DE102007054309A1 - Optische Anordnung zur Erhöhung der Wechselwirkungslänge in stark steuernder Matrix - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur hochempfindlichen Detektion einer auf einem optisch stark streuenden Festkörpersubstrat befindlichen Substanz, die ihre optischen Eigenschaften bei Hinzukommen einer zweiten zu analysierenden Substanz verändert. Um auch geringste Konzentrationen dieser Substanz noch zu quantifizieren, wird als erfindungsgemäße Lösung die Empfindlichkeit durch Maximierung der Weglänge erhöht. Damit wird die Interaktionslänge durch den geeigneten Abstand von Einstrahlort und Detektionsort erfindungsgemäß bestimmt unter den Nebenbedingungen, dass die Strahlung nicht das Medium verlässt und die detektierte Strahlungsmenge am Detektor ausreichend hoch ist für eine rauscharme Detektion.

Description

• Aufgabenstellung
• Auf einem (optisch stark streuenden) Festkörpersubstrat befindliche Substanz, die ihre optischen Eigenschaften bei Hinzukommen einer zweiten zu analysierenden Substanz verändert, soll hochempfindlich detektiert werden, um auch geringste Konzentrationen dieser Substanz noch zu quantifizieren.
• Stand der Technik
• Unter bestimmten Umständen ist es erwünscht, sehr niedrige Konzentrationen bestimmter organischer oder anorganischer Verbindungen zu messen. In der Medizin ist es beispielsweise sehr nützlich, die Konzentration einer, zumeist in Lösung befindlichen, gegebenen Molekülart zu bestimmen, welche entweder von Natur aus in physiologischen Fluiden (wie z. B. Blut, Speichel oder Urin) vorliegen, oder welche in das lebende System eingeführt wurde (wie z. B. Medikamente oder Toxine, bzw. Kontaminate). Aufgrund des rasch fortschreitenden Wissenstandes der molekularen Grundlage sowohl normaler als auch krankhafter Zustände lebender Systeme, gibt es einen steigenden Bedarf nach Detektionsverfahren, welche quantitativ, spezifisch für das interessierende Molekül, hochempfindlich und relativ einfach zu implementieren sind. Zu Beispielen interessierender Moleküle in einem medizinischen und/oder biologischen Zusammenhang zählen, sind aber nicht darauf beschränkt, Medikamente, Rauschmittel, Sexual- und Adrenalin-Hormone, biologisch aktive Peptide, zirkulierende Hormone und Antigene in Verbindung mit Tumoren oder infektiösen Wirkstoffen. Im Falle von Medikamenten erfordert beispielsweise die sichere und wirksame Anwendung eines speziellen Medikaments, dass dessen Konzentration im Kreislaufsystem innerhalb relativ enger Grenzen gehalten wird, was als der therapeutische Bereich bezeichnet wird.
• Es ist bekannt, dass die Nutzung von spezifisch bindenden, strahlungsemittierenden Partikeln diese Aufgabe erfüllen kann (Radionuklid-Assay). Nachteile solcher Verfahren sind der hohe Aufwand bei der Abschirmung der Strahlung und die aufwändige Entsorgung solcher Proben, sowie der technische Aufwand zur Erzeugung kurzlebiger Radionuklide, die in der Regel zur Bindung an die genannten Analyte genutzt werden. Zudem kann eine Kontamination in der näheren Umgebung des Messplatzes die gesamte Messung hinfällig machen, da durch die verwendeten Detektoren die Richtung, aus der die Strahlung stammt, nicht gut unterschieden werden kann. In den meisten Anwendungsfällen wird daher die Nutzung des nicht-ionisierenden Anteils der elektromagnetischen Strahlung angestrebt.
• Es ist bekannt, dass geringe Konzentrationen an Analyt in Lösungen optisch spektroskopisch mit größerer Empfindlichkeit erfasst werden können, wenn die optische Weglänge durch die Probe lang ist. Wenn die Probenmenge, wie dies häufig der Fall ist, begrenzt ist, weist die optimale Messzelle einen geringen Querschnitt und eine große Länge auf. Dies nutzt beispielsweise die in EP 0 523 680 dargestellte Lösung, wo unter Nutzung eines Kapillarrohres, entlang dessen Achse die flüssige Probe durchstrahlt wird, ein kleines, nicht-streuendes Probenvolumen hochempfindlich erfasst wird.
• Es ist bekannt, dass mit der Verwendung von lumineszierenden Bindungspartnern, die an den zu detektierenden Substanzen haften und sonst ausgewaschen werden, eine empfindliche Detektionsmethode existiert, die jedoch durch die zusätzlichen Applikations- und Waschschritte einen Handhabungsnachteil mit Fehlerquellen und einen hohen Verbrauch an Zusatzstoffen hat. Zudem ist die Detektion an eine zuverlässig abgedunkelte Zelle geknüpft, um die gewünschte Empfindlichkeit zu realisieren. Dies kollidiert jedoch mit der Handhabung, da die Einzel-Testelemente entweder schnell gewechselt werden sollen (z. B. in einem klinischen Labor) oder von unerfahrenen Personen bedient werden.
• Eine wachsende Anzahl von Probenformaten (Probenträgern) verwendet einen Wegwerf-Teststreifen, eine strömungstechnische Vorrichtung oder -karte. Herkömmliche Wegwerf-Testelemente, die bei photometrischen Tests verwendet werden, haben meist die Form der im Stand der Technik bekannten Teststreifen, auf denen ein Testfeld aufgebracht ist. Zusätzlich kann auch ein Kontrollfeld aufgebracht sein, welches die ordnungsgemäße Funktion (Probenaufgabe) überprüft. Das Testfeld nimmt die zu prüfende Probe auf und enthält typischerweise Reagenzien, die für die vorzunehmende Prüfung erforderlich sind. Das im Testfeld verwendete Reagenzsystem kann unterschiedliche Funktionen erfüllen. Die Probe wird entweder direkt auf das Testfeld aufgegeben oder auf ein spezielles Feld auf dem Teststreifen aufgegeben und dem Testfeld zugeführt. Nach Ablauf einer erforderlichen Reaktionszeit werden zur Analyse der Probe charakteristische Farbänderungen mit Hilfe einer Analyseeinheit reflexionsphotometrisch vermessen. Das Auswertegerät, das zur Auswertung eines Analyseergebnisses vorgesehen ist, ist in der Regel für einen ganz bestimmten Typ von Testelementen eines bestimmten Herstellers geeignet. Die Testelemente und das Auswertegerät bilden somit wechselseitig aufeinander abgestimmte Bestandteile und werden üblicherweise insgesamt als Analysesystem bezeichnet. Derartige Analysesysteme werden beispielsweise in der US 5,281,395 und US 5,424,035 beschrieben.
• Verschiedene Ansätze zur Verbesserung der photometrischen Messung sind bereits im Stand der Technik dargelegt. In der DE 199 38 839 wird das Problem einer optischen Detektion durch den Einsatz eines optisch durchlässigen Mediums mit reflektierendem Hintergrund beschrieben, welches auf die Verwendung von im Computerbereich üblichen CD-ROM-Lesegeräten als Messgerät abzielt. Durch die Reflexion wird die Detektionsschicht mindestens zweimal durchstrahlt, was auch eine Erhöhung der Empfindlichkeit bewirkt.
• Die Darstellung des Standes der Technik in der DE 102 10 436 A1 führt weitere Beispiele aus:
  [0003] Beispielsweise offenbart die DE-A-692 27 545 ein Analyseverfahren unter Messung des diffusen Reflexionsgrades einzelner Frequenzbereiche. Das mittels einer Faseroptik eingestrahlte Licht wird, je nach verwendeter Wellenlänge und Probe, nach kurzen Distanzen bereits diffus reflektiert. Das reflektierte Licht wird dann mit der gleichen oder weiteren Fasern wie in DE-A-42 42 083 , DE-A-44 15 728 , DE-A-43 37 570 und DE-A-199 34 038 beschrieben gesammelt.
  [0004] Die DE-A-43 37 570 offenbart eine Anordnung, die durch Bestimmung der Lichtlaufzeit ermittelt, in welcher Tiefe der Probe das Licht reflektiert wurde. Diese zusätzliche Information ist bei inhomogenen Proben wie z. B. der menschlichen Haut wertvoll, um ein differenziertes Bild über die Konzentrationsverteilungen einzelner Analyte zu gewinnen. Eine Durchleuchtung (Transmission) ist, wie in WO-A-01/01852 dargelegt, für eine IR-Absorptionsbestimmung von Glucose in der menschlichen Haut nicht möglich, weil es dafür keine hinreichend dünne Körperstelle gibt. Die magnetooptische Drehung der Polarisationsebene von polarisiertem Licht in der Wechselwirkung mit den Molekülen einer Probe kann genutzt werden, um Mischungen von z. B. Kohlenwasserstoffen zu analysieren (E. Hecht "Optik" Addison-Wesley, 1989). In diesem Faraday-Effekt-Spektrometer wird die Probe normalerweise durchleuchtet (Transmissionsspektrometer), wobei die Lichtwellenlänge innerhalb der Probe, wie in JP-A-2000111585 und JP-A-63266323 beschrieben, konstant und definiert ist.
  [0005] Der Vergleich der beobachteten Absorption mit Absorption an Proben bekannter Konzentration erlaubt gemäß EP-A-94915814 , EP-A-91906149 , EP-A-552300 und DE-A-199 63 561 Rückschlüsse auf deren Analytkonzentration.
• Sobald allerdings die zu analysierende flüssige oder feste Probe stark streut (im Mittel mehr als ein Streuereignis beim Durchgang durch das betrachtete strahlungsdurchdrungene Volumen), ist diese Probe durch die herausgestreuten Anteile nicht mehr zuverlässig zu analysieren, da die durch Streuung nicht auf den Detektor treffenden Strahlenanteile nicht von den absorbierten Strahlenanteilen unterschieden werden können. Somit ist bei solchen Proben eine einfache Lösung, wie die oben genannten Verfahren, nicht mehr zur Steigerung der Empfindlichkeit anwendbar.
• Zur Umgehung der Probleme bei der Messung an streuenden Medien wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Die US 5,962,852 A beschreibt ein konfokal arbeitendes Verfahren in dem Licht in unterschiedliche Tiefen eines biologischen Gewebes fokussiert werden soll, um aus der Rückstreuung aus der Region des Fokus Rückschlüsse auf die Konzentration des gesuchten Analyten zu ziehen. Zur Hilfe bei der Einhaltung der Region des Fokus wird vorgeschlagen ein Niederkohärenz-Meßverfahren zusätzlich zur Konfokaltechnik zu nutzen. Weiterhin ist vorgeschlagen mehrere Wellenlängen zu nutzen, um ausreichende Information über die Absorption des Analyten zu erhalten. Die Bestimmung soll über eine Kalibration mit einer Konzentrationsreihe des Analyten geschehen. Der technische Aufwand ist enorm (n kurzgepulste Emitter mit x Wellenlängen und m zeitabhängig geschaltete Detektoren angeordnet an einem Strahlteiler). Auch ist die technische Realisierung des Strahlteilers nicht klar beschrieben, wofür jedoch bei gleicher Wellenlänge des eingestrahlten und detektierten Lichtes nur die lineare Polarisation in Frage kommt, welche jedoch generell durch Streuprozesse verloren geht. Daher dürfte der detektierte Anteil des gestreuten Lichtes sehr gering sein. Zudem nimmt mit der Tiefe der Fokus-Region die Intensität des auf dem gleichen Wege zurückgestreuten Lichtes stark ab. Eine hochempfindliche Analyse wird durch starke Streuung der Matrix aufgrund der geringen Lichtintensitäten bei größeren optischen Weglängen nicht möglich sein.
• US 6,534,012 B1 beschreibt ein Verfahren welches durch kontrollierte Kompression des Testkörpers, bzw. des Testfluids die Streuung moduliert (der Abstand der Streuzentren wird verändert) und so den Einfluss getrennt von der Absorption, die sich durch die Kompression nicht ändert, erfassen kann. Dieses Verfahren ist für eine hochempfindliche Auswertungsvorrichtung für biologisch (durch den Analyten) kontaminierte Substrate jedoch wegen der möglichen Kreuzkontamination zwischen nacheinander gemessenen Einzel-Testelementen nicht einsetzbar.
• Bei festen Testsubstraten ist das Problem einer Steigerung der Empfindlichkeit nur durch Aufkonzentration der Probe – was vielfach nicht reproduzierbar und ohne Verfälschungen möglich ist – und durch die Erhöhung der Quote der chemischen Umsetzung der Analyten an der im Testsubstrat gebundenen Substanz zu erreichen. Damit ist die hochempfindliche Detektion nur in engen Grenzen möglich.
• Erfindungsgemäße Lösung
• Die Verlängerung der optischen Weglänge kann in streuenden Medien durch eine Einstrahlung an einer definierten Stelle und die Detektion an einer benachbarten, in definiertem Abstand (d) dazu liegenden Stelle erfolgen. Die Weglänge des Lichts (s) nimmt hierbei näherungsweise linear mit dem Abstand d zu (R. A. Bolt, K. R. Rinzema, J. J. ten Bosch, Pure Appl. Opt. 4, 1995). Bei kleiner Absorption beträgt die Verlängerung des Weges s/d ≈ 4,5. Hierdurch werden vor allem diejenigen Anteile der Strahlung erfasst, die in der Tiefe des Substrats durch Streuung in einiger Entfernung wieder an die Oberfläche gelangen. Insgesamt gesehen führt dies zu einer Verlängerung des durch das Licht zurückgelegten optischen Weges und damit zur Erfassung eines größeren Anteils von chemischer Umsetzung der Analyten an der im Testsubstrat gebunden Substanz.
• Die Strahlungsverteilung sollte möglichst vollständig innerhalb des Substrats liegen. In der Diffusionsnäherung der Strahlungstransportgleichung kann die Strahlungsverteilung in Abhängigkeit vom Abstand (d) der Orte für die Einstrahlung und Detektion näherungsweise bestimmt werden (S. Feng, F.-A. Zeng, B. Chance, Appl. Opt. Vol 34 No 19, 1995). Für die Lichtausbreitung ergibt sich der Dämpfungskoeffizient zu μeff = (3 μa(μa + μs(1 – g))1/2
• Die Tiefe in der das Maximum der detektierten Strahlungsverteilung liegt erreicht ein Maximum in der Mitte zwischen Einstrahlort und Detektionsort. Diese Tiefe kann für zwei Fälle: starke (μ_eff d >> 1) und schwache ((μ_eff d << 1)) Dämpfung bestimmt werden zu: zmax = (2)1/2 d/4 schwache Dämpfung zmax = (d/(2 μeff))1/2 starke Dämpfung
• Diese Lösungen sind in 2 für eine typische Dämpfung von μ_eff = 0,5 mm^–1 gezeigt.
• Um also die Strahlungsverteilungen möglichst vollständig im Substrat zu halten, sollte z_max gleich oder kleiner der halben Substratdicke betragen.
• Das Messprinzip funktioniert in gleicher Weise unabhängig davon, ob die Einstrahlung und Detektion auf der gleichen Seite des Substrats oder auf gegenüberliegenden Seiten liegt.
• Zur technischen Umsetzung sind folgende Punkte zu berücksichtigen:
  Durch die Verlagerung der optischen Wegstrecke in die Tiefe des Substrats ist eine chemische Umsetzung des Analyten auch in der Tiefe des Substrates sicherzustellen, bzw. dessen aktive Eindringtiefe bei der Wahl der Abstände zwischen Einstrahlort und Detektionsort zu berücksichtigen.
• Durch die Streuung vermindert sich der Anteil der Einstrahlungsintensität, die am Detektionsort zu erfassen ist. Daher müssen in Abhängigkeit des Testsubstrates, der Absorptionseigenschaften der auf einem (optisch stark streuenden) Festkörpersubstrat gebundenen Substanz, die ihre optischen Eigenschaften bei Hinzukommen einer zweiten zu analysierenden Substanz verändert (im folgenden Farbreaktion genannt, aber nicht auf den sichtbaren Bereich beschränkt) und der Parameter des Detektors der Abstand Einstrahlort zu Detektionsort und die Einstrahlintensität passend gewählt werden.
• In Weiterführung des Erfindungsgedankens ist es möglich, die Geometrie der Beleuchtung- und Detektionsflächen an die von der Testreaktion vorgegebenen Spezifika anzupassen. Insbesondere kann bei einer linienförmigen oder rechteckigen Form der an das Testsubstrat gebundenen Substanz die Form der Flächen so gewählt werden, dass durch die optische Integration über die Beleuchtungsfläche das Rauschen minimiert wird. Zur Verdeutlichung sei als eine mögliche Ausführung die Gestaltung eines rechteckigen Detektors und einer linienförmigen Beleuchtung genannt, wobei das durchstrahlte Volumen die gesamte Breite des Testsubstrats/Probenträgers umfasst und nicht auf eine beispielsweise kreisförmige Fläche beschränkt ist, welche zu einer fehlenden Ausnutzung der Randbereiche führen würde. Ohne Beschränkung der Erfindung sind ebenfalls andere denkbare Anordnungen, wie kreisförmige oder dreidimensionale Gestaltungen des Testsubstrates eingeschlossen.
• Ebenfalls in Weiterführung des Erfindungsgedankens kann die Erfassung einer nicht für die Farbreaktion vorgesehenen Fläche des Testsubstrats/Probenträgers erfolgen, um einen verbesserten Nullabgleich zu erreichen und darüber die Sensitivität und Robustheit der Messung zu erhöhen.
• Ebenfalls in Weiterführung des Erfindungsgedankens kann an zwei oder mehr räumlich getrennten Orten auf dem Probeträger eine unterschiedliche Konzentration der fest gebundenen ersten Substanz erfolgen, die über einen Vergleich die Messung robuster und damit sensitiver machen. Hierzu liegt die Aufgabestelle symmetrisch zwischen den Testfeldern, wobei sich das Analyt in alle Richtungen gleichmäßig zu den Testfeldern bewegt.
• Ebenfalls in Weiterführung des Erfindungsgedankens können mehrere gleichartige Tests parallel auf dem Substrat an räumlich getrennten Orten durchgeführt werden, deren Testergebnis sequentiell durch eine der beschriebenen Lichtquellen-Detektor-Anordnungen erfasst wird oder teilweise oder ganz zeitlich parallel durch eine Mehrzahl der beschriebenen Lichtquellen-Detektor-Anordnungen erfasst wird.
• Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt das Prinzip der Erhöhung der Wechselwirkungslänge beispielhaft an einer fasergekoppelten Lösung für eine Reflexionsanordnung. Im Freistrahl, d. h. mit einer Lichtquelle, die direkt oder über eine Optik das Substrat beleuchtet, und als Transmissionsanordnung, d. h. Lichtquelle und Detektor bzw. deren jeweilige Fasern befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats, ist das Prinzip genauso anwendbar.
• 2 zeigt die erreichbare Tiefe des durchstrahlten Volumens in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Einstrahlort und Detektionsort bei 2 verschieden stark streuenden Testelementen.
• 3 zeigt ein Ergebnis eines Chromatographie-Assay, bei dem verschiedene Auswertungen der Zone der Farbreaktion erfolgt sind. Es wurden bei der mit C gekennzeichneten Reihe an der gleichen Stelle beleuchtet und gemessen (lokale Reflexion). In der Reihe B wurde an einer kleinen Fläche beleuchtet und an einer großen, die Beleuchtungsfläche beinhaltenden Fläche detektiert.
• In der Reihe A wurde an einer kleinen Fläche beleuchtet und räumlich getrennt davon an einer kleinen Fläche detektiert. Alle Bilder sind so in Helligkeit und Kontrast eingestellt, dass jeweils der volle Umfang der 8 Bit-Aufnahme (Scan von Beleuchtungsfläche und Detektionsfläche über den Teststreifen mit beispielsweise einem Laser-Scan-Mikroskop) ausgenutzt wird. Die Variationen in einer Reihe schließen ein, die Variation des lateralen Abstandes der Beleuchtungsfläche von der Detektionsfläche (nur Reihe A), die Größenveränderung der Beleuchtungs-/Detektionsfläche und die Nutzung von gekreuzten Polarisatoren für Beleuchtung und Detektionsstrahlung.
• 4 zeigt die Profile aus den Bildern in 3, wobei alle Pixel der Vertikalen (jede Spalte) gemittelt wurden und jeweils über Gruppen von 8 Pixeln der Horizontalen (Zeilen) der Bilder gemittelt wurde. Das ermittelte Signal zu Rausch-Verhältnis (Signal/Noise) ist neben den Profilen angegeben. Es ist klar zu erkennen, dass mindestens eine Erhöhung der Sensitivität um das Fünffache zu erwarten ist, wenn statt lokaler Reflexion die Reflexion in lateralem Abstand gemessen wird.

1

Einstrahlfaser

2

Detektionsfaser

3

zweite Position der Detektionsfaser

4

stark streuende Matrix mit Reagenzsystem

5

Trägersubstrat

6

Durch Streuung durchstrahlter Bereich der in 2 detektierten Photonen

7

Durch Streuung durchstrahlter Bereich der in 3 detektierten Photonen

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - EP 0523680 [0004]
• - US 5281395 [0006]
• - US 5424035 [0006]
• - DE 19938839 [0007]
• - DE 10210436 A1 [0008]
• - DE 69227545 A [0008]
• - DE 4242083 A [0008]
• - DE 4415728 A [0008]
• - DE 4337570 A [0008, 0008]
• - DE 19934038 A [0008]
• - WO 01/01852 A [0008]
• - JP 2000111585 A [0008]
• - JP 63266323 A [0008]
• - EP 94915814 A [0008]
• - EP 91906149 A [0008]
• - EP 552300 A [0008]
• - DE 19963561 A [0008]
• - US 5962852 A [0010]
• - US 6534012 B1 [0011]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• - E. Hecht "Optik" Addison-Wesley, 1989 [0008]
• - R. A. Bolt, K. R. Rinzema, J. J. ten Bosch, Pure Appl. Opt. 4, 1995 [0013]
• - S. Feng, F.-A. Zeng, B. Chance, Appl. Opt. Vol 34 No 19, 1995 [0014]

Claims (19)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Wechselwirkungslänge in einer stark streuender Matrix dadurch gekennzeichnet, dass – elektromagnetische Strahlung an einem in definiertem Abstand zum Einstrahlort liegenden Detektionsort erfasst wird, welche über Interaktion mit einer in einer stark streuend Matrix gebundenen ersten Substanz Rückschlüsse auf die Menge einer zu detektierenden zweiten Substanz erlaubt – der Abstand über eine Berechnungsvorschrift derart definiert gewählt ist, dass die Wechselwirkungslänge maximal ist und die mit geeigneten Detektoren erfasste Menge der elektromagnetischen Strahlung vom Rauschen des Detektors zu unterscheiden ist unter Berücksichtigung der über die an der ersten Substanz erreichbaren Veränderungen an der elektromagnetischen Strahlung die durch die mengenmäßig an der Nachweisgrenze vorhandene zweite Substanz ausgelöst werden.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte gebundene erste Substanz durch Reaktion mit der zu analysierenden zweiten Substanz eine Absorptionsveränderung der elektromagnetischen Strahlung erzeugt.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte gebundene erste Substanz die Fortschwemmung der zu analysierenden zweiten Substanz verhindert und so eine Absorptionsveränderung der elektromagnetischen Strahlung erzeugt.
4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte gebundene erste Substanz durch eine Umsetzungsreaktion mit der zu analysierenden zweiten Substanz eine Absorptionsveränderung der elektromagnetischen Strahlung erzeugt.
5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte gebundene erste Substanz durch Reaktion mit der zu analysierenden zweiten Substanz bei geeigneter Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung eine veränderte Streuung erzeugt.
6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Reaktion durch mehr als zwei Substanzen erzeugt wird.
7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der elektromagnetischen Strahlung durch geeigneten gepulsten oder modulierten Betrieb von Lichtquelle und Detektor (Lock-In-Technik) von Störeinflüssen getrennt werden kann.
8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der elektromagnetischen Strahlung durch plazieren eines geeigneten Filters vor dem Detektor von Störstrahlung unbeeinflusst bleibt.
9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der elektromagnetischen Strahlung durch Detektion eines Untergrundsignals von Störeinflüssen bereinigt wird.
10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einstrahlort und Detektionsort auf der gleichen Seite des Teststreifens liegen (Reflexionsanordnung).
11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsvorschrift für den Abstand d der Beleuchtungs- und Detektionsflächen bei starker Dämpfung (μ_eff d >> 1) lautet: z_max ≤ ½ Substratdicke, mit z_max = (d/(2 μ_eff))^1/2.
12. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsvorschrift für den Abstand d der Beleuchtungs- und Detektionsflächen bei schwacher Dämpfung (μ_eff d << 1) lautet: z_max ≤ ½ Substratdicke, mit z_max = (2)^1/2 d/4.
13. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einstrahlort und Detektionsort auf verschiedenen Seiten des Teststreifens liegen (Transmissionsanordnung).
14. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsvorschrift für den Abstand d der Beleuchtungs- und Detektionsflächen bei starker Dämpfung (μ_eff d >> 1) lautet: z_max ≤ ½ Substratdicke, mit z_max = (di(2 μ_eff))^1/2.
15. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsvorschrift für den Abstand d der Beleuchtungs- und Detektionsflächen bei schwacher Dämpfung (μ_eff d << 1) lautet: z_max ≤ ½ Substratdicke, mit z_max = (2)^1/2 d/4.
16. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Beleuchtungsfläche und Detektionsfläche so an die Fläche der nachzuweisenden Substanz angepasst wird, dass eine räumliche Mittelung erzielt wird.
17. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnungen von mehreren Lichtquellen oder mehreren Detektoren so an die Fläche der nachzuweisenden Substanz angepasst werden, um eine räumliche Mittelung herbeizuführen.
18. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Testfelder räumlich getrennt auf dem Substrat angeordnet sind und zeitlich sequentiell abgetastet werden.
19. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Testfelder räumlich getrennt auf dem Substrat angeordnet sind und durch mehrere Lichtquellen-Detektor-Anordnungen zeitlich parallel abgetastet werden.