DE19814811C1 - Anordnung für die Oberflächenplasmonen-Resonanz-Spektroskopie - Google Patents
Anordnung für die Oberflächenplasmonen-Resonanz-SpektroskopieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Oberflächenplasmonen-
Resonanz-Spektroskopie, die insbesondere zu direkten Untersuchungen
der Wechselwirkung zwischen Biomolekülen einsetzbar ist und eine
Multikomponentenanalyse ermöglicht.
Es ist eine sehr empfindliche Methode zur Charakterisierung von
Grenzflächen bekannt, die als Oberflächenplasmonen-Resonanz-
Spektroskopie, üblicherweise als SPR, (Surface Plasmon Resonance) in
der Literatur bezeichnet wird. Sie beruht auf der optischen Anregung von
Oberflächenplasmonen in dünnen Metallschichten. Die
Resonanzbedingungen für die Anregung der Oberflächenplasmonen
hängen stark von den optischen Eigenschaften des die Metallschicht
umgebenden Dielektrikums ab. Somit ist die Bestimmung von Brechzahl
und Schichtdicke dünner dielektrischer Schichten grundsätzlich mit einer
hohen Genauigkeit möglich.
Die SPR-Spektroskopie findet zunehmend in der biochemischen Analytik
Anwendung, da mit ihr die direkte Untersuchung der Wechselwirkung
zwischen Biomolekülen möglich ist (z. B. Antikörper/Antigen-
Reaktionen). Dazu wird ein Reaktionspartner (Ligarat) auf der
Metalloberfläche immobilisiert, der andere Reaktionspartner (Analyt) wird
in Lösung über die Oberfläche geleitet.
Die Wechselwirkung ist als Schichtdickenzuwachs direkt nachweisbar, es
ist keine Markierung der Reaktionspartner wie z. B. beim
Radioimmunoassay (RIA) oder dem Enzymimmunoassay (ELISA)
notwendig.
Diese und weitere Methoden nach dem Stand der Technik sind
ausführlich von Striebel, Ch.; Brecht, A.; Gauglitz; G. in Biosensors &
Bioelectronics 9 (1994), 139-146 beschrieben. Vorliegender Erfindung
am nächsten kommt dabei die dort beschriebene SPR-Methode, bei der
von einer Lichtleitfaser ausgehendes Licht über einen Kollimator und
einen optischen Polarisator auf ein optisches Prisma gelenkt wird, dessen
Basisfläche mit einer die SPR ermöglichenden dünnen Silberschicht
versehen ist, welche mit einem Chip abgedeckt ist, der mit einem sich
senkrecht zur Beleuchtungsrichtung erstreckenden Probendurchflußkanal
versehen ist. Das an der Silberschicht entsprechend der jeweiligen
Oberflächenbelegungen beeinflußte und reflektierte Licht wird dann über
eine Lichtleitfaser einem Diodenarrayspektrometer zugeführt. Eine
simultane Multikomponentenanalyse ist mit der dort beschriebenen
Anordnung nicht möglich, weil nur ein optischer und nur ein fluidischer
Kanal vorsehbar ist.
In WO 97/40366 ist eine Anordnung beschrieben, bei der ein Nachweis
von mehreren Proben, die auf einer Substratplatte angeordnet sind,
dadurch realisiert wird, daß die von den Proben reflektierten Strahlen
gleichzeitig auf einen matrixförmigen Empfänger (CCD-Matrix oder
Videokamera) abgebildet werden. Für die Bestimmung der
Resonanzwellenlänge werden alle Proben nacheinander mit Licht
unterschiedlicher Wellenlänge beleuchtet. Zur Wellenlängenselektion ist
eine durchstimmbare Lichtquelle oder ein scannender Monochromator im
Sendestrahlengang vorgesehen. Mit der spektralen Messung werden zwar
die Nachteile der weiter unten beschriebenen Intensitätsmessung
umgangen, jedoch ist dieses Konzept aufgrund der notwendigen
Komponenten nur sehr kostenaufwendig und auch nur in einem relativ
großen stationären Gerät zu realisieren.
Weiterhin sind nach dem Stand der Technik Anordnungen bekannt, die
sich der SPR-Methode bedienen, jedoch nur eine reine Winkeldetektion
des total reflektierten Lichtes vorsehen.
So ist aus der Produktbeschreibung der Fa. Biacore AB, Rapsgatan 7,
S-75450 Uppsala, Schweden 1996, eine Vorrichtung bekannt, deren
Aufbau grundsätzlich der oben beschriebenen Anordnung entspricht,
wobei mit konvergenten Lichtstrahlen beleuchtet wird und dem zweiten
Linsensystem unmittelbar und in baulicher Einheit ein Diodenarray als
detektierendes Element zugeordnet ist. Ein solcher Aufbau bedingt einen
relativ großen, mechanisch sehr massiv ausgebildeten Meßkopf, der
ausschließlich in einem stationären Gerät zur Anwendung gelangen kann.
Weiterhin beschreiben Berger, Ch. E. H. et al in "Surface Plasmon
Resonance Multisensing", Anal. Chem. 1998, 70, S. 703-706 eine
Anordnung, die zwar eine mehrkanalige Messung ermöglicht, jedoch
liegt diesem Meßprinzip eine Intensitätsmessung zugrunde, die mit den
bekannten Nachteilen der hohen Anforderungen an die Stabilität der
Lichtquelle und der Empfängerelemente verbunden ist, die nur mit einem
erheblichen Steuer- und Regelaufwand erzielbar sind. Weiterhin begrenzt
die dort beschriebene Anordnung den grundsätzlich zur Verfügung
stehenden Winkelbereich, in dem Plasmonen-Resonanzschwingungen
detektierbar sind, da nur ein kleiner Winkelbereich durch die dort
beschriebene Meßmethode tatsächlich genutzt werden kann. Darüber
hinaus weist die dort beschriebene Anordnung, die sich einer
Videokamera und -aufzeichnung bedient, einen relativ hohen
gerätetechnischen Aufwand auf und eine simultane mehrkanalige
Messung ist nicht gegeben, da die Meßergebnisse nur im Nachgang
zeitlich aufeinanderfolgend auswertbar sind.
Eine weitere zu dieser Gruppe von Anordnungen gehörige Anordnung
wird von Brink, G. et al in "Near infrared surface plasmon resonance in
silicon-based sensor", Sensors and Actuators B 24-25, 1995, S. 756-761
beschrieben. Dort wird für den Probenchip ein Siliziumwafer eingesetzt,
das mit einer Stufe versehen ist, die unterschiedlich beschichtet ist,
wodurch, wenn der Beleuchtungsspot beide Flächen der Stufe erfaßt,
zwei Resonanzwinkelbereiche und damit zwei Kanäle detektierbar sind.
Selbst wenn dort mehrere Stufen eingesetzt werden würden, wäre die
Anzahl der nutzbaren Kanäle grundsätzlich beschränkt durch den
Winkelbereich, in dem die SPR-Methode funktioniert. Noch gravierender
wäre jedoch der Nachteil, daß durch die unterschiedliche spektrale Lage
der Stufen die Empfindlichkeit der Stufen untereinander nicht identisch
ist.
Aufgrund der genannten Probleme ist der kommerziell verfügbaren SPR-
Meßtechnik bislang eine breite Anwendung versagt geblieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierte
Anordnung für die Oberflächenplasmonen-Resonanz-Spektroskopie zu
schaffen, die als kostengünstige und transportable Einheit ausgebildet ist
und mit welcher zugleich eine Multikomponentenanalyse, insbesondere
bei der Wechselwirkung zwischen Biomolekülen, durchgeführt werden
kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten
Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die
nachgeordneten Ansprüche erfaßt.
Im Rahmen der Erfindung wird vermittels eines Kollimators mit einer
relativ großen Austrittsöffnung von einer breitbandigen Lichtquelle
erzeugtes und über eine Lichtleitfaser dem Kollimator zugeführtes Licht
auf ein optisches Prisma geleitet, an dessen Basisfläche eine
Probenaufnahmeküvette angeordnet ist, deren Boden mit einer die SPR-
Methode ermöglichenden dünnen Metallschicht versehen ist. Es liegt im
Rahmen der Erfindung auch die Prismenbasisfläche mit genannter
Metallschicht zu versehen, oder vermittels Immersion ein
metallbeschichtetes Substrat auf die Prismenbasisfläche aufzulegen. Das
Wesen der Erfindung besteht darin, daß zwischen dem Kollimator und
der ersten Prismeneintrittsfläche eine mehrfach in unterschiedlichen
Positionen schaltbare Blende vorgesehen ist, bei der mit jedem
Schaltzustand definierte Bereiche des Bodens der Probenküvette
beleuchtet werden und das jeweils beeinflußte reflektierte Licht über
einen zweiten Kollimator mit angeschlossener Lichtleitfaser einem
Polychromator zugeführt wird, dessen spektrale Signale von einem CCD-
oder Diodenarray erfaßt und an eine Auswerte- und Steuereinheit
weitergeleitet werden, innerhalb derer eine Zuordnung zu den jeweiligen
Schaltstellungen der Blende als auch zu einem Signal, das von einem auf
der Probenküvette vorgesehenen Referenzkanal gewonnen wird, erfolgt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand schematischer Ausführungs
beispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen Aufbau eines SPR-Meßplatzes nach dem Stand der
Technik,
Fig. 2 eine detailliertere Darstellung einer SPR-Anordnung nach
vorliegender Erfindung in teilweise perspektivischer Ansicht
mit ihren wesentlichen Baugruppen,
Fig. 3a bis c schematisch verschiedene Strahlverläufe, die mit
vorliegender Anordnung erzielbar sind, in einer Bodenansicht
nach Fig. 2,
Fig. 3d zur Verdeutlichung zwei mögliche Strahlverläufe nach
Fig. 3c in Seitenansicht analog zu Fig. 2,
Fig. 4 eine prinzipielle mechanische Ausbildungsmöglichkeit einer
Ausführung der mehrfach schaltbaren Blende,
Fig. 5 eine prinzipielle elektrooptische Ausbildungsmöglichkeit einer
Ausführung der mehrfach schaltbaren Blende und
Fig. 6 beispielhaft eine Ausbildungsmöglichkeit der Probenküvette
und des Küvettenbodens.
In Fig. 1 ist ein Aufbau eines SPR-Meßplatzes nach dem Stand der
Technik dargestellt. Von einer Lichtquelle L wird Licht in eine
Lichtleitfaser eingekoppelt und über einen ersten Kollimator K1 auf ein
optisches Prisma 1 gelenkt. Auf das Prisma 1 ist ein Teflonchip 2a
aufgesetzt, der eine Flußkammer 2b beinhaltet, die entsprechend der
dargestellten Pfeile von der Probenflüssigkeit durchströmbar ist. Der
Prismenbasisbereich ist mit einer dünnen Metallschicht 1a versehen, mit
der ein Ligarat immobilisiert ist. Das von dieser Fläche reflektierte Licht
wird spektral durch die Plasmonenwechselwirkungen, je nach
Belegungsgrad der immobilisierten Schicht mit dem Analyten,
unterschiedlich beeinflußt und von einem zweiten Kollimator K2 erfaßt
und einem Diodenarrayspektrometer D zugeführt.
Da Plasmonenschwingungen nur mit bestimmten Polarisationsrichtungen
des einfallenden Lichtes anregbar sind, sind optische Polarisatoren P
zumindest in einem der bezeichneten Lichtwege nach Fig. 1 vorgesehen.
Eine Anregung der Plasmonenschwingungen mit einer definierten
linearen Polarisationsrichtung ist bei der weiter unten beschriebenen
erfindungsgemäßen Lösung ebenfalls erforderlich, ohne daß darauf näher
eingegangen werden muß, da es sich dabei um eine fachübliche
Maßnahme handelt. Mit der zu Fig. 1 beschriebenen Anordnung ist
zunächst eine nahezu gleichzeitig durchführbare
Multikomponentenanalyse nicht möglich. Zum anderen treten beim
praktischen Einsatz dieser Affinitätssensoren insofern Probleme auf, als
es durch Temperaturschwankungen zu Brechzahländerungen in den zu
untersuchenden Medien kommen kann, welche das Meßsignal
verfälschen. Weiterhin können trotz der hohen Selektivität, insbesondere
von biochemischen Reaktionen, unspezifische Bindungen an der
immobilisierten Metalloberfläche zu falschen Meßergebnissen führen.
In Fig. 2 ist eine detailliertere Darstellung einer SPR-Anordnung nach
vorliegender Erfindung in teilweise perspektivischer Ansicht mit ihren
wesentlichen Baugruppen dargestellt. Analog zum bekannten Stand der
Technik wird Licht, hier einer breidbandigen Lichtquelle L, in eine
Lichtleitfaser, vorzugsweise eine Multimoden-Lichtleitfaser, 31
eingekoppelt, einem Kollimator 41 zugeführt und auf die
Prismeneintrittsfläche 11 geleitet. Eine besonders bevorzugte
Probenküvettenausbildung besteht aus einer Probenküvette 2, die auf die
Prismenbasisfläche aufsetzbar ist und deren Innenboden mit genannter
dünner Metallschicht versehen ist. Andere Küvettengestaltungen und
bspw. das Versehen der Prismenbasisfläche mit genannter dünner
Metallschicht, wie nach dem Stand der Technik üblich, sind ebenfalls mit
der hier vorgeschlagenen Anordnung realisierbar. Das hier vom Boden
der Probenküvette 2 reflektierte Licht wird über die
Prismenaustrittsfläche 12 von einem zweiten Kollimator 42 erfaßt und
über eine Lichtleitfaser 32 einer Auswertung zugeführt. Die Erfindung
beinhaltet abweichend vom bekannten Stand der Technik zunächst das
Vorsehen einer örtlich mehrfach umschaltbaren Blende 5, die im Beispiel
nach Fig. 2 als eine Blende mit drei schaltbaren Spalten 51, 52, 53
dargestellt ist, wobei in Fig. 2 die Spalte 52, 53 geschlossen und der Spalt
51 geöffnet ist. Die jeweiligen Schaltzustände der Blende 5 werden
vermittels üblicher und nicht näher dargestellter elektronischer
Baugruppen über eine Daten- und Steuerleitung 61 einer Auswerte- und
Steuereinheit 6 zugeführt. Weiterhin ist die laterale Ausdehnung der
Einzelspalte der Blende 5 so groß festgelegt, daß deren Abbildung die
Prismenbasisfläche 13 in einer Erstreckungsrichtung im wesentlichen
erfaßt, wie es in Fig. 2 durch die dunkel dargestellte und vom parallelen
Licht des ersten Spalts 51 erzeugte Projektionsfläche angedeutet ist.
Weiterhin sind in Fig. 2 zwei Probenerfassungsbereiche 21, 22
vorgesehen, die im Beispiel innerhalb der gebildeten doppelten
Kammerwandung der Küvette 2, bei der durch den Pfeil z der
Probenzufluß und durch Pfeil a der Probenabfluß angedeutet ist, durch
eine Wandung 8 räumlich voneinander getrennt sind. Die näheren
Möglichkeiten, die diese beispielhafte Trennung nach sich zieht, wird
ausführlicher zu den Fig. 3 und 6 erläutert.
Die Aufteilung des von der Lichtquelle L mit Hilfe der Lichtleitfaser 31
übertragenen Lichtes in die vorgesehenen einzelnen, in den Fig. 3 und
6 näher dargestellten Meßkanäle erfolgt im vom Kollimator 41
kollimierten Lichtstrahl mit Hilfe der mehrfach schaltbaren Blende 5.
In den Fig. 3a und 3b sind schematisch verschiedene Strahlverläufe,
die mit vorliegender Anordnung erzielbar sind, in einer Bodenansicht
nach Fig. 2 dargestellt. Die Auswahl der einzelnen Meßkanäle erfolgt in
allen dargestellten Ausführungsbeispielen zeitlich nacheinander durch
eine schaltbare Blende, welche auf verschiedene Art ausgeführt sein kann
und die jeweils immer nur einen der durch die Blende gebildeten
Lichtstreifen durchläßt. Dieser Lichstreifen regt dann im zugeordneten
Meßkanal (vgl. Fig. 3a, Kanal C1; Fig. 3b, Kanal C2) auf dem
metallbeschichteten Küvettenboden die SPR-Schwingungen an, die
entsprechend der z. B. biochemischen Wechselwirkungen spektral
beeinflußt und vom Kollimator 42 auf die zweite Lichtleitfaser 32
fokussiert und dem Polychromator 7 zur Auswertung zugeleitet werden.
Durch die Auswerte- und Steuereinheit 6 wird die Zuordnung der zeitlich
aufeinanderfolgenden Spektren zu den Meßkanälen gewährleistet
(Zeitmultiplexing).
In Fig. 3c ist beispielhaft eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der
vorliegenden Anordnung skizziert, bei der durch eine geeignete
Blendenausbildung auch mehrere Lichtstreifen nacheinander in einen
Kanal, im Beispiel nur anhand des Kanals C1 durch C11 . . . C14
angedeutet, abgebildet werden, so daß durch eine unterschiedliche
Immobilisierung der einzelnen Meßflächen auch in der dargestellten
Richtung eine Mehrkomponentenanalyse durchführbar ist. Eine derartiges
ermöglichende Blende ist beispielhaft in Fig. 4 dargestellt, die hier aus
einer Mehrfachspaltblende 5 und einer dieser drehbar zugeordneten
Mehrfachlochblende 5' besteht. Elektromechanische oder
piezoelektrische Antriebe zum definierten präzisen Verstellen solcher
denkbaren Blendenausführungen gehören zum bekannten Stand der
Technik und bedürfen an dieser Stelle keiner weiteren Ausführung.
Beliebige Abwandlungen des erforderlichen Blendenprinzips zum
Betreiben der vorliegenden Anordnungen liegen im Rahmen der
Erfindung. So kann für die örtlich mehrfach umschaltbare Blende 5, 5'
auch eine Flüssigkristallzelle 9 zum Einsatz gelangen, die zwischen zwei,
in Fig. 5 nicht näher dargestellten Polarisatoren eingebracht ist. Solche
Bauelemente (vergleichbar einem LCD-Display) sind kommerziell
verfügbar. Durch geeignete Form der Elektroden sind beliebige
Blendengeometrien in Anpassung an die
Probenküvettenbodenausbildung realisierbar. Zugleich steht bei einer
solchen Blendenausbildung am Ausgang der Blende 9 für die Anregung
der SPR vorteilhaft linear polarisiertes Licht zur Verfügung. Die serielle
Schaltung der einzelnen Kanäle erfolgt durch Anlegen der
entsprechenden elektrischen Spannungen an transparente Elektroden der
Flüssigkristallzelle. Im Beispiel der Fig. 5 ist ein vollständig eröffneter
Leuchtspalt S1 und ein nach Verschluß dieses Spaltes eröffenbarer
Teilspaltbereich S33 zur Beleuchtung eines Teilprobengebietes Pxy (vgl.
Fig. 6) dargestellt.
Da Temperaturschwankungen beim Einsatz der vorgeschlagenen
Anordnung unvermeidlich sind, als auch unspezifische Bindungen, wie
sie bei der Messung in sehr komplexen Matrizen, wie z. B. Blutplasma
oder Auszügen aus Lebensmitteln nicht vollständig auszuschließen sind,
an den immobilisierten Oberflächen zu Verfälschungen der
Meßergebnisse führen, ist in jedem der dargestellten
Ausführungsbeispiele ein frei wählbarer Meßkanal als Referenzkanal
reserviert, dessen Verwendung weiter unten beschrieben wird.
In Abhängigkeit von der Meßaufgabe und der konkreten
Küvettenausbildung kann der Referenzkanal vielgestaltig ausgeführt sein.
So könnte dieser Referenzkanal nach Fig. 2 bspw. der
Probenerfassungsbereich 21 sein, der von den eigentlichen Meßkanälen
im Probenerfassungsbereich 22 durch die Wandung 8 getrennt ist. Ist eine
solche Wandung nicht vorgesehen, kann der Referenzkanal auch durch
einen nicht immobilisierten Probenerfassungsbereich gebildet sein und
dgl. mehr.
Fig. 6 deutet beispielhaft eine Ausbildung von
Probenerfassungsbereichen P1 bis P7 an, wobei der Bereich P7 nochmals
in Unterbereiche P71 bis P78 unterteilt ist. Zugleich sind in diesem
Beispiel drei Wandungen 8 und ein Referenzkanal R vorgesehen. Die
konkrete Ausgestaltung der Probenküvette 2 und der
Probenerfassungsbereiche richtet sich ausschließlich nach dem jeweiligen
Einsatzzweck und -ort der vorgeschlagenen Anordnung. So ist es bspw.
möglich, die auswechselbare Probenküvette 2 als Bypass auszubilden,
der z. B. in einen Flußreaktor einbindbar ist. Der große Vorteil der
vorgeschlagenen Anordnung besteht dabei darin, daß der eigentliche
optische Meßkopf M, bestehend aus dem Prisma 1, den Kollimatoren 41
und 42 sowie der mehrfach schaltbaren Blende äußerst klein ausgeführt
werden kann und als Handgerät einsetzbar ist, während die übrigen,
zur Ansteuerung und Auswertung erforderlichen Baugruppen der
Anordnung durch eine variabel festlegbare Länge der Lichtleitfasern 31
und 32 weitab vom eigentlichen Meßort stationierbar sind.
Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung wird grundsätzlich
zunächst so vorgegangen, daß zunächst die spektrale
Übertragungsfunktion des gesamten Meßsystems aufgenommen und in
der Auswerte- und Steuereinheit 6 abgespeichert wird. Dazu wird als eine
Möglichkeit zunächst der nicht näher dargestellte Eingangspolarisator so
gedreht, daß senkrecht zur Einfallsebene linear polarisiertes Licht
analysiert wird. Somit ist keine Anregung von Oberflächenplasmonen
möglich. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Probenküvette 2
zunächst mit Luft zu füllen, so daß auch wieder keine Anregung von
Oberflächenplasmonen im analysierten Spektralbereich gegeben ist.
Damit wäre die Übertragungsfunktion des Systems gewonnen. Die
Aufnahme der SPR-Spektren erfolgt in der hier vorgesehenen
Anwendung in flüssigen Medien. Bei entsprechendem Design des
Meßkopfes M ist die Verwendung der Anordnung jedoch nicht nur auf
flüssige Medien beschränkt, ebenso kann in gasförmigen Medien eine
Messung auf die gleiche Weise vorgenommen werden. Diese Spektren
sind der vorstehend genannten Übertragungsfunktion überlagert. Um ein
für die Auswertung vorteilhaftes normiertes SPR-Spektrum zu erhalten,
werden nach jeder Einzelmessung die SPR-Spektren, die im
Polychromator 7 gewonnen, von einem CCD- oder Diodenarray 71
detektiert und der Auswerteeinheit 6 über eine Datenleitung 62 zugeführt
werden, durch die gespeicherte Übertragungsfunktion in der
Auswerteeinheit 6 rechnerisch dividiert. Die Bestimmung der gesuchten
Resonanzwellenlänge, d. h. der Wellenlänge, bei der das an der
Grenzfläche der Probenerfassungsbereiche reflektierte Licht ein
Minimum aufweist, erfolgt z. B. durch Anfitten eines Polynoms eines
vorgebbaren Grades und Bestimmung des Scheitelpunkts dieses
Polynoms.
In der Auswerte- und Steuereinheit 6 werden jeder momentanen
Blendenstellen die zugehörigen gewonnenen Spektren nach erfolgter
oben beschriebener Normierung zugeordnet. Je nach Meßaufgabe und
Reaktionskinetik kann dieser Vorgang beliebig oft wiederholt werden,
um die jeweiligen Minima der Resonanzspektren zu ermitteln.
In einem möglichen Beispiel sollen Meß- und Referenzkanal gleichartig
immobilisiert sein. Über eine durch eine Wandung 8 zweigeteilte
Probenküvette 2 wird im Meßkanal die zu untersuchende Probe mit der
nachzuweisenden Substanz über den Probenerfassungsbereich geleitet,
gleichzeitig wird im Referenzkanal eine gleichartige Referenzprobe ohne
die nachzuweisende Substanz über den weiteren
Probenerfassungsbereich geleitet. Damit werden die Signaländerungen im
Referenzkanal, verursacht durch unspezifische Bindungen an der
Chipoberfläche und durch Brechzahländerungen in Folge von
Temperaturänderungen in gleicher Weise erfaßt wie im Meßkanal. In der
Auswerteeinheit werden von den jeweiligen Signaländerungen im
Meßkanal die Signaländerungen im Referenzkanal abgezogen, wodurch
man nur das durch die spezifische Änderungen hervorgerufene Meßsignal
erhält.
1
- Prisma
11
- Prismeneintrittsfläche
12
- Prismenaustrittsfläche
13
- Prismenbasisfläche
1
a- Metallschicht
2
a- Teflonchip
2
b- Flußkammer
K1, K2- Kollimatoren
D- Diodenarrayspektrometer
P- Polarisator
L- Lichtquelle
K1, K2- Kollimatoren
D- Diodenarrayspektrometer
P- Polarisator
L- Lichtquelle
2
- Probenküvette
21
,
22
-Probenerfassungsbereiche
31
,
32
- Lichtleitfaser
41
,
42
- Kollimator
5
- schaltbare Blende
5
'- Mehrfachlochblende
51
,
52
,
53
- Blendenspalte
6
- Auswerte- und Steuereinheit
61
- Daten- und Steuerleitung
62
- Datenleitung
7
- Polychromator
71
- CCD- oder Diodenarray
8
- Wandung
9
- Flüssigkristallzelle
M- Meßkopf
a- Probenabfluß
z- Probenzufluß
C1-C14- Meßkanäle
P1-P78- Probenerfassungsbereiche
R- Referenzkanal
S1-S33- Leuchtspalte
M- Meßkopf
a- Probenabfluß
z- Probenzufluß
C1-C14- Meßkanäle
P1-P78- Probenerfassungsbereiche
R- Referenzkanal
S1-S33- Leuchtspalte
Claims (10)
1. Anordnung für die Oberflächenplasmonen-Resonanz-Spektroskopie
(SPR), bestehend aus einem optischen Prisma (1), dem eine
Probenküvette (2) zugeordnet ist, wobei die Probenküvette wenigstens
zwei Probenerfassungsbereiche (21; 22) aufweist, die Anordnung mit
einer für das Verfahren der SPR ausgewählten dünnen Metallschicht
versehen ist, von den Probenerfassungsbereichen zumindest einer als
oberflächenimmobilisierter Probenerfassungsbereich ausgebildet ist,
wobei von einer breitbandigen Lichtquelle (L) ausgehendes Licht über
eine Lichtleitfaser (31) der Eintrittsfläche (11) des optischen Prismas
(1) durch einen der Prismenbasisfläche (13) in seiner Apertur
angepaßten Kollimator (41) kollimiert zugeführt wird, wobei zwischen
dem Kollimator (41) und der Eintrittsfläche (11) eine örtlich mehrfach
umschaltbare Blende (5, 5'; 9) vorgesehen ist, die zeitlich nacheinander
jeweils einen definierten Lichtweg über die Prismenbasisfläche (13) zu
einem der Probenerfassungsbereiche freigibt und deren jeweiliger
Schaltzustand einer Auswerte- und Steuereinheit (6) über eine Daten-
und Steuerleitung (61) zuführbar ist, in der der aktuelle
Blendenschaltzustand einem jeweils diesem Schaltzustand
entsprechenden Spektrum zuordenbar ist, wobei die Spektren erhaltbar
sind durch Erfassen des die Prismenaustrittsfläche (12) verlassenden
Lichtes mittels eines weiteren, der Prismenbasisfläche (13) in der
Apertur angepaßten Kollimators (42), dessen Ausgang mit einer
weiteren Lichtleitfaser (32) verbunden ist, und deren Ausgang den
Eingang eines Polychromators (7) bildet, innerhalb dessen das spektral
zerlegte Licht einem CCD- oder Diodenarray (71) zugeführt wird,
dessen Ausgang mit der Auswerte- und Steuereinheit (6) über eine
Datenleitung (62) in Verbindung gebracht ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum
Einsatz gelangenden Kollimatoren (41, 42), das optische Prisma (1)
und die örtlich mehrfach umschaltbare Blende (5, 5'; 9) geometrisch
zueinander fest angeordnet und in einem Meßkopf (M) integriert sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
örtlich mehrfach umschaltbare Blende (5; 5'; 9) so ausgebildet ist, daß
sie zumindest zwei spaltartige Öffnungsbereiche aufweist, die
alternierend in einen geöffneten oder geschlossenen Zustand versetzbar
sind, wobei die Länge der spaltförmigen Öffnungsbereiche so
festgelegt ist, daß deren Abbildung die Prismenbasisfläche (13) in einer
Erstreckungsrichtung im wesentlichen erfaßt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß für die örtlich mehrfach umschaltbare Blende eine
zwischen zwei optischen Polarisatoren angeordnete Flüssigkristallzelle
(9) eingesetzt ist, die durch eine entsprechende Elektrodenausbildung
definierte Bereiche für den Lichtdurchtritt in einen geöffneten- oder
geschlossenen Zustand versetzen läßt.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die örtlich mehrfach umschaltbare Blende durch
eine Kombination einer Spaltblende (5) mit einer gegen die
Spaltblende verdreh- und/oder verschiebbaren Mehrfachlochblende (5')
gebildet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Probenküvette (2) durch ein auf die Prismenbasisfläche (13)
aufsetzbares Behältnis gebildet ist, wobei der Behältnisinnenboden mit
der für die SPR ausgewählten dünnen Metallschicht versehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Probenküvette (2) wenigstens einen immobilisierten
Probenerfassungsbereich (P) aufweist und wenigstens ein weiterer
Probenerfassungsbereich (R) frei von immobilisierten
Oberflächenbelegungen gehalten und als Referenzkanal eingesetzt ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
immobilisierten Probenerfassungsbereiche (C1, C2; P1 . . . P7) von dem
Probenerfassungsbereich (C3; R), der frei von inmobilisierten
Oberflächenbelegungen ist, räumlich durch eine Wandung (8) getrennt
angeordnet sind.
9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest
ein immobilisierter Probenerfassungsbereich in mehrere
unterschiedlich immobilisierte Bereiche (C11 . . . C14; P71 . . . P78)
aufgeteilt ist.
10. Anordnung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einer Anzahl von n streifenförmig erfaßbaren immobilisierten
Probenerfassungsbereichen (n + 1) Spalte in der Blende (5) oder einer
als Blende wirkenden Baugruppe (9) vorgesehen sind.
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