JP2021515188A - 結合親和性の検出に使用するデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
λは、コヒーレント光の真空での波長である。
Nは、平面導波路を伝搬するコヒーレント光の有効屈折率である。
※Nは、平面導波路の厚さ及び屈折率、基板の屈折率、平面導波路の外面上の媒質の屈折率、及び導波モードの偏光に依存する。
fは、仮想焦点距離である。
x0は、x方向における所定の線のオフセットである。
nCは、平面導波路の外面上の媒質の屈折率である。
j0は、固定整数である。
jは、それぞれの所定の線のインデックスを示す連続した整数である。
dmin=λ/(N−nC sinα)
αは、所定の搬送方向で測定したとき、所定の検出方向と平面導波路の外面の法線との間の長手方向角度である。
λは、コヒーレント光の真空での波長である。
Nは、平面導波路に沿って伝搬するコヒーレント光の有効屈折率である。
nCは、平面導波路の外面上の媒質の屈折率である。
λは、伝搬光の真空での波長である。
Nは、平面導波路における導波モードの有効屈折率である。
※Nは、平面導波路の厚さ及び屈折率、基板の屈折率、平面導波路の外面上の媒質の屈折率、及び導波モードの偏光に依存する。
fは、仮想焦点距離である。
x0は、x方向における所定の線のオフセットである。
nCは、平面導波路の外面上の媒質の屈折率である。
j0は、固定整数である。
jは、それぞれの所定の線のインデックスを示す連続した整数である。
dmin=λ/(N−nC sinα)
αは、所定の搬送方向で測定したとき、所定の検出方向と平面導波路の外面の法線との間の長手方向角度である。
λは、搬送光の真空での波長である。
Nは、平面導波路における導波モードの有効屈折率である
nCは、平面導波路の外面上の媒質の屈折率である。
Claims (22)
- 結合親和性の検出に使用するデバイス(1)であって、
前記デバイス(1)は、
−基板(3)及びその上に配置された漏れ防止の平面導波路(2)と、
−前記平面導波路上に配置された回折格子(4)と、
−デカプラ(20)と
を備え、
前記平面導波路(2)は、前記基板(3)の屈折率より高い屈折率を有すると共に、長さ(200)と、幅(201)と、前記平面導波路(2)が配置される前記基板(3)と反対側の外面(7)とを有し、
前記回折格子(4)は、前記平面導波路(2)の前記幅(201)の方向に延在する複数の格子線(400)を含み、前記平面導波路(2)の前記長さ(200)の方向における格子周期(401)は、1マイクロメートル未満であり、
動作に際し、前記回折格子(4)は、前記回折格子(4)に入射する所定波長のコヒーレント光(5)を前記平面導波路(2)に導入させることで、前記平面導波路(2)に導入された前記コヒーレント光(5)が、前記平面導波路(2)の前記長さ(200)の方向に対応する所定の伝搬方向(14)に向かって前記平面導波路(2)に沿って伝搬すると共に、前記コヒーレント光(5)のエバネッセント場(6)が前記平面導波路(2)の前記外面(7)に沿って伝搬し、
前記デカプラ(20)は、前記所定の伝搬方向(14)に向かって前記回折格子(4)に対して少なくとも10マイクロメートルの距離(420)を空けて前記平面導波路(2)の前記外面(7)上に配置され、
前記平面導波路(2)の前記外面(7)上の前記デカプラ(20)は、前記平面導波路(2)の前記外面(7)に配置されて標的試料(9)と結合可能な受容体分子(8)を含み、
前記受容体分子(8)は、互いに離間した複数の平行直線(11)に沿って配置され、動作に際し、前記受容体分子(8)に結合した前記標的試料(9)により回折された前記エバネッセント場(6)の前記コヒーレント光の一部は、回折されたコヒーレント光のコリメートビーム(12)として前記平面導波路(2)から分離して、所定の検出方向(13)に向かって前記平面導波路(2)から離れて伝搬し、
前記平面導波路(2)の前記外面(7)上の前記デカプラ(20)は、前記平面導波路(2)の前記外面(7)上において、前記受容体分子(8)が配置される前記平行直線(11)間に形成された隙間(110)内に配置され且つ前記標的試料(9)と結合できない充填分子(80)を含み、
前記平行直線(11)に沿って配置された前記受容体分子(8)及び前記平行直線(11)間の前記隙間(110)内に配置された前記充填分子(80)は、前記平面導波路(2)の前記外面(7)上に光学的に滑らかな領域を形成し、
前記光学的に滑らかな領域は、前記平面導波路(2)の前記外面(7)に対して同一の屈折率と、1ナノメートル以下で変化する均一な高さを有する
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1に記載のデバイスにおいて、
前記充填分子(80)は、前記標的試料(9)と結合できないように不活性化されていることを除き、前記受容体分子(8)と同一である
ことを特徴とする請求項1に記載のデバイス。 - 請求項1又は2に記載のデバイスにおいて、
前記回折格子(4)は、前記基板(3)と反対側の前記平面導波路(2)の前記外面(7)上に配置されている
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のデバイス(1)において、
前記複数の平行直線(11)のうち隣り合う平行直線(11)間の最小距離dminは、前記所定の伝搬方向(14)で測定した場合、次の方程式で定義され、
dmin=λ/(N−nC sinα)
上記において、
αは、前記所定の伝搬方向(14)で測定したとき、前記所定の検出方向(13)と前記平面導波路(2)の前記外面(7)に対する法線との間の長手方向角度であり、
λは、前記コヒーレント光の真空での波長であり、
Nは、前記平面導波路に沿って伝搬する前記コヒーレント光の有効屈折率であり、
nCは、前記平面導波路の前記外面上の媒質の屈折率であり、
前記複数の平行直線(11)のうち隣り合う平行直線(11)は、前記最小距離dminの整数倍である距離dを空けて配置される
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項4に記載のデバイス(1)において、
前記複数の平行直線(11)のうち隣り合う平行直線(11)間の前記距離dは、前記所定の伝搬方向(14)で測定した場合、λ/2 <d < 2λ/3の範囲内又はその整数倍である
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項4に記載のデバイス(1)において、
前記長手方向角度αは、1° < α < 20°の範囲内にある
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のデバイス(1)において、
前記平行直線(11)と前記コヒーレント光の前記所定の伝搬方向(14)との間の角度βは、前記平面導波路(2)の平面で測定した場合、60°〜120°の間であり、好ましくは75°〜105°の間である
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載のデバイス(1)において、
前記デバイスは、前記基板(3)と反対側の前記平面導波路(2)の前記外面(7)に配置され、それぞれ空間的に分離された複数のデカプラ(20)をさらに含み、
前記空間的に分離されたデカプラ(20)のそれぞれは、前記複数の平行直線(11)を有し、
前記受容体分子(8)は、前記複数の平行直線(11)それぞれに沿って配置され、
前記充填分子(80)は、前記複数の平行直線(11)それぞれの間の前記隙間(110)内に配置される
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項4又は5に従属する請求項8に記載のデバイス(1)において、
前記空間的に分離された複数のデカプラ(20)のうち少なくとも1つの前記空間的に分離されたデカプラ(20)に含まれる前記複数の平行直線(11)のうち隣接する平行直線(11)は、第1最小距離dmin1の整数倍である第1距離d1を互いに空けて配置され、
前記空間的に分離された複数のデカプラ(20)のうち少なくとも1つの他の前記空間的に分離されたデカプラ(20)に含まれる前記複数の平行直線(11)のうち隣接する平行直線(11)は、第2最小距離dmin2の整数倍である第2距離d2を互いに空けて配置され、
前記第1最小距離dmin1及び前記第2最小距離dmin2は、互いに異なる
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項7に従属する請求項8又は9に記載のデバイス(1)において、
前記空間的に分離された複数のデカプラ(20)のうち少なくとも1つの前記空間的に分離されたデカプラ(20)に含まれる前記複数の平行直線(11)は、前記平面導波路(2)における前記コヒーレント光(5)の前記所定の伝搬方向(14)に対する第1角度β1を含み、
前記空間的に分離された複数のデカプラ(20)のうち少なくとも1つの他の前記空間的に分離されたデカプラ(20)に含まれる前記複数の平行直線(11)は、前記平面導波路(2)における前記コヒーレント光(5)の前記所定の伝搬方向(14)に対する第2角度β2を含み、
前記第1角度β1は、前記第2角度β2と異なる
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項8〜10のいずれか1項に記載のデバイス(1)において、
前記空間的に分離された複数のデカプラ(20)のうち少なくとも1つの前記空間的に分離されたデカプラ(20)は、第1タイプの前記標的試料(9)を結合可能な第1タイプの前記受容体分子(8)を有し、
前記空間的に分離された複数のデカプラ(20)のうち少なくとも1つの他の前記空間的に分離されたデカプラ(20)は、前記第1タイプの前記標的試料(9)又は第2タイプの前記標的試料(9)を結合可能な第2タイプの前記受容体分子(8)を有し、
前記第1タイプの前記受容体分子(8)は、前記第2タイプの前記受容体分子(8)と異なる
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項8〜11のいずれか1項に記載のデバイス(1)において、
前記デバイスは、前記基板(3)とは反対側の前記平面導波路(2)の前記外面(7)に設けられた、空間的に分離された複数のセクション(25)をさらに有し、
前記空間的に分離されたセクションのそれぞれは、前記空間的に分離されたデカプラ(20)及び前記回折格子(4)を1つ又は複数有する
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載のデバイス(1)において、
前記デバイスは、前記基板(3)とは反対側の前記平面導波路(2)の前記外面(7)上に配置されて前記受容体分子(8)を覆うヒドロゲル層(72)をさらに有し、
前記ヒドロゲル層(72)は、前記標的試料(9)が前記ヒドロゲル層(72)を通って拡散して前記受容体分子(8)に結合することを許容するように構成され、
さらに、前記ヒドロゲル層(72)は、前記標的試料(9)のサイズよりも大きな所定サイズを超える分子が前記ヒドロゲル層(72)内を拡散することを防ぐように構成される
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項13に記載のデバイスにおいて、
前記回折格子(4)が配置される領域には、前記基板(3)と反対側の前記平面導波路(2)の前記外面(7)上にカバー層(73)が配置され、
前記カバー層(73)は、所定波長の前記コヒーレント光を通過させ、
透明な前記カバー層(73)上には、前記所定波長の前記コヒーレント光を吸収する吸収層(74)が配置される
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記受容体分子(8)が配置されている前記外面(7)と反対側の前記平面導波路(2)の外面は、反射防止コーティング(75)で覆われている
ことを特徴とするデバイス。 - 結合親和性の検出に使用するシステム(30)であって、
−請求項1〜15のいずれか1項に記載のデバイス(1)と、
−所定波長のコヒーレント光(5)を出射する光源(31)と、
−レンズ(32)と、
−検出器(33)と、
−評価デバイス(37)と
を含み、
前記光源(31)及び前記デバイス(1)は、前記光源(31)から出射された前記コヒーレント光(5)が前記デバイスの前記回折格子(4)を介して前記平面導波路(2)に導入されるように互いに対して配置され、
前記レンズ(32)は、前記平面導波路(2)から離れて伝搬する前記回折されたコヒーレント光の前記コリメートビーム(12)を焦点(35)に集束し、
前記検出器(33)は、前記レンズ(32)の光学的な下流において前記レンズ(32)の前記焦点(32)に配置されて、前記レンズ(32)の前記焦点(35)に集束した前記コリメートビーム(12)の前記回折されたコヒーレント光を検出し、
前記評価デバイス(37)は、前記検出器(33)が検出した前記回折されたコヒーレント光を示す信号を発し、
前記信号は、前記受容体分子(8)に対する前記標的試料(8)の結合親和性を示す
ことを特徴とするシステム。 - 請求項16に記載のシステム(30)において、
前記システムは、前記光源(31)と前記平面導波路(2)の間の光路内に配置されたスキャナ及びデスキャナ(38)をさらに含み、
前記スキャナ及びデスキャナ(38)は、前記光源(31)から出射された前記コヒーレント光(5)を、前記平面導波路(2)に導入される前記コヒーレント光(5)の量が最大となるように前記回折格子(4)に向ける
ことを特徴とするシステム。 - 請求項16又は17に記載のシステム(30)において、
前記システムは、前面(40)及び背面(41)を有するミラー(39)をさらに有し、
前記前面(40)は、前記回折されたコヒーレント光の前記コリメートビーム(12)を前記レンズ(32)に向けて反射するように構成され、
前記背面(41)は、前記光源(31)から出射された前記コヒーレント光(5)が前記ミラー(39)を通過するように構成され、
前記ミラー(39)は、前記スキャナ及びデスキャナ(38)と前記レンズ(32)の間における前記回折されたコヒーレント光の光路内、並びに前記光源(31)と前記スキャナ及びデスキャナ(38)の間における、前記光源(31)から出射された前記コヒーレント光の光路内に配置される
ことを特徴とするシステム。 - 請求項17に記載のシステム(30)において、
前記スキャナ及びデスキャナ(38)は、旋回可能なミラー(43)及び伸縮式レンズ構成(44)を備え、
前記伸縮式レンズ構成(44)は、前記平面導波路(2)と前記旋回可能なミラー(43)の間における前記回折されたコヒーレント光の光路内に配置された2つの別のレンズ(45、46)を有し、
前記システム(30)は、前記光源(31)と前記旋回可能なミラー(43)の間における、前記光源(31)から出射された前記コヒーレント光(5)の光路内に配置された追加ミラー(47)をさらに備え、
前記追加ミラー(47)は、前記光源(31)から出射された前記コヒーレント光(5)を反射するように構成されると共に、前記追加ミラー(47)内を前記回折されたコヒーレント光の前記コリメートビーム(12)に通過させるように構成される
ことを特徴とするシステム。 - 請求項12に記載のデバイスを含む請求項16〜19のいずれか1項に記載のシステム(30)において、
前記システムは、アクチュエータ(51)をさらに備え、
前記アクチュエータ(51)は、前記光源(31)から出射された前記コヒーレント光(5)が、それぞれの前記空間的に分離されたセクション(25)において、前記平面導波路(2)に対して連続的に導入されるように、前記デバイス(1)における前記空間的に分離された複数のセクション(25)のうち各セクション(25)の光カプラ(4)を、前記光源(31)から出射された前記コヒーレント光(5)の光路において連続的に位置決めする
ことを特徴とするシステム。 - 請求項12に記載のデバイスを含む請求項16〜19のいずれか1項に記載のシステムにおいて、
前記システムは、前記光源(31)から出射された光を通過させるように配置される絞り(310)を含み、
前記絞り(310)は、空間的に分離された複数の透明セクション(311)を含み、
前記空間的に分離された複数の透明セクション(311)のそれぞれは、前記光源(31)から出射された光を、前記デバイス(1)の前記空間的に分離された複数のセクション(25)のうち異なるセクション(25)に向ける
ことを特徴とするシステム。 - 請求項16〜21のいずれか1項に記載のシステム(30)において、
前記システムは、移動可能に設けられた少なくとも1つの磁石(71)をさらに含み、
前記磁石(71)は、
前記デカプラ(20)の位置に対応し、前記平面導波路(2)の側面のうち、前記外面(7)上に前記受容体分子(8)が設けられたのとは反対側の側面にある第1位置、若しくは
前記デカプラ(20)の位置に対応し、前記平面導波路(2)の側面のうち、前記外面(7)上に前記受容体分子(8)が設けられたのと同じ側の側面にある第2位置、又は
前記光源(31)から前記回折格子(4)に向かう前記コヒーレント光の光路に対して前記磁石(71)が離間し、且つ前記平面導波路(2)から前記検出器(33)に向かう前記回折されたコヒーレント光の前記コリメートビーム(12)の光路に対して前記磁石(71)が離間し、且つ前記回折格子(4)から前記デカプラ(20)に向かう前記コヒーレント光の光路から離間する第3位置
に配置される
ことを特徴とするシステム。
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