JP2009509158A - 少なくとも２つのワイヤグリッドを含むルミネセンスセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、互いに対して垂直に位置付けられる少なくとも２つのワイヤグリッドを含む、例えば、ルミネセンスバイオセンサ又はルミネセンス化学センサのような、サブ波長ルミネセンスセンサを提案する。励起放射線が効率的に使用され且つルミネセンス放射線が効率的に検出されるルミネセンスセンサは、改良された信号対雑音比と、分離された励起及びルミネセンス放射線とを有する。

Description

本発明は、ルミネセンスセンサ、例えば、ルミネセンスバイオセンサ又はルミネセンス化学センサに関し、そのようなルミネセンスセンサ内に存在する１つ又はそれよりも多くの蛍光物質によって生成されるルミネセンス放射線を検出する方法に関する。

物理的属性又は物理的現象を測定するために、センサが広く使用されている。それらはその測定値の関数的読取りを電気的、光学的、又はデジタル信号として出力する。その信号は他の装置によって情報に変換され得るデータである。バイオセンサは、例えば、血液、血清、血漿、唾液のような流体中の、例えば、タンパク質、ウイルス、バクテリア、細胞成分、細胞膜、胞子、ＤＮＡ、ＲＮＡ等のような標的分子の存在（即ち、定性的検出）を検出し或いは一定量（即ち、定量的検出）を測定する。標的分子は「検体」とも呼ばれる。殆ど全ての場合において、バイオセンサは、検体を捕捉するための特定の認識素子を含む表面を使用する。従って、センサ装置の表面は、流体内に存在する標的分子を結合するのに適した特定の分子をそれに付着することによって変更され得る。

特定の分子への検体の最適な結合効率のために、大きな表面面積及び短い拡散距離が極めて好ましい。従って、ミクロ又はナノの多孔性基板（膜）が、大きな面積を急速な結合キネティクスと組み合わせるバイオセンサ基板として提案されている。特に、検体濃度が低い（例えば、１ｎＭより下、或いは、１ｐＭより下）とき、拡散キネティクスは、バイオセンサ検定の総合性能において重要な役割を演じる。

被結合検体の量は、ルミネセンス、例えば、蛍光によって検出され得る。この場合には、検体自体は、ルミネセンス、例えば、蛍光、標識を担持し得るし、或いは、代替的に、蛍光的に標識付けされた第二認識素子を備える追加的なインキュベーションが遂行され得る。

従来技術のルミネセンスバイオセンサには、励起放射線とルミネセンス放射線、例えば、蛍光放射線とを分離することに問題がある。何故ならば、これらの種類の放射線は類似の波長を有するからである。

上記の問題を解決するために、サブ波長空間解像度を備える流体内部で動作するサブ波長孔又はスリットを使用するルミネセンスセンサが提案された。簡単に言うと、励起放射線は、サブ波長孔又はスリット上で反射する。何故ならば、それらは小さ過ぎて放射線によって見られないからである。これは孔又はスリット内にエバネッセント場をもたらし、それは孔又はスリット内に存在する蛍光物質を励起するために使用される。生成されるルミネセンスは、照射される側、即ち、照射側と反対の側上の孔又はスリットから出て、そのようにして、励起放射線とルミネセンス放射線とを分離する。孔又はスリットの励起側上に生成されるバックグラウンドルミネセンスも、この（反射）効果によって抑制される。

孔を使用するルミネセンスセンサに伴う問題は、発光されるルミネセンスが孔を出ることができることが必要であり、従って、ルミネセンスは孔の出口側に近接して発光される必要があることである。これは、孔を効率的に離れることができる励起放射線がルミネセンス、例えば、蛍光を生成し得る前に、著しい量の励起放射線が既に抑制されていることを意味する。実際には、これは、励起放射線が孔内の蛍光物質、例えば、蛍光体に達する前に、励起放射線が幾分抑制されること、並びに、生成されるルミネセンス、例えば、蛍光が検出器に達する前に、それも幾分抑制されることを意味する。

この問題は、孔の代わりにスリットを備えるセンサを使用することによって解決され得る。何故ならば、１つの偏光はスリットを通じて常に進行することができ、従って、生成されるルミネセンス、例えば、蛍光の少なくとも５０％が検出器側に常に到達することができるからである。しかしながら、このような種類のセンサに伴う問題は、生成されるバックグラウンド放射線の５０％もスリットを透過することができることである。

改良された信号対雑音比を備えるルミネセンスバイオセンサ又はルミネセンス化学センサのようなルミネセンスセンサを提供することが本発明の目的である。そのようなルミネセンスセンサ内に存在する１つ又はそれよりも多くの蛍光物質によって生成されるルミネセンス放射線を検出するための方法を提供することが本発明のさらなる目的である。本発明の利点は、励起放射線が効率的に使用されること、並びに、ルミネセンス放射線が効率的に検出されることであり得る。

上記の目的は、本発明に従った装置及び方法によって達成される。

本発明の具体的且つ好適な特徴は、付属の独立項及び従属項内に示される。従属項からの機能は、請求項中に適切にのみならず明示的に示されるような独立項並びに他の従属項の機能と組み合わせられ得る。

本発明は、少なくとも第一ワイヤグリッドと第二ワイヤグリッドとを含むルミネセンスセンサ、例えば、蛍光センサを提供する。第一ワイヤグリッドは、第一方向に延びるスリットとワイヤとを含み、第二ワイヤグリッドは、第二方向に延びるスリットとワイヤとを含み、第一方向及び第二方向は互いに対して実質的に垂直である。本発明によれば、センサが、励起放射線源、例えば、光源からの励起放射線、例えば、励起光で照射されるとき、励起放射線、例えば、励起光は、少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの一方によって実質的に抑制されるが、少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの他方によっては実質的に抑制されないよう偏光される。

本発明の好適実施態様によれば、励起放射線、例えば、励起光の偏光は、それが励起放射線源、例えば、光源から最も遠く離れて位置付けられる第二ワイヤグリッドによって実質的に抑制されるが、励起放射線源、例えば、光源に最も近接して位置付けられる第一ワイヤグリッドによって実質的に抑制されないようである。

本発明に従ったルミネセンスセンサは、従来技術センサに対して幾つかの利点を有する。本発明に従ったルミネセンスセンサのために、励起容積、即ち、ルミネセンスが生成されるワイヤ間の容積は極めて小さい、即ち、少なくとも二次元において回折限界より下である。これは２つのワイヤグリッドの組み合わせがサブ波長孔を形成する故に達成される。他の利点は、本発明に従ったルミネセンスセンサが、透過モードで使用されるならば、即ち、励起放射線源をセンサの一方の側に備え、検出器の他の側に備えるならば、励起放射線、例えば、励起光、及び、ルミネセンス、例えば、蛍光放射線の自動分離をもたらす。その上、その場合には、検出器が位置付けられる側と反対のセンサの側で生成されるバックグラウンドルミネセンス、例えば、蛍光は、第一及び第二のワイヤグリッドの位置によって形成される孔を透過することができず、よって、信号対雑音比を改良する。本発明に従ったルミネセンスセンサは整列及び使用が容易であり、ルミネセンス、例えば、蛍光放射線は効率的に検出器に到達することができ、それは励起が効率的に行われ得ることも意味する。

本発明の実施態様によれば、第二ワイヤグリッドは頂面を有し、第一ワイヤグリッドは第二ワイヤグリッドの頂面上に位置付けられ得る。

本発明の実施態様によれば、間隙が第一ワイヤグリッドと第二ワイヤグリッドとの間に存在し得ることで、第一及び第二のワイヤグリッド間に距離ｄをもたらす。これらの実施態様の利点は、第一及び第二のワイヤグリッド間の全距離が励起のために使用され得ることである。これは励起容量の増大があることを意味し、それはワイヤグリッド間の距離を変更することによって調整され得る。

本発明の実施態様によれば、距離ｄは如何なる適切な値をも有し得るし、典型的には、１００ｎｍ〜１００μｍの間であり得るし、他の実施態様によれば、選択的に、互いに独立してワイヤグリッド１及びワイヤグリッド２を取り付けることによって変更され得る。

本発明の実施態様によれば、ルミネセンスセンサは、第三ワイヤグリッドをさらに含み、第三ワイヤグリッドは、第三ワイヤグリッドのワイヤが第一ワイヤグリッド又は第二ワイヤグリッドのそれぞれのスリットの下に或いは上に位置付けられるよう整列され得る。

具体的な実施態様によれば、第三ワイヤグリッドは、第二ワイヤグリッドの頂面上に位置付けられ得るし、第三ワイヤグリッドのワイヤが第二ワイヤグリッドのスリットの上に位置付けられるよう整列され得る。

本発明に従った他の実施態様によれば、第三ワイヤグリッドは第一ワイヤグリッドの底面に位置付けられ得るし、第三ワイヤグリッドのワイヤが第一ワイヤグリッドのスリットの下に位置付けられるよう整列され得る。

本発明の実施態様によれば、ルミネセンスセンサは、第一ワイヤグリッドと第三ワイヤグリッドとの間に、或いは、第三ワイヤグリッドと第二ワイヤグリッドとの間に間隙をさらに含み得る。

スリットは最小寸法を有し得るし、センサは浸漬流体中に浸漬されるためであり得る。本発明の実施態様によれば、スリットの最小寸法は、浸漬流体中の励起放射線の波長よりも小さくあり得る。

本発明の実施態様によれば、少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの少なくとも１１つは、軸受基板の上に位置付けられ得る。

本発明の実施態様によれば、ルミネセンスセンサは蛍光センサであり得る。具体的な実施態様において、ルミネセンスセンサは、ルミネセンスバイオセンサ、例えば、蛍光バイオセンサであり得る。

本発明は、少なくとも１つの蛍光物質、例えば、蛍光体によって生成されるルミネセンス、例えば、蛍光放射線を検出する方法をさらに提供する。当該方法は、ルミネセンス、例えば、蛍光センサを励起放射線、例えば、励起光で照射するステップを含み、ルミネセンス、蛍光センサは、第一方向に延びるスリットとワイヤとを有する第一ワイヤグリッドと、第二方向に延びるスリットとワイヤとを有する第二ワイヤグリッドとを少なくとも含み、第一方向及び第二方向は、互いに対して実質的に垂直である。本発明の方法によれば、励起放射線源から来る励起放射線、例えば、励起光は、少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの一方によって実質的に抑制されるが、少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの他方によって実質的に抑制されないよう偏光される。

本発明の実施態様によれば、励起放射線、例えば、励起光の偏光は、励起放射線源に最も近接する第一ワイヤグリッドによって実質的に抑制されないが、励起放射線源から最も遠く離れる第二ワイヤグリッドによってのみ実質的に抑制される。

本発明に従った方法は、実施態様によれば、生成されるルミネセンス、例えば、蛍光放射線を検出するステップをさらに含み得る。

本発明の上記並びに他の特徴、機能、及び、利点は、本発明の原理を一例として例証する付属の図面と共に理解されるならば、以下の詳細な記載から明らかになるであろう。この記載は、実施例のために与えられ、本発明の範囲を制限しない。以下に引用される参照図面は、添付の図面を参照する。

異なる図面において、同一の参照記号は、同一又は類似の素子を示している。

本発明は、具体的な実施態様を参照して、並びに、特定の図面を参照して記載されるが、本発明はそれらに限定されず、請求項によってのみ限定される。請求項中の如何なる参照記号も範囲を限定するものと解釈されるべきではない。記載されている図面は概略的であるに過ぎず、制限的ではない。図面中、一部の素子の大きさは誇張され得るし、例示の観点から原寸通りに描写されていない。「含む」という用語が本記載及び請求項中で使用されているが、それは他の素子又はステップを排除しない。単一名刺を参照するときに不定冠詞又は定冠詞、例えば、「ａ」若しくは「ａｎ」又は「ｔｈｅ」が使用される場合には、特に断りのない限り、これは複数のその品詞を含む。

さらに、本記載及び請求項中の第一、第二、及び、第三、並びに、それらの類似用語は、類似素子間を区別するために使用されており、順次的又は年代順の順序を記載するために必ずしも使用されない。そのように使用される用語は適当な環境の下で置換可能であること、並びに、ここに記載される本発明の実施態様はここに記載され或いは例証される以外の順序で動作可能であることが理解されるべきである。

その上、本記載及び請求項中の頂、底、上に、及び、下に、並びに、それらの類似用語は、記述の目的のために使用されており、相対的な位置を記載するために必ずしも使用されない。そのように使用される用語は適当な環境の下で置換可能であること、並びに、ここに記載される本発明の実施態様はここに記載され或いは例証される以外の順序で動作可能であることが理解されるべきである。

請求項中で使用される「含む」(“comprising”）という用語は、その後に列挙される手段に限定されるものと解釈されるべきではない。それは他の素子又はステップを排除しない。よって、それは述べられる機能、完全体(integer)、ステップ、又は、構成素子の存在を言及されるように特定するものと解釈されるべきであるが、1つ又はそれよりも多くの他の機能、完全体、ステップ、若しくは、構成素子、又は、それらの群の存在又は追加を排除しない。よって、「手段Ａ及びＢを含む装置」の表現の範囲は、構成素子Ａ及びＢのみから構成される装置に限定されるべきではない。それは、本発明に関して、装置の唯一の関連する構成素子はＡ及びＢであることを意味する。

本発明は、定性的又は定量的なセンサ、より具体的には、ルミネセンスセンサ、並びに、そのようなルミネセンスセンサの製造方法を提供し、それは、例えば、ルミネセンスバイオセンサ又はルミネセンス化学センサであり、それは良好な信号対バックグラウンド比を示す。本発明に従ったルミネセンスセンサは、少なくとも第一ワイヤグリッド１と、第二ワイヤグリッド２とを含む。ワイヤグリッド１，２は、基板内にスリット３のネットワークとして形成され、スリット３は、好ましくは、均一に離間する。これは当業者によって既知な従来的技法、例えば、Ｅビームリソグラフィ又はレーザ干渉リソグラフィを適用することによって得られ得る。基板の残余部分はワイヤ４を形成する。基板は、例えば、金属基板、例えば、金基板、又は、半導体基板、例えば、シリコン基板であり得る。以後の記載において、基板で、ワイヤグリッド１，２が形成される金属が意味され、ワイヤグリッド材料とも呼ぶ。

本発明の特徴によれば、第一ワイヤグリッド１内で、スリット３は第一方向に延び、第二ワイヤグリッド２内で、スリット３は第二方向に延び、第一方向及び第二方向は互いに対して実質的に垂直である。そのような交差された第一ワイヤグリッド及び第二ワイヤグリッドを含む本発明の実施態様に従ったセンサは、第一ワイヤグリッド１によっては抑制されないが第二ワイヤグリッド２によって抑制されるよう偏光された励起放射線で照射される。

本発明の第一実施態様において、ルミネセンスセンサ、例えば、蛍光センサは、第一基板内に形成された第一ワイヤグリッド１と、第二基板内に形成された第二ワイヤグリッド２とを含む。第一基板及び第二基板、換言すれば、それぞれ第一ワイヤグリッド１及び第二ワイヤグリッド２を形成するために使用されるワイヤグリッド材料は、例えば、両方とも金属基板、例えば、金基板又は材料であり得るし、或いは、両方とも半導体基板又は材料、例えば、シリコン基板又は材料であり得るし、或いは、第一（又は第二）基板又は材料が金属であり第二（又は第一）基板又は材料が半導体材料であり得る。第一基板、よって、及び、第一ワイヤグリッド１、並びに、第二基板、よって、及び、第二ワイヤグリッド２は、本発明の実施態様によれば、同一の厚さを有し得るが、他の実施態様では、異なる厚さを有し得る。第一ワイヤグリッド１及び第二ワイヤグリッド２の厚さは、典型的には、本発明の実施態様によればスリットを満たす媒体内の励起放射線の波長よりも小さくあり得るスリット３の幅と実質的に同一であり得る。しかしながら、もしその厚さがこの波長よりも大きいならば、ワイヤグリッド１，２の性能は向上する。従って、ワイヤグリッド１，２の厚さは、１００〜１０００ｎｍの間であり得る。スリットを満たす媒体は、液体又は気体であり得るが、検出されるべき少なくとも１つのルミネセンス粒子を含む真空でもあり得る。使用中、センサは媒体中に、例えば、液体媒体中に浸漬され得るし、或いは、スリットは、他の如何なる適切な方法でも、例えば、液体媒体の場合には微量ピペットを用いて、或いは、例えば、センサ上に並びにスリット内に気体を吹き付けることによって充填され得る。

第一ワイヤグリッド１は、代替的に、スリット３と、図１中に矢印５によって表示される第一方向に延びるワイヤ４と、第二ワイヤグリッド２とを含み、代替的に、スリット３と、図１中に矢印６によって表示される第二方向に延びるワイヤ４とを含み、第一方向５及び第二方向６は互いに対して実質的に垂直である。スリット３は、好ましくは媒体内の励起放射線の波長よりも小さい最小寸法を有し得る。センサは媒体内に浸漬され、或いは、媒体を用いてスリットが充填される。好ましくは、スリット３は、流体内の励起放射線の波長の半分よりも小さい最小寸法を有し得る。センサは流体内に浸漬され、或いは、スリットが充填される媒体内に浸漬される。

本発明のこの第一実施態様において、第一ワイヤグリッド１は、第二ワイヤグリッド２の頂面７に位置付けられる。センサは、第一ワイヤグリッド１の頂面８を通じて照射される。

第一実施態様に従った第一ワイヤグリッド１及び第二ワイヤグリッド２の構造は、図１、図２（上面図）、及び、図３（底面図）に例証されている。蛍光物質、例えば、蛍光体が、好ましくは、図１乃至３内に参照番号９によって表示される第二ワイヤグリッド２のワイヤ４のそれらの端部で、第二ワイヤグリッド２のスリット３内で励起放射線源（さらに見る）から最も離れて配置される第二ワイヤグリッド２に取り付けられ得る。そのようにして、それらは蛍光物質から来るルミネセンス放射線、例えば、蛍光体からの蛍光を検出するための検出器により近接し、励起照射、例えば、励起光でセンサを照射するために、励起放射線源、例えば、光源からさらに離れる。本発明によれば、照射源、例えば、光源は、好ましくは、ルミネセンスセンサの第一側に位置付けられ得るのに対し、検出器は、好ましくは、ルミネセンスセンサの第二側に位置付けられ得る。第一側及び第二側はルミネセンスセンサい対して互いに対向する。第一ワイヤグリッド１で生成されるルミネセンスは、第一及び第二のワイヤグリッド１，２の組み合わせを通過しなければならず、これはそれが抑制されることを意味する。従って、蛍光物質、例えば、蛍光体は、好ましくは、検出器に最も近い第二ワイヤグリッド２に取り付けられなければならない。

第一実施態様におけるような第一ワイヤグリッド１及び第二ワイヤグリッド２の組み合わせは、第一ワイヤグリッド１及び第二ワイヤグリッド２の厚さの合計と等しい深さを有する孔１０の形成をもたらす。

図４には、本発明の第一実施態様に従ったルミネセンスセンサの基本原理が例証されている。励起放射線１１、例えば、励起光は、第一ワイヤグリッド１の頂面８を通じてセンサを照明している。

ワイヤグリッド１，２は、偏光異存抑制を有する。ワイヤグリッド１，２を通じての放射線の透過は、単一スリット３と類似して、強い偏光依存性を示す。ＴＥ偏光状態のための透過（スリットと平行なＥ場）は、ＴＭ偏光状態のための透過よりも著しく低い。ワイヤグリッド１，２内部のＴＭ偏光放射線のための強度分布は、ファブリーペロ効果を示す定常波である。これは６００ｎｍのスリット高さのためのより強い最大正規化強度、即ち、共振効果によって支持される。ワイヤグリッド１，２の背後で、強度は急激に硬化し、それは（ＴＥ偏光のためと同様に）ワイヤグリッド１，２背後の自由空間内の発散に起因する。

励起放射線源（図示せず）、例えば、光源から来る励起放射線１１、例えば、励起光は、好ましくは、第一ワイヤグリッド１によっては実質的に抑制されない或いは全く抑制されないが第二ワイヤグリッド２によってのみ実質的に抑制されるよう偏光され得る。例えば、第一ワイヤグリッド１内のスリット３に対して垂直な電場Ｅを備えるＴＭ偏光された励起放射線、例えば、ＴＭ偏光励起光のために、励起放射線は第一ワイヤグリッド１を通過する。本発明によれば、２つのワイヤグリッド１，２は垂直である。これは１つのワイヤグリッド１，２がＴＭを通し、他のワイヤグリッド１，２がＴＥ偏光励起放射線源、例えば、ＴＥ偏光励起光を通すことを意味する。もし第一ワイヤグリッド１が励起放射線、例えば、励起光のために殆ど或いは全く抑制を有しないよう整列されるならば、これは励起放射線、例えば、励起光が、ワイヤグリッド１内のスリット３に対して整列される方向にＴＭ偏光を有することを意味する。結果的に、励起放射線、例えば、励起光は、ワイヤグリッド２内のスリット３と整列されるＴＥ偏光を有し、従って、ワイヤグリッド２は、励起放射線、例えば、励起光を実質的に抑制する。抑制は、吸収又は反射のいずれかによって達成され、後者は図４中に表示されるような反射ビーム１２をもたらす。励起放射線１１、例えば、励起光のこの強度は、矢印１３によって表示される方向にワイヤグリッド２内で減少するだけである。励起放射線１１、例えば、励起光は、ブロードビームの形態であり得るが、ワイヤグリッド１，２の開口地域、即ち、具体的には、孔１０をより効率的に照明するために、多スポット光源の形態でもあり得る。他方、もし励起放射線源によって放射される放射線の偏光方向が第一ワイヤグリッド１のスリットと完全に整列されないならば、第一ワイヤグリッド１は、励起放射線、例えば、励起光の一部を遮断する。これはルミネセンスセンサの動作のために問題ではないが、この場合には、少量の励起放射線、例えば、励起光が、ルミネセンス、例えば、蛍光の生成のために利用可能である。故に、検出器はより少ない生成ルミネセンスを検出し得るだけなので、これはルミネセンスセンサのより低い効率を招く。

蛍光物質、例えば、蛍光体は、既に上述のように、好ましくは、図１乃至３中に参照番号９によって表示されるワイヤの両側で、第二ワイヤグリッド２に取り付けられ得る。この地域で生成される蛍光物質、例えば、蛍光体は、第二ワイヤグリッド２にのみ直面する。これは、励起放射線の無作為偏光が仮定され、よって、５０％ＴＥ及び５０％ＴＭ偏光があるとき、蛍光物質、例えば、蛍光体の少なくとも５０％、即ち、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光の一部が第二ワイヤグリッド２を通過し、抑制されない。何故ならば、ＴＥ偏光は実質的に抑制されるが、少量が依然として透過し得るからである。これは両方とも異なる偏光方向を有する２つのビームのルミネセンス、例えば、蛍光体をもたらす。これらのビームは図４中に矢印１４及び１５によって表示されている。ビーム１５は、第二ワイヤグリッド２の底側１６センサを離れ、そこで、検出器１７、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器によって検出される。ビーム１４は、第一ワイヤグリッド１の頂面８でセンサを離れる。

蛍光物質、例えば、蛍光体をルミネセンスセンサの第二ワイヤグリッド２にある好適結合場所９に導くために、蛍光物質を含む流体がワイヤグリッド１，２のスリット３を通じて流れる必要がある。これは図５中に矢印１８及び１９によって例証されるような２つの方向のいずれにもなされ得る。

１つの可能な流体流れ方向が矢印１８によって表示されている。流体はワイヤグリッド１，２を通じて直接的に送られ、ワイヤグリッド１，２の表面に対して垂直な方向に流れる。この流体流れ方向１８を使用することの利点は、実施が容易であること、並びに、それが比較的低い流れ抵抗を有し、従って、より多くの容量が毎秒毎にワイヤグリッド１，２を通じて注入されることを可能にすることである。

他の可能な流体流れ方向は、図５中に矢印１９によって表示されるようなワイヤグリッドの平面内である。この場合には、流体流れは、第二ワイヤグリッド２の所与の実施例中のスリット３を通じて進む。しかしながら、流体流れは第一ワイヤグリッド１のスリットを通じても進み得る。よって、流体は、ワイヤグリッド１，２のうちの一方のスリット３内でワイヤグリッド１，２と平行に流れる。好ましくは、もし第二ワイヤグリッド２が本発明の第一実施態様に従ったセンサの場合におけるように第一ワイヤグリッド１の下に位置付けられるならば、流体は第二ワイヤグリッド２のスリット３と平行にスリット３内を流れる。他のワイヤグリッドを通じる限定的な或いは顕著ではない流れだけがある、即ち、もし主流体流れが第二ワイヤグリッド２を通じて進むならば、第一ワイヤグリッド１を通じる小さな流れのみがある。何故ならば、両方のワイヤグリッド１，２のスリット３が互いに対して実質的に平行な平面内に位置付けられるので、それは流れの主方向に対して垂直に位置付けられるからである。この利点は、蛍光物質の最も効率的な結合が最も効率的なルミネセンス、例えば、蛍光検出及び励起を有する領域内で、即ち、検出器１７に最も近接して配置される第二ワイヤグリッド２のワイヤ４の側の上で起こることである。

上記の実施態様において、第一ワイヤグリッド１は第二ワイヤグリッド２の頂面７上に位置付けられた。しかしながら、一部の場合には、第一ワイヤグリッド１と第二ワイヤグリッド２との間に、ルミネセンスセンサ、例えば、蛍光センサが、間隙２０をさらに含み、第一ワイヤグリッド１と第二ワイヤグリッド２との間に距離ｄをもたらす（図６を参照）ことが有利であり得る。そのような場合の実施例は、例えば、検出器が十分に感応的でないため、より大きなルミネセンス、例えば、蛍光信号が必要とされる場合である。典型的には、これは蛍光物質、例えば、蛍光体の濃度が幾分より低い場合の用途、例えば、単分子検出で起こり得る。

よって、第二実施態様において、ルミネセンスセンサ、例えば、蛍光センサは、再び、第一方向５に延びるスリット３とワイヤ４とを含む第一ワイヤグリッド１と、第二方向６に延びるスリット３とワイヤ４とを含む第二ワイヤグリッド２とを含み、第一方向５及び第二方向６は互いに対して実質的に垂直である。スリット３は、センサが浸漬される流体中の励起放射線の波長よりも小さくあり得る最小寸法を有し得る。浸漬流体は液体又は気体であり得るが、検出されるべき少なくとも１つのルミネセンス粒子を含む真空でもあり得る。ワイヤグリッド１，２は、当業者によって既知の従来的技法によって基板内に形成され得る。基板は、例えば、金属基板、例えば、金基板、又は、半導体基板、例えば、シリコン基板であり得る。第一ワイヤグリッド１と第二ワイヤグリッド２との間には間隙２０が存在し、第一ワイヤグリッド１と第二ワイヤグリッド２との間の距離ｄをもたらしている。距離ｄは如何なる適切な値をも有し得るし、典型的には、１００ｎｍ〜１００μｍの間であり得るし、選択的には、ワイヤグリッド１及びワイヤグリッド２を互いに独立して取り付けることによって可変であり得る。

この第二実施態様によれば、蛍光物質、例えば、蛍光体は、第一実施態様と同様に、好ましくは、第二ワイヤグリッド２内、或いは、間隙を充満する媒体、例えば、流体内に位置付けられる。

図７には、第二実施態様のセンサ構造の基本原理が例証されている。この図面は第一及び第二のワイヤグリッド１，２を示しており、第一ワイヤグリッド１の底面２１と第二ワイヤグリッド２の頂面７との間には間隙２０が存在し、故に、第一ワイヤグリッド１と第二ワイヤグリッド２との間に距離ｄをもたらしている。センサは、第一ワイヤグリッド１の頂面８を通じて、励起放射線１１、例えば、励起光によって照射される。第一実施態様と類似して、励起放射線１１、例えば、励起光の偏光は、第一ワイヤグリッド１によっては実質的に或いは全く抑制されないが第二ワイヤグリッド２によってのみ実質的に抑制されるようであり得る。

この第二実施態様の利点は、ワイヤグリッド１，２間の全距離が励起のために使用され得ることである。これはワイヤグリッド１，２間の距離を変更することによって調整され得る励起容量の増大があることを意味する。ルミネセンス、例えば、蛍光の励起は間隙２０内で起こるので、この間隙の長さは励起容量を決定する。従って、励起容量は、ワイヤグリッド１，２間の距離を変更することによって調整され得る。蛍光物質、例えば、蛍光体は間隙２０内に位置付けられ得るが、蛍光物質、例えば、蛍光体が、間隙２０を充満する媒体、例えば、流体内に浮遊することも可能である。

本発明の第三実施態様において、ルミネセンスセンサ、例えば、蛍光センサは、透明材料、例えば、ガラス質又はガラス状の材料から成る第三ワイヤグリッド２２をさらに含む。第三ワイヤグリッド２２は、第一ワイヤグリッド１と第二ワイヤグリッド２との間に位置付けられ、第一ワイヤグリッド１は、第一方向５に延びるスリット３とワイヤ４とを含み、第二ワイヤグリッド２は、第二方向６に延びるスリット３とワイヤ４とを含み、第一方向５及び第二方向６は互いに対して実質的に垂直である。スリット３は、センサが浸漬される流体内の励起放射線１１の波長よりｍの小さくあり得る最小寸法を有し得る。浸漬流体は液体又は気体であり得るが、検出されるべき少なくとも１つのルミネセンス粒子を含む真空でもあり得る。第三ワイヤグリッド２２もワイヤ４及びスリット３を含み、それらは、第三ワイヤグリッド２２のワイヤ４が、第一ワイヤグリッド１のスリット３と平行に且つ同一方向に走って、それぞれ第二ワイヤグリッド２の下に或いは上に位置付けられるように整列される。

１つの可能な実施では、図８に例証されるように、第三ワイヤグリッドは、第三ワイヤグリッド２２のワイヤ４が第二ワイヤグリッド２のスリット３の上に位置付けられるよう第二ワイヤグリッド２の上に位置付けられ得る。間隙が第二ワイヤグリッド２と第三ワイヤグリッド２２との間に存在する。しかしながら、好ましくは、第二ワイヤグリッド２と第三ワイヤグリッド２２との間の距離は可能な限り小さい。選択的に、間隙２０が第一ワイヤグリッド１と第三ワイヤグリッド２２との間に存在し得る。

図面中に例証されていない第二の可能な実施では、第三ワイヤグリッド２２は、第三ワイヤグリッド２２のワイヤ４が第一ワイヤグリッド１のスリット３の下に位置付けられ且つそれと平行に同一方向に走るよう第一ワイヤグリッド１の底面２１に位置付けられ得る。本発明の実施態様によれば、間隙が第一ワイヤグリッド１と第三ワイヤグリッド２２との間に存在し得る。しかしながら、他の実施態様においては、第一ワイヤグリッド１と第三ワイヤグリッド２２との間に間隙がなくてもよい。選択的に、間隙２０が第三ワイヤグリッド２２と第二ワイヤグリッド２との間に存在し得る。

蛍光物質、例えば、蛍光体が、好ましくは、第三ワイヤグリッド２２に結合されるとき、ルミネセンス、例えば、蛍光の源は、今や、最適化されたルミネセンス、例えば、蛍光励起及び検出を備える場所に配置される。これは、励起放射線、強度、及び、ルミネセンス検出効率が間隙２０内で最大である故になされる。第三ワイヤグリッド２２を使用する理由は、蛍光物質、例えば、蛍光体をワイヤグリッド間の間隙２０内に配置する方法をもたらすことである。故に、第三ワイヤグリッド２２の主要機能は、蛍光物質、例えば、蛍光体のための結合場所を提供し、これらの場所を最も適切な場所に配置することである。この結果、バイオセンサのより良好な感応性が得られる。

上記の実施態様において、ワイヤグリッド１，２は基板内に形成される。しかしながら、本発明によれば、これらのワイヤグリッド１，２は、軸受基板（いずれの図面中にも示されていない）の上にも位置付けられ得る。軸受基板は、励起放射線、例えば、励起光、及び、ルミネセンス、例えば、蛍光放射線のために不透明な材料から成る、ワイヤグリッドが形成されるグリッド材料又は基板と接触する、励起放射線、例えば、励起光、及び、ルミネセンス、例えば、蛍光放射線のために透明な材料から成り得る。

本発明に従ったルミネセンスセンサは、従来技術のルミネセンスセンサに対して以下の利点を有する。

励起容量は極めて小さい、即ち、少なくとも二次元において回折限界よりも下である。これは２つのワイヤグリッド１，２の組み合わせがサブ波長孔１０を形成する故に達成される。深みで、ある過剰な距離が達成される。何故ならば、励起放射線１１、例えば、励起光は第一ワイヤグリッド１によって抑制されないからであり、第一ワイヤグリッド１内に生成される一部のルミネセンス、例えば、蛍光は第二ワイヤグリッド２を透過することができ、且つ、次に、検出器１７に到達することができるからである。小さな励起容量によって、実際には、第一及び第二のワイヤグリッド１，２の組み合わせによって形成されるスリット３又は孔１０が、励起放射線１１を孔１０又はスリット３の位置の周りに局所化された小さな容積内にのみ透過することが意味される。これは、ルミネセンス放射線１４，１５の局所化されたプロービングのため、並びに、孔１０又はスリット３の背後で生成されるルミネセンス放射線１４，１５、及び、孔１０又はスリット３の内部に生成されるルミネセンス放射線１４，１５の比率を最小限化するために利用され得る。

励起放射線１１とルミネセンス、例えば、蛍光放射線の自動分離。

検出器１７が位置付けられる側と反対のセンサの側に生成されるバックグラウンドルミネセンス、例えば、蛍光は、孔１０を透過することができず、信号対雑音比を向上する。検出器側と反対のワイヤグリッド１，２の組み合わせの側の上に生成されるバックグラウンドルミネセンス、例えば、蛍光は、両方のワイヤグリッド１，２を通じて進行する必要があり、従って、抑制される。

整列及び使用が容易。整列は極めて簡単であるが、励起放射線１１の偏光は制御される必要がある。しかしながら、偏光における小さな不整列が許容され得る。何故ならば、それは第一ワイヤグリッド１を通じて進行するときに励起放射線１１、例えば、励起光の小さな損失を招くだけだからである。ＴＥ偏光励起放射線、例えば、ＴＥ偏光が完全に遮断されると仮定すると、ワイヤグリッド１，２の透過性は（ｃｏｓ（不整列の角度））^２によって決定され得る。

ルミネセンス、例えば、蛍光は、検出器１７に効率的に到達することができ、それは励起が効率的に行われることもを意味する。本発明によれば、生成されるルミネセンス、例えば、蛍光の少なくとも５０％は、ワイヤグリッド１，２の検出器側、即ち、検出器１７が位置付けられるセンサのその側に到達することができる。この追加的な利点は、（励起ビームが最大強度である）第二ワイヤグリッド２の上で生成されるルミネセンス、例えば、蛍光が、全く容易に検出器側に到達し得ることである。これは、より効率的なルミネセンス、例えば、蛍光検出の隣で、励起もより効率的に行われ得ることを意味する。

好適実施態様、具体的な構成及び構造、並びに、材料が本発明に従った装置のためにここで議論されたが、形態及び詳細の様々な変更又は修正が、この発明の範囲及び精神から逸脱することなく行われ得る。

本発明の第一実施態様に従ったルミネセンスセンサを示す斜視図である。 本発明の第一実施態様に従ったルミネセンスセンサを示す斜視上面図である。 本発明の第一実施態様に従ったルミネセンスセンサを示す斜視底面図である。 本発明の第一実施態様に従ったルミネセンスセンサの基本原理を示す概略図である。 本発明の第一実施態様に従ったルミネセンスセンサ内の可能な流体流れ方向を示す概略図である。 本発明の第二実施態様に従ったルミネセンスセンサを示す斜視図である。 本発明の第二実施態様に従ったルミネセンスセンサの基本原理を示す概略図である。 本発明の第三実施態様に従ったルミネセンスセンサを示す概略図である。

Claims (16)

1. 少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドを含むルミネセンスセンサであって、前記第一ワイヤグリッドは、第一方向に延びるスリットとワイヤとを含み、前記第二ワイヤグリッドは、第二方向に延びるスリットとワイヤとを含み、前記第一方向及び前記第二方向は互いに対して実質的に垂直である、ルミネセンスセンサ。
2. 当該ルミネセンスセンサが励起放射線源からの励起放射線で照射されるとき、前記励起放射線は、前記少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの一方によって実質的に抑制されるが、前記少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの他方によって実質的に抑制されないよう偏光される、請求項１に記載のルミネセンスセンサ。
3. 前記励起放射線は、前記励起放射線源から最も離れて位置付けられる前記第二ワイヤグリッドによって実質的に抑制されるが、前記励起放射線源に最も近接して位置付けられる前記第一ワイヤグリッドによって抑制されないよう偏光される、請求項２に記載のルミネセンスセンサ。
4. 前記第二ワイヤグリッドは頂面を有し、前記第一ワイヤグリッドは前記第二ワイヤグリッドの前記頂面上に位置付けられる、請求項１に記載のルミネセンスセンサ。
5. 当該ルミネセンスセンサは、前記第一ワイヤグリッドと前記第二ワイヤグリッドとの間に間隙をさらに含み、前記第一ワイヤグリッドと前記第二ワイヤグリッドとの間に距離をもたらす、請求項１に記載のルミネセンスセンサ。
6. 前記距離は、１００ｎｍ〜１００μｍの間である、請求項５に記載のルミネセンスセンサ。
7. 前記距離は可変である、請求項５に記載のルミネセンスセンサ。
8. 当該ルミネセンスセンサは、第三ワイヤグリッドをさらに含み、該第三ワイヤグリッドは、該第三ワイヤグリッドの前記ワイヤが前記第一ワイヤグリッド又は前記第二ワイヤグリッドのそれぞれの前記スリットの下に或いは上に位置付けられるよう整列される、請求項１に記載のルミネセンスセンサ。
9. 前記第三ワイヤグリッドは、前記第二ワイヤグリッドの前記頂面の上に位置付けられる、請求項８に記載のルミネセンスセンサ。
10. 前記スリットは最小寸法を有し、当該ルミネセンスセンサは、浸漬流体の内に浸漬されるためにあり、前記スリットの前記最小寸法は、前記浸漬流体中の前記励起放射線の波長よりも小さい、請求項１に記載のルミネセンスセンサ。
11. 前記少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドのうちの１つは、軸受基板の上に位置付けられる、請求項１に記載のルミネセンスセンサ。
12. 当該ルミネセンスセンサは、ルミネセンスバイオセンサである、請求項１に記載のルミネセンスセンサ。
13. 前記ルミネセンスバイオセンサは、蛍光バイオセンサである、請求項１２に記載のルミネセンスセンサ。
14. 少なくとも１つの蛍光物質によって生成されるルミネセンス放射線を検出する方法であって、当該方法は、ルミネセンスセンサを励起放射線で照射するステップを含み、前記ルミネセンスセンサは、第一方向に延びるスリットとワイヤとを有する第一ワイヤグリッドと、第二方向に延びるスリットとワイヤとを有する第二ワイヤグリッドとを少なくとも含み、前記第一方向及び前記第二方向は、互いに対して実質的に垂直であり、
    前記励起放射線は、前記少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの一方によって実質的に抑制されるが、前記少なくとも第一及び第二のワイヤグリッドの他方によって実質的に抑制されないよう偏光される、方法。
15. 前記励起放射線は、前記第一ワイヤグリッドによって実質的に抑制されないが、前記第二ワイヤグリッドによってのみ実質的に抑制される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記生成されるルミネセンス放射線を検出するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

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