JP5160776B2 - チャネルから放出される光子を検知する光子検知方法及びチャネルに光を供給する装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体用構造物内に形成されたチャネルから放出される光子を検知する光子検知方法又はそのチャネルに光を供給する技術に関する。

非特許文献１には、高屈折率物質による高反射率面で囲まれた低屈折率媒体内、例えばファブリペロー共振子の表面にある高反射率面等に囲まれた水溶液内に、光を閉じこめる技術が記載されている。

米国特許第６５８０５０７号明細書 Nicholas J. Goddard, Kirat Singh, Fatah Bounaira, Richard J. Holmes, Sara J. Baldock, Lynsay W. Pickering, Peter R. Fielden and Richard D. Snook, "Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides (ARROWs) as Optimal Optical Detectors for MicroTAS Applications", [Online] Internet URL: http://www.dias.umist.ac.uk/NJG/Abstracts/MicroTAS/MicroTas2.htm S. Devasenathipathy and J. G. Santiago, "Electrokinetic Flow Diagnostics", in K. S. Breuer, Ed. 'Micro and Nano-Scale Diagnostic Techniques', Springer-Verlag, New York, 2003, pp. 113-154 M. Koch, A. G. R. Evans and A. Brunnschweiler, "Design and Fabrication of a Micromachined Coulter Counter", J. Micromech. Microeng., Vol. 9, 1999, pp. 159-161 K. Singh and N.J. Goddard, "Leaky ARROW Waveguides for Optical Chemical and Biosensors", Abstract Submitted to Biosensors 1998, [Online] Internet URL: http://www.dias.umist.ac.uk/NJG/Abstracts/Biosensors/ARROW-Biosensors.htm V. Sivaprakasam, A. Houston, C. Scotto and J. Eversole, "Multiple UV Wavelength Excitation and Fluorescence of Bioaerosols", Optics Express, Vol. 12, No.9 (2004), pp. 4457-4466

既存技術例えば上述の従来技術を利用し光を伝搬させる際、検体を含む物体をどのようにすれば効率的且つ実効的に照明できるかが、大きな問題となることがある。例えば、大きな面積を対象に励起光を照射する場合である。即ち、互いの位置が大きく離れている多数の物体を同時に照明し、伝搬してくる照明光に応じそれらの物体から放出される光子を検知しなければならない状況にて、際立った問題となる。

こうした問題は、例えば光を用いて検体を調べるバイオセンサにて発生する。そうしたセンサによって検体を調べる際にはその光と検体とを相互作用させる必要があるが、通常、そうした相互作用は非常に弱いものである。そのため相互作用を強化することが求められており、その手段としては、検体を含有する流体その他の物質それ自体を光伝搬媒体として光導波路を構成する、という手法が期待されている。しかしながら、実際には、当該流体はその周囲にある物質より低屈折率であり、従ってその流体内に光を閉じこめられないのが普通である。そのため、従来は、光導波路を用いるとしても、その光導波路の周縁に沿った方向からエバネッセント波により弱い相互作用を標的分子との間に引き起こす、という使用形態に留まっていた。

従って、チャネル又はその構成部分に光を供給する技術を改良し、上掲の問題群を解決することが、求められているといえよう。

ここに、本発明の一実施形態に係る光子検知方法は、流体用構造物内に形成されたチャネルから放出される光子を検知する光子検知方法であって、前記チャネルは長手方向に伸び、長さに沿った何れの位置においても各断面を有し、各位置の断面において、前記チャネルの境界は、前記チャネル内の流体よりも高い屈折率を有する物質によってほぼ全体的に囲われ、前記流体用構造物は前記チャネルに仕切部材を含み、前記仕切部材は光透過性部を含み、前記流体用構造物は、前記チャネルの境界に少なくとも部分的に沿った前記長手方向に、前記仕切部材を越えて前記チャネルの突出部へ伸びる光透過性部材をさらに含み、前記光子検知方法は、前記流路内に流体がある状態で、前記長さの一部に沿った断面において、伝搬する光のうち断面内強度比で約１０％以上（例えば約９０％）の部分が前記流体内を伝搬することとなるように前記流路を通して前記長手方向に光を伝搬させるステップであって、前記仕切部材を越えた前記光透過性部材と、前記チャネルの前記突出部と、前記仕切部材の前記光透過性部とを通して、前記チャネルの外部にある光源から光を供給するステップを含み、前記光源からの前記光は前記長手方向に対して斜めの方向から前記チャネルに入る、前記光を伝搬させるステップと、前記伝搬する光に応じて前記チャネルから放出される光子を検知するステップと、を含む。

また、本発明の一実施形態に係るチャネルに光を供給する装置は、流体用構造物と、前記流体用構造物内に形成され、流体を含むことが可能なチャネルであって、前記チャネルは長手方向に伸び、長さに沿った何れの位置においても各断面を有し、各位置の断面において、前記チャネルの境界は、前記チャネル内の流体よりも高い屈折率を有する物質によってほぼ全体的に囲われる前記チャネルと、前記流体用構造物の前記チャネルにある仕切部材であって、光透過性部を含む前記仕切部材と、前記流体用構造物に含まれる光透過性部材であって、前記チャネルの境界に少なくとも部分的に沿った前記長手方向に、前記仕切部材を越えて前記チャネルの突出部へ伸びる光透過性部材と、前記長手方向に前記チャネルを通って伝搬する光を供給する照明手段であって、前記長さの一部に沿った断面において、伝搬する光のうち断面内強度比で約１０％以上（例えば約９０％）の部分が前記流体内を伝搬することとなるように、前記照明手段は前記チャネルの外部から光を供給する光源を含み、前記光源は前記仕切部材を越えた前記光透過性部材と、前記チャネルの前記突出部と、前記仕切部材の前記光透過性部とを通して光を供給し、前記光源からの前記光は前記長手方向に対して斜めの方向から前記チャネルに入る前記照明手段と、を含む。

図１に、支持基体たる流路付構造物１２上に形成されたアナライザ１０について、その構成要素のうち幾つかを模式的に示す。図示の如く、この流路付構造物１２には蛇のように曲がりくねったチャネル１４が形成されている。また、このチャネル１４は、その内部に物体１６を通すことができるよう、形成されている。物体１６は、例えば、解析対象となる検体を含有する小体積流体乃至液滴であり、適当な物質例えば流体によって、このチャネル１４内を運ばれていく。

以下説明する構成にて検査しうる物体１６には、例えば、液滴、流体の微小体積部分、単独の分子、凝集した分子、分子クラスタ、細胞、ウイルス、バクテリア、タンパク質、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）、マイクロパーティクル、ナノパーティクル、エマルジョン等と称されるものが含まれる。液滴や流体微小体積部分の中には、例えば原子や分子等のように、自発的に又は励起輻射（以下励起光とも称する）に応じ発光する粒子や、入射光を吸収する粒子や、入射光を散乱させる粒子等が含まれる。それらのうち励起光に応じ蛍光を発する粒子のことをその液滴等の蛍光成分と呼び、特定光子エネルギ（光子が有するエネルギ即ち波長又は周波数のこと）の入射光を吸収するためその光子エネルギでは反射や散乱が生じない粒子のことをその液滴等の吸収成分と呼び、特定光子エネルギの入射光を散乱させる粒子のことをその液滴等の散乱成分と呼ぶ。即ち、液滴内の検体即ち調査対象化学種は、蛍光成分、吸収成分、散乱成分等として振る舞う。

物体１６は、図中矢印線２０で示されるように、主流体により搬送されてチャネル１４内に入っていく。その送給元は例えば補給用リザーバ及び標本ウェルであり、主流体内への入り方は等速送出用電極２２によって制御される。ここでは等速送出(metering)の方法として電極２２による電気的等速送出を使用しているが、圧力による等速送出も採用可能である。更に、チャネル１４内に液滴その他の小物体を供給するのに使用できる手法は他にもある。

アナライザ１０に設けるチャネルの本数は適宜定めることができる。その場合、各チャネルの構成は図１中のチャネル１４と同様の構成でよい。各チャネルに対する検体標本の供給元例えば標本ウェル、リザーバ、コンテナ等は、チャネル毎に設けてもよいし複数個のチャネルで共用してもよい。更に、各チャネルに設ける部材の個数及び種類は、そのチャネルを用いどのような種類の解析を実施したいかに応じて設定するとよく、従ってそれらはチャネル毎に異なる個数又は種類となりうる。また、１個の広いチャネルを区画して複数本のチャネルを形成すること、例えば互いに平行な数本のチャネルを形成することも可能である。

物体１６を搬送するための流体は、矢印線２４で示すように別の入口からチャネル１４内に入れることもできる。矢印線２０又は２４に沿ってチャネル１４内に入った流体が辿る経路は、様々な装置により制御される。例えば、この図のチャネル１４に設けられている分岐ジャンクションのうち２個は、それぞれ別のアウトレットにつながっており且つ弁を有している。図中の弁３０及び３２がそれである。チャネル１４内の流体は、矢印線２６で示すように弁３０に対するトグル制御によって一方のアウトレットから排出させることができ、また、矢印線２８で示すように弁３２に対するトグル制御によって他方のアウトレットからも排出させることができる。即ち、物体１６が到来したとき弁３０又は３２を開かせることによって、物体１６及びそれを搬送する流体を、その弁に対応するアウトレットから排出させることができる。これは物体１６を対象とするゲーティングの一形態であり、他の形態によるゲーティングも実施可能である。帯電している粒子であればクーロン力によって偏向させることができるし、分極可能な粒子であれば誘電泳動力によって偏向させることができる。そして、流体は、矢印線３４で示すように、最後段に設けられたアウトレットを介しチャネル１４から排出させることができる。

流体の流れを維持するには、チャネル１４の長手方向に沿って、流体の流れを推進する部材を設ければよい。この推進部材は従来からある種類のものでよく、図示の例では電気浸透ポンプ４０が用いられている。推進部材には、流体の流れを維持する機能だけでなく、圧送法によりシステムを洗浄する機能や同じく圧送法により流体を初期充填する機能を担わせることができる。電気浸透ポンプ４０を含め、流路付構造物１２に設けられた各種部材は、相応の回路を設けることによって、相互に同期をとりつつ動作させることができる。

チャネル１４は、１８０度に曲がった屈曲部により複数個の直線部間をつないだ構成を有している。チャネル１４沿いには、それぞれ対応する直線部内を移動していく物体１６についての情報を取得するため、複数個の検知部材が次から次へと配されている。そのうちコールタカウンタ(Coulter counter)５０は電気式粒子サイズ検知器であり、ミー散乱センサ(Mie scatter sensor)５２は光学式検知器である。ミー散乱センサ５２は、側方からチャネル１４に入射しチャネル１４内の物体１６例えば粒子により散乱された光を検知する。

チャネル１４沿いには、上述の一群の検知部材として、更に、可視光や赤外光に反応する光吸収検知部材５４、第１の蛍光検知部材５６、第２の蛍光検知部材５８、並びにラマン散乱検知部材６０が配されている。更に、特性的に所定条件を満たす検体がチャネル１４沿いのある位置を通過したとき、そのこと又はその時刻を示す起動信号を出力する光学式又は電気式の起動部品を、検知部材の一種として設けてもよい。こうした起動部品は既存の技術で実現できる。更に、生体粒子サイズ検知用差動抵抗に代え、電子病理学向けＥＩＳ(electrical impedance spectroscopy)用検知部材を、設けることもできる。

図１に示す一群の検知部材によれば、移動する粒子その他の物体１６についてのスペクトラム情報を取得することができる。取得したスペクトラム情報を用いれば、直交性のあるかたちで物体１６の特徴を調べることができ、また物体１６の識別を信頼性よく行うことができる。直交性のあるかたちで、とは、例えば相異なる光子エネルギレンジでの光子検知により得られた複数種類の情報や、相異なる強度レンジでの光子検知により得られた複数種類の情報のように、その間に直交性が成り立つ複数種類の情報を利用して、という意味である。素材選択が適切であれば、深紫外域から遠赤外域更にはＴＨｚ帯の周波数に至る光子エネルギレンジにてくまなく、スペクトラム情報を取得可能である。

また、アナライザ１０は、多信号解析を実行可能な構成、従って生体物質(bioagent)を試薬なしで識別可能な構成とすることができる。

検知部材５４、５６、５８及び６０はそれぞれＩＣ６４、６６、６８又は７０を有しており、それらＩＣ６４、６６、６８及び７０はそれぞれフォトセンサアレイを内蔵しており、各フォトセンサアレイは一群のセルから構成されており、各セル群はある光子エネルギレンジ内の光子を検知するよう構成されている。言い換えれば、検知部材５４、５６、５８及び６０は内蔵するセル群により実現されている。更に、ＩＣ６４、６６、６８及び７０にて光子を検知可能な光子エネルギレンジを互いに同一にしてもよいし違えてもよい。例えば、ＩＣ６６を構成するセル群は上述の如く可視域から紫外域に至る光子エネルギレンジにて光子を検知し、ＩＣ６８を構成するセル群は同じ可視域から紫外域に至る光子エネルギレンジではあるがＩＣ６６を構成するセル群のそれとは異なる光子エネルギレンジにて光子を検知し、ＩＣ７０を構成するセル群は赤外域に属する光子エネルギレンジにて光子を検知する、といった具合に構成することができる。また、検知可能な光子エネルギレンジが同一の複数のＩＣでも、互いに異なる検知結果が得られるようも構成することができる。例えば、ＩＣ６６及び６８に係る光子エネルギレンジが互いに同一であるとする。そうした場合でも、それらＩＣ６６及び６８に対応する励起光源同士を、互いに別々の波長で発光するように構成しておけば、互いに異なる結果が得られる。即ち、そうした構成では、一方の波長の励起光を受けて物体１６が発する蛍光が例えばＩＣ６６で検知され、他方の波長の励起光を受けて物体１６が発する蛍光が例えばＩＣ６８で検知されることとなるので、蛍光検知結果が両ＩＣ間で異なる結果となりうる。なお、励起光源は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザ等によって実現することができる。また、検知部材５４、５６、５８及び６０を構成するセル群の光子検知可能波長域即ち光子エネルギレンジは、この例では複数個のサブレンジに分割されており、各サブレンジに属する光子をセルの小群（組）のうち対応するものが検知する構成を採っている。各小群に係るサブレンジを他の小群のそれと同じにしてもかまわないが、同一フォトセンサアレイ内小群のうち少なくとも２個は、互いに異なるサブレンジにて光子を検知するよう構成しておく。

更に、検知部材５６、５８及び６０には励起手段乃至照明手段を併設することができる。励起や照明の手法は、物体１６から光を放射させることが可能な手法である限り、どのような手法でもよい。励起手段とは電磁波輻射又は試薬のことをいい、照明手段とは物体に光を供給してその物体から光子を放出させ又はその物体により光子を散乱させる手段のことをいう。照明手段は単独の光源から構成してもよいし複数個の光源を組み合わせて構成してもよい。

また、単独の粒子又は低濃度の生物学的若しくは化学的物質の特性を調べることができるようアナライザ１０を構成する場合には、とりわけ、光標的間相互作用の強化(enhanced light-target interaction)が重要となる。本実施形態では、光標的間相互作用強化のために反共振光導波構造(anti-resonant waveguide;文脈に応じ反共振光導波路とも記す)を採用している。一般に、反共振光導波路は、コア部をそれより高屈折率のクラッディング部で囲んだ構造を有する。本実施形態におけるチャネル１４は、その内部にあり検体を含有する流体をコア部として形成された反共振光導波構造を採っている。従って、チャネル１４内流体により光を導波し、チャネル１４の長手方向に沿って、またかなり長い距離に亘り、フォトニック相互作用を発生させることができる。これによって、光標的間相互作用が強化される。また、この反共振光導波構造における光標的間相互作用強化を妨げないようにするため、ここでは更に、ＩＣ６６、６８及び７０を複数個のスペーサ７２によって支持する構造を採用している。このようにすれば、ＩＣ６６、６８及び７０とチャネル１４の対応部分との間に適正な幅の間隙が形成されるため、ＩＣ６６、６８及び７０が反共振光導波構造と機械的に抵触、競合することを、防ぐことができる。

光学的バイオセンサにおいては、光と検体例えば標的分子の間の相互作用が非常に弱いのが一般的である。反共振光導波構造は、その長手方向に沿って光が伝搬し、従って長い距離に亘り相互作用が生じる構造であるため、光と検体との間の相互作用が格段に強くなる。また、こうした構造は、伝搬する光の波長の違いや当該構造を形成する膜の厚みの影響を受けにくいため多信号解析と非常に相性がよく、エバネッセント波を利用して励起を行う従来の光導波路利用センサ（そのためチャネルを非常に細くせざるを得なかったセンサ）と対照的なことに、チャネル断面寸法をかなり例えば数ｍｍ程にも拡げることができる。こうした反共振光導波構造は、例えば、ガラス毛細管内にエアロゾルを入れた構造や、或いはガラススライド間に液体膜を挟んだ構造によって、好適に実現できる。励起は相応の電磁波を照射することによって行うことができる。

光標的間相互作用強化用光導波構造例えば反共振光導波構造を採用する場合、背景励起光抑圧機構の付加が必要になるかもしれない。背景励起光抑圧機構としては、例えば波長炉波特性を有する部材を、チャネル１４を形成する壁の一部又はフォトセンサアレイの頂部被覆の一部として設ければよい。

図２に、図１中の線２−２に沿ったアナライザ１０の断面を模式的に示す。図示したのは第２の蛍光検知部材５８を含む部分の断面であるが、第１の蛍光検知部材５６も本質的にこれと同様の断面を呈する。また、ラマン散乱検知部材６０の断面にも、これに類似する部分がある。

矢印線８２で示す如くチャネル１４の構成部分８０内を下流へと移動中の物体１６は、例えばレーザ光源やＬＥＤ光源として構成された光源８４等の励起部材から、励起光を受光する。チャネル１４内にカップリングしチャネル１４内に反共振光導波を引き起こすことが可能な光子エネルギレンジは限られておらず、従って励起光としては様々な光子エネルギを有する輻射を使用できる。チャネル構成部分８０は、光源８４から発せられた光を受け反共振光導波路等として機能し、その内部で発生する光標的間相互作用を強化する。なお、蛍光性の分子を連続的に励起できる手法としては、こうした手法の他に、レーザビーム走査によって移動分子を追尾する、ＬＥＤリニアアレイを用い経路沿いで粒子を励起状態に保つ、粒子経路沿いに平行ビームを配する（導波は行わない）、ファブリペロー型又はこれに類似するタイプの（空胴）共振子を設けその共振子を通して粒子含有媒体に数回に亘り光を供給する、等の手法がある。

反共振光導波モードを使用して輻射を検知する部材と、流路付構造物との組合せは、幾つかの点で特に有利である。それは、流体チャネルそれ自体を反共振光導波路として使用でき、しかもその流体チャネル（反共振光導波路）が様々な形態、構成を採りうるからである。採りうる形態、構成としては、毛細管内にエアロゾルを入れそのエアロゾルにより検体を搬送する、チャネル内又はガラススライド間に液体膜を形成しその液体膜内で検体を搬送する、といった形態がある。

光源８４からの光が到達すると、物体１６に内包されている検体が蛍光、即ち光子エネルギスペクトラムに特徴のある光を放射する。放射された光の一部は光束８６となり検知器アセンブリ８７に向かう。検知器アセンブリ８７は少なくともＩＣ６８を有しており、そのＩＣ６８上にはフォトセンサアレイがあるので、光束８６内の光子はそのフォトセンサアレイを構成するセル群によって検知されることとなる。なお、検知器アセンブリ８７は、ＩＣ６８上のフォトセンサアレイがチャネル構成部分８０内における物体１６の移動経路近くに位置するよう且つ当該移動経路に対して平行になるよう、ひいては集光効率が高まるよう、配置しておく。

図中の検知器アセンブリ８７は、反共振光導波を邪魔しないよう複数個のスペーサ７２によって支持されている。即ち、複数個のスペーサ７２はチャネル構成部分８０内に入り込まないように配置されており、それによって検知器アセンブリ８７の下方には空隙８８が生じているので、チャネル構成部分８０内での反共振光導波は阻害されない。なお、ここでは空隙８８を形成しているがこれは反共振光導波が阻害されることを防ぐ方法の一例に過ぎず、例えば真空層、気体層、液体層、液体膜等、低屈折率の構造を設けることも導波阻害防止に有益である。低屈折率の素材を使用する場合、形成乃至使用すべき間隙、層又は膜の幅若しくは厚みは数μｍ程度、例えば１０μｍという狭さ乃至薄さになる。

また、物体１６はチャネル構成部分８０内通過中は途切れなしに励起光を受光するので、物体１６内の検体からの蛍光もフォトセンサアレイの長手方向に沿って途切れなく発生し続ける。従って、物体１６がチャネル構成部分８０内を移動する期間を途切れなく利用して、スペクトラム情報を収集することができる。

図２に示した構造は、更に、ラマン散乱検知部材６０をかたちづくる構造としても用いることができる。ラマン散乱検知部材６０をそのようにして形成した場合、出力信号は、完全なラマンスペクトラムではなく、それぞれ、ラマンスペクトラム間にある狭い間隙の幅なり、指定された複数本のラマンライン間の強度比なりを表す信号になる。

図２に示した形態でラマン散乱検知部材６０を実現するには、光源８４及びＩＣ７０を所定の仕様に適合させることが必要となろう。加えて、光サンプリングを効率的且つ確実に行えるようにするため、ＩＣ７０を構成するフォトセンサアレイとチャネル１４との間に、相応の光学部品を配置することが必要となろう。

図２からは、更に流路付構造物１２の構成も看取できる。即ち、図中の構成では、光透過性のガラス又はシリコン基板である支持層９０の上に、ポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane；ＰＤＭＳ)によりマイクロモールド層９２が形成されており、更にこのマイクロモールド層９２内にチャネル１４が形成されている。図中の各層例えばマイクロモールド層９２をパターニングする際には、検体と検体の間の干渉ができるだけ少なくなるよう、チャネル１４のうちの光標的間相互作用発生部分の長さを設定しておくとよい。

ＰＤＭＳからなるパターン化マイクロモールド層９２を形成するには、例えば、ガラス等からなる支持層９０の上にＳＵ−８ポリマからなるテンプレートを形成し、その上にＰＤＭＳを堆積、成長させた上で、テンプレートを除去すればよい。そうすれば、テンプレートがなかった場所にパターン状の構造物が形成される。マイクロモールド層９２の上を覆っている光透過構造物はガラス等により形成された光透過性プレート層９４である。

こうした方法に代え、ガラスをエッチングしチャネルを形成する、という手法も使用できる。また、ＳＵ−８等のポリマ素材の層をマイクロファブリケーション法によりパターニングしてチャネルを形成すれば、アスペクト比の高いチャネル壁を形成できる。また、チャネル１４内で検体を搬送する媒体に応じ、チャネル１４にまつわる各種パラメタを設定すれば、更に好適な結果が得られる。

例えば、チャネル１４にまつわるパラメタのうち、チャネル壁の接着性(adhesiveness)即ち生体粒子、バクテリア、タンパク質等の吸引されやすさを左右するパラメタをうまく設定することが、特に効果的である。

チャネル壁面等の接着性による標本損失を減らす方法は幾つかある。具体的には、チャネル壁面等に抗接着性被覆を被着形成しておくことで、その壁面への生体粒子等の検体の付着を防止できる。特に、ポリエチレングリコール(polyethylene glycol；ＰＥＧ)の浸漬被膜を形成しておけば、大抵の生物系素材はその被着を好適に防止することができ、それでいて水溶液に作用する毛細管力も確保することができる。この他の使用可能な被覆としては、例えばパリレンＣ(parylene C；商標)や、気相成長テトラグリム(tetraglyme；tetraethylene glycol dimethyl ether；pentaoxa pentadodecan)による被覆がある。どういった被覆を設けるかは、例えば標本の特性、素材界面の化学的性質、動作の条件・形態・機序等に応じて決めればよい。また、前述の反共振導波という手法はその内径が最大約１．０ｍｍのチャネルに対して適用され、また恐らくはそれ以上の内径のチャネルに対しても適用可能な手法である。このように太いチャネルに適用される手法であるので、目詰まりのような大きな問題が壁面接着によって生じる恐れは少ないが、それでもなお接着防止措置は有益である。即ち、接着防止措置を施すことで、チャネル内壁への素材や物体の接着を防止でき、従って接着した素材や物体から光が放射され背景スプリアス光になってしまうことを防ぐことができる。

更に、図２中、支持層９０の表面のうちＰＤＭＳによるマイクロモールド層９２と逆側の面上には、その一部表面が励起光結合部９８として機能するよう光学部品９６が設けられている。光源８４から発せられた光は、この面９８を通ることで、チャネル１４の構成部分８０内にある反共振光導波路にカップリング（結合）される。面９８は良好な結合が実現されるように形成されている。また、適当な素材と適当なプロセスを用いさえすれば、支持層９０及び光学部品９６を同一の素材による単一の層として形成することもできる。

図３に、検知器アセンブリ８７の一例構成を模式的に示す。この図の検知器アセンブリ８７内のＩＣ６８はフォトセンサアレイ１００を有しており、更に当該ＩＣ６８に取り付けられた複数個のスペーサ７２を有している。フォトセンサアレイ１００は二次元アレイであり、少なくとも２個の行に亘り配列されたセル群を有している。そして、各セルにはフォトセンサが内蔵されている。

フォトセンサアレイ１００は、各部分例えば各行内に位置するセルが他の部分例えば他の行内に位置するセルとは異なる光子エネルギレンジにて光子を検知するように、また同一部分例えば同一行内に位置するセルが互いに異なるサブレンジにて光子を検知するように、例えば部位毎に異なる被覆によって覆われる等、部位毎に異なる構造とされている。そのため、１個のＩＣから得られる情報だけで、広範な光子エネルギレンジに亘り仔細に入射光子を解析することができる。加えて、基準セル群を設ければ、空間分解能の高いリアルタイムな基準信号を得て、信号処理や解析に利用することができる。

即ち、行１０２に属する各セルは基準セルであり、波長λａｌｌによって代表されるある好適な光子エネルギレンジ全体に亘り光子の検知を行いその結果を信号として出力する。この信号は、行１０４に属する近傍のセル用の基準信号として使用できる。なお、セルの構成次第で出力信号の強度が異なるので、行１０２に属するセルから得られる信号の強度と、行１０４に属するセルのうちこれと対をなすセルから得られる信号の強度は、一般に異なるものになる。望みであれば、行１０２内のセルと行１０４内のセルの構成をそれ相応に異なる構成とすることによって、両信号強度を同じオーダにすることができる。

他方、行１０４内にある各セルはサブレンジセルであり、所定光子エネルギレンジを構成するサブレンジのうち、何れかのサブレンジにて光子を検知する。図示の例では、当該所定光子エネルギレンジの最短波長はλｍｉｎ、最長波長はλｍａｘであり、これらの波長により光子エネルギレンジの広がりが定まっている。図中、セル１０６を例として示されているように、各セルはその光子エネルギレンジのサブレンジ例えば波長λｐを中心とするサブレンジにて光子を検知する。ＩＣ６８は、更に、これらのセルをアレイ化するためのアレイ回路や、フォトセンサアレイ１００からの検知結果情報の読出に関連する各種機能を実行する周辺回路１１０を、内蔵している。

こうした検知器アセンブリ８７を用いチャネル１４からの光子を検知する構成においては、チャネル又はその構成部分内における長手方向沿い光伝搬、即ち縦方向光伝搬が高水準で行われることが肝要である。縦方向光伝搬についての評価指標は種々あるが、そのなかでも有用なものとしては、例えば任意のチャネル断面における流体内光強度比がある。流体内光強度比とは、チャネル又はその構成部分内を長手方向に伝搬していく光の総光強度に対するその光の部分光強度の比のことである。総光強度とは、チャネル外物質内を伝搬する光を含め、チャネルの長手方向に沿い伝搬していく光全てを対象として、光の強度を任意のチャネル断面全体に亘り積分したものである。また、部分光強度とは、チャネルの長手方向に沿い伝搬していく光のうち、チャネル内を伝搬する光だけ、即ち流体内を伝搬する光だけについて、その強度をチャネル断面内で積分したものである。流体内光強度比はパーセント単位で表すことができる数値であり、総光強度に対する部分光強度の比がＮである場合、それを以て、その流体内で光強度比Ｎが発生している、と称する。

図４に、チャネル１４の断面、特に図２に示した断面に対して直交する断面を示す。この図においても、検知器アセンブリ８７はスペーサ７２によって形成される空隙８８により光透過性プレート層９４から分離、隔離されている。

図示の如く、チャネル１４の上下界面は層９０及び９４により、左右界面は層９２（図２参照）内に形成された壁１２２により、それぞれ形成されている。また、図中のＷはチャネル１４のｘ方向寸法即ち幅であり、Ｈはチャネル１４のｚ方向寸法即ち高さである。ここでは支持層９０の下面をｚ＝０と任意設定し、支持層９０の上面をｚ＝Ｚ１、光透過性プレート層９４の下面をｚ＝Ｚ２と表してある。反共振光導波を実現するに当たっては、Ｗ／Ｈ比即ち高さＨに対する幅Ｗの比を種々に設定でき、図示の比率は説明上の一例に過ぎない。但し、先にも述べたように、チャネル１４における物体及びそれを含有する流体の流量やスループットを所望の量乃至程度とするには、高さＨを十分に大きくして十分多くの流体を受け入れられるようにしなければならない。また、壁面の接着性による流動障害を避ける上でも、高さＨが十分に大きい方がよい。更に、比Ｚ１／Ｈ及びＺ２／Ｈを適宜調整することによって、チャネルの安定性を向上させることができ、製造もしやすくなる。

図５に、チャネル１４の断面内におけるｚ方向沿い光強度分布の例を二種類示す。二種類示されている光強度分布曲線のうち曲線１２６は、一次反共振光導波モード励振時、例えば小型チャネル使用時や照明光精密カップリング時に発生しうるガウス分布を示している。更に、曲線１２８で示されているチャネル内略均一分布は、大型チャネル使用時や非平行照明光使用時等、多モード励起時に発生しうるものである。

曲線１２６により表される光強度分布においては、層９０及び９４内に存在する光はごく弱いものであり、強度的に見て光のうち９０％以上はチャネル１４内の流体中、即ちＺ１＜ｚ＜Ｚ２の領域内に集まっている。また、光強度が最大値Ｉｍａｘになるのは、チャネル１４のほぼ中央、即ちほぼｚ＝（Ｚ１＋Ｚ２）／２の位置である。このように、一次反共振光導波モードにおいては、コア（チャネル１４内流体）の屈折率がその周囲（層９０，９４等）より低いにもかかわらず、コア内に光が効果的に閉じこめられ、導波されている。即ち、注目物体と光との相互作用が生じうる領域内に光が導波されているため、強度的に見て、与えられた光の大部分がその物体の励起に使用されることとなる。

また、曲線１２８により表される光強度分布においては、層９０及び９４内に存在する光が曲線１２６より強いけれども、それでもなお、チャネル１４内流体中の光がかなり強く、Ｚ１＜ｚ＜Ｚ２の領域内における光強度が図示の例では４０〜５０％程度にも達している。曲線１２８は曲線１２６と異なり目立った強度最大点を有しておらず、また光閉じこめ乃至光導波の効果も曲線１２６程は強くないが、曲線１２６に比べチャネル１４横断方向における光強度均一性が良好である。用途によっては、こうした特徴を有効利用できる場合もある。また、曲線１２６程閉じこめ効率が高くないとはいえ、所与の光のうち強度的に見てかなりの部分を、やはり、照明による励起に使用できる。

層９０及び９４並びに壁１２２の屈折率は、何れも、チャネル１４内の流体の屈折率より僅かに高い程度でよい。具体的には、層９０及び９４並びに壁１２２の屈折率は例えば１．４〜１．８程度、流体の屈折率は例えば１．２〜１．４程度でよい。こうした構成においては、適当な角度で照明光を入射することにより、チャネル１４内に反共振波(anti-resonant wave)を発生させることができる。なお、チャネル１４が非常に細い場合や赤外光で照明する場合等、用途・場合によっては、層９０及び９４並びに壁１２２の屈折率を更に高くしたい場合もある。そうした場合には、半導体素材を使用すればよい。

一般に、層９０及び９４並びに壁１２２を形成する素材即ち界面を形成する素材の屈折率と、チャネル１４内流体の屈折率との差が大きければ大きい程、形成される反共振導波路の光閉じこめ係数(confinement factor)は高くなる。但し、導波を実現するには、流体の屈折率を界面素材より外側の媒体の屈折率よりも高くしなくてはならない。界面素材の外にあるのは通常は空気、即ちその屈折率ｎがｎＡ即ち１の媒体である。

図４に示した光導波構造を設計する際には、種々の反共振光導波モードのうちどのモードが適切なのかを、その光導波構造についての光伝搬記述式の固有解を計算することにより知ることができる。適するモードが幾通りか解れば、それらのモードにおける代表的光閉じこめ係数値（光閉じこめ係数推奨値）や導波路実効屈折率を、計算により求めることができる。更に、外部からの光を各モードでその光導波路に結合させることができ、その光導波路をそのモードで励振させることができる光入射角は、計算により求めた導波路実効屈折率に基づき求めることができる。

あるモードでの光閉じこめ係数とは、その光導波路の界面より内側の空間、即ちチャネル１４内の空間に、強度的に見てどの程度の割合の光が閉じこめられているかを表すものである。固有解の計算により判明した好適なモードの中から使用モードを選択する際には、例えば、それらのモードの中で上限値（９０％又はそれ以上）に近い光閉じこめ係数を実現できるものを選ぶとよい。但し、そうした高い光閉じこめ係数を実現するには、選択したモードについて先の計算により求められている導波路実効屈折率が、コア素材具体的にはチャネル１４内流体の屈折率に十分近い値、できれば僅かに小さな値を有していなければならない。伝搬する光の波長に対しコア部分の高さＨを十分大きくすれば、これらのモード（反共振光導波モード）での導波路実効屈折率をコア素材屈折率に近い値にすることができる。

図６に、チャネル１４の端部切り子面への光入射により反共振光導波モードでの長手方向光伝搬を発生させる方法を模式的に示す。図中、ｎはチャネル１４内流体の屈折率、ｎ’は層９０及び９４の屈折率、ｎ”＝１はその周囲の空気の屈折率である。適宜計算を行うことによって、これらの数値から、代表的な入射光１３０についてその入射角γ”の最適値を導出することができる。図中のγ’は層９４内での伝搬角、φ’はコアへの入射角、φはコア内での伝搬角である。

図７に、また別の構成を模式的に示す。この図の構成における入射面１４０は、図２と同様に傾斜し露出している。この面１４０に対し９０°の方向から光１４２を入射すると、層９４内での伝搬角γ’は面１４０の傾斜角と等しくなる。従って、図６中の切り子面に対する面１４０の傾斜角をγ’＝９０°−φ’に設定すると、コアへの入射角はφ’となる。また、図６に示した入射光１３０は入射面（端部切り子面）に対して大きく傾いていたため、その入射時に反射損失が生じていたが、この図の構成ではその種の損失が最小になる。即ち、傾斜している入射面１４０に対し入射光１４２が直角に又はそれに近い方向から入射しているため、入射面１４０における反射が最小になる。また、ｚ方向（図４参照）に対する入射面１４０の角度を調整することにより、面１４０に入射した光１４２を、層９４とチャネル１４内流体との界面１４４に、反共振光導波モードでの結合に適した入射角φ’にて、入射させることができる。

図８に、切り子面以外の面からチャネル１４内を照明する構成を示す。切り子面を介しチャネル１４内を照明するやり方を採用できない場合、即ち図６に示したやり方や図７に示したやり方を採用できない場合には、こうした構成を採用できるものの、この構成には幾つかの問題点がある。第１に、反共振光導波路として機能させうるのがインレットポート（流体注入口）１５０とアウトレットポート（流体排出口）１５２の間に限られている。第２に、図中の終端部材１６０及び１６２が層９２と同じ素材或いはそれに類する適当な素材（Ｇｅｌｐａｋ（商標）膜、ＰＤＭＳ、フォトレジスト素材例えばＳＵ−８、ガラス、水晶等）により形成されているため、端部切り子面から光を入射しようとしても終端部材１６０及び１６２が邪魔で入射できない。なお、インレットポートやアウトレットポートをチャネルの端部に設けてこれを終端した場合にも、同じく端部切り子面からの光入射は行えない。

第３に、反共振光導波路と踵を接する部材のうち光透過性の素材により形成されている層９４の上面１６４等を介し、チャネル１４内に光１７０を入射しチャネル１４内を照明することが可能ではあるが、そうして入射される光１７０の入射角は、図示の如くチャネル１４内の反共振モード光導波路との結合には適していない。却って、そうした入射光１７０の大部分は、層９４、チャネル１４内流体、層９０の順に通り抜けて光１７２として出射されてしまう。

図９に、こうした問題の少ない別の構成を示す。この図の構成においては、チャネル１４内が仕切部材１８４によって区画され、流体可存在領域１８０と空気存在領域１８２とに二分されている。この仕切部材１８４は、例えば終端部材１６０及び１６２と同じ又は類似した素材を含んでいてもかまわないが、光を通す必要上できるだけ薄くするのが望ましい。但し、歩留まりよく生産できるようにし且つ領域１８０から領域１８２への流体流入を阻止する能力を確保するには、仕切部材１８４をそれ相応に厚くすることが望ましい。こうして形成される構成では、領域１８２がいわば出っ張りとなり、仕切部材１８４を挟んで領域１８０から突出している。また、破線１８６によって示唆されているように、仕切部材１８４の片面を凸面とし領域１８２内に突出させてもよい。このようにした場合、領域１８２から領域１８０内に入射する光は、仕切部材１８４により合焦されることとなる。使用している光源が平行性の貧弱なＬＥＤ等の光源であるなら、その光源から領域１８２内に入り領域１８０内に入っていく際、その拡散光は仕切部材１８４により高平行化されることとなる。

図示されているように、層９４の上面１６４に適当な入射角βにて入射した光１９０は、その層９４内を伝搬した後領域１８２内に入射する。領域１８２内は外気と同じ空気によって満たされているので、領域１８２内での光１９２の伝搬角は層９４への入射角βに等しくなる。また、領域１８２内を空気以外の気体で満たしてある場合や真空化してある場合も、領域１８２内での光１９２の伝搬角は層９４への入射角βにほぼ等しくなる。即ち、領域１８２内における光１９２の伝搬角は、領域１８２内の物質の屈折率と外気の屈折率との差に相当する分だけしか、層９４への入射角βと違わない。光１９２は、領域１８２内から光透過性の仕切部材１８４に入射し更に領域１８０に入射する。領域１８０への入射角β’が適切な角度であれば、この出射光１９４は、反共振光導波モードのうち少なくとも１モードにて、領域１８０内の反共振光導波路に結合する。図示されている幾何学的関係から算出できるように、反共振光導波モードでの結合に適する出射角β’の値は、
（数１）
β’＝ａｒｃｓｉｎ｛（ｎＡ／ｎＬ）ｓｉｎβ｝
となる。この式中、ｎＡは領域１８２内に存する空気、気体若しくは真空の屈折率、ｎＬは領域１８０内に存する流体の屈折率である。

領域１８０内における光１９４の伝搬方向はチャネル１４の長手方向とほぼ平行である。こうした方向に沿って伝搬していくので光導波路に好適に結合でき、各種反共振光導波モードでの導波が可能になる。また、こうした方向に伝搬する光１９４は、支持層９０に行き当たったときにこれを通り抜けることはなく、むしろ支持層９０によって反射され領域１８０内に戻される。この作用もあり、光１９４は領域１８０内で長手方向に沿って伝搬することとなる。これと同じくほぼ長手方向と平行に光を伝搬させる手法を図１０及び図１１に示す。図１０及び図１１に示す手法によれば、領域１８０内での光伝搬角が長手方向に対して約２°以下の開きとなり、更に反射損失が低減される。

まず、図１０に示す構成においては、その長手方向に直交する断面が方形のチャネル１４が、仕切部材２００により流体可存在領域１８０と空気存在領域１８２とに区分されている。この構成の特徴は、仕切部材２００の形状が図９中の仕切部材１８４と異なる点にある。即ち、仕切部材２００の表面のうち領域１８２側を向いた面２０２が、チャネル横断面に対し傾斜角αで以て傾斜している。この入射面２０２は、図７に示した入射面１４０と異なりチャネル１４の外面ではないが、やはり傾斜入射面として機能する。面２０２が傾斜している分、この構成では面１６４への入射角βを大きめにすることができ、それによって面１６４における反射損失を低減することができる。図示されている幾何学的関係から計算できるように、チャネル１４の領域１８０内への光２１２の入射角β’は、長手方向に対して、次の式
（数２）
β’＝ａｒｃｓｉｎ［（ｎＢ／ｎＬ）ｓｉｎ｛ａｒｃｓｉｎ｛（ｎＡ／ｎＢ）ｓｉｎ（α＋β）｝−α｝］
により計算できる値を有している。この式中、βは光２１０の面１６４への入射角、ｎＢは仕切部材２００を形成する素材の屈折率である。面２０２が傾斜している分、角β’が小さくなるため、効率を損なわずに結合角βを増すことができ、それによって面１６４における反射損失を低減することができる。

また、図１１に示す別の構成でも反射損失を低減できる（この構成を図１０に示した構成と組み合わせれば更に反射損失が低減される）。即ち、図１１に示す構成においては、層９４の外面の一部を傾斜した楔状切り子面２２０とし、この面２２０を介し層９４内に光２２２を入射することができる。面２２０への入射角は直角又はこれに近い角度としてある。このようにすることで、面２２０における反射を抑えることができ、また図９及び図１０に示した構成に比べ入射角βを急峻にすることができ、それでいて領域１８０内における光２２４の伝搬方向をほぼ長手方向と平行にすることができる。更に、これと同じ又は類似した手法を、図２又は図７に示されている傾斜切り子面入射と組み合わせることや、図９又は図１０に示されている仕切部材と組み合わせることができ、更にはそれら三者を組み合わせることもできる。

以上説明した構成に対しては種々の変形を施すことが可能である。例えば、領域１８２内を空気で満たすのに代えて、領域１８２内を真空化してもよいし、領域１８２内にその周りの層９０及び９４よりも低屈折率の気体、流体、固体等を入れてもよい。また、仕切部材を形成する素材として使用できる素材は数多くある。

図１２及び図１３に、図４〜図１１に示した各種の手法を適用可能な用途、特に蛍光検知以外の用途の例を示す。

まず、図１２に、線１２−１２（図１参照）に沿ったアナライザ１０の断面、即ち光吸収検知部材５４の特徴的構成例えばＩＣ６４の断面を、模式的に示す。

矢印線２４２で示すようにチャネル１４の構成部分２４０内を下流へと移動中の物体１６は、図中光源２４４として示されている励起部材から励起光を受光する。光源２４４としては、その発光波長域が広い適当な照明部材、例えばＬＥＤやハロゲンランプ等の白色光源を使用する。光源２４４からの光の供給は、例えば図４〜図１１に示した形態等、適当な形態にて行われる。図２に示した構成と同様、この構成におけるチャネル構成部分２４０も、光標的間相互作用を強化する機能を有している。例えば、光源２４４からの光に反応して反共振光導波路として機能することによって、その光と物体１６内の検体との間の相互作用を強化する。

光源２４４から励起光を受光した物体１６はその光を吸収又は散乱させる。その結果生じる反射光は、励起光のスペクトラム分布とは異なったスペクトラム分布を有しており、ＩＣ６４上のフォトセンサアレイ１００を構成するセル群により検知される。例えば、物体１６に含有される検体がある特定のサブレンジに属する光子を吸収する検体である場合、当該吸収を表すスペクトラム分布即ち吸収性スペクトラム分布が検知されることとなる。また、物体１６は、チャネル構成部分２４０内を通り抜ける間、途切れなしに励起光を受光し続ける。そのため、物体１６がチャネル１４の構成部分２４０内を通っている間、物体１６からの反射光が途切れなしに且つＩＣ６４上の何れかのセルによって受光され続け、その結果として得られる検知結果はスペクトラム分布例えば吸収性スペクトラム分布の再現に使用できる内容になる。その後物体１６が湾曲部２４６に着きチャネル構成部分２４０ひいては光吸収検知部材５４から出ていくと、セル群により検知される光は励起光になり、再現できるスペクトラム情報も元々の即ち励起光のスペクトラムを示すものに戻る。

図１３に、アナライザ１０の別の部分、即ちラマン後方散乱を検知するラマン散乱検知部材６０の断面を模式的に示す。チャネル１４の湾曲部２５０からチャネル構成部分２４０内に入ってきた物体１６は、矢印線２４２により示されるようにチャネル構成部分２４０内を下流方向に移動していく。物体１６は、その間、図中光源２４４として示されている励起部材から励起光を受光する。チャネル構成部分２４０は、光標的間相互作用を強化する機能を有している。

上流側の光源２４４からの励起光が入射されると、その励起光は物体１６又はそれに含有される検体により受光及びラマン散乱され、励起光スペクトラム分布と異なるスペクトラム分布を有する後方散乱光となって上流に向かい、検知器アセンブリ２５２に内蔵されるＩＣ７０上のフォトセンサアレイ１００を構成するセル群によって検知される。なお、ここでは励起光を上流から入射しているのでチャネル１４の構成部分２４０の上流端側でチャネル１４外の場所にセル群を配置してあるが、チャネル構成部分２４０の下流側から光源２４４によりチャネル構成部分２４０を照明する構成を採る場合はセル群もチャネル構成部分２４０の下流端側でチャネル１４外の場所に配置する。検知器アセンブリ２５２の構成は相応の構成にすればよい。チャネル構成部分２４０内を通っている間中、物体１６は途切れなく励起光を受光し続けるので、検知器アセンブリ２５２に内蔵されるＩＣ上のセル群も、物体１６がチャネル１４の構成部分２４０内を通っている間中、後方散乱光スペクトラムを検知し続ける。物体１６がラマン散乱検知部材６０から出ていくと、セル群により検知される光のスペクトラム分布は元々の即ち励起光のそれに戻る。なお、検知器アセンブリ２５２に内蔵されるＩＣ７０を構成するフォトセンサアレイ１００は、チャネル壁を含め図中のチャネル１４の切り子面全体を覆うように設けるとよい。

図１４に、図１に示したアナライザ１０の如きアナライザの製造手順の一例を示す。

図中のステップ２７０では、搬送対象物体が通るチャネルを有する構造体即ち流路付構造物を形成する。例えば、構造形成されたスペーサ層を２個のクオーツスライド間に設けること例えば配置することによって、流路付構造物を製作する。スペーサ層としては、例えばパターン付のＰＤＭＳ層を設ける。但し、スペーサ層に適するものである限り、他種素材又は他種素材の組合せによってスペーサ層を形成してもよい。例えば、Ｇｅｌｆｉｌｍ（登録商標）や水晶を使用できる。また、ステップ２７０にて使用できる手法にはこれ以外にも様々な手法がある。例えば、チャネルが形成されるようガラスエッチング又はＰＤＭＳ成型を実施することによりクオーツスライド内に流体チャネルを形成し、そしてその結果得られた構造の上にもう１枚のクオーツスライドを載せる、という手法を採ってもよい。或いは、別々の基板上にそれぞれＰＤＭＳ層を製作し、一方の基板を上下裏返して他方の基板上に整列載置する、というチップオンチップアセンブリ方式も採りうる。そして、形成された流路付構造物にて最終的に基板として残る部分は、十分な硬度となるよう、例えばガラス、ＰＣＢ、ＰＤＭＳ等の素材によって製作しておく。基板に十分な硬度があれば、制御、検知、計測等のための回路への直結が可能になる。

また、ステップ２７０にて、チャネル１４内にゲルその他の素材を配する処置を実施してもよい。即ち、チャネル１４のある領域内に光を長手方向に対しある角度で斜めに入射したとき、その光が仕切部材を透過しチャネル１４の別の領域内に長手方向に対し別の角度で斜めに入射することとなるよう、その種の素材を配置しておくようにしてもよい。更に、ステップ２７０にて、チャネル１４の端部をゲル等の終端部材で閉止する処置を実施してもよい。そして、注入口及び排出口を設ける処置を実施してもよい。

ステップ２７２では、形成された流路付構造物に各種流路形成用部品を取り付ける。即ち、チャネル内物体移動を引き起こしその移動を制御するための部材が、ステップ２７２にて取り付けられる。

ステップ２７４では、光標的間相互作用を強化するための部材を取り付ける。例えば、支持層９０の片側に光学部品９６を取り付けることによって、チャネル１４のうち反共振光導波路として機能する部分に入射光を結合できる面９８を形成する。また例えば、複数個のスペーサ７２を設けることによって、反共振光導波路に対する干渉、抵触を防ぐのに十分な間隙を形成する。スペーサ７２があれば、後に検知器アセンブリ８７を構成するＩＣを取り付ける際、そのＩＣと流路付構造物との間に空隙８８が形成されるため、そのＩＣによりチャネル１４内における光伝搬が邪魔されることはない。

ステップ２８０では、互いに別々のサブレンジにて光子を検知するセル群を有する一群のフォトセンサアレイを取り付ける。これは検知器アセンブリ８７の取付として実行される。基準セルを有するものも、検知器アセンブリ８７として使用できる。

ステップ２８２は、上述の流れに破線でつながっていることから解るように、図示の時点でもまた図示以外の時点でも実施することができる。例えばステップ２７４にて実施することもできるし、ステップ２７４以後に実施することもできる。ステップ２８２は光源を位置決めするステップであり、検知器アセンブリと同様に光源も、一旦取り付けた後はその位置で固定される。このステップ２８２では、チャネル内を搬送されていく物体に励起光を供給できるよう、それら何個かの光源を配置する。

以上説明した図１４の手順は変形も可能である。例えば、ステップ２７２、２７４、２８０及び２８２における処置を適当な形態で組み合わせ、各種部材の取付をより望ましい順序でよりうまく行えるようにしてもよい。また、図示説明した処置以外の処置、例えばＩＣやゲートや（マイクロプロセッサ若しくはコンピュータとの接続用の）コネクタ等、各種回路乃至回路間接続部材を整列させ、取り付け、接続する処置を、実施するようにしてもよい。また、こういった処置を、ステップ２７２、２７４、２８０及び２８２にて、部分的に或いは少しずつ実施するようにしてもよい。

図１５に、図１４に示した手順により製作可能な別の構成を示す。この図に示すように、チャネル１４沿いに設ける複数個の検知部材のうち、例えば第１及び第２の蛍光検知部材５６及び５８を互いに隣り合うように配置する場合、それらを共に覆うようにＩＣ２９０を取り付けるとよい。この構成においては、ＩＣ２９０を構成するフォトセンサアレイのセル群のうち一部が、チャネル１４のうち蛍光検知部材５６が設けられた部分沿いに、また他の一部が、チャネル１４のうち蛍光検知部材５８が設けられた部分沿いに、それぞれ配置されている。

図１６に、図１５中の線１６−１６に沿った断面を示す。この図には、ＩＣ２９０を内蔵する検知器アセンブリ２９２の支持形態、即ち複数個のスペーサ７２により空隙８８の上方に検知器アセンブリ２９２を支持する形態が、示されている。透過構造を構成する膜の光学的厚みの横変（「横方向位置により異なる」という意味）具合は、例えば、蛍光検知部材５６にて光子が検知される光子エネルギレンジ及びサブレンジが蛍光検知部材５８におけるそれと異なるように設定することもできるし、同じになるように設定することもできる。また、蛍光検知部材５６と蛍光検知部材５８の間に、光吸収壁として機能する形状及び配置で複数個のスペーサ７２を設ければ、好適にも、蛍光検知部材５６・蛍光検知部材５８間クロストークを減らせる。

図１７に更に別の構成を示す。この図の構成においても、図１５に示した構成と同様、検知器アセンブリ２９２が互いに平行な複数本のチャネル２９４を覆うように配置されている。また、チャネル２９４とチャネル２９４の間は壁２９６によって仕切られている。こうした構造は、まず幅広のチャネルを１個形成しておき、壁２９６を何個か設けることによってその幅広チャネルを複数本のチャネル２９４に区分する、という手法で形成できる。また、透過構造を構成する膜の光学的厚みの横変具合は、チャネル２９４毎に異なる光子エネルギレンジにて光子が検知されるように設定してもよいし、チャネル２９４毎に異なるサブレンジにて光子が検知されるように設定してもよいし、どのチャネル２９４でも同じ光子エネルギレンジ及びサブレンジにて光子が検知されるように設定してもよい。

図１８に更に別の構成を示す。この構成においては、光源８４からの光に応じチャネル１４の構成部分８０が反共振光導波路として機能する。チャネル構成部分８０沿いには検知器アセンブリ８７が配置されており、この検知器アセンブリ８７は複数個のスペーサ７２によってプレート層９４から分離されている。チャネル構成部分８０より上流で光源８４より下流に位置する箇所には、処理を起動するために使用される何個かの起動用フォトディテクタが配置される。この図では、起動用フォトディテクタ３００が複数個のスペーサ３０２によって支持されている。

チャネル構成部分８０内にある物体３１０、３１２及び３１４は、起動用フォトディテクタ３００を作動させた後、チャネル１４内を搬送されていく。その間、励起光に応じ蛍光を発し続ける。蛍光中の物体３１０、３１２及び３１４から放出される一群の光子は、この図ではそれぞれ光線３２２、３２４又は３２６として表されている。従って、検知器アセンブリ８７内のフォトセンサアレイからの読出により光子量検知結果を得ることができ、またそれら光子量検知結果に基づき物体３１０、３１２及び３１４についての情報を得ることができる。これらの物体３１０、３１２及び３１４が同時にフォトセンサアレイの面前を通過していく場合でも、同様である。

図１９に、バス４０４を介し各種部材をＣＰＵ（中央処理ユニット）４０２に接続した構成を有するシステム４００を示す。

システム４００は、共にバス４０４に接続された外部Ｉ／Ｏ（入出力部）４０６及びメモリ４０８を備えている。外部Ｉ／Ｏ４０６は、ＣＰＵ４０２がシステム４００外の装置と通信できるようにする部材である。

バス４０４にはこれら以外にも様々な部材が接続されている。まず、集積回路Ｉ／Ｏ４１０は、ＣＰＵ４０２がアナライザ１０内のＩＣと通信できるようにする部材であり、この図にはＩＣとして第０ＩＣ４１２から第Ｍ−１ＩＣ４１４に至るΜ個のＩＣが示されている。また、それらＩＣ４１２〜４１４はフォトセンサアレイを内蔵している。この図では、第ｍＩＣ４１６の内部にフォトセンサアレイ４１８が描かれている。フォトセンサアレイ４１８は、先に述べた通り、それぞれ対応するサブレンジにて光子を検知する一群のセルを有している。同様に、照明装置Ｉ／Ｏ４２０もＣＰＵ４０２が各種照明装置と通信できるようにする部材であり、この図には照明装置として第０装置４２２から第Ｎ−１装置４２４に至るＮ個の装置が示されている。

メモリ４０８としてはプログラムメモリ４３０等が設けられている。プログラムメモリ４３０内には、図示の如く、照明ルーチン４３２、検知読出ルーチン４３４等のルーチンが格納されている。

ＣＰＵ４０２は、照明ルーチン４３２を実行して光源８４や光源２４４と通信する。これにより、ＣＰＵ４０２は、例えば種々のセンサから信号を受け取って計算を行い、どのような照明動作が必要かを計算結果に基づき判別し、そして光源８４，２４４等に信号を供給してそれらを作動させる。

ＣＰＵ４０２は、検知読出ルーチン４３４を実行することによって、上述のＩＣ６４、６６、６８、７０、２５２、２９０等を含むＩＣ４１２〜４１４内のセル群から、情報を取得する。例えば、ＣＰＵ４０２から信号を供給して適当な検知周期の間に亘り光子の検知を実行させ、更にその結果を示す信号をＩＣ内のセル群からＣＰＵ４０２が取得する。

以上例示説明した構成によれば、コンパクト且つ安価なコンポーネントが得られる。また、得られるコンポーネントを使用すれば分光分析等の機能を実現でき、その際、概ね、機械部品や光学部品を別途追加する必要もない。検知結果の読出は多数のＩＣから迅速且つ並列的に行うことができ、従ってデータを高速で取得することができる。これは、物体の特徴を初期的に調査、特定する処理に利用できる。初期調査／特定の結果を利用すれば、その物体についてより細かな又はより立ち入った解析を行うべきかどうか、また別種解析を実施すべきかどうか、実施するとしたらどういう種類の解析か等を判別、決定することができる。このような多信号解析は試薬なしでの物体識別と相性がよく、また、この多信号解析によって様々な流体内に存する様々な物体を識別することができる。

また、上述した各種の構成においては、概略、アナライザ内に複数個の検体を連続的に流し込むことができる。従って、リアルタイムな解析を行うことができ、またインタラクティブ検知方式も採用可能である。

また、以上説明した各種部材は、説明したものとは異なる様々な形状、寸法、特性数値、質的特性等を有し又は呈するものとすることができる。

更に、上の説明では各種部材で特定の素材を使用した例を示したが、使用できる素材は数多くある。

以上の説明においては、流路付構造物に対し特定の形態でＩＣを配置した例を示したが、流路付構造物に対するＩＣの配置の仕方、設け方は説明したもの以外にも色々あろう。また、本発明にて使用するフォトセンサアレイは、本発明にてフォトセンサアレイとして使用するのに適切なものである限り、上述したものとは異なる種類のものであってもよい。例えば、ある単一のＩＣ上にある単一の二次元フォトセンサアレイ内で、ある行と別の行とに別様の被覆を施し、別々の光子エネルギレンジにて光子検知を行わせるようにしてもよい。

また、上述した手法は、自己発光(self-emitting)乃至自発蛍光(auto-fluorescing)する物体例えば粒子に対しても適用できる。

また、光標的間相互作用を強化できる手法は反共振光導波以外にも数多くある。また、それらの励起手法を経路沿いで実施する際、その場所は経路沿いの隣り合った場所とすることもできるし、実施場所間に距離を置くこともできる。更に、反共振光導波にまつわる各種パラメタを調整することも可能である。

また、図１９に例示した構成ではＣＰＵが用いられているが、これは、適当なものである限り、マイクロプロセッサその他の部材に置き換えてもよい。

上に例示した各種構成では、各種構成部材が特定の形態で動作するように製造及び使用されているが、説明した動作とは異なる動作を実行するようにしてもよいし、説明した順序とは異なる順序で動作を実行させてもよいし、説明外の動作を実行するようにしてもよい。

流路付構造物上のアナライザを示す模式図である。 上記アナライザの２−２断面を示す模式的断面図である。 上記アナライザにて使用しうるアセンブリの一例構成を示す模式的平面図である。 上記アナライザの図２と直交する方向の断面を示す模式的断面図である。 図４中のｚ方向位置に対する光強度の関係を示すグラフである。 図２と同様の断面における端部切り子面経由光入射を示す模式的断面図である。 図６と同様の断面における傾斜端部切り子面経由光入射を示す模式的断面図である。 光透過性プレート層を介し且つその界面に沿った方向から図２中のチャネルを照明する構成を示す模式的断面図である。 図８に示した構成と同じく光透過性プレート層を介し照明を行うが但しその照明光を反共振モード光導波路に結合可能な構成を示す模式的断面図である。 図９に示した構成に対する別例構成を示す模式的断面図である。 図９に示した構成に対する別例構成を示す模式的断面図である。 上記アナライザの１２−１２断面を示す模式的断面図である。 後方散乱検知部材について同様の断面を示す模式的断面図である。 上記アナライザの概略製造手順を示すフローチャートである。 上記アナライザの別例構成の一部分を示す模式図である。 図１５に示した構成の１６−１６断面を示す模式的断面図である。 上記アナライザの別例構成の一部分を示す模式的平面図である。 図２中の検知部材の別例構成を示す模式的断面図である。 上記アナライザを制御するシステムを示す模式的ブロック図である。

符号の説明

１０ アナライザ、１２ 流路付構造物、１４，２９４ チャネル、１６，３１０，３１２，３１４ 物体、６４，６６，６８，７０，２９０，４１２，４１４，４１６ ＩＣ（集積回路）、８０，２４０ チャネル構成部分、８６，３２２，３２４，３２６ 蛍光・散乱光、８７，２５２，２９２ 検知器アセンブリ、９０，９２，９４，１２２，１６０，１６２，２９６ チャネルを囲む物質、９８，１４０，１６４，２０２，２２０ 入射面（励起光結合部）、１００，４１８ フォトセンサアレイ、１０６ サブレンジセル、１２６，１２８ 光強度分布曲線、１３０，１４２，１７０，１９０，１９２，１９４，２１０，２１２，２２２，２２４ 励起光、１４４ 界面、１５０ インレットポート、１５２ アウトレットポート、１８０ 流体可存在領域、１８２ 空気存在領域、１８４，２００ 仕切部材、４００ システム、４０２ ＣＰＵ、４３２ 照明ルーチン、４３４ 検知読出ルーチン、α 仕切部材傾斜角、β，β’，γ’，γ”，φ，φ’ 入射角・伝搬角。

Claims (2)

1. 流体用構造物内に形成されたチャネルから放出される光子を検知する光子検知方法であって、
   前記チャネルは長手方向に伸び、長さに沿った何れの位置においても各断面を有し、各位置の断面において、前記チャネルの境界は、前記チャネル内の流体よりも高い屈折率を有する物質によってほぼ全体的に囲われ、
   前記流体用構造物は前記チャネルに仕切部材を含み、前記仕切部材は光透過性部を含み、前記流体用構造物は、前記チャネルの境界に少なくとも部分的に沿った前記長手方向に、前記仕切部材を越えて前記チャネルの突出部へ伸びる光透過性部材をさらに含み、
   前記光子検知方法は、
   前記流路内に流体がある状態で、前記長さの一部に沿った断面において、伝搬する光のうち断面内強度比で約１０％以上の部分が前記流体内を伝搬することとなるように前記流路を通して前記長手方向に光を伝搬させるステップであって、前記仕切部材を越えた前記光透過性部材と、前記チャネルの前記突出部と、前記仕切部材の前記光透過性部とを通して、前記チャネルの外部にある光源から光を供給するステップを含み、前記光源からの前記光は前記長手方向に対して斜めの方向から前記チャネルに入る、前記光を伝搬させるステップと、
   前記伝搬する光に応じて前記チャネルから放出される光子を検知するステップと、
   を含むことを特徴とする光子検知方法。
2. 流体用構造物と、
   前記流体用構造物内に形成され、流体を含むことが可能なチャネルであって、前記チャネルは長手方向に伸び、長さに沿った何れの位置において も各断面を有し、各位置の断面において、前記チャネルの境界は、前記チャネル内の流体よりも高い屈折率を有する物質によってほぼ全体的に囲われる前記チャネルと、
   前記流体用構造物の前記チャネルにある仕切部材であって、光透過性部を含む前記仕切部材と、
   前記流体用構造物に含まれる光透過性部材であって、前記チャネルの境界に少なくとも部分的に沿った前記長手方向に、前記仕切部材を越えて前記チャネルの突出部へ伸びる光透過性部材と、
   前記長手方向に前記チャネルを通って伝搬する光を供給する照明手段であって、前記長さの一部に沿った断面において、伝搬する光のうち断面内強度比で約１０％以上の部分が前記流体内を伝搬することとなるように、前記照明手段は前記チャネルの外部から光を供給する光源を含み、前記光源は前記仕切部材を越えた前記光透過性部材と、前記チャネルの前記突出部と、前記仕切部材の前記光透過性部とを通して光を供給し、前記光源からの前記光は前記長手方向に対して斜めの方向から前記チャネルに入る前記照明手段と、
   を含み、流体を含む前記チャネルに光を供給する装置。

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