Method and apparatus for the preparation and / or manufacture of biochemical reactions support

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、選択的に調節可能な照射パターンの発生のために制御可能な照射マトリクス、特にプログラム可能な光源マトリクスを、一般にバイオテクノロジーの範囲で、かつ特に光学流体反応支持体の製造、取り扱いおよび分析のための使用に関する。

【０００２】 構造部材、成分および全システムの同時の機能統合による小型化によって、多くの技術分野において新規の使用が開拓される。 これらの使用はマイクロシステム技術に関するセンサ（例えば複雑なバイオチップは半導体技術が使用される）
からアクター（例えばマイクロポンプの形で）にまで及ぶ。 これらの分野は自動車工業および飛行機工業に関する古典的な機械工学から医療技術および将来的なバイオテクノロジーにまで及ぶ。 医療技術においては、例えば新規のインプラントが開発され、かつ医薬品工業においては新規の医薬品の効果的な開発および診断システムのための新規の技術を大きな浪費を伴って推進している。 この開発から大きな可能性に基づいて、特にバイオテクノロジーが利益が得られる。

【０００３】 微小領域における効率的な製造のために、制限条件に適合する新規の方法を開発する。 同じことは、小型化されたプロセスの監視のために重要な検査技術のために重要である。

【０００４】 科学における基礎研究および医療診断ならびに幾つかの別の学科のために、規定の調査材料中の生物学に関連する情報（主に遺伝子情報の形で）の理解が極めて重要である。 更に、遺伝子情報は極めて多様な異なる核酸配列、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の形で存在する。 該情報の具体化はＤＮＡのＲＮＡ（リボ核酸）
へのコピーの製造によって、しばしば生化学的反応に加担しているタンパク質に導かれる。

【０００５】 多量の情報の理解のための能率のよいシステム型はいわゆるバイオチップである。 バイオチップとは本明細書では極めて小型化された極めて並行なアッセイを意味する。 規定の核酸の検出およびヌクレオチド鎖中の４種の塩基の順序の決定（配列決定）は有用な研究データおよび使用される薬剤を提供する。 医学においては、極めて大きく程度を増しながらインビトロ診断（ＩＶＤ）によって重要な患者パラメータの測定のための機器が開発され、かつ取り扱う医者に提供されている。 多くの疾患については、これらの機器なくしては十分早い時点に診断することができなかった。 ここでは重要な新規の方法としての遺伝子分析を確立している（例えば感染症、例えばＨＩＶまたはＨＢＶ、一定の癌または別の疾患のための遺伝的素因のケース診断、または法医学におけるケース診断）。 基礎研究および臨床研究の密接な関係において、幾つかの疾患所見の分子的原因および（病理学的）関連は遺伝子情報レベルにまで明確にすることができる。 但し、この進展はまだ始まったばかりであり、かつ正に治療ストラテジーの変換のために極めて集中的に努力することが必要である。 全体的にゲノム科学およびそれに追随する核酸分析は、生命の分子的基礎の理解へも非常に複雑な疾患所見および病理学的プロセスの解明へも大きく寄与している。 更に遺伝的分析もしくは遺伝子工学的分析は既に今日では広範な診断方法範囲を提供している。

【０００６】 医薬品の提供における更なる開発は、相応する高価な方法に追随するコストの急騰によって負担がかかる。 その故に遺伝的危険因子の測定は目下のところ、数百から数千ＵＳドルの費用がかかる。 ここでは診断的および治療的な使用の可能性の実現だけでなく、財政的に耐えうる医療システムへの統合も推進されている。

【０００７】 研究における相応の技術は、それに付随する費用が低減されたときに、場合により広範囲において、また大学の範囲において使用される。 この場合、生物科学の研究のための模範的な変化を浮き彫りにする： 一次的な遺伝情報（ゲノム中の塩基配列）の解読のおよび細胞および組織の遺伝的な活性化状態（メッセンジャーＲＮＡとして転写される遺伝子）の検出の目途は十分に廉価に、効率的に、かつ順応的なシステムの提供によって省略される。 この作業は次いで当該データの評価および組合せの（非常に複雑な）課題に集中する。 これから生物学のための新規の知識水準および今後の新規の生体医学的治療および診断可能性がもたらされるべきである。

【０００８】 前記で既に挙げたバイオチップは生物学的および技術的な成分、例えば支持体の表面（外表面および／または内表面）上に固定化された特異的相互作用パートナーとして役に立ちうる生体分子およびマトリクス、例えばシリコンマトリクスを有する小型化されたハイブリッド機能エレメントである。 しばしば機能エレメントの構造は行と列を有する；つまりチップ−“アレイ”と呼称されている。 かかるチップ上には数千の生物学的もしくは生化学的な機能エレメントが配置される場合があるので、これらは一般にマイクロ技術的な方法で作成せねばならない。

【０００９】 このアレイの製造のための方法としては、実質的に２つの原理が使用される。
完成したプローブもしくは機能エレメントの反応支持体上への付着（目下のところ主に使用される）または支持体上でのプローブのインサイチュー合成。 装置としては両者の原理のためにいわゆるマイクロ流体スポッター（mikrofluidische
Spotter)が使用される。 インサイチュー合成のためにはホトリソグラフィー法も使用される。

【００１０】 生物学的および生化学的な機能エレメントとしては：ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ
、（核酸およびその化学的誘導体の場合に、例えば一本鎖、トリプレックス構造またはこれらの組合せが存在してよい）、糖類、ペプチド、タンパク質（例えば抗体、抗原、受容体）、組合せ化学の誘導体（例えば有機分子）、細胞成分（例えばオルガネラ）、細胞、多細胞、細胞化合物が該当する。

【００１１】 半導体技術における使用のために、２００ｎｍ以下の種々の波長（エネルギー）の光での照射に依存するより微細および最も微細なパターンの作成のための多数のホトリソグラフィーシステムが市販されている。 作成されるパターンが微細であればあるほど、使用される波長も短くしなければならない。 従ってまだ可視光の波長（４００〜８００ｎｍ）の範囲にあるサブミクロン範囲のパターンは、
明らかにより短い波長の高エネルギービームでのみ作成できる。

【００１２】 ホトリソグラフィーシステムは原則的にエネルギー源もしくは光源としてのランプおよび、透過性および非透過性の範囲を有し、かつこうして透過光波路において照射パターンが作成されるホトリソグラフィーマスクから構成される。 この照射パターンは光学的エレメントによって照射される対象に描写される（例えば約１００倍に縮小される）。 これによって０．１ｍｍのマスク上の線が１０μｍ
に短くなる。 通常は微細パターンの製造のためにはシリコンウェハ中もしくはシリコンウェハ上で１０〜３０回の照射工程を必要とする。 システムはこの総数に設計されており、かつマガジンおよび操作装置によって自動的なマスク交換を可能にしている。

【００１３】 マスクの準顕微パターンから微細パターン化された結像が照射される物体上、
例えばシリコンウェハ上に生じる。 ホトリソグラフィーマスクを設けるために、
同様に再びホトリソグラフィーシステムが使用され、該システムは勿論、相応するより低い解像度および製造法に応じて相応してより低いエネルギー入力だけを必要とする。 これは周期的プロセスであり、該プロセスは半導体技術の大きな市場ボリュームを通じて非常に広範囲に推進されかつ遂行される。

【００１４】 ホトリソグラフィーマスクの製造のために、ＧｅＳｉｍ社の場合は既にＭｉｖ
ａｔｅｃ社のＬＣＤホトプロッター（LCD-Photoplotter）を使用している。 これは、マスクパターンがパターンのサイズならびに必要な波長から見て可視光領域で照射できるので可能である。 従ってマスクをより迅速かつ順応的に製造することを可能にする。 これは半導体技術に関しては必要なマスクの限られた数に基づいて十分である。 それというのも、まず機能試験は微細パターンの成果を示し、
かつ従って一般的に新規または改善されたマスクの製造のために常に十分に時間を残すからである。 しかしながら全体的にマスクの製造は高価であり、時間を浪費し、かつ殆ど順応的でない。

【００１５】 光学工業のためのホトリソグラフィーの使用において、ＤＮＡのインサイチュー合成（バイオチップ上で直接合成）はＩｎｓｔｉｔｕｔ Ａｆｆｙｍａｘならびにアフィメトリックス社から既に商慣習的な照射システムを高密度ＤＮＡマイクロアレイの製造のために使用する（参考文献：ＵＳ５７４４３０５号、ＵＳ５
５２７６８１号、ＵＳ５１４３８５４号、ＵＳ５５９３８３９号、ＵＳ５４０５
７８３号）。 使用される波長は３００〜４００ｎｍに制限される。 照射パターンの各変更のために、マスクの交換が必要である。 これは、例えば２５構成成分の長さのオリゴヌクレオチド（２５量体）を有するＤＮＡアレイの製造のために測定位置ごとに約１００回の個々の照射サイクルが必要であるため極めて支障がある。

【００１６】 一般に反応支持体は生物学的または生化学的な機能材料での被覆のために２Ｄ
の基礎表面を有する。 この基礎表面は、例えば１つ以上の毛管または通路の壁からも形成されていてよい。 ジオメトリーの進展は３Ｄ構造であり、この場合、分析および場合により操作あるいは反応の各制御を２Ｄ配置において実施する。

【００１７】 とりわけ米国においては、小型化されたバイオチップの開発が多くの手段によって推進されている。

【００１８】 先行技術のために、例えば以下の文献を指摘することができる： １． ネイチャージェネティクス、第２１巻、サプリメント（全体）、１９９９ 年１月（バイオチップ） ２． ネイチャーバイオテクノロジー、第１６巻、９８１〜９８３頁、１９９８ 年１０月（バイオチップ） ３． トレンズ イン バイオテクノロジー、第１６巻、３０１〜３０６頁、１９ ９８年７月（バイオチップ） 小型化された並行アッセイのための重要な使用分野および本発明の使用は： 分子診断（インビトロ診断、臨床診断、遺伝子診断による）／医薬品開発（物質開発、徹底的な試験、スクリーニング等）／生物学的な基礎研究（なかでも遺伝、転写、タンパク質、生理）／分子的相互作用／分析ならびに病原のスクリーニング（ウイロイド、プリオン、ウイルス、原核生物、真核性物）／腫瘍学／環境監視／食品分析／法医学／医薬製品のスクリーニング（なかでも血液由来の製品）／導入遺伝子の検出、分析およびスクリーニング（植物、動物、細菌、ウイルス、栽培、露点農地試験）／細胞学（なかでも細胞アッセイ）／組織学／核酸分析の全形態（なかでも配列分析、マッピング、発現プロフィール）／ＳＮＰｓ／
医薬遺伝学／機能遺伝学である。

【００１９】 本発明の課題は、小型化された極めて並行な反応支持体を順応的かつ迅速に製造することができ、かつより効果的に分析することを可能にする方法および装置を提供することである。

【００２０】 方法および装置は更に１つの装置中で製造および分析の統合を可能にするべきである。 更に製造および分析において全プロセスを完全に自動化するための基礎の達成を意図している。

【００２１】 生物学的または生化学的な機能材料で被覆された反応支持体の本発明による製造方法は以下の工程を有している： （ａ）光活性化可能な基を有する表面を有する支持体を準備する工程、 （ｂ）支持体表面の少なくとも１つの規定された表面上の光活性化可能な基を、 選択的に調節可能な照射パターンを設けるために制御可能な照射マトリク スによる支持体の位置特異的照射によって活性化させる工程、 （ｃ）生物学的もしくは化学的な機能材料または係る材料のための構成成分を少 なくとも１つの規定された領域上に位置特異的に結合させる工程、および（ｄ）場合により活性化工程および結合工程を同一および／または異なる規定さ れた領域上で繰り返す工程。

【００２２】 支持体は生化学的または生物学的な材料もしくはレセプタまたはこれらの構成成分を装備可能または装備した固相である。 支持体は平坦な表面または窪み、例えば通路を備えた表面を有する。 これらの通路は、有利には例えば１０〜１００
μｍの断面を有する微小通路である。 これらの通路は（表面特性に依存して）毛管通路であってよいが、毛管作用を有さない通路（例えばテフロン（登録商標） での被覆に基づいて）であってよい。 支持体は、装備された反応領域の範囲で、 少なくとも部分的に光学的に透過性である。

【００２３】 選択的に調節可能な照射パターンを設けるために制御可能な照射マトリクスの使用は光学流体反応支持体の製造および／または操作および／または分析における高い順応性および、特に以前に可能であったよりも迅速な反応支持体の製造を可能にした。 照射パターンの交換時に交換せねばならない不変の個々のマスクを使用してホトリソグラフィー装置において相応して微細分解性（feinaufloesend
）照射パターンを設けるのと異なり、制御可能な照射マトリクスを使用して、照射マトリクスの簡単な装着によって原則的に可能な各照射パターンは制御計算機から発生および変更させることができる。 製造プロセスにおいては、１日で多数の個々の反応領域を有する数百から数千の種々の反応支持体を製造かつ分析でき、これは今までは不可能であった。

【００２４】 支持体の位置特異的照射を実施すべきである規定された反応領域は実際の使用のために、有利には自動的にプログラムによって選択され、このプログラムを使用して１つ以上の反応支持体に対する反応領域の制御および割り当ては、基準合成係数、最適な合成条件、例えば温度など、最適な分析条件、例えば隣接領域を考慮したハイブリダイゼーション温度に応じて可能である。 支持体の製造後に、
場合により支持体の交換および工程（ａ）以降の方法の続きを行ってもよい。 この場合、工程（ｃ）は生物学的もしくは化学的な機能材料または係る材料のための構成成分の位置特異的な結合を先行するサイクルと同様に、または先行の合成サイクルからの情報を考慮して包含している。

【００２５】 プログラム可能もしくは電子的に制御可能な照射マトリクスによって、ホトリソグラフィー法で必要とされるようなマスク単位の交換ならびに製造が省略される。 従って照射パターン作成は最早、照射マスクの製造、交換、ポジショニング、貯蔵および最適化に関する浪費に結びつかない。 従って、特に反応支持体（Ｄ
ＮＡマイクロアレイ）のインサイチュー合成は広範な使用のために受け入れられる。 本発明の有利な態様によれば１ｃｍ ^２あたりに少なくとも５００点の分解能（Aufloesung）で照射できる照射マトリクスが使用される。

【００２６】 照射マトリクスおよび分類される光源は原則的に、光化学的プロセスの制御／
励起のため、または場合により反応支持体マトリクスの分析のための所望の照射パターンを準備するために使用される。 この場合、変法によれば照射マトリクスもしくは反応支持体上の照射パターンの光点ごとに光源および／または波長を選択的に調節できる。

【００２７】 有利には照射マトリクスとしては制御可能な反射マトリクスが考慮され、該反射マトリクスは規定の方向（ここでは反応支持体の方向）でのその装着に応じて光を位置選択的に反射する。 光パターンを設けるために制御により変形可能なミラー装置を有する反射平坦光モジュレータ（Flaechenlichtmodulator）は、特に粘弾性制御層を有する光モジュレータまたは精密機械化ミラーアレイとして実現することができる。 粘弾性制御層を有する光モジュレータおよび精密機械化ミラーアレイを有する光モジュレータの技術に関しては、出願に添付物として添付されているマイクロ電子回路およびシステムのためのフラウンホッファ−インスティチュート（Fraunhofer-Instituts fuer mikroelektronische Schaltungen und
Systeme）の問題のデータシートが指摘される。 かかる制御可能な反射マトリクスの利点は、特に該マトリクスがＵＶからＩＲまでの広範な光のスペクトル範囲、例えば２００〜２０００ｎｍの波長範囲を使用できるということである。 特にＵＶ領域の高エネルギービームの伝達のため、ならびに一般に表面あたりの高いエネルギー密度では、制御可能な反射マトリクスの最新の開発は４０Ｖ−ＣＭＯ
Ｓ技術が有利である。 ４０Ｖの運転電圧によってマトリクスは相応して感度が悪い。 他の利点は、このような反射マトリクスが相応する照明の場合にはマトリクス表面上に広がる光フィールド（Lichtfeld）によって、照射パターン中の照射されるべき全ての位置の時間的に並行な照射を可能にするということである。 反応支持体の照射の並行性の可能性（インサイチュー合成において）はオンライン制御および評価の可能性（測定点の間の時間による人為結果がない）ならびに、
例えば細胞アレイまたは別の反応支持体の生物学的成分の可能性（例えば網膜の調製または光依存性のニューロン活動において）における製造時間への影響を有する。 照射の並行性が非常に厳密に重要でない場合、照射マトリクスの全表面の照射の代わりに、照射マトリクスの走査パターン化もしくは走査を集束光線、例えばレーザ光線で実施し、反応支持体上もしくは反応支持体中で照射マトリクスの装着に応じて所望の光パターンを作成することができる。 従って非常に様々な光源、例えば発光スペクトルまたは発光波長を選択的に変更できる光源、例えばＮ _２ −レーザを使用することもできるので、例えば幾つかのシグナル供与蛍光物質の励起は反応支持体上または反応支持体中で種々の波長を用いて可能である（
これは２Ｄ分光法の一種である）。

【００２８】 本発明による使用のために可能な照射マトリクスの他の種類は光源アレイ、すなわち非常に小さい光源のマトリクス状の装置を表し、これらは個々に装着可能（ansteuerbar）である。 これは、例えばマイクロレーザアレイ、マイクロダイオードアレイまたはそのようなものであってよい。 その間に、発光波長が３７０
ｎｍであるＵＶ光ダイオードを使用可能である。 このようなＵＶ光ダイオードは型記号ＮＳＨＵ５９０およびＮＳＨＵ５５０としてロイトナー レーザーテクニック、Ａ−１０４０ ウィーン、フライッシュマンガッセ ９（Roithner Laserte
chnik, A-1040 Wienm Fleischmanngasse 9）から販売されている。 相応のＵＶ−
レーザーダイオード技術をダイオードアレイ、特にマイクロダイオードアレイの実現のために推進することができる。

【００２９】 係る光源アレイ（光源マトリクス）の個々の装着可能な点はそれに従って個々の反応領域において反応支持体上の個々の照射点に相当し、その際、作成された照射パターンは必要に応じて適当な光学的構成成分を使用して縮小できる。 かかる（自己発光性の）光源マトリクスは“光弁”としてはたらく照射マトリクス、
例えばＬＣＤおよび光リフレクタとしてはたらく照射マトリクス、例えば装着できるマイクロミラーとは異なる。 光源アレイのための技術的解決としては、ガリウムニトリド（ＧａＮ）をベースとする平坦に配置された構造が該当する。 Ｇａ
ＮはＵＶ−放射源として、例えば市販されているＵＶ−ＬＥＤ放射源の製造から知られている。 これらの構造から適当な回路によってマトリクスは多くの無関係に装着可能なエレメントで構成されている。 更に相応して構成されたマイクロレーザーアレイが想定され、その際、レーザ活性媒体として、例えばＧａＮを使用できる。

【００３０】 前記の装置は、例えばＧａＮ−発光ダイオードによって生じるような、例えば波長＜４００ｎｍの光を発する発光性半導体エレメントのマトリクスからであってよい。 言及したように、照射マトリクスとしては相応して構成されたマイクロレーザーアレイも該当する。 発光エレメントのサイズは５００×５００μｍおよび５０×５０μｍの範囲内であってよい。 各マトリクスエレメントは別々に装着可能である。 生化学的反応の基礎である照射プロセスの場合は、少なくとも１つの発光ダイオードは４００ｎｍ未満の波長範囲内でフォトンを発生する。 該装置は、有利には空間的に分離された光化学的反応の誘発を反応支持体において考案するのであれば、７５％未満の発光エレメントを有する照射マトリクスの充填の程度（Fuellgrad）が必須である。

【００３１】 光源マトリクスのサイズは反応支持体上の光学的結像より大きいか、または同じである。 場合により必要な結像の縮小は、有利にはグラスファイバー束（融着光ファイバテーパ）における光波回線によって、選択的に適当なレンズ系によっても実現できる。 融着光ファイバテーパの使用は、例えば暗視装置（Nachtsicht
geraet）から公知である。

【００３２】 ＵＶ−発光ダイオードの配置パターンは、有利には反応支持体中の合成位置のパターンに相当する。

【００３３】 照射成分（自己発光光源マトリクス）の構成は、従ってＵＶ−発光ダイオードまたはマイクロダイオードレーザが行および例で配置されているマトリクスからなる。 マトリクスの個々の光源エレメントの装着によって特異的な照射パターンが作成され、該パターンは反応支持体中の合成位置のパターンに相当する。

【００３４】 個々の光源エレメントは、例えば行および列で装着され、その際、個々の発光ダイオードまたはレーザーエレメントのパルス化が生じる、すなわち変動光強度が発生する。 類似の装着方法は、例えばＬＣＤ発光マトリクスで見いだされる。
選択的にマトリクスの個々の発光ダイオードの双安定性反転回路（フリップ−フロップ）またはＤＲＡＭ回路ならびにその他の適当な回路による静的な装着を実施してよい。

【００３５】 直接的に光源アレイに光学マイクロエレメント（または散乱光を抑えるための機会的ホールマスク）からなるマトリクスを接続してよい。 この成分は、複数の互いに結合している微視的な光学構造部材（例えばマイクロレンズ）の層から構成されていてよく、かつ機能的に直接、光源マトリクス上に設置される。

【００３６】 １つの実施態様においては微小光学成分に直接“融着光ファイバテーパ”が接続され、これは比（入力：出力）１：１、２：１、…、２５：１または場合による中間値での発光パターンの縮小のために使用される。 この場合、グラスファイバー束の個々の繊維は周りに黒い被覆を施すことによって光学的に互いに遮られていてよい。

【００３７】 装置の個々の構造成分の間に流体光学的媒体が存在していてよい。 反応支持体中に生じる照射パターンの結合（Einkoppelung）は、その側では平坦な反応支持体の表面上に直接設置されているガラスファイバー束を介して実施できる。

【００３８】 反応支持体の可能な構造および、有利にはＣＣＤチップの形で設けられている光センサマトリクス（多通路検出マトリクス）の配置を以下でなおも説明する。

【００３９】 反応支持体は光源マトリクスの発光する側に配置されている。 反応支持体は少なくとも照射マトリクスと向かい合わせ側で光学的に透過性である。 これによって、例えば光学流体マイクロプロセッサであってよい反応支持体中で位置的に分解された（ortsaufgeloest）照射パターンを作成することができる。 このようにして、反応支持体中に適当な光化学を適用して個々の反応領域内にポリマープローブの固定化または合成を位置的に分解して作成できる。

【００４０】 記載の方法の変換のための装置は非常にコンパクトかつ省スペースな構造で実現でき、そうすれば該構造において反応支持体上での合成の活性化およびそれによる相応のポリマープローブでの反応領域のドーピングと同様に試料材料の添加後のシグナルの検出も実施できる。

【００４１】 反応支持体および問題の光センサマトリクスの間に、スペクトルフィルタ（帯域フィルタまたはロングパスフィルタ（Langpassfilter）が存在していてよく、
該フィルタはバイオチップ（反応支持体）上に結合する分析物の蛍光分光的検出において励起光からシグナル光をスペクトル分離できる。 種々の光学フィルタを有するフィルタ輪（Filterrad）の使用は更に、スペクトル的に広く離れた蛍光極大を有する種々の色素によって標識されている種々の試料材料の分析の同時の検出を可能にする。

【００４２】 光源マトリクス（照射マトリクス）および問題の光センサマトリクス（例えばＣＣＤアレイ）の作動方法は適当なハードウェアまたはソフトウェアによって互いに調整することができる。 照射マトリクスの個々のエレメントをナノ秒の時間スケールで、例えば“後発光”することなく切り換えることができる場合、また電子的同期化は所謂“ゲート制御された（gegaten）”ＣＣＤカメラを使用して周波数発生器（Frequenzgenerator）上で可能である。 慣用の色素の周波数寿命は通常数ナノ秒であるので、前記のようにして分析物の蛍光分光法において、時間分解的な分光法が行われるような励起光およびシグナル光の時間的分離が可能である。

【００４３】 本発明により使用可能な照射マトリクスの他の種類は、光を透過させるか、もしくは透過させない位置選択的に制御可能な“光弁”または制御可能な透過光モジュレータである。 これは電子的成分であり、ここでは光源の光は制御可能なピクセルのマトリクス上に下りる。 ピクセルはその光透過性に関して電子的な制御シグナルによって調節可能である。 こうして制御可能な光弁マトリクスＬＶＭが生じる。 光弁の機能を満足させるために、一部の電子的成分（なかでも本来の電極）は透明でなければならない。 光弁の群には最もよく知られた代表的なものとして液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が挙げられる。 ＬＣＤを基礎とする光弁は、なかでもデジタルビデオカメラのファインダーおよび暗視装置の微小版ならびに、
例えばラップトップの微小版またはパーソナルコンピュータのディスプレイとして広く知られている。 暗状態の透過率は、ただ依然として背後から照射される光量の１０％までである。 ＬＣＤは透過された光の波長に関しては４００ｎｍより上を使用できる。 光のＵＶ領域での照射のために含有する結晶は、なかでもその固有の吸光（なかでもマイクロシステム テクノロジー １９９７，４２−４７、
Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ参照のこと）に基づいてあまり適当でない。 従ってＵＶ領域でのＬＶＭの配置のために充填物としての別の物質が透明電極の間に必要である。 かかる選択的な物質は、例えば所謂、懸濁粒子デバイスＳＰＤが公知である（なかでもＵＳ５７２８２５１号を参照のこと）。 このような物質および別の物質を同様の電極配置でＬＣＤのように使用されるが、別の透明成分を使用することも可能である。

【００４４】 本発明による方法において、支持体の照射はパルス化し、コヒーレントであり、単色性であり、並行であり、および／または場合により異なる面で集束可能な照射によって行われるように実施できる。

【００４５】 反応支持体もしくはバイオチップは、例えば半導体表面、ガラス表面またはプラスチック表面を生物学的または生物化学的な機能材料での被覆のために有していてよく、これは支持体の外部表面であっても、および／または支持体の内部表面であってもよく、後者は、支持体が少なくとも部分的に中空である場合に、例えば複数の通路がちりばめられている。

【００４６】 有利には透過光法での光学的検査が可能な透明な支持体が使用される。

【００４７】 予め規定された活性化可能な領域は、例えば１μｍ ^２ 〜１ｃｍ ^２ 、特に１００
μｍ ^２ 〜１ｍｍ ^２の表面を含む。 予め規定された活性化可能な領域は、活性化されてない領域および／または活性化不可能な領域によって包囲されていてよい。

【００４８】 照射マトリクスは、規定された活性化可能な領域に固有のパターンを照射パターン中に常に結像もしくは暗所をもたらす場所で有していてよい。

【００４９】 生物学的または生物化学的な機能材料は、有利には生物学的物質または生物学的物質と反応性の材料から、同様に有利には核酸および核酸構成成分から、特にヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチド、核酸類似体、例えばＰＮＡおよびその構成成分、ペプチドおよびタンパク質およびその構成成分、殊にアミノ酸、糖、
細胞、細胞内調製物、例えば細胞小器官または膜調製物、ウイルス粒子、細胞凝集物、アレルゲン、病原、薬理学的作用物質および診断用試薬から選択される。

【００５０】 生物学的または生化学的な機能材料は、有利には多段での合成によってモノマー構成成分および／またはオリゴマー構成成分から支持体上で合成される。

【００５１】 本発明による方法の高い順応性は、多数の生物学的または化学的な機能材料で支持体上に大規模な物質ライブラリを作成することを可能にする。

【００５２】 予め規定された領域の活性化は、特に支持体自体の保護基の脱離または支持体上に結合した材料またはその構成成分の保護基の脱離を含む。

【００５３】 照射マトリクスは照射経過の順応性のある時間的制御を可能にし、こうして照射は、例えば１秒間に１／１００００〜１０００、特に１／１０〜１００の光パターンの範囲の速度で実施できる。

【００５４】 有利な変法によれば支持体の照射は光センサマトリクス、特にＣＣＤマトリクスで監視され、かつ例えばその際に得られる情報の考慮下に制御される。 有利にはセンサマトリクスは照射マトリクスの方に向かい合って配置されており、その際、支持体は照射マトリクスおよびセンサマトリクスの間に配置されており、透過光の監視をすることが可能である。 選択的に照射マトリクス、支持体およびセンサマトリクスは入射光装置に整列していてよい。

【００５５】 センサマトリクスは、それぞれの使用される支持体の自動的な識別および／または場合により較正をセンサマトリクスの後に設けられる評価ユニットによって実施することが引き合いに出される。

【００５６】 本発明の再形成の際には、支持体上で合成された材料、特にポリマー、例えば核酸、核酸類似体およびタンパク質の分離が使用されることが行われ、これらは規定の目的のために使用される。 この態様では該方法は、いわば生物学的材料のための製造方法として使用できる。 その際、材料は種々の領域において連続工程で分離され、かつポリマー、特に核酸ポリマーの更なる合成のための構成成分として使用されるように実施できる。

【００５７】 本発明の他の態様は、請求項２５〜４０に挙げられており、こうして特に選択的に調節可能な照射パターンの作成を制御できる照射マトリクスを発光検出装置の光源として、生物学的または生化学的な機能材料を備えた２次元または３次元の試験領域の光学的な状態の検出のために使用することであり、その際、試験領域の製造は、有利には発光検出装置中で実施する。

【００５８】 更に本発明の態様においては、制御可能な照射マトリクスを、細胞／組織切片を有する反応支持体を位置分解的に照射させ、照射依存性の操作を行い（感光性プロセス、例えば光合成、網膜調製物の操作、光依存性のニューロン活性）または分析を行う（２Ｄ−ＦＡＣＳ；セルアレイ、組織誘導細胞アレイ）ために使用することに応じて言及されている。

【００５９】 本発明の目的は更に請求項４１から４３までのいずれか１項記載の発光検出装置である。

【００６０】 その際、照射マトリクスもしくは光源マトリクスとしては、その光透過性に関して位置選択的に制御可能な照射マトリクス、特に光弁マトリクス、反射マトリクスまたは自己発光性照射マトリクスもしくは自己放出性照射マトリクスが役に立つ。

【００６１】 発光検出装置の実施態様によれば、照射マトリクスは光弁マトリクス（例えばＬＣＤマトリクス）に基づいている。 適当な光弁と組み合わせて、光弁マトリクスは非常に並行な、高解像度の、かつ位置特異的な励起光源および観察光源の実現を可能にし、これらはその順応性に基づいて多数の使用可能性が与えられる。
光弁マトリクスはその電子的な消費財範囲における広範な使用によって広く開発され、かつそれによって信頼性があり、廉価であり、かつ極めて小さい。 既に説明したように、かかる照射マトリクスの可能な使用は高価なホトリソグラフィー（例えばＤＮＡチップの製造時の光活性化されたオリゴ合成における）を単純なＳｉチップまたはＤＮＡチップにおける僅かに高い解像度で使用することである。

【００６２】 光センサマトリクスとしては、有利にはＣＣＤイメージレシーバ（ＣＣＤカメラチップ）が該当する。 これらの両者のチップを互いに向かい合わせに配置する場合、極めてコンパクトで、非常に並行な、更に大多数の使用のための励起ユニット、観察ユニットおよび検出ユニットが得られる。 ２次元的な発光検出ユニットは、特に平坦な駆動よび平坦な読み出しのインテリジェント相互作用によるその高い電圧を生ずる。 ここでは近代的な計算機およびソフトウェアシステムの能率は大きな使用ポテンシャルおよび開発ポテンシャルを提供し、その際、ハードウェアにおいてもソフトウェアにおいても光弁マトリクス（例えばＬＣＤ）を人間−機械の接点として使用するために現存のシステムを基礎としていてよい。 光源および検出器からの組合せとしての使用において、強度感受性（例えばＣＭＯ
Ｓ−ＣＣＤにおいて２６４段階〜４０９６もしくは１０００００以上）ならびにＣＣＤチップ（例えば赤、緑および青または別の色のためのピークによるフィルタ、ピクセルの前のフィルタによる）色（例えば波長）の差異は２次元的な分光法のために適当である。 照射マトリクスおよび光センサマトリクスの間で、支持体上または支持体中に、検査されるべき対象物／分析されるべき対象物／装着されるべき対象物または別の方法で意図的に光を照射させる対象物光の出現後に同時に検査されるべき対象物またはその他の検査材料を取り入れる。 サンドイッチ構造型は照射マトリクス、支持体もしくは検査対象物および光センサマトリクスから構成される。 照射マトリクスおよび検査対象物は、検査マトリクスおよび光センサマトリクスチップ間と同様に、有利には光センサマトリクスに向かい合うピクセルに関連する照射マトリクスのピクセルの光の偏向（散乱）を最少化するために最少の間隔でのみ存在するべきである。

【００６３】 合成の間に発光検出装置は、例えば液体流動のための検出器としても使用され、かつ統合された品質管理もしくはプロセス管理を可能にする。 これは品質および資源の消費にポジティブに作用し、かつ欠陥商品率を低減させる。 合成におけるプロセス監視が不要であり、かつ分離したシステムにおける検出を実施する場合、光センサマトリクスの代わりに、例えば温度調節ユニットを設けてもよい。

【００６４】 非常に並行な照射マトリクスおよび非常に並行な光センサマトリクスの配置によって、広範な使用が可能で、新式の観察ユニットが生じ、これは極めて並行な光遮断装置（Lichtschrank）と称される場合があり、必要に応じて定性的および定量的な励起および測定の利点をも含んでいる。 他の特徴は種々の有色の（種々の波長の）光を使用できることである。 光弁マトリクスの場合には、例えば根本的に光弁マトリクスの適当なバックグラウンド発光をそれぞれ使用することによって励起波長を規定することができる。

【００６５】 発光検出装置の更なる能力は、装着およびシグナル評価のための近代的な高性能の計算機と共に意図された励起および意図された検出の組合せからもたらされる、ほとんど無限の可能性である。 それによって光学的な検査法および検出法に関して新規の技術基盤が達成される。 個々の光点の“透過挙動”によってＣＣＤ
検出とシグナル評価のための適当なアルゴリズムとの協力において、発光検出装置中の個々の測定点で最も小さな変化が可能でなければならない。 ＤＮＡ分析の範囲においては、例えば反応領域におけるハイブリダイゼーションの直接的な検出が想定されうる。

【００６６】 発光検出装置のシステム成分のイメージ加工および制御に関しては、場合によりハードウェアツールおよびソフトウェアツールが使用される。 例えばグラフィックカード、ビデオ編集カードおよびそれに属するソフトウェアである。

【００６７】 慣用のホトリソグラフィーシステムと比較して、発光検出装置は合成システムおよび分析システム（ＩＳＡシステム）として使用する場合、特に照射マトリクスとして光弁マトリクス、反射マトリクス、ダイオードアレイまたはレーザーアレイを使用し、かつ光センサマトリクスとしてＣＣＤイメージ変換器を使用する場合に同時の機能統合によって極めて小型化することができる。

【００６８】 本発明による発光検出装置の特に関心のある使用を以下に簡潔に説明する： 特に請求項１から３５までのいずれか１項記載の方法による光学流体反応支持体の製造。 この点では、特に複数の通路、特に毛管通路を有する分析物測定法のための支持体を製造するための本発明による発光検出装置（複数の通路中には多数の種々のレセプタが固定されており、もしくは固定化させることができる）。 かかる支持体は、例えばＤＥ１９８３９２５６．７号に記載されている（本願に関する優先権証書ＤＥ１９８３９２５６．７を参照のこと）。 かかる支持体の製造のために、多数の通路を有する支持体を準備する。 レセプタまたはレセプタ成分を含有する液体を支持体の複数の通路を通して導き、その際レセプタまたはレセプタ成分は複数の通路のそれぞれの予め規定された位置に位置特異的および／または時間特異的に固定化される。 固定化は本発明による発光検出装置中で照射マトリクスによる照射によって実施できる。 支持体上でのレセプタの合成はレセプタ構成成分による複数の連続した固定化工程によって実施できる。

【００６９】 前記のように、光活性化はそれぞれの工程で照射マトリクスによって直接的に実施する。 照射マトリクスとしてＬＣＤを使用する場合、このために必要な約３
６５ｎｍの波長が達成されず、その際はＬＣＤをＳＰＤとして実施する。

【００７０】 ユーザーがその非常に並行な反応支持体自体を製造し、直接使用することが想定できる。 ユーザーは必要なデータ（ＤＮＡデータ）をＣＤＲＯＭからか、またはインターネットから容易にロードでき、かつ発光検出装置（内部ディスクドライブまたはＣＤ−ＲＯＭドライブと同様の構造）においてその個々のＤＮＡを作成し、引き続きこれを試料で湿潤させ、かつシグナルを読み出すことが可能である。

【００７１】 例えば光活性化のための配置において１つおきのピクセルを使用する場合、少なくとも領域的に実質的に透明な支持体の毛管（反応支持体中の微小通路）内に存在する間のピクセルを永続的なプロセス管理のために使用できる。 このように、例えば毛管中の２つの液体の間での気泡の流入は個々にかまたは動的に追跡する。 Ｇ、Ａ、ＣおよびＴのための支持体液の色が想定できるので、正確なオリゴヌクレオチドの存在が点検され、かつ色変化によって延長を信号化できる。 引き続いての検出において、更に位置特異的な光励起および必要に応じて色特異的な光励起を再び行うことができる。 これによって、目下のところ存在していないような新規の検出法のための可能性が生じる。

【００７２】 発光検出装置を使用して、更に支持体としてのガラスチップまたはプラスチックチップ中の毛管における流動プロセスは、製造の間、つまりオリゴ合成の間でも分析の間でも監視することができる。 このために、例えば清浄気泡を毛管中の２つの液体間使用するか、または１色の個々の液体を使用することができる。

【００７３】 チップ（支持体）上でのＤＮＡ−オリゴの合成の間の保護基の光誘導性脱離のためには照射マトリクスを使用でき、その際、例えば３６５ｎｍの波長で照射される。 必要とされる出力は、例えば１ｃｍ ^２あたり１４ｍＷである。 結果として、例えば種々の波長を使用する合成化学の更なる進展も可能である。

【００７４】 分析測定法のための支持体における検出反応の検出は、同様に本発明による発光検出装置中で実施できる。 蛍光標識による検出を実現させる場合、このために、場合によりバックグラウンド発光を変化させねばならない（自動的に可能）。
場合により、ここでは新規の検出法が使用され、該方法は、まず極めて順応性の個々の照射および個々の測定点の検出によって可能である。

【００７５】 有利な実施態様において、生物学的または生化学的な機能材料で被覆された反応支持体の使用下に分析物を測定するための検出法は、以下の工程： （ａ）多数の種々の位置特異的に結合し、または化学的な材料を有する反応支持体を準備する工程、 （ｂ）測定されるべき分析物を含有する、場合により調製された試料を添加し、
試料と反応支持体とを、測定されるべき１種以上の分析物が支持体に結合している材料（レセプタ）に結合し、かつ場合により引き続き反応支持体を洗浄するという条件下に接触させる工程、および （ｃ）リターンライトまたは透過光における反応領域を照射マトリクスおよびセンサマトリクスで光学的に分析する工程 を含む。

【００７６】 分析物測定工程（ａ）〜（ｃ）は合成プロセス中に統合できるので、分析を合成の完了後に直接的に実施する。 これは、後続の反応支持体における反応領域のために必要な支持体に結合する材料の選択のために先行する合成サイクルの結果の使用を可能にする。 該方法は、工程（ａ）に引き続いて継続することができる。 それというのも分析結果は反応領域中に結合される材料の新規の選択を必要とする。

【００７７】 本発明による発光検出装置のための更なる使用可能性は、ドイツ国特許出願第１９８３９２５５．９号（本願のための優先権証書ＤＥ１９８３９２２５．９号）試料中の多数の分析物の測定方法に取り入れることに関連している。 試料中の多数の分析物の測定のための方法は以下の工程： （ａ）試料と （ｉ）多数の種類の微粒子（それぞれの種類は測定される分析物の検出のために適当であり、かつ別の種類と光学的に区別できる測定されるコーディングを有する） （ｉｉ）多数の可溶性の分析物特異的な検出試薬（これはシグナル付与基を有するか、またはシグナル付与基と結合できる） とを接触させ、 （ｂ）引き続き支持体上に微粒子を塗布する工程、および （ｃ）支持体上の個々の微粒子の少なくとも１種にシグナル付与基が存在するか、および／または不在であるかをコーディングおよび量の光学的な検出によって分析物を測定する工程 を含む。

【００７８】 試料としては、等に生物学的試料が該当する。 微粒子は有機粒子、例えば粒子ポリマーラテックス、または無機粒子、例えばマグネット粒子、ガラス粒子等であってよい。

【００７９】 有利には光学的に透過性のそれぞれの種類の微粒子は、その表面に少なくとも１つの固定化された、種々の、分析物特異的なレセプタを有する。 微粒子のコーディングは、有利には色コーディングである。 それぞれの分析物の測定のために、少なくとも１つの可溶性の、分析物特異的な検出試薬が使用される。

【００８０】 発光検出装置によって、支持体上への微粒子の塗布ならびに照射マトリクスおよび光センサマトリクスの間の支持体の挿入の後に、支持体上の静的または動的な微粒子の配置が測定でき、特に光センサマトリクスによるイメージ検出によって測定できる。

【００８１】 ビーズまたはスマートビーズと称される微粒子はこれらの全体として測定点において多様に存在する。 発光検出装置は個々の粒子の局在化および割り当てをその支持体上での配置において光センサマトリクスによって可能にするだけでなく、更に同様に局在化された発光をも可能にする。 この組合せにおいて、発光検出装置は従って特に適当であり、フラクタルチップとも称される支持体の成分が局在化され、同定され、かつ相応のソフトウェアで必要なデータが得られ、高い精度でフラクタルチップが製造される。 その合成の原理ならびに発光および検出による包括的なアクセスは欠陥を極めて低く保持するはずである。

【００８２】 発光検出装置によってスマートビーズの流動プロセスはフラクタルチップ中で分析の間に監視することができる。

【００８３】 スマートビーズアレイからの情報の読み出しは、発光検出装置中で実施すべきであり、その際、励起光源（従って照射マトリクス）はスマートビーズアレイ上に直接的に、かつ光源マトリクスをスマートビーズアレイを有するフラクタルチップ下に直接的に存在する。 そのできる限りコンパクトな型によって光の進路よびまた必要な光強度は、スマートビーズの干渉作用と同様に最少化される。 高価な位置集中的な吸光および高価な光学系の使用においては、励起側も検出側も省くことができる。

【００８４】 他の変法はチップの鉛直の整列であるので、スマートビーズによるチップの積載および積載除去のために重力を使用できる。

【００８５】 センサマトリクスとして、更に例えばＣＣＤチップが該当する。 ２０００×３
０００個のカラーピクセルを有する２５×３７ｍｍの係るＣＣＤ表面上に直径６
０μｍを有する微粒子（スマートビーズ）を直接的な検出のために配置する場合、少なくとも２０００００個の微粒子（スマートビーズ）が得られる。 それぞれの微粒子はその場合には５〜１０μｍの辺長を有する約１２０個の正方形のカラーピクセルを覆っている。 この場合、スマートビーズあたり３０〜４０個のカラーシグナルまたは１２０個の白黒シグナルが、白黒ピクセルごとに２５６〜４０
９６個の（ＣＣＤチップに応じて）不連続の輝度のデジタル光強度の段階的変化を伴って得られる。 従ってそれぞれの場合にはシグナルの検証のために十分な量のデータが存在する。

【００８６】 最大の同時に検出可能な種々の色コーディングされたスマートビーズの限界は、スマートビーズの特異的なコーディング可能性（再現可能な色発生の化学的限界）ならびにＣＣＤチップによる色の違いの光学的検出の限界にある。 １０段階の色（ＲＧＢ最低要求）ごとに２５６段階の強度段階で分割する場合、２５ ^３ ＝
１５６２５色の可能な色が得られ、これらは検出できる。 色の階級の数を更なるカラーフィルタによって作成する場合、検出可能な色の数は更に増加する。 ４重のカラーフィルタ（例えばＲＧＢおよびマゼンダ）を前記のＣＣＤチップの手前で使用すると理論的には２５×２５ ^３ ＝３９０６２５色が認識できる。 勿論、約３０個の４倍のカラーピクセルでのみである。 ＣＣＤ技術における大きな進歩に基づいて、挙げられる数に関してはこの技術の絶対標準のみが記載されている。
新規のチップは既に１２ビット（４０９６）の色の深みを有し、かつ最初のプロトタイプは既に同し平面上に８１００万ピクセルを有する。 従って、ＣＣＤチップ技術の記載の適用のためにも大きな成長電圧が発生し、かつ１０ ^６個の個々のスマートビーズの並行な検出は技術的に実施可能である。

【００８７】 変法によれば、スマートビーズアレイ（フラクタルチップ）およびＣＣＤカメラチップの間の光学格子が設けられていると規定されてよい。

【００８８】 更に変法によって、スマートビーズ（フラクタルチップ）およびＣＣＤカメラチップの間に光学エレメント、特に画像エレメントが設けられていると規定されていてよい。

【００８９】 高処理量のスクリーニング（ＨＴＳ）計画のために発光検出装置の使用の場合には、任意に多数の発光検出ユニットが並行に構築されていてよく、もしくはモジューラを機器中に組み込んでもよい。 オリゴの準備ならびに洗浄液および事前に調製された試料は実施変法の問題である。 ここでは分析機器における調製から反応支持体上での厳密に必要な量での直接の調製まで多くの可能性があり、依然として試料は、例えばＰＣＲの後に添加される。 勿論、支持体チップ中に試料調製を組み込むことも想定できる。 変法において、液体は当該毛管における毛管力によってのみ運ばれる。 個々の工程のために機器中の調節モーターによって組み込まれた弁を単に調節するにすぎない（発光検出ユニットを相応して最少化する場合に、例えば外部からマイクロモーターまたはピエゾ原動力による）。 チップ中の個々のタンクまたは空間はフィルムまたはメンブレンまたは相応する蓋によってのみ閉ざされる場合、毛管力が不足するとき圧力によって上からポンプ機能を実現できる。

【００９０】 本発明による発光検出装置の使用可能性は、薄層クロマトグラフィー（ＤＳＣ
）の際に緩慢な流動プロセスの監視であってよい。 この場合、場合により検出のための移動の色標識がいらず、かつその代わりにコンパクトかつ格安の発光検出装置による直接的な“インサイチュー”コントロールを実施できる。

【００９１】 本発明による発光検出装置はマイクロシステム技術においても検査装置等として使用することができる。

【００９２】 バイオチップにおける分析測定のために発光検出装置を使用することに関しては、そこでＣＣＤ検出の使用によってレンズを使用しないシグナル検出が期待されるべきであると理解され、これは少なくとも３種の別々の波長ピーク（色：赤、緑、青）および６４の強度段階を識別できる。

【００９３】 照射マトリクスの形で別々に局在化できる励起光源の組み込みによって複数の励起波長（モニターの発色に応じて少なくとも３種）が可能であるので、種々の蛍光標識を問題なく使用することができる。

【００９４】 本発明による発光検出装置のための他の使用可能性は血球計算法および別の十分に小さい生物学的物体の検査である。 発光検出装置は一般に２Ｄマトリクスを局在化された光の遮断装置によって監視し、その際、放出範囲および高い感受性および波長依存性検出によって分光法的原理を使用することができる。

【００９５】 係るマトリクスは従って、“検出器”および“分析機”間の液体媒体中に存在する粒子の検査のために卓越している。

【００９６】 関心のある使用としては、“粒子”として全細胞を検査することができる。 １
Ｄ毛管において実施される血球計算法に対して、細胞の並行な分類はその光学的に検出できるパラメータに応じて実施する。

【００９７】 サイズ、光学的特性、例えば蛍光（特異的または非特異的な発色、例えば抗体ならびに脂質親和体色素による相応の標識）または挙動に応じた測定は、例えばマクロファージ、病原または別の単細胞などにおいて想定できる。 十分に小さい多細胞、例えば全体のＣ． エレガンスの群集を規定の実験条件下で検出することも可能である。

【００９８】 本発明による発光検出装置のための他の利用分野はゲル電気泳動を提供する。
その場合、発光検出装置によっての生物学的検査材料、例えばＤＮＡのゲル中でのゲル電気泳動による分離を、電気泳動チャンバおよび発光検出装置が相応して統合されている場合にはオンラインで監視し、かつ評価できる。 ユーザーは、例えばディスプレイ上で分離を追跡することができる。

【００９９】 これによって分離のできるだけ早い時点で評価可能であり、場合により多大な時間の節約がもたらされる。 全体の機器一式は高感度かつ高解像度の発光検出装置に基づいて恐らく明らかに、現存のものより小さく構想される。 それというのも殆どのゲル電気泳動はまず単に目視によって判断し、次いで分離のより小さい部分をスキャナー下で評価するに過ぎないからである。 この縮小化から改善された冷却を伴い、更により高い電圧ひいてはより迅速な分離を可能にする。 こうして更なるプロセスの加速が想定でき、全体で多大な時間の節約（キャピラリー電気泳動と同様に約１０倍の加速は材料の使用量および分析物の使用量を減らした場合に十分に実現される）を可能にする。

【０１００】 可能な拡張は材料をオンラインで測定する電気泳動ゲルから、例えば接続されたミニロボメッセンジャー（Miniroboboter）／コンピュータ制御された装置によって自動的に分離することである。

【０１０１】 本発明のいくつかの実施態様を以下で図面を参照しながら詳細に説明する。 図１〜５は、生物学的もしくは化学的機能材料で被覆した支持体（バイオチップ）
の製造／操作／試験のための装置に関する種々の実施例を略図で示す。 図６は統合された照射マトリクスを有する支持体の一部の断面図を示す。

【０１０２】 図７は、本発明による発光−検出装置の実施例を著しく簡略化した図で示す。

【０１０３】 図８〜１１は、自己発光照射マトリクスを有する本発明による装置を略図で示す。

【０１０４】 図１は、バイオチップの製造のためおよび／または該チップ上に固定した生物学的もしくは生化学的機能材料の操作のためおよび／または試験のための装置の第一の実施態様を示す。

【０１０５】 図１に記載の装置は概念的に３つの機能構造群もしくはシステムモジュール２
、４、６に分割することができる。 以下でプログラム可能な光源マトリクスとも称するシステムモジュール２は、少なくとも１つの光源８、選択的に調節可能な照射パターンを発生させるために制御可能な少なくとも１つの照射マトリクス１
０、および例えばプログラム可能なシングルチップ−マイクロプロセッサであってもよい制御コンピュータ１２を有しており、これは当該のインターフェースを介して外部の計算機と必要に応じて通信することができ、かつ照射マトリクス１
０を当該プログラムに応じて制御するために役立つ。 あるいは外部の計算機、例えばパソコンにより照射マトリクスの制御を行ってもよい。 システムモジュール２はさらに光学素子１１、１４を有しており、これらはレンズ、絞り、マスクなどであってもよく、かつ場合により交換できるように配置されている。

【０１０６】 第二のシステムモジュール４は、交換可能な支持体またはバイオチップであり、これをプログラム可能な光源マトリクス２により照射する。 第三のシステムモジュール６は光検出ユニットであり、該ユニットは有利には光センサー１６からなるマトリクスを有している。 有利にはマトリクス１６は、特に色彩の優れたＣ
ＣＤ−センサチップであり、該チップはスペクトルおよび強度を分解する、位置選択的な測定のために援用することができる。 場合によりシステムモジュール６
は光学素子１８、例えばレンズ、絞り、マスクなどを有していてもよい。

【０１０７】 光センサマトリクス１６は、照射マトリクス１０の方を向いて向かい合わせに配置されており、その際、支持体４は照射マトリクス１０と光センサマトリクス１６との間の（通過光の）光路中に存在する。

【０１０８】 図１に記載の実施例では、照射マトリクス１０は、電子工学的に制御可能な光学部材であり、その透明度は位置分解によりマトリクスの解像度に応じて、つまりマトリクスを形成し、かつ適切にアドレス選択可能なマトリクス要素の配置および大きさに応じて制御可能であり、かつしかも有利には２つの状態、つまり実質的に不透明の状態と、光源８の光に対して透過性が最大である状態との間で制御可能である。 従って照射マトリクス１０を、通過光の配置で電子工学的に制御可能なマスクとして見なすことができる。 制御コンピュータ１２による制御に応じて照射マトリクス１０は照射パターンを生じ、該パターンにより支持体４を位置選択的に照射する。 有利には図１による配置における照射マトリクス１０として光弁−マトリクス（ＳＰＤ−充填物を有するＬＣＤ−マトリクス）を使用することができる。 基本的にその他の位置分解的に制御可能な光弁装置、例えばマイクロプレート、マイクロスライダなどもまた、図１に示した種類の照射マトリクス１０の実現のために援用することができる。

【０１０９】 検出モジュール６は、その制御のため、および該モジュールから得られる測定情報をコンピュータ１２もしくは場合により外部のコンピュータ、例えばパソコンにより処理するために使用することができる。

【０１１０】 システムモジュール２および６は、有利には図１に示されていない共通のホルダに配置されており、かつ場合により相互に相対的に調節可能である。 該ホルダはさらにスライダガイドなどを有しており、これを用いて容易な方法で交換可能な支持体４をそれぞれ図１に記載の位置へ移動させ、かつこの位置から当該支持体４を取り出すために除去することができる。

【０１１１】 図１に記載の装置は有利な方法で、当該支持体４を位置選択的に生物学的もしくは生化学的機能材料で被覆するために援用することができる。 このために、光活性化可能な基を有する表面を有する支持体４を援用する。 適切な支持体の例は特にドイツ国特許出願公開第１９８３９２５６．７号明細書に記載されている。
プログラム可能な光源マトリクス２は光活性化が可能な基を有する支持体表面上に照射パターンを作るために使用し、光活性化が可能な基を、照射パターンの程度に応じて光源８の光に暴露される規定の領域で活性化させる。 （例えば支持体の内側表面における）表面は、供給路２０を介して所望の生物学的もしくは生化学的機能材料またはこのような材料のための成分を含有している当該試薬を供給することができ、次いでこれを規定の領域に結合させることができる。 試薬のための排出管を２１で表す。

【０１１２】 生物学的もしくは生化学的機能材料もしくは成分は自体、場合によりその後の活性化工程で部分的にそのときに選択される照射パターンの程度に応じて活性化することができる光活性基を有していてもよく、次いでその後の結合工程でこのような材料のための生物学的もしくは生化学的機能材料もしくは成分を相応して使用される試薬と結合させる。 上記では、その都度の次の照射工程前に最後に使用した試薬を洗浄するための場合により行われる洗浄工程は記載されていない。
光活性基の活性化波長に応じて交換可能な光源８は、赤外線領域、可視光領域、
紫外線領域および／またはＸ線領域で放射するそれぞれの放射線源であってもよい。

【０１１３】 照射−、洗浄−および結合工程は、例えば高密度のマイクロアレイを生体分子、例えばＤＮＡ、ＲＮＡまたはＰＮＡから製造するために、適切に制御される方法で繰り返すことができる。

【０１１４】 このような適用のために光検出モジュール６は必ずしも必要であるとは限らない。 しかし該モジュールは有利には、光に依存して支持体４中もしくは支持体４
上で進行するプロセスのオンライン品質管理のために、つまり例えばマイクロアレイを製造するための生体分子のインサイチュー合成の監視のために使用することができる。 光センサマトリクス１６は、光学シグナルによる光に依存したプロセスの位置分解的な監視を可能にする。

【０１１５】 光検出モジュール６は、一般に支持体上もしくは支持体中での合成または分析またはその他の反応もしくは操作の前のシステムの検定または較正のために援用することができる。

【０１１６】 光センサマトリクス１６は場合により、例えば特定の適用のために定められた支持体またはチップ本体を自動的に認識し、かつその後のプロセスにおける反応および調整を自動的に適合させるタイプ認識のためにも使用することができる。

【０１１７】 光学素子１４の使用により二次元的な照射パターンを場合により反応支持体中または反応支持体上の１つ以上の特定の平面で集中させることができる。 プロセス中の焦点面の推移もまた考えられる。

【０１１８】 図２は、反応支持体の製造、試験および／または操作のための配置の第二の実施態様を略図で示す。 その機能から図１の要素に相応する図２〜６の要素は、それぞれ相応する参照番号で示しているので、これらに関しては第一の実施態様の記載を参照することができる。 図２に記載の実施態様の場合、電子工学的に制御可能な反射マトリクス１０ａが照射マトリクスとして備えられている。 電子的に制御可能な反射マトリクス１０ａとして例えば、粘弾性の制御層およびミラー層を有する解像度の高い平坦光モジュレータを使用することができる。 粘弾性の制御層を有するこのような平坦光モジュレータは例えばデータ図中で「粘弾性制御層を有する光モジュレータ」という題名で記載されており、これはマイクロエレクトロニクス回路およびシステムのためのフラオンホーファー・インスティテュート(Fraunhofer-Institut fuer mikroelektronische Schaltungen und Systeme
)、Ｄ０１１０９ドレスデンから発行されている（ここからの記載は本願の第４
４〜４７頁）。 このような平坦光モジュレータにより、反応支持体の照射のための位置分解照射パターンを作ることが可能になる。

【０１１９】 あるいはまた電子工学的に制御可能な反射マトリクス１０ａとして１つ以上のマイクロメカニカルなミラーアレイを有する平坦光モジュレータを使用することもでき、これは例えば"Lichtmodulatoren mit mikromechanischen Spiegelarray
s"という題名を有するデータ図に記載されており、該データ図はマイクロエレクトロニクス回路およびシステムのためのフラオンホーファー・インスティテュートから発行されている（ここからの記載は本願の第４８〜５２頁）。反射−平坦光モジュレータはさらにテキサス・インストゥルメンツ(Texas Instruments)社から開発されている。

【０１２０】 ことに一般的にはＣＭＯＳ−４０Ｖ技術におけるこのような電子工学的に制御可能なミラーマトリクスは本発明にとって極めて好適である。 というのも該マトリクスは、所望の照射パターンを作るために広いスペクトル範囲で、特に光のＵ
Ｖスペクトル範囲で使用することができるからである。 このことは、例えば５Ｖ
−技術のＵＶ感受性ミラーマトリクスに関しては該当しない。

【０１２１】 図２に記載の光路ガイドの場合、さらに光偏向素子２４が必要であり、これは例えば光源８に由来する光を反射マトリクス１０ａに対して偏向させ、かつ反射マトリクス１０ａから逆反射する光を反応支持体４に向けて下方へ透過させ、従って反応支持体４上または場合により反応支持体４中で反射マトリクス１０ａの制御の度合いに応じて生じる照射パターンを生化学的なプロセスの光活性化、分析または操作のために利用することができる、部分的に透光性のミラーであってもよい。

【０１２２】 図３は、図２に記載の実施態様の変法を示しており、その際、図３の実施態様は、光路を有しており、図２では２４で記載した偏向素子を省略することができる。 というのも制御可能な反射マトリクス１０ａは、光源８に由来する光を選択された照射パターンの程度に応じて反応支持体４に向けて屈折させることができるように配置されているからである。 図３の変法に相応する構成を使用する場合、図１３ではメアンダー形の通路を有する支持体の図が見られる。 この場合、支持体とＣＣＤ−センサとの間には光学素子は存在しておらず、これはレンズのない直接検出である。 この場合、光源としてレーザを使用する。

【０１２３】 図４は、本発明による支持体の製造、試験および／または操作のための装置のもう１つの実施態様を略図で示す。 図４に記載の実施態様の場合、照射マトリクスとして光源からなるマトリクス装置１０ｂ、例えばマイクロレーザアレイまたはマイクロダイオードアレイを使用する。 目下、数多くの微視的に小さい半導体レーザを微小で性能のよい光源として唯一のチップ上に収納することを目的とした開発が行われている。 このような制御可能な「レーザーチップ」をマトリクス１０ｂとして援用することができる。 「光チップ」の背景のための文献に関して例えば雑誌：Nature 3, 97, p. 294-295, 1999およびMPC-Spiegel 4/98, p. 13-
17を参照することができる。

【０１２４】 図５は、センサマトリクス１６を有する検出モジュール６が、反応支持体４の入射光もしくはリターンライト観察のために設けられている装置を示す。

【０１２５】 図１〜５による全ての装置は発光−検出装置として、支持体の生物学的もしくは生化学的機能材料を有する試験領域の光学的挙動の検出のために使用することができる。 これはドイツ国特許出願公開第１９８３９２５４．０号明細書で開示されている方法で行うことができる。

【０１２６】 図６は、本発明による支持体４の実施態様による断面図を示し、その際、この実施態様の特徴は、照射マトリクス１０が支持体４の構成要素であることである。 この場合、照射マトリクスとして有利には支持体がもはや必要でなくなった後で、そのチップ支持体４と一緒に廃棄処分することができる光弁−マトリクスを使用する。

【０１２７】 図６の実施例では支持体４は毛細管通路３０を有しており、その壁は生物学的もしくは生化学的機能材料で被覆するためのプレパラート表面として役立つ。 通路３０に選択的に当該試薬を供給することができる。 図６では以下の細部が認められる：透光性および非透光性の領域３４もしくは３５を有する境界層３２、電極の間に包囲されかつ電極３６により影響を受けるＳＰＤ−粒子（懸濁粒子）または代替的に液晶３８を有する透明な電極３６。

【０１２８】 図７は、著しく簡略化された略図で、光弁マトリクス１０３（二次元的な液晶−照射素子）、その中に存在する試料材料１０７を有する透明な試料支持体１０
５およびＣＣＤ−マトリクス１０９（イメージレシーバ）からなるサンドイッチ構造の形での本発明による発光−検出装置を示している。 光弁マトリクス１０３
およびＣＣＤ−マトリクス１０９は、制御可能な、例えば光弁マトリクスおよびＣＣＤ−マトリクスの相互に向かい合ったマトリクス要素の周囲で制御可能な共通の（図示されていない）制御装置により同時に活性に切り替えることができる。

【０１２９】 記載の装置は例えば透明な支持体１０５中の試料材料１０７の光学的吸収の測定のために適切である。 試料材料１０７は例えばマイクロ粒子（スマート・ビーズ(Smart-Beads)であってもよい。このような装置の１つを図１２で示す。ここで透明な支持体１０５として市販のノイバウエル計算板(Neubauer-Zellzaehlkam
mer)は有色のマイクロ粒子１０７で充填されている。 光ファイバ(Faserauskoppl
ung)を有する冷光源および開口絞りからなる光源８による照射の際に、有色のマイクロ粒子をＣＣＤ−センサーにより検出し、かつ色を吸収により測定することができる（白黒ではみることができない）。 蛍光染料によりマイクロ粒子を標識した後で、これを適切な光源により同様にＣＣＤ−センサーにより検出することができる。

【０１３０】 図７ではＣＣＤ−マトリクスに対して相対的な光弁マトリクスのポジショニングのための手段をみることができない。 これは例えばＣＣＤ−マトリクス１０９
に対して相対的に光弁マトリクス１０３の方向を変えるための手段であってもよい。 光弁マトリクス１０３およびＣＣＤ−マトリクス１０９を正確な位置で相互にポジショニングし、かつ場合により互いに接して固定するためのその他の数多くの可能性を選択できることは自明である。

【０１３１】 図８は、支持体上のポリマープローブの位置分解光化学合成のため、および／
または固定された生物学的、生化学的機能材料の操作および／または試験のためのもう１つの装置を示す。 図８に記載の装置は概念的に３つの機能構造群２０１
、２０３および２０６に分割することができる。 この場合、システムモジュール２０１は、照射マトリクスを例えばＬＥＤ−マトリクスの形で形成し、これはソフトウェア制御により支持体２０３中で位置分解光化学的なポリマープローブの合成を誘導することができる照射パターンを生じる。 支持体２０３中での照射パターンの連結はシステム部材２０２を用いて行う。 これは例えばそれぞれのＬＥ
Ｄ−マトリクス素子のための開口絞りを有する機械的なマスクであってもよい。
マイクロ光学素子、例えばマイクロレンズの使用はさらに好適である。 さらにこれは「融着光ファイバテーパ(fused fiber optic taper)」であってもよく、これにより個々の光源素子から放出される光の相違を著しく減少させることができる。 光の出口側に光学的な多通路検出装置（有利にはＣＣＤ−センサーもしくはＣＣＤ−カメラ）が支持体２０３と向かい合わせに存在する。 このＣＣＤ−カメラの作動方式は適切なハードウェアもしくはソフトウェアを用いて照射マトリクス２０１の運転に適合させることができる。 制御のために例えば照射マトリクスおよびＣＣＤ−カメラを制御するパソコンを使用する。 あるいはまた付加的にその制御のために、照射マトリクス２０１およびその後に「ゲート制御された」Ｃ
ＣＤ−チップ２０６を電子工学的に相互にシンクロナイズする周波数発生装置を援用することもできる。 後者の実施態様は特に、付加的な周波数選択的な素子を支持体２０３と検出装置マトリクス２０６との間に導入することを必要とせずに、支持体２０３に結合している分析物の蛍光分光分析的な検出を可能にする。 しかし既に上で記載したように、この方法のための前提条件は、照射マトリクスの個々の素子がナノ秒よりも小さい時間範囲で接続もしくは遮断することができることである。 あるいはこのために蛍光スペクトル検出の際の光学フィルタ２０４
は励起−およびシグナル光のスペクトル分離を可能にすることができる。 さらにフィルタレット２０４の使用の際に、明らかに異なった放出極大の蛍光染料により標識されている種々の試料材料の分析物を同一の支持体２０３上で同時に分析することができる。 支持体２０３から放出されるシグナル光の検出器マトリクス２０６上での位置選択的な結像は場合により構造要素２０５により行うことができる。 これは結像レンズ系であるか、または「融着光ファイバテーパ」であってもよい。

【０１３２】 図９、１０および１１は、本発明による装置の別の可能な実施態様を示す。 照射マトリクス２０１により生じる照射パターンを支持体２０３上で縮小して結像することは、これらの実施態様全てに共通している。 その機能から図８の要素に相応する図９、１０および１１の要素は、それぞれ相応する参照番号を付してあるので、これらに関しては図８による実施例の記載を参照することができる。 図９に記載の実施態様では光学的結像の縮小を「融着光ファイバテーパ」２０７中で放射ガイドにより行い、これに対して図１０に記載の実施例では縮小を適切な結像レンズ系２０８により実現している。 この場合、マクロレンズ系もマイクロレンズ系も使用することができる。 図１１に記載の実施例の場合、最終的に「融着光ファイバテーパ」２０７と結像レンズ系２０８との組合せを使用する。

【０１３３】 図８〜１１に関しては総括してさらに以下のことが言える。 これらの図面は光源マトリクス、マイクロ光学的な構造要素ならびに反応支持体中での光制御された位置分解的な化学的もしくは生化学的合成の誘導のための縮小光学素子を有する装置を示している。 ＬＥＤ−マトリクスを光源マトリクスとして使用する場合には、光源マトリクス面の７５％未満がＬＥＤにより被覆されている場合に有利であることが判明した。

【０１３４】 装置の個々の構造要素の間の１つ以上の間隙を光学流体で充填することができることを指摘しておく。

【０１３５】 図３に記載した本発明の実施態様に関して、図１２は、透明な支持体１０５、
例えば有色のマイクロ粒子１０７が充填されている市販のノイバウエル計算板を有する装置を示している。 例えば光ファイバおよび開口絞り（８０２）を有する冷光源の光源８による照射の際に、有色のマイクロ粒子をＣＣＤ−センサーマトリクス（１６）により検出し、かつ色彩を吸収により測定することができる。 蛍光染料を用いたマイクロ粒子の標識の際にＣＣＤ−センサーによる検出を類似の方法で行うことができる。

【０１３６】 図１４および１５は、データ図：マイクロエレクトロニクス回路およびシステムのためのフラオンホーファー・インスティテュート（ＩＭＳ、１９９８）の「
粘弾性制御層を有する光モジュレータ」および「マイクロメカニカルなミラーアレイを有する光モジュレータ」から読みとる（ここではそれぞれ図１）。

【０１３７】 データ図からの記載： マイクロエレクトロニクス回路およびシステムのためのフラオンホーファー・
インスティテュート（ＩＭＳ、Ｄ−０１１０９、ドレスデン）の「粘弾性制御層を有する光モジュレータ」。

【０１３８】 特徴 粘弾性制御層は、変形可能なミラー装置を有する高解像度の平坦光モジュレータ（ＳＬＭ′ｓ）の１つのクラスを形成する。 これはアレイとは無関係にアドレス選択可能な、下側に存在する活性なＣＭＯＳ−制御マトリクス上の制御電極からなり、これは粘弾性のシリコンゲルで被覆されている。 その上に薄いアルミニウム層が施与されており、該層は閉じたミラー表面を形成し、かつＩＲからＤＵ
Ｖの全範囲で高い反応性を有する。

【０１３９】 機能原理 図１（本願の図１４で記載）は、粘弾性制御層の横断面を略図で示す。 活性化のためにミラーと制御電極との間に予備電圧を印加し、該電圧により装置は全面的に機械的な圧力を受ける。 その際、表面はまず平滑であり、かつ光学的特性の点で平坦なミラーのような作用がある。 第一に交互に分極する付加的な制御電圧を隣接した制御電極に印加することにより、変化する電界力に基づいて変形が生じる。 この場合、一方もしくは両方の空間方向における分極の交代により、その都度１Ｄ−または２Ｄ−湾曲形の変形プロフィールが生じる。

【０１４０】 （ＩＭＳ−データ図）の図２は、これに対してパス−スリット−パターン(Ste
g-Spalt-Muster)で測定される表面プロフィールを示す。 光学的にこれらの変形プロフィールは位相格子を表し、その格子周期は制御電極間隔により定義される。 その際、入射光はミラー変形により与えられる光路差に相応して位相変調を受ける。 変形幅の適切な選択によりここではほぼ全ての光が比較的高い回折次数で回折しうるが、これに対してアドレス選択されない平坦なピクセルの光はゼロ次になるのみである。

【０１４１】 従って適切な光学系との結合において、アドレス選択されない領域からの光のみが通過し、かつ可視的な強度パターンとして画像面に投影される。

【０１４２】 従って粘弾性制御層は、光学的結像適用のための位相パターンの発生のために好適である。 この技術を用いて１０２４×２０４８ピクセルおよび２０×２０μ
ｍ ^２ピクセルサイズからなる活性マトリクスを有するバイナリーの働きがあるＳ
ＬＭ−プロトタイプを開発し、その際、特殊な高ボルト−ＣＭＯＳ−プロセスを±１５Ｖまでの制御電圧の実現のために使用した。

【０１４３】 （ＩＭＳ−データ図）の図３は、これに対して活性な制御マトリクスのレイアウトを略図で示す。 これらのプロトタイプの機能は、サブミクロン構造の迅速なレーザー直接照射のための適用において有利に証明された。 その際、該構造はＩ
Ｃ−マスク層のＣＡＤ−レイアウト−データからの位相パターンの発生のために役立ち、該層は次いで光学系を用いてフォトレジスト構造化のための強度画像へと反応させた。

【０１４４】 目下、４ビットのアナログ運転および方向ごとに２５６ピクセルの段階の画像フィールドサイズの段階付けを可能にする光モジュレータを開発中である。

【０１４５】 適用 粘弾性制御層を有する光モジュレータは数多くの新たな適用可能性を開く： ディスプレイ技術： − ビデオ−およびデータ−投影、 − ヘッドアップ・ディスプレイ。

【０１４６】 情報技術： −光学画像−およびデータ処理、 −光学メモリ。

【０１４７】 製造技術： − マスクを有していない直接書き込み、 − レーザー除去および−製造。

【０１４８】 技術的パラメータ ピクセルサイズ ＞１６×１６μｍ ^２ 、 ピクセル数 ２５６×２５６〜１０２４×２０４８、 プロフィール １Ｄ、２Ｄ湾曲形、 変調 位相変調 運転 バイナリーまたは４ビットアナログ、 変形幅 ０〜１５０ｎｍ、 制御曲線 ほぼ線形、 調整時間 ＜２ｍｓ、 データ入力 １６、３２、４８、６４通路、 ４ビット、５Ｖ、 画像繰り返しレート １００Ｈｚ〜５００Ｈｚ、 光学的充填度 １００％、 反射率 ＞９０％（ＩＲ〜ＤＵＶ）、 構造技術 セラミックＰＧＡ−ケーシング。

【０１４９】 ユーザー評価キット 基本的な全てのＳＬＭ−機能を特定の適用分野で試験する可能性を提供するために、ＳＬＭ′ｓのユーザー特異的な画像プログラミングのための全ての構成要素を有するユーザー評価キットを開発した。

【０１５０】 ＳＬＭ ピクセルサイズ １６×１６、２０×２０、２４×２４μｍ ^２ 、 ピクセル数 ２５６（１６０）×２５６、 ピクセルデザイン 顧客特異的、 運転 ４ビットアナログ。

【０１５１】 ＳＬＭ−ボード ＲＡＭ ２画像のメモリー、 画像繰り返しレート １Ｈｚ（ＰＣ対ＲＡＭ）、 ５００Ｈｚ（ＲＡＭ対ＳＬＭ）、 Ｉ／Ｏ−シグナル マトリクストリガ(Matrix Trigger)、マトリクスレディ (Matrix Ready) データ転送 − ＰＣのＩＳＡ−スロットのためのケーブル結合およびデジタルＩ／Ｏ−インターフェイス−カードによる。

【０１５２】 ソフトウェア − ビットマップからＳＬＭ−データフォーマットへのユーザー画像データの変換、 − データ転送のためのコントロール機能、 − ４ビットグレースケールのための制御電圧水準の調整。

【０１５３】 要求 − ウインドウズ互換性ＰＣ、 − 例えばペイントブラシを用いたビットマップ−データフォーマットにおける画像パターン発生。

【０１５４】 データ図からの記載： マイクロエレクトロニクス回路およびシステムのためのフラオンホーファー・インスティテュート（ＩＭＳ、Ｄ−０１１０９、ドレスデン）の「マイクロメカニカルなミラーアレイを有する光モジュレータ」。

【０１５５】 特徴 マイクロメカニカルなミラーアレイは、変形可能なミラー装置を有する高解像度の平坦光モジュレータ（ＳＬＭ′ｓ）の１つのクラスを形成する。 これらはアレイに依存しないアドレス選択可能なマイクロミラーからなり、該ミラーは表面−マイクロ機械工学の方法により完全にＣＭＯＳ互換性のプロセスで、その下に存在する活性なマトリクス−制御回路上に製造することができる。 該プロセスは単に３つの付加的なマスクを必要とするのみであり、かつ従って単にミラー構造を変更することにより、光変調特性を種々の特定の適用の要求に容易に適合させることが可能になる。

【０１５６】 機能原理 マイクロミラーは犠牲層−技術で製造することができるので、自由支持のミラー素子が、その下に存在する制御電極を有する中空にわたって生じる。

【０１５７】 この場合、ミラーおよび支柱は、ＩＲからＤＵＶの広いスペクトル範囲にわたって高い反射率を保証するために、同様にアルミニウムからなる。

【０１５８】 活性化はミラーと制御電極との間に制御電圧を印加することにより行うので、
ミラーは静電力作用により中空の内部へと変形する。 これと結合した光路差は、
入射光の場合、相応する位相変調につながる。 変形プロフィールひいては光変調特性はこの場合、その都度のミラー構造に著しく依存する。 ここで３つの基本的なケースは位相変調、位相転移および光屈折に区別することができる。

【０１５９】 数多くの可能なピクセル構造から、図１（本願の図１５に記載）の両方の構造を詳細に試験した。

【０１６０】 第一の変法では４つの同一のミラーセグメントの静電変形により光学的な位相格子が生じ、その中で１つのピクセルはそれぞれ逆ピラミッド形の位相プロフィールを有する１つの格子周期を定義する。 この変法は光学的な結像適用のための位相パターンの発生のために好適である。

【０１６１】 第二の変法は４つのアームにより保持されているミラープレートからなり、これは電気的な制御の際に平坦な、ピストン形の低下運動をもたらし、これによりピクセルによる入射光の位相の調整を可能にする。 この変法は適応制御光学における位相フロント修正(Phasenfrontkorrektur)に好適である。

【０１６２】 この種のマイクロミラーは既に受動マトリクス上で電気機械的特性の試験のために構成された（ＩＭＳ−データ図の図２、３）。 従って（ＩＭＳ−データ図の）図４の測定曲線は、典型的な変形挙動を示す。 アナログ領域で変形は制御電圧によりほぼ２乗で増加する。 しかし該ミラーはいわゆるプル・イン・ポイント(P
ull-in Points)の上方で電界による正帰還結合に基づいて自発的に完全に偏倚した状態へと接続されるので、ここではバイナリー運転のみが可能であるにすぎない。 ミラーを最終的に再度機械的および電気的な力の間で平衡状態に戻すために、制御電圧を相応して低下させる必要がある。

【０１６３】 適用 マイクロメカニカルなミラーを有する光モジュレータは数多くの適用可能性を開く： ディスプレイ技術： − ビデオ−およびデータ−投影、 − ヘッドアップ・ディスプレイ。

【０１６４】 情報技術： −光学画像−およびデータ処理、 −光学メモリ。

【０１６５】 適応制御光学の位相フロントコレクタ。

【０１６６】 製造技術： − マスクを有していない直接書き込み、 − レーザー除去および−製造。

【０１６７】 医療技術 − レーザー・スキャニング・トモグラフィー、 − レーザー・外科、 − 内視鏡のヘッド・アップ・ディスプレイ。

【０１６８】 技術的パラメータ ピクセルサイズ ＞１６×１６μｍ ^２ 、 ピクセル数 ２５６×２５６〜１０２４×２０４８、 ピクセルデザイン 顧客特異的、ピラミッド形素子、下降形素子、トーショ ン形素子、 プロフィール ピラミッド形、方形、鋸歯形、 変調 位相変調もしくは位相転移、屈折的、 運転 バイナリーまたは４ビットアナログ、 変形幅 ０〜１．２（アナログ）から５．０μｎｍまで（バイナ リー）、 制御曲線 非線形、 調整時間 １０μｓ（ｔｙｐ.）、 画像速度 １００Ｈｚ〜１ｋＨｚ、 光学的充填度 ８０〜９０％、 反射率 ＞９０％（ＩＲ〜ＤＵＶ）、 ユーザー評価キット 基本的な全てのＳＬＭ−機能を特定の適用分野で試験する可能性を提供するために、ＳＬＭ′ｓのユーザー特異的な画像プログラミングのための全ての構成要素を有するユーザー評価キットを開発した。

【０１６９】 ＳＬＭ ピクセルサイズ １６×１６、２０×２０、２４×２４μｍ ^２ 、 ピクセル数 ２５６（１６０）×２５６、 ピクセルデザイン 顧客特異的、 運転 ４ビットアナログ。

【０１７０】 ＳＬＭ−ボード ＲＡＭ ４画像のメモリー、 画像繰り返しレート １Ｈｚ（ＰＣ対ＲＡＭ）、 ５００Ｈｚ（ＲＡＭ対ＳＬＭ）、 Ｉ／Ｏ−シグナル マトリクストリガー、マトリクスレディー データ転送 − ＰＣのＩＳＡ−スロットのためのケーブル結合およびデジタルＩ／Ｏ−インターフェイス−カード。

【０１７１】 ソフトウェア − ビットマップからＳＬＭ−データフォーマットへのユーザー画像データの変換、 − データ転送のためのコントロール機能、 − ４ビットグレースケールのための制御電圧水準の調整。

【０１７２】 要求 − ウインドウズ互換性ＰＣ、 − 例えばペイントブラシを用いたビットマップ−データフォーマットにおける画像パターン発生。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による装置の実施態様の略図を示す。

【図２】 本発明による装置の実施態様の略図を示す。

【図３】 本発明による装置の実施態様の略図を示す。

【図４】 本発明による装置の実施態様の略図を示す。

【図５】 本発明による装置の実施態様の略図を示す。

【図６】 照射マトリックスを有する支持体の横断面の一部を示す。

【図７】 本発明による発光検出装置の実施態様の略図を示す。

【図８】 自己発光照射マトリックスを有する本発明による装置の略図を示す。

【図９】 自己発光照射マトリックスを有する本発明による装置の略図を示す。

【図１０】 自己発光照射マトリックスを有する本発明による装置の略図を示す。

【図１１】 自己発光照射マトリックスを有する本発明による装置の略図を示す。

【図１２】 透明な支持体を有する装置を示す。

【図１３】 メアンダー形の通路を有する支持体を示す。

【図１４】 粘弾性制御層を有する光モジュレータを示す。

【図１５】 マイクロメカニカルなミラーアレイを有する光モジュレータを示す。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１１月１７日（２０００．１１．１７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── 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 37/00 １０２ Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ (31)優先権主張番号 １９８ ３９ ２５６．７ (32)優先日 平成10年８月28日(1998．8．28) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (31)優先権主張番号 １９９ ０７ ０８０．６ (32)優先日 平成11年２月19日(1999．2．19) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (31)優先権主張番号 １９９ ２４ ３２７．１ (32)優先日 平成11年５月27日(1999．5．27) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，Ｊ Ｐ，ＵＳ (72)発明者 マンフレート ミュラー ドイツ連邦共和国 ミュンヘン ロイター シュトラーセ 76／ベー (72)発明者 フリッツ シュテーラー ドイツ連邦共和国 ヴァインハイム ゲッ セルヴェーク 15 (72)発明者 ハンス リントナー ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト フ ィーアライヒヴェーク 27 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 BA16 CA03 DA02 EA01 GA07 GB21 HA01 HA09 KA01 KA02 KA03 KA09 LA03 4B029 AA07 BB20 CC03 FA12 4B063 QA01 QA18 QQ01 QQ42 QQ52 QR08 QR42 QR55 QR62 QR82 QS25 QS34 QS36 QX02