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Die Erfindung betrifft eine auf Mikrospiegeln basierende plasmonische Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Oberflächenplasmonen-Resonanzspektroskopie mit einer solchen Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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Trifft kohärentes Licht unter bestimmten Bedingungen auf eine Grenzfläche zwischen einem Dielektrikum (beispielsweise Luft oder Glas) und einem Metallfilm (beispielsweise Gold), kann es die Leitungselektronen nahe der Metalloberfläche zu kollektiven Dichteschwankungen anregen, so genannten Oberflächenplasmonen. Dieser Effekt wird in der Oberflächenplasmonen-Resonanzspektroskopie (SPR-Spektroskopie) unter anderem dazu genutzt, die Adsorption und die Eigenschaften eines sich auf der Metalloberfläche befindlichen Analyts zu untersuchen. Hierzu wird die Intensität des von der Metalloberfläche reflektierten Lichts in Abhängigkeit vom Einfallswinkel bestimmt. Der Einfallswinkel wird hierbei beispielsweise mittels eines kippbaren bzw. drehbaren Spiegels variiert, über welchen das Licht auf die Metalloberfläche gelenkt wird. Aufgrund der Anregung von Oberflächenplasmonen stellt sich bei einem bestimmten Einfallswinkel ein Intensitätsminimum ein. Der zugehörige Einfallswinkel hängt insbesondere auch von der Beschaffenheit des Analyts ab.
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Für eine portable Nutzung plasmonischer Analysemethoden bedarf es einer Miniaturisierung der benötigten mechanischen und optischen Komponenten. Aus der Druckschrift
EP 1 684 063 A1 ist ein portabler Biochip-Scanner bekannt, der eine SPR-Einheit enthält, welche in Form einer rotierenden Scheibe vorliegt. Aus der Druckschrift
US 2007/0139653 A1 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem für einen SPR-basierenden Biosensor ein Mikrospiegel (MEMS) verwendet wird. Zur Variation des Einfallswinkels findet hierbei beispielsweise ein Goniometer Verwendung.
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Für die patientennahe Labordiagnostik (POCT) bedarf es jedoch einer stark miniaturisierten und in sich abgeschlossenen Ausführung, die zugleich einfach herzustellen ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine plasmonische Sensorvorrichtung mit einer Lichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, kohärentes Licht zu erzeugen; mit einem Metallfilm, der einseitig zumindest teilweise von Analytmolekülen bedeckt ist; mit zumindest einem um mindestens eine Drehachse drehbaren Mikrospiegel, welcher so positioniert und ausgebildet ist, dass das kohärente Licht von der Lichtquelle unter einem Einfallswinkel auf eine Seite des Metallfilms lenkbar ist, wobei der Einfallswinkel durch Drehen des zumindest einen Mikrospiegels um die mindestens eine Drehachse variierbar ist; und mit einem Detektor, der dazu ausgebildet ist, die Intensität des auf den Metallfilm gelenkten und von dort wieder reflektierten Lichts in Abhängigkeit vom Einfallswinkel zu bestimmen; wobei das von der Lichtquelle erzeugte kohärente Licht derart beschaffen ist, dass je nach Einfallswinkel Oberflächenplasmonen in dem Metallfilm anregbar sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Oberflächenplasmonen-Resonanzspektroskopie mit einer erfindungsgemäßen plasmonischen Sensorvorrichtung mit den Schritten des Variierens des Einfallswinkels des kohärenten Lichts auf den Metallfilm durch Drehen des zumindest einen Mikrospiegels, wobei je nach Einfallswinkel Oberflächenplasmonen in dem Metallfilm angeregt werden; und des Messens der Intensität des auf den Metallfilm gelenkten und von dort wieder reflektierten kohärenten Lichts mittels eines Detektors in Abhängigkeit vom Einfallswinkel.
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Vorteile der Erfindung
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Es ist eine Idee der vorliegenden Erfindung, eine miniaturisierten plasmonische Sensorvorrichtung mit Hilfe von zumindest einem Mikrospiegel zu schaffen, welcher so drehbar gelagert ist, dass der Einfallswinkel des Lichts auf die Metalloberfläche variierbar ist, ohne dass zusätzliche Hilfsmittel wie beispielsweise ein Goniometer notwendig sind. Die Intensität des von der Metalloberfläche reflektierten Lichts wird hierbei von einem in die Sensorvorrichtung integrierten Detektor als Funktion des Einfallswinkels gemessen.
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Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die plasmonische Sensorvorrichtung stark miniaturisiert ausgeführt werden kann. Ein Mikrospiegel ist ein so genanntes MEMS („microelectromechanical system”), welches Ausdehnungen im Mikrometerbereich besitzt. Die Verwendung solcher Mikrospiegel erlaubt eine Dimensionierung der gesamten Sensorvorrichtung im Bereich von wenigen Millimetern bis Zentimetern. Sowohl die Lichtquelle, als auch der Detektor können in einer solchen Sensorvorrichtung integriert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung können die einzelnen Komponenten beim Betrieb der Sensorvorrichtung in ihren Positionen relativ zueinander fixiert sein. Die kohärente Lichtquelle, der Metallfilm, der Detektor und die mindestens eine Drehachse des zumindest einen Mikrospiegels können also relativ zueinander unbeweglich vorgesehen sein, so dass ausschließlich der zumindest eine Mikrospiegel um seine mindestens eine Drehachse gedreht werden kann. Auf diese Weise kann die plasmonische Sensorvorrichtung vorteilhafterweise einfach und kostengünstig miniaturisiert ausgebildet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung kann die Lichtquelle einen Laserstrahl erzeugen. Dieser wird dann über den zumindest einen Mikrospiegel auf den Metallfilm gelenkt. Eine Laserquelle ist eine vorteilhafte kohärente Lichtquelle, die zudem einfach in der Handhabung ist und sich für miniaturisierte Aufbauten eignet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung ist ein Reflexionsprisma vorgesehen. Dieses kann so positioniert sein, dass dessen Grundfläche an die den Analytmolekülen abgewandten Seite des Metallfilms angrenzt und dass das kohärente Licht von der Lichtquelle kommend an einer Eintrittsfläche in das Reflexionsprisma eintritt, an der von der Grundfläche gebildeten Grenzfläche zwischen Reflexionsprisma und Metallfilm reflektiert wird und an einer Austrittsfläche wieder aus dem Reflexionsprisma austritt, bevor es auf den Detektor trifft. Im prinzipiellen Aufbau entspricht diese Anordnung des Reflexionsprismas der so genannten Kretschmann-Konfiguration, welche in vielen praktischen Anwendungen der Oberflächenplasmonen-Resonanzspektroskopie genutzt wird. Das Reflexionsprisma dient hierbei zu Ankopplung des kohärenten Lichts an Oberflächenplasmonen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung kann eine Seite des Metallfilms als Gitterstruktur ausgebildet sein, welche so positioniert ist, dass das kohärente Licht an dieser reflektierbar ist, bevor es in den Detektor trifft. Die Gitterstruktur ist eine alternative Möglichkeit zur Kopplung der Wellenvektoren von Licht und Oberflächenplasmonen. Diese benötigt kein Reflexionsprisma und ist damit vorteilhafterweise einfacher und mit kleineren Dimensionen ausführbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung kann der Metallfilm mit Linkern versehen sein. Über die Linker können die Analytmoleküle an den Metallfilm ankoppeln, so dass sich die Anregungsbedingungen für Oberflächenplasmonen bei Reaktionen zwischen Linkern und passenden Analytmolekülen ändern. Linker sind vorteilhafte Hilfsmittel, um ausgewählte Analyte an den Metallfilm anzukoppeln.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung kann der Detektor ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor sein. Beide Sensor-Technologien sind vorteilhaft für den miniaturisierten Betrieb und kostengünstig zu konfektionieren. Die Ausdehnung der aktiven Fläche eines solchen Detektors kann vorteilhafterweise so groß gewählt werden, dass eine durch Variation des Einfallswinkels gleichzeitig hervorgerufene Variation des Einfallsortes kompensiert werden kann, indem die auftreffende Lichtmenge über die ganze aktive Fläche integriert wird. Dadurch bedingt misst der Detektor die Lichtintensität ausschließlich als Funktion des Einfallswinkels.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung kann der Metallfilm Gold und/oder Silber enthalten. Alternativ können aber auch andere geeignete Metalle vorgesehen sein, wie beispielsweise Kupfer oder Titan. Gold und Silber haben besonders vorteilhafte Eigenschaften für die Plasmonik aufgrund ihrer Leitfähigkeit und einfachen Verarbeitbarkeit.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung kann der Metallfilm mit dem Licht durch Drehen des zumindest einen Mikrospiegels zweidimensional abtastbar sein. Ferner kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung der Metallfilm als Teststreifen ausgebildet sein. Auf diesen Teststreifen können nebeneinander angeordnete Analytgebiete aus Analytmolekülen aufgebracht sein. Diese vorteilhafte Ausführungsform erlaubt die Gestaltung der plasmonischen Sensorvorrichtung als Diagnosegerät ähnlich einem herkömmlichen Point-Of-Care-Test (POCT), wie beispielweise einem Blutzuckermessgerät. Lichtquelle, Mikrospiegel und Detektor können fest in das Gerät integriert sein, während der Teststreifen (beispielsweise ein Goldfilm) nach Aufbringen einer zu analysierenden Substanz in das Gerät eingeführt wird und nach dem Test wieder entfernt wird. Aufgrund der zweidimensionalen Abtastbarkeit des Teststreifens, kann dieser beispielsweise mit verschiedenen Linkern versehen werden, so dass auf verschiedene Substanzen getestet werden kann. Weiterhin erlaubt diese Ausführungsform beispielsweise das Versehen des Teststreifens mit Referenzstrukturen, die für eine automatische Positionskorrektur des Teststreifens gegenüber den anderen Bauteilen genutzt werden kann. Alternativ können auf dem Teststreifen reservierte Bereiche vorgesehen sein für Referenzmessungen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Sensorvorrichtung ist zumindest ein weiterer um mindestens eine weitere Drehachse drehbarer Mikrospiegel vorgesehen. Dieser zumindest eine weitere Mikrospiegel kann so positioniert und ausgebildet sein, dass das kohärente Licht von der Lichtquelle mittels mehrfacher Reflexion an den Mikrospiegeln unter einem Einfallswinkel auf einen Einfallsort auf einer Seite des Metallfilms lenkbar ist. Der Einfallswinkel und der Einfallsort können hierbei durch individuelles Drehen der Mikrospiegel um die Drehachsen variierbar sein. Diese Mehrspiegelkonfiguration schafft vorteilhafterweise zusätzliche Freiheitsgrade bezüglich der Manipulation des Einfallwinkels und des Einfallortes gegenüber einer Ausführung mit nur einem Mikrospiegel mit nur einer Drehachse. Insbesondere müssen die verschiedenen Drehachsen nicht parallel zueinander liegen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zur Oberflächenplasmonen-Resonanzspektroskopie ist weiterhin das Abtasten des Metallfilms durch Variieren des Einfallsortes des kohärente Lichts mittels Drehens des zumindest einen Mikrospiegels vorgesehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematischer Querschnitt einer plasmonischen Sensorvorrichtung mit Reflexionsprisma gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 schematische Darstellung zweier Intensitätsverläufe als Funktion des Einfallswinkels, wie sie gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftreten;
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3 schematischer Querschnitt einer plasmonischen Sensorvorrichtung mit Gitterstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 schematische Draufsicht auf einen Teststreifen einer plasmonischen Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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5 schematischer Querschnitt einer plasmonischen Sensorvorrichtung mit Reflexionsprisma und drei Mikrospiegeln gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer plasmonischen Sensorvorrichtung 9 mit Reflexionsprisma 7 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Diese umfasst eine Lichtquelle 1, einen Mikrospiegel 2 mit Drehachse 15, ein Metallfilm 6, ein Reflexionsprisma 7, einen Detektor 8 sowie an dem Metallfilm 6 befestigte Linker 5, an welche Analytmoleküle 4 angekoppelt sind. Die Lichtquelle 1 sendet einen Lichtstrahl 3 aus kohärentem Licht 3 aus, welcher am rotierbaren Mikrospiegel 2 reflektiert wird und auf das Reflexionsprisma 7 unter einem durch den Mikrospiegel 2 vorgegebenen Einfallswinkel 13 geleitet wird. Dort tritt der Lichtstrahl 3 über die eine Eintrittsfläche 17 ein, wird an einer Grundfläche 16 reflektiert und tritt an einer Austrittsfläche 18 wieder aus. Danach trifft der Lichtstrahl 3 auf den Detektor 8.
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Die Lichtquelle 1 kann beispielsweise ein Laser sein, d. h. der Lichtstrahl 3 in 1 entspricht in diesem Fall dem Laserstrahl. Mittels des Reflexionsprismas 6, welches beispielsweise aus Glas oder Plastik bestehen kann, kann der Lichtstrahl 3 an Oberflächenplasmonen in dem Metallfilm 6 angekoppelt werden. Für einen gewissen Einfallswinkel 13 stehen Lichtstrahl 3 und Oberflächenplasmonen in Resonanz, so dass die Intensität des Lichtstrahls 3 maximal abgeschwächt wird. Die Intensität des Lichtstrahls 3 wird vom Detektor 8 gemessen. Dieser kann beispielsweise ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor sein, welcher die Lichtintensität durch Integration über die aktive Sensorfläche bestimmt. Durch das Drehen des Mikrospiegels 2 wird neben dem Einfallswinkel 13 auch gleichzeitig der Einfallsort 14 des Laserstrahls verändert. Aufgrund der Integration über die ausgedehnte aktive Fläche ist die vom Detektor 8 gemessene Intensität allerdings unabhängig vom Einfallsort 14, so dass dieser die Intensität des Lichtstrahls 3 als Funktion des Einfallswinkels misst. In der vorliegenden Ausführungsform ist ausschließlich der Mikrospiegel 2 beweglich.
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Alle anderen Bauteile sind relativ zueinander fixiert, so dass die plasmonische Sensorvorrichtung stark miniaturisiert ausführbar ist. Typische Mikrospiegel 2 (MEMS) sind im Mikrometerbereich dimensioniert. Eine typische plasmonische Sensorvorrichtung 9, wie er in 1 gezeigt wird, hat eine Ausdehnung von wenigen Millimetern senkrecht zum Metallfilm 6. In der Breite in Richtung der Ebene des Metallfilms 6 erstreckt sich die plasmonische Sensorvorrichtung 9 beispielsweise über wenige Zentimeter.
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Die Linker 5 dienen zur Ankopplung der Analytmoleküle 4 an den Metallfilm 6. Dergestalt angekoppelte Analytmoleküle 4 beeinflussen die Anregungseigenschaften des Metallfilms 6 für Oberflächenplasmonen, d. h. insbesondere wird der Einfallswinkel 13 verschoben, bei dem eine minimale Intensität des Lichtstrahls 3 vorliegt. Beispielsweise kann der Metallfilm 6 aus Gold, Silber oder einem entsprechenden geeigneten Metall bestehen.
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Diese erste Ausführungsform der plasmonischen Sensorvorrichtung 9 ist beispielhaft zu sehen, prinzipiell sind verschiedene Anordnungen der elementaren Bauteile sowie verschiedene Ausführungen derselben vorgesehen. Es sind unter anderem Ausführungen mit mehreren Mikrospiegeln 2 vorgesehen, welche dabei entweder kontinuierlich oder in diskreten Schritten drehbar bzw. kippbar sind. Des Weiteren sind prinzipiell Mikrospiegel 2 vorgesehen, die in verschiedene Richtungen um verschiedene Drehachsen 15 gedreht bzw. gekippt werden können.
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2 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung zweier Intensitätsverläufe als Funktion des Einfallswinkels 13, wie sie gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftreten.
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Einer der Intensitätsverläufe entspricht dem Fall, dass Analytmoleküle 4 über die Linker 5 an den Metallfilm 6 angekoppelt sind, der andere dem Fall, dass keine Analytmoleküle 4 angekoppelt sind. 2 macht deutlich, dass das Intensitätsminimum verschoben ist für den Fall, dass Analytmoleküle 4 an dem Metallfilm 6 angekoppelt sind. Die in 2 abgebildete Veränderung des Intensitätsminimums ist beispielhaft zu sehen. Generell werden die Anregungsbedingungen von Oberflächenplasmonen in dem Metallfilm 6 von der Beschaffenheit der Analytmoleküle 4 beeinflusst. Prinzipiell hängt der Verlauf der Intensität als Funktion des Einfallswinkels vom Aufbau der Sensorvorrichtung ab, insbesondere vom gewählten Metall und der Ankopplung des Analyten. Solch eine plasmonische Sensorvorrichtung 9 eignet sich zur Analyse verschiedenster Analyte und deren Eigenschaften und kann somit in vielfältigen Bereichen zur Anwendung kommen, beispielsweise im Bereich in der medizinischen Diagnose als portabler Point-Of-Care-Test (POCT). Weitere Anwendungsgebiete finden sich in der Arzneimittelforschung, beispielsweise zur Untersuchung der Bindungseigenschaften von Wirkstoffen, oder in der Biosensorik. Die Erfindung ist grundsätzlich für den Einsatz in Flüssigkeiten und gasförmigen Medien geeignet und kann somit überall dort eingesetzt werden, wo geringe Konzentrationen von Substanzen direkt vor Ort detektiert werden sollen. Insbesondere ist durch die starke Miniaturisierung der Sensorvorrichtung die Anwendung außerhalb von Laboren praktikabel. Beispielsweise lässt sich eine solche plasmonische Sensorvorrichtung in Mobiltelefone, Tablets etc. integrieren.
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer plasmonischen Sensorvorrichtung 9 mit Gitterstruktur 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ähnlich wie die erste Ausführungsform in 1 umfasst diese eine Lichtquelle 1, einen Mikrospiegel 2 mit Drehachse 15, ein Metallfilm 6, einen Detektor 8 sowie an dem Metallfilm 6 befestigte Linker 5, an welche Analytmoleküle 4 angekoppelt sind. Anders als die Ausführungsform in 1 befinden sich die Linker 5 und die daran gekoppelten Analytmoleküle 4 allerdings auf der dem Detektor 8 und der Lichtquelle 1 zugewandten Seite des Metallfilms 6. Im Unterschied zu der Ausführung in 1 ist hier zudem kein Reflexionsprisma 7 vorgesehen. Vielmehr ist der Metallfilm 6 auf der bestrahlten Seite mit einer Gitterstruktur 10 versehen. Ähnlich wie das Reflexionsprisma 7 in 1 dient auch die Gitterstruktur 10 zur Ankopplung des kohärenten Lichts 3 an Oberflächenplasmonen, benötigt aber weniger Platz als ein typisches Reflexionsprisma 7. Die auf 3 gezeigte Anordnung der Bauteile der plasmonischen Sensorvorrichtung 9 ist beispielhaft zu sehen, prinzipiell sind verschiedene Anordnungen der elementaren Bauteile sowie verschiedene Ausführungen derselben vorgesehen. Insbesondere sind Ausführungen vorgesehen mit mehreren Mikrospiegeln 2. Die Mikrospiegel 2 sind dabei entweder kontinuierlich oder in diskreten Schritten drehbar bzw. kippbar. Darüber hinaus sind auch Ausführungsformen vorgesehen, bei denen sich die Linker 5 sowie die Analytmoleküle 4 ähnlich zu der Ausführungsform in 1 auf der nicht bestrahlten Seite des Metallfilms 6 befinden.
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Darüber hinaus ist die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform dieselbe wie von jener ersten Ausführungsform in 1. Auch hier sendet die Lichtquelle 1 einen Lichtstrahl 3 aus kohärentem Licht 3 aus, welcher am rotierbaren Mikrospiegel 2 reflektiert wird und auf das Reflexionsprisma 7 unter einem durch den Mikrospiegel 2 vorgegebenen Einfallswinkel 13 geleitet wird. Dort tritt der Lichtstrahl 3 über die eine Eintrittsfläche 17 ein, wird an einer Grundfläche 16 reflektiert und tritt an einer Austrittsfläche 18 wieder aus dem Reflexionsprisma 7 aus. Danach trifft der Lichtstrahl 3 auf den Detektor 8, welcher die Intensität des Lichtstrahls 3 als Funktion des Einfallswinkels 13 bestimmt.
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Die Analyse eines Analyten umfasst also folgende Schritte. Zuerst wird von der Lichtquelle 1 kohärentes Licht 3 erzeugt. Dieses wird am Mikrospiegel 2 reflektiert und auf die als Gitter strukturierte Unterseite des Metallfilms 6 gelenkt. Der Einfallswinkel 13 des Lichtstrahls 3 auf den Metallfilm 6 wird durch Drehen bzw. Kippen des Mikrospiegels 2 variiert, wobei je nach Einfallswinkel 13 Oberflächenplasmonen in dem Metallfilm 6 an der Grenzfläche zwischen Metallfilm 6 und Analytmolekülen 4 angeregt werden. Die Intensität des auf den Metallfilm 6 gelenkten und von dort wieder reflektierten Lichtstrahls 3 wird vom Detektor 8 gemessen und darauf aufbauend der Verlauf der Intensität des Lichts 3 als Funktion des Einfallswinkels 13 bestimmt.
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4 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teststreifen 11 einer plasmonischen Sensorvorrichtung 9 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die plasmonische Sensorvorrichtung 9 kann beispielsweise ähnlich jener aus 3 sein, welche eine Gitterstruktur 10 zur Kopplung von Licht 3 und Oberflächenplasmonen vorsieht. In 4 ist ein Metallfilm 6 zu sehen, auf die vier nebeneinander angeordnete, streifenförmige Analytgebiete 12 aus Analytmolekülen 4 aufgebracht sind. Beispielsweise können alle vier Analytgebiete 12 aus verschiedenen Analyten bestehen. Dementsprechend sind in diesem Fall auch vier verschiedene Typen von Linkern 5 vorgesehen, an die die jeweiligen Analytmoleküle 4 ankoppeln können.
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In der dritten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die plasmonische Sensorvorrichtung 9 der Metallfilm 6 zweidimensional abtasten kann. Dies ist durch Drehen von mehreren vorgesehenen Mikrospiegeln 2 möglich oder durch Drehen eines einzelnen Mikrospiegels 2 in verschiedene Richtungen. Diese Ausführung ist vorteilhaft für eine Ausgestaltung der Sensorvorrichtung als Diagnosegerät, beispielsweise einem Point-Of-Care-Test. In dieser Form kann das Diagnosegerät ähnlich einem Blutzuckermessgerät oder Chipkarten-Leser verwendet werden. Lichtquelle 1, Mikrospiegel 2 und Detektor 8 sind in dieser Variante fest in das Diagnosegerät integriert. Der Teststreifen 11 wird nach Aufbringen einer oder mehrerer Substanzen in das Gerät eingeführt und nach der Analyse wieder entfernt. Die zweidimensionale Abtastbarkeit des Teststreifens 11 ermöglicht folglich das Testen auf verschiedene Substanzen, welche beispielsweise über entsprechende Linker 5 an dem Teststreifen 11 angekoppelt werden. In anderen Ausführungen der plasmonischen Sensorvorrichtung 9 und des Teststreifens 11 sind Referenzstrukturen vorgesehen, die beispielsweise für eine automatische Positionskorrektur des Teststreifens 11 gegenüber den anderen Bauteilen genutzt werden bzw. für eine automatische Ausrichtung des Teststreifen und der optischen Komponenten geeignet sind. Weiterhin sind auf dem Teststreifen 11 reservierte Bereiche vorgesehen, die für Referenzmessungen nutzbar sind.
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5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer plasmonischen Sensorvorrichtung 9 mit Reflexionsprisma 7 und drei Mikrospiegeln 2 in einer Mehrspiegelkonfiguration gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Prinzipiell sind Aufbau und Funktionsweise der Sensorvorrichtung 9 ähnlich jener in 1 abgebildeten. Die Sensorvorrichtung 9 umfasst eine Lichtquelle 1, Mikrospiegel 2, 2a, 2b mit Drehachsen 15, 15a, 15b, ein Metallfilm 6, ein Reflexionsprisma 7, einen Detektor 8 sowie an dem Metallfilm 6 befestigte Linker 5, an welche Analytmoleküle 4 angekoppelt sind. Die Lichtquelle 1 sendet einen Lichtstrahl 3 aus kohärentem Licht 3 aus, welcher an den rotierbaren Mikrospiegeln 2, 2a, 2b reflektiert wird und auf das Reflexionsprisma 7 unter einem durch die Mikrospiegel 2, 2a, 2b vorgegebenen Einfallswinkel 13 geleitet wird. Dort tritt der Lichtstrahl 3 über die eine Eintrittsfläche 17 ein, wird an einer Grundfläche 16 reflektiert und tritt an einer Austrittsfläche 18 wieder aus. Danach trifft der Lichtstrahl 3 auf den Detektor 8, welcher die Intensität des Lichtstrahls 3 als Funktion des Einfallswinkels 13 bestimmt. Der Lichtstrahl 3 trifft zuerst auf einen ersten Mikrospiegel 2. Dieser lenkt den Lichtstrahl 3 je nach Winkel auf einen der beiden weiteren Mikrospiegel 2a, 2b, welche ihn dann jeweils weiter auf das Reflexionsprisma 7 leiten. Die hier verwendete Mehrspiegelkonfiguration schafft zusätzliche Freiheitsgrade bezüglich der Manipulation des Einfallswinkels 13 und des Einfallortes 14 gegenüber der Ausführung mit nur einem Mikrospiegel 2 in 1. In der vierten Ausführungsform sind die Drehachsen 15, 15a, 15b der drei Mikrospiegel 2, 2a, 2b parallel zueinander. Die vorliegende Erfindung sieht darüber hinaus allerdings auch Ausführungen vor, bei welchen die Drehachsen 15, 15a, 15b und Mikrospiegel 2, 2a, 2b in verschiedene Richtungen ausgerichtet sind. Durch entsprechende Konfigurierung der Mikrospiegel 2, 2a, 2b ist es unter anderem so möglich, dass der Metallfilm 6 nicht nur in der Abbildungsebene eindimensional abgetastet wird, sondern insbesondere auch senkrecht zur Bildebene, d. h. zweidimensional. Hierdurch kann ein Teststreifen 11, wie er beispielsweise in 4 gezeigt wird, zweidimensional abgetastet werden und so für vielfältige Zwecke genutzt werden. Es sind Ausführungen der plasmonischen Sensorvorrichtung 9 vorgesehen, welche aus einer Konfiguration aus N + 1 Mikrospiegeln 2, 2a, 2b bestehen. Aufgrund der miniaturisierten Ausführung der Mikrospiegel 2, 2a, 2b sind auch solche Ausführungen einfach und platzsparend gestaltbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1684063 A1 [0003]
- US 2007/0139653 A1 [0003]
