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FASEROPTISCHER SENSOR UND DAMIT VERBUNDENE VORRICHTUNG UND METHODE - Dokument DE69407161T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69407161T2 26.03.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0678194
Titel FASEROPTISCHER SENSOR UND DAMIT VERBUNDENE VORRICHTUNG UND METHODE
Anmelder University of Washington, Seattle, Wash., US
Erfinder JORGENSON, Ralph, C., Mercer Island, WA 98040, US;
YEE, Sinclair, S., Seattle, WA 98105, US
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69407161
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 05.01.1994
EP-Aktenzeichen 949055909
WO-Anmeldetag 05.01.1994
PCT-Aktenzeichen US9400158
WO-Veröffentlichungsnummer 9416312
WO-Veröffentlichungsdatum 21.07.1994
EP-Offenlegungsdatum 25.10.1995
EP date of grant 03.12.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.03.1998
IPC-Hauptklasse G01N 21/55

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen faseroptischen Sensor und speziell einen faseroptischen Sensor, der Oberflächenplasmonresonanz zum Detektieren einer Probe benutzt, eine Meßanordnung, die den faseroptischen Sensor benutzt, und Verfahren zum Detektieren einer Probe mit demselben.

Stand der Technik

Oberflächenplasmonwellen sind elektromagnetische Wellen, die an der Grenze zwischen einem Metall und einem Dielektrikum (nachfolgend als "Probe" bezeichnet) vorkommen können. Derartige Wellen können von Licht angeregt werden, dessen elektrisches Feld parallel zu der Eintrittsebene (d.h. transversalmagnetisch (TM) polarisiert) polarisiert ist. Wenn die Komponente des Ausbreitungskoeffizienten des einfallenden Lichts parallel zu der Metalloberfläche dem Realteil des Oberflächenplasmonwellen-Ausbreitungskoeffizienten gleichkommt, regt das einfallende Licht die Oberflächenplasmonwellen zur Resonanz an, und ein Teil der einfallenden Lichtenergie wird in Oberflächenplasmonresonanz (SPR) umgesetzt oder zerlegt. Diese Energiezerlegung hängt von der Dielektrizitätskonstanten des Metalls und derjenigen der mit dem Metall in Kontakt stehenden Probe ab. Durch Überwachen des Resonanzwellenvektors der Metall/Probe-Grenzfläche kann die Dielektrizitätskonstante der Probe (Gas oder Lösung) erhalten werden. Wenn die Probe durch eine chemische Komponente verschmutzt ist, können alternativ die Messungen der Dielektrizitätskonstante die Konzentration der chemischen Komponenten in der Probe liefern.

Traditionell wurde SPR unter Verwendung der Kretschmann-Konfiguration (Kretschmann und Raether, Z. Naturforsch. Teil A 23:2135 - 2136, 1968) gemessen. Bei dieser Konfiguration wird eine dünne Schicht von hochreflektierendem Metall (wie z.B. Gold oder Silber) auf der Basis eines Prismas aufgebracht. Die Metalloberfläche wird dann mit der Probe in Kontakt gebracht, und das SPR-Reflexionsspektrum der Probe wird durch Einkoppeln von TM-polarisiertem, monochromatischem Licht in das Prisma und Messen der Intensität des reflektierten Lichts als Funktion des Einfallswinkels gemessen. Der Winkel der minimalen Reflexionsintensität ist der Resonanzwinkel, unter dem eine maximale Kopplung zwischen dem einfallenden Licht und den Oberflächenplasmonwellen auftritt. Dieser Winkel sowie die Halbwertsbreite des Resonanzspektrums und die Intensität unter dem Winkel minimaler Reflexionsintensität können verwendet werden, um die Probe, die mit der Metalloberfläche in Kontakt steht, zu charakterisieren oder zu messen (Fontana et al., Applied Optics 27:3334-3339, 1988).

Es sind nun optische Meßsysteme basierend auf der oben beschriebenen Kretschmann-Konfiguration konstruiert worden. Derartige Systeme benutzen die Empfindlichkeit von SPR gegen Änderungen der Brechungsindizes sowohl von massiven als auch von dünnschichtigen Proben sowie gegen Änderungen der Dicke der dünnen Schichten. Diese Systeme haben in Verbindung mit geeigneten chemischen Meßschichten zu der Entwicklung einer Vielzahl von auf SPR basierenden chemischen Sensoren einschließlich Immuntestsensoren (z.B. Liedberg et al., Sensors and Actuators 4:299-304, 1983; Daniels et al., Sensors and Actuators 15:11-17, 1988; Jorgenson et al., IEEE/Engineering Medicine and Biology Society Proceedings 12.440-442, 1990), Gassensoren (z.B. Liedberg et al., supra; Gent et al., Applied Optics 29:2843-2849, 1990), und Flüssigkeitssensoren (z.B. Matsubaru et al., Applied Optics 27:1160-1163, 1988) geführt.

SPIE Proceedings on Fiber-Optic Sensors: Engineering and Applications, Band 1511, 1991, Den Haag, Niederlande, Seiten 100-113; PV Lambeck: "Chemo-Optical microsensing systems" offenbart eine Zahl von chemisch-optischen Mikromeßsystemen einschließlich Sensoren, die auf Oberflächenplasmonresonanz basieren. Der erste derartige Sensor basiert auf der Kretschmann-Konfiguration und koppelt polychromatisches Licht in einen Monomode-Wellenleiter. Ein weiteres Modell verwendet eine Zeile von Kanalwellenleitern mit unterschiedlichen Querschnitten, die von einer auf jedem der jeweiligen Wellenleiter aufgebrachten Umwandlungsschicht bestimmt werden.

Während die Kretschmann-Konfiguration auf SPR basierenden chemischen Sensoren eine erhebliche Empfindlichkeit bieten, hat ihre relativ große Größe deren Anwendung ernsthaft eingeschränkt. Zum Beispiel werden diese massiven optischen Meßsysteme durch den Einsatz eines Kopplungsprismas eingeschränkt, da sie derartige Systeme relativ groß, teuer und für Fernmeßanwendungen nicht anwendbar machen. Außerdem erfordern derartige Sensoren im allgemeinen eine monochromatische Lichtquelle, sind sie aufgrund der Konfigurationsbeschränkungen (wie z.B. das Vorhandensein eines Prismas) teuer herzustellen und erfordern sie, daß das einfallende Licht einen breiten Bereich von Einfallswinkeln überstreicht.

Demgemäß besteht auf dem Gebiet ein Bedarf an einem verbesserten SPR-Sensor sowie damit verbundene Vorrichtungen und Verfahren. Speziell besteht ein Bedarf an einem SPR-Sensor, der auf leichte Weise eine Femmessung erlaubt, nicht teuer ist und von den einschränkenden Randbedingungen frei ist, die derzeit bei auf SPR basierenden chemischen Sensoren vorliegen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen faseroptischen Sensor bereitzustellen, der SPR verwendet, um eine mit dem Sensor in Kontakt stehende Probe zu detektieren. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Sensor bereitzustellen, der einen Lichtwellenleiter als Licht-Plasmonwellen-Kopplungskomponente und die Sensoroberfläche selbst verwendet und die Verwendung eines Kopplungsprismas vermeidet. Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin, einen faseroptischen SPR-Sensor bereitzustellen, der einfallendes Licht mit mehreren Wellenlängen als Anregungsenergie benutzt. Es ist weiterhin eine Aufgabe, Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren einer Probe unter Verwendung des faseroptischen SPR-Sensors dieser Erfindung bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Aufgaben und liefert weitere damit verbundene Vorteile.

In einer Ausführungsform dieser Erfindung ist eine faseroptische SPR-Meßvorrichtung offenbart. Die Vorrichtung enthält einen faseroptischen SPR-Sensor in Kombination mit einer Quelle elektromagnetischer Strahlung mit mehreren Wellenlängen und einer Detektionseinrichtung. Der faseroptische SPR-Sensor ist ein Lichtwellenleiter mit einem Kernwellenleiter und einer Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht, die den Kernwellenleiter umgibt, und worin der Lichtwellenleiter ein erstes Ende und ein zweites Ende und wenigstens ein Meßgebiet aufweist, das sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende oder an dem zweiten Ende des Lichtwellenleiters befindet. Das Meßgebiet des Lichtwellenleiters wird von einer SPR unterhaltenden Metallschicht definiert, die mit wenigstens einem Teil einer freigelegten Oberfläche des faseroptischen Kernwellenleiters, die frei von der umgebenden Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht ist, in Kontakt steht. Die Ausgabe von der Quelle elektromagnetischer Strahlung liegt an dem ersten Ende des faseroptischen Kernwellenleiters derart an, daß die Strahlung sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende durch innere Totalreflexionen (TIR) ausbreitet und den Lichtwellenleiter an dem ersten oder dem zweiten Ende verläßt. Eine Detektionseinrichtung überwacht die aus einem Ende des Lichtwellenleiters austretende Strahlung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der faseroptische SPR-Sensor ein auf Inline-Transmission basierender faseroptischer Sensor. Ein derartiger Sensor enthält einen Lichwellenleiter mit einem Kernwellenleiter und einer Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht, die den Kernwellenleiter umgibt, und weist eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite auf. Der Sensor weist ein zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite befindliches Meßgebiet auf, das von einer SPR unterhaltenden Metallschicht definiert wird, die mit wenigstens einem Teil des faseroptischen Kernwellenleiters in Kontakt steht, der von der umgebenden Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht frei ist. Eine Quelle elektromagnetischer Strahlung mit mehreren Wellenlängen liegt an der Eingangsseite des faseroptischen Kernwellenleiters derart an, daß die Strahlung sich durch TIR von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite ausbreitet. Eine Detektionseinrichtung überwacht dann die an der Ausgangsseite des Lichtwellenleiters austretende Strahlung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt die Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen auf Endreflexion basierenden faseroptischen SPR-Sensor ein. Dieser Sensor enthält einen Lichtwellenleiter mit einem Kernwellenleiter und einer Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht, die den Kernwellenleiter umgibt, und weist eine Eingangs/Ausgangsseite und eine Endreflexionsseite auf. Die Endreflexionsseite wird von einer Stirnfläche des Kernwellenleiters definiert, die mit einer verspiegelten Schicht in Kontakt steht. Das Meßgebiet des Sensors befindet sich zwischen der Eingangs/Ausgangsseite und der Endreflexionsseite und wird von einer SPR unterhaltenden Metallschicht definiert, die mit wenigstens einem Teil des faseroptischen Kernwellenleiters in Kontakt steht, der von dem umgebenden Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht frei ist. Eine Quelle elektromagnetischer Strahlung mit mehreren Wellenlängen liegt an der Eingangs/Ausgangsseite des Lichtwellenleiters an, und die Strahlung breitet sich durch innere Totalreflexionen von der Eingangs/Ausgangsseite zu der Endreflexionsseite aus, wird intern von der verspiegelten Schicht, die mit der Stirnseite des Kernwellenleiters in Kontakt steht, reflektiert und breitet sich durch innere Totalreflexionen entlang des Lichtwellenleiters zu der Eingangs/Ausgangsseite zurück aus. Eine Detektionseinrichtung überwacht die an der Eingangs/Ausgangsseite des Lichtwellenleiters austretende Strahlung.

In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren einer Probe offenbart. Bei diesem Verfahren wird eine Probe mit einem faseroptischen SPR-Sensor der vorliegenden Erfindung in Kontakt gebracht. Eine Quelle elektromagnetischer Strahlung mit mehreren Wellenlängen liegt an einer Seite des faseroptischen SPR-Sensors an, und die den Sensor verlassende Strahlung wird detektiert.

In einer weiteren Ausführungsform offenbart die vorliegende Erfindung einen faseroptischen SPR-Sensor. Der Sensor weist einen faseroptischen Kemwellenleiter und eine Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht auf, die den Kemwellenleiter umgibt. Ein Meßgebiet befindet sich zwischen einem ersten und einem zweiten Ende des Lichtwellenleiters und wird von einer SPR unterhaltenden Metallschicht definiert, die mit wenigstens einem Teil der Oberfläche des faseroptischen Kernwellenleiters in Kontakt steht, die frei von der umgebenden Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht ist. In bevorzugten Ausführungsformen ist der faseroptische SPR-Sensor ein auf Inline-Transmission basierender faseroptischer SPR-Sensor oder ein auf Endreflexion basierender faseroptischer SPR-Sensor.

Diese und andere Aspekte diese Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1(a) stellt die Kretschmann-Konfiguration im Stand der Technik für einen massivoptischen auf SPR basierenden chemischen Sensor dar, und Fig. 1(b) stellt ein SPR-Reflexionsspektrum dar, das mit dem Sensor im Stand der Technik von Fig. 1(a) für ein Volumendielektrikum aus Wasser, eine Wellenlänge von 620 nm, eine 550 Å dicke Silberschicht und ein Quarzglasprisma erhalten wurde.

Fig. 2 stellt einen auf Inline-Transmission basierenden faseroptischen SPR-Sensor dieser Erfindung dar.

Fig. 3 stellt einen auf Endreflexion basierenden faseroptischen SPR-Sensor dar.

Fig. 4 stellt eine weitere Ausführungsform eines auf Endreflexion basierenden faseroptischen SPR-Sensors dar.

Fig. 5 ist ein berechnetes dreidimensionales SPR-Reflexionsspektrum für ein Volumendielektrikum aus Wasser.

Fig. 6 ist eine Höhenliniendarstellung von zwei theoretischen dreidimensionalen SPR-Reflexionsspektren für Wasser und eine 37,1 %-Saccharose-Lösung.

Fig. 7 ist das berechnete SPR-Spektrum der Intensität des reflektierten Lichts gegen die Wellenlänge für eine Zahl von Ausbreitungswinkeln innerhalb eines faseroptischen Sensors.

Fig. 8 ist ein berechnetes SPR-Spektrum unter Berücksichtigung der Anzahl von Reflexionen, die jeder Winkel erfährt.

Fig. 9 ist die nichtlineare Verteilungsfunktion von Ausbreitungswinkeln innerhalb des Lichtwellenleiters und wird als Gauß-Verteilung angesehen.

Fig. 10 ist das berechnete SPR-Spektrum für einen Brechungsindex im Probeninneren von Wasser und einer 37,1 %-Saccharose- Lösung.

Fig. 11 stellt eine Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar, die einen auf Inline-Transmission basierenden faseroptischen SPR-Sensor benutzt.

Fig. 12(a) stellt typische Luft- und Proben-SPR-Spektren dar, Fig. 12(b) zeigt ein normiertes Proben-SPR-Spektrum und Fig. 12(c) enthält normierte SPR-Spektren, die unter Verwendung des auf Inline-Transmission basierenden faseroptischen SPR-Sensors von Beispiel 2 aufgenommen worden sind.

Fig. 13 ist eine Darstellung der von den faseroptischen 6, 10 und 18 mm-Inline-SPR-Sensoren von Beispiel 2 gemessenen normierten SPR-Spektren des faseroptischen Sensors.

Fig. 14 zeigt die berechnete und experimentell ermittelte SPR- Kopplungswellenlänge gegen den Brechungsindex für die Saccharose-Lösungen von Beispiel 2.

Fig. 15 stellt eine Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar, die einen auf Endreflexion basierenden faseroptischen SPR-Sensor benutzt.

Fig. 16 stellt die theoretisch und experimentell unter Verwendung einer SPR unterhaltenden Metallschicht aus entweder Silber oder Gold beobachtete SPR-Kopplungswellenlänge gegen den Brechungsindex der in Beispiel 3 detektierten Lösungen dar.

Fig. 17 stellt die normierten SPR-Reflexionsspektren (auf Luft bezogen) für Puffer A, deionisiertes Wasser, BSA und rhFXIII dar.

Fig. 18 stellt die Verschiebung in den normierten SPR-Spektren aufgrund der Bindung von rb-antiFXIII über die Zeit (0 bis 55 Minuten) dar.

Fig. 19 stellt die Verschiebung in den SPR-Spektren von Fig. 18 über die Zeit dar.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Diese Erfindung ist auf einen faseroptischen Sensor gerichtet, der eine mit dem Sensor in Kontakt stehende Probe durch Oberflächenplasmonresonanz (SPR)-Messungen detektiert. Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, die mit der Verwendung des faseroptischen SPR- Sensors zum Detektieren einer Probe verbunden sind. In bevorzugten Ausführungsformen schließt der faseroptische SPR-Sensor dieser Erfindung einen auf Inline-Transmission basierenden Sensor und eine auf Endreflexion basierenden Sensor ein. Der faseroptische SPR-Sensor dieser Erfindung eliminiert vorteilhaft das traditionelle massivoptische Prisma zugunsten eines Lichtwellenleiter-Modells, das Femmessen und Multiplexen zwischen mehreren faseroptischen SPR-Sensoren erlaubt.

Wie oben erwähnt ist, basieren auf SPR basierende chemische Sensoren im Stand der Technik im allgemeinen auf der Kretschmann-Konfiguration (siehe Kretschmann und Raether, Z. Naturforsch. Teil A 23: 2135 - 2136, 1968). Ein derartiger auf SPR basierender chemischer Sensor ist in Fig. 1(a) dargestellt. Speziell ist eine hochreflektierende Metallschicht (10), wie z.B. Gold oder Silber, auf eine Basis (12) eines Prismas (14) aufgebracht. TM-polarisiertes, monochromatisches einfallendes Licht (16) wird in das Prisma geleitet und von der Prismabasis/Metallschicht-Grenzfläche reflektiert. Die Intensität des reflektierten Lichts (18) wird von einer Detektionseinrichtung (nicht gezeigt) gemessen. Eine Probe (11) wird mit einer freiliegenden Oberfläche (15) der Metallschicht (10) in Kontakt gebracht, und das monochromatische einfallende Licht wird unter einem Winkel θ in Bezug auf die Normale der Metallschicht/Probe-Grenzfläche in das Prisma geleitet. Unter geeigneten Einfallswinkeln regt das monochromatische einfallende Licht Oberflächenplasmonwellen (13) an. Das von dem auf SPR basierenden chemischen Sensor im Stand der Technik von Fig. 1 (a) erhaltene Reflexionsspektrum ist in Fig. 1(b) durch eine zweidimensionale Darstellung der Intensität des reflektierten Lichts gegen den Einfallswinkel wiedergegeben. Der Winkel minimaler Reflexionsintensität ist der Oberflächenplasmonresonanzwinkel (θsp), bei dem eine maximale Kopplung von Energie zwischen dem einfallenden Licht und den Oberflächenplasmonwellen eintritt. Dieser Winkel hängt von der mit der freigelegten Oberfläche der Metallschicht in Kontakt stehenden Probe ab.

Im Gegensatz zu den auf SPR basierenden chemischen Sensoren im Stand der Technik, die eine einzige Quelle monochromatischen einfallenden Lichts benutzen und den Einfallswinkel modulieren, benutzt der faseroptische SPR-Sensor dieser Erfindung einen begrenzten Bereich von Einfallswinkeln und einfallendes Licht mit mehreren Wellenlängen. Der hierin benutzte Ausdruck "einfallendes Licht mit mehreren Wellenlängen" bedeutet minimal zwei Wellenlängen und vorzugsweise ein zum Umfassen des Resonanzspektrums der Probe ausreichend breiter Bereich von Wellenlängen. Zum Beispiel kann die Strahlung eines schwarzen Körpers oder eine Weißlichtquelle als einfallendes Licht dienen. Alternativ können bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung zwei oder mehr diskrete Wellenlängen benutzt werden. Außerdem bedeutet der hierin benutzte Ausdruck "begrenzter Bereich von Einfallswinkeln" der Bereich von Ausbreitungswinkeln, der von einem bestimmten Lichtwellenleiter unterstützt wird.

Geeignete Lichtwellenleiter der vorliegenden Erfindung schließen kommerziell erhältliche Fasern ein, die eine interne Ausbreitung von Licht durch TIR unterstützen. Derartige Fasern können im allgemeinen durch drei Parameter charakterisiert werden: das Material des Lichtwellenleiterkerns, die numerische Apertur der Faser und der Kerndurchmesser des Lichtwellenleiters. Die Wahl des Lichtwellenleiterkernmaterials wird die Position der Resonanz beeinflussen (d.h., wo sie in dem Wellenlängengebiet auftritt). Zum Beispiel erlaubt ein Quarzglas-Lichtwellenleiter mit einem Brechungsindex von 1,46 Messungen von effektiven Brechungsindizes von ungefähr 1,32 bis ungefähr 1,45 und können diese experimentell als Resonanzverschiebungen von 400 nm bis zu 1000 nm beobachtet werden. Andere Lichtwellenleiterkernmaterialien werden in ähnlicher Weise die Position der Resonanz beeinflussen. Somit wird die Verwendung von Lichtwellenleitermaterialien mit einem höheren Brechungsindex als Quarzglas den Dynamikbereich der effektiven Brechungsindizes zu höheren Werten hin verschieben. Zum Beispiel wird Saphir mit einem Brechungsindex von 1,76 einen Sensor mit einem Dynamikbereich der effektiven Brechungsindizes von ungefähr 1,45 bis ungefähr 1,75 liefern. In ähnlicher Weise würde die Verwendung eines Kunststoff-Lichtwellenleiterkerns, wie z.B. ein Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einem Brechungsindex von 1,5 Messungen von effektiven Brechungsindizes von ungefähr 1,33 bis ungefähr 1,49 erlauben. Wenn ein Lichtwellenleiterkernmaterial mit einem niedrigeren Brechungsindex als Quarzglas benutzt würde, würde der Dynamikbereich des meßbaren Probenbrechungsindexes zu kleineren Werten hin verschoben werden. Der Dynamikbereich der faseroptischen SPR- Sensoren kann auch durch Hinzufügen von geeigneten dynamikbereichsteuernden Schichten, wie es ausführlicher unten beschrieben ist, verändert werden.

Die numerische Apertur des Lichtwellenleiters bestimmt den Eintrittswinkel von Licht, das sich in der Faser ausbreiten darf. Bei der Ausübung dieser Erfindung können geeignete numerische Aperturen im Bereich von ungefähr 0,05 bis 0,6 liegen, und vorzugsweise von ungefähr 0,2 bis 0,4 und am bevorzugtesten von ungefähr 0,25 bis ungefähr 0,35. Die numerische Apertur bestimmt auch die inneren Ausbreitungswinkel des sich in der Faser ausbreitenden Lichts. Zum Beispiel unterstützt ein Quarzglas-Lichtwellenleiter mit einer numerischen Apertur von 0,3 interne Ausbreitungswinkel von Licht im Bereich von 90º bis 78,5º (bezogen auf die Normale der Kern/Mantel-Grenzfläche), und somit würde der begrenzte Bereich von Einfallswinkeln für diese Faser im Bereich von 90º bis 78,5º liegen. Der Kerndurchmesser der Faser kann in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung variieren. Vorzugsweise liegt der Lichtwellenleiterkerndurchmesser im Bereich von ungefähr 1 Mikron bis ungefähr 2000 Mikrons und noch bevorzugter von 100 Mikrons bis 600 Mikrons und am bevorzugtesten von 200 Mikrons bis 400 Mikrons.

Ein Ende des Lichtwellenleiters kann als eine optionale Komponente ein Element aufweisen, das das sich in der Faser ausbreitende Licht derart reflektiert, daß das Licht seine Ausbreitungsrichtung umkehrt. Ein geeignetes Element, das diese Funktion erfüllen kann, ist eine verspiegelte Schicht, die sich an der Stirnfläche des Lichtwellenleiterkerns befindet. Wenn z.B. Licht an einem ersten Ende in den Lichtwellenleiter geleitet wird und die verspiegelte Schicht sich an einem zweiten Ende der Faser befindet, wird sich zu dem zweiten Ende ausbreitendes Licht (nach Kontakt mit der verspiegelten Schicht) zu dem ersten Ende des Lichtwellenleiters reflektiert werden. Derartige verspiegelte Schichten können durch bekannte Techniken, wie z.B. durch Elektronenstrahlverdampfung, thermische Verdampfung, Sputtern, elektrodenloses Beschichten, an die Stirnfläche des Lichtwellenleiterkerns oder durch Kleben oder Leimen einer geeigneten verspiegelten Schicht an dem Ende der Faser angebracht werden. Für die verspiegelte Schicht geeignete Materialien schließen hochreflektierende Metalle, wie z.B. Silber, Gold und Chrom, ein. Die verspiegelte Schicht sollte eine ausreichende Dicke aufweisen, um eine ausreichende Reflexionsstärke zu liefern, und sollte nicht SPR an dem Ende der Faser unterhalten. Eine Metalldicke von ungefähr 2000 Å (oder größer) liefert im allgemeinen eine ausreichende Reflexionsstärke, und eine Metalldicke von mehr als ungefähr 1000 Å wird im allgemeinen nicht SPR an dem Ende der Faser unterhalten. Die geeignete Dicke für irgendeine bestimmte verspiegelte Schicht mit den obigen Eigenschaften kann aufleichte Weise von einem Fachmann bestimmt werden.

Eine Detektion einer Probe mit dem faseroptischen SPR-Sensor dieser Erfindung wird teilweise durch Kontaktieren der Probe mit dem Meßgebiet des Lichtwellenleiters vorgenommen. Das Meßgebiet wird durch Freilegen eines Teils des Lichtwellenleiterkerns durch Entfernen der umgebenden Mantel- oder Mantel/Puffer-Schichten und Anbringen einer SPR unterhaltenden Metallschicht an dem freigelegten Lichtwellenleiterkern hergestellt. Die SPR unterhaltende Metallschicht des Lichtwellenleiters wird dann der interessierenden Probe ausgesetzt, und der Brechungsindex der Probe wird durch die unten beschriebenen Verfahren bestimmt.

Die Mantel- oder Mantel/Puffer-Schichten des Lichtwellenleiters können zum Freilegen eines Teils des Kerns durch bekannte Techniken entfernt werden. Zum Beispiel können die Mantel- oder Mantel/Puffer-Schichten durch einen Brenner oder durch chemische Mittel, die die Mantel- oder Mantel/Puffer-Schichten wegätzen, während sie das Faserkemmaterial bewahren, entfernt werden. Alternativ können die Mantel- oder Mantel/Puffer- Schichten durch kommerziell erhältliche mechanische Abstreifer (z.B. Clausse, NoNik Optical fiber Stripper, Edmond Scientific Catalog, Barrington, NJ) entfernt werden.

Wenn ein Teil des Lichtwellenleiterkerns freigelegt ist, wird die die SPR unterhaltende Metallschicht an den freigelegten Kern geklebt. Der hierin verwendete Begriff "SPR unterhaltende Metallschicht" bedeutet ein hochreflektierendes Metall, das SPR an der Metall/Probe-Grenzfläche unterhält und eine Dielektrizitätskonstante aufweist, bei der der Realteil der Dielektrizitätskonstante negativ ist und ihr Betrag größer als der Betrag des Imaginärteils ist. Im sichtbaren Bereich und nahen Infrarotbereich (400 nm bis 1000 nm) erfüllen sowohl Silber als auch Gold diese Kriterien. Wenn der obige Wellenlängenbereich sich in das Infrarote hinein erstreckt, können jedoch auch andere Metalle, wie z.B. Aluminium, Kupfer und Tantal benutzt werden.

Die SPR unterhaltende Metallschicht ist vorzugsweise an den freigelegten Teil des Lichtwellenleiterkerns mit einer Dicke geklebt, die die Resonanzkurve optimieren wird, d.h. mit einer Dicke, die das SPR-Resonanzspektrum scharf macht. Wenn die SPR unterhaltende Metallschicht Silber ist, wird diese Schicht vorzugsweise mit einer Dicke von ungefähr 550 Å an den freigelegten Kern geklebt. Wenn eine geringere Dicke verwendet wird, wird das Resonanzspektrum erheblich breiter werden, und wenn eine Dicke von mehr als 600 Å benutzt wird, wird die Resonanz ernsthaft abnehmen oder nicht mehr in Erscheinung treten. Ein Fachmann kann auf einfache Weise die zum Optimieren der Resonanzkurve geeignete Dicke der SPR unterhaltenden Metallschicht für irgendeine bestimmte Lichtwellenleiter/SPR unterhaltende Metallschicht-Kombination durch Variieren der Dicke bestimmen.

Ein einziger Lichtwellenleiter kann ein oder mehrere Meßgebiet(e) derselben oder unterschiedlicher Geometrie und mit denselben oder verschiedenen SPR unterhaltenden Metallschichten enthalten. Derartige Meßgebiete können entlang der Länge des Lichtwellenleiters, an einem Ende des Lichtwellenleiters oder an beiden angeordnet werden. Während irgendein Teil des Lichtwellenleiters als Meßgebiet dienen kann, sind zusätzlich in einer bevorzugten Ausführungsform die Mantel- oder Mantel/Puffer-Schichten von dem gesamten Kreisumfang des Lichtwellenleiterkerns entfernt, und die SPR unterhaltende Metallschicht ist symmetrisch auf dem freigelegten Kern mit einer gleichförmigen Dicke aufgebracht.

Eine Energiequelle, die Licht mit mehreren Wellenlängen emittiert, dient als Quelle einfallender Strahlung. Die Erzeugung der einfallenden Strahlen kann durch irgendeine einer Zahl von kommerziell erhältlichen Einrichtungen geschehen. Zum Beispiel liefert eine Wolfram-Halogen-Lampe eine Strahlung mit einem Wellenlängenbereich, der ausreichend breit ist, um das Resonanzspektrum zwischen 400 nm und 1000 nm zu überstreichen. Es können jedoch auch andere Weißlichtquellen benutzt werden. Außerdem können beste Ergebnisse erzielt werden, wenn der Strom und die Temperatur einer Weißlichtquelle gesteuert werden, um irgendeine spektrale Untergrundvariation zu minimieren. Die Energiequelle kann unter Verwendung von kommerziell erhältlichen Lichtwellenleiterbeleuchtungsinstrumenten, wie z.B. eine Oriel-Lichtwellenleiterquelle für Radiometrie (wobei dieses spezielle Instrument von einer Glühlampe emittiertes weißes Licht in ein Ende des Lichtwellenleiters fokussiert) in den Lichtwellenleiter gekoppelt werden.

Geeignete Detektionseinrichtungen der vorliegenden Erfindung können die Intensität aller oder eines Teils der Wellenlängen von aus dem Lichtwellenleiter austretendem Licht detektieren. Wenn z.B. die Faser mit einem Lichtwellenleiter-Spektrographen verbunden ist, wird das aus der Faser austretende Licht an einem Gitter zu einem linearen Zeilendetektor reflektiert. Nach Reflexion an dem Gitter ist das Licht als Funktion der Wellenlänge gestreut. Jeweilige Photodioden in dem Zeilendetektor messen dann die Intensität entlang der Länge des Zeilendetektors, und der detektiert die Lichtintensität gegen eine lineare Verschiebung (, die proportional zur Wellenlänge ist). Es kann auch ein Spektrophotometer zum Messen der Lichtintensität gegen die Wellenlänge benutzt werden, oder es kann ein kreisförmiges variables Interferenzfilterrad vor einem Photodetektor verwendet werden. Ein derartiges Filterrad ermöglicht ein schmales Selektionsfilter für Licht, das sich als Funktion der Raddrehung ändert, und erlaubt eine Messung der spektralen Intensität des Lichts. Ähnliche Detektionseinrichtungen könnten ein Dispersionsprisma, ein lineares variables Interferenzfilter oder einzelne Interferenzfilter, wenn nur eine begrenzte Anzahl von Wellenlängen von Interesse sind, benutzen.

Durch Messen des Resonanzspektrums kann der komplexe Brechungsindex der mit dem Meßgebiet des faseroptischen Sensors in Kontakt stehenden Probe bestimmt werden. Der komplexe Brechungsindex einer Probe schließt sowohl eine reelle als auch eine imaginäre Brechungsindexkomponente ein. Der Realteil des komplexen Brechungsindexes einer Probe ist umgekehrt proportional zu der Geschwindigkeit, mit der sich Licht durch die Probe ausbreitet und wird im allgemeinen als der "wahre" Brechungsindex der Probe angesehen. Der Imaginärteil des komplexen Brechungsindexes einer Probe steht zu der Absorption oder Dämpfung von Licht durch die Probe in Beziehung. Zum Beispiel kann durch Messen des Resonanzspektrums einer Zucker enthaltenden Lösung die Konzentration von Zucker bestimmt werden (unter der Annahme, daß Zucker der einzige variierende Analyt in der Lösung ist, der den reellen Brechungsindex der Probe sich ändern läßt). Derartige Messungen sind bei der Herstellung von zuckerhaltigen Getränken, sowie bei dem Alkoholgehalt einer Lösung oder beim Härten von Pflanzenöl nützlich. In ähnlicher Weise kann der faseroptische SPR-Sensor dieser Erfindung zum Messen der Absorption einer Probe verwendet werden. Zum Beispiel kann der Einsatz eines Farbstoffindikators für einen oder mehrere spezielle Analyten in einer Probe (wie z.B. Säure/Base-Farbstoffindikatoren für pH und CO&sub2;) ausgenutzt werden.

Zusätzlich kann das Meßgebiet optional eine oder mehrere zusätzliche Schichten enthalten, die an die SPR unterhaltende Metallschicht geklebt ist/sind, um von dem Sensor detektierbare effektive Brechungsindizes zu liefern. Derartige zusätzliche Schichten können eine dynamikbereichsteuernde Schicht und/oder eine reaktive Schicht einschließen. Eine "dynamikbereichsteuernde Schicht" ist eine an die SPR unterhaltende Metallschicht geklebte Schicht zum Ändern des Dynamikbereiches des faseroptischen SPR-Sensors. Zum Beispiel beträgt der Dynamikbereich für eine Quarzglas-Faser, mit einem Brechungsindex von 1,46, ungefähr 1,32 bis ungefähr 1,45. Ein Kleben einer den Dynamikbereich steuernden Schicht mit einem niedrigen Brechungsindex (z.B. 1,2) an die SPR unterhaltende Metallschicht wird den Dynamikbereich des Sensors zu höheren Werten (z.B. 1,42 bis 1,55) verschieben.

Der hierin verwendete Begriff "reaktive Schicht" bedeutet eine Schicht, die mit der Probe derart wechselwirkt, daß der von dem Sensor detektierte effektive Brechungsindex verändert wird. Das Hinzufügen einer reaktiven Schicht erlaubt die Herstellung eines faseroptischen SPR-Sensors, der für eine Probe (oder einen Analyten in einer Probe) empfindlicher oder selektiver ist. Zum Beispiel schließen geeignete reaktive Schichten ein Antigen oder einen Antikörper ein, der an der SPR unterhaltenden Metalischicht gebunden ist. Diese Art von reaktiver Schicht wird den komplementären Antikörper oder das komplementäre Antigen in der Probe selektiv binden, die Dicke der reaktiven Schicht erhöhen und eine Verschiebung des von dem Sensor gemessenen effektiven Brechungsindexes hervorrufen. Im allgemeinen werden geeignete reaktive Schichten in gewisser Weise nach Kontakt mit der Probe verändert, wodurch somit der von dem Sensor gemessene effektive Brechungsindex verändert wird. Weitere reaktive Schichten schließen Sol-Gel-Filme und Polymer-Beschichtungen ein und können durch bekannte Techniken an die SPR unterhaltende Metallschicht geklebt werden.

Fig. 2 bis 4 stellen bevorzugte Ausführungsformen des faseroptischen SPR-Sensors dieser Erfindung dar. In Fig. 2 ist ein auf Inline-Transmission basierender faseroptischer SPR-Sensor gezeigt. Dieser Sensor ist durch Entfernen eines Abschnittes eines Lichtwellenleitermantels (21) und eines Puffers (23) von einem Kern (22) eines Lichtwellenleiters (20) und Aufbringen einer SPR unterhaltenden Metallschicht (26) auf eine freigelegte Oberfläche (28) des Kerns (22) hergestellt.

In Fig. 3 ist ein auf Endreflexion basierender faseroptischer SPR-Sensor dargestellt. In dieser Ausführungsform ist eine verspiegelte Schicht (34) an das Ende eines Lichtwellenleiters (30) geklebt. Genauer gesagt ist die verspiegelte Schicht mit einer Stirnfläche (32) eines Lichtwellenleiterkerns (36) in Kontakt und bedeckt sie eine Manteischicht (37) und eine Pufferschicht (38) des Lichtwellenleiters. Eine SPR unterhaltende Metallschicht (39) ist an eine freigelegte Fläche (33) des Kerns (36) geheftet.

Fig. 4 stellt eine weitere Ausführungsform eines auf Endreflexion basierenden faseroptischen SPR-Sensors dar, bei dem das Meßgebiet sich an dem Ende des Lichtwellenleiters befindet. Eine Mantelschicht (42) und eine Pufferschicht (44) sind von einem Lichtwellenleiter (40) entfernt, um eine Fläche (45) eines Kerns (46) freizulegen. Eine SPR unterhaltende Metallschicht (48) ist an eine freigelegte Oberfläche (45) des Kerns (46) geklebt. Eine verspiegelte Schicht (49) steht mit einer Stirnfläche (43) des Kerns (46) in Kontakt.

Die folgenden Beispiele dienen nur zu Darstellungszwecken und nicht zur Beschränkung.

BEISPIELE Beispiel 1 Berechnete SPR-Verschiebung zwischen Wasser und Saccharose-Lösung

Ein berechnetes dreidimensionales SPR-Reflexionsspektrum für einen Bereich von Wellenlängen (400 bis 1000 nm) ist in Fig. 5 dargestellt. Dieses Spektrum wurde unter Verwendung eines Matrizenverfahrens zum Bestimmen der Fresnel-Reflexionskoeffizienten einer mehrschichtigen Struktur berechnet und geht von einem Quarzglas-Lichtwellenleiter, einer 550 Å-Silberschicht, einer massiven Probe aus Wasser und TM-polarisiertem Licht aus. Die Brechungsindexwerte für Silber, Quarzglas und Wasser wurden anhand der Literatur (s. z.B. Hass & Hadley, Optical Properties of Metals, American Institute of Physiks Handbook, D. Gray ed., McGraw-Hill, New York, S. 149 - 151, 1972; Querry et al., Water (H&sub2;O), Handbook of Optical Constants of Solids II, E. Pallik ed., American Press, Boston, S. 1059 - 1077, 1991; Malitson, J.O.S.A. 55: 1205 - 1216, 1965) erhalten. Die Änderung des SPR-Kopplungswinkels als Funktion der Wellenlänge (wie in Fig. 5 dargestellt) beruht in erster Linie auf den erhöhten Betrag des komplexen Brechungsindexes von Silber über den Wellenlängenbereich von 400 bis 1000 nm. Diese große Änderung im Brechungsindex von Silber (ungefähr eine Größenordnung) ist mit der relativ kleinen Änderung der Brechungsindizes sowohl von Quarzglas als auch von Wasser (d.h. jeweils 0,019 und 0,128 Brechungsindexeinheiten) verglichen. Fig. 6 zeigt eine Höhenliniendarstellung von zwei berechneten dreidimensionalen SPR-Reflexionsspektren für Wasser und eine Saccharose-Lösung (37,1 Gew.-%) als massive Probenmedien. Diese Figur stellt die Abhängigkeit des Resonanzkopplungswinkels von der Wellenlänge und die Abhängigkeit des dreidimensionalen SPR-Spektrums von dem Dielektrikum-Brechungsindex zwischen dem Wasser- und dem Saccharose-Spektrum dar.

Um das Spektrum der faseroptischen SPR-Sensoren zu modellieren, müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, die einschließen: (1) das dreidimensionale SPR-Reflexionsspektrurn, (2) die Anzahl von Reflexionen, denen jede Ausbreitungsmode unterliegt, und (3) die Dichte von Ausbreitungsmoden in dem faseroptischen Sensor. Fig. 7 stellt das theoretische SPR- Spektrum (unter Zugrundelegung eines Kerndurchmessers von 400 Mikrons, eines 10 mm langen Meßgebietes, und einer konstanten Lichtintensität über alle Wellenlängen) der reflektierten Intensität für eine Reflexion gegen die Wellenlänge für eine Zahl von diskreten Ausbreitungswinkeln innerhalb des faseroptischen Sensors (d.h. 90º, 87º, 84º, 81º und 78º) dar. Die Anzahl von Reflexionen in dem Fasersensorgebiet, N, ist eine Funktion des Modenausbreitungswinkels, θ, des Durchmessers des Faserkerns, d, und der Länge des Meßgebietes, L, und wird durch die folgende Gleichung bestimmt:

N = L/d tan θ.

Um das effektive SPR-Spektrum unter Berücksichtigung von Mehrfachreflexionen zu bestimmen, wird somit das Spektrum für eine einzige Reflexion in die Potenz der Anzahl von Reflexionen, denen der spezielle Ausbreitungswinkel mit der Sensor-Grenzfläche unterliegt, erhoben. Fig. 8 stellt das effektive SPR- Spektrum der Intensität gegen die Wellenlänge für die Ausbreitungswinkel von Fig. 7 dar. Das Spektrum für die Mode niedrigster Ordnung, 90º, läuft parallel zu der meridionalen Achse der Faser und wird nicht an der Grenzfläche reflektiert. Somit ist das Spektrum das 90º-Spektrum von Fig. 6, das in die nullte Potenz erhoben ist, was ein konstantes Spektrum entsprechend keinen von dem 90º-Ausbreitungswinkel angeregten Oberflächenplasmonwellen liefert. In ähnlicher Weise weist der kleinste Ausbreitungswinkel in der Faser (d.h. 78º) ein effektives Spektrum auf, das erheblich verbreitert ist, da es 5,31 Reflexionen innerhalb der Länge des Meßgebietes unterliegt.

Das an der Ausgangsseite der Faser detektierte faseroptische SPR-Signal gibt ein akkumuliertes Spektrum für den gesamten Bereich von Ausbreitungswinkeln und nicht das Spektrum für irgendeine spezielle Mode wieder. Außerdem ist dieses Signal nicht ein gleichgewichteter Mittelwert aller Ausbreitungswinkel in der Faser. Somit muß das theoretische Signal mit der Energieverteilungsfunktion aller Ausbreitungswinkel in der Faser gewichtet werden. Für diesen Zweck kann die Ausbreitungswinkel-Dichteverteilungsfunktion als eine Gauss-Verteilung angenommen werden, die sich über den Bereich der erlaubten Ausbreitungswinkel in der Faser erstreckt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Fig. 10 gibt das theoretische faseroptische SPR-Signal, das durch Gewichten des Winkelspektrums von Fig. 8 mit der Dichteverteilungsfunktion von Fig. 9 erhalten wurde, für eine Wassermengenprobe und eine 37,1 % Saccharose-Lösung wieder. Somit wird eine Verschiebung der SPR-Kopplungswellenlänge von näherungsweise 200 nm vorhergesagt und entspricht dies einer Änderung von 0,06 Brechungsindexeinheiten zwischen den Wasser- und Saccharose-Proben.

BEISPIEL 2 Auf Inline-Transmission basierender faserodtischer SPR-Sensor

Eine Quarzglas/Polymer-Faser vom Typ FP-400 UHT (3M, Minneapolis, Minnesota) mit einem Durchmesser von 400/600/760 Mikrons (d.h. jeweiliger Kern-, Mantel- und Pufferdurchmesser) und einer numerischen Apertur von 0,3 wurde in diesem Beispiel verwendet. Die Puffer- und Mantelschichten wurden mit einem Brenner (Weber & Schultz, Biosensors and Bioelectronics 7: 1930197, 1992) entfernt, und die freigelegte Kernoberfläche mit Dynasolve 100 (Dynaloy Inc., Hanover, NJ) abgewischt. Genauer gesagt wurden drei faseroptische Sensoren durch Entfernen von 6,10 und 18 mm der Mantel/Puffer-Schichten entlang der Länge der drei Fasern hergestellt. Jede Faser wurde dann in einem Elektronenstrahlverdampfer derart angebracht, daß der Fluß des verdampften Metalls (Silber) senkrecht zu der Achse der Faser verlief. Die Fasern wurden während des Aufbringens von Silber gedreht, was zu einer symmetrisch um die Faser aufgebrachten 550 Å-Silberschicht führte. Der Abscheidevorgang wurde unter Verwendung eines Quarzkristall-Detektors überwacht.

Fig. 11 stellt den Versuchsaufbau dieses Beispieles dar. Die drei auf Inline-Transmission basierenden faseroptischen SPR- Sensoren wurden wie oben beschrieben hergestellt. Die Ausgabe einer Wolfram-Halogen-Lampe wurde in jeden der Lichtwellenleiter unabhängig fokussiert. Ein Modenmischer wurde zum Besetzen aller Moden der Lichtwellenleiter verwendet. Das Meßgebiet des Sensors wurde dann von einer 3 mm-Durchflußzelle umgeben, die unter Verwendung einer Spritze mit zwei Spritzenstopfen und Einlaß- und Auslaßöffnungen konstruiert ist. Der Ausgang des faseroptischen SPR-Sensors wurde mit einem faseroptischen Spektrographen (American Holographic, Littleton, MA) über einen SMA-Verbinder verbunden. Das Gitter mit Bildfeldebnung ist ein American Holographic Model Nr. 446.33, das einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis 900 nm mit einem linearen Dispersionswert von 20 nm/mm zerlegte. Der Detektor innerhalb des Spektrographen war ein CCD-Zeilen-Detektor mit 1024 Elementen. Die theoretische Wellenlängenauflösung wurde durch den linearen Dispersionswert des Gitters und die Breite des CCD-Elements von 25,4 Mikron zu 0,5 nm bestimmt. Für eine automatische Datenerfassung wurde eine Datenerfassungsleiterplatte mit einem IBM-kompatiblen Computer verwendet.

Es wurden sechs Probenlösungen von mit entionisiertem Wasser verdünntem Maisstärkesirup mit hohem Fructosegehalt zubereitet. Die Brechungsindizes dieser Probenlösungen wurden unter Verwendung eines Abbe-Refraktometers (Milton Roy Tabletop Refractometer 3L) bei einer Wellenlänge von 589 nm zu jeweils 1,333, 1,351, 1,364, 1,381, 1,393 und 1,404 bestimmt. Die Verteilung der transmittierten spektralen Intensität wurde für jeden Sensor mit Luft in der Durchflußzelle und dann wiederum für jede der sechs zubereiteten Saccharose-Lösungen durch Einleiten von 15 ml jeder Lösung in die Eingangsöffnung der Durchflußzelle gemessen.

Da die Intensität des einfallenden Lichts nicht für alle Wellenlängen (400 bis 900 nm) konstant war, wurde ein Luftspektrum aufgenommen, als das Meßgebiet des Sensors mit Luft in Kontakt stand (d.h., es gibt keine Oberflächenplasmonresonanz- Anregung in diesem Wellenlängenbereich für Luft mit einem Volumen-Brechungsindex von 1,00). Das für jede Probe aufgenommene SPR-Spektrum wurde gegen das Luftspektrum unter Verwendung der folgenden Gleichung normiert:

N(λ) = 1 - [Iair(λ) - Isample(λ))/Iair(λ)],

wobei Iair (λ) die Intensität des Luftspektrums bei der Wellenlänge λ und Isample (λ) die Intensität des Probenspektrums bei der Wellenlänge λ ist. Eine Darstellung von N (λ) gegen λ liefert das normierte Spektrum. Fig. 12(a) stellt ein repräsentatives Luft- und Proben-SPR-Spektrum dar, und Fig. 12(b) zeigt das normierte Probenspektrum gemäß der obigen Gleichung. Diese Kalibriertechnik normiert wirksam die Systemübertragungsfunktion, zu der die spektrale Lichtausgabe, die spektrale Empfindlichkeit der Photodioden-Zeile und die spektrale Absorption der Faser beiträgt. Fig. 12(c) zeigt die normierte transmittierte Lichtintensität als eine Funktion der Wellenlänge, die von dem 10 mm-Sensor für die Fructose-Lösungen mit Brechungsindizes von 1,351, 1,393 umd 1,404 gemessen wurde.

Die Resonanzwellenlängenverschiebung für die zunehmenden Volumen-Brechungsindizes der Probe stimmt mit den in Fig. 10 dargestellten berechneten Ergebnissen überein. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß das Resonanzspektrum etwas breiter als vorhergesagt erscheint. Es wird angenommen, daß zu dieser Beobachtung zumindest teilweise die mit dem Spektrographen verbundene Faser mit großem Eingang (d.h. 400 Mikrons) beiträgt und somit die volle Spektrographenauflösung nicht optimiert ist. Es wird angenommen, daß schmalere Resonanzspektren durch Verringern des Durchmessers des Eingangslichtwellenleiterkerns zu dem Spektrographen oder durch Benutzen eines schmaleren Schlitzes erzielt werden kann.

Fig. 13 ist eine Darstellung der von den 6, 10 und 18 mm-Sensoren für eine einzige Fructose-Lösung (d.h. Brechungsindex von 1,351) gemessenen Spektren des faseroptischen SPR-Sensors. Die Verteilung der transmittierten spektralen Intensität hängt, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, von der Länge des SPR Meßgebietes ab, wobei ein längeres Meßgebiet zu einem beobachteten tieferen Resonanzspektrum führte. Somit kann die Größe des Meßgebietes optimiert werden und hängt sie in erster Linie von dem Oberflächengebiet des Meßgebietes, dem Durchmesser des Lichtwellenleiterkerns und der numerischen Apertur ab. Aufgrund der zylindrischen Geometrie der Faser kann sowohl TE- als auch TM-polarisiertes Licht (in Bezug auf die Kern/Metall- Grenzfläche) sich in dieser Multimode-Faser ausbreiten. Somit beträgt die erwartete optimale transmittierte Lichtintensität bei Resonanz 0,5 statt 0,0, da SPR nur mit TM-polarisiertem Licht angeregt werden kann.

In Fig. 14 sind theoretische und experimentelle SPR-Kopplungswellenlängen gegen den Brechungsindex der Fructose-Lösungen für die drei faseroptischen SPR-Sensoren von Fig. 13 dargestellt. Die Antwort aller drei Sensoren stimmt gut mit den berechneten Verschiebungen von Beispiel 1 überein. Zum Darstellen der mit dem Abbe-Refraktometer gemessenen Brechungsindizes der Probenlösungen in Fig. 14 wurden die Werte hinsichtlich der Wellenlänge unter Verwendung der Brechungsdispersionsmessung (Abbe Refractometer Operator's Manual and Dispersion Table, Milton Roy Company, Analytical Products Division, Rochester, New York, 1986) korrigiert. Die theoretische Empfindlichkeit des faseroptischen SPR-Sensors gegen den Brechungsindex wurde anhand der SPR-Wellenlängenantwortkurve von Fig. 13 berechnet. Da die Antwort nichtlinear ist, ist die Empfindlichkeit eine Funktion der Wellenlänge, mit erhöhter Empfindlichkeit bei längeren Wellenlängen. Die theoretische Empfindlichkeit gegen den Brechungsindix beträgt, unter der Annahme einer optimalen Wellenlängenauflösung des Spektrographen von 0,5 nm, 2,5 x 10&supmin;&sup4; bei einer Wellenlänge von 500 nm und 7,5 x 10&supmin;&sup5; bei einer Wellenlänge von 900 nm, und die beobachtete Empfindlichkeit bei diesen Wellenlängen stimmt damit gut überein.

BEISPIEL 3 Auf Endreflexion basierender faseroptischer SPR-Sensor

Fig. 15 stellt einen auf Endreflexion basierenden faseroptischen SPR-Sensor der vorliegenden Erfindung dar. Dieser Sensor ähnelt dem oben beschriebenen Inline-Transmission-Sensor, aber verwendet einen mikrogefertigten Spiegel an dem Ende des Lichtwellenleiters, um das sich durch die Faser ausbreitende Licht intern zu reflektieren. In dieser Ausführungsform läuft das Licht zweimal durch das Meßgebiet, so daß die Meßlänge die Hälfte der Länge des Meßgebietes des Inline-Transmission-Sensors betragen kann.

Die auf Endreflexion basierenden faseroptischen SPR-Sensoren wurden durch Abstreifen von 1 cm der Mantel- und Puffer- Schichten an dem Ende von zwei separaten Quarzglas-Lichtwellenleitern (0,3 numerische Apertur, 400 Mikron Kerndurchmesser) konstruiert. Die Fasern wurden dann einzeln vertikal in einer Elektronenstrahlverdampferkammer derart angebracht, daß die abgestreiften Enden jeder Faser nach unten zeigten. Es wurde dann ein verdampftes Metall (Silber) auf der abgestreiften Stirnfläche jeder Faser mit einer Dicke von 3000 Å unter Verwendung einer Maske zur Vermeidung einer Abscheidung auf der freigelegten Fläche des Kerns aufgebracht. Die Fasern wurden dann in einer Elektronenstrahlkammer in derselben Weise wie die faseroptischen Inline-Sensoren von Beispiel 2 angebracht, und entweder eine Silber- oder Gold-Metallschicht wurde symmetrisch auf der freigelegten Kernfläche der Fasern mit einer Dicke von 550 Å aufgebracht.

In diesem Beispiel wurde Licht von einer Wolfram-Halogen-Lampe in einen Einzelzweig eines faseroptischen 50:50-Zweiweg- Strahlteilers gekoppelt. 50% des eingekoppelten Lichts wurden dann zu dem Sensorzweig des Strahlteilers übertragen. Ein SMA- Verbinder wurde zum Verbinden des Strahlteilers mit dem faseroptischen SPR-Sensor verwendet. Das Licht wurde in der Probe zu dem Sensorgebiet herunter übertragen und von dem mikrohergestellten Spiegel zu dem Lichtwellenleiter hoch reflektiert. Die Spiegeldicke war derart, daß SPR nicht an dem Ende des Lichtwellenleiters eintritt (in diesem Beispiel beträgt die Spiegeldicke 3000 Å). Das zurückgekehrte Licht wird dann wieder aufgeteilt und mit einem Lichtwellenleiter-Spektrographen zum Messen der spektralen Intensität des Signallichts verbunden. Der übrigbleibende Arm des Strahlteilers wurde bezüglich des Brechungsindexes an eine Lösung aus Glycerol zum Minimieren von Rückreflexion angepaßt. Es könnte jedoch auch ein Referenzsignal unter Verwendung eines Spektrographen mit zwei Eingängen, von denen einer für das Signal und der andere eine Echtzeitreferenz ist, gemessen werden. Die flussigen Proben dieses Experiments waren sechs Lösungen, die Glycerol mit unterschiedlichen Konzentrationen enthielten, um Proben mit unterschiedlichen Brechungsindizes zu liefern.

Die anhand der zwei abgeschlossenen Sonden erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 16 dargestellt und stimmen mit den Daten und berechneten Ergebnissen eines faseroptischen Inline-Transmission-SPR-Sensors überein. Der beobachtete Wellenlängenversatz zwischen den abgeschlossenen Gold- und Silber-Sonden beruht anscheinend auf der Differenz in den Dielektrizitätskonstanten zwischen den zwei Metallen (s. Fig. 16) der SPR unterhaltenden Metallschicht.

BEISPIEL 4 Immuntest verwendender auf Endreflexion basierender faserodtischer SPR-Sensor

Dieses Beispiel stellt die Verwendung des faseroptischen SPR- Sensors von Beispiel 3 in Kombination mit einer auf der Oberfläche einer SPR unterhaltenden Gold-Schicht aufgebrachten reaktiven Schicht dar. Die beobachteten Verschiebungen in dem SPR-Spektrum des obigen Beispiels 3 (d.h. Fig. 16) zu größeren Kopplungswellenlängen, λspr, beruhen auf zunehmende Brechungsindizes der chemischen Volumenprobe. Eine ähnliche Verschiebung kann durch Anwesenheit einer reaktiven Dünnfilm-Schicht zwischen dem Metall und der Probe verursacht werden. Die Absorption einer derartigen Dünnfilm-Schicht (vorausgesetzt, daß die Dünnfilm-Schicht einen anderen Brechungsindex als die massive Probe hat) wird eine Verschiebung in λspr verursachen. Dies liegt daran, daß die Oberflächenplasmonwellen einen effektiven Brechungsindex, neff, "erfahren", der die Kombination der Brechungsindizes der Oberflächenplasmon unterhaltenden Schicht, der Dünnschicht und der Dicke der Dünnschicht darstellt. Änderungen in den Schichtparametern (wie z.B. Schichtdicke und/oder komplexer Brechungsindex) werden eine Verschiebung in λspr verursachen. Diese Änderungen können durch Analysieren der Eigenschaften des gemessenen SPR-Spektrums geklärt werden.

Um diesen Aspekt der vorliegenden Erfindung darzustellen, wurden Protein-Lösungen zubereitet, die die folgenden Komponenten enthalten:

Rekombinanter menschlicher Faktor XIII (rhFXIII), exprimiert und gereinigt aus Hefe (Zemogenetics, Inc., Seattle, Washington), Rinderserumalbumin (BSA, Fraction V, Sigma, St. Louis, MO), und eine biotinylierte Polydonale Kaninchen-anti- rhFXIII-IgG-Zubereitung (rb-antiFXIII, Protein-A gereinigt, gesch. 98% IgG). Sowohl die rhFXIII- als auch die DSA-Proben lagen bei einer Konzentration von 10mg/ml Puffer A-Lösung (pH 7,2, 2% Saccharose, 0,1 mM EDTA. Na&sub2;, 10 mM Glycin), während die rb-antiFXIII bei 0,5 mg/ml in Phosphat gepufferter Salzlösung (pH 7,4) lag. Alle Chemikalien wurden von Sigma Chemical bezogen.

Eine der größeren Öffnungen 74 dem Gehäuse einer angemessenen Fig. 17 stellt die SPR-Reflexionsspektren im Vergleich zu Luft für Puffer A, entionisiertes Wasser, BSA und rhFXIII dar, die durch Eintauchen des auf Endreflexion basierenden faseroptischen SPR-Sensors in die jeweilige Lösung erhalten wurden. Das Spektrum wurde nicht durch mechanisches Bewegen oder Rühren der Testlösung beeinflußt und das Spektrum sowohl für BSA als auch für rhFXIII verschob sich in demselben Ausmaß. Dies zeigt, daß der Sensor gegenüber dem Molekulargewicht des Proteins (rhFXIII ist 68 kD und BSA ist 69 kD) unempfindlich ist, aber auf die Proteinmasse anspricht, die an der Oberfläche des Meßgebietes adsorbiert ist.

Der Sensor wurde auf Luft bezogen und in Puffer A und entionisiertem Wasser getestet. Der Sensor wurde dann mit rhFXIII durch Anordnen des Sensors in der rhFXIII-Lösung beschichtet, bis keine Spektralverschiebung eintrat. Der Sensor wurde dann in die BSA-Lösung eingetaucht, und die Wechselwirkung von rbantiFXIII wurde über einen Lauf von 55 Minuten durch Anordnen des Sensors in der Antikörper-Lösung untersucht. Die Wechselwirkung von polydonalem rb-antiFXIII mit rhFXIII, das an der Oberfläche der SPR unterhaltenden Metallschicht absorbiert ist, stellte sich als ausreichend langsam (Stunden) für eine Messung heraus. Die zeitliche Verschiebung in dem SPR-Spektrum aufgrund der Bindung von rb-antiFXIII ist in Fig. 18 dargestellt, und die Bestimmung der Minima für jedes SPR-Spektrum ist in Fig. 19 gezeigt.

Wie durch Fig. 19 dargestellt ist, trat mehr als 50% der beobachteten Antwort innerhalb der ersten 10 Minuten der Exposition ein. Das mehrphasige Antwortverhalten des Sensors stimmt mit der Art der Verwendung des polydonalen Antikörpers in dieser Untersuchung überein, und gibt die mittlere Antwort von einer Mehrzahl von antiideotypischen IgGs mit verschiedenen kinetischen Eigenschaften für rhFXIII wieder. Die Sensorantwort stellte sich als reversibel dar, wie es durch Reinigen der Sonde mit einer 0,1 N NaOH-Lösung und durch nachfolgende spektrale Vergleiche (für Luft und Puffer A) zwischen dem Sensor vor der Testlösungen-Exposition gegen nach der Exposition gezeigt ist.

Anhand des Vorangehenden wird es ersichtlich sein, daß, obwohl spezielle Ausführungsformen der Erfindung hierin zu Darstellungszwecken beschrieben worden sind, zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne aus dem Schutzbereich der Erfindung zu gelangen. Demgemäß ist die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.


Anspruch[de]

1. Eine faseroptische Oberflächenplasmonresonanz-Meßvorrichtung mit: einem faseroptischen Oberflächenplasmonresonanz-Sensor, der einen Lichtwellenleiter (20; 30; 40) mit einem Kernwellenleiter (22; 36; 46), der mehrere Lichtausbreitungswinkel unterstützen kann, und eine Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht (21, 23; 37, 38; 42, 44) umfaßt, die den Kemwellenleiter umgibt, wobei der Lichtwellenleiter ein erstes Ende und ein zweites Ende (32; 43) und wenigstens ein Meßgebiet (28; 33; 45) aufweist, das sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende oder an dem zweiten Ende befindet, wobei das Meßgebiet durch eine Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht (26; 39; 48) definiert ist, die mit wenigstens einem Teil einer Oberfläche des faseroptischen Kernwellenleiters (22; 36; 46), die frei von der umgebenden Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht ist, in Kontakt steht;

einer Quelle elektromagnetischer Strahlung mit mehreren Wellenlängen, deren Ausgabe an dem ersten Ende des faseroptischen Kernwellenleiters (22; 36; 46) derart anliegt, daß die Strahlung sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende durch innere Totalreflexionen ausbreitet und den Lichtwellenleiter (20; 30; 40) verläßt; und

einer Detektionseinrichtung zum Überwachen der den Lichtwellenleiter verlassenden Strahlung.

2. Eine Meßvorrichtung nach Anspruch 1, worin: das erste Ende eine Eingangsseite und das zweite Ende eine Ausgangsseite ist; und das Meßgebiet (28) sich zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite befindet, wobei Strahlung die Ausgangsseite des Lichtwellenleiters verläßt.

3. Eine Meßvorrichtung nach Anspruch 1, worin das erste Ende eine Eingangs-Ausgangsseite und das zweite Ende eine Endreflexionsseite (32; 43) ist, die von einer Stirnfläche (32; 43) des mit einer verspiegelten Schicht (34; 49) in Kontakt befindlichen Kernwellenleiters (36; 46) definiert ist, wobei das Meßgebiet (33; 45) sich zwischen der Eingangs/Ausgangsseite und der Endreflexionsseite oder an der Endreflexionsseite befindet, die Strahlung sich von der Eingangs/Ausgangsseite zu der Endreflexionsseite durch innere Totalreflexionen ausbreitet, innen von der mit der Stirnfläche des Kernwellenleiters in Kontakt stehenden verspiegelten Schicht reflektiert wird, sich durch innere Totalreflexionen entlang des faseroptischen Wellenleiters zu der Eingangs-Ausgangsseite zurück ausbreitet; und die Eingangs/Ausgangsseite des faseroptischen Wellenleiters verläßt.

4. Die Meßvorrichtung nach Anspruch 3, worin das Meßgebiet (45) des Sensors sich an der Endreflexionsseite (43) des Lichtwellenleiters befindet.

5. Die Meßvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Meßgebiet außerdem wenigstens eine zusätzliche Schicht enthält, die an die Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht (26; 39; 48) geklebt ist.

6. Eine Meßvorrichtung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die die Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht aus Gold und Silber ausgewählt ist.

7. Eine Meßvorrichtung nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin die Detektionseinrichtung einen Spektrographen und einen Zeilendetektor umfaßt.

8. Ein Verfahren zum Detektieren einer Probe, das umfaßt:

Kontaktieren der Probe mit einem faseroptischen Oberflächenplasmonresonanz-Sensor, wobei der Sensor einen Lichtwellenleiter (20; 30; 40) mit einem Kemwellenleiter (22; 36; 46), der mehrere Lichtausbreitungswinkel unterstützen kann, und eine Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht (21, 23; 37, 38; 42, 44) umfaßt, die den Kemwellenleiter umgibt, wobei der Lichtwellenleiter ein erstes Ende und ein zweites Ende (32; 43) und wenigstens ein Meßgebiet (28; 33; 45) aufweist, das sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende oder an dem zweiten Ende befindet, wobei das Meßgebiet durch eine Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht (26; 39; 48) definiert ist, die mit wenigstens einem Teil einer Oberfläche des faseroptischen Kernwellenleiters, die frei von der umgebenden Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht ist, in Kontakt steht; und wobei das Meßgebiet des Sensors mit der Probe in Kontakt steht;

Leiten einer Quelle elektromagnetischer Strahlung mit mehreren Wellenlängen in das erste Ende des faseroptischen Kernwellenleiters derart, daß die Strahlung sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende durch innere Totalreflexionen ausbreitet und den Lichtwellenleiter verläßt, und wobei die sich ausbreitende Strahlung mit dem Meßgebiet des Sensors, der mit der Probe in Kontakt steht, in Wechselwirkung tritt; und

Detektieren der den faseroptischen Kernwellenleiter verlassenden Strahlung.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, worin das erste Ende eine Eingangsseite und das zweite Ende eine Ausgangsseite ist; und das Meßgebiet (28) sich zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite befindet, wobei Strahlung die Ausgangsseite des faseroptischen Wellenleiters verläßt.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 8, worin das erste Ende eine Eingangs-Ausgangsseite und das zweite Ende eine Endreflexionsseite (32; 43) ist, die von einer Stirnfläche (32; 43) des mit einer verspiegelten Schicht (34; 49) in Kontakt befindlichen Kernwellenleiters definiert ist, wobei das Meßgebiet (33; 45) sich zwischen der Eingangs/Ausgangsseite und der Endreflexionsseite oder an der Endreflexionsseite befindet, wobei das Verfahren die weiteren Schritte des inneren Reflektierens der Strahlung von der mit der Stirnfläche (32; 43) des Kernwellenleiters in Kontakt stehenden verspiegelten Schicht (34; 49) und Ausbreitens der Strahlung durch innere Totalreflexionen entlang des faseroptischen Kernwellenleiters zurück zu der Eingangs-/Ausgangsseite umfaßt, wobei die Strahlung die Eingangs-Ausgangsseite des faseroptischen Wellenleiters verläßt.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, worin das Meßgebiet (45) des Sensors sich an der Endreflexionsseite (43) des Lichtwellenleiters befindet.

12. Ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 11, worin das Meßgebiet (28; 33; 45) außerdem wenigstens eine zusätzliche Schicht enthält, die an die Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht geklebt ist.

13. Ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 12, worin die Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht (26, 39; 48) aus Gold und Silber ausgewählt ist.

14. Ein faseroptischer Oberflächenplasmonresonanz-Sensor, der einen Lichtwellenleiter (20; 30; 40) mit einem Kernwellenleiter (22; 36; 46), der mehrere Lichtausbreitungswinkel unterstützen kann, und eine Mantel- oder Mantel/Puffer-Schicht (21, 23; 37, 38; 44, 44) umfaßt, die den Kernwellenleiter umgibt, worin der Lichtwellenleiter ein erstes Ende und ein zweites Ende (22; 43) und wenigstens ein Meßgebiet (28; 33; 45) aufweist, das sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende oder an dem zweiten Ende befindet, worin das Meßgebiet durch eine Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht (26; 39; 48) definiert ist, die mit wenigstens einem Teil einer Oberfläche des faseroptischen Kernwellenleiters in Kontakt steht, die frei von der umgebenden Mantel- oder Mantel- Puffer-Schicht ist.

15. Ein Sensor nach Anspruch 14, worin das erste Ende eine Eingangsseite und das zweite Ende eine Ausgangsseite ist, wobei das Meßgebiet (28) sich zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite befindet.

16. Ein Sensor nach Anspruch 14, worin das erste Ende eine Eingangs-Ausgangsseite und das zweite Ende eine Endreflexionsseite (32; 43) ist, die von einer Stirnfläche (32; 43) des mit einer verspiegelten Schicht (34; 49) in Kontakt stehenden Kernwellenleiters definiert ist, und das Meßgebiet (33; 45) sich zwischen der Eingangs/Ausgangsseite und der Endreflexionsseite oder an der Endreflexionsseite befindet.

17. Ein Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, worin das Meßgebiet (45) des Sensors sich an der Endreflexionsseite (43) des Lichtwellenleiters befindet.

18. Ein Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, worin das Meßgebiet (28; 33; 45) außerdem wenigstens eine zusätzliche Schicht enthält, die an die Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht geklebt ist.

19. Ein Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, worin die Oberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metallschicht (26; 39; 48) aus Gold und Silber ausgewählt ist.

20. Ein Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 19, worin das Öberflächenplasmonresonanz unterhaltende Metall (26; 39; 48) Gold ist.

21. Ein Sensor nach Anspruch 18, worin die wenigstens eine zusätzliche Schicht eine reaktive Schicht umfaßt.

22. Ein Sensor nach Anspruch 18, worin die wenigstens eine zusätzliche Schicht eine dynamikbereichsteuernde Schicht umfaßt.

23. Ein Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 18 bis 22, worin der Kernwellenleiter (22; 36; 46) aus Siliciumdioxid besteht.

24. Ein Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 18 bis 23, worin der Kernwellenleiter (22; 36; 46) eine numerische Apertur im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,6 aufweist.

25. Ein Sensor nach Anspruch 24, worin die numerische Apertur im Bereich von ungefähr 0,2 bis 0,4 liegt.

26. Ein Sensor nach Anspruch 25, worin die numerische Apertur im Bereich von ungefähr 0,25 bis ungefähr 0,35 liegt.

27. Ein Sensor nach irgendeinem der Ansprüche 18 bis 26, worin der Kernwellenleiter (22; 36; 46) einen Kerndurchmesser im Bereich von ungefähr 1 Mikron bis ungefähr 2000 Mikrons aufweist.

28. Ein Sensor nach Anspruch 27, worin der Kerndurchmesser im Bereich von ungefähr 100 Mikron bis ungefähr 600 Mikrons liegt.

29. Ein Sensor nach Anspruch 28, worin der Kerndurchmesser im Bereich von ungefähr 200 Mikrons bis ungefähr 400 Mikrons liegt.

30. Ein Sensor nach Anspruch 16, worin die verspiegelte Schicht (34; 39) Silber umfaßt.

31. Ein Sensor nach Anspruch 16, worin die verspiegelte Schicht (34; 39) Gold umfaßt.

32. Ein Sensor nach Anspruch 16, worin die verspiegelte Schicht (34; 39) eine Dicke von wenigstens 2000 Ångström aufweist.







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