DE10019359A1 - SPR-Sensor - Google Patents
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Abstract
SPR-Sensor, im wesentlichen bestehend aus einer Quelle für elektromagnetische Wellen, einem optischen Bauelement zur Einkopplung elektromagnetischer Wellen, einem Medium mit abstimmbarem Brechungsindex und einem Detektor, wobei das Medium als optischer Resonator ausgebildet ist, der eine erste und eine gegenüberliegende zweite Endfläche aufweist, auf denen jeweils mindestens eine, für bestimmte Wellenlängen semitransparente und zur Erzeugung von Oberflächenplasmonenresonanzen geeignete Beschichtung aufgebracht ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen SPR-Sensor, im wesentlichen beste
hend aus einer Quelle für elektromagnetische Wellen, einem op
tischen Bauelement zur Einkopplung elektromagnetischer Wellen,
einem Medium mit abstimmbarem Brechungsindex und einem Detek
tor.
Im Leitungsband elektrisch leitfähiger Festkörper, wie Gold,
Silber, oder Kupfer, befinden sich frei bewegliche Elektronen,
die nicht an bestimmte Punkte des Festkörpergitters gebunden
sind. Dieses "Elektronengas" kann unter der Einwirkung eines
äußeren elektromagnetischen Feldes räumlich verschoben werden.
Dabei tritt an der Oberfläche des Festkörpers je nach Polarität
des Feldes eine Komprimierung oder Verdünnung des Elektronenga
ses auf. Es entsteht ein periodisches Raumladungsmuster, dessen
Wechselwirkung mit dem angelegten elektrischen Feld das Elekt
ronengas mit einer Resonanzfrequenz oszillieren lässt. Diese
Schwingungen, die nur unmittelbar an der Oberfläche auftreten,
werden Oberflächenplasmonen genannt.
Voraussetzung für das Entstehen der Oberflächenplasmonenreso
nanz (englisch: surface plasmon resonance, abgekürzt SPR) ist,
dass Wellenvektor und Energie der einwirkenden elektromagneti
schen Welle mit dem Wellenvektor der Oberflächenplasmonen über
einstimmt. Der Wellenvektor einer elektromagnetischen Welle ist
gegeben durch ke = (ω/c)n sinΘ, mit der Kreisfrequenz der ein
fallenden Welle ω, der Lichtgeschwindigkeit c, dem Brechungs
index n und dem Einfallswinkel Θ.
Der Wellenvektor der Oberflächenplasmonen ist gegeben durch
ks = (ω/c)(1/εm + 1/εs)-1/2. Dabei sind εm und εs die Dielektrizi
tätskonstanten des leitfähigen Festkörpers, etwa eine dünne Me
tallschicht und einer auf den Festkörper aufgebrachten zu un
tersuchenden Substanz, etwa ein Reaktionsprodukt.
Das Prinzip der SPR-Sensoren wird bei Kretschmann (Opt. Comm. 6
(2), S. 185 ff, 1972) beschrieben. Eine kohärente p-polarisierte
Welle trifft unter dem Winkel der Totalreflexion aus einem op
tisch dichten Medium mit dem Brechungsindex n1 in ein optisch
dünnes Medium mit dem Brechungsindex n2 < n1. Die Grenzfläche
ist dabei mit einem dünnen Metallfilm beschichtet in dem die
Welle gedämpft wird. Bei geeigneten Parametern (Einfallswinkel,
Wellenlänge, Brechungsindex) stimmt der Wellenvektor mit der
Resonanzfrequenz der Oberflächenplasmonen überein und regt die
se zum Schwingen an. Im Idealfall wird die gesamte eingestrahl
te Energie zur Aufrechterhaltung der Schwingungen absorbiert,
was eine vollständige Unterdrückung der Totalreflexion bedeu
tet. Dieser Zustand des Systems ist gleichbedeutend mit der ma
ximalen SPR.
Die Sensitivität der Messung eines SPR-Sensors ist durch die
Ableitung der Reflexion R nach dem Einfallswinkel Θ, dR/dΘ,
bestimmt und ist daher in den Wendepunkten der Flanken der Re
flexionswelle am größten. Noch sensibler wird der SPR-Sensor,
wenn die bei der Reflexion erzeugte ellipsometrische Phasenver
schiebung Λ betrachtet wird. Hierbei ist die Sensitivität der
Messung durch die Ableitung dΛ/dΘ gegeben. Die Sensitivität
kann bei vollständiger Unterdrückung der Totalreflexion durch
geeignete Wahl der Schichtdicke bei gegebenen Materialparame
tern (Schichtdicke, Brechungsindex, Absorption) des zu detek
tierenden Stoffes theoretisch unendlich groß werden (Bortcha
govsky, Polarimetry and Ellipsometry, Proc. SPIE 3094, S. 239 ff,
1997).
SPR-Sensoren werden vorwiegend zur Messung von Schichtdickenän
derungen und Brechungsindexänderungen dünner Schichten verwen
det. Insbesondere kommen sie in der Biochemie zur Untersuchung
chemischer Reaktionen als hochempfindliche Detektoren zum Ein
satz.
Problematisch bei den herkömmlichen SPR-Sensoren ist die Abwei
chung bzw. Veränderung der Ausgangsparameter (Schichtdicke,
Brechungsindezes), die während der Messung zu einer Herabset
zung der Empfindlichkeit im Vergleich zu derjenigen, die eine
maximale SPR ergeben würde, führt. Weiterhin können herkömmli
che SPR-Sensoren nur bei einem bestimmten Einfallswinkel, z. B.
75° bei dem System Gold/Glas mit einem Brechungsindex von
n = 1,52, arbeiten. Dies stellt insbesondere bei der parallelen
Detektion mehrerer Detektionskanäle mittels abbildender SPR-
Detektion oder abbildender Ellipsometrie (Hoenig, Optoelectr.
World, S. 37, Oct. 1998) ein Problem dar, da die Oberfläche des
Sensors verzerrt abgebildet wird, wenn der Strahl nicht senk
recht zur Oberfläche der Einkoppeloptik, i. a. ein Prisma, ein
fällt.
Aus der US-5 351 127 ist ein SPR-Sensor bekannt, der ein Medium
mit einem durch Anlegen einer elektrischen Spannung variierba
ren Brechungsindex aufweist. Diese Anordnung kann zwar theore
tisch die Empfindlichkeit des Sensors durch Abstimmen des Bre
chungsindex verbessern, jedoch steht kein Material mit genügend
großer Brechungsindexänderung zur Verfügung. Nachteilig wirkt
sich bei dieser Anordnung aus, dass Oberflächenplasmonenreso
nanzen nur in einem sehr kleinen Einfallswinkelbereich der e
lektromagnetischen Welle erzeugt werden können. Dies bedeutet
eine eingeschränkte Verwendbarkeit, insbesondere wenn mehrere
Detektionskanäle untersucht werden sollen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den bekannten
SPR-Sensor so zu verbessern, dass er bei möglichst hoher Emp
findlichkeit über einen großen Einfallswinkelbereich, Oberflä
chenplasmonenresonanzen erzeugen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbeg
riff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Medium als opti
scher Resonator ausgebildet ist, der eine erste und eine gege
nüberliegende zweite Endfläche aufweist, auf denen jeweils min
destens eine, für bestimmte Wellenlängen semi-transparente und
zur Erzeugung von Oberflächenplasmonenresonanzen geeignete Be
schichtung aufgebracht ist.
Da die Resonanzen eines optischen Resonators in regelmäßigen
Winkelabständen auftreten und jede dieser Resonanzen als SPR
benutzt werden kann, ist es möglich, den Einfallswinkel der SPR
typischerweise im Bereich 45° < Θ < 90° zu wählen. Die Ein
kopplung der elektromagnetischen Welle in die Einkoppeloptik
kann somit grundsätzlich immer senkrecht oder nahezu senkrecht
erfolgen. Dadurch entstehen keine Abbildungsverzerrungen, was
sich besonders vorteilhaft auf die parallele Detektion mehrerer
Detektionskanäle mittels abbildender Ellipsometrie auswirkt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
einfallende elektromagnetische Welle kohärent und hat eine vor
gebbare Polarisationsrichtung. Mit kohärenter, polarisierter
Strahlung ist es möglich, Oberflächenplasmonenresonanzen beson
ders effektiv anzuregen und je nach eingestellter Polarisation
mit verschiedenen Detektionsmethoden nachzuweisen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
kann sich die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle im
sichtbaren Spektralbereich befinden. Es ist aber auch möglich,
dass sich die Wellenlänge im ultravioletten oder im infraroten
Bereich befindet.
Dadurch, dass Wellenlängen aus einem sehr großen Bereich vom
Ultravioletten bis zum Infraroten verwendet werden können, be
steht eine hohe Flexibilität im Aufbau des SPR-Sensors aus ver
schiedenen geeigneten Materialien.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
besteht die Beschichtung der Endflächen des Resonators aus e
lektrisch leitenden Schichten. Auch eine Beschichtung aus einem
Schichtsystem von leitenden und nicht leitenden Schichten ist
möglich. Durch die verschiedenen Beschichtungsmöglichkeiten,
kann der SPR-Sensor für eine große Vielfalt von Stoffen verwen
det werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist der Resonator mit einer Endfläche auf ein geeignetes Sub
strat aufgebracht. Diese Anordnung erleichtert die Handhabung
des Sensors und schützt ihn vor Beschädigungen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
kann die Einkopplung der elektromagnetischen Welle mit einer
geeigneten Optik in den Resonator durch das Substrat erfolgen,
oder auch über die Optik direkt in den Resonator. Dies erwei
tert die Möglichkeiten verschiedene Einkopplungsvorrichtungen
zu verwenden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
besteht das Medium des Resonators aus einem Material mit nicht
linearer elektrischer oder magnetischer Suszeptibilität. Da
durch wird eine relativ einfache Einstellbarkeit ermöglicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
besteht das Medium aus einem elektro-optischen Polymer oder aus
einem elektro-optischen Kristall. Diese Materialien eignen sich
besonders zur Abstimmung des Brechungsindex in optischen Reso
natoren von SPR-Sensoren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
kann an das Medium zur Einstellung des Brechungsindex ein e
lektrisches Feld mittels einer Spannungsversorgung angelegt
werden. Dadurch, dass der Brechungsindex einstellbar ist, kann
bei elektro-optischen Resonator-Medien der SPR-Sensor, bei ei
ner Messung durch Abstimmen der Spannung während einer Änderung
der zu detektierenden Schichtdicke oder des zu detektierenden
Brechungsindex, permanent bei nahezu maximaler Sensitivität be
trieben werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
besteht das Medium aus einem elasto-optischen Material. Durch
die Möglichkeit äußere mechanische Kräfte auf das Medium auszu
üben, eignet sich ein derartiges Material ebenso zur Abstimmung
des Brechungsindex in SPR-Sensoren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist der SPR-Sensor in separate Zellen eingeteilt, die mit einer
geeigneten elektromagnetischen Welle gleichzeitig anregbar und
einzeln abstimmbar und detektierbar sind. Dadurch ist es mög
lich, parallel mehrere Detektionskanäle der zu detektierenden
Schicht zu registrieren und gleichzeitig jede einzelne Sensor
zelle bei hoher Sensitivität zu betreiben.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist der Detektor so ausgebildet, dass er die Intensität der re
flektierten Welle misst, oder so ausgebildet, dass er die Pha
senverschiebung der reflektierten Welle oder eine andere el
lipsometrische Größe detektieren kann. Die Intensitätsmessung
stellt eine besonders einfache Detektionsmethode dar, mit der
Messung ellipsometrischer Größen wird eine besonders hohe Sen
sitivität des SPR-Sensors erreicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
kann auf die zweite, d. h. auf die Beschichtung der oberen End
fläche des Resonators, ein oder mehrere Indikatorstoffe aufgebracht
werden. Mit Hilfe eines Indikatorstoffes kann sich durch
Reaktion mit einem Umgebungsmedium auf dem Sensor eine zu un
tersuchende Stoffschicht bilden. Bei mehreren Indikatorstoffen
können sich mehrere Reaktionsprodukte bilden, die mit dem SPR-
Sensor gleichzeitig untersucht werden können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach
folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeich
nungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beispielsweise veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1: Eine Seitenansicht im Schnitt eines SPR-Sensors,
Fig. 2: eine Seitenansicht im Schnitt einer zweiten Ausfüh
rungsform des SPR-Sensors und
Fig. 3: ein Diagramm zur prinzipiellen Veranschaulichung
der Resonanzen im optischen Resonator eines SPR-
Sensors.
Ein SPR-Sensor 1 (Fig. 1) zur Messung von Schichtdickenänderun
gen und Brechungsindexänderungen dünner Schichten besteht im
wesentlichen aus einer Quelle 3 für elektromagnetische p-
polarisierte Wellen, einem optischen Bauelement 6 zur Einkopp
lung elektromagnetischer Wellen, einem optischen Resonator 2
mit einem Medium 7, dessen gegenüberliegende Endflächen jeweils
mit einer geeigneten Beschichtung 8, 9 versehen sind und einem
Detektor 5.
Die Beschichtungen 8, 9 des Resonators 2 sind semitransparente
Goldschichten, die eine nicht verschwindende Extinktion aufwei
sen. Das Medium 7 des Resonators 2 besteht aus einem elektro
optischen Polymer, dessen Brechungsindex n durch Anlegen eines
elektrischen Feldes mittels einer Spannungsversorgung 11 um maximal
den Faktor 0,01 variierbar ist. Der Resonator 2 hat mit
den Beschichtungen 8, 9 eine Stärke von mehreren µm. Er ist auf
ein wenige mm starkes Glassubstrat 10 aufgebracht, durch das
ein p-polarisierter Laserstrahl 4 in den Resonator 2 mittels
eines Immersionsöls 16 und eines handelsüblichen Prismas 6 ein-
und auskoppelt. Die Intensität der reflektierten Welle wird mit
dem Detektor 5 gemessen.
Zunächst wird die einfallende Welle 4 durch eine geeignete Vor
richtung (nicht dargestellt) so justiert, dass sie senkrecht in
das Prisma 6 eintritt, durch das sie in den Resonator 2 einge
koppelt wird. Dann wird der Winkelbereich einige Grad um den
Einfallswinkel 15 herum variiert.
Der optische Resonator 2 weist in regelmäßigen Winkelabständen
Resonanzen 24 auf (Fig. 3). Bei genügend großem Einfallswinkel
15 (etwa 45° < Θ < 90°) ist jede dieser Resonanzen 24 eine O
berflächenplasmonenresonanz. Die Oberflächenplasmonenresonanzen
entstehen in den Beschichtungen 8, 9 des Resonators. Bei der
Winkelvariation des senkrecht in das Prisma 6 eingekoppelten
Laserstrahls 4 um einige Grad, findet man also mindestens eine
Oberflächenplasmonenresonanz, die sich durch einen Intensitäts
abfall der reflektierten Intensität 17 beobachten lässt. Das
Minimum der reflektierten Intensität 23 entspricht dann der
maximalen SPR.
Da die SPR-Anregung im wesentlichen vom Einfallswinkel 15 und
vom Brechungsindex abhängt, kann man nun den SPR-Sensor 1 mit
hoher Sensitivität betreiben, indem man iterativ Einfallswinkel
15 und Brechungsindex des Resonatormediums 7 nachführt. Das
Einstellen des Brechungsindex des Resonatormediums 7 kann er
folgen, indem die angelegte elektrische Spannung 11 entspre
chend nachgeregelt wird.
Hat sich durch eine chemische Reaktion des Indikatorstoffes 13
mit dem Umgebungsmedium (z. B. Wasser, DNA) 12 eine zu detektie
rende Stoffschicht 14 gebildet, wird nun der SPR-Sensor 1 als
hochempfindliches Messgerät benutzt, um minimale Schichtdicken
änderungen oder Brechungsindexänderungen dieser Schicht 14 zu
messen. Eine Dicken- oder Brechungsindexänderung auf oder in
der Nähe der Oberfläche des SPR-Sensors 1 kann durch eine Ände
rung der Spannung gemessen werden, die nötig ist, um die re
flektierte Intensität 17 bei Veränderung der zu detektierenden
Größen konstant zu halten.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 darge
stellt. Die Polarisation wird hier durch einen vor dem Prisma 6
angeordneten Polarisator 18, zusammen mit einem Kompensator 19,
eingestellt. Die reflektierte Intensität 17' wird mit einem vor
dem Detektor 5' angeordneten Analysator 20 im Hinblick auf In
tensität, und Orientierungswinkeln von Polarisator 18, Kompen
sator 19 und Analysator 20 hin, ausgewertet und aus dem Ergeb
nis die ellipsometrische Phasenverschiebung Λ ermittelt. Der
Wendepunkt (nicht dargestellt) des phasenverschobenen Signals
markiert den Einfallswinkel 15, bei dem die SPR auftritt. Die
Steilheit dieses Signals als Funktion des Einfallswinkels 15 im
Wendepunkt, kann durch Nachregeln des Brechungsindex wie oben
beschrieben, erhöht werden. Dies ist gleichbedeutend mit einer
Steigerung der Sensitivität und der relativen Messgenauigkeit
der SPR-Messung.
Eine Dicken- oder Brechungsindexänderung auf oder in der Nähe
der Oberfläche des SPR-Sensors 1 kann durch eine Änderung der
Spannung gemessen werden, die nötig ist, um die ellipsometri
sche Phasenverschiebung bei Veränderung der zu detektierenden
Größen konstant zu halten. Die Umrechnung von Spannung in Di
cken- oder Brechungsindexänderung kann nach der Theorie der El
lipsometrie von Azzam (R. M. A. Azzam et. al., Ellipsometry and
polarized light, Elsevier, Amsterdam, 1987) erfolgen.
1
SPR-Sensor
2
Optischer Resonator
3
,
3
' Quelle für elektromagnetische Strahlung
4
,
4
' Einfallende elektromagnetische Welle
5
,
5
' Detektor
6
,
6
' Optisches Bauelement
7
Medium
8
Zweite Beschichtung
9
Erste Beschichtung
10
Substrat
11
Elektrische Spannungsversorgung
12
Umgebungsmedium
13
Indikatorstoff
14
Zu detektierende Schicht
15
Einfallswinkel Θ
16
Immersionsöl
17
,
17
' Reflektierte elektromagnetische Welle
18
Polarisator
19
Kompensator
20
Analysator
21
Richtung des Einfallswinkels Θ
22
Amplitude der reflektierten Welle
17
,
17
'
23
Maximale SPR (min. reflektierte Intensität)
24
Resonanzen des Optischen Resonators
Claims (26)
1. SPR-Sensor (1), im wesentlichen bestehend aus einer Quelle
(3, 3') für elektromagnetische Wellen (4, 4'), einem optischen
Bauelement (6) zur Einkopplung elektromagnetischer Wellen (4,
4'), einem Medium (7) mit abstimmbarem Brechungsindex und einem
Detektor (5, 5'), dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (7)
als optischer Resonator (2) ausgebildet ist, der eine erste und
eine gegenüberliegende zweite Endfläche aufweist, auf denen je
weils mindestens eine, für bestimmte Wellenlängen semitranspa
rente und zur Erzeugung von Oberflächenplasmonenresonanzen ge
eignete Beschichtung (8, 9) aufgebracht ist.
2. SPR-Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die verwendete elektromagnetische Welle (4, 4') kohärent
ist und eine vorgebbare Polarisationsrichtung aufweist.
3. SPR-Sensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, dass die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen
Welle (4, 4') im ultravioletten Spektralbereich liegt.
4. SPR-Sensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, dass die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen
Welle (4, 4') im sichtbaren Spektralbereich liegt.
5. SPR-Sensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, dass die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen
Welle (4, 4') im infraroten Spektralbereich liegt.
6. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Endflächen des Reso
nators (2) jeweils aus einer zur Erzeugung von Oberflächenplas
monenresonanzen geeigneten elektrisch leitenden Schicht (8, 9)
besteht.
7. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Endflächen des Reso
nators (2) jeweils aus einem zur Erzeugung von Oberflächenplas
monenresonanzen geeigneten Schichtsystem aus leitenden und
nichtleitenden Schichten besteht.
8. SPR-Sensor (1) nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Resonator (2) mit der Endfläche mit der ers
ten Beschichtung (9) auf ein für elektromagnetische Wellen (4,
4') durchlässiges Substrat (10) aufgebracht ist.
9. SPR-Sensor (1) nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass durch geeignete Ausbildung des optischen Bauele
mentes (6) die Einkopplung der elektromagnetischen Welle (4,
4') durch das Substrat (10) in den Resonator (2) erfolgt.
10. SPR-Sensor (1) nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass durch geeignete Ausbildung des optischen Bauele
mentes (6) die Einkopplung der elektromagnetischen Welle (4,
4') direkt in den Resonator (2) erfolgt.
11. SPR-Sensor (1) nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Medium (7) des Resonators (2) aus einem
optisch nichtlinearen Material besteht und eine nichtlineare
elektrische Suszeptibilität aufweist.
12. SPR-Sensor (1) nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Medium (7) des Resonators (2) aus einem
optisch nichtlinearen Material besteht und eine nichtlineare
magnetische Suszeptibilität aufweist.
13. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Medium (7) aus einem elektro-optischen
Polymer besteht.
14. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Medium (7) aus einem elektro-optischen
Kristall besteht.
15. SPR-Sensor (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Brechungsindex des Mediums (7) durch Anlegen
eines elektrischen Feldes über eine Spannungsversorgung (11)
einstellbar ist.
16. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass das Medium (7) aus einem elasto-optischen
Material besteht.
17. SPR-Sensor (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
dass der Brechungsindex des Mediums (7) durch Einwirkung äuße
rer mechanischer Kräfte einstellbar ist.
18. SPR-Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass mindestens eine der semi
transparenten Beschichtungen (8, 9) in lateral getrennte Zellen
eingeteilt ist, die jeweils separate SPR-Sensoren bilden.
19. SPR-Sensor (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
dass die separaten SPR-Sensoren jeweils einzeln abstimmbar
sind.
20. SPR-Sensor (1) nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch ge
kennzeichnet, dass die elektromagnetische Wellen (4, 4') erzeu
gende Quelle (3, 3') derart ausgebildet ist, dass alle separa
ten SPR-Sensoren gleichzeitig angeregt werden können.
21. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass der Detektor (5, 5') derart ausgebildet
ist, dass alle separaten SPR-Sensoren gleichzeitig detektiert
werden können.
22. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, dass der Detektor (5, 5') derart ausgebildet
ist, dass die Intensität des reflektierten Teils (17, 17') der
eingekoppelten polarisierten elektromagnetischen Welle (4, 4')
detektiert wird.
23. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, dass der Detektor (5, 5') derart ausgebildet
ist, dass die durch den SPR-Sensor (1) erzeugte ellipsometri
sche Phasenverschiebung des reflektierten Teils (17, 17') der
eingekoppelten polarisierten elektromagnetischen Welle (4, 4')
detektiert wird.
24. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, dass der Detektor (5, 5') derart ausgebildet
ist, dass eine durch den SPR-Sensor (1) erzeugte von der el
lipsometrischen Phasenverschiebung verschiedene ellipsometri
sche Größe des reflektierten Teils (17, 17') der eingekoppelten
polarisierten elektromagnetischen Welle (4, 4') detektiert
wird.
25. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, dass auf die zweite mit einer semitransparenten
Beschichtung (8) versehene Endfläche des Resonators (2) ein In
dikatorstoff (13) aufbringbar ist, auf dessen Oberfläche sich
durch Reaktion mit einem Umgebungsmedium (12) eine zu detektie
rende Schicht (14) ausbilden kann.
26. SPR-Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, dass auf die zweite Endfläche des Resonators
(2) eine Mehrzahl von Indikatorstoffen (13) aufbringbar ist.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014222257A1 (de) * | 2014-10-31 | 2016-05-04 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren zumindest eines Analyten |
CN111795947A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-20 | 武汉邮电科学研究院有限公司 | 具有共振腔的等离激元波导传感器及其使用和制备方法 |
Families Citing this family (53)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7399445B2 (en) * | 2002-01-11 | 2008-07-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Chemical sensor |
US6956221B2 (en) * | 2003-02-03 | 2005-10-18 | Agilent Technologies, Inc. | Tunable cross-coupling evanescent mode optical devices and methods of making the same |
US7362442B2 (en) * | 2004-02-20 | 2008-04-22 | The University Of Maryland | Far-field optical microscope with a nanometer-scale resolution based on the in-plane image magnification by surface plasmon polaritons |
US7027676B2 (en) * | 2004-03-08 | 2006-04-11 | Agilent Technologies, Inc. | Optical phase measurement of target |
GB0405815D0 (en) * | 2004-03-15 | 2004-04-21 | Evanesco Ltd | Evanescent wave sensing apparatus and methods using surface |
US7626179B2 (en) * | 2005-09-30 | 2009-12-01 | Virgin Island Microsystems, Inc. | Electron beam induced resonance |
US7791290B2 (en) | 2005-09-30 | 2010-09-07 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Ultra-small resonating charged particle beam modulator |
US7586097B2 (en) | 2006-01-05 | 2009-09-08 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Switching micro-resonant structures using at least one director |
US7336062B2 (en) * | 2004-11-08 | 2008-02-26 | Lucent Technologies Inc. | Optically measuring electric field intensities |
US7373058B2 (en) * | 2005-04-21 | 2008-05-13 | California Institute Of Technology | Apparatus and method for detecting optical radiation |
WO2007015556A1 (en) * | 2005-08-01 | 2007-02-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Target substance detecting device, target substance detecting method using the same, and detecting apparatus and kit therefor |
US7443358B2 (en) * | 2006-02-28 | 2008-10-28 | Virgin Island Microsystems, Inc. | Integrated filter in antenna-based detector |
US20070200071A1 (en) * | 2006-02-28 | 2007-08-30 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Coupling output from a micro resonator to a plasmon transmission line |
US7558490B2 (en) * | 2006-04-10 | 2009-07-07 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Resonant detector for optical signals |
US7876793B2 (en) | 2006-04-26 | 2011-01-25 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Micro free electron laser (FEL) |
US7646991B2 (en) | 2006-04-26 | 2010-01-12 | Virgin Island Microsystems, Inc. | Selectable frequency EMR emitter |
US7741934B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-06-22 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Coupling a signal through a window |
US7342441B2 (en) | 2006-05-05 | 2008-03-11 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Heterodyne receiver array using resonant structures |
US7436177B2 (en) | 2006-05-05 | 2008-10-14 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | SEM test apparatus |
US7746532B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-06-29 | Virgin Island Microsystems, Inc. | Electro-optical switching system and method |
US7986113B2 (en) | 2006-05-05 | 2011-07-26 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Selectable frequency light emitter |
US7710040B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-05-04 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Single layer construction for ultra small devices |
US8188431B2 (en) | 2006-05-05 | 2012-05-29 | Jonathan Gorrell | Integration of vacuum microelectronic device with integrated circuit |
US7732786B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-06-08 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Coupling energy in a plasmon wave to an electron beam |
US7728397B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-06-01 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Coupled nano-resonating energy emitting structures |
US20070258492A1 (en) * | 2006-05-05 | 2007-11-08 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Light-emitting resonant structure driving raman laser |
US7718977B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-05-18 | Virgin Island Microsystems, Inc. | Stray charged particle removal device |
US7728702B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-06-01 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Shielding of integrated circuit package with high-permeability magnetic material |
US7359589B2 (en) * | 2006-05-05 | 2008-04-15 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Coupling electromagnetic wave through microcircuit |
US7656094B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-02-02 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Electron accelerator for ultra-small resonant structures |
US7723698B2 (en) | 2006-05-05 | 2010-05-25 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Top metal layer shield for ultra-small resonant structures |
US7443577B2 (en) * | 2006-05-05 | 2008-10-28 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Reflecting filtering cover |
US7679067B2 (en) | 2006-05-26 | 2010-03-16 | Virgin Island Microsystems, Inc. | Receiver array using shared electron beam |
US7592826B1 (en) * | 2006-05-31 | 2009-09-22 | Lockheed Martin Corporation | Method and apparatus for detecting EM energy using surface plasmon polaritons |
US7655934B2 (en) | 2006-06-28 | 2010-02-02 | Virgin Island Microsystems, Inc. | Data on light bulb |
US7450794B2 (en) * | 2006-09-19 | 2008-11-11 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Microcircuit using electromagnetic wave routing |
SE531493C2 (sv) * | 2006-10-31 | 2009-04-28 | Knut Johansen | Sensor |
US7820990B2 (en) * | 2006-12-11 | 2010-10-26 | Lockheed Martin Corporation | System, method and apparatus for RF directed energy |
US7659513B2 (en) | 2006-12-20 | 2010-02-09 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Low terahertz source and detector |
US7990336B2 (en) | 2007-06-19 | 2011-08-02 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Microwave coupled excitation of solid state resonant arrays |
WO2009030071A1 (fr) * | 2007-09-06 | 2009-03-12 | National Center For Nanoscience And Technology, China | Puce de capteur spr de couplage entre guide d'ondes et réseau de puces de capteur correspondant |
US7791053B2 (en) | 2007-10-10 | 2010-09-07 | Virgin Islands Microsystems, Inc. | Depressed anode with plasmon-enabled devices such as ultra-small resonant structures |
WO2009132262A1 (en) * | 2008-04-25 | 2009-10-29 | Arizona Board Of Regents And On Behalf Of Arizona State University | Surface impedance imaging methods and apparatuses |
DE102008041825A1 (de) * | 2008-09-05 | 2010-03-11 | Manroland Ag | Zerstörungsfreies Prüfverfahren des Aushärtungs- oder Trocknungsgrades von Farben und Lacken |
US8941831B2 (en) * | 2009-05-04 | 2015-01-27 | Theodore Peter Rakitzis | Intra-cavity ellipsometer system and method |
US9772305B2 (en) | 2011-09-15 | 2017-09-26 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | System and method for small molecule detection |
US9360302B2 (en) * | 2011-12-15 | 2016-06-07 | Kla-Tencor Corporation | Film thickness monitor |
US8976359B2 (en) * | 2012-12-15 | 2015-03-10 | Board Of Trustees Of The University Of Alabama, For And On Behalf Of The University Of Alabama In Huntsville | Nanostructure diffraction gratings for integrated spectroscopy and sensing |
US9134249B2 (en) | 2013-01-25 | 2015-09-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Electric field generating apparatus for performing spectroscopy |
JP6372186B2 (ja) * | 2014-06-19 | 2018-08-15 | コニカミノルタ株式会社 | 検出装置、検出方法、検出チップおよびキット |
US11231365B2 (en) * | 2019-07-08 | 2022-01-25 | Hanwha Systems Co., Ltd. | Apparatus and method for infrared imaging |
TWI797631B (zh) * | 2021-05-28 | 2023-04-01 | 國立成功大學 | 在金屬表面電漿原理(spp)中透過改變折射率以檢測待測物的方法及生物檢測器 |
US11828911B1 (en) * | 2022-11-08 | 2023-11-28 | Northeast Normal University | Metamaterial absorber integrated long-wave infrared focal plane array (LWIRFPA) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5451980A (en) * | 1993-10-19 | 1995-09-19 | The University Of Toledo | Liquid crystal flat panel color display with surface plasmon scattering |
US5986808A (en) * | 1996-10-11 | 1999-11-16 | California Institute Of Technology | Surface-plasmon-wave-coupled tunable filter |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5351127A (en) * | 1992-06-17 | 1994-09-27 | Hewlett-Packard Company | Surface plasmon resonance measuring instruments |
US5926284A (en) * | 1997-04-30 | 1999-07-20 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Surface plasmon sensor |
JP3399836B2 (ja) * | 1998-05-21 | 2003-04-21 | 富士写真フイルム株式会社 | 表面プラズモンセンサー |
-
2000
- 2000-04-18 DE DE10019359A patent/DE10019359C2/de not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-04-13 US US10/258,028 patent/US6867865B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-04-13 WO PCT/DE2001/001451 patent/WO2001079817A1/de active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5451980A (en) * | 1993-10-19 | 1995-09-19 | The University Of Toledo | Liquid crystal flat panel color display with surface plasmon scattering |
US5986808A (en) * | 1996-10-11 | 1999-11-16 | California Institute Of Technology | Surface-plasmon-wave-coupled tunable filter |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014222257A1 (de) * | 2014-10-31 | 2016-05-04 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren zumindest eines Analyten |
CN111795947A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-20 | 武汉邮电科学研究院有限公司 | 具有共振腔的等离激元波导传感器及其使用和制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10019359C2 (de) | 2002-11-07 |
US6867865B2 (en) | 2005-03-15 |
US20030164947A1 (en) | 2003-09-04 |
WO2001079817A1 (de) | 2001-10-25 |
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