DE69332876T2

DE69332876T2 - Detektion in Kapillarelektroforese

Info

Publication number: DE69332876T2
Application number: DE69332876T
Authority: DE
Inventors: Wayne S. Johnson; Gerald L. Klein; Franklyn L- Waska
Original assignee: Beckman Coulter Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2013-07-15
Also published as: US5312535A; JP2973387B2; EP0587281B1; DE69332876D1; JPH06323987A; AU654239B2; CA2099511A1; CA2099511C; AU4168293A; ATE237803T1; EP0587281A3; EP0587281A2

Description

HINTERGRUND

Ein genaues Detektieren von Licht in einem Kapillarelektrophoresesystem ist ein Verfahren von ansteigendem, vitalem Interesse für die Analyse von Chemikalien, Zellen und biologischem Material.
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Kapillarelektrophoresesystem, insbesondere wo Licht durch ein Kapillarrohr optisch detektiert wird. Spezifischer bezieht sich diese Erfindung auf die präzise Detektion einer Lichtausgabe aus einem derartigen Kapillarelektrophoresesystem. Zusätzlich ist die Erfindung mit einem Optimieren einer Lichtenergie befaßt, welche einem Kapillarelektrophoreserohr eingegeben und aus diesem ausgetragen wird, so daß insgesamt ein hoch empfindliches Kapillarelektrophoresesystem erhalten wird.
Elektrophorese ist eine analytische Technik, wobei kleine Volumina einer gemischten Probenlösung durch Unterschiede in elektrischen Ladungen und Molekulargrößen von einzelnen individuellen Probenkomponenten getrennt werden. Kapillarelektrophorese erfordert den Transport von kleinen, oft winzigen Mengen an Probenlösung durch ein Kapillarrohr unter Druck oder einem elektrischen Differential. Wenn bzw. da die Probe durch das Kapillarrohr wandert, wird eine Trennung von Komponenten der Probe aufgrund des Differentials bzw. Unterschieds durchgeführt.
Eine Lichtquelle und ein Lichtdetektor sind außerhalb des Kapillarrohrs angeordnet, welches auf einem Support montiert bzw. angeordnet ist. Wenn die Probe, die so getrennt wird, durch das Kapillarrohr wandert, wird Licht entlang eines optischen Pfads bzw. Wegs über die Probe geleitet. Indem die Lichtausgabe detektiert wird, kann Information betreffend die Art, beispielsweise den chemischen Aufbau der Probe erhalten werden.
Das Kapillarelektrophoreserohr ist ein Mikrobohrungsrohr und wird als der Support und als Mittel für ein Transportieren von Flüssigkeit, enthaltend die Probe, verwendet. Typischerweise reicht die Abmessung des Kapillarbohrungsdurchmessers zwischen 5 und 500 um. Die Form, die üblicherweise für das Kapillarrohr verwendet wird, ist zylindrisch und die Wandstärken des Rohrs reichen von 25 bis 200 um.
Die Art der Wände des Kapillarrohrs stellt unterschiedliche Brechungsindizes zur Verfügung und bewirkt allgemein Ungenauigkeiten in dem Licht, welches durch den Detektor empfangen wird. Um genaue Ergebnisse zur Verfügung zu stellen, ist es jedoch wichtig, optische Probleme, wie Verzerrungen bzw. Ablenkungen des Lichts zu vermeiden, die durch Störungen und Wandeffekte des Rohrs bewirkt werden.
Die kleinen Größen, die in den Kapillarabmessungen angetroffen werden, stellen schwere Probleme für eine genaue optische Detektion dar. Diese umfassen Probleme, die aus der kurzen Weg- bzw. Pfadlänge durch die Probe herrühren.
Eine Detektion der getrennten Komponenten erfordert eine meßbare Eigenschaft der Komponente. Die Extinktion beispielsweise wird als der relative Abfall in der Lichtintensität bei einer gewählten Wellenlänge, die durch die Probe hindurchtritt, aufgrund der relativen Konzentration der gemessenen Probe, ihrer spezifischen Extinktionsfähigkeit und der Weglänge gemessen.
Die Extinktion wird durch das Beer-Lambert-Bourgier-Gesetz ausgedrückt:
A = kcl
worin A = die Extinktion
k = der molare Extinktionskoeffizient
c = die Konzentration der absorbierenden Probe
l = die Weglänge durch die Probe ist.
Wenn die Weglänge kleiner wird, wie dies bei den winzigen kapillaren Abmessungen typischerweise verwendet wird, sinkt die Größenordnung der Extinktion ab.
Mit dem kreisförmigen Querschnitt der Bohrung des Kapillarrohrs variiert auch die Weglänge in sinusartige Form, wenn Licht quer durch die Kapillarbohrung tritt. Die Weglänge an den Polen ist Null und die maximale Länge ist an dem Äquator.
Ein weiteres Problem tritt auf, wenn Licht von der Lichtquelle durch das feste Wandmaterial des Kapillarrohrs ohne Durchtreten durch die Probenlösung in der Bohrung des Rohrs hindurchtritt. Dieses Licht, das als Streulicht bezeichnet wird, trägt zu der Lichtenergie bei, die an dem Detektor auftritt, ohne daß es durch die absorbierende Probe geschwächt wurde.
Weitere Probleme treten in dem optischen System zur Detektion von Lösungsvolumina bei den kleinen Dimensionen die für Kapillaren verwendet werden, auf. Um reproduzierbare, zuverlässige Bestimmungen des detektierten Lichts sicherzustellen, muß das Kapillarrohr in dem optischen System starr bzw. fest und genau positioniert sein. Es ist schwierig und teuer, die mechanischen Toleranzen, die erforderlich sind, um diese Bedingungen zu erfüllen, zu erreichen, wenn die Bohrung des Rohrs relativ zu dem Lichtfenster, welches in die Bohrung eintritt, bewegbar ist.
Es besteht ein Erfordernis ein System zur Verfügung zu stellen, welches genaue Daten und Information innerhalb moderner Detailstandards zur Verfügung stellen kann und dennoch entspannte bzw. erleichterte mechanische Toleranzen und Anforderungen an die Präzision besitzt.
Der Stand der Technik hat optische Systeme und optische Vorrichtungen, wie Linsen und Schlitze in dem optischen Weg zum Verbessern des optischen Systems verwendet. Diese Vorrichtungen selbst erzeugen optische Verzerrungen und Änderungen, wie eine Dispersion, an dem Licht. Weitere Ungenauigkeiten werden derart in dem detektierten Licht ausgebildet.
Es besteht ein Erfordernis, ein System mit einer minimalen Anzahl von optischen Elementen und Vorrichtungen zwischen der Signaleingabe und dem detektierten Signal zur Verfügung zu stellen.
Licht für das optische System wird erhalten und durch eine Faseroptikeingabe und -ausgabe empfangen. Die Faseroptik hat einen Kern und eine Plattierung bzw. Ummantelung, welche unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, und das Licht wird in dem Faserkern weitergeleitet. Ein Akzeptanzwinkel der Faser ist der halbe Winkel eines Akzeptanzkonus der Faser. Dies ist der Winkel um die zentrale Achse der Faser. Er ist auch der Winkel an der Grenzfläche des Kerns und der Plattierung, wobei nämlich der Akzeptanzwinkel durch den Unterschied in dem Brechungsindex des Kerns und der Plattierung definiert ist. Licht, das in eine Faser unter Winkeln von mehr als dem Akzeptanzwinkel eintritt, leckt hinaus und wird nicht zu dem Ausgabeende der Faseroptik weitergeleitet. In analoger Weise tritt Licht normalerweise nicht aus einer Faser mit einem Winkel größer als dem Akzeptanzwinkel aus.
Eine numerische Apertur der Faser wird mit dem Akzeptanzwinkel durch die Faser in Beziehung gebracht und ist ein Maß für die Lichtsammelleistung der Faseroptik. Die numerische Apertur ist der Sinus des Akzeptanzwinkels für die Faser.
Systeme gemäß dem Stand der Technik waren nicht fähig, das optische System und das Verhältnis bzw. den Zusammenhang der Lichtbildung bzw. -erzeugung und des Lichtfortschritts bzw. der Lichtweiterleitung in einer Faseroptik und die Detektionscharakteristika bzw. -merkmale in Kapillarelektrophoresesystemen zu optimieren.
Es besteht ein Erfordernis für ein verbessertes Kapillarelektrophorese-Detektionssystem, das eine geringere Verzerrung des Lichts aufweist, und welches leicht mit den Faseroptiken des optischen System konfiguriert werden kann. Es besteht auch ein Erfordernis für ein System, welches die Verwendung der Lichtenergie von einer Faseroptik optimiert, wie dies durch die numerische Apertur in das Kapillarelektrophoreserohr gemessen wird. Weiters besteht andererseits das Erfordernis, daß die Ausgabe aus dem Kapillarelektrophoresesystem mit einer empfangenden Faseroptik in bezug gebracht wird, um den Lichtempfang von dem Rohr zu maximieren, wie dies durch die numerische Apertur der empfangenden Faseroptik gemessen wird.
Eine integrierte Temperatursteuerung und -regelung und ein optisches Ausrichtungssystem für eine Kapillarelektrophoresevorrichtung ist in EP-A-0 421 595 beschrieben, worin eine Kapillarelektrophoresevorrichtung ein Kapillarrohr beinhaltet, das eine Bohrung aufweist, die ein Fluid transportiert, das eine Substanz enthält, die elektrophoretisch zu trennen ist und durch Licht, das in die Rohrwand über die Bohrung und durch die gegenüberliegende Wand austritt, detektiert werden soll. Dieses Kapillarrohr weist eine dünne Beschichtung an seiner Außenoberfläche auf und die Beschichtung wird entfernt, um den notwendigen Durchgang des Lichts zu ermöglichen. Die Beschichtung kann lokal entfernt werden, um gegenüberliegende Fenster auszubilden oder rund um den gesamten Umfang des Rohrs entfernt werden. Das Kapillarrohr wird zwischen relativ dicken Montageplatten in einem Stapel von derartigen Platten geklemmt, wobei jede Platte in dem Stapel mit einer Blende bzw. Öffnung ausgebildet ist, um den Lichtdurchgang durch den Stapel und über das Rohr zu ermöglichen. Die Abmessungen dieser Plattenöffnungen stellen die kritische Fensterbreite zur Verfügung, von welcher die optische Qualität und somit die Detektionseffizienz abhängt.
Die vorliegende Erfindung, die nachfolgend genauer zu beschreiben ist, stellt Verbesserungen gegenüber den Systemen des Standes der Technik insbesondere der EP-A-0 421 595 zur Verfügung, indem das Fenster oder die Fenster ausgebildet wird bzw. werden, das bzw. die die kritische Breite in der dünnen Beschichtung der Kapillare besitzen.
Andere herausragende bzw. wichtige Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, stellt ein optisches System für eine Kapillarelektrophorese zur Verfügung, welches merkbar die Charakteristika bzw. Merkmale der Kapillarelektrophoresedetektion und des optischen Systems verbessert. Die Erfindung minimiert signifikant zahlreiche bzw. mehrfache Probleme, die bei Systemen gemäß dem Stand der Technik angetroffen wurden.
Das erfundene System stellt ein Kapillarelektrophoresesystem zur Verfügung, umfassend ein Kapillarrohr, das eine Bohrung aufweist, welche Probenfluid über einen Detektionspfad, nämlich einen optischen Weg, transportiert. Eine Innenoberfläche der Bohrung definiert einen gewählten Durchmesser. Eine Wandstärke ist zwischen der inneren bzw. Innenoberfläche und einer äußeren bzw. Außenoberfläche definiert. Der optische Weg bzw. Pfad ist so definiert, daß das Licht zwischen einem optischen Eintrittsfenster und einem optischen Austrittsfenster zu dem Rohr nicht durch die Wand ohne zusätzliches Hindurchtreten durch die Bohrung hindurchtritt.
Das Eintritts- bzw. Einlaßfenster ist vorzugsweise an einem Außenoberflächenbereich des Rohrs definiert und das Austrittsfenster ist vorzugsweise an einem gegenüberliegenden Außenoberflächenbereich des Rohrs definiert. Das Rohr ist opak für einen Lichtdurchgang durch die Bohrung an einer oder mehreren gewählten Wellenlängen mit Ausnahme an den Fenstern, welche diskret bzw. bestimmt geformt sind und relativ zu der Kapillarrohrbohrung angeordnet sind.
"Gegenüberliegend" wird als Positionen betrachtet, die einander diametral gegenüberliegen.
Mit dieser Konfiguration tritt im wesentlichen nur kritisches und optimiertes Licht in das Rohr durch die Bohrung ein und aus dem Rohr aus. Die Probe, die in der Bohrung durchtritt, kann mit wesentlich verbesserter Genauigkeit und besserem Detail detektiert werden.
Beide Öffnungen bzw. Blenden haben eine Breite von nicht mehr als den Bohrungsdurchmesser und sind vorzugsweise konfiguriert, um im wesentlichen von gleicher Breite wie der Bohrungsdurchmesser zu sein. Die Breite bzw. Weite von beiden Öffnungen ist vorzugsweise gleich dem Bohrungsdurchmesser.
Die Öffnungsweite ist vorzugsweise durch entsprechende gerade Linien definiert, die benachbart von entsprechenden Grenz- bzw. Zwischenflächen zwischen einem Eintritts- bzw. Einlaßfenster und der Außenoberfläche der Bohrung zu den entsprechenden gegenüberliegenden Grenzflächen zwischen einem Austritts- bzw. Auslaßfenster und der Außenoberfläche der Bohrung gerichtet sind. Jede entsprechende Linie tritt radial durch eine zentrale Längsachse der Bohrung durch und jede entsprechende gerade Linie benachbart zu entsprechend gegenüberliegenden Grenzflächen definiert die Weite des Eintrittsfensters und des Austrittsfensters.
Eine LaGrange Invariante ist eine optische Invariante, welche der Blende bzw. Apertur des Lichts in dem optischen Weg zugeordnet ist, ist eine Konstante für den optischen Weg und ist durch die maximale Apertur in dem optischen Weg definiert.
In der Erfindung definiert die Weite der Fenster auch eine optische Aperturweite bzw. -breite, welche in bezug auf eine LaGrange Invariante eingerichtet ist.
Die Invariante für die Einlaß- und Auslaßöffnungen bzw. -aperturen sind auf einem relativ hohen Wert gehalten, vorzugsweise so hoch wie möglich. Je höher die Invariante ist, desto größer ist das Ausmaß bzw. die Menge an Lichtenergie, die durch die Bohrung durchtritt. Die Invariante ist zumindest über den optischen Weg zwischen dem Einlaßfenster und dem Auslaßfenster konsistent. Der Wert der LaGrange Invariante wird im wesentlichen durch den Durchmesser der Kapillarbohrung bestimmt. Da der Durchmesser vorzugsweise gleich der Fensterweite ist, ist die LaGrange Invariante auch durch die Fensterweite definiert.
In der vorliegenden Erfindung ist die Invariante auch durch den Winkel zwischen der Linie von einer Fensterzwischenfläche zu dem Bohrungszentrum zu irgendeiner Seite einer Querachse entlang des optischen Wegs durch das Bohrungszentrum definiert. Sie ist der im wesentlichen maximale Winkel für ein Empfangen von Licht in der Bohrung relativ zu dem wenigsten Licht durch die Rohrwand. Indem die Fensterbreite, nämlich die Aperturbreite so definiert ist, tritt im wesentlichen nur das kritische Licht durch die Kapillarbohrung durch und erreicht dann das Auslaßfenster. Licht, welches andernfalls die Detektion ungenau machen würde, wird aus dem Kapillarelektrophoresesystem zwischen Einlaß und Auslaß herausmaskiert.
Die LaGrange Invariante definiert den Ort und die Weite der Fenster und auch das Verhältnis des Faserenddurchmessers und der Fensterweite. Als solches definiert die LaGrange Invariante die Enden bzw. Extremwerte des optischen Systems und die optische Einhüllende oder die optische Kaustik.
Es wird ein Faseroptikeinlaß bzw. -eintritt zum Richten eines Eingabesignals, nämlich Licht, zu dem Einlaßfenster und ein Faseroptikeinlaß zum Empfangen von Licht- von dem Auslaßfenster zur Verfügung gestellt. Das Licht von dem Fasereinlaß fällt sowohl in einen divergierenden Konus als auch einen konvergierenden Konus von Licht, wobei der halbe Konuswinkel der Akzeptanzwinkel der Faser ist. In analoger Weise wird Licht in die Austrittsfaser in einem konvergierenden Konus und einem divergierenden Konus aufgenommen, die ebenfalls durch ihren entsprechenden Akzeptanzwinkel definiert sind. So sind die Winkel der entsprechenden konvergierenden und divergierenden Konen durch die Akzeptanzwinkel der Fasern aufgebaut. Der konvergierende Eintrittskonus von dem Fasereintritt und der divergierende Konus für den Faseraustritt sind mit dem optischen Pfad bzw. Weg des Kapillarrohrs abgestimmt.
Der Fasereintritt beinhaltet ein Ende, welches um einen gewählten Abstand von dem Eintrittsfenster beabstandet ist, wobei die Weite des konvergierenden Konus enthaltend die Lichtstrahlen von der Fasereintrittsendseite bzw. -fläche eines Konus mit konvergierendem Winkel definiert, welcher im wesentlichen mit der Weite des Eingabe- bzw. Eintrittsfensters zusammenpaßt oder übereinstimmt.
Der Abstand des Endes der Eingabe- bzw. Eintrittsfaser ist ebenfalls derart, daß die Querschnittsfläche des konvergierenden Konus an dem Ende der Eintrittsfaser durch die La-Grange Invariante des Kapillarelektrophoreserohrs festgelegt ist.
Das Austrittslicht von der Kapillare fällt in einen Winkel im wesentlichen gleich dem Akzeptanzwinkel des Faseroptikaustritts ein. Der Abstand der empfangenden Endfläche des Faseraustritts bzw. der Faserausgabe von dem Ausgabe- bzw. Austrittsfenster ist derart, daß der divergierende Konus des Lichts, das aus dem Rohr austritt, eine Weite definiert, so daß es zumindest einen im wesentlichen gleichen Querschnitt der empfangenden Endseite des Kerns des Faseraustritts ausbildet. Diese Beziehung eine divergierenden Austrittskonus ist in zusammenpassender Beziehung mit der LaGrange Invarianten des Kapillarrohrs gesetzt.
Der Scheitel des konvergierenden Konus von dem Fasereintritt ist nach innen in das Rohr gerichtet und ist vorzugsweise an oder zu dem Zentrum der Bohrung angeordnet. Der Scheitel des divergierenden Konus zu dem Faseraustritt ist ebenfalls vorzugsweise an oder zu dem Zentrum der Bohrung angeordnet.
Die Rohraußenoberfläche umfaßt normalerweise eine konforme bzw. entsprechende Beschichtung aus einem Polymer, welche gegenüber Lichtenergie in dem ultravioletten Wellenlängenbereich opak ist. Die Eingabe- bzw. Eintritts- und Ausgabe- bzw. Austrittsfenster sind durch ein selektives Entfernen von wenigstens dieser Beschichtung durch einen Laser ausgebildet. Idealer Weise sollten die Fenster so nahezu der Bohrung wie möglich angeordnet sein, um eine Interferenz mit dem Licht zu minimieren. Zu diesem Zweck kann ein Teil bzw. Abschnitt der Wand in einigen Fällen ebenfalls entfernt sein, um das Innere des Fensters näher zu der Bohrung anzuordnen.
Vorzugsweise ist das Kapillarrohr starr in einem Halter bzw. einer Halteeinrichtung festgelegt, wobei das Rohr durch Form- bzw. Gußelemente bzw. -rippen aus dem Formprozeß für die Herstellung des Halters gesichert und gehalten ist. Danach wird Laserenergie präzise aufgebracht, um die Fenster nacheinander zu schneiden. Das Eingabe- bzw. Eintrittsfenster und das Ausgabe- bzw. Austrittsfenster sind jeweils selektiv ausgebildet. Dies erzeugt effizient eine Maskierung für die ultravioletten Wellenlängen, die durch die Beschichtung ausgebildet ist, während es den ultravioletten Wellenlängen erlaubt, in das Rohr durch die Fenster einzutreten und durch diese zu verlassen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Weg zur Verfügung gestellt, welcher eine Eingabe- bzw. Eintrittsfaser, das Kapillarrohr und eine Ausgabe- bzw. Austrittsfaser umfaßt, ohne das Erfordernis für zusätzliche optische Elemente wie Linsen oder Schlitze, um einen Lichtstrahl durch das Kapillarrohr zu fokussieren oder zu manipulieren. Indem Licht von der Eintrittsfaser durch Luft und direkt in das Glas, das das Kapillarrohr ausbildet, hindurchgelassen wird, wird eine Verzerrung minimiert und eine Detektionsgenauigkeit wird merkbar verbessert. Indem die Fenster einstückig bzw. integral in der Rohrwand ausgebildet sind, und das Kapillarrohr starr in dem Halter festgelegt ist, wird die Einfachheit einer optischen und mechanischen Ausrichtung des Elektrophoresesystems merkbar vereinfacht.
Dieses System erlaubt es, wesentlich mehr Licht durch die Probe in der Bohrung des Kapillarrohrs und zu dem Austrittsfenster hindurch treten zu lassen, ohne durch unnotwendige Teile des Rohrs hindurchzutreten und verfügbar zu sein, Verzerrung der erforderlichen detektierten Ergebnisse der Probe zur Verfügung zu stellen.
Indem die Beziehung des kritischen Winkels, wie dieser durch die Fenster- und Fasercharakteristika definiert ist, verwendet wird, tritt Licht, enthaltend Information, nämlich Licht, daß durch nur die Probe in der Bohrung moduliert ist, zu der Austrittsfaser hindurch. Dies erlaubt es, relevant, empfindliche, detektierte Information der erforderlichen Probe zu erhalten. Auch der Lichtaustritt wird ohne Verzerrung und Aberrationen, die durch die optischen Elemente bewirkt werden, erhalten.
Das Nettoergebnis ist ein hoch signifikant verbessertes, optisches System für Kapillarelektrophorese mit einer wesentlichen Verbesserung in der Effizienz einer Lichtübertragung von dem Einlaß durch das Rohr und zu dem Auslaß.
Die Erfindung hat eine Anwendung auf Wellenlängen, die sich zumindest in dem elektromagnetischen Spektrum erstrecken, und insbesondere von Infrarot über sichtbares Licht zu ultravioletten Wellenlängen.
Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Systemlayout, das eine Querschnittsendansicht eines Kapillarrohrs zeigt, wobei repräsentative Lichtstrahlen durch die Bohrung des Kapillarrohrs hindurchtreten und diametral gerichteten Linien Fensterweiten bzw. -breiten des Kapillarrohrs in bezug auf die LaGrange Invariante definieren.
Fig. 2 ist eine teilweise, diagrammartige Seitenansicht, teilweise im Schnitt eines optischen Systems für Kapillarelektrophorese mit einer Eintrittsfaser, Austrittsfaser, Probeneintritt und Probenaustritt.
Fig. 3a ist eine Querschnittsendansicht durch das optische System, die das Ende des Kapillarrohrs mit einer Eintrittsfaser und Austrittsfaser zeigt und eine Endansicht der Lichtumhüllenden zwischen den Fasern und durch das Rohr illustriert.
Fig. 3b ist ein Detail, das die Winkelbeziehung an der Eintrittsfaser relativ zu dem Kapillarrohr zeigt.
Fig. 3c ist eine Querschnittsendansicht, die repräsentative, optische Lichtstrahlenwege und die Licht einhüllende zeigt. Diese entsprechende, divergierende und konvergierende, konische Einhüllende von der Eintrittsfaser sind illustriert.
Repräsentative Lichtstrahlen von dem Eingabe- bzw. Eintrittsfaserende und Lichtstrahlen zu dem Ausgabe- bzw. Austrittsfaserende sind gezeigt.
Fig. 3d ist eine perspektivische Ansicht des optischen Systems von der Eintrittsfaser, durch das Kapillarrohr Lind in die Austrittsfaser. Die Lichteinhüllende oder Lichtkaustik, durch welche das Eintrittslicht von dem Ende der Eintrittsfaser kommt, ist dargestellt. Die Einhüllende definiert eine Weite gleich dem Bohrungsdurchmesser. Die Einhüllende stellt sicher, daß Licht, das das Kapillarrohr verläßt, durch die Bohrung enthaltend die Probe hindurchgetreten ist, ohne an der Bohrung vorbeizugelangen. Licht, das das Rohr verläßt, tritt dann in das empfangende bzw. Empfangsende der Austrittsfaser ein.
Fig. 4 ist eine optische Seitenansicht im Querschnitts des Kapillarrohrs in bezug auf die Eintrittsfaser und die Austrittsfaser, welche eine Seitenansicht der Licht-einhüllenden, zwischen den Fasern und durch das Rohr illustriert.
Fig. 5 ist eine teilweise Seitenansicht ähnlich zu Fig. 4, wobei die Ansicht von Fig. 4 um 90º gedreht wurde und das Eintrittsfenster in das Kapillarrohr zeigt.
Fig. 6 ist eine teilweise perspektivische Ansicht ähnlich zu Fig. 3d, jedoch um die Achse der Bohrung so gedreht, daß die Eintrittsfaser in dem Vordergrund gesehen wird. Die Lichteinhüllende ist relativ zu der Eintrittsfaser, dem Kapillarrohr mit einem Teil des Halters und der Austrittsfaser gezeigt. Hier ist eine divergierende, konische Einhüllende, die von der Eintrittsfaser ausgeht, in strichlierten Linien gezeigt. Eine konvergierende Einhüllende, die zumindest teilweise von der Grenzfläche des Kerns und der Plattierung der Eintrittsfaser ausgeht, tritt in das Eintrittsfenster ein. Nach Durchgang des Lichts in der. Einhüllenden durch das Fenster ist die Einhüllende in einem regelmäßigen Kubus innerhalb des Kapillarrohrs aufgenommen. Licht tritt von dem Austrittsfenster in eine divergierende Einhüllende aus, die dem rechteckigen Querschnitt entspricht. Das Licht tritt in die Austrittsfaseroptik mit einem ansteigenden, rechteckigen Querschnitt ein, bis es die Plattierungs-Kern- Grenzfläche der Austrittsfaser erreicht.
Fig. 7 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die Eintritte und Austritte einer Mehrfachfaseroptik für mehrere Kapillarrohre illustriert.
Fig. 8 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die einen repräsentativen, abtastenden Lichtstrahl und einen linearen Felddetektor zeigt.
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Lasers zur Ausbildung der Fenster in dem Kapillarrohr, wenn das Kapillarrohr in einem Halter enthalten ist.
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht des Halters, der an einer Auflagerplatte unter einem Laserstrahlauslaß gesichert ist.
Fig. 11 ist eine Vorderansicht des Halters, die das Kapillarrohr, das hindurchtritt, darstellt.
Fig. 12 ist ein Detail von Fig. 11, das den Fensterbereich zeigt, zu welchem benachbart die Faseroptiken angeordnet sein werden.
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht entlang von Linien 13- 13 von Fig. 12, die das Kapillarrohr in der Position in dem Fenster zeigt.
Fig. 14 ist ein Detail von Fig. 13, das das Sichern des Kapillarrohrs in dem Fenster durch die konvergierenden Gußabschnitte bzw. Halteabschnitte zeigt, die von den Seiten des Halters zu dem Zentrum gerichtet sind.
Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht des Halters von oben gesehen.
Fig. 16 ist eine teilweise Vorderansicht einer alternativen Fensterkonfiguration für den Halter. Das Eintrittsfenster ist relativ schmäler in der Höhe verglichen mit der Breite des Fensters.
Fig. 17a bis 17e illustrieren unterschiedliche Querschnitte des Kapillarrohrs mit Eintritts- und Austrittsfenstern. In Fig. 17e sind das Eintrittsfenster und das Austrittsfenster durch Entfernung der Polymerbeschichtung und eines Teils des Materials, das das Rohr ausbildet, geformt.
Fig. 18a, 18b, 18c, 18d, 18e und 15f illustrieren unterschiedliche Kapillarrohre mit unterschiedlichen Wandstärken, unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern und unterschiedlichen Beschichtungen in bezug auf die numerische Apertur der Eingabe- bzw. Eintrittsfaseroptik und der Ausgabe- bzw. Austrittsfaseroptik relativ zu den Merkmalen der LaGrange Invariante.
Fig. 19 ist eine Seitenansicht im Schnitt des Halters und des Kapillarrohrs, das in einem System relativ zu der Eintrittsfaseroptik, Austrittsfaseroptik angeordnet ist, und illustriert die Elemente für ein physikalisches Sichern des Halters und der Faseroptiken relativ zueinander.
Fig. 20a und 20b sind Daten, die einen Ausdruck von Lichtextinktion gegen die Zeit an zwei unterschiedlichen Spannungsdifferentialen über das Kapillarelektrophoreserohr zeigen.

BESCHREIBUNG

1. Das Kapillarrohr

Ein Kapillarelektrophoresesystem beinhaltet ein Kapillarrohr 100 mit kreisförmigem Querschnitt, das eine Bohrung 101 mit kreisförmigem Querschnitt besitzt. Eine Fluidprobe tritt durch die Bohrung 101 durch, wie dies durch einen Pfeil 200 angedeutet ist. Die Bohrung 101 beinhaltet ein Zentrum 102 und eine Innenoberfläche 103, welche eine Bohrungsweite bzw. -breite definiert, nämlich den Durchmesser für die Bohrung 101. Das Kapillarrohr 100 beinhaltet eine Außenoberfläche 104 und eine Wand 105. Die Dicke der Wand 105 ist zwischen der inneren bzw. Innenoberfläche 103 und der äußeren bzw. Außenoberfläche 104 definiert. Wie definiert, beinhaltet die Dicke nicht eine Beschichtung 110 an der Außenoberfläche 104.
Das Kapillarrohr 100 ist aus einem Siliziumquarzglas mit einem Brechungsindex von n&sub1; ausgebildet. Eine dünne, entsprechende Beschichtung 110 aus Polyimid, einem Silikon, Acrylat oder Metall, etwa 10 um dick, ist an der Außenseitenoberfläche 104 des Quarzglases, welches das Kapillarrohr 100 ausbildet, vorgesehen. Die Beschichtung 110 ist opak gegenüber ultravioletter Energie in dem Bereich von 200-300 nm, welche für eine Detektion in dem elektrophoretischen, optischen System verwendet wird.
Ein typisches Kapillarrohr 100 ist aus geschmolzenem Siliziumdioxid ausgebildet und ist flexibel. Es ist fähig, Prüfungstestdrücken von 75 kpsi standzuhalten. Die Beschichtung 110 ist bei Temperaturen bis etwa 400ºC bearbeitbar. Das bevorzugte Rohr 100 ist durch Polymicro Technologies, Incorporated in Phoenix, Arizona hergestellt.

2. Die Fenster

Das Probenfluid ist in der Bohrung 101 vorbei an einem Detektionspfad bzw. -weg, nämlich einen optischen Weg, transportiert, welcher, wenn er von einem Ende gesehen wird, zwischen parallelen Linien 106 und 107 definiert ist, welche zu jeder Seite der Bohrung 101 beabstandet sind, und tangential oder benachbart zu dem Umfang der Bohrung 101 sind. Einoptisches Eingangs- bzw. Eintrittsfenster 108 ist auf einer Seite des optischen Wegs vorgesehen. Ein optisches Ausgangs- bzw. Austrittsfenster 109 ist an der gegenüberliegenden Austrittsseite des optischen Wegs vorgesehen.
Das Eintrittsfenster 108 und das Austrittsfenster 109 sind als ein Schlitz mit einer gewählten Breite und Länge ausgebildet. Die Fenster 108 und 109 sind durch ein Entfernen der opaken Polyimidbeschichtung 110 in dem Bereich der Fenster 108 und 109 ausgebildet. Dieses Entfernen kann durch mechanische Entfernung, chemisches Ätzen oder Lasertrimmen durchgeführt werden. Eine effektive Art einer Herstellung ist es, zuerst ein Fenster 108 auszubilden. Danach wird das Rohr 100 um 180º um seine Längsachse um das Zentrum 102 gedreht und das Fenster 109 wird ausgebildet.

3. Der Halter

Das Kapillarrohr 100 ist in einem Halter bzw. einer Halterung 180 festgelegt. Der Halter 180 ist durch ein Spritzgußverfahren hergestellt und besteht aus einem schwarzem Kunststoffmaterial. Ein Vorteil, einen schwarzen Halter 180 zu besitzen, ist die erhöhte Fähigkeit des Halters 180, unwünschenswertes Streulicht oder andere Energie zu absorbieren.
Der Halter 180 besteht aus drei Hauptkomponenten: einem zylindrischen, oberen Bereich 450, einem mittleren, im wesentlichen flachen Halterkomponentenbereich 127 und einem zylindrischen, schmalen, spitzen Bereich 451.
Der obere Bereich 450 hat beabstandete, quer verlaufende Nuten bzw. Rinnen 452, zwischen welchen in Querumfangsrichtung erstreckende Krägen 453 vorgesehen sind. Die Nuten 453 und Krägen 452 erleichtern die händische Handhabung des Halters 180.
Die flache Halterkomponente 127 umfaßt zwei quer gerichtete, parallele Seitenflächen 454 bzw. 455. Diese Flächen 454 und 455 sind einander gegenüberliegend und sind durch Endbereich 456 und 457 verbunden. Zwei kreisförmige Öffnungen bzw. Aperturen 458 und 460 sind jeweils innerhalb jeder der Flächen 454 und 455 angeordnet. Ein kreisförmiger Einsatz 459 ist in der Seite bzw. Flächen 454 ausgebildet und in der gegenüberliegenden Seitenfläche 455 besteht ein gegenüberliegender kreisförmiger Einsatz 461. Die Einsätze 454 und 460 kommunizieren nicht miteinander, da eine Querwand 462 und 463 zwischen diesen besteht.
Das Kapillarrohr 100 tritt durch die Öffnungen 458 und 460 hindurch und die Öffnungen 458 und 460 kommunizieren mit beiden Seiten 454 und 455. Das in Fig. 11 illustrierte Kapillarrohr ist von Polymicro Systems Incorporated gefertigt und hat einen Innendurchmesser von 25 um und einen Außendurchmesser von 150 um. Der Durchmesser der Öffnungen 458 und 460 ist in der Größenordnung von etwa 0,062 Zoll. Der Durchmesser der Einsätze 459 und 461 ist etwa 0,125 Zoll. Die Gesamtabmessungen des Halters 180 sind somit relativ klein.
Es ist insbesondere kritisch, ein Kapillarrohr 100 genau in seinem Durchgang durch die kreisförmigen Einsätze 459 und 461 anzuordnen. Die Fenster 108 und 109 sind in dem Kapillarrohr 100 in dem Anordnungspunkt ausgebildet, wo das Kapillarrohr 100 durch die Einsätze 459 und 461 hindurchtritt. Nur ein spezifisches Energiesignal, nämlich Lichtstrahlen, dürfen durch die Fenster 108 und 109 hindurchtreten, und so ist die Anordnung des Kapillarrohrs 100 während der Spritzgußverfahren der Komponente 180 kritisch.
Vor dem Formen wird das Kapillarrohr 100 in einer Position in einer Spritzgußform gehalten. Die Spritzgußform hat Merkmale bzw. Eigenschaften, welche starr das Kapillarrohr 100 unterstützen und gleichzeitig die Öffnung 458 und 460 ausbilden können. Öffnungen 458 und 460 erstrecken sich durch die flache Seite 454 und 455. Da es an diesem Ort bzw. dieser Stelle der flachen Komponente 127 nicht relevant ist, ob Licht von einer Seite einer Fläche 454 zu der anderen Seite einer Fläche 455 des Halters 180 hindurchtritt, ist nicht insbesondere relevant, daß ein Licht durch den Halter 180 an den Öffnungen 458 und 460 durchtreten kann.
Im Gegensatz dazu sind die Einsätze 459 und 461 abgeblockt und getrennt voneinander, um ein Durchdringen von unerwünschtem Licht von der Seite einer Fläche 454 zu der Seite einer Fläche 455 zu verhindern. Das Blockieren wird durch zwei Querwände 462 bzw. 463 durchgeführt. Jede der Wände 462 und 463 hat einen rechteckigen bzw. rechtwinkeligen Querschnittsbereich 464 und 465 und einen sich verjüngenden bzw. geneigten Halteteil bzw. Fortsatz 466 und 467. Die Enden 468 und 469 an den geneigten Guß- bzw. Haltteilen bzw. -abschnitten 466 bzw. 467 liegen an der Außenseite des Kapillarrohrs 100 an gegenüberliegenden Seiten der Außenseitenwand 104 relativ zu der Bohrung 101 an. Die Haltebereiche 466 und 467 hindern ein fremdes Streulicht, daß es von der Seite einer Fläche 454 zu der Seite einer Fläche 455 gerichtet wird. Ein derartiges unerwünschtes Licht kann von einer Eintrittsfaseroptik 119 oder einer Austrittsfaseroptik 120, die benachbart zu den Einsätzen 459 und 461 angeordnet sind, oder von irgend einer anderen fremden Quelle stammen.
Die flachen Bereiche 462 und 463 an der Seite einer Fläche 454 sind angeordnet, um in Abstützung die Faseroptik 119 mit der Endfläche 305 des Faseroptikeintritts 119 beabstandet von den Wänden von Abflachungen 462 bzw. 463 aufzunehmen. Ein Ende 151 eines Supports 571 für den Faseroptikeintritt 119 ergreift die flachen Abschnitte 462 und 463 und greift nicht in die geneigten Abschnitte 466 und 467 ein.
In ähnlicher Weise ergreifen an der Austrittsseite die Enden 151 des Faseroptiksupports 572 die Abflachungen 464 und 465 und nicht die geneigten Haltebereiche 466 und 467. Die Endseite bzw. -fläche 123 der Austrittsfaser 120 ist in geeigneter Weise von den Austrittsabflachungen 464 und 465 beabstandet. Die Seitenwände 470 von jedem der Einsätze 459 und 461 wirken, um einen Hohlzylindereffekt für die Einsätze 459 bzw. 461 zur Verfügung zu stellen. Die Wände 420 greifen in eine zusammenpassende bzw. abgestimmte Formation mit der außenliegenden, zylindrischen Wand 471 des Supports 571 der Eintrittsfaser 119 und einer außenliegenden, zylindrischen Wand 472 des Supports 572 der Austrittsfaser 120 ein.
Die flachen Abschnitte bzw. Querschnitte 462 und 463 und die geneigten bzw. sich verjüngenden Bereiche 466 und 467 stellen ein stabiles Mittel zum Sichern der Kapillare 100 präzise in ihrer Position mit den Einsätzen 459 und 461 zur Verfügung. Die geneigten Bereiche 466 und 467 besitzen Eingriffsenden 468 und 469, welche mit der Kapillare 100 durch die Länge oder den Durchmesser der Einsätze 459 und 461 eingreifen. Dies stellt auch eine effiziente Abdichtung gegenüber fremdem Licht zur Verfügung, welches in anderer Weise zwischen den Einsätzen 459 und 461 durchtreten würde.
Die Gestalt der Form, die für die Spritzgußform verwendet wird, weist ein Merkmal auf, das spezifisch dafür beabsichtigt ist, um das Guß- bzw. Halteelement 464 und 465 mit den Bereichen flacher Form 462 und 463 bzw. den geneigten Bereichen 466 und 467 zur Verfügung zu stellen. Dies ist eine beabsichtigte Verwendung der Guß- bzw. Halteelemente 464 und 465. Normalerweise ist ein Halteelement bzw. eine Gußrippe ein unerwünschtes Merkmal eines geformten bzw. gegossenen Gegenstands und wird von einem geformten Produkt entfernt. Alternativ wird eine Form präzisionsgeformt, um jegliches Ausmaß einer Gußrippe bzw. eines Gußstegs zu minimieren oder zu verhindern. Hier sind die Gußrippen 464 und 465 beabsichtigt konstruiert, um die gesicherte Anordnung bzw. Stelle der Kapillare 100 zur Verfügung zu stellen.

4. Fensterausbildung

Mit der so in dem Halter 180 festgelegten bzw. angeordneten Kapillare 100 können die Fenster 108 und 109 in die Kapillare 100 lasergeätzt werden. Dies wird durch ein selektives Entfernen der Beschichtung 110 von der Wand 105 des Kapillarrohrs 100 durchgeführt.
Ein Excimerlaser stellt effizient die Entfernung der Polyimidbeschichtung 110 über die kritische Dimension zur Verfügung, um Fenster 108 und 109, wie erforderlich, auszubilden. Der Laser 500 umfaßt eine Laser generierende Quelle, enthalten in einer Einheit 501, ein Strahlrichtungsmittel 502, um einen präzisen Strahl zu entwickeln, der aus einer Ausgabe- bzw. Austrittsöffnungseinheit 503 austritt.
Ein Computersteuer- bzw. -regelsystem 504 kann präzise den Strahl, wie erforderlich, zuschneiden. Der Laser 500 umfaßt Mittel zum Beleuchten der Fläche, wo der Laser arbeitet, so daß die präzise Geometrie des Schnitts gesteuert bzw. geregelt werden kann. Die Breite und Länge der Fenster 108 und 109 kann genau unter Computersteuerung bzw. -regelung des Lasers 500 geschnitten werden.
Ein Schirm 505 stellt ein visuelles Aussehen des Strahls, der auf eine Arbeitsplatte 506 gerichtet ist, und einen Halter 180, der auf der Auflageplatte 506 angeordnet ist, zur Verfügung. Sichtöffnungen 507 sind für ein mikroskopisches, physikalisches Sehen des Halters 180 und insbesondere der Kapillare 100, die in Seiten 462 und 463 angeordnet ist, vor und nach einem Durchführen eines Schneiden der Fenster 108 und 109 vorhanden. Die Fenster 108 und 109 werden auf gegenüberliegenden Seiten der Kapillare 100 geschnitten.
Die Auflageplatte 506 ist montiert bzw. angeordnet, um relativ auf Schienen 508 und 509 bewegbar zu sein, welche eine Fundamentplatte 510 sichern, auf welchen die Auflageplatte 506 angeordnet ist. Die Bewegung auf Schienen 508 und 509 ist durch den Computer 504 gesteuert bzw. geregelt. Die Auflageplatte 506 umfaßt Verankerungsmittel 511 und 512, um den Halter 180 in Position unter der Apertur- bzw. Öffnungseinheit 503 für den Laserstrahl zu sichern.
Die Weite 160 des Fensters 108 wird in Übereinstimmung mit den optischen Merkmalen bestimmt und ist nicht größer als der Durchmesser der Bohrung 101, welche, wie angedeutet, einen Innendurchmesser von 25 um besitzen kann. Der Laserstrahl kann diesen Schnitt in ein oder zwei Schritten durchführen. Die Tiefe des Schnitts sollte sein, um die Beschichtung 110 zu entfernen, welche auch nur einige Mikrometer dick ist.
Die Länge des Schnitts entlang der Längsachse der Kapillare 100 wird in Übereinstimmung mit der gewünschten Länge bestimmt, durch welche Licht durch die Kapillare 100 durchtreten soll. So können die Länge - Höhe 159 des Fensters 108 durch verschiedene Charakteristika bzw. Merkmale bestimmt werden. Dies kann der Durchmesser des Siliziumkerns 700 der Eintrittsfaser 119 sein. Der Durchmesser kann etwa 100 um betragen. In einigen Situationen kann das Fenster 108 eine kürzere Höhe 160 als eine Breite besitzen.
Nachdem das Fenster 108 ausgebildet ist, wird das Fenster 109 geformt. Die Charakteristika und Größe des Fensters 109 würden in Übereinstimmung mit den optischen Erfordernissen des Systems bestimmt.
Mit dieser Technik werden genau geformte und gestaltete Fenster 108 und 109 für die Kapillare 100 erhalten. Die Laserbearbeitung der Beschichtung 110 bildet präzise Fensterformen 108 und 109. Der Excimerlaser 500 ist ein auf Xenonchlorid basierender Laser, der bei einer Wellenlänge von 308 nm arbeitet. Die kurzen Wellenlängen machen den Laser für Laserschnitte gesteuerter bzw. geregelter Tiefe verwendbar. Ein derartiger Laser schneidet 2-3 um tief pro Laserschuß und falls erforderlich lediglich 0,2 um pro Schuß. Die Laserpunktgröße und Form können in Übereinstimmung mit unterschiedlichen Formen des Laserstrahls eingestellt werden, welche durch ein Mikroskop zu der Austrittsöffnung 503 projiziert werden.
Der Laser, der für ein Durchführen des Schneidens der Fenster 108 und 109 verwendet wird, ist jener, der durch Florod Corporation aus Gardena, California hergestellt ist und ist Florod Model LFA-308. Andere Laser können effizient den gewünschten Schnitt durchführen und derartige Laser können beispielsweise ein Nd-Yag-Laser sein.

5. Optischer Hohlraum - Lichteinhüllende (Kaustik)

Um die Wand 105 und Beschichtung 110 des Kapillarrohrs 100 an dem Eintrittsfenster 108 wird eine Eintrittszwischenfläche 111 ausgebildet, welche die Kante bzw. den Rand des Fensters 108 definiert. In ähnlicher Weise wird an der Austrittsseite um die Wand 105 und Beschichtung 110 eine Austrittszwischenfläche 112 ausgebildet, welche die Kante um das Austrittsfenster 109 definiert. Zwischen dem Eintrittsfenster 108 und dem Austrittsfenster 109 wird ein optischer Hohlraum 116 durch das Kapillarrohr 100 ausgebildet. Der Brechungsindex innerhalb der Bohrung 101 ist n&sub2; und der Brechungsindex der Wand ist n&sub1;. Durch Ausbilden des optischen Hohlraums in dieser Weise wird eine kritische Konstruktion zur Detektion einer Fluidprobe durch die Bohrung 101 genau erhalten.
Die Bohrung 101 hat einen Durchmesser 113, welcher erläuternd als ein Abstand zwischen dem optischen Weg, wie er durch die Linie 106 und 107 definiert ist, gezeigt ist. Die Öffnungsweite bzw. Aperturbreite oder der Durchmesser der Fenster 108 und 109 ist konstruiert, um eine Breite zu besitzen, die im wesentlichen gleich dem Durchmesser 113 ist. Jedoch ist ihre Breite nicht größer als der Bohrungsdurchmesser 113.
Erläuternde Lichtstrahlen 114 und 115 sind in Fig. 1, 3c und 3d gezeigt. Sollte die Größe der Breite des Fensters 108 oder 109 größer sein, dann würden Lichtstrahlen in das und aus dem Kapillarrohr 100 durch die Quarzwand 105 selbst hindurchtreten, ohne durch die Bohrung 101 hindurchzutreten. Dies ist beispielsweise in Fig. 3c durch (imaginäre) Lichtstrahlen 206 und 207 parallel zu den optischen Weglinien 106 oder 107, jedoch außerhalb des Durchmessers 113, der durch die Bohrung 101 definiert ist, gezeigt. Der Effekt davon ist, daß Lichtstrahlen 206 und 207 durch die Wand 105 und nicht durch die Bohrung 101 hindurchtreten würden. Dies würde effektiv eine ungenaue Detektion der Probe durch die Bohrung 101 zur Verfügung stellen. Wie dies jedoch in Fig. 3c dargestellt ist, ist die Fensterbreite 108 und 109 gleich dem Durchmesser 113 der Bohrung 101 und in der Realität würde es keine Lichtstrahlen 206 und 207 geben. Die Beschichtung 110 würde die Ausbildung von Strahlen 206 und 207 in der Wand 105 verhindern.
Die optischen Weglinien 106 und 107 sind auf einem Querschnittsniveau, nämlich dem Niveau der oberen Kante der Fenster 108 und 109. Die Fenster 108 und 109 besitzen einen rechteckigen Querschnitt und die untere Kante definiert parallele optische Weglinien 106a und 107a. Die Paare von optischen Weglinien 106 und 107; und Linien 106a und 107a definieren das Ende der Breite, durch welche Lichtstrahlen durch das Kapillarrohr 100 durchtreten können. Die optischen Weglinien 106, 106a, 107 und 107a bilden die Lichteinhüllende oder Lichtkaustik in dem Kapillarrohr 100. Die Strahlen 114 und 115 sind in zwei Abmessungen bzw. Dimensionen (Fig. 1 und 3c) repräsentativ für die Strahlen, die Parameter der limitierenden Einhüllenden oder Kaustik von Lichtstrahlen definieren, die in das Rohr 100 eintreten und dieses verlassen. Andere Lichtstrahlen treten auch durch die Bohrung 101 durch.
Die gesamte Einhüllende oder Kaustik 300 ist in drei Dimensionen gezeigt und ist durch die dicken Linien in Fig. 3d und 6 definiert. Sie beginnt von der Eingabe- bzw. Eintrittsseite und ist definiert als Eintritt durch optische Weg- bzw. Pfadlinien 301, 302 und 301a und 302a, die Weglinien 106, 107, 106a und 107a durch das Kapillarrohr 100 und die Austrittsweglinien 303, 304, 303a und 304a, die das Rohr 100 verlassen. Die dreidimensionale Perspektive tritt auf, da die Fenster 108 und 109 eine Höhe 159 besitzen. Auch der Faseroptikeintritt 119 und der Faseroptikaustritt 120 besitzen Endflächen 305 bzw. 306 mit einem größeren Querschnitt als der Querschnitt der Fenster 108 und 109. Als solche konvergieren die optischen Weglinien 301, 302, 301a und 302a zu dem Eintrittsfenster 108. Die Weglinien 303, 304, 303a und 304a divergieren von dem Fenster 109.
Die Strahlen 114a und 114b, und 115a und 115b und die dreidimensionalen Darstellungen, die durch die Weglinien 301, 301a, 302, 302a, 303, 303a, 304 und 304a definiert sind, zeigen keine Fokussierung von Licht im Zentrum 102 an. Diese Linien sind repräsentativ für die Lichtstrahlenneigungen von den Fasereintritt 119 zu den Faseraustritt 120. Der Hohlraum zwischen den Linien 106, 106a, 107 und 107a ist ein rechteckiges, kubisches Volumen, das mit Lichtstrahlen unterschiedlicher Neigungen und Winkel gefüllt ist, die von dem Fasereintritt 119 ausgehen und von dem Eintrittsfenster 108 zu dem Austrittsfenster 109 gerichtet sind.

6. LaGrange Invariante

Eine unterschiedliche Weise zum Definieren der Breite bzw. Weite oder Größe der Fenster 108 und 109 ist durch die gerade Linie oder den Strahl 114, welcher zwischen den Grenzfläche 111, durch das Zentrum 102 der Bohrung 101 und zu der gegenüberliegenden Grenzfläche 112 des Austrittsfensters 109 hindurchtritt. In ähnlicher Weise tritt ein Strahl 115 zwischen der Grenzfläche 111 des Eintrittsfensters 108, dem Bohrungszentrum 102 und der Grenzfläche 112 des Austrittsfensters 109 durch.
Eine Konstante in einem optischen Design ist die LaGrange Invariante. Diese Konstante hält fest, daß die Energie in einem optischen System durch eine Winkelapertur 400 in dem System definiert ist und die Energie konstant oder durch das System konsistent ist. Die Winkelapertur 400 ist für Licht begrenzend, welches in das System eintritt. So würde Licht von einem größeren Winkel nicht fähig sein, durch das optische System hindurchzutreten, während Licht mit jedem kleineren Winkel durch das optische System durchtreten würde. Das gesamte, optische System ist auf einen Wert festgelegt, wo die LaGrange Invariante für das System am kleinsten ist, nämlich dort, wo der Winkel am kleinsten ist, um einen Lichtdurchtritt durch das optische System zu erlauben.
Bei einem Kapillarrohr ist das optische System die Bohrung 101, so daß es wünschenswert ist, daß Lichtenergie durch die Bohrung 101 über ihren gesamten Durchmesser 113 durchtritt. Die limitierende Bedingung ist durch den maximalen Winkel definiert, wo Lichtstrahlen nur durch die Bohrung 101 über den Durchmesser 113 passieren können. Es ist nicht wünschenswert, daß Licht in das Kapillarrohr 100 eintritt und an der Bohrung 101 vorbeiläuft und den Detektor erreicht. Optimal würde eine opake Maske oder Beschichtung an der Kapillarenbohrungsoberfläche 103 in einer Weise festgelegt sein, um das Licht auf die Bohrung 101 allein zu begrenzen.
Ein anderer Platz für die Maske oder Beschichtung, um eine limitierende Öffnung bzw. Blende bzw. Apertur zur Verfügung zu stellen, ist die Außenseitenoberfläche 104 des Rohrs 100. Die limitierende Winkelöffnungsbedingung wird erfüllt, wenn die Fensteröffnungen 108 und 109 an den gegenüberliegenden Seiten der Außenseitenoberfläche 104 der Bohrung 101 des Kapillarrohrs 100 angeordnet sind und wenn die Öffnungsbreiten bzw. Aperturweiten gleich dem Durchmesser 113 der Bohrung 101 sind. Die LaGrange Invariante für die Oberfläche 104 für diese Konfiguration leitet sich von dem Winkel ab, der durch eine Linie definiert ist, die von den entsprechenden Grenzflächen 111 bzw. 112 an gegenüberliegenden Seiten der einander gegenüberliegenden Fenster 108 und 109 ausgehen. Diese Linien 114 und 115 treten radial durch das Zentrum 102 der Kapillarbohrung 101 hindurch.
Die LaGrange Invariante für die Eintritts- und Austrittsfensteröffnungen 108 und 109 sind auf einem relativ niedrigen Wert gehalten, da, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, das Rohr relativ dickwandig ist. Der Wert sollte jedoch so hoch wie möglich sein, wie dies durch andere Systemerfordernisse gegeben ist. Dies würde eine maximale Lichtenergie durch die Bohrung 101 sicherstellen. Die LaGrange Invariante hat einen Wert, welcher im wesentlichen konsistent durch den optischen Weg ist, der zwischen den Linien 106 und 107 definiert ist. Dieser Wert ist durch den im wesentlichen maximalen Winkel 400 für ein Empfangen von Licht in der Bohrung 101 relativ zu dem im wesentlichen geringsten Licht durch die Wand 105 gegeben.
Eine Mittellinie 117, welche eine optische Achse durch das Zentrum 102 der Bohrung 101 definiert, ist in der Mitte zwischen den Linien 106 und 107 angeordnet, die den optischen Pfad bzw. Weg definieren und welche durch Zwischenflächen 111 und 112 hindurchtreten. Die Fensterbreiten 108 und 109 sind durch die LaGrange Invarianten Gleichung H = Yn&sub1;u&sub0; angegeben. Y ist die Hälfte der Fensterbreite 108 oder 109, nämlich Y ist der halbe Durchmesser 113. n&sub1; ist der Brechungsindex der Siliziumdioxidquarzwand 105 des Rohrs 100 und u&sub0; ist der Winkel zwischen der optischen Achse 117 und einem der Strahlen 114 und 115. u&sub0; ist gleich dem Winkel 150. H ist die LaGrange Invariante, nämlich die optische Konstante für den optischen Hohlraum, wie er durch den Durchmesser 116 des Rohrs 100 definiert ist. H wird so hoch wie möglich gehalten, um die optimalen Charakteristika des optischen Systems beizubehalten. Für das gesamte, optische System ist jedoch die LaGrange Invariante auf einen Wert festgelegt, wo die LaGrange Invariante der kleinste mögliche Wert des gewünschten hohen Werts ist.
Der Wert der LaGrange Invariante ist auch eine Funktion des Durchmessers 116 der Außenseitenoberfläche 104 relativ zu dem Durchmesser 113 der Kapillarbohrung 101. Eine größere LaGrange Invariante wird für ein Rohr realisiert, das eine dünne Abmessung für die Wand 105 besitzt. So würde der effektive Winkel für das Licht in die Bohrung 101 eines dünnwandigen Rohrs 100 größer sein für ein dickwandiges Rohr 100. In Fig. 18b ist der größere Winkel 400 relativ zu Fig. 18a gezeigt. Daher ist die LaGrange Invariante größer für die Konfiguration in Fig. 18b. Lichtstrahlen, die in das Eintrittsfenster 108 eintreten, jedoch außerhalb des La-Grange Invariantengrenzwerts liegen, treten nicht durch das Austrittsfenster 109 hindurch. Dies minimiert den Streulichtbeitrag zu der detektierten Lichtenergie.
Wie dies durch die diagonalen Linien, die durch das Zentrum 102 der Bohrung 101 hindurchtreten, angedeutet ist, ist die LaGrange Invariante in allen Darstellung durch die kleinste Öffnung bzw. Apertur in dem optischen Hohlraum definiert.

6. Die Faseroptik und die numerische Apertur

Die Faseroptikleiter 119 und 120 enthalten, wenn sie geeignet beleuchtet sind, Lichtenergie bei allen Winkeln innerhalb der numerischen Apertur der optischen Fasern 119 und 120. Dies ist eine Funktion des Unterschieds in dem Brechungsindex des Kernmaterials 121 und des Umhüllungs- bzw. Plattiermaterials 122. Typische Werte für die numerische Apertur für optische Fasern aus geschmolzenem Siliziumdioxid ist .22. Dieser Wert definiert einen winkeligen Konus mit einem Winkel 150 von etwa 15º Halbwinkel. Jeder Halbwinkel 150 ist in Fig. 3a, 3b, 3c und 18a bis 18f dargestellt.
Wie dies in Fig. 3c dargestellt ist, ist der Halbwinkel 150 auch der Halbwinkel eines Lichtkonus bzw. -kegels, der um die Achse 401 des optischen Fasereintritts 119 zentriert ist. Wenn die Lichtstrahlen 402 und 403 die Endfläche 305 des Fasereintritts 119 an der Grenzfläche zwischen dem Kern 121 und der Plattierung 122 verlassen, gibt es divergierende Linien 402 und 403, welche zu der außenliegenden Oberfläche der Polyimidbeschichtung 110 gerichtet sind. Derartige Lichtstrahlen treten nicht in die Wand 105 des Rohrs 100 ein. Es gibt auch reflektierte Strahlen 404 und 405 bei einem Winkel 150, welche mit eingegebenen Einhüllungsstrahlen 114a bzw. 115a zusammenfallen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Alle Strahlen von der. Seite bzw. Fläche 305, welche von Punkten 406 und 407 ausgehen, welche einen Winkel weniger als den Winkel 150 besitzen, werden durch das Eintrittsfenster 108, die Bohrung 101 und aus dem Austrittsfenster 109 durchtreten. Da keine Strahlen von Punkten 406 und 407 vorliegen, die einen größeren Winkel aufgrund der Beschränkung der numerischen Apertur besitzen, wird das Rohr 100 nicht notwendigem Licht unterworfen, welches durch die Bohrung 101 und/oder die Wand 105 hindurchgetreten wäre, und nicht das Austrittsfenster 109 erreichen würde.
Zwischen den Grenz- bzw. Interfacepunkten 406 und 407, die an der Grenzfläche zwischen dem Kern 121 und der Plattierung 122 an der Seite 305 liegen, werden Lichtstrahlen 408, wie angedeutet, in allen Richtungen, jedoch innerhalb des Winkels austreten, der durch die numerische Apertur des faseroptischen Eintritts 119 bestimmt ist. Alle Lichtstrahlen in der konischen Einhüllenden 700 werden in das Eintrittsfenster 108 eintreten und durch die Wand 105 hindurchtreten. In Abhängigkeit von dem Winkel treten einige Lichtstrahlen in der Einhüllenden 700 auch durch die Bohrung 101 durch. Wenn sie korrekt ausgerichtet sind, treten auch einige der Lichtstrahlen, beispielsweise Strahlen 410, durch das Austrittsfenster 105 aus und treten in den Faseroptikaustritt 120 ein. In Fig. 3c sind repräsentative Strahlen 408, 409 und 410 dargestellt, welche von der Seite 305 emittiert werden. Die Strahlen 408 und 409 treten nicht durch das Austrittsfenster 109 durch.
Die empfangende Seite 306 der Austrittsfaseroptik 120 empfängt Licht entsprechend ihrer numerischen Apertur. Der Winkel 150 ist auch auf den Faseroptikaustritt 120 anwendbar. In Fig. 3c sind die repräsentativen Strahlen in der konischen Einhüllenden 411 als die Lichtstrahlen gezeigt, welche normalerweise empfangen würden. Wie dargestellt bzw. illustriert, würde von den Grenzflächenpunkten 412 und 413 zwischen dem Kern 121 und der Plattierung 122 der Seite 306, die Faseroptik 120 Licht von einer divergierenden Quelle 414 und einer konvergierenden Quelle 415 erhalten.
Licht, das außerhalb des Bereichs fällt, der durch Strählen 114b und 115b definiert ist, würde in der Praxis nicht empfangen werden, da hier kein tatsächliches bzw. reelles Licht von der Quelle 117 vorliegt, da die Beschichtung 110 die Lichtstrahlen blockiert hat. Im Inneren des Bereichs, der durch die Strahlen 114b und 115b begrenzt ist, wird Licht unter Winkeln geringer als der Winkel 150 empfangen. Repräsentative Strahlen 416, 417 und 418 sind dargestellt. Derartiges Licht, das an der Seite 305 empfangen wurde, ist direkt durch das Fenster 108, die Wand. 105, die Bohrung 101, die Wand 105 und das Fenster 109 hindurchgetreten. Die Breite des Fensters 108 ebenso wie die numerische Apertur der Austrittsfaser 120 beschränkt die Fläche, von welcher Licht durch die Seite bzw. Fläche 306 empfangen werden kann. Licht an den Grenzflächenpunkten 412 und 413, welches in den Faseroptikaustritt 120 eintritt, ist Streulicht von dem Bereich um das Rohr 100.
Der Faseroptikeintritt 119 und -austritt 120 haben einen Durchmesser für den Kern 121 zwischen 200 um und 300 um. Der Durchmesser der äußeren Plattierung 122 liegt zwischen 220 bzw. 330 um. Eine Pufferbeschichtung 600 ist auf der Plattierung 122 aufgebracht. In ihren entsprechenden Situationen liegt der Durchmesser der Pufferbeschichtung zwischen 240 und 360 um.
Die Faseroptiken 119 und 120 werden durch Polymicro Technologies, Inc. in Phoenix, Arizona hergestellt und sind von der Serie, wo die Transmission zwischen 180 bis 1100 nm liegt. Der Kern hat einen hohen OH&supmin;-Gehalt. Das Material des Kerns 121 ist aus Siliziumdioxid gefertigt, das Material der Plattierung bzw. Ummantelung 122 ist ein dotiertes Siliziumdioxid und die Pufferbeschichtung 600 ist entweder ein Acrylat, Silikon- oder Polyimidpuffer.

7. Abstimmen von Faseroptiken und optischem System

Beim Abstimmen von Faseroptikeinlaß 119 und Faseroptikauslaß 120 relativ zu dem optischen System wird die Konfiguration mit einem geringfügig höheren Wert der LaGrange Invariante (H) in der Quelle 117 und dem Detektor 118 eingerichtet, um jede mechanische Unvollkommenheit in der Abstimmung der Ausrichtung zu kompensieren.
In Fig. 2 sind eine Quelle 117 für Laserlicht und ein Detektor 118 für das Laserlicht nach einem Durchgang durch das Kapillarrohr 100 diagrammartig dargestellt. Die Quelle 117 ist mit dem Faseroptikeinlaßleiter 119 verbunden und der Detektor 118 ist mit einem Faseroptikauslaßleiter 120 verbunden. Der Durchmesser des Faseroptikauslasses 120 ist größer als der Faseroptikeinlaß 119. Der Faseroptikeinlaß 119 und -auslaß 120 sind geeignet mittels Faseroptiksupports 151 angeordnet, die relativ zu dem Einlaßfenster 108 und dem Auslaßfenster 109 angeordnet sind. Die Supports bzw. Abstützungen 151 bilden einen Teil des Faseroptikeinlaß- und -auslaßmechanismus 571 bzw. 572. Die Supports 151 sind in Anschlag innerhalb von kreisförmigen Einsätzen 459 und 461, die dem Halter 180 zugeordnet sind, angeordnet.
Indem die optische Faser 119 mit dem Ende 123 des Haltemechanismus 571 in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Einlaßfenster 108 des Kapillarrohrs 108 angeordnet wird, füllt die Energie, die in dem Kapillarrohr 100 weitergeleitet wird, alle möglichen Strahlrichtungen innerhalb der oben definierten LaGrange Invarianten aus. Indem der optische Faserauslaß 120 mit dem Ende 124 des Mechanismus 572 in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Auslaßfenster 109 angeordnet wird, wird sämtliche austretende Energie von dem Fenster 109, die die LaGrange Invariante erfüllt, für eine Übertragung zu der aktiven Oberfläche des Detektors 118 gefangen. Die Einlaß- und Auslaßleiter 119 und 120 der optischen Faser sind geringfügig größer als die Abmessungen der Fenster 108 und 109.
Die Fasern 119 und 120 sind in dem Halter 180 positioniert, welcher die relativen Positionen der Faserenden 123 und 124 und des Kapillarrohrs 100 in einer optimalen Konfiguration innerhalb von sinnvoller Weise herstellbaren Toleranzgrenzen anordnet.
Der Abstand 125 zwischen der Endseite bzw. -fläche 305 des Eingabeoptikfasereinlasses 119 und des Einlaßfensters 108 ist so konfiguriert, daß das operative Licht, das von der Endseite 305 austritt, von einem geringfügig größeren, jedoch ähnlichen Querschnitt zu der Fensteröffnung 108 ist. Der Austritt von Licht von der Seite 305 ist in der Form eines winkelig divergierenden, kreisförmigen Konus 161 (Fig. 3b und 6). Das Licht, das in das Eintragsfenster 108 durchtritt, hat jedoch eine rechteckige Form. Es gibt eine optische einhüllende oder kaustisch konvergierende, konische Form 153, welche ihren Scheitel zu dem Zentrum 102 der Bohrung 101 gerichtet aufweist. Die optische Eingabekaustik 153 ist Teil der Gesamtkaustik 300.
Auf diese Weise wird Licht von dem Faseroptikeinlaß 119 mit dem Fenster 108 zusammengepaßt bzw. abgestimmt, so daß eine optimale Lichtenergie in den optischen Weg durch die Kapillarbohrung 101 durchtritt.
Die Kaustik 153 mit rechteckiger, konvergierender, konischer Form ist in zwei Dimensionen gezeigt, die durch Linien 154 und 155 (Fig. 3a) definiert sind, und ist in drei Dimensionen durch Linien 301, 302, 301a und 302a (Fig. 3d) gezeigt. Die Kaustik ist über einen Winkel 152 zwischen jeder von entsprechenden Linien 154 und 155 und eine Achse 156 durch das Zentrum 102 definiert. Der Winkel 152 ist im wesentlichen gleich dem Winkel 150 für die numerische Apertur der Faser 119. Kollektiv sind beide Winkel 152 zu jeder Seite der Achse 156 gleich einem Winkel 400.
An der Austrittsseite ist die Endfläche 306 von dem Fenster 109 um einen Abstand 126 beabstandet. Auf diese Weise ist die rechteckige Form des Lichts in einer optischen Einhüllenden inkludiert, die ein divergierender kaustischer Konus 170 ist, der zwischen Linien 157 und 158 definiert ist. Das Licht trifft auf die effektive Empfangsfläche der Seite bzw. Fläche 306 des Faseraustritts 120 mit einem Querschnitt auf, der kleiner als der Querschnitt des Kernmaterials 121 der Austragsfaser 120 ist. Der divergierende, kaustische Konus 170 von dem Austrittsfenster 109 hat seinen Scheitel zu dem Zentrum 102 der Bohrung 101 gerichtet.
Das Licht bewegt sich in einem divergierenden, kaustischen Konus 170 stromabwärts Von der Seite 306. Der kaustische Bereich 170 ist ein Teil der Einhüllenden 300. Die Kaustik oder Einhüllende 170 ist derart aus zwei Abschnitten zusammengesetzt, welche ein erster Abschnitt zwischen dem Fenster 109 und der Seite 306 und ein zweiter Abschnitt zwischen der Seite 306 und einem Abstand innerhalb der Faser 120 sind, wo der Kern 121 auf die Plattierung 122 trifft.
Die faseroptischen Leiter 119 und 120 übertragen einen optischen Strahl mit einem großen Grad an Integrität innerhalb der numerischen Apertur. Licht innerhalb dieser Apertur wird in den optischen Hohlraum übertragen, der durch einen Durchmesser 116 und zwischen Linien 106, 107, 106a und 107a innerhalb der Kapillare 100 definiert ist. Die Lichteinhüllende 300 in der Kapillare 100 ist in der Form eines Kubus bzw. Würfels 420. Die Komponenten der Lichteinhüllenden 300 sind somit der eingegebene bzw. einlangende, konvergierende, rechteckige Konus 153, der Kubus 420 durch das Kapillarrohr und der divergierende, rechteckige Konus 170 von dem Austragsfenster 109. Diese Einhüllende 300 ist mit Licht von dem Fasereintritt 119 gefüllt, wobei das Licht die Bohrung 101 durchdringt und dann zu dem Faseraustrag 120 übertragen bzw. geliefert wird.
Bei dieser Anordnung sind die Fenster 108 und 109 rechteckig in der Form. Die Höhenlänge 159 des Fensters 108 ist durch den Durchmesser des Kerns 121 der Faseroptik 119 definiert. Die Weite 160 des Fensters 108 ist durch den Durchmesser 113 der Bohrung 101 des Kapillarrohrs 100 definiert. Das Fenster 108 definiert und begrenzt die Form des konvergierenden Konus 153 eines Lichteintrags bzw. einer Lichteingabe in die Kapillare 100. Außerhalb des Kapillarrohrs 100 und stromaufwärts von dem Eintragsfenster 108 ist der divergierende Konus regelmäßig und kreisförmig, wie dies durch 161 gezeigt ist. Es ist jedoch nur Licht aus dem nur rechteckigen Bereich 261 auf der Seite 305, welches in das Fenster 108 in einer Weise eintritt, um später das Fenster 109 zu verlassen. Innerhalb der Kapillare 100 ist die Einhüllende ähnlich einem rechteckigen Kubus, der durch das Fenster 108 beschränkt ist. Der ausgegebene, konvergierende Konus 170 ist ebenfalls auf das rechteckige, geschnittene bzw. scheibenartige Aussehen sowohl im Inneren der Kapillare als auch beim Austreten aus dem Fenster 109 und Eintreten in den Faseroptikaustritt 120 begrenzt. Das Licht füllt den optischen Weg entlang des optisches Hohlraums 116, wie er zwischen Linien 106, 106a, 107 und 107a definiert. So treten beispielsweise Lichtstrahlen 117a parallel zur Achse 117 durch den Weg des optischen Hohlraums (Fig. 1), wie er durch den Durchmesser 113 beschränkt bzw. begrenzt ist. Andere exemplarische Strahlen 117b und 117c sind in der Lichteinhüllenden 300 (Fig. 3d) gezeigt.
Die Lichteinhüllende 300, die Licht in und aus der optischen Kavität bzw. dem optischen Hohlraum 116 zeig, ist auch in Fig. 3d und 6 illustriert. Die divergierende, kreisförmige, konische Kaustik 161 ist stromaufwärts von dem Eintragsfenster 108. Die rechteckige, kubische Kaustik 400 des Lichts ist stromabwärts von dem Eintragsfenster 108 gezeigt. Die konische, konvergierende Kaustik 153 ist von der Seite 305 des Fensters 108 zu dem Zentrum 102 gerichtet. Ebenfalls in Fig. 3d und 6 gezeigt, ist ein imaginäres Fenster 181 an der Eintrittsseite 306 des Kerns 121 der Austragsfaser 120. Licht geht in den Austragsfaserkern 121 und trifft auf den Umfang des Kerns 121 in einer rechteckigen Weise 182.
Licht außerhalb der numerischen Apertur tritt nicht in den optischen Hohlraum 116 ein. Auch Licht innerhalb der numerischen Apertur und auf die opake Beschichtung 110 gerichtet, tritt nicht in den optischen Hohlraum 116 durch das Eintragsfenster 108 ein. Indem der optische Faseraustrag 120 größer als der Durchmesser des optischen Fasereintrags 119 gemacht ist, ist die gesamte Lichteinhüllende 153 an dem Faseraustrag 120 aufgenommen.
Indem das Verhältnis bzw. der Zusammenhang der Eintragsfaser 119 an ihrer Endseite 305 relativ zudem Eintragsfaser 108 und der Austragsfaser 120 an ihrer Endseite 306 relativ zu dem Austragsfenster 109 genau festgelegt bzw. eingestellt wird, werden die Effekte von Streulicht reduziert. Dies ist in Fig. 3a, 6 und 113 dargestellt. In Fig. 3a und 13 ist die Art illustriert, in welcher die Gußrippen 466 und 467 an jeder Seite der Fenster 108 und 19 Licht von der Eintragsfaser 109 daran hindern, über das Kapillarrohr 100 zu der Austragsseite oder dem Faseraustrag 120 zu gelangen. Die Gußrippen 466 und 467 erstrecken sich entlang der Länge des Kapillarrohrs 100 in Einsätzen 459 und 461.
In analoger Weise sind der Effekt von getrenntem Licht, Brechung, Reflexion und anderen unerwünschten, optischen Phänomenen reduziert. Das optische System bietet eine Kontrolle der optischen Weglänge und Struktur des optischen Wegs und die Vermeidung von Streulicht und eine Reduktion einer Interferenzstreuung.

8. Faseroptikverankerung

Der Halter 180 ist positiv mit einem Ende 151 für den Faseroptikeinlaß 119 und einem Ende 151 für den Faseroptikauslaß 120 angeordnet. Der Bereich 127 des Halters bzw. der Halteeinrichtung 180 ist in einer vertikalen Supportstruktur 601 und 602 enthalten. Die Supportstruktur umfaßt sich quer erstreckende Arme 650 und 651 mit Gewinden 603 und 604 an der Außenseite. Mutternkonfigurationen 605 und 606 sind entsprechend mit den Gewindebereichen 603 und 604 angeordnet. Die Muttern 605 und 606 umfassen axiale Öffnungen 607 bzw. 608, durch welche Halterungsmechanismen 571 und 572 für den Faseroptikeinlaß 119 und den Faseroptikauslaß 120 entsprechend angeordnet sind.
Die Mutterkonstruktionen 605 und 606 sind entlang von Gewinden 603 bzw. 604 so verschraubt, um fest und genau die Haltermechanismen 571 und 572 der Faseroptik in benachbarter Beziehung genau innerhalb der kreisförmigen Einsätze 459 bzw. 461 zu sichern.
Der stromabwärtige Bereich 451 des Halters 180 ist in einer Dichtung 609 angeordnet. Die Führungsende-Ausgangsspitze weist ein sphärisches Ende 610 auf, welches zu dem Auslaß 611 des Kapillarrohrs 100 in einen Sammelkanal 612 gerichtet ist bzw. führt.

9. Elektrophoretische Arbeitsweise und Ergebnisse

Die Kraft für ein Bewegen von Fluid zwischen dem Probeneinlaß 129 und dem Probenauslaß 130 wird durch Einrichten bzw. Aufbauen einer geeigneten Spannung zwischen dem Probeneinlaß 129 und dem Probenauslaß 130 zur Verfügung gestellt. Eine derartige Spannung würde das Probenfluid, das durch die Kapillare 100 hindurchtritt, nach unten ziehen. Es bewirkt die elektrophoretische Migration einer Probe durch die Kapillare 100. Wenn die Probe an den Fenster 108 und 109 vorbeiläuft, wird es an Licht aus der Lichtquelle 117 ausgesetzt, welches entlang des optischen Weg, wie definiert, gerichtet ist. Dieses Licht wird durch den Lichtdetektor 118 empfangen, von welchem eine Analyse der Probe, die durch die Bohrung 101 hindurchtritt, bewirkt werden kann.
Die Konfiguration der Kapillarelektrophorese eines optischen Systems stellt eine optimale optische Detektion ohne Interferenz zur Verfügung. Maximales Licht von der Lichtquelle 117 wird durch die Probe in der Bohrung 101 ohne Interferenz von Umfangs- und umgebenden Bereichen geleitet und das maximale Signal wird durch den Detektor 118 empfangen.
Merkbar verbesserte Daten werden dahingehend erhalten, daß eine effiziente Nutzung von Licht, das von dem Faseroptikeinlaß 119 durch die Bohrung 101 zu dem Faseroptikauslaß 120 erzeugt wird, mit dem Minimum an Streulichteffekten vorliegt. Typische Daten sind in Fig. 20a und 20b dargestellt. Vergleichsdaten mit einem Kapillarelektrophoresesystem gemäß dem Stand der Technik würden die Ausbildung von wesentlich mehr Licht von dem Faseroptikeinlaß erfordern. Eine wesentlich komplexere und größere Ausrüstung ist notwendig, um unerwünschte Lichteffekte an dem System zu eliminieren. Die analytischen Ergebnisse mit der vorliegenden Erfindung sind detaillierter und informativer als von Systemen gemäß dem Stand der Technik und können in signifikant weniger Zeit als von Systemen gemäß dem Stand der Technik und mit größerer Genauigkeit und Effizienz erhalten werden.

10. Verschiedenes

Die Konfiguration der Einhüllenden 300 maximiert die Lichtmenge von einer gegebenen Lichtquelle durch die Probe in der Bohrung 101. Effektiv wird dies ohne zusätzliche optische Elemente, wie die fokussierenden Vorrichtungen oder Schlitze erreicht, welche Aberrationen an dem Licht verursachen können. Die Fenster 108 und 109 wirken effizient als die Apertur für das Licht und durch Sicherstellen einer Erfüllung bzw. Befolgung der LaGrange Invarianten wird eine effektive, maximale Effizienz des Lichts von der Lichtquelle in dem Rohr 100 und durch die Bohrung 101 mit einem Minimum an Streulicht und abweichendem Licht erreicht. Es gibt keinen "Luft-Schlitz-Luft-Glas"-Durchgang des Lichts mit entsprechenden mehrfachen Verzerrungen. Es gibt nur einen "Luft-Glas"-Durchgang mit folglich signifikant geringerer Verzerrung.
Wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, ist die Höhe des Fensters 108 größer als die Breite. Unterschiedliche Konstruktionen des Fensters sind möglich. In Figur. 16 ist ein Fenster mit relativ breiterer Breite und einer kürzeren Höhe dargestellt bzw. illustriert.
In Fig. 17a bis 17e sind unterschiedliche Querschnitte des Kapillarrohrs 100 dargestellt. Die Bohrung 101 ist kreisförmig gezeigt. Es können jedoch Situationen auftreten, wo die Bohrung 101 von einem unterschiedlichen Querschnitt ist. Der Querschnitt der Bohrung ist unterschiedlich.
In Fig. 17a ist das Eintragsfenster 108 auf einer gekrümmten Oberfläche wie das Austragsfenster 108. Die Seiten bzw. Flächen des Kapillarrohrs 100, welche nicht benachbart zu dem Eintragsfenster sind, nämlich die Seiten 602 und 603, sind flach. Die anderen als die gekrümmten Seiten 604 und 605 und der Kapillarquerschnitt sind im wesentlichen quadratisch. Die Beschichtung 110 ist an den Außenseiten 602, 603 und 605, wie erforderlich bzw. entsprechend den Erfordernissen, angebracht.
In Fig. 17b ist eine zu Fig. 17a ähnliche Struktur geoffenbart. Die Form der Kapillare ist jedoch relativ gedrungener dahingehend, daß die Länge der Seite 604 und 605 relativ kürzer als die Seiten 602 und 603 ist. In Fig. 17c sind die Seiten 604 und 605 relativ größer als die Seiten 602 und 603. In Fig. 17d ist ein quadratischer Kapillarquerschnitt mit Seiten 602 und 603 gerade und Seiten 604 und 605 ebenfalls gerade gezeigt.
In der in Fig. 17e illustrierten Konfiguration sind die Fenster 108 und 109 durch ein Entfernen nicht nur eines Teils der Beschichtung 110 sondern auch eines Teils der Wanddicke 105 ausgebildet. Die Seiten 606 und 607 des Eintragsfensters sind konvergierend zu der Bohrung 101 geneigt. Die Innenseitenfläche oder Innenseite 608 des Fensters ist gekrümmt, um einem Zentrum 102 für die Bohrung 101 zu entsprechen. Analog weist das Austragsfenster eine divergierende Seite 609 und 610 auf, welche Seitenwände für das Austragsfenster 109 ausbilden. Eine Seite 611 ist eine Seite, die in die Wanddicke 105 geschnitten ist. Die Seite 611 hat eine Krümmung, um einem Zentrum 102 zu entsprechen. Die in Fig. 17e illustrierte Konstruktion wird aufgebaut, um sicherzustellen, daß die Innenseite der Fenster so nahe zur Wand wie möglich sind, wodurch der Wert der LaGrange Invariante des Systems erhöht wird. Die Wände 606 und 607 des Fensters 108 und die Wände 609 und 610 des Fensters 109 sind abgeschrägt, um mit der winkeligen Beziehung überein zu stimmen, wie dies durch Strahlen 114a, 115a, 114b bzw. 115b aufgebaut würde.
Andere Formen des Kapillarrohrs sind möglich, beispielsweise kann die Form dreieckig oder jede andere geeignete geometrische Form sein. Eines oder das andere der Fenster 108 oder 109 kann in die Wandstärke bzw. -dicke. 105 in unterschiedlich ausgewählten Tiefen geschnitten sein, wie dies durch das System gefordert sein kann.
In den unterschiedlichen Darstellungen von Fig. 18a bis 18f sind die Fenster 108 und 109 gezeigt, die unterschiedlich relativ zu der Bohrung 110 mit unterschiedlichen Durchmessern und mit unterschiedlichen Graden an Entfernung der Beschichtung definiert sind.
Die LaGrange Invariante bezieht sich auf die Dicke der Wand 105. Je dicker die Wand 105, desto niedriger ist der H- Wert. Je dünner die Wand 105, desto höher ist der H-Wert. Sollte die Wand 105 sehr dünn sein, dann definiert die Faseroptik-Endseite 305 das LaGrange Limit.
Die Beziehung von Rohren unterschiedlicher Dicke 100 ist in Fig. 18a bis 18f in bezug auf den Fasereingang 119 und den Faseraustritt 120 illustriert. Die Lichteinhüllende ist zweidimensional durch die durchgezogenen Linien gezeigt.
Die dargestellte LaGrange Invariante ist kleiner in Fig. 18a und größer in Fig. 15b. In Fig. 18f ist die LaGrange Invariante durch den Faseroptikeintritt und -austritt und Seiten bzw. Flächen 305 und 306 bestimmt.
In Fig. 18d sind ein größerer Fasereintritt 119 und ein größerer Faseraustritt 120 angewandt. Die Endseiten 305 und 306 sind relativ weiter von Fenstern 108 und 109 entfernt. In Fig. 18d ist das Eintrittsfenster nicht größer als der. Durchmesser 113. Indem die Endseiten 305 und 306 von dem Kapillarrohr 100 entfernt werden, ist es möglich, daß mehr Fremdlicht in das Rohr eintreten wird.
In Fig. 18c ist die Konstruktion des Kapillarrohrs 100 ähnlich zu Fig. 18d; jedoch sind ein Fasereintritt 119 und ein Faseraustritt 120 mit kleinerem Durchmesser angewandt. Die Einhüllenden zeigen, daß nicht alles der Eingangssignalbohrung durch das Eingangs- bzw. Eingabesignal erleuchtet sind.
In Fig. 18d ist das Ausgabefenster 109 nicht größer als die Bohrung 101. Eine größere Fasereingabe 119 ist vorgesehen, wobei die Fasereingabe 119 weiter entfernt von der Kapillare 100 ist. Alternativ kann eine kleinere Fasereingabe 119, welche näher zu der Kapillare 100 angeordnet ist, verwendet werden. Die Einhüllende zeigt, daß nicht die gesamte Bohrung durch das Eingabe- bzw. Eintrittssignal beleuchtet wird.
In Fig. 18f sind sowohl das Eintragsfenster 108 als auch das Austragsfenster 109 nicht größer als die Bohrung 101. Nicht die gesamte Bohrungen 101 wird durch das eingegebene bzw. Eingangssignal erleuchtet.
In allen Darstellungen in jeder der Fig. 18a bis 18f wird angenommen, daß die numerische Apertur die gleiche für den Fasereingang 119 als auch für den Faserausgang 120 ist.
Mit der genau aufgebauten Halter-Kapillare-Fensterstruktur können andere Komponenten des optischen Systems mit größeren Toleranzen mit dem Kapillarrohr 100 zusammengebaut und ausgerichtet sein. Da der Halter 180 das Kapillarrohr 100 in feststehender Beziehung sichert und die Fenster 108 und 109 genau in dem Rohr 100 vorgeformt sind, besteht keine Möglichkeit einer relativen Bewegung zwischen den Fenstern 108 und 109 und der Bohrung 101.
Der Halter 180 wird dann in seinem Support in einem Elektrophoresesystem festgelegt und nur die Eingabe- und Ausgabefaseroptiken 119 und 120 müssen dann jeweils physikalisch und optisch mit dem Halter 180 ausgerichtet werden. Das "Entkoppeln" der physikalischen Ausrichtungsbeziehung der Fenster 108 und 109 und des Kapillarrohrs 100 einerseits von den Faseroptiken 119 und 120 andererseits vereinfacht die Ausrichtung des Systems. Das Elektrophoresesystem ist eine signifikante Verbesserung gegenüber Systemen gemäß dem Stand der Technik, welche zahlreiche optische Komponenten aufwiesen, die auszurichten waren. Der Halter 180 und der Faseroptikeintritt 119 und -austritt 120 sind relativ größere Komponenten als die Fenster selbst und daher besteht eine größere Einfachheit einer Ausrichtung.
Zahlreiche weitere Beispiele der Erfindung bestehen, wobei sich jede von den anderen lediglich in Details unterscheidet.
Unterschiedliche Arten einer Signalquelle und von Detektoren können verwendet werden. Eine Detektion zum Abtasten bzw. Erfassen der gesonderten Komponenten in dem Kapillarrohr kann wahlweise Leitfähigkeitsdetektoren, Radioaktivitätsdetektoren und verschiedene optische Techniken, wie Detektoren für Extinktion, Fluoreszenz, Brechungsindexgradienten und Lichtstreuung umfassen.
Obwohl das detektierte Signal für bestimmte Wellenlängen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß das Elektrophoresesystem bei zahlreichen unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten könnte. Signale bei zahlreichen diskreten Wellenlängen können auf einem oder mehreren Detektionsweg(en), der (die) an das Rohr angelegt ist bzw. sind, angewandt werden. Ein derartiger Bereich von Wellenlängen könnte in dem elektromagnetischen Spektrum beschränkt oder ausgedehnt werden, solange das Maskieren, das die Fensterbreiten ausbildet, geeignet das Signal an der gewählten Wellenlänge daran hindert, durch unerwünschte Abschnitte der Rohrwand hindurchzutreten.
Obwohl das System unter Bezugnahme auf eine einzelne Kapillarelektrophoreseeinheit beschrieben wurde, ist es klar, daß zahlreiche Systeme in Serie oder Tandem verwendet werden können, um ein kontinuierliches Überwachungsverfahren zur Verfügung zu stellen. Dies ist in Fig. 7 illustriert. So können unterschiedliche Eingabefasern 109 und Ausgabefasern 120 einer mehrfachen Serie von Kapillarrohren 100, die beispielsweise auf einem Drehtisch ausgerichtet sind, zugeführt werden. Eine einzige bzw. einzelne Lichtquelle 117 und einziger Lichtdetektor 118 können nacheinander oder gemeinsam für das Elektrophoresesystem verwendet werden, wobei jedes Kapillarrohr 100 in seinem entsprechenden Faseroptikhalter 180 durch die Halterkomponente 127 gehalten ist. Probeneintritte 129 und -austritte 130 können, falls nötig, vorgesehen sein.
Wie dies in Fig. 7 illustriert ist, gibt es eine Serie von mehrfachen bzw. mehreren Faseroptikeinlässen 119 und mehreren Auslässen 120 entlang der longitudinalen Länge von mehrfachen Kapillarrohre 100. Auf diese Weise kann der Durchgang bzw. die Bewegung von unterschiedlichen Proben 200 durch die Bohrung 101 von unterschiedlichen Rohren 100 falls gewünscht, beobachtet bzw. überwacht werden.
In der Anordnung von Fig. 8 ist eine Scan- bzw. Abtastlichtquelle 217 als die Eingabe und ein linearer Felddetektor 218 als das Detektionsmittel angeordnet. Die Fenster 208 und 209 in diesen Kapillarrohren 100 sind longitudinal erstreckt, um in der Länge größer zu sein, die mit der Durchmessergröße des Kerns 121 der optischen Faser assoziiert ist. Die Lichtquelle 217 hat ein Eingabefenster 223 und der Detektor 224 hat eine Empfangsfenster 218.
In anderen Situationen ist es möglich, mehrere Eintrittsfenster und Austrittsfenster zu besitzen, die winkelig um die zentrale Achse des Kapillarrohrs an ausgewählten bzw. selektiven Winkel angeordnet sind. In unterschiedlichen Situationen kann Eingabelicht von unterschiedlichen, gewählten Wellenlängen in das Kapillarrohr durch gewählte Eingabefenster um die Achse eingebracht werden. Unterschiedliche Austrittsfenster würden dann das Licht mit der innewohnenden Information über die Probe in dem Rohr 100 empfangen.
Die in Fig. 1 bis 6 illustrierte Konstruktion ist eine, wo beide Fenster 108 und 109 eine Öffnungsweite 160 im wesentlichen gleich dem Durchmesser 113 der Bohrung 101 besitzen. In einigen Situationen kann nur eine der Öffnungen 108 oder 109 gleich dem Bohrungsdurchmesser 113 sein, wie dies beispielsweise in Fig. 18c, 18d und 18e illustriert ist. Die bevorzugte Konstruktion hat beide Fensteröffnungen 108 und 109 mit einer Breite 160 gleich dem Durchmesser 113. Wie dies in Fig. 5 illustriert ist, ist die Höhe 159 der Öffnungen 108 und 109 größer als die Breite 160.
Auch kann in anderen Situationen das Eintrittsfenster und/oder das Austrittsfenster durch die Ausgabefläche der Faseroptikeingabe und der Empfangsfläche der Faseroptikausgabe definiert sein. So kann, wo die Breite einer Fläche 305 oder 306 wesentlich kleiner als oder nicht größer als die Bohrung der Kapillare ist, im wesentlichen der selbe Effekt erreicht werden, als wenn das Fenster durch die Oberflächenbeschichtung 110 des Kapillarrohrs 100 definiert wäre.
In einigen Fällen würde, wo das Fenster 108 oder 109 von kleinerer Breite als der Durchmesser der Bohrung 101 ist, die Lichtmenge, die in die Bohrung 101 durchtritt und aus der Bohrung 101 austritt, kleiner als die maximal mögliche innerhalb des Sinnes der Erfindung sein. Dies ist in Fig. 18f gezeigt. Die Information, die von dem Elektrophoresesystem detektiert und erhalten wird, kann nichts desto trotz ausreichend sein und den noch besser als jene von Systemen gemäß dem Stand der Technik.
Es könnten auch Situationen bestehen, wo nur ein Fenster 108 oder 109 im wesentlichen gleich oder nicht größer als der Durchmesser der Bohrung 101 ist und das andere Fenster 108 oder 109 größer als der Bohrungsdurchmesser ist. In diesem Fall würde die kleinste Fensterbreite den Lichtbereich, der von der Eingabefaser durch das Rohr und die Bohrung in die Ausgabefaser durchtritt, leiten bzw. regieren.
Dieser Fall könnte anwendbar sein, wenn das Fenster 108 oder 109 als auf der Seite bzw. Fläche der Faser oder auf der Oberfläche des Rohrs liegend betrachtet wird.
In unterschiedlichen Fällen sind die relativen Breiten der Eintritts- und Austrittsfenster unterschiedlich. So muß die Einhüllende durch die Bohrung nicht eine regelmäßige, kubische Form aufweisen, sondern verjüngt sich zwischen den zwei Fenstern. Dies ist in Fig. 18e gezeigt.
Die Form der Fenster 108 und 109 wurde als im wesentlichen rechteckig um den Umfang des Kapillarrohrs 100 beschrieben.
Das Rechteck ist im wesentlichen parallel zu der Bohrung. In einigen Fällen kann der Umfang oder die. Kante der Fenster gekrümmt sein. In diesem Fall wird die Breite der Fenster als die breiteste oder die mittlere bzw. durchschnittliche Breite des Fensters betrachtet. In anderen Fällen kann die Linie der Fenster nicht parallel zu der Bohrung sein.
Die Erfindung ist in bezug auf die beiliegenden Ansprüche zu betrachten.

Claims

1. Kapillarelektrophoresesystem, umfassend eine Faseroptikeingabe bzw. einen Faseroptikeingang, eine Faseroptikausgabe bzw. einen Faseroptikausgang und ein Kapillarrohr (100), wobei das Kapillarrohr (100) eine Bohrung (101), eine Innenoberfläche (103), die die Bohrung definiert, eine Außenoberfläche (104) und eine Wandstärke (105) des Rohrs, definiert zwischen den Oberflächen, aufweist, wobei die Bohrung eine Weite aufweist und für ein Transportieren von Fluid vorgesehen ist, eine Beschichtung (110), die um die Außenoberfläche angeordnet ist, ein Eingangs- bzw. Eingabefenster (108) und ein Ausgangs- bzw. Ausgabefenster (109), die durch selektives Entfernen der Beschichtung ausgebildet sind, wobei das Eingabefenster und das Ausgabefenster voneinander beabstandet sind, wobei jedes aus dem Eingabefenster und dem Ausgabefenster eine Fensterweite bzw. -breite aufweisen, und welche einen optischen Weg durch das Kapillarrohr definiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabefenster radial gegenüberliegend dem Ausgabefenster angeordnet ist, daß die Faseroptikeingabe und die Faseroptikausgabe mit dem optischen Weg über das Kapillarrohr ausgerichtet sind, und worin die entsprechende Weite von jedem der Fenster nicht größer als die Bohrungsweite ist, so daß optische Strahlung im wesentlichen durch ein Volumen, das durch die Innenoberfläche (103) der Kapillarrohrbohrung (101) definiert ist, gerichtet ist, und worin die numerische Apertur der Faseroptikeingabe und der Faseroptikausgabe und die Lagrange Invariante des Kapillarrohrs so gewählt sind, um die übertragene Menge an Licht von der Faseroptikeingabe durch das Volumen zu maximieren und um die von dem Volumen zu der Faseroptikausgabe übertragene Lichtmenge zu maximieren, wobei die Lagrange Invariante durch die Beziehung H = Yn&sub1;u&sub0; definiert ist, worin Y im wesentlichen die Hälfte der Fensterbreiten ist, n&sub1; der Brechungsindex des Rohrs ist und u&sub0; der Winkel zwischen dem optischen Weg oder der Achse und der Linie von einer Zwischenfläche der Fenster durch das Zentrum des Kapillarrohrs ist.

2. System nach Anspruch 1, worin die Faseroptikeingabe (119) einen Kern (121) umfaßt, der eine Endseite (305) um einen Abstand von dem Eingabefenster beabstandet aufweist, wodurch Licht von der Endseite der Faseroptikeingabe übertragen wird, wobei die Endseite eine Grenzlinie mit einer Plattierung bzw. Ummantelung (122) aufweist, und worin Lichtlinien bzw. -strahlen (114, 115) von der Grenzlinie unter einem konvergierenden Winkel im wesentlichen gleich einem halben Winkel für die numerische Apertur gerichtet sind und worin derartige konvergierende Lichtlinien zu dem Eingabefenster gerichtet sind, um auf das Eingabefenster an einem Ort, der eine Breite im wesentlichen gleich der Fensterbreite definiert, aufzutreffen.

3. System nach Anspruch 2, worin die Lichtlinien bei dem halben Winkel für eine numerische Apertur der Faser zu dem Zentrum (102) der Bohrung (101) gerichtet sind.

4. System nach Anspruch 1, worin die Faseroptikausgabe (120) einen Kern (121) beinhaltet, der eine Ausgabeendseite (306) besitzt, die um einen Abstand von dem Ausgabefenster beabstandet ist, wobei die Endseite eine Grenzlinie mit einer Plattierung bzw. Ummantelung (122) besitzt und worin Ausgabelinien (114b, 115b) des Lichts von dem Ausgabefenster einen winkelig divergierenden Winkel in bezug auf die numerische Apertur definieren, wobei der divergierende Winkel derart ist, daß, wenn Lichtlinien von der Grenzlinie des Ausgabefensters auf die Ausgabefaser auftreffen, derartige Linien eine Breite, die zumindest im wesentlichen nicht größer als die Breite der Endseite der Faseroptikausgabe ist, definieren.

5. System nach Anspruch 4, worin die divergierenden Lichtlinien von dem Zentrum (102) der Bohrung (101) ausgehen.

6. System nach Anspruch 4, worin die jeweilige Breite von jedem der Fenster im wesentlichen gleich der Bohrungsbreite ist.

7. System nach Anspruch 1, worin die Breite von wenigstens einem der Fenster im wesentlichen gleich der Bohrungsbreite ist.

8. System nach Anspruch 1, weiters umfassend Mittel zum Generieren eines Signals, und worin das Signal, welches entlang des Detektionswegs zwischen dem Eingabe- und Ausgabefenster gerichtet ist, im wesentlichen nicht durch die Wand hindurchtritt, ohne zusätzlich durch die Bohrung hindurchzutreten.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 8, worin die Endseite des Kerns der Faseroptikeingabe um einen Abstand von dem Eingabefenster beabstandet ist, wodurch Licht, das sich auf eine numerische Apertur der Faseroptikeingabe bezieht, von einer Grenzlinie des Kerns und einer Plattierung bzw. Ummantelung eine im wesentlichen gerade Linie benachbart einer Kante der Eingabefensterbreite und zu dem Zentrum der Bohrung definiert.

10. System nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 8, worin die Endseite des Kerns der Faseroptikausgabe um einen Abstand von dem Ausgabefenster beabstandet ist, wodurch Ausgabelicht, das einer numerischen Apertur der Faseroptikausgabe entspricht, welches entlang einer im wesentlichen geraden Linie von dem Zentrum der Bohrung benachbart einer Kante der Ausgabefensterweite gerichtet ist, zu einer Position zumindest innerhalb der Grenzlinie des Kerns und der Plattierung bzw. Ummantelung gerichtet ist.

11. System nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 und 8, worin die Endseite des Kerns der Faseroptikausgabe um einen Abstand von dem Ausgabefenster beabstandet ist, wodurch das Licht von dem Zentrum (102) der Bohrung (101), welches benachbart einer Kante der Ausgabefensterbreite gerichtet ist, zu einer Position zumindest innerhalb der Grenzlinie des Kerns und der Plattierung bzw. Ummantelung gerichtet ist.

12. System nach Anspruch 1, umfassend mehrere Eingabefenster, die voneinander beabstandet sind, und mehrere Ausgabefenster, wobei diese Fenster voneinander beabstandet sind.

13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fenster einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.