(57)【要約】本発明は、金膜（２）を備えたガラスプリズム（１）と、非点状の放射面（５）を備えた光源と、並びに反射する金膜（２）の後方の射出する光路中のコリメータレンズ（１０）の形の検出光学系と、検出器（１１）とを有するプラズマ共鳴センサに関する。光の平面放射によって入射角が生じ、その際反射光がプラズマ共鳴のために強度を弱められて金膜の区間に亘って分布し、それによって測定悪化に繋がる金膜が局部的に加熱されることが阻止され、かつ金膜の局部的不均一性の影響が著しく減少される。検出器（１１）では同様に正確な測定信号が得られる、そのわけはコリメータレンズ（１０）が同一入射角での金膜に当る光線を検出器（１１）に集めるからである。このために、放射面（５）及び検出器（１１）がコリメータレンズ（１０）に関して同一焦点位置に配設されている。本発明はそれによってコストの高い放射面を備えた光導波体の使用を可能にしかつ結果として光源としての発光ダイオードの使用及び好適な小型化された設計を可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にバイオセンサ技術用のプラズマ共鳴センサであって、透明体（１）、特にガラスプリズムと、透明体（１）上に付けられた反射する金属膜（２）又は半導体膜であって、キューベットと関連して測定セルを形成して検出されるべき分子に対して感応する表面を備えたものと、透明体（１）を通って金属膜（２）の内面又は検出器（１１、１７）上に発散する光束を送り出し又は光路（６）を形成するための光源とを備え、検出器は金属膜（２）から反射して射出する光路に付設されかつ時間に依存して感光表面（２）への分子付着によって変わる光の入射角を検出する、前記プラズマ共鳴センサにおいて、
光源に少なくとも１０μｍの大きさの非点状の射出面（５）が付設されておりそして透明体（１）と検出器（１１、１７）との間の射出する光路にコリメータレンズ（１０）が配設されていることを特徴とする前記プラズマ共鳴センサ。
【請求項２】
射出面（５）がコリメータレンズ（１０）の１つの焦点（距離ｆ）にかつ検出器（１１、１７）の受光面が他の焦点（距離ｆ′）に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項３】
射出面（５）が３００と７００μｍの間の大きさを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項４】
射出面（５）が光導波体（４）の透明体（１）に隣接した端によって形成されていることを特徴とする請求項１から３までのうちのいずれか１つに記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項５】
発光ダイオードが光導波体（４）中への光の供給のために設けられていることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項６】
光源としてレーザダイオード（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか１つに記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項７】
各１つの測定セルに対して１つの固有の射出面（５）が設けられていることを特徴とする請求項１から６までのうちのいずれか１つに記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項８】
各測定セルにその射出面（５）を備えた１つの固有の光導波体（４ａ〜４ｈ）が付設されていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項９】
複数の光導波体（４ａ〜４ｈ）に１つの共通の光源が付設されていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項１０】
射出する光路における検出器（１１）の前に追加的に１つのシリンドリカルレンズ（２１）が配設されており、シリンドリカルレンズは入射平面に対して垂直な光路で検出器（１１）上に焦点を結ぶことを特徴とする請求項１から９まで、特に請求項７から９までのうちのいずれか１つに記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項１１】
コリメータレンズ（１０）と検出器（１１）との間にシリンドリカルレンズ（２１）が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ共鳴センサ。
【請求項１２】
位置分解する検出器特にＣＣＤの形の検出器が設けられていることを特徴とする請求項１から１１までのうちのいずれか１つに記載のプラズマ共鳴センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にバイオセンサ技術用のプラズマ共鳴センサであって、透明体、特にガラスプリズムと、透明体上に付けられていて検出されるべき分子に対して感応し、キュベットと関連して測定セルを形成する表面を備えた反射する金属膜又は半導体膜と、透明体を通って膜の表面上に発散する光束を送り出し又は光路を形成するための光源と、検出器とを有し、検出器は膜から光を反射する光の射出光路に付設されていてかつ時間に依存して感光面への分子付着によって変化する入射角を検出し、その際共鳴によって射出する光の最小強度が生じる、前記プラズマ共鳴センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスプリズム及び金膜を備えたそのようなプラズマ共鳴センサは、米国特許第４８４４６１３号明細書から公知である。そこでは光源としてレーザダイオードが使用され、レーザダイオードは既に共鳴検出に関連する全ての入射角を含む角度領域で点状に光を発する。
【０００３】
基本的にプラズマ共鳴測定のために金膜によって反射された光の強度が検出される。共鳴を検出するために、光の波長が特定されている場合に金膜上の入射角が調整され、又は入射角が一定の場合には波長が合わされる。表面プラズマ共鳴が光の入射角と波長の特定された値の組合せで最小となる反射率に基づいて認識される。共鳴条件の位置を介して金膜上にある層、例えば試料液体の屈折率が決定される。金膜から測定されるべき層への変更作用領域は、略波長の大きさの厚さによって制限される。
【０００４】
できる限り良好な分解を得るために、単色光又は非常に正確に特定された入射角が必要である。国際出願ＷＯ９６０２８２３号明細書によれば、単色光光源の使用が記載されており、その際入射角は回転ミラーによって調整される。このために勿論不利ではあるが、可動部分が必要である。これに対してヨーロッパ特許第３０５１０９号明細書によれば、相応する角度領域は拡散する光線によって光学的に形成される。両実施形態において金膜上の反射個所は非常に正確に位置決めされる。このことは金膜の不所望の加熱に繋がり得る、そのわけは発生したプラズマのエネルギーが金膜で消失するからである。バイオセンサにおいて最も頻繁に測定対象とされる媒体である液体の屈折率は、著しく温度に依存し、その結果加熱のために測定の悪化が生じ得る。更に金膜上での反射の正確な位置決めは、金膜が最小の均一性を有する場合、例えば金膜の熱による蒸発の際に発生する小さい孔（ピンホール）は、測定精度に関する問題を生じる。
【０００５】
金膜の加熱の問題は、明細書の冒頭に記載したプラズマ共鳴センサによって対処される。発散する入射光のために金膜上に焦点が得られず、金膜のそれぞれ他の個所で相異なる入射角の光が反射される。それによって金膜の加熱が予防される。勿論ここでは金膜の不均一性に基づく問題が浮き彫りにされる、そのわけは種々の入射角は不均一性によって相違して影響されるからである。更に光源として使用されたレーザダイオードの物理的大きさも障害となり得る、そのわけは最近の装置において、主として測定ダクトの小型化及び平行化が行われるからである。結局点光源の良好な分解のために、特にレーザダイオードが使用されなければならないからである。代表的には１５０μｍの直径の射出面を有する発光ダイオード側の面状の射出及び単色光放射のためにも使用可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、明細書の冒頭に記載したプラズマ共鳴センサを、金膜の簡単な形成及び進んで非加熱性を保持して、金属膜の不均一性の影響が抑制されかつ相応して正確な測定結果が得られることができるように、改良することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば光源に少なくとも１０μｍの大きさの非点状射出面が付設されかつ透明体と検出器との間の射出光路にコリメータレンズが配設されていることによって解決される。
【０００８】
本発明によれば、空間的に広がる光源若しくは射出面が使用される。このことは検出されたプラズマの１つの固有で不所望な明らかな拡幅に繋がる、そのわけは空間的に隣接した多数の点光源と見做され得る光源の空間的広がりに基づく角度情報が多大となるからである。しかし本発明によればこの見掛け上不利な結果が、コリメータ光学系によって再び補償される。
【０００９】
使用される空間的に広がる光源が狭く隣接して円錐状に射出する多数の点光源に相応するので、光線は相異なる個所に等しい入射角で若しくは広い領域に渡って金膜上に入射する。換言すれば、金膜の１か所に複数の相異なる入射角が存在する。金膜の相異なる個所の等しい入射角は、本発明により設けられたコリメータレンズによって再び検出器に対して再び集められ、かつそこで検出される。こうしてプラズマ発生の測定の際に金膜の広い領域に亘るプラズマ発生が検出されかつ相応して金膜の不均一性が大きな比重を有しないか又は殆ど重要視されなくなるという本質的な利点が得られる。
【００１０】
合理的を方法で射出面は１つの焦点でかつ検出器の照射される面はコリメータレンズの他の焦点に配設されている。そのような構成では、前記の加工効果が面状の照射面によって完全に補償される。その際照射面の焦点位置に関しては、プリズムの光路で屈折され、その結果場合によっては焦点位置が修正されなければならないことが注目される。
【００１１】
特別有利な実施形態では、射出面が光導波体の透明体に隣接した端によって形成されている。光導波体は光を簡単な方法でガラス体の近くに引き寄せる可能性を提供し、その際光源自体は離れて配設されることができ、このことは構造的な利点をもたらしかつ既に述べた小型化を好適にする。従来光導波体は全く又は非常に制限されてのみ使用可能であった、そのわけは光導波体は所望の分解のための点状の射出面を有しないからである。非常に小さいコア直径を有する光導波体は、特に２〜９μｍのコア直径の単一モードファイバが存在し、しかし単一モードファイバが真の点光源を有さずかつ特に取扱が困難である。各個々の光導波体用の固有の光源と関連してコストのかかる連結光学系が必要とされる。従って技術的実現は困難かつコスト高である。同様なことが相応した方法で５０〜１５０μｍのコア直径のマルチモードファイバについても当てはまる。
【００１２】
従って光導波体を使用した本発明の実現のために、３００〜７００μｍの領域のコア直径を有するファイバが好適である、そのわけは本発明はその使用を可能にしかつ相応して太い光導波体が、特に光連結に関して明らかに簡単に取り扱われるからである。このために光は集束され、その結果光線は全てのファイバを照射し、しかし単一モードファイバに必要であるような単一のファイバ上には集光されない。その他光導波体の使用とは無関係に３００〜７００μｍの前記の領域における大きさの射出面が良好な測定結果に繋がることが示される。
【００１３】
本発明の他の合理的な構成は従属請求項から得られる。
【００１４】
本発明の実施例を次に図式図に基づいて詳しく説明する。
【００１５】
【実施例】
図１によれば、横断面台形状のガラスプリズム１が設けられ、ガラスプリズム上には金膜２が例えば蒸着によって付けられている。この例えば５０ｎｍの厚さの金膜２は、外側に感光層を有し、感光層には試験されるべき試料の可撓性バイオ分子が付着することができる。そのような感光層並びにその再生は当業者には周知である。
【００１６】
ガラスプリズム１の入射側には相応して広がる−非点状な−射出面５を備えた例えば５００μｍの太さのコア直径を備えた光導波体４が接続されている。光導波体４の放射面５と反対側の端には図示しない方法で発光ダイオード又は他の光源によって光が導入される。
【００１７】
放射面５から光束６が出て、この光束６は記載された両周縁光束７及び８によって制限されている。光束６は、金膜２によって反射され、ガラスプリズム１の射出面９を透過しかつコリメータレンズ１０によって検出器１１上に導かれる。この位置分解する検出器１１はＣＣＤ−センサ（ＣＣＤ−チップ）によって形成されておりかつ前置された偏光子（ｐ−偏光）を備える。
【００１８】
コリメータレンズ１０及び検出器１１は、同一焦点距離配列（ｋｏｎｆｏｋａｌｅ　Ａｎｏｒｄｎｕｎｇ）の意味で位置決めされ、その結果放射面５はコリメータレンズ１０の一方の焦点にかつ検出器１１の結像面は他の焦点に配設されている。この同一焦点距離配列は、特にコリメータレンズの焦点距離ｆ及びｆ′が記載された図４の図示から明らかである。
【００１９】
光束６の光路は図１中では他の図と同様にガラス／空気の移行部における屈折を無視して表されている。その他両光束７及び８に対してそれぞれ強度を弱められて射出する光線１２若しくは１３が表されており、射出する光線はプラズマ共鳴によって影響された入射角に対応する。その際これらの弱められた光線１２及び１３が放射面５の大きさに相応して金膜２の相異なる点１４若しくは１５から出て、しかしコリメータレンズ１０の作用によって検出器面上に集められ、その結果該当する入射角を正確に特定する正確な測定信号が得られることが、本発明にとって特徴的なことである。結果として良好な角度分解がかつそれにもかかわらずプラズマ発生の領域が金膜２上に延在するという利点が得られる、そのわけは金膜はコリメータレンズ１０の焦点面上に位置するからである。こうして金膜の広い領域に渡って検出され、その結果表面プラズマ共鳴に影響を有する局部的不均一性が検出される。
【００２０】
これらの状況は僅かな大きさの放射面５によって処理され、しかし放射面５が面と見做されかつ点状とは見做されない場合にも相応した方法で通用する。このように図２によれば、金膜２を備えたガラスプリズム１に光導波体４の代わりに特殊なレーザダイオード１６が付設され、レーザダイオードは少なくとも１０μｍの大きさで放射する。この場合図２において面であるにもかかわらず放射面が点状に表されるので、図中には同一の入射角による相異なる光束は表されていない。
【００２１】
その他図２中に比較的小さい検出器が表されており、検出器は二重矢印１８に従って移動しかつプラズマ共鳴によって強度を弱められて射出する光線の領域上に調整される。
【００２２】
図３及び図４による実施形態は、図４から８つの平行な光導波体４ａ〜４ｈを備えた配列が把握できるように、金膜２上に８つの平行な測定セルの配列が行われ、光導波体はそれぞれ固有の測定セルに付設されている。図１による実施形態との類似性のために、図３及び図４においては図１と同一の符号が使用されいる。その限りでは新たな記載は省略され、このことは図３による合致する光路についても同様である。
【００２３】
図４から分かるように、ガラスプリズム１は長く延ばされかつその長さに渡って均等に分配されて８つの光導波体４ａ〜４ｈが配設されている。その放射面は焦点距離ｆの焦点面に配設されており、一方その検出面を備えた検出器１１は焦点距離ｆ′の他の焦点面に配設されている。
【００２４】
光導波体４ｄ及び４ｈに対して図４においては光束６ｄ及び６ｈが記載されており、平行な光束２０ｄ若しくは２０ｈの形で偏向されるために、光束は光軸１９若しくはこの光軸を通る入射面に対して横方向において、金膜２に対して垂直にコリメータレンズ１０まで拡散しかつここで隣接した光導波体４ａ〜４ｈの間の距離に近似的に相応する幅を有する。光路中検出器１１の前に配設されたシリンドリカルレンズ２１によって全光束２０は光軸１９若しくは入射平面に対して垂直に検出器１１上に集束される。それによって個々の光束６若しくは２０は互いに平行な光線の形で検出器１１上に結像される。
【００２５】
図５は−図４とは異なる水平方向における８つの光源若しくは光導波体４ａから４ｈまでの１つの設定された検出信号としてのそのような光縞２２を示す。この光縞２２の内方には弱められた光強度の個所２３が明らかに認められ、この個所に光信号がプラズマ共鳴のために弱化されている（黒色で示されている）。
【００２６】
所属の強度測定は、図６中でグラフに示され、グラフ中には検出器１１上に入る光の強度が光縞２２の長さに相応する測定領域に渡って記載されている。この長さ領域は０〜７５０単位の目盛を付けられており、その際相異なる値は特定された入射角に相応する。グラフが示すように、略１００単位の領域において、さもなければ等しく設定された強度最小値の多くの１１０単位の強度から４８０単位に相応する入射角では明らかな最小強度の減少が行われ、そこでは標準強度はプラズマ共鳴によって略９０％減少されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、プラズマに当接する太い光ファイバを備えたプラズマ共鳴センサの側面図であり、その際射出面の両外側に位置する点から出る光束とそれぞれ付設されたプラズマ共鳴によって弱められる射出光が示されている。
【図２】
図２は、図１に相応する図であって、レーザダイオードを使用して光導波体なしにかつプラズマ共鳴領域に調整可能な検出器を示す図である。
【図３】
図３は、複数の平行な測定セル用に設けられ、追加のシリンドリカルレンズを備えたプラズマ共鳴センサの図１に相応する側面図である。
【図４】
図４は、外方に位置しかつ中央の光導波体から出る光路を図平面内に示した図３による実施例を尺度を変えて表した平面図である。
【図５】
図５は、図４に従って設けられた８つの光導波体から出る測定された検出信号を示す図である。
【図６】
図６は、図５に相応して測定された光強度を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　光透過体
２　　反射金属膜
５　　非点状射出面
６　　光線
１０　　コリメータレンズ
１１　　検出器
１７　　検出器
【図６】
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【国際公開パンフレット】
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2004513363.tif 000009
2004513363.tif 000010
2004513363.tif 000011
2004513363.tif 000012
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2004513363.tif 000014
2004513363.tif 000015
2004513363.tif 000016
2004513363.tif 000017
2004513363.tif 000018
2004513363.tif 000019
【国際調査報告】
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2004513363.tif 000022
2004513363.tif 000023
2004513363.tif 000024
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