DE102007033124A1

DE102007033124A1 - Vorrichtung zur optischen Detektion von Substanzen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium

Info

Publication number: DE102007033124A1
Application number: DE102007033124A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Brandenburg
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2027-07-17
Also published as: US20090069199A1; US8877129B2; DE102007033124B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Detektion von Substanzen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium, mit einem Träger mit Molekülen zur Erkennung der nachzuweisenden Substanzen, die an einer Oberfläche des Trägers oder im Träger immobilisiert sind und an die die nachzuweisenden Substanzen im wesentlichen selektiv anbindbar sind, wobei Lichtwellen in den Träger einkoppelbar und durch diesen führbar sind, wobei der Träger ein Folienelement aus einem transparenten Material ist, in dem eine Einkoppelstruktur zum Einkoppeln der Lichtwellen integral ausgebildet ist und in dem die eingekoppelten Lichtwellen führbar sind.

Description

Die vorliegende Vorrichtung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Detektion von Substanzen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere einen Biochip bzw. ein Mikroarray. Zudem betrifft die vorliegende Vorrichtung ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers für Moleküle zur Erkennung der Substanzen zur Verwendung in dieser Vorrichtung. Des weiteren betrifft die vorliegende Vorrichtung auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur ortsaufgelösten Detektion von chemischen Reaktionen an einer Oberfläche (des Trägers).
Oberflächennahe chemische Reaktionen werden insbesondere zum Nachweis von Analyten in flüssigen Proben eingesetzt. Dazu werden zum Beispiel sogenannte Sondenmoleküle) an der Oberfläche eines Trägers immobilisiert, d. h. chemisch angebunden. Sonden sind Moleküle, die den nachzuweisenden Analyten anbinden. Diese Anbindung sollte weitgehend selektiv erfolgen, so daß aus dem Bindungsereignis auf ein Vorhandensein des zu detektierenden Analyten (der nachzuweisenden Substanz) geschlossen werden kann.
Indem man viele Sonden als Meßpunkte in Form eines sogenannten Mikroarrays auf der (Meß-)Oberfläche des Trägers erzeugt, können auf einer kleinen Oberfläche parallel viele Nachweisreaktionen geführt werden, indem an verschiedenen Stellen der Oberfläche verschiedene Arten an Sonden angebunden werden.
In vielen Anwendungsfällen ist es hierbei vorteilhaft, den jeweiligen Nachweis in Gegenwart der Probe durchzuführen. Steht hierfür nur eine geringe Menge an Probenvolumen zur Verfügung, so können auch mikrofluidische Bauteile auf der Oberfläche verwendet werden, um die Probe mit der Oberfläche in Kontakt zu bringen.
Die an der Oberfläche anzulagernden Analyte können z. B. DNA-Moleküle, bevorzugt DNA-Einzelstränge sein. In diesem Fall werden als Sonden, beispielsweise auch DNA-Moleküle auf der Oberfläche angebunden. Diese Analytmoleküle (d. h. die nachzuweisenden Substanzen) können sich an diese Sonden durch eine sogenannte Hybridisierungsreaktion anbinden, wenn die Abfolge der Nukleobasen zueinander komplementär ist. Hierüber ist eine selektive Erfassung bestimmter DNA-Sequenzen an einem Punkt des Mikroarrays ermöglicht.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Immobilisierung von Antikörpern als Sonden an der Oberfläche, die das jeweilige Antigen spezifisch binden.
Ein Verfahren zum Auslesung eines Messarrays (= Detektion des/der Analyten) sollte in der Lage sein, sehr geringe Mengen des Analyten (d. h. der nachzuweisenden Substanz) nach der Bindung an die Sonden nachzuweisen. Die Detektion sollte hierbei auch ortsaufgelöst ermöglicht sein, damit die parallele Analyse mehrerer Inhaltsstoffe möglich ist.
Anwendung derartiger (Nachweis)verfahren liegen z. B. in der medizinischen Diagnostik, bei der Körperflüssigkeiten wie Vollblut, Serum, Plasma, Speichel oder Urin als zu untersuchende Proben verwendet werden. In einigen Fällen ist dann eine Vorbehandlung der Probe erforderlich. Zudem ist für die zuverlässige Diagnose von bestimmten Krankheitsbildern die Analyse mehrerer Parameter parallel nötig.
Andere Anwendungen sind die Analyse von Lebensmitteln und Wasser, z. B. hinsichtlich patogener Keime, sowie die Forensik.
Grundsätzlich können zum Nachweis der Anbindung der Analytmoleküle (d. h. der nachzuweisenden Substanzen) an die an der Oberfläche immobilisierten Sonden elektrische, elektrochemische und optische Detektionsprinzipien verwendet werden. Daneben gibt es gravimetrische und kalorimetrische Verfahren.
Eines der elektrischen Verfahren beruht auf der Erzeugung starker elektrischer Felder an der Oberfläche durch Mikroelektronenarrays mit sehr geringem Kontaktabstand. Mit Hilfe weiterer Reagenzien erfolgt eine Redox-Reaktion an der Oberfläche, die ein elektrisches Signal erzeugt.
Die optischen Verfahren sind ganz überwiegend fluoreszenzoptische Nachweisverfahren. Die fluoreszenzoptische Detektion benötigt ein fluoreszierendes Molekül, da die nachzuweisenden Analytmoleküle in der Regel nicht selbst fluoreszieren.
Die Fluoreszenzfarbstoffe werden dann mit einem geeigneten optischen System nachgewiesen.
Diese Markierung kann dadurch erreicht werden, daß vor Durchführung der Anbindungsreaktion an die Oberfläche der Analyt selbst mit dem Farbstoff markiert wird.
Alternativ hierzu kann man auch nach erfolgtem Anbinden des Analyten an die jeweilige Sonde einen weiteren fluoreszenzmarkierten Stoff an die Oberfläche bringen, der wiederum nur an den bereits angebundenen Analytmolekülen anbindet. So wird beispielsweise bei sogenannten Sandwichassays unter Verwendung zweier Antikörper (ein gebundener Antikörper und ein später hinzu gegebener markierter Antikörper) vorgegangen.
Desweiteren besteht die Möglichkeit, einen sogenannten kompetitiven Test durchzuführen, bei dem eine markierte Substanz verwendet wird, die in Konkurrenz zum Analyten an die Sonde anbindet.
Diese grundsätzliche Vorgehensweise bei der fluoreszenzoptischen Detektion mittels eines Sandwichassay ist in den 1A bis 1C schematisch dargestellt, wobei in 1A die Oberfläche 1 mit Antikörpern 2 als Sonden dargestellt ist. Wie in 1B dargestellt, lagern sich die entsprechenden Antigene (die zu untersuchende Substanz) 3 an diese Antikörper 2 an. Die Zugabe eines zweiten Antikörpers 4 ist in 1C dargestellt. Dieser zweite Antikörper 4 ist mit einem fluoreszierenden Farbstoff 5 markiert. Der zweite, markierte Antikörper lagert sich nun an die nachzuweisende Substanz (das Antigen) 3 an.
Verfahren zum optischen Auslesen von fluoreszierenden Mikroarrays (Biochips) sind in 2 schematisch dargestellt. Soweit bekannt werden derartige Biochips in aller Regel nach der Reaktion mit der Probe abgespült, getrocknet und anschließend in einem optischen System zur ortsaufgelösten Erkennung der fluoreszierenden Marker ausgelesen. Dabei wird ein Bild des Chips erzeugt, das die Verteilung der Fluoreszenzintensität an der Oberfläche des Biochips dargestellt. Diese Bilder werden oft mit Verfahren zur Bildverarbeitung weiter ausgewertet. Dabei wird typischerweise die über einen Meßpunkt integrierte Fluoreszenzintensität nach Abzug des Untergrundes (der Hintergrundstrahlung) ausgewertet.
Zur Ermittlung der Fluoreszenzintensität werden hauptsächlich Laserscanner verwendet, bei denen ein Focus eines Lasers 6 über die Oberfläche 1 bewegt wird. Mit diesem Laserfokus wird die Fluoreszenz ortsabhängig angeregt. Das Fluoreszenzlicht wird typischerweise mit einem Fotomultiplier 7 als Detektor aufgenommen. Der Scannvorgang erfolgt entsprechend entweder durch ein schnelles Bewegen des Biochips in zwei Raumrichtungen („Moving stage"), wie in 2A schematisch dargestellt, oder durch schnelles Bewegen eines Teils der Optik im Anregungsstrahlengang („Flying optics"), wie in 2B schematisch dargestellt, oder durch einen rotierenden Scannerspiegel, der im Anregungsstrahlengang vor der Fokussieroptik angebracht ist („pre-objective scan"), wie in 2C schematisch dargestellt.
Neben Laserscannern werden auch abbildende Systeme verwendet, bei denen die Oberfläche des Biochips oder ein Teil davon beleuchtet wird, wie in 2D schematisch dargestellt. Dabei wird die von einer Lichtquelle 8 erzeugte Strahlung auf die Oberfläche 1 des Trägers projiziert und die resultierende Fluoreszenzstrahlung wird mit einer Kamera, insbesondere einer CCD-Kamera, aufgenommen.
In den in den 2A bis 2D beschriebenen Detektionsverfahren wird immer die Ober- oder Unterseite des Biochips beleuchtet. Will man jedoch in Gegenwart der Probe messen, so werden auch die nicht angebundenen fluoreszierenden Moleküle (Fluorochrome) in der über dem Biochip befindlichen Lösung zur Fluoreszenz angeregt. Damit erhöht sich eine Hintergrundstrahlung, die die Nachweisgrenze des Meßsystems erheblich erhöht und damit die Meßgenauigkeit verschlechtert.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, bestünde in der Verwendung der TIRF-Technik (TIRF = Total internal reflection fluorescence), die in 3 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung wird Laserlicht L mit einer Laserdiode 10 mit Linienoptik erzeugt, in den Biochip 20 eingekoppelt, und entlang des Biochips 20 geleitet. Die Anregung der Fluoreszenz erfolgt über das Evaneszentfeld des eingekoppelten Laserstrahllichtes, und zwar ausschließlich innerhalb eines sehr kleinen Abstandes von der Biochipoberfläche (ca. 50–300 nm, je nach optischer Anordnung).
Der zur Verwendung der TIRF-Technik notwendige Biochip kann realisiert werden, indem Standard-Objektträger so präpariert werden, daß man durch eine Kante des Glases des Objektträgers Licht einkoppeln kann. Diese präparierte Kante muß dazu poliert sein, damit das Licht in den Biochip eingekoppelt werden kann, ohne gestreut zu werden. Derartige zur entsprechenden Präparation geeignete Objektträger sind typischerweise ca. 1 mm dick, so daß man den Laser sehr effizient in die polierte Kante einkoppeln kann.
Vorteilhaft wäre es jedoch, wenn die Dicke des Trägers wesentlich geringer wäre. In diesem Fall wäre nämlich die Effizienz der Fluoreszenzanregung deutlich höher. Die Effizienz der Fluoreszenzanregung kann hierbei durch Berechnung der Anzahl der Reflexe an der Biochipoberfläche pro Streckeneinheit abgeschätzt werden. Mit abnehmender Chipdicke wird bei gleichem Strahlwinkel relativ zur Chipoberfläche die Zahl der Reflexionen erhöht, wobei allerdings die Lichtintensität bei der Lichtführung im Biochip nach kurzer Distanz deutlich abnimmt. Der Strahlwinkel wird dagegen durch den Totalreflexionsgrenzwinkel festgelegt, ab dem keine Totalreflexion mehr vorliegt. Ist der Einkoppelwinkel zur Normalen an der Oberfläche deutlich größer als dieser kritische Grenzwinkel, so nimmt das Evaneszentfeld an der Oberfläche deutlich ab, wodurch die Effizienz der Fluoreszenzanregung verschlechtert wird.
Deutlich dünnere Glasträger für den Biochip zu verwenden, scheitert aber an der dann deutlich schwierigeren Einkoppelung des Lichtes an der präparierten Kante. Bei Glasdicken unter 500 μm ist auch die Politur und die Gesamthandhabung des Biochips deutlich schwieriger.
Zur Vermeidung dieses Nachteils könnte versucht werden, die Endflächen so zu formen, daß man auch bei geringen Dicken des verwendeten Glasträgers eine gute Einkoppeleffizienz erreicht. So könnten z. B. linsenförmige Strukturen ausgebildet werden, mit denen das Licht in den Glasträger fokussiert wird. Derartige Strukturen sind jedoch schwierig zu fertigen.
Ein weiterer Nachteil des „stirnseitigen" Einkoppelns in den Glasträger besteht darin, daß die Dichtung eines auf den Glasträger aufgesetzten Probencontainers oder einer Durchflußzelle die Lichtleitung an dieser Zelle stört und Zusatzverluste erzeugt.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Dicke des Wellenleiters weiter zu verringern, indem ein Wellenleiter als eine dünne Beschichtung auf ein Substrat aufgebracht wird, wie dies in 4 dargestellt ist, welche einen Dünnfilmwellenleiter mit Gittereinkopplung zeigt. Hierbei wird der Lichtstrahl L wiederum „stirnseitig" in den Wellenleiter 30 über das Beugungsgitter 40 eingekoppelt.
Über eine solche Lösung könnten Wellenleiterdicken bis herunter zu ca. 150 nm eingesetzt werden, was die Intensität des Evaneszentfeldes deutlich erhöht. Allerdings wird hierbei die Einkopplung des Lichtes schwieriger. In der Regel werden Beugungsgitter verwendet, um die Einkopplung zu realisieren, die in die Oberfläche des Glasträgers eingeätzt werden. Dieser Bearbeitungsschritt ist wegen der geringen Strukturgröße der Gitter (Periodenlänge ca. 300 bis 400 nm) ein sehr teurer Prozeß, der eine Reinraumausstattung erfordert. Zudem wird bei diesen Beugungsgittern schon bei sehr geringen Rautiefen der Oberfläche des Wellenleiters (wenige nm) eine erhebliche Streuung des im Wellenleiter geführten Lichtes beobachtet. Damit wird bei nicht perfekter Filterung des Fluoreszenzlichtes der Hintergrund des aufgenommenen Bildes angehoben. Da das Rauschen des Hintergrundbildes wesentlich die Nachweisgrenze bestimmt, kann der eigentliche Vorteil des höheren Evaneszentfeldanteils nicht mehr voll genutzt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend diskutierten Nachteile der TIRF-Verfahren, insbesondere zum Auslesen von Biochips, also die aufwendigen Prozeßschritte bei der Herstellung des Biochips, die notwendig sind, um das Licht in den Wellenleiter einzukoppeln (Kantenpolitur oder Strukturierung von Beugungsgittern) zu vermeiden, da diese beiden Schritte die Produktion des Biochips in einem Maß verteuern, daß der Biochip am Markt nicht konkurrenzfähig ist.
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur optischen Detektion von Substanzen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium mit einem Träger mit Molekülen zur Erkennung der nachzuweisenden Substanzen, die an einer Oberfläche des Trägers oder im Träger immobilisiert sind, und an die die nachzuweisende Substanzen im wesentlichen selektiv anbindbar sind, wobei Lichtwellen in den Träger einkoppelbar und durch diesen führbar sind, und wobei der Träger ein Folienelement aus einem transparenten Material ist, in dem eine Einkoppelstruktur zum Einkoppeln der Lichtwellen integral ausgebildet ist, und in dem die eingekoppelten Lichtwellen führbar sind.
Dabei kann die Einkoppelstruktur bereits im Formgebungsschritt des Folienelementes selbst an der Oberfläche des Folienelementes in einem Schritt zusammen mit der Ausbildung des Folienelementes ausgebildet sein.
Zudem kann das Folienelement durch Prägen, Walzen, Gießen oder Aushärten aus einem flüssigen Medium hergestellt sein.
Des weiteren kann bereits in der beim Prägen, Walzen oder Spritzgießen verwendeten Form die Einkoppelstruktur ausgebildet sein, so daß mit dieser Form die Einkoppelstruktur in einem Schritt gleichzeitig mit der Herstellung des Folienelementes, und insbesondere dessen Oberfläche, herstellbar ist.
Die vorliegende Vorrichtung kann zudem eine Flußzelle für das zu untersuchende Medium aufweisen, die mit der Oberfläche des Folienelementes einen Meßraum bildet, wobei die Einkoppelstruktur in dem von der Flußzelle abgedeckten Bereich angeordnet ist.
Die Moleküle zur Erkennung der nachzuweisenden Substanzen können Sonden aus biologischen und/oder biochemischen Molekülen sein, wie Antikörpermoleküle und/oder DNA-Moleküle und/oder DNA-Einzelstränge und/oder RNA-Moleküle und/oder RNA-Einzelstränge, die an der Oberfläche des Folienelementes oder im Folienelement immobilisiert sind.
Die vorliegende Vorrichtung kann zudem eine Vielzahl an (derartigen) Molekülen zur Erkennung der nachzuweisenden Substanzen aufweisen, die an der Oberfläche des Folienelementes oder im Folienelement immobilisiert sind, und ein Auslesefeld (Mikroarray) mit einer Vielzahl an Meßpunkten zur ortsaufgelösten Detektion der nachzuweisenden Substanzen bilden.
Das Folienelement kann des weiteren einen Homogenisierungsbereich aufweisen, der im Strahlengang stromab der Einkoppelstruktur und stromauf einer Meßstelle, insbesondere vor dem Auslesefeld, angeordnet ist, so daß die in das Folienelement über die Einkoppelstruktur eingekoppelten Lichtwellen vor Erreichen der Meßstelle eine homogene Verteilung aufweisen.
Des weiteren kann im Strahlengang stromab der Einkoppelstruktur und stromauf der Meßstelle auch ein die Lichtwellen homogenisierendes Element, insbesondere ein diffraktives optisches Element, wie eine Gitterstruktur, vorgesehen sein.
Zudem kann die Einkoppelstruktur eine Wölbung, vergleichbar einer Zylinderlinse oder eine runde Form aufweisen, um eine homogene Verteilung der in das Folienelement über die Einkoppelstruktur eingekoppelten Lichtquellen zu erreichen.
Die Einkoppelstruktur kann zudem ein refraktives optisches Element wie ein Prisma oder ein Gitter oder eine Struktur mit einem trapez- oder rechteckigen Querschnitt sein.
Die Einkoppelstruktur kann ebenfalls ein diffraktives optisches Element sein.
Eine Dicke des Folienelementes kann im Bereich von 10 μm bis 1.000 μm liegen.
Eine Dicke des Folienelementes kann derart gewählt sein, daß das Folienelement eine Flexibilität aufweist, wobei die Foliendicke insbesondere rd. 100 μm betragen kann.
Bei dem Formgebungsprozeß kann das Folienelement mit einem dickeren Bereich, insbesondere in Form eine Rahmens, ausgeformt sein, der die mechanische Stabilität des Folienelements erhöht.
Die Vorrichtung kann zudem eine Polymerkartusche aufweisen, in die das Folienelement integriert ist, und die einen Injektionsport für das zu untersuchende Medium, Reagenzienbehälter, fluidische Kanäle zum Transport des Mediums und der Reagenzien, und Einrichtungen zum Bewegen des Mediums und der Reagenzien aufweist.
Die Vorrichtung kann des weiteren eine Anregungsoptik zur Erzeugung der Lichtwellen aufweisen, insbesondere zur Anregung eines zur optischen Detektion verwendeten Markers, wie eines fluoreszierenden Farbstoffes oder zur Erzeugung eines Farbwechsels an der Oberfläche oder im Folienelement in Abhängigkeit des zu untersuchenden Mediums.
Die Vorrichtung kann des weiteren eine Einrichtung zur Veränderung einer relativen Lage von Anregungsoptik zur Einkoppelstruktur aufweisen, mit der ein Einkoppelwinkel so wählbar ist, daß dieser in etwa dem Totalreflexionswinkel entspricht, der sich mit der Brechzahl des an das Folienelement angrenzenden Mediums ergibt.
Die Vorrichtung kann des weiteren eine in das Folienelement eingeformte Auskoppelstruktur zum Auskoppeln der Lichtwellen aufweisen, welche im Formgebungsschritt des Folienelementes an der Oberfläche des Folienelementes in einem Schritt zusammen mit der Ausbildung des Folienelementes selbst ausgebildet ist.
Die Auskoppelstruktur kann ein refraktives optisches Element wie ein Prisma oder ein Gitter oder eine Struktur mit einem trapez- oder rechteckigen Querschnitt, oder ein diffraktives optisches Element sein.
Im Strahlengang stromab dieser Auskoppelstruktur kann ein Detektor im Strahlengang angeordnet sein, mit dem die aus der Auskoppelstruktur ausgekoppelten Lichtwellen detektierbar sind, insbesondere zur Optimierung der Strahlposition und/oder zur Bestimmung des Streulichtes der eingekoppelten Lichtwellen.
Der Detektor kann zur Detektion einer Intensität der Lichtwellen an der Auskoppelstruktur zur Bestimmung einer Absorption der im Folienelement geführten Lichtwellen und deren Änderung vorgesehen sein.
Die Vorrichtung kann des weiteren eine Abbildungsoptik aufweisen, mit der optische Eigenschaften, insbesondere Fluoreszenzeigenschaften oder Farben, von an der Oberfläche oder im Folienelement angelagerten Substanzen oder Markern messbar sind.
Das Folienelement kann aus einem optisch transparenten Kunststoff aus organischen Polymeren, wie Polymethylmethacrylyt, Polystyrol, Polycarbonat, PEG und Polyolefinen oder aus Copolymeren wie COC bestehen.
Des weiteren kann das Folienelement aus einem Glas, das durch Heißprägen hergestellt ist, bestehen.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers für Moleküle zur Erkennung von Substanzen in einem gasförmigen oder flüssigen Medium zur Verwendung in der vorliegenden Vorrichtung, wobei die nachzuweisenden Substanzen weitgehend selektiv an die Sonden anbindbar sind, und wobei der Träger als Folie aus einem transparenten Material durch Prägen, Walzen, Gießen oder Aushärten aus einem flüssigen Medium in einer Form derart hergestellt wird, daß in einem Herstellungsschritt sowohl die Oberfläche als auch eine Einkoppelstruktur zum Einkoppeln von Lichtwellen ausgebildet wird.
Als Ausgangsmaterial für den Träger können Kunststofffolien verwendet werden, die mit einem Formwerkzeug bei erhöhter Temperatur bearbeitet werden, wobei als Formen hierfür insbesondere mit Mikrofräsern bearbeitete Metallelemente oder Siliziumwafer mit durch anisotropes Ätzen eingebrachten Strukturen oder Walzen verwendet werden können.
Der Träger kann ebenfalls durch Gießen, insbesondere Spritzgießen, hergestellt werden.
Alternativ kann der Träger aus einem flüssigen Medium durch Aushärten des Mediums in einer Form hergestellt werden. Der Vorgang des Aushärtens kann bei speziellen, hierfür geeigneten Medien durch UV-Strahlung ausgelöst werden (UV-härtbare Kunsttstoffe).
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1A bis 1C die Erzeugung eines Sandwichassay's,
2A bis 2D bekannte Detektionsverfahren zur Auslesung von Fluoreszenzbiochips,
3 eine TIRF-Anordnung mit planarem Glasträger,
4 einen Dünnfilmwellenleiter mit Gittereinkopplung,
5 einen Foliensensor gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Trägerelement mit Einkoppelstruktur,
6 eine Folie mit prismenförmigen Ein- und Auskoppelstrukturen zur Bildung des vorliegenden Foliensensors, und
7a bis 7d weitere Ausführungsbeispiele des Trägerelementes mit unterschiedlichen Einkoppelstrukturen.
In 5 ist ein Foliensensor als Biochip (Mikroarray) aus einer dünnen Polymerfolie gezeigt, wobei das Anregungslicht in der Polymerfolie 100 geführt ist. Das Anregungslicht L1 wird über eine Laserdiode mit Linienoptik 101 erzeugt. Die Einkopplung des Anregungslichtes L1 erfolgt durch eine optische Struktur 102, die im Folgenden als Einkoppelstruktur bezeichnet wird. Diese Einkoppelstruktur 102 wird zusammen mit dem Formgebungsprozeß der Folie selbst in die Oberfläche der Folie eingebracht.
Der Formgebungsprozeß kann z. B. ein Prägeprozeß sein. Mit einem Prägeprozeß können ohne aufwendige Zusatzschritte äußerst glatte Oberflächen erzeugt werden, an denen das Licht ohne nennenswerte Streuung reflektiert wird, so daß die Lichtleitung in der Polymerfolie praktisch verlustfrei ist und wenig Hintergrundstrahlung erzeugt.
Daneben ist auch ein Walzvorgang oder ein Gießvorgang, insbesondere ein Spritzgießvorgang, verwendbar. Ebenfalls ist denkbar, die Polymerfolie durch Aushärten aus einem flüssigen Medium heraus herzustellen.
Allen diesen unterschiedlichen Herstellungsprozessen ist gemeinsam, daß jedenfalls die Einkoppelstruktur im Formgebungsschritt des Folienelementes selbst an der Oberfläche des Folienelementes zusammen mit der Ausbildung der Oberfläche des Folienelementes hergestellt wird.
Beim Prägen oder (Spritz-)Gießen wird die Struktur zum Einkoppeln des Lichtes durch die zum Prägen und Spritzgießen verwendete Form definiert. Dieser Vorgang ist in großen Stückzahlen sehr preisgünstig durchführbar, so daß die Biochipkosten außerordentlich gering sind.
Die Einkoppelstruktur 102 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht im Randbereich (d. h. den Kanten) der Folie 100 erzeugt. Vielmehr wird die Einkoppelstruktur 102 in einem Bereich der Folie 100 erzeugt, der von einer Flußzelle 103 abgedeckt ist, welche in 5 nur schematisch und nicht unter Berücksichtigung der aktuellen Größenverhältnisse dargestellt ist. Damit erreicht man, daß die Dichtung der Flußzelle 103, also z. B. des Probenbehälters, die Lichtleitung im Folienelement 100 nicht stört. Außerdem ist die Herstellung der dünnen Folien erheblich vereinfacht, wenn der Randbereich des Trägers (d. h. das Ende der Folienstruktur) nicht besonders geformt sein muß, so daß die Folienelemente 100 mit der bereits eingeformten Einkoppelstruktur 102 in einfacher Weise nach dem Formgebungsprozeß aus dem Material herausgestanzt werden können.
Die Einkoppelstruktur 102 kann beispielsweise als Prismenstruktur ausgebildet sein, wie dies in 5 schematisch angedeutet ist. Alternativ hierzu können aber auch andere Formen verwendet werden, wie z. B. rechteckige Querschnitte oder runde Formen.
Abgerundete Formen, ähnlich einer Zylinderlinse, bewirken beispielsweise eine Fokussierung des Lichtes in die Folie hinein. Wesentlich ist dabei, dass die Koppelstruktur eine oder mehrere Oberflächen aufweist, deren Ausrichtung von der der Folienoberfläche abweicht.
Weiterhin können mehrere Strukturen kombiniert werden wie in 7b gezeigt. Diese Anordnung ermöglicht die Einkopplung Ober einen vorgegebenen Strahlquerschnitt bei wesentlich geringerer Strukturhöhe als bei einer einzelnen, größer dimensionierten Struktur (vgl. 7a). Die Koppelstrukturen können auch als Vertiefung ausgebildet sein, wie in 7c dargestellt. Sind die Abmessungen dieser Strukturen noch deutlich größer als die Wellenlänge des Lichtes, wird die Umlenkung des Strahles in die Folie im Wesentlichen durch die Brechung des Lichtes an der Oberfläche der Strukturen bewirkt.
Auch Gitterstrukturen sind möglich, da mit den genannten Herstellungsverfahren auch sehr feine Strukturen in guter Qualität auf die Polymeroberfläche übertragen werden können. In diesem Fall sind die Strukturen des Koppelelementes so klein, dass die Ablenkung des Lichtes im Wesentlichen durch die Lichtbeugung erreicht wird, vgl. 7d.
In 6 ist eine verwendbare Folie mit einer Einkoppelstruktur 102 und einer Auskoppelstruktur 104 (die nachfolgend noch näher beschrieben wird) dargestellt, wobei die Einkoppelstruktur 102 und die Auskoppelstruktur 104 prismenförmige Koppelstrukturen sind. Dabei zeigt 6 sowohl eine Draufsicht in 6a sowie auch einen Querschnitt entlang des Schnittes A-A. Aus 6 sind zudem beispielhaft Maßangaben in mm zu entnehmen, welche ein realisiertes Ausführungsbeispiel des Foliensensors beschreiben.
Die Foliendicke liegt typischerweise im Bereich von 10 μm bis 1.000 μm (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 130 μm). Entsprechend weist der Foliensensor eine gewisse Flexibilität auf, wodurch der Foliensensor an unterschiedliche geometrische Formen anpaßbar ist.
Bei sehr dünnen Folien wird im Formgebungsprozeß auch ein äußerer dickerer Bereich, etwa in Form eines Rahmens, ausgebildet sein, der dem Foliensensor eine erhöhte mechanische Stabilität ermöglicht, die für eine Handhabung der Folien hilfreich ist.
Folien der gezeigten Art können in eine Polymerkartusche integriert werden, die weitere Funktionen beinhaltet. Derartige Polymerkartuschen können insbesondere einen Injektionsport für die zu untersuchende Probe, Reagenzienbehälter, fluidische Kanäle zum Transport der Medien (Probe, Reagenzien) und Vorrichtungen zum Bewegen der Medien in der Kartusche aufweisen.
Mit einer Polymerkartusche, in die der Foliensensor bereits integriert ist, können auch Komplettlösungen, z. B. für die Diagnostik vor Ort (POCT: point of care testing) realisiert werden, die sehr einfach handhabbar und als Einwegartikel fertigbar sind.
Die Anregungsoptik 101 kann mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Lichtquellen realisiert werden. So können Laserquellen, LED's, Gasentladungsröhren oder andere Lichtquellen, verwendet werden. Vorteilhaft sind jedoch wegen der guten Strahlqualität Laser. Hierbei sind aus Kostengründen Halbleiterlaser von Vorteil, sofern die Emissionswellenlänge für die Anregung des jeweils verwendeten Indikators (Farbstoffes) geeignet ist.
Der Lichtstrahl wird nach Erzeugung kollimiert und ggf. aufgeweitet.
Anschließend wird mit einer zylindrischen Optik eine Linie erzeugt, die auf das Einkoppelprisma (102) gerichtet wird.
Der entsprechende Einkoppelwinkel wird hierbei so gewählt, daß er in etwa dem Totalreflexionswinkel entspricht, der sich mit der Brechzahl des angrenzenden Mediums ergibt.
Da die Folien bzw. Kartuschen in der Regel nicht mit einer notwendigen Positioniergenauigkeit in eine entsprechend Vorrichtung eingelegt werden, wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Richtung senkrecht zur mit der zylindrischen Optik erzeugten Linie eine automatische Bewegung des Strahles vorgesehen. Mit dieser automatischen Positioniereinrichtung wird die Position so verändert, daß eine maximale Einkoppeleffizienz erreicht wird.
Die letztendliche Optimierung der Strahlposition erfolgt durch Messung, entweder an einer zweiten Koppelstelle (d. h. der Auskoppelstruktur 104) oder durch Bestimmung des Streulichtes der Lichtleitung.
Eine Homogenität der Anregung ist ein entscheidender Einfluß, der die Vergleichbarkeit der Messung an verschiedenen Stellen auf dem Chip gewährleistet. In Richtung senkrecht zur Strahlausbreitung ist die Homogenität in der Regel durch eine entsprechende Wahl der Aufweitungs- und Strahlformungsoptik gewährleistet. In Strahlrichtung ist jedoch unmittelbar nach der Einkopplung zunächst eine Modulation der Lichtintensität festzustellen. Wegen der Fokussierung auf das Einkoppelprisma 102 stellt sich aber nach einem gewissen Abstand (meist 5 bis 10 mm in Abhängigkeit von den konkreten Abbildungen des Foliensensors) vom Einkoppelprisma eine sehr homogene Verteilung ein. Dementsprechend ist zumindest ein Homogenisierungsbereich nachfolgend zur Einkoppeloptik 102 vorgesehen.
Wie bereits dargelegt, kann die Optimierung der Lichteinkopplung auch automatisch erfolgen, in der Regel durch Nachjustierung der Positionierung des Strahles auf das Prisma. Dazu wird hinter der Auskoppeloptik (dem Auskoppelprisma 104) ein Detektor angeordnet, mit dem das aus diesem Prisma ausgekoppelte Licht detektiert wird. Optimiert man diese Intensität, so optimiert man auch die Intensität des in der Folie geführten Lichtes.
Die Detektion der nachzuweisenden Substanzen erfolgt mit einer Abbildungsoptik 104, die idealerweise mit einer spektralen Filterung des Lichts kombiniert wird. Vermittels diese Filterung kann das gestreute Anregungslicht aus dem Detektorstrahlengang entfernt werden. Daneben kann der Hintergrund reduziert werden, der u. a. von der Eigenfluoreszenz der Folien erzeugt wird.
Die Detektion kann durch verschiedenste ortsaufgelöste Detektoren erfolgen. Gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Kamera 105 verwendet. Die Empfindlichkeit dieser Detektionseinrichtung 105 ist ein wichtiger Gesichtspunkt, da auch sehr geringe Konzentrationen von fluoreszierenden Markern (Fluorochromen) an der Oberfläche noch erkannt werden müssen. Geeignet sind hierzu CCD-Kameras, die ungekühlt oder mit Kühlung des CCD-Chips verwendet werden können. Durch Kühlung des CCD-Chips verringert sich der Dunkelstrom bei großen Integrationszeiten, wodurch die Erfassung sehr geringer Lichtintensitäten ermöglicht wird.
Die gesamte Vorrichtung wird durch einen PC oder einen sonstigen Mikrokontroller gesteuert. Auch die Bilderfassung und Verarbeitung erfolgt mittels des PC oder Mikrocontrollers im wesentlichen automatisch.
Neben der Detektion des Fluoreszenzlichtes kann durch die Auskoppelstruktur 104 das geführte Licht wieder ausgekoppelt werden, wodurch weitere Meßfunktionen realisiert werden können.
Als Material für die Folien kommen verschiedene optisch-transparente Kunststoffe in Frage, wie z. B. Polymethylmetacrylit, Polystyrol, Polycarbonat, PEG und Polyolefine. Auch Copolymere kommen in Frage, wie z. B. COC. Neben den organischen Polymeren kommen auch Gläser in Frage, welche durch Heißprägen geformt werden können.
Die Herstellung der Folien mit den integrierten Koppelstrukturen 102, 104 kann, wie bereits Eingangs dargelegt, mit verschiedenen Formgebungsverfahren für Kunststoffe realisiert werden.
Das Prägen der Folien verwendet als Ausgangsmaterial Folien, die mit einem Formwerkzeug bei erhöhter Temperatur bearbeitet werden. Als Formen hierfür können z. B. mit Mikrofräsern bearbeitete Metallelemente verwendet werden. Alternativ sind auch Siliziumwafer verwendbar, in die durch anisotropes Ätzen, z. B. mit KOH, Strukturen eingebracht werden. Vorteilhaft an dieser Art der Herstellung der Foliensensoren ist, daß die Oberflächen extrem geringe Rautiefen aufweisen. Bei Verwendung von Siliziumwafern ist allerdings der verwendbare Winkel der entstehenden Oberflächen auf bestimmte Werte begrenzt, die von der jeweiligen Kristallstruktur des Siliziums und dem verwendeten Kristallschnitt vorgegeben werden. Bei geringen Strukturtiefen (z. B. bei Verwendung von Koppelgittern) sind auch fotolithographisch strukturierte Oberflächen bei anschließender isotroper Ätzung vorteilhaft.
Weitere mögliche Methoden zur Herstellung der Polymerstruktur des Folienelementes sind Walzen und ein Prägen mit UV-Härtung des Polymers. Spritzgießen ist ebenfalls einsetzbar.
Die vorliegende Beschreibung offenbart ein optisches System, insbesondere zur Detektion von fluoreszierenden Molekülen an einer Oberfläche einer dünnen Polymerfolie, in die Licht mit Hilfe spezieller Koppelstrukturen eingekoppelt und geführt wird. Dabei wird die Koppelstruktur in der Oberfläche der Folien erzeugt, nicht am Rand der Folie. Eine weitere Koppelstruktur kann zur Auskopplung des Lichtes dienen, wodurch eine Intensität in der Folie (Einkoppeleffizienz) optimiert werden kann.
Die Einkopplung des Lichtes erfolgt bevorzugt in einem begrenzten Winkelspektrum statt eines parallelen Lichtstrahles, der nur einen Einstrahlwinkel aufweist. Dadurch wird erreicht, daß die Intensitätsverteilung in der Folie nach einer Einlaufstrecke homogenisiert wird. Bei einem parallelen Eingangsstrahl würden die einzelnen Reflexe des Lichtes an den beiden Oberflächen hell erscheinen, während die Bereiche zwischen den Reflexionsstellen nicht ausgeleuchtet wären. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Foliensensor nach der Einkoppelstruktur einen Bereich auf, in dem keine Detektion erfolgt, und wobei dieser Bereich lediglich der Homogenisierung der Intensitätsverteilung dient.
Die Detektion mit dem vorliegenden Foliensensor kann ortsabhängig erfolgen.
Die Querschnittsfläche der Koppelstruktur kann einem Prisma entsprechen.
Die Koppelstruktur kann ebenfalls ein anderes brechendes (refraktives) optisches Element sein, wie z. B. eine Struktur mit trapez- oder rechteckförmiger Struktur.
Im Querschnitt kann die Koppelstruktur auch eine Runde begrenzen, wie z. B. einen Halbkreis aufweisen. Die Koppelstruktur kann ebenfalls ein diffraktives Element sein.
Eine Dicke der Folie kann zwischen 10 μm und 1.000 μm betragen.
Die Nachweisreaktionen können sein DNA-DNA Hybridisierungen, Immunreaktionen oder andere Reaktionen, die an einer Oberfläche zur Veränderung der Fluoreszenzeigenschaften an der Oberfläche führen.
Anstelle der Messung von Fluoreszenzeigenschaften der an der Oberfläche angebundenen Medien kann auch die Absorption des geführten Lichtes und dessen Änderung bestimmt werden, indem die Intensität am Ausgang der Auskoppelstruktur detektiert wird.
Die zu detektierenden Fluoreszenzeigenschaften können auch solche sein, die statt an der Oberfläche der Folie, in der Folie zu finden sind. In diesem Fall hat die Folie selbst sensorische Eigenschaften und nimmt Stoffe aus der Umgebung auf.
Auch kann die Absorption von Molekülen an der Folienoberfläche ersetzt werden durch die Absorption des Lichtes in der Folie selbst.

Claims

Vorrichtung zur optischen Detektion von Substanzen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium, mit einem Träger mit Molekülen zur Erkennung der nachzuweisenden Substanzen, die an einer Oberfläche des Trägers oder im Träger immobilisiert sind und an die die nachzuweisenden Substanzen im wesentlichen selektiv anbindbar sind, wobei Lichtwellen in den Träger einkoppelbar und durch diesen führbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Folienelement aus einem transparenten Material ist, in dem eine Einkoppelstruktur zum Einkoppeln der Lichtwellen integral ausgebildet ist und in dem die eingekoppelten Lichtwellen führbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelstruktur im Formgebungsschritt des Folienelementes an der Oberfläche des Folienelementes in einem Schritt zusammen mit der Ausbildung des Folienelementes selbst ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienelement durch Prägen, Walzen, Gießen oder Aushärten aus einem flüssigen Medium hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß, in der beim Prägen, Walzen oder Spritzgießen verwendeten Form die Einkoppelstruktur ausgebildet ist, so daß mit dieser Form die Einkoppelstruktur in einem Schritt gleichzeitig mit der Herstellung des Folienelementes, und insbesondere dessen Oberfläche, herstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Flusszelle für das zu untersuchende Medium, die mit der Oberfläche des Folienelementes einen Messraum bildet, wobei die Einkoppelstruktur in dem von der Flusszelle abgedeckten Bereich angeordnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle zur Erkennung der nachzuweisenden Substanzen Sonden aus biologischen und/oder biochemischen Molekülen sind, wie Antikörpermoleküle und/oder DNA-Moleküle und/oder DNA-Einzelstränge und/oder RNA-Moleküle und/oder RNA-Einzelstränge, die an der Oberfläche des Folienelementes oder im Folienelement immobilisiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Vielzahl an Molekülen zur Erkennung der nachzuweisenden Substanzen, die auf der Oberfläche des Folienelementes oder im Folienelement immobilisiert sind und ein Auslesefeld mit einer Vielzahl an Meßpunkten zur ortsaufgelösten Detektion der nachzuweisenden Substanzen bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienelement einen Homogenisierungsbereich aufweist, der im Strahlengang stromab der Einkoppelstruktur und stromauf einer Messstelle, insbesondere vor dem Auslesefeld, angeordnet ist, so daß die in das Folienelement über die Einkoppelstruktur eingekoppelten Lichtwellen vor Erreichen der Meßstelle eine homogene Vertiefung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang stromab der Einkoppelstruktur und stromauf der Messstelle ein die Lichtwellen homogenisierendes Element, insbesondere ein diffraktives optisches Elemente wie eine Gitterstruktur, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelstruktur eine Wölbung, vergleichbar einer Zylinderlinse oder eine runde Form, aufweist, um eine homogene Verteilung der in das Folienelement über die Einkoppelstruktur eingekoppelten Lichtwellen zu erreichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelstruktur ein refraktives optisches Element, wie ein Prisma oder ein Gitter oder eine Struktur mit einem trapez- oder rechteckigen Querschnitt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelstruktur ein diffraktives optisches Element ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke des Folienelementes im Bereich von 10 μm und 1000 μm liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke des Folienelementes derart gewählt ist, daß das Folienelement eine Flexibilität aufweist, wobei die Foliendicke insbesondere rund 100 μm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Formgebungsprozess das Folienelement mit einem äußeren, dickeren Bereich, insbesondere in Form eines Rahmens, ausgeformt sein, der die mechanische Stabilität des Folienelementes erhöht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Polymer-Kartusche, in die das Folienelement integriert ist, und die einen Injektionsport für das zu untersuchende Medium, Reagenzienbehälter, fluidische Kanäle zur Transport des Mediums und der Reagenzien, und Einrichtungen zum Bewegen des Mediums und der Reagenzien ausweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Anregungsoptik zur Erzeugung der Lichtwellen, insbesondere zur Anregung eines zur optischen Detektion verwendeten Markers, wie eines fluoreszierenden Farbstoffes, oder zur Erzeugung eines Farbwechsels an der Oberfläche oder im Folienelement in Abhängigkeit des zu untersuchenden Mediums.
Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Veränderung einer relativen Lage von Anregungsoptik zur Einkoppelstruktur, mit der ein Einkoppelwinkel so wählbar ist, daß dieser in etwa dem Totalreflexionswinkel entspricht, der sich mit der Brechzahl des an das Folienelement angrenzenden Mediums ergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine in das Folienelement eingeformte Auskoppelstruktur zum Auskoppeln der Lichtwellen, die im Formgebungsschritt des Folienelementes an der Oberfläche des Folienelementes in einem Schritt zusammen mit der Ausbildung des Folienelementes selbst ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelstruktur ein refraktives optisches Element, wie ein Prisma oder ein Gitter oder eine Struktur mit einem trapez- oder rechteckigen Querschnitt ist, oder daß die Auskoppelstruktur ein diffraktives optisches Element ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang stromab der Auskoppelstruktur ein Detektor im Strahlengang angeordnet ist, mit dem die aus der Auskoppelstruktur ausgekoppelten Lichtwellen detektierbar sind, insbesondere zur Optimierung der Strahlposition und/oder zur Bestimmung des Streulichtes der eingekoppelten Lichtwellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor zur Detektion einer Intensität der Lichtwellen an der Auskoppelstruktur zur Bestimmung einer Absorption der im Folienelement geführten Lichtwellen und deren Änderung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine Abbildungsoptik mit der optische Eigenschaften, insbesondere Fluoreszenzeigenschaften oder Farben, von an der Oberfläche oder im Folienelement angelagerten Substanzen oder Markern messbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienelement aus einem optisch transparenten Kunststoff aus organischen Polymeren, wie Polymethylmetacrylid, Polystyrol, Polycarbonat, PEG und Polyolefine, oder aus Copolymeren, wie COC, besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienelement aus einem Glas besteht, das durch Heißprägen hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Trägers für Moleküle zur Erkennung von Substanzen in einem gasförmigen oder flüssigen Medium zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die nachzuweisenden Substanzen weitgehend selektiv an die Sonden anbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als Folie aus einem transparenten Material durch Prägen, Walzen, Gießen oder Aushärten aus einem flüssigen Medium in einer Form derart hergestellt wird, daß in einem Herstellungsschritt sowohl die Oberfläche als auch eine Einkoppelstruktur zum Einkoppeln von Lichtwellen ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für den Träger Kunststofffolien verwendet werden, die mit einem Formwerkzeug bei erhöhter Temperatur bearbeitet werden, wobei als Formen hierfür insbesondere mit Mikrofräsen bearbeitete Metallelemente, oder Siliziumwafer mit durch anisotropes Ätzen eingebrachten Strukturen oder Walzen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger durch Gießen, insbesondere Spritzgießen, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang des Aushärtens in einer Form durch UV-Strahlung ausgelöst wird.