JPS62503053A - 物質の選択的検出および測定物質内の屈折率変化検知を行なう光学センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 物質の選択的検出および測定物質内の 屈折率変化検知を行なう光学センサ 本発明は、請求の範囲第１項のプリアンプルに記載の光学センサに関するもので ある。液体、固体、有孔測定物質の内部の屈折率変化を把握する公知の装置は、 ２つの媒体間の全反射角な測定する屈折計である。この装置の場合、基準媒体が 、屈折率の分かつている高屈折率のプリズムから成っている。表面の化学吸Ｎ層 または化学結合層を検知する公知の装置は、だ円形メータであり、このだ円形メ ータは化学吸Ｎ層に反射する光線の偏光状態を分析する（これについては、Ｒｌ ＡＺＺａｍ　ｅｔ　ａｍ、、　ＰｈｙｓｉｃＳｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎａ 　ＢｉＯｌＢｌｏｌＯ（１９７７）４２２〜４ろＯ、Ｐ、Ａ、　０ｕｙｐｅｒｓ 　ａｔａｌ、、　ＡｎａｌｙｔｉｃａＩＢｉｏｃｈｅｍｉｅｔｒｙ　８４（１９ ７８）　＋５６〜６７参照のことノ。この装置は、比較０多（のスペースを要し 、必要とされる測定量が比較的大である。このことは、高価な測定物質の場合に は大きな欠点となることがある。７１０えて、だ円形メータの場合、測定精度が 限られている。これは測定クベットが光の偏光状態に影響を与えるからである。

吸収された抗原、抗体、ハプテンを検出する別の公知の装置は、ＥＰＯＯ７３９ ８０に説明されているよ５な反射計である。吸着層な検知する比較的近しい方法 は、金属層境界面の表面ノラスモンを回折格子を用いて、ある論はまた回折格子 を用いずに励起するというものである（これニラｌｘ　では、Ｂ、Ｌｉｅｄｂｅ ｒｇ　ａｔ　ａＬ、　５ｅｎｓｏｒθａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　４　（１９ ８３）　、２９９およびＥＰ　Ｏ１１２７２１を参照のこと）。薄い金属層は周 知の通りそれほど安定的ではなく、その光学特注に老化効果が認められる。この ため、実際の使用のさいに鍾々の問題が生じる。

抗体、抗原、ハプテンの免疫学的測定ないしはグルコースおよび代謝生成物の濃 度ａＩＪ定の１こめに最もよく用いられる方法は、ラジオアイントーゾ、酵素、 弗化クロムなどの標識物質を用いるものである。これらの物質は、化学的に反対 配位子、すなわち生体補体分子に結合されろ。しかし、標識は、しばしば当該生 体分子の結合特注を阻害する、言いかえると結合親和力が低下する。

だ円形メータ、反射計、表面プラスセン刺激法は、免疫反応の直接測定が可能で あるが（標識なしの物質入既述の欠点を有している。直接−ｌｌ定のもう一つの 方法は比濁法である。この比濁法は、しかし、きわめて敏感である。

請求の範囲の特徴部分に記載されているように、本発明は、次の特徴的特注の１ つ以上を有している光学センナを提供するという課題な解決するものである。

すなわち、 １、気体状、液体状、固体状、多孔性のいずれかの測定物質に含まれる特殊物質 の選択的検出が可能であること、 ２、単分子層の約１００分の１までの表面コーティング内の変化をも解像できる こと、 ３、気体、液体、固体、多孔性物質のいずれかの屈折率変化を１０の一５乗のオ ーダーまで解像できること、 ４、表面コーティングと屈折率変化とを同時に、かつ継続的に区別すること、 ５、必要とされる測定量がきわめて少ないこと、６、出来るだけスペースを要し ないこと、７、種々のＣす定面を単一のチップに統合して作業できること、であ る。

次に本発明の実施ツ」を図面につき、更に詳細に説明する。

第１図は、本発明の基本要素の略示図であるが、この場合は、基材の表面の導波 構造物は、回折格子と、場合によっては付加層とを有している。この導波構造物 は、どの図でも平面的な導波フィルムとして記載されている。

第２図は格子状インプット・パンチャ（Ｇｉｔｔｅｒｅｉｎ−ｋｏｐｐｌθｒ〕 を有する本発明による測定器、第３図は格子状アウトプット・キャッチャ（ｏｌ ｔｔｅ−ｒａｎｓｋｏｐｐｌｅｒ）を有する本発明による測定器、第４図はブラ ッグ反射器を有する本発明による測定器、 第５図は本発明の基本要素の略示拡大図であるが、この場合は、導波構造物は回 折域の外で保護層に覆われている。

第６図は、本発明の基本要素の略示拡大図であるが、この場合は、測定物質と、 付加層付きまたは付加層なしの導波構造物との間にはダイヤフラムが配置され、 このダイヤフラムは場合によってはクベットに固定されている。

第７図は、導かれる光波の光度を間接測定する本発明による装置であるが、この 場合は、光波により生じる散乱光がファイバースコープにより捕捉され、デテク タに伝えられる。

第８図は、導かれる光波の光度を間接測定する本発明による装置であるが、この 場合は単数もしくは複数の集束されていない回折オーダーが測定される。

インチグレー１・された光学系の基本ユニットは導波構造物、特に平面的な導波 体である。この導波体は薄い誘電層から成り、この誘電層は基材上圧設けられて いる。レーザー光線は全反射によりこの薄め層内を導かれる。この導かれる光波 （以下゛モードと呼ぶ）の伝は速度は、Ｃ／Ｎの値をとる。この場合、Ｃとは真 空中での光速であり、Ｎは導波体内を導かれるモードの有効屈折率である。有効 屈折率１１は、−面では、導波体の構成（層厚と薄す導波層の屈折率、更には基 材の屈折率）により、他面では、薄い導波層に隣接する媒体の屈折率により決ま る。

光波の伝導は、薄い平面層内のみでｒｌ　（、別の導波構造物、特にストリップ 状の導波体によっても行なわれる。その場合は、導波構造物はストリップ状のフ ィルムの形状にされる。

導波層（または導波層と基材との間）には、薄い付加層を設けることができ、し かも層システムの導波特性は全く損われることがない。

センサの作用形式にとって重要な効果は、有効屈折率Ｎの変化が、導波層（付加 層のあるもの、または無いもの）に隣接する媒体の変化と（または〕導波層自体 もしくは導波層に隣接する付加層の屈折率〔および／または光の吸収率〕および （または）厚さの変化とにより生せしめられることである。その場合、これらの 変化は、検出される物質の分子の吸着、離脱、化学吸着の過程もしくは化学反応 を介して生ぜしめられる。

測定物質の屈折率変化の検知のさいは、測定物質が、直接に導波層（場合によっ ては付７１０層が付せられている）上に載せられるか、もしくは適当なダイヤフ ラム上に載せられる。このダイヤフラムは、測定物質に含まれる汚染物、特に粒 子が導波層に接触し、測定な妨げるのを防止する。

測定物質に含まれる特殊物質（たとえば、液相での成る種の生体分子〕を検出す るさいの選択は、次の２つの措置の１つ、もしくは双方の組合せにより達せられ る。すなわち、 Ｌ　検出を要する物質を優先的に透過せしめるダイヤスラムを用いて、その物質 だけが付加層付きまたは付加層無しの導波層と接触するようにする、２、付カロ 層な適宜に選択することにより、検出を要する物質が優先的に付加層の内部もし くは表面で物理吸着もしくは化学吸着されるか、付加層の一定部分の化学反応お よび（または）離脱を解発するかするようにする。

センサの原理は、有効屈折率は格子状インプット・パンチャ、格子状アウトプッ ト・キャッチャ、ブラッグ反射器のいずれかとして役立つ回折格子により検出で きることにもとづいている。次に、格子状インプット・パンチャ、格子状アウト プット・キャッチャ、ブラッグ反射器の作用形式を図面につき詳説する。

第１図は本発明の基本要素を略示したものである。

薄層が平面状の導波フィルム１の形状で基材２（たとえばパイレックス・ガラス ）上に設けられている。導波フィルム１と基材２とは、−緒にいわゆる導波体１ ゜２を形成している。導波フィルム１は、たとえば酸化物層（８１０２、ＴｌＯ ２，５ｎ０２、もしくはそれらの混合物〕、プラスチック層（たとえばポリスチ ロール、ポリカルボネートなど）、２層以上の層の重ね合せのいずれかから底っ ている。拡散技術により、たとえば基材表面にも１表面下に直接に導波フィルム が設けられるように処理を施すことができる。レーデ−光線が全反射により導波 フィルム１内に伝ばされ５乙には、導波フィルム１の屈折率が隣接媒体（たとえ ば基材２や測定物質３〕のそれより大でなければならない。導波フィルム１は、 微細孔を有する組織なもつようにしてコーティング法により達成可能である。

基材２もしくは測定物質３に向いた導波フィルム表面もしくは導波フィルム体積 内には、長さしの回折格子４が配置されている。表面のレリーフ状の格子は、た とえば浮出し法により製作することができる。その場合、マスターの格子構造は 基材２もしくは導波フィルム１にも圧刻される。プラスチックや有機金属ゾル・ ｒル層への圧刻は、文献に記載の通りである（たとえばＲ，Ｕｌｒｉｃｈ　ｓｔ 　ａ’１．、　ＡｐｐＬ　Ｐｈｙｓ、　Ｌｓｔｔ、　２０（１９７２）、２１３ 〜２１５およびｗ、　Ｌｕｋｏｓｚ／Ｋ。

Ｔｉｅ？ｅｎｔｈａｌｓｒ、　０ｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　８　（１９８３ ）　＋５６７〜５３９参照のこと〕。

特に、圧刻ダイか一様に変調されたマスター格子な有していても、圧刻表面レリ ーフ格子の、格子目に直角方向で各場所に応じた変調を生せしめることが、圧刻 技術により可能である。このことは、特に次のよ５にすることにより達成されう る。すなわち、圧刻圧力を各場所に応じたものにし、マスター格子および（また は）基材２が、導波フィルム１と共に、もしくは導波フィルム１無しで、たわみ 可能であるようにするのである。より変調度の低い格子により分離されている２ つの変調度の高い格子域から氏っている表面レリーフ格子な、前記の圧刻技術で 作り出すことが出来る。

すなわち、２つの場所的に分離された互いに平行のエツジなもったマスタム格子 を、導波フィルム付きの、もしくは導波フィルム無しの基材２に対し押付けるの を集束したり、既に導波フィルム１内を導かれているモードを放出したり、その モードの一部を進行方向へ透過させ、一部を反射させたりするのに役立っている 。

導波フィルム１は、場合によっては格子域を付加層５でカバーしておく。この付 加層５は、測定物質３に含まれている物質の選択的検知を可能にする。６測足物 質”とも呼ばれる検出を要する物質３は、付加層５ないし導波フィルム１の少な くとも格子域に載せられる。

光学センサが、もっばら単体構成の光学式（差動］屈折計として作業する場合、 すなわち測定物質３内に生じる屈折率変化を測定することだけが必要な場合、付 加層５は、用いないか、もしくは測定物質３分子の吸着を防止するような性質の ものにする。たとえば。

０ＤＳ（オクタデシルシランク、もしくは、何らがのアルキル群を有する表面で は極性物質は吸着されない。

たとえば無極性（疎水性ノアルキシ群は水でぬらすことができない。この事情は 逆相クロマトグラフィーで十分に利用される（　Ｖ、Ｍａｙｅｒ、　Ｌａｂｏｒ ｂｕｃｈｅｒ　ｃｈｅｍｉｅ　：。

Ｐｒａｘｉｓ　ｄｅｒ　Ｈｏｃｈｌｅｉｓｔｕｎｇｓ−Ｆｌｔｉｓｓｉｇｃｈｒ ｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｅ］。

液体状の測定物質３の屈折率変化は、たとえば、その物質内部で生じている（生 ）化学的反応によって引き起されつる。測定物質３は、しかし、固体もしくは有 孔物質であってもよい。。

選択的検知に必要な付加層５または導波フィルム１は、測定物質３に言まれる特 定物質のみを選択的て化学吸着するか化学結合する性質のものである。もう一つ の層６も化学吸Ｎ性の層である。

光学センサのこの選択原理は、とりわけ免疫学において抗原・抗体結合を識別す るのに利用できる。たとえば付加層５を特定の抗原から成るようにした場合、測 定物質３に抗原に相応する抗体が言まれていれば、抗原・抗体結合が生ぜしめら れる。化学吸着層６は、その実施例の場合には抗体から底るよ５にする。化学吸 Ｎ層６の被覆度は、測定物質３の抗体濃度や培養時間に応じて決められる。この 光学センサは、したがって、たとえば抗体濃度測定に用いることができる。すな わち、たとえば最大被覆度または一定時間後に現われる定常的な被覆度が測定さ れるようにするのである。

生体分子のなかからキー／コック原理による選択的な識別によって、あらゆる生 体システムの組織や調整が保証されるので、この識別はバイオセンシングにも利 用することができる。生体分子の相補性は、抗原・抗体の場合のみでなく、たと えばパブテンと抗体、酵素と薄紫抑制因子、ホルモンまたはニューロトランスミ ッタと受容体の間にも、あるいはまた補体核酸の間にも見出されるので、光学セ ンサ用の選択原理としても役立ちつる。その場合は、補体生体分子のうちの１種 類をそのつど付加層５として導波フィルム１に固着させ、他の種類の生体分子で 層６を形成する。

受容体への特異物質の結合反応が可逆的である場合は、平衡状態においては、表 面コーティング、すなわち吸着層６の厚さは、測定物質３に溶解した特異物質の 濃度に応じて決められる。たとえば、この物質濃度が低い場合には、この物質の 分子は、再び平衡状態に達するまで、表面からｉ’ＵＩＪ定物質３へ離脱する。

この離脱は吸着層６の厚さの減少を意味する。

キー／ロック原理は、より複雑な形式でも適用できる。キー／ｌ：Ｉツク原理が 順次に複数回行なわれるいわゆるサンドインチ法は公知である（たとえば、抗体 ・抗原・抗体結合〕。また、大ていの場合に分子量が異なる２つの異なる種類の 生体分子が、受容体、すなわち付加層５にある単一の共通の結合場所をめて競う いわゆる競合法も公知である。測定物質３に含まれる１種類の分子の濃度が高い 場合、他の種類の分子は受容体の結合場所から部分的に排除される（ＥＰ　００ ７３９８０）。

この離脱により吸着層６の厚さには検知可能な変化が生じる。この厚さの変化は 、また１種類の分子、つまり検知を要する物質の濃度の尺度となる。

測定物質３に含まれる特異物質の濃度を測定するもう１つの可能性は、吸着過程 もしくは結合過程の動的特性を観察することである。検知される特異物質の濃度 の尺度となるのは、吸着層６の増大する時間ないし速度の関数である層厚変化で ある（これについてはａ、　ＴｒａｅＸｌｅｒ、　ＭｅａｉＺｉｎｔｅＣｈｎｉ ｋｇ　９　（１９７９）　＋７　９　〜８　４　、　Ｊ、Ｏ，Ｓｔｅｒｎｂｅｒ ｇ、Ｃｌユｎ、　Ｑｈｅ工、１４　５６（１９７７）を参照のこと〕。

導波フィルム１０賢面は受容体を固定する前に予備コーティングしてお（ことが できる。たとえばポリスチロール製の薄いポリマーフィルムヲ導波フィルム１に かぶせて、受容体の粘着性を改善することができる。

ポリマー層の代りに、酸化物層を用いることもできる。

酸化物としては、（吸着〕クロマトグラフィーにおいても、いわゆる固体相とし て用いられる物質を用いるのが好ましい。その場合、酸化物層が化学的に活性化 されるさいも、されないさいも、自体公知の方法で受容体を固着させることがで きる。導波フィルム１自体が酸化物から収る場合、前記の酸化物もしくはポリマ ーのコーティングは、事情によって用いないでもよい。

酸化物層ないし導波フィルム１に反応性シランを付して固着性を改善することも できる。

選択的（心化学吸着もしくは化学結合する物質は、付加層５の形態にするか、導 波フィルム１の微細孔内にのみ施すようにする。あるいはまた、この双方の形式 を用いることもできる。微細孔にのみ施す場合は、化学吸着ま１こは化学結合は 導波フィルム１自体が行なう。

付加層５は、測定物質３に含まれる検知を要する物質のみが付加層５内に拡散さ れる性質を有するようにすることもできろ。その場合、付加層５は、検知を要す る物質に対する高い溶解能を有するようにする。選択性を得るこの種の方法は、 既に見、前より公知であり、圧電式水晶発掘デテクタの場合に用いられる（　Ｕ ＳＰ　３１６４００４参照）。１ことえばシリコン油フィルムには炭化水素が溶 解される。炭化水素吸着の場合、シリコン油フィルムで覆われた水晶発振デテク タは振動数を変化させる（これについてはＡ、　Ｋｊ、ｎｄｌｕｎｄ／工、　Ｌ ｕｎｄｓｔｒｏｅｍ、　５ｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　３　（ ｉ　９８２／８３）、６３〜７７参照のこと〕。付加層５は、たとえばその種の シリコン油フィルムで構成することができる。

付加層５内または導波フィルム１自体内で、検知を要する物質により生せしめら れる化学反応は、屈折率、光吸収係数（屈折率の虚数部）、当該の層の層厚のす べて、もしくはいずれかの変化を生せしめる（これについてはＥ、Ｅ、Ｈａｒｄ ｙ　ｅｔ　ａｌ、、　Ｎａｔｕｒｅ　２５７　（１９７５）。

６６６〜６６７およびＯ，Ｎｙｌａｎｄｅｒ　ｅｔ　ａｌ、、　５ｅｎｓｏｒｓ ａｎａＡｃｔｕａｔｏｒｓ３　（１９８２／８３　）、　７９〜８８参照のこと 〕。しかし、また測定物質３に生ぜしめられる化学反応は、屈折率の変化のほか に、測定物質３の吸光係数の変化（たとえば変色〕と関係づけることができる。

いずれの効果も有効屈折率Ｎの変化を生せしめる。この屈折率Ｎは、ゼロ以外の 光吸収係数の場合には複合的な値をとる。

第２図では、レーデ−光線７は１回折格子４を通り導波体１，２円へ集束され、 導かれるモード８の形態で導波体１，２に沿って進行する。レーザー光線７は。

測定物質３の側から入射可能だが、基材２の側から入射させるのが好ましい。レ ーず−としては、たとえばヘリウムネオン・レーデ−１連続式または脈動式半導 体レーデ−ダイオード、相応の規準光学系を備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）の いずれかを用いることからでの性格をもっている。その特徴は、レーデ−光線の 波長が一定の場合、モード８の最高光度が達せられるレーず一光線入射角Ｗ１は 有効屈折率に応じて変る点である。励起されたモード８の有効屈折率Ｎは、導波 体１．２に含まれている媒体の屈折率、導波フィルム１の層厚、測定物質３の屈 折率、選択的に化学吸着する付加層５と化学吸着層６との屈折率、と層厚に、実 質的に規定される。導かれるモード８の有効屈折率Ｎが測定物質３０作用により 変化すると、最初に選ばれた入射角Ｗ１は、もはや最適でばなくなるので、モー ド８の光度が変化する。有効屈折率Ｎの変化は、したがって種々の形式で測定す ることができる。

屈折率変化が小さい場合、入射角Ｗ１と光の波長とが一定であれば、デテクタＤ １によって、モード８の光度変化が１ＲＩＪ定され、それによって有効屈折率変 化が推定できる。この測定法は、共振集束カーブ（Ｒｅｓ　ｏｎａｎｚｅｉｎｋ ｏｐｐｌｕｎｇｓｋｕｒｖｅ　）の半値幅より小さい有効屈折率変化の測定に適 している。このカーブは、入射角Ｗ１との関連でも、有効屈折率Ｎとの関連でも 共振特性を表わす。このカーブの半値幅は、回折に制約されろことにより格子の 長さＬに左右される（これについては、Ｋ、Ｔｉｅｆｅｎｔｈａｌｅｒ／Ｗ、Ｌ ｕｋｏｚ、　０ｐｔｉｃｓ１ｓｔｔｅｒｓ９　（１９８４）　、　１３７〜１３ ９参照〕。たとえば格子長さＬ　＝　ｔ５　ｍｊｌ、波長６３３Ｕの場合、単分 子層、たとえばＨ２Ｏ層の１／１０００表２面コーティング変化や（または）１ ０の一５乗のオーダーでの測定物質屈折率変化が解像されうる。但しこれは、モ ード８の光度変化が１％の解像度で測定される場合である。

共振集群カーブの半値幅より人きい有効屈折率変化の場合には、モード８の光度 が測定され、光線Ｔの入射角Ｗ１は、光度が常に最大であるか、または少なくと も常に等しい＠な有するように後調整される。入射角Ｗ１の変化から、有効屈折 率変化を推定することができる。また、入射角Ｗ１を、屈折率にもとづいて、モ ード８の最大光度が次の場合に初めて生じるように選ぶこともできる。すなわち 、化学吸着層６の厚さ、測定物質３の屈折率変化の双方または一方が所望の値に 達した場合である。

もつ一つの測定法は、レーザー光線７が最適集束される入射角Ｗ１がレーザー光 線の波長に応じて変化する事災な利用するものである。この測定法の要点は、入 射角Ｗ１が一定の場合、調整可能のレーザー光線の波長を次のように変化させる ことにある。すなわち。

導かれるモード８を、測定物質３の作用による有効屈折率の変化にもかかわらず 、常に最大ないし一定の光度を有するように変化させるのである。光線の波長の 変化から、有効屈折率の変化な推定することができる。

第６図には、格子状アウトプット・キャッチャを有する測定器が示されている。

導波体１，２、回折格子４、選択的に化学吸着する付加層５は、第１図のところ で説明済みである。導かれるモード８が回折格子４のところに来ると、レーザー 光線は一部または全部が解離される。解離されたレーデ−光線９は、波長が一定 の場合は、有効屈折率によって決まる一定角度Ｗ２で導波体１，２から放出され る。第３図にはモード８０発生は記載されていない。モード８は、たとえば端面 結合（ＦＩＭｃｈｓｎｋｏｐｐｌｕｎｇ　）、プリズム集束（Ｐｒｉｓｍｓ＊− ８ｉｎｋＯｐｐｌｕｎｇ）　、格子集束（Ｇｉｔｔｅｒｅｉｎｋｏｐｐｌｕｎｇ ）などによって励起することができる（この点についてはＴ、　Ｔａコｉｒ、工 ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃｓ、　′Ｋａｐ、　３参照〕。格子区域では有 効屈折率変化が測定物質３０作用で生じるが、この変化は放出角度Ｗ２の変化を 生じさせる。この角度変化は、たとえばダイオード・プレイまたは位置に応じて 感知するデテクタＤ２を用いて測定する。

解離されるレーザー光線９０角度変化が小さい場合は、検知面積が光線直径より 小さいデテクタＤ２を用いても、デテクタＤ２に入射するレーず一党線９の光度 の変化を測定できる。測定過程中に解離されるレーザー光線９がデテクタＤ２上 を移動するからである。角度変化ないし光度変化から、有効屈折率の変化を推定 することができる。調整可能のレーデ−が用いられる場合は、放出角度Ｗ２な、 測定物質３により生ぜしめられる有効屈折角度変化にも拘らず、光線の波長を適 宜に選択することによって一定に維持することができる。

光線の波長−の変化から、また、有効屈折率の変化を推定することができる。

第４図には、いわゆるブラッグ反射器が示されている。スペース上の理由から第 ４図には、選択的に作用する付加Ｎｉ５と化学吸着層６は記入されていない。格 子状カップラ（第２図、第３図）に用いられている回折格子は、ブラッグ反射器 としても用いることができる。案内されるモーデ８は回折格子４のところで、ブ ラッグ条件が満たされれば、言いかえると視射角ｗ３がブラッグ角度に合致する と、ブラッグ反射せしめられる（これにライては、Ｗ、　Ｌｕｋｏｓｚ／に、　 Ｔｉ　ｅｆｅｎ：１ｑａｌｅｒ。

０ｐｔｉｃｓＬｅＨｅｒｓ８（１９８３）＋　５３７〜５３９参照〕。

導かれるモード８な発生させるには、第３図のところで述べた通りにする。デテ クタＤ３とデテクタＤ４とは、回折格子４のところで反射するモード１ｏの光度 と（または）透過するモード１１の光度を測定する。

ブラッグ角度Ｗ３は、格子域の有効屈折率Ｎにより確定される。測定物質３によ り有効屈折率が変化すれば、ブラッグ条件が妨げられる。反射されるモードと透 過するモードの光度は変化する。これらの光度の両方または片方を、デテクタＤ ３とデテクタＤ４０両方またはいずれか一方で測定することにより、有効屈折率 の変化が推定できろ。

ブラッグ条件が満たされず、したがって反射されるモード１０も生じないように 角度Ｗ３を選ぶこともできる。有効屈折率変化が所望の値に達すれば、反射モー ド１０が発生ずる。その場合にはブラッグ条件が満たされるからである。

もう一つの測定法は、ブラッグ条件が光線の波長に従って変る事実を利用するも のである。測定物質３０作用による有効屈折率変化にも拘らず、ブラッグ条件は 、光線の波長を相応に選択することにより守ることができる。有効屈折率の変化 は、その場合、光線波長の変化から得ることができる。

ブラッグ反射器は、特に、９０度の視射角ｗ３で用いることができる。導かれる モード８は、その場合、再反射される。これは、とりわけ１反射されたモードが 最初の幅をもち、扇形にならないという利点なもつ。

平面的な導波フィルムの代りに、ストリップ状の導波体を用いることもできる。

ブラッグ反射器としては、特に、第１図の説明のさい言及した場所に応じて変調 される回折格子、とりわけ、変調の度合の少ない区域により互いに分離された２ つの著しく変調された格子区域から成る回折格子を用いる。付ｖ口層５は、場合 によっては変調度の少ない格子区域にだけ設けるようにすることができる。この 既述の回折格子は、ブラッグ反射器としてのみならず、格子状インプット・パン チャまたは格子状アウトプット・キャッチャとしても用いることができる。この 格子なアウトプット・キャッチャとし゛ご用いる場合は。

第３図のデテクタＤ２に条光組織が現われる。この格子をインプット・パンチャ として用いる場合は、有効屈折率Ｎまたは入射角Ｗ１の関数としてのパンチング 効率は、若干の極大と極小を有する。この格子をブラッグ反射器として用いる場 合は、有効屈折率の関数としての伝送・反射能は若干の極大と極小を臀する。

第１図から第８図には、導波フィルム１は平面的な構造物として記載されている 。しかし、光波の伝導な生せしめる別の構造物であってもよい。たとえば、平面 状の導波フィルム１０代りにストリップ状の導波体を用いることもできる。導波 フィルム１は、その場合、ストリップの形状でのみ用いられる。このストリップ は基材に載せることも、基材内に埋め込む（但し表面近くに）こともできる。ス トリップの屈折率は周囲の材料のそれより大である。その場合、案内されるモー ド８は双方の位置座標内を全反射による伝は方向に対し直角に案内される。測定 物質３および（またはン吸着された高分子、例えば蛋白質のところでの光の分散 または吸収により、モードは格子区域を去った後に著しく弱まり、この結果、光 度の測定はもはや不可能となる。この妨害効果を防止するため、第５図に示した ように導波フィルム１の格子域以外の区域を保護層１２で覆うようにするのが好 ましい。十分に小さい屈折率でなければならないこの保護層１２は、たとえば５ ｉｎ２層にすることができる。保護層１２の層厚は、格子域の外ではモードが測 定物質３ともはや相互作用を行なわない厚さにしなければならない。その横方向 減衰域は下降がはなはだしいからである。保護層１２は、また、第６図に示され たクベット１３の固定具が、案内されるモードに妨害的影響を与えるのを防止す るのにも用いることができる。

第６図には、第５図の配置にダイヤフラム１４が加見られ、これにより選択能も 光学センサの安定性も改善される。ダイヤフラム１４により、″濾過された”測 定物質１５のみが導波構造物１ｔいし付加層５と接触するようにすることが可能 となる。言いかえると６濾過された”測定物質１５には溶剤ないし緩衝液のほか には、検知を要する特別な物質のみが含まれるようにすることができる。このこ とは次のようにすることにより達せられる。すなわち、測定物質３を、場合によ ってはクベット１３により保持されたダイヤフラム１４の上に載せ、このダイヤ プラム１４により測定物質３から検知を要する物質のみを透過散乱させ、検知の 不要な物質は残しておくようにするのである。

ダイヤフラムが十分（（高い選択能をもつ場合には、付加層５は、場合によって は用いないでもよい。その場合には、導波フィルム１のところで非特異的な吸着 もしくは化学吸着が行なわれる。測定物質３と”濾過された”測定物質１５とは 液状もしくは気体状であることができる。

導波フィルム１または付加層５を直接に（生物学的りな膜で覆うこともできる。

受容体は付加層５の形状のみでな（、膜自体内に内移植しておくこともできる。

ダイヤフラムが、たとえばガラス製ダイヤスラムのように十分に耐久性がある場 合は、ダイヤプラムが基材の役割を引き受けるようにすることができる。その場 合には、ダイヤフラムは、場合によっては、まず付加層５で、次に導波フィルム １で覆うようにする。測定物質は、そのさいはダイヤフラム基材の上に載せられ る。

第２図と第４図にはデテクタが示されている。これらのデテクタは、導かれるモ ード８ないし１０．１１の光度な直接に測定する。しかしまた、導かれるモード を、１ことえば第２の格子で先ず解離し、次すで、解離されたレーず一光線の光 度なデテクタで測定することもできる。この光度は、案内されるモードの光度と 比例する。第２格子の解離機構は測定物質３によって妨害されてはならない。こ のことは、たとえば、第２′格子の区域で保護層により測定物質３から導波体を 分離するか、第２格子区域に測定物質３を配置しなめようにすることによって達 せられる（保護層については、第５図の説明参照のこと）。解離は、しかしなが ら、プリズム・カップラまたはテーパな介しても行なうことかで−きる（これに ついてはＴ、　Ｔａｍ１ｒ、工ｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｐｔｉ＝ｓ、　ｘａｐ、　 ３参照）。

も５一つの検知可能性は、第７図に示されている。

第２図の配置と異なり、案内されるモード８の光度は直接には測定されず、モー ド８により生ぜしめられる散乱：）ｕ１６がファイバースコープ１７により捕捉 され。

デテクタＤ５に導かれる。散乱光１６の光度は、モード８の光度に比例する。散 乱光１６は、導波体１，２の不可避的な不均一性のため常に存在する。同じよう にブラッグ反射器（第４図〕の場合も、モード１０および（または）１１の光度 の直接測定の代りに、反射モード１０および（または〕伝送モード１１の散乱光 光度を測定することができる。

第８図に一文、もう一つの間接的検知の可能性が示されている。レーず一光線７ が回折格子４に当ると種々の回折オーダーが１反射と透過のいずれにおいても発 生する。入射角度Ｗ１が正しく選ばれて力れば、レーデ−光線７は唯一つの回折 オーダーで導波フィルム１内へ集束される。エネルギー保存の法則に従って、こ の集められた光線は他の残りの回折オーダーには現われない。理論的にも実験的 （乞もレーデ−光線７を導波フィルム１内へ集束する場合、特定条件下では光度 の増強が一定の集束されていない回折オーダーで生じることが分かつている。し たがって、案内されたモード８の光度変化は、パンチされていない単数もしくは 複数の回折オーダー１８ないし２１の光度変化をデテクタＤ６ないしＤ９によっ て測定することによっても測定可能である。第８図では、反射光＠１８がゼロ・ オーダーの反射回折オーダーを意味し、伝送光線１９がゼロ・オーダーの伝送回 折オーダー、すなわち回折されない透過光を意味している。光線２０と２１とは 、反射ないし透過の点で、より高いオーダーの回折である。ブラッグ反射器〔第 ４図〕の場合も、モード１０および１１のほかに、一定条件下においては別の回 折オーダーが現われろ。これらのオーダーは空間内に自由放出され、それらの光 度は、したがって容易に検知可能である。

インチグレートされた光学センサの感度は、測定物質３０作用が予定されていて 、有効屈折率変化が出来るかぎり大である場合には特に大である。理論的に結論 されるのは、特に高い感度が達成されるのは、導波フィルム１が基材２や測定物 質３よりも著しく高い屈折率をもつ場合や、導波フィルム１０層厚が最低層厚よ りいくぶん厚く選ばれている場合である。導波フィルム１の最低層厚（いわゆる カットオフ層厚〕は、案内されるモードがフィルム１内で励起しつるために必要 とされろ（これにライてはＴ、Ｔａｍ１ｒ、工ｎｔｅｇｒａｔｅｄＯｐｔｉｃｓ 、　５ｐｒｉｎｐａｒ、　Ｂｅｒｌｉｎ　１９７９　、　ＫａＩ）、２参照のこ と）。出来るかぎり高め感度を達成するには、フィルム１の屈折率を最低１チに 選ぶこと、好ましくは、基材２ないし測定物質３の屈折率より１０％以上大きい 値に遺ぶことか勧められろ。基材２の屈折率より大きい屈折率なもつ測定物質３ の屈折率変化を測定する場合にのみ、高い感度を達成するさい、フィルムラと基 材２ないし測定物質３との間の屈折率の相違は重要ではなくなるのである。

理論的に感度が分かつている場合には、案内されるモードの測定有効屈折率変化 から、吸着ないし離脱の過程の状況、特に化学吸着層６０層厚変化か、または測 定物質３の屈折率変化が推定できる。光学センサで吸着層６０層厚変化と測定物 質３の屈折率変化とを同時に測定する場合は、同時に、案内される２つの異なる モードの有効屈折率変化を測定せねばならない。案内されるモードの場が吸着層 ６内で次第に減衰する（θｖａｎｅｓｚθｎｔ）場合には、吸着層６の厚さは、 測定物質３の屈折率変化な測定し５るには、いわゆる減衰距離より小さくなけれ ばならない。

波長の等しい２つの異なるモードを同時に励起するためには、格子状インプット ・パンチャ（第２図）の場合は、しかしながら、２つのレーデ−光線は異なる入 射角で同時に回折格子４に落ちなければならない。

単一のレーデ−光線のみの場合でも、この条件は、適宜な光線分割光学系を用い ることにより、満たすことができる。

２つの異なるモードの光度変化を同時測定することは、集束されていない回折オ ーダーもしくは第２の格子で解離されたモードを介して行ｆＬ　５ことができる 。

空間内へ自由に拡がる、異なるモードの光波は、角度が互いに異なるため、分離 して検知されうるからである。

しかしながら、２つの光度測定が絶対的に同時的である必要がない場合には、導 波体１，２の端部のところでマルチプレックス法により両モードの光度を直接− １１定することができる。すなわち、双方のモードな励起する入射レーず一光線 を片方ずつ遮蔽して測定するのである。極めて緩慢な過程の場合には、双方のモ ードを単一の入射レーザー光線により順次に励起することもできる。すなわち、 順次に相応の入射角を調整し、測定するのである。

更にまた、双方の入射角を両モードが逆方向に導波体１．２内に拡がるように選 ぶことも可能である。その場合、双方の光度変化は、場所的（（分離された２つ のデテクタによって同時的に直接に検知さする。

２つの案内されたモードの有効屈折率を同時測定するには、単一の入射レーず一 光線でも可能である。この光線は、しかし、スペクトルの上では２つの別個の（ 調整可能の〕波長から成っているので、付加的に波長が区別される２つの異なる モードな導波体１．２内で同時に励起することができる。

吸着層６の層厚変化と測定物質３の屈折率変化のいずれをも、格子状アウトプッ ト・キャッチャまたはブラッグ反射器で測定しようとする場合には、同時ＶＣ２ つの異なるモードな導波体１，２から解離するか、ないしは格子４のところでブ ラッグ反射させねばならない。

光度測定の場合、高い測定精度を達成しうるためには、信号・ノイズ比が適宜で あることが必要である。

レーザー出力の変動は測定精度を阻害する。このノイズは、入射レーず一光線の 光の一部な、回折格子４前方のどこかでビーム・スプリッタな介して分離し、基 準デテクタへ送り、測定信号の比を基準信号によって形成することにより排除さ れうる。

信号・ノイズ比は、公知のロック・イン技法によっても改善できる。この技法の 場合、回折格子４に入るレーザー光線が変調される。そのためには、ＯＷレーデ −の光がチョッパーによって変調されるか、もしくは、へ二とえば脈動レーデ− ダイオードまたは発光ダイオード（Ｔ、ＥＤ）を光源として用いる。

更に、適切な信号・ノイズ比を得るには５回折格子４上の照明斑、ｊなわち、た とえば格子状インプット・パンチャの場合にレーず一光線７により照らされる面 が、局所的に安定的でなければならない。このことは１次のようにすることによ り達せられる。すなわち、放射角の安定性が出来るだけ高いレーデ−を選び、こ のレーザーを出来るだけ回折格子４に近づけるか、レーず−と格子４との間にレ ンズを配置するのである。

このレンズは、格子４に光線の縮流の平面な写すものである。放射角の安定性は 、直接に入射角Ｗ１にも影響を与える。高い放射角安定ａｋもつレーず−は光学 センサの測定精度を高める。入射角Ｗ１が精確に定められるからである。

案内されるモードの電磁場は、測定物質３と相互作用し、したがって、光の波長 より小さい値だけ測定物質３内へ入り込むので、屈折率変化は極めて僅かな測定 物質量で測定が可能である。格子４が全長りにわたって照明され、照明斑が格子 の目に平行に０．１ｕの長さなもつ場合、Ｌ＝２間で、光の波長５００　ｎｍの 場合、最低測定ｔＶ＝２ｍＪ！Ｘ　Ｑ、１ｍｎｘ　５０　Ｑ　ｎｍ＝　Ｑ、ｉナ ノリッターである。

光学センサが極めて敏感に測定物質３の屈折率変化にも測定物質３の特異分子吸 着にも反応し、かつまた最低測定物質量が極めて僅かであるから、光学センサを デテクタとして、たとえば液体や気体の化学吸着や親和化学吸着に用いるよ５に 迫られる。

光学センサは基材上にインチグレートされた少数の（受動的な〕部材から成って いるので、安く製作でき、し１こがって例えばバイオセンシングや医学上の診断 において、使い捨てセンナとして使用可能である。

以上説明した光学センサのもう一つの利点は、複数センサを単一の基材上に配す ることができる点である。

これらのセンサは、異なる付加層５および（または〕ダイヤフラム１４を有する よ５１ＣＬ、、それによって、検知な要する異なる物質を選択的に感知するよう にすることができる。これら種々のセンサは、単一のレーザーにより同時にまた は順次に照射可能である。

国際調査報告 一一一一−＾−−ｋｍ、ＰｃＴ／Ｃ）１８６７０００７２ＡＮＮＥＸ　Ｔｏｏｒ ＫＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴ■０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥ ＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＣＦｉ　Ｅ１ ６１０００７２　（Ｓ八　１３２８４）ＵＳ−Ａ−４３４４４３８１７１０８／ ８２　Ｎｏｎｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．物質の選択的検出および（または）気体状、液状、固体状、有孔性のいずれ かの測定物質の屈折率変化の検知のための光学センサにおいて、センサが、基材 （２）の表面に載せられた導波構造物（１）から構成されており、この導波構造 物（１）には、格子状カツプラまたはブラツグ反射器として役立つ回折格子（４ ）と、場合によつては少なくとも格子区域に付加層（５）および（または）ダイ ヤフラム（１４）とが備えられており、かつまた、測定物質（３）は、少なくと も格子区域において、直接に導波構造物（１）、付加層（５）、ダイヤフラム（ １４）、基材（２）のいずれかの上に載置されうることを特徴とする物質の選択 的検出および（または）気体状、液体状、固体状、有孔性のいずれかの測定物質 の屈折率変化の検知のための光学センサ。 ２．導波構造物（１）が平面状の導波フイルムから成ることを特徴とする請求の 範囲第１項記載の光学センサ。 ３．導波構造物（１）がストリツプ状に構成されており、基材（２）の幅の一部 のみを必要とすることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光学センサ。 ４．導波構造物（１）の屈折率が、高感度達成のために少なくとも１％に、好ま しくは基材（２）の屈折率より１０％以上太きい値に選ばれることを特徴とする 請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の光学センサ。 ５．導波構造物（１）が酸化物層および（または）ポリマー層から成ることを特 徴とする請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の光学センサ。 ６．導波構造物（１）が少なくとも格子区域に微細孔を有していることを特徴と する請求の範囲第１項から第５項のいずれか１項に記載の光学センサ。 ７．基材（２）が、少なくとも格子区域では微細孔を有しており、かつまた（も しくは）ダイヤフラムをなしていることを特徴とする請求の範囲第１項から第７ 項のいずれか１項に記載の光学センサ。 ８．導波構造物（１）および（または）付加層（５）が、測定物質（３）に含ま れている検出を要する物質を選択し、固定的もしくは可逆的に物理吸着、化学吸 着、化学結合のいずれかを行なうことを特徴とする請求の範囲第１項から第７項 のいずれか１項に記載の光学センサ。 ９．付加層（５）が、特異的に結合する生物学的受容体、特に抗原の分子から成 つており、測定物質（３）に含有され受容体の補体をなす生体分子、特にこの抗 原に相応する抗体を、選択的に結合することを特徴とする請求の範囲第１項から 第８項のいずれか１項に記載の光学センサ。 １０．付加層（５）が、受容体、特に生物学的な受容体から構成されており、か つまた、導波構造物（１）が、この付加層（５）の非可動化のため、酸化物層、 ポリマー層、シラン化層のいずれかにより前コーテイングされていることを特徴 とする請求の範囲第１項から第９項のいずれか１項に記載の光学センサ。 １１．導波構造物（１）および（または）付加層（５）が、測定物質（３）の含 有する検出を要する物質により、選択的に化学変化可能であることを特徴とする 請求の範囲第１項から第７項のいずれか１項に記載の光学センサ。 １２．導波構造物（１）および（または）付加層（５）が、測定物質（３）に含 有される検出を要する物質に対する高い溶解能を有していることを特徴とする請 求の範囲第１項から第７項のいずれか１項に記載の光学センサ。 １３．導波構造物（１）および（または）付加層（５）が、検出を要する物質に より離脱可能な分子を含有していることを特徴とする請求の範囲第１項から第７ 項のいずれか１項に記載の光学センサ。 １４．付加層（５）が、導波構造物（１）および（または）基材（２）が有孔で ある場合は、導波構造物（１）上に配着されるか、もしくは導波構造物（１）と 基材（２）との間に配着されることを特徴とする請求の範囲第１項から第１３項 のいずれか１項に記載の光学センサ。 １５．導波構造物（１）が微細孔を有し、かつまた、付加層（５）の全部または 一部が満たされていることを特徴とする請求の範囲第１項から第１４項のいずれ か１項に記載の光学センサ。 １６．測定物質（３）と導波構造物（１）との間に、検出を要する物質のみを透 過させるダイヤフラム（１４）が配着されていることを特徴とする請求の範囲第 １項から第１５項のいずれか１項に記載の光学センサ。 １７．ダイヤフラム（１４）と付加層（５）付き、または付加層無しの導波構造 物（１）との間に溶液が入れられていることを特徴とする請求の範囲第１６項記 載の光学センサ。 １８．導波構造物（１）および（または）付加層（５）が、もつばら屈折率変化 を検知するため、分子の吸着を防止する性質のものにされていることを特徴とす る請求の範囲第１項から第１７項のいずれか１項に記載の光学センサ。 １９．導波構造物（１）が、格子区域以外のところで保護層（１２）に覆われて おり、この保護層（１２）が、格子区域外で測定物質（３）がモードに影響を与 えることを防止することを特徴とする請求の範囲第１項から第１８項のいずれか １項に記載の光学センサ。 ２０．回折格子（４）が、導波構造物（１）内または基材（２）内に圧刻された 表面レリーフ格子であることを特徴とする請求の範囲第１項から第１９項のいず れか１項に記載の光学センサ。 ２１．回折格子（４）が、格子の目に対して直角方向で位置に応じた変調を有し 、特に、変調度のより低い区域により分離されている２つの、より高い変調度の 格子区域から成ることを特徴とする請求の範囲第１項から第２０項のいずれか１ 項に記載の光学センサ。 ２２．付加層（５）が変調度の低い格子区域にのみ配置されていることを特徴と する請求の範囲第２１項に記載の光学センサ。 ２３．導波構造物（１）および（または）付加層（５）のところで生じる物理吸 着過程、化学吸着過程、化学結合のいずれかにより、かつまた（もしくは）測定 物質（３）内で生じる屈折率変化により生ぜしめられる有効屈折率変化、それも 、基材（２）・導波構造物（１）・付加層（５）・測定物質（３）から成る配置 内を案内されるモードの有効屈折率変化が測定されることを特徴とする請求の範 囲第１項から第２２項のいずれか１項に記載の光学センサを操作する方法。 ２４．測定物質（３）に含有されている特定物質の濃度が、有効屈折率の最大変 化値と（または）一定時間後に現われる有効屈折率変化定常最終値とを確定する ことにより確定されることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の光学センサ 操作法。 ２５．測定物質（３）内に含まれている特定物質の濃度または濃度変化が、有効 屈折率変化の時間的推移を追求し、特に有効屈折率がそれにともなつて変化する 速度を確定することにより確定されることを特徴とする請求の範囲第２３項に記 載の光学センサ操作法。 ２６．吸着層（６）の層厚と測定物質（３）の屈折率変化を同時的に確定するた め、案内される２つの異なるモードの有効屈折率変化が、同時的に、もしくはマ ルチプレツクス法により測定されることを特徴とする請求の範囲第２３項から第 ２５項のいずれか１項に記載の光学センサ操作法。 ２７．固定的に選択された角度（Ｗ１）で回折格子（４）に向けられるレーザー 光線（７）が、この格子（４）を介して導波構造物（１）内へ集束され、かつま に、導波構造物（１）および（または）付加層（５）のところで発生する過程と （または）測定物質（３）内で経過する屈折率変化により生ぜしめられる有効屈 折率変化が、集束されるモード（８）の光度変化と（または）空間内で自由拡散 する単数または複数の、集束されない回折オーダー（１８ないし２１）の光度変 化を測定することにより確定されることを特徴とする請求の範囲第２３項から第 ２６項のいずれか１項に記載の光学センサ操作法。 ２８．レーザー光線（７）が回折格子（４）に向けられる入射角（Ｗ１）が、導 波構造物（１）および（または）付加層（５）のところで生じる過程の間および （または）測定物質（３）内で生じる屈折率変化の間に後調整されて、この結果 、集束モード（８）が最大可能の光度、もしくは少なくとも常に等しい光度をも ち、かつまた（もしくは）単数または複数の集束されない回折オーダー（１８な いし２１）が最大可能の光度または少なくとも常に等しい光度をもつようにし、 これにより有効屈折率変化を入射角（Ｗ１）の変化から確定しうることを特徴と する請求の範囲第２３項から第２６項のいずれか１項に記載の光学センサ操作法 。 ２９．入射角（Ｗ１）が固定的な場合、レーザー光線の波長が、導波構造物（１ ）および（または）付加層（５）のところで生起する過程の間および（または） 測定物質（３）内で生起する屈折率変化の間に調整されて、この結果、集束モー ド（８）が最大可能な光度または少なくとも常に等しい光度をもち、かつまた（ もしくは）単数か複数の非集束回折オーダー（１８ないし２１）が最大可能の、 または少なくとも常に等しい光度をもつことにより、有効屈折率変化が光の波長 変化から確定される請求の範囲第２３項から第２６項のいずれか１項に記載の光 学センサ操作法。 ３０．導かれるモード（８）が回折格子（４）を通り導波構造物（１）から放出 され、かつまた、導波構造物（１）および（または）付加層（５）のところで生 起する過程および（または）測定物（３）内で生起する屈折率変化により生ぜし められる有効屈折率変化が、放出角度（Ｗ２）の変化の測定、または放出角度（ Ｗ２）が固定的な場合は、放出されたレーザー光線（９）の光度の確定により確 定されることを特徴とする請求の範囲第２３項から第２６項のいずれか１項に記 載の光学センサ操作法。 ３１．導かれるモード（８）が回折格子（４）を通り導波構造物（１）から放出 され、かつまた導波構造物（１）および（または）付加層（５）のところで生起 する過程および（または）測定物質（３）内で生起する屈折率変化により生ぜし められる有効屈折率変化が、レーザーの波長調整により放出角度（Ｗ２）を一定 に維持することにより確定されることを特徴とする請求の範囲第２３項から第２ ６項のいずれか１項に記載の光学センサ操作法。 ３２．導かれるモード（８）が角度（Ｗ３）で回折格子（４）に向けられ、格子 （４）のところでブラツグ反射され、かつまた、導波構造物（１）および（また は）付加層（５）のところで生起する過程および（または）測定物質（３）内で 生起する屈折率変化により生ぜしめられる有効屈折率変化が、反射モード（１０ ）および（または）透過モード（１１）の光度変化の測定により確定されること を特徴とする請求の範囲第２３項から第２６項のいずれか１項に記載の光学セン サ操作法。 ３３．導かれるモード（８）が角度（Ｗ３）で回折格子（４）に向けられ、格子 （４）のところでブラツグ反射され、かつまた、導波構造物（１）および（また は）付加層（５）のところで生起する過程および（または）測定物質（３）内で 生起する屈折率変化により生ぜしめられる有効屈折率変化が、レーザー光線の波 長調整により最大可能な光度もしくは少なくとも常に等しい光度で、導かれるモ ード（８）の反射が行なわれることにより確定されることを特徴とする請求の範 囲第２３項から第２６項のいずれか１項に記載の光学センサ操作法。 ３４．導かれるモード（８）ないし（１０）の光度測定を、 ａ）導波構造物（１）の端部から出る、導かれたモードの光度分配分がデテクタ （Ｄ１）ないし（Ｄ３）と（Ｄ４）とに入るようにすることにより、またｂ）結 合技術、特に格子状カツプラまにはプリズムカツプラにより導かれるモードが、 導波構造物（１）から放出され、放出された光の光度をデテクタにより測定する ことにより、 直接的に行なうか、もしくは ａ．）導かれるモードによつて生ぜしめられる散乱光（１６）を、たとえばフア イバースコープ（１７）で捕捉してデテクタ（Ｄ５）に導くことにより、まにｂ ．）請求の範囲第２７項から第２９項の場合に、単数もしくは複数の非集束回折 オーダー（１８ないし２１）の光度をデテクタ（Ｄ６ないしＤ９）により測定す ることにより、間接的に行なうかすることを特徴とする請求の範囲第２７項から 第２９項および第３２項と第３３項のいずれか１項に記載の光学センサ操作法。 ３５．信号・ノイズ比改善のため、以下の測定技術上の単数もしくは複数の修正 を行なつたこと、すなわちａ）レーザーを出来るだけ高い放射角安定性をもつて 用いる、 ｂ）レーザーと、レーザー光線が導波構造物（１）内へ集束される個所との間に レンズを配置する、ｃ）レーザーと回折格子（４）との間の光路にビーム・スプ リツタを配置し、基準ビームを生ぜしめる、ｄ）レーザーと回折格子（４）との 間の光路内に、変調されていないレーザー光線を変調する回転チヨツパを配置す る、 ｅ）レーザーとして脈動レーザーダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）を 用いるようにしたことを特徴とする請求の範囲第２７項から第３４項のいずれか １項に記載の光学センサ操作法。 発明の詳細な説■