CN101688835A - 用于光学检查湿润表面的微电子传感器件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于在载体(10)的接触表面(12)处的研究区域(13)中进行光学检查的微电子传感器件和方法，其中输入光束(L1，L1′)从光源(20)发送到研究区域(13)，并且其中来自研究区域(13)的输出光束(L2，L2′)由光检测器(30)检测。耦合到光检测器(30)的评估单元(50)适于根据输出光束(L2，L2′)的特性参数(例如其强度)确定研究区域(13)的湿润等级。在一个优选的实施例中，评估单元(50)适于确定接触所述接触表面(12)的液体引起的光强的变化。特别地，可以检测测试区域(14)中的湿润等级，所述测试区域位于研究区域(13)的邻近并且具有比研究区域(13)更高的粗糙度。

Description

用于光学检查湿润表面的微电子传感器件

本发明涉及用于载体接触表面处的研究区域中的光学检查的微电子传感器件和方法，其包括将光发射到研究区域中并且观察来自研究区域的光。此外，本发明涉及用于这种器件的载体以及这种器件的用途。

US2005/0048599A1公开了一种用于研究微生物的方法，所述微生物用粒子标记，从而可以对其施加(例如磁)力。在该方法的一个实施例中，通过透明材料将光束定向到其中它发生全内反射的表面。作为倏逝波离开透明材料的该束光被表面处的微生物和/或其他成分散射并且然后被光电检测器检测或者用来照明微生物以便进行目视观察。该方法以及类似的测量原理的问题在于，它们对于操作条件的干扰和变化非常敏感，所述干扰和变化在手工交换一次性载体和/或在交换样本流体的情况下通常会出现。

基于这种情形，本发明的目的是提供用于包含例如生物样本的研究区域中的光学检查的装置。特别地，希望这些装置相对于通过样本和/或样本载体的交换引入的变化和干扰是鲁棒的。

这个目的分别通过依照权利要求1的微电子传感器件、依照权利要求13和14的载体、依照权利要求15的方法以及依照权利要求16的用途来实现。从属权利要求中公开了优选的实施例。

依照本发明的微电子传感器件预期用于在载体的接触表面处的研究区域中进行光学检查(其中研究区域和载体不必属于所述器件)。在这方面，术语“检查”应当从广义上来理解，包括光的任何种类的操作和/或光与研究区域中的某个实体(例如与待检测的生物分子)的任何种类的交互。研究区域典型地为(优选地透明的)载体的接触表面处的小体积，其中可以提供待检查的样本材料。术语“接触表面”主要选择成载体表面的特定部分的唯一参考，并且虽然样本的目标成分在许多应用中实际上接触且结合到所述表面，但是情况不必如此。所述微电子传感器件包括以下部件：

a)光源，其用于朝接触表面发射光束，该光束在下文中称为“输入光束”。光源可以例如为激光器或者发光二极管(LED)，其可选地设有用于定形和定向输入光束的一定光学器件。

b)光检测器，其用于确定光束的特性参数，其中所述光束来自接触表面并且将在下文中称为“输出光束”。该输出光束通常将包括与输入光束有关的光，例如由输入光束激励的荧光或反射的输入光，其中该成分通常携带人们感兴趣的某些信息。光检测器可以包括任何适当的传感器单元或多个传感器单元，通过所述传感器单元可以检测所述特性参数，其例如光电二极管、光敏电阻器、光电池或者光电倍增管。

c)评估单元，其用于根据输出光束的确定的特性参数检测研究区域的湿润等级。该评估单元可以由专用模拟电子硬件、带有相关软件的数字数据处理硬件和/或两者的混合物来实现。“湿润等级”反映了研究区域中有多少接触表面实际上被特定样本流体接触(“湿润”)以及有多少未被接触(“未湿润”)。接触研究区域的未湿润部分的介质原则上可以是任何固体材料、与样本流体不同的液体或气体或者真空。在介质为气体的实际相关的情况下，湿润等级为气泡附接到接触表面的程度的指示。在最简单的情况下，它可以只有代表“湿润”和“未湿润”(干燥)状态的两个值。然而，一般说来，湿润等级将具有与湿润的不同程度相应的多个值或者甚至可能例如代表接触表面的湿润部分(即由样本流体接触的所考虑区域的百分数)的连续值。

所描述的微电子传感器件具有以下优点：它允许考虑发生光学检查所在的表面的湿润等级。因此，可以大大地提高检查的鲁棒性和精度，因为湿润等级被证明是关键的工作条件。由于例如接触表面处的气泡引起的降低的湿润程度可能例如导致感兴趣的目标成分浓度的严重低估。而且，所述传感器件具有从输出光束光学地导出湿润等级的优点。因此，大部分必要的硬件通常已经存在于潜在的光学检查过程的设置中。

存在限定由光检测器确定的输出光束的“特性参数”的许多可能性。特性参数的一个实际重要的实例包括输出光束的光量，其中所述量典型地表示为参考区域中的(平均)光强。在许多应用中，输出光束中的光量包括人们感兴趣的信息，例如有关研究区域中的目标成分的浓度的信息，并且因而将已经在光学检查的过程中进行了测量。因此，湿润等级的确定可以作为副效应而实现。

在本发明的一个特定实施例中，评估单元适于分别确定和比较流体施加到接触表面之前和之后测量的特性参数，其中流体的施加可以例如为将样本流体引入到起初干燥的样本室中或者反之亦然。因此，湿润等级的确定可以基于测量的特性参数的变化，其通常比仅根据绝对值的确定更少依赖于特定的测量条件。

在本发明的优选地可以与前面的实施例相结合的另一个实施例中，评估单元适于接收来自流体控制器(例如阀、泵或者拭子-挤压器(swab-squeezer))的触发信号，所述流体控制器控制将流体施加到接触表面。该流体控制器可以看作微电子传感器件的部件或者外部的单独的器件；在后一种情况下，应当明确地定义触发信号的协议以便允许评估单元与不同类型的这样的流体控制器的安全通信。借助于触发信号，可以例如向评估单元告警将发生或者已经发生流体插入到样本室中。这允许比较邻近接触表面的介质的交换之前、期间和/或之后的确定状态下的特性参数测量值。此外，流体检测允许微电子传感器件在预定义时间启动测定-设备方法(assay-device method)(例如在执行磁性标签测定时的磁驱动)。此外，它允许微电子传感器件在不同的模式(例如仅检测流体的低功率模式和对研究区域进行完整评估的高功率模式)之间切换。

所述评估单元可选地可以适于确定和比较在将载体置于输入光束的到达范围(reach)内之前和之后的特性参数。通过这种方式，该评估单元此外还可以用来检验载体在读取器件中的正确放置，这有助于避免由于例如手工操作失误造成的错误。

在本发明的进一步的改进中，光源包括用于至少暂时将输入光束发射到研究区域的周围环境中的光束调节器。因此，可以检测所述周围环境中的湿润等级，其可以假定为与研究区域本身内部的湿润等级近似相同。这种间接检测的优点在于，载体可以最优地设计用于(研究区域中的)光学检查以及也用于检测(周围环境中的)湿润等级。玻璃载体的表面可以例如被制成在研究区域内部是平滑的，而在周围环境中是粗糙的，以实现对气泡的改善的检测。

所述微电子传感器件可选地可以包括用于移动单个光束的扫描单元、用于在至少两个光束之间进行切换的切换单元和/或用于改变输入光束的宽度的准直器单元。所有这些设计允许使用两个或多个不同的光束，其中这些光束之一可以对于潜在的光学检查是最优的，而其他光束最适用于检测湿润状态。特别地，所述光束之一可以是仅到达研究区域的受限输入光束，而其他光束为像上面提到的、到达研究区域的周围环境的光束那样的输入光束。

所述光检测器可选地可以包括多个与输出光束的不同成分关联的不同传感器单元。特别地，这些不同的传感器单元可以与输出光束的空间不同的成分关联，例如与仅包括来自研究区域的光的中心成分或者与包括来自研究区域的周围环境的光的外围成分关联。于是，可以同时进行研究区域中的光学检查及其周围环境中的湿润等级的检测。

优选地，所述微电子传感器件包括用于(例如从声学上或从光学上)向用户指示研究区域的湿润等级的信令单元。于是，用户可以采取适当的措施，例如交换载体和/或样本流体，以避免在错误的工作条件下进行检查。

在另一个实施例中，所述微电子传感器件包括用于调节研究区域的湿润等级的湿润调节器。该湿润调节器可以例如包括超声振动器，其在湿润不充分的情况下可以用来从接触表面去除气泡。

在进一步的改进中，所述微电子传感器件包括高级“操作控制器”，其用于根据评估单元确定的湿润等级控制所述光源、光检测器、磁驱动装置(例如电磁体)、样本加热装置(例如电阻器)、干燥标签搅拌装置(例如超声探测器)和/或可选地另外的部件。该操作控制器可以例如在湿润等级不充分时阻止光学检查。因此，控制生化测定的测定-设备过程的及时启动是可能的(例如在磁性标签测定的情况下的磁驱动)。此外，所述微电子传感器件可以在湿润检测期间保持在低功耗模式下，并且可以基于从湿润检测器提取的信号切换到高功耗测定检测模式。

依照上述设计的特定实施例，所述操作控制器适于在检测到预定的湿润等级之后发起研究区域中的光学检查。光学检查的这种自动启动具有提供更好的可复现和可比较的结果的优点，因为可以避免检查的手工启动的变化。

本发明还涉及用于上述类型的微电子传感器件的载体，其中所述载体包括具有研究区域的接触表面，并且其中所述接触表面至少局部地具有大于大约30nm的粗糙度，优选地具有大于大约100nm的粗糙度。在这方面，表面的“粗糙度”定量地定义为平均粗糙度R_a，即表面上的点相距该表面的中间平面(medium plane)的平均距离(垂直于该表面的中间平面而测量)。对于载体的粗糙区域而言，粗糙度应当截然不同于“光学平滑”，其对应于λ/10的值，λ为用来检查表面的光的波长。还应当指出的是，粗糙度的效果通常也取决于表面粗糙度的空间频率。在这个方面，载体表面粗糙度的主空间频率优选地对应于与粗糙度同量级的波长，即在30-100nm范围内的波长。特别地，可以使接触表面具有限定的最小粗糙度的部分有波纹，即具有周期性或(准)随机结构。所述载体典型地为透明的，并且可选地可以被设计成使得输入光束通过入射窗进入该载体，在接触表面处发生全内反射并且通过出射窗离开该载体。

尽管通常希望使得光学表面尽可能平滑以避免干扰，但是所提出的载体特意地具有一定阈值之上的粗糙度。结果表明，这种高的粗糙度有利于湿润检测，因为光学信号在粗糙表面区域处比在平滑区域处对湿润等级更加敏感。

本发明还涉及用于上述类型的微电子传感器件的载体的另一个实施例，所述载体包括具有研究区域的接触表面。在该实施例中，接触表面在靠近研究区域的测试区域中比在研究区域本身中具有更高的粗糙度。所述更高的粗糙度特别地可以高于大约100nm和/或研究区域内部的粗糙度可以低于100nm。而且，测试区域可选地可以包围研究区域。

载体的这个实施例具有提供不同的表面区域的优点，所述表面区域在其粗糙度方面对于特定目的(即研究区域中的光学检查以及测试区域中的湿润等级检测)而言是最优的。

本发明还涉及用于在载体的接触表面处的研究区域中进行光学检查的方法，所述方法包括以下步骤：

a)朝接触表面发射输入光束，其中所述发射优选地利用上述类型的光源来进行。

b)确定来自接触表面的输出光束的特性参数，其中所述确定优选地利用上述类型的光检测器来进行。

c)根据确定的特性参数检测研究区域的湿润等级，其中所述检测优选地利用上述类型的评估单元来进行。

该方法总体形式上包括可以用上述类型的微电子传感器件执行的步骤。因此，欲知有关该方法的细节、优点和改进，可参见前面的描述。

本发明还涉及上述微电子传感器件和载体在分子诊断、生物样本分析或化学样本分析、食品分析和/或法医分析中的用途。分子诊断可以例如借助于直接或间接附接到目标分子的磁珠或荧光粒子来完成。

本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行阐述。这些实施例将通过实例借助于附图来加以描述，在附图中：

图1示意性地示出了依照本发明的微电子传感器件的设计；

图2示出了样本室的三个连续填充状态的测量信号；

图3示出了具有不同PTH浓度的样本的测量信号；

图4示出了图1中所示载体的接触表面的顶视图。

附图中相同的附图标记或数字表示相同或相似的部件。

尽管在下面将参照特定的设置(使用磁性粒子和受抑全内反射作为测量原理)来描述本发明，但是本发明并不限于这样的方法并且可以有利地用于许多不同的应用和设置中。

图1中示出的微电子传感器件包括具有产生“输入光束”L1的激光器或LED 21的光源20，所述输入光束通过入射窗透射到(一次性)载体10中，所述载体可以例如由玻璃或透明塑料(比如聚苯乙烯)制成。载体10与盖40一起构成样本室2，其中可以通过流体通道42和43提供具有待检测的目标成分(例如小分子、蛋白质、代谢物、细胞、抗体、DNA等等)的样本流体。该样本还包括磁性粒子1，例如超顺磁性珠，其中这些粒子1通常作为标签结合到前述目标成分上(为了简单起见，图中仅仅示出了磁性粒子1)。应当指出，代替磁性粒子的是，也可以使用其他标签粒子，例如带电荧光粒子。

载体10与样本室2之间的界面由称为“接触表面”12的表面形成。该接触表面12可选地可以利用捕获元素(例如抗体)来涂敷，所述捕获元素特别地可以结合目标成分。输入光束L1以大于全内反射(TIR)临界角的角度到达接触表面12，并且因而发生全内反射，成为“输出光束”L2。输出光束L2通过出射窗离开载体10并且由光检测器30中的光敏传感器单元31(例如光电二极管)检测。光检测器30因而确定输出光束L2的光量(例如由整个光谱或者光谱的特定部分中该光束的光强表示)。

所述传感器件可选地包括磁场发生器(未示出)，例如具有线圈和磁芯的电磁体，其用于在接触表面12处以及在样本室2的邻近空间中可控地产生磁场。借助于该磁场，可以操作(即磁化)以及特别地移动(如果使用了具有梯度的磁场的话)磁性粒子1。因此，例如有可能将磁性粒子1吸引到接触表面12以便加速关联的目标成分到所述表面的结合。

可选地，可以将检测器30(或者单独的检测器)用于检测荧光粒子1发射的荧光，所述荧光粒子由输入光束L1的倏逝波激励。

所描述的微电子传感器件采用光学装置以检测人们实际感兴趣的磁性粒子1和目标成分。为了消除或者至少最小化背景(例如样本流体，例如唾液、血液等等)的影响，该检测技术应当是特定于表面的。如上所述，这通过使用受抑全内反射原理来实现。该原理基于当入射光束L1发生全内反射时倏逝波传播(指数下降)到样本2中这一事实。如果该倏逝波于是与另一介质(比如磁性粒子1)相互作用，那么输入光的一部分将耦合到样本流体中(这称为“受抑全内反射”)并且反射的强度将减小(而对于清洁的界面和没有相互作用而言，反射的强度将是100％)。取决于干扰的量，即TIR表面之上或者非常接近(在大约200nm内)TIR表面处(不在样本室2的其余部分)的磁珠量，反射的强度将相应地下降。该强度下降是键合的磁珠1的量以及因而目标分子的浓度的直接度量。当把大约200nm的倏逝波的所提及的相互作用距离与抗体、目标分子和磁珠的典型尺寸比较时，显然背景的影响将是最小的。更大的波长λ将增大相互作用距离，但是背景液体的影响将仍然是非常小的。

所描述的过程独立于所施加的磁场。这允许实时光学监控准备、测量和清洗步骤。所监控的信号也可以用来控制测量或者单独的处理步骤。

关于典型应用的材料，载体10的介质A可以是玻璃和/或具有1.52的典型折射率的某种透明塑料。样本室2中的介质B为基于水的介质并且具有接近1.3的折射率。这与60°的临界角θ_c相应。70°的入射角因此是个实用的选择，其允许具有稍微更大的折射率的流体介质(假定n_A＝1.52，则允许n_B高达1.43的最大值)。更高的n_B值将需要更大的n_A和/或更大的入射角。

所描述的光学读出与用于驱动的磁性标签的结合的优点如下：

-廉价的盒(cartridge)(即包括载体10、盖40等等的可交换系统)：载体10可以包括聚合物材料的相对简单的注射成型件。

-多分析物测试的大的复用可能性：可以在大的区域上光学扫描一次性盒中的接触表面12。可替换地，允许大的检测阵列的大区域成像是可能的。这种阵列(位于光学透明表面上)可以通过例如在光学表面上喷墨印刷不同的结合分子来制成。

所述方法也允许通过使用多光束和多检测器以及多驱动磁体(被机械移动或电磁驱动)来实现井板(well-plate)的高通量测试。

-驱动和感测是互不相关的：磁性粒子的磁驱动(通过大的磁场和磁场梯度)不影响感测过程。因此，所述光学方法允许在驱动期间连续地监控信号。这提供了对于测定过程的许多了解并且它允许实现基于信号斜率的简单动力学检测方法。

-由于指数减弱倏逝场的原因，所述系统实际上是表面敏感的。

-简单的界面：在盒与读取器之间不必存在电气互连。光学窗是探测盒的唯一要求。因此，可以实现无接触读出。

-低噪声读出是可能的。

所描述的传感器件的问题在于，对于可靠的测量而言，待测试的流体(唾液、血液、......)需要与接触表面12完全接触。然而，在流体注射期间，(例如由于制造误差或某些污染的原因，)有可能气泡11被捕获并且阻止接触表面的良好“湿润”。因此，为了防止错误的测试结果，有必要确认接触表面的湿润。优选地，该湿润检测应当是简单的、成本有效的且鲁棒的。而且，希望的是利用光学检测(即无需电气接触)以很好地与上述光学检测原理结合并且无需对于盒或者对于读出配置的大的修改的方式来实现它。

另外的方面在于，干燥的缓冲化学制品或者干燥的标签典型地在测量之前存在于生物传感器盒中。这些化学制品或标签的重新散布在流体进入系统中并且湿润这些化学制品或标签时开始。此时，测定启动的生化反应和用于执行测定的总协议需要在湿润所述化学制品和标签之后的预定义时刻启动，以便具有该测定的可复现的结果(例如：在使用磁性标签的情况下，磁驱动需要在预定义时间启动)。

此外，对盒进行读出消耗功率(例如用于扫描总的研究区域以及数字地处理得到的数据)。所述读出仅需在生物样本进入盒中之后启动。出于这个原因，在低功耗模式下检测盒中的流体的方法将是有益的。当检测到流体时，读取器可以切换到高功耗读出模式。

下面将要更详细地描述的上述问题的解决方案基于以下观察：当流体注入到空的样本室中时，存在小而重要的信号变化。图2中说明了这点，其示出在像图1的设置那样的实验设置中随着时间t(水平轴，任意单位)而测量的归一化光学信号S(竖直轴；例如输出光束L2的光强)。该图表的不同曲线对应于井板的不同样本室(“井”)中的测量结果并且包括以下阶段：

-样本室中存在清洗液体(状态(W))；

-去除清洗液体并且用空气填充样本室以得到“空”样本室的状态(状态(E))；

-去除空气并且用人血填充样本室(得到状态(B))。

该图表明，光学信号S可以在例如将水注入到空井中时改变超过1％，并且当填充的井被清空时出现相反的效应。信号变化的幅度因井而异，但是它对于相同的井是可复现的。假定该效应由接触表面的不理想的平滑度和小的干扰造成，其导致一定量散射并且影响反射的光束的强度。取决于与周围环境介质(液体或空气)的折射率差，散射和全内反射将受到影响，从而导致稍微不同的光学信号。

图3在类似的图表中示出了利用以从0到40ng/ml的不同浓度的PTH(甲状旁腺激素)准备的干燥井启动的光学测量结果。在t＝12s，将具有300nm珠的缓冲液体注入到井中，之后是从t＝32s到t＝62s的磁性吸引(永磁体)。在注入液体时，观察到与浓度无关的范围从大约0.25％到超过2％的信号下降。这个效应可以用来解决上面的问题：耦合到光检测器30(图1)的评估单元50可以处理由检测器30提供给它的测量信号S并且检测流体注射时信号S中的足够的变化(通常为下降)，其指示湿润。“足够的变化”可以例如量化为超过预定义阈值的变化，所述阈值被选择成显著大于噪声水平。任何不一致性(例如没有变化或者不在所有区域中检测到变化)可以用来发起适当的措施。因此，评估单元50例如可以激活信令单元51(例如LED)，其向用户指示检测的湿润等级(或者仅仅不充分的湿润等级)。用户于是可以适当地反应，例如替换盒或者给测量结果赋予降低的可靠性。而且，评估单元50可以例如通过激活对载体10或者其盖40起作用的超声振动器44或者通过改善湿润的其他手段启动自动恢复尝试。

充分的或不充分的湿润的检测和/或湿润程度的定量确定利用用于检测研究区域13中的目标成分1的相同光学测量设置来有利地实现。

为了增大指示接触表面12的湿润的信号变化，可以特意地将接触表面制成非平滑的，即包含小的干扰或者波纹。由于流体注射时的信号变化典型地为大约1％，因而它能够易于检测，并且在注射之后直接进行正确的归一化，那么测量结果仍然是精确的。这种方法的优点在于，湿润检测与生物检测区域相符，并且无需改变或增加输入光和输出光路。

然而，对于不同于湿润检测的其他目的，通常优选的是具有最小化散射的非常平滑的检测表面。在实践中，也可以在注射成型塑料产品中实现高等级光学质量(λ/10或更好的平滑度)。这种平滑的表面在流体注射时给出可忽略的信号变化，从而使得直接检测湿润是困难的。

图1和图4示出了该困境的解决方案：特意仅将靠近研究区域13的小“测试区域”14制成非平滑的或者甚至有波纹的，以便促进信号变化效应，而接触表面12的其余部分具有高等级平滑度。将测试区域14置于关键位置，例如研究区域13周围，并且监控从该测试区域14反射的信号，允许实现非常良好的湿润检测：超过预定义阈值(显著大于噪声水平)的信号变化(通常为信号下降)指示了湿润。使用如图4所示的多个测试区域14可以进一步提高可靠性。

单独的照明和/或检测可以用来分别区分测试区域14和研究区域13的读出，并且连续地监控接触表面的湿润。因此，可以应用复用可能性，例如：

-使用单个宽光束L1′、L2′和光检测器30中的多个传感器单元31、32，所述传感器单元分别检测测试区域14和研究区域13的输出光。

-使用多个激光束和相应的传感器单元。

-使用单个扫描激光器和单个传感器单元。

-使用脉冲式分离的、固定的激光束和单个传感器单元(时间复用)。

图1示出了作为一种解决方案的改变输入光束L1、L1′的直径。如图所示，这可以例如通过改变位于光源20之后的光路中的孔径22的尺寸来实现。输入光束于是可以在仅到达研究区域13中的小光束L1与附加地覆盖环形测试区域14的宽光束L1′之间切换，所述光束分别导致小的和宽的输出光束L2、L2′。用于调节光束宽度的其他手段可以包括移动单个(准直)透镜，或者向电湿润单元施加电压。使用具有更大直径的光束L1′、L2′允许包括测试区域14以进行湿润检测。在湿润检测之后，可以将光束直径还原到L1、L2，从而仅照射平滑的研究区域13。该方法允许使用单个固定光源21(例如激光器)和光检测器30中的单个传感器单元(尽管图1出于说明的目的示出了两个单独的传感器单元31、32)。

在另一个实施例中，所述传感器件可以包括传感器阵列。可以选择和处理来自该传感器阵列的选定部分(即包含湿润信息的那些部分32)的数据，直到检测到湿润。然后，可以启动全阵列处理以便测量测定信号。

图1还示出了位于盖40的输入通道42的“流体控制器41”，其中所述控制器41具有到评估单元50的通信链接。流体控制器41因而能够向评估单元50提供触发信号以便指示例如样本室2中的流体运动将很快发生、正在发生或者已经完成。这允许评估单元选择正确的测量数据/时间以便正确地检测接触表面处的湿润等级。

图1还示出了耦合到所述微电子传感器件的任何部件的更高级“操作控制器”60，利用其需要例如到光源20、光检测器30、评估单元50、流体控制器41、驱动磁体(未示出)、电阻加热(未示出)和/或超声振动器44的通信。操作控制器60允许处理所有可获得的信息并且自动控制所述器件的尽可能多的部件以便实现完整的测定控制(包括例如磁性标签驱动、盒中样本流体的(电)加热、流体泵和/或流体阀的控制、磁性标签的搅拌，以便改善重新散布(通过声裂法、双电泳或者任何其他方法)等等)。因此，用户的手工交互的数量可以降至最少。这简化了操作，尤其是避免了由于用户动作而引起的潜在误差源。

操作控制器60可以例如使用湿润检测以便

-确认空盒/载体10的正确插入；

-确认正确的流体注射并且自动启动测量过程，即磁驱动和/或全速数字数据处理。

这些操作例如在基于唾液的生物传感器的情况下是非常有利的，对于所述生物传感器而言，优选的是将新盒插入到所述传感器件中并且在引入唾液样本之前确认正确的插入。这个处理顺序防止了盒中包含的珠在实际的测定过程开始之前很长时间就已经溶解到液体中，从而也防止了不可靠的测定测量。然而，盒的正确插入可以利用光学湿润检测来自动地核查：

在盒的插入之后，由评估单元50处理的光学信号S应当指示盒仍然为空。当盒不为空、未正确插入或者甚至不存在时，那么信号S将与正确放置的空盒的信号不同。在出现错误的情况下，应当替换盒。否则，可以由用户施加样本。这可以例如通过适当的(视觉和/或听觉)信号来指示。

接下来，利用湿润检测直接核查正确的样本流体的施加。如果一切正确，那么就可以自动启动测量过程。如果出现错误，那么可以通知用户。如果没有检测到流体，那么可以例如给出流体或盒替换的提醒信号。如果检测到气泡，那么可以振动或者替换盒。在确认的正确的流体注射之后的预定时间，自动启动测量过程。这提高了测量的可靠性和可复现性(因为一旦流体进入盒中，那么珠就开始溶解)。而且，消除了用户交互，从而允许实现更简单的、更鲁棒的用户接口和更低的成本。

作为另一自动控制措施，可以在插入/去除盒时接通/关闭所述微电子传感器件的电源。这可以利用内部机械开关来容易地实现，所述开关在盒(完全地)插入时被激活。不正确的插入会立即就清楚(没有电源，没有视觉指示器，例如LED)。去除盒则关闭电源，从而节省了电池。

尽管上面参照特定实施例描述了本发明，但是各种不同的修改和扩展是可能的，例如：

-所述传感器件可以包括基于粒子的任何特性检测传感器表面之上或者附近的磁性粒子的存在的任何适当的传感器，例如，它可以通过磁方法、光学方法(例如成像、荧光、化学发光、吸收、散射、表面等离子体共振、拉曼等等)、声音检测(例如表面声波、体声波、悬臂、石英晶体等等)、电检测(例如传导、阻抗、测量电流、氧化还原循环)等等进行检测。

-除了分子测定之外，也可以利用依照本发明的传感器件检测更大的组成部分(moiety)，例如细胞、病毒或者细胞或病毒的小部分、组织提取物等等。

-检测可以在针对传感器表面扫描或不扫描传感器元件的情况下发生。

-测量数据可以作为端点测量结果以及通过动态地或间歇地记录信号而导出。

-用作标签的粒子可以直接通过感测方法来检测。也可以在检测之前对粒子进行进一步的处理。进一步处理的实例为添加材料或者修改标签的(生物)化学或物理特性以便方便检测。

-所述器件和方法可以与若干生化测定类型一起使用，所述生化测定类型例如结合/去结合测定、夹心式测定、竞争测定、置换测定、酶测定等等。它特别适合DNA检测，因为大规模复用容易成为可能，并且不同的低聚物(oligo)可以通过喷墨印刷置于光学衬底上。

-所述器件和方法适合传感器复用(即不同传感器和传感器表面的并行使用)、标签复用(即不同类型标签的并行使用)以及室复用(即不同反应室的并行使用)。

-所述器件和方法可以用作用于小样本体积的快速、鲁棒且易于使用的医护点(point-of-care)生物传感器。反应室可以是与紧凑读取器一起使用的一次性用品，包含所述一个或多个场发生装置以及一个或多个检测装置。此外，本发明的器件、方法和系统可以用在自动化高通量测试中。在这种情况下，反应室为例如适合自动化仪器的井板或者透明小容器(cuvette)。

最后，应当指出的是，在本申请中，措词“包括/包含”并没有排除其他的元件或步骤，“一”或“一个”并没有排除复数，并且单个处理器或者其他单元可以实现若干装置的功能。本发明存在于每一个新颖的特性特征以及特性特征的每一种组合之中。此外，权利要求中的附图标记不应当被视为对其范围的限制。

Claims (16)

1.一种微电子传感器件，用于载体(10)的接触表面(12)处的研究区域(13)中的光学检查，包括：

a)光源(20)，其用于朝接触表面(12)发射输入光束(L1，L1′)；

b)光检测器(30)，其用于确定来自接触表面(12)的输出光束(L2，L2′)的特性参数；

c)评估单元(50)，其用于根据确定的特性参数检测研究区域(13)的湿润等级。

2.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，所述特性参数包括输出光束(L2，L2′)的光量。

3.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，评估单元(50)适于确定和比较流体施加到所述接触表面之前和之后的特性参数。

4.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，评估单元(50)适于处理来自流体控制器(41)的触发信号，所述流体控制器控制将流体施加到接触表面(12)。

5.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，评估单元(50)适于确定和比较在将载体(10)置于输入光束(L1，L1′)的到达范围内之前和之后的特性参数。

6.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，光源(20)包括用于至少暂时将输入光束(L1′)发射到研究区域(13)的周围环境(14)中的光束调节器(22)。

7.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，它包括用于移动单个光束的扫描单元、用于在至少两个光束之间进行切换的切换单元和/或用于改变输入光束(L1，L1′)的宽度的准直器单元(22)。

8.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，光检测器(30)包括多个与输出光束(L2，L2′)的不同成分关联的不同传感器单元(31，32)。

9.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，它包括用于指示研究区域(13)的湿润等级，特别是不充分的湿润的信令单元(51)。

10.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，它包括用于调节研究区域(13)的湿润的湿润调节器，特别是超声振动器(44)。

11.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，它包括操作控制器(60)，该操作控制器用于根据评估单元(50)的检测结果控制所述光源(20)、光检测器(30)、磁驱动器、加热装置和/或干燥标签搅拌装置。

12.依照权利要求1的微电子传感器件，

其特征在于，操作控制器(60)适于在检测到预定的湿润等级之后发起研究区域(13)中的光学检查。

13.一种用于依照权利要求1的微电子传感器件的载体(10)，包括具有研究区域(13)的接触表面(12)，其中所述接触表面(12)至少局部地具有大于大约100nm的粗糙度。

14.一种用于依照权利要求1的微电子传感器件的载体(10)，包括具有研究区域(13)的接触表面(12)，其中所述接触表面(12)在靠近研究区域(13)的测试区域(14)中比在研究区域(13)中具有更高的粗糙度。

15.一种用于在载体(10)的接触表面(12)处的研究区域(13)中进行光学检查的方法，包括：

a)朝接触表面(12)发射输入光束(L1，L1′)；

b)确定来自接触表面(12)的输出光束(L2，L2′)的特性参数；

c)根据确定的特性参数检测研究区域(13)的湿润等级。

16.依照权利要求1-14中任何一项的微电子传感器件或载体在分子诊断、生物样本分析或化学样本分析中的用途。

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