイオード８ａ−ｊから直接伝送される光子を濾波するため選択性の各光電池１０ａ−ｊの正面にノッチフィルタが直接設けられ、この励起光子はそうでなければ少ない強度の蛍光または燐光光子をマスクする。
【００６６】
さらに別の変形では、位相感度のロックイン技術が発光ダイオード８ａ−ｊから直接伝送される励起光子と、燐光検体からの少ない強度の放射光子とを弁別するために使用されることができる。この構造により、フィルタ、例えばノッチフィルタの使用が随意に選択できる。
【００６７】
更なる別の変形では、各検出器６ａ−ｊは良好に分離された吸収スペクトルの材料から形成される半導体層１２を有する複数、この実施形態では３つの隣接する光電池１０ａ−ｊを含んでいる。複数の光電池１０ａ−ｊの異なる応答特性は“色”またはさらに正確には（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ［１７］により規定されているように）色空間における２次元の座標が放射検体に対して割当てられ、簡単で効率的な識別手段を与えることを可能にする。この平面検出装置は、後に固定したポイント検出器上にわたって走査され、または検出器のアレイ上にイメージされる光を分散させてスペクトル情報を抽出するために回折／反射格子またはプリズムが通常使用される通常の光学的分光計と対照される。
【００６８】
さらに別の変形では、適切な熱シンクを有する発光ダイオード８ａ−ｊは比較的低いデューティサイクルのパルス動作下で動作され、このパルス動作は高い瞬間輝度、典型的に１０７ ｃｄ／ｍ２ 程度の輝度の生成を可能にする［１８］。光ルミネセンスの高い瞬間的な変化は、低雑音の位相感度検出技術、例えばロックイン増幅技術と共に、特に低い濃度での光検出を可能にする。好ましい実施形態では、発光ダイオード８ａ−ｊは方形波電圧源により駆動される。このことに関して、発光ダイオード８ａ−ｊを微小空洞に含むことはパルス駆動電圧の使用と共に密に接した間隔のレーザダイオードの微小アレイの製造を与えることが予測される。
【００６９】
［付録：重合体検出システムの感度の評価］
システム感度の評価は次式により得られる。
ｊＤＥＴ ＝αｄσＱＤＥＴ ＱＰＬＱＥＬＮＴ ｊＬＥＤ
ここで、ｊＤＥＴ は光電池１０ａ−ｊの電流密度であり、
αは光電池１０ａ−ｊの集光効率であり、
ｄは発光ダイオード８ａ−ｊと光電池１０ａ−ｊとの間の間隔であり、
σは研究中の発色団の吸収断面であり、
ＱＤＥＴ 、ＱＰＬ、ＱＥＬは光電池１０ａ−ｊの量子効率と、溶液と発光ダイオード８ａ−ｊの発色団であり、
ＮＴ は発色団の密度であり、
ｊＬＥＤ は発光ダイオード８ａ−ｊの電流密度である。
【００７０】
検出システムの典型的なパラメータはα＝０．１、ｄ＝１０−５ｍ、σ＝１０−１８ ｍ２ 、ＱＤＥＴ ＝０．１、ＱＰＬ＝０．１、ＱＥＬ＝０．０１、ｊＬＥＤ ＝１０３ Ａｍ−２、これはｊＬＥＤ ＝１０−２５ ＮＴ を生じる。
【００７１】
それ故、重合体光電池の暗電流は典型的に１０−６Ａｍ−２以下であるので、約１０１９ｍ−３（約１０−８モルｄｍ−３）を超える発色団の密度は原理上、電位計を使用して単なる２ポイント測定によって検出システムを使用して検出されなければならない。
【００７２】
事実上、前述の計算は悲観的である。最新の技術水準のＬＥＤは約０．１の量子効率を有し、１を超える光電池の効率は供給される逆バイアス下では共通である。比較的貧弱な集光効率も光電池１０ａ−ｊで想定されている。さらに、発光ダイオード８ａ−ｊによる低い電流密度が想定されている。実際に、既存のＬＥＤの定常状態は典型的に１０倍高い。さらに、発光ダイオード８ａ−ｊはパルス動作で使用されるとき少なくとも１０７ ｃｄｍ−２の瞬間輝度を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好ましい実施形態にしたがった微小構造の検出システムの概略図。
【図２】
図１の検出システムの１つの検出器を示した概略図。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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