特許 6967078 ナノサイズのフィルタを伴う平面状導波路デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6967078

(24)【登録日】2021年10月26日

(45)【発行日】2021年11月17日

(54)【発明の名称】ナノサイズのフィルタを伴う平面状導波路デバイス

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/552 20140101AFI20211108BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20211108BHJP

   G02B 6/34 20060101ALI20211108BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20211108BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/552

   G02B6/122

   G02B6/34

   G02B6/42

【請求項の数】16

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2019-547511(P2019-547511)

(86)(22)【出願日】2018年2月28日

(65)【公表番号】特表2020-509385(P2020-509385A)

(43)【公表日】2020年3月26日

(86)【国際出願番号】DK2018050040

(87)【国際公開番号】WO2018157899

(87)【国際公開日】20180907

【審査請求日】2019年10月30日

(31)【優先権主張番号】17158711.6

(32)【優先日】2017年3月1日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】500554782

【氏名又は名称】ラジオメーター・メディカル・アー・ペー・エス

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(72)【発明者】

【氏名】クレステンスン，アナス

(72)【発明者】

【氏名】ジョウ，チェン

(72)【発明者】

【氏名】ヘダヤティ，メディ・ケシャバーズ

(72)【発明者】

【氏名】レビ，ウリエル

【審査官】 大河原 綾乃

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０７２００３１１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００９−０８５８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８４７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６３７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２５１８９３（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１５６４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６４３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５０１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６９５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０８３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１３４６０２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ２１／００−Ｇ０１Ｎ２１／６１

Ｇ０２Ｂ６／１２−Ｇ０２Ｂ６／１４

Ｇ０２Ｂ６／２６−Ｇ０２Ｂ６／２７

Ｇ０２Ｂ６／３０−Ｇ０２Ｂ６／３４

Ｇ０２Ｂ６／４２−Ｇ０２Ｂ６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体（ＦＬＤ）と相互作用するための平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）であって、
光閉じ込めを補助する導波路層（ＷＧＬ）と、
前記導波路（ＷＧＬ）に入る光のイン結合、および前記導波路（ＷＧＬ）からの光のアウト結合のための結合装置（ＣＰＡ）と、
前記流体（ＦＬＤ）を収容するための流体ゾーン（ＦＺＮ）と、
前記流体ゾーン（ＦＺＮ）、および前記導波路層（ＷＧＬ）の相互作用領域（ＩＡＲ）における前記導波路層（ＷＧＬ）との間に配置される、フィルタ層（ＦＴＬ）と、を備え、
前記フィルタ層（ＦＴＬ）は、前記流体（ＦＬＤ）が、前記導波路層（ＷＧＬ）によって誘導された光のエバネッセント場と相互作用するのを可能にするよう配置された、フィルタ開口部（ＦＯＰ）を備え、
前記フィルタ開口部（ＦＯＰ）は、規定のサイズよりも大きい粒子（ＰＡＲ）が、前記エバネッセント場と相互作用するのを防止するよう適合され、
前記フィルタ開口部（ＦＯＰ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）によって誘導される光の伝播方向（ＤＯＰ）に対して平行である長手方向を有する、線状開口部として配置されており、
前記平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）に隣接したクラッド層（ＵＣＬ）をさらに備え、
前記クラッド層（ＵＣＬ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）の屈折率よりも低い屈折率を有し、
前記クラッド層（ＵＣＬ）および前記フィルタ層（ＦＴＬ）は同じ材料から作られる、平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項2】

前記フィルタ開口部（ＦＯＰ）は、１０マイクロメートル以下の線間隔、例えば５マイクロメートル以下、例えば１マイクロメートル以下、例えば８００ナノメートル以下、例えば２００ナノメートル以下、例えば１００ナノメートル以下の線間隔によって画定される、請求項１に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項3】

前記結合装置（ＣＰＡ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）に入る光をイン結合するためのイン結合要素（ＩＣＰＡ）、および前記導波路層（ＷＧＬ）からの光をアウト結合するためのアウト結合要素（ＯＣＰＡ）を備え、
前記相互作用領域（ＩＡＲ）は、前記イン結合要素（ＩＣＰＡ）と前記アウト結合要素（ＯＣＰＡ）との間に延びる、請求項１に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項4】

前記結合装置（ＣＰＡ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）に入る光をイン結合するためのイン結合要素（ＩＣＰＡ）、および前記導波路層（ＷＧＬ）からの光をアウト結合するためのアウト結合要素（ＯＣＰＡ）を備え、
前記相互作用領域（ＩＡＲ）は、前記イン結合要素（ＩＣＰＡ）と前記アウト結合要素（ＯＣＰＡ）との間に延び、さらには前記アウト結合要素（ＯＣＰＡ）の上に延びる、請求項１に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項5】

前記結合装置（ＣＰＡ）は、前記相互作用領域（ＩＡＲ）の少なくとも一部の上に延び、例えば前記相互作用領域（ＩＡＲ）の全体の上に延びる、請求項１または２に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項6】

前記アウト結合要素（ＯＣＰＡ）は、格子などの分散要素を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項7】

光源（ＬＳＯ）としてレーザデバイスをさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項8】

光源（ＬＳＯ）として広帯域光源をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項9】

ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ、または光ダイオードアレイセンサなど、アレイベースの光センサ（ＬＳＥ）をさらに備える、請求項１から８いずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項10】

光センサ（ＬＳＥ）として光学分光計をさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項11】

前記流体（ＦＬＤ）は血液などの液体である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項12】

前記流体ゾーン（ＦＺＮ）を形成する流体フローチャネルをさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項13】

前記流体フローチャネルはフローセルである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【請求項14】

溶血を検出するための、請求項１から１３のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）の使用。

【請求項15】

光を流体（ＦＬＤ）と相互作用させる方法であって、
導波路層（ＷＧＬ）に入る光をイン結合させるステップと、
前記導波路層（ＷＧＬ）の外側のエバネッセント場を形成する前記導波路層（ＷＧＬ）内で、光を誘導するステップと、
誘導された光のエバネッセント場を前記流体（ＦＬＤ）と相互作用させるステップと、
前記流体（ＦＬＤ）が、前記導波路層（ＷＧＬ）によって誘導された光のエバネッセント場と相互作用するのを可能にするよう配置された、フィルタ開口部（ＦＯＰ）を備えるフィルタ層（ＦＴＬ）を使用して、規定のサイズよりも大きい粒子（ＰＡＲ）が前記エバネッセント場と相互作用するのを防止するよう、前記流体（ＦＬＤ）を濾過するステップと、
前記導波路層（ＷＧＬ）から出た相互作用された光をアウト結合するステップと、を含み、
前記フィルタ開口部（ＦＯＰ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）によって誘導される光の伝播方向（ＤＯＰ）に対して平行である長手方向を有する線状開口部として配置され、
前記平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）に隣接したクラッド層（ＵＣＬ）をさらに備え、
前記クラッド層（ＵＣＬ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）の屈折率よりも低い屈折率を有し、
前記クラッド層（ＵＣＬ）および前記フィルタ層（ＦＴＬ）は同じ材料から作られる、方法。

【請求項16】

アウト結合された光の少なくとも１つの特性を測定するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、平面状導波路、特に小型化されたフィルタを伴う平面状導波路、およびその使用に関する。

【背景技術】

【0002】

流体と、導波路層からのエバネッセント場との間の相互作用を可能にする、様々な平面状導波路デバイスが当技術分野で知られている。１つの例が、米国特許出願公開第２０１２／００８５８９４Ａ１号に示されている。

【0003】

米国特許第７，２００，３１１号は、表面感度が強調された内部反射赤外線導波路に関係する。複数のナノチャネルが、多重内部反射結晶の頂部における堆積層に形成され得る。堆積層の屈折率は、多重内部反射結晶の屈折率と実質的に類似し得る。

【0004】

しかし、既存の平面状導波路デバイスにはいくつかの課題がなお存在し、例えば光を誘導する効率、およびエバネッセント場との相互作用が改善され得る。さらに、広い用途範囲を有する堅牢なデバイスが望ましい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、流体と相互作用するための平面状導波路デバイスに関する。この平面状導波路デバイスは、光閉じ込めを補助するために導波路層と、導波路層に入る光のイン結合、および導波路層からの光のアウト結合のための結合装置と、流体を収容するための流体ゾーンと、流体ゾーン、および導波路層の相互作用領域における導波路層との間に配置されたフィルタ層と、を備え、上記のフィルタ層は、流体が、導波路層によって誘導された光のエバネッセント場と相互作用するのを可能にするよう配置された、フィルタ開口部を備え、上記のフィルタ開口部は、規定のサイズよりも大きい粒子が、上記のエバネッセント場と相互作用するのを防ぐよう適合され、上記のフィルタ開口部は、導波路層によって誘導される光の伝播方向に対して平行である長手方向を有する、線状開口部として配置される。

【0006】

本発明の１つの利点は、フィルタ開口部における流体とのエバネッセント相互作用によって、流体との選択的な相互作用が得られることであり得る。より詳細には、例えば流体と比べて粒子の相互作用の可能性が高い場合、流体内の粒子は相互作用を妨げることが多い。

【0007】

本発明の別の利点は、選択的な相互作用が、早く正確に得られることであり得る。流体との光学的相互作用によって、化学反応、濾過、もしくは分離を含むか、または要求する任意の代替の相互作用が、防止され得る。

【0008】

本発明の別の利点は、固体粒子が予め正確な測定を阻害または妨害している、別の問題を有する流体環境を感知することを含む、様々な用途に使用することができる非常に堅牢なデバイスを提供することである。さらに、光閉じ込めを補助するよう適合された導波路を利用することによって、望ましくない光学的漏洩が最小限に抑えられるか、または防止され得る。これは、特に粒子を含む流体において新たな適用範囲を広げ、本発明は事前に必要な予備濾過なしで、直接的な測定を提供し得る。

【0009】

本発明の顕著な利点は、様々な異なる環境のための多目的センサおよび相互作用デバイスが得られることである。有利には、導波路層は光閉じ込めを補助し、それによって光が、結合装置を介する以外で、導波路層から漏れるのを効果的に防ぎ、したがって同時に、フィルタ開口部以外で周囲の流体と相互作用するのを防止する。本発明によるフィルタ開口部の配置により、光と流体との間の相互作用は、フィルタ開口部に入るには大きすぎる粒子が除外される相互作用のみを可能にするよう、フィルタ開口部内に選択的に制限される。これは、高い度合いの選択性を促進させ、例えば、粒子が流体との相互作用を阻害し得る環境のためのセンサ、および相互作用デバイスを作る場合に有利であり、それによってより正確なデバイスをもたらす。詳細には、部分的にフィルタ開口部の向きにより、すなわち長手方向が導波路層に誘導される光の伝播方向と平行となる線状開口部として配置されたフィルタ開口部によって、および部分的に、例えば十分に低い屈折率を伴うフィルタ層を有することよる光閉じ込めによって、フィルタ層への光の結合が効果的に最小限に抑えられるか、または排除されることは有利である。したがって、エバネッセント場は、導波路層自体から、および／または、もし存在するなら導波路層とフィルタ層との間の中間層から延びるべきであるが、フィルタ層から、特にフィルタ開口部の外側のフィルタ層の部分からは延びなくてもよい。なぜならそれは、エバネッセント場と、フィルタ開口部に入るには大きすぎる粒子との間の相互作用を可能にすることになるからである。したがって本発明は、エバネッセント場と、フィルタ開口部に入るには大きすぎる流体内の粒子との間の相互作用を、有利に防止する。

【0010】

本発明の別の利点は、流体の組成に対して比較的小さい影響で、非破壊で選択的な相互作用が得られることであり得る。より詳細には、平面状導波路デバイスの対象となる流体は、その作用を受けた後に実質的に影響を受けず、流体の事前濾過が避けられ得る。

【0011】

別の利点は、規定のサイズよりも小さいいくらかの粒子が相互作用されるが、規定のサイズよりも大きい粒子が光との相互作用から効果的に除外される場合に、粒子との選択的な相互作用が成され得る、ということであり得る。

【0012】

流体との考えられる相互作用は、フィルタ開口部におけるエバネッセント場を介した、流体による光の吸収と、フィルタ開口部におけるエバネッセント場を介した、光による流体の励起と、アウト結合における流体とのエバネッセント場相互作用を介した、流体の屈折率測定と、を含む。さらに、光は可視光だけではなく、近赤外線を含む赤外線ならびに紫外線も含むことを広く理解されたい。

【0013】

さらに上記の利点は、本発明のフィルタ層を使用することによって比較的簡単な方法で得られる場合がある。
この文脈において、光閉じ込めは、隣接する層すなわち上部の当接層および下方の当接層に向けた、導波路層内の光閉じ込めを示す。当然ながら、光閉じ込めは結合装置では働かない。なぜなら結合装置は、導波路層への光のイン結合、および導波路層からの光のアウト結合を効果的に実施するからである。例えば上部の当接フィルタ層（あるいは導波路層とフィルタ層との間に介在する別の当接層）、および下方の当接支持層などの隣接する層の材料の選択は、３層全ての屈折率が光閉じ込めを補助するものでなければならない。当接層における十分に低い屈折率は、光閉じ込めを保証する。光閉じ込めは、好ましくは少なくとも１つの光学モードが、導波路層内で補助されるようであるべきである。

【0014】

本明細書で使用する用語「平面状導波路デバイス」は、流体と相互作用するデバイスを意味するよう意図され、このデバイスは、相互作用光、すなわち流体と相互作用するための光を誘導するための、導波路層を組み込んでいる。導波路層を使用することによって、導波路デバイスは平面状の構成を得て、スラブ導波路デバイスと称されてもよい。

【0015】

本明細書で使用する用語「流体」は、液体または気体を意味するよう意図される。流体は、例えば血液、オイル、下水、もしくは流動食材料などの様々な液体、または様々な排気ガスなどの気体に使用され得る。

【0016】

本明細書で使用する用語「導波路層」は、適用可能な光の周波数のための導波路を形成する層を意味するよう意図される。通常、導波路層は、一方の側で上部クラッド層、および他方の側で下部クラッド層によって覆われる。クラッド層は、導波路層の屈折率よりも低い屈折率を有し、導波路層における光の誘導、すなわち光閉じ込めを促進させる。当然ながら、ここでの屈折率は、使用される光源に依拠した関連する波長を指す。

【0017】

本明細書で使用する用語「結合装置」は、導波路層に入る光、および出る光を結合する装置を意味するよう意図される。結合要素は、単一の結合要素であってよく、または例えば２つの結合要素である、導波路層に入る光を結合するためのイン結合要素、および導波路層から出る光を結合するためのアウト結合要素から構成され得る。結合装置は、導波路層に入る光の結合、および導波路層から出る光の結合に使用するのに好適な、任意のカプラを含み得る。

【0018】

本明細書で使用する用語「イン結合要素」は、導波路層の中に入る光を結合する、結合装置の部分を意味するよう意図される。イン結合要素は、導波路層の中に入る光を結合する際に使用するのに好適な、任意のインカプラを含み得る。

【0019】

本明細書で使用する用語「アウト結合要素」は、導波路層から出る光を結合する、結合装置の部分を意味するよう意図される。アウト結合要素は、導波路層から出る光を結合する際に使用するのに好適な、任意のアウトカプラを含み得る。

【0020】

本明細書で使用する用語「流体ゾーン」は、流体を収容するゾーンを意味するよう意図される。流体ゾーンは、流体フローチャネルまたは流体貯蔵器を備えるか、または流体フローチャネルまたは流体貯蔵器であってよい。このような装置は、いくつかの異なる方法で実現され得る。しかし重要なのは、相互作用されることになる流体が、フィルタ開口部においてエバネッセント場と相互作用できるよう、フィルタ層と接触可能となることである。

【0021】

本明細書で使用する用語「相互作用領域」は、流体が、導波路層を通過する光のエバネッセント場と相互作用することを可能とする領域を意味するよう意図される。したがって相互作用領域は、フィルタ開口部がこの相互作用を可能にする領域に相当する。

【0022】

本明細書で使用する用語「フィルタ開口部」は、流体が通ることができるが、規定のサイズよりも大きい粒子が通るのを防止または抑制する、フィルタ層の開口部を意味するよう意図される。フィルタ開口部は、格子を形成する、線状開口部すなわち溝として配置される。フィルタ開口部の寸法、およびフィルタ開口部同士の間の間隔は、実質的に同一か、または、さらに大きい粒子が導波路層を通過する光のエバネッセント場と相互作用するのを可能にするよう、フィルタ開口部の幅を徐々に増加させることによって、変化し得る。

【0023】

本明細書で使用する用語「粒子」は、特定の使用による様々な異なる粒子を指し得る。いくつかの実施形態において、流体内の粒子は、ある程度均一のサイズを有してよく、そのため全てはエバネッセント場との相互作用が防がれ、その一方で他の実施形態において、粒子は異なるサイズを有してよく、そのため規定のサイズよりも小さいいくらかの粒子は、エバネッセント場と相互作用可能になり得る。

【0024】

本明細書で使用する用語「伝播方向」は、導波路層内で誘導される光の方向を指すよう意図される。例えば、結合装置が、導波路層への光のイン結合、および導波路層からの光のアウト結合それぞれのための、２つの別個の結合要素を備える場合、伝播方向はイン結合要素からアウト結合要素へ向かうものとなる。

【0025】

本明細書で使用する用語「下部クラッド層」は、フィルタ層としての導波路層の反対側において、導波路層に隣接するクラッド層を意味するよう意図される。通常、下部クラッド層は、導波路層内の光の誘導を補助するため、導波路層の屈折率よりも低い屈折率を有する。

【0026】

本明細書で使用する用語「上部クラッド層」は、フィルタ層としての導波路層と同じ側において、導波路層に隣接するクラッド層を意味するよう意図される。通常、上部クラッド層は、導波路層内の光の誘導を補助するため、導波路層の屈折率よりも低い屈折率を有する。いくつかの実施形態において、上部クラッド層およびフィルタ層は同じ材料から作られる。例えば、フィルタ層は、フィルタ開口部を相互作用領域に作り出すために、導波路層の全てを覆う当初の上部クラッドの一部を取り除くことによって、形成され得る。

【0027】

本明細書で使用する用語「格子」は、回折格子、すなわち導波路層に入る光を結合できる格子、および導波路層から出る光を結合できる格子を意味するよう意図される。通常の格子は、実質的に同一、平行で、細長い要素の、任意の規則的な間隔の集積を含む。格子の間隔は、使用される光の特定の波長に適合され得る。

【0028】

本明細書で使用する用語「光閉じ込め」は、少なくとも１つの光学モードを補助するよう、導波路層を適合させることを指す。通常、光閉じ込めは、例えば一方の側で上部クラッド層、および他方の側で下部クラッド層である、隣接した層を有することによって提供され得る。これらの層は、導波路層の屈折率よりも低い屈折率を有し、導波路層における光の誘導を促進させ、それによって光閉じ込めを提供する。

【0029】

本発明の有利な実施形態によると、フィルタ開口部は、１０マイクロメートル以下の線間隔、例えば５マイクロメートル以下、例えば１マイクロメートル以下、例えば８００ナノメートル以下、例えば２００ナノメートル以下、例えば１００ナノメートル以下などの線間隔で画定される。すなわちフィルタ層は、小型化されたフィルタ層またはナノサイズのフィルタ層として理解され得る。

【0030】

本発明の実施形態によると、フィルタ開口部は、１０ナノメートル〜１０マイクロメートルの線間隔、例えば５０ナノメートル〜５マイクロメートル、例えば１００ナノメートル〜１マイクロメートルなどの線間隔によって画定される。線間隔は、フィルタ開口部の幅と称してもよい。

【0031】

本発明の実施形態によると、フィルタ開口部は実質的に同じ寸法を有する。換言すると、線間隔は、フィルタ開口部の全体にわたって実質的に等しい。
本発明の有利な実施形態によると、フィルタ層は第１の屈折率を有し、導波路層は第２の屈折率を有する。第１の屈折率は、第２の屈折率より、例えば少なくとも３パーセント低い。

【0032】

他の実施形態において、フィルタ開口部は異なる寸法を有し得る。例えば、フィルタ開口部の複数の幅が、異なる粒子サイズを濾過するために利用され得る。アウト結合された光は、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサなどの二次元センサによって検出され得る。一方の方向はスペクトルを解像し、他方の方向はフィルタ開口部の幅の差を解像する。

【0033】

本発明の有利な実施形態によると、上記の結合装置は、導波路層に入る光をイン結合するためのイン結合要素、および導波路層からの光をアウト結合するためのアウト結合要素を備える。

【0034】

上記の実施形態の１つの利点は、光がかなりの距離にわたって導波路層を通過可能にされ、それによって、フィルタ開口部におけるエバネッセント場を介して、吸収または励起などの流体との相互作用を可能にすることであり得る。

【0035】

本発明の有利な実施形態によると、相互作用領域は、イン結合要素とアウト結合要素との間に延びる。
上記の実施形態の１つの利点は、光がかなりの距離にわたって導波路層を通過可能にされ、それによって、フィルタ開口部におけるエバネッセント場を介して、吸収または励起などの流体との相互作用を可能にすることであり得る。

【0036】

本発明の有利な実施形態によると、相互作用領域は、イン結合要素とアウト結合要素との間に延び、さらにアウト結合要素の上に延びる。
上記の実施形態の１つの利点は、導波路層内を移動する光が、アウト結合要素にある間に、流体の屈折率による影響を受けることであり得る。換言すると、導波路層からの光のアウト結合は、流体の屈折率によって影響を受ける。流体の屈折率によって生じるこの影響を測定することによって、例えばアウト結合した光の屈曲の変化として、および／または固定位置における光の波長の変化として、屈折率の測定値が有利に得られる場合がある。この実施形態は、流体の屈折率の測定値を得るのと同時に、光の吸収または光の励起によって、エバネッセント場と流体との間の相互作用を有利に可能にする。

【0037】

格子をアウト結合要素として使用することで、流体の屈折率の測定を容易にする光の散乱を提供する。
本発明の有利な実施形態によると、上記の結合装置は、例えば相互作用領域の全体の上など、相互作用領域の少なくとも一部の上に延びる。

【0038】

上記の実施形態の１つの利点は、流体の屈折率が得られることであり得る。流体が結合装置において、すなわち光のアウト結合の位置において、光のエバネッセント場との相互作用を可能にすることによって、導波路層からの光のアウト結合は、流体の屈折率によって影響を受ける。流体の屈折率によって生じるこの影響を、例えばアウト結合した光の屈曲の変化として、および／または固定位置における光の波長の変化として測定することによって、屈折率の測定値が有利に得られる。

【0039】

格子をアウト結合要素として使用することで、流体の屈折率の測定を容易にする光の散乱を提供する。
本発明の有利な実施形態によると、アウト結合要素は格子などの分散要素を備える。

【0040】

上記の実施形態の１つの利点は、例えば格子などの分散要素が光の回折屈曲を生じさせ、それによって導波路からの光をアウト結合させることであり得る。回析屈曲は、波長に依拠して得られ、すなわち異なる波長は異なる角度で屈曲する。特に、相互作用領域が少なくとも部分的にアウト結合要素の上に延びるのを可能にする実施形態が組み合わされる場合、この利点は流体の屈折率の測定を可能にする。なぜなら分散作用すなわちアウト結合の角度が流体の屈折率によって影響を受けるからである。したがって、流体の屈折率によって生じるこの影響を、例えばアウト結合した光の屈曲の変化として、および／または固定位置における光の波長の変化として測定することによって、屈折率の測定値が有利に得られ得る。

【0041】

上記で示したように、結合装置はいくつかの実施形態において、別個のイン結合要素およびアウト結合要素を備えてよい。他の実施形態において、結合装置は、導波路層に入る光を結合すること、および導波路層から出る光を結合することの両方、すなわちイン結合要素およびアウト結合要素の両方として働く。

【0042】

代替として、アウト結合要素は、プリズムベースのアウト結合要素、または光ファイバへの直接結合であってもよい。
本発明の実施形態によると、イン結合要素は、格子、プリズム、または光ファイバへの直接結合を備える。

【0043】

本発明の実施形態によると、平面状導波路層は、上部クラッド層をさらに備える。上部クラッド層は、フィルタ層の外側の導波路層を覆い得る。いくつかの実施形態において、フィルタ層は上部クラッド層と同じ層であってもよく、フィルタ層は上部層の開口部を作り出すことによって形成され、それによって相互作用領域を形成する。通常、上部クラッド層は、導波路層よりも低い屈折率、例えば０．２単位低い屈折率を有し得る。

【0044】

本発明の実施形態によると、導波路層は、例えば少なくとも０．２単位低い屈折率など、より低い屈折率を有する下部クラッド層に堆積される。
平面状導波路デバイスは光源を備えてよく、または外部光源から光を受け取ってもよいことを理解されたい。

【0045】

本発明の有利な実施形態によると、平面状導波路層デバイスは、光源としてレーザデバイスをさらに備える。
上記の実施形態の１つの利点は、導波路層からのアウト結合における流体の屈折率による影響など、光に対する影響についての情報を得るための、アレイベースの光センサによって光の検出を可能にすることであり得る。

【0046】

本発明の有利な実施形態によると、平面状導波路層デバイスは、光源として広帯域光源をさらに備える。
上記の実施形態の１つの利点は、導波路層からのアウト結合における流体の屈折率による影響など、光に対する影響についての情報を得るための、固定位置における波長の分光測定検出を可能にすることであり得る。

【0047】

例えば、広帯域光源は、例えば４００〜７００ナノメートル、すなわち白光源から成る光など、可視スペクトルの全てにわたって延びる幅を有し得る。
本発明の有利な実施形態によると、平面状導波路デバイスは、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ、または光ダイオードアレイセンサなど、アレイベースの光センサをさらに備える。

【0048】

上記の実施形態の１つの利点は、アレイベースの光センサによる、レーザデバイスからの光の検出が、導波路層からのアウト結合における流体の屈折率による影響など、光に対する影響についての情報を与え得ることであり得る。

【0049】

この文脈において、ＣＭＯＳセンサおよびＣＣＤセンサは各々、いくつかのピクセルを備えるアレイであると考慮される。
格子などの分散要素を使用することによって、アウト結合した光はその波長成分に分離される。

【0050】

アレイベースの光線がレーザ光源と共に使用され、格子などの分散要素をアウト結合要素として使用する場合、アウト結合要素の少なくとも部分的、例えば全体を覆う相互作用領域、または全ての結合装置によって促進される、アウト結合を伴う流体の相互作用は、光のアウト結合角度を検出することによって検出することができる。

【0051】

アレイベースの光センサが広帯域光源と共に使用される場合、流体とアウト結合との間の相互作用は、光センサの特定の固定位置においてアウト結合された光の異なる波長をもたらす。したがって、光学分光計を光センサとして使用することで、アウト結合された光の検出された波長は、流体との相互作用の示度、すなわち流体の屈折率をもたらす。

【0052】

本発明の実施形態によると、平面状導波路層デバイスは、光センサとして光ダイオードをさらに備える。
本発明の有利な実施形態によると、平面状導波路層デバイスは、光センサとして光学分光計をさらに備える。

【0053】

上記の実施形態の１つの利点は、導波路層からのアウト結合における流体の屈折率による影響など、光に対する影響についての情報を得るための、固定位置における光の波長の分光測定検出であり得る。広帯域光源を使用することで、利用可能な十分な範囲の波長により、十分な範囲の屈折率を有する流体のための光学分光計によって、光の検出を可能にする。

【0054】

本発明の有利な実施形態によると、流体は血液などの液体である。
液体が血液である実施形態において、粒子は赤血球であってよく、特にそのとき平面状導波路デバイスは、溶血センサとして機能する。

【0055】

上記の実施形態の１つの利点は、溶血レベルの示度が、ヘモグロビンによって吸収された波長を用いる吸収測定によって得られることであり得る。
様々な実施形態によると、さらに考えられる液体として、例えば廃水、エンジンオイル、食材料などが挙げられる。

【0056】

本発明の有利な実施形態によると、平面状導波路層デバイスは、流体ゾーンを形成する流体フローチャネルをさらに備える。
本発明の有利な実施形態によると、流体フローチャネルはフローセルである。

【0057】

本発明の有利な実施形態によると、平面状導波路デバイスは、フィルタ層の反対側における導波路層と当接するクラッド層をさらに備える。クラッド層は、第３の屈折率を有し、この第３の屈折率は、例えば少なくとも３パーセント、第２の屈折率よりも低い。

【0058】

実施形態によると、フィルタ層は、ＵＶ硬化性ポリマー（ＯｒｍｏＣｏｍｐ）を備えるか、またはＵＶ硬化性ポリマーから構成される。他のＯＲＭＯＣＥＲポリマーも使用されてよい。さらに、ＳＵ８などのエポキシポリマー、もしくはアクリルＵＶレジストなど他のＵＶ硬化性レジスト、または任意の他のナノインプリントレジストを使用してもよい。重要なことは、この材料は比較的安価で、様々な方法で形づけることができ、硬質かつ耐久性があることである。そのため材料は粒子による影響に抵抗し、流体の化学的性質に抵抗することになる。導波路層は、例えばシリコンを備えるか、またはシリコンで構成され得る。

【0059】

例えば、ＵＶナノインプリント処理、熱インプリント処理、およびＵＶ熱ハイブリッドインプリント処理などの様々な好適なインプリント処理など、様々な公知の方法を用いてフィルタ層を作り出してよい。

【0060】

本発明の実施形態によると、中間層が、導波路層とフィルタ層との間に介在する。中間層は、流体に対する導波路層の保護層として機能し、および／または、中間層は、流体内の特定の分子または物質の選択的な結束を促進させて、エバネッセント場との相互作用を増加させる。

【0061】

本発明はさらに、本発明による平面状導波路デバイスの使用、および溶血を検出するための、任意の使用の実施形態に関する。
溶血の示度は、血漿中の遊離ヘモグロビンの存在である。この遊離ヘモグロビンは、赤血球の破壊から生じる。この破壊は溶血として知られており、患者の状態の示度となり得る。しかし、ヘモグロビンが赤血球中にも存在するので、血漿中の残りのヘモグロビンを測定するために、赤血球は一般に、血漿から分離させる必要がある。さらに、例えば濾過中の、血液の取り扱い自体が、さらなる溶血、およびさらなる遊離ヘモグロビンをもたらし得る。測定したヘモグロビンが、患者の状態によって誘発された溶血からのヘモグロビンと、患者の状態とは無関係である別の溶血からのヘモグロビンとの両方から成るため、結果が不正確になるか、または使用に適さないことさえある。

【0062】

しかし、本発明の平面状導波路デバイスによって、遊離ヘモグロビンは、赤血球の事前濾過をすることなく、測定され得る。なぜなら赤血球はフィルタ層による相互作用から除外され、そのためより正確な結果が得られ得る。

【0063】

本発明の平面状導波路デバイスの様々な他の使用、および任意の使用の実施形態は、吸収測定、流体の屈折率の測定、および流体および／またはそれらの構成要素の励起を含み得る。

【0064】

本発明は、光を流体と相互作用させる方法にさらに関する。本方法は、導波路層に入る光を結合させるステップと、導波路層の外側のエバネッセント場を形成する導波路層内の光を誘導するステップと、誘導された光のエバネッセント場を流体と相互作用させるステップと、流体が、導波路層によって誘導された光のエバネッセント場と相互作用するのを可能にするよう配置されたフィルタ開口部を備えるフィルタ層を使用して、規定のサイズよりも大きい粒子が上記のエバネッセント場と相互作用するのを防ぐよう、流体を濾過するステップと、導波路層から出た相互作用された光を結合するステップと、を含み、上記のフィルタ開口部は、導波路層によって誘導される光の伝播方向に対して平行である長手方向を有する、線状開口部として配置されたものである。

【0065】

本発明の有利な実施形態によると、上記の方法は、アウト結合された光の少なくとも１つの特性を測定するステップをさらに含む。
本発明の有利な実施形態によると、流体は上記の規定のサイズよりも大きい粒子を備える。

【0066】

本発明の有利な実施形態によると、上記の方法は、本発明の平面状導波路デバイスまたは任意の方法の実施形態を用いて実施される。
本発明の有利な実施形態によると、平面状導波路デバイスは、本発明の方法または任意の方法の実施形態を用いて動作可能なように適合される。

【0067】

次に本発明を、図面を参照して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0068】

【図1】図１は、本発明の実施形態による一般的な平面状導波路デバイスの図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態による平面状導波路デバイスの側断面図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態による平面状導波路デバイスの側断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態による平面状導波路デバイスの側断面図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態による平面状導波路デバイスの斜視図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態による平面状導波路デバイスの斜視図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態による平面状導波路デバイスの図である。

【図8】図８は、本発明の実施形態による平面状導波路デバイスの図である。

【図9】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ及び図９Ｄは、本発明の平面状導波路デバイスを用いて得られた実験データを示す図である。

【図10】図１０は、本発明の平面状導波路デバイスを用いて得られた実験データを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0069】

図１を参照すると、本発明の実施形態による、平面状導波路デバイスＰＷＤの概略図が示される。平面状導波路デバイスＰＷＤは、流体ＦＬＤと光ビームＬＴＧとの間の相互作用を可能にするよう適合される。これは、以下でより詳細に説明するように、フィルタ層ＦＴＬによって成される。

【0070】

別の実施形態が図２〜図６により詳細に示される。これらの実施形態の全ては、図１および以下のこれらの説明に照らして理解され得る。
図１に戻ると、平面状導波路デバイスＰＷＤは、光閉じ込めを補助するための導波路層ＷＧＬ、結合装置ＣＰＡ、流体ＦＬＤを収容する流体ゾーンＦＺＮ、およびフィルタ層ＦＴＬを備える。

【0071】

フィルタ層ＦＴＬは、フィルタ開口部ＦＯＰの幅が通常は１０マイクロメートル以下、例えば５マイクロメートル以下、例えば１マイクロメートル以下、例えば８００ナノメートル以下、例えば２００ナノメートル以下、例えば１００ナノメートル以下であり得るという意味では、ナノサイズである。

【0072】

平面状導波路デバイスＰＷＤは、光源ＬＳＯおよび光センサＬＳＥをさらに備えてよい。光源ＬＳＯは、例えばレーザデバイスからのレーザビーム、または広帯域光源からの広帯域光ビームなど、光ビームＬＴＢを放出する。

【0073】

結合装置ＣＰＡは、導波路層ＷＧＬに入る光ビームの光のイン結合、および導波路層ＷＧＬからの光ビームの光のアウト結合のために適合される。図１において、結合装置ＣＰＡは別個のイン結合要素ＩＣＰＡおよび別個のアウト結合要素ＯＣＰＡを備える。しかし他の実施形態において、結合装置ＣＰＡは、導波路層ＷＧＬに入る光のイン結合、および導波路層ＷＧＬからの光のアウト結合の両方を実施する、単一の結合要素ＣＰＡで形成され得る。結合装置ＣＰＡは、格子、プリズム、または光ファイバへの直接結合を備える。

【0074】

フィルタ層ＦＴＬは、流体ＦＬＤが、導波路層ＷＧＬによって誘導された光のエバネッセント場と相互作用するのを可能にするよう配置された、フィルタ開口部ＦＯＰを備える。

【0075】

フィルタ層ＦＴＬは、流体ゾーンＦＺＮと、導波路層ＷＧＬの相互作用領域ＩＡＲにおける導波路層ＷＧＬとの間に配置される。したがって、フィルタ開口部ＦＯＰは、規定のサイズよりも大きい粒子ＰＡＲが、上記のエバネッセント場と相互作用するのを防ぐことができる。規定のサイズは通常、例えば１０マイクロメートル以下のナノスケール領域にある、フィルタ開口部ＦＯＰの幅によって決定される。換言すると、フィルタＦＴＬ層は、流体ゾーンＦＺＮと導波路層ＷＧＬとの間の材料の通路を制御するという意味で、流体ゾーンＦＺＮを導波路層ＷＧＬから分離する。平面状導波路デバイスＰＷＤは、例えば導波路層ＷＧＬの防護をもたらすため、または抗体、ポリマー、アプタマー、もしくは流体内の検体を束ねるための他のレセプタに、選択的な結束をもたらすために、フィルタ層ＦＴＬと導波路層ＷＧＬとの間に別の層を備えることもある。しかし、この別の層は、エバネッセント場が流体の中に延びることができるよう配置しなければならない。

【0076】

上記に加え、上記のエバネッセント場相互作用との相互作用は、フィルタ開口部ＦＯＰにおけるものであることを、理解されたい。すなわち、流体ＦＬＤがフィルタ開口部ＦＯＰの中に入るようにすることによって、流体ＦＬＤはエバネッセント場との相互作用を可能にされ、規定のサイズよりも大きい粒子ＰＡＲがフィルタ開口部ＦＯＰに入るのを防ぐことによって、粒子ＰＡＲが、上記のエバネッセント場と相互作用することが防止される。

【0077】

フィルタ開口部ＦＯＰは、導波路層ＷＧＬによって誘導される光の伝播方向ＤＯＰに対して平行である長手方向を有する、線状開口部として配置される。これは、例えば以下の図５および図６などにおいて、より明確に示される。それによって、フィルタ層ＦＴＬは、導波路層によって誘導された光へのフィルタ自体による影響が最小限に抑えられるか、実質的に防がれるという意味で、導波路から光学的に分離される。長手方向が、導波路層ＷＧＬによって誘導された光の伝播方向ＤＯＰと平行である線状開口部は、ここでは、光が導波路層ＷＧＬに誘導されるときに、平面状導波路デバイスＰＷＤが動作中であることを理解されたい。

【0078】

次に図２および図５を参照すると、本発明の別の実施形態による平面状導波路デバイスＰＷＤが、図２では側断面図、および図５では斜視図で示される。
図１に示されるものに加えて、イン結合装置ＣＰＡは、ここではイン結合要素ＩＣＰＡおよびアウト結合要素ＯＣＰＡの２つの結合要素によって作られていることが確認される。

【0079】

図２および図５において、イン結合要素ＩＣＰＡおよびアウト結合要素ＯＣＰＡは、両方とも格子として示される。しかし他の実施形態において、結合要素は図１を用いて説明したように、異なる手段によって提供されてよく、同じである必要はない。例えば、プリズムをイン結合要素ＩＣＰＡとして、および格子をアウト結合要素ＯＣＰＡとして使用され得る。

【0080】

光ビームＬＴＢは、イン結合要素ＩＣＰＡによって導波路層ＷＧＬの中へ結合され、次に伝播方向ＤＯＰに導波路層ＷＧＬを通って誘導され、相互作用領域ＩＡＲにおいてフィルタ層ＦＴＬを通過してアウト結合要素ＯＣＰＡに向かい、そこで光ビームＬＴＢは導波路層ＷＧＬから結合されて出る。

【0081】

光源ＬＳＯおよび光センサＬＳＥは、図２または図５に示されないが、図１におけるように利用され得る。
図２および図５の両方から判るように、フィルタ層ＦＴＬの範囲によって画定される相互作用領域ＩＡＲは、イン結合要素ＩＣＰＡとアウト結合要素ＯＣＰＡとの間に延びるが、これらの上には延びない。したがって、図２および図５に示される実施形態は、例えば流体とフィルタ開口部ＦＯＰにおけるエバネッセント場との間の、吸収および励起の相互作用のために非常に好適である。フィルタ層ＦＴＬが延びない区域は、上部クラッド層ＵＣＬによって覆われ、導波路層ＷＧＬにおける誘導を促進させる。類似して、下部クラッド層ＬＣＬは、導波路層ＷＧＬの下方に位置付けられる。通常、上部および下部クラッド層ＵＣＬ、ＬＣＬの屈折率は、導波路層ＷＧＬの屈折率よりも低い。

【0082】

図５において、フィルタ開口部ＦＯＰの中に入れず、したがってエバネッセント場との相互作用を妨げられた粒子ＰＡＲは、溶血センサ設定において赤血球を表わし得る。しかしそれらは、フィルタ開口部ＦＯＰの幅によって画定される規定のサイズよりも大きいサイズ、例えば径を有する粒子が、フィルタ開口部ＦＯＰに入ること、およびエバネッセント場と相互作用することが防止されるという、より一般的な原則も示す。

【0083】

図５は、示された平面状導波路デバイスＰＷＤの様々な要素の組成を理解する助けとなるよう、部分的にシースルーにされていることに留意されたい。
図３において、わずかに変更した実施形態が側断面図に示される。ここで、フィルタ層ＦＴＬは、アウト結合要素ＯＣＰＡの上にさらに延び、アウト結合中に、流体と、誘導された光のエバネッセント場との間の相互作用を可能にする。図３に示された平面状導波路デバイスＰＷＤは、フィルタ層ＦＴＬに沿って誘導された距離を有し（すなわちイン結合要素ＩＣＰＡおよびアウト結合要素ＯＣＰＡは、ある距離だけ離される）、ここで流体ＦＬＤがエバネッセント場と相互作用するのを可能にして、流体との吸収および励起の相互作用に好適となる。フィルタ層ＦＴＬおよび相互作用領域ＩＡＲも、アウト結合要素ＯＣＰＡの上に延びるため、示された平面状導波路デバイスＰＷＤは、流体ＦＬＤの屈折率に関する情報を提供するためにも好適である。

【0084】

次に図４および図６を参照すると、２つの類似の実施形態が示される。図４は側断面図を、一方で図６は斜視図を示す。図６は相互作用領域ＩＡＲのみを示すが、図４は相互作用領域ＩＡＲを少し越えて延びる導波路層ＷＧＬも示す。両実施形態において、結合装置ＣＰＡは単一の結合要素によって構成され、そのため導波路層ＷＧＬに入る光のイン結合と、導波路層ＷＧＬからのアウト結合との両方を提供する。アウト結合は相互作用領域ＩＡＲ内で実施されるため、アウト結合は流体ＦＬＤの屈折率による影響を受ける。そのため、示された平面状導波路デバイスＰＷＤは、流体ＦＬＤの屈折率の測定に好適である。

【0085】

図６は、示された平面状導波路デバイスＰＷＤの様々な要素の組成を理解する助けとなるよう、部分的にシースルーにされていることに留意されたい。
図７を参照すると、本発明の実施形態による、平面状導波路デバイスＰＷＤが示される。平面状導波路デバイスＰＷＤは、例えば図１および図５に関して説明したように、フィルタ層ＦＴＬおよび導波路層ＷＧＬを備える。流体ゾーンＦＺＮは、フィルタ層ＦＴＬと接触することになる流体のフローを容易にするよう延びる、流体チャネルとして形成される。図７において、流体のフローの方向は、光の伝播方向に対して概ね垂直であり、その一方で他の実施形態において、相対角度は、例えば概ね４５°か、または０°すなわち平行な構成であってよい。図７において、測定されることになる流体は、流体ゾーンＦＺＮに供給され、好適な管によって、そこから再び抽出される。これは図７の文脈において、流体は、平面状導波路デバイスＰＷＤに連続的に提供され、例えば環境状況（すなわち実験室ではない）に埋没した平面状導波路デバイスＰＷＤを使用する場合、または流体のフローが概ねゼロである場合の、周囲によって左右される流体のフローとは対照的に、好ましくは比較的安定した流量で、流体は連続的に提供されることを示している。

【0086】

図８を参照すると、本発明の実施形態による、平面状導波路デバイスＰＷＤが示される。図８は、示された平面状導波路デバイスＰＷＤの様々な要素の組成を理解する助けとなるよう、部分的にシースルーにされていることに留意されたい。

【0087】

この実施形態において、平面状導波路デバイスＰＷＤは、光のための２つの経路を備える。上部左の経路は、図１および図５に関して説明した経路と類似し、下部右の経路は、フィルタ層ＦＴＬにフィルタ開口部が存在しないという点のみ同じである。

【0088】

これは、光が上部左の経路における流体と相互作用するが、下部左においては相互作用しないという違いを伴い、光が２つの実質的に同一の経路によって送られるのを可能にする。

【0089】

１つの実施形態において、同じ光源が、例えば元の光を２つに分割するための二重スリットを利用して、各経路に使用される。２つの経路の各々からの光ビームのアウト結合後に、アウト結合された２つの光ビームは、例えば干渉によって相互作用され得る。例えばこれは、干渉パターンを作り出す別の二重スリットを用いるか、または例えば改変した格子カプラ装置など、改変したアウト結合装置を用いることによって成され得る。この設定によって、流体の屈折率の変化が測定され得る。

【実施例】

【0090】

平面状導波路デバイスは、格子カプラを通した５３２ナノメートルのレーザを用いて励起させた。フローチャネルの形態である流体ゾーンの画像は、顕微鏡対物レンズを通してＣＭＯＳカメラを用いて捕捉される。蛍光発光フィルタを間に使用して、励起波長を除去した。導波路デバイスは、２００〜２２０ナノメートルの幅で４００ナノメートルの周期性を有するフィルタ開口部を伴う、本発明によるフィルタ層を備える。

【0091】

自己蛍光パターンが、導波路ポリマーの自己蛍光によって生成され、光は、画像を垂直に貫通する方向に移動し、流体のフローは、光の伝播に対して直角である。自己蛍光の結果は、図９Ａに示される。

【0092】

水性懸濁液内で、異なる径（１００ナノメートルおよび２マイクロメートル）を有する２つのタイプのポリスチレンの赤色蛍光ビーズが使用され、サイズ排除機能を特徴付けた。両方が赤色蛍光であり、０．１％の固体濃度で使用された。結果が図９Ｂ（２マイクロメートルのビーズ）および図９Ｃ（１００ナノメートルのビーズ）に示される。さらに、図９Ａ〜図９Ｃの結果は、図９Ｄにおいて比較として示される。図９Ｄは、導波路にわたる距離（マイクロメートル）の関数として、３つの測定値の各々の正規化蛍光強度を示す。

【0093】

これらの結果は、１００ｎｍのビーズから応答する、より強い蛍光性を実証した。すなわち１００ｎｍのビーズは、導波路のエバネッセント場によって励起される。２μｍのビードは、導波路からの散乱光によってのみ励起され得る。

【0094】

したがって、図９Ａ〜図９Ｃおよび対応する図９Ｄは、平面状導波路デバイスと粒子との間の選択的な相互作用を実証し、規定のサイズよりも大きい径を有する粒子は、導波路デバイスの光との相互作用が防止される。

【0095】

図１０において、全血液（ＷＢ）および血漿の、異なるヘモグロビン（Ｈｂ）濃度の測定値が示される。分光光度計の基準スペクトルが、縮尺を定められ、背後においてロットされる。より詳細には、図１０は全血液試料（中間の線）、およびそれらの血漿の同等物（下部の線）、ならびに１ｃｍのキュベットを用いた分光光度計の基準測定値（上部の灰色の点線）を示し、分光光度計の基準測定値は、比較のために大きく縮尺を定められる。使用された最大Ｈｂ濃度は２００ｍｇ／ｄＬであり、これは約０．７％の溶血に相当する。各データポイントは、３つの測定値に基づく。０および１００ｍｇ／ｄＬのＨｂ濃度において、変動係数（Ｃｏｖ）は、それぞれ１．６５％および０．８６％であり、センサの優れた再現性を示す。他方で、全血液および血漿の測定値を比較すると、濾過が非常に効果的であることを示す、非常に良好な重複を認めた。全血液試料の吸光度は、血漿の吸光度よりもわずかに高いが、それは、大半が赤血球によって吸収され得る光の、定まらない散乱に起因し得る。
〔態様１〕
流体（ＦＬＤ）と相互作用するための平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）であって、
光閉じ込めを補助するために導波路層（ＷＧＬ）と、
前記導波路層（ＷＧＬ）に入る光のイン結合、および前記導波路（ＷＧＬ）からの光のアウト結合のための結合装置（ＣＰＡ）と、
前記流体（ＦＬＤ）を収容するための流体ゾーン（ＦＺＮ）と、
前記流体ゾーン（ＦＺＮ）、および前記導波路層（ＷＧＬ）の相互作用領域（ＩＡＲ）における前記導波路層（ＷＧＬ）との間に配置される、フィルタ層（ＦＴＬ）と、を備え、
前記フィルタ層（ＦＴＬ）は、前記流体（ＦＬＤ）が、前記導波路層（ＷＧＬ）によって誘導された光のエバネッセント場と相互作用するのを可能にするよう配置された、フィルタ開口部（ＦＯＰ）を備え、
前記フィルタ開口部（ＦＯＰ）は、規定のサイズよりも大きい粒子（ＰＡＲ）が、前記エバネッセント場と相互作用するのを防止するよう適合され、
前記フィルタ開口部（ＦＯＰ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）によって誘導される光の伝播方向（ＤＯＰ）に対して平行である長手方向を有する、線状開口部として配置される、平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様２〕
前記フィルタ層（ＦＴＬ）は第１の屈折率を有し、前記導波路層（ＷＧＬ）は第２の屈折率を有し、前記第１の屈折率は前記第２の屈折率よりも、例えば少なくとも３パーセント低い、態様１に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様３〕
前記フィルタ開口部（ＦＯＰ）は、１０マイクロメートル以下の線間隔、例えば５マイクロメートル以下、例えば１マイクロメートル以下、例えば８００ナノメートル以下、例えば２００ナノメートル以下、例えば１００ナノメートル以下の線間隔で画定される、態様１または２に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様４〕
前記結合装置（ＣＰＡ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）に入る光をイン接合するためのイン結合要素（ＩＣＰＡ）、および前記導波路層（ＷＧＬ）からの光をアウト結合するためのアウト結合要素（ＯＣＰＡ）を備える、態様１から３のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様５〕
前記相互作用領域（ＩＡＲ）は、前記イン結合要素（ＩＣＰＡ）と前記アウト結合要素（ＯＣＰＡ）との間に延びる、態様４に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様６〕
前記相互作用領域（ＩＡＲ）は、前記イン結合要素（ＩＣＰＡ）と前記アウト結合要素（ＯＣＰＡ）との間に延び、さらには前記アウト結合要素（ＯＣＰＡ）の上に延びる、態様４に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様７〕
前記結合装置（ＣＰＡ）は、前記相互作用領域（ＩＡＲ）の少なくとも一部を越えて延び、例えば前記相互作用領域（ＩＡＲ）の全体を越えて延びる、態様１から３のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様８〕
前記アウト結合要素（ＯＣＰＡ）は、格子などの分散要素を備える、態様１から７のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様９〕
光源（ＬＳＯ）としてレーザデバイスをさらに備える、態様１から８のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様１０〕
光源（ＬＳＯ）として広帯域光源をさらに備える、態様１から９のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様１１〕
ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ、または光ダイオードアレイセンサなど、アレイベースの光センサ（ＬＳＥ）をさらに備える、態様１から１０のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様１２〕
光センサ（ＬＳＥ）として光学分光計をさらに備える、態様１から１１のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様１３〕
前記流体（ＦＬＤ）は血液などの液体である、態様１から１２のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様１４〕
前記流体ゾーン（ＦＺＮ）を形成する流体フローチャネルをさらに備える、態様１から１３のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様１５〕
前記流体フローチャネルはフローセルである、態様１から１４のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様１６〕
前記フィルタ層（ＦＴＬ）の反対側における前記導波路層（ＷＧＬ）と当接するクラッド層をさらに備え、前記クラッド層は第３の屈折率を有し、前記第３の屈折率は、例えば少なくとも３パーセント、第２の屈折率よりも低い、態様１から１５のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。
〔態様１７〕
溶血を検出するための、態様１から１６のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）の使用。
〔態様１８〕
光を流体（ＦＬＤ）と相互作用させる方法であって、
導波路層（ＷＧＬ）に入る光を結合させるステップと、
前記導波路層（ＷＧＬ）の外側のエバネッセント場を形成する前記導波路層（ＷＧＬ）内で、光を誘導するステップと、
誘導された光のエバネッセント場を前記流体（ＦＬＤ）と相互作用させるステップと、
前記流体（ＦＬＤ）が、前記導波路層（ＷＧＬ）によって誘導された光のエバネッセント場と相互作用するのを可能にするよう配置された、フィルタ開口部（ＦＯＰ）を備えるフィルタ層（ＦＴＬ）を使用して、規定のサイズよりも大きい粒子（ＰＡＲ）が前記エバネッセント場と相互作用するのを防止するよう、前記流体（ＦＬＤ）を濾過するステップと、
前記導波路層（ＷＧＬ）から出た相互作用された光を結合するステップと、を含み、
前記フィルタ開口部（ＦＯＰ）は、前記導波路層（ＷＧＬ）によって誘導される光の伝播方向（ＤＯＰ）に対して平行である長手方向を有する線状開口部として配置される、方法。
〔態様１９〕
アウト結合された光の少なくとも１つの特性を測定するステップをさらに含む、態様１８に記載の方法。
〔態様２０〕
前記流体は、前記規定のサイズよりも大きい粒子（ＰＡＲ）を備える、態様１８または１９に記載の方法。
〔態様２１〕
態様１から１６のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイスを使用して実行される、態様１８から２０のいずれか一項に記載の方法。
〔態様２２〕
態様１８から２１のいずれか一項に記載の方法によって動作可能なように適合される、態様１から１６のいずれか一項に記載の平面状導波路デバイス（ＰＷＤ）。

【符号の説明】

【0096】

ＰＷＤ 平面状導波路デバイス
ＦＬＤ 流体
ＷＧＬ 導波路層
ＣＰＡ 結合装置
ＦＬＴ フィルタ層
ＩＣＰＡ イン結合要素
ＯＣＰＡ アウト結合要素
ＦＺＮ 流体ゾーン
ＩＡＲ 相互作用領域
ＦＯＰ フィルタ開口部
ＰＡＲ 粒子
ＤＯＰ 伝播方向
ＬＣＬ 下部クラッド層
ＵＣＬ 上部クラッド層
ＬＳＥ 光センサ
ＬＳＯ 光源
ＬＴＢ 光ビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】