JP2006275657A - 光導波路型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 マッハツェンダー型光導波路を有する光導波路型センサであって、単純な構造で操作性に優れた光導波路型センサを提供する。
【解決手段】 光が入力される入力側光導波路と、前記入力側光導波路より分岐する２つの干渉系光導波路と、前記２つの干渉系光導波路が合流される出力側光導波路と、前記前記干渉系光導波路に設けられた、検出対象物を検出する検出部と、前記出力側光導波路より出力される光量を検出する光量検出手段と、前記検出部に電界を発生させる電界発生手段と、前記光量検出手段で検出される光量に応じて前記電界発生手段を制御して当該電界を変化させる制御手段と、を有することを特徴とする光導波路型センサ。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光導波路に検出部を有する光導波路型センサに係り、特には干渉系を構成する複数の光導波路を有する光導波路型センサに関する。

例えば、ダイオキシン類や、または所定のたんぱく質などの検出対象物の検出に用いられる測定方法としては、ＧＣ／ＭＳを用いた測定方法が知られている。しかし、これらの方法では、測定結果が判明するまでに時間を要し、またその測定や結果の分析は複雑な手法を用いる必要があるという問題があった。

そこで、上記の測定対象物の検出方法として、例えば光学干渉系を構成する光導波路（マッハツェンダー型光導波路）を有する光導波路型センサを用いた方法が提案されていた（例えば非特許文献１参照）。

図１は、従来提案されていた光導波路型センサの構成を模式的に示した平面図である。図１を参照するに、本図に示す光導波路型センサ１０は、例えばガラスなどからなる基板ｓｕに形成されている、いわゆるマッハツェンダー型光導波路を有している。

前記マッハツェンダー型光導波路は、例えば、レーザーダイオードなどの光源１１より光が入射される入力側光導波路１２と、当該入力側光導波路１２より分岐する２つの干渉系光導波路１３，１４と、前記２つの干渉系光導波路が合流され、位相差検出手段１６が接続される、出力側光導波路１５より構成されている。

前記干渉系光導波路１３には、測定対象物を検出するための検出部２０が形成されている。前記検出部２０では、前記干渉系光導波路１３上に、測定対象物が結合されるように構成された結合膜２１が設置されている。

さらに、当該結合膜２１に接するように、検出対象物を含む溶媒が流れる流路が形成されるような構造となっている。前記流路は、流路形成構造２３を、前記結合膜２１上に設置することにより形成される。本図では、構造を明らかにするため、当該流路形成構造２３が、前記干渉系光導波路１３より脱着された状態を示している。

前記流路形成構造２３は、底部に形成された溝部２３Ａに連通する、測定対象物を含む溶媒の供給口と排出口を有している。前記流路形成構造２３が前記結合膜２１を覆うようにして前記干渉系光導波路１３上に設置された場合、前記結合膜２１上の前記溝部２３Ａは、前記溶媒が流れる流路となる。

この場合、前記流路形成構造２３の前記開口部から、検出対象物を含む溶媒が供給されることで、前記流路を溶媒が流れる構造になっている。

図２は、図１のａ−ａ’断面を模式的に示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図２を参照するに、前記溝部２３Ａ（流路）を流れる溶媒中の測定対象物、例えば抗原ａｇは、前記干渉系光導波路１３上に設置された前記結合膜２１に結合された、抗体ａｂに結合する。すなわち、前記結合膜２１には、測定対象物を捕捉する（結合させる）ための、抗体が結合されていることが好ましい。

ここで、前記抗体ａｂにより、抗原ａｇが捕捉されると、前記結合膜２１近傍の溶媒の密度が高くなり、そのため、前記溶媒の屈折率が変化する。ここで、屈折率が変化することで、前記干渉系光導波路１３を進行していた光の一部が、前記干渉系光導波路１３より外部に漏れる現象が生じる（エバネッセント光）。この場合、前記結合膜は光が透過する材料を用いるか、または光が透過する程度に薄くされることが好ましい。

このため、前記干渉系光導波路１３を進行する光の位相が変化し、前記干渉系光導波路１４を進行した光と合流した後、前記出力側光導波路１５側では光の干渉が生じることになる。

この場合、溶媒中に含まれる測定対象物（抗原）の濃度に応じて光の干渉が変化するため、光の位相のずれを検出することで、溶媒中の測定対象物の濃度を算定することが可能となる。

図３は、上記の光導波路型センサを用いた検出結果を示す図であり、横軸にダイオキシン抗原の濃度を、縦軸には前記出力側光導波路１５に接続された位相差検出手段１６によって検出された光の位相差を示したものである。

図３を参照するに、前記位相差と、測定対象物であるダイオキシン抗原の濃度は、例えば０．１〜１μｍｇ／ｍｌの濃度範囲で良好な線形性が確認されている。
S.Wilkinson,K.Kawaguchiet al, "Integrated Optical Dual Mach-Zehnder Interferometer Sensor "Sensors and Actuators B,10(2002)250-257

しかし、上記の光導波路型センサの場合、検出対象物の結合量（濃度）は、位相変化量（位相差）として検出されるため、その検出のための測定にコストが係るとともに、光導波路型センサの構成が複雑になる問題があった。

例えば、前記位相差検出手段１６としては、例えばロックインアンプなどの高価な機器を用いる必要があり、装置の構成や測定方法が複雑となるともに、測定のためにコストがかかる問題が生じていた。

また、測定条件によっては、測定のダイナミックレンジが実質的に狭くなってしまう問題があった。例えば、測定の前後における位相の変化が、３６０度（または０度）をまたいで起こる場合には、位相差の検出の判断が難しくなる場合がある。そのため、測定の前後の位相差の変化は、３６０度（または０度）をまたがないことが好ましい。

しかし、検出の対象となる溶媒の検出対象物の濃度が０であった場合にも干渉系光導波路には位相差が生じてしまう場合があり、位相差がオフセット値をもってしまう場合があった。例えば、前記干渉系光導波路１３には検出部が設置され、さらに当該検出部の結合膜には抗体が結合されるため、測定対象である抗原が結合される以前においても前記干渉系光導波路１３と前記干渉系光導波路１４との間に位相差（オフセット値）が発生する。すなわち、前記干渉系光導波路１３と前記干渉系光導波路１４との間の位相差を０にすることは実質的に困難である。このため、測定の前後の位相差の変化が、３６０度（または０度）をまたいで起こる可能性が増大し、実質的なダイナミックレンジが狭くなることが考えられる。

また、検出部は検出対象を含む溶媒に曝されるため、定期的に洗浄を行うなどのメンテナンスを行う事が好ましい。この場合、前記結合膜を洗浄する場合にはマッハツェンダー型光導波路ごと洗浄する必要があり、メンテナンスが困難であるという問題があった。

本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な光導波路型センサを提供することを統括的課題としている。

本発明の具体的な課題は、マッハツェンダー型光導波路を有する光導波路型センサであって、単純な構造で操作性に優れる光導波路型センサを提供することである。

本発明では上記の課題を、光が入力される入力側光導波路と、前記入力側光導波路より分岐する２つの干渉系光導波路と、前記２つの干渉系光導波路が合流される出力側光導波路と、前記前記干渉系光導波路に設けられた、検出対象物を検出する検出部と、前記出力側光導波路より出力される光量を検出する光量検出手段と、前記検出部に電界を発生させる電界発生手段と、前記光量検出手段で検出される光量に応じて前記電界発生手段を制御して当該電界を変化させる制御手段と、を有することを特徴とする光導波路型センサにより、解決する。

本発明によるマッハツェンダー型光導波路を有する光導波路型センサは、単純な構造で操作性に優れた特徴を有する。

本発明によれば、マッハツェンダー型光導波路を有する光導波路型センサであって、単純な構造で操作性に優れた光導波路型センサを提供することが可能となる。

本発明では、検出部が設けられたマッハツェンダー型の光導波路を有する光導波路型センサにおいて、検出部の光導波路に電界が形成されるようにしている。さらに当該電界を制御する制御手段を設けている。上記の構成とすることで、例えば測定の前後において、光の干渉による光量が同一となるように電界（電圧）を制御することで、測定の前後の状態変化を電圧差として検出することが可能なる。

従来は測定の前後の状態変化を光の位相差として捉えていたため、例えば位相差を検出するためのロックインアンプなどの高価な装置を必要としていた。一方で、本発明による光導波路型センサの場合、測定の前後の状態変化を電圧差として検出することが可能とるため、ロックインアンプなどの位相差を検出する手段が不用となる効果を奏する。

また、本発明による光導波路型センサでは、干渉系を構成する２つの光導波路において、検出部を設けることによる位相差のオフセットが測定にあたって問題になることがなく、実質的なダイナミックレンジが広くなる効果を奏する。

また、本発明による光導波路型センサでは、干渉系を構成する光導波路に設置された検出部の装脱着が可能な構造となっている。このため、検出対象物を含む溶媒に接触する部分の洗浄や交換などのメンテナンスが容易となる特徴を有する。

次に、本発明による光導波路型センサの構造の詳細な例について、図面に基づき以下に説明する。

図４は、本発明の実施例１による光導波路型センサの構成を模式的に示した平面図である。図４を参照するに、本図に示す光導波路型センサ１００は、例えばガラスなどからなる基板ＳＵに形成されている、いわゆるマッハツェンダー型光導波路を有している。

前記マッハツェンダー型光導波路は、例えば、レーザーダイオードなどの光源１０１より光が入射される入力側光導波路１０２と、当該入力側光導波路１０２より分岐する２つの干渉系光導波路１０３，１０４と、前記２つの干渉系光導波路が合流され、光量検出手段１０６が接続される、出力側光導波路１０５より構成されている。

前記干渉系光導波路１０３には、測定対象物を検出するための検出部２００が形成されている。前記検出部２００では、前記干渉系光導波路１０３中に、検出用光導波路２０１が設置されている。当該検出用光導波路２０１上には、測定対象物が結合されるように構成された結合膜２０２が設置されている。平面視した状態（本図）では前記検出用導波路２０１は、前記結合膜２０２に覆われた構造となっている。

また、前記検出用光導波路２０１と、前記結合膜２０２を含む検出部構造２５０は、当該干渉系光導波路１０３より装脱着可能に構成されている。これらの構造の詳細については後述する。

さらに、前記結合膜２０２に接するように、検出対象物を含む溶媒が流れる流路が形成されるような構造となっている。前記流路は、流路形成構造２０３を、前記結合膜２０２上に設置することにより形成される。前記流路形成構造２０３は、前記基板ＳＵに形成された開口部２０１Ａに設置される構造になっている。本図では、構造を明らかにするため、当該流路形成構造２０３が脱着された状態を示している。

前記流路形成構造２０３は、底部に形成された溝部２０３Ａに連通する、測定対象物を含む溶媒の供給口と排出口を有している。前記流路形成構造２０３が前記結合膜２０２を覆うようにして前記検出用光導波路２０１上に設置された場合、前記結合膜２０２上の前記溝部２０３Ａは、前記溶媒が流れる流路となる。

この場合、前記流路形成構造２０３の前記開口部から、検出対象物を含む溶媒が供給されることで、前記流路を溶媒が流れる構造になっている。

本実施例による光導波路型センサでは、前記検出部２００の前記検出用光導波路２０１に電界を発生させるための、電界発生手段を設けている。当該電界発生手段は、パソコンなどよりなる制御手段４０１に接続される電圧駆動手段３０１と、当該電圧駆動手段により電圧が印加される、前記検出用光導波路２０１を挟んで対向するように設置された一対の電極２０４，２０５を有している。

当該電界発生手段は、前記制御手段４０１によって前記検出用光導波路２０１に発生する電界が制御されるように構成されている。また、電界を発生させるための電圧は、前記電極２０４，２０５の間に印加されるのみならず、必要に応じて前記結合膜２０２と、前記電極２０４，２０５の間のいずれかに印加することが可能なように構成されている。

次に、これらの電圧印加の方法と、測定方法の詳細について、上記光導波路型センサ１００の、Ａ−Ａ’断面を用いて説明する。

図５Ａ，図５Ｂは、図４のＡ−Ａ’断面の一部を模式的に示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また図５Ａには前記検出用光導波路２０１に電界を発生させるための第１の方法を、図５Ｂには前記検出用光導波路２０１に電界を発生させるための第２の方法をそれぞれ示している。これらの図においては導波路への電界の印加方法が異なっており、最大の電気光学効果が得られる方向に電界を印加すると効率良く変調をかけられる。一例としてニオブ酸リチウムについて説明するとこの結晶は一軸性結晶であり、屈折率楕円体はＺ軸に対して回転対称であり、Ｚ軸方向に電界を印加すると最大の電気光学効果を得ることができる。従ってＺ軸が結晶の面内にあるように切り出した結晶（例えばＸ板（Ｘ軸に垂直な面で切り出した板））の場合には図５Ａのように電界をかける。またＺ軸が結晶の面と垂直方向になっている場合（例えばＺ板）には図５Ｂのように電界をかけると効率的である。

図５Ａを参照するに、本図では図示を省略する前記溝部２０３Ａ（流路）を流れる溶媒中の測定対象物、例えば抗原ＡＧは、前記検出用光導波路２０１上に設置された前記結合膜２０２に結合された、抗体ＡＢに結合する。すなわち、前記結合膜２０２には、測定対象物を捕捉する（結合させる）ための、抗体が結合されていることが好ましい。

ここで、前記抗体ＡＢにより、抗原ＡＧが捕捉されると、前記結合膜２０２近傍の溶媒の密度が高くなり、そのため、前記溶媒の屈折率が変化する。ここで、屈折率が変化することで、前記検出用光導波路２０１を進行していた光の一部が、前記検出用光導波路２０１より外部に漏れる現象が生じる（エバネッセント光）。この場合、前記結合膜は光が透過する材料を用いるか、または光が透過する程度に薄くされることが好ましい。

このため、前記検出用光導波路２０１を進行する光の位相が変化し、前記干渉系光導波路１４を進行した光と合流した後、前記出力側光導波路１０５側では光の干渉が生じることになる。このため、干渉によって検出される光量が変化する場合がある。

この場合、本実施例による光導波路型センサでは、前記検出用光導波路２０１に電界を発生させ、当該電界によって光の位相の変化を制御している。具体的には、例えば以下のようにして検出対象物の定量を行っている。また、前記検出用光導波路２０１は、電気光学結晶よりなることが好ましく、例えばニオブ酸リチウムを用いて形成することが好ましい。

例えば、まず検出対象物（抗原ＡＧ）を含まない溶媒を流路に流して前記光量検出手段１０６により検出される第１の光量を前記制御手段４０１に記憶する（第１の状態）。

次に、検出対象物（抗原ＡＧ）を含む溶媒を流路に供給して、前記結合膜２０２に前記抗体ＡＢを介して前記抗原ＡＧを結合させる。この場合に前記光量検出手段４０６によって検出される第２の光量が、前記第１の光量と同じになるように、前記制御手段４０１を用いて前記検出用光導波路２０１の電界を制御する（第２の状態）。すなわち、前記電圧駆動手段３０１を制御し、前記電極２０４，２０５の間に係る電圧を制御する。

この場合、前記結合膜２０２に結合した測定対象物の量（溶媒の測定対象物の濃度）は、前記第１の状態と前記第２の状態における電圧差ｄＶとして定量化することができる。上記の場合、第１の状態において電圧は印加されていないため、電極間の電圧は略０であり、前記第２の状態において印加された電圧が電圧差ｄＶとなる。

このため、前記光導波路型センサ１００を用いた場合には、測定対象物の結合量または濃度を電圧で定量化することが可能となっている。また、当該電圧は、前記光量検出手段１０６によって検出された光量に対応して制御されている。

このため、従来のように、干渉系を構成する光導波路の位相差を検出する必要がない。そのために、例えばロックインアンプのような、位相差を検出するための高価な装置が不用となり、光導波路型センサの構成を単純にすることが可能となり、また操作が容易となる効果を奏する。

例えば、前記光量検出手段１０６には、フォトダイオードのような素子を用いればよく、必要に応じてフォトダイオードとＡ／Ｄ変換手段を組み合わせて用いればよい。また、Ａ／Ｄ変換手段は、前記制御手段４０１側に組み込んでもよい。

上記のような構成とすることで、センサ全体の構成がシンプルとなり、また操作が容易となる。

また、上記の方法において、例えば前記第１の状態において、前記制御手段４０１を用いて前記検出用光導波路２０１の電界を制御してもよい。すなわち、前記電圧駆動手段３０１を制御し、前記電極２０４，２０５の間に係る電圧を制御してもよい。

例えば、前記第１の状態において、前記検出用光導波路２０１の電界を制御して前記第１の光量を最大光量とし、前記第２の光量も同様の光量となるように制御してもよい。

また、以下に説明するように、前記第１の光量を所定の光量とすると、前記光導波路型センサ１００の実質的なダイナミックレンジを広げることも可能である。

例えば、前記第１の状態における前記第１の光量を、最大光量の１／２とすると、実質的なダイナミックレンジを広くすることが可能である。例えば、前記光量検出手段１０６で検出される光量の変化は、干渉系を構成する光導波路の位相差の変化に対応し、位相差は０〜３６０度の間で周期的に変化するため、光量の変化も周期的におこることになる。

そのため、前記第２の状態における光量の合わせこみの判断が困難となる場合がある。そこで、光量が増大または減少した場合のいずれの場合にも対応するために、前記第１の光量を、最大光量の１／２とすると、実質的なダイナミックレンジを広くすることが可能となる。

またこの領域では電圧と出力光量の変化量が最大でもあるのであらかじめこの電圧を印可しておけば高感度で測定をおこなえる。

次に、図５Ｂを参照するに、本図に示す前記検出用光導波路２０１に電界を発生させるための第２の方法の場合では、前記検出用光導波路２０１に発生させる電界の向きが前記第１の場合と異なっている。

本図に示す場合、前記電圧駆動手段３０１を制御し、前記結合膜２０２と、電極２０５の間に係る電圧を制御している。このように、前記検出用光導波路２０１には、抗原や抗体などの特性に対応して、電界の方向が変更可能に構成されていることが好ましい。また、電極と結合膜は別途形成してもよく、例えば結合膜の下に（結合膜と検出用光導波路の間に）電極を設けてもよい。

また、前記結合膜２０２は、抗体を結合させることが容易であり、かつ電極として用いる場合に低抵抗であることが好ましい。また、前記結合膜２０２は光を透過することが好ましいため、光が透過する程度に薄く形成することが可能な材料を用いることが好ましい。このような条件を満たす材料として、前記結合膜２０１には、例えば例えばＡｕ膜を用いることが好ましい。また、Ａｕ膜のほかにも、例えばＡｇ膜を用いることも可能である。

また、前記結合膜２０２に、典型的な抗体を結合させた例を、図６に示す。

図６を参照するに、例えばＡｕよりなる結合膜には、図に示すように、リンカーを用いて抗体を結合させることが可能である。

また、例えば抗原などを検出する検出部は、抗原を含む溶媒に曝されるため、繰り返し使用する場合の測定の前に、または定期的に、洗浄されることが好ましい。そこで、本実施例による光導波路型センサでは、以下に示すように、前記検出部２００のうち、前記検出用光導波路２０１と、前記結合膜２０２を含む検出部構造２５０が、前記干渉系光導波路１０３より装脱着可能に構成されている。

図７は、図４に示した光導波路型センサ１００のＡ−Ａ’断面図であり、本図には前記基板ＳＵ、前記干渉系光導波路１０３、および前記流路形成構造２０３を含めた構造を示してあり、前記検出部構造２５０の設置方法を示している。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図７を参照するに、前記干渉系光導波路１０３には溝部１０３Ａが形成され、当該溝部１０３Ａに埋設されるように前記検出部構造２５０が設置される。なお、本図においては前記検出用光導波路２０１および前記結合膜２０２は図示を省略している。この場合、前記検出部構造２５０と前記干渉系光導波路１０３の間に、例えばエチレングリコールなどの充填材を塗ることで、前記干渉系光導波路１０３から前記検出用光導波路２０１へ到達する光量の減少を防ぐことができる。

また、前記検出部構造２５０上には、前記溝部２０３Ａが前記検出部構造２５０上に流路を構成するように、前記流路形成構造２０３が設置される。この場合、前記流路形成構造２０３にはシール溝２０３Ｂが形成され、当該シール溝２０３Ｂにはリングシール２０６が挿入されて溶媒を流路内に密封している。

また、例えば、前記干渉系光導波路１０３の周囲に形成される基板ＳＵの幅は３０ｍｍ、前記基板ＳＵの厚さは１０ｍｍ、前記検出部構造２５０の幅は５ｍｍ、厚さを１ｍｍ、前記流路形成構造２０３の厚さを８ｍｍ、前記流路２０３Ａの深さを５００μｍとする。上記の大きさは一例であり、本発明は上記の寸法に限定されるものではない。

また、前記検出部構造２５０の構造の構成の詳細の一例を図８に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図８を参照するに、前記検出部構造２５０は、例えば以下のように構成される。前記検出用光導波路２０１は、例えば光透過性のケース２０８の溝部２０８Ａに収納され、当該溝部２０８Ａの開口部を覆うように、前記結合膜２０２が形成された、光透過性の保護膜２０１Ａが設置される。この場合、前記結合膜２０２の厚さは、例えば５０ｎｍ、前記保護膜２０１Ａの厚さは、例えば１５０μｍとする。この場合、前記結合膜２０１を洗浄する場合に、当該保護膜２０１Ａと共に、前記検出用光導波路２０１より分離することが可能な構造になっていることが特徴である。

例えば、前記検出用光導波路２０１は、電気光学結晶よりなることが好ましく、例えばニオブ酸リチウムを用いて形成することが好ましい。このような材料は、潮解性を有しているものもあり、前記結合膜２０２と共に洗浄することが困難である。

そのため、前記結合膜２０２を洗浄する場合には、前記結合膜２０２は、前記検出用光導波路２０１より分離される構造であることが好ましい。しかし、前記結合膜２０２は、例えば蒸着法により形成され、厚さが５０ｎｍ程度と薄いため、当該結合膜２０２単独で前記検出用光導波路２０１に装脱着することは困難である。

そのため、前記結合膜２０２は、光透過性の前記保護膜２０１Ａ上に形成され、当該保護膜２０１Ａと共に前記検出用光導波路２０１に装脱着される構造とされている。また、前記保護膜２０１Ａは、電気光学定数が０でない材料を用いることが好ましいが、電気工学定数が略０であるもの（例えばガラス）を用いて形成してもよい。また、前記保護膜２０１Ａは、潮解性を有する光導波路を保護する機能も有している。

また、前記ケース２０８と前記検出用光導波路２０１との間には、例えばエラストマー材料などよりなるシールリング２０７が挿入されている。当該シールリング２０７は、前記ケース２０８の溝部より突出する大きさのものが装着されることが好ましい。この場合に前記シールリング２０７は、前記保護膜２０１Ａに接触する構造になり、前記検出用光導波路２０１と、測定対象物を含む溶媒が直接接触することを防止し、当該検出用光導波路２０１を当該溶媒より隔絶した構造として当該検出用光導波路２０１を保護することが可能となる。

実施例１では前記検出部構造２５０にのみ電気光学結晶を用いているが、当該検出部構造２５０以外の部分（例えば基板）を電気光学結晶を用いて形成しても良い。実施例１ではイオン注入のための装置と電気光学結晶に導波路を作製するための装置が必要であるが、この方法にすれば後者の装置のみで良く、経済的である。

図９には、本発明の実施例２による光導波路センサ１００Ａを示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図９を参照するに、本実施例による構成では、基板ＳＵ’は電気光学結晶よりなり、当該基板ＳＵ’に導波路が形成されている（例えばニオブ酸リチウムではチタンの熱拡散により形成できる）。当該基板ＳＵ’の切り出し方向により、最大の電気光学効果が得られるように前記電極２０４、２０５や、前記結合膜２０２を配置する（図５Ａや図５Ｂに示した場合と同様）。前記結合膜２０２上には、前記流路形成構造２０３が設置され、流路を流れてきたサンプルと前記結合膜２０２上に固定された物質とを相互作用させる構造は実施例１の場合と同様である。

また、前記検出部構造２５０（検出導波路と電極と結合膜を含む構造）を実施例１のように装脱可能な構造にしてもよい。

また、例えば、導波路の作成方法としては、樹脂（例えばＰＭＭＡ）により形成する方法があるが、この場合は導波路の形成される深さは１００μｍ程度である。一方、ガラス基板にカリウムなどのイオンを打ち込む方法、または電気光学結晶にチタンなどの熱拡散による形成する方法（本実施例）では、導波路の深さは数μｍ程度と非常に薄くなる。このため、例えば検出部構造２５０は、検出用導波路と検出用導波路周囲のクラッドに相当する部分、および電極を含めた構造とし、当該検出部構造２５０が装着される相手側（基板側）には導波路が形成されていない構造とすると好適である。

上記の実施例で説明した光導波路型センサを用いることにより、例えばダイオキシンなどの物質や、特定のたんぱく質などの定量を、容易に実施することが可能となる。また、上記の例に限定されず、他の様々な物質の検出に用いることが可能であることは明らかである。

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。

（付記１） 光が入力される入力側光導波路と、
前記入力側光導波路より分岐する２つの干渉系光導波路と、
前記２つの干渉系光導波路が合流される出力側光導波路と、
前記前記干渉系光導波路に設けられた、検出対象物を検出する検出部と、
前記出力側光導波路より出力される光量を検出する光量検出手段と、
前記検出部に電界を発生させる電界発生手段と、
前記光量検出手段で検出される光量に応じて前記電界発生手段を制御して当該電界を変化させる制御手段と、を有することを特徴とする光導波路型センサ。

（付記２）
前記検出部は、
前記干渉系光導波路中に設けられた検出用光導波路と、
前記検出用光導波路上の、前記検出対象物を含む溶媒が流れる流路と、
当該流路と前記検出用光導波路の間に形成される、当該検出対象物が結合するよう構成された結合膜と、を有することを特徴とする付記１記載の光導波路型センサ。

（付記３）
前記結合膜は、前記光を透過することを特徴とする付記２記載の光導波路型センサ。

（付記４）
前記検出対象物は抗原であり、前記結合膜には前記抗原と結合する抗体が結合されていることを特徴とする付記３記載の光導波路型センサ。

（付記５） 前記電界発生手段は、
前記制御手段により制御される電圧駆動手段を有し、
当該電圧駆動手段により、前記検出用光導波路を挟んで対向するように設置された一対の電極の間に電圧が印加されるよう構成されていることを特徴とする付記２乃至４のうち、いずれか１項記載の光導波路型センサ。
（付記６） 前記電界発生手段は、
前記制御手段により制御される電圧駆動手段を有し、
当該電圧駆動手段により、前記検出用導波路の深さ方向に電界を印加するために、前記結合膜または前記結合膜の下に形成された電極と、当該検出用導波路近傍に形成された電極との間に電圧が印加されるよう構成されていることを特徴とする付記２乃至４のうち、いずれか１項記載の光導波路型センサ。

（付記７）
前記電圧駆動手段により、前記結合膜と、前記一対の電極のうちいずれか１つの間に電圧が印加されるよう構成されていることを特徴とする付記５記載の光導波路型センサ。

（付記８）
前記結合膜はＡｕよりなることを特徴とする付記２乃至７のうち、いずれか１項記載の光導波路型センサ。

（付記９） 前記検出用光導波路は、電気光学結晶よりなることを特徴とする付記２乃至８のうち、いずれか１項記載の光導波路型センサ。

（付記１０） 前記電気光学結晶は、ニオブ酸リチウムよりなることを特徴とする付記９記載の光導波路型センサ。

（付記１１） 前記検出用光導波路と前記結合膜との間に、当該検出用光導波路の保護膜が形成されていることを特徴とする付記２乃至１０のうち、いずれか１項記載の光導波路型センサ。

（付記１２） 前記保護膜および前記結合膜は一体的に形成され、当該保護膜および当該結合膜が前記検出用光導波路より装脱着可能に構成されていることを特徴とする付記１１記載の光導波路型センサ。

（付記１３） 前記検出用光導波路が前記干渉系光導波路より装脱着可能に形成されていることを特徴とする付記２乃至１２のうち、いずれか１項記載の光導波路型センサ。

（付記１４） 前記検出用光導波路は、シール手段により前記溶媒より隔絶された構造であることを特徴とする付記２乃至１３のうち、いずれか１項記載の光導波路型センサ。

従来の光導波路型センサの一例である。 図１の光導波路型センサの断面図である。 図１の光導波路型センサによる検出結果を示す図である。 実施例１による光導波路型センサを模式的に示した図である。 図４の光導波路型センサの電界の発生方法を示す図（その１）である。 図４の光導波路型センサの電界の発生方法を示す図（その２）である。 図４の光導波路型センサに用いる抗体の一例である。 図４の光導波路型センサの断面図である。 図４の光導波路型センサに用いる検出部構造の詳細の一例である。 実施例２による光導波路型センサを模式的に示した図である。

符号の説明

１００ 光導波路型センサ
１０１ 光源
１０２ 入力側光導波路
１０３，１０４ 干渉系光導波路
１０５ 出力側光導波路
１０６ 光量検出手段
２００ 検出部
２０１ 検出用光導波路
２０１Ａ 保護膜
２０２ 結合膜
２０３ 流路形成構造
２０３Ａ 溝部
２５０ 制御部構造
３０１ 電圧駆動手段
４０１ 制御手段
２０６，２０７ シールリング
２０８ ケース

Claims (5)

1. 光が入力される入力側光導波路と、
   前記入力側光導波路より分岐する２つの干渉系光導波路と、
   前記２つの干渉系光導波路が合流される出力側光導波路と、
   前記前記干渉系光導波路に設けられた、検出対象物を検出する検出部と、
   前記出力側光導波路より出力される光量を検出する光量検出手段と、
   前記検出部に電界を発生させる電界発生手段と、
   前記光量検出手段で検出される光量に応じて前記電界発生手段を制御して当該電界を変化させる制御手段と、を有することを特徴とする光導波路型センサ。
2. 前記検出部は、
   前記干渉系光導波路中に設けられた検出用光導波路と、
   前記検出用光導波路上に設置される、前記検出対象物を含む溶媒が流れる流路と、
   当該流路と前記検出用光導波路の間に形成される、当該検出対象物が結合するよう構成された結合膜と、を有することを特徴とする請求項１記載の光導波路型センサ。
3. 前記電界発生手段は、
   前記制御手段により制御される電圧駆動手段を有し、
   当該電圧駆動手段により、前記検出用光導波路を挟んで対向するように設置された一対の電極の間に電圧が印加されるよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の光導波路型センサ。
4. 前記電界発生手段は、
   前記制御手段により制御される電圧駆動手段を有し、
   当該電圧駆動手段により、前記検出用導波路の深さ方向に電界を印加するために、前記結合膜または前記結合膜の下に形成された電極と、当該検出用導波路近傍に形成された電極との間に電圧が印加されるよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の光導波路型センサ。
5. 前記検出用光導波路と前記結合膜との間に、当該検出用光導波路の保護膜が形成されていることを特徴とする請求項２乃至４のうち、いずれか１項記載の光導波路型センサ。
   

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