KR20010110428A - A surface plasmon resonance sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 유닛과 제 2 유닛으로 구성되는 표면 플라즈몬 공진 센서로서, 상기 제 1 유닛과 제 2 유닛은 분리 가능하고, 상기 제 1 유닛은, 제 1 하우징, 표면 플라즈몬을 지탱하도록 되어 있는 전기적으로 전도성인 재료로 된 필름으로서, 상기 필름은 제 1 하우징의 제 1 외부 표면 부분에 의하여 유지되는 필름, 제 1 하우징의 제 2 외부 표면 부분 상에 위치하고 있어서 제 2 유닛으로부터 광학적 광 빔을 받아들이도록 되어 있는 광학 입력 수단, 제 1 하우징의 제 3 외부 표면 부분 상에 위치하고 있어 제 2 유닛으로 광학적 광 빔을 전달하게 되는 광학 출력 수단, 수용된 광학적 광 빔을 제 1 유닛으로부터 전기적으로 전도성인 필름을 향하도록 되어 있는 광학 요소의 제 1 세트, 광학적 광 빔을 전기적으로 전도성인 필름으로부터 광학 출력 수단으로 향하게 하여 전기적으로 전도성인 필름으로부터 제 2 유닛으로 광학적 광 빔을 전달하도록 되어 있는 광학 요소의 제 2 세트로 구성되며, 상기 제 2 유닛은, 제 2 하우징, 광학적 광 빔을 방출하기 위한 수단, 방출된 광학적 광 빔을 준비하도록 되어 있는 광학 요소의 제 1 세트, 제 2 하우징의 제 1 외부 표면 부분 상에 위치하고 있어서 준비된 광학적 광 빔을 제 1 유닛으로 전달시키는 광학 출력 수단, 제 2 하우징의 제 2 외부 표면 부분 상에 위치하고 있어 제 1 유닛으로부터 광학적 광 빔을 받아들이게 되는 광학적 입력 수단, 제 1 유닛으로부터 수용된 광학적 광 빔을 검출하도록 되어 있는 검출 수단, 수용된 광학적 광 빔을 제 1 유닛으로부터 검출 수단을 향하도록 되어 있는 광학적 요소의 제2 세트로 구성되며, 광학 입력 수단 및 광학 출력 수단의 위치에서 광학적 광 빔의 전파 방향은 본질적으로 제 1 하우징 및 제 2 하우징의 외부 표면 부분에 수직이므로 상기 광학적 광 빔이 제 1 유닛 및 제 2 유닛으로 진입할 때 광학적 광 빔의 굴절을 배제시키게 되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서에 관하여 설명하고 있다.The present invention relates to a surface plasmon resonance sensor comprising a first unit and a second unit, wherein the first unit and the second unit are separable, and the first unit comprises a first housing, an electrical The film being positioned on a second outer surface portion of the first housing to receive an optical light beam from the second unit, the film being held by a first outer surface portion of the first housing; Optical input means located on the third outer surface portion of the first housing to transmit the optical light beam to the second unit, optical receiving means for receiving the received optical light beam from the first unit toward the electrically conductive film A first set of optical elements adapted to direct an optical light beam from an electrically conductive film to optical output means And a second set of optical elements adapted to transmit an optical light beam from an electrically conductive film to a second unit, said second unit comprising a second housing, means for emitting an optical light beam, An optical output means positioned on a first outer surface portion of the second housing for delivering the prepared optical light beam to the first unit, a second set of optical elements arranged on the second outer surface portion of the second housing, An optical input means located on the outer surface portion for receiving the optical light beam from the first unit, a detection means adapted to detect the optical light beam received from the first unit, a detector for detecting the received optical light beam from the first unit to the detection means And a second set of optical elements adapted to be located at positions of the optical input means and the optical output means The propagation direction of the optical light beam is essentially perpendicular to the outer surface portion of the first housing and the second housing so that the optical light beam excludes refraction of the optical light beam when entering the first unit and the second unit A surface plasmon resonance sensor is described.
Description
표면 플라즈몬(SPs)이란 유전체(dielectric)와 금속/반도체 사이의 경계면(interface) 사이에 존재하는 전하 밀도(charge density)의 정규 모드(normal mode)를 말한다. SPs 사이의 커플링과 광의 전자기장이 금속 표면에 인접한 유전체 매질의 광학 성질의 변화에 민감하다고 30년 전에 밝혀진 바 있다. 표면 플라즈몬 공진(SPR) 센서는 주로 의학 및 환경 분야의 응용을 위하여 주목을 끌어 왔다.Surface plasmon (SPs) refers to the normal mode of charge density that exists between the dielectric and the interface between the metal and the semiconductor. It has been discovered 30 years ago that the coupling between the SPs and the electromagnetic field of the light is sensitive to changes in the optical properties of the dielectric medium adjacent to the metal surface. Surface plasmon resonance (SPR) sensors have attracted a great deal of attention for applications in the medical and environmental fields.
상이한 분석물(analytes)들을 검사하는 것은 상이한 분자 인지 원소(MREs: Molecular Recognition Elements)의 배열에 의해 결정되며, 상기 원소들 각각은 특수한 분석물 하나에 특정한 반응을 가지게 된다. MREs는 생물학적, 생화학적 또는화학적 인지 원소 또는 이러한 원소들의 화합물이 될 수 있다.Examining different analytes is determined by the arrangement of different Molecular Recognition Elements (MREs), each of which has a specific response to a particular analyte. MREs can be biological, biochemical or chemical cognitive elements or compounds of these elements.
이를테면 MREs는 광과 함께 공진될 때 SP 파장을 지지해 주는 금속 필름(SPR 금속 필름) 표면, 예컨대 금 표면에 티올 결합(thioles binding)을 통하여 직접 고정될 수 있다.For example, MREs can be directly fixed through thioles binding to a metal film (SPR metal film) surface, such as a gold surface, that supports SP wavelengths when resonated with light.
대안으로서, 예를 들면, MREs는 적절한 중합체 막(예를 들면 아드로젤), 즉 SPR 금속 필름을 덮고 있는 수백 나노미터 두께의 막 내에서 공유 결합을 통하여 고정될 수 있다. 응용예에 따라, MREs를 감지하는 다양한 방법이 보고된 바 있는데, 여기에는 항원-항체 반응, 올리고핵산 배열 또는 DNA 교배 분석을 위한 cDNA 라이브러리로부터 시작된 탐침(probe), 분자 인장 기법(molecular imprinting technique), 이온투과담체(ionophore)와 염색-이온투과담체(chromo-ionophore) 사이의 이온성 상호작용, 그리고 SPR 금속 필름이 두 개의 전극들 중 하나(음극 또는 양극)로 작용하게 되는 곳에서의 전기화학적 상호작용을 포함하고 있다. 이와 같은 분자 인지 원소, 즉 MREs들은 본래 매우 상이한 성질로 되어 있지만, 이들은 모두 표면 또는 생물학/화학적 상호작용에 민감한 경계를 사용하는 고유한 특성을 가지며 SPR 감지 방법을 사용하여 이러한 경계들이 정량적으로 모니터링 될 수 있다.Alternatively, for example, MREs can be immobilized through covalent bonds in a membrane of a few hundred nanometers thick covering a suitable polymeric membrane (e.g., adrogel), i.e., an SPR metallic film. According to the application, various methods of detecting MREs have been reported, including probes starting from cDNA libraries for antigen-antibody reactions, oligonucleotide sequencing or DNA mating assays, molecular imprinting techniques, Ionic interaction between an ionophore and a chromo-ionophore, and an electrochemical reaction where the SPR metal film acts as one of two electrodes (cathode or anode) Interactions. Although such molecular recognition elements, or MREs, are inherently very different in nature, they all have unique properties that use boundaries that are sensitive to surface or biological / chemical interactions and that these boundaries are monitored quantitatively using SPR sensing methods .
SPs는 가로 방향 자기 모드(TM mode: Transverse Magnetic mode)에서 전파하기 때문에, 전기 장이 경사 면(TM 편광)에 평행하게 편광되고 광의 파장 벡터와 SP가 서로 일치하는 경우에만 광학적 여기가 가능하다. 금속/유전체 경계 (즉, 금속과 측정될 샘플 사이의 경계) 및 파장에서 SP의 파장 벡터는 근사적으로 다음과 같이 주어진다.Since SPs propagate in transverse magnetic mode (TM mode), optical excitation is possible only when the electric field is polarized parallel to the inclined plane (TM polarized light) and the wavelength vectors of light and SP coincide with each other. The metal / dielectric interface (i. E., The interface between the metal and the sample to be measured) The wavelength vector of SP Is approximated as follows.
(1) (One)
여기서와는 각각 샘플과 금속의 유전체 상수의 실수 부분이다. 매끈한 표면 상에서 경사각은 SPs에 직접적으로 커플될 수 없는데, 그 이유는 금속의 경우에서와 같이이 음의 값일 때, 광과 SP에 대한 파장벡터는 서로 일치할 수 없기 때문이다. 격자를 광학적으로 사용하거나 금속 표면에 대한 점진적으로 소멸하는(evanescent) 파장을 커플링시켜 광학적으로 사용함으로써 SPs는 전기적으로 여기될 수 있다. 후자의 접근 방식은 종종 크래치만 설정법(Kretschmann configuration)을 사용하여 수행되는데 이 방법은 고 인덱스 프리즘(~ 1.4 - 1.7)의 한 쪽 면을 코우팅 처리한 얇은 금속 필름으로 구성된다.here Wow Are the real part of the dielectric constant of the sample and metal, respectively. The tilt angle on a smooth surface can not be coupled directly to SPs, as in the case of metal When this value is negative, the wavelengths of light and SP can not coincide with each other. SPs can be electrically excited by optically using gratings or by optically using wavelengths that are gradually evanescent to the metal surface. The latter approach is often performed using a Kretschmann configuration, which is a high index prism To 1.4 - 1.7) is made of a thin metal film coated with a coating.
프리즘을 통과하여 진행되는 광은 운동량을 증가시키며 전부 각도일 때 금속 표면으로부터 발현되는데, 상기 각도는 프리즘과 샘플 사이의 임계각보다 더 크다. 금속/유전체 경계면에 평행하며 파장와 함께 금속 표면 상에 경사져 있는 광의 파장 벡터의 성분은 다음과 같이 주어진다.Light traveling through the prism increases the amount of motion, , The angle is greater than the critical angle between the prism and the sample. Parallel to the metal / dielectric interface and wavelength And the light inclined on the metal surface The components of the wavelength vectors of the wavelength bands are given as follows.
~(2) ~ (2)
여기서는 프리즘의 유전체 상수이다. 매개변수와는 보통 고정되고는 측정될 감지 영역의 유전체 상수이고 그 값은 분석물 검출에 따라 달라진다.와 같이 파장 벡터가 일치할 때, 광은 SP와 강하게 상호 작용하며, 이때 금속/유전체 경계로부터 나온 광의 반사도는 상당히 감소하게 된다. 이러한 조건은 SPR을 특성화시키며 SPR 각도를 덮어주는 광의 각 범위를 가지고 빔의 초점을 맞추고, 경사 광의 파장을 스캐닝하거나 두 방법을 복합하여 사용하는 것을 포함하는 다양한 방법을 사용하여 측정될 수 있다.here Is the dielectric constant of the prism. parameter Wow Is usually fixed Is the dielectric constant of the sensing area to be measured and its value depends on analyte detection. , The light interacts strongly with the SP, where the reflectivity of the light from the metal / dielectric boundary is significantly reduced. These conditions can be measured using a variety of methods, including characterizing the SPR, focusing the beam with an angular range of light to cover the SPR angle, scanning the wavelength of the oblique light, or using a combination of the two methods.
BIAcore라는 회사로부터 생산된 상용 SPR 시스템은 크래치만 설정 방법에 토대를 두고 있으나, SPR 금속 필름이 교체 가능한 유리 판 상에 놓여 있고, 상기 유리 판은 유리 프리즘과 유리 판 사이에 놓여 젤과 부합하는 굴절 지수에 의하여 유리 프리즘으로부터 물리적으로 분리된다. 이러한 기구는 덩치가 크고 고가이며 소형의 간편한 SPR 센서를 제공하기 위한 기술 개발에 많은 노력이 경주되어 왔다.A commercial SPR system produced by a company called BIAcore is based on the method of setting the clamp only, but the SPR metal film is placed on a replaceable glass plate, which lies between the glass prism and the glass plate, And is physically separated from the glass prism by the refractive index. These instruments have been devoted to the development of technology to provide a compact, high-priced and compact SPR sensor.
미국 특허 5,629,774에는 하나의 유체 내의 분석물을 측정하기 위한 목적으로 간편히 사용할 수 있는 SPR 센서에 관하여 공시하고 있다. 이 센서는 단색 광원, 광을 반사시키기 위한 표면 플라즈몬 공진-민감 장치, 그리고 핀 구멍과 같은 "개구부"와 결합된 하나 또는 그 이상의 광-검출기를 토대로 한 검출기로 구성된다. 상기 "개구부"는 SPR 최소 공진의 임계면 상의 특수 각도를 정해준다. 샘플 내 작은 변화는 광 검출기에 의하여 점검되는 반사 강도에 큰 변화를 만들어낸다. 스캐닝 메커니즘을 사용하는 시스템이나 SPR 각도를 덮어주는 광의 각 폭을 갖춘 광 빔의 초점을 맞추는 방식의 시스템과 비교해 볼 때, 상기 시스템의 단점은 미국 특허 5,629,774에 공시되어 있으며 주된 내용은, 보다 정밀한 시스템 정렬을 필요로 하는 단일 검출기의 사용에 관한 것이다.U.S. Patent No. 5,629,774 discloses an SPR sensor that can be conveniently used for the purpose of measuring analytes in a fluid. The sensor consists of a monochromatic light source, a surface plasmon resonance-sensitive device for reflecting light, and a detector based on one or more light-detectors combined with "openings" such as pin holes. The " aperture " defines a special angle on the critical plane of the SPR minimum resonance. A small change in the sample creates a large change in the intensity of the reflection, which is checked by the photodetector. Disadvantages of the system are disclosed in U.S. Patent No. 5,629,774, as compared to a system using a scanning mechanism or a method of focusing a light beam with an angular width of light to cover an SPR angle, To the use of a single detector requiring alignment.
유럽 특허 0 797 090에서는 모든 반사경, 감지 층, 광-검출기 배열, 그리고광원이 최적으로 동일한 하우스 내에 집적되어 있다. 이와 같은 형상의 단점은 모든 성분들이 감지 층을 교체할 때 반드시 교체되어야만 한다는 사실이다.In EP 0 797 090 all reflectors, sensing layers, light-detector arrays, and light sources are optimally integrated in the same house. The disadvantage of this shape is that all components must be replaced when replacing the sensing layer.
선택적 형상들이 유럽 특허 EP 0 797 091에 공시된 바 있는데, 여기서 투명한 기초 하우징과 탈착 가능한 프리즘과 같은 광학 하우징은 투사 광의 바람직하지 않은 굴절을 배제하기 위하여 인덱스가 일치하게 되어 있다. 이것은 기초 하우징과 광학적 하우징 사이의 젤을 인덱스 일치시키는 방법 또는 기초 하우징 내에 오목한 부위와 두 개의 하우징 사이의 경계에 있는 광학 하우징 내의 보조적 볼록한 부위를 제작하는 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 두 가지 선택적 방법은 SPR 센서를 실용적으로 작동시키기 위한 해결 방안으로서는 다소 복잡해 보인다.Optional features are disclosed in European patent EP 0 797 091 wherein the optical housing such as a transparent basic housing and a removable prism is indexed to preclude undesirable refraction of the projected light. This can be accomplished using a method of indexing the gel between the base housing and the optical housing, or a method of making a concave portion in the base housing and a method of making an auxiliary convex portion in the optical housing at the interface between the two housings. Two alternative methods seem to be somewhat complicated as a solution for practical operation of the SPR sensor.
상기에 언급된 시스템의 단점이라면, 이와 같은 시스템들이 인덱스 일치 젤을 적용한다는 것이다. 젤을 취급하여 작업하는 일은 불편하며, 일련의 광학 원소나 생물학적/화학적 원소와 접촉시에 문제를 야기할 수 있다.A disadvantage of the system mentioned above is that such systems apply index matching gels. Handling gels is inconvenient and may cause problems when in contact with a series of optical elements or biological / chemical elements.
유럽 특허 EP 0 805 347는 표면 플라즈몬을 지탱하는 금속 층이 유리 기질 상에 위치할 경우 표면 플라즈몬 센서에 관하여 공시하고 있다. 유입하는 광학 광 빔은 제 1 전달 격자를 사용하는 금속 층을 향하고 있다. 또한 유입하는 광학 광 빔은 제 1 전달 격자에 의하여 초점이 맞추어 진다. 직접적인 광학 광 빔은 금속 층 밖으로 반사되고 제 2 전달 격자를 향하여 전파된다. 제 2 전달 격자는 전달된 빔을 검출기로 향하게 한다.EP 0 805 347 discloses a surface plasmon sensor when a metal layer supporting a surface plasmon is located on a glass substrate. The incoming optical light beam is directed to a metal layer using a first delivery grating. The incoming optical light beam is also focused by the first transmission grating. The direct optical light beam is reflected off the metal layer and propagates toward the second transmission grating. The second delivery grating directs the transmitted beam to the detector.
유럽 특허 0 805 347에 공시된 센서의 결점은 유입하는 광 빔이 정규 경사와 상이한 각도 하에서 경사지게 된다는 점이다.A drawback of the sensor disclosed in EP 0 805 347 is that the incoming light beam is inclined at an angle different from the normal slope.
일반적으로, 종래의 기술에서, SPR 감지 층, 광원, 반사경, 그리고 검출기들은 3차원 형상으로 배열되어 다른 성분들과 비교해 보았을 때 적어도 하나의 성분이 SPR 각도(~ 50 도 - 80도)에 근접한 각도에서 정렬된다. 이것은 층의 평면 형상 또는 평면 형상들이 서로 평행하게 정렬될 필요가 있는 통합 작업이 가로 방향으로 수행되는 것이 바람직하다는 것을 의미하고 있다.In general, in the prior art, the SPR sensing layer, the light source, the reflector, and the detectors are arranged in a three-dimensional shape so that at least one component has an angle close to the SPR angle (~ 50 to 80 degrees) Lt; / RTI > This means that it is desirable for the integration operation to be performed in the transverse direction, in which the planar or planar shapes of the layers need to be aligned parallel to one another.
따라서, 종래의 기술에 의한 간편한 이동식 SPR 센서에서는 인덱스 일치 젤을 사용할 필요 없이, 센서 칩과 광학 트랜스듀서 사이에 비임계적 정렬만 가지고 분배 가능한 센서 칩이 다수의 감지 영역으로 된 배열을 갖도록 구성될 필요가 있다.Therefore, in a simple portable SPR sensor according to the prior art, it is not necessary to use an index matching gel, and a sensor chip capable of distributing only non-systematic alignment between the sensor chip and the optical transducer needs to be configured to have an array of a plurality of detection regions .
본 발명의 목적은 가로 방향으로 집적된 배열을 갖는 평면 센서 칩 유닛(SCU)으로 제작된 하나의 센서 칩으로 구성되는 SPR 센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an SPR sensor constituted by one sensor chip fabricated with a planar sensor chip unit (SCU) having an arrangement arrayed in the transverse direction.
또한, 본 발명의 다른 목적은 가로 방향으로 집적된 배열의 평면 광학 트랜스듀서 유닛으로 제작도니 광학 트랜스듀서로 구성되는 SPR 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an SPR sensor constituted by a transversely integrated array of planar optical transducer units.
본 발명의 또 다른 목적은 두 개의 분리 가능한 유닛 - 센서 유닛과 트랜스듀서 유닛으로 구성된 SPR 센서를 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide an SPR sensor composed of two detachable unit-sensor units and a transducer unit.
본 발명의 또 다른 목적은 센서 유닛과 트랜스듀서 유닛 사이에 비임계적인 정렬을 갖춘 SPR 센서를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an SPR sensor with a non-critical alignment between the sensor unit and the transducer unit.
본 발명의 또 다른 목적은 인덱스 일치 젤의 사용이 배제되는 SPR 센서를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an SPR sensor in which the use of an index matching gel is excluded.
본 발명은 표면 플라즈몬 공진 (SPM: Surface Plasmon resonance) 센서에 관한 것이다. 보다 특별히, 본 발명은 우리의 수자원을 오염시킬 수 있는 잠재 요소들을 포함하는 다량의 상이한 화합물을 측정할 수 있는 센서가 필요할 때에 수질을 관측하는 분야에 관한 것이다. 가능한 다른 응용사례로는 식품 품질 검사, 공정 제어, 인체 면역 결핍 바이러스(HIV)의 코어 단백질 검출 및 유전자 발현 검사 시를 포함하는 생물학적 구성요소가 있다.The present invention relates to a surface plasmon resonance (SPM) sensor. More particularly, the present invention relates to the field of observing water quality when a sensor capable of measuring large amounts of different compounds, including potential elements that can contaminate our water resources, is needed. Other possible applications include biological components including food quality testing, process control, detection of core proteins in human immunodeficiency virus (HIV), and gene expression testing.
도 1은 크래츠만 형상 및 경사각의 함수로 나타낸 표면 플라즈몬 감지 영역으로부터 반사되어 해당하는 광의 반사 그래프를 토대로 기존의 표면 플라즈몬 공진 센서를 간단히 도시한 것이다. 분석물 응답 (실선으로 표현된 곡선)이 없는 경우와 분석물 응답 (점선으로 표현된 곡선)이 있는 경우에 관한 그래프가 그려져 있다.FIG. 1 is a schematic view of a conventional surface plasmon resonance sensor based on reflection graphs of corresponding light reflected from a surface plasmon sensing area represented by a Kratzmann shape and an inclination angle. There is a plot of the case where there is no analytical response (curve represented by solid line) and the case where there is analytical response (curve represented by dotted line).
도 2는 본 발명에 따르는 다섯 개의 서로 다른 형상 (a-e)에 대한 센서 칩 유닛 (SCUs)의 횡단면을 도식적으로 도시한 것이다.Fig. 2 schematically shows a cross section of sensor chip units (SCUs) for five different shapes (a-e) according to the invention.
도 3은 센서 칩 유닛 및 이에 해당하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 틈새(gap)에 의하여 분리된 광학적 트랜스듀서 유닛을 도식적으로 도시한 것으로 상기 실시예는 실지적으로 단색인 광원 및 SPR 각도를 포괄하는 각 범위(angular bands)에서 광의 연동을 토대로 하고 있다. a)에서, SPR 각도가 - 60도일 경우에 대한 센서 칩 유닛이 도시되어 있고, b)에는 SPR 각도가 - 75도일 경우에 대한 센서 칩 유닛이 도시되어 있다. 광원으로부터 시작되는 투사 광들이 실선으로 표시되어 있다.3 schematically illustrates an optical transducer unit separated by a gap according to a sensor chip unit and a corresponding preferred embodiment of the present invention, wherein the embodiment includes a substantially monochromatic light source and an SPR angle And is based on the interlocking of light in angular bands. a), the sensor chip unit is shown for a case where the SPR angle is -60 degrees, and b) the sensor chip unit is shown for the case where the SPR angle is -75 degrees. The projected lights starting from the light source are indicated by solid lines.
도 4는 본 발명에 따르는 두 가지 다른 실시예들을 도시한 것으로, 각각이 센서 칩 유닛을 가지고 있고 해당하는 광학적 트랜스듀서 유닛은 틈새에 의하여 분리된다. 도 4 (a) 내의 형상은 고정된 연동 각도의 다색 광원을 토대로 하고 있고, 광학적 트랜스듀서 내에 격자를 가지고 있어 광의 스펙트럼들의 폭을 측정할 수 있게 된다. 광원으로부터 시작된 투사 광이 실선으로 그려져 있다. 도 4 (b) 내의 형상은 단색 광원 및 SPR 각도를 포괄하는 각 범위에서 광의 연동에 토대를 두고 있다. 첫번째 광원으로부터 시작된 투사 광들이 실선으로 그려져 있고, 두번째 광원으로부터 시작된 투사 광이 점선으로 그려져 있다.Fig. 4 shows two different embodiments according to the invention, each having a sensor chip unit and a corresponding optical transducer unit separated by a gap. The shape in Fig. 4 (a) is based on a multicolor light source with a fixed interlocking angle, and a grating is provided in the optical transducer, so that the width of the spectrum of light can be measured. The projected light originating from the light source is drawn as a solid line. The shape in Fig. 4 (b) is based on interlocking of light in each range including monochromatic light source and SPR angle. The projected light from the first light source is drawn in solid lines and the projected light from the second light source is drawn in dotted lines.
도 5는 a)의 센서 칩 유닛과 b)의 광학적 트랜스듀서 유닛으로 구성되는 도 4(a)로부터 본 발명의 실시예에 대한 최상단 도면을 도시한 것이다. c)와 d)에는 각각 두 개의 센서 칩 유닛과 두 개의 광학적 트랜스듀서 유닛 배열이 도시되어 있고 (e)와 (f)에는 각각 네 개의 센서 칩 유닛과 네 개의 광학적 트랜스듀서 유닛들의 배열이 도시되어 있다.Figure 5 shows a top view of an embodiment of the invention from Figure 4 (a) consisting of the sensor chip unit of a) and the optical transducer unit of b). c) and d) each show two sensor chip units and two optical transducer unit arrangements (e) and (f) each showing an arrangement of four sensor chip units and four optical transducer units have.
도 6은 단색의 광원과 SPR 각도를 포괄하는 각 범위에서 광의 연동을 토대로 본 발명의 네번째 실시예에서 센서 칩 유닛과 틈새에 의하여 분리된 해당 광학 트랜스듀서 유닛의 절단면도를 간단히 도시한 것이다. 이 형상에서, 감지 영역은 센서 칩 유닛의 후방 측면 상에 위치하고 있다.FIG. 6 is a simplified view of a cross-sectional view of a corresponding optical transducer unit separated by a gap from a sensor chip unit in a fourth embodiment of the present invention based on interlocking of light in a range covering a single color light source and an SPR angle. In this configuration, the sensing area is located on the rear side of the sensor chip unit.
도 7은 본 발명의 실시예에 대하 평면도를 도시한 것으로, 도 6에서 보는 바와 같이 a)의 하나의 센서 칩 유닛과 b)의 해당 광학 트랜스듀서 유닛을 가지고 있다. c)와 d)에는 각각 두 개의 센서 칩 유닛과 두 개의 광학 트랜스듀서 유닛 배열이 도시되어 있으며, e)와 f)에는, 각각 네 개의 센서 칩과 네 개의 광학 트랜스듀서 유닛 배열이 도시되어 있다.Fig. 7 shows a plan view for an embodiment of the present invention, which has one sensor chip unit of a) and a corresponding optical transducer unit of b) as shown in Fig. c) and d) each show two sensor chip units and two optical transducer unit arrangements, and e) and f) each show four sensor chips and four optical transducer unit arrangements.
도 8은 단색 광 및 SPR 각도를 포괄하는 각 범위에서 각의 연동을 토대로 본 발명의 하 실시예에서 틈새에 의하여 분리된 광학적 트랜스듀서 유닛과 하나의 센서 칩 유닛의 절단면도를 도시한 것이다. SPR 감지 영역으로부터 반사된 후, 투사 광은 후방 측면과 센서 칩 유닛의 맨 상단 측면 상의 두 개의 평면경 사이에서 여러번 반사된다.8 is a cross-sectional view of an optical transducer unit and one sensor chip unit separated by a gap in the lower embodiment of the present invention based on the interlocking of angles in the respective angles covering the monochromatic light and the SPR angle. After being reflected from the SPR sensing area, the projection light is reflected multiple times between the rear side and two planar mirrors on the top-most side of the sensor chip unit.
도 9(a)는 볼 발명 내에 사용된 반사성 회절 광학 요소 (RDOE)의 예들 도시한 것으로 구멍 D, 격자 거리 ap그리고 p'번째 격자를 위한 격자각을 포함하고 있다. 도 9(b)는 투사 광에 반사되고 (a)의 RDOE의 한 측면에서 초점에 수렴되는 평행 조준된 투사 광을 도시한 것이다. 도 9 (c)는 RDOE의 다른 예를 도시한 것으로, 여기서 평행 조준된 투사광들은 RDOE의 한 측면에 평행 조준된 투사광에 반사된다.9 (a) shows examples of a reflective diffractive optical element (RDOE) used in the invention of the present invention, in which a hole D, a grating distance a p and a grating angle . Fig. 9 (b) shows a parallel collimated projection light that is reflected by the projection light and is converged on one side of the RDOE of (a). Fig. Fig. 9 (c) shows another example of the RDOE, wherein the parallel collimated projected light is reflected by the projection light collimated to one side of the RDOE.
도 10(a)는 구멍 D, 격자 거리 ap, 격자 각도그리고 p' 번째 격자 요소에 대한 두번째 격자 각을 가지는 본 발명에서 RDOE로서 사용된 대체 형상을 도시한 것이다. 도 10(b)는 투사 광으로 반사되고 (a)의 RDOE의 한 측면에서 초점에 수렴되는 평행 조준된 투사 광을 도시한 것이다. 도 10(c)는 RDOE의 다른 실시예를 도시한 것으로, 여기서 평행 조준된 투사 광은 RDOE의 한 측면에서 평행 조준된 투사 광에 반사된다.Fig. 10 (a) shows the hole D, the grating distance a p , And the second grid angle for the p'th grid element Lt; RTI ID = 0.0 > RDOE < / RTI > 10 (b) shows a parallel collimated projection light that is reflected by the projection light and is converged to focus at one side of the RDOE of (a). Fig. 10 (c) shows another embodiment of the RDOE, wherein the collimated collimated light is reflected by the collimated collimated light on one side of the RDOE.
상기에 언급된 목적들은 우선, 제 1 유닛과 제 2 유닛으로 구성된 표면 플라즈몬 공진 센서를 제공하는 것이며, 상기 제 1 유닛 및 제 2 유닛은 분리 가능하며 상기 제 1 유닛은,The above-mentioned objects are achieved by first providing a surface plasmon resonance sensor composed of a first unit and a second unit, wherein the first unit and the second unit are separable,
- 제 1 하우징,- a first housing,
- 지지 표면 플라즈몬에 적용되어 전기적으로 전도하는 물질로 된 막으로서, 상기 막은 상기 제 1 하우징의 제 1 외부 표면의 부분에 의하여 유지되는 막,A membrane made of an electrically conducting material applied to a supporting surface plasmon, said membrane being a membrane maintained by a portion of a first outer surface of said first housing,
- 제 2 유닛으로부터 광학적 광 빔을 수용하기 위하여 제 1 하우징의 제 2 외부 표면 부분 상에 위치한 광학적 입력 수단,Optical input means located on the second outer surface portion of the first housing to receive the optical light beam from the second unit,
- 광학 광 빔을 제 1 유닛으로 전달하기 위하여 제 1 하우징의 제 3 외부 표면 부분 상에 위치한 광학적 출력 수단,Optical output means located on the third outer surface portion of the first housing for transmitting the optical light beam to the first unit,
- 수용된 광학 광 빔을 제 1 유닛으로부터 전기적으로 전도하는 막을 향하도록 되어 있는 광학 요소의 제 1 세트,A first set of optical elements adapted to direct the received optical beam of light to a film that electrically conducts from the first unit,
- 전기적으로 전도하는 막으로부터 제 2 유닛으로 광학적 광 빔을 전달하기 위하여 광학적 광 빔을 전기적으로 전도하는 막으로부터 광학적 출력 수단을 향하도록 되어 있는 광학적 요소의 제 2 세트로 구성되고,A second set of optical elements adapted to direct the optical output means from a film that conducts the optical light beam in order to transfer the optical light beam from the electrically conducting film to the second unit,
상기 제 2 유닛은,The second unit comprising:
- 제 2 하우징,- a second housing,
- 광학적 광 빔을 방출시키기 위한 수단,Means for emitting an optical light beam,
- 방출된 광학적 광 빔을 준비시키도록 되어 있는 광학적 요소의 제 1 세트,A first set of optical elements adapted to prepare the emitted optical light beam,
- 제 1 유닛으로부터 준비된 광학적 광 빔을 전달시키기 위하여 제 2 하우징의 제 2 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 출력 수단,Optical output means located on the second outer surface portion of the second housing for transmitting the optical light beam prepared from the first unit,
- 제 1 유닛으로부터 수용된 광학적 강 빔을 검출하도록 되어 있는 검출 수단,- detection means adapted to detect an optical strong beam received from the first unit,
- 수용된 광학적 광 빔을 제 1 유닛으로부터 검출 수단을 향하도록 되어 있는 광학적 요소의 제 2 세트로 구성되며,A second set of optical elements adapted to direct the received optical light beam from the first unit to the detection means,
여기서 광학적 입력 및 광학적 출력 수단들의 위치에서 광학적 광 빔들의 전파 방향은 본질적으로 제 1 및 제 2 하우징의 외부 표면 부분에 수직하여 제 1 및 제 2 유닛의 안쪽으로 상기 광학적 광 빔을 유입시킬 때 광학적 광 빔의 굴절을 배제시켜주는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서이다.Wherein the direction of propagation of the optical light beams at the locations of the optical input and optical output means is essentially perpendicular to the outer surface portion of the first and second housings, And excites the refraction of the light beam.
상기에서 언급된 본 발명의 측면과 다음에 설명되는 측면에서 본질적으로 수직이란 말의 뜻은 경사각이 -10도에서 10도의 범위에 있고, -5도에서 5도의 범위에 있는 것이 바람직하며, -2도에서 2도의 범위에 있는 것이 더 바람직하며 -0.5도에서 0.5도의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다는 것을 의미한다.In the aspects of the present invention mentioned above and in the following description, the term essentially perpendicular means that the inclination angle is in the range of -10 degrees to 10 degrees, preferably -5 degrees to 5 degrees, and -2 More preferably in the range of -0.5 degrees to 0.5 degrees, and more preferably in the range of -0.5 degrees to 0.5 degrees.
이러한 방출 수단은 반도체 레이저 다이오드(diode)와 같은 레이저 광원으로 구성된다. 광 방출 수단은 본질적으로 단일 파장에서 광을 방출시킬 수 있다. 선택적으로, 광 방출 수단은, 예컨대 하나의 방출 다이오드를 사용하여 복수 개의 파장들에서 광을 방출할 수도 있다.This emitting means is composed of a laser light source such as a semiconductor laser diode. The light emitting means can essentially emit light at a single wavelength. Optionally, the light emitting means may emit light at a plurality of wavelengths, for example, using one emission diode.
제 1 유닛의 광학적 요소의 제 1 세트는 방출된 광학적 광 빔을 같은 방향으로 조준시키기 위한 수단으로 구성될 수도 있다. 상기와 같은 조준 수단은 렌즈 장치로 구성될 수 있다.The first set of optical elements of the first unit may be configured as means for aiming the emitted optical light beam in the same direction. The aiming means may be a lens device.
여기에 언급되어 있고 이후에도 계속 설명되겠지만, 평행하게 조준된다는 말의 의미는 방출된 광학적 광 빔의 각 빔의 확산이 10 도 이하이고, 바람직하게는 5도 이하이며, 더 바람직하게는 2도, 더더욱 바람직하게는 0.5 도 이하가 될 수 있다는 것을 의미하고 있다.By parallel aiming is meant the diffusion of each beam of emitted optical light beam is 10 degrees or less, preferably 5 degrees or less, more preferably 2 degrees or more, more preferably, And preferably not more than 0.5 degrees.
제 2 유닛의 광학적 요소의 제 1 세트는 방출된 광학적 광 빔을 편광시키기 위한 수단이 추가로 구성될 수 있다. 이와 같은 편광 수단은 편광 필름, 프리즘 장치 또는 전압 제어되는 변수 지연기와 같은 종류의 것이 될 수 있다.The first set of optical elements of the second unit may further comprise means for polarizing the emitted optical light beam. Such a polarizing means can be of a kind such as a polarizing film, a prism device or a voltage controlled variable retarder.
제 1 유닛과 제 2 유닛의 입력 및 출력 수단은 반-반사(anti-reflecting) 코우팅으로 구성될 수 있다.The input and output means of the first unit and the second unit may be configured as anti-reflecting coating.
검출 수단은 다중 광 검출 배열, 전하 연동 장치 또는 보조 금속 산화 반도체 영상 센서와 같은 광에 민감한 요소로 이루어진 배열로 구성될 수 있다. 센서는 추가로 광 방어 구성요소로 구성되어도 무방하다. 제 1 유닛의 광학 요소의 제 1 세트는 회절성 격자 또는 홀로그래픽 격자와 같은 회절성 구성요소로 구성될 수 있다. 유사한 방법으로, 제 1 유닛의 광학적 요소의 제 2 세트는 반사성 구성요소로 구성될 수 있는 회절성 구성요소로 구성되어도 무방하다. 또한, 광학 요소의 제 2 세트는 반사성 반사경(거울)과 같은 반사성 구성요소로 구성되어도 무방하다.The detection means may comprise an array of light sensitive elements such as a multi-optical detection arrangement, a charge coupled device or an auxiliary metal oxide semiconductor image sensor. The sensor may further comprise a light protection component. The first set of optical elements of the first unit may be comprised of a diffractive element such as a diffractive grating or a holographic grating. In a similar manner, the second set of optical elements of the first unit may comprise diffractive elements that may be comprised of reflective elements. Also, the second set of optical elements may be comprised of reflective components such as reflective mirrors (mirrors).
전기적으로 전도성이 있는 막은 금 필름, 은 필름, 알루미늄 필름, 또는 티타늄 필름과 같은 금속 필름으로 구성되어도 무방하다. 전기적으로 전도성이 있는 필름은 전기적으로 전도성이 있는 복수 개의 필름들로 구성될 수 있으며, 상기 복수 개의 필름들은 가로 방향으로 확장되어 있는 패턴으로 배열되어 있다.The electrically conductive film may be composed of a metal film such as a gold film, a silver film, an aluminum film, or a titanium film. The electrically conductive film may comprise a plurality of electrically conductive films, the plurality of films being arranged in a pattern extending in the transverse direction.
길이가 긴 범위의 표면 플라즈몬 공진을 지지하기 위하여 한 충의 유전체 재료가 전기적으로 전도성이 있는 막과 제 1 하우징의 제 1 외부 표면 부분 사이에 위치할 수 있다. 표면 플라즈몬 공진 센서가 전기적으로 전동성이 있는 복수 개의 층으로 구성될 경우, 상기 센서에는 전기적으로 전도성이 있는 복수 개의 필름 각각과 제 1 하우징의 제 1 외부 표면 부분 사이에 위치한 한 층의 유전체 물질이 추가로 구성될 수 있다.The dielectric material of the single strand can be positioned between the electrically conductive film and the first outer surface portion of the first housing to support surface plasmon resonance in a long range. If the surface plasmon resonance sensor is comprised of a plurality of electrically conductive layers, the sensor may include a layer of dielectric material disposed between each of the plurality of electrically conductive films and the first outer surface portion of the first housing ≪ / RTI >
표면 플라즈몬 공진 센서는 서로를 중심으로 제 1 유닛과 제 2 유닛을 이동시키도록 되어 있는 이동 수단이 추가로 구성될 수 있어서 전기적으로 전도성인 막을 중심으로 광학적 광 빔의 초점을 이동시키게 된다. 추가로, 표면 플라즈몬 공진 센서는 서로를 중심으로 제 1 유닛과 제 2 유닛을 움직이도록 되어 있어 광학 광 빔의 경사각을 전기적으로 전도성이 있는 막을 향하여 변하도록 해 주는 이동 수단으로 구성될 수 있다.The surface plasmon resonance sensor may further comprise a moving means adapted to move the first unit and the second unit about each other to move the focus of the optical light beam about an electrically conductive film. In addition, the surface plasmon resonance sensor may be configured to move the first unit and the second unit around each other, and may be configured to move the inclination angle of the optical light beam toward the electrically conductive film.
표면 플라즈몬 공진 센서는 둘 또는 그 이상의 표면 플라즈몬 공진 센서로 구성되며 그 센서는 가로 방향으로 확장된 패턴으로 정렬되는 것이 바람직하다.Preferably, the surface plasmon resonance sensor comprises two or more surface plasmon resonance sensors, and the sensor is arranged in a pattern extending in the transverse direction.
두번째 측면으로, 본 발명은 표면 플라즈몬 공진 센서를 사용하여 샘플의 생물학적/화학적 조성을 결정하는 방법에 관한 것이며, 상기 표면 플라즈몬 공진 센서는 제 1 유닛과 제 2 유닛으로 구성되고, 상기 제 1 유닛과 제 2 유닛은 분리될 수 있게 되어 있는데, 상기 제 1 유닛은,In a second aspect, the present invention relates to a method for determining a biological / chemical composition of a sample using a surface plasmon resonance sensor, wherein the surface plasmon resonance sensor is comprised of a first unit and a second unit, Two units are capable of being separated, the first unit comprising:
- 제 1 하우징,- a first housing,
- 지지 표면 플라즈몬에 적용되어 있으며 전기적으로 전도성이 있는 재료로 된 막으로서, 상기 막이 제 1 하우징의 제 1 외부 표면 부분에 의하여 유지되는 것을 특징으로 하는 막.A membrane applied to the supporting surface plasmon and made of an electrically conductive material, the membrane being held by the first outer surface portion of the first housing.
- 제 2 유닛으로부터 광학적 광 빔을 수용하기 위하여 제 1 하우징의 제 2 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 입력 수단,Optical input means located on the second outer surface portion of the first housing to receive the optical light beam from the second unit,
- 광학적 광 빔을 제 2 유닛으로 전달하기 위하여 제 1 하우징의 제 3 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 출력 수단.Optical output means located on the third outer surface portion of the first housing for transmitting the optical light beam to the second unit.
- 수용된 광학적 광 빔이 제 1 유닛으로부터 전기적으로 전도성있는 막을 향하도록 되어 있는 광학적 요소의 제 1 세트,A first set of optical elements in which the received optical light beam is directed from the first unit to an electrically conductive film,
- 광학적 광 빔을 전기적으로 전도성이 있는 막으로부터 광학적 출력 수단으로 향하도록 되어 있어 광학적 광 빔을 전기적으로 전도성 있는 막으로부터 제 2 유닛으로 전달하게 되는 광학적 요소의 제 2 세트로 구성되고,A second set of optical elements adapted to direct the optical light beam from the electrically conductive film to the optical output means and to transfer the optical light beam from the electrically conductive film to the second unit,
상기 제 2 유닛은,The second unit comprising:
- 제 2 하우징,- a second housing,
- 광학적 광 빔을 방출하기 위한 수단,Means for emitting an optical light beam,
- 방출된 광학적 광 빔을 준비하도록 되어 있는 광학적 요소의 제 1 세트,A first set of optical elements adapted to prepare an emitted optical light beam,
- 준비된 광학적 광 빔을 제 1 유닛으로 전달하기 위하여 제 2 하우징의 제 1 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 출력 수단,Optical output means located on the first outer surface portion of the second housing for delivering the prepared optical light beam to the first unit,
- 제 1 유닛으로부터 광학적 광 빔을 수용하기 위하여 제 2 하우징의 제 2 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 입력 수단,Optical input means located on the second outer surface portion of the second housing to receive the optical light beam from the first unit,
- 제 1 유닛으로부터 수용된 광학적 광 빔을 검출하도록 되어 있는 검출 수단, 그리고Detection means adapted to detect an optical light beam received from the first unit, and
- 수용된 광학적 광 빔을 제 1 유닛으로부터 검출 수단을 향하도록 되어 있는 광학적 요소의 제 2 세트로 구성되고,A second set of optical elements adapted to direct the received optical light beam from the first unit to the detection means,
이때 광학적 입력 및 광학적 출력위 위치에서 광학적 광 빔의 전파 방향은 제 1 하우징 및 제 2 하우징의 외부 표면 부분에 본질적으로 수직하여 상기 광학적 광 빔이 제 1 유닛과 제 2 유닛으로 유입할 때 광학적 광 빔의 굴절을 배제시키게 되는 것을 특징으로 하는 방법이다.Wherein the propagation direction of the optical light beam at the optical input and optical output positions is essentially perpendicular to the outer surface portions of the first housing and the second housing such that when the optical light beam enters the first unit and the second unit, So that the refraction of the beam is excluded.
세번째 측면으로, 본 발명은 제 1 유닛으로 구성되는 표면 플라즈몬 공진 센서에 관한 것으로 상기 제 1 유닛은,In a third aspect, the present invention relates to a surface plasmon resonance sensor comprising a first unit,
- 제 1 하우징,- a first housing,
- 지지 표면 플라즈몬에 적용되는 한 층의 전기적으로 전도성이 있는 재료로서, 상기 층은 제 1 하우징의 제 1 외부 표면 부분에 의하여 유지되는 것을 특징으로 하는 층,A layer of an electrically conductive material applied to the supporting surface plasmons, said layer being held by a first outer surface portion of the first housing,
- 제 1 하우징의 제 2 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 입력 수단으로서 상기 광학적 입력 수단은 광학적 광 빔을 수용하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학적 입력 수단,Optical input means located on a second outer surface portion of the first housing, the optical input means being adapted to receive an optical light beam,
- 제 1 하우징의 제 3 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 출력 수단으로서, 상기 광학적 출력 수단은 광학적 광 빔을 전달하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학적 출력 수단,An optical output means located on a third outer surface portion of the first housing, the optical output means being adapted to transmit an optical light beam;
- 수용된 광학적 광 빔을 전기적으로 전도성 있는 층으로 향하도록 되어 있는 제 1 회절성 광학적 요소,A first diffractive optical element adapted to direct the received optical light beam to an electrically conductive layer,
- 반사된 광학적 광 빔을 전기적으로 전도성이 있는 층으로부터 광학적 출력 수단을 향하도록 되어 있는 제 2 회절성 광학 요소로 구성되고,A second diffractive optical element adapted to direct the reflected optical light beam from the electrically conductive layer towards the optical output means,
이때 광학적 입력 및 광학적 출력 수단의 위치에서 광학적 광 빔의 전파 방향이 본질적으로 제 1 하우징의 외부 표면 부분에 수직하여 광학적 입력 및 광학적 출력 수단의 위치에서 광학적 광 빔의 굴절을 배제시키는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서이다.Characterized in that the propagation direction of the optical light beam at the location of the optical input and optical output means is essentially perpendicular to the outer surface portion of the first housing, excluding the optical input and the refraction of the optical light beam at the location of the optical output means Surface plasmon resonance sensor.
세번째 측면에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서에는 제 2 유닛이 추가로 구성될 수 있으며, 상기 제 2 유닛은,The surface plasmon resonance sensor according to the third aspect may further comprise a second unit,
- 제 2 하우징,- a second housing,
- 광학적 광 빔을 방출시키기 위한 수단,Means for emitting an optical light beam,
- 방출된 광학적 광 빔을 준비하도록 되어 있는 한 세트의 광학 요소,A set of optical elements adapted to prepare the emitted optical light beam,
- 제 2 하우징의 제 1 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 출력 수단으로서, 상기 광학적 출력 수단은 준비된 광학적 광 빔을 제 1 유닛으로 전달하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학적 출력 수단,Optical output means located on the first outer surface portion of the second housing, the optical output means being adapted to transmit the prepared optical light beam to the first unit,
- 제 2 하우징의 제 2 외부 표면 부분 상에 위치된 광학적 입력 수단으로서, 상기 광학적 입력 수단은 제 1 유닛으로부터 광학적 광 빔을 수용하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학적 입력 수단,An optical input means located on a second outer surface portion of the second housing, the optical input means being adapted to receive an optical light beam from the first unit,
- 제 1 유닛으로부터 수용된 출력 광 빔을 검출하도록 되어 있는 검출 수단으로 구성되며,- detection means adapted to detect an output light beam received from the first unit,
이때 광학적 입력 및 광학적 출력 수단의 위치에서 광학적 광 빔의 전파 방향은 본질적으로 제 2 하우징의 외부 표면 부분에 수직하여 광학적 입력 및 광학적 출력 수단의 위치에서 광학적 광 빔의 회절을 배제시키는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서이다.Wherein the propagation direction of the optical light beam at the location of the optical input and optical output means is essentially perpendicular to the outer surface portion of the second housing to exclude the diffraction of the optical light beam at the location of the optical input and optical output means Surface plasmon resonance sensor.
제 2 유닛에는 수용된 광학적 광 빔을 제 1 유닛으로부터 검출 수단을 향하도록 되어 있는 광학 요소가 추가로 구성되어도 무방하다.The second unit may further comprise an optical element which is adapted to direct the received optical light beam from the first unit to the detection means.
광 방출 수단은 본 발명의 첫번째 측면을 중심으로 기술된 광원으로 구성될 수 있다. 제 2 유닛의 광학 요소 세트는 본 발명의 제 1 측면에 따라 설명된 광 조준 수단 및 편광 수단으로 구성되어도 무방하다.The light emitting means may be constituted by a light source described in the first aspect of the present invention. The optical element set of the second unit may be constituted by the light aiming means and the polarization means described in accordance with the first aspect of the present invention.
제 1 유닛 및 제 2 유닛의 입력 및 출력 수단은 반-반사 코우팅으로 표면 코우팅 처리될 수도 있다.The input and output means of the first unit and the second unit may be surface-treated with semi-reflective coating.
본 발명의 제 1 측면에서와 같이, 검출 수단은 다중 광 검출 배열, 전하 연동 장치 또는 보조 금속 산화 반도체 영상 센서와 같이 광에 민감한 요소들의 배열로 구성될 수 있다. 제 1 유닛의 제 1 및 제 2 회절 광학 요소는 반사성 홀로그래픽 격자와 같은 광학적 격자로 구성될 수 있다.As in the first aspect of the present invention, the detection means may comprise an arrangement of light sensitive elements such as a multi-optical detection arrangement, a charge coupled device or an auxiliary metal oxide semiconductor image sensor. The first and second diffractive optical elements of the first unit may be composed of an optical grating such as a reflective holographic grating.
네번째 측면에서, 본 발명은 다음과 같이 구성되는 표면 플라즈몬 공진 센서에 관한 것이다. 즉, 상기 표면 플라즈몬 공진 센서는,In a fourth aspect, the present invention relates to a surface plasmon resonance sensor constituted as follows. That is, in the surface plasmon resonance sensor,
- 투명한 구성요소,- transparent components,
- 표면 플라즈몬을 지지하도록 되어 있는 한 층의 전기적으로 전도성이 있는재료로서, 상기 층은 구성요소의 외부 표면 부분에 의하여 유지되는 것을 특징으로 하는 한 층의 전기적으로 전도성이 있는 재료,A layer of an electrically conductive material adapted to support surface plasmons, said layer being held by an outer surface portion of the component; a layer of electrically conductive material,
- 구성요소의 제 1 외부 표면 부분에 의하여 유지되고, 수용된 광학적 광 빔을 전기적으로 전도성이 있는 층을 향하도록 되어 있는, 제 1 광학적 격자로서, 제 1 광학적 격자의 위치에서 수용된 광학적 광 빔의 전파 방향은 구성요소의 제 1 외부 표면 부분에 본질적으로 수직이며, 이때 수용된 광학적 빔은 평행하게 조준되어 있는 제 1 광학적 격자, 그리고,A first optical grating held by a first outer surface portion of the component and adapted to face the received optical light beam towards an electrically conductive layer, the propagation of the optical light beam received at the location of the first optical grating Direction is essentially perpendicular to the first outer surface portion of the component, wherein the received optical beam is collimated in a first direction,
- 구성요소의 제 2 외부 표면 부분에 의하여 유지되고, 전기적으로 전도성이 있는 층으로부터 광학적 광 빔을 수용하도록 되어 있으며 전기적으로 전도성이 있는 층으로부터 수용된 광학적 광 빔을 재-방출하도록 되어 있고, 제 2 광학적 격자의 위치에서 재-방출된 광학적 빔의 전파 방향이 본질적으로 구성요소의 제 2 외부 표면 부분에 수직이며 상기 재-방출된 광학적 광 빔이 평행하게 조준되어 있는 제 2 광학적 격자로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서이다.- is adapted to receive the optical light beam from the electrically conductive layer and to re-emit the optical light beam received from the electrically conductive layer, held by a second outer surface portion of the component, Wherein the propagation direction of the re-emitted optical beam at the location of the optical grating is essentially a second optical grating in which the re-emitted optical light beam is collimated in a direction perpendicular to the second outer surface portion of the component Is a surface plasmon resonance sensor.
본 발명의 네번째 측면에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서는,A surface plasmon resonance sensor according to a fourth aspect of the present invention includes:
- 광학적 광 빔을 방출하기 위한 수단으로 구성된다.- means for emitting an optical light beam.
추가로, 본 발명의 네번째 측면에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서는 재-방출된 광학적 광 빔을 검출용 수단을 향하도록 되어 있는 광학 요소로 구성되어도 무방하다.In addition, the surface plasmon resonance sensor according to the fourth aspect of the present invention may be constituted by an optical element directed to the means for detecting the re-emitted optical light beam.
광 방출 수단은 본 발명의 첫번째 및 세번째 측면을 중심으로 설명된 광원으로 구성될 수도 있다. 제 2 유닛의 광학 요소 세트는 평행 조준 수단 및 편광 수단으로 구성될 수도 있다.The light emitting means may be constituted by the light sources described in the first and third aspects of the present invention. The optical element set of the second unit may be composed of a parallel aiming means and a polarization means.
검출용 수단은 다중 광 검출 배열, 전하 연동된 장치 또는 보조 금속 산화 반도체 영상 센서와 같은 광에 민감한 요소들의 배열로 구성되어도 무방하다.The means for detection may comprise an arrangement of light sensitive elements such as a multi-optical detection arrangement, a charge coupled device or an auxiliary metal-oxide semiconductor image sensor.
도 1은 기존의 SPR 센서의 크래치만 형상을 도시한 것으로 상기 SPR 센서는고 인덱스 프리즘(2), 프리즘의 한 측면 상에 코우팅 처리된 얇은 금속 필름(1), 그리고 금속 필름을 덮어주는 생물학적/화학적 감지 박막 영역으로 구성되어 있다. 렌즈(4)의 사용하고 단색 광을 평행 조준하는 것은 프리즘(2)을 통하여 금속 필름 상에서 초점을 맞추어 수행된다. 광 빔은 특정 광 폭 D를 가지고 있으며부터로 변화하는 각 대역 범위는 금속 필름 상에 경사져 있다. 다른 렌즈(5)가 금속 필름으로부터 반사된 광 빔을 검출기 배열 (6) 상으로 영상화시킨다.의 범위는 SPR 각도를 덮어줄 수 있도록 맞게 되어 있으며, 상기 각은 검출기 배열(6)에 의하여 광의 반사도가 최소가 되도록 결정된다. 주위 조건(7)에 변화가 발생할 때, 층 두께 또는 생물학적/화학적 감지 영역(3)의 굴절 지수가 변화한다. 도 1에 도식적으로 도시된 바와 같이의 위치에서의 변위에 의하여 이것은 SPR 응답에 변화를 유발시키며, 이때 실선으로 표시된 SPR 곡선은 점선으로 표시된 SPR 곡선의 위치로 이동하게 된다.FIG. 1 shows the shape of a claw of a conventional SPR sensor. The SPR sensor includes a high index prism 2, a thin metal film 1 coated on one side of the prism, Biological / chemical sensing thin-film regions. The use of the lens 4 and parallel collimation of the monochromatic light is performed through the prism 2 focusing on the metal film. The light beam has a specific light width D from Is banded on the metal film. The other lens 5 images the light beam reflected from the metal film onto the detector array 6. The range of SPR angle And the angle is determined by the detector arrangement 6 such that the reflectivity of the light is minimized. When a change occurs in the ambient condition 7, the layer thickness or refractive index of the biological / chemical sensing area 3 changes. As schematically shown in Figure 1, This causes a change in the SPR response, where the solid line SPR curve moves to the position of the SPR curve indicated by the dashed line.
본 발명은 단일 검출기 배열 상으로 각 대역 범위 또는 파장 범위를 영상화시키는 것에 토대를 두는 측정 원리와 연관이 있다. 본 발명의 모든 구성요소들은 상업적으로 활용가능하거나, 현존하는 제조 기술을 사용하여 제작될 수 있다. SPR 센서는 다음의 조합 즉,The present invention relates to a measurement principle that is based on imaging each band range or wavelength range onto a single detector array. All components of the present invention may be commercially available or may be manufactured using existing manufacturing techniques. The SPR sensor is a combination of the following:
1) 가로 방향으로 집적된 배열의 평면형 센서 칩 유닛 (SCUs)으로 구성된 교체 가능한 센서 칩과,1) a replaceable sensor chip composed of planar sensor chip units (SCUs) arranged in an array in the lateral direction;
2) 가로 방향으로 집적된 배열의 평면형 광학 트랜스듀서 유닛 (OTUs)으로구성된 광학 트랜스듀서에 의하여 구성된다.2) an optical transducer composed of a planar optical transducer unit (OTUs) arranged in an array in the transverse direction.
본 발명에 따른 다섯 개의 서로 다른 센서 칩 유닛 (SCUs)의 형상이 도 2(a-e)에 도시되어 있다. 광학 요소 (18a)의 제 1 세트를 통하여, SCU의 후방 표면에 수직하게 SCU로 들어가게 되는 평행 조준된 광 빔이 SCU의 맨 상단 표면 및 하나 또는 그 이상의 감지 영역(21) 아래에 배치된 SPR 막(20)을 향하게 된다. 광학 요소 (22a)의 두번째 세트를 통하여 SPR 금속 필름으로부터 반사된 광 빔이 평행 조준되고 SCU의 후방 표면에 수직한 SCU를 빠져 나간다.The shapes of the five different sensor chip units (SCUs) according to the present invention are shown in Fig. 2 (a-e). A collimated collimated beam of light, which enters the SCU perpendicularly to the rear surface of the SCU, is transmitted through the first set of optical elements 18a to the top surface of the SCU and to the SPR film < RTI ID = 0.0 > (20). The light beam reflected from the SPR metal film through the second set of optical elements 22a is collimated and exits the SCU perpendicular to the rear surface of the SCU.
도 2(a)에서, 광학 요소의 제 1 세트, SPR 금속 필름과 광학 요소의 제 2 세트가 SCU의 맨 상단 측면 상에 배치되어 있고, 반사경이 SCU의 후방 측면 상에 배치되어 있다. 도 2 (b)~(d)에서, 광학 요소의 제 1 세트와 광학 요소의 제 2 세트들이 SCU 맨 상단 상에 배치되어 있고, SPR 금속 필름은 SCU의 후방 측면 상에 배치되어 있다. 도 2(e)에는, 광학 요소의 제 1 세트와 광학 요소의 제 2 세트들이 SCU의 후방 측면 상에 배치되어 있고, 금속 필름이 SCU의 맨 상단 측면 상에 배치되어 있다. 본 발명은 SCU 내에서 전파되는 광 빔이 도 2의 (a), (b) 그리고 (e)에서와 같이 SPR 금속 필름 상에서 초점이 맞춰지거나, 도 2 (d)에서와 같이 광학 요소의 제 1 세트와 광학 요소의 제 2 세트 사이에서 SCU에서 전파되는 광 빔이 초점이 맞추어지거나, 혹은 SCU 내에 전파되는 광 빔이 도 2 (c)에서와 같이 평행 조준되는 형상을 포괄하고 있다. 도 2(a-d)에 제시된 형상들의 경우, 광학 요소들의 제 1 및 제 2 세트는 거울(원통형 포물선 거울)이거나 반사성 회절 광학 요소(RDOE)이다. 도 2(e)에 제시된 형상의 경우, 광학 요소들의 제 1 및 제 2 세트는 렌즈, 마이크로렌즈 배열 또는 전달 회절성 광학 요소이다.In Fig. 2 (a), a first set of optical elements, a second set of SPR metal films and optical elements, are arranged on the uppermost side of the SCU, and a reflector is arranged on the back side of the SCU. In Figures 2 (b) - (d), a first set of optical elements and a second set of optical elements are disposed on top of the SCU, and the SPR metal film is disposed on the back side of the SCU. In Figure 2 (e), a first set of optical elements and a second set of optical elements are disposed on the back side of the SCU, and a metal film is disposed on the uppermost side of the SCU. The present invention is based on the assumption that the light beam propagated in the SCU is focused on the SPR metal film as in Figures 2 (a), (b) and (e) The light beam propagated in the SCU between the set and the second set of optical elements is focused or propagated in the SCU covers a shape in which the light beam is collimated as in FIG. 2 (c). In the case of the features shown in Figures 2 (a-d), the first and second sets of optical elements are either mirrors (cylindrical parabolic mirrors) or reflective diffractive optical elements (RDOE). In the case of the configuration shown in Fig. 2 (e), the first and second sets of optical elements are lenses, microlens arrays or transmissive diffractive optical elements.
도 3은 본 발명의 첫번째 실시예와 바람직한 실시예를 도시한 것으로 도 2(a)에 도시된 SCU와 광학 전달 유닛 (OTU)(11)이 지지 프레임(12)에 의하여 분리되어 있으며, 상기 지지 프레임(12)에 의하여 두 유닛 사이에 틈(13)을 남겨 두게 된다.Fig. 3 shows a first embodiment and a preferred embodiment of the present invention, in which the SCU and optical transmission unit OTU 11 shown in Fig. 2 (a) are separated by a support frame 12, The frame 12 leaves a gap 13 between the two units.
기저면(31)에 설치된 단색의 광원(14)으로부터 나온 광 빔은 렌즈나 렌즈 시스템(15)에 의하여 평행 조준되고 편광기(16)에 의하여 편광된다. 광 빔은 투명한 분리면(17)을 통하여 SCU의 후방측면에 수직하게 SCU (10)로 들어간다. 광 보호개(8)에 의하여 광원(14)으로부터 나온 산란광 및 검출기(23)의 표면으로부터 반사되는 광을 막아준다. SCU의 내부에서, 광 빔이 반사성 회절 광학 요소 (RDOE)(18a)로부터 반사되며 광 빔을 원통형으로 초점이 모아지는 광 빔으로 변환시킨다. SCU의 후방 측면 상에 배치된 평평한 반사경(19)을 통하여, 광 빔이 연이어 반사되고 맨 꼭대기 상의 하나 또는 그 이상의 감지 영역(21) 아래에 놓인 SPR 금속 필름(20) 상에 있는 하나의 라인 위로 초점이 맞춰진다. 초점이 맞은 광 빔은 SPR 각도를 포괄하는 각 대역들로 구성된다. SPR 금속 필름(20)으로부터 반사된 후, 광 빔은 평면경(19)으로부터 반사된다. 두번째 RDOE (22a)를 통하여 평행 조준된 광 빔으로 다시 변환되며, SCU의 후방 측면에 수직하게 SCU를 빠져나와 투명한 분리 평면(17)에 수직하게 OTU로 재진입한다. 투명한 분리 평면의 중앙에 설치된 평면경(25)과 결합된 기저면 내에 설치된 평면 경(24)은 평행 조준된 광 빔은 검출기 배열(23) 상으로 영상화시킨다. 또한, 이에 대한 대안으로서 거울(24과 25)들을생략할 수도 있으며, 렌즈 시스템과 같은 기타 다른 광학 수단으로 이들이 대체될 수도 있다.The light beam emerging from the monochromatic light source 14 provided in the base surface 31 is collimated by the lens or lens system 15 and is polarized by the polarizer 16. The light beam enters the SCU 10 perpendicularly to the rear side of the SCU through the transparent separating surface 17. Shielding light from the light source 14 and light reflected from the surface of the detector 23 are blocked by the light protection dog 8. Inside the SCU, a light beam is reflected from the reflective diffractive optical element (RDOE) 18a and converts the light beam into a light beam that is cylindrical focused. Through a flat reflector 19 disposed on the back side of the SCU, one line above the SPR metal film 20 where the light beam is successively reflected and placed under one or more sensing areas 21 on the top Focused. The focused light beam consists of the respective bands covering the SPR angle. After being reflected from the SPR metal film 20, the light beam is reflected from the plane mirror 19. Is converted back into a collimated collimated beam through the second RDOE 22a and exits the SCU perpendicularly to the rear side of the SCU and reenters the OTU perpendicular to the transparent separation plane 17. The planar surface 24 provided in the basal plane coupled with the planar surface 25 provided in the center of the transparent separation plane imaged the collimated beam of light onto the detector array 23. Alternatively, mirrors 24 and 25 may be omitted as an alternative to this, or they may be replaced by other optical means such as a lens system.
대표적으로, SCU(10)와 OTU(11) 사이의 틈새는 대기로 채워지며, SCU의 기판 재료의 반사 지수가 ~ 1.6이기 때문에, 총 반사량에 대한 내부 임계 각은이다. 이것은보다 낮은 것이고 따라서 후방 측면 상의 평면경은 공기/기판 접촉부로부터 간단히 광 빔의 자연 반사로 될 수 있다. 센서가 물 안에 잠겨 물이 틈새에 막을 형성하게 되는 응용의 경우,는에 가까이 접근하게 되고 금속 거울이 SCU의 후방 측면 상에 필요할 수도 있다.Typically, the gap between the SCU 10 and the OTU 11 is filled into the atmosphere, and since the reflection index of the substrate material of the SCU is ~ 1.6, the internal critical angle for total reflection is to be. this is So that the planar diameter on the rear side can be simply the natural reflection of the light beam from the air / substrate contact. In applications where the sensor is immersed in water and water forms a film in the gap, The And a metal mirror may be needed on the back side of the SCU.
센서 칩과 광학적 트랜스듀서 사이의 광학적 내부 연결부는 광학 트랜스듀서, 틈새 그리고 센서 칩 사이의 평면 교차부에 수직하게 전파되는 평행 조준된 광 빔을 토대로 한다. 따라서, 평면형 교차부를 통하여 통과할 때 광 빔의 방향은 변하지 않는다. 그 결과, SCUs와 OTUs의 수직 정렬은 그다지 결정적인 요소는 아니며 센서의 작동은 지수 부합 젤(index matching gel)의 필요성을 제거시켜 주는 틈새의 반사성 지수(magnitude of the refractive index of the gap)의 크기에 민감하지 않게 된다.The optical interconnect between the sensor chip and the optical transducer is based on a parallel collimated light beam propagating perpendicular to the plane crossing between the optical transducer, the gap and the sensor chip. Thus, the direction of the light beam does not change as it passes through the planar intersection. As a result, the vertical alignment of SCUs and OTUs is not a critical factor, and the operation of the sensor is dependent on the magnitude of the refractive index of the gap, which eliminates the need for an index matching gel It is not sensitive.
추가로, 센서 칩 내의 초점 및 평행 조준 광학 장치와 충분히 큰 각 대역을 포괄하는 대형 광 빔 직경을 혼용하므로써, 수평 방향으로 비임계적 정렬(uncritical alignment)를 보장해 준다. 공기/플라스틱 또는 공기/유리 사이의 교차부로부터의 부분 반사는 대개 ~ 4% 인데, 평면형 교차부 상에 반-반사 코우팅을 연계시켜 줌으로써 ~ 0.5 %로 감소된다. 활용 가능한 반-반사 코우팅 재료는와가 있다.In addition, it combines the focus and collimating optics in the sensor chip with a large light beam diameter that encompasses sufficiently large bands to ensure an uncritical alignment in the horizontal direction. Partial reflections from the intersection between air / plastic or air / glass are usually ~ 4%, which is reduced to ~ 0.5% by associating the semi-reflective coating on the planar intersection. An available semi-reflective coating material is Wow .
도 3에 제시된 두 개의 형상을 살펴보면, a)의 SPR 각도는 ~ 60도이고 b)의 SPR 각도는 ~ 75도인데, 상이한 범위의 SPR 각도를 갖는 센서 칩들이 동일한 광학 트랜스듀서에 대하여 사용될 수 있다. 평면형 센서 칩 유닛과 평면형 광학 트랜스듀서 유닛의 가로 방향 통합에 의하여 동일 센서 칩 상에 다수의 감지 영역(21)을 통합하게 되는 수단이 제공된다. 각 감지 영역(21)은 대표적으로 특정 분석물에 구체적으로 응답하는 고정된 분자 인지 요소 (MREs)를 갖춘 중합체 막조직(polymer membrane)으로 구성된다. 중합체 막조직의 배열에 대한 제조법에는 잉크 제트 인쇄 기술과 미세가공된 마이크로분배기(microdispensers)를 포함하고 있다.3, the SPR angle of a) is ~ 60 degrees and the SPR angle of b is ~ 75 degrees, and sensor chips having different ranges of SPR angles can be used for the same optical transducer . Means are provided for integrating the plurality of sensing areas 21 on the same sensor chip by lateral integration of the planar sensor chip unit and the planar optical transducer unit. Each sensing region 21 typically consists of a polymer membrane with fixed molecular recognition elements (MREs) that are specifically responsive to a particular analyte. Recipe for the arrangement of polymer membrane tissue includes ink jet printing technology and micro-machined microdispensers.
도 3에 도시된 형상에서, 거울(24와 25)들은 평평하고 검출기 배열 상에 충돌하는 광 빔의 폭은 변하지 않은 상태로 유지될 것이다. 이 경우 경사각이 0도보다 크고 20도에서 45도 사이에 존재하는 것이 대표적이기 때문에, 광 빔에 의하여 조명되는 검출기 배열 상의 영역은 광 빔의 절단면적에 비하여 더 커지게 될 것이다. SPR 측정의 해상도는 증가하나, 거울(24와 25)이 없는 형상에 광 빔이 검출기 배열 상에 0도의 경사각을 가지고 충돌하게되는 형상과 비교해 볼 때 검출기 배열의 응답은 곧 떨어지게 될 것이다. 광원으로부터의 광 강도가 충분히 크기 때문에, 검출기 배열의 응답 강하는 본 형상에서 주요한 문제점으로 간주되지는 않고 있다.In the configuration shown in FIG. 3, the mirrors 24 and 25 are flat and the width of the light beam impinging on the detector array will remain unchanged. In this case, since the inclination angle is larger than 0 degrees and exists between 20 degrees and 45 degrees, the area on the detector array illuminated by the light beam will become larger than the cut area of the light beam. The resolution of the SPR measurement is increased, but the response of the detector array will soon fall, compared to the shape in which the light beam does not have mirrors (24 and 25) collide with a 0 degree tilt angle on the detector array. Since the light intensity from the light source is sufficiently large, the response drop of the detector array is not considered a major problem in this configuration.
검출기 배열의 해상도는 하나 또는 두 개의 평면경(24와 25)을 적어도 하나의 볼록 거울, 오목 볼록 렌즈 또는 분리시킨 평면(17)을 통하여 통과하는 광 빔을발산시키고 광 빔에 의하여 조명되는 검출기 배열 상의 면적을 증가시키는 회절성 광학 요소로 구성되는 시스템으로 교체함으로써 추가로 개선될 수 있다.The resolution of the detector array is such that the resolution of the detector array is such that one or both of the planar mirrors 24 and 25 emit a light beam passing through at least one convex mirror, concave convex lens or separate plane 17, Can be further improved by replacing the system with a diffractive optical element that increases the area.
광원은 표면 방출 레이저 다이오드, 광 방출 다이오드 (LED) 또는 기타 다른 단색의 광원을 포함하는 레이저 다이오드(laser diode)가 될 수 있다. 예를 들어 보면, 700 nm에서 방출하는 광 방출 다이오드인 일본 히타치 사의 Hitachi HI-L520RNC, 670 nm에서 방출하는 다중 양자 저장 레이저 다이오드인 일본 도시바사의 Toshiba TOLD9221M InGaAIP, 780 nm에서 방출하는 다중 양자 저장 레이저 다이오드인 일본 미쓰비시사의 Mitsubishi ML40123N AlGaAs 또는 850 nm에서 방출하는미국 하니웰 사의 Honeywell GaAs 수직 공동 표면 방출 레이저 다이오드 SV2637-001이 있다. 렌즈(15)는 비구면 렌즈(aspheric lens) 또는 비구면 렌즈 시스템으로, 광원(14)으로 부터 방출된 광 빔을 평행 조준시킨다. 광 빔을 위하여 렌즈는 투명한 재료로 만들어지는데, 예컨대, 유리 또는 플라스틱이다. 편광기는 편광의 고정된 방향을 갖는 통과 가능한 광학 구성요소나, 예컨대, 액체 크리스털 또는 LiNb03 크리스털로 구성된 전압 제어되는 가변 지연기가 될 수 있다. 레이저 다이오드로부터 방출된 광은 통상 잘 정의된 편광을 가지나, LED로부터의 광은 대개 잘 정의되어 있지 않은 편이라 편광기가 SPR 응답의 가시성(visibility in the SPR response)을 최적화하는데 사용될 수 있다. 검출기(23)의 선택은 센서의 크기와 필요한 해상도에 의해 결정된다. 이것은 다중 광다이오드 배열 (예컨대, 129 화소의 배열을 갖는 Hamatsu S3921-128Q, F), CCD 장치 (예컨대, 795 x 596 화소 배열을 갖는 SONY ICX059CL) 또는 보조 금속 산화 반도체 영상 센서 (예컨대, 비젼 VV5405가 집적된 356 x 292 화소의 단색 CMOS 영상 센서)로 구성될 수 있다.The light source may be a laser diode comprising a surface emitting laser diode, a light emitting diode (LED) or other monochromatic light source. For example, Hitachi HI-L520RNC, Hitachi, Japan, a light emitting diode emitting at 700 nm, Toshiba TOLD9221M InGaAIP of Japan Toshiba Corporation, which is a multi-quantum storage laser diode emitting at 670 nm, a multi-quantum storage laser diode Mitsubishi ML40123N AlGaAs from Mitsubishi, Japan, or Honeywell GaAs Vertical Cavity Surface Emitting Laser diode SV2637-001 from Honeywell, USA, emitting at 850 nm. The lens 15 collimates the light beam emitted from the light source 14 with an aspheric lens or an aspherical lens system. For light beams, the lens is made of a transparent material, such as glass or plastic. The polarizer may be a passable optical component having a fixed direction of polarization, or a voltage controlled variable delay consisting, for example, of a liquid crystal or LiNbO3 crystal. The light emitted from the laser diode usually has well-defined polarization, but the light from the LED is usually not well-defined and the polarizer can be used to optimize the visibility in the SPR response. The selection of the detector 23 is determined by the size of the sensor and the required resolution. This may be achieved by using multiple photodiode arrays (e.g., Hamatsu S3921-128Q, F with an array of 129 pixels), CCD devices (e.g. SONY ICX059CL with 795 x 596 pixel array) or auxiliary metal oxide semiconductor image sensors (e.g. Vision VV5405 Monochrome CMOS image sensor with integrated 356 x 292 pixels).
도 4는 본 발명에 따른 두 개의 다른 실시예를 도시한 것으로, 각각은 SCU와 틈새에 의해 분리되어 있는 해당 OTU를 가지고 있다. 도 4(a)에 제시된 것과 같은 본 발명의 두번째 실시예는 도 2(c)에 도시된 것과 같은 SCU로 구성되나, SCU의 후방 측면에 배치된 추가 반사경과 OTU를 가지고 있으며, 이때 OTU에서 광원(14)이 백색 광원(예컨대, 니치아 화학 산업 주식회사가 제작한 백색 LED 램프)이다. 발명의 첫번째 실시예에 따른 평면경(25)은 회절 격자 또는 홀로그래픽 격자에 의해 교체된 바 있다. SPR 각도는 일정하게 유지되고 검출기 배열(23)은 광 및 SP와 부합하는 파장 벡터에 해당하는 광 파장의 길이를 측정하게 된다. 격자(25)는 광을 회절시켜 광의 파장 길이에 따라 검출기 배열 내의 상이한 화소 상의 광을 영상화시킨다. RDOE(18a와 22a)들은 이제 최소 파장 종속 편향 각을 나타내기 위해 설계되었고, 이들은 평행 조준된 광 빔을 센서 칩 유닛 안쪽의 평행 조준된 광 빔으로 반사시킨다.FIG. 4 illustrates two alternative embodiments according to the present invention, each having a corresponding OTU separated by a gap from the SCU. The second embodiment of the present invention as shown in Fig. 4 (a) comprises an SCU as shown in Fig. 2 (c), but has an additional reflector and OTU disposed on the rear side of the SCU, (14) is a white light source (e.g., a white LED lamp manufactured by Nichia Chemical Industries, Ltd.). The planar mirror 25 according to the first embodiment of the invention has been replaced by a diffraction grating or a holographic grating. The SPR angle is kept constant and the detector array 23 measures the length of the optical wavelength corresponding to the wavelength corresponding to light and SP. The grating 25 diffracts the light to image the light on different pixels in the detector array according to the wavelength length of the light. The RDOEs 18a and 22a are now designed to exhibit a minimum wavelength dependent deflection angle, which reflects a collimated collimated beam of light into a collimated collimated beam of light inside the sensor chip unit.
도 4(b)는 본 발명의 세번째 실시예를 도시한 것이다. 발명의 세번째 실시예는 본 발명의 첫번째 실시예와 동일한 구성요소로 구성되지만 (도 3 참조), 평면경(24와 25)들이 생략되었고, 세번째 실시예에는 기저면(31) 내에 설치된 제 2 단색 광원(26)이 추가로 구성되며, 상기 광원(26)은 두번째 광빔을 복사열전달시킨다. 두번째 광빔은 두번째 렌즈 또는 두번째 렌즈 시스템(27)에 의하여 평행 조준되며, 두번째 편광기(28)에 의하여 편광되며 투명한 분리 평면(17)을 통과하여 SCU의 후방측면에 수직하게 SCU(10)로 진입한다. 이에 대안으로, 제 1 광 빔과 제 2광 빔은 동일한 단색 광원으로부터 시작되어 제 1 광 빔과 제 2 광 빔으로 구성되는 평행 조준 광 빔을 생성시키는 방식으로 렌즈 시스템이 설계된다.4 (b) shows a third embodiment of the present invention. The third embodiment of the invention consists of the same components as the first embodiment of the present invention (see Fig. 3), the planar mirrors 24 and 25 are omitted, and the third embodiment has the second monochromatic light source 26) is additionally constituted, and the light source 26 radiatively transfers the second light beam. The second light beam is collimated by a second lens or second lens system 27 and is polarized by a second polarizer 28 and passes through a transparent separation plane 17 to enter the SCU 10 perpendicular to the back side of the SCU . Alternatively, the lens system is designed in such a way that the first light beam and the second light beam are generated from the same monochromatic light source and produce a collimated collimated light beam consisting of the first light beam and the second light beam.
SCU의 내부로, 두번째 광 빔이 두번째 광 빔을 원통형으로 초점을 맞추는 두번째 광빔으로 변환시키는 제 3 RDOE(18b)로부터 반사된다. 평면경(19)을 통하여, 두번째 광 빔이 반사되어 하나 또는 그 이상의 감지 영역 밑에 있는 SPR 금속 필름(20) 상의 한 라인 상으로 초점이 맞추어 진다. 초점이 모아진 두번째 광 빔은 SPR 각도를 포괄하는 각 대역으로 구성된다.Into the interior of the SCU, the second light beam is reflected from a third RDOE 18b that converts the second light beam into a second light beam that focuses cylindrically. Through the planer 19, the second light beam is reflected and focused onto a line on the SPR metal film 20 which is below one or more sensing zones. The second focused light beam is composed of each band covering the SPR angle.
SPR 금속 필름(20)으로부터 반사된 후, 두번째 광 빔이 평면경(19)으로부터 제 4 RDOE (22b)를 통하여 반사되고, 평행 조준된 두번째 광 빔으로 변환되어, SCU의 후방 측면에 수직한 SCU (10)를 빠져나간다. 두번째 광 빔은 투명한 분리 평면(18)에 수직하게 OTU(11)에 다시 재진입하고 검출기 배열(23) 상으로 영상화된다.After reflection from the SPR metal film 20 a second light beam is reflected from the planer 19 through the fourth RDOE 22b and converted into a parallel collimated second light beam to form a SCU 10). The second light beam re-enters the OTU 11 perpendicular to the transparent separation plane 18 and is imaged onto the detector array 23.
도 5는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 SCUs와 OTUs로부터 SPR 센서의 구조를 도시한 것이다. 하나의 SCU에 대한 간단한 평면도가 네 개의 감지 요소(21a, 21b, 30a, 그리고 30b), 금속 필름(20), 그리고 RDOEs(18a, 18b, 22a, 22b)와 함께 도 5(a)에 도시되어 있다.Fig. 5 shows the structure of the SPR sensor from SCUs and OTUs as shown in Fig. 4 (b). A simple top view for one SCU is shown in Figure 5 (a) with four sensing elements 21a, 21b, 30a and 30b, a metal film 20 and RDOEs 18a, 18b, 22a and 22b have.
도 5(b)는 투명한 분리 평면(17), 검출기 배열(23)을 포함하는 해당 OTU의 평면도를 도시한 것으로 구성요소(33)는 광원, 렌즈 시스템, 그리고 편광기로 구성된다. 도 5(c)와 5(d)는 두 개의 SCUs 배열과 해당 OTUs로 구성되는 센서 형상을 도시한 것이고, 도 5(e)와 5(f)는 네 개의 SCUs 배열과 해당 OTUs로 구성되는 센서형상을 도시한 것이다.Figure 5 (b) shows a top view of a corresponding OTU comprising a transparent separation plane 17, detector arrangement 23, and the component 33 consists of a light source, a lens system, and a polarizer. FIGS. 5 (c) and 5 (d) show sensor configurations composed of two SCUs and corresponding OTUs, and FIGS. 5 (e) and 5 Fig.
SCUs와 OTUs로부터 센서를 구성하는 원리는 N개의 유닛으로 확장될 수 있고, 여기서 N은 정수로서 크면 클 수록 바람직하다. SCUs와 OTUs는 RDOEs(도 5에서 상단-아래 쪽 방향)에 평행한 방향으로 정렬된 배열로 정렬되거나 이 방향에서 각 구성요소의 공간 치수를 확장시킴으로써 정렬될 수 있다. 센서는 SCUs와 OTUs를 RDOEs(도 5의 좌측-우측 방향)에 수직한 방향으로 결합시킴으로써 선택적으로 확장될 수 있다. 센서를 작동시킬 때, 센서 칩은 선택 사양인 트랜스듀서의 맨 꼭대기 위에 설치되어야만 한다. 분석물을 구성하는 샘플은 대개 물에 용해되어 감지 영역의 맨 상단 상에 침전된다. 이것은 분배기를 사용하거나 감지 영역을 유동-주입 셀 내에 연계시킴으로써 수행된다.The principle of configuring the sensor from SCUs and OTUs can be extended to N units, where N is an integer larger number. The SCUs and OTUs can be aligned by arranging in an array aligned in a direction parallel to the RDOEs (top-down direction in FIG. 5) or by extending the spatial dimension of each component in this direction. The sensor can be selectively expanded by coupling the SCUs and OTUs in a direction perpendicular to the RDOEs (left-right direction of FIG. 5). When operating the sensor, the sensor chip must be installed on top of the optional transducer. Samples making up the analyte are usually dissolved in water and settled on top of the sensing area. This is done by using a distributor or by coupling the sensing area into the flow-injection cell.
본 발명의 네번째 실시예는 도 6에 도시되어 있는데, RDOEs(18과 22)가 SCU(10)의 맨 상단측면 상에 배치되어 있고 SPR 감지 층(21)이 SCU(10)의 후방측면 상에 배치되어 있다. SCU는 도 2(b)에 도시되어 있고 OTU(11)는 도 6에 도시되어 있으며, 두 형상에 있어서 구성요소의 공간 치수와 구성요소 사이의 거리가 다르다는 점만 제외하면 도 4의 OTU(11)와 동일하다.A fourth embodiment of the present invention is shown in Figure 6 where RDOEs 18 and 22 are disposed on the uppermost side of the SCU 10 and the SPR sensing layer 21 is disposed on the rear side of the SCU 10 Respectively. The SCU is shown in Fig. 2 (b) and the OTU 11 is shown in Fig. 6, except that the OTU 11 of Fig. 4, except that in both configurations the spacing dimensions of the components and the distance between the components are different, .
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에서, 기저면(31)내에 설치된 단색 광원(14)으로부터의 광 빔은 렌즈 또는 렌즈 시스템(15)에 의하여 평행 조준되어, 편광기(16)에 의해 편광되고, 투명한 분리 평면(17)을 통과한 후 SCU의 후방 측면에 수직하게 SCU(10)로 진입한다. 다시, 광 보호개(8)가 광원(14)으로부터 투사된 산란광으로부터 검출 배열을 보호하여 광원(14)으로부터 방출된 광과검출기 배열(23)의 표면으로부터 반사된 광 사이의 간섭을 배제시킨다. SCU의 안쪽으로, 광 빔이 RDOE (18)로부터 반사되며, 상기 RDOE(18)는 광 빔을 원통형으로 초점을 맞춘 광 빔으로 변환시키며 초점이 맞추어진 광 빔은 하나 또는 그 이상의 감지 영역(21)으로 구성되는 SPR 금속 필름(20) 상의 한 라인 상으로 초점이 맞게 된다. SPR 금속 필름은 SCU의 후방 측면 상에 배치되어 있다. 초점이 모아진 광 빔은 SPR 각도를 포괄하는 각 대역을 포함하고 있다. SPR 금속 필름(20)으로부터 반사된 후, 광 빔은 제 2 RDOE(22)에 의하여 평행 조준된 광 빔으로 변환된다. 광 빔은 SCU의 후방 측면에 수직하게 SCU로 진입하며 투명한 분리 평면(17)에 수직하게 OTU로 재진입한다. 투명한 분리 평면의 중앙에 설치된 평면경(25)와 결합된 기저면에 설치된 평면경(24)은 평행 조준된 광 빔을 검출기 배열(23) 상으로 영상화시킨다. 평면경(25 또는 24)들 중 하나는 광 빔에 의하여 조명되는 검출기 배열 상의 면적으로 증가시켜주는 분리 평면(18)을 통과하는 광 빔을 발산시키는 기능을 갖춘 볼록 겨울 또는 RDOE에 의하여 교체되어도 무방하다.6, the light beam from the monochromatic light source 14 provided in the basal plane 31 is collimated by the lens or lens system 15 and is then directed by the polarizer 16 Enters the SCU 10 perpendicularly to the rear side of the SCU after passing through the polarized, transparent separation plane 17. Again, the light protection dog 8 protects the detection array from scattered light projected from the light source 14, thereby eliminating interference between the light emitted from the light source 14 and the light reflected from the surface of the detector array 23. Inside the SCU, a light beam is reflected from the RDOE 18, which converts the light beam into a cylindrically focused light beam, and the focused light beam passes through one or more sensing areas 21 ) On the SPR metal film 20, as shown in Fig. The SPR metal film is disposed on the rear side of the SCU. The focused beam of light contains each band covering the SPR angle. After being reflected from the SPR metal film 20, the light beam is converted into a light beam collimated by the second RDOE 22. The light beam enters the SCU perpendicularly to the rear side of the SCU and reenters the OTU perpendicular to the transparent separation plane 17. A plane mirror 24 provided on the base coupled with a plane mirror 25 located in the center of the transparent separation plane images the collimated beam of light onto the detector array 23. One of the planar mirrors 25 or 24 may be replaced by a convex winter or RDOE with the ability to emit a light beam passing through a separation plane 18 that increases the area on the detector array illuminated by the light beam .
도 7은 도 6에 도시된 SCUs와 OTUs로부터 SPR 센서를 구성한 것을 도시하고 있다. 하나의 SCU의 개략적 평면도가 도 7(a)에 두 개의 감지 영역(21a와 21b), 금속 감지 영역(21a와 21b), 금속 필름(20) 그리고 RDOEs(18과 22)와 함께 도시되어 있다.FIG. 7 shows an SPR sensor constructed from SCUs and OTUs shown in FIG. A schematic plan view of one SCU is shown in Fig. 7 (a) with two sensing areas 21a and 21b, metal sensing areas 21a and 21b, a metal film 20 and RDOEs 18 and 22.
도 7(b)는 투명한 분리 평면(17), 거울(24와 25), 검출 배열(23), 광원으로 구성되는 구성요소(33), 렌즈 시스템 및 편광기를 포함하는 해당 OTU의 평면도를 도시한 것이다. 도 7(c)와 7(d)는 두 개의 SCUs 배열과 해당 OTUs로 구성되는 센서형상을 도시한 것이고, 도 7(e)와 7(f)는 네 개의 SCUs 배열과 해당 OTUs로 구성된 세서 형상을 도시한 것이다. SCUs와 OTUs로부터 센서를 구성하는 원리는 N개의 유닛으로 확장될 수 있으며, 여기서 N은 정수이고, 커지면 커질수록 바람직하다고 할 수 있다. SCUs와 OTUs는 RDOEs(도 7 내의 상-하 방향)에 평행한 방향으로 정렬된 배열 내에 정렬되거나 이 방향에서 각 구성요소의 공간 치수를 확장시킴으로써 배열될 수 있다. 센서는 선택적으로 RDOEs(도 7의 좌-우 방향)에 수직인 방향으로 SCUs와 OTUs를 확장될 수 있다. 센서를 작동시킬 때, 센서 칩은 광학 트랜스듀서의 맨 상단 상에 설치되어야 한다. 통상 물에 용해되어 있는 분석물로 구성되는 샘플의 특정 량이 감지 영역의 맨 상단 상에 배치된다. 이것은 분배기를 사용하거나 SCUs 배열과 OTUs 배열 사이의 틈새 내에 설치된 유동 셀을 사용하여 수행된다.7 (b) shows a top view of a corresponding OTU comprising a transparent separation plane 17, mirrors 24 and 25, a detection arrangement 23, a component 33 consisting of a light source, a lens system and a polarizer will be. Figs. 7 (c) and 7 (d) show sensor shapes composed of two SCUs arrays and corresponding OTUs, and Figs. 7 (e) and 7 FIG. The principle of configuring sensors from SCUs and OTUs can be extended to N units, where N is an integer, the larger the larger, the better. The SCUs and OTUs can be arranged in an array aligned in a direction parallel to the RDOEs (up-down direction in Fig. 7) or by extending the spatial dimension of each component in this direction. The sensor may optionally extend SCUs and OTUs in a direction perpendicular to the RDOEs (left-right direction in FIG. 7). When operating the sensor, the sensor chip should be installed on top of the optical transducer. A specific amount of the sample, usually composed of the analyte dissolved in water, is placed on top of the sensing area. This is done using a distributor or using a flow cell installed in the gap between the SCUs array and the OTUs array.
도 8에, 본 발명의 다섯번째 실시예가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 이것은 SCU 및 OTU 내의 동일한 구성요소들로 구성되지만, 첫번째 광원과 두번째 광원은 이제 감지 층을 중심으로 대칭되게 배치된다. 추가로, SCU는 맨 상단 측면 상의 평면경(40)로 구성되며 OTU는 평면경(24, 25, 29)들로 구성되는데, 이 평면경들은 검출기 배열(23)을 향하여 제 1 광 빔과 제 2 광 빔을 향하게 하는 역할을 하고 있다. 기저면(31) 내에 설치된 단색 광원(14)으로부터 나온 광 빔은 렌즈 또는 렌즈 시스템(15)에 의하여 평행 조준되며 편광기(16)에 의하여 편광된 후 투명한 분리 평면(17)을 통과하여 SCU의 후방 측면에 수직하게 SCU(10)로 진입한다. 다시, 광 보호개(8)가 광원(14)으로부터 나온 산란광으로부터 검출 배열을 보호해 주며 광원(14)으로부터 나온 광과 검출기 배열(23) 표면으로부터 반사된 광사이의 간섭을 배제시켜준다. SCU의 내부로, 광 빔이 RDOE (18a)로부터 반사되며, 광 빔을 원통형으로 초점을 맞춘 광 빔으로 변환시킨다. SCU의 후방 측면 상에 배치된 평면경을 통하여, 광 빔이 반사되고 하나 또는 그 이상의 감지 영역(21) 밑의 SPR 금속 필름(20) 상의 하나의 라인 상으로 초점이 맞춰진다. 초점이 맞은 광 빔은 SPR 각도를 포괄하는 각 대역으로 구성된다. SPR 금속 필름(20)으로부터 반사된 후, 광 빔은 평면경(19)과 SCU의 맨 상단 측면 상에 배치된 평면경(40)을 번갈아 가며 추가로 세 번 또는 그 이상 반사된다. 두번째 RDOE (22a)를 통하여, 광 빔은 평행 조준된 광 빔으로 다시 변환되고, SCU의 후방 측면으로 수직하게 SCU를 빠져나가 투명한 분리 평면(17)에 수직하게 OTU로 재진입한다. 투명한 분리 평면의 중앙에 설치된 거울(25)과 결합된 기저면에 설치된 거울(24)은 평행 조준된 광 빔을 검출기 배열(23) 상으로 영상화시킨다.Fig. 8 shows a fifth embodiment of the present invention. As shown in Fig. 4, this consists of the same components in the SCU and OTU, but the first light source and the second light source are now symmetrically disposed about the sensing layer. In addition, the SCU is comprised of a planar surface 40 on the top-most side and the OTU is comprised of planar mirrors 24, 25, 29, which are directed towards the detector array 23 with a first light beam and a second light beam As shown in FIG. The light beam emerging from the monochromatic light source 14 provided in the base surface 31 is collimated by the lens or lens system 15 and polarized by the polarizer 16 and then through the transparent separation plane 17 to the rear side And enters the SCU 10 vertically. Again, the light protection dog 8 protects the detection array from scattered light from the light source 14 and excludes interference between the light from the light source 14 and the light reflected from the detector array 23 surface. Inside the SCU, a light beam is reflected from the RDOE 18a and converts the light beam into a cylindrical focused light beam. Through a plane mirror disposed on the back side of the SCU, the light beam is reflected and focused onto one line on the SPR metal film 20 beneath the one or more sensing areas 21. The focused light beam consists of each band covering the SPR angle. After being reflected from the SPR metal film 20, the light beam is reflected three or more times alternating between the planar view 19 and the planar surface 40 disposed on the top-most side of the SCU. Through the second RDOE 22a, the light beam is again converted into a collimated collimated beam and exits the SCU vertically to the rear side of the SCU and re-enters the OTU perpendicular to the transparent separation plane 17. A mirror 24 mounted on a base coupled with a mirror 25 installed in the center of the transparent separation plane images the collimated beam of light onto the detector array 23.
도 8에 도시된 바와 같이 발명의 다섯번째 실시예에는 기저면 내에 설치된 두번째 단색 광원(26)이 추가로 구성되며, 상기 기저면(31)은 제 2 렌즈 또는 렌즈 시스템(27)에 의하여 평행 조준된 두번째 광 빔을 복사열전달시키고 편광기(28)에 의하여 편광되어, 투명한 분리 평면(17)을 통과 한 후, SCU의 후방 측면에 수직하게 SCU(10)로 진입한다. 두번째 광 보호개(9)가 광원(26)으로부터 나온 산란광으로부터 검출기 배열을 보호하며 광원(26)으로부터 나온 광과 검출기 배열(23) 표면으로부터 반사된 광 사이의 간섭을 막아준다.8, the fifth embodiment of the present invention further comprises a second monochromatic light source 26 installed in the base plane, the base plane 31 having a second collimated collimated collimated by a second lens or lens system 27, Radiate the light beam and are polarized by the polarizer 28 and pass through the transparent separation plane 17 before entering the SCU 10 perpendicular to the back side of the SCU. A second light protection dog 9 protects the detector array from scattered light from the light source 26 and prevents interference between light from the light source 26 and light reflected from the detector array 23 surface.
SCU 안쪽으로, 세번째 광 빔이 세번째 RDOE (22b)로부터 반사되어 두번째 광 빔을 원통형으로 초점을 맞춘 두번째 광 빔으로 변환시킨다. 평면경(19)을 통하여,광 빔이 반사되고 하나 또는 그 이상의 감지 영역(21) 아래에 있는 SPR 금속 필름(20) 상의 한 라인 상으로 초점이 맞추어진다. 초점이 모아진 두번째 광 빔은 SPR 각도를 포괄하는 각 대역으로 구성된다.Inside the SCU, a third light beam is reflected from the third RDOE 22b and transforms the second light beam into a second light beam that is cylindrical in focus. Through the planer 19, the light beam is reflected and focused onto one line on the SPR metal film 20 under one or more sensing regions 21. The second focused light beam is composed of each band covering the SPR angle.
SPR 금속 필름(20)으로부터 반사된 후, 평면경(19)과 평면경(40)을 번갈아 오락가락하며 두번째 광 빔이 추가로 세 번 또는 그 이상 반사된다. 네번째 RDOE (18b)를 통하여, 평행 조준된 제 2 광 빔으로 다시 변환되고, 그 광 빔은 SCU의 후방 측면에 수직하게 SCU를 빠져나가 투명한 분리 평면(17)에 수직하게 OTU(11)로 재진입한다. 평면경(25)과 결합된 기저면(31)에 설치된 제 2 평면경(29)은 검출기 배열(23) 상으로 제 2 광 빔을 영상화시킨다. 본 발명의 대체 실시예에서, 하나 또는 두 개의 평면경(24와 29) 또는 평면경(25)이 적어도 하나의 볼록 거울, 볼록 렌즈 또는 회절성 광학 요소로 구성되는 시스템에 의하여 대체된다. 그 결과, 분리 평면(17)을 통과하는 광 빔은 발산될 것이고 이로 인해 광 빔에 의하여 조명되는 검출기 배열 상의 면적을 증가시키게 될 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 다섯번째 실시예를 살펴보면, 센서 칩과 광학 트랜스듀서가 도 4(b)와 5에 도시된 발명의 실시예와 유사한 방식으로 SCUs 및 OTUs로부터 구성되어 있다.After the reflection from the SPR metal film 20, the second light beam is alternately reflected three or more times, alternating between the plane mirror 19 and the plane mirror 40. Through the fourth RDOE 18b, into a parallel collimated second light beam which exits the SCU perpendicularly to the rear side of the SCU and re-enters the OTU 11 perpendicular to the transparent separation plane 17 do. A second plane mirror 29 provided on the base surface 31 coupled with the plane mirror 25 images the second light beam onto the detector array 23. In an alternative embodiment of the invention, one or both of the planar mirrors 24 and 29 or the planar mirror 25 are replaced by a system consisting of at least one convex mirror, convex lens or diffractive optical element. As a result, the light beam passing through the separation plane 17 will be diverged, thereby increasing the area on the detector array that is illuminated by the light beam. Referring to the fifth embodiment of the present invention as shown in FIG. 8, a sensor chip and an optical transducer are constructed from SCUs and OTUs in a manner similar to the embodiment of the invention shown in FIGS. 4 (b) and 5.
SCU를 빠져나가기 전에, 도 8에 도시된 형상에서 광 빔은 더 많은 개수의 표면에서 반사되고 도 4(b)에 도시된 형상에서의 광 빔에 비하여 더 긴 경로의 거리를 진행해 나아가게 된다. 도 8의 센서 칩으로 진입하는 광 빔이 SPR 필름 상에서 충돌하기 전에 두 번 반사되고 SPR 필름으로부터 반사된 후 네 번 반사되기 때문에, 빔의 폭은 2의 인수를 가지고 확대된다. 동일한 검출기 배열의 화소 크기에 대하여, 빔의 직경이 더 크다는 것은 검출기 배열 내에서 보다 우수한 해상도를 얻을 수 있다는 것이지만, SCU와 OTU의 크기도 더 커져야 한다는 면도 포함되어 있다. 감지 영역(21과 30)들 사이에 존재하는 구역의 길이를 확장시키고 이것으로 평면경(19과 40)들 사이의 반사를 더 증진시키면, SCU의 출력치에서 광 빔의 폭 w 는라는 식에 따라 증가할 수 있게 된다. 이 식에서,는 SCU로 진입하는 광 빔의 폭이고 k는 거울(19)과 (40)으로부터 나온 광 빔에 대한 반사의 개수를 나타내고 있다. RDOE로부터 반사되기 직전, SPR 금속 필름으로부터 반사된 후 첫번째 반사로부터 반사 회수를 셈하게 되는데, 상기에 언급된 RDOE로부터의 반사의 경우 (22b)는 제 1 광 빔에 대한 것이고 (18b)는 제 2 광 빔에 대한 것이다. 도 4(b)의 형상에서, k=1이고 w=w0이며, 도 8의 형상의 경우엔 k=3 및 w=2w0이다.Before exiting the SCU, the light beam in the configuration shown in Fig. 8 is reflected on a larger number of surfaces and travels a longer path distance than the light beam in the configuration shown in Fig. 4 (b). The width of the beam is magnified with a factor of two, since the light beam entering the sensor chip of Fig. 8 is reflected twice before it collides on the SPR film, and then reflected four times after being reflected from the SPR film. For a pixel size of the same detector array, a larger diameter of the beam means that a better resolution can be obtained in the detector array, but the size of the SCU and OTU must also be larger. By widening the length of the zone existing between the sensing zones 21 and 30 and thereby further enhancing the reflection between the planes 19 and 40, the width w of the light beam at the output of the SCU is Can be increased according to the following equation. In this equation, Is the width of the light beam entering the SCU and k is the number of reflections from the mirrors 19 and 40 to the light beam. Immediately before being reflected from the RDOE, it is reflected from the SPR metal film and then the number of reflections from the first reflection is calculated. In the case of reflection from the above-mentioned RDOE, 22b is for the first light beam and (18b) For a light beam. 4 (b), k = 1 and w = w 0 , and in the case of the shape of FIG. 8, k = 3 and w = 2w 0 .
도 9(a)와 (b)는 두 개의 작동 모드와 함께 본 발명에서 사용된 RDOE의 설계 예를 도시한 것이다. 모드 1[도 3(a)의 (18a) 참조]에서, RDOE는 SPR 각도()를 포괄하는 각 대역에서 평행 조준되고 수직하게 경사진 광 빔을 반사시킨다. 모드 2[도 3(a)의 (22a) 참조]에서, RDOE는 SPR 금속 필름으로부터 발산되는 광 빔을 반사시켜 SCU의 후방 측면에 수직하게 SCU를 빠져나가는 평행 조준된 광 빔으로 이송시킨다.Figures 9 (a) and (b) illustrate a design example of the RDOE used in the present invention with two modes of operation. In mode 1 (see (18a) in FIG. 3 (a)), RDOE is the SPR angle ) And reflects the vertically sloped light beam. In mode 2 (see (22a) of FIG. 3 (a)), the RDOE reflects the light beam emitted from the SPR metal film and feeds it to the parallel collimated light beam exiting the SCU perpendicularly to the rear side of the SCU.
RDOE의 치수는 도 9(a)에 도시되어 있는데, 여기서 D는 틈새 D이고,는 격자 거리이고는 p번째 격자 요소에 대한 격자각이다. 경사진 평행 조준 투사 광을 초점으로 변환시키는 투사 광으로 변환시키는 것에 관하여 모드 1의 경우에대하여 도 9(b)에 도시되어 있다. 모드 2의 경우에 대한 RDOE의 설계는 도 9(a)에 제시된 설계의 대칭 영상으로서 초점에서 위치해 있으며 경사면에 평행한 한 평면 내에 있다. 도 9(c)는 RDOE에 대한 또 다른 설계 예를 도시한 것으로 도 4(a)에 도시된 바와 같이 발명의 실시예로 활용되고 있는데, 여기서 평행 조준된 투사 광들은 RDOE의 한 쪽 측면에서 평행 조준된 투사광으로 반사된다.The dimensions of the RDOE are shown in Figure 9 (a), where D is the clearance D, Is the lattice distance Is the lattice angle for the pth lattice element. 9 (b) shows a case of mode 1 in which the inclined parallel collimated projection light is converted into projection light for conversion into projection light. The design of the RDOE for Mode 2 is a symmetric image of the design shown in Figure 9 (a) and is in focus and in a plane parallel to the slope. 9 (c) shows another design example for RDOE, which is utilized as an embodiment of the invention as shown in FIG. 4 (a), wherein the parallel collimated projected lights are parallel to one side of the RDOE And is reflected by the aimed projection light.
도 10(a), (b), 그리고 (c)는 RDOE의 또 다른 설계 예를 도시한 것으로, 여기서 D는 틈새이고,는 격자 거리,는 격자각, 그리고는 p번째 격자 요소에 대한 두번째 격자각이다. 이와 같은 격자의 기능은 도 9에 도시된 것과 동일하나, 해당 형상은 수직 격자 벽보다는 두번째 격자각을 사용하고 있다.Figures 10 (a), (b) and (c) show another design example of RDOE where D is a clearance, Lt; / RTI > The grid angle, and Is the second lattice angle for the pth lattice element. The function of such a grating is the same as that shown in Fig. 9, but the shape uses a second grating angle rather than a vertical grating wall.
광의 파장 길이에 대하여 중합체(예컨대, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴르에테리마이드 또는 폴리우레탄 합성수지), 유리(예컨대, SF2, SF5, SF11 또는 사파이어)나 실리콘, 그리고 이들을 금속 증발 또는 금속 비등과 함께 결합한 것과 같은 투명한 재료를 가지고 다양한 처리 기법을 활용함으로써 RDOEs가 만들어질 수 있다. 플라스틱은 통상 복굴절(birefrincegence)하게 되나, 광 빔의 편광은 편광기에 의하여 표면 플라즈몬의 TM 모드를 부합시킴으로써 조정될 수 있다. 가능한 처리 기법으로는 한-레벨(one-level) 회색-톤(gray-tone)의 석판술, 다이아몬드 터닝(diamond turning), 사진석판술 이진 광학계, e-빔 라이팅(e-beam writing), 레이저 마이크로미케니칼 에칭, 그리고 포토레지스트 내의 아날로그나 디지틀 홀로그래픽 라이팅과 같은 기법이 포함된다. 처리 기법은 직접 센서 칩을 처리하거나 아니면 센서 칩의 주형을 제작하는 방식 중 하나를 활용할 수 있다.(E.g., SF2, SF5, SF11 or sapphire), silicon, and combinations thereof with metal evaporation or metal boiling, for example, with respect to the wavelength of light, such as a polymer (e.g., polycarbonate, polystyrene, polyetherimide or polyurethane) RDOEs can be made by using various processing techniques with the same transparent material. The plastic is usually birefringent, but the polarization of the light beam can be adjusted by matching the TM mode of the surface plasmon with a polarizer. Possible processing techniques include one-level gray-tone lithography, diamond turning, photolithography, binary optics, e-beam writing, laser Micro-mechanical etching, and techniques such as analog or digital holographic lighting in photoresists. The processing technique can utilize either a method of directly processing a sensor chip or a method of forming a template of a sensor chip.
RDOEs의 맨 상단 상의 금속 필름은 금, 은, 알루미늄, 티타늄 또는 유사한 물질이 될 수 있다. 금속 층의 두께는 대략 200 nm(또는 그 이상)인 것이 보통이며 충분한 반사도를 제공하는 것이며, 금속의 두께는 일반적으로 100nm를 초과하는 것은 SP 파를 지탱할 수 없을 것이다.The metal film on the top of the RDOEs can be gold, silver, aluminum, titanium or similar materials. The thickness of the metal layer is usually about 200 nm (or more), and it is sufficient to provide sufficient reflectivity, and the thickness of the metal generally exceeding 100 nm will not be able to sustain the SP wave.
SPR 금속 필름의 두께는 대표적으로 ~ 50 nm이다. 금이나 은은 파장 범위 400 - 1000 nm인 경우에 대하여 사용될 것이다. 적외선에서 알루미늄, 구리 그리고 티타늄과 같은 재료도 사용될 수 있다. SPR 금속 필름과 RDOE 금속 필름의 두께와 조성은 서로 다르다. 금속의 증발 또는 용융 기간 중에 마스크(예컨대, 금속 마스크 또는 사진 석판술 마스크)를 사용하여 상기와 같은 필름들의 제작이 성취될 수 있다.The thickness of the SPR metal film is typically ~ 50 nm. Gold or silver will be used for the wavelength range of 400-1000 nm. Materials such as aluminum, copper and titanium can also be used in the infrared. SPR metal film and RDOE metal film have different thicknesses and compositions. Fabrication of such films using a mask (e.g., a metal mask or photolithographic mask) during the evaporation or melting of the metal can be accomplished.
도 9(b)와 10(b)에서, SP를 위한 광 연동용 각 대역폭인는로부터로 변한다. p번째 격자에 대해 해당하는 격자각은이며 이때 p = 0로서 제 1 요소이고 p = N으로서 격자 내의 최종 요소가 된다. 격자의 주기가 광 파장에 비아형 더 크다고 가정할 때, 격자 주기는 다음의 공식, 즉 구성되어 있는 각각의 p 격자 요소의 인터페이스로부터 회절되어 투사되는 회절 조건에 토대를 두고 있는 아래 식으로부터 계산될 수 있다. 다시 말해,In Figs. 9 (b) and 10 (b), the bandwidth for the optical link for SP The from . For the p-th grid, the corresponding grid angle is Where p = 0 is the first element and p = N is the last element in the lattice. Assuming that the period of the grating is vias larger at the light wavelength, the grating period is calculated from the following formula, which is based on the diffraction condition projected and projected from the interface of each p-grating element being constructed . In other words,
(3) (3)
여기서는 광의 파장이고, m은 회절 차수(diffraction order)이며,와는 각각 격자의 초점과 p번째 격자 요소의 위치 사이의 수평 거리 및 수직거리이다[도 9(b)와 10(b)를 참조].here Is the wavelength of light, m is the diffraction order, Wow Are the horizontal distance and the vertical distance between the focus of the grating and the position of the p-th grid element, respectively (see Figs. 9 (b) and 10 (b)).
예로서, 빔의 폭 w = 2 mm이고이며,이므로및라고 가정하자. 도 9의 경우, 격자의 깊이인 반면, 도 10의 경우에는이다. 이와 같은 예에서, 격자의 주기는 광의 파장에 비하여 훨씬 크다. 파장의 길이와 비견될 만 하거나 파장의 길이보다 더 작은 격자 주기인 경우의 격자도 활용할 수 있다.As an example, if the beam width w = 2 mm Lt; Because of And . 9, the depth of the lattice , Whereas in the case of FIG. 10 to be. In such an example, The wavelength of light Lt; / RTI > A lattice in the case of a lattice period which is comparable to the length of the wavelength or smaller than the length of the wavelength can be utilized.
경사 광 빔이 도 9(b)에 평행 조준되어 있으며 RDOE의 각 회절 요소가 동일한 초점 상에서 광을 영상화시킨다. 만일 D가 w에 비하여 충분히 넓다면, 광학 트랜스듀서에 대한 센서 칩의 가로 방향 변위로 인하여 SP 파에 연동시키기 위한 각가 변하게 되는 결과를 야기한다. 도 2와 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예를 위하여를 듬성듬성, 대략 조정(coarse adjustment)하는 데에 상기에 언급된 것과 같은 사실을 이용할 수 있다. 가로 방향 변위(도 2와 6에 표시된 화살표)는 수동 또는 모터에 의한 마이크로미터 구동에 의하여 수행될 수 있다. 이것은 SCU가 광범위한 SPR 각도 및 굴절 지수 냉 거대한 동적 범위를 포괄하는데 활용될 수 있다는 것을 의미하고 있다. SPR 각도를 포괄하는 각 대역에서 SPR 금속 필름 상의광 빔의 초점을 맞추기 위한 대안으로서, SPR 금속 필름 상의 광 빔의 경사각을 스캐닝하는데에 가로 방향 변위도 활용될 수 있다. 이러한 형상에서, 광 빔의 폭 w는 D의 1/20보다 더 작아야만 한다. 대체 형상에서, RDOEs는 하나의 요소 배열로서 설계될 수 있는데, 도 9(b)에 도시된 바와 같이 여기서 각 요소는 SPR 각도를 포괄하는 각 대역에서 SPR 금속 필름 상의 초점에 대하여 경사진 평행 조준 광 빔의 초점을 맞추고 있다. 그 결과, 광학 트랜스듀서에 대한 센서 칩의 가로 방향 변위는 SPR 금속 필름 상에서 경사진 초점의 해당하는 가로 방향 운동을 야기시키게 된다. 이러한 방법을 사용하여, 감지 영역들이 2-차원 배열로 배치될 수 있다. 센서 칩은 회전 디스크 상에 설치될 수 있으며, 가로 방향 변위(도 3과 6의 화살표 참조)는 CD 플레이어 내에 활용되는 유형의 모터에 의하여 수행될 수 있다.The oblique light beam is collimated to that of FIG. 9 (b) and each diffractive element of RDOE images light on the same focal point. If D is sufficiently wide compared to w, the angle of the sensor chip to the SP wave due to the transverse displacement of the sensor chip relative to the optical transducer Resulting in a change in the temperature. As shown in Figures 2 and 6, for embodiments of the present invention The same facts as mentioned above can be used for coarse adjustment. The lateral displacement (the arrows shown in Figs. 2 and 6) can be performed by micrometer drive by manual or motor. This means that the SCU can be used to encompass a wide range of SPR angles and refraction indices. As an alternative to focusing the light beam on the SPR metal film in each band encompassing the SPR angle, transverse displacement can also be utilized to scan the tilt angle of the light beam on the SPR metal film. In this configuration, the width w of the light beam must be less than 1/20 of D. In the alternative configuration, the RDOEs can be designed as a single array of elements, where each element is shown as a parallel aimed beam (not shown) on the SPR metal film in each band covering the SPR angle, as shown in Figure 9 The beam is focused. As a result, the lateral displacement of the sensor chip relative to the optical transducer results in a corresponding lateral movement of the tilted focus on the SPR metal film. Using this method, the sensing regions can be arranged in a two-dimensional array. The sensor chip may be mounted on a rotating disk and the lateral displacement (see arrows in Figures 3 and 6) may be performed by a motor of the type utilized in the CD player.
금속 필름의 두께를 포함하는 파라미터에 의존하여, SPR에 의하여 포괄되는 각 대역은 대표적으로 반사도가 최대 전체 폭의 절반 대인 각 스펙트럼을 가지는 것이 대표적이다. 폭이 좁은 SPR 신호를 얻기 위하여, SPR 금속 필름의 최적의 두께는 특정 센서에 대하여 경험적으로 결정되고 대표적으로 그 범위는 30 - 50 nm에 달한다. 이것은 금속의 복소 유전체 함수(complex dielectric function)로 결정되며, 드러드(Drude)의 공식에 따르면 다음과 같다.Depending on the parameters including the thickness of the metal film, each band covered by the SPR typically has a reflectivity of half the full width , Respectively. In order to obtain a narrow SPR signal, the optimal thickness of the SPR metal film is empirically determined for a particular sensor, typically ranging from 30 to 50 nm. This is determined by the complex dielectric function of the metal, and according to the Drude formula:
[4] [4]
여기서와는 각각 유전체 함수의 실수부와 허수부이며는 플라즈마의 파장이며는 충돌 파장이다.here Wow Are the real and imaginary parts of the dielectric function, respectively Is the wavelength of the plasma Is the impact wavelength.
예컨대, SPR 금속 필름으로 금(gold)을 사용할 경우, 식 (4)로부터 다음을 얻을 수 있다. 즉,및이다.와 같기 때문에 다음의 표현을를 계산하는데 활용할 수 있다.For example, when gold is used as the SPR metal film, the following can be obtained from the equation (4). In other words, And to be. The following expression Can be used to calculate.
[5] [5]
여기서는 측정될 샘플(즉, 감지 영역)의 굴절 지수이고,는 센서 칩의 굴절 지수이다.here Is the refractive index of the sample to be measured (i.e., the sensing area) Is the refractive index of the sensor chip.
예컨대, 감지 영역이인 중합체 기질 내에서 고정된 MREs를 토대로 하고 센서 칩이 고 굴절 지수의 플라스틱()으로 만들어진다고 가정할 때, SPR 각도는 식 (5)에 준하게 된다. 즉,가 된다. 식 (5)로부터 살펴본 바와 같이,는인 각 범위에 있다.값은 기질과 감지 영역 사이의 총괄 반사에 대한 임계값에 이르기까지 값이 감소될 수 있으며, 상기 감지 영역은 굴절 지수가보다 낮고 기질과 금속 층 사이에 배치된 하나의 유전체로서 수백 나노미터 두께를 갖는 중간 층을 사용하고 있다. 상기 유전체 층으로 인하여 더 폭이 좁은인 값을 가지고 긴 SP의 범위에 여진(excitation)이 있으나, 정규(짧은 범위의) SP의 경우 10인 것을 감안할 때 비교적 폭이 더 넓은 300가량의 공간 확장을 하게 된다. 중간 층으로 활용 가능한 재료로는 MgF2, CaF2, AlF3, BaF2그리고 Na5Al3F14가 있다.For example, Based on the fixed MREs in the polymer matrix and the sensor chip is a high index of refraction plastic ), The SPR angle is based on the equation (5). In other words, . As seen from equation (5) The In each range. Value may be reduced to a threshold value for collective reflection between the substrate and the sensing area, and the sensing area may have a refractive index Lt; RTI ID = 0.0 > nanometers < / RTI > thickness as a single dielectric disposed between the substrate and the metal layer. Due to the dielectric layer, There is excitation in the range of the long SP with a value of 10, but in the case of the normal (short range) SP 10 Considering the relatively wider 300 Thereby expanding the space. The available materials used as the intermediate layer has a MgF 2, CaF 2, AlF 3 , BaF 2 and Na 5 Al 3 F 14.
RDOEs가 SPR 금속 필름 상의 한 라인 상으로 관 빔의 초점을 맞추고 있기 때문에 둘 또는 그 이상의 감지 영역들이 조명된다. 예컨대, 광 빔의 폭이 1 mm이고 각각의 감지 영역이 50의 공간을 두고 200인 직경을 갖는다면, 4개의 요소를 포함하는 감지 영역은 하나의 광 빔에 의하여 조명될 것이다. 감지 영역들 중 하나는 기준 영역으로 작용하는데, 이것은 온도, 압력, 노화, 분석물의 굴절 지수, 기질의 팽창, 그리고 환경 내의 다른 교란 요인 때문에 불특정한 변화에 응답성을 지니는 특성이 있다. SPR 금속 필름의 맨 상단 상의 다른 감지 영역들은 SPR 금속 층의 맨 상단에 배치된 두께 ~ 0.3- 1인 기질 내에 고정된 MREs를 기초로 할 수 있다. 활용 가능한 기질 화합물에는, 예컨대, 히드로겔, 아가로우스, 덱스트란, 카라게닌, 알긴 산, 전분(starch), 섬유소(cellulose)와 같은 다당류(polysaccharide) 또는 카복시메틸 유도물 또는 폴리(비닐알코올), 폴리(비닐클로라이드), 폴리아크릴 산, 폴리아크릴라마이드 그리고 폴리에틸렌 글리콜과 같은 유기 중합체 등의 다당류의 유도물이 포함된다.Two or more sensing areas are illuminated because RDOEs focus the tube beam onto one line on the SPR metal film. For example, if the width of the light beam is 1 mm and each sensing area is 50 Leave space for 200 , The sensing area comprising the four elements will be illuminated by one light beam. One of the sensing areas acts as a reference area, which is responsive to unspecified changes due to temperature, pressure, aging, refractive index of the analyte, substrate expansion, and other disturbances in the environment. The other sensing areas on the top of the SPR metal film are located at the top of the SPR metal layer ~ 0.3 - One Lt; RTI ID = 0.0 > MREs. ≪ / RTI > Applicable substrate compounds include polysaccharides or carboxymethyl derivatives such as hydrogel, agarose, dextran, caragen, alginic acid, starch, cellulose, or poly (vinyl alcohol) , Poly (vinyl chloride), polyacrylic acid, polyacrylamides, and organic polymers such as polyethylene glycols.
예컨대, MREs는 이온 투과 담체(ionophores) 및 염화 이온 투과 담체(chromoionophores)로서 이들 중 하나는 유지질성 중합체 기질 내의공수력(hydrophobic force)을 통하여 고정되거나 중합체 기질 내에서 공중합화(copolymerized)된다. 이온 투과 담체는 특정 이온 또는 중성 이온 화학 화합물 (즉, 분석물)으 위한 선택성 인지 요소(selective recognition element)으로서 작용한다. 중합체 기질 상의 내부로 전기적 중성을 유지하기 위하여, 이온 투과 담체에 의한 분석물의 결합은 공추출(coextraction)이나 제 2 이온 종(통상 양자)의 이온 교환과 연동되어 염화 이온 담체의 흡수 계수()에 변화를 가져온다. 크라머-크로니히 변환에 의해 주어진 기질의 굴절 지수()에 관한 해당하는 변화는 식 (5)의를 통하여 SPR 신호의 변화를 유발한다. 작동 파장이 최대인 위치에 비하여 100 nm 가량 더 길 때, 매우 크고 파장에 비민감성인이 작은상태에서 달성된다.의 최대값에 근접하게 작동함으로써 보다 더 민감성이 있는 SPR 응답이 야기되며 이때와에 관한 정보가 그 응답으로부터 결정될 수 있다. ETH 5294와 같은 전형적인 염화 이온 담체의 경우,의 최대 값은 파장이 500에서 700 nm인 범위에서 발생한다. 따라서, 광의 적합한 파장은 670 - 850 nm이며, 이때 다수의 범용 반도체 레이저와 다이오드를 방출하는 광이 광 방출을 제공한다.For example, MREs are ionophores and chloride ionophores, either of which are fixed through a hydrophobic force in a sustained-release polymer matrix or copolymerized in a polymer matrix. The ion-permeable carrier serves as a selective recognition element for a specific ion or neutral ion chemical compound (i.e., an analyte). In order to maintain the electrical neutrality inside the polymer substrate, the binding of the analyte by the ion-permeable carrier coextracts with the ion exchange of the second ionic species (usually both) ). The refractive index of the substrate given by the Kramer-Kronicht transformation ( ) Corresponding changes in equation (5) To change the SPR signal. Maximum operating wavelength Lt; RTI ID = 0.0 > 100 nm, < / RTI > This small ≪ / RTI > Lt; RTI ID = 0.0 > SPR < / RTI > response, Wow Can be determined from the response. In the case of a typical chloride ion carrier such as ETH 5294, The maximum value occurs in the wavelength range of 500 to 700 nm. Thus, the preferred wavelength of light is 670 - 850 nm, where light emitting many general purpose semiconductor lasers and diodes provides light emission.
활용 가능한 기타 다른 MREs로는 항원/항체가 있으며 본 SPR 센서는 특정 분석물을 결정하기 위한 항원/항체 반응에 토대를 둔 라벨-로부터 자유로운 면역센서로서 활용될 수 있다. 항체는 공유 결합을 통하여 히드로겔 내에 쉽게 고정될 수 있다. BIAcore로부터의 Biosensor 그룹에서는 다양한 생물학적 화합물을 검출하기위하여 SPR 센서의 금 필름 상의 카복시메틸-덱스트란 히드로겔 기질 내에 항체를 고정시켜 활용해 왔다. 항원/항체 반응에 대한 대안으로는 분자 인장 기술(molecular imprinting technique)이 있으며, 여기서 합성 중합체가 선택적인 분자 인지 성질을 가지고 있다. 이것은 자체-조립된 또는 미리 조성된 기능 그룹의 위치 선정 때문이며, 상기 기능 그룹은 분석물의 형상 및 기능적 그룹에 대하여 보완적인 중합 기질 내에서 인지 부위(recognition site)를 만들어낸다. 두번째 대안으로는 올리고핵산 리간드를 사용하는 것으로 이것은 특정 분석물과 함께 특정하고도 높은 친화력을 제공할 수 있다.Other MREs that may be utilized include antigens / antibodies and this SPR sensor can be used as a label-free immune sensor based on antigen / antibody reactions to determine specific analytes. The antibody can be readily immobilized in the hydrogel through a covalent bond. In the Biosensor group from BIAcore, antibodies were immobilized in a carboxymethyl-dextran hydrogel substrate on gold film of SPR sensor to detect various biological compounds. An alternative to the antigen / antibody reaction is the molecular imprinting technique, where synthetic polymers have selective molecular recognition properties. This is due to the positioning of the self-assembled or preformed functional group, which creates a recognition site within the complementary polymer matrix for the shape and functional groups of the analyte. A second alternative is to use oligonucleotide ligands, which can provide specific and high affinity with specific analytes.
본 발명의 다른 응용 사례는 DNA 혼합 분석이다. 센서-칩 상에서, 거대한 배열의 올리고핵산 또는 cDNA 라이브러리로부터 기인한 탐침자들이, 예컨대, 광 지행성 합성 또는 고속 로봇 인쇄 기술과 같은 기법을 활용하여 제작될 수 있다. 응용 사례에 따라서, 상기와 같은 배열은 평방 센티미터당(/cm2) 수십에서 ~ 106크기로 구성된다.Another application example of the present invention is DNA mixture analysis. On a sensor-chip, probes originating from a large array of oligonucleic acid or cDNA libraries can be fabricated utilizing techniques such as, for example, photomicrograph synthesis or high-speed robotics. Depending on the application, such an arrangement may be comprised of several tens to 10 6 sizes per square centimeter (/ cm 2 ).
전통적으로, 검출 스킴은 형광성 라벨링을 활용하여 목표로 설정된 DNA를 공초점(confocal)의 광학 현미경을 활용하여 혼합화한 패턴을 검출함으로써 수행되고 있다. 본 발명에 따르면, 다수의 감지 영역(이 경우 탐침 영역)의 혼합화 반응은 각 감지 영역에 대한 SPR 곡선의 변화를 점검하여 검출될 수 있다.Traditionally, detection schemes have been performed by utilizing fluorescence labeling to detect hybridized patterns of target DNA using confocal optical microscopy. According to the present invention, the mixing reaction of a plurality of sensing regions (in this case, the probe region) can be detected by checking the change of the SPR curve for each sensing region.
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