等离子体传感器装置和用于表面等离子体共振光谱学的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于微镜的等离子体传感器装置以及一种利用这种传感器装置用于表面等离子体共振光谱学的方法。
【背景技术】
[0002]如果相干光在确定的条件下射到电介质(例如空气或玻璃)和金属薄膜(例如金)之间的界面上，那么所述相干光能够将金属薄膜表面附近的传导电子激励成集聚的密度波动、所谓的表面等离子体。此外，所述效应在表面等离子体共振光谱学(SPR光谱学)中用于研究处于金属表面的分析物的吸收和特性。为此，根据入射角确定由金属表面反射的光的强度。在此，例如借助于可翻转的或可转动的镜子改变入射角，通过所述镜子使光偏转到金属表面上。由于表面等离子体的激励，在确定的入射角下调节到最小强度值。所属的入射角特别是也与分析物的特性有关。
[0003]为了便携地使用等离子体的分析方法，要求所需的机械部件和光学部件小型化。由出版文献EP I 684 063 Al中公知了一种便携的生物芯片扫描仪，其包括SPR单元，所述单元以旋转盘的形式存在。此外，由出版文献US 2007/0139653 Al中公知了一种方法，其中，微镜(MEMS)用于基于SPR的生物传感器。为了改变入射角，在此例如使用角度计。
[0004]然而对于接近病人的实验室诊断(POCT)而言，在此需要极强小型化的和自身封闭的构型，所述构型同时可以简单地制造。
【发明内容】
[0005]根据一个方面，本发明提出一种等离子体传感器装置，其具有光源、金属薄膜、能绕着至少一个旋转轴转动的至少一个微镜和检测器，所述光源构造用于产生相干光，所述金属薄膜在一侧上至少部分地由分析物分子覆盖，所述至少一个微镜如下定位和构造，以使得相干光能够从光源在一个入射角下偏转到金属薄膜的一侧上，其中，通过所述至少一个微镜绕着至少一个轴转动转动能够改变所述入射角，所述检测器构造用于根据入射角确定被偏转到金属薄膜上的并且从那里再次被反射的光的强度，其中，由光源产生的相干光具有下述特性，根据入射角能够激励金属薄膜中的表面等离子体。
[0006]根据另一个方面，本发明提出一种用于表面等离子体共振光谱学的方法，所述方法利用根据本发明的等离子体传感器装置进行并且具有下述步骤:通过转动至少一个微镜改变相干光的在金属薄膜上的入射角，其中，根据入射角激励金属薄膜中的表面等离子体；和借助于检测器根据入射角测量被偏转到金属薄膜上的并且从那里再次被反射的相干光的强度。
[0007]本发明的一个构思是，提出一种借助于至少一个微镜的小型化的等离子体传感器装置，所述微镜这样可转动地支承，以使得在不需要附加的辅助装置例如角度计的情况下，能够改变光到金属表面上的入射角。在此，从金属表面反射的光的强度由集成在传感器装置中的检测器作为入射角的函数来测量。
[0008]根据本发明的解决方案的一个显著的优点在于，可以极强小型化地构造等离子体传感器装置。微镜是所谓的MEMS ( “微机电系统”)，所述微镜具有微米范围内的延伸长度。所述微镜的使用能够在几毫米直到厘米的范围内对整个传感器装置确定尺寸。不但光源而且检测器可以集成在所述传感器装置中。
[0009]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，各个部件在传感器装置运行时可以在它们的位置中相对彼此固定。也就是说，相干光源、金属薄膜、检测器和至少一个微镜的至少一个旋转轴可以相对彼此不运动地设置，从而仅仅至少一个微镜能够绕着其至少一个旋转轴转动。以这种方式有利地能够简单地和低成本地小型化地构造等离子体传感器装置。
[0010]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，光源可以产生激光束。所述激光束则通过至少一个微镜偏转到金属薄膜上。激光光源是有利的相干光源，此外，所述相干光源易于操作并且适合于小型化的结构。
[0011]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，设置一个反射棱镜。所述反射棱镜可以这样定位，以使得其基面邻接于金属薄膜的背向分析物分子的侧，并且在相干光射到检测器上之前，来自光源的相干光在入射面上射入反射棱镜中，在由基面构成的在反射棱镜和金属薄膜之间的界面被反射并且在出射面上再次从反射棱镜射出。在原理的结构中，反射棱镜的所述布置相应于所谓的Kretschmann结构，所述结构使用在表面等离子体共振光谱学的多个实际的应用中。在此，反射棱镜用于使相干光与表面等离子体耦合。
[0012]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，金属薄膜在一侧上可以构造为光栅结构，所述光栅结构如下定位，以使得在相干光射入检测器之前，所述相干光能够在所述光栅结构上被反射。光栅结构是用于使光的波矢量与表面等离子体耦合的一种可替换的可能性。这不需要反射棱镜，并且因此有利地可以更简单地并且以更小的尺寸制造。
[0013]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，金属薄膜可以设置有连接器。通过连接器可以使分析物分子与金属薄膜親合，从而在连接器和匹配的分析物分子之间反应时改变用于表面等离子体的激励条件。连接器是有利的辅助装置，以便使选择的分析物与金属薄膜耦合。
[0014]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，检测器可以是CXD传感器或者CMOS传感器。两种传感器技术有利于小型化地运行并且低成本地批量生产。所述检测器的激活的面的延伸长度能够有利地这样大地选择，以使得可以补偿由于入射角的改变同时引起的入射位置改变，其方式是，使射入的光量集中到整个激活的面上。因此，检测器由条件决定地把光强度测量仅仅作为入射角的函数来测量。
[0015]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，金属薄膜可以包含金和/或银。然而可替换地也可以设置其他适合的金属、例如铜或钛。金和银基于其导电性和简单的可加工性具有对于等离子体技术特别有利的特性。
[0016]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，通过转动至少一个微镜能够利用光二维地扫描金属薄膜。此外根据传感器装置的一个另外的优选的进一步方案，金属薄膜可以构造为测试条。并排布置的由分析物分子构成的分析区域可以施加在所述测试条上。所述有利的实施方式能够使等离子体传感器装置构造为类似于通常的Point-Of-Care-Test (即时检验)(POCT)的诊断装置、例如血糖测量装置。光源、微镜和检测器能够固定地集成在所述装置中，而测试条(例如金薄膜)在施加待分析的物质之后插入所述装置中并且在检验之后再次取出。基于测试条的二维的可扫描性，所述测试条可以例如设置有不同的连接器，从而可以在不同的物质上被检验。此外，所述实施方式例如能够使测试条设置有参考结构，所述参考结构可以用于使测试条相对于其他构件进行自动地定位修正。可替换地，在测试条上可以为参考测量设置预留区域。
[0017]根据传感器装置的一个优选的进一步方案，设置能绕着至少一个另外的旋转轴转动的至少一个另外的微镜。所述至少一个另外的微镜可以如下定位和构造，以使得相干光借助于在微镜上的多次反射能够在一个入射角下被偏转到金属薄膜的一侧上的一个入射位置上。在此，通过微镜绕着旋转轴个别地转动能够改变入射角和入射位置。所述多镜结构与具有带仅一个旋转轴的仅一个微镜的实施方式相比有利地提供关于控制入射角和入射位置的附加的自由度。特别是，不同的旋转轴不必彼此平行。
[0018]根据用于表面等离子体共振光谱学的方法的一个优选的进一步方案，此外通过借助于转动至少一个微镜来改变相干光的入射位置，对金属薄膜进行扫描。
【附图说明】