(57)【要約】  本発明は、関連物体の上に電磁放射を射出するマイクロデバイス（１００）に関する。このマイクロデバイスに対して、３次元の並進運動と、少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動とに関する同時非接触の空間的制御が可能である。このマイクロデバイスは、さらに、電磁放射を前記関連物体の上に射出するように構成されるナノワイヤ（１５０）を含む。これは、ナノワイヤを含むマイクロデバイスのより良好な空間的制御を実現する場合に有利であり、これによって、光をさらに効果的にナノワイヤの中に結合できるようになる。これは、改善された空間的制御のために、光学系におけるナノワイヤのさらに広範な応用を拡大する。
2016513020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を関連物体の上に射出するマイクロデバイス（１００）であり、
−電磁放射を射出するように構成される第１電磁放射射出ユニット（１０２、１０４、１０６）、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段（１０８、１１０、１１２、１１４）であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えたマイクロデバイス（１００）であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段が、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射射出ユニット（１０２、１０４、１０６）と、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とが構造的に連結され、
かつ、
前記第１電磁放射射出ユニットから射出される電磁放射を受信して、電磁放射を前記関連物体の上に射出するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
マイクロデバイス（１００）。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であり、前記第１電磁放射射出ユニット（１０２、１０４、１０６）が、
−入射する電磁放射を受信するように構成される電磁放射射入結合素子（１０２）と、
−前記電磁放射射入結合素子に構造的に連結される電磁放射射出結合素子（１０４）であって、前記入射する電磁放射に応答して電磁放射を射出するように構成される電磁放射射出結合素子と、
を含む、マイクロデバイス（１００）であって、
前記電磁放射射出結合素子（１０４）が、電磁放射射出用の前記ナノワイヤ（１５０）に構造的かつ光学的に結合される、
マイクロデバイス（１００）。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射出結合素子（１０４）が、電磁放射射出用の前記ナノワイヤ（１５０）に構造的かつ光学的に結合され、このナノワイヤが、さらに、前記電磁放射射出結合素子（１０４）が受信し得る適切な入射電磁放射によってレーザ発振を遂行するように光学的かつ構造的に構成され、前記第１電磁放射射出ユニットが、場合によっては、前記ナノワイヤ（１５０）用のポンプレーザとして機能する、マイクロデバイス（１００）。
【請求項４】
請求項２に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射出結合素子（１０４）がテーパ化された構造を有し、そのテーパ化された構造の狭い端部が前記ナノワイヤ（１５０）に構造的に結合される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項５】
請求項２または４に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤがテーパ化された構造を有し、その場合、好ましくは、そのテーパ化された構造の広い方の端部が、前記第１電磁放射射出ユニットに、あるいは、請求項４による場合は、前記テーパ化された前記電磁放射射出結合素子（１０４）に構造的に結合され、そのナノワイヤ（１５０）のテーパ化された構造の狭い端部が電磁放射を射出するように構成される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項６】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤ（１５０）が、金属ナノワイヤ、半導体ナノワイヤ、セラミックナノワイヤ、絶縁体ナノワイヤ、ナノチューブ（カーボンナノチューブを含む）のような分子ナノワイヤからなる群から選択される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項７】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤ（１５０）の材料が、前記第１電磁放射射出ユニット（１０２、１０４、１０６）の有効屈折率よりかなり大きい有効屈折率を有し、その場合、好ましくは２つの屈折率間の段階的移行を伴っている、マイクロデバイス（１００）。
【請求項８】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤ（１５０）が、さらに、関連物体から電磁放射を受信して、それを前記第１電磁放射射出ユニット（１０２、１０４、１０６）に伝送するように光学的に構成され、その場合、このユニットも、マイクロデバイスから前記電磁放射を伝送するように構成され、それによって、このマイクロデバイスが双方向の光学デバイスとして機能する、マイクロデバイス（１００）。
【請求項９】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤ（１５０）が、ＳｎＯ２およびグラフェンのような内視鏡用途に適した生物親和性の材料において製造される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１０】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射入結合素子（１０２）が、第１方向を有する入射電磁放射を受信するように構成され、前記電磁放射射出結合素子（１０４）は、第２方向を有する電磁放射を射出するように構成され、その場合、前記第１方向および前記第２方向は非平行であり、代替的に、前記第１方向および前記第２方向が平行であるが変位されており、さらに代替的に、前記第１方向および前記第２方向は反平行である、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１１】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、少なくとも前記電磁放射射入結合素子を前記電磁放射射出結合素子と光学的に結合する電磁放射ガイド素子（１０６）を含む、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１２】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、そのマイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする前記手段（１０８、１１０、１１２、１１４）が少なくとも１つの電磁放射制御可能ハンドルを含む、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１３】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、そのマイクロデバイスが複数のナノワイヤをさらに含み、少なくとも１つのナノワイヤ（１５０）が、前記第１電磁放射射出ユニット（１０２、１０４、１０６）から射出される電磁放射を受信して、電磁放射を射出するように構成され、場合によっては、さらに、少なくとも１つのナノワイヤが、電磁放射を受信して、それを前記第１電磁放射射出ユニットに伝送するように光学的に構成される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１４】
関連物体から電磁放射を受信するマイクロデバイス（１００）であり、
−電磁放射を受信してさらにそれを伝送するように構成される第１電磁放射受信ユニット（１０２、１０４、１０６）、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段（１０８、１１０、１１２、１１４）であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えたマイクロデバイス（１００）であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段が、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射受信ユニット（１０２、１０４、１０６）と、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とは構造的に連結され、
かつ、
前記関連物体から前記電磁放射を受信して、その電磁放射を前記第１電磁放射受信ユニットに伝送するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
マイクロデバイス（１００）。
【請求項１５】
電磁放射を関連物体の上に（２２６）および／または関連物体から（２２８）射出（１００１）および／または受信（１００１）するシステム（１０００）であって、
−電磁放射を関連物体の上に射出する請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロデバイス（１００）、
および／または、
−電磁放射を関連物体から受信する請求項１４に記載のマイクロデバイス（１００）、
を有するシステム（１０００）。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、
−空間的制御のための電磁放射（２３０）を発生するように調整される第２電磁放射射出ユニット（１００２）であり、それによって、電磁放射を関連物体の上に射出する請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロデバイス（１００）、および／または、電磁放射を関連物体から受信する請求項１４に記載のマイクロデバイス（１００）を光学的に操作する第２電磁放射射出ユニット（１００２）、
をさらに含むシステム（１０００）。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載のシステムであり、
−光学ユニット（１００１）、
をさらに含むシステムであって、この光学ユニットは、
−電磁放射を関連物体の上に射出する請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロデバイス（１００）によって、再射出用の電磁放射（２２６）を供給することが可能であり、
および／または、
−電磁放射を関連物体から受信する請求項１４に記載のマイクロデバイス（１００）からの電磁放射のような電磁放射（２２８）であって、物体の画像を表現するような物体の特性を表現する電磁放射を受信することが可能である、
システム。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか一項に記載のシステムであって、
−制御ユニット（１００３）、例えば、専用のコンピュータおよび可視化装置の上で動くコンピュータソフトウェアのような適切な制御および監視手段を有する制御ユニット、
をさらに含むシステム。
【請求項１９】
マイクロデバイス（１００）を用いて、電磁放射を関連物体の上に（２２６）および／または関連物体から（２２８）射出および／または受信する方法であり、
−前記マイクロデバイス内に第１電磁放射射出および／または受信ユニット（１０２、１０４、１０６）を設けるステップ、および、
−前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップであって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にするステップ、
を含む方法であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップは、電磁放射（２３０）の力による空間的制御によって提供され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットからそれぞれ受信および／または射出される電磁放射を射出および／または受信するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関連物体を調査または分析するためのマイクロデバイスに関し、さらに具体的には、電磁放射による関連物体の調査または分析を容易にするデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射による物体の調査または分析の分野においては、被検証物体に関する情報を得るのに用いられる器具の改善可能性が常に関心の対象になっている。例えば、空間的な解像度の改善が望ましい。別の願望は、検証可能な物体の種類の拡張である。この分野は、それぞれがこの分野の一般的な進歩に貢献した多数の技術を産み出してきた。例えば、共焦点顕微鏡法および走査近接場光学顕微鏡法があり、最近では、ナノワイヤの使用が注目されている。無機ナノワイヤは、実質的に可視光の波長未満の直径とすることができ、その光学的特性によって、ナノメートルフォトニクス用として関心の対象になっている。
【０００３】
カリフォルニア大学理事会の国際公開第２００７／０７９４１１号パンフレットは、光トラッピングを用いてナノワイヤを操作し、取り扱いかつ統合する方法を開示している。高アスペクト比の半導体ナノワイヤを任意の構造の中に個々にトラップし、移送し、組み込むことが流体環境の中で行われる。２０ｎｍ程度の小さい直径と、約１００のアスペクト比とを有するナノワイヤを３次元においてトラップし、移送することが可能であり、これによって、顕微鏡スケールの能動光デバイスとして機能することができるナノワイヤアーキテクチャの構造が可能になる。さらに、現今では、ナノワイヤ構造を生理学的環境において組み込むことが可能である。例えば、ナノワイヤを無機または有機の構造に取り付けることができる。一態様においては、ナノワイヤが遠隔サンプルに光を導くように配置され、これによって、全体としてのサンプルの強力な照明源への曝露の程度が低下する。光学的に制御可能なデバイスの分野の範囲内におけるこの言及は、光を被検証物体にかつそれから導くためのナノワイヤの使用という点で対物レンズを表現している。しかし、ナノワイヤに、かつそれから光を放射させ得ることが問題になる可能性がある。それは、特に、ナノワイヤが、並進運動および回転の両者に関して、放射のビームの制御に対して自由に可動でないからである。
【０００４】
国際公開第２０１２／１５５９１９Ａ１号パンフレットは、電磁放射射出用のマイクロデバイスであって、光のような電磁放射によって制御可能であるように調整されるマイクロデバイスを記述している。このマイクロデバイスは、電磁放射を当該構造の上に照射し得るように電磁放射を射出するべく構成される第１電磁放射射出ユニットを含む。このマイクロデバイスは、さらに、３次元の並進運動と、少なくとも２つの軸の回りの回転運動とに関してそのマイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段を含んでいる。従って、この発明は、当該物体のナノスケールのきわめて良好に規定された領域への制御された光の照射を可能にする器具を提供する。さらに、このデバイスは受光が可能であるので、光学的に制御されるマイクロ内視鏡として機能することができる。
【０００５】
国際公開第２００６／００８５５０Ａ１号パンフレットには、複数の光トラップによって操作するためのデバイスが開示されている。透明なビーズのような連結トラッピング素子が、光学トラッピング場の有効範囲より大きい距離だけトラッピング素子から離れて配置されるチップにも連結される。
【０００６】
Ｄ．Ｐａｌｉｍａ、Ａ．Ｒ．Ｂａｎａｓ、Ｇ．Ｖｉｚｓｎｙｉｃｚａｉ、Ｌ．Ｋｅｌｅｍｅｎ、Ｐ．ＯｒｍｏｓおよびＪ．Ｇｌｕｅｃｋｓｔａｄ著の論文「導波光導波路（Ｗａｖｅ−ｇｕｉｄｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）」（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．２０、Ｉｓｓｕｅ  ３、ｐｐ．２００４−２０１４（２０１２年））に提示される内容は、主として、任意の方位に光学的に操作できる２光子重合（ｔｗｏ  ｐｈｏｔｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ：２ＰＰ）微細構造の製作および使用を目指している。本願の発明者と重なるこの論文の著者らは、光導波路を構造の中に組み込んだので、光トラップを用いて任意の方位においてサンプルにおける任意の位置に配置できる独立の導波路を有する。この論文の内容に対する重要な一側面は、入射平面波の方向における変化であり、示された開口数の顕著な増加である。従って、光学的に方向付けられた導波路が、相対的に幅の広いビームから分岐でき、続いて、その先端において、よりきつく限定された光を発生する。この論文は、導波路を通る光の伝播と、著者らの生体光ワークステーションを利用した実験データとに関係する２つのシミュレーションを含んでいる。この論文の内容は、広義の文脈においては、光学的にトラップされた微細化構造が回折障壁の橋渡しを潜在的に支援できることを示す。この構造に仲介された枠組みを前に進めて、遠隔場光学系からサブ波長領域に及ぶビームを利用する新たな可能性を開くことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、関連物体を調査または分析するための改善されたマイクロデバイスが有利であり、特に、関連物体を調査または分析するための効率的および／または高信頼性のマイクロデバイスが有利であろう。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、先行技術に対して別の選択肢を提供することにある。
【０００９】
特に、前記の先行技術の問題点を、ナノスケールフォトニクスに対して適用されるナノワイヤの改善された制御によって解決するマイクロデバイスを提供することを本発明の目的とすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、上記の目的および他のいくつかの目的を、本発明の第１態様において、電磁放射を関連物体の上に射出する次のようなマイクロデバイスを提供することによって実現することが意図されている。すなわち、このマイクロデバイスは、
−電磁放射を射出するように構成される第１電磁放射射出ユニット、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えており、
その場合、前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段は、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射射出ユニットと、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とは構造的に連結され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記第１電磁放射射出ユニットから射出される電磁放射を受信して、電磁放射を前記関連物体の上に射出するように構成されるナノワイヤをさらに含む。
【００１１】
本発明は、特に、但し排他的にではなく、ナノワイヤを含むマイクロデバイスのより良好な空間的制御を実現する場合に有利であり、これによって、光、またはより一般的には電磁放射をさらに効果的にナノワイヤの中に結合できるようになる。これは、これまでは不可能であったさらに改善された空間的制御のために、光学系におけるナノワイヤのさらに広範な応用を拡大するものである。すなわち、ナノワイヤは、本発明が提供する５自由度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｆｒｅｅｄｏｍ：ＤＯＦ）、好ましくは６自由度においては、自由に制御可能ではなかったのである。特に興味のある応用分野は医療分析または内視鏡分析におけるものであり、本発明によって空間的制御が改善されるので、単一細胞の画像化および／またはマイクロ／ナノ分光分析法が現実的なものになる。
【００１２】
本発明のいくつかの特定の実施形態の他の利点を以下の記述において要約する。フォトニクスのツールをナノスケールに持ち込むことは、通常、古典的な回折障壁によって難しい課題になっている。画像化のために回折障壁を克服するには、近接場の方法の使用、あるいは、非線形の光学プロセスを利用する遠隔場光学系の使用のいずれかが必要になる。フォトニクスは、画像化の他に、ナノスケールの作動、探査および操作にも活用することが可能である。
【００１３】
本発明は、特定のいくつかの実施形態において、ナノスケールにおいて操作可能な改良型レーザシステムの同調性を有するサブ波長源の提供の問題を解決する。本発明は、特定のいくつかの実施形態において、光学目的用のナノワイヤを用いることによって、構造に媒介されたマイクロ−ナノ結合を利用する新規の方法を提供する。本願は、特定のいくつかの実施形態において、光学的力および光学的エネルギーを遠隔場の光学系からサブ波長の領域の中に導くマイクロデバイスを提案しているが、このマイクロデバイスは、エミッタおよび／または受信器として機能するナノワイヤによってもたらされる利点を有する。
【００１４】
通常、２光子光重合法（２ＰＰ）によって製作することができるマイクロデバイスは、ナノツールに対する６自由度（６ＤＯＦ）までの制御を実現するために、光学的にトラップされたハンドルからの機械的な力を結合できる。このマイクロデバイスは、また、任意の光源を、そのサブ回折限界のナノワイヤのテーパ化された先端に導くことができる。例えば、生体光ワークステーションを利用してこれらのマイクロデバイスを取り扱うことによって、リアルタイムの６ＤＯＦナノツール制御と、目標とする光の供給とが可能になる。これによって、機能化ナノツールの校正された方向付けの段階が設定され、利用可能な光源自体によってのみ制限される多目的用のサブ波長光源が効果的に創出される。これは、サブ波長フォトニクスにおける遠隔場光学系と、自然科学におけるその広範な応用とに対して新しい道を開くものである。
【００１５】
「電磁放射（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ：ＥＭＲ）」は当分野では周知されている。ＥＭＲは、異なる波長範囲に対応する種々のタイプのような種々のタイプの電磁変形態、例えば、無線波、マイクロ波、赤外線放射、可視領域におけるＥＭＲ（人間が知覚するかまたは「光」として見る）、紫外線放射、Ｘ線、およびガンマ線を含むと理解される。「光学の（光学的な）」という用語は光に関わるものとして理解できる。ＥＭＲは、また、種々の発生源、例えば、白熱灯、レーザまたはアンテナからの放射を含むと理解される。ＥＭＲを、光子として知られる素粒子の形に量子化し得ることは、当分野において一般的に知られている。本願においては、「光」および「光学の（光学的な）」という用語は例示的な目的にために用いられる。「光」または「光学の（光学的な）」が用いられる場合は、それは、単にＥＭＲの例として用いられていると理解され、本発明は、「光」または「光学の（光学的な）」に言及される他の波長範囲にも適用可能であることが理解される。
【００１６】
「マイクロデバイス」という用語は、１マイクロメートル〜１ミリメートルの範囲内の長さ、幅および高さを有するデバイスのようなマイクロメートルのスケールのデバイスのことであると理解される。用途に応じて、スケールはさらに小さくまたは大きくすることができる。
【００１７】
「ＥＭＲユニット」という用語は、ＥＭＲを射出できるユニットのことであると理解される。ＥＭＲは、ＥＭＲユニットが受信するＥＭＲを再指向させることができる。この場合のＥＭＲユニットは例えばミラーまたはレンズである。あるいは、ＥＭＲユニットは、ＥＭＲユニットが射出するＥＭＲを発生させることが可能なエミッタを含むことができる。
【００１８】
「ＥＭＲ射出ユニット」という用語は、ＥＭＲを射出し得るユニット、例えば、ＥＭＲをナノワイヤに射出し得るユニットのことであると理解される。ＥＭＲ射出ユニットは、ＥＭＲ射出ユニットが受信するＥＭＲを再指向させることができる。この場合のＥＭＲ射出ユニットは例えばミラーまたはレンズまたは光ガイドである。あるいは、ＥＭＲ射出ユニットは、ＥＭＲ射出ユニットが射出できるＥＭＲを発生させ得るエミッタを含むことができる。このようなエミッタは、例えば、外部の光源によって励起し得るレーザ、または、マイクロデバイスの内部に組み込まれた電流源によって駆動される発光ダイオードによって具現化することができるか、あるいは、このエミッタはルミネッセンス発光材料を含むことができる。従って、ＥＭＲ射出ユニットは、例えば、光射入結合素子（例えばＥＭＲ射出ユニットが光の受信および再射出に基づく場合であるが、これは必ずしもすべてのＥＭＲ射出ユニットに当てはまる訳ではない）と、光射出結合素子（光がＥＭＲ射出ユニット内部から発出される場合であるが、これは必ずしもすべてのＥＭＲ射出ユニットに当てはまる訳ではない）と、場合によっては、光ガイド素子とを含むことができると理解し得るが、これは、例えば、光を、光射入結合素子において受光して、光ガイド素子によって、光を射出することができる光射出結合素子に、例えばナノワイヤにガイドすることができるようにするためである。一実施形態においては、ＥＭＲ射出ユニットが、光射入結合素子および別個の光射出結合素子と、場合によっては、光ガイド素子とを含む。また別の一実施形態においては、ＥＭＲ射出ユニットが、光射入結合素子および光射出結合素子として二重に機能し得る素子を含む。さらにまた別の一実施形態においては、ＥＭＲ射出ユニットが、ＥＭＲ射出ユニットが射出するＥＭＲを発生し得るエミッタを含むＥＭＲ射出ユニットのような光射入結合素子を含まなくてもよい。この場合は、ＥＭＲ射出ユニットは光射入結合を含まない。
【００１９】
「ＥＭＲ受信ユニット」という用語は、ＥＭＲをナノワイヤから受信し得るユニットのようなＥＭＲを受信し得るユニット、および／または、さらにＥＭＲを伝送し得るユニット、すなわち例えば、ナノワイヤからＥＭＲを受信し、さらにそのＥＭＲを伝送し得るユニットのことであると理解される。ＥＭＲ受信ユニットは、ＥＭＲ受信ユニットが受信するＥＭＲを再指向させることができる。この場合のＥＭＲ受信ユニットはミラーまたはレンズである。ＥＭＲ受信ユニットは、例えば、光射入結合素子と、光射出結合素子と、場合によっては、光ガイド素子とを含むことができると理解し得るが、これは、例えば、光を、光射入結合素子において受光して、光ガイド素子によって、光を射出することができる光射出結合素子に、例えば、関連物体の画像を表現するＥＭＲを受信し得る光学ユニットにガイドする（すなわちさらに伝送する）ことができるようにするためである。一実施形態においては、ＥＭＲ受信ユニットが、光射入結合素子および別個の光射出結合素子と、場合によっては、光ガイド素子とを含む。また別の一実施形態においては、ＥＭＲ受信ユニットが、光射入結合素子および光射出結合素子として二重に機能し得る素子を含む。
【００２０】
「同時非接触の空間的制御を可能にする手段」という用語は、マイクロデバイスに対するいかなる機械的接触をも有することなく、あるいは、類似の物理的な接触手段を有することなく、そのマイクロデバイスの空間的な動きおよび／または変位を可能にする物理的な特徴と理解される。すなわち、例えば、制御された方向および量においてマイクロデバイスの上に放射される電磁放射による空間的な動きおよび／または変位の制御がそれである。
【００２１】
「並進運動」という用語は、マイクロデバイスが空間内の第１位置から空間内の第２位置に動かされる動きと理解される。この場合、３つの空間的な次元（デカルト座標系における３つの軸−ｘ、ｙおよびｚ−に対応する）が存在し、従って、３つの次元における並進運動は、すべての方向における動きを可能にすることに対応することが理解される。
【００２２】
「回転運動」という用語は、マイクロデバイスが、それ自体の重心の回りに−特定の角度−回転される動きと理解される。この場合、３つの空間的な次元（デカルト座標系における３つの軸−ｘ、ｙおよびｚ−に対応する）が存在し、従って、３つの次元における回転運動は、すべての軸の回りの動きを可能にすることに対応することが理解される。少なくとも２つの軸の回りのデバイスの回転運動に対する制御は、２つの軸の回りのデバイスの回転が制御されるが、最後の軸の回りのデバイスの回転は必ずしも制御されないことを意味する。
【００２３】
３次元の並進運動および少なくとも２つの軸の回りの回転運動に関するマイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段は、代替的には、３つの並進自由度および２つの回転自由度、すなわち、２つの回転自由度を含む合計５自由度、好ましくは６自由度に対する同時制御を可能にする手段として定式化することができる。これは、マイクロデバイスを任意の位置および任意の方位に置くことを可能にするので有利であり得る。例えば、マイクロデバイスを、常にヒト細胞の中心に向かって方位付けしながら、ヒト細胞の回りに動かすことができる。例えば、ナノワイヤに細胞の中心に向かって電磁放射を射出させる場合がその例である。特定のいくつかの実施形態においては、この手段を、光学ハンドルのようなＥＭＲ制御可能ハンドルの形において具現化することができる。
【００２４】
ナノワイヤは、本願に関しては、細長い伸張体であると理解することができる。ナノワイヤの長さ方向の中心軸に直交する平面におけるナノワイヤの断面形状は、通常、円形もしくは実質的に円形とすることができる。しかし、本発明は、他の形状、特に、楕円形、多角形、長方形、正方形または三角形のような他の形状をも含むと理解される。非円形の断面の利点は、偏光制御、従って性能の改善を実現し得る点にある。本明細書、請求項および図面の此処彼処に表われる表現、例、計算および図であって、ナノワイヤの円形の断面形状を有するとして本発明に言及する表現、例、計算および図は、本発明の明確かつ完全な理解を提供するように、制限目的ではなく説明目的のために、そのように表現されていることがさらに理解される。しかし、本発明を、本明細書に記述する詳細に厳密には合致していない他の実施形態において、本開示の本質および範囲から大きく離れることなく実践し得ることは、当業者が容易に理解する筈である。本発明を、本明細書に記述する特定の形態に制限することは意図されていない。
【００２５】
ナノワイヤの概念は、概略ナノメートル（ｎｍ）の程度の直径と、１次元（１−Ｄ）において生起すると近似し得る物理現象を可能にする高いアスペクト比（例えば１００、５００、１０００またはそれ以上）とを有するナノ構造として一般的に理解することができる。その結果、電子を、横方向に制限される量子であって、例えばバルク材料には通常見られない光学系およびオプトエレクトロニクス系における効果を促進する量子とすることができる。従って、ナノワイヤは、本発明に関して利用できるいくつかの有利な光学的可能性を有する。ナノワイヤは、極薄光ファイバー、マイクロ／ナノ光ワイヤ（ｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗｉｒｅ：ＭＮＯＷ）、フォトニックナノワイヤ、サブ波長導波路などとしても知られていることに留意されたい。ナノワイヤは、空間的操作の間の取り扱いが難しいとして広く知られていると言えるが、この問題は、光学的に制御可能な「ハンドル」、すなわち、５／６ＤＯＦ制御を備えたマイクロデバイスを容易に具現化する本発明によって、最少化されるかまたは取り除かれる。
【００２６】
特定の一実施形態においては、ナノワイヤが、光学系における従来の回折限界未満の波長によるナノ分光分析法を可能にすることができる。すなわち、本発明に基づくマイクロデバイスによって可能になる５／６ＤＯＦ操作を含む分光分析法の完全に新しい領域が開かれる。
【００２７】
同様に、「ナノアンテナ」として有効に機能するナノワイヤ、すなわち、射出特性において指向性を有するナノワイヤの最近の概念によって、例えば、ＬＥＤまたはナノレーザとして、あるいは場合によっては、形状による最適効率および／または制御射出を備えた単一のフォトン源として機能する場合に、ナノワイヤ特性における強く強化された効率が可能になり得る。Ｇ．Ｇｒｅｚｅｌａ他著「ナノワイヤアンテナ放射（Ｎａｎｏｗｉｒｅ  ａｎｔｅｎｎａ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ、１２、１１、ｐ．５４８１−６、２０１２年１１月を参照されたい。
【００２８】
本発明に関して、いくつかの実施形態においては、ナノワイヤを、金属（例えばＡｇ、Ａｕ）のような単一材料、半導体（例えばＳｉ、ＧａＮ）、ポリマー、シリカ、非線形結晶（例えばＺｎＯ、ＫｎｂＯ３）、生物親和性のＳｎＯ２、グラフェンなどにおいて適切に製造できる。
【００２９】
他のいくつかの実施形態においては、ナノワイヤを、全体として光学的に好適に作用するナノワイヤを提供するための複数の適切な材料を有する複合材料において適切に製造できる。特に、ナノワイヤを、ナノワイヤの端部におけるより完全なまたは特定の反射のために、１つの材料、例えばガラスの内側の芯と、好ましくは内側の芯に関して周囲囲繞するように配置される１つ以上の外側の材料とを有するように製造することができる。具体的な一実施形態においては、ナノワイヤを、生成するフォトンと結合される可能な表面プラズモンを含むように、すなわち、本発明に関して利用可能な表面プラズモンポラリトン（ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｐｏｌａｒｉｔｏｎ：ＳＰＰ）を含むように、金属（例えば銀または金）で被膜処理することができる。
【００３０】
いくつかの実施形態においては、ナノワイヤおよびマイクロデバイスを異なる材料において製造することができるが、特殊な場合として、同じ種類の材料において製造することも可能である。
【００３１】
特に有利な一適用例においては、本発明を、一般的には医療または生物分析に、さらに具体的には、（単一細胞の）内視鏡法用のナノワイヤベースの光学プローブとして応用することができる。この場合には、マイクロデバイスは、マイクロデバイスにおける導波路のテーパ化された先端に固定されたナノワイヤ導波路を有するであろう。このナノワイヤ導波路は、引き続いて、光学的取り扱い手段のフル３次元のリアルタイム６ＤＯＦ光学操作を利用して、指定された位置において生体細胞の中に挿入するためのものである。このような顕微鏡プローブは、光学的に、細胞下の画像化用の局所的な光源として機能するように励起レーザに連結するか、あるいは、逆に、局所的な光励起可能信号を収集するために分光器に連結することが可能である。このような顕微鏡的内視鏡を、例えば、本発明に従って、マイクロデバイスにおけるテーパ化された単一モードの導波路構造の先端に、生物親和性のＳｎＯ２ナノワイヤを組み込むことによって実現できる。
【００３２】
このようなマイクロデバイスは、それらの寸法が非常に小さく、かつ、それらが細胞構造および細胞小器官に及ぼす可能性がある損傷を最少化するような機械的柔軟性を有するので、細胞内の環境を調べるのに特に有用であり得る。重要であるのは、ナノワイヤの屈折率（半導体の場合ｎ≒２．１〜２．２）が通常マイクロデバイス自体の屈折率（ＳＵ８の場合ｎ≒１．５）より高いので、ナノワイヤをテーパ化することによって、屈折率が通常ｎ≒１．３〜１．４の範囲内である高屈折率の生理液体および生体細胞内において、可視光を非常に効率的にガイドできるという点である。
【００３３】
いくつかの実施形態においては、第１電磁放射射出ユニットが、
−入射する電磁放射を受信するように構成される電磁放射射入結合素子と、
−前記電磁放射射入結合素子に構造的に連結される電磁放射射出結合素子であって、前記入射する電磁放射に応答して電磁放射を射出するように構成される電磁放射射出結合素子と、
を含むことができ、
その場合、前記電磁放射射出結合素子は、電磁放射射出用の前記ナノワイヤに構造的かつ光学的に結合される。
【００３４】
一実施形態においては、電磁放射射出結合素子を、電磁放射射出用の前記ナノワイヤに構造的かつ光学的に結合して、このナノワイヤを、さらに、電磁放射射出結合素子が受信し得る適切な入射電磁放射によってレーザ発振を遂行するように光学的かつ構造的に構成することができ、場合によっては、前記第１電磁放射射出ユニットがナノワイヤ用のポンプレーザとして機能し、そのナノワイヤは、適切なナノ共振器を備えた高Ｑレーザとして好適に機能することができ、あるいは代替的に、第１電磁放射射出ユニット（適切な光学的ガイド素子を有することが可能）が、マイクロデバイスの外側から、レーザ発振が行われるナノワイヤに向かって専用のポンプ放射をガイドすることができる。同様に、種々の他の光学的現象を、上記のようにナノワイヤにおいて実施することができる。
【００３５】
電磁放射射出結合素子はテーパ化された構造を有することが望ましく、そのテーパ化された構造の狭い端部を、前記ナノワイヤに構造的に結合することがさらに好ましい。さらに追加的にまたは代替的に、このナノワイヤはテーパ化された構造を有することができ、その場合、そのテーパ化された構造の広い方の端部が前記第１電磁放射射出ユニットに構造的に結合され、そのナノワイヤのテーパ化された構造の狭い端部を電磁放射射出用として構成することが望ましい。
【００３６】
ナノワイヤは、金属ナノワイヤ、半導体ナノワイヤ、セラミックナノワイヤ、絶縁体ナノワイヤ、ナノチューブ（カーボンナノチューブを含む）のような分子ナノワイヤからなる群から有利に選択することができる。ナノワイヤは、それを通してＥＭＲを搬送するように、光学的に導体であるべきである。特に、本発明は、金属ナノワイヤで実施した場合に、チップ増強ラマン分光法（ｔｉｐ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒａｍａｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＥＲＳ）を容易にすることができるという点を述べておく価値がある。従来型のＴＥＲＳにおいては、回折限界は、ＳＰＰ誘導プラズモン強化と、金属ナノ構造近傍における光の閉じ込めを適用することによって回避される。Ｌａｓｅｒ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｒｅｖ．４、Ｎｏ．４、５４８−５６１（２０１０年）におけるＰｒａｂｂａｔ  Ｖｅｒｍａ他の最近の総説を参照されたい。この総説の内容は、参照によってその全体が本願に組み込まれる。本発明は、新規かつ有利な方法でマイクロデバイスと統合されたナノワイヤを用いることによって、ＴＥＲＳを容易にし得ることが考えられる。この場合、本発明によるマイクロデバイスは、大きく改善された空間的制御を有し、周囲環境に関して、少なくとも、例えば金属被膜処理チップによる原子間力顕微鏡法（ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＦＭ）を用いるＴＥＲＳの実施に対して、それ程敏感でない。
【００３７】
いくつかの実施形態においては、ナノワイヤが、第１電磁放射射出ユニットの有効屈折率よりかなり大きい有効屈折率を有することができるが、この場合、最適界面を提供するために２つの屈折率間の段階的移行を有することが望ましい。このため、ナノワイヤを、マイクロデバイスの残りの部分とは異なる材料から作製することができる。
【００３８】
ナノワイヤを、第１電磁放射射出ユニットの有効屈折率よりかなり大きい有効屈折率を有する材料において作製することができるが、この場合、２つの屈折率間の段階的移行を有することが望ましい。
【００３９】
有利な一実施形態において、ナノワイヤを、さらに、関連物体から電磁放射を受信し、それを第１電磁放射射出ユニットに伝送するように光学的に構成することができるが、この場合、このユニットも、マイクロデバイスからの前記電磁放射を伝送するように構成され、従って、このマイクロデバイスは双方向の光学デバイスとして機能する。これによって、マイクロデバイスを、光学的に置換可能な光学プローブとして使用することが容易になる。ナノワイヤを含むマイクロデバイスは、例えば光学的画像化または分析用として応用される光学機器の可動な拡張または「局所レンズ」と見做すことができる。
【００４０】
ナノワイヤは、好ましくは、ＳｎＯ２およびグラフェンのような内視鏡用途に適した生物親和性の材料において製造することができる。実際、本発明は、マイクロまたはナノ内視鏡用途の新しい分野であって、上記に詳述したように、例えば細胞内内視鏡分析を可能にする分野に資するものである。
【００４１】
電磁放射射入結合素子は、第１方向を有する入射電磁放射を受信するように構成することができ、電磁放射射出結合素子は、第２方向を有する電磁放射を射出するように構成することができるが、その場合、第１方向および第２方向は非平行であり、代わりの方式としては、第１方向および第２方向が平行であるが変位されており、さらに別の方式においては、第１方向および第２方向は反平行である。これは、検査の方向を回転することが望ましい複雑な形状および／またはサイズの物体の検査を改善するのに有利である。
【００４２】
マイクロデバイスは、好ましくは、少なくとも電磁放射射入結合素子を電磁放射射出結合素子と光学的に結合するための電磁放射ガイド素子を含むことができる。
【００４３】
一実施形態において、マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段が、少なくとも１つの電磁放射制御可能ハンドルを含むことができるが、通常は、１つより多いハンドル、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個またはそれより多いハンドルが設けられる。このハンドルは、回転トルクを改善するために、マイクロデバイスの芯または光学ガイド部分とは別個の構造的リンクまたはアームを有することができる。
【００４４】
興味深い一実施形態においては、マイクロデバイスが、複数のナノワイヤをさらに含むことができる。この場合、少なくとも１つのナノワイヤが、第１電磁放射射出ユニットから射出される電磁放射を受信して、電磁放射を関連物体の上に射出するように構成され、場合によっては、さらに、少なくとも１つのナノワイヤが、関連物体（放射がその上に射出される物体と同一でもよいし、異なる物体でもよい）から電磁放射を受信して、それを第１電磁放射射出ユニットに伝送するように光学的に構成される。代わりの方式として、場合によっては１つのナノワイヤを、第１電磁放射射出ユニットから射出される電磁放射を受信して電磁放射を射出するように構成することができるが、その場合、少なくとも１つのナノワイヤが、さらに、電磁放射を受信してそれを第１電磁放射射出ユニットに伝送するように光学的に構成される。すなわち、複数のナノワイヤを含むＥＭＲ受信および射出用の種々の形態が、本発明の一般的な原理および教示の範囲内において考えられる。
【００４５】
一実施形態においては、ＥＭＲを関連物体の上に射出するマイクロデバイスを、その関連物体からの電磁放射の受信にも適したものにし得ることが理解されるであろう。この場合、第１電磁放射射出ユニットは、電磁放射を受信してさらにそれを伝送するように構成される第１電磁放射受信ユニットとしても機能することができ、さらに、ナノワイヤも、前記関連物体から前記電磁放射を受信して、その電磁放射を第１電磁放射受信ユニットに伝送するように構成される。
【００４６】
第２態様において、本発明は、関連物体から電磁放射を受信するマイクロデバイスに関する。このマイクロデバイスは、
−電磁放射を受信してさらにそれを伝送するように構成される第１電磁放射受信ユニット、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えており、
その場合、前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段は、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射受信ユニットと、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とは構造的に連結され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記関連物体から前記電磁放射を受信して、その電磁放射を前記第１電磁放射受信ユニットに伝送するように構成されるナノワイヤをさらに含む。
【００４７】
この第２態様による本発明は、光学的観点からは、第１態様による本発明が光またはＥＭＲを関連物体（第２態様における物体と同一でもよいし、異なる物体でもよい）に射出するように構成されるのに対して、第２態様による本発明が関連物体から光を受信できる限りにおいて、第１態様による本発明の逆の変形態様と見做すことができる。
【００４８】
第３態様において、本発明は、電磁放射を、関連物体の上におよび／または関連物体から射出および／または受信するシステムに関する。このシステムはマイクロデバイスを有し、このマイクロデバイスは、
−第１電磁放射射出および／または受信ユニット、および、
−このマイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えており、
その場合、前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段は、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットと、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とは構造的に連結され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットからそれぞれ受信および／または射出される電磁放射を射出および／または受信するように構成されるナノワイヤをさらに含む。
【００４９】
この第３態様の代替的な定式化として、電磁放射を関連物体の上におよび／または関連物体から射出および／または受信するシステムが提供される。このシステムは、
−電磁放射を関連物体の上に射出する第１態様によるマイクロデバイス、
および／または、
−電磁放射を関連物体から受信する第２態様によるマイクロデバイス（１００）、
を有する。
【００５０】
このシステムは、さらに、
−空間的制御のための電磁放射を発生するように調整される第２電磁放射射出ユニットであって、それによって、電磁放射を関連物体の上に射出する第１態様によるマイクロデバイス、および／または、電磁放射を関連物体から受信する第２態様によるマイクロデバイスを光学的に操作する第２電磁放射射出ユニット、
を含むことができる。
【００５１】
このシステムは、さらに、
−光学ユニット、
を含むことができ、この光学ユニットは、
−電磁放射を関連物体の上に射出する第１態様によるマイクロデバイスによって、再射出用の電磁放射を供給することが可能であり、
および／または、
−電磁放射を関連物体から受信する第２態様によるマイクロデバイスからの電磁放射のような電磁放射であって、物体の画像を表現するような物体の特性を表現する電磁放射を受信することが可能である。
【００５２】
このシステムは、さらに、
−制御ユニット（１００３）、例えば、専用のコンピュータおよび可視化装置の上で動くコンピュータソフトウェアのような適切な制御および監視手段を有する制御ユニット、
を含むことができる。
【００５３】
この態様による本発明は、第１態様および／または第２態様による１つ以上のマイクロデバイスを用いて、関連物体、場合によっては複数の物体を制御および監視するための総合的なシステムを提供する場合に特に有利である。
【００５４】
第４態様において、本発明は、第１態様および／または第２態様によるマイクロデバイスを用いて、電磁放射を関連物体の上におよび／または関連物体から射出および／または受信する、対応する方法に関する。この方法は、
−マイクロデバイス内に第１電磁放射射出および／または受信ユニットを設けるステップ、および、
−前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップであって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にするステップ、
を含み、
その場合、前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップは、電磁放射の力による空間的制御によって提供され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットからそれぞれ受信および／または射出される電磁放射を射出および／または受信するように構成されるナノワイヤをさらに含む。
【００５５】
本発明の個々の態様は、それぞれ任意の他の態様と組み合わせることができる。本発明のこれらの態様および他の態様は、記述対象の実施形態を参照する以下の説明から明らかになるであろう。
【００５６】
以下、本発明によるマイクロデバイスを添付の図面に関連付けて詳しく説明する。図面は、本発明の１つの実施方法を示しており、添付の請求項の範囲内に包含される他の可能な実施形態に対して制限を設けるものと理解されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ナノワイヤを含むマイクロデバイスの斜視図を示す。
【図２】図１に対応するナノワイヤを含むマイクロデバイスの側面図を示す。
【図３Ａ】ナノワイヤと、ナノワイヤに隣接するマイクロデバイスの一部分との模式的な側面図を示す。
【図３Ｂ】ナノワイヤと、ナノワイヤに隣接するマイクロデバイスの一部分との模式的な側面図を示す。
【図４Ａ】ナノワイヤと、ナノワイヤに隣接するマイクロデバイスの一部分との模式的な側面図を示す。
【図４Ｂ】ナノワイヤと、ナノワイヤに隣接するマイクロデバイスの一部分との模式的な側面図を示す。
【図５】ナノワイヤを含むマイクロデバイスであって、金属被膜を含むテーパ化された構造を有するマイクロデバイスの斜視図を示す。
【図６】図５に対応するナノワイヤを含むマイクロデバイスであって、金属被膜を含むテーパ化された構造を有するマイクロデバイスの側面図を示す。
【図７】複数のナノワイヤを含むマイクロデバイスの斜視図を示す。
【図８Ａ】異なる方向に向く複数のナノワイヤを含む別のマイクロデバイスの斜視図を示す。
【図８Ｂ】複数のナノワイヤを含むマイクロデバイスであって、異なるナノワイヤが別個の光射入結合素子および／または光射出結合素子を有するマイクロデバイスの上面図を示す。
【図９】上部部分に単一のナノワイヤを有する円錐形状のマイクロデバイスの斜視図を示し、下部部分には同じマイクロデバイスの底面図を示す。
【図１０】電磁放射を関連物体の上に射出するシステムの模式図を示す。
【図１１】本発明による方法の概略を表す模式的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下の段落においては、「光」の語を「ＥＭＲ」の語と交換可能に使用する。特定のいくつかの実施形態においては、光を用いることができるが、これらの実施形態における光の例示的な使用は、本発明を光の使用のみに制限しないことが理解される。
【００５９】
図１は、本発明の一実施形態によるマイクロデバイス１００の斜視図を示す。このマイクロデバイス１００は、光射入結合素子１０２と、光射出結合素子１０４と、ナノワイヤ１５０とを特徴としているが、これらの素子は、第１電磁放射射出ユニット１０２から射出される電磁放射を受信して、電磁放射を、マイクロデバイス本体を通ってナノワイヤ１５０に向かって射出するように構成される。マイクロデバイスに対するナノワイヤの相対的サイズはスケールどおりには表現されていない。光射入結合素子１０２は、光を受信し、その受信した光を、光射入結合素子を光射出結合素子と光学的に結合する光ガイド素子１０６の中にガイドするように構成される。従って、光を、光ガイド素子１０２において受信して、光ガイド素子１０６によって光射出結合素子１０４にガイドすることができ、その光射出結合素子１０４において、光はナノワイヤ１５０から射出される。光学素子１０２、１０４および１０６は、電磁放射を射出するように構成される第１電磁放射射出ユニットを形成することができる。このため、光学素子１０２、１０４、１０６および１５０は、さらに、ＥＭＲ射出ユニット、あるいは、光のようなＥＭＲの射出を可能にするマイクロデバイスを形成する。
【００６０】
マイクロデバイス１００は、さらに、このマイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段を含む。この手段は、光学ハンドル１０８、１１０、１１２、１１４によって具現化される。各光学ハンドルは、連結構造１１６、１１８、１２０、１２２を介して光ガイド素子１０６に構造的に連結される。この実施形態においては、光射出結合素子１０４が円錐形に成形されているが、このような形状の利点は、マイクロデバイスが、装着されるナノワイヤ１５０に対する最適の構造的および／または光学的結合用として設計することができる鋭い先端を有する点にあると見ることができる。別の利点は、光射出結合素子が、第１ＥＭＲ射出ユニットからナノワイヤ１５０に向けてガイドされるＥＭＲを鋭くするための出力素子として機能し得る点であろう。
【００６１】
図２は図１のマイクロデバイスの側面図を示す。図２においては、光ガイド素子１０６のベンド部分２２４を明確に見ることができる。光ガイド素子のベンド部分２２４は、入射光２２６を光射入結合素子１０２によって受信し、それを、光ガイド素子１０６を通過し、かつ光射出結合部分１０４を通過して、ナノワイヤ１５０から射出光２２８としてガイドすることを可能にする。当業者は、この光学径路が双方向であり、従って、光を、光射出結合素子１０４においても集光して、光ガイド素子１０６を通ってガイドし、光射入結合素子１０２から射出させることができることを容易に認めるであろう。図２は、また、マイクロデバイスの長さ２２７および高さ２２９を指示している。
【００６２】
例示的な一実施形態においては、長さ２２７が３５マイクロメートルであり、高さ２２９が２０マイクロメートルであるが、１マイクロメートル〜１ミリメートルの範囲内のようなマイクロメートル領域における他の寸法も考えることができる。
【００６３】
例示的な一実施形態においては、ナノワイヤの長さを、１０〜１００００ｎｍ（ナノメートル）の間隔、通常３〜４マイクロメートルの間隔、さらに代替的に５０〜１５００ｎｍの間隔、またさらに代替的に１００〜８００ｎｍの間隔にすることが可能である。代わりの方式として、ナノワイヤの長さを、前述の任意の間隔限界（上部および低部）によって下部（すなわち最小値）から制限することができ、あるいはさらに代替的に、ナノワイヤの長さを、前述の任意の間隔限界（上部および／または低部）によって上部（すなわち最大値）から制限することができる。
【００６４】
例示的な一実施形態においては、ナノワイヤの幅を、１〜５００ｎｍ（ナノメートル）の間隔、通常１０〜２０ナノメートルの間隔、さらに代替的に１０〜４００ｎｍの間隔、またさらに代替的に３０〜３００ｎｍの間隔にすることが可能である。代わりの方式として、ナノワイヤの幅を、前述の任意の間隔限界（上部および低部）によって下部（すなわち最小値）から制限することができ、あるいはさらに代替的に、ナノワイヤの幅を、前述の任意の間隔限界（上部および／または低部）によって上部（すなわち最大値）から制限することができる。
【００６５】
上記の実施形態において、少なくとも本発明によるナノワイヤを特徴付ける平均的なまたは近似的な外形寸法に関する一般的観点から、通常、ナノワイヤを、幅および／または長さの概念が技術的な意味をなす伸張体であると、非網羅的に定義し得ることを当業者は理解する。
【００６６】
製作
図１および２のマイクロデバイスは、Ｒｏｄｒｉｇｏ他著の論文「生体医学研究用の再構成可能なマイクロ環境を構成するための光学的マイクロアセンブリプラットホーム（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏａｓｓｅｍｂｌｙ  ｐｌａｔｆｏｒｍ  ｆｏｒ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ  ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｍｉｃｒｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  ｓｔｕｄｉｅｓ）」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  １７、６５７８−６５８３（２００９年）に記述される２光子マイクロ製作システムによって製作される。この論文の内容は、参照によってその全体が本願に組み込まれる。その手順には、スピンコートされたフォトレジスト層（ＳＵ−８  ２００７、Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ社）をレーザ照射前に２分間ソフトベークするステップと、照射後１０分間ポストベークするステップとが含まれる。両者共、ホットプレート上で９５℃において実施する。Ｔｉ：サファイヤレーザからの強く焦点合わせされた超短パルス（λ＝７９６ｎｍ、１００ｆｓパルス、８０ＭＨｚ繰り返し率、３ｍＷ平均出力）をフォトレジスト内に走査させることによって、微細構造が形成された。レーザパルスは、油浸顕微鏡対物レンズ（１００ｘ  Ｚｅｉｓｓ  Ａｃｈｒｏｐｌａｎ、１．２５ＮＡ対物レンズ；ＤＦタイプ油浸オイル  Ｃａｒｇｉｌｌｅ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、ｆｏｒｍｕｌａ  ｃｏｄｅ  １２６１、ｎ＝１．５１５）によって焦点合わせした。それぞれ横方向においては０．４±０．１μｍ、および縦方向においては１±０．１μｍの横方向および軸方向の最小形状サイズを有するボクセルを固結させるために、焦点を、樹脂に対して、球用として１０μｍ／ｓの速度で、連結ロッドおよび先端用として５μｍ／ｓの速度で走査した。所与のマイクロデバイス用のレーザ径路および寸法を特定するため、サンプル設計ファイルを使用することができる。例示的な一マイクロデバイスは、３５μｍ×２０μｍ×６μｍ（長さ×幅×高さに対応）の寸法を有することができ、直径が６μｍの球形ハンドルを有する。
【００６７】
ナノワイヤは、マイクロデバイスとの関連において製造する場合、基本的に２つの異なる方法で製造できる。
【００６８】
１．同じ（または修正された）プロセスによって：すなわち、マイクロデバイスを、例えば、（上記のように）２光子マイクロ製作法によって製造する。この場合、マイクロデバイスの芯またはバルクは、ナノワイヤに構造的かつ光学的に結合される。これは、現行技術の２光子マイクロ製作法が約２５ｎｍの解像度に達しているので実現可能である。このような解像度によって、マイクロデバイスが、通常同じ材料において製造されるナノワイヤ部分を有するような組み合わせプロセスが容易になる。ナノワイヤを製造しなければならない場合にフォトレジスト層を局所的に変化させると、ナノワイヤを、マイクロデバイスの残りの部分に対して別の材料において製造することができる。
【００６９】
製作方法の一例は、金のナノワイヤ／ポリマー複合材のマイクロデバイスを含む。このプロセスの原理は、金のナノワイヤの表面において局所的に起動される２光子重合（２ＰＰ）と、フェムト秒の近赤外線レーザ光の手段によってレーザの焦点において作用する光学的勾配力との組み合わせに基づいていると言える。レーザ光が、金のナノワイヤ／ポリマー樹脂組成物の中に強く焦点合わせされると、ナノワイヤは、誘起された光学的勾配力によってレーザの焦点に向かって本質的に引き付けられるであろう。同時に、励起された局所的表面プラズモンが、ナノワイヤの表面においてのみ２ＰＰプロセスを始動させることが可能であり、ナノワイヤが光学的および構造的に結合された複合マイクロデバイスの創出をもたらす結合を自動的に形成する。
【００７０】
製作プロセスの別の例として、単層ナノチューブ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｗａｌｌｅｄ  ＮａｎｏＴｕｂｅ：ＳＷＮＴ）と、２光子重合リソグラフィーによるポリマー複合体とを含むマイクロデバイスが含まれる。ＳＷＮＴは超音波処理によってアクリレートモノマーの中に分散させることが可能であり、少量の光開始剤および光増感剤を混合物の中に添加できる。ＳＷＮＴ分散した光樹脂はガラス基板の上にキャストされるべきである。フェムト秒のレーザによってナノメートル容積の樹脂を重合させることが可能であり、ＳＷＮＴを利用した本発明によるマイクロデバイスを創出できる。
【００７１】
ナノワイヤを光学的に制御可能なデバイスに取り付けるための製作プロセスのさらに別の例が、Ｓｈｏｔａ  Ｆｕｋａｄａ他著の論文「レーザによるハイブリッドナノロボットの３Ｄ製作および操作（３Ｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｎａｎｏｒｏｂｏｔｓ  ｂｙ  Ｌａｓｅｒ）」（ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩＣＲＡ）、２０１３、２０１３年５月６−１０日、２５９４−２５９９ページ）に記載されている。この論文は、本願の優先日より後に公刊されており、その内容は、参照によってその全体が本願に組み込まれる。特に、次の節、すなわち、「ＩＩＩ．ナノロボットの製作プロセス（ＩＩＩ．ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＯＦ  ＮＡＮＯＲＯＢＯＴ）」（２５９６ページの図３を含む２５９５ページの記事）と、さらに、「ＩＶ．ナノロボットの製作および操作（ＩＶ．ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＮＡＮＯＲＯＢＯＴ）」（２５９６−２５９７ページの記事）とが参照される。この２つの節の内容も参照によって本願に組み込まれる。この論文はシリコンナノワイヤを用いているが、本発明は他の材料のナノワイヤを使用し得ることが理解される。すなわち、ナノワイヤの材料を、例えば、金属（例えばＡｇ、Ａｕ）、半導体（例えばＧａＮ）、ポリマー、シリカ、非線形結晶（例えばＺｎＯ、ＫｎｂＯ３）、生物親和性ＳｎＯ２、グラフェンなどのような単一材料とすることができるか、あるいは、ナノワイヤを、全体として光学的に好ましく作用するナノワイヤを提供するいくつかの適切な材料を有する複合材料において適切に製造できる（例えば、ナノワイヤを、ナノワイヤの端部におけるより完全なまたは特定の反射のために、１つの材料、例えばガラスの内側の芯と、好ましくは内側の芯に関して周囲囲繞するように配置される１つ以上の外側の材料を有するように製造することができる。具体的な一実施形態においては、ナノワイヤを、生成するフォトンと結合される可能な表面プラズモンを含むように、すなわち、本発明に関して利用可能な表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）を含むように、金属（例えば銀または金）で被膜処理することができる）。また、ナノワイヤの材料を、上記論文のシリコンナノワヤに関して、本発明の範囲内においては異なるように選択し得ることも理解される。
【００７２】
２．別個の２つのプロセスにおいて：すなわち、ナノワイヤを含まないマイクロデバイスを、例えば（上記の）２光子マイクロ製作法によって製造することができ、続いて、ナノワイヤを、本発明に従ってマイクロデバイスに構造的および光学的に結合するように、マイクロデバイスに装着するのである。これは、ナノワイヤを完全に異なる別のプロセス（材料と構造および光学設計とのより幅広い選択が可能になる）で製造し、そのナノワイヤをマイクロデバイスの残りの部分に装着できるという利点を有する。このナノワイヤは、空間内において光学的に操作し、マイクロデバイスに隣接して配置することが可能である。続いて、ナノワイヤを、例えばレーザ融解または溶接によってマイクロデバイスに装着できる。例えば犠牲金属層を利用するナノ溶接または冷間溶接が、ナノワイヤ接合の有利な方法であり得る。一例として、Ｎａｋａｙａｍａ他が、Ｎａｔｕｒｅ、４４７、２００７年６月２８日に発表した技術であって、光学的にトラップされ、続いて予備製作されたマイクロデバイスに挿入された光屈折性のＫＮｂＯ３ナノワイヤを用いる技術を適用できる。引き続いて、適切な波長によって、２つの部分を、ナノワイヤを含む単一のマイクロデバイスに融合できる。これは、以下において図９に関連してさらに詳述する。
【００７３】
サンプル調製
マイクロデバイスを形成して回収した後、それを、０．５％の界面活性剤（Ｔｗｅｅｎ  ２０）および０．０５％のアジドの水中混合物を含む溶剤中に保存することができる。界面活性剤は、マイクロデバイスの相互の付着とサンプルチャンバへの付着とを防止し、アジドは保存の間の微生物の成長を防止する。マイクロデバイスを使用するには、容易に集めることができるようにマイクロデバイスを底部に沈降させるために、サンプルを遠心分離にかける。光結合実験用として、マイクロデバイスを、サイトメトリ細胞の中に装入する前に、最初に蛍光溶媒（エタノールで希釈したカルシウムオレンジ）と混合する。
【００７４】
光学的マイクロ操作
製作されたマイクロデバイスの光学的トラッピングおよび操作用として、いわゆる生体光ワークステーションを用いることが可能である。生体光ワークステーションは、参考文献のＨ．Ｕ．Ｕｌｒｉｋｓｅｎ他著の論文「全光学的生体光ワークステーションによる独立トラッピング、操作および特性化（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｔｒａｐｐｉｎｇ、ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｕｉｎ  ｂｙ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｂｉｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）」（Ｊ．Ｅｕｒｏｐ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ｒａｐ．Ｐｕｂｌｉｃ．３、０８０３４（２００８年））に記載されているが、この文献の内容は参照によってその全体が本願に組み込まれる。生体光ワークステーションは、ファイバレーザからの近赤外線光（λ＝１０６４ｎｍ）を使用する。ビーム変調モジュールにおける拡張レーザ源のリアルタイムの空間アドレッシングによって、再構成可能な強さのパターンが生成される。独立にアドレス化可能な２つの領域を、コンピュータ制御可能な空間光変調器内において、サンプル容積内において反対方向に伝播するビームとして光学的にマッピングすることによって、複数のマイクロ物体のトラッピングが可能になる（現在では１００個までの光トラップを発生させる）。ビームは、反対側の顕微鏡対物レンズ（Ｏｌｙｍｐｕｓ社  ＬＭＰＬＮ５０×ＩＲ、ＷＤ＝６．０ｍｍ、ＮＡ＝０．５５）を通して、４．２ｍｍ厚さのヘルマセル（２５０μｍ×２５０μｍの内側断面）の中に中継される。使用者は、コンピュータインタフェースを介して所望の物体を３次元においてトラップしかつ誘導する。コンピュータインタフェースにおいては、操作者は、マウスまたはジョイスティックによって、細胞および製作されたマイクロデバイスをリアルタイムで選択し、トラップし、動かし、かつ再方位付けすることが可能である。実験のビデオは、上面顕微鏡および側面顕微鏡から同時に撮像される。マイクロデバイスを空間的に制御するために、生体光ワークステーション以外の手段を本発明と共に使用し得ることも考えられる。例えば、光ピンセット、例えばホログラフィックの光ピンセット（参考文献Ｍ．ＰａｄｇｅｔｔおよびＲ．Ｌｅｏｎａｒｄｏ著の論文「ホログラフィックの光ピンセット、および、チップデバイスに関する実験研究に対するその関連性（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｗｅｅｚｅｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｒｅｌｅｖａｎｃｅ  ｔｏ  ｌａｂ  ｏｎ  ｃｈｉｐ  ｄｅｖｉｃｅｓ）」、Ｌａｂ．Ｃｈｉｐ  １１、１１９６（２０１１年）。この論文の内容は参照によってその全体が本願に組み込まれる。）のような走査光ピンセット、例えば誘電泳動が、その手段の例である。
【００７５】
当業者は、新規かつ意外な光学的目的を有するマイクロデバイスに構造的かつ光学的に結合される有利なナノワイヤを含まないが、本発明に類似の光学的に操作されるマイクロデバイスを導入するために、Ｐａｌｉｍａ他著の論文「導波光導波路（Ｗａｖｅ−ｇｕｉｄｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２０、２００４−２０１４（２０１２年）を参照することができる。当業者は、また、本発明に類似のマイクロデバイスであるがナノワイヤを含まないマイクロデバイスの光学的操作および製造に関するさらなる詳細について、国際公開第２０１２／１５５９１９号パンフレット（発明者Ｄａｒｗｉｎ  Ｐａｌｉｍａ、Ｊｅｓｐｅｒ  Ｇｌｕｅｃｋｓｔａｄ、本願発明者）をも参照することができる。この特許文献の内容は、参照によってその全体が本願に組み込まれる。
【００７６】
さらに、本発明の原理および教示によるマイクロデバイスと組み入れられたナノワイヤとのいわゆる「光インピーダンス整合」を遂行可能であることを述べておかねばならない。マイクロデバイスの例えばガラス材料またはポリマー材料の容積内に焦点合わせされたフェムト秒レーザ放射によって誘導される屈折率修正の基本的な熱的および電子的プロセスを利用すること。誘導される屈折率の変化に対するレーザパルスの時間的な順序の依存性の調整は、例えば、高低の繰返し速度のレーザパルスと、ピコ秒範囲の変動時間間隔を含むレーザ二重パルスの使用とによって可能になる。マイクロデバイスにおいてこの誘導された屈折率変化を制御するためのベースによって、装着または挿入されたナノワイヤに漸次的に整合させることができる傾斜屈折率変化が可能になり、従って、マイクロデバイスおよびナノワイヤ間の最適の光学的インタフェースを提供するために、ナノワヤの接合点に向かう方向において変化する、例えば増加する傾斜屈折率パターンが効果的に作出される。
【００７７】
光学的観点から可能な最良の方法でナノワイヤを含むマイクロデバイスを設計するために、少なくとも２つの新しい決定的な光インタフェースを全体設計において考慮すべき点が重要である。
【００７８】
第１インタフェースは、マイクロデバイスから装着または挿入されたナノワイヤ１５０への遷移部において生じ、第２光インタフェースは、ナノワイヤから周囲媒体にかけて生じる。
【００７９】
多くの生物学的用途または医療用途の場合には、周囲媒体が、例えば、約１．３〜１．４の屈折率を有する生理関連流体であり得る点に特に留意されたい。
多くの因子が光伝送（または非線形ナノワイヤ結晶の場合には光変換）能力に影響を及ぼし、一般的に、先進型の３Ｄフルベクトル数値技術は、最適のインタフェースを提供するために、例えば、１つ以上のインタフェースがその横方向の幅（例えば直径）において漸増および／または漸減する周知のテーパ化された遷移部を設計することによって、これらのインタフェースを最適化するように要求されている。
【００８０】
影響因子は、例えば、インタフェース上の異なる屈折率、ナノワイヤの寸法（幅および長さ）、ナノワイヤの組成、ナノワイヤのテーパ化状態（例えば、円錐端、フラット端、または組み合わせ円錐／フラット端）、両インタフェースにおけるマイクロデバイス、特に射出結合素子１０４と、ナノワヤとの両者のテーパ角度、などである。他の因子は、本発明の一般的原理および教示を理解すれば、当業者には容易に明らかになるであろう。
【００８１】
図３および４は、ナノワイヤと、ナノワイヤに隣接するマイクロデバイスの一部分との模式的な側面図を示し、かつ、マイクロデバイス、例えば特に射出結合素子１０４および／またはナノワイヤ１５０のいくつかの可能なテーパ化の例示的な実施形態を示す。
【００８２】
図３Ａにおいては、射出結合素子１０４のみが図示のようなテーパ化構造を有し、ナノワイヤ１５０は、長さに沿って（実質的に）同じ幅、すなわち非テーパ化構造を有する。これは、図１および２に示す実施形態に類似しているが、この実施形態においては、ナノワイヤ１５０と、射出結合素子１０４（マイクロデバイス１００の一部を形成する）との間のインタフェース３０１は同じ幅を有すると見られ、そのインタフェースにおいて、２つの素子が構造的に結合される、すなわち一緒に接合される。
【００８３】
図３Ｂにおいては、射出結合素子１０４またはナノワイヤ１５０のいずれにおいてもテーパ化された構造はない。しかし、これは、マイクロデバイス１００が、特に光ガイド部分１０６が、射出結合素子１０４より大きい幅を有することを排除するものではない。ナノワイヤ１５０の幅は、射出結合素子１０４の幅より大きくするか、それと（実質的に）等しくするか、あるいは、（図示のように）それより小さくすることが可能である。
【００８４】
図４Ａにおいては、射出結合素子１０４は、図示のように非テーパ化構造を有し、ナノワイヤ１５０は、長さに沿うテーパ化構造を有する。すなわち、幅の広い方の端部がマイクロデバイスの素子１０４に隣接している。この実施形態におけるナノワイヤ１５０のテーパ化構造と、図４Ｂの実施形態とは、代わりの方式として、狭い方の端部が素子１０４に隣接して、それに装着および／または挿入されるようなテーパ化構造を有することが可能である（これは図示されていない）点に留意されたい。この実施形態のさらに別の変形態様においては、ナノワイヤが、異なるテーパ化形状、例えば、異なる傾斜角度および／または異なるテーパ化の方向（例えば、長さに沿うウォブリング形状）を有する部分を含むことが可能である。
【００８５】
図４Ｂにおいては、射出結合素子１０４とナノワイヤ１５０との両者が、図示のようなテーパ化構造を有する。この実施形態においては、傾斜角度がほぼ同じ角度であるとして模式的に示されているが、異なる角度も想定され、容易に実現することができる。
【００８６】
図５〜６は、それぞれ、図１〜２に類似の斜視図および側面図を示す。図５〜６においては、円錐形の光射出素子１５０４が、部分的に、非透明な被膜１５３４、例えば金属被膜で被膜処理されているが、円錐形構造の先端部１５０５のみは被膜処理されずに残されている。この方式の利点は、光ガイド素子１５０６を貫通して円錐形の射出結合素子１５０４に向かう方向に、さらにナノワイヤ１５０に伝播するＥＭＲを、回折限界を超えて空間的に閉じ込めることができるという点にある。
【００８７】
類似の原理が走査近接場光学顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＮＯＭ）において用いられる。この顕微鏡においては、サブ波長の開口（この実施形態においては、ナノワイヤを含むテーパ化端部１５０５における被膜１５３４の小開口に対応する）によって、回折限界より小さい面積領域の画像化または探査が可能になる。
【００８８】
特定の一実施形態においては、光ガイド素子１５０６と、円錐形の光射出結合素子１５０４とを、円錐形の射出結合素子の内部構造が外径に釣り合うフラクタル繊維の構造を有するものとすることができる。これは、伝播モードを空間的にさらに閉じ込めるのに有利であり得る。フラクタル繊維の原理は、Ｓ．Ｔ．Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ他著の科学論文「超高スループット光学プローブ用のフラクタルベースの繊維（Ａ  ｆｒａｃｔａｌ−ｂａｓｅｄ  ｆｉｂｒｅ  ｆｏｒ  ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ  ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｂｅｓ）」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、２００７年３月５日、Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．５、２４６８に記述されており、この論文の内容は、参照によってその全体が本願に組み込まれる。また、光ガイド素子１５０６が方形コアの光ファイバーを有することも、本発明によって包含される。方形コアの光ファイバーは、Ｆｒａｎｚ  Ｓｃｈｂｅｒｔｓ他著の論文「方形ファイバーは多数の応用課題を解決する（Ｓｑｕａｒｅ  ｆｉｂｅｒｓ  ｓｏｌｖｅ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ）」、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｓｐｅｃｔｒａ、Ｖｏｌ．４５、２、ｐ．３８−４１に記述されており、この論文の内容は参照によってその全体が本願に組み込まれる。
【００８９】
さらに、回折限界を超えて伝播モードを空間的に閉じ込めるための他の手段を用いること、例えばプラズモニクスを用いることも本発明の教示によって包含される。プラズモニクスについては、Ｄ．Ｋ．ＧｒａｍｏｔｎｅｖおよびＳ．Ｉ．Ｂｏｚｈｅｖｏｌｎｙｉ著の科学論文「回折限界を超えるプラズモニクス（Ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ  ｂｅｙｏｎｄ  ｔｈｅ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｌｉｍｉｔ）」、Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ４、８３−９１、２０１０年に記述されており、特に「プラズモンナノ焦点合わせ（Ｐｌａｓｍｏｎ  ｎａｎｏｆｏｃｕｓｉｎｇ）」なる表題の節ｐ．８５−８６が注目される。この論文の内容は参照によってその全体が本願に組み込まれる。
【００９０】
ナノワイヤが光学的に結合されるマイクロデバイスの先端において、適合した３Ｄ光閉じ込めを構成するには１つの重要な問題がある。具体的な円錐角度に関するナノワイヤおよび射出結合素子１０４の注意深い光学設計によって、例えば上記のような適切なテーパ化によって、かつ、平坦な端面を用いて、ナノメートルスケールの構成要素の最適探査のために、光を非常に狭い容積内に閉じ込めることが可能である。
【００９１】
光学的に結合されたナノワイヤを含むマイクロデバイスは、さらに、ナノワイヤに対する光結合ユニットとして作用することが可能である。それは、また、リアルタイムのフル３Ｄ、６ＤＯＦの変位制御用の手段としても作用することができる。
【００９２】
ナノワイヤ内においてレーザ発振が必要な場合には、マイクロデバイスの構造が励起源の供給体として有効に作用する。例えば、ゲイン媒体および光学レゾネータの両者として機能する二重ファセットのＧａＮナノワイヤ１５０を使用すると、単一モードのナノワイヤレーザ発振を実現できる。これは、本発明の一般的原理および教示を完全に理解すれば、当業者によって評価されるところであろう。
【００９３】
単一モードの運転を実現するため、ゲインのバンド幅内部におけるキャビティモードの数を低減することが重要である。このためには、ナノワイヤ寸法の大幅な縮減および正確な制御と、レーザ発振が所要である場合に低減されるゲイン長さを補償するために必要な高い材料ゲインとが要求されることになる。これは、チューナブルドライエッチ法＋異方性ウェットエッチ法を活用するトップダウン技法を用いることによって実現できる。多重モードレーザ理論は、単一モードレーザ発振が、強力なモード競合と狭いゲインバンド幅とから生じることを示すために用いることができる。
【００９４】
図７は、複数のナノワイヤ１５０を含む、図１〜２の実施形態に類似のマイクロデバイスの斜視図を示す。但し、この図の実施形態のＥＭＲ射出結合素子１０４’は丸い形状を有している点が異なっている。この丸い形状によって、複数のナノワイヤのマイクロデバイス１００への装着および／または挿入を容易にすることができる。図示の実施形態においては４本のナノワイヤが示されているが、これは純粋に例示目的のためのみのものである。ナノワイヤ１５０の個数は、マイクロデバイスの画像化能力および／または放射能力を拡大することができる。この実施形態に示される複数のナノワイヤ１５０は、近似的または実質的に平行であるように示されているが、これは、非平行とすることもでき、例えば、画像化および／または照射目的用の共通の２つの焦点を有することができる。これは、光学分野の当業者が容易に理解するところであろう。
【００９５】
図８Ａは、同様に複数のナノワイヤ１５０を含むマイクロデバイスの斜視図を示す。この実施形態においては、５本のナノワイヤが示されているが、これは純粋に例示目的のためのみのものである。２、３、４、５、６、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００以上の個数のナノワイヤをマイクロデバイス１００の上に装着することができる。図８Ａは図１に類似しているが、図８Ａの実施形態におけるＥＭＲ射出結合素子は丸い形状を有していること、および、光学ハンドルを備えた連結構造が取り除かれ、その代わりに、光学ハンドル１４１５が光学ガイド素子１４０６の回りに直接配置されている点が異なっている。この実施形態は、マイクロデバイスの他の実質的な修正を必要としない連結構造によっても実施可能であることに留意されたい。しかし、図示の実施形態においては、球形のＥＭＲ射入結合素子１４０２および球形のＥＭＲ射出結合素子１４０４は、それぞれ光学ハンドルとしても機能することができる。ナノワイヤ１５０は、それぞれ、空間的に異なる方向を指向しており、場合によっては、特にマイクロデバイスを光学的な調査手段として用いる場合には、光の受信および伝送の両者の双方向光学モードにおいて機能することができる。この形態は、例えば未知の環境において画像化の相対的に大きい立体角を提供するという点で有利であり得る。
【００９６】
図８Ｂは本発明による一実施形態の側面図を示す。この実施形態は、図２の実施形態に類似しているが、２つの射入結合素子８０２、８０３と、対応する２つの光ガイド素子のベンド部分８２４、８２５とを有するという点で異なっている。この特定の実施形態においては、両方の射入結合素子８０２、８０３は、図示のように２本のナノワイヤ１５０ａおよび１５０ｂを有する同じＥＭＲ射出結合素子８０４に連結されている。図８Ｂは、２本のナノワイヤ１５０ａおよび１５０ｂを示しているが、異なるナノワイヤは、それぞれ、素子８０２および８０３として表示される別個の光射入結合素子および／または射出結合素子を有することができる。従って、ナノワイヤ１５０ａと素子８０２とを結合する光学径路は、ナノワイヤ１５０ｂと素子８０３とを結合する光学径路と異なるものとすることができる。他のいくつかの実施形態においては、射入結合素子を、別個のナノワイヤに結合される多重光学径路を可能にするように、さらに分割することができる。さらに別のいくつかの実施形態においては、種々のナノワイヤから生じる放射間の分離を、同じ光学径路を少なくとも部分的に利用し得るように多重化することによって遂行できる。
【００９７】
図９は、単一のナノワイヤ１５０が、ナノワイヤに対する射出結合素子として機能する円錐形状の狭い方の端部に取り付けられたほぼ円錐形状のマイクロデバイス１００の斜視図を示す。円錐形状の幅が広い方の端部は、光ガイド素子９０６用の射入結合素子として機能するが、この光ガイド素子９０６が、入射光２２６の受信を可能にし、かつ、入射光２２６を、光ガイド素子を通過し、円錐９０４の光射出結合部分を通過してナノワイヤ１５０から射出光２２８として導くことを可能にする。デバイス１００の非接触の空間的制御用のハンドル素子９０１、９０２および９０３も示されている。図９の下部部分には、同じマイクロデバイス１００の底面図が示されている。
【００９８】
図９に示す円錐形状は、代わりの方式として、例えば、ナノワイヤの近傍において内向きに弯曲した漏斗のようなさらに狭い部分を有する（図示されていない）ように、ナノワイヤに対する光学的界面の近傍でテーパ化することが可能である。別の方式としては、マイクロデバイスが外向きに弯曲した漏斗の形状を有することができる。さらに別の方式として、マイクロデバイス１００の形状をディスク状にすることが可能である。この場合、光は、ディスクの一方の面から入射して、ディスク状の形状のもう一方の面において射出する（同様に図示されていない）。
【００９９】
この実施形態は、セラミックナノワイヤ、例えばＫＮｂＯ３ナノワイヤをレーザトラップにおいて操作して製造するのに特に適している。このナノワイヤの操作については、例えば、Ｙｕｒｉ  Ｎａｋａｙａｍａ他がＮａｔｕｒｅ、４４７、２００７年６月２８日に発表しており、この発表の内容は参照によってその全体が本願に組み込まれる。同じレーザトラップを、ナノワイヤを含まないマイクロデバイスの製造および／または操作にも適用することができ、引き続いて、ナノワイヤを、特に、光学的界面の異なる材料および所要の特性を勘案しながら、適切なレーザ源（出力、波長）によって隣接表面をレーザ融解して、マイクロデバイス１００に構造的および光学的に接合することが可能である。
【０１００】
この実施形態においては、入射光２２６を、射出光２２８と平行にすることが可能であることに留意されたい。特に、ナノワイヤ１５０は、入射光２２６について、周波数の２倍化またはアップコンバーションのような非線形の光学現象を促進することができ、それによって、射出放射または光２２８を、ナノワイヤ１５０の本来の光学的特性のためにマイクロデバイスによって光学的に変調することができる。
【０１０１】
図１０は、特にナノワイヤ１５０を含むマイクロデバイス１００を用いて、電磁放射２２６を関連物体（図１０の「物体」）の上に射出するためのシステム１０００を示す。代わりの方式として、または追加的に、システム１０００を、関連物体からの電磁放射２２８の受信用として使用できる。
【０１０２】
従って、システム１０００は、例えばレーザ１００１のような放射ユニットによって、ＥＭＲ２２６を関連物体の上に射出することが可能であり、このシステムは、次の各項を含む。すなわち、
−ＥＭＲ２２６射出用のマイクロデバイス１００であって、ＥＭＲ２２６は、最初、そのような放射を供給し得る光学ユニット１００１  ＯＰＴ  ＲＡＤ／ＩＭＡＧによって、射出されまたは光学的に出力供給され、代替的または追加的に、ユニット１００１は、例えば物体の画像を表す放射ＥＭＲ２２８を受信できる、マイクロデバイス１００と、
−空間的制御用としてのＥＭＲ２３０を発生させるように調整され、それによって、マイクロデバイス１００を光学的に操作する第２ＥＭＲ射出ユニット１００２  ＯＰＴ  ＭＡＮと、
を含む。
光学ユニット１００１  ＯＰＴ  ＲＡＤ／ＩＭＡＧおよび第２ＥＭＲ射出ユニット１００２  ＯＰＴ  ＭＡＮの両者は、二重矢印によって示されるように、適切な制御および監視手段、例えば、専用のコンピュータおよび可視化手段の上で動くコンピュータスフとウェアを有する制御ユニット１００３  ＣＯＮによって制御および監視できる。
【０１０３】
図１１は、マイクロデバイス１００を用いて、電磁放射を、関連物体の上に２２６および／または関連物体から２２８射出および／または受信するための、本発明による方法を表す模式的なフローチャートである。この方法は、
Ｓ１  第１電磁放射射出および／または受信ユニット１０２、１０４および１０６をマイクロデバイス内に設けるステップ、および、
Ｓ２  前記マイクロデバイス１００に対する非接触の空間的制御を可能にするステップであって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にするステップ、
を含み、
その場合、前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップは、電磁放射２３０の力による空間的制御によって提供され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットからそれぞれ受信および／または射出される電磁放射を射出２２６および／または受信２２８するように構成されるナノワイヤ１５０をさらに含む。
【０１０４】
要約すれば、本発明は、電磁放射を関連物体の上に射出するマイクロデバイスに関する。このマイクロデバイスに対する、３次元の並進運動と、少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動とに関する同時非接触の空間的制御が可能である。マイクロデバイスは、電磁放射を前記関連物体の上に射出するように構成されるナノワイヤをさらに含む。これは、ナノワイヤを含むマイクロデバイスのより良好な空間的制御を得るために有利であり、これによって、光をより一層効果的にナノワイヤの中に結合することが可能になる。これは、改善された空間的制御のために、光学系におけるナノワイヤのさらに広範な応用を拡大するものである。
【０１０５】
本発明は、ハードウェア、スフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせによって実施できる。本発明、あるいはその特徴のいくつかは、１つ以上のデータプロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサの上で動くソフトウェアとして実施することも可能である。
【０１０６】
本発明の実施形態の個々の要素は、単一ユニットにおいて、または複数のユニットにおいて、または別個の機能ユニットの一部として、適切な方法で、物理的に、機能的に、かつ論理的に実施することができる。本発明は、単一ユニットにおいて実施することができ、あるいは、異なるユニットおよびプロセッサ間に物理的および機能的に分散させることができる。
【０１０７】
例示的な実施形態において、以下の各項が提供される。
【０１０８】
Ｅ１．電磁放射を関連物体の上に射出するマイクロデバイス（１００）であり、
−電磁放射を射出するように構成される第１電磁放射射出ユニット、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えたマイクロデバイス（１００）であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段が、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射射出ユニットと、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とが構造的に連結され、かつ、
前記第１電磁放射射出ユニットから射出される電磁放射を受信して、電磁放射を前記関連物体の上に射出するように構成されるナノワイヤをさらに含む、
マイクロデバイス（１００）。
【０１０９】
Ｅ２．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であり、前記第１電磁放射射出ユニットが、
−入射する電磁放射を受信するように構成される電磁放射射入結合素子（１０２）と、
−前記電磁放射射入結合素子に構造的に連結される電磁放射射出結合素子（１０４）であって、前記入射する電磁放射に応答して電磁放射を射出するように構成される電磁放射射出結合素子と、
を含む、マイクロデバイス（１００）であって、
前記電磁放射射出結合素子（１０４）が、電磁放射射出用の前記ナノワイヤに構造的かつ光学的に結合される、
マイクロデバイス（１００）。
【０１１０】
Ｅ３．実施形態Ｅ２による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射出結合素子（１０４）が、電磁放射射出用の前記ナノワイヤに構造的かつ光学的に結合され、このナノワイヤが、さらに、前記電磁放射射出結合素子（１０４）が受信し得る適切な入射電磁放射によってレーザ発振を遂行するように光学的かつ構造的に構成され、前記第１電磁放射射出ユニットが、場合によっては、前記ナノワイヤ用のポンプレーザとして機能する、マイクロデバイス（１００）。
【０１１１】
Ｅ４．実施形態Ｅ２による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射出結合素子（１０４）がテーパ化された構造を有し、そのテーパ化された構造の狭い端部が前記ナノワイヤに構造的に結合される、マイクロデバイス（１００）。
【０１１２】
Ｅ５．実施形態Ｅ２またはＥ４による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤがテーパ化された構造を有し、その場合、好ましくは、そのテーパ化された構造の広い方の端部が、前記第１電磁放射射出ユニットに、あるいは、実施形態Ｅ４による場合は、前記テーパ化された前記電磁放射射出結合素子（１０４）に構造的に結合され、そのナノワイヤのテーパ化された構造の狭い端部が電磁放射を射出するように構成される、マイクロデバイス（１００）。
【０１１３】
Ｅ６．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤが、金属ナノワイヤ、半導体ナノワイヤ、セラミックナノワイヤ、絶縁体ナノワイヤ、ナノチューブ（カーボンナノチューブを含む）のような分子ナノワイヤからなる群から選択される、マイクロデバイス（１００）。
【０１１４】
Ｅ７．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤの材料が、前記第１電磁放射射出ユニットの有効屈折率よりかなり大きい有効屈折率を有し、その場合、好ましくは２つの屈折率間の段階的移行を伴っている、マイクロデバイス（１００）。
【０１１５】
Ｅ８．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤが、さらに、関連物体から電磁放射を受信して、それを前記第１電磁放射射出ユニットに伝送するように光学的に構成され、その場合、このユニットも、マイクロデバイスから前記電磁放射を伝送するように構成され、それによって、このマイクロデバイスが双方向の光学デバイスとして機能する、マイクロデバイス（１００）。
【０１１６】
Ｅ９．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤが、ＳｎＯ２およびグラフェンのような内視鏡用途に適した生物親和性の材料において製造される、マイクロデバイス（１００）。
【０１１７】
Ｅ１０．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射入結合素子（１０２）が、第１方向を有する入射電磁放射を受信するように構成され、前記電磁放射射出結合素子（１０４）は、第２方向を有する電磁放射を射出するように構成され、その場合、前記第１方向および前記第２方向は非平行であり、代わりの方式としては、前記第１方向および前記第２方向が平行であるが変位されており、さらに別の方式においては、前記第１方向および前記第２方向は反平行である、マイクロデバイス（１００）。
【０１１８】
Ｅ１１．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、少なくとも前記電磁放射射入結合素子を前記電磁放射射出結合素子と光学的に結合する電磁放射ガイド素子（１０６）を含む、マイクロデバイス（１００）。
【０１１９】
Ｅ１２．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、そのマイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする前記手段（１０８、１１０、１１２、１１４）が少なくとも１つの電磁放射制御可能ハンドルを含む、マイクロデバイス（１００）。
【０１２０】
Ｅ１３．実施形態Ｅ１による電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、そのマイクロデバイスが複数のナノワイヤをさらに含み、その場合、少なくとも１つのナノワイヤが、前記第１電磁放射射出ユニットから射出される電磁放射を受信して、電磁放射を射出するように構成され、場合によっては、さらに、少なくとも１つのナノワイヤが、電磁放射を受信して、それを前記第１電磁放射射出ユニットに伝送するように光学的に構成される、マイクロデバイス（１００）。
【０１２１】
Ｅ１４．関連物体から電磁放射を受信するマイクロデバイス（１００）であり、
−電磁放射を受信してさらにそれを伝送するように構成される第１電磁放射受信ユニット、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えたマイクロデバイス（１００）であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段が、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射受信ユニットと、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とは構造的に連結され、かつ、
前記関連物体から前記電磁放射を受信して、その電磁放射を前記第１電磁放射受信ユニットに伝送するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
マイクロデバイス（１００）。
【０１２２】
Ｅ１５．電磁放射を関連物体の上に（２２６）および／または関連物体から（２２８）射出（１０００１）および／または受信（１００１）するシステム（１０００）であり、このシステムはマイクロデバイス（１００）を有し、このマイクロデバイス（１００）は、
−第１電磁放射射出および／または受信ユニット（１０２、１０４、１０６）、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えている、システム（１０００）であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段が、電磁放射（２３０）が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットと、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とは構造的に連結され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットからそれぞれ受信および／または射出される電磁放射を射出および／または受信するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
システム（１０００）。
【０１２３】
Ｅ１６．マイクロデバイス（１００）を用いて、電磁放射を関連物体の上に（２２６）および／または関連物体から（２２８）射出および／または受信する方法であり、
−前記マイクロデバイス内に第１電磁放射射出および／または受信ユニット（１０２、１０４、１０６）を設けるステップ、および、
−前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップであって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にするステップ、
を含む方法であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップは、電磁放射（２３０）の力による空間的制御によって提供され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットからそれぞれ受信および／または射出される電磁放射を射出および／または受信するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
方法。
【０１２４】
本発明を具体的な実施形態に関連付けて説明したが、いずれにしても、本発明を、提示された例に限定されると見るべきではない。本発明の範囲は、添付の請求項の観点から解釈されるべきである。請求項に関しては、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇまたはｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は他の可能な要素またはステップを排除しない。また、「ａ」または「ａｎ」などのような参考的語句への言及は複数を排除すると見做されるべきではない。図中に示す要素に関する請求項における参照符号の使用も、本発明の範囲を制限するものと見做されるべきではない。さらに、異なる請求項および／または実施形態Ｅ１〜Ｅ１６において述べた個々の特徴は有利に組み合わせることが可能であり、かつ、異なる請求項および／または実施形態Ｅ１〜Ｅ１６におけるこれらの特徴への言及は、特徴の組合せが不可能で有利でないことを排除しない。
【図１】
2016513020.tif 000003
【図２】
2016513020.tif 000004
【図３Ａ】
2016513020.tif 000005
【図３Ｂ】
2016513020.tif 000006
【図４Ａ】
2016513020.tif 000007
【図４Ｂ】
2016513020.tif 000008
【図５】
2016513020.tif 000009
【図６】
2016513020.tif 000010
【図７】
2016513020.tif 000011
【図８Ａ】
2016513020.tif 000012
【図８Ｂ】
2016513020.tif 000013
【図９】
2016513020.tif 000014
【図１０】
2016513020.tif 000015
【図１１】
2016513020.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月19日(2014.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を関連物体の上に射出するマイクロデバイス（１００）であり、
−電磁放射を射出するように構成される第１電磁放射射出ユニット、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段（１０８、１１０、１１２、１１４）であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えたマイクロデバイス（１００）であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段が、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射射出ユニット（１０２、１０４、１０６）と、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とが構造的に連結され、
かつ、
前記第１電磁放射射出ユニットから射出される電磁放射を受信して、電磁放射を前記関連物体の上に射出するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
マイクロデバイス（１００）。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であり、前記第１電磁放射射出ユニットが、
−入射する電磁放射を受信するように構成される電磁放射射入結合素子（１０２）と、
−前記電磁放射射入結合素子に構造的に連結される電磁放射射出結合素子（１０４）であって、前記入射する電磁放射に応答して電磁放射を射出するように構成される電磁放射射出結合素子と、
を含む、マイクロデバイス（１００）であって、
前記電磁放射射出結合素子（１０４）が、電磁放射射出用の前記ナノワイヤ（１５０）に構造的かつ光学的に結合される、
マイクロデバイス（１００）。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射出結合素子（１０４）が、電磁放射射出用の前記ナノワイヤ（１５０）に構造的かつ光学的に結合され、このナノワイヤが、さらに、前記電磁放射射出結合素子（１０４）が受信し得る適切な入射電磁放射によってレーザ発振を遂行するように光学的かつ構造的に構成され、前記第１電磁放射射出ユニットが、場合によっては、前記ナノワイヤ（１５０）用のポンプレーザとして機能する、マイクロデバイス（１００）。
【請求項４】
請求項２に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射出結合素子（１０４）がテーパ化された構造を有し、そのテーパ化された構造の狭い端部が前記ナノワイヤ（１５０）に構造的に結合される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項５】
請求項２または４に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤがテーパ化された構造を有し、その場合、好ましくは、そのテーパ化された構造の広い方の端部が、前記第１電磁放射射出ユニットに、あるいは、請求項４による場合は、前記テーパ化された前記電磁放射射出結合素子（１０４）に構造的に結合され、そのナノワイヤ（１５０）のテーパ化された構造の狭い端部が電磁放射を射出するように構成される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項６】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤ（１５０）が、金属ナノワイヤ、半導体ナノワイヤ、セラミックナノワイヤ、絶縁体ナノワイヤ、ナノチューブ（カーボンナノチューブを含む）のような分子ナノワイヤからなる群から選択される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項７】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤ（１５０）の材料が、前記第１電磁放射射出ユニットの有効屈折率よりかなり大きい有効屈折率を有し、その場合、好ましくは２つの屈折率間の段階的移行を伴っている、マイクロデバイス（１００）。
【請求項８】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤ（１５０）が、さらに、関連物体から電磁放射を受信して、それを前記第１電磁放射射出ユニットに伝送するように光学的に構成され、その場合、このユニットも、マイクロデバイスから前記電磁放射を伝送するように構成され、それによって、このマイクロデバイスが双方向の光学デバイスとして機能する、マイクロデバイス（１００）。
【請求項９】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記ナノワイヤ（１５０）が、ＳｎＯ２およびグラフェンのような内視鏡用途に適した生物親和性の材料において製造される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１０】
請求項２に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、前記電磁放射射入結合素子（１０２）が、第１方向を有する入射電磁放射を受信するように構成され、前記電磁放射射出結合素子（１０４）は、第２方向を有する電磁放射を射出するように構成され、その場合、前記第１方向および前記第２方向は非平行であり、代替的に、前記第１方向および前記第２方向が平行であるが変位されており、さらに代替的に、前記第１方向および前記第２方向は反平行である、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１１】
請求項２に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、少なくとも前記電磁放射射入結合素子（１０４）を前記電磁放射射出結合素子（１０６）と光学的に結合する電磁放射ガイド素子（１０６）を含む、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１２】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、そのマイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする前記手段（１０８、１１０、１１２、１１４）が少なくとも１つの電磁放射制御可能ハンドルを含む、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１３】
請求項１に記載の電磁放射射出用のマイクロデバイス（１００）であって、そのマイクロデバイスが複数のナノワイヤをさらに含み、少なくとも１つのナノワイヤ（１５０）が、前記第１電磁放射射出ユニットから射出される電磁放射を受信して、電磁放射を射出するように構成され、場合によっては、さらに、少なくとも１つのナノワイヤが、電磁放射を受信して、それを前記第１電磁放射射出ユニットに伝送するように光学的に構成される、マイクロデバイス（１００）。
【請求項１４】
関連物体から電磁放射を受信するマイクロデバイス（１００）であり、
−電磁放射を受信してさらにそれを伝送するように構成される第１電磁放射受信ユニット、および、
−前記マイクロデバイスに対する同時非接触の空間的制御を可能にする手段（１０８、１１０、１１２、１１４）であって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にする手段、
を備えたマイクロデバイス（１００）であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にする手段が、電磁放射が印加する力によって空間的に制御されるように構成され、
さらに、前記第１電磁放射受信ユニットと、前記マイクロデバイスに対する空間的制御を可能にする手段とは構造的に連結され、
かつ、
前記関連物体から前記電磁放射を受信して、その電磁放射を前記第１電磁放射受信ユニットに伝送するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
ことを特徴とするマイクロデバイス（１００）。
【請求項１５】
電磁放射を関連物体の上に（２２６）および／または関連物体から（２２８）射出（１００１）および／または受信（１００１）するシステム（１０００）であって、
−電磁放射を関連物体の上に射出する請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロデバイス（１００）、
および／または、
−電磁放射を関連物体から受信する請求項１４に記載のマイクロデバイス（１００）、
を有するシステム（１０００）。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、
−空間的制御のための電磁放射（２３０）を発生するように調整される第２電磁放射射出ユニット（１００２）であり、それによって、電磁放射を関連物体の上に射出する請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロデバイス（１００）、および／または、電磁放射を関連物体から受信する請求項１４に記載のマイクロデバイス（１００）を光学的に操作する第２電磁放射射出ユニット（１００２）、
をさらに含むシステム（１０００）。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載のシステムであり、
−光学ユニット（１００１）、
をさらに含むシステムであって、この光学ユニットは、
−電磁放射を関連物体の上に射出する請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロデバイス（１００）によって、再射出用の電磁放射（２２６）を供給することが可能であり、
および／または、
−電磁放射を関連物体から受信する請求項１４に記載のマイクロデバイス（１００）からの電磁放射のような電磁放射（２２８）であって、物体の画像を表現するような物体の特性を表現する電磁放射を受信することが可能である、
システム。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか一項に記載のシステムであって、
−制御ユニット（１００３）、例えば、専用のコンピュータおよび可視化装置の上で動くコンピュータソフトウェアのような適切な制御および監視手段を有する制御ユニット、
をさらに含むシステム。
【請求項１９】
マイクロデバイス（１００）を用いて、電磁放射を関連物体の上に（２２６）および／または関連物体から（２２８）射出および／または受信する方法であり、
−前記マイクロデバイス内に第１電磁放射射出および／または受信ユニットを設けるステップ、および、
−前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップであって、
−３次元の並進運動と、
−少なくとも２つの軸、好ましくは３つの軸の回りの回転運動と、
に関して前記の空間的制御を可能にするステップ、
を含む方法であって、
前記マイクロデバイスに対する非接触の空間的制御を可能にするステップは、電磁放射（２３０）の力による空間的制御によって提供され、かつ、
前記マイクロデバイスは、前記第１電磁放射射出および／または受信ユニットからそれぞれ受信および／または射出される電磁放射を射出および／または受信するように構成されるナノワイヤ（１５０）をさらに含む、
ことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2016513020.tif 000017
2016513020.tif 000018