Nachweismethode
Optische Chemo- und Biosensoren basierend auf integriert optischen (bio)chemosensitiven bzw. (bio)chemofunktionalen Weilenleitergitterstrukturen erlauben den markierungsfreien Nachweis von (bio)molekularen Interaktionen in Echtzeit und sind in der Literatur beschrieben (siehe z.B. USP 4'815'843, USP 5'071'248). Aber auch Markierungsnachweise sind möglich (siehe z.B. WO 99/13320).
Die erfindungsgemässe Methode stellt nicht nur eine Nachweismethode, sondern auch eine Separationstechnik dar, da die nachzuweisende Substanz bzw. die nachzuweisenden Substanzen von der Probe bzw. von der Matrix von Proben separiert wird, indem die Substanz(en) an die auf dem Sensorchip befindliche(n) (bio)chemosensitive(n) Schicht(en) bindet (binden).
In einem ersten Schritt erfolgt ein markierungsfreier Nachweis, wie er z.B in USP 4'815'843, USP 5O7V248, USP 5738 25, USP 5'479'260 und EP 0'482'377 beschrieben ist. Anschliessend kann die auf dem Sensorchip an die (bio)chemoempfindliche Schicht gebundene nachzuweisende Substanz (bzw. Teile (Fragmente) davon) in einem Massenspektrometer mit Desorptionsstufe (und lonisationsstufe) genauer analysiert werden.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Nachweismethodik, indem integriert optische Chemo- und Biosensorik (mit oder ohne Markierungstechnik (lndexmarker, Fluoreszenzmarker, Lumineszenzmarker, Phosphoreszenzmarker, Enzymmarker)) mit Massenspektroskopie mit Desorptionsstufe (und lonisationsstufe) kombiniert werden. Die Desorptionsstufe löst die Moleküle von der Oberfläche des Sensor Chips. Das Massenspektrometer misst die Massen und/oder den lonisierungsgrad der Moleküle (Atome, Ionen, Biomoleküle, Fragmente, etc). Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Nachweismethodik, die die Nachweisempfindlichkeit als auch die Nachweissicherheit weiter erhöht.
Unter den integriert optischen Chemo- und Biosensoren sind vor allem jene integriert optischen Sensor Chips gemeint, die auf (bio)chemosensitiven bzw. (bio)chemofunktionalen Weilenleitergitterstrukturen basieren. Eine
Wellenleitergitterstruktur besteht aus mindestens einer Wellenleitergitterstruktur-einheit (mit oder ohne Referenz-Wellenleitergitterstruktureinheit) bzw. aus mindestens einer Sensorstelle (mit oder ohne Referenz-Sensorstelle). Eine Wellenleitergitterstruktur umfasst zumindest ein Gitter. Eine Wellenleitergitter-struktureinheit umfasst zumindest ein Gitter, kann jedoch auch zumindest ein Einkopplungsgitter und zumindest ein Auskopplungsgitter umfassen. Einkopplungsgitter und Auskopplungsgitter können gleiche oder unterschiedliche Gitterperioden aufweisen. Eine Wellenleitergitterstruktur kann auch aus nur einem grossen (unidiffraktiven oder multidiffraktiven) Gitter bestehen. Eine Wellenleitergitterstruktur kann mehrere nebeneinander und/oder ineinander und/oder übereinander liegende sensing pads (zwei, drei, vier, etc) enthalten, um z.B. eine TE-Welle (vorzugsweise im Grundmode) in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung und eine TM-Welle (vorzugsweise im Grundmode) in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung anzuregen.
Als wellenleitende Filme kommen vorwiegend hochbrechende Materialien in Frage, wie z.B. TiO2, Ta2O5, ZrO2, HfO2, Si3N4 etc. Der Wellenleiter (die Wellenleiterstruktur) ist vorwiegend eine Monomode-Struktur, trägt als nur die Grundmoden TEO (TE = transversal elektrisch, Modenzahl m=0) und TMO (TM = transversal magnetisch, Modenzahl m=0). Eine Wellenleiterstruktur kann mehrere Schichten enthalten, wobei vorzugsweise davon zumindest eine Schicht hochbrechend ist. Der Wellenleiter (die Wellenleiterstruktur) kann auch lichtabsorbierend sein. Dabei kann das absorbierende Material in eine Schicht oder in das Substrat eingelagert sein oder es kann auch eine absorbierende Schicht oder ein absorbierendes Substrat vorliegen. Eine absorbierende Schicht kann z.B. eine Metallschicht (Chrom, Aluminium, Nickel, Gold, Silber etc) sein.
Als (bio)chemofunktionale Schichten können neben (bio)molekularen Bindungspartnern (wie z.B. Antikörper, Antigene, Rezeptoren, Peptide, Phagen, 'single stranded' DNA(RNA)-Abschnitte, Gene, Genabschnitte, Targets, Proteine, Bindungsproteine, Enzyme, Inhibitoren, Nukleinsäuren, Nukleotide, Oligonukleotide, SNP, Allergene, Pathogene, Kohlenhydrate, Metaboliten, Hormone, Wirkstoffe, Moleküle mit niedrigem Molekulargewicht, Lipide, Signalsubstanzen etc.) auch 'molecular imprinted polymers' (wie z.B. Plastikantikörper, Plastikantigene etc.) oder (lebende) Zellen zum Einsatz kommen. Die Bindungsvorgänge (bzw. die (bio)chemischen Reaktionen) können auch hier an der Oberfläche, im Volumen oder sowohl an der Oberfläche als auch im Volumen der (bio)chemofunktionalen Schicht erfolgen.
Die (bio)chemofunktionale Schicht kann dabei auf einem (unidiffraktiven oder multidiffraktiven) Wellenleitergitter oder zwischen zwei (unidiffraktiven oder multidiffraktiven) Wellenleitergitter (gleicher oder unterschiedlicher Gitterperiode und/oder Modulation) liegen. Im letzteren Fall werden die beiden Gitter als zu einer Wellenleitergitterstruktureinheit zugehörig aufgefasst. Im Fall von Streulichtmessungen oder Fluoreszenz-, Lumineszenz- oder Phosphorszenzmessungen kann sich die (bio)chemofunktionale Schicht auch neben dem Wellenleitergitter befinden. Die (bio)chemofunktionalen Schichten können auch arrayförmig (matrixförmig oder kreisförmig) ein grosses Wellenleitergitter belegen, ohne dass sich die
(bio)chemofunktionalen Schichten überlappen. Die (bio)chemofunktionalen Schichten (Signalschichten und/oder Referenzschichten) definieren die Sensorstellen. Zwischen den (bio)chemosensitiven Schichten kann sich (muss aber nicht) ein Passivierungsmaterial befinden, das gegebenenfalls nicht spezifische Bindung (NSB) unterdrückt.
Oberhalb der (bio)che osensitiven Wellenleitergitterstruktur kann sich - muss aber nicht - eine (abnehmbare) Probenaufnahmevorrichtung (z.B. eine (abnehmbare) Küvette, eine (abnehmbare) Well oder eine (abnehmbare) Durchfluss- oder Kapillarküvette) bzw. ein Array von Probenaufnahmevorrichtungen befinden. Die Well ist meistens Bestandteil einer Wellplatte. Die Probenaufnahmevorrichtung kann jedoch auch in die Wellenleitergitterstruktur eingebracht sein. Als Herstellungsverfahren eignen sich Photolithographie, Laser Ablation, Glas(heiss)prägetechnik oder Kunststoff(heiss)prägetechnik oder Spritzgusstechnik. Die Vertiefungen im Substrat wirken als Wells. Eine (kanalförmige) Vertiefung mit Deckplatte (versehen mit Zufluss- und Abflussbohrungen) kann als Durchflussküvette, eine (kanalförmige) Vertiefung mit (teilweiser) Abdeckung kann als Kapillarküvette wirken. Die Wellenleitergitterstruktur muss nicht notwendigerweise mit einer Probenaufnahmevorrichtung versehen sein. Beispielsweise können die Proben mit einem Pipettierroboter in Form von Tropfen aufgebracht werden. Die Injektionsnadeln bzw. Pipettenspitzen des Pipettierroboters können (oder können auch nicht) während der Messung (Direktnachweis, Markierungsnachweis) mit den auf den Sensor Chip aufgebrachten Probentropfen in Kontakt bleiben.
Es kann auch die Innenwand eines Durchflusskanals eines Lab-on-Chip mit einer (bio)chemosensitiven Wellenleitergitterstruktur versehen sein. Wird die Deckplatte des Durchflusskanals entfernt, können die an die (bio)chemosensitive Wellenleitergitterstruktur angelagerten (Bio)Moleküle durch einen Desorptionsprozess (z.B. LDI-Prozess oder MALDI-Prozess) zur Desorption in den oberen Halbraum veranlasst werden. Vorzugsweise befindet sich beim Desorptionsvorgang keine Probenflüssigkeit im Durchflusskanal. Es kann aber auch ohne Entfernung der Deckplatte gearbeitet werden. Die MALDI-Matrix kann z.B. über einen Sample-Loop zugeführt werden. Der Lab-on-Chip bzw. die Deckplatte ist transparent für die die Desorption auslösende Laserstrahlung. Die desorbierten (Bio)Moleküle wandern entlang des Durchflusskanals und gelangen am Ende ins Vakuum des Massenspektrometers. Wird in flüssiger Phase gearbeitet, kann z.B. der Ausgang des Durchflusskanals mit einer Elektrospray-Ionisationsstufe (ESI) und einem Massenspektrometer (Quadrupol-, Tandem-, Time-of-Flight-Massenspektrometer etc) verbunden werden.
Es ist schlecht, Kunststoffteile in das Vakuum des Massenspektrometers zu geben, da Kunststoffteile Material ins Vakuum abgeben. Deshalb ist es auch vorteilhaft, Sensorchips auf Glasträger zu verwenden. Die photolithographische Herstellung von Gittern in Glas (mit Nass- oder Trockenätzung) oder die Herstellung der Gitter mit einer Glasprägetechnik ist aus der Literatur bekannt. Gitter in Kunststoffsubstraten können z.B. mit (Heiss)Prägetechnik oder Spritzgusstechnik (mit oder ohne Kompressionsschritt(e)) hergestellt werden.
Der Direktnachweis einer Bindung erfolgt im Fall, dass sich die (bio)chemosensitive Schicht auf dem Gitter befindet, z.B. über eine Einkopplungswinkelmessung oder eine Auskopplungswinkelmessung oder eine Wellenlängenmessung (siehe US-Patent 4'815'843) oder eine interferometrische Messung (siehe US-Patent 5'479'260), und im Fall, dass sich die (bio)chemosensitive Schicht zwischen zwei Wellenleitergitter (gleicher oder unterschiedlicher Gitterperiode) befindet über eine interferometrische Messung (siehe Biosensors & Bioelectronics 6 (1991), 215-225, Europäische Patentschrift 0 226 604 B1). Interferometrische Messungen können beispielsweise auch auf dem Mach- Zehnder-Prinzip beruhen, wobei beide Licht-pfade separiert voneinander über das Einkopplungsgitter und Auskopplungsgitter geführt werden. Ein Lichtpfad sieht die (bio)chemofunktionale Schicht, der andere Lichtpfad sieht eine andere oder inerte oder gar keine (bio)chemofunktionale Schicht. Eine derartige Messtechnik wurde von R.G.
Heideman et al., "Development of an Optical Waveguide Interefrometric Immunosensor", Proceedings Eurosensors 4, Karlsruhe, 1990 beschrieben. In unserem Fall werden transparente Substrate bevorzugt, um Lichteinfall von der Substratseite her zu ermöglichen.
Eine andere Messtechnik beruht auf der Messung von Emissionslicht (Fluoreszenz-, Lumineszenz-, Phosphoreszenzlicht) an Wellenleiter(gitter)strukturen in Kombination mit einer Direktmessung. Dabei ist eine Schicht der Wellenleiterstruktur (bestehend aus ein oder mehreren Schichten) und/oder eine Schicht zwischen wellenleitendem Film und Substrat und/oder eine Schicht zwischen wellenleitendem Film und Cover (bzw.
(bio)chemofunktionaler Schicht) und/oder eine Schicht auf der Unterseite des Substrats und/oder das Substrat selbst lichtemittierend (Fluoreszenz-, Lumineszenz-, Phosphoreszenzlicht) bei Anregung mit Licht (mit breitem und/oder schmalem Anregungsspektrum). Diese Schicht kann z.B. eine Polymerschicht (oder eine festkörperähnliche Schicht oder eine glasartige Schicht) mit (hoher) Eigenfluoreszenz oder mit eingelagerten Emissionslichtmolekülen (Fluoreszenz-, Lumineszenz-, Phosphoreszenzmoleküle) sein. Die Emissionslichtwellenlänge ist unterschiedlich zur Anregungswellenlänge. Die Messmethodik beruht auf einem Einfallswinkel-Scanmodus oder auf einem Wellenlängen-Scanmodus (mit abstimmbarer Lichtquelle), wobei sich im Strahlengang zwischen Sensor Chip und Detektor ein Wellenlängenfilter (abblockend für das Anregungslicht, transparent für das Emissionslicht) befindet. Zwischen Sensor Chip und Detektor kann sich auch ein Strahlteiler befinden, wobei dann das Wellenlängenfilter vorzugsweise im Strahlengang zwischen Strahlteiler und Detektor steht. Das Anregungslicht kann z.B. durch den Strahlteiler auf den Sensor Chip ((bio)chemofunktionale Wellenleitergitterstruktur) fallen. Das Anregungslicht kann auch schief von der Substratseite her oder schief von der Coverseite her auf den Sensor Chip fallen, wobei der Strahlteiler vorhanden oder auch nicht vorhanden sein kann. Das Emissionslicht kann auch (vorzugsweise) in einer Richtung gemessen werden, die nicht der Reflexionsrichtung des Anregungslichtstrahls entspricht. Der einfallende Lichtstrahl erzeugt bei Erfüllung der Einkopplungsgleichung eine geführte Lichtwelle, kann aber auch das Emissionslicht erzeugen, das durch den geführen Mode direkt oder indirekt (resonanzförmig) verstärkt wird und/oder schwerpunktsmässig verschoben wird. Das (abgestrahlte und/oder ausgekoppelte) Emissionslicht der Emissionschicht wird mit einer Linse (Linsensystem) auf den Detektor abgebildet. Das ausgekoppelte Licht der Anregungswelle kann oder kann auch nicht auf die Abbildungslinse fallen. Das
ausgekoppelte Emissionslicht kann oder kann auch nicht auf die Abbildungslinse fallen. Die Messmethodik stellt eine Kombination von Direktmessung mit Fluoreszenz (Lumineszenz, Phosphoreszenz) messung dar. Da beim Wellenlängen-Scanmodus die (Anregungs)wellenlänge geschoben wird, muss das Anregungsspektrum genügend breit sein. Mit dem Verfahren lassen sich auch lichtemittierende Modebeating-Muster (zwischen dem TE-Mode und dem TM-Mode) und lichtemittierende inferometrische Muster mit und ohne (unidiffraktive oder multidiffraktive) Gitter mit Scanbetrieb (Einfallswinkel-Scanmodus oder Wellenlängen-Scanmodus) oder ohne Scanbetrieb (Anregung der Moden TE und/oder TM mit ebenen oder leicht fokussierten Wellen) unter Einsatz eines im Fall von Interferenz von TE- und TM-Licht zwischen Sensor Chip und Detektor befindlichen Polarisators (z.B. 45°-Polarisators) und unter Einsatz des erwähnten Wellenlängenfilters zur Zeit der Modenanregung messen, wobei die Moden der Anregungswellenlänge via Gittereinkopplung erzeugt werden. Eine Bindungsreaktion (bzw. Massenanlagerung) oder chemische Reaktion (Aenderung der komplexen Brechzahl) an der (bio)chemofunktionalen Schicht, die sich auf und/oder neben dem Gitter befindet, ändert die Periode des Interferenzmusters.
Anstelle die Wellplatte abzunehmen, kann die Wellplatte auch derart mit dem Vakuum in Kontakt gebracht werden, dass nur die Sensorstellen mit dem Vakuum in Kontakt kommen, nicht jedoch die Probenplatte. Dies geschieht dadurch, dass Hohlzylinder in die Wells eingeführt werden, die untereinander wieder vakuumdicht miteinander verbunden sind. Sind jedoch die Wells in die Wellenleitergitterstruktur eingebracht, ist obige umständliche Konstruktion jedoch hinfällig.
Es gibt jedoch auch Probenplatten aus Glas bzw. Kunststoff, die ebenfalls dem Vakuum ausgesetzt werden können.
Eine vorteilhafte Ausführung eines integriert optischen (10) Sensorchips bzw. einer 10 Sensorchip-Platte ist eine Microplate mit z.B. 24, 48, 96, 384, 1536 wells oder ein Sensorchip-Array (z.B. Microarray) mit beliebiger Anzahl von Sensorstellen. Microplates sind in USP 5'738'825 und WO 99/13320 beschrieben. In WO 99/13320 wird zudem beschrieben, wie eine temperaturkompensierte markierungsfreie Nachweistechnik funktioniert. Beim Microarray werden die (bio)chemoempfindlichen Schichten vorteilhafterweise matrixförmig (oder auch kreisringförmig) mit einem Spotter oder einem 'contact-printing'-Roboter aufgebracht. Ein Microarray - oder auch generell eine
Wellenleitergitterstruktur - kann einen (ortsabhängigen oder auch nicht ortsabhängigen) absorbierenden oder auch nicht absorbierenden Wellenleiter aufweisen. Ein Microarray - oder auch generell eine Wellenleitergitterstruktur - kann ein grosses ausgedehntes (unidiffraktives oder multidiffraktives) Gitter mit einem Array von (bio)chemofunktionalen Schichten aufweisen oder auch aus einem Array von (bio)chemofunktionalen
Wellenleitergitterstruktureinheiten bestehen. Eine Wellenleitergitterstruktureinheit wird jeweils zumindest teilweise von einer (bio)chemosensitiven Schicht bedeckt. Der Microarray kann (muss aber nicht) mit einem (abnehmbaren) Flüssigkeitsbehältnis (Küvette, Well, Durchflusszelle, Kapillarküvette etc.) versehen sein.
Die (bio)chemosensitiven ((bio)chemofunktionalen) Schichten (Signalschichten und/oder Referenzschichten) werden vorzugsweise mit einem Spotter oder 'contact-printing'- Roboter oder einem Liquid Handler aufgetragen, wobei sich zwischen (bio)chemofunktionaler Schicht und Wellenleitergitterstruktur eine Linker-Schicht oder auch eine (absorbierende oder nicht absorbierende) Abstandschicht befinden kann. Microarrays werden z.B. in der Genomik und Proteomik eingesetzt. In der Genomik sind die (bio)chemofunktionalen Schichten z.B. Genabschnitte, Nukleinsäuren, Single stranded DNA (RNA), Single nucleotide polymorphism (SNP) etc.. In der Proteomik sind die (bio)chemofunktionalen Schichten z.B. Proteine, Phagen etc..
Der besondere Vorteil von gitterbasierten integriert optischen Chemo- und Biosensoren ist deren Automatisierbarkeit, da jede Sensorstelle einfach via Beugung adressierbar ist. Es können die Sensorstellen nacheinander oder simultan beleuchtet werden. Simultane Beleuchtung der Sensorstellen kann mit mehreren Strahlen oder mit einem aufgeweiteten Strahl erfolgen. Der Strahl kann eine Wellenlänge oder mehrere (diskrete oder kontinuierliche) Wellenlängen enthalten.
Als Desorption/Ionisierungsstufe für das Massenspektrometer kann z.B. eine MALDI- Stufe (matrix assisted laser desorption ionization) dienen. Dieser Desorptionsprozess produziert Moleküle im ionisierten Zustand. Die MALDI-Matrix ist in manchen
Anwendungen nicht unbedingt erforderlich. Es kann auch ohne MALDI-Matrix eine Laser Desorption und Ionisation (LDI) oder mit einer anderen Quelle eine Desorption und Ionisation durchgeführt werden. Gegebenenfalls wird noch eine separate lonisationsstufe dazugeschaltet.
Je nach Analyt kommen verschiedene MALDI-Matrizen zur Anwendung. Die MALDI- Matrizen sind in der Literatur beschrieben. Typische MALDI-Matrizen sind Derivate der 'cinnamic acid', 'alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid', 'gentisic acid', 'dithranol', 'sinapinic acid' etc.
Der Desorptionsprozess kann aber auch durch eine lonenquelle (bzw. lonenstrahl), eine Atomquelle (bzw. Atomstrahl), eine Elektronenquelle (bzw. Elektronenstrahl), eine Röntgenquelle (bzw. Röntgenstrahl) etc. ausgelöst werden.
Als Massenspektrometer kann z.B. ein TOF(time of flight)-Massenspektrometer zum Einsatz kommen. Andere Massenspektrometer sind 'magnetic sector mass spectrometer', 'ion trap mass spectrometer', 'quadrupole mass spectrometer, 'tandem mass spectrometer', 'dual quadrupole mass spectrometer', 'triple quadrupole mass spectrometer', 'Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer' etc.
Die (bio)chemosensitive Wellenleitergitterstruktur kann in eine Vorkammer des Massenspektrometers eingesetzt werden. Diese Vorkammer wird dann evakuiert. Die Kammer des Massenspektrometers bleibt unter Vakuum. Ist die Vorkammer evakuiert, kann die Schleuse zwischen Vorkammer und Kammer geöffnet werden. Es kann aber auch die (bio)chemosensitive Wellenleitergitterstruktur in die Kammer des
Massenspektrometers eingesetzt und die Kammer anschliessend evakuiert werden.
Das Massenspektrometer misst z.B. im Massenspektrum das Verhältnis m/z von Masse- zu-Ladung. Die Peakhöhe eines Peaks im Massenspektrum ist ein Mass für die Menge des Analyten, der ionisiert und vom Massenspektrometer detektiert wird. Der Sensor Chip (z.B. Einkanalchip, Multikanalchip, Micropiate, Microarray, Lab-on-Chip, Disc-Chip etc) wird in die Messvorrichtung eingesetzt, es wird dann das Vakuum erzeugt und anschliessend der Desorptionsprozess aktiviert. Die desorbierten Moleküle bzw. Ionen werden im Massenspektrometer analysiert.
Flüssige Proben können über eine Elektrospray-Ionisationsstufe (ESI) ionisiert werden und anschliessend einem Massenspektrometer zugeführt werden.
Die MALDI-Matrix kann sowohl in der flüssigen Phase als auch in der Gasphase auf den Sensor Chip mit (bio)chemofunktionaler Schicht und (eventuell) daran gebundener nachzuweisender Substanz aufgebracht werden.
Die MALDI-Matrix wird mit einem gepulsten oder nicht gepulsten Laser
(Wellenlängenbereich: Röntgen, Gamma, UV, VIS, IR) beschossen. Gepulste Laser sind z.B ein Stickstofflaser oder ein (Q-switched) Nd-YAG Laser mit gegebenenfalls Frequenzverdoppelung bzw. Frequenzverdreifachung bzw. Frequenzvervierfachung oder ein Erbium-YAG Laser.
Zum Anfahren einer Messstelle kann der Laserstrahl oder der Sensor Chip (die Wellenleitergitterstruktur) verschoben werden.
Der für die Desorption zuständige Laserstrahl kann von Substratseite her als auch von der Coverseite her auf die (bio)chemofunktionale Schicht (mit eventuell gebundener Substanz) treffen. Einfall von der Substratseite her verlangt Transparenz des Substrats bezüglich der Laserwellenlänge. Es kann jedoch auch der für die Desorption zuständige Laserstrahl von der Coverseite her oder von der Substratseite her über ein Wellenleitergitter in die Wellenleiterstruktur eingekoppelt werden. Bei hochbrechenden wellenleitenden Filmen (bzw. bei grosser Brechzahldifferenz zwischen Substrat und wellenleitendem Film) ist bekanntlich die elektromagnetische Feldstärke der in die (bio)chemofunktionale Schicht hineinreichenden evanezenten Welle besonders hoch. In diesem Fall ist die evaneszente Welle an der Desorption zumindest mitbeteiligt.
Es ist auch möglich, mit dem für die Desorption zuständigen (gepulsten oder nicht gepulsten) Laserstrahl (mit reduzierter Leistung) einen Direktnachweis (in Echtzeit oder als Endpunktsmessung (mit Bezugnahme auf den Ausgangszustand)) zu machen oder mit einem zweiten Kontroll-Laser (z.B. HeNe-Laser oder Laserdiode) einen Direktnachweis zu machen bzw. den Desorptionsvorgang unter Anwendung eines Gitterkopplerprinzips (z.B. Einfallswinkel-Scanmodus, Auskopplungswinkel-Scanmodus, Wellenlängen-Scanmodus) bzw. eines interferometrischen Prinzips zu verfolgen. Dazu braucht es Optiken und Detektoren und Messeinrichtungen (für die Absolutmessung), wie sie z. B. in einer zweiten Patentanmeldung mit derselben Priorität von der Firma Artificial Sensing Instruments ASI AG beschrieben sind. Die Detektoren befinden sich vorzugsweise nicht im Vakuum, können sich aber auch im Vakuum befinden.
Die MALDI-Matrix absorbiert das Laserlicht und löst damit die Desorption aus. Sind Markierungssubstanzen an der (bio)chemofunktionalen Schicht bzw. an der angelagerten nachzuweisenden Substanz vorhanden, so muss das Molekulargewicht (und die Ionisierung) der Markierungssubstanz bzw. des desorbierten Markierungssubstanzfragments im Massenspektrum berücksichtigt werden.
Vorteil der erfindungsgemässen Nachweismethodik ist es, dass mit der integriert optischen Chemo- und Biosensorik ein rascher Direktnachweis an mehreren Sensorstellen (an einem eindimensionalen oder zweidimensionalen Array von Sensorstellen) erfolgen kann und anschliessend im Vakuum an ausgewählten Sensorstellen eine zeitaufwendigere, dafür aber genauere massenspektroskopische Analyse an der gebundenen Substanz (oder an Teilen davon) erfolgen kann.