(57)【要約】【課題】ホログラフィックセンサの製造方法の提供。【解決手段】反射型ホログラムを支持する支持媒体を備えるホログラフィックセンサの製造方法であって、上記支持媒体は、その物理的又は化学的環境と相互作用して、上記ホログラムの１つ以上の光学特性が変化する光学的応答を示すものである。上記方法は、ａ）記録材料のコロイド分散体を支持媒体内に導入する工程、及び、ｂ）記録材料のコロイド粒子をパルスレーザーでアブレーションし、支持媒体内にホログラフィック素子を形成する工程を含む。上記製造方法を用いて、疎水性支持媒体、とりわけ、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）内に反射型ホログラフィック格子を導入することができる。この支持媒体は、液体状及び／又は気体状の低分子量炭化水素と有機溶媒のどちらの存在下でも顕著な膨潤性を示すため、ホログラフィックセンサとして様々な用途に使用できる。【選択図】図１
2012505427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型ホログラムを支持する支持媒体を備えるホログラフィックセンサの製造方法であって、
前記支持媒体は、その物理的又は化学的環境と相互作用して、前記ホログラムの１つ以上の光学特性が変化する光学的応答を示すものであり、
前記方法は、
ａ）記録材料のコロイド分散体を前記支持媒体内に導入する工程、及び、
ｂ）前記記録材料のコロイド粒子をパルスレーザーでアブレーションし、前記支持媒体内にホログラフィック素子を形成する工程
を含む方法。
【請求項２】
前記支持媒体は疎水性ポリマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記支持媒体は合成ポリマーである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記支持媒体は、他の重合性モノマー又は架橋剤と組み合わされていてもよい以下の物質：シロキサン、ポリスチレン、ポリオレフィン、フルオロポリマー、ポリアラミド、ポリカーボネート、アクリルポリマー、メタクリレート、スチレン及び置換スチレン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド（ナイロン及びナイロン以外のポリマー）、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリビニルジエンクロリド、ポリビニルアセタール、ポリエステル、ポリビニルエステル、ポリエーテル、ポリビニルエーテル、ポリジアセチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、及び、ポリエチレンオキシドから選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記支持媒体はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記支持媒体は親水性ポリマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記支持媒体は天然ポリマーである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記支持媒体はゼラチン、デンプン又はアガロースである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記支持媒体は合成ポリマーである、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記支持媒体は、他の重合性モノマー又は架橋剤と組み合わされていてもよい以下の物質：ポリビニルアルコール；ポリビニルピロリドン；アクリルポリマー；メタクリレート又は関連ポリマー；ポリアクリルアミド；ポリメタクリルアミド；クラウンエーテルの重合性誘導体のホモポリマー又はコポリマー；及び、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリメタクリルアミド又はポリアクリルアミドのエステル又はコポリマー又はターポリマーから選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ポリマーは架橋されている、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記記録材料は金属である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記記録材料は、銀、金、鉄、銅、スズ、ニッケル及び鉛から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コロイド金属分散体は、金属塩溶液を前記支持媒体内に拡散させ、その後、その金属塩を化学的に還元して、前記コロイド金属分散体を形成することにより、その場で調製される、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記コロイド金属分散体は、金属塩溶液を化学的に還元することにより事前に調製され、その後、拡散させることにより前記支持媒体内に導入される、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属塩溶液の濃度は０．１Ｍ〜０．５Ｍである、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記記録材料は顔料である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記記録材料は、ニグロシン及びアニリンブラックから選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記パルスレーザーは、ネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザーである、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記パルスレーザーは、５３２ｎｍ出力の２倍波のＮｄ：ＹＡＧレーザーである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記パルスレーザーは、５３２ｎｍ光での総エネルギー出力が少なくとも３００ｍＪ／パルスである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記パルスレーザーは、３５５ｎｍ出力の３倍波のＮｄ：ＹＡＧレーザーである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記パルスレーザーは、３５５ｎｍ光での総エネルギー出力が少なくとも１５０ｍＪ／パルスである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記パルスレーザーは、１０６４ｎｍ出力のＮｄ：ＹＡＧレーザーである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記パルスレーザーは、１０６４ｎｍ光での総エネルギー出力が少なくとも３００ｍＪ／パルスである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記パルスレーザーは、６９４ｎｍ出力のルビーレーザーである、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記パルスレーザーでアブレーションされた金属粒子の粒径は、そのパルス照射に使用された光の波長より実質的に小さい、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記パルスレーザーでアブレーションされたコロイド金属粒子の粒径は、５０ｎｍ以下である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記パルスレーザーでアブレーションされたコロイド金属粒子の粒径は、１０ｎｍ以下である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ホログラムの１つ以上の光学特性の変化は、前記支持媒体の物性変化に起因する、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記物性は、前記支持媒体の大きさ、形、密度、粘度、強度、硬度、疎水性、親水性、膨潤性、無傷性若しくは分極率、又は、前記支持媒体内の電荷分布である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記物性は、前記支持媒体の大きさである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載の方法で製造したセンサと検体とを接触させる工程、及び、
前記センサのホログラフィック素子の光学特性の変化を検出する工程
を含む、検体の検出方法。
【請求項３４】
前記ホログラフィック素子の光学特性の変化は、前記ホログラフィック素子又は前記反射型格子の色変化として検出される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記ホログラフィック素子の光学特性の変化は、前記ホログラフィック素子の光度変化として検出される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記ホログラフィック素子の光学特性の変化は、前記素子の反射型格子又はホログラフィック縞に反射された非電離放射線の特性変化として検出される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記ホログラフィック素子の光学特性の変化は、前記ホログラフィック素子から放射された光の角度変化として検出される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記検体は炭化水素である、請求項３３〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記炭化水素は、エタン、エテン、エチン、プロパン、プロペン、プロピン、ブタン、ブテン及びブチン、又は、これらを任意に組み合わせたものから選択される低分子量炭化水素である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記炭化水素は炭化水素燃料である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記検体は、ベンゼン若しくはその誘導体、又は、ヘキサン若しくはその誘導体である、請求項３３〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記検体は、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、アセトン、ホルムアルデヒド、ケトン、メタン、シアン化水素、又は、オゾンである、請求項３３〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記センサは、前記検体と相互作用することにより、検出可能な物理的又は化学的変化を生じさせる酵素を含む、請求項３３〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記検体は酵素であり、前記センサは当該酵素の基質を含み、当該酵素と前記検体とが相互作用することで、検出可能な物理的又は化学的変化が生じる、請求項３３〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
添付した図面を参照して実質的に上述された、請求項１に記載の方法。
【請求項４６】
添付した図面を参照して実質的に上述された、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィックセンサの製造方法及びその方法で製造されたセンサの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラムは、光波同士の光干渉パターンを記録したものである。ホログラムを作製するには、１つの光源から２つのコヒーレント光（いわゆる物体光と参照光）を放出し、フォトポリマー又はハロゲン化銀乳剤等の感光性材料において重ね合わせる。物体光は、物体から伝播してその情報を運び、参照光は、ホログラムの記録及び読出の両方に使用される。光干渉パターンは、記録材料の吸光度、屈折率又は厚さの変化として物理的に記録され、元の２つの光線が有する振幅及び位相の情報を含む一連の干渉縞（すなわち回折格子）となる。この格子に参照光を照射して元の参照光を再現すると、元の物体のコピーが再生される。
【０００３】
ホログラムは、ディスプレイホログラフィ、セキュリティ、広告、並びに、ホログラフィック光学素子及び格子といった多くの商業用途で広く用いられている。
【０００４】
商業的に最も重要なタイプのホログラムとしては、透過型ホログラム及び反射型ホログラムの２種類が挙げられる。
【０００５】
透過型ホログラムの場合、出射光は、入射光が入った面とは反対側の面を通ってホログラフィック支持媒体から出て行く。通常、透過型ホログラムの縞はこの面に対してかなりの角度、例えば典型的には９０°近い角度で傾いている。透過型ホログラムの縞は支持媒体の面と垂直であり、支持媒体が膨潤又は収縮しても縞の間隔はほとんど変化しない。当該ホログラムは、通常、反射アルミホイル上に被覆されたプラスチック膜の面上にパターンを有しており、クレジットカード等におけるセキュリティ機能として用いられる。アルミホイルにより、光がホログラムの後ろ側から入射して画像が再生される。
【０００６】
反射型又はデニシュークホログラムの場合、参照光及び物体光がそれぞれ対向する側から記録材料へ入射して、干渉パターン又は格子が形成される。そして、白色光の点光源で元の参照光を再現し、観察者と同じ側からホログラムに照射することで、ホログラフィック画像を再生できる。デニシュークホログラムの縞はホログラフィック支持媒体内に形成され、その媒体の表面と略平行である。デニシュークホログラムでは、観察者と同じ側のホログラムに白色光を照射することで、様々な色を再生できる。
【０００７】
デニシューク又は反射型ホログラムは、縞パターンが全て記録材料内に形成されるものであり、従来は「体積型回折格子（ｖｏｌｕｍｅ  ｇｒａｔｉｎｇｓ）」と呼ばれていた。しかしながら、現在では、同じ側からの２つの干渉光が記録材料上で重なり合って、材料の内側だけでなく材料の表面にも縞の干渉パターンが記録される透過型ホログラム格子を説明する場合にも、「体積型回折格子」という語が使用される。商業的には、透過型格子の表面パターンのみに関心が向けられるのが普通であるが、厳密な意味での反射型又はデニシュークホログラムでは、表面格子は形成されない。
【０００８】
デニシュークホログラムは、２つの光線をそれぞれ対向する側から支持媒体に当て、閉じた本の各ページのように、支持媒体の面と略平行に縞を形成することで作製されるので、支持媒体が膨潤又は収縮すると、デニシュークホログラムの縞間隔は増大又は減少する。縞間隔が変化するということは、白色光源下でホログラムを再生する際に、反射型又はデニシューク型ホログラムが白色光源から選び出す波長が変わり、支持媒体の膨潤又は収縮の程度によって準単色の再生色が画像に与えられるということである。検出される検体又は化学種と支持媒体とが相互作用するとホログラムの縞間隔が検出可能に変化することから、反射型又はデニシューク型ホログラムは、センサとして有用であることが分かった。
【０００９】
一方、上でも触れたように、透過型ホログラムの縞は材料面に垂直なので、支持媒体が膨潤又は収縮しても縞間隔は実質的に変化しない。従って、通常の透過型ホログラムでは、支持媒体の膨潤状態にかかわらず白色光源から虹のように多彩な色を再生する。このような理由から、透過型ホログラムはセンサとして有用ではないものの、データ保存及びセキュリティ用途においては非常に有用であることが分かった。
【００１０】
一般的な反射型又はデニシューク型ホログラムでは、ポリマー製の写真乳剤、感光性銀塩（臭化銀）等の記録材料、及び、ガラス又はプラスチック基板（ホログラフィック記録板）上に光増感色素を被覆したものが使用される。当該ホログラムは、レーザーを乳剤に通過させ、物体の役割をする平面鏡でレーザーを反射させることで作製できる。入射光と反射光とがぶつかった際に形成される定在波パターンは、金属銀の超微細粒子層内に３Ｄで保存される。これは、ホログラムが銀粒子からの回折反射に依存することを意味する。異なる位置からの反射をそれぞれ確実に建設的に干渉させるためには、銀縞が一定間隔で配置される必要がある。
【００１１】
ホログラムを観察するためには、ホログラフィック記録板に露光した後、一般的には暗室内で、記録板を現像する必要がある。現像手順は長く冗長であり、一般的には以下の工程を含む。
ａ）現像液及び漂白液、並びに、必要に応じて湿潤液を調製し、現像工程で使用するのに適切な装置をセットする；
ｂ）ホログラフィック記録板を、ほぼ黒色に変色するまで現像液に浸す；
ｃ）一般的には脱イオン水を用いて、ホログラフィック記録板から現像液を洗い流す；
ｄ）ホログラフィック記録板が完全に透明になるまで、漂白液に浸す；
ｅ）一般的には脱イオン水を用いて、ホログラフィック記録板から漂白液を洗い流す；
ｆ）必要に応じて、完成したホログラムを湿潤液内に配置する（これにより、よごれなどの筋が落ちるとともに乾燥時間が短縮されるため、ホログラムがよりきれいになりやすくなる）；及び、
ｇ）ホログラフィック記録板を乾燥させる。
【００１２】
およそ１０年前まで、ホログラフィックフィルム材料として好適なものは比較的少数しか存在していなかった。最も一般的なタイプのホログラフィックフィルムとしては、液相コロイド形成法により作製した後で好適な支持膜上に被覆したハロゲン化銀含有ゼラチンフィルムが挙げられる。
【００１３】
特許文献１には、体積ホログラムに基づくホログラフィックセンサが開示されている。このセンサは、その体積全体にわたって光変換構造が配置された検体感知性マトリクスを備えている。変換器がこのような物理的配置であるため、センサから出された信号は、検体との相互作用又は反応の結果生じる検体感知性マトリクスの体積変化又は構造再構成に対して非常に感度の高いものとなる。
【００１４】
特許文献２には、最初にポリマー膜を形成し、次いで感知性ハロゲン化物粒子を添加する連続処理方法を利用したホログラフィックセンサの製造方法が開示されている。可溶性塩をポリマーマトリクス中に拡散させることで上記粒子を導入すると、ポリマーマトリクスにおいて粒子同士が反応して不溶性感光性沈殿物を形成し、その結果、ホログラフィック画像が記録される。この製造方法によれば、例えばポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド及びポリヒドロキシエチルメタクリレート等の、これまではホログラフィーでの使用に適さないと考えられてきた非常に多様なポリマーマトリクスにホログラムを形成できる。
【００１５】
その後、多様な親水性及び疎水性ポリマー材料が、透過型ホログラムを製造するのに好適に使用できることが見出された。一方、様々な親水性ポリマー材料が反射型ホログラムの製造に好適に使用できることは分かったものの、ホログラフィック反射型格子を疎水性ポリマー材料にうまく導入するのは極めて難しいことが判明したため、デニシューク型反射ホログラムの反射の用途の範囲は著しく限定されている。例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）は、液体状及び／又は気体状の低分子量炭化水素と有機溶媒のどちらの存在下でも顕著な膨潤性を示す疎水性ポリマーであり、理論的には、ホログラフィックセンサの支持媒体としてとりわけ好適に使用できると考えられる。しかしながら、ホログラフィックセンサ製造分野の当業者に公知の方法では、デニシューク反射型ホログラムをＰＤＭＳにうまく導入できるとは示されていない。
【００１６】
透過型ホログラムの製造において、表面格子を支持媒体上に導入する方法としては、レーザーアブレーション法が採用されている（非特許文献１）。「レーザーアブレーション」という語は、一般的に、レーザービームを照射することで固体（場合によっては液体）表面から材料を取り除く手順を指すと理解される。低レーザー光束の場合、吸収したレーザーエネルギーで材料が加熱され、蒸発又は昇華する。高レーザー光束の場合、一般的に、材料はプラズマに変換される。二光子吸収法又は多重光子法によって透明材料内に透過型ホログラフィック格子を形成する場合、フェムト秒レーザーが使用される。一般的に、レーザーエネルギーは１ｍｍ未満の高エネルギー点に集まる。縞の干渉パターンは、支持媒体表面又は支持媒体内部のいずれかから材料を取り除くことで記録される（そして、上述したように「体積型回折格子」が形成される）。上述の通り、透過型ホログラムと反射型ホログラムとは根本的に異なるものであって、当業者が理解しているように、回折格子を支持媒体内に導入して透過型ホログラムを作製するのに使用される方法は、回折格子を支持媒体内に導入して反射型ホログラムを作製する上では不適切な場合が多い。また、デニシュークホログラムの製造過程で、透過型ホログラムが支持媒体の表面上に人為的に形成される場合がある。この透過型ホログラムは支持媒体表面で疑似格子効果を示し、デニシュークホログラムの鮮明度、ひいてはその適用可能性にまで悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】国際公開第９５／２６４９９号（Ａ）
【特許文献２】国際公開第９９／６３４０８号（Ａ）
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｙａｍａｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，２００２，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．２１，ｐａｇｅｓ  １１７３−１１７８，“Ｓｉｎｇｌｅ  ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  ｐｕｌｓｅ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ  ｕｓｉｎｇ  ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ”
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、反射型ホログラムに基づくセンサの製造に伴う上記課題を解決することを目的とする。
【００２０】
すなわち、本発明は、反射型ホログラムを支持する支持媒体を備えるホログラフィックセンサの製造方法であって、
上記支持媒体は、その物理的又は化学的環境と相互作用して、上記ホログラムの１つ以上の光学特性が変化する光学的応答を示すものであり、
上記方法は、
ａ）記録材料のコロイド分散体を上記支持媒体内に導入する工程、及び、
ｂ）上記記録材料のコロイド粒子をパルスレーザーでアブレーションし、上記支持媒体内にホログラフィック素子を形成する工程
を含む方法を提供する。
【００２１】
「記録材料」という語は、入射光及び反射光がぶつかった際に形成される定在波パターンが３Ｄ保存される材料を指すと理解されたい。定在波パターンは、支持媒体全体にわたって配置された記録材料の層を介して、ホログラムが記録材料粒子からの回折反射に依存するようにして３Ｄ保存される。
【００２２】
記録材料のコロイド粒子は、パルスレーザーでアブレーションされる。本発明において「レーザーアブレーション」という語は、比較的大きい粒子を小さい粒子に崩壊させることを指すと理解されたい。
【００２３】
アブレーションでは、支持媒体の表面ではなく支持媒体の内側に作用することが求められる。支持媒体の内側には、一般的にナノサイズの記録材料粒子が分布している。記録材料粒子一つ一つにアブレーション効果がもたらされることが、本発明における重要な要件の一つである。レーザーエネルギーが支持媒体に直接吸収されないのが理想である。レーザーエネルギーは、例えば４〜３０ｍｍというように、ミリメートル単位で広範囲に分布した高エネルギー回折パターンからなる。
【００２４】
レーザーアブレーションでデニシューク反射型ホログラムを製造する場合、上述のような最も一般的に用いられるレーザーアブレーションとは異なり、物質は膜表面から除去されない。高エネルギーパルスによって支持媒体内に反射型回折格子が永続的に記録されるメカニズムは充分に解明されていないが、コロイド記録材料粒子が崩れてより小さい粒子になり、これらアブレーションされた材料粒子が支持媒体内に残るためと考えられる。また、コロイド材料粒子が崩れ、より小さい粒子になることで、材料の吸光特性が変化すると考えられる。さらに、レーザーパルスを照射すると、材料粒子が存在する位置の温度が非常に高くなり、それが支持媒体に崩壊効果を及ぼし、その位置で支持媒体の屈折率が変化するのではないかと考えられている。上記の各要因が単独で又は組み合わさって、支持媒体内に反射型回折格子を永続的に記録するのに貢献していると考えられる。
【００２５】
照射前の時点では、材料粒子は支持媒体全体にわたってランダムに、コロイド分散体のようにして、分散している。だが、レーザーパルスを照射すると、ランダムに分散した粒子の一部がホログラフィック回折パターンに変換されることとなる。このような変換は、パルスが高エネルギー状態時の回折パターンによって得られたコントラストによるものであると考えられる。パターン化された領域で交互に形成された明暗縞構造が表しているのは、暗縞部分の材料粒子は影響を受けていないが、明縞部分の材料粒子はアブレーションされたということである。これは、照射領域全体にわたって、陰が部分的に漂白されているものと容易に理解できる。ホログラフィック格子の形成に従事する物理学者にはよく知られていることだが、記録する過程では、照射領域にわたって光度の再分布が起こる。建設的及び破壊的干渉が交互に起こるため、明縞部分のエネルギー密度は理論的には元の参照光の４倍近くまでになり、暗縞部分のエネルギー密度は理論的にゼロである。
【００２６】
また、ホログラムは、自然光又は通常の室内照明下ですぐに観察可能である。つまり、ホログラムを見るためにホログラフィック記録材料を処理する必要がなく、従って、上述したような長く冗長な処理工程を露光した支持媒体に施す必要がなくなる。
【００２７】
本発明に係る製造方法の一実施形態において、支持媒体は疎水性ポリマーである。
【００２８】
本製造方法では、支持媒体に反射型ホログラフィック格子が導入される。反射型ホログラフィック格子を永続的に疎水性ポリマーに導入できることによって、親水性ポリマーが支持媒体として唯一好適なものであった場合には不可能であった範囲にまで、センサの能力範囲が大きく広がった。いまや、親水性ポリマーでは光学的反応を示さないが、疎水性ポリマーでは光学的応答を示す検体も検知可能となった。
【００２９】
上記支持媒体は、合成ポリマーであることが好ましい。
【００３０】
上記合成ポリマーは、ラジカル付加、アニオン重合、カチオン重合、又は、縮重合によって形成されてもよい。
【００３１】
上記支持媒体は、他の重合性モノマー又は架橋剤と組み合わされていてもよい以下の物質：シロキサン、ポリスチレン、ポリオレフィン（低密度ポリエチレン、ポリメチルペンテン等）、フルオロポリマー（フッ化エチレン−ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等）、ポリアラミド、ポリカーボネート、アクリルポリマー、メタクリレート、スチレン及び置換スチレン、ポリスルホン、エポキシ樹脂（様々な等級の透明エポキシ化合物、例えば、「アクアルージョン（ａｑｕａｌｕｓｉｏｎ）」等）、ポリアクリロニトリル、ポリアミド（ナイロン及びナイロン以外のポリマー）、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリビニルジエンクロリド、ポリビニルアセタール、ポリエステル、ポリビニルエステル、ポリエーテル、ポリビニルエーテル、ポリジアセチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、及び、ポリエチレンオキシドから選択されるのがより好ましい。
【００３２】
上記支持媒体は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることがさらに好ましい。
【００３３】
ＰＤＭＳは、液体状又は気体状の低分子量炭化水素及び有機溶媒のどちらの存在下でも膨潤性が極めて高い。そのため、ＰＤＭＳが支持媒体であるホログラフィックセンサの開発がかねてから望まれていた。本発明者らは、当業者に公知である方法を種々用いて反射型ホログラフィック格子をＰＤＭＳに導入しようと何度も試みてきたが、成果は得られなかった。だが、本発明の方法によれば、反射型ホログラフィック格子をＰＤＭＳに導入できることを見出した。反射型ホログラフィックセンサを製造する際にＰＤＭＳを支持媒体として用いれば、周囲環境中でブタン、プロパン等の低分子量炭化水素を、又は、大気中若しくは液流中において石油スピリット、クロロホルム、ベンゼン等の有機溶媒を検出及び定量できるセンサを提供できる。さらに、検出速度も概して５秒未満と著しく早い。
【００３４】
アルコール及び極性溶媒を用いた場合、低分子量炭化水素又は非極性有機溶媒を用いた場合と同じ程には支持媒体は膨潤しない。ＰＤＭＳは水では全く膨潤しないが、少量の水が存在することによって、アルコール又は他の親水性溶媒によるＰＤＭＳの膨潤が劇的に抑えられる。従って、ＰＤＭＳホログラフィックセンサを用いれば、アルコール、ケトン、エーテル等の親水性溶媒内の水分量を迅速に測定できる。
【００３５】
本発明に係る製造方法の別の実施形態において、上記支持媒体は親水性ポリマーである。
【００３６】
本製造方法によって反射型ホログラフィック格子を親水性ポリマー内に導入することもでき、本技術分野で公知の方法により製造された反射型ホログラフィックセンサと少なくとも同品質の反射型ホログラフィックセンサを製造できる。
【００３７】
上記支持媒体は、天然ポリマーであることが好ましい。
【００３８】
上記支持媒体は、ゼラチン、デンプン又はアガロースであることがさらに好ましい。
【００３９】
上記支持媒体は、合成ポリマーであることが好ましい。
【００４０】
上記支持媒体は、他の重合性モノマー又は架橋剤と組み合わされていてもよい以下の物質：ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アクリルポリマー（ポリヒドロキシエチルアクリレート等）、メタクリレート及び関連ポリマー（ポリヒドロキシエチルメタクリレート等）、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、クラウンエーテルの重合性誘導体のホモポリマー又はコポリマー、及び、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリメタクリルアミド又はポリアクリルアミドのエステル又はコポリマー又はターポリマーから選択されることがさらに好ましい。
【００４１】
本発明に係る製造方法の別の実施形態において、上記ポリマーは架橋されている。
【００４２】
硬化したポリマーに耐久性及び不溶性を付与するために、ポリマー溶液は化学的架橋剤を含んでいてもよい。あるいは、不溶性を付与するために、ポリマーを乾燥させた後で架橋剤浴に浸してもよい。
【００４３】
好適な記録材料として好ましいのは、特に記録波長において、高い吸光度を有するものである。吸光度とは、吸収された放射束又は光束の合計の入射光束に対する割合である。材料の吸光度は、材料がエネルギー、本発明の場合には光エネルギー、を吸収する程度を規定する。吸光度が高い材料は光エネルギーを効果的に吸収し、吸光度が低い材料は光エネルギーを効果的に吸収できない。定義によれば、黒体（電磁放射線の完全吸収体であり完全放射体でもある理論的物質）の吸光度は１．０に等しい。吸光度が１．０に近い材料は、本発明に係る方法の記録材料として特に好適に使用できる。一方、吸光度がゼロに近い材料は、本発明に係る方法の支持媒体として特に好適に使用できる。これは、理論上、レーザーエネルギーが支持媒体に直接吸収されることがないためである。
【００４４】
当然だが、検討しなければならないパラメータは高吸光度だけではない。レーザー源からのエネルギーを吸収することによって、記録材料には崩壊等の物理的変化が必ず起こらなければならない。
【００４５】
本発明に係る製造方法の別の実施形態において、上記記録材料は金属である。
【００４６】
上記記録材料は、銀、金、銅、スズ、鉄、ニッケル及び鉛から選択されるのが好ましい。
【００４７】
金属、とりわけ上述の金属は、吸光度が高い。上記金属の吸光度が高いということは、これらのコロイド金属粒子がレーザーのエネルギーを効果的に吸収し、崩壊してより小さな粒子になることによって、上述したように、支持媒体内に反射型ホログラフィック格子を形成できることを表す。
【００４８】
この点について、レーザー照射後数分経過するとホログラフィック画像の明るさが増したように見える場合があった。アブレーションされた金属粒子はわずか数原子分の大きさしかなく、反応性が極めて高いことから、このような効果が得られたと思われる。上記形態では、金や銀といった貴金属でさえもすぐに酸化し得る。酸化したナノ粒子は、周囲の支持媒体が示す低い屈折率と比較して高い屈折率を示すと予想される。
【００４９】
本発明に係る製造方法の別の実施形態においては、金属塩溶液を支持媒体内に拡散させ、その後、その金属塩を化学的に還元して、コロイド金属分散体を形成することにより、その場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）でコロイド金属分散体を調製する。
【００５０】
金属塩は、国際公開第９９／６３４０８号（Ａ）に記載の手順に従って支持媒体内に拡散させる。金属塩を還元してコロイド金属の微粒子を支持媒体内に形成する工程は、本発明の方法に必須の工程である。金属塩を還元してコロイド金属分散体を支持媒体内に形成する際には、任意の好適な還元剤を使用できる。好適な還元剤としては、銀塩を用いた写真現像を行う当業者には周知である、ハイドロキノン等の写真現像剤が挙げられるが、これらに限定されない。銀よりも反応性が高い（電気陰性度が低い）金属を用いる場合、水素化ホウ素リチウム又は水素化ホウ素ナトリウム又は水素化アルミニウムリチウムのエーテル溶液等といったより強力な還元剤が必要となる。還元剤は、支持材料内に導入された金属塩の金属イオンが有する電気陰性度に応じて選択される。アルカリ剤を添加すると、ハイドロキノンの還元力が向上する。トリエチルアミンやイソプロピルアミン等の揮発性アミンを用いるのが特に有利である。これらのアミン及びアンモニア蒸気は揮発性であり、蒸気としてポリマー膜に浸透するので有利である。一方、アルカリ剤が液体状であると、支持媒体内における還元前の金属塩濃度に悪影響が起こり得る。ＰＤＭＳに浸透させる場合は、トリエチルアミン及びイソプロピルアミンが特に好適である。
【００５１】
さらに別の方法によっても、コロイド金属粒子を支持媒体内に導入できる。例えば、金属粒子のコロイド懸濁液を媒体と接触させて、粒子を媒体内に拡散させる。支持媒体がマクロ多孔性ポリマーであり、金属ナノ粒子が媒体内を自由に移動できる場合、この方法が最も有効であると考えられる。コロイド金属懸濁液は、金属塩を液体状媒体内で還元することで製造してもよく、市販の調製品を用いてもよい。
【００５２】
他に考えられる方法としては、金属粒子のコロイド懸濁液をポリマー溶液と混合する方法が挙げられる。この場合、ガラス板やプラスチックフィルム等の基板上に上記混合液を塗布し、乾燥させる。スピンコーティング、ワイヤ若しくはメイヤーバーコーティング、及び、各種ロールコーティング等といった周知の方法で塗布できる。
【００５３】
さらに、金属塩及びポリマーを含む溶液を調製し、上述したように塗布する方法も挙げられる。混合液が完全に乾いたら、その被膜を還元剤で処理して金属粒子を形成する。
【００５４】
最後に、コロイド金属粒子及びモノマー成分を含む溶液を調製し、注型し、重合させて、金属粒子をポリマー内に分散させる方法が考えられる。
【００５５】
本発明に係る製造方法の別の実施形態においては、金属塩溶液を化学的に還元することによりコロイド金属分散体を事前に調製しておき、その後、拡散させることにより支持媒体内に導入する。
【００５６】
金属塩を好適な還元剤で化学的に還元して、コロイド金属粒子溶液を形成する。コロイド金属粒子が沈殿する前にコロイド金属塩溶液を支持媒体と接触させて、コロイド金属粒子を支持媒体内に拡散させることによって、コロイド金属を支持媒体内に導入する。コロイド金属分散体を事前に調製しておけば、還元工程をより確実に制御でき、従って、支持媒体内に形成・導入されるコロイド金属の量をより確実に調整できるため有利である。
【００５７】
金属塩溶液の濃度は、０．１Ｍ〜０．５Ｍであることが好ましい。
【００５８】
金属塩溶液の最適濃度は、０．１Ｍ〜０．５Ｍであることが分かった。だが、必要とされる金属塩溶液の濃度は選択された金属によって異なり、上記上下限よりも高くなる又は低くなる場合もあると考えられる。本発明の範囲から逸脱しない範囲で、適切な金属塩溶液の最適濃度を特定する実験を行うことは、当業者に当然期待できることである。
【００５９】
また、上記金属は、本発明の方法で使用できるように選択されたものである。これら金属の塩の多くは容易に還元され、支持媒体内にそれぞれのコロイド金属分散体を形成できるからである。
【００６０】
上記金属の塩の大半は、本発明の目的に好適である。上記塩の特性の中でも以下の２つが最も重要である：
ｉ）選択された溶媒に可溶であり、従って、支持媒体内への拡散が容易であること；及び、
ｉｉ）容易に還元されて、それぞれのコロイド金属分散体を形成すること。
【００６１】
金属塩を還元して支持媒体内にコロイド金属分散体を形成する際には、任意の好適な還元剤を使用できる。例えば、乾燥テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中の過塩素酸銀又はペンタフルオロプロピオン酸銀等といった銀塩をＰＤＭＳ硬化樹脂フィルムに拡散させた後、ハイドロキノン等の弱還元剤を用いて還元することにより、硬化したＰＤＭＳ樹脂内にコロイド銀分散体を形成する。
【００６２】
本発明に係る方法の別の実施形態において、上記記録材料は顔料である。
【００６３】
吸光度が高い顔料もまた、本発明に係る方法で使用するのに好適である。顔料のコロイド分散体は、支持媒体を顔料の懸濁液に浸すことにより、又は、支持媒体中の色素顔料のコロイド懸濁液を形成し、膜を注型成形することにより、支持媒体に導入できる。顔料の吸光度が高いということは、これらのコロイド顔料粒子がレーザーのエネルギーを効果的に吸収してより小さな粒子になることによって、上述したように、支持媒体内に反射型ホログラフィック格子を形成できることを表す。
【００６４】
吸光度が高い色素の顔料粒子は、本発明に係る方法で用いるのに好適である。
【００６５】
上記記録材料は、ニグロシン（Ｎｅｇｒｏｓｉｎｅ）及びアニリンブラックから選択されることが好ましい。
【００６６】
本発明に係る方法の別の実施形態において、パルスレーザーは、ネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザーである。
【００６７】
レーザーアブレーションとは、通常、パルスレーザーで材料を除去することを指すが、レーザー強度が充分高く、高速シャッターシステムを使用できる場合は、連続波レーザービームで材料を除去することも可能である。本発明の目的に対しては、上記レーザーはパルスレーザーであることが好ましい。パルスレーザーを用いれば、支持媒体上の任意の点に対して、可能な限り短い時間でより多くのエネルギーを付与できる。レーザーパルスの時間幅（ミリ秒〜フェムト秒）及び流束は非常に幅広い範囲で変更でき、精密に制御できる。
【００６８】
ネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｎｄ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）（Ｎｄ：ＹＡＧ）は、固体レーザー用のレーザー媒質として使用される結晶である。一般的なＮｄ：ＹＡＧレーザーは、波長１０６４ｎｍの赤外領域光を放射する。しかしながら、９４０ｎｍ、１１２０ｎｍ、１３２０ｎｍ、及び、１４４０ｎｍ付近への遷移も見られる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、パルスモード及び連続モードのいずれでも動作する。一般的なＮｄ：ＹＡＧパルスレーザーは、いわゆるＱスイッチモードで操作される。Ｑスイッチモードの場合、レーザー共振器に光スイッチが挿入されており、ネオジムイオンの反転分布が最大となるのを待って光スイッチが開放される。その後、光波は共振器内を通過することができ、励起して反転分布が最大となったレーザー媒質の反転分布は減少する。Ｑスイッチモードでは、出力２０メガワット、パルス幅１０ナノ秒未満を達成できる。高強度パルスは、効率的に２倍波化して５３２ｎｍのレーザー光を発生するものでもよく、さらに高調波である３５５ｎｍ及び２６６ｎｍのレーザー光を発生するものでもよい。
【００６９】
上記パルスレーザーは、５３２ｎｍ出力の２倍波のＮｄ：ＹＡＧレーザーであることが好ましい。
【００７０】
上記パルスレーザーは、５３２ｎｍ光での総エネルギー出力が少なくとも３００ｍＪ／パルスであることがさらに好ましい。
【００７１】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザー２倍波を約１〜３ｃｍ径のスポットとして、支持媒体内に分散されたコロイド金属粒子を６ナノ秒アブレーションすると、最適な結果が得られる。この照射面積及び時間では、支持媒体に与えられるパワー密度が約７ＭＷ／ｃｍ２となる。このように大きなパワー密度がコロイド金属粒子に作用すると、他にいかなる処理も施すことなく、永続的な反射型回折格子を形成できる。
【００７２】
銀粒子に作用したパワー密度としては、約７ＭＷ／ｃｍ２のパワー密度が最小である。鉄等の他の材料を用いた場合、望ましい結果を得るには約５倍のパワー密度が必要である。
【００７３】
上記パルスレーザーは、３５５ｎｍ出力の３倍波のＮｄ：ＹＡＧレーザーであることが好ましい。
【００７４】
上記パルスレーザーは、３５５ｎｍ光での総エネルギー出力が少なくとも１５０ｍＪ／パルスであることがさらに好ましい。
【００７５】
３５５ｎｍ出力の３倍波のＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いると、パルス当たりの総エネルギー出力が減少する。この場合、コロイド金属粒子に充分なエネルギー密度を与えるためには、レーザーのスポット径を約４ｍｍまで減少させる必要がある。
【００７６】
検体の存在下で膨潤するセンサとして上記格子を使用する場合、３５５ｎｍで動作する３倍波モードのＮｄ：ＹＡＧレーザーで格子を形成するのが好ましい。この場合、存在する検体の濃度によって異なるが、検出される検体が有機溶媒であれば、反射型回折格子は膨潤して可視領域の光（例えば、５５０ｎｍの緑色光）を示し、検出される検体が炭化水素であれば、反射型回折格子は膨潤して赤色領域の光（６００ｎｍ）を示すからである。
【００７７】
上記パルスレーザーは、１０６４ｎｍ出力のＮｄ：ＹＡＧレーザーであることが好ましい。
【００７８】
上記パルスレーザーは、１０６４ｎｍ光での総エネルギー出力が少なくとも３００ｍＪ／パルスであることがさらに好ましい。
【００７９】
上記パルスレーザーは、６９４ｎｍ出力のルビーレーザーであることが好ましい。
【００８０】
本発明に係る方法の別の実施形態において、アブレーションされた金属粒子の粒径は、パルス照射に使用された光の波長よりも実質的に小さい。
【００８１】
パルスレーザーの照射前であれば、コロイド金属粒子は、使用されるレーザー光の波長よりも必ずしも小さくなくてもよい。だが、パルスレーザーで金属粒子をアブレーションした後は、明縞の金属粒子が、使用した光の波長よりも実質的に小さな状態に変換される。
【００８２】
パルスレーザーでアブレーションしたコロイド金属粒子の粒径は、５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８３】
パルスレーザーでアブレーションしたコロイド金属粒子の粒径は、１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８４】
本発明に係る方法の別の実施形態において、ホログラムの１つ以上の光学特性の変化は、支持媒体の物性変化に起因する。
【００８５】
上記物性は、支持媒体の大きさ、形、密度、粘度、強度、硬度、疎水性、親水性、膨潤性、無傷性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）若しくは分極率、又は、支持媒体内の電荷分布であることが好ましい。
【００８６】
物性が変化すると、その結果、ホログラフィック素子の反射率、屈折率又は吸光度等の光学特性が変化する。
【００８７】
上記物性は、支持媒体の大きさであってもよい。
【００８８】
支持媒体の変化する物性は、大きさ又は体積である。支持媒体の大きさ又は体積は、液体又は気体等の被検体が吸収又は除去された際に変化してもよい。
【００８９】
上記物性は、支持媒体の空間的無傷性であってもよい。
【００９０】
支持媒体の変化する物性は、支持媒体の空間的無傷性である。支持媒体の無傷性は、検出される検体が支持媒体に対して化学的又は生化学的に作用することで変化してもよい。
【００９１】
上記物性は、媒体全体にわたって付与された屈折率の変調度であってもよい。
【００９２】
支持媒体の変化する物性は、支持媒体が、一定間隔で分布した複素屈折率を保有する能力である。この物性は、検出される検体が支持媒体に対して化学的又は生化学的に作用することで変化してもよい。
【００９３】
本発明はまた、本発明に係る方法で製造したセンサと検体とを接触させる工程、及び、センサのホログラフィック素子の光学特性の変化を検出する工程を含む、検体の検出方法を提供する。
【００９４】
検出される検体と本発明に係る方法で製造したセンサとが接触すると、支持媒体の物性のうちの１つが変化する。検体と支持媒体とが相互作用すると（任意の物理的、化学的又は生化学的刺激が起こると）、反射型ホログラムの波長（すなわち色）、強度（明るさ）又は暗号化された画像に、観察可能な変化が生じる。
【００９５】
本発明に係る検出方法の一実施形態において、ホログラフィック素子の光学特性の変化は、ホログラフィック素子又は反射型格子の色変化として検出される。
【００９６】
色変化は、反射波長が変化して起こる。反射波長の変化は、光の可視スペクトルの範囲内又は範囲外で起こる。すなわち、色変化は人の目に見えても見えなくてもよい。反射波長の変化が光の可視スペクトル範囲外で起こる場合、色変化は分光計等の他の手段で検出してもよい。代わって、可視色が存在しないことで検体の有無を示してもよい。
【００９７】
本発明に係る検出方法の別の実施形態において、ホログラフィック素子の光学特性の変化は、ホログラフィック素子の光度変化として検出される。
【００９８】
本発明に係る検出方法の別の実施形態では、ホログラフィック素子の光学特性の変化は、該素子の反射型格子又はホログラフィック縞に反射された非電離放射線の特性変化として検出される。非電離放射線の特性は、例えば、反射角度、波長又は色であってもよい。
【００９９】
本発明に係る検出方法の別の実施形態において、ホログラフィック素子の光学特性の変化は、ホログラフィック素子から放射された光の角度変化として検出される。
【０１００】
本発明に係る検出方法の別の実施形態において、上記検体は炭化水素である。
【０１０１】
上記炭化水素は、エタン、エテン、エチン、プロパン、プロペン、プロピン、ブタン、ブテン及びブチン、又は、これらを任意に組み合わせたものから選択される低分子量炭化水素であることが好ましい。
【０１０２】
上記炭化水素は、検体として好ましい。だが、上記検体は、長さ又は大きさが異なる任意のアルカン、アルケン、アルキン、又は、シクロアルカン、シクロアルケン、シクロアルキンであってもよい。
【０１０３】
上記炭化水素は、炭化水素燃料であることがさらに好ましい。
【０１０４】
好適な燃料としては、ガソリン、ディーゼル、灯油及び航空ガソリン（Ａｖｇａｓ）が挙げられる。
【０１０５】
本発明に係る検出方法の別の実施形態において、上記検体は、ベンゼン若しくはその誘導体、又は、ヘキサン若しくはその誘導体である。
【０１０６】
本発明に係る検出方法の別の実施形態において、上記検体は、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、アセトン、ホルムアルデヒド、ケトン、メタン、シアン化水素、又は、オゾンである。
【０１０７】
本発明に係る検出方法の別の実施形態において、上記センサは、検体と相互作用することにより、検出可能な物理的又は化学的変化を生じさせる酵素を含む。
【０１０８】
本発明に係る検出方法の別の実施形態において、上記検体は酵素であり、上記センサは当該酵素の基質を含み、当該酵素と上記検体とが相互作用することで、検出可能な物理的又は化学的変化が生じる。
【０１０９】
添付した下記図面を参照し、以下に記載する実施形態で本発明をさらに説明するが、これらは単なる例示にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明に係るホログラフィックセンサの製造方法によりホログラフィック反射型格子を製造するための記録機構を示す正面図である。
【図２】本発明の製造方法で製造したＰＤＭＳホログラムの、空気と混合したエタン、プロパン及びブタンに対する感度を示すグラフである。
【図３】本発明の製造方法で製造したＰＤＭＳホログラムの、ブタン／プロパン混合気体に対する感度を示すグラフである。
【図４】本発明の製造方法で製造したＰＤＭＳホログラムの、クロロベンゼン蒸気に対する感度を示すグラフである。
【図５】本発明の製造方法で製造したＰＤＭＳホログラムの、ヘキサン蒸気に対する感度を示すグラフである。
【図６】本発明の製造方法で製造したＰＤＭＳホログラムの、トルエン飽和蒸留水に対する感度を示すグラフである。
【図７】本発明の製造方法で製造した薄膜ＰＤＭＳホログラムの、エタノール水に対する感度を示すグラフである。
【図８】本発明の製造方法で製造したＰＤＭＳホログラムの、エタノールとメタノールとの混合物、及び、エタノール（５％水）とメタノール（５％水）との混合物に対する感度を示すグラフである。
【図９】本発明の製造方法で製造したポリＨＥＭＡ：ＥＤＭＡ：ＭＡＡホログラムの、ｐＨ変化に対する感度を示すグラフである。
【図１０】本発明の製造方法で製造したポリスチレンホログラムの、クロロベンゼン蒸気に対する感度を示すグラフである。
【図１１】本発明の製造方法で製造したＰＤＭＳ粒子ホログラムの、ヘキサン飽和水に対する感度を示すグラフである。
【図１２】本発明の製造方法で製造したデンプン−アクリルアミドホログラムの、α−アミラーゼに対する感度を示すグラフである。
【図１３】ＰＤＭＳホログラムの、ガソリン（無鉛蒸気）に対する感度を示すグラフである。
【図１４】アクリルアミドに固定化された酵素の反応を示すグラフである。
【図１５】ホログラムに固定化された酵素の、銀塩処理前後の酵素活性を示すグラフである。
【図１６】イソブテンに対するホログラム応答を示すグラフである。
【図１７】２２℃において、濃度の異なる各種気体に対するホログラフィック応答を示すグラフである。
【図１８】芽胞（又は胞子）の発芽に対するホログラフィック応答を示すグラフである。
【図１９】芽胞（又は胞子）を含まないホログラムのホログラフィック応答対照区を示すグラフである。
【図２０】低水分濃度の芽胞（又は胞子）の発芽に対するホログラフィック応答を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０１１１】
本発明では、必要に応じて、ガラス製又はプラスチック製の透明スライドを支持体として使用する。スライドは、前処理すなわち「下塗りされて（ｓｕｂｂｅｄ）」おり、上に重なるポリマー層の接着性が向上している。ポリマー層は、ホログラフィック構造を支持している。前処理の条件は、スライド材料及びその上に重なるポリマーによって異なる。多くの方法が当業者に公知であり、例えば、ガラスをシラン処理する方法や、表面に薄膜ポリマーをＵＶ若しくは熱により又は化学的に結合させる方法が挙げられる。使用される材料の組み合わせに最も適切な方法が選択される。
【０１１２】
次に、特定の検出用途用の所望のポリマー膜は、メイヤーバー法により、前処理されたスライドの上に積層される。一般的に、バーは１ｃｍ径の棒であり、その棒には０．５ｍｍ径のステンレスワイヤが一層にきつく巻かれ、適切な場所に溶接されている。概して、ポリマーは、繰り返し単位を例えば少なくとも５０個又は１００個有している一定構造のものであり、ホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。ポリマーは疎水性であっても親水性であってもよく、天然であっても合成であってもよい。
【０１１３】
本発明で用いられる一般的な疎水性ポリマーは、他の重合性モノマー又は架橋剤と組み合わされていてもよい以下の物質：合成ポリマーであるシロキサン、特にＰＤＭＳ、ポリスチレン、ポリオレフィン（低密度ポリエチレン、ポリメチルペンテン等）、フルオロポリマー（フッ素化エチレン−ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等）、ポリアラミド、ポリカーボネート、アクリルポリマー、メタクリレート、エポキシ樹脂（様々な等級の透明エポキシ化合物、例えば「アクアルージョン（ａｑｕａｌｕｓｉｏｎ）」等）、ポリアクリロニトリル、ポリアミド（ナイロン及びナイロン以外のポリマー）、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリビニルジエンクロリド、ポリビニルアセタール、ポリエステル、ポリビニルエステル、ポリエーテル、ポリビニルエーテル、ポリジアセチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、及び、ポリエチレンオキシドから選択される。本発明で用いられる一般的な親水性ポリマーは、他の重合性モノマー又は架橋剤と組み合わされていてもよい以下の物質：天然ポリマーであるゼラチン、デンプン又はアガロース、並びに、合成ポリマーであるポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アクリルポリマー（ポリヒドロキシエチルアクリレート等）、メタクリレート及び関連ポリマー（ポリヒドロキシエチルメタクリレート等）、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、クラウンエーテルの重合性誘導体のホモポリマー又はコポリマー、及び、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリメタクリルアミド又はポリアクリルアミドのエステル又はコポリマー又はターポリマー、及び、水酸化ポリアミドである。
【０１１４】
硬化後に得られる膜に耐久性及び不溶性を付与するために、前処理されたスライドを被覆するのに使用するポリマー溶液は化学的架橋剤を含んでいてもよい。あるいは、不溶性を付与するために、膜を乾燥させた後で架橋剤浴に浸してもよい。このような手順の一般的な例としては、少量のグルタルアルデヒドと微量の酸触媒とを含有したポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水溶液を塗布して、安定した架橋ＰＶＡ膜を形成する方法が挙げられる。
【０１１５】
ポリマー膜を形成する他の手法としては、適切な重合性モノマーの混合物を、熱開始剤、ＵＶ開始剤又は可視光開始剤、及び、必要に応じて溶媒と混合し、基板上でその場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で重合する方法が挙げられる。このような手法の一般的な例としては、アクリレート、メタクリレート又はアクリルアミド系モノマーのコポリマー又はターポリマーを、好ましくは一定量の架橋剤と混合して使用することにより、ホログラフィック構造を内部に支持可能な安定した不溶性膜を得る方法が挙げられる。
【０１１６】
成膜方法及び硬化後の工程に関わらず、基板に密着する安定したポリマー膜が得られる。乾燥膜厚は、概して５〜５０μｍ、好ましくは約２０μｍであるが、適切であれば薄くても厚くてもよい。
【０１１７】
成膜後、必要に応じて、スライドを適切な溶媒で洗浄して可溶性の残渣を取り除く。必要であればさらに化学誘導体化工程を行ってから、金属塩を導入して、ポリマー内にホログラフィック構造を形成する工程へ移ってもよい。
【０１１８】
例えば、ポリマーがＰＤＭＳであり、ポリマーマトリクス内に拡散される金属塩がペンタフルオロプロピオン酸銀（ＡｇＰＦＰ）である場合、まず、ハイドロキノンの２．２％又は０．２Ｍテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）溶液にスライドを約４５秒間浸す。その後、スライドをＡｇＰＦＰの２．７％又は０．１Ｍ  ＴＨＦ溶液で処理する。通常は、溶液の０．２ｍｌ小滴を清浄な水平面上にたらし、そのＡｇＰＦＰのＴＨＦ溶液の小滴にスライドのＰＤＭＳ側を下にして重ねる。すると、ＡｇＰＦＰのＴＨＦ溶液の小滴がスライドのＰＤＭＳ面に均一に広がる。スライドをそのまま約４５秒間静置してから取り出し、微温気流下、換気フード内で乾燥する。ペンタフルオロプロピオン酸銀が微減してＰＤＭＳ内にコロイド銀分散体が形成されるため、ＰＤＭＳのかすかな黄変がはっきりと確認される。
【０１１９】
ポリマー支持媒体内に生成したコロイド銀の量及び粒径の調整は、本発明の極めて重大な態様である。ポリマー内に形成された銀が少なすぎると、レーザーアブレーションにより反射型格子を形成するには吸収が不充分となる。ポリマー内に生成したコロイド銀が多すぎると、スライドが著しく不透明となり、膜を通過して鏡又は他の物体に達する光が充分でなくなり、反射され戻された光で反射型格子縞構造が形成できない。だが、この問題は一連の高速レーザーパルスを用いれば解決できる。初期パルスによってスライドがより透明になるため、その後のパルスがより効果的に機能し、戻ってきた物体光によってコロイド金属粒子をアブレーションして格子を形成できる。その結果、ポリマー内にホログラフィック反射型格子パターンを形成できる。
【０１２０】
コロイド金属塩粒子を適切な還元剤で処理すると、ポリマー内にコロイド金属分散体を形成できる。ペンタフルオロプロピオン酸銀や硝酸銀等の銀塩は、ハイドロキノン等の弱還元剤により容易に還元されてベースメタルとなる。一方、第一又は第二鉄塩、コバルト塩、銅塩、鉛塩及びスズ塩の場合は、金属の化学反応性が大きく、酸化しやすいため、水素化ホウ素リチウム又はナトリウム等のより強力な還元剤が必要である。
【０１２１】
例えば、過塩素酸銀やペンタフルオロプロピオン酸銀等といった銀塩の乾燥ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶液を、ＰＤＭＳ硬化樹脂の膜内に拡散する。その後、ハイドロキノンのＴＨＦ溶液等の弱還元剤で銀塩を還元し、硬化ＰＤＭＳ樹脂内にコロイド銀分散体を形成する。
【０１２２】
上記例に続き、ジクロロメタン（ＤＣＭ）３部とトリエチルアミン（ＴＥＡ）１部との混合物でＡｇＰＦＰを処理し、ＰＤＭＳ内にコロイド銀分散体を形成する。ＤＣＭとＴＥＡとの混合物は透明ガラス瓶に入れられており、瓶内の混合物量は、瓶底部を覆う程度である。瓶の蓋の中央にはスリットが入っており、ちょうどスリットを通ってスライドを投入でき、瓶底部にある混合物に直接濡れることなく容易に引き抜けるようになっている。
【０１２３】
混合物の成分は室温で揮発する。従って、スライドがスリットから投入されると、ＴＥＡ蒸気と接触して即座にスライドが黒変する。ＤＣＭは、ＰＤＭＳ膜上で膨潤助剤として作用し、ＴＥＡ蒸気の浸透率を上昇させる。ガラス越しに観察すれば、生成したコロイド銀の量を確認できる。スライド上のＰＤＭＳが濃黄／茶色を示しつつも、反応は進みすぎていないことが好ましい。ＰＤＭＳは、わずか数秒で濃黄／茶色となる。その後、スライドをガラス瓶から取り出してすぐにアセトン浴内で洗浄し、残った反応物の大半を取り除いて、ＰＤＭＳ及びコロイド銀分散体のみを残す。アセトン浴内で洗浄する際にコロイド銀の一部がＰＤＭＳからこしとられるが、これは、スライドの色が部分的に明るくなることで示される。残った反応物をスライドから洗浄できていないと、スライドのレーザーアブレーションに悪影響を及ぼし得る。
【０１２４】
本方法の還元工程は、種々異なる方法で実施できる。
ｉ）ＡｇＰＦＰを媒体内に拡散させる。媒体がＰＤＭＳの場合、塩から銀へ自発的に還元されることが分かった；
ｉｉ）ＡｇＰＦＰとハイドロキノン（ＨＱ）等の弱還元剤とを媒体内に同時に拡散させる；
ｉｉｉ）ＡｇＰＦＰとＨＱとをいずれかの順番で媒体内に順次拡散させる。ＨＱの後にＡｇＰＦＰを拡散させた方が好ましいことが分かった。
ｉｖ）ＴＨＦ溶媒内にＨＱとＴＥＡとを拡散させてから乾燥させると還元力が向上する。
ｖ）ＡｇＰＦＰの後にＨＱを拡散させてから、ＴＥＡ蒸気で処理する。ハイドロキノンの作用で塩から銀への還元が始まり、蒸気によってこの工程が加速され、還元がより完全なものとなる（従って、アブレーションされて、より明るいホログラムが形成される）。
ｖｉ）ＡｇＰＦＰを拡散させた後で液体状のＴＥＡを塗布し、さらにハイドロキノンを添加する。
ｖｉｉ）媒体に塗布する直前に、ハイドロキノンとアミンとの混合物を調製する。この場合、銀塩溶液を添加する前に混合物を塗布するのが好ましい。
【０１２５】
これらの方法で得られるコロイド銀粒子は、それぞれ密度及び大きさが異なる。ＨＱが弱還元剤であるため、ＴＥＡ等のアミンと組み合わせるとより効果的に還元できる。このことは目視で評価でき、媒体が濃琥珀色を示す場合に最良の結果が得られる。この色は、微細化した粒子が高密度で分散していることを表す（上記ｖ）参照）。媒体内のコロイド分散体の品質は乾燥率及び濃度に影響されるが、これらは通常の実験方法で測定できる。
【０１２６】
支持媒体内の金属塩を還元してコロイド金属分散体を形成する際は、図１に示す通り、所定の位置にスライドを配置してパルスレーザー処理を行う。平行ビーム（５〜１０ｍｍ）を用いて５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーの６ナノ秒の単一パルスをスライドに照射する。図１に示す通り、スライドは平面鏡に対して約７°傾けて配置され、平面鏡の軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）デニシューク反射型ホログラムを構成する。照射後、スライドは図１に示す方向へ動かし、別の部分にレーザーを照射する。同一のスライドにさらに照射して、スライド全体にレーザーを照射する。
【０１２７】
レーザーを、１０６４ｎｍの基本モード、５３２ｎｍの２倍波モード、又は、３５５ｎｍの３倍波モードで動作させる場合、上記アブレーションシステムを用いて反射型ホログラムを得ることができる。５３２ｎｍの２倍波モードを用いて、ホログラムが膨潤又は収縮していない乾燥状態で形成される場合にのみ、直ちに、乾燥した可視ホログラムが得られる。１０６４ｎｍの基本モード及び３５５ｎｍの３倍波モードを用いた場合、得られるホログラムは通常の可視領域外となる。これらのモードでは、ホログラムが機械で読み取られる必要がある。あるいは、ホログラムが裸眼で視認できるように、３５５ｎｍビームで形成された反射型ホログラムであれば照射後に、１０６４ｎｍビームで形成された反射型ホログラムであれば照射前に、支持媒体が膨潤していることが求められる。
【０１２８】
最初のホログラムが発明されて以来、銀塩が赤外（ＩＲ）光を感知できるようにする感光剤色素として適切なものはなかったため、デニシューク反射型ホログラムを記録する手段は明らかに欠如していた。また、フォトポリマーシステムの場合、この波長のＩＲ光によるラジカル光重合システムは実質的に不可能である。なぜなら、ポリマーを構成するモノマーに存在する典型的な炭素−炭素二重結合を壊すにはエネルギーが不充分なためである。しかしながら、本発明によって、ＩＲ光を用いて形成でき、かつ、ＩＲ光で再生できるデニシューク反射型ホログラムが得られる。本発明のこのような特徴は、隠しセキュリティ値（ｃｏｖｅｒｔ  ｓｅｃｕｒｉｔｙ  ｖａｌｕｅ）に利用できる。
【０１２９】
完成したホログラムは、適切なモニタリングフォーマットであればどのようなものにでも用いることができ、例えば、反射分光計、計量棒、光ファイバプローブ又はラベルが挙げられる。これらは単なる例示に過ぎない。
【０１３０】
本発明に係る製造方法で製造したセンサは、公知の方法で製造した反射型ホログラムに基づくセンサと何ら変わらない。従って、本発明に係る方法で製造したセンサの用途は、従来技術に開示された用途と同様である。しかしながら、本発明に係る製造方法で製造したセンサが疎水性支持媒体を備えていてもよいことから、より広範な検出用途に使用できることとなった。後述の実施例において、従来からのいくつかの検出用途とともに、これら新しい検出用途もいくつか説明する。
【０１３１】
本発明に係る方法で製造したセンサは、支持媒体がその物理的又は化学的環境と相互作用して、ホログラムの１つ以上の光学特性が変化する光学的応答を示すという原理に基づいて作動する。
【０１３２】
ホログラムを構成するポリマー材料の選択及び設計は、本発明の方法に従って製造したセンサの検体選択性検出能の鍵である。標的とする検体に応じて、様々な選択又は設計が適用でき、本明細書中では、例としてそのいくつかを記載している。しかしながら、本発明の範囲は非常に広く解釈されるべきであり、以下に記載したものに限定されないことを強調しておく。
【０１３３】
例えば、支持媒体の変化する物性がその体積であるようにポリマーを選択できる。所望の検体は、選択されたポリマー支持媒体のミクロ環境を変化させることで支持媒体の構造を変化させる。その結果、測定可能な体積変化が生じる。これは下記実施例１に例示している。そこでは、気体アルカン類、メタン、エタン、プロパン及びブタンをＰＤＭＳ系ホログラムに添加してホログラム縞を膨潤させることで、それに関連する色変化が生じており、この色変化は反射分光計で検出可能である。
【０１３４】
気体及び蒸気を感知する場合、疎水性又は親水性ポリマーの主鎖は、所望の気体又は蒸気に対してそのポリマーが良好な分配係数を有しているかに基づいて選択してもよい。酸素を感知するために、バスカ化合物やルテニウム−フェナントロリン錯体等の酸素用リガンドを支持媒体に添加してもよい。所望とされる他の気体及び蒸気としては、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、ベンゼン、ホルムアルデヒド、ケトン（アセトンを含む）、メタン、シアン化水素、及び、オゾン等が挙げられる。
【０１３５】
石油製品及び原油、食用油及び潤滑油、金属イオン、フェノール系化合物、並びに、ベンゼン系、硫黄系及びチオール系化合物等の炭化水素を感知する場合、非極性溶媒と混和性の疎水性ポリマーを使用してもよい。これは下記実施例２０及び２２に例示している。
【０１３６】
疎水性化合物は、血液及び他の生物流体（脂質、複合脂質及び他の疎水性材料の検出）、飲料及び食料（疎水性汚染物質及び油の検出、脂肪分等の測定）、並びに、水（疎水性の汚染物質及び炭化水素、脂質、疎水性付着物質等の検出及び測定）等の水性系内で検出できる。疎水性化合物は、水相から単に分配することで検出してもよく、あるいは、特定の疎水性材料を検出するように、選択したポリマーを官能化してもよい。
【０１３７】
あるいは、所望の検体と接触したら分解するポリマーを選択する手法もある。これは下記実施例１１に例示されており、極めて微量の水分を加えるだけで、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）支持媒体の分解が起こる。従って、ＰＶＡを支持媒体として含むセンサは、サンプル中の水分を検出するのに特に有用である。
【０１３８】
さらに他の手法としては、天然又は合成ポリマーを選択するか、あるいは、そのようなポリマーを１つ以上含む混合物を形成することが挙げられ、これらのポリマーは酵素又は関連酵素群により分解される。酵素がポリマーと相互作用すると、ポリマー膜の構造無傷性が徐々に低下し、ホログラムの反射スペクトルが変化して信号を発する。これは下記実施例１９に例示されており、そこでは、支持媒体の作製にデンプンを用いており、デンプン鎖を特異的に分解するα−アミラーゼ酵素を選択している。デンプンを他の炭水化物と置き換えれば、選択性が変化する。よって、デキストラン系ホログラムではデキストラナーゼを選択し、プルランホログラムではプルラナーゼ及びイソ−アミラーゼを選択する。他の種類のポリマーを用いれば、プロテアーゼ等、他の部類の酵素も標的とすることができる。
【０１３９】
ポリマー構造全体が標的酵素により分解される必要はない。ポリマー主鎖中の結合が部分的に開裂可能であればよい。あるいは、架橋部位が標的とされてもよい。この概念を発展させて、特定のプロテアーゼにより開裂される部位を含むペプチドスペーサーを有するもの等、より多くの架橋を含む支持媒体を設計してもよい。従って、このように設計した合成ポリマー膜は、特定のプロテアーゼに対して特異性を示すものであってもよい。
【０１４０】
あるいは、疎水性又は親水性のマトリクス上又はマトリクス内に酵素を固定化させてセンサを作製し、媒体嵩における変化に影響を与えてもよいし、又は、ホログラフィックマトリクス内に酵素を局在化させて、ホログラムの体積又は屈折率が変化することで検出できるようにしてもよい。あるいは、酵素阻害剤を検出できるようにセンサを作製してもよい。例えば、脂質の分解により疎水性支持媒体が膨張してホログラムが変化することによって、リパーゼ酵素を検出してもよく、又は、リパーゼが固定化されたホログラムに脂質を導入して、ホログラムに応答がなければ酵素が阻害されていることがわかるという具合に、リパーゼ阻害剤を検出してもよい。
【０１４１】
以下の実施例で示すように、ポリマー媒体に物理的に固定化された酵素は、本方法の重合工程、銀拡散工程及びアブレーション工程中であっても活性をいくらか保持できることが分かった。驚くべきことに、最も失活するのは重合工程中であるため、固定化酵素を用いて基質又は阻害剤を検出するためのセンサを作製することが可能となる。ポリマー媒体に酵素を固定化する方法は、実施例２１に示す。
【０１４２】
検体によって異なるが、検体と反応する材料をセンサ内に組み込み、検出可能な変化をその場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で生じさせることが望ましい。検出可能な変化としては、ｐＨ変化等の化学的変化、又は、体積変化等の物理的変化が挙げられる。検体は、例えば、センサ内又はセンサ上の酵素と反応してもよいし、又は、該酵素を阻害してもよい。
【０１４３】
短鎖ペプチドプロテアーゼ基質を膜のポリマー鎖に結合させることで、電荷変化メカニズムによる応答を起こすこともできる。例えば、最初は荷電していないペプチドがプロテアーゼによって開裂され、荷電した固定基を形成すると、荷電した固定基の数が増えることでポリマー膜が膨潤し、応答が起こる。これとは逆に、酵素的開裂によって荷電基が除去される状況も利用できる。この場合、ポリマー膜の収縮が観察される。このような概念は、適切に設計した基質を用いて他の部類の酵素にも拡大できる。
【０１４４】
本発明に係る製造方法で製造したセンサは、実施例２３で示すように、芽胞（又は胞子）の検出にも有用であることが分かった。
【０１４５】
本発明に係る製造方法で製造したセンサは、セキュリティ用途にも有用である。例えば、あるポリマーは弾性等を有しており（ＰＤＭＳ、ある等級の透明エポキシ樹脂等）、ポリマーを特定の軸方向に押し潰す又は伸ばすと、ホログラムを視認できる別の軸方向で膨潤又は収縮が起こり、画像が変化する。これは下記実施例７及び８に示している。
【０１４６】
さらに他の手法としては、ポリマー構造内に特定の分子受容体を導入しておき、問題の分子が結合した際にポリマーの体積が変化するといった手法も挙げられる。様々なメカニズムで応答を生じさせることが可能である。荷電基が受容体によりポリマー内に保持される場合、浸透性の膨潤を起こすこともできる。あるいは、検体の結合により受容体が二量化する場合、受容体同士が引きつけられてポリマー膜の収縮が起こりやすくなる。検体を分子受容体と結合させることによって、ポリマー鎖をねじることもでき、又は、ポリマー膜、好ましくは媒体、内の分子構造を変化させて、測定可能な体積変化を生じさせることもできる。
【０１４７】
より複雑なポリマー材料を設計してもよく、その場合、固定化された検体とその検体に対する分子受容体とが相互作用して、構造が少なくとも部分的に結合している。これにより、ポリマー構造内に物理的架橋が形成される。易溶性の検体を導入すると、分子受容体内の結合部位に対して固定化検体と競合して、膜の物理的架橋が減少することとなり、結果として膨潤が起こる。このような手法は、特に抗原／抗体相互作用、リガンド／結合タンパク質相互作用、及び、人工受容体と検体との相互作用を目的として、様々な材料及び検体を用いて採用してもよい。
【０１４８】
特定の検体を測定するために設計され得る様々な材料を実現するためには、上述したその場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）重合法が好ましい。なぜなら、得られるポリマー膜の特性を制御及び設計できるからである。特別に設計した固定化基質、受容体分子、架橋剤等は、他の好適なモノマーと共重合させることで容易に膜内に合成及び導入できる。膨潤度は、系内のモノマー又は架橋剤濃度を変えることで調整できる。従って、ホログラムの挙動を用途に合うように微調整でき、例えば、感度及びダイナミックレンジを調整できる。
【実施例】
【０１４９】
以下、実施例を参照しながら本発明をさらに説明する。
【０１５０】
（実施例１）
製造業者の説明書に従って、ＰＤＭＳ溶液（Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）を調製した。ポリマー及び硬化剤を１０：１（ｗ：ｗ）の割合で室温下、充分に混合し、溶液から気泡が消えるまで３０分間静置した。次に、清浄な顕微鏡スライドガラス上に溶液を２００μｌずつ分配し、ピペットチップの側面を使ってスライド表面に均等に広げた。その後、各スライド上の溶液を８０℃で２時間かけて硬化させた。
【０１５１】
別の方法としては、清浄なガラス面を所定の位置に配置し、ＰＤＭＳ溶液をその上面に分配し、メイヤーバー法で溶液膜を成膜することでスライドを調製してもよい。その場合、メイヤーバーは１ｃｍ径の棒であり、０．２ｍｍワイヤがきつく巻かれている。その後、ガラスシートを８０℃で２時間かけて硬化させた。
【０１５２】
次に、ペンタフルオロプロピオン酸銀（ＡｇＰＦＰ）の０．１Ｍ  ＴＨＦ溶液２００μｌを硬化ＰＤＭＳスライド上に分配し、ピペットチップを使ってＡｇＰＦＰ溶液をスライド表面に均一に広げることで、ＰＤＭＳ内に均一に拡散させた。続いて、スライドを温風気流（約４０℃）で充分に乾燥させ、ＰＤＭＳ膜内に銀粒子を析出させた。ＡｇＰＦＰがわずかに還元されてＰＤＭＳ内にコロイド銀分散体が形成されたため、ＰＤＭＳのわずかな黄変がはっきり確認された。
【０１５３】
瓶内でジクロロメタン（ＤＣＭ）とトリエチルアミン（ＴＥＡ）との３：１（ｖ：ｖ）混合蒸気にさらして、ＡｇＰＦＰをさらに還元し、ＰＤＭＳ内にコロイド銀分散体を形成する。ガラス越しに観察すると、コロイド銀の生成量を確認できる。スライド上のＰＤＭＳが濃黄／茶色を示しつつも、反応が進みすぎていないことが好ましい。ＰＤＭＳは、わずか数秒で濃黄／茶色となる。その後、スライドをガラス瓶から取り出し、すぐにアセトン浴で洗浄して、残った反応物の大半を取り除き、ＰＤＭＳ及びコロイド銀分散体のみを残す。
【０１５４】
支持媒体内で金属塩を還元してコロイド金属分散体を形成する場合、図１に示すように、スライド１０を所定の位置に配置してパルスレーザーで処理する。スライド１０に、平行ビーム（５〜１０ｍｍ）を用いて５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーの６ナノ秒の単一パルスを照射した。図１に示す通り、スライド１０は平面鏡に対して約７°傾けて配置され、平面鏡の軸外デニシューク反射型ホログラムを構成する。照射後、スライド１０を図１に示す方向に動かして、他の領域にレーザーを照射した。さらに同じスライドに照射して、スライド全体にレーザーを照射した。レーザーとしては、Ｑｕａｎｔｅｌ社（フランス）が製造し、「Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ  Ｂ」の商標で販売している５３２ｎｍで動作するＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いた。
【０１５５】
スライド１０を取り出し、目視により最良の格子領域を探し、８ｍｍ部分をダイヤモンド刃ガラススコアラー（ｇｌａｓｓ  ｓｃｏｒｅｒ）で小片に切断し、ツインセル「フロースルー」ガラスキュベットへ投入した。ツインセル「フロースルー」ガラスキュベットは２つの区画を有しており、それらは底部で小流路を介して接続されている。一方の区画に、ＰＤＭＳ支持媒体内にホログラフィック反射型格子を有するスライド小片を１つ投入し、ゼラチン溶液で作られた接着剤を用いてキュベット壁面のうちの１つに接着させた。ルアーテーパー型の穴を二つ有する厚いカバーガラスをキュベットの各区画に被せ、ゼラチン溶液で作られた接着剤を用いてキュベットを封止する。ツインセルキュベットを７０℃のオーブンに一晩放置し、接着剤を乾燥させる。カバーガラスによりキュベットが密封されると、６０ｍｌシリンジを用いてキュベットに気体サンプルを注入し、さらに、同様なシリンジを用いてキュベットに空気をスパージできる。ガラス地の小片を投入し、ゼラチン接着剤を用いてキュベット壁に接着する必要があるのは、ルアーフィットが狭すぎて標準的な「フロースルー」セルが使用できないからである。
【０１５６】
反射分光計にツインセルキュベットを投入した。白色光を照射すると、ＰＤＭＳ支持媒体内のホログラフィック反射型格子は緑色光を回折させる。
【０１５７】
メタン、エタン、プロパン及びブタンの各サンプルを空気と混合し、上述のツインセルキュベットに注入した。各混合物に対してＰＤＭＳ支持媒体内のホログラフィック反射型格子が示した感度を図２に示す。ＰＤＭＳ支持媒体内のホログラフィック反射型格子の膨潤度が反射分光計の感度閾値未満であったため、メタンは含まれていない。
【０１５８】
図３は、英国向けブローランプ用のガス缶から取り出した６５％ブタン及び３５％プロパンの混合物に対してＰＤＭＳ支持媒体内のホログラフィック反射型格子が示した感度を表す。
【０１５９】
エタン、プロパン及びブタンに対してＰＤＭＳ支持媒体内のホログラフィック反射型格子が示した著しい感度は、様々な用途に適用できると思われる。最も分かりやすいものとしては衛生安全分野が挙げられ、例えば石油精製所において、反射型ホログラムを支持しているＰＤＭＳを備えるセンサでガス漏れを検知することができる。
【０１６０】
（実施例２）
実施例１と同様にして、ＰＤＭＳ被覆スライドガラスを作製した。清浄なガラス面にハイドロキノンの０．２Ｍ  ＴＨＦ溶液２００μｌを分配した。清浄なガラス面に分配されたハイドロキノン溶液の上に、スライドガラスのＰＤＭＳ被覆面を載せ、ハイドロキノン溶液に約３分間浸した。その後、スライドを取り出し、冷風気流で乾燥させた。
【０１６１】
清浄なガラス面に、ペンタフルオロプロピオン酸銀の０．１Ｍ  ＴＨＦ溶液２００μｌを分配した。ＡｇＰＦＰ溶液上にスライドのＰＤＭＳ被覆面を載せ、ＡｇＰＦＰ溶液に約３分間浸した。その後、スライドを取り出し、黄褐色（ａｍｂｅｒ−ｂｒｏｗｎ）の銀沈殿物が視認できるまで温風気流で乾燥させた。
【０１６２】
実施例１と同様にして、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー２倍波ビームをスライドに６ナノ秒照射した。照射されたスライドの小片を、実施例１と同様にツインセルキュベットに投入し、クロロベンゼン蒸気（室温下でクロロベンゼンの瓶から取り出したサンプル）をツインセルキュベットに注入した。クロロベンゼンに対してＰＤＭＳ支持媒体内のホログラフィック反射型格子が示した感度を図４に示す。
【０１６３】
（実施例３）
実施例１と同様にして、ＰＤＭＳ被覆スライドガラスを作製した。ハイドロキノンの０．２Ｍ  ＴＨＦ溶液２００μｌをＡｇＰＦＰの０．１Ｍ  ＴＨＦ溶液２００μｌと混合し、清浄なガラス面に分配した。清浄なガラス面に分配した溶液の上に、スライドガラスのＰＤＭＳ被覆面を載せ、溶液をＰＤＭＳ膜に約３分間浸み込ませた。その後、実施例１と同様にして、スライドを温風気流で乾燥させレーザー光ビームを照射した。
【０１６４】
ヘキサン蒸気及びヘキサン飽和水に対してＰＤＭＳ支持媒体内のホログラフィック反射型格子が示した感度を図５に示す。また、キャンプ用ガス（ブタン：プロパン＝６：４）に対してＰＤＭＳ支持媒体内のホログラフィック反射型格子が示した感度を図６に示す。
【０１６５】
（実施例４）
各スライドの表面に塗布したＰＤＭＳ溶液の量が５０μｌのみである以外は、実施例１と同様にしてＰＤＭＳ被覆スライドガラスを作製した。残りの手順は実施例１と同様にして、ＰＤＭＳ支持媒体内にホログラムを作製する。
【０１６６】
このように薄いＰＤＭＳスライドを用いることで、エタノールの検出とエタノール中の水濃度の測定とを迅速に行える（図７参照）。こうして構成されたホログラムは、溶媒中の水に対する感度が非常に高く、水のパーセント濃度が低くてもホログラフィック反射型格子の膨潤が減少することが分かった。
【０１６７】
また、ＰＤＭＳをガラス上に塗布し、室温下、３日間かけて硬化させることで、別のホログラムを構成した。実施例１と同様にして、ＰＤＭＳ支持媒体内にホログラフィック反射型格子を形成した。エタノールとメタノールとの混合物に対して、及び、５％脱イオン（ＤＩ）水を含有するメタノールとエタノールとの混合物に対して、ホログラムが示した応答を図８に示す。
【０１６８】
（実施例５）
実施例１と同様にして、ＰＤＭＳ被覆スライドを作製し、実施例３と同様にして、スライドをハイドロキノン及びＡｇＰＦＰで処理した。数字の輪郭をアセテートシート上に写真複写して、フォトマスクを作製した。フォトマスクをスライド上に載置し、照射した。
【０１６９】
マスキングされたスライドに照射すると、アセテートシート上に印刷された数字で覆われていない領域にのみ、ホログラムが形成された。つまり、数字部分を透明なままにし、そこを除いてスライド全体を黒くした場合は、数字のホログラムが形成される。このように簡易なマスキング方法を用いれば、単語や単純な画像のホログラムがＰＤＭＳ支持媒体内に形成される。
【０１７０】
（実施例６）
実施例１と同様にして、ＰＤＭＳ被覆スライドを作製し、実施例３と同様にして、スライドをハイドロキノン及びＡｇＰＦＰで処理した。残りの手順は、平面鏡の代わりに単一の凹面鏡又は磨かれたボールベアリング（小型の凸面鏡）が配列されている面を使用した以外は、実施例１と同様にして、ＰＤＭＳ支持媒体内にホログラムを作製する。
【０１７１】
得られたホログラムのピーク反射を、実施例１と同様にして記録した。凹面鏡の中心におけるホログラムの初期ピーク反射は５３４ｎｍであり、凹面鏡端部でのピーク反射は５４４ｎｍであった。実施例２及び３と同様に、ホログラムは有機性蒸気に応答することが分かった。
【０１７２】
（実施例７）
実施例１と同様にして、ＰＤＭＳ溶液を調製した。ＰＤＭＳ溶液を、ポリスチレン製のペトリ皿に深さ１ｍｍとなるように分配した。ＰＤＭＳ溶液を６０℃で２時間かけてペトリ皿内で硬化させた。硬化したらペトリ皿を割り、硬化したＰＤＭＳシートを取り出した。硬化ＰＤＭＳの中央から６ｃｍ×２ｃｍの細片を切り出し、清浄なスライドガラスの表面に押しつけた。
【０１７３】
実施例３と同様にして、ＰＤＭＳ被覆スライド上にホログラムを構成した。再生波長は５３４ｎｍであった。その後、スライドガラスからＰＤＭＳ膜を取り外して（親指と人差し指とで両端部をつまんで）伸ばし、伸ばしたままでもとのスライドに押しつけた。再び波長を測定すると、４９１ｎｍであった。次に、伸ばしたサンプルを何の力も加えられていない元の状態に戻すと、波長は再び５３４ｎｍとなった。サンプルを伸ばして元に戻す動作を１０回繰り返したところ、いずれの場合も最初の反射波長に戻った。従って、伸張や圧迫等の様々な物理的刺激に対しても、ホログラムは波長応答を示した。
【０１７４】
（実施例８）
実施例７と同様にして、厚さ１ｍｍのＰＤＭＳ細片を作製し、ハイドロキノン及びＡｇＰＦＰで処理した。照射する前に、細片を親指と人差し指とでつまんで伸ばし、スライドガラス上に押しつけた。その後、ＰＤＭＳ細片を伸ばしたまま、実施例１と同様にしてスライドにレーザー光ビームを照射した。
【０１７５】
スライドから取り外すと、ＰＤＭＳ細片は何の力も加えられていない元の状態に戻る。白色光を照射すると、赤色光を屈折させ、再生波長は６５４ｎｍであることが分かった。ホログラムを伸ばすと再生波長はそれより短くなるが、元に戻すと、ホログラムは６５４ｎｍという初期波長に戻ることが分かった。従って、ポリマーゲルを物理的に伸張させれば再生波長を調整できる。
【０１７６】
（実施例９）
ポリメタクリル酸（ＰＨＥＭＡ）被覆スライド内に金属銀のホログラフィック反射型格子を作製し、国際公開第９９／６３４０８号（Ａ）に記載の手順に従って、色素感知性ハロゲン化銀乳剤を調製した。ホログラフィック反射型格子は、水溶液中ではっきりと視認できる。
【０１７７】
実施例１と同様にして、乾燥スライドを配置し、５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射した。スライドは所定の位置に約２分間置いておき、それからレーザービームを６ナノ秒照射した。レーザーを照射するとＰＨＥＭＡ膜内に反射型格子が形成され、白色光を照射すると緑色を示した。スライドを水溶液中に配置した場合、レーザービームでアブレーションされたＰＨＥＭＡ膜の１ｃｍ径のスポットは別として、元からあった反射型格子は視認できるままであった。ハロゲン化銀粒子をレーザーアブレーションして形成した反射型格子は、元からあった反射型格子の明るさに最低限の影響しか及ぼさなかった。
【０１７８】
スライドを乾燥させると、元からあった反射型格子はＵＶ領域に存在することとなり、レーザーアブレーションによる反射型格子は５３２ｎｍで再び視認できた。
【０１７９】
（実施例１０）
国際公開第９９／６３４０８号（Ａ）に記載の通り、ＵＶ光によるラジカル重合法でポリメタクリル酸スライドを作製した。硬化したＰＨＥＭＡポリマーは、２．５ｍｏｌ％のＥＤＭＡと６ｍｏｌ％のＭＡＡとを含有している。
【０１８０】
過塩素酸銀の０．３Ｍイソプロパノール溶液３００μｌを、清浄なガラス面に分配した。ＰＨＥＭＡ被覆スライドを、ポリマー側が下になるようにして溶液上に置き、過塩素酸銀に約４分間浸した。その後、スライドを取り出し、ポリマー被覆面を布又はティッシュでぬぐった。続いて、スライドを５％（ｗ：ｖ）臭化リチウムの６０％（ｖ：ｖ）メタノール水溶液に沈めた。１０分後、調製したばかりの２％水素化ホウ素ナトリウムのエタノール／水（１：１）溶液にスライドを浸すと、臭化銀及び過塩素酸銀残渣がすぐに還元されてコロイド銀粒子となった。
【０１８１】
スライドを水道水で充分にすすぎ、ｐＨ６．５のリン酸バッファ１５０ｍｍｏｌに１０分間浸した。その後、実施例１と同様にスライドを配置して、５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射した。得られたホログラムがｐＨ変化に対して示す感度を図８に示す。
【０１８２】
（実施例１１）
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（Ｍｏｖｉｏｌ  ３−８３、Ｈｏｅｃｈｓｔ社（ドイツ、ダルムシュタット））の１５％水溶液を調製した。酢酸を加え、溶液のｐＨを４．０に調整した。
【０１８３】
０．５Ｍハイドロキノン溶液０．１ｍｌを１５％ＰＶＡ溶液１ｍｌに加え、攪拌した。続いて、０．３Ｍ硝酸銀０．１ｍｌをＰＶＡ−ハイドロキノン混合物に加え、高速攪拌した。約２分間かけて、銀コロイドの割合が増加するにつれ、溶液の色が淡黄色から濃茶色へと変化した。実施例１と同様にして、メイヤーバーを用いてスライドガラス上に混合物を塗布した。いくつかのスライドではすぐに塗布を行い、別のいくつかのスライドでは５分遅れて塗布を行い、残りのスライドでは４時間遅れて塗布を行った。混合物の調製後すぐに塗布を行ったスライドを、温風気流で加熱した。スライドを配置し、レーザービームを照射する前の時点で、乾燥ＰＶＡ膜の黄色から茶色への色変化が確認された。５分遅れて塗布を行ったスライドは茶色を呈しており、４時間遅れて塗布を行ったスライドは著しく黒ずんで、明らかに曇っていた。水及び酢酸がスライドから蒸発すると、反応混合物中のハイドロキノンにより硝酸銀が還元されて銀粒子コロイドとなった。酢酸は、コロイド銀の形成率を調整するために必要であった。
【０１８４】
実施例１と同様に、５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射してホログラムを形成した。各ホログラムの再生波長は、一様に５３２ｎｍから５３５ｎｍの間であった。ホログラムは水蒸気に応答した。ＰＶＡ支持媒体の表面に水又はバッファを添加すると、支持媒体がすぐに溶解してホログラムが完全に失われた。わずかな量の水分がパターン状に添加された場合（例えば、指紋）でも、ホログラムがパターン状に失われることが分かった。
【０１８５】
Ｍｏｖｉｏｌ  ３−８３の代わりに、完全加水分解分子量型ＰＶＡであるＭｏｖｉｏｌ  ６６−１００を用いた以外は、上述と同様にして別のスライドを作製した。これらのスライドは、低分子量ＰＶＡであるＭｏｖｉｏｌ  ３−８３と高分子量ＰＶＡであるＭｏｖｉｏｌ  ６６−１００とを比較するために作製された。高分子量ＰＶＡであるＭｏｖｉｏｌ  ６６−１００に形成されたホログラムと、低分子量ＰＶＡであるＭｏｖｉｏｌ  ３−８３に形成されたホログラムとは、本質的に同じであることが確認された。従って、ＰＶＡグレードの分子量又は加水分解度は、形成されるホログラムの品質には関係しないと言える。
【０１８６】
（実施例１２）
４％ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）（分子量：約６００，０００）の水：イソプロパノール（９：１）溶液を調製した。ＰＥＯ溶液４００μｌに０．３Ｍ塩化銀１００μｌを加え、すぐに０．５Ｍハイドロキノン１００μｌを加えた。得られた混合物の１００μｌ試料を、清浄なスライドガラスの表面に均一に広げた。これを乾燥させると、銀粒子のコロイド懸濁液が得られた。実施例１と同様にして、スライドに５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射した。得られたホログラムは、実施例１１で得られたＰＶＡ内のホログラムと同様の挙動を示した。
【０１８７】
（実施例１３）
セルロース透析管の細片を、標準的な透明スライドガラスで挟むことができるような約７ｃｍ×２．５ｃｍ（ｌ×ｗ）の単一膜細片となるよう切断した。セルロース膜を塩化第一鉄の０．２Ｍ水溶液に約１分間浸した。次いで、膜をろ紙でぬぐい、微温気流で乾燥させた。
【０１８８】
水素化ホウ素ナトリウム０．４ｇを氷冷脱イオン水１００ｍｌに溶かし、強還元溶液を調製した。乾燥させた膜をすぐ還元溶液に浸したところ、接触とともに黒ずんだ。膜が黒ずんだのは、還元された鉄の超微粒子が形成されたためと思われる。コロイド鉄粒子がすぐに酸化してしまうのを抑えるため、ピンセットを使って膜細片を還元溶液から取り出し、強い熱風を吹き付けて出来る限り早く乾燥させた。還元溶液がまだ最初は膜上に存在していて、コロイド鉄粒子が空気中で酸化するのを防いでいるにもかかわらず、膜を充分に乾燥させて急速な酸化を防ぐ前に、膜の色がかなり薄くなるか、又は、漂白されてしまった。
【０１８９】
膜を標準的な透明スライドガラスで挟み、実施例１と同様にして配置し、５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射した。ビーム径を約４ｍｍに絞る必要があると分かった。照射時間は６ナノ秒であった。鉄粒子を用いて必要なアブレーション効果を得るためには、銀粒子の場合よりも強いエネルギーが必要であると思われた。
【０１９０】
塩化第一鉄以外の金属塩を用いたホログラフィック反射型格子も形成した。すなわち、コバルト、銅、スズ及び鉛粒子をレーザーアブレーションして、ホログラフィック反射型格子を形成した。ホログラフィック格子の形成に用いた金属塩は以下の通りである：塩化コバルト（ＣｏＣｌ２）の０．２Ｍ水溶液；塩化銅（ＣｕＣｌ２）の０．１Ｍ水溶液；０．１Ｍ塩化スズ（ＳｎＣｌ２）の０．１Ｍ塩酸溶液；及び、過塩素酸鉛（Ｐｂ（ＣｌＯ４））の０．２Ｍ溶液。
【０１９１】
実施例２及び３と同様に、ホログラムは有機性蒸気に応答することが分かった。
【０１９２】
（実施例１４）
ポリスチレン（スタイロフォーム）をクロロベンゼン溶液（１：１０；ｗ：ｖ）に溶解させ、この溶液２００μｌを清浄なスライドガラス上に分配した。クロロベンゼンがスライドから蒸発すると、スライド上に透明ポリスチレン膜が残った。
【０１９３】
ＡｇＰＦＰの０．２Ｍ  ＴＨＦ溶液１００μｌをスライド面に分配し、乾燥させた。続いて、スライドをエタノールアミン蒸気にさらした。これにより、ポリスチレン膜内にコロイド銀分散体が形成される。実施例１と同様にして、５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーをスライドに照射した。得られたホログラムがクロロベンゼン蒸気（５０ｍｌ、溶媒瓶のヘッドスペースから室温下で採取）に対して示す感度を図１０に示す。ホログラムは、蒸気が当たるとすぐに膨張し、空気が当たるとすぐに元の大きさに収縮した。
【０１９４】
（実施例１５）
厚さ５０μｍの低密度ポリエチレンシートを、密封容器中、３０℃で最大２０分間、ＡｇＰＦＰの０．３Ｍ  ＴＨＦ溶液に浸した。取り出す際は、ポリエチレンシートを冷風（室温）気流で乾燥させた。その後、ハイドロキノンの０．５Ｍ  ＴＨＦ溶液に４０分間浸して、ポリエチレンシート内に薄い銀沈殿物を形成した。ポリエチレンシートを温風気流で乾燥させ、二枚のスライドガラスの間に配置した。その後、実施例１と同様にして、５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射した。
【０１９５】
得られたホログラムは、水、アルコール、アセトン、及び、それらから発生する蒸気には全く応答しなかった。しかしながら、クロロベンゼン蒸気が添加されると、ホログラムはわずかに膨潤したものの（５３３ｎｍから５６９ｎｍ）、その後見えなくなった。
【０１９６】
（実施例１６）
実施例１と同様にしてＰＤＭＳ溶液を調製し、清浄なスライドガラス表面に滴下した（一度に約１０〜３０μｌ）。スライドをすぐオーブンに入れ、６０℃で硬化させた。硬化後、実施例３と同様にして、半球形となったＰＤＭＳ液滴内に銀沈殿物を形成した。スライドをアセトンですすぎ、乾燥させ、実施例１と同様にして、５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射した。
【０１９７】
ＰＤＭＳ液滴内に作製されたホログラムは約５３２ｎｍで明るく反射した。波長は、半球体が元のスライドガラスに付着したままで測定することも、取り除いた状態で測定することもできる。ヘキサン飽和水に対してホログラムが示した感度を図１１に示す。粒子状ホログラムのこのように単純な作製方法を改変して、縞状や渦巻き状等の様々な形状を有するホログラムを作製することができる。
【０１９８】
（実施例１７）
０．５ＭＡｇＰＦＰのクロロベンゼン：ＴＨＦ（１：１；ｖ：ｖ）混合溶液１０ｍｌを含む密栓瓶の中で、ポリ二塩化ビニル（ＰＶｄＣ）膜１ｇを５０℃に加温した。３０分後、得られた混合物２００μｌを清浄なスライドガラス面に分配し、スライドを乾燥させた。実施例１と同様にして、スライドに５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射し、５３３ｎｍの弱波長で反射する弱い回折格子を形成した。
【０１９９】
（実施例１８）
ＡｇＰＦＰの０．１Ｍ  ＴＨＦ溶液の代わりに塩化金の０．３％ＴＨＦ溶液を使用した以外は、実施例１に記載の方法に従って、ＰＤＭＳ内にホログラムを作製した。ＰＤＭＳ膜内には、モーブ色の金コロイドがすぐに形成された。実施例１と同様にして、スライドに５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射すると、良好な反射型格子が形成された。
【０２００】
（実施例１９）
デンプン（カテゴリ番号：Ｓ５６５１、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社）１ｇを脱イオン冷水９ｇに加え、水浴中で約９０℃まで加熱し、溶液を連続的に攪拌した。熱源を取り除く際、攪拌したデンプン水溶液にアクリルアミド１．５ｇとメタクリルアミド０．５ｇとを添加し、溶解させた。攪拌した温溶液にメチレンビスアクリルアミド０．１５ｇを添加し、溶解させた。溶液が室温に達したら、ラジカル発生剤として２，２’アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロリド（Ａｌｄｒｉｃｈ、カテゴリ番号：４４０９１４）３０ｍｇを加えた。
【０２０１】
得られた溶液の小滴０．１ｍｌを金属化ポリエステルシートのアルミニウム被覆側にピペットで添加し、溶液の小滴上に、トリメトキシプロピルメタクリレートを下塗りしたスライドを置き、溶液がスライドを被覆するように押しつけた。被覆されたスライドを、水平に配置した２本の１５Ｗ「Ｂｌａｃｋ  ｌｉｇｈｔ」（ＯＳＲＡＭ社）管から４インチのところに配置し、ＵＶ光を１時間照射した。
【０２０２】
光学濃度が約０．７〜１．２であるコロイド銀分散体を、スライド上の架橋被膜内に堆積させた。コロイド銀分散体は、硝酸銀の０．２Ｍ第一溶液と０．５％酢酸を含有したハイドロキノンの０．２５Ｍ第二溶液とを同体積ずつ混合し、得られた溶液の０．２ｍｌ液滴をガラスシート上に配列させることによって、架橋被膜中に堆積させた。被覆スライドを各液滴上に配置し、溶液がスライドを被覆するように押しつけた。約１分後にスライドを取り除き、余分な溶液を表面からぬぐった。溶液で膨潤したままのスライドをそれぞれ、アルカリ性トリエチルアミン蒸気の入った透明容器に入れた。スライドはすぐに黒ずみ、銀の密度が充分になったらすぐに取り出した。ハイドロキノン及びアルカリ性トリエチルアミン蒸気が関与する化学的還元により、コロイド銀分散体が形成された。黒ずんだスライドを水ですすぎ、次いで、α−アミラーゼ酵素の活性を阻害し得る余分な銀塩を取り除くために、チオ硫酸ナトリウムの２０％攪拌溶液（すなわち、写真「定着」液）中で２０秒間すすいだ。
【０２０３】
酵素に対してデンプンが示す感度を維持できるように、スライドをもう一度水ですすぎ、湿った状態を保った。スライドが乾燥すると、酵素溶液に対してスライド上の基質が示す感度が大きく減少することが分かった。いずれの場合でも、５３２ｎｍで記録可能なホログラフィック反射型格子とし、且つ、その後、α−アミラーゼ用センサとして使用した場合に、支持媒体又は基材が略同じ程度に膨潤することにより、バッファ溶液中において略同じ波長で再生可能なホログラフィック反射型格子とするためには、スライドが湿って膨潤した状態にある際にレーザーアブレーション工程を実施することが必要であった。
【０２０４】
実施例１と同様にして、スライドに５３２ｎｍで動作させたＮｄ：ＹＡＧレーザーを照射した。続いて、得られたホログラムをα−及びβ−アミラーゼの試料にさらした。ホログラムは、α−アミラーゼには応答して不可逆的に収縮したものの、β−アミラーゼには全く応答しなかった。α−アミラーゼに対するホログラムの応答を図１２に示す。
【０２０５】
（実施例２０）
実施例１に記載の通り、ＰＤＭＳ被覆スライドガラスを作製した。ハイドロキノンの０．２Ｍ  ＴＨＦ溶液２００μｌをＡｇＰＦＰの０．１Ｍ  ＴＨＦ溶液２００μｌと混合し、清浄なガラス面に分配した。スライドガラスのＰＤＭＳ被覆面を清浄なガラス面の溶液上に載せ、溶液をＰＤＭＳ膜に約３分間浸み込ませた。その後、スライドを温風気流で乾燥させ、実施例１に記載の通り、レーザー光ビームを照射した。
【０２０６】
標準的な無鉛石油を１リットル瓶に入れ、深さ１ｃｍの層を形成した。瓶内部を厚手の吸収紙で覆い、液状石油を吸わせて、瓶内の空気を蒸気飽和させた。蒸気試料は、細い可撓管を介して６０ｃｃシリンジに吸い出した。シリンジに引き込まれた最大体積は５０ｃｃであった。実施例１に記載の通り、約１分かけて、反射分光計に配置したツインセルキュベットに試料を注入した。より少量の石油蒸気試料は、１リットル瓶から引き抜いて大気と混合し、５０ｃｃ試料量としてからツインセルキュベットに注入した。石油蒸気に対してホログラムが示した感度を図１３に示す。
【０２０７】
（実施例２１）
１．酵素固定化ポリアクリルアミド膜の調製
アクリルアミド及びメタクリルアミド（主鎖）、メタクリル酸、メチレンビスアクリルアミド（架橋剤）、ＡＰＳ（開始剤）、及び、ＴＥＭＥＤ（開始剤の触媒）を含有するアクリルアミドポリマー混合物２３０μｌをアルミホイルの非導電側に添加し、この液体を作製したスライドガラスに被覆し、アクリルアミドポリマーを調製した。重合前に、溶解したアセチルコリンエステラーゼ酵素をポリマー混合物に加えた。室温（２５℃）で２時間重合した後、スライドをホイルからはがし、蒸留水で洗浄した。ポリマーを過塩素酸銀溶液（０．５Ｍのイソプロパノール／水＝１：１（ｖ／ｖ）溶液）１５０μｌに５分間浸した。余分な銀を微細ペーパータオルでぬぐって、温風で６０秒間乾燥させた。Ａｇ＋を還元して銀元素にするため、ポリマーのスライドを５％（ｗ／ｗ）ＬｉＢｒ溶液（蒸留水：イソプロパノール＝６：４）に３０秒間、次いで調製直後の水素化ホウ素ナトリウム溶液に３０秒間浸した。最後に、スライド上のポリマーを水で洗浄した。
【０２０８】
２．膜の酵素活性
実験中は、固定化酵素を有するポリマーをｐＨ７の１ｍＭリン酸バッファ中で保存した。別の製造工程後のセンサの酵素活性を調べるため、すでに非酵素ホログラムを収容しているキュベットの反対側に、酵素含有ポリマー細片を入れた。この第二のホログラムを使用して、キュベットに基質を添加した後のｐＨ変化による波長シフトを記録して酵素活性を測定した。
【０２０９】
アクリルアミドポリマーには酵素活性が残っている：波長変化率は〜１．５８ｎｍ／分であって、これは〜０．０１ｐＨ単位／分に対応し（図１４）、酵素が活性を有することを示す。
【０２１０】
３．ホログラムの構成及び試験
銀−ポリマー及び酵素の第三のスライドを、チオ硫酸ナトリウムで処理した。次いで、図１の構成において、固定化酵素を含むポリマー膜をＮｄ：ＹＡＧレーザー（５３２ｎｍ）でアブレーションした。酵素を含まない第四のスライドは、ｐＨ変化による波長シフトを測定するのに使用した。アセチルコリンに応答して得られる、アブレーション前後のスライドの波長シフトを図１５に示す。図１５から、アブレーションにより酵素活性が失われているものの、充分に検出できる程度の活性（０．１４ｎｍ／分）は残っていることが分かる。
【０２１１】
（実施例２２）
１．センサの製造
ＰＤＭＳ及び硬化剤を１０：１の割合で充分に混合し、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ  Ｓｙｌｇｒａｄ  １８４（Ｒ）、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社）を調製した。続いて、ＰＤＭＳをメイヤーロッド＃１４（Ｍａｙｅｒ、１９１２）で広げ、厚さ３２μｍの湿潤膜を形成して、顕微鏡スライドガラスを被覆し、最後に、予熱したオーブンを使い、７０℃で２時間乾燥させた。ペンタフルオロプロピオン酸銀（ＡｇＰＦＰ、０．２μＭ）及びハイドロキノン（ＨＱ、０．１μＭ）をそれぞれテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解させた溶液各２００μｌを、ＰＤＭＳ膜上に同時に塗布した（ピペットチップで広げた）。塗布後に溶媒が蒸発したら、膜を熱風気流下で１分間乾燥させ、エタノールで洗浄して余分な銀粒子を取り除いた。熱風気流下で再度１分間乾燥させ、静置冷却した。銀粒子を含む膜は、第二高調波（５３２ｎｍ）で動作させるＮｄ：ＹＡＧパルスレーザービームに対して垂直な鏡面に対し、約７°の傾きをもって配置する。ＰＤＭＳ面上のホログラムに対して、約１ｃｍスポットでレーザーを２回照射した。
【０２１２】
２．イソブタン検出及び再現性
密閉キュベット内にセンサを配置し、６０μｌシリンジを用いて濃度１００％のイソブタンをセンサに通過させた。次いで、キュベットを大気に対して開放して空気をフラッシュした。この工程を３回繰り返した。その結果、再現性は良好で、感度の低下もなかった（図１６）。
【０２１３】
３．その他の気体
その他の気体でも、大気中濃度に応じて線形挙動を示すことが確認された。これらを図１７に示す。
【０２１４】
（実施例２３）
２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）９１．５ｍｏｌ％、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＤＭＡ）２．５ｍｏｌ％、及び、メタクリル酸（ＭＡＡ）６ｍｏｌ％を含むモノマー溶液２５０μｌを、ラジカル開始剤である２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン（ＤＭＰＡ）２５０μｌ  ｌ％（ｗ／ｖ）と混合する。続いて、芽胞懸濁液（Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍｅｇａｔｅｒｉｍ野生種；２×１０９／ｍＬ）１２０μｌ、ＵＨＰ水８０μｌ、及び、５０ｖｏｌ％Ｔｗｅｅｎ８０（０．２２μＭフィルタで濾過）３０μｌを混合物に添加する。
【０２１５】
上述の混合物２００μｌを、アルミホイルの導電側にピペットで添加する。シラン処理したスライドガラスに液体を被覆した。ＵＶ光を１５分間照射して重合した。次いで、スライドをホイルからはがし、少量のエタノール及びいくらかの蒸留水で洗浄する。その後、芽胞を含むポリマー膜を氷上に置く。
【０２１６】
スライドを冷風で乾燥させる。続いて、ポリマー膜を０．１５Ｍ過塩素酸銀溶液（蒸留水：イソプロパノール＝１：４溶液）２００μｌに３分間浸す。余分な銀を微細ペーパータオルで丁寧にぬぐい、ヘアドライヤーで５秒間乾燥する。その後、スライドをＬｉＢｒ溶液（６０ｇのＬｉＢｒを３００ｍＬのメタノール及び２００ｍＬの水に添加）に３０秒間浸す。水で洗浄後、調製したばかりの水素化ホウ素ナトリウム溶液（０．３ｇの水素化ホウ素ナトリウムを５０ｍＬのエタノール及び５０ｍＬの蒸留水に添加）にスライドを１５秒間浸す。最後に、スライドを水に入れ、２倍波（５３２ｎｍ）のＮｄ：ＹＡＧレーザーのパルスを２度連続して照射する。
【０２１７】
２５ｍＭ  ＧＰＬＫ溶液を加えて芽胞の発芽を開始した。ＧＰＬＫ溶液は、５ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌバッファで処理してｐＨを７．８に調整したものである。
【０２１８】
得られた波長変化を図１８に示す。波長シフトは、ＣＡ−ＤＰＡ発芽生成物に起因してホログラム中のプロトン濃度が増加することで起こる。
【０２１９】
また、芽胞を含まないホログラム対照区を構成した。これは、図１９に示す挙動を示した。
【０２２０】
さらに、芽胞懸濁液（４．８×１０９／ｎＬ）５０μｌ及び５０ｖｏｌ％Ｔｗｅｅｎ８０（０．２２μＭフィルタで濾過）３０μｌを使用し、水は加えないこと以外は同様にして、別の実験を行った。結果を図２０に示す。水分量が少ないと、より大量の発芽がより速く起こり、その後、より早く基準線まで戻る（発芽が停止する）と考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年6月9日(2011.6.9)
【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】
反射型ホログラムを支持する支持媒体を備えるホログラフィックセンサの製造方法であって、
前記支持媒体は、その物理的又は化学的環境と相互作用して、前記ホログラムの１つ以上の光学特性が変化する光学的応答を示すものであり、
前記方法は、
ａ）記録材料のコロイド分散体を前記支持媒体内に導入する工程、及び、
ｂ）前記記録材料のコロイド粒子をパルスレーザーでアブレーションし、前記支持媒体内にホログラフィック素子を形成する工程
を含む方法。
【請求項２】
前記支持媒体は疎水性ポリマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマーは、他の重合性モノマー又は架橋剤と共重合していてもよい以下の物質：シロキサン、ポリスチレン、ポリオレフィン、フルオロポリマー、ポリアラミド、ポリカーボネート、アクリルポリマー、メタクリレート、スチレン及び置換スチレン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリビニリデンクロリド、ポリビニルアセタール、ポリエステル、ポリビニルエステル、ポリエーテル、ポリビニルエーテル、ポリジアセチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、及び、ポリエチレンオキシドから選択される疎水性合成ポリマーである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記支持媒体はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記支持媒体は親水性ポリマーである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマーは、他の重合性モノマー又は架橋剤と共重合していてもよい以下の物質：ゼラチン；デンプン；アガロース；ポリビニルアルコール；ポリビニルピロリドン；アクリルポリマー；メタクリレート；ポリアクリルアミド；ポリメタクリルアミド；クラウンエーテルの重合性誘導体のホモポリマー又はコポリマー；及び、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリメタクリルアミド又はポリアクリルアミドのエステル又はコポリマー又はターポリマーから選択される親水性ポリマーである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリマーは架橋されている、請求項２〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記支持媒体は受容体を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記記録材料は金属である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属は、銀、金、鉄、銅、スズ、ニッケル及び鉛から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記コロイド金属分散体は、金属塩溶液を前記支持媒体内に拡散させ、その後、その金属塩を化学的に還元して、前記コロイド金属分散体を形成することにより、その場で調製される、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記コロイド金属分散体は、金属塩溶液を化学的に還元することにより事前に調製され、その後、拡散させることにより前記支持媒体内に導入される、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記パルスレーザーでアブレーションされた金属粒子の粒径は、そのパルス照射に使用された光の波長より実質的に小さい、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記アブレーションされた金属粒子の粒径は、５０ｎｍ以下である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ホログラムの１つ以上の光学特性の変化は、前記支持媒体の物性変化に起因し、前記物性は、前記支持媒体の大きさ、形、密度、粘度、強度、硬度、疎水性、親水性、膨潤性、無傷性若しくは分極率、又は、前記支持媒体内の電荷分布である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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