JP2015502539A - 光共振診断装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

本開示による埋込型診断装置は、小型化等の様々な利点を提供し、それによって、生命体内部への装置の埋め込み、安価な検出回路の組み込みおよび従来のＩＣ製造技術の使用に起因する低コスト化、加熱による再利用性と、それによる、装置を廃棄することのない、複数の診断試験の実行可能性、および、１つ以上の同種または異種の標的分子の、同時にまたは異なる時点での検出のための同時および／または逐次的診断試験を実行可能な構成が可能となる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、「光学的に検出するマイクロ熱量計」と題する、２０１１年１１月２１日に出願された米国仮出願第６１／５６２，３０８号の優先権を主張する。

本開示は、生体分子結合内の分子を検出するために使用することができる診断装置に関する。より詳細には、本開示は、光共振診断装置およびその使用方法に関する。

生体分子検出のための既存の技術は、典型的に、望ましくないほど高価で、複雑で、かつ巨大な装置を必要とする。そのような装置を用いた技術の一例は文献１に詳述されている。従来技術の診断技術および機材における、このような欠点に対処することが望ましい。

本開示の第１の態様によれば、ケイ素製の診断装置は、光共振器、光導波路および検出器を含む。光共振器は結合部位に配置された捕獲剤を有し、光導波路は、レーザービームを伝搬し、かつ、伝搬されたレーザービームの第１部分を光共振器内に接続するように構成されている。検出器は、ａ）結合部位に結合反応が存在しない場合に、第１の光共振器により生成される第１の共振波長と、ｂ）第１結合部位に結合反応が存在する場合に、屈折率を変化させることで第１光共振器によって生成される第２の共振波長とを検出するよう構成されている。

本開示の第２の態様によれば、ケイ素製の診断装置は、光共振器のアレイ、光導波路、および検出器のアレイを含む。光共振器はイムノアッセイ部位を有し、光導波路は光共振器のアレイにおけるコヒーレントな光を各光共振器に接続するように構成されており、光振器のアレイに光学的に接続されている検出器のアレイ内の各検出器は、ａ）対応する光共振器によって生成された第１の共振波長と、ｂ）イムノアッセイ部位に少なくとも１つの分子を結合させることによる屈折率の変化を受ける場合に、対応する光共振器によって生成された第２の共振波長とを検出するよう構成される。

本発明の第３態様によれば、診断装置の使用方法は、該診断装置の光導波路を介してレーザービームを伝搬することと、イムノアッセイ部位を備え、該診断装置内に配置された第１の光共振器にレーザービームの少なくとも一部を接続することと、該第１光共振器に接続された光検出器内の第１電流であって、該第１光共振器にレーザー光線の少なくとも一部が接続されたことに応答して第１の光共振器により生成された第１共振周波数を示す第１電流を検出することと、第１光検出器内の第２電流であって、第１光共振器内の屈折率の変化および第１共振周波数の対応する変化を特徴とし、イムノアッセイ部位で起こるイムノアッセイ結合を示す第２電流を検出することとを含む。

本開示のさらなる態様を、本出願の明細書、図面および特許請求の範囲に示す。

本明細書に組み込まれ、かつ、その一部を構成する添付図面は、本開示の１つ以上の実施形態を例示し、いくつかの例示的な実施形態の説明と共に、本開示の原理および実施を説明する役目を果たす。図面中の構成要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。その代わりに、様々な原理を明確にすることに重点がおかれている。また、図中の類似の参照番号は、複数の図面を通じて、対応する部分を指す。

本開示の第１の実施形態に従う、埋込型診断装置を含む診断システムを示す。 本開示の第２の実施形態に従う、埋込型診断装置を示す。 図２に示した埋込型装置に関連する、いくつかの波長に関する運用の状況を示す。 時間の関数としての検出器の出力のグラフを示しており、検出器は本開示による埋込型診断装置の一部である。 本開示の第３の実施形態に従う、埋込型診断装置を示す。 本開示の第４の実施形態に従う、埋込型診断装置を示す。 本開示に従う、埋込型診断装置の熱応答に関連するパラメータを特徴付けるグラフを示す。 本開示に従う、埋込型診断装置の熱応答に関連するパラメータを特徴付けるグラフを示す。 本開示に従う、埋込型診断装置の熱応答に関連するパラメータを特徴付けるグラフを示す。

本説明の全般にわたり、実施形態および変形形態は、本発明の概念の使用および実施を説明する目的で記載されている。例示的な説明は、本明細書に開示される概念の範囲を限定するものではなく、本発明の概念の例を提示するものとして理解されるべきである。さらに、特定の単語および／または語句の使用は、説明の文脈内で理解されるべきであり、いくつかの例では、代替の単語または語句が、実質的に同様の作用または要素を指すために用いられ得ることを理解されたい。このような使用の一例として、結合部位またはイムノアッセイサイト等の語句は、一般的に、関心物質（ここでは分子、外来分子、標的分子、またはタンパク質と種々に称される）を結合する結合機構を提供するための結合剤（ここでは捕獲剤またはアプタマーと種々に称される）が配置されている光アイソレータ内の位置を指すということを、理解されたい。そのような用語の使用は、当業者には広義に理解され、かつ、本質的に限定的または排他的と解釈されるべきではない。さらに、「埋込型」という用語は、診断装置は特定の対象内に埋め込まれていてもよいことを示す意図で用いられることが理解されるであろう。しかしながら、埋込型診断装置が対象以外の種々の用途に構成および／または用いられることを不可能にするものではない。例えば、本開示に従う埋込型診断装置は、流体または液体を分析する目的で実験室にて行われる試験（例えば、手持ち式装置を用いたアッセイ試験等）を実施するために利用可能である。

本明細書に記載の様々な実施形態は概して、いくつかの利点を提供する診断装置を含む診断システムに関するものである。このような利点の例としては、生命体の内部へのデバイスの埋め込みを可能にするほど小型であること、低コストの検出デバイスを含む統合された／小型のパッケージであること、既存のシリコンプロセスを用いて製造可能であること、（例えば人体等の）埋め込み位置から除去することなく、複数の診断試験の実行を可能にする制御可能な再生メカニズムの結果として再利用可能であること、同時に、または異なる時点で、１つ以上の同種または異種の標的分子を検出するための同時および／または逐次的診断試験の実行を可能にする構成が挙げられる。

特に、本開示に従う診断装置は、１つ以上のリソグラフィにより画定された光学センサを、関連した１個以上の低コスト検出器および加熱器とともに備える、ケイ素製の埋込型診断装置である。埋込型診断装置は、例えば、動物またはヒトの血流中に挿入可能であり、結果を得る目的、または試験を複数回行うために診断装置を再生させる目的で、動物またはヒトから診断装置を取り外すことなく、無標識診断試験を行うよう、操作することができる。これらの試験を、従来のイムノアッセイおよびＥＬＩＳＡ法に比べて、感度を顕著に向上させて実施することができる。これら、および他の埋込型診断装置の特徴を、様々な図を用いて、以下でさらに詳細に説明する。

最初に図１を参照し、本開示の第１の実施態様に従う埋込型診断装置１１０を含む診断システム１００を示す。埋込型診断装置１１０は、レーザー光源１０５等のコヒーレント光源によって埋込型診断装置１１０内に注入されるレーザービームを伝搬するための光導波路１２０を含む。埋込型診断装置１１０は、動物またはヒトの血流中に埋め込み可能であるが、レーザー光源１０５は、通常、動物またはヒトの外部に配置されている。しかしながら、特定の実施態様において、動物またはヒトに挿入するために、レーザー光源１０５を、レーザー光源１０５と埋込型診断装置１１０の双方を含む統合パッケージ、または、レーザー光源１０５を含む別体の第１のパッケージであって、埋込型診断装置１１０を含む第２のパッケージに接続された第１のパッケージのいずれかとして構成することができる。

レーザー光源１０５によって光導波路１２０に注入されたコヒーレント光線の一部は、補助光ビーム路１２２を介して光共振器１３０に結合される補助光として主光ビーム路１２１から分岐される。分岐を、様々な方法で行うことができる。例えば、第１の実施法では、カプラ／スイッチ１１５は主光ビーム路１２１に侵入し、光ビームの一部にアクセスするカプラである。第２の実施法では、カプラ／スイッチ１１５は、コヒーレント光線の全部または一部を、主光ビーム路１２１から補助光ビーム路１２２に分岐させる光スイッチである。光カプラおよび光スイッチは、当該分野で公知であり、本開示の主たる焦点から逸脱するのを避けるために、本明細書での詳細な説明は省略する。

補助光ビーム路１２２を介して伝搬するコヒーレント光線は光共振器１３０に接続され、ここで共振波長を生成するために循環される（矢印で示す）。光共振器１３０を円形共振器として図３に示すが、光共振器１３０は、非円形構造を有する共振器を含む、様々な方法で実装可能であることを理解すべきである。

光共振器１３０に接続される補助光ビーム路１２２は、光共振キャビティ、例えば、従来技術で公知の「ウィスパリングギャラリー」構造（図示せず）に導かれる。広域スペクトル光が光共振キャビティに導入される場合、一般に、本明細書では共振波長と称する特定の波長のみが、建設的干渉の結果として、光共振キャビティの内部で増強される。共振波長は、光共振キャビティの導波路構造の光路の長さ（例えば、ウィスパリングギャラリーの伝搬経路の長さ）に基づいて決定される。具体的には、共振波長は、共振波長の各半波長の整数倍に応じて構成された光路長に基づいて決定される。

本開示では、光共振器１３０は、少なくとも２つの共振波長を提供する。第１の共振波長は、光共振器１３０の第１の光学特性によって、特に、第１の光信号の経路長、吸収パラメータ、および／または光信号経路長の第１の屈折率の点から決定される。これらのパラメータの１つ以上は、結合部位１３３によって部分的に定義されている。光共振器１３０の光共振キャビティの内部表面上に配置されている結合サイト１３３は、捕獲剤１３２（例えばアプタマー）を含む。捕獲剤１３２は、外来分子１３１（あるいは「標的」分子と称される）が捕獲剤１３２に結合しやすくなるように、内部表面上に配置される。外来分子１３１は、ヒトの血流に流れる標的分子（標的分子が診断試験において特に関心がある場合）であってもよい。この話題に関連するさらなる詳細を以下に説明する。

外来分子１３１が、結合部位１３３に存在する捕獲剤１３２に結合されていない場合に、第１の共振波長が規定される。

対照的に、外来分子１３１が結合部位１３３に存在する場合に、第２の共振波長が規定される。結合部位１３３における外来分子１３１の存在は、第１の光信号経路の屈折率を変化させ、したがって、第１の共振波長が第２の共振波長に変わる。

第１の共振波長から第２の共振波長への偏移は、外来分子１３１が結合部位１３３に存在していることを示す。換言すれば、埋込型診断装置１１０は、生体分子結合の発生を検出するために、共振波長偏移を使用する。このような波長指向の検出処理は、埋込型診断装置１１０における高い検出感度を提供するだけでなく、付加的な利点を提供する。例えば、本開示に係る埋込型診断装置１１０は、リアルタイムまたはほぼリアルタイム（例えばミリ秒間隔）での、再使用可能な無標識生体分子検出に使用することができる。

埋込型診断装置１１０は検出器１４０をさらに含み、この検出器１４０は、高価で複雑でかさばる従来技術の検出装置とは対照的に、光共振器１３０と同一のパッケージ内のケイ素上に製造することができるため、小型、低コスト、高検出感度等の様々な利点を提供する。

検出器１４０は、基本的には光共振器１３０から提供される光を受け取り、電気信号を、例えば検出器電流の形で生成する光電変換器（Ｏ／Ｅ変換器）である。具体的には、検出器１４０は、第１の共振波長で光共振器１３０によって提供される光に応答して第１の電気信号（例えば、第１の検出器電流）を生成し、第２の共振波長で光共振器１３０によって提供される光に応答して第２の電気信号（例えば、第２の検出器電流）を生成する。

いくつかの実装形態では、検出器１４０を組み込むことに加えて、埋め込み型診断装置１１０は、ヒータ１２５および熱量計１３５を内蔵している。ヒータ１２５は、光共振器１３０、より具体的には、いくつかの例では、結合部位１３３を収容する光共振器１３０の少なくとも一部を過熱するために用いられる。加熱は、様々な理由で行い得る。例えば、加熱を行なって、結合部位１３３にある捕獲剤１３２に結合した場合、および／または、後続の診断試験の一部として、（同種または異種の）他の外来分子１３１を収容するように結合部位１３３を準備するために、捕獲剤１３２から外来分子１３１を放出した場合の、外来分子１３１の熱応答を検出および記録することができる。

熱応答を記録するために用いられる場合、検出器１４０は、種々の共振波長に対応する様々な電気信号（例えば、検出器電流）を介してデータを提供する。データは、時間に対する共振偏移の傾きのグラフとしてマッピングすることができる。傾きは、例えば、抗原濃度とともに増加するので、標準曲線を作成し、経時的に抗原濃度を較正することができる。 次いで、標準曲線を用いて、検出器１４０で生成された１つ以上の電気信号に基づいて、未知の濃度値を識別することができる。

先に指摘したように、検出器１４０により、例えば、外部に測定装置を配置した従来技術と比較してコストが低いという点、および、光共振器１３０に近接した埋込型パッケージへの統合の結果として、効率と性能が増加している点等の、様々な利点が得られる。

検出器１４０を用いて様々な信号を生成し、それにより上記のグラフのマッピングを容易にする場合には、熱量計１３５を用いて、光共振器１３０の温度、より具体的に、いくつかの例で、結合部位１３３の温度を測定することができる。埋込型診断装置１１０内に熱量計１３５を統合することにより、例えば、外部に熱量計を配置した従来技術と比較してコストが低いという点、および、光共振器１３０に近接して配置された結果として、効率と性能が高いという点等の、様々な利点が得られる。しかしながら、いくつかの実施例において、熱量計１３５は、埋込型診断装置１１０内にその全体が含まれていなくてもよいが、その代わり、埋め込み型診断装置１１０の外部に配置してもよいことが理解されよう。例えば、温度センサを埋込型診断装置１１０の内部に配置することができ、読み出し部を埋込型診断装置１１０の外部に配置することができる。（また、本開示の主な焦点が曖昧となるのを回避するために、図１には、金属トラック、ワイヤ、ピン、コネクタ等の、接続およびアクセス要素を示していないことを指摘しておくことが適切であろう。）

ここで、図２を参照し、本開示の第２の実施形態に従った埋込型診断装置２１０が示されている。単一の光共振器１３０を組み込んだ図１の埋込型診断装置１１０とは対照的に、埋込型診断装置２１０は、光共振器のアレイを組み込んでいる。

第１の実装例では、光共振器のアレイ内の光共振器の各々は、図１の光共振器１３０と実質的に同様である。他の素子（検出器、ヒータ、および熱量計）も、２つの実施形態の間で実質的に同様である。２つの光共振器回路のみが示されているが、光共振器のアレイは、ａからｎまでの種々の添字で表された、Ｎ個（Ｎ＞２）の光共振器を含むことができることが理解されるであろう。

第２の実装例では、光共振器のアレイの少なくとも１つの光共振器は、外来分子を捕獲するための捕獲剤を有する結合部位を含まない。単一の光共振器がこのように構成されている場合、この単一の光共振器は、種々の測定目的に対する「基準」光共振器として使用することができる。

例えば、ある用途では、（結合部位を持たない基準光共振器に関連する）「基準」検出器で生成された「基準」電流を用いて、結合部位の設けられている１つ以上の他の光共振器で検出された１つ以上の電流を分析する。

換言すれば、（結合部位の欠如により）基準光共振器内の第１の共振波長に対応する基準電流を、結合反応が存在しない（すなわち、第１の共振波長に対応する）場合の、第１の光共振器で生成された第１電流と比較することができる。この比較は、例えば、較正手順の一部として実施することができる。次いで、第１の光共振器内で結合反応が発生した場合、（上述のように）第２の電流が第１の光共振器内で生成される。第１の光共振器における第１の電流と第２の電流の差分値を、（基準光共振器の）基準電流と第１の光共振器の第２の電流との差分値と比較することができる。このことから分かるように、第１の光共振器が良好に較正された場合には、２つの結果が同一となるであろう。基準電流および他の光共振器で生成された他の電流との間の他のこのような比較を、種々の較正および／または測定に対して用いることができる。

図３は、図２に示した埋込型診断装置２１０に関する、いくつかの波長に関連した態様を示している。光共振器のアレイ３００を、以下でさらに詳細に説明する個々の診断試験、並行試験、逐次試験等の、種々の診断試験を実行するために用いることができる。

第１の例示的試験手順では、カプラ／スイッチ１１５ａ〜ｎのそれぞれは、光導波路１２０を伝搬するレーザービーム（図示せず）からの光のそれぞれの部分を向けるカプラである。光の各部分は、それぞれの光共振器１３０ａ〜ｎに接続され、それぞれ検出部１４０ａ〜ｎにより検出される第１また第２の共振波長を生成する。上述したように、それぞれの結合部位１３３ａ〜ｎで結合が発生していない場合に、第１の共振波長が生成され、上に発生していない、それぞれの結合部位１３３ａ〜ｎで結合が検出された場合に、第２の波長が生成される。このことから理解されるように、この例示的試験手順では、単一の結合が光共振器のアレイ３００で発生した場合に、検出器１４０ａ〜ｎのうちの１つの検出器が結合の発生を知らせる。一方、検出器１４０ａ〜ｎのうちの２つ以上が、２つ以上の光共振器ａ〜ｎで結合が発生したことを知らせる。このような構成により、並行試験モードを１つの特定の外来分子に関して行うことが可能となり、それによって、検出部１４０ａ〜ｎとから得られる複数の試験の結果を互いに比較して、その特定の外来分子の統計的データを得ることができる。また、並行試験モードを用いて、様々な外来分子に対して独立した診断試験の結果を得ることもできる。並行試験モードのこの変形形態では、結合部位１３３ａ〜ｎのそれぞれが、対応する外来分子を一意に結合するよう選択された異なる捕獲剤で個々に官能化されている。

第２のサンプル試験の手順において、カプラ／スイッチの各々は、１１５ａ〜ｎの光スイッチである。スイッチの１つを作動させ、光導波路１２０を伝搬するレーザービームからの光の全て、または一部を分岐させる。図２に示した例示的構成では、光スイッチ１１５ｃを作動（オンの状態）にする一方、残りのすべてのスイッチを非作動（オフ状態）にする。光スイッチ１１５ｃにより分岐された光は、光共振器１３０ｃ接続され、第１または第２の共振波長が、結合部位１３３ｃに存在または不存在である標的分子に基づいて、生成される。検出器１４０ｃは、生成された第１または第２の共振波長を検出し、それにより、光共振器１３０ｃの内部での結合の発生または不存在の指標をそれぞれ提供する。

上述した第２のサンプル試験の手順においては、光共振器１３０ｃの診断試験結果のみが所望されているので、光スイッチ１１５ｃを選択的に作動させてもよい。変形手順において、光スイッチ１１５ａ〜ｎの各々（または光スイッチ１１５ａ〜ｎのサブセット）を逐次作動させ、光共振器１３０ａ〜ｎの中の複数の光共振器からの診断試験の結果を得ることができる。この逐次作動は、特定のパターンに準拠してもよく、または無作為なパターンで行ってもよく、時間指向の診断試験のために提供する。

次に、図４に示す種々の波長に関連する図解を参照する。これらの波長に関連する図は、第１の例示的動作方法を示しており、光共振器１３０ａ〜ｎは、光導波路１２０を伝搬するレーザー光の波長に対応する基準波長３１２に対してオフセットした共振波長で動作するように構成されている。（本明細書において、単語「オフセット」は、「偏移した」または「離調した」等の代替的な単語でも称されることを指摘することが適切であろう。）

具体的には、波長に関連する線図３１０は、基準波長３１２に関して「青方偏移」したオフセット共振波長３１１を示す。この特定の作動方法において用いられるオフセット共振波長３１１は、結合部位１３３ａでの結合発生の不存在を表す（光が光共振器１３０ａを通って導かれていないか、または導かれた光が光共振器１３０ａ内に存在するにもかかわらず結合が発生していないため）。

波長に関連した線図３１０とは対照的に、波長に関連した線図３２０は、オフセット波長３２１（破線）のみならず、第２の波長３２２を示している。オフセット波長３２１は、オフセット波長３１１と同様の傾向を示す。しかし、第２の波長３２２は、光共振器１３０ｃの内部での結合の発生の直接の結果として、オフセット波長３１１がオフセット波長３２１の位置から偏移することを示している。

波長偏移機能は、異なる方法で行なうことができる。第１の実施例としては、第２の波長３２２が基準波長３１２と一致するように、波長偏移を設定することができる。第２の実施例としては、第２の波長３２２が基準波長３１２と一致しないように、波長の変化を設定することができる。

さらに、試験の性質に応じて、場合によっては、波長偏移自体の大きさは、変化が生じた結果、結合の発生が現在起きている、または、検出の前に起きていたという信号を発するほどに、顕著である必要はない。この場合、波長偏移は、二位相波長偏移として解釈することができる。しかしながら、別の場合には、波長偏移は、本質的に二位相ではなく、波長偏移の可変量は、（例えば、血液等の試験溶液中の）標的分子の濃度に比例する指標として用いられる。

第２の例示的作動方法では、光共振器１３０ａ〜ｎの各々が、結合が存在しない場合に、基準波長３１２と一致する第１の共振波長を有するように構成されている。光共振器１３０ａ〜ｎのうちの任意の１つ以上において結合が発生した場合には、第１の共振波長は、基準波長３１２から離れ、第２の共振波長に偏移する。上述したように、波長の偏移は、１つ以上の外来分子が結合部位に結合し、次いで、特定の光共振器内部の光信号路の屈折率が修正された結果である。ここも、試験の性質に応じて、場合によっては、波長偏移自体の大きさは、変化が生じた結果、結合の発生が現在起きている、または、検出の前に起きていたという信号を発するほどに、顕著である必要はない。しかしながら、別の場合には、波長偏移の大きさは、試験溶液（例えば、血液）中の標的分子の濃度に直接比例する指標として用いられる。

第３の例示的作動方法では、光共振器１３０ａ〜ｎの各々が、結合が存在しない場合に、基準波長３１２と一致する第１の共振波長を有するように構成されている。光共振器１３０ａ〜ｎのうちの任意の１つ以上において結合が発生した場合には、第１の共振波長は、対応する検出器に対して出力信号が利用可能でないこと点に変更される。この変更は、例えば、対応する検出器によって、または、光共振器の共振を停止することによって、検出できない波長に第１の共振波長を偏移するような様々な方法で実施することができる。

上述の３つの例示的作動方法のいずれかもが、少なくとも２つの別の方法で実施することができる。

第１の実施例は同時データ収集プロセスを構成すると解釈することができ、カプラ／スイッチ１１５ａ〜ｎ（カプラまたは光スイッチとして実装される）の各々を作動させ、光導波路１２０からの光の全てまたは一部を、２つ以上の光共振器１３０ａ〜ｎに分岐する。検出器内の対応する検出器１４０ａ〜ｎは、２つ以上の光共振器１３０ａ〜ｎ内の結合の発生（または非発生）を示すデータを提供する。データを逐次または同時に取得することができる。

第２の実施例は、獲得したデータの収集プロセスを構成するとみなすことができ、カプラ／スイッチ１１５ａ〜ｎ（本実施形態では、光スイッチとして実装されている）のうちの１つのみを作動され、光導波路１２０からの光の全てまたは一部を、光共振器１３０ａ〜ｎのうちの特定の１つの光共振器に分岐する。対応する検出器は、この特定の光共振器における結合の発生または非発生を示すデータを提供する。続いて、カプラ／スイッチ１１５ａ〜ｎのうちの別の１つを作動させ、別の光共振器に関するデータを得る。この獲得プロセスを、その後、残りの光共振器の全部または一部に対して継続することができる。

上記の２つの実施例のいずれかを、時間的に種々な時点で行って、例えば、ある期間にわたって試験結果を得ることができる。

図４は、対応する光共振器（光共振器１３０ａ〜ｎのいずれか１つ）から提供される光入力の結果として検出器（検出器１４０ａ〜ｎのいずれか１つ）で発生した電力を時間の関数として表したグラフを示す。検出された電力の変化は結合発生の指標となる。

ここで、本開示に従う埋込型診断装置の構造、製造および準備を説明する。好ましい実施形態では、埋込型診断装置は、例えば、リソグラフィおよびミクロンサイズの回路を作成するための光学／電子ビーム印刷などの技術を組み込んだ集積回路（ＩＣ）製造技術を用いて製造される少なくとも１つの装置を含む埋込型モジュールとして作成される。

例えば、光共振器の各々は二酸化ケイ素支持層によって支持されたケイ素薄膜に、円形またはナノビーム共振器パターンをエッチングすることにより、ＩＣの内部にリソグラフィ的に構成することができる。検出器、ヒータ、および熱量計等の追加要素を、１つ以上のケイ素支持層または追加の層上に作成することができ、または追加要素が光共振器の形状を使用することができる。次いで、相互接続トラック、外部アクセスピン、接地および電源回路等の金属接続を設ける。

光共振器は、例えば、検体の無標識検出を可能にする様々な捕獲剤で官能化することができる。トロンビンのような凝固剤の検出のために、化学的に安定なアプタマー化学が開発されている。光共振器は、熱アシストコーティングプロセスを介してこれらのアプタマーで官能化することができる。このようなプロセスでは、ビス（トリメチルシリル）アセトアミド（ＢＳＡ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が、埋込型診断装置の二酸化ケイ素表面上に最初に堆積される。この堆積プロセスに続いて、ＢＳＡを局所的に共振器から除去するが、二酸化ケイ素表面の残部には残存させる、光共振器の局所加熱工程が行われる。最後に、二酸化ケイ素表面をトロンビン結合アプタマーでコーティングするが、これはＢＳＡの除去された、予め加熱した共振器上のみに堆積される。

ＤＮＡ固定化手順は、トロンビン結合アプタマーの５’末端基（５’−ＮＨ_２−Ｃ_６−ＧＧＴＴＧＧＴＧＴＧＧＴＴＧＧ−３’）およびポリ（ｄＴ）１５に取り付けられたスペーサーアーム（Ｃ６）を有するアミノ基を用いて、光共振器を官能化することによって実施することができる。補完的なポリ（ｄＡ）１５は、アプタマーの結合発生を実験室で確認するために、フルオレセインホスホアミダイト（ＦＡＭ−ポリ（ｄＡ）１５）レポーターを用いて５’末端基に標識することができる。アプタマーの固定化は、シラン試薬を結合させることができる酸化ケイ素の外層を用いて、光共振器のケイ素表面に共有結合的に付着されるであろう。光共振器の官能化は、アセトン中に、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）等のアミノプロピルを組み込んだトリアルコキシシラン（例えば、トリメトキシシランまたはトリエトキシシラン）試薬を用いて行うことができる。 具体的には、塩類化手順は、シリカ表面を、所望のシラン試薬（ＡＰＴＥＳ）の気相中、または、アセトン等を溶媒としたシラン試薬の５％（ｖ／ｖ）溶液中に約１〜２時間暴露することから開始し、次いで、アセトンで３回洗浄し、空気中または窒素下で乾燥させる。アミノ−シラン化された共振器は、その後、ＤＭＳＯ中の１ｍＭのＤＳＳ（スベリン酸ジスクシンイミジル）アミノ反応性二官能性の共有結合架橋剤に１時間浸漬される。次いで、基板をＤＭＳＯおよびリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ）（２０ｍＭのＮａ_２ＨＰＯ_４、１５０ｍＭのＮａＣｌ、ｐＨ７．４）で３回洗浄し、ＰＢＳ中６０μＭのトロンビン結合アプタマーまたはＰＢＳ緩衝液中にポリ（ｄＴ）１５およびＦＡＭ−ポリ（ｄＡ）１５を含有するトロンビンとアプタマーの混合物の５００μＬ中で２時間インキュベートする。未反応のトロンビン結合アプタマーポリ（ｄＴ）１５またはＦＡＭ−ポリ（ｄＡ）１５を、１％（ｗ／ｖ）のＢＳＡおよび０．０５％のＴｗｅｅｎ−２０を含む緩衝液で十分に洗浄することによって除去する。

ここで、本開示に従う埋込型診断装置を使用する方法のいくつかの非限定的な実施例について説明する。

第１の例示的方法は、タンパク質検出に関するものであり、より具体的には、溶液中のタンパク質濃度を検出するためのものである。この方法では、埋込型診断装置、具体的には光共振器を様々な濃度の標的タンパク質と共に、ＰＢＳ緩衝液中で、室温で３時間にわたりインキュベートする。ＰＢＳで洗浄した後、共振器を緩衝液で十分にすすぎ、乾燥して、測定および読み出しをする。上記のように、結合部位への標的タンパク質の結合により、光共振器の波長偏移がもたらされる。波長偏移は、バルク溶液または血液試料中の標的タンパク質の濃度に直接相関し得る。次いで、検出器を加熱すると、標的タンパク質が液試料中に再放出され、屈折率変化の対応する減少が、共振波長の偏移として記録される。結合部位から標的タンパク質を放出することで、試験で次の使用のための、埋込型診断装置の準備が整う。

加熱により光共振器の温度が上昇し、標的タンパク質とタンパク質の結合アプタマーの相互作用が阻害され、これにより複数回の試験に対して診断装置の非破壊的再生を提供する。埋込型診断装置を人体の内部に埋め込む一方、例えば、人体内部から除去することなく再生を行うことができることは重要である。アプタマーは、劣化することなく変性／再生を複数回受けることが知られている。アプタマー−タンパク質の非共有結合性相互作用を破壊するために用いられ得る別の一般的な方策は、Ｂａｌｄｒｉｃｈら［３４］によって実証されるような２ＭのＮａＣｌ、または、数名の研究者［３５−３８］によって実証されている６Ｍの塩酸グアニジンの水溶液の使用である。単一の再生剤では十分に有効でない場合には、再生試薬の組合せを用いることができる。

第２の例示的方法は、ＤＮＡハイブリダイゼーションのモニタリングに関する。この方法では、埋込型診断装置、具体的には光共振器は、ハイブリダイゼーションプローブとして機能することができる一本鎖標的ＤＮＡ分子で官能化されている。次いで、サンプルからの一本鎖ＤＮＡ分子は、この官能化された表面に適合および結合し、標的ＤＮＡへのサンプルの結合を、共振器の波長偏移として記録することができる。この結合反応から得られた二本鎖ＤＮＡは、その後、加熱されて変性し、結合部位に結合した複数のＤＮＡ分子間の結合エネルギーを確認するために用いられ得る「溶融」曲線を与える。酵素の存在下で一本鎖分子を加熱するこのやり方は、共振器の表面でのＤＮＡ増幅をもたらし、非常に正確に温度の制御されたポリメラーゼ連鎖反応をもたらすことができる。光共振器の表面のみが加熱されるので、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）増幅を、室温浴内で、その表面上で選択的に行うことができる。また、ＰＣＲ反応を、白化の可能性がほとんど無く、蛍光または他の標識を必要とせずに、赤外光を用いて正確に監視することができる。ＰＣＲの無標識検出は、埋込型デバイスのみならず、生体外での分子診断試験にも望ましいことを理解すべきである。

本開示に従う埋込型診断装置の種々の実施形態を用いて、例えば、ハイブリダイズしたＤＮＡのポリメラーゼ連鎖反応増幅等の、様々な他の種類の結合反応を行うことができ、これにより、結合部位での物質の増幅を用いて、例えば核酸標的に対してより高い感度を得ることができる。

図５は、本発明の第３実施形態に係る埋込型診断装置５００を示す。上述したように、本実施形態では、リング型共振器の代わりに、光共振器５１５ａ〜ｄのアレイを収容するように、直線光導波路５１０を構成する。光共振器５１５ａ〜ｄのアレイ内の各共振器は、直線光導波路５１０に穴を穿孔することによって製造される。近位に配置されたポンプ／プローブ導波路５０５は、ナノビーム共振器として動作するアセンブリのための直線光導波路５１０と協働する。

図６は、本発明の第４の実施形態に係る埋込型診断装置６００を示す。第３の実施形態とは対照的に、本実施形態は、光共振器５１５ａ〜ｄのアレイ上に取り付けられた金属層として実装することができる加熱素子６０５を含む。金属層に用いることができる例示的な材料の一つはＮｉ−Ｃｒである。加熱素子６０５を介した加熱を提供するために、接点リード６１０ａ〜ｂを用いて、適当な電気刺激を提供する。いくつかの実施例では、電気刺激は、周辺の組織または体液を不所望に加熱することなく、特定の領域に制御された加熱を提供するパルス刺激（例えば、パルス電流）｝とすることができる。さらに、このような制御された加熱は、周囲の組織および／または体液が、それらの固有の休止温度に維持される（これは、特定の用途では望ましいかもしれない）ことを可能にする。

代替的実施例では、加熱素子６０５は除去され、接点リード６１０ａ〜ｂが直線光導波路５１０の一部区間（または全部分）に直接接続されている。直線光導波路５１０のケイ素材料は、光共振器５１５ａ〜ｄのアレイの１つ以上を加熱するための加熱部材として動作する。この加熱部材と、ケイ素の予測可能な屈折率分散特性（図９に示す）との組み合わせは、温度の正確な熱光学測定（例えば、０．０１℃以内の精度）を可能にするだけでなく、表面の化学分析および様々な種類のマイクロ熱量測定手順の使用を可能にする。

例示的用途において、直線光導波路５１０は、幅が約０．５ミクロンであり、高さが０．２ミクロンであるので、光学的に測定された温度が、結合反応が起こる表面温度に非常に密接に対応する。

図６は光共振器５１５ａ〜ｄのアレイを示しているが、いくつかの実施例では、複数の共振器の代わりに単一の光共振器を使用することができることは理解されよう。さらに、図６では、加熱素子６０５が光共振器５１５ａ〜ｄの全てを加熱するように示されているが、代替的実装例では、加熱素子６０５は、例えば、光共振器５１５ａ〜ｄのアレイのうちの１つの独立した光共振器を局所的に、より具体的には、光共振器の、結合部位が配置されている部分のみを加熱するよう構成されてもよい。

上述したように、加熱を多くの目的で用いることができる。被加熱物（例えば、１つの光共振器）の質量が低い場合には、加熱を迅速かつ柔軟に行うことができる。例えば、局所加熱は、光共振器の表面上の良好な熱制御を提供するので、局所化学および官能化を、共振光波長の検出が行われる特定の領域だけで行うことが可能となる。また、光共振器の一時的加熱は、埋込型屈折率センサの障害となることの多い、不所望なコーティングおよび上皮細胞の形成または生物付着を除去することにより、光共振器を清浄に保持するのに役立つ。また、浄化作用は、例えば、１つまたは複数の吸着分子と、１つ以上の捕獲剤との間の結合エネルギーの正確な検証等の、種々の他の診断試験に関連する作用を可能にする。

図７〜９は、本開示による埋込型診断装置の熱応答に関係する様々なパラメータを特徴付けるグラフを示す。一実装例において、埋込型診断装置により、０．３５Ｎｍ／ｍＷの熱電応答と、数十マイクロ秒以内での室温から１００℃以上までの加熱とが得られる。

結論として、本開示による埋込型診断装置は、寸法の小型化（それによる、生命体内部への装置の埋め込み可能性）、安価な検出回路の組み込み（および従来のＩＣ製造技術の使用）に起因する低コスト化、加熱による再利用性（それによる、装置の除去または廃棄することのない、複数の診断試験の実行可能性）、および、１つ以上の同種または異種の標的分子の（同時にまたは異なる時点での）検出のための同時および／または逐次的診断試験を実行可能な構成等の種々の利点を提供する。

本明細書に開示された埋込型診断装置は、シリコン・オン・インシュレータ材料で製造することができ、標準的なＣＭＯＳ製造技術の使用を可能にするので、低コストで優れた製造可能性等の様々な利点を提供する。この製造には、高解像度リソグラフィと、それに続く半導体の異方性エッチングを含むことができる。一般に、製造された埋込型診断装置は、穿孔を有する膜（図５および６を用いて上述したナノビーム共振器）と、平面フォトニック結晶キャビティを組み込んだ形状を含む。この構成および製造により、光フィールドと検体との間の効率的な重なりを保証し、また低減したモード体積を有する小型の装置を提供するモード形状の設計が可能となる。

本明細書に開示された埋込型診断装置における表面温度にわたった均一な熱制御の組み合わせは、結合試験に関するマイクロ熱量測定と、複雑な静脈内化学内でのタンパク質に対する準連続試験を可能にする表面の清浄化とによる、結合エネルギーの同定を可能にする。光共振器表面の熱制御することにより、レーザー光源に対する光共振器の正確なチューニングが可能となるので、単純な光フィードバックシステムや追加の分光計測機器の排除につながる。本明細書に開示された特徴により、複数の代謝産物（タンパク質、ＤＮＡストランド、または他の関心分子）の生体内での連続監視を可能にする小型器具を製造することができる。マイクロ熱量測定は、光共振器が製造される材料（例えば、ケイ素）の屈折率の予測可能な性質の結果として、約０．０１℃の精度での温度測定を可能にする。より詳細には、本開示に従う熱光学測定は、約１００Ｎｍの領域に限定することができる。ケイ素の代わり、またはケイ素に加えて使用することができるいくつかの他の材料には、望ましいレベルの導電性を有する透明な材料が含まれる。他の材料のいくつかの非網羅的な一覧には、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮおよび／またはＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、またはＩｎＳｎＯ（ＩＴＯ）の組み合わせが含まれる。

本明細書で言及される全ての特許および刊行物は、本開示が属する分野における当業者の水準を示している。本開示において引用される全ての参考文献は、各文献が個々にその全体を参照により援用されていた場合と同程度に、参照により援用される。

なお、本開示は、特定の方法またはシステムに限定されるものではなく、これらは無論改変可能であることを理解すべきである。また、本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図するものではないことも理解されたい。本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、内容が明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。内容が明確に指示しない限り、用語「複数」は、２つ以上の指示対象を含む。特に定義しない限り、本明細書で用いられる全ての技術用語および科学用語は、開示が属する分野の当業者によって理解されるものと同じ意味を有する。

上記の例は、開示の様々な実施形態をどのようにして作り、かつ、使用するかの完全なる開示および説明を当業者に与えるために与えられており、本発明者らが、それらの開示と見なすものの範囲を限定することを意図するものではない。本開示を実施するための上述した態様の改変は、関連する技術分野の当業者によって使用することができ、かつ、以下の特許請求の範囲内にあるものことを意図するものである。

本開示の多数の実施形態を説明してきた。しかしながら、種々の改変が、本開示の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解されよう。 したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内である。

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Claims (44)

1. ケイ素製の診断装置であって、
   結合部位に位置する捕獲剤を含む第１の光共振器と、
   レーザービームを伝搬し、前記第１の光共振器内に前記伝搬したレーザービームの第１の部分を接続するよう構成された光導波路と、
   ａ）前記結合部位に結合反応が存在しない場合に、前記第１の光共振器により生成される第１の共振波長と、ｂ）前記第１の結合部位に結合反応が存在する場合に、屈折率を変化させることで前記第１光共振器によって生成される第２の共振波長とを検出するよう構成された第１の検出器と
   を備えることを特徴とする診断装置。
2. 前記第１の共振波長の検出は、前記検出器内の第１の電流を検出することを含み、前記第２の共振波長の検出は、前記第１の電流の変化を検出することを含む、請求項１に記載の診断装置。
3. 前記光導波路は直線光導波路であり、前記第１の光共振器は、前記直線光導波路内に１つ以上の穴を含む直鎖ナノビーム共振器である、請求項１または２に記載の診断装置。
4. 前記診断装置は、生命体内部への配置のためにパッケージ化されており、前記配置は、無標識診断試験のために、前記生命体の血流中または血流に近い組織中に前記診断装置を配置することを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の診断装置。
5. 捕獲剤は、第１の検体を捕獲するよう選択されたアプタマーであり、前記第２の共振波長は、前記第１の検体の濃度に正比例して前記第１の共振波長から偏移する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の診断装置。
6. 前記の光共振器の少なくとも一部分を加熱するよう構成された加熱素子をさらに備える、請求項２〜５のいずれか１項に記載の診断装置。
7. 前記直線光導波路は、少なくとも部分的に、前記加熱素子として動作するよう構成される、請求項６に記載の診断装置。
8. 前記第１の結合部位の温度を測定する熱量計をさらに備える、請求項６〜７のいずれか１項に記載の診断装置。
9. 前記熱量計は、前記第１の光共振器の統合された一部である、請求項８に記載の診断装置。
10. 前記熱量計は熱光学測定を用いる、請求項８〜９のいずれか１項に記載の診断装置。
11. 前記熱光学測定は、ａ）表面の温度表示、または、ｂ）表面の化学的性質の少なくとも一方を提供する、請求項１０に記載の診断装置。
12. 前記熱光学測定は、全方向に１マイクロメートル未満の面積で限定可能なマイクロ熱量測定である、請求項１０〜１１のいずれか１項に記載の診断装置。
13. 前記第２の結合部位を含む第２の光共振器であって、前記第２の光共振器は、前記光導波路を伝搬したレーザービームの第２の部分を受信するように構成された第２の光共振器と、
    ａ）前記第２の結合部位に結合反応が存在しない場合に、前記第２の光共振器によって生成される第３の共振波長と、ｂ）前記第２の結合部位に結合反応が存在する場合に、屈折率を変化させることで前記第２の光共振器によって生成される第４の共振波長とを検出するよう構成された第２の検出器と
    をさらに備える、請求項２〜１２のいずれか１項に記載の診断装置。
14. 前記第３の共振波長は前記第１の共振波長と同じであり、前記第４の共振波長は前記第２の共振波長と同じである、請求項１３に記載の診断装置。
15. ケイ素製の診断装置であって、
    光共振器のアレイであって、各光共振器がイムノアッセイ部位を含む光共振器と、
    前記光共振器のアレイのうちの１つ以上の光共振器内にコヒーレントな光を接続するよう構成された光導波路と、
    前記光共振器のアレイに接続された検出器のアレイであって、検出器のアレイの各検出器は、ａ）対応する光共振器によって生成された第１の共振波長と、ｂ）前記イムノアッセイ部位に少なくとも１つの分子を結合させることによる屈折率の変化を受ける場合に、前記対応する光共振器によって生成された第２の共振波長とを検出するよう構成された検出器のアレイと
    を備えることを特徴とする診断装置。
16. 各検出器は、前記第１の共振波長に応じた第１の電流と、前記第２の共振波長に応じた第２の電流とを生成する、請求項１５に記載の診断装置。
17. 前記第１の共振波長は、光導波路を伝搬するレーザー光に関連付けられた基準波長と実質的に一致するように選択される、請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の診断装置。
18. 前記第１の共振波長は、光導波路を伝搬するレーザー光に関連付けられた基準波長に対してオフセットされる、請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の診断装置。
19. 前記第２の電流は、前記対応する光共振器が屈折率の変化を受ける場合に、実質的に零となる、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の診断装置。
20. 前記診断装置は、生命体の内部に配置されるよう構成されているケイ素ベースのパッケージに実装される、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の診断装置。
21. 前記ケイ素ベースのパッケージは、ａ）ケイ素基板と、ｂ）リソグラフィプロセスを用いることによって、前記光共振器のアレイが少なくとも部分的に生成された、少なくとも１つのケイ素膜とを含む、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の診断装置。
22. 無標識診断試験を可能にするために、前記少なくとも１つのケイ素部材の少なくとも一部に被覆された捕獲剤をさらに含む、請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の診断装置。
23. 前記光共振器のアレイのそれぞれ１つを加熱するよう構成される複数の加熱素子をさらに含む、請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の診断装置。
24. 追加の診断試験を実施するためのイムノアッセイ部位の少なくとも１つを非破壊的に再生するために加熱が行われる、請求項２３に記載の診断装置。
25. 試験流体中の分子濃度を示す診断データを取得するために加熱が行われる、請求項２３に記載の診断装置。
26. 前記試験流体は血液試料と、前記血液試料中の標的タンパク質の分子濃度である、請求項２５に記載の診断装置。
27. 前記光導波路は直線光導波路であり、前記光共振器のアレイは、前記直線光導波路の穴のアレイを含む、請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の診断装置。
28. 前記直線光導波路の少なくとも一部は、前記光共振器アレイの１つ以上を加熱するための加熱素子として構成される、請求項２７に記載の診断装置。
29. 診断装置を使用する方法であって、
    前記診断装置の光導波路を介してレーザービームを伝搬することと、
    イムノアッセイ部位を備え、前記診断装置内に配置された第１の光共振器に前記レーザービームの第１の部分を接続することと、
    前記第１の光共振器に接続された光検出器内の第１の電流であって、前記第１の光共振器にレーザー光線の第１の部分が接続されたことに応答して前記第１の光共振器により生成される第１共振周波数を示す第１電流を検出することと、
    前記第１の光検出器内の第２電流であって、前記第１の光共振器内の屈折率の変化および前記第１共振周波数の対応する変化により特徴づけられる、イムノアッセイ部位で起こるイムノアッセイ結合を示す第２電流を検出することと
    を含むことを特徴とする方法。
30. 前記光導波路を介してレーザービームを伝搬するに先立ち、前記第１の光共振器を標的タンパク質とともに、緩衝液中で、室温で第１の時間にわたりインキュベートすることと、
    前記緩衝液で前記第１の光共振器を洗浄することと、
    前記第１の光共振器を乾燥させること
    をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記緩衝溶液はリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）溶液であり、前記第１の時間は約３時間である、請求項３０に記載の方法。
32. イムノアッセイ結合を表す前記第２の電流を検出した後、前記第１の光共振器を加熱して、イムノアッセイ部位から標的タンパク質を放出することにより、新しい診断試験のために前記イムノアッセイ部位を再生する、請求項３０〜３１のいずれか１項に記載の方法。
33. 前記イムノアッセイ部位で生じるイムノアッセイ結合は、血液中のタンパク質の無標識検出のために用いられる、請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の方法。
34. 前記診断装置の光導波路を介してレーザービームを伝搬するに先立ち、少なくとも１つの一本鎖標的ＤＮＡを添加することにより前記第１の光共振器を官能化することをさらに含む、請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の方法。
35. 前記第１の光検出器での前記第２の電流の検出は、標的ＤＮＡに対して試料ＤＮＡが結合し、二本鎖ＤＮＡを形成することの指標である、請求項２９〜３４のいずれか１項に記載の方法。
36. 前記第１の光共振器を加熱し、前記二本鎖ＤＮＡを加熱変性させて融解曲線を得ることと、
    前記溶融曲線を用いて、前記二本鎖ＤＮＡの２つ以上のＤＮＡ分子間の結合エネルギーを評価することと
    をさらに含む、請求項２９〜３５のいずれか１項に記載の方法。
37. ａ）１種以上の汚染物質を除去すること、または、ｂ）経時的な診断装置の感度の低下を最小限に抑えることの少なくとも一方のために、前記第１の光共振器を加熱することをさらに含む、請求項２９〜３５のいずれか１項に記載の方法。
38. 前記第１の光学共振器を加熱し、そこから、ａ）融解曲線、または、ｂ）分子が前記イムノアッセイ部位から放出される温度の少なくとも一方を検出する、請求項２９〜３５のいずれか１項に記載の方法。
39. 前記分子が放出される温度は、分子の同一性の指標である、請求項２９〜３８のいずれか１項に記載の方法。
40. 前記第１の光共振器を１回以上加熱し、１回以上の診断試験を行った後のイムノアッセイ部位を非破壊的に再生することをさらに含む、請求項２９〜３５のいずれか１項に記載の方法。
41. 前記診断装置内に配置され、イムノアッセイ結合を除外するよう構成された第２の光共振器内に前記レーザービームの第２の部分を接続することと、
    前記第１または第２の光共振器のうちの少なくとも一方の一部を加熱することと、
    前記第２の光共振器内への前記レーザービームの第２の部分の接続に応答して前記第２の光共振器により生成された第３の共振周波数を表す第３の電流を、前記第２の光共振器に接続された第２の光検出器で検出することと、
    前記第１、第２および第３の電流を用いて、前記第１の光共振器の前記イムノアッセイ部位で生じるイムノアッセイ結合を分析すること
    をさらに含む、請求項２９〜３５のいずれか１項に記載の方法。
42. 前記第１、第２および第３の電流の使用は、第１、第２および第３の電流の少なくとも１つを、前記第１、第２および第３の電流の他の１つと比較することを含む、請求項４１に記載の方法。
43. 前記診断装置の材料の熱光学特性の偏移を用いて、前記第１の光共振器の表面の一部の温度を求めることをさらに含む、請求項２９〜４２のいずれか１項に記載の方法。
44. 前記材料は、ｉ）第１の導電性を有する透明材料、ｉｉ）ＧａＡｓ、ｉｉｉ）ＩｎＰ、ｉｖ）ＧａＮ、ｖ）ＩｎＧａＡｓＰ、ｖｉ）ＩｎＧａＡｓＮ、ｖｉｉ）ＩｎＧａＡｌＰ、ｖｉｉｉ）ＩｎＳｎＯ（ＩＴＯ）、またはｉｘ）これらの組み合わせの少なくとも１つである、請求項２９〜４３のいずれか１項に記載の方法。