EP1212603A1

EP1212603A1 - Transducer-anordnung für einen optischen sensor basierend auf der oberflächenplasmonenresonanz

Info

Publication number: EP1212603A1
Application number: EP99919256A
Authority: EP
Inventors: Henning Groll; Jakob Tittel
Original assignee: Jandratek GmbH
Current assignee: Jandratek GmbH
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2002-06-12
Also published as: DE19817470B4; WO1999054712A1; AU3709299A; DE19817470A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Transducerprisma mit einer Oberseite (10), einer Unterseite und zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (14), wobei an der Oberseite ein Freieelektronen-Metall (12) aufgebracht ist und die einander gegenüberliegenden Seitenflächen jeweils mindestens eine Fläche mit optischer Qualität aufweisen.

Description

Transducer-Anordnung für einen optischen Sensor basierend auf der Oberflächenplasmonenresonanz

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transducer-Anordnung für einen optischen Sensor basierend auf der

Oberflächenplasmonenresonan z. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung mit einem Transducerprisma und einer Küvetteneinheit .

In einem Oberflächenplas onenresonanzsensor werden die optischen Eigenschaften in der Nähe einer Oberfläche, an der Oberflächenplasmonen angeregt werden können, beobachtet. Oberflächenplasmonen sind kollektive Anregungen der freien Elektronen in einer Grenzschicht von einem Freieelektronenmetall und einem Dielektrikum. Oberflächenplasmonen können optisch angeregt werden durch ein evaneszentes Feld, das bei der Totalreflektion von Licht auftritt. Die Techniken zur Anregung von Oberflächenplasmonen und der Einsatz dieses optischen Effektes für Zwecke der Charakterisierung der optischen Eigenschaften von Schichten in der Nähe der Oberflä- chenplasmonen tragenden Oberfläche sind im Stand der Technik beschrieben [Raether] .

Die im Stand der Technik [Pharmacia Biosensor AB, Raether, Liedberg] beschriebenen Transducer verwenden ebene Prismen, oder Zylinderprismen zur Einkopplung des evaneszenten Feldes in eine Metallschicht, die sich entweder direkt auf dem Prisma oder aber auf einer Sensorplatte befindet, die mit Hilfe einer Brechungsindex-anpassenden Flüssigkeit oder aber mit Hilfe einer Zwischenschicht aus Silikonkautschuk an das Prisma angekoppelt wird. Dabei wird der Einstrahlwinkel eines einfallenden Lichtstrahls variiert, oder aber es wird konvergentes Licht mit einem bestimmten Öffnungswinkel unter einem bestimmten Winkel in den Transducer eingestrahlt. Die Oberflächenplasmonenresonanz tritt bei einem bestimmten Einstrahlwinkel auf. Die Position dieses Resonanzwinkels hängt von den optischen Eigenschaften der Schichten ab, die an die Metallschicht angrenzen.

Allein die Verwendung eines Prismas, das fest in den optischen Aufbau des Sensors integriert ist und an das auswechselbar ein Sensorplättchen mit Hilfe einer brechungsindexanpassenden Silikonkautschukschicht angekoppelt ist, hat bisher den Einsatz der SPR in kommerziellen Sensorsystemen, insbesondere Biosensorsystemen ermöglicht. Den erfolgreichen kommerziellen Einsatz von Systemen, in denen die optische Ankopplung eines Sensorplättchens an das gerätefeste Transducerprisma mit brechungsindexanpassenden Flüssigkeiten erfolgt, verhindert insbesondere die Verschmutzungsgefahr für das Prisma durch Verschleppung der brechungsindexanpassenden Flüssigkeit beim Wechsel des Sensorplättchens oder die Gefahr der Verschmutzung des Prismas durch Kriechen der brechungsindexanpassenden Flüssigkeit während des Betriebes des Sensors. Ein Wechsel des Trägers der Metallschicht, in der die Oberflächenplasmonen erzeugt werden, ist wiederum unabdingbar für die Tauglichkeit von Oberflächenplasmonenresonanzsensoren. Dies gilt insbesondere für Biosensorsysteme, in denen die Metalloberfläche entweder direkt oder mittelbar über eine angekoppelte erste Schicht durch feste Ankopplung von spezifischen Bindungspartnern für das zu analysierende Biomolekül funktionalisiert wird. Die Austauschbarkeit der Oberflächenplasmonen tragenden Metallschicht bzw. des Trägers dieser Metallschicht ist essentielle Voraussetzung für die Anwendbarkeit des Systems. Da in einem Biosensorsystem insbesondere dann, wenn es für den Einsatz in der Erforschung von biologischen Systemen und nicht allein für die Bewältigung von Routine-Meßaufgaben verwendet wird, viele verschiedene Fragen beantwortet werden sollen, ist die Auswechselbarkeit nur dann gegeben, wenn die Kosten des auszuwechselnden Teiles genügend niedrig sind. In diesem Zusammenhang sind bisher kommerzielle Transducerprismen, die direkt mit der Freieelektronenmetall-Schicht versehen sind, keine konkurrenzfähige Alternative zu Systemen, in denen ein Sensorplättchen auswechselbar an ein fest im optischen Aufbau integriertes Prisma angekoppelt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, nun einen Transducer zu beschreiben, der derart gestaltet ist, daß er als auswechselbare Komponente insbesondere in einem Biosensorsystem eingesetzt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche .

Ein solcher Transducer vereinigt die Aufgabe der Einkopplung des SPR-anregenden Lichtes, der Erzeugung der Oberflächenplasmonen, gegebenenfalls der Bereitstellung einer Schicht zur Verhinderung unspezifischer Adsorption und Ankopplung von spezifisch bindenden Bindungspartnern für den zu untersuchenden Analyten. Außerdem wird ein System beschrieben, das den eigentlichen, auswechselbaren Transducer an ein Küvettensystem ankoppelt. Dabei ist das Küvettensystem selbst wieder unabhängig vom Transducer austauschbar. Die Transducer/Küvetteneinheit wird im Sensorsystem plaziert.

Ein austauschbarer SPR-Transducer erfüllt insbesondere alle physikalischen Randbedingungen, die zur Einkopplung des SPR- anregenden Lichtes notwendig sind. Seine Abmaße sind an das Sensorproblem angepaßt. Gleichzeitig sind seine Abmaße derart angepaßt, daß seine Kosten genügend niedrig sind, um den Austausch zu ermöglichen. Dazu wird das Volumen, insbesondere die Dicke des Transducers und die Größe der Flächen, durch die das plasmonenanregende Licht eingekoppelt bzw. ausgekoppelt wird, minimiert. Die Minimierung des Volumens des Transducers führt zu Kostenersparnissen im Bereich Materialpreis, und senkt die Kosten insbesondere für die Arbeitsschritte Aufbringen einer Schicht des Freieelektronenmetalls, Aufbringen der speziellen Biosensorschichten und Handhabung. Die Minimierung der Dicke gestattet z.B. die Verwendung von Floatglas. Die Minimierung der optischen Flächen verringert die Kosten für die Bearbeitung (Polieren) dieser Flächen.

Sofern die Winkelabhängigkeit der Position der Oberflächen- plasmonenresonanz beobachtet wird, überdeckt das Licht, das in einen Oberflächenplasmonenresonanztransducer eingeleitet wird, einen bestimmten Winkelbereich. Dementsprechend wird das Transducerprisma, das die Einkopplung von Licht dieses Winkelbereiches optimal gestattet, ausgebildet.

Im folgenden wird anhand von Beispielen und der Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. la) bis lc) eine Ansicht von unten, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels eines Transducers aus BK7-Glas für die Verwendung in Biosensorgeräten,

Fig. 2a) bis e) Ansichten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Transducer-Küvetteneinheit,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in Fig. 2b gezeigten Anordnung (spiegelverkehrt) ,

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer alternativen Ausführungsform,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Abdeckmatte,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Abdeckmatte von

Fig. 5,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Küvetteneinheit,

Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 von Fig. 7,

Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts Y in Fig. 8,

Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in Fig. 8, und

Fig. 11 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts X von Fig. 10.

In Fig. la) bis c) ist ein Transducer in drei Ansichten gezeigt, der eine Länge L, eine Breite W und eine Höhe H aufweist. Das Transducerprisma besteht aus BK7-Glas. Wie insbesondere aus der Figur 1c) hervorgeht, hat das Prisma im Querschnitt die Form einer stumpfen Pyramide. Die Basisfläche des Prismas ist mindestens teilweise, vorzugsweise im Meßfleckbereich, auf dem eine zu untersuchende Probe mit dem Transducer in Berührung kommt, mit einer Gold-Beschichtung 12 versehen. An die Goldoberfläche wird in dem gezeigten Beispiel ein Hydrogel aufgebracht, und eine Schicht zur spezifischen Adsorption von bestimmten zu untersuchenden Analyten. Die schrägen Seitenflächen des Transducers sind in einem vorzugsweise mittleren Bereich als Fläche 14 mit optischer Qualität ausgeführt. Bei einer Messung wird durch eine der Flächen 14 das SPR-anregende Licht eingekoppelt und auf der gegenüberliegenden Fläche 14 ausgekoppelt. Fig. lc) zeigt somit die Einfallsebene des Lichts.

In einem Biosensorsystem sollen im wesentlichen wäßrige Lösungen von Analyten untersucht werden. Die Analyte sind meist Proteine, die beispielsweise an andere Proteine binden, die über eine ca. 100 nm dicke Schicht eines Hydrogels fest an eine Goldoberfläche gekoppelt sind. Dabei hat reines Wasser einen Brechungsindex von ca. 1,33, ein typisches Protein einen Brechungsindex von ca. 1,44, das Hydrogel einen entsprechenden mittleren Brechungsindex, der sich aus den Anteilen Wasser/Protein und enventueller Substanzen, wie Salze, die dem Wasser zugegeben wurden, ergibt. Der Brechungsindex von BK7- Glas beträgt ca. 1,51. In einem solchen System variiert der Resonanzwinkel ca. zwischen 66° und 80°, wenn zur Beobachtung der Resonanz Licht mit einer Wellenlänge von ca. 780 nm eingestrahlt wird und die Dicke der aufgedampften Goldschicht ca. 50 nm beträgt. Für entsprechende Systeme, die als Grundmaterial Gläser mit anderen Brechungsindizes verwenden (z.B SF 10-Glas, n ca. 1,72), ändert sich der Variationsbereich des Resonanzwinkels entsprechend. Die Höhe H des Prismas 10 (siehe Fig. lc) richtet sich nach diesem Winkelbereich und der Ausdehnung der Breite W der Prismengrundfläche parallel zur Einfallsebene des Lichtes. Dabei liegt der Reflektionspunkt des einfallenden Lichtes auf der Mittelachse des Transducers senkrecht zur Einfallsebene des Lichtes. Ebenfalls berücksichtigt wird der Basiswinkel α: die Breite W des Prismas 10 (siehe Fig. la) ergibt sich im wesentlichen aus der Ausdehung des Reflektionspunktes, der noch handhabbaren Küvettengröße und besonders wesentlich aus der aufgrund der Bearbeitungstechnik minimal möglichen Höhe h2, an der der Strahl mit dem flachsten Einfallswinkel auf die Einfallsfläche des Prismas trifft. Diese Höhe h2 (siehe Fig. lb) beträgt aufgrund des Vorhandenseins von Kantenausbrüchen ca. 0,2 mm. Damit ergibt sich eine Breite W des Transducerprismas von ca. 10 mm als Optimum. Die Eintrittshöhe hl+h2 bei der der Strahl mit dem steilsten Einfallswinkel auf die Eintrittsfläche trifft ergibt sich entsprechend. Aus dieser Höhe und dem Randbereich ergibt sich die optimale Höhe des Prismas. Der optimale Basiswinkel α des Prismas ist unter Berücksichtigung der Gleichförmigkeit der Reflektionseigenschaften der Ein- und Austrittsflächen der Mittenwinkel des Einstrahlwinkelbereiches. Er kann allerdings unter Bearbeitungsgesichtspunkten sogar bis 90° variieren. Die Eintrittsflächen weisen optische Qualität auf. Im beschriebenen System ist das Prisma damit ca. 10 mm breit und ca. 2 mm hoch und besitzt einen Basiswinkel von ca. 75°. Die Länge L des Prismas ergibt sich aus der Größe des Bereiches, der für die Applikation von Probe zur Verfügung gestellt werden muß. Dieser ergibt sich insbesondere fertigungstechnisch aus den Abmassen des Flüs- sigkeitshandlingsystems, mit dem Proben auf die Meßoberfläche appliziert werden und der gewünschten Anzahl der verwendeten Meßflecken. Beispielsweise ergibt sich L zu ca. 20-25 mm, wenn die Proben in Küvetten mit einer Ausdehnung von ca. 2,4 mm

(inkl. Wandungen) und 8 Küvetten auf den Transducerchip gebracht werden.

Die Figuren 2a) bis e) zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer Transducer-Küvetteneinheit . Eine Halteanordnung 20 weist im vorderen Bereich eine untere abnehmbare Andruckplatte 22 zur Aufnahme eines Prismas auf (siehe Fig. 2a) . An der Oberseite ist ein um eine Achse 25 verschwenkbarer Andruckhebel 26 angeordnet. Am freien Ende des Andruckhebels 26 ist ein sich dazu quer erstreckender Halteteil 27 angeordnet, der klinkenartig in eine Rastverbindung mit einer gegenüberliegenden Wand 28 in Eingriff bringbar ist, wobei der Eingriff durch Verschwenken des Halteteils 27 wieder lösbar ist (vgl. Fig. 2b) . Der Andruckhebel 26 weist eine längliche Öffnung 29 auf, durch die die im vorderen Teil angeordnete Küvetteneinheit 30 zugänglich ist. Dabei hält der Andruckhebel 26 in der eingerasteten Stellung die Küvetteneinheit 30 und drückt die Küvetteneinheit gegen das im Innern darunter angeordnete Transducerprisma (nicht dargestellt) .

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des vorderen Teils der Ausführungsform von Fig. 2. Der Andruckhebel 26 ist in durchgezogener Linie noch geöffnet gezeigt und in gestrichelter Linie in der eingerasteten Stellung gezeigt. Der Andruckhebel 26 weist bei geöffneter Stellung eine gebogene Form auf. In der eingerasteten Stellung ist der Andruckhebel im Bereich der Küvette im wesentlichen gerade. Der Andruckhebel 26 übt dadurch eine gleichmäßige Druckkraft über die gesamte Küvettenlänge aus. Auf diese Weise liegt die Küvettenunterseite flach und dichtschließend an der Oberseite des Prismas an. Vorzugsweise besteht der Andruckhebel aus einem federelastischen Material, bevorzugt ein mit 30% Glasfasern verstärkter Kunststoff.

Auf der Andruckplatte 22 ist in einer Ausnehmung das Transducerprisma angeordnet, das vorzugsweise die unter Bezugnahme auf die Fig. la) bis c) beschriebene Ausführungsform ist. Dabei ist das Prisma 10 im Längsschnitt gezeigt, d.h. entlang der Mittellinie zwischen den Flächen 14 mit optischer Qualität. Die Gold-Beschichtung 12 weist in der Figur nach oben und trägt eine Schicht zur spezifischen Bindung für zu untersuchende Analyten. An dieser Seite ist die Küvetteneinheit 30 angeordnet, die im gezeigten Beispiel acht in einer Reihe angeordnete Küvetten 32 aufweist. Die Küvetten 32 sind rohrförmige Hohlräume, wobei die Oberseite des Transducers 10 jeweils den Boden der einzelnen Küvette 32 bildet. An der Unterseite jeder Küvette 32 ist ein umlaufender Dichtrand 34 vorgesehen, der die Seitenwand jeder Küvette gegen die Oberseite des Transducers abdichtet, wenn mittels des Andruckhebels 26 die Küvetteneinheit 30 in der Zeichnung nach unten gedrückt wird. Die einzelnen Küvetten werden über die nach oben gerichtete Öffnung durch die im Andruckhebel 26 vorhandene Längsöffnung 29 befüllt. Die Befüllung mit Probenlösung erfolgt vorzugsweise mit einem Pipettiersystem, wobei dieses Pipettiersystem Teil eines Biosensorgerätes ist, in das die Halteanordnung mit dem vorbereiteten Transducer und der vorbereiteten Küvetteneinheit eingeführt wird.

Figur 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des vorderen Teils einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Wie bereits in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfaßt diese Vorrichtung ein Transducerprisma 10, eine Halteanordnung 20 und eine Küvetteneinheit 30. Im Bezug auf die übereinstimmenden Merkmale kann auf die obenstehende Beschreibung zur ersten Ausführungsform Bezug genommen werden. Wie bei der ersten Ausführungsform weist die Andruckplatte 22 an ihrer Oberseite eine Vertiefung 221 auf, die in Größe und Form an die Unterseite des Transducerprismas 10 angepaßt ist. Die Halteanordnung 20 weist im Abstand von ihrem vorderen Ende an der Unterseite eine Aufnahmeeinrichtung 201 auf, die im Abstand zu der Vertiefung 221 in der Andruckplatte 22 angeordnet ist. Der Abstand ist dabei so gewählt, daß das Transducerprisma mit der Andruckplatte in der Aufnahmeeinrichtung sicher gehalten wird. Die Andruckplatte 22 weist an ihrem vorderen Ende und im Abstand von ihrem hinteren Ende jeweils eine aufrechtstehende Haltelasche 222 bzw. 223 auf, die jeweils mit einer zugehörigen Rastnase 202 am vorderen Ende der Halteanordnung 20 und einer weiteren Rastnase 203 an der Halteanordnung in lösbaren Eingriff bringbar ist. Dabei ist die Rastnase 202 etwa im gleichen Abstand von dem vorderen Ende der Küvetteneinheit 30 wie die Rastnase 203 von dem hinteren Ende der Küvetteneinheit 30 angeordnet. Die Haltelaschen 222 bzw. 223 sind elastisch verbiegbar und können mit vorzugsweise einem Werkzeug jeweils so weit weggebogen werden, daß die Haltelasche außer Eingriff mit der zugehörigen Rastnase bringbar ist. Vorzugsweise besteht die Andruckplatte 22 aus einem Kunststoff, der eine ausreichende elastische Verbiegung der einstückig angespritzen Haltelaschen erlaubt. Bevorzugt wird die Andruckplatte 22 und die Halteanordnung 20 aus einem ABS-Kunststoff im Spritzgußverfahren hergestellt.

Die Andruckplatte 22 weist in dem Bereich unterhalb des Transducerprismas 10 insgesamt 3 durchgehende Öffnungen 225 auf. Durch diese Öffnungen ist das Transducerprisma von unten mit Hilfe einer Heizeinrichtung beheizbar. Beispielsweise können Kupferstempel als Wärmeüberträger durch die Öffnungen 225 mit der Unterseite des Transducerprismas in Berührung gebracht werden oder im Abstand davon angeordnet werden. Mit einer Heizeinrichtung (nicht dargestellt) kann das Transducerprisma auf eine gewünschte Temperatur temperiert werden. Beispielsweise kann eine Temperatur in dem Bereich von 0°C - 60°C, vorzugsweise 4°C - 40°C eingestellt werden, abhänging von dem mit Hilfe der Anordnung zu untersuchenden Material. Die Temperatur ist auch als Meßparameter einstellbar, wobei die Abläufe der Reaktionen an der Sensoroberfläche in Abhängigkeit von der Temperatur beobachtet werden können. In der Regel sind bei höheren Temperaturen schnellere Reaktionen zu erwarten. Im Unterschied zu der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform sind die Öffnungen 225 in der Andruckplatte 22 größer ausgebildet.

Der verschwenkbare Andruckhebel 26 wird in dem Ausführungsbeispiel von Figur 4 mit Hilfe einer elastisch verschwenkbaren Rastnase 28 in der Raststellung gehalten. Dabei kommt die Rastnase 271 am Andruckhebel 26 hinter der Rastnase 28 zu liegen. Die Rastnase 28 ist mit einem sich über die Oberseite der Halteanordnung erstreckenden Schwenkhebel 281 betätigbar und ist über eine bogenförmige Biegelasche 282 einstückig mit der Halteanordnung 20 verbunden. Zum öffnen des Andruckhebels 26 wird der Hebel 281 in Richtung auf das vordere Ende der Halteranordnung gedrückt, wodurch der Eingriff zwischen der Rastnase 271 und der Rastnase 28 frei kommt. Infolge der elastischen Ausgestaltung des Andruckhebels 26 nimmt dieser wieder seine gebogene Form ein und kann dann vollständig nach oben und nach vorne verschwenkt werden.

An der Oberseite der Küvetteneinheit 30 ist eine Abdeckmatte 350 angeordnet. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch genauer hervorgeht, ist an der Oberseite der Küvetteneinheit ein umlaufender Vorsprung 340 angeordnet, der die oberen Öffnungen der Küvetten als Rand umgibt. Die Abdeckmatte 350 liegt auf diesem umlaufenden Rand auf. An dem vorderen und an dem hinteren Ende sind an der Oberseite der Küvetteneinheit 30 außerdem jeweils ein nach oben gerichteter Haltestift 341 angeordnet. Beide Haltestifte ragen jeweils durch eine zugehörige Öffnung 351 in der Abdeckmatte hindurch und halten, damit die Abdeckmatte 350 in Position auf der Küvetteneinheit. Im Bereich der oberen Enden der Küvettenrohre ist die Abdeckmatte 350 geschlitzt, was in der Figur 4 daran erkennbar ist, daß dieser Bereich nicht schraffiert dargestellt ist.

Die Abdeckmatte 350 ist vergrößert als Draufsicht in Figur 5 und im Querschnitt in Figur 6 dargestellt. Die Abdeckmatte 350 hat im wesentlichen die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken. Parallel zu den Längsseiten ist etwa in der Mitte ein Schlitz 352 vorgesehen, der im Abstand von den kurzen Seiten endet. In Verlängerung zur Richtung des Schlitzes 352 sind jeweils im Abstand von den kurzen Seiten eine Bohrung 351 ausgebildet. In der Querschnittsansicht von Figur 6 ist erkennbar, daß die Abdeckmatte relativ dünn ist, in dem Ausführungsbeispiel etwa 0,5 mm dick ist. Die Abdeckmatte besteht aus einem flexiblen Kunststoff, der insbesondere keine Ausdünstungen von Weichmachern zeigt, vorzugsweise Neopren oder einem Silikon mit medizinischer Qualität. Die Abdeckmatte dient insbesondere als Verdunstungsschütz und vorzugsweise als Spritzschutz. Wie insbesondere aus Figur 4 hervorgeht, erstreckt sich der Schlitz 253 im wesentlichen über den gesamten Bereich der Küvettenröhre. Das Material der Abdeckmatte und die Ausgestaltung des Schlitzes sind dabei so gewählt, daß beim Einfüllen und beim Entnehmen von Probe in die einzelnen Küvettenröhre eine Pipette durch die Längsöffnung 29 in dem Andruckhebel 26 und durch die Abdeckplatte 350 in den Bereich der jeweiligen Küvettenröhre einfahrbar ist. Beim Herausziehen der Pipettenspitze schließt sich der Schlitz in der Abdeckmatte 350 selbsttätig.

Die Küvetteneinheit 30 wird nunmehr im Detail unter Bezugnahme auf die Figuren 7 - 11 näher erläutert. Wie in der Draufsicht von Figur 7 erkennbar, weist die Küvetteneinheit 30 insgesamt acht im Querschnitt ovale Küvetten 32 auf, die im wesentlichen parallel zu einander in einer Reihe angeordnet sind. Dabei sind jeweils die Längsseiten der einzelnen Küvetten benachbart zueinander angeordnet. Die aus acht Küvetten bestehende Anordnung wird von einer umlaufenden an der Oberseite vorstehenden Wand 340 umgeben. Im Abstand von dem vorderen und dem hinteren Ende der Küvetteneinheit 30 ist jeweils ein Haltestift 341 aufrechtstehend ausgebildet. An den Längsseiten ist jeweils am Rand an der Oberseite eine aufrechtstehende Wand 342 ausgebildet. Diese aufrechtstehenden Wände 342 dienen im wesentlichen zum Handhaben der Küvetteneinheit. Die entsprechenden Flächen können aber auch zur Beschriftung bzw. Kennzeichnung der Küvetten verwendet werden.

Figur 8 zeigt den Längsschnitt durch die Küvetteneinheit entlang der Linie 8-8 in Figur 7. Figur 8 zeigt die rohrförmige Erstreckung der Küvetten 32. Der Ausschnitt Y ist in Figur 9 vergrößert gezeigt. In Figur 9 ist insbesondere erkennbar, daß die Küvette etwa im Bereich der Mitte zwischen den Längsseiten einen Erweiterungsabschnitt 321 aufweist. Dieser Erweiterungsabschnitt 321 erstreckt sich von der Oberseite der Küvette über etwa zwei Drittel ihrer Höhe und läuft dann schräg aus. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß eine in die Küvette eintauchende Pipettenspitze einen entsprechenden größeren Freiraum hat und bis zum Boden der Küvette vordringen kann.

Figur 10 zeigt die Schnittansicht entlang der Linie 10-10 von Figur 8. In dieser Schnittansicht von der Seite gesehen sind die Wände der Küvette 32, die an der Oberseite vorhandene Mantelwand 340 und die Seitenwände 342 erkennbar. Der Erweiterungsbereich 321 ist ebenfalls gezeigt.

Der Bereich X von Figur 10 ist in Figur 11 in größerem Maßstab dargestellt. Insbesondere zeigt Figur 11 die am unteren Ende vorhandene konisch geformte Dichtlippe, die am unteren Rand jeder Küvette umlaufend ausgebildet ist. Die Dichtlippe hat im Querschnitt eine Sichelform und erstreckt sich vom inneren Randbereich der Küvette bogenförmig nach innen, wobei sich der Querschnitt kontinuierlich zur Spitze verjüngt. Es wird auch auf die Darstellung in Figur 9 Bezug genommen. Wie oben beschrieben wird beim Aufdrücken der Küvetteneinheit 30 auf die Oberseite des Transducerprismas eine unten geschlossene Küvette gebildet, wobei sich die Dichtlippen dicht schließend an die Oberseite des Transducerprismas anschmiegen. Dies hat den Vorteil, daß der Boden der Küvette unmittelbar von einem Bereich der Oberseite des Transducerprismas gebildet wird. Die in eine Küvette eingefüllten Proben kommen somit direkt mit der auf der Oberseite des Transducerprismas aufgebrachten Schicht in Berührung.

Die Küvette wird aus einem Kunststoff, vorzugsweise PE oder PP als Spritzgußteil hergestellt. Dieses Material hat insbesondere den Vorteil, daß die vorstehend beschriebenen Dichtlippen, die an der Unterseite jeder Küvette umlaufend ausgestaltet sind, elastisch verbiegbar sind und den gewünschten dichten Abschluß erzielen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat insbesondere den Vorteil, daß die einzelnen Teile leicht auswechselbar sind und sowohl die Küvette als auch das Transducerprisma wiederverwendbar sind. Beispielsweise kann die Küvetteneinheit nach einer Benutzung abgenommen und gespült werden, z.B. kann diese in schwacher Salzsäure gereinigt und in einer Pufferlösung gelagert werden. Die Küvette kann dann erneut in die Halteanordnung eingesetzt werden und für weitere Untersuchungen verwendet werden.

Die in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigte Halteanordnung 20 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und wird im Spritzgußverfahren hergestellt. In gleicher Weise wird die Küvetteneinheit 30 vorzugsweise aus Kunststoff im Spritzgußverfahren hergestellt. Besonders bevorzugt wird Polypropylen als Kunststoffmaterial. Die erfindungsgemäße Transducer-Küvet- teneinheit ist einfach und preiswert herstellbar. Modifikationen sind ohne weiteres möglich, wobei insbesondere einzelne oder mehrere Teile der vorstehend beschriebenen Anordnung ausgetauscht oder verändert werden können.

Innerhalb des Biosensorgerätes sind mindestens eine Lichtquelle, eine optische Einrichtung und eine Detektoranordnung vorgesehen. Beim Einführen der Halteanordnung in das Gerät wird das Transducerprisma in die gewünschte Lage gebracht. Vorzugsweise wird für die relative Ausrichtung in der x-Richtung die Vorderfläche des Transducerprismas als Referenz verwendet. Bevorzugt wird für die relative Ausrichtung in der y-z-Ebene (Richtung entlang der Projektion des Lichtweges auf die reflektierende Fläche, Höhe) die Oberkante des Transducerprismas entlang der Seitenkante (n) verwendet. Die Referenzpunkte an dem Transducerprisma sind über zugehörige Aussparungen in der Halteanordnung zugänglich. Alternative oder zusätzlich können Referenzpunkte an der Halteordnung und/oder mindestens einer der Küvetten vorgesehen werden.

Literaturliste

1. H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Grätings, Springer Tracts in Moden Physics, 111, Springer-Verlag, Berlin, 1988

2. Pharmacia Biosensor AB, EP 444 921 AI, EP 442 922 AI

3. B. Liedberg, C. Nijlander, L. Lundström, Sensors and Actuators 4 (1983), S. 169 ff.

Claims

17P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Vorrichtung mit einem Transducerprisma und einer an der Oberseite des Transducerprismas angeordneten Küvetteneinheit, wobei die Küvetteneinheit mindestens eine Küvette aufweist, die mit der Unterseite auf die Oberseite des Transducerprismas dichtend aufsetzbar ist, wobei an der Unterseite der Küvette ein umlaufender Dichtrand angeordnet ist, der die Küvette gegen die Oberseite eines Bereichs des Transducerprismas abdichtet und dieser Bereich den Boden der Küvette bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Halteanordnung zur Aufnahme des Transducerprismas (10) und der Küvetteneinheit (30) .

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Einspanneinrichtung, die die Küvetteneinheit gegen die Oberseite des Transducerprismas einspannt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Einspanneinrichtung einen Andruckhebel aufweist, der die Küvetteneinheit gegen die Oberseite des Transducerprismas drückt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Andruckhebel um eine Achse verschwenkbar an der Halteanordnung gehalten wird und mit Rastmitteln in einer Einspannlage mit einer Rastnase lösbar in Eingriff bringbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Andruckplatte zur Aufnahme des Transducerprismas, wobei die Andruckplatte mit Hilfe von Rastmitteln an einer Unterseite der Halteanordnung derart anbringbar ist, daß das Transducerprisma in einer Aufnahmeeinrichtung an der 18

Halteanordnung fixiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Andruckplatte mindestens im Bereich des Transducerprismas Öffnungen aufweist, wobei durch die Öffnungen die Unterseite des Transducerprismas teilweise freiliegt und mit einer Heizeinrichtung das Transducerprisma auf eine voreinstellbare Temperatur temperierbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Abdeckmatte, die auf die Oberseite der Küvetteneinheit aufsetzbar ist, wobei die Abdeckmatte aus einem flexiblen elastischen Material besteht und mindestens einen Schlitz aufweist, der etwa oberhalb der vorzugsweise rohrförmigen und/oder eckigen Küvette angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei an der Oberseite der Küvetteneinheit mindestens ein umlaufender Rand das obere Ende der rohrförmigen Küvette umgibt und die Abdeckmatte auf diesem umlaufenden Rand aufliegt.

10. Vorrichtung insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Transducerprisma mit einer Oberseite und einer Unterseite und zwei gegenüberliegenden Seitenflächen, wobei an der Oberseite ein Freieelektronen-Metall aufgebracht ist und die einander gegenüberliegenden Seitenflächen jeweils mindestens eine Fläche mit optischer Qualität aufweisen.

11. Transducerprisma nach Anspruch 10, wobei die Seitenflächen mit der Oberseite einen Winkel einschließen, das Transducerprisma eine Breite W und eine Höhe H aufweist.

12. Transducerprisma nach Anspruch 11, wobei das Prisma aus BK7-Glas hergestellt ist, und der Winkel α im Bereich von 60 bis 90° liegt und die Breite W etwa 10 mm beträgt.

13. Transducerprisma nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Höhe 19

H 2 bis 3 mm, vorzugsweise 2 bis 2,5 mm beträgt und vorzugsweise die Fläche mit optischer Qualität bei einer Höhe von 0,8 bis 0,9 mm beginnt.

14. Transducerprisma nach Anspruch 11, wobei das Prisma aus SFIO-Glas hergestellt ist, und der Winkel im Bereich von 45 bis 60° liegt und die Breite W etwa 10 mm beträgt.

15. Transducerprisma nach Anspruch 11 oder 14, wobei die Höhe H etwa 2,4 bis 3 mm beträgt, wobei vorzugsweise die Höhe h2 1,6 bis 1,9 mm beträgt.

16. Transducerprisma nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Freieelektronenmetall Gold^~ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Transducerprisma mindestens einen Referenzpunkt zur relativen Ausrichtung in einem Biosensorgerät aufweist.