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Dokumentenidentifikation DE60221979T2 20.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001384061
Titel ENERGIESTRAHLFÜHRUNG FÜR EIN ELEKTROPHORESESYSTEM
Anmelder Applera Corp., Foster City, Calif., US
Erfinder CARRILLO, Albert L., Redwood City, CA 94061, US
Vertreter Patentanwälte Wallach, Koch & Partner, 80339 München
DE-Aktenzeichen 60221979
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.04.2002
EP-Aktenzeichen 027239946
WO-Anmeldetag 30.04.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/US02/13436
WO-Veröffentlichungsnummer 2002090921
WO-Veröffentlichungsdatum 14.11.2002
EP-Offenlegungsdatum 28.01.2004
EP date of grant 22.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse G01N 21/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01N 21/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G01N 27/447(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G01N 21/77(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G01N 21/55(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Elektrophorese-System. Insbesondere ist die Erfindung auf eine Detektions-Zelle zum Empfang einer photometrisch zu analysierenden Probe gerichtet, wobei die Detektions-Zelle als eine Lichtführung für Anregungs-Licht wirkt, das zur Detektion getrennter chemischer Komponenten verwendet wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In der Biotechnologie ist die Trennung und Analyse chemischer Proben von kritischer Bedeutung. Weiterhin ist es wünschenswert, mehrfache Trennungen und Analysen der getrennten Komponenten gleichzeitig auszuführen, um die Geschwindigkeit und Effizienz zu vergrößern, mit der chemische Proben ausgewertet werden. Beispielsweise werden Trenntechnologien, wie zum Beispiel die Elektrophorese, bei der DNA-Sequenzierung, bei der Protein-Molekulargewicht-Bestimmung, bei der genetischen Abbildung und anderen Arten von Prozessen verwendet, die zur Gewinnung großer Mengen analytischer Information über bestimmte chemische Proben verwendet werden.

Ein Verfahren, dass zur Trennung chemischer Proben in ihre Bestandteile verwendet wird, ist die Elektrophorese. Die Elektrophorese ist die Wanderung von geladenen kolloidalen Teilchen oder Molekülen durch eine Lösung unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes, das üblicherweise durch eingetauchte Elektrode geliefert wird, wobei die kolloidalen Teilchen eine Suspension von fein verteilten Teilchen in einem kontinuierlichen Medium sind.

Historisch wurde ein Polymer-Gel, das die fein verteilten Teilchen enthält, zwischen zwei Glasplatten angeordnet, und ein elektrisches Feld wurde an beiden Enden der Platten angelegt. Dieses Verfahren bietet jedoch nur einen niedrigen Grad an Automation und erfordert lange Analyse-Zeiten.

In letzterer Zeit wurde das Kapillar-Elektrophorese- (nachfolgend als „CE" bezeichnet), Verfahren entwickelt, das die zusätzlichen Vorteile einer Geschwindigkeit, Vielseitigkeit und niedriger Betriebskosten hat. Der Betrieb eines CE-Systems beinhaltet das Anlegen einer hohen Spannung (typischerweise 10–30kV) längs einer eine enge Bohrung aufweisenden Kapillare (typischerweise 25–100 &mgr;m). Die Kapillare ist mit einer Elektrolyt-Lösung gefüllt, die Strom durch die Innenseite der Kapillare leitet. Die Enden der Kapillare werden in Behälter oder Reservoire getaucht, die mit dem Elektrolyt gefüllt sind. Elektroden, die aus einem inerten Material, wie zum Beispiel Platin bestehen, werden ebenfalls in die Elektrolyt-Behälter eingesetzt, um den elektrischen Kreis zu schließen. Ein kleines Volumen der Probe wird in ein Ende der Kapillare injiziert. Die Kapillare durchläuft einen Detektor, üblicherweise einen UV-Absorptions-Detektor, an dem entgegengesetzten Ende der Kapillare. Das Anlegen einer Spannung ruft eine Bewegung der Proben-Ionen in Richtung auf ihre passende Elektrode hervor, die üblicherweise durch den Detektor hindurch läuft. Unterschiedliche Proben-Ionen kommen zu unterschiedlichen Zeiten an einen Detektions-Teil der Kapillare an. Die Probe kann mit einem Fluoreszenz-Markierungsmittel markiert werden, sodass, wenn die Probe durch einen Lichtstrahl an den Detektor hindurch läuft, das fluoreszierende Markierungsmittel fluoresziert, und die Fluoreszenz wird als ein elektrisches Signal erfasst. Die Intensität des elektrischen Signals hängt von der Menge des fluoreszierenden Markierungsmittels ab, das in der Detektions-Zone vorhanden ist. Die Kurve des Detektor-Ansprechverhaltens mit der Zeit wird dann erzeugt und dies wird als ein Elektropherogramm bezeichnet.

Die CE ist ein besonders bevorzugtes Trennverfahren, weil sie die Verwendung hoher elektrischer Felder zulässt, und zwar aufgrund der Tatsache, dass das Kapillarrohr in wirkungsvoller Weise die resultierende Wärme ableitet, die durch das elektrische Feld erzeugt wird. Damit sind die erreichten Trennungen wesentlich besser als bei den traditionelleren elektrophoretischen Systemen. Zusätzlich können mehrfache Kapillarrohe mit engem Abstand voneinander angeordnet und gleichzeitig verwendet werden, um den Probendurchsatz zu vergrößern.

Bei traditionellen CE-Systemen wird die Analyse oder Detektion der getrennten Komponenten durchgeführt, während sich die Probe noch innerhalb der Kapillare befindet, und sie kann unter Verwendung von photometrischen Techniken durchgeführt werden, wie zum Beispiel der Adsorbtion und der Fluoreszenz. Die Adsorbtion und die Fluoreszenz ergibt sich, wenn Anregungs-Licht in Richtung auf das Kapillarrohr gerichtet und von der Probe emittiertes Licht (beispielsweise Fluoreszenz) von einem Detektor gemessen wird, wodurch Information über die getrennten Komponenten geliefert wird. Daher muss bei diesen Systemen auf die Probe gerichtetes Anregungs-Licht sowie von der Probe emittiertes Licht durch die Wände der Kapillare übertragen werden. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die aus Quarzglas bestehenden Kapillaren, die typischerweise bei der Kapillar-Elektrophorese verwendet werden, schlechte optische Elemente sind und eine erhebliche Streuung des Lichts hervorrufen. Das mit der Lichtstreuung verbundene Problem wird verschärft, wenn mehrfache Kapillaren Seite an Seite angeordnet sind, weil gestreutes Anregungs-Licht von einer Kapillare die Detektion von Proben in benachbarten Kapillaren stört.

Ein Ansatz zur Lösung des Problems der Detektion auf einer Kapillare bestand darin, eine Probe nach dem Austritt der Probe aus der Kapillare in einer Detektions-Zelle zu erfassen, die bessere optische Eigenschaften aufweist, beispielsweise in einer ebenen Quarzkammer. Bei diesem System wird die Probe von dem Auslass einer Kapillare durch Elektrophorese unter dem Einfluss der gleichen Spannungsdifferenz in die Detektions-Zelle transportiert, wie sie zur Durchführung der elektrophoretischen Trennung verwendet wird. Beispiele dieser Art von System sind in dem US-Patent 5,529,679 beschrieben.

Eine Variation des vorstehenden Systems ersetzt die Kapillarrohre durch eine Serie von parallelen Kanälen, die in einer Platte oder einem Chip ausgebildet sind, wobei die Kanäle in Strömungsmittel-Verbindung mit einer Detektions-Zelle in einer Weise ähnlich der vorstehend beschriebenen stehen. Diese Art von System ist als Mikrokanal-Anordnung bekannt.

Ein bekannter Lösungsansatz ist in dem US-Patent 4,873,993 beschrieben, bei dem eine Küvette zum Auffangen einer Probe einer Körperflüssigkeit ausgebildet ist. Die Küvette ist mit einer Vielzahl von optischen Elementen versehen, um zu bewirken, dass ein Lichtstrahl entlang eines anderen Pfades reflektiert wird, als der Richtung der Eintrittslinie.

In dem US-Patent 5,680,209 wird ein System für die Analyse kleiner Mengen von Substanzen beschrieben. Die Systeme verwenden eine konische Form aufweisende Apertur-Änderungseinrichtungen, die zwischen der Lichtquelle und der Probe angeordnet sind und so ausgebildet sind, dass sie als ein Stufen-Wellenleiter für die gekoppelte Strahlung wirken.

Obwohl hierdurch einige der vorstehend genannten Probleme berücksichtigt werden, hat das CE-System vom Detektions-Zellentyp als solches Nachteile. Beispielsweise hat die Anregungs-Energie, wie zum Beispiel Licht von einem Laser, eine Neigung zu einer Streuung, wodurch die Intensität der Energie verringert wird, während sie durch die Detektions-Zelle hindurch übertragen wird.

Ein Teil-Querschnitt einer bekannten Detektions-Zelle 102 ist in 1A gezeigt. Die Detektions-Zelle 102, die typischerweise aus Glas hergestellt ist, bildet einen Hohlraum 108, der mit einem elektrolytischen Polymer 110 gefüllt ist, das eine zu detektierende Probe enthält. Lichtstrahlen 104, typischerweise von einem Laser, treten in die Detektions-Zelle 102 an einem ersten Ende 112 ein. Weil das erste Ende 112 senkrecht zu den Lichtstrahlen 104 steht, ergibt sich keine Streuung, das heißt Reflexion oder Brechung, des Lichtes 104 bei dessen Übergang in die Detektions-Zelle von Luft zu Glas. Wenn das Licht 104 jedoch durch die Begrenzung 106 zwischen der Detektions-Zelle und dem Polymer 110 hindurch läuft, so wird das Licht gebrochen. Dies ergibt sich aufgrund des Winkels oder der Neigung der Begrenzung 106 und der Differenz der Brechungsindizes von Glas und Polymer. Der Winkel oder die Neigung der Begrenzung 106 wird durch heutige Ätz- und Formungs-Technologien hervorgerufen, die nicht in der Lage sind, optisch ebene vertikale Hohlraum-Wände in Glas oder Kunststoff zu schaffen.

Das gebrochene Licht gehorcht dem Brechungsgesetzt, das heißt: RII sin (AI) = RIR sin (AR) worin

RI
I = der erste Brechungsindex;
A
I = der Einfallswinkel;
RI
R = der zweiter Brechungsindex; und
A
R = der Brechungswinkel ist.

Weil das Polymer einen Brechungsindex (ungefähr 1,41) hat, der kleiner als der Brechungsindex von Glas ist (ungefähr 1,52), ist der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel, und das Licht wird weiter von der Senkrechten zur Begrenzung 106 fort gebeugt. Viele Lichtstrahlen gehen aufgrund der Tatsache verloren, dass Licht bei 116 aus der Detektions-Zelle austritt, anstatt in dem Hohlraum durch eine Fresnel-Reflexion eingefangen zu werden. Dies beeinträchtigt die Intensität des Anregungs-Lichtes, das auf die Proben auftrifft, wodurch andererseits in nachteiliger Weise die Stärke des detektierten Signals beeinflusst wird. Weiterhin können gebrochene Lichtstrahlen außerdem bei 114 an den Innenoberflächen des Hohlraumes 108 reflektiert werden, was eine Interferenz und einen Verlust an Detektionssignal hervorruft. Mit anderen Worten heißt dies, dass die gekrümmten oder gewinkelten Grenzflächen oder Begrenzungen in Kombination mit der ungünstigen Brechungsindex-Änderung an der Glas-zu-Polymer-Grenzfläche oder Schnittstelle zu einer unbefriedigenden Lichtintensität und Qualität führen, was zu einer schlechten Probendetektion führt.

Weiterhin werden die optischen Kanäle dieser Systeme in vielen Fällen entlang eines engen Tunnels zu einem geschlossenen Ende an der Lichtempfangsseite der Detektions-Zelle erstreckt. Dies führt eine Schnittstelle an dem Punkt ein, an dem der Tunnel auf die Detektions-Zelle auftrifft, die nur schwer zu kontrollieren, sauber zu halten und von den hohen Spannungen in der Detektions-Zelle zu isolieren ist. Weiterhin kann die Schnittstelle eine Verzerrung des Elektrophorese-Feldes hervorrufen. Zusätzlich können in dem Tunnel eingefangene Blasen optisch eine Störung des Anregungs-Lichtes ergeben. Dies beeinträchtigt in Kombination mit der schlechten Lichtintensität und Qualität die Signaldetektion weiter.

Im Hinblick auf diese Nachteile besteht ein Bedarf an einer verbesserten Detektions-Zelle, die eine bessere Kontrolle über Anregungs-Licht ergibt, das zur Detektion oder Analyse getrennter Probenbestandteile verwendet wird, die unter Verwendung von Techniken, wie zum Beispiel von CE-Rohr- oder Mikrochip-Technologien erzeugt wurden. Weiterhin besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zur Kontrolle der Richtung der Lichtstrahlen innerhalb der Detektions-Zelle.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung wird eine Energiestrahl-Führung geschaffen, die Folgendes umfasst:

einen ersten Bereich, der einen ersten Brechungsindex hat, wobei der erste Bereich ein einen Energiestrahl empfangendes Ende und eine nach oben geneigte erste Begrenzung (122, 226) aufweist, die dem den Energiestrahl empfangenden Ende gegenüberliegt;

einen zweiten Bereich, der einen zweiten Brechungsindex aufweist, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, wobei der zweite Bereich die erste Begrenzung (122, 226) mit dem ersten Bereich gemeinsam hat und eine nach unten geneigte zweite Begrenzung (128, 228) aufweist, die zu der ersten Grenzfläche (122, 226) entgegengesetzt ist, wobei ein vorgegebene Abstand die ersten (122, 226) und zweiten (128, 228) Begrenzungen trennt;

einen dritten Bereich, der einen dritten Brechungsindex aufweist, wobei der dritte Bereich die zweite Begrenzung (128, 228) mit dem zweiten Bereich gemeinsam hat; und wobei die erste Begrenzung (122, 226) nach oben und von dem Energiestrahl-Aufnahme-Ende fort geneigt ist, und die zweite Begrenzung (128, 228) nach unten und von dem Energiestrahl-Aufnahme-Ende fort geneigt ist. Ein vorgegebener Abstand trennt die ersten und zweiten Begrenzungen. Schließlich umfasst die Energiestrahl-Führung einen dritten Bereich, der einen dritten Brechungsindex aufweist. Dem dritten Bereich und dem zweiten Bereich ist die zweite Begrenzung gemeinsam.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine andere Energiestrahl-Führung geschaffen. Die Energiestrahl-Führung umfasst einen ersten Bereich mit einem ersten Brechungsindex und einen zweiten Bereich, dem eine nach oben geneigte erste Begrenzung mit dem ersten Bereich gemeinsam ist. Der zweite Bereich weist einen zweiten Brechungsindex auf, der kleiner als der erste Brechungsindex ist. Die Energiestrahl-Führung schließt weiterhin einen dritten Bereich ein, dem eine nach unten geneigte zweite Begrenzung mit dem zweiten Bereich gemeinsam ist. Der dritte Bereich hat einen dritten Brechungsindex. Weiterhin trennt ein vorgegebener Abstand die ersten und zweiten Begrenzungen. Der erste Brechungsindex ist größer als der zweite Brechungsindex, und vorzugsweise ist der zweite Brechungsindex größer als der dritte Brechungsindex.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Detektions-Zelle, vorzugsweise als Teil eines Elektrophorese-Systems, geschaffen. Die Detektions-Zelle umfasst ein Substrat und erste und zweite in dem Substrat gebildete Hohlräume. Der erste Hohlraum weist eine erste geneigte Hohlraum-Wand auf und ist so konfiguriert, dass er eine erste Substanz aufnimmt, die einen ersten Brechungsindex aufweist. Das Substrat hat einen zweiten Brechungsindex. Der zweite Hohlraum hat eine zweite geneigte Hohlraum-Wand und ist so konfiguriert, dass er eine zweite Substanz mit einem dritten Brechungsindex aufnimmt. Eine durch einen Bereich des Substrates gebildete Wand trennt die ersten und zweiten Hohlräume voneinander um einen vorgegebenen Abstand. Der erste Brechungsindex ist größer als der zweite Brechungsindex, und vorzugsweise ist der zweite Brechungsindex größer als der dritte Brechungsindex.

Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Detektions-Zelle geschaffen. Als erstes wird ein Substrat bereitgestellt, wobei das Substrat erste und zweite Hohlräume bildet, die jeweils geneigte Wände aufweisen und durch ein Wand getrennt sind. Der erste Hohlraum wird mit einer ersten Substanz mit einem ersten Brechungsindex gefüllt. Das Substrat ist aus einer Substanz hergestellt, das einen zweiten Brechungsindex aufweist. Der zweite Hohlraum wird dann mit einer zweiten Substanz gefüllt, die einen dritten Brechungsindex aufweist. Der erste Brechungsindex ist größer als der zweite Brechungsindex, und vorzugsweise ist der zweite Brechungsindex größer als der dritte Brechungsindex.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Detektion von Bestandteilen einer Probe geschaffen. Die Probe wird als erstes durch Elektrophorese in ihre Bestandteile getrennt. Ein Energiestrahl wird auf einen ersten Bereich gelenkt, der einen ersten Brechungsindex aufweist. Der Energiestrahl wird dann in Richtung auf eine zweite Begrenzung umgelenkt, wobei die Umlenkung an einer nach oben geneigten ersten Begrenzung erfolgt, die den ersten Bereich von einem zweiten Bereich trennt. Der zweite Bereich hat einen zweiten Brechungsindex. Der Energiestrahl wird nachfolgend in Richtung auf einen dritten Bereich geführt, der die Bestandteile der Probe einschließt. Die Führung erfolgt an einer nach unten geneigten zweiten Begrenzung, die den zweiten Bereich von dem dritten Bereich trennt. Der Energiestrahl trifft dann auf die Bestandteile auf, und von den Bestandteilen emittierte Energie wird detektiert. Der erste Brechungsindex ist wiederum größer als der zweite Brechungsindex, und vorzugsweise ist der zweite Brechungsindex größer als der dritte Brechungsindex. Die Umlenkungs- und Führungs-Schritte umfassen die Brechung des Energiestrahls derart, dass an den Grenzflächen ein Winkel oder eine Brechung des Energiestrahls größer als ein Einfallswinkel ist.

Die Erfindung hat eine Anzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik, beispielsweise:

  • 1. Der Anregungs-Energiestrahl wird zu einer ersten Begrenzung durch Totalreflexion geführt.
  • 2. Der Abstand zwischen den Hohlräumen oder Bereichen, und die Brechungsindizes können so eingestellt werden, das die nachteilige Dispersion, die an einer Eintritts-Schnittstelle des zweiten Hohlraumes auftritt, kompensiert wird.
  • 3. Der Abstand zwischen den Hohlräumen oder Bereichen ergibt eine optische Schnittstelle mit dem zweiten Hohlraum, während der optische Pfad von dem Polymer, der Chemie und einer hohen Spannung isoliert wird. Der erste Hohlraum und dessen Elemente werden nicht den hohen Drücken ausgesetzt, die zum Nachfüllen des Trennmediums erforderlich sind, das heißt des Polymers in dem zweiten Hohlraum.
  • 4. Die Erfindung beseitigt Tunnels, die mit dem Trennmedium gefüllt sind und spezielle Reinigungs- und Auffüll-Prozeduren erfordern, um eine saubere optische Schnittstelle um eine befriedigende Blasenentfernung sicherzustellen.
  • 5. Der zweite Hohlraum wird durch den gleichen Prozess wie der erste Hohlraum und zur gleichen Zeit mit diesem hergestellt. Dies stellt eine richtige Ausrichtung und gleichförmige Abmessungen sicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Zum bessere Verständnis der Eigenart und Ziele der Erfindung sollte auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen:

1A ein Teilquerschnitt einer bekannten Detektions-Zelle ist;

1B eine Detektions-Zelle mit einem abgestumpften Kanal ist;

1C eine Detektions-Zelle mit zwei Hohlräumen ist;

1A eine Teil-Draufsicht eines Kapillar-Elektrophorese-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;

2B eine seitliche Querschnittsansicht des Kapillar-Elektrophorese-Systems nach 2A entlang der Linie BB' ist;

3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der 2B ist;

4A eine seitliche Teil-Querschnittsansicht eines Kapillar-Elektrophorese-Systems ist, das ein anderes optisches Element beinhaltet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

4B eine seitliche Teil-Querschnittsansicht eines Kapillar-Elektrophorese-Systems ist, das ein anderes optisches Element beinhaltet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

4C eine seitliche Teil-Querschnittsansicht eines Kapillar-Elektrophorese-Systems ist, das ein optisches Element und einen Halteblock beinhaltet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

5A eine graphische Darstellung von „RI1 gegenüber Abstand und Intensität" gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;

5B eine andere graphische Darstellung von „RI1 gegenüber Abstand und % Intensität" gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist;

6A ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Führen eines Energiestrahls in einem Elektrophorese-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; und

6B ein weiteres Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Führen eines Energiestrahls in einem Elektrophorese-Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist.

Gleiche Bezugsziffern beziehen sich auf entsprechende Teile in allen den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Um die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen wurde eine Anzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen getestet. Die Strahlenverfolgung wurde auf der Grundlage von idealen geometrischen und theoretischen Modellen der Lichtausbreitung durchgeführt. Um den Erfolg der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vollständig zu beschreiben, werden die nicht erfolgreichen Modelle kurz nachfolgend anhand der 1B und 1C beschrieben.

1B zeigt eine Detektions-Zelle mit einem abgestumpften Kanal 118 in einem Versuch, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen. Hier wird ein abgestumpfter Kanal 118 dazu verwendet, irgendwelche Interferenzen zu beseitigen, die durch eine interne Reflexion hervorgerufen werden. Lichtstrahlen, die von den Innenoberflächen des Hohlraumes 108 aus reflektiert werden könnten, werden an einer anderen Grenzfläche oder Schnittstelle 130 durch einen Reflexionswinkel gebrochen, der kleiner als der Einfallswinkel ist. Hierdurch werden die Lichtstrahlen weiter von dem Hohlraum fort gebeugt, wodurch eine interne Reflexion vermieden wird. Obwohl dies Ausführungsform Interferenz-Effekte, die mit der Beugung verbunden sind, aufgrund der geringeren Krümmung an der Begrenzung 130 verringert, wird die Intensität des Anregungs-Lichtes in dem Hohlraum stark verringert.

1C zeigt ein Substrat 124 mit zwei Hohlräumen. Das Substrat 124 besteht aus einem Material, wie zum Beispiel Kunststoff oder Glas, das einen Brechungsindex von ungefähr 1,52 hat. Das Substrat 124 bildet einen ersten leeren Hohlraum 120, der Luft mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,00 enthält. Das Substrat 124 bildet weiterhin einen zweiten Hohlraum 126, der mit einem Polymer mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,41 gefüllt ist. Gemäß den Brechungsgesetzen ist der Brechungswinkel an einer ersten Begrenzung 122 zwischen der Luft und dem Glas kleiner als der Einfallswinkel des durch die Begrenzung laufenden Lichtes. Dies bedeutet, dass Licht nach unten gebrochen wird, wie dies gezeigt ist. Diejenigen Strahlen, die durch eine zweite Begrenzung 128 zwischen dem Glas und dem Polymer hindurchlaufen, werden ebenfalls nach unten gebrochen, weil der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel ist. Auch diese Ausführungsform verringert die Intensität des Lichtes in dem zweiten Hohlraum 126 aufgrund der Tatsache, dass ein Teil des Lichtes die zweite Begrenzung 128 nicht erreicht.

Keine der in den 1B und 1C gezeigten Ausführungsformen hat sich als ausreichend herausgestellt, um die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Im Hinblick hierauf wurden die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung entwickelt. Die 2 und 3 zeigen ein System zur Kontrolle des Anregungs-Lichtes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

2A ist eine Teil-Draufsicht eines CE-Systems 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das CE-System 200 umfasst vorzugsweise eine Anregungs-Quelle 202, eine Detektions-Zelle 210, einen ersten Hohlraum 214 und einen zweiten Hohlraum 218. Die Anregungs-Quelle 202 ist so konfiguriert, dass sie einen Energiestrahl 204 auf die Detektions-Zelle 210 emittiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anregungs-Quelle 202 ein Argon-Gaslaser, der Anregungs-Licht emittiert. Aus Gründen der Bequemlichkeit wird der Energiestrahl 204 manchmal als Anregungs-Licht bezeichnet, obwohl es verständlich sein sollten, dass irgendeine geeignete Energie verwendet werden kann.

Die Detektions-Zelle 210 umfasst ein Substrat 216, das einen ersten Hohlraum 214 und einen zweiten Hohlraum 218 bildet. Der erste Hohlraum 214 ist vorzugsweise mit einer ersten Substanz gefüllt oder gegossen, die im Hinblick auf ihre einfache Handhabung, ihre Klebe-Eigenschaften und optischen Eigenschaften gewählt ist, wie zum Beispiel Transparenz und Brechungsindex, der nachfolgend als der erste Brechungsindex (RI1) bezeichnet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Hohlraum 214 mit einem optischen Klebemittel oder einer Flüssigkeit gefüllt, die einen ersten Brechungsindex hat, der ein Brechungsindex von zwischen 1,47 und 1,61 ist. Ein Einlass 224 ist vorzugsweise vorgesehen, um den ersten Hohlraum 214 mit der ersten Substanz zu füllen. Der erste Hohlraum 214 ist vorzugsweise beträchtlich breiter als der Energiestrahl 204, um sicherzustellen, dass der Strahl nicht mit dem abgerundeten Ecken 215 an den Seiten des ersten Hohlraumes 214 in Kontakt kommt.

Das Substrat 216 ist vorzugsweise aus einer zweiten Substanz hergestellt, die hinsichtlich ihrer Einfachheit der Herstellung und der ihrer optischen Eigenschaften gewählt ist, wie zum Beispiel Transparenz und Brechungsindex, der nachfolgend als der zweite Brechungsindex (RI2) bezeichnet wird. Die zweite Substanz ist irgendein Material, durch das sich Licht ausbreiten kann und das vorzugsweise einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,46 bis 1,52 hat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Substanz Glas, das einen Brechungsindex von ungefähr 1,52 oder 1,472 hat. Dieser Brechungsindex wurde gewählt, weil es viele geeignete Kunststoffmaterialien gibt, die ähnliche Brechungsindizes haben, und die anstelle von Glas im Hinblick auf niedrigere Kosten eingesetzt werden können.

Der zweite Hohlraum 218 enthält eine dritte Substanz 223, die hinsichtlich ihrer Fähigkeit zum Leiten von Strom, zum Halten von Proben in einer Suspension, und ihrer optischen Eigenschaften ausgewählt ist, wie zum Beispiel Transparenz und Brechungsindex, der nachfolgend als der dritte Brechungsindex (RI3) bezeichnet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die dritte Substanz 223 ein Polymer, das einen Brechungsindex in dem Bereich von 1,33 bis 1,46 hat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der dritte Brechungsindex 1,41. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Hohlraum 218 der Ort, an dem die Detektion einer in der dritten Substanz 223 eingefangenen Probe ausgeführt wird.

Um eine optimale Intensität und Qualität der Anregungs-Energie zu erzielen, ist die Gesamt-Beziehung zwischen den Brechungsindizes vorzugsweise wie folgt: RI1 > RI2 > RI3

Die Kapillaren oder Kanäle 212 öffnen sich an ihren Auslassenden in den zweiten Hohlraum 218, wie dies in dem vorstehenden Abschnitt über den Hintergrund beschrieben wurde. Ein weiterer Einlass 220 ist vorzugsweise zum Füllen des zweiten Hohlraumes 218 mit der dritten Substanz 223 vorgesehen.

Ein optisches Element 206 ist vorzugsweise mit dem Substrat 216 in dem Pfad des Energiestrahls 204 gekoppelt. Das optische Element 206 ist vorzugsweise eine optisch ebene, beispielsweise eine flache, Glasscheibe mit sehr genau polierten Oberflächen, und sie wird zur Kontrolle der optischen Eingangsoberfläche verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das optische Element 206 strukturell mit dem Substrat 216 durch ein optisches Klebemittel in dem ersten Hohlraum 214 verbunden.

In einer Ausführungsform kann der erste Hohlraum an den den Energiestrahl empfangenden Ende des Substrates 216 benachbart zu der Anregungs-Quelle 202 offen sein. Bei dieser Ausführungsform, bei der es auch keine Wand gibt, die das optische Element von dem ersten Hohlraum trennt, wird das optische Element einfach an dem Substrat 216 befestigt. Dies wird dadurch erreicht, dass das optische Element benachbart zu dem ersten Hohlraum 214 angeordnet wird, der erste Hohlraum mit Klebemittel gefüllt wird und zugelassen wird, dass ein gewisser Teil des Klebemittels zwischen das optische Element und das Substrat 216 fließt. Wenn das Klebemittel trocknet, so haftet das optische Element sowohl an dem Klebemittel in dem ersten Hohlraum als auch an dem Klebemittel, das aus dem ersten Hohlraum 214 auf eine Seitenwand des Substrates 216 ausgeleckt ist, die den ersten Hohlraum 214 begrenzt. Bei einer Ausführungsform, bei dem eine flüssige Index-Anpass-Flüssigkeit anstelle eines Klebemittels verwendet wird, kann das optische Element mit dem Substrat 216 vor dem Füllen des ersten Hohlraumes verbunden werden, oder es kann durch eine externe Halterung an seinem Platz gehalten werden. Alternativ ist keine optisch ebene Oberfläche erforderlich, wenn die zweite Substanz in den ersten Hohlraum mit einer optisch ebenen Oberfläche gegossen wird, die der Anregungs-Quelle ausgesetzt ist.

2B ist eine seitliche Querschnittsansicht des in 2A gezeigten CE-Systems entlang der Linie BB'. Die Seitenansicht zeigt klar die ersten und zweiten Hohlräume 214 bzw. 218. Wie dies vorstehend beschrieben wurde, haben die Hohlräume keine geradlinigen Wände, sondern vielmehr geneigte oder gekrümmte Begrenzungen 226 und 228, und zwar aufgrund der Beschränkungen der derzeit für Glas und Kunststoff-Master verfügbaren Technologien. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die erste Begrenzung 226 eine nach oben geneigte oder konkave Form, während die zweite Begrenzung eine nach unten geneigte oder konvexe Form hat, wie sie sich dem einfallenden Energiestrahl 204 darbietet. Dies führt zu einer Brechung des Energiestrahls 204 an den Begrenzungen 226 und 228, wie dies anhand der 3 weiter unten beschrieben wird.

3 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils 230 nach 2B. Um die Lichtführungs-Prinzipien der Erfindung zu erläutern, sind neun Lichtstrahlen 213 gezeigt, die durch den ersten Hohlraum 214, die erste Begrenzung 226, das Substrat 216, die zweite Begrenzung 228 bzw. den zweiten Hohlraum 218hindurchlaufen. Es sollte jedoch verständlich sein, dass irgendein geeigneter Energiestrahl anstelle der Lichtstrahlen verwendet werden kann. Wie dies weiter oben beschrieben wurde, ist der erste Hohlraum 214 mit einer ersten Substanz 222 gefüllt, die einen ersten Brechungsindex RI1 aufweist; das Substrat 216 ist aus einer zweiten Substanz 304 hergestellt, die einen zweiten Brechungsindex RI2 hat; der zweite Hohlraum 218 ist mit einer dritten Substanz 223 gefüllt, die einen dritten Brechungsindex RI3 hat. Wie dies weiter oben beschrieben wurde, sind die Substanzen 222, 304 und 223 so gewählt, das RI1 > RI2 > RI3 ist. Dies heißt mit anderen Worten, dass die erste in dem ersten Hohlraum 214 enthaltene Substanz 222 einen ersten Bereich bildet, dass die in dem zweiten Hohlraum 218 enthaltene dritte Substanz 223 einen dritten Bereich bildet, und dass das aus der zweiten Substanz 304 hergestellte Substrat 216 einen zweiten Bereich bildet, der die ersten und zweiten Bereiche durch einen Abstand 302 trennt.

Die Lichtstrahlen 1 und 2 durchlaufen die erste und zweite Begrenzung 226 und eine zweite Begrenzung 228, unter einem rechten Winkel zu diesen Begrenzungen. Daher tritt für diese Strahlen nur eine geringe oder keine Brechung auf. Die Begrenzungen 226 und 228 haben typischerweise eine gekrümmte Form, sodass der Einfallswinkel der Lichtstrahlen, die auf diese Begrenzungen auftreffen, ansteigt, während der Winkel der geneigten Steigung ansteigt. Dies heißt mit anderen Worten, dass der Einfallswinkel des Lichtstrahles 3, der auf die erste Begrenzung 226 auftrifft, kleiner als der Einfallswinkel des Lichtstrahles 9 ist, der auf die erste Begrenzung 226 auftrifft. Aufgrund der Ausrichtung der nach oben hin geneigten Steigung der ersten Begrenzung 226 sowie aufgrund der Tatsache, dass RI1 größer als RI2 ist, wird der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel an der ersten Begrenzung 226 sein, wodurch die Lichtstrahlen nach oben gebogen werden. In ähnlicher Weise ist aufgrund der Ausrichtung der abwärts geneigten Steigung der zweiten Begrenzung 228 sowie der Tatsache, dass RI2 größer RI3 ist, der Brechungswinkel ebenfalls größer als der Einfallswinkel an der zweiten Begrenzung 228, wodurch die Lichtstrahlen nach unten gebogen werden. Dies heißt mit anderen Worten, dass die ansteigenden oder abfallenden Begrenzungen effektiv bestimmen, ob das Licht nach oben oder nach unten gebeugt wird. Die kumulative Wirkung beider Oberflächen besteht darin, dass sie zu einem austretenden Lichtstrahl führen, der soweit wie möglich parallel zu der Kanaloberfläche 306 ist. Weiterhin beeinflusst der Abstand 302 zwischen den ersten und zweiten Begrenzungen 226 bzw. 228 den Pfad der Lichtstrahlen, insbesondere, wie nahe die Lichtstrahlen aneinander bleiben.

Es sei bemerkt, dass die Begrenzungen 226 und 228 angrenzend sind. Keine andere Substanz bildet eine Schicht zwischen jeden Bereich an der Begrenzung, das heißt es gibt keine Luft oder eine andere Substanz, wie zum Beispiel ein Klebemittel, das die Bereiche voneinander trennt.

Weiterhin wird, weil RI1 vorzugsweise größer als RI2 ist, irgendwelches Licht in den ersten Hohlraum 214 innerhalb des Kanals durch Totalreflexion reflektiert. Weil RI3 vorzugsweise kleiner als RI2 ist, ergibt sich irgendeine Reflexion, die innerhalb des zweiten Hohlraumes 218 auftritt, aufgrund der Fresnel-Reflexion. Eine Fresnel-Reflexion ist lediglich 80% wirkungsvoll, wenn der Einfallswinkel des einfallenden Lichtes größer als 89 Grad ist, das heißt der Strahlwinkel innerhalb von 1 Grad der reflektierenden Oberfläche liegt.

Daher kann durch Auswahl der Brechungsindizes RI1, RI2 und RI3 und des Abstandes 302 zwischen den Begrenzungen 226 und 228 der Energiestrahl (beispielsweise Lichtstrahlen) genau durch die Detektions-Zelle geführt werden. Dies hält die Lichtintensität in den zweiten Hohlraum 218 aufrecht und verringert das Ausmaß der internen Reflexion durch Verringern der Menge an Licht, die an Strahlen verloren geht, die den Fresnel-Reflexionswinkel übersteigen, der kleiner als 2 Grad für eine Reflexion mit einer Effizienz von 90% ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Abstand 302 zwischen 0,1 und 1000 Mikrometern.

4A ist eine seitliche Teil-Querschnittsansicht eines CE-Systems 400, das ein anderes optisches Element 402 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beinhaltet. Die Eintrittsoberfläche 404 des optischen Elementes 402 ist abgewinkelt, um einen Energiestrahl 204 zu ermöglichen, der auf das optische Element unter einem Winkel auftrifft, und dies kann die Herstellung dadurch verbessern, das ein Abzug ermöglicht wird, was der Winkel ist, der auf den Bauteilseiten vorgesehen wird, um die Entfernung eines Bauteils aus einer Form zu erleichtern, beispielsweise von spritzgussgeformten Optiken.

4B ist eine seitliche Teil-Querschnittsansicht eines CE-Systems 406, das ein anderes optisches Element 408 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beinhaltet. Das optische Element 408 wird vorzugsweise aus der ersten Substanz 222 (2) und zur gleichen Zeit gegossen, wie diese erste Substanz in den ersten Hohlraum 214 gegossen wird. Das gegossene optische Element 408 kann mit irgendeiner geeigneten Form gegossen werden, ist jedoch vorzugsweise als eine zylindrische Linse gegossen, die den Energiestrahl 204 in dem ersten Hohlraum 214 fokusiert.

4C ist eine seitliche Teil-Querschnittsansicht eines Kapillar-Elektrophorese-Systems, das ein optisches Element und einen Halteblock beinhaltet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform ermöglicht es, dass die erste Substanz eine Flüssigkeit ist, wie zum Beispiel eine Index-Anpassungs-Flüssigkeit. Bei dieser Ausführungsform wird ein Halteblock 416 zum Haltern und Ausrichten eines optischen Elementes 412 verwendet. Der Halteblock 414 bildet einen unteren Boden eines ersten Hohlraumes, der eine erste Substanz enthält, aus der der erste Bereich 414 besteht. Der Halteblock 414 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, Glas oder Keramik hergestellt.

Der Teil des Systems, der in den 4A, 4B und 4C nicht gezeigt ist, ist der gleiche, wie er anhand der 2 und 3 vorstehend beschrieben wurde.

5A ist eine graphische Darstellung 500 „RI1 gegenüber Abstand und Intensität" gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. „Abstand" bezieht sich auf den Abstand 302 (3) zwischen der ersten Begrenzung 226 (3) und der zweiten Begrenzung 228 (3) an ihrer kleinsten Entfernung voneinander, das heißt gemessen entlang des kürzesten möglichen Segmentes, dass sie trennt. Der „erste Brechungsindex" bezieht sich auf den ersten Brechungsindex (RI1), während „% Intensität" sich auf die prozentuale Intensität des Energiestrahls bei ungefähr 17 Millimetern in den zweiten Hohlraum (dritter Bereich) 218 (3) von der zweiten Begrenzung aus, gemessen in einer Richtung von den ersten und zweiten Bereichen fort, bezieht. Wie dies zu erkennen ist, steigt die prozentuale Intensität um wenige Prozentpunkte für größere erste Brechungsindizes (RI1) an, während der Spalt beträchtlich kleiner gemacht werden kann, indem der erste Brechungsindex (RI1) größer gemacht wird. Daher wird eine kleine Lücke mit einem hohen ersten Brechungsindex (RI1) bevorzugt. Bei dieser Ausführungsform sind die bevorzugten Substanzen 222, 304 und 223 (3) wie folgt: die erste Substanz 222 (3) ist ein Klebemittel, das von der Firma ABLESTIK, MASTERBOND, oder NYE OPTICALI hergestellt wird und einen ersten Brechungsindex von 1,56 bis 1,57 einschließlich hat; die zweite Substanz 304 (3) ist ein 0211 CORNING GLASS (von CORNING hergestellt) mit einem zweiten Brechungsindex von 1,52 oder ein ZEONOR 1020R-Kunststoff mit einem zweiten Brechungsindex von 1,523; und die dritte Substanz 223 (3) ist eine APPLIED BIOSYSTEMS POP-6-POLYMER-GEL-MATRIX mit einem dritten Brechungsindex von 1,41. Der Brechungsindex des optischen Elementes ist sowohl unbekannt als auch unwichtig.

5B ist eine andere graphische Darstellung 502 von „RI1 gegenüber Abstand und % Intensität" gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dieses Diagramm ist ähnlich dem in 5A gezeigten. Das Diagramm zeigt, dass für eine Intensität oberhalb von 0%, der erste Brechungsindex (RI1) im Bereich von 1,47 bis 1,52 einschließlich liegen muss, dass eine geeignete Intensität und ein geeigneter Abstand bei einem RI1 von ungefähr 1,50 und einem Abstand von 420 Mikrometern auftritt. Die höchste Intensität tritt bei ungefähr 30 Mikrometern auf, doch ist dieser Abstand für Herstellungs-Verarbeitungszwecke zu klein. Bei dieser Ausführungsform sind die bevorzugten Substanzen 222, 304 und 223 (3) wie folgt: die erste Substanz 222 (3) ist CARGILLE LIQUID INDEX MATCH-Flüssigkeit (Hergestellt von CARGILLE LABORATORIES, Inc.) mit einem ersten Brechungsindex von 1,50; die zweite Substanz 304 (3) ist BOROFLOAT GLASS (hergestellt von SCHOTT GLAS) mit einem zweiten Brechungsindex von 1,472; und die dritte Substanz 223 (3) ist eine POP-6-POLYMER-GEL-MATRIX (Hergestellt von APPLIED BIOSYSTEMS) mit einem dritten Brechungsindex von 1,41. Der Brechungsindex des optischen Elementes ist sowohl unbekannt als auch unwichtig, obwohl ein geeignetes optisches Element ein VWR 48393-070 sein kann (Hergestellt von VWR Scientific Products).

Der Fachmann wird erkennen, dass sobald die erste Substanz und die zweite Substanz ausgewählt sind, eine Auswahl eines geeigneten Abstandes 302 (3) und eines geeigneten ersten Brechungsindex (RI1) unter Verwendung der graphischen Darstellung 500 erfolgen kann.

6A ist ein Ablaufdiagramm 600 eines Verfahrens zur Herstellung einer Energiestrahl-Führung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Erste, zweite und dritte Substanzen werden anfänglich ausgewählt (bei 602) derart, dass RI1 größer als RI2 ist, der größer RI3 ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform steht RI3 in einem schmalen Bereich von Indizes zur Verfügung. RI2 wird als das Substrat ausgewählt, und RI1 wird auf der Grundlage von RI2, RI3 aus Diagrammen, iterativen Berechnungen, aus einem Modell oder durch Experimentieren ausgewählt. Der Abstand oder die Wand zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen wird dann ausgewählt (bei 604). Ein Substrat wird bereitgestellt (Bei 605) und definiert erste und zweite Hohlräume, die jeweils geneigte Wände aufweisen und durch eine Wand getrennt sind. Das Substrat wird dann aus der zweiten Substanz hergestellt, die einen zweiten Brechungsindex (RI2) aufweist. Der erste Hohlraum wird (bei 606) mit einer ersten Substanz gefüllt, die den ersten Brechungsindex (RI1) hat. Der zweite Hohlraum wird (bei 608) mit einer zweiten Substanz gefüllt, die den dritten Brechungsindex (RI3) hat.

6B ist ein Ablaufdiagramm 612 eines Verfahrens zur Detektion der Bestandteile einer Probe, das folgendes umfasst: anfänglich wird eine Probe (bei 614) in seine Bestandteile durch Elektrophorese getrennt. Ein Energiestrahl wird dann (bei 616) auf einen ersten Bereich gerichtet, der einen ersten Brechungsindex (RI1) hat. Der Energiestrahl wird im Wesentlichen (bei 618) in Richtung auf eine zweite Begrenzung umgelenkt, wobei die Umlenkung an einer nach oben geneigten ersten Begrenzung erfolgt, die den ersten Bereich von einem zweiten Bereich mit einem zweiten Brechungsindex trennt. Der Engergiestrahl wird dann (bei 620) in Richtung auf einen dritten Bereich geführt, der Bestandteile einer Probe einschließt. Diese Führung erfolgt an einer abwärts geneigten zweiten Begrenzung, die den zweiten Bereich von dem dritten Bereich trennt. Der Energiestrahl trifft nachfolgend auf die Bestandteile auf (bei 622). Schließlich wird von den Bestandteilen emittierte Energie detektiert (bei 624). Der erste Brechungsindex (RI1) ist größer als der zweite Brechungsindex (RI2) und der zweite Brechungsindex (RI2) ist größer als der dritte Brechungsindex (RI3).

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, bei denen RI1 > RI2 > RI3 ist, ergibt sich eine optimale Beleuchtung dadurch, dass der Energiestrahl so parallel wie möglich zu der Hohlraum-Oberfläche 306 (3) gelenkt wird, wodurch das Ausmaß von Reflexionen in den Hohlräumen verringert wird. Bei einer alternativen Ausführungsform ist jedoch RI1 > RI2 < RI3. Bei dieser Ausführungsform, bei der der zweite Brechungsindex kleiner als der dritte Brechungsindex ist, wird in den dritten Hohlraum eintretendes Licht intern durch eine Totalreflexion reflektiert. Dies ermöglicht es der Ausführungsform, durch ein Hin- und Herprallen der Beleuchtung zu wirken. Diese Ausführungsform erfordert jedoch die Lokalisierung eines geeigneten Polymers mit einem Brechungsindex, der größer als der Brechungsindex des Substrates ist.

Die vorstehenden Beschreibungen spezieller Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden lediglich zur Erläuterung und Beschreibung dargeboten. Sie sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzisen beschriebenen Formen beschränken, und es sind in naheliegender Weise viele Modifikationen und Abänderungen im Hinblick auf die vorstehenden Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung am besten zu erläutern, um es auf diese Weise anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung und verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu nutzen, wie sie für eine bestimmte vorgesehene Anwendung geeignet sind. Weiterhin muss die Reihenfolge der Schritte in dem Verfahren nicht notwendigerweise in der angegebenen Folge ausgeführt werden. Es ist vorgesehen, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.


Anspruch[de]
Energiestrahlführung, mit:

einem ersten Bereich, der einen ersten Brechungsindex aufweist, wobei der erste Bereich ein einen Energiestrahl empfangendes Ende und eine nach oben geneigte erste Begrenzung (122, 226) aufweist, die dem den Energiestrahl empfangenden Ende gegenüber liegt;

einen zweiten Bereich, der einen zweiten Brechungsindex hat, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, wobei der zweite Bereich die erste Begrenzung (122, 226) mit dem ersten Bereich gemeinsam hat und eine nach unten geneigte zweite Begrenzung (128, 228) gegenüberliegend zu der ersten Begrenzung (122, 126) aufweist, wobei ein vorgegebener Abstand die ersten (122, 226) und zweiten Begrenzungen (128, 228) trennt;

einen dritten Bereich, der einen dritten Brechungsindex aufweist, wobei der dritte Bereich die zweite Begrenzung (128, 228) mit dem zweiten Bereich gemeinsam hat; und

wobei die erste Begrenzung (122, 226) nach oben und von dem den Energiestrahl empfangenden Ende fort geneigt ist und die zweite Begrenzung (128, 228) nach unten und von dem den Energiestrahl empfangenden Ende fort geneigt ist.
Energiestrahlführung nach Anspruch 1, bei der ein vorgegebener Abstand die ersten (122, 226) und zweiten Begrenzungen (128, 228) trennt. Energiestrahlführung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der zweite Brechungsindex größer als der dritte Brechungsindex ist. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Brechungsindex kleiner als der dritte Brechungsindex ist. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Energiestrahlführung einen Teil einer Detektions-Zelle eines Elektrophorese-Systems bildet. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der dritte Bereich einen Detektionsabschnitt der Detektions-Zelle bildet. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin eine Anregungsquelle und einen Detektor umfasst. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Brechungsindex in einem Bereich von 1,47 bis 1,61 liegt. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Brechungsindex in einem Bereich von 1,46 bis 1,52 liegt. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Brechungsindex 1,52 ist. Energiestrahlführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der zweite Brechungsindex 1,472 ist. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der dritte Brechungsindex in einem Bereich von 1,33 bis 1,46 liegt Energiestrahlführung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der dritte Brechungsindex 1,41 ist. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Bereich ein optisches Klebemittel ist. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Bereich ein flüssiges Index-Anpassung-Strömungsmedium ist. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Bereich aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Glas und Kunststoff besteht. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der dritte Bereich ein Wanderungs-Medium ist. Energiestrahlführung nach Anspruch 17, bei der das Wanderungs-Medium ein Polymer ist. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die nach oben geneigte erste Begrenzung (122, 226) den Energiestrahl eine konkave Form darbietet. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die nach unten geneigte zweite Begrenzung (128, 228) dem Energiestrahl eine konvexe Form darbietet. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Energiestrahl an den ersten (122, 226) und zweiten Begrenzungen (128, 228) gebrochen wird. Energiestrahlführung nach Anspruch 21, bei der ein Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel an beiden der ersten (122, 226) und zweiten Begrenzungen (128, 228) ist. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der kürzeste Abstand, der den ersten Bereich von dem zweiten Bereich trennt, in einem Bereich von 0,1 bis 1000 Mikrometern liegt. Energiestrahlführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin ein optisches Element (206) umfasst, das zwischen einer Energiestrahl-Quelle und der Energiestrahlführung angeordnet ist. Energiestrahlführung nach Anspruch 24, bei der ein einen Energiestrahl empfangendes Ende des optischen Elementes (206) geneigt ist. Energiestrahlführung nach einem der Ansprüche 24 bis 25, bei der das optische Element (206) durch eine Substanz gebildet ist, die den ersten Bereich umfasst. Energiestrahlführung nach Anspruch 1, bei der die Führung in Form einer Detektions-Zelle bereitgestellt wird. Energiestrahlführung nach Anspruch 27, bei der die Detektions-Zelle Folgendes umfasst:

ein Substrat (124, 216);

einen ersten Hohlraum (120, 214), der in dem Substrat (124, 216) ausgebildet ist, wobei der erste Hohlraum (120, 214) eine erste geneigte Hohlraum-Wand aufweist und so konfiguriert ist, dass er eine Substanz mit einem ersten Brechungsindex aufnimmt, wobei das Substrat (124, 216) einen zweiten Brechungsindex aufweist;

einen zweiten Hohlraum (126, 218), der in dem Substrat (124, 216) ausgebildet ist, wobei der zweite Hohlraum (126, 218) eine zweite geneigte Hohlraum-Wand aufweist und so konfiguriert ist, dass er eine zweite Substanz aufnimmt, die einen dritten Brechungsindex hat; und

eine durch einen Bereich des Substrates gebildete Wand, die die ersten (124, 216) und zweiten (126, 218) Hohlräume voneinander um einen vorgegebenen Abstand trennt, wobei der erste Brechungsindex größer als der zweite Brechungsindex ist.
Detektions-Zelle nach Anspruch 27, bei der der zweite Brechungsindex größer als der dritte Brechungsindex ist. Detektions-Zelle nach Anspruch 27, bei der der zweite Brechungsindex kleiner als der dritte Brechungsindex ist. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 30, bei der die Detektions-Zelle einen Teil einer Detektions-Zelle eines Elektrophorese-Systems bildet. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 31, bei der der zweite Hohlraum einen Detektions-Abschnitt der Detektions-Zelle bildet. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 32, die weiterhin eine Anregungs-Quelle und einen Detektor umfasst. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 33, bei der der erste Brechungsindex in einem Bereich von 1,47 bis 1,61 liegt. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 34, bei der der zweite Brechungsindex in einem Bereich von 1,46 bis 1,52 liegt. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 34, bei der der zweite Brechungsindex 1,52 ist. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 34, bei der der zweite Brechungsindex 1,472 ist. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 37, bei der der dritte Brechungsindex in einem Bereich von 1,33 bis 1,46 liegt. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 37, bei der der dritte Brechungsindex 1,41 beträgt. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 39, bei der die erste Substanz ein optisches Klebemittel ist. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 40, bei der die erste Substanz ein flüssiges Index-Anpassungs-Strömungsmedium ist. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 41, bei der das Substrat aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Glas und Kunststoff besteht. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 42, bei der die zweite Substanz ein Wanderungs-Medium ist. Detektions-Zelle nach Anspruch 43, bei der das Wanderungs-Medium ein Polymer ist. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 44, bei der zumindest ein Teil der geneigten ersten Hohlraum-Wand einem Energiestrahl eine konkave Form darbietet. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 45, bei der zumindest ein Teil der geneigten zweiten Hohlraum-Wand einem Energiestrahl eine konvexe Form darbietet. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 46, bei der ein Energiestrahl an der Wand gebrochen wird. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 40, bei der ein Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel an der Wand ist. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 48, bei der ein kürzester Abstand, der den ersten Hohlraum von dem zweiten Hohlraum trennt, in einem Bereich von 0,1 bis 1000 Mikrometern liegt. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 27 bis 49, die weiterhin ein optisches Element (206) umfasst, das zwischen einer Energiestrahl-Quelle und der Detektions-Zelle angeordnet ist. Detektions-Zelle nach Anspruch 50, bei der ein einen Energiestrahl empfangendes Ende des optischen Elementes (206) geneigt ist. Detektions-Zelle nach einem der Ansprüche 50 bis 51, bei der das optische Element (206) aus der ersten Substanz gebildet ist. Verfahren zur Herstellung einer Detektions-Zelle, mit den Folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Substrates (124, 216), das erste und zweite Hohlräume bildet, die jeweils geneigte Wände aufweisen und durch eine Wand getrennt sind:

Füllen des ersten Hohlraumes mit einer ersten Substanz, die einen ersten Brechungsindex hat, wobei das Substrat einen zweiten Brechungsindex hat;

Füllen des zweiten Hohlraumes mit einer zweiten Substanz, die einen dritten Brechungsindex hat;

wobei der erste Brechungsindex größer als der zweite Brechungsindex ist.
Verfahren nach Anspruch 53, das den Anfangsschritt der Auswahl der ersten Substanz, des Substrates und der zweiten Substanz derart umfasst, dass der erste Brechungsindex größer als der zweite Brechungsindex ist, und das der zweite Brechungsindex größer als der dritte Brechungsindex ist. Verfahren nach Anspruch 53, das den Anfangsschritt der Auswahl der ersten Substanz, des Substrates und der zweiten Substanz derart umfasst, dass der erste Brechungsindex größer als der zweiten Brechungsindex ist, und dass der zweite Brechungsindex kleiner als der dritte Brechungsindex ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 55, das den Anfangsschritt der Auswahl eines Abstandes zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen umfasst. Verfahren zur Detektion von Bestandteilen einer Probe mit den folgenden Schritten:

Lenken eines Energiestrahls auf einen ersten Bereich, der einen ersten Brechungsindex aufweist, Umlenken des Energiestrahls in Richtung auf eine zweite Begrenzung, wobei das Umlenken an einer aufwärts geneigten ersten Begrenzung erfolgt, die den ersten Bereich von einem zweiten Bereich trennt, der einen zweiten Brechungsindex aufweist;

Führen des Energiestrahls in Richtung auf einen dritten Bereich, der Bestandteile einer Probe einschließt, wobei die Führung an einer abwärts geneigten zweiten Begrenzung erfolgt, die den zweiten Bereich von dem dritten Bereich trennt;

Beaufschlagen der Bestandteile mit dem Energiestrahl;

Detektion von von den Bestandteilen emitierter Energie; und wobei der erste Brechungsindex größer als der zweite Brechungsindex ist.
Verfahren nach Anspruch 57, das weiterhin den Anfangsschritt des Trennens der Probe in ihre Bestandteile durch Elektrophorese umfasst. Verfahren nach Anspruch 57 oder 58, bei dem die Umlenkungs- und Führungsschritte das Brechen des Energiestrahls derart umfassen, dass ein Brechungswinkel des Energiestrahls größer als ein Einfallswinkel an den Begrenzungen ist.






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