专利名称：用于流体分析的系统的制作方法
用于流体分析的系统本发明涉及用于流体分析的系统。EP-A-1000342披露了一种具有干涉仪的检测器设备。光束被分束成沿测量路径引导的测量光束和沿基准部分引导的基准光束。沿测量部分引导拟测流体，由此使流体与通过测量部分传播的 光相互作用。沿测量路径传播的测量光束和沿基准路径传播的基准光束构成发散光束，它们干涉、叠加，并在例如CCD阵列等检测器上形成干涉图案。关于例如流体性质或组分的信息(其对测量路径中的光传播特性有影响)可从检测器检测到的干涉图案中推导出。在该方法中，提供分光器以将光分束成针对测量路径的光束以及针对基准路径的光束。分光器可能导致光能的损失，和/或对准问题，因为测量路径和基准路径两者均需要与分束器的相应输出通道对准。在尝试解决这些问题时，A. Brandenburg等人在《应用光学》33 (25) ,5941-5947，(01-09-1994)的 Integrated optical young interferometer (集成光学初期干涉仪)一文中提出了一种具有集成分光器的平面结构。然而，这种方案会导致平面结构尺寸的增加，从而增加成本，且仍然可能导致光损失。本发明的一个目的是提供一种对前述方案的替代方案。为了达成这个目的，根据本发明一个方面的系统包括用于发射光束的光源，用于引导至少一部分光束的光路，用于沿光路引导流体的流体通道，以及用于检测沿光路传播的光的光学特性的检测器，其中光路包括多模干涉结构，该多模干涉结构被布置成在至少两种传播模式下提供光束的传播，该检测器经定位从至少两种传播模式的每一种模式接收光。多模干涉结构提供不同传播模式下的光传播。沿传播路径，提供了测量区域和基准区域。光的一种或多种传播模式至少在测量区域中发生相互作用(例如通过流体中的一种粒子与沿测量区域提供的抗体(或另一受体)的结合)，这会造成至少一种模式的传播发生变化，并可造成诸模式之间的干涉发生变化。结果，通过不同模式提供到检测器上的光图案可能发生变化，因此允许通过分析提供到检测器上的图案来检测传播特性，其中所述图案是由不同的光传播模式、其传播和两者间的干涉而产生的，由此可以避免对分光器的需求，因为使用了单个光束的不同光模式，而不是将光束分成测量光束和基准光束。流体通道可包括至少两个感测窗，以允许光与流体相互作用，其中一个感测窗充当测量区域，另一个充当基准区域。由此，可提供稳定且精确的测量，因为测量和基准之间的细微差异可导致检测器上的图案变化，这可被检测到。感测窗可沿多模干涉结构中的光传播方向平行地延伸，由于感测窗对光传播的影响沿传播窗的长度而延伸，因此提供了最佳的灵敏性。为了检测特定的分析物粒子(例如分子、分子团、病毒、细菌、细胞、生物标志物、 蛋白质或其它)，可沿充当测量区域的感测窗提供抗体(诸如特定抗体)或其它受体。多模干涉结构可被布置成允许至少两种传播模式按横向最小和最大的图案来传播，第一多模干涉结构的传播长度被设计为在其端部提供横向最大值。由此，可提供最佳的灵敏性。可以将检测器定位在多模干涉的一端，以便将来自至少两种传播模式的光按空间分布的方式提供到检测器上。通过将检测器基本上直接地定位在多模干涉结构的端部，至少可部分避免朝向检测器的空气介质传播或其它介质传播，这可提高干涉图案的稳定性， 进而有助于提高测量的稳定性，因此可能有助于获得较小的漂移、更好的精确性以及更高的灵敏性。另外，可抑制多模干涉结构端面处的散射损耗，这可导致干涉图案稳定性的额外提尚。可以在前述多模干涉结构的下游提供又一多模干涉结构，以代替将检测器定位在多模干涉结构的端部，其中所述又一多模干涉结构具有超出前述多模干涉结构宽度的宽度，以在又一多模干涉结构中提供多个传播模式，所述多个传播模式之间的干涉图案将由检测器检测出。第二多模干涉结构可产生比第一多模干涉结构更多的传播模式，由此提供又一多模干涉结构中的这些模式之间的干涉，这将导致测量灵敏性的提高。在这种结构中， 除了对干涉图案的测量外，还提供了测量第二多模干涉结构中的强度分布变化的可能性。 这能提供关于结合事件的替代/附加信息，并且甚至可以导致灵敏性的提高。光源可包括单模光束源。光束可由一个或多个分立的波长构成或由波长谱构成。 优选地，光束是有中心的并具有高斯场分布。由此，只要当激励对称模式时在第一多模干涉结构中仅激励对称模式，则可提供沿MMI结构的对称场分布，这在选择沿多模干涉结构对称定位的测量区域和基准区域时是优选的。其它方案也是可行的，例如将各自具有不同波长和/或极化的两个或更多个光束耦合到多模干涉结构中。使用多个波长和/或极化(例如它们是通过合适的、周期性变化的滤波器的度量而间歇地检测到的)可提供关于结合事件的附加信息。该附加信息可用来例如测量/估计当必须分析诸如体液(血清、血液等)等复杂样本时可能发生的非特定结合。这可导致精确性和灵敏性的提高。该多模干涉结构可设置在芯片内，由此导致紧凑的、低成本的测量结构。芯片可进一步包括检测器，这样可以避免将光耦合于检测器的耦合损失。检测器的处理单元可被布置成对检测器检测到的图案执行差动测量，由此从干涉图案中推导出有关测量区域和干涉区域之间传播差异的信息。可基于快速傅立叶变换算法通过计算机程序分析干涉图案。在经傅立叶变换的干涉图案的相位部分，可推导出与测量区域和基准区域之间的传播差异相对应的相位变化信号。可提供又一检测器，该检测器具有沿流体通道延伸的检测区域，用于检测沿光路的光散射。自此，可推导出传播特征的空间分布。监测由从测量区域的感测表面和/或从结合在感测表面上的分析物粒子所散射的光，这可提供关于结合事件的附加信息。当分析物粒子结合到感测表面上时，从该表面散射的光的强度将改变，这会进一步指出结合在感测表面上的分析物粒子的量。此外，基于尺寸大小可以辨别例如蛋白质、病毒或细菌等分析物粒子，因为光散射也依赖于粒子尺寸。为了将由光源产生的光束对准到多模干涉结构上，系统可进一步包括光束操控器，用于操控光束的光路位置；和控制设备，用于控制光束操控器，该控制设备被布置成用于对不同位置的光束光路测量由检测器检测到的光学图案，并且控制操控器，以获得检测器检测到的所需的光学图案。
最好提供具有均勻厚度的核芯层，不仅在感测窗处，而且在感测窗之间的空间，这可导致对在读出器的任意感测窗上可能发生的温度变化的更快速的减小/补偿，由此可进一步导致温度漂移的减小。均勻的核芯层可包括Si3N4。在三层波导结构中，有时也称为“波导层”的核芯层是中间层，其具有比衬底和覆层更高的折射率，从而允许引导光通过这类波导结构。本发明的其它优势、特征和效果将从示出本发明的非限制实施例的附图和说明书中变得更为清楚，在附图中
图1示出根据本发明一个实施例的包含单个多模干涉(MMI)结构的系统；以及图2示出根据本发明另一实施例的包含两个MMI结构的系统；以及图3示出根据图2所示实施例的匪I中的诸模式的分布和干涉。图1示出了在附图左侧绘制有光入口的匪I结构，即第一匪I。从诸如激光器或激光二极管等(未示出)光源进入第一 MMI的诸如单模光束等光束以双模式传播通过第一 MMI0第一 MMI具有两个感测窗，这些感测窗可设置在其中设有MMI的平面结构的顶部。待测流体(例如液体、气体、悬浮液等)被引导覆盖全部两个感测窗，由此流体对各模式的传播特性产生影响。在其中一个感测窗，可提供抗体或其它受体，以与待测流体相互作用，由此例如提供与诸如分子团、分子、病毒、细胞结构、细菌等特定实体的结合。传播模式中的每一个沿第一 MMI的长度经过第一 MMI，由此与测量窗和基准窗两者相互作用。第一 MMI中的模式分布绘制于图3的左半(第一 MMI)部分。由于所述特定相互作用仅发生在测量通道内，因此其中一个模式受到的影响比另一模式大，这导致在第一匪I端部发生模式之间的相对变化。可在这里设置检测器，独立设置或作为平面结构的集成部分设置，以便检测图案并从中推导出测量通道中传播速度的变化。图2示出了第二实施例，其中第二多模干涉结构，即第二MMI，被设置在第一MMI的端部。由于第二匪I具有较大宽度，来自第一匪I的光以更大数量的传播模式传播通过第二 MMI，同时模式之间发生干涉，如图3所示。结果，干涉图案形成在检测器上，所述检测器在本例中为CCD。
权利要求
1.一种用于流体分析的系统，包括用于发射光束的光源，用于引导至少一部分光束的光路，用于沿所述光路引导流体的流体通道，以及用于检测沿所述光路传播的光的光学特性的检测器，其中所述光路包括多模干涉结构，所述多模干涉结构被布置成在至少两种传播模式下提供光束的传播，所述检测器经定位从所述至少两种传播模式的每一种模式接收光。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流体通道包括至少两个感测窗，以允许所述光与所述流体相互作用，其中一个感测窗充当基准区域，另一个充当测量区域。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述感测窗沿多模干涉结构中的光传播方向平行地延伸。
4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，沿将要充当测量区域的所述感测窗提供抗体或其它受体。
5.如前面任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述多模干涉结构被布置成允许所述至少两种传播模式按横向最小和最大的图案来传播，第一多模干涉结构的传播长度被设计为在其端部提供横向最大值。
6.如前面任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述检测器被设置在所述多模干涉的一端，以便将来自所述至少两种传播模式的光按空间分布的方式提供到所述检测器上。
7.如权利要求1-5中任何一项所述的系统，其特征在于，还包括位于所述多模干涉结构下游的又一多模干涉结构，所述又一多模干涉结构具有超出所述多模干涉结构宽度的宽度，以在所述又一多模干涉结构中提供多个传播模式，所述多个传播模式之间的干涉图案将由所述检测器检测出。
8.如前面任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述光源包括单模光束源。
9.如前面任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述多模干涉结构被设置在芯片中。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述芯片还包括所述检测器。
11.如前面任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述检测器的处理单元被布置成对所述检测器检测出的图案执行差动测量。
12.如前面任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，设置又一检测器，所述又一检测器具有沿所述流体通道延伸的检测区域，用于检测沿所述光路的光散射。
13.如前面任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，还包括光束操控器，用于操控光束的光路位置，和控制设备，用于控制所述光束操控器，所述控制设备被布置成用于对不同位置的光束光路测量由所述检测器检测到的光学图案，并控制所述操控器，以获得所述检测器检测到的、所需的光学图案。
14.如前面任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，提供所述多模干涉结构的均勻的核芯层。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述均勻的核芯层包含Si3N4。
全文摘要
一种用于流体分析的系统，包括用于发射光束的光源，用于引导至少一部分光束的光路，用于沿光路引导流体的流体通道，以及用于检测沿光路传播的光的光学特性的检测器。光路包括多模干涉结构，该多模干涉结构被布置成在至少两种传播模式下提供光束的传播，检测器经定位从至少两种传播模式的每一种模式接收光。
文档编号G01N21/77GK102439425SQ201080007089
公开日2012年5月2日 申请日期2010年2月4日 优先权日2009年2月4日
发明者A·伊麦蒂, A·杜迪亚, J·S·坎格, P·H·J·耐德考恩, V·萨布莱曼尼亚姆 申请人:奥斯坦德姆控股有限公司