KR102254595B1 - 결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1)는 기재(22) 상에 배열된 평면 도파관(2)을 포함한다. 상기 도파관(2)은 외측 표면(21) 및 코히렌트 광(62)의 평행 빔이 도파관(2)을 따라 전파하도록 도파관(2) 내로 코히렌트 광의 빔을 커플링하기 위한 복수의 인커플링 라인(31)을 갖는다. 상기 인커플링 라인(31)은 곡선형이고 인접한 인커플링 라인(31)들 사이에 증가하는 거리를 갖는다. 미리 결정된 파장의 코히렌트 광(61)의 발산 빔이 도파관(2) 내로 커플링되어 상기 발산 빔이 도파관(2)을 따라 전파한다. 복수의 결합 위치(51)는 도파관(2)의 아웃커플링 섹션에 배열된 적어도 하나의 추가의 복수의 회절 라인을 따라 외측 표면(21)에 부착된다. 이러한 회절 라인은 인접한 아웃커플링 라인들 사이에 증가하는 거리를 가지는 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)들을 포함한다. 회절 라인은 평면 도파관(2)으로부터 코히렌트 광의 회절 부분을 커플링 해제하고 상기 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분이 미리 결정된 제 2 초점 위치(631) 내로 수렴한다.
Description
본 발명은 결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치뿐만 아니라 각각의 독립 청구항에 따른 방법에 관한 것이다.
이 같은 장치들은 예를 들면 온갖 종류의 용례들에서 바이오센서(biosensor)로서 사용된다. 하나의 특별한 용례는 결합 친화도 또는 공정의 검출 또는 모니터링이다. 예를 들면, 이 같은 바이오센서들의 도움으로 결합 위치로의 목표 샘플의 결합을 검출하는 다양한 분석 평가가 수행될 수 있다. 전형적으로, 대다수의 이 같은 분석 평가는 바이오센서의 표면 상에 2차원 미세 배열로 배열되는 지점에서 바이오센서 상에 수행된다. 미세 배열의 사용은 고속 처리량 스크리닝에서 상이한 목표 샘플들의 결합 친화도 또는 공정의 동시 검출을 위한 도구를 제공한다. 특정 결합 위치에 결합하기 위한 목표 샘플의 친화력, 예를 들면, 특정 포획 분자에 결합하기 위한 목표 분자들의 친화력을 검출하기 위해, 대다수의 포획 분자는 (예를 들면, 잉크-제트 스팟팅 또는 사진 석판술에 의해) 개별 지점에서 바이오센서의 외측 표면 상에 고정된다. 각각의 지점은 미리 결정된 유형의 포획 분자를 위한 개별 측정 구역을 형성한다. 특정 유형의 포획 분자로의 목표 분자의 결합이 검출되고 특정 포획 분자에 대한 목표 분자의 결합 친화도에 대한 정보를 제공하기 위해 사용된다.
목표 샘플들의 결합 친화도를 검출하기 위한 공지된 기술은 형광 라벨을 이용한다. 형광 라벨은 자극시 형광 빛을 방사할 수 있다. 방사된 형광 빛은 특별한 지점에서 현재의 형광 라벨을 확인하는 특유의 방사 스펙트럼을 갖는다. 확인된 형광 라벨은 분류된 목표 분자가 이러한 지점에 존재하는 특별한 유형의 결합 위치에 결합되는 것을 나타낸다.
분류된 목표 샘플을 검출하기 위한 센서는 논문(article) "젭토센스(Zeptosens)의 단백질 미세 배열: 저 과다 단백질 분석을 위한 신규한 고 성능 미세 배열 플랫폼"(Proteomics 2002, 2, S. 383-393, 독일 바인하임, 69451 소재의 Wiley-VCH Verlag GmbH)에 설명된다. 여기서 설명된 센서는 기재(substrate) 상에 배열되는 평면 도파관을 포함한다. 평면 도파관은 그 위의 복수의 결합 위치에 부착할 수 있는 외측 표면을 갖는다. 더욱이, 평면 도파관은 코히렌트 광(coherent light)의 빔이 평면 도파관을 따라 전파하는 방식으로 코히렌트 광의 빔을 평면 도파관 내로 커플링하기 위한 복수의 인커플링 라인(incoupling line)을 갖는다. 코히렌트 광은 평면 도파관의 외측 표면을 따라 전파하는 코히렌트 광의 감쇄장(evanescent field)과의 총 반사 하에서 평면 도파관을 통해 전파한다. 평면 도파관의 외측 표면에서 낮은 굴절률의 매체 내로 감쇄장의 관통 깊이는 평면 도파관을 통하여 전파하는 코히렌트 광의 파장의 대략 일 부분의 크기 내에 있다. 감쇄장은 평면 도파관의 표면상에 배열된 결합 위치에 결합되고 분류된 목표 샘플의 형광 라벨을 자극한다. 평면 도파관의 외측 표면에서 광학적으로 더 얇은 매체 내로 감쇄장의 관통의 매우 작은 깊이에 의해, 단지 평면 도파관의 외측 표면상에 고정된 결합 위치에 결합된 분류된 샘플만이 자극된다. 이러한 라벨들에 의해 방사된 형광 빛은 이어서 CCD 카메라의 도움으로 검출된다.
형광 라벨을 사용하여 결합 친화도를 검출하는 것이 대체로 가능하지만, 이러한 기술은 검출된 신호가 결합 파트너들 자체에 의하지 않고 형광 라벨에 의해 생성된다는 점에서 불리하다. 게다가, 목표 샘플을 분류하는 것은 부가 준비 단계를 요구한다. 더욱이, 분류된 목표 샘플은 비교적 고가이다. 다른 단점은 목표 샘플의 포획 분자로의 결합을 방해할 수 있는 목표 샘플에서 형광 라벨의 입체 장애에 의해 유발된 결과의 변조이다. 추가의 단점은 라벨의 광퇴색 또는 켄칭 효과(quenching effect)에 의한 결과들의 변조이다.
본 발명의 목적은 목표 샘플과 결합 위치 사이의 결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치뿐만 아니라 위에서 설명된 종래 기술의 단점을 극복하거나 적어도 상당히 감소하는 결합 친화도를 나타내는 신호를 제공할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 이러한 목적은 결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치에 의해 달성된다. 상기 장치는 기재 상에 배열된 평면 도파관을 포함한다. 평면 도파관은 외측 표면 및 작동시 코히렌트 광의 평행 빔이 평면 도파관의 외측 표면을 따라 전파하는 감쇄장을 갖는 평면 도파관을 따라 전파하는 방식으로 코히렌트 광의 빔을 평면 도파관 내로 커플링하기 위한 복수의 인커플링 라인들을 갖는다. 복수의 인커플링 라인은 평면 도파관을 따라 코히렌트 광의 평행 빔의 전파 방향으로 볼 때 인접한 인커플링 라인들 사이에 증가하는 거리를 갖도록 곡선화되고 배열되고, 인접한 인커플링 라인들 사이의 거리와 복수의 인커플링 라인의 배열은 작동시 미리 결정된 제 1 초점 위치로부터 나오고 복수의 인커플링 라인 상에 충돌하는 미리 결정된 파장의 코히렌트 광의 발산 빔이 코히렌트 광의 평행 빔이 평면 도파관을 따라 전파하는 방식으로 평면 도파관 내로 커플링되도록 된다. 목표 샘플을 결합할 수 있는 복수의 결합 위치는 외측 표면에 부착된다. 부착된 결합 위치는 평면 도파관의 아웃커플링 섹션(outcoupling section)에 배열되는 적어도 하나의 추가의 복수의 회절 라인을 따라 배열된다. 적어도 하나의 추가의 복수의 회절 라인은 그 위에 충돌하는 코히렌트 광의 전파 방향으로 관측할 때 인접한 곡선화된 아웃커플링 라인들 사이에 감소하는 거리를 갖도록 배열되는 복수의 곡선화된 아웃커플링 라인들을 포함하여 미리 결정된 파장의 코히렌트 광의 커플링 해제 부분이 결합 위치들과 목표 샘플 사이의 결합 친화도를 나타내는 신호를 제 2 초점 위치에 제공하도록 미리 결정된 제 2 초점 위치 내로 수렴하는 방식으로 평면 도파관으로부터 코히렌트 광의 일 부분을 커플링 해제하도록 미리 결정된 파장의 코히렌트 광의 일 부분을 회절할 수 있다.
용어 "곡선화된 아웃커플링 라인(curved outcoupling line)"이 "실제(real)" 라인 뿐만 아니라 "가상(virtual)" 라인(도파관의 외측 표면 상에 물리적으로 존재할 수 없거나 자체적으로 광학적 회절 효과를 갖지 않는 라인들이 목표 샘플과 함께 생물학적 격자를 형성하도록 이러한 "가상" 라인들을 따라 배열된 결합 위치에 의해 형성된다) 둘다를 포함하며, 상기 "실제" 라인은 광학적인 회절 효과(물리적으로 존재하는 라인들, 예를 들면 광학 격자의 라인들)를 가지고 미리 결정된 파장의 코히렌트 광의 일 부분을 미리 결정된 제 2 초점 위치로 회절하는(이러한 경우 "실제" 라인을 향하는 코히렌트 광의 평행 빔의 일 부분을 회절하도록, 결합 위치는 목표 샘플들에 대해 함께 생물학적 격자를 형성하도록 추가의 복수의 "가상" 라인을 따라 배열된다) 점이 주목되어야 한다. 양 유형들의 "곡선형 아웃커플링 라인(curved outcopuling line)", "실제" 라인뿐만 아니라 "가상" 라인은 미리 결정된 제 2 초점 위치까지 미리 결정된 파장의 코히렌트 광의 일 부분을 회절한다. "가상" 라인의 경우, 즉 곡선형 아웃커플링 라인들이 생물학적 격자의 "가상" 라인에 의해 형성될 때, 광학 격자의 라인과 같은 "실제" 라인은 생물학적 격자에 부가하여 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있다.
용어 "곡선형 인커플링 라인"은 또한 "실제" 라인뿐만 아니라 "가상" 라인(도파관의 외측 표면 상에 물리적으로 존재할 수 있거나 자체적으로 광학적 회절 효과를 가지지 않지만 목표 샘플과 함께 생물학적 격자를 형성하도록 이러한 "가상" 라인을 따라 배열된 결합 위치에 의해 형성된다) 둘다를 포함하며, 상기 "실제" 라인은 광학 회절 효과(물리적으로 존재하는 라인, 예를 들면 광학 격자의 라인)를 가지며 코히렌트 광의 회절 부분을 평면 도파관 내로 커플링하도록 미리 결정된 파장의 코히렌트 광의 일 부분을 회절한다. "실제" 라인은 예를 들면 코히렌트 광의 발산 빔을 도파관 내로 커플링하는 곡선형 물리적 라인으로서 구현될 수 있고, 반면에 "가상" 라인은 코히렌트 광의 발산 빔을 평면 도파관 내로 커플링하는 곡선형 라인들일 수 있으며, 결합 위치는 포인트 광원(미리 결정된 위치에 배열되는)으로부터 나오는 코히렌트 광의 발산 빔의 일 부분을 (이에 결합되는 목표 샘플과 함께) 회절하도록 그리고 코히렌트 광의 회절 부분을 평면 도파관 내로 결합하도록 이러한 가상 라인을 따라 배열된다. 곡선형 인커플링 라인("실제" 라인 또는 "가상" 라인)은 평면 도파관 내로 커플링되는 코히렌트 광의 전파 방향으로 볼 때 서로로부터 증가하는 거리를 갖는다. 이에 따라 인커플링 라인과 아웃커플링 라인 둘다가 단지 생물학적 격자("실제" 라인 아님) 만을 포함할 수 있는 것이 가능하다. 이는 인커플링 라인과 아웃커플링 라인 둘다의 제조가 이어서 석판 인쇄 기술을 사용하여 단일 단계로 수행될 수 있기 때문에 이 같은 격자의 제조와 관련하여 유리할 수 있다. 이는 격자의 덜 비싼 제조를 초래할 수 있다.
작동 중, (생물학적 격자의 형성과 함께) 적용된 목표 샘플에 결합된 부착된 결합 위치에서 아웃커플링 섹션에서 회절되는 코히렌트 광은 결합 친화도를 위한 조치로서 제 2 초점 위치에 제공될 수 있다. 예를 들면, 미리 결정된 제 2 초점 위치에 제공된 코히렌트 광의 세기가 검출되고 단지 결합 위치만큼 회절되는 코히렌트 광의 공지된 세기와 비교된다(목표 샘플이 적용되지 않음). 미리 결정된 제 2 초점 위치에서의 세기가 단지 결합 위치만에 의해 유발된 미리 결정된 제 2 초점 위치에서의 세기와 비교될 때 목표 샘플이 결합 위치에 결합되는 것과 상당히 상이하기 때문에 세기의 변화는 결합 위치와 목표 샘플 사이의 결합 친화도를 나타낸다(즉, 결합 친화도에 대한 측정치이다). 코히렌트 광의 아웃커플링된 부분이 검출가능한 신호를 제공하도록 미리 결정된 제 2 초점 위치에서 구조적으로 간섭하기 때문에 이는 목표 샘플을 분류하기 위한 요구를 극복한다. "미리 결정된 제 2 초점 위치에서 구조적으로 간섭하는(constructively interferes at the predetermined second focal location)"은 즉 상기 미리 결정된 제 2 초점 위치에서 미리 결정된 제 2 초점 위치 내로 수렴하는 코히렌트 광이 미리 결정된 파장의 정수 배인 광학적 경로 길이에서의 차이를 갖는 것을 의미한다. 미리 결정된 제 2 초점 위치에서 이러한 간섭 최대는 목표 샘플에 결합되는 결합 위치로부터 나오는 검출 가능한 신호를 제공한다.
대체로, "결합 위치"는 목표 샘플이 결합될 수 있는(또는 결합 친화도의 경우 결합하는) 평면 도파관의 외측 표면 상의 위치이다. 본 발명에 따른 결합 친화도의 검출은 특정 유형들의 목표 샘플들 또는 임의의 유형의 결합 위치로 제한되지 않지만 오히려 목표 샘플로서 예를 들면, 분자, 단백질, DNA 등의 결합 특성이 평면 도파관 상의 결합 위치의 임의의 적합한 유형에 대해 분석될 수 있다. 기술적으로, 용어 "회절된(diffracted)"은 결합 위치에 결합된 목표 샘플과 이미 상호 작용되는 감쇄장의 코히렌트 광의 간섭을 나타낸다. 용어 회절된 "부분(portion)"은 전체 광이 도파관으로부터 커플링 해제하기 위해 회절되어 코히렌트 광의 평행 빔의 일 부분(사실 주 부분)이 평면 도파관을 따라 전파하는 것을 계속하지 않는 사실을 지칭한다. 용어 "평행 빔(parallel beam)"은 약간의 편차를 명확히 포함하며, 이 편차에 따라 광은 도파관에서 수렴 또는 분기 방식으로 전파한다. 상기 편차의 정도는 검출된 신호의 세기에 의해 제한되어 평행은 결합 위치와 목표 샘플 사이의 결합 친화도를 나타내는 신호를 제 2 초점 위치에 제공하는 것을 허용하는 편차를 포함한다. 코히렌트 광의 광학 경로의 가역성 때문에, 인커플링 라인 및 아웃커플링 라인의 역할은 일반적으로 교환될 수 있어, 본 발명에서 설명된 실시예들의 유사한 기능을 초래한다. 결합 위치는 두 개 이상의 복수의 라인들에 배열될 수 있다. 라인을 따른 결합 위치의 배열은 모든 결합 위치가 이상적 라인 상에 정확히 배열되는 최적의 경우를 나타낸다. 결합 위치의 최적 배열은 제 2 초점 위치에서 최대 신호와 관련되지만, 실제로, 결합 위치의 배열은 제 2 초점 위치 내로 수렴하는 코히렌트 광의 평행 빔의 커플링 해제 부분이 여전히 존재하는 동안 이 같은 최적 배열로부터 소정의 정도로 벗어날 것이다. 복수의 인커플링 라인 및 복수의 곡선형 아웃커플링 라인은 xj,yj-좌표에서 이들의 위치가 기하학적으로 아래 방정식에 의해 정의되는 방식으로 평면 도파관의 외측 표면 상에 배열된다:
여기서
λ는 도파 광의 진공 파장이고,
N 은 평면 도파관 내의 가이드된 모드의 효과적인 굴절률이고; N은 평면 도파관의 두께 및 굴절률, 기재의 굴절률, 평면 도파관의 외측 표면 상의 매체의 굴절률 및 가이드 모드의 편광에 종속하고,
ns는 기재의 굴절률이고,
f는 평면 도파관의 외측 표면과 초점 위치 사이의 거리(초점 길이)이고,
A0는 nsf/λ에 근접하게 되도록 선택된 정수이고, 그리고
j는 각각의 라인의 굴절률을 표시하는 러닝 정수(running integer)이다.
선택된 정수(A0)는 양의 j 값을 갖는 라인의 중심에 음의 j 값 및 양의 x-값에 대해 라인의 중심에 음의 x-값을 할당한다. 또는 달리 말하면, 정수(A0)는 평면 도파관의 외측 표면에서 라인들의 위치를 위해 사용되는 x,y-좌표 프레임의 원점을 형성한다; 선택된 A0 값은 x=0, y=0, z=-f에 검출 장소를 할당한다.
제 1 초점 위치 및 제 2 초점 위치는 대략 0.5 ㎛의 직경의 바람직한 예에 있고 10 내지 200 ㎛의 거리에 배열된다.
일 양태에 따라, 복수의 인커플링 라인은 평면 도파관의 외측 표면의 제 1 표면 부분에 배열되고 복수의 곡선형 아웃커플링 라인은 평면 도파관의 외측 표면의 제 2 표면 부분에 배열된다. 제 1 표면 부분은 라인이 없는 블랭크 섹션(blank section)을 포함하고 제 2 표면 부분은 라인이 없는 추가의 블랭크 섹션을 포함한다. 블랭크 섹션은 2차 브랙 반사(2nd order Bragg reflection)(평면 도파관에서 나오는 각각의 복수의 라인에서 회절되는 코히렌트 광의 간섭 최대), 또는 검출된 신호의 전체 세기를 잠재적으로 손상시키는 유사한 광학 효과를 회피하기 위해 형성된다. 바람직하게는, 제 1 표면 부분 및 제 2 표면 부분은 25 내지 300 ㎛의 직경을 갖는다.
다른 양태에 따라, 제 1 표면 부분 및 제 2 표면 부분은 평면 도파관의 외측 표면에 공간적으로 분리되어 배열된다. 공간적으로 분리된 배열은 복수의 곡선형 아웃커플링 라인의 모든 라인에서 (복수의 인커플링 라인의 모든 라인에 의해 인커플링된) 코히렌트 광의 평행 빔의 감쇄장의 최대 부분의 회절을 허용한다.
대안적인 양태에 따라, 제 1 표면 부분 및 제 2 표면 부분은 평면 도파관의 외측 표면에 배열되어 블랭크 섹션 및 추가의 블랭크 섹션이 공통 블랭크 섹션을 형성하는 방식으로 적어도 부분적으로 겹쳐진다. 적어도 부분적으로 겹쳐지는 배열에서, 평면 도파관의 외측 표면의 최소 영역은 상기 제 1 표면 부분 및 제 2 표면 부분에 의해 덮여진다. 덮여진 영역의 감소된 크기는 평면 도파관의 외측 표면에서 더 많은 개수의 이 같은 제 1 및 제 2 표면 부분들을 배열하는 것을 허용한다.
추가 양태에 따라, 제 1 표면 부분 및 제 2 표면 부분은 크기가 동일하다.
대안적인 양태에 따라, 아웃커플링 섹션에 배열된 적어도 하나의 추가의 복수의 회절 라인은 복수의 직선형 라인을 더 포함한다. 직선형 라인은 인접한 직선형 라인들 사이의 일정한 거리와 서로 평행하게 연장하고 코히렌트 광의 평행 빔의 회절 부분이 복수의 곡선형 아웃커플링 라인 상으로 충돌하도록 코히렌트 광의 평행 빔의 일 부분이 직선형 라인들에 대한 회절 각도(α) 하에서 회절되는 방식으로 코히렌트 광의 평행 빔의 전파 방향에 대해 각도(β)로 배열된다. 부착된 결합 위치는 복수의 직선형 라인을 따라 또는 복수의 곡선형 아웃커플링 라인을 따라 배열된다.
코히렌트 광의 평행 빔의 전파 방향은 복수의 인커플링 라인으로부터 시작하고 코히렌트 광이 보통 복수의 인커플링 라인에 대해 수직한 방향에 대해 근접한 평면 도파관 내로 코히렌트 광이 커플링되는 방향으로 연장하는 것으로 형성된다. 목표 샘플들에 결합된 결합 위치에서 회절된 코히렌트 광은 직선형 라인에 대한 회절 각도(α) 하에서 제 2 표면 부분의 복수의 곡선형 아웃커플링 라인들 상으로 충돌한다. 회절 각도(α)하에서, 복수의 직선으로부터 나오는 광은 복수의 곡선형 아웃커플링 라인에서 구조적으로 간섭한다(즉, 상이한 직선형 라인에서 회절된 광은 미리 결정된 파장의 정수 배의 광학적 경로 길이의 차이를 갖는다). 회절 각도(α)는 평면 도파관의 기재의 그리고 평면 도파관의 외측 표면의 매체(예를 들면, 외측 표면에서의 매체가 목표 샘플을 포함할 수 있다)의 굴절률 및 미리 결정된 파장을 고려하는 인접한 미리 결정된 직선형 라인들 사이의 일정한 거리에 의존한다.
일 양태에 따라, 복수의 곡선형 아웃커플링 라인은 평면 도파관의 파티션의 외측 표면에 배열되고 이를 통해 직선형 라인에서 회절된 코히렌트 광의 평행 빔의 부분이 전파하고, 이를 통해 코히렌트 광의 평행 빔의 다른 광이 전파하지 않는다. 제 2 초점 위치가 평면 도파관의 외측 표면의 영역에 수직하게 위치되고 이를 통하여 코히렌트 광의 평행 빔의 "비-회절" 광이 전파하지 않기 때문에, 이는 감소된 배경 신호와 제 2 초점 위치에서 광을 검출하는 것을 허용한다.
다른 양태에 따라, 표면 코팅 층은 평면 도파관의 외측 표면의 상부 상에 배열된다. 표면 코팅 층은 다공성 내부 구조를 가져서 코팅 층에 적용된 목표 샘플을 평면 도파관의 외측 표면에 부착된 결합 위치에 도달하도록 그를 통하여 확산하는 것을 허용한다. 유리하게는, 목표 샘플은 또한 다른 화합물을 포함하는 혼합물에 적용될 수 있지만 단지 목표 샘플은 평면 도파관의 외측 표면에 도달하도록 코팅 층의 다공성 내부 구조를 통하여 확산할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 결합 친화도의 검출을 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은:
- 여기서 설명된 바와 같은 장치를 제공하는 단계,
- 결합 위치와 목표 샘플 사이의 결합 친화도가 검출되는 목표 샘플이 결합 위치에 배열되는 적어도 하나의 추가의 복수의 회절 라인을 따라 평면 도파관의 아웃커플링 섹션에 적용하는 단계,
- 평면 도파관 내로 커플링된 코히렌트 광의 빔이 이의 외측 표면을 따라 전파하는 코히렌트 광의 평행 빔의 감쇄장을 구비한 평면 도파관을 따른 코히렌트 광의 평행 빔으로서 전파하는 방식으로 평면 도파관 내로 코히렌트 광의 발산 빔을 커플링하도록 평면 도파관의 복수의 인커플링 라인에 충돌하는 방식으로 코히렌트 광의 발산 빔을 미리 결정된 제 1 초점 위치를 발생시키는 단계로서, 코히렌트 광의 커플링 해제 부분이 미리 결정된 제 2 초점 위치 내로 수렴하는 방식으로 평면 도파관으로부터 이를 커플링 해제하도록 평면 도파관의 아웃커플링 섹션의 복수의 곡선형 아웃커플링 라인에 의해 코히렌트 광의 일 부분이 회절되는 단계, 및
결합 위치와 목표 샘플 사이의 결합 친화도를 나타내는 신호로서 미리 결정된 제 2 초점 위치에서 코히렌트 광의 커플링 해제 부분을 검출하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 양태에 따라, 코히렌트 광의 평행 빔의 커플링 해제 부분은 미리 결정된 크기를 가지고 검출 구역에서 위치를 결정하도록 미리 결정된 제 2 초점 위치를 포함하도록 배열되는 검출 구역에서 검출되고, 여기서 미리 결정된 파장의 코히렌트 광의 커플링 해제 부분이 상대적인 최대 세기를 갖는다. 상대적 최대 세기의 위치는 미리 결정된 제 2 초점 위치로서 형성된다. 상대적 최대 세기는 검출 구역에서 검출 가능한 신호를 찾는 것을 허용한다. 검출 구역의 크기는 100 nm 내지 300 nm의 범위의 전형적 두께를 가지는 평면 도파관의 제조 공차에 종속되고 도파관 두께의 전형적인 제조 공차는 몇 나노미터이다. 이러한 공차는 아웃커플링 섹션의 측방향 연장의 대략 몇 퍼센트의 검출 구역의 측면 연장에 대응한다.
상기 방법의 다른 양태에 따라, 코히렌트 광의 발산 빔은 미리 결정된 크기를 가지고 미리 결정된 제 1 초점 위치를 포함하도록 배열되는 빔 발생 구역에서 상이한 위치들에 연속적으로 생성된다. 코히렌트 광의 각각의 연속적으로 발생된 빔에 대해, 코히렌트 광의 평행 빔의 커플링 해제 부분의 상대적 최대 세기를 갖는 검출 구역의 상기 위치가 결정되어, 상대적인 최대 세기가 미리 결정된 제 2 초점 위치로서 가장 높은 검출 구역에서의 위치를 형성하고, 빔 발생 구역의 상기 위치를 형성하며, 여기서 대응하는 빔은 미리 결정된 제 1 초점 위치로서 생성된다. 유리하게는, 상대적인 최대 세기가 미리 결정된 제 2 초점 위치에서 최상의 검출 가능한 신호로서 절대적 최대 세기를 찾는 것을 허용하는 미리 결정된 제 1 초점 위치를 형성한다. 이는 예를 들면 제조 공차의 경우, 각각의 장치에 대해 미리 결정된 제 1 및 제 2 초점 위치들의 상이한 위치들을 초래할 수 있는 상이한 평면 도파관이 보통 상이한 두께를 갖기 때문에 장점이 된다. 둘다의 미리 결정된 초점 위치들의 정확한 위치는 이러한 방식으로 찾아질 수 있다. 빔 발생 구역 및 검출 구역의 크기는 제조 공차의 크기에 종속한다.
아래에서 본 발명에 따른 방법의 두 개의 바람직한 대안적인 실시예들이 설명된다. 둘다의 실시예들은 제조 공차를 보여주는 장치의 제 1, 각각의 제 2 실시예를 사용함으로써 결합 친화도의 검출에 관련된다.
상기 방법의 제 1 대안예에서, 빔 발생 구역은 평면 도파관의 외측 표면에 대해 평행한 제 1 평면에 있는 영역이다. 검출 구역은 평면 도파관의 외측 표면에 평행한 제 2 평면에서 코히렌트 광의 평행 빔의 전파 방향에 대해 평행하게 연장하는 직선이다. 이는 제 1 실시예에 따른 장치를 사용하여 결합 친화도를 검출하는 것을 허용한다. 이의 작업 원리 및 장점들은 여기서 불필요한 반복을 회피하도록 도 7을 참조하여 아래에서 상세하게 논의된다.
상기 방법의 제 2 대안예에서, 빔 발생 구역은 평면 도파관의 외측 표면에 대해 평행한 제 1 평면에 영역이 있다. 상기 검출 구역은 평면 도파관의 외측 표면에 대해 평행한 제 2 평면에 영역이 있다. 이는 아웃커플링 섹션이 부가적으로 복수의 직선들을 포함하는 제 2 실시예에 따른 장치의 미리 결정된 제 2 초점 위치에서 코히렌트 광의 평행 빔의 커플링 해제 부분을 검출하는 것을 허용한다. 작업 원리 및 장점들은 여기서 불필요한 반복을 회피하도록 도 8을 참조하여 상세하게 설명된다.
본 발명의 추가의 유리한 양태는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 아래 설명으로부터 명백하게 된다.
도 1은 평면 도파관의 외측 표면에서 공간적으로 분리되도록 배열된 제 1 표면 부분 및 제 2 표면 부분을 가지는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치의 사시도를 도시하며;
도 2는 적어도 부분적으로 겹쳐지는 방식으로 평면 도파관의 외측 표면에 배열되는 제 1 표면 부분 및 제 2 표면 부분을 구비한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 사시도를 도시하며;
도 3은 제 2 표면 부분과 겹치는 대략적으로 제 1 표면 부분의 크기를 가지는 기재를 구비한 도 2의 장치의 사시도를 도시하며;
도 4는 표면 코팅 층을 구비한 도 3의 장치의 사시도를 도시하며;
도 5는 복수의 직선형 라인을 더 포함하는 아웃커플링 부분을 구비한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 장치의 사시도를 도시하며;
도 6은 결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치를 사용하는 시스템의 제 1 실시예를 도시하며;
도 7은 빔 발생 구역 내에 배열된 상이한 제 1 중심 초점 위치와 평면 도파관의 외측 표면에 평행한 평면 내의 직선형 라인을 형성하는 검출 영역 내에 배열된 상이한 제 2 초점 위치를 구비한 도 1의 장치를 도시하며;
도 8은 빔 발생 구역 내에 배열된 상이한 제 1 초점 위치와 평면 도파관의 외측 표면에 평행한 평면 내의 영역을 형성하는 검출 영역 내에 배열된 상이한 제 2 초점 위치를 구비한 도 5의 장치를 도시하며; 그리고
도 9는 제 1 부분 빔 정지부 및 제 2 부분 빔 정지부를 포함하는 도 6의 시스템을 도시한다.
도 2는 적어도 부분적으로 겹쳐지는 방식으로 평면 도파관의 외측 표면에 배열되는 제 1 표면 부분 및 제 2 표면 부분을 구비한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 사시도를 도시하며;
도 3은 제 2 표면 부분과 겹치는 대략적으로 제 1 표면 부분의 크기를 가지는 기재를 구비한 도 2의 장치의 사시도를 도시하며;
도 4는 표면 코팅 층을 구비한 도 3의 장치의 사시도를 도시하며;
도 5는 복수의 직선형 라인을 더 포함하는 아웃커플링 부분을 구비한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 장치의 사시도를 도시하며;
도 6은 결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치를 사용하는 시스템의 제 1 실시예를 도시하며;
도 7은 빔 발생 구역 내에 배열된 상이한 제 1 중심 초점 위치와 평면 도파관의 외측 표면에 평행한 평면 내의 직선형 라인을 형성하는 검출 영역 내에 배열된 상이한 제 2 초점 위치를 구비한 도 1의 장치를 도시하며;
도 8은 빔 발생 구역 내에 배열된 상이한 제 1 초점 위치와 평면 도파관의 외측 표면에 평행한 평면 내의 영역을 형성하는 검출 영역 내에 배열된 상이한 제 2 초점 위치를 구비한 도 5의 장치를 도시하며; 그리고
도 9는 제 1 부분 빔 정지부 및 제 2 부분 빔 정지부를 포함하는 도 6의 시스템을 도시한다.
본 발명에 따른 장치(1)의 제 1 실시예는 도 1에서 사시도로 도시된다. 평면 도파관(2)은 기재(22)의 상부에 배열되며 평면 도파관의 상측면에 외측 표면(21)을 포함한다. 평면 도파관의 외측 표면(21)은 제 1 표면 부분(3)에 배열된 복수의 인커플링 라인(31) 및 제 2 표면 부분(4)에 배열된 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)을 포함한다. 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)은 일부 목표 샘플(52)이 결합되는 결합 위치(51)를 포함한다.
복수의 인커플링 라인(31)은 인접한 인커플링 라인(31)(좌측으로부터 우측까지)들 사이의 증가하는 거리를 가지도록 곡선화되고 배열된다. 제 1 초점 위치(611)로부터 평면 도파관 내로 들어오는 코히렌트 광(61)의 발산 빔을 커플링하는 것을 허용하도록 선택되고 인접한 라인들 사이의 곡률과 증가하는 거리는 제 1 초점 위치(611)가 기재(22)의 하부 측면에 도시된 예 내에 배열된다. 코히렌트 광(61)의 이러한 발산 빔의 발생은 도 6을 참조로 하여 아래에 설명된 시스템을 위해 설명된다. 코히렌트 광(61)(또는 그것의 일부)의 발산 빔은 복수의 격자 라인(예를 들어 홈, 세장형 돌출부, 평면 도파관의 굴절률의 주기적 변화)을 가지는 광학 격자로서 작용하는 복수의 인커플링 라인(31)에 의해 평면 도파관(2) 내로 결합 된다. 평면 도파관(2) 내로의 코히렌트 광(61)의 발산 빔의 커플링은 코히렌트 광(62)의 평행 빔이 평면 도파관(2)을 따라 전파되도록 하고 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 일부가 외측 표면(21)을 따라 평면 도파관(2)의 외측 표면(21)의 근처에 감쇄장(도시 안됨)을 형성하도록 전파된다.
이미 언급한 바와 같이, 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)은 평면 도파관(2)의 외측 표면(21)에 부착된 결합 위치(51)를 포함한다. 부착된 결합 위치(51)의 일부는 평면 도파관(2)의 외측 표면(21)에 인가된 목표 샘플(52)에 결합된다. 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)의 곡률 뿐만 아니라 좌측으로부터 우측으로의 인접한 인커플링 라인(31)들 사이의 감소된 거리를 가지는 인접한 인커플링 라인의 배열은 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 커플링 해제를 허용하도록 선택되어서 코히렌트 광(63)의 평행 빔의 커플링 해제 부분이 제 2 초점 위치(631) 내로 수렴된다. 제 2 초점 위치(631)는 기재(22)의 하부 측면에 배열된다. 코히렌트 광(63)의 평행 빔의 아웃커플링 부분의 세기가 결합 위치(51)의 경우 제 2 초점 위치(631) 내로 수렴하기 때문에 결합 위치(51)의 경우 변화들이 목표 샘플(52)에 결합되며, 결합 위치(51)와 목표 샘플(52) 사이의 결합 친화도를 나타내는 신호(세기)가 제공된다.
도시된 바와 같이, 제 1 표면 부분(3)은 블랭크 섹션(32)을 포함하고 제 2 표면 부분(4)은 추가로 블랭크 섹션(42)을 포함하며, 각각은 어떠한 라인도 없는 표면 영역을 형성한다. 블랭크 섹션(32) 및 추가 블랭크 섹션(42)은 완전하게 공간적으로 분리된다. 대체 배열은 아래에서 논의된다.
대안적인 배열은 도 2에 도시되며, 블랭크 섹션(32) 및 추가 블랭크 섹션(42)은 공동 블랭크 섹션(322)을 형성한다. 제 1 표면 부분(3) 및 제 2 표면 부분(4)은 복수의 인커플링 라인(31)이 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)과 "겹쳐져서" 블랭크 섹션(32) 및 추가 블랭크 섹션(42)이 공동 블랭크 섹션(322)을 형성하도록 겹쳐지는 겹침 방식으로 배열된다.
사용중, 코히렌트 광(62)의 평행 빔이 이의 외측 표면(21)을 따라 전파하는 감쇄장을 구비한 평면 도파관(2)을 따라 전파되도록 코히렌트 광(61)의 발산 빔은 복수의 인커플링 라인(31)에 의해 평면 도파관(2) 내로 커플링된다. 감쇄장(및 이에 따라 빔의)의 부분은 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)을 따라 배열되는 목표 샘플(도시 안됨)에 결합된 결합 위치(도시 안됨)에서 회절된다. 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 부분은 이에 따라 코히렌트 광(63)의 평행 빔의 아웃커플링 부분이 제 2 초점 위치(631) 내로 수렴되는 방식으로 평면 도파관(2)으로부터 커플링 해제된다. 원칙적으로, 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)들 각각을 따라 배열된 목표 샘플에 결합된 결합 장소에서 회절된 광이 구조적으로 제 2 초점 위치(631)에서 간섭하도록 감쇄장의 코히렌트 광은 목표 샘플에 결합된 결합 위치에서 회절된다. 제 1 초점 위치(611) 및 인접한 제 2 초점 위치(631)는 10μm 내지 20μm의 거리 만큼 분리된다.
도 3은 평면 도파관(2) 및 평면 도파관 위에 배열된 기재(22)를 가지며, 제 2 표면 부분(4)과 겹쳐지는 제 1 표면 부분(3)의 크기에 대응하는 직경을 가지는 장치(1)를 예시한다. 이런 이유로, 매우 작은 직경, 특히 25μm 내지 500μm의 범위의, 그리고 바람직하게는 300μm의 직경의 외측 윤곽을 가지도록 소형 장치(1)가 제공된다.
도 4는 표면 코팅 층(7)이 기재(22) 상에 배열된 평면 도파관(2)의 외측 표면의 상부에 형성되는 다른 유리한 양태에 따른 장치(1)를 예시한다. 본 예에서, 표면 코팅 층(7)은 나노 포어(nanopore)를 구비한 광 흡수(검은색) 멤브레인에 의해 덮이는 히드로겔로 제조된다. 이러한 재료는 5% 내지 90% 범위의 미리 결정된 다공성(총 용적에 관한 기공 용적의 부분)을 가지는 다공성 내부 구조 및 10 nm 내지 10μm 범위의 미리 결정된 기공 크기(기공의 평균 직경)를 가진다. 이는 외측 표면에 부착된 결합 위치에 도달하도록 목표 샘플을 통하여 분산하는 인가된 목표 샘플(예를 들어 구체적인 유형의 분자)을 허용한다.
장치(1)의 다른 실시예는 도 5에 평면도로 묘사된다. 좌측에서, 복수의 인커플링 라인(31) 및 우측에서 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)이 배열된다. 사전에 설명된 실시예와는 다르게, 아웃커플링 섹션은 인커플링 라인(31)과 아웃커플링 라인(41) 사이에 배열되는 복수의 직선형 라인(420)을 추가로 포함한다. 본 예에서, 결합 위치(도시 안됨)는 복수의 직선형 라인(420)을 따라 배열된다. 직선형 라인(420)은 인접한 직선형 라인들 사이에서 일정한 거리를 가지고 서로 평행하게 연장하도록 배열된다. 코히렌트 광(62)의 빔(코히렌트 광의 빔이 점선으로 도시되며 코히렌트 광의 빔의 회절된 부분이 평행 화살표로 도시됨)이 빔과 관련된 감쇄장과 함께 평면 도파관(2)을 따라 평행 빔으로서 전파하도록 코히렌트 광(도시 안됨)의 발산 빔이 복수의 인커플링 라인(31)에 의해 평면 도파관(2) 내로 결합된다. 복수의 직선형 라인(420)의 개별 라인이 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 전파 방향에 관한 각도(β)로 배열된다. 복수의 직선형 라인(420)을 따라 배열된 목표 샘플에 결합된 결합 위치는 감쇄장의 부분(및 이에 따른 코히렌트 광의 평행 빔)을 회절시키고, 코히렌트 광(62)의 빔의 회절된 부분이 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41) 쪽으로 평면 도파관(2)을 따라 전파된다. 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 부분은 직선형 라인에 관한 회절된 각도(α)(β와 동일함) 아래에서 회절된다. 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)과 충돌하고 평면 도파관(2)으로부터 커플링 해제되는 부분의 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 회절된 부분의 세기가 제 1 실시예에 이미 묘사된 바와 같이 결합 친화도를 나타내는 신호를 제공한다.
도 6은 결합 친화도를 검출하기 위한 시스템(10)을 도시한다. 시스템(10)은 (전술된 바와 같이) 장치(1)의 제 1 초점 위치(611)에 코히렌트 광(61)의 발산 빔을 제공 할 수 있는 레이저 광원(11)을 포함한다. 레이저 광원(11)은 제 1 초점 위치(611) 내로 집속 렌즈(12)에 의해 집속되는 코히렌트 광의 빔을 발생한다. 광학 스캐닝 유닛(12, 17)은 스캐너(17) 및 집속 렌즈(12)를 포함하며 (도 7 및 도 8을 참조하여 설명된 바와 같은) 빔 발생 구역 내의 코히렌트 광(61)의 발산 빔을 발생한다. 제 1 초점 위치(611)로부터 들어오는 코히렌트 광(61)의 발산 빔은 평면 도파관(2) 내로 커플링되며 제 2 초점 위치(631) 내로 수렴하는 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)을 발생한다. 시스템(10)은 (광 경로 방향으로 볼 때) 조리개(14) 뒤로 배열된 광학 검출기(13)에 의해 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)의 수렴 빔의 세기를 검출할 수 있는 공간 필터(100)를 제공하는 광학 검출 유닛을 더 포함한다. 광학 검출기(13)는 광학 축선(18)에 직각으로 연장된다. 조리개(14)는 가동되는 위치 설정 지지부(15) 상에 배열된다. 조리개(14)는 광학 검출기(13)의 연장부에 대해 평행하게 제 2 초점 위치(631)로부터 입사하는 광이 아닌 임의의 광이 가려지는 위치로 가동되어 제 2 초점 위치(631)로부터의 광만이 조리개(14) 내의 개구(141)를 통해 광학 검출기(13) 상에 충돌한다. 가동하는 위치 설정 지지부(15) 상에 배열된 조리개(14)는 상이한 위치에서 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)의 검출을 허용하는데, 상기 상이한 위치는 평면 도파관의 외측 표면에 대해 평행한 평면 내의(즉 검출 영역 내에) 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)에 대해 상이한 위치에 배열된다.
즉, 결합 친화도의 검출시 전술된 바와 같이 장치(1)를 사용하기 위한 (즉, 장치 청구항 중 어느 하나에 따른) 시스템(10)은
제 2 초점 위치(631) 내로 수렴되는 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)의 제공을 허용하기 위한 장치 청구항 중 어느 하나에 따른 장치(1)의 제 1 초점 위치(611)에서 광의 발산 빔을 발생할 수 있는 광원(11) 및 광학 스캐닝 유닛(12, 17), 및
회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)의 수렴 빔의 세기를 검출할 수 있는 광학 검출 유닛(13, 14, 16, 20)을 포함한다. 광학 검출 유닛(13, 14, 16, 20)은 개구(141)를 가지는 조리개(14) 뒤에 배열된 광학 검출기(13)를 포함한다. 광학 검출 유닛(13, 14, 16, 20)은 조리개(14)를 위한 가동되는 빔 스플리터(16), 제 2 포커싱 렌즈(20), 및 위치 설정 지지부(15)를 포함한다. 회절된 코히렌트 광의 수렴 빔(커플링 해제 부분(63))은 포커싱 렌즈(12), 스캐너(17), 빔 스플리터(16) 및 제 2 포커싱 렌즈(20)에 의해 전달되어 조리개(14) 상에 충돌한다. 광학 축선에 수직한 평면에서 가동되는 위치 설정 지지부(15) 상에 배열된 조리개(14)를 이동함으로써, 조리개(14) 내의 개구(141)가 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)(수렴 빔)의 제 2 초점 위치(631)로 광학적으로 결합한 위치에 위치 설정될 수 있다. 조리개(14)의 상기 위치에서, 회절된 코히렌트 광(수렴 빔)의 커플링 해제 부분(63)이 조리개(14)의 개구(141)를 통과하여 코히렌트 광의 세기가 광학 검출기(13)에 의해 측정되는 검출기(13) 상에 충돌한다.
유리하게, 시스템(10)은 위에서 설명된 바와 같은 장치(1)를 더 포함한다.
도 7 및 도 8은 둘다 빔 발생 구역(612)의 코히렌트 광(61)의 발산 빔을 발생시키고 검출 영역(632)의 제 2 초점 위치(631) 내로 수렴하는 회절된 코히렌트 광의 빔의 커플링 해제 부분(63)을 검출하는 동일한 기술적 양태에 관한 것이기 때문에 아래에서 함께 설명된다. 이것은 심지어 이러한 장치(1)의 생산에 의해 야기되는 구조적 편차(예를 들어 전형적인 제조 공차의 범위에서 평면 도파관 두께의 편차)를 가지는 장치(1)를 이용하여 제 2 초점 위치(631)에서의 신호를 검출하는 것을 허용한다. 즉, 제 1 초점 위치 및 제 2 초점 위치 중 위치가 절대적으로 정확하게 공지되지 않은 장치(1)에서의 결합 친화도의 검출을 허용한다.
도 7을 참고하면, 제 2 초점 위치(631)의 검출 영역(632) 내의 최고 세기의 신호를 검출하기 위한 방법은 제 1 실시예에 따른 장치(1)에 대해 설명할 것이다(아웃커플링 섹션은 단지 복수의 곡선형 아웃커플링 라인들을 포함한다). 장치(1)는 일부 나노미터의 범위에서 공지된 제조 공차를 가지고 생산하는 두께를 구비한 평면 도파관(2)을 가진다. 코히렌트 광(61)의 발산 빔은 빔 발생 구역(612) 내의 상이한 위치에서 연속적으로 발생된다. 빔 발생 구역(612)은 예를 들어 (도파관의 외측 표면에 평행한 제 1 평면으로서) 기재(22)의 하부 표면에 배열된 원형 영역이며, 제조 공차에 의존하는 크기를 갖는다. 코히렌트 광(61)의 연속 발생되는 각각의 빔에 대해 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)의 상대적 최대 세기가 발생하는 검출 영역(632) 내의 위치가 결정된다. 회절된 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분(63)이 (검출 영역으로서) 직선형 라인(632)을 따라 (스캐닝 방식으로) 검출된다는 점에서 상대적인 최대 세기가 결정된다. 이것은 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)의 상대적 최대 세기가 발생하는 직선형 라인(632) 상의 상기 위치를 빔 발생 구역(612)에서 코히렌트 광(61)의 각각 발생한 발산 빔에 대해 결정하는 것을 허용한다. 이어서 제 2 초점 위치(631)는 최고의 상대적 최대 세기가 발생하는 상기 위치가 되는 것으로 규정된다. 최종적으로 제 2 초점 위치(631)에서 최고의 상대적 최대 세기를 초래하여 빔이 발생하는 빔 발생 구역(612) 내의 위치는 제 1 초점 위치(611)로서 규정된다.
도파관 내의 코히렌트 광(62)의 빔의 전파 방향으로 작은 편차가 제 2 초점 위치(631)에서 동일한 절대 최대 세기를 초래하기 때문에 직선형 라인(632)을 따른 (그리고 영역에 의해 형성되는 검출 영역이 아니고) 검출만은 도 7에 도시된 구성을 위해 가능하다. 원칙적으로, 이러한 방법은 역으로 수행될 수 있으며, 즉 회절된 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분(63)이 직선형 라인(632)을 따라 그리고 연속 검출 위치를 각각을 위해 연속적으로 검출되며, 코히렌트 광(61)의 발산 빔은 제 2 초점 위치(631)에서 최고의 세기를 검출하는 것을 허용하도록 전체 빔 발생 구역(6) 의 모든 위치에서 발생된다.
도 8에서 제 2 초점 위치(631)의 영역 내에 최고 세기의 신호를 검출하기 위한 방법은 제 3 실시예에 따른 장치(1)에 대해 설명된다(아웃커플링 섹션은 복수의 곡선형 아웃커플링 라인 및 복수의 직선형 라인을 포함함-도 5). 구성은 더 나은 예시를 제공하도록 평면도로 도시된다. 전술된 바와 같이, 복수의 직선형 라인(420)에서 회절을 위한 조건(브래그 조건)이 충족된다는 점에서 제 3 실시예가 상이하다. 이러한 부가적 요건은 단 하나의 단일의 제 1 초점 위치(611) 및 단 하나의 대응하는 단일의 제 2 초점 위치(631)가 평면 도파관으로, 안으로 및 밖으로 코히렌트 광의 최대 커플링을 위한 조건을 충족시키는 것을 암시한다. 따라서, (도 7과 달리)직선형 라인이 아니고 오히려 면적인 검출 영역(633)에서 제 2 초점 위치(631)에서의 검출이 수행되어야 한다. 코히렌트 광(61)의 발산 빔이 빔 발생 구역(612) 내의 상이한 위치에서 연속적으로 발생된다. 빔 발생 구역(612)은 예를 들어 평면 도파관이 형성된 기재의 하부 표면에 배열된 원형 영역이다. 코히렌트 광(도시 안됨)의 각각의 연속적으로 발생된 빔에 대해 회절된 코히렌트 광(도시 안됨)의 커플링 해제 부분의 상대적 최대 세기를 가지는 검출 영역(632) 내의 상기 위치가 결정된다. 상대적 최대 세기는 (검출 영역으로서) 원형 영역(633) 내의 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분의 최대 세기를 검출함으로써 결정된다. 이는 회절된 코히렌트 광의 커플링 해제 부분의 상대적 최대 세기를 가지는 원형 영역 내의 상기 위치를 코히렌트 광(61)의 각각의 발생된 발산 빔에 대해 결정하는 것을 허용한다. 제 2 초점 위치(631)는 최고의 상대적 최대 세기를 가지는 상기 위치(본 실시예에서 검출 영역 내의 단 하나의 위치)에서 규정된다. 최종적으로, 제 2 초점 위치에서 최고의 상대적 최대 세기를 초래하는 빔이 발생되는 빔 발생 구역(612) 내의 상기 위치가 제 1 초점 위치(611)로서 규정된다.
도 9는 도 6을 참고로 하여 원리적으로 이미 설명된 시스템(10)을 도시한다. 그러나, 도 9에 도시된 시스템은 제 1 부분 빔 정지부(19) 및 제 2 부분 빔 정지부(191)를 포함한다는 점에서 구조적으로 상이하다.
시스템(10)이 사용되는 동안, 장치(1)가 사용된다. 본 예에서, 장치(1)는 부분적 제 1 표면 부분(311)에 배열된 인커플링 라인(31) 및 부분적 제 2 표면 부분(411)에 배열된 곡선형 아웃 커플링 라인(41)을 가진다. 복수의 인커플링 라인(31) 및 복수의 곡선형 아웃 커플링 라인이 공간적으로 분리되어 배열되도록 부분적 제 1 표면 부분(311) 및 부분적 제 2 표면 부분(411)은 겹쳐지지 않는다. 목표 샘플(도시 안됨)은 곡선형 아웃커플링 라인(41)을 따라 본 예에 배열되는 결합 위치에 인가된다(그러나 일반적으로 복수의 인커플링 라인(31) 또한 배열될 수 있다).
장치가 사용되는 동안, 도 6과 유사하게 인커플링 라인(31)이(본 예시에서 별도로 도시되지 않는) 제 1 초점 위치에서 평면 도파관 내로 발생되는 코히렌트 광(61)의 발산 빔과 커플링한다. 도파관 내로 커플링된 코히렌트 광의 빔은 빔의 감쇄장과 함께 빔(62)으로 전파된다. 감쇄장의 일 부분(및 이에 따라 도파관을 통해 전파되는 빔의 부분)은 회절된 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분이 결합 위치와 목표 샘플 사이의 결합 친화도를 나타내는 신호로서 검출되도록 제 2 초점 위치 내로 수렴되는 방식으로 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)에 의해 회절된다.
유리하게는, 제 1 부분 빔 정지부(19)는 레이저 광원(11)에 의해 발생되는 코히렌트 광의 빔을 제한한다(즉, 가려짐에 의해). 이런 이유로, 코히렌트 광(61)의 제한된 발산 빔은 복수의 인커플링 라인(31)을 포함하는 제 1 부분 표면 부분(311)만을 조사한다. 즉, 제 1 빔 정지부(19)가 인커플링 라인(31)만 조사하고 어떠한 빛도 곡선형 아웃커플링 라인(41)이 배열되는 제 2 부분 표면 부분(411) 쪽으로 전파되지 않는 방식으로 코히렌트 광을 제한한다. 이것은 코히렌트 광의 반사된 부분의 검출을 방지함으로써 배경 조명을 약화시키는 것이 특히 유리하다.
제 2 빔 정지부(191)는 곡선형 아웃커플링 라인(41)에서 회절된 광이 아닌 광을 가리는 방식으로 코히렌트 광의 커플링 해제 부분(63)의 전파 경로를 따라 배열되며, 상기 광은 이어서 광학 탐지기(13)로의 조리개(14)를 통해 전파된다.
Claims (13)
- 결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1)로서,
기재(22) 상에 배열된 평면 도파관(2)을 포함하며, 상기 평면 도파관(2)은 외측 표면(21) 및 작동시 코히렌트 광(coherent light)(62)의 평행 빔이 상기 평면 도파관의 외측 표면(21)을 따라 전파하는 감쇠장을 갖는 평면 도파관(2)을 따라 전파하는 방식으로 상기 평면 도파관(2) 내로 코히렌트 광의 빔을 커플링하기 위한 복수의 인커플링 라인(31)을 가지는, 결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1)에 있어서,
상기 평면 도파관을 따른 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 전파 방향에서 볼 때, 인접한 인커플링 라인들 사이에서 증가하는 거리를 갖도록 상기 복수의 인커플링 라인(31)이 곡선화되고 배열되며, 상기 복수의 인커플링 라인의 배열 및 인접한 인커플링 라인들 사이의 거리는 작동시 미리 결정된 제 1 초점 위치(611)로부터 나오고 복수의 인커플링 라인에 충돌하는 미리 결정된 파장의 코히렌트 광(61)의 발산 빔이, 코히렌트 광(62)의 상기 평행 빔이 평면 도파관(2)을 따라 전파하는 방식으로, 상기 평면 도파관(2) 내로 커플링되도록 하며, 목표 샘플을 결합할 수 있는 복수의 결합 위치(51)는 평면 도파관(2)의 아웃커플링 섹션에 배열된 적어도 하나의 추가의 복수의 라인을 따라 상기 외측 표면(21)에 부착되고, 상기 적어도 하나의 추가의 복수의 라인은 그 위에 충돌하는 코히렌트 광(62)의 전파 방향에서 볼 때 인접한 곡선형 아웃커플링 라인들 사이에서 감소하는 거리를 갖도록 배열되는 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)을 포함하여, 상기 미리 결정된 파장의 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분이 결합 위치(51)와 목표 샘플(52) 사이의 결합 친화도를 나타내는 신호를 제 2 초점 위치(631)에 제공하도록 미리 결정된 제 2 초점 위치(631) 내로 수렴하는 방식으로, 평면 도파관(2)으로부터 이를 커플링 해제하도록 곡선형 아웃커플링 라인에 충돌하는 미리 결정된 파장의 코히렌트 광(62)의 일 부분을 회절시킬 수 있는 것이며,
상기 복수의 인커플링 라인(31)은 상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)의 제 1 표면 부분(3)에 배열되고 상기 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)은 상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)의 제 2 표면 부분(4)에 배열되고, 상기 제 1 표면 부분(3)은 그 안에 라인이 없는 블랭크 섹션(32)을 포함하고 상기 제 2 표면 부분(4)은 그 안에 라인이 없는 추가의 블랭크 섹션(42)을 포함하며, 상기 블랭크 섹션(32) 및 상기 추가의 블랭크 섹션(42)은 2차 브랙 반사를 회피하기 위해 형성되는,
결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 표면 부분(3) 및 상기 제 2 표면 부분(4)은 상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)에서 공간적으로 분리되어 배열되는,
결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 표면 부분(3) 및 상기 제 2 표면 부분(4)은, 상기 블랭크 섹션(32) 및 상기 추가의 블랭크 섹션(42)이 공통 블랭크 섹션(322)을 형성하는 방식으로 적어도 부분적으로 겹쳐지도록, 상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)에 배열되는,
결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 표면 부분(3) 및 상기 제 2 표면 부분(4)은 크기가 동일한,
결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 아웃커플링 섹션에 배열된 적어도 하나의 추가의 복수의 라인은 복수의 직선형 라인(420)을 더 포함하고, 상기 직선형 라인은 인접한 직선형 라인들 사이에서 일정한 거리를 갖고 서로 평행하게 이어지고, 상기 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 회절 부분이 상기 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)에 충돌하도록 상기 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 일 부분이 상기 직선형 라인에 대한 회절 각도(α) 하에서 회절되는 방식으로, 상기 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 전파 방향에 대해 일정한 각도(β)로 배열되고, 상기 부착된 결합 위치(51)는 상기 복수의 직선형 라인(420)을 따라 또는 상기 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)을 따라 배열되는,
결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1). - 제 5 항에 있어서,
상기 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)은 상기 평면 도파관(2)의 파티션 내의 상기 외측 표면(21)에 배열되고, 상기 평면 도파관의 파티션을 통하여 상기 직선형 라인(420)에서 회절된 상기 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 상기 일 부분이 전파하고, 상기 평면 도파관의 파티션을 통하여 상기 코히렌트 광(62)의 평행 빔의 다른 광은 전파하지 않는,
결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)의 상부 상에 표면 코팅 층(7)이 배열되고, 상기 표면 코팅 층(7)은 다공성 내부 구조를 가져서 상기 코팅 층(7)에 적용되는 목표 샘플(52)이 상기 다공성 내부 구조를 통하여 확산하는 것을 허용하여 상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)에 부착된 결합 위치(51)에 도달하는,
결합 친화도의 검출시 사용하기 위한 장치(1). - 결합 친화도의 검출 방법으로서,
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 장치(1)를 제공하는 단계,
- 상기 결합 위치(51)와 상기 목표 샘플(52) 사이의 결합 친화도가 검출될 목표 샘플(52)을, 결합 위치(51)가 배열되는 적어도 하나의 추가의 복수의 라인을 따라, 상기 평면 도파관(2)의 아웃커플링 섹션에 적용하는 단계,
- 상기 평면 도파관 내로 커플링된 상기 코히렌트 광(62)의 빔이 상기 도파관의 외측 표면(21)을 따라 전파하는 코히렌트 광(61)의 평행 빔의 감쇠장을 갖는 평면 도파관(2)을 따라 코히렌트 광(62)의 평행 빔으로서 전파하는 방식으로, 상기 평면 도파관(2) 내로 코히렌트 광(61)의 발산 빔과 커플링하도록 상기 평면 도파관(2)의 복수의 인커플링 라인(31)에 충돌하는 방식으로 상기 코히렌트 광(61)의 발산 빔을 상기 미리 결정된 제 1 초점 위치(611)에서 발생시키는 단계로서, 상기 코히렌트 광(62)의 일 부분은 상기 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분이 상기 미리 결정된 제 2 초점 위치(631) 내로 수렴하는 방식으로 상기 평면 도파관(2)으로부터 커플링 해제 부분을 커플링 해제하도록 상기 평면 도파관(2)의 아웃커플링 섹션의 복수의 곡선형 아웃커플링 라인(41)에 의해 회절되는, 단계, 및
- 상기 결합 위치(51)들과 상기 목표 샘플(52) 사이의 결합 친화도를 나타내는 신호로서 상기 미리 결정된 제 2 초점 위치(631)에서 상기 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분을 검출하는 단계를 포함하는,
결합 친화도의 검출 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분은, 미리 결정된 크기를 가지며, 상기 미리 결정된 파장의 코히렌트 광(63)의 커플링 해제 부분이 상대적인 최대 세기를 가지는 검출 위치를 결정하기 위해 상기 미리 결정된 제 2 초점 위치(631)를 포함하도록 배열되고, 상기 미리 결정된 제 2 초점 위치(631)로서 상기 상대적인 최대 세기의 상기 위치를 규정하는, 검출 구역(632)에서 검출되는,
결합 친화도의 검출 방법. - 제 9 항에 있어서,
코히렌트 광(61)의 상기 발산 빔은 빔 발생 구역(612)에서 상이한 위치들에서 연속적으로 발생되며, 상기 빔 발생 구역(612)은 미리 결정된 크기를 가지며, 미리 결정된 상기 제 1 초점 위치(611)를 포함하도록 배열되고, 코히렌트 광(61)의 각각의 연속적으로 발생된 빔에 대해 코히렌트 광(63)의 상기 커플링 해제 부분의 상기 상대적 최대 세기를 가지는 상기 검출 구역(632, 633)에서의 위치가 결정되고, 상기 상대적 최대 세기가 미리 결정된 상기 제 2 초점 위치(631)로서 가장 높은 상기 검출 구역(632, 633)에서 위치를 규정하고, 대응하는 빔이 미리 결정된 상기 제 1 초점 위치(611)로서 생성되는 상기 빔 발생 구역(612)에서 위치를 규정하는,
결합 친화도의 검출 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 빔 발생 구역(612)은 상기 평면 도파관(2)의 외측 표면(21)에 평행한 제 1 평면 내의 영역이며, 상기 검출 구역(632)은 상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)에 평행한 제 2 평면에서 코히렌트 광(62)의 상기 평행 빔의 전파 방향에 평행하게 연장하는 직선형 라인인,
결합 친화도의 검출 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 빔 발생 구역(612)은 상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)에 평행한 제 1 평면 내의 영역이며, 상기 검출 구역(633)은 상기 평면 도파관(2)의 상기 외측 표면(21)에 평행한 제 2 평면 내의 영역인,
결합 친화도의 검출 방법. - 삭제
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