等離子體傳感器裝置和用于表面等離子體共振光譜學(xué)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于微鏡的等離子體傳感器裝置以及一種利用這種傳感器裝置用于表面等離子體共振光譜學(xué)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如果相干光在確定的條件下射到電介質(zhì)(例如空氣或玻璃)和金屬薄膜(例如金)之間的界面上，那么所述相干光能夠?qū)⒔饘俦∧け砻娓浇膫鲗?dǎo)電子激勵成集聚的密度波動、所謂的表面等離子體。此外，所述效應(yīng)在表面等離子體共振光譜學(xué)(SPR光譜學(xué))中用于研究處于金屬表面的分析物的吸收和特性。為此，根據(jù)入射角確定由金屬表面反射的光的強度。在此，例如借助于可翻轉(zhuǎn)的或可轉(zhuǎn)動的鏡子改變?nèi)肷浣?，通過所述鏡子使光偏轉(zhuǎn)到金屬表面上。由于表面等離子體的激勵，在確定的入射角下調(diào)節(jié)到最小強度值。所屬的入射角特別是也與分析物的特性有關(guān)。
[0003]為了便攜地使用等離子體的分析方法，要求所需的機械部件和光學(xué)部件小型化。由出版文獻EP I 684 063 Al中公知了一種便攜的生物芯片掃描儀，其包括SPR單元，所述單元以旋轉(zhuǎn)盤的形式存在。此外，由出版文獻US 2007/0139653 Al中公知了一種方法，其中，微鏡(MEMS)用于基于SPR的生物傳感器。為了改變?nèi)肷浣牵诖死缡褂媒嵌扔嫛?br>[0004]然而對于接近病人的實驗室診斷(POCT)而言，在此需要極強小型化的和自身封閉的構(gòu)型，所述構(gòu)型同時可以簡單地制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個方面，本發(fā)明提出一種等離子體傳感器裝置，其具有光源、金屬薄膜、能繞著至少一個旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的至少一個微鏡和檢測器，所述光源構(gòu)造用于產(chǎn)生相干光，所述金屬薄膜在一側(cè)上至少部分地由分析物分子覆蓋，所述至少一個微鏡如下定位和構(gòu)造，以使得相干光能夠從光源在一個入射角下偏轉(zhuǎn)到金屬薄膜的一側(cè)上，其中，通過所述至少一個微鏡繞著至少一個軸轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動能夠改變所述入射角，所述檢測器構(gòu)造用于根據(jù)入射角確定被偏轉(zhuǎn)到金屬薄膜上的并且從那里再次被反射的光的強度，其中，由光源產(chǎn)生的相干光具有下述特性，根據(jù)入射角能夠激勵金屬薄膜中的表面等離子體。
[0006]根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提出一種用于表面等離子體共振光譜學(xué)的方法，所述方法利用根據(jù)本發(fā)明的等離子體傳感器裝置進行并且具有下述步驟:通過轉(zhuǎn)動至少一個微鏡改變相干光的在金屬薄膜上的入射角，其中，根據(jù)入射角激勵金屬薄膜中的表面等離子體；和借助于檢測器根據(jù)入射角測量被偏轉(zhuǎn)到金屬薄膜上的并且從那里再次被反射的相干光的強度。
[0007]本發(fā)明的一個構(gòu)思是，提出一種借助于至少一個微鏡的小型化的等離子體傳感器裝置，所述微鏡這樣可轉(zhuǎn)動地支承，以使得在不需要附加的輔助裝置例如角度計的情況下，能夠改變光到金屬表面上的入射角。在此，從金屬表面反射的光的強度由集成在傳感器裝置中的檢測器作為入射角的函數(shù)來測量。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的解決方案的一個顯著的優(yōu)點在于，可以極強小型化地構(gòu)造等離子體傳感器裝置。微鏡是所謂的MEMS ( “微機電系統(tǒng)”)，所述微鏡具有微米范圍內(nèi)的延伸長度。所述微鏡的使用能夠在幾毫米直到厘米的范圍內(nèi)對整個傳感器裝置確定尺寸。不但光源而且檢測器可以集成在所述傳感器裝置中。
[0009]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，各個部件在傳感器裝置運行時可以在它們的位置中相對彼此固定。也就是說，相干光源、金屬薄膜、檢測器和至少一個微鏡的至少一個旋轉(zhuǎn)軸可以相對彼此不運動地設(shè)置，從而僅僅至少一個微鏡能夠繞著其至少一個旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。以這種方式有利地能夠簡單地和低成本地小型化地構(gòu)造等離子體傳感器裝置。
[0010]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，光源可以產(chǎn)生激光束。所述激光束則通過至少一個微鏡偏轉(zhuǎn)到金屬薄膜上。激光光源是有利的相干光源，此外，所述相干光源易于操作并且適合于小型化的結(jié)構(gòu)。
[0011]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，設(shè)置一個反射棱鏡。所述反射棱鏡可以這樣定位，以使得其基面鄰接于金屬薄膜的背向分析物分子的側(cè)，并且在相干光射到檢測器上之前，來自光源的相干光在入射面上射入反射棱鏡中，在由基面構(gòu)成的在反射棱鏡和金屬薄膜之間的界面被反射并且在出射面上再次從反射棱鏡射出。在原理的結(jié)構(gòu)中，反射棱鏡的所述布置相應(yīng)于所謂的Kretschmann結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)使用在表面等離子體共振光譜學(xué)的多個實際的應(yīng)用中。在此，反射棱鏡用于使相干光與表面等離子體耦合。
[0012]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，金屬薄膜在一側(cè)上可以構(gòu)造為光柵結(jié)構(gòu)，所述光柵結(jié)構(gòu)如下定位，以使得在相干光射入檢測器之前，所述相干光能夠在所述光柵結(jié)構(gòu)上被反射。光柵結(jié)構(gòu)是用于使光的波矢量與表面等離子體耦合的一種可替換的可能性。這不需要反射棱鏡，并且因此有利地可以更簡單地并且以更小的尺寸制造。
[0013]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，金屬薄膜可以設(shè)置有連接器。通過連接器可以使分析物分子與金屬薄膜親合，從而在連接器和匹配的分析物分子之間反應(yīng)時改變用于表面等離子體的激勵條件。連接器是有利的輔助裝置，以便使選擇的分析物與金屬薄膜耦合。
[0014]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，檢測器可以是CXD傳感器或者CMOS傳感器。兩種傳感器技術(shù)有利于小型化地運行并且低成本地批量生產(chǎn)。所述檢測器的激活的面的延伸長度能夠有利地這樣大地選擇，以使得可以補償由于入射角的改變同時引起的入射位置改變，其方式是，使射入的光量集中到整個激活的面上。因此，檢測器由條件決定地把光強度測量僅僅作為入射角的函數(shù)來測量。
[0015]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，金屬薄膜可以包含金和/或銀。然而可替換地也可以設(shè)置其他適合的金屬、例如銅或鈦。金和銀基于其導(dǎo)電性和簡單的可加工性具有對于等離子體技術(shù)特別有利的特性。
[0016]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，通過轉(zhuǎn)動至少一個微鏡能夠利用光二維地掃描金屬薄膜。此外根據(jù)傳感器裝置的一個另外的優(yōu)選的進一步方案，金屬薄膜可以構(gòu)造為測試條。并排布置的由分析物分子構(gòu)成的分析區(qū)域可以施加在所述測試條上。所述有利的實施方式能夠使等離子體傳感器裝置構(gòu)造為類似于通常的Point-Of-Care-Test (即時檢驗)(POCT)的診斷裝置、例如血糖測量裝置。光源、微鏡和檢測器能夠固定地集成在所述裝置中，而測試條(例如金薄膜)在施加待分析的物質(zhì)之后插入所述裝置中并且在檢驗之后再次取出?；跍y試條的二維的可掃描性，所述測試條可以例如設(shè)置有不同的連接器，從而可以在不同的物質(zhì)上被檢驗。此外，所述實施方式例如能夠使測試條設(shè)置有參考結(jié)構(gòu)，所述參考結(jié)構(gòu)可以用于使測試條相對于其他構(gòu)件進行自動地定位修正?？商鎿Q地，在測試條上可以為參考測量設(shè)置預(yù)留區(qū)域。
[0017]根據(jù)傳感器裝置的一個優(yōu)選的進一步方案，設(shè)置能繞著至少一個另外的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的至少一個另外的微鏡。所述至少一個另外的微鏡可以如下定位和構(gòu)造，以使得相干光借助于在微鏡上的多次反射能夠在一個入射角下被偏轉(zhuǎn)到金屬薄膜的一側(cè)上的一個入射位置上。在此，通過微鏡繞著旋轉(zhuǎn)軸個別地轉(zhuǎn)動能夠改變?nèi)肷浣呛腿肷湮恢谩Ｋ龆噻R結(jié)構(gòu)與具有帶僅一個旋轉(zhuǎn)軸的僅一個微鏡的實施方式相比有利地提供關(guān)于控制入射角和入射位置的附加的自由度。特別是，不同的旋轉(zhuǎn)軸不必彼此平行。
[0018]根據(jù)用于表面等離子體共振光譜學(xué)的方法的一個優(yōu)選的進一步方案，此外通過借助于轉(zhuǎn)動至少一個微鏡來改變相干光的入射位置，對金屬薄膜進行掃描。
【附圖說明】