JP7126885B2 - 回折バイオセンサ - Google Patents
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Description
基板および基板上に配置された平らな導波管を含む、生体分子を選択的に検出する回折バイオセンサが開示される。入射光は回折格子を介して導波管内に結合されかつ導波管の端縁の後方に配置された検出領域に導かれ、この場合、結合効率したがって検出領域内に到達した光の強度は検出されるべき生体分子による回折格子の被覆質量に依存する。格子は導波管上に周期的に配置された生体分子用受容器を有し、かつ回折格子に入射する光は平行にされている。
本発明のその他の利点および詳細は、図面により、種々の実施形態の以下の説明から得られる。
a)時間的に、すなわち、個々の格子Gの順次照射により、
b)位置空間内において、個々の格子Gの焦点を導波管端縁K上の異なる位置に設定することにより、
c)方向的に、格子Gが得た空間角を、それが他の格子Gとは異なるように形成することにより、かつ当然のことではあるが、これらの3つの可能性の組み合わせにより可能である。
変更態様c)による実施形態は格子Gm.nのm×n個の配置であり、この場合、格子は結合された光をそれぞれ異なる方向に導波管W内に結合するが、位置空間内に集束していない。格子Gm.nの焦点距離が無限に向かって移行するこの特殊な場合は、この結果、特に製造が簡単な線形格子Gm.nとなる。格子Gm.nの格子線は、この実施例に示すように、異なる方向に転向されている。格子Gm.nの各々から平行な光束が、端縁Kの方向に進行する。異なる方向に伝搬する光束が端縁Kの後方に配置されたレンズL1および行検出器DTの配置によってその焦点面(フーリエ面)内に集束することにより、異なる格子Gm.nの光Lは分離されて検出可能である。
単一画素として例えばフォトダイオードにより形成された実施形態は、簡単で、コスト的に有利な検出ユニットを得るために特に有利である。順次照射されかつ全てが同じ焦点を示すm×n配列の格子Gm.nの多重方式に関連した使用もまた1つの検出器画素のみを用いて可能である。
図12は、格子Gの結合効率が明らかに改善された他の実施例を示す。このために、適切な透明の間隔層Aにより形成された所定の間隔d内において、導波管Wの光入射とは反対側に装着された平面反射層(鏡層)Mが設けられている。これは、金属の鏡のみでなく、誘電体の鏡M(例えば分布型ブラッグ反射体、略してDBR)であってもよい。鏡Mは、格子G内の1回目に通過した伝搬光を格子に向かって逆に反射させ、これにより、2回目に格子Gと相互作用させる機能を有する。
B1、B2、B3、B4 絞り
D 検出領域
DT 検出器
d 厚さ、間隔
F 光学要素
f 焦点距離
G 回折格子、格子
Gm.n 回折格子、格子
K 端縁
L 光
L1、L2、L3、L4 レンズ
M 平面反射層、鏡層、鏡
N 絞り
NO 開口
R 受容器
S 基板
W 導波管
X x座標
Y y座標
Z z座標
Claims (10)
- 基板(S)および基板(S)上に配置された平らな導波管(W)を含み、入射光(L)を導波管(W)内へ結合する回折格子(G)を含み、導波管を介して光(L)は導波管(W)の端縁(K)の後側に配置された検出領域(D)に導かれ、この場合、結合効率および検出領域(D)内に到達した光(L)の強度は検出されるべき生体分子による回折格子(G)の被覆質量に依存する、生体分子を選択的に検出する回折バイオセンサにおいて、
光(L)は導波管(W)に向く側からバイオセンサ上に入射すること、および導波管(W)と基板(S)との間に鏡層(M)が配置され、鏡層は導波管(W)内に結合されなかった光(L)を回折格子(G)に逆に反射し、
導波管(W)と鏡層(M)との間に間隔層(A)が配置され、その厚さ(d)は、最初に回折格子(G)上に入射した光および鏡層(M)から反射された光(L)が回折格子(G)において構成的に干渉するように選択され、
回折格子(G)は導波管(W)上に周期的に配置された生体分子用受容器(R)を有すること、および回折格子(G)に入射する光(L)は平行にされていることを特徴とする回折バイオセンサ。 - 回折格子(G)は線形格子でありかつ平行にされた光が検出領域(D)まで導波管(W)内に伝送されること、および導波管(W)の端縁(K)と検出領域(D)の間の第1レンズ(L1)が光を検出領域(D)に集束させることを特徴とする請求項1に記載の回折バイオセンサ。
- 回折格子(G)が湾曲格子線を有しかつ光(L)が検出領域(D)の方向に集束することを特徴とする請求項1に記載の回折バイオセンサ。
- 検出器(DT)が検出領域(D)内に配置されていること、または光学要素(L2、L3、L4、F)が光Lを検出領域(D)から検出器(DT)に写像することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の回折バイオセンサ。
- 光学要素が光伝導ファイバ(F)であることを特徴とする請求項4に記載の回折バイオセンサ。
- 導波管(W)上に複数の回折格子(Gm.n)が配置され、複数の回折格子は光(L)を空間的におよび/または時間的に分離されて1つ以上の検出領域(D)に導くことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の回折バイオセンサ。
- 回折格子(Gm.n)の1つから導波管(W)内に結合された光(L)は、他の回折格子(Gm.n)を支持する導波管(W)の領域を通過することを特徴とする請求項6に記載の回折バイオセンサ。
- 時間的分離は、1つ以上の開口(NO)を有する回転絞りにより達成され、開口を介して光Lは時間的間隔を有して複数の回折格子(Gm.n)に入射することを特徴とする請求項6または7に記載の回折バイオセンサ。
- 空間的分離は、複数の回折格子(Gm.n)が光Lを異なる方向に相互に分離されて位置する検出領域(D)に導くことにより達成されることを特徴とする請求項6、7または8に記載の回折バイオセンサ。
- 光Lは回折格子(Gm.n)から検出領域(D)または検出器(DT)までの通路上で1つ以上の絞り(B1,B2,B3,B4)内を通過し、絞りは入射する迷光を遮断することを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の回折バイオセンサ。
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