[发明专利]用于芯片实验室诊断的集成波导激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于借助于在所述样品中形成的迅衰波对所述样品中的目标物质进行检测的检测设备。

背景技术

医学、化学和生物学的许多分支依赖于分析化学、生化或生物样品或确定这些样品的化学成分变化的能力。许多疾病的诊断例如经常依赖检测血液中是否存在抗体的能力。

在生物医学应用中，微阵列允许并行地对许多特性进行非常小样品量的研究。在实验上，这种微阵列包括设置在衬底上的不同探测器。包含一个或几个目标物质的样品被施加在微阵列上，在那里可与不同的探测器进行反应。在为本发明的检测设备的优选应用的荧光分析中，目标物质或探测器用荧光进行标记。根据是否与不同探测器发生了反应，相应的探测器将发出荧光或不发出荧光。已知几种用于微阵列读出的技术。本发明涉及一种利用激光诱导荧光的光学读出技术。在这种情况下，用激光照射微阵列并对来自每个探测器的荧光信号进行检测。

例如可以从EP0 677 734 A2中了解到一种用于利用这种荧光检测对样品中的目标物质进行检测的仪器。这种仪器包括光源和光学共振器，该光学共振器包括用于由光源产生的光的共振腔。内全反射构件位于共振腔内以提供具有大于临界角的入射角的全内发射表面。该表面包括将样品放置其中的迅衰场区域。迅衰场激发样品中的荧光，然后这可通过合适的光学检测器来检测该荧光。内反射构件可以是诸如棱镜、波导或光纤的无源设备，或是诸如掺杂光纤的有源增益元件。在该文献的其中一个实施例中，共振器包括作为增益介质的光纤激光器，其中通过去除一部分典型包围光纤的包层来形成内全反射表面。在这种情况下，样品不得不被直接施加在已经将包层去除的光纤区域上。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于对样品中的目标物质进行检测的检测设备，其允许以高集成度对几种物质进行并行检测。

该目的通过根据权利要求1的检测设备来实现。该检测设备的有利实施例为从属权利要求的主题或在随后的描述中被公开。

所提出的检测设备包括衬底，在所述衬底内或在所述衬底上具有至少一个平面波导激光器，所述波导激光器具有用于上转换或下转换的增益介质。所述波导激光器的顶层形成所述衬底表面的至少一部分，并允许迅衰波形成于接触所述表面的样品中。在所述顶层上施加一种结构以限定在所述顶层上的探测器区域阵列，所述探测器区域包括用于对待检测的目标物质进行检测的探测器材料涂层。

在本发明中，用于激发荧光的激光器设置为限定阵列或微阵列的衬底内或衬底上的平面波导激光器，而不使用现有技术中的独立波导或纤维。这意味着在所提出的检测设备的衬底中，一个或几个平面波导激光器被合并在探测器区域阵列下面用于对一个或几个样品中的不同目标物质进行并行检测。该一个或几个波导激光器中的激光辐射激发带有荧光标记的样品中的荧光标记，其中这些样品通过从波导中泄漏出来的迅衰电磁波与衬底表面上的探测器区域接触。在目标物质前发出的荧光可以以已知的方式进行检测，例如借助于监视衬底表面的CCD相机。由于几个探测器区域的限定方式和平面波导激光器的集成方式，可以实现高度集成。所提出的检测设备的另一个优点在于激光腔内的高光子密度导致更高密度的迅衰波以激发荧光。

用于波导激光器的增益介质优选为稀上掺杂材料。合适的掺杂物可以是例如Er、Yb、Tm、Ho、Sm、Pr、Dy、Nd、Pm、Eu、Gd或Tb。用于掺杂的合适基质材料包括例如ZBLAN这样的重金属氟化物玻璃，例如碲酸盐玻璃这样的重金属氧化物玻璃，或例如LiLuF、YAG、YLF或YVO这样的晶体基质。

这种波导激光器的增益介质被嵌入其折射率低于增益介质的材料中。在本检测设备中，所述材料所形成的顶层至少在探测器区域中具有小于或等于波导激光器的激光波长的厚度以允许在样品中形成迅衰波。这意味着波导激光器的顶层在波导激光器的整个长度上、或在替换实施例里仅在限定的探测器区域中具有这样小的厚度。然而波导激光器还能够仅嵌在所述低折射率材料的两个或三个侧面上、或附连在具有这种低折射率的衬底上的一个侧面上以使得增益介质的上侧形成顶层。在这种情况下，迅衰波在所述样品中具有最大的穿透深度。

所提出的检测设备的波导激光器在波导的端面上具有两个端镜，所述端镜优选地形成在所述衬底的侧表面上。两个端镜对所述波导激光器的波长都是高度反射的，优选地具有R≥99.9％的反射率一个或几个泵浦激光器的泵浦光优选地从波导激光器的一个端侧耦合到增益介质。该泵浦激光器优选为半导体激光器，或在几个平行波导激光器的情况下为半导体激光棒。