光学デバイス、光学分析チップ、およびその製造方法
【課題】 透明媒体中の埋設路を利用する光学的測定を容易にする。
【解決手段】 本発明のある態様においては、少なくとも一部において外部と連通する埋設路１１０が内部に形成された透明媒体１０２と、埋設路１１０を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体１２０とを備えた光学デバイス１００が提供される。ある典型的な透明被覆体１２０は、前駆体ゾルからゾルゲル法により形成された透明導電体であり、別の典型的な透明被覆体１２０は、透明媒体１０２より高い屈折率を有しているとともに、埋設路の内部に流体用通路１３０を残すように配置されている。
【解決手段】 本発明のある態様においては、少なくとも一部において外部と連通する埋設路１１０が内部に形成された透明媒体１０２と、埋設路１１０を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体１２０とを備えた光学デバイス１００が提供される。ある典型的な透明被覆体１２０は、前駆体ゾルからゾルゲル法により形成された透明導電体であり、別の典型的な透明被覆体１２０は、透明媒体１０２より高い屈折率を有しているとともに、埋設路の内部に流体用通路１３０を残すように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイス、光学分析チップ、およびその製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、透明被覆体が壁面に配置されている埋設路を有する光学デバイス、光学分析チップ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空構造を形成した透明媒体は、例えば太陽電池および有機ＥＬディスプレイなどの各種電子デバイス、ならびにMEMS（micro electro mechanical systems）に適用される可能性を秘めている。そのような媒体のうち近年注目を集めているものにマイクロ流体デバイス（microfluidics devices）と呼ばれる装置を挙げることができる。マイクロ流体デバイスは、ガラスやサファイヤなどの透明媒質または透明媒体の内部に３次元的な微細な中空構造を形成し、その中空構造をマイクロチャネルなどの流路として利用するものである。マイクロ流体デバイスの適用分野として有望視されているものに、バイオテクノロジー等の分野に用いられるLab on a chip、μ-TAS(micro total analysis system) といったマイクロチップを挙げることができる。これらのマイクロチップは、何らかの分析、実験、観察または検査（以下、分析等という）において、対象物が流体である場合や、例えば細胞などの流体とともに存在するものである場合に利用される。マイクロチップの中には、マイクロチャネルの内部の現象を外部から光学的に分析等するものも知られている。そのような分析等の精度を高め作業を容易にする目的で、マイクロチップに複数の機能を集積することが研究開発の対象となっている。マイクロ流体デバイスを用いて光学的な分析等を行なうための装置は、特に光学流体デバイス（optofluidics devices）と呼ばれることもある。
【０００３】
マイクロチャネルなど中空構造を透明媒体中に作製するために光学的手段を活用する手法も知られている。例えば、フェムト秒レーザー光を利用する手法が非特許文献１(K. Sugioka et. al, Applied Physics A81, 1 (2005))に報告されている。この報告による手法においては、可視から赤外の波長域のピコ秒（１０−１２秒）より短いパルス期間のレーザー（フェムト秒レーザー）が感光性ガラスの内部に集光して照射される。すると、レーザーが照射された部分のうち、集光によってある強度以上にエネルギーが集中した部分においてのみ感光性ガラスの材質が改質される。その後にフッ酸などの酸水溶液によってエッチングを行なうと、改質された部分の材質が、改質されていない他の部分に比して高い選択比でエッチングされ選択的に除去される。この手法を用いると、透明な感光性ガラスの内部に精密なパターンを持つ中空構造、例えば３次元的なマイクロチャネルを形成することが可能となる。
【０００４】
一方、透明媒体の内部に設けられた中空構造を電気的な経路つまり導体配線として利用するための技術も開発されている。例えば、絶縁体の内部に形成された中空構造の表面にメッキにより選択的に金属配線を形成する手法が特許文献１（特開２００５−２０９８１７号公報）に開示されている（特許文献１、段落［００１４］）。別の例として、金属配線の形成のために中空構造に対して金属により導電性を付与することも試みられている。例えば、特許文献２（特開２００９−１７６９２６号公報）には、例えばＡｕ８０ｗｔ％−Ｓｎ２０ｗｔ％の金錫合金を中空構造の中に充填する溶融金属充填法が開示されている（特許文献２、段落［００２７］、［００２８］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０９８１７号公報、例えば段落［００１４］
【特許文献２】特開２００９−１７６９２６号公報、例えば、段落［００２７］および［００２８］
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K. Sugioka et. al, Applied Physics A81, 1 (2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記非特許文献１の手法に特許文献１や特許文献２の手法を組み合わせることにより、透明媒体中に形成した中空構造を利用して３次元的な導体配線（以下、「配線」という）を作製することが考えられる。例えば、透明媒体中にコイル状の中空構造を形成しておいて、その中空構造に金属を充填させてコイル状の配線とすることも考えられる。ところが、形成される配線が金属を利用するものである限り、形成される配線は光の透過性を阻害するものとなる。この透過性の阻害は、光学流体デバイスなどのマイクロ流体デバイスにおいて分析等を光学的な手段を活用して実行することに対する障害となる。例えば、透明媒体中のマイクロチャネルの被検査流体に電気化学的な作用を及ぼそうとしたり、透明媒体中に例えばコイル状の配線によってヒーターを形成して被検査流体を加熱しようとしたりする際に光の透過が阻害されると、被検査流体の挙動を光学的に分析等するのに支障を来す。
【０００８】
また一般に、透明媒体に形成したマイクロチャネル中の流体の分析等を光学的手段によって実施するために、透明媒体の外部からプローブ光を照射して、マイクロチャネル内部の被検査流体の光吸収等の光学的現象が測定されることがある。このような測定を行なう従来の手法においては、プローブ光が、マイクロチャネルの延びる向きに対して交差するように入射される。図１は被検査流体に対してプローブ光を照射する従来の配置を示しており、特に図１（ａ）は、被検査流体に対してプローブ光を交差させて照射する従来の配置を示している。この従来の配置においては、透明媒体ＴＭに形成されたマイクロチャネルＣ１をポートＰ１からポートＰ２に向かって通る流体に対して、マイクロチャネルＣ１を横断する向きにプローブ光ＬＰが入射されている。
【０００９】
ところが、図１（ａ）に示した従来の配置においては、被検査流体を通過する距離が短くなるために、必ずしも常にプローブ光が被検査流体と十分な相互作用を起こすとは限らない。この場合、測定の感度を高めるためには、図１（ｂ）に示すように、透明媒体ＴＭ中においてマイクロチャネルＣ１が延びる向きにプローブ光ＬＰを通過させながら被検査流体とプローブ光ＬＰとを相互作用させ距離を増大させることも考えられる。しかし今度は、光の発散などによってマイクロチャネルの壁面で透明媒体中に光が戻ってしまったり、プローブ光ＬＰが被検査流体から逃げてしまい、プローブ光ＬＰと被検査流体との相互作用を十分には生じさせにくいという課題を生じる。
【００１０】
本発明は、上述した課題の少なくともいずれかを解決するためになされたものである。本発明は、全体として透明性ができるだけ維持されており、光学的な各種の分析等に適する光学流体デバイスを提供することにより、光学流体デバイスの技術分野のみならず、その光学流体デバイスを採用して知見を得る任意の技術分野の発展に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の発明者は、中空構造であるような埋設路を囲む透明媒体の壁面の少なくとも一部にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物、または、スズドープインジウム酸化物）を形成することにより、透明媒体のもつ透明性が損なわれず、上述の課題の少なくともいずれかが解決されることを見出した。ここで、ＩＴＯは、可視波長域において高い透光性または透明性を示すばかりか、電極用の導電体として用いられるほどに低い電気抵抗率を示し、しかも、多くの透明媒体に比して高い屈折率を有している。これらの性質のうち、ＩＴＯの高い透明性と導電性とを活用すれば、金属の導電体を形成する場合に見られるようなプローブ光への悪影響を防止しつつ導電性を確保することが可能となる。
【００１２】
すなわち、本発明のある態様においては、少なくとも一部において外部と連通する埋設路が内部に形成された透明媒体と、該埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体とを備え、該透明被覆体が、該透明被覆体の前駆体ゾルからゾルゲル法により形成された透明導電体である光学デバイスが提供される。
【００１３】
また、本発明のある態様においては、透明媒体の内部に、少なくとも一部において該透明媒体の外部と連通させて埋設路を形成する工程と、該埋設路の内部に、透明導電体である透明被覆体の前駆体ゾルを配置する工程と、前記埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に、ゾルゲル法により前記透明被覆体を前記前駆体ゾルから形成する工程とを含む光学デバイスの製造方法が提供される。
【００１４】
これらの態様においては、透明被覆体である透明導電体の透明性と導電性とが利用される。つまり、透明導電体を埋設路の壁面に配置すれば、マイクロチャネルなどの埋設路に対して導電性を与えながら、透明媒体を利用した光学的な測定を行なうことが可能となる。なお、埋設路の壁面に配置される透明被覆体は、必ずしもＩＴＯでなくとも同様の効果が達成される。特に、この透明被覆体としてゾルゲル法によって形成する透明導電体を採用すれば、埋設路の内部に透明性と導電性とを両立した透明被覆体を形成することが可能となり、とりわけ有用である。
【００１５】
本発明においては別の態様も提供される。その態様は、透明被覆体のもつ透明性と高い屈折率とを利用するものである。例えば上記ＩＴＯは、大半の透明媒体よりも高い屈折率を有する。埋設路の壁面をＩＴＯなどの高い屈折率の透明被覆体により被覆すると、埋設路に入射されたプローブ光の少なくとも一部を埋設路に沿う方向に伝播させ、その近傍の流体用通路に対してプローブ光を効率良く相互作用させることが可能となる。
【００１６】
すなわち、本発明のある態様においては、少なくとも一部において外部と連通する埋設路が内部に形成された透明媒体と、該埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体とを備え、該透明被覆体が、前記透明媒体より高い屈折率を有しているとともに、前記埋設路の内部に流体用通路を残すように配置されている光学デバイスが提供される。
【００１７】
さらに、本発明のある態様では、光学デバイスの製造方法も提供される。すなわち、本発明のある態様においては、透明媒体の内部に、少なくとも一部において該透明媒体の外部と連通させて埋設路を形成する工程と、前記空中通路の内部に流体用通路を残して、前記埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に前記透明媒体より高い屈折率を有している透明被覆体を配置する工程とを含む光学デバイスの製造方法が提供される。
【００１８】
これらの態様において、上述した各課題の解決に寄与する透明被覆体の性質は、屈折率が高いことである。このため、透明被覆体の材質は必ずしもＩＴＯであることを要さない。例えば、透明被覆体は埋設路が形成される光学媒体よりも高い屈折率の透明な材質のものであればよい。
【００１９】
本発明においては、上述した各態様に加えて、光学分析チップも提供される。つまり、本発明のある態様においては、前記埋設路に被検査流体が通るようになっている上記いずれかの態様の光学デバイスを備える光学分析チップが提供される。
【００２０】
加えて、本発明のある態様においては、前記埋設路が両端で前記透明媒体の外部に対して連通しており、透明導電体である前記透明被覆体が該埋設路の一端から他端に電気的につながり該一端と該他端とに接続された電流源からの電流を流すようになっており、前記流体用通路が、被検査流体を通すようになっている上記いずれかの態様の光学デバイスを備え、前記流体用通路が前記埋設路の近傍に形成されている光学分析チップが提供される。
【００２１】
さらに加えて、本発明のある態様においては、前記埋設路の前記流体用通路が、被検査流体を収容するようになっている薄層形状に形成され、該被検査流体を供給または排出するためのポートにおいて前記透明媒体の外部と連通しており、前記透明被覆体が、該埋設路の壁面に該薄層形状の広がりに沿って形成され、前記流体用通路に収容されている被検査流体に対して作用電極として機能する、前記透明媒体の外部に電気的に接続されている透明導電体である上記いずれかの態様の光学デバイスを備える光学分析チップが提供される。
【００２２】
本発明の光学デバイス、光学分析チップまたはその製造方法の各態様において、透明媒体とは、任意の形状をもつ任意の材質からなる光を透過させる材質の物体を指しており、典型的な透明媒体は、石英ガラス、感光性ガラス等のガラス材のある厚みのブロックなどである。これ以外にも、透明媒体としてサファイヤ基板などを用いることも可能である。透明媒体の内部の埋設路とは、透明媒体の外形をなす範囲より内部において、透明媒体が存在しない領域として画定される任意の領域をいう。最も典型的には、透明媒体の内部の埋設路は、透明媒体となるブロックの内部に、透明媒体を除去して形成されたトンネル状の領域である。なお、典型的な埋設路は、それが形成されている透明媒体が少なくとも一時的に除去されて中空となることによって形成された当該透明媒体の内部の空間領域である。その埋設路は、形成された後に、他の物質がその埋設路に配置されて塞がれたり、他の物質によって埋められることもある。例えば埋設路の内部が何らかの物質によって埋められて中実となるようにされることもある。その埋設路は、一つには、被検査流体などの流体が通過することもある。また、例えば電気伝導がその埋設路を通じて行なわれる場合には、電流を担う電荷がその埋設路を通ることもある。
【００２３】
そのような埋設路に配置されるものの一つが、透明被覆体である。ここで、透明被覆体とは、埋設路が形成されている透明媒体の材質とは区別される任意の透明な材質からなり、埋設路の壁面に配置することが可能な任意の媒体を指す。透明被覆体は、典型的には透明媒体の壁面に接するように配置される。そして、光学デバイスとは、光学的な作用を利用することにより何らかの機能を果たすように作製されるデバイスである。このデバイスが機能を果たすために利用される光学作用には、透過、屈折、回折、散乱、吸収、発光といった線形および非線形の任意の光学現象が含まれている。また、この光学作用には、古典光学、物理光学、量子光学など分野において説明される任意の作用または現象を含んでいる。そして、透明導電体とは、透明性と導電性とを両立させる任意の物質である。典型的な透明導電体は上述したＩＴＯであるが、これ以外にも、金属酸化物や酸化物半導体に適宜ドーピングした材質を採用することができる。透明導電体としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯまたはＳｎＯ２）などを採用してもよい。また、他の透明導電体としては、導電性ポリマーも利用することができる。
【００２４】
なお、本出願全般において透明とは、伝播する光の少なくとも一部を通す性質のみを一般的に指し、例えば屈折したり、散乱したりすることによって、透過の前後において光の向きが影響を受ける場合を含んでいる。その意味で本出願において透明とは、光のエネルギーの少なくとも一部を通過させるような性質、つまり透光性のある性質を指している。また、透明性あるいは透光性が判断される波長域は特に限定されず、例えば、可視波長範囲に含まれるいずれかの波長や、分析等に利用される光の波長から選択される。その意味において、本出願における光との用語には、可視光のみならず紫外光や赤外光をも含む場合がある。ゾルゲル法とは、アルコキシド系のゾルから、加熱などにより、必要に応じてゲル状態を経て、金属酸化物や無機ガラスなどのセラミックスを形成する手法をいう。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の各態様によれば、マイクロチャネルや導電路となる埋設路が形成された透明媒体を利用して実施される各種の分析等において、光学的な検出能力を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の光学流体デバイスにおいて採用されるプローブ光の向きを説明するための説明図である。
【図２】本発明のある実施形態実施形態の光学デバイスの構造を示す説明図である。図２（ａ）は、光学デバイスの構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、特に埋設路の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明のある実施形態の光学デバイスにおける埋設路の構成のバリエーションを例示する概略断面図である。
【図４】本発明のある実施形態の光学デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明のある実施形態の光学デバイスにおいて、透明被覆体のための前駆体ゾルを作製するための製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明のある実施形態に従って実際に作製した光学デバイスのポート付近の走査型電子顕微鏡像である。
【図７】本実施形態に従って実際に作製した実施例サンプルの構成を示す平面図（図７（ａ））ならびに概略断面図（図７（ｂ）および（ｃ））である。
【図８】本実施形態に従って実際に作製した実施例サンプルの平面視での光学顕微鏡像である。
【図９】本発明のある実施形態において、被検査流体を流すマイクロチャネルの延びる方向にプローブ光を通しながら、被検査流体の光吸収を測定する光学分析チップの構造を示す構造図である。図９（ａ）は、光学分析チップの斜視図であり、図９（ｂ）は概略断面図であり、図９（ｃ）は、埋設路を伝播する光の強度を説明する説明図である。
【図１０】本発明のある実施形態において、マイクロチャネルを流れる被検査流体の加熱に対する挙動を分析等するために用いられる光学分析チップの構造図であり、図１０（ａ）は、光学分析チップの斜視図であり、図１０（ｂ）は、マイクロチャネルである流体用通路を横断する面における概略断面図である。
【図１１】本発明のある実施形態において、マイクロリザーバ内において電気化学的な作用を受けている被検査流体を光学的な分析等の対象にするために用いられる光学分析チップを示す構造図であり、図１１（ａ）は、光学分析チップの斜視図であり、図１１（ｂ）および（ｃ）は概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
【００２８】
本発明の実施形態の説明において、第１実施形態として、本発明において提供される光学デバイスの典型的な構成およびそれらの製造方法について説明する。その中では実際に作製された光学デバイスの実施例についても説明する。次いで、本発明の第２〜第４実施形態として、第１実施形態にて説明した光学デバイスを用いる光学分析チップの典型的な実施形態を説明する。
【００２９】
＜第１実施形態＞
［１ 構造］
［１−１ 概略］
図２に本発明の第１実施形態として説明する光学デバイス１００の構造を示す。このうち図２（ａ）は光学デバイス１００の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は特に埋設路の構成を示す概略断面図である。本実施形態の光学デバイス１００は透明媒体１０２を有しており、その透明媒体１０２には、例えば被検査流体が流されるマイクロチャネルとなる埋設路１１０が形成されている。この埋設路１１０は少なくとも一部において透明媒体１０２の外部と連通している。例えば、光学デバイス１００における埋設路１１０は、ポート１１２および１１４において媒体天面１０２Ｔに接続している。
【００３０】
透明媒体１０２は媒体天面１０２Ｔと媒体底面１０２Ｂとによる厚みを有するガラスであり、埋設路１１０はそのガラスの内部に形成されている。図２（ｂ）に示すように、埋設路１１０を囲む透明媒体１０２の壁面の少なくとも一部には、透明被覆体１２０が形成されている。この透明被覆体１２０の材質は、典型的には、透明被覆体１２０の前駆体ゾルからゾルゲル法により形成された透明導電体である。透明被覆体１２０の厚みが薄い場合、埋設路１１０のうち透明被覆体１２０のさらに内部には流体用通路１３０が形成されている。この流体用通路１３０は、例えば被検査流体（図示しない）を通すためのマイクロチャネルとされる場合がある。
【００３１】
［１−２ 埋設路のバリエーション］
本実施形態において、埋設路１１０の具体的な構成は、光学デバイス１００によって実施する分析等の目的や、光学デバイス１００に採用される具体的材料等に依存して種々変形される。したがって、本実施形態の一部として、光学デバイス１００の構成の細部が異なるいくつかのバリエーションを採用することが可能である。図３は、この埋設路１１０の構成のバリエーションを例示する概略断面図である。
【００３２】
図３（ａ）に示す光学デバイス１００Ａは、図２（ｂ）に示した光学デバイス１００の埋設路１１０と同様の構成の埋設路１１０Ａ、つまり、流体用通路１３０Ａを内部に有するような埋設路１１０Ａを有している。この場合、透明被覆体１２０Ａは、ポート１１２からポート１１４までの範囲において、流体用通路１３０Ａの周囲を取り囲むように形成されている。
【００３３】
これに対して、図３（ｂ）に示す光学デバイス１００Ｂは、透明被覆体１２０Ｂが、流体用通路が残されない程度に厚く形成された本実施形態の変形である。この場合、透明被覆体１２０Ｂにより埋まっているため、流体を通すためのマイクロチャネルとして埋設路１１０を利用することはできない。しかし、光学デバイス１００Ｂでは、例えば埋設路１１０に形成された透明被覆体１２０Ｂの電気抵抗を低減することが可能である。なお、この光学デバイス１００Ｂの構成においても、ポート１１２やポート１１４において媒体天面１０２Ｔに接続していることから、埋設路１１０は透明媒体１０２の外部に連通していると表現する。
【００３４】
さらに、本実施形態は、図３（ｃ）に示す光学デバイス１００Ｃように、埋設路１１０の一部分にのみ透明被覆体１２０Ｃを形成して残りを流体用通路１３０Ｃとするように変形することも可能である。光学デバイス１００Ｃの構造が採用されるのは、分析等の目的など何らかの理由により、透明被覆体１２０Ｃを配置する範囲と配置しない範囲を埋設路１１０の内部に設ける場合である。なお、この埋設路１１０のように、埋設路１１０の内部において透明被覆体１２０Ｃの配置される範囲を限定した構成は容易に作製可能である。例えば、透明被覆体を一旦埋設路１１０の内部全面にわたって光学デバイス１００Ａ（図３（ａ））に示す透明被覆体１２０Ａのように形成しておき、その後に、レーザーアブレーションなどの手法によって、不要な範囲の透明被覆体を除去する手法を採用することができる。
【００３５】
［２ 製造方法］
次に、図４を参照して、本実施形態の光学デバイス１００の例示の製造方法について説明する。図４は、光学デバイス１００の製造方法を示すフローチャートである。
【００３６】
光学デバイス１００を製造するためには、まず、透明媒体として準備した感光性ガラスにフェムト秒レーザーを直描することよって、感光性ガラスの内部に潜像を形成する（Ｓ１０２）。具体的には、感光性ガラスの内部のうち、後に埋設路１１０となる空間領域に集光させながらフェムト秒レーザーを照射する。この集光照射により、時間的および空間的に圧縮された強度の強い光が感光性ガラスに部分的に照射され、エネルギーが集中した部分の感光性ガラスが改質される。この直描処理では、感光性ガラスとレーザーの集光位置との相対的な位置を移動させながら感光性ガラスの内部の埋設路１１０とする位置の範囲にわたりレーザーの集光位置がスキャンされる。
【００３７】
次に、潜像が書き込まれた感光性ガラスをアニール処理する（Ｓ１０４）。このアニール処理は、例えば５℃／分のレートで５００℃まで昇温させて１時間維持し、その後にさらに３℃／分のレートで６０５℃まで昇温させて一時間維持する熱処理である。この処理によって、感光性ガラスのうち潜像が書き込まれた位置のみが結晶化される。
【００３８】
さらに、アニール後の感光性ガラスを１０％フッ酸液に浸漬し超音波を印加することにより、ウエットエッチングされる（Ｓ１０６）。このウエットエッチングの直前には、レーザーが集光照射された位置の感光性ガラスが結晶化されており、他の部分は結晶化されていないアモルファス状態である。アモルファス状態の部分に比して結晶化された部分のウエットエッチングの際のエッチレートが十分に高くなるため、レーザーを集光照射した空間領域感光性ガラスの内部において埋設路１１０となる。ウエットエッチングの後に、埋設路１１０の内部の微細な凹凸をならす平滑化アニール処理が施されることにより（Ｓ１０８）、埋設路１１０となる中空構造が形成される。
【００３９】
次に、形成された埋設路１１０となる中空構造の内部にＩＴＯによる透明被覆体１２０を形成する。ここで、さらに図５を参照して、透明被覆体１２０を形成するための前駆体ゾルを準備する処理について説明する。図５は、透明被覆体１２０のための前駆体ゾルを作製するための製造方法を示すフローチャートである。前駆体ゾルを作製するためには、まず、インジウムアルコキシド溶液として、無水塩化インジウムのアセチルアセトン溶液を還流しながら６０℃にて混合する（Ｓ２０２）。また、スズアルコキシド溶液として、無水塩化錫のエタノール溶液を室温にて混合する（Ｓ２０４）。最後にインジウムアルコキシド溶液とスズアルコキシド溶液とを室温にて互いに混合することによって（Ｓ２０６）、ＩＴＯゾルである前駆体ゾルが生成される。
【００４０】
図４を再び参照する。生成された前駆体ゾルが埋設路１１０となる中空構造の内部に注入される（Ｓ１１０）。この注入処理のためには、浸漬、圧入、スピンコートなど、任意の手法を単独でまたは組み合わせて採用することができる。例えば、シリンジを利用して前駆体ゾルを中空構造に圧入する工程が注入の典型的な工程である。そして、透明媒体１０２全体を前駆体ゾルとともに、例えば大気雰囲気において高温（５５０℃）で焼成する（Ｓ１１２）。この焼成処理により、埋設路１１０の内部の透明被覆体１２０が結晶化し導電性を示し始める。なお、焼成して結晶化する前の前駆体ゾルは、適当な温度で乾燥させてゲル化しておく場合もある。ただし、その場合であっても、焼成前の前駆体は通常はアモルファス状態であり、導電性はほとんど示さない。
【００４１】
その後、透明被覆体１２０が形成されていない部分を埋設路１１０に設ける場合、つまり、光学デバイス１００Ｃ（図３（ｃ））に示したような構造に作製する場合には、必要に応じてレーザーアブレーション（Ｓ１１４）が実施される。このために用いるレーザーは、典型的には、感光性ガラスの内部に潜像を形成するために用いたものと同様のフェムト秒レーザーである。
【００４２】
なお、図４および図５に基づいて上述した製造方法は、具体的に採用する材質等の条件に対応して適宜変形することが可能である。例えば、透明媒体として感光性ガラスを採用する代わりに、石英ガラスを採用すれば、潜像を書き込んだ後のアニール処理（Ｓ１０４）は不要となる。また、焼成処理（Ｓ１１２）の前にレーザーアブレーション（Ｓ１１４）を行なっても、透明被覆体１２０が形成されていない領域を埋設路１１０に設けることができる。本実施形態では、焼成処理（Ｓ１１２）とレーザーアブレーション（Ｓ１１４）の順序は具体的な材質等の選択によって適宜選択される。
【００４３】
さらに、上述した製造方法の説明においては、インジウムアルコキシド溶液とスズアルコキシド溶液とを用いたゾルゲル法によりＩＴＯである透明被覆体１２０を形成する手法について説明した。しかし、本実施形態は、この具体的材料や製造方法にのみ限定されるものではない。透明被覆体１２０としてＩＴＯ以外の材料を採用する場合には、その材料に応じた前駆体溶液が選択され、それに合わせた透明被覆体１２０の形成条件が採用される。
【００４４】
その一例は、透明被覆体１２０として、透明性と導電性とを示す酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を採用するものである。この場合には、酢酸亜鉛二水和物を２-プロパノールを溶媒として溶解することによって得られる前駆体ゾルを採用する。この場合に結晶化した透明導電体の透明被覆体１２０を形成するため、図４に示したアニール処理（Ｓ１１２）は、１１０℃程度で前駆体ゾルを乾燥させて前駆体ゲルとする処理と、透明媒体１０２である感光性ガラスが耐える６００℃程度の温度で３０分程度加熱する処理との二段階の処理によって行なわれる。
【００４５】
ＩＴＯやＺｎＯ以外であっても、透明性のある材料を、例えばゾルゲル法などの埋設路１１０において成膜しやすい手法によって形成することが本発明の実施形態に含まれている。透明被覆体１２０に用いるＩＴＯ以外の材料の別の例としては、アンチモンドープ酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｓｂ）を形成することも可能である。アンチモンドープ酸化スズもゾルゲル法によって形成することができる透明導電体であるため、ＩＴＯに基づいて上述したように、前駆体ゾルを経て透明被覆体１２０と同様の透明性および電気特性の透明被覆体を形成するための良い候補となる。その場合、原料にはＳｎＣｌ４とＳｂＣｌ３が用いられる。例えば、ＳｎＣｌ４・５Ｈ２ＯとＳｂＣｌ３を、塩酸（ＨＣｌ）、水（Ｈ２Ｏ）およびエチルアルコールに混合し、よく攪拌して溶液とする。そして、その溶液を埋設路１１０に導入する。透明媒体１０２を例えば６００℃程度に加熱すれば、埋設路１１０の壁面には透明被覆体１２０としてＳｎＯ２：Ｓｂが形成される。
【００４６】
透明被覆体１２０に用いるＩＴＯ以外の材料のさらに別の例としては、導電性ポリマーを用いることも可能である。導電性ポリマーは、例えば重合等の化学反応を生じる低分子材料の前駆体溶液に適当な重合開始剤を混入させた溶液や、適当な溶媒に溶解させたり、熱によって融解したりすることによって得られる前駆体溶液または前駆体となる融液を経て形成される。それらの前駆体溶液または融液の状態では、埋設路１１０に容易に導入することが可能であり、その状態で重合開始のために紫外線による露光を行なったり、加熱によって熱重合を開始させたりすることにより、所望のタイミングで導電性ポリマーを形成する。この際、紫外線等に代えて、フェムト秒レーザーを利用すれば、埋設路１１０の壁面の所望の領域にのみ導電性ポリマーをパターニングして形成することが可能である。このように、透明被覆体１２０としては導電性ポリマーを採用することも本実施形態には含まれている。
【００４７】
［実施例：実施例サンプル１］
本実施形態の実施例として、図４および図５に基づき上述した製造方法に従って作製した光学デバイスの実施例サンプル１について説明する。説明のためこれまで用いた図面および符号を参照する。より詳細には、透明媒体１０２として感光性ガラスであるＦｏｔｕｒａｎ（ドイツ・ショット社製）を準備し、その内部に５００μｍ四方の正方形断面を持つ埋設路１１０を作製した。埋設路１１０は、媒体天面１０２Ｔに沿った向きの長さが５ｍｍになるように形成した。また、上述した製造方法に従って、埋設路１１０の内部に透明被覆体１２０を形成した。フェムト秒レーザーは、波長７７５ｎｍ、パルス期間１４０±５ｆｓ、パルス周期１ｋＨｚのものを用いた。透明導電体としての透明被覆体はＩＴＯを採用した。
【００４８】
図６は、本実施形態に従って実際に作製した光学デバイス１００構造を持つ実施例サンプル１のポート１１２付近の走査型電子顕微鏡像である。図６の顕微鏡像には、ポート１１２が形成されていること、および、そのポート１１２の周囲に透明被覆体１２０が形成されていることが明瞭に示されている。ポート１１２の周囲の透明被覆体１２０は図６において明るく写っている部分であり、作製時に前駆体ゾルがポート１１２からあふれて透明被覆体１２０として形成されたものである。なお、作製した実施例サンプル１においては、形成された透明被覆体１２０が高い結晶性を示す膜となっていることを、同時に形成した解析用のサンプルから取得したＸ線回折像（図示しない）により確認している。また、ポート１１２とポート１１４との間において測定された電気抵抗は約４５０Ωであった。その値から換算して得られた埋設路１１０の内部での透明被覆体１２０の示す電気抵抗率は１０−３Ω・ｃｍ程度であった。こうして、実施例サンプル１において十分な導電性を示す透明導電体として透明被覆体１２０が形成されていることを確認した。さらに、作製した実施例サンプル１を光学顕微鏡により観察したところ、電子顕微鏡像（図６）において明瞭に確認されたポート周囲の透明被覆体１２０は、その周縁の端部がかろうじて確認できる程度にのみ観察され、透明被覆体１２０自体は透明であった。
【００４９】
［実施例：実施例サンプル２］
本実施形態においては、透明媒体１０２の内部に複数の埋設路を作製し、それぞれを別々の配線として利用することも可能である。図７は、本実施形態に従って実際に作製した実施例サンプル２の構成を示す平面図（図７（ａ））ならびに概略断面図（図７（ｂ）および（ｃ））である。実施例サンプル２は、図４および図５に基づき上述した製造方法に従って作製した光学デバイスである。また、具体的な材質等の詳細な条件は、実施例サンプル１と同様とした。
【００５０】
実施例サンプル２においては、一体の透明媒体１０２に二つの埋設路を同時に作製し、それぞれの埋設路に透明被覆体１２０を同時に形成することによって別々の配線を形成した。つまり、実施例サンプル２により調査したのは、具体的には、埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕとの両者の壁面に、図２（ｂ）の透明被覆体１２０のように透明被覆体（図７において図示しない）を形成した場合に、埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕとを互いに絶縁された電気配線として利用可能かどうかである。透明媒体１０２として採用したのは、実施例サンプル１と同種の感光性ガラスである。その透明媒体１０２には、互いに交差する方向に延び、ねじれの関係にある二つの埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕを形成した。媒体天面１０２Ｔからみて浅い位置には埋設路１１０Ｓを形成し、深い位置には埋設路１１０Ｕを形成した。そして、電気配線を作製するために、実施例サンプル２では上述した実施例サンプル１と同様の作製手順を採用した。また、埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕには、媒体天面１０２Ｔと連通する位置にリセス部１１６を設け、リセス部１１６の中にポートを設けた。具体的には、埋設路１１０Ｓには、ポート１１２Ｓおよび１１４Ｓを設け、埋設路１１０Ｕには、ポート１１２Ｕおよび１１４Ｕを設けた。さらに、実施例サンプル２は、図４および図５により説明した製造方法によって作製した。
【００５１】
図８は、本実施形態に従って実際に作製した実施例サンプル２の平面視での光学顕微鏡像である。実施例サンプル２において、埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕとは互いに絶縁を保った別々の配線として機能した。具体的には、埋設路１１０Ｓに形成された透明被覆体を通じて、ポート１１２Ｓとポート１１４Ｓは互いに抵抗が約４００Ωとなる程度の導通が得られ、同様に、埋設路１１０Ｕに形成された透明被覆体を通じて、ポート１１２Ｕとポート１１４Ｕは互いに抵抗が約４００Ωとなる程度の導通が得られた。また、ポート１１２Ｓおよびポート１１４Ｓは、ポート１１２Ｕともポート１１４Ｕとも一切導通がなく、同様に、ポート１１２Ｕおよびポート１１４Ｕは、ポート１１２Ｓともポート１１４Ｓとも一切導通がなかった。なお、各ポートにおける導通は、リセス部１１６の内部の一部にも形成された透明被覆体を用いて測定した値である。また、図８において透明被覆体が光学的には観察できず、しかも、媒体天面１０２Ｔから、埋設路１１０Ｓを透かして埋設路１１０Ｕが観察されている。これらから、透明被覆体が形成された各埋設路は十分に透明であるといえる。
【００５２】
なお、実施例サンプル２により実証されたのは、本実施形態によって透明媒体中に任意の電気配線を形成しうることである。実施例サンプル２にて形成された複数の埋設路が同一の埋設路内で導通し別々の埋設路間で絶縁されていたからである。したがって、本実施形態における埋設路１１０の数や形状は、図２または図３に示したような形状に限られない。例えば、埋設路１１０に設けられている屈曲部は、図２または図３に示したものではいずれも２箇所のみであるが、その数には限定はない。さらに、埋設路１１０の断面として採用可能な形状は、図６に示したような概ね正方形の断面を有する形状にも限られず、例えば、円形断面、帯状に延びる薄層状の断面など種々の断面形状であり、特段制限されない。図示しないが、分岐のある形状や、任意の数だけ外部と連通している形状などの種々の形状の埋設路１１０を本実施形態に採用することが可能である。
【００５３】
＜第２実施形態＞
本発明の実施形態には、マイクロ流体デバイスである光学分析チップとして実施することも含まれている。図９は、被検査流体を流すマイクロチャネルの延びる方向にプローブ光を通しながら、被検査流体の光吸収を測定する光学分析チップ２００の構造を示す構造図である。図９（ａ）は光学分析チップ２００の斜視図であり、図９（ｂ）は光学分析チップ２００の埋設路２１０を含む面における概略断面図である。さらに、図９（ｃ）は埋設路２１０を伝播する光の強度を説明する説明図である。
【００５４】
光学分析チップ２００は、媒体天面２０２Ｔと媒体底面２０２Ｂとを両面とするある厚みの透明媒体２０２によって作製されており、その透明媒体２０２の内部には埋設路２１０が形成されている。埋設路２１０は、透明媒体２０２の外部に連通しているポート２１２とポート２１４とを媒体天面２０２Ｔに有しており、分析等を実施する際にはポート２１２とポート２１４とを利用して被検査流体がその内部に通される。透明媒体２０２に形成された埋設路２１０は、ポート２１２および２１４のそれぞれの付近において、媒体天面２０２Ｔから、および、媒体天面２０２Ｔに向かって延びるシャフト（縦坑）部２１０Ｓ１および２１０Ｓ２を有している。また、シャフト部２１０Ｓ１および２１０Ｓ２の間には、媒体天面２０２Ｔに平行にレベル（横坑）部２１０Ｌが延びている。つまり、埋設路２１０は、シャフト部２１０Ｓ１、レベル部２１０Ｌ、およびシャフト部２１０Ｓ２によって構成されている。透明被覆体２２０は、埋設路２１０のうち、レベル部２１０Ｌのさらに一部、つまりレベル部２１０Ｌの両端を除いた部分の周囲の壁面に形成されている。埋設路２１０のうち透明被覆体２２０の占める領域を除いた中空の部分は流体用通路２３０をなしており、その流体用通路２３０が被検査流体に対するマイクロチャネルとして機能する。
【００５５】
光学分析チップ２００の透明媒体２０２には埋設路２１０以外にも微小な構造が作り込まれている。具体的には透明媒体２０２には入射光導波路２４０と出射光導波路２５０が形成されている。これらは典型的には、埋設路２１０のレベル部２１０Ｌの延びる向きに向けられ、レベル部２１０Ｌに同軸になるように位置合わせされた光導波路である。入射光導波路２４０がシャフト部２１０Ｓ１側に、また、出射光導波路２５０がシャフト部２１０Ｓ２側に配置され、それぞれ、透明媒体２０２に対してプローブ光を結合させるように配置されている。光学分析チップ２００の透明媒体２０２には、媒体天面２０２Ｔおよび媒体底面２０２Ｂとは別の側面となる互いに対向している第１側面２０４と第２側面２０６とが形成されている。光学分析チップ２００において、入射光導波路２４０は第１側面２０４に、また、出射光導波路２５０は第２側面２０６に、それぞれの一端を露出させている。この光学分析チップ２００は、典型的には外部の光源や光検出器（いずれも図示しない）に接続されて利用される。
【００５６】
レベル部２１０Ｌにおいては、屈折率の高い透明被覆体２２０に導かれてプローブ光が伝番してゆく。つまり、プローブ光は、局所的な強度の中心を筒状の透明被覆体２２０に位置させながら、透明媒体２０２中を大きく広がることなくレベル部２１０Ｌを伝播する。その理由は、透明被覆体２２０の屈折率が周囲の屈折率よりも有意に大きいためである。例えば、透明被覆体２２０がＩＴＯによって形成されている場合、透明被覆体２２０の屈折率は可視波長において１．７〜１．８程度となる。これに対し、被検査流体の屈折率は、例えば１．３３前後（水の値）〜１．５２前後（顕微鏡観察用インマージョンオイルの値）が代表的な範囲であり、ほとんどの流体で可視波長において１．６に満たない。また、透明媒体２０２の可視波長の屈折率も、例えば上記Ｆｏｔｕｒａｎでは７７５ｎｍの波長に対して１．５２程度であり、石英ガラスなどを考慮しても、１．４〜１．６程度の屈折率の範囲となる。このような屈折率の組み合わせによって透明被覆体２２０が導波路として機能する。
【００５７】
透明被覆体２２０のレベル部２１０Ｌにおける厚みは、典型的には例えば１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の範囲である。この厚みの透明被覆体２２０を伝播する光では、その実質的な割合がエバネッセント波として流体用通路２３０の内部にも染み出しながらレベル部２１０Ｌを伝播する。図９（ｃ）には、埋設路２１０の断面方向を紙面の上下方向にむけ、各位置における伝播するプローブ光の強度を右向きに光強度Ｉとして模式的に示している。図９（ｃ）に示すように、光強度Ｉの曲線が二つの山として描かれている。透明被覆体２２０からみて流体用通路２３０側に染み出す光は、エバネッセント波ＥＷとして流体用通路２３０に染み出る（図の斜線部）。このように第１側面２０４から入射光導波路２４０を通じて入射されたプローブ光は、被検査流体と相互作用しながらレベル部２１０Ｌの範囲を長手方向に進行し、出射光導波路２５０を通じて第２側面２０６から取り出される。取り出されたプローブ光は、例えば適当な検出器または測定器（図示しない）によって吸収スペクトルを測定するなどして分析等される。
【００５８】
なお、図９（ｂ）に示すように、入射光導波路２４０からシャフト部２１０Ｓ１を挟んで透明被覆体２２０に至るまでの距離Ｄ１と、透明被覆体２２０からシャフト部２１０Ｓ２を挟んで出射光導波路２５０に至るまでの距離Ｄ２とは、可能な限り短くなるように作製されている。これ以外にも、透明媒体２０２中を大きく広がることなくプローブ光がレベル部２１０Ｌを伝播するよう、例えば入射光導波路２４０や出射光導波路２５０の太さが調整されたり、レベル部２１０Ｌの透明媒体２０２に対してこれらの導波路を結合させるといった光学的な工夫が必要に応じて行なわれる。
【００５９】
本実施形態において、埋設路２１０を形成し、その内側を透明被覆体２２０によって被覆する処理は、図４および図５を参照して説明した第１実施形態と同様に行なわれる。また、入射光導波路２４０や出射光導波路２５０は、図４に示した工程Ｓ１０２〜工程Ｓ１０８の処理と同様にして透明媒体２０２中に中空構造を作製することによって形成される。つまり、一旦作製した中空構造の内部を、プローブ光に対して大きな吸収を示さず、透明媒体２０２に比べて高い屈折率を示すような任意の透明媒体により埋めれば、入射光導波路２４０や出射光導波路２５０は容易に作製される。
【００６０】
本実施形態において活用される透明被覆体２２０の性質が、導電性ではなく、透明であり屈折率が高いことである点には留意すべきである。つまり、本実施形態に適用される透明被覆体２２０は、必ずしも導電性を示す必要はない。例えば、透明被覆体２２０の屈折率を透明媒体２０２や被検査流体の屈折率より有意に大きくすることによっても、本実施形態の光学分析チップ２００と同様の動作をする光学流体デバイスを作製することが可能である。透明被覆体２２０として採用可能な材料は、周囲より相対的に高屈折率である透明な材質である限り限定されず、例えば実施形態１に説明したＩＴＯに加え、例えば、十分には結晶化されていないＩＴＯ、高屈折率ガラス、例えばＴｉＯ２（屈折率：アナターゼ型では２．５２、ルチル型では２．７１）、Ａｌ２Ｏ３（屈折率：１．７６）、ＴｅＯ２（屈折率２．２６）等の高屈折率で透明な金属酸化物や、ＺｎＯ薄膜（屈折率：１．９程度）等の高屈折率の透明導電体などを採用することが可能である。
【００６１】
＜第３実施形態＞
本発明は、第２実施形態とは別のマイクロ流体デバイスである光学分析チップとしても実施することが可能である。図１０は、マイクロチャネルを流れる被検査流体の加熱に対する挙動を分析等するために用いられる光学分析チップ３００の構造図である。このうち図１０（ａ）は光学分析チップ３００の斜視図であり、図１０（ｂ）はマイクロチャネルである流体用通路３６０を横断する面における概略断面図である。
【００６２】
本発明の第３実施形態として説明する光学分析チップ３００は、媒体天面３０２Ｔと媒体底面３０２Ｂとを両面とするある厚みの透明媒体３０２によって作製されており、透明媒体３０２の内部には中空構造として流体用通路３６０が形成されている。流体用通路３６０は、媒体天面３０２Ｔに対して連通している流体ポート３６２と流体ポート３６４とを有しており、それらを利用して、流体用通路３６０には分析等の際に被検査流体が通される。透明媒体３０２に形成された流体用通路３６０は、媒体天面３０２Ｔに平行に延びるレベル部３６０Ｌを有している。光学分析チップ３００には、さらに加熱用配線となる埋設路３３０が形成されている。埋設路３３０は、流体用通路３６０のレベル部３６０Ｌの長手方向中央部に対して透明媒体３０２を通じて熱を伝えるコイル状のマイクロヒーター部３３２を備えている。このため、流体用通路３６０は埋設路３３０とは別のものである。マイクロヒーター部３３２からはジュール熱によって熱が生成される。そのジュール熱を生成するための電流は、マイクロヒーター部３３２に対して接続される伝達配線部３３４および３３６を通じて透明媒体３０２の外部から供給される。なお、埋設路３３０には透明被覆体３２０が形成されている。埋設路３３０から透明被覆体３２０を除いた部分は中空であっても中実であってもよい。
【００６３】
光学分析チップ３００を利用する際、分析等の目的や条件に応じて、レベル部３６０Ｌを通過中の被検査流体は埋設路３３０のマイクロヒーター部３３２によって加熱される。マイクロヒーター部３３２は、マイクロチャネルとして機能するレベル部３６０Ｌに近接して配置される。このため、レベル部３６０Ｌの内部の局所的な被検査流体を所望の温度にまで均一に加熱することができる。例えば、流体用通路３６０に互いに化学反応を起こす２つの異なる液体試料を導入しながらマイクロヒーター部３３２により加熱を行なえば、微量の液体試料であっても、化学反応を正確に制御することが可能となる。また、被検査流体が例えば水棲微生物を含んでおり、その微生物の観察のために光学分析チップ３００が利用されるような場合には、マイクロヒーター部３３２を用いることによって、微生物の環境温度を正確に調整することが可能となる。
【００６４】
これらに例示される分析等を行なうための光学分析チップ３００の光学的な構成は、典型的には次のとおりに二つに場合分けされる。光学分析チップ３００の第１の典型的な光学的な構成は、この温度上昇に伴う被検査流体の変化を、例えば媒体天面３０２Ｔに面して位置する対物レンズ３８０（図１０（ｂ））を通じて光学顕微鏡像として観察したり記録したりするものである。また、光学分析チップ３００の第２の典型的な光学的な構成は、温度上昇に伴う被検査流体の変化を、例えば、透明媒体３０２に形成された入射光導波路３４０と出射光導波路３５０とを用いて光学的に分析等するものである。ここで、入射光導波路３４０と出射光導波路３５０とは、第２実施形態の光学分析チップ２００に関して説明した入射光導波路２４０と出射光導波路２５０と同様に作製される。ただし、入射光導波路３４０と出射光導波路３５０との間には、レベル部３６０Ｌとマイクロヒーター部３３２とが横切るように配置されている。光学分析チップ３００においては、入射光導波路３４０は第１側面３０４に、また、出射光導波路３５０は第２側面３０６に、それぞれの一端を露出させている。光学分析チップ３００を第２の典型的な光学的構成によって使用する場合、その露出部を利用して外部の光源や光検出器（いずれも図示しない）との間でプローブ光の導入および取り出しが行なわれる。
【００６５】
第１および第２の典型的な光学的構成のいずれにおいても、観察光やプローブ光はマイクロヒーター部３３２を通過する。光学分析チップ３００においては、いずれの光学的構成であってもマイクロヒーター部３３２が観察や分析のための光を透過させるように、埋設路３３０の内部に透明導電体からなる透明被覆体３２０が配置されている。
【００６６】
なお、透明被覆体３２０は、透明な電気配線としての役割を果たす限り任意の材質から作製される。例えば、第１実施形態の光学デバイス１００のために説明したＩＴＯやＺｎＯは透明被覆体３２０として好ましい材質の例である。なお、光学分析チップ３００に基づいて説明した本実施形態は、例えば必要に応じてマイクロヒーター部３３２の数を複数設けるなどの変形が可能である。また、図１０（ｂ）に示したマイクロヒーター部３３２のように、光が通る経路に位置する埋設路３３０は、例えば観察光やプローブ光が通る方向に対して界面が直交する形状に作製されている。このような形状に埋設路３３０が作製されていれば、埋設路３３０およびその内部の透明被覆体３２０を透過する際にこれらの光が受ける屈折や散乱などの影響を抑止することが可能となる。
【００６７】
＜第４実施形態＞
本発明は、第２実施形態とも第３実施形態とも異なるマイクロ流体デバイスとして、別の構成の光学分析チップとしても実施することが可能である。図１１は、マイクロリザーバ内において電気化学的な作用を受けている被検査流体を光学的な分析等の対象にするために用いられる光学分析チップ４００を示す構造図である。図１１（ａ）は、光学分析チップ４００の斜視図であり、図１１（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、シャフト部４１２および４１４を通過する面、ならびに、シャフト部４１６および４１８を通過する面における概略断面図である。
【００６８】
光学分析チップ４００では、媒体天面４０２Ｔと媒体底面４０２Ｂとが厚みをなす透明媒体４０２の内部にマイクロリザーバとなる薄層埋設路４１０が形成されている。薄層埋設路４１０は、マイクロチャネルとなる４本のシャフト部４１２、４１４、４１６および４１８を通じ、媒体天面４０２Ｔにて透明媒体４０２の外部と連通している。薄層埋設路４１０のいずれかの壁面にＩＴＯ薄膜である透明被覆体４２０が部分的に配置されている。図１１では、透明被覆体４２０は薄層埋設路４１０の底面すなわち媒体底面４０２Ｂ側の壁面に形成されている場合を示している。この透明被覆体４２０のパターニングも、第１実施形態において説明した光学デバイス１００Ｃと同様に、例えばフェムト秒レーザーを照射するレーザーアブレーションによって行なうことが可能である。透明被覆体４２０は、典型的にはＩＴＯ等の透明導電体によって形成され、薄層埋設路４１０の内部に配置される被検査流体にとって電気化学的な作用電極として機能する。
【００６９】
シャフト部４１２、４１４は、例えば溶液試料などの被試験流体を導入し排出するために利用される。これに対し、シャフト部４１６、４１８は、分光電気化学分析を行なうための対極電極４３２（白金線）および参照電極４３４（銀線）を導入するために利用される。つまり、光学分析チップ４００を利用すると、電気化学的な情報と分光法からの情報を取得する分光電気化学分析を、マイクロリザーバ中の被検査流体に対して実施することが可能となる。ここで、分光電気化学分析においては、電気化学的な情報と分光法からの情報を用いて、作用電極（透明被覆体４２０）の表面や界面における被検査流体の挙動を調べることができる。典型的には、透明被覆体４２０に対して、透明被覆体４２０の面直方向、例えば、媒体天面４０２Ｔ側から媒体底面４０２Ｂ側に向かってからプローブ光を照射し、媒体底面４０２Ｂ側に透過したプローブ光を受光素子で検出することにより、被検査流体の薄層埋設路４１０における吸光度が測定される。このような測定では作用電極には透明性が要求され、透明被覆体４２０を採用する光学分析チップ４００はその測定に好適なものとなる。
【００７０】
なお、被検査流体の吸光度を測定するマイクロリザーバとして薄層埋設路４１０を用いる理由は、被検査流体を、プローブ光の透過方向にできるだけ薄い溶液層とするためである。このような被検査流体の溶液層を透過するプローブ光に対しては、被検査流体の液バルクの吸収が低減される。また、作用電極である透明被覆体４２０の
電極近傍において被検査流体の吸収波長と吸光度を測定することにより、その位置に存在する化学種を同定することが可能となる。その結果、光学分析チップ４００を用いれば、反応生成物や不純物を同定することが可能となるなど、電気化学的な知見を分光的に得ることが可能となる。したがって、３次元流体構造として厚みが小さく形成された薄層埋設路４１０に、透明被覆体４２０を配置したマイクロリザーバを有する光学分析チップ４００は、分光電気化学分析のための好適な装置といえる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の各態様によれば、マイクロチャネルなどの中空構造が形成された透明媒体を利用して各種の分析等の光学的な検出能力を高められ、光学的な分析等を利用する任意の産業に貢献する。
【符号の説明】
【００７３】
１００、１００Ａ〜Ｃ 光学デバイス
２００、３００、４００ 光学分析チップ
１０２、２０２、３０２、４０２ 透明媒体
１０２Ｔ、２０２Ｔ、３０２Ｔ、４０２Ｔ 媒体天面
１０２Ｂ、２０２Ｂ、３０２Ｂ、４０２Ｂ 媒体底面
１１０、１１０Ａ、１１０Ｓ、１１０Ｕ、２１０、３３０ 埋設路
１１２、１１２Ｓ、１１２Ｕ、１１４、１１４Ｓ、１１４Ｕ、２１２、２１４ ポート
１１６ リセス部
１２０、１２０Ａ〜Ｃ、２２０、３２０、４２０ 透明被覆体
１３０、１３０Ａ、１３０Ｃ、２３０、３６０ 流体用通路
２０４、３０４ 第１側面
２０６、３０６ 第２側面
２１０Ｓ１、２１０Ｓ２、４１２、４１４、４１６、４１８ シャフト部
２１０Ｌ、３６０Ｌ レベル部
２４０、３４０ 入射光導波路
２５０、３５０ 出射光導波路
３６２、３６４ 流体ポート
３３２ マイクロヒーター部
３３４、３３６ 伝達配線部
３８０ 対物レンズ
４１０ 薄層埋設路
４３２ 対極電極
４３４ 参照電極
Ｄ１、Ｄ２ 距離
ＥＷ エバネッセント波
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイス、光学分析チップ、およびその製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、透明被覆体が壁面に配置されている埋設路を有する光学デバイス、光学分析チップ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空構造を形成した透明媒体は、例えば太陽電池および有機ＥＬディスプレイなどの各種電子デバイス、ならびにMEMS（micro electro mechanical systems）に適用される可能性を秘めている。そのような媒体のうち近年注目を集めているものにマイクロ流体デバイス（microfluidics devices）と呼ばれる装置を挙げることができる。マイクロ流体デバイスは、ガラスやサファイヤなどの透明媒質または透明媒体の内部に３次元的な微細な中空構造を形成し、その中空構造をマイクロチャネルなどの流路として利用するものである。マイクロ流体デバイスの適用分野として有望視されているものに、バイオテクノロジー等の分野に用いられるLab on a chip、μ-TAS(micro total analysis system) といったマイクロチップを挙げることができる。これらのマイクロチップは、何らかの分析、実験、観察または検査（以下、分析等という）において、対象物が流体である場合や、例えば細胞などの流体とともに存在するものである場合に利用される。マイクロチップの中には、マイクロチャネルの内部の現象を外部から光学的に分析等するものも知られている。そのような分析等の精度を高め作業を容易にする目的で、マイクロチップに複数の機能を集積することが研究開発の対象となっている。マイクロ流体デバイスを用いて光学的な分析等を行なうための装置は、特に光学流体デバイス（optofluidics devices）と呼ばれることもある。
【０００３】
マイクロチャネルなど中空構造を透明媒体中に作製するために光学的手段を活用する手法も知られている。例えば、フェムト秒レーザー光を利用する手法が非特許文献１(K. Sugioka et. al, Applied Physics A81, 1 (2005))に報告されている。この報告による手法においては、可視から赤外の波長域のピコ秒（１０−１２秒）より短いパルス期間のレーザー（フェムト秒レーザー）が感光性ガラスの内部に集光して照射される。すると、レーザーが照射された部分のうち、集光によってある強度以上にエネルギーが集中した部分においてのみ感光性ガラスの材質が改質される。その後にフッ酸などの酸水溶液によってエッチングを行なうと、改質された部分の材質が、改質されていない他の部分に比して高い選択比でエッチングされ選択的に除去される。この手法を用いると、透明な感光性ガラスの内部に精密なパターンを持つ中空構造、例えば３次元的なマイクロチャネルを形成することが可能となる。
【０００４】
一方、透明媒体の内部に設けられた中空構造を電気的な経路つまり導体配線として利用するための技術も開発されている。例えば、絶縁体の内部に形成された中空構造の表面にメッキにより選択的に金属配線を形成する手法が特許文献１（特開２００５−２０９８１７号公報）に開示されている（特許文献１、段落［００１４］）。別の例として、金属配線の形成のために中空構造に対して金属により導電性を付与することも試みられている。例えば、特許文献２（特開２００９−１７６９２６号公報）には、例えばＡｕ８０ｗｔ％−Ｓｎ２０ｗｔ％の金錫合金を中空構造の中に充填する溶融金属充填法が開示されている（特許文献２、段落［００２７］、［００２８］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０９８１７号公報、例えば段落［００１４］
【特許文献２】特開２００９−１７６９２６号公報、例えば、段落［００２７］および［００２８］
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K. Sugioka et. al, Applied Physics A81, 1 (2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記非特許文献１の手法に特許文献１や特許文献２の手法を組み合わせることにより、透明媒体中に形成した中空構造を利用して３次元的な導体配線（以下、「配線」という）を作製することが考えられる。例えば、透明媒体中にコイル状の中空構造を形成しておいて、その中空構造に金属を充填させてコイル状の配線とすることも考えられる。ところが、形成される配線が金属を利用するものである限り、形成される配線は光の透過性を阻害するものとなる。この透過性の阻害は、光学流体デバイスなどのマイクロ流体デバイスにおいて分析等を光学的な手段を活用して実行することに対する障害となる。例えば、透明媒体中のマイクロチャネルの被検査流体に電気化学的な作用を及ぼそうとしたり、透明媒体中に例えばコイル状の配線によってヒーターを形成して被検査流体を加熱しようとしたりする際に光の透過が阻害されると、被検査流体の挙動を光学的に分析等するのに支障を来す。
【０００８】
また一般に、透明媒体に形成したマイクロチャネル中の流体の分析等を光学的手段によって実施するために、透明媒体の外部からプローブ光を照射して、マイクロチャネル内部の被検査流体の光吸収等の光学的現象が測定されることがある。このような測定を行なう従来の手法においては、プローブ光が、マイクロチャネルの延びる向きに対して交差するように入射される。図１は被検査流体に対してプローブ光を照射する従来の配置を示しており、特に図１（ａ）は、被検査流体に対してプローブ光を交差させて照射する従来の配置を示している。この従来の配置においては、透明媒体ＴＭに形成されたマイクロチャネルＣ１をポートＰ１からポートＰ２に向かって通る流体に対して、マイクロチャネルＣ１を横断する向きにプローブ光ＬＰが入射されている。
【０００９】
ところが、図１（ａ）に示した従来の配置においては、被検査流体を通過する距離が短くなるために、必ずしも常にプローブ光が被検査流体と十分な相互作用を起こすとは限らない。この場合、測定の感度を高めるためには、図１（ｂ）に示すように、透明媒体ＴＭ中においてマイクロチャネルＣ１が延びる向きにプローブ光ＬＰを通過させながら被検査流体とプローブ光ＬＰとを相互作用させ距離を増大させることも考えられる。しかし今度は、光の発散などによってマイクロチャネルの壁面で透明媒体中に光が戻ってしまったり、プローブ光ＬＰが被検査流体から逃げてしまい、プローブ光ＬＰと被検査流体との相互作用を十分には生じさせにくいという課題を生じる。
【００１０】
本発明は、上述した課題の少なくともいずれかを解決するためになされたものである。本発明は、全体として透明性ができるだけ維持されており、光学的な各種の分析等に適する光学流体デバイスを提供することにより、光学流体デバイスの技術分野のみならず、その光学流体デバイスを採用して知見を得る任意の技術分野の発展に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の発明者は、中空構造であるような埋設路を囲む透明媒体の壁面の少なくとも一部にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物、または、スズドープインジウム酸化物）を形成することにより、透明媒体のもつ透明性が損なわれず、上述の課題の少なくともいずれかが解決されることを見出した。ここで、ＩＴＯは、可視波長域において高い透光性または透明性を示すばかりか、電極用の導電体として用いられるほどに低い電気抵抗率を示し、しかも、多くの透明媒体に比して高い屈折率を有している。これらの性質のうち、ＩＴＯの高い透明性と導電性とを活用すれば、金属の導電体を形成する場合に見られるようなプローブ光への悪影響を防止しつつ導電性を確保することが可能となる。
【００１２】
すなわち、本発明のある態様においては、少なくとも一部において外部と連通する埋設路が内部に形成された透明媒体と、該埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体とを備え、該透明被覆体が、該透明被覆体の前駆体ゾルからゾルゲル法により形成された透明導電体である光学デバイスが提供される。
【００１３】
また、本発明のある態様においては、透明媒体の内部に、少なくとも一部において該透明媒体の外部と連通させて埋設路を形成する工程と、該埋設路の内部に、透明導電体である透明被覆体の前駆体ゾルを配置する工程と、前記埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に、ゾルゲル法により前記透明被覆体を前記前駆体ゾルから形成する工程とを含む光学デバイスの製造方法が提供される。
【００１４】
これらの態様においては、透明被覆体である透明導電体の透明性と導電性とが利用される。つまり、透明導電体を埋設路の壁面に配置すれば、マイクロチャネルなどの埋設路に対して導電性を与えながら、透明媒体を利用した光学的な測定を行なうことが可能となる。なお、埋設路の壁面に配置される透明被覆体は、必ずしもＩＴＯでなくとも同様の効果が達成される。特に、この透明被覆体としてゾルゲル法によって形成する透明導電体を採用すれば、埋設路の内部に透明性と導電性とを両立した透明被覆体を形成することが可能となり、とりわけ有用である。
【００１５】
本発明においては別の態様も提供される。その態様は、透明被覆体のもつ透明性と高い屈折率とを利用するものである。例えば上記ＩＴＯは、大半の透明媒体よりも高い屈折率を有する。埋設路の壁面をＩＴＯなどの高い屈折率の透明被覆体により被覆すると、埋設路に入射されたプローブ光の少なくとも一部を埋設路に沿う方向に伝播させ、その近傍の流体用通路に対してプローブ光を効率良く相互作用させることが可能となる。
【００１６】
すなわち、本発明のある態様においては、少なくとも一部において外部と連通する埋設路が内部に形成された透明媒体と、該埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体とを備え、該透明被覆体が、前記透明媒体より高い屈折率を有しているとともに、前記埋設路の内部に流体用通路を残すように配置されている光学デバイスが提供される。
【００１７】
さらに、本発明のある態様では、光学デバイスの製造方法も提供される。すなわち、本発明のある態様においては、透明媒体の内部に、少なくとも一部において該透明媒体の外部と連通させて埋設路を形成する工程と、前記空中通路の内部に流体用通路を残して、前記埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に前記透明媒体より高い屈折率を有している透明被覆体を配置する工程とを含む光学デバイスの製造方法が提供される。
【００１８】
これらの態様において、上述した各課題の解決に寄与する透明被覆体の性質は、屈折率が高いことである。このため、透明被覆体の材質は必ずしもＩＴＯであることを要さない。例えば、透明被覆体は埋設路が形成される光学媒体よりも高い屈折率の透明な材質のものであればよい。
【００１９】
本発明においては、上述した各態様に加えて、光学分析チップも提供される。つまり、本発明のある態様においては、前記埋設路に被検査流体が通るようになっている上記いずれかの態様の光学デバイスを備える光学分析チップが提供される。
【００２０】
加えて、本発明のある態様においては、前記埋設路が両端で前記透明媒体の外部に対して連通しており、透明導電体である前記透明被覆体が該埋設路の一端から他端に電気的につながり該一端と該他端とに接続された電流源からの電流を流すようになっており、前記流体用通路が、被検査流体を通すようになっている上記いずれかの態様の光学デバイスを備え、前記流体用通路が前記埋設路の近傍に形成されている光学分析チップが提供される。
【００２１】
さらに加えて、本発明のある態様においては、前記埋設路の前記流体用通路が、被検査流体を収容するようになっている薄層形状に形成され、該被検査流体を供給または排出するためのポートにおいて前記透明媒体の外部と連通しており、前記透明被覆体が、該埋設路の壁面に該薄層形状の広がりに沿って形成され、前記流体用通路に収容されている被検査流体に対して作用電極として機能する、前記透明媒体の外部に電気的に接続されている透明導電体である上記いずれかの態様の光学デバイスを備える光学分析チップが提供される。
【００２２】
本発明の光学デバイス、光学分析チップまたはその製造方法の各態様において、透明媒体とは、任意の形状をもつ任意の材質からなる光を透過させる材質の物体を指しており、典型的な透明媒体は、石英ガラス、感光性ガラス等のガラス材のある厚みのブロックなどである。これ以外にも、透明媒体としてサファイヤ基板などを用いることも可能である。透明媒体の内部の埋設路とは、透明媒体の外形をなす範囲より内部において、透明媒体が存在しない領域として画定される任意の領域をいう。最も典型的には、透明媒体の内部の埋設路は、透明媒体となるブロックの内部に、透明媒体を除去して形成されたトンネル状の領域である。なお、典型的な埋設路は、それが形成されている透明媒体が少なくとも一時的に除去されて中空となることによって形成された当該透明媒体の内部の空間領域である。その埋設路は、形成された後に、他の物質がその埋設路に配置されて塞がれたり、他の物質によって埋められることもある。例えば埋設路の内部が何らかの物質によって埋められて中実となるようにされることもある。その埋設路は、一つには、被検査流体などの流体が通過することもある。また、例えば電気伝導がその埋設路を通じて行なわれる場合には、電流を担う電荷がその埋設路を通ることもある。
【００２３】
そのような埋設路に配置されるものの一つが、透明被覆体である。ここで、透明被覆体とは、埋設路が形成されている透明媒体の材質とは区別される任意の透明な材質からなり、埋設路の壁面に配置することが可能な任意の媒体を指す。透明被覆体は、典型的には透明媒体の壁面に接するように配置される。そして、光学デバイスとは、光学的な作用を利用することにより何らかの機能を果たすように作製されるデバイスである。このデバイスが機能を果たすために利用される光学作用には、透過、屈折、回折、散乱、吸収、発光といった線形および非線形の任意の光学現象が含まれている。また、この光学作用には、古典光学、物理光学、量子光学など分野において説明される任意の作用または現象を含んでいる。そして、透明導電体とは、透明性と導電性とを両立させる任意の物質である。典型的な透明導電体は上述したＩＴＯであるが、これ以外にも、金属酸化物や酸化物半導体に適宜ドーピングした材質を採用することができる。透明導電体としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯまたはＳｎＯ２）などを採用してもよい。また、他の透明導電体としては、導電性ポリマーも利用することができる。
【００２４】
なお、本出願全般において透明とは、伝播する光の少なくとも一部を通す性質のみを一般的に指し、例えば屈折したり、散乱したりすることによって、透過の前後において光の向きが影響を受ける場合を含んでいる。その意味で本出願において透明とは、光のエネルギーの少なくとも一部を通過させるような性質、つまり透光性のある性質を指している。また、透明性あるいは透光性が判断される波長域は特に限定されず、例えば、可視波長範囲に含まれるいずれかの波長や、分析等に利用される光の波長から選択される。その意味において、本出願における光との用語には、可視光のみならず紫外光や赤外光をも含む場合がある。ゾルゲル法とは、アルコキシド系のゾルから、加熱などにより、必要に応じてゲル状態を経て、金属酸化物や無機ガラスなどのセラミックスを形成する手法をいう。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の各態様によれば、マイクロチャネルや導電路となる埋設路が形成された透明媒体を利用して実施される各種の分析等において、光学的な検出能力を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の光学流体デバイスにおいて採用されるプローブ光の向きを説明するための説明図である。
【図２】本発明のある実施形態実施形態の光学デバイスの構造を示す説明図である。図２（ａ）は、光学デバイスの構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、特に埋設路の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明のある実施形態の光学デバイスにおける埋設路の構成のバリエーションを例示する概略断面図である。
【図４】本発明のある実施形態の光学デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明のある実施形態の光学デバイスにおいて、透明被覆体のための前駆体ゾルを作製するための製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明のある実施形態に従って実際に作製した光学デバイスのポート付近の走査型電子顕微鏡像である。
【図７】本実施形態に従って実際に作製した実施例サンプルの構成を示す平面図（図７（ａ））ならびに概略断面図（図７（ｂ）および（ｃ））である。
【図８】本実施形態に従って実際に作製した実施例サンプルの平面視での光学顕微鏡像である。
【図９】本発明のある実施形態において、被検査流体を流すマイクロチャネルの延びる方向にプローブ光を通しながら、被検査流体の光吸収を測定する光学分析チップの構造を示す構造図である。図９（ａ）は、光学分析チップの斜視図であり、図９（ｂ）は概略断面図であり、図９（ｃ）は、埋設路を伝播する光の強度を説明する説明図である。
【図１０】本発明のある実施形態において、マイクロチャネルを流れる被検査流体の加熱に対する挙動を分析等するために用いられる光学分析チップの構造図であり、図１０（ａ）は、光学分析チップの斜視図であり、図１０（ｂ）は、マイクロチャネルである流体用通路を横断する面における概略断面図である。
【図１１】本発明のある実施形態において、マイクロリザーバ内において電気化学的な作用を受けている被検査流体を光学的な分析等の対象にするために用いられる光学分析チップを示す構造図であり、図１１（ａ）は、光学分析チップの斜視図であり、図１１（ｂ）および（ｃ）は概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。
【００２８】
本発明の実施形態の説明において、第１実施形態として、本発明において提供される光学デバイスの典型的な構成およびそれらの製造方法について説明する。その中では実際に作製された光学デバイスの実施例についても説明する。次いで、本発明の第２〜第４実施形態として、第１実施形態にて説明した光学デバイスを用いる光学分析チップの典型的な実施形態を説明する。
【００２９】
＜第１実施形態＞
［１ 構造］
［１−１ 概略］
図２に本発明の第１実施形態として説明する光学デバイス１００の構造を示す。このうち図２（ａ）は光学デバイス１００の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は特に埋設路の構成を示す概略断面図である。本実施形態の光学デバイス１００は透明媒体１０２を有しており、その透明媒体１０２には、例えば被検査流体が流されるマイクロチャネルとなる埋設路１１０が形成されている。この埋設路１１０は少なくとも一部において透明媒体１０２の外部と連通している。例えば、光学デバイス１００における埋設路１１０は、ポート１１２および１１４において媒体天面１０２Ｔに接続している。
【００３０】
透明媒体１０２は媒体天面１０２Ｔと媒体底面１０２Ｂとによる厚みを有するガラスであり、埋設路１１０はそのガラスの内部に形成されている。図２（ｂ）に示すように、埋設路１１０を囲む透明媒体１０２の壁面の少なくとも一部には、透明被覆体１２０が形成されている。この透明被覆体１２０の材質は、典型的には、透明被覆体１２０の前駆体ゾルからゾルゲル法により形成された透明導電体である。透明被覆体１２０の厚みが薄い場合、埋設路１１０のうち透明被覆体１２０のさらに内部には流体用通路１３０が形成されている。この流体用通路１３０は、例えば被検査流体（図示しない）を通すためのマイクロチャネルとされる場合がある。
【００３１】
［１−２ 埋設路のバリエーション］
本実施形態において、埋設路１１０の具体的な構成は、光学デバイス１００によって実施する分析等の目的や、光学デバイス１００に採用される具体的材料等に依存して種々変形される。したがって、本実施形態の一部として、光学デバイス１００の構成の細部が異なるいくつかのバリエーションを採用することが可能である。図３は、この埋設路１１０の構成のバリエーションを例示する概略断面図である。
【００３２】
図３（ａ）に示す光学デバイス１００Ａは、図２（ｂ）に示した光学デバイス１００の埋設路１１０と同様の構成の埋設路１１０Ａ、つまり、流体用通路１３０Ａを内部に有するような埋設路１１０Ａを有している。この場合、透明被覆体１２０Ａは、ポート１１２からポート１１４までの範囲において、流体用通路１３０Ａの周囲を取り囲むように形成されている。
【００３３】
これに対して、図３（ｂ）に示す光学デバイス１００Ｂは、透明被覆体１２０Ｂが、流体用通路が残されない程度に厚く形成された本実施形態の変形である。この場合、透明被覆体１２０Ｂにより埋まっているため、流体を通すためのマイクロチャネルとして埋設路１１０を利用することはできない。しかし、光学デバイス１００Ｂでは、例えば埋設路１１０に形成された透明被覆体１２０Ｂの電気抵抗を低減することが可能である。なお、この光学デバイス１００Ｂの構成においても、ポート１１２やポート１１４において媒体天面１０２Ｔに接続していることから、埋設路１１０は透明媒体１０２の外部に連通していると表現する。
【００３４】
さらに、本実施形態は、図３（ｃ）に示す光学デバイス１００Ｃように、埋設路１１０の一部分にのみ透明被覆体１２０Ｃを形成して残りを流体用通路１３０Ｃとするように変形することも可能である。光学デバイス１００Ｃの構造が採用されるのは、分析等の目的など何らかの理由により、透明被覆体１２０Ｃを配置する範囲と配置しない範囲を埋設路１１０の内部に設ける場合である。なお、この埋設路１１０のように、埋設路１１０の内部において透明被覆体１２０Ｃの配置される範囲を限定した構成は容易に作製可能である。例えば、透明被覆体を一旦埋設路１１０の内部全面にわたって光学デバイス１００Ａ（図３（ａ））に示す透明被覆体１２０Ａのように形成しておき、その後に、レーザーアブレーションなどの手法によって、不要な範囲の透明被覆体を除去する手法を採用することができる。
【００３５】
［２ 製造方法］
次に、図４を参照して、本実施形態の光学デバイス１００の例示の製造方法について説明する。図４は、光学デバイス１００の製造方法を示すフローチャートである。
【００３６】
光学デバイス１００を製造するためには、まず、透明媒体として準備した感光性ガラスにフェムト秒レーザーを直描することよって、感光性ガラスの内部に潜像を形成する（Ｓ１０２）。具体的には、感光性ガラスの内部のうち、後に埋設路１１０となる空間領域に集光させながらフェムト秒レーザーを照射する。この集光照射により、時間的および空間的に圧縮された強度の強い光が感光性ガラスに部分的に照射され、エネルギーが集中した部分の感光性ガラスが改質される。この直描処理では、感光性ガラスとレーザーの集光位置との相対的な位置を移動させながら感光性ガラスの内部の埋設路１１０とする位置の範囲にわたりレーザーの集光位置がスキャンされる。
【００３７】
次に、潜像が書き込まれた感光性ガラスをアニール処理する（Ｓ１０４）。このアニール処理は、例えば５℃／分のレートで５００℃まで昇温させて１時間維持し、その後にさらに３℃／分のレートで６０５℃まで昇温させて一時間維持する熱処理である。この処理によって、感光性ガラスのうち潜像が書き込まれた位置のみが結晶化される。
【００３８】
さらに、アニール後の感光性ガラスを１０％フッ酸液に浸漬し超音波を印加することにより、ウエットエッチングされる（Ｓ１０６）。このウエットエッチングの直前には、レーザーが集光照射された位置の感光性ガラスが結晶化されており、他の部分は結晶化されていないアモルファス状態である。アモルファス状態の部分に比して結晶化された部分のウエットエッチングの際のエッチレートが十分に高くなるため、レーザーを集光照射した空間領域感光性ガラスの内部において埋設路１１０となる。ウエットエッチングの後に、埋設路１１０の内部の微細な凹凸をならす平滑化アニール処理が施されることにより（Ｓ１０８）、埋設路１１０となる中空構造が形成される。
【００３９】
次に、形成された埋設路１１０となる中空構造の内部にＩＴＯによる透明被覆体１２０を形成する。ここで、さらに図５を参照して、透明被覆体１２０を形成するための前駆体ゾルを準備する処理について説明する。図５は、透明被覆体１２０のための前駆体ゾルを作製するための製造方法を示すフローチャートである。前駆体ゾルを作製するためには、まず、インジウムアルコキシド溶液として、無水塩化インジウムのアセチルアセトン溶液を還流しながら６０℃にて混合する（Ｓ２０２）。また、スズアルコキシド溶液として、無水塩化錫のエタノール溶液を室温にて混合する（Ｓ２０４）。最後にインジウムアルコキシド溶液とスズアルコキシド溶液とを室温にて互いに混合することによって（Ｓ２０６）、ＩＴＯゾルである前駆体ゾルが生成される。
【００４０】
図４を再び参照する。生成された前駆体ゾルが埋設路１１０となる中空構造の内部に注入される（Ｓ１１０）。この注入処理のためには、浸漬、圧入、スピンコートなど、任意の手法を単独でまたは組み合わせて採用することができる。例えば、シリンジを利用して前駆体ゾルを中空構造に圧入する工程が注入の典型的な工程である。そして、透明媒体１０２全体を前駆体ゾルとともに、例えば大気雰囲気において高温（５５０℃）で焼成する（Ｓ１１２）。この焼成処理により、埋設路１１０の内部の透明被覆体１２０が結晶化し導電性を示し始める。なお、焼成して結晶化する前の前駆体ゾルは、適当な温度で乾燥させてゲル化しておく場合もある。ただし、その場合であっても、焼成前の前駆体は通常はアモルファス状態であり、導電性はほとんど示さない。
【００４１】
その後、透明被覆体１２０が形成されていない部分を埋設路１１０に設ける場合、つまり、光学デバイス１００Ｃ（図３（ｃ））に示したような構造に作製する場合には、必要に応じてレーザーアブレーション（Ｓ１１４）が実施される。このために用いるレーザーは、典型的には、感光性ガラスの内部に潜像を形成するために用いたものと同様のフェムト秒レーザーである。
【００４２】
なお、図４および図５に基づいて上述した製造方法は、具体的に採用する材質等の条件に対応して適宜変形することが可能である。例えば、透明媒体として感光性ガラスを採用する代わりに、石英ガラスを採用すれば、潜像を書き込んだ後のアニール処理（Ｓ１０４）は不要となる。また、焼成処理（Ｓ１１２）の前にレーザーアブレーション（Ｓ１１４）を行なっても、透明被覆体１２０が形成されていない領域を埋設路１１０に設けることができる。本実施形態では、焼成処理（Ｓ１１２）とレーザーアブレーション（Ｓ１１４）の順序は具体的な材質等の選択によって適宜選択される。
【００４３】
さらに、上述した製造方法の説明においては、インジウムアルコキシド溶液とスズアルコキシド溶液とを用いたゾルゲル法によりＩＴＯである透明被覆体１２０を形成する手法について説明した。しかし、本実施形態は、この具体的材料や製造方法にのみ限定されるものではない。透明被覆体１２０としてＩＴＯ以外の材料を採用する場合には、その材料に応じた前駆体溶液が選択され、それに合わせた透明被覆体１２０の形成条件が採用される。
【００４４】
その一例は、透明被覆体１２０として、透明性と導電性とを示す酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を採用するものである。この場合には、酢酸亜鉛二水和物を２-プロパノールを溶媒として溶解することによって得られる前駆体ゾルを採用する。この場合に結晶化した透明導電体の透明被覆体１２０を形成するため、図４に示したアニール処理（Ｓ１１２）は、１１０℃程度で前駆体ゾルを乾燥させて前駆体ゲルとする処理と、透明媒体１０２である感光性ガラスが耐える６００℃程度の温度で３０分程度加熱する処理との二段階の処理によって行なわれる。
【００４５】
ＩＴＯやＺｎＯ以外であっても、透明性のある材料を、例えばゾルゲル法などの埋設路１１０において成膜しやすい手法によって形成することが本発明の実施形態に含まれている。透明被覆体１２０に用いるＩＴＯ以外の材料の別の例としては、アンチモンドープ酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｓｂ）を形成することも可能である。アンチモンドープ酸化スズもゾルゲル法によって形成することができる透明導電体であるため、ＩＴＯに基づいて上述したように、前駆体ゾルを経て透明被覆体１２０と同様の透明性および電気特性の透明被覆体を形成するための良い候補となる。その場合、原料にはＳｎＣｌ４とＳｂＣｌ３が用いられる。例えば、ＳｎＣｌ４・５Ｈ２ＯとＳｂＣｌ３を、塩酸（ＨＣｌ）、水（Ｈ２Ｏ）およびエチルアルコールに混合し、よく攪拌して溶液とする。そして、その溶液を埋設路１１０に導入する。透明媒体１０２を例えば６００℃程度に加熱すれば、埋設路１１０の壁面には透明被覆体１２０としてＳｎＯ２：Ｓｂが形成される。
【００４６】
透明被覆体１２０に用いるＩＴＯ以外の材料のさらに別の例としては、導電性ポリマーを用いることも可能である。導電性ポリマーは、例えば重合等の化学反応を生じる低分子材料の前駆体溶液に適当な重合開始剤を混入させた溶液や、適当な溶媒に溶解させたり、熱によって融解したりすることによって得られる前駆体溶液または前駆体となる融液を経て形成される。それらの前駆体溶液または融液の状態では、埋設路１１０に容易に導入することが可能であり、その状態で重合開始のために紫外線による露光を行なったり、加熱によって熱重合を開始させたりすることにより、所望のタイミングで導電性ポリマーを形成する。この際、紫外線等に代えて、フェムト秒レーザーを利用すれば、埋設路１１０の壁面の所望の領域にのみ導電性ポリマーをパターニングして形成することが可能である。このように、透明被覆体１２０としては導電性ポリマーを採用することも本実施形態には含まれている。
【００４７】
［実施例：実施例サンプル１］
本実施形態の実施例として、図４および図５に基づき上述した製造方法に従って作製した光学デバイスの実施例サンプル１について説明する。説明のためこれまで用いた図面および符号を参照する。より詳細には、透明媒体１０２として感光性ガラスであるＦｏｔｕｒａｎ（ドイツ・ショット社製）を準備し、その内部に５００μｍ四方の正方形断面を持つ埋設路１１０を作製した。埋設路１１０は、媒体天面１０２Ｔに沿った向きの長さが５ｍｍになるように形成した。また、上述した製造方法に従って、埋設路１１０の内部に透明被覆体１２０を形成した。フェムト秒レーザーは、波長７７５ｎｍ、パルス期間１４０±５ｆｓ、パルス周期１ｋＨｚのものを用いた。透明導電体としての透明被覆体はＩＴＯを採用した。
【００４８】
図６は、本実施形態に従って実際に作製した光学デバイス１００構造を持つ実施例サンプル１のポート１１２付近の走査型電子顕微鏡像である。図６の顕微鏡像には、ポート１１２が形成されていること、および、そのポート１１２の周囲に透明被覆体１２０が形成されていることが明瞭に示されている。ポート１１２の周囲の透明被覆体１２０は図６において明るく写っている部分であり、作製時に前駆体ゾルがポート１１２からあふれて透明被覆体１２０として形成されたものである。なお、作製した実施例サンプル１においては、形成された透明被覆体１２０が高い結晶性を示す膜となっていることを、同時に形成した解析用のサンプルから取得したＸ線回折像（図示しない）により確認している。また、ポート１１２とポート１１４との間において測定された電気抵抗は約４５０Ωであった。その値から換算して得られた埋設路１１０の内部での透明被覆体１２０の示す電気抵抗率は１０−３Ω・ｃｍ程度であった。こうして、実施例サンプル１において十分な導電性を示す透明導電体として透明被覆体１２０が形成されていることを確認した。さらに、作製した実施例サンプル１を光学顕微鏡により観察したところ、電子顕微鏡像（図６）において明瞭に確認されたポート周囲の透明被覆体１２０は、その周縁の端部がかろうじて確認できる程度にのみ観察され、透明被覆体１２０自体は透明であった。
【００４９】
［実施例：実施例サンプル２］
本実施形態においては、透明媒体１０２の内部に複数の埋設路を作製し、それぞれを別々の配線として利用することも可能である。図７は、本実施形態に従って実際に作製した実施例サンプル２の構成を示す平面図（図７（ａ））ならびに概略断面図（図７（ｂ）および（ｃ））である。実施例サンプル２は、図４および図５に基づき上述した製造方法に従って作製した光学デバイスである。また、具体的な材質等の詳細な条件は、実施例サンプル１と同様とした。
【００５０】
実施例サンプル２においては、一体の透明媒体１０２に二つの埋設路を同時に作製し、それぞれの埋設路に透明被覆体１２０を同時に形成することによって別々の配線を形成した。つまり、実施例サンプル２により調査したのは、具体的には、埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕとの両者の壁面に、図２（ｂ）の透明被覆体１２０のように透明被覆体（図７において図示しない）を形成した場合に、埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕとを互いに絶縁された電気配線として利用可能かどうかである。透明媒体１０２として採用したのは、実施例サンプル１と同種の感光性ガラスである。その透明媒体１０２には、互いに交差する方向に延び、ねじれの関係にある二つの埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕを形成した。媒体天面１０２Ｔからみて浅い位置には埋設路１１０Ｓを形成し、深い位置には埋設路１１０Ｕを形成した。そして、電気配線を作製するために、実施例サンプル２では上述した実施例サンプル１と同様の作製手順を採用した。また、埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕには、媒体天面１０２Ｔと連通する位置にリセス部１１６を設け、リセス部１１６の中にポートを設けた。具体的には、埋設路１１０Ｓには、ポート１１２Ｓおよび１１４Ｓを設け、埋設路１１０Ｕには、ポート１１２Ｕおよび１１４Ｕを設けた。さらに、実施例サンプル２は、図４および図５により説明した製造方法によって作製した。
【００５１】
図８は、本実施形態に従って実際に作製した実施例サンプル２の平面視での光学顕微鏡像である。実施例サンプル２において、埋設路１１０Ｓと埋設路１１０Ｕとは互いに絶縁を保った別々の配線として機能した。具体的には、埋設路１１０Ｓに形成された透明被覆体を通じて、ポート１１２Ｓとポート１１４Ｓは互いに抵抗が約４００Ωとなる程度の導通が得られ、同様に、埋設路１１０Ｕに形成された透明被覆体を通じて、ポート１１２Ｕとポート１１４Ｕは互いに抵抗が約４００Ωとなる程度の導通が得られた。また、ポート１１２Ｓおよびポート１１４Ｓは、ポート１１２Ｕともポート１１４Ｕとも一切導通がなく、同様に、ポート１１２Ｕおよびポート１１４Ｕは、ポート１１２Ｓともポート１１４Ｓとも一切導通がなかった。なお、各ポートにおける導通は、リセス部１１６の内部の一部にも形成された透明被覆体を用いて測定した値である。また、図８において透明被覆体が光学的には観察できず、しかも、媒体天面１０２Ｔから、埋設路１１０Ｓを透かして埋設路１１０Ｕが観察されている。これらから、透明被覆体が形成された各埋設路は十分に透明であるといえる。
【００５２】
なお、実施例サンプル２により実証されたのは、本実施形態によって透明媒体中に任意の電気配線を形成しうることである。実施例サンプル２にて形成された複数の埋設路が同一の埋設路内で導通し別々の埋設路間で絶縁されていたからである。したがって、本実施形態における埋設路１１０の数や形状は、図２または図３に示したような形状に限られない。例えば、埋設路１１０に設けられている屈曲部は、図２または図３に示したものではいずれも２箇所のみであるが、その数には限定はない。さらに、埋設路１１０の断面として採用可能な形状は、図６に示したような概ね正方形の断面を有する形状にも限られず、例えば、円形断面、帯状に延びる薄層状の断面など種々の断面形状であり、特段制限されない。図示しないが、分岐のある形状や、任意の数だけ外部と連通している形状などの種々の形状の埋設路１１０を本実施形態に採用することが可能である。
【００５３】
＜第２実施形態＞
本発明の実施形態には、マイクロ流体デバイスである光学分析チップとして実施することも含まれている。図９は、被検査流体を流すマイクロチャネルの延びる方向にプローブ光を通しながら、被検査流体の光吸収を測定する光学分析チップ２００の構造を示す構造図である。図９（ａ）は光学分析チップ２００の斜視図であり、図９（ｂ）は光学分析チップ２００の埋設路２１０を含む面における概略断面図である。さらに、図９（ｃ）は埋設路２１０を伝播する光の強度を説明する説明図である。
【００５４】
光学分析チップ２００は、媒体天面２０２Ｔと媒体底面２０２Ｂとを両面とするある厚みの透明媒体２０２によって作製されており、その透明媒体２０２の内部には埋設路２１０が形成されている。埋設路２１０は、透明媒体２０２の外部に連通しているポート２１２とポート２１４とを媒体天面２０２Ｔに有しており、分析等を実施する際にはポート２１２とポート２１４とを利用して被検査流体がその内部に通される。透明媒体２０２に形成された埋設路２１０は、ポート２１２および２１４のそれぞれの付近において、媒体天面２０２Ｔから、および、媒体天面２０２Ｔに向かって延びるシャフト（縦坑）部２１０Ｓ１および２１０Ｓ２を有している。また、シャフト部２１０Ｓ１および２１０Ｓ２の間には、媒体天面２０２Ｔに平行にレベル（横坑）部２１０Ｌが延びている。つまり、埋設路２１０は、シャフト部２１０Ｓ１、レベル部２１０Ｌ、およびシャフト部２１０Ｓ２によって構成されている。透明被覆体２２０は、埋設路２１０のうち、レベル部２１０Ｌのさらに一部、つまりレベル部２１０Ｌの両端を除いた部分の周囲の壁面に形成されている。埋設路２１０のうち透明被覆体２２０の占める領域を除いた中空の部分は流体用通路２３０をなしており、その流体用通路２３０が被検査流体に対するマイクロチャネルとして機能する。
【００５５】
光学分析チップ２００の透明媒体２０２には埋設路２１０以外にも微小な構造が作り込まれている。具体的には透明媒体２０２には入射光導波路２４０と出射光導波路２５０が形成されている。これらは典型的には、埋設路２１０のレベル部２１０Ｌの延びる向きに向けられ、レベル部２１０Ｌに同軸になるように位置合わせされた光導波路である。入射光導波路２４０がシャフト部２１０Ｓ１側に、また、出射光導波路２５０がシャフト部２１０Ｓ２側に配置され、それぞれ、透明媒体２０２に対してプローブ光を結合させるように配置されている。光学分析チップ２００の透明媒体２０２には、媒体天面２０２Ｔおよび媒体底面２０２Ｂとは別の側面となる互いに対向している第１側面２０４と第２側面２０６とが形成されている。光学分析チップ２００において、入射光導波路２４０は第１側面２０４に、また、出射光導波路２５０は第２側面２０６に、それぞれの一端を露出させている。この光学分析チップ２００は、典型的には外部の光源や光検出器（いずれも図示しない）に接続されて利用される。
【００５６】
レベル部２１０Ｌにおいては、屈折率の高い透明被覆体２２０に導かれてプローブ光が伝番してゆく。つまり、プローブ光は、局所的な強度の中心を筒状の透明被覆体２２０に位置させながら、透明媒体２０２中を大きく広がることなくレベル部２１０Ｌを伝播する。その理由は、透明被覆体２２０の屈折率が周囲の屈折率よりも有意に大きいためである。例えば、透明被覆体２２０がＩＴＯによって形成されている場合、透明被覆体２２０の屈折率は可視波長において１．７〜１．８程度となる。これに対し、被検査流体の屈折率は、例えば１．３３前後（水の値）〜１．５２前後（顕微鏡観察用インマージョンオイルの値）が代表的な範囲であり、ほとんどの流体で可視波長において１．６に満たない。また、透明媒体２０２の可視波長の屈折率も、例えば上記Ｆｏｔｕｒａｎでは７７５ｎｍの波長に対して１．５２程度であり、石英ガラスなどを考慮しても、１．４〜１．６程度の屈折率の範囲となる。このような屈折率の組み合わせによって透明被覆体２２０が導波路として機能する。
【００５７】
透明被覆体２２０のレベル部２１０Ｌにおける厚みは、典型的には例えば１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の範囲である。この厚みの透明被覆体２２０を伝播する光では、その実質的な割合がエバネッセント波として流体用通路２３０の内部にも染み出しながらレベル部２１０Ｌを伝播する。図９（ｃ）には、埋設路２１０の断面方向を紙面の上下方向にむけ、各位置における伝播するプローブ光の強度を右向きに光強度Ｉとして模式的に示している。図９（ｃ）に示すように、光強度Ｉの曲線が二つの山として描かれている。透明被覆体２２０からみて流体用通路２３０側に染み出す光は、エバネッセント波ＥＷとして流体用通路２３０に染み出る（図の斜線部）。このように第１側面２０４から入射光導波路２４０を通じて入射されたプローブ光は、被検査流体と相互作用しながらレベル部２１０Ｌの範囲を長手方向に進行し、出射光導波路２５０を通じて第２側面２０６から取り出される。取り出されたプローブ光は、例えば適当な検出器または測定器（図示しない）によって吸収スペクトルを測定するなどして分析等される。
【００５８】
なお、図９（ｂ）に示すように、入射光導波路２４０からシャフト部２１０Ｓ１を挟んで透明被覆体２２０に至るまでの距離Ｄ１と、透明被覆体２２０からシャフト部２１０Ｓ２を挟んで出射光導波路２５０に至るまでの距離Ｄ２とは、可能な限り短くなるように作製されている。これ以外にも、透明媒体２０２中を大きく広がることなくプローブ光がレベル部２１０Ｌを伝播するよう、例えば入射光導波路２４０や出射光導波路２５０の太さが調整されたり、レベル部２１０Ｌの透明媒体２０２に対してこれらの導波路を結合させるといった光学的な工夫が必要に応じて行なわれる。
【００５９】
本実施形態において、埋設路２１０を形成し、その内側を透明被覆体２２０によって被覆する処理は、図４および図５を参照して説明した第１実施形態と同様に行なわれる。また、入射光導波路２４０や出射光導波路２５０は、図４に示した工程Ｓ１０２〜工程Ｓ１０８の処理と同様にして透明媒体２０２中に中空構造を作製することによって形成される。つまり、一旦作製した中空構造の内部を、プローブ光に対して大きな吸収を示さず、透明媒体２０２に比べて高い屈折率を示すような任意の透明媒体により埋めれば、入射光導波路２４０や出射光導波路２５０は容易に作製される。
【００６０】
本実施形態において活用される透明被覆体２２０の性質が、導電性ではなく、透明であり屈折率が高いことである点には留意すべきである。つまり、本実施形態に適用される透明被覆体２２０は、必ずしも導電性を示す必要はない。例えば、透明被覆体２２０の屈折率を透明媒体２０２や被検査流体の屈折率より有意に大きくすることによっても、本実施形態の光学分析チップ２００と同様の動作をする光学流体デバイスを作製することが可能である。透明被覆体２２０として採用可能な材料は、周囲より相対的に高屈折率である透明な材質である限り限定されず、例えば実施形態１に説明したＩＴＯに加え、例えば、十分には結晶化されていないＩＴＯ、高屈折率ガラス、例えばＴｉＯ２（屈折率：アナターゼ型では２．５２、ルチル型では２．７１）、Ａｌ２Ｏ３（屈折率：１．７６）、ＴｅＯ２（屈折率２．２６）等の高屈折率で透明な金属酸化物や、ＺｎＯ薄膜（屈折率：１．９程度）等の高屈折率の透明導電体などを採用することが可能である。
【００６１】
＜第３実施形態＞
本発明は、第２実施形態とは別のマイクロ流体デバイスである光学分析チップとしても実施することが可能である。図１０は、マイクロチャネルを流れる被検査流体の加熱に対する挙動を分析等するために用いられる光学分析チップ３００の構造図である。このうち図１０（ａ）は光学分析チップ３００の斜視図であり、図１０（ｂ）はマイクロチャネルである流体用通路３６０を横断する面における概略断面図である。
【００６２】
本発明の第３実施形態として説明する光学分析チップ３００は、媒体天面３０２Ｔと媒体底面３０２Ｂとを両面とするある厚みの透明媒体３０２によって作製されており、透明媒体３０２の内部には中空構造として流体用通路３６０が形成されている。流体用通路３６０は、媒体天面３０２Ｔに対して連通している流体ポート３６２と流体ポート３６４とを有しており、それらを利用して、流体用通路３６０には分析等の際に被検査流体が通される。透明媒体３０２に形成された流体用通路３６０は、媒体天面３０２Ｔに平行に延びるレベル部３６０Ｌを有している。光学分析チップ３００には、さらに加熱用配線となる埋設路３３０が形成されている。埋設路３３０は、流体用通路３６０のレベル部３６０Ｌの長手方向中央部に対して透明媒体３０２を通じて熱を伝えるコイル状のマイクロヒーター部３３２を備えている。このため、流体用通路３６０は埋設路３３０とは別のものである。マイクロヒーター部３３２からはジュール熱によって熱が生成される。そのジュール熱を生成するための電流は、マイクロヒーター部３３２に対して接続される伝達配線部３３４および３３６を通じて透明媒体３０２の外部から供給される。なお、埋設路３３０には透明被覆体３２０が形成されている。埋設路３３０から透明被覆体３２０を除いた部分は中空であっても中実であってもよい。
【００６３】
光学分析チップ３００を利用する際、分析等の目的や条件に応じて、レベル部３６０Ｌを通過中の被検査流体は埋設路３３０のマイクロヒーター部３３２によって加熱される。マイクロヒーター部３３２は、マイクロチャネルとして機能するレベル部３６０Ｌに近接して配置される。このため、レベル部３６０Ｌの内部の局所的な被検査流体を所望の温度にまで均一に加熱することができる。例えば、流体用通路３６０に互いに化学反応を起こす２つの異なる液体試料を導入しながらマイクロヒーター部３３２により加熱を行なえば、微量の液体試料であっても、化学反応を正確に制御することが可能となる。また、被検査流体が例えば水棲微生物を含んでおり、その微生物の観察のために光学分析チップ３００が利用されるような場合には、マイクロヒーター部３３２を用いることによって、微生物の環境温度を正確に調整することが可能となる。
【００６４】
これらに例示される分析等を行なうための光学分析チップ３００の光学的な構成は、典型的には次のとおりに二つに場合分けされる。光学分析チップ３００の第１の典型的な光学的な構成は、この温度上昇に伴う被検査流体の変化を、例えば媒体天面３０２Ｔに面して位置する対物レンズ３８０（図１０（ｂ））を通じて光学顕微鏡像として観察したり記録したりするものである。また、光学分析チップ３００の第２の典型的な光学的な構成は、温度上昇に伴う被検査流体の変化を、例えば、透明媒体３０２に形成された入射光導波路３４０と出射光導波路３５０とを用いて光学的に分析等するものである。ここで、入射光導波路３４０と出射光導波路３５０とは、第２実施形態の光学分析チップ２００に関して説明した入射光導波路２４０と出射光導波路２５０と同様に作製される。ただし、入射光導波路３４０と出射光導波路３５０との間には、レベル部３６０Ｌとマイクロヒーター部３３２とが横切るように配置されている。光学分析チップ３００においては、入射光導波路３４０は第１側面３０４に、また、出射光導波路３５０は第２側面３０６に、それぞれの一端を露出させている。光学分析チップ３００を第２の典型的な光学的構成によって使用する場合、その露出部を利用して外部の光源や光検出器（いずれも図示しない）との間でプローブ光の導入および取り出しが行なわれる。
【００６５】
第１および第２の典型的な光学的構成のいずれにおいても、観察光やプローブ光はマイクロヒーター部３３２を通過する。光学分析チップ３００においては、いずれの光学的構成であってもマイクロヒーター部３３２が観察や分析のための光を透過させるように、埋設路３３０の内部に透明導電体からなる透明被覆体３２０が配置されている。
【００６６】
なお、透明被覆体３２０は、透明な電気配線としての役割を果たす限り任意の材質から作製される。例えば、第１実施形態の光学デバイス１００のために説明したＩＴＯやＺｎＯは透明被覆体３２０として好ましい材質の例である。なお、光学分析チップ３００に基づいて説明した本実施形態は、例えば必要に応じてマイクロヒーター部３３２の数を複数設けるなどの変形が可能である。また、図１０（ｂ）に示したマイクロヒーター部３３２のように、光が通る経路に位置する埋設路３３０は、例えば観察光やプローブ光が通る方向に対して界面が直交する形状に作製されている。このような形状に埋設路３３０が作製されていれば、埋設路３３０およびその内部の透明被覆体３２０を透過する際にこれらの光が受ける屈折や散乱などの影響を抑止することが可能となる。
【００６７】
＜第４実施形態＞
本発明は、第２実施形態とも第３実施形態とも異なるマイクロ流体デバイスとして、別の構成の光学分析チップとしても実施することが可能である。図１１は、マイクロリザーバ内において電気化学的な作用を受けている被検査流体を光学的な分析等の対象にするために用いられる光学分析チップ４００を示す構造図である。図１１（ａ）は、光学分析チップ４００の斜視図であり、図１１（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、シャフト部４１２および４１４を通過する面、ならびに、シャフト部４１６および４１８を通過する面における概略断面図である。
【００６８】
光学分析チップ４００では、媒体天面４０２Ｔと媒体底面４０２Ｂとが厚みをなす透明媒体４０２の内部にマイクロリザーバとなる薄層埋設路４１０が形成されている。薄層埋設路４１０は、マイクロチャネルとなる４本のシャフト部４１２、４１４、４１６および４１８を通じ、媒体天面４０２Ｔにて透明媒体４０２の外部と連通している。薄層埋設路４１０のいずれかの壁面にＩＴＯ薄膜である透明被覆体４２０が部分的に配置されている。図１１では、透明被覆体４２０は薄層埋設路４１０の底面すなわち媒体底面４０２Ｂ側の壁面に形成されている場合を示している。この透明被覆体４２０のパターニングも、第１実施形態において説明した光学デバイス１００Ｃと同様に、例えばフェムト秒レーザーを照射するレーザーアブレーションによって行なうことが可能である。透明被覆体４２０は、典型的にはＩＴＯ等の透明導電体によって形成され、薄層埋設路４１０の内部に配置される被検査流体にとって電気化学的な作用電極として機能する。
【００６９】
シャフト部４１２、４１４は、例えば溶液試料などの被試験流体を導入し排出するために利用される。これに対し、シャフト部４１６、４１８は、分光電気化学分析を行なうための対極電極４３２（白金線）および参照電極４３４（銀線）を導入するために利用される。つまり、光学分析チップ４００を利用すると、電気化学的な情報と分光法からの情報を取得する分光電気化学分析を、マイクロリザーバ中の被検査流体に対して実施することが可能となる。ここで、分光電気化学分析においては、電気化学的な情報と分光法からの情報を用いて、作用電極（透明被覆体４２０）の表面や界面における被検査流体の挙動を調べることができる。典型的には、透明被覆体４２０に対して、透明被覆体４２０の面直方向、例えば、媒体天面４０２Ｔ側から媒体底面４０２Ｂ側に向かってからプローブ光を照射し、媒体底面４０２Ｂ側に透過したプローブ光を受光素子で検出することにより、被検査流体の薄層埋設路４１０における吸光度が測定される。このような測定では作用電極には透明性が要求され、透明被覆体４２０を採用する光学分析チップ４００はその測定に好適なものとなる。
【００７０】
なお、被検査流体の吸光度を測定するマイクロリザーバとして薄層埋設路４１０を用いる理由は、被検査流体を、プローブ光の透過方向にできるだけ薄い溶液層とするためである。このような被検査流体の溶液層を透過するプローブ光に対しては、被検査流体の液バルクの吸収が低減される。また、作用電極である透明被覆体４２０の
電極近傍において被検査流体の吸収波長と吸光度を測定することにより、その位置に存在する化学種を同定することが可能となる。その結果、光学分析チップ４００を用いれば、反応生成物や不純物を同定することが可能となるなど、電気化学的な知見を分光的に得ることが可能となる。したがって、３次元流体構造として厚みが小さく形成された薄層埋設路４１０に、透明被覆体４２０を配置したマイクロリザーバを有する光学分析チップ４００は、分光電気化学分析のための好適な装置といえる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の各態様によれば、マイクロチャネルなどの中空構造が形成された透明媒体を利用して各種の分析等の光学的な検出能力を高められ、光学的な分析等を利用する任意の産業に貢献する。
【符号の説明】
【００７３】
１００、１００Ａ〜Ｃ 光学デバイス
２００、３００、４００ 光学分析チップ
１０２、２０２、３０２、４０２ 透明媒体
１０２Ｔ、２０２Ｔ、３０２Ｔ、４０２Ｔ 媒体天面
１０２Ｂ、２０２Ｂ、３０２Ｂ、４０２Ｂ 媒体底面
１１０、１１０Ａ、１１０Ｓ、１１０Ｕ、２１０、３３０ 埋設路
１１２、１１２Ｓ、１１２Ｕ、１１４、１１４Ｓ、１１４Ｕ、２１２、２１４ ポート
１１６ リセス部
１２０、１２０Ａ〜Ｃ、２２０、３２０、４２０ 透明被覆体
１３０、１３０Ａ、１３０Ｃ、２３０、３６０ 流体用通路
２０４、３０４ 第１側面
２０６、３０６ 第２側面
２１０Ｓ１、２１０Ｓ２、４１２、４１４、４１６、４１８ シャフト部
２１０Ｌ、３６０Ｌ レベル部
２４０、３４０ 入射光導波路
２５０、３５０ 出射光導波路
３６２、３６４ 流体ポート
３３２ マイクロヒーター部
３３４、３３６ 伝達配線部
３８０ 対物レンズ
４１０ 薄層埋設路
４３２ 対極電極
４３４ 参照電極
Ｄ１、Ｄ２ 距離
ＥＷ エバネッセント波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部において外部と連通する埋設路が内部に形成された透明媒体と、
該埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体と
を備え、
該透明被覆体が、該透明被覆体の前駆体ゾルからゾルゲル法により形成された透明導電体である
光学デバイス。
【請求項２】
少なくとも一部において外部と連通する埋設路が内部に形成された透明媒体と、
該埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体と
を備え、
該透明被覆体が、前記透明媒体より高い屈折率を有しているとともに、前記埋設路の内部に流体用通路を残すように配置されている
光学デバイス。
【請求項３】
前記透明被覆体がスズドープインジウム酸化物（ＩＴＯ）である
請求項１または請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記透明被覆体が、インジウムアルコキシド溶液とスズアルコキシド溶液とを混合したＩＴＯゾルからゾルゲル法により形成されたＩＴＯである
請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記透明媒体が感光性ガラスであり、
前記埋設路が、前記感光性ガラスの内部にフェムト秒レーザーを集光照射して形成されたものである
請求項１または請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記透明媒体の内部に、前記埋設路とは別の流体用通路をさらに含む
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記埋設路に被検査流体が通るようになっている請求項１または請求項２に記載の光学デバイスを備える
光学分析チップ。
【請求項８】
前記透明媒体に形成されており、前記埋設路の長手方向に向けて前記透明被覆体へとプローブ光を導く入射光導波路と、
前記透明媒体に形成されており、前記被検査流体と相互作用した該プローブ光を前記透明被覆体から導く出射光導波路と
をさらに備える
請求項７に記載の光学分析チップ。
【請求項９】
前記埋設路が両端で前記透明媒体の外部に対して連通しており、透明導電体である前記透明被覆体が該埋設路の一端から他端に電気的につながり該一端と該他端とに接続された電流源からの電流を流すようになっており、前記流体用通路が、被検査流体を通すようになっている請求項６に記載の光学デバイス
を備え、
前記流体用通路が前記埋設路の近傍に形成されている
光学分析チップ。
【請求項１０】
前記光学デバイスに形成されており、該被検査流体が通っている前記流体用通路の少なくとも一部に対して照射されるプローブ光を導く入射光導波路と、
前記光学デバイスに形成されており、該プローブ光が前記被検査流体を透過した透過光を導き、前記埋設路の前記近傍において、前記流体用通路を挟んで前記照射導波路に光を結合させるようになっている出射光導波路と
をさらに備える
請求項９に記載の光学分析チップ。
【請求項１１】
前記埋設路の前記流体用通路が、被検査流体を収容するようになっている薄層形状に形成され、該被検査流体を供給または排出するためのポートにおいて前記透明媒体の外部と連通しており、前記透明被覆体が、該埋設路の壁面に該薄層形状の広がりに沿って形成され、前記流体用通路に収容されている被検査流体に対して作用電極として機能する、前記透明媒体の外部に電気的に接続されている透明導電体である請求項１または請求項２に記載の光学デバイス
を備える
光学分析チップ。
【請求項１２】
透明媒体の内部に、少なくとも一部において該透明媒体の外部と連通させて埋設路を形成する工程と、
該埋設路の内部に、透明導電体である透明被覆体の前駆体ゾルを配置する工程と、
前記埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に、ゾルゲル法により前記透明被覆体を前記前駆体ゾルから形成する工程と
を含む
光学デバイスの製造方法。
【請求項１３】
透明媒体の内部に、少なくとも一部において該透明媒体の外部と連通させて埋設路を形成する工程と、
前記空中通路の内部に流体用通路を残して、前記埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に前記透明媒体より高い屈折率を有している透明被覆体を配置する工程と
を含む
光学デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記透明被覆体がスズドープインジウム酸化物（ＩＴＯ）である、
請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記前駆体ゾルが、インジウムアルコキシド溶液と、スズアルコキシド溶液との混合溶液であるＩＴＯゾルであり、
前記透明被覆体が、該ＩＴＯゾルからゾルゲル法により形成されたＩＴＯである
請求項１４に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記埋設路とは別の流体用通路を形成する工程
をさらに含む
請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１７】
入射光導波路および出射光導波路のうちの少なくともいずれかを前記透明媒体に形成する工程
をさらに含む
請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記壁面の前記透明被覆体を少なくとも部分的にレーザーにより除去する工程
をさらに含む
請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１】
少なくとも一部において外部と連通する埋設路が内部に形成された透明媒体と、
該埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体と
を備え、
該透明被覆体が、該透明被覆体の前駆体ゾルからゾルゲル法により形成された透明導電体である
光学デバイス。
【請求項２】
少なくとも一部において外部と連通する埋設路が内部に形成された透明媒体と、
該埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に配置された透明被覆体と
を備え、
該透明被覆体が、前記透明媒体より高い屈折率を有しているとともに、前記埋設路の内部に流体用通路を残すように配置されている
光学デバイス。
【請求項３】
前記透明被覆体がスズドープインジウム酸化物（ＩＴＯ）である
請求項１または請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記透明被覆体が、インジウムアルコキシド溶液とスズアルコキシド溶液とを混合したＩＴＯゾルからゾルゲル法により形成されたＩＴＯである
請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記透明媒体が感光性ガラスであり、
前記埋設路が、前記感光性ガラスの内部にフェムト秒レーザーを集光照射して形成されたものである
請求項１または請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記透明媒体の内部に、前記埋設路とは別の流体用通路をさらに含む
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記埋設路に被検査流体が通るようになっている請求項１または請求項２に記載の光学デバイスを備える
光学分析チップ。
【請求項８】
前記透明媒体に形成されており、前記埋設路の長手方向に向けて前記透明被覆体へとプローブ光を導く入射光導波路と、
前記透明媒体に形成されており、前記被検査流体と相互作用した該プローブ光を前記透明被覆体から導く出射光導波路と
をさらに備える
請求項７に記載の光学分析チップ。
【請求項９】
前記埋設路が両端で前記透明媒体の外部に対して連通しており、透明導電体である前記透明被覆体が該埋設路の一端から他端に電気的につながり該一端と該他端とに接続された電流源からの電流を流すようになっており、前記流体用通路が、被検査流体を通すようになっている請求項６に記載の光学デバイス
を備え、
前記流体用通路が前記埋設路の近傍に形成されている
光学分析チップ。
【請求項１０】
前記光学デバイスに形成されており、該被検査流体が通っている前記流体用通路の少なくとも一部に対して照射されるプローブ光を導く入射光導波路と、
前記光学デバイスに形成されており、該プローブ光が前記被検査流体を透過した透過光を導き、前記埋設路の前記近傍において、前記流体用通路を挟んで前記照射導波路に光を結合させるようになっている出射光導波路と
をさらに備える
請求項９に記載の光学分析チップ。
【請求項１１】
前記埋設路の前記流体用通路が、被検査流体を収容するようになっている薄層形状に形成され、該被検査流体を供給または排出するためのポートにおいて前記透明媒体の外部と連通しており、前記透明被覆体が、該埋設路の壁面に該薄層形状の広がりに沿って形成され、前記流体用通路に収容されている被検査流体に対して作用電極として機能する、前記透明媒体の外部に電気的に接続されている透明導電体である請求項１または請求項２に記載の光学デバイス
を備える
光学分析チップ。
【請求項１２】
透明媒体の内部に、少なくとも一部において該透明媒体の外部と連通させて埋設路を形成する工程と、
該埋設路の内部に、透明導電体である透明被覆体の前駆体ゾルを配置する工程と、
前記埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に、ゾルゲル法により前記透明被覆体を前記前駆体ゾルから形成する工程と
を含む
光学デバイスの製造方法。
【請求項１３】
透明媒体の内部に、少なくとも一部において該透明媒体の外部と連通させて埋設路を形成する工程と、
前記空中通路の内部に流体用通路を残して、前記埋設路を囲む壁面の少なくとも一部に前記透明媒体より高い屈折率を有している透明被覆体を配置する工程と
を含む
光学デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記透明被覆体がスズドープインジウム酸化物（ＩＴＯ）である、
請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記前駆体ゾルが、インジウムアルコキシド溶液と、スズアルコキシド溶液との混合溶液であるＩＴＯゾルであり、
前記透明被覆体が、該ＩＴＯゾルからゾルゲル法により形成されたＩＴＯである
請求項１４に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記埋設路とは別の流体用通路を形成する工程
をさらに含む
請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１７】
入射光導波路および出射光導波路のうちの少なくともいずれかを前記透明媒体に形成する工程
をさらに含む
請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記壁面の前記透明被覆体を少なくとも部分的にレーザーにより除去する工程
をさらに含む
請求項１２または請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図６】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９４０２０（Ｐ２０１２−１９４０２０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７５５６（Ｐ２０１１−５７５５６）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （刊行物１） Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＋ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍｅｄｉａ社（ドイツ）、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ａ，オンライン発行日２０１１年１月５日、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｐｒｉｎｇｅｒｌｉｎｋ．ｃｏｍ／ｃｏｎｔｅｎｔ／ｈ６６１８２４ｋｔ１００４７６４／ｆｕｌｌｔｅｘｔ．ｐｄｆ，Ｖｏｌｕｍｅ １０２，Ｎｏ．２，２６５−２６９．
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （刊行物１） Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＋ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍｅｄｉａ社（ドイツ）、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ａ，オンライン発行日２０１１年１月５日、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｐｒｉｎｇｅｒｌｉｎｋ．ｃｏｍ／ｃｏｎｔｅｎｔ／ｈ６６１８２４ｋｔ１００４７６４／ｆｕｌｌｔｅｘｔ．ｐｄｆ，Ｖｏｌｕｍｅ １０２，Ｎｏ．２，２６５−２６９．
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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