DE19805809C2 - Determining the surface plasmon resonance by means of spatial or temporal modified layers - Google Patents

Determining the surface plasmon resonance by means of spatial or temporal modified layers

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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 1 einen Oberflächenplasmonenresonanz-Transducer und gemäß Anspruch 27 einen optischen Sensor mit einem Oberflächenplasmonenresonanz-Transducer. The invention relates according to claim 1 is a surface plasmon resonance transducer according to claim 27 and an optical sensor with a surface plasmon resonance transducer.

Die Oberflächenplasmonenresonanz-Spektroskopie (engl. Surface Plasmon Resonance - SPR) beobachtet Änderungen sowohl von Dicke d als auch Brechungindex n einer dünnen Schicht eines Metalles und eventuell auf dieser aufgebrach ter Schichten. The surface plasmon resonance spectroscopy (engl Surface Plasmon Resonance -. SPR) observed changes in both of thickness d and refractive index n of a thin layer of a metal and may be interrupted on this ter layers. Oberflächenplasmonen sind kollektive Anregun gen der freier Elektronen in einem Metall, die von einem Lichtfeld, das an der Grenze der dünnen Metallschicht re flektiert wird, angeregt werden können. Surface plasmons are collective Anregun gene of the free electrons in a metal, which can be excited by a light field, which is inflected at the boundary of the thin metal layer re. Die Anregung erfolgt dann, wenn sowohl Energie als auch Impuls des einfallenden Lichtfeldes mit dem der Plasmonen übereinstimmt. The excitation takes place when both energy and momentum of the incident light field coincides with that of the plasmons. Die Ober flächenplasmonenresonanz kann somit sowohl mit Hilfe der Va riation der Wellenlänge (Energie) des einfallenden Lichtes, bei konstantem Winkel (Impuls) als auch durch Variation des Anregungswinkels bei konstanter Wellenlänge beobachtet wer den. can surface plasmon resonance the upper thus at a constant wavelength observed who the both using the Va riation the wavelength (energy) of the incident light, at a constant angle (momentum) and by variation of the excitation angle. Beide Prinzipien und Apparaturen zu ihrer Verwendung werden in dem Artikel von Erwin Kretschmann, "Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anregung von Ober flächenplasmaschwingungen", Z. Physik 241, 313-314 (1971) beschrieben. Both principles and equipment for their use are described in the article by Erwin Kretschmann, "The determination of optical constants of metals by exciting the upper surface plasma oscillations", Z. Physik 241, described 313-314 (1971).

Die Position der SPR im Spektrum hängt nicht allein von den Eigenschaften der plasmonentragenden Schicht des Freielek tronenmetalles ab. The position of the SPR in the spectrum does not depend solely on the properties of plasmon-supporting layer of Freielek tronenmetalles.

Vielmehr hängt die Position der SPR und auch ihre Form von den optischen Eigenschaften des an die Oberfläche angrenzen den Mediums ab. Rather, the position of the SPR and its shape depends on the optical properties of the surface adjacent to the medium. Diese Eigenschaft wird für die Verwendung der SPR in Sensoren genutzt. This property is used for the use of the SPR in sensors. Speziell in Biosensoren wird das angrenzende Medium so gestaltet, daß seine optischen Eigenschaften (Dicke und Brechungsindex) durch spezifische Adsorption von Analytmolekülen modifiziert werden. Specifically, in the adjacent biosensors medium is designed so that its optical properties (thickness and refractive index) may be modified by specific adsorption of analyte molecules. Dies ge schieht typischerweise dadurch, daß in einer dünnen Schicht, die unspezifische Adsorption verhindert, spezielle Ligand- Moleküle fest gebunden werden. This ge schieht typically characterized, that prevents in a thin layer, the non-specific adsorption specific ligand molecules are firmly bonded. Diese Liganden sind spezifi sche Bindungspartner für die zu analysierenden Moleküle. These ligands are specifi c binding partner for the molecules to be analyzed. Beispielsweise ist ein solches typisches Paar ein Antikörper (Ligand) und das entsprechende Antigen (Analyt). For example, such typical pair is an antibody (ligand) and the corresponding antigen (analyte). Auf diese Art und Weise kann mit Hilfe der Verschiebung im Spektrum oder allgemeiner Änderung der SPR auf die Anwesenheit und Konzentration von Analytmolekülen und die Bindungsmechanis men zwischen ihnen und der modifizierten Sensoroberfläche geschlossen werden. In this manner the shift in the spectrum or, more generally change of the SPR on the presence and concentration of analyte molecules and the Bindungsmechanis can be closed with the aid of men between them and the modified sensor surface. Die so erzeugten Sensoren heißen Affini tätssensoren. The sensors thus generated hot Affini tätssensoren. Mit ihrer Hilfe kann die Reaktion zwischen Analyt in einer Probenlösung und Ligand zeitaufgelöst ver messen werden. With their help, the reaction between the analyte may at times dissolved in a sample solution and the ligand ver be measured. Eine Übersicht zeigt Gunnar Brink, "Selbstor ganisierte ultradünne Schichtsysteme auf Basis von Proteinen und Lipidmembranen; Erzeugung, Charakterisierung und Anwen dung in der Biosensorik", VDI Verlag. An overview shows Gunnar Brink, "Selbstor-organized ultrathin layer systems based on proteins and lipid membranes; creation, characterization and appli cation in biosensor", VDI Verlag.

Die im Stand der Technik beschriebenen Sensoren und die zu Grunde liegenden Verfahren basieren auf der Beobachtung der Verschiebung der SPR entweder im Spektrum des einfallenden Lichtes oder im Anregungswinkel. The sensors and described in the prior art, the method underlying based on the observation of the displacement of the SPR either in the spectrum of the incident light or the excitation angle. Dabei hat die Verwendung eines Verfahrens, daß auf der spektralen Vermessung der SPR beruht, den Vorteil, daß der Ortsraum zur Gewinnung zusätz licher Information zur Verfügung steht. In this case, the use of a method that is based on the spectral measurement of the SPR, the advantage that the spatial domain to obtain zusätz Licher information is available. Wird die wellenlän genaufgelöste Messung mit einer ortsaufgelösten Messung ver knüpft, läßt sich die Informationsdichte deutlich erhöhen. If the wellenlän genaufgelöste measurement linked ver with a spatially resolved measurement, the information density can be increased considerably. Der Unterschied entspricht dem zwischen einem Schwarz-Weiß- Bildschirm und einem Farbbildschirm. The difference corresponds to between a black and white screen and a color screen.

Sowohl die winkel- als auch die wellenlängenaufgelöste Ver messung von SPR benutzt die kontrollierte Veränderung (das Durchstimmen) einer äußeren Größe über die Breite der Reso nanz oder das Einstrahlen von Licht mit der Breite der Reso nanz - spektral, ca. 100 nm oder mehr, winkelaufgelöst, einige Grad - um Veränderungen der SPR zu messen. Both the angular and wavelength-resolved Ver measurement of SPR uses the controlled variation (the tuning) of an external variable across the width of Reso resonance or the irradiation of light having the width of the Reso resonance - spectrally about 100 nm or more, , angularly resolved some degree - to measure changes in the SPR. Diese Ver fahren haben den Nachteil, daß sie entweder keine optimale Zeitauflösung, keine optimale Energiedichte oder keines der beiden zur Verfügung stellen können. drive these United have the disadvantage that they can make both available either no optimum time resolution, no optimal energy density, or none of.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Vermessung von Oberflächenplasmonen bereitzustellen, die eine bessere Zeitauflösung und/oder Energiedichte ermöglicht. The invention has the object of providing an apparatus for measuring surface plasmons, which allows a better time resolution and / or energy density.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge löst. This object is achieved with the features of the claims ge.

Ideal unter Aspekten der Zeitauflösung und der Empfindlich keit ist die Vermessung der SPR mit einem spektral schmal bandigen, parallelen, konstanten Lichtstrahl hoher Intensi tät. Ideal under aspects of the temporal resolution and the Susceptibility is the measurement of the SPR ty with a spectrally narrow bandigen parallel, constant light beam of high Intensi. Damit kann sowohl die zeitliche, als auch die Auflösung bei der Messung von Intensitäten und damit die Sensitivität optimiert werden. This allows both the time, and the resolution in the measurement of intensities and thus the sensitivity can be optimized.

Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, die Mate rialeigenschaften derjenigen Bereiche, die an die SPR tra gende Oberfläche des SPR-Sensors (Transducers) angrenzen, bzw. sich so nah - +/-5 µm - an der SPR tragenden Oberflä che befinden, daß sie die SPR signifikant beeinflußen, der gestalt zu modifizieren, daß eine räumlich oder zeitlich aufgelöste Bestimmung der Intensität der von der Oberfläche reflektierten Strahlung die Vermessung der SPR ermöglicht. The invention is the basic concept underlying the rialeigenschaften Mate adjacent those areas that constricting the SPR tra surface of the SPR sensor (transducer), or as close - +/- 5 microns - to the SPR supporting Oberflä che are that they significantly affect the SPR, the shape of the modifying that a space or time-resolved determination of the intensity of the reflected radiation from the surface enables the measurement of the SPR. Diese Schichten können das Freielektronenmetall (Metall schicht) oder eine erste auf der Lichteinkopplungs-Seite oder eine zweite auf der Probenseite befindliche (dielektri sche) Schicht sein. These layers can be the free electron metal (metal layer) or on the first light coupling side or a second side located on the sample be layer (dielektri cal). Die erste und zweite Schicht kann direkt an die Metallschicht angrenzen. The first and second layer may be directly adjacent to the metal layer. Alternativ kann die erste oder zweite Schicht durch eine erste bzw zweite Zwischen schicht oder mehrere Zwischenschichten von der Metallschicht getrennt sein. Alternatively, the first or second layer may interlayer or more intermediate layers may be separated from the metal layer by a first or second. Ebenso kann die zweite Schicht direkt an das Probenvolumen angrenzen. Likewise, the second layer may be directly adjacent to the sample volume. Es werden in erster Linie Form und Lage der SPR entweder räumlich oder zeitlich beeinflußt. There are influenced either spatially or temporally primarily the shape and position of the SPR. Die Erfindung ermöglicht die oben geforderte Bestimmung der SPR sowohl mit optimaler zeitlicher (nur bei räumlich aufge löster Bestimmung), als auch mit optimaler Intensitätsauflö sung. The invention enables the determination of the required above SPR both with an optimum time (only for spatially predissolved determination), as well as with an optimum Intensitätsauflö solution. Außerdem besitzt sie den Vorteil, daß gegebenenfalls die übrigen räumlichen Achsen zur Gewinnung weiterer Infor mation genutzt werden können. It also has the advantage that, where appropriate, the other spatial axes can be used to obtain further infor mation. Dies wird in den Ausführungs beispielen verdeutlicht. This is illustrated in the examples of execution. Insbesondere gestattet die Erfin dung auch die Kombination von räumlich oder zeitlich aufge lösten Messungen und schmalbandiger spektraler Modulation der Lichtquelle zur Unterdrückung äußerer Störgrößen und Er zielung eines optimalen Signal- zu Rauschen-Verhältnisses. In particular, the dung OF INVENTION allows the combination of up spatially or temporally resolved measurements and narrowband spectral modulation of the light source for suppressing external disturbances and He livering of an optimal signal-to-noise ratio. Zur räumlichen Modifikation der Transduceroberfläche - ge nauer: von komplexen Brechnungsindex n, Dicke d oder dem Produkt n . For the spatial modification of the transducer surface - ge more precisely, of the complex refractive index n, thickness d or the product n. d - stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. d - Various methods are available. Dabei kann einerseits die dünne Schicht des Freielektronen metalls entsprechend strukturiert erzeugt oder modifiziert werden, oder auch eine oder mehrere Schichten, die an die Metallschicht mittelbar oder unmittelbar angrenzen. The thin layer of free electrons on the one hand be structured metal according created or modified, or one or more layers which are adjacent directly or indirectly to the metal layer. Techni ken, die zur Modifikation zur Verfügung stehen, basieren auf der ortsaufgelösten Aufbringung von Material, wie beispiels weise ortsaufgelöste Aufsputterung von Material auf Oberflä chen, oder durch Bedrucken, durch gerichtete Eindiffusion von Fremdmaterialien, durch ortsaufgelöste Ionenimplanta tion, durch ortsaufgelöste fotoinduzierte Bindung oder auch durch gezielte Entfernung von Material von der Oberfläche beispielsweise durch Sputtern oder lithograpische Techniken, Plasmaätzen usw. Techni ken that are available for modification are available, based on the spatially resolved deposition of material, such as example as spatially resolved sputtering method of material on Oberflä chen, or tion by printing, by directed diffusion of foreign materials by spatially resolved Ionenimplanta, by spatially resolved photo-induced binding or by selective removal of material from the surface for example by sputtering or lithograpische techniques, plasma etching, etc.

Eine weitere Möglichkeit zur erfindungsgemäßen räumlichen Modifikation ist die Erzeugung einer stehenden Welle - bei spielsweise als Dichtemodifikation auf akustischem Wege - im Bereich des Transducers, der an die SPR-tragende Oberfläche angrenzt. A further possibility for the inventive spatial modification is the generation of a standing wave - in example as density modifier acoustically - in the region of the transducer which is adjacent to the SPR supporting surface.

Alternativ ist die Verwendung eines Materials an der Grenz fläche, dessen Brechungsindex durch Einstrahlung eines wei teren Lichtfeldes orts- oder zeitaufgelöst modifiziert wer den kann, möglich. Alternatively, the use of a material at the interface, the refractive index modified by irradiating a white light field direct spatially or temporally resolved who can the, possible. Ein solches Material ist beispielsweise ein Farbstoff. Such a material is for example a dye.

Neben der Bestimmung der Oberflächenplasmonenresonanz durch räumliche Modifikation des Transducers, in dem Bereich, der empfindlich auf Form und Lage der SPR wirkt, ist auch die zeitaufgelöste Modifikation dieses Bereiches geeignet, die Detektion von SPR und die darauf basierende Sensorik zu ver bessern. In addition to determining the surface plasmon resonance by the spatial modification of the transducer, in the region which acts sensitive to the shape and position of the SPR, and the time-resolved modification of this area is suitable, improve the detection of SPR and based on this sensor to ver. Unter zeitaufgelöster Modifikation wird hier ver standen, die Änderung der Eigenschaften einer oder mehrerer Schichten, in einem SPR-Transducer, die dazu geeignet sind, Form und Lage der SPR zu verändern, so durchzuführen, daß diese Änderungen reversibel sind und durch zeitliche Ände rung einer äußeren Größe zustande kommen. Under time-resolved modification is here were ver, the change in the properties of one or more layers, to perform in an SPR transducers that are adapted to change the shape and position of the SPR so that these changes are reversible and tion by temporal Ände a come about outer size. Beispielsweise kann eine oder mehrere der beschriebenen Schichten oder der ganze Transducer komprimiert oder expandiert werden, oder die Temperatur entsprechender Bereiche kann verändert werden oder ein Lichtfeld wie oben beschrieben kann eingestrahlt werden. For example, one or more of the layers or all the transducers described can be compressed or expanded, or the temperature of respective regions can be changed or a field of light may be irradiated as described above.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. The invention will be further explained with reference to exemplary embodiments and with reference to the drawings. Es zeigen: Show it:

Fig. 1a: einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Vermessung von SPR; FIG. 1a shows a schematic structure of a device for measuring SPR;

Fig. 1b: eine schematischen Aufbau eines SPR-Sensors mit einer Konfiguration nach Kretschmann zur Anregung von SPR; FIG. 1b: a schematic configuration of an SPR sensor having a configuration according to Kretschmann for exciting SPR;

Fig. 1c: eine Prinzipdarstellung an einem Ausschnitt eines Sensors gemäß Fig. 1b; Fig. 1c shows a schematic diagram of a section of a sensor according to Figure 1b;.

Fig. 1d: eine Diagrammdarstellung der Stärke des elektri schen Feldes E im Grenzbereich Freielektronenme tall 5 /Probe 6 ; FIG. 1d: a diagrammatic representation of the strength of the electrical field E's in the boundary region Freielektronenme tall 5 / sample 6;

Fig. 1e: eine schematisch Darstellung eines Schichtaufbaus des auf Gestalt und Lage der SPR wirkenden Trans ducer-Bereiches; FIG. 1e is a schematic illustration of a layer structure of the forces acting on shape and position of the SPR trans ducer-range;

Fig. 2a: eine schematisch Darstellung einer Variation der Schichtdicke d des Freielektronenmetalls 5 in einem SPR-Sensor gemäß einer ersten Ausführungs form der Erfindung; FIG. 2a is a schematic representation of a variation of the layer thickness d of the free electron metal 5 in a SPR sensor according to a first embodiment of the invention;

Fig. 2b: eine schematisch Darstellung einer Variation der Schichtdicke einer zusätzlichen dielektrischen Schicht 7 zwischen Freielektronenmetall 5 und Probe 6 ; Fig. 2b is a schematic representation of a variation of the layer thickness of an additional dielectric layer 7 between the free electron metal 5 and Sample 6;

Fig. 2c: eine Prinzipdarstellung einer Verschiebung eines ortsaufgelösten SPR-Signals; Fig. 2c: a schematic diagram of a displacement of a spatially resolved SPR signal;

Fig. 3: eine Prinzipdarstellung einer Variation des Bre chungsindex n des Freielektronenmetalls 5 oder einer Schicht 7 , 8 ; Fig. 3 shows a schematic diagram of a variation of a refracting index n of the free electron metal 5 or a layer 7, 8;

Fig. 4: eine Prinzipdarstellung einer zyklischen Variation der optischen Eigenschaften des Freielektronenme talls 5 oder einer Schicht 7 , 8 ; Fig. 4 shows a schematic diagram of a cyclic variation of the optical properties of the Freielektronenme talls 5 or a layer 7, 8;

Fig. 5a: eine Aufsicht auf einen kreisförmigen Transducer 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin dung; FIG. 5a: dung a plan view of a circular transducer 2 according to another embodiment of the OF INVENTION;

Fig. 5b: eine schematische Anordnung verschiedener Pro benkanäle 10 entlang des Radius r des kreisförmi gen Transducers gemäß Fig. 5a; FIG. 5b is a schematic arrangement of various Pro benkanäle 10 along the radius r of the kreisförmi gen transducer of FIG 5a;.

Fig. 5c: eine Prinzipdarstellung eines SPR-Signals als Funktion des Drehwinkels bei einem Transducer ge mäß Fig. 5a; Fig. 5c: a schematic diagram of an SPR signal as a function of the rotation angle at a transducer accelerator as Figure 5a;.

Fig. 6a: eine perspektivische Ansicht eines Sensors basie rend auf der rotationsaufgelösten Messung eines SPR-Signals gemäß einer alternativen Ausführungs form der Erfindung; FIG. 6a is a perspective view of a sensor basie end on the rotationally resolved measurement of an SPR signal in accordance with an alternative execution form of the invention;

Fig. 6b: einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Vermessung von SPR mit einem Sensor gemäß Fig. 6a; Figure 6b: a schematic structure of an apparatus for measurement of SPR with a sensor according to Fig 6a;..

Fig. 7a: eine perspektivische Ansicht eines Sensors mit einer linearen Anordnung zur Bestimmung von Ana lytkonzentrationen mit Hilfe ortsaufgelöster Mes sung eines SPR-Signals und Fig. 7a: is a perspective view of a sensor with a linear arrangement for the determination of Ana lytkonzentrationen using spatially resolved Mes solution of an SPR signal and

Fig. 7b: eine Prinzipdarstellung eines SPR-Signals als Funktion des Ortes bei einem Transducer gemäß Fig. 7a. 7b. Figure 7a is a schematic diagram of a SPR signal as a function of position in accordance with a transducer Fig..

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung be schrieben. Embodiments of the invention will be enrolled.

In Fig. 1a wird ein schematischer Aufbau eines optischen Sensors gezeigt. In Fig. 1a, a schematic structure of an optical sensor is shown. Es wird ein paralleler Lichtstrahl konstan ter Wellenlänge aus einer Lichtquelle 1 , vorzugsweise ein Laser, z. It is a parallel light beam konstan ter wavelength from a light source 1, preferably a laser, for example. B. ein Diodenlaser, auf einen SPR-Transducer 2 ein gestrahlt. For example, a diode laser, an irradiated on a SPR transducer. 2 Das vom Transducer abgegebene Licht wird von einem Detektor 3 erfaßt und anschließend von einer Auswerte einheit (nicht dargestellt) ausgewertet. The light emitted from the transducer light is detected by a detector 3, and then by an evaluation unit (not shown) evaluated.

Der Transducer 2 wird beispielsweise wie in Fig. 1b gezeigt in Kretschmann-Konfiguration verwendet. The transducer 2 is, for example, as shown in Fig. 1b used in Kretschmann configuration. Der Transducer be steht aus einer Freielektronenmetallschicht 5 auf dessen lichteinkoppelnder Seite ein Glasprisma 4 angeordnet ist. The transducer be available from a free electron metal layer 5 on its side lichteinkoppelnder a glass prism 4 is arranged. Auf der Probenseite der Metallschicht 5 ist eine Probe 6 an geordnet. On the sample side of the metal layer 5, a sample 6 to be sorted. Der Lichtstrahl wird von einer Seite des Glaspris mas 4 , das als einkoppelndes Medium dient, auf die Oberflä che der Metallschicht 5 gerichtet. The light beam is directed from one side of Glaspris mas 4 serving as einkoppelndes medium on the surface of the metal layer Oberflä. 5 Das reflektierte Licht wird an einer gegenüberliegenden Seite des Glasprismas 4 ausgegeben. The reflected light is output to an opposite side of the glass prism. 4

Wie aus Fig. 1c, die einen Auschnitt von Fig. 1b zeigt, hervorgeht, kommt es an der Metallschicht 5 zu einer Total reflexion des Lichtes. As shown in Fig. 1c shows an excerpt of Fig. 1b, stating it comes to the metal layer 5 to a total reflection of the light. In der Metallschicht 5 und der an grenzenden Probe bildet sich ein evaneszentes Feld, welches an der gegenüberliegenden Seite der Metallschicht Oberflä chenplasmonen anregt. In the metal layer 5 and an evanescent field, which excites chenplasmonen on the opposite side of the metal layer adjacent to Oberflä sample forms. Der entsprechende Feldverlauf der Oberflächenplasmonen ist in Fig. 1d gezeigt. The corresponding field profile of the surface plasmons is shown in Fig. 1d. Unter bestimm ten Bedingungen kommt es zu einer Oberflächenplasmonenreso nanz (SPR). Under certain conditions, there is a Oberflächenplasmonenreso resonance (SPR). Abhängig von den Verhältnissen an der Proben seite ändert sich diese SPR. Depending on the conditions at the sample side, this SPR changes. Diese Änderung wird für Auswer tung der Probe verwendet. This change is used for Auswer processing of the sample.

Wie in Fig. 1e dargestellt, kann der Transducer 2 aus meh reren übereinanderangeordneten Schichten bestehen. As shown in FIG. 1e, the transducer 2 may be made of MEH reren superposed layers. Auf der lichteinkoppelnden Seite ist eine erste dielektrische Schicht 7 angeordnet, die direkt oder wie dargestellt über eine oder mehrere erste Zwischenschichten 7 a an der Metall schicht 5 angrenzt. On the light in-coupling side, a first dielectric layer 7 is arranged, which directly or, as illustrated in layers on one or more first intermediate layers 7 a to the metal 5 is adjacent. In gleicher Weise ist an der Probenseite eine zweite Schicht 8 direkt angrenzend oder durch eine oder mehrere zweite Zwischenschichten 8 a getrennt angeordnet. Similarly, a second layer 8 is arranged directly adjacent, or by one or more second intermediate layers 8 a separated on the sample side.

Der Aufbau oder die Oberfläche des erfindungsgemäßen Trans ducers ist dergestalt, daß entlang mindestens einer seiner Achsen die Dicke mindestens einer der Schichten variiert. The structure or the surface of the inventive trans ducers is such that along at least one of its axes, the thickness varies at least one of the layers. Die übrigen Schichten sind jeweils gleichmäßig dick. The other layers are each of uniform thickness. Alter nativ oder zusätzlich variiert der Brechungsindex bei minde stens einer der genannten Schichten. Age natively or additionally, the refractive index varies in minde least one of said layers.

Fig. 2a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Trans ducers gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2a shows a preferred embodiment of a trans ducers according to the present invention. Bei diesem SPR-Sen sor variiert die Dicke der Schicht des Freielektronenmetalls 5 in y-Richtung. In this SPR-sen sor, the thickness of the layer of free electron metal 5 in the y-direction varies. In dem Beispiel nimmt die Dicke von links (von der ersten Seite der Prismas) nach rechts (zu der zwei ten Seite des Prismas) gesehen linear von 40 auf 50 nm zu. In the example, the thickness of the left (from the first side of the prism) to the right increases (to the two-hand side of the prism) seen linearly from 40 to 50 nm.

Als Freielektronenmetall wird beispielsweise Gold oder Sil ber verwendet. As a free electron metal such as gold or Sil over is used.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 2b gezeigt ist, varriert die Dicke einer auf der Pro benseite einer Goldschicht 5 befindlichen dünnen Glasschicht 8 in y-Richtung des Transducers. In an alternative embodiment of the invention shown in Fig. 2b, the thickness of a varriert on the Pro wheel end by a gold layer 5 located thin glass layer 8 in the y-direction of the transducer. Bei dem Beispiel ändert sich die Dicke linear von 20 auf 100 nm. Die Dicke der Gold schicht 5 ist bei diesem Beispiel einheitlich. In the example, the thickness varies linearly from 20 to 100 nm. The thickness of the gold layer 5 is uniform in this example. Alternativ kann die Dicke der Goldschicht ebenfalls variieren. Alternatively, the thickness of the gold layer may also vary.

Die Intensität des von der Transduceroberfläche reflektier ten Lichtes wird mit einem Detektor 3 gemessen, der so ge staltet ist, daß er mindestens in einer Dimension ortsaufge löste Messungen gestattet. The intensity of the reflektier from the transducer surface th light is measured by a detector 3, which is so designed in a way that he solved at least in one dimension with spatial measurements permitted. Der Detektor ist beispielsweise ein Photodiodenarray, das in y-Richtung angeordnet wird. The detector is for example a photodiode array which is arranged in the y direction. Das resultierende Signal ist eine ortsaufgelöste SPR. The resulting signal is a spatially resolved SPR. Ändern sich die optischen Eigenschaften der an die Goldschicht ( Fig. 2a) oder an die Glasschicht ( Fig. 2b) angrenzenden Schicht 6 , verschiebt sich die SPR wie in Fig. 2c schema tisch dargestellt. The optical properties of the gold layer (Fig. 2a) or on the glass layer change (Fig. 2b) adjoining layer 6, the SPR shifts as shown in Fig. 2c schematically shown schematically. Die Verschiebung ist beispielsweise ein Maß für die in der angrenzenden Schicht gebundenen Analyt atome. The shift is, for example, a measure of the bound analyte in the adjacent layer atoms.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 shows a further embodiment of the invention. Der optische Aufbau entspricht dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1b. The optical structure corresponds to the embodiment of FIG. 1b. Die Transducer-Oberfläche ist so gestaltet, daß der Brechungsindex n der Schicht des Freielektronenmetalls 5 oder einer anderen Schicht 7 , 8 entlang einer Transducer achse, wie im Diagramm dargestellt, zunimmt. The transducer surface is designed so that the refractive index n of the layer of free electron metal 5 or other layer 7, the axis 8 along a transducer as shown in the graph, increases. Das resultie rende Signal ist wie in den Ausführungsbeispielen von Fig. 2a und 2b eine ortsaufgelöste SPR. The resultie Rende signal as in the embodiments of FIGS. 2a and 2b, a spatially resolved SPR. Eine Kombination der Aus führungsbeispiele von Fig. 2a bzw. 2b mit dem von Fig. 3, bei der die optischen Eigenschaften dem Produkt aus Dicke d und Brechungsindex n entsprechen, führt zu einem entspre chenden Effekt. From a combination of the exemplary embodiments of FIGS. 2a and 2b with that of Fig. 3, in which the optical properties correspond to the product of thickness d and refractive index n, leads to a entspre sponding effect.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 erfolgt die Variation der optischen Eigenschaften d . In the embodiment of Fig. 4, the variation of the optical properties is carried d. n der plasmonentragenden Schicht 5 oder einer anderen Schicht 7 , 8 zyklisch. n the plasmon carrying layer 5 or layer 7, 8 cyclically. Das Pro dukt n . The pro duct n. d gibt die Variation der Dicke d und/oder des Bre chungsindex n an, die in y-Richtung des Transducers vorhan den ist. d indicates the variation of the thickness d and / or of a refracting index n, which is in the y direction of the transducer the EXISTING. Die Amplitude der zyklischen Modifikation der opti schen Eigenschaften ist vorzugsweise gerade so groß, daß in einer Periode die komplette SPR überstrichen wird. The amplitude of the cyclical modification of the optical properties rule is preferably just so large that the entire SPR is swept in a period. Diese zyklische Variation kann z. This cyclic variation such can. B. entsprechend einer sägezahn förmigen Funktion, einer Dreiecks-Funktion, einer Sinusfunk tion oder beispielsweise einer Funktion sein, die das Ober flächenplasmon auf eine der genannten Funktionen abbildet. B. in accordance with a sawtooth-like function, a triangle function, a sine radio tion or for example, be a function that surface plasmon the upper maps to one of said functions.

Das zugrunde liegende Koordinatensystem ist nicht unbedingt ein rechtwinkliges, wie in Fig. 1 bis 4 angegeben. The coordinate system is based is not necessarily a right angle as indicated in Fig. 1 to 4. Es kann beispielsweise auch eine kreisförmiger Transducer ver wendet werden - Fig. 5a. It can, for example, uses a circular transducer ver be - Fig. 5a. Dann ist die entsprechende Koordi nate in den obenbeschriebenen Ausführungsbeispielen nicht mehr y sondern der Drehwinkel Φ und die ortsaufgelöste Mes sung der Intensität mit Hilfe einer Diodenzeile oder einer Kamera kann durch Detektion mit einer Photodiode und gleich zeitige Drehung des kreisförmigen Transducers erfolgen. Then the corresponding Koordi is nate not y but the angle of rotation Φ and the spatially resolved Mes in the embodiments described above, solution of the intensity by means of a diode array or a camera can be performed by detecting with a photodiode and-simultaneous rotation of the circular transducer. Ein solcher Aufbau ist in Fig. 5a gezeigt. Such a construction is shown in Fig. 5a. Die Rotation kann gleichförmig oder auch stufenweise erfolgen. The rotation can be performed uniformly or in stages. Bei gleichför miger Rotation und zum Beispiel einer Oberfläche, die so ge staltet ist, daß bei einer vollständigen Drehung das Plasmon gerade auf eine Periode einer Sinusfunktion abgebildet wird, kann das Signal der Photodiode gerade bei der Rotationsfre quenz ausgelesen werden. In gleichför miger rotation and for example, a surface which is so designed in a way that the plasmon is being mapped to a period of a sine function in a complete rotation, the signal of the photodiode can be read out precisely in the Rotationsfre frequency. Eine Verschiebung der SPR kann dann beispielsweise als Phasenverschiebung gemessen werden. A shift in the SPR example, can then be measured as a phase shift. Vor zugsweise wird dazu gleichzeitig mit dem eigentlichen Meß signal ein Referenzsignal konstanter Phase aufgenommen und mit Hilfe einer PLL-Schaltung (Phase Locked Loop) ein Ver gleich durchgeführt. Before preferably added thereto simultaneously with the actual measurement signal, a reference signal of constant phase and with the aid of a PLL circuit (Phase Locked Loop) is performed Ver same.

Wie bereits oben gesagt kann die zweite Dimension der Trans ducer-Oberfläche dazu verwendet werden, weitere Informatio nen über die zu untersuchende Probe zu liefern. As already stated above, the second dimension of the trans ducer surface can be used to * Further information on to be supplied from the sample to be examined. Beispiels weise kann entlang der x-Achse (siehe Fig. 1b) oder des Ra dius r (siehe Fig. 5b) in einem Affinitätssensor unter schiedliche Liganden für verschiedene Analyte oder Liganden unterschiedlicher Affinität für einen oder mehrere Analyte aufgebracht werden. Example way along the x-axis (see Fig. 1b) or are applied in an affinity sensor under schiedliche ligands for different analytes or ligands of different affinity for one or more analytes Ra dius r (5b see Fig.). Beispielsweise kann aber auch die Kon zentration der Liganden an der Oberfläche entlang der x- Achse oder von r variiert werden. For example, but also the Kon can be varied concentration of the ligand to the surface along the x-axis or r. Ebenso kann eine Anzahl verschiedener Probenkanäle, die entsprechend verlaufen (in Fig. 5b in Form von konzentrischen Kreisen), mit verschie denen Proben verwendet werden. Likewise, a number of different samples channels corresponding to extend samples (in Fig. 5b in the form of concentric circles), with various those.

Entsprechend den obigen Ausführung und den dort beschriebe nen Verfahren und allgemeinen Ausführungsformen können ins besondere sehr stark vereinfachte Affinitätssensoren reali siert werden. According to the above-described execution and there nen process and general embodiments may be Siert in particular very simplistic affinity sensors reali. Insbesondere können völlig neuartige Geräte für die Verwendung als diagnostische Affinitätssensoren re alisiert werden. In particular, completely new devices for use as diagnostic affinity sensors can be re alisiert. Zwei dieser Geräte werden im folgenden als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 beschrieben. Two of these devices are described below as preferred embodiments of the invention with reference to FIGS. 6 and 7.

Das hier beschriebene und in Fig. 6 schematisch gezeigte Gerät basiert auf der Verwendung einer kreisförmigen Trans ducer-Oberfläche mit konzentrischen halbkreisförmigen Pro benkanälen 10 . The apparatus described herein and shown schematically in Fig. 6 based on the use of a circular Trans ducer surface with concentric semicircular Pro benkanälen 10th Als Lichtquelle 1 dient eine Laserdiode oder beispielsweise eine Leuchtdiode, deren spektrale Breite durch Verwendung eines optischen Filters eingeschränkt wird oder irgendeine andere Lichtquelle mit einer spektralen Breite, die klein gegenüber der spektralen Breite des Ober flächenplasmons bei konstantem Einfallswinkel des anregenden Lichtes ist oder eine Lichtquelle, die mit einem spektralen Filter, wie einem Monochromator versehen ist. As the light source 1, a laser diode, or for example a light emitting diode is used, the spectral width is restricted by using an optical filter, or any other light source with a spectral width that is small compared with the spectral width of the upper surface plasmon at a constant angle of incidence of the excitation light or a light source, which is provided with a spectral filter such as a monochromator. Bei einer Re sonanzwellenlänge von ca. 780 nm, einer ca. 50 nm dicken, ebenen Goldschicht als Transducer-Oberfläche und entspre chendem Einstrahlungswinkel ist die SPR ca. 100 nm breit (2 . FWHM - Full Width Half Minimum). In a Re sonanzwellenlänge of about 780 nm, about 50 nm thick, planar layer of gold as a transducer surface and entspre chendem irradiation angle is the SPR about 100 nm wide (FWHM 2 -. Full Width Half minimum). Eine LED in diesem Wel lenlängenbereich mit einer spektralen Breite des abgestrahl ten Lichtes von ca 15 nm-30 nm ist bereits klein genug um eine entsprechende Vermessung des Oberflächenplasmons zu er möglichen. An LED in this Wel wavelength region having a spectral width of abgestrahl th light of about 15 nm-30 nm is already small enough to a corresponding measurement of the surface plasmon possible to it.

Für eine höhere Genauigkeit der Vermessung der SPR wird vor zugsweise eine wesentlich schmalbandigere Lichtquelle ver wendet. For a higher accuracy of the measurement of the SPR a much narrower band light source is ver turns before preferably. Eine solche Lichtquelle ist eine Laserdiode, die bei der genannten Wellenlänge mit einer spektralen Breite von ca. 1 pm oder weniger leuchtet. Such a light source is a laser diode that lights at said wavelength with a spectral width of about 1 pm or less. Das eingestrahlte Licht wird möglichst parallel aufgebracht. The incident light is applied as parallel as possible. Vorzugsweis ist das Maß für eine tolerierbare Abweichung von der Parallelität die Breite der SPR im Winkelraum bei konstanter Wellenlänge des ein fallenden Lichtes. Weis preferred is the measure of a tolerable deviation from the parallelism, the width of the SPR in the angular space at a constant wavelength of a light falling. Diese Breite beträgt bei den og Bedin gungen ca. 2 Winkelgrad, so daß ein Lichtstrahl einen Kon vergenz- bzw. Divergenzwinkel von ca. 0,5° oder weniger auf weisen sollte. This width is in the above-mentioned conditions Bedin about 2 degrees of angle, so that a light beam vergence a Kon or should have divergence angles of about 0.5 ° or less. Die geforderte Parallelität bezieht sich auf den Einstrahlwinkel in der Reflektionsebene. The required concurrency refers to the angle of incidence in the plane of reflection. Dieser paral lele, monochromatische Lichtstrahl wird beispielsweise mit Hilfe einer Strahlformungsoptik 11 aus Zylinderlinsen in der Richtung senkrecht zur Reflektionsebene aufgeweitet, so daß ein "Lichtvorhang" entsteht. This paral Lele, monochromatic light beam is widened, for example by means of a beam forming optics 11 of cylindrical lenses in the direction perpendicular to the reflection plane so that a "light curtain" is formed. Der so gestaltete Lichtstrahl wird in ein Zylinderprisma 12 beispielsweise aus BK7-Glas eingekoppelt. The thus-configured light beam is, for example, coupled into a cylinder prism 12 made of BK7 glass. Dieses Zylinderprisma ist so angeordnet, daß an seiner Basis eine Scheibe beispielsweise ebenfalls mit einer BK7-Oberfläche als Kopplungsschicht 13 rotierend vorbeistreicht. This cylinder prism is arranged such that a disk, for example, also sweeps past rotating at its base with a BK7 surface as the coupling layer. 13 Zwischen der Basis des Prismas und der ro tierenden Scheibe ist eine Schicht zur Brechungsindexanpas sung 14 beispielsweise Silikonöl gebracht. Between the base of the prism and the animal ro end disk 14 housed solution such as silicone oil a layer for Brechungsindexanpas. Statt einer Flüs sigkeit kann beispielsweise auch ein Kissen aus Silikon kautschuk zwischen Prisma und rotierender Scheibe zur Bre chungsindexanpassung verwendet werden. Instead of a FLÜS sigkeit also a pad of silicone rubber for example, can be used between the prism and a rotating disk for a refracting index matching. Auf der Seite, die dem Prisma gegenüberliegend angeordnet ist, trägt die Scheibe eine Schicht eines Freielektronenmetalls 5 bei spielsweise Gold und möglicherweise einer oder mehrerer wei terer Schichten 7 , 8 beispielsweise Glas und Dextran. On the side which is disposed the prism opposite to the disk bearing a layer of a free electron metal 5 at play as gold and possibly one or more wei more excellent layers 7, 8, for example, glass and dextran. Diese sind entsprechend der obigen Ausführungen so modifiziert, daß die SPR eine Funktion des Rotationswinkels Φ ist. These are according to the foregoing modified so that the SPR is a function of the rotation angle Φ. Ent lang des Radius dieser Scheibe sind gegenüber des Prismas Kammern oder Kanäle 10 angeordnet, die verschiedene Proben 6 enthalten. Ent long the radius of this disc are disposed opposite the prism chambers or channels 10 which contain various samples. 6 Diese Kanäle können über einen großen Winkelbe reich ausgedehnt sein. These channels can be extended over a wide range Winkelbe. Sie dienen zunächst der Funktionali sierung der Sensoroberfläche, dh mit Hilfe einer bestimm ten Abfolge chemischer Reaktionen werden Liganden an der Sensoroberfläche immobilisiert. First serve functionali tion of the sensor surface, ie using a limited hours th sequence of chemical reactions ligands are immobilized on the sensor surface. Anschließend können die zu untersuchenden Proben aufgebracht werden. Then to be examined samples can be applied. Wie bereits gesagt können die Kanäle über einen großen Bereich des Rotations winkels Φ ausgedehnt sein. As already said, the channels over a wide range of the rotation angle Φ can be extended. Sinnvoll ist aber auch eine Ab folge von verschiedenen Kammern beispielsweise mit Probe und Pufferlösung. It makes sense but is also a From follow from different chambers, for example, sample and buffer solution. Wobei u. Where u. U. die Anordnung des kompletten Systems dergestalt sein kann, daß die eigentliche Intensi tätsmessung immer in einem Bereich mit Pufferlösung ge schieht, da das SPR-Signal in Affinitätssensoren immer auch abhängig ist, von den optischen Eigenschaften des Mediums, das an die sensitive Oberfläche angrenzt. may be such may the arrangement of the entire system that the actual Intensi always measure ments in a range with buffer solution schieht ge because the SPR signal in affinity sensors is always dependent on the optical properties of the medium adjacent to the sensitive surface , Das reflektierte Licht wird entlang des Radius r der Rotation ortsaufgelöst detektiert, beispielsweise mit Hilfe eines Photodioden arrays, einer CCD-Zeile oder einer Kamera. The reflected light is detected in a spatially resolved along the radius r of the rotation, for example by means of a photodiode array, a CCD array or a camera. Die Information über Form und Lage erhält man nun für jeden einzelnen Kanal zeitaufgelöst, entsprechend der Rotation der Transducer- Scheibe. The information about the shape and position is then obtained for each individual channel time-resolved, in accordance with the rotation of the transducer disc. Ist man nur an der Lage der SPR interessiert, ist bei entsprechender Gestaltung der Oberfläche (Ausführungs beispiel gemäß Fig. 4) die ausschließliche Bestimmung der Phase eines periodischen SPR-Signals ausreichend. One is interested only in the position of the SPR, with appropriate design of the surface (execution example shown in FIG. 4) is the exclusive determination of the phase of a periodic signal SPR sufficient. Steht zur Messung genügend Zeit zur Verfügung, ist auch eine schritt weise Abtastung der SPR-Signale aus den einzelnen Kanälen denkbar. Is to measure sufficient time available, a step scanning of the SPR-signals from the individual channels is also conceivable. Auf diese Weise ist die Synergie mit der modernen CD-Player-Technologie umfassend. In this way, the synergy with the modern CD player technology is comprehensive.

Das mit Bezug auf Fig. 6 beschriebene Ausführungsbeispiel eines SPR-Systems eignet sich zur simultanen Bestimmung einer Vielzahl von Analyten und beispielsweise ihrer Konzen trationen. The embodiment of an SPR system described with reference to FIG. 6 is suitable for the simultaneous determination of a plurality of analytes, and for example its concen trations. Die Zahl der unabhängig ermittelbaren Information hängt lediglich von der Möglichkeit ab, Systeme zur Handha bung der Proben mit genügender Packungsdichte zu erzeugen, die Oberfläche mit entsprechender Auflösung modifizieren zu können und eine entsprechende Ortsauflösung für die optische Detektion zur Verfügung zu stellen. The number of independently ascertainable information is subject only to the possibility of systems to handle lo exercise of the samples with sufficient density to create, to modify the surface with appropriate resolution and provide a corresponding spatial resolution for optical detection.

In Fig. 7 ist ein alternatives System gezeigt, welches ähn lich, wie das aus dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 die notwendige Ortsauflösung für die erfindungsgemäße SPR-Meß technik aus der Bewegung des Transducer-Chips oder der Transducer-Scheibe gewinnt. In Fig. 7, an alternative system is shown which similarity Lich, as obtained from the embodiment of Fig. 6, the necessary spatial resolution for the inventive SPR measurement technique of the movement of the transducer, the transducer chip or wafer. Dieses System zeichnet sich ins besondere durch einen einfachen Aufbau aus. This system is characterized in particular by a simple structure made of. Außerdem ist die erforderliche Energie für die Bewegung des Transducers ge ring. In addition, the energy required is ge ring for the movement of the transducer. Zum Betreiben der Lichtquelle 1 , des Detektors 3 und der Auswerte- und Anzeigeeinheiten ist ebenfalls eine ge ringe Energie erforderlich. For operating the light source 1, the detector 3 and the evaluation and display units, a ge rings energy is also required. Das System kann mit einer Batte rie betrieben werden. The system can be operated with a Batte ry. Vorzugsweise kann die Energie aus der Umsetzung von mechanischer oder aus Lichtenergie gewonnen werden. Preferably, the energy can be obtained from the reaction of mechanical or light energy. Dies ermöglicht den netzunabhängigen Betrieb des Ge rätes. This allows rätes mains-independent operation of the Ge. Es werden nur wenige parallele Kanäle verwendet. It can be used only a few parallel channels. Als mögliche Bewegungsform kommt hier neben der Rotation des Transducers 2 insbesondere die lineare Verschiebung des Transducers in Richtung der SPR-Achse in Frage, die den Sta tus einer erfolgten Reaktion nach einer bestimmten Zeit - beispielsweise nach Erreichen des Gleichgewichts der ent sprechenden Reaktion - abfragt. As a possible form of movement in particular, the linear displacement of the transducer in the direction of the SPR-axis comes here with the rotation of the transducer 2 in question, which the Sta tus of a reaction has taken place after a certain time - queries - for example, after equilibration of the ent speaking reaction. Ein solches System kann bei spielsweise zur Selbstüberwachung von Patienten mit Krank heiten verwendet werden, bei denen krisenhafte Komplikatio nen durch Überwachen (Monitoren) bestimmter Faktoren bei spielsweise im Serum vorhergesagt werden können. Such a system can be used in play as self-monitoring of patients with Sick units in which crises Komplikatio NEN by monitoring (monitors) certain factors play in the serum can be predicted at. Damit kann der Patient entsprechend frühzeitig gegensteuern. Allow the patient to an appropriate response at an early stage.

Das System beinhaltet insbesondere einen optischen Aufbau entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1. Der Trans ducer-Chip wird entlang der y-Achse bewegt. The system includes an optical assembly, in particular according to the embodiment of FIG. 1. The trans ducer chip is moved along the y-axis. Die Bewegung er folgt beispielsweise getrieben von einer Feder, die einfach, beispielsweise durch Drehung (Unruhe) oder durch Ausein anderziehen oder Zusammendrücken gespannt wird. The movement it follows, for example, driven by a spring which is simple, for example by rotation (agitation) or otherwise pass through or Offn compression is tensioned. Beispiels weise wird mit der gleichen Bewegung oder einer zweiten Be wegung eine weitere Feder gespannt, die die Energie zum Be trieb der Lichtquelle, des Detektors, und der elektronischen Auswerte- und Anzeigeeinrichtungen zur Verfügung stellt. Example manner with the same movement or a second movement Be a further spring tensioned, the energy for loading operating the light source, the detector, and provides the electronic evaluation and display devices. Al ternativ wird die elektrische Energie zum Betrieb des Detek tionssystems mit Hilfe eines photovoltaischen Systems, einer Batterie oder eines Akkumulators zur Ladung über das elek trische Netz zur Verfügung gestellt. Al ternatively, the electrical energy is provided for operating the Detek Systems using a photovoltaic system, a battery or an accumulator to the charge on the elec tric network.

Die Messung in verschiedenen Kanälen erfolgt entweder durch Vervielfachung des optischen und/oder des elektrischen Meß systems oder durch zeitversetzte Beobachtung der verschie denen Kanäle, oder durch Verwendung einer Lichtquelle die entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 in einen Lichtvorhang entlang der y-Achse abgebildet wird und dann entweder zeitversetzt mit einem Photodetektor oder simultan mit Hilfe mehrerer Photodioden, einer Photodiodenzeile, einer CCD-Zeile oder einer angepaßten Anordnung von Photode tektoren vermessen wird. The measurement in different channels is effected either by multiplying the optical and / or electric measuring system, or by time-shifted watching of various those channels, or by using a light source which is imaged according to the embodiment of FIG. 6 in a light curtain along the y-axis and then is either delayed detectors measured with a photodetector or simultaneously using a plurality of photodiodes, a photodiode array, a CCD line or an adapted arrangement of Photode. Die Modifikation der Oberfläche kann wie in den bisherigen Beispielen vorgeschlagen, be stimmten kontinuierlichen Funktionen folgen, aber auch stu fenförmig sein. The modification of the surface can, as proposed in the previous examples, be voted continuous functions follow, but also stu be fenförmig. Letztere Oberflächenmodifikation ist insbe sondere dann mit großem Nutzen einsetzbar, wenn eine JA/NEIN-Antwort gefordert wird, wie dies häufig der Fall in diagnostischen Systemen ist. The latter surface modification is in particular then sondere used with great benefit if a YES / NO response is required, as is often the case in diagnostic systems. Ein Teil der Oberfläche (A) ist so gestaltet, daß im Normalzustand die reflektierte Intensi tät minimal (klein) ist, dagegen in einem anderen Teil der Oberfläche (B) die reflektierte Intensität groß ist - A = 0, B = 1 -. A part of the surface (A) is designed so that in the normal state, the reflected Intensi ty minimal (small), while in another part of the surface (B), the reflected intensity is large - A = 0, B = 1 -. Weicht der Zustand nun stark von der Normalität ab, wird die Intensität bei A groß und bei B klein A = 1, B = 0. Unter Umständen können auch die Zustände A = 0, B = 0 und A = 1, B = 1 zur Darstellung von Information genutzt werden. the state deviates strongly from normality now on, the intensity at A becomes large and small B A = 1, B = 0. Under certain circumstances, the states of A = 0, B = 0 and A = 1, B = 1 can for representation used by information.

Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 bis 7 beschrei ben die orstaufgelöste Messung von SPR beziehungsweise dar auf beruhender technischer Geräte. The embodiments according to FIGS. 1 to 7 beschrei ben orstaufgelöste the measurement of SPR are respectively on beruhender technical devices. Entsprechend dem bereits oben gesagten können die dazu notwendigen örtlichen Varia tionen der Schichten 5 , 7 und 8 durch entsprechende reversi ble zeitliche Modifikationen ersetzt werden. According to what has been said above can the necessary local Various functions of the layers 5, 7 and 8 are replaced by corresponding reversi ble temporal modifications. Möglichkeiten dazu sind insbesondere Brechungsindexvariationen einer oder mehrerer entsprechend gestalteter Schichten 5 , 7 und 8 durch Einstrahlung starker Lichtfelder, Einkopplung von Dichte fluktuationen oder Temperaturänderungen. Possibilities for this are in particular refractive index variations of one or more correspondingly shaped layers 5, 7 and 8 fluctuations by irradiation of strong fields of light coupling of density or temperature variations. Das resultierende SPR-Signal wird entsprechend zeitlich aufgelöst gemessen und seine Form und Lage bei Bestrahlung mit parallelem, mono chromatischen Licht bezüglich der Zeitachse bestimmt und als Information in entsprechenden Sensorsystemen verwendet. The resultant SPR signal is measured resolved according to time, and determines its shape and position when irradiated with a parallel, monochromatic light with respect to the time axis and used as information in the corresponding sensor systems.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1

Lichtquelle light source

2 2

Transducer transducer

3 3

Detektor detector

4 4

Einkoppelndes Medium Einkoppelndes medium

5 5

Freielektronenmetall Free electron metal

6 6

Probe sample

7 7

Dielektrische Schicht (lichteinkopplungsseitig) Dielectric layer (lichteinkopplungsseitig)

7 7

aZwischenschichten (lichteinkopplungsseitig) aZwischenschichten (lichteinkopplungsseitig)

8 8th

Dielektrische Schicht (probenseitig) Dielectric layer (sample side)

8 8th

aZwischenschichten (probenseitig) aZwischenschichten (sample side)

9 9

Kreisförmiger Transducer circular transducer

10 10

Probenkanäle sample channels

11 11

Strahlformungsoptik Beam shaping optics

12 12

Zylinderprisma cylinder prism

13 13

Koppelschicht coupling layer

14 14

Brechungsindex anpassende Schicht Refractive index matching layer

Claims (37)

1. Oberflächenplasmonenresonanz-Transducer, in dem die Eigenschaften der Oberflächenplasmonenresonanz tragenden Oberfläche ( 5 ) und/oder die Eigenschaften mindestens eines benachbarten Bereiches ( 7 , 8 ) derart ausgebildet und/oder veränderbar sind, daß durch eine räumlich und/oder zeitlich aufgelöste Bestimmung der Intensität der von der Oberfläche reflektierten Strahlung die Oberflächenplasmonenresonanz meßbar ist, wobei die Oberflächenplasmonenresonanz tragende Oberfläche eine Metallschicht ( 5 ) aufweist und der benachbarte Bereich mindestens eine Schicht ( 7 , 8 ) aufweist, wobei mindestens eine Schicht des Transducers eine sich in mindestens einer Richtung ändernde Dicke d aufweist, und/oder wobei mindestens eine Schicht des Transducers in mindestens einer Richtung einen sich ändernden komplexen Brechungsindex n aufweist. 1. Surface plasmon resonance transducer, in which the properties of the surface plasmon resonance supporting surface (5) and / or the properties of at least one adjacent area (7, 8) designed and / or can be changed in that the by-resolved spatially and / or temporally determination intensity of the light reflected from the surface of radiation, the surface plasmon resonance can be measured, wherein the surface plasmon resonance supporting surface having a metal layer (5) and the adjacent region of at least one layer (7, 8), wherein at least one layer of the transducer a changing in at least one direction thickness d comprises, and / or wherein at least one layer of the transducer has a varying complex refractive index n at least one direction.
2. Transducer nach Anspruch 1, wobei der benachbarte Be reich in einem Abstand von bis +/-5 µm von der Oberflä che, die die Oberflächenplasmonenresonanz trägt, liegt oder daran angrenzt. 2. Transducer according to claim 1, wherein the adjacent Be che rich at a distance of up to +/- 5 microns on the particular surface carrying the surface plasmon resonance is located, or is adjacent to.
3. Transducer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Material eigenschaften der Oberflächenplasmonenresonanz tragenden Oberfläche ( 5 ) und/oder des benachbarten Bereiches der art veränderbar sind, daß Form und Lage der Oberflächen plasmonenresonanz räumlich und/oder zeitlich beein flußbar sind. 3. Transducer according to claim 1 or 2, wherein the material properties of the surface plasmon resonance supporting surface (5) and / or the adjacent region of the art are changeable, that the shape and position of the surface plasmon resonance is spatially and / or temporally impressive flußbar.
4. Transducer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eine Schicht ( 7 ) auf der Lichteinkopplungs-Seite des Transdu cers und/oder mindestens eine Schicht ( 8 ) auf der Pro benseite des Transducers angeordnet ist. 4. the transducer is arranged Transducer according to one of claims 1 to 3, wherein at least one layer (7) on the side of the light coupling Transdu cers and / or at least one layer (8) on the wheel end by Pro.
5. Transducer nach Anspruch 4, wobei zwischen der Metall schicht ( 5 ) und einer ersten Schicht ( 7 ) auf der Licht einkopplungs-Seite mindestens eine erste Zwischenschicht ( 7 a) angeordnet ist, und/oder zwischen der Metallschicht ( 5 ) und einer zweiten Schicht ( 8 ) auf der Probenseite mindestens eine zweite Zwischenschicht ( 8 a) angeordnet ist. 5. Transducer according to claim 4, wherein layer between the metal (5) and a first layer (7) on the light einkopplungs-side of at least a first intermediate layer (7a) is arranged, and / or between the metal layer (5) and a second layer (8) on the sample side at least a second intermediate layer (8a) is arranged.
6. Transducer nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Metall schicht ( 5 ) ein Freielektronenmetall, vorzugsweise Gold oder Silber, aufweist. 6. Transducer according to claim 4 or 5, wherein the metal layer (5) is a free electron metal, preferably gold or silver has.
7. Transducer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste oder zweite Schicht ( 7 , 8 ) und/oder die erste oder zweite Zwischenschicht ( 7 a, 8 a) eine SiOx Schicht (0 ≦ × ≦ 2), insbesondere eine Glasschicht ist. 7. Transducer according to any one of the preceding claims, wherein the first or second layer (7, 8) and / or the first or second intermediate layer (7 a, 8 a) an SiOx layer (0 ≦ x ≦ 2), particularly a glass layer is ,
8. Transducer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Dicke der Metallschicht ( 5 ) in mindestens einer Richtung des Transducers variiert, vorzugsweise in mindestens einem Abschnitt die Dicke in mindestens einer Richtung des Transducers zunimmt, und besonders bevorzugt die Dicke der Metallschicht in mindestens einer Richtung von beispielsweise 40 auf 50 nm linear zunimmt. 8. Transducer according to any one of claims 1 to 7, wherein the thickness of the metal layer (5) varies in at least one direction of the transducer, preferably the thickness is increased in at least one portion in at least one direction of the transducer, and more preferably the thickness of the metal layer in to 50 nm increases at least one direction, for example, 40 linear.
9. Transducer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Dicke einer weiteren Schicht ( 7 , 7 a, 8 , 8 a) in minde stens einer Richtung des Transducers variiert, vorzugs weise in mindestens einem Abschnitt die Dicke in minde stens einer Richtung des Transducers zunimmt und beson ders bevorzugt die Dicke der Schicht in mindestens einer Richtung von beispielsweise 20 auf 100 nm linear zu nimmt. 9. Transducer according to any one of claims 1 to 8, wherein the thickness of a further layer (7, 7 a, 8, 8 a) in minde varies least one direction of the transducer, preferably, the thickness, in at least a portion in minde least one direction of the transducer increases, and specially preferably, the thickness of the layer in at least one direction, for example, 20 to 100 nm increases linearly.
10. Transducer nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die variable Dicke der Metallschicht ( 5 ) und/oder weiteren Schicht ( 7 , 7 a, 8 , 8 a) durch ortsaufgelöstes Aufbringen von Material, wie Aufsputtern von Gold auf Oberflächen, Bedrucken, gerichtete Eindiffusion von Fremdmaterialien, Ionenimplantation, oder durch photoinduzierte Bindung bereitgestellt wird, und/oder durch gezielte Entfernung von Material von der Oberfläche, wie durch Sputtern, li thographische Techniken und/oder Plasmaätzen bereitge stellt wird. 10. Transducer according to one of claims 8 or 9, wherein the variable thickness of the metal layer (5) and / or further layer (7, 7a, 8, 8a) by spatially resolved deposition of material, such as sputtering of gold onto surfaces, printing directed diffusion of foreign materials, ion implantation, or is provided by photo-induced binding and / or bereitge by targeted removal of material from the surface, as by sputtering, li thographische techniques and / or plasma etching is provides.
11. Transducer nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Brechungsindex n der Metallschicht ( 5 ) und/oder der wei teren Schicht ( 7 , 7 a, 8 , 8 a) in mindestens einer Rich tung des Transducers variiert, vorzugsweise in minde stens einem Abschnitt des Transducers in einer Richtung linear zunimmt. 11. Transducer according to one of claims 8 to 10, wherein the refractive index n of the metal layer (5) and / or the white lower layer (7, 7 a, 8, 8 a) in at least one rich processing of the transducer varies, preferably in minde increases linearly least a portion of the transducer in one direction.
12. Transducer nach Anspruch 11, wobei der variable Bre chungsindex n mit festen Gradienten durch ortsaufgelö stes Einringen von Material, wie gerichtete Eindiffu sion von Fremdmaterialien oder Ionenimplantation bereit gestellt wird. 12. Transducer according to claim 11, wherein the variable a refracting index n sion with fixed gradient by ortsaufgelö Stes Einringen of material as directed Eindiffu is provided by foreign materials or ion implantation.
13. Transducer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Transducer an einer Grenzfläche ein Material auf weist, dessen Brechungsindex n durch Einstrahlung eines Lichtfeldes ortsaufgelöst modifiziert werden kann. 13. Transducer according to one of the preceding claims, wherein the transducer at an interface comprises a material whose refractive index n by irradiating a light field in a spatially resolved can be modified.
14. Transducer nach Anspruch 13, wobei das Material an der Grenzfläche des Transducers vorzugsweise ein Farbstoff ist. 14. Transducer according to claim 13, wherein the material at the interface of the transducer is preferably a dye.
15. Transducer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei min destens eine Schicht ( 5 , 7 , 7 a, 8 , 8 a) in mindestens einem Abschnitt des Transducers durch zeitliche Änderung einer äußeren Größe seine Eigenschaften reversibel än dert. 15. Transducer according to one of claims 1 to 14, wherein minutes least one layer (5, 7, 7 a, 8, 8 a) in at least a portion of the transducer by temporal change of an external variable its properties reversibly chan ged.
16. Transducer nach Anspruch 15, wobei mindestens eine Schicht ( 5 , 7 , 7 a, 8 , 8 a) des Transducers in ihrer Dichte veränderbar ist, vorzugsweise durch ein akusti sches Signal die Dichte veränderbar ist, besonders be vorzugt die Dichteveränderung in Form einer stehenden akustischen Welle bereitgestellt wird. 16. Transducer according to claim 15, wherein at least one layer (5, 7, 7 a, 8, 8 a) of the transducer is variable in density, preferably the density is varied by a akusti signals are available, especially be vorzugt the density change in the form of a standing acoustic wave is provided.
17. Transducer nach Anspruch 16, wobei die Schicht ( 5 , 7 , 7 a, 8 , 8 a) komprimierbar oder expandierbar ist. 17. Transducer according to claim 16, wherein the layer (5, 7, 7a, 8, 8a) is compressible or expandable.
18. Transducer nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei mindestens ein Abschnitt einer Schicht ( 5 , 7 , 7 a, 8 , 8 a) durch zeitabhängige Temperaturänderung seine Eigenschaf ten ändert. 18. Transducer according to one of claims 15 to 17 wherein at least a portion of a layer (5, 7, 7 a, 8, 8 a) by time-dependent temperature change its char acteristics changes.
19. Transducer nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei mindestens eine Schicht ( 5 , 7 , 7 a, 8 , 8 a) in Abhängig keit von einem eingestrahlten Lichtfeld veränderbar ist. 19. Transducer according to one of claims 15 to 18, wherein at least one layer (5, 7, 7a, 8, 8a) is variable in Depending speed of an incident light field.
20. Transducer nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Transducer an einer Grenzfläche ein Material aufweist, dessen Brechungsindex n durch Einstrahlung eines Licht feldes zeitaufgelöst modifiziert werden kan. 20. Transducer according to one of claims 15 to 19, wherein the transducer comprises a material at an interface, the refractive index n by irradiation of a light field to be modified time-resolved kan.
21. Transducer nach Anspruch 20, wobei das Material an der Grenzfläche des Transducers vorzugsweise ein Farbstoff ist. 21. Transducer according to claim 20, wherein the material at the interface of the transducer is preferably a dye.
22. Transducer nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit min de stens einer Schicht ( 5 , 7 , 7 a, 8 , 8 a), deren optischen Eigenschaften zyklisch veränderbar sind. 22. Transducer according to one of claims 1 to 21, with at least de least one layer (5, 7, 7a, 8, 8a), whose optical properties are changed cyclically.
23. Transducer nach Anspruch 22, wobei eine Amplitude der zyklischen Modifikation der optischen Eigenschaften vor zugsweise so groß ist, daß in einer Periode eine kom plette Oberflächenplasmonenresonanz überstrichen wird. 23. Transducer according to claim 22, wherein an amplitude of the cyclical modification of the optical properties before is preferably so large that a com plete surface plasmon resonance is swept in a period.
24. Transducer nach Anspruch 23, wobei die zyklische Varia tion einer sägezahnförmigen Funktion, einer Dreiecks funktion, einer Sinusfunktion oder einer Funktion folgt, die das Oberflächenplasmon auf eine der genannten Funk tionen abbildet. 24. Transducer according to claim 23, wherein the cyclic Varia tion of a sawtooth function, a triangle function, a sine function or a function follows that maps the surface plasmon on one of said radio functions.
25. Transducer nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei eine Veränderung der Eigenschaften des Transducers in einer Richtung in einem karthesischen Koordinatensystem er folgt, vorzugsweise in Richtung einer Achse y eines rechteckigen Transducers. 25. Transducer according to one of claims 1 to 24, wherein a change in the properties of the transducer in one direction in a Cartesian coordinate system, it follows, preferably in the direction of an axis Y of a rectangular transducer.
26. Transducer nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei eine Veränderung der Eigenschaften des Transducers in einer Richtung in einem Zylinderkoordinatensystem erfolgt, vorzugsweise in Richtung des Drehwinkels eines kreisför migen Transducers. 26. Transducer according to one of claims 1 to 24, wherein a change in the properties of the transducer in one direction takes place in a cylindrical coordinate system, preferably in the direction of the rotation angle of a kreisför-shaped transducer.
27. Optischer Sensor mit einer Lichtquelle ( 1 ), einem Ober flächenplasmonenresonanz-Transducer ( 2 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einem Detektor ( 3 ). 27. The optical sensor having a light source (1), an upper surface plasmon resonance transducer (2) according to any one of the preceding claims and a detector (3).
28. Optischer Sensor nach Anspruch 27, wobei auf der Licht einkopplungs-Seite des Transducers ein einkoppelndes Me dium ( 4 , 12 ), angeordnet ist, das vorzugsweise ein drei eckförmiges Prisma ( 4 ) oder ein Zylinderprisma ( 12 ) oder einen Abschnitt eines Prismas aufweist. 28. Optical sensor according to claim 27, wherein on the light einkopplungs side of the transducer a einkoppelndes Me dium (4, 12) is arranged, which is preferably a three eckförmiges prism (4) or a cylindrical prism (12) or a portion of a prism having.
29. Optischer Sensor nach Anspruch 28, wobei der Transducer relativ zum Prisma ( 4 , 12 ) bewegbar ist und vorzugsweise zwischen der Lichteinkopplungs-Seite ( 13 ) des Transdu cers ( 2 ) und dem Prisma ( 4 , 12 ) ein Mittel zur Anpassung des Brechungsindexes, vorzugsweise ein Immersionsöl ( 14 ) angeordnet ist. 29. The optical sensor according to claim 28, wherein the transducer relative to the prism (4, 12) is movable, and preferably between the light coupling side (13) of the Transdu cers (2) and the prism (4, 12) comprises means for adjusting the refractive index, preferably an immersion oil (14) is arranged.
30. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wo bei an der Probenseite mindestens ein Probenraum vorge sehen ist, der vorzugsweise mehrere Probenkanäle ( 10 ) aufweist. 30. Optical sensor according to one of claims 27 to 29, which is seen at the sample side of at least one sample chamber provided that preferably comprises a plurality of sample channels (10).
31. Optischer Sensor nach Anspruch 30, wobei der Transducer ( 2 ) kreisförmig ist und mindestens ein Probenkanal ( 10 ) konzentrisch angeordnet ist, wobei vorzugsweise sich je der Probenkanal über einen Winkelbereich erstreckt, der zwischen 10° und 360° beträgt. 31. The optical sensor according to claim 30, wherein the transducer (2) is circular and at least one sample channel (10) is concentrically arranged, wherein preferably, depending of the sample channel extends over an angular range of between 10 ° and 360 °.
32. Optischer Sensor nach Anspruch 31, wobei jeder Probenka nal ( 10 ) verschiedene Kammern aufweist zur Aufnahme von beispielsweise einer Probe oder einer Pufferlösung. 32. Optical sensor according to claim 31, wherein each Probenka nal (10) has several chambers for receiving, for example, a sample or a buffer solution.
33. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 27 bis 32, wo bei die Lichtquelle eine spektrale Breite aufweist, die klein gegenüber der spektralen Breite des Oberflächen plasmons bei konstantem Einfallswinkel des anregenden Lichtes ist. 33. Optical sensor according to one of claims 27 to 32, which has a spectral width at the light source which is small compared with the spectral width of the surface plasmon at a constant angle of incidence of the excitation light.
34. Optischer Sensor nach Anspruch 33, wobei die Lichtquelle eine Laserdiode oder Leuchtdiode mit einem spektralen Filter wie ein Monochromator aufweist. 34. Optical sensor according to claim 33, wherein the light source comprises a laser diode or light-emitting diode having a spectral filter such as a monochromator.
35. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 27 bis 34, mit einer Strahlformungsoptik ( 11 ) vorzugsweise aus Zylin derlinsen, die den Lichtstrahl von der Lichtquelle ( 1 ) in der Richtung senkrecht zur Reflexionsebene aufweiten und einen parallelen monochromatischen Lichtstrahl bil den. 35. Optical sensor according to one of claims 27 to 34, with a beam shaping optics (11), preferably the lenses from Zylin which expand the light beam from the light source (1) in the direction perpendicular to the reflection plane and a parallel monochromatic light beam bil the.
36. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 27 bis 35, wo bei der Detektor ( 3 ) mehrere Photodioden aufweist, vor zugsweise in Form einer Photodiodenzeile, eines Photodi odenarrays oder eine angepaßten Anordnung von Photode tektoren, vorzugsweise eine CCD-Zeile, oder eine Kamera. 36. Optical sensor according to one of claims 27 to 35, where in the detector (3) comprises a plurality of photodiodes, before preferably in the form of a photodiode array, a Photodi odenarrays or an adapted arrangement of Photode detectors, preferably a CCD line, or a camera ,
37. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 27 bis 36, wo bei der Transducer ( 2 ) mindestens zwei Bereiche (A, B) aufweist, wobei in einem Normalzustand die reflektierte Intensität in einem ersten Bereich (A) klein ist und in einem zweiten Bereich (B) die reflektierte Intensität groß ist und sich beim Abweichen vom Normalzustand die reflektierte Intensität in den Bereichen (A, B) ändert. 37. Optical sensor according to one of claims 27 to 36, where at least two regions (A, B) at the transducer (2), wherein in a normal state, the reflected intensity in a first area (A) is small and in a second region (B) the reflected intensity is large and the reflected intensity in the areas (A, B) changes in deviation from the normal state.
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