專利名稱：使用光導(dǎo)的光感測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例涉及光傳感器。
背景技術(shù)：
在表面等離子體共振(SPR)波譜中，來自光源的光被導(dǎo)向金屬薄膜，并測量從該金屬薄膜反射的光的強(qiáng)度。從該金屬薄膜反射的光的強(qiáng)度取決于光源的光的入射角或波長，還取決于和面向光源一側(cè)相對立的金屬薄膜一側(cè)上的物質(zhì)的折射率。
SPR可用于執(zhí)行對化學(xué)和生物物質(zhì)的高靈敏度測量。例如，SPR可用于測量蛋白質(zhì)之間的相互作用。第一蛋白質(zhì)(例如配位體)被粘附到位于不面對光源的薄膜一側(cè)上的金屬薄膜，第二蛋白質(zhì)(例如分析物)置于溶液中并在第一蛋白質(zhì)上流過。如果第一和第二蛋白質(zhì)在某種程度上結(jié)合，在金屬薄膜遠(yuǎn)離光源的表面上形成第一和第二蛋白質(zhì)的組合物。該組合物的折射率取決于第一和第二蛋白質(zhì)的相對數(shù)量，且如果第一和第二蛋白質(zhì)的相對數(shù)量隨時(shí)間發(fā)生變化，則該組合物的折射率將隨時(shí)間而改變。以不同波長或不同入射角的光線照射該金屬薄膜。通過測量這些不同入射角或波長的反射光的強(qiáng)度，可以導(dǎo)出該結(jié)合的量?？芍貜?fù)該測量，從而繪制出結(jié)合的量與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系?？梢酝ㄟ^這種方式確定該兩種蛋白質(zhì)的結(jié)合及分解速率。例如在藥品研發(fā)領(lǐng)域中這些速率讓人極為關(guān)注。
通過將多個(gè)樣品排列在金屬薄膜表面上，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)。例如，可以同時(shí)測試不同類型的配位體以測量與特定分析物的親合力?？墒褂谜障鄼C(jī)對從樣品反射的光進(jìn)行成像?；旧?，照相機(jī)以一頻率對樣品陣列照相，該頻率對應(yīng)于照相機(jī)的幀頻。隨后處理這些圖像以測量從各個(gè)樣品反射的光的強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。
SPR所使用的照相機(jī)可采用由320×256的像素陣列組成的成像器。對于各圖像幀，像素的數(shù)字值(例如320×256像素陣列的81920個(gè)像素值)被轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理。對于被測試的各個(gè)樣品，從其它值中提取和該樣品相對應(yīng)的像素值。隨后對樣品所提取的像素值求平均，從而提供該樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
理想地，增大一次可測試的樣品的數(shù)目，從而可以更加有效地完成測試。同樣理想地，增大數(shù)據(jù)收集的速率，從而允許可以更加詳細(xì)地捕捉關(guān)于物質(zhì)(例如蛋白質(zhì))之間相互作用的信息。通過增大對樣品成像的速率，可以增大數(shù)據(jù)收集速率。使用能夠工作于更高幀頻的照相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
然而，提高樣品數(shù)目以及幀頻會增大需要傳輸和處理的數(shù)據(jù)的數(shù)量。測試有可能進(jìn)行好幾天，因此可能收集大量的數(shù)據(jù)，對用于傳輸和處理數(shù)據(jù)的資源形成重大的負(fù)擔(dān)。可以使用額外的計(jì)算資源以減緩數(shù)據(jù)加工和處理負(fù)載，但這會增加測試成本。
此外，以較高幀頻工作的照相機(jī)相當(dāng)昂貴。例如，以60幀每秒(fps)工作的照相機(jī)的費(fèi)用約為$20000，而以400fps工作的照相機(jī)的費(fèi)用約為$50000。照相機(jī)還具有其它缺點(diǎn)。例如，照相機(jī)具有有限的滿阱容量(fullwell capacity)(即，照相機(jī)在飽和前，每個(gè)像素上只能存儲有限數(shù)量的電子)。此外，照相機(jī)的量子效率(光子被轉(zhuǎn)換成電子的速率)相對較低，小于20％。

發(fā)明內(nèi)容
因此，這樣的系統(tǒng)和/或方法是很有價(jià)值的，即，可以采用足夠大數(shù)目的樣品并允許更高的數(shù)據(jù)采集速率，而基本上不增加成本或數(shù)據(jù)操作及處理負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例涉及光感測(light-sensing)系統(tǒng)及其方法。在一個(gè)實(shí)施例中，光源照射排列在表面上的目標(biāo)區(qū)域。光導(dǎo)接收從目標(biāo)區(qū)域反射的光。從目標(biāo)區(qū)域反射的光的數(shù)量至少部分對應(yīng)于和該目標(biāo)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)的組成。探測器接收由光導(dǎo)承載的反射光。


各附圖被并入本說明書并作為本說明書的一部分，這些附圖闡述本發(fā)明的各實(shí)施例，并和本說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。除非明確指出，否則不應(yīng)將本說明書中提及的附圖理解成按比例繪制。
圖1闡述了根據(jù)本發(fā)明的光感測系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
圖2闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中排列在表面上的樣品。
圖3闡述了根據(jù)本發(fā)明的光感測系統(tǒng)的第二實(shí)施例。
圖4闡述了根據(jù)本發(fā)明的光感測系統(tǒng)的第三實(shí)施例。
圖5闡述了根據(jù)本發(fā)明的光感測系統(tǒng)的第四實(shí)施例。
圖6闡述了根據(jù)本發(fā)明的光感測系統(tǒng)的第五實(shí)施例。
圖7闡述了根據(jù)本發(fā)明的光感測系統(tǒng)的第六實(shí)施例。
圖8闡述了根據(jù)本發(fā)明的光感測系統(tǒng)的第七實(shí)施例。
圖9為根據(jù)本發(fā)明的感測反射光的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)地參考根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，在附圖中闡述了其示例。盡管將結(jié)合這些實(shí)施例描述本發(fā)明，但將會了解到，這些實(shí)施例并非旨在將本發(fā)明局限于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明旨在覆蓋包括在由所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種備選、修改、和等效表述。此外，在本發(fā)明的下述詳細(xì)描述中，羅列了許多具體細(xì)節(jié)，其目的是提供對本發(fā)明的徹底的了解。在其它例子中，并未詳細(xì)地描述公知的方法、程序、元件、和電路，從而避免不必要地使本發(fā)明的各方面變得模糊。
圖1闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的光感測系統(tǒng)10。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10被用于表面等離子體共振(SPR)波譜。在本實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括光源11、光學(xué)透明元件13和14、金屬薄膜15、探測器陣列18、示例探測器19、以及金屬薄膜15和探測器陣列18之間的光導(dǎo)(用光導(dǎo)20示意性表示)。
光學(xué)透明元件(例如棱鏡)13由透明材料制成。在圖1的示例以及這里的其它示例中，光學(xué)透明元件13被示成(截面為)粗糙的三角形；然而，本發(fā)明不限于此。通常，光學(xué)透明元件13具有高于空氣的折射率，該元件因此起著這樣的作用，即，增大入射光12的動量從而將該光線的動量和在金屬薄膜15內(nèi)形成的等離子體波的動量相匹配。
在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)透明元件14為支撐金屬薄膜15的透明板或載片。金屬薄膜15可實(shí)施成被涂敷到光學(xué)透明元件14上的涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬薄膜15為金薄膜，還可以使用銀。
樣品區(qū)域被耦合到位于遠(yuǎn)離光源11的薄膜一側(cè)上的金屬薄膜15的表面上，用樣品區(qū)域16示意性表示這些樣品區(qū)域。在本實(shí)施例中，樣品區(qū)域16和其它樣品區(qū)域識別可放置配位體的位置。在不同的樣品區(qū)域可以使用不同的配位體?？蓪⒁环N或多種分析物呈現(xiàn)給緩沖通道17內(nèi)的配位體。在一個(gè)實(shí)施例中，分析物置于液體內(nèi)，并在樣品區(qū)域上流過緩沖通道17。
光源11可以是具有適當(dāng)?shù)臑V波片和準(zhǔn)直器的普通光源。備選地，光源11可以是激光器或者超輻射發(fā)光二極管(SLD)?？梢允褂闷渌愋偷墓庠?。
同樣地，可以使用多個(gè)光源，每個(gè)光源將光束置于和各個(gè)樣品區(qū)域相對應(yīng)的金屬薄膜15表面的各個(gè)區(qū)域上(例如，每個(gè)樣品區(qū)域具有一個(gè)光源)。備選地，可將衍射板置于光源11和樣品區(qū)域之間，使得來自光源的光線被分裂成多束光線，各個(gè)光束照射和各個(gè)樣品區(qū)域相對應(yīng)的金屬薄膜15表面上的一個(gè)區(qū)域。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以改變光源11發(fā)出的光線的波長。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以移動光源11，使得可以改變?nèi)肷浣铅?入射光12與垂直于金屬薄膜15平面的矢量之間形成的角度)。
光源11將光線12透射到光學(xué)透明元件13及14，并穿過該光學(xué)透明元件到達(dá)金屬薄膜15。在圖1的實(shí)施例中，由多個(gè)光導(dǎo)(用光導(dǎo)20示意性表示)將從金屬薄膜15反射的光運(yùn)載到探測器陣列18，其中該探測器陣列包括多個(gè)用探測器19示意性表示的探測器。
在一個(gè)實(shí)施例中，探測器陣列18為線性陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，使用V形槽組件將光導(dǎo)和探測器對齊，其中該V形槽組件的間距對應(yīng)于探測器的間距。在一個(gè)實(shí)施例中，探測器(例如探測器19)為光電二極管。在一個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)(例如光導(dǎo)20)為光纖。采用諸如系統(tǒng)10的系統(tǒng)，而不采用使用例如照相機(jī)的系統(tǒng)可以顯著降低成本，因?yàn)樘綔y器陣列的成本可能比適當(dāng)?shù)恼障鄼C(jī)的成本低好幾個(gè)數(shù)量級。如在下文中進(jìn)一步討論的，根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例還提供了其它優(yōu)點(diǎn)。
光導(dǎo)的數(shù)目通常對應(yīng)于樣品區(qū)域的數(shù)目，探測器的數(shù)目通常對應(yīng)于光導(dǎo)的數(shù)目；然而，本發(fā)明不限于此。在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)光導(dǎo)和單個(gè)樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián)，探測器陣列18中的各個(gè)探測器和單個(gè)光導(dǎo)相關(guān)聯(lián)(因此和單個(gè)樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián))。在該實(shí)施例中，從和樣品區(qū)域16相對應(yīng)的金屬薄膜15的區(qū)域反射的光線將被光導(dǎo)20所捕獲，并由光導(dǎo)20將其運(yùn)載到例如探測器19。從金屬薄膜15上其它區(qū)域(對應(yīng)于其它樣品區(qū)域)反射的光將類似地被相應(yīng)的光導(dǎo)所捕獲并運(yùn)載至相應(yīng)探測器。
可將光導(dǎo)布置成充分靠近金屬薄膜15，使得從金屬薄膜15上一區(qū)域反射的光線可被耦合到相應(yīng)光導(dǎo)內(nèi)，而不顯著地與從其它區(qū)域反射的光發(fā)生串?dāng)_。例如，可將光導(dǎo)壓在或幾乎壓在光學(xué)透明元件13上。
在一個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)(例如光導(dǎo)20)的截面積不大于樣品區(qū)域(例如樣品區(qū)域16)的尺寸。更為精確地，光導(dǎo)的截面積小于金屬薄膜15上區(qū)域(從該區(qū)域反射和具體樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián)的光線)的尺寸。通常，確定光導(dǎo)的尺寸和位置，使其不捕獲從金屬薄膜15上定義區(qū)域之外的區(qū)域所反射的光線。例如，確定光導(dǎo)20的尺寸和位置，使其不捕獲從金屬薄膜15上和樣品區(qū)域16相關(guān)聯(lián)的區(qū)域之外的金屬薄膜15上的反射光。
現(xiàn)在參考SPR波譜描述系統(tǒng)10。配位體被耦合到金屬薄膜15(例如，在樣品區(qū)域16)。分析物溶液流過緩沖通道17內(nèi)的樣品區(qū)域16。光源11發(fā)出的光線在穿過光學(xué)透明元件13和14之后入射到金屬薄膜15上。從金屬薄膜15上的區(qū)域(和樣品區(qū)域16相對應(yīng)的)反射的光線被耦合到光導(dǎo)20內(nèi)。在探測器19接收由光導(dǎo)20承載的光線。隨時(shí)間的推移而繼續(xù)該過程，直到測試結(jié)束。
從金屬薄膜15反射的光的數(shù)量為樣品區(qū)域16處的物質(zhì)的折射率以及入射光12的波長或入射角的函數(shù)。樣品區(qū)域16處的物質(zhì)的折射率反過來又是配位體和分析物交互作用的程度(例如分析物和配位體結(jié)合的程度)的函數(shù)?？梢愿淖?nèi)肷涔?2的入射角θ或波長，從而產(chǎn)生使自由電子在金屬薄膜15的反射表面上共振的條件。在SPR條件下，由金屬薄膜15反射的光的強(qiáng)度或數(shù)量減少。在探測器19接收到的反射光的數(shù)量以及入射光12的入射角或波長，可以用于確定在樣品區(qū)域16處配位體和分析物之間的交互作用的數(shù)量。對于其它樣品區(qū)域、光導(dǎo)、和探測器而言，系統(tǒng)10以相似的方式起作用。
圖2闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中排列在芯片或襯底25上的包括樣品區(qū)域16的多個(gè)樣品區(qū)域?？梢允褂貌煌瑪?shù)目的樣品區(qū)域，且可能排列方式不同于圖2所示方式。在一個(gè)實(shí)施例中，仍參考圖1，芯片25安裝在背離光源11的金屬薄膜15的表面上。在一個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)和探測器與芯片25內(nèi)的各個(gè)樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián)。因此，例如，可將4×4樣片陣列耦合到16單元的探測器陣列(例如16個(gè)探測器的線性陣列)。如果樣品的數(shù)目大于單個(gè)陣列中探測器的數(shù)目，則可以使用附加的探測器陣列。
圖3闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的光感測系統(tǒng)30。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)30被用于SPR波譜。
在本實(shí)施例中，系統(tǒng)30包括先前已經(jīng)描述的光源11、光學(xué)透明元件(例如載片或板)14、金屬薄膜15、探測器陣列18、示例探測器19、以及金屬薄膜15和探測器陣列18之間的光導(dǎo)(用光導(dǎo)20示意性表示)。系統(tǒng)30還包括將光線從光源11運(yùn)載到樣品區(qū)域的光導(dǎo)(用光導(dǎo)32示意性示出)組31。在一個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)為光纖。組31中的光導(dǎo)可壓在或幾乎壓在和樣品區(qū)域相對應(yīng)的金屬薄膜15的區(qū)域上。在SPR應(yīng)用中，可將準(zhǔn)直器置于光導(dǎo)和金屬薄膜15之間。
接收反射光的光導(dǎo)(例如光導(dǎo)20)也可以被壓在或幾乎壓在和樣品區(qū)域相對應(yīng)的金屬薄膜15的區(qū)域上。在一個(gè)實(shí)施例中，區(qū)塊33(例如塑料塊)可用于使將光傳送到金屬薄膜15的光導(dǎo)以及接收來自金屬薄膜15的反射光的光導(dǎo)保持在與樣品區(qū)域相對應(yīng)的金屬薄膜15上的區(qū)域相對位置上。光導(dǎo)組31可在區(qū)塊33內(nèi)移動，以便可以改變?nèi)肷涔獾娜肷浣恰?br> 光導(dǎo)組31內(nèi)的光導(dǎo)的數(shù)目通常對應(yīng)于樣品區(qū)域的數(shù)目；然而，本發(fā)明不限于此。在一個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)組31中各個(gè)光導(dǎo)和單個(gè)樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián)。例如，光導(dǎo)32和樣品區(qū)域16相關(guān)聯(lián)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可在光導(dǎo)組31和金屬薄膜5之間放置光學(xué)透明元件13(圖1)以替代區(qū)塊33，還可以在金屬薄膜15和接收反射光的光導(dǎo)(用光導(dǎo)20示意性表示)之間放置該光學(xué)透明元件。在這種實(shí)施例中，入射光導(dǎo)(例如光導(dǎo)32)和接收反射光的光導(dǎo)(例如光導(dǎo)20)可被壓在或者幾乎壓在光學(xué)透明元件13上。
圖4闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例內(nèi)的光感測系統(tǒng)40。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)40用于SPR波譜。
在本實(shí)施例中，系統(tǒng)40包括先前描述的光源11、光學(xué)透明元件(例如載片或板)14、金屬薄膜15、探測器陣列18、示例探測器19、以及位于金屬薄膜15和探測器陣列18之間的光導(dǎo)(用光導(dǎo)20示意性表示)。系統(tǒng)40還包括由透明材料制成的光學(xué)透明元件(用棱鏡43示意性表示)組41。通常，組41內(nèi)的元件的數(shù)目對應(yīng)于樣品區(qū)域的數(shù)目；然而，本發(fā)明不限于此。在一個(gè)實(shí)施例中，組41內(nèi)的各個(gè)光學(xué)透明元件和單個(gè)樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián)。例如，棱鏡43可以只和樣品區(qū)域16相關(guān)聯(lián)。
組41內(nèi)的光學(xué)透明元件(例如棱鏡43)小于圖1的光學(xué)透明元件13，因此光導(dǎo)(用光導(dǎo)20示意性表示)可以布置成更靠近金屬薄膜15。例如，光導(dǎo)20可壓在或幾乎壓在棱鏡43上。
在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)光導(dǎo)和光學(xué)透明元件組41內(nèi)的單個(gè)光學(xué)透明元件相關(guān)聯(lián)。例如，光導(dǎo)20可以只與棱鏡43相關(guān)聯(lián)。
圖5闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的光感測系統(tǒng)50。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)50被用于SPR波譜。
在本實(shí)施例中，系統(tǒng)50包括前述的光源11、光學(xué)透明元件(例如載片或板)14、金屬薄膜15、探測器陣列18，示例探測器19、以及位于金屬薄膜15和探測器陣列18之間的光導(dǎo)(用光導(dǎo)20示意性表示)。
系統(tǒng)50還包括由透明材料制成的光學(xué)透明元件組51(用棱鏡53、55示意性表示)。通常，這些元件的數(shù)目對應(yīng)于樣品區(qū)域的數(shù)目；然而，本發(fā)明不限于此。在一個(gè)實(shí)施例中，組51內(nèi)的各個(gè)光學(xué)透明元件和單個(gè)樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián)。例如，棱鏡53可以只與樣品區(qū)域54相關(guān)聯(lián)，棱鏡55可以僅與樣品區(qū)域16相關(guān)聯(lián)。
系統(tǒng)50還包括將來自光源11的光承載到光學(xué)透明元件(例如棱鏡53)的光導(dǎo)(例如光導(dǎo)52)組56。在一個(gè)實(shí)施例中，這些光導(dǎo)為光纖。組56內(nèi)的光導(dǎo)可被壓在或幾乎壓在組51內(nèi)的光學(xué)透明元件上。例如，光導(dǎo)52可被壓在或幾乎壓在棱鏡53上。在一個(gè)實(shí)施例中，組56內(nèi)的各個(gè)光導(dǎo)和組51內(nèi)的單個(gè)光學(xué)透明元件相關(guān)聯(lián)。也就是說，例如，光導(dǎo)52可以僅與棱鏡53相關(guān)聯(lián)。在SPR應(yīng)用中，可將準(zhǔn)直器置于光導(dǎo)和光學(xué)透明元件組51之間。
承載從金屬薄膜15反射的光的光導(dǎo)(例如光導(dǎo)20)還可布置成更加靠近金屬薄膜15。例如，光導(dǎo)20可壓在或幾乎壓在棱鏡55上。
圖6闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光感測系統(tǒng)60。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)60用于SPR波譜。
在本實(shí)施例中，系統(tǒng)60包括前面所述的光源11、光學(xué)透明元件(例如棱鏡)13、光學(xué)透明元件(例如棱鏡)14、金屬薄膜15、探測器陣列18、以及探測器19。
系統(tǒng)60還包括耦合到探測器陣列18的許多光導(dǎo)(例如光導(dǎo)62)。光導(dǎo)的數(shù)目通常對應(yīng)于樣品區(qū)域的數(shù)目，探測器的數(shù)目通常對應(yīng)于光導(dǎo)的數(shù)目；然而，本發(fā)明不限于此。在一個(gè)實(shí)施例中，如前所述，各個(gè)光導(dǎo)和單個(gè)樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián)，探測器陣列18中的各個(gè)探測器和單個(gè)光導(dǎo)(因此和單個(gè)樣品區(qū)域)相關(guān)聯(lián)。
和圖1的實(shí)施例相反，例如這些光導(dǎo)(例如光導(dǎo)62)并不向上沿展或幾乎不向上沿展而貼在光學(xué)透明元件13上。相反，在一個(gè)實(shí)施例中，在光導(dǎo)(例如光導(dǎo)62)和金屬薄膜15之間插入成像透鏡61，使得光導(dǎo)的端部落在成像透鏡61的像平面內(nèi)(示成平面65)。在另一個(gè)實(shí)施例中，衍射光學(xué)元件可用于替換成像透鏡61。
在圖6的實(shí)施例中，從金屬薄膜15反射的光穿過成像透鏡61。成像透鏡61基本上將傳感器平面內(nèi)的位置映射到成像平面65內(nèi)的位置。例如，從金屬薄膜15的與樣品區(qū)域16相對應(yīng)的區(qū)域反射的光被反射到透鏡61，該透鏡將光線映射到像平面65內(nèi)的位置66。光導(dǎo)62置于位于點(diǎn)66的像平面65以接收從金屬薄膜15的與樣品區(qū)域16相對應(yīng)的區(qū)域反射的光。由光導(dǎo)62所承載的光被探測器19所接收。
圖7闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的光感測系統(tǒng)70。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)70被用于SPR波譜。
在本實(shí)施例中，系統(tǒng)70包括前面所述的光源11、光學(xué)透明元件(例如棱鏡)13、光學(xué)透明元件(例如載片或板)14、金屬薄膜15、探測器陣列18、以及探測器19。
系統(tǒng)70還包括耦合到探測器陣列18的光導(dǎo)(例如光導(dǎo)72)組76。光導(dǎo)的數(shù)目通常對應(yīng)于樣品區(qū)域的數(shù)目，探測器的數(shù)目通常對應(yīng)于光導(dǎo)的數(shù)目；然而，本發(fā)明不限于此。在一個(gè)實(shí)施例中，如前所述，各個(gè)光導(dǎo)和單個(gè)樣品區(qū)域相關(guān)聯(lián)，探測器陣列18中的各個(gè)探測器和單個(gè)光導(dǎo)(因此和單個(gè)樣品區(qū)域)相關(guān)聯(lián)。
和圖6的實(shí)施例相似，例如這些光導(dǎo)(例如光導(dǎo)72)組76并不向上沿展或幾乎不向上沿展而貼在光學(xué)透明元件13上。和圖6的實(shí)施例相反的是，透鏡71被耦合到各個(gè)光導(dǎo)的端部。例如，透鏡71被耦合到光導(dǎo)72的端部。
在一個(gè)實(shí)施例中，成像透鏡61布置成使得從金屬薄膜15反射的光在到達(dá)光導(dǎo)組76之前穿過透鏡61。在該實(shí)施例中，光導(dǎo)組76位于透鏡61的像平面內(nèi)。
在圖7的實(shí)施例中，從金屬薄膜15反射的光穿過成像透鏡71。成像透鏡71基本上將傳感器平面內(nèi)的位置映射到透鏡71的像平面內(nèi)的位置。例如，從金屬薄膜15的與樣品區(qū)域16相對應(yīng)的區(qū)域反射的光被反射到透鏡71，該透鏡將光線映射到和透鏡71的位置相對應(yīng)的像平面65內(nèi)的位置，該透鏡71將反射光耦合到光導(dǎo)72。由光導(dǎo)72所承載的光被探測器19所接收。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用衍射光學(xué)元件替代諸如透鏡71的透鏡。可在塑料片上形成微透鏡陣列，并將該陣列布置成向上貼近或幾乎貼近光導(dǎo)組76，使得各個(gè)光導(dǎo)和相應(yīng)微透鏡對齊。
圖8闡述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的光感測系統(tǒng)80。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)80被用于SPR波譜。
在本實(shí)施例中，系統(tǒng)80包括前述的光源11、金屬薄膜15、探測器陣列18、以及探測器19。系統(tǒng)80還包括光柵84，該光柵將光線的動量和金屬薄膜15內(nèi)形成的等離子體波的動量相匹配。在一個(gè)實(shí)施例中，光柵84提供了對金屬薄膜15的支撐。在該實(shí)施例中，金屬薄膜15跟隨光柵84的輪廓。光穿過薄膜15到達(dá)光柵84。
系統(tǒng)80的特征可以和前述其它特征相組合。也就是說，圖1和圖3-7描述了將來自光源的光線傳送到表面的各種特征以及捕捉從表面反射的光線的各種特征。這些光傳送和光捕捉特征也可以用于結(jié)合圖8所描述的實(shí)施例。特別地，使用諸如例如光柵84的光柵允許將用于把光發(fā)送到表面或者用于捕捉表面反射光線的光導(dǎo)布置成貼近或幾乎貼近對應(yīng)于樣品區(qū)域(例如樣品區(qū)域16)的表面區(qū)域。
此外，例如結(jié)合圖1和3所描述的特征可以相組合，或者結(jié)合圖6或7所描述的特征可以和結(jié)合圖3、4、或5所描述的特征相組合。通常，可以單獨(dú)使用上面所描述的各個(gè)不同實(shí)施例的特征，或者將這些特征適當(dāng)?shù)嘏c一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例的特征相組合。
除了前述成本降低之外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了許多其它優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，可以以更快的速率采集樣品；也就是說，采樣速率不受幀頻限制?？色@得高達(dá)每秒5兆采樣的采樣速率。因此，可以產(chǎn)生時(shí)間上更為連續(xù)的測試結(jié)果曲線。
此外，采集了每個(gè)樣品區(qū)域的單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(例如探測器輸出)，無需傳輸大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這也排除了對各個(gè)測試樣品的像素值進(jìn)行提取和求平均，可簡化處理。
此外，如果從輸出位數(shù)的角度來衡量，則探測器(例如光電二極管)比照相機(jī)更為精確。同樣，照相機(jī)具有有限的滿阱容量且如果太多的光線射到樣品區(qū)域上則可能飽和。探測器不存在這些限制，特別是對于用于諸如SPR用途的光的電平。
另外，探測器(例如光電二極管)的量子效率約為75％，大于照相機(jī)的量子效率。因此，對于特定數(shù)量的光線，探測器將輸出優(yōu)于照相機(jī)的信號。
圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，感測從表面反射的光線的方法的流程圖90。在步驟91，使用光源照射表面(例如圖1的金屬薄膜15)上的多個(gè)區(qū)域。表面上的這些區(qū)域?qū)?yīng)于樣品區(qū)域(例如樣品區(qū)域16)的排列。在一個(gè)實(shí)施例中，樣品區(qū)域位于并不面向光源的表面一側(cè)上(例如如圖1和3-7所示)；在另一個(gè)實(shí)施例中，樣品區(qū)域位于面向光源的表面一側(cè)上(例如如圖8所示)。
在一個(gè)實(shí)施例中，光線穿過可增大光線動量的元件(例如圖1的光學(xué)透明元件13)而透射到表面區(qū)域上。在另一個(gè)實(shí)施例中，存在多個(gè)這種元件(例如圖4的棱鏡43)，其中各個(gè)元件和表面上的單個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)。在又一個(gè)實(shí)施例中，存在一種光柵(例如圖8的光柵84)，該光柵將該光線的動量和等離子體波的動量相匹配。
在又一個(gè)實(shí)施例中，光線經(jīng)過多個(gè)光導(dǎo)(例如圖3的光導(dǎo)32)而透射到表面上。
在圖9的步驟92中，從表面區(qū)域反射的光被接收到多個(gè)光導(dǎo)(例如圖1的光導(dǎo)20)內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，反射光在到達(dá)光導(dǎo)之前穿過透鏡(例如圖6的透鏡61)。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡被耦合到各個(gè)光導(dǎo)(例如透鏡71被耦合到圖7的光導(dǎo)72)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可使用衍射光學(xué)元件或衍射光學(xué)元件陣列，而不使用一個(gè)或多個(gè)透鏡。
在圖9的步驟93中，由光導(dǎo)承載的光在多個(gè)探測器(例如圖1的探測器陣列18)被接收。在SPR實(shí)施例中，在探測器接收到的反射光的數(shù)量被用于確定反射表面下存在于配位體和分析物之間的相互作用的量。
因此在各種實(shí)施例中描述了本發(fā)明。盡管已經(jīng)在具體實(shí)施例中描述了本發(fā)明，但應(yīng)該了解到，本發(fā)明不應(yīng)被解釋成受這些實(shí)施例限制，而應(yīng)根據(jù)下述權(quán)利要求解釋本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種表面等離子體共振波譜系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括照射排列在表面上的目標(biāo)區(qū)域的光源；接收從相應(yīng)目標(biāo)區(qū)域反射的光的第一組多個(gè)光導(dǎo)，其中從目標(biāo)區(qū)域反射的光的數(shù)量至少部分地對應(yīng)于和所述目標(biāo)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)的組成；以及接收由所述光導(dǎo)所承載的反射光的多個(gè)探測器。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中各個(gè)所述光導(dǎo)和單個(gè)目標(biāo)區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中各個(gè)所述探測器和所述光導(dǎo)中的單獨(dú)一個(gè)光導(dǎo)相關(guān)聯(lián)。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一透鏡，其中該透鏡布置成使得從所述表面反射的光穿過所述透鏡到達(dá)所述光導(dǎo)。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個(gè)透鏡，其中每個(gè)所述透鏡耦合到各個(gè)光導(dǎo)的端部，其中從所述表面反射的光穿過該多個(gè)透鏡到達(dá)所述光導(dǎo)。
6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括衍射光學(xué)元件，其中該衍射光學(xué)元件布置成使得從所述表面反射的光穿過所述衍射光學(xué)元件達(dá)到所述光導(dǎo)。
7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述表面上的所述目標(biāo)區(qū)域大于所述光導(dǎo)的截面。
8.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二組多個(gè)光導(dǎo)，其中該第二組多個(gè)光導(dǎo)將來自所述光源的光運(yùn)載到所述表面上的所述目標(biāo)區(qū)域。
9.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括增大所述光的動量的元件。
10.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個(gè)元件，其中該多個(gè)元件置于所述光源和所述表面上的所述目標(biāo)區(qū)域之間，使得光穿過所述元件到達(dá)所述目標(biāo)區(qū)域，所述元件增大光的動量，其中各個(gè)所述元件和所述表面上的單個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
11.一種感測從表面反射的光線的方法，所述方法包括照射排列在所述表面上的多個(gè)目標(biāo)區(qū)域，所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)于樣品陣列；將從所述目標(biāo)區(qū)域反射的光接收到第一組多個(gè)光導(dǎo)內(nèi)，其中所述反射光的強(qiáng)度受所述樣品的折射率影響；以及在多個(gè)探測器接收由所述光導(dǎo)承載的光。
12.權(quán)利要求11的方法，其中各個(gè)所述光導(dǎo)和單個(gè)目標(biāo)區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
13.權(quán)利要求11的方法，其中各個(gè)所述探測器和所述光導(dǎo)的單獨(dú)一個(gè)光導(dǎo)相關(guān)聯(lián)。
14.權(quán)利要求11的方法，其中所述照射包括將光線透射穿過可增大所述光的動量的多個(gè)元件而到達(dá)所述表面上的區(qū)域，其中各個(gè)所述元件和所述表面上的單個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
15.權(quán)利要求11的方法，其中所述照射包括將光線通過第二組多個(gè)光導(dǎo)而透射到所述區(qū)域。
16.權(quán)利要求11的方法，其中從所述表面上的區(qū)域反射的光線在達(dá)到光導(dǎo)之前穿過一透鏡。
17.權(quán)利要求11的方法，其中從所述表面上的區(qū)域反射的光線在達(dá)到光導(dǎo)之前穿過一衍射光學(xué)元件。
18.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括改變照射所述區(qū)域的光的波長。
19.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括改變照射所述區(qū)域的光的入射角。
20.一種表面等離子體共振(SPR)波譜設(shè)備，所述設(shè)備包括光源；耦合到樣品排列的表面；第一組多個(gè)光纖，其中來自所述光源的光從所述表面上的區(qū)域被反射到所述第一組多個(gè)光纖，所述表面上的區(qū)域和所述樣品的位置相對應(yīng)，其中從目標(biāo)區(qū)域反射的光的數(shù)量在SPR條件下被減??；以及探測器陣列，接收由所述第一組多個(gè)光纖承載的光。
21.權(quán)利要求20的設(shè)備，其中所述第一組多個(gè)光纖的一個(gè)光纖接收和所述樣品排列的單個(gè)樣品相對應(yīng)的反射光，且其中所述探測器陣列的一個(gè)探測器接收來自所述第一組多個(gè)光纖的單個(gè)光纖的光。
22.權(quán)利要求20的設(shè)備，進(jìn)一步包括將光從所述光源運(yùn)載到所述表面的第二組多個(gè)光纖。
23.權(quán)利要求20的設(shè)備，進(jìn)一步包括增大來自所述光源的光的動量的元件。
24.權(quán)利要求20的設(shè)備，進(jìn)一步包括多個(gè)光學(xué)透明元件，該多個(gè)光學(xué)透明元件置于所述光源和所述表面之間，所述多個(gè)光學(xué)透明元件增大來自所述光源的光的動量，其中所述多個(gè)光學(xué)透明元件之一和單個(gè)樣品相關(guān)聯(lián)。
25.權(quán)利要求20的設(shè)備，進(jìn)一步包括置于所述表面和所述光纖之間的透鏡。
26.權(quán)利要求20的設(shè)備，進(jìn)一步包括置于所述表面和所述光纖之間的多個(gè)透鏡，其中每個(gè)透鏡和單個(gè)光纖相關(guān)聯(lián)。
27.權(quán)利要求20的設(shè)備，進(jìn)一步包括置于所述表面和所述光纖之間的衍射光學(xué)元件。
28.權(quán)利要求20的設(shè)備，進(jìn)一步包括置于所述表面和所述光纖之間的衍射光學(xué)元件陣列，其中每個(gè)衍射光學(xué)元件和單個(gè)光纖相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
描述了光感測系統(tǒng)及其方法。光源照射排列在表面上的目標(biāo)區(qū)域。光導(dǎo)接收從該目標(biāo)區(qū)域反射的光。從目標(biāo)區(qū)域反射的光的數(shù)量至少部分對應(yīng)于和該目標(biāo)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)的組成。探測器接收由光導(dǎo)承載的反射光。
文檔編號G01N21/17GK1869659SQ200610074329
公開日2006年11月29日 申請日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者G·D·范維格倫, R·P·赫爾賓, D·B·羅伊特曼 申請人:阿瓦戈科技Ecbu Ip(新加坡)股份有限公司