CN102713571B - 具有成像光学元件的传感器设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测结合到载体(11)的结合表面(12)的颗粒(MP)的方法和传感器设备(100)。所述传感器设备(100)包括用于将结合的颗粒(MP)成像于图像传感器(53)上的显微镜(50)。为了增加显微镜(50)的空间分辨率，提供能够使载体(11)相对于图像传感器(53)产生位移的位移单元(60，70，80)。因而能够以高精确度确定结合的颗粒(MP)与所述结合表面(12)的距离和/或对力做出反应的其横向位移。这允许区分经由较小目标颗粒结合到结合表面(12)的大磁性颗粒(MP)的特定结合与非特定直接结合。

Description

具有成像光学元件的传感器设备

技术领域

本发明涉及用于检测结合到载体的结合表面的颗粒的传感器设备和方法。

背景技术

WO 2008/155716公开一种光学生物传感器，其中输入光束被全内反射并且针对反射表面处目标成分的量检测和评估所得到的输出光束。目标成分包括作为标签的磁性颗粒，其允许通过磁力影响样本中的过程。

对于荧光显微镜(US2009/045351)和表面等离子体显微镜(YUK J.S.et al.：“Development of a scanning surface plasmon microscope based on whitelight for analysis of a wide range of protein arrays”，SENSORS ANDACTUATORS B，ELSEVIER SEQUOIA S.A.，LAUSANNE，CH，Vol.131，no.1，2008-04-14，第241-246页)已经描述了移动研究区域以利用显微镜对其进行扫描。并且，已经描述了表面等离子体显微镜，其中入射束的反射强度用于确定包含乳胶颗粒的样本的本地折射率(WATANBE K.et al.：“Localized surface plasmon microscope with an illumination systememploying a radially polarized zeroth-order Bessel beam”，Optics Letters，Vol.34，no.8，第1180-1182页)。

发明内容

基于该情形，本发明的目的在于提供用于改善颗粒检测精确度的方式，尤其是对于低颗粒浓度。

通过根据权利要求1所述的传感器设备、根据权利要求2所述的方法以及根据权利要求15所述的用途来实现该目的。在从属权利要求中公开了优选实施例。

根据其第一方面，本发明涉及一种用于检测位于载体表面处的颗粒的传感器设备，其中由于所考虑的颗粒在许多重要应用中将被结合到该表面，因此所述表面被称为“结合表面”。待检测的颗粒典型地包括具有能够被检测的一些属性(例如光学密度、磁化系数、电荷、荧光性、放射性等)的纳米颗粒或者微颗粒。载体将优选由例如玻璃或者聚苯乙烯的透明材料制成，以允许给定(特别是可见光、UV和/或IR)光谱的光传播。载体可以是传感器设备的一部分或者是与传感器设备分离的独立部件，例如通过一次性盒实现。传感器设备包括下面部件：

a)具有图像传感器的光学系统，将颗粒(如果存在于结合表面处)成像于该图像传感器上。由于颗粒在图像传感器上的图像将典型地被放大，因此下面将具有图像传感器的光学系统-不失一般性地-简称为“显微镜”。优选地，显微镜将通过(透明)载体对结合表面成像。

b)用于可控地使显微镜的图像传感器相对于载体产生位移的“位移单元”。该相对位移优选发生的方式为(仅)存在图像传感器上颗粒的图像的横向偏移。而且，所述偏移优选小于所述图像传感器上的一个像素。

c)用于评估在载体与图像传感器的不同相对位移处生成的图像的评估单元。所述评估单元可以通过专用电子硬件、具有相关联的软件的数字数据处理硬件或者其混合实现。

根据第二方面，本发明涉及一种方法，用于使用传感器设备检测位于载体的结合表面处的颗粒，特别是结合到所述结合表面的颗粒，所述方法包括以下步骤：

a)将颗粒成像于显微镜的图像传感器上。

b)使用位移单元，使图像传感器相对于载体产生位移。

c)使用评估单元，评估在载体与图像传感器的不同相对位移处生成的图像。

所述方法可以优选使用根据本发明第一方面的传感器设备来执行。所述方法和所述传感器设备二者具有的共同特征在于它们评估在载体与图像传感器的不同相对位置处生成的(例如结合的)颗粒的图像。因而，由于能够组合从不同视角拍照的至少两个图像的信息，因此能够增加能够使用该图像传感器实现的空间分辨率。这又实现颗粒的种类和/或其结合的类型的更加精确的确定，这有助于增加所述传感器设备和所述检测方法的定量精度。

以下，将描述与上述传感器设备和方法有关的本发明的优选实施例。

根据第一优选实施例，所述显微镜的所述图像传感器被像素化，即，其包括多个能够被单独读取的单独传感器元件(“像素”)。这样的像素化图像传感器可以例如通过根据数字相机已知的CCD或者CMOS图像传感器实现。在像素化的图像传感器中，通过像素尺寸量化(并且限制)空间分辨率。载体和图像传感器之间的相对位移使得所述图像传感器的不同像素将接收一个颗粒的图像，这允许通过克服由所述像素尺寸施加的限制而增加空间分辨率。

在上面提及的实施例中，像素的尺度优选为使得(相对于显微镜的给定尺寸和给定放大倍数的颗粒)位于所述结合表面处的所述颗粒的图像覆盖在所述图像传感器上的一个和大约20个像素之间，优选地在大约三个和大约9个像素之间。在这种情况下，利用其确定结合的颗粒的位置的空间分辨率受到图像传感器的像素化的严重限制，并且本发明的位移方法因而能够提供显著改进。

应该注意到，所述载体和所述图像传感器之间的所述位移被假设是相对的。相对于所述传感器设备的静止环境(例如实验室)，这样的相对位移能够通过(i)移动所述载体同时所述图像传感器保持静止，(ii)移动所述图像传感器同时所述载体保持静止，或者(iii)以相对于所述静止环境的不同位移移动所述载体和所述图像传感器二者来实现。因此，存在所述位移单元如何能够施加其影响的几种可能性。在优选实施例中，所述位移单元设计为使得其相对于所述传感器设备的剩余部件仅使所述载体，或者仅使所述显微镜(具有所述图像传感器)，或者仅使所述图像传感器(没有所述显微镜的剩余部分)产生位移。如果所述载体或者所述完整显微镜被产生位移，则如果所述图像传感器被像素化，该位移将优选至少与一个像素一样大；如果所述图像传感器被产生位移，则小于一个像素的位移就足够了。

根据本发明的进一步研究，所述传感器设备包括用于在平行于所述结合表面的方向上对位于所述结合表面处的颗粒施加力的致动器单元。颗粒对这样的力的反应，即其横向位移的程度，提供了关于到所述结合表面的结合的存在和类型的有价值信息，这可以例如用于区分特定结合(根据测定目的而被期望的)与非特定结合(涉及背景噪声)。

上面提及的致动器单元可以例如包括用于向(磁性)颗粒施加磁力的磁体，用于(对带电或者可极化颗粒)生成电力的电场生成器或者用于机械地使颗粒产生位移的超声探针。利用所提及的设备，能够向颗粒施加良好可控的力。

所述致动器单元优选进一步适于在相反方向上生成作用于颗粒的力。因而能够改变所施加的力的方向，这有助于中和可能的滞后或者偏置效应。

根据另一优选实施例，所述致动器单元和所述位移单元同步。这意味着，载体和图像传感器之间的相对位移的时序与对颗粒的力的施加之间存在给定的函数关系。优选地，所述同步使得对于由所述致动器单元生成的相同的力生成具有载体和图像传感器之间的不同相对位移的至少两个图像(因而利用相同的横向位移对结合的颗粒成像)。而且，应该对于由所述致动器单元对所述(结合的)颗粒施加的所述力的另一值生成在载体和图像传感器之间的不同位移处拍摄的另一对图像。因而能够以高空间分辨率确定(结合的)颗粒对横向力的反应。

所述评估单元优选适于确定与颗粒和所述结合表面之间的距离，颗粒相对于所述结合表面上的基准位置的横向位移和/或结合的颗粒在所述结合表面处的驻留时间(即结合的寿命)相关的参数。所提及的值包括关于位于颗粒和所述结合表面之间的结合的存在和类型的有价值信息。具体地说，所确定的参数能够用于区分人们感兴趣的特定结合与非特定结合。

根据另一实施例，所述评估单元适于选择隔离的颗粒用于评估。颗粒的隔离意味着相邻的颗粒至少以给定的最小距离分开(例如至少一个或者几个颗粒直径)。这一要求确保了所考虑的颗粒不受与其它颗粒的相互作用的影响。

通常，所述传感器设备和所述方法可以与许多不同类型的颗粒以及这样的颗粒到所述结合表面的结合一起应用。在优选的应用中，所考虑的颗粒是标签颗粒，即用于对人们实际上感兴趣的另一类型颗粒的目标颗粒进行标记的颗粒。而且，所述标签颗粒与所述结合表面之间的结合应该具体地经由较小目标颗粒发生。所述目标颗粒可以例如是类似蛋白质或者核酸的(小)分子，并且所述标签颗粒可以是磁珠。在这样的系统的典型示例中，目标颗粒的尺寸在5nm的数量级，而标签颗粒(磁珠)具有大约500nm的直径。因而标签颗粒到所述结合表面的非特定直接结合与经由(小)目标颗粒的特定结合之间的几何区别非常小，但是无论如何其能够利用本发明的方案进行检测。

所述传感器设备可以可选地包括用于利用倏逝波照射所述结合表面的诸如激光器或者LED的光源。这样的倏逝波可以特别利用在所述结合表面处被全内反射的输入光束生成。利用倏逝波的照射的优点在于在抑制来自进一步远离所述结合表面的体积介质的背景噪声的同时，仅紧邻所述结合表面的有限的小体积受到影响。

根据另一实施例，所述传感器设备包括用于借助于全内反射光束检测位于所述结合表面处的颗粒的光源和光检测器。在受抑全内反射的设置中，由于倏逝波在全内反射期间的散射而在输出光束中损失的光量用作在所述反射表面处的颗粒量的指示。

本发明进一步涉及上述微电子设备的用途，用于分子诊断、生物样本分析、化学样本分析、食品分析和/或法医学分析。分子诊断可以例如借助于直接或者间接附着到目标分子的磁珠或者荧光颗粒来实现。

附图说明

参照下面描述的一个或者多个实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显并且得以阐明。将借助于附图通过示例的方式描述这些实施例，在附图中：

图1示意性示出根据本发明的传感器设备；

图2说明沿与结合表面垂直的方向特定和非特定结合之间的区别；

图3说明沿与结合表面平行的方向特定和非特定结合之间的区别。

附图中的类似附图标记指代相同或者类似的部件。

具体实施方式

尽管下面将参照特定设置(使用磁性颗粒以及受抑全内反射作为测量原理)描述本发明，但是本发明并不限于这样的方案并且能够在许多不同的应用和设置中有利地使用本发明。

图1示出具有根据本发明的传感器设备100的示例性设置(不是按照比例)。该设置的一个部件是可以例如由玻璃或者类似聚苯乙烯的透明塑料制成的载体11。载体11位于样本腔室1附近，在样本腔室1中可以提供具有待检测的目标成分(例如药物、抗体、DNA等等)的样本流体。样本进一步包括例如超顺磁珠的磁性颗粒，其中这些颗粒通常作为标签(例如经由具有抗体的涂层)结合到上面提及的目标成分。磁性颗粒可以按照各种方式结合到传感器表面，例如经由表面上的目标颗粒和抗体“特定地”，或者例如利用降低横向移动的多于一个结合直接地(“非特定地”)。在附图中，经由目标颗粒特定地结合的磁性颗粒将具有附图标记MP，而没有利用目标颗粒非特定地结合的磁性颗粒标记为MP′。应该注意到，也可以使用其他标签颗粒，例如充电或者荧光颗粒来替代磁性颗粒。

载体11与样本腔室1之间的界面由称为“结合表面”12的表面形成。该结合表面12涂覆有能够被特定地结合到目标颗粒的捕获元件，例如抗体Ab(参照图2、3)。

传感器设备100包括磁场生成器41，例如具有线圈和芯的电磁体，用于在结合表面12以及样本腔室1的相邻空间中可控地生成磁场。借助于该磁场，能够操控磁性颗粒MP、MP′，即被磁化并且特别是被移动(如果使用具有梯度的磁场)。因而例如可以吸引磁性颗粒MP、MP′到结合表面12以加速其到该表面的结合，或者在测量之前将未结合的磁性颗粒清洗离开该结合表面。

传感器设备100进一步包括生成输入光束L1的光源21，该输入光束L1经过“入口窗”(未示出)透射到载体11中。可以例如使用商业CD(λ＝780nm)、DVD(λ＝658nm)或者BD(λ＝405nm)激光二极管以及高功率(λ＝650nm)LED作为光源21。准直透镜可以用于使输入光束L1平行，并且针孔可以用于降低束直径。输入光束L1以比全内反射(TIR)的临界角大的角度到达结合表面12并且因此被全内反射为“输出光束”L2。输出光束L2经过另一表面(“出口窗”，未示出)离开载体11并且由光检测器31检测。光检测器31确定输出光束L2的光量(例如由该光束在整个频谱或者该频谱的某一部分中的光强度表示)。在观察时段上，通过耦合到检测器31的评估和控制模块32评估并且可选地监测所测量的传感器信号S。

也可以将检测器31用于通过由输入光束L1激发的荧光颗粒发出的荧光的采样，其中该荧光可以例如在光谱上与反射光L2区分开。尽管以下描述集中于反射光的测量，但是这里讨论的原理经过适当修改也能够应用于荧光的检测。

所描述的微电子传感器设备应用用于磁性颗粒MP、MP′的检测的光学装置。为了消除或者至少最小化(诸如唾液、血液等的样本流体的)背景的影响，检测技术应该是表面特定的(surface-specific)。如上面表明的，这通过利用受抑全内反射(FTIR)原理来实现。该原理基于在入射光束L1被全内反射时倏逝波穿透进入(强度指数下降)样本腔室1中的事实。如果该倏逝波随后与类似结合的磁性颗粒MP、MP′的另一介质相互作用，则输入光的一部分将被耦合到样本流体中(这被称为“受抑全内反射”)，并且反射强度将被降低(而对于干净界面反射强度将为100％并且没有相互作用)。取决于干扰的量，即位于TIR表面上或者非常接近该TIR表面(大约200nm内)(不位于样本腔室1的剩余部分中)的磁性颗粒的量，反射强度将相应地下降。该强度下降是对于结合的磁性颗粒MP、MP′的量的直接测量，并且因此是对于样本中磁性颗粒的浓度的直接测量。所描述的过程与所施加的磁场无关。这实现对制备、测量和清洗步骤的实时光学监测。所监测的信号也能够用于控制测量或者单独过程步骤。

关于FTIR测量原理的更多细节可以例如在WO 2008/155716、WO2009/001276A1以及WO 2008/142492A1中找到。

所描述的传感器设备100或者类似的生物传感器能够例如应用于DNA(分子诊断)或者蛋白质(免疫测定)的检测，二者对于人体中的全部种类的疾病都是重要的标记。如上所述，免疫测定技术可以使用小(超)顺磁颗粒或者珠到结合表面的特定耦合，用于生物标记的最终光学检测(FTIR)。基于该平台，正在研发检测仪器，以用于诸如唾液中药物滥用的路边(roadside)测试或者在医生位置处进行人类血液中心脏标记的定点照护测试的分散测量。药物滥用测试中生物标记的浓度相对较大(纳米-摩尔区域)而心脏标记测试所需的浓度已经非常低(皮-摩尔区域)。对于将来的应用，不得不检测甚至更低浓度(飞-摩尔区域)，以扩宽能够被检测的疾病范围。更加敏感的检测技术还实现对于较高浓度区域的更快测量时间。

所提及的低浓度的测量目前仅在使用密集系统并且测量时间长的集中实验室中是可行的。因此期望具有能够以分散设置操作同时仍然具有集中实验室性能的系统。这样的系统中的主要挑战是a)如何增加系统的灵敏度以及b)如何区分待测试的特定生物标记的信号和由非特定结合造成的不可避免的背景信号。

上面描述的磁性传感器设备100典型地使用具有200nm和1000nm之间尺寸的磁珠作为标签。因为小磁珠由于其有限的磁含量而不能够被足够快速地吸引到表面并且大磁珠表现出较慢的结合动能，因此利用500nm的磁珠进行大多数测定研究。该尺寸因而被用作本公开的剩余部分中的示例。

通常，磁性颗粒MP的特定结合在多个方面不同于磁性颗粒MP′的非特定结合，其在图2和图3中示出：

a)在特定结合中，总是涉及目标分子。这在图2(未按比例)中示出，其中在左侧示出经由分别结合到磁性颗粒表面上和载体11的结合表面12上的抗体Ab的中间目标颗粒(分子)TP特定结合的磁性颗粒MP。在图2的右侧，示出直接耦合抗体Ab的非特定结合的磁性颗粒MP′。由于目标颗粒TP的有限尺寸可以是几纳米大(例如5nm)，珠和表面12之间的距离对于特定结合比对于非特定结合大ΔH量。

b)在低目标浓度下，在能够捕获目标的珠上每个珠仅存在一个目标颗粒TP。大多数珠不捕获目标颗粒。包含目标颗粒的珠由于特定结合与非特定结合相比较具有较高关联常数而具有更多机会进行到结合表面的单个特定结合。非特定结合具有更大的机会进行多重结合。单个结合和多重结合之间的区别在横向位移中是可见的，或者通过热或布朗运动或者通过横向力产生。这在图3(按照比例)中示出。利用5nm目标颗粒TP，具有厚度为15nm的抗体层Ab的直径D＝500nm的珠MP被附着到结合表面12，也包括具有15nm厚度的抗体层Ab。在利用横向力(沿x，y-方向)使珠MP产生位移时，其会与结合表面12直接接触，对应于所示出的非特定结合珠MP′的情形。垂直位置的相应改变为ΔH＝5nm而横向方向上(倏逝波Le的平均延伸内)的改变为大约50nm，即大十倍。因此不得不被测量的特性位移在该范围内。通过从最大左侧位置向最大右侧位置移动珠MP，总位移为两倍大。

c)由于目标分子TP和捕获分子(例如抗体Ab)的几何形状的精确适配，特定结合常常比非特定结合涉及更多原子相互作用。单个特定结合因此通常比单个非特定结合更强。这反应在珠MP在结合表面上的较大平均驻留时间(即较低分离常数k_off)中。

鉴于以上事实，期望从结合长度(z)、移动自由度或者横向方向(x、y)上的位移以及表面上的驻留时间(结合强度)等方面详细查看每一个结合。这导致通过将物镜接近结合表面放置并且将图像投影到相机上来向FTIR读取添加额外成像系统的想法。

图1示出该想法用于FTIR传感器设备100，其附加地装配有包括物镜51、另一透镜52以及相机或者图像传感器53(例如CCD或者CMOS芯片)的显微镜50。

然而，在现有的传感器设备中，上述方法面临物镜不得不适配在“马蹄形”电磁体的极端部之间的问题。由于这些极端部之间的距离由于电磁体的性能要求而被限制到1.5nm，因此极大地限制了物镜的光锥的可用空间。由于物镜光锥的有限空间，这样的成像系统的空间精度或者分辨率将不足以观察单个500nm珠的特性位移。这是由于仅存在对于NA＝0.4物镜的空间的事实而造成的，这在20倍放大倍数下将RMS(FWHM-点)光学分辨率限制到1.3μm。结果，相机传感器上的珠尺寸被放大到1.3μm×20＝26μm，相当于高端CMOS相机的4.4×4.4μm像素上的6×6个像素。

如上面提及的，能够基于其结合长度来区分特定和非特定结合。由于通过指数衰减的倏逝场Le照亮磁珠，其光学图像是珠和空间光学传递函数的卷积，以使得结合高度(z)和珠直径(D)中的分散将均改变所观察的光强度I(z，D)。这是对于所述参数的清楚确定需要(x，y，z)珠位移的原因。

在假设典型目标颗粒TP的5nm长度和D＝500nm的珠直径时，珠位移典型地是50nm，这与20倍放大下像素的四分之一相当。即使在使用6-像素曲线适配步骤来重构质心时，这对于期望应用也太不精确。

因此这里提出(1)改变成像系统相对于盒表面的位置，(2)拍取至少两个位置的相机图片，并且(3)组合所述图片以获得更多的空间分辨率。

返回到图1，针对特定实施例说明上面提及的一般原理。如已经提及的，传感器设备100的特征在于对(特定或者非特定)结合到载体11的结合表面12的磁性颗粒MP、MP′成像到图像传感器53的平面上的附加显微镜50。为了实现载体11和图像传感器53之间的相对位移，可以将位移单元插入在不同的位置。在图1中，出于说明目的并行地示出三种可能性(真实传感器设备当然通常仅实现它们中的一个)：

第一类型的位移单元60耦合到载体11以沿x-或者y-方向可控地移动载体11同时该设置的剩余部分保持静止。

第二类型的位移单元70耦合到整个显微镜50，用以沿x-或者y-方向相对于静止环境可控地使显微镜50产生位移。

最后，第三类型的位移单元80集成在显微镜50中。其能够仅相对于静止环境并且相对于显微镜50的剩余部分可控地使图像传感器53产生位移。

位移单元60、70、80优选连接到控制其操作的评估和控制单元32。它们实际上可以按照不同的方式实现，例如利用压力元件、电机驱动锤等等。

利用所描述的显微镜50和位移单元60或者70，通过使用结合表面12或者整个成像系统50的机械致动，能够从不同的观察位置(位置、角度)观察结合。通过组合相机帧，能够改善总体光学系统的光学分辨率并且限制有限像素尺寸的量子效应。优选地，珠图像在图像传感器53上的位移在这些设置中包括小于一个相机像素。

能够通过施加到珠MP，MP′的相当恒定或者变化的磁、电或者机械(例如超声)力引入该珠相对于结合表面12的(横向)位移。磁力能够例如利用磁体41或者另一磁体(未示出)来施加。然后能够优选地与所述力/位移同步地拍取相机帧，其中可以通过评估和控制单元32确保同步。通过在相反方向上(正和负)使该珠产生位移，能够抑制位移滞后效应。

在该方案的变型中，通过位移单元60的载体11的位移能够引入珠移动(通过内部力驱动)以及观察位置的位移。

由于珠-珠的相互作用极大地影响所得到的磁力，因此信号处理算法优选包括选择隔离的珠的步骤。

在仅利用位移单元80位移图像传感器的相对位置时，实际上以较低的有效帧速率为代价生成更多的相机像素。优选地，在这种情况下，位移包括小于一个相机像素。图像传感器所要求的位移典型地大于大约25nm并且能够通过可商购的压力致动器提供。

所描述的方法能够通过使用较小尺寸的物镜来组合磁性致动、FTIR和显微镜。因而纳米珠移动的第10阶的检测变得可能。

尽管上面参照特定实施例描述了本发明，但是各种变型和扩展是可能的，例如：

-所述传感器设备能够包括任何适合的传感器，用以基于颗粒的任何属性来检测在传感器表面上或者其附近该颗粒的存在，例如能够经由磁方法、光学方法(成像、荧光、化学发光、吸收、散射、倏逝场技术、表面等离子体谐振、拉曼等等)、声学检测(例如表面声波、体积声波、悬臂、石英晶体等等)、电学检测(例如传导、阻抗、安培计、氧化还原反应循环)及其组合等等进行检测。磁性传感器尤其可以包括线圈、磁阻传感器、磁滞传感器、霍尔传感器、平面霍尔传感器、通量栅传感器、SQUID、磁谐振传感器等等。

-除了分子测定，还能够利用根据本发明的传感器设备检测较大的部分，例如细胞、组织，或者细胞或病毒的一部分、组织提取物等等。

-能够利用或者不利用传感器设备相对于传感器表面的扫描进行检测。

-测量数据能够被推导为端点测量，并且通过动力学或者间歇地记录信号。

-用作标签的颗粒能够通过感测方法来直接检测。并且，颗粒能够在检测之前被进一步处理。进一步处理的示例是添加材料或者修改标签的(生物)化学或者物理属性以方便检测。

-能够与数个生物化学测定类型一起所述设备和方法，例如结合/非结合测定、三明治测定、竞争测定、位移测定、酶测定等等。

-所述设备和方法适合于传感器复用(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)和腔室复用(即不同反应腔室的并行使用)。

-所述设备和方法能够被快速、健壮和容易地使用，以对于小样本体积使用定点照护生物传感器。反应腔室可以是与紧凑的读取器一起使用的一次性物品，包含一个或者多个场生成装置以及一个或者多个检测装置。而且，本发明的所述设备、方法和系统能够用于自动高吞吐量测试中。在这种情况下，反应腔室例如是适配到自动仪器中的孔板或者试管。

-纳米颗粒意味着具有在3nm和5000nm范围之间的至少一个尺度的颗粒，优选在10nm和3000nm之间，更加优选地在50nm和1000nm之间。

最后要指出的是，在本申请中，术语“包括”不排除其它元素和步骤，“一”或者“一个”不排除多个，并且单个处理器或者其它单元可以实现几个装置的功能。本发明在于每个和每一个新颖的特性特征以及特性特征的每个和每一个组合中。而且，权利要求中的附图标记不应该被解释为限制其范围。

Claims (27)

1.一种传感器设备(100)，用于检测位于载体(11)的结合表面(12)处的颗粒(MP，MP')，包括：

a)具有图像传感器(53)的显微镜(50)，颗粒(MP，MP')被成像于所述图像传感器(53)上，其中所述颗粒(MP，MP')包括经由目标颗粒(TP)特定地结合的标签颗粒(MP)和没有利用目标颗粒(TP)非特定地结合的标签颗粒(MP')；

b)位移单元(60，70，80)，用于可控地使所述图像传感器(53)相对于所述载体(11)产生位移；

c)评估单元(32)，用于评估在所述载体(11)与所述图像传感器(53)的不同相对位移处生成的颗粒(MP，MP')的多个图像，并且其中存在在所述图像传感器上的所述颗粒的所述图像的横向偏移，其中所述评估单元组合来自所述多个图像的信息以增加所述图像传感器的空间分辨率，并且所述评估单元(32)适于确定与颗粒(MP，MP')相对于所述结合表面的距离(z，△H)、颗粒(MP，MP')相对于所述结合表面的横向位移(△x)和/或结合的颗粒(MP)相对于所述结合表面的驻留时间相关的参数以区分所述经由目标颗粒(TP)特定地结合的标签颗粒(MP)和所述没有利用目标颗粒(TP)非特定地结合的标签颗粒(MP')。

2.根据权利要求1所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述图像传感器(53)被像素化。

3.根据权利要求2所述的传感器设备(100)，

其特征在于，颗粒(MP，MP')的所述图像覆盖在所述图像传感器(53)上的一个和大约20个像素之间。

4.根据权利要求3所述的传感器设备(100)，

其特征在于，颗粒(MP，MP')的所述图像覆盖在所述图像传感器(53)上的大约3个和大约9个像素之间。

5.根据权利要求1所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述位移单元(60，70，80)使所述载体(11)，或者所述显微镜(50)，或者所述图像传感器(53)相对于所述传感器设备的剩余部件产生位移。

6.根据权利要求1所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述传感器设备(100)包括致动器单元(41)，所述致动器单元(41)用于在平行于所述结合表面(12)的方向上对颗粒(MP)施加力。

7.根据权利要求6所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述致动器单元包括磁体(41)、电场生成器或者超声探针。

8.根据权利要求6所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述致动器单元(41)适于在相反方向上生成力。

9.根据权利要求6所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述致动器单元(41)和所述位移单元(60，70，80)同步。

10.根据权利要求1所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述评估单元(32)适于选择隔离的颗粒(MP，MP')用于评估。

11.根据权利要求1所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述标签颗粒是磁珠(MP)。

12.根据权利要求1所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述传感器设备(100)包括用于使用倏逝波照射所述结合表面(12)的光源(21)。

13.根据权利要求1所述的传感器设备(100)，

其特征在于，所述传感器设备(100)包括用于使用全内反射光束(L1，L2)检测颗粒(MP，MP')的光源(21)和光检测器(31)。

14.一种根据权利要求1到13中任一项所述的传感器设备(100)的用途，用于分子诊断、生物样本分析、化学样本分析、食品分析和/或法医学分析。

15.一种用于使用传感器设备(100)检测位于载体(11)的结合表面(12)处的颗粒(MP，MP')的方法，包括：

a)将颗粒(MP，MP')成像于显微镜(50)的图像传感器(53)上，其中所述颗粒(MP，MP')包括经由目标颗粒(TP)特定地结合的标签颗粒(MP)和没有利用目标颗粒(TP)非特定地结合的标签颗粒(MP')；

b)使用位移单元(60，70，80)，使所述图像传感器(53)相对于所述载体(11)产生位移；

c)使用评估单元(32)，评估在所述载体(11)与所述图像传感器(53)的不同相对位移处生成的颗粒(MP，MP')的多个图像，并且其中存在在所述图像传感器上的所述颗粒的所述图像的横向偏移，其中所述评估组合来自所述多个图像的信息以增加所述图像传感器的空间分辨率，并且使用所述评估单元(32)确定与颗粒(MP，MP')相对于所述结合表面的距离(z，△H)、颗粒(MP，MP')相对于所述结合表面的横向位移(△x)和/或结合的颗粒(MP)相对于所述结合表面的驻留时间相关的参数以区分所述经由目标颗粒(TP)特定地结合的标签颗粒(MP)和所述没有利用目标颗粒(TP)非特定地结合的标签颗粒(MP')。

16.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述图像传感器(53)被像素化。

17.根据权利要求16所述的方法，

其特征在于，颗粒(MP，MP')的所述图像覆盖在所述图像传感器(53)上的一个和大约20个像素之间。

18.根据权利要求17所述的方法，

其特征在于，颗粒(MP，MP')的所述图像覆盖在所述图像传感器(53)上的大约3个和大约9个像素之间。

19.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述位移单元(60，70，80)使所述载体(11)，或者所述显微镜(50)，或者所述图像传感器(53)相对于所述传感器设备的剩余部件产生位移。

20.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述传感器设备(100)包括致动器单元(41)，所述致动器单元(41)用于在平行于所述结合表面(12)的方向上对颗粒(MP)施加力。

21.根据权利要求20所述的方法，

其特征在于，所述致动器单元包括磁体(41)、电场生成器或者超声探针。

22.根据权利要求20所述的方法，

其特征在于，所述致动器单元(41)适于在相反方向上生成力。

23.根据权利要求20所述的方法，

其特征在于，所述致动器单元(41)和所述位移单元(60，70，80)同步。

24.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述评估单元(32)适于选择隔离的颗粒(MP，MP')用于评估。

25.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述标签颗粒是磁珠(MP)。

26.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述传感器设备(100)包括用于使用倏逝波照射所述结合表面(12)的光源(21)。

27.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，所述传感器设备(100)包括用于使用全内反射光束(L1，L2)检测颗粒(MP，MP')的光源(21)和光检测器(31)。