[发明专利]检测分子的方法及光学传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测特定物质的分子的方法及为实施该方法而设计的光学传感器。

背景技术

文献EP 2 270 478 A1描述了一种光学传感器，包含光路，用于产生光并将该光供给到光路中的光源，和用于检测从第一光路耦合出的光信号的光检测器，其中，所述光路包括光学共振器等，所述光学共振器至少部分地覆盖有用于选择性吸收某一特定种类分子的覆盖材料的活性层。用该传感器实施的测量利用的是吸收的分子影响共振器光程使该共振器的共振频率发生改变，而这又可通过检测从所述光路耦合出的光进行检测。因此，可以检测与活性层接触的流体是否含有特定种类的分子。

即使选择性极强的材料被用于活性层，该层仍然不是仅确切地吸收一种物质的分子而是吸收整组物质的分子。这特别是适用于化学性质相似的物质。由于这一原因，在上述提及的现有技术水平下无法避免不确定性，因此仍然不能确定，所检测的分子是否真的具有待检测的特定物质或者仅是化学性质相似。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种更精确的方法和相应的传感器，用于检测特定物质的分子，避免不确定性。此外，应该能够用很少的努力并在较短时间内实施该方法和实施相应的测量。

根据本发明，所述目的通过权利要求1所述的方法和权利要求6或16中任一项所述的传感器而实现。本发明的有利实施方案可用从属权利要求的特征来实现。

所提供的通过光学传感器检测特定物质的分子的方法包括

-使所述传感器与待分析的流体接触，

-将第一波长的光耦合至所述传感器的光学共振器中，所述共振器至少部分地覆盖有用于选择性地吸收一组物质的覆盖材料的活性层，所述一组物质包括待检测的物质，

-将第二波长的光耦合至所述传感器的同一共振器中或第二光学共振器中，所述第二共振器至少部分地覆盖有同一覆盖材料的活性层，

-对于所述第一波长和所述第二波长中的每一个，检测从包含相应共振器的光路耦合出的光信号，

-对于所述第一波长和所述第二波长中的每一个，改变相应共振器的光程或相应的波长，从而扫描包含相应共振器的至少一个共振的间隔，

-对于所述第一和第二波长中的每一个，通过所述共振器的活性层处累积的分子，检测该共振的展宽，所述共振的展宽表明对进入相应共振器的光的吸收。

本文中，检测共振的展宽是指检测或测量相应共振的宽度，并将该宽度与参考值进行比较。优选地，所述参考值选择为在传感器不与待分析的流体接触并因而不受其影响时的同一共振的宽度。它可以定义为，例如，当传感器与参考流体，例如水或空气，接触时测得的相应共振的宽度。可以检测到不同共振的展宽，原因在于在使传感器与待分析的流体接触之前另外实施同样的测量，或者从所述传感器中除去待分析的流体之后和/或使传感器与参考流体接触之后再次实施同样的测量。

可使用任何通常的测量来限定所述相应共振的宽度。所述宽度例如可定义为由相应共振的共振波长分离的两个波长的半最大值处的全宽或该两个波长之间的差值，对应于该共振的两个边缘的最大坡度的点或拐点（inflection point）。

在本文中，术语流体可以表示任何分析物。特别是，该术语可以表示液体或气体。

通过这种方法，不仅获得关于流体中所含的任何物质的分子是否被一个或多个活性层吸收的信息。此外，当第一波长和第二波长不同时，获得这些分子对两个不同波长的光吸收行为的信息。这有助于确定所吸收的分子是—在活性层用作选择性吸收剂的物质组中的—哪种物质。当然，可以通过对至少一种另外的波长实施相同的分析来概括出该方法。

特别地，在实施上述步骤后，根据仅针对第一波长或仅针对第二波长或针对这两个波长是否可以检测到共振的展宽——或超出一定阈值的展宽，可以确定所述流体是否含有待检测物质的分子。因此，该方法可以进一步包括：根据仅针对第一波长或仅针对第二波长或针对这两个波长是否检测到超出一定阈值的展宽，识别所述流体是否含有明显浓度的待检测物质的分子。为此，所述第一波长和所述第二波长可以选择为物质组中的一个或多个物质而不是其中所有物质的典型吸收波长。

所述第一波长和所述第二波长之间的差值通常会选择为比共振器或每一个共振器在相应波长处相邻共振之间的间距（spacing）大至少一个数量级——通常大几个数量级。在本文中，数量级应理解为以十倍计。