JP2002530668A - Ｓｐｒセンサの並列読出しのための測定集成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ＳＰＲセンサの平列読み出し用測定装置の設定に関する。本発明の目的は、複数のＳＰＲセンサの平列読み出し用測定装置を提供することであり、とくに読み出し処理が30秒より少ない集積期間内に終了すべきものに関する。波長選択要素（５）および光学的画像形成システム（L２,L３）は、光源（３）の下流に配される。光学的画像形成システム（L２,L３）は、第１の波長でＳＰＲ対応センサ領域を有する導波路（１３）の光入射端の平行照明を保証し、かつ個々の光導波路（１３）からの放射光が光学装置（Ｌ４）を介してCCDチップ（２０）上に同時に画像形成しうるように設計される。各単一の光導波路（１３）により放射される光は、ＣＣＤチップ（２０）の隣り合うＣＣＤ画素により検出される。光の強度値は、画像処理ソフトウェアによりこれらの画素アレーから計算され得る。一旦、強度値、調整された波長および導波路アレー（１０）内の座標が制御線（３１）を介してメモリー（３０）に記憶されると、波長選択要素（５）は第２でかつ自由に選択され得る他の波長に調整され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサの並列読出しのための測定集
成装置に関するものである。

【０００２】 新しい活性物質の探索においては、組合わせ化学装置が受容体分子にマッチす
る配位子の発見に有望な見込みを確保する。合成の小規模化および自動化と、そ
れの並列化は、できるだけ多数の配位子を評価分析するために顕著なことである
。配位子の生成量は少ないために、それらの要求（小規模化、自動化および並列
化）は配位子受容体結合の検出に同様に適用される。その検出のためにＳＰＲ法
を使用でき、ＳＰＲ法では金の薄膜から反射された光が検出される。適切な共鳴
条件（入射角、光の波長および金膜の厚さ）の下では反射光の強さが低下させら
れる。その後で光のエネルギーが金膜中の電子ガスの電荷密度波に変換される。
それらの電荷密度波はプラズモンと名付けられている。

【０００３】 共鳴を観測するために２つの組織的なやり方がある。それらのやり方は、反射
光の強さを入射角の関数としてプロットするのに、単色光を用いるものと、入射
光を一定に保って光の波長を変化するものとである。両方の場合に、共鳴曲線は
、金膜の入射光が入射側とは反対の側に設けられている媒質の屈折率の変化で移
動させられる。

【０００４】 この効果は、生化学的分析において使用される。受容体または配位子は金の表
面上で動かなくされている。配位子または受容体を加えた後で、共鳴条件が分子
会合時に変更される。

【０００５】 この効果を測定するための最も簡単な集成装置は、光で照明され、その光の入
射角が変化されるようになっているガラスプリズムである（たとえば、「バイオ
センサ技術を用いるバイオスペシフィック相互作用分析（Ｂｉｏｓｐｅｃｉｆｉ
ｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｕｓｉｎｇ ｂｉｏｓｅｎｓ
ｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」Ｍａｌｍｑｖｉｓｔ，Ｍ．，Ｎａｔｕｒｅ３６
１（１９９３）１８６‐１８７参照）。

【０００６】 より高度の方法は、僅かに発散する単色光のビーム（開口角〜１０°）で金の
表面を照明し、反射角度と光検出器上の位置との間で明確に割当てるために反射
光を位置決定光検出器へ向ける、多数の角度の並列検出である。この構成の利点
は動く部分なしに対象とする角度範囲を検出することである。これが、たとえば
、ＷＯ ９０／０５２９５ Ａ１またはＥＰ ７９７０９１ Ａ１に開示されている
ようないくつかの商用装置でこの種の検出が用いられる理由である。それらの集
成装置の１つの欠点が、ただ１つの準備された金センサアレイ（一次元検出）で
あるが、線に沿って配置された少しのセンサアレイ（二次元検出を用いて）をそ
のたびに評価分析できること、すなわち、これはこの角度検出法により二次元セ
ンサアレイを同時に測定することを許さない。しかし、準備された金膜をこの種
の装置に装着した後で、熱平衡に達するには何分間か（少なくとも１５分）要す
る、すなわち、実際の測定は少なくとも分子会合が平衡するまで持続するが、そ
の分子会合平衡にも何分間か要する。これが、この種の装置が多数の異なる配位
子の結合の検出に良い適合性を欠いている理由である。というのは、測定および
試料の変更に要する時間が比較的長く、かつ費用が比較的高くつくからである。
試料アレイを分析する並列手法はＳＰＲ顕微鏡検査（ＳＰＭ）である（ＥＰ ３
８８８７４ Ａ２またはＭ．Ｚｉｚｉｓｐｅｒｇｅｒ，Ｗ．Ｋｎｏｌｌ，Ｐｒｏ
ｇ Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｐｏｌｙｍ Ｓｃｉ．１９９８，１０９ ２４４〜２５３
ページ参照）。この検査ではプリズムに付着された金の表面の種々の部分に各種
の試料が被覆され、金の表面の映像がＳＰＲ角度でＣＣＤチップ上に形成される
。測定中にその角度は機械的走査器により変化される。しかし、この方法は対象
物の短い直径に限定される。

【０００７】 より最近のＳＰＲ法が、ＷＯ ９４／１６３２Ａ１に開示されている。この方
法では、金膜が部分的に被覆されている光ファイバにより少量の物質の結合が行
われる。しかし、ここではまた、この原理に従って複数の試料を並列に評価分析
するために要する装置の設計に問題が依然として存在する。金を被覆されたファ
イバのそのようなアレイは、一方では高価で機械的なストレスに極めて敏感であ
り、他方では、そこで提案されているようにアレイを並列に製作することは技術
的に困難である。

【０００８】 ＷＯ ９８／３２００２ Ａ１から読出されるように光ファイバガイドも採用さ
れる。物理的に損傷を受けないように光ファイバガイドを保護するために、ファ
イバケーブルがピペット内に収められる。アレイを形成するために、そのような
ピペットの直列配列を使用することが提案されている。しかし、そのような配列
を超小形化することが困難で、とくに多数の異なる試料の並列測定のためには困
難である。

【０００９】 本発明は，複数の、より具体的には１００または１０００を超える、ＳＰＲセ
ンサを、３０分より短い測定時間で終了する同時読出しのための測定集成装置を
構成するという目的を基にしている。この目的を達成するために、同時読出しを
行えるようにする画像形成方法で集成装置内に特殊に構成されたアレイを使用す
る。この目的のために用いられるアレイは、複数の導波路を備えている。この状
況では導波路は本発明の範囲内で、光が少なくとも１つの次元で導かれ、かつ少
なくとも２つの並列インタフェースを有する光媒体であると理解されることが注
目される。

【００１０】 この目的は、特許請求の範囲、請求項１記載の特徴要素により達成される。

【００１１】 以下、図面に線図的に示されている例により本発明を詳細に説明する。

【００１２】 まず、図１を参照する。この図には、既知のシリコン半導体技術により製造す
るのに適しており、導波路アレイ内に配置されている平らなＳＰＲセンサ１を本
発明の範囲内で有利にどのように使用するかが示されている。シリコンのウェハ
ー１１にＳｉＯ２の層が設けられている。この層は導波層１３とシリコンベース
物質１１とに対して光バッファとして機能する。導波路は、約１０μｍまでの薄
さのシリコン窒素酸化物層１３で構成されている。１０μｍないし２０００μｍ
の範囲の幅を持つ並列の帯状金属被覆層１４が１０μｍないし５０００μｍの範
囲の中心間隔で形成されるように、シリコン窒素酸化物層１３を乾式エッチング
法でパターン化する。帯状導波路１４をひとたびパターン化すると、完成したウ
ェハーは、後の工程でＳＰＲに適合する金属層１６のための基板を形成すること
が意図されている領域を除き、カバー（図示せず）により保護する。その後で、
この方法の前の工程で保護されないままにされた導波路の露出された場所を、Ｓ
ＰＲ測定の要求に適合する厚さで金属被覆する。ウェハーの残っているカバーは
、除去する。基板内のくし形くぼみ１５を製作するために採用されている技術に
応じて、それらのくぼみを上記金属被覆の前または後に形成できる。

【００１３】 その技術によって、ウェハーの上に導波路パターンの複数の並列配置を行うこ
とができる。それらの並列配置を、シリコンのエッチングまたはシリコンウェハ
ーの切断により１つずつにする。ＳＰＲセンサの端の場所で各導波路を他の導波
路から分離することは、湿式化学エッチングまたは切断法により行うことができ
る。導波路の製作における他のやり方は、たとえば、薄膜を基板上に遠心力の作
用で付着することにより、薄膜内にポリマーを製造できる可能性で構成されてい
る。溶解された形または硬化していない形で存在するポリマー（たとえば、ＰＭ
ＭＡ、ポリカーボネート、ＵＶ硬化性接着剤または珪化されたポリマー（サイク
ロテーン；ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ）またはＯＲＭＯＣＥＲＥＳ）を、基板物質の上
に遠心力の作用で付着し、または注ぐ。基板物質の屈折率は付着されて、後で導
波路となるポリマーの屈折率より小さくなければならない。ＵＶ硬化性ポリマー
を使用する場合には、層を一様に付着した後で、ポリマーの細い並列帯が基板の
上に残るように露出されていない部分をエッチングにより除去する。他のポリマ
ーは、浮き出し技術またはその他の複製技術により帯として製作できる。光を導
かない場所に残っている物質は、対応して薄い寸法にする必要がある。導波路帯
がパターン化された後で、完成されたウェハーは、ＳＰＲ適合金属被覆１６を設
けることを意図する領域を除き、カバーにより再び保護する。次の工程では、露
出されている領域をＳＰＲ適合金属被覆１６で被覆し、その後で、残りの領域を
覆っている保護層を除去する。

【００１４】 説明した改変によって、ウェハーの上に極めて多数の導波路を製作できる。Ｓ
ＰＲセンサ表面領域で導波路を製作した後で、複数の平行な導波路で構成されて
いる単一の帯を分離法、たとえば、鋸による切断、により処理されたウェハーか
ら製作する。この単一化法により、光を入射したり、発射したりできるように製
作された新しい表面領域１７が得られる。

【００１５】 説明した改変によって、一列に配置された極めて多数のＳＰＲセンサを平らに
製作できる。センサアレイを製作するために、いくつかのそれらの帯を水平に並
べる。組立てた後で、そのアレイをポリマー内のＳＰＲに適合する金属被覆の外
側の部分に鋳造して、更に支えを持つＳＰＲ導波路アレイを設けることができる
。個々のＳＰＲ適合センサの配列と間隔は、設けるべきマイクロタイター・プレ
ート６０（図３参照）の井戸の配列および間隔に従って定めることができる。そ
の場合には、ＳＰＲ適合金属被覆が試料６１により全体的に濡らされるまでＳＰ
Ｒ導波路アレイをマイクロタイター・プレート６０内に十分に入れることにより
、ＳＰＲ適合層１６を測定または被覆するために、特徴付けるべき試料を支持し
ているマイクロタイター・プレート６０にＳＰＲ導波路アレイを接触させる。垂
直に配置されている個々の金属被覆を、選択したマイクロタイター・フォーマッ
トの中心間隔上に水平に配置できる。

【００１６】 前記した種類の導波路アレイは、以下に図３を参照して説明する第１の改変で
使用される。

【００１７】 ここで、図３を参照する。この図には、ハロゲンランプ３からの白色光が適切
なビームアダプタ光学系Ｌ１と、光学部品を保護するために構成例中に挿入され
ているＩＲフィルタ４と、モノクロメーター５とを透過した後で、その白色光か
ら約０．５ないし５ｎｍの帯域幅内の光のみがどのようにして送られるかを示し
ている。代わりに、フィルタ輪で波長を選択することも行うことができる。それ
には同様な帯域幅を持つ対応する数のフィルタを要する。その後で、構成例では
、採用されている光導波路１３のＳＰＲ適合金属被覆１６に関してＴＭ波のため
の偏光器６により偏光の向きを選択する。その後で、導波路１３の金膜の法線に
対して７０°ないし９０°の角度で導波路に光が入射するように、光ビーム拡張
器Ｌ２、Ｌ３が、この構成例では、折り返し鏡７を介して、完成された導波路ア
レイを平行に照明する。その７０°ないし９０°の角度にする理由は、プラズモ
ン共鳴を励起できるのはその角度範囲内の光のみだからである。この場合に折り
返し鏡を用いると、測定集成装置が一層小型になる。代わりに、この角度で直接
照明することもできる。この構成例では、図３に示されているように設けられて
いる、多くの形状のうちの１つをとることができる穴開きマスク８が、後ろに導
波路が配置されていない部分への光を遮って、更に設けられている検出器に散乱
光が何等かの望ましくないやり方で入射することを阻止する。本発明の範囲にお
けるようにして、たとえば共通基板内に個々の導波路部を埋め込むことにより、
約２００μｍのコア直径で商業的に利用できるとして、並列に配列される複数の
導波路を取り付けて配置する他のある技術的に複雑な手段が設けられると、採用
されている基板材料のために透明でない材料、または透明でない被覆を施された
材料を使用でき、その結果上記穴開きマスク８をなくすことができる。導波路自
体はそれの感知部を液体の中に浸した状態で配置される。その液体は、種々の溶
液内で参照測定を行って、目標分子を交換し、または洗浄するために、変更でき
る。導波路の、感知導波路部から離れている端部において、他の側に入射した角
度と同じ大きさの角度で光が出ていく（図６参照）。発明の範囲内で、分散手段
９が光出口端部において導波路部に割当てられて、導波路から出た光を分散させ
る。これはたとえば、別々に取り付けられる分散薄膜、適切な被覆等により行う
ことができる。この強く発散された光は、対物レンズＬ４によりＣＣＤチップ２
０の上に直接結像される。対物レンズＬ４は、導波路アレイ全体を「見る」ため
に設計されているが、光導波路から出された光のほんの僅かな部分だけが検出さ
れる。そのような僅かな光を検出するために、この構成例では冷却されている高
感度ＣＣＤチップ２０が使用される。それに必要な露光時間は数秒になる。

【００１８】 各導波路から出た光がいくつかのＣＣＤ画素上に同時に結像されて検出の確度
を高くすることが、本発明の範囲内で行われている。したがって、この構成例で
は、ＣＣＤチップには、この場合に個々の導波路に設けられている導波路アレイ
よりも極めて多くの画素をＣＣＤチップが有し、そのため、いくつかのカメラ画
素上に結像が行われる。本発明の範囲内で、いくつかのＣＣＤ画素を各導波路に
割当てるために画像ソフトウエアが採用される。これが、図２に線図的に示され
ている。たとえば、導波路２、２に画素部分｛（１１，１２），（１１，１３）
，…，（１４，１３）｝、すなわち、ＣＣＤチップ２０の導波路２、２を結像す
るための部分が１２個の画素を含んでいる。この割当てはコンピュータ３０に保
存され、アレイはもはやそれ以上動かされないので、以後の測定の間を通じて利
用できるようにされている。個別の強さ値が各導波路ごとに得られて保存される
ように、高速プログラム・アルゴリズムが各導波路に割当てられているそれらの
カメラ画素部の和を得る。次に、この構成例では、下から入射した光の波長は、
コンピュータ３０により信号が与えられたモノクロメーター５の支援により約１
ｎｍ移動させられて、全ての導波路についての次の強さ値を得、したがって、各
導波路およびあらゆる導波路に特有の強さスペクトルを得る。そのようなスペク
トルを結像するために必要な測定時間を最適にするために、最後の波長について
のデータがコンピュータメモリから得られ、新しい波長がステッピングモータか
らの信号によってモノクロメーター５において設定されると、ＣＣＤカメラの露
光を即時に再開する。その後で、画素マップについての結果のコンピュータにお
ける加算を、新しい波長で露光するために必要な時間中に行うことができる。こ
の時間が十分に長ければ、和を計算するために必要な時間は無視できる。各波長
のために必要とされる時間は、露光時間によりほぼ指示される。この構成例では
その時間は約５秒であるから、２００ｎｍのスペクトルのためには１６分を必要
とする。ここで、あらゆる個々の導波路の各ＳＰＲセンサを関連付ける分子を決
定するためには、単一の測定の絶対強度スペクトルではなく、目標分子の存在す
る中で第２の測定の絶対強度スペクトルと比較した純粋な緩衝溶液内での測定に
ついての強度スペクトルの最小値群における差である、すなわち、分子会合につ
いての指示に到達することを最初に許すのは波長のこの推移である。したがって
、照明されている全ての導波路センサに対して参照測定および試料測定を３２分
以内に順次行うことが可能である。

【００１９】 ここで、図４を参照する。この図には、測定のために必要な時間を短縮する、
本発明の集成装置の別の改変が線図的に示されている。時間を制限する要因は露
光のために必要な時間であるので、その波長の光の量を増加することにより測定
時間を短縮できる。そのために、たとえば、キセノンアーク灯などのより強力な
光源３を採用できる。図３に示されている構成と同様に、光は、ＩＲフィルタ４
と、モノクロメーター５と、偏光器６と、光ビーム拡散器Ｌ２、Ｌ３とをまず通
って導波路アレイ１０を確実に平行照明する。この実施例では、導波路アレイの
上流側に球面レンズまたは屈折率分布形レンズＬ５が挿入されている。しかし、
図４に示されている例における全ての導波路を照明するために、設けられている
レンズＬ５に対する導波路アレイ１０のいくつかの新しい位置決定が必要である
。しかし、各導波路に別々のレンズを割当てることも同様に本発明の範囲内であ
り、それによりこのレンズは関連するマイクロタイター・プレートの井戸６２内
の部品とすることもできる。

【００２０】 平行な光は、レンズＬ５により、たとえば金が被覆されている導波路内に焦点
を結ばされる。金が被覆される理由は、導波路中の感知部内で発散光線が導波路
の設けられている金属被覆部にＳＰＲ検出を行えるようにする角度で入射するよ
うにするためである。図３に示されている露光構成と比較して、この構成例で設
けられているレンズＬ５はおよそ１００倍もの強さの光を導波路に入射できるよ
うにする。この構成例では導波路の入射窓１７はレンズの焦点、すなわち、数１
００μｍの距離の所に配置される。この配置では、たとえば、導波路から出る光
のための空間内における任意の空間または透明性のために、導波路を避けて通る
光が無いようにされる。ここでまた、これは上記手段、たとえば、穴開きマスク
８、を設けることによりそれを避けることができる。導波路の光出口端部におい
て光は光導波路から出て再び発散し、分散手段９および対物レンズＬ４の支援に
より同様にＣＣＤチップ２０の上に像を結ぶ。各光導波路に割当てられた光の強
さの他の割当ておよび分析は、図３を参照して説明したところと同じである。各
波長に対して、必要な時間は、より高い光強度のために、今では約１秒に短縮で
きる。この配置を、たとえば６０波長のスペクトルに限定すると、全てのスペク
トルを並列に測定するために必要な時間は１分であり、そのために、たとえば、
多数の配位子で反応速度結合測定（ｋｉｎｅｔｉｃ ｂｉｎｄｉｎｇ ａｓｓａ
ｙｓ）を同時に行うことを可能にする。

【００２１】 ここで、図１０ａと図１０ｂを参照して、図４に示されている実施例に従って
発散光で導波路アレイ１０を照明することと、図３に示されているように平行な
光で導波路アレイ１０を照明することとの違いを説明する。それらの図は、セン
サ列の背景に対して穴開きマスク８を通った後の端の光線を示す。発散（図１０
ａ）の場合には、出た後では端の光線を１つの測定範囲にもはや割当てることが
できないように端の光線はいくつかの測定範囲を掃引する。これが、発散光で照
明する場合に、インタフェース４０をセンサ領域の端に含めて全反射させるが、
平行な光で照明する場合（図１０ｂ）にはそれらの端の領域をなくす理由である
。この配置では、光ビームはセンサ領域および向き合う表面における全反射によ
ってのみ導かれる。この場合には、光ビームはスタートからのＳＰＲ共鳴光に適
切な角度で導波路に入る。その後で平行に出る光の全てをＣＣＤ検出器上で像を
結ばせるのに成功した時は、この場合に図３に示されている状況とは異なって、
入射光の角度が一定に定められていることを除き、強度を増すことしたがって測
定に必要な時間を短縮することが同様に可能である。

【００２２】 ここで、図５を参照する。この図には、全面的に平行な光路の原理で動作して
、画像形成性能を一層向上した（縁部のシェーディングが少なく、散乱光に対す
る感度が低い）より複雑な実施例が示されている。この場合には、光は光画像形
成装置Ｌ１、Ｌ１′を介して光ファイバ５０内をモノクロメーター５まで導かれ
、別の光ファイバ５１を通って光ビーム拡張器Ｌ２、Ｌ３まで進む。こうすると
、光ビームを導くことをモノクロメーター５に入射するため、およびモノクロメ
ーター５から出るためにモノクロメーター５に結合されている光とは独立に照明
ビームを調整できる、という利点が得られる。導波路アレイ１０の照明はプラズ
モン共鳴角の拡張された光束で図３を参照して説明したのと同様にして行われ、
穴開きマスク（図５には示されていない）を図３に示されているように採用する
ことを選択できる。センサから出た光は、平行に、したがって、入射角と同じ角
度αで移動させられ（反射回数が偶数の場合、図６ｂ参照）、または奇数反射回
数の場合には（図６ａ）それは角度−αで出る。反射回数が奇数で、光が第２の
折り返し鏡７１の向きにのみ出るように、ＳＰＲに適合する導波路の長さＬと幅
Ｂは、図５に示されているようにこの実施例では特別な寸法にされる。ＣＣＤカ
メラ上での結像が散乱層で行われる図３に示されている状況とは異なって、この
場合には出た光が平行であることが照明光路を実際上逆にするために用いられる
。焦点距離が長い（たとえば、ｆ＝１０００ｍｍ）色消しコリメータレンズＬ６
と、直径が大きくて適切な対物レンズＬ７（たとえば、ｆ＝１００ｍｍ）とを用
いて、センサアレイの表面領域が望遠鏡のようにしてＣＣＤチップ上に結像され
る。結像すべき導波路アレイ１０の表面は、従来のカメラを用いている装置の光
軸に対して垂直に立っていない、すなわち、ＣＣＤチップに平行である対物レン
ズでは、適切でない焦点深度のために、物体の輪郭のみが鮮鋭に焦点が合わされ
ることになる。これが、結像側でＣＣＤチップ２０を、図５におけるように、光
軸に対して同様に傾けてセンサアレイ表面領域１０の全体の鮮鋭な像を結ばせる
必要が何故あるのか、という理由である。これは、対物レンズに対してＣＣＤカ
メラをゴニオメータ（図示せず）で傾斜させることにより達成できる。

【００２３】 望遠鏡のようにして像を結ぶことの別の利点は、ＣＣＤチップ上に像を結ぶ光
は、物体の面から検出角度で出る光のみであるので、散乱光に対するそれの感度
が低いことである。

【００２４】 ここで、図７を参照する。この図には図５に示されている光学装置により結ば
されたセンサアレイ１０の鮮鋭な像が示されている。そのような画像は、図２を
参照して上で説明したように、各波長について検出され、コンピュータ３０では
センサ表面積の関数として強さの積分が求められる。各センサおよびあらゆるセ
ンサに対して、表面プラズモン共鳴において実現されるように強さの低下が、単
一の場合についての例として図８に示されているように、スペクトル内で検出さ
れる。図８の上側部分の破線カーブは、センサ表面領域が空気中に配置されてい
る場合のスペクトルを示す。これは、ランプのスペクトルと単色光伝送を数学的
に折り曲げることにほぼ相当する。実線は、バッファの存在する中での測定に相
当する。このスペクトルは、表面プラズモン共鳴により重畳される。図８の下側
部分により示されているように、空気中でのスペクトルへ換算することにより純
粋の表面プラズモン共鳴スペクトルが得られる。

【００２５】 スペクトルの検出された低下が表面プラズモン共鳴であることを調べるために
、種々の蔗糖濃度で測定を行うことにより溶液の屈折率を調べる。図９の上側部
分から、蔗糖濃度が高くなるにつれて予測のように、スペクトルの低下がどのよ
うに推移されるかが明らかである。測定データにガウス関数を適用すると、スペ
クトルの最小の場所を配置するための数値が得られる。それから、溶液の既知の
屈折率を用いて、図９の下側部分に示されているように較正カーブが得られる。
屈折率の十分に小さい範囲に対しては、ほぼ直線関係が仮定される。この例では
、１０−３の屈折率変化に対して１．４ｎｍの推移が得られ、約０．３ｎｍの確
度で最小を決定できる。これは、約５０ｎｍ半値幅の共鳴曲線に対する典型的な
値である。したがって、屈折率の変化２・１０−４を検出できる。これは、数百
または数千の試料の並列測定を数分以内で行うためのこの方法の感度を示すもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 採用されている導波路アレイの一部の１つの変形を示す。

【図２】 単一のＳＰＲ適合センサ素子をＣＣＤアレイの画素にどのようにして割当てる
かを示す。

【図３】 本発明の測定集成装置の第１の変形例を示す。

【図４】 本発明の測定集成装置の第２の変形例を示す。

【図５】 本発明の測定集成装置の第３の変形例を示す。

【図６】 ＳＰＲ適合表面領域を通る２つの異なる光ビーム路を示す。

【図７】 ＳＰＲ導波路アレイのＣＣＤ画像を示す。

【図８】 単一のＳＰＲ適合導波路の強度輪郭を示す。

【図９】 試料濃度の違いに対して強度輪郭がどのようにして推移させられるかのグラフ
である。

【図１０】 図４に示されている一実施例に従う発散光、および図３と図５に示されている
ように平行な光、で導波路アレイ１０を照明する場合の違いを示す。

【符号の説明】

１ 平らなＳＰＲセンサ １０ 導波路アレイ １１ シリコンのウェハー １２ ＳｉＯ２層 １３ 光導波路 １４ 導波路帯 １５ くし形くぼみ １６ ＳＰＲ適合層 １７ １３の表面領域（入射窓） ２０ ＣＣＤチップ（カメラ）２０ ３ 光源 ４ ＩＲフィルタ ５ 波長選択組立体 ６ 偏光器 ７ 折り返し鏡 ７１ 第２の折り返し鏡 ８ 穴開きマスク ９ 光り分散手段 ３０ コンピュータ ４０ 反射インタフェース ５０、５１ 光ファイバ ６０ マイクロタイター・プレート ６１ マイクロタイター・プレートの井戸内の試料 ６２ 井戸 Ｂ ＳＰＲ適合導波路の幅 Ｌ ＳＰＲ適合導波路の長さ α 光の入射／出射角 Ｌ１、Ｌ１′、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７ 光像形成装置 Ｌ５ レンズ

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年２月１７日（２００１．２．１７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，Ｔ Ｊ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 クリスティナ、シュミット ドイツ連邦共和国ハイデルベルク、ヘレン ビーゼンシュトラーセ、３／１ (72)発明者 ディルク、フェッター ドイツ連邦共和国ハイデルベルク、ルター シュトラーセ、１ Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB04 BB11 BB13 CC13 CC16 DD13 EE02 EE12 FF01 FF03 HH02 JJ02 JJ11 JJ13 JJ17 JJ19 KK04 LL04 MM12 NN01 PP01

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の導波路（１３）の形で導波路アレイ（１０）を形成するＳＰＲセンサで
   あって、個々の導波路（１３）の間の距離が一定のマトリックスに対応し、個々
   の各導波路（１３）は、それぞれの試料に組合わせることができる、ＳＰＲに適
   合するセンサ領域（１６）を有する、前記ＳＰＲセンサを並列に読出す測定集成
   装置において、波長選択組立体（５）と光像形成装置（Ｌ２、Ｌ３）が光源（３
   ）の下流側に配置され、前記導波路（１３）の光入射側を第１の波長で平行に照
   明するように前記光像形成装置（Ｌ２、Ｌ３）は構成され、個々の光源（１３）
   から出た光は、各個々の光源（１３）から出た光をそれぞれＣＣＤチップ（２０
   ）のいくつかの近接しているＣＣＤチップ画素により検出できるようにして、光
   学装置（Ｌ４；Ｌ６、Ｌ７）を介してＣＣＤチップ（２０）上に同時に像を結ぶ
   ことができ、それらの画素領域からそれぞれの光の強さ値を画像処理ソフトウエ
   アにより計算でき、強さ値と、設定された波長と、導波路アレイ（１０）内の座
   標とのデータ保存の後で、第２の任意に提供できる、別の光波長への波長選択組
   立体（５）の調整をコンピュータ（３０）により制御線（３１）を介して行うこ
   とができるＳＰＲセンサを並列に読出す測定集成装置。
2. 【請求項２】 請求項１載の測定集成装置であって、前記波長選択組立体（５）の下流側に偏
   光器（６）が配置されている測定集成装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の測定集成装置であって、前記導波路（１３）はくし形に構成さ
   れ、それのマトリックスがマイクロタイター・プレート（６０）の井戸構成に適
   合させられ、前記井戸（６１）に入射した前記導波路アレイ（１０）からの光が
   検出されるように、井戸構成の少なくとも底部分（６２）が光学的に透明に構成
   されている測定集成装置。
4. 【請求項４】 請求項１または３記載の測定集成装置であって、分散手段 （９）が前記導波
   路アレイ（１０）の光出口側に割当てられている測定集成装置。
5. 【請求項５】 請求項１、３または４のいずれかに記載の測定集成装置であって、マスキング
   手段と吸収手段との少なくとも一方が前記導波路アレイ（１０）の光入射側に割
   当てられている測定集成装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の測定集成装置であって、穴が開けられているマスク（８）の形
   態のマスキング手段が前記導波路アレイ（１０）の前記光入射側に割当てられて
   いる測定集成装置。
7. 【請求項７】 請求項３または５記載の測定集成装置であって、ＳＰＲに適合するセンサが配
   置されている、マイクロタイター・プレート（６０）の前記井戸の底部分（６１
   ）のみに光が入るようにするために、前記マスキング手段と前記吸収手段との少
   なくとも一方が割当てられている測定集成装置。
8. 【請求項８】 請求項３または５記載の測定集成装置であって、前記導波路アレイ（１０）の
   前記光入射側に割当てられている前記吸収手段はマイクロタイター・プレートの
   形態をとっており、そのマイクロタイター・プレートの井戸側壁が光吸収物質で
   製作されている測定集成装置。
9. 【請求項９】 請求項５記載の測定集成装置であって、前記導波路アレイ （１０）の前記光
   入射側に割当てられている前記吸収手段は、前記導波路（１３）を相互に分離す
   る光吸収キャストの形態をとっている測定集成装置。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の測定集成装置であって、前記波長選択手段（５）は段階的に可
    変のモノクロメータ−により形成され、前記光像形成装置 （Ｌ２、Ｌ３）の後
    に、前記導波路（１３）の前記光入射側を適切な角度で平行に照明するようにす
    る折り返し鏡（７）が続いている測定集成装置。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の測定集成装置であって、前記波長選択手段（５）は段階的に可
    変のモノクロメータ−により形成され、前記光像形成装置 （Ｌ２、Ｌ３）は前
    記導波路アレイ（１０）の前記光入射側を平行に垂直照明するものであり、光導
    波路（１３）の前記ＳＰＲ適合層（１６）の発散照明を確保するレンズ（Ｌ５）
    が各光導波路（１３）の上流側に設けられている測定集成装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載の測定集成装置であって、前記導波路アレイ（１０）の前記光
    出口側のすぐ下流側に、光軸に対して傾けられているＣＣＤチップ（２０）の上
    に前記導波路アレイ（１０）の結像を確実に行う別の折り返し鏡が更に設けられ
    ている測定集成装置。