專利名稱：測(cè)試方法
背景技術(shù)：
在化學(xué)或生物化學(xué)檢測(cè)中使用多種分析技術(shù)，這些技術(shù)依賴于光和特定介質(zhì)的相互作用，例如可見吸收光譜測(cè)量(VIS光譜測(cè)量)、表面光電壓光譜測(cè)量(SPS)、或掃描光脈沖技術(shù)(SLPT或LAPS)。
所有這些技術(shù)都提供了目標(biāo)環(huán)境(下文有時(shí)稱為“分析物”)的有用的和補(bǔ)充的信息，但是由于這些系統(tǒng)的復(fù)雜性，其中主要涉及對(duì)光源的要求，它們的實(shí)際應(yīng)用受到限制，一般只限于裝備昂貴的實(shí)驗(yàn)室或者專用于特定用途的設(shè)備。
包括在這些科學(xué)儀器中的有關(guān)的光源的復(fù)雜性和精密性涉及光學(xué)元件和引導(dǎo)單色化的光通過(guò)輸出狹縫所需的被控制的微定位。
本發(fā)明的目的在于提供一種可行的低成本的方法和相關(guān)的裝置，其提供微定位、單色化和強(qiáng)度調(diào)制，使得能夠利用上述技術(shù)和需要精密地控制的光源的其它技術(shù)的利益。
一般地說(shuō)，本發(fā)明的方法由使用程序控制的顯示器(如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器，移動(dòng)電話或TV顯示屏)作為光源來(lái)構(gòu)成。機(jī)械定位由顯示屏按順序地照射鄰近的像素、精確而規(guī)則地在所述的任何不同的顯示器中形成圖案的能力來(lái)代替。代替單色器，這個(gè)同樣的精確的定位可用來(lái)單色化光，其中使用在顯示屏上照射的區(qū)域作為在固定的衍射元件的前方可移動(dòng)的光源，所述衍射元件在空間上位于所述光源的前方。
此外，在顯示屏上按順序顯示的不同的RGB顏色提供一種適用于光譜響應(yīng)測(cè)量的光源，這是比色檢測(cè)方法的主要目標(biāo)。此外，在該光源中的不同的像素可以被單獨(dú)地對(duì)于顏色和強(qiáng)度編程。通過(guò)使用在光源和檢測(cè)對(duì)象之間的透鏡，可以照射小的檢測(cè)對(duì)象。使用程序控制的顯示器作為光源還使得能夠使光掃描檢測(cè)對(duì)象。所述的光源可以和許多類型的光檢測(cè)器一起使用，用于記錄照射檢測(cè)對(duì)象所得的結(jié)果。
因而使用例如數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)的檢測(cè)器可能是有利的。
本發(fā)明例如使得能夠使用檢測(cè)試樣的簡(jiǎn)化的照射與/或?qū)ｉT設(shè)計(jì)用于被目標(biāo)環(huán)境影響的檢測(cè)器。在這方面，可以使用已經(jīng)研制的用于使用通常的(單色光的)光源進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)的指示劑材料或分子。也可以研制被優(yōu)化以便和RGB顏色一起使用的指示劑。
此外，可以由用戶在現(xiàn)場(chǎng)處理信息，或者只在現(xiàn)場(chǎng)獲得信息而通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接進(jìn)行在線分析，其中可以提供專家解釋。
上述的一般的發(fā)明原理具有一些特定的特征，這些特征和要被模擬的所考慮的分析技術(shù)有關(guān)。
例如，在VIS光譜測(cè)量的情況下，標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)需要可見光源、單色化器、斬波器和檢測(cè)器。
單色化的光具有由單色化器的狹縫寬度確定的窄的光譜寬度，使其通過(guò)透明的試管，在試管中具有試樣物質(zhì)，在這種情況下，試樣物質(zhì)是一種液體，出射光在檢測(cè)器中被捕獲。根據(jù)檢測(cè)器的需求，可以在光路中插入一個(gè)光斬波器(圖1)。
不同物質(zhì)的VIS吸收性能和其成分有關(guān)，借助于引入化學(xué)劑(如載色體或熒光標(biāo)記)，可以跟蹤大量的化學(xué)或生化性能，并通過(guò)其光譜響應(yīng)選擇地進(jìn)行識(shí)別。
所述原理不限于液體，而是也可以分析吸收固體、膠體或聚合物，例如標(biāo)記的DAN陣列載片或氣體敏感的聚合物。
光譜的獲取需要一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠調(diào)整提供的波長(zhǎng)，其最低限度地包括可編程的單色化器，因而把這種技術(shù)局限于實(shí)驗(yàn)室。
在SPS或在半導(dǎo)體界面分析例如電場(chǎng)感應(yīng)的SPS(EFISPS)或內(nèi)部光電子放射光譜測(cè)量(IPE)的情況下，主要的原理是激發(fā)用特定波長(zhǎng)照射的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的載流子。掃描的光譜范圍取決于半導(dǎo)體的帶隙，但是子帶隙能量也可以提供表面狀態(tài)的信息。
在SPS中，使用聚焦的單色光束以被控制的斬波頻率照射半導(dǎo)體襯底，這提供和表面或界面狀態(tài)有關(guān)的瞬態(tài)光電流(SPS的完整的說(shuō)明和相關(guān)的技術(shù)可以在L.Kronik，Y.Shapira，Surf.Dci.Reports 37，1-206(1999)中找到)。這種技術(shù)可以適用于檢測(cè)應(yīng)用，但是仍然需要昂貴的受控光源(圖2)。
如果光束或激光光束在半導(dǎo)體上掃描，則在所謂的SLPT技術(shù)(I.Lundstrom，et al.，Nature 352，47-50(1991))中可以構(gòu)成界面性能的在空間上分解的圖像。只要具有在空間上分布的不同材料和厚度的在化學(xué)上敏感的偏置電極，這種技術(shù)便對(duì)氣體混合物和氣味提供選擇的化學(xué)圖像(圖3)。
如果偏置電極被電解液代替，則裝置成為用于化學(xué)或生化分析的有力的測(cè)量電勢(shì)的工具，被稱為可光尋址的電勢(shì)測(cè)量傳感器(LAPS，D.Hafeman，et al.，Science 240，1182-1185(1988))。
此外，在許多這些方法中，具有許多復(fù)雜的元件，用于微定位的調(diào)制的激光束，其中利用相關(guān)的聚焦光學(xué)系統(tǒng)，這使得現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用是不現(xiàn)實(shí)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的通過(guò)由用軟件控制的顯示屏或顯示器代替復(fù)雜的照射系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
用這種方式，已被用于使結(jié)果可視化并向用戶提供在所有的計(jì)算機(jī)化的技術(shù)中所需的接口的顯示器可以成為大面積的光源，其具有可以配置的性能，能夠同時(shí)提供所有的技術(shù)。
首先分析VIS光譜測(cè)量，如果我們考慮到對(duì)于許多應(yīng)用，要求光譜實(shí)現(xiàn)的僅僅是用于識(shí)別特定的分析物的指紋識(shí)別能力，則這可以通過(guò)在用作光源的顯示器的一個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)地顯示RGB顏色(顏色掃描)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
例如，陰極射線管(CRT)計(jì)算機(jī)監(jiān)視器，從我們的目標(biāo)的觀點(diǎn)看來(lái)，是一個(gè)光源，其中一個(gè)掃描激光束激勵(lì)涂覆在屏的內(nèi)表面上的含磷的物質(zhì)的點(diǎn)的矩陣。
含磷的物質(zhì)是一種當(dāng)被電子束激勵(lì)時(shí)則發(fā)光的化學(xué)物質(zhì)，并且不同的含磷物質(zhì)發(fā)出不同顏色的光。在CRT彩色監(jiān)視器的情況下，在屏上的每個(gè)點(diǎn)由藍(lán)、紅和綠發(fā)光熒光體的3個(gè)斑點(diǎn)構(gòu)成，其構(gòu)成所謂的一個(gè)像素。每個(gè)顏色的不同的強(qiáng)度可以(對(duì)于人的眼鏡)產(chǎn)生許多不同顏色的并在一個(gè)寬的強(qiáng)度范圍內(nèi)的幻影。實(shí)際上每個(gè)顏色(紅綠藍(lán))不由單色源構(gòu)成，而由特定的強(qiáng)度分布(R(λ)，G(λ)，B(λ)，圖4)構(gòu)成。從顯示器上發(fā)出的顏色是以各自的范圍從0-1的r，g，b值加權(quán)的各個(gè)光譜的和(0-255用于24位的視頻卡的各個(gè)rgb通道)發(fā)出的顏色(λ)＝r×R(λ)+g×G(λ)+b×B(λ)不同的rgb值的組合提供大約16兆個(gè)顏色的一個(gè)范圍。如果任意選擇一組rgb顏色來(lái)模擬可見光譜的感覺(jué)，則發(fā)出的光譜類似于圖5所示的光譜。
這一組可用于進(jìn)行多波長(zhǎng)顏色掃描，以便保持產(chǎn)生不同的吸收光譜的能力(圖6)。
在圖6中，測(cè)試試樣可以是含在試管中的液體，或者是在透明襯底上的物質(zhì)，它們和在測(cè)試環(huán)境中的目標(biāo)物質(zhì)反應(yīng)。已經(jīng)研制了用于檢測(cè)分解的和氣態(tài)的物質(zhì)的許多指示劑系統(tǒng)(例如用于生物檢測(cè)，見R.Jelinek，S.Kolusheva，Biotechnology advances 19，109-118(2001)，vapor sensitive porphyrines in N.Rakow，K.Suslick，Science 406，710-713(2000))。其中的許多不加修改便可用于本發(fā)明中。不過(guò)，我們?cè)O(shè)想能夠研制對(duì)于應(yīng)用基于rgb的顏色優(yōu)化的指示劑。在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，其由可編程的光源(監(jiān)視器、顯示器、移動(dòng)電話、電視機(jī)顯示屏)構(gòu)成，其提供一個(gè)rgb顏色的受控的序列，一種測(cè)試試樣(液體或固體狀的物質(zhì))，其被設(shè)計(jì)用于在存在要被檢測(cè)的分析物(荷爾蒙、毒素、環(huán)境污物、毒氣等)時(shí)改變其光譜響應(yīng)，以及一個(gè)光檢測(cè)器。沒(méi)有提及提供一種用于使測(cè)試環(huán)境和試樣接觸的裝置，但是顯然需要一種這樣的裝置。
在這種新的方法中，單色化器被一種能夠容易得到的系統(tǒng)代替，該系統(tǒng)沒(méi)有可移動(dòng)的部件，該系統(tǒng)還提供某種類型的光檢測(cè)器所需的固有的斬波強(qiáng)度。
這是因?yàn)椋坏┍浑娮邮?lì)，像素的亮度便衰減直到在其掃描周期內(nèi)光束再次照射到。對(duì)于85Hz的一個(gè)典型的像素頻率(也稱為刷新頻率)，對(duì)于單個(gè)像素光源，這是固有的斬波頻率。
借助于激勵(lì)由幾個(gè)像素構(gòu)成的組可以產(chǎn)生較大的光源和在試樣上的較高的總光通量。來(lái)自試樣的光可被聚焦在檢測(cè)器上，以便增加檢測(cè)器的每個(gè)像素上的亮度。對(duì)于1024×648的像素的分辨率，利用大約14納秒的滯后激勵(lì)連續(xù)的水平像素，并利用大約14微秒(大約71kHz)的滯后激勵(lì)連續(xù)的垂直像素，不過(guò)和高頻重疊相比，85Hz的斬波圖案處于支配地位。
關(guān)于檢測(cè)器，可以是不同類型的，例如大面積的金屬-氧化物-半導(dǎo)體裝置，數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)，聚合物光檢測(cè)器或傳導(dǎo)的光敏檢測(cè)器，其取決于特定的應(yīng)用，都可以在一個(gè)柔性的或剛性的襯底上形成圖案。關(guān)于試樣物質(zhì)的光學(xué)性能，不僅應(yīng)當(dāng)具有光吸收性能，而且應(yīng)當(dāng)具有熒光，以便能夠進(jìn)行監(jiān)視。
當(dāng)使用液晶顯示(LCD)監(jiān)視器代替CRT時(shí)，刷新頻率具有不同的意義。在這種顯示屏中，每個(gè)像素的亮度保持恒定，直到下一個(gè)掃描周期根據(jù)要被顯示的信息引起改變或不引起改變。如果檢測(cè)器需要一種斬波光源，則可以借助于在每個(gè)刷新周期接通和斷開被照射的區(qū)域來(lái)引入。當(dāng)然這種方法也適用于CRT顯示屏，如果要求低于刷新頻率的激勵(lì)頻率的話。
表面光電壓光譜測(cè)量的情況遵循上面給出的相同的考慮，但是除去可能發(fā)生的吸收之外，還具有和檢測(cè)裝置的化學(xué)的或生物的相互作用。這些裝置例如可以是具有透明電極的半導(dǎo)體試樣(例如銦錫氧化物-ITO)，金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)，懸置門MIS裝置或電化學(xué)檢測(cè)器，其中和分析物的相互作用也改變光檢測(cè)器本身的電性能。
光源可以被減少到一個(gè)單個(gè)的像素，而仍然保留上述的光性能，尺寸大約為250微米邊長(zhǎng)，掃描間距也在這個(gè)范圍內(nèi)。在這些條件下，這種微小的光源(或者也可以由幾個(gè)被照射的像素構(gòu)成)可以在一個(gè)大面積的檢測(cè)裝置上方在空間上被掃描，其掃描方式和標(biāo)準(zhǔn)的SLPT或LAPS的相同，但是消除了昂貴而復(fù)雜的微定位臺(tái)和聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
關(guān)于檢測(cè)器本身，對(duì)于這種應(yīng)用，可以用顯示器輔助的型式使用在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)中使用的類似的裝置。
此外，可以設(shè)想VIS光譜測(cè)量和大面積的通常在空間上掃描的裝置相結(jié)合，例如，DNA芯片是一種媒介物，用于研究生物試樣中的遺傳信息。因而，DNA芯片對(duì)于這種基因研究以及醫(yī)療診斷是重要的工具。這種芯片可以包含數(shù)千個(gè)單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)，通常覆蓋幾個(gè)平方厘米的面積。它們通常使用熒光標(biāo)記的低聚核苷酸被詢問(wèn)，所述低聚核苷酸表達(dá)生物試樣的一些特定的性能，在陣列的光譜響應(yīng)的分布中產(chǎn)生不同的圖案。
如果在較大面積的陣列中展開相同的構(gòu)思，則每個(gè)單個(gè)的點(diǎn)可以由其光譜響應(yīng)來(lái)表征，而不移動(dòng)元件，只要在每個(gè)陣列元件的前方定位多波長(zhǎng)的掃描光，并使用面向完整的陣列的一個(gè)大面積的光檢測(cè)器(圖7)。
一種加速獲取處理并還使用已有的DAN或類似陣列的可能性是利用大面積顯示屏的光源同時(shí)照射整個(gè)陣列，并利用陣列光檢測(cè)器例如網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)獲取采集的光譜(圖8)。當(dāng)然在應(yīng)用中，例如DNA譯碼、在現(xiàn)場(chǎng)獲得的所獲取的信息，可以通過(guò)專家系統(tǒng)進(jìn)行在線解釋。
作為一個(gè)最后的例子，還有一個(gè)獲得單色化光的可能，其中使用光源的定位(例如在顯示屏上的白帶)，借助于在光路中插入一個(gè)光柵，以便把試樣暴露于單色化光。借助于精確地在顯示屏上移動(dòng)光源，使衍射光在試樣上移動(dòng)。在一個(gè)檢測(cè)器的情況下，如果衍射光通過(guò)一個(gè)窄縫被準(zhǔn)直，則光源的移動(dòng)在試樣上提供單色化的光(圖10)。
圖10說(shuō)明用于得到在光源位移和分辨率之間的簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系的有關(guān)的變量。
當(dāng)然在這個(gè)用于說(shuō)明構(gòu)思的簡(jiǎn)圖中，我們省略了一些在標(biāo)準(zhǔn)的單色化器中同樣產(chǎn)生的一些實(shí)際問(wèn)題，例如光源的有線的尺寸，或者在有限的光強(qiáng)度和與顯示屏之間的距離的折中，以便提高顏色分離效率。
靜態(tài)的單色化不僅是利用可編程的光源工作的裝置的一個(gè)例子，而且是一種以標(biāo)準(zhǔn)的SLPT設(shè)置對(duì)光進(jìn)行單色化的方法。
在所有的這些例子中，計(jì)算機(jī)顯示屏可以通過(guò)計(jì)算機(jī)上的軟件或通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)同時(shí)用于顯示測(cè)試結(jié)果或?qū)τ谶@些結(jié)果的分析，這是因?yàn)橹挥酗@示屏的一部分在多任務(wù)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)中被用作光源。
應(yīng)當(dāng)指出，這種大面積的光源可被聚焦在小面積的試樣上，從而用這種方式增加試樣上的光的強(qiáng)度。
因而本發(fā)明的一種實(shí)施方案由使用大面積的可編程的光源以及檢測(cè)器和合適設(shè)計(jì)的測(cè)試試樣構(gòu)成，測(cè)試試樣跟蹤在目標(biāo)環(huán)境中和分析物的反應(yīng)。測(cè)試試樣例如可以是試管的形式，具有合適的液體指示劑，其是在透明的襯底上的或者直接在檢測(cè)器的門上的一層指示劑。使測(cè)試試樣具有用于在所在的環(huán)境中檢測(cè)選擇的物質(zhì)所需的性能，其中通過(guò)所述物質(zhì)的光譜響應(yīng)的改變或者通過(guò)所述物質(zhì)和檢測(cè)器的相互作用進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)選擇的操作方式而定(圖9)。
還提供了用于產(chǎn)生真正的單色化光的一種方法和裝置。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法能夠利用良好地建立的分析技術(shù)的廉價(jià)的和簡(jiǎn)化的型式提供實(shí)際的分析應(yīng)用。


從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的已有技術(shù)的說(shuō)明和本發(fā)明的技術(shù)的說(shuō)明可以清楚地看出本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)。其中圖1表示一種標(biāo)準(zhǔn)的可見吸收光譜測(cè)量配置；圖2是一種標(biāo)準(zhǔn)的表面光電壓光譜測(cè)量配置；圖3是一種標(biāo)準(zhǔn)的掃描光脈沖技術(shù)(SLPT)配置；圖4是在CRT顯示屏的一個(gè)像素中不同的GRB顏色的點(diǎn)的典型的光譜分布；圖5是對(duì)于不同的R，G，B值來(lái)自CRT監(jiān)視器的光譜分布；圖6是一種顯示屏輔助的VIS光譜測(cè)量；圖7是一種用于在吸收陣列中進(jìn)行顏色識(shí)別的顯示屏輔助的VIS光譜測(cè)量；
圖8所示的原理和圖7的相同，但是讀出方法使用數(shù)字?jǐn)z影機(jī)；圖9是不同的液體試樣的顯示屏輔助的VIS吸收光譜和不同的氣體的SPLT圖像；以及圖10表示靜態(tài)的單色化器原理。
具體實(shí)施例方式
圖1是一種標(biāo)準(zhǔn)的可見吸收光譜測(cè)量配置。白色光源1由斬波器2和單色化器單色化和斬波。單色化器由輸入狹縫3、位置控制的光柵4、反射鏡5和輸出狹縫6構(gòu)成。離開單色化器的光通過(guò)試管8中的試樣7。射出的光由光檢測(cè)器9檢測(cè)，其強(qiáng)度作為光譜在計(jì)算機(jī)顯示屏10上顯示。通過(guò)電子控制單元11，計(jì)算機(jī)12控制光柵4的位置。
圖2a表示一種標(biāo)準(zhǔn)的表面光電壓光譜測(cè)量配置。白色光源1被2斬波，被3-6單色化，然后由13通過(guò)試樣環(huán)境17聚焦在半導(dǎo)體襯底15上。來(lái)自檢測(cè)器的信號(hào)通過(guò)電子控制單元11被耦聯(lián)到計(jì)算機(jī)12，電子控制單元控制單色化器3-6中的光柵4。檢測(cè)器包括具有金屬的背面的在半導(dǎo)體襯底15的上方的透明的振動(dòng)電極14。對(duì)于波長(zhǎng)測(cè)量的光電流作為曲線在計(jì)算機(jī)顯示屏10上被顯示。
圖2b是另一種檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，在絕緣層19的頂上具有透明的金屬層18，所述絕緣層位于半導(dǎo)體層20的頂上。另外，可以使用圖2c所示的懸掛的門檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，其中透明的金屬層21被設(shè)置被懸掛在半導(dǎo)體襯底22的上方一個(gè)短的距離處。
還可以使用圖2d的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，其具有被夾在兩個(gè)電極24和25之間的半導(dǎo)體襯底(或粉末)23，兩個(gè)電極中至少一個(gè)是透明的。
圖3是一種標(biāo)準(zhǔn)的掃描光脈沖技術(shù)(SLPT)配置。例如來(lái)自激光器的聚焦的斬波單色化光束31在金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)檢測(cè)器32的上方(或者在所謂的LAPS中的一個(gè)離子敏感裝置的上方)在空間上掃描，所述檢測(cè)器具有透明的金屬門，所述光束同時(shí)暴露于要被分析的目標(biāo)環(huán)境36。測(cè)得的光電流按照檢測(cè)器上的位置顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏10上。檢測(cè)器32被置于x-y-微定位板34上，并通過(guò)電子裝置35和計(jì)算機(jī)12相連。例如使用具有成分梯度和厚度梯度的門，對(duì)于不同的分析物，將具有在空間上分布的敏感性和選擇性，它們作為不同的化學(xué)圖像被成像在計(jì)算機(jī)顯示屏上。
圖4是在CRT顯示屏上顯示的純紅綠藍(lán)顏色的典型的光譜分布。
圖5是當(dāng)選擇RGB值的不同的組用于模擬可見光譜的感知時(shí)，來(lái)自CRT監(jiān)視器的一種典型的發(fā)射光譜分布。
圖6a是一種編程的顯示屏輔助的VIS光譜測(cè)量。作為控制接口使用的同一個(gè)顯示器60提供按照?qǐng)D5的彩色光61，使其通過(guò)測(cè)試試樣62，出射光被檢測(cè)器63捕獲，所述檢測(cè)器通過(guò)電子裝置64和計(jì)算機(jī)相連，從而在同一個(gè)計(jì)算機(jī)顯示器上畫出所得的光譜。在圖6b中，一個(gè)不同的試樣65被印刷在或沉積在玻璃或聚合物襯底66上，而以和圖6a所示的相同的方式被使用。
圖7是一種編程的顯示屏輔助VIS光譜測(cè)量，用于化學(xué)敏感陣列的顏色識(shí)別。用作控制接口的同一顯示器在面向試樣陣列的各個(gè)元素的顯示屏的選擇的區(qū)域內(nèi)提供按照?qǐng)D5的彩色光。例如，玻璃襯底71被懸置在顯示屏72的一部分上。在這個(gè)玻璃襯底上，一個(gè)DNA標(biāo)記的陣列73面向顯示屏，在襯底的另一側(cè)，設(shè)置有一個(gè)大面積的光檢測(cè)器74，其覆蓋DNA標(biāo)記的陣列的整個(gè)區(qū)域。光檢測(cè)器把其信號(hào)提供給電子接口75，電子接口把信號(hào)提供給計(jì)算機(jī)76。在玻璃襯底下方的顯示屏構(gòu)成一個(gè)大面積的發(fā)光窗口77，其又可以利用調(diào)制的多個(gè)波長(zhǎng)的光照射陣列的不同的元素(一次一個(gè))。對(duì)于玻璃襯底上的每個(gè)元素，可以記錄多波長(zhǎng)的光譜響應(yīng)。所得的光譜在同一個(gè)計(jì)算機(jī)顯示屏上被顯示。由計(jì)算機(jī)本身或者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可以提供數(shù)據(jù)和陣列解釋的專家評(píng)價(jià)。此外，如果需要，可以利用在顯示屏和試樣之間的衍射或折射透鏡使光聚焦。
所述試樣是DNA陣列，但是這種方法可以用于利用陣列的不同的點(diǎn)的光學(xué)性能進(jìn)行分析的任何陣列。
圖8所示的原理和圖7的相同，但是獲取處理被增強(qiáng)了，其中同時(shí)照射整個(gè)試樣陣列，并利用攝影機(jī)(萬(wàn)維網(wǎng)攝像機(jī)(web camera))捕獲由檢測(cè)器陣列81提供的信息。此外，如果需要，可以利用在顯示屏和試樣之間與/或在試樣和攝像機(jī)之間的衍射或折射透鏡使來(lái)自顯示屏的光聚焦。在圖7和圖8中也可以設(shè)想包括用于特定應(yīng)用的濾光器。
圖9的左面從頂部到底部是不同濃度的藍(lán)色苯胺，橙色氮蒽和熒光熒光素-鈉的VIS吸收光譜，在右邊是當(dāng)其暴露于作為目標(biāo)環(huán)境的干燥的空氣、氫氣或氨氣時(shí)使用Pt-Pd門檢測(cè)器(gate detector)獲得的SLPT圖像。注意在底部左方的圖表示的對(duì)于記錄的光譜的熒光的分布。
圖10表示靜態(tài)的單色化器原理。距離原點(diǎn)o為x的點(diǎn)光源被設(shè)置在對(duì)著可變的角α的表面S0上，使透射光柵的法線和S0成一個(gè)恒定的角度θ。
對(duì)于每個(gè)特定的波長(zhǎng)λ，在衍射級(jí)為m時(shí)，光柵的間距d和角度α確定出射角β。用這種方式，可以沿著距離表面S0的距離為a0+a1的表面S1上的一個(gè)距離Δym分解完整的光譜。如果在S1上放置一個(gè)縫寬為w的準(zhǔn)直的狹縫，當(dāng)光源沿x移動(dòng)時(shí)，光譜的不同的成分便通過(guò)狹縫射出，照射到檢測(cè)器上。
如果省略所述狹縫，則可以使用在相同位置的陣列檢測(cè)器，并且在原理上能夠獲得完整的光譜，其具有由所述陣列檢測(cè)器的數(shù)量和尺寸給出的分辨率。
權(quán)利要求
1.一種方法，其特征在于使用程序控制的顯示屏作為光源，用于測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源由計(jì)算機(jī)、TV或任何其它有源顯示屏中的一個(gè)或幾個(gè)被激勵(lì)的像素構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，照射區(qū)域被移動(dòng)而不需要可移動(dòng)的部件。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個(gè)單個(gè)的像素的光的強(qiáng)度由軟件單獨(dú)地進(jìn)行調(diào)制。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個(gè)像素的顯示屏的顏色在可見光范圍內(nèi)由軟件單獨(dú)地進(jìn)行掃描。
6.如權(quán)利要求1-5任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，光源的顏色、尺寸、形狀、調(diào)制和背景顏色通過(guò)用戶接口配置。
7.如權(quán)利要求1-6任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，一個(gè)程序控制的光源通過(guò)測(cè)試試樣照射一個(gè)檢測(cè)器，它跟蹤在測(cè)試環(huán)境中和目標(biāo)分析物的相互作用，從而影響檢測(cè)的信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述測(cè)試試樣本身在化學(xué)上或生物化學(xué)上被改變，以便根據(jù)和目標(biāo)分析物的相互作用改變其光譜響應(yīng)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，一個(gè)常規(guī)設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)被插在光路中，用于增加空間分辨率和檢測(cè)的限制。
10.如權(quán)利要求7-9任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，所述光檢測(cè)器是一個(gè)唯一的元件或者是多個(gè)檢測(cè)器的陣列，例如在網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)中的檢測(cè)器。
11.如權(quán)利要求7-10任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，同一個(gè)計(jì)算機(jī)控制整個(gè)裝置光源，儀器儀表和配置接口，使得提供試樣物質(zhì)的光譜或化學(xué)圖像或任何其它的性能，它們被在同一個(gè)顯示屏上顯示。
12.如權(quán)利要求7-11任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)還在本地或者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接提供觀測(cè)到的性能的評(píng)價(jià)。
13.如權(quán)利要求7-12任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的獲取由專家例如通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在線評(píng)價(jià)。
14.如權(quán)利要求7-13任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，檢測(cè)的結(jié)果在顯示屏的不用于照射檢測(cè)裝置的一部分上被顯示。
15.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所有的操作形式可被同時(shí)地進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，一種衍射元件被置于移動(dòng)的光源的前方，因而提供彩色的輸出光譜。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述的衍射光借助于光源的受控的位移通過(guò)一個(gè)準(zhǔn)直的狹縫掃描。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述衍射元件可以是透射光柵、反射光柵或棱鏡，根據(jù)選擇的幾何形狀而定。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述準(zhǔn)直的狹縫可以由一個(gè)陣列檢測(cè)器代替。
20.一種裝置，其特征在于，其被專門設(shè)計(jì)用于利用由一個(gè)程序控制的顯示器提供的光，以上述的任何一種方法工作。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，其是一種光學(xué)元件(透鏡，光柵，濾光器等)。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，其是一種光檢測(cè)器。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，其和測(cè)試環(huán)境相互作用。
24.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，其含有專門設(shè)計(jì)用于根據(jù)化學(xué)或生化反應(yīng)表示光譜改變的分子或物質(zhì)。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，其含有專門設(shè)計(jì)用于和rgb彩色照射一道使用的分子或物質(zhì)。
26.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，其利用所述顯示器作為大面積的光源，用于照射大面積的試樣，然后照射在檢測(cè)器的前方的一個(gè)聚焦透鏡。
27.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，其利用所述顯示屏作為大面積的光源，所述光被聚焦在一個(gè)小面積的試樣上，在檢測(cè)器的前方具有或者沒(méi)有放大透鏡。
28.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，其利用一個(gè)顯示器作為光源，并利用一個(gè)保持器用來(lái)在離開顯示器一個(gè)給定的距離處保持測(cè)試試樣。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，一個(gè)透鏡或者光柵被插在所述試樣保持器和所述顯示器之間。
30.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，設(shè)置一個(gè)光檢測(cè)器，用于觀察測(cè)試試樣。
31.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，其是在顯示屏和試樣保持器之間的聚焦透鏡。
32.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，其是在試樣保持器和檢測(cè)器之間的放大透鏡。
33.一種裝置，其特征在于，其組合權(quán)利要求31和32。
34.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)試試樣和所述測(cè)試環(huán)境相互作用。
35.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，測(cè)試試樣含有專門設(shè)計(jì)用于根據(jù)化學(xué)或生化反應(yīng)表示光譜改變的分子或物質(zhì)。
36.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，其含有專門設(shè)計(jì)用于和rgb彩色照射一道使用的分子或物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)用的低成本的方法和裝置，其使用幾個(gè)涉及受控的光源的光學(xué)輔助的分析技術(shù)的利益。所述方法包括使用程序控制的顯示器(例如計(jì)算機(jī)，移動(dòng)電話或TV的顯示屏)作為光源用于照射專門配置的檢測(cè)器，以便捕獲和測(cè)試環(huán)境發(fā)生的光相互作用，使得能夠產(chǎn)生所述環(huán)境的不同的光譜和化學(xué)的或生化的圖像。此外，可以在現(xiàn)場(chǎng)收集信息而通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行即時(shí)的在線分析。
文檔編號(hào)G01N21/27GK1618257SQ02827901
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月7日
發(fā)明者丹尼爾·菲利皮尼, 英厄馬爾·倫德斯特 申請(qǐng)人:丹尼爾·菲利皮尼, 英厄馬爾·倫德斯特