JPH09500444A

JPH09500444A - 機能性にした表面を有する導波管を通過する電磁放射の干渉を利用するセンサ

Info

Publication number: JPH09500444A
Application number: JP6518305A
Authority: JP
Inventors: マーティンエヌウィボーン; ジョンエフダブリューキーナ; スイションツァイ; ミンディヤン; ジョンウー
Original assignee: オレゴン州
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1997-01-14
Also published as: EP0731909A1; WO1994018544A1; EP0731909A4; AU6237194A; US5465151A; CA2155513A1

Abstract

(57)【要約】ケミカルセンサおよびバイオセンサが開示されている。光導波管（１１）を使用して電磁放射を、全内部反射により、基準光導波管部分（１２）および少なくとも１個の検体導波管部分（１４）内を、平行に導く。電磁放射は収斂して射出放射になる。少なくとも検体部分の外部表面は、基準部分と比較して、共有結合によって変性されている、すなわち機能性になっている。機能性にした表面と検体を含有する分子との内部反応が生起して、射出ビームに対応する測定可能な干渉パターンを生じさせるのに十分な基準部分に対する位相変化を、検体部分を通過する電磁放射に生じさせる。

Description

【発明の詳細な説明】機能性にした表面を有する導波管を通過する電磁放射の干渉を利用するセンサ本発明は、ナショナルインスティテュートオブジェネラルメディカルサイエンスからの許可番号ＧＭ２７１３７およびオフィスオブネイバルリサーチからの許可番号Ｎ０００１４−９２−Ｊ−１４１２（Ｒ＆Ｔコード４１３ｔ０１１）の下、ある合衆国政府の支援でなされた。合衆国政府は本発明に権利を有する。発明の分野本発明はケミカルセンサおよびバイオセンサに属し、特に、このようなセンサは光導波管を使用し、光導波管の表面に化学的変性により決定した応答特性を有する。背景の一般的な議論本発明は、幾つかの科学技術に基づいており、それは、すなわち、ケミカルセンサおよびバイオセンサ、表面の化学変性、並びに、干渉計技術である。センサ技術の主な目的は、より小さく、より高感度に、である。また、特異的選択的監視のより厳しい要求があり、特に、環境監視および制御、生理学上の監視、診断上の監視、バイオプロセシング、農業、薬学、治療上の監視、並びに更に防御および石油化学のような分野においては強要される。「センサ」は変換器の１つの型である。すなわち、装置は、外部の刺激あるいは入力信号の大きさに関連する大きさで測定可能に応答する外部の刺激あるいは入力信号に応答する。「ケミカルセンサ」はセンサ中あるいはセンサ上の化学反応あるいは分子変化がセンサで測定可能な応答を生ずることが重要な観点となるセンサである。バイオセンサは多くの型の生物分子と他の化合物の分子との相互作用の高特異性のために重大な注意を主題とする。例えば、Ｖａｄｇａｍａ氏等、「Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ：ＲｅｃｅｎｔＴｒｅｎｄｓ」、Ａｎａｌｙｓｔ１１７：１６５７〜１６７０（１９９２）参照。しかし、生物分子を含む特別な反応の知識とバイオセンサにおける反応の開発との間のギャップをつなぐことは困難であることがよく証明される。例えば、バイオセンサにおいて、生物的成分は、しばしば準安定な生物層の形態で通常存在する。このように、現代の多くのバイオセンサは環境の影響を曖昧にされる。第２に、生物層は、目的の検体への生物層の応答を妨害し得る、あるいは生物層に界面的に活性であり得る、および／または、有害の可能性のある多数の他の化合物を含む複雑な混合物中にしばしば存在する検体に直接接触させることが通常は必要である。センサを作るにおいて直面する重要な問題は、検出化合物の分子（すなわち、「検出分子」）を適当な基体表面のようなセンサ中あるいはセンサ上の特別な部位にいかにして固定するかである。検出分子が検体の分子にさらされあるいはさもなければ接触される場合は、このような固定化は、測定されるパラメータにおける重要な変化に応答するための検出分子の能力にほとんど有利に影響し得ない。検出分子がその部位に結合される場合でさえ、このような固定化は、検出分子が対応する検体への反応特異性を保持することを要求する。検出分子を部位に固定する１つの方法は、その部位に検出分子を化学的に結合することである。しかし、特に、生物分子については、従来の結合技術による検出分子の固定化は、検出分子に、検体へ応答するための検出分子の容量を減じるかあるいは破壊し得るコンホメイションの変化あるいは幾つかの他の変化を生じさせ得る。しばしば直面する別の問題は、重合性基体のような多くの基体は基体としての使用に対して望ましい性質を与えるが、特に、基体、検出分子、あるいは両方に損傷を起こさない化学を使用して、検出分子を基体に結合することは現代の方法ではしばしば困難かあるいは不可能である、ということである。検出分子を基体に結合することは、基体の化学的変性あるいは「機能性化」の形態として考えられ得る。表面の化学的変性は徹底的な研究の主題である。このような表面の例としては、重合体（Ｂｒａｙｂｒｏｏｋ氏等、「Ｐｒｏｇ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．」１５：７１５〜７３４（１９９０））、金属（Ｓｔｒａｔｍａｎｎ氏、「Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．」２：１９１〜１９５（１９９０））、シリカ（Ｂｈａｔｉａ氏等、「Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．」１１４：４３２〜４４３３（１９９２）、およびグラファイト（Ｄｅｌａｍｅｒ氏、「Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１４：５８８３〜５８８４（１９９２）が挙げられる。この研究は、新規な合成物（Ｂａｕｍ氏等、「Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」３：７１４〜７２０（１９９１））、レジスト材料（ＭａｃＤｏｎａｌｄ氏等、「Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」３：４３５〜４４２（１９９１））、バイオセンサ（Ｐａｎｔａｎｏ氏等、「Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１３：１８３２〜１８３３（１９９１））、および生体適合物質（Ａｌｌｃｏｃｋ氏等、「Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」３：４５０〜４５４（１９９１））の開発に原理的に向けられる。最近、表面変性はフォトリソグラフィと結合し、ペプチドあるいはオリゴヌクレオチドの合成（Ｆｏｄｏｒ氏等、「Ｓｃｉｅｎｃｅ」２５１：７６７〜７７３（１９９１）およびＫｉｅｄｅｒｏｗｓｋｉ氏「Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇ．」３０：８２２〜８２３（１９９１））およびバイオ重合体の固定化を空間的に目指す。Ｒｏｚｓｎｙａｉ氏等、「Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇ．」３１：７５９〜７６１（１９９２）。この技術において知られるほとんどの表面変性の方法は化学試薬を用いた表面の連続的な処理を含む。このような研究のほんのわずかのものが、表面変性試薬としてアジ化物の使用を含む。Ｂｒｅｓｌｏｗ氏、Ｓｃｒｉｖｅｎ編「ＡｚｉｄｅｓａｎｄＮｉｔｒｅｎｅｓ」１０章、ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ、ＮＹ（１９８４）、Ｈａｒｍｅｒ氏、「Ｌａｎｇｍｕｉｒ」７：２０１０〜２０１２（１９９１）．重合体フィルムを変性するための現存する方法を例示すると、ポリスチレンのスルホン化（Ｇｉｂｓｏｎ氏等、「Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」１３：３４（１９８０））、ポリ（アリロキシ）ホスファゼン（Ａｌｌｃｏｃｋ氏等、「Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」３：１１２０（１９９１））、ポリエステルのプラズマ処理（Ｐｏｒｔａ氏等、「Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」３：２９３（１９９１）、ポリイミドの塩基加水分解（Ｌｅｅ氏等、「Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」２３：２０９７（１９９０））、ポリホスファゼンの塩基加水分解（Ａｌｌｃｏｃｋ氏等、「Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」３：１４４１（１９９１））、およびポリ（フッ化ビニリデン）の塩基処理（Ｄｉａｓ氏等、「Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」１７：２５２９（１９８４）が挙げられる。重合体を変性するための別の従来の方法は、ポリエチレンのような炭化水素重合体の表面を、気位相中で生成したナイトレンあるいはカルベン中間体にさらすことを含む。Ｂｒｅｓｌｏｗ氏、Ｓｃｒｉｖｅｎ編「ＡｚｉｄｅｓａｎｄＮｉｔｒｅｎｅｓ」１０章、ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ、ＮＹ（１９８４）。また、溶液中で生成したジフルオロカルベンは１，４−ポリブタジエンを変性することが報告された。Ｓｉｄｄｉｑｕｉ氏等、「Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」１９：５９５（１９８６）。ペルフルオロフェニルアジ化物（ＰＦＰＡ）は、ＰＦＰＡをシクロヘキサンあるいはトルエンのような炭化水素溶媒中で光分解する場合、非フッ素化類似物上の改良したＣＨ−挿入効率を現すことが示された。Ｋｅａｎａ氏等、「ＦｌｕｏｒｉｎｅＣｈｅｍ．」４３：１５１（１９８９）、Ｋｅａｎａ氏等、「Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．」５５：３６４０（１９９０）、Ｌｅｙｖａ氏等、「Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．」５４：５９３８（１９８９）、およびＳｏｕｎｄａｒａｒａｊａｎ氏等、「Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．」５５：２０３４（１９９０）。ＰＦＰＡは有効な光標識化試薬として初期に発達した。Ｃａｉ氏等、「ＢｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅＣｈｅｍ．」２：３８（１９９１）、Ｐｉｎｎｅｙ氏等、「Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．」５６：３１２５（１９９１）、およびＣｒｏｃｋｅｒ氏等、「ＢｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅＣｈｅｍ．」１：４１９（１９９０）。近年、ビス −（ＰＦＰＡ）がポリスチレン（Ｃａｉ氏等、「Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」２：６３１（１９９０））、およびポリ（３−オクチルチオフェン）（Ｃａｉ氏等、「Ｊ．Ｍｏｌｅｃ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ」７：６３（１９９１））に対する有効な架橋剤であることが示された。ケミカルセンサおよびバイオセンサは表面変性技術のある観点を開発することが知られている。例えば、Ｋｅｐｌｅｙ氏等、「Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．」６４：３１９１〜３１９３（１９９２）において開示されるように、質量感受性表面音波（ＳＡＷ）基体は、カルボキシレート末端に結合したＣｕ²⁺イオンにより末端化された、カルボキシレート末端ｎ−アルカンチオール分子の単層により化学的に変性される。このうなセンサは、末端Ｃｕ²⁺イオンへの類似物の分子結合により、神経系に作用する物質類似ジイソプロピルメチルホスホネートに化学的に応答する。このような結合により末端Ｃｕ²⁺イオンに結合した類似物の質量に比例するＳＡＷにおいて摂動が生じる。また、光導波管を通過した光の変化に応答するケミカルセンサおよびバイオセンサが作られた。このようなセンサの１例は、Ｎｏｒｒｉｓ氏、「Ａｎａｌｙｓｔ」１１４：１３５９（１９８９）に開示されており、ここでは、光導波管を介した伝達の間に光により経験された総内部反射率が開発される。総内部反射率は、光導波管の表面に光導波管を介して通過した光により有効に「質疑応答」される。別の例では（Ｔａｎ氏等、「Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．」６４：２９８５〜２９９０（１９９２））、光ファイバーは、ｐＨプローブとして使用するために化学的に変性されるサブミクロン光ファイバーチップに引っ張られる。チップの化学的変性はフルオレセインアミンをアクリルアミド−メチレン−ビス（アクリルアミド）共重合体に結合し、光開始した重合により共重合体をシラン化したファイバーチップに共有結合的に結合することにより行う。発明の概要本発明は、光導波管(optical waveguide)内における電磁放射の全内部反射を利用するセンサ素子およびセンサを提供する。本発明の一つの面においては、光導波管は、この技術分野において知られている「マッハ・ツェーンダ（Mach-Zeh nder）」干渉計と、いくつかの特徴を共有している。すなわち、本発明に係る光導波管は少なくとも２個の別個の部分を有する。電磁放射は平行になって前記光導波管部分を下方に通過し、次いで収斂して「射出ビーム」になる。光導波管は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造する。本発明の他の面においては、電磁放射が平行になって通過する前記導波管部分の一方は「基準」部分として作用し、前記導波管部分の他方は「検体」部分として作用する。本発明のさらに他の面においては、検体部分は、検体を含む分子と相互作用するように化学的にに変性した、すなわち「機能性」にした外部表面を有する。機能性にした表面と検体との相互作用、例えば、機能性にした表面に対する検体の結合は、検体部分を通過する電磁放射に、基準部分を通過する電磁放射に対する位相変化を与えるのに十分である。この位相変化は射出ビームに対応する干渉パターンを生じさせるのに十分である。射出ビームにおける干渉パターンは、射出ビームを、検体部分の表面上に検体が存在していない場合に生じる射出ビームとは検出可能に相違させる。本発明の他の面においては、光導波管の基準部分および検体部分は、それぞれ第１端部および第２端部を有し、第１端部は光導波管の入射部分に連結され、第２端部は光導波管の射出部分に連結されている。入射部分は電磁放射を第１端部に導入する作用をする。射出部分は第２端部を出る電磁放射を収斂させる作用をする。本発明のさらに他の面においては、光導波管を極めて小形にすることができる。例えば、電磁スペクトルの可視部またはその近傍の電磁放射の波長を単一モードで伝送する場合には、光導波管の横寸法をミクロメーター程度とすることができる。従って、生成したセンサを、実際に、生細胞の存在下を含む任意の検知場所に配置することができ、極めて迅速な応答時間を有する。さらに、生成したセンサは極小量の検体に対して鋭敏な感度を示す。本発明の他の面においては、光導波管の屈折率より小さい屈折率を有する硬い基礎材料の表面上に、上述のような小形光導波管を製造することができる。所要に応じて、先ず、十分に小さい屈折率を有する中間材料を、光導波管の屈折率に較べて大きすぎる屈折率を有する基礎材料の表面上に、被着させることができる。本発明のセンサはバイオセンサであることができる。このようなバイオセンサを製造するには、光導波管の検体部分を、これにタンパク質または抗体のような生体物質の分子を結合させることにより機能性にする。このようなセンサは検体に対して応答し（これは検体部分の表面にどのような官能基が結合しているかに全く依存している）、検体としてはウィルスおよび他の微生物、細胞、細胞小器官、膜成分、および広範囲の生体分子のような生体構造物を含めることができる。光導波管は、該光導波管を通過する電磁放射に対して屈折率を示す非流体物質から作ることができる。例えば、光導波管物質としては、広範囲の重合体材料およびケイ質材料を使用することができるが、これらの材料に限定されるものではない。また、光導波管材料としては、ケイ素、酸化ケイ素、ヒ化ガリウム、および他の半導電性材料（ドープされた材料またはドープされていない材料）を使用することができる。本発明の更に他の面においては、光導波管表面を、光子、電子、または熱のような反応エネルギー供給源の存在下に、ニトレン含有（nitrenogenic）機能性化試薬に接触させることにより、光導波管を機能性にする。反応エネルギー供給源の存在下に、機能性化試薬はニトレン中間体を生成し、この中間体は光導波管上のＣＨ、−ＮＨ、−ＯＨ、−Ｃ＝Ｃ−、−Ｃ−Ｃ−基または他の基と電子対を共有するように反応して、光導波管の表面に対する機能性化試薬の「ニトレン付加」または「ニトレン挿入」作用を生じさせる。ニトレン中間体を生成させるには、機能性化試薬は、反応エネルギー供給源にさらされた際に反応性ニトレンを生成することができるアジド基または類似した化学基によって終端させる必要がある。光導波管表面は１段法または多段法によって機能性にすることができる。多段法では、代表的な例においては、各段で異なる機能性化試薬を使用する。１段法および多段法のいずれにおいても、少なくとも１つの段でニトレン含有機能性化試薬を使用する。１段法においては、機能性化試薬の各分子は、ニトレン含有基のほかに、ニトレン含有基と共有結合によって結合している機能性化基を有する。機能性化基は、実際に、ニトレン中間体と架橋反応しない所望の化学基、あるいはそうではなく基体表面と機能性化試薬とのニトレン付加反応を有意は妨害しない所望の化学基とすることができる。例えば、機能性化基は、放射性ラベル、蛍光ラベル、酵素、薬理学的に活性な基、診断学的に活性な基、抗体、核酸、界面活性剤、および広範囲の他の基のうちの任意のものから選択することができるが、これらに限定されるものではない。多段反応において光導波管表面を機能性にするのに適した官能性化試薬は、いくつかの方法で製造することができる。１つの方法によれば、第１機能性化試薬を光導波管表面と反応させて、第１機能性化試薬分子の光導波管表面に対する共有結合を達成し、次いで第２機能性化試薬を添加して前記共有結合している第１機能性化試薬分子と反応させる、従って共有結合させる。このような方法においては、第１機能性化試薬は、それぞれの分子が、窒素含有基のほかに、第１機能性化試薬がニトレン付加を経て基体表面に共有結合した後に、下流の化学反応に関与するのに適した第１機能性化基を有している分子から成る。例えば、第１機能性化基は、第２機能性化試薬の分子の上の−ＮＨ基、−ＯＨ基、または他の求核基と反応する活性エステルとすることができる。第２機能性化試薬は、酵素、抗体、診断薬、または治療薬のような最終的に光導波管表面に結合させるのが望ましい第２機能性化基を提供することができる。別の多段プロセスでは、先ず第２機能性化試薬（これは第２機能性化基、すなわち最終的に望ましい機能性化基を有する）と、第１機能性化試薬（これはニトレン含有基を有する）とを反応させ；次いで第２反応において、第１反応の生成物と光導波管表面とを反応エネルギー供給源の存在下に反応させて、ニトレン付加を経由する光導波管表面に対する第１反応生成物と共有結合させる。本発明における１段法および多段法に好ましい１組の機能性化試薬は、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド活性エステル機能性化パーフルオロフェニルアジド（ＮＨＳ−ＰＦＰＡ）から成る。ＮＨＳ活性エステル基は、試薬分子のＰＦＰＡ部分から得られる反応性の大きいニトレン中間体の反応中に生成して、光導波管表面に共有結合する。（ニトレン中間体の反応性ニトレン部分は、ニトレン部分がＮＨＳ活性エステル部分と分子内反応することができないように、構造的に拘束されているのが好ましい。）このようにして、光導波管表面は「変性」された状態（すなわち「機能性化」された状態）になる。その後、活性エステルは第１アミンまたはヒドロキシル基を有する種々の試薬（例えばバイオ分子）とのさらなる反応に、それぞれアミドまたはエステルの形成を経て、関与することができる。図面の簡単な説明図１は本発明の干渉計の実施態様の概略図である。図２は実施例４で説明したポリスチレンフィルムの表面変性を示す蛍光顕微鏡（４５０〜４９０ｎｍ励起波長＞５１０ｎｍ照射）の下で観察されたミクロサイズのパターンの写真である。図３Ａは実施例５で説明した予備形成したポリスチレンパターンをＰＦＰＡ化合物（図１中の化合物１ａ）で処理し、続いて光分解し、その後、Ｎ−（５−アミノペンチル）ビオチンアミド、続いてフルオレセイン−アビジンにより処理することにより形成した蛍光プロテインの顕微鏡写真である。図３Ｂは実施例５で説明した実施例のコントロールの光顕微鏡写真であり、ここで、ポリスチレンはフルオレセイン−アビジンで処理した。図４Ａは実施例６で説明した第１にＮＨＳ−ＰＦＰＡで、次にセイヨウワサビペルオキシダーゼで機能性化した新たに付着したグラファイト表面の原子間力の顕微鏡で得た映像である。図４Ｂは実施例６で説明した実施例のコントロールの原子間力の顕微鏡映像であり、ここで、新たに付着したグラファイト表面はＮＨＳ−ＰＦＰＡでなくセイヨウワサビペルオキシダーゼで処理した。図５Ａは実施例１０で説明した反応エネルギー源として電子ビームを使用してＮＨＳ−ＰＦＰＡを用いて機能性化したポリスチレン表面の蛍光顕微鏡（４５０〜４９０ｎｍ励起波長＞５１０ｎｍ照射波長）を使用して得た光顕微鏡写真である。図５Ｂはビーム線量および線幅を示す図５Ａの説明図である。図６はシリコン支持材料上のポリスチレンから作られた６つの光導波管を示す実施例１１に関係する写真である。図７はポリスチレン干渉計を示す実施例１１に関係する写真であり、そのうち２つはフルオレセインで機能性化し蛍光顕微鏡を使用して可視化した検体枝管を有する。詳細な説明１．一般的なセンサの形態本発明では、干渉計として構成したケミカルセンサおよびバイオセンサを提供する。好ましい形態は、検体との相互作用に適合される基準枝管および少なくとも１つの枝管（「検体枝管」という）を有する変性したマッハ−ツェンダー干渉計である。干渉計は、一般に、電磁放射のビームを別々の通路に沿って送られその後再結合される２以上のビームに分割する装置である。分割したビームの一方が他方のビームとの比較における変化により、再結合ビーム中に干渉パターンを生成し得る。干渉計はフィルム厚さ（例えば、「フィゾー干渉計」）、表面マイクロトポグラフィ、光素子の性能（例えば、「トワイマン−グリーン干渉計」）、および気体密度を測定するために使用される。更に、光干渉は分光学を実施するために開発された（例えば、「チェルニー−ターナーモノクロメーター」、「ファブリー−ペロ分光学」）。従来のマッハ−ツェンダー干渉計では、第１ビームスプリッターを使用して電磁放射の単一ビーム源からの少なくとも２つの分割したビームを生成する。各枝管ビームは分割したビームを収束するために反射される。収束したビームは第２ビームスプリッターを使用して再結合される。マッハ−ツェンダー干渉計は風洞等中の障害物周りの気体流を測定するために典型的に使用される。気体の屈折率は多くの場合気体密度に比例するので、これが可能となる。試験室は１つの枝管ビームがこれを通ることができるように配置され、別の枝管ビームは基準ビームとして役立つ。干渉縞のパターンは枝管ビームの再結合から生じる。気体密度が局所的な圧縮の結果として変化する場合、第１枝管ビームを変化させ、干渉パターンは対応して変性される。マッハ−ツェンダー干渉計の実験室バージョンでは、気体（空気のような）を介して光ビームを通し、ミラーおよび従来のビームスプリッターを頼る。本発明では、完全な干渉計が、単一光導波管ユニットとして、屈折率を示す材料から光導波管を介して通る適当な型の電磁放射まで好ましく作られる。ここで使用したように、「光」は、一般に、関心のある検体および干渉計を作る材料に適した波長（あるいは波長の範囲）を有する電磁放射を意味すると理解される。電磁放射は可視光であり得るが、また限定しないが赤外線および紫外線のような他の波長であり得る。好ましくは、本発明の干渉計で使用される光の波長は、約０．３〜約２．０μｍの範囲内である。電磁放射は非偏光あるいは偏光であり得る。本発明を代表する干渉計１０は図１に示される。干渉計１０は基準枝管１２および検体枝管１４を有する単一光導波管から構成される。基準枝管１２および検体枝管１４は第１接合部１５にて入射光導波管１６に結合され、第２接合部１７にて出射光導波管１８に結合される。光（ｈν）は末端２０にてあるいは近傍にて入射光導波管１６に入り、第１接合部１５に向かって入射光導波管１６の長さをビームとして下方に伝達する。第１接合部１５にて、光ビームの一部を基準枝管１２におよび一部を検体枝管１４に通すために、光導波管は光ビームを分割する。基準枝管および検体枝管を介して通った後、光ビームは第２接合部１７にて再結合し、出射光導波管１８に入る。基準枝管１２を介して通る光に関連した検体枝管１４を介して通る光におけるすべての関連した位相変化が、出射光導波管１８中で干渉を生じ、これは光の伝達強度における変化として検出されるだろう。干渉計は、以下に詳細に説明したように、機能性化化学を使用して検体枝管の表面を化学的に機能性にすることにより関心のある検体に感受性を持たせる。基準枝管は機能性にしないかあるいは検体枝管と異なった機能性にしておく。これより、干渉計が、検体枝管を介して通る光を、基準枝管を介して通る光と比較することが可能となる。機能化は、検体枝管の表面に検体分子を結合可能とするか、あるいはさもなければ検体枝管に検体枝管の表面化学を変える方法で検体分子への応答性を与える。以下に長さにて説明したように、種々の官能基が検体のアーム部に結合でき、これにより、非常に幅広く種々の検体応答性分子あるいは化学基を共有結合的に結合することができる。例えば、生物学的分子は、（限定されないが、）酵素、抗体、核酸、酵素基質、および細胞表面抗原のような検体枝管に結合できる。検体枝管は、特異的検体分子のみならず無傷の生きている細胞および検体として役立ち得る他の生物学的構造体のような実在物に感受性をもつために機能性にすることができる。このように、本発明のセンサを使用して、検体枝管に結合した細胞特異的抗体あるいは抗原に結合するある細胞の存在に対して組織分析することが可能となる。同様に、本発明によると、光導波管の検体枝管に結合したビリオン特異的生物分子に結合するウイルスの存在に対して材料分析することが可能となる。以上簡単に議論したように、本発明の干渉計は、光導波管を介して光を伝達する。干渉計を介して通った光の一部は基準枝管を介して通り、一部は機能化した表面を有する検体枝管を介して通る。光は、光が光導波管を介して通るとき、総内部反射を経験する。現在理解されている総内部反射の原理によると、ビームが反射するとき、光導波管の縦の壁部にて作られた光定常波の電気的ベクトルは、光導波管を取り巻く媒体中に拡がる。検体分子が検体枝管光導波管の機能性にした表面に結合する（あるいはさもなければ機能性にした表面に化学変化が生じる）場合、検体に対する特有の方法で、および、検体が機能性にした表面と相互作用して、検体枝管を介して通るビームが変わる。基準枝管光導波管を介して通った光ビームは類似して変わる。故に、検体枝管および基準枝管の光ビームが出ていく光導波管に入る際に再結合する場合、特有の干渉パターンを作る。干渉パターンの生成あるいは干渉パターンにおける変化は容易に従来の方法で検出可能である。干渉計は１つのあるいは多重の検体枝管のいずれかを備えることができる。後者の場合、干渉計は１つ以上の検体に応答性を有し、あるいは特別な検体により感受性を有し得る。各検体枝管は類似のあるいは異なる機能性化にし得る。干渉計の最低の実際的な大きさは、光導波管を介して伝達される電磁放射の吸収により決定される。単一方式の操作は、光導波管の切断波長以下の波長の電磁放射に対して生じる。光導波管の切断波長以上の波長の電磁放射が多重方式の操作を生じる。光導波管の切断波長は光導波管技術における当業者に周知である。横方向に非常に小さい寸法（例えばミクロンにおける）を有する光導波管は好ましくは硬い基部上に形成され、あるいはさもなければ硬い基部に支持される。基部材料のような干渉計光導波管を直接に接触する材料は、光導波管の屈折率より小さい屈折率を有すべきである。光導波管材料に関連する基部材料の屈折率における違いが大きい程より好ましい。限定しないが、基部材料を例示すると、二酸化ケイ素（ｎ＝１．４１〜１．４９）、溶融シリカ（ｎ＝１．４）、石英（ｎ＝１．５５）、ガラス（ｎ＝１．５〜１．９、特異的な型に依存）、ヒ化ガリウム、ケイ素、および他の半導体材料等が挙げられる。干渉計が基部材料に支持される場合、光導波管を基部材料上に直接作ることができる。特に好ましい基部材料が光導波管材料に比べて高すぎる屈折率を有する場合は、基部材料はより低い屈折率を有する媒介材料で第１被膜を形成することができ、その後、光導波管は媒介材料の表面上に形成される。多くの適当な基部材料（多くの合成重合体および二酸化ケイ素および石英のような無機材料を含む）は、多くの適当な光導波管材料と不充分に異なる屈折率を有する。故に、基部材料と光導波管の間で基部材料より屈折率のより低い媒介材料を挿入することがしばしば必要となるかあるいは少なくとも望ましい。光導波管は、光導波管を介して通る電磁放射に屈折率（変数「ｎ」により示される）を示す材料から作られる。光導波管材料の屈折率は光導波管に接触する基部材料および（空気あるいは検体を含む液体のような）他の物質の屈折率より大きくなければいけない。光導波管材料は好ましくは種々の利用できる合成重合体から選択された合成重合体である。表Ｉに候補に挙がる重合体のリストの一部を相当する屈折率の値（２０〜２５℃にて測定）と共に示す。上記の通り、上記リストは、全てではない。他の光導波管重合体として候補に挙がるものとしては、ポリ（イミド）およびポリ（３−オクチルチオフェン）等である。光導波管を作るのに使用できる他の材料の例としては、限定されないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ヒ化ガリウム、ガラス、および他のシリカ質材料等である。当業者には理解できるように、電磁放射の光導波管材料の「透明性」は、光導波管を介して通そうとする電磁放射の波長に依存する。光導波管が合成重合体から形成される場合、高分子を配向させることができる。重合体の屈折率は配向した重合体のある軸から別の軸に実質的に変わり得るので、分子配向は光導波管の屈折率に影響を与える。このように、その分子が光導波管に関連して特異な配向を有する場合に、低すぎる平均屈折率を有する重合体はより適当である。適当な重合体は純粋な重合体のみならず重合体ブレンド物も含む。参照：Ｐａｕｌ氏等、「ＭｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔＰｏｌｙｍｅｒＭｉｘｔｕｒｅｓＪＡＣＳシンポジウムシリーズ♯２１１（１９８６）。重合体は水性液体に不溶である必要はない。代表的な例は、１．５２の屈折率を有するポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）である（Ｃｈｉｕ氏等、Ｇｌａｓｓ（ｅｄ．）「Ｗａｔｅｒ−ＳｏｌｕｂｌｅＰｏｌｙｗｅｒｓ．ＢｅａｕｔｙｗｉｔｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ」ＡＣＳシンポジウムシリーズ♯２１３、ｐｐ．４２５〜４３３（１９８６）。干渉計の性能を改良するために、基準枝管（場合によって、非機能性にしない）ならびに入ってくるおよび出ていく光導波管は低い屈折率（光導波管に比べて）を有する不活性材料で覆われたことが好ましい。好ましい被覆材料としては、限定されないが、エポキシ樹脂およびポリ（メタクリル酸メチル）等である。被覆により表面が望ましくない位相変化を引き起こす表面汚染を回避することができる。光導波管の他の物理的特性は、光導波管の性能にも影響する。例えば、光導波管は過度にヘリ部が粗くないことが重要である。加えて、更に図１を参照し、基準枝管１２および検体枝管１４の曲率半径は実際的な大きさとすべきであり、半径は大きい程より良い。半径は製造工程の間に必要に応じ調整できる。また、光導波管を構成する重合体を形成するために適合する技術を使用して基部材料上に光導波管を形成できる。例えば、Ｓａａｖｅｄｒａ氏等、「Ａｐｐｌ．Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」４４：１２１０（１９９０）、Ｓａａｖｅｄｒａ氏等、「Ｌａｎｇｍｕｉｒ」７：９９５〜９９９（１９９１）。横寸法が例えばマイクロメロターの光導波管を用いて、適当な波長の電磁放射をこの技術では周知のプリズム結合あるいは回折格子結合を使用して光導波管に導入できる。Ｂｕｔｌｅｒ氏等、「Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ」２９：３８７９〜３８８０（１９９０）。送出光導波管を介して通る光波の干渉は、出射光導波管を介して伝達された光強度における変化を測定することによりあるいは（大きな位相変化の条件下で）フリンジ計数により検出できる。幾つかのセンサを同時に使用して検体の別の検出を行うことができる。加えて、所定のセンサは、それぞれ異なって機能性化された多重の検体枝管を有することができ、センサは分光センサとして使用できる。本発明のセンサは、非常に速い応答時間を有し、特に、ミクロンのオーダーの横の寸法をを有する。２．一般的な機能性化技術本発明のセンサの適用のほとんどにおいては、センサの検体の枝管のみが機能化される。しかし、本発明の干渉計は基準枝管と比べて検体枝管を介する光の伝達が異なることをそれぞれ検出するので、基準枝管も機能性にすることができるが、検体枝管とは異なる方法で行う。ここでは、以下の言葉を使用する。「基体」は、非流体材料であり、本発明では機能性化し得る表面を有し、この表面は、上記の通り、干渉計の検体枝管（および基準枝管も可能）である。以下に説明する機能化技術について、基体は、分子（例えば、熱可塑性高分子）、熱硬化性分子網（例えば、架橋高分子）あるいは、あるガラスおよび結晶中に見つけられるような他の原子や分子結合体からなり得る。「表面分子」は、基体表面上に存在する少なくともその一部を有する基体分子である。「重合体基体」は、高分子あるいは重合体分子網からなる基体である。「高分子」は、「単量体」と呼ばれるより小さい分子の共有結合により形成される大きい分子である。高分子中に存在する単量体は、同じでも異なっていても良い。高分子は、限定されないが、セルロース、でんぷん、蛋白質、および核酸のような天然物でも、限定されないが、ナイロンおよびポリエチレンのような合成物でも良い。基体では、高分子は、非共有結合的架橋網状構造（熱可塑性として）あるいは共有結合的架橋網状構造（熱硬化性として）を含む幾つかのものと互いに組み合わせることができる。「機能性にした基体」は本発明では１またはそれ以上の官能基を共有結合した基体である。「官能基」は所望の化学的特性をもつために有機的な方法で１またはそれ以上の原子を一緒に結合した群である。本発明では、本発明の基体表面に共有結合される場合、類似の官能基あるいは異なる型の官能基のいずれかと共に官能基は１またはそれ以上の付加的な結合反応に加わる。このような結合反応により、（ａ）種々の付加的な官能基のうちのいずれかの官能基への結合、あるいは（ｂ）機能性にした基体分子の結合（架橋）、が得られる。「機能性にした重合体」は、機能性化重合性基体あるいは機能性化重合体分子のどちらかに保持できる。本発明の「機能性化試薬」は本発明の基体を機能性にするために使用する試薬である。機能性化試薬の分子は、第２官能基に結合される少なくとも１つのニトレン含有基（第１官能基として）を有する。ここで、ニトレン含有基は、ニトレン含有基と官能基との間で機能性化試薬分子構造により好ましく強制される。ニトレン基は基体表面を機能性にする反応条件下で可能である。機能性化試薬における「ニトレン含有基」は、反応エネルギー供給源にさらされる場合、ニトレン基になる化学的な一部である。「ニトレン基」（「ニトレン」あるいは「ニトレン中間体」とも一般に呼ばれして書くことができる特別な形の基である。ニトレンはカルベンの窒素類似体として当業者にみなされる。カルベンのような、ニトレンは一般に中間体として見なされる。ニトレンは非常に反応性が高く、通常の条件下では一般には単離できない。しかし、本発明の反応のようなある化学反応は、ニトレンの存在を仮定しないでは、既知の反応機構により説明することができない。重要なニトレン反応を以下のようにまとめることができる。（ａ）アリルニトレンを含むニトレンは、−ＣＨ部位および−ＮＨ部位において付加反応を受け得る。例えば、（ｂ）また、ニトレンは−Ｃ−Ｃ−および−Ｃ＝Ｃ−結合において付加を受け得る。例えば、ここで使用したように、表面分子との、機能性化試薬のニトレン基の反応の状況において使用される場合、付加反応は一般に、本発明の基体表面上の分子と共にニトレンが受け得る種々の付加反応および挿入反応のうちのいずれかである。本発明では、機能性化反応は、ニトレン含有基を含む機能性化試薬が反応エネルギー源にさらされる場合に起こり、ニトレン含有基をニトレン中間体に変える。機能性化反応は基体表面とニトレン中間体の反応により進行する。「反応エネルギー供給源」は、特に、基体表面と反応するニトレンに機能性化試薬分子上のニトレン含有基を変えることにより、本発明の機能性化反応を起こさせるエネルギー供給源である。適当な反応エネルギー供給源は、限定されないが、光子（紫外（ＵＶ）光、ディープＵＶ、レーザ光、Ｘ線、および赤外線あるいは伝導加熱のかたちの熱のような）、エネルギー化電子（電子ビームのような）、およびエネルギー化イオン（イオンビームのような）を含む。これらの反応エネルギー源は、リソグラフィ、走査顕微鏡、および、ＵＶおよび可視光子の場合、光化学反応および蛍光分子の励起の実施のような仕事に対して便利に使用される。「機能性化反応」は、基体表面が本発明にかかる機能性にされる反応である。機能性化反応は１またはそれ以上の段階から行うことができる。少なくとも１つの段階は、ニトレン含有基を含む機能性化試薬の分子と共になされる基体表面の反応エネルギー源の存在下での反応を含む。本発明では、基体表面は化学により機能性にされ、これにより、機能性化試薬分子における官能基は共有的に表面に結合されるようになる。このような共有結合は、機能性化試薬分子（機能性化試薬分子も以下に示すような望ましい官能基を含む）におけるニトレン含有基を、反応エネルギー源に機能性化試薬分子をさらすことにより基体表面と高度に反応性のニトレン中間体に転化することにより達成される。機能性化試薬は一般に以下の群から好ましく選択される：アジ化アリル、アジ化アルキル、アジ化アルケニル、アジ化アルキニル、アジ化アクリル、およびアジドアセチル誘導体、可能な全ての置換体。最も好ましくは、フッ素（および／または塩素）原子が、アジ化物基に隣接する機能性化試薬分子における位置において可能な限り最大に拡がって存在することである。また、前述のそれぞれのアジ化物は、以下の官能基のいずれかを同じ分子内に含んでもよく、ニトレン部分を生成した後、ニトレン部分と反応することを構造的に強制する。（ａ）カルボキシル基、ならびに、限定されないが、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル、Ｎ−ヒドロキシベンズトリアゾールエステル、カルボキシル基に対応する酸ハロゲン化物、アシルイミダゾール、チオエステル、ｐ−ニトロフェニルエステル、コレステロールおよびグルコースのような生物学的に活性な（および光学的に活性な）アルコールのエステルを含むアルキル，アルケニル，アルキニルおよび芳香族エステル、アンモニア，第１および第２アミンから誘導されるアミンのような種々のアミン誘導体およびエピネフリン、ドーパ、酵素、抗体および蛍光分子のような生物学的に活性な（および光学的に活性な）アミンを含む、ようなカルボキシル基の種々の誘導体（ｂ）例えば、脂肪酸、ステロイド酸、あるいはナプロシンあるいはアスピリンのような薬剤であり得る適当なカルボン酸に遊離したあるいはエステル化したアルコール基（ｃ）ハロアルキル基、ここで、ハロゲン化物はカルボキシレートアニオン、チオールアニオン、カルバニオンあるいはアルコキシドイオンのような親核基で後に置換でき、これにより、ハロゲン原子の部位にて新しい基の共有結合ができる。（ｄ）マレイミド基あるいは、例えば、エルゴステロールのような１，３−ジエン含有分子とのディールス−アルダー付加環化反応においてジエノフィルとしてはたらくことができる他のジエノフィル基（ｄ）例えばエルゴステロールのような１，３−ジエン含有分子とのディールスアルダー付加環化反応においてジエノフィルとして機能するマレイミド基あるいは他のジエノフィル基（ｅ）ヒドラゾン、セミカルバゾン、あるいはオキシムのような周知のカルボニル誘導体の形成を介してあるいはグリニャール付加あるいはアルキルリチウム付加のような機構を介して、逐次誘導化が可能なアルデヒド基あるいはケトン基（ｆ）例えばスルホンアミドを形成するためにアミンとの逐次反応のためのハロゲン化スルホニル基機能性化試薬を転化してニトレン中間体にする一般的な反応は以下の通りである。ここで、Ｘは官能基であり、Ｒは芳香族環、ヘテロ芳香族環あるいは他の炭素含有フラグメントである。ＵＶ光を含む反応エネルギー源を、例えば、以下の代表的な方法のひとつにより、反応に供給できる。（ａ）試料を３５０ｎｍ、３００ｎｍ、あるいは２５４ｎｍ灯のいずれかで満たされたレイオネット（Ｒａｙｏｎｅｔ）光化学反応器のウェル中に入れ、空気中で数分間周囲温度にて照射する。照射の時間は、調整して露光量を変えることができる。（ｂ）試料は例えば、限定されないが、プロジェクションＵＶリソグラフィにより、高分解性フォトマスクを介して照射される。（ｃ）光分解は接触高分解性フォトマスクを使用してＫＳＭＫａｒｌＳｕｓｓｄｅｅｐ−ＵＶ接触アラインナー中で行われる。このような方法は、ＵＶ以外の波長の光子を用いて機能性化反応を行うために一般的に使用できる。電子を含む反応エネルギー供給源を以下の代表的な方法により反応に供給できる。試料を１〜４０ｋＶの範囲内で選択したエネルギーを用いて電子あるいは粒子ビームにより真空下で照射する。（代表的な電子ビーム源は電子ビームリソグラフィ用に改良したＪＥＯＬ８４０電子顕微鏡である。）ビームは処理した基板の表面を横切って進み、ある領域を照射し他は照射しない。各ステップにおける滞留時間を調整して露光量を変えることができる。特に有効な機能性化試薬を、カルボニル基が反応性エステル、アミド、酸塩化物あるいは混合無水物生成物を介してさらに活性化される４−アザイド−２，３，５，６−テトラフルオロ安息香酸から誘導されたアジ化ペルフルオロフェニル（ＰＦＰＡ）の群から選択する。例えば、限定しないが、代表的な機能性にしたアジ化ペルフルオロフェニルは以下の一般式で表される構造を有する。ここで、Ｘは以下のうちのいずれかである。ＣＮ，ＣＯＮＨ₂，ＣＨＯ，ＣＯ₂Ｍｅ，ＣＯＭｅ，ＮＯ₂，ＣＯ₂Ｈ，ＣＯＣｌ，ＣＯ−イミダゾール，ＣＯＮＨＳ，ＣＨ₂ＯＨ，ＣＨ₂ＮＨ₂，ＣＯＣＨ₂Ｂｒ，Ｎ−マレイミド，ＮＨ−ビオチル，ＣＯＮＨ−Ｒ（ここでＲはポリペプチド部分），ＣＯＮＨ−Ｘ−Ｓ−Ｓ−Ｙ−ＮＨ −ビオチル（ここでＸとＹはスペーサー原子であり、Ｓ−Ｓ結合は後段でそれぞれ開裂する。）およびＣＯＮＨＳ−ＳＯ₃Ｎａ。代表的な活性化ＰＦＰＡは限定されないがＮ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）エステルＡ（また、設計された「ＮＨＳ−ＰＦＰＡ」）、ｐ−ニトロフェニルエステルＢ、１−ヒドロキシベンゾトリアゾールエステルＣ、アシルイミダゾールＤ、酸塩化物Ｅ、混合無水物Ｆ、および２，２，２−トリクロロエチルエステルＧを含む。前記の候補に挙げた機能性化試薬に加えて、反応性官能基とＰＦＰＡ部分の間に位置した「スペーサー」を有する他のＰＦＰＡを使用することも可能である。例えば、機能性化試薬として有用な候補である他のアリールアジドは、次式：で表される化合物のように、他のアリール部分がＰＦＰＡと入れ替わっている点を除き、上述の例と類似している。本発明によって機能性にすることができる候補である基体としては、重合体基体、グラファイト、金属およびケイ質材料；ならびにケイ素、ヒ化ガリウム、および他の半導体材料があるが、これらに限定されるものではない。基体は本発明に係る干渉計の少なくとも１個の検体枝管を含んでいるから、基体が干渉計を通過させる光の波長に対して屈折率を示すことは、勿論必要である。ケイ質基体（例えば、ガラス、シリカ、雲母、石英）の場合には、機能性化試薬は、対応するニトレンに転化された場合には、基体上のＳｉＯ−Ｈ基、Ｓｉ− ＯＨ基、またはＳｉ−ＯＳｉ基と反応する。グラファイトおよび他の同素体形態の他の元素状炭素の場合には、機能性化試薬は、対応するニトレンに転化された場合には、基体表面上の炭素環と反応する。本発明によって機能性にすることができる重合体基体としては、実際に、−ＣＨ基、および／または−ＮＨ基、および／または−ＯＨ基、および／または−Ｃ＝Ｃ−基を有する高分子がある。このような重合体基体として、（ａ）飽和ポリオレフィン、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、およびこれらの共重合体；（ｂ）アクリル樹脂、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、およびアクリロニトリルの重合体および共重合体［ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ヘキシルメタクリレート）］；（ｃ）ポリスチレン、およびそのアナローグ、例えば、ポリ（ｐ−クロロスチレン）およびポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）；（ｄ）不飽和ポリオレフィン、例えば、ポリ（イソプレン）およびポリ（ブタジエン）；（ｅ）ポリイミド、例えば、ポリイミド（ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物／テトラエチルメチレンジアニリン）；（ｆ）ポリエステル、例えば、ポリ（アジピン酸トリメチレン）およびポリ（セバシン酸ヘキサメチレン）；（ｇ）導電性共役重合体、例えば、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３−アルキルピロール）、およびポリアニリン；（ｈ）無機重合体、例えば、ポリ（アリールオキシホスファゼン）、ポリ［ビス（トリフルオロエトキシ）ホスファゼン］、ポリシラン、およびポリカルボシラン、シロキサン重合体、および他のケイ素含有重合体；（ｉ）「Chemical and Engineering News」（1992年８月31日）第８頁に記載されているようなオルガニックメタル（すなわち、金属の性質を有する有機重合体）、例えば、ポリクロコネイン（polycroconaine）およびポリスクアレイン（ polysquaraine）；（ｊ）有機金属重合体、例えば、パラジウムポリインおよびフェロセン含有ポリアミド；および（ｋ）多糖類、例えば、セルロース繊維、キチン、およびでん粉があるが、これらに限定されるものではない。他の重合体の例は先に示した表１に記載されている。基体表面の機能性化は、基体表面に結合させようとする官能基の種類、基体表面への結合中に官能基を望ましくない反応から保護する必要があるかどうか、および便宜上によって、１段または２段以上で行うことができる。例えば、２段機能性化法では、各段において異なる機能性化試薬を使用する。第１段ではＮＨＳ−ＰＦＰＡのような第１機能性化試薬を使用し、この試薬を第１段反応の進行中にニトレン中間体に転化する。例えば、重合体基体を使用する第１段中に、ＮＨＳ−ＰＦＰＡ分子上のＮＨＳ活性基は反応によって表面重合体分子に共有結合する。この反応は普通次の図式１に示すように示すことができる：従って、第１段反応は、ＮＨＳ−ＰＦＰＡを反応エネルギー供給源にさらすことにより、ＮＨＳ−ＰＦＰＡから誘導された反応性の大きいニトレン中間体を生成させる必要がある。容易に分かるように、ＰＦＰＡのＮＨＳエステル部分は第１段の化学反応に関与しない。むしろ、ＮＨＳエステルは、基体表面分子に移動した後に、後述の第２段の化学反応で利用される。第２段においては、ＮＨＳエステルは第２機能性化試薬の分子と容易に反応する。第２機能性化試薬は第一または第二アミンおよび／またはヒドロキシル基を有する分子からなる群から選択される。ＮＨＳエステルと第一アミンとの反応は、図式２に示すように、アミドの生成を経由して進行する：図式２において、化合物２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物である。ＮＨＳエステルとヒドロキシル基との反応は、図式３に示すように、エステル生成を経由して進行する：図３において、化合物２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物である。多くの種類の生体分子がアミンおよび／またはヒドロキシル基を有しているので、これらの生体分子は、第１段機能性化反応において基体分子表面に共有結合したＨＮＳエステルとの第２段機能性化反応における反応に適した機能性化試薬として作用することができる。従って、本発明に係る方法により、タンパク質、核酸、炭水化物および他の種々の分子のような高分子を包含する広範囲の種々の分子を基体に結合させることができる。また、本発明に係る方法により、先ず、基体に結合させようとする分子（例えば、生体分子、医薬、検体、触媒（遷移金属を含む）、および診断薬）のニトレン含有誘導体を作り、該誘導体を基体表面に被着させ、次いでこの処理表面を反応エネルギー供給源にさらして、前記窒素含有誘導体を、ニトレン中間体を経由して基体表面分子に共有結合させることができる。ニトレン含有部分は、ニトレンが同じ分子の他の部分と容易には反応できないように、構造的に拘束されている必要がある。従って、フェニル環の４位がアジド基にとって好ましい位置である。本発明を限定するものではないが、本発明の範囲を示唆するために、以下に本発明に係る機能性化の代表例を説明する：（ａ）発がん性または突然変移誘発性の多環式芳香族炭化水素を基体に結合させて、これらの発がん性物質または突然変移誘発性物質と反応するのが普通である検体に敏感な表面を作ることができた。このような多環式炭化水素の候補としては、エチジウム化合物および種々のピレン化合物（例えば、１−ピレンメチルアミンおよび６−アミノクリセン）がある。また、このような化合物を基体に結合させる場合には、前記炭化水素を基体表面から「持ち上げる（lift）」作用をする「スペーサ基（spacer group）」を使用することができる。代表的なスペーサ含有炭化水素は１−ピレン酪酸から得られる第一アミンである。このような反応は普通次の図式４に示すように記載することができる：図式４において、化合物２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物であり、Ｚはスペーサ基を示す。（ｂ）基体表面の疎水性は、第１段反応において（ニトレン中間体を経由して）基体表面にＮＨＳエステル基を結合させた後、第２段反応において１−アミノヘキサデカンのような長鎖脂肪族アミンとＮＨＳエステル基とを反応させることにより、変えることができる。従って、基体表面は、大かれ少なかれ、特定の疎水性検体と結合または他の相互作用をすることができるようになる。このような反応は普通次の図式５に示すように記載することができる：図式５において、Ｒは疎水性原子の連鎖、例えば、Ｃ₁₂Ｈ₂₅ ^-、オレイル、オクタデシル、３−β−アミノコレスタン、またはヘキシルジメチルシリル基を示し；２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物である。（ｃ）基体表面の疎水性は、第１段反応において（ニトレン中間体を経由して）基体表面にＮＨＳエステル基を結合させた後、第２段反応においてアミン含有高極性分子とＮＨＳエステル基とを反応させることにより、変えることができる。このようなアミン含有極性分子としては、グルコサミン、エタノールアミン、ポリエチレンイミン（ｐＨ７においてプロトンを加えたもの）、ポリリシン（ｐＨ７においてプロトンを加えたもの）、グリセリン、および他のポリヒドロキシ化合物があるが、これらに限定されるものではない。このような反応は普通図式５に示すように記載することができ、図式５においてＲはＨＯＣＨ₂ＣＨ₂−またはＮＨ₂（ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ−）_n−ＣＨ₂ＣＨ₂−基を示し；２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物である。ポリアルコールの場合には、このような反応は普通図式６に示すように記載することができる：図式６において、Ｒは例えばＣＨ−ＣＨＯＨ−ＣＨ₂ＯＨ基を示し、２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物である。（ｄ）基体表面は、既に第１段反応においてＮＨＳエステル基を基体表面に結合させた領域において、表面を活性にすることができる。表面を活性にする反応は、種々のアミン化またはヒドロキシル化「洗剤」分子、例えば、１−アミノ− ドデカン酸を使用することにより進行する。ｐＨ７において、この化合物を基体に結合させた後に、カルボキシル基をイオン化し、この化合物を極性カルボキシレート陰イオンで終端する長い疎水性尾部として基体表面から遠ざかる方向に延在させる。このような反応は普通図式７に示すように記載することができる：図式７においてＲは−（ＣＨ₂）_n−ＣＯ₂Ｈ基を示し；２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物である。（ｅ）酵素は、第１段反応において、例えば、ＮＨＳ活性基によって機能性にした基体表面に、例えば、酵素分子の上に存在するリシンアミノ基とＮＨＳ活性エステルとの第２段反応によって、結合させることができる。従って、基体表面は対応する酵素配位子に対して触媒的にあるいは構造的に反応するように作ることができる。典型的な反応は次の図式８に示すように記載される：図式８において、Ｒ−ＮＨ₂は酵素（例えば、セイヨウワサビ・ペルオキシターゼ）、レクチン、または抗体のようなポリペプチドの上のリシン残基を示し；２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物である。（ｆ）また、抗体、レクチンおよび他のタンパク質は、上述の酵素を結合させる反応と類似した機能性化反応によって、基体に結合させることができる。次いで、本発明に係る干渉計の検体用枝管に結合させる場合には、このような分子を、細胞、細胞小器官、ウィルス、膜構成物質、他の生物学的実在物（biological entity）のような検体に対する選択的検出剤として使用することができる。（ｇ）特定の分子を基体表面に結合させて、基体表面の湿潤性を制御することができ、あるいは基体表面に対する生細胞の接着性を変えることができる。（ｈ）基体表面は、１段または２段の反応でビオチニル化し、次いでこのビオチニル化表面を、例えば、誘導体としたアビジンまたはストレプトアビジンによって処理することができる。従って、アビジンまたはストレプトアビジンは、後で他の生体分子を基体表面に結合させるための架橋ユニットとして使用される。典型的な反応は次の２段反応（図式９）によって示される：図式９において、２ａおよび２ｂは図式１に示す化合物であり、ＲＮＨ₂は次式：で表わされるＮ−ビオチニルヘキシレンジアミンのアミノ基を示す。１段反応の一例では、基体をビオチンのＰＦＰＡ誘導体（図式１２の化合物５参照）で被覆し、次いで光分解するかあるいは電子ビームにさらす。本発明を次の実施例について説明する。実施例１この例では、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドで機能性にした（ＮＨＳで機能性にした）パーフルオロフェニルアジド（ＰＦＰＡ）１ａおよび１ｂを使用して、代表的な重合体（ポリスチレン）の表面を変性した（図式１０）。ＰＦＰＡ１ａはKeana等「J．Org．Chem．」５５：３６４０−３６４７（１９９０）に記載されている。ＰＦＰＡ１ｂは、５−アミノペンタン酸を（４−アジド−２，３，５，６− テトラフルオロベンザミド）ペンタン酸（融点（mp）：１６０〜１６１℃；高分解能質量分析計（ＨＲＭＳ）Ｃ₁₂Ｈ₁₀Ｆ₄Ｎ₄Ｏ₃の計算値：３３４．０６８７；実測値ｍ／ｚ：３３４．０７１０）でＮ−アシル化し、次いでこれをジシクロヘキシルカルボジイミドの存在下にＮＨＳと結合させて、Ｎ−スクシンイミジル５ −（４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンズアミド）ペンタノエート１ｂ（融点：９３〜９５℃、ＨＲＭＳＣ₁₆Ｈ₁₃Ｆ₄Ｎ₅Ｏ₅の計算値：４３１．０８５０；実測値m/z：４３１．０８６６）を生成することにより、製造した。 Cai等「Chem．Mater.」４：８７９−８８４（１９９２）に記載されている方法により、ガラスディスクに、キシレン中に溶解した５重量％ポリスチレン（ＰＳ）溶液をスピンコーティングして、ガラスディスク上に厚さ約０．５μｍのフィルムを形成した。次いで、このＰＳフィルムに、ニトロメタン中に溶解した０．５重量％１ａ溶液または０．５重量％１ｂ溶液をスピンコーティングし、次いで６０℃で２０分間熱処理した。この熱処理工程において残留溶媒が除去され、表面に堆積したＰＦＰＡのＰＳフィルム中への拡散が容易になった。次にこのフィルムを光分解した結果、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）によって示されるように、アジド基は完全に分解した。レイオネット(Rayonet)光反応器において２５４ｎｍランプを使用して、周囲温度で光分解を５分間行った。支持体としてＮａＣｌディスクを使用し、対照試料についてＦＴＩＲを行った。ＮＨＳエステルおよびＰＦＰＡエステルはＰＳ表面に共有結合して、それぞれ２ａおよび２ｂを生成した（図式１０）。この反応は、１ａまたは１ｂから得られた反応性の大きいニトレン中間体Ｃ−Ｈ結合挿入を経由して生起した。Keana 等「J．Org．Chem．」５５：３６４０−３６４７（１９９０）；Leyva等「J．Or g．Chem．」５４：５９３８−５９４５（１９８９）；およびPoe等「J．Am．Che m．Soc．」１１４：５０５４−５０６７（１９９２）、参照。ＮＨＳ活性エステルは第１アミンおよび第２アミンと容易に反応してアミドを形成するので（Anderson等「J．Am．Chem．Soc．」８６：１８３９−１８４２（１９６４）、原則として、生体分子を包含する種々の第１アミン含有試薬および第２アミン含有試薬を、この方法によって、重合体表面に結合させることができる。実施例２この例では、実施例１に記載したようにＰＦＰＡ−ＮＨＳによって変性したＰＳフィルム上に、セイヨウワサビ・ペルオキシダーゼ（ＨＲＰ，シグマ社）を固定した。これらの化合物は図式１０に示されている。フィルム２ａおよび２ｂをＮａＨＣＯ₃緩衝液（ｐＨ８．２）中に溶解した５０μＭＨＲＰ溶液中で２５℃において３時間温置し（Brinkley，「Bioconjugate Chem．」３：２−１３（１９９２））、次いでリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）で充分に洗浄した。生成する固定されたＨＲＰフィルム３ａおよび３ｂの酵素活性を、２，２′−アジノ−ビス（３−エチルベンゼンチアゾリン−６−スルホン酸）ジアンモニウム塩（ＡＢＴＳ）および過酸化水素（ＡＢＴＳ１．８ｍＭ／Ｈ₂Ｏ₂ ０．８ｍＭ）を使用したリン酸緩衝液中で、４２０ｎｍおよび２５℃において、分光測光法によって測定した（Groome，「J．Clin．Chem．Clin．Biochem．」１８：３４５−３４９（１９８０））。固定されたＨＲＰが自然のままのＨＲＰと同じ活性を持っていると仮定すると（Nakane等「J．Histochem．Cytochem．」２２：１０８４−１０９１（１９７４））、ＨＲＰの固定程度の計算値は３ａについては０．５±０．１ｎｇ／ｍｍ²であり、スペーサを有する同族体である３ｂについては１．０±０．２ｎｇ／ｍｍ²であり、妥当な固定効果を示した。ＨＲＰ分子は、分子量が約４０，０００ダルトンであり、半径が水和状態で２．６７ｎｍであった。steiner等「Eur．J．Biochem.」８２：５４３−５４９（１９７８）。重合体表面が平坦であると仮定すると、ＨＲＰ単層の表面の被覆程度は２．７ｇ／ｍｍ²のＨＲＰであった。対照実験では、ＰＦＰＡをスピンコーティングしなかった重合体フィルムを同様に熱処理し、露光し、ＨＰＲ溶液と共に温置した。生成したフィルムはＨＲＰ活性を示さなかった。実施例３この例では、実施例１および２に記載した方法と同様にして、導電性重合体であるポリ（３−オクチルチオフェン）（Ｐ３０Ｔ）の表面変性を行った（Cai等「J．Mol．Electron．」７：６３−６８（１９９１））。ＰＦＰＡ−ＮＨＳ−変性Ｐ３０Ｔフィルム上におけるＨＲＰの固定程度は、フィルム３ａ（図式１０）の場合に０．２±０．１ｎｇ／ｍｍ²であり、フィルム３ｂの場合に０．３±０．１ｎｇ／ｍｍ²であった。実施例４この例では、ＰＦＰＡをフォトリソグラフィーと組み合わせて使用してＰＳ表面の表面変性を行って、重合体表面にミクロンサイズのパターンを生成させた。使用した化合物は図式１０に示されているものであった。ＰＳフィルムに１ａのニトロメタン溶液をスピンコーティングし、上述のように熱処理し、最初構造体(feature)サイズ０．５μｍの高解像度マスクを介して露光した。光分解をＫＳＭ Karl SussディープＵＶコンタクトアライナー(cont act aligner)内で行った。次いで、フィルムをニトロメタン中に２０秒間浸漬し、自然乾燥し、５−（アミノアセトアミド）フルオレセイン（米国オレゴン州ユーゲン所在のモレキュラ・プローブス・インク（Molecular Probes，Inc.））をエタノール中に溶解した溶液（４ｍｇ／ｍＬ）と２５℃において１時間反応させ、次いでエタノールで充分洗浄した。図２は、蛍光顕微鏡下に観察されたミクロンサイズの生成パターンを示し、さらにこの新しい表面変性法を証明するものである。最小構造体（０．５μｍ）が解像されたが、回折効果に起因すると思われる僅かなぼけが生じた。対照として、ＮＨＳ活性エステル１ａをスピンコーティングしなかったＰＳフィルムを光分解し、現像し、５−（アミノアセトアミノ）フルオレセインで処理した。蛍光顕微鏡下に蛍光パターンは観察されなかった（データは示さず）。実施例５この例では、予め形成した重合体ミクロ構造体の表面を変性した。使用した化合物は図式１０に示すものであった。ディープＵＶリソグラフィーを使用してシリコンウエハ上に予め形成したミクロンパターンのＰＳを、１ａのニトロメタン溶液中に１０分間浸漬し、上述のように熱処理し、光分解した。次いで、この試料をＮ−（５−アミノペンチル）ビオチンアミド（米国オレゴン州ユーゲン所在のモレキュラ・プローブス・インク）をＤＭＦ中に溶解した溶液中に４時間浸漬し、ＤＭＦに次いでエタノールで洗浄した。ビオチンに対するアビジンの強い親和力を利用して（Green，「Adv．Pr otein Chem.」２９：８５−１３３（１９７５）；Heitzmann等「Proc．Nat．Aca d．Sci．USA」７１：３５３７−３５４１（１９７４））、ウエハをｐＨ８．２緩衝液中の蛍光タンパク質溶液（３．２ｍｇ／０．５ｍＬ）中で４時間温置することにより、蛍光アビジン（米国オレゴン州ユーゲン所在のモレキュラ・ブローブス・インク）を表面に結合させた。生成したミクロサイズパターンは図３Ａに示す通りであり、実験対照は図３Ｂに示す通りであった。これらの結果は、ビオチン−アジピン−フルオレセインの組合せが予め形成されたＰＳミクロ構造体に共有結合したことを示すものである。実施例６この例では、グラファイト表面を機能性にした。透明接着テープを使用して、グラファイト片を新たに劈開させ、１０００ｒｐｍの速度で回転させることにより、乾燥ニトロメタン中の０．５％w/w Ｎ−ヒドロキシスクシンイミジル−４− アジドテトラフルオロベンゾエート（ＮＨＳ−ＰＦＰＡ）溶液を被覆した。この被覆されたグラファイトを６０℃で２０分間熱処理し、２５４ｎｍランプを使用して空気の存在下に周囲温度において５分間露光した。次いで、このグラファイトをＮａＨＣＯ₃緩衝液（ｐＨ８．２）中の５０μｍセイヨウワサビ・ペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）溶液中で、２５℃において３時間温置し、次いでリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）で充分洗浄した。機能性にしたグラファイトの酵素活性を、リン酸緩衝液中において、２，２′ −アジノ−ビス（３−エチルベンズチアゾリン−６−スルホン酸）ジアンモニウム塩（ＡＢＴＳ）および過酸化水素（ＡＢＴＳ１．８ｍＭ／Ｈ₂Ｏ₂０．８ｍＭ）を使用して、４２０ｎｍおよび２５℃において分光分析法によって測定した。固定されたＨＲＰが自然のままのＨＲＰと同じ活性を持っていると仮定した場合に、ＨＲＰの固定程度は２．１ｎｇ／ｍｍ²であった。対照実験は次のように行った：新たに璧開させたグラファイト片を同様に熱処理し、露光し、ＨＲＰ溶液と共に温置した。対照の酵素活性を測定した結果０．４ｎｇ／ｍｍ²のＨＲＰであった。従って、対照はＮＨＳ−ＰＦＰＡで処理しなかった。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して、試料および対照を調べた。原子間力顕微鏡は周囲温度で操作した。試料の代表的なＡＦＭ像を図４Ａに示し、対照の代表的なＡＦＭ像を図４Ｂに示した。図４Ａにおいて、明るい球は固定されたＨＲＰ分子に相当する。図４Ｂには僅かな薄い球が認められるにすぎず、これは対照表面に対してＨＲＰが極めて僅かしか固定されていないことを示す。従って、ＮＨＳ−ＰＦＰＡはＨＲＰをグラファイト表面に共有結合させるのに必要であった。実施例７この例の化学反応は図式１１に示す通りであって、この例では２個の光活性ビオチンとしてＰＦＰＡ−ビオチン３および５を製造した。このようなビオチニル化された表面をさらに反応させて、アビジンのようなビオチン結合性タンパク質を介して、生体分子を基体に結合させることができた。Ｎ−４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンジルビオチンアミド（３）の合成を次のようにして行った：３３ｍｇ（０．０９７ミリモル）のＮ− スクシンイミジル−Ｄ−ビオチンを０．５ｍＬのＤＭＳＯ−ｄ₆中に溶解した溶液に、２７ｍｇ（０．１２ミリモル）の４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンジルアミンを添加した。生成した溶液を常温で０．５時間維持し、その後ＮＭＲによって反応の完結を明らかにした。生成した溶液を１０ｍＬの水に滴下して沈殿を生成させた。生成した沈殿を濾過し、水洗し、乾燥して３６．８ｍｇ（８５％）のＰＦＰＡ−ビオチン３を融点：１６４〜１６５℃のほとんど無色の固体物質として得た。¹ ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ₃＋ＤＭＳＯ−ｄ₆）：１．１５７（ｑ，２），１．４０（ｍ，４），１．９５０（ｔ，２），２．８７（ｍ，２），４．０１（ｍ，１），４．２０（ｍ，３），５．４１（ｍ，２），７．５３（ｍ，１）．ＩＲ（ＫＢｒ）：３４５４，３２９０，２９３１，２１６１，２１２５，１７０４，１６５４，１５４９，１４９３，１４２０，１２３９，１０５４ｃｍ^-1．Ｎ−４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンジル−６−（ビオチンアミド）ヘキサンアミド（５）の合成を次のようにして行った：４９．２ｍｇ（０．１０８ミリモル）のＮ−スクシンイミジル−６−（ビオチンアミド）ヘキサノエートを０．６ｍＬの乾燥ＤＭＦに溶解した溶液に、３２ｍｇ（０．１４ミリモル）の４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンジルアミンを添加した。生成した溶液を常温で１時間かきまぜ、次いで１０ｍＬの水に滴下した。生成した沈殿を濾過し、水洗し、乾燥して６０．１ｍｇ（９９％）のＰＦＰＡ−ビオチン５を融点１６０〜１６１℃の無色固体物質として得た。¹ ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ₃＋ＤＭＳＯ−ｄ₆）：０．９８（ｍ，２），１．１４（ｍ，４），１．３１（ｍ，６），１．８５（ｍ，４），２．４−２．５（ｍ，２），２．８（ｍ，３），３．９２（ｍ，１），４．１０（ｍ，３），５．５２（ｓ，１），５．５６（ｓ，１），６．７６（ｍ，１），７．５６（ｍ，１）．ＩＲ（ＫＢｒ）：３４３８，３３０１，２９３５，２１６２，２１７７，１７００，１６５２，１５４７，１４９９，１４１６，１２３９，１０５４ｃｍ^-1．実施例８この例は重合体を機能性にすることができるいくつかのＰＦＰＡベース架橋剤の合成に関するものである。特に、ＮＨＳエステル基とＰＦＰＡ基との間の結合長さの異なるＮＨＳエステルで機能性にした１群のＰＦＰＡを合成した。これらの機能性にしたＰＦＰＡは、生体高分子中のアミノ基を近くに位置する化学基を光架橋させるのに特に適しており、また一般的に重合体を機能性にするのに特に適していた。この化学反応の全体を図式１２に示す。上述の化学反応では、突然変異（mutation）によってＡＴＰアーゼ中に導入されたシステインを位置づけるために前に使用したマレイミド含有ＰＦＡＳ１および２を使用した（Aggeler等「Biochemistry」３１：２９５６−２９６１（１９９２））。ＮＨＳ含有ＰＦＰＡ４および５は、−ＣＨまたは−ＮＨ挿入光化学反応によって、ポリペプチド鎖中のアミノ基を近くに位置する化学基に架橋させるのに特に適していた。また、これらのＰＦＰＡを使用して重合体をＮＨＳ基で変性することができ、次いで重合体に他の官能基を導入するためにアミノ含有基と反応させることができた。図式１２では、次のようにして、カップリング剤としてジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）を使用し、酸６とグリシンエチルエステル７とを反応させてアミド８を生成した：２１７ｍｇ（１．５５ミリモル）のグリシンエチルエステル塩酸塩と１５８ｍｇ（１．５６ミリモル）のトリエチルアミンとの混合物を、テトラヒドロフラン（７ｍＬ）中で２０分間かきまぜた。その後、３６９ｍｇ（１．５７ミリモル）の４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾイル酸６および３２４ｍｇのＤＣＣを添加した。この混合物を一夜かきまぜ、次いで濾過した。濾液を蒸発させ、残留物を２０ｍＬの酢酸エチル中に溶解した。次いで、この溶液を乾燥し、濾過した。濾液を０．１ＮＨＣｌ（２×１０ｍＬ），５％ＮａＨＣＯ₃（２×１０ｍＬ），および水（２×１０ｍＬ）で洗浄した。得られた溶液を乾燥し、蒸発させて固体生成物を得た。この生成物を分取ＴＬＣによって精製して１６０ｍｇ（収率３２％）のアミド８を融点８５〜８６℃の無色固体物質として得た。¹ ＨＮＭＲ：１．３２１（ｔ，３，Ｊ＝７．１３），４．２３９（ｄ，２，Ｊ＝４．８２），４，２７３（ｑ，２，Ｊ＝７．１３），６．５４０（ｍｂ，１）．ＩＲ：２１２８，１７４４，１６８６，１６４９，１５２３，１４８８，１２２５，１００１ｃｍ^-1．Ｃ₁₁Ｈ₈Ｆ₄Ｎ₄Ｏ₃の計算値：Ｃ，４１．２６；Ｈ，２．５２；Ｎ，１７．５０．実測値：Ｃ，４１．４６；Ｈ，２．３７；Ｎ，１７．６６．次に、下記のようにして加水分解により酸９を総括収率３１％で固体物質として得た：６０ｍｇのアミド８を０．５ｍＬのメタノール中に溶解した溶液に、０．４ｍＬの２．５％ＮａＯＨ溶液を添加した。生成した溶液を１時間かきまぜた。次いで、この溶液を２ＮＨＣｌによりｐＨ＜１まで酸性にした。生成した沈殿を濾過し、乾燥して２３ｍｇの酸９を白色固体物質として得た。濾液をＴＨＦ／ＣＨＣｌ₃（１：１，３×３ｍＬ）によって抽出し、抽出液を乾燥し、蒸発させて追加量（３２ｍｇ）の酸９を融点１４７〜１４８℃の白色固体物質（合計収量５５ｍｇ、合計収率９９％）を得た。¹ ＨＮＭＲ：（ＣＤＣｌ₃＋ＤＭＳＯ−ｄ₆）：４．３３９（ｄ，２，Ｊ＝４．８０），６．５２７（ｍ，１）．ＭＳ：２９２（２，Ｍ⁺），２４６（２０，Ｍ⁺− Ｎ₂），１９０（２０，ＮＣ₆Ｆ₄ＣＯ），１６２（１００，ＮＣ₆Ｆ₄）。下記のようにして、塩基性条件下に塩化アシル１０と５−アミノペンタン酸１１とを反応させ、次いで酸性にすることにより酸１２を生成した：２３８ｍｇ（２．０３ミリモル）の５−アミノペンタン酸１１を５０％ＮａＯＨ水溶液（０．４ｍＬ）および２．６ｍＬの水に溶解した溶液に、２３９ｍｇ（０．９４２ミリモル）の４−アジド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾイルクロリド１０を添加した。沈殿が直ちに認められた。この混合物を５分間かきまぜ、次いで３ｍＬの水で希釈した。次いで、この混合物をさらに１５分間かきまぜ、２ＮＨＣｌを使用してｐＨ＜１まで酸性にした。沈殿を濾過し、０．１ＮＨＣｌ（１ｍＬ）および２ｍＬの水で洗浄し、乾燥して２３１ｍｇの固体生成物を得た。この固体生成物を１ｍＬのエーテルで洗浄し、テトラヒドロフランとエーテルとの混合物中で晶出させて７１ｍｇ（収率５４％）の酸１２を融点１６０〜１６１℃の無色固体物質として得た。¹ ＨＮＭＲ：（ＣＤＣｌ₃＋ＤＭＳＯ−ｄ₆）：１．７５３（ｍ，４），２．５４０（ｔ，２，Ｊ＝６．７３），３．５０４（ｑ，２，Ｊ＝５．９０），６．１（ｍ，１）．ＭＳ：３３４（５，Ｍ⁺），３１７（４，Ｍ⁺−ＯＨ），３０６（４０，Ｍ⁺−Ｎ²），１９０（１５，ＮＣ₆Ｆ₄ＣＯ），１６２（１００，ＮＣ₆Ｆ₄）高分解能ＭＳ：Ｃ₁₂Ｈ₁₀Ｆ₄Ｎ₄Ｏ₃の計算値：３３４．０６８７；実測値：３３４．０７１０。ＮＨＳ活性エステル４および５を、それぞれ、ＤＣＣの存在下における酸９および１２とＮ−ヒドロキシスクシンイミドとの反応によって製造した。特に、ＮＨＳエステル４を製造するためには、３９．３ｍｇ（０．１３４ミリモル）の酸９、２９．３ｍｇ（０．１４２ミリモル）のＤＣＣ、および１６．６ｍｇのＮＨＳを０．５ｍＬのＴＨＦ中に溶解した溶液を、２５℃において一夜かきまぜた。生成した混合物を濾過した。濾液を蒸発させて固体物質を得、これを１ｍＬのＣＨ₂Ｃｌ₂中に再溶解した。生成した混合物を濾過した。濾液を蒸発させて４２ｍｇ（収率８０％）のエステル４を無色の固体物質として得た。アセトン／ヘキサン中で再結晶させることにより、分析試料を融点：１４５〜１４６℃の無色固体物質として得た。¹ Ｈ−ＮＭＲ：２．８８３（ｓ，４），４．６３７（ｄ，２，Ｊ＝５．４０），６．５４８（ｍｂ，１）。ＩＲ：２１２９，１７９２，１７４８，１７１８，１６９９，１６４９，１５２０，１４８９，１２０４ｃｍ^-1。ＭＳ：３８９（８，Ｍ⁺），２７５（６０，Ｍ⁺−ＮＨＳ），２４７（２７，Ｍ⁺−ＮＨＳ−Ｎ₂），２１８（６５，Ｍ⁺−ＣＯＮＨＳ−Ｎ₂−Ｈ），１９０（４５，ＮＣ₆Ｆ₄ＣＯ），１６２（１００，ＮＣ₆Ｆ₄）。高分解能ＭＳ：Ｃ₁₃Ｈ₇Ｆ₄Ｎ₅Ｏ₅の計算値：３８９．０３８２；実測値：３８９．０４０５。ＮＨＳエステル５を酸１２から、ＮＨＳエステル４と同様にして製造し、ＮＨＳエステル５を融点：９３〜９５℃の無色の固体物質として９１％の収率で得た。¹ Ｈ−ＮＭＲ：１．７７（ｍ，２），１．８５（ｍ，２），２．６９１（ｔ，２，Ｊ＝６．６５），２．８４１（ｓ，４），３．５１２（ｑ，２，Ｊ＝６．２４），６．２２（ｍ，１）。ＩＲ：２１２７，１８１７，１７８６，１７４２，１６８１，１６４９，１６０２，１５２６，１４８７，１２６０，１２０９，１０６９ｃｍ^-1。ＭＳ：４３１（５，Ｍ⁺），４０３（３，Ｍ⁺−Ｎ₂），３１７（２２，Ｍ⁺−ＮＨＳ），２８９（８，Ｍ⁺−ＮＨＳ−Ｎ₂），１６２（１００，ＮＣ₆ Ｆ₄）。高分解能ＭＳ：Ｃ₁₆Ｈ₁₃Ｆ₄Ｎ₅Ｏ₅の計算値：４３１．０８５０；実測値：４３１．０８６６。２種のＮＨＳエステル４および５は、ＮＨＳ活性エステル３と共に、ＰＦＰＡとＮＨＳ基との間の長さの異なるリンカー（linker）を有する１群のＮＨＳ含有ＰＦＰＡを形成した。従って、化合物３，４および５は、ポリペプチド鎖のような生体高分子中のアミノ基を、ＮＨＳ基を介して機能性にし、次いで光によって生成したニトレン中間体によって近くに位置する生体高分子に架橋させるのに有用であった。また、これらの化合物は、高分子物質を包含する物質を機能性にするのにも使用することができた。実施例９この例は、次式：で表わされる２種のヘテロ二官能性で開裂可能なＰＦＰＡベース架橋剤を合成した点を除き、実施例８と同様である。例えば、次式：で表わされる化合物を合成した。一般的に、分子のＰＦＰＡ部分は基体を機能性にするのに使用することができ、マレイミド部分は他の官能基と結合させるのに使用することができた（ディールス・アルダー型反応におけるＳＨ含有分子または１，３−ジエン含有分子との反応を経由して）。次に、その後に、マレイミド側鎖を温和な条件下に表面から開裂させることができた。他の開裂可能な基として、過沃素酸を用いて開裂させることができる１，２−ジ・オール結合を使用することができた。実施例１０この例はポリスチレンの機能性化に関するものである。１ｃｍ²のケイ素ウエハ片に、スピンコーティングにより、５％W/Wポリスチレン溶液を被覆した。次いでこのウエハに、ニトロメタンに溶解した０．５％W/W Ｎ−ヒドロキシスクシンイミジル−４−アミド−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾエート溶液を、１０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングし、６０℃ において２０時間熱処理し、電子ビームリソグラフィーを行った。この被覆されたウエハをニトロメタン中に２０秒間浸漬して未結合ＰＦＰＡを除去し、自然乾燥し、エタノール中に溶解した２ｍｇ／ｍＬ５−（アミノアセトアミド）フルオレセイン溶液と２５℃において１時間反応させた。次いで、このウエハをエタノール中に一夜浸漬して共有結合していないフルオレセイン残留物を除去した。得られた結果を図５Ａに示した（図５Ｂに説明を記載した）。これらの図は蛍光顕微鏡（励起：４５０〜４９０ｎｍ，放射：＞５１０ｎｍ）下に観察されたパターンを示す。これらのパターンは、ライン幅（最も広いものから最も狭いものの順に）を５μｍ，２μｍ，１μｍ，０．５μｍ，０．２μｍおよび０．１μｍ（図５Ｂ）とした電子ビームリソグラフィーによって描いたものである。図５Ｂに示すように、線量は、幅が５，２および１μｍの場合には左から右に、また幅が０．５，０．２および０．１μｍの場合には右から左に、４０，３５，３０，２５，２０，１５，１０，５および１μＣ／ｃｍ²であった。図５Ａにおいて、０．２μｍの構造物(feature)が解像された。最小構造物（０．１μｍ）はこの最適ではない実験では解像されなかった。感度は約１０〜約３０μＣ／ｃｍ²であった。実施例１１この例では、ポリスチレン光導波管をＳｉＯ₂で被覆されているケイ素ウエハ上に製造した。先ず、この被覆されているシリコンウエハをアセトン中で清浄にした。次いで、このウエハに、キシレン中の５％W/W スチレン（ＰＳ）および４．６％（ＰＳに対するW/W）ビスパーフルオロフェニルアジド（架橋剤）をスピンコーティングした。スピンコーティングは４０００ｒｐｍにおいて２０秒間行った。次いで、このウエハを７０℃において３０分間熱処理した。１５ｋＶ電子ビームを使用して、５〜３０μＣ／ｃｍ²の範囲の線量でＰＳフィルムに光導波管構造体を描いた。また、次の機能性化操作中に使用するために、ウエハ上でアラインメントマーク(aligment mark)を露出させた。電子ビームは、これと接触したＰＳの区域を、後で行う溶媒洗浄工程中で不溶性にするのに充分な程度まで架橋させた。電子ビームに露光させた後に、生成したフィルムをキシレン中で２０秒間現像して、電子ビームに露光されなかったすべてのＰＳを除去し、ＩＰＡ中で洗浄し、次いで窒素ガスを使用して送風乾燥した。これらのフィルムを使用した場合に、１０μＣ／ｃｍ²の線量によって最良の光導波管構造体が得られることが分った。図６は、ＰＳから製造した６個の光導波管を示す。電子ビーム線量は、上左から下右まで、それぞれ、５，１０，１５，２０，２５および３０μＣ／ｃｍ²であった。光導波管の物理的寸法は光導波管の使用目的に応じて容易に変更することができた。得られたＰＳ光導波管構造体を、先ず得られたＰＳ光導波管構造体を支持するウエハに、ニトロメタン中に溶解した０．５％W/W パーフルオロフェニルアジド（ＰＦＰＡ）溶液を、上述と同じスピンパラメーターを使用してスピンコーティングすることにより、機能性にした。次いで、このフィルムを７０℃において３０分間熱処理した。アラインメントマークを使用して電子ビームを光導波管に整列させ、各光導波管の１個の枝管（検体用枝管となるもの）のみを２０μＣ／ｃｍ²の線量で１５−ｋＶエレクトロンビームに露光させた。次いで、このフィルムをニトロメタン中で２０分間現像し、窒素中で送風乾燥した。このようにして、各光導波管の検体用枝管のみを機能性にした。光導波管の機能性にした枝管は、該枝管上にフルオレセインを固定し、次いで光導波管を蛍光顕微鏡下で観察することにより、目に見えるようになった。フルオレセインは、５−（アミノアセトアミド）フルオレセインをＮａＨＣＯ₃緩衝液に溶解した溶液（ｐＨ８．２；０．４ｍｇ／０．５ｍＬ）中にウエハを３時間浸漬することにより、固定した。次いで、生成したフィルムを前記緩衝液によって充分洗浄し、自然乾燥した。次いで、蛍光顕微鏡を４５０〜４８０ｎｍにおいて使用して、フィルムを照射した。この結果生じた＞５１０ｎｍにおける放射が容易に目に見えた。図７は、１個のシリコンウエハ上に設けられている機能性にした２個のポリスチレン干渉計および２個の対照を、蛍光顕微鏡によって観察した写真である。上述のように上右と下左の干渉計が機能性化されている。他の２個は対照であって、機能性化されていない。機能性化は、検体枝管（上右の干渉計における右側の枝管および下左の干渉計における左側の枝管）におけるフルオレセインの存在によって明示されている。前記写真の３個の隅角部における大きな明るいスポットはアラインメントマークである。この例において形成された光導波管はリッヂ導波管として分類される。これらのデバイスにおける伝送損失(transmission loss)にとって重要なのは、これらのデバイスの端縁の粗さである。Tein，「Appl．Optics」１０：２３９５（１９７１），参照。これらの光導波管の端縁粗さは約５０ｎｍであると評価した。光導波管に光をカップリングインあるいはカップリングアウトすることは、既知のプリズムカップリング法またはグレイティングカップリング法を使用して達成することができた。本発明を好適な具体例および多数の実施例について説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。それどころか、本発明は、請求の範囲に規定されているような、本発明の思想および範囲内に包含されるすべての代替，変更および同等のものを包含するものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項【提出日】１９９４年７月２８日【補正内容】請求の範囲１．（ａ）光導波管を具え、該光導波管は基準導波管部分および検体導波管部分を具え、両導波管部分は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造されており、かつ両導波管部分は第１端部および第２端部を具え；（ｂ）電磁放射が、全内部反射によって、前記両導波管部分の第１端部から第２端部まで、前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内を平行して通過するように、前記電磁放射を前記両導波管部分の第１端部に導入する手段を具え；（ｃ）前記両導波管部分の第２端部において前記電磁放射を収斂させて前記電磁放射の射出ビームとする手段を具え；かつ（ｄ）前記検体導波管部分は、該検体導波管部分内を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分内を通過する電磁放射に対する位相変化を与え、かつ該位相変化が対応する干渉パターンを射出ビームに生じさせるのに充分な変化になるよう、前記検体導波管部分の外部表面が検体分子と選択的に相互作用できるように、前記基準導波管部分に対して機能性にした外部表面を具えていることを特徴とするセンサ素子。２．光導波管を具え、該光導波管は入射導波管部分、基準導波管部分、検体導波管部分、および射出導波管部分を具え；前記光導波管は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造されており；前記基準導波管部分および前記検体導波管部分はいずれも前記入射導波管部分に連結された第１端部および前記射出導波管部分に連結された第２端部を具えていて、前記光導波管は、前記入射導波管部分に入射する電磁放射が、全反射によって、前記入射導波管部分内を通過し、次いで前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内を平行して通過し、その後前記射出導波管部分内を通過することができるように構成され；前記検体導波管部分は、該検体導波管部分内を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分を通過する電磁放射に対する位相変化を与え、かつ位相変化がこの位相変化と相関する干渉パターンを生じさせるのに充分な変化になるよう、前記検体導波管部分の外部表面が検体分子と選択的に相互作用できるように、前記基準導波管部分に対して機能性にした外部表面を具えていることを特徴とするセンサ素子。３．（ａ）光導波管を具え；該光導波管は電磁放射に対して屈折率を示す材料から成り；前記光導波管は入射導波管部分、基準導波管部分、検体導波管部分，および射出導波管部分を具え；前記基準導波管部分および前記検体導波管部分はいずれも前記入射導波管部分に連結された第１端部および前記射出導波管部分に連結された第２端部を具えていて、前記入射導波管部分に入射する電磁放射を、全内部反射によって、前記入射導波管部分内に導き、次いで前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内に平行に導き、その後前記射出導波管部分内に導いて、前記射出導波管部分内を通過する電磁放射に干渉パターンを形成するように構成され；前記検体導波管部分は、該検体導波管部分内を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分を通過する電磁放射に対する変化を与え、かつ該変化が干渉パターンに変化を生じさせるのに充分な変化になるよう、前記検体導波管部分を検体分子と選択的に相互作用できるように、前記基準導波管部分に対して化学的に機能性にした外部表面を具え；（ｂ）電磁放射を前記入射導波管部分に導入するための電磁放射供給源を具え；かつ（ｃ）前記干渉パターンを検出するための手段を具えることを特徴とするセンサ。４．（ａ）第１光導波管を具え、該第１光導波管は基準導波管部分および検体導波管部分を具え、両導波管部分は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造されており、かつ両導波管部分は第１端部および第２端部を具え；（ｂ）電磁放射が、全内部反射によって、前記両導波管部分の第１端部から第２端部まで、前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内を平行して通過するように、前記電磁放射を前記両導波管部分の第１端部に導入するための、前記第１光導波管の両第１端部に連結されている第２光導波管を具え；（ｃ）前記両導波管部分の第２端部において前記電磁放射を収斂させて干渉パターンを示す前記電磁放射のビームとするための、前記第１光導波管の両第２端部に連結されている第３光導波管を具え；かつ（ｄ）前記検体導波管部分は、該検体導波管部分内を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分内を通過する電磁放射に対する変化を与え、かつ該変化が干渉パターンに変化を生じさせるのに充分な変化になるよう、前記検体導波管部分の外部表面を検体分子と選択的に相互作用できるように、前記基準導波管部分に対して化学的に機能性にした外部表面を具え；（ｅ）前記干渉パターンを検出するための検出器を具えることを特徴とするセンサ。５．（ａ）第１光導波管を具え；該第１光導波管は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造されており；該第１光導波管は基準導波管部分および検体導波管部分を具え、かつ両導波管部分は第１端部および第２端部を具え；前記第１光導波管は電磁放射を前記両導波管部分の第１端部から第２端部まで、前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内を同時に平行に導くように構成され；前記検体導波管部分は、該検体導波管部分の外部表面が検体分子と化学的に反応できるよう、前記基準導波管部分に対して機能性にした外部表面を具え；（ｂ）放射供給源を具え、該放射供給源は、電磁放射が、前記両導波管部分の第１端部から第２端部まで、前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内を平行して通過するように、前記電磁放射および直接電磁放射を前記第１光導波管の両第１端部中に生成するように構成され；（ｃ）第２光導波管を具え；該第２光導波管は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造されており；該第２光導波管は前記基準導波管部分および前記検体導波管部分の第２端部に連結され；前記第２光導波管は前記基準導波管部分および前記検体導波管部分から出射する電磁放射を同時に導く作用をなし、これにより電磁放射の干渉パターンを生じさせ、かつ前記検体導波管部分の機能性にした表面と検体分子との相互作用よって前記干渉パターンに変化を生じさせるよう構成され；さらに（ｄ）前記干渉パターンの変化を検出するように前記第２光導波管に光学的に連結されている検出器を具えることを特徴とするセンサ。６．（ａ）基準導波管部分、検体導波管部分、および射出導波管部分を具える光導波管を使用し；該光導波管を電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造し；前記基準導波管部分および前記検体導波管部分にはいずれも前記入射導波管部分に連結された端部を設け、前記光導波管が電磁放射を前記基準導波管部分内および前記検体導波部分内に同時に平行して通過させ、次いで前記射出導波管部分内を通過させることがてきるようにし；前記検体導波管部分には、該検体導波管部分の外部表面が検体分子と選択的に相互作用できるよう前記基準導波管部分に対して機能性にした外部表面を設け；（ｂ）電磁放射を、前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内に同時に平行に導き、次いで前記射出導波管部分内に導いて、前記射出導波管部分において干渉パターンを生じさせ；次いで（ｃ）前記検体導波管部分の外部表面を前記検体分子と接触させて、該検体分子を前記機能性にした表面と選択的に相互作用させ、これにより前記検体導波管部分を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分に対する変化を生じさせ、該変化が前記干渉パターンに変化を生じさせるのに充分な変化になるようにし；（ｄ）前記干渉パターンの変化を検出することを特徴とする検体分子の検出方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ツァイスイションアメリカ合衆国オレゴン州 97402 ユージンダブリューセブンティーンスアヴェニュー 2155 (72)発明者ヤンミンディアメリカ合衆国オレゴン州 97405 ユージンパターソン 2157 １ (72)発明者ウージョンアメリカ合衆国オレゴン州 97402 ユージンウエストシックスティーンスアヴェニュー 2163

Claims

【特許請求の範囲】１．（ａ）光導波管を具え、該光導波管は基準導波管部分および検体導波管部分を具え、両導波管部分は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造されており、かつ両導波管部分は第１端部および第２端部を具え；（ｂ）電磁放射が、全内部反射によって、前記両導波管部分の第１端部から第２端部まで、前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内を平行して通過するように、前記電磁放射を前記両導波管部分の第１端部に導入する手段を具え；（ｃ）前記両導波管部分の第２端部において前記電磁放射を収斂させて前記電磁放射の射出ビームとする手段を具え；かつ（ｄ）前記検体導波管部分は、該検体導波管部分内を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分内を通過する電磁放射に対する位相変化を与え、かつ該位相変化が対応する干渉パターンを射出ビームに生じさせるのに充分な変化になるよう、前記検体導波管部分の外部表面が検体分子と相互作用できるように、前記基準導波管部分に対して機能性にした外部表面を具えていることを特徴とするセンサ素子。２．光導波管を具え、該光導波管は入射導波管部分、基準導波管部分、検体導波管部分、および射出導波管部分を具え；前記光導波管は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造されており；前記基準導波管部分および前記検体導波管部分はいずれも前記入射導波管部分に連結された第１端部および前記射出導波管部分に連結された第２端部を具えていて、前記光導波管は、前記入射導波管部分に入射する電磁放射が、全反射によって、前記入射導波管部分内を通過し、次いで前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内を平行して通過し、その後前記射出導波管部分内を通過することができるように構成され；前記検体導波管部分は、該検体導波管部分内を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分を通過する電磁放射に対する位相変化を与え、かつ該位相変化がこの位相変化と相関する干渉パターンを生じさせるのに充分な変化になるよう、前記検体導波管部分の外部表面が検体分子と相互作用できるように、前記基準導波管部分に対して機能性にした外部表面を具えていることを特徴とするセンサ素子。３．（ａ）光導波管を具え；該光導波管は電磁放射に対して屈折率を示す材料から成り；前記光導波管は入射導波管部分、基準導波管部分、検体導波管部分，および射出導波管部分を具え；前記基準導波管部分および前記検体導波管部分はいずれも前記入射導波管部分に連結された第１端部および前記射出導波管部分に連結された第２端部を具えていて、前記入射導波管部分に入射する電磁放射を、全内部反射によって、前記入射導波管部分内に導き、次いで前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内に平行に導き、その後前記射出導波管部分内に導いて、前記射出導波管部分内を通過する電磁放射に干渉パターンを形成するように構成され；前記検体導波管部分は、該検体導波管部分内を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分を通過する電磁放射に対する変化を与え、かつ該変化が干渉パターンに変化を生じさせるのに充分な変化になるよう、前記検体導波管部分を検体分子と相互作用できるように、前記基準導波管部分に対して化学的に機能性にした外部表面を具え；（ｂ）電磁放射を前記入射導波管部分に導入する手段を具え；かつ（ｃ）前記干渉パターンを検出するための手段を具えることを特徴とするセンサ。４．（ａ）光導波管を具え、該光導波管は基準導波管部分および検体導波管部分を具え、両導波管部分は電磁放射に対して屈折率を示す材料から製造されており、かつ両導波管部分は第１端部および第２端部を具え；（ｂ）電磁放射が、全内部反射によって、前記両導波管部分の第１端部から第２端部まで、前記基準導波管部分内および前記検体導波管部分内を平行して通過するように、前記電磁放射を前記両導波管部分の第１端部に導入する手段を具え；（ｃ）前記両導波管部分の第２端部において前記電磁放射を収斂させて干渉パターンを示す前記電磁放射のビームとする手段を具え；かつ（ｄ）前記検体導波管部分は、該検体導波管部分内を通過する電磁放射に、前記基準導波管部分内を通過する電磁放射に対する変化を与え、かつ該変化が干渉パターンに変化を生じさせるのに充分な変化になるよう、前記検体導波管部分の外部表面を検体分子と相互作用できるように、前記基準導波管部分に対して化学的に機能性にした外部表面を具え；（ｅ）前記干渉パターンを検出する手段を具えることを特徴とするセンサ。