JP2003533692A

JP2003533692A - 多重分析対象物測定及びその使用のための格子導波路構造

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Publication number: JP2003533692A
Application number: JP2001584856A
Authority: JP
Inventors: パウラク，ミヒャエル; エーラート，マルクス; ドゥフェネク，ゲルト; ボップ，マルティン
Original assignee: Zeptosens AG
Current assignee: Zeptosens AG
Priority date: 2000-05-06
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2003-11-11
Also published as: EP1281063A1; US20030138208A1; AU2001226796A1; US20090054263A1; WO2001088511A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、積層光学導波路の導波層（ａ）に、前記層（ａ）中で変調される格子構造（ｃ）を介して励起光を導入するための又は層（ａ）中を誘導される光を抽出するための共振条件の局所分解変化の測定を可能にする格子光学導波路構造の変更可能な実施態様に関する。本発明のシステムは、一以上の分析対象物と同時に結合し、それらを測定するための固定化された種々の生物学的又は生化学的又は合成認識要素をそれぞれ有する、その上に製造された計測区域の配列を含む。前記励起光が計測区域の配列全体に同時に照射され、光を層（ａ）に導入するための共振条件の満足度が前記計測区域中で同時に計測される。本発明はまた、少なくとも一つの励起光源と、少なくとも一つの局所分解検出器と、場合によっては、本発明の格子光学導波路構造に対する励起光の入射角を変えるための位置決め要素とを含む光学系に関する。本発明はさらに、対応する計測方法及びその使用に関する。驚くことに、本発明の方法は、高い局所解像度及び感度を有する画像検出法として十分に適することがわかった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、積層光学導波路の導波層（ａ）に、前記層（ａ）中で変調される格
子構造（ｃ）によって励起光を内結合するための又は層（ａ）中を誘導される光
を外結合するための共振条件の局所解像変化を測定することを可能にする格子導
波路構造の可変性実施態様に関する。本発明のシステムは、一以上の分析対象物
と同時に結合し、それらを測定するための固定化された種々の生物学的又は生化
学的又は合成認識要素を有する格子導波路構造上に生成された計測区域の配列を
含み、前記励起光が計測区域の配列全体に同時に照射され、光を前記計測区域に
向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度が同時に計測される。本発
明はまた、少なくとも一つの励起光源と、少なくとも一つの局所分解検出器と、
場合によっては、本発明の格子導波路構造に対する励起光の入射角を変えるため
の位置決め要素とを含む光学系に関する。本発明はさらに、対応する計測方法及
びその使用に関する。驚くことに、本発明の方法は、高い局所解像度及び感度を
有する画像検出方法として十分に適することがわかった。

【０００２】物理的パラメータ、好ましくは平面である分析される計測面上のその分布の「
局所解像」測定として、前記計測区域に関する、ｘ及びｙ座標の関数としての明
確な値を、対応する計測に基づくこのパラメータに帰属させることができること
が理解されなければならない。それに関して、せいぜい達成しうる局所解像度は
、たとえば、検出系の解像度によって制限される。

【０００３】多くの分析対象物の測定のためには、現在、種々の分析対象物の測定をそのよ
うなプレートの別個のサンプル区画又は「ウェル」の中で実施するような方法が
広く適用されている。もっとも普及しているものは、約８cm×１２cmのフットプ
リント上に８×１２個のウェルを配設した、個々のウェルを充填するのに約１０
０マイクロリットルの量が必要であるプレートである。しかし、多くの用途にと
って、できるだけ少量のサンプルの塗布により、単一のサンプル区画でいくつか
の分析対象物を測定することが望まれるであろう。

【０００４】米国特許第５，７４７，２７４号では、少なくとも３種の梗塞マーカのいくつ
かの測定によって心筋梗塞を早期認識するための計測構造及び方法が記載されて
いる。これらのマーカの測定は、個々のサンプル区画中で又は共通のサンプル区
画中で実施することができ、後者の場合の開示によると、単一の（共通の）サン
プル区画が連続流路として設けられ、この一つの境界がたとえば膜によって形成
され、この膜に、３種の異なるマーカに対する抗体が固定化される。しかし、こ
のタイプのいくつかのサンプル区画に又は流路を共通の支持体上に配設するとい
う示唆はない。さらに、計測区域のサイズに関して幾何学的情報がない。

【０００５】特許出願ＷＯ８４／０１０３１及び米国特許第５，８０７，７５５号、第５，
８３７，５５１号及び第５，４３２，０９９号には、連続流が存在しない状態で
、利用可能な分析対象物分子のわずか一部分と結合することにより、インキュベ
ーション時間だけに依存し、サンプルの絶対量には本質的に依存しない分析対象
物の濃度測定を実施するため、分析対象物に特異的な認識要素を、部分的に１mm² を有意に下回る面積の小さな点の形態で、固体支持体に固定化することが提案
されている。関連する応用例に記載された計測構造は、従来のマイクロタイタプ
レートにおける蛍光法に基づく。それに関して、蛍光標識された３種までの異な
る抗体が共通のマイクロタイタプレートウェルで計測される構造が記載されてい
る。これらの特許開示で概説された理論的評価によると、点のサイズの最小化が
望ましいであろう。しかし、限界として、バックグラウンド信号から区別される
最小信号高さが考えられた。

【０００６】近年、より低い検出限界を達成するため、分析対象物の測定が、光学導波路中
を誘導される光に関連する減衰フィールドとの相互作用に基づき、分析対象物分
子の特異的認識及び結合のための生化学的又は生物学的認識要素が導波路の表面
に固定化されている計測構造が数多く開発された。

【０００７】光波が、光学的により希薄な媒体、すなわちより低い屈折率の媒体によって包
囲された光学導波路中に結合すると、その光波は、導波層の界面における全反射
によって誘導される。この構造では、電磁エネルギーの一部がより屈折率の低い
媒体に浸透する。この一部がエバネッセント（減衰）フィールドと呼ばれる。減
衰フィールドの強さは、導波層そのものの厚さと、導波層の屈折率とそれを包囲
する媒体の屈折率との比と、に非常に大きく依存する。薄い導波路、すなわち、
誘導される光の波長と同じ又はそれよりも小さい層厚さの場合、誘導される光の
別個のモードを区別することができる。このような方法の利点として、分析対象
物との相互作用は、隣接媒体中への減衰フィールドの浸透深さ（約１００ナノメ
ートル程度である）に限られ、バルク媒体の深さからの干渉信号をおおむね避け
ることができる。最初に提案されたこのタイプの計測構造は、厚さ約１００マイ
クロメートルから数ミリメートルまでの高多重モードで自立性の単層導波路、た
とえば透明なプラスチック又はガラスの繊維又はプレートに基づくものであった
。

【０００８】ＷＯ９４／２７１３７には、種々の分析対象物の測定のための種々の認識要素
を有する「パッチ」が自立性光学基材導波路（単層導波路）に固定化され、励起
光が遠位面で内結合され（「前面」又は「遠位端」結合）、光活性化性架橋剤を
使用して横方向選択的固定化が実施される計測構造が開示されている。この開示
によると、いくつかのパッチを共通の平行流路又はサンプル区画に行方向に配設
することができ、平行な流路又はサンプル区画は、導波路中を誘導される光の損
失を避けるため、センサとして使用される導波路上の範囲の全長にわたって延び
る。しかし、比較的小さな寸法のサンプル区画、すなわち１cm²を有意に下回る
ベース区域への多数のパッチの二次元集積の示唆はない。ＷＯ９７／３５２０３
に開示された同様な構造では、種々の分析対象物の測定のための種々の認識要素
が、サンプルのためのならびに低分析対象物濃度のための及び場合によってはさ
らに高分析対象物濃度の較正溶液のための別個の平行な流路又はサンプル区画に
固定化されている構造の実施態様がいくつか記載されている。ここでもまた、供
給されるサンプルのための共通の区画で種々の認識要素の高密度集積を達成する
方法の示唆は与えられていない。さらには、高多重モードで自立性の単層導波路
の感度は、非常に低い検出限界の達成を要する多様な用途には十分でない。

【０００９】感度を改善すると同時に大量生産で製造しやすくするために、平面薄膜導波路
が提案されている。もっとも簡単なケースでは、平面薄膜導波路は、支持材料（
支持体）、導波層、スーパストレート（及び分析するサンプル）の三層系からな
り、導波層が最高の屈折率を有している。さらなる中間層が平面導波路の動作を
さらに改善することができる。

【００１０】励起光を平面導波路に内結合する方法がいくつか公知である。もっとも初期に
使用された方法は、エアギャップによる反射を減らすため、一般には液体がプリ
ズムと導波路との間に導入される、前面結合又はプリズム結合に基づくものであ
った。これら二つの方法は、主に、比較的大きな層厚さの導波路、すなわち、特
に自立性の導波路及び２よりも有意に小さい屈折率の導波路に適している。しか
し、励起光を高い屈折率の非常に薄い導波層に内結合するためには、結合格子の
使用がはるかに洗練された方法である。

【００１１】積層光学導波路中を誘導される光波の減衰フィールドにおける分析対象物測定
の種々の方法は区別することができる。たとえば、適用される計測原理に基づく
と、一方には蛍光又はより一般的なルミネセンス法と、他方には屈折法と、に区
別することができる。これに関して、表面プラズモン共振の発生のために投射さ
れる励起光の共振角が計測量として読まれるならば、より低い屈折率の誘電層の
上の薄い金属層中に表面プラズモン共振を発生させる方法を屈折法の群に含める
ことができる。また、表面プラズモン共振は、ルミネセンス計測で、ルミネセン
スの増幅又は信号・バックグラウンド比の改善に使用することができる。表面プ
ラズモン共振の発生ならびにルミネセンス計測及び導波構造との組み合わせの条
件は、文献、たとえば米国特許第５，４７８，７５５号、第５，８４１，１４３
号、第５，００６，７１６号及び第４，６４９，２８０号に記載されている。

【００１２】本出願では、「ルミネセンス」とは、光学的又は光学的以外の励起、たとえば
電気的又は化学的又は生化学的又は熱的な励起ののちの、紫外線から赤外線まで
の範囲の光子の自発的放出をいう。たとえば、ケミルミネセンス、バイオルミネ
センス、エレクトロルミネセンス、特に蛍光及びリン光が「ルミネセンス」に含
まれる。

【００１３】屈折計測法の場合、導波路への分子吸着又は導波路からの分子脱着から生じる
有効屈折率の変化を分析対象物検出に使用する。この有効屈折率の変化は、格子
カプラセンサの場合、格子カプラセンサへの光の内結合の結合角又は格子カプラ
センサからの光の外結合の結合角の変化から測定され、干渉計センサの場合、干
渉計の感知ブランチ中を誘導される計測光と参照ブランチ中を誘導される計測光
との位相差から測定される。

【００１４】誘導波の内結合及び／又は外結合のために一以上の結合格子を使用する現在の
技術水準（一以上の結合格子による）は、たとえば、K. Tiefenthaler, W. Luko
sz, "Sensitivity of grating couplers as integrated-optical chemical sens
ors", J. Opt. Soc. Am. B6, 209(1989); W. Lukosz, Ph. M. Nellen, Ch. Stam
m, P. Weiss, "Output Grating Couplers on Planar Waveguides as Integrated
, Optical Chemical Sensors", Sensors and Actuators B1, 585(1990)及びT. T
amir, S. T. Peng, "Analysis and Design of Grating Couplers", Appl. Phys.
14, 235-254(1977)に記載されている。

【００１５】米国特許第５，７３８，８２５号には、ウェルが中に延びるマイクロタイタプ
レートと、ベースプレートとしての薄膜導波路とを有し、後者が、透明な自立性
支持体上の薄い導波膜からなる構造が記載されている。測定される分析対象物分
子の吸着又は脱着によって生じる有効屈折率の変化を観察される結合角の変化か
ら測定するため、励起光を内結合及び外結合するための回折格子が、マイクロタ
イタプレートのウェル及びベースプレートとしての薄膜導波路によって形成され
る開口したサンプル区画と接触して設けられる。しかし、サンプル区画中の格子
構造に固定化された種々の認識要素に結合することによって一つのサンプル区画
内で多数の分析対象物を測定することは意図されておらず、例に記された導波路
及び格子パラメータによって実現することは困難であろう。その結果、この構造
によって達成することができる、互いに独立して測定される種々の分析対象物の
測定のための種々の認識要素をもつ種々の計測区域の密度は、多くの用途（たと
えば、少量、すなわち＜１００μlのサンプルでの多数の異なる核酸配列の測定
など）で不十分である。

【００１６】米国特許第５，９９１，４８０号には、結合条件が変化すると、その導波層中
で変調される格子構造をもつセンサプラットフォームと励起光線との間の角度は
変化しないが、格子導波構造における光の内結合の位置が格子線に対して本質的
に平行に変化するもう一つのタイプの格子結合センサが提案されている。たとえ
ば、この効果は、いわゆる「チャープ格子」を使用することによって達成される
。「チャープ格子」は、格子線に対して本質的に平行な、格子周期の連続的変化
を特徴とする。この構造は、特に、機械的位置決め要素が要らないため、計測構
造（光源及び局所分解検出器を含む）を小型化する大きな潜在性の利点を有して
いる。しかし、それに関して、光の内結合及び外結合のための「チャープ格子」
をもつ別個の領域の寸法を、数平方ミリメートル未満の寸法に減らすことは困難
である。

【００１７】格子導波路構造に関して、これまで分析計測法の用途をほとんど又は全く見い
だしていないさらなる現象が公知である。特に、パラメータ（たとえば、格子周
期及び格子深さ、光学導波路の光学的に透明な層（ａ）の厚さ及びその屈折率な
らびに隣接媒体の屈折率）の適切な選択により、透過光のほぼ完全な消滅と反射
光の方向に発せられる光のほぼ１００％までの増加とを認めることができる。透
過光の消滅と異常な「反射」（放射則に従う正反射部分と、格子構造によって外
結合される光との和）の同時出現との物理的条件は、たとえば、D. Rosenblatt
et al., "Resonant Grating Waveguide Structures", IEEE Journal of Quantum
Electronics, Vol. 33(1997)2038-2059に記載され、説明されている。しかし、
これらすべての研究では、透過光及び反射光のうち、格子構造の遠場で利用可能
である部分を物理モデルによって記載し、説明しているだけである。電磁場強度
分布又は構造の表面における強さの分布に関する示唆はまったくなく、特に、共
振条件で照射される結合格子上の区域内の透過又は「反射」の変化に関する示唆
はない。

【００１８】前記屈折法は、マーカ分子としていわゆる分子標識を使用せずに適用すること
ができることを特徴とする。しかし、結合格子への分子吸着又は結合格子からの
分子脱着から生じる結合条件及び結合角の測定に基づく分析対象物測定に格子カ
プラーを使用する前記屈折計測法のいずれにも、結合格子に照射される光束内で
の局所分解検出に関する示唆はない。したがって、小さな区域で多数の分析対象
物を測定する場合、これらの方法は、適切ではなかったか、ほとんど適切ではな
かった。

【００１９】したがって、無標識分析対象物検出の利点を適用することを可能にする方法及
び高密度配列上での少量のサンプル中の多数の分析対象物の測定の必要がある。

【００２０】本発明の目的は、上記に定義した測定のために高密度配列を使用する無標識分
析対象物検出のための格子導波路構造、光学系及び計測方法を提供することであ
る。

【００２１】本発明の本質では、液体サンプル中の一つ又は多数の分析対象物の認識のため
、空間的に分けられた計測区域（ｄ）が、その上に固定化された生物学的又は生
化学的又は合成認識要素によって占有される区域によって画定される。これらの
区域は、いかなる形状、たとえば点、円、矩形、三角形、楕円又は線の形を有す
ることもできる。それに関して、空間的に分けられた計測区域（ｄ）は、生物学
的又は生化学的又は合成認識要素を格子導波路構造に空間選択的に被着させるこ
とによって生成することができる。分析対象物又は固定化された認識要素との結
合を求めて分析対象物と競合する分析対象物類似体又は多工程検定におけるさら
なる結合相手が認識要素と接触すると、これらの分子は、固定化された認識要素
によって占有された区域によって画定される、格子導波路構造の表面上の計測区
域だけで選択的に結合する。

【００２２】驚くことに今、本発明の格子導波路構造（ＧＷＳ）、たとえば、導波層中で変
調され、ＧＷＳの全面にかけて延びる格子構造を使用すると、特に、光を層（ａ
）に内結合するための共振条件又はそれに近い条件での大面積照射（すなわち、
たとえば５mmのビーム直径で）により、光の内結合のための共振条件の満足度の
差、すなわち、生物学的認識要素、たとえばオリゴヌクレオチドによる、生成さ
れた計測区域として設けられる格子構造の集団包括範囲の局所差を、高い局所解
像度（５０μm以下）及び大きなコントラスト、すなわち集団包括範囲の差又は
変化を測定するための高い感度で測定することができることがわかった。それに
関して、局所解像度及びコントラストは、驚くことに、本発明の方法が、画像処
理法として、展開面の集団包括範囲（数平方ミリメートルから数平方センチメー
トルまでの程度）の同時位相特性決定に十分適するほど良好である。たとえば、
格子導波路構造に対する励起光の入射角を合間に変化させながら順次にカメラ画
像（たとえば透過及び「反射」の）を撮影して異なる局所的集団包括範囲を決定
して、局所的集団包括範囲に依存する種々の角度で透過の最小値又は「反射」の
最大値を測定する。集団包括範囲の局所的に分解された分布は、これらの連続画
像から数値的方法によって決定することができる。局所分解なしで結合条件の変
化に基づく従来の分析対象物測定方法と比較すると、本発明による新規な方法は
多数の利点を提供する。これらの利点は、たとえば、連続画像を一秒の何分のい
くつかの間隔で、ミリ秒単位の露出時間で撮影できることによる、はるかに高い
方法の速度である。さらには、先に述べた従来法に関するように、別個の計測区
域の順次局所計測の合間に格子導波路構造を常に新たな計測位置に移動させなけ
ればならない場合の位置決めの再現精度の問題が解消される。もう一つの利点と
して、新規な方法はまた、研究される表面の種々の集団包括範囲の測定のために
短い反復時間で入射角の走査を繰り返すことにより、ＧＷＳ上の共通のサンプル
区画内の多数の計測区域に対して同時運動計測を実施することを可能にする。

【００２３】本発明の第一の主題は、励起光を導波路に内結合するための、又は導波路中を
誘導される光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横
方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォ
ーム上に含む格子導波路構造であって、第一の光学的に透明な層（ａ）を、層（ａ）よりも小さい屈折率の第二の光学
的に透明な層（ｂ）の上に有し、励起光を計測区域（ｄ）に向けて内結合するための、又は計測区域の領域で層
（ａ）中を誘導される光を外結合するための一以上の格子構造（ｃ）を有し、前記一以上の格子構造（ｃ）上に横方向に分けられた少なくとも一以上の計測
区域（ｄ）を有し、前記計測区域と接触するサンプル中の一以上の分析対象物の定性及び／又は定
量測定のための、前記計測区域に固定化された等しい又は異なる生物学的又は生
化学的又は合成認識要素（ｅ）を有する積層光学導波路を含み、前記励起光が計測区域の前記配列に同時に照射され、光を前記二以上の計測区
域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度が同時に計測され、一
つの計測区域から一以上の隣接計測区域まで層（ａ）中を誘導される励起光のク
ロストークが、格子構造（ｃ）によって前記励起光を再び外結合することによっ
て防止される格子導波路構造である。

【００２４】本発明による格子導波路構造は、励起光束を光学層（ａ）の計測区域の領域に
内結合するための共振条件の満足度に基づき、格子構造（ｃ）上の多数の計測区
域の集団包括範囲を同時に測定することを可能にする。

【００２５】本発明の特別な主題は、励起光を導波路に内結合するための、又は導波路中を
誘導される光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横
方向に分けられた少なくとも四以上の計測区域（ｄ）の二次元配列を前記プラッ
トフォーム上に含む格子導波路構造であって、第一の光学的に透明な層（ａ）を、層（ａ）よりも小さい屈折率の第二の光学
的に透明な層（ｂ）の上に有し、励起光を計測区域（ｄ）に向けて内結合するための、又は計測区域の領域で層
（ａ）中を誘導される光を外結合するための一以上の格子構造（ｃ）を有し、前記一以上の格子構造（ｃ）上に横方向に分けられた少なくとも一以上の計測
区域（ｄ）を有し、前記計測区域と接触するサンプル中の一以上の分析対象物の定性及び／又は定
量測定のための、前記計測区域に固定化された等しい又は異なる生物学的又は生
化学的又は合成認識要素（ｅ）を有する積層光学導波路を含み、共通の格子構造（ｃ）上の計測区域の密度が１平方センチメートルあたり少な
くとも１０個であり、前記励起光が計測区域の前記配列に同時に照射され、光を
前記二以上の計測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度が
同時に計測され、一つの計測区域から一以上の隣接計測区域まで層（ａ）中を誘
導される励起光のクロストークが、格子構造（ｃ）によって前記励起光を再び外
結合することによって防止される格子導波路構造である。

【００２６】連続的に変調される格子構造（ｃ）が本質的に前記格子導波路構造の全区域に
延びることが好ましい。

【００２７】光を層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を測定するための横方向解
像度が２００μmよりも高いことを特徴とするような、本発明の格子導波路構造
の実施態様が好ましい。特に好ましいものは、光を層（ａ）に内結合するための
共振条件の満足度を測定するための横方向解像度が２０μmよりも高い実施態様
である。

【００２８】光の内結合のための共振条件の対応する変化による横方向（局所）解像度の変
化又は集団包括範囲の変化の測定の感度に重要なパラメータは、格子深さである
。本発明の格子導波路構造により、格子構造（ｃ）のより大きな変調深さの選択
によって光を層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を測定するための横
方向解像度を改善すること、又は前記格子構造のより小さい変調深さの選択によ
って横方向解像度を低くすることが可能である。同様な方法で、格子構造（ｃ）
の変調深さの減少により、光を層（ａ）に内結合するための共振条件を満たすた
めの共振角の半値幅を減らす、又は前記格子構造の変調深さの増大により、その
半値幅を増すことが可能である。

【００２９】本発明による格子導波路構造の表面の有効屈折率の変化の測定のための横方向
解像度又は感度はまた、横断方向に磁気的に偏光されるモード（ＴＭ）と横断方
向に電気的に偏光されるモード（ＴＥ）との間の選択によって本質的に実施する
ことができる。小さな層厚さ（たとえば１００nm〜４００nm）のせいで照射励起
光の基本モード（ＴＥ₀又はＴＭ₀、以下を参照）だけしか支持することができな
い屈折性の高い（たとえば屈折率＞２）導波層（ａ）の場合、ＴＭモードは、格
子導波路構造の構造化領域（たとえば、５nm〜６０nmの格子深さを有する）の中
で、対応するＴＥモード（すなわち、同じオーダのＴＥモード）よりも低い減衰
、すなわち、より大きな伝播長を示す。これは、同様な格子深さの条件下で、横
方向（局所的）解像度がＴＭモードを使用する場合よりも低いことを意味する。
反対に、格子構造（ｃ）によって格子導波路構造の同様な格子パラメータ（格子
周期及び深さ）及び層パラメータ（屈折率及び層厚さ）で励起光を導波層（ａ）
に内結合するための条件を満たすための共振曲線のシャープネスは、ＴＥモード
の場合よりもＴＭモードの場合のほうが有意に顕著である。これは、共振条件の
満足度を測定するための信号強さの解像度、すなわち感度がＴＭモードの場合に
より高いことを意味する。その結果、ＴＭモードの適用又はＴＥモードの適用の
選択は、実際の調査作業に依存して実施しなければならない。

【００３０】本発明による格子導波路構造によって前記共振条件の変化を高い感度及び高い
横方向（局所）解像度で測定するためには、計測区域の外で安定な共振条件、特
に唯一の結合角を設定するため、共振条件の変化の測定の感度を実施する、指定
された物理パラメータ、たとえば導波層の屈折率及び厚さならびに格子導波路構
造そのもののパラメータとしての格子周期及び格子深さが、調査される配列の区
域に対応する区域内でできるだけ少ししか変化しないことが望ましい。通常、同
時に調査される計測区域の配列は、少なくとも２mm×２mmの大きさを有する。し
たがって、計測区域の外で、単色励起光の内結合又は外結合のための共振角が、
少なくとも４mm²の区域内（区域境界の方向が格子構造（ｃ）の線に対して平行
又は非平行である）で０．１゜（平均値からの偏差として）以下しか変化しない
ならば、それは有利である。当然、そのような結合角の顕著な均一性をより大き
な区域ででも達成することができるならば、それは有利である。したがって、結
合角が、少なくとも１０mm×１０mmの区域内（区域境界の方向が格子構造（ｃ）
の線に対して平行又は非平行である）で０．１゜（平均値からの偏差として）以
下しか変化しないことが好ましい。結合角が、少なくとも５０mm×５０mmの区域
内（区域境界の方向が格子構造（ｃ）の線に対して平行又は非平行である）で０
．１゜（平均値からの偏差として）以下しか変化しないならば、それは特に好ま
しい。

【００３１】外部条件の多数の巨視的変化が前記共振条件を実施する。光学的に透明な層（
ａ）及び（ｂ）の屈折率ならびに格子導波路構造と接触するサンプルの屈折率は
温度の関数として変化する。したがって、本発明による格子導波路構造の温度は
、適切な手段によって一定に維持されるか、制御される方法で変更又は調節する
ことできる。

【００３２】光を内結合するための共振条件の満足度は、本発明の格子導波路構造により、
種々の方法で測定することができる。本発明の一つの主題は、光を計測区域に向
けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度が、反射光（すなわち、両部
分の和）に対して本質的に平行に外結合される励起光の強さから測定される格子
導波路構造の実施態様である。

【００３３】もう一つの実施態様に特徴的であることは、光を計測区域に向けて層（ａ）に
内結合するための共振条件の満足度が透過励起光の強さから測定されることであ
る。

【００３４】さらに別の実施態様に特徴的であることは、光を計測区域に向けて層（ａ）に
内結合するための共振条件の満足度が、格子構造（ｃ）によって内結合されたの
ち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の強さから測定されることである。

【００３５】また、本発明による格子導波路構造に特徴的であることは、反射光の強さと、
それに対して本質的に平行に外結合される励起光の強さとの和が、光を前記局所
計測区域の領域で層（ａ）に内結合するための共振条件を局所的に満たすことに
より、最大を示すことである。それに関して、外結合される励起光と、一つの同
じ計測区域から反射される励起光とを実際には区別することはできない。理由は
、両方の光は同じ場所から発して同じ方向に伝播するからである。

【００３６】同時に、透過励起光の強さは、光を前記局所計測区域の領域で層（ａ）に内結
合するための共振条件を局所的に満たすことにより、最小を示す。さらには、格
子構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光
の強さは、光を前記局所計測区域の領域で層（ａ）に内結合するための共振条件
を局所的に満たすことにより、最大を示す。

【００３７】光学的導波層（ａ）中を誘導されるモードの伝播損失の量は、下にある支持層
の表面粗さ及びこの支持層に含まれるかもしれないクロモフォアの吸収（これは
さらに、層（ａ）中を誘導されるモードの減衰フィールドのこの支持層への浸透
により、この支持層で不要なルミネセンスを励起する危険を伴う）によって多大
な程度まで決まる。さらには、光学的に透明な層（ａ）及び（ｂ）の熱膨張率の
違いによって熱応力が発生することがある。たとえば透明な熱可塑性プラスチッ
クからなる化学的な感受性で光学的に透明な層（ｂ）の場合、層（ｂ）を攻撃す
るかもしれない溶媒の、光学的に透明な層（ａ）の微小孔への浸透を防ぐことが
望ましい。

【００３８】したがって、層（ａ）よりも低い屈折率を有し、層（ａ）と接触しており、厚
さ５nm〜１００００nm、好ましくは１０nm〜１０００nmのさらなる光学的に透明
な層（ｂ′）が光学的に透明な層（ａ）と層（ｂ）との間に位置するならば、そ
れは有利である。中間層の目的は、層（ａ）の下の表面粗さの軽減又は層（ａ）
中を誘導される光の減衰フィールドの、下に位置する一以上の層への浸透の軽減
又は下に位置する一以上の層への層（ａ）の付着の改善又は光学センサプラット
フォーム内で熱的に誘発される応力の軽減又は層（ａ）の微小孔を下に位置する
層に対してシールすることによる、下に位置する層からの光学的に透明な層（ａ
）の化学的隔離である。

【００３９】本発明の格子導波路構造の格子構造（ｃ）は、均一な周期の回折格子又は多回
折格子であることができる。また、格子構造（ｃ）は、光学的に透明な層（ａ）
に内結合される励起光の伝播方向に関して垂直又は平行に、横方向に変化する周
期性を有することが可能である。

【００４０】第二の光学的に透明な層（ｂ）の材料は、石英、ガラス又はたとえばポリカー
ボネート、ポリイミドもしくはポリメチルメタクリレートを含む群の透明な熱可
塑性プラスチックを含むことが好ましい。

【００４１】また、第一の光学的に透明な層（ａ）の屈折率が１．８よりも大きいことが好
ましい。多様な材料が光学的に透明な層（ａ）に適している。一般論を限定する
ことなく、第一の光学的に透明な層（ａ）は、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔ
ａ₂Ｏ₅、ＨｆＯ₂又はＺｒＯ₂、特に好ましくはＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅又はＴａ₂Ｏ₅
を含む群の材料を含むことが好ましい。

【００４２】光学的に透明な導波層（ａ）の屈折率の他にも、その厚さが、より低い屈折率
の隣接層との界面でできるだけ強い減衰フィールドを発生させるための第二の重
要なパラメータである。層厚さが少なくとも一つの励起波長モードを誘導するの
に十分である限り、導波層（ａ）の厚さの減少とともに減衰フィールドの強さが
増す。それに関して、モードを誘導するための最小「カットオフ」層厚さはこの
モードの波長に依存する。「カットオフ」層厚さは、短めの波長の光の場合より
も長めの波長の光の場合の方が大きい。しかし、「カットオフ」層厚さに近づく
につれ、望まれない伝播損失もまた強く増大し、それにより、好ましい層厚さの
選択の下限をさらに限定する。

【００４３】好ましいものは、所与の励起波長で一つから三つのモードだけを誘導すること
ができる光学的に透明な層（ａ）の層厚さである。特に好ましいものは、この所
与の励起波長で単モード導波路を生じさせる層厚さである。誘導される光の別個
のモードの特性は横断方向モードだけに関することが理解される。

【００４４】これらの要件の結果として、第一の光学的に透明な層（ａ）の厚さとその屈折
率との積が、層（ａ）に内結合される励起光の励起波長の１／１０〜１、好まし
くは１／３〜２／３であることが好ましい。

【００４５】光学的に透明な導波層（ａ）及び隣接層の屈折率が所与であると、上記共振条
件にしたがって励起光を内結合するための共振角は、内結合される回折次数、励
起波長及び格子周期に依存する。一次の回折次数の内結合は、内結合効率を増す
のに有利である。内結合効率の量のためには、回折次数の数の他に、格子深さが
重要である。原則として、結合効率は、格子深さが増すとともに増大する。しか
し、外結合の過程が内結合に対して完全に逆であるため、外結合効率が同時に増
し、その結果、格子構造（ｃ）又はそれに隣接して位置する計測区域（ｄ）にお
けるルミネセンスの励起に最適な条件が得られる。この最適な条件は、計測区域
及び投射される励起光束の形状に依存する。これらの境界条件に基づき、格子（
ｃ）が２００nm〜１０００nmの周期を有し、３nm〜１００nm、好ましくは１０nm
〜３０nmの変調深さを有するならば、それは有利である。

【００４６】さらには、第一の光学的に透明な層（ａ）の厚さに対する変調深さの比は０．
２以下であることが好ましい。

【００４７】すでに述べたパラメータの他に、「棒対溝比」が、内結合及び外結合の効率に
影響する。たとえば矩形の格子の場合、「棒対溝比」は、格子棒の幅と格子溝の
幅との比をいう（誘導光の伝播方向に関して平行な寸法）。好ましくは、格子は
０．５〜２の「棒対溝比」を有する。

【００４８】それに関して、格子構造（ｃ）は、矩形、三角形又は半円形の断面のレリーフ
格子であることもできるし、本質的に平面的な光学的に透明な層（ａ）で屈折率
の周期的な変調を有する位相格子又は容積格子であることもできる。

【００４９】また、光学系における調節の簡素化のための及び／又は分析系の一部としての
サンプル区画への接続のための光学的又は機械的に認識可能な印が格子導波路構
造上に設けられるならば、それは有利であることができる。

【００５０】本発明による格子導波路構造は、一以上の供給サンプル中の一以上の分析対象
物の高感度検出のための生化学的分析学における応用に特に適している。以下の
好ましい態様の群は、主にこの応用分野を意図したものである。これらの応用の
場合、測定する分析対象物の認識及び結合のための生物学的又は生化学的又は合
成認識要素が格子導波路構造上に固定化される。固定化は、おそらくは構造全体
に及ぶ大きな区域で実施することもできるし、別個のいわゆる計測区域で実施す
ることもできる。

【００５１】本発明の本質では、液体サンプル中の一つ又は多数の分析対象物の認識のため
、空間的に分けられた計測区域（ｄ）が、その上に固定化された生物学的又は生
化学的区域又は合成認識要素によって占有される区域によって画定される。これ
らの区域は、いかなる形状、たとえば点、円、矩形、三角形、楕円又は線の形を
有することもできる。１００００００個までの計測区域を本発明の格子導波路構
造上に二次元配設で設けることができ、一つの計測区域が０．００１mm²〜６mm² の面積を占有することができる。通常、共通の格子導波路構造上の計測区域の密
度は、１平方センチメートルあたり計測区域１０個より多い密度、好ましくは１
００個より多い密度、特に好ましくは１０００個より多い密度であることができ
る。

【００５２】また、そのフットプリントの外寸は、約８cm×１２cmの標準マイクロタイタプ
レート（９６又は３８４又は１５３６ウェル）のフットプリントに似ていること
が好ましい。

【００５３】生物学的又は生化学的又は合成認識要素を光学的に透明な層（ａ）に被着させ
る方法は数多くある。たとえば、被着は、物理的吸着又は静電気的相互作用によ
って実施することができる。その場合、一般に、認識要素の向きは統計的性質で
ある。さらには、分析対象物を含有するサンプルと、分析過程で加えられる試薬
とが異なる組成を有するならば、固定化された認識要素の一部が洗い落とされる
危険がある。したがって、生物学的又は生化学的又は合成認識要素の固定化のた
めに付着促進層（ｆ）が光学的に透明な層（ａ）に被着されるならば、それは有
利であることができる。この付着促進層もまた、透明であるべきである。特に、
付着促進層の厚さは、導波層（ａ）を出てその上に位置する媒体に入る減衰フィ
ールドの浸透深さを超えるべきではない。したがって、付着促進層（ａ）は、２
００nm未満、好ましくは２０nm未満の厚さを有するべきである。付着促進層は、
たとえば、シラン、エポキシド、官能化された帯電又は極性ポリマー及び「自己
組織化官能化単分子層」を含む群の化合物を含むことができる。

【００５４】生物学的又は生化学的又は合成認識要素を被着させるためには、インクジェッ
トスポッティング、機械的スポッティング、マイクロコンタクトプリント、生物
学的又は生化学的又は合成認識要素を平行又は交差マイクロチャネルに供給し、
圧力差又は電気もしくは電磁ポテンシャルを印加して計測区域と流体接触させる
ことを含む方法の群の一以上の方法を適用することができる。

【００５５】核酸（たとえばＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド）及び核酸類似体（たと
えばＰＮＡ）、抗体、アプタマー、膜結合し単離された受容体、それらのリガン
ド、抗体に対する抗原、「ヒスチジンタグ成分」、分子インプリントをホストす
るための、化学合成によって生成されたキャビティなどを含む群の成分を生物学
的又は生化学的又は合成認識要素として被着させることができる。

【００５６】最後に挙げたタイプの認識要素は、「分子インプリンティング」として文献に
記載されている方法によって製造されるキャビティをいう。この手法では、大部
分は有機溶液中の分析対象物又は分析対象物類似体をポリマー構造中に封入する
。すると、これが「インプリント」と呼ばれる。そして、適切な試薬の添加によ
り、分析対象物又はその類似体をポリマー構造から溶解させ、ポリマー構造中に
空のキャビティを残す。そして、この空のキャビティを、分析対象物測定のその
後の方法で、高い立体選択性をもつ結合サイトとして使用することができる。

【００５７】また、全細胞又は細胞断片を生物学的又は生化学的又は合成認識要素として被
着させることもできる。

【００５８】多くの場合、いわゆる非特異的結合によって生じる信号、すなわち、分析対象
物又は分析対象物測定に加えられる他の成分（たとえば、疎水性吸着又は静電気
的相互作用により、固定化される生物学的又は生化学的又は合成認識要素が設け
られている区域で結合するだけでなく、格子導波路構造の、これらの認識要素に
よって占有されない区域ででも結合する）の結合によって生じる信号による分析
方法の検出の限界がある。したがって、非特異的結合又は吸着を最小限にするた
め、分析対象物に対して「化学的に中性」である化合物が横方向に分けられた計
測区域（ｄ）の間に被着されるならば、それは有利である。「化学的に中性」の
化合物としては、分析対象物又は分析対象物の類似体又は多工程検定におけるさ
らなる結合相手の認識及び結合のための特異的結合サイトを有さず、その存在の
ため、分析対象物又はその類似体又はさらなる結合相手が格子導波路構造の表面
にアクセスすることを阻止するような化合物がそう呼ばれる。

【００５９】たとえば、アルブミン、特にウシ血清アルブミンもしくはヒト血清アルブミン
、分析されるポリヌクレオチドとでハイブリダイズしない、断片化された天然も
しくは合成ＤＮＡ、たとえばニシンもしくはサケ***又は帯電していないが親水
性のポリマー、たとえばポリエチレングリコールもしくはデキストランを含む群
の化合物を「化学的に中性」の化合物として被着させることができる。

【００６０】それに関して、特に、ポリヌクレオチドハイブリダイゼーション検定で非特異
的ハイブリダイゼーションの低減のために適用される前述の化合物（たとえばニ
シン又はサケ***）の選択は、分析されるポリヌクレオチドにとって「異質」で
あり、分析されるポリヌクレオチド配列との相互作用が知られていないＤＮＡの
経験的好適さによって決定される。

【００６１】本発明のさらなる主題は、励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を
誘導される光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横
方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォ
ーム上に含む光学系であって、少なくとも一つの励起光源と、本発明の格子導波路構造と、照射励起光に関して格子導波路構造の反対側に位置する透過励起光の測定のた
めの、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光の測定のための、及び／又は格子
構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の
測定のための、少なくとも一つの局所分解検出器と、を含む光学系である。

【００６２】特に、反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光を集めるための上記
実施態様の場合、導波層（ａ）から反対側の光学的に透明な層（ｂ）の面、すな
わち照射励起光に関して格子導波路構造の反対側の面が反射防止コーティングを
施されているならば、これは、測定される計測信号から独立して起こることがで
きる、たとえばフレネル反射によって生じることができる混乱させる反射及び干
渉現象を減らすことに役立つことができる。

【００６３】少なくとも一つの局所分解検出器を、収集される光の画分（透過励起光又は反
射画分に対して平行に再び外結合される励起光）に依存して照射励起光に関して
格子導波路構造の同じ又は反対側に配置することに対する前記境界条件は、光路
中に適切に配置された映写スクリーンを使用することによって簡素化することが
できる。適切な映写スクリーンは、拡散反射性又は／及び拡散透過性であるべき
である。スクリーン材料の選択に関して、その粒状度、特にその表面の粒状度が
非常に重要である。大きすぎる粒状度は、コントラストの減少及びぼやけた輪郭
の生成、すなわち、横方向（局所）解像度及び感度の減少に通じる。スクリーン
の本体材料（たとえばテフロン（登録商標）ブロック）中の大きすぎる伝播長は
、同様な不利な効果を有する。実際には、細かい粒状度の白い紙片が、照射励起
光に関して格子導波路構造の反対側に配置されなければならない、十分に適した
拡散反射性映写スクリーンと考えられる。この例では、少なくとも一つの局所分
解検出器が、照射励起光に関して格子導波路構造の同じ側に配置される。拡散透
過性映写スクリーンが使用されるとき、検出器は、格子導波路構造の両側に配置
することができる。

【００６４】このような映写スクリーンはまた、好都合には、反射光に対して同じく本質的
に平行に外結合される光の収集のために適用することもできる。そのような映写
スクリーンを使用しないならば局所分解検出器はこの光画分の伝播方向に正確に
配置しなければならないが（実際には、このような検出器の空間的寸法のせいで
実現することは困難である）、このような映写スクリーンを使用することにより
、位置決めに関するこれらの要件は解消される。

【００６５】照射励起光に関して格子導波路構造とは反対側で透過励起光を収集するために
映写スクリーンを使用することにより、たとえば、層（ａ）中を誘導される光か
らの散乱光の収集の代替構造と比較する場合、本発明の格子導波路構造に光を内
結合するための共振条件の満足度を測定するための特に良好なコントラストを達
成することができる。この設計（映写スクリーンを使用する）により、たとえば
、格子導波路構造の表面欠陥による、誘導される励起光の外結合によって生じる
散乱光の不利なコントラスト低下をほぼ完全に避けることができる。本質的に平
行な励起光束を使用すると、この設計のさらなる利点として、感度及び／又は横
方向（局所）解像度を有意に低下させることなく、格子導波路構造からの映写ス
クリーンの距離を広い範囲で変化させることができる。たとえば、サンプル区画
の他方の反対側を形成する格子導波路構造の導波層（ａ）とは反対のサンプル区
画の側面を映写スクリーンとして設けることもできる。

【００６６】したがって、本発明のさらなる主題は、励起光を導波路に内結合するための又
は導波路中を誘導される光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定す
るための、横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記
プラットフォーム上に含む光学系であって、少なくとも一つの励起光源と、本発明の格子導波路構造と、透過励起光の画像を生成するための、励起光の照射方向に関して格子導波路構
造の反対側に位置する少なくとも一つの拡散反射及び／又は拡散透過映写スクリ
ーンと、前記映写スクリーンからの透過励起光の画像を収集するための少なくとも一つ
の局所分解検出器と、を含む光学系である。

【００６７】一つの可能な実施態様に特徴的であることは、前記映写スクリーンからの透過
励起光の画像を収集するための少なくとも一つの局所分解検出器が、励起光の照
射方向に関して格子導波路構造の同じ側に位置するということである。

【００６８】もう一つの可能な変形として、前記映写スクリーンからの透過励起光の画像を
収集するための少なくとも一つの局所分解検出器が、透過励起光の側に、すなわ
ち、励起光の照射方向に関して格子導波路構造の反対側に位置し、それにより、
前記映写スクリーンが少なくとも部分的に透過性である。

【００６９】特定の用途の場合、層（ａ）に内結合される励起光の伝播方向に関して本質的
に垂直に局所的に変化する周期性を有する一以上の格子構造（ｃ）を有する格子
導波路構造を有する光学系の実施態様が好ましく、計測区域を超えない区域が、
層（ａ）に内結合される励起光の伝播方向に関して本質的に垂直に局所的に変化
する周期性を有する各格子構造（ｃ）に設けられ、かつ、格子導波路構造の非構
造化区域が、層（ａ）に内結合され、かつ、層（ａ）中を誘導される励起光の伝
播方向に設けられ、かつ、場合によっては、さらなる格子構造（ｃ）が、層（ａ
）中を誘導される励起光のさらなる伝播方向に設けられ、それが、前記誘導され
る励起光を局所分解検出器に向けて外結合するために使用される。このような実
施態様は、格子構造（ｃ）上の計測区域における分子の吸着又は脱着により、集
団包括範囲の変化、より一般的には局所有効屈折率の変化が、前記格子構造（ｃ
）によって励起光を層（ａ）に内結合するための共振条件を満たす局所位置を格
子線に対して本質的に平行にシフトさせるような方法で設計することができる。
それに関して、この段落に記載された特定の実施態様の少なくとも二つの格子構
造（ｃ）の一次元配設（層（ａ）に内結合される励起光の伝播方向に対して本質
的に垂直に局所的に変化する周期性を有する）が励起光で同時に照射されるよう
な本発明の光学系の実施態様が好ましい。さらには、励起光が本質的に平行に照
射され、本質的に単色であることが好ましい。層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又
はＴＭ₀モードの励起のために励起光が直線偏光状態で照射されるならば、それ
は特に有利である。好ましくは、多数のそのような格子構造、たとえば少なくと
も四つのこのタイプの格子構造の二次元配設が常に同時に照射される。

【００７０】格子導波路構造の所与の層及び格子パラメータに関して、格子導波路構造に光
を内結合するための又は格子導波路構造から光を外結合させるための共振条件を
満たすための残る自由なパラメータを変化させるいくつかの可能性がある。単一
モードの導波（ＴＥ₀又はＴＭ₀）を可能にする十分に薄い導波層（ａ）の場合、
一定の所与の波長ごとに、たとえば常に一つの十分に画定された角度（格子導波
路構造の面に対して垂直な、格子線に対して平行な面に関する）があり、これに
関して、関連する共振曲線のごく小さな幅（格子深さに強く依存する）で共振条
件が満たされる。したがって、照射励起光の入射角の変化が、共振条件の測定及
び制御のための一つの可能なパラメータである。

【００７１】したがって、本発明のもう一つの主題は、励起光を導波路に内結合するための
又は導波路中を誘導される光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定
するための、横方向に分けられた少なくとも四以上の計測区域（ｄ）の二次元配
列を前記プラットフォーム上に含む光学系であって、少なくとも一つの励起光源と、本発明の格子導波路構造と、格子導波路構造に対する励起光の入射角を変化させるための位置決め要素と、照射励起光に関して格子導波路構造の反対側に位置する透過励起光の測定のた
めの、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光の測定のための、及び／又は格子
構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の
測定のための、少なくとも一つの局所分解検出器と、を含む光学系である。

【００７２】すでに上記したように、収集される光の画分（透過励起光又は反射画分に対し
て本質的に平行に再び外結合される励起光）に依存して照射励起光に関して格子
導波路構造の同じ側又は反対側に位置する少なくとも一つの局所分解検出器の配
置に関する指定要件は、光路中に適切に配置される映写スクリーンを使用するこ
とによって簡素化することができる。

【００７３】したがって、本発明のさらなる主題は、励起光を導波路に内結合するための又
は導波路中を誘導される光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定す
るための、横方向に分けられた少なくとも四以上の計測区域（ｄ）の二次元配列
を前記プラットフォーム上に含む光学系であって、少なくとも一つの励起光源と、本発明の格子導波路構造と、格子導波路構造に対する励起光の入射角を変化させるための位置決め要素と、透過励起光の画像を生成するための、励起光の照射方向に関して格子導波路構
造の反対側に位置する拡散反射及び／又は拡散透過映写スクリーンと、前記映写スクリーンから透過励起光の画像を収集するための少なくとも一つの
局所分解検出器とを含む光学系である。

【００７４】機械的に動く部品はしばしば比較的高い程度の損耗を示すため、系において機
械的に動く部品を避けて、できるだけ少ない保守管理しか要らないようにするこ
とが望ましいことがしばしばある。加えて、高度に正確な機械的位置決めに要す
る時間は無視できない。所与の系パラメータのための代替解決方法として、共振
条件を満たすための適切な角度に近く調節されることが好ましい、格子導波路構
造に対する照射励起光の一定の所与の入射角により、照射励起波長を変化させる
ことが可能である。

【００７５】好ましい実施態様は、励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導
される光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向
に分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォーム
上に含む光学系であって、一定のスペクトル範囲で同調可能な少なくとも一つの励起光源と、本発明の格子導波路構造と、照射励起光に関して格子導波路構造の同じ側に位置する透過励起光の測定のた
めの、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光の測定のための、及び／又は格子
構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の
測定のための、少なくとも一つの局所分解検出器と、を含む光学系である。

【００７６】所与の格子導波路構造の場合、その特別なパラメータから依存して、結合角の
変化及び照射励起光の変化の十分に画定された等価物がある。たとえば１５０nm
五酸化タンタル（ｎ＝６３３nmで２．１５）をガラス（ｎ＝６３３nmで１．５２
、３２０nm周期の格子構造（格子深さは通常１０nm〜２０nm）上に含む格子導波
路構造の場合、０．２゜の結合角の変化が、内結合される横断方向に電気的に偏
光された光の場合で、内結合される波長の０．２゜の変化に相当することができ
る。このような構造の場合、完全なタンパク質単分子層の被着の結果として生じ
る結合角の変化は同じオーダの大きさである。

【００７７】前記少なくとも一つの同調可能な光源が、少なくとも１nmのスペクトル範囲で
同調可能であることが好ましい。

【００７８】前記少なくとも一つの同調可能な光源が、少なくとも５nmのスペクトル範囲で
同調可能であるならば、特に有利である。

【００７９】前記少なくとも一つの同調可能な光源は、たとえばレーザダイオードであるこ
とができる。

【００８０】もう一つの可能な代替として、前記一定のスペクトル範囲で同調可能である単
色光源の代わりに、一定のスペクトル範囲内で多色である、好ましくはこの範囲
内で連続的なスペクトルを有する光源を使用することができる。片側で、そのよ
うな多色光源を光路中でスペクトル的に高分解性の光学部品と組み合わせ、それ
らをいっしょにして前記態様と同様に適用することにより、ほぼ単色の同調可能
な励起光を再び発することが可能である。他方の側でも、前記スペクトル範囲の
多色を同時に格子導波路構造に照射することが可能である。

【００８１】したがって、本発明のもう一つの主題は、励起光を導波路に内結合するための
又は導波路中を誘導される光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定
するための、横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前
記プラットフォーム上に含む光学系の実施態様であって、一定のスペクトル範囲で多色である少なくとも一つの励起光源と、本発明の格子導波路構造と、照射励起光に関して格子導波路構造の同じ側に位置する透過励起光の測定のた
めの、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光の測定のための、及び／又は格子
構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の
測定のための、少なくとも一つの局所分解検出器と、を含む光学系の実施態様である。

【００８２】この場合もまた、前記少なくとも一つの多色光源が少なくとも一つの１nmの発
光帯域幅を有することが好ましい。前記少なくとも一つの多色発光光源が、少な
くとも５nmの発光帯域幅を有するならば、それは特に有利である。

【００８３】結果として、多色光源を有するこのような本発明の光学系に基づく計測方法の
いくつかの可能な態様を以下さらに記載する。

【００８４】前記一定のスペクトル範囲中の高スペクトル解像度のスペクトル選択的光学部
品が、格子導波路構造と少なくとも一つの局所分解検出器との間の光路中に位置
することを特徴とするような本発明の光学系の実施態様が好ましい。それに関し
て、前記スペクトル選択的部品が、前記一定のスペクトル範囲内の異なる波長で
格子導波路構造から発せられる計測光の強さ分布のスペクトル選択的な局所的に
分解された二次元表現の生成に適しているならば、それは有利である。

【００８５】特に好ましいものは、励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（
ａ））中を多色光源から計測区域の領域で誘導される光を外結合するための共振
条件の変化の局所分解測定が、透過励起光の同時の又は順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の又は順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の又は順次の収集、により、スペクトル選択的検出によって、前記一定のスペクトル範囲内で、少な
くとも一つの局所分解検出器を使用して、好ましくは格子導波路構造に対する一
定の入射角での励起光の照射の下で実施されるような、多色光源を有する本発明
の光学系の実施態様である。

【００８６】本発明の光学系の多くの実施態様の場合、励起光は本質的に平行に照射される
ことが好ましい。「本質的に平行な」光束とは、その収束又は散開が１゜未満で
あることをいう。相応に、「本質的に直交する」又は「本質的に垂直」とは、対
応する直交又は垂直な向きからの偏差が１゜未満であることをいう。

【００８７】大部分の用途（多色光源に基づくものは除く）では、照射励起光が本質的に単
色であることが好ましい。「本質的に単色」の励起光とは、そのスペクトル帯域
幅が１nm未満であることをいう。

【００８８】さらには、励起光は、層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又はＴＭ₀モードの励起の
ために直線偏光状態で照射されることが好ましい。

【００８９】本発明の主題は、特に、励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層
（ａ））中を計測区域の領域で誘導される光を外結合するための共振条件の変化
の局所分解測定が、透過励起光の順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の順次の収集、により、一以上の局所分解検出器によって、格子構造に照射される励起光の入射
角の変化によって実施されるような光学系の実施態様である。

【００９０】たとえば、照射励起光に関する格子導波路の回転移動を実施するために位置決
め要素によって入射角を変化させることができる他に、このような入射角の変化
はまた、光路中で格子導波路構造から離れたところに位置する光機械的部品、た
とえば可動ミラー又はプリズムを使用することによって実施することもできる。
それに関して、角度又は局所位置の非常に小さな変化を実施するために、ピエゾ
アクチュエータによって駆動される部品が特に適している。

【００９１】特に、機械的に動く部品を避けるため、本発明の光学系のもう一つの実施態様
に特徴的であることは、励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（
ａ））中を計測区域の領域で誘導される光を外結合するための共振条件の変化の
局所分解測定が、透過励起光の順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の順次の収集、により、一以上の局所分解検出器によって、同調可能な光源の発光波長の変化に
より、好ましくは励起光を一定の入射角で格子導波路構造に照射することによっ
て実施されることである。

【００９２】上記した本発明の光学系の実施態様の場合、少なくとも一つの光源からの励起
光を拡大光学部品によって可能な限り均一に本質的に明るい光束に拡大し、一以
上の計測区域に照射することが好ましい。照射される励起光束が、少なくとも一
つの寸法で、少なくとも２mm、好ましくは少なくとも１０mmの直径を有するなら
ば、それは有利である。

【００９３】もう一つの好ましい実施態様に特徴的であることは、少なくとも一つの光源か
らの励起光を、一つの回折光学要素又は光源が多数ある場合には多数の回折光学
要素、好ましくはDammann格子又は屈折光学要素、好ましくはマイクロレンズ配
列により、可能な限り均一な強さの個々の光線の複数に多重化し、個々の光線を
、互いに対して本質的に平行に、横方向に分けられた計測区域に投射することで
ある。

【００９４】本発明の光学系のもう一つの実施態様に特徴的であることは、少なくとも一つ
の光源好ましくは単色の光源からの励起光が、ビーム成形光学部品により、（光
路の光軸に対して垂直な面で）スリット型断面を有し、主軸が構成線に対して平
行に向いて可能な限り均一な強さの光束に拡大され、光束の個々の光線が、格子
導波路構造の面に対して平行な投射面で互いに対して本質的に平行であり、前記
光束が、格子導波路構造の面に対して垂直な面で一定の収束角又は発散角で収束
又は発散することである。

【００９５】それに関して、前記光束の収束角又は発散角が、格子導波路構造の面に対して
垂直な（直交、垂直）面で５゜未満の値を有することが好ましい。

【００９６】前記光束の前記収束角又は発散角が格子導波路構造の面に対して垂直な（直交
、垂直な）面で１゜未満の値を有するならば、特に好ましい。

【００９７】本発明のそのような光学系に特徴的であることは、励起光を層（ａ）に内結合
するための又は導波路（層（ａ））中を計測区域の領域でスリット型断面の照射
領域内で誘導される光を外結合するための共振条件の変化の局所分解測定が、透過励起光の同時の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の収集、により、一以上の局所分解検出器によって実施され、計測区域における共振条件
の局所変化が、前記計測区域からの反射光に対して本質的に平行に発せられる光の強さの最大
値のシフト及び格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の強さの最大値のシフト及び前記計測区域の領域で透過する光の強さの最小値のシフトによってモニタされ（いずれの場合にも、前記計測区域における共振条件を満た
す条件で）、前記強さの最大値及び強さの最小値のシフトが、格子線に対して垂
直な面であり、格子導波路構造の面に対して平行な面で起こることである。

【００９８】また、このような光学系に関しては、前記共振条件の変化、ひいては前記計測
区域の領域における有効屈折率の変化の程度を前記強さの最大値及び強さの最小
値の前記シフトの程度から測定することができることが特徴的である。

【００９９】特定の用途の場合、等しい又は異なる発光波長を有する二以上のコヒーレント
光源を励起光源として使用することが好ましい。

【０１００】二以上の異なる励起波長を加えるような用途では、二以上のコヒーレント光源
の励起光が、異なる周期性の格子構造を重畳したものとして設けられる格子構造
（ｃ）に異なる方向から同時に又は順次に照射されるような光学系の実施態様が
好ましい。

【０１０１】たとえばＣＣＤカメラ、ＣＣＤチップ、フォトダイオードアレイ、アバランシ
ェダイオードアレイ、マルチチャネルプレート及びマルチチャネル光電子増倍管
を含む群の横方向分解検出器を信号検出に使用することが好ましい。

【０１０２】本発明によると、光学系は、透過光束を形成するためのレンズもしくはレンズ
系、光束を偏向させるための、場合によってはさらに形成するための平面もしく
は湾曲ミラー、光束を偏向させるための、場合によってはスペクトル分離するた
めのプリズム、光束の部分をスペクトル選択的に偏向させるためのダイクロイッ
クミラー、透過光の強さを調整するためのニュートラルフィルタ、光束の部分を
スペクトル選択的に透過させるための光学フィルタもしくはモノクロメータ、又
は励起もしくはルミネセンス光の別個の偏光方向を選択するための偏光選択要素
、を含む群の光学部品が、一以上の励起光源と本発明の格子導波路構造との間、
及び／又は前記格子導波路構造と一以上の検出器との間、に位置することを特徴
とするような実施態様を含む。

【０１０３】励起光を１fsec〜１０minの間隔のパルスで投射し、計測区域からの発光を時
間分解的に計測することが可能である。このような実施態様はまた、特に、異な
る計測区域中の認識要素に対する一以上の分析対象物の結合を局所分解的にリア
ルタイムで観察することを可能にする。時間分解的に収集される信号から、対応
する結合速度を測定することができる。この機会は、たとえば、対応する固定化
された生物学的又は生化学的又は合成認識要素に対する種々のリガンドの親和力
の比較を可能にする。それに関して、そのような固定化された認識要素の結合相
手がこの文脈で「リガンド」と呼ばれる。

【０１０４】励起光の投射と一以上の計測区域からの発光の検出とは、一以上の計測区域で
順次に実施することが可能である。これは、特に、ミラー、偏向プリズム及びダ
イクロイックミラーを含む群の可動光学部品を使用して励起及び検出を順次に実
施することによって実現することができる。

【０１０５】また、本発明の一部は、本質的に焦点及び角度保存的なスキャナを使用して励
起及び検出が順次に実施されるような光学系である。また、格子導波路構造を順
次の励起及び検出の過程の間で動かすことが可能である。

【０１０６】本発明のさらなる部分は、励起光を導波路に内結合するための又は前記導波路
中を誘導される光を外結合するための共振条件の変化を、格子導波路構造上の一
以上の計測区域上の少なくとも一つのサンプル中の一以上の分析対象物を測定す
るための、前記プラットフォーム上の少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列
によって局所分解測定するための光学系であって、本発明の格子導波路構造と、本発明及び上記実施態様のいずれかの光学系と、一以上のサンプルを格子導波路構造上の計測区域と接触させるための供給手段
とを有する光学系である。

【０１０７】以下、供給手段によって達成される光学系を分析系とも呼ぶ。

【０１０８】分析系が、格子導波路構造に向けて開口して一以上の計測区域又はセグメント
に組み合わされた計測区域の区域に少なくともあり、それぞれが好ましくは０．
１nl〜１００μlの容積を有する一以上のサンプル区画をさらに含むことが好ま
しい。

【０１０９】本発明の分析系の温度は、適切な手段によって一定に維持することもできるし
、制御される方法で変更し、調節することができることが好ましい。この温度制
御及び調整の好ましい可能性はまた、本発明及び上記実施態様のいずれかの格子
導波路構造の他に、前記サンプル区画、その供給手段ならびに場合によっては設
けられるサンプル及び／又は試薬のための貯蔵区画ならびに場合によっては本発
明の分析及び光学系で適用するための貯蔵位置を含む。

【０１１０】本発明の分析系の可能な実施態様は、サンプル区画が、光学的に透明な層（ａ
）とは反対側で、サンプルの供給又は出口のための入口及び／又は出口を除いて
閉じられ、サンプル及び場合によってはさらなる試薬の供給又は出口が系を通し
て閉鎖流で実施され、共通の入口及び出口を有するいくつかの計測区域又はセグ
メントへの液体供給の場合、これらの開口が好ましくは行ごと又は列ごとに指定
されることにある。

【０１１１】もう一つの可能な実施態様に特徴的であることは、サンプル区画が、サンプル
又は他の試薬の場所指定供給又は除去のための開口を光学的に透明な層（ａ）と
は反対の側に有するということである。

【０１１２】本発明の分析系のさらなる態様では、一以上の分析対象物の測定ための検定の
間に湿潤され、計測区域と接触させられる試薬のための区画が設けられるような
方法で設計されている。

【０１１３】本発明のさらなる主題は、導波路に励起光を内結合するための共振条件の変化
の測定により、上記実施態様のいずれかの格子導波路構造上の横方向に分けられ
た少なくとも二以上の計測区域上の一以上のサンプル中の一以上の分析対象物を
定性及び／又は定量測定する方法であって、横方向に分けられた少なくとも二以
上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォーム上に含み、少なくとも一つの
励起光源からの励起光を、前記計測区域が上に位置する格子導波路構造（ｃ）に
照射し、かつ、光を前記計測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件
の満足度を、照射励起光に関して格子導波路構造の反対側にある透過励起光の収
集のための、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にあ
る反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集のための、及び／又
は格子構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散
乱光の収集のための、少なくとも一つの局所分解検出器の信号から測定する方法
である。

【０１１４】また、本発明の主題は、導波路に励起光を内結合するための又は前記導波路中
を誘導される光を外結合するための共振条件の変化の測定により、本発明の光学
系における上記実施態様のいずれかの格子導波路構造上の横方向に分けられた少
なくとも二以上の計測区域上の一以上のサンプル中の一以上の分析対象物を定性
及び／又は定量測定する方法であって、横方向に分けられた少なくとも二以上の
計測区域（ｄ）の配列を格子導波路構造上に含み、少なくとも一つの励起光源か
らの励起光を、前記計測区域が上に位置する格子導波路構造（ｃ）に照射し、か
つ、光を前記計測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を
、透過励起光の収集のための、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路
構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集す
るための、及び／又は格子構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘
導される励起光の散乱光の収集のための、少なくとも一つの局所分解検出器の信
号から測定する方法である。

【０１１５】本発明のさらなる主題は、光学的に透明な層（ａ）中に結合される励起光の伝
播方向に対して本質的に垂直に横方向に変化する周期性を有する格子導波路構造
上の横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域上の一以上のサンプル中の
一以上の分析対象物を定性及び／又は定量測定する方法であって、層（ａ）に内
結合される励起光の伝播方向に対して本質的に垂直に局所的に変化する周期性を
有する各格子構造（ｃ）上に一以下の計測区域が設けられ層（ａ）に内結合され
、層（ａ）中を誘導される励起光のさらなる伝播方向に格子導波路構造の非構造
化領域が設けられ、場合によっては、層（ａ）中を誘導される励起光のなおさら
なる伝播方向にさらなる格子構造（ｃ）が設けられ、この最後の格子構造を使用
して、前記誘導される励起光を局所分解検出器に向けて再び外結合する方法であ
る。

【０１１６】このような方法に特徴的であることは、格子構造（ｃ）上の計測区域における
分子の吸着又は脱着による、特に集団包括範囲の局所有効屈折率の変化が、前記
格子構造（ｃ）によって励起光を層（ａ）に内結合するための共振条件を満たす
局所位置を格子線に対して本質的に平行にシフトさせることである。このタイプ
の少なくとも二つの格子構造（ｃ）の一次元配設が励起光で同時に照射されるこ
とが好ましい。好ましくは、励起光は本質的に平行に照射され、本質的に単色で
ある。それに関して、層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又はＴＭ₀モードの励起のた
めに励起光が直線偏光状態で照射されるならば、それは有利である。このタイプ
の少なくとも四つの格子構造（ｃ）の二次元配設が励起光で同時に照射されるこ
とが特に好ましい。

【０１１７】また、本発明の特別な主題は、導波路に励起光を内結合するための共振条件の
変化の測定により、本発明の格子導波路構造上の横方向に分けられた少なくとも
二以上の計測区域上の一以上のサンプル中の一以上の分析対象物を定性及び／又
は定量測定する方法であって、横方向に分けられた少なくとも四以上の計測区域
（ｄ）の二次元配列を前記プラットフォーム上に含み、少なくとも一つの励起光
源からの励起光を、前記計測区域が上に位置する格子導波路構造（ｃ）に照射し
、光を前記計測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を、
照射励起光に関して格子導波路構造の反対側にある透過励起光の収集のための、
及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対
して本質的に平行に再び外結合される光の収集のための、及び／又は格子構造（
ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の収集の
ための、少なくとも一つの局所分解検出器の信号から測定し、格子導波路構造に
対する励起光の入射角を位置決め要素によって変化させて、局所屈折率に依存し
て、格子導波路構造（ｃ）上で照射される種々の計測区域の領域で前記共振条件
を種々の角度で満たす方法である。

【０１１８】好ましいものは、導波路に励起光を内結合するための又は前記導波路中を誘導
される光を外結合するための共振条件の変化の測定により、上記実施態様のいず
れかの格子導波路構造上の横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域上の
一以上のサンプル中の一以上の分析対象物を定性及び／又は定量測定する方法で
あって、横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プ
ラットフォーム上に含み、少なくとも一つの励起光源からの励起光を、前記計測
区域が上に位置する格子導波路構造（ｃ）に照射し、光を前記計測区域に向けて
層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を、透過励起光の画像を生成する
ための、励起光の照射方向に関して格子導波路構造の反対側に位置する拡散反射
及び／又は拡散透過映写スクリーンを場合によっては使用することによって透過
励起光を収集するための少なくとも一つの局所分解検出器の信号から、及び／又
は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質
的に平行に再び外結合される光を収集するための少なくとも一つの局所分解検出
器の信号から、及び／又は格子構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中
を誘導される励起光の散乱光を収集するための少なくとも一つの局所分解検出器
の信号から測定し、格子導波路構造に対する励起光の入射角を位置決め要素によ
って変化させて、局所屈折率に依存して、格子導波路構造（ｃ）上で照射される
種々の計測区域の領域で前記共振条件を種々の角度で満たす方法である。

【０１１９】ここでもまた、励起光が本質的に平行に照射され、本質的に単色であることが
好ましい。それに関して、層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又はＴＭ₀モードの励起
のために励起光を直線偏光状態で照射するならば、それは特に有利である。

【０１２０】本発明の方法のもう一つの好ましい実施態様に特徴的であることは、計測区域
の領域で、励起光を層（ａ）に内結合するための共振条件の変化の局所分解測定
を、照射励起光に関して格子導波路構造の反対側にある透過励起光の順次の収集、
及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の順次の収集、により、一以上の局所分解検出器によって、格子導波路構造に照射される励起光
の入射角の変化によって実施することである。

【０１２１】本発明の方法のもう一つの好ましい実施態様に特徴的であることは、計測区域
の領域で、励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ））中を誘
導される光を外結合するための共振条件の変化の局所分解測定を、透過励起光の順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の順次の収集、により、一以上の局所分解検出器によって、格子導波路構造に照射される励起光
の入射角の変化によって実施することである。

【０１２２】それに関して、透過励起光の画像を、照射励起光に関して格子導波路構造の反
対側に位置する拡散反射性及び／又は拡散透過性の映写スクリーン上に生成し、
この画像を少なくとも一つの局所解像検出器によって記録することが好ましい。

【０１２３】この方法の特に好ましい実施態様に特徴的であることは、横方向に分けられた
少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を格子導波路構造上に含む導波路に励
起光を格子導波路構造によって内結合するための又は導波路（層（ａ））中を誘
導される光を外結合するための共振条件が、前記計測区域の一以上で本質的に満たされて、励起光の照射側に関して格子導
波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収
集のための、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ
）中を誘導される励起光の散乱光の、前記計測区域の領域からの収集のための、
局所分解検出器から本質的に最大の信号を生じさせる、及び／又は、計測区域の
領域から透過励起光を収集するための局所分解検出器から本質的に最小の信号を
生じさせるような方法、あるいは、計測区域の間で本質的に満たされて、励起光の照射側に関して格子導波路構造
の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集のため
の、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘
導される励起光の散乱光の、計測区域の間の領域からの収集のための、局所分解
検出器から本質的に最大の信号を生じさせる、及び／又は、計測区域の間の領域
から透過励起光を収集するための局所分解検出器から本質的に最小の信号を生じ
させるような方法で、格子導波路構造に対する励起光の入射角を調節することで
ある。

【０１２４】それに関して、励起光で照射される格子導波路構造の領域で共振条件を満たす
ための差が結合角の共振曲線の半値幅よりも小さいならば、計測光の強さと共振
条件の満足度との明確な関係（前記領域から記録した光の強さに関する）を導出
することができる。その結果、たとえば格子導波路構造に対する入射角を変化さ
せるか、照射波長を変化させることによる共振曲線の順次記録は不必要であり、
一つの画像を記録することにより、共振条件の局所満足度、ひいては局所有効屈
折率に関する情報を得ることができる。

【０１２５】したがって、格子導波路構造に対する励起光の調節された入射角を変化させる
ことなく、種々の計測区域の領域中及び計測区域の間の領域中の有効屈折率の局
所差を、透過励起光のための、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構
造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集のた
めの、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を
誘導される励起光の散乱光の収集のための、一以上の局所分解検出器の強さの局
所差から測定することが好ましい。

【０１２６】本発明の方法のもう一つの好ましい実施態様に特徴的であることは、少なくと
も一定のスペクトル範囲で同調可能な光源から励起光を層（ａ）に内結合するた
めの、又は導波路（層（ａ））中を計測区域の領域で誘導される光を外結合する
ための、共振条件の変化の局所分解測定を、透過励起光の順次の収集、及び／又
は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の順次の収集によって、及び／又は格子導波路構造
（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の順次
の収集によって、各配置で一以上の局所分解検出器を使用し、前記少なくとも一
つの同調可能な光源の発光波長を変えることにより、好ましくは格子導波路構造
に対して励起光の一定の入射角で実施することである。

【０１２７】共振条件の局所差の測定のため、結合角を変化させる代わりに同調可能な光源
の発光波長を変化させることは、機械的可動部品を避ける顕著な利点を有する。
この方法はまた、低めのシステム費用でより高い解像度を得る潜在能力の有意な
利点を提供する。たとえば一般的な市販のレーザダイオードの場合、発光レーザ
波長を、作動のために供給される電流によって非常に正確に制御することができ
る。たとえば、非常に正確に調節可能な励起波長の生成は、光機械的部品による
角度の高分解角度調節及び計測によりもはるかに費用効果的であることができる
。

【０１２８】前記少なくとも一つの同調可能な光源は、少なくとも１nmのスペクトル範囲で
同調させることができることが好ましい。

【０１２９】前記少なくとも一つの同調可能な光源を少なくとも５nmのスペクトル範囲で同
調させることができるならば、それは特に有利である。

【０１３０】前記少なくとも一つの同調可能な光源は、たとえばレーザダイオードであるこ
とができる。

【０１３１】方法のもう一つの好ましい実施態様に特徴的であることは、透過励起光の画像
を、格子導波路構造に関して格子導波路構造の同じ側にある拡散反射性及び／又
は拡散透過性の映写スクリーン上に生成し、この画像を少なくとも一つの局所解
像検出によって収集することである。

【０１３２】方法のもう一つの好ましい実施態様に特徴的であることは、横方向に分けられ
た少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を格子導波路構造上に含み、導波路
に励起光を格子導波路構造によって内結合するための又は導波路（層（ａ））中
を誘導される光を外結合するための共振条件が、前記計測区域の一以上で本質的に満たされて、励起光の照射側に関して格子導
波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収
集のための、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ
）中を誘導される励起光の散乱光の、前記計測区域の領域からの収集のための、
局所分解検出器から本質的に最大の信号を生じさせる、及び／又は、計測区域の
領域から透過励起光を収集するための局所分解検出器から本質的に最小の信号を
生じさせるような方法、あるいは、計測区域の間で本質的に満たされて、励起光の照射側に関して格子導波路構造
の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集のため
の、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘
導される励起光の散乱光の、計測区域の間の領域からの収集のための、局所分解
検出器から本質的に最大の信号を生じさせる、及び／又は、計測区域の間の領域
から透過励起光を収集するための局所分解検出器から本質的に最小の信号を生じ
させるような方法で、少なくとも一つの同調可能な光源の発光波長を、好ましく
は格子導波路構造に対するこの励起光の一定の入射角で調節することである。

【０１３３】それに関して、励起光で照射される格子導波路構造の領域で共振条件を満たす
ための差が結合波長の共振曲線の半値幅よりも小さいならば（入射角は固定され
ているが、励起波長は可変性である場合の結合角ではなく）、同じく、計測光の
強さと共振条件の満足度との明確な関係（前記領域から記録した光強さに関する
）を導出することができる。その結果、たとえば照射波長を変化させることによ
る共振曲線の順次記録は不必要であり、一つの画像を記録することにより、共振
条件の局所満足度、ひいては局所有効屈折率に関する情報を得ることができる。

【０１３４】したがって、同調可能な光源の発光波長を変化させることなく、種々の計測区
域の領域中及び計測区域の間の領域中の有効屈折率の局所差を、透過励起光及び
／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本
質的に平行に再び外結合される光の収集のための、及び／又は格子導波路構造（
ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の収集の
ための一以上の局所分解検出器の強さの局所差から測定することが好ましい。

【０１３５】上記した本発明の方法の実施態様の場合、励起光が本質的に平行に照射され、
本質的に単色であることが好ましい。また、層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又は
ＴＭ₀モードの励起のために励起光を直線偏光状態で照射することが好ましい。

【０１３６】本発明の方法のもう一つの実施態様に特徴的であることは、計測区域の領域で
少なくとも一定のスペクトル範囲で同調可能な多色光源から励起光を層（ａ）に
内結合するための又は導波路（層（ａ））中を誘導される光の外結合ための共振
条件の変化の局所分解測定を、透過励起光の収集によって、及び／又は励起光の
照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再
び外結合される光の収集によって、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内
結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の収集によって、各配置
で一以上の局所分解検出器を使用し、励起光を好ましくは一定の入射角で格子導
波路構造に照射して実施し、かつ、前記励起光の一定の波長に関して励起光を内
結合する共振条件、又は導波路中を誘導されるこの波長の励起光を外結合する共
振条件を満たすことにより、この波長の最大信号画分を、励起光の照射側に関し
て格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合され
る光の収集のための、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたの
ち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の、前記計測区域の領域からの収集の
ための、局所分解検出器からの信号の一部として測定し、及び／又は、この波長
の最小信号画分を、計測区域の領域からの透過励起光の収集のための、局所分解
検出器からの信号の一部として測定することである。

【０１３７】ここでもまた、前記少なくとも一つの多色光源は、少なくとも１nmの発光帯域
幅を有することが好ましい。前記少なくとも一つの多色光源が少なくとも５nmの
発光帯域幅を有するならば、特に有利である。

【０１３８】前記一定のスペクトル範囲中の高スペクトル解像度のスペクトル選択的光学部
品が、格子導波路構造と少なくとも一つの局所分解検出器との間の光路中に位置
するような、多色光源を使用する本発明の方法の実施態様が好ましい。それに関
して、前記スペクトル選択的部品が、前記一定のスペクトル範囲内の種々の波長
で格子導波路構造から発せられる計測光の強さ分布のスペクトル選択的な局所的
に分解された二次元表示の形成に適しているならば、それは有利である。

【０１３９】この設計により、励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ）
）中を前記多色光源から計測区域の領域で誘導される光を外結合するための共振
条件の変化の局所分解測定を、透過励起光の同時の又は順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の又は順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の又は順次の収集、により、スペクトル選択性検出によって、前記一定のスペクトル範囲内で、少な
くとも一つの局所分解検出器を使用して、好ましくは格子導波路構造に対する一
定の入射角での励起光の照射の下で実施する本発明の実施態様が可能になる。

【０１４０】上記の多色光源を使用する本発明の方法の実施態様の場合、励起光を本質的に
平行に照射することが好ましい。

【０１４１】本発明の方法の多様な実施態様の場合、少なくとも一つの光源からの励起光を
拡大光学部品によって本質的に明るい光束に可能な限り均一に拡大し、一以上の
計測区域に照射することが好ましい。それに関して、照射される励起光束が、少
なくとも一つの寸法で、少なくとも２mm、好ましくは少なくとも１０mmの直径を
有することが好ましい。

【０１４２】本発明の方法のもう一つの実施態様に特徴的であることは、少なくとも一つの
光源からの励起光を、一つの回折光学要素又は光源が多数ある場合には多数の回
折光学要素、好ましくはDammann格子又は屈折光学要素、好ましくはマイクロレ
ンズ配列により、可能な限り均一な強さの個々の光線の複数に多重化し、個々の
光線を、互いに対して本質的に平行に、横方向に分けられた計測区域に投射する
ことである。

【０１４３】横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域の配列を前記プラットフォー
ム（ｄ）上に含む本発明の光学系において、励起光を導波路に内結合するための
又は前記導波路中を誘導される光を外結合するための共振条件の変化の測定によ
り、本発明及び上記実施態様のいずれかの格子導波路構造上の横方向に分けられ
た少なくとも二以上の計測区域上の一以上のサンプル中の一以上の分析対象物を
定性及び／又は定量測定するための本発明の方法のもう一つの実施態様に特徴的
であることは、少なくとも一つの好ましくは単色の光源からの励起光を、ビーム
成形光学部品により、スリット型断面（光路の光軸に対して垂直な面で）を有し
、主軸が格子線に対して平行に向く可能な限り均一な強さの光束に拡大し、光束
の個々の光線が、格子導波路構造の面に対して平行な投射面で互いに対して本質
的に平行であり、前記光束が、格子導波路構造の面に対して垂直な面で一定の収
束角又は発散角で収束又は発散する。

【０１４４】それに関して、前記光束の発散の収束角が、格子導波路構造の面に対して垂直
な面で５゜未満であることが好ましい。

【０１４５】前記光束の発散の前記収束角が格子導波路構造の面に対して垂直な面で１゜未
満であるならば、特に好ましい。

【０１４６】本発明のそのような光学系に特徴的であることは、計測区域の領域で、スリッ
ト型断面の照射領域内で、励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層
（ａ））中を誘導される光を外結合するための共振条件の変化の局所分解測定を
、透過励起光の同時の収集、及び／又は励起光の照射の側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質
的に平行に再び外結合される光の同時の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の収集、により、一以上の局所分解検出器によって実施し、計測区域における共振条件の
局所変化を、前記計測区域からの反射光に対して本質的に平行に出る光の強さの最大値のシ
フト及び格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の強さの最大値のシフト及び前記計測区域の領域で透過する光の強さの最小値のシフトによってモニタし（いずれの場合にも、前記計測区域における共振条件を満たす
条件で）、前記強さの最大値及び強さの最小値のシフトが、格子線に対して垂直
な面であり、格子導波路構造の面に対して平行な面で起こることである。

【０１４７】また、この方法に特徴的であることは、前記共振条件の変化、ひいては屈折率
の変化の程度を前記計測区域の領域における強さの最小値及び最大値の前記シフ
トの程度から測定することができることである。

【０１４８】本発明の方法はまた、計測区域の領域で、スリット型断面の照射領域内で、前
記共振条件の変化の局所分解測定を、透過励起光の同時の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の収集、により、一以上の局所分解検出器によって常に同時に実施し、計測区域における
共振条件の局所変化を、前記計測区域からの反射光に対して本質的に平行に発せられる光の強さの最大
値のシフト及び格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の強さの最大値のシフト及び前記計測区域の領域で透過する光の強さの最小値のシフトによってモニタし（いずれの場合にも、前記計測区域における共振条件を満たす
条件で）、前記強さの最大値及び強さの最小値のシフトが、格子線に対して垂直
な面であり、格子導波路構造の面に対して平行な面で起こり、順次計測工程の間に格子導波路構造を格子線方向に対して垂直及び／又は平行
に動かして、計測区域が上に設けられた格子導波路構造の全面における前記共振
条件を順次に局所分解測定して、全計測区域からの計測信号を収集し、記憶し、
その記憶した信号から、格子導波路構造全体における前記共振条件の満足度の二
次元表示を形成することができる実施態様を含む。

【０１４９】本発明及び上記実施態様の方法に関して、光を層（ａ）に内結合するための共
振条件の満足度を測定するための横方向解像度を、格子構造（ｃ）のより大きな
変調深さの選択によって増すこともできるし、前記格子構造のより小さな変調深
さの選択によって減らすこともできることが特徴的である。

【０１５０】また、本発明の方法に関して、光を層（ａ）に内結合するための共振条件を満
たすための共振角の半値幅を、格子構造（ｃ）の変調深さの減少によって減少さ
せて、集団包括範囲の局所変化、より一般的には有効屈折率の局所変化の結果と
して、共振条件の満足度の横方向分解測定の感度を増すこともできるし、前記格
子構造の変調深さの増大によって増大させて、集団包括範囲の局所変化、より一
般的には有効屈折率の局所変化の結果として、共振条件の満足度の横方向分解測
定の感度を減らすこともできる。

【０１５１】感度の改善、すなわち結合角の共振曲線の半値幅の減少にとって、層（ａ）中
を誘導されるＴＭ₀モードの励起のために励起光が直線偏光状態で照射されるな
らば、特に有利であることができる。理由は、通常、ＴＭ₀モードの励起のため
の共振角は、導波層（ａ）の同様な格子深さ及び厚さでは、５〜１０の因数、す
なわち、ＴＭ₀モードの励起のための半値幅よりもこの係数分だけ小さい対応す
る半値幅によってより鋭く画定されるからである。

【０１５２】本発明の方法の好ましい実施態様に特徴的であることは、光を計測区域に向け
て層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を、反射光に対して本質的に平
行に再び外結合される光の強さから（すなわち、両画分の合計から）測定するこ
とである。

【０１５３】方法のもう一つの好ましい実施態様に特徴的であることは、光を計測区域に向
けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を透過励起光の強さから測定
することである。

【０１５４】最後に記載した二つの実施態様の最初の方に関して特徴的であることは、光を
計測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の局所的満足を、反射光
の強さと、それに対して本質的に平行に再び外結合される光の強さ（この二つの
光画分は前記計測区域から出る）との和の最大値から測定することである。

【０１５５】最後に記載した二つの実施態様の第二の方に関して特徴的であることは、光を
計測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の局所的満足を、この計
測区域における透過励起光の強さの最小値から測定することである。理想的な場
合には、透過励起光の強さは、ほぼゼロまで低下することができる。

【０１５６】本発明の方法のいくつかの実施態様は、特に集団包括範囲の有効屈折率の差を
計測区域内でも分解することができることを特徴とする。したがって、格子カプ
ラに基づく画像処理法を使用すると、驚くことに、分析対象物測定のための蛍光
検出に基づく現状で最高のスキャナの局所解像度と競合しうる局所（横方向）解
像度を達成することができる。

【０１５７】本発明の方法のもう一つの実施態様に関して、等しい又は異なる発光波長の二
以上のコヒーレント光源を励起光源として使用することが好ましい。

【０１５８】上述したように、本発明の方法の有意な利点は、標識（分析対象物又はその相
手に結合されるマーカ分子）の適用が原則的に不要であるということである。し
かし、感度の改善のためには、測定される分析対象物分子との結合又は解離によ
って集団包括範囲の変化を増すため、金属コロイド（たとえば金コロイド）、プ
ラスチック粒子もしくはビーズ又は単分散粒度分布を示す他の微粒子を含む群か
ら選択することができる集団標識を、分析対象物分子又はその結合相手の一方に
多段検定で結合させる、方法の変形が有利であることができる。

【０１５９】本発明の方法はまた、測定される分析対象物分子との結合又は解離によって有
効屈折率の変化を増すため、「吸収標識」を分析対象物分子又はその結合相手の
一方に多段検定で結合させる実施態様を含む。「吸収標識」は、格子導波路構造
の近場で有効屈折率の変化を生じさせる適当な波長の吸収バンドを有し、吸収は
、屈折率の虚数部分である。屈折率に対する一定の波長における吸収の効果を波
長の関数として計算する数学的／物理的方法は文献から公知である。

【０１６０】本発明の方法のさらなる変形に特徴的であることは、励起光を本発明の格子導
波路構造の層（ａ）に内結合するための又は前記層（ａ）中を誘導される光を外
結合するための共振条件の変化の局所分解測定に加えて、層（ａ）中を誘導され
る励起光の減衰フィールドで励起される一以上のルミネセンスを測定することで
ある。

【０１６１】有効屈折率の局所（横方向）分解測定又は局所解像ルミネセンス計測の組み合
わせ画像処理方法としてのこの進歩は、たとえば、一以上の計測区域における、
分析対象物としてのリガンドの、受容体としての固定化された生物学的又は生化
学的又は合成認識要素への結合を有効屈折率の局所変化から測定し、前記リガン
ド受容体系の機能応答を、前記計測区域から出るルミネセンスの変化から測定す
ることを可能にする。

【０１６２】前記受容体リガンド系は、たとえば、膜貫通受容体タンパク質であることがで
き、このタンパク質に対し、供給されたサンプルに含まれる対応するリガンドが
結合する。たとえば、この受容体リガンド系の機能応答は、ｐＨ又は／及びイオ
ン濃度の局所変化を招くイオンチャネルの開放からなることができる。このよう
な局所変化は、たとえば、ｐＨ依存性又は／及びイオン依存性のルミネセンス強
さ及び／又はスペクトル発光を示す発光染料の使用によって起こすことができる
。

【０１６３】本発明のこの組み合わせ計測法はまた、たとえば、一以上の計測区域における
、受容体としての固定化された生物学的又は生化学的又は合成認識の密度を、前
記計測区域の領域における、励起光を格子導波路構造の層（ａ）に内結合するた
めの又は前記層（ａ）中を誘導される光を外結合するための共振条件と、環境に
おける、すなわち前記計測区域の外の対応する共振条件との差から測定し、かつ
、前記認識要素に対する分析対象物としてのリガンドの結合を、前記計測区域か
ら発するルミネセンスの変化から測定することを可能にする。

【０１６４】それに関して、（第一の）等方向に発されたルミネセンス、又は（第二の）光
学的に透明な層（ａ）に内結合され、かつ、格子構造（ｃ）によって外結合され
るルミネセンス、又は両部分（第一及び第二）を含むルミネセンスを同時に計測
することが可能である。

【０１６５】また、前記ルミネセンスの生成のため、励起されることができ、かつ、３００
nm〜１１００nmの波長で発光する発光染料又は発光ナノ粒子をルミネセンス標識
として本発明の方法に使用することができる。

【０１６６】ルミネセンス又は蛍光標識は、従来のルミネセンス又は蛍光染料であってもよ
いし、半導体に基づくいわゆる発光又は蛍光ナノ粒子であってもよい（W. C. W.
Chan及びS. Nieの"Quantum dot bioconjugates for ultrasensitive nonisotop
ic detection", Science 281(1998) 2016-2018）。

【０１６７】集団標識及び／又はルミネセンス標識は、分析対象物に結合することもできる
し、競合検定では、分析対象物類似体に結合することもできるし、多工程検定で
は、固定化された生物学的又は生化学的又は合成認識要素の結合相手の一つ又は
生物学的又は生化学的又は合成認識要素に結合することもできる。

【０１６８】さらには、励起波長におけるルミネセンスの一以上の測定及び／又は光信号の
測定を偏光選択的に実施するならば、それは有利であることができ、好ましくは
、一以上のルミネセンスを、励起光の偏光とは異なる偏光で計測する。

【０１６９】本発明及び上記実施態様のいずれかの方法は、抗体もしくは抗原、受容体もし
くはリガンド、キレート化剤もしくは「ヒスチジンタグ成分」、オリゴヌクレオ
チド、ＤＮＡもしくはＲＮＡストランド、ＤＮＡもしくはＲＮＡ類似体、酵素、
酵素補因子もしくは阻害薬、レクチン及び炭水化物を含む群の一以上の分析対象
物の同時又は順次の定量又は定性測定を可能にする。

【０１７０】試験するサンプルは、天然の体液、たとえば血液、血清、血漿、リンパ液もし
くは尿又は卵黄であることができる。

【０１７１】しかし、試験するサンプルはまた、光学的に濁った液体、表面水、土壌又は植
物抽出物又はバイオもしくはプロセスブロスであることができる。

【０１７２】試験するサンプルはまた、生物学的組織部分から採取することができる。

【０１７３】本発明のさらなる主題は、薬学的研究、コンビナトリアルケミストリー、臨床
及び臨床前開発におけるスクリーニング法での化学的、生化学的又は生物学的分
析対象物の測定のための、アフィニティースクリーニング及び研究における運動
パラメータのリアルタイム結合研究及び測定のための、特にＤＮＡ及びＲＮＡ分
析学のための分析対象物の定性及び定量測定のための、毒性発生研究及び発現プ
ロフィールの決定ならびに医薬品研究開発、ヒト及び動物の診断、農薬製品研究
開発における抗体、抗原、病原体又はバクテリアの決定のための、症候性及び前
症候性植物診断、医薬品開発及び治療薬選択における患者層別化、食品及び環境
分析学における病原体、有害薬剤及び細菌、特にサルモネラ、プリオン及びバク
テリアの決定のための、本発明の格子導波路構造及び／又は本発明の光学系及び
／又は本発明の分析系及び／又は本発明及び上記実施態様のいずれかの方法の使
用である。

【０１７４】以下の適用例によって本発明をより詳細に説明し、例示する。

【０１７５】例１ａ）格子導波路構造幅１６mm×長さ４８mm×厚さ０．７mmの外寸の格子導波路構造を使用した。基
板の材質（光学的に透明な層（ｂ））は、ＡＦ４５ガラス（６３３nmでの屈折率
ｎ＝１．５２）からなるものであった。層（ｂ）をホログラフィー照射したのち
、格子線がセンサプラットフォームの指定幅に対して平行に向く状態でエッチン
グすることにより、周期３６０nm及び格子深さ２５＋／−５nmの表面レリーフ格
子の連続構造を基板中に生成しておいた。光学的に透明な層（ｂ）上の光学的に
透明なＴａ₂Ｏ₅の導波層（ａ）は、反応性磁場支持ＤＣスパッタリング（ＤＥ４
４１０２５８を参照）によって生成しておき、６３３nmで２．１５の屈折率（層
厚さ１５０nm）を有するものであった。６３３nmの励起光を、構造に対して垂直
な線に関して約＋３゜の角度で層（ａ）中に結合した（外結合した）。

【０１７６】生化学的又は生物学的又は合成認識要素の固定化の準備として、格子導波路構
造を清浄し、エポキシシラン（オルト−キシロール５００ml中１０ml（２％ｖ／
ｖ）３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン及び１ml（２％ｖ／ｖ）
Ｎ−エチルジイソプロピルアミン）によって液相中でシラン化した（７０℃で７
時間）。次に、市販のスポッタ（Genetic Microsystems 417 Arrayer）を使用し
て、１８マーオリゴヌクレオチド（５′−ＣＣＧＴＡＡＣＣＴＣＡＴＧＡＴＴ−
３′−ＮＨ２）（１８＊−ＮＨ２）の溶液を１６×８スポット（８行×１６列）
２列に被着した（スポットあたり５０pl）。被着した溶液の濃度は５×１０^-8Ｍ
１８^＊−ＮＨ２であり、約１pg/mm²に対応する約６０００００Da/μm²の計測区
域として、生成されたスポット（直径約１２５μm、中心間距離３７０μm）の集
団包括範囲を得た。

【０１７７】ｂ）光学系出力１．１mWのヘリウムネオンレーザ（Melles-Griot、05-LHP-901）を励起光
源として使用した。内結合条件でのＴＥ₀モードの励起のため、レーザの偏光を
格子導波路構造の格子線に対して平行に向けた。レーザビームをビーム拡大光学
部品によって７倍に拡大し、直径５mmのダイアフラムに通して、拡大されたレー
ザビームの外側の弱めの画分を排除し、外部回折効果を排除した。そして、透過
した光画分の計測中の検出器の飽和を回避するため、ニュートラルフィルタ（Ｎ
Ｄ４．７）を使用してレーザ光を強力に減衰した。レーザ光を、減衰後の出力が
２０nWであった光学的に透明な層（ｂ）の側（ＡＦ４５ガラスからなる基板側）
に向けた。

【０１７８】格子導波路構造を手動調節式ゴニオメータに取り付けて、励起光の光軸に対し
て本質的に垂直な面で、センサプラットフォームに対する励起光の入射角の変更
を可能にした。格子線は、格子導波路構造の面に入る励起光の投射に対して垂直
な向きであった。

【０１７９】 Kodak ＣＣＤチップKAF 0401 E-1を備えたペルチェ冷却のＣＣＤカメラ（Ult
ra Pixx 0401E、Astrocam、英国Cambridge）を局所分解検出器として使用した。
励起光が光学的に透明な導波層（ａ）を通過した後の透過光の局所（横方向）分
解測定のために、透過光がカメラの入口レンズに対して本質的に垂直に当たるよ
うにカメラを調節した。

【０１８０】ｃ）計測方法及び結果計測工程は、さらなるサンプル区画又はさらに供給される試薬を使用すること
なく空気中で実施した。計測区域を有しない格子導波路構造の領域（計測区域で
はない）における共振条件の満足を、透過光のほぼ完全な消滅によってモニタし
（図１ａ）、同じ計測条件で、計測区域における共振条件の不満足を、そこで有
意に増大した透過信号によってモニタした（図１ａ及び二つの計測区域からの信
号の線形断面を示す図１ｂ）。強いコントラスト及び高い局所（横方向）解像度
は、図１ｂから考えられる、最大集団包括範囲を計測区域の中心あたりに有する
計測区域内の不均一な集団包括範囲（適用される被着方法に基づいて予測される
）をこの計測方法によって分解することができるという観察結果と同様、非常に
驚くものであった。同じく非常に驚くことは、１pg/mm²の集団包括範囲における
差違（スポットの領域及び周辺領域の間）を優れたコントラストで区別する異常
に高い感度であった。

【０１８１】さらには、驚くことに、共振条件を満たすための結合角のマッチングを光透過
の局所最小値によって観察することもできることがわかった（図２ａ及び２ｂ：
図には、二つのスポットがそれらの距離「３７０μm」の表記によって示されて
いる）。図２ａで認めることができる強い干渉回折効果から明らかであるように
、光学系はこの計測のために全く最適化されていなかったため、この観察結果は
驚くものであった（これらの干渉回折効果は、本発明による格子導波路構造の物
理的効果によって生じるものでもないし、本発明による光学系によって生じるも
のでもなく、使用した設備の暫定的な特性による）。

【０１８２】例２ａ）格子導波路構造幅１６mm×長さ４８mm×厚さ０．７mmの外寸の格子導波路構造を使用した。基
板の材料（光学的に透明な層（ｂ））は、ＡＦ４５ガラス（６３３nmでの屈折率
ｎ＝１．５２）からなるものであった。同じく、格子線がセンサプラットフォー
ムの指定幅に対して平行に向く状態で、周期３６０nm及び格子深さ２５nmの表面
レリーフ格子の連続構造を基板中に生成しておいた。光学的に透明な層（ｂ）上
に続いて被着させた光学的に透明なＴａ₂Ｏ₅の導波層（ａ）は、５３２nmで２．
１３７の屈折率（層厚さ１５０nm）を有するものであった。５３２nmの励起光を
、構造に対して垂直な線に関して約＋１４．３゜の角度で層（ａ）中に結合（外
結合）できた。

【０１８３】生化学的又は生物学的又は合成認識要素の固定化の準備として、格子導波路構
造を清浄した。次に、市販のスポッタ（GeSIM）を使用して、清浄した五酸化タ
ンタル表面にNeutrAvidin（商標）の溶液を３×３スポット（３行×３列）で被
着した（スポットあたり５００pl）。それに関して、被着した溶液の濃度は１．
７×１０^-8Ｍ NeutrAvidin（商標）であり、約４ng/mm²の計測区域として、生
成されたスポット（直径約４３０μm、中心間距離１mm）の集団包括範囲を得た
。

【０１８４】ｂ）光学系出力１０mWのダイオードポンプ式周波数二倍増ＮｄＹａｇレーザ（Laser 2000
）を励起光源として使用した。内結合条件でのＴＥ₀モードの励起のため、レー
ザの偏光を格子導波路構造の格子線に対して垂直に向けた。レーザビームをビー
ム拡大光学部品によって７倍に拡大し、幅４mmのスリットに通して、拡大したレ
ーザビームの外寄りの弱めの画分を排除し、外部回折効果を排除した。レーザ光
を光学的に透明な層（ｂ）の側（ＡＦ４５ガラスからなる基板側）に向けた。

【０１８５】格子導波路構造を手動調節式ゴニオメータに取り付けて、格子線が格子導波路
構造の面に入る励起光の投射に対して垂直に向くような方法で、センサプラット
フォームに対する励起光の入射角の変更を可能にした。透過励起光の画像を生成
するため、低い粒状度の非常に目の細かい白い紙１枚を、照射励起光に関して格
子導波路構造の反対側に映写スクリーンとして取り付けた。透過励起光の光路が
ほぼ完全に平行であったため、映写スクリーンと、それに対して本質的に平行に
向けられた格子導波路構造との距離は、有意なコントラストの損失又は輪郭のゆ
がみを起こすことなく、広い範囲で好都合に選択することができた。

【０１８６】 Kodak ＣＣＤチップKAF 0401 E-1を備えたペルチェ冷却のＣＣＤカメラ（Ult
ra Pixx 0401E、Astrocam、英国Cambridge）を局所分解検出器として使用した。
前記映写スクリーン上の画像を記録することによる透過励起光の局所（横方向）
分解測定のため、及び／又は格子構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）
中を誘導される励起光の散乱光の収集のため、及び／又は反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の収集のために、カメラを、励起光の照射方向に関
して格子導波路構造の同じ側に取り付けた。

【０１８７】ｃ）計測方法及び結果計測工程は、さらなるサンプル区画又はさらに供給される試薬を使用すること
なく空気中で実施した。それに関して、計測区域における内結合と、格子構造の
非被覆領域における内結合との間で、層（ａ）に内結合するための共振条件を満
たすための結合角の０．１２４゜の差を測定した。

【０１８８】前記映写スクリーン上の画像の記録及び照射励起光に関して格子導波路構造の
同じ側へのカメラの配置による、透過励起光の局所（横方向）分解計測の計測方
法の結果を図３に示す。

【０１８９】ここでもまた、計測区域を有しない格子導波路構造の領域（計測区域ではない
）における共振条件の満足を、透過光のほぼ完全な消滅によってモニタし（角度
１４．３゜、図３及び図３Ｂの左側部分）、同じ計測条件で、計測区域における
共振条件の不満足を、３倍に増大した透過信号によってモニタした（図３Ｂ及び
図３Ｂの左側部分）。

【０１９０】図３Ｃは、逆転した状況、すなわち、計測区域の領域で光を層（ａ）に内結合
するための共振条件を満たして（１４．４２４゜の角度で、図３の左を参照）こ
の角度で計測区域の領域で光の最小透過を生じさせ、残りの領域で共振条件を満
たさず最大透過を生じさせる状況を示す。図３Ｃから、暗く写る計測区域の外部
境界の内部及びそれに近い、円に近い輪郭の点線として認識可能である観察可能
な同心の明るめの領域から、これらの条件（横断方向に磁気的に偏光されたモー
ドの励起）の下でも、局所（横方向）解像度がスポット直径よりも十分に低いこ
とが明らかである。スポット内の異なる明るさの領域は、局所的に吸着又は固定
化されたタンパク質及び認識要素の量の幾何学的不均一さをモニタした。固定化
された認識要素の配列の作成によるそのような不均一さの出現は、専門の文献か
ら公知である。同じ波長及び同じセンサプラットフォームのための横断方向に磁
気的に偏光された励起光の代わりに横断方向に電気的に偏光された励起光を使用
すると（図示せず）、高い局所（横方向）解像力がさらに顕著に認められた。

【０１９１】例３：計測区域の配列に対応する区域上の光の内結合又は外結合のための共振角
度の均一さ例１ａと同様な所与の層及び格子パラメータを有する格子導波路構造（その全
面で変調される格子を有する）を使用した。ｘ及びｙ方向（ｘ：格子線に対して
垂直、ｙ：格子線に対して平行）における結合角の変化を、場合によってはその
ような構造上に生成される計測区域の配列の典型的なベース区域に相当する５mm
×５mmの面で調査した。

【０１９２】ヘリウムネオンレーザ（６３３nm、ビーム直径０．８mm）からの平行励起光束
を、光を構造の層（ａ）に内結合するための共振角に近い角度で向けた。入射角
を、共振角の前後約１゜からの角度範囲で、小さな段階（たとえば０．０２゜の
段間隔）で変化させた。それに関して、各段で、格子構造によって内結合された
のち層（ａ）中を誘導される光の散乱光の強さをレンズ系として収集し、集積す
る局所（横方向）非分解検出器としての光電子増倍管に合焦させた。特に、散乱
光の望ましくない効果を避けるため、検出器に結像される格子導波路構造の区域
の大きさを、中間画像の面に位置するダイアフラム（この例では、直径１mmの丸
い穴）によって制限できた。光を層（ａ）に内結合するための共振条件を満たす
ための最適な調節を最大値Ｉ_rによってモニタした。さらには、Ｉ_rの共振曲線か
ら、対応する共振曲線の半値幅を結合角の関数として測定した。

【０１９３】格子導波路構造の指定区域上の、それぞれ１mm（計測間隔△＝１）の中心間距
離で位置する２５（５×５）の計測位置に関して上記計測法を実施した。定義し
たｘ／ｙピッチ中の種々の計測位置に関して測定された共振角を表１にまとめる
。共振角の平均値（この例では２．１５゜）からの偏差は、区域全体で０．０６
゜を超えなかった。

【０１９４】

【表１】

【０１９５】表１：格子導波路構造（その上に位置する計測区域の生成のため）上の５mm×
５mmの平方区域における光の最適な内結合及び外結合のための共振角の可変性

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】計測区域を有しない格子導波路構造の領域（計測区域ではない）における共振
条件の満足を、透過光のほぼ完全な消滅によってモニタした図である。

【図１ｂ】二つの計測区域からの信号の線形断面を示す図である。

【図２ａ】強い干渉回折効果を示す図である。

【図２ｂ】光透過の局所最小値を示す図である。

【図３】透過励起光の局所（横方向）分解計測の計測方法の結果を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 33/53 Ｇ０１Ｎ 33/566 33/566 37/00 １０１ 37/00 １０１Ｃ１２Ｒ 1:42 //(Ｃ１２Ｑ 1/04 Ｃ１２Ｎ 15/00 ＡＣ１２Ｒ 1:42） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ドゥフェネク，ゲルトドイツ国、79189 バート・クロツィンゲン、エツマッテンヴェーク 34 (72)発明者ボップ，マルティンスイス国、ツェーハー−4053 バーゼル、ブルンマットシュトラーセ５Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA05 BB12 CC16 EE02 EE05 EE12 GG01 GG04 GG10 JJ02 JJ11 JJ17 JJ19 KK01 KK02 KK04 PP04 4B024 AA11 CA01 HA11 4B063 QA01 QA18 QQ06 QQ42 QQ52 QS39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導され
る光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向に分
けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォーム上に
含む格子導波路構造であって、第一の光学的に透明な層（ａ）を、層（ａ）よりも小さい屈折率の第二の光学
的に透明な層（ｂ）の上に有し、励起光を計測区域（ｄ）に向けて内結合するための、又は計測区域の領域で層
（ａ）中を誘導される光を外結合するための一以上の格子構造（ｃ）を有し、前記一以上の格子構造（ｃ）上に横方向に分けられた少なくとも一以上の計測
区域（ｄ）を有し、前記計測区域と接触するサンプル中の一以上の分析対象物の定性及び／又は定
量測定のための、前記計測区域に固定化された等しい又は異なる生物学的又は生
化学的又は合成認識要素（ｅ）を有する積層光学導波路を含み、前記励起光が計測区域の前記配列に同時に照射され、光を前記二以上の計測区
域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度が同時に計測され、一
つの計測区域から一以上の隣接計測区域まで層（ａ）中を誘導される励起光のク
ロストークが、格子構造（ｃ）によって前記励起光を再び外結合することによっ
て防止される格子導波路構造。
【請求項２】励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導され
る光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向に分
けられた少なくとも四以上の計測区域（ｄ）の二次元配列を前記プラットフォー
ム上に含む格子導波路構造であって、第一の光学的に透明な層（ａ）を、層（ａ）よりも小さい屈折率の第二の光学
的に透明な層（ｂ）の上に有し、励起光を計測区域（ｄ）に向けて内結合するための、又は計測区域の領域で層
（ａ）中を誘導される光を外結合するための一以上の格子構造（ｃ）を有し、前記一以上の格子構造（ｃ）上に横方向に分けられた少なくとも一以上の計測
区域（ｄ）を有し、前記計測区域と接触するサンプル中の一以上の分析対象物の定性及び／又は定
量測定のための、前記計測区域に固定化された等しい又は異なる生物学的又は生
化学的又は合成認識要素（ｅ）を有する積層光学導波路を含み、共通の格子構造（ｃ）上の計測区域の密度が１平方センチメートルあたり少な
くとも１０個であり、前記励起光が計測区域の前記配列に同時に照射され、光を
前記二以上の計測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度が
同時に計測され、一つの計測区域から一以上の隣接計測区域まで層（ａ）中を誘
導される励起光のクロストークが、格子構造（ｃ）によって前記励起光を再び外
結合することによって防止される格子導波路構造。
【請求項３】連続的に変調される格子構造（ｃ）が本質的に前記格子導波
路構造の全区域に延びる、請求項１〜２のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項４】光を層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を測定す
るための横方向解像度が２００μmよりも高い、請求項１〜３のいずれか記載の
格子導波路構造。
【請求項５】光を層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を測定す
るための横方向解像度が２０μmよりも高い、請求項１〜４のいずれか記載の格
子導波路構造。
【請求項６】光を層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を測定す
るための横方向解像度を、格子構造（ｃ）のより大きな変調深さの選択によって
改善することができる、又は前記格子構造のより小さい変調深さの選択によって
低くすることができる、請求項１〜５のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項７】光を層（ａ）に内結合するための共振条件を満たすための共
振角の半値幅を、格子構造（ｃ）の変調深さの減少によって減らすことができる
、又は前記格子構造の変調深さの増大によって増すことができる、請求項１〜６
のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項８】計測区域の外で、単色励起光の内結合又は外結合のための共
振角が、少なくとも４mm²の区域内（区域境界の方向が格子構造（ｃ）の線に対
して平行又は非平行である）で０．１゜（平均値からの偏差として）以下しか変
化しない、請求項１〜７のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項９】光を計測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件
の満足度が、（１）反射光（すなわち、両部分の和）に対して本質的に平行に外
結合される励起光の強さ、又は（２）透過励起光の強さ、又は（３）格子構造（
ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の強さ、
又は光成分（１）〜（３）のいずれかの組み合わせから測定される、請求項１〜
８のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項１０】（１）反射光の強さと、それに対して本質的に平行に外結
合される励起光の強さとの和、又は（２）格子構造（ｃ）によって内結合された
のち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の強さ、又は（３）前記光の強さ（
１）及び（２）の組み合わせが、光を前記局所計測区域の領域で層（ａ）に内結
合するための共振条件を局所的に満たすことにより、最大値を示す、請求項１〜
９のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項１１】透過励起光の強さが、光を前記局所計測区域の領域で層（
ａ）に内結合するための共振条件を局所的に満たすことにより、最小値を示す、
請求項１〜１０のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項１２】層（ａ）よりも小さい屈折率を有する厚さが５nm〜１００
００nm、好ましくは１０nm〜１０００nmのさらなる光学的に透明な層（ｂ′）が
、層（ａ）と層（ｂ）との間に層（ａ）と接触して設けられている、請求項１〜
１１のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項１３】生物学的又は生化学的又は合成認識要素の固定化のための
、厚さが好ましくは２００nm未満、より好ましくは２０nm未満の付着促進層（ｆ
）が光学的に透明な層（ａ）に被着され、付着促進層が、好ましくは、シラン、
エポキシド、官能化された帯電又は極性ポリマー及び「自己組織化官能化単分子
層」を含む群の化学化合物を含む、請求項１〜１２のいずれか記載の格子導波路
構造。
【請求項１４】横方向に分けられた計測区域（ｄ）が、好ましくは、イン
クジェットスポッティング、機械的スポッティング、マイクロコンタクトプリン
ト、生物学的又は生化学的又は合成認識要素を平行又は交差マイクロチャネルに
供給し、圧力差又は電気もしくは電磁ポテンシャルを印加して計測区域と流体接
触させることを含む方法の群の方法を使用して、生物学的又は生化学的又は合成
認識要素を前記格子導波路構造に横方向に選択的に被着させることによって生成
される、請求項１〜１３のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項１５】生物学的又は生化学的又は合成認識要素として、核酸（Ｄ
ＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド）及び核酸類似体（たとえばＰＮＡ）、抗体
、アプタマー、膜結合し単離された受容体、それらのリガンド、抗体に対する抗
原、「ヒスチジンタグ成分」、分子インプリントをホストするための化学合成に
よって生成されたキャビティなどを含む群の成分が被着されているか、全細胞又
は細胞断片が生物学的又は生化学的又は合成認識要素として被着されている、請
求項１４記載の格子導波路構造。
【請求項１６】好ましくは、たとえばアルブミン、特にウシ血清アルブミ
ンもしくはヒト血清アルブミン、断片化された天然もしくは合成ＤＮＡ、たとえ
ば分析されるポリヌクレオチドとでハイブリダイズしないニシンもしくはサケの
***、又は帯電していないが親水性のポリマー、たとえばポリエチレングリコー
ルもしくはデキストランを含む群の、分析対象物に対して「化学的に中性」の化
合物が、横方向に分けられた計測区域（ｄ）の間に被着されている、請求項１４
〜１５のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項１７】１，０００，０００個までの計測区域が二次元配設で設け
られ、一つの計測区域が０．００１mm²〜６mm²の面積を有する、請求項１〜１６
のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項１８】多数の計測区域が、共通の格子構造（ｃ）上に、１平方セ
ンチメートルあたり１０個より多い密度、好ましくは１００個より多い密度、も
っとも好ましくは１０００個より多い密度の密度で設けられている、請求項１〜
１７のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項１９】そのフットプリントの外寸が、約８cm×１２cmの標準マイ
クロタイタプレート（９６又は３８４又は１５３６ウェル）のフットプリントに
似ている、請求項１〜１８のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項２０】格子構造（ｃ）が、共通の周期の回折格子又は多回折格子
である、請求項１〜１９のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項２１】一以上の格子構造（ｃ）が、光学的に透明な層（ａ）に内
結合される励起光の伝播方向に対して本質的に垂直に、横方向に変化する周期性
を有する、請求項１〜７又は１０〜１９のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項２２】第二の光学的に透明な層（ｂ）の材料が、石英、ガラス又
はたとえばポリカーボネート、ポリイミドもしくはポリメチルメタクリレートを
含む群の透明な熱可塑性プラスチックを含む、請求項１〜２１のいずれか記載の
格子導波路構造。
【請求項２３】第一の光学的に透明な層（ａ）の屈折率が１．８よりも大
きい、請求項１〜２２のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項２４】第一の光学的に透明な層（ａ）が、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｎ
ｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＨｆＯ₂又はＺｒＯ₂、特に好ましくはＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅又
はＴａ₂Ｏ₅を含む群の材料を含む、請求項１〜２３のいずれか記載の格子導波路
構造。
【請求項２５】第一の光学的に透明な層（ａ）の厚さとその屈折率との積
が、層（ａ）に内結合される励起光の励起波長の１／１０〜１、好ましくは１／
３〜２／３である、請求項１〜２４のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項２６】格子（ｃ）が２００nm〜１０００nmの周期を有し、格子（
ｃ）の変調深さが３nm〜１００nm、好ましくは５nm〜３０nmである、請求項１〜
２５のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項２７】第一の光学的に透明な層（ａ）の厚さに対する変調深さの
比が０．２以下である、請求項２５記載の格子導波路構造。
【請求項２８】格子構造（ｃ）が、矩形、三角形又は半円形の断面のレリ
ーフ格子、又は本質的に平面的な光学的に透明な層（ａ）で屈折率の周期的な変
調を有する位相格子もしくは容積格子である、請求項１〜２７のいずれか記載の
格子導波路構造。
【請求項２９】光学系における調節の簡素化のための及び／又は分析系の
一部としてのサンプル区画への接続のための光学的又は機械的に認識可能な印が
その上に設けられている、請求項１〜２８のいずれか記載の格子導波路構造。
【請求項３０】励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導さ
れる光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向に
分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォーム上
に含む光学系であって、少なくとも一つの励起光源と、請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構造と、照射励起光に関して格子導波路構造の反対側に位置する透過励起光の測定のた
めの、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光の測定のための、及び／又は格子
構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の
測定のための、少なくとも一つの局所分解検出器と、を含む光学系。
【請求項３１】励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導さ
れる光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向に
分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォーム上
に含む光学系であって、少なくとも一つの励起光源と、請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構造と、透過励起光の画像を生成するための、励起光の照射方向に関して格子導波路構
造の反対側に位置する少なくとも一つの拡散反射及び／又は拡散透過映写スクリ
ーンと、前記映写スクリーンから透過励起光の画像を収集するための少なくとも一つの
局所分解検出器と、を含む光学系。
【請求項３２】前記映写スクリーンから透過励起光の画像を収集するため
の前記少なくとも一つの局所分解検出器が、励起光の照射方向に関して格子導波
路構造の同じ側に位置する、請求項３１記載の光学系。
【請求項３３】前記映写スクリーンから透過励起光の画像を収集するため
の前記少なくとも一つの局所分解検出器が、透過励起光の側に、すなわち、励起
光の照射方向に関して格子導波路構造の反対側に位置し、それにより、前記映写
スクリーンが少なくとも部分的に透過性である、請求項３１記載の光学系。
【請求項３４】計測区域を超えない区域が、層（ａ）に内結合される励起
光の伝播方向に対して本質的に垂直に局所的に変化する周期性を有する各格子構
造（ｃ）に設けられ、かつ、格子導波路構造の非構造化区域が、層（ａ）に内結
合され、かつ、層（ａ）中を誘導される励起光の伝播方向に設けられ、かつ、場
合によっては、さらなる格子構造（ｃ）が、層（ａ）中を誘導される励起光のさ
らなる伝播方向に設けられ、それが、前記誘導される励起光を局所分解検出器に
向けて外結合するために使用される、請求項２１記載の格子導波路構造を有する
光学系。
【請求項３５】格子構造（ｃ）上の計測区域における分子の吸着又は脱着
による集団包括範囲の変化が、前記格子構造（ｃ）によって励起光を層（ａ）に
内結合するための共振条件を満たす局所位置を格子線に対して本質的に平行にシ
フトさせる、請求項３４記載の光学系。
【請求項３６】請求項２１記載の少なくとも二つの格子構造（ｃ）の一次
元配設が励起光で同時に照射される、請求項３４〜３５のいずれか記載の光学系
。
【請求項３７】励起光が本質的に平行に照射され、本質的に単色である、
請求項３４〜３６のいずれか記載の光学系。
【請求項３８】層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又はＴＭ₀モードの励起のた
めに励起光が直線偏光状態で照射される、請求項３７記載の光学系。
【請求項３９】請求項２１記載の少なくとも四つの格子構造（ｃ）の二次
元配設が励起光で同時に照射される、請求項３７〜３８のいずれか記載の光学系
。
【請求項４０】励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導さ
れる光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向に
分けられた少なくとも四以上の計測区域（ｄ）の二次元配列を前記プラットフォ
ーム上に含む光学系であって、少なくとも一つの励起光源と、請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構造と、格子導波路構造に対する励起光の入射角を変化させるための位置決め要素と、照射励起光に関して格子導波路構造の反対側に位置する透過励起光の測定のた
めの、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光の測定のための、及び／又は格子
構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の
測定のための、少なくとも一つの局所分解検出器と、を含む光学系。
【請求項４１】励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導さ
れる光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向に
分けられた少なくとも四以上の計測区域（ｄ）の二次元配列を前記プラットフォ
ーム上に含む光学系であって、少なくとも一つの励起光源と、請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構造と、格子導波路構造に対する励起光の入射角を変化させるための位置決め要素と、透過励起光の画像を生成するための、励起光の照射方向に関して格子導波路構
造の反対側に位置する拡散反射及び／又は拡散透過映写スクリーンと、前記映写スクリーンから透過励起光の画像を収集するための少なくとも一つの
局所分解検出器と、を含む光学系。
【請求項４２】励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導さ
れる光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向に
分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォーム上
に含む光学系であって、一定のスペクトル範囲で同調可能な少なくとも一つの励起光源と、請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構造と、照射励起光に関して格子導波路構造の同じ側に位置する透過励起光の測定のた
めの、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光の測定のための、及び／又は格子
構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の
測定のための、少なくとも一つの局所分解検出器と、を含む光学系。
【請求項４３】前記少なくとも一つの同調可能な光源が、少なくとも５nm
のスペクトル範囲で同調可能である、請求項４２記載の光学系。
【請求項４４】励起光を導波路に内結合するための又は導波路中を誘導さ
れる光を外結合するための共振条件の変化を局所分解測定するための、横方向に
分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を前記プラットフォーム上
に含む光学系であって、一定のスペクトル範囲で多色である少なくとも一つの励起光源と、請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構造と、照射励起光に関して格子導波路構造の同じ側に位置する透過励起光の測定のた
めの、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光の測定のための、及び／又は格子
構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の
測定のための、少なくとも一つの局所分解検出器と、を含む光学系。
【請求項４５】前記少なくとも一つの多色発光源が、少なくとも５nmの発
光帯域幅を有する、請求項４４記載の光学系。
【請求項４６】前記一定のスペクトル範囲中の高スペクトル解像度のスペ
クトル選択的光学部品が、格子導波路構造と少なくとも一つの局所分解検出器と
の間の光路中に位置する、請求項４４〜４５のいずれか記載の光学系。
【請求項４７】前記スペクトル選択的部品が、前記一定のスペクトル範囲
内の種々の波長で格子導波路構造から発せられる計測光の強さ分布のスペクトル
選択的な局所的に分解された二次元表現の生成に適している、請求項４６記載の
光学系。
【請求項４８】励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ
））中を前記多色光源から計測区域の領域で誘導される光を外結合するための共
振条件の変化の局所分解測定が、透過励起光の同時の又は順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の又は順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の又は順次の収集、により、スペクトル選択的検出によって、前記一定のスペクトル範囲内で、少な
くとも一つの局所分解検出器を使用して、好ましくは格子導波路構造に対する一
定の入射角での励起光の照射の下で実施される、請求項４４〜４７のいずれか記
載の光学系。
【請求項４９】励起光が本質的に平行に照射される、請求項４０〜４８の
いずれか記載の光学系。
【請求項５０】照射励起光が本質的に単色である、請求項４０〜４３のい
ずれか記載の光学系。
【請求項５１】層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又はＴＭ₀モードの励起のた
めに励起光が直線偏光状態で照射される、請求項４０〜５０のいずれか記載の光
学系。
【請求項５２】励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ
））中を計測区域の領域で誘導される光を外結合するための共振条件の変化の局
所分解測定が、透過励起光の順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の順次の収集、により、一以上の局所分解検出器によって、格子導波路構造に照射される励起光
の入射角の変化によって実施される、請求項４０〜５１のいずれか記載の光学系
。
【請求項５３】励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ
））中を計測区域の領域で誘導される光を外結合するための共振条件の変化の局
所分解測定が、透過励起光の順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の順次の収集、により、一以上の局所分解検出器によって、同調可能な光源の発光波長の変化に
より、好ましくは励起光を一定の入射角で格子導波路構造に照射することによっ
て実施される、請求項４２〜５１のいずれか記載の光学系。
【請求項５４】少なくとも一つの光源からの励起光が、拡大光学部品によ
って可能な限り均一に本質的に明るい光束に拡大され、一以上の計測区域に照射
される、請求項３０〜５３のいずれか記載の光学系。
【請求項５５】照射される励起光束が、少なくとも一つの寸法で、少なく
とも２mm、好ましくは少なくとも１０mmの直径を有する、請求項５４記載の光学
系。
【請求項５６】少なくとも一つの光源からの励起光が、一つの回折光学要
素又は光源が多数ある場合には多数の回折光学要素、好ましくはDammann格子又
は屈折光学要素、好ましくはマイクロレンズ配列により、可能な限り均一な強さ
の個々の光線の複数に多重化され、個々の光線が、互いに対して本質的に平行に
、横方向に分けられた計測区域に投射される、請求項３０〜５２記載の光学系。
【請求項５７】少なくとも一つの光源好ましくは単色の光源からの励起光
が、ビーム成形光学部品により、（光路の光軸に対して垂直な面で）スリット型
断面を有し、主軸が格子線に対して平行に向いて、可能な限り均一な強さの光束
に拡大され、光束の個々の光線が、格子導波路構造の面に対して平行な投射面で
互いに対して本質的に平行であり、前記光束が、格子導波路構造の面に対して垂
直な面で一定の収束角又は発散角で収束又は発散する、請求項３０〜３９記載の
光学系。
【請求項５８】励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ
））中を計測区域の領域でスリット型断面の照射領域内で誘導される光を外結合
するための共振条件の変化の局所分解測定が、透過励起光の同時の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の収集、により、一以上の局所分解検出器によって実施され、計測区域における共振条件
の局所変化が、前記計測区域からの反射光に対して本質的に平行に発せられる光の強さの最大
値のシフト及び格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の強さの最大値のシフト及び前記計測区域の領域で透過する光の強さの最小値のシフトによってモニタされ（いずれの場合にも、前記計測区域における共振条件を満た
す条件で）、前記強さの最大値及び強さの最小値のシフトが、格子線に対して垂直な面であ
り、格子導波路構造の面に対して平行な面で起こる、請求項５７記載の光学系。
【請求項５９】等しい又は異なる発光波長を有する二以上のコヒーレント
光源が励起光源として使用される、請求項３０〜５８のいずれか記載の光学系。
【請求項６０】二以上のコヒーレント光源の励起光が、異なる周期性の格
子構造を重畳したものとして設けられる格子構造（ｃ）に異なる方向から同時に
又は順次に照射される、請求項５９記載の光学系。
【請求項６１】たとえばＣＣＤカメラ、ＣＣＤチップ、フォトダイオード
アレイ、アバランシェダイオードアレイ、マルチチャネルプレート及びマルチチ
ャネル光電子増倍管を含む群の横方向分解検出器が信号検出に使用される、請求
項３０〜６０のいずれか記載の光学系。
【請求項６２】透過光束を形成するためのレンズもしくはレンズ系、光束
を偏向させるための場合によってはさらに形成するための平面もしくは湾曲ミラ
ー、光束を偏向させるための場合によってはスペクトル分離するためのプリズム
、光束の部分をスペクトル選択的に偏向させるためのダイクロイックミラー、透
過光の強さを調整するためのニュートラルフィルタ、光束の部分をスペクトル選
択的に透過させるための光学フィルタもしくはモノクロメータ、又は励起もしく
はルミネセンス光の別個の偏光方向を選択するための偏光選択要素、を含む群の
光学部品が、一以上の励起光源と請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構
造との間、及び／又は前記格子導波路構造と一以上の検出器との間、に位置する
、請求項３０〜６１のいずれか記載の光学系。
【請求項６３】励起光が１fsec〜１０minの間隔のパルスで投射され、計
測区域からの発光が時間分解的に計測される、請求項３０〜６２のいずれか記載
の光学系。
【請求項６４】励起光の投射と一以上の計測区域からの発光の検出とが、
一以上の計測区域で順次に実施される、請求項３０〜６３のいずれか記載の光学
系。
【請求項６５】ミラー、偏向プリズム及びダイクロイックミラーを含む群
の可動光学部品を使用して励起及び検出が順次に実施される、請求項６４記載の
光学系。
【請求項６６】格子導波路構造が、順次の励起及び検出の過程の間で動か
される、請求項６４〜６５のいずれか記載の光学系。
【請求項６７】励起光を導波路に内結合するための又は前記導波路中を誘
導される光を外結合するための共振条件の変化を、格子導波路構造上の一以上の
計測区域上の少なくとも一つサンプル中の一以上の分析対象物を測定するための
、前記プラットフォーム上の少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列によって
局所分解測定するための光学系であって、請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構造と、請求項３０〜６６のいずれか記載の光学系と、一以上のサンプルを格子導波路構造上の計測区域と接触させるための供給手段
と、を有する光学系。
【請求項６８】前記系が、格子導波路構造に向けて開口して、一以上の計
測区域又はセグメントに組み合わされた計測区域の区域に少なくともあり、それ
ぞれが好ましくは０．１nl〜１００μlの容積を有する一以上のサンプル区画を
さらに含む、請求項６７記載の光学系。
【請求項６９】サンプル区画が、光学的に透明な層（ａ）とは反対側で、
サンプルの供給又は出口のための入口及び／又は出口を除いて閉じられ、サンプ
ル及び場合によってはさらなる試薬の供給又は出口が系を通して閉鎖流で実施さ
れ、共通の入口及び出口を有するいくつかの計測区域又はセグメントへの液体供
給の場合、これらの開口が好ましくは行ごと又は列ごとに指定される、請求項６
８記載の光学系。
【請求項７０】一以上の分析対象物の測定のための検定の間に湿潤され、
計測区域と接触させられる試薬のための区画が設けられている、請求項６７〜６
９のいずれかの光学系。
【請求項７１】導波路に励起光を内結合するための又は前記導波路中を誘
導される光を外結合するための共振条件の変化の測定により、請求項３４〜７０
のいずれか記載の光学系中の請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構造上
の横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域上の一以上のサンプル中の一
以上の分析対象物を定性及び／又は定量測定する方法であって、横方向に分けら
れた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の配列を格子導波路構造上に含み、少な
くとも一つの励起光源からの励起光を、前記計測区域が上に位置する格子導波路
構造（ｃ）に照射し、かつ、光を前記計測区域に向けて層（ａ）に内結合するた
めの共振条件の満足度を、透過励起光の収集のための及び／又は励起光の放射方
向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外
結合される光の収集のための及び／又は格子構造（ｃ）によって内結合されたの
ち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光の収集のための、少なくとも一つの局
所分解検出器の信号から測定する方法。
【請求項７２】請求項２１記載の格子導波路構造上の横方向に分けられた
少なくとも二以上の計測区域上の一以上のサンプル中の一以上の分析対象物を定
性及び／又は定量測定する方法であって、層（ａ）に内結合される励起光の伝播
方向に対して本質的に垂直に局所的に変化する周期性を有する各格子構造（ｃ）
上に一以下の計測区域が設けられ、層（ａ）に内結合され層（ａ）中を誘導され
る励起光のさらなる伝播方向に格子導波路構造の非構造化領域が設けられ、場合
によっては、層（ａ）中を誘導される励起光のなおさらなる伝播方向にさらなる
格子構造（ｃ）が設けられ、この最後の格子構造を使用して、前記誘導される励
起光を局所分解検出器に向けて再び外結合する方法。
【請求項７３】格子構造（ｃ）上の計測区域における分子の吸着又は脱着
による、特に集団包括範囲の局所有効屈折率の変化が、前記格子構造（ｃ）によ
って励起光を層（ａ）に内結合するための共振条件を満たす局所位置を格子線に
対して本質的に平行にシフトさせる、請求項７２記載の方法。
【請求項７４】請求項２１記載の少なくとも二つの格子構造（ｃ）の一次
元配設を励起光で同時に照射する、請求項７２〜７３のいずれか記載の方法。
【請求項７５】励起光が本質的に平行に照射され、本質的に単色である、
請求項７２〜７４のいずれか記載の方法。
【請求項７６】層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又はＴＭ₀モードの励起のた
めに励起光を直線偏光状態で照射する、請求項７５記載の方法。
【請求項７７】請求項２１記載の少なくとも四つの格子構造（ｃ）の二次
元配設を励起光で同時に照射する、請求項７５〜７６のいずれか記載の方法。
【請求項７８】導波路に励起光を内結合するための又は前記導波路中を誘
導される光を外結合するための共振条件の変化の測定により、請求項１〜２９の
いずれか記載の格子導波路構造上の横方向に分けられた少なくとも二以上の計測
区域上の一以上のサンプル中の一以上の分析対象物を定性及び／又は定量測定す
る方法であって、横方向に分けられた少なくとも四以上の計測区域（ｄ）の二次
元配列を前記プラットフォーム上に含み、少なくとも一つの励起光源からの励起
光を、前記計測区域が上に位置する格子導波路構造（ｃ）に照射し、光を前記計
測区域に向けて層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を、透過励起光の
画像を生成するための、励起光の照射方向に関して格子導波路構造の反対側に位
置する拡散反射及び／又は拡散透過映写スクリーンを場合によっては使用するこ
とによって透過励起光を収集するための少なくとも一つの局所分解検出器の信号
から、及び／又は励起光の照射方向に関して格子導波路構造の同じ側にある反射
光に対して本質的に平行に再び外結合される光を収集するための少なくとも一つ
の局所分解検出器の信号から、及び／又は格子構造（ｃ）によって内結合された
のち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱光を収集するための少なくとも一つの
局所分解検出器の信号から測定し、格子導波路構造に対する励起光の入射角を位
置決め要素によって変化させて、局所屈折率に依存して、格子導波路構造（ｃ）
上で照射される種々の計測区域の領域で前記共振条件を種々の角度で満たす方法
。
【請求項７９】励起光が本質的に平行に照射され、本質的に単色である、
請求項７８記載の方法。
【請求項８０】層（ａ）中を誘導されるＴＥ₀又はＴＭ₀モードの励起のた
めに励起光を直線偏光状態で照射する、請求項７９記載の方法。
【請求項８１】計測区域の領域で、励起光を層（ａ）に内結合するための
又は導波路（層（ａ））中を誘導される光を外結合するための共振条件の変化の
局所分解測定を、透過励起光の順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の順次の収集、により、一以上の局所分解検出器によって、格子導波路構造に照射される励起光
の入射角の変化によって実施する、請求項７８〜８０のいずれか記載の方法。
【請求項８２】横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の
配列を格子導波路構造上に含み、導波路に励起光を格子導波路構造によって内結
合するための又は導波路（層（ａ））中を誘導される光を外結合するための共振
条件が、前記計測区域の一以上で本質的に満たされて、励起光の照射側に関して格子導
波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収
集のための、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ
）中を誘導される励起光の散乱光の、前記計測区域の領域からの収集のための、
局所分解検出器から本質的に最大の信号を生じさせる、及び／又は、計測区域の
領域から透過励起光を収集するための局所分解検出器から本質的に最小の信号を
生じさせるような方法、あるいは、計測区域の間で本質的に満たされて、励起光の照射側に関して格子導波路構造
の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集のため
の、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘
導される励起光の散乱光の、計測区域の間の領域からの収集のための、局所分解
検出器から本質的に最大の信号を生じさせる、及び／又は、計測区域の間の領域
から透過励起光を収集するための局所分解検出器から本質的に最小の信号を生じ
させるような方法で、格子導波路構造に対する励起光の入射角を調節する、請求
項７１記載の方法。
【請求項８３】格子導波路構造に対する励起光の調節された入射角を変化
させることなく、種々の計測区域の領域中及び計測区域の間の領域中の有効屈折
率の局所差を、透過励起光のための、及び／又は励起光の照射側に関して格子導
波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収
集のための及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）
中を誘導される励起光の散乱光の収集のための、一以上の局所分解検出器の強さ
の局所差から測定する、請求項８２記載の方法。
【請求項８４】少なくとも一定のスペクトル範囲で同調可能な光源から励
起光を層（ａ）に内結合するための、又は導波路（層（ａ））中を計測区域の領
域で誘導される光を外結合するための、共振条件の変化の局所分解測定を、透過
励起光の順次の収集によって、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構
造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の順次の収
集によって、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ
）中を誘導される励起光の散乱光の順次の収集によって、各配置で一以上の局所
分解検出器を使用し、前記少なくとも一つの同調可能な光源の発光波長を変える
ことにより、好ましくは格子導波路構造に対して一定の励起光入射角で実施する
、請求項７１記載の方法。
【請求項８５】横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域（ｄ）の
配列を格子導波路構造上に含み、導波路に励起光を格子導波路構造によって内結
合するための又は導波路（層（ａ））中を誘導される光を外結合するための共振
条件が、前記計測区域の一以上で本質的に満たされて、励起光の照射側に関して格子導
波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収
集のための、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ
）中を誘導される励起光の散乱光の、前記計測区域の領域からの収集のための、
局所分解検出器から本質的に最大の信号を生じさせる、及び／又は、計測区域の
領域から透過励起光を収集するための局所分解検出器から本質的に最小の信号を
生じさせるような方法、あるいは、計測区域の間で本質的に満たされて、励起光の照射側に関して格子導波路構造
の同じ側にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集のため
の、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘
導される励起光の散乱光の、計測区域の間の領域からの収集のための、局所分解
検出器から本質的に最大の信号を生じさせる、及び／又は、計測区域の間の領域
から透過励起光を収集するための局所分解検出器から本質的に最小限の信号を生
じさせるような方法で、少なくとも一つの同調可能な光源の発光波長を、好まし
くは格子導波路構造に対するこの励起光の一定の入射角で調節する、請求項７１
記載の方法。
【請求項８６】計測区域の領域で少なくとも一定のスペクトル範囲で同調
可能な多色光源から励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ）
）中を誘導される光の外結合ための共振条件の変化の局所分解測定を、透過励起
光の収集によって、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側
にある反射光に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集によって、及び
／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される
励起光の散乱光の収集によって、各配置で一以上の局所分解検出器を使用し、励
起光を好ましくは一定の入射角で格子導波路構造に照射して実施し、かつ、前記
励起光の一定の波長に関して励起光を内結合する共振条件、又は導波路中を誘導
されるこの波長の励起光を外結合する共振条件を満たすことにより、この波長の
最大信号画分を、励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光
に対して本質的に平行に再び外結合される光の収集のための、及び／又は格子導
波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起光の散乱
光の、前記計測区域の領域からの収集のための、局所分解検出器からの信号の一
部として測定し、及び／又は、この波長の最小信号画分を、計測区域の領域から
の透過励起光の収集のための局所分解検出器からの信号の一部として測定する、
請求項７１記載の方法。
【請求項８７】前記一定のスペクトル範囲中の高スペクトル解像度のスペ
クトル選択的光学部品が、格子導波路構造と少なくとも一つの局所分解検出器と
の間の光路中に位置する、請求項８６記載の方法。
【請求項８８】前記スペクトル選択的部品を使用して、前記一定のスペク
トル範囲内の種々の波長で格子導波路構造から発せられる計測光の強さ分布のス
ペクトル選択的な局所的に分解された二次元表示を形成することができる、請求
項８７記載の方法。
【請求項８９】励起光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ
））中を前記多色光源から計測区域の領域で誘導される光を外結合するための共
振条件の変化の局所分解測定を、透過励起光の同時の又は順次の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の又は順次の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の又は順次の収集、により、スペクトル選択性検出によって、前記一定のスペクトル範囲内で、少な
くとも一つの局所分解検出器を使用して、好ましくは格子導波路構造に対する一
定の入射角での励起光の照射の下で実施する、請求項４４〜４７のいずれか記載
の方法。
【請求項９０】励起光を本質的に平行に照射する、請求項８６〜８９のい
ずれか記載の方法。
【請求項９１】少なくとも一つの光源からの励起光を、一つの回折光学要
素又は光源が多数ある場合には多数の回折光学要素、好ましくはDammann格子又
は屈折光学要素、好ましくはマイクロレンズ配列により、可能な限り均一な強さ
の個々の光線の複数に多重化し、個々の光線を、互いに対して本質的に平行に、
横方向に分けられた計測区域に投射する、請求項７１〜９０のいずれか記載の方
法。
【請求項９２】少なくとも一つの光線、好ましくは単色の光源からの励起
光を、ビーム形成光学部品により、（光路の光軸に対して垂直な面で）スリット
型断面を有し、主軸が格子線に対して平行に向いて、可能な限り均一な強さの光
束に拡大し、光束の個々の光線が、格子導波路構造の面に対して平行な投射面で
互いに対して本質的に平行であり、前記光束が、格子導波路構造の面に対して垂
直な面で一定の収束角又は発散角で収束又は発散する、請求項７１記載の方法。
【請求項９３】前記光束の発散角又は収束角が、格子導波路構造の面に対
して垂直な面で５゜未満である、請求項９２記載の方法。
【請求項９４】計測区域の領域で、スリット型断面の照射領域内で、励起
光を層（ａ）に内結合するための又は導波路（層（ａ））中を誘導される光を外
結合するための共振条件の変化の局所分解測定を、透過励起光の同時の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の収集、により、一以上の局所分解検出器によって実施し、計測区域における共振条件の
局所変化を、前記計測区域からの反射光に対して本質的に平行に出る光の強さの最大値のシ
フト及び格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の強さの最大値のシフト及び前記計測区域の領域で透過する光の強さの最小値のシフトによってモニタし（いずれの場合にも、前記計測区域における共振条件を満たす
条件で）、前記強さの最大値及び強さの最小値のシフトが、格子線に対して垂直
な面であり、格子導波路構造の面に対して平行な面で起こる、請求項９２〜９３
のいずれか記載の方法。
【請求項９５】請求項３４〜７０のいずれか記載の光学系中で、請求項１
〜２９のいずれか記載の格子導波路構造上で横方向に分けられた少なくとも二以
上の計測区域（ｄ）の配列を前記格子導波路構造上に含み、導波路に励起光を内
結合するための又は前記導波路中を誘導される光を外結合するための共振条件の
変化の測定により、横方向に分けられた少なくとも二以上の計測区域上の一以上
のサンプル中の一以上の分析対象物を定性及び／又は定量測定する方法であって
、計測区域の領域で、スリット型断面の照射領域内で、前記共振条件の変化の局
所分解測定を、透過励起光の同時の収集、及び／又は励起光の照射側に関して格子導波路構造の同じ側にある反射光に対して本質的
に平行に再び外結合される光の同時の収集、及び／又は格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の同時の収集、により、一以上の局所分解検出器によって常に同時に実施し、計測区域における
共振条件の局所変化を、前記計測区域からの反射光に対して本質的に平行に発せられる光の強さの最大
値のシフト及び格子導波路構造（ｃ）によって内結合されたのち層（ａ）中を誘導される励起
光の散乱光の強さの最大値のシフト及び前記計測区域の領域で透過する光の強さの最小値のシフトによってモニタし（いずれの場合にも、前記計測区域における共振条件を満たす
条件で）、前記強さの最大値及び強さの最小値のシフトが、格子線に対して垂直
な面であり、格子導波路構造の面に対して平行な面で起こり、順次計測工程の間に格子導波路構造を格子線方向に対して垂直及び／又は平行
に動かして、計測区域が上に設けられた格子導波路構造の全面における前記共振
条件を順次に局所分解測定して、全計測区域からの計測信号を収集し、記憶し、
その記憶した信号から、格子導波路構造全体における前記共振条件の満足度の二
次元表現を生成することができる方法。
【請求項９６】光を層（ａ）に内結合するための共振条件の満足度を測定
するための横方向解像度を、格子構造（ｃ）のより大きな変調深さの選択によっ
て改善することもできるし、前記格子構造のより小さな変調深さの選択によって
減らすこともできる、請求項７８〜９５のいずれか記載の方法。
【請求項９７】光を層（ａ）に内結合するための共振条件を満たすための
共振角の半値幅を、格子構造（ｃ）の変調深さの減少によって減少させて、集団
包括範囲の局所変化の結果として、共振条件の満足度の横方向分解測定の感度を
増すこともできるし、前記格子構造の変調深さの増大によって増大させて、集団
包括範囲の局所変化の結果として、共振条件の満足度の横方向分解測定の感度を
減らすこともできる、請求項７８〜９６のいずれか記載の方法。
【請求項９８】集団包括範囲及び／又は有効屈折率の差を計測区域内でも
分解することができる、請求項７８〜９７のいずれか記載の方法。
【請求項９９】等しい又は異なる発光波長の二以上のコヒーレント光源を
励起光源として使用する、請求項７１〜９８のいずれか記載の方法。
【請求項１００】測定される分析対象物分子との結合又は解離によって集
団包括範囲の変化を増すため、金属コロイド（たとえば金コロイド）、プラスチ
ック粒子もしくはビーズ又は単分散粒度分布を示す他の微粒子を含む群から選択
することができる集団標識を、分析対象物分子又はその結合相手の一方に多段検
定で結合させる、請求項７１〜９９のいずれか記載の方法。
【請求項１０１】測定される分析対象物分子との結合又は解離によって有
効屈折率の変化を増すため、「吸収標識」を分析対象物分子又はその結合相手の
一方に多段検定で結合させ、「吸収標識」が、格子導波路構造の近場で有効屈折
率の変化を生じさせる適当な波長の吸収バンドを有し、吸収が屈折率の虚数部分
である、請求項７１〜１００のいずれか記載の方法。
【請求項１０２】励起光を請求項１〜２９のいずれか記載の格子導波路構
造の層（ａ）に内結合するための、又は前記層（ａ）中を誘導される光を外結合
するための共振条件の変化の局所分解測定に加えて、層（ａ）中を誘導される励
起光の減衰フィールドで励起される一以上のルミネセンスを測定する、請求項７
１〜１０１のいずれか記載の方法。
【請求項１０３】一以上の計測区域における、分析対象物としてのリガン
ドの、受容体としての固定化された生物学的又は生化学的又は合成認識要素への
結合を有効屈折率の局所変化から測定し、前記リガンド受容体系の機能応答を、
前記計測区域から発するルミネセンスの変化から測定する、請求項１０２記載の
方法。
【請求項１０４】一以上の計測区域における、受容体としての固定化され
た生物学的又は生化学的又は合成認識要素の密度を、前記計測区域の領域におけ
る、励起光を格子導波路構造の層（ａ）に内結合するための、又は前記層（ａ）
中を誘導される光を外結合するための共振条件と、環境における、すなわち前記
計測区域の外の対応する共振条件との差から測定し、かつ、前記認識要素に対す
る分析対象物としてのリガンドの結合を、前記計測区域から発するルミネセンス
の変化から測定する、請求項１０２記載の方法。
【請求項１０５】（第一の）等方向に発されたルミネセンス、又は（第二
の）光学的に透明な層（ａ）に内結合され、かつ、格子構造（ｃ）によって外結
合されるルミネセンス、又は両部分（第一及び第二）、を含むルミネセンスを同
時に計測する、請求項１０２〜１０４のいずれか記載の方法。
【請求項１０６】前記ルミネセンスの生成のため、励起されることができ
かつ、３００nm〜１１００nmの波長で発光する発光染料又は発光ナノ粒子をルミ
ネセンス標識として使用する、請求項１０２〜１０５のいずれか記載の方法。
【請求項１０７】集団標識及び／又は蛍光標識を、分析対象物に結合する
か、競合検定では、分析対象物類似体に結合するか、多工程検定では、固定化さ
れた生物学的又は生化学的又は合成認識要素の結合相手の一つ又は生物学的又は
生化学的又は合成認識要素に結合する、請求項１００〜１０６のいずれか記載の
方法。
【請求項１０８】励起波長におけるルミネセンスの一以上の測定及び／又
は光信号の測定を偏光選択的に実施し、好ましくは、一以上のルミネセンスを励
起光の偏光とは異なる偏光で計測する、請求項１０２〜１０７のいずれか記載の
方法。
【請求項１０９】抗体もしくは抗原、受容体もしくはリガンド、キレート
化剤もしくは「ヒスチジンタグ成分」、オリゴヌクレオチド、ＤＮＡもしくはＲ
ＮＡストランド、ＤＮＡもしくはＲＮＡ類似体、酵素、酵素補因子もしくは阻害
薬、レクチン及び炭水化物を含む群の一以上の分析対象物を同時又は順次に定量
又は定性測定するための、請求項７１〜１０８のいずれか記載の方法。
【請求項１１０】試験するサンプルが、天然の体液、たとえば血液、血清
、血漿、リンパ液もしくは尿又は卵黄又は光学的に濁った液体又は表面水又は土
壌又は植物抽出物又はバイオもしくはプロセスブロスであるか、生物学的組織部
分から採取されるものである、請求項７１〜１０９のいずれか記載の方法。
【請求項１１１】薬学的研究、コンビナトリアルケミストリー、臨床及び
臨床前開発におけるスクリーニング法での化学的、生化学的又は生物学的分析対
象物の測定のための、アフィニティースクリーニング及び研究における運動パラ
メータのリアルタイム結合研究及び測定のための、特にＤＮＡ及びＲＮＡ分析学
のための分析対象物の定性及び定量測定のための、毒性発生研究及び発現プロフ
ィールの決定ならびに医薬品研究開発、ヒト及び動物の診断、農薬製品研究開発
における抗体、抗原、病原体又はバクテリアの決定のための、症候性及び前症候
性植物診断、医薬品開発及び治療薬選択における患者層別化、食品及び環境分析
学における病原体、有害薬剤及び細菌、特にサルモネラ、プリオン及びバクテリ
アの決定のための定性及び／又は定量分析のための、請求項１〜２９のいずれか
記載の格子導波路構造及び／又は請求項３０〜７０のいずれか記載の光学系及び
／又は請求項７１〜１１０のいずれか記載の方法の使用。