(57)【要約】  試料観察用のコントラスト増幅支持体コントラスト増幅支持体（ＳＡＣ）において、少なくとも１つの吸収層（ＣＡ）を担持する透明基板（ＭＩ、ＳＳ）を含み、前記基板を通過する照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように前記吸収層の複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１および厚さが選択され、前記基板の反対側にある前記層の面が、前記基板の屈折率ｎ０未満である屈折率ｎ３を有する透明ないわゆる周囲媒質（ＭＥ）と接触していることを特徴とする、コントラスト増幅支持体コントラスト増幅支持体（ＳＡＣ）。
2016538570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料観察用のコントラスト増幅支持体（ＳＡＣ）において、少なくとも１つの吸収層（ＣＡ）を担持する透明基板（ＭＩ、ＳＳ）を含み、前記基板を通過する照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように前記吸収層の複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１および厚さが選択され、前記基板の反対側にある前記層の面が、前記基板の屈折率ｎ０未満である屈折率ｎ３を有する透明ないわゆる周囲媒質（ＭＥ）と接触していることを特徴とする、コントラスト増幅支持体（ＳＡＣ）。
【請求項２】
前記照射波長λにおいて、前記基板の前記屈折率ｎ０、前記層の前記複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１の実部および虚部、並びに前記層の前記厚さｅ１は、以下の条件：
【数１】
2016538570.tif 000027
を満たし、且つ好ましくはｋ１≧０．０１、更により好ましくはｋ１≧０．１であり、ここで、
【数２】
2016538570.tif 000028
であり、ｎ１およびｋ１の許容範囲が５％以下、好ましくは０．３％以下であり、且つｅ１の許容範囲が３０％以下、好ましくは５％以下である、請求項１に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項３】
前記基板の前記屈折率ｎ０、前記層の前記複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１、および前記層の前記厚さｅ１は更に、前記許容範囲および前記照射波長λに対して、以下の条件：
【数３】
2016538570.tif 000029
を満たし、ここで、
【数４】
2016538570.tif 000030
である、請求項２に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項４】
前記基板がガラス製である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項５】
比ｎ０／ｎ３が１．１〜１．３の間にあるように選択される、請求項４に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項６】
比ｎ０／ｎ３が１．４５〜１．７の間にあるように選択される、請求項４に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項７】
前記吸収層が、
−  前記基板に注入された不純物の層、
−  金属層、
−  半導体層、
−  金属／半導体複合合金、
−  磁気吸収層、
−  金属ナノ粒子の層、
−  非金属導体層、
−  拡散層、
−  顔料または染料を含むポリマーまたはフォトレジスト層、
−  色中心を含む鉱物誘電層、
−  ナノ粒子が分散された連続相を含む合成ハイブリッド層、および
−  グラフェン層または機能化グラフェン層
のうちから選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項８】
前記吸収層が、少なくとも１つの化学的または生物学的種を固定可能な少なくとも１つの機能化層を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項９】
前記基板が、少なくとも１つの化学的または生物学的種（ＥＣＩ、ＥＣＣ、ＥＣＤ）を固定可能な機能化表面（ＣＦ）を示し、前記吸収層が、前記機能化表面により固定された前記または少なくとも１つの前記化学的または生物学的種により形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項１０】
前記吸収層が８０％以上、好ましくは９０％以上の透過率を示す、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体。
【請求項１１】
少なくとも１つの吸収層（ＣＡ）を担持する透明基板（ＭＩ、Ｓ）を含むコントラスト増幅支持体を製造する方法であって、前記支持体の設計フェーズ、およびそのように設計された前記支持体のハードウェア製造フェーズを含む方法において、前記設計ステップが以下のステップ：
ｉ）照射波長λを選択するステップと、
ｉｉ）前記基板を構成し、且つ前記照射波長λで実屈折率ｎ０を示す材料を選択するステップと、
ｉｉｉ）前記基板の反対側にある前記層と接触し、且つ前記照射波長λで実屈折率ｎ３＜ｎ０を示す周囲媒質（ＭＥ）を選択するステップと、
ｉｖ）前記基板の反対側にある前記層の面が前記周囲媒質と接触している状態で、前記基板を通過する前記照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように前記層の名目複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１および名目厚さｅ１を決定するステップと、
ｖ）前記吸収層を構成し、且つ前記照射波長λで実部および虚部が前記名目複素屈折率の実部および虚部と少なくとも５％以下、好ましくは０．３％以下の許容範囲で一致する複素屈折率を示す材料を選択するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項１２】
前記ステップｉｖ）の間、前記名目複素屈折率および前記名目厚さが以下の条件：
【数５】
2016538570.tif 000031
を満たして選択され、且つ好ましくはｋ１≧０．１であり、ここで、
【数６】
2016538570.tif 000032
である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記層の前記名目複素屈折率および前記名目厚さが、前記照射波長λに対して、以下の条件：
【数７】
2016538570.tif 000033
を満たすべく決定され、ここで、
【数８】
2016538570.tif 000034
である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
試料を観察する方法であって、以下のステップ：
Ａ．実屈折率ｎ０を有する第１のいわゆる入射透明媒質（ＭＩ、ＳＳ）と、実屈折率ｎ３＜ｎ０を有する第２のいわゆる出射透明媒質（ＭＥ）との間にある、複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１を示す厚さｅ１の吸収層（ＣＡ）上に前記試料を堆積させるステップと、
Ｂ．前記入射媒質を通過する少なくとも照射波長λの垂直入射光により前記試料を照射するステップと、
Ｃ．同じく前記入射媒質を通して、このように照射された前記試料を観察するステップと
を含む方法であって、
前記吸収層が、以下：
【数９】
2016538570.tif 000035
のような複素屈折率および厚さを示し、且つ好ましくはｋ１≧０．０１、更により好ましくはｋ１≧０．１であり、ここで、
【数１０】
2016538570.tif 000036
であり、ｎ０、ｎ１およびｋ１の許容範囲が５％以下、好ましくは０．３％以下であり、且つｅ１の許容範囲が３０％以下、好ましくは５％以下である、方法。
【請求項１５】
前記ステップＡが、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコントラスト増幅支持体（ＳＡＣ）であって、その基板が前記入射媒質を構成する、コントラスト増幅支持体（ＳＡＣ）により実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
２０°以下の半開口角度を示す照射円錐を形成するように、前記試料を、平行または集光された光ビーム（ＦＬ）により少なくとも前記照射波長λで照射する、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記試料が、集光されたレーザービームにより少なくとも前記照射波長λで照射される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法であって、以下のステップ：
Ｉ．少なくとも１つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化層または表面（ＣＦ）を含む、請求項８に記載のコントラスト増幅支持体（ＳＡＣ）を用意するステップと、
ＩＩ．前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子（ＮＰＭ）あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされた化学的または生物学的種を含む少なくとも１種類の溶液（Ｓ０、Ｓ０’、Ｓ１、Ｓ１’、Ｓ２）と接触するように配置するステップであって、前記種が、前記機能化層または表面に直接、または１つ以上の他の化学的または生物学的種を介してのいずれかで固定可能であり、それにより、前記粒子が連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成する、ステップと、
ＩＩＩ．前記基板を通過する少なくとも照射波長λの垂直入射光により前記コントラスト増幅支持体を照射するステップと、
ＩＶ．同じく前記基板を通して、このように照射された前記コントラスト増幅支持体を観察するステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法であって、以下のステップ：
Ｉ．少なくとも１つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化層または表面（ＣＦ）を担持する透明基板（ＳＳ）を用意するステップと、
ＩＩ．前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子（ＮＰＭ）あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされた化学的または生物学的種を含む少なくとも１種類の溶液（Ｓ０、Ｓ０’、Ｓ１、Ｓ１’、Ｓ２）と接触するように配置するステップであって、連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成するように、前記種が、前記機能化層または表面に  −  直接、または１つ以上の他の化学的または生物学的種を介してのいずれかで  −  固定可能であり、前記透明基板が、前記機能化層または表面（ＣＦ）およびこのように形成された前記吸収または拡散金属層と共に、請求項９に記載のコントラスト増幅支持体を形成する、ステップと、
ＩＩＩ．前記基板を通過する少なくとも照射波長λの垂直入射光により前記コントラスト増幅支持体を照射するステップと、
ＩＶ．同じく前記基板を通して、このように照射された前記コントラスト増幅支持体を観察するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記ステップＩＩが以下：
ＩＩ−１）いわゆる中間層（ＣＩ）を形成するように、前記機能化層または表面を、検出または分析対象の前記化学的または生物学的種（ＥＣＤ）を含む第１の溶液（Ｓ１）と接触するように配置するサブステップと、
ＩＩ−２）前記中間層を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成すべく前記中間層に固定可能ないわゆる補用の化学的または生物学的種（ＥＣＡ）を含む第２の溶液（Ｓ２）と接触するように配置するサブステップと
を含むサブステップを含む、請求項１９に記載の少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法。
【請求項２１】
前記ステップＩＩが以下：
ＩＩ−１’）前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成すべく前記機能化層に固定可能な化学的または生物学的種、いわゆる中間種（ＥＣＩ）を含む第１の溶液（Ｓ１’）と接触するように配置するサブステップと、
ＩＩ−２’）前記機能化層または表面および前記吸収または拡散金属層を、前記中間種の前記機能化層または表面との親和性よりも大きい前記機能化層または表面との親和性を示す検出または分析対象の前記化学的または生物学的種を含む第２の溶液（Ｓ２）と接触するように配置することにより、前記中間種を移動させて前記吸収または拡散金属層を少なくとも部分的に除去するサブステップと
を含むサブステップを含む、請求項１９に記載の少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法。
【請求項２２】
前記ステップＩＩの間、前記機能化層または表面が、競合する化学的または生物学的種（ＥＣＣ）と共に分析対象の前記化学的または生物学的種（ＥＣＤ）を含む溶液（Ｓ０’）と接触するように配置され、前記２つの種の一方が金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、それにより、連続または不連続な吸収または拡散金属層であって、その有効厚さが前記競合する化学的または生物学的種の濃度と、分析対象の前記化学的または生物学的種の濃度との間の比に依存する、連続または不連続な吸収または拡散金属層が得られる、請求項１９に記載の少なくとも１つの化学的または生物学的種を分析する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料観察用のコントラスト増幅支持体、およびそのような支持体を製造する方法に関する。本発明はまた、試料の観察方法、およびそのような支持体を実現する化学的または生物学的種の検出または分析方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、生物学（生体分子または微生物の検出、培養細胞の観察）、ナノテクノロジー（ナノチューブ等の微小物体の視認）、マイクロエレクトロニクス、材料科学等の各種技術分野に適用可能である。
【背景技術】
【０００３】
反射光学的顕微鏡検査により観察される物体の光学的コントラストを増大させる反射防止層（または「λ／４」層）の利用は、長年にわたり知られる極めて有用な技術である。特に、これにより１９３７年にＬａｎｇｍｕｉｒおよびＢｌｏｄｇｅｔｔにより初めて分子搖動が観察され、より最近ではＮｏｖｏｓｅｌｏｖらによるグラフェン層が視認された。
【０００４】
Ｉを支持体に堆積された観察対象物体により反射される光度、Ｉｓを支持体単独で反射される光度とすると、試料を観察する際のコントラストはＣ＝（Ｉ−Ｉｓ）／（Ｉ＋Ｉｓ）に等しい。コントラストの絶対値はＩｓ＝０のとき、すなわち支持体の反射率が０、または支持された物体の反射率が０のときに最大値（１に等しい）となることが分かる。最も簡単なケースでは、厚さおよび屈折率が適当に選択されていて同様に透明な薄層が堆積している透明基板を支持体として用いることにより、条件Ｉｓ＝０が満たされる。透明且つ半無限の入射媒質（照射源となる）および透明且つ半無限の出射媒質（基板）を介して垂直入射光により照射される単一反射防止層の場合、以下の条件が得られる。
ｎ１２＝ｎ０ｎ３          （１ａ）
ｎ１ｅ１＝λ／４          （１ｂ）
ここで、ｎ１は層の屈折率（実数）、ｎ０およびｎ３は入射および出射媒質の屈折率（同じく実数）、ｅ１は層の厚さ、およびλは照射波長である。
【０００５】
式（１ａ）は所与の入射および出射媒質に対して、反射防止層の屈折率を１対１に決定する。残念ながら、屈折率は、一般的に用いられる材料または特定の用途に関する多様な制約条件を満たす材料に対応しない場合がある。例えば、実用面での関心が明らかな空気とガラスとの界面の場合、ｎ１≒１．２７が得られ、従ってエアロゲル等の複合材料を用いることが必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来技術における上述の短所を克服することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成すべく、本発明は、複素屈折率を示す吸収反射防止層の使用を提案する。屈折率の虚部の存在に伴い自由度が増すことにより、実部の値に対する制約の緩和が可能になる。更に、材料の屈折率の実部を変更することは困難であるのに対し、（例えば、吸収不純物または拡散が吸収を「シミュレートする」拡散不純物の導入により）虚部を変更することは比較的容易である。
【０００８】
従来の「λ／４」層の場合、干渉効果から生じるコントラストの増大により、入射媒質／層界面および層／出射媒質界面で複数の反射が生じることに注意されたい。層内部での光の吸収は、これらの複数の反射間の干渉を除去する傾向がある。従って、「吸収反射防止層」の概念自体は一見したところ直観に反しているように見える。
【０００９】
Ｓ．Ｇ．ＭｏｉｓｅｅｖおよびＳ．Ｖ．Ｖｉｎｏｇｒａｄｏｖによる論文“Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｍｅｔａｌ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ”，Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｗａｖｅ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ，２０１１，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．１，ｐａｇｅｓ  ４７−５１では、空気を通して照射が行われる空気−基板界面での垂直入射光による反射を相殺すべく透明基板に堆積された弱吸収薄層が満たすべき条件を考察している。この文献はまた、これらの条件を概ね満たす金属ナノ粒子を含む複合材料製の吸収薄層についても記述している。この層は、空気−基板界面での反射を減らすが、完全に相殺する訳ではない。更に、吸収が極めて弱い材料に限定した分析的研究により層の振る舞い方が提示されているが、その結果を一般化することは困難である。更に、このようなコーティングは、コントラスト増幅支持体の実現を目的としていない。
【００１０】
以下の論文：
−  Ｍ．Ａ．Ｋａｔｓ  ｅｔ  ａｌ．“Ｎａｎｏｍｅｔｒｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｓｔｒｏｎｇ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｈｉｇｈｌｙ  ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  ｍｅｄｉａ”，Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．１２，Ｊａｎｕａｒｙ  ２０１３，ｐａｇｅｓ  ２０−２４、および
−  Ｒ．Ｍ．Ａ．Ａｚｚａｍ  ｅｔ  ａｌ．“Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｂｙ  ａｎ  ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ａｔ  ｎｏｒｍａｌ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ”，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．４，ｐａｇｅｓ７１９−７２２（１９８７）
は、同じく吸収基板に堆積された吸収反射防止層を開示している。ここでも、特定のケースのみが記述されているが、一般化することは困難である。更に、Ｍ．Ａ．ｋａｔｓらによる論文の場合、反射の防止は単に部分的に過ぎない。
【００１１】
文献米国特許第５，２１６，５４２号明細書は、基板の表面（照射対象である）にＴｉＮｘの透明層および吸収層を含む多層構造を含み、前記基板の裏面に反射率が低いだけでゼロとは限らない厚さを有するＴｉＮｘの単一吸収層を含むガラス基板用の反射防止コーティングを開示している。そのようなコーティングは、コントラスト増幅支持体の実現を目的としていない。
【００１２】
本発明によれば、吸収反射防止層を含むコントラスト増幅支持体は、「反転された」すなわち「裏面」構成で使用するように、すなわち出射媒質（または「周囲媒質」）よりも屈折率が大きい基板を通して照射および観察を行うべく寸法決めされている。この構成が特に適しているのは、基板が観測ウインドウを形成し、吸収反射防止層が水媒質（化学または生物学的用途）と接触するように配置されているか、または真空筐体もしくは制御された雰囲気（例えば堆積法等の用途）内に維持されている場合である。これはＳ．Ｇ．ＭｏｉｓｅｅｖおよびＳ．Ｖ．Ｖｉｎｏｇｒａｄｏｖによる上述の論文の記述とは対照的である。更に、本発明により、単に空気だけでなく実用的に任意の透明な周囲媒質に適した支持体の実現が可能になる。
【００１３】
更に、以下に述べるような吸収反射防止層は、コントラスト増幅以外の用途にも適しており、実際、前記基板から発せられている照射が存在する状況で、透明基板と、屈折率がより低い周囲媒質との間の光の反射を除去または減衰させようとする場合は常にそうである。
【００１４】
本発明の主題は従って、試料観察用のコントラスト増幅支持体において、少なくとも１つの吸収層を担持する透明基板を含み、前記基板を通過する照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように吸収層の複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１および厚さが選択され、前記基板の反対側にある前記層の面が、前記基板の屈折率ｎ０未満である屈折率ｎ３を有する透明ないわゆる周囲媒質と接触していることを特徴とする、コントラスト増幅支持体である。好ましくは、前記層は窒化チタン（ＴｉＮｘ）製ではない。
【００１５】
このようなコントラスト増幅支持体の特定の実施形態によれば、
−  前記照射波長λにおいて、基板の屈折率ｎ０、層の複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１の実部および虚部、並びに層の厚さｅ１は、以下の条件：
【数１】
2016538570.tif 000003
を満たすことができ、且つ好ましくはｋ１≧０．０１、更により好ましくはｋ１≧０．１であり、ここで、
【数２】
2016538570.tif 000004
であり、ｎ１およびｋ１の許容範囲は５％以下、好ましくは０．３％以下であり、且つｅ１の許容範囲は３０％以下、好ましくは５％以下である。
【００１６】
−  より具体的には、基板の屈折率ｎ０、層の複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１、および層の厚さｅ１は更に、前記許容範囲および前記照射波長λに対して、以下の条件：
【数３】
2016538570.tif 000005
を満たすことができ、ここで、
【数４】
2016538570.tif 000006
である。
【００１７】
−  前記基板はガラス製であってよい。
【００１８】
−  比ｎ０／ｎ３は１．１〜１．３の間にあるように選択されることができる。
【００１９】
−  一変型形態として、比ｎ０／ｎ３は１．４５〜１．７の間にあるように選択される。
【００２０】
−  前記吸収層は、前記基板に注入された不純物の層、金属層、半導体層、金属／半導体複合合金、磁気吸収層、金属ナノ粒子の層、非金属導体層、拡散層、顔料または染料を含むポリマーまたはフォトレジスト層、色中心を含む鉱物誘電層、ナノ粒子が分散された連続相を含む合成ハイブリッド層、およびグラフェン層または機能化グラフェン層のうちから選択されることができる。
【００２１】
−  前記吸収層は、少なくとも１つの化学的または生物学的種を固定可能な少なくとも１つの機能化層を含んでいてよい。
【００２２】
−  前記基板は、少なくとも１つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化表面を示すことができ、前記吸収層は、前記機能化表面により固定された前記または少なくとも１つの前記化学的または生物学的種により形成されている。
【００２３】
−  前記吸収層は８０％以上、好ましくは９０％以上の透過率を示すことができる。
【００２４】
本発明の別の主題は、少なくとも１つの吸収層を担持する透明基板を含むコントラスト増幅支持体を製造する方法であって、前記支持体の設計フェーズ、およびそのように設計された支持体のハードウェア製造フェーズを含む方法において、前記設計ステップが以下のステップ：
ｉ）照射波長λを選択するステップと、
ｉｉ）前記基板を構成し、且つ前記照射波長λで実屈折率ｎ０を示す材料を選択するステップと、
ｉｉｉ）前記基板の反対側にある前記層と接触し、且つ前記照射波長λで実屈折率ｎ３＜ｎ０を示す周囲媒質を選択するステップと、
ｉｖ）前記基板の反対側にある前記層の面が前記周囲媒質と接触している状態で、前記基板を通過する前記照射波長λの垂直入射光により照射される場合に前記層が反射防止層として機能するように前記層の名目複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１および名目厚さｅ１を決定するステップと、
ｖ）前記吸収層を構成し、且つ前記照射波長λで実部および虚部が前記名目複素屈折率の実部および虚部と少なくとも５％以下、好ましくは０．３％以下の許容範囲で一致する複素屈折率を示す材料を選択するステップと
を含むことを特徴とする、方法である。
【００２５】
このような方法の特定の実施形態によれば、
−  前記ステップｉｖ）の間、前記名目複素屈折率および前記名目厚さは以下の条件：
【数５】
2016538570.tif 000007
を満たして選択されることができ、且つ好ましくはｋ１≧０．１であり、ここで、
【数６】
2016538570.tif 000008
である。
【００２６】
−  層の名目複素屈折率および名目厚さは、前記照射波長λに対して、以下の条件：
【数７】
2016538570.tif 000009
を満たすべく決定されていてよく、ここで、
【数８】
2016538570.tif 000010
である。
【００２７】
本発明の更に別の主題は、試料を観察する方法であって、以下のステップ：
Ａ．実屈折率ｎ０を有する第１のいわゆる入射透明媒質と、実屈折率ｎ３＜ｎ０を有する第２のいわゆる出射透明媒質との間にある、複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１を示す厚さｅ１の吸収層上に前記試料を堆積させるステップと、
Ｂ．前記入射媒質を通過する少なくとも前記照射波長λの垂直入射光により前記試料を照射するステップと、
Ｃ．同じく前記入射媒質を通して、このように照射された試料を観察するステップと
を含む試料観察方法であって、
前記吸収層が、以下：
【数９】
2016538570.tif 000011
のような複素屈折率および厚さを示し、且つ好ましくはｋ１≧０．０１、更により好ましくはｋ１≧０．１であり、ここで、
【数１０】
2016538570.tif 000012
であり、ｎ０、ｎ１およびｋ１の許容範囲は５％以下、好ましくは０．３％以下であり、且つｅ１の許容範囲は３０％以下、好ましくは５％以下である、方法である。
【００２８】
このような方法の特定の実施形態によれば、
−  前記ステップＡは、上述のようなコントラスト増幅支持体であって、その基板が前記入射媒質を構成する、コントラスト増幅支持体により実行可能である。
【００２９】
−  ２０°以下の半開口角度を示す照射円錐を形成するように、前記試料を、平行または集光された光ビームにより少なくとも前記照射波長λで照射することができる。
【００３０】
−  前記試料が、集光されたレーザービームにより少なくとも前記照射波長λで照射されることができる。
【００３１】
本発明の更に別の主題は、少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法であって、以下のステップ：
Ｉ．少なくとも１つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化層または表面を含む、上述のようなコントラスト増幅支持体を用意するステップと、
ＩＩ．前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされた化学的または生物学的種を含む少なくとも１種類の溶液と接触するように配置するステップであって、前記種が、前記機能化層または表面に直接、または１つ以上の他の化学的または生物学的種を介してのいずれかで固定可能であり、それにより、前記粒子が連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成する、ステップと、
ＩＩＩ．前記基板を通過する少なくとも前記照射波長λの垂直入射光により前記コントラスト増幅支持体を照射するステップと、
ＩＶ．同じく前記基板を通して、このように照射された前記コントラスト増幅支持体を観察するステップと
を含む、方法である。
【００３２】
本発明の更に別の主題は、少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法であって、以下のステップ：
Ｉ．少なくとも１つの化学的または生物学的種を固定可能な機能化層または表面を担持する透明基板を用意するステップと、
ＩＩ．前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされた化学的または生物学的種を含む少なくとも１種類の溶液と接触するように配置するステップであって、連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成するように、前記種が、前記機能化層または表面に  −  直接、または１つ以上の他の化学的または生物学的種を介してのいずれかで  −  固定可能であり、し、前記透明基板が、前記機能化層または表面およびこのように形成された吸収または拡散金属層と共に、上述のようなコントラスト増幅支持体を形成する、ステップと、
ＩＩＩ．前記基板を通過する少なくとも前記照射波長λの垂直入射光により前記コントラスト増幅支持体を照射するステップと、
ＩＶ．同じく前記基板を通して、このように照射された前記コントラスト増幅支持体を観察するステップと
を含む、方法である。
【００３３】
上述のような方法の特定の実施形態によれば、
−  前記ステップＩＩは以下：
ＩＩ−１）いわゆる中間層を形成するように、前記機能化層または表面を、検出または分析対象の化学的または生物学的種を含む第１の溶液と接触するように配置する、サブステップと、
ＩＩ−２）前記中間層を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成すべく前記中間層に固定可能ないわゆる補用の化学的または生物学的種を含む第２の溶液と接触するように配置するサブステップと
を含むサブステップを含んでいてよい。
【００３４】
−  一変型形態として、前記ステップＩＩは以下：
ＩＩ−１’）前記機能化層または表面を、金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な吸収または拡散金属層を形成すべく前記機能化層に固定可能な化学的または生物学的種、いわゆる中間種を含む第１の溶液と接触するように配置するサブステップと、
ＩＩ−２’）前記機能化層または表面および前記吸収または拡散金属層を、前記中間種の前記機能化層または表面との親和性よりも大きい前記機能化層または表面との親和性を示す検出または分析対象の前記化学的または生物学的種を含む第２の溶液と接触するように配置することにより、前記中間種を移動させて前記吸収または拡散金属層を少なくとも部分的に除去するサブステップと
を含むサブステップを含んでいてよい。
【００３５】
−  前記ステップＩＩの間、前記機能化層または表面が、前記競合する化学的または生物学的種と共に分析対象の化学的または生物学的種を含む溶液と接触するように配置されることが可能であり、２つの種の一方が金属ナノ粒子あるいは吸収または拡散マーカーによりマーキングされ、それにより、連続または不連続な吸収または拡散金属層であって、その有効厚さが前記競合する化学的または生物学的種の濃度と、分析対象の前記化学的または生物学的種の濃度との間の比に依存する、連続または不連続な吸収または拡散金属層が得られる。
【００３６】
従来、材料が波長λを透過させるのは、この波長での屈折率の虚部が０．０１未満、または実際には０．００１未満、または実際には０．０００１未満のときであると考えられる。
【００３７】
本発明の他の特徴、詳細事項および利点は、例示的に示す添付図面を参照しながら以下の記述を精査すれば明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】２つの半無限媒質間の薄層からなる構造である。
【図２Ａ】本発明の各種実施形態による吸収反射防止層の屈折率の実部と虚部の関係を示すグラフである。
【図２Ｂ】本発明の各種実施形態による吸収反射防止層の屈折率の実部と虚部の関係を示すグラフである。
【図２Ｃ】本発明の各種実施形態による吸収反射防止層の屈折率の実部と虚部の関係を示すグラフである。
【図２Ｄ】本発明の各種実施形態による吸収反射防止層の屈折率の実部と虚部の関係を示すグラフである。
【図３Ａ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと屈折率の虚部との関係を示すグラフである。
【図３Ｂ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと屈折率の虚部との関係を示すグラフである。
【図３Ｃ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと屈折率の虚部との関係を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと、反射率（４Ａ〜４Ｄ）または吸収率（４Ｅ、４Ｆ）との関係を示すグラフである。
【図４Ｂ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと、反射率（４Ａ〜４Ｄ）または吸収率（４Ｅ、４Ｆ）との関係を示すグラフである。
【図４Ｃ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと、反射率（４Ａ〜４Ｄ）または吸収率（４Ｅ、４Ｆ）との関係を示すグラフである。
【図４Ｄ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと、反射率（４Ａ〜４Ｄ）または吸収率（４Ｅ、４Ｆ）との関係を示すグラフである。
【図４Ｅ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと、反射率（４Ａ〜４Ｄ）または吸収率（４Ｅ、４Ｆ）との関係を示すグラフである。
【図４Ｆ】本発明の各種実施形態による、吸収反射防止層の厚さと、反射率（４Ａ〜４Ｄ）または吸収率（４Ｅ、４Ｆ）との関係を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の各種実施形態による支持体により得られる、試料の観察におけるコントラストを示すグラフである。
【図５Ｂ】本発明の各種実施形態による支持体により得られる、試料の観察におけるコントラストを示すグラフである。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態による支持体により得られる、厚さが異なる試料の観察におけるコントラストを示すグラフである。
【図５Ｄ】本発明の一実施形態による支持体により得られる、厚さが異なる試料の観察におけるコントラストを示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態によるコントラスト増幅支持体の適用である。
【図７Ａ】本発明の各種実施形態による、少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法である。
【図７Ｂ】本発明の各種実施形態による、少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法である。
【図７Ｃ】本発明の各種実施形態による、少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法である。
【図７Ｄ】本発明の各種実施形態による、少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法である。
【図７Ｅ】本発明の各種実施形態による、少なくとも１つの化学的または生物学的種を検出または分析する方法である。
【図８】吸収基板を実現する、例示的であるが本発明に関連しないコントラスト増幅支持体である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１に、光ビームが発せられる透明且つ実屈折率ｎ０により特徴付けられるいわゆる入射半無限媒質ＭＩ、複素屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１（「ｊ」は虚数単位）により特徴付けられる厚さｅ１の吸収層ＣＡ、および光が発せられる側の反対側の層にあり、透明且つ実屈折率ｎ３＜ｎ０により特徴付けられるいわゆる出射半無限媒質ＭＥを含む構造への垂直入射光により波長（真空内の）λの単色の平行な光ビームＦＬ（局所的に平面波と見なし得る）を示す。入射媒質は特に、例えば、上に層ＣＡが堆積されたガラス製の基板であってよい。実屈折率がｎ２または複素屈折率がＮ２＝ｎ２−ｊｋ２である試料（図示せず）が層ＣＡの出射媒質側に堆積されていてよい。上述のように、試料を観察するコントラストを最大化すべく、試料が存在しない状態では入射媒質ＭＩ／層ＣＡ／出射媒質ＭＥアセンブリの反射率を相殺することが必要である。
【００４０】
図１に示す種類の構造（２つの半無限媒質の間に存在する厚さｅ１の層）の複素反射係数はエアリーの式により示される。
【数１１】
2016538570.tif 000013
ここで、ｒｉｊは界面ｉ−ｊ（ｊ＝０、１または３、「０」は入射媒質、「１」は層ＣＡ、「３」は出射媒質に対応する）におけるフレネル係数、β１＝２πｎ１ｅ１ｃｏｓθ１／λは前記層に関連付けられたフェーズ係数、θ１は層内の屈折角である。最初に、実屈折率がｎ１の透明層を考え、吸収層の場合の一般化は後で扱うことにする。また最初に、垂直でなくてもよい入射を考察する。
【００４１】
「ｐ」（ＴＭ）および「ｓ」（ＴＥ）分極のフレネル係数は次式：
【数１２】
2016538570.tif 000014
である。
【００４２】
反射防止条件はｒ０１３＝０に対応し、透明媒質（実屈折率）の場合、２系統の解決策を示す。すなわち、
−  ｎ０＝ｎ３
のときのみ存在して、ｍは整数である
【数１３】
2016538570.tif 000015
である、いわゆる「λ／２」層、および
−
【数１４】
2016538570.tif 000016
（ｐは整数である）である、いわゆる「λ／４」層である。
【００４３】
媒質１（層ＣＡ）が吸収であって、屈折率Ｎ１＝ｎ１−ｊｋ１が複素数である場合、Θ１で示す屈折角およびフェーズ係数Ｂ１もまた複素数である。この場合、ｒ０１３＝０はｒ０１，ｓｒ１３，ｐ＝ｒ０１，ｐｒ１３，ｓであることを必要とする。この等式が真であるのは以下の３つの条件、すなわちΘ１＝０（垂直入射）、Ｎ１２＝ｎ０２（層無し）、またはｎ０２＝ｎ３２（同一の入射および出射媒質）のうち１つが満たされる場合のみである。従って、任意の極端な媒質の場合、反射防止条件は垂直入射光によってのみ満たされ得る。ｒ０１１，ｐ＝−ｒ０１，ｓ且つｒ１３，ｐ＝−ｒ１３，ｓを知れば、式（２）は次式となる。
【数１５】
2016538570.tif 000017
【００４４】
式（３）は超越数であって解析的な解は存在しない。しかし、極端な場合、すなわち強吸収層および弱吸収層に対応する解を見つけることは可能である。
【００４５】
強吸収の場合、光は吸収が強くて厚い層を通過して伝搬しないため、ｅ１＜＜λであると仮定でき、従って｜Ｂ１｜＜＜１であり、Ｂ１の２次のオーダーまで
【数１６】
2016538570.tif 000018
と書くことができ、ここでδ１＝（２πｎ０／λ）ｅ１である。方程式の実部および虚部を分離して、「縮小された」変数
【数１７】
2016538570.tif 000019
を用いることは有用である。式（３）は従って以下の系の形式で書くことができる。
【数１８】
2016538570.tif 000020
【００４６】
δ１は正実数でなければならない前提で、条件ｎ０＞ｎ３（「反転形状」）を得る。ｎ０＝１．５２およびｎ３＝１．３４とすれば、従って生体フォトニクスで慣習的に使用されるガラス／水の場合に対応して、ナノメートルのオーダーの厚さｅ１＝（λ／２π）（ｎ０−ｎ３）／２ｎ１ｋ１が見つかり、従って最初の仮定が検証される。κ１、従ってｋ１がゼロに収束するにつれて式（４ａ）が従来の屈折率条件に収束することは興味深く、且つ予想外であった。数値的結果との比較により、式（４ａ）が、強吸収層の仮定の下で推論されたにもかかわらず、任意のκ１の値に対して概ね成り立つことが検証可能になる。一方、式（４ｂ）に基づいて得られたｅ１の値はλ／４ｎ１に収束せず、従って式（４ｂ）は一般的に成立しない。
【００４７】
弱吸収の場合、Ｂ１＝π／２−ε１（ε１は複素変数である）とし、従って
【数１９】
2016538570.tif 000021
となる。次いでκ１の２次項を
【数２０】
2016538570.tif 000022
と書くことができる。
【００４８】
実際には、上述のように、式（４ａ）がκ１の任意の値に対する満足な近似を与えるため、有効領域が極めて限定的である式（５ａ）は殆ど関心対象でない。これを関係ν１（κ１）を表す図２Ａに示す。式（３）の数値解および式（４ａ）に対応する曲線は区別できない。図２Ｂは、数値解に関する式（４ａ）の誤差を百分率で示し、誤差が極めて小さいことが分かり得る。図２Ｃおよび２Ｄは図２Ａを拡大しており、弱吸収領域をより詳細に調べることができる。これらの図において、曲線ｃ４ａは強吸収に対して有効な式（４ａ）に、ｃ３は式（３）の数値解に、ｃ５ａは式（５ａ）に、およびｃ５ａ’は１次まで切り捨てられた式（５ａ）に各々対応している。式（５ａ）およびその１次まで切り捨てられたバージョンはκ１の低い値に対して式４ａよりも良い近似を与えるが、式（４ａ）は全ての場合で依然としてかなり良い近似を与えるのに対し、式（５ａ）は急激に妥当性を失うことが分かり得る。
【００４９】
図３Ａおよび３Ｂに関係δ１（κ１）を示す。曲線ｃＮは式３の数値解に対応し、ｃ４ｂは大きいｋ１に対して有効な式４ｂに対応し、ｃ５ｂは式５ｂに対応している。この場合、大きいｋ１に対して得られた解が小さいκ１に対して受容可能な近似を与えないことが分かり得る。一方、曲線ｃ６ｂに対応する半経験的な式が存在し、全ての場合を満たすことが分かる。図３Ｃに数値解に関する半経験的解の誤差を示しており、決して３．５％を上回ることがない。半経験的解は以下の式６ｂで示される。式６ａは単に式４ａであって、上で示したように一般的であると考えられ、小さいκ１に対しても５ｂを代替して用いてよい。
【数２１】
2016538570.tif 000023
ここで、
【数２２】
2016538570.tif 000024
である。
【００５０】
図４Ａはκ１の各種の値に対する反射率曲線をδ１の関数として示し、図４Ｂは反射率曲線を１／δ１の関数として示す。１／δ１はλに比例し、図４Ｂは所与の基板の反射率が照射波長の関数として変化する様子を示す。波長λで動作すべく寸法決めされた吸収反射防止層が、波長λ’＞λでも反射を減衰させる点に注意されたい。これにより、これらの支持体は多色照射においても使用可能になる。後者の場合、吸収反射防止層を寸法決めは、照射に用いる最小波長に関して実行することが適している。
【００５１】
図４Ｃおよび４Ｄは各々図４Ａおよび４Ｂの拡大図であり、低反射率の領域をより具体的に示す。図４Ｅおよび４Ｆは各々、κ１の各種の値に対する吸収率曲線をδ１および１／δ１の関数として示す。
【００５２】
図４Ａ〜４Ｄは、屈折率の虚部κ１の減少幅が大きいほど、吸収反射防止層の厚さδ１の減少幅が小さくなることを示す。換言すれば、吸収率が大きいほど層が薄くなければならない。曲線４Ｅ、４Ｆから、式６ｂで示される厚さδ１の吸収率が事実上κ１とは独立しており、約０．１に等しいことが分かる。
【００５３】
Ｇ．ＭｏｉｓｅｅｖおよびＳ．Ｖ．Ｖｉｎｏｇｒａｄｏｖは上述の論文において、非反転構成（照射は屈折率がより低い媒質から発せられる）に用いる吸収反射防止層を調べ、層の屈折率の虚部が大きいほど、厚さが大きくなり、吸収率が屈折率と共に急増することを発見した。これらの条件下では、反射防止層が存在できるのはｋ１の値が極めて小さい場合のみであり、吸収率が極めて高い反射防止層をコントラスト増幅層として用いることは不可能であろう。この問題は、ここで考察する場合には生じない。
【００５４】
図５Ａ〜５Ｄにより、上述のような吸収反射防止層を含む支持体により試料を観察可能なコントラストを調べることができる。ガラス基板、水（ｎ０／ｎ３＝１．１４）からなる出射媒質、および屈折率がｎ２＝１．４６の透明層を含む試料を考察する。図５Ａに、図４Ａ〜４Ｆで考察したのと同じκ１の値に対する薄くされた厚さδ１の関数として、厚さｅ２＝１ｎｍの試料を観察する際のコントラストＣの値、すなわちκ１＝０（本発明の一部ではない非吸収反射防止層）、０．１、０．３、０．６、１および２を示す。図５Ｂに、コントラストの値を１／δ１の関数として示す。
【００５５】
注目すべきは、
−  非吸収層のみがコントラスト（明るい背景上の暗い試料）の真正な反転を可能にし、層κ１＝０．１がそのような反転を極めて低いコントラストレベルのみで可能にし、
−  κ１が高いほど、コントラストスパイクの幅、従って反射防止層の薄くされた厚さの許容範囲が低くなる。厚さが１ナノメートルの観察対象物体の場合、δ１が最適値から±１０％逸脱しても、κ１＝０．１に対するコントラストは受容可能（０．４）なままであるが、κ１＝１に対しては許容範囲が１％を上回るのは困難なことである。
【００５６】
図５Ｃおよび５Ｄから試料の厚さの影響を調べることができ、各々κ１＝０．１、ｅ２＝１  ｎｍ、０．１ｎｍおよび０．０１ｎｍ（これらは、コントラスト増幅層の表面に堆積された、まばらな原子または分子からなり得る試料の有効厚さである）の場合のコントラストＣの値をδ１および１／δ１の関数として示す。コントラストＣが常に値１に到達できるが、厚さｅ２が薄いほどδ１の許容範囲が減少する点に注意する。具体的には、δ１は照射波長に依存するのと同程度に吸収反射防止層の厚さに依存するため、極めて微細な試料の場合、波長を微調整してコントラストを最大化することが有利であろう。
【００５７】
δ１が最適値よりも僅かに大きくなるように照射波長および／または吸収反射防止層の厚さを選択し、その結果、コントラストが物体の厚さの単調関数になって物体のマッピングが可能になることもまた有利であることができる。
【００５８】
図６に、入射媒質として機能する例えばガラス製の透明基板ＳＳを含み、前記基板に反射防止吸収層ＣＡが堆積されていて、例えば水溶液または空気等の出射媒質ＭＥに接触しているコントラスト増幅支持体ＳＡＣを示す。試料ＥＣＨが、出射媒質側の層ＣＥの一部に堆積されている。基板は、反射防止層のレベルでレンズＬＥにより集光された、ここで考察する例ではガウス分布をなすレーザービームである光ビームＦＬの垂直入射光により照射される。ガウス分布のビームは、その焦点領域（「ビームウエスト）で平坦な位相面を示すため、局所的に平面波（上述の理論展開で考察したケース）と見なし得ることが実際に知られている。半透明の鏡ＭＳＴが、基板ＳＳ／層ＣＡ／試料ＥＣＨ／出射媒質ＭＥのアセンブリにより反射された光の一部を物体ＬＯに向けて逸脱させることで前記試料の観察を可能にする。観察は、スキャニングにより、または「全視野」に行なうことができる。一変型形態として、平行な光ビームまたはテレセントリック視認システムを利用することができる。入射光ビームの空間コヒーレンスおよびその分極状態は重要でない点に注意されたい。一方、強度コントラストを観察しようとする場合、狭帯域照射を用いることが適している。多色照射から、色ほど強度が高くないコントラストが生じる（試料は背景とは異なる色、および試料の厚さに応じて異なる色で観察される）。
【００５９】
図６の構成において、レンズＬＯおよびＬＥは交換可能である。更に、基板の表面での寄生反射は、油剤への含浸、表面と裏面との間の斜角の存在、空間フィルタリング、従来の反射防止処理等の技術により効果的に減衰させることができる。
【００６０】
図６に示す種類のコントラスト増幅支持体の設計は以下のように進めることができる。すなわち、
−  最初に、照射波長（または照射が多色の場合、最小照射波長）λを、考察する用途または各種の技術的制約の関数として決定する。
【００６１】
−  その後、基板の構成を目的とする第１の材料、および「周囲媒質」または「出射媒質」の構成を目的とする材料を選択する。多くの場合、周囲媒質の選択は考察する用途により決定される（一般に生物学的用途では水溶液）、基板を構成する材料の選択は、技術的考察および波長λにおける制約ｎ３＜ｎ０によりなされる。多くの場合、ガラス製基板は空気（比ｎ３／ｎ０は１．４５〜１．７）または水（比ｎ３／ｎ０は１．１〜１．３）からなる周囲媒質と共に選択される。
【００６２】
−  次に、式６ａを用いて、吸収反射防止層を構成する材料の屈折率の実部と虚部とを結び付ける関係を決定する。次いでこの関係を満たす材料が選択または設計される。例えば、透明な出発原料、例えばポリマーを多様な技術的考察の関数として選択することが可能であり、課されたデータとして材料の屈折率の実部をとり、不純物（染料、ナノ粒子．．．）を添加することにより式６ａを満たすべく前記屈折率の虚部を変更する。
【００６３】
−  最後に、式６ｂ（または特定のケースを構成する式４ｂまたは５ｂの一方）を適用することにより前記層の厚さを決定する。
【００６４】
その後、スピンコーティング、浸入コーティング、ロールコーティング、堆積または蒸発によるコーティング、化学または物理蒸着、イオン注入、電解析出等の従来技術により支持体の製造を行う。
【００６５】
吸収反射防止層は、金属（特に金）、半導体、非金属導体、顔料または染料を含むポリマー製、色中心を含む無機（鉱物）材料製等であってよい。吸収反射防止層の製造に適した半導体材料のうち、ゲルマニウム（例えば３５４ｎｍの近紫外線（ＵＶ）での適用）、ＴｉＯ２（同じく近ＵＶ）、ケイ化モリブデン、ケイ化ニッケル、またはケイ化チタン（可視領域）、ケイ化タングステン（近赤外線または近ＵＶ）、ケイ化ジルコニウム（可視領域または近ＵＶ）、タンタルまたはバナジウム（可視領域）等が挙げられ得る。材料は金属ナノ粒子を含んでいてもよい。材料は磁性的であってよく、これは同じく磁性的である試料の研究において関心対象である。金属または非金属導体層を使用することにより、制御された電位差を試料に印加できるようになり、および／または「電気化学的画像化」を実行して電着、腐食、触媒作用等の現象を研究することが可能になる。特に興味深い変型形態は、吸収反射防止層が、例えば基板表面へのイオン注入により不純物が注入された層であるモノリシックな支持体を作成するものである。そのような基板は、層を損なう危険無しに洗浄して再利用することができる。「吸収」反射防止層は必ずしも本来の意味で吸収的である必要はない。一変型形態として、層は拡散層であってよく、拡散が吸収を「模倣」し、複素屈折率により同様にモデル化することが可能である。
【００６６】
上述のようなコントラスト増幅基板はまた、化学的または生物学的種の検出および／または分析用のバイオチップの製造を可能にする。例えば、図７に示すように、コントラスト増幅層ＣＡの上に機能化層ＣＦを堆積させることが可能である。機能化層は、検出対象の化学的または生物学的種ＥＣＤを含む溶液Ｓ、例えば水と接触するように配置される。種は機能化層により固定され、観察対象の試料を構成する追加的な薄層ＣＥを形成する。実際には、バイオチップの場合、いくつかの異なる機能化パッドが堆積されることで異なる化学的または生物学的種を選択的に固定することが可能になる。バイオチップを顕微鏡で観察することにより、上述の条件下で、溶液内に実際に存在する種を容易に識別することができる。特定の実施形態において、選択的に固定する化学的機能およびコントラスト増幅の光学的機能の両方を同一の層で実行することができる。
【００６７】
好ましくは、パッドの外側に、前記溶液に含まれる任意の化学的または生物学的種の固定（「化学的不動態化」）を防止する不動態化層を設けることも可能である。層は、例えば金の場合はチオールにより機能化された例えばポリエチレングリコール、フッ化ポリマー、またはフッ化アルキルを用いることが可能である。不動態化層は、パッドの製造後に蒸気相または液相で堆積することができる。一変型形態または補足例として、パッドに対応してのみ存在する（または最適厚さを示す）不連続な吸収反射防止層を用いることが可能であり、この場合「光学的不動態化」と呼ばれる。
【００６８】
化学的または生物学的種を検出または堆積させようとする場合、機能化層ＣＦのみが設けられた基板を用いることも可能である。この場合、吸収反射防止層は、前記層ＣＦにより固定されたそれらの種からなる。
【００６９】
図７Ｂに示す第１の実施形態によれば、機能化層は、金属ナノ粒子ＮＰＭによりマーキングされ、且つ金属層ＣＭを形成すべく前記機能化層に固定可能な検出または分析対象の化学的または生物学的種ＥＣＤを含む溶液と接触するように配置される。層は実際には不連続であってよいが、可視光の波長のスケール（数百ナノメートル）では連続的に見え、有効厚さがナノ粒子の直径の数分の一であってよく、有効な屈折率を有している。観察は上述の仕方で行われ、金属層は従ってコントラスト増幅層および試料の両方として機能すべく構成されている。所定の時間にわたる溶液と機能化層との接触の間、金属層の厚さは化学的または生物学的種の含量に依存するため、分析の実行が可能になる。
【００７０】
一変型形態として、金属ナノ粒子を吸収マーカー、例えば蛍光分子（蛍光はそのままでは利用されないが、蛍光分子は強吸収である点に注意されたい）で代替してもよい。
【００７１】
第１の実施形態の短所は、マーキングされた化学的または生物学的種の検出しかできない点である。以下の実施形態にはこの短所が見られない。
【００７２】
第２の実施形態（図７Ｃ）によれば、機能化層は、いわゆる中間層ＣＩを形成すべく、検出または分析対象の化学的または生物学的種を含む第１の溶液Ｓ１と接触するように配置される。中間層は観測可能ではない。中間層は、露出するよう、金属ナノ粒子（または吸収マーカー）によりマーキングされ、且つ金属（または吸収）層ＣＭを形成すべく前記中間層に固定可能ないわゆる補用の化学的または生物学的種ＥＣＡを含む第２の溶液Ｓ２と接触するように配置される。
【００７３】
この技術は、検出対象の種の量が機能化層を飽和させるには不充分である一方、補用種は過度に存在する場合、定量的であり得る。この場合、実際に、層ＣＭの有効厚さおよび有効屈折率、従って観察される発光信号の強度は検出対象種の濃度に依存する。
【００７４】
第２の実施形態が使用できるのは、検出対象の化学的または生物学的種が少なくとも２つの活性部位を示す場合のみであり、従って例えばハプテンには適用できない。更に、実装がかなり煩雑である。
【００７５】
以下の実施形態には上述の短所が見られない。
【００７６】
第３の実施形態（図７Ｄ）によれば、機能化層は、金属ナノ粒子または吸収マーカーによりマーキングされ、且つ前記連続または不連続な金属または吸収層（ＣＭ）を形成すべく前記機能化層に固定可能な化学的または生物学的種、いわゆる中間種ＥＣＩを含む第１の溶液（Ｓ１）と接触するように配置される。その後、このように得られたアセンブリは、前記中間種の前記機能化層との親和性よりも大きい前記機能化層との親和性を示す検出または分析対象の化学的または生物学的種を含む第２の溶液（Ｓ２）と接触するように配置される。従って、中間種は移動させられて前記金属または吸収層は少なくとも部分的に除去され、このことは発光信号の増大により示される。この技術は、対象種の検出には定性的なレベルで、分析には定量的なレベルで適用できる。本アプローチの利点は、その２段階のステップが分離でき、層ＣＭが既に形成された状態で、支持体を化学的または生物学的センサとして使用可能な状態で提供できる点である。
【００７７】
第４の実施形態（図７Ｅ）によれば、前記機能化層は、前記競合する化学的または生物学的種ＥＣＣと共に分析対象の化学的または生物学的種を含み、２つの種の一方（好ましくは競合する種）が金属ナノ粒子または吸収マーカーによりマーキングされている溶液Ｓと接触するように配置される。従って、分析対象の前記化学的または生物学的種の濃度に対する前記競合する化学的または生物学的種の濃度の比に依存する有効厚さおよび有効屈折率を有する金属または吸収層ＣＭが得られる。他の実施形態と同様に、信号は有効厚さおよび有効屈折率に依存する。
【００７８】
化学的または生物学的種は、例えば、抗体、抗原、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、糖類、酵素、金属イオン（特に水監視への応用）、芳香族分子、炭化水素等の有機分子、微生物等であってよい。
【００７９】
マーカーが金属または吸収でなく、拡散型であってもよい。実際に、上述のように、拡散の効果を虚部を有する屈折率で表すことができる。従って、シリカまたはアルミナの鉱物ナノ粒子、デンドリマー、ラテックスナノ粒子、ベシクル、またはウイルス等の誘電ナノ粒子が金属ナノ粒子と同じ役割を果たすことができる。
【００８０】
上述の検出または分析技術はまた、上述のように機能化層がコントラスト増幅層に堆積されている場合にも適用される。機能化層、および適当であればコントラスト増幅層はパッドとして構築することができ、これらのパッドの外側の表面は上述のように化学的におよび／または光学的に不動態化することができる。
【００８１】
ここまで、「裏面」または「反転形状」と呼ばれる、周囲媒質の屈折率よりも大きい（実）屈折率を示す基板を通して照射および観察がなされる場合のみを考察してきた。一変型形態として、「表面」構成での動作、すなわち、周囲媒質を通して照射および観察を実行することも可能である。この場合、基板は前記周囲媒質の屈折率よりも低い屈折率を示す筈である。すなわちｎ０＜ｎ３である。
【００８２】
別の一般化は、吸収入射媒質および／または出射媒質を考察するものである。最も興味深いのは、入射媒質が透明且つ出射媒質が吸収であるケースであり、実際、入射媒質が強吸収であれば、光はその内部を伝搬して反射防止層に達することができない。
【００８３】
式（３）から出発して、κ１＞０．１５の場合にｎ３をＮ３＝ｎ３−ｊｋ３で代替すれば次式が得られる。
【数２３】
2016538570.tif 000025
ここで、
【数２４】
2016538570.tif 000026
である。
【００８４】
式７ｂにおいて、κ３の値が高ければδ１の符号を反転できることを指摘する。従って、吸収反射防止層を同じく吸収である基板に堆積させて、前記基板の反対側の面を通して照射する（「表面」構成）ことが可能である。これは例えば半導体基板に堆積された金属層または逆であってもよく、例えばマイクロエレクトロニクスに用途を有している。この種の層はＲ．Ｍ．Ａ．Ａｚｚａｍらによる上述の論文に記述されている。Ｍ．Ａ．Ｋａｔｓらによる上述の論文は更に、同様であるが反射を完全に相殺しない層を記述している。しかしこれらの刊行物はそのような層に対する一般的且つ体系的な設計プロセスを一切提供していない。
【００８５】
上に述べた理論により、透明基板の場合について上で述べたように、但し式６ａ／６ｂではなく式７ａ／７ｂを用いて、吸収基板に堆積された吸収層を含むコントラスト増幅支持体の設計および製造が可能になる。
【００８６】
式７ａおよび７ｂにより記述される吸収基板ＳＡおよび吸収反射防止層ＣＡ’を含むこの種のコントラスト増幅支持体ＳＡＣ’を図８に示す。観察は、平行な光ビームＦＬまたは図６の場合のように集光されたガウス分布のレーザービームにより、「表面」で（基板から層の反対側で）なされる。層ＣＡに関して言及した材料はまた、層ＣＡ’を生成すべく用いてもよい。層ＣＡ’もまた、機能化することも、または任意選択的に、特に検出または分析用途のため、マーキングされて機能化層により固定された化学的または生物学的種により生成することもできる。
【図１】
2016538570.tif 000037
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2016538570.tif 000041
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2016538570.tif 000045
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
2016538570.tif 000051
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
2016538570.tif 000054
【図６】
2016538570.tif 000055
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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