マイクロ電子センサデバイス

专利摘要:
本発明は、入射放射に応答して、媒体内に目標成分を含む検出体積にエバネセント放射を供給する光学デバイスに関するもので、該検出体積は回折限界よりも小さい少なくとも１つの面内寸法Ｗ１を有する。上記回折限界は上記放射の波長及び媒体により定まる。上記エバネセント放射は、上記回折限界よりも小さな最小面内開口寸法Ｗ１を持つ開口画定構造により供給される。上記検出体積は斯かる開口画定構造の間に設けられる。該開口画定構造は、更に、最大面内開口寸法Ｗ２を定め、該最大面内開口寸法は前記回折限界よりも大きい。当該光学デバイスに入射する或る波長を有すると共に面外垂直方向とは平行でない入射方向を有する放射のビームを放出するために光源が設けられ、当該光学デバイスに入射する該放射に応答して上記検出体積にエバネセント放射を供給する。入射面は上記最大面内開口寸法と平行である。
公开号:JP2011508232A
申请号:JP2010540198
申请日:2008-12-18
公开日:2011-03-10
发明作者:デルク；ジェイ；ダブリュ クルンデル
申请人:コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ；
IPC主号:G01N21-27

专利说明:

[0001] 本発明は、目標成分を検出するためのマイクロ電子センサデバイスに関する。]
背景技術

[0002] 不均一分析（inhomogeneous assay）においては、目標生分子の濃度は、センサ表面で結合された目標生分子又はビード（目標生分子を表す）の表面濃度を測定することにより決定することができる。一例として、結合表面（基板）が目標分子により覆われる競合的分析（competitive assay）を考えることができる。ビードは、固有の（目標分子に対して）抗体により覆うことができ、目標分子を含む流体内に分散される。抗体により覆われたビードに対して結合するために、当該試料内の自由な目標分子はセンサ表面上の固定された目標分子と競合する。低濃度の場合、抗体がセンサ表面上で目標分子と結合する見込みは、抗体が当該溶液中の目標分子と結合する見込みよりも高い。斯かる基板で結合されたビードの表面濃度を測定することにより、目標分子の濃度を決定することができる。しかしながら、該濃度の正確な測定は、溶液中のビードに対して十分に不感な高度に表面に固有な検出方式を必要とする。従来技術のセンサは、センサ表面上の準回折限界開口（sub diffraction limited apertures）、特には、回折限界より大きな最大面内開口寸法及び回折限界より小さな最少面内開口寸法を定める開口画定構造を持つ所謂ワイヤ格子を照明することにより発生されるエバネセント場モード（evanescent field mode）を利用している。典型的には、前記ビードの検出体積は上記開口画定構造の間に設けられ、かくして、ビードはエバネセント場モードとの電磁的相互作用により、例えばビードの存在による当該センサの反射度／透過度の変化又は検出可能な放射（例えば、発光放射）を生じる。通常、ワイヤ格子型バイオセンサの感度は、入力／励起パワーのうちのエバネセント検出体積に結合される割合に依存する。当該照明が表面法線に対して或る角度を持つような照明モードでは、検出体積に結合されるパワーは減少される。]
発明が解決しようとする課題

[0003] 目標成分を検出するために一層高い輝度を使用することを必要とすることなく、励起効率を上昇させたいという要望が存在する。]
課題を解決するための手段

[0004] 一態様によれば、入射放射に応答して、媒体内に目標成分を含む検出体積にエバネセント放射を供給する光学デバイスが提供され、上記検出体積は回折限界よりも小さい少なくとも１つの面内寸法（Ｗ１'）を有する。上記回折限界は上記放射の波長及び上記媒体により定められ、上記エバネセント放射は上記回折限界よりも小さな最小面内開口寸法Ｗ１を持つ開口画定構造により供給され、上記検出体積は上記開口画定構造の間に設けられる。該開口画定構造は、更に、最大面内開口寸法Ｗ２も定め、該最大面内開口寸法は前記回折限界よりも大きい。或る波長を持つ放射のビームを面外垂直方向とは異なる入射方向を持つように案内するために導光デバイスが設けられ、当該光学デバイスに入射する上記放射に応答して上記検出体積にエバネセント放射を供給する。上記導光デバイスは、前記最大面内開口寸法及び面外垂直方向に沿うような入射面を形成するように配置される。]
[0005] 他の態様においては、開口内に形成される検出体積内の目標成分を検出する方法が提供され、該方法は、前記光学デバイスに入射する或る波長を有すると共に面外垂直方向とは異なる入射方向を持つ放射のビームを放出するステップと、入射放射に応答して、媒体内に目標成分を含む検出体積にエバネセント放射を供給するステップとを有し、前記検出体積は前記放射の波長及び前記媒体により定まる回折限界よりも小さな少なくとも１つの面内寸法Ｗ１を有し、前記エバネセント放射は前記回折限界よりも小さな最小面内開口寸法Ｗ１を持つ開口画定構造により供給され、前記検出体積は前記開口画定構造の間に設けられ、該開口画定構造は更に前記回折限界より大きな最大面内開口寸法Ｗ２を定める。前記光源から放出される前記入射放射に応答して、前記検出体積内に存在する前記目標成分からの放射が検出される。入射面は、前記最大面内開口寸法及び前記面外垂直方向に沿うように配置される。]
図面の簡単な説明

[0006] 図１は、マイクロ電子センサデバイスの構成を示す。
図２は、図１のセンサデバイスに入射するフィールド分布の詳細を示す。
図３は、本発明による一実施例の概要を示す。
図４は、種々の入射面に対する励起効率のグラフを示す。
図５は、好ましい実施例による入射光の光線経路を概念的に示す。
図６は、ガラス空気界面に入射する偏光された光の強度反射係数を示す。
図７は、本発明の一態様による好ましい実施例を概念的に示す。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７
実施例

[0007] 本発明の上記及び他の態様は、以下に説明する実施例から明となり、斯かる実施例を参照して解説される。]
[0008] 本発明によるマイクロ電子センサデバイスは、目標成分を定性的又は定量的に検出するように作用し、その場合において、目標成分は例えば生分子（biomolecules）、複合体（complexes）、細胞分画（cell fractions）又は細胞等の生物学的物質とすることができる。"ラベル及び／又は粒子"なる用語は、何らかの特性（例えば、光密度、透磁性、電荷等）を持つ粒子（原子、分子、複合体、ナノ粒子、マイクロ粒子等）を示すものとする。例えば、目標成分は、発光性であるか、又は検出可能な媒体屈折率より大きい若しくは異なる屈折率を定めることができ、これにより関連する目標成分の存在を間接的に明らかにする。]
[0009] "目標成分"と"ラベル粒子"とは同一とすることができる。更に、本発明の一態様によるマイクロ電子センサデバイスは下記の構成要素を有することができる。]
[0010] ａ）当該センサには、回折限界（diffraction limit）より小さな第１最小面内開口寸法（Ｗ１）を持つような複数の開口画定構造が設けられ、この場合、上記回折限界（Ｗmin）は目標成分を含む媒体によって、



により定義され、ここで、λは真空中での波長であり、ｎmediumは当該ワイヤ格子の前における媒体の屈折率である。]
[0011] 好ましい実施例において、上記開口画定構造は、透明でない材料（幾つかの例は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属である）の厚板に対して平行な第１及び第２面内ベクトルを定める。第１（最小）面内開口寸法は上記第１面内ベクトルに平行であり、第２（最大）面内開口寸法は上記第２面内ベクトルに平行である。]
[0012] 更に、当該開口は上記回折限界より大きな第２面内寸法Ｗ２を定める一方、上記第１面内ベクトル並びに上記第１及び第２面内ベクトルに対して垂直な第３ベクトルからなる透過面が存在すると共に、第２面内ベクトル及び上記第３ベクトルからなる反射面が存在する。上記透過面に直交するような電界を持つ光であるＲ偏光入射光は、前記開口画定構造により実質的に反射され、当該開口内でエバネセント場（evanescent field）を発生する。１以上の開口の透過面に平行な電界を持つような光である、本発明による開口画定構造に入射するＴ偏光の光は、該開口画定構造により実質的に透過され、当該開口内に伝搬場（propagating filed）を発生する。]
[0013] 幾つかの実施例において、当該センサは、目標成分が集まり得る結合表面を備えた担体を有する。"結合表面"なる用語は、ここでは、上記担体の表面の特定の部分を固有に指すために主に選択されており、実際に多くの用途では目標成分は該表面に結合するが、これは必ずしも当てはまらなければならないものではない。必ず必要とされることは、目標成分が結合表面に集まるために該結合表面に到達することができなければならないということである（典型的には、目標成分、目標成分の結合表面との相互作用、及び目標成分の移動度等に関連するパラメータにより決定される濃度で）。上記担体は、好ましくは、所与のスペクトル範囲の光（特に、後に定義される光源により放出される光）に対して高い透明度を有するものとする。該担体は、例えば、ガラス又は何らかの透明なプラスチックから作製することができる。該担体は透過的とすることができる。即ち、該担体は、回折限界より小さな最小面内開口寸法（Ｗ１）を持つような、当該担体上に設けられる開口画定構造に対して担持機能を提供する。]
[0014] ｂ）少なくとも部分的に反射される（上記担体の結合表面における少なくとも調査領域において）ように上記担体に放射ビーム（以下、"入射光ビーム"と呼ぶ）を放出する光源。該光源は、例えば、オプションとして上記入射光ビームを整形及び指向させる何らかの光学系が設けられた、レーザ又は発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。上記"調査領域"は、上記結合表面の部分領域であり得るか、又は全結合表面を有し得る。即ち、該調査領域は、典型的には、上記入射光ビームにより照明されるスポットの形状を有する。前記開口画定構造は、少なくともＲ偏光光が反射されるようにする。当該構造に入射する放射のＲ偏光成分に応答して、開口の間に形成される検出体積内でエバネセント放射が発生される。オプションとして、上記検出体積は、上記開口画定構造と前記担体との間に形成される体積中に延びることができる。]
[0015] ｃ）前記検出体積内に存在する目標成分からの放射を、前記光源から放出された入射放射に応答して決定する検出器。該検出器は、例えばフォトダイオード、光抵抗、フォトセル又は光電子増倍管等の所与のスペクトルの光を検出することが可能な如何なる好適なセンサ又は複数のセンサも有することができる。本明細書において光又は放射なる用語が使用される場合、特に前後関係に応じて、可視の及び非可視の電磁放射等の全てのタイプの電磁放射を含むことを意味する。]
[0016] 当該マイクロ電子センサデバイスは、例えば特定の目標分子に対して簡単な二進応答（"存在"又は"非存在"）を生じるような、目標成分の定性的検出のために使用することができる。しかしながら、該センサデバイスは、好ましくは、検出された反射光から調査領域における目標成分の量を定量的に決定する評価モジュールを有する。これは、例えばエバネセント光波における目標成分により吸収又は散乱される光の量が、調査領域における斯かる目標成分の濃度に比例するという事実に基づくものとすることができる。かくして、当該調査領域における目標成分の量は、関連する結合過程の反応速度（kinetics）により前記開口と通じる試料流体中の斯かる成分の濃度を示し得る。]
[0017] 図１を参照すると、マイクロ電子センサデバイス１００の一般的構成が示されている。このデバイスの中心的構成要素は、例えばガラス又はポリスチレン等の透明プラスチックから形成することが可能な担体１１である。該担体１１は試料チェンバ２に隣接して配置され、該試料チェンバには検出されるべき目標成分（例えば、医薬品、抗体、ＤＮＡ等）を伴う試料流体を設けることができる。チェンバ２は、更に、直立する壁１１１により画定することができ、これら壁は、好ましい実施例では、複数の隣接する壁１１１を形成するために連続的に繰り返され、例えば微生物学的分析のためのウェルプレート（井戸板）を形成する。当該試料は、更に、例えば荷電された又は蛍光性の粒子１０を有し、これらの粒子１０は、通常、前述した目標成分の固有の結合のために結合サイト（例えば、抗体）により機能化されている（簡略化のため、図では粒子１０のみが示されている）。例えば超常磁性ビード等の他のラベル粒子も同様に使用することができる。] 図１
[0018] この実施例において、担体１１と試料チェンバ２との間の境界は、"結合面"と称される表面１２により形成される。この結合面１２は、オプションとして、目標成分に固有に結合することが可能な例えば抗体、リガンド等の捕捉エレメントにより被覆することができる。]
[0019] 当該センサデバイス１００は更に例えばレーザ又はＬＥＤ等の光源２１を有し、該光源は担体１１に透過される入射光ビーム１０１を発生する。入射光ビーム１０１は結合面１２に到達する。目標成分からの放射１０２は、担体１１を離れ、フォトダイオード等の光検出器３１０により検出される。他の例として、光検出器３１０は、反射された光ビーム１０２のパワー／エネルギを決定することもできる（例えば、全スペクトル又は該スペクトルの或る部分における該光ビームの光強度により表されて）。斯かる測定結果は、検出器３１０に結合された評価／記録モジュール３２により評価されると共に、オプションとして或る観察期間にわたりモニタされる。担体表面１２上には、好ましくは金属（例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ））である透明でない材料の厚板が細条２０の形態で設けられ、回折限界より小さな最小面内開口寸法（Ｗ１）を持つワイヤ格子を形成し、この場合、上記回折限界は波長と目標成分１０を含む媒体２の屈折率の２倍との間の比により定義される。入射角α２は基本的に０°から９０°まで変化し得る。入射面は、図１に示される用紙の面におけるものであることに注意されたい。上記開口の回折限界的性質により、調査体積１３内では（図２参照）、エレメント場が発生され、該エレメント場は、少なくとも検出体積４内の開口画定構造２０により発生されるエバネセント場の到達範囲内で又は担体表面１２により拘束された粒子の存在により選択的に妨害され得る。] 図１ 図２
[0020] 図１は、上記表面に複数の開口画定構造２０が設けられていることを示している。特に、図示の実施例では、これらの構造は、開口Ｗ１を画定する金属ワイヤ又は細条２０により設けることができる。典型的には、これらの細条は長尺の平行ワイヤ２０の周期的構造として形成される。このような構造は、典型的には、ワイヤ格子と呼ばれる。本発明は周期的構造（格子構造）に適用することができるが、これは必ずしも必要ではなく、確かに当該構造は非周期的又は準周期的とすることもできる。最小寸法の開口寸法（Ｗ１）、又は当てはまるなら格子周期Λは、典型的には回折限界よりも小さく、該回折限界は入射光ビームの主波長又は波長の帯域と、目標成分を含む媒体とにより定義される。好ましくは、入射光ビームは、回折限界波長より上の波長を持つ放射を専ら含み、該回折限界波長は、最小開口寸法（Ｗ１）の、目標成分１０を含む媒体２の屈折率倍の２倍として定義される。ワイヤ格子技術等の開口画定構造の素晴らしい特性は、当該開口内の光をエバネセントモード（図２に図示されたような）から伝搬モードへ、入力光の偏光を切り換えることにより極めて容易に切り換えることができ、これが表面固有の測定及びバルク測定の両者を可能にする点にある。] 図１ 図２
[0021] ビード１０の典型的な寸法は、１０〜１０００ｎｍの程度である。赤色励起光（例えば、６３２.８ｎｍの波長を持つＨｅＮｅレーザ）に対して使用されるアルミニウムから形成されたワイヤ格子の典型的なパラメータは、１４０ｎｍの周期（この波長に対する水中での回折限界の５０％）、５０％のデューティサイクル及び１６０ｎｍの高さである。これらのパラメータに対して、水で満たされた開口内での（１／ｅ）強度崩壊長は１７ｎｍに過ぎない。最大ビード寸法（即ち、ワイヤ間の空間内に"丁度"嵌るビード）は、これらのパラメータに対して、７０ｎｍより幾らか小さいものに制限される。]
[0022] 一例として、２００ｎｍの直径を持つビードの場合を考えよう。この直径に対しては、５８０ｎｍの周期及び２／３のデューティサイクルが合理的な選択であり、３８７ｎｍのワイヤ間の開口となる。透過された光の伝搬回折次数を回避するために、格子周期は水（１.３３の屈折率）中での回折限界より小さくしなければならない。即ち、５８０ｎｍの周期の場合、これは、入射光の波長が少なくとも１５４０ｎｍであることを意味する。１６００ｎｍの波長及び６００ｎｍの厚さの場合、これは、１０９ｎｍなる（１／ｅ）強度崩壊長及び２５０なる背景抑圧（ワイヤ格子上のバルクに対して）となる。]
[0023] 図２は、図１の調査領域１３を一層詳細に示す。最適ではないエバネセント励起強度は、入射光の位相面が必ずしもワイヤ格子のスリットを通って伝搬するエバネセントモードの位相面とは平行でないという事実によるものであることが成り立つ。励起効率（即ち、入射パワーのうちの当該スリットのエバネセントモードに変換される割合）は、入射電界（Ｅ１；基板／ワイヤ格子境界の法線に対して角度α２で伝搬する平面波である）の当該ワイヤ格子の入力ファセットの投影と、該スリットの基本エバネセントモードの電界（Ｅ２）との間の重なり積分に大凡比例し、これは、励起効率がcos(α２)に比例すると共に、面内寸法Ｗ１に沿う入射フィールドの投影の位相の変化を考慮した１より小さな事前因数に比例することを意味する。結果として、励起効率は角度α２の増加に伴い減少する。] 図１ 図２
[0024] 図２における入射ビーム１０１の入射面は、用紙の面内に位置するが、明瞭化の理由により、反射ビームは示されていない。従って、上記入射面は、開口画定構造、即ち金属ワイヤ２０の最小幅寸法と平行であると共に、当該開口の最小幅方向を指す第１ベクトル及び最大幅方向を指す第２ベクトルに垂直な方向を指す第３ベクトルに対して垂直である。該入射面は、最大面内開口寸法Ｗ２（用紙の面に対して垂直な方向に向けられている、図３参照）に対して直交的であると共に最小面内開口寸法Ｗ１に平行であるので、開口２０の間に形成されるエバネセントモードＥ２の励起効率は、入射放射１０１の位相面Ｅ１とエバネセントモードの位相面Ｅ２との間に形成される入射角α２に依存して余弦因数及び前述した事前因数により減少される。上記平面波（フィールド分布、Ｅ１）は、基板１１を介して、ワイヤ２０を備えるワイヤ格子に入射する。ワイヤ２０の間の各スリットは、角度α２で伝搬する入射平面波により励起されたエバネセントモード（フィールド分布、Ｅ２）をサポートする。] 図２ 図３
[0025] 図３は、本発明の一態様による第１実施例を示す。この概略図において、細条２０の間の検出体積（図示略）内にあるビード１０は透視モードで図示されている。この実施例において、エバネセント体積内のビード１０の存在により増加された散乱が測定される。代わりに、目標成分１０からの他のタイプの放射（例えば、当該目標は発光的であり得る）を測定することもできる。この実施例において、検出器２２は目標１０からの放射１０５を検出するように配設される。ビーム１０５は、レンズ２１を介して検出器２２の面上に結像され、従って、目標成分１０の存在を示すために鏡面的に反射された光ビーム１０２から分離される。特に、エバネセント場内のビード１０の存在の結果、散乱１０５、１０６が生じる。特に、検出開口２２を鏡面的に反射されたビーム１０２から遠ざかるように向けることにより、該反射された光は、ワイヤ格子を結像レンズ２１の開口数（ＮＡ）より大きな角度で照明することによって、上記散乱光１０５から空間的に分離される。ワイヤ格子を、この反射モードで使用する場合、即ち、ワイヤ格子試料を前記基板の法線に対して垂直でなく、発生された散乱又は蛍光を収集するレンズ２１のＮＡの外側である角度を持つような角度で照明する場合、入射光１０１の位相面は、ビーム１０１が担体１１及びエバネセント場発生構造２０に最大面内開口寸法Ｗ２に平行で且つ最小（Ｗ１）及び最大（Ｗ２）面内開口寸法に垂直な第３ベクトルに平行な入射面で入射するので、スリットによりサポートされるエバネセントモードの位相面と平行になる。結果として、検出されるエバネセント励起パワー／強度は改善される。] 図３
[0026] 従って、入射波とスリットのエバネセントモードとの間の角度による励起効率の減少の問題は、入射波及びスリットのエバネセントモードの波面が実質的に平行であり、開口画定構造の透過面（Ｗ１の方向の第１ベクトル並びに方向Ｗ１及びＷ２に垂直な第３ベクトルにより定義される）に垂直な偏光を持つことを実現することにより解決され得る。これは、煎じ詰めると、開口画定構造の反射面に実質的に平行な入射面、及び該入射面と実質的に平行な偏光となる。]
[0027] この構成の付加的な利点は、入射光が、基板と該基板の前の媒体（典型的には空気である）との間の境界に対してＴＭ偏光される点にある。]
[0028] 境界におけるブルースター角は（２）式により与えられる。]
[0029] ｎsubstrate及びｎincidentは、上記基板及び入射媒体（殆どの場合、空気である）の屈折率である。スネルの法則を用いて、ブルースター角で入射する光は、結果として、基板／空気境界に対してブルースター角で伝搬するような基板内の光となることを示すことができる。言い換えると、ブルースター角での照明の結果、入射媒体（空気）／基板境界及び基板／入射媒体（空気）境界においては零反射となる。従って、導光デバイス２１、３１は、入射面が最大面内開口寸法に沿うと共に面外法線方向に沿うように配置される。ここでは、"沿う"なる用語は、当該方向が、上記最大面内開口方向及び面外法線方向に対して実質的に平行である、即ち、上記方向から好ましくは１０度以内である、より好ましくは５度以内である、最も好ましくは１度以内であることを示すために使用されている。]
[0030] 図４は、基板ワイヤ格子境界の法線に対して実質的に平行であり、且つ、ワイヤ格子のワイヤに対して垂直（点線）及び斯かるワイヤに対して実質的に平行（実線）であるような入射面に関してエバネセントモードの励起効率を表すグラフを示す。この例において、ワイヤ格子は、１４０ｎｍなる周期及び５０％のデューティサイクルを持つアルミニウムワイヤから形成されている。このワイヤ格子は、ガラス基板上に設けられ、該ワイヤ格子上には水が設けられ、６３２.８ｎｍの波長を持つ放射により照明される。励起効率は、入射面がワイヤ格子と基板との境界の法線に対して実質的に平行であり、且つ、ワイヤ格子のワイヤに対して実質的に平行である場合に、そして、勿論、該入射面に対して実質的に平行な電界の場合に最適となることが示されている。ブルースター角（α２＝３４.５度）に概ね等しい入射角の場合、上記ワイヤ及び法線に対して平行な入射面の結果、５７％の励起効率が得られ、これは当該ワイヤ格子のデューティサイクルよりも実際に僅かに大きくなる。] 図４
[0031] 図５は、入射ビーム１０１に対して寄生反射が最少化されるような実施例を示す。この目的のために、好ましくは、入射方向と垂直方向との間の入射角度は、偏光された放射を形成するように設定され、電界ベクトルは入射面に沿ったものとする。即ち、好ましくは、該偏光された放射の電界と入射面との間の角度は、１０度未満、好ましくは５度未満、最も好ましくは１度未満とする。典型的には、この結果、入射面に対して、全強度の２％より少ない輝度の面外電界ベクトルを有するようになり、これは典型的にはブルースター角に等しい又はブルースター角に対して７度の範囲内の入射角により得ることができる。従って、入射光の角度α１を空気／基板境界のブルースター角に概ね設定し、入射面をワイヤ及び開口画定構造（ワイヤ）の間の境界の法線に対して実質的に平行に設定し、該入射面に対して実質的に平行であるような入射光の偏光を有することにより、寄生反射は最少化されると共に、励起光の強度は最適化される。さもなければ発生するであろう、基板と該基板の前側の媒体との間の境界における寄生多重反射は、ＴＭ偏光された光（即ち、入射ビーム１０１と反射ビーム１０２との間に形成される入射面における電界）及び所与の組の屈折率に対して、反射が零となるような角度（所謂、ブルースター角）が存在することを実現することにより抑圧することができる。従って、寄生反射の抑圧のための構成は、ワイヤ格子試料を、ブルースター角であって、電界が入射面内であるように偏光された光により照明することである。ワイヤ格子のワイヤ間の空間におけるエバネセント場の発生は、当該電界の成分がワイヤ格子の反射面に実質的に平行であることを要する。このことは、寄生反射は、入射面（該入射面は、入射、反射（１０２）及び透過光の波動ベクトルと実質的に平行である）がワイヤ格子と基板１１との間の界面の法線に対して実質的に平行であると共に該ワイヤ格子の開口画定構造（即ち、ワイヤ２０）の最大寸法Ｗ２に対して実質的に平行であるような構成により除去することができることを意味する。] 図５
[0032] 点線矢印は、入射面（用紙の面）内にあると共に、基板（用紙面に垂直）に平行な面上への投影が当該ワイヤ格子のワイヤ２０の長い（回折限界を超える）面内方向に対して平行であるような電界の向きを示す。]
[0033] 図６は、ＴＥ及びＴＭ偏光された光に関する強度反射係数の例を、空気／ガラス界面及びガラス／空気界面に対する入射角の関数として示す。屈折率（１.４５７）を持つガラスの基板及び空気を介して入射する光に関して、空気／基板界面においては５５.７の、基板／空気界面においては３４.５のブルースター角が見つかる。入射媒体／基板及び基板／入射媒体界面における反射係数の大きさは、入射媒体及び基板における所与の伝搬角度に対して同一であるという事実を用いて、斯かる反射係数は４２〜６４度の入射角α１に対して非常に小さい（１％未満）であることを理解することができる。ＴＥ偏光された光の場合、斯かる反射係数は相当に大きく、７〜２０％（４２〜６４度の入射角に対して）となる。] 図６
[0034] 従って、好ましくは、ｉ）入射角が開口画定構造（即ち、ワイヤ）と基板との間の界面の法線に対して平行であると共にワイヤ格子の開口画定構造の第２寸法に平行であり（即ち、ワイヤの長い方向に沿い）、ii)電界が上記入射面に対し平行であるような偏光であり、及びiii)入射角がブルースター角に近い構成の場合、寄生スプリアス反射は最少化することができ、励起効率（該特定の入射角に対する）を最適化することができる。]
[0035] 図７は、入射光の角度を概ねブルースター角に等しい角度に変換するために格子が使用されるような代替実施例を示す。特に、格子３１は透明担体１１の上面に被着されている。格子次数は、担体１１の界面に対するブルースター角に対応する。この様にして、入射ビーム１０１は、格子３１を介して、担体１１の反対側に固定された開口画定構造２０へと導かれる。明瞭化のために、図では格子３１の単一の透過次数しか示されていない。格子次数（ｍ）のブルースター角との整合は、垂直な入射光を仮定すると、次のように格子周期を定める：] 図７
[0036] λ＝６３２.８ｎｍの入射波長及び屈折率ｎsubstrate＝１.４５７のガラス基板の場合、これは、格子の第１次数をブルースター角に一致させるためには、Λ＝７６８ｎｍの格子周期となる。格子の厚み及び形状を調整することにより、回折パターンを基本次数（ｍ＝０）が最小化されるように最適化することができる。]
[0037] 一例として、１５００ｎｍの高さを持つブレーズ型格子の場合、基本次数の２７.５％の回折効率の最小値、並びに６８.５％の正の第１次数（ｍ＝＋１）の及び僅か４％の負の第１次数（ｍ＝−１）の回折効率の最大値が見出される。]
[0038] 本発明によるデバイス及び方法は、小さな試料体積に対して、高速、強固且つ使用が容易なポイントオブケア型（治療現場用）バイオセンサとして使用することができる。前記反応チェンバは、１以上のフィールド発生手段及び１以上の検出手段を含む、小型の読取器と共に使用されるべき使い捨て型の品目であり得る。また、本発明のデバイス、方法及びシステムは、自動化された高いスループットの試験で使用することもできる。この場合、上記反応チェンバは、自動化された装置に組み込まれる例えばウェルプレート又はキュベットとなる。]
[0039] 開示された実施例の他の変形例は、請求項に記載された発明を実施する場合に、図面、本開示及び添付請求項から当業者により理解され、実効化され得るであろう。最後に、本出願において、"有する"なる用語は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数のものを排除するものではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットは幾つかの手段の機能を満たし得ることを指摘しておく。また、本発明は、各々の及び全ての新規な特徴的フィーチャ並びに特徴的フィーチャの各々の及び全ての組み合わせに存在する。更に、請求項における符号は斯かる請求項の範囲を限定するものと見なしてはならない。]

权利要求:

請求項1
媒体内に目標成分を含む検出体積に、入射放射に応答してエバネセント放射を供給する光学デバイスであって、前記検出体積は放射波長及び前記媒体により定まる回折限界よりも小さな少なくとも１つの面内寸法Ｗ１を有し、前記エバネセント放射は前記回折限界よりも小さな最小面内開口寸法Ｗ１を持つ開口画定構造により供給され、前記検出体積は前記開口画定構造の間に設けられ、該開口画定構造は更に前記回折限界より大きな最大面内開口寸法Ｗ２を定め、当該光学デバイスは、或る波長を持つ放射のビームを該光学デバイスへの面外垂直方向とは異なる入射方向を持つように案内して、該光学デバイスに入射する前記放射に応答して前記検出体積にエバネセント放射を供給する導光デバイスを更に有し、該導光デバイスは前記最大面内開口寸法及び前記面外垂直方向の両方に沿う入射面を形成するように配置される光学デバイス。
請求項2
前記開口画定構造が、非透明材料を有する請求項１に記載の光学デバイス。
請求項3
前記導光デバイスが、前記入射面に沿う電界ベクトルを持つ偏光された放射を供給する請求項１に記載の光学デバイス。
請求項4
前記導光デバイスは、前記入射方向と前記面外垂直方向との間の入射角をブルースター角から＋／−７度の範囲内に設定する請求項３に記載の光学デバイス。
請求項5
前記開口画定構造が固定される面と前記導光デバイスが固定される対向面とを定める透明担体を更に有する請求項１に記載の光学デバイス。
請求項6
前記導光デバイスが、当該光学デバイスに対して前記放射の入射ビームを供給する光源を設定する光源設定デバイス及び／又は格子である請求項１に記載の光学デバイス。
請求項7
前記検出体積が前記担体内へと延在している請求項５に記載の光学デバイス。
請求項8
前記目標成分が、発光粒子、吸収性粒子及び前記媒体の屈折率とは異なる屈折率を持つ粒子からなる群から選択される請求項１に記載の光学デバイス。
請求項9
請求項１に記載の光学デバイスを有するマイクロ電子センサであって、前記放射の入射ビームを供給する光源と、該光源から放出される入射放射に応答した前記検出体積内に存在する前記目標成分からの放射を検出する検出器とを更に有するマイクロ電子センサ。
請求項10
前記検出器が、前記目標成分からの放射を、前記入射方向と前記垂直方向との間の入射角よりも小さな収集角度にわたり収集する請求項９に記載のマイクロ電子センサ。
請求項11
開口内に形成される検出体積内の目標成分を検出する方法であって、或る波長を持つ放射のビームを、光学デバイスに入射するように、且つ、面外垂直方向とは異なる入射方向を持つように案内するステップと、媒体内に目標成分を含む検出体積に、入射放射に応答してエバネセント放射を供給するステップであって、前記検出体積は前記放射の波長及び前記媒体により定まる回折限界よりも小さな少なくとも１つの面内寸法Ｗ１を有し、前記エバネセント放射は前記回折限界よりも小さな最小面内開口寸法Ｗ１を持つ開口画定構造により供給され、前記検出体積は前記開口画定構造の間に設けられ、該開口画定構造は更に前記回折限界より大きな最大面内開口寸法Ｗ２を定めるようなステップと、光源から放出される前記入射放射に応答した前記検出体積内に存在する前記目標成分からの放射を検出するステップと、を有し、入射面が前記最大面内開口寸法と平行である方法。