CN101558305A - 用于检测标记颗粒的微电子传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测包含例如磁性颗粒(1)的标记颗粒的目标组件的微电子传感器装置。所述传感器装置包含具有结合表面(12)的载体(11)，目标组件可以收集在所述结合表面并可选地结合到特定捕获元件。输入光束(L1)传输到所述载体内且在所述结合表面(12)全内反射。所述输出光束(L2)内的光的量以及可选地由目标组件在所述结合表面发射的荧光的量随后被光检测器(31)检测。在全内反射期间产生的倏逝光受位于所述结合表面(12)的目标组件和/或标记颗粒(1)影响(吸收，散射)，且因此将在所述输出光束(L2)内消失。这可用于基于所述输出光束(L2，L2a，L2b)内光的量来确定目标组件在所述结合表面(12)的数量。磁场发生器(41)可选地用于在所述结合表面(12)产生磁场(B)，磁性标记颗粒(1)可受所述磁场操纵，例如15被吸引或排斥。

Description

用于检测标记颗粒的微电子传感器装置
技术领域
本发明涉及用于检测包含标记颗粒的目标组件例如生物分子的微电子传感器装置和方法。此外，本发明涉及尤为适用于这种传感器装置的载体(carrier)和孔板(well plate)。
背景技术
US 2005/0048599A1披露了一种用于研究微生物的方法，所述微生物使用颗粒来标记使得(例如，磁性)力可以施加在微生物上。在所述方法的一个实施例中，光束被引导经过透明材料到达一表面，光束在所述表面全内反射。作为倏逝波离开透明材料的该光束在所述表面被微生物和/或其它组件散射，且随后被光电检测器检测或者用于照射所述微生物以供视觉观察。
发明内容
基于所述情形，本发明的目的是提供用于包含标记颗粒的目标组件的改进检测。具体而言，期望所述方法简单且期望其灵敏度和/或精确度相对于现有技术有所提高。
所述目的通过权利要求1的微电子传感器装置、权利要求19的载体、权利要求20的孔板以及权利要求28的方法来实现。优选实施例披露于从属权利要求。
本发明的微电子传感器装置用于包含标记颗粒的目标组件的定性或定量检测，其中所述目标组件例如可以是生物物质，如同生物分子、络合物、细胞碎片或细胞。术语″标记颗粒″表示这样的颗粒(原子、分子、络合物、纳米颗粒、微米颗粒等)，其具有可以被检测的因此直接揭露相关目标组件存在的某些属性(例如，光密度、磁化率、电荷、荧光、辐射性等)。所述微电子传感器装置包含下述部件：
a)具有结合表面的载体，目标组件可以收集在所述结合表面。术语″结合表面″在此选择为主要作为载体表面的特定部分的唯一参考，且尽管所述目标组件在许多应用中实际上结合到所述表面，但实际情况不一定如此。仅仅要求所述目标组件可以到达结合表面以收集在所述结合表面(通常按照与所述目标组件相关、与结合表面交互相关、以及迁移率等相关的参数所决定的浓度收集在所述结合表面)。对于给定光谱范围的光，特别是由将在下文定义的光源发射的光，载体应具有高透明度。所述载体例如可以由玻璃或某些透明塑料制作。
b)光源，用于发射在下文中称为″输入光束″的光束到前述载体内，使得所述输入光束在研究区域内在所述载体的结合表面全内反射。所述光源例如可以是激光器或者发光二极管(LED)，其可选地设置有用于成形和引导所述输入光束的一些光学元件。″研究区域″可以是结合表面的子区域，或者包含全部结合表面；其通常具有由所述输入光束照射的基本圆斑的形状。再者，应注意，发生全内反射要求载体的折射率大于与结合表面毗邻的材料的折射率。例如对于载体由玻璃(n＝1.6)制成且毗邻材料为水(n＝1.3)的情形，情况则是如此。还应注意，术语″全内反射″应涵盖所谓″受抑全内反射″情形，其中在反射过程中，部分入射光损失(被吸收、散射等)。
c)光检测器，用于确定″输出光束″内光的量，所述输出光束包含来自所述输入光束的前述全内反射的光。输出光束不一定包含所有的全内反射光(尽管优选情形是这样的)，因为全内反射光的一部分例如可以用于其它目的或者只是损耗，或者输出光束完全由全内反射光组成，因为输出光束也可包含例如散射光或者荧光。
所述检测器可包含任何合适的传感器或多个传感器，藉此可以检测给定光谱的光，例如可包含光电二极管、光敏电阻、光电池、CCD芯片或者光电倍增管。
所述微电子传感器装置允许在研究区域内所述结合表面处的目标组件的灵敏和精确地定量或定性检测。这是因为，全内反射输入光束产生倏逝波，所述倏逝波从载体表面延伸到毗邻材料内短的距离。如果这一倏逝波的光被结合到位于结合表面处的目标组件的标记颗粒所散射或吸收，这一倏逝波的光将在输出光束内消失。输出光束内光的量(更精确地，与输入光束比较时，所述输出光束内消失的光的量)因此指示标记颗粒在结合表面的存在和数量。所述光学检测过程的一个优点包括其精确度，因为所述倏逝波通常仅在结合表面紧上方传播10～300nm厚度的小体积，由此避免来自所述体积后面体材料的干扰。当反射光被测量时，获得高的灵敏度，因为检测了减少全内反射光的量的所有影响。再者，所述光学检测可选地可以从远距离进行，即，载体和光源或光检测器之间没有机械接触。
所述微电子传感器装置具体地可设计成当结合到所述目标组件的标记颗粒为宏观散射和/或吸收颗粒时，全内反射光束变得受抑，导致所述全内反射光强度减小。
在本发明的优选实施例中，所述微电子传感器装置包含场发生器，用于产生能够影响所述标记颗粒的磁场和/或电场。所述场发生器例如可以由永磁体、布线、一对电极、或者线圈实现。所产生的场例如可以通过诱导磁化或偏振和/或施加力在标记颗粒上而影响标记颗粒。这一微电子传感器装置允许通过场对目标组件的多功能操纵，这例如可以用于加速目标组件收集在结合表面和/或从结合表面除去不期望的(未结合的或者严格测试中弱结合的)组件。
在通常情形中，在结合表面侧的邻接载体的空间可以任意设计。例如所述空间可以位于所述微电子传感器装置外部且所述目标组件通过喷涂或涂覆而应用到结合表面；所述空间也可以向周围敞开，用于检测例如环境气氛内的目标组件。再者，所述目标组件例如可以通过扩散穿过载体而到达结合表面。然而，在本发明的优选实施例中，所述微电子传感器装置包含毗邻所述结合表面的样品室，且在所述样品室内可以提供具有目标组件的样品。所述样品室通常为空腔体或者填充有可以吸收样品物质的如同凝胶的一些物质的腔体；所述样品室可以是开放腔体、封闭腔体、或者通过流体连接通道连接到其它腔体的腔体。
如已经所述，所述微电子传感器装置可用于目标组件的定性检测，得到相对于具体目标分子的例如简单的二元响应(″存在″或″不存在″)。然而优选地，所述传感器装置包含评估模块，用以基于所检测的输出光束来定量地确定所述研究区域内目标组件的数量。这例如可以基于：被标记颗粒吸收或散射的倏逝光波内光的量正比于在研究区域内结合到标记颗粒的所述目标组件的浓度。根据相关结合过程的动力学，研究区域内目标组件的量反过来指示毗邻样品流体内这些组件的浓度。
在前述实施例的进一步演变中，所述微电子传感器装置包含记录模块，用以在一观察时段上监测所确定的输出光束内光的量。因此可以监测目标组件收集在结合表面或离开结合表面的动力学。这可以揭露有关所述目标组件和/或现行环境条件的有价值的信息。所述评估模块和/或所述记录模块通常耦合到光检测器且可以通过一些数据处理硬件(例如微计算机)连同相关软件来实现。
到目前为止，关于微电子传感器装置的描述包含结合表面上仅存在单一研究区域的情形。在下文，将考虑微电子传感器装置的多个实施例，其中所述载体包含多个研究区域，不同输入光束可以在这些研究区域全内反射。于是一个载体允许多个研究区域的处理且因此例如允许对不同目标组件的搜索、对不同条件下同一目标组件的观察和/或对多个测量采样以用于统计目的。″不同输入光束″可选地可以是由所述光源均匀地产生的一个宽光束的组件。
在前述实施例中使用的不同输入光束可能相对于时间是不同的。例如，当所述微电子传感器装置包含用于将光源顺序耦合到不同研究区域的扫描模块时，情况则是如此。备选或者附加地，所述微电子传感器装置可包含用于将光检测器光耦合到结合表面上的不同研究区域的扫描模块。扫描模块例如可包含如同透镜或反射镜的光学部件，用于按照合适方式引导入射或者输出光束。所述扫描模块还可包含用于相对于光源和/或光检测器移动所述载体的装置。
在具有多个研究区域的微电子传感器装置的另一实施例中，存在多个光源和/或多个光检测器，其在结合表面被引导至不同研究区域。这种情况下，可以同时处理多个研究区域，因此相应地加速相关测量过程。所述实施例当然可以与前述一个实施例组合，即，存在例如用于在研究区域的不同阵列上扫描多个光源的输入光束的扫描模块，和/或用于将输出光束从研究区域的不同阵列引导至多个光检测器的扫描模块。通过使用这些扫描模块，可以保持光源/检测器的数目小于研究区域的数目。
在具有多个研究区域的另一实施例中，所述微电子传感器装置包含关联到不同研究区域的多个独立可控的(磁或电)场发生器。这种情况下，可以根据将在此处执行的具体测试的要求而单独地操纵每个研究区域内的标记颗粒。
所述微电子传感器装置原则上可以与任意类型的标记颗粒一起使用。然而优选地是设置有具体地适配到所述装置的其它部件的标记颗粒。所述传感器装置具体地可包含标记颗粒，所述标记颗粒具有透明材料的盖层，其中这一盖层通常(完全地或部分地)覆盖另一材料(例如氧化铁颗粒)的一个或多个核芯。这种情况下，在结合表面的倏逝光波的光可以容易地进入标记颗粒，在那里被吸收和/或散射且因此从输出光束损失。盖层的透明材料具体地可以是具有与载体材料相似折射率的材料，因为这优化了光从载体到标记颗粒的传输。所述盖层例如可由与载体相同的材料组成。
所述微电子传感器装置可选地包含″第二光检测器″，用于(定性或定量地)确定由在所述结合表面的目标组件发射的荧光。所述荧光可以在毗邻结合表面的小体积内由输入光束的倏逝波激励且随后被检测，因此指示荧光目标组件的存在(和数量)。
在本发明的另一实施例中，所述微电子传感器装置包含输入光监测传感器，用于确定所述输入光束内光的量。这使得在(定量)评估输出光束的测量和/或在反馈回路内控制所述输入光束中可以将所述光的量考虑在内。
所述输入光监测传感器可以集成到光源，这提供了鲁棒和紧凑设计且这有利于反馈控制回路内的集成。备选地，所述输入光监测传感器(或至少其一部分)可以布置在光源外部作为独立部件。后一种布置具有这样的优点，当实际输入光束进入载体时，所述传感器的测量可以更好地聚焦在实际输入光束上，因为所述监测测量发生在通常存在于光源光路内的如同透镜或针孔的光学元件之后。
已经提到，所述输入光监测传感器的测量结果可以关联到由光检测器确定的输出光束内光的量。所述微电子传感器装置因此可包含适合于执行这种关联的评估模块。为此，所述评估模块通常被供以来自所述输入光监测传感器和光检测器的代表所确定的光的量的信号。所述评估模块可选地可以处理这些信号，例如(低通)过滤这些信号。在优选实施例中，输出光束内光的量被输入光束内光的量归一化，使得所述结果不依赖于光源功率变化。
根据本发明的另一实施例，所述光源适合于产生偏振输入光束，特别是线偏振输入光束。在偏振光束中，电场的(且因此关联磁场的)矢量在垂直于光束传播方向的平面内不是随机取向，而是具有规则取向。所述取向对于线偏振光束而言在空间内是固定的，且对于圆偏振光束或椭圆偏振光束而言则按规则方式旋转。产生具有偏振的输入光束，这为输入光束提供了特性内部特征，所述特征影响所述光束与其它实体例如与光路内的光学部件或者与待检测的目标颗粒的交互。这开启了可被有利地开发的许多可能性，例如将来源于输入光束的所述输出光束内的光与其它源(例如环境)的光区分开的可能性。
在前述实施例的优选实现方式中，所述输入光束具有相对于入射窗口位于所述入射平面内的线偏振，所述输入光束在所述入射窗口进入所述载体。附加或备选地，所述输出光束具有相对于所述载体的出射窗口位于所述入射平面内的线偏振，所述输出光束在所述出射窗口离开所述载体。如通常一样，光束的″入射平面″是指包含所述光束且垂直于所述光束所入射到的表面的平面。当光束入射到载体的表面上时，光束的一(小)部分将通常被反射。除了这一光出于其它目的而损失之外，这种反射的具体缺点在于会干扰其它部件，例如光检测器或者光源内的激光器。因此期望减少在载体的入射或出射窗口被反射的光的量。利用输入光束和/或输出光束具有所述偏振的提议设置，可以实现这种减少。
在本发明的优选实施例中，所述入射窗口相对于所述输入光束位于布儒斯特角，所述输入光束在所述入射窗口进入所述载体，和/或所述出射窗口相对于所述输出光束位于布儒斯特角，所述输出光束在所述出射窗口离开所述载体。如从光学所公知的，如果入射平面中的具有线偏振的入射光束以相应布儒斯特角入射到表面，则反射束消失。这一实施例与前述实施例(具有线偏振的输入光束)组合时，在载体的入射或出射窗口的反射可被完全抑制。可以基于这一事实来计算具体设置的布儒斯特角：在入射布儒斯特角，在折射光束和(受抑制)反射光束方向之间存在90°角。
本发明还涉及一种用于提供待研究样品的载体，其中所述载体特别适于作为上述类型微电子传感器装置的载体。所述载体包含可以提供样品且具有透明检测壁的样品室。所述检测壁在其内侧具有可以收集样品组件的结合表面。所述检测壁在其外侧具有至少一个光学结构，所述光学结构被设计成使得：
(i)从所述载体外部引入到所述光学结构上的输入光束进入所述检测壁；
(ii)所述输入光束在研究区域内在所述结合表面全内反射(至少一次)；以及
(iii)包含至少部分所述全内反射光的输出光束和/或由目标组件在所述结合表面发射的荧光通过所述光学结构，优选地沿离开载体的方向，离开所述检测壁。
所述检测壁通常具有基本平行的内表面和外表面的板的基本形式，其中所述内表面包含结合表面且其中所述光学结构从所述外表面向外突出。再者，所述检测壁原则上可以是样品室的壁的任意部分，例如侧壁或顶部。然而，所述检测壁优选地为载体底部的一部分(或者整个底部)，这具有两个优点：首先，沉淀下方的样品组件将集中在底部的结合表面。第二，关联仪器的部件可以布置在所述底部下，因此在所述载体的侧面为可能布置另外载体留下空间。
所述载体具有这样的优点，其样品室内部的样品可以利用被全内反射的输入光束来光学地研究，因此在结合表面提供了小体积内的倏逝场。在所述小体积内发生的如同吸收或散射的效应将影响离开载体的输出光束。此外，荧光可以由荧光目标组件内的倏逝波激励，且因此提供用于所述目标的另一指示器。由于输入光束和输出光束均从外部引导至载体或者相反，相应光源和光检测器可以布置成与所述载体远离且分离。
本发明还涉及一种孔板，包含多个上述类型的载体，即多个具有透明检测壁的样品室，所述检测壁在其内侧具有结合表面且在其外侧具有至少一个光学结构，其中所述光学结构允许来自载体外部的输入光束进入所述检测壁，在结合表面全内反射，且随后作为输出光束离开所述检测壁，所述输出光束从所述载体离开。
所述孔板将多个上述载体组合成阵列，且因此允许并行地研究多个样品和/或多个研究阵列内的一个样品。由于所述孔板基于所述载体，有关所述孔板的优点、特征和改进，可更详细地参考上述描述。
在下文中，将描述可以应用到上述类型的微电子传感器装置、载体和孔板的本发明的各种实施例。
尽管原则上所述载体具有包含不同材料的多个部件的一些专用结构，优选地，所述载体由透明材料(例如透明塑料)同质地制作。所述载体因此可以容易通过注射模塑法来制作。
所述载体的研究区域优选地具有低粗糙度，从而最小化对(受抑)全内反射的不希望影响。λ为构成所述输入光束的光的特征(例如峰值或平均)波长，研究区域的粗糙度优选地小于0.5λ，最优选地小于0.1λ(这意味着研究区域内载体表面的微观″谷″和″尖″之间高度差小于这些值)。
载体的研究区域可选地覆盖有可以结合一种或多种目标组件的至少一种类型的捕获元件。这种捕获元件的典型示例为相应抗原可以特定地结合的抗体。通过为研究区域提供特定于特定目标组件的捕获元件，可以使研究区域内选择性地富含这些目标组件。再者，不期望的目标组件可以通过合适的(例如，磁性)排斥力(不中断期望的目标组件和捕获元件之间的结合)从结合表面除去。优选地，结合表面设置有特定于不同目标组件的多种类型的捕获元件。在具有多个研究区域的微电子传感器装置中，优选地存在具有不同捕获元件的至少两个研究区域，使得这些区域对于不同目标组件是特定的。
根据本发明的另一实施例，在所述光束分别进入或离开载体的所述入射窗口或出射窗口，载体的表面基本垂直于输入光束和/或输出光束，即入射角在90°附近约±5°的范围内。这种情况下，在从周围介质进入载体或者相反时，输入光束和/或输出光束的方向将不变化或者仅最小程度地变化。再者，反射也将最小化。另外或备选地，相应区域也可以具有抗反射涂层。为了防止光学反馈到光源(例如，激光器)内，优选地所述入射束相对于垂直(至多)偏离几度。
所述载体具体地可包含与半球形或截棱锥形类似或相同形式的至少一个表面。如参考图示更详细所述，这些形式起到透镜和/或棱镜的作用，且因此提供入射和输出光束的有利引导。
所述载体可选地还包含腔体，(磁或电)场发生器可以至少部分布置于所述腔体内。场源因此可以尽可能靠近结合表面而定位，允许以最小努力(例如电流)和对其它区域(例如相邻研究区域)最小干扰的情形而在研究区域内产生高场强。再者，这一腔体可用于相对于场发生器、光源和光检测器将载体置于中心。
尽管所述微电子传感器装置原则上可构造成牢固安装部件的″单件式″单元，优选地所述载体设计成所述装置的可更换部件，例如孔板。因此，所述载体可以用作低成本的一次性部件，如果所述载体接触生物样品和/或如果所述载体(例如具有抗体的)涂层在一次测量过程中用尽，则这尤为有用。
本发明还涉及一种用于检测包含标记颗粒的目标组件的方法，其中所述方法包含下述步骤：
a)在载体的结合表面收集目标组件。
b)将输入光束引入所述载体，使得所述输入光束在所述结合表面在研究区域全内反射。
c)确定包含输入光束的至少部分全内反射光的输出光束内光的量；优选地所述输出光束仅包含这种全内反射光。
所述方法在一般形式上包含可以使用上述类型的微电子传感器装置来执行的步骤。因此，有关所述方法的细节、优点和改进，可参考上述描述得到更多信息。
在所述方法的一实施例中，所述标记颗粒受磁场和/或电场操纵，其中这一操纵特别可包含将颗粒吸引到所述研究区域或排斥离开所述研究区域。
在所述方法的另一实施例中，所述输入光束内光的量被测量且被关联到所测量的所述输出光束内光的量。因此，输入光束的强度变化可被检测并用于例如校正所测量的输出光束内光的量，使得结果不依赖于输入光波动。
附图说明
本发明的这些和其它方面将结合此后描述的实施例而显而易见并得以阐述。这些实施例将借助附图通过示例的方式予以描述，其中：
图1示意性示出本发明的微电子传感器装置的一般设置；
图2示出当输入光束和输出光束取向为小于布儒斯特角时的入射角；
图3示出阱孔具有球形底部的微电子传感器装置；
图4示出具有用于聚焦光束的附加装置的图3的设计；
图5示出在底部具有多个半球形的阱孔；
图6示出具有截棱锥形形式的底部的阱孔；
图7示出具有用于电磁体的腔体的图6的设计；
图8为示出对于具有不同浓度的使用磁性颗粒标记的吗啡的溶液，归一化测量信号s随时间t的图示；
图9为示出对于包含使用磁性颗粒标记的吗啡的溶液以及不同浓度的自由吗啡的溶液，归一化测量信号s随时间t的图示；
图10说明在磁场中磁珠柱的形成；
图11为示出当仅磁性吸引的一个步骤被应用时，对于具有不同浓度的使用磁性颗粒标记的吗啡的溶液，归一化测量信号s随时间t的图示；
图12为示出对于包含使用磁性颗粒标记的吗啡和唾液的溶液，归一化测量信号s随时间t的图示；
图13为示出与不含有PTH的溶液相比，两步PTH测定(two-stepPTH assay)的归一化测量信号s与时间t的图示；
图14示出用于光学检测的缓冲液内PTH的剂量响应曲线；
图15为对于不同浓度的PTH，与图13相似的图示；
图16示出用于光学检测的缓冲液内及血液内PTH的剂量响应曲线；
图17示出用于使用GMR传感器检测的珠响应曲线；
图18示出用于光学检测的珠响应曲线。
具体实施方式
相同参考数字以及相差100的整数倍的参考数字在图中表示相同或相似的部件。
图1示出本发明的微电子传感器装置的一般设置。所述装置的核心部件为载体11，所述载体例如可以由玻璃或者如同聚苯乙烯的透明塑料制成。载体11置为紧邻样品室2，具有待检测目标组件(例如药物、抗体、DNA等)的样品流体可以提供于所述样品室内。所述样品还包含磁性颗粒1，例如超顺磁珠，其中这些颗粒1通常作为标记结合到前述目标组件(为简单起见，图中仅示出磁性颗粒1)。
载体11和样品室2之间的界面由称为″结合表面″12的表面形成。这一结合表面12可选地可以涂布有可以特定地结合所述目标组件的捕获元件，例如抗体。
所述传感器装置包含磁场发生器41，例如具有线圈和磁芯的电磁体，用于在结合表面12以及在样品室2的邻近空间内可控地产生磁场B。借助于该磁场B，磁性颗粒1可被操纵，即磁化且特别地移动(如果使用具有梯度的磁场)。因此例如可以将磁性颗粒1吸引到结合表面12，从而加速相关目标组件到所述表面的结合。
所述传感器装置还包含产生输入光束L1的光源21，例如激光器或LED，所述输入光束L1传输到载体11内。输入光束L1以大于全内反射(TIR)临界角θc的角度到达结合表面12，因此被全内反射为″输出光束″L2。输出光束L2通过另一表面离开载体11，且被光检测器31(例如光电二极管)检测。光检测器31确定输出光束L2的光的量(例如，由整个光谱或者光谱特定部分内所述光束的光强度来表示)。测量结果通过耦合到检测器31的评估和记录模块32来在观察时段上评估以及可选地监测。
在光源21中，可以使用商业DVD(＝658nm)激光二极管。准直透镜可以用于使输入光束L1平行，且例如约0.5mm的针孔23可用于减小束径。为精确测量目的，需要高度稳定的光源。然而，即使采用极为稳定的电源，激光器的温度变化会导致输出的漂移和随机变化。
为了解决这一问题，光源可以可选地具有集成的输入光监测二极管22，用于测量激光器的输出水平。监测传感器22的(低通过滤)输出可以耦合到评估模块32，所述评估模块可以将来自检测器31的(低通过滤)光学信号除以监测传感器22的输出。为提高信噪比，可以将所得到的信号按时间求平均。这种除法消除了由于功率变化(无需稳定电源)以及温度漂移(无需如同珀耳帖元件的预防)引起的激光器输出波动的效果。
如果不是(或者不仅)测量激光器输出本身，而(还)测量光源21的最后输出，则可以实现进一步改善。如图1粗略示意的，仅一部分的激光器输出从针孔23出射。仅该部分的激光器输出可用于载体11内的实际测量，且因此为最直接的信号源。显然这部分与由例如集成监测二极管22确定的激光器输出有关，不过还会受到光路内的任何机械变化或不稳定影响(激光束剖面为具有高斯分布的近似椭圆形，即，非常不均匀)。因此，在针孔23之后和/或在光源21的最终其它光学部件之后测量输入光束L1的光的量，则是有利的。这可以通过多种方式达成，例如：
-平行玻璃板24可以45°放置或者分束立方体(例如，90％透射，10％反射)可以插入针孔23之后的光路内，从而将小部分的光束偏向独立的输入光监测传感器22′；
-位于针孔23或输入光束L1边缘的小反射镜可用于将小部分的光束偏向检测器。
所述图示出″第二光检测器″31′，其可以备选或附加地用于检测由输入光束L1的倏逝波激励的荧光颗粒1发射的荧光。由于这一荧光通常各向同性地朝所有侧发射，第二检测器31′原则上可以布置在任意位置，例如也布置于结合表面12上方。再者，当然也可以使用检测器31来进行荧光的采样，其中所述荧光例如可以与反射光L2在光谱上区分开。
所述微电子传感器装置应用光学装置来检测磁性颗粒1以及检测实际上感兴趣的目标组件。为了消除或者至少最小化背景(例如，诸如唾液、血液等样品流体)的影响，所述检测技术应是表面特定的。通过利用将在下文解释的受抑全内反射的原理来实现这一点。
根据斯涅尔折射定律，相对于两种介质A和B之间界面法线的角度θA和θB满足方程
nA sinθA＝nB sinθB
其中nA，nB分别为介质A和B内的折射率。在高折射率介质A(例如，nA＝2的玻璃)中，光线例如将在与诸如空气(nB＝1)或者水(nB≈1.3)的低折射率介质B的界面以偏离法线角度θB折射。一部分入射光将在所述界面反射，反射角度与入射角度θA相等。当入射角θA逐渐增大时，折射角θB将增大直至达到90°。相应的入射角称为临界角θc，且由sinθc＝nB/nA给出。在更大入射角，所有光将反射到介质A(玻璃)内部，因此得名″全内反射″。然而，在非常靠近介质A(玻璃)和介质B(空气或水)之间的界面，于介质B内形成倏逝波，所述倏逝波指数衰减地离开所述表面。场幅值与和表面的距离z的函数可以表述为：
exp ( - k n A 2 sin 2 ( θ A ) - n B 2 · z )
其中k＝2π/λ，θA为全反射束的入射角，且nA和nB分别为相关介质的折射率。
对于波长λ的典型值，例如λ＝650nm，以及nA＝1.53和nB＝1.33，在约228nm的距离z之后，场幅值已经衰减到其原始值的exp(-1)≈0.37。当这一倏逝波与图1设置中的如同磁性颗粒1的另一介质交互时，部分入射光将被耦合到样品流体内(这称为″受抑全内反射″)，且反射强度将减小(而对于清洁表面和无交互的情形，反射强度将为100％)。取决于干扰数量，即，位于结合表面12上或者非常靠近(约200nm以内)结合表面12(不是位于样品室2的其余部分)的磁珠的数量，反射强度将相应地减小。这一强度减小是结合的磁珠1数量的直接度量，且因此是目标分子浓度的直接度量。当约200nm的倏逝波的所述交互距离与抗体、目标分子和磁珠的典型尺寸相当时，显然背景的影响将最小。更大波长λ将增大交互距离，但是背景液体的影响仍将非常小。
所述过程不依赖于所应用的磁场。这实现对准备、测量和清洗步骤的实时光学监测。所监测的信号也可以用于控制所述测量或者单独工艺步骤。
对于典型应用的材料，载体11的介质A可以是玻璃和/或典型折射率为1.52的某些透明塑料。样品室2内的介质B将是水基的且具有接近1.3的折射率。这对应于60°的临界角θc。70°的入射角因此为实用选择，以允许具有稍大折射率的流体介质(假设nA＝1.52，nB为被允许最大值为1.43)。nB的更大值将要求更大的nA和/或更大的入射角。
所述光学读出与用于致动的磁性标记相组合的优点如下：
-廉价的盒(cartridge)：载体盒11可由较简单的聚合物材料的注射模塑件组成，所述注射模塑件还可包含流体通道。
-用于多分析物测试的大的复用可能性：一次性盒内的结合表面12可以被大面积地光学扫描。备选地，可以大面积成像，实现大的检测阵列。这种阵列(位于光学透明表面上)可以通过例如喷墨印刷不同的结合分子于所述光学表面上来制成。所述方法还通过利用多个光束和多个检测器以及多个致动磁体(或者机械地移动或者电磁致动)，实现孔板内的高吞吐量测试。
-致动和感测是正交的：磁性颗粒的磁性致动(通过大的磁场和磁场梯度)不影响感测过程。因此所述光学方法允许在致动期间对信号的连续监测。这提供了对测定过程的诸多了解，并允许基于信号斜率的简单的动力学检测方法。
-由于倏逝场指数递减，所述系统真正表面敏感。
-简单的界面：盒与读取器之间无需电互连。探查所述盒仅需光学窗口。因此可以进行无接触的读出。
-低噪声的读出是可行的。
图2更详细地说明输入光束L1和输出光束L2在所述载体11的入射窗口14、结合表面12和出射窗口15的入射角。当入射和出射窗口14、15与入射束正交时，通常一部分光(典型地约4％)被反射回来，导致例如光源21内不期望的激光输出波动(称为“激光反馈”)。这使测量失真。再者，干涉效果也会在光检测器内发生于检测侧，因为此处通常也使用垂直取向，并且使用相干光源(激光器)。
例如由于致动磁体41在工作期间的加热引起或者是由于其它外部因素引起的测量盒的不希望的加热，载体的小平面(facet)位置的略微偏移会导致光源上以及所述设置的检测分支上强度的缓慢变化，这种变化难以从测量中消除。通过将光检测器放置成与入射的输出光束L2形成一角度(而不是垂直)，在所述设置的检测侧发生的一些问题已经可以有效地消除。然而，在光源侧，这是不可能的。
因此，期望将载体11的入射和出射窗口14、15制作成无需使用昂贵的光学抗反射涂层来消除反射。
为了解决这一问题，提出将入射和出射窗口14、15相对于入射光束置于布儒斯特角，以及为所述光束提供位于入射平面内的(线)偏振(称为″p偏振″)。从光学已知(参考例如Pedrotti & Pedrotti，Introduction to Optics，Prentice Hall)，如果p偏振的入射束以布儒斯特角入射到(透明)介质的表面，则反射束消失。
p偏振的输入光束L1可以通过选择光源内半导体激光的正确取向来获得，或者通过使用半波片将偏振旋转到正确取向来获得。
输入光束L1在载体11内部的传播是固定的，因为所述输入光束应以大于TIR的临界角θc的角度θ3入射在结合表面12上。如果其角度θ2或θ6分别使得折射束将对应于布儒斯特角，这也固定了载体11的入射和出射窗口或小平面的取向。这反过来固定了输入光束L1和输出光束L2的方向。
当输入光束L1的入射角θ1与折射角θ2之和为90°时，输入光束L1的入射角θ1等于布儒斯特角。所述条件与斯涅尔定律组合得到在布儒斯特角的入射角的下述公式：
tan(θ1)＝n2/n1，
其中n1为输入光束L1在折射之前传播经过的介质(通常是空气)的折射率，n2为折射束传播经过的介质，通常为所述载体的塑料(例如，聚碳酸酯、zeonex或聚苯乙烯)的折射率。
对于折射束的角度θ2，得到：
tan(θ2)＝n1/n2。
需要满足的另一条件为，输入光束L1应以接近但是大于在结合表面12全内反射的临界角θc的角度θ3入射，即：
θ3＞θc，其中sin(θc)＝n3/n2，
其中n3为结合表面12上方的介质的折射率。再者，输出光束L2侧的角度相对于输入侧成镜像关系，即
θ4＝θ3，θ5＝θ2，且θ6＝θ1。
对于典型值n1＝1(空气)，n2＝1.5(透明塑料)，以及n3＝1.3(水等)，可以导出下述数字：θ3＝θ4＞60°，θ1＝θ6＝56°，θ2＝θ5＝34°。
通过将载体的入射和出射窗口置于布儒斯特角，防止不希望的反射返回激光器内，而无需昂贵的抗反射涂层。再者，通过将检测器置于非垂直的角度，还可以防止检测器侧的干涉效果。通过这些措施，在测量期间例如由于热效应引起的载体/盒的膨胀或收缩将不会影响测量结果。
在实验室环境中，通常使用包含许多样品室(“阱孔”)的阵列的孔板，不同的测试可以并行地在样品室内进行。图3至7示出尤为适于应用所述测量原理的这种孔板的一个阱孔的不同可能实施例。这些(一次性)阱孔的制作非常简单且廉价，因为单一注射模塑法步骤就足够。
图3所示的光源121布置成产生平行光束L1，所述光束以大于临界角θc的角度入射在阱孔底面。为了防止所述输入光束L1在第一界面过多地从空气反射到载体111(例如，玻璃或塑料材料)，阱孔的底部包含半径R的半球形114，所述半球形的中心与检测表面112吻合。输入光束L1被引导向这一相同中心。在反射侧，诸如光电二极管131的光电检测器定位成检测输出光束L2的强度。阱孔102的典型直径D范围为1～8mm。所述图还示出用于产生阱孔102内部的磁性致动场的磁体141(为了简化，所述磁体未示于下述各图)。
图4示出备选实施例，其中光源包含如同透镜222的一些光学元件以产生基本聚焦到半球形214的中心的输入光束L1。在检测侧，类似的光学元件232可以用于收集和检测输出光束L2的光强度。
在所述测量过程的另一实施例中，多个输入光束和输出光束可用于同时检测同一阱孔内不同位置处的不同目标分子的存在。图5在这一点上示出在阱孔底部上具有多个半球形314a、314b的阱孔，半球形314a、314b可用于将来自多个输入光束L1a、L1b的光耦合到所述阱孔底部上的相应研究区域313a、313b。多个光电检测器(未示出)在这一情形下可用于测量所述多个输出光束L2a、L2b。
图6示出备选实施例，其中棱柱或截棱锥形结构414用于耦合输入光束L1和输出光束L2的光。截棱锥形的斜边应基本垂直于这些光线。这一设计的优点为其制作简单且不会阻挡来自相邻区域的光束。相邻阱孔在所述图中用虚线表示。
如图6所示，可以使用直径覆盖阱孔底部上所有检测区域的单个平行输入光束L1。作为检测器，可以使用分别与每个单独检测区域对准的多个光电二极管。备选地，如在数码相机中所使用的CCD或CMOS芯片(未示出)可用于成像包括所有检测区域的整个阱孔底部的反射强度响应。使用恰当的信号处理，所有信号可以利用单独检测器导出，而无需预先对准。
图7示出另一实施例，其中阱孔底部511包含开放腔体515，开放腔体515的中心位于输入光束L1和输出光束L2的光路的外部。这实现如下有利特征：
-用于改善场强和浓度的磁性线圈541的(T形)铁素体磁芯542可以置为靠近结合表面512，实现紧凑和低功率设计。
-自对准结构得以实现：如果光学元件和磁场发生器541固定，则阱孔可以在铁素体磁芯542上自动对准。
本发明的所述实施例中使用的磁珠1通常为填充有(例如，铁氧化物的)小磁性颗粒的聚苯乙烯球。这导致所述珠是超顺磁的。聚苯乙烯的折射率精细地匹配到孔板的典型基板材料的折射率，按照这种方式，光的光学输出耦合增强。
实验结果A
在下文，将描述在具有与图3类似的孔板的设置中得到的一些实验结果。使用具有平坦底部的标准96阱孔聚苯乙烯滴定平板(直径6mm，底部厚度约1mm)。为了得到所述半球形底部，利用折射率匹配的浸渍油(n＝1.55)将玻璃透镜附着到底部。玻璃透镜从半球形(直径6mm)抛光到2mm厚度。选择用于实验组的模型测定为唾液中的滥用药物。滥用药物通常为仅具有一个抗原决定基的小分子，因此无法通过夹心测定来检测。竞争或抑制测定是检测这些分子的方法。公知的竞争测定设置是将感兴趣的目标分子耦合到表面，并将抗体链接到检测标记(例如酶、荧光基团或磁性颗粒)。所述系统用于利用标记的抗体在来自样品的目标分子和位于表面上的目标分子之间进行竞争测定。这些实验中的标记为磁性颗粒。在致动时，永磁体通过机械移动置于阱孔下方。阱孔底部与磁体之间的距离约为2mm。阱孔内的永磁体用于磁性清洗。
图8示出第一灵敏度测试的归一化测量信号s随时间t的图示。为此，阱孔的底部准备用于检测所述目标分子。受研究目标为吗啡。吗啡为小分子，仅具有一个抗原决定基，因此需要进行竞争性测定以指示样品内吗啡的数量。使用1pg/ml至1μg/ml浓度范围的BSA-吗啡来涂布清洁的聚苯乙烯表面(96孔板滴定平板)2小时。随后，溶解在PBS+10mg/ml BSA+0.65％Tween-20内的官能化超顺磁纳米颗粒″MP″(使用单克隆抗吗啡抗体官能化的300nm Carboxyl-Adembeads)插入到阱孔内(1∶20稀释的MP，溶液总量为50μl)。通过交替应用磁力(10fN量级)，MP被吸引到表面，如图8中符号A所示。最终，通过清洗步骤从表面除去未结合颗粒，如图8中符号W所示。图8表明，最低浓度的BSA-吗啡(10pg/ml)得到最大动态测量范围。而且，致动之后曲线的陡度最大，实现快速响应/短的测量时间以及最高灵敏度。
为了测试所述测定的灵敏度，测试了自由吗啡竞争获得官能化MP结合到表面的能力。图9示出了由检测器收集的所得归一化信号s与时间t的函数。使用10pg/ml BSA-吗啡来涂布清洁聚苯乙烯表面(96孔板滴定平板)2小时。溶解在PBS+10mg/ml BSA+0.65％Tween-20内的与确定数量的自由吗啡预混合的用抗吗啡抗体官能化的MP插入到阱孔内(1∶20稀释的MP，溶液总量为40μl)。如上所述且如图所示，MP在t＝30s、t＝140s、t＝210s、t＝290s四次致动MP 15sec(参考符号A)。在t＝390s，通过磁性清洗W从阱孔除去未结合MP，即，通过利用永磁体在结合表面上方的流体内应用磁力除去未结合MP。
从图可以看出，对于最高浓度的自由吗啡，(磁性清洗W之后)信号的降低小，而对于低浓度的自由吗啡，信号的降低大(表面上高浓度MP引起磁性清洗W之后信号明显降低)。
在这些实验中发现的致动和磁性弛豫时的信号降低连同已经从显微研究收集的信息，给出对结果的下述解释：在磁性致动时，MP集中到表面，不显示结合到表面的增加(无信号减小)。在除去磁场时，信号下降，表示MP结合到表面。应用磁场随后诱导柱形成：MP被磁化且自由可移动的MP(特定结合的MP以及溶液内自由的MP)将沿与结合表面垂直的磁场线方向结合到特定结合MP。所述状态示于图10，所述图还示出倏逝场EF。由于倏逝检测系统将仅检测位于表面的MP，在磁性致动期间的柱形成将导致信号变化的减小。在除去磁场时，MP将失去其磁性属性，且再次落到可以发生结合的表面。
为了获得快速测定，可以使用上述结果来优化致动方案。图11示出涂布有10pg/ml BSA-吗啡的聚苯乙烯阱孔上的剂量响应曲线。溶解在PBS+10mg/ml BSA+0.65％ Tween-20内的与确定数量的自由吗啡预混合的用抗吗啡抗体官能化的MP插入到阱孔内(1∶20稀释的MP，溶液总量为40μl，最终吗啡浓度介于1～1000ng/ml之间)。使用阱孔下方的永磁体在A致动MP 15秒，以提升表面附近MP浓度。接着，允许MP结合到表面60秒。数据表明，在20秒之后，磁性颗粒到表面的结合速率已经是溶液内自由吗啡的浓度的直接度量。这意味着所述测量过程可以简化且更快速，因为不需要清洗步骤。为使这个过程快速发生，磁性浓度提升步骤A是需要的。
接着，测试来自唾液的背景信号。将过滤的唾液引入阱孔，并跟踪信号120秒。从图12可以看出，背景可以忽略。作为对比，还包含了与0.1ng/ml吗啡混合的PBS+10mg/ml BSA+0.65％ Tween20内的MP的信号。在t＝13s，唾液(SL)和吗啡溶液+MP均被注入。可以看出，来自唾液的背景信号为＜1％且可忽略。
实验结果B
为了验证检测方法的灵敏度，在光学基板上所述孔板内实施两步PTH(PTH＝甲状旁腺素)测定。在图13中，对于空白(0nM，上曲线)和较高(4nM)浓度，将信号瞬值s(任意单位)绘制成时间t的函数。动态结合区域中的明显差别被观察，且清洗W之后的明显信号差别保留。
为了将磁性读出(通过巨磁阻(GMR)传感器，例如其在WO2005/010543A1或WO 2005/010542A2中描述)与光学读出(通过上文所述受抑全内反射原理)比较，PTH剂量响应曲线绘制于图14。
光学检测PTH测定的相应瞬态曲线在图15中给出。图14中的剂量响应曲线是在缓冲液基体内测量的。曲线将光学信号s示为由来自空白基板反射导致的信号的百分比。有趣地注意到，所述曲线在对数-对数刻度上是线性的(类似于磁性检测曲线)。再者，可以根据′blanc+2×blanc的标准偏差′(其中″blanc″表示在测试零目标浓度样品时的信号水平)来计算检测极限。
对于磁性读出，所述值等于3pM。对于使用非常基本实验设置完成的光学实验，所述值等于13pM。可以断定，两种检测技术似乎具有相同的灵敏度。
接着，非常重要的是验证当在复杂基体内测量时所述光学检测方法的背景信号。出于这一原因，在血液基体内实施相同的PTH测定。从图16所示的结果(Bld.＝血液，Buf.＝缓冲液)显见，所得的剂量-响应与在缓冲液内测量的曲线非常匹配。此外，空白信号也非常低。这一良好属性归因于由光学基板材料和基体之间的折射率差异导致的全内反射。基体可由诸如血浆、(红血)细胞等不同组件组成。然而，所有这些组件的折射率都显著低于基板材料。因此，全内反射不受基体影响。仅当珠被结合时(例如，具有磁性颗粒的高指数聚苯乙烯)，全内反射受抑且反射强度降落可被测量。
实验结果C
所建议技术的重要证据为所谓的珠响应曲线。所述珠响应曲线给出每个附着到传感器表面的珠的信号变化的指示。理想地，(在存在噪声、干扰时)可以检测单个珠。这种情形中，不再需要进一步改善所述检测技术。生物检测极限于是仅可通过诸如提升珠浓度(在捕捉测定内)等方法来提高。图17示出使用GMR型传感器和300nm珠的检测情形中的珠响应曲线(Δs＝信号变化；BD＝珠密度；NB珠数目)。对于这些珠，对于1Hz的采样频率，检测极限为40μm2上3个珠。
为了评估用于光学检测的珠响应，使用各种珠浓度来制备许多样品(玻璃载片)。所得到的表面覆盖使用光学显微镜来确定，随后测量与没有珠的清洁参考样品比较的光学信号(变化)s。使用简单设置获得的实验数据绘制于图18。在所述设置中，噪声水平对应于在0.01％的表面覆盖SC处的信号变化。这些数据表明，这一技术的灵敏度至少与在相同珠浓度下使用GMR传感器的现有技术结果相似。
概言之，本发明涉及一种用于检测包含标记颗粒(例如磁性颗粒1)的目标组件的微电子传感器装置。所述传感器装置包括：具有结合表面12的载体11，目标组件可以收集在所述结合表面且可选地在所述结合表面结合到特定捕获元件。输入光束L1传输到所述载体内且在结合表面12全内反射。输出光束L2内光的量随后由光检测器31检测。在全内反射期间产生的倏逝光与在结合表面12结合到目标颗粒(引起吸收和/或散射)的标记颗粒1交互，因此将在输出光束L2中消失。这可以用于根据输出光束L2、L2a、L2b内光的量来确定位于结合表面12的目标组件的数量。磁场发生器41可选地用于在结合表面12产生磁场B，磁性标记颗粒1可以受所述磁场B操纵，例如被吸引或排斥。
标记颗粒1例如为磁珠，其是指磁性颗粒MP，在一示例中为顺磁、铁磁或超顺磁颗粒或珠。这些标记颗粒1承受入射在载体的结合表面12的光束L1的反射。越多的标记颗粒1结合到结合表面12，越多的光束L1在结合表面12将不会被全内反射，而是将产生倏逝波。由结合表面12反射的光束L2受到通过标记颗粒1对入射光束L1散射效果的所谓抑制。越多的标记颗粒1结合到结合表面，越多的反射光束L2受抑。光检测器31、131测量来自结合表面12的光束L2，并使用反射光束L2来测量结合在结合表面12的标记颗粒1的数量。越多的标记颗粒1结合到结合表面12，发生越多的由于标记颗粒1引起的光束L1的散射并产生倏逝波。实现所述效果的标记颗粒1具有例如下述特征。包含聚合物核壳结构的均匀超顺磁性颗粒的宽度约300nm的磁珠。这些标记颗粒1或磁珠显示光束L1的散射，这对于检测反射光束L2以确定标记颗粒1是足够的。相似材料和宽度的标记颗粒1也是可行的，例如宽度为200nm的标记颗粒1。然而发现，仅来自标记颗粒1结合的目标组件的光的散射不适于检测。这意味着，通过受抑内反射来直接测量目标组件从而测量这些目标组件的数量是不可行的。通过在标记颗粒1的光散射，可以进行目标颗粒1的数量的检测和后续计算。如此，无需如其它光学检测系统的现有技术中所使用的那样，检测荧光材料的荧光。此外，在所述上下文中强调，由所述目标组件发射的荧光的检测为可与所述方法和传感器装置组合的附加特征。
尽管在上文已经参考具体实施例描述了本发明，各种调整和扩展是可行的，例如：
-除了分子测定，使用本发明的传感器装置还可以检测更多部分，例如细胞、病毒、细胞或病毒的部分、组织提取物等。
-可以将传感器元件扫描过/不扫描过传感器表面来进行所述检测。
-测量数据可以导出为端点测量，也可以通过动态地或者间歇地记录信号而导出。
-用作标记的颗粒可以通过所述感测方法来直接检测。此外，还可以在检测之前进一步处理所述颗粒。进一步处理的示例为，材料被添加或者标记的(生物)化学或物理属性被改性以利于检测。
-所述装置和方法可用于多种生化测定类型，例如结合/释放测定、夹心测定、竞争测定、置换测定、酶测定等。所述装置和方法尤为适于DNA检测，因为大规模复用是简单可行的且不同寡聚物(oligo)可以通过喷墨印刷在光学基板上被定点。
-所述装置和方法适于传感器复用(即，不同传感器和传感器表面的并行使用)，标记复用(即，不同类型标记的并行使用)以及腔室复用(即，不同反应室的并行使用)。
-所述装置和方法可以作为用于小的样品体积的快速、鲁棒且易于使用的关心点生物传感器。反应室可以是与紧凑读取器结合使用的一次性物件，包含一个或多个场发生装置以及一个或多个检测装置。此外，本发明的装置、方法和系统可以用于自动化的高吞吐量测试。这种情况下，反应室例如为装配到自动化仪器内的孔板或试管。
最后指出，在本申请中，术语“包括”、“包含”不排除存在其它元件或步骤。“一”或“一个”并不排除存在多个，且单个处理器或者其它单元可以达成若干装置的功能。本发明在于各个和每个新颖的特性特征以及特性特征的各个和每个组合。再者，权利要求书中的参考符号不应解读为对其范围的限制。

Claims (30)

1.一种用于检测包含标记颗粒(1)的目标组件的微电子传感器装置，包括：
a)具有结合表面(12，112，512)的载体(11，111，211，311，411，514)，目标组件可以收集在所述结合表面；
b)光源(21，121)，用于发射输入光束(L1，L1a，L1b)到所述载体内，使得所述输入光束在研究区域(13，313a，313b)内在所述结合表面全内反射；
c)光检测器(31，131)，用于确定输出光束(L2，L2a，L2b)内光的量，所述输出光束包含所述全内反射光的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，当所述标记颗粒(1)为宏观散射和/或吸收颗粒时，所述全内反射光束变得受抑，导致所述全内反射光强度减小。
3.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含场发生器(41，141，541)，用于产生能够影响所述标记颗粒(1)的磁场(B)和/或电场。
4.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含毗邻所述结合表面(12，112，512)的样品室(2，102)，具有目标组件的样品可以在所述样品室内提供。
5.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含评估模块(32)，用以基于所测量的输出光束(L2，L2a，L2b)来确定所述研究区域(13，313a，313b)内目标组件的数量。
6.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含记录模块(32)，用以在一观察时段上监测所确定的反射光的量。
7.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述载体包含多个研究区域(313a，313b)，不同输入光束(L1a，L1b)在所述多个研究区域可以被全内反射。
8.根据权利要求7所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含扫描模块，用于在所述结合表面将所述光源和/或所述光检测器光耦合到不同研究区域(313a，313b)。
9.根据权利要求7所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含在所述结合表面(12)光耦合到不同研究区域(313a，313b)的多个光源和/或多个光检测器。
10.根据权利要求3所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含关联到不同研究区域的多个独立可控的场发生器(41，141，541)。
11.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含标记颗粒(1)，所述标记颗粒(1)具有透明材料特别是折射率类似于所述载体(14，111，211，311，411，511)折射率的材料的盖层。
12.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含第二光检测器(31′)，用于确定在所述结合表面的目标组件发射的荧光。
13.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含输入光监测传感器(22，22′)，用于确定所述输入光束(L1)内光的量。
14.根据权利要求13所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述输入光监测传感器(22，22′)布置在所述光源(21)内部或其外部。
15.根据权利要求13所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述微电子传感器装置包含评估模块(32)，用于将所确定的所述输出光束(L2)内光的量关联到所确定的所述输入光束(L1)内光的量。
16.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述光源(21)适合于产生偏振输入光束(L1)，特别是线偏振输入光束(L1)。
17.根据权利要求16所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述输入光束(L1)具有相对于入射窗口(14)位于所述入射平面内的线偏振(p)，所述输入光束(L1)在所述入射窗口进入所述载体(11)，和/或
所述输出光束(L2)具有相对于出射窗口(15)位于所述入射平面内的线偏振，所述输出光束在所述出射窗口离开所述载体(11)。
18.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，
其特征在于，所述入射窗口(14)相对于所述输入光束(L1)位于布儒斯特角(θ1)，所述输入光束(L1)在所述入射窗口(14)进入所述载体(11)，和/或
所述出射窗口(15)相对于所述输出光束(L2)位于布儒斯特角(θ5)，所述输出光束(L2)在所述出射窗口(15)离开所述载体(11)。
19.一种用于提供待研究样品的载体(11，111，211，311，411，511)，特别是用于根据权利要求1所述的微电子传感器装置，所述载体包含具有透明检测壁的样品室(2，102)，所述透明检测壁在其内侧具有结合表面(12，112，512)且在其外侧具有至少一个光学结构(114，214，314a，314b，414)，其中所述光学结构设计成使得从所述载体外部引入到所述光学结构上的输入光束(L1，L1a，L1b)进入所述检测壁并且在研究区域(13，313a，313b)内在所述结合表面全内反射，输出光束(L2，L2a，L2b)和/或由目标组件在所述结合表面发射的荧光通过所述光学结构离开所述检测壁。
20.一种孔板，包含多个根据权利要求19所述的载体。
21.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，根据权利要求19所述的载体，或者根据权利要求20所述的孔板，
其特征在于，所述载体(11，111，211，311，411，511)由透明材料组成。
22.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，根据权利要求19所述的载体，或者根据权利要求20所述的孔板，
其特征在于，所述研究区域(13，313a，313b)具有低粗糙度，优选地粗糙度为0.5λ，最优选地为0.1λ以下，其中λ为所述输入光束(L1)的特征波长。
23.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，根据权利要求19所述的载体，或者根据权利要求20所述的孔板，
其特征在于，所述研究区域(13，313a，313b)覆盖有可以结合目标组件的至少一种捕获元件。
24.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，根据权利要求19所述的载体，或者根据权利要求20所述的孔板，
其特征在于，在所述光束分别进入或离开所述载体的所述入射窗口(14)或出射窗口(15)，所述载体(11，111，211，311，411，511)的表面基本垂直于所述输入光束(L1，L1a，L1b)和/或所述输出光束(L2，L2a，L2b)。
25.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，根据权利要求19所述的载体，或者根据权利要求20所述的孔板，
其特征在于，所述载体(11，111，211，311，411，511)包含至少一个表面部分，所述表面部分具有类似半球形(114，214，314a，314b)或截棱锥形(414)的形状。
26.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，根据权利要求19所述的载体，或者根据权利要求20所述的孔板，
其特征在于，所述载体(511)包含腔体(515)，场发生器(541)可以至少部分地布置于所述腔体内。
27.根据权利要求1所述的微电子传感器装置，根据权利要求19所述的载体，或者根据权利要求20所述的孔板，
其特征在于，所述载体(11，111，211，311，411，511)设计为可更换部件。
28.一种用于检测包含标记颗粒(1)的目标组件的方法，包括：
a)在载体(11，111，211，311，411，511)的结合表面(12，112，512)收集所述目标组件；
b)将输入光束(L1，L1a，L1b)引入所述载体，使得所述输入光束在研究区域(13，313a，313b)中在所述结合表面(12，112，512)全内反射；
c)确定包含至少部分所述全内反射光的输出光束(L2，L2a，L2b)的光的量。
29.根据权利要求28所述的方法，
其特征在于，所述标记颗粒(1)受磁场或电场(B)操纵，特别是被吸引到所述研究区域(13，313a，313b)或排斥离开所述研究区域(13，313a，313b)。
30.根据权利要求29所述的方法，
其特征在于，所述输入光束(L1)内光的量被测量且被关联到所测量的所述输出光束(L2)内光的量。
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