专利名称：标记的鉴定方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设置在某种物体上的标记的鉴定方法和装置，该标记含有一种带特殊性能的标记材料。
从WO 99/47702 A2中已知这种方法和这种装置。在该已知方法和该已知装置中，标记材料与一种检测材料接触，该检测材料具有一种与该标记材料一致的特殊性能。标记材料和检测材料分别作为核苷酸序列特别是作为脱氧核糖核酸(＝DNA)或肽核酸(＝PNA)构成。当两个相互一致的核苷酸序列以一定的方式进行接触时，则产生杂化。此外，检测材料的核苷酸序列与至少一个荧光团分子化合。该分子只有在与标记材料的核苷酸序列杂化后通过附加的措施才发挥它的荧光特性。然后通过用相应波长的光信号的辐射引起荧光反应，这种荧光反应被用来鉴定标记。
在WO 99/47702 A2中，没有对如何精确测定这种荧光反应进行说明。即接收的光辐射由第一部分和第二部分组成，其中第一部分源于杂化了的荧光反应，而第二部分则通过标记上尤其是标记本底上的反射产生。由于只能用荧光部分来进行标记鉴定，所以必须对这部分进行分离。但WO 99/477 02 A2没有提供这方面的任何信息。在最不利的情况中，这两个辐射部分都不能分离，因而不可能进行鉴定。
从WO 97/500 53 A2中已知一种测定不可见的、近红外线波长范围内的荧光标记用的、作为所谓荧光反射扫描仪构成的装置。为了在接收的辐射中把源于本底的部分从由荧光反应引起的部分中分离出来，该装置采用了跟踪辐射源功率或特殊的本底材料。功率跟踪是这样进行的，使接收的辐射中由本底引起的部分保持恒定。但功率跟踪需要一个结构相当复杂的调节单元。而且制造荧光反射扫描仪用的元器件也相当昂贵。此外，所述的装置不便搬运，因而也不可能作为手提式仪器使用。
上面的论述也适用于在US 5 331 140中描述的、用来测定不可见的荧光标记的另一种装置。为了在接收的辐射中分离出由荧光引起的部分，激励所用的辐射用两个频率进行调制。从接收的辐射导出的电信号中析取这两个频率的互调部分。互调部分由一种随荧光反应伴生的非线性特性产生。调频和互调部分的分离是与相当大的费用联系在一起的。此外，还要用别的复杂的器件，例如可调的偏转镜来使待激励的辐射对准标记的不同部位。
JP 11-306276 A描述了一种用来鉴定含有荧光材料的标记的装置。该装置做成手提式仪器的形式。为了分离接收辐射中的本底辐射和荧光辐射，使用了一个昂贵的光学滤波器。此外，该装置完全象上述其他全部装置那样，只适用于探测一种在测量开始之前就已经发出荧光的标记。
所以，本发明的目的在于，提出一种方法和装置来鉴定设置在某种物体上的、含有特殊性能的标记材料的标记，这种方法和装置操作简单、便捷，而且不用昂贵的器件。特别是，这种装置还可做成便携的手提式仪器的形式。
涉及该方法的上述目的是通过一种具有独立权利要求1所述特征的方法来实现的。
根据本发明，设置在某种物体上的、含有某种特殊性能的标记材料的标记的鉴定方法涉及这一种方法中，在这种方法中a)在第一次测量中用一种辐射扫描标记，并从中确定一个参考点；b)标记材料与一种其特征与该标记材料一致的检测材料进行接触，所以由于这种一致的特性而从该标记材料和检测材料中产生的一种化合物具有发荧光的特性；c)在第二次测量中用辐射扫描标记；d)用参考点和第二次测量的结果鉴定该标记。
涉及该装置的上述目的是通过一个具有独立权利要求14所述特征的装置来实现的。
根据本发明，设置在某种物体上的、含有某种特殊性能的标记材料的标记的鉴定装置涉及这样一种装置，它至少包括a)一个用一种辐射来测量标记用的扫描单元；b)一个有一种检测材料的配料单元，该单元用来使该检测材料与该标记材料产生接触，其中该检测材料具有一种与该标记材料一致的特殊性能，并由于一致的特性而从该标记材料和该检测材料中产生出的一种化合物具有发出荧光的特性；
c)一个控制和处理单元，其中该扫描单元、计量单元以及控制和处理单元用于依序实施d)该标记的第一次测量以及从中导出的一个参考值的确定；e)使该标记材料和该检测材料产生接触；f)第二次测量该标记；g)用该参考值和第二次测量的结果鉴定该标记。
本发明基于这样的认识，通过前面的第一次测量以简单的方式获得的本底辐射的参考值可将本底辐射的部分从荧光辐射的部分中分离出来。即在涂上检测材料后，由于标记材料中和检测材料中的化合物的发荧光的特性，第二次测量范围内接收的辐射除了含有本底辐射部分外，还含有荧光辐射部分。第一次(参考)测量的结果现在用来从第二次测量的结果中消除本底辐射的部分，所以，其后基本上只存在由标记的荧光反应所引起的、令人感兴趣的部分。这样就可对标记进行鉴定。
在与检测材料化合之前，标记材料最好不具有或不具有明显的自发荧光的性能。无论如何自发的荧光与检测材料化合后出现的荧光比较，是不明显的。但完全象其余本底那样，标记材料可具有一个小的、例如一个自然的荧光。但标记的和本底的这种必要时存在小的荧光可通过参考测量进行探测并可在第二次测量的分析时一起考虑。
之所以能够确定本底辐射的参考值，是因为在涂上探测材料之前，标记还没有或只有不明显的发荧光性能。在先有技术的方法和装置中，没有提供确定本底辐射的参考值的这个特别有利的可能性，因为在该处从一开始就用具有发荧光性能的材料进行工作。
由于可用本发明的方法和装置依序进行参考测量、输入检测材料和第二次测量，所以可用特别简便的方式鉴定标记。确定参考值可用实际测量反正要用的相同的器件进行。参考测量的考虑可根据从接收的辐射中导出的电信号来进行，最好在事先的数字化后在一个电子计算单元内进行，该计算单元例如是控制和处理单元的组成部分。这样，尽管进行附加的参考测量并在第二次测量的计值时要进行确定的参考值的考虑，但可对标记进行很快的鉴定。
该方法和该装置的有利方案可从与权利要求1或14有关的权利要求中得知，虽然下面只给出了一种方法或一种装置的方案所具有的诸多优点，但这些优点以相似的方式同样适用于其他相应的装置或方法的方案。
这样的一种方案是有利的，即第一次测量(＝参考测量)、检测材料与标记材料进行接触的步骤和第二次测量在一个紧接着的时间序列中进行。这样就保证了环境条件和尤其是本底特性在参考测量和第二次测量之间不发生变化。所以可获得较好的鉴定结果。此外，由此还可实现很快的鉴定。其次，通过在第二次测量之前涂上检测材料，可防止在进行第二次测量之前标记材料和检测材料中的化合物的分解。
另一种有利的实施方式是，即让鉴定用的装置在标记上方运动。特别是，这种运动可用手来进行。此外，所用的装置最好在一个前进的方向内并随即在一个后退的方向内在标记上方运动。通过在标记上方的运动可省去先有技术一般用辐射来扫描标记的昂贵的模拟。通过整个装置的运动，扫描该标记发射的辐射可探测到标记的所有重要部分，而无需为此进行单独的模拟。这样就实现了该装置和该方法的特别简单的方案。此外，该装置在标记上方运动的过程中与标记保持直接接触是有利的，这样就防止了用手进行运动时由于到标记的不同距离而引起结果的波动。此外，通过所用的装置和标记之间的直接接触还可减少甚至完全避免不希望有的杂散辐射的输入。
在另一种有利的实施方式中，在标记上方的运动过程中探测位置并在计值中一起考虑。这样就可考虑通常会导致结果失真的运动速度的波动。
此外，这种实施方式是有利的，即用一个辊在标记上方的滚动来进行运动。该辊最好同时用来对该标记并由此对该标记材料供给检测材料。此外，该辊使标记和扫描单元之间的距离保持恒定，从而达到高的测量精确度。这就是说，这个辊同时完成了多种功能。
在另一种有利的方案中，第一次测量的结量除了用于分析参考值外，还附加地用于分析标记的发荧光的特性。所以这种分析提供了这样的信息，是否在检测材料供给之前，标记已具有明显的荧光。如果这种情况，则会对伪造试验或不允许的鉴定试验做出重要的提示。
另一种方案的特点是，以激励荧光用的对准标记的辐射作为辐射模型。可能的模型最好是分别具有一个长轮廓的线模型或点模型。这尤其对设计成手提式仪器的装置来说是有利的。该装置在标记上方的手动运动一般是很不均匀的。在用一个具有较大的局部的和尤其是长的延伸的光模型的发荧光辐射的激励时，在标记上方的这种波动则不起决定性的作用。而在先有技术中用唯一的和很小的一个光点进行的激励则没有这种优点。
现在结合附图来详细说明一些优选的实施例。为清楚起见，附图没有按比例示出，而只是示意地示出了某些特征。附图表示
图1一种手提式仪器形式的标记鉴定装置；图2在一个本底模型上的一个标记；图3图一所示装置中使用的一个扫描单元；图4和5图4所示扫描单元的波导排列的侧视图；图6图3所示扫描单元中的输入和输出波导的排列。
在图1至6中，凡是相同的件都用相同的附图标记表示。
图1表示一种用来对一个物体200上的一个标记300进行鉴定的装置100。物体200可具有任意的形状，例如一个包装箱、一份文件或一种别的需要鉴定的产品。标记300含有一种标记材料320，该材料具有一种特殊的性能。在所示的实施例中，标记材料320作为核苷酸序列例如作为脱氧核糖核酸(＝DNA)或作为肽核酸(＝PNA)构成。特别是，标记300是人眼看不见的，从而使偶然的观察者不可能知道这种标记，这对防止非法的产品复制具有重要的意义。
图1所示装置100做成手提式仪器，以便尽可能简便、快速和灵活地用来鉴定标记300，即使标记300位于一个很难达到的部位。
用标记材料320组成的标记300如果没有首先经过预处理是不可能用具有任何波长的光学扫描探测的。所以，装置100带有一个配料单元，用它把一种检测材料310供给该标记300并与标记320接触后，才可对标记300进行鉴定。检测材料310同样具有一种特殊的性能，该性能与标记材料310的特殊性能一致。检测材料310也涉及一种核苷酸序列，在本例中为PNA。在正确选择具有一致特殊性能的标记材料320和检测材料310时，在这两种材料310和320发生接触后，这两个核苷酸序列产生一种化合物(＝杂化)。PNA用于材料310和320之所以特别有利，是因为在杂化后存在一种特别稳定的和耐热的化合物。
检测材料310含有一种附加的荧光团成分，但在检测材料310的非杂化的状态中，这种成分可通过附加的措施去活化。这就是说，它不具有发荧光的性能。在与检测材料320的PNA杂化后，该荧光团成分的去活化被消除，并显示出它的发荧光的特性，这种特性可进行光激励和探测。在WO 99/47702 A2中给出了所用的核苷酸序列以及荧光团分子在检测材料310上缚结的不同方案。在图1所示的例子中，用荧光素或CY5作为荧光团成分。其中，该荧光素可用波长范围为470纳米的光辐射激励成荧光，而CY5则可用波长范围为640纳米的光辐射激励成荧光。由CY5测出的荧光辐射位于670纳米的波长范围内。
为了进行鉴定，装置100用手在标记300上方运动。在这个运动的过程中，检测材料310被涂敷到标记300上。为此设置的配料单元30包括一个容器31、一根供料管32和一个辊33。检测材料310存储在容器31中，在所示的实施例中，该检测材料呈水溶液状态。但也可设想为别的方案。检测材料310通过供料管32到达辊33，该辊在装置100运动时在标记300上方旋转，从而把检测材料310均匀涂布到标记300上。到标记300的检测材料310的供料原则上也可用别的方式进行。一种可设想的办法是，采用一根在必要时可控制给料量的吸移管。
在图1实施例中，用来供给检测材料310的辊33与标记300保持直接接触。这种方式的优点是，在鉴定的过程中，装置100的其余各部分分别位于到标记300的相同的距离内。这样，在整个鉴定过程中，实际上存在标记300的光学扫描的相同条件。借助于辊33支承在装置100中，还可调节标记300与装置100的其余部分之间的距离。为了减少光学扫描时不希望的杂散光输入，它们之间的尽可能小的距离是特别有利的。
装置100具有一个手柄5，握住该手柄可使该装置在前进方向R1和后退方向R2内来回地在标记300上方运动。用一个扫描单元50把一个发射光信号L1对准标记300。一个从该处反射的接收光信号L2被扫描单元接收并在光电变换后作为接收信号S2传送到控制和处理单元10。控制和处理单元10除了控制扫描单元50外，还控制配料单元30以及定位单元20。
在沿标记运动的过程中，定位单元20测定装置100的位置并向控制和处理单元10发出一个位置测量值。为此，定位单元20含有一个定位圆盘21，该圆盘与辊33保持接触。通过辊33的旋转引起定位圆盘21的相应旋转，而定位圆盘本身则通过一个位置测定单元22进行测定并向控制和处理单元发送一个位置测量值。
通过扫描单元50确定的扫描位置59位于前进方向R1内的一个由配料单元30确定的供料位置34的前面，在这个位置，检测材料310离开配料单元30，以便与标记材料320进行接触。在所示实施例中，供料位置34通过辊33来确定。通过扫描位置59和供料位置34的这种特别有利的配置，就可在标记300杂化之前和其具有明显的发荧光特性之前，在前进方向R1运动的过程中进行第一次扫描测量。借助于这个第一次扫描测量获得的结果作为参考值输入控制和处理单元10中。这个参考值基本上描述了标记300的本底在被发射光信号辐射时的散射特性。本底和标记300可能存在的很小的自然荧光同样通过该参考值一起检测，并在处理其后的测量结果时一起考虑。
在装置100完全在前进方向R1在标记300上方运动后，参考测量和检测材料310涂敷到标记300上就告结束。在其后朝退回方向R2运动时进行第二次扫描测量。但这次扫描测量导致了已杂化的和待发荧光的标记300的激励。与第一次测量不同的是，接收光信号L2现在除了含有由本底确定的一部分外，还含有由标记300的明显的荧光确定的另一部分。在通常情况下，这两部分的分离是相当复杂的。所以，鉴定荧光标记的各种公知的装置都免不了要使用复杂的器件。但本发明的装置100则无须复杂的器件，因为在第一次测量中已经为本底辐射的部分确定了一个参考值。所以，接收光信号L2的这两部分的分离可按简单的方式方法在控制和处理单元10中进行。借助于在控制和处理单元10中析出的荧光部分就可进行标记300的所需的鉴定。
图2表示一个标记300的一种可能的形状的俯视图。标记300原则上具有一般条形码的形状，在所示例子中，该条形码总共由3个标记部分301、302和303组成。在这些标记部分301、302和303的范围内，都有标记材料320，所以在与检测材料310杂化后，可在这些范围内精确地观察到明显的荧光特性。
图2所示的标记300的例子具有一个附加的参考本底305，该参考本底在接收光信号中引起一个表征的本底部分，用该本底部分可在控制和处理单元10中进行定位确定。因此不需要单独的定位单元20。参考本底305由一个平行的线模型组成，该模型在由本底确定的接收光信号L2的部分中作为特定的周期性部分进行图像显示。所以在用于使装置100在标记300上方运行时，既可用定位单元20又可用参考本底305进行定位确定。借助这样获得的定位数据可导出附加的信息，例如有关标记部分301、302和303的尺寸和位置的信息，并在需要时在分析中一起考虑。
图3详细示出了扫描单元50。这里涉及的是一种具有光波导结构的结构型式。原则上也可以是一种自由辐射结构。
扫描单元50包括一个光源51，该光源在收到一个来自控制和处理单元10的一个控制信号S1后开始测量，即测定发射光信号L1。发射光信号L1通过第一透镜53供入一个由多个光波导56i组成的发射光束56中，然后通过发射光波导56i经另一个棒状透镜55对准标记300。
标记300具有发荧光的特性，亦即在标记材料310和检测材料320之间杂化。发射光信号L1激励发荧光的荧光团分子。被激励的荧光辐射除了形成通过发射光信号L1的简单反射和/或散射而在标记300上引起的第一部分外，还形成通过棒形透镜55供入接收光波导57i中的接收光信号L2的第二部分。
象发射光信号L1通过发射光波导56i那样，接收光信号L2在相反的方向内通过接收光波导57i。在背离标记300的一端上，接收光波导57i组成一个圆形的或椭圆形的接收光束57。在面向光源51的一端上，发射光束56也具有这种圆形的或椭圆形的形状。这种光束形状便于光线输入光束56中或从光束57输出。在接收光束57时，发出的接收光信号L2借助另一个透镜54聚焦到一个光探测器52的敏感的探测面上。
需要时，可在透镜54和光探测器52之间附加设置一个在图3中未示出的光学滤波器，以便进一步减少由于环境光线或发射光信号L1的反射部分可能引起的光探测器52的不希望的光输入。在光探测器52中，接收光信号L2被转换成电接收信号S2。
该光波导结构可进行发射光信号L1和接收光信号L2的简单分离。此外，与一个光学的自由辐射结构比较，用光波导56i和57i可达到明显简单的结构。而且在可能的几何形状方面也比较灵活。光波导结构的另一个优点在于可按简单的方式在标记300上产生一个纵向延伸的扫描模型。此外，在光源51和光探测器52的部位相互分离的发射光束56和接收光束57可在标记300的部位组成一个唯一的发射/接收光束58。在接收光束58中，并排交替排列发射光波导56i和57i。这样，就为发射光信号L1和接收光信号L2提供了一个纵向延伸的输出面和输入面。这个纵向延伸的面通过棒形透镜55也可作为纵向延伸的扫描模型显示在标记300上。图4和5表示具有由发射光波导56i和接收光波导57i组成的发射/接收光束58以及具有待聚焦的棒形透镜55的扫描单元50的两个部分侧视图。
扫描模型的这种纵向延伸的形状特别有利于一个做成手提式仪器的装置100，即该装置100的手动运动必然导致一些波动，所以由于这种不规则的手工运动就会在待检测的标记部分301、302和303的范围内无意地留下一个小的点状的扫描模型。在纵向延伸的扫描模型时则不存在这种危险。所以通过这个简单的措施可达到更好和更可靠的结果。
发射光波导56i和接收光波导57i也可按不同于图3所示的方式方法进行排列，而是按图6所示的发射/接收光束的另一种方案，并用参考号581至589表示。
在另一种未示出的方案中，检测材料320含有至少两种分别具有不同激励波长和荧光波长的不同类型的荧光团分子。这样就可提高标记300的不希望的鉴定的安全性和有意的、被允许的鉴定的精确性。在这种情况中，发射光波导56i和接收光波导57i最好分成另外的分光束，它们分别导引具有所用波长之一的光部分，在这种情况下，每个激励和荧光波长对应一个分光束。
权利要求
1.一种设置在一物体(200)上的标记(300)的鉴定方法，该标记含有一种具特殊性能的标记材料(320)，其中a)在第一次测量中用一种辐射(L1)扫描标记(300)并从中确定一个参考值；b)标记材料(320)与一种检测材料(310)接触，这两种材料具有一致的特殊性能，所以由于这种一致的特殊性能而从标记材料(320)和检测材料(310)产生的一种化合物具有发荧光的特性；c)在第二次测量中用辐射(L1)扫描标记(300)；d)用该参考值和第二次测量的结果鉴定标记(300)。
2.按权利要求1的方法，按紧接着的时间顺序进行第一次测量、进行接触和进行第二次测量。
3.按权利要求1或2的方法，一个装置(100)在标记(300)上方运动，以便进行第一次测量和第二次测量以及进行接触。
4.按权利要求3的方法，该装置(100)用手进行运动。
5.按权利要求3或4的方法，该装置(100)首先在一个前进的方向(R1)然后在一个后退的方向(R2)在标记(300)上方运动。
6.按权利要求5的方法，在前进方向(R1)的运动过程中进行第一次测量。
7.按权利要求5或6的方法，在前进方向(R1)的运动过程中进行接触。
8.按权利要求5至7任一项的方法，在后退方向(R2)的运动过程中进行第二次测量。
9.按权利要求3至8任一项的方法，该装置(100)在运动的过程中与标记(300)直接接触。
10.按权利要求3至9任一项的方法，在运动的过程中测定该装置(100)的一个位置。
11.按前述权利要求任一项的方法，采用第一和第二核苷酸序列作为检测材料(310)和标记材料(320)。
12.按前述权利要求任一项的方法，所用的检测材料(310)具有一种荧光团的成分。
13.按前述权利要求任一项的方法，在标记材料(320)与检测材料(310)进行接触之前，用第一次测量鉴定标记(300)的发荧光的性能。
14.一种设置在一物体(200)上的标记(300)的鉴定装置，该装置含有一种具特殊性能的标记材料(320)并至少包括a)一个用一种辐射(L1)来测量标记(300)的扫描单元；b)一个装有一种检测材料(310)的配料单元(30)，该配料单元用来使检测材料(310)与标记材料(320)进行接触，其中检测材料(310)具有一种与标记材料(320)一致的特殊性能，并由于这种一致的特殊性能而从标记材料(320)和检测材料(310)中产生的一种化合物具有发荧光的特性；c)一个控制和处理单元(10)，其中，扫描单元(50)、配料单元(30)以及控制和处理单元(10)用于依序实施；d)该标记(300)的第一次测量以及从中导出的参考值的确定；e)使该标记材料(320)和检测材料(310)进行接触；f)第二次测量该标记(300)；g)用该参考值和第二次测量的结果鉴定该标记(300)。
15.按权利要求14的装置，在前进方向(R1)内，在标记(300)上方进行运动的一个扫描单元(50)确定一个扫描位置(59)，在一个由配料单元(30)确定的供料位置(34)之前，检测材料(310)离开配料单元(30)，以便与标记材料(320)进行接触。
16.按权利要求14或15的装置，配料单元(30)具有一个辊(33)，用该辊把检测材料(310)供给标记材料(320)。
17.按权利要求14或15的装置，该装置在标记(300)上方进行运动。
18.按权利要求17的装置，该装置用手进行运动。
19.按权利要求16至18任一项的装置，该装置借助辊(33)的滚动运动而在标记(300)上方运动。
20.按权利要求14至19任一项的装置，该装置在沿前进方向(R1)在标记(300)上方运动的过程中进行第一次测量。
21.按权利要求14至20任一项的装置，该装置在沿前进方向(R1)在标记(300)上方运动的过程中实施检测材料(310)与标记材料(320)的接触。
22.按权利要求14至21任一项的装置，该装置在沿后退方向(R2)在标记(300)上方运动的过程中进行第二次测量。
23.按权利要求14至22的装置，设置了一个定位单元(20)来测定在标记(300)上方运动的过程中的位置。
24.按权利要求14至23的装置，设置了一个扫描单元(50)来在标记(300)上方的一个扫描位置(59)产生一个辐射模型，特别是最好具有一个长轮廓的线或点模型形式的辐射模型。
25.按权利要求14至24任一项的装置，扫描单元(50)包括用于辐射(L1、L2)的输入和输出的波导(56i、57i)，而且波导(56i、57i)并排排列，从而它们在面向标记(300)的一端排列在一个长的轮廓内。
26.按权利要求25的装置，输入和输出波导(56i、57i)呈周期性地交替并排排列。
27.按权利要求25或26的装置，输入和输出波导(56i、57i)组成至少两个分光束(56、57)。
28.按权利要求27的装置，分光束(56、57)用来确定具有不同波长的辐射(L1、L2)的波导。
29.按权利要求14至28任一项的装置，配料单元(30)装有一种包括第一核苷酸序列的检测材料(310)，而且该第一核苷酸序列具有与第二核苷酸序列一致的特性，标记材料(320)由该第二核苷酸序列组成。
30.按权利要求14至29任一项的装置，配料单元(30)装有一种检测材料(310)，该检测材料含有一种荧光团的成分。
全文摘要
为了鉴定一种设置在一物体上的标记(300)，该标记含有一种特殊性能的标记材料(320)，首先用一种辐射(L1)扫描第一次参考测量的标记(300)，然后该标记材料(320)与一种其特性与标记材料(320)一致的检测材料(310)进行接触，由于这种一致的特性而从标记材料(320)和检测材料(310)产生的一种化合物具有发荧光的特性。接着用辐射(L2)对标记(300)进行第二次扫描并用两次测量的结果对标记(300)进行鉴定。
文档编号G06K7/12GK1575476SQ02802803
公开日2005年2月2日 申请日期2002年7月22日 优先权日2001年8月3日
发明者J·凯泽 申请人:西门子公司